JP3809160B2 - 屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信用アンテナシステムに係り、詳しくは、屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムに関する。

ホームネットワークの普及に伴い、ウェブパッド（Ｒ）のような移動性の高い無線通信機器が人気を博している。それに応じて、無線通信の質を向上させるためにアンテナの性能向上が重要な懸案となり、屋内無線通信に対する関心も高まってきている。

一般的に、屋内無線通信は、移動性が低いか、あるいはほとんどない無線ＬＡＮのアクセスポイント（以下、ＡＰ）と、ノート型パソコンとの間で行われるのが大部分である。それゆえに、屋内無線通信に対する関心は低かった。

屋内無線通信の質は、屋内無線環境と密接な関係がある。したがって、屋内無線通信の質向上のためには、まず屋内無線環境にについて十分考慮する必要がある。

屋内無線環境は、住居形態や建築様式によって異なるため、各国によって、あるいは地域によって屋内無線環境が異なってくる。例えば米国の場合は、一戸建て住宅の比重が高く、建築物の内部構成も、骨組を除いては石膏ボードなどの電波を遮断しない非金属成分がほとんどである。したがって、アンテナ形態や設置位置による影響がほとんどないといえる。

しかし、韓国の住居形態のように、マンションの比重が高い場合、建物構成の大部分が金属成分である鉄筋及び鉄骨構造であるため、電波の伝達を妨害してしまう。したがって、アンテナの形態や設置位置などによって無線通信の質が異なりうる。

従来技術による屋内無線通信システムの場合、図１に示すように、ＡＰ１２とＡＰ用アンテナ１２ａとが一体化して、主に壁１０の何れか一面に設置される。この場合、ＡＰ用アンテナ１２ａから送信される信号は、壁１０の影響によって主に一方向にだけ伝播される。

これにより、ＡＰ用アンテナ１２ａと可視線上に位置した無線通信用第１端末機１４の場合は、ＡＰ用アンテナ１２ａから送信される信号をよく受信できるが、壁１０に隠れた、すなわち壁１０を介して位置する無線通信用第２端末機１６の場合は、ＡＰ用アンテナ１２ａから送信される信号が弱められたり、遮られたりしてしまう。また、壁１０の影響によって、ＡＰ用アンテナ１２ａの周波数帯域が変動してしまう場合もある。

図１のシステムをマンションに適用する場合、ＡＰ用アンテナ１２ａが居間に設置されるのが一般的で、ＡＰ用アンテナ１２ａから送出されるビームパターンも、その大部分が単一方向性を有している。したがって、居間の内部では安定的に無線通信できるが、一部の部屋では通信速度が低下するか、通信が不可能になるという問題がある。

かかる問題を解決するために、いくつかのＡＰを設置するという方法がある。このようにすることによって、移動性の低い無線機器を利用した無線通信では、前記問題の発生を低減することができる。しかしながら、移動性の高い無線機器を利用した無線通信では、相変らず干渉などの問題が発生してしまう。

前記したように、従来技術による屋内無線通信用アンテナシステムの場合、ＡＰ用アンテナと可視線上に位置した端末機については、良質の無線通信を支援することが可能であるが、可視線上から外れた位置にある、すなわち壁を間に介して位置する端末機については、良質の無線通信を支援し難く、ひどい場合は支援不可能になりうる。特に、ＡＰ用アンテナが壁に隣接して設置されているために、周波数帯域がシフトしてしまう問題も発生する。

本発明が解決しようとする技術的課題は、前記した従来技術の問題点を改善するためのものであって、無線通信に使われる端末機が、屋内のどこに位置しても良質の無線通信を支援することができる屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムを提供するところにある。

