JP6246032B2 - アンテナアレイの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、漏洩同軸ケーブルを用いたアンテナアレイに関する。

漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）は、通常の同軸ケーブルの外部導体に複数のスロットが設けられたものである。詳述すると、ＬＣＸは、高周波信号が伝播する線状の中心導体と、中心導体を覆う絶縁体と、絶縁体を覆い、複数のスロット（開口）が設けられた外部導体と、外部導体を覆うシースとから構成される。ＬＣＸは、中心導体の周囲に生じる電磁波信号を、外部導体のスロットを通じて放射したり、取り込んだりすることができる。即ち、ＬＣＸはケーブル型アンテナであり、特殊な細長い送受信アンテナと言える。

ＬＣＸは、通信領域が細長い環境におけるアンテナとして有効である。特に、曲がりくねったトンネル内や金属体が多数存在する場所では、電磁波の不感地帯が生じやすい。このような場所では、一般のアンテナを用いると、多数のアンテナを設置しなければならない。しかし、ＬＣＸではそれぞれのスロットがアンテナとして働くので、ＬＣＸに沿って多数のアンテナが配置されることになる。したがって、１本のＬＣＸを布設するだけで、細長い通信領域でも電磁波不感地帯が発生し難くなる。布設工事も、一般のアンテナを個別に取り付けて電気配線する必要がなく、ＬＣＸを延線するだけでよく非常に簡単に実施できる。

近年、複数のアンテナを使用するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信システムにおいて、複数のＬＣＸを平行に配置してアンテナとして使用する結束漏洩伝送路が提案されている（特許文献１参照）。また、ＬＣＸは指向性を有することが知られている（非特許文献１参照）。ＬＣＸの指向性については、ＬＣＸの延伸方向に垂直に切った平面内において、ＬＣＸの軸からスロットに向かう方向に放射波が強く放射されることがわかっている。したがって、特許文献１に記載の結束漏洩伝送路では、各ＬＣＸのスロットが、ＬＣＸの延伸方向に沿って直線状に配置されており、しかも全てのスロットの開口する方向が一定であることが要求される。

特開２０１１−１９９７６０号公報

岸本俊彦、佐々木伸著「ＬＣＸ通信システム」初版、電子通信学会、コロナ社出版、昭和５７年８月２０日出版（図２‐１３）

ＭＩＭＯ通信システムのアンテナとして利用される結束漏洩伝送路は、良好なアンテナ特性を実現するために、各ＬＣＸのスロット向きが予め決められた方向に揃って形成されていなければならない。結束漏洩伝送路は、一般的には、巻取ドラムから供給される個々のＬＣＸを集合させ、一括して結束することで製造される。しかし、ＬＣＸのような線条体は、ケーブルの軸を中心として回転する方向に捻じれやすいため、結束する際には、ＬＣＸのスロットが所定の向きとなるようにＬＣＸの捻じれを補正する必要があった。そのため、スロットの向きを補正するための工程やケーブル回転装置が必要となり、効率よく結束漏洩伝送路を製造することが困難であった。

上述の問題点を鑑み、本発明は、各々のＬＣＸのスロットの向きを簡単に精度よく揃えることが可能である複数のＬＣＸを用いたアンテナアレイを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、それぞれが、信号が伝搬する線状の中心導体、中心導体を覆う絶縁体、絶縁体を覆い、中心導体の軸方向に沿って一定のピッチで複数のスロットが配列された外部導体、外部導体を覆う第１シースを有し、軸方向に垂直な断面において、中心導体からスロットに向かう方向の直交方向に第１シースを互いに接触させて連結された複数の漏洩同軸ケーブルと、連結された複数の漏洩同軸ケーブル全体の外周を覆う第２シースとを備え、隣り合う漏洩同軸ケーブルが接触する第１シースの接触面の少なくとも一部が平坦であるアンテナアレイが提供される。

