JP2009147610A - Radio repeating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地下の通信設備や電力設備、下水道設備等の状態監視に有用な無線中継装置に関する。なお、本発明の対象となるマンホール蓋は、直接は、地中や地下道に通じ作業員が入るための竪穴であるマンホールに被せる蓋を意味するが、本発明は作業員が入らない、いわゆるハンドホールに被せる蓋についても適用し得るから、本発明でいうマンホール蓋にはハンドホール蓋をも含むものである。また、本実施例において、地下埋設物は通信ケーブルとして説明するが、上下水道管、ガス管、電力ケーブルのいずれでもよく、これらの場合、測定事項は通水状態、水質、漏水、ガス漏れ、漏電、断線等となる。 The present invention relates to a wireless relay device useful for monitoring the state of underground communication equipment, power equipment, sewerage equipment, and the like. The manhole cover that is the subject of the present invention refers to a cover that directly covers the manhole that is a pit for workers to enter the underground or underground passage, but the present invention does not include workers. Since the present invention can also be applied to a cover placed on a hole, the manhole cover referred to in the present invention includes a handhole cover. Further, in this example, the underground buried object is described as a communication cable, but any of water and sewage pipes, gas pipes, and power cables may be used, and in these cases, the measurement items are water flow state, water quality, water leakage, gas leakage, Leakage, disconnection, etc.
インターネットでの動画配信など、高速・大容量の通信情報を各家庭に提供するために、地中に埋設された光ファイバケーブル網を使用した光通信システムが実用化されている。地中に埋設された光ファイバケーブルは、電柱を介して地上に引き出され、電線に設置されている架空クロージャを経由して、各家庭に設置される光回線終端装置に引き込まれる。さらに、光回線終端装置と接続されたパソコン等の情報端末機を使用し、インターネット網での通信の送受信に活用されている。 In order to provide high-speed and large-capacity communication information such as video distribution on the Internet to each home, an optical communication system using an optical fiber cable network buried in the ground has been put into practical use. The optical fiber cable buried in the ground is drawn out to the ground via a utility pole, and is drawn into an optical line terminator installed in each home via an aerial closure installed in the electric wire. Furthermore, it is used for transmission / reception of communication on the Internet network using an information terminal such as a personal computer connected to an optical line terminator.
このような光通信システムの地下に設置された通信設備の点検には、定期的に作業員がマンホール内に入って巡回点検を実施しているが、このような点検の作業は危険が伴う困難な作業となる。このため、地下の通信設備等の状態の遠隔監視のために、地下の通信設備等に温度センサや浸水センサ等を設置し、マンホールの内部と外部とを無線接続による中継を行うことで地上と地下とのセンサ情報のやりとりを行う方法が提案されている。このような用途に用いる無線中継装置として、これまでに以下の様々な方法が提案されている。 For inspection of communication equipment installed in the basement of such an optical communication system, workers regularly enter the manhole and carry out patrol inspections, but such inspection work is difficult and dangerous. Work. For this reason, in order to remotely monitor the state of underground communication facilities, etc., temperature sensors and inundation sensors are installed in the underground communication facilities, etc. A method for exchanging sensor information with the underground has been proposed. The following various methods have been proposed so far as radio relay apparatuses used for such applications.
(1)マンホール蓋そのものをアンテナとして動作させ、地上との無線接続に利用する無線中継装置(例えば特許文献1の「人孔内監視装置に使用する伝送装置」)。 (1) A wireless relay device that operates as a manhole cover itself as an antenna and is used for wireless connection with the ground (for example, “Transmission device used for monitoring device in human hole” in Patent Document 1).
図11は従来のマンホール蓋そのものをアンテナとする構成の蓋部構造の詳細図である(本従来例は地中送電線路監視用のマンホールへの適用を目的としており、地中送電線路用の人孔の地上開口部は、強固な金属製外蓋34及び水没防止用の金属製中蓋35の二重構造となっている)。
FIG. 11 is a detailed view of a lid structure having a conventional manhole cover itself as an antenna (this conventional example is intended to be applied to a manhole for underground transmission line monitoring. The ground opening of the hole has a double structure of a strong metal
受信用中継アンテナ31は、インピーダンス整合回路32の入力端に接続されマンホール中蓋35の下面側に設置され、その長さは無線信号の半波長分の長さに設定されている。
The
インピーダンス整合回路32は容量CとインダクタンスLとから構成される。インピーダンス整合回路32を収容した中継アンテナ用固定絶縁体33は、マンホール中蓋35に形成した窓部35aに嵌め込まれてマンホール中蓋35を上下に貫通し、その入力端がマンホール中蓋35の下面側に突き出し、その出力端がマンホール中蓋35の上面側に突き出している。マンホール中蓋35の上面側に突き出したインピーダンス整合回路32の出力端には静電容量形成用の電極36が接続される。電極36はマンホール外蓋34との間で静電容量37を形成するように適当な大きさの表面積を持ち、この静電容量結合によりマンホール外蓋34はアンテナとして機能する。
The impedance matching
マンホール内に設置された無線送信機38から送信された無線信号は、受信用中継アンテナ31によって無線信号の送信電力を抽出し、インピーダンス整合回路32、及びこれに接続された電極36とマンホール外蓋34の下面との間の静電容量Cを通してマンホール外蓋34に最大電力を給電する。これによりマンホール外蓋34はアンテナとして機能し、地上に無線信号が放射される。
The radio signal transmitted from the
本従来例では、受信用中継アンテナ31とインピーダンス整合回路32はマンホール中蓋に設置されているだけであり、作業者が人孔内に出入りする場合に、マンホール中蓋の開閉に支障を来たすことはない。しかしながら、本従来例では、マンホール蓋そのものをアンテナとしているため、アンテナのインピーダンスマッチングをとる必要がある等、設計が難しいという問題がある。また、マンホール中蓋に穴をあけるなど、複雑な加工を施す必要があるという問題がある。
In this conventional example, the
(2)マンホール蓋に開けられている鍵穴等の穴に、スロットアンテナを嵌め込み、アンテナとして動作させ、地上との無線接続に利用する無線中継装置(例えば特許文献2の「スロットアンテナ」)。 (2) A wireless relay device (for example, “slot antenna” in Patent Document 2) that is used for wireless connection with the ground by inserting a slot antenna into a hole such as a keyhole opened in a manhole cover and operating as a antenna.
従来の無線中継装置に用いるスロットアンテナの構成を図12に示す。マンホール蓋42に設けられている鍵穴42a内に本体部41を装着し、本体部41を形成する導体部43に誘電体が充填されているスロット部44を形成する。本体部41の裏面であるマンホール内から、スロットアンテナ45に給電する。既存の鍵穴等の穴を利用するためマンホール等に加工を施すことがないと共に、マンホール等から突出することのないアンテナを形成できる。しかしながら、マンホール蓋の裏面近傍に給電点および給電ケーブルを取り付ける必要があり、マンホールの開閉によって給電ケーブルを損傷したり、場合によっては切断することがないよう、蓋の開閉動作を慎重に行う必要があるという問題点がある。
FIG. 12 shows the configuration of a slot antenna used in a conventional wireless relay device. The main body 41 is mounted in the
(3)既設のマンホールの蓋の裏面の穴の近傍にアンテナを設置して電磁波を地上に放射し、無線接続に利用する無線中継装置(例えば特許文献3の「マンホールの遠隔監視装置」)。 (3) A wireless relay device (for example, “manhole remote monitoring device” of Patent Document 3) that is used for wireless connection by installing an antenna near the hole on the back surface of the lid of an existing manhole to radiate electromagnetic waves to the ground.
図13に示すように、既設のマンホール蓋の穴の近傍(例えば30cm以内)にマンホール蓋の裏面側から電磁波を放射するアンテナと通信ユニットを設置し、地上の携帯電話回線網と電磁波の授受を行う下水道のマンホール内の無線中継装置が提案されている。しかしながら、マンホール蓋の穴の近傍にアンテナを取り付けるため、マンホールの蓋の開閉の操作が煩雑になり、注意が必要となる。また、通信ユニットからの信号をマンホール蓋に設けたアンテナまで接続ケーブルを介して伝送するので、マンホール内に侵入した雨や泥水などによって腐食したり接触不良を起こす恐れもある。さらに、マンホールの蓋の穴の金属厚は数cm程度と厚く、穴の内径が数cm以下の場合は、電気的には一種の円形状の金属導波管とみなすことが可能である。導波管は、その内径によって決まる特定周波数(遮断周波数Fcと呼ぶ)以下の電磁波成分を遮断する特徴を有している。例えば、内径が25cmの円筒形状の導波管では、遮断周波数Fcが約0.7GHzとなり、これ以下の周波数では導波管の減衰量が無限大となる(例えば特許文献4の「ガス絶縁機器の内部異常検出装置」を参照)。 As shown in FIG. 13, an antenna that radiates electromagnetic waves from the back side of the manhole cover and a communication unit are installed in the vicinity of an existing manhole cover hole (for example, within 30 cm) to exchange electromagnetic waves with the mobile phone network on the ground. A wireless relay device in a sewer manhole is proposed. However, since the antenna is attached in the vicinity of the hole of the manhole cover, the operation of opening and closing the manhole cover becomes complicated and requires caution. In addition, since the signal from the communication unit is transmitted to the antenna provided on the manhole cover via the connection cable, there is a risk of corrosion or poor contact due to rain or muddy water entering the manhole. Furthermore, the metal thickness of the hole of the manhole cover is as thick as about several centimeters, and when the inner diameter of the hole is several centimeters or less, it can be electrically considered as a kind of circular metal waveguide. The waveguide has a characteristic of blocking an electromagnetic wave component below a specific frequency (referred to as a cutoff frequency Fc) determined by its inner diameter. For example, in the case of a cylindrical waveguide having an inner diameter of 25 cm, the cutoff frequency Fc is about 0.7 GHz, and the attenuation amount of the waveguide becomes infinite at a frequency lower than this (for example, “Gas Insulating Equipment” in Patent Document 4). (See Internal Abnormality Detection Device).
