JP4087023B2

JP4087023B2 - ミリ波帯信号送受信システムおよびミリ波帯信号送受信システムを具備した家屋

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Publication number: JP4087023B2
Application number: JP25173099A
Authority: JP
Inventors: 浩哉佐藤; 英治末松; 義久天野; 保青木; 良則関
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1999-09-06
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2019-09-06
Also published as: JP2000165959A; US7164932B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミリ波帯信号送受信システムおよび当該ミリ波帯信号送受信システムを具備した家屋に関し、特にミリ波を用いた映像信号を屋内で伝送するミリ波帯信号送受信システムおよび当該ミリ波帯信号送受信システムを具備した家屋に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ミリ波通信においては、送信機と受信機との間に人体等の遮蔽物が入ると、遮蔽物によるミリ波の吸収があるため、送信機と受信機とを直線で結ぶ伝搬経路を介して受ける直接波による伝搬（以下、見通しと呼ぶ）が寸断される。このように遮蔽物がある場合にあっても良好な通信を確保することは、ミリ波通信における重要な課題である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、見通しを遮った状態で良好な受信状態を確保する手段としては、送信機を天井近くに配置し、受信機を遮蔽物である人体に遮られない位置に配置する（すなわち、直接波のみを用いる）ことが試みられているが、実際には双方の配置に制限があり、特に遮蔽物の多い一般家屋内での実用には程遠い。
【０００４】
また、他の手段としては、「ミリ波伝搬の基礎」（真鍋武嗣，MWE'96 Microwave Workshop Digest，pp.501〜510）に開示されているように、端末局アンテナの指向性を切換えることによるパスダイバシティ、または複数の基地局との間でのマクロダイバシティ等が試みられてきた。
【０００５】
しかしながらいずれの場合も、制御を目的としたモニタリングは別として、情報自体の送受信に関しては、「１度に１つの電波パスを選択的に使用し、同時に複数の電波パスを用いない」という基礎に基づいた構成となっている。このため、システムは複雑化しコストが高くなる傾向にあった。
【０００６】
そこで、本発明は、係る問題を解決しようとなされてものであり、その目的は極めて安価かつ容易な方法で、確実にミリ波通信を行なうことができるミリ波帯信号送受信システムおよび当該ミリ波帯信号送受信システムを具備する家屋を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の一つの局面によるミリ波帯信号送受信システムは、ミリ波帯の信号波を放射する送信機と、信号波を伝搬する伝搬径路を少なくとも１つ以上形成する伝搬径路形成部と、受信機と送信機との間の見通し伝搬径路および少なくとも１つ以上形成される伝搬径路のうちの複数の伝搬径路を介して複数の信号波が同時に入射されうる受信機とを備える。
【０００８】
したがって、当該ミリ波帯信号送受信システムによると、複数の伝搬径路を介してミリ波帯の信号波を送受信することが可能であるので、良好な送受信を実現することが可能とする。
【０００９】
好ましくは、伝搬径路形成部は、送信機から放射される信号波を反射し、受信機に反射した信号波が入射するように配置する反射板を含む。
【００１０】
したがって、当該ミリ波帯信号送受信システムによると、反射板により複数の伝搬径路を確保される。また、反射板の設置により、複数の信号波が受信機に入射するための入射条件を容易に設定することができる。
【００１１】
特に、反射板は、送信機と受信機とを結ぶ直線に対し、実質的にほぼ平行に配置される。したがって、当該ミリ波帯信号送受信システムによると、送信機に含まれるアンテナおよび受信機に含まれるアンテナのアンテナ開口角を小さくすることができる。また、このような配置により、信号強度がより高い状態で複数の信号波が受信機に入射する条件が得られる。
【００１２】
特に、反射板は、アルミニウムを有する薄膜を含む。したがって、たとえばアルミニウム箔を用いた場合、当該アルミニウム箔はミリ波帯信号の良反射体であるとともに、加工性に富みかつ安価であるため、容易に複数の伝搬径路を形成することが可能となる。
【００１３】
