JP6777344B2 - アンテナ、スタジアムアンテナシステム、劇場アンテナシステム、展示場アンテナシステム、及び、車両誘導アンテナシステム - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ、スタジアムアンテナシステム、劇場アンテナシステム、展示場アンテナシステム、及び、車両誘導アンテナシステムに関する。

公報記載の従来技術として、導体箔の貼付又は導電体塗料の塗布によって形成されるアンテナ素子と、該アンテナ素子と接続される給電線と、該給電線と接続される発電部と、該アンテナ装置を取り付ける被固定面に対して着脱自在に接着される接着部を備える、シート状アンテナ装置が存在する（特許文献１参照）。

公報記載の従来技術として、車両の通行可能な通行路を横断する移動体を検知する横断移動体検知システムにおいて、通行路の路面上に間隔を隔てて略平行に敷設される複数の帯線体により標示される横断歩道と、その横断歩道を横断する移動体に取り付け可能に形成され且つ非接触方式によるデータ通信が可能で識別情報を記憶可能に形成された移動タグと、その移動タグとの間で非接触方式により通信可能であって前記複数の帯線体の個々と一体に形成される複数のアンテナ素子と、その複数のアンテナ素子にそれぞれ電気的に接続され前記移動タグに記憶される識別情報を読み取る複数の定置リーダとを備える横断移動体検知システムが存在する（特許文献２参照）。

特開２０１２−０９０２２３号公報 特開２００５−０５０１６１号公報

ところで、移動体との通信である移動通信においては、ビルの屋上や鉄塔などにセクタアンテナが設けられ、移動体と通信する通信エリアが構築されてきた。このような方法において、今後、通信に使用される電波の周波数が高くなると、伝搬ロスが大きくなって、送信及び受信のいずれにおいても、電力が増大する。
本発明は、広い通信エリアをカバーするアンテナを用いる場合に比べ、小電力となるアンテナなどを提供する。

請求項１に記載の発明は、それぞれが電波を送受信する複数のアンテナ素子と、複数の前記アンテナ素子の電波の送受信のために、信号を伝搬する光導波路と、複数の前記アンテナ素子及び前記光導波路を挟み込んで保持する、可撓性の第１のフィルム及び可撓性の第２のフィルムと、を備え、移動体との間で電波が送受信される複数のセルが構成されることを特徴とするアンテナである。
請求項２に記載の発明は、複数の前記アンテナ素子における隣接するアンテナ素子は、異なる周波数の電波を送受信することを特徴とする請求項１に記載のアンテナである。
請求項３に記載の発明は、複数の前記アンテナ素子は、予め定められた方向に配列され、配列に沿って、隣接するアンテナ素子間で電波の周波数が異なるように、循環的に周波数が設定されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナである。
請求項４に記載の発明は、複数の前記アンテナ素子が送受信する電波によって、当該アンテナ素子毎に通信が行われるセルが構成されることを特徴とする請求項２又は３に記載のアンテナである。
請求項５に記載の発明は、前記光導波路と、前記アンテナ素子との間に、光信号と電気信号とを変換するインターフェイス回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナである。
請求項６に記載の発明は、前記インターフェイス回路には、前記光導波路を経由して電力が供給されることを特徴とする請求項５に記載のアンテナである。
請求項７に記載の発明は、前記第１のフィルム及び前記第２のフィルムは共に長尺の部材であって、前記アンテナ素子及び前記光導波路を挟み込んだ状態において、長尺方向に巻き取り可能であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナである。
請求項８に記載の発明は、前記光導波路は、前記第１のフィルム及び前記第２のフィルムの前記長尺方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項７に記載のアンテナである。
請求項９に記載の発明は、前記光導波路は、前記第１のフィルム及び前記第２のフィルムの前記長尺方向の端部側に、信号の入出力のための接続部が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のアンテナである。
請求項１０に記載の発明は、前記光導波路は、前記第１のフィルム及び前記第２のフィルムの前記長尺方向の両端部側に、信号の入出力のための接続部が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のアンテナである。
請求項１１に記載の発明は、競技が行われる競技エリア及び当該競技の観客を収容する観客エリアの少なくとも一部に、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナが設けられていることを特徴とするスタジアムアンテナシステムである。
請求項１２に記載の発明は、演技、演奏又は講演が行われる舞台及び当該演技、演奏又は講演の観客を収容する観客エリアの少なくとも一部に、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナが設けられていることを特徴とする劇場アンテナシステムである。
請求項１３に記載の発明は、展示物を展示する展示エリア及び当該展示物を観覧する観客が通行する観客エリアの少なくとも一部に、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナが設けられていることを特徴とする展示場アンテナシステムである。
請求項１４に記載の発明は、車両が通行する路面に沿って、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナが設けられていることを特徴とする車両誘導アンテナシステムである。

請求項１の発明によれば、広い通信エリアをカバーするアンテナを用いる場合に比べ、小電力にできる。
請求項２の発明によれば、異なる周波数としない場合に比べ、隣接するアンテナ素子間での干渉が抑制される。
請求項３の発明によれば、循環的に周波数を設定しない場合に比べ、周波数を共通化できる。
請求項４の発明によれば、アンテナ素子毎にセルを設定しない場合に比べて、より小電力になる。
請求項５の発明によれば、光信号と電気信号とを変換するインターフェイス回路を備えない場合に比べて、さらに小電力になる。
請求項６の発明によれば、光導波路を経由しないで電力を供給する場合に比べて、電力を供給する経路を設けることを要しない。
請求項７の発明によれば、巻き取り可能でない場合に比べて、施工がより容易になる。
請求項８の発明によれば、長尺方向に沿って設けられていない場合に比べて、長距離の信号の伝搬が容易になる。
請求項９の発明によれば、長尺方向の端部側に設けられていない場合に比べて、信号の送受信を集中して行える。
請求項１０の発明によれば、長尺方向の両端部側に設けられていない場合に比べて、信頼性が向上する。
請求項１１、１２、１３、１４の発明によれば、広い通信エリアをカバーするアンテナを用いる場合に比べ、小電力にできる。

