JP6062201B2 - 路側アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、パッチアンテナを用いた路側アンテナに関する。

電子料金収受システム（ＥＴＣ：Electronic Toll Collection System）の普及拡大により、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）は様々なシーンで利用可能な技術として期待されている。近年では、ＤＳＲＣ路側機は、高速道路の料金所ゲートだけではなくドライブスルーや駐車場への導入、将来的には更なるシーンへの展開も検討されている。

特許第４０５３４８６号公報（本出願人提案）

ＤＳＲＣの更なる普及促進には、安価で設置パフォーマンスの優れたＤＳＲＣ路側アンテナが必要とされる。そのためにはサイズ、特に設置面積を決めるｘｙ面サイズの小型化が要求される。これに対し、現状のＤＳＲＣ路側アンテナは、電波エリアを形成するために有指向性アンテナを用い、構成としては２×２や３×３パッチアレイアンテナとなっていることが一般的である。パッチアレイアンテナでは、アンテナエレメントの数でｘｙ面サイズがほぼ決まる。すなわちアンテナエレメントの数を少なくすることが小型化につながる。しかし、アンテナエレメントの数を少なくすると所望の特性を得るのが難しい。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、アンテナエレメントが１つであるパッチアンテナを用いながら必要な性能を持つ路側アンテナを提供することにある。

本発明のある態様は、路側アンテナである。この路側アンテナは、
導体地板と、
前記導体地板上に設けられた、アンテナエレメントが１つであるパッチアンテナと、
前記導体地板に立設された複数本の導体棒とを備え、
前記複数本の導体棒は、前記パッチアンテナを囲むように等間隔に立設され、前記導体地板とそれぞれ電気的に接続され、
対象周波数における真空中の波長をλａ、各々の導体棒の長さをＬ、導体棒同士の相互間隔をｇとしたとき、
３／４×λａ≦Ｌ≦λａ、かつ
λａ／３×９５.５％≦ｇ≦λａ／３×９９.０％
であり、
前記パッチアンテナ単体で最適な軸比となる軸比中心周波数における真空中の波長をλopとしたとき、
λop≒ｇ×３
であることを特徴とする。

本発明のもう一つの態様は、路側アンテナである。この路側アンテナは、
導体地板と、
前記導体地板上に設けられた、アンテナエレメントが１つであるパッチアンテナと、
前記導体地板に立設された複数本の導体棒とを備え、
前記複数本の導体棒は、前記パッチアンテナを囲むように等間隔に立設され、前記導体地板とそれぞれ電気的に接続され、
５.８ＧＨｚにおける真空中の波長をλａ、各々の導体棒の長さをＬ、導体棒同士の相互間隔をｇとしたとき、
３／４×λａ≦Ｌ≦λａ、かつ
１６.４５ｍｍ≦ｇ≦１７.０５ｍｍ
であり、
前記パッチアンテナ単体で最適な軸比となる軸比中心周波数が６.０ＧＨｚから６.１ＧＨｚの範囲であることを特徴とする。

