JP7473353B2 - アンテナ素子選択装置およびアンテナ素子選択システム - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ素子選択装置およびアンテナ素子選択システムに関する。

従来から、車両等の移動体に通信装置を設置する場合に、移動体の天井部分に複数のアンテナ素子を含むアンテナを設置する場合がある。この場合に、アンテナ素子の特性が劣化した場合であっても、劣化したアンテナ素子を取り外す等の取り替え作業を行わずに、通信を続行させるための技術が知られている。

例えば、特許文献１では、送信信号をそれぞれのアンテナに供給する２個のアンテナ系を有するマルチアンテナ通信装置が開示されている。当該マルチアンテナ通信装置は、２個のアンテナ系の各々の出力レベルを検出する出力検出部と、送信すべき信号を所定の通信方式によりアンテナ系に提供する信号処理部を備えている。当該信号処理部は、いずれかのアンテナ系の出力レベルが所定値に満たない場合には、出力レベルが所定値に満たないアンテナ系の使用を停止し、通信方式の変更又は正常なアンテナの出力レベルを変更した他の信号処理を開始する。

特開２００９－１８２３７４号公報

特許文献１の構成によれば、アンテナ素子が破損、または、汚れるなど汚損した場合には、アンテナ全体の特性劣化が発生してしまうという課題があった。また、アンテナ特性を維持するために出力レベルを上げてしまうと、増幅器の負担が大きくなるという課題があった。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、アンテナ素子が破損、または、汚れるなど汚損した場合であっても、増幅器の負担を増加させずに、アンテナ特性の劣化を抑制し、通信品質を維持することにある。

本発明の態様に係る移動体に取り付けられるアンテナ素子選択装置は、テスト信号を生成する信号生成部と、前記テスト信号のアンテナ素子への入力特性と、前記テスト信号に対してアンテナ素子から出力または受信される出力特性を測定する信号測定部と、前記入力特性と前記出力特性の比較からアンテナ素子の異常を判定する異常判定部と、異常であると判定されたアンテナ素子の代わりとなる他のアンテナ素子を指定するアンテナ素子指定部と、を備えることが好ましい。

前記入力特性は、前記テスト信号の電力の少なくとも一部であり、前記出力特性は、前記テスト信号がアンテナ素子において反射された反射信号の電力の少なくとも一部であり、前記異常判定部は、前記入力特性と前記出力特性の比較からＳ１１パラメータを演算し、前記Ｓ１１パラメータの大きさによって、前記アンテナ素子が異常であるか否かを判定することが好ましい。

前記入力特性はスプリッタを介して測定され、前記出力特性はカプラを介して測定されることが好ましい。

前記入力特性は、前記テスト信号のデータパターンであり、前記出力特性は、前記テスト信号が受信されたアンテナ素子における受信信号のデータパターンであり、前記異常判定部は、前記テスト信号のデータパターンと、前記受信信号のデータパターンとの相異の程度によって、前記テスト信号が受信された前記アンテナ素子が異常であるか否かを判定することが好ましい。

前記入力特性は、前記テスト信号の電力の少なくとも一部であり、前記出力特性は、前記テスト信号が受信されたアンテナ素子における受信信号の電力の少なくとも一部であり、前記異常判定部は、前記テスト信号の電力の少なくとも一部と、前記受信信号の電力の少なくとも一部との相異の程度によって、前記テスト信号が受信された前記アンテナ素子が異常であるか否かを判定することが好ましい。

前記アンテナ素子指定部は、異常であると判定されたアンテナ素子の代わりとなる他のアンテナ素子を指定する場合に、複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナの指向性および半値角の変化が最小となるように、前記他のアンテナ素子を指定することが好ましい。

複数のアンテナ素子の配置によって決定されるアレーアンテナの指向性があらかじめ記憶される記憶部を、さらに備え、前記アンテナ素子指定部は、前記記憶部に記憶された前記アレーアンテナの指向性に基づいて、異常であると判定されたアンテナ素子の代わりとなる他のアンテナ素子を指定することが好ましい。

前記記憶部は、単一のアンテナ素子の劣化状態をあらかじめ定められた方法で予測する予測情報、および、異常であると判定されたアンテナ素子がある場合には、当該アンテナ素子の劣化過程を示す劣化過程情報を記憶し、前記アンテナ素子指定部は、前記記憶部に記憶された前記予測情報および前記劣化過程情報に基づいて、劣化状態または異常状態に至るまでの期間がより長いアンテナ素子を前記他のアンテナ素子として指定することが好ましい。

本発明の他の態様に係るアンテナ素子選択システムは、前記アンテナ素子指定部によって指定されたアンテナ素子と接続または切断するように切り替えるアンテナ素子切り替え部と、前記アンテナ素子を複数含むアレーアンテナと、を含むアンテナ装置、および、アンテナ素子選択装置、を含むことが好ましい。

前記アンテナ装置は、車両の天井に取り付けられることが好ましい。

本発明によれば、アンテナ素子が破損、または、汚れるなど汚損した場合であっても、増幅器の負担を増加させずに、アンテナ特性の劣化を抑制し、通信品質を維持することが可能になる。

