JP2022144239A - 無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共用器を備えた軽量な無線装置を提供する。
【解決手段】無線装置は、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。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以下であるものでもよい。
【選択図】図６

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。

特許第４１９０９９６号公報 特許第３９２７２０６号公報

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。

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。 図２は、図１に示す無線装置の模式的な斜視図である。 図３は、図１に示す無線装置が備える増幅部の模式的な斜視図である。 図４は、図１に示す無線装置が備える共用部の模式的な斜視図である。 図５は、図４に示す共用部の蓋を外した状態を示す図である。 図６は、図５のＡ－Ａ線断面図である。 図７は、図５のＢ－Ｂ線断面図である。 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。 図１０は、変形例２に係る共用部の模式的な断面図である。

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。

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。

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。

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

Claims (8)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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