前記複数本の導体棒は、前記導体地板上の縁近傍に、前記導体地板の４隅を含み、各辺に同本数となるように立設されていてもよい。

前記複数の導体棒の先端側に前記パッチアンテナのアンテナエレメントより小面積の複数の無給電導体素子が配置されていてもよい。

前記パッチアンテナの基板がフッ素樹脂基板であってもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、アンテナエレメントが１つであるパッチアンテナを用いながら必要な性能を持つ路側アンテナを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る路側アンテナの斜視図。 同正面図。 同平面図。 図１〜図３に示すパッチアンテナ２の拡大図。 図１〜図３に示す路側アンテナの裏面側にＤＳＲＣ回路（ＲＦ部）８、ＤＳＲＣ回路（制御部）９、及びＤＳＲＣ回路（インターフェース部）１０の３つの基板を順次配置した状態の斜視図。 図５の構成かつ対象周波数５.８ＧＨｚ（λａ＝５１.６９ｍｍ）において、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０ＧＨｚ（λop＝４９.９７ｍｍ）、アンテナエレメント５の厚さを３.２ｍｍ、基板４をフッ素樹脂基板、パッチアンテナ２の摂動量を６.９％、導体地板１のサイズを５５ｍｍ×５５ｍｍとした場合の、金属棒３同士の相互間隔ｇをパラメータとした、金属棒３の長さＬに対するｘｚ方向半値幅特性図。 同ｙｚ方向半値幅特性図。 同ボアサイト軸比特性図。 図５において、金属棒３の長さＬ＝３／４×λａ、かつ金属棒３同士の相互間隔ｇ＝１／３×λｂとした場合の、−ｙｘｚ方向より斜視した指向性パターン図。 同場合のｘｙｚ方向より斜視した指向性パターン図。 本発明の実施の形態２に係る路側アンテナの斜視図。 同正面図。 同平面図。 実施の形態２におけるｘｚ方向指向性パターン図。 同ｙｚ方向指向性パターン図。 シミュレーションモデルに使用した路側アンテナの模式図。 対象周波数５.８ＧＨｚ（λａ＝５１.６９ｍｍ）において、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを５.８ＧＨｚ、パッチアンテナ２の摂動量を６.９％とした場合の、金属棒３同士の相互間隔ｇをパラメータとした、金属棒３の長さＬに対するｘｚ方向半値幅特性図。 同ｙｚ方向半値幅特性図。 同ボアサイト軸比特性図。 対象周波数５.８ＧＨｚ（λａ＝５１.６９ｍｍ）において、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを５.８ＧＨｚ、パッチアンテナ２の摂動量を６.９％、金属棒３の長さＬを３／４×λａとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍまで変化させた場合の、ｘz，ｙｚ方向半値幅特性図。 同場合のｘz，ｙｚ方向サイドローブ特性図。 対象周波数５.８ＧＨｚ（λａ＝５１.６９ｍｍ）において、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを５.８ＧＨｚ、金属棒３の長さＬを３／４×λａとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍまで変化させた場合の、パッチアンテナ２の摂動量をパラメータとしたボアサイト軸比特性図。 パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを５.８ＧＨｚ、金属棒３同士の相互間隔ｇを１７.２５ｍｍとし、周波数を５.５ＧＨｚ〜６.１ＧＨｚまで変化させた場合の、パッチアンテナ２の摂動量をパラメータとしたボアサイト軸比特性図。 対象周波数５.８ＧＨｚ（λａ＝５１.６９ｍｍ）において、パッチアンテナ２の摂動量を６.９％とし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍまで変化させた場合の、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopをパラメータとしたボアサイト軸比特性図。 パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０５ＧＨｚとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.４５ｍｍ，１６.６５ｍｍ，１６.８５ｍｍ，１７.０５ｍｍとした各々の場合について最適な軸比となるようにパッチアンテナ２の摂動量を調整したときの軸比対周波数特性図。 対象周波数５.８ＧＨｚにおいて、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０５ＧＨｚとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍまで変化させた場合の、パッチアンテナ２の摂動量をパラメータとしたｘｚ方向半値幅特性図。 同ｙｚ方向半値幅特性図。 同ｘｚ方向サイドローブ特性図。 同ｙｚ方向サイドローブ特性図。 パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０５ＧＨｚとしたときのパッチアンテナ２単体の摂動量と軸比の関係図。 パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０ＧＨｚとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.４５ｍｍ，１６.６５ｍｍ，１６.８５ｍｍ，１７.０５ｍｍとした各々の場合について最適な軸比となるようにパッチアンテナ２の摂動量を調整したときの軸比対周波数特性図。 対象周波数５.８ＧＨｚにおいて、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０ＧＨｚとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍまで変化させた場合の、パッチアンテナ２の摂動量をパラメータとしたｘｚ方向半値幅特性図。 同ｙｚ方向半値幅特性図。 同ｘｚ方向サイドローブ特性図。 同ｙｚ方向サイドローブ特性図。 パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.１ＧＨｚとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.４５ｍｍ，１６.６５ｍｍ，１６.８５ｍｍ，１７.０５ｍｍとした各々の場合について最適な軸比となるようにパッチアンテナ２の摂動量を調整したときの軸比対周波数特性図。 対象周波数５.８ＧＨｚにおいて、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.１ＧＨｚとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍまで変化させた場合の、パッチアンテナ２の摂動量をパラメータとしたｘｚ方向半値幅特性図。 同ｙｚ方向半値幅特性図。 同ｘｚ方向サイドローブ特性図。 同ｙｚ方向サイドローブ特性図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態１に係る路側アンテナの斜視図である。図２は、同正面図である。図３は、同平面図である。これらの図において直交する３方向であるＸＹＺ方向が定義される。路側アンテナは、導体地板１と、パッチアンテナ２と、複数本の金属棒３とを備える。

