JP2017139730A - ケーブル型アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】互いに一定の間隔Ｓを設けて平行に配置し、連結部によって連結された複数のＬＣＸの伝送損失を低く抑えることが可能なケーブル型アンテナを提供する。【解決手段】複数のＬＣＸ２が互いに一定の間隔を設けて平行して配置されると共に、複数のＬＣＸ２が連結部５１を介して連結された構造を有し、複数のＬＣＸ２が連結部５１の一面側に配置され、ＬＣＸ２に設けられたスロットは、ＬＣＸ２と連結部５１とが連結される側とは反対側に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、ケーブル型アンテナに関する。

漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ：Leaky Coaxial Cable）は、通常の同軸ケーブルの外部導体にスロットと呼ばれる孔部を設けたケーブル型アンテナである。ＬＣＸでは、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ケーブル外部に放射（送信）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んだり（受信）することができる。すなわち、この漏洩同軸ケーブルは、伝送路とアンテナとの両方の機能を持った特殊な細長い送受信アンテナと言える。

ＬＣＸは、金属体等の障害物が多く存在する細長いエリアで使用するアンテナとして特に有効である。例えば、曲がりくねったトンネルや金属体が多数存在する場所などでは、電磁波の不感地帯が生じやすい。このような場所では、一般的な固定アンテナを用いた場合、多数の固定アンテナを設置しなければならない。一方、ＬＣＸによるケーブル型アンテナを用いた場合には、ＬＣＸの延長方向に周期的に並ぶ多数のスロットがそれぞれアンテナとして機能するため、アンテナの設置数を減らすことが可能である。この場合、ＬＣＸの延長方向に多数のアンテナが配置されたことになる。

そのため、１本のＬＣＸを設置するだけで、上述した細長く金属体等の障害物が多く存在する環境における電磁波の不感地帯の発生を抑制できる。また、アンテナの設置工事についても、上述した一般的な固定アンテナを多数設置する工事に比べて、ＬＣＸを敷設するだけでよいため、非常に簡単に実施できる。さらに、一般的な固定アンテナでは、アンテナの設置数に合わせて送受信機の数を増やす必要がある。これに対して、ＬＣＸを用いたケーブル型アンテナでは、ＬＣＸの一端に１つの送受信機を接続すればよいため、送受信機の数を減らすことが可能である。

ところで、近年、送信側と受信側にそれぞれ複数のアンテナを用いるＭＩＭＯ(Multiple-Input and Multiple-Output)と呼ばれる無線通信装置の実用化が進んでいる。例えば、このＭＩＭＯにおいて、複数の漏洩同軸ケーブルを平行に並べて配置した結束漏洩伝送線路をアレイアンテナとして用いる無線通信装置が提案されている（特許文献１を参照。）。

特許文献１に記載の結束漏洩同軸ケーブルは、複数本のＬＣＸを平行に配置し、各々のＬＣＸのシース（外部被覆）が、それらの長手方向に沿って互いに固着される（一体的に形成される）ことにより、互いに結束されている（特許文献１の図３を参照。）。また、特許文献１に記載結束漏洩同軸ケーブルは、複数本のＬＣＸを平行に配置し、各々のＬＣＸのシースが支持材によって連結されている（特許文献１の図７を参照。）。

