JP2005045494A

JP2005045494A - 無線ｌａｎ用指向性アンテナ

Info

Publication number: JP2005045494A
Application number: JP2003202446A
Authority: JP
Inventors: Shigefumi Suzuki; 茂史鈴木
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】ビーム幅を調整でき、スループットの低下を防止できる無線ＬＡＮ用指向性アンテナを提供することにある。
【解決手段】複数の放射素子３ａ〜３ｅと、これら放射素子３ａ〜３ｅの中から電波を放射する放射素子３ａ〜３ｅの個数を切り替えるための切替手段５Ａ，５Ｂとを備えたものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線ＬＡＮに使用される指向性アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のオフィスでは、オフィス内の端末やその周辺機器をケーブルで接続し、このケーブルを利用してデータのやりとりを行うＬＡＮを構築する代わりに、電波などの無線を利用した無線ＬＡＮを構築することがある。
【０００３】
無線ＬＡＮを構築するには、例えば、図９に示すように、オフィスｏ９の壁面ｗ９に、イーサネット（登録商標）を採用している図示しない有線ＬＡＮに接続され、無線ＬＡＮの電波を送受信して無線ＬＡＮと有線ＬＡＮ間の信号を相互変換する機器である無線ＬＡＮ用アンテナ（アクセスポイント（ＡＰ）ともいう）９１を設置し、無線ＬＡＮカードを装備した端末９２を使用する。一般に無線ＬＡＮ用アンテナ９１としては、水平面内で無指向性のオムニアンテナが使用される。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−３２１８１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無線ＬＡＮ用アンテナ９１は、無指向性であるためビーム幅が広く、その放射エリア（無線通信エリア）ａ９に多数（図９では１６台）の端末９２が含まれるので、利用チャネル帯域不足によってスループットが低下するという問題がある。
【０００７】
利用チャネル帯域不足を解決するため、図１０に示すように、無線ＬＡＮ用アンテナ９１を２台設置することも考えられるが、この場合にも、隣接エリアとの電波干渉によって、やはりスループットが低下してしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ビーム幅を調整でき、スループットの低下を防止できる無線ＬＡＮ用指向性アンテナを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、複数の放射素子と、これら放射素子の中から電波を放射する放射素子の個数を切り替えるための切替手段とを備えた無線ＬＡＮ用指向性アンテナである。
【００１０】
請求項２の発明は、上記切替手段は、一つの入力端から分岐点を経由して二つの放射素子にそれぞれ給電するための複数の給電線路のうち上記入力端と上記分岐点間の給電線路上に設けられる第一の切替手段と、上記分岐点で分岐された一方の給電線路上に設けられる第二の切替手段とからなる請求項１記載の無線ＬＡＮ用指向性アンテナである。
【００１１】
請求項３の発明は、上記切替手段の切り替えを制御する制御手段と、その制御手段を操作する操作具とを備えた請求項１または２記載の無線ＬＡＮ用指向性アンテナである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１３】
図１は、本発明の好適実施の形態を示す指向性アンテナの回路図を示したものである。
【００１４】
図１に示すように、本発明に係る無線ＬＡＮ用指向性アンテナ１の誘電体からなる基板２上には、導体からなる複数の放射素子（アンテナ素子）３ａ〜３ｃと、基板２の下端２ｄの一つの入力端１ｉから分岐点ｐａ，ｐｂを経由して各アンテナ素子３ａ〜３ｃにそれぞれ給電するための複数の給電線路（マイクロストリップライン）４ａ〜４ｅとが形成される。
【００１５】