第１の実施の形態が適用されるスタジアムアンテナシステムの一例を示す図である。 観客エリアに設けられたセルの一例を示す図である。 第１の実施の形態が適用されないスタジアムアンテナシステムの一例を説明する図である。 第１の実施の形態が適用されないスタジアムアンテナシステムの一例を説明する図である。 アンテナの一例を説明する図である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＢ−ＶＢ線での断面図である。 第２の実施の形態が適用される劇場アンテナシステムの一例を示す図である。 第３の実施の形態が適用される展示場アンテナシステムの一例を示す図である。 第４の実施の形態が適用される車両誘導アンテナシステムの一例を示す図である。

近年、アンテナと移動体との間で行われる移動通信の進展がすさまじい。ここで、移動体とは、無線により通信する機能を備えるとともに、移動可能な機器である。これらには、携帯電話、スマートフォン、時計、カメラなど、通信機能に加えて情報を処理する機能（情報処理機能）を備えた情報通信端末、通信機能及び情報処理機能に加えてセンシング機能を備える可搬型のセンサ（ウェアラブルセンサ）、いわゆるＩｏＴ（Internet of Things）で使用される通信機能を備えた物、通信機能及び情報処理機能を備えた航空機、列車、車などが含まれる。

移動通信において、ビルの屋上や鉄塔上にアンテナが設置されて、そのアンテナから電波の到達する範囲が通信エリア（セル）として設定されてきた。今後、伝送速度（伝送容量）の向上を狙って用いる電波の周波数が、現行の最高３．５ＧＨｚから、例えば２０ＧＨｚから６０ＧＨｚなどに高くなると、伝搬ロスが大きくなる。よって、ビルの屋上や鉄塔上などにアンテナを設置する方式では、アンテナから移動体に向かって送信するための電力、及び、移動体からアンテナに向かって送信する電力を共に大きくせざるを得なくなってしまう。また、電波の周波数をより高くすると、直進性が高くなるため、ビル陰などの障害物に遮られた場所に電波が到達しづらくなってしまう。

そこで、本実施の形態では、アンテナをビルの屋上や鉄塔上などに設置して、広い範囲を通信エリアとするのではなく、複数のアンテナ素子を移動体の近傍（身近）に配置するとともに、各アンテナ素子の通信エリア（セル）を小さくすることで、アンテナ素子から移動体に向かって送信するための電力、及び、移動体からアンテナ素子に向かって送信する電力をともに小さくしている。また、移動体の近傍に複数のアンテナ素子を配置することから、ビル陰などの障害物によって遮られた場所でも電波の到達が妨げられにくくなる。さらに、親機や基地局であるアクセスポイント（ＡＰ）の機能をアンテナ素子とともに設けることで、ＡＰと移動体との間において高速、常時接続且つ低遅延な通信が可能になる。なお、アクセスポイントの機能を有する機器は、エッジデバイスと呼ばれることがある。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態が適用されるスタジアムアンテナシステム１の一例を示す図である。図１は、スタジアム１０を上空から見た図である。スタジアム１０は、競技が行われるグランドが設けられる競技エリア１１及び競技を観覧する観客を収容する観客席が設けられる観客エリア１２を備える。図１では、観客エリア１２は、競技エリア１１を取り囲むように設けられている。なお、観客エリア１２は、競技エリア１１の一部に対向して設けられていてもよい。そして、競技エリア１１及び観客エリア１２には、電波が送受信されるセル１３が複数設けられている。なお、セル１３は、円で表されている。セル１３は、後述するように、アンテナ素子（後述する図５のアンテナ素子１１１）を含み、そのアンテナ素子から電波を受信し、そのアンテナ素子に電波が送信される範囲である。そして、隣接するセル１３間において電波の干渉が生じにくいように、セル１３が設定されている。そして、競技エリア１１及び観客エリア１２には、競技者（選手）や観客が所持する移動体１４がある。図１では、１個の移動体１４を示すが、多数あってよい。

ここでは、競技エリア１１において、セル１３は、トラック競技が行われるトラックに沿って設けられるとともに、サッカーなどが行われるフィールドを覆うように複数のセル１３が二次元的に設けられている。このようにすることで、選手の所持する移動体１４、例えば、選手の所持するウェアラブルセンサや選手の顔面又は眼鏡に取り付けられたカメラなどから、選手の生体データ（心拍数など）などの選手情報や、選手の目線での画像がセル１３のアンテナ素子に向かって送信される。図１では、１個の移動体１５を示すが、多数あってよい。

また、観客エリア１２において、観客の席（観客席）を覆うように、複数のセル１３が設けられている。このようにすることで、観客席にいる観客又は選手のコーチなどは、所持する移動体１５によって、選手の所持する移動体１４からの選手情報をリアルタイムに把握したり、選手の目線での画像を見たりする。

なお、図１では、セル１３は、模式的に示されている。よって、セル１３は、必ずしも図１に示す大きさに限定されない。例えば、競技エリア１１におけるトラックでは、トラックのレーン毎にレーンに沿ってセル１３が設けられてもよく、複数のレーンを組にしてレーンの組毎にレーンの組に沿ってセル１３が設けられてもよい。また、セル１３が全レーンを跨ぐように設けられてもよい。なお、トラックに沿ってセル１３を設けるとは、上記のすべての場合を含む。また、競技エリア１１におけるフィールドでは、フィールドを覆うようにセル１３を設ければよい。また、フィールドにおいて競技、例えばサッカーが行われるピッチ内に限らず、ピッチの周辺にもセル１３を設けてもよい。

