JP5004191B2 - ミリ波送受信システム - Google Patents

Description

この発明はミリ波送受信システムに関し、特に、複数階の建造物に設けられ、受信した放送信号を各階の部屋に配信するミリ波送受信システムに関する。

図１１は、従来のミリ波送受信システムの構成を示す図である。図１１において、ミリ波送受信システムは、複数階（図では４階）の建造物７０の屋上に設けられたミリ波送信装置７１と、各階のベランダに設けられたミリ波受信装置７２とを備える。ミリ波送信装置７１は、取付金具７３により、屋上から建造物７０の外側に突出して下向きに設けられる。ミリ波受信装置７２は、取付金具７４により、ベランダから建造物７０の外側に突出して上向きに設けられる。ミリ波送信装置７１およびミリ波受信装置７２の各々には、指向性を有するアンテナが一体的に設けられている。

ミリ波送信装置７１は、地上波放送アンテナ（図示せず）などで受信された放送信号をミリ波帯の信号にアップコンバートして送信する。ミリ波受信装置７２は、ミリ波送信装置７１からの信号を受信し、受信した信号をダウンコンバートして放送信号を復元し、復元した放送信号を対応する階の部屋の受信端末に伝送する。

ミリ波受信装置７２の建物物７０の外壁からの突出量Ｈ、ミリ波送信装置７１の位置を基準とした水平方向の位置Ｗ、ミリ波受信装置７２の上向きの角度θは、取付金具７４によって調整可能になっており、ミリ波受信装置７２における受信信号のＣＮ値（キャリア対ノイズ比）が高くなるように設定される。
特開２００５−５９８０号公報

このようなミリ波送受信システムでは、建造物７０のベランダの壁面や地面の物体（たとえば、自動車）で反射した電波（反射波）がミリ波受信装置７２に入射すると、ノイズになるので、ミリ波受信装置７２の突出長Ｈなどは反射波がミリ波受信装置７２に入射しないように設定される。

しかし、従来のミリ波送受信システムでは、建造物が５階以上になって無線伝送距離が長くなったり、ミリ波送信装置７１およびミリ波受信装置７２のアンテナの指向角が広くなると、ミリ波受信装置７２の外壁からの突出量Ｈを無線伝送距離と略同程度にしない限りは、外壁からの反射波の影響を受け、受信信号のＣＮ値が低下してしまうと言う問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、受信信号のＣＮ値が高いミリ波送受信システムを提供することである。

この発明に係るミリ波送受信システムは、建造物に設けられるミリ波送受信システムであって、指向性を有するミリ波送信アンテナを含み、基準信号を用いて放送信号をミリ波帯へアップコンバートし、アップコンバート後の変調信号と基準信号とを含む電波をミリ波送信アンテナを介して送信するミリ波送信装置と、指向性を有するミリ波受信アンテナを含み、ミリ波送信アンテナから送信された変調信号および基準信号を含む電波をミリ波受信アンテナで受信し、基準信号を用いて変調信号をダウンコンバートし、放送信号を復元するミリ波受信装置とを備えたものである。ミリ波送信アンテナは、建造物の外壁から第１の距離だけ突出して下向きに設けられ、ミリ波受信アンテナは、建造物の外壁から第２の距離だけ突出してミリ波送信アンテナに対向して設けられる。第１および第２の距離は、ミリ波送信アンテナから放射されてミリ波受信アンテナに直接入射する直接波の伝送距離と、ミリ波送信アンテナから放射されて建造物の外壁で１回だけ反射し、ミリ波受信アンテナに入射する１回反射波の伝送距離との差が電波の波長の（２ｎ−１）／２倍（ただし、ｎは正の整数である）になるように設定され、直接波と１回反射波はミリ波受信アンテナにおいて同位相となって合成される。したがって、変調信号と基準信号の両方が自由空間伝搬損失によってレベル低下するので、ミリ波受信アンテナの指向角の範囲外では、ダウンコンバートされた信号が急激にレベル低下する。よって、１回反射波以外の反射波の影響を受け難くなり、受信信号のＣＮ値が高くなる。また、直接波と１回反射波を位相合成するので、受信レベルを向上させて良好な伝送特性を得ることができる。

また好ましくは、ミリ波受信装置を外壁に取り付ける取付部材を備え、取付部材は、第２の距離を調整する第１の調整部と、ミリ波受信アンテナの方向を調整する第２の調整部とを含む。この場合は、ミリ波受信アンテナの方向を調整することにより、直接波と１回反射波の位相成分のみならず強度成分も合成することができ、受信レベルを向上させて良好な伝送特性を得ることができる。
また好ましくは、建造物はベランダを備え、ミリ波受信装置は取付部材によってベランダの外壁に取り付けられ、第１および第２の調整部の各々はベランダから手動で調整可能になっている。この場合は、第２の距離を容易に調整することができる。

また好ましくは、第１および第２の距離の各々は３０ｃｍ以下である。この場合は、直接波と１回反射波の距離の差が小さくなり、直接波と１回反射波が打ち消し合うヌル点の数が少なくなり、安定した伝送特性を得ることができる。

