JP2022144239A - 無線装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線信号を処理する無線装置に関する。
移動通信システムにおいて、トンネル内やビル内など、基地局から電波の届きにくい場所である不感地への対策として、光や無線で中継増幅する無線装置が採用される場合がある。この種の無線装置は、屋外設置をする場合は、専用の架台を設置しその上に配備したり、鉄塔や電柱の上などに配備されたりする。また、この種の無線装置は、屋内設置をする場合は、通風孔のような人目に立たない場所に設置される場合が多い。
この種の無線装置は、要求される周波数帯やカバーエリアによっては、サイズや重量がとても大きくなり、重量については数十キロ以上になることもある(特許文献1)。その結果、この種の無線装置の設置作業は大変な労力を伴うので、装置の小型化や軽量化が常に求められている。たとえば、特許文献2に開示される技術では、無線装置に必要な要素である共用器と増幅器とを一つの筐体に納め、筐体外部で短いコネクタを使って接続している。当該技術では、これにより小型化、軽量化と通過損失の低減とを図っている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、共用器を備えた軽量な無線装置を提供する。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、筐体と、前記筐体に設けられた共用器と、を備え、前記共用器は、樹脂からなる本体部と、前記本体部の表面を覆う導体層とを有する無線装置である。
前記筐体と前記共用器とが一体化しているものでもよい。
前記本体部は貫通孔を有するものでもよい。
前記導体層は前記貫通孔の内表面を覆うものでもよい。
前記貫通孔が樹脂で埋められているものでもよい。
前記貫通孔が導体で埋められているものでもよい。
前記共用器動作する最大周波数に対応する波長をλとすると、前記貫通孔の差渡し長の最大値がλ/4以下であるものでもよい。
前記貫通孔は前記共用器の壁部に設けられているものでもよい。
本発明によれば、共用器が、樹脂からなる本体部と、前記本体部の表面を覆う導体層とを有するので、共用器を備えた軽量な無線装置を実現できる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複説明を適宜省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。また、図面において、共通のXYZ直交座標を示し、適宜方向の説明に用いる場合がある。
(実施形態)
[無線装置の使用用途]
図1は、実施形態に係る無線装置の使用用途の一例を説明する図である。実施形態に係る無線装置10は、図1に示す例では、不感地である不感知領域に対する中継増幅の用途で使用される。不感知領域は、複数階建のビルBの各フロアFに設置される。
[無線装置の使用用途]
図1は、実施形態に係る無線装置の使用用途の一例を説明する図である。実施形態に係る無線装置10は、図1に示す例では、不感地である不感知領域に対する中継増幅の用途で使用される。不感知領域は、複数階建のビルBの各フロアFに設置される。
ビルBには、親機Mと、複数の子局装置Sと、複数の通信ケーブルC1、C2、C3とが敷設されている。子局装置Sは、本実施形態に係る無線装置10を備えている。以下では、無線基地局から無線通信機器への通信、いわゆるダウンリンクの通信の流れを用いて各構成について説明する。
親機Mは、複数の無線基地局のそれぞれに通信ケーブルC1にて接続されている。通信ケーブルC1はたとえば光ファイバケーブルである。親機Mは、各無線基地局から送信された、キャリア信号を含む通信信号である光信号を合成し、かつ合成した光信号を光信号のまま、または電気信号に変換し、複数の子局装置Sのそれぞれに分配する。たとえば、複数の無線基地局は、それぞれが異なる通信キャリアの使用するものである。
