JP2011182139A

JP2011182139A - アンテナの設置方法および無線通信システム

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Publication number: JP2011182139A
Application number: JP2010043440A
Authority: JP
Inventors: Koji Terahara; 恒治寺原
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-15

Abstract

【課題】アンテナとしての分岐構成の漏洩同軸（ＬＣＸ）ケーブルの分岐部分での不感帯エリアがなく、信号の無線伝送を確実に行えるアンテナの設置方法および無線通信システムを提供する。
【解決手段】アンテナとしての１対の漏洩伝送路の各給電側部分を、各漏洩伝送路から放射される電波が給電側部分の周囲において重畳するように分配器を介して接続し、該１対の漏洩伝送路を移動体が移動する移動路に沿って設置するとともに、移動体に設けられ、１対の漏洩伝送路から放射される電波を受け、該１対の漏洩伝送路に向けて電波を放射する指向性アンテナの放射面を、１対の漏洩伝送路の長手方向にほぼ直交するように配置する。
【選択図】図４

Description

本発明は、アンテナの設置方法および無線通信システムに関する。

漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ（Leaky Coaxial）ケーブル）は、周知のように（例えば、非特許文献１参照）、ケーブルに沿った空間に信号エネルギーの一部を電波として放射するために、ケーブル中の外部導体部分に、使用周波数帯に応じた一定周期のスロットを設けた“アンテナ機能”を有するケーブルである。

このＬＣＸケーブルから放射される電磁波は、ある放射角度θをもってケーブルより放出される（図１参照）。この放射角度は、ケーブル中の外部導体部分に設けられたスロットのピッチおよび大きさとケーブルを伝搬する信号の周波数で定まるものであり、信号の周波数によって放射角度が異なっている。このようなＬＣＸケーブルにおいて、電磁波が、給電側から終端側に向かって放射するＬＣＸケーブルはエンドファイア型（２．４ＧＨｚ帯）と呼ばれ、終端側から給電側に向かって放射するＬＣＸケーブルはバックファイア型（５．０ＧＨｚ帯）と呼ばれる。

エンドファイア型とバックファイア型とでは、上記のように放射される電磁波のケーブルに沿う成分の進行方向が逆向きとなる。従って、図２（Ａ）に示すように、分岐構成ではない単一構成のＬＣＸケーブル１・１０から放射される電波を受け、このＬＣＸケーブル１・１０に向けて電波を放射するアンテナとして指向性アンテナ２２を用い、この指向性アンテナ２２をＬＣＸケーブル１・１０から放射される電磁波の放射角度に合わせて設置することが、図２（Ａ）の符号４１，４２部分に示すように最も効率の良い設置方法となる。

一方、上記のような単一構成のＬＣＸケーブルでは、給電側から遠ざかるほど放射される電磁波が弱まるので、給電機器からの信号エネルギーを分配し、ＬＣＸケーブルからの伝搬エネルギーを結合する分配器を介して、２本のＬＣＸケーブルを繋いだ分岐構成として構築されることもある（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このような分岐構成のＬＣＸケーブルを利用する無線通信システムでは、ＬＣＸケーブルの分岐部分においては、夫々のＬＣＸケーブルの電波放射方向の関係で、電波の不感帯エリアができてしまうことがある。例えば、図２（Ｂ）に示すように、分配器１２を介して分岐するエンドファイア型のＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１の分岐部分で２本のケーブルが離れていると、それぞれのＬＣＸケーブル（１０および１１）から放射される電波のケーブルに沿う成分の進行方向は、それぞれのＬＣＸケーブル（１０および１１）の終端側方向となるので、分岐部分には電波が放射されず電波が届かない不感帯エリアとなる（図２（Ｂ）符号４３部分）。また、このＬＣＸケーブル（１０および１１）に対向する指向性アンテナ２２を一方のＬＣＸケーブル（１０または１１）の電波放射方向に合わせると、もう一方のＬＣＸケーブル（１１または１０）の電波放射方向と合わなくなってしまう（図２（Ｂ）符号４４部分）。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アンテナとしての分岐構成の漏洩同軸（ＬＣＸ）ケーブルの分岐部分での不感帯エリアがなく、信号の無線伝送を確実に行えるアンテナの設置方法および無線通信システムを提供するものである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のアンテナの設置方法は、アンテナとしての１対の漏洩伝送路の各給電側部分を、各漏洩伝送路から放射される電波が前記給電側部分の周囲において重畳するように分配器を介して接続し、該１対の漏洩伝送路を移動体が移動する移動路に沿って設置するとともに、前記移動体に設けられ、前記１対の漏洩伝送路から放射される電波を受け、該１対の漏洩伝送路に向けて電波を放射する指向性アンテナの放射面を、前記１対の漏洩伝送路の長手方向にほぼ直交するように配置することを特徴とする。

