車内設置用車載アンテナに関する研究
2006MI032 細川 地穏
指導教員

2006MI097 黛 龍

稲垣 直樹
グラウンドには無限アスファルト平面（比誘電率 5，導1 はじめに電率 0.01[s/m]）を用いる．

1.1 研究背景

通常，車外に設置されているアンテナは 1/4 波長のモ

近年，移動体通信技術の発展や ITS（Intelligent Transport Systems : 高度道路交通システム）の進展に伴い，ノポールアンテナが主流となるが，本研究で提案するア

道路交通情報通信システムや ETC など様々な取り組み慮し 1/4 波長の逆 F 型アンテナを用いた．

ンテナは車内に設置するため，アンテナの低姿勢化を考がなされるようになり，安全運転の支援や交通渋滞の軽周波数 720MHz を採用するのは，2011 年に行われる減など，快適なカーライフが実現されている．このよう周波数再編により車車間通信に利用される周波数が 715なシステムの発展が進むにつれて車載アンテナも小型化〜725MHz となることから，その間をとって 720MHzや広帯域，高利得化が望まれている．

を用いることにした [3][4]．

1.2 先行研究

2 逆 F 型アンテナ

先行研究では FEMAP を用いてセダンモデル，ワゴンモデル，コンパクトモデルの 3 種の車体を，各車種

逆 F 型アンテナはモノポールアンテナのエレメントでリアル形状車体モデル，簡素車体モデルをモデリングを 90°の角度で曲げ，給電点付近に短絡部をつけ，マッし，それを FEKO に連動させ，そのプログラム上で周チングを取りやすくしたものである．本体部と短絡部の波数 300MHz の 1/4 波長のモノポールアンテナを取り太さの比を変えることにより，放射抵抗を大きくしマッ付け解析を行った．その解析結果より，リアルモデル及チングを行う方法がよく用いられている．逆 F 型アン

び簡素モデルを比較し考察した．その結果，車外に設置テナはモノポールアンテナに比べ低姿勢，薄型形状のたするアンテナでは上方向への指向性があるため，水平方め車内に設置するのに適していると考えられる．

向への指向性利得が衰えがちになることがわかった [1]．

実際の逆 F 型アンテナの図が図 1 である．図 1 にあ

1.3 研究目的るようにアンテナの高さを h，給電部と短絡部の距離 d，本研究では，先行研究から明らかとなった車外に設置給電部の太さ r2 とし，これらの値を変化させ，アンテナされているアンテナの問題点を解決するため，車内にアの設計を行った．グランドには無限導体平面を用いる．

ンテナを設置し，そのアンテナで従来のアンテナ以上の

ま た 全 長 は 周 波 数 720MHz の 1/4 波 長 な の で10.6cm，ワイヤー半径 r1 は一般的に用いられている水平方向への利得が得られるかを検証する．

0.1cm である．

また一般的に実用性のあるアンテナとして必要とされている利得は 1dBi 以上であるので，本研究で取り扱う車内設置用車載アンテナについても 1dBi 以上の利得が得られるかも合わせて検証する [2]．さらに，無線機等の電力の伝送用に使われるアンテナの特性インピーダン
スは 50 Ωが一般的なので，実部が 50 Ω，虚部が 0 Ωになるようにマッチングを取る．

1.4 研究方法
解析には，先行研究で FEMAP を用いて作成されたリアルモデルを用いる．様々な車種に対応するため先行研究でも用いられた，一般的な乗用車を想定したセダン

図1

逆 F 型アンテナ

モデル，大型車を想定したワゴンモデル，小型車を想定したコンパクトモデル，この 3 種類の形状で研究を進

2.1

める．

設計

まずはマッチングが取れる（アンテナの特性インピー

各車体モデルを FEKO に連動させ，周波数 720MHz

ダンスが実部：50 Ω，虚部：0 Ω）ようなアンテナを設の 1/4 波長の逆 F 型アンテナを車内ルーフに設置し解計するため，無限導体平面上にアンテナを設置し，設計析を行い，先行研究での解析結果と比較を行った．またを行った．その際のアンテナの寸法は，全長が 10.6cm，1ワイヤー半径 0.1cm とした．d，h，r2 は OPTFEKOを用いて，マッチングが取れるアンテナを設計した．その結果，d ＝ 0.22cm，h ＝ 1.5cm，r2 ＝ 0.02031cm となった．
次に有限平面上に同じ設計のアンテナを設置し，アンテナ付近に円形の平面を作成し，その部分のメッシュを細かくし，マッチングが取れるようなメッシュサイズ，円の半径，円のメッシュサイズを求めた．その結果，メッシュサイズは 8cm，円の半径は 1.76cm，円のメッ

