JP2014531173A - 分散アンテナ・システムおよび分散アンテナ・システムの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、無線周波数（ＲＦ）信号を送信および／または受信するための分散アンテナ・システム（１００）に関する。このアンテナ・システム（１００）は、複数の開口（１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３）を備えた楕円形導波管（１１０）を少なくとも１つ備えている。

Description

本発明は、無線周波数（ＲＦ）信号を送信および／または受信するための分散アンテナ・システムに関する。

本発明は、更に、上述したタイプの分散アンテナ・システムを製造する方法に関する。

例えばダイポール・アンテナなどの複数の離散アンテナを空間的に分散された態様で提供することは、既に知られている。これは、例えば、トンネル構造に沿って、または、それ以外の建造物において、建造物の全体において適切な無線カバレッジが得られるようにする場合である。更に、閉じ込められた空間の内部でＲＦを供給するために同軸放射ケーブルを提供することも知られており、これによって、ケーブルに沿ったカバレッジが得られる。

しかし、複数の離散アンテナを用いるのは、それぞれの離散アンテナなどの個別的な機械的および電気的設置が必要になるため、非常に高コストである。また、同軸放射ケーブルは、例えばＧＨｚの領域などのより高い周波数において減衰が増加するという著しい短所を有する。

一般に、同軸ケーブルは、ケーブルの直径の関数であるいわゆる遮断周波数までしか動作させることができない。このケーブルによってサポートされる周波数の範囲は、非常に重要な特性である。動作周波数が高くなればなるほど、それに応じて同軸ケーブルは小さくならなければならない。同時に、直径が小さくなり、周波数が高くなると、減衰が増加する。特に、減衰が比較的大きくなると、同軸放射ケーブルでは、トンネルなどの距離の長いシステムにおいて、４ＧＨｚを超える周波数のＲＦカバレッジを提供することができなくなる。中継器を、非常に短い距離で設置しなければならない。

したがって、従来技術によるシステムの上述した短所を回避する改善された分散アンテナ・システムとそのようなシステムを製造する方法とを提供することが、本発明の目的である。

本発明によると、この目的は、基本的に楕円形の断面を有しており複数の開口を備えた少なくとも１つの楕円形導波管を備えている前記アンテナ・システムによって達成される。

出願人の分析によると、基本的に楕円形の断面と複数の開口とを有する楕円形導波管は、分散アンテナ・システムとして、効果的に用いることができる。その理由は、そのような楕円形導波管は、ＲＦ領域の中のより高い周波数に対しても特に低い減衰を有しているため、特にこうしたＲＦ領域における電磁信号を長い距離にわたって送信するのに最も適しているからである。したがって、導波管の全体の長さが数百メートルまたはそれよりも長いような大規模な設置においても、中継器やそれと同様なものを設ける必要がない。

実施形態に従って楕円形導波管に複数の開口を適用することにより、それ自体が既知の態様で楕円形導波管の内部で送信される電磁放射を、楕円形導波管の周囲の領域に均等に分布させることができる。その理由は、これらの開口によって、導波管の内部を移動する電磁波が、とりわけこれらの開口のサイズと空間的な配置とに応じて少なくともある程度まで導波管から離れることが可能になるからである。そのようにして、実施形態による放射用の楕円形導波管が得られる。結果的に、実施形態による開口のそれぞれを、単一の「アンテナ」として、または一般的にいって放射要素と考えることができる。したがって、非常に単純な実施形態によると、この分散アンテナ・システムは、複数の開口を有していることによって、分散アンテナ・システムの非常に単純な構成を形成する単一の楕円形導波管を備えている。

楕円形導波管の内部を移動するＲＦ信号に対する減衰が低いこととは別に、その幾何学的形状を変更することによって、楕円形導波管を、異なる周波数範囲に対して容易に最適化することができる。したがって、実施形態による分散アンテナ・システムは、離散的なアンテナ要素または放射用の同軸ケーブルを備えている従来技術による分散アンテナ・システムよりも、ＲＦ領域にある更に高い周波数すなわち３ＧＨｚを超える周波数まで容易に調整することが可能である。

ある効果的な実施形態によると、この楕円形導波管は、少なくとも１つの波形部分を備えている。この波形部分は、一方では導波管の機械的可撓性を増加させ、よって、例えば導波管を曲げることが必要になるような複雑な場合であってもこの実施形態による導波管の使用を容易にする。更に、実施形態による分散アンテナ・システムの帯域幅は、波形の形状を提供することによって、増加する。

例えば、ある実施形態によると、波形ではない楕円形導波管の第１および第２の部分を備えており、この第１および第２の部分は、波形であることにより機械的な可撓性が優れていて曲げることを容易にする楕円形導波管の第３の部分によって相互に接続されている分散アンテナ・システムを提供することも可能である。

更なる好適な実施形態によると、完全な楕円形導波管は、波形のタイプのものである。

更なる好適な実施形態によると、この少なくとも１つの楕円形導波管は単一の部材で製造される。これは、例えば、ある種の端部を有していない材料であり、これによって、戸外での設置が更に容易になる。その理由は、戸外において、溶接などにより様々のより小さな導波管の部分を接続する必要がないからである。

更なる実施形態によると、楕円形導波管の内部から周辺領域に電磁波を放射することが可能な開口は、導波管の波形部分の内部に、好ましくは、波形部分の半径方向の外側部分に含まれている。代替的な例としては、この開口は、また、楕円形導波管の非波形部分にも設けることができる。また、これら両方を組み合わせることも可能である。

