JP2016213545A - マンホール蓋用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナの形状をできるだけ小さくし、しかもマンホール蓋に設置しても送受信感度に優れ、広帯域および高利得のマンホール蓋用アンテナを提供する。
【解決手段】基板１２の一方側基板面１２Ａに、ギャップ１３によって分断した第一結合パターン部１４と、分断された第一結合パターン部１４の両側にそれぞれ接続した一対のアンテナ素子とを形成し、基板１２の他方側基板面１２Ｂに、他のギャップ１７によって分断した第二結合パターン部１８を形成した基板型ダイポールアンテナを使用し、両アンテナ素子は、第一結合パターン部１４のギャップ１３をそれぞれ包囲する螺旋状に形成した多重のスパイラルアンテナ素子１５，１６とし、基板１２の他方側基板面１２Ｂに、一方のスパイラルアンテナ素子１５と対向する位置にベタパターン部２０を形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、マンホール内を遠隔監視するマンホール内遠隔監視装置に使用するのに好適なマンホール蓋用アンテナに関する。

マンホール内の状況を監視する検出用センサと通信端末機とをマンホール内に配置し、マンホール蓋用アンテナを通して検出データを送信するマンホール内遠隔監視装置が知られている。この種のマンホール内遠隔監視装置において、従来のダイポールアンテナやモノポールアンテナがマンホール蓋用アンテナとして使用され、マンホール内で検出した各種検出信号をマンホール蓋用アンテナから通信網に接続した外部通信用アンテナを通して遠隔監視装置へと送信するようにしていた（特許文献１〜６参照）。

特開平９−２８９６７６号公報 特開平１１−６６４８４号公報 特開２００３−７４０８１号公報 特開２００３−１４２９０９号公報 特開２００３−３４２９６６号公報 特開２００５−２４９４５３号公報

しかしながら、従来のマンホール内遠隔監視装置では、ダイポールアンテナやモノポールアンテナなどのマンホール蓋用アンテナが使用されているが、この種のアンテナは比較的小型のものでも２０ｍｍ×８０ｍｍの角形に形成されている。このようなアンテナをマンホール蓋に取り付ける場合、マンホール蓋上を通過する重量物などに耐える強度を有していなければならず、マンホール蓋にアンテナ取り付け用孔を形成するときには孔をできるだけ小さくする必要がある。このために実際に、マンホール蓋にアンテナを取り付ける場合、角形に構成したアンテナの短辺側を外部上方に向けて配置するのが一般的である。しかし、このような場合、短辺部の利得は放射特性図の９０度又は２７０度となり、短辺側の感度が一番弱い場所となってしまい通信が困難になり、現実的なマンホール蓋用アンテナを得ることが出来なかった。

そこで本発明の目的は、アンテナの形状をできるだけ小さくし、しかもマンホール蓋に設置しても受信感度に優れ、広帯域および高利得のマンホール蓋用アンテナを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、基板の一方側基板面に、ギャップによって分断した第一結合パターン部と、分断された前記第一結合パターン部の両側にそれぞれ接続した一対のアンテナ素子とを形成し、前記基板の他方側基板面に、他のギャップによって分断した第二結合パターン部を形成した基板型ダイポールアンテナを使用し、前記両アンテナ素子は、前記第一結合パターン部のギャップをそれぞれ包囲する螺旋状に形成した多重のスパイラルアンテナ素子とし、前記基板の前記他方側基板面に、一方の前記スパイラルアンテナ素子と対向する位置にベタパターン部を形成したことを特徴とする。

このようなマンホール蓋用アンテナによれば、従来のダイポールアンテナよりも小型に構成することができ、マンホール蓋の強度を低下させることなくマンホール蓋に取り付けることができるようになり、高感度、広帯域および高利得となり実質的に運用可能なマンホール内遠隔監視装置を構成することができる。

また本発明は、上述の構成に加えて、基板として円形の基板を使用し、マンホール蓋の上面側で前記スパイラルアンテナ素子の上方部を開放するように形成した収納部に、前記スパイラルアンテナ素子側が上側となるように前記基板をほぼ水平に配置したことを特徴とする。