導体地板１は、略正方形の金属板でアースとして機能する。導体地板１上の中央部にパッチアンテナ２が設けられる。パッチアンテナ２は、導体地板１で裏打ちされた誘電体からなる基板４と、基板４上に導体パターンとして形成されたアンテナエレメント５とを含む。基板４は好ましくはフッ素樹脂（フッ化炭素樹脂）基板とする。アンテナエレメント５は、図４に拡大して示すように、ａ×ｂの導体パターンの対向する２つの角部をｃ×ｄの寸法で斜めに切り欠いた形状である。ここではａ＝ｂ，ｃ＝ｄとする。パッチアンテナ２の摂動量は（ｃ×ｄ）／（ａ×ｂ）で定義される。導体地板１の裏面側から同軸ケーブル７の同軸コネクタ６が貫通しパッチアンテナ２は同軸給電される。金属棒３の本数は図示の例では１２本である。導体棒としての金属棒３は、パッチアンテナ２を囲むように導体地板１上の縁近傍に、導体地板１の４隅を含み等間隔、かつ各辺に同本数（図示の例では１辺につき４本ずつ）となるように導体地板１と垂直に立設され、導体地板１と電気的に接続される。

本実施の形態の路側アンテナにおいて、対象周波数における真空中の波長をλａ、各々の金属棒３の長さをＬ（図２）、金属棒３同士の相互間隔をｇ（図３）としたとき、
３／４×λａ≦Ｌ≦λａ、かつ
λａ／３×９５.５％≦ｇ≦λａ／３×９９.０％
とする。また、パッチアンテナ２単体で最適な軸比となる（最も軸比が低く円偏波と見なせる）軸比中心周波数ｆop（以下「最適軸比周波数ｆop」とも表記）における真空中の波長をλopとしたとき、
λop≒ｇ×３
とする。また、ＤＳＲＣでは５.８ＧＨｚ帯が使用されるが、対象周波数を５.８ＧＨｚとする場合は、
３／４×λａ≦Ｌ≦λａ、かつ
１６.４５ｍｍ≦ｇ≦１７.０５ｍｍ
とし、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０ＧＨｚから６.１ＧＨｚの範囲とする。こうした条件の導出過程については末尾で詳述する。

図５は、図１〜図３に示す路側アンテナの裏面側にＤＳＲＣ回路（ＲＦ部）８、ＤＳＲＣ回路（制御部）９、及びＤＳＲＣ回路（インターフェース部）１０の３つの基板を順次配置した状態の斜視図である。ＤＳＲＣ回路（ＲＦ部）８とＤＳＲＣ回路（制御部）９は接続ケーブル１１によって相互に接続され、ＤＳＲＣ回路（制御部）９とＤＳＲＣ回路（インターフェース部）１０は接続ケーブル１２によって相互に接続される。またＤＳＲＣ回路（インターフェース部）１０には電源・通信ケーブル１３が接続される。本図に示すように路側アンテナの裏面側にアンテナサイズに収まる３つの基板を配置することでｘｙ面サイズの小型化が可能となる。

図６は、図５の構成かつ対象周波数５.８ＧＨｚ（λａ＝５１.６９ｍｍ）において、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０ＧＨｚ（λop＝４９.９７ｍｍ）、アンテナエレメント５の厚さを３.２ｍｍ、基板４をフッ素樹脂基板、パッチアンテナ２の摂動量を６.９％、導体地板１のサイズを５５ｍｍ×５５ｍｍとした場合の、金属棒３同士の相互間隔ｇをパラメータとした、金属棒３の長さＬに対するｘｚ方向半値幅（ＨＰＢＷ）特性図である。図７は、同ｙｚ方向半値幅特性図である。図８は、同ボアサイト軸比特性図である。これらの図において、金属棒３の長さＬ（横軸）は１／８×λａ間隔で０〜λａまで変化させ、金属棒３同士の相互間隔ｇはλｂ、１／２×λｂ、１／３×λｂ、１／４×λｂ（但しλｂ＝５０.２５ｍｍ≒λop）の４通りとした。これらの図より、ｆop＝６.０ＧＨｚ、３／４×λａ≦Ｌ≦λａ、かつｇ＝１／３×λｂ≒１／３×λopという条件の下で路側アンテナに適した半値幅特性（４５°以下）とボアサイト軸比特性（３ｄＢ以下）を実現可能なことが明らかである。