図3

セダンモデル

シュサイズ 0.6cm となった．図 2 は有限平面にアンテナを設置した図である．赤い円で囲まれた部分のメッシュサイズを平面のメッシュサイズよりも細かくしている．リアルモデル車内天井にアンテナを設置することを考慮し，縦 1.5m，横 1m の有限平面を用いた．

図4

4.2

セダンモデル

アンテナ付近の拡大図

セダンモデル解析結果

図 5 はセダンモデルの解析結果の利得図と先行研究での解析結果の利得図とを比較した図となっている．赤い線が本研究での解析結果となっており，青い線が先行研
究での解析結果となっている．また緑の線は基準となる

1dBi である．
図 5 に示すように 160 度方向が最大利得で約 4.2dBi で
図2逆 F 型アンテナある．車体横方向では利得がやや低くなっているが，ほ有限平面

とんどの方向で基準となる 1dBi が得られている．また後方，前方から左斜め前方にかけては先行研究より，より高い数値の利得を得ることができている．他の方向で3 自動車モデル

は先行研究と似たような利得の数値である．
インピーダンスは実部 50.2 Ω，虚部 1.34 Ωとほぼ設計したアンテナを車体に設置しマッチングを取るたマッチングが取れた．

めには，アンテナ設置位置付近のボディーのメッシュを円形に細かくする必要があったため，FEMAP で車体モデルの車内天井に円形の平面を作成し，その部分のメッシュを細かくし，リアルモデルを作成した．

4 数値解析
4.1 アンテナ設置位置
自動車モデルに設置するアンテナの設置位置は，中間発表の解析結果を参考にし，セダンモデル，ワゴンモデ
ルは車内ルーフの前方部分，コンパクトモデルは車内ルーフ中央部分に設置し解析を行った．
図 3 は実際にアンテナを車体モデルに設置した図であ
図5り，また図 4 はアンテナ付近を拡大した拡大図である．

2セダンモデル 比較利得図

4.3 ワゴンモデル解析結果
図 6 はワゴンモデルの解析結果の利得図と先行研究での解析結果の利得図とを比較した図となっている．赤い線が本研究での解析結果となっており，青い線が先行研
究での解析結果となっている．また緑の線は基準となる1dBi である．
図 6 に示すように 3 度方向が最大利得で約 4.5dBi である．車体斜め前方，斜め後方では利得がやや低くなっているが，ほとんどの方向で基準となる 1dBi が得られている．また前方，後方では先行研究より，より高い数値の利得を得ることができている．他の方向では先行研究

図7コンパクトモデル

比較利得図と似たような利得の数値である．
インピーダンスは実部 50.6 Ω，虚部 0.90 Ωとほぼマッチングが取れた．

4.5

人体からの影響

自動車モデルに逆 F 型アンテナを搭載し解析を行ってきたが，車内にアンテナを搭載するにあたって，人体が電波に及ぼす影響を考慮する必要がある．そこで本研
究では人体モデルを自動車モデルに乗せ，アンテナを搭載し，解析を行い利得の変化を検証する．

4.5.1 人体モデル
人体モデルには図 8 の人体頭部モデル (縦：28cm，横：15cm) を自動車モデルに乗せ解析を行った．全体を脳 (比誘電率：39.598，導電率：0.53716[s/m]，比重：1.039[kg/ m3 ]) と見立て解析を行い，利得の変化を観察した．

図 6 ワゴンモデル

比較利得図

4.4 コンパクトモデル解析結果
図 7 はコンパクトモデルの解析結果の利得図と先行研究での解析結果の利得図とを比較した図となっている．
赤い線が本研究での解析結果となっており，青い線が先行研究での解析結果となっている．また緑の線は基準となる 1dBi である．
図 7 に示すように 180 度方向が最大利得で約 7.0dBi で

図 8 人体頭部モデルある．車体前方でより高い利得を得ることができた．しかし斜め前方では他の方向と比べると利得が低くなっている．基準となる 1dBi は，利得が低くなっている斜めさきほどの人体モデルを自動車モデルに搭載し，解析前方以外ほとんどの方向で得ることができている．またを行った．今回使用する自動車モデルは，人体頭部モデ前方，後方ではより高い数値の利得を得ることができてルとアンテナがより接近する，セダンモデルを用いた．