本実施形態に係るアンテナ素子選択装置およびアンテナ素子選択システムの適用例を示す模式図である。 本実施形態に係る選択されたアンテナ素子の一例を示す模式図である。 図２の本実施形態において、汚損されたアンテナ素子から正常なアンテナ素子への切り替え方法の一例を示す模式図である。 本実施形態に係るアンテナ素子選択装置において、劣化したアンテナ素子を判断するための回路の一例を示すブロック図である。 本実施形態に係るアンテナ素子選択装置の一例を示すブロック図である。 本実施形態に係るアンテナ素子選択装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本実施形態に係わるアンテナ素子選択装置およびアンテナ素子選択システムの一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示に限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。さらに、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。

本実施形態に係るアンテナ素子選択装置およびアンテナ素子選択システムを図１～図６を用いて説明する。

（アンテナ素子選択装置およびアンテナ素子選択システムの適用例の概要）
図１はアンテナ素子選択システムに含まれる複数のアンテナ素子を有するアンテナ装置を車両の天井に配置した適用例を示す図である。複数のアンテナ素子によって、指向性を有するアレーアンテナを構成することが可能である。アレーアンテナは、アプリケーションによって、使用するアンテナ素子の数が定められる場合があるので、一度に利用できるアンテナ素子の数が固定である場合がある。例えば、５Ｇ通信などのアプリケーションにおいては、通信制御データの中に一度に利用できるアンテナ素子の数が規定されている場合がある。

図１においては、アンテナ素子ＥＡ＿１～ＥＡ＿１１、アンテナ素子ＥＢ＿１～ＥＢ＿１１、アンテナ素子ＥＣ＿１～ＥＣ＿１１、および、アンテナ素子ＥＤ＿１～ＥＤ＿１１が車両の天井に配置された場合を図示している。アンテナ素子ＥＡ＿１～ＥＡ＿１１は車両の進行方向の右側に配置された１１個のアンテナ素子を示し、総称してアンテナ素子ＥＡと呼ぶ場合がある。また、アンテナ素子ＥＢ＿１～ＥＢ＿１１は車両の進行方向の中央右側に配置された１１個のアンテナ素子を示し、総称してアンテナ素子ＥＢと呼ぶ場合がある。さらに、アンテナ素子ＥＣ＿１～ＥＣ＿１１は車両の進行方向の中央左側に配置された１１個のアンテナ素子を示し、総称してアンテナ素子ＥＣと呼ぶ場合がある。さらに、アンテナ素子ＥＤ＿１～ＥＤ＿１１は車両の進行方向の左側に配置された１１個のアンテナ素子を示し、総称してアンテナ素子ＥＤと呼ぶ場合がある。なお、アンテナ素子ＥＡ、アンテナ素子ＥＢ、アンテナ素子ＥＣ、および、アンテナ素子ＥＤの数は上記の個数に限定されず、アンテナ素子の配列方法も上記の配列に限定されるものではない。また、アンテナ素子の一部が窓ガラスに設置される構成も可能である。

図１において、アンテナ素子切り替え部２１０は一度に利用できるアンテナ素子を選択し、アンテナ素子切り替え部２１０と接続されたことを示す実線で選択されたアンテナ素子がアンテナ素子切り替え部２１０を介して無線信号を送受信する。

一例として示された図１では、アンテナ素子ＥＡにおけるアンテナ素子ＥＡ＿１、アンテナ素子ＥＡ＿２、および、アンテナ素子ＥＡ＿３がアンテナ素子切り替え部２１０と接続されている。また、図１では、アンテナ素子ＥＢにおけるアンテナ素子ＥＢ＿１、アンテナ素子ＥＢ＿５、アンテナ素子ＥＢ＿６、および、アンテナ素子ＥＢ＿７がアンテナ素子切り替え部２１０と接続されている。さらに、アンテナ素子ＥＣにおけるアンテナ素子ＥＣ＿１、アンテナ素子ＥＣ＿５、アンテナ素子ＥＣ＿６、および、アンテナ素子ＥＣ＿７がアンテナ素子切り替え部２１０と接続されている。さらに、アンテナ素子ＥＤにおけるアンテナ素子ＥＤ＿１～アンテナ素子ＥＤ＿１０がアンテナ素子切り替え部２１０と接続されている。

図２は、図１の一部分を拡大した模式図である。なお、図２と図１においては、アンテナ素子の接続状態が異なる。図２において、アンテナ素子ＥＡ＿１、アンテナ素子ＥＡ＿２、アンテナ素子ＥＡ＿３、および、アンテナ素子ＥＡ＿１１がアンテナ素子切り替え部２１０と接続されている。また、図２において、アンテナ素子ＥＢ＿１、アンテナ素子ＥＢ＿３、および、アンテナ素子ＥＢ＿１１がアンテナ素子切り替え部２１０と接続されている。さらに、アンテナ素子ＥＤ＿１、アンテナ素子ＥＤ＿２、アンテナ素子ＥＤ＿３、および、アンテナ素子ＥＤ＿１１がアンテナ素子切り替え部２１０と接続されている。

図２の接続状態において、アンテナ素子ＥＡ＿１およびアンテナ素子ＥＡ＿２が損傷または汚れた場合のアンテナ素子とアンテナ素子切り替え部２１０との新たな接続関係を図３に示す。

図３において、アレーアンテナの指向性の方向および半値角の変化を最小限にするように、アンテナ素子ＥＡ＿１およびアンテナ素子ＥＡ＿２の代わりに、アンテナ素子ＥＣ＿１およびＥＢ＿２がアンテナ素子切り替え部２１０によって選択される。この場合には、アンテナ素子ＥＡ＿１およびアンテナ素子ＥＡ＿２とアンテナ素子切り替え部２１０との接続は切断され、アンテナ素子ＥＣ＿１およびアンテナ素子ＥＢ＿２がアンテナ素子切り替え部２１０と新たに接続される。