子局装置Sは、各フロアFに設置されている。これらの子局装置Sは、それぞれ、通信ケーブルC2にて親機Mに接続されている。各子局装置Sは、通信ケーブルC2にて親機Mから送信された電気信号を増幅し、または送信された光信号を電気信号に変換してから増幅し、通信ケーブルC3にて同じフロアFのアンテナシステムの各アンテナに送信する。通信ケーブルC2はたとえば同軸ケーブルや光ファイバケーブルであり、C3はたとえば同軸ケーブルである。
各フロアFのアンテナシステムは、各子局装置Sから送信された電気信号を無線通信信号として外部(無線通信機器)に送信する。これにより無線通信機器が不感知領域に存在しても通信が確保される。
無線通信機器から無線基地局への通信、いわゆるアップリンクの通信は、上記のダウンリンクとは逆のステップにて実行される。そのため、アンテナシステムは無線通信信号を送受信するアンテナとして機能し、子局装置Sは通信信号の合分配のための共用器と増幅のための増幅器とを備えており、具体的には共用器と増幅器とを有する実施形態に係る無線装置10を備える。
[無線装置の構成]
図2は、図1に示す無線装置10の模式的な斜視図である。無線装置10は、増幅部11と、共用部12と、放熱部13とを備えている。また、共用部12は後述するコネクタ12a、12bを備えている。増幅部11と共用部12とは、たとえばボルトやナットなどの締結具や、係止爪と係止孔との組み合わせによる係止構造によって互いに固定されている。
図2は、図1に示す無線装置10の模式的な斜視図である。無線装置10は、増幅部11と、共用部12と、放熱部13とを備えている。また、共用部12は後述するコネクタ12a、12bを備えている。増幅部11と共用部12とは、たとえばボルトやナットなどの締結具や、係止爪と係止孔との組み合わせによる係止構造によって互いに固定されている。
図3は、無線装置10が備える増幅部11の模式的な斜視図である。増幅部11は、XY平面に沿って延びる板部11a1と、XY平面と交差(本実施形態では直交)し、かつZ方向およびX方向、またはZ方向およびY方向に沿って延びる板からなる枠部11a2とを有する筐体11aを備えている。なお、本実施形態では板部11a1および枠部11a2を構成する板は平板状であるが、湾曲していてもよい。
筐体11aは、たとえば銅、すず、鉄、鋼、ニッケル、アルミニウム、クロム、金、もしくは銀の単体またはこれらのそれぞれの合金などのシールド性を有する金属材料からなる。筐体11aは筐体14の一部を構成する。
筐体11aには、デジタルボード11bと、増幅器11c、11dとが、その内側に配置されるように設けられている。ここで、筐体11aの内側とは、板部11a1と、枠部11a2のZ方向正の向き側の縁とが形成する空間を意味する。
増幅器11c、11dは、電気信号である通信信号を増幅する機器であり、一方がアップリンク用、他方がダウンリンク用である。デジタルボード11bは、増幅器および共用器とは異なる機器であり、たとえばディジタル/アナログ変換などの信号処理を行う。
また、筐体11aの板部11a1の外側には放熱フィンを備える放熱部13が設けられている。増幅器11c、11dと放熱部13とは熱的に接続している。これにより増幅器11c、11dから生じた熱は放熱部13から放熱される。放熱部13と筐体11aとは、成型などによって一体形成されたものもよいし、別体で形成して互いに接合されたものでもよい。放熱部13は筐体11aと同じ材料で構成されていてもよい。
図4は、無線装置10が備える共用部12の模式的な斜視図である。共用部12は、XY平面に沿って延びる板状部12c1と、XY平面と交差(本実施形態では直交)し、かつZ方向およびX方向またはY方向に沿って延びる板状体からなる枠部12c2とを有する筐体12cを備えている。ただし、板状部12c1および枠部12c2は、後述する共用器12dと一体化している。なお、本実施形態では板状部12c1および枠部12c2を構成する板状体は平板状であるが、湾曲していてもよい。
筐体12cは、たとえば銅、すず、鉄、鋼、ニッケル、アルミニウム、クロム、金、もしくは銀の単体またはこれらのそれぞれの合金などのシールド性を有する金属材料からなる。筐体12cは筐体14の一部を構成する。