また、本発明の無線通信システムは、アンテナとしての１対の漏洩伝送路と、第１の無線通信機と、前記第１の無線通信機からの信号エネルギーを分配し、前記１対の漏洩伝送路からの伝搬エネルギーを結合する分配器と、移動体に設けられる第２の無線通信機と、前記第２の無線通信機に接続される指向性アンテナと、を備え、前記１対の漏洩伝送路は、その各給電側部分が各漏洩伝送路から放射される電波が前記給電側部分の周囲において重畳するように前記分配器を介して接続されるとともに、前記移動体が移動する移動路に沿って設置され、前記指向性アンテナは、その放射面が前記１対の漏洩伝送路の長手方向にほぼ直交するように配置されることを特徴とする。

本発明によれば、分岐構成の漏洩伝送路の分岐部分を含む全体に渡って安定した無線通信環境を得ることができる。

図１は、ＬＣＸケーブルの構造を示す図である。図２は、ＬＣＸケーブルの特性（性質）について説明する図である。図３は、本実施形態の無線通信システムの概略構成を示す図である。図４は、本実施形態における分岐構成のＬＣＸケーブル１およびＬＣＸケーブル２の配置（レイアウト）について説明する図である。図５は、鉄工所において、本実施形態の無線通信システムを応用した例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる無線通信システムの一実施の形態を詳細に説明する。なお、図面において同一の構成要素には同一の符号を付している。

（ＬＣＸケーブルの概要）
はじめに、漏洩伝送路であるＬＣＸ（漏洩同軸）ケーブルについて、その概要を、図１および図２を用いて説明する。図１は、ＬＣＸケーブルの構造を示す図であり、図２は、ＬＣＸケーブルの特性（性質）について説明する図である。

図１に示すように、ＬＣＸケーブルは、ケーブルに沿った空間に信号エネルギーの一部を電波として放射するために、ケーブル中の外部導体部分に、使用周波数帯に応じた一定周期のスロットを設けた“アンテナ機能”を有するケーブルである。

このＬＣＸケーブルから放射される電磁波は、ある放射角度θをもってケーブルより放出される。この放射角度は、ケーブル中の外部導体部分に設けられたスロットのピッチおよび大きさとケーブルを伝搬する信号の周波数で定まるものであり、信号の周波数によって放射角度が異なっている。このようなＬＣＸケーブルにおいて、電磁波が、給電側から終端側に向かって放射するＬＣＸケーブルはエンドファイア型（２．４ＧＨｚ帯）と呼ばれ、終端側から給電側に向かって放射するＬＣＸケーブルはバックファイア型（５．０ＧＨｚ帯）と呼ばれる。

エンドファイア型とバックファイア型とでは、上記のように放射される電磁波のケーブルに沿う成分の進行方向が逆向きとなる。従って、図２（Ａ）に示すように、分岐構成ではない単一構成のＬＣＸケーブル１・１０から放射される電波を受け、このＬＣＸケーブル１・１０に向けて電波を放射するアンテナとして指向性アンテナ２２を用い、この指向性アンテナ２２をＬＣＸケーブル１・１０から放射される電磁波の放射角度に合わせて設置することが、図２（Ａ）の符号４１，４２部分に示すように最も効率の良い設置方法となる。なお、図２において符号１３はアクセスポイント（無線通信機）であり、符号１５は終端器である。

