（様式 20）成果報告書

平成 26 年度 TSUBAME 産業利用トライアルユース 成果報告書

利用課題名 LTE-Advanced における大型車両内電磁界特性に関する基礎検討
英文 A Study on the Electromagnetic-field Characteristic in a Large-scale Vehicle in LTE-Advanced
利用課題責任者 斎藤 裕
Yutaka Saito
所属 株式会社パナソニック システムネットワークス開発研究所

Panasonic System Networks R&D Lab. Co., Ltd.
http://panasonic.co.jp/avc/psnrd/
邦文抄録（300 字程度）
近年，自動車から得られる多種多様な情報を活用するクラウドサービスが注目されている．無線通信システムとしては LTE-Advanced や無線 LAN などが想定されており，それぞれのシステムに適したアンテナを自動車に搭載することが必要となる．この自動車クラウド化の流れはバスなどの業務用車両から普及することが考えられ，大型車両に搭載されるアンテナ性能の評価が求められる．しかしながら，大型車両に搭載されたアンテナの放射性能を測定するためには多大な時間と労力が必要であり，また電磁界シミュレーションでは空間メッシュ数が大規模になる課題がある．そこで本報告では，LTE-Advanced を解析対象のシステムとし，3.5GHz 帯アンテナをバスに搭載した場合のアンテナ性能について，スーパーコンピュータTSUBAME2.5 を用いた電磁界シミュレーションにより解析する．
英文抄録（100 words 程度）
The cloud service system which uses various data from vehicles has been attracting much attention in recent years.
The use of LTE-Advanced and Wireless LAN is proposed for its wireless communication system. Since the cloudservice is introduced in advance into the vehicle for business use, the evaluation of the antenna performance installedon the large-scale vehicle, such as the bus and the truck, is required. However, the antenna measurement withlarge-scale vehicle involves immense amount of time and effort, and the antenna electromagnetic simulation requires
the enormous analysis meshes because of the volume of the vehicle. In this paper, we adopt the LTE-Advanced as thetarget system of the cloud service, and evaluate the 3.5 GHz antenna performance installed on the bus by electromagnetic simulation using supercomputer TSUBAME 2.5.
Keywords: Electromagnetic simulation, Large-scale vehicle, Cloud service, LTE-Advanced

1. まえがき用いてアンテナ性能を解析することが望ましい[2]．また，近年，自動車から得られる多種多様な情報（ビッグデー

例えば LTE-Advanced や無線 LAN などの数 GHz 帯におけタ）を活用するクラウドサービスに注目が集まっている

る大型車両全体を含む電磁界シミュレーションでは，解析[1]．自動車のクラウド化を実現するための無線通信シス

空間を波長の数十分の一程度の大きさで分割する必要がテムとして，LTE や LTE-Advanced, 無線 LAN などが想定あることから，大規模な空間メッシュでの解析が必要となされており，それぞれのシステムに適したアンテナを自動る．現在，電磁界シミュレーションで用いられている一般車に搭載することが必要となる．この自動車クラウド化の的なスタンドアロン型計算機では，1 億個程度のメッシュ流れは，一般乗用車への適用に先駆けてバスやトラックな数のモデルの解析が限界であるため，並列処理によって大どの業務用車両から普及が進むことが想定され，これらの規模メッシュの解析が可能なスーパーコンピュータの利

大型車両に各無線通信システム用アンテナを搭載した場用が有効となる．

合のアンテナ性能評価が求められる．

本 利 用 課 題 で は ， 基 礎 検 討 と し て ， 3.5GHz 帯 のしかしながら，大型車両に搭載されたアンテナの性能をLTE-Advanced を解析対象のシステムとし，大型車両のバ車両全体の影響を含めて測定するには大掛かりな設備とスに搭載されるアンテナの性能をスーパーコンピュータ膨大な労力が必要となるため，電磁界シミュレーションをTSUBAME2.5[3]を用いて電磁界解析する．実際の構造を（様式 20）成果報告書
モデリングしたバスモデル車両内に 3.5GHz で動作するア

