JP5200132B2

JP5200132B2 - Ｌｃｘ通信装置

Info

Publication number: JP5200132B2
Application number: JP2011071741A
Authority: JP
Inventors: 文生鈴木
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: JP2012209636A

Description

本発明は、漏洩同軸ケーブル（以下、「ＬＣＸ」という。）を用いたＬＣＸ通信装置に関し、特に、ＬＣＸを特定の状態に配置したＬＣＸ通信装置に関するものである。

漏洩同軸ケーブル（以下、「ＬＣＸ」という。）は、図１０に示すように、中心導体１０２、絶縁体１０３、外部導体１０４及び外被（シース）１０５を備えて同軸状に構成され、従来より、新幹線沿いに布設されて列車と地上との無線連絡のために使用されたり、あるいは、地下鉄構内や地下街に布設されて地上の消防無線や警察無線との連絡用に使用されている。このようなＬＣＸ１においては、同軸内部の電磁エネルギーを外部に漏洩させるために、外部導体１０４に周期的なスロット部（開口部）１０１が設けられている。

すなわち、ＬＣＸ１の外部導体１０４には、ケーブル軸に対して一定周期毎に、長孔状のスロット部１０１が設けられている。各スロット部１０１は、ケーブル軸に対していくらかの角度を持って傾斜されている。なお、各スロット部１０１の間隔が使用周波数の半波長と一致したり、その半波長の整数倍となったときには、共振状態となる。この周波数を共振周波数と呼ぶ。

このＬＣＸ１は、一般に、図１１中の（ａ）（ｂ）に示すように、例えば、天井などに固定され、水平に布設されて使用される。

このＬＣＸ１からの放射波は、図１１中の（ａ）に示すように、ＬＣＸ１の軸回りに放射状に、かつ、図１１中の（ｂ）に示すように、ＬＣＸ１の軸の法線に対する角度θ方向に放射する。なお、ＬＣＸ１においては、送信（放射）と受信とは可逆的である。したがって、ＬＣＸ１が受信アンテナとして動作する場合では、ＬＣＸ１の軸の法線に対する角度θ方向から到来する電磁波に対する感度が高い。

角度θは、非特許文献１（第２章の２．２．２）に記載されているように、外部導体１０４に設けられたスロット部１０１のピッチＰと、中心導体１０２と外部導体１０４間の絶縁体１０３の比誘電率ε_ｒと、信号の波長λとから、高次モードを含めて算出することができる。通常使用される−１次モードについては、θは、式（１）により算出することができる。
θ＝sin^−１｛（√ε_ｒ）−λ／Ｐ｝・・・・・式（１）

実開昭５０−０８１１４４号公報特開平０９−０３５５４７号公報特開平０９−０５１２２６号公報

「ＬＣＸ通信装置」（初版、１９８２年８月発行）（岸本利彦、佐々木伸共著、コロナ社）

前述のように、水平に布設したＬＣＸを送信アンテナとして機能させた場合には、図１１中の（ｂ）に示すように、ＬＣＸ１から放射される電磁波は、ＬＣＸ１の軸の法線に対する角度θ方向に遠方まで放射される。

ＬＣＸからの放射強度は、一般に、結合損失Ｌｃで表現される。結合損失Ｌｃとは、ＬＣＸヘの入射電力ＰinとＬＣＸから離れた箇所に位置する標準半波長ダイポールアンテナからの出力Ｐoutとの比で示される。すなわち、結合損失Ｌｃの値が小さいほど、放射強度は強い。

結合損失Ｌｃと、ＬＣＸからの距離Ｒとの関係は、非特許文献１（第２章の２．４．１）に記載されているように、ＬＣＸからの距離１．５ｍでの結合損失Ｌｃ_０を基準として、式（２）により算出することができる。
Ｌｃ＝Ｌｃ_０＋１０log（Ｒ／１．５）（ｄＢ）・・・・・式（２）

すなわち、ＬＣＸから放射される電磁波の強度は、距離Ｒが２倍になると３ｄＢダウンするというなだらかな減衰を示す。したがって、ＬＣＸの近傍の通信エリアのみに電磁波を届かせたい場合には、ＬＣＸを水平に布設すると、目的とする通信エリアのみに電磁波を強く放射することはできず、他方、目的とする通信エリア外にも電磁波を無駄に放射することになってしまう。

このような問題を解決するための技術として、特許文献１には、目的とする通信エリアに対してＬＣＸの反対側に、電磁波を反射する放物面状の反射笠を配置する技術が記載されている。また、特許文献２及び特許文献３には、ＬＣＸの外側に電磁波を遮蔽する遮蔽体を配置し、この遮蔽体に設けたスリットを目的とする通信エリアの方向に向けるようにした技術が記載されている。

