JPH104313A - Antenna system - Google Patents

Antenna system

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Publication number
JPH104313A
JPH104313A JP8155524A JP15552496A JPH104313A JP H104313 A JPH104313 A JP H104313A JP 8155524 A JP8155524 A JP 8155524A JP 15552496 A JP15552496 A JP 15552496A JP H104313 A JPH104313 A JP H104313A
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JP
Japan
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antenna
circularly polarized
receiving
height
reception
Prior art date
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Pending
Application number
JP8155524A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Terumitsu Mitomo
輝充 御供
Norio Sasaki
範雄 佐々木
Takao Shibuya
隆雄 渋谷
Hiroshi Kasahara
浩 笠原
Hiroshi Saeki
博 佐伯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku Electric Power Co Inc
Yagi Antenna Co Ltd
Original Assignee
Tohoku Electric Power Co Inc
Yagi Antenna Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH104313A publication Critical patent/JPH104313A/en
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain stable and high quality radio relay even in a channel or a tunnel and to make the size small and the weight light. SOLUTION: The system is provided with reception antennas 21, 23, a transmission antenna 22, and a height adjustment device 28 consisting of an antenna mount plate 24, a spherical seat 25 to adjust the height of the transmission antenna 22, an adjustment bolt 26 and a guide 27. The reception antenna 21 and the transmission antenna 22 are made up of a 2-element right-handed rotatory polarized wave microstrip path element, and the reception antenna 23 is made up of a 2-element left-handed rotatory polarized wave microstrip path element. The reception antennas 21, 23 conduct the circularly polarized wave diversity reception using a right-handed rotatory polarized wave and a left- handed rotatory polarized wave. The reception antennas 21, 23 and the transmission antenna 22 are directly mounted on the antenna mount plate 24 at an interval of 1λ respectively. The transmission antenna 22 is mounted by a height of about 1/4λ via the height adjustment device 28. Furthermore, a feeding connector 29 is provided to the reception antennas 21, 23 and the transmission antenna 22.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、導水路、トンネル
等の周囲を壁面で囲まれた環境下での無線中継装置に使
用されるアンテナ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna device used for a radio relay device in an environment where walls such as a headrace and a tunnel are surrounded by walls.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、導水路、トンネル等の周囲を壁面
で囲まれた環境下において、地上との間で通信を行ない
たい場合がある。上記導水路とは、主に水力発電所にお
いて、ダムによってせき止められた発電用の水を発電所
まで引くトンネル状の水路のことである。通常、導水路
内は、上記のように水によって満たされているが、導水
路の保守点検の際には、導水路内の水を抜き、作業員が
その内部に入って保守点検を行なうものである。この保
守点検の作業時、導水路から地上へ保守点検の状況を連
絡する必要がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a case where it is desired to communicate with the ground in an environment where a water channel, a tunnel and the like are surrounded by a wall surface. The above-mentioned headrace is a tunnel-shaped waterway that draws water for power generation dammed by a dam to the power plant, mainly in a hydroelectric power plant. Normally, the inside of the headrace is filled with water as described above.However, during maintenance and inspection of the headrace, the water in the headrace is drained, and a worker enters the inside to perform maintenance and inspection. It is. During this maintenance work, it is necessary to communicate the status of the maintenance work from the headrace to the ground.

【0003】このように導水路、トンネル等の周囲を壁
面で囲まれた環境下における通信には、従来、図11に
示す無線通信方式、あるいは図12に示す漏洩同軸線路
による有線通信方式が用いられている。
Conventionally, a radio communication system shown in FIG. 11 or a wire communication system using a leaky coaxial line shown in FIG. 12 is used for communication in an environment where the surroundings of a headrace, a tunnel and the like are surrounded by a wall surface. Have been.

【0004】上記図11、図12において、11は導水
路(またはトンネル)、12は地上に設けられた固定局
装置、13は導水路11内に設置される固定局送受信ア
ンテナ、14は導水路11内に設置される漏洩同軸線
路、18は移動機である。
In FIGS. 11 and 12, reference numeral 11 denotes a headrace (or tunnel), reference numeral 12 denotes a fixed station device provided on the ground, reference numeral 13 denotes a fixed station transmitting / receiving antenna provided in the headrace 11, and reference numeral 14 denotes a headrace. The leaky coaxial line installed in 11 and 18 are mobile devices.

【0005】そして、導水路11の保守点検を行なう場
合、作業員が移動機18を持って導水路11内に入り、
固定局送受信アンテナ13あるいは漏洩同軸線路14を
介して地上の固定局装置12との間で通信を行なう。
When the maintenance of the headrace 11 is performed, an operator enters the headrace 11 with the mobile unit 18,
Communication is performed with the fixed station device 12 on the ground via the fixed station transmitting / receiving antenna 13 or the leaky coaxial line 14.