このようなマンホール蓋用アンテナによれば、マンホール蓋に組み込んだ場合、マンホールの鉄部分の影響を受けることなく、円形基板の仮想配置水平面上で回転させて既存の通信網における外部通信用アンテナと感度良く対向するように容易に調整することができる。

本発明のマンホール型遠隔監視装置によれば、従来のダイポールアンテナよりも小型に構成することができ、マンホール蓋の強度を低下させることなくマンホール蓋に取り付けることができるようになり、高感度、広帯域および高利得となり実質的に運用可能なマンホール内遠隔監視装置を構成することができる。

本発明の一実施の形態によるマンホール蓋用アンテナを用いたマンホール内遠隔監視装置の概略構成図である。 図１に示したマンホール蓋用アンテナの一方側基板面を示す平面図である。 図２に示したマンホール蓋用アンテナの他方側基板面を示す平面図である。 図１に示したマンホール蓋用アンテナと外部通信用アンテナとの対応関係を示す概略配置構成図である。 図１に示したマンホール蓋用アンテナと外部通信用アンテナとの他の対応関係を示す概略配置構成図である。 図４および図５に示したマンホール蓋用アンテナをそれぞれ３６０度回転させたときの放射特性図である。 図２および図３に示したマンホール蓋用アンテナを２ＧＨｚ帯域にマッチングしたときの周波数特性図である。 図２および図３に示したマンホール蓋用アンテナを２ＧＨｚ帯域にマッチングしたときの利得特性図である。 図４および図５に示したマンホール蓋用アンテナをマンホール蓋に組み込んだ状態を示す裏面図である。 図９に示したマンホール蓋の断面図である。 図９に示したマンホール蓋の分解図である。 本発明の他の実施の形態によるマンホール蓋用アンテナの主要な構成要素である基板の一方側面を示す平面図である。 図１２に示した基板の他方側面を示す平面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施例によるマンホール蓋用アンテナを用いたマンホール内遠隔監視装置の概略構成図である。

マンホール１の下部にはガス管などの配管２が付設され、配管２の途中には混入した水などが溜まるようにした溜部２Ａが形成されている。マンホール蓋３には詳細を後述する基板型ダイポールアンテナであるマンホール蓋用アンテナ４が固定されている。マンホール蓋用アンテナ４には接続用ケーブル５の一端部が接続され、接続用ケーブル５の他端部には通信端末機６、例えば携帯電話用通信端末機が接続されている。通信端末機６にはバッテリ７とセンサ８が接続されている。センサ８は、配管２の溜部２Ａ内に溜まった水量を検出する光学式水位センサであるが、配管２としてガス管以外の配水管であれば水面の異常上昇を検出したりする光学式水位センサであり、その他の用途の配管では内部異常を検出する他のセンサであっても良い。

このような構成のマンホール内遠隔監視装置は、センサ８によって配管２内の異常監視を行っており、センサ８が異常を検出すると、通信端末機６からマンホール蓋用アンテナ４を通して外部へ発報し、既存の通信網９における外部通信用アンテナ１０を通して監視センタ端末装置１１で異常信号を受信するように構成されている。また監視センタ端末装置１１から既存通信網９の外部通信用アンテナ１０、マンホール蓋用アンテナ４を通して通信端末機６へ要求信号を送信し、センサ８による検出信号を監視センタ端末装置１１で受信することもできる。

図２および図３は、上述したマンホール蓋用アンテナ４の主要な構成要素である基板の一方側面および他方側面をそれぞれ示す平面図である。

誘電体からなるほぼ円形状の基板１２の一方側基板面１２Ａには、図２に示すようにギャップ１３によって一箇所を分断したループ状の第一結合パターン部１４がほぼ同心的に三重に形成されている。第一結合パターン部１４のギャップ１３を挟んだ右側に位置した端部には、三重のスパイラルアンテナ素子１５がそれぞれ接続されて形成され、また第一結合パターン部１４のギャップ１３を挟んだ左側に位置した端部には、三重のスパイラルアンテナ素子１６がそれぞれ接続されて形成されている。