しかし、これら特許文献に記載された技術においては、複雑な構造を有する反射笠や遮蔽体を用いる必要があるため、製造が煩雑となり、製造コストの上昇が招来されてしまう。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであり、その目的は、製造を煩雑化することなく、製造コストの上昇を抑えながら、ＬＣＸの近傍の通信エリアのみに電磁波を強く放射することができ、目的とする通信エリア外には電磁波を無駄に放射することがないＬＣＸ通信装置を提供することにある。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係るＬＣＸ通信装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
ほぼ平面状でほぼ円形の通信エリアとの間の電磁波の授受を行うＬＣＸ通信装置であって、中心導体とこの中心導体を被覆した絶縁体とこの絶縁体の外側を覆う外部導体とが同軸構造となされ外部導体に漏洩電磁界形成用の複数のスロット部が形成され外部導体が外被で覆われた漏洩同軸ケーブルを備え、漏洩同軸ケーブルから放射される電磁波の放射角度が漏洩同軸ケーブルの軸の垂直方向に対して２５度乃至４０度であり、漏洩同軸ケーブルは、中心軸が通信エリアのほぼ中心を通り、かつ、中心軸は、通信エリアに対してほぼ垂直であり、漏洩同軸ケーブルから放射される電磁波は、通信エリアのみに限定して放射されることを特徴とするものである。

〔構成２〕
構成１を有するＬＣＸ通信装置において、漏洩同軸ケーブルは、スロット部のピッチが連続的に変化することにより、電磁波の放射角度が漏洩同軸ケーブルの軸方向に沿って連続的に変化していることを特徴とするものである。

〔構成３〕
構成１、または、構成２を有するＬＣＸ通信装置において、漏洩同軸ケーブルは、通信エリアに近づくに従って電磁波の放射角度が大きくなるように、スロット部のピッチが連続的に変化していることを特徴とするものである。

〔構成４〕
構成１乃至構成３のいずれか一を有するＬＣＸ通信装置において、漏洩同軸ケーブルは、電磁波の放射角度が異なる複数の漏洩同軸ケーブルが直列に接続されたものであることを特徴とするものである。

〔構成５〕
構成４を有するＬＣＸ通信装置において、直列に接続された複数の漏洩同軸ケーブルに対応して複数の通信エリアが形成されることを特徴とするものである。
〔構成６〕
構成１乃至構成５のいずれか一を有するＬＣＸ通信装置において、漏洩同軸ケーブルは、通信エリアから離れた位置に設置されており、通信エリアがドーナツ状の領域であることを特徴とするものである。

構成１を有する本発明に係るＬＣＸ通信装置においては、漏洩同軸ケーブルから放射される電磁波の放射角度が漏洩同軸ケーブルの軸の垂直方向に対して２５度乃至４０度であり、漏洩同軸ケーブルは、中心軸が通信エリアのほぼ中心を通り、かつ、中心軸は、通信エリアに対してほぼ垂直であり、漏洩同軸ケーブルから放射される電磁波は、通信エリアのみに限定して放射されるので、ＬＣＸの近傍の通信エリアのみに電磁波を強く放射することができ、通信エリア外には電磁波を無駄に放射することがない。また、製造が煩雑化することはなく、製造コストが上昇することもない。

構成２を有する本発明に係るＬＣＸ通信装置においては、スロット部のピッチが連続的に変化することにより、電磁波の放射角度が漏洩同軸ケーブルの軸方向に沿って連続的に変化しているので、通信エリアの広さの設定の自由度が高い。

構成３を有する本発明に係るＬＣＸ通信装置においては、漏洩同軸ケーブルは、通信エリアに近づくに従って電磁波の放射角度が大きくなるように、スロット部のピッチが連続的に変化しているので、通信エリアの広さの設定の自由度が高い。

構成４を有する本発明に係るＬＣＸ通信装置においては、電磁波の放射角度が異なる複数の漏洩同軸ケーブルが直列に接続されたものであるので、通信エリアの広さの設定の自由度が高い。

構成５を有する本発明に係るＬＣＸ通信装置においては、直列に接続された複数の漏洩同軸ケーブルに対応して複数の通信エリアが形成されるので、放射角度が一定の長いＬＣＸを使用するよりも、短いＬＣＸで広い通信エリアを確保することができる。

すなわち、本発明は、製造を煩雑化することなく、製造コストの上昇を抑えながら、ＬＣＸの近傍の通信エリアのみに電磁波を強く放射することができ、目的とする通信エリア外には電磁波を無駄に放射することがないＬＣＸ通信装置を提供することができるものである。

