(57)【要約】【課題】所定の移動経路上を移動する移動側アンテナと固定側アンテナとの間で無線信号の伝送を行う場合に，アンテナの受信電波強度の変化を抑制でき，無駄な電波放射を防止できること。【解決手段】移動経路１ａに平行な方向を０°及び前記固定側アンテナ３０から前記移動経路１ａに対して垂直に向かう方向を９０°とした座標系における角度をθとしたときに，両アンテナ２０，３０の利得の合成利得のθに対する利得分布が，略ｃｏｓｅｃ２θとなるように設定することにより，各アンテナ２０，３０間の距離による伝送信号の減衰特性を打ち消す。さらに，各アンテナ２０，３０の電波放射方向を，信号伝送と関係のない方向について制限することにより，無駄な電波放射を防止する。【選択図】図１
2004235841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の移動経路上を移動する移動側アンテナと該移動側アンテナとの間で一方向又は双方向に無線信号の伝送を行う固定側アンテナとを具備する無線アンテナシステムにおいて，
前記固定側アンテナの利得分布が前記移動経路に略平行な方向の一方若しくは両方或いはそれに近い方向から前記移動経路に対して略垂直に向かう方向或いはそれに近い方向となるにつれて利得が小さくなるように，及び／又は前記移動側アンテナの利得分布が前記移動経路に略平行な方向の一方若しくは両方或いはそれに近い方向から前記固定側アンテナが配設される側における前記移動経路に略垂直な方向或いはそれに近い方向となるにつれて利得が小さくなるように構成されてなることを特徴とする無線アンテナシステム。
【請求項２】
前記固定側アンテナが，前記移動経路と反対側において電波放射がない又は十分小さくなるよう構成されてなる請求項１に記載の無線アンテナシステム。
【請求項３】
前記移動側アンテナが，前記固定側アンテナが配置される側と反対側において電波放射がない又は十分小さくなるよう構成されてなる請求項１又は２のいずれかに記載の無線アンテナシステム。
【請求項４】
前記移動経路に平行な方向を０°及び前記固定側アンテナから前記移動経路に対して垂直に向かう方向を９０°とした座標系における角度をθとしたときに，前記固定側アンテナと前記移動側アンテナとが対向する側の所定範囲での前記座標系における前記固定側アンテナの利得と前記移動側アンテナの利得との合成利得の分布がｃｏｓｅｃ２θ若しくはこれに近い値となるよう構成されてなる請求項１〜３のいずれかに記載の無線アンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，所定の移動経路上を移動する移動側アンテナと固定側アンテナとの間で一方向又は双方向に無線信号の伝送を行う無線アンテナシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年，列車等の移動体の中にある端末（乗客の所有するモバイル機器等）からインターネット網へ通信接続（双方向の信号伝送）したり，所定のセンター局から各列車の中にある端末に各種デジタル情報を配信（一方向の信号伝送）したりするために用いる無線信号伝送システムの普及が要求されている。このような無線信号伝送システムでは，列車（移動体）に搭載されて列車とともに移動するアンテナ（以下，移動側アンテナという）と該移動側アンテナの移動経路に沿って（即ち，線路に沿って）複数配設されるアンテナ（以下，固定側アンテナという）との間で，一方向又は双方向の無線信号の伝送を行うことが有効である。これにより，列車の移動中においても，列車内の端末（移動側端末）は，前記移動側アンテナに接続された無線装置に対して有線又は無線により接続すれば，前記移動側アンテナ，該移動側アンテナと無線信号の伝送が可能な範囲（以下，伝送可能範囲という）内に存在する前記固定側アンテナ及び該固定側アンテナに接続された無線装置を介してインターネット網に接続したり，コンテンツの配信を受けたりすることが可能となる。
従来，このようなシステムとしては，特許文献１に示されるように，線路（移動経路）に沿って設けられた漏洩同軸ケーブルから放射される電波を用いて一方向（固定側→移動側）の無線信号の伝送を行うものがある。
また，非特許文献１に示されるように，無線ＬＡＮを用いて固定側（地上）と移動側（列車）との双方向信号伝送（通信）を行う試みも始まっている。この非特許文献１には，前記固定側アンテナ（地上側のアンテナ）として，その打ち上げ角が低く，半値角が狭い多段コリニアアンテナを使用することが示されている。
【０００３】