スパイラルアンテナ素子１５は、第一結合パターン部１４に結合された後、ギャップ１３から遠ざかる右方向に延び、ギャップ１３の上側を所定距離を隔てながら包囲するように反時計回りのほぼスパイラル状に形成されている。またスパイラルアンテナ素子１６は、第一結合パターン部１４に結合された後、ギャップ１３から遠ざかる左方向に延び、ギャップ１３および第一結合パターン部１４を所定距離を隔てながら包囲して同じく反時計回りのほぼスパイラル状に形成されている。

基板１２がほぼ円形であるのに対して、ここでのスパイラルアンテナ素子１５は全体的にはほぼ四角形であり、その仮想四角形の角部ではアルキメデス螺旋部とされ、その他の部分ではほぼ直線的な形状に成されている。このスパイラルアンテナ素子１５の外周部端１５Ａは、仮想四角形のほぼ左上隅に位置するまで延ばされている。

またスパイラルアンテナ素子１６も全体的にはほぼ同じ四角形であり、その仮想四角形の角部ではアルキメデス螺旋部とされ、その他の部分ではほぼ直線的な形状に成されている。このスパイラルアンテナ素子１６の外周部端１６Ａは、仮想四角形のほぼ右下隅に位置するまで延ばされている。

こうしてスパイラルアンテナ素子１５とスパイラルアンテナ素子１６とは、ほぼ同形状とされており、全体としてギャップ１３をほぼ中心にしてギャップ１３を包囲する同方向のスパイラル状である。この形状は、基板１２の形状に良く合致している。

しかしながら、他の実施例では、第一結合パターン部１４および両スパイラルアンテナ素子１５，１６は、それぞれ三重に配置した構成に限らず二重など他の構成とすることもできる。また、スパイラルアンテナ素子１５，１６の形状も上述したものに限定するものではない。

一方側基板面１２Ａの裏面側である他方側基板面１２Ｂには、図３に示すようにギャップ１７によって一箇所を分断したループ状の第二結合パターン部１８が形成されている。この第二結合パターン部１８は、図２に示した第一結合パターン部１４と表裏でほぼ重なり合う位置に配置され、かつ三重の第一結合パターン部１４の全体と同程度または多少幅広に形成されている。ただしギャップ１７の位置は、ギャップ１３とはループの周方向にほぼ１８０度ずれている。

またギャップ１７によって分断された第二結合パターン部１８の端部には、給電点１９Ａ，１９Ｂがそれぞれ形成されている。この給電点１９Ａ，１９Ｂには、図１に示した通信端末機６と接続するためのＳＭＡコネクタ付き同軸ケーブルなどの接続用ケーブル５の一端部がそれぞれ接続されている。基盤面１２Bの第二結合パターン部１８に形成されたギャップ１７と上側には、第二結合パターン部１８からは分断され、かつ、スパイラルアンテナ素子１５の裏面側に対応してベタパターン部部２０が形成されている。

詳細については後述するが、特に、このようなアンテナ構成としてマンホール蓋３に取り付けると、高感度、広帯域および高利得のマンホール蓋用アンテナ４とすることができ、実質的に運用可能なマンホール内遠隔監視装置を得ることができる。

このようにマンホール蓋用アンテナ４は、誘電体からなる一枚の薄型円板状の基板１２を使用し、その一方側基板面１２Ａに第一結合パターン部１４を形成し、その他方側基板面１２Ｂに第二結合パターン部１８を形成した簡単な構成である。両基板面１２Ａ，１２Ｂの各結合部パターン部１４，１８は、円板状基板１２の静電容量を介して静電容量結合されると共に、磁気誘導結合されている。

従って、アンテナ素子の合成が比較的容易な基板型ダイポールアンテナとしてマンホール蓋用アンテナ４を得ることができ、第二結合パターン部１８の端部に形成した給電点１９Ａ，１９Ｂから、所定の周波数帯域、例えば、８００ＭＨｚ帯域または２ＧＨｚ帯域にマッチングした望ましい感度の送受信が可能となり、携帯端末装置で使用されている既存の通信網９、外部通信用アンテナ１０および通信端末機６などをそのまま利用してマンホール内遠隔監視装置を構成することができる。