また好ましくは、ミリ波受信装置は、基準信号を用いて変調信号をダウンコンバートする２端子型ミキサを含む。この場合は、ミリ波受信装置に局部発振器を設ける必要がないので、装置の小型化および低コスト化を図ることができる。また、送信側でアップコンバートに用いた局部発振器の周波数安定性や位相雑音は、受信側でのダウンコンバートによりキャンセルされるので、システムの雑音特性および受信特性の向上を図ることができる。

また好ましくは、ミリ波受信装置は、ミリ波受信アンテナで受信した信号から基準信号を取り出すフィルタ回路と、フィルタ回路によって取り出された基準信号を用いて変調信号をダウンコンバートする３端子型ミキサとを含む。この場合も、送信側の局部発振器の周波数安定性や位相雑音は、受信側でのダウンコンバートによりキャンセルされる。

また好ましくは、複数種類のアンテナの受信信号を合成して放送信号を生成し、ミリ波送信装置に与える信号合成装置を備える。この場合は、配線が少なくて済み、建造物の美観が損なわれることが無い。

また好ましくは、建造物は複数階であり、ミリ波送信装置は建造物の外壁の上端部に設けられ、ミリ波受信装置は建造物の各階の外壁に設けられる。この場合は、建造物の各階に放送信号を配信することができる。

以上のように、この発明に係るミリ波送受信システムでは、基準信号を用いて放送信号をミリ波帯へアップコンバートし、アップコンバート後の変調信号を基準信号とともに指向性を有するミリ波送信アンテナから放射し、指向性を有するミリ波受信アンテナで受信した基準信号を用いて受信した変調信号をダウンコンバートし、放送信号を復元する。また、ミリ波送信アンテナおよびミリ波受信アンテナを建造物の外壁からそれぞれ第１および第２の距離だけ突出させて配置し、直接波と１回反射波の伝送距離の差が電波の波長の（２ｎ−１）／２倍になるように第１および第２の距離を設定する。したがって、変調信号と基準信号の両方が自由空間伝搬損失によってレベル低下するので、ミリ波受信アンテナの指向角の範囲外では、ダウンコンバートされた信号が急激にレベル低下する。よって、１回反射波以外の反射波の影響を受け難くなり、受信信号のＣＮ値が高くなる。また、直接波と１回反射波を位相合成するので、受信レベルを向上させて良好な伝送特性を得ることができる。

[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１によるミリ波送受信システムの構成を示すブロック図である。図１において、このミリ波送受信システムは、複数階（図では１４Ｆ）の建造物（たとえば、ビル、マンション）１の屋上に設けられたミリ波送信装置２と、各階のベランダに設けられたミリ波受信装置３とを備える。ミリ波送信装置２は、取付金具４により、屋上から建造物１の外側に突出して下向きに設けられる。ミリ波受信装置３は、取付金具５により、ベランダから建造物１の外側に突出してミリ波送信装置２に対向して設けられる。

図２は、ミリ波送信装置２およびミリ波受信装置３の構成を示すブロック図である。図２において、建造物１の屋上には、ミリ波送信装置２の他、地上波放送を受信するアンテナ１０と、衛星放送を受信するアンテナ１１と、アンテナ１０，１１で受信した信号を合成する信号合成装置１２とが設けられる。

アンテナ１０で受信された周波数ｆｓａの地上波放送信号Ｓ１と、アンテナ１１で受信された周波数ｆｓｂの衛星波放送信号Ｓ２とは、それぞれ信号合成装置１２内のブースターアンプ１３，１４で所定の信号レベルに増幅された後、合成器１５で合成され、周波数ｆｓｅの一系列の信号Ｓ３として、ミリ波送信装置２に入力される。

一系列の信号Ｓ３は、ミリ波送信装置２内において、増幅器１６でレベル調整されてミキサ１７に入力される。一方、基準信号源１８で生成された周波数ｆＬＯ１の基準信号Ｓ４が分配器１９を介してミキサ１７に入力される。ミキサ１７は、基準信号Ｓ４を用いて一系列の信号Ｓ３をアップコンバートし、周波数ｆＩＦ１の中間周波数信号Ｓ５を生成する。ここで、周波数ｆＩＦ１は、ｆＩＦ１＝ｆＬＯ１−ｆｓｅである。中間周波数信号Ｓ５は、バンドパスフィルタ２０で不要な周波数成分を除去され、増幅器２１で増幅されて合成器２２に入力される。一方、分配器１９で分配された基準信号Ｓ４は、レベル調整器２３でレベル調整されて合成器２２に入力される。合成器２２は、中間周波数信号Ｓ５と基準信号Ｓ４を合成して中間周波数多重信号Ｓ６を生成し、その信号Ｓ６をミキサ２４に与える。

また、基準信号Ｓ４は、ｍ次（ただし、ｍは２以上の整数であり、たとえば５である）のマルチプライア２５に与えられる。マルチプライア２５は、周波数がｆＬＯ２の局部発振信号Ｓ７を生成してミキサ２４に与える。ここで、周波数ｆＬＯ２は、ｆＬＯ２＝２ｍｆＬＯ１である。ミキサ２４は、局部発振信号Ｓ７を用いて中間周波数多重信号Ｓ６をアップコンバートする。ミキサ２４としては、偶高調波ミキサ、たとえば２次高調波ミキサが使用される。