なお、内径が小さくなるほど遮断周波数Fcは高くなる。したがって、使用する無線周波数にも依存するが、マンホールの穴の直径として数十cm以上の大きさが望ましく、穴の内径が数cm以下では電磁波の遮断による減衰量が極めて大きく効率が悪いという問題点を有している。 Note that the cut-off frequency Fc increases as the inner diameter decreases. Therefore, although depending on the radio frequency to be used, it is desirable that the diameter of the hole of the manhole is several tens of centimeters or more, and if the inner diameter of the hole is several centimeters or less, the attenuation due to electromagnetic wave blocking is extremely large and the efficiency is low Has a point.
(4)マンホールに地上の電波を送受信するアンテナとマンホール内の電波を送受信するアンテナを有する中継器を取り付け、マンホール内の分岐点に反射板を設置して地上との無線接続に利用する無線中継装置(例えば特許文献5の「移動通信システムと無線中継器」)。 (4) A wireless relay that is installed in a manhole with an antenna that transmits and receives ground radio waves and an antenna that transmits and receives radio waves in the manhole, and a reflector is installed at a branch point in the manhole for wireless connection to the ground Device (for example, “Mobile communication system and wireless repeater” in Patent Document 5).
図14を参照すると、移動局(MS)61は、無線回線を介してアンテナ79により無線中継器(RPT)62と接続されており、無線中継器62はアンテナ70により下水道73内で上記と同じ周波数の無線回線を介してアンテナ70で受ける無線基地局(BS)
63と接続され、基地局制御装置(BSC)64、移動通信交換局(MSC)65を介して公衆電話網66と接続されている。
Referring to FIG. 14, a mobile station (MS) 61 is connected to a radio repeater (RPT) 62 by an
63 and a
無線中継器(RPT)62は、地下の下水道内向け無線送受信機並びにアンテナ、地上の移動局61向けの無線送受信機並びにアンテナ、そして制御部等から構成されている。無線周波数は地上の移動局61と下水道内の無線基地局(BS)63とへ同一周波数により送受信するので、ブースター又はリピータとして動作する。
The radio repeater (RPT) 62 includes a radio transceiver and antenna for underground sewers, a radio transceiver and antenna for the
無線中継器62は、マンホール蓋75に組み入れられ、下水道内送受信アンテナ70により無線基地局との無線送受信を実行しており、下水道内反射板68、69を用いて、下水道内を伝搬する。下水道内反射板68、69それぞれの反射板の縦および横の寸法は下水道73内を伝搬する無線周波数の1波長分の長さで構成されている。
The
下水道73が円筒形の排水筒である場合で、水平面状で直角に曲げられ、又は分路や合成路を設けられている場合でも、反射板68、69によって一方向へ無線電波を逐次反射して伝搬できるように配設され、配管に従って、無線伝送を実現できる。
Even when the
従来、直線部分の下水道ではそれほどの伝搬損失は発生しないが、分岐や折れ曲がりを伴った場合、無線伝搬損失が大きくなり、使用することができなかった。本従来例ではこのような問題点を解決するため、下水道内の分岐点に反射板を置くことで、曲がった先の下水道内の電界強度を確保することが可能となった。しかしながら、本従来例では、中継器を取り付けるためにマンホール蓋に穴をあけるなど、複雑な加工を施す必要があるという問題点を有している。 Conventionally, not so much propagation loss occurs in the sewer in the straight part, but when it is accompanied by branching or bending, the radio propagation loss becomes large and cannot be used. In this conventional example, in order to solve such problems, it is possible to secure the electric field strength in the bent sewer by placing a reflector at the branch point in the sewer. However, this conventional example has a problem that it is necessary to perform complicated processing such as making a hole in the manhole cover in order to attach the repeater.
(5)マンホール周囲に施されたアスファルト舗装あるいはコンクリート舗装から電波を通し、地上との無線接続に利用する無線中継装置(例えば非特許文献1)。 (5) A wireless relay device that transmits radio waves from asphalt pavement or concrete pavement provided around the manhole and is used for wireless connection with the ground (for example, Non-Patent Document 1).
図15は、従来の無線中継装置を設置した典型的な上水道マンホールの概略図とその構造の一部を拡大して示した拡大断面図である。土壌(土層)84には送水管87が埋設されており、送水管87に関連してマンホールが設置されている。マンホールはコンクリート壁83により内部に空間を確保し、上部にはマンホール蓋81が設けられている。アスファルト層あるいはコンクリート層82は埋設固定されている受け環81bをもち、蓋本体81aは、前記受け環81bで着脱または開閉自在に保持されている。また、コンクリート壁83の底から水道管空気弁86が内部空間内に突出させられている。配水される水の圧力、速度その他のデータは、配管に関連して設けられている図示しないセンサ等によって取得させる。これらのデータは地下無線装置85を介して地上に送出され、地上無線装置(図示せず)の情報も地下無線装置85に伝達される。マンホール内に置く無線装置用アンテナ85aは反射板付き棒状λ/4(λ:波長)アンテナとし、マンホール蓋の中心軸上に配置している。アンテナから下方へ向かう一次放射を抑えることで土に吸収される電力を抑え、上空への放射電力を強める目的で金属製の反射板85bを付している。地下無線装置85は、λ/4アンテナ85a、金属製の反射板85b、無線機ケース85c、処理装置85dを含んでいる。処理装置85dは、前述したセンサ等からの信号の処理または、その他の回路に制御信号等を送出する機能をもち、無線機ケース85cに含まれる高周波送受信回路に接続されている。λ/4アンテナ85aのマンホール内の空間内の位置については、地上空間への放射電力の効率が上がる位置に適宜調整して設定する。
FIG. 15 is a schematic view of a typical water supply manhole in which a conventional wireless relay device is installed, and an enlarged cross-sectional view showing a part of its structure. A
電波放射特性は以下の点に依存している。
1.マンホールなどの地中埋設構造物の幾何学的構造
2.アンテナの構造と配置位置と向き
3.使用する電波の周波数(波長)
4.土、コンクリート、アスファルトなどの誘電特性
The radio wave emission characteristics depend on the following points.
1. 1. Geometric structure of underground structures such as
4). Dielectric properties of soil, concrete, asphalt, etc.
本従来例では、地表に滲み出てくる電波を積極的に利用して、埋設構造内におかれた電子装置と地上に置かれた電子装置を無線接続できる。しかしながら、アンテナから放射された電波はマンホール蓋で反射され、複雑な電磁界分布をマンホール空間内に作る。そのため、複雑な三次元電磁界数値解析を使用して精度高く放射特性を予測する必要があるという問題点がある。
従来例(1)では、マンホール蓋そのものをアンテナとしているため、アンテナのインピーダンスマッチングをとる必要がある等、設計が難しいという問題がある。また、マンホール中蓋に穴をあけるなど、複雑な加工を施す必要があるという問題がある。
従来例(2)では、マンホール蓋裏面近傍に給電点および給電ケーブルを取り付ける必要があり、マンホールの開閉によって給電ケーブルを損傷したり、場合によっては切断することがないよう、蓋の開閉動作を慎重に行う必要があるという問題点がある。
従来例(3)では、マンホール蓋の穴の近傍にアンテナを取り付けるため、マンホールの蓋の開閉の操作が煩雑になり、注意が必要となる。また、通信ユニットからの信号をマンホール蓋に設けたアンテナまで接続ケーブルを介して伝送するので、マンホール内に侵入した雨や泥水などによって腐食したり接続不良を起こす恐れもある。さらに、マンホールの蓋の穴の内径が数cm以下では電磁波の遮断による減衰量が極めて大きく効率が悪いという問題点を有している。
従来例(4)では、中継器を取り付けるためにマンホール蓋に穴をあけるなど、複雑な加工を施す必要があるという問題がある。
従来例(5)では、アンテナから放射された電波はマンホール蓋で反射され、複雑な電磁界分布をマンホール空間内に作る。そのため、複雑な三次元電磁界数値解析を使用して精度高く放射特性を予測する必要があるという問題点がある。
In the conventional example (1), since the manhole cover itself is used as an antenna, there is a problem that it is difficult to design such as impedance matching of the antenna. In addition, there is a problem that it is necessary to perform complicated processing such as making a hole in the manhole inner lid.
In the conventional example (2), it is necessary to attach a feeding point and a feeding cable near the back of the manhole cover, and carefully open and close the lid so that the feeding cable is not damaged or disconnected in some cases. There is a problem that needs to be done.