また、このようなマンホール蓋用アンテナ４は、上述した周波数帯域で使用する場合、水平に配置した円形状の基板１２を使用して、全体としても３０ｍｍ程度の円板状に構成することができる。２ＧＨｚ帯域では、全体としても２７ｍｍ程度の円板状に構成することができる。

図４および図５は、２ＧＨｚ帯域、具体的には１９４２．８ＭＨｚの共振周波数特性としたマンホール蓋用アンテナ４と、既存の通信網９における外部通信用アンテナ１０との対応関係を示す概略配置構成図である。

マンホール蓋用アンテナ４をほぼ水平に配置してマンホール蓋３の地表側表面に組み込んでおり、既存の通信網９における外部通信用アンテナ１０あるいはそれに見立てて仮設したアンテナが図４では大地に対してほぼ水平に配置され、図５では外部通信用アンテナ１０あるいはそれに見立てて仮設したアンテナが大地に対してほぼ垂直に配置された場合を示している。また図４におけるマンホール蓋用アンテナ４と水平配置された外部通信用アンテナ１０との仰角を１０〜２０度とした場合、図５におけるマンホール蓋用アンテナ４と垂直配置された外部通信用アンテナ１０との仰角を１０〜２０度とした場合を示している。

これらの状態で、回転軸２１を中心にしてマンホール蓋用アンテナ４のみをそれぞれ３６０度回転させたときの放射特性を図６に示している。

図６に示した放射特性図のうちｈ−ｒ特性線２２は図４に対応しており、ｖ−ｒ特性線２３は図５に対応している。どちらの特性線２２，２３も、極端な歪みが改善されて放射特性に優れていることを示している。

しかし、ｖ−ｒの特性線における最大値と最小値を比較すると、最大利得値は−０．７１ｄＢｉであり、最小利得値は−１９．９９ｄＢｉであり、外部通信用アンテナ１０の設置方向により最大約１９ｄＢｉの差が生じている。従って、マンホール蓋用アンテナ４をマンホール蓋３に組み込む場合、詳細を後述するように取り付けることによって、マンホール蓋用アンテナ４のみを同一水平面上で回転して、外部通信用アンテナ１０に対してマンホール蓋用アンテナ４の感度が一番良い方向となるように向きを調整するのが望ましい。一方、マンホールに対してマンホール蓋３をある程度自由に変えられる場合、水平配置のマンホール蓋用アンテナ４を組み込んだマンホール蓋３を同一水平面上で回転して、外部通信用アンテナ１０に対してマンホール蓋用アンテナ４の感度が一番良い方向となるように向きを調整するのが望ましい。

図７は、２ＧＨｚ帯域でのマッチング状況を示す周波数特性図である。

同図では縦軸にＶＳＷＲ値を、横軸に周波数を示している。周波数特性曲線２４は、改善前の従来のアンテナを使用した場合を示し、周波数特性曲線２５は、図２および図３で説明したマンホール蓋用アンテナ４を使用した場合を示している。共振周波数２ＧＨｚ帯域、詳細には１９００〜２２００ＭＨｚでのＶＳＷＲ値は、望ましい値である２．５０以下に保持することができ、しかも、２．００以下で安定させることができる。

同図から分かるように、マンホール蓋用アンテナ４によって広帯域化が可能になり、従来に比べて２ＧＨｚ帯域でのマッチングが容易になっている。
図２および図３に示したように、アンテナ素子１５，１６をスパイラル形状にすると帯域が狭くなり、携帯電話で必要とする上述の周波数帯域を確保することができない。しかし、スパイラルアンテナ素子１５，１６を形成した一方側基板面１２Ａとは異なる他方側基板面１２Ｂに一方のスパイラルアンテナ素子１５に対応させてベタパターン部２０を配置すると、スパイラルアンテナ素子１５，１６は周波数特性において非対称になる。このベタパターン部２０による非対称化により、携帯電話通信で必要とする１９００〜２２００ＭＨｚでＶＳＷＲ値を２．００以下とした広帯域化が実現できた。

