指向性アンテナおよびアンテナシステム
【課題】メッセンジャワイヤ等の水平に延在する部材に好適に指向性アンテナを取り付けるための技術を提供する。
【解決手段】指向性アンテナ１０Ｂは、支持部材１１と、支持部材１１の表面に形成され、かつ所定方向に沿って配置された複数のエレメントを含むアンテナ本体部１２とを備える。支持部材１１の内表面はメッセンジャワイヤ５に接している。すなわち、支持部材１１はメッセンジャワイヤ５の少なくとも２箇所に接することによってメッセンジャワイヤ５に取り付け可能に構成される。アンテナ本体部１２は、複数のエレメントにより構成される指向性アンテナである。金具６によって通信ケーブル４がメッセンジャワイヤ５に支持されているが、支持部材１１（筒状体）の内径は、メッセンジャワイヤ５および通信ケーブル４をともに支持部材１１に通すことができる大きさとなっている。
【解決手段】指向性アンテナ１０Ｂは、支持部材１１と、支持部材１１の表面に形成され、かつ所定方向に沿って配置された複数のエレメントを含むアンテナ本体部１２とを備える。支持部材１１の内表面はメッセンジャワイヤ５に接している。すなわち、支持部材１１はメッセンジャワイヤ５の少なくとも２箇所に接することによってメッセンジャワイヤ５に取り付け可能に構成される。アンテナ本体部１２は、複数のエレメントにより構成される指向性アンテナである。金具６によって通信ケーブル４がメッセンジャワイヤ５に支持されているが、支持部材１１（筒状体）の内径は、メッセンジャワイヤ５および通信ケーブル４をともに支持部材１１に通すことができる大きさとなっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向性アンテナおよびそれを備えるアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車向け無線通信が注目を集めている。自動車向け無線通信には、たとえば移動する車と道路脇に設置した無線機との間で通信を行なう路車間通信等がある。このような無線通信サービスでは、道路上の空間（以下では単に「道路」と呼ぶ）がサービスエリアとなる。
【０００３】
道路を無線通信のサービスエリアとする方法として、たとえば道路脇に設けられた電柱あるいは電柱間に張架されたメッセンジャワイヤに無線機を取り付ける方法が考えられる。メッセンジャワイヤとは、通信ケーブルや有線放送、ＣＡＴＶのケーブル等を架空敷設するために、それらのケーブルを支持するワイヤである。
【０００４】
たとえば特開２００２−５０９２１号公報（特許文献１）は、メッセンジャワイヤに吊り下げられた無線機、および、その無線機の筐体に内蔵されるアンテナを開示する。この無線機は、１：Ｎ型無線システム、すなわち１台の親機が複数（Ｎ台）の子機の各々と通信を行なうシステムに用いられる親機である。この無線機の筐体には２本の中央給電アンテナ（ダイポールアンテナ）が内蔵される。上記文献においては、２本の中央給電アンテナによってダイバーシティアンテナが構成されることにより、水平面上において無指向性が得られることが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−５０９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
道路のように細長い形状のエリアをカバーする無線システムを構築する場合、電波を効率よくサービスエリアに集中させるためには、たとえばメッセンジャワイヤに特定の方向に指向性を有するアンテナを設置することが好ましい。しかし、上述の特開２００２−５０９２１号公報には、無指向性のアンテナしか開示されていない。
【０００６】
本発明の目的は、メッセンジャワイヤ等の水平に延在する部材に好適に指向性アンテナを取り付けるための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は要約すれば、指向性アンテナであって、水平方向に延在する水平部材の少なくとも２箇所に取り付け可能に構成された支持部材と、支持部材の表面に形成され、かつ所定方向に配置された複数のエレメントを含むアンテナ本体部とを備える。
【０００８】
好ましくは、支持部材は、中空に形成され、かつ両端部が開口した筒状の部材である。
好ましくは、アンテナ本体部は、アレイアンテナである。
【０００９】
好ましくは、複数のエレメントは、電波を放射するための放射器と、放射器からの電波を所定の方向に導くための導波器と、放射器に対して導波器と反対側に設けられ、放射器からの電波を反射するための反射器とを含む。
【００１０】
本発明の他の局面に従うと、アンテナシステムであって、上述の第３番目の指向性アンテナと、支持部材が水平部材に取り付けられた状態において、アレイアンテナの水平方向の位置および鉛直方向の位置の少なくとも一方が、本来の設置位置からずれていることを検出する変位検出装置と、変位検出装置の検出結果に基づいて、複数のエレメントの各々への給電位相を制御する制御装置とを備える。制御装置は、アレイアンテナの指向性が、アレイアンテナが本来の設置位置に設置された状態での指向性となるように、アレイアンテナの指向性を補正する。
【００１１】
好ましくは、変位検出装置は、アレイアンテナの鉛直方向に対する傾きを検出するセンサを含む。
【００１２】
好ましくは、アレイアンテナは、電波を放射する一方で、所定の位置に設けられた反射体により反射された電波を受信する。変位検出装置は、アレイアンテナが受信した反射波の電界強度に基づいて、アレイアンテナの変位を検出する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、メッセンジャワイヤ等の水平に延在する部材に取り付け可能であり、かつ所望の方向の指向性を得ることが可能なアンテナを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１５】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る指向性アンテナが取り付けられる電柱設備を示した模式図である。図１を参照して、電柱１には、電線２および柱上変圧器３等が取り付けられるとともに、通信ケーブル４が取り付けられる。通信ケーブル４は、たとえば電話線、光ケーブルなどである。メッセンジャワイヤ５は通信ケーブル４を吊り下げて支持するためのものである。
【００１６】
図２は、図１に示したメッセンジャワイヤ５およびその周辺部分の拡大図である。図２を参照して、通信ケーブル４は、金具６によって、メッセンジャワイヤ５に吊り下げられた状態で保持される。
【００１７】
実施の形態１に係る指向性アンテナは、メッセンジャワイヤ５に取り付けられる。一般的に、電柱間のメッセンジャワイヤは道路脇に存在するので、実施の形態１に係る指向性アンテナをメッセンジャワイヤ５に取り付けることによって、道路を無線通信のサービスエリアとすることができる。
【００１８】
図３は、実施の形態１に係る指向性アンテナにより形成される、無線通信のサービスエリアの一例を示した図である。図３を参照して、道路８の脇に電柱１が設置され、図示しないメッセンジャワイヤが電柱間に張り渡される。なお、電柱１の配置および電柱間の間隔は特に限定されるものではなく、また、メッセンジャワイヤの延在方向も特に限定されない。
【００１９】
斜線の領域は、無線通信のサービスエリアを示す。サービスエリアは、道路８に沿って形成される。たとえば、実施の形態１に係る指向性アンテナを、その指向性の方向が道路に沿った方向となるようにメッセンジャワイヤに取り付けることによって、無線通信のサービスエリアを道路に沿って形成することが可能になる。
【００２０】
また、実施の形態１によれば、無指向性アンテナをメッセンジャワイヤに設置する場合に比較して、指向性アンテナの設置台数を少なくすることも可能になる。
【００２１】
ここで、メッセンジャワイヤに指向性アンテナを設置する場合、少なくとも次の２点を考慮する必要があると考えられる。その１つは、架空敷設された（メッセンジャワイヤにより支持された）通信ケーブル等の間隔が、たとえば３０ｃｍ程度と比較的短いため、他のメッセンジャワイヤとの干渉を回避可能なようにアンテナを構成することである。もう１つは、風などの影響を受けてアンテナが水平方向（あるいは上下方向）に振動したり回転したりすることによりその指向性の方向が物理的に変動する可能性があるが、このような指向性の物理的変動を抑制することである。