図４は、アンテナ素子が正常に動作しているか否かの判断を実行するための原理の一例を示す図である。本実施形態では、アンテナ素子が正常に動作しているか否かを判断するために伝送特性パラメータのＳ１１（反射係数）パラメータの値を使用している。

Ｓ１１は以下の式によって決定される。
Ｓ１１＝１０ｌｏｇ（（アンテナ素子からの反射波電力）／（アンテナ素子への入射波電力））‐‐‐（１）

Ｓ１１パラメータの値があらかじめ定められた値よりも大きい場合には、アンテナ素子に異常が発生していると判断される。また、Ｓ１１パラメータの値があらかじめ定められた値以下の場合には、アンテナ素子は正常に動作していると判断される。なお、Ｓ１１パラメータの測定は、無線通信が実行されていない間、または、無線通信が開始される前に実施され、Ｓ１１パラメータの測定後に正常に動作しているアンテナ素子を介して無線通信が実行されるように処理される。

図４は、本実施形態における伝送特性パラメータであるＳ１１パラメータの測定方法の概要を示す模式図である。

図４においては、アンテナ素子の一例としてアンテナ素子ＥＡ＿１が示され、信号測定部１２０には、スプリッタ１２１とカプラ１２２が含まれる構成が示されている。信号生成部１１０において生成された無線信号等のテスト信号は、スプリッタ１２１でテスト信号電力が二分され、一方のテスト信号の電力が入射波電力として検出される。スプリッタ１２１で二分された、他方のテスト信号がカプラ１２２を介してアンテナ素子ＥＡ＿１から放射されるが、アンテナ素子ＥＡ＿１の損傷または汚れの程度に応じて反射波が発生し、カプラ１２２によって反射波電力として検出される。上記の入射波電力および反射波電力からＳ１１パラメータの値が決定される。なお、カプラ１２２の一例には方向性結合器が挙げられる。また、スプリッタ１２１で分割される電力、および、カプラ１２２で結合される電力は、任意の比率でアンテナ素子選択装置１００によって決定されることができる。

（アンテナ素子選択システム１０００の構成例）
図５は、本実施形態に係わるアンテナ素子選択装置１００およびアンテナ装置２００を含むアンテナ素子選択システム１０００の構成の一例をブロック図で示したものである。

（アンテナ素子選択装置１００の構成例）
アンテナ素子選択装置１００は、信号生成部１１０、信号測定部１２０、アンテナ素子選択制御部１３０、記憶部１４０、および、アプリケーション関連制御部１５０を含んで構成される。

信号生成部１１０は、アンテナ素子に異常があるか否かを判定するためのテスト信号を生成する。一例として、信号は５Ｇ通信における搬送波であってもよい。したがって、信号生成部１１０はギガヘルツ帯域の周波数の搬送波を生成することが可能である。なお、上述したようにテスト信号は、無線通信が実行されていない間、または、無線通信が開始される前に生成され、異常の判定後に正常に動作しているアンテナ素子を介して無線通信が実行されるように以下の処理が実行される。

信号測定部１２０は、信号生成部１１０で生成されたテスト信号からアンテナ素子に入力される信号の電力を測定し、アンテナ素子から反射された反射波電力、または、アンテナ素子が受信した無線信号の電力を測定する。アンテナ素子が受信した無線信号の電力を測定する機能については後述する。

信号測定部１２０は、図４において説明したように、信号生成部１１０で生成された信号からアンテナ素子に入力される信号の入射波電力を測定するためのスプリッタ１２１、および、アンテナ素子から反射された反射波電力を測定するためのカプラ１２２を含む。なお、入射波電力および反射波電力をデジタル化するためのＡ／Ｄコンバータが、信号測定部１２０に含まれる構成であってもよい。これらの構成を有する場合には、信号測定部１２０は、Ｓ１１パラメータを演算するために機能する。

アンテナ素子選択制御部１３０は、異常判定部１３１、劣化アンテナ素子判定部１３２およびアンテナ素子指定部１３３を含んで構成される。

異常判定部１３１は、信号測定部１２０において測定された入射波電力および反射波電力からＳ１１パラメータを演算し、Ｓ１１パラメータの値からアンテナ素子が破損または汚れているか否かを判定する。アンテナ素子が破損または汚れている場合には、反射波電力が大きくなることから、Ｓ１１パラメータの値も大きくなる。したがって、Ｓ１１パラメータの値があらかじめ定められた値よりも大きい場合には、アンテナ素子が破損または汚れていると、異常判定部１３１が判定することが可能になる。また、Ｓ１１パラメータの値があらかじめ定められた値以下の場合には、アンテナ素子が破損または汚れていないと、異常判定部１３１が判定することが可能になる。

劣化アンテナ素子判定部１３２は、異常判定部１３１によって破損または汚れていると判定されるアンテナ素子を特定する機能を有する。例えば、信号生成部１１０から搬送波が生成されている場合に、劣化アンテナ素子判定部１３２は、アンテナ素子指定部１３３が指定しているアンテナ素子を識別し、異常判定部１３１からの良否判定結果を受信する。この場合に、異常判定部１３１から異常であることを示す判定結果を受信すれば、劣化アンテナ素子判定部１３２は、アンテナ素子指定部１３３が指定しているアンテナ素子を破損または汚れているアンテナ素子であると判定する。また、劣化アンテナ素子判定部１３２は、破損または汚れていると判定されたアンテナ素子を判定結果と関連付けて記憶部１４０に記憶する機能を有する。なお、この場合の判定結果には、Ｓ１１パラメータの値に関する情報が含まれてもよい。さらに、劣化アンテナ素子判定部１３２は、破損または汚れていないと判定されたアンテナ素子を判定結果と関連付けて記憶部１４０に記憶してもよい。この場合にも、判定結果には、Ｓ１１パラメータの値に関する情報が含まれてもよい。