【0006】しかし、導水路、トンネル等の周囲を壁面
で囲まれた環境下においては、自由空間と比較して伝搬
損失、短区間受信レベル変動とも大きく、図11に示す
無線を用いた通信では、伝搬距離、安定性の面で満足な
性能が得られず、また、図12に示す漏洩同軸線路14
による有線方式では、漏洩同軸線路14の敷設、回収に
多大な費用と労力が必要となる。また、導水路、トンネ
ル坑内での緊急災害発生時には、有効な地上への連絡方
法が無いのが実情である。
However, in an environment in which the surroundings of a headrace, a tunnel, etc. are surrounded by a wall surface, propagation loss and fluctuations in short-term reception level are larger than in free space, and the communication using radio shown in FIG. Satisfactory performance cannot be obtained in terms of propagation distance and stability, and the leaky coaxial line 14 shown in FIG.
In the wired system according to the above, laying and collecting the leaky coaxial line 14 requires a great deal of cost and labor. Also, in the event of an emergency disaster in the headrace tunnel or tunnel pit, there is no effective way to contact the ground.

【0007】近年、上記のように問題を解決すべく、図
1に示す無線中継システムが研究開発されている。図1
において、15a,15b,…は、導水路11内に所定
間隔で設置される複数の無線中継機で、それぞれ中継用
アンテナ装置16及び対移動機用アンテナ17を備え、
導水路11の出入口近傍に設置された無線中継機15a
が地上の固定局装置12にケーブル19を介して接続さ
れる。上記無線中継機15a,15b,…、中継用アン
テナ装置16、対移動機用アンテナ17は、一体化され
て無線中継装置を構成し、作業員が保守点検を行なう際
に無線中継装置を携行して順次導水路11内に設置して
無線中継システムを構築する。
In recent years, a wireless relay system shown in FIG. 1 has been researched and developed in order to solve the above problems. FIG.
, 15a, 15b,... Are a plurality of wireless repeaters installed at predetermined intervals in the headrace 11 and each include a relay antenna device 16 and a mobile antenna 17;
Radio repeater 15a installed near the entrance of waterway 11
Are connected to a fixed station device 12 on the ground via a cable 19. The wireless repeaters 15a, 15b,..., The relay antenna device 16, and the mobile device antenna 17 are integrated to form a wireless repeater, and the worker carries the wireless repeater when performing maintenance and inspection. The wireless relay system is constructed by sequentially installing the wireless relay system in the headrace 11.

【0008】そして、上記各無線中継機15a,15
b,…間は、中継用アンテナ装置16を介して無線によ
る信号の送受信が行なわれ、各無線中継機15a,15
b,…と移動機18との間は、対移動機用アンテナ17
により信号の送受信が行なわれる。すなわち、固定局装
置12から発せられた信号は、複数の無線中継機15
a,15b,…及び中継用アンテナ装置16により導水
路11内を中継され、対移動機用アンテナ17を介して
移動機18に送信される。また、移動機18から発せら
れた信号は、上記の場合と逆の経路で固定局装置12へ
送られる。
Then, each of the above-mentioned wireless repeaters 15a, 15
Between b,..., signals are transmitted and received wirelessly via the relay antenna device 16, and the wireless repeaters 15 a, 15 a
, and the mobile device 18, the antenna 17 for the mobile device.
The transmission and reception of signals are performed by That is, the signal transmitted from the fixed station device 12 is transmitted to the plurality of wireless repeaters 15.
, 15b,... and the relay antenna device 16 are relayed in the water channel 11 and transmitted to the mobile device 18 via the mobile device antenna 17. Further, the signal emitted from the mobile device 18 is sent to the fixed station device 12 through a route reverse to the above case.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記のような無線中継
システムでは、作業員が保守点検を行なう際に無線中継
装置を携行して順次導水路11内に設置するので、無線
中継装置、特に中継用アンテナ装置16は小型軽量で、
且つ、安定した高品質な無線中継を行ない得ることが要
件となる。安定した高品質な無線中継とは、導水路、ト
ンネル内の場所及び時間的な受信レベルの変動が少ない
ことを意味する。また、導水路、トンネル内の伝搬損失
も重要な要因の一つである。すなわち、伝搬損失が少な
いほど中継可能となる距離は長くなり、無線中継装置の
総数を減らすことが可能となる。これは、無線中継シス
テム全体のコストダウンにつながるものである。
In the above-described wireless relay system, when a worker carries out maintenance and inspection, the wireless relay device is carried and sequentially installed in the water conduit 11, so that the wireless relay device, particularly the relay device, is used. Antenna device 16 is small and lightweight,
In addition, it is a requirement that stable and high-quality wireless relay can be performed. Stable and high quality wireless relay means that there is little variation in the headrace, the location in the tunnel, and the temporal reception level. Propagation loss in headraces and tunnels is also an important factor. That is, the smaller the propagation loss, the longer the relayable distance becomes, and the total number of wireless relay devices can be reduced. This leads to cost reduction of the entire wireless relay system.

