(57)【要約】【課題】  ループコイルのコイル長を長くしながらも、ループコイルに流れる送信電流が低下することを未然に回避する。【解決手段】  ループコイル１に、各区間「ａ1」〜「ａ3」におけるインダクタンス「Ｌ1」〜「Ｌ3」と送信周波数で直列共振するキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ3」を有するコンデンサ６〜８を直列に接続する。ループコイル１を、分割された各区間「ａ1」〜「ａ3」の３個のコイルが直列に接続されたものと等価に見做すことでき、ループコイル１のコイル長を長くできながらも、ループコイル１に流れる送信電流が低下することを未然に回避できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループコイルを複数の区間に分割し、その分割された区間におけるインダクタンスと送信周波数で直列共振するキャパシタンスを有するコンデンサを当該分割された区間毎に直列に接続したことを特徴とする路側アンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載した路側アンテナ装置において、
互いに異なるキャパシタンスを有する複数のコンデンサを当該分割された区間毎に直列に接続したことを特徴とする路側アンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した路側アンテナ装置において、
ループコイルのコイル長方向の略中央部に給電位置を設けたことを特徴とする路側アンテナ装置。
【請求項４】
車載アンテナから放射されてループコイルに捕捉された電波を受信信号として処理する受信回路の動作電圧の範囲を、車載アンテナのループコイルに対する位置の変化に起因して受信信号の受信電圧が変動する範囲よりも大きく構成したことを特徴とする路側アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＩＭＴＳ（Intelligent Multimode Transit System）における路車間通信で用いられる路側アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軌道系と道路系との２つの交通機関の長所を結合させた中距離・中量輸送システムとしてＩＭＴＳがある。ＩＭＴＳでは、道路に敷設されているループコイルと車両に搭載されている車載アンテナとの間で無線通信を行うことにより、閉塞制御を実現している（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２６１３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ループコイルは、１本のワイヤが環状になって形成されているため、コイル長を長くすると、インダクタンスが増加し、自己共振周波数が低下するという問題がある。一例として、例えばコイル長が「９０ｍ」のループコイルでは、図８に示すように、自己共振周波数が送信周波数である「１９０ｋＨｚ」付近まで低下し、これに伴って、送信周波数付近でのループコイルのインピーダンスが「１ｋΩ」程度となり、ループコイルに流れる送信電流が低下するという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ループコイルのコイル長を長くすることができながらも、ループコイルに流れる送信電流が低下することを未然に回避することができる路側アンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載した発明によれば、ループコイルを複数の区間に分割し、その分割された区間におけるインダクタンスと送信周波数で直列共振するキャパシタンスを有するコンデンサを当該分割された区間毎に直列に接続する構成としたので、ループコイルの分割された各区間と各コンデンサとを直列共振させることにより、ループコイルを、分割された各区間に相当する複数のコイルが直列に接続されたものと等価に見做すことできる。これにより、ループコイルのインピーダンスとしては直列抵抗分のみを考慮すれば良いので、ループコイルのコイル長を長くすることができながらも、ループコイルに流れる送信電流が低下することを未然に回避することができる。
【０００６】
請求項２に記載した発明によれば、互いに異なるキャパシタンスを有する複数のコンデンサを当該分割された区間毎に直列に接続する構成としたので、それら複数のコンデンサのキャパシタンスを調節することにより、送信周波数付近でのループコイルのインピーダンスの周波数特性を緩やかにすることができる。これにより、仮にインダクタンスが何らかの影響で変動したとしても、送信周波数付近でのループコイルのインピーダンスの変動を小さく抑制することができ、ループコイルに流れる送信電流を安定させることができる。
【０００７】
請求項３に記載した発明によれば、ループコイルのコイル長方向の略中央部に給電位置を設ける構成としたので、送信電流の電流分布および受信電圧の電圧分布を緩やかにすることができ、送信電流の電流分布および受信電圧の電圧分布による悪影響を小さく抑制することができる。
【０００８】
請求項４に記載した発明によれば、車載アンテナから放射されてループコイルに捕捉された電波を受信信号として処理する受信回路の動作電圧の範囲を、車載アンテナのループコイルに対する位置の変化に起因して受信信号の受信電圧が変動する範囲よりも大きく構成したので、車載アンテナのループコイルに対する位置が変化するのに伴って受信信号の受信電圧が変動したとしても、その受信信号の受信電圧の変動を許容することができる。これにより、車両がループコイル上を走行することに伴って、車載アンテナがループコイルに対していずれの位置にあっても、路車間通信を適切に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。図１（ａ）は、ループコイルが道路に敷設された態様を概略的に示している。ループコイル１は、その略全体が道路２に沿って埋設され、環状に形成されているアンテナ部３と、アンテナ部３から引出されてツイストされている給電線部４とから構成され、路側通信機５から給電線部４を通じてアンテナ部３に送信電流（アンテナ電流）が供給されるように構成されている。給電線部４は、コイル長方向の略中央部でアンテナ部３に接続されており、つまり、アンテナ部３は、コイル長方向の略中央部で給電されるように構成されている。