In the conventional example (3), since the antenna is attached in the vicinity of the hole of the manhole cover, the opening / closing operation of the manhole cover becomes complicated and requires attention. Further, since the signal from the communication unit is transmitted to the antenna provided on the manhole cover via the connection cable, there is a possibility that it may be corroded by rain or muddy water entering the manhole or cause a connection failure. Furthermore, when the inner diameter of the manhole cover hole is several centimeters or less, there is a problem that the amount of attenuation due to blocking of electromagnetic waves is extremely large and the efficiency is poor.
In the conventional example (4), there is a problem that it is necessary to perform complicated processing such as making a hole in the manhole cover in order to attach the repeater.
In the conventional example (5), the radio wave radiated from the antenna is reflected by the manhole cover to create a complicated electromagnetic field distribution in the manhole space. Therefore, there is a problem that it is necessary to predict radiation characteristics with high accuracy using complicated three-dimensional electromagnetic field numerical analysis.
本発明は、上述した問題点を解決するため、マンホール蓋の取り扱いが容易で、マンホール蓋に穴をあけるなど、複雑な加工を施す必要がなく、設計・施工が容易な無線中継装置を提供することを課題とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a radio relay device that is easy to handle and manhole covers, and does not require complicated processing such as making holes in the manhole covers, and is easy to design and install. This is the issue.
上記の課題を解決するため、本発明の無線中継装置は、マンホール蓋直下の地下道に設置され、前記地下道を伝搬する電波を反射して地下と地上との間の無線信号の送受信を仲介する無線中継装置であって、前記地下道を伝搬する電波を前記マンホール蓋の周囲の電波透過性構造材料に向けて反射する反射体を備えていることを特徴とする。この構成によれば、マンホール内を伝搬してきた電波は、マンホール蓋の裏面側に設けられた反射体によって電波透過性構造材料に反射され、地表に伝達される。そのため、複雑な電磁界分布をマンホール空間内に形成することなく、効率良く地上に電波を伝達することができる。また、マンホール蓋と無線通信装置との間に信号線等の電気配線を設ける必要がないので、断線による故障がなく、マンホール蓋の取り扱いも容易になる。さらに、マンホール蓋に電波を通すための穴等を設ける必要がないので、設計・施工が容易で、マンホール蓋の堅牢性を減らすこともない。 In order to solve the above-described problems, a wireless relay device of the present invention is installed in an underpass directly under a manhole cover, reflects a radio wave propagating through the underpass, and mediates transmission / reception of a radio signal between the basement and the ground The relay apparatus includes a reflector that reflects radio waves propagating through the underpass toward a radio wave transmitting structural material around the manhole cover. According to this configuration, the radio wave propagating in the manhole is reflected by the radio wave transmitting structural material by the reflector provided on the back side of the manhole cover and transmitted to the ground surface. Therefore, radio waves can be efficiently transmitted to the ground without forming a complicated electromagnetic field distribution in the manhole space. Further, since it is not necessary to provide an electric wiring such as a signal line between the manhole cover and the wireless communication device, there is no failure due to disconnection, and the manhole cover can be easily handled. Furthermore, since it is not necessary to provide a hole or the like for allowing radio waves to pass through the manhole cover, the design and construction are easy and the robustness of the manhole cover is not reduced.
本発明においては、前記反射体は、頂点がマンホール蓋側に向けられた断面三角形状又は断面台形状の反射面を備えているものとすることができる。反射面の傾斜角(反射体の底面に対する傾斜角)は、反射体の底部よりも頂部の方が大きいことが望ましい。反射面の傾斜角の大きさは、反射体の底部から頂部に向けて段階的に変化していても良く(屈曲形状)、反射体の底部から頂部に向けて連続的に変化していても良い(湾曲形状)。また、屈曲形状と湾曲形状の双方を備えた形状でも良い。反射面の傾斜角をこのように変化させた場合、反射体に入射した電波はマンホール蓋周囲の所定の範囲に集約される。そのため、電波の集約される位置を例えばマンホール蓋周囲の電波透過性構造材料の最も薄い部分とすることで、電波の透過損失を最小限に抑えることができる。 In the present invention, the reflector may be provided with a reflective surface having a triangular cross section or a trapezoidal cross section whose apex is directed toward the manhole cover. It is desirable that the inclination angle of the reflection surface (inclination angle with respect to the bottom surface of the reflector) is larger at the top than at the bottom of the reflector. The angle of inclination of the reflecting surface may change stepwise from the bottom to the top of the reflector (bent shape), or may change continuously from the bottom to the top of the reflector. Good (curved shape). Moreover, the shape provided with both the bending shape and the curve shape may be sufficient. When the inclination angle of the reflecting surface is changed in this way, the radio waves incident on the reflector are collected in a predetermined range around the manhole cover. Therefore, the transmission loss of radio waves can be minimized by setting the position where radio waves are concentrated to the thinnest part of the radio wave transmitting structural material around the manhole cover, for example.
反射体の形状としては、円錐、角錐、三角柱等が含まれる。また、これらの頂部を切断した円錐台、角錐台、台形柱等も含まれる。「円錐」には、底面と平行な面で切った断面が楕円である楕円錐形状が含まれ、「角錐」や「三角柱」には、角部や頂点部が丸みを帯びた形状が含まれる。また、「円錐」や「角錐」には、円錐や角錐の母線が底面に対して一定の角度で傾斜しているものの他、円錐や角錐の母線が屈曲又は湾曲しているもの(以下、「略円錐」又は「略角錐」と呼ぶことがある)が含まれる。同様に、「三角柱」には、前記稜線を挟む2つの面が屈曲又は湾曲した形状(以下、「略三角柱」と呼ぶことがある)が含まれる。さらに、これらの形状において、内部が中空となった形状や底部が開口した形状が含まれる。なお、本明細書において、板状の反射体を「反射板」と呼ぶことがある。 The shape of the reflector includes a cone, a pyramid, a triangular prism, and the like. In addition, a truncated cone, a truncated pyramid, a trapezoidal column, and the like obtained by cutting these tops are included. “Cone” includes an elliptical cone shape whose section cut by a plane parallel to the bottom surface is an ellipse, and “Pyramid” and “Triangular prism” include shapes whose corners and vertices are rounded. . The “cone” and “pyramid” include those in which the cone or pyramid bus is inclined at a constant angle with respect to the bottom surface, and the cone or pyramid bus is bent or curved (hereinafter referred to as “ Or “substantially cone” or “substantially pyramid”). Similarly, the “triangular prism” includes a shape in which two surfaces sandwiching the ridge line are bent or curved (hereinafter sometimes referred to as “substantially triangular prism”). Further, these shapes include a shape in which the inside is hollow and a shape in which the bottom is opened. In the present specification, a plate-like reflector may be referred to as a “reflecting plate”.
本発明においては、前記反射体は、頂点がマンホール蓋側に向けられた円錐状又は角錐状の反射面を備えていることが望ましい。この構成によれば、反射体に対して全方向から入射される電波を所望の方向に反射することができる。 In the present invention, it is preferable that the reflector has a conical or pyramidal reflecting surface whose apex is directed toward the manhole cover. According to this configuration, radio waves incident from all directions with respect to the reflector can be reflected in a desired direction.
本発明においては、前記反射体は、頂点がマンホール蓋側に向けられた略円錐状又は略角錐状の反射面を備えており、前記反射面の底面に対する母線の傾斜角が前記反射面の底部よりも頂部において大きくなるように、前記反射面が屈曲または湾曲していることが望ましい。この場合、前記反射体の反射面は、前記反射面で反射された電波をマンホール蓋周辺部の前記電波透過性構造材料が最も薄くなる位置に集約することのできる形状に形成されていることが望ましい。この構成によれば、反射体に対して全方向から入射される電波を効率良く地上に伝達することができる。 In the present invention, the reflector includes a substantially conical or substantially pyramidal reflective surface whose apex is directed to the manhole cover side, and an inclination angle of a generatrix with respect to a bottom surface of the reflective surface is a bottom portion of the reflective surface It is desirable that the reflecting surface be bent or curved so as to be larger at the top. In this case, the reflecting surface of the reflector is formed in a shape capable of collecting the radio waves reflected by the reflecting surface at a position where the radio wave transmitting structural material in the periphery of the manhole cover is thinnest. desirable. According to this configuration, radio waves incident from all directions with respect to the reflector can be efficiently transmitted to the ground.
本発明においては、前記反射面の中心軸上に前記マンホール蓋の外接円の中心が配置されることが望ましい。この構成によれば、マンホール蓋の周囲に均一な分布で電波を放射することができる。電波の放射分布はマンホール蓋を中心とした円形又は多角形の形状となる。そのため、その円又は多角形の半径をマンホール蓋の外接円の半径と概ね一致させておけば、反射体で反射された電波が地上へ届くまでに通過する部分の距離(アスファルトやコンクリート等の電波透過性構造材料中を電波が伝搬する距離)が短くなり、電波の透過損失が小さくなる。 In the present invention, it is desirable that the center of the circumscribed circle of the manhole cover is disposed on the central axis of the reflecting surface. According to this configuration, radio waves can be radiated with a uniform distribution around the manhole cover. The radio wave radiation distribution is circular or polygonal around the manhole cover. For this reason, if the radius of the circle or polygon is approximately the same as the radius of the circumscribed circle of the manhole cover, the distance that the wave reflected by the reflector passes through before reaching the ground (the wave of asphalt, concrete, etc.) The distance that the radio wave propagates through the transmissive structural material is shortened, and the radio wave transmission loss is reduced.
