JPH05175933A - 屋内通信方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 送信・受信のアイソレーションを分離回路を
用意せずに可能とする。 【構成】 送信手段１は右旋又は左旋円偏波を放射し、
半球状又は１／４球状の電波反射体４を介して受信手段
２により受信される。送信・受信を各々円偏波逆旋によ
って分離独立させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、屋内通信方式に関する。例え
ば、短距離通信やコードレスオフィス（コードレスパソ
コン，コードレスプリンタ，コードレスプロッタ）など
に適用されるものである。

【０００２】

【従来技術】従来、反射体を利用した通信方式は知られ
ている。通常は、平面板又は凹面板で特定の方向への通
信に用いるもので、全方向性の反射体を用いるものは少
ない。また、送受共用アンテナの例も多く知られている
が、送信（例えば、右），受信（例えば、左）を円偏波
逆旋で使用する例はない。なお、衛星通信においては、
up link 右旋，down link 左旋というふうに方向によっ
て偏波を定めた使い方をしている。

【０００３】近年、オフィス内では多くのパーソナルコ
ンピュータ（ＰＣ）が使用され、また、ＰＣ間の通信も
盛んに行われるようになった。また、その周辺機器であ
るプリンタやプロッタも多く使用されるようになってき
た。これらの機器間は、通常ケーブルで接続されてお
り、一度設置されると室内のレイアウトを変更する際は
機器間の配線処理が複雑のため、非常な困難がともな
い、また特別の配線用ダクトまたはフリーアクセスフロ
アを必要とする。一方、プリンタ，プロッタ等の周辺機
器は、その稼働時間からするとＰＣ本体に比べて格段に
少ない。従って、数台のＰＣで一台のプリンタやプロッ
タを共用することにより、設備費の削減，床スペースの
節約をすることができる。以上のことから、ＰＣと周辺
機器間およびＰＣ間の配線を必要としないコードレスの
室内通信方式が望まれている。

【０００４】このコードレス化を志向する際に、各機器
を無線で接続する必要があるが、伝送したい内容を考え
ると、伝送速度４８００bps 以上を複数チャンネル確保
するとして、搬送波に使用可能な周波数帯は数１００MH
z 以上を必要とする。通常の室内通信に使用されている
周波数帯は、コードレステレホンが２５０／３８０MH
z，移動通信の自動車電話で８００MHz 帯である。これ
らの周波数帯を用いた通信では、一般に無指向性アンテ
ナを用いて両局間を接続する。このような通信の場合、
両極間の空間に障害物が存在しなければ安定した通信を
確保できる。しかし、室内を想定するとき、机の上にあ
るＰＣやプリンタ間には種々の什器，書物その他の障害
物があり、しかもその間を人が移動する。このため、両
者間の空間損失の他にこれらの障害物の影響が加わり、
電界強度が変化し、安定しない。このため、伝送方式に
はこれに対処する方法を講ずる必要が生ずる。

【０００５】一方、１０GHz 以上の短波長帯を使用する
ことを考えると、上述の比較的長波長の場合のように、
障害物の影の領域への電波の周り込みは期待できず、送
・受信間は見通し内でなければならなくなる。しかし、
この帯域ではアンテナに単指向性をもたせることが容易
となり、比較的利得をとりやすい。また、その結果、指
向（pointing）がとりやすく、部屋の天井を反射面とし
て利用することにより、前述した障害物を避けて見通し
通信を確保しうる。また、短波長帯を利用するため、伝
送容量を増大しうる。

【０００６】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、送信・受信のアイソレーションを特別の送信・
受信の分離回路を用意せずに可能とすること、また、ア
ンテナの数を少数とすること、また、オフィス内での通
信を可能とすること、また、信号の送受信を効率良く、
かつポインティングの容易で振動やアンテナの姿勢変化
による通信劣化を防ぐこと、また、送・受信アンテナと
して１つの開口面アンテナあるいは１つのアレイアンテ
ナを送受信両用に用いることを可能とする屋内通信方式
を提供することを目的としてなされたものである。