特開２０１１−１９９７６０号公報

しかしながら、複数のＬＣＸを近接した状態で平行に並べて配置し、支持材で連結した場合には、一方のＬＣＸのスロットから漏れ出た電磁波がシース及び支持材を通して他方のＬＣＸまで伝わり干渉することで、各ＬＣＸの伝送損失が増大するという問題があった。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、複数の漏洩同軸ケーブルを互いに一定の間隔を設けて平行に配置し、連結部によって連結した場合でも、各漏洩同軸ケーブルの伝送損失を低く抑えることが可能なケーブル型アンテナを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 複数の漏洩同軸ケーブルが互いに一定の間隔を設けて平行して配置されると共に、前記複数の漏洩同軸ケーブルが連結部を介して連結された構造を有し、
前記複数の漏洩同軸ケーブルが前記連結部の一面側に配置され、
前記漏洩同軸ケーブルに設けられたスロットは、前記漏洩同軸ケーブルと前記連結部とが連結される側とは反対側に設けられていることを特徴とするケーブル型アンテナ。
〔２〕 前記間隔は、前記漏洩同軸ケーブルのスロットから放射される電磁波の自由空間波長をλとしたときに、λ／４〜λの範囲にあることを特徴とする前記〔１〕に記載のケーブル型アンテナ。
〔３〕 前記連結部の厚みは、漏洩同軸ケーブルのサイズＤに対して、Ｄ／８〜Ｄの範囲にあることを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載のケーブル型アンテナ。

以上のように、本発明によれば、複数の漏洩同軸ケーブルを互いに一定の間隔を設けて平行に配置し、連結部によって連結した場合でも、各漏洩同軸ケーブルの伝送損失を低く抑えることが可能なケーブル型アンテナを提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係るケーブル型アンテナの一構成例を示す斜視図である。 図１に示すケーブル型アンテナの構成を示す断面図である。 １本のＬＣＸの構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るケーブル型アンテナの変形例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るケーブル型アンテナの別の構成例を示す斜視図である。 図５に示すケーブル型アンテナの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信装置の一構成例を示す平面図である。 比較例として示すケーブル型アンテナの構成を示す断面図である。 ２本の隣り合うＬＣＸの中心間距離が１２ｍｍのときの連結部の全長と伝送損失との関係を測定した結果を示すグラフである。 ２本の隣り合うＬＣＸの中心間距離が１７ｍｍのときの連結部の全長と伝送損失との関係を測定した結果を示すグラフである。 ２本の隣り合うＬＣＸの中心間距離が２２ｍｍのときの連結部の全長と伝送損失との関係を測定した結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

（ケーブル型アンテナ）
先ず、本発明の一実施形態として、例えば図１及び図２に示すケーブル型アンテナ５０について説明する。なお、図１は、ケーブル型アンテナ５０の構成を示す斜視図である。図２は、ケーブル型アンテナ５０の構成を示す断面図である。

ケーブル型アンテナ５０は、図１及び図２に示すように、複数（本実施形態では２本）の漏洩同軸ケーブル（以下、ＬＣＸという。）２が同一の長さを有して、互いに平行に配置された状態で連結部５１により一体に連結された構造を有している。

各ＬＣＸ２は、図３に示すように、線状の中心導体５と、中心導体５を同心円状に被覆する絶縁体６と、絶縁体６を同心円状に被覆すると共に、延長方向に周期的に並ぶ複数のスロット７が開口して設けられた外部導体８とを有し、シース４が外部導体８を同心円状に被覆した構造を有している。なお、図３は、１本のＬＣＸ２の構成を示す斜視図である。

中心導体５及び外部導体８には、電気抵抗の低い銅が多く用いられるのが一般的であるが、アルミニウムや銀などが用いられることもある。絶縁体６には、高周波帯域での伝送損失の低減を目的に誘電体損失（ｔａｎδ）の低いポリエチレンが用いられている。或いは、ｔａｎδを低くするために、発砲性のポリエチレンが用いられてもよい。シース４には、例えばポリエチレンや塩化ビニル、難燃性のポリエチレンなどが用いられている。また、耐火型のＬＣＸ２として、仮に燃焼しても中心導体５と外部導体８とが直ちに短絡しないように、絶縁体６の周囲にガラス繊維製のテープを巻き付けた構造（図示せず。）を採用してもよい。

