本発明の態様は添付の特許請求の範囲に記載されており、上記の問題の少なくとも一部に対処する。本開示は、(例えば、信号を散乱させることによって、例えば、信号を反射させることによって)無線信号を方向変換するための導電性表面を備えることができる散乱パネルに関する。
本開示の一態様は、無線信号を送受信するための、線路の側に配置された通信アンテナと、線路の側に配置され、かつ通信アンテナから線路に沿って離間した散乱パネルとを備える無線通信システムを提供する。散乱パネルは、通信アンテナからの無線信号を1本の線路上の列車に、または通信アンテナへの無線信号を1本の線路上の列車から指向するように構成することができる。
散乱パネルは、アンテナとは別の構造体に取り付けることができる。例えば、散乱パネルをカテナリーマスト等のマストに取り付けてもよい。散乱パネルおよびアンテナは、アンテナおよび散乱パネルが線路に沿って互いに離間することができるように、互いに別々の異なるマストにそれぞれ取り付けられてもよい。
一態様では、通信信号を方向変換するための散乱パネルが提供される。パネルは、第1の方向からパネルに入射する電磁信号に断面を呈するための第1の表面であって、前記信号を、主に第1の方向に対して横方向の第2の方向に方向変換するための形状を有する第1の表面と、第1の表面によって前記電磁信号から遮断されている散乱パネルの側にある第2の表面とを含み得る。第1の表面および第2の表面は導電性であり得、第2の表面は、波形の方向に対して横方向に第2の表面上を伝播する電磁信号の大きさを減少させるための波形を含み得る。
散乱パネルの第2の表面の波形の方向は、波形を形成し得る溝または隆起部の方向であり得る。これは、線路の方向に対して横方向であり得るか、または代替的に、線路に対して平行であり得る。
散乱パネルは、平面視したときに円形または三角形のプロファイルを有することができる。例えば、その平面断面は三角形または円形であり得、例えば、半円形であってもよい(例えば、半円筒形等)。散乱パネルは円錐を含んでもよい。散乱パネルの裏側(後面)は平坦であってもよい。使用時に、パネルが線路に隣接して建てられている場合、この後面は線路とは反対側を向いている場合がある。パネルは、単層構造、例えば単一の金属シートによって提供されてもよい。
後面とは反対側の、散乱パネルの前面は、2つの表面を含み得る。面のうちの一方の半分である第1の表面はアンテナに提示され、面のうちの他方の半分である第2の表面は第1の面によってアンテナからの直接信号から遮断されている。
パネルの平面断面は部分的に円形であってもよく、また、第1の表面および第2の表面は、散乱パネルの曲面の隣接する扇形に配置されてもよい。散乱パネルは、波形を有する平坦な裏側を含み得る。
第2の表面の波形は、垂直に指向されてもよい。
一態様では、線路の側に散乱パネルを設置する方法が提供される。この方法は、線路に沿って、通信アンテナから離間した線路の区間の側に散乱パネルを配置するステップと、アンテナからパネルの第1の表面に入射するRF電磁信号が線路にわたって指向されるように、散乱パネルの位置を選択するステップとを含む。
散乱パネルの位置を選択するステップは、アンテナの高さおよび第1の表面の垂直プロファイルに基づいて高さを選択するステップを含むことができ、例えば、散乱パネルの位置を選択するステップは、その向きを選択するステップを含む。
散乱パネルのこれらの表面のうちの1つ以上(および本明細書に記載の他の散乱パネル)は導電性であり得る。例えば、それらは金属を含み得る。これは、金属よりも軽い(密度が低い)基材等の支持体上に担持された金属箔等の金属層によって提供されてもよい。金属層は、第1の表面が6GHz未満の周波数、例えば0.8~5.7GHzの範囲、例えばより好ましくは、900MHzの通信帯域、1800MHzの通信帯域、2100MHzの通信帯域、2400MHzの通信帯域、2600MHzの通信帯域、3500MHzの通信帯域、または他の既知の通信帯域のうちの少なくとも1つを含む無線信号を散乱させるように選択された厚さおよび/または導電率を有することができる。散乱パネルは中空であり得る。
第1の表面の垂直方向のプロファイルが凹状である(例えば、その表面に垂直な垂直面で見たときに凹状である)一方で、その水平方向のプロファイルは直線状または凸状であってもよい。同様に、第2の表面の垂直方向のプロファイルもまた凹状である一方で、その水平方向のプロファイルは直線状または凸状であってもよい。
凹状の第1の表面は、5°未満の角度だけ凹状であってもよく、例えばその外角は90°~95°とすることができる。換言すると、凹面は、散乱パネルが直立しているときに、第1の表面の端縁と垂直面との間の角度が5°未満となるようにすることができる。この角度範囲を使用して、列車が二階建てである場合(即ち、ダブルデッカー列車である場合)、列車の両階が散乱された無線信号によって照らされるようにすることができる。同等の定義として、第1の表面が平坦である場合の第1の表面の角度と、第1の表面が凹状であるが故に実際にとるラインとが挙げられる。使用時には、散乱パネルが線路の側に立てられると、第1および/または第2の表面の凹状の性質により、アンテナからの無線信号を特定の高さの領域、例えば線路上の列車の乗客室の側面に対応する領域に向けて散乱させるのを助ける。例えば、それにより、これらの信号をそのような列車の窓に向けることができる。
散乱パネルの第1の表面が線路に沿ってパネルから離間したアンテナに面している、本開示の散乱パネルを線路の側に設置する場合、散乱パネルはアンテナからの無線信号を線路に対して横方向に指向することができる。これにより、線路上の列車内の無線信号の強度を高めることができる。当業者であれば、「横方向」とは、散乱された無線信号が散乱パネルに入射する無線信号に関して、線路に対して実質的により横方向であることを意味することが理解されよう。例えば、それは信号が線路に対して垂直に向けられていることを意味するかもしれない。
上述したように、散乱パネルは第2の表面を含み得る。これは、第1の表面の鏡像であり得、使用時には散乱パネルが線路の側に立てられ、アンテナとは反対側に向き、かつアンテナによって生成される無線信号によって照らされないように配置され得る。
第2の表面は、表面自体の形態によって、またはその上に配置された追加の波形構造によって提供され得る波形を含み得る。波形は導電性であり得、例えばそれらは金属を含み得る。
波形は、表面における一連の繰り返しまたは非繰り返しの凹凸であり得る。例えば、凹凸は、正弦波状、のこぎり歯状、または任意の一連の溝および隆起部を含み得る。波形は、第2の表面上を伝播する交番電磁場の大きさが減少するように構成されてもよい。
第1の表面は、第2の表面とは反対方向に面していてもよく、例えば、散乱パネルの反対側にあってもよい。即ち、第1の表面はアンテナに面していてもよい。
散乱パネルは、半円筒のような半円形プリズム形状であり得る。第1の表面および第2の表面は、そのような構造の同じ単一の湾曲面の一部を含むことができる。
散乱パネルは、第1の表面および第2の表面に対向する裏側を含み得る。裏側は波形であってもよい。これにより、裏側にわたって伝播する交番電磁場の大きさが少なくとも部分的に減少するという効果を有し得る。
アンテナによって生成される無線信号は、800MHz~5.7GHzの周波数帯の電磁信号を含むことができる。
アンテナは線路の側に配置されてもよい。例えば、アンテナは、線路から5m未満離れて配置されてもよい。アンテナによって生成された無線信号は、散乱パネルによって反射される前に、線路と平行な方向に、散乱パネルまで移動してもよい。
いくつかの実施例では、無線信号を、線路に対して横方向に指向するとは、散乱パネルに入射する第1の無線信号の電力のうち75%が線路に対して垂直から45度以内になるように指向されることを意味する。
アンテナは、列車に配置された電子機器から第2の無線信号を受信するように構成されてもよい。従って、アンテナおよび電子機器は双方向通信リンクを提供することができる。
本開示の一態様は、無線信号を列車に向ける方法を提供する。この方法は、アンテナを使用して、第1の無線信号を生成するステップと、第1の無線信号が線路上に位置する列車の側面に入射するように、散乱パネルを使用して、線路にわたって第1の無線信号を偏向するステップと、を含むことができる。
第1の無線信号を偏向するステップは、第1の無線信号を線路に対して横方向に指向することができる。いくつかの実施例では、第1の無線信号は線路に対して垂直に指向されてもよい。
本方法は、列車の存在が検出された場合にのみアンテナが無線信号を生成するステップを含み得る。
本方法は、第1の無線信号を増幅する電子機器を列車内に含むことができる。電子機器は、増幅された信号を、無線信号の意図された受信者である他の電子機器に転送することができる。
本開示の一態様は、通信信号を散乱させるための散乱パネルを提供する。散乱パネルは、第1の表面および第2の表面を含み得る。第1の表面および第2の表面は、散乱パネルの同じ面の対向側面にあってもよい。第2の表面は波形を含み得る。波形は、第2の表面にわたって伝播する何らかの電磁場の大きさを減少させることができる。
第1の表面は凹状であり得る。これは散乱パネルの垂直面においてあり得る。凹状の第1の表面は、5度未満の角度だけ凹状であり得る。その角度は、第1の表面が平坦である場合に第1の表面がとるラインと、第1の表面が凹状であるが故に第1の表面が実際にとるラインとの間の、反射内角であり得る。
第1の表面は、第1の表面に入射する無線信号を散乱させるように構成されてもよい。散乱は、無線信号の反射、屈折および偏向を含み得る。
第1の表面および第2の表面は単一の曲面から形成されてもよい。曲面は、第1の表面を含む部分が第2の表面を含む曲面の部分とは反対方向を向くように湾曲してもよい。この場合の反対とは、一方の表面が実質的に北を向いている場合、他方の表面が実質的に南を向くことを意味し得る。