特に、反射板は、表面が絶縁体で被覆される。したがって、反射板の表面を絶縁体で被覆することにより、反射板は装飾備品として活用され、屋内の装飾性を高める。また、絶縁体により、反射板の表面を保護する効果を有する。
【００１４】
特に、反射板は、表面が透明絶縁体で被覆される。これにより、反射板を光を反射する、すなわち鏡面として使用することができる。これにより、屋内の装飾性を高めるとともに、絶縁体により、反射板の表面を保護する効果を有する。また、反射板の設置に際し、目視により、当該ミリ波帯信号送受信システムの位置・方向あわせを容易にする効果を有する。
【００１５】
特に、反射板は、複数個配置され、複数個配置された反射板は、受信機に対して、信号波を伝搬する複数の伝搬経路を形成する。したがって、送受信機間に遮蔽物が存在した場合であっても、見通し以外の伝搬径路により良好な送受信が実現される。なお、この際、信号波は、反射板を１回経由しても、複数回経由してもよい。
【００１６】
特に、受信機は、通常状態において、複数の伝搬径路を介して、複数の信号波が、同時に入射される。これにより、遮蔽物が存在しない場合（通常状態）に、信号波の良好な送受信が実現され、またある伝搬径路上に遮蔽物が存在した場合であっても、他の伝搬径路により信号波の良好な送受信が実現される。
【００１７】
好ましくは、受信機および送信機は、家屋の内部に配置され、伝搬径路形成部は、送信機から放射される信号波を反射する、家屋の内部空間を構成する構造部であって、送信機は、家屋の内部空間を構成する構成部から所定の距離をおいて配置され、所定値以上の放射角をもってミリ波帯の信号波を放射する。
【００１８】
したがって、当該ミリ波帯信号送受信システムによると、送受信機を配置する屋内の構成部分を用いて、信号波が伝搬する複数の伝搬径路を確保することが可能となるため、良好な送受信を実現することが可能となる。
【００１９】
より好ましくは、所定の距離および所定値以上の放射角のそれぞれは、複数の信号波が伝搬される領域および送信機と受信機との位置関係に基づいて定められる。したがって、当該ミリ波帯信号送受信システムによると、複数の信号波が伝搬される領域および送信機と受信機との位置関係に基づいて、送信機の設置場所、や放射角を適切に設定することが可能となる。これにより、最小限の送信出力で効率的に信号波の伝搬径路を確保することができる。さらに、送信機と受信機との間の見通し寸断による伝送品質の劣化の問題を解消することができる。
【００２０】
この発明のさらなる局面によるミリ波帯信号送受信システムは、ミリ波帯対応の複数の送信機と、複数の送信機から出力される複数の信号波が同時に入射されうるように配置される受信機とを備え、複数の送信機のそれぞれから放射される複数の信号波は、同一の周波数を有する。
【００２１】
したがって、当該ミリ波帯信号送受信システムによると、複数の伝搬径路を用いて良好な送受信が実現される。特に、同一周波数帯を用いて、すなわち占有帯域幅を増加させることなく遮断対策を行なうことができる。
【００２２】
好ましくは、複数の送信機のそれぞれは、同一の周波数の信号波を生成するための、所定の局部発振周波数で発振する局部発振器を含む。したがって、当該ミリ波帯信号送受信システムによると、信号波の周波数がすべて同一となるため、同一周波数帯を用いて遮断対策を行なうことができる。
【００２３】
より好ましくは、局部発振器は、互いに同期している。したがって、当該ミリ波帯信号送受信システムによると、複数の信号波がすべて完全同期しているため、たとえば、局部発信周波数のずれによるビートノイズの発生を防止することができる。さらに、同一チャンネルの内容は、完全に同一周波数で伝搬されるため、周波数ずれによる品質の劣化を防止することができる。
【００２４】
なお、当該ミリ波帯信号送受信システムにおいて、信号波を反射する反射板を設けて、複数の伝搬径路を確保することは実施上まったく問題ない。
【００２５】
特に、受信機は、通常状態において、複数の信号波が、同時に入射される。これにより、遮蔽物が存在しない場合（通常状態）に、信号波の良好な送受信が実現され、またある伝搬径路上に遮蔽物が存在した場合であっても、他の伝搬径路により信号波の良好な送受信が実現される。
【００２６】
この発明のさらなる局面によるミリ波帯信号送受信システムを具備する家屋は、内部空間を構成する構成部と、ミリ波帯信号送受信システムとを備え、ミリ波帯信号送受信システムは、ミリ波帯の信号波を放射する送信機と、構成部に配置され、信号波を伝搬する伝搬径路を少なくとも１つ以上形成する伝搬径路形成部と、受信機と送信機との間の見通し伝搬径路および前記少なくとも１つ以上形成される伝搬径路のうちの複数の伝搬径路を介して複数の信号波が同時に入射されうる受信機とを含む。
【００２７】
したがって、当該ミリ波帯信号送受信システムを具備した家屋によると、送受信機を配置する屋内の構成部分を用いて、信号波が伝搬する複数の伝搬径路を確保することが可能であるため、良好な送受信が実現することが可能である。