また、観客エリア１２においては、複数の観客席をブロックとして、ブロック毎にセル１３を設けてもよく、観客席毎にセル１３を設けてもよい。
図２は、観客エリア１２に設けられたセル１３の一例を示す図である。ここでは、２つの観客席１６に対して一つのセル１３が設けられている。

以上説明したように、第１の実施の形態におけるセル１３は、従来のセルに比べて、極めて小さい（極小の）セルである。つまり、ここでのセル１３は、小さいセルを意味するために用いられている、いわゆるナノセルやピコセルなどより、さらに小さいセルである。例えば、セル１３のピッチは、１ｍおき、１０ｍおきなどであってよい。高さは、２〜３ｍの領域であって、人ひとりを覆うものであってよい。
なお、セル１３の大きさは、電波の周波数、電波の送受信に必要な電力などを考慮して、設定すればよい。

図３は、第１の実施の形態が適用されないスタジアムアンテナシステム２の一例を説明する図である。図３に示すスタジアムアンテナシステム２は、現在用いられているスタジアムアンテナシステムである。スタジアム１０の競技エリア１１、観客エリア１２及び移動体１４、１５は、第１の実施の形態と同様である。よって、同じ符号を付して説明を省略する。

ここでは、スタジアム１０内の選手及び観客は、スタジアム１０の周辺に設けられた既存の基地局アンテナ２０の構成するセル２１から漏れた電波により通信を行うか、スタジアム１０内に臨時又は固定的に設けられた基地局アンテナ３０と通信を行うことになる。ここでは、通信に使用される電波の周波数は、最高でも３．５ＧＨｚと低いため、伝送速度（伝送容量）が小さい。

図４は、第１の実施の形態が適用されないスタジアムアンテナシステム３の一例を説明する図である。図４に示すスタジアムアンテナシステム３は、第５世代の移動通信方式（５Ｇ）として考えられている超多素子アンテナ４０を用いたスタジアムアンテナシステムである。スタジアム１０の競技エリア１１、観客エリア１２及び移動体１４、１５は、第１の実施の形態と同様である。よって、同じ符号を付して説明を省略する。

超多素子アンテナ４０とは、複数のアンテナを用いて通信を行う通信技術であるマッシブ マイモ（Massive MIMO）に使用される基地局アンテナである。超多素子アンテナ４０は、数十又は１００以上のアンテナ素子を用いることで、基地局アンテナ間の干渉を減らしつつ、伝搬ロスが大きい高い周波数の電波を用いて伝送速度（伝送容量）を大きくしようとするものである。しかし、図４に示すように、スタジアム１０の観客エリア１２に複数の超多素子アンテナ４０を設けただけでは、アンテナから移動体に向かって送信するための電力、及び、移動体からアンテナに向かって送信する電力を共に大きくせざるを得なくなる。つまり、超多素子アンテナ４０を用いて、通信エリアが大きいセル４１を設定することは難しい。

以上説明したように、伝搬ロスの大きい高い周波数の電波を用いる場合、図１の第１の実施の形態で示すように、セル１３の通信エリアを小さくすることがよい。また、セル１３に設けられるアンテナ素子とともに、ＡＰとしての機能を設けることで、伝送速度（伝送容量）が大きくなる。

（アンテナ１００）
セル１３を構成するために用いられるアンテナ１００を説明する。
図５は、アンテナ１００の一例を説明する図である。図５（ａ）は、平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ線での断面図である。

図５（ａ）に示すように、アンテナ１００は、アンテナ素子１１１をそれぞれ備える複数のアンテナユニット１１０、信号を伝搬する光導波路１２０、アンテナ１００の光導波路１２０とアンテナ１００の外部に設けられた機器とを接続するために光導波路１２０の端部に設けられたコネクタ１３０を備える。ここでは、アンテナユニット１１０毎にセル１３が構成されるとする。コネクタ１３０は、接続部の一例である。

図５（ａ）には、６個のアンテナユニット１１０（区別する場合には、アンテナユニット１１０−１〜１１０−６と表記する。）が予め定められた方向に配列されている。アンテナユニット１１０の配列方向をｘ方向、これと直交する方向をｙ方向及びｚ方向とする。アンテナユニット１１０は、さらに多数がｘ方向に配列されていてもよい。なお、予め定められた方向に配列されているとは、アンテナユニット１１０が予め定められた方向の直線上に配列されている場合の他、一部のアンテナユニット１１０が直線に垂直な方向からずれて配列されている場合、一部のアンテナユニット１１０が直線に対して、他の一部のアンテナユニット１１０と傾きが異なるように配列されている場合を含む。

また、図５（ｂ）に示すように、アンテナ１００は、アンテナユニット１１０と光導波路１２０とを挟み込んで保持する第１のフィルム１４０及び第２のフィルム１５０を備える。そして、第１のフィルム１４０及び第２のフィルム１５０は、可撓性（フレキシブル性）を有する素材で構成されている。そして、アンテナユニット１１０及び光導波路１２０を挟み込んで保持するように、第１のフィルム１４０と第２のフィルム１５０とが接着剤にて貼り付けられている。これにより、アンテナ１００が全体として、可撓性（フレキシブル性）を有するフィルム（シート）となっている。

第１のフィルム１４０及び第２のフィルム１５０は、電波が透過しやすい材料から構成され、フィルム（シート）状又は板状に加工した際に、可撓性（フレキシブル性）を有するものであればよい。第１のフィルム１４０及び第２のフィルム１５０には、例えば、ポリ塩化ビニルなどのビニル系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリプロピレン、アクリル系、ポリアミドナイロン系、ＡＢＳなどの樹脂が適用されうる。なお、第１のフィルム１４０及び第２のフィルム１５０の膜厚は、適宜設定すればよく、第２のフィルム１５０は、保護膜として機能するものであってもよい。また、第１のフィルム１４０及び第２のフィルム１５０は、透明でもよく、不透明でもよい。