散乱パネルは、半円筒等の半円形プリズムの形状であり得る。
第1の表面は、マイクロ波を反射する材料から形成されてもよい。これは、無線信号が第1の表面によって完全には吸収されないことを意味し得る。
散乱パネルは裏側を含んでもよい。裏側は波形であってもよい。
散乱パネルは、第1の無線信号を偏向して、線路に対して垂直にかつ線路にわたって移動させるように構成されてもよい。
アンテナは、Bluetooth、Wi-Fi、GSM、3G、4Gまたは5G標準プロトコルのうちの1つ以上に準拠する無線信号を生成するように構成され得る。
本開示の一態様は、通信を散乱させるための散乱パネルを提供する。散乱パネルは、第1の表面および第2の表面を含むことができ、第1の表面は凹状であり得る。第2の表面は、第1の表面とは反対側の散乱パネルにあり得る。更に、第1の表面および第2の表面は、同じ曲線の部分を含み得る。第1の表面は鞍形であってもよく、例えば、第1の平面において最小(曲線の底部)であって、第1の平面に対して垂直であり得る第2の平面において最大(曲線の頂部)である鞍点を含み得る。これは、第1の曲線と、第1の表面上に鞍点を有する鞍形状を生成する第1の表面の凹状の性質とによるものである。換言すると、その垂直プロファイルが凹状である一方で、水平方向のプロファイルは凸状であってもよい。
一態様では、無線周波数信号を方向変換するための多面的散乱パネルが提供され、該パネルは、それぞれがパネルの少なくとも1つの他のファセットとは異なる方向を向く複数のファセットを含み、各ファセットは、パネルの複数のシート状部材のうちの1つの導電性平面を含む。前記シート状部材は、ファセットが結合して一組の隣接する凹状反射体を提供するように、シート状部材の端縁に沿って互いに結合されている。例えば、パネルは、無線信号を線路にわたって反射するように構成することができる。パネルは線路に隣接して設置され、アンテナからの入射通信信号ビームが線路上に反射されることを可能にする。より具体的には、パネルは、反射ビームを1本の線路に沿って拡散させながら、垂直方向に集束させることを可能にし得る。こうして、これにより線路上の列車に連続的に送信される信号の割合を増加させることができる。そのような散乱パネルは、本明細書に記載されている通信システムおよびアンテナコリドーに使用することができる。
一組の隣接する凹状反射体は、第1の凹状反射体および第2の凹状反射体を含み、第1の凹状反射体は第1の交点に沿って第2の凹状反射体に接続されており、この第1の交点に沿って、第1の反射体および第2の反射体のファセットが、90度超、例えば180度未満の角度で交差する。例えば、対応するシート状要素の外面は、90度超の角度で交差してもよい。第1の反射体と第2の反射体との間の角度は、交点の長さに沿って可変である。例えば、第1の反射体および第2の反射体のファセットの外縁は、ファセットが反射体の中心に向けて交差する角度よりも小さい角度で交差してもよい。
第2の反射体は、第2の交点に沿って第3の凹状反射体に接続されてもよく、第2の交点に沿って、第2の反射体および第3の反射体のファセットは、第2の交点において180度超の角度で交差する。例えば、対応するシート状要素の外面は、180度超の角度で交差してもよい。第2の反射体と第3の反射体との間の角度は、交点の長さに沿って可変である。例えば、第2の反射体および第3の反射体のファセットの外縁は、ファセットが反射体の中心に向けて交差する角度よりも大きい角度で交差してもよい。
第1の反射体は、第3の反射体とは反対側の第2の反射体の端縁に接続することができる。
第1の交点に隣接する第1の反射体のファセットは、第2の交点に隣接する第3の反射体の対応するファセットと反対の、かつ平行な方向に、第1の交点から延在してもよい。例えば、第1および第3の反射体はそれぞれ、一対のファセットを含むことができ、第1の反射体の各ファセットは第3の反射体の対応するファセットのうちの1つに平行に配置することができる。
散乱パネルは、第3の反射体に結合された追加の反射体を更に含むことができ、前記追加の反射体は、無線周波数信号を第3の反射体に向けて反射するように配置された第1の面を含む。
追加の反射体は、逆三角プリズムとして成形することができる。例えば、追加の反射体は、実質的に三角形の断面を有していてもよい。例えば、追加の反射体は、追加の反射体が実質的に三角プリズム形状となるように、湾曲した端縁で交差し得る3つの連結されたシート状部材を含むことができる。例えば、追加の反射体は対称的であり、例えば、二等辺三角形の断面を有し得る。
散乱パネルは、追加の反射体の長さに沿って対称面を含み得る。
第1および第2の交点のうちの少なくとも一方は曲面を含み得る。
各凹状反射体は、第1および第2の交点に対して垂直な端縁に沿って互いに連結された2つのシート状要素によって提供される2つのファセットを含み得る。
各凹状反射体の2つのシート状要素は、180度未満の角度で互いに連結することができる。
先行する請求項のいずれかに記載の散乱パネルであって、パネルは、第1の方向から受信した信号を、第1の方向に対して横方向の第2の方向に反射するように構成されている。
パネルは、第1の方向に平行な第3の方向から受信した信号を、第3の方向に対して横方向の第4の方向に反射するように構成されてもよい。
一態様では、
底部と、前面と、各側面が底部の端縁を前面の端縁に接続する一対の側面とを含む台形プリズムと、
前面および背面を含む一対の板状フィンであって、台形プリズムの底部の両側から、台形プリズムの底部に平行に延在しているフィンと、
逆三角プリズムであって、三角プリズムの先端縁がその長さに沿って、台形プリズムの前面の中心に接続されて、前面を第1の側面および第2の側面に分割する逆三角プリズムと、
を含み、台形プリズムの前面の第1および第2の側面と、台形プリズムの側面と、板状フィンの前面とは、それぞれ、無線周波数信号を反射するための導電性ファセットを備える、散乱パネルが提供される。例えば、ファセットは、パネルの外側に面する外面に形成されてもよい。この台形プリズムの底部は、散乱パネルの後面を提供することができ、例えば、使用時にパネルが線路に隣接して設置された場合に、線路とは反対に向いていてもよい。
台形プリズム、台形プリズムの側面、および板状フィンの前面はそれぞれ、一対のファセットを備えることができる。
各対のファセットは、180度未満の角度で、端縁に沿って対のうちの第2のファセットに接続された第1のファセットを含むことができる。
台形プリズムの各側面は、例えば湾曲した隆起部を含む交点に沿って前面に接続されてもよい。
台形プリズムの側面はそれぞれ、例えば交点に沿って、対応する板状フィンのうちの1つに接続されてもよい。
逆三角プリズムおよび台形プリズムは、パネルが逆三角プリズムおよび台形プリズムの中心の周りに対称面を含むように整列させることができる。
この散乱パネルの底部(後向き表面)と同様に、逆三角プリズムは任意である。
本開示の一態様は、本明細書に記載または請求される散乱パネルのいずれかを備える、1本の線路用のアンテナコリドーを提供する。従って、そのようなアンテナコリドーは、以下の図1を参照して説明されているような1つまたは複数のシステムを提供することができる。
本開示の一態様は、通信システムの組立て方法を提供する。本方法は、線路の区間の側に散乱パネルを配置するステップを含み得る。
散乱パネルは、上述した態様の散乱パネルであり得る。
通信システムは、上述した態様の通信システムであり得る。
本開示の一態様は、1本の線路と平行に延在し、かつ少なくとも1つの散乱パネルを含むことができる、直線状に配置された一連のアンテナを含むアンテナコリドーを提供する。アンテナは、線路と平行な方向に少なくとも部分的に無線信号を放射するように構成されてもよい。散乱パネルは、無線信号の一部を線路にわたって少なくとも部分的に偏向させるように構成されてもよい。
列車上に配置された電子機器とネットワークとの間の接続を提供するためのシステムを備える第1の態様の一例を更に説明する。システムは、列車がその上を第1の方向に移動するように構成された線路の部分と、線路の側に配置され、第1の無線信号を生成するように構成することによって、電子機器とネットワークとの間の無線接続を可能にするように構成されたアンテナとを含むことができる。システムは、第1の無線信号がアンテナと散乱パネルとの間で第1の方向に線路と平行に進むように、線路の側に配置された散乱パネルも含み得る。列車が線路の区間を走行するとき、無線信号が列車の側面に入射して、列車内への無線信号の送信を可能にするように、散乱パネルは、アンテナによって生成された第1の無線信号を、第1の方向に対して垂直な方向に、線路にわたって偏向させることができる。偏向部材は散乱パネルを含み得る。
本開示の一態様は、旅客列車内に通信サービスを提供するための通信方法を提供する。この方法は、線路に沿って配置された方向変換パネルに無線信号を向けるステップと、列車が方向変換パネルに隣接する線路上に配置された場合に、方向変換された無線信号が少なくとも部分的に列車を貫通して、列車内の通信サービスのための無線信号を提供するように、パネルにより無線信号を線路に対して横方向に方向変換するステップとを含み得る。
本開示の一態様は、無線信号を送信するための、線路の側に配置された通信アンテナと、線路の側に配置され、線路に沿って通信アンテナから離間した散乱パネルとを備える無線通信システムを提供する。散乱パネルは、通信アンテナからの無線信号を線路の長さにわたって指向するように構成されてもよい。
次に、本開示の実施形態を、添付の図面を参照して、単なる例示として説明する。
図1は、無線通信システムの平面図を示す。