【００２８】
好ましくは、伝搬径路形成部は、送信機の出力を反射する反射板を含み、反射板は、構成部の表面に配置される。したがって、当該ミリ波帯信号送受信システムを具備した家屋によると、家屋に配置される送受信機に対して、家屋内部の状況に応じて、反射板の配置の自由度を向上させることができる。
【００２９】
または、反射板は、構成部の内部に配置される。したがって、当該ミリ波帯信号送受信システムを具備した家屋によると、家屋内に配置される送受信機に対して、家屋内に反射板を設置できない状況であっても、構造部材の内部に配置することにより良好な送受信を実現することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付しその説明は繰返さない。
【００３１】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１における構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１によるミリ波帯信号送受信システムを配置した家屋の断面図（側面から見た図）である。
【００３２】
図１において、記号１は、ミリ波映像伝送用の送信機を、記号２は、受信機を、記号３は、家屋の内部空間を構成する構成部の１例である天井を、記号６は、受信機２により受信された映像信号を表示する表示装置（テレビ等）を、記号３１は、送信機１に備えられるアンテナを、記号３２は、受信機２に備えられるアンテナをそれぞれ示している。
【００３３】
天井３は、石膏ボードを含む材料で形成されている。送信機１のアンテナ３１の開口ビーム角を±３０°とし、送信機１から天井３への入射角を７０°とした。天井３は、送信機１の出力を反射している。遮蔽物のない状態（通常状態）で、受信機２のアンテナ３２に対し、送信機１からの直接波４と天井３が反射経路となる反射波５とが同時に入射している。
【００３４】
受信機２のアンテナ３２の開口ビーム角は、±１５°で反射波５の大きさは、直接波４に対して＋３ｄＢ程度であった。なお、送信機１および受信機２の間の水平距離Ｈは５ｍ、送信機１（またはアンテナ３１）の床面からの高さ２ｍ、受信機２（またはアンテナ３２）の床面からの高さ０．６ｍであった。
【００３５】
ミリ波の従来の使用形態である屋内無線ＬＡＮの用途（直接波を用いて送受信を行なう）においては、このように２波が同時に入射される状態では深刻なマルチパスの影響で満足な通信特性が得られないとされていた。
【００３６】
しかしながら、上述した図１に示す構成において、ＢＳ／ＣＳ信号を用いた映像伝送を６０ＧＨｚ帯にて試みた実験においては、ゴースト等のマルチパスから懸念される悪影響は見られず、映像信号は全く問題なく通過することを検証した。
【００３７】
次に、上記の直接波４が人体７によって遮断された場合を図２に示す。この場合、映像信号は１５ｄＢ程度劣化したが、必要上問題ない信号強度が得られて映像の乱れはなかった。これは、映像信号が、天井３が反射経路となる反射波５により伝搬された結果によると考えられる。
【００３８】
また、人体に代わり金属反射板を用いてこの直接波４を意図的に遮断したところ、上記人体の場合と同様に映像の乱れはなかった。
【００３９】
なお、反射波５を送受信アンテナのメインローブ（主放射波）で、直接波４を送受信アンテナのサイドローブ（副放射波）で形成することにより、反射波５に対する直接波４の強度を適当な範囲内で収めることが容易になる。そして、反射波５および直接波４の強度は、（１）を満たすことが好ましい。
【００４０】
（反射波強度−３ｄＢ）≧（直接波強度）＞通信系の最小感度…（１）
このように、受信機に対し直接波と反射経路から得られる反射波とが同時に入射するように送信機と受信機とを備えることにより、直接波の伝搬経路に遮蔽物があった場合であっても、良好な映像受信が実現される。
【００４１】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２における構成について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態２によるミリ波帯信号送受信システムを配置した家屋の平面図（天井面から見た図）である。
【００４２】
図３において、記号８は、家屋の内部空間を構成する構成部の１例である壁面を示している。壁面８には、反射板９が設けられている。反射板９の裏面（家屋の壁面に対向する面）は、ミリ波帯信号を反射する材料（一例として、アルミニウム箔）で被覆されている。
【００４３】
たとえば、反射板９として、裏面にアルミニウム箔を添付した絵画を用いる。絵画の裏面にアルミニウム箔を配置することにより、屋内の美観を損ねることなく、ミリ波帯の映像信号を反射することができる。
【００４４】
本発明の実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、遮蔽物のない状態（通常状態）で、受信機２のアンテナ３２に対し、直接波４および反射板９（絵画の裏面に添付したアルミニウム箔）を介する反射波５の合計２波が同時に入射している。