複数のスロット７は、ＬＣＸ２の延長方向において一定のピッチＰで直線状に並んで配置されると共に、それぞれが同じ方向に向かって開口している。スロット７の開口形状については、特に限定されるものではなく、例えば丸孔であっても長孔でもよい。本実施形態では、ジグザグ状に配置されたスロット７として、ＬＣＸ２の延長方向に対して斜めとなる長孔が、その斜めとなる向きを交互に変えながら並んで配置されている。また、垂直型のスロット７として、ＬＣＸ２の延長方向に対して垂直となる長孔が並んで配置された構成（図示せず。）としてもよい。

連結部５１は、図１及び図２に示すように、互いに平行となるＬＣＸ２の間に一定の間隔Ｓを設けた状態で、各ＬＣＸ２のシース４の間を連結している。連結部５１は、シース４と同じ材料からなり、各ＬＣＸ２の外部導体８を被覆するシース４と共に、一括押出により成形される。このため、各ＬＣＸ２のシース４及び連結部５１は、互いに境目なく一体化したものとなっている。

複数のＬＣＸ２は、連結部５１の一面側に配置されている。連結部５１は、複数のＬＣＸ２の間で、ＬＣＸ２の長さ方向に亘って略矩形平板状に形成されている。また、各ＬＣＸ２のシース４は、外部導体８を同心円状に被覆した状態で、連結部５１の一面に接した状態で一体に配置されている。

各ＬＣＸ２のスロット７は、各ＬＣＸ２のシース４と連結部５１とが連結する側とは反対側に設けられている。すなわち、各ＬＣＸ２のスロット７は、各ＬＣＸ２のシース４と連結部５１とが一体に連結した位置から見て、中心導体５を挟んで反対側に設けられている。

なお、上述した「各ＬＣＸ２のスロット７は、各ＬＣＸ２のシース４と連結部５１とが連結する側とは反対側に設けられている」とは、連結部５１側から見たときに、各ＬＣＸ２の中心導体５を結ぶ仮想線Ｌ（図２中に示す１点鎖線）を挟んで連結部４１から離れた側にスロット７が位置する場合を言う。したがって、上述したＬＣＸ２のシース４と連結部５１との連結位置とは中心導体５を挟んで反対側にスロット７が位置する場合に限らず、仮想線Ｌを挟んで連結部５１側とは反対側であれば、スロット７の位置をずらして配置することも可能である。

これにより、一方のＬＣＸ２のスロット７からシース４及び連結部５１を経て他方のＬＣＸ２のスロット７まで辿る経路長を、図８のような従来のケーブル型アンテナに比べて長くすることができる。したがって、一方のＬＣＸ２のスロット７から漏れ出た電磁波は、他方のＬＣＸ２のスロット７に辿り着くまでの間に弱まるので、隣り合うＬＣＸ２同士の間で生じる干渉による伝送損失が低減され、電磁波信号をケーブル外部に効率よく放射（送信）したり、電磁波信号をケーブル内部に効率よく取り込んだり（受信）することができる。

図２に示すように、本実施形態のケーブル型アンテナ５０において、間隔Ｓは、隣り合うＬＣＸ２の外部導体８間の距離である。間隔Ｓは、ＬＣＸ２の各スロット７から放射される電磁波の自由空間波長をλとしたときに、λ／４以上とすることが好ましい。この間隔Ｓがλ／４よりも小さいと、隣り合うＬＣＸ２同士の間で生じる干渉により、ＬＣＸ２の伝送損失が大きくなる。一方、この間隔Ｓを大きくすることによって、ＬＣＸ２の伝送損失を低く抑えることができる。しかしながら、間隔Ｓをλよりも大きくしても、ＬＣＸ２の伝送損失はほとんど変化しなくなるため、ケーブル型アンテナ５０の大型化を防ぐためには、間隔Ｓをλ以下とすることが好ましい。