【００２２】
図４は、メッセンジャワイヤに指向性アンテナを取り付ける場合に考慮すべき第１の点を説明する図である。図４に示すように、メッセンジャワイヤ５Ａ，５Ｂが、決まった上下方向の間隔（たとえば３０ｃｍ）で張り渡され、アンテナ２０Ａ，２０Ｂがメッセンジャワイヤ５Ａに取り付けられているものとする。
【００２３】
アンテナ２０Ａの上下方向の大きさは、メッセンジャワイヤ５Ａ，５Ｂの間隔より小さい。したがって、アンテナ２０Ａとメッセンジャワイヤ５Ｂとの干渉が回避される。これに対し、アンテナ２０Ｂの上下方向の大きさは、メッセンジャワイヤ５Ａ，５Ｂ間の間隔より大きい。したがってアンテナ２０Ｂがメッセンジャワイヤ５Ｂと干渉する。すなわち、図４は、メッセンジャワイヤにアンテナを取り付けるためには、メッセンジャワイヤに設置された状態でのアンテナの上下方向の寸法が短いほど好ましいことを示している。
【００２４】
図５は、メッセンジャワイヤに指向性アンテナを取り付ける場合に考慮すべき第２の点を説明する図である。図５を参照して、アンテナ２０Ａはメッセンジャワイヤ５上の点Ｐで支持されるように取り付けられている。図５に示すように、メッセンジャワイヤ５の延在方向（長軸方向）に沿った軸をＸ軸とし、鉛直方向の軸をＺ軸とし、Ｘ軸およびＺ軸の両方に垂直な軸をＹ軸とする。なお、アンテナ２０Ａの上下方向のサイズについては、上記の要請を満たすものとする。
【００２５】
メッセンジャワイヤ５にアンテナ２０Ａを取り付ける場合、取り付け位置の自由度は高くなる。しかしながら、たとえば風が吹いた場合には、アンテナ２０Ａは、Ｘ軸方向に振動したり、Ｙ軸方向に振動したりすることが考えられる。さらに、アンテナ２０Ａが紐によってメッセンジャワイヤから吊り下げられている場合には、その紐のねじれ等により、アンテナ２０ＡがＺ軸を中心に回転（振動）することも起こりうる。このような場合には、アンテナ２０Ａの位置が本来の設置位置から変動するので、アンテナ２０Ａからの電波（ビーム）の放射方向も変化する。すなわち、図５に示したように指向性が様々な方向に変動する。この場合、通信の安定性を維持させることが困難になると予想される。
【００２６】
本実施の形態のアンテナは、このような課題を解決可能にするものである。以下、本実施の形態のアンテナについて説明する。
【００２７】
図６は、実施の形態１に従う指向性アンテナの第１の構成例を示した図である。図６（Ａ）は、実施の形態１に従う指向性アンテナをメッセンジャワイヤに取り付けた状態を示す図である。図６（Ａ）に示すように、指向性アンテナ１０Ａは、支持部材１１と、支持部材１１の表面に形成されるアンテナ本体部１２とを含む。
【００２８】
本実施の形態では、支持部材１１は中空に形成され、アンテナ本体部１２は、支持部材１１の内表面に形成されている。ただし、アンテナ本体部１２は、支持部材１１の外表面に形成されていてもよい。
【００２９】
支持部材１１は、メッセンジャワイヤ５の２箇所に接する取付部材１５を含む。取付部材１５をメッセンジャワイヤ５に取り付けることによって、支持部材１１はメッセンジャワイヤ５に取り付けられる。
【００３０】
図６（Ｂ）は、取付部材１５により指向性アンテナ１０Ａの指向性の変動が抑制されることを説明する図である。図６（Ｂ）に示すように、メッセンジャワイヤ５の２箇所に取付部材１５が取り付けられているため、Ｙ軸の周りおよびＺ軸の周りに指向性アンテナ１０Ａの指向性が振動（回転）することが抑制される。したがって、仮に指向性が変動するとしても、その変動を、Ｘ軸を中心とする振動（回転）に限定することができる。
【００３１】
図７は、実施の形態１に従う指向性アンテナの第２の構成例を示した図である。図７を参照して、指向性アンテナ１０Ｂは、筒状に形成された支持部材１１と、アンテナ本体部１２とを含む。
【００３２】
支持部材１１は、その両端部が開口し、かつ中空に構成された筒状体である。したがって、図７に示すように支持部材１１をメッセンジャワイヤ５に通すことができる。メッセンジャワイヤ５に支持部材１１を通して支持部材１１を吊り下げることで支持部材１１はメッセンジャワイヤ５に設置される。
【００３３】
金具６によって通信ケーブル４がメッセンジャワイヤ５に支持されているが、支持部材１１（筒状体）の内径は、メッセンジャワイヤ５および通信ケーブル４をともに支持部材１１に通すことができる大きさとなっている。また、支持部材１１（筒状体）の外径は、メッセンジャワイヤ５の上下方向の間隔（たとえば３０ｃｍ）よりも小さい。
【００３４】
アンテナ本体部１２は、支持部材１１の表面に形成される。第１の構成例と同様に、アンテナ本体部１２は、支持部材１１の内表面に形成されているが、支持部材１１の外表面に形成されていてもよい。
【００３５】
図８は、支持部材１１における、メッセンジャワイヤ５への取付部分の構成を示した図である。なお図８は支持部材１１の延在方向（長軸方向）に沿って支持部材１１を見た状態を示している。
【００３６】
図８を参照して、支持部材１１は、凹凸が形成された重ね部１１Ａ，１１Ｂを含む。図８（Ａ）に示すように、メッセンジャワイヤ５に支持部材１１を取り付ける際には、重ね部１１Ａ，１１Ｂの凹凸を互いに重ね合わせる作業が行なわれる。これにより、中空の筒状体が形成される。図８（Ｂ）に示すように、重ね合わされた重ね部１１Ａ，１１Ｂによって筒状体の内表面には、窪み部分が形成される。この窪み部分にメッセンジャワイヤ５を納めることによって、支持部材１１をメッセンジャワイヤ５に吊り下げた状態で固定することが可能になる。
【００３７】
図７および図８に示した構成においても、支持部材１１の内表面はメッセンジャワイヤ５に接している。すなわち、支持部材１１はメッセンジャワイヤ５の少なくとも２箇所に接することによってメッセンジャワイヤ５に取り付け可能に構成される。したがって、指向性アンテナ１０Ａと同様に、仮に指向性アンテナ１０Ｂの指向性が変動するとしても、その変動を、メッセンジャワイヤの延在方向（Ｘ軸）を中心とする振動（回転）に限定することができる。
【００３８】
なお、図６に示した取付部材１５も、図８に示した構成と同様の構成を有する。つまり取付部材１５は筒状体であって、その内部に、メッセンジャワイヤおよびこれに支持されるケーブルを通すことができるよう構成される。したがって、実施の形態１によれば、メッセンジャワイヤに指向性アンテナを取り付けた場合に、そのメッセンジャワイヤにより支持されるケーブルと、アンテナ本体部との干渉を防ぐことができる。
【００３９】
さらに、実施の形態１によれば、指向性アンテナがメッセンジャワイヤに取り付けられた状態において、その指向性アンテナの上下方向の寸法（指向性アンテナ１０Ｂの場合には、筒状体の外形）は、上下方向に隣り合うメッセンジャワイヤの間隔よりも小さい。これによって、指向性アンテナが、自身が取り付けられたメッセンジャワイヤ以外のメッセンジャワイヤ、ケーブル等と干渉するのを防ぐことができる。
【００４０】
次に、アンテナ本体部１２について説明する。以下に説明するように、アンテナ本体部１２は、複数のエレメント（素子）を含む。これら複数のエレメントに給電することで、アンテナ本体部１２は、指向性アンテナとして機能する。すなわち、複数のエレメントは、指向性アンテナとして動作可能に構成されている。
【００４１】
図９は、アンテナ本体部１２の第１の例を示した図である。図９を参照して、アンテナ本体部１２は複数のエレメント１３を含む。支持部材１１を平面に展開すると、複数のエレメント１３は、支持部材１１の表面に二次元状に配置されている。具体的には、支持部材１１を平面に展開した状態において、複数のエレメント１３は、支持部材１１の延在方向（支持部材１１の長軸方向）、および、その延在方向に垂直な方向に配置される。複数のエレメント１３（アンテナ本体部１２）は、アレイアンテナを構成する。
【００４２】
図１０は、図９に示したアンテナ本体部１２への給電を示した図である。図１０を参照して、無線機１４（給電装置）から複数のエレメント１３の各々に電力が供給される。無線機１４から複数のエレメント１３の各々への給電位相を制御することによって、アンテナ本体部１２すなわちアレイアンテナの利得方向（指向性）、およびアンテナ利得やサイドローブの形状（ビーム形状）を任意に制御することが可能になる。なお給電位相の制御方法は、公知の様々な方法を適用することができるので、特にここでは説明しない。
