JP5538022B2

JP5538022B2 - 中継装置およびその製造方法

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Publication number: JP5538022B2
Application number: JP2010074329A
Authority: JP
Inventors: 良石戸
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP2011211281A

Description

本発明は、基地局と移動局との間の通信を中継する中継装置およびその製造方法に関する。

屋内や地下街など基地局からの電波が直接届きにくい場所には、基地局と移動局との間の通信を中継する中継装置（リピータ）が設置されることがある。

一般に、中継装置は、基地局と無線通信を行うドナー部と、移動局と無線通信を行うサービス部と、を備えている。このうち、ドナー部には、基地局との間で電波を送受する指向性アンテナ（以下「ドナーアンテナ」という）が含まれ、サービス部には、移動局との間で電波を送受する指向性アンテナ（以下「サービスアンテナ」という）が含まれている。

ただし、ドナーアンテナとサービスアンテナとは共振周波数が同一である場合、ドナー部とサービス部とを空間的に離すことによって、両アンテナ間のアイソレーションを確保することが望ましい。

なお、特許文献１には、互いに異なる共振周波数を有する２つのアンテナ間で、従来例に比較して大きなアイソレーションを有する２周波共用平面アンテナが開示されている。

特開平５−１７５７２７号公報

しかしながら、ドナーアンテナとサービスアンテナとが１つの筐体内に収納されたアンテナ一体型の中継装置では、ドナー部とサービス部との間に十分な距離をとることができないため、両アンテナ間のアイソレーションを確保することが難しい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、同一筐体内に収納される、基地局との間で電波を送受する指向性アンテナと、移動局との間で電波を送受する指向性アンテナと、のアイソレーションを確保することができる中継装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る中継装置は、基地局と移動局との間の通信を中継する中継装置であって、前記基地局との間で電波を送受する第１の指向性アンテナと、前記第１の指向性アンテナと同一の共振周波数を有し、前記移動局との間で電波を送受する第２の指向性アンテナと、前記第１および第２の指向性アンテナを収納する筐体と、を含み、前記第１および第２の指向性アンテナは、前記第１の指向性アンテナの指向方向と前記第２の指向性アンテナの指向方向とが異なり、かつ、前記第１の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向と前記第２の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向とが異なるよう、配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、同一筐体内に収納された、基地局との間で電波を送受する第１の指向性アンテナと、移動局との間で電波を送受する第２の指向性アンテナと、のアイソレーションを確保することができる。

また、本発明の一態様では、前記筐体は、平面状の回路基板をさらに収納し、前記第１の指向性アンテナは、前記回路基板の一方面に取り付けられた、前記回路基板の一方面から前記筐体の外部へ向かう方向に指向性を有するアンテナであり、前記第２の指向性アンテナは、前記回路基板の他方面に取り付けられた、前記回路基板の他方面から前記筐体の外部へ向かう方向に指向性を有するアンテナであってもよい。

この態様によれば、第１の指向性アンテナの指向方向と第２の指向性アンテナの指向方向が正反対になり、また回路基板が反射板としても作用するため、両アンテナ間のアイソレーションがより確保されやすくなる。

また、本発明の一態様では、前記第１および第２の指向性アンテナは、それぞれ、誘電体基板と、前記誘電体基板の表面に形成されたパッチ状の導体箔と、前記誘電体基板の裏面に形成された地板導体と、を含むパッチアンテナであってもよい。

この態様によれば、同一筐体内に収納されたパッチアンテナ間のアイソレーションを確保することができる。

また、この態様では、前記第１および第２の指向性アンテナは、それぞれ、直線偏波の電波を放射する給電点が１つのパッチアンテナであり、前記第１および第２の指向性アンテナは、前記第１の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向と前記第２の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向との角度が９０度になるよう配置されてもよい。

こうすれば、基地局との間で送受される電波の偏波方向と移動局との間で送受される電波の偏波方向とが直交するため、両パッチアンテナ間のアイソレーションがより確保されやすくなる。

また、この態様では、前記第１および第２の指向性アンテナは、それぞれ、水平偏波の電波と直線偏波の電波とを同時に放射する給電点が２つの偏波共用パッチアンテナであり、前記第１および第２の指向性アンテナは、前記第１の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向と前記第２の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向との角度が４５度になるよう配置されてもよい。