また、図２に示す連結部５１の厚みＴは、ＬＣＸ２のサイズＤ（Ｄの前の数字で外部導体８の概略内径［単位：ｍｍ］を表す。）に対して、Ｄ／８〜Ｄとすることが好ましい。この厚みＴが薄いほど、ＬＣＸ２の伝送損失が低くなる傾向があるが、Ｄ／８〜Ｄの範囲であれば、ＬＣＸ２の伝送損失を低く抑えることが可能である。

以上のように、本実施形態のケーブル型アンテナ５０では、２本のＬＣＸ２を互いに一定の間隔Ｓを設けて平行に配置し、連結部５１によって連結した場合でも、各ＬＣＸ２の伝送損失を低く抑えることが可能である。

さらに、本実施形態のケーブル型アンテナ５０では、各ＬＣＸ２のスロット７が、各ＬＣＸ２のシース４と連結部５１とが連結する側とは反対側に設けられているので、隣り合うＬＣＸ２によって挟まれた空間には誘電体からなる連結部５１が存在しない。また、連結部５１が存在したとしてもほんの僅かであり、ほとんど空気のみが存在することになる。これにより、隣り合うＬＣＸ２の間で発生する誘電体損失が抑制され、ＬＣＸ２の伝送損失を低下させることができる。

また、本実施形態のケーブル型アンテナ５０では、２本のＬＣＸ２を一体化することによって、２本のＬＣＸ２を別々に敷設する必要がなくなるため、このケーブル型アンテナ５０を敷設する際の作業性を高めることが可能である。具体的に、このケーブル型アンテナ５０を敷設する際は、上述した連結部５１を設置面にビス等により取り付けることで、容易に敷設することが可能である。

なお、本実施形態では、上記ケーブル型アンテナ５０の構成に必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においてその構成を適宜変更して実施することが可能である。なお、以下の説明では、上記ケーブル型アンテナ５０と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

具体的に、上記ケーブル型アンテナ５０の変形例としては、上記連結部５１の代わりに、例えば図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すような連結部５１Ａ〜５１Ｃを備えた構成としてもよい。なお、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、連結部５１Ａ〜５１Ｃの構成を示す断面図である。

このうち、図４（Ａ）に示す連結部５１Ａは、各ＬＣＸ２と連結部５１との間がシース４の外周部と同じ幅で連結された構成である。この構成の場合、複数のＬＣＸ２と連結部５１との間を強固に連結することが可能である。

一方、図４（Ｂ）に示す連結部５１Ｂは、シース４の外周面が連結部５１の他面と連続した面を形成するように各ＬＣＸ２と連結部５１とが連結された構成である。この構成の場合、連結部５１の一面からのＬＣＸ２の高さを下げることができ、その高さを下げた分だけシース４の材料費を低く抑えることが可能である。

一方、図４（Ｃ）に示す連結部５１Ｃは、上記連結部５１Ａ，５１Ｂを組み合わせた構成、すなわち、各ＬＣＸ２と連結部５１との間がシース４の外周部と同じ幅で連結され、なお且つ、シース４の外周面が連結部５１の他面と連続した面を形成するように各ＬＣＸ２と連結部５１とが連結された構成である。この構成の場合、上記連結部５１Ａ，５１Ｂと同じ効果を得ることが可能である。

また、上記実施形態では、２本のＬＣＸ２を備えたケーブル型アンテナ５０を例示しているが、上記ケーブル型アンテナ１Ｂと同様に、４本のＬＣＸ２を備えたケーブル型アンテナ５０Ａのような構成とすることも可能である。なお、図５は、ケーブル型アンテナ５０Ａの構成を示す斜視図である。図６は、ケーブル型アンテナ５０Ａの構成を示す断面図である。

ケーブル型アンテナ５０Ａでは、上記ケーブル型アンテナ５０の場合と同様に、各ＬＣＸ２のスロット７の前面とは反対（背面）側において、各ＬＣＸ２の間を連結する連結部５１Ｄを備えることで、この連結部５１Ｄを通じて隣り合う一方のＬＣＸ２のスロット７から他方のＬＣＸ２のスロット７へと伝わる電磁波の距離を伸ばすことができる。

