JP2015061215A - Wireless communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、漏洩同軸ケーブルを用いた無線通信システムに関する。 The present invention relates to a wireless communication system using a leaky coaxial cable.
漏洩同軸ケーブル(LCX)は、通常の同軸ケーブルの外部導体に複数のスロットが設けられたものである。このようなスロットを通じて、ケーブル内部の電磁波信号を外部に放射したり、ケーブル外部の電磁波信号をケーブル内部に取り込むことができる。即ち、LCXはケーブル型アンテナであり、特殊な細長い送受信アンテナと言える。 A leaky coaxial cable (LCX) is one in which a plurality of slots are provided in the outer conductor of a normal coaxial cable. Through such a slot, an electromagnetic wave signal inside the cable can be emitted to the outside, or an electromagnetic wave signal outside the cable can be taken into the cable. That is, LCX is a cable type antenna and can be said to be a special long and narrow transmitting / receiving antenna.
LCXは、金属体が多数存在する場所におけるアンテナとして有効である。金属体が多数存在する場所では、金属体による電波の影が発生して電波の不感地帯が生じやすい。このような場所では、一般のアンテナを用いると、多数のアンテナを設置しなければならない。しかし、LCXではそれぞれのスロットがアンテナとして働くので、LCXに沿って多数のアンテナが配置されることになる。したがって、1本のLCXを布設するだけで、金属体が多数存在する通信領域でも不感地帯が発生し難くなる。布設工事も、一般のアンテナを個別に取り付けて電気配線する必要がなく、LCXを延線するだけでよく非常に簡単に実施できる。 LCX is effective as an antenna in a place where many metal bodies exist. In places where there are a large number of metal bodies, radio wave shadows are generated by the metal bodies and an insensitive zone of radio waves is likely to occur. In such a place, if a general antenna is used, a large number of antennas must be installed. However, since each slot works as an antenna in LCX, a large number of antennas are arranged along LCX. Therefore, it is difficult to generate a dead zone even in a communication area where a large number of metal bodies exist only by laying one LCX. The laying work can be carried out very simply by simply extending the LCX, without the need to attach a general antenna individually for electrical wiring.
上述のように、通常、LCXは無線通信エリア内に布設される。しかし、最近、事務所、会議室、工場、及び住宅などの建設済みの建物では、利用者への負担、あるいは、工事に伴う美観劣化などの問題により、建物内部にLCXを新たに布設する工事が困難になる場合がある。このような場合、LCXを無線通信エリアの外に布設しなければならない。 As described above, the LCX is usually installed in the wireless communication area. However, recently built buildings such as offices, conference rooms, factories, and homes are newly laid out with LCX inside the building due to problems such as burden on users and deterioration of aesthetics. May be difficult. In such a case, the LCX must be installed outside the wireless communication area.
建物の屋外にLCXを、屋内にはアンテナを配置し、壁や窓を挟んで互いに信号を送受信する無線通信システムが提案されている(特許文献1及び2参照)。
There has been proposed a wireless communication system in which an LCX is disposed outside a building and an antenna is disposed indoors, and signals are transmitted and received between walls and windows (see
しかしながら、特許文献1及び2で提案された無線通信システムでは、建物の外壁が電波の遮蔽体である場合、LCXを外壁に面して設置すると、建物内部の無線通信エリアでの無線通信が不安定になる。したがって、LCXを電波が透過しやすい窓などに面して配置しなければならない。そのため、美観上や保安上の問題が生じてしまう。
However, in the wireless communication systems proposed in
上記問題点を鑑み、本発明の目的は、美観を保持することができ、安定な無線通信が可能な無線通信システムを提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a wireless communication system that can maintain an aesthetic appearance and can perform stable wireless communication.
本発明の一態様によれば、建物の屋外と屋内との間で通信を行う無線通信システムであって、屋外に配置され、信号が伝搬する線状の中心導体、中心導体を覆う絶縁体、絶縁体を覆い、中心導体の軸方向に沿って一定のピッチで複数のスロットが配列された外部導体、外部導体の外周を覆うシースを有する漏洩同軸ケーブルと、屋内に配置され、複数のスロットから放射される放射波を受信するアンテナとを備え、建物には、放射波が透過する窓部が放射波を遮断する外壁に囲まれて設けられ、λを前記信号の波長として、外壁から外壁の垂直方向に離間した中心導体の中心までの第1間隔がλ/6以上の範囲で、窓部の一端から窓部の反対側の方向に離間した中心導体の中心までの第2間隔が0.8λ以下の範囲であるアンテナが提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a wireless communication system that performs communication between outdoors and indoors in a building, the linear center conductor that is disposed outdoors and through which a signal propagates, an insulator that covers the center conductor, An outer conductor that covers an insulator and has a plurality of slots arranged at a constant pitch along the axial direction of the central conductor, a leaky coaxial cable having a sheath that covers the outer periphery of the outer conductor, and a plurality of slots arranged indoors And an antenna for receiving the radiated radiated wave, and the building is provided with a window portion through which the radiated wave is transmitted surrounded by an outer wall that blocks the radiated wave. The second distance from the one end of the window part to the center of the center conductor spaced in the opposite direction of the window part is 0. The first distance to the center of the center conductors separated in the vertical direction is λ / 6 or more. An antenna is provided that is in the range of 8λ or less.
