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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022030282
(43)【公開日】2022-02-18
(54)【発明の名称】無給電中継装置
(51)【国際特許分類】
H04B 7/145 20060101AFI20220210BHJP
E02D 29/14 20060101ALI20220210BHJP
【ＦＩ】
H04B7/145
E02D29/14 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020134164
(22)【出願日】2020-08-06
(71)【出願人】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000226932
【氏名又は名称】日星電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】100153017
【弁理士】
【氏名又は名称】大倉 昭人
(74)【代理人】
【識別番号】100161148
【弁理士】
【氏名又は名称】福尾 誠
(72)【発明者】
【氏名】竹内 陽祐
(72)【発明者】
【氏名】笠原 久稔
(72)【発明者】
【氏名】岡村 陽介
(72)【発明者】
【氏名】玉松 潤一郎
(72)【発明者】
【氏名】村上 友規
(72)【発明者】
【氏名】小川 智明
(72)【発明者】
【氏名】高村 祐
【テーマコード（参考）】
2D147
5K072
【Ｆターム（参考）】
2D147BB21
5K072AA29
5K072BB02
5K072BB17
5K072BB25
5K072GG02
5K072GG19
(57)【要約】
【課題】簡易な構成でありながら、電波遮蔽空間と外部との長距離無線通信を、安定的且
つ効率的に行うことが可能な無給電中継装置を提供する。
【解決手段】電波遮蔽構造物の内部と電波遮蔽構造物の外部との無線通信を中継する無給
電中継装置１００は、内部と接続し、内部基板および内部基板上に設けられる指向性の導
電パターンを含む内部アンテナ１０と、外部と接続し、外部基板および外部基板上に設け
られる無指向性の導電パターンを含む外部アンテナ２０と、内部アンテナと外部アンテナ
とを接続する同軸ケーブル３１と、同軸ケーブルに取り付けられ、内部アンテナと外部ア
ンテナとを分離可能なコネクタ３２と、を備える。
【選択図】図１
つ効率的に行うことが可能な無給電中継装置を提供する。
【解決手段】電波遮蔽構造物の内部と電波遮蔽構造物の外部との無線通信を中継する無給
電中継装置１００は、内部と接続し、内部基板および内部基板上に設けられる指向性の導
電パターンを含む内部アンテナ１０と、外部と接続し、外部基板および外部基板上に設け
られる無指向性の導電パターンを含む外部アンテナ２０と、内部アンテナと外部アンテナ
とを接続する同軸ケーブル３１と、同軸ケーブルに取り付けられ、内部アンテナと外部ア
ンテナとを分離可能なコネクタ３２と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電波遮蔽構造物の内部と前記電波遮蔽構造物の外部との無線通信を中継する無給電中継
装置であって、
前記内部と接続し、内部基板および前記内部基板上に設けられる指向性の導電パターン
を含む内部アンテナと、
前記外部と接続し、外部基板および前記外部基板上に設けられる無指向性の導電パター
ンを含む外部アンテナと、
前記内部アンテナと前記外部アンテナとを接続する同軸ケーブルと、
前記同軸ケーブルに取り付けられ、前記内部アンテナと前記外部アンテナとを分離可能
なコネクタと、
を備える、無給電中継装置。
装置であって、
前記内部と接続し、内部基板および前記内部基板上に設けられる指向性の導電パターン
を含む内部アンテナと、
前記外部と接続し、外部基板および前記外部基板上に設けられる無指向性の導電パター
ンを含む外部アンテナと、
前記内部アンテナと前記外部アンテナとを接続する同軸ケーブルと、
前記同軸ケーブルに取り付けられ、前記内部アンテナと前記外部アンテナとを分離可能
なコネクタと、
を備える、無給電中継装置。
【請求項2】
前記内部アンテナは、パッチアンテナであり、
前記外部アンテナは、ダイポールアンテナである、
請求項１に記載の無給電中継装置。
前記外部アンテナは、ダイポールアンテナである、
請求項１に記載の無給電中継装置。
【請求項3】