更なる実施形態によると、この開口の少なくとも１つは、実質的に楕円形の断面を備えている。更に、基本的に楕円形の断面に、楕円形の断面の長軸の対蹠点の領域における平坦なエッジを提供することも可能である。

楕円形導波管の内部に開口を実装するためには、円形もしくは多角形の断面またはそれ以外の形状も、可能である。

更なる実施形態によると、前記導波管の異なる長手方向の座標に提供される異なる開口が、前記楕円形の断面の長軸に関して異なる角度位置に配置される。これにより、楕円形導波管の内部から周囲の領域へのＲＦ信号の漏れを特徴付ける電磁結合のための結合強度の制御が、効果的に可能になる。すなわち、結合損失は、開口が短軸により接近して配置されると減少し、開口が長軸により接近して配置されると増加する。

特に好適な実施形態によると、角度位置は、ＲＦ信号送信機またはトランシーバが設置可能な楕円形導波管の供給端からの距離と共に増加する。よって、供給端に近い放射用開口は、供給端から離れている別の開口と比較すると、楕円形導波管の内部と周囲との間のより少ない結合を可能にするように設けられているという意味で、前記供給端から第２の端部へ楕円形導波管の内部を移動する信号に対する長手方向の減衰を説明することができる。これらの別の開口は、楕円形導波管の内部と外部との間の電磁結合を増加させるように配置することができ、それにより、ＲＦ信号が楕円形導波管の遠い部分に到達する前に被る長手方向の減衰の増加が説明される。

このようにして、楕円形導波管の長手方向の座標に沿った（すなわち、長手方向の軸に平行な）楕円形導波管の異なる開口からの放射された電力の非常に均一な分布を、得ることができる。

更なる実施形態によると、導波管の断面は、円形を含むこともある。例えば、楕円形の断面の長軸の長さが、楕円形の断面の短軸の長さに実質的に等しい場合である。

また、更なる実施形態によると、楕円形の断面の長軸に関して異なる角度位置に様々な開口を設けることにより、異なるレベルの電磁結合をそれ自体が備えた楕円形導波管の異なる部分を画定することができ、それによって、様々な開口によって放射されるＲＦ信号のレベルを、楕円形導波管の様々な長手方向の部分に対して独立に制御することが可能になる。例えば、強い結合を与え、それにより放射を行う楕円形導波管の外部で対応するＲＦ信号供給を与える楕円形導波管の第１の長手方向の部分を画定することができ、他方では、より弱い電磁結合を与え、それにより放射を行う楕円形導波管の外部で対応するより弱いＲＦ信号供給を与える開口を用いて、楕円形導波管の別の長手方向の部分を画定することができる。いずれにしても、導波管の長手方向の減衰は、開口の例えば楕円形の断面の長軸に関して適切な位置を選ぶことにより、効果的に補償することが可能である。

更なる効果的な実施形態によると、こうした複数の開口のうちの異なる開口が、それぞれ、導波管の表面および／または長手方向の軸に関して異なる幾何学的形状および／または向きを有する。例えば、楕円形導波管の第１の数の開口が既に述べたように楕円形または実質的に楕円形の幾何学的形状を有することができ、他方で、実施形態による楕円形導波管の別の開口は、非楕円形の幾何学的形状、すなわち、多角形の形状やそれ以外の幾何学的形状を有する。

導波管の長手方向の座標に沿った開口の角度位置を変動させることとの類推として、別の実施形態によると、導波管の長手方向の座標に沿った開口の少なくとも１つの物理的特性（サイズ、形状、開口の表面の法線ベクトルの向き）を変えることも可能である。とりわけ、これらの尺度により、長手方向の座標に沿った長手方向の減衰を補償することも可能になる。例えば、開口のサイズが長手方向の座標に沿って増大すると、長手方向の減衰が補償される。

好適な実施形態によると、楕円形導波管の１つまたは複数の開口は、楕円形導波管の表面に関してある向きを有する。それにより、各開口の開口表面の法線ベクトルは、その開口が配置されている導波管の各表面部分の法線ベクトルと平行である、すなわち、前記導波管の半径方向の座標と平行である。

波形の楕円形導波管の場合には、開口は、導波管の半径方向の外側部分に例えば表面法線が基本的に半径方向を向くように、または、波形の導波管の半径方向の内側部分に、のいずれか一方のように配置することができる。異なる開口に対しては、両方の変形例の組み合わせも可能である。表面法線ベクトルが部分的に非半径方向（すなわち、軸方向）に基本的に配置されるような開口の向きも更なる実施形態によると可能であり、これは例えば、半径方向に内側の波形部分と半径方向に外側の波形部分との間に画定された楕円形導波管の傾斜を有する壁部の上において可能である。

更なる効果的な実施形態によると、この少なくとも１つの楕円形導波管は、少なくとも４ＧＨｚの周波数の電磁波を送信するように構成されている。

更なる効果的な実施形態によると、この少なくとも１つの楕円形導波管は、約６ＧＨｚの周波数の電磁波の場合には、１００メートル当たり約４ｄＢの長手方向の減衰を有する。

対照的に、放射用の同軸ケーブルを備えている従来技術による分散アンテナ・システムを用いるときには、６ＧＨｚまで用いることができる最大の同軸ケーブルは、外側の導体の直径が約１９ｍｍでなければならない。銅製の導体とＰＥフォームの誘電体とを用いると、従来技術によるケーブルの６ＧＨｚにおける減衰は、約１６ｄＢ／１００ｍである。好都合であることに、約６ＧＨｚの同じ周波数帯のための実施形態による楕円形導波管は、わずか４ｄＢ／１００ｍの減衰を有するのみである。これは、実施形態による放射用の楕円形導波管を用いて作られたシステムのカバレッジの長さが、同軸ケーブルを用いる従来技術による解決策と比較して、約４倍長いことを意味する。