図９は、金属棒３の長さＬ＝３／４×λａかつ金属棒３同士の相互間隔ｇ＝１／３×λｂの場合の−ｙｘｚ方向より斜視した指向性パターン図である。図１０は、同場合のｘｙｚ方向より斜視した指向性パターン図である。これらの図からも、本実施の形態における良好な指向性が確認できる。

本実施の形態によれば、アンテナエレメント５が１つであるパッチアンテナ２を用いながら、必要な性能を持つ路側アンテナ（小型ＤＳＲＣ路側アンテナ）を実現できる。

図１１は、本発明の実施の形態２に係る路側アンテナの斜視図である。図１２は、同正面図である。図１３は、同平面図である。本実施の形態の路側アンテナは、図１等に示した実施の形態１のものと比較して、金属棒３の先端側にパッチアンテナ２のアンテナエレメント５より小面積の複数の無給電導体素子１５が配置されている点で相違し、その他の点で一致する。具体的には、金属棒３の先端に誘電体からなる基板１４が取付け固定され、基板１４上に無給電導体素子１５が３×３となるように行列配置される。無給電導体素子１５の位置は、導体地板１の相対する辺の金属棒３同士を結んだ線（図１３に一点鎖線で示す）で区画される。金属棒３の長さをＬ＝３／４×λａとすれば、共振により金属棒３の先端は電気的に開放となる。このため、金属棒３の上に設けた無給電導体素子１５の基板１４や他の取付け構造物は、金属棒３による偏波変動からアイソレーションが取れた状態となっており、容易に指向性を調整することができる。図１４は、本実施の形態における−ｙｘｚ方向指向性パターン図である。図１５は、同ｘｙｚ方向指向性パターン図である。これらの図において、無給電導体素子１５が存在する以外の条件は図９及び図１０と同じである。本実施の形態によれば、アンテナエレメント５が１つであるパッチアンテナ２を用いながら、半値幅が約３５°で、従来の３×３パッチアレイアンテナ相当の半値幅の路側アンテナを実現できる。

以下、実施の形態における条件（パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆop、金属棒３の長さＬ、金属棒３同士の相互間隔ｇ）の導出過程を詳述する。図１６（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、以下で説明するシミュレーションに使用した路側アンテナの模式図である。これらのモデルは、簡易的な構成で半値幅の狭い指向性が得られると予想される上記特許文献１の構成（本出願人提案）を参考にしている。なお、以下ではアンテナエレメント５の厚さは３.２ｍｍ、基板４はフッ素樹脂基板、導体地板１のサイズは５５ｍｍ×５５ｍｍとする。

図１７は、対象周波数５.８ＧＨｚ（λａ＝５１.６９ｍｍ）において、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを５.８ＧＨｚ、パッチアンテナ２の摂動量を６.９％とした場合の、金属棒３同士の相互間隔ｇをパラメータとした、金属棒３の長さＬに対するｘｚ方向半値幅特性図である。図１８は、同ｙｚ方向半値幅特性図である。図１９は、同ボアサイト軸比特性図である。これらの図において、金属棒３の長さＬ（横軸）は１／８×λａ間隔で０〜λａまで変化させ、金属棒３同士の相互間隔ｇは図１６（Ａ）〜（Ｄ）に示すようにλａ、１／２×λａ、１／３×λａ、１／４×λａの４通りとした。図１７及び図１８より、金属棒３の長さＬを３／８×λａ〜λａ、金属棒３同士の相互間隔ｇを１／３×λａとしたときに、ｘz，ｙｚ方向ともに半値幅が約４０°と、従来の２×２パッチアレイアンテナ相当の半値幅となることが確認できた。しかし、図１９より、金属棒３を増やしていくと（金属棒３同士の相互間隔ｇを狭めていくと）パッチアンテナ２と金属棒３との電気的な結合が大きくなり、パッチアンテナ２単体の状態から偏波変動が発生して軸比が悪化し、円偏波が得られず、ＤＳＲＣアンテナとしての利用ができなくなるという問題が明らかとなった。図１９では、金属棒３の長さＬが３／４λａ以上で軸比が低くなっている。そこで、以下、アンテナの小型化を考慮して金属棒３の長さＬを３／４×λａに固定し、金属棒３同士の相互間隔ｇとアンテナエレメント５のサイズ（摂動量と軸比中心周波数ｆop）を調整しながら円偏波となる構成を確認する。