図1に示されているのは、列車26のような列車が走行するための2本の平行な長さの線路8、14である。図1に示されるシステムは、第1の通信アンテナ2および第2の通信アンテナ24を含む。本システムはまた、第1の散乱パネル4、第2の散乱パネル18、第3の散乱パネル20、および第4の散乱パネル22を含む。
第1のアンテナ2は、マスト10上に配置され、第1の散乱パネル4および第2の散乱パネル18と同様に、2つの線路8、14の第1の側に配置されている。第2のアンテナ24もマスト10上に配置されており、第3および第4の散乱パネルと同様に、線路8、14の反対側に配置されている。散乱パネル4、18、20、22およびアンテナ2、24は、線路の側に配置され、例えば、約0.5メートル~約10メートル、例えば、1メートル~5メートル、例えば、2メートル~4メートル、または、例えば、1メートル~3メートル、または3メートル~6メートルの距離だけ線路から離間している。
例示を目的とした図1では、無線信号の第1の「ローブ」6が第1のアンテナ2から発せられており、第1の散乱パネル4に向けられるように示されている。更に、無線信号の第2の「ローブ」16が第2のアンテナ24から発せられており、線路8、14にわたって、第1の散乱パネル4上に向けられるように示されている。第1の散乱パネル4から発せられる2つのローブの散乱信号12も示されている。図1に示される各ローブ6、16は、無線信号の単なる例示であることを理解すべきである。
散乱パネル4、18、20、22は、通常、線路8、14に沿ってアンテナ2、24から(例えば、2メートル以上)離間している。第1の散乱パネル4は、第1のアンテナ2と第2の散乱パネル18との間に配置される。第1の散乱パネル4は線路に沿って第1のアンテナ2から離間しており、第1のアンテナ2と第1の散乱パネル4との間の間隔は、2メートル~1000メートル、例えば600メートル~800メートルであり得る。
線路の反対側では、第4の散乱パネル22が第2のアンテナ24と第3の散乱パネル20との間に配置されている。第3の散乱パネル20は、線路に沿って第2のアンテナ24から離間しており、第2のアンテナ24と第4の散乱パネル22との間の間隔は、2メートル~1000メートル、例えば600メートル~800メートルであり得る。第3の散乱パネル20と第4の散乱パネル22との間の線路に沿った距離は、第2のアンテナ24と第4の散乱パネル22との間の距離と同様であり得る。
アンテナ2、24は、線路8、14に沿った特定の位置で、線路8、14の異なる側に配置することができる。これにより、2つのアンテナ8、14に、同じ電力ケーブルおよび/または通信ケーブルによって給電することが可能となる(図1に図示せず)。
図1は平面図であるので、様々な要素の相対的な高さは図面から明らかにはならない。しかしながら、典型的には、通信アンテナ2、24は、線路の高さよりも、例えば5メートル~20メートル、例えば6メートル~10メートルの高さに配置される。散乱パネル4、18、20、22は、典型的には1メートルを超える垂直方向の広がりを有し、それらは約5メートル未満の高さであり得る。線路8、14の側に設置される場合、散乱パネルは、列車の高さまで(典型的にはダブルデッカー列車の場合には最大5メートルまで)任意の高さとすることができ、アンテナ2、24は、散乱するために散乱パネルに信号を指向する。
図1の散乱パネル4、18、20、22はそれぞれ、隣接するアンテナ2、24によって生成される(「ローブ」6、16によって示されるような)入射無線信号の少なくとも一部を線路8および/または14上の列車26に指向するように配置された導電性表面を備える。この導電性表面(以下の図2においては第1の表面102と称する)は、アンテナ2、24から見た場合、および平面視した場合に、導電性表面がほぼ直角に延在するように成形かつ配置され、例えば、第1の表面は線路8、14に向けて延在することができる。例えば、平面視した場合に、散乱パネルは半円形状を有することができる。第1の表面102は、アンテナ2、24から主に線路8、14にわたって、例えばほぼ列車26に向けて、散乱パネル4に入射するローブ6、16によって示されるように無線信号を指向するように成形される。
図2aは、例えば散乱パネル4、18、20、22のような、図1を参照して説明したのと同様の散乱パネル100の立面図を示す。散乱パネル100は、図1に示すシステムで使用することができる。
図2aに示される散乱パネル100は、第1の表面102および第2の表面104を含む曲面と、平坦な裏側110(後面)と、層状構造106とを有する半円筒形(例えば、半円形プリズム)である。散乱パネル100の外面102、104、110は、金属等の導電材料を含むことができる。第2の表面104は波形108を含むことができ、裏側110は波形112を含むことができる。
上述したように、アンテナ2、24および散乱パネル4、18、20、22は、典型的には、第1の方向に(例えば、線路8、14の方向に沿って、例えば、2メートル以上の選択された距離だけ)離間している。パネルの第1の表面102は、アンテナ2、24からの無線信号ローブ6、16が、第1の方向に対して横方向の第2の方向に主に指向されるように、例えば、それらが散乱信号12によって示されるように、線路8、14にわたってパネル4、18、20、22から散乱されるように、成形および位置決めすることができる。散乱パネル4、18、20、22の第2の外面104は、アンテナ2、24から見た場合、第1の表面102の後ろにあるが、未だに線路8、14に向いていてもよい。従って、第1の表面102によって無線信号6から見ると視野から外れる場合がある。この第2の表面104上の波形形態108に導電性材料を提供することにより、アンテナ2、24からエネルギーを線路8、14にわたって向ける際の散乱パネル4、18、20、22の性能を向上させ得ることが判明している。理論に縛られることを望むわけではないが、こうした波形108は、電磁信号が第2の表面104上を伝播する容易さを低下させる可能性があると考えられる。波形108は、使用時に、散乱パネル4、18、20、22が線路8、14の側に立つように整列され得る。波形108は、隣接するアンテナから散乱パネルの分離方向に対して横方向に(例えば、垂直に)整列される。
散乱パネル4、18、20、22はそれぞれ、隣接するアンテナ2、24のうちの1つによって生成された無線信号6、16によって照らされて、無線信号6、16を散乱するように、隣接するアンテナに向くそのような第1の表面102を備える。パネル4、18、20、22の水平(例えば平面)断面は凸状であってもよく(例えば、それらは線路8、12に向けて外向きに湾曲していてもよく)、(図示はされていないが)これらのパネル4、18、20、22の第1の表面102の垂直プロファイルは、第2の表面104と同様に凹状であってもよい。例えば、第1の表面102および第2の表面104は、実質的に鞍形であり得る。
散乱パネル100の平面断面は半円形であり、層状構造106はその半円の裏側の一方の側から平坦な延在部を提供している。散乱パネル100の曲面は、第1の表面102および第2の表面104の2つの角度的に隣接する扇形を含む。図2a、図2b、図2c、図2dでは、これら2つの表面102、104はそれぞれ、半円筒形の異なる扇形(例えばその曲率が90度の2つの例示的な扇形)によって提供される。これら2つの表面102、104はそれぞれ、パネル100の全高にわたっていてもよい。図2cでは、パネル100の曲面の垂直プロファイルは平坦であるが、上述したように凹状であってもよい。本明細書で言及される垂直プロファイルは、この半円形の任意の曲率半径に垂直であり、かつ、それに対する任意の接線に垂直なプロファイルに関連し得る(例えば、半円形断面の平面に垂直な線に沿って、その例が図2bに線Lによって示されている)。散乱パネル100の半円形の平面図の曲率半径は、例えば0.5メートル~1メートルとすることができる。散乱パネル100は半円筒形であってもよいが、これは円柱である必要はなく、例えば、半円筒形は半楕円形であってもよく、あるいは例えば翼型のように単に湾曲していてもよい。
層状構造106は平坦なシートを含み得る。シートは、第1の表面102の端縁(例えば、平坦な裏側110が半円筒の曲面102、104を接合する場所)から延在してもよい。この層状構造106は、平坦な裏側110と整列されていてもよい(例えば、同一平面内にあってもよい)。
第1の表面102は滑らかであり得る。第2の表面104は、波形108を有し得る。図2aに示すように、これらの波形108は第2の表面104の全てを被覆してもよい。これは直線状かつ垂直であってもよく、例えば、垂直プロファイルに整列されてもよい。パネル100の裏側110も、波形112を有することができる。パネル100の裏側110上の波形112は、第1の表面102の後ろに配置される裏側110の領域に設けることができ、第2の表面104の後ろに配置される裏面110の領域は平坦であってもよい(例えば滑らか、例えばそのような波形112を含まなくてもよい)。パネル100の裏側110上の波形112は、散乱パネルを隣接するアンテナから分離する方向に対して横方向(例えば垂直方向)に整列している。
