CN101933245A

CN101933245A - 通信用天线装置

Info

Publication number: CN101933245A
Application number: CN2009801034214A
Authority: CN
Inventors: 杉山智则; 松下尚弘; 加藤雅一; 大石祯利; 柳沼顺; 槌田直
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: US20110156985A1; JP2009224863A; CN101933245B; WO2009113343A1; US8436782B2; JP4739362B2

Abstract

本发明提供一种通信用天线装置。上述通信用天线装置用于移动体和基站之间进行无线通信，包括：发送和接收信号的天线主体；支撑该天线主体的上述移动体的基侧构件；以及，设置在该基侧构件与天线主体之间，用于抑制影响上述无线通信的天线主体的高频振动的减振机构。上述减振机构包括用于吸收影响上述无线通信的高频振动的弹性构件。上述弹性构件具备吸收天线主体的高频振动的特性，其中，上述高频振动是使来自天线主体的发送信号的振幅或频率被对方侧天线接收时引起产生解调误差程度的变动的高频振动。

Description

通信用天线装置

技术领域

本发明涉及无线通信用的通信用天线装置，特别是对振动导致的通信质量下降进行改善的通信用天线装置。

背景技术

通常为人所知的无线通信系统包括沿着移动路径移动的移动体以及基站，其中，该基站使用沿着该移动体的移动路径配设的漏泄传输通道与上述移动体之间进行无线通信。

在这样的无线通信系统里，上述移动体与漏泄传输通道保持一定间隔移动的同时，这些移动体和基站之间进行通信。

专利文献1是这种无线通信系统的一个例子。

在这种现有无线通信系统中，与漏泄传输通道并行的车辆等移动体上设置的天线与漏泄传输通道之间进行通信，在通常的使用状态下，不会出现通信质量下降的情况。

然而，在数据包通信中移动体移动时天线如果发生高频振动，就会发生通信错误。以下就这一点进行说明。

数据包通信中使用了图2所示的帧结构的数据包。图2也是802.11a的帧结构的例子。如图所示，数据包是由前导码部分和有效载荷部分构成。这里，作为链接速度为54Mbps时的时间，一个数据包大约为250μs。另外，这一个数据包的时长会因链接速度和数据大小而相异。

前导码部分由STS(短训练符号)和LTS(长训练符号)构成。有效载荷部分由包含信号长度或调制方式信息等的信令部分以及包含待传输信息主体的数据部分构成。

在使用具有上述帧结构数据包的数据包通信里，利用前导码部分可以进行数据包信号的检测、定时检测(同步)、载波频率的误差校正以及基准振幅或相位校正。

一方面，上述移动体的天线相对于上述漏泄传输通道保持一定间隔平行移动，然而天线一旦随着移动体的移动而发生振动，此天线和漏泄传输通道之间的间隔会由于天线的高频振动而变化。在这种情况下，如果在天线发生高频振动时进行数据包通信，此天线接收的信号的振幅、频率会发生变动。随后，由于此信号的振幅、频率的变动，接收信号与上述前导码部分的值之间发生误差而产生解调误差。这种解调误差一旦产生，就会出现通信质量下降的问题。

专利文献1：特开第2000-11294号公报。

发明内容

为了解决上述课题，本发明提供了一种通信用天线装置，上述通信用天线装置与具有相对移动的第一通信装置以及第二通信装置和设在一个上述通信装置上的漏泄传输通道的无线通信系统中的上述漏泄传输通道相对，并设在另一个上述通信装置中以进行无线通信，上述通信用天线装置的特征在于包括：天线主体，上述天线主体与上述漏泄传输通道之间发送和接收信号；上述通信装置的基侧构件，用于支撑该天线主体；以及，减振机构，设在该基侧构件和上述天线主体之间，用于抑制影响上述无线通信且朝向上述漏泄传输通道的电波辐射方向的天线主体的高频振动。

优选上述第一通信装置以及第二通信装置保持一定范围的间隔进行相对移动。优选上述减振机构具有吸收影响无线通信的高频振动的弹性构件。优选上述弹性构件具备吸收上述天线主体的高频振动的特性，其中，上述高频振动是使来自上述漏泄传输通道的发送信号的振幅或频率在被上述天线主体接收的时引起产生解调误差程度的变动的高频振动。

