WO2008053856A1

WO2008053856A1 - Unité d'antenne

Info

Publication number: WO2008053856A1
Application number: PCT/JP2007/071064
Authority: WO
Inventors: Wataru Noguchi; Hiroyuki Yurugi; Toshihiro Ezaki; Masaaki Higashida
Original assignee: Panasonic Corporation
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2008-05-08
Also published as: EP2068401A4; JP2008113143A; EP2068401A1; JP5068061B2; US20100073250A1

Description

技術分野

[0001] 本発明は、少なくとも一部が金属で囲まれた空間内に設置され、 MIMO方式を利用した無線通信システムで用いられるアンテナ装置に関する。

背景技術

[0002] IFE (In-Flight Entertainment)システムは、航空機等の客室で乗客の端末等に映画や音楽、ゲーム等を配信するシステムである。 IFEシステムを構築するためには、客室の天井裏に同軸ケーブルやサーバを設け、乗客の椅子近辺にクライアント端末 (SEB：シートエンタテイメント BOX)を設け、サーバとクライアント端末はスイッチングノヽブ等を介して有線で接続される。接続ケーブルは、耐久性及び耐火性の向上を目的とした保護カバーで覆われる必要があるため、通常の接続ケーブルよりも重ぐ容易に変形できない。このため、客席の配置変更を行う際、接続ケーブルを交換する必要があるため手間及び費用がかかる。

[0003] 図 1は、無線通信を利用した IFEシステムを示す図である。図 1に示す IFEシステムは、客室 10の天井裏に設けられるサーバ 11、接続ケーブル 12及び複数の WAP (W ireless Access Points) 13と、乗客の椅子付近に設けられる複数のクライアント端末 1 4とを備える。サーバ 11には接続ケーブルを介して複数の WAP13が接続されて!/、る。 WAP13及びクライアント端末 14は、図示しないワイヤレスネットワークインターフエイス回路及びアンテナを有し、 ΙΕΕΕ802· 11a, IEEE802. 1 lb又は IEEE802. 1 lgによる無線 LANを利用した無線通信を行うことができる。

[0004] 複数の WAPを利用する通信システムは、隣接チャネルへの漏洩や、壁や床からの反射波の干渉により通信品質が劣化する問題を有する。このため、送信電力やアンテナの指向性、 WAPの配置による調整を行う必要がある力 S、航空機等の金属で囲まれた環境下において、その調整は難しい。

[0005] 特表 2006— 506899号公報で公開されているブロードバンドワイヤレス配信システムでは、 WAPのアンテナとして、図 10に示すように、 4つの長方形のアレイエレメントを含むパッチアンテナを利用している。図 11及び図 12に、図 10に示したパッチァンテナの指向性を示す。図 11はパッチアンテナの第 1の垂直面の指向性を示す図であり、図 12はパッチアンテナの第 1の垂直面と直交する第 2の垂直面の指向性を示す図である。なお、 WAPは、パッチアンテナの第 1の垂直面が航空機の左右方向、第 2の垂直面が航空機の前後方向となるように設置される。また、 WAPは、図 13に示すように、客室にある 2列の通路の内の一方の通路のほぼ真上の天井裏に設けられる。

[0006] 特許文献 1 :特表 2006— 506899号公報

特許文献 2 :米国特許出願公開第 2004— 0098745号明細書

特許文献 3：国際公開第 WO2004/047373号パンフレット

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 上記説明したパッチアンテナは、図 12に示すように、第 2の垂直面（前後方向）の指向性が狭いため、各 WAPの送信電力を調整することによって、隣接する WAPの信号との混信を避けることができる。一方、図 11に示すように、第 1の垂直面の指向性は扇形を描くが、半値角が約 90度と狭い。図 14に示すように、一方の通路の真上の天井裏に設けられた WAPのパッチアンテナ力放射された電波が十分な電界強度で最も離れた窓際まで行きわたるためには、第 1の垂直面で半値角が 144度（= 7 2 X 2)程度でなければならない。しかし、実際には第 1の垂直面の半値角は 90度であるため、 WAPから最も離れた窓際の受信電界強度は低い。