【００４５】
反射板９は、送信機１と受信機２とを結ぶ直線に対し、実質的にほぼ平行に配置されている。これにより、送信機１のアンテナ３１および受信機２のアンテナ３２のアンテナ開口角を小さくすることができる。送信機１のアンテナ３１の開口角は、およそ、図３に記載するα（実際にはαより少し大きい角度）になる。この結果、アンテナのゲインを上げることができ、受信機２のアンテナ３２への反射波５の入射がより良好になるという効果を持つ。
【００４６】
アルミニウム箔は、必ずしも鏡面状に平坦にする必要はなく、反射板９への入射角θが６０°の場合、凹凸の大きさが１．２５ｍｍ程度、すなわち６０ＧＨｚにおける１／４波長以下であれば、実用上問題なく作用した。さらに、詳細な実験により、式（２）を関係を満たす表面粗さｄであれば実用上問題なく作用することがわかった。
【００４７】
ｄ＜λ／（８ｃｏｓθ）…（２）
この状態においても、直接波４の伝搬経路上における遮蔽物（たとえば、人体等）の有無に関わらず、実施の形態１と同様に良好な受信映像が得られた。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、表面が絵画、裏面がアルミニウム箔で構成される反射板９を用いたが、これに限定されるものではない。たとえば、反射板９の表面には、カレンダーその他、意匠は問わず、材質についても紙、薄い木材等ミリ波帯信号を特によく吸収する吸収体以外であればよい。
【００４９】
加えて、図示はしないが、裏面にアルミニウム箔を具備した絵画に代わり、鏡を用いたところ、同様に良好な受信映像が得られた。したがって、反射板９は、表面が透明絶縁体で被覆されたものであってもかまわない。なお、透明絶縁体としては、ガラス、樹脂等が使用可能である。また、前記ガラス、樹脂等の表面は、必ずしも鏡面状態を維持しなくてもよいことは言うまでもない。
【００５０】
また、壁面内部に構造材として存在する金網やアルミニウム箔付断熱材を反射板９として利用してもよい。
【００５１】
さらに、図示しないが、本発明の実施の形態２と本発明の実施の形態１とを組合せることも可能である。すなわち、実施の形態１の配置において、天井３を構成する天井板の裏面（屋内に向いている面を表面とする）にアルミニウム箔等を含む反射板を配置する。このような構成であっても、同様の結果が得られる。なお、天井板と反射板９との間に隙間があってもよい。
【００５２】
このように、ミリ波帯信号に対応する送信機と受信機と反射板とを配置し、複数の伝搬径路を設けることにより、遮蔽物の有無を問わず良好な受信映像が実現される。
【００５３】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３の構成について図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態３によるミリ波帯信号送受信システムを配置した家屋の断面図である。
【００５４】
図４においては、２枚の反射板９０および９１が屋内に配置されている状態を示している。記号７０は遮蔽物であり、送信機１と受信機２との間とを直線で結ぶ伝搬経路に常置されている。遮蔽物７０により、送信機１から受信機２への直接波が遮断されている。
【００５５】
反射板９０および９１は、送信機１から放射される信号波を反射する。反射板９０を経由したＡ波は、受信機２へ入射している。反射板９１および９０を経由したＢ波は、受信機２へ入射している。すなわち、Ａ波およびＢ波が同時に受信機２へ入射している。
【００５６】
このように、送信機１の放射する信号波が複数の伝搬経路を介して受信機２に入射されることにより、映像伝送における見通し寸断による伝送品質劣化の問題を生じることなく、良好な品質を確保することができる。
【００５７】
なお、本発明の実施の形態３においては、Ｂ波は反射板９１および９０を経由しているが、反射板９１のみを経由するように配置してもよい。さらに、２波以上が同時に受信機２に入射してもよいことは言うまでもない。
【００５８】
一般家屋においては、ＢＳ／ＣＳ等のアンテナターミナルは、部屋の下部に設けられていることが多い。したがって、図４に示すように、部屋の下部に設けられる送信機１に対し、反射板を部屋の上部（たとえば天井もしくは壁面の上部）に配置して複数の伝搬径路を確保する構成は、ＢＳ／ＣＳ等のアンテナターミナルが部屋の下部に設けられている一般家屋において極めて有効である。
【００５９】
なお、本発明の実施の形態３におけるＡ波とＢ波とをそれぞれ、アンテナのメインローブ（主輻射波）とサイドローブ（副輻射波）とで形成することも有効である。メインローブとサイドローブとを用いると、メインローブのみでＡ波およびＢ波の２波を形成する場合と比較して、Ａ波およびＢ波の双方のアンテナゲインが確保しやすいという利点がある。