前記課題を解決するために、本発明に係る屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムは、屋内の選択された何れか１つの壁の少なくとも一面に一部分が埋め込まれた第１ＡＰアンテナと、前記第１ＡＰアンテナに連結されたＡＰ（ＲＦユニット）と、前記選択されたいずれか１つの壁の他の面に一部分が埋め込まれ、前記ＡＰと連結された第２ＡＰアンテナとを具備し、前記第１及び第２ＡＰアンテナと前記ＡＰ間の壁に前記ＡＰから受信される信号を前記第１及び第２ＡＰアンテナに供給する電力分配器が埋め込まれている（請求項１）。

ここで、前記第１及び第２ＡＰアンテナは、電波放出面を除外した残りの部分が前記壁に埋め込まれており、前記第１及び第２ＡＰアンテナ全体は電波放射効率を極大化するために壁面と最大限平行に設置される（請求項２）。

また、前記壁は、前記第１ＡＰアンテナが設置された領域がコーナーになるように曲げられ、前記曲げられた部分の外壁面に、前記第２ＡＰアンテナと可視線上にない領域で無線通信が可能となるように第３ＡＰアンテナが設置され、前記電力分配器は、前記第１ないし第３ＡＰアンテナと前記ＡＰ間の壁に前記ＡＰから受信される信号を前記第１ないし第３ＡＰアンテナに分配する（請求項３）。

ここで、前記第３ＡＰアンテナは、前記外壁面に電波放射面を除外した残りが埋め込まれるように具備されているが、前記第３ＡＰアンテナは埋め込まれる部分の壁と平行に設置される（請求項４）。

また、前記壁は、１つの部屋と屋外とを区分する壁であって、少なくとも一部分が前記１つの部屋の内側に突き出た形態であり、前記壁の突き出た部分の片壁面に前記第１ＡＰアンテナが具備されており、前記突き出た部分の他の壁面に第４ＡＰアンテナが設置され、前記電力分配器は、前記第１及び第４ＡＰアンテナと前記ＡＰ間の壁に前記ＡＰから受信される信号を前記第１及び第４ＡＰアンテナに分配する（請求項５）。

ここで、前記第４ＡＰアンテナは、電波放射面を除外した残りが埋め込まれるように具備されているが、埋め込まれる部分の壁と平行になっている（請求項６）。

前記第１ＡＰアンテナ及びＡＰは、一体化して前記壁に埋め込まれている（請求項７）。

また、前記第１及び第２ＡＰアンテナと前記ＡＰとは、一体化して前記壁に埋め込まれている（請求項８）。

また、前記第１ないし第３ＡＰアンテナと前記ＡＰとは、一体化して前記壁に埋め込まれている（請求項９）。

また、前記第１及び第４ＡＰアンテナと前記ＡＰとは、一体化して前記壁に埋め込まれている（請求項１０）。

また、本発明に係る屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムは、屋内の選択された何れか１つの壁を貫通して具備された第１アンテナ構造体と、前記第１アンテナ構造体に連結されたＡＰ（ＲＦユニット）を具備するが、前記第１アンテナ構造体は前記壁の厚さによって可変できる摺動構造よりなる（請求項１４）。

ここで、前記第１アンテナ構造体は、前記壁の両側に露出され、前記壁と平行した第１及び第２ホーンアンテナと、前記ＡＰから受信される信号を前記第１及び第２ホーンアンテナに伝送するフィードと、前記第１及び第２ホーンアンテナと前記フィードとを摺動構造で連結して前記両アンテナを前記壁の厚さにマッチングして設置できる摺動導波管壁とで構成される（請求項１５）。

ここで、前記ＡＰは、前記壁を通じて前記フィードに連結されることができる（請求項１６）。

また、前記選択された何れか１つの壁は、前記第１アンテナ構造体が具備された第１面及びこれに垂直な第２面で構成される（請求項１７）。

ここで、前記第２面に前記アンテナ構造体と同等な第２アンテナ構造体が具備される(請求項１８)。

本発明に係る屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムを利用すれば、壁による周波数帯域のシフトが最小化でき、前記端末機が屋内のどこに位置していても、良質の無線通信を支援することが可能となる。そして、前記端末機の位置する場所で電界の強度を高めることができる。