本発明においては、前記反射体は、頂部となる稜線がマンホール蓋側に向けられた三角柱状の反射面を備えていることが望ましい。この構成によれば、三角柱の長さを変えることで、任意の大きさの反射面を形成することができる。円錐状又は角錐状の反射体の場合、地下道の大きさが大きい場合には、地下道の幅に合わせて複数の反射体を設置する必要があるが、三角柱状の反射体の場合は、三角柱の長さによって反射面の大きさが変えられるため、1つの反射体で地下道を伝搬する全ての電波を反射することができる。 In the present invention, it is preferable that the reflector includes a triangular prism-like reflecting surface with a ridge line as a top portion directed toward the manhole cover. According to this configuration, a reflecting surface having an arbitrary size can be formed by changing the length of the triangular prism. In the case of a conical or pyramidal reflector, if the size of the underground passage is large, it is necessary to install a plurality of reflectors according to the width of the underground passage. Since the size of the reflecting surface is changed depending on the length, all the radio waves propagating in the underground passage can be reflected by one reflector.
本発明においては、前記反射体は、頂部となる稜線がマンホール蓋側に向けられた略三角柱状の反射面を備えており、前記反射面の底面に対する側面の傾斜角が前記反射面の底部よりも頂部において大きくなるように、前記反射面が屈曲又は湾曲していることが望ましい。この場合、前記反射体の反射面は、前記反射面で反射された電波をマンホール蓋周辺部の前記電波透過性構造材料が最も薄くなる位置に集約することのできる形状に形成されていることが望ましい。この構成によれば、反射体に対して全方向から入射される電波を効率良く地上に伝達することができる。 In the present invention, the reflector includes a substantially triangular prismatic reflecting surface with a ridge line at the top facing the manhole cover side, and an inclination angle of a side surface with respect to a bottom surface of the reflecting surface is lower than a bottom portion of the reflecting surface. It is desirable that the reflecting surface be bent or curved so as to be larger at the top. In this case, the reflecting surface of the reflector is formed in a shape capable of collecting the radio waves reflected by the reflecting surface at a position where the radio wave transmitting structural material in the periphery of the manhole cover is thinnest. desirable. According to this configuration, radio waves incident from all directions with respect to the reflector can be efficiently transmitted to the ground.
本発明においては、前記反射体は、樹脂で成型した形状物の表面に金属箔を蒸着あるいは貼り付けたものであることが望ましい。或いは、前記反射体は、金属線又は金属棒のグリッドにより構成されていることが望ましい。或いは、前記反射体は、金属製の板に多数の貫通穴を設けたメッシュ構造により構成されていることが望ましい。これらの構成によれば、反射体を軽量化でき、施工が簡便になる。 In the present invention, it is desirable that the reflector is obtained by vapor-depositing or pasting a metal foil on the surface of a shape molded with a resin. Alternatively, the reflector is preferably constituted by a grid of metal wires or metal bars. Alternatively, it is desirable that the reflector has a mesh structure in which a large number of through holes are provided in a metal plate. According to these structures, a reflector can be reduced in weight and construction becomes simple.
本発明によれば、マンホール蓋の取り扱いが容易で、マンホール蓋に穴をあけるなど、複雑な加工を施す必要がなく、堅牢性を減らすこともない、設計・施工が容易な無線中継装置を提供することができる。また、電波の透過損失を減らしながら、地上の広範囲に渡って電波を伝達できるという効果がある。 According to the present invention, it is possible to provide a wireless relay device that is easy to design and construct, which is easy to handle the manhole cover, does not require complicated processing such as making a hole in the manhole cover, and does not reduce robustness. can do. In addition, there is an effect that the radio wave can be transmitted over a wide range on the ground while reducing the transmission loss of the radio wave.
本発明による実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明によるマンホール周囲に施されたアスファルト舗装あるいはコンクリート舗装から電波を通し、地上との無線接続に利用する無線中継装置の構成例を示す図である。土壌(土層)4の上面にはアスファルト層あるいはコンクリート層2が敷設され、マンホールが設置されている。マンホールはコンクリート壁3により内部に空間を確保し、上部にはマンホール蓋1が設けられている。マンホール蓋1の真下の地下道には円錐状あるいは角錐状の金属製の反射板5が設けられており、図8の従来例のようにマンホール蓋(あるいはこれに組み入れられた無線中継器)に向けて電波を反射するのではなくマンホール蓋の端に向けて電波を反射し、マンホール蓋の端から電波を拡散して地上に出せるようにしている。地下の通信設備等の温度や浸水等の状態データは、図示しない温度センサや浸水センサ等によって取得される。これらのデータは、地下無線装置6を介して無線信号となってマンホール内を伝搬し、反射板5で反射されて、アスファルト層あるいはコンクリート層2を通過して地表に伝達される。
Embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless relay device that transmits radio waves from asphalt pavement or concrete pavement provided around a manhole according to the present invention and is used for wireless connection with the ground. An asphalt layer or a
数百MHzから数GHz周波数帯域におけるアスファルトとコンクリートの電波吸収率は、土に比べて低い。いいかえると、300MHzから3GHzの範囲で、誘電損失の大きさは、概略、土、コンクリート、アスファルトの順である。特に、アスファルトは誘電損失が小さく、厚さ10cm〜30cm程度であれば、実用的な強度の電磁波透過が期待できる(例えば非特許文献1)。従って、アスファルトあるいはコンクリート舗装層を通過して地表に滲み出てくる電波を利用して、マンホール内外の無線接続を確立することが可能である。仮にアスファルト舗装あるいはコンクリート舗装が施されていない場合でも、地表に近い土層から電波は地表に滲み出てくる。このように、地表に滲み出てくる電波を積極的に利用して、マンホール内に置かれた地下無線装置と地上に置かれた無線装置を無線接続できる。 The radio wave absorptivity of asphalt and concrete in the frequency band of several hundred MHz to several GHz is lower than that of soil. In other words, in the range of 300 MHz to 3 GHz, the dielectric loss is roughly in the order of soil, concrete, and asphalt. In particular, asphalt has a small dielectric loss and can be expected to transmit electromagnetic waves with practical strength if the thickness is about 10 cm to 30 cm (for example, Non-Patent Document 1). Therefore, it is possible to establish a wireless connection inside and outside the manhole by using radio waves that penetrate the asphalt or concrete pavement layer and ooze out to the ground surface. Even if there is no asphalt pavement or concrete pavement, radio waves ooze from the soil layer close to the ground surface. In this way, radio waves that ooze out on the ground surface can be actively used to wirelessly connect an underground radio device placed in a manhole and a radio device placed on the ground.
