JP2009033716A - 窓ガラス一体型透明アンテナを備えたリピータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体通信ネットワークの基地局およびユーザ端末間の情報交換を中継するのに用いられるリピータシステムにおいて、建物への実装が容易な小型システムを提供する。
【解決手段】移動体通信ネットワークの基地局と通信可能な屋外アンテナ１０と、前記屋外アンテナに接続された再送信手段２０とを備え、前記基地局およびユーザ端末間の情報交換を中継するリピータシステム１であって、前記再送信手段２０は、前記屋外アンテナ１０および前記ユーザ端末と通信可能な屋内アンテナ３０間のインタフェースとして動作し、一方のアンテナに受信された信号を他方のアンテナに再送信するようになっており、前記屋外アンテナは、空間の室内照明に用いる任意の透明パネル２に一体化された任意の透明平面アンテナであるリピータシステム１に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体通信ネットワークの基地局およびユーザ端末間の情報交換を中継するのに用いられるリピータシステムの分野に属する。

一般に、このようなシステムは、ネットワークの基地局では十分にカバーできない地域をカバーする移動体通信ネットワークを提供するために用いられる。これは主として、外部基地局からの電界が大きく減衰される建物内部が対象である。そのような建物内部では、ネットワークユーザがネットワークサービスを利用することができないことがある（例えば、電話をかけたり受けたりすることができない）。

特に、最近の建物にはアサーマルガラスが用いられている。この種のガラスは、基地局から建物内の端末に送られる信号や、端末から基地局に送られる信号を大きく減衰させる金属化層を有している。

一般に、リピータシステムは、建物の外側に配置され、ネットワークの基地局と通信可能なアンテナと、建物の内側に配置され、ユーザ端末と通信可能なアンテナと、一方のアンテナに受信された信号を他方のアンテナに再送信する（増幅および再生を行う場合もある）ことにより、両アンテナ間のインタフェースとして動作する再送信手段とを備えている。

このようなリピータシステムにより、ネットワーク有効範囲を建物内部にまで拡大することができ、建物内部にいるユーザは良好なネットワーク有効範囲を得ることができる。

しかしながら、このリピータシステムを実施する際には、特に建物への屋外アンテナの設置、建物内部へのアンテナの設置（通常、壁または天井への設置）、またはシステムの各構成要素を接続する同軸ケーブルの設置に関して様々の問題が生じる。

本発明の目的は、リピータシステムの設置におけるこのような制約を緩和することであり、特に建物への実装が容易な小型システムを提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、移動体通信ネットワークの基地局およびユーザ端末間の情報交換を中継するリピータシステムを提供する。同システムは、前記基地局と通信可能な屋外アンテナと、前記屋外アンテナに接続された再送信手段とを備えている。前記再送信手段は、前記屋外アンテナおよび前記ユーザ端末と通信可能な屋内アンテナ間のインタフェースとして動作し、一方のアンテナに受信された信号を他方の信号に再送信するようになっている。前記屋外アンテナは、空間の室内照明に用いる任意の透明パネルに一体化された任意の透明平面アンテナであることを特徴とする。

本システムの非限定的な好ましい側面において、前記屋外アンテナは、アース面と、１つ以上の放射素子である放射面とを備え、前記パネルの一部は、前記アース面と前記放射面の間で前記屋外アンテナに誘電体基板を形成している。

前記アース面および前記放射面の前記放射素子はそれぞれ、任意の透明導電材料を堆積することによって形成される。

前記材料は銀ドープした酸化スズ（ＡｇＨＴ）またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）である。