能够防止由移动体移动时的振动引起的通信质量下降。

附图说明

图1是示出本发明实施方式涉及的通信用天线装置的侧面图；

图2是示出无线通信中利用的数据包的帧结构例的模式图；

图3是示出本发明实施方式涉及的无线通信系统的简要构成图；

图4是示出定向天线的指向与来自漏泄传输通道的电波辐射方向相对时的接收电平的图；

图5是示出定向天线的指向与来自漏泄传输通道的电波辐射方向不相对时的接收电平的图；

图6是示出定向天线直接安装在基侧构件上的状态下的侧视图；

图7是示出振动试验装置的构成图；

图8是示出在未向定向天线赋予振动的情况下进行试验时的吞吐量与测定时间的关系的曲线图；

图9是示出在向定向天线赋予频率为f₁Hz的振动的情况下进行试验时的吞吐量与测定时间的关系的曲线图；

图10是示出在向定向天线赋予频率为f₂Hz的振动的情况下进行试验时的吞吐量与测定时间的关系的曲线图；

图11是示出本发明第一变形例涉及的通信用天线装置的侧视图；

图12是示出本发明第二变形例涉及的通信用天线装置的侧视图；

图13是示出本发明第三变形例涉及的通信用天线装置的侧视图；以及

图14是示出本发明第四变形例涉及的通信用天线装置的侧视图。

符号说明

11无线通信系统 12移动体

13基站 14漏泄传输通道

15终端器 17、18定向天线

19无线通信终端 20合成器

21定向天线 23减振机构

24基侧构件 25支撑金属部件

25A基端侧构件 25B前端侧构件

27基端侧板部 28前端侧板部

29弹性构件

具体实施方式

以下，就本发明的一种实施方式参照附图进行说明。本实施方式涉及的通信用天线装置是用于无线通信系统的装置。以下对包含通信用天线装置的无线通信系统整体进行说明。

如图3所示，此无线通信系统11主要由移动体12、基站(AP：接入点)13、漏泄传输通道14(14-1及14-2)以及与漏泄传输通道14(14-1及14-2)连接的终端器15(15-1及15-2)构成。另外，移动体12和基站13构成相对移动的第一通信装置和第二通信装置。

移动体12沿着规定的路径移动，漏泄传输通道14-1及14-2沿着移动体12的移动路径延伸设置。因此，移动体12沿着漏泄传输通道14-1及14-2移动。作为移动体12，例如能够适用无线搬运车之类的车辆、可移动机器人等等。

移动体12至少包括定向天线17及18和无线通信终端19。在移动体12中，无线通信终端19分别与各定向天线17及18相连接。而且，无线通信终端19包括调整两个定向天线17及18的接收电波的合成器20(比如合成分集等)。因此，由于能够合成两个定向天线17及18的接收电波，接收电平的波动得以减少。定向天线17及18是指向性各异的天线部分，可以适用比如平面天线和八木天线等。无线通信终端19能够适用现有系统中所用的终端。合成器20可以广泛适用各种现有技术。

定向天线17具有与漏泄传输通道14-1的电波辐射方向相对的指向性，而定向天线18具有与漏泄传输通道14-2的电波辐射方向相对的指向性。而且，这些定向天线17及18相对于漏泄传输通道14-1、14-2保持着例如50cm～1m左右的一定范围的间隔平行移动。

这里，参照图4及图5来说明定向天线的指向与漏泄传输通道的电波辐射方向相对和不相对的情况下的接收电平的差别。

图4和图5是说明移动体12的定向天线21的接收电平的说明图。此外为了方便说明，图4和图5中示出了移动体12只有一条定向天线的情况下的接收电平的变化。

图4是示出定向天线21的指向与漏泄传输通道14的电波辐射方向相对时的图。而图5是示出定向天线21的指向与来自漏泄传输通道14的电波辐射方向不相对时的图。

参照图4(A)及图5(A)，如图4(A)所示，在定向天线21的指向性与漏泄传输通道14的电波辐射方向相对的情况下，即使在移动体12沿漏泄传输通道14平行移动时，移动体12的接收电平也比较高，而且接收电平的变化幅度也比较小。与此相对，如图5(A)所示，定向天线21的指向性与漏泄传输通道14的电波辐射方向不相对的情况下，接收电平比较低，且接收电平的变化幅度比较大。