ミキサ２４の出力信号のうちの上側波帯の信号のみがバンドパスフィルタ２６を通過して無線多重信号Ｓ８となる。無線多重信号Ｓ８は、無線基準信号Ｓ１０と無線信号Ｓ１１を含む。無線基準信号Ｓ９の周波数は、ｆＬＯ２＋ｆＬＯ１＝（２ｍ＋１）ｆＬＯ１となる。無線信号Ｓ１０の周波数は、ｆＬＯ２＋ｆＩＦ１＝ｆＬＯ２＋（ｆＬＯ１−ｆｓｅ）＝（２ｍ＋１）ｆＬＯ１−ｆｓｅとなる。無線多重信号Ｓ８は、ミリ波パワーアンプ２７によって増幅され、指向性を有するミリ波送信アンテナ２８から送信される。

一方、ミリ波受信装置３においては、指向性を有するミリ波受信アンテナ３０で受信された無線多重信号Ｓ８は、低雑音増幅器３１で増幅され、バンドパスフィルタ３２でイメージ信号成分を抑圧されて２端子型ミキサ３３に与えられる。２端子型ミキサ３３は、受信された無線基準信号Ｓ９を用いて受信された無線信号Ｓ１０をダウンコンバートし、一系列の信号Ｓ３を復元する。

ここで、無線信号Ｓ１０の周波数（２ｍ＋１）ｆＬＯ１−ｆｓｅと無線基準信号Ｓ９の周波数（２ｍ＋１）ｆＬＯ１との差が一系列の信号Ｓ３の周波数ｆｓｅとなる。この一系列の信号Ｓ３には、ミリ波送信装置２で使用された周波数ｆＬＯ１の基準信号Ｓ４の周波数偏差および位相雑音特性は全く関係しない。

一系列の信号Ｓ３は、可変減衰器３４でレベル調整され、バンドパスフィルタ３５で不要な周波数成分を除去され、増幅器３６で所定の信号レベルに増幅され、出力端子から出力される。出力された信号Ｓ３は、分離器３７によって地上波放送信号Ｓ１と衛星放送信号Ｓ２とに分離され、対応する階の部屋のテレビ受像機３８の衛星放送用／地上波放送用チューナ３９に与えられる。

また、図３は、取付金具５の構成を示す図である。図３において、取付金具５は、Ｌ字状のアーム４０と、アーム４０の一端にミリ波受信装置３を固定するための固定具４１と、アーム４０の他端を挿入するための挿入孔４２ａおよびベランダの外壁に当接可能な板部４２ｂを有する金具本体４２と、金具本体４２に連結されて板部４２ｂとの間でベランダの外壁を挟持するための取付板４３とを含む。

金具本体４２の板部４２ｂと取付板４３との間隔は、ボルト４４によって調整可能になっており、ベランダへの取付時には、このボルト４４を締め付けることによって、板部４２ｂと取付板４３とでベランダの外壁を挟持できるようにされている。このため、ミリ波受信装置３のベランダへの設置位置を調整する際には、このボルト４４を緩めて取付金具５自体をベランダに沿って移動させればよい。

また、アーム４０は、金具本体４２の挿入孔４２ａに挿入することにより、ベランダに設置されるが、挿入孔４２ａの外壁およびアーム４０には、２本のボルト４５を使ってアーム４０を金具本体４２に固定するための孔が穿設されている。

一方、固定具４１は、Ｕ字状に形成された２本のボルト４６の先端を、それぞれ、固定具４１に穿設された挿通孔に挿通して、各ボルト４６の湾曲部と固定具４１との間にアーム４０の一端を挿通し、固定具４１から突出したボルト４６の先端をそれぞれナット４７で締め付けることにより、アーム４０に固定される。

このため、固定具４１のアーム４０への固定位置（換言すれば、ミリ波受信装置３のベランダからの突出量Ｈ）や、固定具４１のベランダ壁面に沿った面上での傾き（換言すればミリ波受信装置３のベランダ壁面に沿った面上での傾き）は、固定具４１をアーム４０へ固定する際に調整できる。

また、固定具４１には、ミリ波受信装置３を固定するための板部４１ａが立設されており、板部４１ａには、ミリ波受信装置３に設けられた板部３ａを２本のボルト４８で固定するために、各ボルト４８の挿通孔４１ｂ，４１ｃが穿設されている。そして、この２つの挿通孔４１ｂ，４１ｃの内、一方の挿通孔４１ｂは、他方の挿通孔４１ｃを中心とする円弧形状の長孔になっている。

このため、ミリ波受信装置３のベランダ壁面１ａに直交する面上での傾きθは、２本のボルト４８でミリ波受信装置３を固定具４１に固定した後、挿通孔４１ｃに挿通されたボルト４８を支点としてミリ波受信装置３を傾けることによって、容易に調整できる。そして、この傾き調整後は、２本のボルト４８を締め付ければ、ミリ波受信装置３を固定具４１にしっかりと固定することができる。