一方、分岐構成のＬＣＸケーブルを利用する無線通信システムでは、ＬＣＸケーブルの分岐部分においては、夫々のＬＣＸケーブルの電波放射方向の関係で、電波の不感帯エリアができてしまうことがある。例えば、図２（Ｂ）に示すように、分配器１２を介して分岐するエンドファイア型のＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１の分岐部分で２本のケーブルが離れていると、それぞれのＬＣＸケーブル（１０および１１）から放射される電波のケーブルに沿う成分の進行方向は、それぞれのＬＣＸケーブル（１０および１１）の終端側方向となるので、分岐部分には電波が放射されず電波が届かない不感帯エリアとなる（図２（Ｂ）符号４３部分）。また、このＬＣＸケーブル（１０および１１）に対向する指向性アンテナ２２を一方のＬＣＸケーブル（１０または１１）の電波放射方向に合わせると、もう一方のＬＣＸケーブル（１１または１０）の電波放射方向と合わなくなってしまう（図２（Ｂ）符号４４部分）という問題が生じる。

（実施形態）
次に、上記のような性質をもつ分岐構成のＬＣＸケーブルを利用する本実施形態の無線通信システムの概略構成について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の無線通信システムの概略構成を示す図である。

図３に示すように、本実施形態の無線通信システムは、漏洩伝送路であるＬＣＸ（漏洩同軸）ケーブル１・１０とＬＣＸケーブル２・１１とが分配器１２を介して接続される。分配器１２はまた、アクセスポイント１３と接続され、アクセスポイント１３はさらに通信機Ａ・１４に接続される。なお、分配器１２は、アクセスポイント１３からの信号エネルギーを分配し、またＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１からの伝搬エネルギーを結合する機器である。また、ＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１の終端部分には終端器（ターミネータ）１５が設けられている。

一方、ＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１に沿って移動する移動体２１には、平面アンテナ等の指向性アンテナ２２と無線通信装置であるクライアント２３と、通信機Ｂ・２４が配置される。指向性アンテナ２２は、ＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１に対向して設置され、ＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１から放射される電波を受け、またこのＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１に向けて電波を放射する。この指向性アンテナ２２は、クライアント２３に有線で接続され、このクライアント２３はまた、有線で通信機Ｂ・２４に接続される。

ＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１は、無線通信機器であるアクセスポイント１３用のアンテナとして使用される。そして、各通信機（１４，２４）はそれぞれ、無線通信機器であるアクセスポイント１３およびクライアント２３による無線通信を介して通信を行う。なお、上記ＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１、分配器１２、アクセスポイント１３およびクライアント２３、通信機Ａ・１４および通信機Ｂ・２４、指向性アンテナ２２としては、例えば、一般的な、ＬＡＮ（Local Area Network）用のＬＣＸケーブル、分配器、ＬＡＮ用無線通信機、（有線）通信機、指向性アンテナを用いることができる。

本実施形態では、上記のように構成される無線通信システムにおいて、分岐構成のＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１の配置（レイアウト）、並びに指向性アンテナ２２の配置を以下のようにする。

（エンドファイア型のＬＣＸケーブルを用いる場合）
エンドファイア型のＬＣＸケーブルを用いる場合、図４（Ａ）に示すように、分岐構成のＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１のそれぞれの給電側を、各ケーブルから放射される電波が分岐部分（給電側部分）の周辺において重畳するように２本のケーブルを重ねた配置（レイアウト）とする。

（バックファイア型のＬＣＸケーブルを用いる場合）
バックファイア型のＬＣＸケーブルを用いる場合、図４（Ｂ）に示すように、分岐構成のＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１の給電部側を、各ケーブルから放射される電波が分岐部分（給電側部分）の周辺において重なる範囲で離すように配置（レイアウト）する。各ケーブルを離した分、分岐構成のＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１の全長が長くなるメリットがある。もちろん２本のケーブルが重なるように配置してもよい。

このようにＬＣＸケーブルを設置することにより、ＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１のそれぞれから放射される電波の到達エリアはケーブルに沿って連続する。すなわち、分岐構成のＬＣＸケーブルの配置（レイアウト）で不感帯エリアを生じないようにすることを可能にする。

（指向性アンテナ）
指向性アンテナ２２は、その放射面が、ＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１の設置方向（長手方向）にほぼ直交するように設置する。これは、指向性アンテナ２２が、図４に示すＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１の両方の電波放射方向をサポートできるようするためのものである。これにより、ＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１のそれぞれに対し、良好な無線信号の送受信が可能となる。