こうすれば、同一筐体内に収納されるパッチアンテナが偏波共用パッチアンテナである場合に、基地局との間で送受される電波の偏波方向と移動局との間で送受される電波の偏波方向とが最大化されるため、両パッチアンテナ間のアイソレーションがより確保されやすくなる。

また、本発明の一態様では、前記第１および第２の指向性アンテナは、前記回路基板の中央部にそれぞれ取り付けられてもよい。

この態様によれば、回路基板の反射板として作用が向上する。

また、本発明に係る中継装置の製造方法は、基地局との間で電波を送受する第１の指向性アンテナと、前記第１の指向性アンテナと同一の共振周波数を有し、移動局との間で電波を送受する第２の指向性アンテナと、前記第１および第２の指向性アンテナを収納する筐体と、を含み、前記基地局と前記移動局との間の通信を中継する中継装置の製造方法であって、前記第１の指向性アンテナの指向方向と前記第２の指向性アンテナの指向方向とが異なり、かつ、前記第１の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向と前記第２の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向とが異なるよう、前記第１および第２の指向性アンテナを配置する工程を含むことを特徴とする。

本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示す図である。本実施形態に係る中継装置のドナーアンテナから見た透視図を示す図である。本実施形態に係る中継装置のサービスアンテナ側から見た透視図を示す図である。図２のＩＶ方向または図３のＩＶ方向から見た、ドナーアンテナとサービスアンテナとが搭載されたプリント基板を示す図である。図４のＶ方向から見たプリント基板の平面図である。図４のＶＩ方向から見たプリント基板の平面図である。ドナーアンテナの給電点と主にアンテナとなる領域とを示す図である。サービスアンテナの給電点と主にアンテナとなる領域とを示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。図１に示すように、本無線通信システムは、中継装置１００と、基地局２００と、移動局３００と、を含んで構成される。

中継装置１００は、基地局２００からの電波が直接届きにくい場所（ここでは屋内の窓際）に設置され、基地局２００と移動局３００との間の通信を中継する。これにより、移動局３００は、中継装置１００を介して基地局２００に接続することが可能となり、基地局２００のサービスエリアが拡張される。

図１に示すように、中継装置１００は、たとえば樹脂製の筐体１０と、筐体１０内に収納されたドナーアンテナ２０およびサービスアンテナ３０と、を含むアンテナ一体型の中継装置である。ドナーアンテナ２０は、基地局２００との間で電波を送受する指向性アンテナであり、サービスアンテナ３０は、移動局３００との間で電波を送受する指向性アンテナである。なお、ドナーアンテナ２０とサービスアンテナ３０の共振周波数は同一であるため、両アンテナ間に相互干渉が生じないようアイソレーションを確保する必要がある。

この点、本実施形態では、ドナーアンテナ２０の指向方向とサービスアンテナ３０の指向方向とが異なり、かつ、ドナーアンテナ２０から放射される電波の偏波方向とサービスアンテナ３０から放射される電波の偏波方向とが異なるよう、ドナーアンテナ２０とサービスアンテナ３０とを配置することにより、両アンテナ間のアイソレーションを確保している。

以下、ドナーアンテナ２０およびサービスアンテナ３０の配置について、より詳細に説明する。

図２は、中継装置１００のドナーアンテナ２０側から見た透視図を示す図であり、図３は、中継装置１００のサービスアンテナ３０側から見た透視図を示す図である。

図２および図３に示すように、中継装置１００の筐体１０内には、無線通信用の回路が形成された平面状の回路基板であるプリント基板４０がさらに収納されており、その一方面にドナーアンテナ２０が取り付けられ、その他方面（裏面）に板金５０を介してサービスアンテナ３０が取り付けられている。

また、プリント基板４０のドナーアンテナ２０側の面には、外部機器との間でデータの送受などを行うためのＵＳＢコネクタ６０、プリント基板４０上の熱を放熱する金属製のヒートシンク７０などがさらに取り付けられている。

図４は、図２のＩＶ方向または図３のＩＶ方向から見た、ドナーアンテナ２０とサービスアンテナ３０とが搭載されたプリント基板４０を示す図である。また、図５は、図４のＶ方向から見たプリント基板４０の平面図であり、図６は、図４のＶＩ方向から見たプリント基板４０の平面図である。