因而，通过配备具有与漏泄传输通道14-1及漏泄传输通道14-2各自的电波辐射方向相对的指向的两个定向天线17及18，在通过漏泄传输通道14-1的区间里，移动体12的定向天线17的指向与漏泄传输通道14-1的电波辐射方向相对，在通过漏泄传输通道14-2的区间里，移动体12的定向天线18的指向与漏泄传输通道14-2的电波辐射方向相对，因而可进行良好的通信。

虽然例示了配备两个定向天线17及18的情况，但根据漏泄传输通道14-1及14-2的延伸状况和适用状况，还可以配备三个以上的定向天线。

这些定向天线17和18被后述的减振机构23予以支撑。

基站13是与移动体12所包括的无线通信终端19之间进行通信的站装置，与两条漏泄传输通道14-1和14-2各自的一端相连接。即基站13与两条漏泄传输通道14-1及14-2两者相连接。这样，通过基站13与多条漏泄传输通道14-1及14-2相连接，可以扩大一台基站13通过漏泄传输通道14-1及14-2进行无线通信的通信范围。当然基站13和三条以上的漏泄传输通道相连接也是可以的。

如上所述，各漏泄传输通道14-1及14-2的一端与共同的基站13相连接，另一端和15-1及15-2相连接。各漏泄传输通道14-1及14-2能适用例如漏泄同轴电缆(LCX；Leaky Coaky Cable)、漏泄导波管等现有系统里所用的漏泄传输通道。

另外，两条漏泄传输通道14-1和14-2基本使用彼此同类的漏泄传输通道，但根据使用方式也可以适用不同类的漏泄传输通道。而且，各漏泄传输通道14-1及14-2可以和移动体12所包括的漏泄同轴电缆(LCX)2同类，或者也可以不同类。

假设连接于基站13的两条漏泄传输通道14-1及14-2从基站13开始向相反的方向水平延伸进行了说明。另外，不仅限于各漏泄传输通道14-1及14-2沿相反方向水平延伸，可以沿相对于某条漏泄传输通道垂直的方向设置另一条漏泄传输通道，或者也可以相对于某条漏泄传输通道成规定角度设置另一条漏泄传输通道。

所述定向天线17及18利用下述的减振机构23和支撑金属部件25支撑在基侧构件24侧。另外，基侧构件24是支撑定向天线17和18的移动体12侧的构件，是移动体12的主体框架等。

减振机构23是用于控制定向天线17和18的振动的机构。具体来讲，是用于控制朝向漏泄传输通道14-1的电波辐射方向的定向天线17和18的高频振动的机构。以下详述此减振机构23的构造。

如图1所示，定向天线17和18经由减振机构23安装在基侧构件24上。换句话说，如图6所示，以往都使用支撑金属部件25将定向天线17和18安装在基侧构件24上，但在本实施方式中，基侧构件24和定向天线17及18之间设置了减振机构23，由减振机构23将定向天线17及18的高频振动抑制在不产生问题的程度。

减振机构23设置在支撑金属部件25的中间位置，该支撑金属部件25是设置在基侧构件24和定向天线17及18之间的基础构件。换句话说，减振机构23设置在支撑金属部件25的基端侧构件25A和前端侧构件25B之间。具体来说，减振机构23由安装在支撑金属部件25的基端侧构件25A前端部的基端侧板部27、安装在前端侧构件25B基端部的前端侧板部28以及安装在基端侧板部27和前端侧板部28之间的弹性构件29构成。

所述的弹性构件29使用能够吸收高频振动的构件。换句话说，弹性构件29使用了具有吸收定向天线17及18的高频振动的特性的构件，其中，该高频振动是使来自漏泄传输通道14的发送信号的振幅或频率在被作为天线主体的定向天线17及18接收时引起产生解调误差程度的变动的高频振动。具体地说，这个弹性构件29可以使用天然橡胶类构件、具有弹性的合成树脂、冻胶和高分子凝胶等吸收高频振动的性能较高的材料。通过对这些材料的成分进行调整等，吸收掉目标频率(引发产生解调误差程度的变动的定向天线17及18的高频振动)以上的振动，从而设定为不能以高于目标频率的频率振动的特性。另外，在使用冻胶和高分子凝胶等构件时，会出现很难仅由该构件来构成弹性构件29的情况。在这种情况下，在具有弹性的管状构件中填充凝胶等来构成弹性构件29。这种管状构件使用的是有伸缩性的橡胶等材料。