【００４３】
図１１は、アンテナ本体部１２（アレイアンテナ）の指向性の一例を示した図である。図１１を参照して、たとえば、支持部材１１の延在方向（すなわちメッセンジャワイヤ５の延在方向）を水平面における０°方向および１８０°方向とする（図１１（Ａ）参照）。複数のエレメント１３の各々の給電位相を制御することで、図１１（Ａ）に示すように、０°方向の指向性および１８０°方向の指向性を得たり、図１１（Ｂ）に示すように０°方向のみの指向性を得たりすることができる。なお、１８０°方向の指向性のみを得ることも可能である。
【００４４】
また、水平面において、支持部材１１（メッセンジャワイヤ５）の延在方向に直交する方向を＋９０°方向および−９０°方向とする。図１１（Ｃ）に示すように、複数のエレメント１３の各々の給電位相を制御することで、＋９０°方向の指向性、−９０°方向の指向性および、＋９０°方向および−９０°方向の指向性を得ることができる。
【００４５】
また、複数のエレメント１３の各々への給電位相を制御することにより、水平面上で任意の方向の指向性を得ることができる。さらに上下方向の指向性を制御することも可能である。具体的には、たとえば斜め下方向の指向性を得ることができる。ビーム形状についても同様である。
【００４６】
図１２は、０°方向の指向性を得るための構成例を示した図である。図１２を参照して、無線機１４からの電力は給電線路ＦＤ（たとえば同軸ケーブル）を介して複数のエレメント１３の各々に供給される。図１２に示した例においては、各エレメントへの給電位相は、たとえば無線機１４から各エレメント１３までの給電線路の長さを調整することによって制御される。
【００４７】
なお、上述の例では、複数のエレメント１３は二次元状に配置される。ただし、複数のエレメント１３は二次元状に配置されるものと限定される必要はなく、一次元状に配置されてもよい。また、複数のエレメント１３は必ずしも支持部材１１の延在方向と同一の方向に沿って配置されるものと限定されず、たとえば支持部材１１の延在方向に対して所定の角度傾いた方向に沿って、一次元状にあるいは二次元状に支持部材１１の表面に配置されてもよい。すなわち、複数のエレメント１３は、ある方向に沿って配置されているが、その配置方向や配置パターンは、指向性アンテナに求められる指向性の方向およびビーム形状に基づいて定められる。
【００４８】
このようにアンテナ本体部の第１の例では、複数のエレメントによってアレイアンテナが構成される。これにより、アンテナ本体部１２を指向性アンテナとすることができる。さらに、その指向性を任意の方向に制御することができる。
【００４９】
図１３は、アンテナ本体部１２の第２の例を示した図である。図１３を参照して、アンテナ本体部１２は、八木アンテナであり、導波器１３Ａと、放射器１３Ｂと、反射器１３Ｃとを含む。これら導波器１３Ａ、放射器１３Ｂおよび反射器１３Ｃは、支持部材１１の内表面に沿って円弧状に形成される。
【００５０】
放射器１３Ｂは、無線機１４からの電力が供給されることで電波を放射する。導波器１３Ａは、放射器１３Ｂから放射された電波を所定の方向に導く。反射器１３Ｃは、放射器１３Ｂに対して導波器１３Ａと反対側に設けられて、放射器１３Ｂから放射された電波を導波器１３Ａ側に反射する。導波器１３Ａによって導かれた放射器１３Ｂからの電波と、反射器１３Ｃによって反射された放射器１３Ｂからの電波とが重畳することで、図１３に示すように、支持部材１１の延在方向（図１１と同様に、この方向を０°方向とする）に鋭い指向性を得ることができる。
【００５１】
なお、第２の例においても、アンテナ本体部１２を構成するエレメントの数は特に限定されるものではない。たとえば、八木アンテナでは、導波器の数を増やすことによって、その指向性が鋭くなるとともに利得が大きくなる。したがって、たとえば所望の指向性（あるいは所望の利得）に基づき導波器の数が決定される。
【００５２】
このようにアンテナ本体部１２の第２の例では、複数のエレメントによって、八木アンテナを構成する。これにより、アンテナ本体部１２を指向性アンテナとすることができる。さらに、アンテナ本体部１２を構成するエレメント（導波器１３Ａ、放射器１３Ｂおよび反射器１３Ｃ）を筒状体の内表面に沿って形成できるので、容易にアンテナ本体部１２を形成できる。
【００５３】
これら第１および第２の例に示すように、アンテナ本体部１２は指向性アンテナとして構成される。したがって指向性アンテナ１０Ａあるいは１０Ｂをメッセンジャワイヤに設置した状態において、所望の方向の指向性を得ることが可能になる。たとえば道路に沿った方向に指向性が得られるよう実施の形態１に従う指向性アンテナを設置することで、道路をサービスエリアとする無線サービスを実現できる。
【００５４】
［実施の形態２］
実施の形態２では、実施の形態１に従う指向性アンテナの変位に伴う指向性の変動を制御するアンテナシステムを示す。
【００５５】
実施の形態１に従う指向性アンテナでは、支持部材１１がメッセンジャワイヤ５の少なくとも２箇所に取り付けられている。これにより、そのアンテナの指向性の物理的な変動が抑制される。ただし、メッセンジャワイヤを中心として指向性アンテナが振動（回転）する（これにより指向性が変動する）可能性も考えられる。
【００５６】
実施の形態２に従うアンテナシステムは、指向性アンテナがメッセンジャワイヤに取り付けられた状態において、指向性アンテナ（アレイアンテナ）の水平方向の位置および鉛直方向の位置の少なくとも一方が、本来の設置位置からずれていることを検出する変位検出装置を備える。さらに、実施の形態２に従うアンテナシステムは、検出装置の検出結果に基づいて、アレイアンテナの指向性を制御する制御装置を備える。
【００５７】
具体的には、アレイアンテナがメッセンジャワイヤを中心軸として振動（回転）していることが変位検出装置により検出された場合、制御装置はその振動方向と逆方向にアレイアンテナの指向性を制御する。これにより、アレイアンテナが振動していても、その指向性を、本来の設置位置（振動のない状態での位置）にアレイアンテナが設置された状態での指向性となるように制御することができる。したがって、アレイアンテナが振動していても所望の指向性を得ることが可能になる。
【００５８】
図１４は、実施の形態２に従うアンテナシステムの第１の構成例を示した図である。図１４を参照して、アンテナシステム１００は、指向性アンテナ１０Ａと、無線機１４と、重力センサ１６とを備える。重力センサ１６は、アンテナ本体部１２が設けられた支持部材１１の内表面に設置される。
【００５９】
指向性アンテナ１０Ａがメッセンジャワイヤ５を中心として振動した場合、アンテナ本体部１２（アレイアンテナ）は鉛直方向に対して傾く。重力センサ１６は、アンテナ本体部１２（アレイアンテナ）が鉛直方向に対して傾いている場合、その傾きの方向および大きさを検出して、その検出結果を位相制御装置１８に出力する。
【００６０】
位相制御装置１８は、アンテナ本体部１２が備える複数のエレメント１３の各々に無線機１４からの電力が供給される際に、重力センサ１６の検出結果に基づいて、各エレメント１３に供給される電力の位相を制御する。位相制御装置１８は、指向性アンテナ１０Ａの振動によるアレイアンテナの指向性の変動を相殺するように各エレメント１３に対する給電位相を制御する。これによって、指向性アンテナ１０Ａが振動していても所望の指向性を得ることが可能になる。
【００６１】
なお、重力センサ１６は、アンテナ本体部１２の位置が、本来の設置位置からずれていることを検出する変位検出装置に相当する。ただし、物体の鉛直方向からの傾きを検出することが可能なセンサであれば、「変位検出装置」は重力センサに限定されず、たとえばジャイロセンサを用いることも可能である。
【００６２】
図１５は、実施の形態２に従うアンテナシステムの第２の構成例を示した図である。図１５を参照して、アンテナシステム１０１は、位相制御装置１８に代えて位相制御装置１９を備える点、および重力センサ１６を含まない点においてアンテナシステム１００と異なる。アンテナシステム１０１の他の部分の構成についてはアンテナシステム１００と同様であるので以後の説明は繰返さない。
【００６３】