筐体12cには、共用器12dと、蓋12eと、デジタルボード12f、12gとが、その内側に配置されるように設けられている。ここで、筐体12cの内側とは、板状部12c1と、枠部12c2のZ方向正の向き側の縁とが形成する空間を意味する。
図5は、図4に示す共用部12の蓋12eを外した状態を示す図である。共用器12dは、送信経路と受信経路を電気的に分離するフィルタとして機能する機器であり、本実施形態では、アップリンクの信号とダウンリンクの信号とを合分配する共用器が2アンテナ分、合計2つの共用器が含まれている。本実施形態では、共用器12dは導波路型フィルタであり、共用器として機能するように形状およびサイズが設定されたキャビティ12d1が形成されている。キャビティ12d1は、2つのアンテナのうちの一方と接続されるコネクタ12a、および2つのアンテナのうちの他方と接続されるコネクタ12bと接続されている。キャビティ12d1同士、およびキャビティ12d1同士と共用器12dの外部とは、壁部12d2で仕切られている。
デジタルボード12f、12gは、増幅器および共用器とは異なる機器であり、たとえばディジタル/アナログ変換などの信号処理を行う。デジタルボード12f、12gは、筐体12cの収容空間12c3に収容される。
蓋12eは、共用器12dのキャビティ12d1を覆って導波路型フィルタの一部を構成する。蓋12eは、たとえば銅、すず、鉄、鋼、ニッケル、アルミニウム、クロム、金、もしくは銀の単体またはこれらの合金などのシールド性を有する金属材料からなる。
増幅部11と共用部12とを互いに固定する際は、増幅部11と共用部12とを、デジタルボード11bとデジタルボード12f、12gとが対向し、増幅器11c、11dと共用器12dとが対向するように組み合わせ、締結または係止を行う。これにより、板部11a1、枠部11a2、板状部12c1、および枠部12c2で囲まれ、筐体11aと筐体12cとで構成される筐体14内に、デジタルボード11b、12f、12g、共用器12d、蓋12e、および増幅器11c、11dが収容される。
図6は、図5のA-A線断面図である。ただし、蓋12eは外さない状態で示している。図6に示すように、共用器12dは、樹脂からなる本体部12d3と、本体部12d3の表面を覆う導体層12d4とを有する。本体部12d3は、たとえばABS樹脂等からなる。導体層12d4は、本体部12d3の表面にめっき、蒸着、または板材や膜材の接着などによって形成することができる。導体層12d4は、たとえば銅、すず、鉄、鋼、ニッケル、アルミニウム、クロム、金、もしくは銀の単体またはこれらのそれぞれの合金などのシールド性を有する金属材料からなる。
共用器12dのキャビティ12d1は、本体部12d3がキャビティ12d1の形状に形成されており、キャビティ12d1の形状の内表面が導体層12d4で覆われ、かつ蓋12eがされることによって形成される。
なお、上述したように、板状部12c1および枠部12c2は、共用器12dと一体化している。したがって、共用器12dにおけるZ方向負の向きにおける端部は板状部12c1として機能し、共用器12dにおけるY方向正負の向きにおける2つ端部は枠部12c2として機能する。ただし、筐体と、筐体に設けられた共用器とは別体でもよい。
図7は、図5のB-B線断面図である。図7に示すように、共用部12では筐体12cも、共用器12dと同様に本体部12d3と導体層12d4とを有する。
以上のように構成された無線装置10は、共用器12dを、樹脂からなる本体部12d3と、本体部12d3の表面を覆う導体層12d4とを有する構成としているので、共用器を中実の金属で形成する場合などと比較して、飛躍的な軽量化が実現される。
たとえば、ABS樹脂の比重はたとえば1.04、アルミニウムの比重はたとえば2.68である。したがって、アルミニウムの中実構造であれば10kg近い質量の共用器であったものが、本体部12d3をABS樹脂とし、導体層12d4を厚さ5mmのアルミニウムとすることで、共用器の質量は約3.8kgとなる場合がある。したがって、無線装置10の構成によれば、共用器12dを60%程度もの軽量化が実現され、無線装置10としてはたとえば30%程度もの軽量化が実現される。