波形108、112は、導電性材料の一連の溝および隆起部を含み、そのような波形表面は、第2の表面104上を伝播するRF電磁場の大きさを低減する可能性があり(これは電磁場の方向に依存する可能性がある)、また、裏側110上にて(線路8、14から離れるように)放射状に広がってもよい。溝および隆起部は、湾曲したまたは角度を有するプロファイルを有していてもよく、例えば、それらは正弦波、正方形またはのこぎり歯状であってもよい。波形108、112はまた、明白な構造パターンを有することなく不規則に成形されてもよい。波形108、112は、金属のような導電性材料を含み得る。波形108、112は、それらを有するパネル100の表面104、110上に配置されてもよく(例えば、追加の波形部材が表面に固定されてもよく)、または表面104、110自体が波形であってもよく、例えば、波形108、112は、第2の表面104に切り込みを入れることによって形成されてもよい。例えば、波形108、112は、表面に切り込まれた溝によって提供されてもよい。波形108、112は、所定のピッチで離間していてもよい。ピッチは、適用可能である場合には、波形108、112の隣接する隆起部または隣接する溝の間の距離である。例えば、ピッチは、アンテナによって放射される電磁放射の波長の1/4であり得る。図2aに示すように、波形108、112は、第2の表面104に沿って垂直方向のストライプを含むことができ、例えば、ストライプは(図2aに示すように)裏側110と第2の表面104との間の接合部と平行とすることができる。波形108、112の代わりに、一列のスパイクまたはピンプルを使用することも可能である。
波形108、112の使用は、前方散乱(即ち、アンテナ2から発せられる波の伝播方向とは反対方向に入射電磁波を散乱させること)を回避するのに役立ち得る。
波形108、112は、それらに入射する電磁波を、例えば波形108、112の方向に対して斜めの方向に散乱させることができる。しかしながら、接線方向の入射EM波については、波形のストライプ方向に応じて、波形によりEM波の伝播を阻止または許可することができる。図2aに示す例では、パネル100に入射するアンテナ2からの平面波を伝播させることができる一方で、他の場所から散乱パネル100に入射する他の波は、波形108、112によって阻止され得る。
図2dに示されるようにパネル100の正面から見た場合、第1の表面102は層状構造106と第2の表面104との間に配置される。使用時に、図2a、図2b、図2c、図2dに示される散乱パネル100が線路8、14の側に設置される場合、この半円筒形の前部102、104は、線路8、14に向いていてもよく、裏側110は、線路8、14の反対側を向いていてもよい。パネルは、第1の表面102が線路8、14に面し、かつアンテナ2に最も近いパネル100の側面に配置されるように位置決めすることができる。層状構造106が含まれる場合、これは、アンテナ2に最も近い第1の表面102の側面から延在してもよい。
この構成では、層状構造106は、そのようなアンテナ2から層状構造106に入射する無線信号6、16を第1の表面102に指向することができる。続いて、第1の表面102は、アンテナ2から第1の表面102に入射するこれらおよび他の無線信号6、16を線路8、14にわたって、ローブ12によって示すように、線路8、14上を移動する列車26内に通信を提供するために指向することができる。
その水平方向のプロファイル(例えば、その平面断面)が湾曲しているが、第1の表面102の垂直方向のプロファイルは平坦または凹状であってもよい。例えば、散乱パネル100は、その上端縁および下端縁において、その中央付近よりも大きい曲率半径を有することができる。例えば、その背部は平坦であるが、「半砂時計」形状(例えば、その長手方向軸に沿って半分にされた砂時計形状)のような狭いウエストを有することができる。散乱パネル100の第1の表面102の垂直プロファイルは、図3bおよび図3cを参照して論じられるように、凹状、平坦または凸状であり得る。
前述した説明の文脈において、本開示の散乱パネル100は様々な異なる形状をとり得ることが理解されよう。
図3aは、そのような一散乱パネル300の3つの図を含む。
・立面図
・立面図においてA-Bで表されている線の平面断面図(これは散乱パネルの中央にあるウエスト部で切り取られている)
・平面断面図においてC-Dで表されている線の垂直断面図
図3aの散乱パネル300は、図2aに示す散乱パネル100とは異なる形状を有することに留意されたい。図3aに示す散乱パネル300は、第1の表面302、第2の表面304、および裏側310を有する。この散乱パネルの平面断面は、平面断面A-Bに示すように三角形である。しかしながら、第1の表面302および第2の表面304は、凹状の垂直プロファイルを有する。例えば、散乱パネル300の平面断面は、その中央付近よりもパネル300の頂部および底部においてより大きくてもよい。
第1の表面302と第2の表面304との間の先端縁306は、単一の線として示されているが、これは単なる概略図であることが本開示の文脈において理解されるであろう。完全に三角形の平面断面からの特定の偏差および/または垂直断面における特定の変形が可能であり、例えば平面断面の「先端縁」は先端を切り取られるかまたは湾曲されていてもよい。
図3aは、パネル300のほんの一例を示している。そのようなパネルは、様々な平面断面形状を有することができる。例えば、図3bに示されるように、平面断面320は三角形、例えば二等辺三角形であり得る。平面断面が三角形である場合、頂部は丸くても平坦でもよい。図3bにも示されるように、平面断面は(図2a~図2dにも示されるように)半円形330であり得る。例えば、図3aに示されるパネルの三角形の平面断面形状は、代わりに半円形であってもよく、そのようなパネルの第1の表面302および第2の表面304は、図3aおよび/または図3cを参照して説明したように、垂直プロファイル350、または垂直プロファイル360等の凹状の垂直プロファイルを有してもよい。
図3bに示されるように、三角形の平面断面が使用される場合、それは二等辺三角形320である必要はなく、例えば、第1の表面302が線路8、14に対して斜めの角度で配置され、かつ第2の表面304がそれらに対して垂直である直角三角形340であってもよい。他の断面形状も使用可能である。
図3cは、図3aの断面C-Dによって示される、第1の表面302に使用され得る例示的な垂直プロファイルを示す。
例えば、第1の表面302は、凹状多角形パネル350を提供するように配置された、第1の表面302?1および第2の表面302?2を含む、2つの平坦な平面を含み得る。例えば、パネル350は、図3cの左側の図350に示されるように、垂直プロファイルが凹状であるが角度を成すように、その頂部および底部からパネルの中央にある狭いウエスト部に向けて内方に直線状に先細となっていてもよい。そのような構造は、凹状構造を提供するために互いに接合された3つ以上の平坦な平面を有することができる。この凹部の角度、例えばパネル300の頂部および底部における垂直面と第1の表面302との間の角度332は、5度未満であり得る(図面は縮尺通りではないことを理解されよう)。代替的に、第1の表面302は、パネルの垂直プロファイルが、狭い底部から広い頂部に、または狭い頂部から広い底部に内方に先細になるように、水平に対して角度を成す単一の平坦な平面370を含んでもよい。更に、パネル300の第1の表面302の垂直プロファイルは、図3cの右側の図380に示されるように凸状であり得る。
これらの可能な平面断面および垂直プロファイルはそれぞれ、異なる形態の散乱パネル300において組み合わせて使用されてもよい。例えば、パネル300は、例えば図2aのような半円形の平面断面と、例えば図3aのような湾曲した凹状の垂直断面とを有することができる。従って、この構成では、第1の表面304は鞍形であり得ることが理解されよう。別の例として、平面断面が半円形であり得る一方で、垂直プロファイルが凹状の多角形であってもよい。そのような形態は、パネル300の平面断面が部分的に円形であるが、パネル300のウエスト部はその頂部または底部よりも狭くなるように、第1の表面304の上半分が逆円錐台形の形態に対応し、第1の表面304の下半分がその鏡像となる場合に提供され得る。
図4aは、無線信号を列車に向ける方法を示す。本方法は、アンテナを使用して第1の無線信号を生成するステップ402を含む。本方法は、次に、第1の無線信号が線路上に位置する列車の側面に入射するように、散乱パネルを使用して、第1の無線信号を線路にわたって偏向するステップ404を含む。
本方法のアンテナは、図1に示すようにアンテナ2、24である。本方法の散乱パネルは、図1、または図2a~図2dに示すような散乱パネル4、18、20、22、100である。本方法の無線信号は、図1の線路8、14にわたるローブ6、16によって示すことができる。
第1の無線信号6、16の偏向は、図1のローブ12によって示されるように、第1の無線信号6、16を線路8、14に対して垂直に指向することができる。
列車の窓はガラスで構成することができ、これにより、入射無線信号とガラスとの間で鋭角にて送信および/または受信される電力の大きな損失を引き起こす可能性がある。例えば、ガラスの種類によっては、窓の法線から88~90度の範囲で窓に入射する電磁放射をほとんど通過させない場合がある。従って、窓がアンテナ2から離間するにつれて(かつ入射角が90度に近づくことにより)、より多くの電力損失が生じ、列車26において受信可能な電力はより少なくなる可能性がある。上述したシステム内の散乱パネル4、18、20、22、100、300等の散乱パネルを使用することにより、かつ上述した方法に従うことで、この電力の減少を部分的に補償することができる。ガラスは、電磁放射のうちの1つの偏光のみを通過させることを可能にする種類のガラスであり得る。
図4bは、通信システムの組立て方法を示している。この方法は、線路の区画の側に散乱パネルを配置するステップ406を含む。
図4bの散乱パネルは、図1または図2a~図2dによる散乱パネル4、18、20、22、100、300である。線路8、14およびアンテナ2、24は、既に現場にあってもよく、また、通信システムを組立てるために散乱パネル4、18、20、22、100を定位置に配置しなければならない。この組立て方法は、図1に示すように、新しい通信システムを含むように既存の線路8、14の後付けを可能にする。