更なる効果的な実施形態によると、このシステムは、ＲＦ信号を前記少なくとも１つの楕円形導波管に送信する少なくとも１つの送信機、および／または、前記少なくとも１つの楕円形導波管からＲＦ信号を受け取る少なくとも１つの受信機を備えている。上述したデバイスは、例えば導波管の第１のすなわち供給端に、および／または、対向する第２の端部に配置することができる。送信機能と受信機能とを組み合わせたトランシーバを提供することも可能である。

本発明の目的への別の解決が、分散アンテナ・システムを製造する方法によって与えられる。この分散アンテナ・システムでは、楕円形導波管（すなわち、少なくとも１つの楕円形導波管）が提供され、その楕円形導波管の内部に複数の開口が作成される。

好適な実施形態によると、これらの開口は、楕円形導波管の各壁部を、ミリングおよび／またはドリリングおよび／またはレーザ切断することによって、作成される。例えば、レディオ・フリークエンシ・システムズ（Radio Frequency Systems）によって製造されるＥ６０タイプの楕円形で波形の導波管は、実施形態による分散アンテナ・システムを製造する基礎として用いることができる。

一般的に、楕円形導波管に画定された開口により、楕円形導波管によって送信された電磁波が、楕円形導波管の周囲にある自由空間への分散のために、ある程度は導波管を離れることが可能になる。このようにして、無線通信のためのＲＦ信号の供給が、実施形態による少なくとも１つの分散アンテナ・システムを含む場所において確立することが可能になる。

例えば、実施形態による分散アンテナ・システムのための非常に単純な設定は、複数の開口を備えたただ１つの楕円形導波管を含む。すなわち、単一の放射用の楕円形導波管が、この非常に単純な実施形態による分散アンテナ・システムを表す。複数の開口は、無線カバレッジを提供する個別的な放射部分（「アンテナ」）を表す。

送信という意味での電磁波の放射とは別に、すなわち、楕円形導波管から前記開口を経由して楕円形導波管の周囲の空間へ信号を送信することとは別に、信号の受信は、前記開口により楕円形導波管の周囲の領域を移動する電磁信号の一部を受け取ることによって、また、楕円形導波管の周囲の電磁場の前記受け取られた一部を楕円形導波管の一方または両方の端部に送ることによって、可能になる。なお、この楕円形導波管では、実施形態による分散アンテナ・システムを経由して送信されるＲＦ信号を提供する送信機デバイスに加えて、受信機デバイスを配置することが可能である。

更なる実施形態によると、前記開口の少なくとも一部は、前記導波管を戸外に設置するステップの後に作成される。なお、ここで、前記導波管を戸外に設置するステップは、好ましくは、前記導波管の少なくとも１つの部分を曲げるステップを含む。このようにして、前記開口を有する放射部分の非常に正確な作成が可能である。その理由は、開口の位置を、例えばトンネルなどの戸外における楕円形導波管の特定の設置条件に応じて画定することができるからである。その最も単純な形式では、この実施形態による開口は、戸外において楕円形導波管の設置条件を評価しそれに応じて楕円形導波管におけるこれらのまたは他の開口を画定する技術者によって手動で作成される。この場合、例えば、導波管の位置とその開口とに関する結果的に生じる電磁場の分布を測定および／または計算するための測定および／またはシミュレーション機器が用いられる。

本発明の更なる特徴、態様、および効果が、次の図面を参照して行われる以下の詳細な説明において与えられる。

第１の実施形態による単一の楕円形導波管を備えた分散アンテナ・システムの平面図を、概略的に示している。 ある実施形態による楕円形導波管の断面を概略的に示している。 更なる実施形態による放射用開口のための可能な幾何学的形状を示している。 更なる実施形態による放射用開口のための可能な幾何学的形状を示している。 ある実施形態による楕円形導波管の部分的な断面を概略的に示している。 実施形態による楕円形導波管の更なる部分的な断面を概略的に示している。 実施形態による楕円形導波管の更なる部分的な断面を概略的に示している。 ある実施形態による楕円形導波管の斜視図を示している。 ある実施形態による導波管の放射用開口と導波管の長さとの間の角度位置を示している。 ある実施形態による方法の簡略化された流れ図を示している。 実施形態による異なる構成の放射用開口を備えた導波管の平面図を概略的に示している。 実施形態による異なる構成の放射用開口を備えた導波管の平面図を概略的に示している。 実施形態による異なる構成の放射用開口を備えた導波管の平面図を概略的に示している。 実施形態による異なる構成の放射用開口を備えた導波管の平面図を概略的に示している。 実施形態による異なる構成の放射用開口を備えた導波管の平面図を概略的に示している。 実施形態による異なる構成の放射用開口を備えた導波管の平面図を概略的に示している。

図１は、第１の実施形態による分散アンテナ・システム１００の平面図を概略的に示している。分散アンテナ・システム１００は、基本的に楕円形の断面を有する楕円形導波管１１０を備えている。楕円形導波管１１０の楕円形の断面は、例示的に図２に示されている。