この多段コリニアアンテナの指向特性を示すと図１１のようになる。図１１（ａ）に示すように，多段コリニアアンテナ１０’の長手方向（図１１（ａ）では略鉛直方向）に直交する方向から見た場合の利得分布（即ち，放射強度分布）は，アンテナ長手方向に交差する所定の方向（図１１（ａ）ではアンテナ長手方向に略直交する方向（略水平方向））に比較的狭い（鋭い）指向性を有する利得分布となる。この指向性範囲の略中心方向において，多段コリニアアンテナ１０’の利得が最大となる。この利得最大方向のアンテナ長手方向に対する角度は，多段コリニアアンテナ１０’を構成する複数の要素アンテナ（不図示のパッチアンテナやスロットアンテナ等）間における伝送信号の位相関係を調節する（要素アンテナへの給電線路長を調節する等）ことにより所望の方向に設定
（構成）できることは周知である。これにより，多段コリニアアンテナ１０’の指向性を，アンテナ長手方向が縦方向となるように線路沿線に設置した状態で，移動側アンテナ（列車に搭載されるアンテナ）の移動経路に向かう方向となるように設定しておけば，上下方向においては，無線信号の伝送相手となる移動側アンテナ以外に放射される無駄な電波（無線信号）の発生を防止できる。
【０００４】
一方，多段コリニアアンテナ１０’の長手方向から見た場合の利得分布（図１１（ｂ）では，略水平面内における放射強度分布）は，図１１（ｂ）に示すように均等であり，無指向性（方向によらずアンテナ利得が略一定）である。
図１２は，所定位置に設置された地上アンテナ３０’（固定側アンテナ）と，列車等の車両に搭載されて直線状の移動経路１上を移動する車両アンテナ２０’（移動側アンテナ）との間で信号伝送を行う場合の両アンテナの相対位置の移動関係を模式的に表す平面図である。
ここで，前記移動経路に平行な方向を０°及び前記地上アンテナ３０’から前記移動経路１に対して垂直に向かう方向を９０°とした座標系における角度をθとし，前記地上アンテナ３０’と前記移動経路１との距離をｄ０とすると，前記地上アンテナ３０’と前記車両アンテナ２０’との距離ｄは，次の（１）式で表される。
ｄ＝ｄ０／ｓｉｎθ＝ｄ０・ｃｏｓｅｃθ  …（１）
また，アンテナから放射される電波の到達強度は距離の２乗に反比例する。従って，前記車両アンテナ２０’及び前記地上アンテナ３０’からの電波放射強度が，前記多段コリニアアンテナ１０’のようにθに対して（θの変化に対して）一定である場合，相手側のアンテナに到達する電波強度（信号強度）は，前記地上アンテナ３０’に最接近するθ＝９０°の位置（前記地上アンテナ３０’との距離がｄ０の位置）での到達電波強度に対する比Ｒで表すと，次の（２）式で表される。
Ｒ＝ｄ０２／（ｄ０・ｃｏｓｅｃθ）２＝１／ｃｏｓｅｃ２θ  …（２）
従って，前記車両アンテナ２０’がθ＝１°の位置にある場合，ｄ≒５７．３ｄ０となるので，ｄ０＝３ｍであるとすると距離ｄは１７２ｍとなる。ここで，前記地上アンテナ３０’と前記車両アンテナ２０’との間で，無線ＬＡＮの通信規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｂに準拠した無線ＬＡＮ通信を行う場合，使用するアンテナゲインと送信パワーにもよるが周囲３００ｍ程度の範囲内であれば通信可能であるので，θ＝１°の位置であれば通信は十分可能である。
一方，θ＝１°の位置における到達電波強度は，θ＝９０°の位置に比べて３．０５×１０−４倍（３５ｄＢの減衰）となる。ここで，前記地上アンテナ３０’や前記車両アンテナ２０’に接続される無線機は，通常，受信電波強度（即ち，相手側アンテナから放射された電波の到達電波強度）に応じて信号の強度レベルが所定範囲内となるよう調節した上で信号処理部へ入力するよう構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１１７１９号公報
【非特許文献１】
平成１４年鉄道技術連合シンポジウム予稿集  Ｓ５−１−１，５５３−５５６
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，３５ｄＢという受信電波強度の変化は，無線機の信号強度レベルの調節範囲の大部分を占めることとなり，該調節範囲に余裕がなくなるため，アンテナの設置位置の自由度や，ノイズ対応への許容度が小さくなってしまうという問題点があった。さらに，前記車両アンテナ２０’（移動側アンテナ）が列車のように移動速度が速い移動体に搭載されるものである場合，信号強度レベルの変化が速く（時速２５０ｋｍで移動する場合，１７２ｍを２．４８秒で移動），無線機による信号レベル調節が十分に応答できず，データ伝送が不安定になりやすいという問題点もあった。これらの問題は，前記地上アンテナ３０’側及び前記車両アンテナ２０’側の双方で生じる問題である。
