JPH10163745A - 路上機のアンテナ装置 - Google Patents
路上機のアンテナ装置Info
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Abstract
の通信領域内電力放射レベルを持ち、走行車線と隣接車
線とのアイソレーションが従来よりも少ない路上機のア
ンテナ装置を得る。 【解決手段】 車両進行方向の放射指向性をペンシル形
状とし、道路幅員方向の放射指向性をセクター形状とし
たアンテナを用いたものである。
Description
る車両からノンストップで料金を収受する料金所の路上
機に取り付けられるアンテナ装置に関するものである。
ド方式料金収受システムが導入されていた。この収受シ
ステムについては、例えば、東芝レビュー(40巻3
号)昭和60年p189〜192「磁気カード方式料金
収受システム」、あるいは三菱重工技報VOL.22N
o.6(1985−11)p127〜132「磁気カー
ド方式料金収受機械におけるシステム技術」に詳述され
ている。
ては、一般の道路から高速道路に入る場合、反対に高速
道路から一般道路に出る場合にはどうしても料金所で一
旦停止して通行券の受取りや料金支払いを行う必要があ
り、そのために料金所の手前で多くの車が列をなすこと
が多い。このような課題を改善するため、かねてから料
金所で一旦停止することなく、料金の収受ができるノン
ストップ自動料金システムが提案されている。
三菱重工技報VOL.32NO.4(1995−7)p
264〜267「高速道路の交通管理システムにおける
ニーズと技術開発」、NIKKEIBUSINESS
1995年11月13日号p155〜158「道路から
車に情報”発進”日欧米で主導権争い」、あるいは公表
特許公報平5−508492「電気的車両料金徴収装置
および方法」などに記述されており、特に公表特許公報
平5−508492には具体的に詳述されている。
路上に設けた路上機と車両に搭載した車載機との間で情
報の伝送を行う必要がある。図10は従来例として例え
ば、S.Yacoubi、”An Electroni
c Toll and Traffic Manage
ment System”、Microwave Jo
urnal,pp.64−72,July 1994に
示されたノンストップ料金収受システムの路上機と車載
機との情報伝送を示したものである。図において、1は
自動車、2はバイク、3a,3bはそれぞれ自動車、バ
イクに搭載した車載機である。4は路上機であり、5,
6はそれぞれ路上機4に設けた送信アンテナおよび受信
アンテナである。また、7は路上機4を取り付けるため
の支柱、8は走行車線、9は車線を分離するためのアイ
ランドであり、10は隣接車線である。路上機4と車載
機3aあるいは3bとの間で情報の伝送を行い、一旦停
止することなくノンストップで料金の収受を行う。
えば、T.Watanabe他2名、”Circula
rly Polarized Microstrip
Antenna for the Automatic
Vehicle Identification S
ystem”、ITS横浜、1995,pp.1559
−1564に示されたノンストップ料金収受システムの
路上機アンテナを示す構成図である。図において、5は
路上機に設けた送信アンテナ、11はマイクロストリッ
プアンテナ、12はマイクロストリップアンテナを給電
する給電線路である。この給電線路で各マイクロストリ
ップアンテナに、所望の放射パターンが得られるような
振幅・位相で給電する。
幅員方向の放射指向性を示す。図において9a,9b,
9c,9dはアイランド、8は走行車線、10a,10
bは隣接車線である。図11(c)は上記送信アンテナ
5の車両進行方向の放射指向性を示す。図において21
は車両進行方向の通信領域である。図の路上機のアンテ
ナ装置の放射特性は、所望の走行車線8の内部で道路幅
員方向および車両進行方向とも、所定の領域(通信領
域)を一定のレベルで照射できる、いわゆるセクター形
状となっている。
干渉を抑圧するためには、走行車線のみを照射し、隣接
車線には放射がないような放射特性が要求される。通
常、アンテナの放射指向性としてはビームの中心が利得
の最大となるペンシルビームが多く用いられる。しか
し、所望の領域のみを照射するような場合はビームを成
形し、セクタービームパターンを有するアンテナのほう