これによって、図１に示した通信端末機６からマンホール蓋用アンテナ４および外部通信用アンテナ１０を通して監視センタ端末装置１１へ通報する場合に使用する周波数と、監視センタ端末装置１１から外部通信用アンテナ１０およびマンホール蓋用アンテナ４を通して通信端末機６へ要求信号を送る場合に使用する周波数とを分けて使用することも容易になる。

図８は、２ＧＨｚ帯域にマッチングしたときの利得特性図である。
同図では縦軸に利得を、横軸に周波数を示している。利得特性曲線２６は、図４に示したｈ−ｒ方向、利得特性曲線２７は、図５に示したｖ−ｒ方向の場合を示しており、利得特性曲線２８は平均値を示している。共振周波数２ＧＨｚ帯域、詳細には１９００〜２２００ＭＨｚでの利得は、いずれも安定して高利得とすることができる。

図９、図１０および図１１は、マンホール蓋用アンテナ４をマンホール蓋３に組み込んだ状態を示す裏面図、断面図および分解図である。

マンホール蓋３の中央部には、厚み方向に貫通した３０ｍｍ程度の貫通孔２９が形成され、この貫通孔２９の外周部にはマンホール蓋３を貫通しない複数の取り付け用ねじ孔３０Ａ，３０Ｂが形成されている。

貫通孔２９内には、裏面側からポリカ樹脂などからなる３０ｍｍ程度の径で円板状に構成した保護樹脂板３１と、上述したマンホール蓋用アンテナ４と、クッション材としてのスペーサ板３２が嵌め込まれている。これらの積層体は分離されていても、一体的に接着されていても良い。スペーサ板３２はマンホール蓋３の貫通孔２９内に挿入された径小部３２Ａと、マンホール蓋３の裏面側に位置して貫通孔２９および径小部３２Ａよりも径の大きな径大部３２Ｂを有している。従って、マンホール蓋３の裏面側からスペーサ板３２の径小部３２Ａを挿入すると、径大部３２Ｂによって挿入長さが規制される。

この状態におけるスペーサ板３２の径大部３２Ｂ側に固定板３３を配置し、固定板３３に予め形成された貫通孔３３Ａ，３３Ｂが取り付け用ねじ孔３０Ａ，３０Ｂに合致するように位置決めする。その後、固定板３３の裏面側から貫通孔３３Ａ，３３Ｂ内にねじ３４Ａ，３４Ｂを挿入し、ねじ３４Ａ，３４Ｂを取り付け用ねじ孔３０Ａ，３０Ｂに螺合させている。

上述したようにマンホール蓋用アンテナ４には、図３の給電点に接続用ケーブル５の一端部が接続されており、この接続用ケーブル５は組み立てに支障がでないように導かれている。例えば、スペーサ板３２に形成した貫通孔や側部に形成したスリット内に接続用ケーブル５が位置されている。この接続用ケーブル５の他端部には図１に示した通信端末機６が接続されている。
上述したようにマンホール蓋用アンテナ４は、従来のダイポールアンテナよりも小型に構成されている。これに対して従来のダイポールアンテナを取り付けようとすると、貫通孔２９は大きくしなければならず、このような貫通孔を形成するとマンホール蓋３の強度を低下させてしまう。そのため、従来では、マンホール蓋３にダイポールアンテナを実際に取り付ける場合は、角形に構成したダイポールアンテナの短辺側をマンホール蓋から地表側に露出するように配置せざるを得なかった。このような取り付け方によれば、上述したように短辺部の利得は対応する放射特性図の９０度又は２７０度となり、短辺側の感度が一番弱い場所となってしまい通信が困難になり、現実的なマンホール内遠隔監視装置を構成することができなかった。

しかも、従来のダイポールアンテナでは、鉛直方向に長辺が位置するためにマンホール蓋３の裏面側に大きく突出した構成となってしまい、マンホール蓋単体のように取り扱うのが難しくなってしまう。