【0010】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、導水路、トンネル内においても、安定した
高品質な無線中継を行なうことができ、且つ、小型軽量
なアンテナ装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a small and lightweight antenna device capable of performing stable and high-quality wireless relay even in a headrace or a tunnel. The purpose is to:

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、無線中継装置
用のアンテナ装置において、基板上に設けられた右旋円
偏波マイクロストリップパッチ素子及び左旋円偏波マイ
クロストリップパッチ素子からなり、円偏波ダイバーシ
ティ受信を行なう受信用アンテナと、上記基板上に上記
受信用アンテナとは高さの異なる位置に配置される円偏
波マイクロストリップパッチ素子からなる送信用アンテ
ナとを具備したことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an antenna device for a radio repeater, comprising a right-handed circularly polarized microstrip patch element and a left-handed circularly polarized microstrip patch element provided on a substrate. A reception antenna for performing polarization diversity reception, and a transmission antenna including a circularly polarized microstrip patch element disposed at a different height from the reception antenna on the substrate. I do.

【0012】また、本発明は、無線中継装置用のアンテ
ナ装置において、基板上に設けられた右旋円偏波マイク
ロストリップパッチ素子及び左旋円偏波マイクロストリ
ップパッチ素子からなり、円偏波ダイバーシティ受信を
行なう受信用アンテナと、上記基板上に設けられる円偏
波マイクロストリップパッチ素子からなる送信用アンテ
ナと、上記送信用アンテナを上記受信用アンテナとは異
なる高さ位置に保持すると共に、その高さ位置を調整す
る機能を備えた高さ調整機構とを具備したことを特徴と
する。
The present invention also provides an antenna device for a radio repeater, comprising a right-handed circularly polarized microstrip patch element and a left-handed circularly polarized microstrip patch element provided on a substrate, and receiving circularly polarized diversity reception. And a transmitting antenna comprising a circularly polarized microstrip patch element provided on the substrate, and the transmitting antenna held at a different height from the receiving antenna, and the height A height adjusting mechanism having a function of adjusting the position.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図2は本発明の一実施形態に係る
アンテナ装置の構成を示す図で、(a)は正面図、
(b)は側面図である。図2に示すように、本実施形態
におけるアンテナ装置は、受信用アンテナ21、送信用
アンテナ22、受信用アンテナ23、アンテナ取付板2
4、及び送信用アンテナ22の高さによりアンテナ結合
量を調整するための球座25、調整ボルト26、ガイド
27からなる高さ調整機構28を備えている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 2A and 2B are diagrams showing a configuration of an antenna device according to an embodiment of the present invention, wherein FIG.
(B) is a side view. As shown in FIG. 2, the antenna device according to the present embodiment includes a receiving antenna 21, a transmitting antenna 22, a receiving antenna 23, and an antenna mounting plate 2.
And a height adjustment mechanism 28 including a ball seat 25, an adjustment bolt 26, and a guide 27 for adjusting the amount of antenna coupling according to the height of the transmission antenna 22.

【0014】上記受信用アンテナ21及び送信用アンテ
ナ22は、2素子右旋円偏波マイクロストリップパッチ
素子により構成し、受信用アンテナ23は、2素子左旋
円偏波マイクロストリップパッチ素子により構成してい
る。上記受信用アンテナ21,23により、右旋円偏
波、左旋円偏波による円偏波ダイバーシティ受信を行な
うようにしている。
The receiving antenna 21 and the transmitting antenna 22 are constituted by two-element right-handed circularly polarized microstrip patch elements, and the receiving antenna 23 is constituted by two-element left-handed polarized microstrip patch elements. I have. The receiving antennas 21 and 23 perform circularly-polarized diversity reception using right-handed and left-handed circularly polarized waves.

【0015】上記受信用アンテナ21,23及び送信用
アンテナ22は、各々1λの間隔でアンテナ取付板24
に直接取り付けられ、送信用アンテナ22は、高さ調整
機構28を介して約1/4λの高さで取付けられて1基
のアンテナ装置を構成している。また、上記受信用アン
テナ21,23及び送信用アンテナ22は、各々給電コ
ネクタ29が設けられ、独立した入出力ができるように
なっている。そして、上記アンテナ装置は、1基ないし
2基で送信機、受信機等と共に、取付架台30に取付け
られて無線中継装置を構成する。
The receiving antennas 21 and 23 and the transmitting antenna 22 are arranged at an interval of 1λ respectively.
, And the transmitting antenna 22 is attached at a height of about λλ via a height adjusting mechanism 28 to constitute one antenna device. Each of the receiving antennas 21 and 23 and the transmitting antenna 22 is provided with a power supply connector 29 so that independent input and output can be performed. One or two of the antenna devices are mounted on the mounting base 30 together with one or two transmitters and receivers to constitute a wireless relay device.