いる．他の方向では斜め前方では利得が低くなっている

人体モデルを乗せる位置は，運転席 (自動車フロントかため，斜め前方以外ではほとんどの方向で先行研究より

ら 2.2m，高さ 1.2m，正面から見て中央の 0.3m 左の位高い数値の利得を得ることができた．

置 ) である．
図 9 は実際に自動車モデルに人体頭部モデルを乗せた図

インピーダンスは実部 49.6 Ω，虚部 1.76 Ωとほぼである．

マッチングが取れた．

3

利得で約 4.2dBi 得られ，車体横方向では利得がやや低くなっているが，ほとんどの方向で基準となる 1dBi が得られた．ワゴンモデルでは，3 度方向が最大利得で約4.5dBi 得られ，車体斜め前方，斜め後方では利得がやや低くなっているが，ほとんどの方向で基準となる 1dBiが得られた．コンパクトモデルでは，180 度方向が最大
図 9 人体モデル

セダンモデル搭載

正面図

利得で約 7.0dBi 得られ，車体前方でより高い利得を得横図ることができた．しかし斜め前方では他の方向と比べると利得が低くなっている．基準となる 1dBi は，利得が4.5.2 解析結果
図 10 は人体モデルを載せた後の解析結果と載せる前低くなっている斜め前方以外ほとんどの方向で得ることができている．最後に人体からの影響を検証するための解析結果となっている．赤い線が人体モデルを乗せ解に，セダンモデルに人体頭部モデルを乗せ，解析を行っ析を行った結果の利得図である．青い線が人体モデルをた．結果，人体顔モデルによって電波が反射散乱してし乗せる前の利得図となっている．また人体頭部モデルはまうため，斜め右前方の利得がやや低くなったが，ほと約 120 度方向に乗っているものとする．

んどの方向で基準となる 1dBi が得られた．

図 10 に示すように 160 度方向が最大利得で約 5.2dBi

すべての結果から，必ずしも車内にアンテナを設置しである．また人体モデルを載せる前の解析結果の利得図たことで，良い利得が得られるとは限らないということと比較してみると，若干ではあるが，最大利得が増加しがわかった．先行研究の解析結果の利得より高い数値のている．車体前方や後方も人体モデルを載せる前の解析利得を得られることもあるが，下回ってしまう部分も結果よりも高い数値の利得が得られている．しかし人体あった．総合的に利得をみると，本研究で取り扱った車モデルを乗せた斜め右前方の利得が若干ではあるが低く内設置用車載アンテナの方が高い数値の利得を得られてなっている．目立って低下しているわけではないので，いるが，新しく開発を行うほど従来のアンテナとの差はそれほど問題ではない言える．

ない．
今後の課題としては，アンテナの設置位置，車種の増加，周波数を増加しての解析，人体モデル，車内を変化させての解析が挙げられる．今回はアンテナの設置位置を前方，中央，後方と 3 か所のみに絞って行ってきたので，設置位置を変えることによってより良い利得が得られると期待される．他にも今回は人体モデルに頭部モデルを用いたが，全身のモデルともなるとより指向性利得が変化することが予想される．

参考文献[1] 村松直英，大崎和彦，鈴木暁博， 自動車の電磁図 10 人体モデル

比較利得図

界解析のためのモデリングに関する研究

南山大

学数理情報学部情報通信学科 2006 年度卒業論文（2007.1）．

5 まとめ[2] 成田周司，則竹佳人，鳥居正浩， 自動車の電磁界解析のためのモデリングに関する研究

私たちはマッチングを取るためのアンテナを設計し，南山大3 種類の自動車モデルにこのアンテナを搭載し解析を学数理情報学部情報通信学科 2004 年度卒業論文行った．中間発表の結果より，セダンモデル，ワゴンモ（2005.1）．

デルでは，前方部分に，またコンパクトモデルでは中央[3] 穂刈友規，佐藤雅大，鈴木祐也， 車車間通信にお部分にアンテナを設置することでより良い利得が得られける最適周波数の選定 南山大学数理情報学部情報ることがわかった．この結果から，マッチングを取るた

通信学科 2007 年度卒業論文（2008.1）．

[4] All-one-INTERNET magagine2.0

めのアンテナをセダンモデル，ワゴンモデルでは前方部分に，コンパクトモデルでは中央部分に搭載し，解析を活 性 化 す る 電 波/周 波 数 の 割 り 当 て (7)，行った．その結果セダンモデルでは，160 度方向が最大

http://wbb.forum.impressrd.jp/feature/20071004/469．
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