[0008] この問題を解決するために、窓際付近の受信電界強度を上げるため WAPからの送信電力を上げると、隣接する WAPの信号との混信が生じてしまう。また、図 15に示すように、 WAPの配置を変えても隣接する WAPの信号との混信が生じてしまう。

[0009] 本発明の目的は、少なくとも一部が金属で囲まれた空間内のいずれの箇所でも良好な通信品質を提供可能なアンテナ装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明は、少なくとも一部が金属で囲まれた空間内に設置され、 MIMO方式を利用した無線通信システムで用いられるアンテナ装置であって、複数のダイポールアンテナを有するダイポールアレイアンテナを備えたことを特徴とするアンテナ装置を提供する。

[0011] 上記アンテナ装置では、前記ダイポールアレイアンテナは 3つのダイポールアンテナを有する。

[0012] 上記アンテナ装置は、前記複数のダイポールアンテナの各々に信号を分配する分配器をさらに備え、前記ダイポールアレイアンテナ及び前記分配器は同一の基板上に設けられ、各ダイポールアンテナは前記分配器のグランドパターンの近傍に設けられ。

[0013] 上記アンテナ装置では、前記分配器のグランドパターンの端から各ダイポールアンテナの中心までの電気長が 1/4波長である。

[0014] 上記アンテナ装置では、前記ダイポールアレイアンテナは、第 1の垂直面で無指向性であり、前記第 1の垂直面と直交する第 2の垂直面の指向性を表す曲線は 8の字形である。

[0015] 上記アンテナ装置では、前記ダイポールアレイアンテナの第 1の垂直面の指向性を表す曲線はカージォイド形であり、前記第 1の垂直面と直交する第 2の垂直面の放射パターンは、特定の方向にメインローブが伸び、他の方向ではヌルポイントである。

[0016] 上記アンテナ装置では、前記空間は航空機の胴体の内部空間である。

[0017] 上記アンテナ装置では、前記無線通信システムはアクセスポイント及びクライアント端末を含み、前記アクセスポイント側のアンテナとして用いられる。

発明の効果

[0018] 本発明に係るアンテナ装置によれば、少なくとも一部が金属で囲まれた空間内のいずれの箇所でも良好な通信品質を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]無線通信を利用した IFEシステムを示す図

[図 2]第 1の実施形態の WAP及びアンテナ装置を示すブロック図

[図 3]第 1の実施形態のアンテナ装置が有する 3分配器及びダイポールアレイアンテナのパターンを示す図

[図 4]第 1の実施形態のアンテナ装置の第 1の垂直面の指向性を示す図 [図 5]第 1の実施形態のアンテナ装置の第 2の垂直面の指向性を示す図

[図 6]航空機の客室と WAP及びアンテナ装置の配置を示す図である。

園 7]第 2の実施形態のアンテナ装置が有する 3分配器及びダイポールアレイアンテナのパターンを示す図

[図 8]第 2の実施形態のアンテナ装置の第 1の垂直面の指向性を示す図

[図 9]第 2の実施形態のアンテナ装置の第 2の垂直面の指向性を示す図

[図 10]4つの長方形のアレイエレメントを含むパッチアンテナを示す図

[図 11]パッチアンテナの第 1の垂直面の指向性を示す図

園 12]パッチアンテナの第 1の垂直面と直交する第 2の垂直面の指向性を示す図 [図 13]客室にある 2列の通路の内の一方の通路のほぼ真上の天井裏に設けられた WAPの配置を示す上面図