図２０は、対象周波数５.８ＧＨｚ（λａ＝５１.６９ｍｍ）において、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを５.８ＧＨｚ、パッチアンテナ２の摂動量を６.９％、金属棒３の長さＬを３／４×λａとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍまで変化させた場合の、ｘz，ｙｚ方向半値幅特性図である。図２１は、同場合のｘz，ｙｚ方向サイドローブ特性図である。なお、１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍという範囲は、１／３×λａのおよそ±５％の範囲に相当する。これらの図より、金属棒３同士の相互間隔ｇが１６.４５ｍｍ〜１７.２５ｍｍで半値幅が４５°以下と狭くなり、金属棒３同士の相互間隔ｇが１６.２５ｍｍ〜１７.０５ｍｍでサイドローブを−１０ｄＢ以下に抑制できる。したがって、半値幅が狭く、かつサイドローブが抑制される１６.４５ｍｍ〜１７.０５ｍｍという範囲が金属棒３同士の相互間隔ｇの適切条件として導かれる。１６.４５ｍｍ〜１７.０５ｍｍという範囲は、λａ／３に対して−４.５％〜−１％の範囲に相当する。

図２２は、対象周波数５.８ＧＨｚ（λａ＝５１.６９ｍｍ）において、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを５.８ＧＨｚ、金属棒３の長さＬを３／４×λａとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍまで変化させた場合の、パッチアンテナ２の摂動量をパラメータとしたボアサイト軸比特性図である。本図より、摂動量を調整することで円偏波と見なせる軸比３ｄＢ以下にすることは可能であるが、軸比３ｄＢ以下となる金属棒３同士の相互間隔ｇは１７.２５ｍｍ〜１７.８５ｍｍであり、半値幅とサイドローブの条件から導かれる適切範囲（１６.４５ｍｍ〜１７.０５ｍｍ）からずれる。そこで、以下、半値幅とサイドローブの条件から導かれる適切範囲（１６.４５ｍｍ〜１７.０５ｍｍ）にて軸比も良好となるような条件を検討する。

軸比の条件から導かれる適切範囲（１７.２５ｍｍ〜１７.８５ｍｍ）は、１／３×λａに対して０〜＋３.５％の範囲である。これより、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopにおける真空中の波長λopを、対象周波数である５.８ＧＨｚにおける真空中の波長λａではなく、半値幅とサイドローブの条件から導かれる金属棒３同士の相互間隔ｇの基準波長λｂとほぼ同一になるよう変化させて設定すれば、半値幅とサイドローブの条件を満たしながら摂動量のみの変更で軸比を調整できると推測される。金属棒３同士の相互間隔ｇを半値幅とサイドローブの条件から導かれる適切範囲の中央値１６.７５ｍｍに設定すると、基準波長λｂはその３倍の５０.２５ｍｍで周波数は約６.０ＧＨｚとなる。そこで、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０ＧＨｚとしたときに対象周波数５.８ＧＨｚで円偏波が発生するかを検証する。

図２３は、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを５.８ＧＨｚ、金属棒３同士の相互間隔ｇを１７.２５ｍｍとし、周波数を５.５ＧＨｚ〜６.１ＧＨｚまで変化させた場合の、パッチアンテナ２の摂動量をパラメータとしたボアサイト軸比特性図である。なお、本図においてパッチアンテナ２単体の軸比特性も併せて示す。本図より、パッチアンテナ２は金属棒３により偏波変動が発生し、５.８ＧＨｚより２００ＭＨｚ離れた周波数において軸比が良くなる傾向が確認された。このため、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０ＧＨｚとした場合、６.０ＧＨｚより２００ＭＨｚ低い５.８ＧＨｚにおいて円偏波を発生させることは可能と推測される。

