JPH0459593B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は車載アンテナに関し、さらに詳細に
いえば、路側アンテナと車両との間でデータの送
受信を行なう路側ビーコン方式における車載側の
上記データ送受信用のアンテナに関する。

＜従来の技術＞ 従来から、車両に小型のコンピユータとデイス
プレイ装置とを搭載し、コンパクトデイスク等か
らなる記憶装置に記憶させらている道路地図デー
タを読出してデイスプレイ装置に表示させるとと
もに、車速センサからの車速データ、および方位
センサから方位データを入力として、各時点にお
ける車両の位置の算出、および走行方向の判定を
行い、これら算出結果、および判定結果に基い
て、デイスプレイ装置に表示されている道路地図
の該当部分に車両を示す表示を付加するようにし
た、いわゆるナビゲーシヨンシステムが提供され
るようになつてきている。

このようなナビゲーシヨンシステムを使用すれ
ば、車両の現在位置、および走行方向とを視覚に
より簡単に識別することができ、道に迷うことな
く、確実に目的地まで到達することができる。

しかし、上記の構成のナビゲーシヨンシステム
においては、車速センサ、方位センサが必然的に
有している誤差が、走行距離の増加とともに累積
され、走行距離が所定距離以上になると（但し、
この所定距離は各車両における車速センサ、方位
センサの誤差の程度、各センサの配設位置におけ
る雰囲気条件の変動等により定まるものであり、
必ずしも一定の距離ではない）、デイスプレイ装
置における車両表示位置が実際の車両位置から大
幅にずれ、本来の機能を発揮させることができな
くなつて、道に迷つてしまうという状態が発生す
ることになる。

このような問題点を解決する目的で、道路交通
網に、上記累積誤差が所定値以上になる距離より
も短い所定距離毎に路側アンテナを配設し、この
路側アンテナから位置データ、および道路方向デ
ータを含む信号を、比較的狭い範囲にのみ放射す
るとともに、車両に取付けられたアンテナにより
上記信号を受信してコンピユータに取込み、受信
信号に基いて車両の位置、および走行方向を正し
いデータに較正する、いわゆる路側ビーコン方式
の採用が提案されている。

このような路側ビーコン方式を採用すれば、常
に誤差の累積が所定値以下である状態で正確な位
置データ、および方位データに基く表示を行なわ
せることができるので、ナビゲーシヨンシステム
の本来の性能を発揮させることができ、特に、鉄
道線路の近く、踏切等のように方位センサに大き
な誤差を発生させ易い箇所に路側アンテナを設置
することにより、外的要因に起因する誤差の発生
をも効果的に較正することができるという利点を
有している。さらに、路側アンテナと車両との間
でデータの送受信を行ない路車間の情報伝送をも
行ない得る特徴を有している。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 上記の構成の路側ビーコン方式においては、か
なり指向性が高い路側アンテナにより常時位置デ
ータ、および道路方向データを含む信号を放射し
ているのであり、車両が上記放射信号によりカバ
ーされている領域を通過する場合にのみ信号を受
信し、受信した信号に基いて必要な較性を行なう
ことができるようにしているのであるから、送信
信号によりカバーされる領域を広くすれば、路側
アンテナに対する信号受信位置のずれが大きくな
り、十分な較性効果を達成することができないと
いう問題点がある。

さらに詳細に説明すると、路側ビーコン方式の
基本機能はあくまで位置データ、および道路方向
データを含む信号をナビゲーシヨンシステムを搭
載した車両に与えることであるが、以下の如き機
能をも追加することが、路側ビーコン方式の有効
活用の上で要求される。即ち、 路側アンテナが設置されている箇所の周辺に
おける道路の混雑情況、工事、その他の道路使
用状況等の交通情報を追加してナビゲーシヨン
システムに与えることにより、車両のスムーズ
な運行を補助すること、 路側アンテナが設置されている箇所の周辺に
おける住宅配置、個人名をも含む詳細な地図情
報を追加して、最終目的地への到達を容易化す
ること、 路側アンテナが設置されている箇所を含む、
ある程度広い範囲にわたる道路地図情報を追加
してナビゲーシヨンシステムに与えることによ
り、デイスプレイ装置により表示される道路地
図を更新し、遠隔地までの運行をスムーズに行
なわせること 路側アンテナと車両との間で双方向通信を行
なわせ路車間情報通信を行なうこと等の追加サ
ービスをも行なわせることが考えられており、
このような追加サービスをも行なわせようとす
れば、路側アンテナから放射される信号による
伝送帯域の拡大、送信信号によりカバーされる
領域の拡大が必須となる。