另外，在这里通信用天线装置由上述定向天线17及18、减振机构23以及支撑金属部件25构成。

具有上述结构的无线通信系统按如下方式动作。另外，由于系统整体的动作与现有无线通信系统相同，所以这里以通信用天线装置部分为中心来进行说明。

可以是移动搬运车之类的车辆或可移动机器人等等的移动体12在沿着基站13的漏泄传输通道14-1及14-2移动的同时进行货物搬送或机器手作业。与此同时，移动体12在沿着漏泄传输通道14-1及14-2移动的同时还进行通信。

移动体12移动中进行通信时，由于随着移动体12的移动产生的移动体12的振动，定向天线17及18也会发生振动。

这个振动会从移动体12的基侧构件24通过支撑金属部件25传导至定向天线17及18，使得定向天线17及18发生振动。此时，在支撑金属部件25，振动从基端侧构件25A传导至减振机构23，在减振机构23中被抑制到不产生问题的程度后传导至前端侧构件25B，再传导至定向天线17及18。

在减振机构23中，从支撑金属部件25的基端侧构件25A传导过来的振动通过基端侧板部27传导到弹性构件29，在弹性构件29中衰减到不至于产生问题的频率后传导到前端侧板部28，通过支撑金属部件25的前端侧构件25B使得定向天线17及18以不至于发生问题的频率振动。

由此，定向天线17及18即使发生高频振动，接收信号与数据包的前导码部分的值之间不会产生误差，从而能防止因解调误差导致的通信质量下降。结果能保证良好的通信质量。

[试验例]

这里将说明平面天线的振动频率与吞吐量之间的关系的试验结果。这里用振动试验机使平面天线发生振动后测量吞吐量。具体如图7所示，配备了相对设置的两个平面天线1、2以及振动试验机3。一个平面天线1对应于作为基站(AP)的漏泄传输通道，被固定在装置内部。此平面天线1通过基站(AP)和计算机4相连接并发送试验信号。

另一个平面天线2对应于作为子站(客户端)的移动体，并被安装在试验振动机3上。此平面天线2通过子站(客户端)连接在计算机5上，平面天线2接收的信号由计算机5进行处理。

振动试验机3是支撑另一个平面天线2并使其高频振动的装置。此振动试验机3包括振动部6、电力放大器兼信号发生器7及鼓风机8。振动部6是直接使平面天线2振动的振动源。电力放大器兼信号器7是产生使振动部6振动的频率的信号的同时放大该信号的装置。鼓风机8是向振动部6供给冷却用空气进行冷却的装置。另一个平面天线2通过振动试验机3以高频振动。

为了去除来自外部的噪声电波，上述的平面天线1、2及振动试验机3被收容在电波暗室9内。

在这个试验装置里，两个平面天线1、2的间隔为50cm，另一个平面天线2的振幅为1.5mm，发送信号数据大小为1400bytes，链接速度自动，发送信号方向为下行(基站到子站)，测定时间设为300秒。然后，使天线以没有振动、振动频率为f₁Hz以及振动频率为f₂Hz三种模式振动来进行试验。结果显示在图8～图10中。由于移动体12的使用环境等诸条件不同，具体的频率也不同，所以在这里按照随机设定的三个模式进行试验。

此试验的结果是不加振动的情况下如图8所示，吞吐量维持在一定的值，保持了良好的通信质量。振动为f₁Hz的情况下如图9所示，吞吐量从试验刚开始时起维持了大约170秒的低状态以后，突然间变得紊乱而不稳定，未能取得良好的通信质量。振动为f₂Hz的情况下如图10所示，吞吐量在试验刚开始时起就变得紊乱而不稳定，得不到好的通信质量。