反射板5は、頂点がマンホール蓋1側に向けられた断面三角形状の反射面5aを備えている。本構成例の場合、反射面5aは円錐状又は角錐状に形成されており、反射面5aの母線は円錐又は角錐の底面に対して一定の角度で傾斜している。反射板5はマンホール蓋1と平面的に重なる位置(鉛直方向から見たときに重なる位置)に配置されている。反射面5aの母線の傾斜角は、地下道を伝搬する電波が全てマンホール蓋1の外側に反射されるような大きさに設定されていることが望ましい。例えば、電波が地下道を水平方向に伝搬する場合、反射面5aの頂点付近に入射した電波がマンホール蓋1の外側に反射されるように母線の傾斜角は45°よりも大きい値に設定されることが望ましい。
The reflecting
なお、図1において、電波の伝搬方向には、高さの異なる複数の反射板5が設けられている。高さの低い反射板5では、高さの低い位置を伝搬する電波が反射され、高さの高い反射板5では、高さの高い位置を伝搬する電波が反射されるようになっている。
In FIG. 1, a plurality of
図2(a)に示すように、反射面5aの中心軸(円錐又は角錐の頂点を含み円錐又は角錐の底面に垂直な軸)はマンホール蓋1の外接円の中心を通るように配置されることが望ましい。この構成によれば、マンホール蓋1の周囲に均一な分布で電波E1を放射することができる。また、図2(b)に示すように、反射板5を反射面5aの中心軸Cを通る平面で切った断面を見た場合に、反射面5aの母線と中心軸Cとのなす角度は45°未満であることが望ましい。この構成によれば、マンホール蓋1に垂直に入射した電波E1はマンホール蓋1の外周部を通って地表に伝達される。
As shown in FIG. 2A, the central axis of the reflecting
図3は、反射板5のバリエーションを示す図である。図3の例では、図2の反射板と同一高さの反射板をマンホール蓋1の外接円の中心から左側にずれた位置に配置している。この例では、図示右側に反射された電波E2がマンホール蓋1に遮蔽されないようにするために、円錐の頂角が図2の例(図示点線で示す)に比べて鋭くなっている。このため、反射板5の表面積が小さくなり、地下道に設置する場合に、反射板5で反射される電波の強度が弱くなる。
FIG. 3 is a diagram showing a variation of the reflecting
図4は、反射板5の他のバリエーションを示す図である。図4の例では、図2の反射板と同一の底面積を有する反射板をマンホール蓋1の外接円の中心から左側にずれた位置に配置している。この例では、図示右側に反射された電波E2がマンホール蓋1に遮蔽されないようにするために、円錐の頂角が図2の例(図示点線で示す)に比べて鋭くなっている。このため、反射板5の高さが高くなり、マンホール内に収容しきれなくなる可能性がある。
FIG. 4 is a diagram showing another variation of the reflecting
また、図3及び図4のいずれの例においても、図示左側に反射された電波E2は、アスファルトやコンクリート等の電波透過性構造材料中を伝搬する距離が大きくなり、透過損失が大きくなる。したがって、良好な無線中継を行うためには、反射板5の中心軸Cとマンホール蓋1の外接円の中心とを一致させることが望ましい。
In both examples of FIGS. 3 and 4, the radio wave E2 reflected on the left side of the drawing has a longer distance to propagate through a radio wave permeable structural material such as asphalt or concrete, and transmission loss increases. Therefore, in order to perform good wireless relay, it is desirable to match the central axis C of the
なお、反射板5の大きさは、使用する電波の波長に大きく依存する。すなわち、使用する電波の波長に対して十分な反射効果が得られる寸法として反射板5の側面の長さを伝搬電波の1/2波長以上にすることが望ましく、できれば3〜5波長程度にすることが好ましい(例えば特許第3395405号公報「反射アンテナ」を参照)。なお、反射板5の側面の長さを伝搬電波の1波長の整数倍にした場合には、共振により反射効率を向上できる(例えば特許文献5を参照)。このように反射板の大きさにより反射可能な電波の周波数は制限され、使用する電波の周波数の選定にあたっては実際のマンホール蓋の寸法を考慮する必要がある。
Note that the size of the
図14に示した従来例では、下水道内を伝搬してきた電波は反射板により他の反射板あるいは下水道内送受信アンテナに向けて反射される。そのため、下水道内送受信アンテナに向けて反射された電波はマンホール蓋で反射され、複雑な電磁界分布をマンホール空間内に作る。また、図15に示した従来例では、アンテナから放射された電波はマンホール蓋で反射され、同様に複雑な電磁界分布をマンホール空間内に作る。そのため、複雑な三次元電磁界数値解析を使用して精度高く放射特性を予測する必要があるという問題点があった。一方、本発明では、マンホール内を伝搬してきた電波をマンホール蓋の裏面に設けられた反射板5で直接アスファルト層あるいはコンクリート層2に反射して地表に伝達されるため、複雑な三次元電磁界数値解析を使用することなく、効率よく伝達できるという効果がある。また、マンホール蓋と無線通信装置との間に信号線などの電気配線を設ける必要がない。そのため、電気配線により接続している場合に比べてその切断の心配がなくなるとともに、蓋の取り扱いも容易になる。さらに、マンホール蓋の堅牢性を減らすこともない。
In the conventional example shown in FIG. 14, the radio wave propagated in the sewer is reflected by the reflector toward the other reflector or the transmission / reception antenna in the sewer. Therefore, the radio wave reflected toward the transmitting / receiving antenna in the sewer is reflected by the manhole cover, and a complicated electromagnetic field distribution is created in the manhole space. In the conventional example shown in FIG. 15, the radio wave radiated from the antenna is reflected by the manhole cover, and similarly, a complicated electromagnetic field distribution is created in the manhole space. For this reason, there is a problem that it is necessary to predict radiation characteristics with high accuracy using complicated three-dimensional electromagnetic field numerical analysis. On the other hand, in the present invention, since the radio wave propagating in the manhole is directly reflected on the asphalt layer or the
図5は、本発明によるマンホール周囲に施されたアスファルト舗装あるいはコンクリート舗装から電波を通し、地上との無線接続に利用する無線中継装置の他の構成例を示す図である。土壌(土層)10の上面にはアスファルト層あるいはコンクリート層8が敷設され、マンホールが設置されている。マンホールはコンクリート壁9により内部に空間を確保し、上部にはマンホール蓋7が設けられている。マンホール蓋7の真下の地下道には三角柱状の金属製の反射板11が設けられており、図14の従来例のようにマンホール蓋(あるいはこれに組み入れられた無線中継器)に向けて電波を反射するのではなくマンホール蓋の端に向けて電波を反射し、マンホール蓋の端から電波を拡散して地上に出せるようにしている。地下の通信設備等の温度や浸水等の状態データは、図示しない温度センサや浸水センサ等によって取得させる。これらのデータは、地下無線装置12を介して無線信号となってマンホール内を伝搬し、反射板11で反射されて、アスファルト層あるいはコンクリート層8を通過して地表に伝達される。
FIG. 5 is a diagram showing another configuration example of a wireless relay device that transmits radio waves from asphalt pavement or concrete pavement provided around a manhole according to the present invention and is used for wireless connection with the ground. An asphalt layer or a concrete layer 8 is laid on the upper surface of the soil (soil layer) 10 and a manhole is installed. The manhole secures a space inside by a concrete wall 9, and a manhole cover 7 is provided at the top. In the underpass directly under the manhole cover 7, a triangular prism-shaped
数百MHzから数GHz周波数帯域におけるアスファルトとコンクリートの電波吸収率は、土に比べて低い。いいかえると、300MHzから3GHzの範囲で、誘電損失の大きさは、概略、土、コンクリート、アスファルトの順である。特に、アスファルトは誘電損失が小さく、厚さ10cm〜30cm程度であれば、実用的な強度の電磁波透過が期待できる(例えば非特許文献1)。従って、アスファルトあるいはコンクリート舗装層を通過して地表に滲み出てくる電波を利用して、マンホール内外の無線接続を確立することが可能である。仮にアスファルト舗装あるいはコンクリート舗装が施されていない場合でも、地表に近い土層から電波は地表に滲み出てくる。このように、地表に滲み出てくる電波を積極的に利用して、マンホール内に置かれた地下無線装置と地上に置かれた無線装置を無線接続できる。 The radio wave absorptivity of asphalt and concrete in the frequency band of several hundred MHz to several GHz is lower than that of soil. In other words, in the range of 300 MHz to 3 GHz, the dielectric loss is roughly in the order of soil, concrete, and asphalt. In particular, asphalt has a small dielectric loss and can be expected to transmit electromagnetic waves with practical strength if the thickness is about 10 cm to 30 cm (for example, Non-Patent Document 1). Therefore, it is possible to establish a wireless connection inside and outside the manhole by using radio waves that penetrate the asphalt or concrete pavement layer and ooze out to the ground surface. Even if there is no asphalt pavement or concrete pavement, radio waves ooze from the soil layer close to the ground surface. In this way, radio waves that ooze out on the ground surface can be actively used to wirelessly connect an underground radio device placed in a manhole and a radio device placed on the ground.
反射板11は、頂点となる稜線がマンホール蓋7側に向けられた断面三角形状の反射面11aを備えている。本構成例の場合、反射面11aは三角柱状に形成されている。反射面11aは、頂点となる稜線部を介して交差した2つの反射面(反射板11の側面)を備えている。稜線部を挟む2つの反射面は、三角柱の底面に対して一定の角度で傾斜している。反射板11はマンホール蓋7と平面的に重なる位置(鉛直方向から見たときに重なる位置)に配置されている。
The
マンホール蓋7の外接円の中心は、反射面11aの頂部(稜線)を含む三角柱の底面に垂直な面内に配置されることが望ましい。これにより、マンホール蓋7の周囲に均一な電波分布を形成することができる。また、反射板11の側面の傾斜角は、地下道を伝搬する電波が全てマンホール蓋7の外側に反射されるような大きさに設定されていることが望ましい。例えば、電波が地下道を水平方向に伝搬する場合、反射面11aの頂点付近に入射した電波がマンホール蓋7の外側に反射されるように側面の傾斜角は45°よりも大きい値に設定されることが望ましい。
The center of the circumscribed circle of the manhole cover 7 is desirably arranged in a plane perpendicular to the bottom surface of the triangular prism including the top (ridge line) of the reflecting
なお、図5において、電波の伝搬方向には、高さの異なる複数の反射板11が設けられている。高さの低い反射板11では、高さの低い位置を伝搬する電波が反射され、高さの高い反射板11では、高さの高い位置を伝搬する電波が反射されるようになっている。
In FIG. 5, a plurality of
図6は、反射板の設置例を示す平面図である。図6(a)は円錐状の反射板を用いた例であり、図6(b)は三角柱状の反射板を用いた例である。図6(a)及び図6(b)では、反射板を鉛直方向から見ており、反射板の左右には地下道のコンクリート壁が設けられている。 FIG. 6 is a plan view showing an example of installation of the reflector. FIG. 6A shows an example using a conical reflector, and FIG. 6B shows an example using a triangular prism-like reflector. 6 (a) and 6 (b), the reflector is viewed from the vertical direction, and concrete walls of the underground passage are provided on the left and right of the reflector.