本発明の一態様において、漏洩同軸ケーブルの複数のスロットの長手方向が軸方向に対して垂直な角度で配列されていることが望ましい。また、複数のスロットのそれぞれの周方向の長さが、外部導体の全周長の１３％〜７５％の範囲であることが望ましい。第１シースの外形は、矩形でもよい。また、隣り合う漏洩同軸ケーブルの一方の接触面に凸部が設けられ、他方の接触面に凸部に嵌合する凹部が設けられてもよく、あるいは、隣り合う漏洩同軸ケーブルの一方の接触面に第１段差部が設けられ、他方の接触面に第１段差部に重なり合う第２段差部が設けられてもよい。更に、第１シースが、透明樹脂であってもよい。

本発明によれば、各々のＬＣＸのスロットの向きを簡単に精度よく揃えることが可能である複数のＬＣＸを用いたアンテナアレイを提供することができる。

本発明の実施の形態に係るアンテナアレイの一例を示す概略図である。 図１に示したアンテナアレイのＡ‐Ａ断面を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナアレイに用いるＬＣＸの一例を示す概略図である。 図３に示したＬＣＸのＢ‐Ｂ断面を示す概略図である。 アンテナアレイの指向性を測定する測定系の一例を示す側面概略図である。 図５に示したアンテナアレイの結合損失の測定結果の一例を示す図である。 ＬＣＸのスロット長に対するＦＢ比の測定結果の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナアレイの他の例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナアレイに用いるＬＣＸの他の例を示す断面概略図（その１）である。 本発明の実施の形態に係るアンテナアレイに用いるＬＣＸの他の例を示す断面概略図（その２）である。 本発明の実施の形態に係るアンテナアレイに用いるＬＣＸの他の例を示す断面概略図（その３）である。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施の形態に係るアンテナアレイ１は、ＭＩＭＯ通信システムのアンテナに用いることが可能で、図１及び図２に示すように、中心導体３、絶縁体５、外部導体７、及び第１シース８を有する複数のＬＣＸ２と、複数のＬＣＸ２全体の外周を覆う第２シース９とを備える。ＬＣＸ２の外部導体７は、中心導体３の軸方向に沿って配列された複数のスロット１０を有する。複数のＬＣＸ２は、軸方向に垂直な断面において、中心導体３からスロット１０に向かう方向の直交方向に第１シース８を互いに接触させて連結される。ＬＣＸ２からの放射波Ｒは、中心導体３からスロット１０に向かう方向（以下において、スロット方向と称す。）に強く放射される。

ＬＣＸ２の中心導体３は、図３及び図４に示すように、一端から他端の方向（ｚ軸方向）に延伸する線条導体であり、給電装置から高周波信号が供給される。絶縁体５は、中心導体３を覆うように設けられる。外部導体７は、絶縁体５を覆うように設けられる。外部導体７には、ＬＣＸ２の軸方向に沿って複数のスロット１０が一定のピッチＰで設けられる。スロット１０は、外部導体７をエッチング等で除去した角丸長方形状の開口である。角丸長方形状スロットの長手方向とｚ軸方向とのなす角度γは、９０度であり、このようなスロットは垂直スロットと呼ばれる。第１シース８は、外部導体７の外周を覆うように設けられており、ＬＣＸ２の軸方向に垂直な断面形状は、矩形状である。図４に示すように、ＬＣＸ２の第１シース８は、スロット方向の直交方向に垂直で互いに対向する平坦な接触面１２ａ、１２ｂを有する。

例えば、ＬＣＸ２には、直径２ｍｍの銅線製の中心導体３、比誘電率εrが１．５で外径５ｍｍの発泡ポリエチレン製の絶縁体５、及び厚さ０．０１ｍｍの銅箔製の外部導体７が用いられる。ＬＣＸ２の特性インピーダンスは、例えば５０Ωである。スロット１０は、周方向の長さ（スロット長）５ｍｍ、幅２ｍｍ、ピッチＰは３７ｍｍで、ｚ軸方向に対する角度γは９０度である。また、シース９は、中心導体３からスロット１０に向かう方向の幅、及びその直交方向の長さが１０ｍｍ×２０ｍｍである。