したがって、ケーブル型アンテナ５０Ａでは、４本のＬＣＸ２を互いに一定の間隔Ｓを設けて平行に配置し、連結部５１Ｄによって連結した場合でも、各ＬＣＸ２の伝送損失を低く抑えることが可能である。

また、本実施形態のケーブル型アンテナ５０Ａでは、４本のＬＣＸ２を一体化することによって、４本のＬＣＸ２を別々に敷設する必要がなくなるため、このケーブル型アンテナ５０Ａを敷設する際の作業性を高めることが可能である。具体的に、このケーブル型アンテナ５０Ａを敷設する際は、上述した連結部５１Ｄを設置面にビス等により取り付けることで、容易に敷設することが可能である。

（無線通信装置）
次に、例えば図７に示す無線通信装置１００について説明する。なお、図７は、無線通信装置１００の構成を示す平面図である。

無線通信装置１００は、図７に示すように、上記ケーブル型アンテナ５０Ａと、ケーブル型アンテナ５０Ａに接続されるアクセスポイント（以下、ＡＰという。）１０１とを備えている。また、ＡＰ１０１は、無線ＬＡＮの上位回線（図示せず。）と電気的に接続されている。

具体的に、各ＬＣＸ２の一端には、ＡＰ１０１のアンテナ端子に接続するためのコネクタ１０２が取り付けられている。一方、各ＬＣＸ２の他端には、終端抵抗１０３が取り付けられている。

以上のような構成を有する無線通信装置１００では、ケーブル型アンテナ５０Ａが異なる信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を同時に送受信する４×４ＭＩＭＯ通信用アンテナとして機能する。

すなわち、この無線通信装置１００では、異なる信号Ｓ１〜Ｓ４をケーブル型アンテナ５０Ａの各ＬＣＸ２から同時に送信することができる。逆に、異なる信号Ｓ１〜Ｓ４をケーブル型アンテナ５０Ａの各ＬＣＸ２によって同時に受信することも可能である。

以上のように、本実施形態の無線通信装置１００では、上記ケーブル型アンテナ５０Ａを用いた４×４ＭＩＭＯ無線通信装置を構築することが可能である。なお、本実施形態の無線通信装置１００では、上記ケーブル型アンテナ５０Ａの代わりに、上記ケーブル型アンテナ５０を用いた場合は、２×２ＭＩＭＯ無線通信装置を構築することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
具体的に、本発明を適用したケーブル型アンテナ５０，５０Ａは、上述した無線ＬＡＮアクセスポイント（ＡＰ）用のアンテナに適用した場合に限らず、例えば携帯電話などの基地局側の無線通信用アンテナなどに適用することもが可能である。

この場合、本発明を適用したケーブル型アンテナ５０，５０Ａは、上述したＡＰ１０１の代わりに、基地局側の無線機と接続することで、上述した２×２ＭＩＭＯ又は４×４ＭＩＭＯ無線通信装置を構築することが可能である。

さらに、本発明を適用したケーブル型アンテナでは、ＬＣＸ２の本数について、２本や４本などの偶数本のＬＣＸ２を備えた構成に限定されるものではなく、例えば３本などの奇数本のＬＣＸ２を備えた構成としてもよい。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

本実施例では、先ず、上記ケーブル型アンテナ５０に伝送損失測定装置を接続し、周波数を５．２ＧＨｚ、波長（λ）を５７．７ｍｍとし、隣り合うＬＣＸ２の中心間距離を１２ｍｍ、ＬＣＸのサイズを５Ｄ、シース４の材質をＰＶＣとし、連結部５１の長さを１２ｍｍとしたときの伝送損失［ｄＢ／ｍ］を測定した。その測定結果を下記表１に示す。なお、ケーブル型アンテナ５０の場合、「連結部の長さ」は、ＬＣＸ２の中心間距離と同じ１２ｍｍである。