さらに，多段コリニアアンテナの略水平面内における放射強度分布は均等であるため，前記移動経路１と反対側に放射される電波は無駄である上，このような無駄な電波を常時（定期的に）放射することは，近隣で行われる他の無線通信に悪影響を与えるという問題点もあった。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，所定の移動経路上を移動する移動側アンテナと固定側アンテナとの間で一方向又は双方向に無線信号の伝送を行う場合に，アンテナの受信電波強度の変化を抑制でき，さらに無駄な電波放射を防止できる無線アンテナシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は，所定の移動経路上を移動する移動側アンテナと該移動側アンテナとの間で一方向又は双方向に無線信号の伝送を行う固定側アンテナとを具備する無線アンテナシステムにおいて，前記固定側アンテナの利得分布が前記移動経路に略平行な方向の一方若しくは両方或いはそれに近い方向から前記移動経路に対して略垂直に向かう方向或いはそれに近い方向となるにつれて利得が小さくなるように，及び／又は前記移動側アンテナの利得分布が前記移動経路に略平行な方向の一方若しくは両方或いはそれに近い方向から前記固定側アンテナが配設される側における前記移動経路に略垂直な方向或いはそれに近い方向となるにつれて利得が小さくなるように構成されてなることを特徴とする無線アンテナシステムとして構成されるものである。
これにより，前記移動側アンテナが前記固定側アンテナから離れた位置（即ち，前記移動経路に略平行な方向に近い方向の位置）にあるときに，前記移動側アンテナの利得と前記固定側アンテナの利得との合成利得が大きく，前記移動側アンテナが前記固定側アンテナに近づくにつれて（即ち，前記固定側アンテナから前記移動経路に対して略垂直に向かう方向の側へ移動するにつれて）前記合成利得が小さくなる。従って，両アンテナの距離が変化することによる各アンテナから相手側アンテナに到達する電波強度の変化分が，前記合成利得の変化分によって打ち消される方向に作用することになり，その結果，前記移動側アンテナの移動による各アンテナでの受信電波強度の変化を小さく抑えられる。
【０００８】
また，前記固定側アンテナが，前記移動経路と反対側において電波放射がない又は十分小さくなるよう構成されたものであれば，前記移動側アンテナに向かう方向以外の方向への無駄な電波放射を防止できる。
同様に，前記移動側アンテナが，前記固定側アンテナが配置される側と反対側において電波放射がない又は十分小さくなるよう構成されたものであれば，前記移動側アンテナについても無駄な電波放射を防止できる。
【０００９】
また，前記移動経路に平行な方向を０°及び前記固定側アンテナから前記移動経路に対して垂直に向かう方向を９０°とした座標系における角度をθとしたときに，前記固定側アンテナと前記移動側アンテナとが対向する側の所定範囲での前記座標系における前記固定側アンテナの利得と前記移動側アンテナの利得との合成利得の分布がｃｏｓｅｃ２θ若しくはこれに近い値となるよう構成したものが考えられる。
これにより，両アンテナの距離が変化することによる各アンテナから相手側アンテナに到達する電波強度の変化分を，ほぼそのまま前記合成利得の変化分によって打ち消されることになり，その結果，前記移動側アンテナの移動にかかわらず各アンテナでの受信電波強度がほぼ一定となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸの概略構成及びその構成要素である各アンテナのアンテナ特性を表す図，図２は本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸを構成する各アンテナの理論上のアンテナ特性を相対利得により表したグラフ，図３は本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸのアンテナの概略構成例を表す図，図４は本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸにおける各アンテナの配置方向の例を表す図，図５は本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸの第１の適用例を表す図，図６は本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸの第２の適用例を表す図，図７は本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸの第３の適用例を表す図，図８は本発明の実施例に係る無線アンテナシステムＸを構成するアンテナの理論上のアンテナ特性を相対利得により表したグラフ，図９は本発明の実施例に係る無線アンテナシステムにおける各アンテナを構成するアンテナ素子（放射素子）の振幅及び位相の分配を表すグラフ，図１０は本発明の実施例に係る無線アンテナシステムを構成する各アンテナの理論上及び実際上のアンテナ特性を相対利得により表したグラフ，図１１は多段コリニアアンテナの指向特性を模式的に表す図，図１２は地上アンテナと直線状の移動経路上を移動する車両アンテナとの間で信号伝送を行う場合の両アンテナの相対位置の移動関係を模式的に表す平面図である。