【0016】図3(a),(b)は、上記高さ調整機構
28の詳細な構成例を示す側面図である。送信用アンテ
ナ22は、球座25及び調整ボルト26を介してアンテ
ナ取付板24に取付けられる。調整ボルト26には、高
さ調整兼固定用にネジが切られ、調整ボルト26あるい
は固定ナット31の一方を回転することによって送信用
アンテナ22の高さを可変できる。また、送信用アンテ
ナ22には、ガイド27が設けられ、アンテナが傾くの
を防止している。
FIGS. 3A and 3B are side views showing a detailed configuration example of the height adjusting mechanism 28. FIG. The transmitting antenna 22 is mounted on the antenna mounting plate 24 via the ball seat 25 and the adjustment bolt 26. The adjusting bolt 26 is threaded for height adjustment and fixing, and the height of the transmitting antenna 22 can be changed by rotating one of the adjusting bolt 26 and the fixing nut 31. A guide 27 is provided on the transmitting antenna 22 to prevent the antenna from tilting.

【0017】なお、アンテナの最適高さは、周波数によ
って決定されるので、高さ調整機構28を省略してアン
テナ高さを固定式としても、周波数を可変調整すること
により、最適の条件に設定することができる。
Since the optimum height of the antenna is determined by the frequency, even if the height adjustment mechanism 28 is omitted and the antenna height is fixed, the frequency can be variably adjusted to set the optimum conditions. can do.

【0018】次に上記アンテナ装置の作用効果について
説明する。本実施形態におけるアンテナ装置では、その
周波数帯域を例えば5〜6GHzとしている。図4に示
す導水路における周波数特性から、導水路内の電波伝搬
では周波数が低くなる程、その伝搬損失は増大する傾向
にあり、電波の伝搬距離は短くなる。一方、受信レベル
の安定性を表す短区間レベル変動は、周波数が高くなる
程増大する傾向にある。従って、周波数が低い場合、所
定の伝搬距離を確保することができないために中継数が
増加してコスト高となり、実用的でない。また、周波数
が高い場合は伝搬距離は確保できるものの、レベル変動
が大きいために中継回線の瞬断、フェージングの発生に
より無線中継システムの安定性、信頼性が低下して実用
的でない。本実施形態におけるアンテナ装置で使用する
5〜6GHz帯の周波数は、導水路やトンネルのような
周囲を壁面で囲まれた領域における無線中継に最も適し
ており、高い信頼性の無線中継システムを構築すること
が可能となる。
Next, the operation and effect of the antenna device will be described. In the antenna device according to the present embodiment, the frequency band is, for example, 5 to 6 GHz. From the frequency characteristics of the headrace shown in FIG. 4, in radio wave propagation in the headrace, as the frequency decreases, the propagation loss tends to increase, and the propagation distance of the radio wave decreases. On the other hand, the short-term level fluctuation indicating the stability of the reception level tends to increase as the frequency increases. Therefore, when the frequency is low, a predetermined propagation distance cannot be secured, so that the number of relays increases and the cost increases, which is not practical. When the frequency is high, the propagation distance can be secured, but the level fluctuation is large, so that the stability and reliability of the wireless relay system are reduced due to the instantaneous interruption and fading of the relay line, which is not practical. The frequency in the 5 to 6 GHz band used in the antenna device according to the present embodiment is most suitable for wireless relay in an area surrounded by walls such as a headrace or a tunnel, and a highly reliable wireless relay system is constructed. It is possible to do.

【0019】また、本実施形態におけるアンテナ装置で
は、アンテナ形式をマイクロストリップパッチアンテナ
としている。マイクロストリップパッチアンテナは、プ
リント基板にフォトエッチング等によって構成される。
このためマイクロストリップパッチアンテナは、非常に
低姿勢で薄いアンテナを実現することができる。
In the antenna device according to the present embodiment, the antenna type is a microstrip patch antenna. The microstrip patch antenna is formed on a printed board by photoetching or the like.
For this reason, the microstrip patch antenna can realize a very low profile and thin antenna.

【0020】本実施形態における受信用アンテナ21,
23、送信用アンテナ22は、例えば厚さ0.03λの
プリント基板上にマイクロストリップパッチ素子が、こ
れらの素子を結合するマイクロストリップラインと共に
フォトエッチングされ、2素子マイクロストリップパッ
チアンテナを構成している。このようにして構成したマ
イクロストリップパッチアンテナの厚さは、プリント基
板を保持するためのベース板の厚みを含めても約0.1
5λ程度となり、薄型化を実現することができる。
In the present embodiment, the receiving antenna 21,
23. The transmitting antenna 22 is a two-element microstrip patch antenna in which, for example, a microstrip patch element is photo-etched on a printed circuit board having a thickness of 0.03λ together with a microstrip line connecting these elements. . The thickness of the microstrip patch antenna thus configured is about 0.1 including the thickness of the base plate for holding the printed circuit board.
It is about 5λ, and it is possible to reduce the thickness.