図 1 に本検討で用いる大型車両のバスモデルを示す．大ンテナを配置し，バス全体の影響を含めたアンテナ放射指きさは全長 8990mm×全幅 2315mm×全高 2980mm，ボデ向性を解析すると共に，バス車両内の電磁界分布を可視化

ィ及びホイールは金属，座席シート，ダッシュボード，窓する．また，バス車両内の構造物の座席シートなどによるガラス，バンパーは誘電体でモデリングしている．

反射・減衰特性について解析し，その影響を検証する．以

図 2 にアンテナモデルを示す．3.5GHz で動作するアン上の検討により，使用ノード数と解析時間の関係を把握し，テナとして，一般的な車両搭載アンテナである 1/4 波長モ

電磁界シミュレーションにおける TSUBAME2.5 活用の有ノポールアンテナを採用した．

効性について検討する．

図 3 にアンテナ配置位置を示す．バス車両内へのアンテ
ナ配置として，①前方ダッシュボード上配置，②後方ダッ2. 解析モデルと解析条件
表 1 に解析条件を示す．計算機システムはスーパーコン
ピュータ TSUBAME2.5，電磁界解析には有限積分法を用いた電磁界シミュレータである CST 社の MICROWAVESTUDIO[4]を使用する．解析周波数は LTE-Advanced を想定し 3.5GHz としている．

シュボード上配置，③ルーフ中央裏配置，④ルーフ後方裏配置の 4 通りを検証する．アンテナの配置向きは，①②のダッシュボード上配置では図 2 に示す座標軸の向き（アンテナ素子がルーフ側）であり，③④のルーフ裏配置では図2 においてアンテナを X 軸中心に 180 回転させた向き（アンテナ素子が床側）である．
以上の解析条件でモデル 1 条件あたりの解析メッシュ数表 1 解析条件

は 24.9 億メッシュとなり，一般的なスタンドアロン型計計算機システム

TSUBAME 2.5

電磁界解析

MICROWAVE STUDIO

解析周波数

3.5 GHz

車両モデル

バス

アンテナ

1/4 波長モノポールアンテナ

算機での MICROWAVE STUDIO で解析可能な約 1 億メッ
シュを大きく超えているため，TSUBAME2.5 での解析が必要である．

2mm①前方ダッシュボード上配置
アンテナ②後方ダッシュボード上配置

配置位置③ルーフ中央裏配置

100mm

21mm

④ルーフ後方裏配置
解析メッシュ数

Port

24.9 億メッシュ

8990mm

GND2315mm

図 2 解析モデル（アンテナ）

2980mm（a） 全景（b） 断面図

図 1 解析モデル（バス）① 前方ダッシュボード上配置② 後方ダッシュボード上配置③ ルーフ中央裏配置④ ルーフ後方裏配置

図 3 アンテナ配置位置

（様式 20）成果報告書
3. 解析結果

3.2. 車両内の電界分布の比較

3.1. アンテナ放射指向性の比較

図 5 に各アンテナ配置位置における車両内の電界分布

図 4 に各アンテナ配置位置におけるアンテナ放射指向の比較を示す．それぞれ XZ 面の電界分布であり，図中の性を示す．XY 面（水平面）と XZ 面（垂直面）を記載しピンク点はアンテナ配置位置を示している．③のルーフ中ている．車両搭載条件において，アンテナ配置位置によっ央裏配置の場合に，比較的バス車両全体に電界が分布しやて放射指向性が大きく変化することが確認できる．XZ 面すい傾向が確認できる。一方，①②のダッシュボード上配の放射指向性より，①②のダッシュボード上配置では天頂置や④のルーフ後方裏配置では，アンテナが車両の端に配方向，③④のルーフ裏配置では地面方向に最大放射方向が置される条件のため，アンテナが配置される車両端の反対向くことがわかる．また，車両の影響で放射指向性に多数側における電界強度が低いことがわかる．また，座席シーのヌルが発生している．