また、本発明に係る屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムは、屋内無線通信用端末機の位置する領域と接する壁面毎に壁と平行に埋め込まれた形態でアンテナを具備するため、端末機は屋内のどこででも常に前記アンテナと可視線上に位置する。したがって、従来に比べて前記アンテナから受信される電界の強度が高まって、無線通信の質が向上する。あわせて、壁による周波数帯域のシフトも最小化できる。

以下、本発明に係る屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムを、図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に示した層や領域などの厚さは、明細書の明確性のために誇張してしめされたものである。

図２に示すように、本発明の実施例１による屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムは、屋内の選択された何れか１つの壁１０の両側にそれぞれ設置された第１及び第２ＡＰアンテナ４４，４６と、これに連結された第１ＡＰ４０、すなわちＲＦユニットを具備する。第１ＡＰ４０は、第１及び第２ＡＰアンテナ４４，４６と分離されて、壁１０の外部に備えられている。

第１ＡＰ４０と第１及び第２ＡＰアンテナ４４，４６間に存在する壁１０に、第１ＡＰ４０と第１及び第２ＡＰアンテナ４４，４６と連結された第１電力分配器４２が備えられている。第１電力分配器４２は、第１ＡＰ４０から送信される信号を、第１及び第２ＡＰアンテナ４４，４６に均等に分配する役割を果たす。第１ＡＰ４０と第１電力分配器４２、第１電力分配器４２と第１及び第２ＡＰアンテナ４４，４６は、それぞれ第１ＲＦケーブル４８で連結されている。

第１ＡＰアンテナ４４は、無線通信用第１端末機１４が使われる領域と対向する壁面に設置されているが、電波が放射される面を除外した残りの部分が壁１０に埋め立てられている。第１ＡＰアンテナ４４は、電波放射効率が極大化するように具備されることが望ましく、例えば、壁１０と最大限平行に具備されることが望ましい。第２ＡＰアンテナ４６は、無線通信用第２端末機１６が使われる領域と対向する壁面に設置されているが、第１ＡＰアンテナ４４と同等に具備されることが望ましい。

第１ＡＰアンテナ４４は、それ自体と可視線上に位置する第１端末機１４とに第１ＡＰ４０から受信した信号を放射し、第１端末機１４から受信した信号を第１ＡＰ４０に伝送する。第２ＡＰアンテナ４６は、第２端末機１６から受信した信号を第１ＡＰ４０に伝送し、第１ＡＰ４０から受信した信号は第２端末機１６に放射する。

一方、部屋が１つである家や建物の場合は、図２のアンテナシステムのうち、第１または第２ＡＰアンテナ４４，４６を除去することもある。この場合、ＡＰアンテナ４４，４６のうち選択された１つと、第１ＡＰ４０とは壁１０を通じて直接連結されるので、第１電力分配器４２も不要になる。

また、図２の構成で、第１及び第２ＡＰアンテナ４４，４６と、第１ＡＰ４０とは一体型で壁１０に埋め立てられるように具備することも可能である。また、前記した屋内に部屋が１つだけ存在するか、建物に１つの事務室だけ存在する場合にも、前記選択されたＡＰアンテナと第１ＡＰ４０とは、一体型に壁に埋め立てられうる。このように第１ＡＰ４０とこれに連結されたＡＰアンテナが一体型で埋め立てられる場合、第１電力分配器４２は当然不要になる。

他方、図２に示した一字型壁１０の場合、コーナーがないので、無線通信のために考慮すべき領域は壁１０の両面と対向する建物内部の２つの領域となる。しかし、図４に示すように、コーナーを有する壁７０の場合は、無線通信のために考慮すべき領域が建物内部の第１ないし第３領域Ａ１，Ａ２，Ａ３である。このため、屋内にコーナーを有する壁７０が存在する場合についての本発明の実施例１によるアンテナシステムは、図２に示したものとは多少差がある。