この構成例においては、アンテナ本体部１２から放射された電波を反射するための反射体１７が設置される。アンテナ本体部１２は、この反射波も受信する。反射体１７の位置および傾きは、アンテナ本体部１２が本来の位置に設置されたときに、アンテナ本体部１２が受信する反射波の強度が所定の強度となるよう定められる。アンテナ本体部１２が振動により鉛直方向に対して傾いた場合には、アンテナ本体部１２による反射波の受信強度が変化する。
【００６４】
位相制御装置１９は、検波装置２１と、変位検出装置２２と、位相調整器２３と、サーキュレータ２４と、分岐部２５とを含む。通信は、送信装置２６と受信装置２７とを含む無線機１４で行なわれる。
【００６５】
検波装置２１は、アンテナ本体部１２の各エレメント１３が受信した反射波について、位相調整器２３を介して合成された信号（たとえば、信号強度のピーク）を検出する。変位検出装置２２は、検波装置２１が検出した信号強度の変化に基づいてアンテナ本体部１２の変位を検出し、その検出結果を示す信号を位相調整器２３に対して送出する。
【００６６】
位相調整器２３は、変位検出装置２２からの信号に応じて、各エレメント１３への給電位相を調整し、アンテナ本体部１２の振動によるビーム方向の変動を相殺するように、アンテナ本体部１２（アレイアンテナ）の指向性を制御する。
【００６７】
位相調整器２３と変位検出装置２２とによって、受信信号の強度についてフィードバック制御系が構成されるので、アレイアンテナの指向性を最適に維持できる。
【００６８】
サーキュレータ２４は、送信装置２６から出力される電力を位相調整器２３を介してアンテナ本体部１２（各エレメント１３）に導くとともに、位相調整器２３からの信号を分岐部２５に導く。分岐部２５は、サーキュレータ２４からの信号を受信装置２７と検波装置２１とに２分岐する。
【００６９】
このように、実施の形態２によれば、指向性アンテナが振動したとしても、指向性の変動を抑制することができる。よって、実施の形態２によれば、実施の形態１による効果に加えて、通信の安定性を維持することができるという効果も得ることができる。
【００７０】
（適用例）
図１６は、本実施の形態に従う指向性アンテナを含む無線通信システムの一例を示した図である。図１６を参照して、道路３１，３２の角には、無線通信のための中継機２０が設けられる。中継機２０は、アンテナ１０に給電を行なうことで、交通情報の収集および配信を行なう。
【００７１】
アンテナ１０は、実施の形態１に従う指向性アンテナである。アンテナ１０の構成としては、指向性アンテナ１０Ａまたは１０Ｂの構成を採用することができる。なお、中継機２０は、アンテナ１０が振動していることを検出した場合、その指向性の変動を抑制するように、アンテナ１０の制御を行なってもよい。あるいは、中継機２０とは別に、変位検出装置およびアンテナ１０の指向性を制御する制御装置を設けてもよい。
【００７２】
道路３１を走行する車両４１および道路３２を走行する車両４２は、中継機２０およびアンテナ１０を介して無線通信を行なう。たとえば、車両４２は、道路３１，３２の交差点に近づいた場合に、交差点に近づいたことを示す情報を無線により送信する。中継機２０は、道路３２側に設けられたアンテナ１０を介してその情報を受信するとともに、道路３１側に設けられたアンテナ１０を介して、その情報を無線により送信する。図１６に示すように、道路３１を走行する車両４１が存在する場合、車両４１は、道路３１側に設けられたアンテナ１０を介して、車両４２が交差点に近づいているという情報を受信する。
【００７３】
同様に、車両４１は、道路３１，３２の交差点に近づいた場合に、交差点に近づいたことを示す情報を無線により送信する。車両４２は、道路３１側に設けられたアンテナ１０、中継機２０、および道路３２側に設けられたアンテナ１０を介してこの情報を受信する。車両４１，４２が、道路３１，３２の交差点に近づいているという情報を交換することで、道路３１，３２の交差点において車両４１，４２が衝突する可能性をより小さくすることが可能になる。
【００７４】
なお、図１６は、路側機を介して車両同士が情報を交換する場合を示した図であるが、アンテナ１０を適用した無線通信システムは、車両と路側機とが情報を授受する路車間通信に用いられてもよい。この場合、車両は、たとえば交通管制センタから発信される渋滞情報あるいは事故情報を、路側機を介して受けることができる。
【００７５】
なお、本発明の指向性アンテナは、水平に延びる水平部材に取り付け可能に構成される。したがって、上記「水平部材」はメッセンジャワイヤに限定されるものではない。たとえば棒状の部材等でもよいし、紐状の部材であってもよい。また、その水平部材の用途もケーブルの支持等の用途に限定されるものではない。
【００７６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施の形態１に係る指向性アンテナが取り付けられる電柱設備を示した模式図である。
【図２】図１に示したメッセンジャワイヤ５およびその周辺部分の拡大図である。
【図３】実施の形態１に係る指向性アンテナにより形成される、無線通信のサービスエリアの一例を示した図である。
【図４】メッセンジャワイヤに指向性アンテナを取り付ける場合に考慮すべき第１の点を説明する図である。
【図５】メッセンジャワイヤに指向性アンテナを取り付ける場合に考慮すべき第２の点を説明する図である。
【図６】実施の形態１に従う指向性アンテナの第１の構成例を示した図である。
【図７】実施の形態１に従う指向性アンテナの第２の構成例を示した図である。
【図８】支持部材１１における、メッセンジャワイヤ５への取付部分の構成を示した図である。
【図９】アンテナ本体部１２の第１の例を示した図である。
【図１０】図９に示したアンテナ本体部１２への給電を示した図である。
【図１１】アンテナ本体部１２（アレイアンテナ）の指向性の一例を示した図である。
【図１２】０°方向の指向性を得るための構成例を示した図である。
【図１３】アンテナ本体部１２の第２の例を示した図である。
【図１４】実施の形態２に従うアンテナシステムの第１の構成例を示した図である。
【図１５】実施の形態２に従うアンテナシステムの第２の構成例を示した図である。
【図１６】本実施の形態に従う指向性アンテナを含む無線通信システムの一例を示した図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 電柱、２ 電線、３ 柱上変圧器、４ 通信ケーブル、５，５Ａ，５Ｂ メッセンジャワイヤ、６ 金具、８，３１，３２ 道路、１０，２０Ａ，２０Ｂ アンテナ、１０Ａ，１０Ｂ 指向性アンテナ、１１ 支持部材、１１Ａ，１１Ｂ 重ね部、１２ アンテナ本体部、１３ エレメント、１３Ａ 導波器、１３Ｂ 放射器、１３Ｃ 反射器、１４ 無線機、１５ 取付部材、１６ 重力センサ、１７ 反射体、１８，１９ 位相制御装置、２０ 中継機、２１ 検波装置、２２ 変位検出装置、２３ 位相調整器、２４ サーキュレータ、２５ 分岐部、２６ 送信装置、２７ 受信装置、４１，４２ 車両、１００，１０１ アンテナシステム、ＦＤ 給電線路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向性アンテナおよびそれを備えるアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車向け無線通信が注目を集めている。自動車向け無線通信には、たとえば移動する車と道路脇に設置した無線機との間で通信を行なう路車間通信等がある。このような無線通信サービスでは、道路上の空間（以下では単に「道路」と呼ぶ）がサービスエリアとなる。
【０００３】
道路を無線通信のサービスエリアとする方法として、たとえば道路脇に設けられた電柱あるいは電柱間に張架されたメッセンジャワイヤに無線機を取り付ける方法が考えられる。メッセンジャワイヤとは、通信ケーブルや有線放送、ＣＡＴＶのケーブル等を架空敷設するために、それらのケーブルを支持するワイヤである。
【０００４】
たとえば特開２００２−５０９２１号公報（特許文献１）は、メッセンジャワイヤに吊り下げられた無線機、および、その無線機の筐体に内蔵されるアンテナを開示する。この無線機は、１：Ｎ型無線システム、すなわち１台の親機が複数（Ｎ台）の子機の各々と通信を行なうシステムに用いられる親機である。この無線機の筐体には２本の中央給電アンテナ（ダイポールアンテナ）が内蔵される。上記文献においては、２本の中央給電アンテナによってダイバーシティアンテナが構成されることにより、水平面上において無指向性が得られることが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−５０９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