そして、以上のように伝送領域の拡大、および
送信信号によりカバーされる領域の拡大が行なわ
れた場合には、路側アンテナの設置位置に対する
信号受信位置のずれが大きくなり、本来の目的で
ある車両位置の較正が、上記のずれの影響を受け
て正確には行なえないことになるという問題が発
生するのである。

また、路側アンテナが設置されている位置の近
傍の建築物等の配置状態、他の車両の走行状態
が、時間とともに、或いは路側アンテナの設置位
置毎に大幅に変化し、路側アンテナから放射され
る信号が、第８図に示すように、直接車載アンテ
ナにより受信される他に、建物、路面、他の車両
等により反射された後、車載アンテナにより受信
されることになり、しかも、上記各経路を通つて
受信された信号は、それぞれ振幅、位相が異なる
のであるから、和動的、或いは作動的に重畳さ
れ、第９図に示すように、路側アンテナからの送
信信号の強度分布とは大幅に異なる強度分布の信
号となる（マルチパスによるフエーデイング現象
が発生する）ので、受信信号に基く車両位置の較
正等を行なう場合に、予期せぬ誤差が発生する。
即ち、上記重畳信号が、路側アンテナから大幅に
離れた箇所においてレベルが高い部分を有するこ
とになり、この部分を検出した時点で車両位置、
および走行方向の較正を行なつてしまうという問
題が発生することになる。

そして、このような問題を解消させるために、
本件特許出願人は、路側アンテナとしてビーム状
の放射指向性を有するアンテナを採用し、路側に
おいて車両を見下す状態で設置するとともに、車
載アンテナとして水平、および下向きの感度を低
下させるとともに、上向きの感度を向上させたも
のを採用し、車両の屋根に設置することにより、
マルチパスフエーデイングの影響を軽減するとと
もに、車両の正確なポジシヨンニング、安定した
データの授受を行なわせるようにしたものを発明
した。

しかし、上記の構成の車載アンテナを車両の屋
根に設置すると、アンテナに対する給電線の処理
が、防水対策をも含めて困難になり、コストアツ
プを招いてしまうという問題がある。

このような問題を解消するために、第１０図の
ごとく車載アンテナを単に車室内に取付けること
が考えられるが、車両の屋根２１の周縁２１ａに
よる散乱波と路側アンテナからの直接波との干渉
により受信信号強度の急激な低下が複数箇所にお
いて発生し、特にポジシヨニング機能が要求され
る場合において正確なポジシヨニングが行なわれ
なくなつてしまうという問題がある。さらに詳細
に説明すれば、第１０図に示すように、ダツシユ
ボード２２の上面に車載アンテナ２３を取付けた
場合においては、車載アンテナ２３の上部で、か
つ路側アンテナから放射される主ビーム内に上記
周縁２１ａによる散乱波が存在することにより、
直接波と散乱波との干渉が発生するので、上記散
乱波の影響を考慮した合成指向性は、第１１図に
示すように、複数箇所において受信信号強度の急
激な低下を伴なう他ローブ状の指向性になるので
ある。

上記車載アンテナ２３として、１対の平板状の
アンテナ板を共通の短絡板を介して設置板に接続
してなるデユアルビームデイスクアンテナを使用
した状態における受信レベル分布は第１２図に示
す分布となり、多数の受信信号強度の急激な低下
を伴ない、路側アンテナにスプリツトビーム指向
性を持たせた場合であつても、スプリツトビーム
指向性に起因する受信信号強度の急激な低下と、
他の（屋根の周縁による散乱波に起因する）受信
信号強度の急激な低下とが区別できないことにな
り、ポジシヨニング精度が低下してしまうのであ
る。

＜発明の目的＞ この発明は上記の問題点に鑑みてなされたもの
であり、屋根の周縁による散乱波の影響を抑制す
ることができるとともに、車室内に取付けること
ができる、路側ビーコン方式における車載アンテ
ナを提供することを目的としている。