が有利である。しかし、このセクタービームを得るため
には、特定の振幅・位相で励振する必要があり、通常の
ペンシルビームよりは複雑になる。アンテナの励振振幅
位相分布と放射指向性とはフーリエ変換の関係があり、
その関係はパルス幅と周波数帯域幅の関係と類似してい
ることは周知である。パルスをフーリエ変換すればいわ
ゆるsinc関数(sinx/x)になり、この分布を
離散的にマイクロストリップアンテナの振幅・位相で実
現する。よりパルスの立ち上がりを急峻にするためには
より周波数帯域幅を広くする必要があると同様、通信領
域内のみを照射するためにはより大きなアンテナが必要
になる。
収受システムは日本国内においては官民共同開発中であ
り、実用化は平成9年度以降とも言われている。一方海
外の一部の国においては、上記公報に示されているよう
なシステムが運用されている。
システムでは、所望の走行車線上に規定する3次元的通
信領域内に存在する車載機と路上機のアンテナ装置との
間で情報の授受を行うものであるが、前記路上機のアン
テナは自車線のみを照射し、隣接車線には干渉が少ない
ようなセクター形状の放射指向性を有することが望まし
い。しかしながら、進行方向の放射指向性をセクター形
状にすると利得の低下が大きい問題点があった。また、
通信領域に対応するビームの成形を行うためには、アン
テナ寸法が大きくなるため、給電損失の増加、重量の増
加、コストの増加、保守性の不良、美観を損ねる等の問
題点があった。
る際、路上機のアンテナ装置を取り付けるための支柱、
料金所ボックス、アイランド等の周囲環境の影響のた
め、アンテナ放射指向性が変化してしまう問題点があっ
た。
同等以上の通信領域内電力放射レベルを持ち、走行車線
と隣接車線とのアイソレーションが従来よりも大きい路
上機のアンテナ装置を得ることを目的とする。
ために、第1の発明による路上機のアンテナ装置は、車
両進行方向の放射指向性をペンシル形状とし、道路幅員
方向の放射指向性をセクター形状とした放射指向性を有
するアンテナを用いたものである。
装置は、車両進行方向の放射指向性をペンシル形状と
し、道路幅員方向の放射指向性をセクター形状とした放
射指向性を有するアンテナをマイクロストリップアンテ
ナにより構成し、マイクロストリップアンテナと同一平
面上に給電回路を構成し一層構造としたものである。
装置は、上記路上機のアンテナを円偏波励振としたもの
である。
装置は、アンテナ放射素子の配列の一部にビーム成形用
素子を追加したものである。
装置は、送信アンテナおよび受信アンテナを同一平面上
に並べて構成したものである。
装置は、送信アンテナあるいは受信アンテナあるいはそ
の両方のアンテナの照射角度を調整する調整機能を設け
たものである。
装置は、送信アンテナあるいは受信アンテナあるいはそ
の両方のアンテナを保護するレドームとしてポリプロピ
レン材を用いたものである。
略構成図である。図において、13はダイポールアンテ
ナ、14は地導体であり直線偏波を放射する。ダイポー
ルアンテナ13を複数個配列することで、送信アンテナ
5あるいは受信アンテナ6を構成し、さらに上記送信ア
ンテナ5、受信アンテナ6および送受信機とで路上機4
が構成される。
イポールアンテナ13(以下放射素子という)を特定の
振幅・位相で励振することによりアンテナビームを形成
するが、複雑な形状のビームを形成するためには、素子
数を多くする必要があることは周知の事実である。この
発明の実施の形態1によれば、道路幅員方向の放射素子
数を多くして所望の走行車線8のみを放射して、隣接車
線10に対して干渉の少ないセクター形状の放射指向性
を得ることは従来と同一であるが、車両進行方向の放射
素子数を道路幅員方向の放射素子数よりも少なくして上
記走行車線8上の通信領域21内の放射指向性をペンシ
ル形状の放射指向性としたことを特徴とする。
テナの利点は以下のとおりである。道路幅員方向では、
走行車線8と隣接車線10との干渉を抑圧するために、
急激に利得が低下するセクター形状の放射指向性が優れ
ているが、車両進行方向では必ずしもセクター形状の放
射指向性が適していない。すなわち、進行方向の通信領
域は通信車両の通過速度に応じて変化し、例えば、80
km/hの通過速度のとき進行方向に4mの領域が必要
とされる。ところで、前後に大型車両のある場合は通信
領域が制限されるため、急激に利得が低下するセクター
形状の放射指向性よりも、なめらかな放射指向特性をも