図１に戻って、ミリ波送信装置２は、建造物１の屋上のベランダ壁面１ａから所定の距離ｈ１だけ突出して設けられ、ミリ波受信装置３は、建造物１の対応する階のベランダ壁面１ａから所定の距離ｈ２だけ突出して設けられる。ミリ波送信装置２は、無線多重信号Ｓ８を地面を向けて垂直に送信し、ミリ波受信装置３は、その無線多重信号Ｓ８を受信する。

なお、ミリ波送信アンテナ８はミリ波送信装置２に一体的に形成されており、ミリ波送信装置２の突出長ｈ１はミリ波送信アンテナ８の中心の突出長ｈ１に等しい。また、ミリ波受信アンテナ３０はミリ波受信装置３に一体的に形成されており、ミリ波受信装置３の突出長ｈ２はミリ波受信アンテナ３の中心の突出長ｈ２に等しい。

また、ミリ波受信装置３はベランダに設置されるので、アンテナ３０の開口面の大きさ、アンテナ３０を含んだミリ波受信装置３の大きさと重量には制限が生じる。また、ミリ波受信装置３は、小さいほど上の階のミリ波受信装置３の影になり難い。したがって、ミリ波受信装置３を小さくするほど、縦（垂直）方向に、より多くの受信装置３を設置することができる。また、ミリ波送信装置２およびミリ波受信装置３とも、小型かつ軽量であるほど設置が容易かつ安全であり、風の影響を受け難いことは言うまでもない。

今、図４に示すように、ミリ波送信アンテナ２８の指向角θと、建造物１の高さＬと、ミリ波送信装置２の突出長ｈ１と、ミリ波受信装置３の突出長ｈ２との関係について考える。一例として、ミリ波送信アンテナ２８の指向角θを±３度とし、ミリ波送信装置２の突出長ｈ１を３０ｃｍとする。

ミリ波送信装置２から無線多重信号Ｓ８を地面に対して垂直に放射した場合、ミリ波送信アンテナ２８の指向角θが±３度であるので、最初の反射点（１回反射点）はミリ波送信装置２から、Ｌ１＝５．７ｍの位置に出現する。この１回反射波を受信するためには、ミリ波受信装置３の突出長ｈ２を各階毎に適宜変える必要がある。また、Ｌ１＝５．７ｍからＬ＝４０ｍまでは、ミリ波送信アンテナ２７の出射ビームの広がりの関係から、１回反射点は至る所に存在する。

ミリ波送信装置２からミリ波受信装置３に入射される電波（無線多重信号Ｓ８）には、ミリ波送信装置２からミリ波受信装置３に直接入射される直接波と、ミリ波送信装置２から送信され、ベランダ壁面１ａで１回だけ反射してミリ波受信装置３に入射される１回反射波とがある。なお、地面を介して複数回反射されてミリ波受信装置３に入射される複数回反射波は、本ミリ波送受信システムでは十分に減衰されるので、考慮する必要はない。

また、直接波と１回反射波では伝送経路が異なるので、１回反射波の伝送距離と直接波の伝送距離には差がある。また、１回反射点は固定端になり、１回反射点での反射によって電波の位相が反転する。したがって、１回反射波の伝送距離と直接波の伝送距離との差Ｄが電波の波長λのｎ倍（ただし、ｎは整数である）となるヌル点では、直接波と１回反射波が逆位相となって打ち消し合う。すなわち、ヌル点では、Ｄ＝ｎλとなる。

逆に、１回反射波の伝送距離と直接波の伝送距離との差Ｄが電波の波長λの（２ｎ−１）／２倍となる同位相合成点では、直接波と１回反射波が同位相となって合成される。すなわち、同位相合成点では、Ｄ＝（２ｎ−１）λ／２となる。ミリ波送信装置２とミリ波受信装置３の垂直方向の位置を固定し、ミリ波受信装置３の突出長ｈ２を変えると、１回反射波の伝送距離と直接波の伝送距離との差Ｄが変わり、ｎ＝１，２，３，…に対応してヌル点および同位相合成点は周期的に複数回現れる。

一例として、建造物１の外壁が理想的に平坦な壁であるとし、ミリ波送信装置２からミリ波受信装置３までの直接波の伝送距離Ｌを４２ｍとし、ミリ波送信装置２およびミリ波受信装置３の各々の指向角θを±３度とし、ミリ波送信装置２の突出長ｈ１を６０ｃｍまたは３０ｃｍとする。電波の周波数は６１ＧＨｚであり、その波長λは約０．４９ｃｍである。

図５（ａ）は、上記条件においてミリ波受信装置３の突出長ｈ２と、１回反射波の伝送距離と直接波の伝送距離との差Ｄとの関係を示す図である。また、図５（ｂ）は、ミリ波送信装置２の突出長ｈ１が６０ｃｍである場合において、ミリ波受信装置３の突出長ｈ２と、ミリ波受信装置３の受信信号のＣＮ値（ｄＢ）および受信レベル（ｄＢ）との関係を示す図である。また、図５（ｃ）は、ミリ波送信装置２の突出長ｈ１が３０ｃｍである場合において、ミリ波受信装置３の突出長ｈ２と、ミリ波受信装置３の受信信号のＣＮ値および受信レベルとの関係を示す図である。