図6(a)の例では、地下道の幅方向に複数の反射板5A、5Bが設けられている。地下道の図示左側を伝搬する電波Eは、地下道の図示左側に設けられた反射板5Aによって反射され、地下道の図示右側を伝搬する電波Eは、地下道の図示右側に設けられた反射板5Bによって反射される。この構成では、地下道の幅方向に複数の反射板を設けることで、地下道を伝搬する全ての電波Eを反射できるようになっている。しかしながら、1つ1つの反射板については、反射板の中心軸とマンホール蓋の中心とは一致しないため、図3及び図4で説明したような問題が発生する。底面の大きな単一の反射板を設けることも考えられるが、底面を大きくすると反射板の高さも大きくなるため、場合によっては反射板を地下道に収容しきれなくなる可能性がある。
In the example of FIG. 6A, a plurality of
一方、図6(b)の例では、地下道の幅方向に長い反射板11を設けている。地下道を伝搬する電波Eは、単一の反射板11によって反射される。この構成では、マンホール蓋(図示略)の外接円の中心が、反射面11aの頂部(稜線)を含む三角柱の底面に垂直な面内に配置されている。そのため、図3及び図4で示したような問題は発生しない。また、三角柱状の反射板の場合、三角柱の長さを長くしても頂部の高さは変わらないので、反射板が地下道に収容しきれなくなるという問題は発生しない。
On the other hand, in the example of FIG. 6B, a
なお、反射板11の大きさは、使用する電波の波長に大きく依存する。すなわち、使用する電波の波長に対して十分な反射効果が得られる寸法として反射板11の側面の長さを伝搬電波の1/2波長以上にすることが望ましく、できれば3〜5波長程度にすることが好ましい(例えば特許第3395405号公報「反射アンテナ」を参照)。なお、反射板11の側面の長さを伝搬電波の1波長の整数倍にした場合には、共振により反射効率を向上できる(例えば特許文献5を参照)。このように反射板の大きさにより反射可能な電波の周波数は制限され、使用する電波の周波数の選定にあたっては実際のマンホール蓋の寸法を考慮する必要がある。
Note that the size of the
図14に示した従来例では、下水道内を伝搬してきた電波は反射板により他の反射板あるいは下水道内送受信アンテナに向けて反射される。そのため、下水道内送受信アンテナに向けて反射された電波はマンホール蓋で反射され、複雑な電磁界分布をマンホール空間内に作る。また、図15に示した従来例では、アンテナから放射された電波はマンホール蓋で反射され、同様に複雑な電磁界分布をマンホール空間内に作る。そのため、複雑な三次元電磁界数値解析を使用して精度高く放射特性を予測する必要があるという問題点があった。一方、本発明では、マンホール内を伝搬してきた電波をマンホール蓋の裏面に設けられた反射板11で直接アスファルト層あるいはコンクリート層8に反射して地表に伝達されるため、複雑な三次元電磁界数値解析を使用することなく、効率よく伝達できるという効果がある。また、マンホール蓋と無線通信装置との間に信号線などの電気配線を設ける必要がない。そのため、電気配線により接続している場合に比べてその切断の心配がなくなるとともに、蓋の取り扱いも容易になる。さらに、マンホール蓋の堅牢性を減らすこともない。また、図1の構成に比較して、反射板11の形状を簡易にしたため、加工・施工が容易になるという効果がある。
In the conventional example shown in FIG. 14, the radio wave propagated in the sewer is reflected by the reflector toward the other reflector or the transmission / reception antenna in the sewer. Therefore, the radio wave reflected toward the transmitting / receiving antenna in the sewer is reflected by the manhole cover, and a complicated electromagnetic field distribution is created in the manhole space. In the conventional example shown in FIG. 15, the radio wave radiated from the antenna is reflected by the manhole cover, and similarly, a complicated electromagnetic field distribution is created in the manhole space. For this reason, there is a problem that it is necessary to predict radiation characteristics with high accuracy using complicated three-dimensional electromagnetic field numerical analysis. On the other hand, in the present invention, the radio wave propagating in the manhole is directly reflected on the asphalt layer or the concrete layer 8 by the
図7は、本発明によるマンホール周囲に施されたアスファルト舗装あるいはコンクリート舗装から電波を通し、地上との無線接続に利用する無線中継装置の他の構成例を示す図である。土壌(土層)16の上面にはアスファルト層あるいはコンクリート層14が敷設され、マンホールが設置されている。マンホールはコンクリート壁15により内部に空間を確保し、上部にはマンホール蓋13が設けられている。マンホール蓋13の真下の地下道には円錐状又は角錐状の金属製の反射板17が設けられており、図14の従来例のようにマンホール蓋(あるいはこれに組み入れられた無線中継器)に向けて電波を反射するのではなくマンホール蓋の端に向けて電波を反射し、マンホール蓋の端から電波を拡散して地上に出せるように反射板17の側面の形状を曲面にしている。地下の通信設備等の温度や浸水等の状態データは、図示しない温度センサや浸水センサ等によって取得させる。これらのデータは、地下無線装置18を介して無線信号となってマンホール内を伝搬し、反射板17で反射されて、アスファルト層あるいはコンクリート層14を通過して地表に伝達される。
FIG. 7 is a diagram showing another configuration example of a wireless relay device that transmits radio waves from asphalt pavement or concrete pavement provided around a manhole according to the present invention and is used for wireless connection with the ground. An asphalt layer or a
数百MHzから数GHz周波数帯域におけるアスファルトとコンクリートの電波吸収率は、土に比べて低い。いいかえると、300MHzから3GHzの範囲で、誘電損失の大きさは、概略、土、コンクリート、アスファルトの順である。特に、アスファルトは誘電損失が小さく、厚さ10cm〜30cm程度であれば、実用的な強度の電磁波透過が期待できる(例えば非特許文献1)。従って、アスファルトあるいはコンクリート舗装層を通過して地表に滲み出てくる電波を利用して、マンホール内外の無線接続を確立することが可能である。仮にアスファルト舗装あるいはコンクリート舗装が施されていない場合でも、地表に近い土層から電波は地表に滲み出てくる。このように、地表に滲み出てくる電波を積極的に利用して、マンホール内に置かれた地下無線装置と地上に置かれた無線装置を無線接続できる。また、本構成では、反射面に入射する電波を透過損失の小さいマンホール蓋に近い領域に一度集約してから放射状に拡張して反射するため、電波の透過損失を減らすことができる。 The radio wave absorptivity of asphalt and concrete in the frequency band of several hundred MHz to several GHz is lower than that of soil. In other words, in the range of 300 MHz to 3 GHz, the dielectric loss is roughly in the order of soil, concrete, and asphalt. In particular, asphalt has a small dielectric loss and can be expected to transmit electromagnetic waves with practical strength if the thickness is about 10 cm to 30 cm (for example, Non-Patent Document 1). Therefore, it is possible to establish a wireless connection inside and outside the manhole by using radio waves that penetrate the asphalt or concrete pavement layer and ooze out to the ground surface. Even if there is no asphalt pavement or concrete pavement, radio waves ooze from the soil layer close to the ground surface. In this way, radio waves that ooze out on the ground surface can be actively used to wirelessly connect an underground radio device placed in a manhole and a radio device placed on the ground. Further, in this configuration, the radio wave incident on the reflecting surface is concentrated once in a region near the manhole cover with a small transmission loss, and then expanded and reflected radially, so that the radio wave transmission loss can be reduced.