本発明に係るＬＣＸ通信装置の実施形態の形状を示す側面図である。ＬＣＸ通信装置の結合損失を測定する測定系及び測定された結合損失を示す側面図である。本発明に係るＬＣＸ通信装置の第１の実施例を示す側面図である。本発明に係るＬＣＸ通信装置の第２の実施例を示す側面図である。本発明に係るＬＣＸ通信装置の第３の実施例を示す側面図である。本発明に係るＬＣＸ通信装置の第４の実施例を示す側面図である。本発明に係るＬＣＸ通信装置の第５の実施例を示す側面図である。本発明に係るＬＣＸ通信装置の第６の実施例を示す側面図である。本発明に係るＬＣＸ通信装置の第７の実施例を示す側面図である。ＬＣＸの構成を示す側面図である。従来のＬＣＸの布設状態を示す正面図及び側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

本発明に係るＬＣＸ通信装置は、ほぼ平面状でほぼ円形の通信エリアとの間の電磁波の授受を行うＬＣＸ通信装置である。このＬＣＸ通信装置が対象とする通信エリアは、無線ＬＡＮなどを利用する人たちの存在する場所であり、店舗、待合室、事務所や会議室などと様々である。そして、その対象とする通信エリアは立体的でなく平面的な場合が多いので、本発明において、通信エリアは、ほぼ平面状でほぼ円形の領域である。

図１は、本発明に係るＬＣＸ通信装置の実施形態の形状を示す側面図である。

本発明に係るＬＣＸ通信装置は、図１中の（ａ）乃至（ｃ）に示すように、ＬＣＸ１を備えて構成される。ＬＣＸ１は、中心導体と、この中心導体を被覆した絶縁体と、この絶縁体の外側を覆う外部導体とが同軸構造となされ、外部導体が外被（シース）により覆われて構成されている。

ＬＣＸ１は、中心軸が通信エリア２のほぼ中心を通り、かつ、中心軸を通信エリア２に対してほぼ垂直とする位置に配置されている。ＬＣＸ１から放射される電磁波は、ＬＣＸ１の軸の垂直方向に対してθ方向に放射する。

ＬＣＸ１には、下端（通信エリア２に近い側）に送受信機３が接続され、信号の送受信が行われる。ＬＣＸ１の上端（通信エリア２から遠い側）には、終端器４が取付けられている。

ここで、通信エリア２が床面付近だとすると、図１中の（ａ）に示すように、その床面に対して垂直方向にＬＣＸ１を配置すると、ＬＣＸ１から放射される電磁波は、目的とする通信エリア２のみに限定して放射される。このＬＣＸ通信装置においては、電磁波が通信エリア２のみに限定して放射されるので、必要のないエリアヘ放射するための不必要な電力が消費されず、省電力化が図られる。

また、このＬＣＸ通信装置においては、図１中の（ｂ）に示すように、ＬＣＸ１の長さにより、通信エリア２の広さを調整することができる。すなわち、ＬＣＸ１を長くすれば、通信エリア２を拡大することができる。また、ＬＣＸ１を短くすれば、通信エリア２を縮小することができる。

さらに、このＬＣＸ通信装置においては、図１中の（ｃ）に示すように、ＬＣＸ１のスロット部のピッチにより、通信エリア２の広さを調整することができる。電磁波が放射される角度θは、ＬＣＸ１のスロット部のピッチにより異なる。したがって、スロット部のピッチを変更することにより、ＬＣＸ１の長さが同じであっても、通信エリア２を拡大、縮小することができる。

図２は、ＬＣＸ通信装置の結合損失を測定する測定系及び測定された結合損失を示す側面図である。

ＬＣＸ１の周辺の電磁波の放射強度の測定は、図２中の（ａ）に示すように、ＬＣＸ１を水平に設置して、結合損失Ｌｃを測定した。

ＬＣＸ１は、床面から２ｍの位置に水平に配置した。そして、ＬＣＸ１に、発信器３から２．４ＧＨｚの試験信号を電力Ｐin（Ｗ）で入力した。ＬＣＸ１の反対側の端末には終端部での不要反射を抑制するために、無反射終端器４を接続した。ＬＣＸ１の下方において、半波長標準ダイポールアンテナ５をＬＣＸ１に沿って２０ｍｍ間隔で移動させ、その際のアンテナ出力Ｐout（Ｗ）を受信器（スペクトルアナライザ）６で測定した。