図5aは、アンテナ2から直接的に、散乱パネル4、18から散乱することによって、列車26内にて受信される平均電力の一例をdBmで示す。ここでの例示的な列車は、スイス連邦鉄道(SBB)IC2000列車をモデルにしている。軸線は、平均受信電力、および列車からアンテナ2までの距離である。この例では、アンテナ2による送信電力は25dBmであり、各散乱パネル間に25mのギャップがあった。即ち、散乱パネルは、アンテナ2から225m~250m離れて配置された。第1の散乱パネル4は、第2の散乱パネル18が第1の散乱パネル4のラジオシャドーによってより少なく被覆されるように、第2の散乱パネル18よりも小さいサイズである。散乱パネル4、18と線路8との間の横方向距離は2mである。アンテナ2によって送信される信号の周波数は、2600MHzである。このシミュレーションの列車窓はFlachglass社製で、客車タイプはSBB-IC2000であった。測定値は客車の上甲板で測定された。他の構成のアンテナおよび散乱パネルも使用できることに留意されたい。例えば、アンテナは、散乱パネルから例えば500m以上の距離に配置することができる。2つのアンテナを向かい合わせに設置することができる。背中合わせに設置された2つの散乱パネル(または1つの対称的な散乱パネル)であってもよい。例えば、以下により詳述するが、図6に示すように、2つのより小さな散乱パネルを各アンテナに向かって両側に15メートル~50メートル離して配置して、大きな散乱パネルを2つのアンテナと等距離に配置してもよい。そのような構成は、著しいシャドーイングを回避するように構成され得る。図5aは、アンテナ2から50mの距離にて、散乱パネル4、18からの反射された電磁波から受信された平均電力が-120dBmであることを示している。これにより、アンテナ2から200mにて約-60dBmまで指数関数的に増加する。この時点で、受信される平均電力は、アンテナ2から250mの距離まで、-50dBmと-60dBmとの間で横ばいになる。対照的に、アンテナ2から直接的に受信される平均電力は、アンテナ2から50mにて-60dBmで始まり、アンテナ2から250mにて約-90dBmの地点まで指数関数的に減少する。これは、アンテナ2から170m超の距離から、散乱パネル4、18が、この周波数にてより多くの電力を列車26に供給することを示している。
図5bは、アンテナ2から直接的に、散乱パネル4、18から散乱することによって列車26内にて受信される平均電力の一例をdBmで示す。軸線は、平均受信電力および、アンテナコリドーおよび散乱パネルの両方の解決策におけるアンテナ2からの距離である。この例では、送信された電力は25dBmであり、各散乱パネル4、18の間に25mのギャップがある(アンテナ2から225m、および250mの距離に2つの散乱パネルのみが存在している)。第1の散乱パネル4は、第2の散乱パネル18が第1の散乱パネル4のラジオシャドーによってより少なく被覆されるように、第2の散乱パネル18よりも小さいサイズである。例えば、図2の散乱パネルを使用する場合、半円形断面の半径は、散乱パネル18よりも散乱パネル4の方が小さくてもよい。散乱パネル4、18と線路との間の横方向距離は2mである。アンテナ2によって送信される信号の周波数は、3500MHzである。この実験における列車の窓は、Flachglass社製であり、客車タイプはSBB-IC2000であった。図5bは、図5aと実質的に同様であるが、(2600MHzの代わりに)3500MHzの送信周波数についての例示的な電力対距離の曲線を示す。
図5bは、アンテナ2から50mの距離にて、散乱パネル4、18から受信された平均電力が-107dBmであることを示している。これにより、アンテナ2から200mのところで約-62dBmまで指数関数的に増加する。この時点で、受信される平均電力は、アンテナ2から250mの距離まで-65dBmと-60dBmとの間で横ばいになる。対照的に、アンテナ2から直接的に受信される平均電力は、アンテナ2から50mのところで約-50dBmで始まり、アンテナ2から250mのところで約-70dBmの地点まで指数関数的に減少する。これは、アンテナ2から200m超の距離から、散乱パネル4、18が、アンテナ2から直接的に供給される電力よりも、この周波数にて、列車26により多くの電力を供給することを示している。
図5cは、アンテナ2、24から直接的に、散乱パネル4、18、20、22から散乱することによって、列車26内にて受信される平均電力の一例をdBmで示す。軸線は平均受信電力、およびアンテナコリドーおよび散乱パネルの両方の解決策におけるアンテナ2、24からの距離である。この例では、送信された電力は25dBmであり、各散乱パネル4、18の間に25mのギャップがある(アンテナから225m、および250mの距離には2つの散乱パネルのみが存在する)。第1の散乱パネル4は、第2の散乱パネル18が第1の散乱パネル4のラジオシャドーによってより少なく被覆されるように、第2の散乱パネル18よりも小さいサイズである。散乱パネル4、18と線路8、14との間の横方向距離は、1.5mである。アンテナ2によって送信される信号の周波数は、3500MHzである。この実験における列車の窓はFlachglass社製であり、列車の客車タイプはSBB-IC2000であった。図5cは、図5bと実質的に同様であるが、(2mではなく)1.5mの散乱パネル4、18と線路8、14との間の横方向距離に対する例示的な電力対距離の曲線を示している。
図5cは、アンテナ2から50mの距離にて、散乱パネル4、18から受信された平均電力が-109dBmであることを示している。これは、アンテナ2から200mのところで約-62dBmまで指数関数的に増加する。この時点で、受信された平均電力は、アンテナ2から250mの距離まで-62dB~-60dBmの間で横ばいになる。対照的に、アンテナ2から直接受信される平均電力は、アンテナ2から50mのところで-50dBmで始まり、アンテナ2から250mのところで約-71dBmの地点まで指数関数的に減少する。これは、アンテナ2から200m超の距離から、散乱パネル4、18が、この周波数にて、列車26により多くの電力を供給することを示している。図5bと比較して、線路8、14と散乱パネル4、18との間の距離の減少は、アンテナ2から直接的に受信される平均電力と、散乱パネル4、18から受信される平均電力との間の差をより大きくする効果を有し、比較的に200mを超えると、散乱パネル4、18はより多くの電力を列車26に向けている。
上記のシミュレーションおよび測定は特定の条件下で(例えば特定の客車、ガラスタイプ、および距離を用いて)実行されたが、結果は、一般に、線路および列車システム全般に適用可能であることが理解されたい。従って、アンテナ2から100mを超える距離での電力損失を補償するために、散乱パネル4、18からの散乱無線信号12は、列車26内で受信される電力を増加させるのに役立ち得る。これらのシミュレーションで使用されるガラスは、FLACHGLASによって旅客鉄道車両用に提供されていることに留意すべきである。この種類のガラスは、無線信号のうちの1つの偏光モードのみを通過させることを可能にするが、しかしながら、他の種類のガラスは複数の偏光タイプを通過させることができる。
図6は、電磁信号を列車に向けるための通信システムの別の例を示す。列車が走行することができる2つの線路8、14は互いに平行に配置されている。2つの通信アンテナ2、3は線路8、14の第1の側に配置され、2つの更なる通信アンテナ24、25は線路8、14の他方の側に配置されている。本システムはまた、より大きい散乱パネル32、および2つの線路8、14の第1の側に配置された2つのより小さな散乱パネル34、36と、より大きな散乱パネル42、および線路8、14の他方の側に配置された2つのより小さな散乱パネル44、46とを含む。散乱パネル32、34、36、42、44、46およびアンテナ2、24は線路の側に配置され、例えば約0.5メートル~約10メートルの間、例えば1メートル~5メートルの間、例えば2メートル~4メートルの間、または例えば1メートル~3メートルの間、または3メートル~6メートルの間の距離だけ線路から離間している。
線路8、14の第1の側のより大きい散乱パネル32はアンテナ2、3の間に等距離に配置され、より大きい散乱パネル42は線路の他方の側のアンテナ24、25の間に等距離に配置される。より小さい散乱パネル34、36、44、46は、線路8、14のそれぞれの側に配置されているより大きい散乱パネル32、42から等しい距離dだけ離れて配置されている。
散乱パネル32、34、36、42、44、46はそれぞれ、入射無線信号の少なくとも一部を線路8、14に向けるように配置された導電性表面を備える。例えば、散乱パネル32、34、36、42、44、46は、図2a~図2d、図3a~図3cおよび図8a~図8dのいずれかを参照して本明細書に記載されるように配置されてもよい。散乱パネルは、より大きい散乱パネル32、42もまたより小さい散乱パネル34、36、44、46に向けて無線信号を指向し、続いて線路8、14に向けて信号を指向するように構成/配置することができる。
より大きい散乱パネル32、42とそれらのそれぞれのより小さい散乱パネル34、36、44、46との間の距離dは、15m~50mであり得る。そのような構成は、著しいシャドーイングを回避することを可能にし得る。
図1および図2を参照すると、ある範囲の変形形態が提供され得ることが明らかであろう。上述したシステムの更なる改良および利点が提供され得る。