【００１１】
まず，図１を用いて，本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸの構成及びその構成要素である各アンテナのアンテナ特性について説明する。
図１（ａ）は，無線アンテナシステムＸを列車に適用した場合の概略側面図及び正面図を表す。
無線アンテナシステムＸは，軌道１上を移動する車両２に搭載されることにより所定の移動経路１ａ上を所定の移動方向１ｂに向かって移動する車両アンテナ２０（移動側アンテナの一例）と，所定位置に設置され前記車両アンテナ２０との間で一方向又は双方向に無線信号（電波）の伝送を行う地上アンテナ３０（固定側アンテナの一例）とを具備する。
正面図に示すように，前記車両アンテナ２０及び前記地上アンテナ３０それぞれの前記移動方向１ｂから見た信号伝送可能範囲２０ａ，３０ａ（各アンテナの指向角度及び利得により定まる範囲）内に，それぞれ相手側のアンテナ（前記地上アンテナ３０に対しては前記車両アンテナ２０，前記車両アンテナ２０に対しては前記地上アンテナ３０）が含まれるように，前記信号伝送可能範囲及び各アンテナの相対位置が設定されている。ここで，車両２（列車）は，所定の軌道１（線路）上を走行するものであり，この軌道１は，通常はほぼ直線状である。また，軌道１が曲線状であっても，その曲率半径は大きいことが通常であるので，各アンテナ２０，３０の信号伝送可能範囲内においてはほぼ直線状とみなすことができる。従って，前記車両アンテナ２０移動による前記移動方向１ｂから見た各アンテナ２０，３０の相対位置関係の変化は小さい。このため，前記移動方向１ｂから見た場合において，各アンテナ２０，３０の指向角度（電波放射角度）は，相手側のアンテナの相対位置が変化し得る範囲を含む所定範囲に制限されるよう構成されている。これにより，前記移動方向１ｂから見た無駄な電波放射を防止している。もちろん，前記移動経路１ａの方向変化が大きいほど（曲率半径が小さいほど），前記移動方向１ｂから見た各アンテナ２０，３０の指向角度を大きく設定する必要があることはいうまでもない。
【００１２】
また，前記移動経路１ａに平行な方向を０°及び前記地上アンテナ３０から前記移動経路１ａに対して垂直に向かう方向を９０°とした座標系において，前記地上アンテナ３０と前記車両アンテナ２０とが対向する側における前記地上アンテナ３０及び前記車両アンテナ２０それぞれの利得分布は，それぞれ概ねｃｏｓｅｃθとなるように設定されている。また，その他の方向（９０°＜θ＜３６０°の方向）については，ほぼ電波放射がないように設定されている。
図１（ｂ）は，前記地上アンテナ３０と前記車両アンテナ２０とが対向する側のθ＝０°〜９０°の範囲（所定範囲の一例）において，前記座標系におけるアンテナの利得分布をほぼｃｏｓｅｃθとした場合の利得分布のグラフである。ここで，原点Ｏは，各アンテナ２０，３０の位置を表す。以下，図１（ｂ）に示す利得分布を有するアンテナをアンテナＡという。
前記地上アンテナ３０及び前記車両アンテナ２０それぞれを，前記アンテナＡとすれば，前記地上アンテナ３０と前記車両アンテナ２０との位置関係が，θ＝０°〜９０°の範囲内で無線信号の伝送が可能な距離内にあれば，前記地上アンテナ３０の利得と前記車両アンテナ２０の利得との合成利得は，各利得の積となるのでほぼｃｏｓｅｃ２θとなる。
一方，（２）式で示したように，θに対して電波の放射強度が一定である場合には，相手側に到達する電波強度の比（両アンテナ２０，３０が再接近したときの到達電波強度に対する比），即ち，電波の減衰特性は１／ｃｏｓｅｃ２θで表される。
以上のことから，前記地上アンテナ３０と前記車両アンテナ２０との位置関係が，θ＝０°〜９０°の範囲内で無線信号の伝送が可能な距離内にあれば，各アンテナ２０，３０の合成利得の特性と電波の減衰特性とが打ち消しあって，各アンテナ２０，３０における電波の受信強度がほぼ一定となる。
【００１３】
また，例えば，２つの前記アンテナＡをそれぞれ逆方向に組み合わせる等により，より広い範囲でｃｏｓｅｃθの利得分布を有するアンテナを構成することも考えられる。