前記電波遮蔽構造物は、地中に埋設されたマンホールであり、
前記マンホールの鉄蓋には、当該無給電中継装置を収納可能な貫通孔が設けられ、
前記外部アンテナは、前記鉄蓋とインピーダンス整合する、
請求項１又は２に記載の無給電中継装置。
前記マンホールの鉄蓋には、当該無給電中継装置を収納可能な貫通孔が設けられ、
前記外部アンテナは、前記鉄蓋とインピーダンス整合する、
請求項１又は２に記載の無給電中継装置。
【請求項4】
前記内部基板は、方形状であり、
前記外部基板は、前記貫通孔と同心円の円形状であり、
前記無指向性の導電パターンの外周部は、前記貫通孔と同心円の円弧形状である、
請求項３に記載の無給電中継装置。
前記外部基板は、前記貫通孔と同心円の円形状であり、
前記無指向性の導電パターンの外周部は、前記貫通孔と同心円の円弧形状である、
請求項３に記載の無給電中継装置。
【請求項5】
前記内部基板および前記外部基板は、表面において中心導体と接続し、裏面において外
部導体と接続し、
前記同軸ケーブルは、先端が段剥ぎされて、前記中心導体および前記外部導体と接続す
る、
請求項１から４のいずれか一項に記載の無給電中継装置。
部導体と接続し、
前記同軸ケーブルは、先端が段剥ぎされて、前記中心導体および前記外部導体と接続す
る、
請求項１から４のいずれか一項に記載の無給電中継装置。
【請求項6】
前記電波遮蔽構造物は、金属、および、コンクリート又はレジンコンクリートを含む材
質で構成される、
請求項１から５のいずれか一項に記載の無給電中継装置。
質で構成される、
請求項１から５のいずれか一項に記載の無給電中継装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無給電中継装置に関する。
【背景技術】
【0002】
地中に埋設された鉄筋コンクリートマンホールをはじめとする地下構造物の内部（電波
遮蔽空間）には、管路、計器などが設置されているが、地上からの点検が困難であるため
、作業者が定期的に内部に入孔し、設置設備又は地下構造物自体を点検する必要がある。
しかし、地下構造物の内部には、毒性ガス、滞留水などが存在することがあり、また、車
道内に地下構造物が存在する場合には、車道の使用許可を得る必要があるなど、入孔のた
めの準備が煩雑である。そこで、地下構造物の内部への入孔を不要とする、あるいは、入
孔頻度を低減するため、地下構造物の内部に、ひずみセンサ、水位センサ、カメラなどの
測定装置を設置し、これらから得られたデータを地下構造物の外部へ送信する方法が検討
されている（例えば、非特許文献１参照）。
遮蔽空間）には、管路、計器などが設置されているが、地上からの点検が困難であるため
、作業者が定期的に内部に入孔し、設置設備又は地下構造物自体を点検する必要がある。
しかし、地下構造物の内部には、毒性ガス、滞留水などが存在することがあり、また、車
道内に地下構造物が存在する場合には、車道の使用許可を得る必要があるなど、入孔のた
めの準備が煩雑である。そこで、地下構造物の内部への入孔を不要とする、あるいは、入
孔頻度を低減するため、地下構造物の内部に、ひずみセンサ、水位センサ、カメラなどの
測定装置を設置し、これらから得られたデータを地下構造物の外部へ送信する方法が検討
されている（例えば、非特許文献１参照）。
【0003】
地下構造物の内部に測定装置を設置して地下構造物の外部へデータを送信する場合、地
下構造物を取り巻く土壌又は構造物材料が高周波の電波を通しにくいため、Ｗｉ－Ｆｉ（
登録商標）をはじめとする高周波の電波を用いたデータの送信が、ごく短距離に限られて
しまう。高周波の電波を長距離送信するために、中継装置を設置して信号強度を増幅させ
ると、測定装置および中継装置のそれぞれに電力が必要となるため、複数の電源を設置し
なければならない、あるいは、大容量単一電源からこれらの装置への配電設備を設置しな
ければならないなど、構成が複雑になってしまう。
下構造物を取り巻く土壌又は構造物材料が高周波の電波を通しにくいため、Ｗｉ－Ｆｉ（
登録商標）をはじめとする高周波の電波を用いたデータの送信が、ごく短距離に限られて
しまう。高周波の電波を長距離送信するために、中継装置を設置して信号強度を増幅させ
ると、測定装置および中継装置のそれぞれに電力が必要となるため、複数の電源を設置し
なければならない、あるいは、大容量単一電源からこれらの装置への配電設備を設置しな