実施の形態に係るＬＣＸ２においては、接触面１２ａ、１２ｂは、共にスロット方向の直交方向に垂直な平坦面である。例えば、予め、図３及び図４に示したＬＣＸ２を複数本準備し、その後、各ＬＣＸ２のそれぞれの接触面１２ａと、隣り合うＬＣＸ２の接触面１２ｂとを接触させ固定することにより、複数のＬＣＸ２の各スロット方向を、容易に平行に揃えることができる。そして、シース押出装置により一括して第２シース９を成形すると、複数のＬＣＸ２のそれぞれのスロット１０の向きが精度よく揃ったアンテナアレイ１を実現することができる。

実施の形態に係るアンテナアレイ１について、図５に示した測定系を用いて指向性の測定を行った。この測定には、図２に示した４本のＬＣＸ２（左から順に、ＬＣＸ２−１〜ＬＣＸ２−４とする）を集合させたアンテナアレイ１を用いた。図５に示すように、回転装置３０の上に、長さが、例えば１．５ｍのアンテナアレイ１を垂直に設置した。発信機１６からアンテナアレイ１のＬＣＸ２−１の給電端にアプローチケーブル１８を介して、入力電力Ｐin、周波数が５．２ＧＨｚの信号を供給した。供給した信号は、ＬＣＸ２−１から放射される。ＬＣＸ２−１から放射された放射波は、アンテナアレイ１からスロット方向に距離ｄ、例えば１ｍで離間して配置された半波長標準ダイポールアンテナなどの受信アンテナ２０で受信した。受信アンテナ２０は、汎用同軸ケーブルなどのアプローチケーブル２４を介して、放射波の受信電力Ｐoutを検出する受信機２２に接続されている。ＬＣＸ２−１からの放射波は、ＬＣＸ２−１の軸方向に平行なＥｚ偏波である。したがって、ＬＣＸ２−１からの放射波を受信するために、受信アンテナ２０のアンテナ素子をＬＣＸ２−１のｚ軸方向に向けた。受信アンテナ２０は、回転装置３０の上面（アンテナアレイ１の設置面）からの高さｈが約１．０ｍの位置に配置した。そのほか、ＬＣＸ２−２、ＬＣＸ２−３、ＬＣＸ２−４、についても、同様な手法で指向性の測定を行った。

各ＬＣＸ２について、例えば、スロット方向を０°として、アンテナアレイ１を回転装置３０によりアンテナアレイ１を軸として３６０°回転させ、アンテナアレイ１を中心とした周辺空間の結合損失Ｌｃを測定した。放射波の強度を表す結合損失Ｌｃは、次式で計算される。結合損失Ｌｃが小さいほど放射波の強度は強くなる。

Ｌｃ ＝ −１０ｌｏｇ（Ｐout／Ｐin） （ｄＢ） ・・・（１）

図６に、各ＬＣＸ２ごとの、アンテナアレイ１を中心とした周辺空間の結合損失Ｌｃの測定結果を示す。なお、ＬＣＸ２−１〜ＬＣＸ２−４のそれぞれの測定結果が、図６に示したグラフ（２−１）〜（２−４）に対応している。図６の測定結果（２−１）〜（２−２）に示すように、各ＬＣＸ２の結合損失Ｌｃはスロット方向（０°または０°付近）における値が最小である。つまり、放射波の強度はスロット方向（０°または０°付近）に強いことがわかる。スロット方向の放射波強度と、スロット方向とは逆の方向（スロット方向に対して１８０°±６０°の範囲）での最大放射波強度との比であるＦＢ比は、約６ｄＢである。ＦＢ比が大きいほど指向性は強い。

上述の説明において、実施の形態に係るＬＣＸ２として、垂直スロットＬＣＸを用いているが、スロットの長手方向をｚ軸に対してジグザグに傾斜させたジグザグスロットＬＣＸを用いてもよい。ジグザグスロットＬＣＸでは、電界がスロットの一端から他端に向かって発生する。そのため、電界がＬＣＸを囲むように形成されるので、スロットの逆側にも放射が比較的強く存在する。他方、垂直スロットＬＣＸでは、磁界が絶縁体部分からスロットを通過して発生する。そのため、スロットの逆側では、磁界が逆向きに形成され打ち消しあい、スロットの逆側への放射は弱まる。