図１（ｃ）は，前記地上アンテナ３０と前記車両アンテナ２０とが対向する側のθ＝０°〜１８０°の範囲（所定範囲の一例）において，前記座標系におけるアンテナの利得分布をほぼｃｏｓｅｃθとし，その他の方向（１８０°＜θ＜３６０°の方向）については，ほぼ電波放射がないように設定された場合の利得分布のグラフである。ここで，原点Ｏは，各アンテナ２０，３０の位置を表す。以下，図１（ｃ）に示す利得分布を有するアンテナのことをアンテナＢという。
前記地上アンテナ３０及び前記車両アンテナ２０それぞれを，前記アンテナＢとすれば，前記地上アンテナ３０と前記車両アンテナ２０との位置関係が，θ＝０°〜１８０°の範囲内で無線信号の伝送が可能な距離内にあれば，前記地上アンテナ３０の利得と前記車両アンテナ２０の利得との合成利得は，各利得の積となるのでほぼｃｏｓｅｃ２θとなる。
従って，前記アンテナＡの場合と同様に，前記地上アンテナ３０と前記車両アンテナ２０との位置関係が，θ＝０°〜１８０°の範囲内で無線信号の伝送が可能な距離内にあれば，各アンテナ２０，３０の合成利得の特性と電波の減衰特性とが打ち消しあって，各アンテナ２０，３０における電波の受信強度がほぼ一定となる。
さらに，前記地上アンテナ３０については，前記移動経路１ａと反対側（１８０°＜θ＜３６０°の方向）において，前記車両アンテナ２０については，前記地上アンテナ３０が配置される側と反対側（１８０°＜θ＜３６０°の方向）においてほぼ電波放射がないよう指向性が設定されれば（不図示），近隣の他の無線通信に影響を与えるような無駄な電波放射を防止できる。
図２は，前記アンテナＢのθ＝９０°方向における利得を０としたときの理論上の相対利得の分布をグラフ化したものである。ｃｏｓｅｃθは，０°及び１８０°において値が発散するので，図２においては，相対利得の最大値が２０ｄＢ強となるように制限して表している。
【００１４】
図１（ａ）に示す例では，前記車両アンテナ２０を車両２の上面に配置し，前記地上アンテナ３０を前記車両アンテナ２０の上方に配置する構成を示しているが，各アンテナ２０，３０の配置方向はこれに限るものではない。
図４は，車両２の移動方向から見た各アンテナ２０，３０の配置方向の例を表す図である。
図４に（ａ）で示される各アンテナ２０，３０の配置は，図１（ａ）に示した配置であるが，（ｂ）で示すように，前記車両アンテナ２０を車両２の側面に配置し，前記地上アンテナ３０を車両２の側面方向に配置することや，（ｃ）に示すように，前記車両アンテナ２０を車両２の底面に配置し，前記地上アンテナ３０を車両２の下方に配置すること等も考えられる。
また，図４には図示していないが，前記アンテナＡを用いる場合には，前記移動方向１ｂの上流側又は下流側のいずれか一方の方向においてのみ信号伝送可能であるので，前記車両アンテナ２０を，車両２の前面又は後面に配置し，前記地上アンテナ３０を車両２の上方，側面方向又は下方のいずれかに配置することも可能である。
【００１５】
次に，図３を用いて，前記アンテナＡ，前記アンテナＢの構成例について説明する。
前記アンテナＡ及び前記アンテナＢ（即ち，前記地上アンテナ３０及び前記車両アンテナ２０）は，アレーアンテナ或いは反射鏡面修正開口アンテナ等によって構成することが可能である。ここで，図３に示すように，平面パッチアンテナをアンテナ素子１１（放射素子）とし，このアンテナ素子１１を複数配列して構成されたパッチアレーアンテナ１０により各アンテナ２０，３０を構成すれば，コンパクトな平面状アンテナとなるので設置場所の自由度が高まり有効である。特に，図４（ｃ）に示す列車の下面側のように，設置スペースの制約が大きい場合に好適である。
前記パッチアレーアンテナ１０では，複数のアンテナ素子１１（放射素子）が所定の基材１５上に配列され，各アンテナ素子１１が給電線路１４及び分配回路１２により接続されている。そして，伝送信号の入力及び／又は出力を行う無線機が接続される所定の給電部１３から給電された電力（即ち，伝送信号）は，前記給電線路１４及び分配回路１２を通じて前記各アンテナ素子１１に伝送され，各アンテナ素子１１から電波が放射される。
また，相手側アンテナからの放射電波が前記アンテナ素子１１により受信されると，受信電力（伝送信号）が前記分配回路１２及び前記給電線路１４を通じて前記給電部１３に伝送され，該給電部１３に接続された無線機に入力される。