そして、アンテナ１００における第１のフィルム１４０の裏面に剥離紙などで覆った接着材を設ければ、剥離紙を剥がすだけで、アンテナ１００が設置可能となる。また、アンテナ１００における第２のフィルム１５０の表面に、文字、図形、標識などの表示を設けてもよい。表示としては、例えば、席の番号、避難経路、送受信の方法などでよい。これにより、アンテナ１００が、表示媒体を兼ねたアンテナとなる。

なお、図５（ａ）に示すように、第１のフィルム１４０及び第２のフィルム１５０は、アンテナユニット１１０が配列されるｘ方向に長尺である。そして、アンテナ１００は、第１のフィルム１４０及び第２のフィルム１５０の可撓性により、長尺方向（ｘ方向）において巻き取り可能になっている。

次に、光導波路１２０を説明する。ここでは、光導波路１２０は、幹となる６本の光導波路（区別する場合は、光導波路１２０−１〜１２０−６と表記する。）と、枝となる複数の光導波路（区別する場合は、光導波路１２０−１１、１２０−２１などと表記する。）とを備える。つまり、幹となる光導波路（光導波路１２０−１〜１２０−６）と枝となる光導波路（光導波路１２０−１１、１２０−２１など）とを合わせて光導波路１２０と表記する。

幹となる光導波路１２０−１〜１２０−６の内、添え字（−の後の数字）が奇数である光導波路１２０−１、１２０−３、１２０−５は、アンテナユニット１１０のアンテナ素子１１１が受信した信号（受信信号）を伝搬する光導波路である。一方、添え字（−の後の数字）が偶数である光導波路１２０−２、１２０−４、１２０−６は、アンテナユニット１１０のアンテナ素子１１１へ送信する信号（送信信号）を伝搬する光導波路である。光導波路１２０−１〜１２０−６は、第１のフィルム１４０及び第２のフィルム１５０の長尺方向（ｘ方向）に沿って設けられている。

一方、枝となる光導波路１２０−１１、１２０−２１などは、幹となる光導波路１２０−１〜１２０−６から分岐された光が伝搬する光導波路である。なお、添え字（−の後の２桁の数字）は、１０の桁が、幹となる光導波路１２０−１〜１２０−６の添え字（−の後の数字）、１の桁が接続されるアンテナユニット１１０（図１５では、アンテナユニット１１０−１〜１１０−６）の添え字（−の後の数字）である。ここでは、枝となる光導波路１２０−１１、１２０−２１などは、図５（ｂ）に示すように、幹となる光導波路１２０−１〜１２０−６を跨ぐように設けられている。枝となる光導波路１２０−１１、１２０−２１などについては、アンテナユニット１１０の説明において詳述する。なお、光導波路１２０の構成は一例であって、各アンテナユニット１１０と信号が送受信できれば、他の構成であってもよい。

上述したように、幹となる光導波路１２０−１〜１２０−６は、送信信号と受信信号との組を３組送受信する。これは、ｘ方向に隣接する３個のアンテナユニット１１０間で、異なる周波数とすることにより、隣接するアンテナユニット１１０間でセル１３が重なっても、干渉が発生することが抑制される。なお、ｘ方向のみを考慮すれば、ｘ方向に隣接する２個のアンテナユニット１１０間で周波数を異ならせればよい。しかし、図１に示すスタジアム１０の競技エリア１１のように、二次元的にセル１３を配置する場合、２個のアンテナユニット１１０間で周波数を異ならせただけでは、図１の横方向のセル１３間では、周波数が異なるが、斜め方向のセル１３間では、周波数が異なるようにならない。よって、ここでは、３個のアンテナユニット１１０間で周波数が異なるように設定している。つまり、隣接するセル１３の中心が、正三角形を構成するように配置されている。また、３個のアンテナユニット１１０を単位として循環的（サイクリック）に周波数を設定することで、周波数が共通化される。そして、光導波路１２０−１〜１２０−６のように、信号を送受信する光導波路の数が少なくてすむ。

そして、幹となる光導波路１２０−１〜１２０−６の長尺方向（ｘ方向）の両端部に、２個のコネクタ１３０（区別する場合には、コネクタ１３０ａ、１３０ｂと表記する。）が設けられている。コネクタ１３０は、光信号を接続する光コネクタである。簡易に脱着できることがよい。このようにすることで、信号の送受信が両端部において集中して（まとめて）行える。また、両端部のコネクタ１３０ａ、１３０ｂから同時に信号を伝送することが可能である。また、コネクタ１３０ａ、１３０ｂの内、一方において信号の伝搬が不可になった場合、他方において信号の伝搬が可能であれば、他方を用いて信号の伝搬が継続される。これにより、故障に対する信頼性が向上する。
なお、図５（ａ）では、コネクタ１３０は、アンテナ１００の両端部に、第１のフィルム１４０と第２のフィルム１５０の±ｘ方向側に設けられている。コネクタ１３０は、アンテナ１００の両端部側（両端部の近傍）に、第１のフィルム１４０と第２のフィルム１５０の−ｙ方向側に設けられていてもよい。この場合、光導波路１２０は、アンテナ１００の両端部側において、−ｙ方向に曲げて構成すればよい。コネクタ１３０は、アンテナ１００の一方の端部側（端部の近傍）に設けてもよい。

光導波路１２０は、光ファイバを用いて構成してもよく、光透過性の誘電体材料を用いて第１のフィルム１４０上に構成してもよい。また、伝搬する光は、マルチモードであっても、シングルモードであってもよい。特に、シングルモードを用いれば、数ｋｍもの長距離の伝搬も可能になる。よって、アンテナ１００の長尺方向を長くできる。