また、無線装置10では、共用部12において共用器12dと筐体12cとが一体化しているので、製造が容易である。
共用部12の製造方法の一例を説明する。まず、直方体状の樹脂の基材を準備し、この基材を加工してキャビティ12d1の形状および収容空間12c3の形状を形成する。なお、キャビティ12d1の形状および収容空間12c3の形状が予め形成された樹脂の成形品を準備してもよい。これにより本体部12d3を準備する。
つづいて、本体部12d3の表面を覆うように導体層12d4を形成する。導体層12d4はめっき、蒸着、または板材または膜材の接着などによって形成することができるが、形成方法は特には限定されない。その後、蓋12eを取り付け、デジタルボード12f、12gを配置し、所定の配線を実施することで、共用部12の構成が完成する。なお、共用部12の製造方法はこれに限られず、導体層12d4を成型の型として本体部12d3となる樹脂材料を流し込み、固化させてもよい。また、本体部12d3を分割した形状で準備し、それぞれに導体層12d4を形成した後に組み合わせてもよい。
(変形例1)
つぎに、無線装置10の共用部12と置き換えることができる共用部の変形例1について説明する。図8は、変形例1に係る共用部の模式的な斜視図である。図9は、図8のC-C線断面図である。
つぎに、無線装置10の共用部12と置き換えることができる共用部の変形例1について説明する。図8は、変形例1に係る共用部の模式的な斜視図である。図9は、図8のC-C線断面図である。
変形例1に係る共用部12Aは、図4に示す共用部12が備える共用器12dを共用器12Adに置き換えた構成を有する。共用器12Adは、共用器12dの壁部12d2となる本体部12Ad3に多数(本変形例では31個)の貫通孔12Ad5を設けた構成を有する。導体層12Ad4はその貫通孔12Ad5の内表面も覆っている。また、蓋12Aeにも貫通孔12Ad5に対応した位置に穴が設けられている。ただし蓋12Aeの穴はなくてもよい。
このように構成された共用器12Adおよびこれを用いた無線装置は、貫通孔12Ad5の分だけ体積が少ないので、より軽量化することができる。また、共用器12Adおよびこれを用いた無線装置は、貫通孔12Ad5を通じて放熱が行われるので、放熱性が高い。
また、共用器12Adでは、XY平面に沿って延びるとともにZ方向で対向する導体層12Ad4の部分が、複数の貫通孔12Ad5の内部の導体層12Ad4によって電気的に接続されている。これにより、共用器12Adのインピーダンスが低下するともに、導体層12Ad4を接地した場合には基準電位が安定するので、共用器12Adで発生するコモンモードノイズなどのノイズを低減することができる。特に、コネクタ12a、12bは、ノイズが外部に放射される経路となるので、コネクタ12a、12bの近傍に設けられた貫通孔12Ad51は、ノイズ低減効果が高い。
また、貫通孔12Ad5は共用器12Adの壁部12d2に設けられているので、共用器12Adのフィルタ特性に影響を与えることなく軽量化やノイズ低減を実現できる。
ここで、貫通孔12Ad5が空洞であると、貫通孔12Ad5から電磁波が漏洩するおそれがある。そこで、共用器12dおよび増幅器11c、11dの動作する最大周波数に対応する波長をλとすると、図9に示す、貫通孔12Ad5の差渡し長の最大値Dが、λ/4以下であってもよい。これにより電磁波の漏洩が抑制される。
ここで、差渡し長の最大値Dは、貫通孔12Ad5の断面が円形である場合はその直径、断面が楕円形である場合はその長径、断面が長方形である場合はその長辺の長さである。また、差渡し長の最大値Dは、貫通孔12Ad5の断面が不規則な形状の場合は、その形状を円形や楕円形や長方形で近似した場合の直径や長径や長辺の長さである。