反射板17は、頂点がマンホール蓋13側に向けられた断面三角形状の反射面17aを備えている。本構成例の場合、反射面17aは略円錐状又は略角錐状に形成されている。反射面17aは、母線の傾斜角(円錐又は角錐の底面に対する傾斜角)が反射板の底部よりも頂部において大きくなるように、湾曲している。すなわち、母線が底面に対して一定の角度で配置される円錐状又は角錐状の形状に比べて、母線が反射板の内側に向けて湾曲しており、反射板17の底部に入射した電波が鉛直に近い角度で反射され、反射板17の頂部に入射した電波が水平に近い角度で反射されるようになっている。反射面17aの中心軸(円錐又は角錐の頂点を含み円錐又は角錐の底面に垂直な軸)はマンホール蓋13の外接円の中心を通るように配置されることが望ましい。図7では反射面17aの母線は底部から頂部に向けて滑らかな曲線を描いているが、母線の傾斜角は、反射板17の底部から頂部に向けて段階的に変化していても良く(屈曲形状)、反射板17の底部から頂部に向けて連続的に変化していても良い(湾曲形状)。また、屈曲形状と湾曲形状の双方を備えた形状でも良い。本構成例の場合、反射面17aの形状は、反射面17aで反射された電波がマンホール蓋周辺部のアスファルトやコンクリート等(電波透過性構造材料)が最も薄くなる位置に集約することのできるように、母線の傾斜角が反射板17の底部から頂部に向けて連続的に大きくなっている。
The reflecting
なお、図7において、電波の伝搬方向には、高さの異なる複数の反射板17が設けられている。高さの低い反射板17では、高さの低い位置を伝搬する電波が反射され、高さの高い反射板17では、高さの高い位置を伝搬する電波が反射されるようになっている。
In FIG. 7, a plurality of
なお、反射板17の大きさは、使用する電波の波長に大きく依存する。すなわち、使用する電波の波長に対して十分な反射効果が得られる寸法として反射板17の側面の長さを伝搬電波の1/2波長以上にすることが望ましく、できれば3〜5波長程度にすることが好ましい(例えば特許第3395405号公報「反射アンテナ」を参照)。なお、反射板17の側面の長さを伝搬電波の1波長の整数倍にした場合には、共振により反射効率を向上できる(例えば特許文献5を参照)。このように反射板の大きさにより反射可能な電波の周波数は制限され、使用する電波の周波数の選定にあたっては実際のマンホール蓋の寸法を考慮する必要がある。
Note that the size of the
図14に示した従来例では、下水道内を伝搬してきた電波は反射板により他の反射板あるいは下水道内送受信アンテナに向けて反射される。そのため、下水道内送受信アンテナに向けて反射された電波はマンホール蓋で反射され、複雑な電磁界分布をマンホール空間内に作る。また、図15に示した従来例では、アンテナから放射された電波はマンホール蓋で反射され、複雑な電磁界分布をマンホール空間内に作る。そのため、複雑な三次元電磁界数値解析を使用して精度高く放射特性を予測する必要があるという問題点があった。一方、本発明では、マンホール内を伝搬してきた電波をマンホール蓋の裏面に設けられた反射板17で直接アスファルト層あるいはコンクリート層14に反射して地表に伝達されるため、複雑な三次元電磁界数値解析を使用することなく、効率よく伝達できるという効果がある。また、マンホール蓋と無線通信装置との間に信号線などの電気配線を設ける必要がない。そのため、電気配線により接続している場合に比べてその切断の心配がなくなるとともに、蓋の取り扱いも容易になる。さらに、マンホール蓋の堅牢性を減らすこともない。また、図1の構成に比較して、反射板17の側面の形状を曲面にしたため、地上へ電波が届くまでに通過する部分(マンホールのコンクリート壁や土壌(土層)、アスファルト層あるいはコンクリート層)が最も薄くなるマンホール蓋の端付近に一度電波を集約してから地上へ電波を出すことができ、地上の広範囲に渡って電波を伝達できるという効果がある。
In the conventional example shown in FIG. 14, the radio wave propagated in the sewer is reflected by the reflector toward the other reflector or the transmission / reception antenna in the sewer. Therefore, the radio wave reflected toward the transmitting / receiving antenna in the sewer is reflected by the manhole cover, and a complicated electromagnetic field distribution is created in the manhole space. In the conventional example shown in FIG. 15, the radio wave radiated from the antenna is reflected by the manhole cover to create a complicated electromagnetic field distribution in the manhole space. For this reason, there is a problem that it is necessary to predict radiation characteristics with high accuracy using complicated three-dimensional electromagnetic field numerical analysis. On the other hand, in the present invention, the radio wave propagating in the manhole is directly reflected on the asphalt layer or the
図8は、本発明によるマンホール周囲に施されたアスファルト舗装あるいはコンクリート舗装から電波を通し、地上との無線接続に利用する無線中継装置の他の構成例を示す図である。土壌(土層)24の上面にはアスファルト層あるいはコンクリート層22が敷設され、マンホールが設置されている。マンホールはコンクリート壁23により内部に空間を確保し、上部にはマンホール蓋21が設けられている。マンホール蓋21の真下の地下道には側面の形状を曲面にした三角柱状の金属製の反射板25が設けられており、図14の従来例のようにマンホール蓋(あるいはこれに組み入れられた無線中継器)に向けて電波を反射するのではなくマンホール蓋の端に向けて電波を反射し、マンホール蓋の端から電波を拡散して地上に出せるようにしている。地下の通信設備等の温度や浸水等の状態データは、図示しない温度センサや浸水センサ等によって取得させる。これらのデータは、地下無線装置26を介して無線信号となってマンホール内を伝搬し、反射板25で反射されて、アスファルト層あるいはコンクリート層22を通過して地表に伝達される。
FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of a wireless relay device that transmits radio waves from asphalt pavement or concrete pavement provided around the manhole according to the present invention and is used for wireless connection with the ground. An asphalt layer or a
数百MHzから数GHz周波数帯域におけるアスファルトとコンクリートの電波吸収率は、土に比べて低い。いいかえると、300MHzから3GHzの範囲で、誘電損失の大きさは、概略、土、コンクリート、アスファルトの順である。特に、アスファルトは誘電損失が小さく、厚さ10cm〜30cm程度であれば、実用的な強度の電磁波透過が期待できる(例えば非特許文献1)。従って、アスファルトあるいはコンクリート舗装層を通過して地表に滲み出てくる電波を利用して、マンホール内外の無線接続を確立することが可能である。仮にアスファルト舗装あるいはコンクリート舗装が施されていない場合でも、地表に近い土層から電波は地表に滲み出てくる。このように、地表に滲み出てくる電波を積極的に利用して、マンホール内に置かれた地下無線装置と地上に置かれた無線装置を無線接続できる。また、本構成では、反射面に入射する電波を透過損失の小さいマンホール蓋に近い領域に一度集約してから放射状に拡張して反射するため、電波の透過損失を減らすことができる。 The radio wave absorptivity of asphalt and concrete in the frequency band of several hundred MHz to several GHz is lower than that of soil. In other words, in the range of 300 MHz to 3 GHz, the dielectric loss is roughly in the order of soil, concrete, and asphalt. In particular, asphalt has a small dielectric loss and can be expected to transmit electromagnetic waves with practical strength if the thickness is about 10 cm to 30 cm (for example, Non-Patent Document 1). Therefore, it is possible to establish a wireless connection inside and outside the manhole by using radio waves that penetrate the asphalt or concrete pavement layer and ooze out to the ground surface. Even if there is no asphalt pavement or concrete pavement, radio waves ooze from the soil layer close to the ground surface. In this way, radio waves that ooze out on the ground surface can be actively used to wirelessly connect an underground radio device placed in a manhole and a radio device placed on the ground. Further, in this configuration, the radio wave incident on the reflecting surface is concentrated once in a region near the manhole cover with a small transmission loss, and then expanded and reflected radially, so that the radio wave transmission loss can be reduced.
反射板25は、頂点となる稜線がマンホール蓋21側に向けられた断面三角形状の反射面25aを備えている。本構成例の場合、反射面25aは略三角柱状に形成されている。反射面25aは、頂点となる稜線部を介して交差した2つの反射面(反射板25の側面)を備えている。稜線部を挟む2つの反射面は、当該反射面の傾斜角(三角柱の底面に対する傾斜角)が反射板の底部よりも頂部において大きくなるように、湾曲している。すなわち、2つの反射面(三角柱の側面)が底面に対して一定の角度で配置される三角柱状の形状に比べて、反射面が反射板の内側に屈曲又は湾曲しており、反射板25の底部に入射した電波が鉛直に近い角度で反射され、反射板25の頂部に入射した電波が水平に近い角度で反射されるようになっている。マンホール蓋21の外接円の中心は、反射面25aの頂部(稜線)を含む三角柱の底面に垂直な面内に配置されることが望ましい。図8では反射面25aの形状は底部から頂部に向けて滑らかな曲線を描いているが、反射面25aの傾斜角は、反射板25の底部から頂部に向けて段階的に変化していても良く(屈曲形状)、反射板25の底部から頂部に向けて連続的に変化していても良い(湾曲形状)。また、屈曲形状と湾曲形状の双方を備えた形状でも良い。本構成例の場合、反射面25aの形状は、反射面25aで反射された電波がマンホール蓋周辺部のアスファルトやコンクリート等(電波透過性構造材料)が最も薄くなる位置に集約することのできるように、反射面の傾斜角が反射板25の底部から頂部に向けて連続的に大きくなっている。
The reflecting
なお、図8において、電波の伝搬方向には、高さの異なる複数の反射板25が設けられている。高さの低い反射板25では、高さの低い位置を伝搬する電波が反射され、高さの高い反射板25では、高さの高い位置を伝搬する電波が反射されるようになっている。
In FIG. 8, a plurality of
なお、反射板25の大きさは、使用する電波の波長に大きく依存する。すなわち、使用する電波の波長に対して十分な反射効果が得られる寸法として反射板25の側面の長さを伝搬電波の1/2波長以上にすることが望ましく、できれば3〜5波長程度にすることが好ましい(例えば特許第3395405号公報「反射アンテナ」を参照)。なお、反射板25の側面の長さを伝搬電波の1波長の整数倍にした場合には、共振により反射効率を向上できる(例えば特許文献5を参照)。このように反射板の大きさにより反射可能な電波の周波数は制限され、使用する電波の周波数の選定にあたっては実際のマンホール蓋の寸法を考慮する必要がある。
Note that the size of the
図14に示した従来例では、下水道内を伝搬してきた電波は反射板により他の反射板あるいは下水道内送受信アンテナに向けて反射される。そのため、下水道内送受信アンテナに向けて反射された電波はマンホール蓋で反射され、複雑な電磁界分布をマンホール空間内に作る。また、図15に示した従来例では、アンテナから放射された電波はマンホール蓋で反射され、複雑な電磁界分布をマンホール空間内に作る。そのため、複雑な三次元電磁界数値解析を使用して精度高く放射特性を予測する必要があるという問題点があった。一方、本発明では、マンホール内を伝搬してきた電波をマンホール蓋の裏面に設けられた反射板25で直接アスファルト層あるいはコンクリート層22に反射して地表に伝達されるため、複雑な三次元電磁界数値解析を使用することなく、効率よく伝達できるという効果がある。また、マンホール蓋と無線通信装置との間に信号線などの電気配線を設ける必要がない。そのため、電気配線により接続している場合に比べてその切断の心配がなくなるとともに、蓋の取り扱いも容易になる。さらに、マンホール蓋の堅牢性を減らすこともない。また、図5の構成に比較して、反射板の側面の形状を曲面にしたため、地上へ電波が届くまでに通過する部分(マンホールのコンクリート壁や土壌(土層)、アスファルト層あるいはコンクリート層)が最も薄くなるマンホール蓋の端付近に一度電波を集約してから地上へ電波を出すことができ、地上の広範囲に渡って電波を伝達できるという効果がある。
In the conventional example shown in FIG. 14, the radio wave propagated in the sewer is reflected by the reflector toward the other reflector or the transmission / reception antenna in the sewer. Therefore, the radio wave reflected toward the transmitting / receiving antenna in the sewer is reflected by the manhole cover, and a complicated electromagnetic field distribution is created in the manhole space. In the conventional example shown in FIG. 15, the radio wave radiated from the antenna is reflected by the manhole cover to create a complicated electromagnetic field distribution in the manhole space. For this reason, there is a problem that it is necessary to predict radiation characteristics with high accuracy using complicated three-dimensional electromagnetic field numerical analysis. On the other hand, in the present invention, the radio wave propagating in the manhole is directly reflected on the asphalt layer or the
なお、本実施形態では、電波透過性構造材料として土壌(土層)、アスファルト層あるいはコンクリート層を用いる場合を記述したが、それ以外にも、ゴムやプラスティック(合成樹脂)などの誘電体材料を用いてもよい。例えば、マンホール蓋の周囲を緩衝材としてゴムを覆うことにより、ゴムから電波を効率よく透過させることができる。 In the present embodiment, the case where soil (soil layer), asphalt layer or concrete layer is used as the radio wave transmitting structural material has been described. However, other dielectric materials such as rubber and plastic (synthetic resin) are used. It may be used. For example, by covering the rubber around the manhole cover with a buffer material, radio waves can be efficiently transmitted from the rubber.