例えば、スロット長を５ｍｍとした場合、ジグザグスロットＬＣＸのＦＢ比は、約１ｄＢである。垂直スロットを用いたＬＣＸ２では、上記のように約６ｄＢである。このように、実施の形態に係るアンテナアレイ１に用いる複数のＬＣＸ２として垂直スロットＬＣＸを用いることにより、スロット方向とは逆の方向への放射を抑制することができ、スロット１０からの放射の指向性を強くすることが可能となる。他方、アンテナアレイ1として強い指向性を要求しないのであれば、複数のＬＣＸ２としてジグザグスロットＬＣＸを用いてもよい。

なお、実施の形態に係るＬＣＸは、上述したジグザグスロットや垂直スロットの他に、スロット長手方向がｚ軸に対して一方向に傾斜させた斜めスロットであってもよい。
ＬＣＸ２のスロット１０のスロット長を変化させて、図５に示した測定系を用いて指向性の測定を行った。スロット長は、２．５ｍｍ、５ｍｍ、７．５ｍｍ、１０ｍｍ、及び１２．５ｍｍとし、測定周波数は、２．４ＧＨｚ及び５．２ＧＨｚとした。各スロット長のＬＣＸ２毎のＦＢ比の測定結果を、図７に示す。図７においては、測定周波数が２．４ＧＨｚの場合を実線で、５．２ＧＨｚの場合を破線で示す。図７に示すように、スロット長が短くなるほど、ＦＢ比は増加し指向性が強くなることがわかる。また、測定周波数５．２ＧＨｚにおけるＦＢ比の方が、２．４ＧＨｚの時よりも大きく指向が強い。

ＦＢ比が０の場合、指向性はない。したがって、指向性を持たせるためには、ＦＢ比を、例えば１ｄＢ（１．３倍）以上、好ましくは２ｄＢ（１．６倍）以上、より好ましくは３ｄＢ（２倍）以上とすることが望ましい。即ち、スロット長としては、１２ｍｍ以下、好ましくは１０．５ｍｍ以下、より好ましくは９ｍｍ以下とする必要がある。

また、経験的にスロット長が２ｍｍ未満の場合は、指向性は強くできるが放射強度が弱くなる。そのため、スロット長が短いＬＣＸをアンテナとして用いるためには、スロットの数を増加しなければならない。しかし、スロットの数が増えると、ＬＣＸを捻じったり屈曲したりした場合に、スロットを起点に外部導体が破損しやすくなる。したがって、ＬＣＸの機械的強度を満足させるためには、スロット長を２ｍｍ以上、好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは４ｍｍ以上とする必要がある。

したがって、指向性及び機械的強度を満足させるためには、例えば、スロット長を２ｍｍ〜１２ｍｍの範囲、好ましくは３ｍｍ〜１０．５ｍｍの範囲、より好ましくは４ｍｍ〜９ｍｍの範囲とすることが望ましい。また、外部導体の全周長は約１６ｍｍである。したがって、外部導体の全周長に対するスロット長の比率を、１３％〜７５％の範囲、好ましくは１９％〜６６％の範囲、より好ましくは２５％〜５６％の範囲とすることが望ましい。

なお、上述の説明において、図２に示したように、複数のＬＣＸ２は第２シース９で一括して覆われている。しかし、図８に示すように、第２シース９を用いずに、複数のＬＣＸ２を配列した構造であってもよい。この場合、実際の使用にあたってＬＣＸ２それぞれの配列がずれることを防止するために、隣り合うＬＣＸ２との接触面を熱融着すること、あるいは、接着剤や粘着テープなどで接着することが望ましい。

また、ＬＣＸ２の第１シース８は、対向する接触面１２ａ、１２ｂの全体が平坦な形状として説明したが、接触面１２ａ、１２ｂの形状は限定されない。例えば、図９に示すように、隣り合うＬＣＸ２の一方の接触面１２ａに凸部１３ａを設け、他方の接触面１２ｂに凸部１３ａに嵌合する凹部１３ｂを設けた形状であってもよい。接触面１２ａ、１２ｂは、凸部１３ａ及び凹部１３ｂ以外は平坦な面である。したがって、凸部１３ａと凹部１３ｂを嵌合して平坦な接触面１２ａ、１２ｂを接触させることにより、複数のＬＣＸ２のスロット方向を簡単に精度よく合わせることができる。