また、比較例として、図８に示すようなケーブル型アンテナ３００を用意した。なお、図８では、上記ケーブル型アンテナ５０と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。図８に示すケーブル型アンテナ３００は、２本のＬＣＸ２の中心間を連結部３０１により連結した構成である。それ以外は、上記ケーブル型アンテナ５０と同じ構成である。

そして、図８に示すケーブル型アンテナ３００に伝送損失測定装置を接続し、周波数を５．２ＧＨｚ、波長（λ）を５７．７ｍｍとし、隣り合うＬＣＸ２の中心間距離を１２ｍｍ、ＬＣＸのサイズを５Ｄ、シース４の材質をＰＶＣとしたときの伝送損失［ｄＢ／ｍ］を測定した。なお、ケーブル型アンテナ３００の場合、「連結部の長さ」は、ＬＣＸ２の中心間距離よりも短い５ｍｍである。

また、表１に示す測定結果から、２本の隣り合うＬＣＸの中心間距離が１２ｍｍのときの連結部の長さと伝送損失との関係をまとめたグラフを図９に示す。
表１及び図９に示すように、実施例となるケーブル型アンテナ５０では、比較例となるケーブル型アンテナ３００に比べて、伝送損失が低くなっていることがわかる。

次に、上記ケーブル型アンテナ５０，３００について、２本の隣り合うＬＣＸの中心間距離を１７ｍｍに変更して、ＬＣＸの中心間距離が１２ｍｍのときと同じ条件で伝送損失の測定を行った。その測定結果をまとめたものを下記表２に示す。また、表２に示す測定結果から、２本の隣り合うＬＣＸの中心間距離が１７ｍｍのときの連結部の長さと伝送損失との関係をまとめたグラフを図１０に示す。

表２及び図１０に示すように、実施例となるケーブル型アンテナ５０では、比較例となるケーブル型アンテナ３００に比べて、伝送損失が低くなっていることがわかる。

次に、上記ケーブル型アンテナ５０，３００について、２本の隣り合うＬＣＸの中心間距離を２２ｍｍに変更して、ＬＣＸの中心間距離が１２ｍｍのときと同じ条件で伝送損失の測定を行った。その測定結果をまとめたものを下記表３に示す。また、表２に示す測定結果から、２本の隣り合うＬＣＸの中心間距離が２２ｍｍのときの連結部の長さと伝送損失との関係をまとめたグラフを図１１に示す。

表３及び図１１に示すように、実施例となるケーブル型アンテナ５０では、比較例となるケーブル型アンテナ３００に比べて、伝送損失が低くなっていることがわかる。

５０，５０Ａ…ケーブル型アンテナ ２…漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ） ４…シース ５…中心導体 ６…絶縁体 ７…スロット ８…外部導体 ５１，５１Ａ〜５１Ｄ…連結部 １００…無線通信装置 １０１…アクセスポイント（ＡＰ）

Claims (3)

1. 複数の漏洩同軸ケーブルが互いに一定の間隔を設けて平行して配置されると共に、前記複数の漏洩同軸ケーブルが連結部を介して連結された構造を有し、
   前記複数の漏洩同軸ケーブルが前記連結部の一面側に配置され、
   前記漏洩同軸ケーブルに設けられたスロットは、前記漏洩同軸ケーブルと前記連結部とが連結される側とは反対側に設けられていることを特徴とするケーブル型アンテナ。
2. 前記間隔は、前記漏洩同軸ケーブルのスロットから放射される電磁波の自由空間波長をλとしたときに、λ／４〜λの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のケーブル型アンテナ。
3. 前記連結部の厚みは、漏洩同軸ケーブルのサイズＤに対して、Ｄ／８〜Ｄの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のケーブル型アンテナ。

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