（応用例）
次に、本実施形態の無線通信システムの応用例について、図５を用いて説明する。図５は、鉄工所において、本実施形態の無線通信システムを応用した例を示す図である。

オペレータが乗る移動体２１としての移動クレーン３１に、前述の指向性アンテナ２２とクライアント２３と通信機Ｂ・２４（図５にて図示せず）が設置される。

分岐構成のＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１は、移動体２１としての移動クレーン３１の移動路（レール）に沿って設置される。そして、この分岐構成のＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１には、前述のアクセスポイント１３が接続され、このアクセスポイント１３には通信機Ｂ・１４が接続される。ここまでの各機器の構成は、図３を用いて前述したとおりである。

本応用例においては、移動クレーン３１等を撮像する複数のカメラ３２からの映像信号が通信機Ａ・１４に入力される。この映像信号は、アクセスポイント１３、分配器１２、ＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１を介して、移動体２１としての移動クレーン３１側へ無線で伝送され、移動クレーン３１に備わる指向性アンテナ２２とクライアント２３と通信機Ｂ・２４を介してモニタ（いずれも図５にて図示せず）に入力される。モニタには、複数のカメラ３２が撮像している映像を表示され、移動クレーン３１のオペレータは、モニタに表示された映像を見て、移動クレーン３１を操作することができる。

以上説明したように、ＬＣＸケーブル１・１０、ＬＣＸケーブル２・１１および指向性アンテナ２２を設置することにより、分岐構成のＬＣＸケーブル１・１０およびＬＣＸケーブル２・１１の分岐部分を含むケーブルの全長に渡って安定した無線通信環境を得ることができる。

１０…ＬＣＸケーブル１、１１…ＬＣＸケーブル２、１２…分配器、１３…アクセスポイント、１４…通信機Ａ、２１…移動体、２２…指向性アンテナ、２３…クライアント、２４…通信機Ｂ、３１…移動クレーン、３２…カメラ

特開２００９−１３０７０１号公報

東芝レビューｖｏｌ．６４，Ｎｏ．１１，Ｐ４３−４６（２００９）

Claims

アンテナとしての１対の漏洩伝送路の各給電側部分を、各漏洩伝送路から放射される電波が前記給電側部分の周囲において重畳するように分配器を介して接続し、該１対の漏洩伝送路を移動体が移動する移動路に沿って設置するとともに、前記移動体に設けられ、前記１対の漏洩伝送路から放射される電波を受け、該１対の漏洩伝送路に向けて電波を放射する指向性アンテナの放射面を、前記１対の漏洩伝送路の長手方向にほぼ直交するように配置することを特徴とするアンテナの設置方法。
前記漏洩伝送路としてエンドファイア型漏洩同軸ケーブルを用いる場合、前記各給電側部分を重ねて接続することを特徴とする請求項１に記載のアンテナの設置方法。
前記１対の漏洩伝送路および前記指向性アンテナは、無線ＬＡＮ（Local Area Network）用であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナの設置方法。
アンテナとしての１対の漏洩伝送路と、
第１の無線通信機と、
前記第１の無線通信機からの信号エネルギーを分配し、前記１対の漏洩伝送路からの伝搬エネルギーを結合する分配器と、
移動体に設けられる第２の無線通信機と、
前記第２の無線通信機に接続される指向性アンテナと、を備え、
前記１対の漏洩伝送路は、その各給電側部分が各漏洩伝送路から放射される電波が前記給電側部分の周囲において重畳するように前記分配器を介して接続されるとともに、前記移動体が移動する移動路に沿って設置され、前記指向性アンテナは、その放射面が前記１対の漏洩伝送路の長手方向にほぼ直交するように配置される
ことを特徴とする無線通信システム。
前記漏洩伝送路としてエンドファイア型漏洩同軸ケーブルを用いる場合、前記各給電側部分が重ねて接続されることを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
前記１対の漏洩伝送路、前記第１の無線通信機、前記第２の無線通信機および前記指向性アンテナは、無線ＬＡＮ（Local Area Network）用であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の無線通信システム。