＜問題点を解決するための手段および作用＞ 上記の目的を達成するための本発明の路側ビー
コン方式における車載アンテナは、道路上を通過
する車両の上方または斜め上方から下向きに信号
を放射する路側アンテナからの上記信号を受信す
るために車両に搭載される、路側ビーコン方式に
おける車載アンテナについて、 上方にシヤープな指向性を有するとともに、車
両の屋根の周縁に対して波長よりも小さい間隔を
存した状態で、車両の屋根から見下す俯角が90度
よりも小さい範囲で車室内に設置されたものであ
ることを特徴とする。

半無限導体板に平面波が入射すると、この無限
導体の縁部では、この縁部に垂直な二次元平面に
おいて放射状に伝搬する散乱波が生じることが知
らている（たとえば「アンテナ工学ハンドブツ
ク」（電子通信学会編）第523頁〜第525頁参照。）。
すなわち、路側アンテナからの電波が上方から車
両に向けて放射されると、車両の屋根の周縁では
散乱波が生じることになる。

車載アンテナでは、上記の散乱波と、路側アン
テナからの直接波との両方が受信されるから、直
接波と散乱波との干渉による受信レベルの低下が
問題となる。

本発明では、第１３図に示すように、車両の屋
根３１の周縁３２の近傍にアンテナ３３が配置さ
れる。ただし、矢印３４が車両の進行方向を表す
ものとし、３５は路側アンテナからの直接波を表
すものとする。

屋根３１と路側アンテナからの直接波３５との
なす角をθとし、屋根３１からアンテナ３３を見
下す俯角をφとする。３６は、周縁３２からアン
テナ３３に向かう散乱波を示す。なお、ここで
は、直接波３５の伝搬方向が、車両の進行方向を
含む鉛直面内にある場合を例にとるものとする。

この場合に、アンテナ３３で受信される直接波
３５と、周縁３２で散乱されてアンテナ３３に至
る散乱波３６との行路差Ｌは、周縁３２とアンテ
ナ３３との距離をｄとして、 Ｌ＝ｄ｛１＋cos（θ＋φ）｝ …(1) となる。したがつて、直接波３５と、散乱波３６
との位相差Δは、電波の波長をλとすれば、 Δ＝Ｌ／λ×360°＝ｄ／λ｛１＋cos（θ＋φ）｝×36
0° …(2) となる。

角度θは、車両が矢印３４方向に移動するに伴
つて変化するが、θ≧（180°−φ）では直接波３
５は屋根３１で遮蔽されるから、 0°≦θ≦180°−φ …(3) であるものとする。また、 0°≦φ≦90° …(4) であるものとする。

このとき位相差Δは、θ＝（180°−φ）で最小
値0°をとり、θ＝0°で最大値 ｄ／λ（１＋cosφ）×360° …(5) をとる。すなわち、 0°≦Δ≦ｄ／λ（１＋cosφ）×360°…(6) である。

もしも、アンテナ３３がダツシユボード上など
のように、周縁３２から遠い位置にあると、距離
ｄが波長λに比較して大きくなる。この場合に
は、角度θが0°から（180°−φ）に至るまでに、
受信レベルの減衰条件（直接波３５と散乱波３６
とが逆相となる条件）である下記第(7)式を満たす
整数ｎが多数存在することになる。この第(7)式と
上記の第(2)式とから、受信レベルの低下回数は、
距離ｄに比例することが理解される。

Δ＝（180°＋ｎ×360°）＝180°×（１＋2n） …(7) この第(7)式を満たす整数ｎの個数が最小となる
のは、ｎ＝０のみが許容される場合である。した
がつて、ｎ＜１が条件となり、結局、 Δ＜180°×３＝540° …(8) が満たされればよい。そのためには、上記第(6)式
から、 ｄ／λ（１＋cosφ）×360°＜540°…(9) であればよいことになる。この第(9)式をｄについ
て解くと、 ｄ＜3λ／２（１＋cosφ） …(10) となる。

したがつて、この範囲に距離ｄを選べば、直接
波３５と散乱波３６との干渉による受信レベルの
低下は高々１回だけであり、２回以上の受信レベ
ル低下が生じる場合に比較して、受信状況が格段
に向上される。