【００６０】
［実施の形態４］
本発明の実施の形態４における構成について図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態４によるミリ波帯信号送受信システムを配置した家屋の平面図である。
【００６１】
図５は、ミリ波帯信号対応の２つの送信機１０および１１、ならびに受信機２０が屋内に配置されている状態を示している。記号３１Ａは、送信機１０のアンテナ、記号３１Ｂは、送信機１１のアンテナを、記号３２は、受信機２０のアンテナを表わしている。図に示すように、送信機１０からはＣ波が、送信機１１からはＤ波がそれぞれ放射されている。遮蔽物の存在しない状態（通常状態）で、受信機２０には、Ｃ波およびＤ波が同時に入射している。Ｃ波およびＤ波はともに直接波である。
【００６２】
ここで、Ｃ波およびＤ波の周波数を同一にする。一例として、送信機１０および１１の局部発振周波数を同一とする。送信機１０および１１のそれぞれは、映像信号と当該局部発振周波数の信号とを混合して放射する。これにより、Ｃ波およびＤ波の周波数が同一となる。この結果、同一の周波数帯域を用いて遮断対策を行なうことが可能となる。
【００６３】
複数の送信機を配置し、それぞれの局部発振周波数をすべて同一とした場合、互いに異なる局部発振周波数を用いた周波数ダイバシティ等を利用する場合と比較して、占有帯域幅がまったく増加しないので周波数の有効利用が可能となる。
【００６４】
また、実施の形態４における構成は、特に上述した反射板等を必要としないという特長を有する。一般家屋においても、ＢＳ／ＣＳ等のアンテナターミナルが部屋に複数、または同一フロアのいくつかの部屋に設けられていることが増えてきている。本発明の実施の形態４は、このような家屋での、送受信システムの配置において極めて有効となる。
【００６５】
［実施の形態５］
本発明の実施の形態５の構成について図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態５によるミリ波帯信号送受信システムを配置した家屋の平面図である。
【００６６】
図６においては、送信機１０および１１が近接して配置されている。送信機１０および１１のそれぞれの局部発振周波数は互いに同期している。
【００６７】
遮蔽物の存在しない状態（通常状態）で、送信機１０から放射される直接波であるＥ波、および送信機１１から放射され反射板９を経由したＦ波は、同時に受信機２０へ入射している。
【００６８】
この場合、入射するＥ波およびＦ波の周波数がそれぞれ完全同期しているため、画質の乱れの少ない良好な画像が得られるという特長がある。
【００６９】
上述した実施の形態４では、送信機１０と送信機１１とが互いに別々の局部発振器を用いているため、周波数温度等の条件の違いによりＣ波およびＤ波のそれぞれの周波数のわずかなずれが生じると、画質劣化が生ずる。しかしながら、本発明の実施の形態５においては、これを抑制する効果を持つ。
【００７０】
一例としては、送信機１０と１１とで同一の局部発振器を用いて、完全同期を実現する。これ以外に、各々が別の局部発振器を具備し、▲１▼これらの双方の出力のやり取りにより、同期動作をさせる。▲２▼双方の局部発振器を安定動作させるためのＰＬＬ制御信号のやり取りにより同期動作させる。▲３▼第１の送信機（１０または１１）の送信信号を第２の送信機（１１または１０）で受信し、この信号によって同期動作をさせる。等のいずれの方法をとってもよい。
【００７１】
なお、本発明の実施の形態５による構成は、アンテナ開口ビーム角や設置場所等の都合で複数の送信機によってサービスエリアをカバーしたい場合の自由度の確保に極めて有効なものとなる。
【００７２】
［実施の形態６］
本発明の実施の形態６における構成について図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態６によるミリ波帯信号送受信システムを配置した家屋の断面図である。
【００７３】
図７は、図１と基本的に同じ配置である。ここでは、送信機１、特に送信機１に含まれるアンテナ３１の配置位置や放射角と、直接波および反射波が共通に到達する領域との関連について詳しく説明する。
【００７４】
図７において、送信機１は天井３から距離Ｌを隔てた位置に設置されており、表示装置であるテレビ６に設けられた受信機２は、送信機１から水平距離Ｗ、垂直距離Ｈを隔てた位置に設置されているものとする。
【００７５】
また、送信機１のアンテナ３１からの放射中心は点線で示されるように、ほぼ水平方向としている。ただし、放射中心が水平方向に限定されるものではなく、状況に応じて上向き（天井３方向）であっても、下向き（床方向）であってもかまわない。ここでは、簡単な例を示すために水平方向を中心に放射角を設定している。
【００７６】
図７に示す角度成分θ１〜θ２は、アンテナ３１から床方向へ放射される直接波４に対応する角度を示している。直接波４は、アンテナ３１の放射中心に対して放射角度θ１〜θ２の領域を伝搬する。直接波４は、受信機２で直接受信することが可能である。