【0021】また、マイクロストリップパッチ素子の形
状は単純円形ではなく、素子の一部を変形することによ
って円偏波を発生している。マイクロストリップパッチ
アンテナで円偏波を発生するには、2電力分配器、90
°位相器を使用してマイクロストリップパッチ素子の互
いに直交した2点に給電するのが一般的である。図2で
は、円偏波発生の一例として、切欠きを設ける方法を示
している。また、偏波の旋回方向は、給電点に対する切
欠きの方向によって実現でき、図2では受信用アンテナ
21及び送信用アンテナ22が右旋偏波、受信用アンテ
ナ23が左旋偏波を発生している。これによって本実施
形態では、電力分配器、90°位相器等を全く必要とせ
ず、低コスト化に貢献している。
The shape of the microstrip patch element is not a simple circle, but a circularly polarized wave is generated by partially deforming the element. To generate a circularly polarized wave with a microstrip patch antenna, a two-power splitter, 90
In general, a phase shifter is used to feed two orthogonal points of a microstrip patch element. FIG. 2 shows a method of providing a notch as an example of the generation of circularly polarized waves. In addition, the turning direction of the polarization can be realized by the direction of the notch with respect to the feeding point. In FIG. 2, the receiving antenna 21 and the transmitting antenna 22 generate right-handed polarization, and the receiving antenna 23 generates left-handed polarization. I have. As a result, in this embodiment, a power divider, a 90 ° phase shifter, and the like are not required at all, which contributes to cost reduction.

【0022】更に、ほぼ同等の性能を有する反射板付き
ダイポールアンテナに代表される線状アンテナは、同軸
線路と整合させる場合にバルン等の平衡−不平衡変換回
路が必要となるが、マイクロストリップパッチアンテナ
では、この平衡−不平衡変換回路を必要としないという
特徴があり、これもアンテナ装置の低コスト化に貢献し
ている。
Furthermore, a linear antenna typified by a dipole antenna with a reflector having substantially the same performance requires a balun-like balanced-unbalanced conversion circuit when matching with a coaxial line. The antenna has a feature that this balanced-unbalanced conversion circuit is not required, which also contributes to a reduction in the cost of the antenna device.

【0023】次に、円偏波ダイバーシティ受信について
説明する。導水路、トンネル等の周囲を壁面で囲まれた
環境では、円偏波を使用することにより安定した通信を
行なう方法は、有効な手段であることが例えば特公昭5
7−9259号公報等で既に報告されている。
Next, circular polarization diversity reception will be described. In an environment where a water channel, a tunnel, or the like is surrounded by a wall, a method of performing stable communication using circularly polarized waves is an effective means.
It has already been reported in JP-A-7-9259.

【0024】また、地上における移動体無線通信では、
ビル等による反射波が存在し通信品質を損ねるため、ダ
イバーシティ受信によって改善を図るのが一般的であ
る。地上における移動体無線通信は、複数の垂直偏波ア
ンテナを0.5〜数λ程度の間隔で設置するスペースダ
イバーシティ方式で、良好な受信を行なっている。
In the mobile radio communication on the ground,
Since there is a reflected wave from a building or the like and the communication quality is impaired, it is general to improve the quality by diversity reception. In mobile radio communication on the ground, good reception is performed by a space diversity system in which a plurality of vertically polarized antennas are installed at intervals of about 0.5 to several λ.

【0025】しかし、導水路、トンネル等の周囲を壁面
で囲まれた環境では、偏波面は容易に回転してしまうた
め、スペースダイバーシティ方式では良好な受信は殆ど
望めない。また、垂直偏波、水平偏波の直線偏波による
偏波ダイバーシティ方式では、直線偏波での伝搬自体が
安定性に欠けるため効果は少ない。
However, in an environment in which the circumference of a headrace, a tunnel, or the like is surrounded by a wall surface, the polarization plane easily rotates, so that good reception is hardly expected in the space diversity system. In addition, the polarization diversity system using linearly polarized waves of vertical polarization and horizontal polarization has little effect because the propagation itself in linear polarization lacks stability.

【0026】図5(a)及び(b)に導水路内における
直線偏波での伝搬特性を示す。図5(a)は垂直偏波で
送信した電波を垂直偏波アンテナで受信した場合、図5
(b)は水平偏波アンテナで受信した場合の一測定例で
ある。この時のダイバーシティ効果の指針となるZ変換
した相関係数の平均値は約0.5であり、ダイバーシテ
ィ効果はあるものの良好な結果ではない。
FIGS. 5A and 5B show propagation characteristics of linearly polarized waves in the headrace. FIG. 5A shows a case where a vertically transmitted radio wave is received by a vertically polarized antenna.
(B) is a measurement example in the case of receiving with a horizontally polarized antenna. At this time, the average value of the Z-transformed correlation coefficient which is a guide for the diversity effect is about 0.5, which is not a good result although the diversity effect is present.