複数の給電線路４ａ〜４ｅは、入力端１ｉに接続された給電線路４ｅから分岐点ｐａで二つの給電線路４ｃ，４ｄに分岐され、給電線路４ｄから分岐点ｐｂで二つの給電線路４ａ，４ｂに分岐されて構成される。複数の給電線路４ａ〜４ｅは、言い換えれば、全体がシード付きトーナメントの組み合わせ表状に形成される。
【００１６】
より詳細には、給電線路４ｅは、入力端１ｉから分岐点ｐａまでの線路である。給電線路４ｃは、分岐点ｐａからアンテナ素子３ｃまでの線路である。給電線路４ｄは、分岐点ｐａから分岐点ｐｂまでの線路である。給電線路４ａは、分岐点ｐｂからアンテナ素子３ａまでの線路である。給電線路４ｂは、分岐点ｐｂからアンテナ素子３ｂまでの線路である。
【００１７】
さて、アンテナ１は、複数の給電線路４ａ〜４ｅの分岐点ｐａ，ｐｂ近傍に設けられてアンテナ素子３ａ〜３ｃの中から電波を放射するアンテナ素子３ａ〜３ｃの個数を切り替えるための切替手段としてのスイッチ５Ａ，５Ｂと、スイッチ５Ａ，５Ｂの切り替えを同時に制御する制御手段としてのスイッチ制御回路７と、その制御手段を手動で操作する操作具としての回転可能なダイアル（回転目盛盤あるいはツマミ）８とを備えている。
【００１８】
切替手段の個数は、（アンテナ素子の個数）−１にする。本例では、三つのアンテナ素子３ａ〜３ｃを使用するので、二つのスイッチ５Ａ，５Ｂを使用した。スイッチ５Ａは、入力端１ｉと分岐点ｐａ間の給電線路４ｅ上に設けられる第一のスイッチａ１と、その第一のスイッチａ１にスイッチ間給電線路９ａで接続され、分岐点ｐａと分岐点ｐｂ間の給電線路４ｄ上に設けられる第二のスイッチａ２とからなる。
【００１９】
第一のスイッチａ１は、入力端１ｉに給電線路４ｅを介して接続される端子１０と、分岐点ｐａに給電線路４ｅを介して接続される端子１１と、スイッチ間給電線路９ａに接続される端子１２とを備えた三端子型のスイッチである。第二のスイッチａ２も第一のスイッチａ１とほぼ同じ構成である。第二のスイッチａ２は、分岐点ｐａに給電線路４ｄを介して接続される端子１３と、後述する第三のスイッチｂ３の端子１６に給電線路４ｄを介して接続される端子１４と、スイッチ間給電線路９ａに接続される端子１５とを備えた三端子型のスイッチである。
【００２０】
一方、スイッチ５Ｂもスイッチ５Ａとほぼ同じ構成である。スイッチ５Ｂは、第二のスイッチａ２と分岐点ｐｂ間の給電線路４ｄ上に設けられる第三のスイッチｂ３と、その第三のスイッチｂ３にスイッチ間給電線路９ｂで接続され、分岐点ｐｂとアンテナ素子３ｂ間の給電線路４ｂ上に設けられる第四のスイッチｂ４とからなる。
【００２１】
第三のスイッチｂ３は、第二のスイッチａ２の端子１４に給電線路４ｄを介して接続される端子１６と、分岐点ｐｂに給電線路４ｄを介して接続される端子１７と、スイッチ間給電線路９ｂに接続される端子１８とを備えた三端子型のスイッチである。第四のスイッチｂ４は、分岐点ｐｂに給電線路４ｂを介して接続される端子１９と、アンテナ素子３ｂに給電線路４ｂを介して接続される端子２０と、スイッチ間給電線路９ｂに接続される端子２１とを備えた三端子型のスイッチである。
【００２２】
第一〜第四のスイッチａ１，ａ２，ｂ３，ｂ４としては、例えば、ＧａＡｓＩＣスイッチなどの半導体スイッチを使用する。
【００２３】
スイッチ制御回路７は、各スイッチａ１，ａ２，ｂ３，ｂ４と導体からなる信号線２２でそれぞれ接続されると共に、図示しない電源と接続される電源端子２３と導体からなる電源ライン２４で接続される。また、スイッチ制御回路７には、回転軸２５を介してダイアル８が取り付けられる。
【００２４】
スイッチ制御回路７としては、例えば、ロータリスイッチを使用する。ダイアル８は、無負荷で回転するのではなく、所定角度ずつ回転するようにする。各信号線２２と給電線路４ｃとが交差する部分には絶縁処理が施される。
【００２５】
このスイッチ制御回路７は、ダイアル８を手動で片側方向あるいは逆側方向に所定角度ずつ回すと、ダイアル８の回転位置に応じて各スイッチａ１，ａ２，ｂ３，ｂ４に切替信号をそれぞれ出力し、アンテナ素子３ａ〜３ｃの中から電波を放射する任意のアンテナ素子３ａ〜３ｃの個数が１〜３個の間で合計７通り（後述する一素子動作が３通り、二素子動作が３通り、三素子動作が１通り）に切り替わるように、各スイッチａ１，ａ２，ｂ３，ｂ４の切り替えを同時に行う。
【００２６】