これらの図５（ａ）〜（ｃ）から、たとえば、ｈ１＝６０ｃｍの場合は、ｈ２＝１７ｃｍである場合にＤ＝λとなり、ｈ２＝１７×２ｃｍである場合にＤ＝２×λとなり、ヌル点が周期的に現れることが分かる。また、ｈ１＝６０ｃｍの場合は、ｈ２＝１７／２ｃｍである場合にＤ＝λ／２となり、ｈ２＝１７×３／２ｃｍである場合にＤ＝λ×３／２となり、同位相合成点が周期的に現れることが分かる。

また、ｈ１＝３０ｃｍの場合は、ｈ２＝３４ｃｍである場合にＤ＝λとなり、ｈ２＝３４×２ｃｍである場合にＤ＝２×λとなり、ヌル点が周期的に現れることが分かる。また、ｈ１＝３０ｃｍの場合は、ｈ２＝３４／２ｃｍである場合にＤ＝λ／２となり、ｈ２＝３４×３／２ｃｍである場合にＤ＝λ×３／２となり、同位相合成点が周期的に現れることが分かる。

このように、１回反射波と直接波の距離差Ｄをｈ１，ｈ２により制御することができ、ミリ波送信装置２の突出長ｈ１が小さいほど、ミリ波受信装置３の突出長ｈ２を変えたときに現れるヌル点の周期は長くなる傾向にある。

また、図６（ａ）〜（ｄ）は、それぞれミリ波送信装置２とミリ波受信装置３の間の距離Ｌが４２ｍ、３６ｍ、３０ｍ、２４ｍであり、ミリ波送信装置２の突出長ｈ１が６０ｃｍである場合において、ミリ波受信装置３の突出長ｈ２と、ミリ波受信装置３の受信信号のＣＮ値（ｄＢ）および受信レベル（ｄＢ）との関係を示す図である。図７（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ距離Ｌが１８ｍ、１２ｍ、６ｍ、３ｍであり、ｈ１が６０ｃｍである場合において、ミリ波受信装置３の突出長ｈ２と、ミリ波受信装置３の受信信号のＣＮ値（ｄＢ）および受信レベル（ｄＢ）との関係を示す図である。

また、図８（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ距離Ｌが４２ｍ、３６ｍ、３０ｍ、２４ｍであり、ｈ１が３０ｃｍである場合において、ミリ波受信装置３の突出長ｈ２と、ミリ波受信装置３の受信信号のＣＮ値（ｄＢ）および受信レベル（ｄＢ）との関係を示す図である。図９（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ距離Ｌが１８ｍ、１２ｍ、６ｍ、３ｍであり、ｈ１が３０ｃｍである場合において、ミリ波受信装置３の突出長ｈ２と、ミリ波受信装置３の受信信号のＣＮ値（ｄＢ）および受信レベル（ｄＢ）との関係を示す図である。

これらの図６（ａ）〜９（ｄ）から、ｈ２が３０ｃｍ〜１０ｃｍの範囲内で、ｈ１が６０ｃｍである場合は、ヌル点の数が４個から１個であり、ｈ１が３０ｃｍである場合はヌル点の数が２個から１個である。つまり、ｈ１が３０ｃｍである場合の方が、ｈ１が６０ｃｍである場合よりも、上記距離差Ｄが生じ難く、ヌル点の数も少なくなり、安定した信号伝送が可能となる。このミリ波送受信システムでは、たとえば、ミリ波送信装置２の突出長ｈ１が３０ｃｍに設定され、各ミリ波受信装置３の突出長ｈ２は受信信号のＣＮ値（ｄＢ）および受信レベル（ｄＢ）が最大値になるように設定される。

この実施の形態１では、無線多重信号Ｓ８の信号レベルは自由空間伝搬損失によって減衰するが、ミリ波受信アンテナ３０の指向角の範囲内では、アンテナ利得によってエネルギーを集中できるので、ミリ波受信装置３において無線基準信号Ｓ９を用いて無線信号Ｓ１０をダウンコンバートする際の変換利得は、ある程度確保可能である。

一方、ミリ波受信アンテナ３０の指向角の範囲外では、上記変換利得は、極めて小さくなる。これは、無線基準信号Ｓ９と無線信号Ｓ１０の両方が自由空間伝搬損失によってレベル低下するのに加え、アンテナ利得による恩恵も受けないので、ダウンコンバートされた信号が急激にレベル低下するからである。この影響は、無線伝送距離が遠くなるほど顕著になり、あたかもアンテナ指向角が実質的に狭くなったような効果を生ずる。したがって、このミリ波送受信システムでは、１回反射波の影響を除き、反射波の影響を受け難くなり、受信信号のＣＮ値が高くなる。