Ｐin及びＰoutから、ＬＣＸ１の放射性能を表す結合損失Ｌｃを測定した。結合損失Ｌｃとは、ＬＣＸ１ヘの入力電力Ｐinと、ＬＣＸ１の外部に配置した半波長標準ダイポールアンテナＡからの出力電力Ｐoutとの比であり、Ｌｃ＝−１０log（Ｐout／Ｐin）（ｄＢ）で計算できる。すなわち、結合損失Ｌｃは、ＬＣＸ１からの電磁波の放射効率を示す。逆に、受信する場合は受信効率となり、数値は同じである。

ここで使用したＬＣＸ１は、長さ２ｍ、中心導体が外径２ｍｍの銅線、中心導体を囲む絶縁体は、比誘電率が１．３で外径５ｍｍの発泡ポリエチレン、その上にピッチ８０ｍｍのスロット部を有する外部導体が存在し、これをＰＶＣ外被で覆ったもので、外径は７ｍｍである。基準値Ｌｃ_０は７５ｄＢ、インピーダンスは、約５０Ωである。ＬＣＸ１からの放射波の放射角は、前述の式（１）より、−２５度である。

この測定系を使用してＬＣＸ１周辺の結合損失Ｌｃの分布を測定した結果、図２中の（ｂ）に示すように、放射強度は、ＬＣＸ１の軸方向から所定の放射角θで放射されていることがわかった。放射角θは、約−２５度であり、式（１）による計算値である−２５度と一致していた。また、ＬＣＸ１の軸に垂直な方向の結合損失Ｌｃは、ＬＣＸ１からの距離Ｒに対して、Ｌｃ_０＋１０log（Ｒ／１．５）（ｄＢ）により減衰していることも確認できた。

〔第１の実施例〕
図３は、本発明に係るＬＣＸ通信装置の第１の実施例を示す側面図である。

この実施例で使用したＬＣＸ１は、図２中の（ａ）に示した測定系で使用したものと同じである。図３に示すように、通信エリア２の中心に角型木製の角材７を立て、これに長さ２ｍのＬＣＸ１をプラスチック製のバンドで固定した。通信エリア２は、半径４．５ｍの円形とした。

ＬＣＸ１にＰinの電力を入射し、通信エリア２における結合損失Ｌｃを測定した。結合損失Ｌｃは、ＬＣＸ１の近傍では小さく半径方向に増大し、放射角から計算できる最大の放射半径ｒ１＝４．３ｍを超えると、急激に増大していることがわかった。通信エリア２は、ＬＣＸ１の近傍から、結合損失Ｌｃが急激に増大する半径４．５ｍまでであった。この範囲は、目的とする通信エリア２に一致しており、通信エリア２内では、快適な無線通信環境を構築できることがわかった。

〔第２の実施例〕
図４は、本発明に係るＬＣＸ通信装置の第２の実施例を示す側面図である。

この実施例では、図４に示すように、第１の実施例におけるＬＣＸ１の長さを、２ｍから１ｍに変更した。通信エリア２は、ＬＣＸ１の近傍から、結合損失Ｌｃが急激に増大する半径ｒ２＝２ｍ程度までであることがわかった。すなわち、ＬＣＸ１の長さを変更することにより、通信エリア２を変更できたことがわかった。

〔第３の実施例〕
図５は、本発明に係るＬＣＸ通信装置の第３の実施例を示す側面図である。

この実施例では、図５に示すように、ＬＣＸ１は、第１の実施例で使用したＬＣＸ１のスロット部のピッチを、１７４ｍｍに変更したものである。このＬＣＸ１からの電磁波の放射角θは、＋２５度となる。このＬＣＸ１を通信エリア２となる床面から５ｍ上方の天井から、垂直に吊した。ＬＣＸ１への電力の入射は上端（通信エリア２から遠い天井側）から行い、ＬＣＸ１の下端（通信エリア２に近い側）には、終端器４を取付けた。

結合損失Ｌｃを測定した結果、通信エリア２は、床面において、ＬＣＸ１の中心軸の延長線を中心にして、半径ｒ３＝１１ｍから半径ｒ４＝６．４ｍまでのドーナツ状の領域となっていた。

〔第４の実施例〕
図６は、本発明に係るＬＣＸ通信装置の第４の実施例を示す側面図である。

この実施例では、図６に示すように、ＬＣＸ１は、放射方向の異なる複数のＬＣＸを直列に接続したものとした。ここで使用したＬＣＸ１は、第３の実施例で使用したＬＣＸ１に、長さ１ｍのＬＣＸを直列に接続したものである。直列に接続した１ｍのＬＣＸは、スロット部のピッチが２５１ｍｍで、放射角θが４０度のものである。