上記の第(10)式をφ＝0°、30°、45°、60°の条件
で
検討すると、各φの値を第(10)式に代入して、次の
第（11）式〜第（14）式を得る。

φ＝0°のとき ｄ＜0.75λ …（11） φ＝30°のとき ｄ＜0.804λ …（12） φ＝45°のとき ｄ＜0.878λ …（13） φ＝60°のとき ｄ＜λ …（14） すなわち、φ≧60°なら、ｄ＜λが満足されれ
ば受信レベルの低下回数を１回にできる。そこ
で、ｄ＜λとすることとすると、φ＜60°のとき
には、上記第(7)式におけるｎ＝１の場合が生じ得
ることになる。すなわち、車両が路側アンテナを
通り過ぎる際に、２回に渡つて受信レベルが低下
することになる。

しかし、ｎ＝１の場合とはΔ＝540°の場合であ
つて、屋根３１から見た電波３５の到来方向の仰
角θは十分小さくなる。このことを以下に詳述す
る。

すなわち、Δ＝540°のときには、上記第(2)式か
ら、 ｄ／λ｛１＋cos（θ＋φ）｝×360°＝540° …（15） であるから、 cos（θ＋φ）＝３／２・λ／ｄ−１ …（16） となる。ｄ＜λであるので、 １／２＜３／２・λ／ｄ−１…（17） である。また、上記第(3)式から、 φ≦θ＋φ≦180° …（18） であり、しかも、0°≦φであるから、 0°≦θ＋φ≦180° …（19） である。それゆえ、 ０≦cos（θ＋φ）≦１ （20） となる。その結果、上記第（16）式、第（17）式
および第（20）式から、 １／２＜cos（θ＋φ）≦１ …（21） を得る。これより、 0°≦θ＋φ＜60° …（22） となる。

たとえば、20°≦φであるとすると、 0°≦θ＜40° …（23） となり、角度θは十分小さくなる。

車両のフロントガラスやリヤガラスの傾斜角
は、20°〜90°であるから、20°≦φは、アンテナを
車室内を設置する場合には必然的に満たされる。

路側アンテナは車両の上方から下向きに信号を
放射する指向特性を有している。したがつて、θ
＜40°のような角度範囲では、車両から路側アン
テナまでの距離が遠いので、路側アンテナからの
電波は弱く、しかも車載アンテナも上方にシヤー
プな指向性を有しているので、車両での受信レベ
ルはもともと十分ではない。すなわち、θ＜40°
のような角度範囲での電波は受信は、車載装置で
はもともと予定していないところである。したが
つて、このような角度範囲で受信レベルの低下が
生じたとしても何ら問題は生じない。

このようにして、ｄ＜λに選択すれば、受信レ
ベルの低下を高々１回にすることができるか、ま
たは２回の受信レベルの低下が生じたとしても、
ほぼ垂直下方に向けて信号を放射する路側アンテ
ナからの信号の受信に支障が生じることはない。

路側アンテナが路側の支柱に取付けられている
場合のように、路側アンテナからの信号の伝搬方
向が車両の進行方向を含む鉛直面に対して傾斜し
ている場合であつても、上記のように受信レベル
の低下回数が距離ｄに比例することからもわかる
ように、ｄ＜λとすることによつて、受信レベル
の低下回数を減少させて、受信状況を向上するこ
とができる。

なお、アンテナ３３の車両の屋根から見下す俯
角が90°よりも小さい範囲に設置することにより、
上方から到来する路側アンテナからの信号を受信
することができる。

一方、上記のようにアンテナ３３を周縁３２の
近傍に配置することとした結果、第１３図に示す
ように、アンテナ３３にはボンネツト３７からの
反射波３８も到来する。そこで、本発明では、ア
ンテナ３３として上方にシヤープな指向性を有す
るものを採用することとしている。

すなわち、アンテナ３３は、反射波３８に対す
る感度が低いので、ボンネツト３７からの反射波
３８と直接波３５との干渉を防止して、良好に直
接波３５を受信することができる。

なお、上方にシヤープな指向性を実現するアン
テナとしては、たとえばマイクロストツプアンテ
ナ、スロツトアンテナおよびホーンアンテナなど
の、周知の指向性アンテナを用いることができ
る。