从此试验结果得知，理想的情况是优选平面天线2不振动。但是由于移动体要移动，平面天线2必然会振动，不振动的状态是无法想象的。此外，振动频率为f₂Hz的情况下，从试验一开始吞吐量的值就变得紊乱而不稳定。振动频率为f₁Hz的情况下，从试验刚开始起的170秒之间吞吐量值低，但其后变得紊乱而不稳定。由此就可知道平面天线2如果在振动频率f₂Hz前后振动，通信质量就会大幅下降。

这样，天线一旦发生高频振动，会因为数据包构造等而恶化通信质量。

另外，这里使天线以三个振动频率模式振动进行了试验，但最好使天线以更多的振动频率模式振动进行试验。由此根据各天线的特性，确定对通信质量产生不良影响的振动频率，并设定减振机构23的弹性构件29的特性以使天线的振动频率比上述振动频率低。

这样，弹性部件29使用具有吸收上述定向天线17及18的高频振动的特性的构件，则可以防止通信质量的恶化，其中，上述高频振动是使来自漏泄传输通道14的发送信号的振幅或频率在被作为天线主体的定向天线17及18接收时引起产生解调误差程度的变动的高频振动。

产业上利用的可能性

在上述实施方式中，图1中所示的构成例说明了减振机构23，但本发明不仅限于此，也可以如图11或图12所示构成减振机构。图11的减振机构31由设置于基侧构件24和定向天线17及18之间、侧面形状为四方形的实心弹性构件32构成。此弹性构件32可以使用与上述实施方式的弹性构件29相同的材料。

此外，图12的减振机构33采用由设置在基侧构件24和定向天线17及18之间、侧面形状为棒状的两个弹性构件34从两点支撑的结构。此弹性构件34可以使用与上述实施方式的弹性构件29相同的材料。

在上述实施方式中，减振机构23用于抑制定向天线17及18的振动，但本发明的减振机构23不仅限于此，能够适用于需要抑制振动的所有天线上。

此外，如图13所示，也可以用弹性带36弹性地悬挂定向天线17及18。弹性带36被四个基侧构件24支撑，从八个方向弹性地支撑定向天线17及18。而且，弹性带36用的是不影响电磁波的非金属的盘簧或橡胶带等。通过这种结构也能够防止高频振动传导到定向天线17和18。另外，也可以用两个基侧构件24、四个或者两个弹性带36来支撑。通过这种结构，也能够弹性地支撑定向天线17及18。

此外，如图14所示，也可以将定向天线17及18嵌入弹性构件37。弹性构件37填充在容器38中。弹性构件37可以使用填充在容器38中的冻胶或高分子凝胶等流体或硅橡胶等弹性体等。另外，在使用硅橡胶等弹性体的情况下，在用硅橡胶等覆盖定向天线17及18的周围的状态下，可直接用硅橡胶等来支撑，而不设置容器38。在使用冻胶或高分子凝胶等流体的情况下，将流体填入容器38，并将定向天线17及18浸在流体中悬起来。这种情况下使用的是具有不影响电磁波传送的特性的弹性体或流体。

Claims

1.一种通信用天线装置，用于具有相对移动的第一通信装置以及第二通信装置和设在一个所述通信装置上的漏泄传输通道的无线通信系统中，所述通信用天线装置与所述漏泄传输通道相对地设置在另一个所述通信装置中以进行无线通信，所述通信用天线装置的特征在于，包括：

天线主体，用于在与所述漏泄传输通道之间发送和接收信号；

所述通信装置的基侧构件，用于支撑所述天线主体；以及

减振机构，设置在所述基侧构件和所述天线主体之间，用于抑制影响所述无线通信的所述天线主体朝所述漏泄传输通道的电波辐射方向的高频振动。

2.根据权利要求1所述的通信用天线装置，其特征在于，

所述第一通信装置和所述第二通信装置保持一定范围的间隔相对移动。

3.根据权利要求1所述的通信用天线装置，其特征在于，

所述减振机构包括弹性构件，所述弹性构件用于吸收影响所述无线通信的高频振动。

4.根据权利要求3所述的通信用天线装置，其特征在于，

所述弹性构件具备吸收所述天线主体的高频振动的特性，其中，所述高频振动是使来自所述漏泄传输通道的发送信号的振幅或频率在被所述天线主体接收时引起产生解调误差程度的变动的高频振动。