しかしながら、上述したようにマンホール蓋用アンテナ４は径が３０ｍｍ程度の小型に構成することができるので、マンホール蓋３に３０ｍｍ程度の貫通孔２９を形成するだけで、マンホール蓋用アンテナ４をマンホール蓋３の地表側にほぼ水平に配置することができる。またマンホール蓋用アンテナ４は、薄型基板１２の一方側基板面１２Ａと他方側基板面１２Ｂにスパイラルアンテナ素子１５，１６や第一結合パターン部１４や第二結合部パターン８をそれぞれ形成することができるので薄型にすることができる。

このような小型で薄型のマンホール蓋用アンテナ４は、マンホール蓋３の強度を低下させることもない。仮に、マンホール蓋３の地表側にマンホール蓋用アンテナ４をほぼ水平に配置したとき、その上を人や車が通過したとしても、マンホール蓋用アンテナ４が極めて小型であるため貫通孔２９の周辺のマンホール構成部材でそれらの荷重を受けることになり、マンホール蓋用アンテナ４が破損することもない。しかも、マンホール蓋用アンテナ４は薄型であり、マンホール蓋３の裏面側に殆ど突出することのない構成となり、まるでマンホール蓋３単体のように取り扱うことができる。

また、ほぼ水平に配置したマンホール蓋用アンテナ４を貫通孔２９内に配置しているため、マンホール蓋用アンテナ４のスパイラルアンテナ素子１５，１６の上方部、つまり図１、図４および図５に示した外部通信用アンテナ１０側が開放されており、マンホール蓋３の金属部とスパイラルアンテナ素子１５，１６との対向する面積が小さくなり、また金属の影響が小さくなり、良好な通信感度を得ることができる。

さらに、マンホール蓋用アンテナ４を円形状に構成しているので、図４および図５で説明したように既存の通信網９における外部通信用アンテナ１０の位置を考慮しながら、単にマンホール蓋用アンテナ４をマンホール蓋３の貫通孔２９内に取り付けるときに同一水平面上で回転しても、マンホール蓋用アンテナ４のスパイラルアンテナ素子１５，１６の上方部を開放状態に保持させることができる。このため、マンホール蓋用アンテナ４を感度の一番良い向きに容易に設置することができる。

また、マンホール蓋用アンテナ４の地表面側にポリカ樹脂などの保護樹脂板３１を配置しているため、自動車などで保護樹脂板３１が摩耗しても容易に交換することができる。保護樹脂板３１の摩耗を容易に目視することができるように、マンホール蓋用アンテナ４の表面側色と異なる色の保護樹脂板３１とすると良い。いずれの場合も、この保護樹脂板３１は、金属製ではなく樹脂製であるため、上述したマンホール蓋用アンテナ４の効果を損なうことがない。

本実施例では、マンホール蓋３に円柱状の貫通孔２９を形成し、この貫通孔２９内に円形のマンホール蓋用アンテナ４を配置したため、貫通孔２９の内径および円形のマンホール蓋用アンテナ４の外径を小さくして、上述の効果を達成することができるが、本発明はこの構成に限定するものではない。例えば、スパイラルアンテナ素子１５，１６の上方部を開放するように種々の形状の収納部を形成し、この収納部にスパイラルアンテナ素子１５，１６側が上側となるようにマンホール蓋用アンテナ４をほぼ水平に配置し、かつ、マンホール蓋３に対してマンホール蓋用アンテナ４を仮想配置水平面上で回転できるようにマンホール蓋３に配置することができる。また、上述したようにマンホールに対してほぼ水平に配置されるマンホール蓋３をその仮想配置水平面上である程度自由に回転して取り付けられる場合、マンホール蓋用アンテナ４の上方部を開放状態にしてマンホール蓋３に組み込み、マンホール蓋３を仮想配置水平面上で回転して、外部通信用アンテナ１０に対するマンホール蓋用アンテナ４の感度が一番良い方向となるように向きを調整することも可能である。