前記給電部１３に入力された伝送信号は，前記給電線路１４の経路長及び前記分配回路１２の機能により，前記アンテナ素子１１ごとにそれぞれ所望の励振振幅及び位相になるよう調節されて伝送される。この励振振幅及び位相の設定により，前記アンテナ素子１１の表面側における，その配列方向を含む前記アンテナ素子１１の面（前記基材１４の面）に直交する面におけるアンテナの指向特性（即ち，利得分布）を所望の特性に設定することが可能である。従って，前記パッチアレーアンテナ１０における前記アンテナ素子１１の励振振幅及び位相を適切に設定することにより，理論上のｃｏｓｅｃθの利得分布特性と非常に近似した利得分布特性を有するアンテナを構成することができる。さらに，１８０°＜θ＜３６０°の方向において，ほぼ電波放射がないよう指向性が設定することも可能である。
このようなｃｏｓｅｃθに近似する利得分布特性を有するよう構成された前記パッチアレーアンテナ１０を前記地上アンテナ３０及び前記車両アンテナ２０としてそれぞれ配置することにより，両アンテナの合成利得分布がｃｏｓｅｃ２θとなり，各アンテナにおける受信電波の電力強度を前記移動アンテナ２０の移動にかかわらずほぼ一定に維持することができる。
また，図３に示すような１次元の配列構成を複数列にして２次元に配列された前記アンテナ素子１１を有するパッチアレーアンテナとすれば，ｃｏｓｅｃθの利得分布を一定の厚みをもって形成することができる。この厚みを適切に設定することにより，相手側のアンテナが移動し得る範囲（図１（ａ）の正面図における前記信号伝送可能範囲２０ａの幅の範囲）をカバーする指向角度を設定することができる。
【００１６】
（第１の適用例）
次に，図５を用いて，前記アンテナＡを前記地上アンテナ３０及び前記車両アンテナ２０として用いた場合の無線アンテナシステムＸの適用例（第１の適用例）について説明する。この第１の適用例では，前記地上アンテナ３０としての前記アンテナＡを車両２に搭載された前記車両アンテナ２０（これも前記アンテナＡを使用）の移動方向１ｂに沿う方向に所定間隔で複数配置する。この場合の各アンテナ２０，３０（即ち，前記アンテナＡ）は，θ＝９０°を超える方向においては無線信号の伝送はできない（電波が放射されない）。即ち，前記移動方向１ｂの上流側又は下流側のいずれか一方の方向においてのみ，所定の通信可能距離ｗ（信号伝送可能距離）の範囲内で信号伝送が可能である。
従って，図５に示すように，前記地上アンテナ３０を前記移動方向１ｂにおける通信可能距離ｗ以下の間隔ｗｘで配置することにより，前記地上アンテナ３０と前記車両アンテナ２０との間における信号伝送を途絶えることなく連続的に行うことが可能となる。
【００１７】
（第２の適用例）
次に，図６を用いて，前記アンテナＢを前記地上アンテナ３０及び前記車両アンテナ２０として用いた場合の無線アンテナシステムＸの適用例（第２の適用例）について説明する。この第２の適用例では，前記地上アンテナ３０としての前記アンテナＢを車両２に搭載された前記車両アンテナ２０（これも前記アンテナＢを使用）の移動方向１ｂに沿う方向に所定間隔で複数配置する。この場合の各アンテナ２０，３０（即ち，前記アンテナＢ）は，θ＝０°〜１８０°の方向で無線信号の伝送が可能である。即ち，前記移動方向１ｂの上流側及び下流側の両方向について，所定の通信可能距離ｗ１（信号伝送可能距離）の範囲内で信号伝送が可能である。
従って，図６に示すように，前記地上アンテナ３０を当該アンテナの前記移動方向１ｂにおける通信可能距離ｗ１と隣りの前記地上アンテナ３０の通信可能距離ｗ２との合計距離（ｗ１＋ｗ２）以下の間隔ｗｙで配置することにより，前記地上アンテナ３０と前記車両アンテナ２０との間における信号伝送を途絶えることなく連続的に行うことが可能となる。
この場合，前記アンテナＢが２つの前記アンテナＡを逆方向に組み合わせたものであれば，ｗ＝ｗ１＝ｗ２となるので，当該第２の適用例における前記地上アンテナ３０の設置間隔は，前記第１の適用例における場合の２倍の間隔とすることができる。これにより，前記地上アンテナ３０の設置工数を抑えることができる。
ここで，２つの前記アンテナＡを組み合わせた場合には，２つの前記アンテナＡに対して伝送信号を分岐（送信の場合）及び合成（受信の場合）することや，相手アンテナの位置によって使用するアンテナを切り替えることが考えられる。このアンテナの切り替えは，例えば，電波の強度の監視（受信電波強度の強い方のアンテナに切り替える等）や，前記地上アンテナ３０が受信する信号のドップラー効果の利用（受信信号の周波数の単位時間当たりの変位量は車両２の近接に従い（正面方向に近づくに従い）０に近づくことを利用）等が考えられる。
【００１８】
（第３の適用例）
次に，図７を用いて，アンテナシステムＸを，高速道路等の路面を走行する車両に適用した例（第３の適用例）について説明する。
図７は，アンテナシステムＸを高速道路等の路面を走行する車両に適用した場合の側面図及び正面図（車両２の進行方向から見た図）である。