【００７７】
送信機１から天井３へ向かう信号波の一部は、天井３を構成する石膏ボード等の建築部材によって一部が反射され、反射波５として受信機２で受信される。図７に示す角度成分θ３〜θ４は、アンテナ３１から天井３へ向かう信号波、または天井３を経由する反射波５に対応する角度を表わしている。アンテナ３１から天井３へ向かう信号波は、アンテナ３１の放射中心に対して放射角度θ３〜θ４の領域を伝搬し、天井３に到達する。天井３を経由した反射波５は、アンテナ３１の放射中心に対して放射角度θ３〜θ４の領域を伝搬する。
【００７８】
図７に示す領域１２は、直接波４と反射波５とがともに到達する領域である。このような領域１２に受信機２を設置することにより、遮蔽物の存在しない状態（通常状態）において、直接波４と反射波５とを同時に受信機２で受信することが可能となる。
【００７９】
天井３によるミリ波帯信号の反射は、天井３を構成する建築材料によって異なる。たとえば石膏ボードでは約９０％が透過し、約１０％が反射される。この場合の伝搬損失は、約１０ｄＢとなり、通常の自由空間伝搬損失を含めてもＣＳデジタル放送等のデジタル情報をミリ波伝送する場合等は、十分実用になることが実験結果からも得られている。
【００８０】
天井３を構成する建築材料を木材にした場合にはさらに反射率が高いので、木材は天井３を利用して反射させる材料として有効である。ただし、水分を含んだ木材の場合にはミリ波吸収が起こるので反射率も低下する。
【００８１】
ここで、屋内でのミリ波伝送において天井による反射が有効であることを示す実験結果を図８を用いて説明する。図８は、伝送品質についての実験結果を示す図であって、屋内でのミリ波伝送において天井による反射が有効であることを示している。実験では、天井の材質は石膏ボード、木材等であって、天井３から送信機１までの距離Ｌを１ｍ、送受信機間の水平距離Ｗを５ｍ、送信機１から受信機２までの垂直距離Ｈを２ｍとした。
【００８２】
図８には、ＢＳ放送（記号ＢＳ）、ＣＳ放送（記号ＳＣ）をミリ波伝送したときの、受信Ｃ／Ｎ（搬送波対雑音比）の実験データを、天井による反射波（伝送距離が約６〜７ｍ）と直接波（伝送距離が約５ｍ）とについてそれぞれ示している。
【００８３】
ミリ波帯信号の受信機２で必要とする搬送波対雑音比Ｃ／Ｎは、たとえばＢＳ放送の場合には、Ｃ／Ｎ＝１４ｄＢ以上、ＣＳ放送の場合には、Ｃ／Ｎ＝８ｄＢ以上であり、これらの搬送波対雑音比Ｃ／Ｎが確保できればクリアな映像が得られる。
【００８４】
図８に示す実験結果によると、ＢＳ放送の場合、天井３による反射波および直接波はともにＣ／Ｎ＝１４ｄＢ以上、ＣＳ放送（UPPER）の場合、天井３による反射波および直接波はともにＣ／Ｎ＝１０ｄＢ以上、ＣＳ放送（LOWER）の場合、天井３による反射波および直接波はともにＣ／Ｎ＝８ｄＢ以上である。したがって、図８に示す実験データにより、天井反射および直接波ともに十分な伝送品質が確保されていることがわかる。
【００８５】
直接波４と反射波５とがともに到達する領域１２の水平距離をＳとすると、距離Ｓ、Ｌ、Ｗ、Ｈ、角度θ１〜θ４の間には、以下の関係が必要である。
【００８６】
直接波４の下端が、直接波４と反射波５とがともに到達する領域１２の右端にくる条件を式（３）に示す。直接波４の上端が、直接波４と反射波５とがともに到達する領域１２の左端にくる条件を式（４）に示す。
【００８７】
Ｗ−Ｓ＝Ｈ／ｔａｎθ２ …（３）
Ｗ＝Ｈ／ｔａｎθ１ …（４）
続いて、反射波５の下端が、直接波４と反射波５とがともに到達する領域１２の右端にくる条件を式（５）に示す。反射波５の上端が、直接波４と反射波５とがともに到達する領域１２の左端にくるための条件を式（６）に示す。
【００８８】
Ｗ−Ｓ＝２×Ｌ／ｔａｎθ４＋Ｈ／ｔａｎθ４ …（５）
Ｗ＝２×Ｌ／ｔａｎθ３＋Ｈ／ｔａｎθ３ …（６）
式（３）〜（６）に示す条件から、以下のことが言える。天井３からの送信機１までの距離Ｌが０になった場合、式（３）、（５）および式（４）、（６）から（Ｗ−Ｓ）およびＷを各々消去すると、式（７）が成り立つ。
【００８９】
θ２＝θ４、θ１＝θ３…（７）
式（７）は、直接波４と反射波５とが同一経路を進むことを示している。すなわち、直接波４が人体等の遮蔽物で遮断されると、反射波５も同一経路で伝送されるため遮断されてしまうことになる。これでは、直接波４と反射波５との別経路を確保することのメリットがなくなってしまう。
【００９０】
したがって、天井３での反射を利用して、直接波４とこれと経路の異なる反射波５とを確保し、遮蔽物による遮断対策を行なうためには、天井３から送信機１までの距離Ｌは必須条件となる。
【００９１】
このことは、天井以外の内部空間を構成する構造物（壁面）を用いることにより、直接波と反射波とを別経路で伝搬させる場合も同様である。壁面の反射を利用する場合には、送信機１を当該壁面から所定の距離をおいて設置することが必要となる。