直列に接続した１ｍのＬＣＸによる通信エリア２は、図６に示すように、半径ｒ５＝３．６ｍから、半径ｒ６＝２．４ｍのドーナツ状の領域となった。したがって、放射角θの異なるＬＣＸを直列に接続して使用することによって、ドーナツ状の通信エリア２を複数形成することができ、放射角θが一定の長いＬＣＸを使用するよりも、短いＬＣＸで広い通信エリア２を確保することができた。

〔第５の実施例〕
図７は、本発明に係るＬＣＸ通信装置の第５の実施例を示す側面図である。

この実施例では、図７に示すように、ＬＣＸ１は、放射角θが長さ方向について連続的に変化しているものを使用した。ここで使用したＬＣＸ１は、長さが３ｍである。このＬＣＸ１を通信エリア２となる床面から５ｍ上方の天井から、垂直に吊した。ＬＣＸ１への電力の入射は上端（通信エリア２から遠い天井側）から行い、ＬＣＸ１の下端（通信エリア２に近い側）には、終端器４を取付けた。

このＬＣＸ１のスロット部のピッチは、天井側から床面側に向かって、１７４ｍｍ〜２５１ｍｍまで連続的に変化しているものとした。電磁波の放射角θは、２５度〜４０度まで、ＬＣＸ１の長さ方向について連続的に変化していた。

結合損失Ｌｃを測定した結果、通信エリア２は、床面において、ＬＣＸ１の中心軸の延長線を中心にして、半径ｒ３＝１１ｍから半径ｒ７＝２．４ｍまでのドーナツ状の領域となっていた。

〔第６の実施例〕
図８は、本発明に係るＬＣＸ通信装置の第６の実施例を示す側面図である。

この実施例では、図８に示すように、第１乃至第５の実施例におけるＬＣＸを一列に並列させて配置した。この実施例では、円形の通信エリアを直線状に配列して形成することができ、無線ＬＡＮなどを利用する人たちが移動する廊下のような領域に好適である。

〔第７の実施例〕
図９は、本発明に係るＬＣＸ通信装置の第７の実施例を示す側面図である。

この実施例では、図９に示すように、第１乃至第５の実施例におけるＬＣＸを複数列に並列させて配置した。この実施例では、円形の通信エリアを面状に配列して形成することができ、無線ＬＡＮなどを利用する人たちが集合する部屋のような領域に好適である。

本発明は、ＬＣＸを用いたＬＣＸ通信装置に適用され、特に、ＬＣＸを特定の状態に配置したＬＣＸ通信装置に適用される。

１ＬＣＸ
２通信エリア
１０１スロット部
１０２中心導体
１０３絶縁体
１０４外部導体
１０５外被（シース）

Claims

ほぼ平面状でほぼ円形の通信エリアとの間の電磁波の授受を行うＬＣＸ通信装置であって、
中心導体と、この中心導体を被覆した絶縁体と、この絶縁体の外側を覆う外部導体とが同軸構造となされ、前記外部導体に漏洩電磁界形成用の複数のスロット部が形成され、前記外部導体が外被で覆われた漏洩同軸ケーブルを備え、
前記漏洩同軸ケーブルから放射される電磁波の放射角度が漏洩同軸ケーブルの軸の垂直方向に対して２５度乃至４０度であり、
前記漏洩同軸ケーブルは、中心軸が前記通信エリアのほぼ中心を通り、かつ、前記中心軸は、前記通信エリアに対してほぼ垂直であり、
前記漏洩同軸ケーブルから放射される電磁波は、前記通信エリアのみに限定して放射される
ことを特徴とするＬＣＸ通信装置。
前記漏洩同軸ケーブルは、前記スロット部のピッチが連続的に変化することにより、電磁波の放射角度が前記漏洩同軸ケーブルの軸方向に沿って連続的に変化している
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＣＸ通信装置。
前記漏洩同軸ケーブルは、前記通信エリアに近づくに従って電磁波の放射角度が大きくなるように、前記スロット部のピッチが連続的に変化している
ことを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか一に記載のＬＣＸ通信装置。
前記漏洩同軸ケーブルは、電磁波の放射角度が異なる複数の漏洩同軸ケーブルが直列に接続されたものである
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のＬＣＸ通信装置。
直列に接続された複数の漏洩同軸ケーブルに対応して複数の通信エリアが形成される
ことを特徴とする請求項４記載のＬＣＸ通信装置。
前記漏洩同軸ケーブルは、前記通信エリアから離れた位置に設置されており、前記通信エリアがドーナツ状の領域である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載のＬＣＸ通信装置。