道路のように細長い形状のエリアをカバーする無線システムを構築する場合、電波を効率よくサービスエリアに集中させるためには、たとえばメッセンジャワイヤに特定の方向に指向性を有するアンテナを設置することが好ましい。しかし、上述の特開２００２−５０９２１号公報には、無指向性のアンテナしか開示されていない。
【０００６】
本発明の目的は、メッセンジャワイヤ等の水平に延在する部材に好適に指向性アンテナを取り付けるための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は要約すれば、指向性アンテナであって、水平方向に延在する水平部材の少なくとも２箇所に取り付け可能に構成された支持部材と、支持部材の表面に形成され、かつ所定方向に配置された複数のエレメントを含むアンテナ本体部とを備える。
【０００８】
好ましくは、支持部材は、中空に形成され、かつ両端部が開口した筒状の部材である。
好ましくは、アンテナ本体部は、アレイアンテナである。
【０００９】
好ましくは、複数のエレメントは、電波を放射するための放射器と、放射器からの電波を所定の方向に導くための導波器と、放射器に対して導波器と反対側に設けられ、放射器からの電波を反射するための反射器とを含む。
【００１０】
本発明の他の局面に従うと、アンテナシステムであって、上述の第３番目の指向性アンテナと、支持部材が水平部材に取り付けられた状態において、アレイアンテナの水平方向の位置および鉛直方向の位置の少なくとも一方が、本来の設置位置からずれていることを検出する変位検出装置と、変位検出装置の検出結果に基づいて、複数のエレメントの各々への給電位相を制御する制御装置とを備える。制御装置は、アレイアンテナの指向性が、アレイアンテナが本来の設置位置に設置された状態での指向性となるように、アレイアンテナの指向性を補正する。
【００１１】
好ましくは、変位検出装置は、アレイアンテナの鉛直方向に対する傾きを検出するセンサを含む。
【００１２】
好ましくは、アレイアンテナは、電波を放射する一方で、所定の位置に設けられた反射体により反射された電波を受信する。変位検出装置は、アレイアンテナが受信した反射波の電界強度に基づいて、アレイアンテナの変位を検出する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、メッセンジャワイヤ等の水平に延在する部材に取り付け可能であり、かつ所望の方向の指向性を得ることが可能なアンテナを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１５】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る指向性アンテナが取り付けられる電柱設備を示した模式図である。図１を参照して、電柱１には、電線２および柱上変圧器３等が取り付けられるとともに、通信ケーブル４が取り付けられる。通信ケーブル４は、たとえば電話線、光ケーブルなどである。メッセンジャワイヤ５は通信ケーブル４を吊り下げて支持するためのものである。
【００１６】
図２は、図１に示したメッセンジャワイヤ５およびその周辺部分の拡大図である。図２を参照して、通信ケーブル４は、金具６によって、メッセンジャワイヤ５に吊り下げられた状態で保持される。
【００１７】
実施の形態１に係る指向性アンテナは、メッセンジャワイヤ５に取り付けられる。一般的に、電柱間のメッセンジャワイヤは道路脇に存在するので、実施の形態１に係る指向性アンテナをメッセンジャワイヤ５に取り付けることによって、道路を無線通信のサービスエリアとすることができる。
【００１８】
図３は、実施の形態１に係る指向性アンテナにより形成される、無線通信のサービスエリアの一例を示した図である。図３を参照して、道路８の脇に電柱１が設置され、図示しないメッセンジャワイヤが電柱間に張り渡される。なお、電柱１の配置および電柱間の間隔は特に限定されるものではなく、また、メッセンジャワイヤの延在方向も特に限定されない。
【００１９】
斜線の領域は、無線通信のサービスエリアを示す。サービスエリアは、道路８に沿って形成される。たとえば、実施の形態１に係る指向性アンテナを、その指向性の方向が道路に沿った方向となるようにメッセンジャワイヤに取り付けることによって、無線通信のサービスエリアを道路に沿って形成することが可能になる。
【００２０】
また、実施の形態１によれば、無指向性アンテナをメッセンジャワイヤに設置する場合に比較して、指向性アンテナの設置台数を少なくすることも可能になる。
【００２１】
ここで、メッセンジャワイヤに指向性アンテナを設置する場合、少なくとも次の２点を考慮する必要があると考えられる。その１つは、架空敷設された（メッセンジャワイヤにより支持された）通信ケーブル等の間隔が、たとえば３０ｃｍ程度と比較的短いため、他のメッセンジャワイヤとの干渉を回避可能なようにアンテナを構成することである。もう１つは、風などの影響を受けてアンテナが水平方向（あるいは上下方向）に振動したり回転したりすることによりその指向性の方向が物理的に変動する可能性があるが、このような指向性の物理的変動を抑制することである。
【００２２】
図４は、メッセンジャワイヤに指向性アンテナを取り付ける場合に考慮すべき第１の点を説明する図である。図４に示すように、メッセンジャワイヤ５Ａ，５Ｂが、決まった上下方向の間隔（たとえば３０ｃｍ）で張り渡され、アンテナ２０Ａ，２０Ｂがメッセンジャワイヤ５Ａに取り付けられているものとする。
【００２３】
アンテナ２０Ａの上下方向の大きさは、メッセンジャワイヤ５Ａ，５Ｂの間隔より小さい。したがって、アンテナ２０Ａとメッセンジャワイヤ５Ｂとの干渉が回避される。これに対し、アンテナ２０Ｂの上下方向の大きさは、メッセンジャワイヤ５Ａ，５Ｂ間の間隔より大きい。したがってアンテナ２０Ｂがメッセンジャワイヤ５Ｂと干渉する。すなわち、図４は、メッセンジャワイヤにアンテナを取り付けるためには、メッセンジャワイヤに設置された状態でのアンテナの上下方向の寸法が短いほど好ましいことを示している。
【００２４】
図５は、メッセンジャワイヤに指向性アンテナを取り付ける場合に考慮すべき第２の点を説明する図である。図５を参照して、アンテナ２０Ａはメッセンジャワイヤ５上の点Ｐで支持されるように取り付けられている。図５に示すように、メッセンジャワイヤ５の延在方向（長軸方向）に沿った軸をＸ軸とし、鉛直方向の軸をＺ軸とし、Ｘ軸およびＺ軸の両方に垂直な軸をＹ軸とする。なお、アンテナ２０Ａの上下方向のサイズについては、上記の要請を満たすものとする。
【００２５】
メッセンジャワイヤ５にアンテナ２０Ａを取り付ける場合、取り付け位置の自由度は高くなる。しかしながら、たとえば風が吹いた場合には、アンテナ２０Ａは、Ｘ軸方向に振動したり、Ｙ軸方向に振動したりすることが考えられる。さらに、アンテナ２０Ａが紐によってメッセンジャワイヤから吊り下げられている場合には、その紐のねじれ等により、アンテナ２０ＡがＺ軸を中心に回転（振動）することも起こりうる。このような場合には、アンテナ２０Ａの位置が本来の設置位置から変動するので、アンテナ２０Ａからの電波（ビーム）の放射方向も変化する。すなわち、図５に示したように指向性が様々な方向に変動する。この場合、通信の安定性を維持させることが困難になると予想される。
【００２６】
本実施の形態のアンテナは、このような課題を解決可能にするものである。以下、本実施の形態のアンテナについて説明する。
【００２７】
図６は、実施の形態１に従う指向性アンテナの第１の構成例を示した図である。図６（Ａ）は、実施の形態１に従う指向性アンテナをメッセンジャワイヤに取り付けた状態を示す図である。図６（Ａ）に示すように、指向性アンテナ１０Ａは、支持部材１１と、支持部材１１の表面に形成されるアンテナ本体部１２とを含む。
【００２８】
本実施の形態では、支持部材１１は中空に形成され、アンテナ本体部１２は、支持部材１１の内表面に形成されている。ただし、アンテナ本体部１２は、支持部材１１の外表面に形成されていてもよい。
【００２９】