本発明の一態様において、複数のスロットの長手方向が、軸方向に対して傾斜した角度で配列されてもよく、また、隣接するスロットの前記傾斜した角度が、互いに補角をなす角度であってもよい。あるいは、複数のスロットの長手方向が、軸方向に対して垂直な角度で配列されてもよい。 In one aspect of the present invention, the longitudinal directions of the plurality of slots may be arranged at an angle inclined with respect to the axial direction, and the inclined angles of adjacent slots are angles that complement each other. May be. Alternatively, the longitudinal direction of the plurality of slots may be arranged at an angle perpendicular to the axial direction.
本発明によれば、美観を保持することができ、安定な無線通信が可能な無線通信システムを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a wireless communication system capable of maintaining aesthetics and capable of stable wireless communication.
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 The following embodiments of the present invention exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention. The technical idea of the present invention is based on the material and shape of component parts. The structure, arrangement, etc. are not specified below. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope described in the claims.
本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、図1に示すように、建物の屋外及び屋内にそれぞれ設置されたLCX1及びアンテナ20から構成される。LCX1が送信アンテナで、アンテナ20が受信アンテナである。LCX1には、汎用同軸ケーブルなどのアプローチケーブル18を介して、外部の給電部16が接続される。アンテナ20には、汎用同軸ケーブルなどのアプローチケーブル24を介して、受信部22が接続される。
As shown in FIG. 1, the wireless communication system according to the embodiment of the present invention includes an
実施の形態の説明で対象となる建物においては、窓部12が外壁14に囲まれて設けられている。建物の外壁14は、電磁波を遮断する建材で構成される。例えば、外壁14として、金属板、金属メッシュ、鉄筋、鉄骨などの導電性の建材が用いられる。また、外壁14として、導電性のプラスチックを含む建材を使用してもよい。窓部12には、ガラスなどの電磁波が透過可能な材料が用いられる。
In the building which is the object of the description of the embodiment, the
LCX1は、窓部12の一端から窓部12の反対側の方向に離間し、且つ外壁14から外壁14の垂直方向に離間して配置される。外壁からLCX1の中心までの間隔を第1間隔s、及び窓部12の一端からLCX1の中心までの間隔を第2間隔dとする。なお、LCX1の終端部に、反射防止のためにLCX1の特性インピーダンスに等しい、例えば50Ωの終端器(図示省略)を接続してもよい。
The
LCX1は、図2に示すように、中心導体3、絶縁体5、外部導体7、及びシース9を有する。中心導体3は、高周波信号が供給される給電側から終端側に向かう軸方向(z軸方向)に延伸する。絶縁体5は、中心導体3を覆うように設けられる。外部導体7は、絶縁体5を覆うように設けられる。シース9は、外部導体7の外周を覆うように設けられる。外部導体7には、LCXのz軸方向に沿って複数のスロット10a、10bが一定のピッチPでジグザグ状に設けられる。スロット10aは、長手方向がz軸方向に対して鋭角の角度αで傾けて配置される。スロット10aに隣接するスロット10bは、長手方向がz軸方向に対して鈍角の角度βで傾けて設けられる。角度α、βは互いに補角をなす。
As shown in FIG. 2, the
例えば、LCX1には、直径2mmの銅線製の中心導体3、比誘電率εrが1.5で外径5mmの発泡ポリエチレン製の絶縁体5、厚さ0.01mmの銅箔製の外部導体7、及び外径7mmのシース9が用いられる。LCX1の特性インピーダンスは、例えば50Ωである。スロット10a、10bは、長さ12mm、幅2mm、ピッチPは80mmで、z軸方向に対する角度α及びβは、それぞれ30度及び150度である。
For example, the
実施の形態に係る無線通信システムについて、図3及び図4に示す測定系を用いて評価を行った。外壁14として、幅Wbが4mで高さHbが3mの銅製の導体板を設置し、導体板の中央部に、幅Waが2mで高さHaが1mの窓部12を設けた。長さが3mのLCX1を、窓部12の上部の窓枠に平行に配置した。LCX1が配置されて空間を「屋外」とし、受信用アンテナ20が配置された空間を「屋内」とする。また、測定系の座標として、窓部12の上部の窓枠の中心点を原点とし、外壁14に垂直な方向にx軸、窓枠に垂直で外壁14の上方向にy軸、及び窓枠に平行な方向にz軸を設定する。LCX1の中心位置のx及びy座標が、それぞれ第1及び第2間隔s、dである。屋内の座標x=0mm〜−1500mm、座標y=−1000mm〜1000mmの範囲において結合損失を測定した。
The wireless communication system according to the embodiment was evaluated using the measurement system shown in FIGS. A copper conductor plate having a width Wb of 4 m and a height Hb of 3 m was installed as the