ち、かつピーク利得の高いペンシル形状の放射指向性の
ほうが確実な通信が可能である。
失は受信機の性能(NF)に大きく影響する。従来のよ
うな大きなアンテナでは損失も大きくなり、仮に大きな
アンテナを用いてビームを成形できても、損失が大きく
なればその有効性を発揮できない。従って、少しでもア
ンテナを小さくして損失を低減することが重要である。
は、従来の実施例で述べたようにアレーアンテナをsi
nc関数的な励振分布で励振する必要がある。位相で言
えば、0度と180度の位相を組み合わせる必要があ
る。この場合、中心部分は0度、その周辺部分は180
度の位相で励振する。一方、ペンシルビーム形状の放射
指向性を得るためには、全て0度(同位相)で励振する
必要がある。そこで、道路幅員方向の放射素子配列の励
振分布をsinc関数的とし、車両進行方向の放射素子
配列の励振分布を同位相としておけば、本発明の実施の
形態1の放射指向性が得られる構成が容易に可能とな
る。
1による路上機のアンテナ装置の放射パターンの計算例
であり、道路幅員方向の放射素子数を従来例と同一とし
て、車両進行方向の放射素子数を従来例の半分とした例
を示す。道路幅員方向ではほぼ一定の利得が得られるセ
クター形状の放射指向性、車両進行方向ではペンシル形
状の放射指向性となっていることがわかる。また、図3
は、この発明の実施の形態1による路上機のアンテナ装
置を用いた場合の路上の電力分布を示す。走行車線8の
通信領域21の範囲内では、道路幅員方向ではほぼ一定
の電力分布であり、車両進行方向では進行方向中心部の
レベルが高いペンシル形状の電力分布となっている。
願人による計算結果によれば、走行車線8の道路幅員長
を3m、通信領域21の進行方向長を4mと仮定したと
き、所望の通信領域内の最低指向性利得は、この発明の
実施の形態1のとき2.7dBであり、従来例では2.
4dBとなり、この発明のほうが利得が高い。この発明
の実施の形態1では素子数が従来例の半分となっている
ためアンテナ寸法も半分となり、給電損失が低減できる
ため、所望の通信領域内の電力レベルを従来例と同等以
上とすることが可能となる。
イランド9の幅員長を1.7mと仮定したとき、走行車
線8と隣接車線10とのアイソレーションは、この発明
の実施の形態1のとき約18dBであり、従来例では約
16dBとなり、アイソレーション特性も従来例と同等
以上とすることが可能となる。この発明では車線間の干
渉を従来例よりも小さくできるため、料金収受の誤りの
発生を従来例よりも小さくすることができる。
は従来の半分でよいため、路上機4の外形寸法は従来の
約半分の大きさとなり、小型化・軽量化を実現できる。
さらに、通信領域内の電力レベルおよび、走行車線と隣
接車線とのアイソレーションの電気性能を従来例の電気
性能よりも向上することができる。すなわち、道路幅員
方向ではセクター形状の放射指向性、車両進行方向では
ペンシル形状の放射指向性となるビームを構成すること
で、通信領域に適合した放射指向性が得られ、システム
に最適な特性を得ることができる。ここでは、放射素子
としてダイポールアンテナの例を示したが、ヘリカル、
スロット等他の素子を用いてもこの発明は有効である。
さらに、給電線路はマイクロストリップ線路、トリプレ
ート線路、同軸線路等が考えられるが特に給電線路形式
には依存せず、アンテナ素子への給電方法にもこの発明
は依存しないことは言うまでもない。
態2を示す概略構成図である。図において、15は誘電
体基板であり、地導体14とによりマイクロストリップ
アンテナ11を構成する。マイクロストリップアンテナ
は構成が簡単であり、通常は銅張誘電体基板をエッチン
グするだけで容易に製作することができるため、低コス
ト化・薄型化・小型化が可能である。また、電力合成・
分配回路等の給電線路をマイクロストリップ線路で放射
素子と同一平面上に構成することにより一回のエッチン
グで簡単に製作できる薄型アンテナが得られる効果があ
る。給電線路としてはシリーズに給電する直列給電方式
に比べ、2分配器で構成する並列給電方式が周波数特性
を小さくできるため、有効である。
態3を示す概略構成図である。図において、16は入出
力端子であり、17は円偏波励振用切欠きである。ここ
では放射素子としてマイクロストリップアンテナの例を
示した。円偏波の励振方式として1点給電で縮退分離素
子を装荷する方法を示したが、2点給電とし直交した位
置に給電線路等で90度に位相差をつけて励振しても良