上述した給電線路４ａ〜４ｅ、スイッチ間給電線路９ａ，９ｂなどの導体部分は、例えば、銅などの導電性薄膜を貼り付けることにより、あるいは微細加工およびプリント基板加工によって製作する。プリント基板加工によれば、導体部分だけでなく、各スイッチａ１，ａ２，ｂ３，ｂ４やスイッチ制御回路７も一括製作できる。
【００２７】
本実施の形態の作用を説明する。
【００２８】
アンテナ１は、例えば、オフィスのレイアウトあるいはオフィス内で使用される端末の密度に応じてアンテナ１の設置台数が決定され、オフィスの壁面に、図１では基板２の上側が天井側となり下側が床側となるように設置される。以下、電波を放射するアンテナ素子の個数別に、アンテナ１の動作を順に説明する。
【００２９】
一素子動作；
図２に示すように、一素子動作は、アンテナ素子３ｂのみから電波を放射するときの動作である。例えば、オフィス内で使用される端末の密度があまり高くないときや、オフィスにアンテナ１を一台のみ設置するときなどに、アンテナ１を一素子動作させる。
【００３０】
このとき、スイッチ５Ａでは、第一のスイッチａ１によって端子１０と端子１２が接続され、第二のスイッチａ２によって端子１４と端子１５が接続される。一方、スイッチ５Ｂでは、第三のスイッチｂ３によって端子１６と端子１８が接続され、第四のスイッチｂ４によって端子２０と端子２１が接続される。
【００３１】
これにより、入力端１ｉから入力された給電信号は、給電線路４ｅ、スイッチ間給電線路９ａ、給電線路４ｄ、スイッチ間給電線路９ｂ、給電線路４ｂを経由する太線で示す経路を通り、アンテナ素子３ｂのみに給電される。アンテナ素子４ｂは、給電された給電信号に応じて電波を放射する。
【００３２】
アンテナ素子３ａやアンテナ素子３ｃのみから電波を放射するときも、スイッチ５Ａ，５Ｂを適宜切り替えることにより、上述と同様にして実現できる。
【００３３】
一素子動作時のアンテナ１の指向性は、図３の曲線３１に示されるように、図１のアンテナ１の紙面裏面から紙面表面に向かう法線方向を０°とすると、０°からの利得の低下が３ｄＢ以内となるのが約±３３°なので、指向角が約６５°である。ただし、図３では、横軸を法線方向からの水平角度（°）にとり、縦軸を利得（ｄＢ）にとっている。後述する図５および図７についても同様である。
【００３４】
以上説明した一素子動作に対し、例えば、オフィス内で使用される端末の密度が図９よりも高いときや、オフィスのレイアウト変更によってオフィスにアンテナ１を増設して複数台設置するときなどに、アンテナ１を二素子動作あるいは三素子動作させる。
【００３５】
二素子動作；
図４に示すように、二素子動作は、二つのアンテナ素子３ａ，３ｂから電波を放射するときの動作である。このとき、スイッチ５Ａでは、第一のスイッチａ１によって端子１０と端子１２が接続され、第二のスイッチａ２によって端子１４と端子１５が接続される。一方、スイッチ５Ｂでは、第三のスイッチｂ３によって端子１６と端子１７が接続され、第四のスイッチｂ４によって端子１９と端子２０が接続される。
【００３６】
これにより、入力端１ｉから入力された給電信号は、給電線路４ｅ、スイッチ間給電線路９ａ、給電線路４ｄ、分岐点ｐｂ、給電線路４ａおよび給電線路４ｂを経由する太線で示す経路を通り、各アンテナ素子３ａ，３ｂに分岐給電される。各アンテナ素子２ａ，２ｂは給電された給電信号に応じて電波を放射する。
【００３７】
アンテナ素子３ｂ，３ｃやアンテナ素子３ｃ，３ａから電波を放射するときも、スイッチ５Ａ，５Ｂを適宜切り替えることにより、上述と同様にして実現できる。
【００３８】
二素子動作時のアンテナ１の指向性は、図５の曲線５１に示されるように、０°からの利得の低下が３ｄＢ以内となるのが約±２０°なので、指向角が約４０°である。
【００３９】
三素子動作；
図６に示すように、三素子動作は、全てのアンテナ素子３ａ〜３ｃから電波を放射するときの動作である。このとき、スイッチ５Ａでは、第一のスイッチａ１によって端子１０と端子１１が接続され、第二のスイッチａ２によって端子１３と１４が接続される。一方、スイッチ５Ｂでは、第三のスイッチｂ３によって端子１６と端子１７が接続され、第四のスイッチｂ４によって端子１９と端子２０が接続される。
【００４０】