また、無線基準信号Ｓ９と無線信号Ｓ１０が、指向性を有したミリ波送信アンテナ２８から送信され、指向性を有したミリ波受信アンテナ３０によって受信されるので、無線基準信号Ｓ９と無線信号Ｓ１０のレベルの低下が小さい。また、複数回の反射波も伴わないので、無線基準信号Ｓ９と無線信号Ｓ１０の強度と位相の変化による信号レベルの落ち込みは広帯域に亘って小さい。このため、無線基準信号Ｓ９を用いて無線信号Ｓ１０をダウンコンバートし、高いレベルの信号Ｓ３を復元することができる。

また、２端子型ミキサ３３によってダウンコンバートするので、ミリ波受信装置３では、局部発振器が不要であり、かつ、送信側の周波数アップコンバートに用いた基準信号Ｓ４の周波数安定性や位相雑音は、受信側でのダウンコンバートによりキャンセルすることができる。したがって、優れた雑音特性および受信特性を得ることができ、特に受信側の小型化および低コスト化を実現することができる。

また、ミリ波送信装置２の突出長ｈ１とミリ波受信装置３の突出長ｈ２とは、ミリ波送信アンテナ２８から放射されてミリ波受信アンテナ３０に直接入射する直接波と、ミリ波送信アンテナ２８から放射されて建造物１の外壁で１回だけ反射し、ミリ波受信アンテナ３０に入射する１回反射波とが同位相になるように設定される。したがって、直接波と１回反射波を位相合成することができ、高い受信レベルと良好な伝送特性を得ることができる。

また、取付金具５を用いてミリ波受信アンテナ３０の方向を調整することにより、直接波と１回反射波の位相成分のみならず強度成分も合成することができ、高い受信レベルと良好な伝送特性を得ることができる。これは、ミリ波受信アンテナ３０も指向性を有し、ミリ波受信アンテナ３０の方向を変えると受信強度レベルが変化するからである。

すなわち、ミリ波受信アンテナ３０の方向の僅かな変化、たとえば、アンテナ３０の半値幅分の方向変化であっても、指向性アンテナの特性では受信信号パワーは３ｄＢ減衰する。本願発明では、無線信号Ｓ１０と無線基準信号Ｓ９を送受信し、受信した無線基準信号Ｓ９を用いて無線信号Ｓ１０をダウンコンバートするので、ミリ波受信アンテナ３０の半値幅分の方向変化に伴い、無線信号Ｓ１０のパワーが３ｄＢ減衰するだけでなく、無線基準信号Ｓ９のパワーも３ｄＢ減衰するので、無線基準信号Ｓ９を用いてダウンコンバートされた無線信号Ｓ１０は６ｄＢ減衰する。

したがって、ミリ波受信アンテナ３０の方向の僅かな変化によっても受信レベルは、大きく変化する。一例として、アンテナ３０の方向変化によって、直接波の受信レベルを容易に変化させることができ、直接波と反射波の位相と強度を容易に合成することができる。実際には、合成した際のスぺクトラムのレベルや、合成パワーを最大にすることで、直接波と反射波の位相と強度を合成することができる。位相を最適に合成した場合、無線基準信号Ｓ９が３ｄＢ増加するとともに無線信号Ｓ１０が３ｄＢ増加するので、受信側の出力信号Ｓ３は、最大で６ｄＢ増加する。

また、無線伝送距離が４０ｍ程度の場合、建造物１の外壁面から数１０ｃｍ以下の距離は無視できる程度の長さであり、反射点における反射角（反射点における法線と電波の入射経路、反射経路のなす角）は略９０度になり、臨界角に入る。したがって、反射係数は１となり、略全反射となるので、反射損失は著しく小さくなる。その結果、反射効率の高い良好な反射波となるため、直接波と反射波の位相成分と強度成分を合成することができ、良好な伝送特性を得ることができる。

また、ｈ１，ｈ２の各々を数１０ｃｍ以内、たとえば３０ｃｍ以内とすることによって、ミリ波送信装置２およびミリ波受信装置３の取付位置が作業者の手の届く範囲となり、装置の取付および調整を容易に行なうことができる。また、建造物１の高所での取付および調整作業を安全に行なうことができる。また、直接波と反射波を合成するための調整作業も容易となる。

また、直径４ｃｍ程度で２３ｄＢｉ程度の高利得なアンテナ８，３０を構成でき、ミリ波送信装置２およびミリ波受信装置３の各々も数ｃｍ×１０ｃｍ以内に小型に構成できるので、建造物１の美観を損なうことなく、省スペースで構成できる。また、風の影響も小さいので、取り付け強度も軽減することができる。これらの効果は、直径が４０ｃｍ〜５０ｃｍで奥行きが３０ｃｍ〜４０ｃｍ程度の衛星放送用パラボラアンテナがベランダに取り付けられることと比較すれば明白である。

また、復元した放送信号をＴＶ受像機３８、ビデオレコーダ、ＴＶチューナを有したパーソナルコンピュータなどの電子機器に与えることにより、建造物１の壁に孔をあけたり、壁面に大掛かりな配線・配管工事を行なうことなく、より簡易・小型にＴＶの配線を設けることができる。また、そのような電子機器と本ミリ波送受信システムを連動させることによって、電子機器からミリ波受信装置３の電源のオン／オフを行なうことも可能である。また、ベランダなどにパラボラアンテナを立てる必要がないので、省スペース化を実現でき、目立つことがなく、建造物１の美観も損なうこともない。