図２によって示されている基本的に楕円形の断面は、長軸ａ１と短軸ａ２とによって定義することができる。なお、短軸ａ２は、長軸ａ１と直交するように配置されている。角度αは、以下で説明されるように楕円形導波管１１０の内部に含まれる開口の角度位置を定義するように機能する。

図１から見ることができるように、楕円形導波管１１０は、その長手方向の軸（図示せず）に沿って分布する複数の開口１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３を有している。開口１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３によって、楕円形導波管１１０の内部を移動する電磁波が、楕円形導波管１１０の内部から楕円形導波管１１０の外部の周辺部分へ送信されること、すなわち放射されることが、効果的に可能になる。そのようにして、開口１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３のそれぞれが、放射要素またはアンテナをそれぞれ画定している。これを基礎として、分散アンテナ・システム１００のための実施形態による最小限の構成は、図１によって示されている単一の楕円形導波管１１０と、そこに設けられている複数の開口１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３とを含む。

分散アンテナ・システム１００またはその楕円形導波管１１０を、例えばオプションのＲＦ送信機１４０など適切な周波数を有する無線周波数信号源に接続すると、その無線周波数信号が、それ自体は既知である（中空の）導波管伝送のメカニズムによって、楕円形導波管１１０の長手方向の軸に沿って、すなわち図１では左側の供給端１３０ａから右側の別の端部１３０ｂまで、送信される。

実施形態による楕円形導波管１１０の壁部に画定されている様々な開口１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３を通過するときに、ＲＦ信号の一部が周囲の空間に放射され、よって、楕円形導波管１１０の周囲の領域に無線カバレッジを提供する。

また、ＲＦ信号の受信も生じる。その場合、開口１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３に放射されるＲＦ信号は、少なくとも部分的には楕円形導波管１１０の中に結合し、例えばオプションの受信機１５０まで導かれる。

デバイス１４０、１５０は、また導波管１１０と共に用いられる任意の他のアクティブ・デバイスも同様に、図１によると導波管１１０の対向する端部１３０ａ、１３０ｂに配置されているが、例えば導波管１１０の第１の端部１３０ａまたは第２の端部１３０ｂにおいて、別の効果的な実施形態により同じ位置に配置することが好ましい場合もあり、それによって、保守管理業務を容易にすることが可能である。これが可能であるのは、開口１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３を通じて導波管１１０に受け取られるＲＦ信号は、長手方向の座標ｌの両方の方向（アップストリームおよびダウンストリーム）に伝送されるからである。

図３ａは、図１の楕円形導波管１１０の内部に設けられている開口１２０＿１を、概略的に示している。図３ａから見ることができるように、開口１２０＿１は、基本的に楕円の形状を有している。これは、開口のない楕円形導波管を提供し、次にドリリングおよび／またはミリングおよび／またはレーザ切断を用いて楕円形導波管に開口１２０＿１を画定することによって、得られる。

図３ｂは、楕円形導波管１１０（図１）の内部の開口１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３のための別の幾何学的形状を示している。この幾何学的形状は、２つの基本的に平坦なエッジ部分１２２ａ、１２２ｂを有する基本的に楕円形の形状を備えており、２つのエッジ部分は、その長軸に沿った基本的に楕円形の形状の対蹠点の領域に配置されている。

開口１２０＿１、・・・のためには、例えば多角形や円形など他の幾何学的形状も可能である。

図４は、別の実施形態による楕円形導波管１１０ａの部分的な断面を概略的に示している。楕円形導波管１１０ａは波形を備えている。これらの波形は、楕円形導波管１１０ａの中央の軸すなわち長手方向の軸ｃａから見て、異なる半径ｒ１、ｒ２を交互に提供することによって、画定される。このようにして、波形は、低い減衰、特に長手方向の低い減衰が得られるような周波数の範囲を改善する。更に、波形部分１１０ａは、機械的可撓性が改善されているため、曲げが必要となるような複雑な設置状況で楕円形導波管１１０ａを用いることが効果的に可能になる。

図４から見ることができるように、本実施形態によると、楕円形導波管の部分１１０ａの複数の開口１２０＿１、・・・、１２０＿６は、中央軸ｃａからの距離がｒ２である半径方向に外向きの部分を有するように提供されている。更に、すべての開口１２０＿１、・・・、１２０＿６が、図２を参照して上述した角度αである基本的に同じ角度位置を有している。例えば、開口１２０＿１、・・・、１２０＿６の角度位置は、約α＝０度である。

しかし、開口１２０＿１、・・・、１２０＿６の一部または全部が、楕円形導波管１１０ａの他の部分の内部に、異なる態様でまたは追加的に、設けられることも可能である。これは、例えば、中央軸ｃａから見た場合に距離ｒ１である半径方向に内向きの部分や、半径ｒ１である半径方向に内向きの部分と半径ｒ２である半径方向に外向きの部分との間の傾斜付きの接続部分などである。

同様に、開口１２０＿１、・・・、１２０＿６の一部または全部を、異なる角度位置であるα＜＞０度で、異なる態様でまたは追加的に、配置することも可能である。

内径ａ２（短軸）と長軸ａ１との両者が、とりわけ、導波管１１０ａによって送信可能なＲＦ信号の動作周波数範囲を画定する。

図５ａは、分散アンテナ・システム１００のために用いることができる楕円形導波管１１０ｂの別の実施形態を示している。この実施形態によると、図４の中央軸ｃａに沿って設けられている楕円形導波管１１０ｂの波形表面の１つおきの半径方向に外向きの部分のみが、楕円形導波管１１０ｂの内部から周囲の空間への電磁波の放射のための開口１２０＿７、１２０＿８をそれぞれ備えている。