図１２および図１３は、本発明の他の実施の形態によるマンホール蓋用アンテナ４の主要な構成要素である基板の一方側面および他方側面をそれぞれ示す平面図である。

このマンホール蓋用アンテナ４は、８００ＭＨｚの周波数帯域用として構成したものである。２ＧＨｚ帯域の場合と同様に、誘電体からなるほぼ円形状の基板１２の一方側基板面１２Ａには、図１２に示すようにギャップ１３によって一箇所を分断したループ状の第一結合パターン部１４がほぼ同心的に三重に形成されている。第一結合パターン部１４のギャップ１３を挟んだ右側に位置した端部には、三重のスパイラルアンテナ素子３５がそれぞれ接続されて形成され、また第一結合パターン部１４のギャップ１３を挟んだ左側に位置した端部には、三重のスパイラルアンテナ素子３６がそれぞれ接続されて形成されている。

スパイラルアンテナ素子３５は、第一結合パターン部１４に結合された後、ギャップ１３から遠ざかる右方向に延び、ギャップ１３の上側を所定距離を隔てながら反時計回りに約一周したほぼスパイラル状に形成されている。またスパイラルアンテナ素子３６は、第一結合パターン部１４に結合された後、ギャップ１３から遠ざかる左方向に延び、ギャップ１３および第一結合パターン部１４を所定距離を隔てながら反時計回りに約一周包囲したほぼスパイラル状に形成されている。

基板１２がほぼ円形であるのに対して、ここでもスパイラルアンテナ素子３５，３６は全体的にはほぼ四角形に形成され、その仮想四角形の角部ではアルキメデス螺旋部とされ、その他の部分ではほぼ直線的な形状に成されている。

スパイラルアンテナ素子３５の外周部端３５Ａは、仮想四角形のほぼ右下隅から右上隅にかけての領域まで延ばされている。スパイラルアンテナ素子３６の外周部端３６Ａは、仮想四角形の左上隅から左下隅にかけての領域まで延ばされている。

こうしてスパイラルアンテナ素子３５とスパイラルアンテナ素子３６とは、ほぼ同形状とされており、全体としてギャップ１３をほぼ中心にしてギャップ１３を包囲する同方向のスパイラル状である。この形状は、基板１２の形状に良く合致している。

一方側基板面１２Ａの裏面側である他方側基板面１２Ｂには、図１３に示すようにギャップ１７によって一箇所を分断したループ状の第二結合パターン部１８が形成されている。この第二結合パターン部１８は、図１２に示した第一結合パターン部１４と表裏でほぼ重なり合う位置に配置され、かつ三重の第一結合パターン部１４の全体と同程度または多少幅広に形成されている。ただしギャップ１７の位置は、ギャップ１３とはループの周方向にほぼ１８０度ずれている。

またギャップ１７によって分断された第二結合パターン部１８の端部には、給電点１９Ａ，１９Ｂがそれぞれ形成されている。この給電点１９Ａ，１９Ｂには、図１に示した通信端末機６と接続するためのＳＭＡコネクタ付き同軸ケーブルなどの接続用ケーブル５の一端部がそれぞれ接続されている。基盤面１２B上の第二結合パターン部１８に形成されたギャップ１７と上側には、第二結合パターン部１８からは分断され、かつ、スパイラルアンテナ素子３５の裏面側に対応してベタパターン部部３７が形成されている。

このような構成でも、先の実施例の場合と同様に高感度、広帯域および高利得のマンホール蓋用アンテナ４とすることができ、その外径も３０ｍｍとすることができる。

尚、上述した実施例でマンホール蓋用アンテナ４は、一枚の基板１２を使用し、その一方側基板面１２Ａに第一結合パターン部１４とスパイラルアンテナ素子１５または３５とスパイラルアンテナ素子１６または３６とを形成し、他方側基板面１２Ｂには第二結合パターン部１８とベタパターン部部２０または３７を形成したが、これに限定するものではない。例えば、基板１２とは別の第二の基板を準備し、この第二の基板の一方側基板面に図２または図１２とほぼ同様の形状とした第一結合パターン部１４とスパイラルアンテナ素子１５または３５とスパイラルアンテナ素子１６または３６とを形成し、第二の基板の他方側基板面を基板１２の他方側基板面１２Ｂに接着しても良い。

