JP5470156B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、マンホール内に設置された無線機と地上の無線機との通信を可能とするマンホール内に設置されたアンテナ装置に関する。

図９は、従来のアンテナ装置を用いたマンホール内に設置された無線通信装置と地上の無線通信装置との通信状況を示す断面図である。図９において、１は円形のマンホール鉄蓋、２は円形のマンホール鉄枠、３はコンクリートの材質からなる円筒形のマンホール首部、４はコンクリートの材質からなる直方体形のマンホール本体、５はアスファルト層、６はローム層、７はマンホール内に設置された無線機、８はモノポールアンテナ、１９は第１の金属板、１０は給電線、１１は地上に設置された無線機、１２はモノポールアンテナである。

第３の金属板１９は、モノポールアンテナ８のグランド板の役目を共用している。ここで説明する従来の技術例としては、例えば、電磁誘導を利用したワイヤレスＩＤタグシステムがある（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、従来のアンテナ装置のマンホール縦断面内の電磁界分布を示す図である。図１０に示すように、第３の金属板１９より下方に電界強度の高い領域が広がっていることが分かる。
図１１は、従来のアンテナ装置の縦断面内（ＺＸ面内）の放射パターンを示す図である。図１１において、地上方向（仰角が−９０°〜０°〜＋９０°の範囲）における最大利得は、約−９．６ｄＢｉである。第３の金属板１９、すなわちモノポールアンテナ８のグランド板は、円筒形のマンホール首部３の断面積よりも小形に製作されていたため、モノポールアンテナ８から放射された電力は、第３の金属板１９を回り込んで地中方向にも放射されている。

特願平９−２４７０７６号公報

上述したように、従来技術によるアンテナ装置を用いたマンホール内に設置された無線機７と地上の無線機１１との通信においては、モノポールアンテナ８の第３の金属板１９が円筒形のマンホール首部３の断面積よりも小形に製作されていた。このため、モノポールアンテナ８から放射された電力は、第３の金属板１９を回り込んで地中方向にも放射されるため、地上方向の電力放射量が低減され、地上に設置された無線機１１における信号受信レベルが低くなり、マンホール内に設置された無線機７からの信号を地上に設置された無線機１１において高いレベルで受信することが困難になるという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、マンホール内に設置されたアンテナ装置からの地上方向の電力放射量を増加させ、マンホール内に設置された無線機からの信号を地上に設置された無線機で高いレベルで受信することができるアンテナ装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、地上とマンホール本体との間に配設されたマンホール首部に設置される無線機のアンテナ装置であって、アンテナ素子と、前記アンテナ素子よりも下方に設置され、かつ、前記マンホール首部を塞ぐ形状を有する第１の金属板と、前記第１の金属板と垂直に接して配置され、前記アンテナ素子よりも地上面に近い位置に端部が達する高さを有する第２の金属板とを備えることを特徴とするアンテナ装置である。

本発明は、上記の発明において、前記第２の金属板は、前記マンホール首部の内側面形状と略同一の形状を有していると共に、信号を送信する方向に開口部を有していることを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前前記アンテナ素子は、モノポールアンテナであり、前記第１の金属板は、前記アンテナ素子のグランド板であることを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記アンテナ素子は、前記無線機の筐体内に内蔵されているか、又は前記無線機の筐体と一体化されていることを特徴とする。

この発明によれば、金属板をアンテナ素子よりも下方に設置し、かつ、金属板の寸法と形状をマンホール首部の断面と同一とすることで、アンテナ素子から地中方向に放射される電力を遮断し、大部分の電力を地上方向の放射に振り向けることにより、地上方向の電力放射量が増加し、マンホール内に設置された無線機からの信号を地上に設置された無線機で高いレベルで受信することができる。

本発明の第１実施形態によるアンテナ装置の構造を示す断面図である。 本第１実施形態でのマンホール内の電磁界分布を示す図である。 本第１実施形態によるアンテナ装置の縦断面内（ＺＸ面内）の放射パターンを示す図である。 本発明の第２実施形態によるアンテナ装置の構造を示す断面図である。 本第２実施形態によるアンテナ装置のアンテナ部の拡大図である。 本第２実施形態でのマンホール内の電磁界分布を示す図である。 本第２実施形態によるアンテナ装置の縦断面内（ＺＸ面内）の放射パターンを示す図である。 本発明の第３実施形態によるアンテナ装置の構造を示す断面図である。 従来技術によるアンテナ装置を示す断面図である。 従来技術によるアンテナ装置でのマンホール内の電磁界分布を示す図である。 従来技術によるアンテナ装置の縦断面内（ＺＸ面内）の放射パターンを示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