【００１０】
アンテナ部３には、３個のコンデンサ６〜８が直列に接続されている。コンデンサ６は、アンテナ部３における図１中「ａ1」の区間におけるインダクタンス「Ｌ1」と送信周波数で直列共振するキャパシタンス「Ｃ1」を有している。また、コンデンサ７は、アンテナ部３における図１中「ａ2」の区間におけるインダクタンス「Ｌ2」と送信周波数で直列共振するキャパシタンス「Ｃ2」を有している。さらに、コンデンサ８は、アンテナ部３における図１中「ａ3」の区間（給電線部４をも含む）におけるインダクタンス「Ｌ3」と送信周波数で直列共振するキャパシタンス「Ｃ3」を有している。
【００１１】
コンデンサ６〜８のキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ3」は、以下のようにして決定することができる。つまり、ループコイル１のコイル長が「９０ｍ」であると仮定すると、コイル長が「３０ｍ」のループコイルのインダクタンスを測定し、測定されたインダクタンスと送信周波数である「１９０ｋＨｚ」で直列共振するキャパシタンスを算出することにより決定することができる。この場合であれば、コンデンサ６〜８のキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ3」は、例えば「１０ｎＦ」として決定することができる。
【００１２】
上記した構成では、コイル長が「９０ｍ」であるループコイル１は、上記したように、アンテナ部３におけるインダクタンス「Ｌ1」〜「Ｌ3」と送信周波数で直列共振するキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ3」を有するコンデンサ６〜８が直列に接続されていることにより、図１（ｂ）に示すように、コイル長が「３０ｍ」の３個のループコイルが直列に接続されたものと等価に見做すことができる。このため、ループコイル１のインピーダンスとしては、直列抵抗分のみを考慮すれば良く、直流抵抗分である「Ｒ1」〜「Ｒ3」が例えば「２Ω」であると仮定すると、コイル長が「９０ｍ」であるループコイル１は、全体としてのインピーダンスが「６Ω」であると見做すことができる。
【００１３】
したがって、路側通信機５が送信電流をループコイル１に出力するときの出力インピーダンスが「１８Ω」であると仮定すると、ループコイル１のコイル長を「２７０ｍ」まで長くすることができる。図３（ａ）は、上記した構成におけるループコイル１のインピーダンスの周波数特性を示しており、送信周波数である「１９０ｋＨｚ」付近でのループコイル１のインピーダンスは、従来のものよりも低下しており、これにより、送信電流が低下することを未然に回避することができる。
【００１４】
ところで、コンデンサ６〜８のキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ3」は、全てが同一の値である必要はなく、互いに異なる値であっても良い。次に、コンデンサ６〜８のキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ3」を意図的にずらした場合について、図２を参照して説明する。図２では、コンデンサ６のキャパシタンス「Ｃ1」を「５ｎＦ」に決定しており、コンデンサ７のキャパシタンス「Ｃ2」を「１０ｎＦ」に決定しており、コンデンサ８のキャパシタンス「Ｃ3」を「１５ｎＦ」に決定している。
【００１５】
図３（ｂ）は、上記した構成におけるループコイル１のインピーダンスの周波数特性を示しており、この場合も、送信周波数である「１９０ｋＨｚ」付近でのループコイル１のインピーダンスは、従来のものよりも低下しており、これにより、送信電流が低下することを未然に回避することができる。しかも、この場合は、コンデンサ６〜８のキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ3」を意図的にずらしたことにより、コンデンサ６〜８のキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ3」が全て同一の値である場合よりも、送信周波数付近でのループコイル１のインピーダンスの周波数特性を緩やかにすることができる。
【００１６】
以上に説明したように第１実施形態によれば、ループコイル１において、各区間「ａ1」〜「ａ3」におけるインダクタンス「Ｌ1」〜「Ｌ3」と送信周波数で直列共振するキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ3」を有するコンデンサ６〜８を直列に接続する構成としたので、ループコイル１を、分割された各区間「ａ1」〜「ａ3」の３個のコイルが直列に接続されたものと等価に見做すことでき、これにより、ループコイル１のコイル長を長くすることができながらも、ループコイル１に流れる送信電流が低下することを未然に回避することができる。
【００１７】
また、コンデンサ６〜８のキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ3」を意図的にずらして接続する構成とすることにより、送信周波数である「１９０ｋＨｚ」付近でのループコイル１のインピーダンスの周波数特性を緩やかにすることができ、これにより、仮にインダクタンスが何らかの影響で変動したとしても、送信周波数付近でのループコイル１のインピーダンスの変動を小さく抑制することができ、ループコイル１に流れる送信電流を安定させることができる。