図５ｂは、本発明の別の実施形態を示している。この実施形態では、楕円形導波管１１０ｃの異なる部分が異なる幾何学的形状の開口を備えている。例えば、楕円形導波管１１０ｃの第１の部分１１０ｃ’は、第１の比較的小さな幾何学的形状を有する開口１２０＿９を備えており、他方で、楕円形導波管１１０ｃの第２の部分１１０ｃ’’は、比較的大きな幾何学的形状を有する開口１２０＿１０を備えている、などである。

図６は、別の実施形態による分散アンテナ・システム１００ａの斜視図を示している。長手方向の座標ｌは、導波管１１０ｄの中央軸ｃａ（図４）に沿って延長しており、供給端１３０ａは、分散アンテナ・システム１００ａの楕円形導波管１１０ｄの長手方向の座標ｌ＝１０の位置に配置されている。すなわち、無線周波数信号源（図示せず）を、この供給端１３０ａにおいて楕円形導波管１１０ｄに接続して、ＲＦ信号をこの楕円形導波管１１０ｄを経由してこの楕円形導波管１１０ｄの中を伝送されるように結合することができる。異なる態様でまたは追加的に、受信手段（図示せず）を、楕円形導波管１１０ｄの供給端１３０ａまたは他方の端部１３０ｂに、図６に示されているように配置することもできる。

図６で見ることができるように、楕円形導波管１１０ｄは、複数の開口１２０＿１、１２０＿２、・・・を備えている。これらの開口は、それぞれが、楕円形の断面の長軸ａ１（図２）に関してほぼ同じ角度位置に、すなわちこの図ではほぼα＝−３０度に、配置されている。更に、隣接する開口１２０＿１、１２０＿２の間の長手方向の距離ｌ２−ｌ１は、楕円形導波管１１０ｄの長さ全体を通じて基本的に一定である。

楕円形導波管１１０ｄの供給端１３０ａから見ると、第１の開口１２０＿１は、この図ではｌ＝１１の位置に配置されている。他方で、楕円形導波管１１０ｄの供給端１３０ａから見ると、第２の開口１２０＿２は、ｌ＝１２である第２の長手方向の位置に配置されている。

図６によって示されている分散アンテナ・システム１００ａは、その長さ全体にわたり、すなわち第２の端部１３０ｂまで、比較的均一なＲＦ信号の供給を提供する。

効果的であることに、長手方向の減衰は、放射同軸ケーブルなどの場合よりも、比較的低い。更に、楕円形導波管１１０ｄの動作周波数範囲は、導波管の幾何学的形状を変更することによって、容易に調整される。

別の実施形態（図示せず）によると、楕円形導波管１１０ｄ（図６）の異なる開口１２０＿１、１２０＿２、・・・が、この楕円形導波管１１０ｄの異なる長手方向の座標ｌ１、ｌ２に設けられるが、この導波管の楕円形の断面の長軸ａ１（図２）に関して異なる角度位置に配置される。これにより、楕円形導波管１１０ｄの内部と外部との間の結合強度を効果的に制御することが可能になり、更に、楕円形導波管１１０ｄの内部を移動するＲＦ信号の長手方向の減衰を補償することが可能になる。

例えば、特定の好適な実施形態によると、図２に規定された角度位置αは、楕円形導波管１１０ｄの供給端１３０ａ（図６）からの距離ｌと共に増加する。第１の角度位置α＝０に対しては、すなわち、開口が楕円形の断面の長軸ａ１の対蹠点に配置されている場合には、その開口を通過する電磁放射に対して比較的高い結合減衰が生じる。これは、楕円形導波管１１０ｄの供給端１３０ａに比較的近い開口１２０＿１、１２０＿２（図６）に対しては、特に適している。その理由は、楕円形導波管１１０ｄの内部を移動するＲＦ信号は、開口１２０＿１、１２０＿２に到達する時点では、それらの開口が供給端１３０ａに近接しているため、比較的小さな長手方向の減衰が生じているだけであって、したがって、これらの開口の外部で要求される電磁場強度を得るのに、わずかなＲＦエネルギが放射されるにすぎないからである。

しかし、例えば楕円形導波管１１０ｄの第２の端部１３０ｂの近くに配置されているような更に離れた開口に到達する時点での前記ＲＦ信号の増加している長手方向の減衰に対応するためには、角度位置α（図２）を例えばα＝９０度まで変動させることにより、楕円形導波管１１０ｄの内部から外部への電磁波の放射に影響する結合メカニズムに対し、結合損失の減少（α＝９０度に対する最小の結合損失）を実現させることができる。

このように、長手方向の軸ｌ（図６）に沿って異なる角度位置α（図２）に楕円形導波管１１０ｄの様々な開口を配置することによって、長手方向の減衰にもかかわらず、長手方向の軸ｌに沿った楕円形導波管１１０ｄの外部における特に均一な供給を達成することができる。よって、数百メートルまたはそれよりも長い導波管を設置するような場合にも、従来技術によるシステムのように中継器を必要とすることなく、導波管の全体に沿って優れた均一に分布したＲＦ供給が提供される。図４から図６には環状に波形を有する導波管が示されているが、それとは異なり、実施形態による導波管は、らせん状の波形（図示せず）を備えることもできる。すなわち、一般的には、実施形態による導波管は、波形を有しない場合、環状の波形を有する場合、またはらせん状の波形を有する場合があり得る。これらの異なるタイプの波形を、実施形態によるシステム１００の複数の導波管の内部で組み合わせることも可能である。