具体的に、図４を参照すると、壁７０の内側である第１領域Ａ１で無線通信が可能となるように、第１領域Ａ１と接する壁面に第３ＡＰアンテナ７６が設置されている。また、壁７０の外側のうち、図面上、壁７０の左側領域である第２領域Ａ２で無線通信が可能となるように、第２領域Ａ２と接する壁面に第４ＡＰアンテナ７８が設置されている。

また、図面上、壁７０の上側領域である第３領域Ａ３は、壁７０のコーナーによって第４ＡＰアンテナ７８から放射される電波が到達し難く、到達したとしてもその強度が弱い領域である。このため、壁７０の第３領域Ａ３と接する壁面に第３領域Ａ３で無線通信が可能となるように、第５ＡＰアンテナ８０が設置されている。

第３ないし第５ＡＰアンテナ７６，７８，８０は、第１及び第２ＡＰアンテナ（図２の４４，４６）と同じ条件で具備されることが望ましい。第３ないし第５ＡＰアンテナ７６，７８，８０は、壁７０の外部に具備された第３ＡＰ７２と連結されている。

第３ＡＰ７２と第３ないし第５ＡＰアンテナ７６，７８，８０は、壁７０を通じてケーブルに連結されている。第３及び第４ＡＰアンテナ７６，７８間には、第２電力分配器７４が具備されている。第２電力分配器７４は、第３ＡＰ７２から受信した信号を第３ないし第５ＡＰアンテナ７６，７８，８０に均一に分配する。第２電力分配器７４及び第３ＡＰ７２は、第３ＲＦケーブルＣに連結されており、第２電力分配器７４及び第３ないし第５ＡＰアンテナ７６，７８，８０のそれぞれは、第４ないし第６ＲＦケーブルＣ１，Ｃ２，Ｃ３に連結されている。

一方、図４に示したアンテナシステムの場合にも、第３ＡＰ７２と第３ないし第５ＡＰアンテナ７６，７８，８０とを分離させて具備する代わり、両側を一体化させ、その結果物を壁７０に埋め込ませることができる。この場合、第２電力分配器７４は不要になる。

また、図４に示した壁７０が１つの部屋を取り囲んでおり、第２及び第３領域Ａ２，Ａ３が前記部屋の内部であり、第１領域Ａ１は前記部屋の外部、すなわち屋外である場合は、第３ＡＰアンテナ７６は不要になる。しかし、たとえ１つの部屋であっても、壁７０が前記部屋の内側にひどく突き出た形態、すなわち前記部屋がエッジを有するために、前記１つの部屋に１つのＡＰアンテナとが設置された場合、端末機の位置によって前記端末機と前記１つのＡＰアンテナは可視線上に置かれないことになる。したがって、１つの部屋であっても、壁７０の形態によって、１つ，２つ又はそれ以上のＡＰアンテナが必要となる。

本発明の実施例２による屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムは、壁を貫通するアンテナ構造体が具備されたところに特徴がある。

具体的に、図３を参照すると、壁１０にホールｈが形成されている。壁１０の外部に具備された第２ＡＰ６０から受信した信号を壁１０の両側に位置した端末機（図示せず）に向かって放射するために、ホールｈに第１ホーンアンテナ６２ａ，第２ホーンアンテナ６２ｂ，フィード６３，摺動導波管壁６４を含むアンテナ構造体が具備されている。

第２ＡＰ６０と前記アンテナ構造体とは、壁１０を通じて第２ＲＦケーブル６６に連結されている。第１及び第２ホーンアンテナ６２ａ，６２ｂは、ホールｈの両端部に壁１０と平行に具備されており、壁１０の両側に位置した無線通信用端末機（図示せず）にフィード６３から伝えられる信号を放射し、前記端末機から受信した信号をフィード６３に伝達する。フィード６３は、第２ＡＰ６０から受信した信号を第１及び第２ホーンアンテナ６２ａ，６２ｂに伝達する。摺動導波管壁６４は、第１及び第２ホーンアンテナ６２ａ，６２ｂを摺動構造で連結させる。第２ＡＰ６０は、フィード６３と連結されている。