アンテナ素子指定部１３３は、無線信号を送信または受信するためのアンテナ素子を指定する機能を有する。例えば、劣化アンテナ素子判定部１３２から破損または汚れていると判定されたアンテナ素子の代わりのアンテナ素子をアンテナ素子指定部１３３は指定する。アンテナ素子指定部１３３が指定する代わりのアンテナ素子は、アレーアンテナの指向性の方向および半値角の変化を最小限にするようなアンテナ素子である。アンテナ素子指定部１３３は、指定したアンテナ素子がアンテナ素子切り替え部２１０と接続または切断されるようにアンテナ素子切り替え部２１０に指示情報を出力する。

なお、アンテナ素子指定部１３３は、記憶部１４０に記憶されたすべてのアンテナ素子に関する状態情報に基づいて、劣化アンテナ素子判定部１３２から破損または汚れていると判定されたアンテナ素子の代わりのアンテナ素子を指定することができる。アンテナ素子指定部１３３と記憶部１４０との連携動作については後述する。

また、アンテナ素子指定部１３３は、指定したアンテナ素子に対応する情報、および、指定したアンテナ素子が使用状態か未使用状態かに対応する情報を関連付けて記憶部１４０に記憶する。

また、アンテナ素子指定部１３３は、アプリケーション関連制御部１５０とアプリケーション関連情報を送受信し、使用するアンテナ素子を指定する機能も有する。アンテナ素子指定部１３３とアプリケーション関連制御部１５０との連携動作については後述する。

記憶部１４０は、アンテナ装置２００に実装されているすべてのアンテナ素子に関する情報を記憶する機能を有する。例えば、記憶部１４０は、劣化アンテナ素子判定部１３２によって破損または汚れていると判定されたアンテナ素子を判定結果と関連付けて記憶する。また、記憶部１４０は、現在使用されているアンテナ素子と、現在使用されていないアンテナ素子を識別できる情報を記憶する。

アプリケーション関連制御部１５０は、アンテナ素子数決定部１５１、通信相手判定部１５２、および、アプリケーション判定部１５３を含んでいる。

アンテナ素子数決定部１５１は、アプリケーションによって使用するアンテナ素子数が決定される場合があるので、そのような場合に使用するアンテナ素子数を決定する機能を有する。例えば、受信した通信制御データの中に一度に利用できるアンテナ素子の数が規定されている場合があれば、アンテナ素子数決定部１５１は、使用できるアンテナ素子数を認識し、使用できるアンテナ素子数に関する情報をアンテナ素子指定部１３３に出力する。アンテナ素子指定部１３３は、使用できるアンテナ素子数に関する情報に基づいて、使用するアンテナ素子を指定する。

通信相手判定部１５２は、アンテナ装置２００が無線信号を送受信している通信相手を判定する機能を有する。例えば、アンテナ装置２００が受信した無線信号に含まれる通信相手識別情報から、通信相手判定部１５２は通信相手を判定する。また、例えば、通信相手には通信位置が固定されている基地局、および、通信位置が移動する場合がある移動局が挙げられる。アレーアンテナ２２０が搭載されている車両等の移動体が移動している場合には、半値角の中に通信相手が入るようにして通信品質を維持することも必要になる場合がある。このような場合には、通信相手判定部１５２は、半値角の中に通信相手が入るように、アレーアンテナの指向性を制御する指向性情報をアンテナ素子指定部１３３に出力することも可能である。アンテナ素子指定部１３３は指向性情報に基づいて、使用するアンテナ素子を指定することも可能である。

アプリケーション判定部１５３は、アンテナ装置２００が利用されるアプリケーションを判定する機能を有する。例えば、図示しないアプリケーション装置からのアプリケーション識別情報をアプリケーション判定部１５３が受信して、アプリケーション判定部１５３がアプリケーションを判定してもよい。また、例えば、アンテナ装置２００が受信した無線信号に含まれる情報からアプリケーション判定部１５３がアプリケーションを判定してもよい。使用するアプリケーション毎に仕様が異なり、利用するアンテナ素子を切り替える必要がある場合があるので、アプリケーション判定部１５３はアプリケーションが切り替わるたびに、アプリケーション情報をアンテナ素子指定部１３３に出力することも可能である。アンテナ素子指定部１３３はアプリケーション情報に基づいて、使用するアンテナ素子を指定することも可能である。

（アンテナ装置２００の構成例）
アンテナ装置２００は、アンテナ素子切り替え部２１０、および、アレーアンテナ２２０を含んで構成される。

アンテナ素子切り替え部２１０は、アンテナ素子指定部１３３から出力される情報に基づいて、アンテナ素子切り替え部２１０と接続または切断されるアンテナ素子を切り替える機能を有する。アンテナ素子切り替え部２１０と接続されたアンテナ素子から送受信される無線信号はアンテナ素子切り替え部２１０から図示しない無線通信装置を介してアプリケーション装置に入出力され、アプリケーションが実行される。