く、いずれの方式でもエッチングで簡単に製作できる特
徴がある。また、電力合成・分配の方式はT分岐回路、
ウィルキンソン回路、ハイブリッド回路等を用いてもこ
の発明は有効である。円偏波を用いることで路面、車体
からの反射を低減でき、反射が多い環境においては特に
有効である。
態4を示す概略構成図である。図において、18はビー
ム成形用素子であり、車両進行方向の放射素子配列のな
かの中央部分の放射素子配列に対して、道路幅員方向に
追加するものである。ビーム成形用素子の追加により道
路幅員方向の放射指向性のセクター形状化を強調するこ
とができる。
は2n (n=0,1,2,・・)が良い。これ以外にし
た場合、給電回路の複雑化に伴い、特性の劣化、損失の
増加となる。この点を改良するために、このビーム成形
用素子はアンテナの周辺に追加する構成とする。よって
給電回路の構成は基本的には変化せず、アレーアンテナ
端部の放射素子に給電する給電線路から2分配してビー
ム成形用素子に給電するだけでよい。
線8の道路幅員長を3m、通信領域21の進行方向長を
4mと仮定したとき、所望の通信領域内の最低指向性利
得は、この発明の実施の形態4のとき3.6dBであ
り、従来例では2.4dBとなり、この発明のほうが利
得が高い。この発明の実施の形態4では素子数が従来例
の約半分となっているためアンテナ寸法も半分となり、
給電損失が低減できるため、所望の通信領域内の電力レ
ベルを従来例と同等以上とすることが可能となる。
アイランド9の幅員長を1.7mと仮定したとき、走行
車線8と隣接車線10とのアイソレーションは、この発
明の実施の形態4のとき約23dBであり、従来例では
約16dBとなり、アイソレーション特性も従来例より
も大幅に改善することが可能となる。
態5を示す概略構成図である。送信アンテナと受信アン
テナとを同一平面上に構成することにより、小型化が可
能となり、また、製造性が向上できる。また、補修性が
容易となる効果がある。ここでは、送信アンテナと受信
アンテナとを1枚の誘電体基板上に構成する例を示した
が、送信アンテナと受信アンテナとをそれぞれ別々の誘
電体基板上に構成し、それらを同一平面上に構成しても
良い。
態6を示す概略構成図である。図において、19は路上
機4を支柱7に取り付ける際の角度調節部である。路上
機のアンテナは各車線に応じて取り付けられ、各々車線
の車両との間で料金の収受を行うため、自車線のみを照
射し隣接車線方向への放射が少ないアンテナ放射指向性
を持つように設計する必要があるが、アンテナを取り付
ける支柱、料金所ボックス、アイランドなどの周囲環境
の散乱体の影響により放射パターンが乱れてしまい、ア
ンテナ単体での性能を使用環境下において発揮できない
場合があった。そこで、アンテナ取付け部に角度調節機
構を設けることで、使用環境下で発揮し得る最良の性能
を達成することができる。
態7を示す概略構成図である。図において、20はレド
ームである。屋外環境で使用される路上機のアンテナで
は、アンテナ表面を保護する目的のレドームが必要であ
る。レドームの材料として反射の小さい低誘電率、低損
失のポリプロピレンを用いることで、アンテナ表面とレ
ドームとの間の多重反射を小さくでき、特性劣化を抑え
ることができる。また低損失化を図ることもできる。
ペンシル形状の放射指向性とし、道路幅員方向ではセク
ター形状の放射指向性とすることで、従来例とほぼ同等
以上の電力を通信領域に照射でき、隣接車線との干渉が
小さい小形の路上機のアンテナが得られる効果がある。
素子としてマイクロストリップアンテナを用い、さらに
電力合成・分配回路を平面的に構成して一層のアレーア
ンテナとして構成することにより、さらに小形化、軽量
化、量産性の向上が図れる効果がある。
ることで、路面、車体からの反射を低減できる効果があ
る。
素子を追加することで放射指向性のセクター化を強調す
ることができる。このため、従来例以上の電力を通信領
域に照射できるため利得を向上でき、隣接車線との干渉
が従来例よりも大幅に低減できる効果がある。
と受信アンテナとを同一平面上に配置することで、従来
例の約半分の大きさまで小型化を図り、製造性を向上
し、補修性を容易にする効果がある。
る機能を設けることで、アンテナの照射角度を自由に調
整でき、使用環境下で路上機のアンテナ装置が発揮し得
る最良の性能を達成できる効果がある。
リプロピレン材を用いることで、損失の少ない、量産性
の優れたレドームが得られる効果がある。