なお、上記車載アンテナはコーナーリフレクタ
型アンテナであつてもよく、また、上述の指向性
を実現できる他のアンテナが採用されてもよい。

また、上記車載アンテナは、ルームミラーの背
面に取付けられることが好ましく、このようにす
れば、前方の視界がアンテナにより制限されるこ
とがない。

＜実施例＞ 以下、実施例を示す添付図面によつて詳細に説
明する。

第１図はこの発明の車載アンテナの一実施例を
示す斜視図であり、所定箇所において約90°折曲
したリフレタク板１の折曲部にダイポール２を取
付けて、コーナーリフレクタ型アンテナを構成し
ている。

第２図は車室内における取付け状態を示す縦断
面図であり、上記リフレクタ板１の長辺側端縁を
屋根３の前側の周縁所定位置に連結しているとと
もに、短辺側端縁をフロントガラス４に当接させ
ている。なお、屋根３の周縁とダイポール２との
間の距離ｄは、路側アンテナからの波長よりも短
く設定されており、たとえば信号周波数が2.5G
Hzであれば、 ｄ＜3.0×10⁸（ｍ）／2.5×10⁹（Hz）＝12（cm
） とされる。また、図中５はダツシユボードであ
り、６はハンドルである。

上記の構成の車載アンテナを路側ビーコン方式
に採用した場合には、例えば、スプリツトビーム
指向性を有する路側アンテナ７（第３図参照）の
近傍が車両が通過する場合において、スプリツト
ビーム指向性に起因する電界強度の急激な低下点
を正確に検出することができる。路側アンテナ７
は、道路上を通過する車両の斜め上方から、車両
に向けて信号を放射するものである。

上記車載アンテナに近似できるアンテナとし
て、第４図に示すように、300mm×270mmの金属板
３′に対して400mm×270mmのガラス板４′を30°の
傾斜角度で取付け、リフレクタ板１の長辺側端縁
を上記金属板３′の周縁に取付けるとともに、短
辺側端縁を上記ガラス板４′に取付け、さらにリ
フレクタ板１の折曲部にダイポール２を取付けた
ものを使用して指向性を実測したところ（但し、
信号周波数を2.5GHzに設定している）、第５に示
すように、若干車両の前方向に傾いた状態でほぼ
上方を向く放射ビームが観測された。尚、第５図
Ａはダイポール２に直角な面における放射ビーム
を示し、同図Ｂはダイポール２を含む面における
放射ビームを示している。

上記放射ビームから明らかなように、主放射方
向の範囲においては、放射電界強度の急激な低下
点は全く観測されず、金属板３′の周縁からの散
乱波と路側アンテナ７からの直接波との干渉の影
響をほぼ完全に排除した指向性を達成している。
すなわち第５図Ａにおいて参照符号１１で示すよ
うな、指向性利得の低下は、屋根３からの仰角が
十分に小さい角度位置で生じているに過ぎないの
で、下方に向けて信号を放射する路側アンテナ７
からの信号の受信に不具合が生じることはない。

したがつて、上記の構成の車載アンテナを搭載
した状態で車両を走行させた場合には、路側アン
テナ７から十分に離れた位置においては受信信号
強度がほぼ零レベルであり、路側アンテナ７に近
接するのに伴なつて受信信号強度が増加し、路側
アンテナ７にほぼ正対する位置において受信信号
強度が急激にほぼ零レベルにまで低下し（スプリ
ツトビーム指向性の影響）、その後は、路側アン
テナ７から離れるのに伴なつて受信信号強度が低
下し、路側アンテナ７から十分に離れた状態にお
いて受信信号強度が再びほぼ零レベルになり（第
６図参照）、上記受信信号強度の急激な零レベル
への低下を検出することにより、正確なポジシヨ
ニングを行なうことができる。

この第６図と第９図または第１２図との比較か
ら明らかなように、本実施例の車載アンテナによ
れば、受信レベルの低下回数が低減され、路側ア
ンテナ７からの直接波と屋根３の周縁からの散乱
波との干渉の影響を効果的に抑制して、受信状況
を格段に向上することができる。