図７は、長手方向の座標ｌにおける様々な開口１２０＿１、１２０＿２、・・・に対する角度位置αを例示的に示している。ここで、角度位置は、導波管の位置ｌ０とｌｘとの間で、第１の値α１から第２の値α２まで線形に変化する。他の実施形態では、長さｌにわたり、角度位置αの段階的すなわち階段状、指数的、または対数的な変化を生じる場合もある。あるいは、以上の変化を組み合わせた変化もあり、それらが導波管の異なる長手方向の部分に適用されうる。

長手方向の減衰を補償することとは別に、長さｌにおける角度位置αの変動を、実施形態に従って、効果的に用いることにより、放射されるＲＦ電磁場強度が異なる導波管１１０ｄの異なる長手方向の部分を画定することができる。例えば、異なる直径および／または異なる減衰特性を備えた後続部分を有するトンネルの内部でＲＦカバレッジを提供するためにシステム１００、１００ａを用いるときには、トンネルの直径または減衰特性がより大きな部分に対しては、第１の範囲の開口の角度位置αを検討することによって、より高い程度の放射エネルギを供給し、他方で、トンネルの直径または減衰特性がより小さな別のトンネル部分に対しては、各開口の別の範囲の角度位置αを検討することによって、より小さなトンネルの直径に適合するように、より低い程度の放射エネルギを供給することができる。もちろん、周囲の領域の体積を考慮するため、角度位置αの任意の変動を、長手方向の減衰を補償する角度位置αの基本的には単調な変動と組み合わせることが可能である。なお、ここで、長手方向の減衰は長手方向の座標ｌ、すなわち、供給端１３０ａからの特定の導波管の部分の距離に依存する。

導波管１１０の長手方向の座標ｌに沿った開口の角度位置αを変動させることとの類推として、別の実施形態によると、導波管１１０の長手方向の座標ｌに沿った開口１２０＿１、１２０＿２、・・・の少なくとも１つの物理的特性（サイズ、形状、開口の表面の法線ベクトルの向き）を変動させることも可能である。とりわけ、これらの手段により、長手方向の座標ｌに沿った長手方向の減衰を、ある程度まで補償することも可能になる。例えば、開口１２０＿１、１２０＿２、・・・のサイズが長手方向の座標ｌに沿って増大すると、長手方向の減衰が補償されうる。上述した手段を組み合わせることも可能である。

別の実施形態によると、その長手方向の座標ｌに沿って開口または角度位置が変化する単一の導波管を提供するのではなく、導波管の部分の全体においてまたは導波管の全体において例えば角度位置などが同一であるすなわち特性が一定である開口を有する、異なる導波管の部分または導波管全体を提供することも可能である。そのような構成によると、様々な導波管の部分または導波管を直列に接続するときに、長手方向の座標ｌに沿った特性の変化が効果を生じうる。

別の効果的な実施形態によると、導波管の内部の異なる開口を複数のグループとして配置することも可能である。なお、それぞれのグループは、長手方向の座標に沿って、同一のパラメータ（角度位置やサイズなど）を有する所定の数の開口で構成される。この場合、開口の異なるグループを、長手方向の座標に沿って交互に配置することができる。例えば、第１の端部から見て、導波管１１０（図１）は、第１のタイプの第１の数の開口を備え、その後では、長手方向の座標ｌに沿って、同じ導波管が、第２のタイプの第２の数の開口を備えうる、などである。また、導波管の第１の長手方向の部分に複数の開口を設け、更に、導波管のその次の長手方向の部分においては開口をゼロにすることも可能である。

図８は、ある実施形態による方法の簡略化されたブロック図を示している。第１のステップ２００では、楕円形導波管が提供される。次のステップ２１０では、複数の開口１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３（図１）が楕円形導波管に設けられることにより、電磁波が楕円形導波管の内部から外部へ放射されることが可能になる。すなわち、ステップ２１０の後では、図１または図６によって示されているタイプの放射用楕円形導波管１１０、１１０ｄが得られる。

別の実施形態によると、図８の楕円形導波管を提供するステップ２００の後か、または、楕円形導波管を提供する間すなわち楕円形導波管を製造する間かのどちらか一方の時点で、波形を、楕円形導波管に設けることができる。

例えば、レディオ・フリークエンシ・システムズによって製造されるＥ６０タイプの楕円形で波形の導波管を、実施形態による分散アンテナ・システムを製造する基礎として、ステップ２００において、用いることができる。

別の好適な実施形態によると、導波管１１０を、放射特性を著しく変更することなく、放射用開口も被覆するケーブル・ジャケット（図示せず）によって、被覆することができる。