[実施の形態２]
図１０は、この発明の実施の形態２によるミリ波送受信装置の要部を示す図であって、図２と対比される図である。図１０を参照して、このミリ波送受信装置が実施の形態１と異なる点は、ミリ波受信装置３がミリ波受信装置５０で置換されている点である。

ミリ波受信装置５０において、指向性を有するミリ波受信アンテナ３０で受信された無線多重信号Ｓ８は、低雑音増幅器３１で増幅され、バンドパスフィルタ３２でイメージ信号成分を除去されて周波数ミキサ５１に与えられる。一方、局部発振器５２は、周波数がｆＬＯ３の局部発振信号Ｓ１１を生成して周波数ミキサ５１に与える。周波数ミキサ５１は、局部発振信号Ｓ１１を用いて無線多重信号Ｓ８をダウンコンバートし、中間周波数多重信号Ｓ１２を生成する。

無線多重信号Ｓ８は、上述の通り、周波数が（２ｍ＋１）ｆＬＯ１である無線基準信号Ｓ９と、周波数が（２ｍ＋１）ｆＬＯ１−ｆｓｅである無線信号Ｓ１０とを含む。したがって、中間周波数多重信号Ｓ１２は、周波数が（２ｍ＋１）ｆＬＯ１−ｆＬＯ３である中間周波数基準信号Ｓ１３と、周波数が（２ｍ＋１）ｆＬＯ１−ｆＬＯ３−ｆｓｅである中間周波数信号Ｓ１４とを含む。

中間周波数多重信号Ｓ１２は、バンドパスフィルタ５３で不要な周波数成分を除去され、中間周波数増幅器５４で増幅およびレベル調整され、分配器５５で２分配される。分配器５５の一方の出力信号Ｓ１２は、減衰器５６で数ｄＢ程度レベル調整されて周波数ミキサ５７に与えられる。分配器５５の他方の出力信号Ｓ１２のうち中間周波数基準信号Ｓ１３がバンドパスフィルタ５８を通過し、増幅器５９で増幅され、抵抗素子６０を介して周波数ミキサ５７に与えられる。周波数ミキサ５７は、中間周波数基準信号Ｓ１３を用いて中間周波数多重信号Ｓ１２をダウンコンバートし、一系列の信号Ｓ３を復元する。

復元された一系列の信号Ｓ３の周波数は、［（２ｍ＋１）ｆＬＯ１‐ｆＬＯ３］−［（２ｍ＋１）ｆＬＯ１‐ｆＬＯ３‐ｆｓｅ］＝ｆｓｅとなる。したがって、ミリ波送信装置２内の周波数ｆＬＯ１の基準信号Ｓ４の周波数偏差、位相雑音特性には全く関係しない。

周波数ミキサ５７の出力信号Ｓ３は、バンドパスフィルタ６１によって不要な周波数成分を除去され、増幅器６２で適当な出力レベルまで増幅され、出力端子から出力される。出力された信号Ｓ３は、分離器３７によって地上波放送信号Ｓ１と衛星放送信号Ｓ２とに分離され、対応する階の部屋のテレビ受像機３８の衛星放送用／地上波放送用チューナ３９に与えられる。

この実施の形態２では、ミリ波受信装置５０において、受信した無線多重信号Ｓ８を一旦、中間周波数に変換し、無線多重信号Ｓ８に対する中心周波数の比帯域幅を大きくする。これにより、中間周波数多重信号Ｓ１２から、通常のマイクロ波平面回路のようなバンドパスフィルタ５８を用いて中間周波数基準信号Ｓ１３のみを取り出すことが可能となる。この中間周波数基準信号Ｓ１３を増幅して疑似的な局部発振信号を生成し、この疑似的な局部発振信号を用いて、３端子型ミキサ５７により、中間周波数多重信号Ｓ１２をダウンコンバートする。その結果、ミリ波送信装置２の入力信号である一系列の信号Ｓ３を復元することができる。

また、本構成では、送信側の基準信号源１８や受信側の局部発振器５２で周波数変動や位相雑音が生ずるが、中間周波数多重信号Ｓ１２のダウンコンバートにより、それらの周波数安定性や位相雑音をキャンセルすることができる。したがって、良好な受信ＣＮ特性を得ることでき、伝送距離を長くすることができる。

また、ミリ波送信装置２側における基準信号Ｓ４の厳密なパワーコントロールが不要であるので、ミリ波送信装置２の製造コストが低くなり、また、ミリ波送信装置２への入力レベルの許容範囲が広くなるというメリットが生ずる。