アレーアンテナ２２０の一例は図１に示したように車両の屋根に実装されるアレーアンテナである。アレーアンテナ２２０は複数のアンテナ素子を含んで構成され、利用されるアンテナ素子によって、アレーアンテナ２２０の指向性および半値角等の特性が決定されることが可能である。前述したように、劣化アンテナ素子判定部１３２は、異常判定部１３１から異常であることを示す判定結果を受信すれば、アンテナ素子指定部１３３が指定しているアンテナ素子を破損または汚れているアンテナ素子であると判定する。そして、アンテナ素子指定部１３３は、アレーアンテナの指向性の方向および半値角の変化を最小限にするように、代わりのアンテナ素子を指定する。

（アンテナ素子選択装置１００の動作例）
図６は、本実施形態に係わるアンテナ素子選択装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ６０１において、アプリケーション判定部１５３は使用されるアプリケーションを判定する。また、アンテナ素子数決定部１５１は、アプリケーション判定部１５３によって判定されたアプリケーションに基づいて、使用するアンテナ素子数を決定する。次に、アンテナ素子選択装置１００はステップＳ６０２に進む。

ステップＳ６０２において、アンテナ素子指定部１３３は、アプリケーション、および、アプリケーションによって決定されるアンテナ素子数に基づいて、使用するアンテナ素子を指定する。そして、アンテナ素子切り替え部２１０は、アンテナ素子指定部１３３から入力されたアンテナ素子指定情報に基づいて、アンテナ素子切り替え部２１０に接続されるアンテナ素子を切り替える。なお、アンテナ素子指定部１３３は、記憶部１４０に記憶された各アンテナ素子に関する情報がある場合には、当該情報を参照して使用するアンテナ素子を指定することも可能である。次に、アンテナ素子選択装置１００はステップＳ６０３に進む。

ステップＳ６０３において、アンテナ素子選択装置１００はアンテナ素子を介して通信される通信データが有るか否かを判定する。通信データが有る場合（ステップＳ６０３：ＹＥＳ）には、アンテナ素子選択装置１００はステップＳ６０８に進む。通信データが無い場合（ステップＳ６０３：ＮＯ）には、アンテナ素子選択装置１００はステップＳ６０４に進む。

ステップＳ６０４において、アンテナ素子選択装置１００はアンテナ素子が正常か異常かのチェックを実行する。例えば、アンテナ素子指定部１３３はチェックを実行するアンテナ素子を選択する。そして、信号生成部１１０は、アンテナ素子をチェックするためのテスト信号を生成する。信号測定部１２０は、アンテナ素子をチェックするための信号を測定する。信号測定部１２０の動作の詳細については上述したので、ここでは詳細は記載しないが、一例として、信号測定部１２０はＳ１１パラメータを測定する。次に、アンテナ素子選択装置１００はステップＳ６０５に進む。

ステップＳ６０５において、異常判定部１３１は信号測定部１２０の信号測定に基づいて、アンテナ素子に損傷や汚れなどの不具合があるか否かを判定する。アンテナ素子に不具合がある場合（ステップＳ６０５：ＹＥＳ）には、アンテナ素子選択装置１００はステップＳ６０６に進む。アンテナ素子に不具合が無い場合（ステップＳ６０５：ＮＯ）には、アンテナ素子選択装置１００はステップＳ６０９に進む。例えば、アンテナ素子に損傷や汚れなどの不具合があるか否かの判定は、Ｓ１１パラメータの値の大小によって、異常判定部１３１が判定することが可能である。

ステップＳ６０６において、劣化アンテナ素子判定部１３２は、破損または汚れ等の不具合が発生しているアンテナ素子を判定し、不具合が発生していると判定されたアンテナ素子を判定結果と関連付けて記憶部１４０に記憶する。次に、アンテナ素子選択装置１００はステップＳ６０７に進む。

ステップＳ６０７において、アンテナ素子指定部１３３は、劣化アンテナ素子判定部１３２から破損または汚れていると判定されたアンテナ素子の代わりのアンテナ素子を指定する。アンテナ素子指定部１３３が指定する代わりのアンテナ素子は、アレーアンテナ２２０の指向性の方向および半値角の変化を最小限にするようなアンテナ素子である。アンテナ素子指定部１３３は、指定したアンテナ素子がアンテナ素子切り替え部２１０と接続または切断されるようにアンテナ素子切り替え部２１０に指示情報を出力する。アンテナ素子切り替え部２１０は、アンテナ素子指定部１３３から出力される指示情報に基づいて、アンテナ素子切り替え部２１０と接続または切断されるアンテナ素子を切り替える。次に、アンテナ素子選択装置１００はステップＳ６０４に戻る。

ステップＳ６０８において、アンテナ素子を介して通信されるべき通信データが有るので、アンテナ素子選択装置１００を含む図示しない無線通信装置は通信を実行する。次に、アンテナ素子選択装置１００はステップＳ６０９に進む。

ステップＳ６０９において、アプリケーション判定部１５３は、利用しているアプリケーションが変更されたか否かを判定する。利用しているアプリケーションが変更された場合（ステップＳ６０９：ＹＥＳ）には、アンテナ素子選択装置１００はステップＳ６０２に戻る。利用しているアプリケーションが変更されていない場合（ステップＳ６０９：ＮＯ）には、アンテナ素子選択装置１００はステップＳ６１０に進む。