一方、図３のように壁１０が一字型ではなく、図５に示すように壁１０が垂直な第１及び第２面１０ａ，１０ｂで構成されており、壁１０にコーナーが形成されている場合は、前記したアンテナ構造体を図５に示すように、第１及び第２面１０ａ，１０ｂにそれぞれ設置することができる。

具体的に図５を参照すると、壁１０の第１面１０ａに第１アンテナ構造体９０が第１面１０ａを貫通して具備されている。また、壁１０の第２面１０ｂに第２アンテナ構造体９２が第２面１０ｂを貫通して具備されている。第１及び第２アンテナ構造体９０，９２は、図３のアンテナ構造体と同等なものである。第１及び第２アンテナ構造体９０，９２の内部に、それぞれ第１及び第２フィード９０ａ，９２ａが備えられている。第１及び第２フィード９０ａ，９２ａは第２ＡＰ６０に連結されており、第２ＡＰ６０から伝えられる信号を第１及び第２アンテナ構造体９０，９２に伝達する。

次に、本発明者は、本発明を検証するための方法として、光線法による電界強度分布を分析した。この時、無志向性ダイポールアンテナを使用し、壁面と壁の内部とにそれぞれ設置して比較分析した。本検証は、２.４４ＧＨｚで実施し、５ＧＨｚ帯域でも類似した結果を示した。検証結果については、図面なしに説明する。

まず、前記無志向性ダイポールアンテナを壁面に設置した場合、前記ダイポールアンテナから送出される信号は壁に遮断されて伝播されなかった。

一方、前記無志向性ダイポールアンテナを壁の内部に設置した場合、前記ダイポールアンテナの電界強度分布は、前記ダイポールアンテナを壁面に設置した時より２５ｄＢ以上高かった。

前記した説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それは、望ましい実施例の例示として解釈されなければならない。例えば、本発明が属する技術分野で当業者であれば、ＡＰから受信された信号をＡＰアンテナ別に強度を異なるように分配できる分配器を使用して図２または図４に示した電力分配器を代替できる。また、実施例２で壁の一側にだけ端末機が位置する場合、第１及び第２ホーンアンテナ６２，６２ａのうちから選択されたいずれか１つは除去することができる。また、前記したＡＰアンテナのうちから一部は壁に埋め込まれていない形態で具備することもできる。このように本発明は多様にさらに変形できるので、本発明の範囲は説明された実施例によって定められず、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって定められなければならない。

無線通信または有無線結合通信のための室内アンテナシステムを構築するために使用することができる。

従来技術による屋内無線通信用アンテナシステムの概略的構成を示す模式図である。 本発明の実施例１による屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムを示す模式図である。 本発明の実施例２による屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムを示す模式図である。 本発明の実施例１によってコーナーを有する壁面に設置された屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムを示す模式図である。 図３の屋内無線通信用の壁体埋め込み型アンテナシステムが、相互垂直な第１及び２部分で構成された壁に設置された場合を示す平面図である。

符号の説明

１０ 壁
１４ 無線通信用第１端末機
１６ 無線通信用第２端末機
４０ 第１ＡＰ
４２ 第１電力分配器
４４ 第１ＡＰアンテナ
４６ 第２ＡＰアンテナ
４８ 第１ＲＦケーブル

Claims (15)