給電部16からLCX1の給電端にアプローチケーブル18を介して、入力電力Pin、周波数が2.4GHzの信号が供給される。供給された信号は、LCX1から放射される。屋外に配置されたLCX1からの放射波は窓部12を介して、屋内に配置された半波長標準ダイポールアンテナなどのアンテナ20で受信される。アンテナ20は、汎用同軸ケーブルなどのアプローチケーブル24を介して、放射波の受信電力Poutを検出する受信部22に接続される。アンテナ20の位置(x、y)でLCX1からの放射波を受信する際に、アンテナ20をz軸方向に−1500mm〜1500mmの範囲で移動させている。そのときの受信した電力の平均値を、位置(x、y)での受信電力Poutとする。放射波の強度を表す結合損失Lcは、次式で計算される。結合損失Lcが小さいほど放射波の強度は強くなる。
Lc = −10log(Pout/Pin) (dB) ・・・(1)
第1間隔s=5mm、20mm、50mm、100mmにおいて、それぞれ、第2間隔d=0mm、50mm、100mmの位置に配置したLCX1について、結合損失Lcの測定結果を図5〜図16に示す。測定に用いた偏波は、LCX1の主放射波であるEφ偏波である。図5〜図7は第1間隔sが5mm、図8〜図10は第1間隔sが20mm、図11〜図13は第1間隔sが50mm、図14〜図16は第1間隔sが100mmである。また、図5、図8、図11及び図14は第2間隔dが0mm、図6、図9、図12及び図15は第2間隔dが50mm、図7、図10、図13及び図16は第2間隔dが100mmである。なお、図5〜図16において、実線で表した結合損失分布はz方向における変動が5dB以内と安定していたことを示し、破線で表した結合損失分布はz方向の変動が5dBを超えて不安定であったことを示している。
A signal having an input power Pin and a frequency of 2.4 GHz is supplied from the
Lc = -10 log (Pout / Pin) (dB) (1)
FIG. 5 to FIG. 16 show the measurement results of the coupling loss Lc for LCX1 arranged at the second intervals d = 0 mm, 50 mm, and 100 mm at the first intervals s = 5 mm, 20 mm, 50 mm, and 100 mm, respectively. The polarization used for the measurement is Eφ polarization, which is the main radiation wave of LCX1. 5 to 7, the first interval s is 5 mm, FIGS. 8 to 10 are the first interval s 20 mm, FIGS. 11 to 13 are the first interval s 50 mm, and FIGS. 14 to 16 are the first interval s. 100 mm. 5, 8, 11, and 14, the second interval d is 0 mm, and FIGS. 6, 9, 12, and 15 are the second interval d is 50 mm, and FIGS. 7, 10, 13, and 15. 16, the second distance d is 100 mm. 5 to 16, the coupling loss distribution represented by a solid line indicates that the fluctuation in the z direction was stable within 5 dB, and the coupling loss distribution represented by a broken line has a fluctuation in the z direction exceeding 5 dB. It shows that it was unstable.
図5〜図16に示すように、LCX1が外壁14に近接して配置された場合や、窓部12の窓枠から上方に離間して配置された場合では、屋内側への放射波は弱くなり、変動も激しくなる。
As shown in FIGS. 5 to 16, when the
図17は、図5〜図16に示した測定結果に基づき、LCX1の位置に対する通信状態についてまとめた表である。図17の表に示す記号は通信状態を表し、◎は放射波強度が強くて安定している、○は安定している、△は屋内の奥側では安定しているが窓枠付近から内壁に沿った空間で不安定である、×は放射波強度が弱く非常に不安定であることを示している。図17の表に示すように、LCX1を屋外において第1間隔sが20mm以上で、第2間隔dが100mm以下の範囲の位置に配置することで、屋内で快適な通信を行うことができる。
FIG. 17 is a table summarizing the communication state with respect to the position of the
次に、周波数が5GHz帯域用のLCX1を用いて、信号の周波数を5.2GHzとして、図3及び図4に示した測定系を用いて同様の測定を行った。図18は、LCX1の位置に対する通信状態についてまとめた表である。図18の表に示す記号は、図17と同様である。図18の表に示すように、周波数が5.2GHzにおいては、LCX1を屋外において第1間隔sが10mm以上で、第2間隔dが50mm以下の範囲の位置に配置することで、屋内で快適な通信を行うことができる。 Next, the same measurement was performed using the measurement system shown in FIGS. 3 and 4 with the frequency of the signal being 5.2 GHz using LCX1 for the frequency of 5 GHz band. FIG. 18 is a table summarizing the communication state with respect to the position of LCX1. The symbols shown in the table of FIG. 18 are the same as those of FIG. As shown in the table of FIG. 18, when the frequency is 5.2 GHz, the LCX1 is placed indoors at a position where the first interval s is 10 mm or more and the second interval d is 50 mm or less outdoors. Communication can be performed.