【０００７】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
右旋又は左旋円偏波を放射する送信手段と、該送信手段
から放射された電波を受信手段に送るために、半球状又
は１／４球状の電波反射体と、該電波反射体により反射
された電波を受信する受信手段とから成り、前記送信・
受信を各々円偏波逆旋によって分離独立させたこと、更
には、（２）前記送信手段及び受信手段を同一のアンテ
ナで行うこと、更には、（３）単局対単局双方向性通信
又は単局同士の複数組の双方向性通信、あるいは単局対
複数及び複数対複数の双方向性通信を行うこと、更に
は、（４）前記（３）において、前記送・受信用アンテ
ナのビーム幅Θ（radian）と、前記球状電波反射体の半
径ａ(m)と、前記アンテナと前記電波反射体との距離Ｒ
(m)とが、４・ａ＞Ｒ・Θ＞ａの関係を満たすこと、更
には、（５）前記（１）において、前記送・受信アンテ
ナとしてパラボラ反射鏡と一次ホーンアンテナの組合せ
による開口面アンテナを用い、一次放射器の導波管内に
１／４波長移相板を設けること、更には、（６）前記
（１）において、前記送・受信アンテナとしてアレイア
ンテナを用い、ハイブリッド回路を設けたことを特徴と
したものである。以下、本発明の実施例に基づいて説明
する。

【０００８】図１は、本発明による屋内通信方式の一実
施例を説明するための構成図で、図中、１は送信側パー
ソナルコンピュータ（ＰＣ）、２は送信側トランシー
バ、３は送信側アンテナ、４,５は反射体、６は受信側
アンテナ、７は受信側トランシーバ、８は受信側パーソ
ナルコンピュータである。本発明では、Ｘ−band 以上
の周波数帯を利用して双方向性の通信を行う方法を示し
ている。図１は本発明の基本概念図を示したもので、開
口面アンテナまたはアレイアンテナ１は右旋または左旋
円偏波を放射し、そのビーム幅はアンテナと反射体４と
の間の距離Ｒ(m)によって定まる。今、反射体の直径を
２ａ(m)とすると、ビーム幅Θ(radian)は、４・ａ＞Ｒ
・Θ＞ａを満足し、特に、およそΘ＝２ａ／Ｒ以上にビ
ーム幅Θを定めるのが望ましい。これは、アンテナから
放射されたエネルギーの大部分で反射体を照射するとと
もに、反射体以外の空間に不要電波を放射しないように
することにより、効率良く受信点６にエネルギーを到達
せしめるためである。しかし、あまりビームを先鋭にす
ると、ポインティングが困難となるとともに、少しの振
動やアンテナの姿勢変化でビームのオフセットがかかっ
て通信劣化につながるからである。

【０００９】天井に設置させた半球上反射体は良導体で
作成する。良く知られているように、完全導体球による
電磁波の散乱は広角度に渡るため、図１に示す屋内の全
域に渡って送信波を散乱し、部屋の隅々まで電磁波を到
達させる。ここで球状反射体で反射された円偏波は、入
射円偏波とはその偏波が逆転するため、たとえば送信が
右旋円偏波の場合は、受信電波は左旋円偏波となって受
信点へ到達する。受信点６ではこの左旋円偏波を受信す
ることになる。また、この受信点６で前述の送信点３へ
の情報を伝送しようとするとき、アンテナ６は送信用に
はアンテナ３で発したと同じ右旋円偏波を送信すると、
アンテナ３では左・右旋円偏波の２つの給電点を用意す
ることで送受信を分離して、原理的には同一周波数で使
用することが可能となる。

【００１０】開口面アンテナであってもアレイアンテナ
であっても、アンテナの励振回路を直交２偏波の９０°
移相合成方法で構成すれば、容易に逆旋出力を分離して
取り出すことが可能である。しかし、一般にはアンテナ
励振回路でとれる逆旋偏波間のアイソレーションは３０
dB 程度であり、また球状反射体で散乱される円偏波は
だ円偏波となるため、送・受信周波数はその伝送帯域に
見合ったセパレーションをとって設定することが望まし
い。こうすることにより、送・受信機間のアイソレーシ
ョンを確保しやすくなる。