前記アース面および前記放射面は、前記パネルの任意の透明誘電体層に挟まれている。

前記パネルはガラス製である。

前記パネルは、不透明なフレームを有する窓形建築部材の一部であり、前記屋外アンテナは、前記フレーム内部に電力供給手段を有している。

前記電力供給手段は、誘電体基板に印刷された回路である。

前記電力供給手段は、同軸プローブによる電源装置である。

前記パネルは不透明なフレームを有する窓形建築部材の一部であり、前記屋内アンテナは前記フレームに一体化されている。

前記屋内アンテナは、前記パネルに一体化された任意の透明平面アンテナである。

別の側面によれば、本発明は、本発明の第１の側面によるシステムが一体化された窓形建築部材に関する。

本発明のその他の側面、目的および利点は、添付の図面に基づき、非限定的な実施例として詳細に記載される以下の好ましい実施形態によって明らかにされる。

第１の側面によれば、本発明は、移動体通信ネットワークの基地局およびユーザ端末間の情報交換を中継するリピータシステムに関する。

図１において、リピータシステム１は、移動体通信ネットワークの基地局（図示せず）と通信可能な屋外アンテナ１０と、屋外アンテナ１０に接続され、屋外アンテナ１０および通信ネットワークのユーザ端末と通信可能な屋内アンテナ３０間のインタフェースとして動作し、一方のアンテナに受信された信号をもう一方のアンテナに再送信する再送信手段２０とを備えている。

このリピータシステム１によれば、基地局から送信されて屋外アンテナ１０に受信された信号を、（増幅および再生後に）屋内アンテナ３０に再送信することができる。これにより、信号は閉鎖空間を通過してユーザ端末に到達することができる。同様に、この再送信システム１によれば、閉鎖空間内のユーザ端末から送信されて屋内アンテナ３０に受信された信号を、（増幅および再生後に）屋外アンテナ１０に再送信することができる。その後、この信号はネットワークの基地局に再送信される。

本発明の範囲において、屋外アンテナ１０は、空間の室内照明に用いる任意の透明パネル２に一体化された任意の透明平面アンテナである。

パネル２が室内照明を行う空間とは、一般には建物形式の空間であり、例えば自動車や電車内部の空間等である。

以下の記載では、建物における例について説明する。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、任意の透明パネルを用いて室内照明を行ういずれの空間をも包含する。

パネル２は通常、窓形建築部材の一部であり、一般に「ガラス」と呼ばれるものを形成している。

図２、図３、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す本発明の一実施形態によれば、屋外アンテナ１０はプリントアンテナ式の平面アンテナである。アンテナ１０は、アース面１１と、１つ以上の放射素子１２〜１５（これらの素子はパッチとも呼ばれ、その数は４個に限定されない）である放射面１２と、アース面１１と放射面１２の間に介在する誘電体基板とを有している。

パネル２の一部３は、屋外アンテナの誘電体基板を形成するのに用いられる。このため、屋外アンテナ１０はパネル２に一体化されている。

パネル２の一部３は、例えばガラス層のようなパネル２の物理的な層であってもよく、パネル２が例えば二重ガラス構造物の場合には真空層であってもよい。

また、アース面１１および放射面１２は、パネル２の任意の透明誘電体層４，５に挟まれて、図３、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す積層構造となっていてもよい。

層５は建物の内側に面し、層４は建物の外側に面している。層５は屋外アンテナのアース面１１を支持する一方、層４は屋外アンテナの放射面１２を支持している。

パネル２は、一般的にはガラス製であるが、例えばプレキシグラス等のその他の透明誘電体材料で形成されていてもよい。

パネル２は、異なる性質の層で形成されていてもよい。特に、アース面１１を支持する層５にアサーマルガラス（不透明な無線電子金属化層で構成される）を使用してもよい（これによってアース面の遮蔽機能が強化される）。また、屋外アンテナの外部への自由放射が確実に行われるように、層４に透明な無線電子ガラスを用いてもよい。

アース面１１および放射面１２の放射素子１２〜１５はそれぞれ、任意の透明導電材料を、例えばポリエステルフィルム等のプラスチックフィルム上に堆積することによって形成される。任意の透明導電材料は、エッチングプロセス等によってパネルに直接堆積してもよい。

これにより、厚さ数ミクロンの極薄金属堆積物が形成される。

図３の実施形態において、放射素子１２とアース面１１との間に介在する誘電体基板であるパネル２の一部３の厚みは、６ｍｍである。放射素子構造物１２／誘電体基板３／アース面１１を挟むパネルの層４，５の厚さは、それぞれ３ｍｍである。この厚さは当然のことながら例示として挙げたまでである。

本発明の範囲において、「導電」材料とは、実質的に導電性の材料であって、抵抗率が１０Ω／□より低く、好ましくは５Ω／□より低いものを意味する。

また、「任意の透明」材料とは、可視光に対して実質的に透明であり、この光の少なくとも３０％、より好ましくは６０％以上を透過させる材料を意味する。

任意の透明導電材料は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、銀ドープしたスズ酸化物（ＡｇＨＴ）またはその他の金属材料であることが好ましいが、これらに限定されない。ＡｇＨＴ材料は、抵抗率が４Ω／□程度の透明材料である。