ここでは、アンテナユニット１１０は、ｘ方向に一列に配列されているとしたが、ｘ方向に複数列配列されていてもよい。また、アンテナユニット１１０は、直線状でなく、曲線に沿って設けられていてもよい。さらに、アンテナユニット１１０は、円又は円弧に沿って設けられてもよい。アンテナユニット１１０が円に沿って環状に設けられている場合、環状の一か所から光導波路１２０を引き出して、コネクタ１３０を設ければよい。この場合も、環状の一か所を端部と表現する。

また、各アンテナユニット１１０がセル１３を構成するとした。このようにすることで、各アンテナユニット１１０のセル１３が小さく設定される。よって、より小電力になる。しかし、複数のアンテナユニット１１０で一つのセル１３を構成するようにしてもよい。このとき、一つのセル１３を構成する各アンテナユニット１１０に与える信号に位相差を与えて、複数のアンテナユニット１１０がセル１３に対して指向性を有するようにしてもよい。

（アンテナユニット１１０）
次に、アンテナユニット１１０の構成を説明する。ここでは、アンテナユニット１１０をアンテナユニット１１０−２で説明する。よって、図５（ａ）では、アンテナユニット１１０−２（１１０）と表記する。
アンテナユニット１１０は、電波を送受信するアンテナ素子１１１、ＡＰとして機能する無線装置１１２、電力用の光信号から無線装置１１２に電力を供給する光電変換装置１１３、電波を送信するための光信号を電気信号に変換するＴｘ光トランシーバ１１４及び電波を受信して得られた電気信号を光信号に変換するＲｘ光トランシーバ１１５を備える。ここで、Ｔｘ光トランシーバ１１４及びＲｘ光トランシーバ１１５は、光信号と電気信号とを変換するインターフェイス回路の一例である。
なお、アンテナ素子１１１、無線装置１１２、光電変換装置１１３、Ｔｘ光トランシーバ１１４及びＲｘ光トランシーバ１１５の符号は、アンテナユニット１１０−２にのみ記載し、他のアンテナユニット１１０−１、１１０−３〜１１０−６への記載を省略する。
ここでは、アンテナユニット１１０をアンテナ素子１１１と同義に用いることがある。

アンテナ素子１１１は、電波の周波数、指向性などによって選択される。アンテナ素子１１１には、例えばダイポールアンテナ、パッチアンテナなどを用いうる。アンテナ素子１１１がダイポールアンテナである場合、薄い金属板、金属箔、可撓性の絶縁性基板上に設けられた金属膜などで構成すれば、アンテナ１００としての可撓性を損なわない。アンテナ素子１１１がパッチアンテナであっても、可撓性の絶縁性基板の一方の面に地板を構成し、他方の面にパッチを構成することで、可撓性を有するパッチアンテナが構成される。また、例え、可撓性を有しない絶縁基板を用いても、その面積が小さければ、アンテナ１００全体としては可撓性を損なわない。

無線装置１１２は、アンテナユニット１１０をＡＰとして機能させるための回路である。無線装置１１２は、ＣＰＵ、メモリなどが一つの集積回路として構成されている。

光電変換装置１１３は、電力用の光信号を入力させる光入力部、光信号を電力に変換する変換部、及び、電力を供給する電力出力部を備えている。変換部は、光を電気に変換する光電デバイスで構成されている。このような光電デバイスとしては、シリコン、ゲルマニウム、インジウム・ガリウム・ヒ素などの半導体を用いたフォトダイオードを用いうる。波長に応じて、材料を選択すればよい。ここでは、一つの光導波路１２０に、通信用の光信号の波長（周波数）と電力用の光信号の波長（周波数）とを異ならせて伝送する。例えば、通信用の光信号の波長を１３１０ｎｍ帯とし、電力用の光信号の波長を１４８０ｎｍ帯とする。このようにすることで、光導波路１２０の数が少なくなる。光電変換装置１１３は、集積回路として構成されている。
なお、光導波路１２０を通信用の光信号を伝送する光導波路として用い、電力用の光信号を伝送する光導波路を別に設けてもよい。このようにすれば、通信用の光信号と電力用の光信号とを別の波長（周波数）に設定することを要しない。

Ｔｘ光トランシーバ１１４は、光信号を電気信号に変換する受光部、変換された電気信号を増幅する増幅部、電気信号を出力する電気信号出力部を備えている。例えば、受光部は、光電変換装置１１３と同様に、フォトダイオードで構成されている。増幅部は、ＣＭＯＳなどで構成されたドライバ回路である。電気信号出力部は、端子である。そして、Ｔｘ光トランシーバ１１４は、集積回路として構成されている。

Ｒｘ光トランシーバ１１５は、光源、光源からの光を電気信号により変調する変調部、光信号を出力する光出力部を備えている。光源は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）や半導体レーザである。変調部は、例えばＬＥＤや半導体レーザから出力される光の強度を電気信号により直接変調するものであってもよい。また、変調部は、電気光学効果を有する結晶材料を用いて間接変調するものであってもよい。電気光学効果を有する結晶材料としては、ＬｉＮｂＯ_３などを用いうる。光出力部は、光端子（光ピン）である。そして、Ｒｘ光トランシーバ１１５は、集積回路として構成されている。

無線装置１１２、光電変換装置１１３、Ｔｘ光トランシーバ１１４及びＲｘ光トランシーバ１１５を構成する各集積回路は、可撓性のある第１のフィルム１４０上に設けられた配線に、端子をハンダ付したり、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）技術などで接続したりすることで容易に搭載しうる。そして、ＬＳＩの大きさをサブｍｍ角から数１０ｍｍ角とすれば、アンテナ１００全体としては可撓性を損なわない。
なお、無線装置１１２、光電変換装置１１３、Ｔｘ光トランシーバ１１４及びＲｘ光トランシーバ１１５は、２以上の回路が一つの集積回路として構成されてもよい。