別の実施形態によると、前記開口１２０＿１、１２０＿２、・・・の少なくとも一部は、前記導波管１１０ｄ（図６）を戸外で設置するステップの後で、作成される。ここで、前記導波管１１０ｄを戸外で設置する前記ステップは、好ましくは、その導波管１１０ｄの少なくとも一部を曲げるステップを含む。このようにして、開口１２０＿１、１２０＿２、・・・を有する放射部分の非常に正確な作成が可能である。その理由は、開口１２０＿１、１２０＿２、・・・の位置は、例えばトンネルの中など戸外における楕円形導波管１１０ｄの特定の設置条件に応じて画定されるからである。その最も単純な形式では、この実施形態による開口１２０＿１、１２０＿２、・・・の少なくとも一部は、戸外において楕円形導波管１１０ｄの設置条件を評価しそれに応じて楕円形導波管１１０ｄにおける開口の位置を画定する技術者によって、手動で作成される。この場合、この技術者は、例えば、導波管１１０ｄの位置と開口とに対して結果的に生じる電磁場の分布を測定および／または計算するために、測定および／またはシミュレーション機器を用いる。

この実施形態によるシステムの長所は、長手方向の損失が低いことであり、この長所のために、長い距離にわたり高周波数で放射用の導波管を用いることが可能になる。従来型の放射用同軸ケーブルと比較すると、約４倍の長さの受動システムを、達成することができるのである。

更に、導波管１１０ｄの周囲において開口１２０＿１、１２０＿２、・・・（例えば、スロット）を様々に位置決めすることができることにより（角度位置αを参照）、結合損失を段階的に調整することが可能になる。

この実施形態による楕円形導波管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは、可撓性を有しており、非常に長いほとんど限界のない長さまで、効果的に製造することが可能である。矩形の導波管と比較すると、著しく迅速で効率的な設置ができる。オプションではあるが、導波管の製造の最中には、導波管に第１の数の開口のみを画定することが可能である。例えば、多くの場合に要求される標準的なＲＦ信号の放射活動に応じて、開口を画定することが可能である。それ以外の開口は、戸外に設置された導波管において、すなわち保守担当の技術者が、ドリリング・マシンなどを用い個別的な設置条件を最適に考慮して手動で画定することさえ可能である。

この実施形態によると、特に容易かつ迅速な設置が可能である。その理由は、１つの部材として供給することが可能な導波管の材料１１０ｄが任意の長さであること（すなわち、戸外において、溶接など接続のための業務が不要である）、離散的なアンテナを備えた既存のシステムや従来型の放射用同軸ケーブルと比較して放射されるＲＦ信号のカバレッジが均一であること、導波管に開口を設けることが容易であること（例えば、既存の波形導波管のミリングなど）、４０ＧＨｚのレンジおよびそれより高いレンジのような高い周波数における放射用導波管の長手方向の損失が低いこと、異なる複数の導波管を戸外で接続しなければならない場合に標準的なアクセサリ（コネクタ、クランプなど）を用いる機会があること、である。以上が可能であるのは、本発明の実施形態による放射用導波管は、標準タイプの導波管から導くことが可能であり、また、特に端部１３０ａ、１３０ｂ（図６）において同一の幾何学的形状を少なくとも基本的には有しうるからである。

別の実施形態によると、システム１００（図１）の少なくとも１つの導波管１１０は、厳密に数学的な意味で正確に楕円形の断面を有していることは不要である。

図９ａから図９ｆは、本発明の実施形態による放射用の開口の構成が異なる導波管１１０ｅ、・・・、１１０ｊの概略的な平面図を示している。明瞭に示すという目的のために、様々な放射用の開口に、個別の参照番号が付されていない。その代わりに、開口は、図９ａから図９ｆにおいて、楕円形および／または円形および／または矩形の形状によって、記号的に示されている。また、電気的絶縁および保護のために導波管１１０ｅ、・・・、１１０ｊを被覆することができるケーブル・ジャケットは、示されていない。

図９ａは、その長手方向の座標ｌに沿って、２列の放射用開口を備えている放射用導波管１１０ｅを示している。そして、これらの開口は、同一の幾何学的形状を有し、長手方向の座標ｌに沿って等しい開口間の間隔を有している。それぞれの列は、上述したように、特定の角度位置αで配列されているものと解釈することができる。別の実施形態によると、１列であることも、３列以上の列であることも可能である。また、同じ列の長手方向の座標ｌに沿った以後の開口が、様々な角度位置を有することも可能であるから、例えば、らせん型に構成された開口（図示せず）を導波管１１０ｅの表面上に作成することが可能である。

図９ｂは、その長手方向の座標ｌに沿って、同一の幾何学的形状を有し、長手方向の座標ｌに沿って１列当たりの開口間の間隔が等しい２列の放射用開口を備えている放射用導波管１１０ｆを示している。図９ａによる実施形態とは対照的に、それぞれの列は、交互に２つの開口を備えており、それらの間に、開口が存在しない長手方向の部分がある。例えば、図９ｂの実施形態における第１の列では、第１の長手方向の部分ｌｓ１に２つの開口があり、他方で、その次の第２の長手方向の部分ｌｓ２では同じ第１の列が開口を有していない。このパターンが、更なる長手方向の部分ｌｓ３、ｌｓ４において反復している。図９ｂの実施形態における第２の列は、長手方向の座標ｌに沿って分布している基本的に同一のパターンの開口を備えている。しかし、このパターンは、第１の列との関係では、長手方向の部分ｌｓ１の長さに概ね対応する変位だけシフトしている。

図９ｃは、別の実施形態による導波管１１０ｇを示しているが、この場合は、一方の列だけに放射用の開口が設けられている。長手方向の部分ｌｓ５に沿って３つの続く開口が示されている。次の長手方向の部分ｌｓ６には開口が存在せず、したがって放射は生じない。次の長手方向の部分ｌｓ７には、再び３つの開口が存在している。