無線電子ロスは材料の抵抗率に直接的に関連している。したがって、本発明の好ましい一実施形態の範囲においては、正方形の放射素子（長方形の放射素子よりも抵抗率が低いことが確認されている）を用いることによって、屋外アンテナのロスを低減し、ゲインを最適化する。

当然のことながら、パネル２は建物の窓ガラスを形成し、屋外アンテナ１０の放射面１２はパネルの建物外側面に配置される。

図４（ａ）に示すように、屋外アンテナ１０の放射素子１２〜１５の電源は、同軸プローブ１６により形成することができる。

同軸プローブのコアは、アース面１１のオリフィスにおいてのみ露出し、放射面１２の端部に直接接触することによって、あるいは（図４（ａ）に示すように）内側を向いた放射面に平行な部分（中央コアの延長部）による電磁結合によって、屋外アンテナを励起させる。

本発明の範囲において、「同軸プローブ電源装置」とは、１つの放射素子、または１つ以上の放射素子の同軸励起プローブで終端された同軸ケーブルにより形成された放射素子ネットワークの電源回路を意味する。

変形例として、図４（ｂ）に示すように、屋外アンテナの放射素子の電源は、マイクロリボン線１７を用いて形成されていてもよい。この場合、ＡｇＨＴまたはＩＴＯ製でアンテナよりも狭幅の線１７を用いて屋外アンテナの端部へエネルギーが直接供給されることにより、電源供給が行われる。この線１７は、放射面１２と同一面に配置される。

本発明の好ましい一実施形態によれば、図１および図２に示すように、パネル１２は不透明なフレーム６を有する窓形建築部材の一部であり、アンテナの電力供給手段はフレーム６内部に取り付けられる。

電力供給手段１６の不透明フレームへの取り付けは、特にこれがマイクロリボン線１７である場合には、無線電子の観点からきわめて有効である。誘電体基板に印刷された電力供給線（例えばデュロイド（Duroid）、エポキシガラス）は、ロスが少なく、アンテナのゲインの点から特に好適である。

電力供給線は、透明材料の上に設けてもよい。しかしながらこの変形例では、誘発されたロス（材料、線の長さ、特に複数の放射素子への樹枝状電源供給線の長方形状による）により、パフォーマンスがアンテナネットワークのゲインよりも低くなってしまう。

屋外アンテナのパフォーマンスについて例を挙げると、本発明の同軸プローブを電源とする屋外アンテナは、全ＧＳＭ帯において−１０ｄＢｉより低い反射係数を示す。測定されたゲインは−３．５ｄＢｉ程度である。

同一周波数で動作し、プリントマイクロリボン線を電源とするアンテナのゲインは−１２ｄＢｉ程度である。つまり、同軸プローブを動力源とするアンテナのゲインよりも約−８．５ｄＢｉ低い。この差は、アンテナに電力を供給するマイクロリボン線からのロスによるものである。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、本発明によれば、各種の窓構造にも適応可能であるという利点を得ることができる。

図５（ａ）に単一のパネル２を有する窓を、図５（ｂ）には複数のパネル２を有する「複層ガラス」窓を示す。複層ガラス窓は、特に電力供給手段が窓の縦方向の柱に一体化される場合には、相当数の放射素子を組み込むことができるという利点を有している。

屋外アンテナのサイズは、通常の窓の大きさ、つまり１ｍから１．５ｍの高さであるが、これに限定されない。

図１に示す本発明の一実施形態によれば、屋内アンテナ３０および再送信手段２０は従来の構成要素であり、小型で窓のフレーム６に一体化されていることが好ましい。

屋内アンテナ３０は、「ダイポール」アンテナであり、窓の縦方向の柱に一体化されている。

屋内アンテナ３０は、パネル２に一体化された平面アンテナを設けることにより、屋外アンテナ１０と同様に形成されていてもよい。この場合は、当然ながら、屋内アンテナ３０の放射素子はパネルの建物内側面に配置される。