ステップＳ６１０において、アンテナ素子選択装置１００を含む図示しない無線通信装置の通信が終了したか否かを判定する。通信が終了した場合（ステップＳ６１０：ＹＥＳ）にはアンテナ素子選択装置１００は処理を終了する。通信が終了していない場合（ステップＳ６１０：ＮＯ）にはアンテナ素子選択装置１００はステップＳ６０３に戻り、処理を継続する。

（変形例１）
上記実施形態においては、信号測定部１２０が、アンテナ素子に入射される信号の入射波電力と、アンテナ素子から反射される信号の反射波電力を測定し、異常判定部１３１がＳ１１パラメータを演算し、アンテナ素子が破損または汚れているか否かを判定していた。しかし、信号測定部１２０および異常判定部１３１の実施形態は、上記構成に限定されるものではない。

例えば、無線通信装置が無線通信を実行しない間に、あらかじめ定められた送信電力を有するダミーデータを単一のアンテナ素子から送信し、他のアンテナ素子が受信したダミーデータの変化を測定し、アンテナ素子の良否を判定することが可能である。ダミーデータの変化には、送受信されたダミーデータ間の相異の程度、または、ダミーデータの受信電力の変化の程度などが挙げられる。

例えば、ダミーデータの変化が送受信されたダミーデータ間の相異の程度である場合には、信号測定部１２０は送信されたダミーデータのパターンと、受信されたダミーデータのパターンの相異をビットごとにカウントするなどの構成が可能である。この場合には、異常判定部１３１は、カウント数が大きい場合に、ダミーデータを受信したアンテナ素子が破損または汚れていると判定することができる。

例えば、ダミーデータの変化がダミーデータの受信電力の変化の程度である場合には、信号測定部１２０は、送信されたダミーデータの送信電力と、受信されたダミーデータの受信電力とを測定する構成とすることが可能である。この場合には、異常判定部１３１は、送信されたダミーデータの送信電力と、受信されたダミーデータの受信電力との間に大きな変化がある場合に、ダミーデータを受信したアンテナ素子が破損または汚れていると判定することができる。

上記の場合に、車両の天井に設置された複数のアンテナ素子の中から、１つのアンテナ素子を選択し、ダミーデータを送信し、他の複数のアンテナ素子でダミーデータを受信し、受信したアンテナ素子間のダミーデータの受信状況の違いを判定することも可能である。

また、上記の場合に、状況を確認したい１つ以上のアンテナ素子を受信状態にし、ダミーデータをあらかじめ定められたアンテナ素子から送信、または、無作為に抽出したアンテナ素子から送信する構成とすることも可能である。また、ダミーデータは規則的、または、ランダムに送信される構成とすることが可能である。

（変形例２）
複数のアンテナ素子の組み合わせによってアレーアンテナ２２０の指向性の方向、および、半値角を決定することができるので、アプリケーションの相異と通信相手の相異の組み合わせによって、利用するアンテナ素子を変更する場合がある。

例えば、車両の天井の左右方向のアンテナ素子が選択される場合に、アレーアンテナ２２０の指向性が左右方向に向くように設計することが可能である。また、車両の天井の前後方向のアンテナ素子が選択される場合に、アレーアンテナ２２０の指向性が前後方向に向くように設計することが可能である。このように、アンテナ素子およびアレーアンテナ２２０が設計されることによって、必要なアプリケーション毎に利用するアンテナ素子を切り替えることが可能になる。

この場合に、切り替えるアンテナ素子の配置によって決定される指向性に基づいて、無線信号を送信したい方向と使用するアンテナ素子との関係をデータベース化して記憶部１４０に記憶しておくことが可能である。不具合のあるアンテナ素子が発見された場合に、記憶部１４０に記憶されたデータベースに基づいて、切り替え先のアンテナ素子を絞り込むことが可能になり、アンテナ素子の切り替え効率を向上することが可能である。

（変形例３）
アンテナ素子を切り替える場合に、アンテナ素子の劣化状態を予測する手法を利用してもよい。例えば、アンテナ素子の劣化状態を記憶部１４０に記憶し、将来的な劣化状態を推定し、切り替えるべきアンテナ素子が選択されてもよい。

また、アンテナ素子の劣化をあらかじめ定められた関数に基づいて予測してもよい。例えば、あらかじめ定められた関数は、一次関数でもよいし、高次関数を利用してもよい。高次関数を利用する場合には、初期および寿命経過後の劣化程度が大きくなるような関数であってもよい。

また、他のアンテナ素子が故障に至った場合の経過情報を記憶部１４０に記憶し、経過情報に沿ってその他のアンテナ素子の状態が変化する場合には、その他のアンテナ素子を避けて利用すべきアンテナ素子が選択されてもよい。

（変形例４）
図６におけるフローチャートにおいては、ステップＳ６０７においてアンテナ素子の切り替えを実行した後に、ステップＳ６０４においてアンテナ素子のチェックを実行しているが、本実施形態はこの順番に限定されるものではない。

例えば、ステップＳ６０７においてアンテナ素子の切り替えを実行した後に、ステップＳ６０８において説明した機能である、通信データの有無が確認されるステップが追加されてもよい。特に、アンテナ素子の状況を確認する手順に時間がかかる装置である場合、または、無線通信を優先的に即座に実行する必要がある場合には、アンテナ素子の切り替えを実行した後に、通信データの有無が確認されるステップが追加されることが好ましい。この場合に、通信データがある場合には、通信が即座に実行され、ステップＳ６０４に戻るようにフロー手順が変更されることが好ましい。