【００１１】すなわち、本方式の特徴は半球状反射体を
屋内天井に設けることにより、その屋内の情報伝送をコ
ードレスで送受信逆旋円偏波を利用して行うものであ
り、逆旋円偏波を利用することで送・受信アイソレーシ
ョンを特別の送・受信分離回路（ダイプレクサ）を用意
せずとも可能とした点にある。また、天井に設置する反
射体は、機器間の配置によっては、図１にも示してある
ように１／４球体４によって置き換えることも可能であ
る。この方式はもちろん、室内のレイアウトを変更して
も、アンテナ３,６を反射体４に向け直すだけで新たに
通信が可能である。ここで用いる反射体４又は５を導入
することにより、単局対多数局，多数局対多数局の双方
向通信が可能となる。以下にその一実施例をあげる。部
屋面積１０×１０m²と考えて、使用周波数１０GHz，部
屋中央天井に直径３０cmの半球反射体を設置，アンテナ
ビーム幅１０°，利得Ｇｔ，Ｇｒ約２４dB，送信出力Ｐ
ｔ・１mWとする。この時の受信電力はレーダ方程式を用
いて、

【００１２】

【数１】

【００１３】より求めることができ、Ｒ＝６m として、 Ｐｒ ＝ −１００ dBm と求まる。一方、受信機雑音は、 Ｎ ＝ ｋ・Ｔ・Ｂ・Ｆ ｋ：ボルツマン定数，Ｔ：絶対温度，Ｂ：受信機帯域
幅，Ｆ：雑音指数 で求まり、帯域幅９.６kHz，Ｆ＝５dB とすれば、 Ｎ ＝ −１２９ dBm となり、Ｃ／Ｎ＝２９dB とすることができ、十分な通
信が確保できる。また、Θ＝１０°とするとＲ＝６m
で、Ｒ・Θ≒１.０５m であるため、反射体をもっと大
きくすることも可能で、設置上・美観上の問題が生じな
ければ、２ａ＝６０cm までは可能である。逆に、アン
テナビームを１／２にすれば、利得も向上し、Ｃ／Ｎも
向上することになる。ちなみに、ｆ＝１０GHz でＧ＝２
４dB とするためには、アンテナ開口は大略６λ×６λ
で良いことになり、約１８cm×１８cmですむことにな
る。仮に、送・受信アンテナをこの倍の１０λ×１０λ
とすると、ビーム幅Θ≒６°，Ｇ≒２９dB となって、
Ｃ／Ｎは１０dB上昇することになる。この時、アンテナ
は約３０cm×３０cmとなる。

【００１４】送・受信共用円偏波アンテナの例について
説明する。前述のごとく、屋内通信に用いる左・右旋円
偏波を用いた送・受信共用アンテナは、開口面アンテナ
とアレイアンテナが可能である。円偏波アンテナの構成
法は種々あるが、その一例を図２，図３に示してある。
図２（ａ）〜（ｃ）は、開口面アンテナの例を示す図
で、パラボラ反射鏡と一次ホーンアンテナの組合せを示
している。図（ａ）は全体構成図、図（ｂ）は図（ａ）
の一次アンテナの拡大図、図（ｃ）は一次アンテナ正面
図で、図中、１１は一次アンテナ、１２はパラボラ反射
鏡、１３はλ／４移相板である。一次放射器の円形導波
管内に設けたλ／４移相板１３は、この板と並行な電界
成分を、これと直交した電界成分に対して、移相板を通
過する間にπ／２位相差を生ぜしめるものである。従っ
て、その後方に設けた直交した２本のプローブ出力は左
・右旋円偏波に対して用いることができ、送・受信共
用，逆偏波で使用可能である。