あるいは、図１０に示すように、隣り合うＬＣＸ２の一方の接触面１２ａに第１段差部１４ａを設け、他方の接触面１２ｂに第１段差部１４ａに重なり合う第２段差部１４ｂを設けた形状であってもよい。第１段差部１４ａと第２段差部１４ｂを重ね合わせて平坦な接触面１２ａ、１２ｂを接触させることにより、複数のＬＣＸ２のスロット方向を簡単に精度よく合わせることができる。

更に、ＬＣＸ２の第１シース８を矩形状としたが、第１シース８の形状は限定されない。例えば、図１１に示すように、矩形の角部に傾斜面１５ａ、１５ｂを設けた形状であってもよい。接触面１２ａ、１２ｂを互いに接触させた際に生じる傾斜面１５ａと傾斜面１５ｂの間隙を熱風や高温体で加熱して第１シース８の接触部を融着することができる。あるいは、傾斜面１５ａと傾斜面１５ｂの間隙に接着剤を注入して接着してもよい。

また、通常のＬＣＸにおいては、シースに用いられる材料は不透明である。実施の形態において、第１シースとして不透明な樹脂を用いると、スロット方向の確認を目視だけで行うことは困難となる。このような問題に対し、例えば、第１シースとして、スロット１０が確認できる程度の透明度を有する樹脂を用いると、アンテナアレイ１の押し出し成形に際して、スロット方向を目視で確認できる。そのため、スロット１０の向きをより簡単に精度よく合わせることができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替の実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…アンテナアレイ
２…漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）
３…中心導体
５…絶縁体
７…外部導体
８…第１シース
９…第２シース
１０…スロット
１２ａ、１２ｂ…接触面
１３ａ…凸部
１３ｂ…凹部
１４ａ…第１段差部
１４ｂ…第２段差部

Claims (8)

1. それぞれが、信号が伝搬する線状の中心導体、前記中心導体を覆う絶縁体、前記絶縁体を覆い、前記中心導体の軸方向に沿って一定のピッチで複数のスロットが配列された外部導体、前記外部導体を覆う第１シースを有し、前記軸方向に垂直な断面において、前記中心導体から前記スロットに向かう方向の直交方向に前記第１シースを互いに接触させて連結された複数の漏洩同軸ケーブルを備え、
   隣り合う前記漏洩同軸ケーブルが接触する前記第１シースの接触面の少なくとも一部が平坦であり、前記第１シースの接触面を熱融着または接着して連結し、連結された前記複数の漏洩同軸ケーブル全体の外周を第２シースで覆わないことを特徴とするアンテナアレイの製造方法。
2. 前記複数の漏洩同軸ケーブルのそれぞれは、前記複数のスロットの長手方向が前記軸方向に対して垂直な角度で配列されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナアレイの製造方法。
3. 前記複数のスロットのそれぞれの周方向の長さが、前記外部導体の全周長の１３％〜７５％の範囲であることを特徴とする請求項２に記載のアンテナアレイの製造方法。
4. 前記第１シースの外形が、矩形であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナアレイの製造方法。
5. 前記第１シースの矩形の角部に傾斜面を設け、前記第１シースの接触面を互いに接触させた際に生じる隙間から熱融着または接着することを特徴とする請求項４に記載のアンテナアレイの製造方法。
6. 前記隣り合う漏洩同軸ケーブルの一方の前記接触面に凸部が設けられ、他方の前記接触面に前記凸部に嵌合する凹部が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナアレイの製造方法。
7. 前記隣り合う漏洩同軸ケーブルの一方の前記接触面に第１段差部が設けられ、他方の前記接触面に前記第１段差部に重なり合う第２段差部が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナアレイの製造方法。
8. 前記第１シースが、透明樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナアレイの製造方法。

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