以下に、本実施形態のアンテナ素子選択装置１００およびアンテナ素子選択システム１０００の特徴について記載する。

本発明の第１の態様に係る移動体に取り付けられるアンテナ素子選択装置１００は、テスト信号を生成する信号生成部１１０を含むことが好ましい。また、アンテナ素子選択装置１００は、テスト信号のアンテナ素子への入力特性と、テスト信号に対してアンテナ素子から出力または受信される出力特性を測定する信号測定部１２０を含むことが好ましい。さらに、アンテナ素子選択装置１００は、入力特性と出力特性の比較からアンテナ素子の異常を判定する異常判定部１３１と、異常であると判定されたアンテナ素子の代わりとなる他のアンテナ素子を指定するアンテナ素子指定部１３３と、含むことが好ましい。

上記構成によれば、アンテナ素子が破損、または、汚れるなど汚損した場合であっても、増幅器の負担を増加させずに、アンテナ特性の劣化を抑制し、通信品質を維持することが可能になる。

本発明の第２の態様に係るアンテナ素子選択装置１００は、入力特性は、テスト信号の電力の少なくとも一部であり、出力特性は、テスト信号がアンテナ素子において反射された反射信号の電力の少なくとも一部であることが好ましい。異常判定部１３１は、入力特性と出力特性の比較からＳ１１パラメータを演算し、Ｓ１１パラメータの大きさによって、アンテナ素子が異常であるか否かを判定することが好ましい。

上記構成によれば、単一のアンテナ素子を使用して異常判定することが可能になるので、判定に影響を与える他の要因が低減され、適切にアンテナ素子の異常を判定することが可能になる。

本発明の第３の態様に係るアンテナ素子選択装置１００において、入力特性はスプリッタ１２１を介して測定され、出力特性はカプラ１２２を介して測定されることが好ましい。

上記構成によれば、Ｓ１１パラメータの演算を適切に実施可能になるので、異常であるアンテナ素子を正確に推定することが可能になる。

本発明の第４の態様に係るアンテナ素子選択装置１００において、入力特性は、テスト信号のデータパターンであり、出力特性は、テスト信号が受信されたアンテナ素子における受信信号のデータパターンであることが好ましい。異常判定部１３１は、テスト信号のデータパターンと、受信信号のデータパターンとの相異の程度によって、テスト信号が受信されたアンテナ素子が異常であるか否かを判定することが好ましい。

上記構成によれば、異常であるアンテナ素子を判定する場合に信号の電力を測定する必要がないので回路構成が簡易になり、コストの低減を図ることも可能になる。また、テスト信号を送信するアンテナ素子と、受信するアンテナ素子に制限がないので、異常判定方法の自由度が広がる。

本発明の第５の態様に係るアンテナ素子選択装置１００において、入力特性は、テスト信号の電力の少なくとも一部であり、出力特性は、テスト信号が受信されたアンテナ素子における受信信号の電力の少なくとも一部であることが好ましい。異常判定部１３１は、テスト信号の電力の少なくとも一部と、受信信号の電力の少なくとも一部との相異の程度によって、テスト信号が受信されたアンテナ素子が異常であるか否かを判定することが好ましい。

上記構成によれば、異常であるアンテナ素子を判定する場合に、実際の送受信電力を測定することによって、適切に送受信アンテナ素子の変化を把握することも可能になる。また、テスト信号を送信するアンテナ素子と、受信するアンテナ素子に制限がないので、異常判定方法の自由度が広がる。

本発明の第６の態様に係るアンテナ素子選択装置１００のアンテナ素子指定部１３３は、以下のように動作することが好ましい。アンテナ素子指定部１３３は、異常であると判定されたアンテナ素子の代わりとなる他のアンテナ素子を指定する場合に、複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナの指向性および半値角の変化が最小となるように、他のアンテナ素子を指定することが好ましい。

上記構成によれば、異常であると判定されたアンテナ素子の代わりとなる他のアンテナ素子を指定する場合に、アンテナ特性の劣化を抑制し、通信品質を維持することが可能になる。

本発明の第７の態様に係るアンテナ素子選択装置１００は、複数のアンテナ素子の配置によって決定されるアレーアンテナの指向性があらかじめ記憶される記憶部１４０を、さらに備えることが好ましい。アンテナ素子指定部１３３は、記憶部１４０に記憶されたアレーアンテナの指向性に基づいて、異常であると判定されたアンテナ素子の代わりとなる他のアンテナ素子を指定することが好ましい。

上記構成によれば、異常であると判定されたアンテナ素子の代わりとなる他のアンテナ素子を指定する場合に、指向性を維持することが想定されるアンテナ素子を効率的に選択することが可能になる。

本発明の第８の態様に係るアンテナ素子選択装置１００の記憶部１４０は、単一のアンテナ素子の劣化状態をあらかじめ定められた方法で予測する予測情報を記憶することが好ましい。記憶部１４０は、異常であると判定されたアンテナ素子がある場合には、アンテナ素子の劣化過程を示す劣化過程情報を記憶することが好ましい。アンテナ素子指定部１３３は、記憶部１４０に記憶された予測情報および劣化過程情報に基づいて、劣化状態または異常状態に至るまでの期間がより長いアンテナ素子を他のアンテナ素子として指定することが好ましい。

上記構成によれば、予測情報および劣化過程情報に基づいて、劣化または異常に至るまでの期間がより長いアンテナ素子を他のアンテナ素子として指定することによって、良好な状態が継続することが想定されるアンテナ素子を効率的に選択することが可能になる。