なお、この第６図の測定例では、路側アンテナ
７からの信号の伝搬方向は、車両の進行方向を含
む鉛直面に対して或る傾斜角を有している。

第７図は他の実施例を示す斜視図であり、上記
実施例と異なる点は、車両の屋根３に対して支持
アーム８を介して取付けられたルームミラー９の
背面側（車両の進行方向側）にリフレクタ板１を
取付けした点のみである。

したがつて、この実施例の場合にも、上記実施
例と同様に、屋根３の周縁からの散乱波と路側ア
ンテナ７からの直接波との干渉の影響を効果的に
抑制して優れた指向性を達成することができ、正
確なポジシヨニングを行なうことができる。

また、この実施例においては、主として後方の
状態を確認するために使用されるルームミラー９
の背面側に車載アンテナを取付けているのである
から、車両を走行させる場合において視界を妨げ
ることが全くなく、車両走行時における安全性を
確保することができる。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるもの
ではない。たとえば、上記の実施例では、所定位
置で直角に折曲してなるリフレクタ板の折曲部に
ダイポールを取付けたコーナーリフレクタ型の車
載アンテナが用いられているが、このようなアン
テナに代えて、上方にシヤープな指向性を持たせ
ることができる他のアンテナが適用されてもよ
い。このようなアンテナには、マイクロストリツ
プアンテナ、スロツトアンテナおよびホーンアン
テナなどの指向性アンテナがある。

また、上記の実施例では、コーナーリフレクタ
型アンテナのリフレクタ板を車両の屋根に連結さ
せているが、リフレクタ板を屋根の周縁から僅か
に離れた箇所に配置するようにしてもよい。

さらに、屋根の前側の周縁に車載アンテナを取
付け代わりに、屋根の後側の周縁に車載アンテナ
を取付けるようにしてもよい。

＜発明の効果＞ 以上のようにこの発明によれば、上方にシヤー
プな指向性を有する車載アンテナを、車両の屋根
の周縁に近接させ、かつ、車室内に取付けてい
る。

このため、屋根の周縁からの散乱波と路側アン
テナからの直接波との干渉を効果的に抑制して、
優れた指向性を達成するこができ、路側ビーコン
方式に適用することにより正確なポジシヨニング
を行うことができる。

また、アンテナ車室内に取り付けられているの
で、アンテナに対する給電線の処理や防水対策な
どが容易になるという効果をも奏することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の車載アンテナの一実施例を
示す斜視図、第２図は第１図の車載アンテナを車
両に取付けた状態を示す縦断面図、第３図は路側
アンテナの構成の一例を示す斜視図、第４図は車
載アンテナの実験モデルの構成を示す斜視図、第
５図は実験モデルの放射指向性を示す実測図、第
６図は道路に沿う受信信号強度の変化を示す図、
第７図は他の実施例を示す斜視図、第８図は路側
アンテナと車載アンテナとの関係の従来例を示す
概略図、第９図は従来の車載アンテナによる道路
に沿う受信信号波形図、第１０図はダツシユボー
ドに車載アンテナを取付けた状態を示す概略図、
第１１図は第１０図の車載アンテナにおける合成
指向性を示す図、第１２図は道路に沿う受信信号
強度の変化を示す図、第１３図は本発明のアンテ
ナの作用を説明するための図である。 １……リフレクタ板、２……ダイポール、３…
…屋根。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 道路上を通過する車両の上方または斜め上方
   から下向きに信号を放射する路側アンテナからの
   上記信号を受信するために車両に搭載される、路
   側ビーコン方式における車載アンテナにおいて、 上方にシヤープな指向性を有するとともに、車
   両の屋根の周縁に対して路側アンテナからの信号
   の波長よりも小さい間隔を存した状態で、車両の
   屋根から見下す俯角が90度よりも小さい範囲で車
   室内に設置されたものであることを特徴とする路
   側ビーコン方式における車載アンテナ。 ２ 車載アンテナがコーナーリフレクタ型アンテ
   ナである上記特許請求の範囲第１項に記載の路側
   ビーコン方式における車載アンテナ。 ３ 車載アンテナがルームミラーの背面に取付け
   られたものである上記特許請求の範囲第１項また
   は第２項の何れかに記載の路側ビーコン方式にお
   ける車載アンテナ。