【００１５】図３は、アレイアンテナ（２素子アレイ）
の一例を示す図で、図中、２１ａ，２１ｂは第１のダイ
ポール、２２ａ，２２ｂは第２のダイポール、２３は終
端器、２４はハイブリッド回路、２５は移相器である。
各素子の直交した偏波をπ／２位相差をもたせて励振さ
せる。このとき、π／２異なる直交入力を作るのにハイ
ブリッド回路を用いると、その入力端に和差信号が取り
出せる。これは左・右旋円偏波となるため、この回路を
合成してアレイを構成できる。

【００１６】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。 （１）半球状または１／４球状の電波反射体を介して、
送信・受信をそれぞれ円偏波逆旋によって分離独立させ
ることにより、送信・受信のアイソレーションを特別の
送信・受信の分離回路を用意せずとも可能とすることに
ある。 （２）請求項２は、請求項１の方式のもとに、送信・受
信を同一のアンテナで行い、一般にスペースを要求する
アンテナをより少数で済ますようにするためのものであ
る。 （３）請求項３は、請求項１の方式において、送・受信
用アンテナとして開口面アンテナまたはアレイアンテナ
を用いることにより、オフィス内での好適なアンテナ方
式を提案したものである。 （４）請求項４は、請求項３に記載の通信方式におい
て、前記送・受信用アンテナのビーム幅Θ(radian)と、
前記記載の球状電波反射体の半径ａ(m)と、前記アンテ
ナと前記記載の電波反射体との距離Ｒ(m)とが、次の関
係を満たすようにしたことにより、信号の送・受信を効
率良く、かつポインティングの容易で振動やアンテナの
姿勢変化による通信劣化を防ぐためのものである。 ４ ・ ａ＞Ｒ ・ Θ＞ａ （５）請求項５は、請求項１に記載の通信方式における
送・受信アンテナとして、パラボラ反射鏡と一次ホーン
アンテナの組合せによる開口面アンテナを用いる場合、
一次放射器の導波管内に１／４波移相板を設けることに
より、一つの開口面アンテナを送受信両用に用いること
を可能とするためのものである。 （６）請求項６は、請求項１に記載の通信方式における
送・受信アンテナとしてアレイアンテナを用いる場合、
ハイブリッド回路を用いることにより、一つのアレイア
ンテナを送受信両用に用いることを可能とするためのも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による屋内通信方式の一実施例を説明
するための構成図である。

【図２】 開口面アンテナの例を示す図である。

【図３】 アレイアンテナの例を示す図である。

【符号の説明】

１…送信側パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、２…送信
側トランシーバ、３…送信側アンテナ、４,５…反射
体、６…受信側アンテナ、７…受信側トランシーバ、８
…受信側パーソナルコンピュータ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 右旋又は左旋円偏波を放射する送信手段
   と、該送信手段から放射された電波を受信手段に送るた
   めに、半球状又は１／４球状の電波反射体と、該電波反
   射体により反射された電波を受信する受信手段とから成
   り、前記送信・受信を各々円偏波逆旋によって分離独立
   させたことを特徴とする屋内通信方式。
2. 【請求項２】 前記送信手段及び受信手段を同一のアン
   テナで行うことを特徴とする請求項１記載の屋内通信方
   式。
3. 【請求項３】 単局対単局双方向性通信又は単局同士の
   複数組の双方向性通信、あるいは単局対複数及び複数対
   複数の双方向性通信を行うことを特徴とする請求項１記
   載の屋内通信方式。
4. 【請求項４】 前記送・受信用アンテナのビーム幅Θ
   （radian）と、前記球状電波反射体の半径ａ(m)と、前
   記アンテナと前記電波反射体との距離Ｒ(m)とが、４・
   ａ＞Ｒ・Θ＞ａの関係を満たすことを特徴とする請求項
   ３記載の屋内通信方式。
5. 【請求項５】 前記送・受信アンテナとしてパラボラ反
   射鏡と一次ホーンアンテナの組合せによる開口面アンテ
   ナを用い、一次放射器の導波管内に１／４波長移相板を
   設けることを特徴とする請求項１記載の屋内通信方式。
6. 【請求項６】 前記送・受信アンテナとしてアレイアン
   テナを用い、ハイブリッド回路を設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の屋内通信方式。