図２４は、対象周波数５.８ＧＨｚ（λａ＝５１.６９ｍｍ）において、パッチアンテナ２の摂動量を６.９％とし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍまで変化させた場合の、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopをパラメータとしたボアサイト軸比特性図である。本図より、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０〜６.１ＧＨｚとすることで、半値幅とサイドローブの条件から導かれる金属棒３同士の相互間隔ｇの適切範囲（１６.４５ｍｍ〜１７.０５ｍｍ）において軸比を３ｄＢ以下に抑えられることが確認された。なお、更に軸比を最適化するには、摂動量を調整すればよい。

以下、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopが６.０５ＧＨｚ、６.０ＧＨｚ、及び６.１ＧＨｚの各々の場合について、軸比、半値幅、及びサイドローブをシミュレーションした結果を説明する。

図２５は、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０５ＧＨｚとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.４５ｍｍ，１６.６５ｍｍ，１６.８５ｍｍ，１７.０５ｍｍとした各々の場合について最適な軸比となるようにパッチアンテナ２の摂動量を調整したときの軸比対周波数特性図である。本図より、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０５ＧＨｚとしたとき、対象周波数５.８ＧＨｚ及びその近傍において、いずれの相互間隔でも摂動量を調整することで３ｄＢ以下の軸比にできることが確認された。

図２６は、対象周波数５.８ＧＨｚにおいて、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０５ＧＨｚとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍまで変化させた場合の、パッチアンテナ２の摂動量をパラメータとしたｘｚ方向半値幅特性図である。図２７は、同ｙｚ方向半値幅特性図である。図２８は、同ｘｚ方向サイドローブ特性図である。図２９は、同ｙｚ方向サイドローブ特性図である。図２５〜図２９より、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０５ＧＨｚとしたとき、１６.４５ｍｍ〜１７.０５ｍｍの範囲において、軸比３ｄＢ以下、半値幅４５°以下、かつサイドローブ−１０ｄＢ以下の特性を実現できることが確認された。とりわけ金属棒３同士の相互間隔ｇの略中央値では、摂動量が元の状態のままでも使用が可能なので、最適軸比周波数ｆopがおよそ６.０ＧＨｚとなる円偏波パッチアンテナとして設計・特性管理も行いやすくなる。加えて摂動量を変化させた場合でも、パッチアンテナ２単体における摂動量と軸比の関係（図３０）を見る限り、摂動量の範囲はパッチアンテナ２単体の軸比特性を乱すものではない。

図３１は、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０ＧＨｚとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.４５ｍｍ，１６.６５ｍｍ，１６.８５ｍｍ，１７.０５ｍｍとした各々の場合について最適な軸比となるようにパッチアンテナ２の摂動量を調整したときの軸比対周波数特性図である。本図より、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０ＧＨｚとしたとき、対象周波数５.８ＧＨｚ及びその近傍において、いずれの相互間隔でも摂動量を調整することで３ｄＢ以下の軸比にできることが確認された。

図３２は、対象周波数５.８ＧＨｚにおいて、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０ＧＨｚとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍまで変化させた場合の、パッチアンテナ２の摂動量をパラメータとしたｘｚ方向半値幅特性図である。図３３は、同ｙｚ方向半値幅特性図である。図３４は、同ｘｚ方向サイドローブ特性図である。図３５は、同ｙｚ方向サイドローブ特性図である。図３１〜図３５より、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０ＧＨｚとしたとき、１６.４５ｍｍ〜１７.０５ｍｍの範囲において軸比３ｄＢ以下、半値幅４５°以下、かつサイドローブ−１０ｄＢ以下の特性を実現できることが確認された。