前記第１及び第２の適用例では，車両２は軌道１上をほぼ直線的に走行するため，各アンテナ２０，３０の指向角度はごく狭くて済む。これに対し，高速道路等の路面を走行する車両は，車線変更を考慮する必要がある。しかし，図７の正面図に示すように，各アンテナ２０，３０の指向角度を，車線変更を考慮した範囲をカバーする（広げる）ように設定することにより適用可能である。もちろん，車線ごとに前記地上アンテナ３０を配置してもかまわない。
【００１９】
【実施例】
前述した実施の形態では，前記地上アンテナ３０及び前記車両アンテナ２０の双方の利得分布をｃｏｓｅｃθとすることにより，両アンテナ２０，３０の利得の合成利得をｃｏｓｅｃ２θとするものであったが，これに限るものではない。
例えば，一方のアンテナのθに対する利得分布を一定とし，もう一方のアンテナのθに対する利得分布をｃｏｓｅｃ２θとする等，両アンテナのθに対する利得の合成利得（即ち，両アンテナの利得の積）がｃｏｓｅｃ２θとなるように構成すれば，前記車両アンテナ２０の移動にかかわらず，各アンテナ２０，３０における受信電波の強度をほぼ一定に維持することができる。
【００２０】
図８は，ｃｏｓｅｃ２θの利得分布を有するアンテナのθ＝９０°方向における利得を０としたときの理論上の相対利得の分布をグラフ化したものである。ｃｏｓｅｃ２θは，０°及び１８０°において値が発散するので，図２においては，相対利得の最大値が３０ｄＢ弱となるように制限して表している。また，図示していないが，１８０°＜θ＜３６０°の方向については，ほぼ電波放射がないものである。
図８に示すような利得分布を有するアンテナは，アレーアンテナ或いは反射鏡面修正開口アンテナ等によって構成することが可能である。
図９は，素子間隔を使用電波の波長の半波長とした２１個の前記アンテナ素子１１を有する前記パッチアレーアンテナ１０（図３参照）において，利得分布をｃｏｓｅｃ２θとする場合に，前記アンテナ素子１１それぞれに設定する励振振幅及び位相をグラフ化したものである。図９のグラフでは，横軸は前記アンテナ素子１１それぞれの番号を，配列中央の前記アンテナ素子１１を「０」とし，その両隣りをそれぞれ「＋１」，「−１」として「−１０」〜「１０」の番号で表している。また，左の縦軸は励振振幅を，右の縦軸は位相（ｒａｄ）をそれぞれ表している。
【００２１】
図１０は，励振振幅及び位相を図９のグラフに示すように設定した前記パッチアレーアンテナ１０の利得分布（指向特性）をグラフ化したものである。
図１０のグラフにおいて，横軸は，前記アンテナ素子１１の配列方向を含む前記アンテナ素子１１の面（前記基材１４の面）に直交する面における前記アンテナ素子１１の正面方向（表面に直交する方向）を０°としたときの角度φ，縦軸はφ＝９０°方向を０ｄＢとしたときの相対利得を表す。また，図１０に実線で示すグラフ線は，前記パッチアレーアンテナ１０の特性を表すグラフ線，破線で示すグラフ線は，理論上のｃｏｓｅｃ２θ特性をθ＝φとして表したグラフ線である。
図１０からわかるように，前記パッチアレーアンテナ１０における前記アンテナ素子１１の励振振幅及び位相を適切に設定することにより，理論上のｃｏｓｅｃ２θの利得分布特性と非常に近似した利得分布特性を有するアンテナを構成することができる。
また，図１０には，θ＝−１０°までしか示していないが，図９に示した励振振幅及び位相が設定された前記パッチアレーアンテナ１０は，１８０°＜θ＜３６０°の方向においては，ほぼ電波放射がないものである。
従って，φ＝θとなるように前記パッチアレーアンテナ１０を前記地上アンテナ３０又は前記車両アンテナ２０のいずれか一方として配置し，もう一方のアンテナとして通常のアンテナ（θに対する利得分布が略均一なアンテナ）を使用することにより，両アンテナの合成利得分布がｃｏｓｅｃ２θとなり，各アンテナにおける受信電波の電力強度を前記移動アンテナ２０の移動にかかわらずほぼ一定に維持することができる。
さらに，不要な方向への電波放射が小さいので，近隣の他の無線通信に影響を与えるような無駄な電波放射を防止できる。
【００２２】
また，両アンテナ２０，３０の合成利得をｃｏｓｅｃ２θ又はそれに近い値とすることは，理想的な状態ではある。しかし，前述したように，アンテナに接続される無線機は，通常，受信電波の強度を調節する機能を有するため，その強度変化が大きくなければ十分対応可能である。
ここで，受信電波の強度変化を抑えるためには，前記地上アンテナ３０のθに対する利得分布が０°及び／若しくは１８０°の方向又はそれに近い方向から９０°方向又はそれに近い方向となるにつれて利得が小さくなるようにすることが考えられる。即ち，前記移動経路１ａに略平行な方向の一方若しくは両方或いはそれに近い方向から前記移動経路１ａに対して略垂直に向かう方向或いはそれに近い方向となるにつれて利得が小さくなるようにすることである。前述したように，利得分布をｃｏｓｅｃθ又はｃｏｓｅｃ２θとすることもこの一例である。