例えば、本明細書に記載の散乱パネル100の裏側110上の波形112は、任意であり、または裏側110は波形112によって部分的にまたは完全に被覆されていてもよい。層状構造106は、電磁放射を第1の表面102に反射して、散乱パネル100によって線路8、14に向けて指向される放射量を増加させるように構成することができる。例えば、散乱パネル100が線路8、14の側に設置されるとき、層状構造106は、線路8、14と並行であり、かつその平坦な表面が線路8、14に向いている状態で、アンテナ2に向いている。層状構造は、散乱パネルの任意の特徴である。
例えば、図1を参照すると、アンテナ2、24は線路8、14の長さの両側に配置されている。第1のアンテナ2は線路8の第1の長さの側に配置されており、第2のアンテナ24は線路14の第2の長さの側に配置されている。
図1は、列車26が第1の散乱パネル4のうちの1つに隣接する線路8の第1の長さ上に位置することを示す。アンテナ2、24は、無線信号6、16を生成するように構成される。無線信号6が散乱パネル4に到達するまで、無線信号6が線路8の第1の長さとほぼ平行に進むように、線路8の第1の長さの側に配置された第1のアンテナ2は無線信号6を生成することができる。散乱パネル4は、無線信号12が列車26の側面に入射するよう指向されるように、無線信号6を散乱させる。
第2の線路14の側にある第2のアンテナ24は、無線信号を示す第2のローブ16を生成するが、これは散乱パネル22の方ではなく列車26に直接的に向けられる。2つの独立した信号は、続いて、列車26に提供され、これにより、MIMO(多入力多出力)システムが可能となる。
請求項1のシステムは、図2および図3の散乱パネル100、300のいずれかを含むことができることを理解されたい。図1のシステムは、図5の送信結果をもたらすことができる。更に、図1のシステムは図4aに示される方法に従って使用することができ、図4bの方法に従って組み立てることができる。以下の任意の機能を、図1のシステムに組み込むことができる。
図1のアンテナ2、24は、無線信号6、16を生成するように構成された通信アンテナであり得る。アンテナ2、24は、ダイポールアンテナ、ループアンテナ、ヘリカルアンテナ、アレイアンテナ、または無線信号を生成するように構成された他の任意のタイプのアンテナであり得る。アンテナ2、24はまた、無線信号を受信するように構成されてもよい。場合によっては、これにより、アンテナ2、24が他の装置によって受信される無線信号6、16を生成し、次いで他の装置がアンテナ2、24によって受信される信号を生成するように、アンテナ2、24と他の装置との間の双方向通信が可能になる。他の装置は、列車26上に配置されてもよい。
散乱パネル4、18、20、22は対で提供される必要はなく、むしろ単一の散乱パネル4がいくつかの実施例で設けられていることに留意されたい。散乱パネル4、18、20、22を線路8、14の長さの両側に設けることができるが、これらは、散乱パネル4、18、20、22が互い違いになるように、線路8、14が延在する方向に、並びに、線路8、14が延在する方向に垂直な方向に互いにずらしてもよい。
線路8、14の区間数は単なる例示であり、他の数量の線路が存在してもよい。線路8、14は任意であり、システムは線路側に設置するためのアンテナ2、24を含むキットとして提供することができる。線路8、14が存在する場合、それは帯電していても、帯電していなくてもよい。線路8、14は、地下鉄道、地上鉄道、または他の任意の種類の鉄道で使用することができる。線路8、14は必ずしも物理的な線路からなる必要はなく、列車が通過することができる空間であってもよく、例えば、いわゆる「磁気浮上式鉄道」の場合、線路は列車が上方に浮揚する通路も含む。このシステムは、路面列車やバス等の他の公共交通機関でも使用することができる。
図1は、散乱パネル4、18、20、22がマスト10上に配置され得ることを示す。散乱パネル4、18、20、22は自立型であり得る。散乱パネル4、18、20、22がマスト10に取り付けられている場合、マスト10は、電動列車を給電するために電気を供給するのに使用されるカテナリーマストであり得る。更に、アンテナ2、24もマスト10に取り付けられているように示されているが、これらも自立型であってもよい。散乱パネル4、18、20、22をマスト10に取り付けること、または散乱パネル4、18、20、22を自立位置に配置することによって、図1に示すシステムを既存の線路8、14に後付けすることが可能になる。
図1は線路8、14上の列車26を示しているが、列車の目的は線路8、14に沿って走行することであり、従って、この場合、必ずしも線路8、14の長さ上に列車26が存在するわけではなく、代わりに無線信号12が線路8、14にわたって指向され得ることを当業者は理解するであろう。
図1は、無線信号6および12を別個のものとして示している。しかしながら、これは単に明確性を目的としている。無線信号6はアンテナ2によって生成される。これは散乱パネル4によって指向される。散乱無線信号は信号12として示される。
第2の長さの線路14の側の第2のアンテナ24は、それが生成する無線信号16を列車26に直接的に向けるように示されている。いくつかの実施例においては、これは事実であり、他の実施例では、線路の両側の両方のアンテナ2、24もまた、散乱パネル4、18、20、22を利用し得る。線路8、14の片側には1つのアンテナ2、24のみが存在し得る。第2のアンテナ24と列車26との間は、第1のアンテナ2と列車26との間よりも角度がより大きい。列車への無線信号6、16の伝送速度は、列車26への入射角に応じて変化する。列車26の側面に垂直に近い角度(従って、典型的には窓ガラス板に垂直に近い角度)は、より高い伝送速度を有する。従って、列車26への伝送速度は、第1のアンテナ2と比較して第2のアンテナ24からの方がより高い可能性がある。従って、散乱パネル22は、第2のアンテナ24により生成される無線信号16には必要ではないが、必要に応じて(または線路8、14のゲージが狭い場合等に)、任意に使用することができる
しかしながら、2台の列車26が2本の線路8、14上に並んでいる場合、第1の散乱パネル4と第2の散乱パネル22との両方を、それぞれ第1のアンテナ2および第2のアンテナ24によって使用することができる。散乱パネル4、18、20、22は、散乱パネル4、18、20、22が無線信号を所望の方向に散乱するように配置されてもよいことにも留意されたい。所望の方向とは垂直でなくてもよく、他の方向であってもよい。例えば、所望の方向が線路8、14の長さに対して横方向以外の方向であることを意味する、環境上の障害がある場合が挙げられる。
(例えば、図1を参照して)本明細書に記載したシステムの1つまたは複数のアンテナ2、24は、アンテナコリドーの一部を形成することができる。アンテナコリドーは、線路8、14と平行に延在するライン上に配置された一連のアンテナ2、24を含むことができる。一散乱パネルまたは複数の散乱パネル4、8、20、22は、アンテナコリドーと共に使用することができる。散乱パネル4、18、20、22を使用することにより、必要とされるアンテナ2、24の数量を減らすか、または各アンテナ2、24間の最小距離を増加させることができる。
また、いくつかの例示的な構成では、アンテナ2の使用時に、散乱パネル4が散乱パネル18上に電磁シャドーを形成する場合がある(即ち、散乱パネル4が無線信号経路の支線内にあるとき、アンテナ2からの無線信号は散乱パネル18に到達しない、または著しく減衰する場合がある)。しかしながら、いくつかの例示的な構成では、更なるアンテナを使用することができ、アンテナは、散乱パネル18が反対方向から照射されるように背中合わせの構成であってもよい。このような例示的な構成では、散乱パネル4、18は互いに近接して、または同じマスト10またはカテナリーマスト上にさえ配置することができる。図面に示される実施形態は単なる例示であり、本明細書に記載され、特許請求の範囲に記載されるように一般化され、取り除かれまたは置き換えられ得る特徴を含むことが上記の説明から理解されよう。一般に図面を参照すると、概略的な機能ブロック図は、本明細書に記載のシステムおよび装置の機能を示すために使用されることを理解されよう。構造および機能性は、図に示されるように分割される必要はなく、以下に記載され請求されるもの以外の何らかの特定の構造を暗示するように解釈されるべきではないことが理解されるであろう。図面に示される要素のうちの1つ以上の機能は、更に細分され、および/または本開示の装置全体にわたって分散され得る。いくつかの実施形態では、図面に示される1つ以上の要素の機能は単一の機能ユニットに統合されてもよい。
いくつかの例では、散乱パネル4と18との間の距離は、窓ガラスの種類、動作周波数、アンテナのビームと窓ガラスとの間の横方向距離、およびアンテナの位置(アンテナが線路に整列された客車の真上にあるか、または少しずれているか)に依存し得る。線路に沿って配置された連続するアンテナ間には、任意の数の散乱パネルがあってもよい。しかしながら、第1の散乱パネル4がアンテナと第2の散乱パネル18(または更なるパネル)との間の視線内にある故に、散乱パネル18は第1の散乱パネルのシャドーにある可能性がある。従って、第1の散乱パネル4のサイズに応じて、アンテナ2と線路に沿った次のアンテナとの間に、2つ以上の散乱パネルがあってもよい。複数の散乱パネル4、18が使用される場合、それらは互いに任意の距離、例えば12メートル~30メートルだけ離間してよく、例えば25メートルごとに配置され得る。
図3aおよび図3bに関して、以下の断面形状の組み合わせ、即ち、三角形の平面断面と第1の表面の線形凹状断面、半円形の平面断面と第1の表面の線形凹状断面、直角三角形の平面断面と第1の表面の線形凹状断面、三角形の平面断面と第1の表面の湾曲した凹状断面、半円形の平面断面と第1の表面の湾曲した凹状断面、直角三角形の平面断面と第1の表面の湾曲した凹状断面、三角形の平面断面と第1の表面の線形断面、半円形の平面断面と第1の表面の線形断面、直角三角形の平面断面と第1の表面の線形断面、三角形の平面断面と第1の表面の凸状断面、半円形の平面断面と第1の表面の凸状断面と直角三角形の平面断面と第1の表面の凸状断面との組み合わせが有利であると考えられることが理解されよう。断面形状の他の組み合わせもまた使用され得る。