図３６は、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.１ＧＨｚとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.４５ｍｍ，１６.６５ｍｍ，１６.８５ｍｍ，１７.０５ｍｍとした各々の場合について最適な軸比となるようにパッチアンテナ２の摂動量を調整したときの軸比対周波数特性図である。本図より、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.１ＧＨｚとしたとき、対象周波数５.８ＧＨｚ及びその近傍において、いずれの相互間隔でも摂動量を調整することで３ｄＢ以下の軸比にできることが確認された。

図３７は、対象周波数５.８ＧＨｚにおいて、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.１ＧＨｚとし、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.２５ｍｍ〜１８.２５ｍｍまで変化させた場合の、パッチアンテナ２の摂動量をパラメータとしたｘｚ方向半値幅特性図である。図３８は、同ｙｚ方向半値幅特性図である。図３９は、同ｘｚ方向サイドローブ特性図である。図４０は、同ｙｚ方向サイドローブ特性図である。図３６〜図４０より、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.１ＧＨｚとしたとき、１６.４５ｍｍ〜１７.０５ｍｍの範囲において軸比３ｄＢ以下、半値幅４５°以下、かつサイドローブ−１０ｄＢ以下の特性を実現できることが確認された。

図２０以降の検証は金属棒３の長さＬが３／４×λａである場合を対象としたが、金属棒３の長さＬがλａである場合にも、パッチアンテナ２単体の最適軸比周波数ｆopを６.０〜６.１ＧＨｚ、金属棒３同士の相互間隔ｇを１６.４５ｍｍ〜１７.０５ｍｍとすることで、必要な性能（軸比、半値幅、及びサイドローブ）を持つ小型ＤＳＲＣ路側アンテナを実現できることを確認している。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

１ 導体地板、２ パッチアンテナ、３ 金属棒、４ 基板、５ アンテナエレメント、６ 同軸コネクタ、７ 同軸ケーブル、８ ＤＳＲＣ回路（ＲＦ部）、９ ＤＳＲＣ回路（制御部）、１０ ＤＳＲＣ回路（インターフェース部）、１１ 接続ケーブル、１２ 接続ケーブル、１３ 電源・通信ケーブル、１４ 基板、１５ 無給電導体素子

Claims (5)

1. 導体地板と、
   前記導体地板上に設けられた、アンテナエレメントが１つであるパッチアンテナと、
   前記導体地板に立設された複数本の導体棒とを備え、
   前記複数本の導体棒は、前記パッチアンテナを囲むように等間隔に立設され、前記導体地板とそれぞれ電気的に接続され、
   対象周波数における真空中の波長をλａ、各々の導体棒の長さをＬ、導体棒同士の相互間隔をｇとしたとき、
   ３／４×λａ≦Ｌ≦λａ、かつ
   λａ／３×９５.５％≦ｇ≦λａ／３×９９.０％
   であり、
   前記パッチアンテナ単体で最適な軸比となる軸比中心周波数における真空中の波長をλopとしたとき、
   λop≒ｇ×３
   であることを特徴とする、路側アンテナ。
2. 導体地板と、
   前記導体地板上に設けられた、アンテナエレメントが１つであるパッチアンテナと、
   前記導体地板に立設された複数本の導体棒とを備え、
   前記複数本の導体棒は、前記パッチアンテナを囲むように等間隔に立設され、前記導体地板とそれぞれ電気的に接続され、
   ５.８ＧＨｚにおける真空中の波長をλａ、各々の導体棒の長さをＬ、導体棒同士の相互間隔をｇとしたとき、
   ３／４×λａ≦Ｌ≦λａ、かつ
   １６.４５ｍｍ≦ｇ≦１７.０５ｍｍ
   であり、
   前記パッチアンテナ単体で最適な軸比となる軸比中心周波数が６.０ＧＨｚから６.１ＧＨｚの範囲であることを特徴とする、路側アンテナ。
3. 前記複数本の導体棒は、前記導体地板上の縁近傍に、前記導体地板の４隅を含み、各辺に同本数となるように立設されている請求項１又は２に記載の路側アンテナ。
4. 前記複数の導体棒の先端側に前記パッチアンテナのアンテナエレメントより小面積の複数の無給電導体素子が配置されている請求項１から３のいずれか一項に記載の路側アンテナ。
5. 前記パッチアンテナの基板がフッ素樹脂基板である請求項１から４のいずれか一項に記載の路側アンテナ。