ここで、周波数2.4GHz及び5.2GHzの電磁波の波長は、それぞれ約125mm及び約58mmである。したがって、LCX1に供給する信号の波長をλとすると、図17及び図18の表に示した安定な通信状態の範囲は、第1間隔sがλ/6以上で、第2間隔dが0.8λ以下の範囲となる。 Here, the wavelengths of electromagnetic waves having frequencies of 2.4 GHz and 5.2 GHz are about 125 mm and about 58 mm, respectively. Therefore, if the wavelength of the signal supplied to LCX1 is λ, the range of stable communication states shown in the tables of FIGS. 17 and 18 is such that the first interval s is λ / 6 or more and the second interval d is 0. The range is 8λ or less.
電磁波には回折効果があり、金属などの導体板に電磁波が当たると、導体板のエッジでは板の内側に曲がって進行する性質がある。したがって、上述のように、LCX1の布設位置、即ち第1及び第2間隔s、dを最適に選択すれば、回折効果によって屋外のLCX1からの放射波を屋内に侵入させることができる。その結果、屋内でのLCX1の布設工事の必要はなくなり、工事中に利用者が移動するなどの負担はなくなり、屋内の美観も現状維持ができる。また、屋内からはLCX1が見えないので更に美観上も好ましい。
Electromagnetic waves have a diffractive effect, and when electromagnetic waves hit a conductive plate such as a metal, the edges of the conductive plate are bent to the inside of the plate. Therefore, as described above, if the laying position of the
このように、実施の形態では、屋外においてLCX1を窓部12の窓枠の上方で外壁14から離間して布設する。そのため、建物の美観を保持することができ、安定な通信状態で快適な無線通信を実現することができる。
Thus, in the embodiment, the
なお、実施の形態に係る無線通信システムに用いるLCX1には、図1に示したように、z軸方向に沿ってジグザグ上に設けられたスロット10a、10bが設けられている。しかし、ジグザグ上のスロットに限定されず、例えば、図19に示すように、LCX1に、z軸方向に対する角度γが90度で配列した複数のスロット10を設けてもよい。あるいは、図20に示すように、z軸方向に対して同じ角度γで傾斜して配列された複数のスロット10を設けてもよい。
The
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described as described above, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
1…漏洩同軸ケーブル(LCX)
3…中心導体
5…絶縁体
7…外部導体
9…シース
10、10a、10b…スロット
12…窓部
14…外壁
16…給電部
20…アンテナ
22…受信部
1 ... Leaky coaxial cable (LCX)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記屋外に配置され、信号が伝搬する線状の中心導体、前記中心導体を覆う絶縁体、前記絶縁体を覆い、前記中心導体の軸方向に沿って一定のピッチで複数のスロットが配列された外部導体、前記外部導体の外周を覆うシースを有する漏洩同軸ケーブルと、
前記屋内に配置され、前記複数のスロットから放射される放射波を受信するアンテナとを備え、
前記建物には、前記放射波が透過する窓部が前記放射波を遮断する外壁に囲まれて設けられ、
λを前記信号の波長として、前記外壁から前記外壁の垂直方向に離間した前記中心導体の中心までの第1間隔がλ/6以上の範囲で、前記窓部の一端から前記窓部の反対側の方向に離間した前記中心導体の中心までの第2間隔が0.8λ以下の範囲であることを特徴とする無線通信システム。 A wireless communication system that communicates between an outdoor and indoor building,
A linear center conductor that is disposed outdoors and propagates a signal, an insulator that covers the center conductor, covers the insulator, and a plurality of slots are arranged at a constant pitch along the axial direction of the center conductor An outer conductor, a leaky coaxial cable having a sheath covering the outer periphery of the outer conductor;
An antenna that is disposed indoors and receives radiated waves radiated from the plurality of slots;
In the building, a window portion through which the radiated wave passes is provided surrounded by an outer wall that blocks the radiated wave,
The first interval from the outer wall to the center of the central conductor spaced in the vertical direction of the outer wall is λ / 6 or more, where λ is the wavelength of the signal, and one end of the window portion is opposite to the window portion A wireless communication system, wherein a second interval to the center of the central conductor separated in the direction of is in a range of 0.8λ or less.
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