[図 14]客室にある 2列の通路の内の一方の通路のほぼ真上の天井裏に設けられた WAPの配置を示す断面図

[図 15]客室にある 2列の通路の内の一方の通路のほぼ真上の天井裏に設けられた WAPの他の配置を示す上面図

符号の説明

10 客室

11 サーノ

12 接続ケーブル

13 WAP

14 クライアン卟端末

15, 75 アンテナ装置

21 無線モジ ^:ユール

31 3分配器

32 同軸ケーブル

35 ダイポー'ルァレイフ

33 ダイポー'ルアンテ": 51 グランドパターン

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

[0022] (第 1の実施形態）

第 1の実施形態の IFEシステムは、図 1で示した無線通信を利用した IFEシステムと同様に、サーバ 11と、接続ケーブル 12と、アンテナ装置 15が接続された複数の WA P13と、複数のクライアント端末 14とを備える。サーバ 11、接続ケーブル 12及び複数の WAP13は、航空機やバス、船舶、電車等の客室 10の天井裏に設けられ、サーバ 11と各 WAP13が接続ケーブル 12を介して接続されている。また、クライアント端末 1 4は、乗客の椅子付近に設けられる。 WAP13及びクライアント端末 14は、図示しないワイヤレスネットワークインターフェイス回路を有し、 IEEE802. l lnによる無線 LA Nを利用した無線通信を行うことができる。すなわち、 WAP13及びクライアント端末 1 4は、 MIMO (Multi I叩 ut Multi Output)方式を利用した無線通信を行う。このため、 WAP13及びクライアント端末 14は、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナを利用する。

[0023] 図 2に示すように、 WAP13は無線モジュール 21を有し、アンテナ装置 15は 3分配器 31及び 3つのダイポールアンテナ 35を有するダイポールアレイアンテナ 33を備える。 3分配器 31とダイポールアレイアンテナ 33とは同軸ケーブル 32を介して接続されている。 WAP13の無線モジュール 21から出力された信号がアンテナ装置 15に入力されると、 3分配器 31で同相の信号に 3分配される。 3分配された各信号は、同軸ケーブル 32を介して各ダイポールアンテナ 35に伝送される。

[0024] 図 3は、第 1の実施形態のアンテナ装置 15が有する 3分配器 31及びダイポールァレイアンテナ 33のパターンを示す図である。図 3に示すように、 3分配器 31とダイポールアレイアンテナ 33は異なる基板上にそれぞれ構成されて!/、る。ダイポールアレイァンテナ 33の基板 41には、 3つのダイポールアンテナ 35と、 3つのバラン 36とが構成されている。 3分配器 31は 1つの入力端子と 3つの出力端子を有し、各端子間にはグランドパターン 51が構成されている。 3分配器 31の各出力端子は、同軸ケーブル 32 されている。なお、各同軸ケーブル 32の長さは、 3つのダイポールアンテナ 35から出力される信号の位相差が 10度以下となるよう調整されている。

[0025] 図 4及び図 5に、第 1の実施形態のアンテナ装置 15の指向性を示す。図 4はアンテナ装置 15の第 1の垂直面の指向性を示す図であり、図 5はアンテナ装置 15の第 1の垂直面と直交する第 2の垂直面の指向性を示す図である。なお、アンテナ装置 15は、アンテナ装置 15の第 1の垂直面が航空機の左右方向、第 2の垂直面が航空機の前後方向となるように設置される。また、 WAP13及びアンテナ装置 15は、図 6に示すように、客室 10にある 2列の通路の内の一方の通路のほぼ真上の天井裏に設けられる。

[0026] 図 5に示すように、第 2の垂直面（前後方向）の指向性を表す曲線は 8の字形であり指向性が狭い。このため、各 WAPの送信電力を調整することによって、隣接する W APの信号との混信を避けることができる。一方、図 4に示すように、第 1の垂直面（左右方向）では無指向性である。このため、図 6に示すように、 1つの WAP13及びアンテナ装置 15は、客室 10の前後方向に約 3列分の客席を含むゾーン 61をカバーする。なお、隣接するゾーンでは混信等を防ぐため 3〜4チャネル離れたチャネルが割り当てられる。