支持部材１１は、メッセンジャワイヤ５の２箇所に接する取付部材１５を含む。取付部材１５をメッセンジャワイヤ５に取り付けることによって、支持部材１１はメッセンジャワイヤ５に取り付けられる。
【００３０】
図６（Ｂ）は、取付部材１５により指向性アンテナ１０Ａの指向性の変動が抑制されることを説明する図である。図６（Ｂ）に示すように、メッセンジャワイヤ５の２箇所に取付部材１５が取り付けられているため、Ｙ軸の周りおよびＺ軸の周りに指向性アンテナ１０Ａの指向性が振動（回転）することが抑制される。したがって、仮に指向性が変動するとしても、その変動を、Ｘ軸を中心とする振動（回転）に限定することができる。
【００３１】
図７は、実施の形態１に従う指向性アンテナの第２の構成例を示した図である。図７を参照して、指向性アンテナ１０Ｂは、筒状に形成された支持部材１１と、アンテナ本体部１２とを含む。
【００３２】
支持部材１１は、その両端部が開口し、かつ中空に構成された筒状体である。したがって、図７に示すように支持部材１１をメッセンジャワイヤ５に通すことができる。メッセンジャワイヤ５に支持部材１１を通して支持部材１１を吊り下げることで支持部材１１はメッセンジャワイヤ５に設置される。
【００３３】
金具６によって通信ケーブル４がメッセンジャワイヤ５に支持されているが、支持部材１１（筒状体）の内径は、メッセンジャワイヤ５および通信ケーブル４をともに支持部材１１に通すことができる大きさとなっている。また、支持部材１１（筒状体）の外径は、メッセンジャワイヤ５の上下方向の間隔（たとえば３０ｃｍ）よりも小さい。
【００３４】
アンテナ本体部１２は、支持部材１１の表面に形成される。第１の構成例と同様に、アンテナ本体部１２は、支持部材１１の内表面に形成されているが、支持部材１１の外表面に形成されていてもよい。
【００３５】
図８は、支持部材１１における、メッセンジャワイヤ５への取付部分の構成を示した図である。なお図８は支持部材１１の延在方向（長軸方向）に沿って支持部材１１を見た状態を示している。
【００３６】
図８を参照して、支持部材１１は、凹凸が形成された重ね部１１Ａ，１１Ｂを含む。図８（Ａ）に示すように、メッセンジャワイヤ５に支持部材１１を取り付ける際には、重ね部１１Ａ，１１Ｂの凹凸を互いに重ね合わせる作業が行なわれる。これにより、中空の筒状体が形成される。図８（Ｂ）に示すように、重ね合わされた重ね部１１Ａ，１１Ｂによって筒状体の内表面には、窪み部分が形成される。この窪み部分にメッセンジャワイヤ５を納めることによって、支持部材１１をメッセンジャワイヤ５に吊り下げた状態で固定することが可能になる。
【００３７】
図７および図８に示した構成においても、支持部材１１の内表面はメッセンジャワイヤ５に接している。すなわち、支持部材１１はメッセンジャワイヤ５の少なくとも２箇所に接することによってメッセンジャワイヤ５に取り付け可能に構成される。したがって、指向性アンテナ１０Ａと同様に、仮に指向性アンテナ１０Ｂの指向性が変動するとしても、その変動を、メッセンジャワイヤの延在方向（Ｘ軸）を中心とする振動（回転）に限定することができる。
【００３８】
なお、図６に示した取付部材１５も、図８に示した構成と同様の構成を有する。つまり取付部材１５は筒状体であって、その内部に、メッセンジャワイヤおよびこれに支持されるケーブルを通すことができるよう構成される。したがって、実施の形態１によれば、メッセンジャワイヤに指向性アンテナを取り付けた場合に、そのメッセンジャワイヤにより支持されるケーブルと、アンテナ本体部との干渉を防ぐことができる。
【００３９】
さらに、実施の形態１によれば、指向性アンテナがメッセンジャワイヤに取り付けられた状態において、その指向性アンテナの上下方向の寸法（指向性アンテナ１０Ｂの場合には、筒状体の外形）は、上下方向に隣り合うメッセンジャワイヤの間隔よりも小さい。これによって、指向性アンテナが、自身が取り付けられたメッセンジャワイヤ以外のメッセンジャワイヤ、ケーブル等と干渉するのを防ぐことができる。
【００４０】
次に、アンテナ本体部１２について説明する。以下に説明するように、アンテナ本体部１２は、複数のエレメント（素子）を含む。これら複数のエレメントに給電することで、アンテナ本体部１２は、指向性アンテナとして機能する。すなわち、複数のエレメントは、指向性アンテナとして動作可能に構成されている。
【００４１】
図９は、アンテナ本体部１２の第１の例を示した図である。図９を参照して、アンテナ本体部１２は複数のエレメント１３を含む。支持部材１１を平面に展開すると、複数のエレメント１３は、支持部材１１の表面に二次元状に配置されている。具体的には、支持部材１１を平面に展開した状態において、複数のエレメント１３は、支持部材１１の延在方向（支持部材１１の長軸方向）、および、その延在方向に垂直な方向に配置される。複数のエレメント１３（アンテナ本体部１２）は、アレイアンテナを構成する。
【００４２】
図１０は、図９に示したアンテナ本体部１２への給電を示した図である。図１０を参照して、無線機１４（給電装置）から複数のエレメント１３の各々に電力が供給される。無線機１４から複数のエレメント１３の各々への給電位相を制御することによって、アンテナ本体部１２すなわちアレイアンテナの利得方向（指向性）、およびアンテナ利得やサイドローブの形状（ビーム形状）を任意に制御することが可能になる。なお給電位相の制御方法は、公知の様々な方法を適用することができるので、特にここでは説明しない。
【００４３】
図１１は、アンテナ本体部１２（アレイアンテナ）の指向性の一例を示した図である。図１１を参照して、たとえば、支持部材１１の延在方向（すなわちメッセンジャワイヤ５の延在方向）を水平面における０°方向および１８０°方向とする（図１１（Ａ）参照）。複数のエレメント１３の各々の給電位相を制御することで、図１１（Ａ）に示すように、０°方向の指向性および１８０°方向の指向性を得たり、図１１（Ｂ）に示すように０°方向のみの指向性を得たりすることができる。なお、１８０°方向の指向性のみを得ることも可能である。
【００４４】
また、水平面において、支持部材１１（メッセンジャワイヤ５）の延在方向に直交する方向を＋９０°方向および−９０°方向とする。図１１（Ｃ）に示すように、複数のエレメント１３の各々の給電位相を制御することで、＋９０°方向の指向性、−９０°方向の指向性および、＋９０°方向および−９０°方向の指向性を得ることができる。
【００４５】
また、複数のエレメント１３の各々への給電位相を制御することにより、水平面上で任意の方向の指向性を得ることができる。さらに上下方向の指向性を制御することも可能である。具体的には、たとえば斜め下方向の指向性を得ることができる。ビーム形状についても同様である。
【００４６】
図１２は、０°方向の指向性を得るための構成例を示した図である。図１２を参照して、無線機１４からの電力は給電線路ＦＤ（たとえば同軸ケーブル）を介して複数のエレメント１３の各々に供給される。図１２に示した例においては、各エレメントへの給電位相は、たとえば無線機１４から各エレメント１３までの給電線路の長さを調整することによって制御される。
【００４７】
なお、上述の例では、複数のエレメント１３は二次元状に配置される。ただし、複数のエレメント１３は二次元状に配置されるものと限定される必要はなく、一次元状に配置されてもよい。また、複数のエレメント１３は必ずしも支持部材１１の延在方向と同一の方向に沿って配置されるものと限定されず、たとえば支持部材１１の延在方向に対して所定の角度傾いた方向に沿って、一次元状にあるいは二次元状に支持部材１１の表面に配置されてもよい。すなわち、複数のエレメント１３は、ある方向に沿って配置されているが、その配置方向や配置パターンは、指向性アンテナに求められる指向性の方向およびビーム形状に基づいて定められる。
【００４８】
このようにアンテナ本体部の第１の例では、複数のエレメントによってアレイアンテナが構成される。これにより、アンテナ本体部１２を指向性アンテナとすることができる。さらに、その指向性を任意の方向に制御することができる。
【００４９】
図１３は、アンテナ本体部１２の第２の例を示した図である。図１３を参照して、アンテナ本体部１２は、八木アンテナであり、導波器１３Ａと、放射器１３Ｂと、反射器１３Ｃとを含む。これら導波器１３Ａ、放射器１３Ｂおよび反射器１３Ｃは、支持部材１１の内表面に沿って円弧状に形成される。
【００５０】