【0027】以上のことから、本実施形態におけるアン
テナ装置では右旋円偏波、左旋円偏波による円偏波ダイ
バーシティ受信方式を実施している。図6(a)及び
(b)に導水路内における円偏波での伝搬特性を示す。
As described above, the antenna device according to the present embodiment implements the circularly polarized diversity reception system using right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized wave. 6 (a) and 6 (b) show the propagation characteristics of circularly polarized waves in the headrace.

【0028】図6(a)は右旋円偏波で送信した電波を
右旋円偏波アンテナで受信した場合、図6(b)は左旋
円偏波アンテナで受信した場合の一測定例である。この
時のZ変換した相関係数の平均値は約0.02であり、
ダイバーシティ効果は非常に大きく、導水路、トンネル
等の周囲を壁面で囲まれた環境での無線中継に有効な手
段になり、安定した高品質の無線中継システムを構築す
ることが可能となる。
FIG. 6A shows a measurement example when a radio wave transmitted in right-handed circularly polarized wave is received by a right-handed circularly polarized antenna, and FIG. is there. At this time, the average value of the Z-transformed correlation coefficient is about 0.02,
The diversity effect is very large, and it becomes an effective means for wireless relay in an environment surrounded by a wall such as a headrace or a tunnel, and a stable high-quality wireless relay system can be constructed.

【0029】次に、送信アンテナ、受信アンテナを別々
にした場合の効果について説明する。図7(a)に一般
的な中継装置の系統図を示す。アンテナ共用装置44
は、送信機41及び受信機42を1基の送受信共用アン
テナ43aに接続するためのものであり、方向性結合器
等で構成される。
Next, the effect when the transmitting antenna and the receiving antenna are separated will be described. FIG. 7A is a system diagram of a general relay device. Antenna sharing device 44
Is for connecting the transmitter 41 and the receiver 42 to one transmission / reception shared antenna 43a, and is composed of a directional coupler and the like.

【0030】図7(b)は、アンテナを別々に構成した
場合の系統図である。送信機41は送信用アンテナ43
bに、また、受信機42は受信用アンテナ43cに同軸
ケーブル等で直接接続される。このように送信用アンテ
ナ43bと受信用アンテナ43cを別々に構成すること
により、アンテナ共用装置が不要となり、アンテナから
送受信機に至る経路が簡素化され、小型軽量化を図るこ
とができる。また、給電経路が簡素化されることによ
り、給電系の損失を減少することができる。
FIG. 7B is a system diagram when the antennas are separately configured. The transmitter 41 is a transmitting antenna 43
b, and the receiver 42 is directly connected to the receiving antenna 43c by a coaxial cable or the like. By separately configuring the transmitting antenna 43b and the receiving antenna 43c in this manner, an antenna sharing device is not required, the path from the antenna to the transceiver is simplified, and the size and weight can be reduced. Further, since the power supply path is simplified, the loss of the power supply system can be reduced.

【0031】図8及び図9は、送受信アンテナを別々に
設けて偏波ダイバーシティ受信方式を行なう場合の構成
例を示したものである。図8(a)、図9(a)は正面
図、図8(b)、図9(b)は側面図である。
FIGS. 8 and 9 show an example of a configuration in which a transmission / reception antenna is separately provided to perform a polarization diversity reception system. 8 (a) and 9 (a) are front views, and FIGS. 8 (b) and 9 (b) are side views.

【0032】図8において、22は送信用アンテナ、2
1,23は受信用アンテナで偏波が異なる。また、29
は給電コネクタである。そして、中央部に受信用アンテ
ナ21が設けられ、その両側に送信用アンテナ22と受
信用アンテナ23が配置される。この場合の例では、ア
ンテナ間の結合が生じることを避けるために、各アンテ
ナの間隔は2λ以上に設定される。
In FIG. 8, reference numeral 22 denotes a transmitting antenna, 2
1 and 23 are receiving antennas having different polarizations. Also, 29
Is a power supply connector. A receiving antenna 21 is provided at the center, and a transmitting antenna 22 and a receiving antenna 23 are arranged on both sides thereof. In this case, the interval between the antennas is set to 2λ or more in order to avoid the occurrence of coupling between the antennas.

【0033】一方、図9に示す例では、中央部に送信用
アンテナ22が設けられ、その両側に受信用アンテナ2
1,23が配置される。そして、送信用アンテナ22に
は、高さ調整機構28が設けられる。上記のように高さ
調整機構28を設けた場合は、アンテナ間の結合を最適
化でき、各アンテナの間隔、すなわち、送信アンテナ4
2と受信アンテナ41,43との間隔を1λ程度とする
ことが可能となる。一方、受信用アンテナ21及び23
の間隔は2λが確保されているので、高さ調整機構を設
けることなく所定の結合量を確保することができる。
On the other hand, in the example shown in FIG. 9, a transmitting antenna 22 is provided in the center, and the receiving antennas 2 are provided on both sides thereof.
1, 23 are arranged. The transmitting antenna 22 is provided with a height adjusting mechanism 28. When the height adjusting mechanism 28 is provided as described above, the coupling between the antennas can be optimized, and the interval between the antennas, that is, the transmitting antenna 4
2 and the receiving antennas 41 and 43 can be set to about 1λ. On the other hand, receiving antennas 21 and 23
Is secured at 2λ, so that a predetermined coupling amount can be secured without providing a height adjusting mechanism.