これにより，前記車両アンテナ２０の利得分布が一定であっても，各アンテナ２０，３０における受信電波の強度変化を小さくすることができる。
【００２３】
また，その逆の構成であっても同様である。即ち，前記車両アンテナ２０のθに対する利得分布が０°及び／若しくは１８０°の方向又はそれに近い方向から９０°方向又はそれに近い方向となるにつれて利得が小さくなるようにすることである。言い換えると，前記移動経路１ａに略平行な方向の一方若しくは両方或いはそれに近い方向から前記地上アンテナ３０が配設される側における前記移動経路１ａに略垂直な方向或いはそれに近い方向となるにつれて利得が小さくなるようにすることである。
これにより，前記地上アンテナ３０の利得分布が一定であっても，各アンテナ２０，３０における受信電波の強度変化を小さくすることができる。
また，上記のように利得分布が設定された地上アンテナ３０及び車両アンテナ２０を組み合わせることも考えられる。
【００２４】
ここで，各アンテナ２０，３０を，θに対する利得分布が０°の方向から９０°の方向となるにつれて利得が小さくなるようにする構成としては，前記パッチアレーアンテナ１０を用いる以外にも考えられる。
例えば，周知の八木アンテナのように鋭い指向性を有するアンテナをθ＝０°又はそれに近い方向に向けて設置し，これと無指向性のアンテナとを合成することによっても構成可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，所定の移動経路上を移動する移動側アンテナと固定側アンテナとの間で一方向又は双方向に無線信号の伝送を行う場合に，各アンテナの利得分布が，各アンテナ間の距離による伝送信号の減衰特性を打ち消すように設定されるので，各アンテナの受信電波強度の変化を抑制することができる。その結果，無線機による信号レベル調節に余裕を持たせることができ，アンテナの設置位置の自由度や，ノイズ対応への許容度を大きくすることができる。
さらに，各アンテナの電波放射方向を，信号伝送と関係のない方向について制限することにより，無駄な電波放射を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸの概略構成及びその構成要素である各アンテナのアンテナ特性を表す図。
【図２】本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸを構成する各アンテナの理論上のアンテナ特性を相対利得により表したグラフ。
【図３】本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸのアンテナの概略構成例を表す図。
【図４】本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸにおける各アンテナの配置方向の例を表す図。
【図５】本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸの第１の適用例を表す図。
【図６】本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸの第２の適用例を表す図。
【図７】は本発明の実施の形態に係る無線アンテナシステムＸの第３の適用例を表す図。
【図８】本発明の実施例に係る無線アンテナシステムＸを構成するアンテナの理論上のアンテナ特性を相対利得により表したグラフ。
【図９】本発明の実施例に係る無線アンテナシステムにおける各アンテナを構成するアンテナ素子（放射素子）の振幅及び位相の分配を表すグラフ。
【図１０】本発明の実施例に係る無線アンテナシステムを構成する各アンテナの理論上及び実際上のアンテナ特性を相対利得により表したグラフ。
【図１１】多段コリニアアンテナの指向特性を模式的に表す図。
【図１２】地上アンテナと直線状の移動経路上を移動する車両アンテナとの間で信号伝送を行う場合の両アンテナの相対位置の移動関係を模式的に表す平面図。
【符号の説明】
１…軌道
１ａ…車両アンテナ（移動側アンテナ）の移動経路
１ｂ…車両アンテナ（移動側アンテナ）の移動方向
２…車両
１０…パッチアレーアンテナ
１１…アンテナ素子（放電素子）
１２…分配回路
１３…給電部
１４…給電線路
１５…基材
２０，２０’…車両アンテナ（移動側アンテナ）
３０，３０’…地上アンテナ（固定側アンテナ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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