再送信手段２０は、「マイクロリピータ」装置であり、移動体通信ネットワーク帯域の選択された帯域：ＧＳＭ、ＤＣＳまたはＵＭＴＳおよび帯域幅（チャンネルに関連）で動作する。

本発明の再送信手段２０を形成するＥ−ＧＳＭ帯で使用されるマイクロリピータ装置の一例としては、ＭＩＫＯＭ ＲＦ ＭＲ ３０３Ｂ ＥＧＳＭリピータシステムが挙げられる。

本発明のリピータシステムの一実施形態によれば、屋内アンテナは、再送信手段２０の後に出力コネクタを用いるパネルからオフセットしている。この実施形態は、無線電子有効範囲を提供すべき空間が、パネル２の直近にない場合に有用である。

その他の実施形態によれば、再送信手段は、屋外アンテナの後に出力コネクタを用いるパネルからオフセットしている。この実施形態は、再送信手段を収容するには小さすぎる窓枠において特に有用である。

本発明は、上記のリピータシステムに限定されず、本発明の第１の側面によるシステムが一体化された窓形建築部材をも包含する。

図１は、本発明の一実施形態によるリピータシステムを示す図である。 図２は、本発明の一実施形態による屋外アンテナの各構成要素を示す図である。 図３は、本発明の一実施形態による屋外アンテナの概略断面図である。 図４（ａ）および４（ｂ）は、本発明の屋外アンテナ用電源装置の異なる実施形態を示す図である。 図５（ａ）および５（ｂ）は、各種窓形建築部材に本発明のシステムを一体化した例を示す図である。

Claims (12)

1. 移動体通信ネットワークの基地局と通信可能な屋外アンテナ（１０）と、前記屋外アンテナに接続された再送信手段（２０）とを備え、前記基地局およびユーザ端末間の情報交換を中継するリピータシステム（１）であって、
   前記再送信手段（２０）は、前記屋外アンテナ（１０）および前記ユーザ端末と通信可能な屋内アンテナ（３０）間のインタフェースとして動作し、一方のアンテナに受信された信号を他方のアンテナに再送信するようになっており、
   前記屋外アンテナは、空間の室内照明に用いる任意の透明パネル（２）に一体化された任意の透明平面アンテナであることを特徴とするリピータシステム（１）。
2. 請求項１のシステムにおいて、
   前記屋外アンテナは、アース面（１１）と、１つ以上の放射素子（１２〜１５）である放射面とを備え、前記パネルの一部（３）は、前記アース面と前記放射面との間で前記屋外アンテナに誘電体基板を形成しているシステム。
3. 請求項２のシステムにおいて、
   前記アース面（１１）および前記放射面の前記放射素子（１２〜１５）はそれぞれ、任意の透明導電材料を堆積することによって形成されるシステム。
4. 請求項３のシステムにおいて、
   前記材料は銀ドープした酸化スズ（ＡｇＨＴ）またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）であるシステム。
5. 請求項２〜４のいずれか１つのシステムにおいて、
   前記アース面（１１）および前記放射面（１２〜１５）は、前記パネル（２）の任意の透明誘電体層（４，５）に挟まれているシステム。
6. 請求項１〜５のいずれか１つのシステムにおいて、
   前記パネル（２）はガラス製であるシステム。
7. 請求項１〜６のいずれか１つのシステムにおいて、
   前記パネルは、不透明なフレーム（６）を有する窓形建築部材の一部であり、前記屋外アンテナ（１０）は、前記フレーム内部に電力供給手段（１６）を有しているシステム。
8. 請求項７のシステムにおいて、
   前記電力供給手段（１６）は、誘電体基板に印刷された回路（１７）であるシステム。
9. 請求項７のシステムにおいて、
   前記電力供給手段は、同軸プローブによる電源装置であるシステム。
10. 請求項１〜９のいずれか１つのシステムにおいて、
    前記パネル（２）は不透明なフレーム（６）を有する窓形建築部材の一部であり、前記屋内アンテナ（３０）は前記フレームに一体化されているシステム。
11. 請求項１〜９のいずれか１つのシステムにおいて、
    前記屋内アンテナ（３０）は、前記パネルに一体化された任意の透明平面アンテナであるシステム。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つのシステムが一体化された窓形建築部材。

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