【0034】また、図8のように送信用アンテナ22の
周辺の構造を非対称とした場合、送信用アンテナ22の
指向特性は、周辺の構造物の影響を受けて非対象にな
り、あるいは主ビーム方向が偏向するが、図9の例のよ
うに送信用アンテナ22を中央部に配置することによ
り、その周辺の構造物の影響を防止することができる。
When the structure around the transmitting antenna 22 is asymmetric as shown in FIG. 8, the directional characteristics of the transmitting antenna 22 become asymmetric due to the influence of the surrounding structure, or the main beam is not affected. Although the direction is deflected, by arranging the transmitting antenna 22 at the center as in the example of FIG. 9, the influence of the surrounding structures can be prevented.

【0035】次に、送信、受信アンテナの結合量の最適
化の方法について説明する。送信アンテナと受信アンテ
ナを近接して配置する場合、アンテナ間に結合が生じ、
送信アンテナから放射された電波が直接受信アンテナで
受信され、無線中継に悪影響を及ぼす。この結合は、ア
ンテナ間の位相差によって変化し、位相差がλ/4の時
に極小値をとる。
Next, a method of optimizing the coupling amount between the transmitting and receiving antennas will be described. When the transmitting antenna and the receiving antenna are arranged close to each other, coupling occurs between the antennas,
Radio waves radiated from the transmitting antenna are directly received by the receiving antenna, which adversely affects wireless relay. This coupling changes depending on the phase difference between the antennas, and takes a minimum value when the phase difference is λ / 4.

【0036】図10にアンテナ間の位相差を変化させた
時の結合量の変化を示す。アンテナ間の位相差を変化さ
せるには、アンテナ間の距離を変化させることにより実
現可能である。
FIG. 10 shows a change in the coupling amount when the phase difference between the antennas is changed. Changing the phase difference between the antennas can be realized by changing the distance between the antennas.

【0037】アンテナ間の距離は、電波の放射軸に直交
する方向に変化させるのが一般的であるが、同時に広い
スペースを必要とする。本実施形態では、放射軸に平行
な方向に距離を変化させて同様の効果を得ている。更
に、使用する周波数によって結合量が変化するので、高
さ調整機構28を設けることにより、結合量を最適化す
ることができる。
The distance between the antennas is generally changed in a direction orthogonal to the radiation axis of the radio wave, but at the same time requires a large space. In this embodiment, the same effect is obtained by changing the distance in a direction parallel to the radiation axis. Furthermore, since the coupling amount changes depending on the frequency used, the coupling amount can be optimized by providing the height adjustment mechanism 28.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、導
水路、トンネル等の周囲を壁面で囲まれた環境下におい
て、安定した高品質な無線中継を行なうことができると
共に、小型軽量化が可能で、且つ、安価に構成し得るア
ンテナ装置を提供することができる。
As described above in detail, according to the present invention, stable and high-quality radio relay can be performed in an environment in which a water channel, a tunnel, or the like is surrounded by a wall surface, and small and light. It is possible to provide an antenna device which can be configured at a low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明が適用される導水路、トンネルにおける
無線中継方式を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a wireless relay system in a headrace and a tunnel to which the present invention is applied.

【図2】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成
を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an antenna device according to one embodiment of the present invention.

【図3】同実施形態における高さ調整機構の詳細を示す
側面図。
FIG. 3 is a side view showing details of a height adjusting mechanism in the embodiment.

【図4】導水路、トンネルにおける円偏波での伝搬損失
及び短区間レベル変動の周波数特性を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the frequency characteristics of propagation loss and short-term level fluctuation in circularly polarized waves in a headrace and a tunnel.

【図5】導水路、トンネルにおける直線偏波での電界強
度距離特性を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing electric field strength distance characteristics in linearly polarized waves in a headrace and a tunnel.

【図6】導水路、トンネルにおける円偏波での電界強度
距離特性を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing electric field strength distance characteristics in circularly polarized waves in a headrace and a tunnel.

【図7】中継装置の概略構成を示す系統図。FIG. 7 is a system diagram showing a schematic configuration of a relay device.

【図8】偏波ダイバーシティ受信方式を行なう場合の構
成例を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example when a polarization diversity reception method is performed.

【図9】偏波ダイバーシティ受信方式を行なう場合の他
の構成例を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing another configuration example when the polarization diversity reception system is performed.

【図10】アンテナ間の位相差を変化させた時の結合量
の変化を示す図。
FIG. 10 is a diagram illustrating a change in a coupling amount when a phase difference between antennas is changed.