アンテナユニット１１０における接続関係及び動作を説明する。以下では、図５（ａ）、（ｂ）を参照しつつ、アンテナユニット１１０−２で説明する。
アンテナユニット１１０−２において、アンテナ素子１１１は、無線装置１１２に電気的に接続されている。そして、無線装置１１２は、Ｔｘ光トランシーバ１１４及びＲｘ光トランシーバ１１５に電気的に接続されている。Ｔｘ光トランシーバ１１４は、光導波路１２０−４２を介して光導波路１２０−４に光で接続されている。また、Ｒｘ光トランシーバ１１５は、光導波路１２０−３２を介して光導波路１２０−３に光で接続されている。なお、図５（ｂ）に示すように、光導波路１２０−３２は、光導波路１２０−３から分岐され、光導波路１２０−１、１２０−２を立体的に跨いで、Ｒｘ光トランシーバ１１５に接続されている。光導波路１２０−４２も同様である。

さらに、光電変換装置１１３は、無線装置１１２、Ｔｘ光トランシーバ１１４及びＲｘ光トランシーバ１１５に電気的に接続されている。また、光電変換装置１１３は、光導波路１２０−４２を介して光導波路１２０−４に光で接続されている。

なお、アンテナユニット１１０−１において、Ｔｘ光トランシーバ１１４は、光導波路１２０−２１を介して光導波路１２０−２に光で接続され、Ｒｘ光トランシーバ１１５は、光導波路１２０−１１を介して光導波路１２０−１に光で接続されている。アンテナユニット１１０−３において、Ｔｘ光トランシーバ１１４は、光導波路１２０−６３を介して光導波路１２０−６に光で接続され、Ｒｘ光トランシーバ１１５は、光導波路１２０−５３を介して光導波路１２０−５に光で接続されている。アンテナユニット１１０−４において、Ｔｘ光トランシーバ１１４は、光導波路１２０−２４を介して光導波路１２０−２に光で接続され、Ｒｘ光トランシーバ１１５は、光導波路１２０−１４を介して光導波路１２０−１に光で接続されている。アンテナユニット１１０−５において、Ｔｘ光トランシーバ１１４は、光導波路１２０−４５を介して光導波路１２０−４に光で接続され、Ｒｘ光トランシーバ１１５は、光導波路１２０−３５を介して光導波路１２０−３に光で接続されている。さらに、アンテナユニット１１０−６において、Ｔｘ光トランシーバ１１４は、光導波路１２０−６６を介して光導波路１２０−６に光で接続され、Ｒｘ光トランシーバ１１５は、光導波路１２０−５６を介して光導波路１２０−５に光で接続されている。

つまり、アンテナユニット１１０−１、１１０−４は、光導波路１２０−１、１２０−２に接続され、アンテナユニット１１０−２、１１０−５は、光導波路１２０−３、１２０−４に接続され、アンテナユニット１１０−３、１１０−６は、光導波路１２０−５、１２０−６に接続されている。このように、アンテナユニット１１０は、３個を繰り返し単位として循環的（サイクリック）に光導波路１２０に接続されている。光導波路１２０−１、１２０−２、光導波路１２０−３、１２０−４及び光導波路１２０−５、１２０−６の信号の周波数を異ならせることで、隣接するアンテナユニット１１０間での周波数を異ならせられる。ここでは、アンテナユニット１１０の数を６個としているが、さらに多数の場合には、アンテナユニット１１０を３個毎に同様に接続すればよい。

このようにすることで、光導波路１２０−２を伝搬する送信信号は、複数のアンテナユニット１１０（ここでは、アンテナユニット１１０−１、１１０−４）に共通である。光導波路１２０−４を伝搬する送信信号は、複数のアンテナユニット１１０（ここでは、アンテナユニット１１０−２、１１０−５）に共通である。光導波路１２０−６を伝搬する送信信号は、複数のアンテナユニット１１０（ここでは、アンテナユニット１１０−３、１１０−６）で共通である。よって、各アンテナユニット１１０に設けられた無線装置１１２が、各アンテナユニット１１０に対する送信信号を選択して、アンテナ素子１１１を制御する。

アンテナユニット１１０−２において、Ｔｘ光トランシーバ１１４は、光導波路１２０−４を伝搬してきた光信号が光導波路１２０−４２を経由して入力されると、電気信号に変換して、無線装置１１２に出力する。すると、無線装置１１２は、Ｔｘ光トランシーバ１１４から入力された電気信号に基づいて、アンテナ素子１１１が送信するための電気信号（送信信号）を生成し、アンテナ素子１１１に出力する。アンテナ素子１１１は、無線装置１１２によって生成された送信信号により電波を放射する。

また、アンテナ素子１１１は、受信した電波を電気信号（受信信号）に変換して、無線装置１１２に出力する。無線装置１１２は、アンテナ素子１１１から入力された受信信号に基づいて、電気信号（出力信号）を生成し、Ｒｘ光トランシーバ１１５に出力する。Ｒｘ光トランシーバ１１５は、入力した出力信号を光信号に変換して、光導波路１２０−３２を経由して光導波路１２０−３に出力する。

光電変換装置１１３は、光導波路１２０−４を伝搬し、さらに光導波路１２０−４２を経由して入力した電力用の光信号を電力に変換して、無線装置１１２、Ｔｘ光トランシーバ１１４及びＲｘ光トランシーバ１１５に供給する。無線装置１１２、Ｔｘ光トランシーバ１１４及びＲｘ光トランシーバ１１５は、光電変換装置１１３が供給する電力によって動作する。

このとき、アンテナ素子１１１が送信する電波の電力が小さければ、光電変換装置１１３が供給する電力も小さくて済む。つまり、セル１３を小さくすることにより、光給電によりアンテナユニット１１０が駆動できる。このため、電力を供給するための経路（電気配線）を設けることを要しない。また、災害などにより、電力を供給することができない場合であっても、光信号が供給できる場合には、アンテナ１００を動作させることができる。