【００９２】
たとえば、図９に示すように、上述のような反射板を壁面８（または天井３）に設置し、送信機１からの放射出力を受信機２に向けて反射させるようにした場合には、天井３（または壁面８）から送信機１までの距離Ｌを０としておいてもかまわない。この場合、図９に示すように壁面８からの距離Ｌｘが０以上である必要がある。
【００９３】
また、アンテナ３１の放射中心から下向きにθ１、上向きにθ３以内の放射角度で放射するミリ波帯信号は、天井面や壁面や床面での１回だけの反射に制限すると受信機２には有効に到達しないことも考えられる。そこで、上述したように反射波用の放射をアンテナのメインローブ（主輻射波）、直接波用の放射をサイドローブ（副輻射波）で行ってもよい。あるいは、２つのアンテナを設けて反射波用の放射と直接波用の放射とを分離してしまってもよい。ただし、送信機１のアンテナ３１の放射中心が水平でない場合には、θ１、θ３の角度が異なったものになるので、これらの角度の間でも放射出力がある方がアンテナの取付角度の制限を少なくすることができる。
【００９４】
いずれの場合であっても、直接波と反射波とがともに到達する領域１２を確保するためには、放射中心から下向きにθ２、上向きにθ４の放射角度を必要とする。もちろん、これらの角度は必要な到達距離Ｗ、直接波と反射波とがともに到達する領域１２の幅Ｓ、天井３から送信機１までの距離Ｌ、送信機１と受信機２との垂直距離Ｈ等によって変わることは言うまでもない。
【００９５】
また、これらの実際の放射角度を、式（３）〜（６）から求められるθ２、θ４より大きくしておけば、より広い範囲で直接波と反射波との両方の受信が可能となる。したがって、送信機１の出力に余裕があればこの方が望ましい。
【００９６】
また、アンテナ３２の受信角度もこれらの設定角度に応じて所定の値が必要である。すなわち、直接波４と反射波５とがともに到達する領域１２の中のどの位置にあっても直接波４と反射波５との両方の受信ができるためには、少なくとも（θ４−θ１）の角度が必要である。
【００９７】
必要な到達距離Ｗ＝５ｍ、直接波４と反射波５とがともに到達する領域１２の幅Ｓ＝３ｍ、天井３から送信機１までの距離Ｌ＝１ｍ、送信機１と受信機２との垂直距離Ｈ＝１ｍとした場合、式（３）〜式（６）により、θ１〜θ４は、次の関係になる。
【００９８】
θ１≒１１°、θ２≒２７°、θ３≒３１°、θ４≒５６°…（８）
すなわち、式（８）に示すθ１〜θ２、θ３〜θ４の角度にアンテナの放射強度を高めておけば、送信機１から２ｍ〜５ｍの場所に直接波と反射波とがともに到達する領域を得ることができる。
【００９９】
このように、本発明の実施の形態６による構成によれば、送信機と反射面との距離や放射角を適切に設定することが可能である。このため、最小限の送信出力で効率的に受信機までの複数の伝搬経路を確保することができ、送信機と受信機との見通し寸断による伝送品質劣化の問題が生じないミリ波帯信号送受信システムを提供することが可能となる。
【０１００】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１０１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、極めて安価かつ容易な方法で、美観を損なうことなく、ミリ波帯信号（特に映像信号）に対して安定な通信経路を確保することができるミリ波帯信号送受信システムを提供することができる。
【０１０２】
また、複数の伝搬径路を確保することで、屋内での映像伝送における見通し寸断による伝送品質劣化の問題を生じることなく、良好な品質を確保することができる。
【０１０３】
また、屋内を構成する構成部（壁面や天井面等）を利用して反射波を受信機に到達させるように構成することにより、送信機と受信機との見通し寸断による伝送品質劣化の問題のないミリ波帯信号送受信システムを提供することが可能となる。
【０１０４】
また、部屋の奥行きや天井の高さ、または受信機が設置されている場所までの垂直距離および水平距離によって、送信機を設置する天井からの距離やミリ波出力の放射角を適切に設定することが可能となる。これにより、最小限の送信出力で効率的に受信機への複数の伝搬経路を確保することができる。したがって、送信機と受信機との見通し寸断による伝送品質の劣化を防止し、良好な品質の映像を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるミリ波帯信号送受信システムを配置した家屋の断面図である。
【図２】図１に示す構成において、遮蔽物７により直接波を遮った様子を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２によるミリ波帯信号送受信システムを配置した家屋の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態３によるミリ波帯信号送受信システムを配置した家屋の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４によるミリ波帯信号送受信システムを配置した家屋の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態５によるミリ波帯信号送受信システムを配置した家屋の平面図である。