【図11】従来の導水路、トンネルにおける無線中継方
式を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a conventional radio relay system in a headrace and a tunnel.

【図12】従来の導水路、トンネルにおける漏洩同軸線
路による中継方式を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a conventional relay system using a leaky coaxial line in a headrace and a tunnel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21,23 受信用アンテナ 22 受信用アンテナ 24 アンテナ取付板 25 球座 26 調整ボルト 27 ガイド 28 高さ調整機構 29 給電コネクタ 30 取付架台 31 固定ナット 41 送信機 42 受信機 43a 送受信共用アンテナ 43b 送信用アンテナ 43c 受信用アンテナ 21, 23 Receiving antenna 22 Receiving antenna 24 Antenna mounting plate 25 Ball base 26 Adjusting bolt 27 Guide 28 Height adjusting mechanism 29 Power supply connector 30 Mounting frame 31 Fixed nut 41 Transmitter 42 Receiver 43a Transmitting and receiving antenna 43b Transmitting antenna 43c Receiving antenna

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋谷 隆雄 青森県青森市港町二丁目12番19号 東北電 力株式会社青森支店内 (72)発明者 笠原 浩 埼玉県大宮市蓮沼1406番地 八木アンテナ 株式会社大宮工場内 (72)発明者 佐伯 博 埼玉県大宮市蓮沼1406番地 八木アンテナ 株式会社大宮工場内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Takao Shibuya 2-9-19-1 Minatomachi, Aomori City, Aomori Prefecture Tohoku Electric Power Co., Inc.Aomori Branch (72) Inventor Hiroshi Kasahara 1406 Hasunuma, Omiya City, Saitama Prefecture Yagi antenna stock (72) Inventor Hiroshi Saeki 1406 Hasunuma, Omiya City, Saitama Prefecture Yagi Antenna Yomi Antenna Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 無線中継装置用のアンテナ装置におい
て、 基板上に設けられた右旋円偏波マイクロストリップパッ
チ素子及び左旋円偏波マイクロストリップパッチ素子か
らなり、円偏波ダイバーシティ受信を行なう受信用アン
テナと、 上記基板上に上記受信用アンテナとは高さの異なる位置
に配置される円偏波マイクロストリップパッチ素子から
なる送信用アンテナとを具備したことを特徴とするアン
テナ装置。
1. An antenna device for a wireless relay device, comprising: a right-handed circularly polarized microstrip patch element and a left-handed circularly polarized microstrip patch element provided on a substrate, for receiving circularly polarized wave diversity. An antenna device comprising: an antenna; and a transmitting antenna including a circularly polarized microstrip patch element disposed on the substrate at a position different in height from the receiving antenna.
【請求項2】 無線中継装置用のアンテナ装置におい
て、 基板上に設けられた右旋円偏波マイクロストリップパッ
チ素子及び左旋円偏波マイクロストリップパッチ素子か
らなり、円偏波ダイバーシティ受信を行なう受信用アン
テナと、 上記基板上に設けられる円偏波マイクロストリップパッ
チ素子からなる送信用アンテナと、 上記送信用アンテナを上記受信用アンテナとは異なる高
さ位置に保持すると共に、その高さ位置を調整する機能
を備えた高さ調整機構とを具備したことを特徴とするア
ンテナ装置。
2. An antenna device for a radio repeater, comprising: a right-handed circularly polarized microstrip patch element and a left-handed circularly polarized microstrip patch element provided on a substrate, for receiving circularly polarized diversity reception. An antenna, a transmitting antenna comprising a circularly polarized microstrip patch element provided on the substrate, and a transmitting antenna held at a different height from the receiving antenna and the height adjusted. An antenna device comprising a height adjusting mechanism having a function.
【請求項3】 受信用アンテナ及び送信用アンテナの使
用周波数を5〜6GHz帯に設定したことを特徴とする
請求項1又は2記載のアンテナ装置。
3. The antenna device according to claim 1, wherein the operating frequencies of the receiving antenna and the transmitting antenna are set in a 5 to 6 GHz band.
【請求項4】受信用アンテナの右旋円偏波用素子と左旋
円偏波用素子との間に送信用アンテナを配置したことを
特徴とする請求項1又は2記載のアンテナ装置。
4. The antenna device according to claim 1, wherein a transmitting antenna is arranged between the right-handed circularly polarized light element and the left-handed circularly polarized light element of the receiving antenna.
【請求項5】送信用アンテナを一方の側部に配置し、中
央及び他方の側部に受信用アンテナの右旋円偏波用素子
及び左旋円偏波用素子を配置したことを特徴とする請求
項1又は2記載のアンテナ装置。
5. A transmitting antenna is disposed on one side, and a right-handed circularly polarized element and a left-handed circularly polarized element of the receiving antenna are disposed on the center and the other side. The antenna device according to claim 1.
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