これにより、入力端１ｉから入力された給電信号は、給電線路４ｅ、分岐点ｐａ、給電線路４ｄおよび給電線路４ｃ、分岐点ｐｂ、給電線路４ａおよび給電線路４ｂを経由する太線で示す経路を通り、各アンテナ素子３ａ〜３ｃに分岐給電される。各アンテナ素子３ａ〜３ｃは給電された給電信号に応じて電波を放射する。
【００４１】
三素子動作時のアンテナ１の指向性は、図７の曲線７１に示されるように、０°からの利得の低下が３ｄＢ以内となるのが約±１５°なので、指向角が約３０°である。
【００４２】
このように、本発明に係る無線ＬＡＮ用指向性アンテナ１は、アンテナ素子３ａ〜３ｃへの給電を各スイッチ５Ａ，５Ｂによって適宜切り替える（ＯＮ／ＯＦＦ制御する）ことにより、アンテナ素子３ａ〜３ｃの中から電波を放射するアンテナ素子３ａ〜３ｅの個数を切り替えているので、アンテナ１のビーム幅をオフィスなどの設置場所に最適なビーム幅に調整できる。
【００４３】
例えば、図８に示すように、オフィスｏ８の壁面ｗ８にアンテナ１を設置して無線ＬＡＮを構築した場合は、放射エリア（無線通信エリア）ａ８同士が重ならないように、かつ放射エリアａ８内に多数の端末９２が含まれないようにアンテナ１のビーム幅を変えることで、利用チャネル帯域不足や電波の干渉によるスループットの低下を防止できる。
【００４４】
また、常にアンテナ１を使用して無線ＬＡＮを構築すれば、オフィス内で使用される端末の密度の変化やオフィスのレイアウト変更にも柔軟に対応できる。例えば、オフィスにアンテナ１を一台設置して無線ＬＡＮを構築し、アンテナ１を一素子動作させているとする。ここで、オフィス内の端末の台数が増え、オフィスにさらにアンテナ１を一台増設して設置する必要が生じたとしても、二つのアンテナ１をそれぞれ二素子動作あるいは三素子動作させることで柔軟に対応できる。
【００４５】
さらに、アンテナ１をより狭いビーム幅に変えることができるので、アンテナ１からの電波をより遠い端末９２や無線機器まで飛ばすことができる。
【００４６】
上記実施の形態では、三つのアンテナ素子３ａ〜３ｃの例で説明したが、アンテナ素子は少なくとも二つあればよい。また、複数の給電線路がシード付きトーナメントの組み合わせ表状に形成される例で説明したが、本発明は、給電線路の形状には限定されず、給電線路の分岐点近傍に切替手段が設けられていればよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
（１）ビーム幅を調整できる。
（２）スループットの低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１に示した無線ＬＡＮ用指向性アンテナの一素子動作を示す図である。
【図３】一素子動作時の指向性を示す図である。
【図４】図１に示した無線ＬＡＮ用指向性アンテナの二素子動作を示す図である。
【図５】二素子動作時の指向性を示す図である。
【図６】図１に示した無線ＬＡＮ用指向性アンテナの三素子動作を示す図である。
【図７】三素子動作時の指向性を示す図である。
【図８】本発明に係る無線ＬＡＮ用指向性アンテナを使用して無線ＬＡＮを構築したオフィスの一例を示す平面図である。
【図９】従来の無線ＬＡＮ用アンテナを使用して無線ＬＡＮを構築したオフィスの一例を示す平面図である。
【図１０】従来の無線ＬＡＮ用アンテナを使用して無線ＬＡＮを構築したオフィスの一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１無線ＬＡＮ用指向性アンテナ
２基板
３ａ〜３ｃ放射素子
４ａ〜４ｅ給電線路
５Ａ，５Ｂスイッチ（切替手段）
７スイッチ制御回路（制御手段）
８ダイアル（操作具）

Claims

複数の放射素子と、これら放射素子の中から電波を放射する放射素子の個数を切り替えるための切替手段とを備えたことを特徴とする無線ＬＡＮ用指向性アンテナ。
上記切替手段は、一つの入力端から分岐点を経由して二つの放射素子にそれぞれ給電するための複数の給電線路のうち上記入力端と上記分岐点間の給電線路上に設けられる第一の切替手段と、上記分岐点で分岐された一方の給電線路上に設けられる第二の切替手段とからなる請求項１記載の無線ＬＡＮ用指向性アンテナ。
上記切替手段の切り替えを制御する制御手段と、その制御手段を操作する操作具とを備えた請求項１または２記載の無線ＬＡＮ用指向性アンテナ。