トや運転席背面の仕切り板の遮蔽の影響によって電界強YZ

Eq 成分
Ef 成分

度が低下する傾向も確認できる．

3.3. 座席シートの影響

XX（dBi）（dBi）

図 6 に座席シートの有無に対するアンテナ放射指向性の比較を示す．アンテナ配置位置は③のルーフ中央裏配置とした．座席シートを取り除いても，最大放射方向などの

-30

10-30

10

① 前方ダッシュボード上配置

YZ

放射指向性の傾向は大きく変化しないことが確認できる．
ただし，座席シートなしでは座席シートによる誘電損失分

Eq 成分
Ef 成分
大X

X（dBi）-30

10（dBi）-30

10① 前方ダッシュボード上配置② 後方ダッシュボード上配置

YZX

小Eq 成分
Ef 成分

X② 後方ダッシュボード上配置

（dBi）
-30

10（dBi）
-30

10Z

Eq 成分
Ef 成分

③ ルーフ中央裏配置

Y③ ルーフ中央裏配置

XX（dBi）-30

10（dBi）-30④ ルーフ後方裏配置
図 4 アンテナ放射指向性

10④ ルーフ後方裏配置

図 5 車両内の電界分布

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だけアンテナ効率が改善するため，放射指向性が全体的にとを把握した．また，TSUBAME2.5 の 48 ノードを用いた大きくなっている．その改善量は今回の解析モデルでは約並列解析により約 25 億メッシュのモデルを約 5 時間で解2dB である．

析でき，電磁界シミュレーションにおける TSUBAME2.5

図 7 に座席シートの有無に対する車両内の電界分布のの有用性を確認した．

比較を示す．アンテナ配置位置は③のルーフ中央裏配置と本検討はスーパーコンピュータ活用による電磁界解析した．座席シートの遮蔽によって電界が減衰する傾向や，の基礎検討の位置付けであり，さまざまなアンテナ形式の座席シートからの反射波に起因する定在波が発生するこ差，乗客などの人体の影響，更には性能改善の検討などがとが確認できる．

今後の研究課題となる．

4. TSUBAME ノード数と解析時間の関係

参考文献

図 8 に TSUBAME ノード数と解析時間の関係を示す．
解析モデルは③のルーフ中央裏配置のモデルを用い，解析メッシュ数は表 1 の通り 24.9 億メッシュである．図 8 より，ノード数を増やすことで解析時間が低減する傾向が確認できる．今回の解析モデルでは，48 ノード程度以上で[1] K. Mase, “Information and Communication Technologyand Electric Vehicles －Paving the Way towards a Smart
Community,” IEICE TRANS. COMMUN., Vol. E95-B,
No. 6, Jun. 2012.
[2] S. Horiuchi et al., “Comparisons of Simulated and Measured Electric Field Distributions in Cabin of a Simplified
Scale Car Model,” IEICE TRANS. COMMUN., Vol. E90-B, No. 9, Sep. 2007.

解析時間がほぼ飽和すると考えられる．

[3] 東京工業大学 学術国際情報センター TSUBAME（http://www.gsic.titech.ac.jp/tsubame）

5. まとめ[4] CST MICROWAVE STUDIO（http://www.cst.com/）

本利用課題では，スーパーコンピュータ TSUBAME2.5大を用いて，バスに搭載される 3.5GHz 帯アンテナの特性を電磁界シミュレーションにより解析した．バス車両内のアンテナ配置位置により放射指向性が大きく変化し，車両中央のルーフ裏にアンテナを配置する場合に比較的バス全③ ルーフ中央裏配置，座席シートあり体に電界が分布する傾向である．座席シート等の遮蔽によ

小って電界強度が低下するため，車両の端にアンテナが配置される場合は，その反対側における電界強度が低くなるこ

Y

Z

Eq 成分
Ef 成分

③’ ルーフ中央裏配置，座席シートなし

図 7 電界分布に対する座席シートの影響

X

X
25000

（dBi）
10（dBi）-30

10③ ルーフ中央裏配置，座席シートあり

YZ

X

X

（dBi）
-30

10

Eq 成分
Ef 成分

（dBi）
-30

10③’ ルーフ中央裏配置，座席シートなし

図 6 放射指向性に対する座席シートの影響

Caluculation time （sec.）

-30

23000
21000
19000
17000
15000
1624

32
40
48
56
Nodes for caluculation

図 8 ノード数と解析時間の関係

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