本発明の第９の態様に係るアンテナ素子選択システム１０００は、アンテナ装置２００、および、第１の態様から第８の態様のいずれかに記載のアンテナ素子選択装置１００を含むことが好ましい。アンテナ装置２００は、アンテナ素子指定部によって指定されたアンテナ素子と接続または切断するように切り替えるアンテナ素子切り替え部２１０と、アンテナ素子を複数含むアレーアンテナ２２０と、を含むことが好ましい。

上記構成によれば、アンテナ素子が破損、または、汚れるなど汚損した場合であっても、増幅器の負担を増加させずに、アンテナ特性の劣化を抑制し、通信品質を維持することが可能になる。

本発明の第１０の態様に係るアンテナ素子選択システム１０００のアンテナ装置２００は、車両の天井に取り付けられることが好ましい。

上記構成によれば、アレーアンテナを車両の天井に取り付けることが可能になる。また、車両の天井に取り付けられたアレーアンテナのアンテナ素子が飛び石による破損や鳥の糞などが付着した場合にも、アンテナ特性の劣化を抑制し、通信品質を維持することが可能になる。

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。また、さまざまな実施形態の一部または全部を組み合わせて新たな実施形態とすることも可能である。

１００ アンテナ素子選択装置
１１０ 信号生成部
１２０ 信号測定部
１３０ アンテナ素子選択制御部
１３１ 異常判定部
１３２ 劣化アンテナ素子判定部
１３３ アンテナ素子指定部
１４０ 記憶部
１５０ アプリケーション関連制御部
１５１ アンテナ素子数決定部
１５２ 通信相手判定部
１５３ アプリケーション判定部
２００ アンテナ装置
２１０ アンテナ素子切り替え部
２２０ アレーアンテナ
１０００ アンテナ素子選択システム

Claims (9)

1. 移動体に取り付けられるアンテナ素子選択装置であって、
   テスト信号を生成する信号生成部と、
   前記テスト信号のアンテナ素子への入力特性と、前記テスト信号に対してアンテナ素子から出力または受信される出力特性を測定する信号測定部と、
   前記入力特性と前記出力特性の比較からアンテナ素子の異常を判定する異常判定部と、
   異常であると判定されたアンテナ素子の代わりとなる他のアンテナ素子を指定するアンテナ素子指定部と、を備え、
   前記入力特性は、前記テスト信号のデータパターンであり、
   前記出力特性は、前記テスト信号が受信されたアンテナ素子における受信信号のデータパターンであり、
   前記異常判定部は、前記テスト信号のデータパターンと、前記受信信号のデータパターンとの相異の程度によって、前記テスト信号が受信された前記アンテナ素子が異常であるか否かを判定するアンテナ素子選択装置。
2. 前記入力特性は、前記テスト信号の電力の少なくとも一部であり、
   前記出力特性は、前記テスト信号がアンテナ素子において反射された反射信号の電力の少なくとも一部であり、
   前記異常判定部は、前記入力特性と前記出力特性の比較からＳ１１パラメータを演算し、前記Ｓ１１パラメータの大きさによって、前記アンテナ素子が異常であるか否かを判定する請求項１に記載のアンテナ素子選択装置。
3. 前記入力特性はスプリッタを介して測定され、前記出力特性はカプラを介して測定される請求項１または２に記載のアンテナ素子選択装置。
4. 前記入力特性は、前記テスト信号の電力の少なくとも一部であり、
   前記出力特性は、前記テスト信号が受信されたアンテナ素子における前記受信信号の電力の少なくとも一部であり、
   前記異常判定部は、前記テスト信号の電力の少なくとも一部と、前記受信信号の電力の少なくとも一部との相異の程度によって、前記テスト信号が受信された前記アンテナ素子が異常であるか否かを判定する請求項１に記載のアンテナ素子選択装置。
5. 前記アンテナ素子指定部は、異常であると判定されたアンテナ素子の代わりとなる他のアンテナ素子を指定する場合に、複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナの指向性および半値角の変化が最小となるように、前記他のアンテナ素子を指定する請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ素子選択装置。
6. 複数のアンテナ素子の配置によって決定されるアレーアンテナの指向性があらかじめ記憶される記憶部を、さらに備え、
   前記アンテナ素子指定部は、前記記憶部に記憶された前記アレーアンテナの指向性に基づいて、異常であると判定されたアンテナ素子の代わりとなる前記他のアンテナ素子を指定する請求項５に記載のアンテナ素子選択装置。
7. 前記記憶部は、単一のアンテナ素子の劣化状態をあらかじめ定められた方法で予測する予測情報、および、異常であると判定されたアンテナ素子がある場合には、当該アンテナ素子の劣化過程を示す劣化過程情報を記憶し、
   前記アンテナ素子指定部は、前記記憶部に記憶された前記予測情報および前記劣化過程情報に基づいて、劣化状態または異常状態に至るまでの期間がより長いアンテナ素子を前記他のアンテナ素子として指定する請求項６に記載のアンテナ素子選択装置。
8. 前記アンテナ素子指定部によって指定されたアンテナ素子と接続または切断するように切り替えるアンテナ素子切り替え部と、
   前記アンテナ素子を複数含むアレーアンテナと、を含むアンテナ装置、および、
   請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナ素子選択装置、を含むアンテナ素子選択システム。
9. 前記アンテナ装置は、車両の天井に取り付けられる請求項８に記載のアンテナ素子選択システム。

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