このような構成によれば、基板１２の一方側基板面１２Ａに形成したスパイラルアンテナ構成を使用して、外部通信用アンテナ１０からの通信信号を受信し、第二の基板の一方側基板面に形成したスパイラルアンテナ構成を使用して、通信端末機６から外部通信用アンテナ１０へ信号を送信するようにと使い分けることもできる。また基板１２の一方側基板面１２Ａに図２に示した第一結合パターン部１４とスパイラルアンテナ素子１５，１６とを形成し、第二の基板の一方側基板面に図１２に示した第一結合パターン部１４とスパイラルアンテナ素子３５，３６とを形成し、見かけ上は一枚の基板型アンテナで、８００ＭＨｚと２ＧＨｚに対応できるように広帯域化を図ることもできる。

以上説明したように本発明のマンホール蓋用アンテナ４は、基板１２の一方側基板面１２Ａに、ギャップ１３によって分断した第一結合パターン部１４と、分断された第一結合パターン部１４の両側にそれぞれ接続した一対のアンテナ素子とを形成し、基板１２の他方側基板面１２Ｂに、他のギャップ１７によって分断した第二結合パターン部１８を形成した基板型ダイポールアンテナを使用し、両アンテナ素子は、第一結合パターン部１４のギャップ１３をそれぞれ包囲する螺旋状に形成した多重のスパイラルアンテナ素子１５，１６とし、基板１２の他方側基板面１２Ｂに、一方のスパイラルアンテナ素子１５と対向する位置にベタパターン部２０を形成したことを特徴とする。

このようなマンホール蓋用アンテナ４によれば、従来のダイポールアンテナよりも小型に構成することができ、マンホール蓋３の強度を低下させることなくマンホール蓋３に取り付けることができるようになり、高感度、広帯域および高利得となり実質的に運用可能なマンホール内遠隔監視装置を構成することができる。

本発明は上述の構成に加えて、基板１２として円形の基板を使用し、マンホール蓋３の上面側でスパイラルアンテナ素子１５，１６の上方部を開放するように形成した収納部に、スパイラルアンテナ素子１５，１６側が上側となるように基板１２をほぼ水平に配置したことを特徴とする。

このようなマンホール蓋用アンテナ４によれば、マンホール蓋３に組み込んだ場合、マンホールの鉄部分の影響を受けることなく、円形基板１２を仮想配置水平面上で回転させて既存の通信網９における外部通信用アンテナ１０と感度良く対向するように容易に調整することができる。

３ マンホール蓋
４ マンホール蓋用アンテナ
１０ 外部通信用アンテナ
１２ 基板
１２Ａ 一方側基板面
１２Ｂ 他方側基板面
１３ ギャップ
１４ 第一結合パターン部
１５，１６ スパイラルアンテナ素子
１７ ギャップ
１８ 第二結合パターン部
２０ ベタパターン部

Claims (2)

1. 基板の一方側基板面に、ギャップによって分断した第一結合パターン部と、分断された前記第一結合パターン部の両側にそれぞれ接続した一対のアンテナ素子とを形成し、前記基板の他方側基板面に、他のギャップによって分断した第二結合パターン部を形成した基板型ダイポールアンテナを使用し、前記両アンテナ素子は、前記第一結合パターン部の前記ギャップをそれぞれ包囲する螺旋状に形成した多重のスパイラルアンテナ素子とし、前記基板の前記他方側基板面に、一方の前記スパイラルアンテナ素子と対向する位置にベタパターン部を形成したことを特徴とするマンホール蓋用アンテナ。
2. 前記基板として円形の基板を使用し、マンホール蓋の上面側で前記スパイラルアンテナ素子の上方部を開放するように形成した収納部に、前記スパイラルアンテナ素子側が上側となるように前記基板をほぼ水平に配置したことを特徴とする請求項１に記載のマンホール蓋用アンテナ。

Images