また、アンテナ素子１１１の近傍に、Ｔｘ光トランシーバ１１４及びＲｘ光トランシーバ１１５を設けることで、さらに小電力化が図れる。

以上説明したアンテナ１００を、スタジアム１０の競技エリア１１及び観客エリア１２に設置することで、図１に示したスタジアムアンテナシステム１が実現される。なお、アンテナ１００は、上述したように、全体として可撓性を有しているので、長尺方向に巻き取り可能である。よって、アンテナ１００の製造時に長尺方向に巻き取った状態とし、その状態でスタジアム１０に運搬し、スタジアム１０の競技エリア１１及び観客エリア１２に敷き詰めることが容易に行える。つまり、アンテナ１００の施工が容易になる。

そして、アンテナ１００は、長尺の一方の端部（又は両方の端部）から光信号の入出力を行うことで、光導波路１２０によって光が伝送可能な距離であれば、アンテナ１００の長尺方向の長さを数１００ｍから数ｋｍとすることができる。これにより、アンテナ１００の施工がさらに容易になる。

また、アンテナ１００は可撓性を有するので、アンテナ１００は、床面、壁面、天井などに容易に設置可能である。さらに、凹凸のある部分、曲面を有する部分及び折れ曲がった部分にも設置可能である。そして、アンテナ１００は、床面、壁面、天井などの表面ばかりでなく、床下、壁の内側、天井裏などにも設置可能である。
そして、アンテナ１００は、構成するセル１３が小さく、容易に設置可能であることから、電波を送受信したい場所に限定して設置できる。つまり、必要に応じた電波空間の設計が柔軟にできるようになる。

以上説明したように、電波の周波数を高くする場合、セル１３の面積（通信エリア）を小さくすることで、広い通信エリアをカバーするアンテナを用いる場合に比べて、小電力となる。
ここでは、スタジアムアンテナシステム１を説明したが、アンテナ１００は、遊園地、公園などの屋外施設にも適用できる。

［第２の実施の形態］
図６は、第２の実施の形態が適用される劇場アンテナシステム４の一例を示す図である。図６は、劇場５０の内部を上方から見た図である。劇場５０は、演技、演奏、講演などが行わる舞台（ステージ）５１と、演技、演奏、講演などの観客を収容する観客席が設けられる観客エリア５２とを備える。図６では、観客エリア５２は、四角形の舞台５１の一辺に対向しているが、観客エリア５２が舞台５１の多数の辺に対向するように設けられてもよい。そして、舞台５１及び観客エリア５２には、電波が送受信されるセル５３が複数設けられている。なお、セル５３は、円で表されている。セル５３は、第１の実施の形態で説明したものと同様のアンテナ１００のアンテナ素子１１１の電波の送受信範囲で設定されている。そして、舞台５１には、演技、演奏、講演などを行う演者が所有する移動体５４があり、観客エリア５２には、観客が所持する複数の移動体５５がある。

ここでは、舞台５１において、セル５３は、一面に設けられている。ここでは、セル５３は、舞台５１を埋め尽くすように、隣接するセル５３の中心が、正三角形を構成するように配置されている。このようにすることで、演技、演奏、講演などを行う演者が所持する移動体５４、例えば、演者の顔面又は眼鏡に取り付けられたカメラなどから、演者の目線での画像がセル５３のアンテナ素子（図５に示したアンテナ素子１１１）に向かって送信される。また、演者は、所持する小型のディスプレイ（ウェアラブルディスプレイ）などによりプロデューサなどからの指示が受けられる。

また、観客エリア５２において、観客の席（観客席）を覆うように、複数のセル５３が設けられている。ここでは、一例として６個の観客席に一つのセル５３が設けられている。このようにすることで、観客席にいる観客などは、所持する移動体５５によって、演者の目線での画像が見られる。

セル５３は、第１の実施の形態で説明したアンテナ１００により構成される。第１の実施の形態で説明したアンテナ１００において、セル１３をセル５３とすればよい。よって、詳細な説明を省略する。

以上説明したように、電波の周波数を高くする場合、セル５３の面積（通信エリア）を小さくすることで、広い通信エリアをカバーするアンテナを用いる場合に比べて、小電力となる。

［第３の実施の形態］
図７は、第３の実施の形態が適用される展示場アンテナシステム５の一例を示す図である。図７は、展示場６０の内部を上方から見た図である。展示場６０とは、見本市などの産業用の展示場、絵画、工芸などを展示する美術館などである。

展示場６０は、展示物などが展示される展示エリア６１と、展示物を見る観客が通行する観客エリア６２とを備える。図７では、展示エリア６１及び観客エリア６２には、電波が送受信されるセル６３が複数設けられている。なお、セル６３は、円で表されている。セル６３は、第１の実施の形態で説明したものと同様のアンテナ１００のアンテナ素子１１１の電波の送受信範囲で設定されている。そして、展示物は、展示物を説明するための情報を送信する移動体６４を備えている。そして、観客は、情報を受信しうる移動体６５を所持している。

ここでは、展示エリア６１及び観客エリア６２を覆うように、セル６３が、一面に設けられている。このようにすることで、観客は、所持する移動体６５により、展示物の備える移動体６４から送信される情報を受信して、情報が見られる。

セル６３は、第１の実施の形態で説明したアンテナ１００により構成される。第１の実施の形態で説明したアンテナ１００において、セル１３をセル６３とすればよい。よって、詳細な説明を省略する。

以上説明したように、電波の周波数を高くする場合、セル６３の面積（通信エリア）を小さくすることで、広い通信エリアをカバーするアンテナを用いる場合に比べて、小電力となる。