ドナーアンテナ２０は、図４および図５に示すように、誘電体基板２１と、誘電体基板２１の表面に形成されたパッチ状（ここでは矩形状）の導体箔２２と、誘電体基板２１の裏面（プリント基板４０側の面）に形成された地板導体（図示せず）と、を含む偏波共用パッチアンテナ（後述）であり、導体箔２２から筐体１０の外部へ向かう方向（プリント基板４０のドナーアンテナ２０側の面から筐体１０の外部へ向かう方向）に指向性を有する。このドナーアンテナ２０は、アンテナ固定用樹脂２３によりプリント基板４０に固定されている。

サービスアンテナ３０は、図４および図６に示すように、誘電体基板３１と、誘電体基板３１の表面に形成されたパッチ状（ここでは矩形状）の導体箔３２と、誘電体基板３１の裏面（プリント基板４０側の面）に形成された地板導体（図示せず）と、を含む偏波共用パッチアンテナ（後述）であり、導体箔３２から筐体１０の外部へ向かう方向（プリント基板４０のサービスアンテナ３０側の面から筐体１０の外部へ向かう方向）に指向性を有する。このサービスアンテナ３０は、アンテナ固定用樹脂３３により板金５０を介してプリント基板４０に固定されている。

このように、ドナーアンテナ２０の指向方向とサービスアンテナ３０の指向方向とが正反対になるよう、ドナーアンテナ２０およびサービスアンテナ３０がプリント基板４０に取り付けられているため、両アンテナ間のアイソレーションは確保されやすい。

なお、板金５０は、プリント基板４０とサービスアンテナ３０との間に配置され、プリント基板４０を概ね覆う形状の導体板であり、ドナーアンテナ２０とサービスアンテナ３０とのアイソレーションを確保する反射板として作用する。なお、プリント基板４０および板金５０それぞれの反射板として作用を向上させるためには、図５および図６に示すように、ドナーアンテナ２０およびサービスアンテナ３０をプリント基板４０の中央部（板金５０の中央部）にそれぞれ取り付けることが好ましい。

次に、図７および図８に基づいて、ドナーアンテナ２０から放射される電波の偏波方向と、サービスアンテナ３０から放射される電波の偏波方向と、の関係について説明する。

図７は、ドナーアンテナ２０の給電点と主にアンテナとなる領域とを示す図である。図７に示すように、ドナーアンテナ２０は、給電点２４および給電点２５という２つの給電点を有する偏波共用パッチアンテナであり、水平偏波の電波と直線偏波の電波とを同時に放射することができる。すなわち、給電点２４に給電すると、ドナーアンテナ２０の領域２６が主にアンテナとなって、領域２６の長手方向に沿う方向に偏波する直線偏波の電波が放射される。さらに給電点２５にも給電すると、ドナーアンテナ２０の領域２７が主にアンテナとなって、領域２７の長手方向に沿う方向（領域２６の長手方向に直交する方向）に偏波する直線偏波の電波が同時に放射される。

図８は、サービスアンテナ３０の給電点と主にアンテナとなる領域とを示す図である。図８に示すように、サービスアンテナ３０は、給電点３４および給電点３５という２つの給電点を有する偏波共用パッチアンテナであり、水平偏波の電波と直線偏波の電波とを同時に放射することができる。すなわち、給電点３４に給電すると、サービスアンテナ３０の領域３６が主にアンテナとなって、領域３６の長手方向に沿う方向に偏波する直線偏波の電波が放射される。さらに給電点３５にも給電すると、ドナーアンテナ２０の領域３７が主にアンテナとなって、領域３７の長手方向に沿う方向（領域３６の長手方向に直交する方向）に偏波する直線偏波の電波が同時に放射される。

そして、本実施形態では、図７および図８に示すように、ドナーアンテナ２０から放射される電波の偏波方向とサービスアンテナ３０から放射される電波の偏波方向との角度が４５度になるよう、ドナーアンテナ２０およびサービスアンテナ３０がプリント基板４０に取り付けられている。このため、ドナーアンテナ２０と基地局２００との間で送受される電波の偏波方向と、サービスアンテナ３０と移動局３００との間で送受される電波の偏波方向と、が最大化され、両アンテナ間のアイソレーションがより確保されやすくなる。このようなアンテナ配置は、たとえば中継装置１００が、基地局２００および移動局３００の少なくとも一方とＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）方式による無線通信を行う場合などに有効である。