また、本実施形態では、反射体として金属製の板を用いた場合を記述したが、例えばゴムやプラスティック(合成樹脂)などの樹脂で成型した形状物の表面に金属箔を蒸着あるいは貼り付けたものでもよい。この場合、反射体を軽量化でき、施工も簡便であり、低コスト化を図ることができるという効果が得られる。 In this embodiment, the case where a metal plate is used as the reflector is described. However, for example, a metal foil is vapor-deposited or pasted on the surface of a shape molded with a resin such as rubber or plastic (synthetic resin). It may be a thing. In this case, the effect that the reflector can be reduced in weight, construction is simple, and cost reduction can be achieved.
反射体の形状は、板状のもの(反射板)に限定されず、ブロック状のものでも良い。反射体は、断面三角形状のものに限らず、断面台形状のものでも良い。本実施形態では、反射体の形状を円錐、角錐、三角柱等としたが、これらの形状において頂部を切断した円錐台、角錐台、台形柱等を採用しても良い。ここで、「円錐」には、底面と平行な面で切った断面が楕円である楕円錐形状が含まれ、「角錐」や「三角柱」には、角部や頂点部が丸みを帯びた形状が含まれる。また、「円錐」や「角錐」には、円錐や角錐の母線が底面に対して一定の角度で傾斜しているものの他、円錐や角錐の母線が、円錐や角錐の頂点が鋭く尖るように、内側に屈曲又は湾曲しているもの(「略円錐」又は「略角錐」)が含まれる。同様に、「三角柱」には、頂点となる稜線部が鋭く尖るように、前記稜線を挟む2つの面が内側に屈曲又は湾曲した形状(「略三角柱」)が含まれる。さらに、これらの形状において、内部が中空となった形状や底部が開口した形状が含まれる。 The shape of the reflector is not limited to a plate-like shape (reflecting plate), and may be a block-like shape. The reflector is not limited to a triangular cross section, and may be a trapezoidal cross section. In the present embodiment, the shape of the reflector is a cone, a pyramid, a triangular prism, or the like. However, a truncated cone, a truncated pyramid, a trapezoidal column, or the like having a truncated top in these shapes may be employed. Here, the “cone” includes an elliptical cone shape whose section cut by a plane parallel to the bottom surface is an ellipse, and the “pyramid” and “triangular prism” have rounded corners and apexes. Is included. In addition to “cones” and “pyramids”, the cones and pyramid buses are inclined at a fixed angle with respect to the bottom, and the cones and pyramid buses are pointed so that the apexes of the cones and pyramids are sharp. , Inwardly bent or curved ("substantially conical" or "substantially pyramid"). Similarly, the “triangular prism” includes a shape (“substantially triangular prism”) in which two surfaces sandwiching the ridge line are bent or curved inward so that the ridge line portion serving as the apex is sharply pointed. Further, these shapes include a shape in which the inside is hollow and a shape in which the bottom is opened.
また、本実施形態では、反射体として金属製の板を用いた場合を記述したが、金属線又は金属棒のグリッドにより構成されるものでもよい。グリッドは、金属線又は金属棒をストライプ状に配置したものでも良く、格子状に配置したものでも良い。例えば、図9は、円錐状の反射体105を複数の金属線106で形成しており、図10は、三角柱状の反射体107を複数の金属棒108で形成している。これらの例では、格子状に編まれた複数の金属線又は金属棒によって、電波を反射する反射面が形成されている。この場合、反射体を軽量化でき、施工も簡便であり、低コスト化を図ることができるという効果が得られる。グリッドのピッチ(金属線同士又は金属棒同士の間隔)は、使用電波の波長の約10分の1又はそれ以下に設定すれば、反射損失を防ぐことができる。あるいは、反射体として金属製の板に多数の貫通穴を設けたメッシュ構造により構成されるものでもよい。この場合も、反射体を軽量化でき、施工も簡便であるという効果が得られる。網目である貫通穴は三角形でも四角形でも円形でもよい。メッシュの一辺は、使用電波の波長の約10分の1又はそれ以下に設定すれば、反射損失を防ぐことができる(例えば特開平8−37417号公報「電波反射板」を参照)。
Moreover, although the case where the metal plate was used as a reflector was described in this embodiment, you may be comprised by the grid of a metal wire or a metal bar. The grid may be one in which metal wires or metal bars are arranged in a stripe shape, or may be arranged in a lattice shape. For example, in FIG. 9, the
また、本実施形態では、反射体によって無線中継装置を構成したが、反射体の他に、信号強度を増幅する信号増幅器等の構成が必要に応じて付加されても良い。 In the present embodiment, the wireless relay device is configured by the reflector. However, in addition to the reflector, a configuration such as a signal amplifier that amplifies the signal intensity may be added as necessary.
1…マンホール蓋、2…アスファルト層又はコンクリート層(電波透過性構造材料)、3…コンクリート壁(電波透過性構造材料)、4…土層(電波透過性構造材料)、5…反射板(反射体)、5a…反射面、7…マンホール蓋、8…アスファルト層又はコンクリート層(電波透過性構造材料)、9…コンクリート壁(電波透過性構造材料)、10…土層(電波透過性構造材料)、11…反射板(反射体)、11a…反射面、13…マンホール蓋、14…アスファルト層又はコンクリート層(電波透過性構造材料)、15…コンクリート壁(電波透過性構造材料)、16…土層(電波透過性構造材料)、17…反射板(反射体)、17a…反射面、21…マンホール蓋、22…アスファルト層又はコンクリート層(電波透過性構造材料)、23…コンクリート壁(電波透過性構造材料)、24…土層(電波透過性構造材料)、25…反射板(反射体)、25a…反射面、105…反射体、106…金属線、107…反射体、108…金属棒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Manhole cover, 2 ... Asphalt layer or concrete layer (radio wave permeable structural material), 3 ... Concrete wall (radio wave permeable structural material), 4 ... Soil layer (radio wave permeable structural material), 5 ... Reflector (Reflection) Body), 5a ... reflecting surface, 7 ... manhole cover, 8 ... asphalt layer or concrete layer (radio wave permeable structural material), 9 ... concrete wall (radio wave permeable structural material), 10 ... soil layer (radio wave permeable structural material) ), 11 ... Reflector (reflector), 11a ... Reflecting surface, 13 ... Manhole cover, 14 ... Asphalt layer or concrete layer (radio wave permeable structural material), 15 ... Concrete wall (radio wave permeable structural material), 16 ... Soil layer (radio wave permeable structural material), 17 ... reflector (reflector), 17a ... reflecting surface, 21 ... manhole cover, 22 ... asphalt layer or concrete layer (radio wave permeable structural material), 2 ... concrete wall (radio wave permeable structural material), 24 ... soil layer (radio wave permeable structural material), 25 ... reflector (reflector), 25a ... reflective surface, 105 ... reflector, 106 ... metal wire, 107 ... reflective Body, 108 ... Metal rod
Claims (10)
前記地下道を伝搬する電波を前記マンホール蓋の周囲の電波透過性構造材料に向けて反射する反射体を備えていることを特徴とする無線中継装置。 A wireless relay device that is installed in an underpass directly under a manhole cover and reflects radio waves propagating through the underpass to mediate transmission and reception of radio signals between the basement and the ground,
A wireless relay device comprising a reflector that reflects radio waves propagating through the underpass toward a radio wave transmitting structural material around the manhole cover.
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