【００１８】
さらに、ループコイル１のコイル長方向の略中央部に給電位置を設ける構成としたので、送信電流の電流分布および受信電圧の電圧分布を緩やかにすることができ、送信電流の電流分布および受信電圧の電圧分布による悪影響を小さく抑制することができる。
【００１９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図４ないし図７を参照して説明する。尚、上記した第１実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。図４および図５は、上記した第１実施形態に記載したループコイル１よりもコイル長が長いループコイルを示している。
【００２０】
図４（ａ），（ｂ）および図５（ａ）では、ループコイル１１のコイル長が「２００ｍ」となっており、１０個のコンデンサ１２〜２１が直列に接続されている。コンデンサ１２〜２１のキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ10」は、コイル長が「２０ｍ」のループコイルのインダクタンスを測定し、測定されたインダクタンスと送信周波数である「１９０ｋＨｚ」で直列共振するキャパシタンスを算出することにより決定することができる。この場合であれば、コンデンサ１２〜２１のキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ10」は、例えば「１２．２ｎＦ」として決定することができる。
【００２１】
尚、コンデンサ１２〜２１は、図４（ａ）に示すように、ループコイル１１の一方の側（図中、上側）に纏めて接続されても良いし、図４（ｂ）および図５（ａ）に示すように、ループコイル１１の双方の側（図中、上側および下側）に分散させて接続されても良い。また、上記した第１実施形態に記載したように、コンデンサ１２〜２１のキャパシタンス「Ｃ1」〜「Ｃ10」を意図的にずらしても良い。また、図５（ｂ）に示すように、コンデンサの個数を減らし、２個のコンデンサ２２，２３を直列に接続しても良い。この場合、コンデンサの個数を減らすことにより、コンデンサの個数が少ない程、コンデンサの接続（ジョイント）箇所を少なくすることができるので、ループコイル１１を敷設する作業の工数を少なくすることができる。
【００２２】
さて、この第２実施形態では、路側通信機５に配設されている受信回路について説明する。図６に示すように、路側通信機５において、受信回路２４は、第１のオペアンプ２５、第２のオペアンプ２６、コンパレータ２７およびロジックＩＣ２８を備えて構成されている。第１のオペアンプ２５および第２のオペアンプ２６は、「＋１２Ｖ」を動作電圧としており、第２のオペアンプ２６の出力側は、プルアップ抵抗２９により「＋１２Ｖ」にプルアップされていると共に、プルダウン抵抗３０により「０Ｖ」にプルダウンされている。また、コンパレータ２７も、「＋１２Ｖ」を動作電圧としている。これは、以下の理由による。
【００２３】
すなわち、コイル長が「２００ｍ」のループコイル１１上を車両が走行（移動）することに応じて、車両に搭載されている車載アンテナから放射された電波がループコイル１１に捕捉されると、捕捉された電波が受信信号として受信回路２４に入力されることになる。このとき、第２のオペアンプ２６から出力される受信信号の受信電圧は、図７に示すように、車両（車載アンテナ）の位置に応じて「０Ｖ」〜「１２Ｖ」で変動することになる。したがって、コイル長が「２００ｍ」のループコイル１１のいずれの箇所でも路車間通信を正常に行えるようにするために、第２のオペアンプ２６の出力側を「＋１２Ｖ」にプルアップし且つ「０Ｖ」にプルダウンし、コンパレータ２７の動作電圧を「＋１２Ｖ」に確保している。尚、図７では、ループコイル１１に接続されているコンデンサを省略しているが、実際には複数のコンデンサが直接に接続されている。
【００２４】
以上に説明したように第２実施形態によれば、車載アンテナから放射されてループコイル１１に捕捉された電波を受信信号として処理する受信回路２４の動作電圧の範囲を、受信信号の受信電圧が変動する範囲よりも大きく構成したので、車載アンテナのループコイル１１に対する位置が変化するのに伴って受信信号の受信電圧が変動したとしても、その受信信号の受信電圧の変動を許容することができ、これにより、車載アンテナがループコイル１１に対していずれの位置にあっても、路車間通信を適切に行うことができる。
【００２５】
（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形または拡張することができる。
ループコイルのコイル長は、「９０ｍ」や「２００ｍ」に限らず、他の長さであっても良い。コンデンサの個数は、ループコイルの敷設形態や作業性などに応じて自在に設定すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態を示す概略図および等価回路図
【図２】図１相当図
【図３】ループコイルのインピーダンス特性を示す図
【図４】本発明の第２実施形態を示す概略図
【図５】図４相当図
【図６】受信回路の構成を示す回路図
【図７】車載アンテナの位置と受信信号の受信電圧との関係を示す図
【図８】従来のループコイルのインピーダンス特性を示す図
【符号の説明】
【００２７】
図面中、１はループコイル、６〜８はコンデンサ、１１はループコイル、１２〜２３はコンデンサ、２４は受信回路である。
【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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