いくつかの実施形態では、散乱パネルの半径は、例えば0.5メートル~1メートルであり得る。
通信システムの別の例を図7に示す。このシステムは、前述した散乱パネルの代わりに代替的な散乱パネル600を使用する点を除いて、図1を参照して説明したものと類似している。図示されるように、図7のシステムは、線路の側に配置されたこの代替的な散乱パネル600を含む。本システムはまた通信アンテナ10´、10´´も含み、これもまた線路8´の側に配置され得る。
パネル600は、アンテナ10´、10´´からの入射無線信号6´、6´´を方向変換するための複数のファセットを含む。これらのアンテナ10´、10´´は、パネル600から線路に沿って間隔をあけて、パネル600の両側に配置することができる。従って、パネル600は、両方のアンテナからの信号を反射するように配置することができる。アンテナ10´、10´´からパネル600に到達する信号は、線路に沿った方向に進み、パネルによって線路の方向に対してほぼ横方向に、例えば、パネル600に隣接する列車線路8´に向けて散乱され得る。
以下により詳細に説明されるように、パネル600は多面的であり、パネル600のファセットは一連の反射体内に配置され、その各々は信号を隣接する線路8´に向けることができる凹状である。これらの反射体は、入射した無線信号6´、6´´を線路の長さに沿って拡散させるように、様々な異なる方向を向いている(それらは互いに整列していない)。パネルはまた、信号6´、6´´を垂直に拡散させる。それによって、パネル600は、入射信号6´、6´´と比較して、散乱信号12´、12´´の角度幅を増加させる。
散乱パネル600は、図7A~図7Dに更に詳細に示されている。パネル600は、底部608と、前面630、640と、底部608を前面630、640に連結する2つの側面620、650とを有する中空台形プリズムを備える。側面はそれぞれ、凹状であって反射性を有する(これらの側面は、本明細書では凹状反射体620、650とも称される)。台形プリズムの側面620、650はそれぞれ、底部608に接続されている。各側面は前面630、640にも接続されている。
台形プリズムの前面630、640は、更に2つの凹状反射体を含む。一方の反射体630は前面のうちの一方の半分を提供し、他方の反射体640は前面のうちのもう一方の半分を提供する。中空の逆三角プリズム605は、その先端縁635のうちの1つに沿って、台形プリズムの前面630、640の中心に、これら2つの反射体630、640の間の境界に沿って接続されている。
2つの板状フィンが台形プリズムの底部608から平行に延在しており、各フィンはそれぞれ反射体610、660を含む。
パネル600は、それらの各端縁に沿って互いに結合された複数の実質的に長方形の平坦なシートを含む。各シートの表面は、入射した通信信号を特定の方向に反射するための長方形の平坦な反射ファセットを提供する。各シートは、本明細書の他の箇所に記載されているもののような導電性材料、例えば金属材料を含むことができる。いくつかの実施例では、反射コーティング、例えば金属コーティング等の導電性コーティングを各シートの各表面に施すことができる。例えば、各シートは、例えばプラスチックのような非反射材料から製造され、反射コーティングでコーティングされてもよい。
一対のシートは、それらの各端縁の各々のうちの1つに沿って互いに連結されて、6個の反射体610、620、630、640、650、660のセットを形成する。
第1の反射体610は、端縁602aに沿って互いに結合された上部ファセット611aと底部ファセット611bとを含む。
第2の反射体620は、端縁602bに沿って互いに結合された上部ファセット621aと底部ファセット621bとを備える。
第3の反射体630は、端縁602cに沿って互いに結合された上部ファセット631aと底部ファセット631bとを備える。
第4の反射体640は、端縁602dに沿って互いに結合された上部ファセット641aと底部ファセット641bとを備える。
第5の反射体650は、端縁602eに沿って互いに結合された上部ファセット651aと底部ファセット651bとを備える。
第6の反射体660は、端面602fに沿って互いに結合された上部ファセット661aと底部ファセット661bとを備える。
従って、各反射体は、端縁602a~fに沿って互いに結合された一対のファセット611~661a、bを備える。各対の各ファセットは、各シート間の角度が180度未満(しかし90度を超える)となるように、それらの各反射体の端縁602a~fから延在する。それ故、各反射体は凹状である。
図8Cに最もよく示されるように、6つ全ての反射体の上部ファセットと底部ファセットとを接続する端縁602a~fは互いに整列されている。ファセットは平坦であってもよく、離散的な鋭い交点で接合されてもよい。しかしながら、それらはまた、隣接するファセット間の不連続性を低下させるために、例えばそれらの端縁において、湾曲していてもよい。ファセットがそれらの端縁で湾曲している場合、各ファセットの中央領域は平坦であり得る。
第1の反射体610は、第1の反射体610および第2の反射体620の対のファセットを連結する端縁602a、602bの方向に対して垂直な端縁に沿って、第2の反射体620に結合されている。第1の反射体610および第2の反射体620の第1のファセット611a、621aと、第2のファセットとは、90度を超える、例えば100度を超える、例えば120度を超える、例えば150度未満の、例えば図8Bにa1として示される約130度の角度で互いに接続されている。第1の交点615は、第1の反射体610と第2の反射体620との間の境界を画定する。反射体を接続する第1の交点615は、曲面によって提供され、例えば(図示されるように)円筒形要素の表面の一部によって提供されてもよい。他の例では、隣接する反射体間の交部は鋭くてもよく、例えば第1の反射体610の各ファセットは、第2の反射体620の対応する隣接面に直接的に連結していてもよい。
第2の反射体620は、第1の反射体610に接続された端縁と反対側の端縁に沿って第3の反射体630に接続され、第2の交部625を画定する。第2の反射体および第3の反射体のファセットは、それらの外面が互いに一定の角度、例えば180度超、例えば200度超、例えば250度を未満、例えば約230度を隔てる角度で離間するように、互いに接続されている。そのため、第2の交点625は、第2の反射体620と第3の反射体630との間の隆起部として設けられる。第3の反射体の両方のファセットは、第2の交点625から、第1の反射体の対応するファセットが第1の交点615から延在する方向とは反対の、かつ平行な方向に延在している。図8では、第1の反射体610および第3に反射体630の外縁は平行であり、第2の反射体620の対向端縁から反対方向に延在し得る。
中空の逆三角プリズム605によって提供される追加の反射体は、第2の反射体620に接続された端縁と対向する第3の反射体630の端縁に沿って、第3の反射体630に連結される。追加の反射体605は、互いに連結された3つの反射シートを含むことで、中空の実質的に逆転した三角プリズム形状を提供する。追加の反射体605の連結された縁部は、第3の反射体630が台形プリズムの一側面にあり、かつ第4の反射体640が他の側面にあるように、台形プリズムの前面の中央の全幅に沿って延在している。追加の反射体605は、無線周波数信号を第3の反射体630および第4の反射体640のそれぞれに向けて反射するように配置された一対の傾斜面612、613を備える。
図8Bに示すように、パネル600は追加の反射体605の長さに沿って対称的である。特に、パネル600は、第1の反射体610および第3の反射体630のファセットの外縁に垂直であって、かつ、各反射体の一対のシートを連結する端縁602a~fに垂直な平面Sを中心に対称的である。従って、第4の反射体640、第5の反射体650、および第6の反射体660は、それぞれ、第3の反射体630、第2の反射体620、および第1の反射体610の鏡像として配置される。第4の反射体640、第5の反射体650、および第6の反射体660は、第1の反射体610、第2の反射体620、および第3の反射体630を参照して上述したように互いに配置および接続される。
再び図7を参照すると、散乱パネル600は、線路8´に沿って設置することができる。動作中、対向し、かつ平行な第1の方向6´および第2の方向6´´からパネル600に入射する無線周波数信号は、パネル600によって第1および第2の方向に対してほぼ横方向に反射される。例えば、第2の反射体620および第5の反射体650に入射する信号は、パネル600から離れる横方向に、線路に向けて反射されてもよい。第1および第2の方向から追加の反射体605の傾斜面612、613に入射した信号は、それぞれ、第3の反射体630および第4の反射体640に反射される。これらの信号は、次に、パネル600から離れる方向に、例えば線路に向けて反射される。