ければならないなど、構成が複雑になってしまう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】藤野他３名、「電波が届きにくい場所のIoT端末を確実にネットワーク収容する中継無線技術」、ＮＴＴ技術ジャーナル、2018年7月号、pp. 15-18（2018）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
簡易な電波中継を行う方法として、中継装置を無電源とする方法が考えられる。しかし
ながら、中継装置を無電源とすると、中継時に電波を増幅できないため、遠距離への通信
には中継時の電力ロスを低減することが求められている。
ながら、中継装置を無電源とすると、中継時に電波を増幅できないため、遠距離への通信
には中継時の電力ロスを低減することが求められている。
【0006】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、簡易な構成でありながら、電波遮蔽空間
と外部との長距離無線通信を、安定的且つ効率的に行うことが可能な無給電中継装置を提
供することにある。
と外部との長距離無線通信を、安定的且つ効率的に行うことが可能な無給電中継装置を提
供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
一実施形態に係る無給電中継装置は、電波遮蔽構造物の内部と前記電波遮蔽構造物の外
部との無線通信を中継する無給電中継装置であって、前記内部と接続し、内部基板および
前記内部基板上に設けられる指向性の導電パターンを含む内部アンテナと、前記外部と接
続し、外部基板および前記外部基板上に設けられる無指向性の導電パターンを含む外部ア
ンテナと、前記内部アンテナと前記外部アンテナとを接続する同軸ケーブルと、前記同軸
ケーブルに取り付けられ、前記内部アンテナと前記外部アンテナとを分離可能なコネクタ
と、を備えることを特徴とする。
部との無線通信を中継する無給電中継装置であって、前記内部と接続し、内部基板および
前記内部基板上に設けられる指向性の導電パターンを含む内部アンテナと、前記外部と接
続し、外部基板および前記外部基板上に設けられる無指向性の導電パターンを含む外部ア
ンテナと、前記内部アンテナと前記外部アンテナとを接続する同軸ケーブルと、前記同軸
ケーブルに取り付けられ、前記内部アンテナと前記外部アンテナとを分離可能なコネクタ
と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、簡易な構成でありながら、電波遮蔽空間と外部との長距離無線通信を
、安定的且つ効率的に行うことが可能な無給電中継装置を提供することにある。
、安定的且つ効率的に行うことが可能な無給電中継装置を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施形態に係る無給電中継装置の構成の一例を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る無給電中継装置が組み込まれたマンホール鉄蓋の構成の一例を示す図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る外部アンテナの構成の一例を示す図である。
【図4】マンホール鉄蓋が無い場合におけるＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）の一例を示す図である。
【図5】マンホール鉄蓋が有る場合におけるＶＳＷＲの一例を示す図である。
【図6】変形例に係る外部アンテナの構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0011】
【0012】
無給電中継装置１００は、内部アンテナ１０と、外部アンテナ２０と、接続部３０と、
を備える。接続部３０は、同軸ケーブル３１と、コネクタ３２と、を備える。無給電中継
装置１００は、電源系を不要とする装置であり、電波遮蔽構造物の内部に設けられる内部
装置１０００と電波遮蔽構造物の外部に設けられる外部装置２０００との無線通信を中継
する。
を備える。接続部３０は、同軸ケーブル３１と、コネクタ３２と、を備える。無給電中継
装置１００は、電源系を不要とする装置であり、電波遮蔽構造物の内部に設けられる内部
装置１０００と電波遮蔽構造物の外部に設けられる外部装置２０００との無線通信を中継
する。
【0013】
内部装置１０００は、例えば、電波遮蔽構造物の内部における所定箇所の測定を行うひ
ずみセンサ、水位センサ、カメラなどである。外部装置２０００は、例えば、電波遮蔽構
造物の内部における各種の情報を管理するサーバなどである。内部装置１０００と外部装