[0027] 本実施形態では、ゾーン内のアンテナ装置 15から最も離れた窓際に近いクライァント端末 14も十分な電界強度で信号を受信できるよう送信電力を調整する。但し、本実施形態では第 1の垂直面の指向性がな!/、ため、図 11に示した半値角が約 90度のノツチアレイアンテナと比較して、窓際に近いクライアント端末 14は十分な電界強度で信号を受信することができる。

[0028] また、本実施形態の IFEシステムは、少なくとも一部が金属で囲まれた空間内に設けられているため、アンテナ装置 15から放射された電波は天井や床、壁等で反射する。 SISO方式ではこのような反射波が通信品質の劣化の要因となる力 S、本実施形態では MIMO方式を利用しているため、反射波は有効活用される。すなわち、 MIMO 方式では反射による経路差が積極的に活用される。このため、本実施形態のように、少なくとも一部が金属で囲まれた空間内で、複数のアンテナを有するアンテナ装置 1 5と MIMO方式とを併用することで、両者の特性を活かすことができる。 [0029] 本実施形態では、 WAP13とアンテナ装置 15は別の装置として構成されている力 WAP13の筐体の中にアンテナ装置 15が設けられても良い。

[0030] (第 2の実施形態）

第 2の実施形態の IFEシステムが第 1の実施形態の IFEシステムと異なる点はアンテナ装置である。第 1の実施形態では、アンテナ装置 15が有する 3分配器 31とダイポールアレイアンテナ 33とはそれぞれ別々の基板に構成されて!/、るが、第 2の実施形態では、 3分配器 31とダイポールアレイアンテナ 33は同一の基板上に構成されている。また、第 1の実施形態では、 3分配器 31とダイポールアレイアンテナ 33とが同軸ケーブルによって接続されている力第 2の実施形態では、直接接続されている。

[0031] 図 7は、第 2の実施形態のアンテナ装置 75が有する 3分配器 31及びダイポールァレイアンテナ 33のパターンを示す図である。図 7に示すように、 3分配器 31とダイポールアレイアンテナ 33は同一の基板 81上に構成されている。 3分配器 31及びダイポールアレイアンテナ 33のパターン自体は第 1の実施形態と同様である。但し、本実施形態では、ダイポールアレイアンテナ 33は、 3つのダイポールアンテナ 35の各中心（給電点）が 3分配器 31のグランドパターン 51の端から 1/4波長の電気長程度離れた位置に設けられている。例えば、アンテナ装置 75が 5GHz帯の周波数に対応し、低損失である誘電率 2. 1程度のテフロン (登録商標）基板が用いられる場合、グランドパターン 51の端から約 15mm離れた位置にダイポールアレイアンテナ 33が設けられる。

[0032] 本実施形態のように、アンテナの近傍にグランドパターンがある場合、そのグランドノターンは無給電素子として作用し、電波の再放射を行う。また、本実施形態では、ダイポールアンテナ 35と 3分配器 31とが 1/4波長離れているため、ダイポールアンテナ 35から放射された直接の電波とグランドパターン 51から再放射された電波とが重なって打ち消しあう。このため、ダイポールアンテナ 35から 3分配器 31に向力、う方向の指向性は、ほぼ電波が放射しないヌルポイントとなる。なお、航空機の客室 10の天井裏はケーブルやダクト等で占められているため、天井での反射はあまりない。このため、アンテナ装置 75は、ヌルポイント側が天井側となるように設置される。

[0033] 図 8及び図 9に、第 2の実施形態のアンテナ装置 75の指向性を示す。図 8はアンテナ装置 75の第 1の垂直面の指向性を示す図であり、図 9はアンテナ装置 75の第 1の垂直面と直交する第 2の垂直面の指向性を示す図である。なお、アンテナ装置 75も、第 1の実施形態と同様に、アンテナ装置 75の第 1の垂直面が航空機の左右方向、第 2の垂直面が航空機の前後方向となるように設置される。