第1の反射体610、第3の反射体630、第4の反射体640、および第6の反射体660は、線路の方向とほぼ平行に配置されている。従って、それらは、線路の方向からの信号(例えば、線路上の列車によって反射された信号)を線路に向けて反射し返すように構成されてもよい。例えば、使用時に、散乱パネル600は、線路上の列車がパネル600の近距離内にあるように位置決めされてもよく、例えば、パネルは線路8´から約1.5~5メートルの距離に位置決めされてもよい。例えば、パネル600の底部608と線路8´との間の距離は、約1.5~5メートルであり得る。動作中、無線信号は、第3の反射体630から線路に向けて反射され、次に、線路上を通過する列車の本体からパネル600に向けて反射し返されてもよい。続いて、信号は、第1の反射体610または第3の反射体630から通過する列車に向けて再び反射されてもよく、この場合、例えば列車の窓ガラスを介して、信号を列車内にて連続的に受信することができる。
反射体610~660の凹状の性質は、垂直の特定の方向は、反射ビームの垂直方向の幅が入射ビームよりも狭くなるように、その表面で反射される信号ビームを集束させるように作用し得る。
本明細書に記載の反射体610、620、630、640、650、660の配置は、様々な方向に向いている複数の反射ファセットを提供する。従って、パネル600に入射する信号ビームは、広範囲の角度にわたって反射される。これは、反射時に入射ビームの方向に沿って信号の有効範囲を広げるように作用する。例えば、反射された信号ビームは、隣接する線路8´の長さに沿って集束させることができる。
図に示す例示的なパネル600では、反射体610、620、630、640、650、660は、円筒形要素の曲面を介して互いに接続されている。しかしながら、他の例では、反射体を湾曲したシート状要素を介して接続することができ、あるいは、他の例では、一反射体のファセットを隣接する反射体の対応するファセットに直接的に接続することができる。
いくつかの例では、追加の反射体605はパネルに存在しなくてもよい。いくつかの実施例では、第1の反射体610および/または第6の反射体660も存在しなくてもよい。いくつかの実施例では、パネル600は対称的ではない場合がある。例えば、パネル600は、第2の反対方向からではなく、第1の方向から線路8´に向けてのみ信号を反射することができる。いくつかの例示的なパネルは、本明細書で説明されるように、第1の反射体610、第2の反射体620、および第3の反射体630のみを備えることができる。パネルのシート状部材のそれぞれの間の正確な角度は、パネル例によって異なり得る。
パネル600は、いくつかの接続されたシート状部材を含む中空形状として示されている。しかしながら、パネルは単一シートの反射材料から形成され、実質的に本明細書に記載されるように成形され得ることが理解されよう。例えば、パネルは記載された形状に成型することができる。他の例では、パネル600は、本明細書に記載のファセットがその上に形成された、反射材料の中実ブロックから形成されてもよい。
他の例では、パネル600は、グリルまたはメッシュタイプの材料から形成することができ、例えば、パネルは、それらを貫通して穿孔された複数の穴を有する1つ以上の反射シートから形成することができる。これは、パネルが風等の悪天候の影響を受けにくいという利点を提供する。
即ち、全体的に例えば風等に対してより影響を受けにくくするために、打ち抜き構造を有する。
本明細書に記載されている様々なファセットと、パネル600の反射体およびシートとの間の角度は単なる例示であり、説明されている様々な表面の間に異なる角度を有するパネルが想定されることを理解されよう。例えば、反射体および/または反射体の反射シート間の角度は、例えばパネル600の有効性を最大限にするために、入射信号の周波数、アンテナ10´、10´´の高さ、およびパネルと線路8´との間の距離に応じて調整することができる。
いくつかの例では、第1の反射体610および第3の反射体630は、それらの外縁が互いに平行以外の角度になるように配置される。例えば、第1の反射体610および第3の反射体630は、それらの外縁の間の角度が約5度になるように配置され得る。
いくつかの例示的なパネルは、本明細書に記載のパネルと比較して、追加の反射シートを含み、その表面は、パネルに入射する信号を反射するための追加のファセットを提供し得る。
いくつかの例では、パネル600は、例えば、線路の側で使用される場合、レドーム、またはレドーム状構造内に配置されてもよい。これにより、パネルを雪や風から保護し、パネルの清掃がより容易になる。
いくつかの例では、パネル600は、互いに接続された2つのより小さいパネル、例えば、2つの類似または同一のより小さなパネルから組み立てられてもよい。例えば、第1のパネルは、第3の反射体630、第2の反射体620、および第1の反射体610を含み、第4の反射体640、第5の反射体650、および第6の反射体660を含む第2のパネルに接続されることで、本明細書に記載の散乱パネル600等の散乱パネルを形成してもよい。
「散乱」という用語は、一般に信号の方向変換に関する用語であることが理解されよう。例えば、パネルまたはパネルの各ファセットは、それらを反射することによって無線信号を散乱させることができる。そのような反射は、鏡面反射および/または拡散反射を含み得る。パネルの表面は、そのような種類の散乱および反射をもたらすように選択された滑らかさ/粗さ等の表面特徴を有することができる。
本開示の一態様は、無線信号を送受信するために線路の側に配置された通信アンテナと、線路の側に配置され、通信アンテナから線路に沿って離間しており、通信アンテナからの無線信号を1本の線路上の列車に、または通信アンテナへの無線信号を1本の線路上の列車から指向するように構成されている散乱パネルと、を備える無線通信システムを提供する。
散乱パネルは、カテナリーマスト等のマストに取り付けることができる。
散乱パネルは第1の表面を含み、第1の表面は導電性であり得る。
散乱パネルは、通信アンテナから第1の表面に入射する無線信号が線路に向けて反射されるように通信アンテナに対して配置されてもよい。
通信アンテナは、例えばアンテナコリドーの一部として、線路に隣接するラインに配置された一連のアンテナのうちの1つとすることができる。
第1の表面の垂直プロファイルは凹状であってもよく、例えば第1の表面の凹部およびアンテナに対するその高さは、選択された高さでアンテナから線路に向けて第1の表面に入射する無線信号を向けるように選択され得る。
選択された高さは、客室の窓の線路の上方の高さに対応し得る。
散乱パネルは、通信アンテナとは反対側を向く第2の表面を含み得る。
第2の表面は波形を有していてもよい。
第1の表面および第2の表面は、パネルの平面断面が部分的に円形になるように湾曲していてもよい。
散乱パネルは、半円形プリズムまたは円錐形を含み得る。
散乱パネルは、波形を有する裏側を含み得る。
アンテナは線路から少なくとも1.5メートル、例えば10メートル未満だけ離間させることができ、散乱パネルは線路から同じ距離またはより近くに配置することができる。
本開示の一態様は、通信信号を方向変換するための散乱パネルを提供する。該パネルは、第1の方向からパネルに入射する電磁信号に対して断面を提示するための第1の表面であって、前記信号を主に、第1の方向に対して横方向の第2の方向に方向変換するように成形されている第1の表面と、散乱パネルの側面上にある第2の表面であって、第1の表面によって前記電磁信号から遮断されている第2の表面とを含み、第1の表面および第2の表面は導電性であり、第2の表面は波形の方向に対して横方向に第2の表面上を伝播する電磁信号の大きさを減少させるための波形を含む。
第1の表面の垂直プロファイルは凹状であり得る。
第1の表面は、5度未満の角度で凹状であり得る。
パネルの平面断面は部分的に円形であり、第1の表面および第2の表面は、散乱パネルの曲面の隣接する扇形に配置されてもよい。
散乱パネルは平坦な裏側を含むことができ、例えば平坦な裏側は、波形を有することができる。
第2の表面の波形は、垂直に向けられてもよい。
本開示の一態様は、線路の側に散乱パネルを設置する方法を提供する。この方法は、散乱パネルを、通信アンテナから線路に沿って離間した線路の区間の側に配置するステップと、アンテナからパネルの第1の表面上に入射するRF電磁信号が線路にわたって指向されるように、散乱パネルの位置を選択するステップとを含む。
散乱パネルの位置を選択するステップは、アンテナの高さに基づく高さと、第1の表面の垂直プロファイルとを選択するステップを含むことができ、例えば、散乱パネルの位置を選択するステップは、その配向を選択するステップを含む。
本開示の一態様は、1本の線路と平行に延在するラインに配置された一連のアンテナと、少なくとも1つの散乱パネルとを備えるアンテナコリドーを提供する。アンテナは、線路に平行な方向に少なくとも部分的に無線信号を放射するように構成されており、散乱パネルは、線路にわたって無線信号の一部を少なくとも部分的に偏向させるように構成されている。
本開示の一態様は、列車内で通信サービスを提供するための通信方法を提供する。本方法は、無線通信信号を線路に沿って、本明細書に開示されるもののいずれかのような散乱パネルに指向するステップを含み、列車内に通信を提供するため、無線通信信号を線路にわたって方向変換するために、散乱パネルを線路に隣接して配置する。
本開示の一態様は、本明細書に記載のシステムのいずれかを使用して列車内に通信サービスを提供するための通信方法を提供する。本方法は、通信アンテナからの無線通信信号を散乱パネルに向けることによって、列車内に通信を提供するために線路にわたって無線通信信号を方向変換するステップを含む。
上記の実施形態は、例示的な実施例として理解されるべきである。更なる実施形態が想定される。任意の一実施形態に関して説明した任意の特徴は、単独で、または説明した他の特徴と組み合わせて使用することができ、また、他の任意の実施形態の1つ以上の特徴と組み合わせて、または任意の他の実施形態の任意の組み合わせで使用することができる。更に、添付の特許請求の範囲で定義されている本発明の範囲から逸脱することなく、上述していない等価物および修正形態も使用することができる。