差渡し長の最大値Dはλ/10以下がより好ましいが、λ/20程度であれば十分なことが多い。一方、差渡し長の最大値Dは形成が容易な程度の大きさ以上であることが好ましく、たとえば1mm以上である。一例として、共用器12dおよび増幅器11c、11dの動作する最大周波数は、たとえば5Gの通信規格の場合は3.6GHz~6GHzまたは28GHz帯であるが、28GHzの場合のλ/4は2.6mm程度である。そこで、共用器12dおよび増幅器11c、11dの動作する最大周波数が28GHzであれば、差渡し長の最大値Dは2.6mm以下が好ましい。
(変形例2)
つぎに、無線装置10の共用部12に置き換えることができる共用部の変形例2について説明する。変形例2に係る共用部は、変形例1の共用部12Aの貫通孔12Ad5が樹脂で埋められた構成を有する。
つぎに、無線装置10の共用部12に置き換えることができる共用部の変形例2について説明する。変形例2に係る共用部は、変形例1の共用部12Aの貫通孔12Ad5が樹脂で埋められた構成を有する。
図10は、変形例2に係る共用部の模式的な断面図であって、図8のC-C線断面図と対比すべき図である。変形例2に係る共用部12Bでは、貫通孔12Ad5が樹脂12Bd6で埋められている。これにより、共用部12Bやこれを用いた無線装置の気密性が高まり、内部に貫通孔12Ad5から塵芥や水などが内部に侵入することが防止され、耐環境性が高まる。このような共用部12Bを用いた無線装置は屋外などの比較的厳しい環境に設置する場合にも好適である。樹脂12Bd6としては本体部12Ad2と同じ材料のものを用いてもよい。
なお、更なる変形例として、貫通孔12Ad5が樹脂12Bd6の代わりに金属などの導体で埋められていてもよい。これにより共用部やこれを用いた無線装置の耐環境性が高まるとともに、貫通孔12Ad5からの電磁波の漏洩が防止される。したがって貫通孔のサイズの制限が緩和される。また、この更なる変形例ではインピーダンスがより低下かつ安定し、導体ノイズ低減効果がさらに高い。
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
10 :無線装置
11 :増幅部
11a、12c、14 :筐体
11a1 :板部
11a2、12c2 :枠部
11b、12f、12g :デジタルボード
11c、11d :増幅器
12、12A、12B :共用部
12a、12b :コネクタ
12c1 :板状部
12c3 :収容空間
12d、12Ad :共用器
12d1 :キャビティ
12d2 :壁部
12d3、12Ad3 :本体部
12d4 :導体層
12e、12Ae :蓋
12Ad5、12Ad51 :貫通孔
13 :放熱部
11 :増幅部
11a、12c、14 :筐体
11a1 :板部
11a2、12c2 :枠部
11b、12f、12g :デジタルボード
11c、11d :増幅器
12、12A、12B :共用部
12a、12b :コネクタ
12c1 :板状部
12c3 :収容空間
12d、12Ad :共用器
12d1 :キャビティ
12d2 :壁部
12d3、12Ad3 :本体部
12d4 :導体層
12e、12Ae :蓋
12Ad5、12Ad51 :貫通孔
13 :放熱部
Claims (8)
- 筐体と、
前記筐体に設けられた共用器と、
を備え、
前記共用器は、樹脂からなる本体部と、前記本体部の表面を覆う導体層とを有する
無線装置。 - 前記筐体と前記共用器とが一体化している
請求項1に記載の無線装置。 - 前記本体部は貫通孔を有する
請求項1または2に記載の無線装置。 - 前記導体層は前記貫通孔の内表面を覆う
請求項3に記載の無線装置。 - 前記貫通孔が樹脂で埋められている
請求項4に記載の無線装置。 - 前記貫通孔が導体で埋められている
請求項3または4に記載の無線装置。 - 前記共用器の動作する最大周波数に対応する波長をλとすると、前記貫通孔の差渡し長の最大値がλ/4以下である
請求項3~6のいずれか一つに記載の無線装置。 - 前記貫通孔は前記共用器の壁部に設けられている
請求項3~7のいずれか一つに記載の無線装置。
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