放射器１３Ｂは、無線機１４からの電力が供給されることで電波を放射する。導波器１３Ａは、放射器１３Ｂから放射された電波を所定の方向に導く。反射器１３Ｃは、放射器１３Ｂに対して導波器１３Ａと反対側に設けられて、放射器１３Ｂから放射された電波を導波器１３Ａ側に反射する。導波器１３Ａによって導かれた放射器１３Ｂからの電波と、反射器１３Ｃによって反射された放射器１３Ｂからの電波とが重畳することで、図１３に示すように、支持部材１１の延在方向（図１１と同様に、この方向を０°方向とする）に鋭い指向性を得ることができる。
【００５１】
なお、第２の例においても、アンテナ本体部１２を構成するエレメントの数は特に限定されるものではない。たとえば、八木アンテナでは、導波器の数を増やすことによって、その指向性が鋭くなるとともに利得が大きくなる。したがって、たとえば所望の指向性（あるいは所望の利得）に基づき導波器の数が決定される。
【００５２】
このようにアンテナ本体部１２の第２の例では、複数のエレメントによって、八木アンテナを構成する。これにより、アンテナ本体部１２を指向性アンテナとすることができる。さらに、アンテナ本体部１２を構成するエレメント（導波器１３Ａ、放射器１３Ｂおよび反射器１３Ｃ）を筒状体の内表面に沿って形成できるので、容易にアンテナ本体部１２を形成できる。
【００５３】
これら第１および第２の例に示すように、アンテナ本体部１２は指向性アンテナとして構成される。したがって指向性アンテナ１０Ａあるいは１０Ｂをメッセンジャワイヤに設置した状態において、所望の方向の指向性を得ることが可能になる。たとえば道路に沿った方向に指向性が得られるよう実施の形態１に従う指向性アンテナを設置することで、道路をサービスエリアとする無線サービスを実現できる。
【００５４】
［実施の形態２］
実施の形態２では、実施の形態１に従う指向性アンテナの変位に伴う指向性の変動を制御するアンテナシステムを示す。
【００５５】
実施の形態１に従う指向性アンテナでは、支持部材１１がメッセンジャワイヤ５の少なくとも２箇所に取り付けられている。これにより、そのアンテナの指向性の物理的な変動が抑制される。ただし、メッセンジャワイヤを中心として指向性アンテナが振動（回転）する（これにより指向性が変動する）可能性も考えられる。
【００５６】
実施の形態２に従うアンテナシステムは、指向性アンテナがメッセンジャワイヤに取り付けられた状態において、指向性アンテナ（アレイアンテナ）の水平方向の位置および鉛直方向の位置の少なくとも一方が、本来の設置位置からずれていることを検出する変位検出装置を備える。さらに、実施の形態２に従うアンテナシステムは、検出装置の検出結果に基づいて、アレイアンテナの指向性を制御する制御装置を備える。
【００５７】
具体的には、アレイアンテナがメッセンジャワイヤを中心軸として振動（回転）していることが変位検出装置により検出された場合、制御装置はその振動方向と逆方向にアレイアンテナの指向性を制御する。これにより、アレイアンテナが振動していても、その指向性を、本来の設置位置（振動のない状態での位置）にアレイアンテナが設置された状態での指向性となるように制御することができる。したがって、アレイアンテナが振動していても所望の指向性を得ることが可能になる。
【００５８】
図１４は、実施の形態２に従うアンテナシステムの第１の構成例を示した図である。図１４を参照して、アンテナシステム１００は、指向性アンテナ１０Ａと、無線機１４と、重力センサ１６とを備える。重力センサ１６は、アンテナ本体部１２が設けられた支持部材１１の内表面に設置される。
【００５９】
指向性アンテナ１０Ａがメッセンジャワイヤ５を中心として振動した場合、アンテナ本体部１２（アレイアンテナ）は鉛直方向に対して傾く。重力センサ１６は、アンテナ本体部１２（アレイアンテナ）が鉛直方向に対して傾いている場合、その傾きの方向および大きさを検出して、その検出結果を位相制御装置１８に出力する。
【００６０】
位相制御装置１８は、アンテナ本体部１２が備える複数のエレメント１３の各々に無線機１４からの電力が供給される際に、重力センサ１６の検出結果に基づいて、各エレメント１３に供給される電力の位相を制御する。位相制御装置１８は、指向性アンテナ１０Ａの振動によるアレイアンテナの指向性の変動を相殺するように各エレメント１３に対する給電位相を制御する。これによって、指向性アンテナ１０Ａが振動していても所望の指向性を得ることが可能になる。
【００６１】
なお、重力センサ１６は、アンテナ本体部１２の位置が、本来の設置位置からずれていることを検出する変位検出装置に相当する。ただし、物体の鉛直方向からの傾きを検出することが可能なセンサであれば、「変位検出装置」は重力センサに限定されず、たとえばジャイロセンサを用いることも可能である。
【００６２】
図１５は、実施の形態２に従うアンテナシステムの第２の構成例を示した図である。図１５を参照して、アンテナシステム１０１は、位相制御装置１８に代えて位相制御装置１９を備える点、および重力センサ１６を含まない点においてアンテナシステム１００と異なる。アンテナシステム１０１の他の部分の構成についてはアンテナシステム１００と同様であるので以後の説明は繰返さない。
【００６３】
この構成例においては、アンテナ本体部１２から放射された電波を反射するための反射体１７が設置される。アンテナ本体部１２は、この反射波も受信する。反射体１７の位置および傾きは、アンテナ本体部１２が本来の位置に設置されたときに、アンテナ本体部１２が受信する反射波の強度が所定の強度となるよう定められる。アンテナ本体部１２が振動により鉛直方向に対して傾いた場合には、アンテナ本体部１２による反射波の受信強度が変化する。
【００６４】
位相制御装置１９は、検波装置２１と、変位検出装置２２と、位相調整器２３と、サーキュレータ２４と、分岐部２５とを含む。通信は、送信装置２６と受信装置２７とを含む無線機１４で行なわれる。
【００６５】
検波装置２１は、アンテナ本体部１２の各エレメント１３が受信した反射波について、位相調整器２３を介して合成された信号（たとえば、信号強度のピーク）を検出する。変位検出装置２２は、検波装置２１が検出した信号強度の変化に基づいてアンテナ本体部１２の変位を検出し、その検出結果を示す信号を位相調整器２３に対して送出する。
【００６６】
位相調整器２３は、変位検出装置２２からの信号に応じて、各エレメント１３への給電位相を調整し、アンテナ本体部１２の振動によるビーム方向の変動を相殺するように、アンテナ本体部１２（アレイアンテナ）の指向性を制御する。
【００６７】
位相調整器２３と変位検出装置２２とによって、受信信号の強度についてフィードバック制御系が構成されるので、アレイアンテナの指向性を最適に維持できる。
【００６８】
サーキュレータ２４は、送信装置２６から出力される電力を位相調整器２３を介してアンテナ本体部１２（各エレメント１３）に導くとともに、位相調整器２３からの信号を分岐部２５に導く。分岐部２５は、サーキュレータ２４からの信号を受信装置２７と検波装置２１とに２分岐する。
【００６９】
このように、実施の形態２によれば、指向性アンテナが振動したとしても、指向性の変動を抑制することができる。よって、実施の形態２によれば、実施の形態１による効果に加えて、通信の安定性を維持することができるという効果も得ることができる。
【００７０】
（適用例）
図１６は、本実施の形態に従う指向性アンテナを含む無線通信システムの一例を示した図である。図１６を参照して、道路３１，３２の角には、無線通信のための中継機２０が設けられる。中継機２０は、アンテナ１０に給電を行なうことで、交通情報の収集および配信を行なう。
【００７１】
アンテナ１０は、実施の形態１に従う指向性アンテナである。アンテナ１０の構成としては、指向性アンテナ１０Ａまたは１０Ｂの構成を採用することができる。なお、中継機２０は、アンテナ１０が振動していることを検出した場合、その指向性の変動を抑制するように、アンテナ１０の制御を行なってもよい。あるいは、中継機２０とは別に、変位検出装置およびアンテナ１０の指向性を制御する制御装置を設けてもよい。
【００７２】
道路３１を走行する車両４１および道路３２を走行する車両４２は、中継機２０およびアンテナ１０を介して無線通信を行なう。たとえば、車両４２は、道路３１，３２の交差点に近づいた場合に、交差点に近づいたことを示す情報を無線により送信する。中継機２０は、道路３２側に設けられたアンテナ１０を介してその情報を受信するとともに、道路３１側に設けられたアンテナ１０を介して、その情報を無線により送信する。図１６に示すように、道路３１を走行する車両４１が存在する場合、車両４１は、道路３１側に設けられたアンテナ１０を介して、車両４２が交差点に近づいているという情報を受信する。