Ａ．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態によるアンテナ装置を設置したマンホール内の構造を示す断面図である。図１において、１は円形のマンホール鉄蓋、２は円形のマンホール鉄枠、３はコンクリートの材質からなる円筒形のマンホール首部、４はコンクリートの材質からなる直方体形のマンホール本体、５はアスファルト層、６はローム層、７はマンホール内に設置された無線機、８はモノポールアンテナ、９は第１の金属板、１０は給電線、１１は地上に設置された無線機、１２はモノポールアンテナである。第１の金属板９は、モノポールアンテナのグランド板の役目を共用している。第１の金属板９、すなわちモノポールアンテナのグランド板は、モノポールアンテナ８よりも下方に設置され、かつ、その寸法（直径）と形状とを、マンホール首部３の横断面とほぼ同一になっている。すなわち、第１の金属板９は、マンホール首部３の内径と同じ大きさの円板であり、マンホール首部３の内側を塞いでいる。

図２は、本第１実施形態によるアンテナ装置を設置したマンホールの縦断面内の電磁界分布を示す図である。図２において、無線機７と給電線１０は、簡単のため省略している。グランド板である第１の金属板９をモノポールアンテナ８よりも下方に設置し、かつ、第１の金属板９、すなわちグランド板の形状と、マンホール首部３の横断面の形状とほぼ同一としたことから、モノポールアンテナ８から放射され、グランド板を回り込んで地中方向に放射される電力が遮断され、大部分の電力が地上方向に放射していることが分かる。
なお、マンホール首部３の横断面の内側の形状が円形の場合について説明したが、第１の金属板９は、マンホール首部３の横断面の内側の形状と同じ形状の板状に形成され、マンホール首部３の内側を塞ぐように形成される。

図３は、本第１実施形態のアンテナ装置によるマンホール内の縦断面内（ＺＸ面内）の放射パターンを示す図である。図３において、地上方向（仰角が−９０°〜０°〜＋９０°の範囲）における最大利得は、約−５．６ｄＢｉとなり、従来のアンテナ装置に比べて約４ｄＢ利得が上昇している。つまり、モノポールアンテナ８から地上方向への電力放射量を増加させることができる。

このように、本第１実施形態におけるアンテナ装置を用いたマンホール内に設置された無線機７と地上の無線機１１との通信では、マンホール首部３の管軸方向において、地中に向いて放射される電力を遮断することにより、地上に向けて放射される電力量が低減されることがないので、地上に設置された無線機１１で、マンホール内に設置された無線機７からの信号を高い信号レベルで受信することが可能となる。

本第１実施形態においては、マンホール首部３の横断面が円形の場合を例に説明したが、他の形状であっても、容易に適用可能であり、全く同様の効果が得られる。また、本第１実施形態においては、マンホール本体４とマンホール首部３の両方を有する場合を例に説明したが、マンホールの形式として、マンホール首部３のみを具備する形式のマンホールであっても、容易に適用可能であり、全く同様の効果が得られることは容易に類推できる。

また、本第１実施形態においては、第１の金属板９は、モノポールアンテナ８のグランド板の役目を共用している場合を例に説明した。しかし、第１の金属板９をグランド板として用いない場合、モノポールアンテナ８、及び当該モノポールアンテナ８のグランド板よりも下方に第１の金属板９を設置するようにしてもよい。モノポールアンテナ８、及び当該モノポールアンテナ８のグランド板より下方に第１の金属板９を設置することにより、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

Ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、本第２実施形態によるアンテナ装置を設置したマンホール内の構造を示す断面図である。図４において、１は円形のマンホール鉄蓋、２は円形のマンホール鉄枠、３はコンクリートの材質からなる円筒形のマンホール首部、４はコンクリートの材質からなる直方体形のマンホール本体、５はアスファルト層、６はローム層、７はマンホール内に設置された無線機、８はモノポールアンテナ、９は第１の金属板、１０は給電線、１１は地上に設置された無線機、１２はモノポールアンテナ、１３は第２の金属板である。

図５は、アンテナ部を拡大した斜視図である。第１の金属板９は、上述した第１実施形態と同様に、モノポールアンテナ８のグランド板の役目をしている。該第１の金属板９、すなわちモノポールアンテナ８のグランド板は、モノポールアンテナ８よりも下方に設置され、かつ、その寸法と形状とを、マンホール首部３の横断面とほぼ同一になっている。すなわち、第１の金属板９は、マンホール首部３の内径と同じ大きさの円板であり、マンホール首部３の内側を塞いでいる。

第２の金属板１３は、マンホール首部３の内側の曲面とほぼ同一の曲率の円弧状とし、モノポールアンテナ８と同等の高さを有し、第１の金属板９と垂直に接するように配置されている。つまり、第２の金属板１３は、マンホール首部３の内側面の形状と略同一の形状を有し、信号を送信する方向に開口部を有している。そして、第２の金属板１３は、モノポールアンテナ８の反射板として動作する。
なお、第２の金属板１３は、第２の金属板１３の端部が、モノポールアンテナ８の地上面に近い一端より地上面に近くなるような高さを有していてもよい。