［第４の実施の形態］
図８は、第４の実施の形態が適用される車両誘導アンテナシステム６の一例を示す図である。図８は、車両が通行する路面７０を斜め上方から見た図である。路面７０は、高速道路であってもよく、一般の道路であってもよい。

路面７０は、車両が通行する車両通行エリア７１とアンテナ１００が配置されるアンテナエリア７２とを備えている。車両通行エリア７１は、移動体７４として機能する車両（以下、車両７４と表記する。）が通行する。アンテナエリア７２は、車両通行エリア７１に沿って設けられた車両通行エリア７１外のエリア、いわゆる路側帯である。アンテナエリア７２には、第１の実施の形態において説明したアンテナ１００が帯状に設けられている。そして、アンテナエリア７２（図５に示したアンテナ１００のアンテナユニット１１０）から、車両通行エリア７１に向けて、セル７３が構成されている。なお、アンテナエリア７２を、遮音壁などの壁上に設けてもよい。また、アンテナエリア７２を車両通行エリア７１に設けてもよい。つまり、アンテナエリア７２上を車両７４が走行するようにしてもよい。

セル７３を車両通行エリア７１に沿って設け、セル７３と通信を行うことにより、車両７４を路面に沿って誘導できる。つまり、車両通行エリア７１に沿って設けられたセル７３と通信を行いつつ進行することで、車両７４が進む方向における情報を取得しつつ、車両７４を誘導することができる。すなわち、自動運転が可能になる。

第４の実施の形態によれば、車両自体が前方の車両や路面の白線を画像により認識して、自らの車両を誘導する自動運転に比べて、車両７４が進む方向における情報を取得しつつ行うことで、より確実に車両７４が誘導される。特に、親機や基地局であるアクセスポイント（ＡＰ）の機能を有する無線装置１１２をアンテナ素子１１１とともに設けることで、車両７４の自動運転に不可欠とされる、無線装置１１２と車両７４との間で高速、常時接続且つ低遅延な通信が可能になる。

セル７３は、第１の実施の形態で説明したアンテナ１００により構成される。第１の実施の形態で説明したアンテナ１００において、セル１３をセル７３とすればよい。よって、詳細な説明を省略する。

以上説明したように、電波の周波数を高くする場合、セル７３の面積（通信エリア）を小さくすることで、広い通信エリアをカバーするアンテナを用いる場合に比べて、小電力となる。

以上、第１の実施の形態から第４の実施の形態を説明したが、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行っても構わない。

１、２、３…スタジアムアンテナシステム、４…劇場アンテナシステム、５…展示場アンテナシステム、６…車両誘導アンテナシステム、１０…スタジアム、１１…競技エリア、１２、５２、６２…観客エリア、１３、２１、４１、５３、６３、７３…セル、１４、１５、５４、５５、６４、６５…移動体、１６…観客席、２０、３０…基地局アンテナ、４０…超多素子アンテナ、５０…劇場、５１…舞台（ステージ）、６０…展示場、６１…展示エリア、７０…路面、７１…車両通行エリア、７２…アンテナエリア、７４…移動体（車両）、１００…アンテナ、１１０…アンテナユニット、１１１…アンテナ素子、１１２…無線装置、１１３…光電変換装置、１１４…Ｔｘ光トランシーバ、１１５…Ｒｘ光トランシーバ、１２０…光導波路、１３０…コネクタ、１４０…第１のフィルム、１５０…第２のフィルム

Claims (14)

1. それぞれが電波を送受信する複数のアンテナ素子と、
   複数の前記アンテナ素子の電波の送受信のために、信号を伝搬する光導波路と、
   複数の前記アンテナ素子及び前記光導波路を挟み込んで保持する、可撓性の第１のフィルム及び可撓性の第２のフィルムと、を備え、
   移動体との間で電波が送受信される複数のセルが構成されることを特徴とする
   アンテナ。
2. 複数の前記アンテナ素子における隣接するアンテナ素子は、異なる周波数の電波を送受信することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 複数の前記アンテナ素子は、予め定められた方向に配列され、配列に沿って、隣接するアンテナ素子間で電波の周波数が異なるように、循環的に周波数が設定されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
4. 複数の前記アンテナ素子が送受信する電波によって、当該アンテナ素子毎に通信が行われるセルが構成されることを特徴とする請求項２又は３に記載のアンテナ。
5. 前記光導波路と、前記アンテナ素子との間に、光信号と電気信号とを変換するインターフェイス回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
6. 前記インターフェイス回路には、前記光導波路を経由して電力が供給されることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ。
7. 前記第１のフィルム及び前記第２のフィルムは共に長尺の部材であって、前記アンテナ素子及び前記光導波路を挟み込んだ状態において、長尺方向に巻き取り可能であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
8. 前記光導波路は、前記第１のフィルム及び前記第２のフィルムの前記長尺方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ。
9. 前記光導波路は、前記第１のフィルム及び前記第２のフィルムの前記長尺方向の端部側に、信号の入出力のための接続部が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ。
10. 前記光導波路は、前記第１のフィルム及び前記第２のフィルムの前記長尺方向の両端部側に、信号の入出力のための接続部が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ。
11. 競技が行われる競技エリア及び当該競技の観客を収容する観客エリアの少なくとも一部に、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナが設けられていることを特徴とするスタジアムアンテナシステム。
12. 演技、演奏又は講演が行われる舞台及び当該演技、演奏又は講演の観客を収容する観客エリアの少なくとも一部に、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナが設けられていることを特徴とする劇場アンテナシステム。
13. 展示物を展示する展示エリア及び当該展示物を観覧する観客が通行する観客エリアの少なくとも一部に、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナが設けられていることを特徴とする展示場アンテナシステム。
14. 車両が通行する路面に沿って、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナが設けられていることを特徴とする車両誘導アンテナシステム。

Images