以上説明した中継装置１００によれば、ドナーアンテナ２０の指向方向とサービスアンテナ３０の指向方向とが異なり、かつ、ドナーアンテナ２０から放射される電波の偏波方向とサービスアンテナ３０から放射される電波の偏波方向とが異なるよう、ドナーアンテナ２０とサービスアンテナ３０とが配置されている。このため、同一の筐体１０内にドナーアンテナ２０とサービスアンテナ３０とを収納しても、両アンテナ間のアイソレーションを確保することでき、中継装置の小型化が可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

たとえば、上記実施形態では、ドナーアンテナおよびサービスアンテナの双方が偏波共用パッチアンテナである例を示したが、両アンテナは直線偏波の電波を放射する給電点が１つのパッチアンテナであってもよい（誘電体基板の表面に形成される導体箔の形状は、矩形状に限らず、たとえば円形状であってもよい）。この場合、ドナーアンテナから放射される電波の偏波方向とサービスアンテナから放射される電波の偏波方向との角度が９０度になるよう、ドナーアンテナおよびサービスアンテナを配置することが望ましい。こうすれば、ドナーアンテナと基地局との間で送受される電波の偏波方向とサービスアンテナと、移動局との間で送受される電波の偏波方向と、が直交するため、両アンテナ間のアイソレーションがより確保されやすくなる。

もちろん、ドナーアンテナは、基地局との間で電波を送受する指向性アンテナであれば、パッチアンテナに限定されない。同様に、サービスアンテナも、ドナーアンテナと同一の共振周波数を有し、移動局との間で電波を送受する指向性アンテナであれば、パッチアンテナに限定されない。また、ドナーアンテナの指向方向とサービスアンテナの指向方向は、異なってさえいれば正反対でなくてもよいし、ドナーアンテナから放射される電波の偏波方向とサービスアンテナから放射される電波の偏波方向も、異なってさえいればその角度は４５度または９０度に限定されない。

１０筐体、２０ドナーアンテナ、２１，３１誘電体基板、２２，３２導体箔、２３，３３アンテナ固定用樹脂、２４，２５，３４，３５給電点、２６，２７，３６，３７領域、３０サービスアンテナ、４０プリント基板、５０板金、６０ＵＳＢコネクタ、７０ヒートシンク、１００中継装置、２００基地局、３００移動局。

Claims

基地局との間で電波を送受する第１の指向性アンテナと、
前記第１の指向性アンテナと同一の共振周波数を有し、移動局との間で電波を送受する第２の指向性アンテナと、
前記第１および第２の指向性アンテナを収納する筐体と、
を含み、
前記基地局と前記移動局との間の通信を中継する中継装置であって、
前記第１および第２の指向性アンテナは、
前記第１の指向性アンテナの指向方向と前記第２の指向性アンテナの指向方向とが異なり、かつ、前記第１の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向と前記第２の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向とが異なるよう、配置され、
それぞれ、誘電体基板と、前記誘電体基板の表面に形成されたパッチ状の導体箔と、前記誘電体基板の裏面に形成された地板導体と、を含み、
それぞれ、水平偏波の電波と直線偏波の電波とを同時に放射する給電点が２つの偏波共用パッチアンテナであり、
前記第１の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向と前記第２の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向との角度が４５度になるよう配置されている、
ことを特徴とする中継装置。
基地局との間で電波を送受する第１の指向性アンテナと、前記第１の指向性アンテナと同一の共振周波数を有し、移動局との間で電波を送受する第２の指向性アンテナと、前記第１および第２の指向性アンテナを収納する筐体と、を含み、前記基地局と前記移動局との間の通信を中継する中継装置の製造方法であって、
前記第１および第２の指向性アンテナを、
それぞれ、誘電体基板と、前記誘電体基板の表面に形成されたパッチ状の導体箔と、前記誘電体基板の裏面に形成された地板導体と、を含み、
それぞれ、水平偏波の電波と直線偏波の電波とを同時に放射する給電点が２つの偏波共用パッチアンテナとして形成する工程、
前記第１の指向性アンテナの指向方向と前記第２の指向性アンテナの指向方向とが異なり、かつ、前記第１の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向と前記第２の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向とが異なるよう、前記第１および第２の指向性アンテナを配置する工程、
前記第１の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向と前記第２の指向性アンテナから放射される電波の偏波方向との角度が４５度になるよう、前記第１および第２の指向性アンテナを配置する工程、
を含むことを特徴とする中継装置の製造方法。