1. 屋内の選択された何れか１つの壁の少なくとも一面に一部分が埋め込まれた第１ＡＰアンテナと、
   前記第１ＡＰアンテナに連結されたＡＰ（ＲＦユニット）と、
   前記選択されたいずれか１つの壁の他の面に一部分が埋め込まれ、前記ＡＰと連結された第２ＡＰアンテナと、
   を具備し、
   前記第１及び第２ＡＰアンテナと前記ＡＰ間の壁に前記ＡＰから受信される信号を前記第１及び第２ＡＰアンテナに供給する電力分配器が埋め込まれていることを特徴とする屋内無線通信用アンテナシステム。
2. 前記第１及び第２ＡＰアンテナは電波放出面を除外した残りの部分が前記壁に埋め込まれており、前記第１及び第２ＡＰアンテナ全体は電波放射効率を極大化するために壁面と最大限平行に設置されたことを特徴とする請求項１に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。
3. 前記壁は前記第１ＡＰアンテナが設置された領域がコーナーになるように曲げられ、前記曲げられた部分の外壁面に、前記第２ＡＰアンテナと可視線上にない領域で無線通信が可能となるように第３ＡＰアンテナが設置され、
   前記電力分配器は、前記第１ないし第３ＡＰアンテナと前記ＡＰ間の壁に前記ＡＰから受信される信号を前記第１ないし第３ＡＰアンテナに分配することを特徴とする請求項１に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。
4. 前記第３ＡＰアンテナは前記外壁面に電波放射面を除外した残りが埋め込まれるように具備されているが、前記第３ＡＰアンテナは埋め込まれる部分の壁と平行に設置されることを特徴とする請求項３に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。
5. 前記壁は１つの部屋と屋外とを区分する壁であって、少なくとも一部分が前記１つの部屋の内側に突き出た形態であり、前記壁の突き出た部分の片壁面に前記第１ＡＰアンテナが具備されており、前記突き出た部分の他の壁面に第４ＡＰアンテナが設置され、
   前記電力分配器は、前記第１及び第４ＡＰアンテナと前記ＡＰ間の壁に前記ＡＰから受信される信号を前記第１及び第４ＡＰアンテナに分配することを特徴とする請求項１に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。
6. 前記第４ＡＰアンテナは電波放射面を除外した残りが埋め込まれるように具備されているが、埋め込まれる部分の壁と平行になっていることを特徴とする請求項５に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。
7. 前記第１ＡＰアンテナ及びＡＰは一体化して前記壁に埋め込まれていることを特徴とする請求項１または５に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。
8. 前記第１及び第２ＡＰアンテナと前記ＡＰとは一体化して前記壁に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。
9. 前記第１ないし第３ＡＰアンテナと前記ＡＰとは一体化して前記壁に埋め込まれていることを特徴とする請求項３に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。
10. 前記第１及び第４ＡＰアンテナと前記ＡＰとは一体化して前記壁に埋め込まれていることを特徴とする請求項５に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。
11. 屋内の選択された何れか１つの壁を貫通して具備された第１アンテナ構造体と、
    前記第１アンテナ構造体に連結されたＡＰ（ＲＦユニット）を具備するが、
    前記第１アンテナ構造体は前記壁の厚さによって可変できる摺動構造よりなることを特徴とする屋内無線通信用アンテナシステム。
12. 前記第１アンテナ構造体は、
    前記壁の両側に露出され、前記壁と平行した第１及び第２ホーンアンテナと、
    前記ＡＰから受信される信号を前記第１及び第２ホーンアンテナに伝送するフィードと、
    前記第１及び第２ホーンアンテナと前記フィードとを摺動構造で連結して前記両アンテナを前記壁の厚さにマッチングして設置できる摺動導波管壁と、
    で構成されることを特徴とする請求項１１に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。
13. 前記ＡＰは前記壁を通じて前記フィードに連結されることを特徴とする請求項１２に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。
14. 前記選択された何れか１つの壁は前記第１アンテナ構造体が具備された第１面及びこれに垂直な第２面で構成されることを特徴とする請求項１１に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。
15. 前記第２面に前記アンテナ構造体と同等な第２アンテナ構造体が具備されることを特徴とする請求項１４に記載の屋内無線通信用アンテナシステム。

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