の形態1を示す概略構成図である。
の形態1の放射パターンの計算例を示す図である。
の形態1の路上の電力分布の計算例を示す図である。
の形態2を示す概略構成図である。
の形態3を示す概略構成図である。
の形態4を示す概略構成図である。
の形態5を示す概略構成図である。
の形態6を示す概略構成図である。
の形態7を示す概略構成図である。
ステムの概要を示す図である。
ーンの例を示す概略構成図である。
送信アンテナ、6受信アンテナ、7 支柱、8 走行
車線、9 アイランド、10 隣接車線、11 マイク
ロストリップアンテナ、12 給電線路、13 ダイポ
ールアンテナ、14 地導体、15 誘電体基板、16
入出力端子、17 円偏波励振用切欠き、18 ビー
ム成形用素子、19 角度調整部、20 レドーム、2
1 通信領域。
Claims (7)
- 【請求項1】 路上に設けた路上機と車両に設けた車載
機との間で情報の伝送を行うノンストップ自動料金収受
システムにおける上記路上機のアンテナにおいて、車両
進行方向ではビームの中心が利得の最大となるペンシル
形状の放射指向性とし、道路幅員方向ではある角度範囲
内の利得がほぼ一定となるセクター形状の放射指向性を
有したことを特徴とする路上機のアンテナ装置。 - 【請求項2】 上記ノンストップ自動料金収受システム
における路上機のアンテナにおいて、車両進行方向では
ビームの中心が利得の最大となるペンシル形状の放射指
向性とし、道路幅員方向ではある角度範囲内の利得がほ
ぼ一定となるセクター形状の放射指向性とし、上記放射
指向性を得るために地導体、地導体上の誘電体基板、誘
電体上の放射素子とから構成されたマイクロストリップ
アンテナを用い、前記放射素子と同一平面上に上記地導
体と上記誘電体基板とからなるマイクロストリップ線路
を用い上記マイクロストリップアンテナを給電し、上記
マイクロストリップ線路で電力合成・分配回路を構成
し、上記マイクロストリップアンテナを複数個並べて一
層の誘電体基板で構成されるアレーアンテナとして構成
したことを特徴とする路上機のアンテナ装置。 - 【請求項3】 上記アンテナ放射素子を円偏波励振とし
たことを特徴とする請求項1または2に記載の路上機の
アンテナ装置。 - 【請求項4】 上記アンテナ放射素子の配列の一部にビ
ーム成形用素子を追加したことを特徴とする請求項1〜
3のいずれかに記載の路上機のアンテナ装置。 - 【請求項5】 送信のための送信アンテナと、受信のた
めの受信アンテナとで構成し、上記送信アンテナと受信
アンテナとを車両進行方向に同一平面上に並べて構成し
たことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の路
上機のアンテナ装置。 - 【請求項6】 上記送信アンテナあるいは受信アンテナ
あるいはその両方のアンテナの照射角度を調整する調整
機能を設けたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか
に記載の路上機のアンテナ装置。 - 【請求項7】 上記送信アンテナあるいは受信アンテナ
あるいはその両方のアンテナを保護するレドームとして
ポリプロピレン材を用いたことを特徴とする請求項1〜
6のいずれかに記載の路上機のアンテナ装置。
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JP32156196A JP3296219B2 (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 路上機のアンテナ装置、路車通信システム及び料金収受システム |
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JPH10163745A true JPH10163745A (ja) | 1998-06-19 |
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JP32156196A Expired - Lifetime JP3296219B2 (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 路上機のアンテナ装置、路車通信システム及び料金収受システム |
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