[0034] 図 9に示すように、第 2の垂直面（前後方向）の放射パターンは、特定の方向にメインローブが伸び、他の方向ではヌルポイントである。指向性が狭いため、第 1の実施形態と同様に、各 WAPの送信電力を調整することによって、隣接する WAPの信号との混信を避けること力できる。一方、図 8に示すように、第 1の垂直面（左右方向）の指向性を表す曲線はカージォイド形であり、半値角が約 150度と広い。このため、アンテナ装置 75から最も離れた窓際に近いクライアント端末 14も十分な電界強度で信号を受信できる。

[0035] また、本実施形態のアンテナ装置 75では、 3分配器 31とダイポールアレイアンテナ 33とが同軸ケーブル等によって接続されておらず直接接続されているため、各チヤネルで使用する周波数の違いによる安定性と低コストでの生産が可能となる。また、第 1の実施形態では必要であった同軸ケーブルの長さの管理の必要がないため設計が容易である。

[0036] 以上説明した実施形態では、分配数を 3、アンテナ装置が有するダイポールアンテナの数も 3つとしているが、これに限定されず、 2以上であれば良い。また、上記実施形態では、図 6に示すように、 WAP13及びアンテナ装置 15がー方の通路のほぼ真上の天井裏に設けられると説明した力通路の真上には限らず、さらには天井裏にも限られない。

[0037] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明ら力、である。

[0038] 本出願は、 2006年 10月 30日出願の日本特許出願（特願 2006-294035)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

[0039] 本発明に係るアンテナ装置は、少なくとも一部が金属で囲まれた空間内に設置され、 MIMO方式を利用した無線通信システムで用いられる際に、当該空間中のいずれの箇所でも良好な通信品質を提供するアンテナとして有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 少なくとも一部が金属で囲まれた空間内に設置され、 MIMO方式を利用した無線通信システムで用いられるアンテナ装置であって、

複数のダイポールアンテナを有するダイポールアレイアンテナを備えたことを特徴とするアンテナ装置。

[2] 請求項 1に記載のアンテナ装置であって、

前記ダイポールアレイアンテナは 3つのダイポールアンテナを有することを特徴とするアンテナ装置。

[3] 請求項 1に記載のアンテナ装置であって、

前記複数のダイポールアンテナの各々に信号を分配する分配器をさらに備え、前記ダイポールアレイアンテナ及び前記分配器は同一の基板上に設けられ、各ダイポールアンテナは前記分配器のグランドパターンの近傍に設けられたことを特徴とするアンテナ装置。

[4] 請求項 3に記載のアンテナ装置であって、

前記分配器のグランドパターンの端から各ダイポールアンテナの中心までの電気長が 1/4波長であることを特徴とするアンテナ装置。

[5] 請求項 1に記載のアンテナ装置であって、

前記ダイポールアレイアンテナは、第 1の垂直面で無指向性であり、前記第 1の垂直面と直交する第 2の垂直面の指向性を表す曲線は 8の字形であることを特徴とするアンテナ装置。

[6] 請求項 1に記載のアンテナ装置であって、

前記ダイポールアレイアンテナの第 1の垂直面の指向性を表す曲線はカージォイド形であり、前記第 1の垂直面と直交する第 2の垂直面の放射パターンは、特定の方向にメインローブが伸び、他の方向ではヌルポイントであることを特徴とするアンテナ装置。

[7] 請求項 1に記載のアンテナ装置であって、

前記空間は航空機の胴体の内部空間であることを特徴とするアンテナ装置。

[8] 請求項 1に記載のアンテナ装置であって、前記無線通信システムはアクセスポイント及びクライアント端末を含み、前記ァクセスポイント側のアンテナとして用いられることを特徴とするアンテナ装置。