【図７】本発明の実施の形態６におけるミリ波帯信号送受信システムを配置した家屋の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態６における伝送品質についての実験結果を示す図である。
【図９】反射板を用いた場合のミリ波帯信号送受信システムの配置例を示す図である。
【符号の説明】
１，１０，１１送信機、２，２０受信機、３天井、４直接波、５反射波、６テレビ、７遮蔽物、８壁面、９，９０，９１反射板、１２直接波と反射波とがともに到達する領域、７０遮蔽物。

Claims

ミリ波帯の信号波を放射する送信機と、
前記信号波を伝搬する間接伝搬径路を少なくとも１つ以上形成する伝搬径路形成部と、
メインローブとサイドローブとを有する受信アンテナを含む受信機とを備え、
前記受信機と前記送信機との間の見通し伝搬径路と、前記少なくとも１つ以上形成される間接伝搬径路とを含む複数の伝搬径路を介して、複数の信号波が前記受信機に同時に入射可能であり、前記複数の信号波は、前記間接伝搬径路を伝搬する反射波と前記見通し伝搬径路を伝搬する直接波とを含み、前記受信機は、前記反射波および前記直接波が前記反射波の強度が前記直接波の強度よりも大きい関係を有するように、前記受信アンテナの前記メインローブで前記間接伝搬径路を伝搬する反射波を受信し、前記受信アンテナのサイドローブで前記見通し伝搬径路を伝搬する直接波を受信する、ミリ波帯信号送受信システム。
前記伝搬径路形成部は、
前記送信機から放射される信号波を反射し、前記受信機に前記反射した信号波が入射するように配置する反射板を含む、請求項１に記載のミリ波帯信号送受信システム。
前記反射板は、
前記送信機と前記受信機とを結ぶ直線に対し、実質的にほぼ平行に配置される、請求項２に記載のミリ波帯信号送受信システム。
前記反射板は、
アルミニウムを有する薄膜を含む、請求項２に記載のミリ波帯信号送受信システム。
前記反射板は、
表面が絶縁体で被覆される、請求項２に記載のミリ波帯信号送受信システム。
前記反射板は、
表面が透明絶縁体で被覆される、請求項２に記載のミリ波帯信号送受信システム。
前記反射板は、複数個配置され、
前記複数個配置された反射板のそれぞれは、
前記受信機に対して、前記信号波を伝搬する間接伝搬径路を複数個形成する、請求項２に記載のミリ波帯信号送受信システム。
前記受信機は、
通常状態において、前記複数の伝搬径路を介して、前記複数の信号波が、同時に入射される、請求項１に記載のミリ波帯信号送受信システム。
前記受信機および前記送信機は、
家屋の内部に配置され、
前記伝搬径路形成部は、
前記送信機から放射される信号波を反射する、前記家屋の内部空間を構成する構造部であって、
前記送信機は、
前記家屋の内部空間を構成する構成部から所定の距離をおいて配置され、所定値以上の放射角をもってミリ波帯の信号波を放射する、請求項１に記載のミリ波帯信号送受信システム。
前記所定の距離および前記所定値以上の放射角のそれぞれは、
前記複数の信号波が伝搬される領域および前記送信機と前記受信機との位置関係に基づいて定められる、請求項９に記載のミリ波帯信号送受信システム。
内部空間を構成する構成部と、
ミリ波帯信号送受信システムとを備え、
前記ミリ波帯信号送受信システムは、
ミリ波帯の信号波を放射する送信機と、
前記構成部に配置され、前記信号波を伝搬する間接伝搬径路を少なくとも１つ以上形成する伝搬径路形成部と、
メインローブとサイドローブとを有する受信アンテナを含む受信機とを含み、
前記受信機と前記送信機との間の見通し伝搬径路と、前記少なくとも１つ以上形成される間接伝搬径路とを含む複数の伝搬径路を介して、複数の信号波が前記受信機に同時に入射可能であり、前記複数の信号波は、前記間接伝搬径路を伝搬する反射波と前記見通し伝搬径路を伝搬する直接波とを含み、前記受信機は、前記反射波および前記直接波が前記反射波の強度が前記直接波の強度よりも大きい関係を有するように、前記受信アンテナの前記メインローブで前記間接伝搬径路を伝搬する反射波を受信し、前記受信アンテナのサイドローブで前記見通し伝搬径路を伝搬する直接波を受信する、ミリ波帯信号送受信システムを具備する家屋。
前記伝搬径路形成部は、
前記送信機の出力を反射する反射板を含み、
前記反射板は、
前記構成部の表面に配置される、請求項１１に記載のミリ波帯信号送受信システムを具備する家屋。
前記伝搬径路形成部は、
前記送信機の出力を反射する反射板を含み、
前記反射板は、
前記構成部の内部に配置される、請求項１１に記載のミリ波帯信号送受信システムを具備する家屋。