【００７３】
同様に、車両４１は、道路３１，３２の交差点に近づいた場合に、交差点に近づいたことを示す情報を無線により送信する。車両４２は、道路３１側に設けられたアンテナ１０、中継機２０、および道路３２側に設けられたアンテナ１０を介してこの情報を受信する。車両４１，４２が、道路３１，３２の交差点に近づいているという情報を交換することで、道路３１，３２の交差点において車両４１，４２が衝突する可能性をより小さくすることが可能になる。
【００７４】
なお、図１６は、路側機を介して車両同士が情報を交換する場合を示した図であるが、アンテナ１０を適用した無線通信システムは、車両と路側機とが情報を授受する路車間通信に用いられてもよい。この場合、車両は、たとえば交通管制センタから発信される渋滞情報あるいは事故情報を、路側機を介して受けることができる。
【００７５】
なお、本発明の指向性アンテナは、水平に延びる水平部材に取り付け可能に構成される。したがって、上記「水平部材」はメッセンジャワイヤに限定されるものではない。たとえば棒状の部材等でもよいし、紐状の部材であってもよい。また、その水平部材の用途もケーブルの支持等の用途に限定されるものではない。
【００７６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施の形態１に係る指向性アンテナが取り付けられる電柱設備を示した模式図である。
【図２】図１に示したメッセンジャワイヤ５およびその周辺部分の拡大図である。
【図３】実施の形態１に係る指向性アンテナにより形成される、無線通信のサービスエリアの一例を示した図である。
【図４】メッセンジャワイヤに指向性アンテナを取り付ける場合に考慮すべき第１の点を説明する図である。
【図５】メッセンジャワイヤに指向性アンテナを取り付ける場合に考慮すべき第２の点を説明する図である。
【図６】実施の形態１に従う指向性アンテナの第１の構成例を示した図である。
【図７】実施の形態１に従う指向性アンテナの第２の構成例を示した図である。
【図８】支持部材１１における、メッセンジャワイヤ５への取付部分の構成を示した図である。
【図９】アンテナ本体部１２の第１の例を示した図である。
【図１０】図９に示したアンテナ本体部１２への給電を示した図である。
【図１１】アンテナ本体部１２（アレイアンテナ）の指向性の一例を示した図である。
【図１２】０°方向の指向性を得るための構成例を示した図である。
【図１３】アンテナ本体部１２の第２の例を示した図である。
【図１４】実施の形態２に従うアンテナシステムの第１の構成例を示した図である。
【図１５】実施の形態２に従うアンテナシステムの第２の構成例を示した図である。
【図１６】本実施の形態に従う指向性アンテナを含む無線通信システムの一例を示した図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 電柱、２ 電線、３ 柱上変圧器、４ 通信ケーブル、５，５Ａ，５Ｂ メッセンジャワイヤ、６ 金具、８，３１，３２ 道路、１０，２０Ａ，２０Ｂ アンテナ、１０Ａ，１０Ｂ 指向性アンテナ、１１ 支持部材、１１Ａ，１１Ｂ 重ね部、１２ アンテナ本体部、１３ エレメント、１３Ａ 導波器、１３Ｂ 放射器、１３Ｃ 反射器、１４ 無線機、１５ 取付部材、１６ 重力センサ、１７ 反射体、１８，１９ 位相制御装置、２０ 中継機、２１ 検波装置、２２ 変位検出装置、２３ 位相調整器、２４ サーキュレータ、２５ 分岐部、２６ 送信装置、２７ 受信装置、４１，４２ 車両、１００，１０１ アンテナシステム、ＦＤ 給電線路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に延在する水平部材の少なくとも２箇所に取り付け可能に構成された支持部材と、
前記支持部材の表面に形成され、かつ所定方向に配置された複数のエレメントを含むアンテナ本体部とを備える、指向性アンテナ。
【請求項２】
前記支持部材は、中空に形成され、かつ両端部が開口した筒状の部材である、請求項１に記載の指向性アンテナ。
【請求項３】
前記アンテナ本体部は、アレイアンテナである、請求項１または２に記載の指向性アンテナ。
【請求項４】
前記複数のエレメントは、
電波を放射するための放射器と、
前記放射器からの電波を所定の方向に導くための導波器と、
前記放射器に対して前記導波器と反対側に設けられ、前記放射器からの電波を反射するための反射器とを含む、請求項１または２に記載の指向性アンテナ。
【請求項５】
請求項３に記載の指向性アンテナと、
前記支持部材が前記水平部材に取り付けられた状態において、前記アレイアンテナの水平方向の位置および鉛直方向の位置の少なくとも一方が、本来の設置位置からずれていることを検出する変位検出装置と、
前記変位検出装置の検出結果に基づいて、前記複数のエレメントの各々への給電位相を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記アレイアンテナの指向性が、前記アレイアンテナが前記本来の設置位置に設置された状態での指向性となるように、前記アレイアンテナの指向性を補正する、アンテナシステム。
【請求項６】
前記変位検出装置は、
前記アレイアンテナの鉛直方向に対する傾きを検出するセンサを含む、請求項５に記載のアンテナシステム。
【請求項７】
前記アレイアンテナは、電波を放射する一方で、所定の位置に設けられた反射体により反射された前記電波を受信し、
前記変位検出装置は、前記アレイアンテナが受信した反射波の電界強度に基づいて、前記アレイアンテナの変位を検出する、請求項５に記載のアンテナシステム。
【請求項１】
水平方向に延在する水平部材の少なくとも２箇所に取り付け可能に構成された支持部材と、
前記支持部材の表面に形成され、かつ所定方向に配置された複数のエレメントを含むアンテナ本体部とを備える、指向性アンテナ。
【請求項２】
前記支持部材は、中空に形成され、かつ両端部が開口した筒状の部材である、請求項１に記載の指向性アンテナ。
【請求項３】
前記アンテナ本体部は、アレイアンテナである、請求項１または２に記載の指向性アンテナ。
【請求項４】
前記複数のエレメントは、
電波を放射するための放射器と、
前記放射器からの電波を所定の方向に導くための導波器と、
前記放射器に対して前記導波器と反対側に設けられ、前記放射器からの電波を反射するための反射器とを含む、請求項１または２に記載の指向性アンテナ。
【請求項５】
請求項３に記載の指向性アンテナと、
前記支持部材が前記水平部材に取り付けられた状態において、前記アレイアンテナの水平方向の位置および鉛直方向の位置の少なくとも一方が、本来の設置位置からずれていることを検出する変位検出装置と、
前記変位検出装置の検出結果に基づいて、前記複数のエレメントの各々への給電位相を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記アレイアンテナの指向性が、前記アレイアンテナが前記本来の設置位置に設置された状態での指向性となるように、前記アレイアンテナの指向性を補正する、アンテナシステム。
【請求項６】
前記変位検出装置は、
前記アレイアンテナの鉛直方向に対する傾きを検出するセンサを含む、請求項５に記載のアンテナシステム。
【請求項７】
前記アレイアンテナは、電波を放射する一方で、所定の位置に設けられた反射体により反射された前記電波を受信し、
前記変位検出装置は、前記アレイアンテナが受信した反射波の電界強度に基づいて、前記アレイアンテナの変位を検出する、請求項５に記載のアンテナシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−２３９５０９（Ｐ２００９−２３９５０９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８１４５３（Ｐ２００８−８１４５３）
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
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