図９ｄは、放射用導波管１１０ｈが示されている。導波管１１０ｈは、その長手方向の座標ｌに沿って、長手方向の座標ｌに沿った１列当たりの開口間の間隔はほぼ等しいが、長手方向の座標ｌに沿った幾何学的形状、特にサイズが異なる、２列の放射用開口を備えている。長手方向の部分ｌｓ８に含まれている開口は、基本的に同一であり、比較的小さな第１の開口サイズを備えている。次の長手方向の部分ｌｓ９に含まれている開口は、やはり基本的には相互に同一であり、第１の開口サイズより大きな第２の開口サイズを備えている。長手方向の部分ｌｓ１０、ｌｓ１１は、それぞれが、更に大きな開口を備えている。導波管１１０ｈの更なる長手方向の部分ｌｓ１２は、長手方向の部分ｌｓ８の開口と同様なサイズの開口を備えている。

図９ｅは、その長手方向の座標ｌに沿って、長手方向の座標ｌに沿って１列当たりでほぼ等しい開口間の間隔を有し、列の数が増加していく放射用開口を備えた放射用導波管１１０ｉを示している。導波管１１０ｉの第１の長手方向の部分ｌｓ１３では１列だけの開口が提供されているが、他方で、導波管１１０ｉにおいてその次にある第２の長手方向の部分ｌｓ１５では、２列の開口が提供されている。導波管１１０ｉの更なる長手方向の部分ｌｓ１５では、３列の開口が提供されている。

図９ｆは、その長手方向の座標ｌに沿って、異なる幾何学的形状を有する様々な放射用の開口を備えた放射用導波管１１０ｊを示している。長手方向の部分ｌｓ１６では、開口は基本的に円形の形状を提供しているが、他方で、別の長手方向の部分ｌｓ１７、ｌｓ１８では、開口は矩形の形状を備えている。放射用の開口を画定するのに、それ以外の多角形の形状も可能である。

開口に関する上述した構成は、システム１００の単一の導波管の内部において、または、複数の異なる導波管において、相互に組み合わせることも可能である。

以上の説明および図面は、本発明の原理を、例として示しているにすぎない。当業者であれば、本明細書において明示的に説明されておらず示されてもいなくとも、本発明の原理を具体化しておりその精神および範囲に属する様々な構成を想到できることが、理解されよう。更に、本明細書に記載されているすべての例は、本発明の原理と技術の発展のために発明者たちが寄与をなした概念とを読者が理解することの助けとなるべく、主に教育的な目的だけを明確に意図したものであって、これらの特に言及された例および条件には限定されないものとして、解釈されるべきである。また、本発明の原理、態様、および実施形態に言及している本明細書におけるすべての記載は、それらに関する特定の例と同様に、それらの均等物にも及ぶことが意図されている。

Claims (13)

1. 無線周波数（ＲＦ）信号を送信および／または受信するための分散アンテナ・システム（１００）であって、基本的に楕円形の断面を有する少なくとも１つの楕円形導波管（１１０）を備えており、前記導波管（１１０）が複数の開口（１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３）を備えている、分散アンテナ・システム（１００）。
2. 前記楕円形導波管（１１０）が少なくとも１つの波形部分（１１０ａ）を備えている、請求項１に記載のシステム（１００）。
3. 前記開口（１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３）が、前記楕円形導波管（１１０）の波形部分（１１０ａ）および／または非波形部分の内部に含まれている、請求項１または２に記載のシステム（１００）。
4. 前記開口（１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３）の少なくとも１つが、実質的に楕円形の断面を有している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
5. 前記導波管（１１０）の異なる長手方向の座標（ｌ１、ｌ２）に提供されている異なる開口（１２０＿１、１２０＿２）が、前記楕円形の断面の長軸（ａ１）に関して異なる角度位置（α１、α２）に配置されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
6. 前記角度位置（α）が、前記楕円形導波管（１１０）の供給端（１３０ａ）からの距離（ｌ）と共に増加する、請求項５に記載のシステム（１００）。
7. 前記複数の開口（１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３）のうちの異なる開口が、前記導波管（１１０）の表面および／または長手方向の軸（ｃａ）に関して異なる幾何学的形状および／または向きを有している、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
8. 前記少なくとも１つの楕円形導波管（１１０）が、少なくとも４ＧＨｚの周波数を有する電磁波を送信するように構成されている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
9. 前記少なくとも１つの楕円形導波管（１１０）が、約６ＧＨｚの周波数を有する電磁波に対して１００メートル当たり約４ｄＢの長手方向の減衰を有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
10. 前記少なくとも１つの楕円形導波管（１１０）にＲＦ信号を送信するための少なくとも１つの送信機（１４０）および／または前記少なくとも１つの楕円形導波管（１１０）からＲＦ信号を受信するための少なくとも１つの受信機（１５０）を備えている、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
11. 楕円形導波管（１１０）が提供され（２００）、前記楕円形導波管（１１０）の内部に複数の開口（１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３）が作成されている（２１０）、分散アンテナ・システム（１００）を製造する方法。
12. 前記開口（１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３）が、ミリングおよび／またはドリリングおよび／またはレーザ切断によって作成される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記開口（１２０＿１、１２０＿２、１２０＿３）の少なくとも一部が、前記導波管（１１０）を戸外に設置するステップの後に作成され、前記導波管（１１０）を戸外に設置する前記ステップが前記導波管（１１０）の少なくとも１つの部分を曲げるステップを好ましくは含む、請求項１１または１２に記載の方法。

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