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。

この発明の実施の形態１によるミリ波送受信システムの全体構成を示す図である。 図１に示したミリ波送信装置およびミリ波受信装置の構成を示すブロック図である。 図１に示した取付金具５の構成を示す組立分解図である。 図１に示したミリ波送受信システムにおける直接波と１回反射波を説明するための図である。 図１に示したミリ波送受信システムにおけるヌル点と同位相合成点を説明するための図である。 図１に示したミリ波受信装置の突出長ｈ２とＣＮ値および受信レベルとの関係を示す図である。 図１に示したミリ波受信装置の突出長ｈ２とＣＮ値および受信レベルとの関係を示す他の図である。 図１に示したミリ波受信装置の突出長ｈ２とＣＮ値および受信レベルとの関係を示すさらに他の図である。 図１に示したミリ波受信装置の突出長ｈ２とＣＮ値および受信レベルとの関係を示すさらに他の図である。 この発明の実施の形態２によるミリ波送受信システムの要部を示すブロック図である。 従来のミリ波送受信システムの全体構成を示す図である。

符号の説明

１，７０ 建造物、１ａ ベランダ壁面、２，７１ ミリ波送信装置、３，５０，７２ ミリ波受信装置、３ａ 板部、４，５，７３，７４ 取付金具、１０，１１ アンテナ、１２ 信号合成装置、１３，１４ ブースターアンプ、１５，２２ 合成器、１６，２１，３６，５９，６２ 増幅器、１７，２４ ミキサ、１８ 基準信号源、１９，５５ 分配器、２０，２６，３２，３５，５３，５８，６１ バンドパスフィルタ、２３ レベル調整器、２５ マルチプライア、２７ ミリ波送信アンテナ、３０ ミリ波受信アンテナ、３１ 低雑音増幅器、３３ ２端子型ミキサ、３４ 可変減衰器、３７ 分離器、３８ テレビ受像機、３９ 地上波放送用チューナ、４０ アーム、４１ 固定具、４１ｂ，４１ｃ 挿通孔、４１ａ 板部、４２ 金具本体、４２ａ 挿入孔、４２ｂ 板部、４３ 取付板、４４〜４６，４８ ボルト、４７ ナット、５１，５７ 周波数ミキサ、５２ 局部発振器、５４ 中間周波数増幅器、５６ 減衰器、６０ 抵抗素子。

Claims (8)

1. 建造物に設けられるミリ波送受信システムであって、
   指向性を有するミリ波送信アンテナを含み、基準信号を用いて放送信号をミリ波帯へアップコンバートし、アップコンバート後の変調信号と前記基準信号とを含む電波を前記ミリ波送信アンテナを介して送信するミリ波送信装置と、
   指向性を有するミリ波受信アンテナを含み、前記ミリ波送信アンテナから送信された前記変調信号および前記基準信号を含む前記電波を前記ミリ波受信アンテナで受信し、前記基準信号を用いて前記変調信号をダウンコンバートし、前記放送信号を復元するミリ波受信装置とを備え、
   前記ミリ波送信アンテナは、前記建造物の外壁から第１の距離だけ突出して下向きに設けられ、
   前記ミリ波受信アンテナは、前記建造物の外壁から第２の距離だけ突出して前記ミリ波送信アンテナに対向して設けられ、
   前記第１および第２の距離は、前記ミリ波送信アンテナから放射されて前記ミリ波受信アンテナに直接入射する直接波の伝送距離と、前記ミリ波送信アンテナから放射されて前記建造物の外壁で１回だけ反射し、前記ミリ波受信アンテナに入射する１回反射波の伝送距離との差が前記電波の波長の（２ｎ−１）／２倍（ただし、ｎは正の整数である）になるように設定され、
   前記直接波と前記１回反射波は、前記ミリ波受信アンテナにおいて同位相となって合成されることを特徴とする、ミリ波送受信システム。
2. 前記ミリ波受信装置を前記外壁に取り付ける取付部材を備え、
   前記取付部材は、
   前記第２の距離を調整する第１の調整部と、
   前記ミリ波受信アンテナの方向を調整する第２の調整部とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のミリ波送受信システム。
3. 前記建造物はベランダを備え、
   前記ミリ波受信装置は、前記取付部材によって前記ベランダの前記外壁に取り付けられ、
   前記第１および第２の調整部の各々は前記ベランダから手動で調整可能になっていることを特徴とする、請求項２に記載のミリ波送受信システム。
4. 前記第１および第２の距離の各々は３０ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれかに記載のミリ波送受信システム。
5. 前記ミリ波受信装置は、前記基準信号を用いて前記変調信号をダウンコンバートする２端子型ミキサを含むことを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれかに記載のミリ波送受信システム。
6. 前記ミリ波受信装置は、
   前記ミリ波受信アンテナで受信した信号から前記基準信号を取り出すフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路によって取り出された前記基準信号を用いて前記変調信号をダウンコンバートする３端子型ミキサとを含むことを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれかに記載のミリ波送受信システム。
7. 複数種類のアンテナの受信信号を合成して前記放送信号を生成し、前記ミリ波送信装置に与える信号合成装置を備えることを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれかに記載のミリ波送受信システム。
8. 前記建造物は複数階であり、
   前記ミリ波送信装置は前記建造物の外壁の上端部に設けられ、
   前記ミリ波受信装置は前記建造物の各階の外壁に設けられることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれかに記載のミリ波送受信システム。

Images