図６は、本第２実施形態によるアンテナ装置を設置したマンホールの縦断面内の電磁界分布を示す図である。図６において、無線機７と給電線１０は、簡単のため省略している。グランド板である第１の金属板９をモノポールアンテナ８よりも下方に設置し、かつ、第１の金属板９、すなわちグランド板の寸法（マンホール首部３が、円形であれば直径、矩形であれば縦横寸法）と形状（マンホール首部３が、円形であれば円弧状、矩形であれば矩形状など）とを、マンホール首部３の横断面とほぼ同一としたことから、モノポールアンテナ８から放射され、グランド板を回り込んで地中方向に放射される電力を遮断し、大部分の電力を地上方向に放射させることができる。

更に、第２の金属板１３を、モノポールアンテナ８と同等の高さで、第１の金属板９と垂直に交わるように配置することにより、第２の金属板１３は、モノポールアンテナ８の反射板として動作するので、モノポールアンテナ８から放射された電力を一方向に集めることができ、地上に設置された無線機１１における受信電力を増加させることができる。

図７は、本第２実施形態のアンテナ装置によるマンホール内の縦断面内（ＺＸ面内）の放射パターンを示す図である。図７において、地上方向（仰角が−９０°〜０°〜＋９０°の範囲）における最大利得は、約−３．５ｄＢｉとなり、従来のアンテナ装置に比べて約６ｄＢ、第１実施形態に比べて約２ｄＢ利得が上昇している。

このように、本第２実施形態によるアンテナ装置を用いたマンホール内に設置された無線機７と地上の無線機１１との通信においては、第１の金属板９により地中方向に放射される電力を遮断し、第２の金属板（反射板）１３により電力放射方向を一方向に絞ることができるので、マンホール内に設置された無線機７からの信号を、地上に設置された無線機１１においてより高い受信レベルで受信することが可能となる。

なお、本第２実施形態においては、第２の金属板１３は、マンホール首部３の曲面と同じ円弧状の場合を例に説明したが、反射板として機能させるためには、平面形状、コーナリフレクタ形状等を適用しても、同様の効果が得られる。

Ｃ．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図８は、本第３実施形態によるアンテナ装置を設置したマンホール内の構造を示す断面図である。本第３実施形態は、上述した第２実施形態において、マンホール内に設置する無線機１６の筐体内に、アンテナ素子を内蔵するか、又は無線機１６の筐体とアンテナ素子とが一体化された場合の例である。

図８において、１５はモノポールアンテナ、１６はマンホール内に設置された無線機であり、アンテナ素子であるモノポールアンテナ１５と無線機１６の筐体とが一体化された例を示している。そして、第１の金属板９をモノポールアンテナ１５よりも下方に設置し、かつ、第１の金属板９の寸法（マンホール首部３が、円形であれば直径、矩形であれば縦横寸法）と形状（マンホール首部３が、円形であれば円弧状、矩形であれば矩形状など）とを、マンホール首部３の横断面とほぼ同一とする。

上述した第３実施形態においても、第１の金属板９により地中方向に放射される電力を遮断し、大部分の電力を地上方向に放射させることができるので、マンホール内に設置された無線機７からの信号を、地上に設置された無線機（図示略）において高い信号受信レベルで受信することが可能となる。

更に、前述した第２実施形態と同様に、第２の金属板１３による反射板を設けることにより（図示略）、電力放射方向を一方向に絞ることができるので、マンホール内に設置された無線機７からの信号を、地上に設置された無線機（図示略）においてより高い受信レベルで受信することが可能となる。

１ 円形のマンホール鉄蓋
２ 円形のマンホール鉄枠
３ マンホール首部
４ マンホール本体
５ アスファルト層
６ ローム層
７，１１，１６ 無線機
８，１２，１５ モノポールアンテナ
９，１３，１４，１９ 金属板
１０ 給電線

Claims (4)

1. 地上とマンホール本体との間に配設されたマンホール首部に設置される無線機のアンテナ装置であって、
   アンテナ素子と、
   前記アンテナ素子よりも下方に設置され、かつ、前記マンホール首部を塞ぐ形状を有する第１の金属板と、
   前記第１の金属板と垂直に接して配置され、前記アンテナ素子よりも地上面に近い位置に端部が達する高さを有する第２の金属板と
   を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第２の金属板は、前記マンホール首部の内側面形状と略同一の形状を有していると共に、信号を送信する方向に開口部を有している
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナ素子は、モノポールアンテナであり、
   前記第１の金属板は、前記アンテナ素子のグランド板である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
4. 前記アンテナ素子は、前記無線機の筐体内に内蔵されているか、又は前記無線機の筐体と一体化されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

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