置２０００とは、無給電中継装置１００を介して、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolutio
n）、ＬｏＲａＷＡＮ（Long Range Wide Area Network）などの広域ネットワークにより
接続される。
ずみセンサ、水位センサ、カメラなどである。外部装置２０００は、例えば、電波遮蔽構
造物の内部における各種の情報を管理するサーバなどである。内部装置１０００と外部装
置２０００とは、無給電中継装置１００を介して、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolutio
n）、ＬｏＲａＷＡＮ（Long Range Wide Area Network）などの広域ネットワークにより
接続される。
【0014】
電波遮蔽構造物は、電波を遮蔽する材質で構成される。電波を遮蔽する材質としては、
例えば、金属、コンクリート又はレジンコンクリートなどが挙げられる。電波遮蔽構造物
の内部は、電波が遮蔽された電波遮蔽空間となっている。電波遮蔽構造物の外部は、電波
が遮蔽されていない電波非遮蔽空間となっている。なお、本明細書における電波遮蔽空間
又は電波非遮蔽空間とは、電波が完全に遮蔽された又は完全に遮蔽されていない空間のみ
ならず、電波が略遮蔽された又は略遮蔽されていない空間も含むものとする。
例えば、金属、コンクリート又はレジンコンクリートなどが挙げられる。電波遮蔽構造物
の内部は、電波が遮蔽された電波遮蔽空間となっている。電波遮蔽構造物の外部は、電波
が遮蔽されていない電波非遮蔽空間となっている。なお、本明細書における電波遮蔽空間
又は電波非遮蔽空間とは、電波が完全に遮蔽された又は完全に遮蔽されていない空間のみ
ならず、電波が略遮蔽された又は略遮蔽されていない空間も含むものとする。
【0015】
図１および図２に示すように、電波遮蔽構造物は、例えば、地中Ａに埋設されたマンホ
ール２００である。マンホール２００の内部Ｓ１は、電波遮蔽空間となっている。マンホ
ール２００の外部Ｓ２は、電波非遮蔽空間となっている。
ール２００である。マンホール２００の内部Ｓ１は、電波遮蔽空間となっている。マンホ
ール２００の外部Ｓ２は、電波非遮蔽空間となっている。
【0016】
マンホール２００は、首部２１０と、筐体２２０と、鉄蓋２３０と、を備える。首部２
１０および筐体２２０は、例えば、鉄筋コンクリートで製造される。首部２１０は、略円
筒形状であり、内部が電波遮蔽空間となっている。筐体２２０は、略直方体形状であり、
内部が電波遮蔽空間となっている。鉄蓋２３０は、略円柱形状であり、貫通孔（水抜き穴
）Ｃが設けられ、マンホール２００の出入口に配置されている。無給電中継装置１００は
、貫通孔Ｃに収納可能な形状を有している。
１０および筐体２２０は、例えば、鉄筋コンクリートで製造される。首部２１０は、略円
筒形状であり、内部が電波遮蔽空間となっている。筐体２２０は、略直方体形状であり、
内部が電波遮蔽空間となっている。鉄蓋２３０は、略円柱形状であり、貫通孔（水抜き穴
）Ｃが設けられ、マンホール２００の出入口に配置されている。無給電中継装置１００は
、貫通孔Ｃに収納可能な形状を有している。
【0017】
図２に示すように、鉄蓋２３０には、マンホール２００の内部Ｓ１とマンホール２００
の外部Ｓ２とを連通させる第１貫通孔Ｃ１および第２貫通孔Ｃ２が設けられている。作業
者が、第１貫通孔Ｃ１および第２貫通孔Ｃ２に接続部３０を通し、第１貫通孔Ｃ１付近で
、コネクタ３２を介して同軸ケーブル３１と外部アンテナ２０とを接続し、第２貫通孔Ｃ
２付近で、コネクタ３２を介して同軸ケーブル３１と内部アンテナ１０とを接続すること
で、無給電中継装置１００は、鉄蓋２３０に組み込まれる。無給電中継装置１００が鉄蓋
２３０に組み込まれることで、無給電中継装置１００は、マンホール２００の内部Ｓ１で
内部装置１０００から受信した電波を、マンホール２００の外部Ｓ２の外部装置２０００
へ送信することが可能になる。これにより、マンホール２００の内部Ｓ１とマンホール２
００の外部Ｓ２との長距離無線通信が可能となる。
の外部Ｓ２とを連通させる第１貫通孔Ｃ１および第２貫通孔Ｃ２が設けられている。作業
者が、第１貫通孔Ｃ１および第２貫通孔Ｃ２に接続部３０を通し、第１貫通孔Ｃ１付近で
、コネクタ３２を介して同軸ケーブル３１と外部アンテナ２０とを接続し、第２貫通孔Ｃ
２付近で、コネクタ３２を介して同軸ケーブル３１と内部アンテナ１０とを接続すること
で、無給電中継装置１００は、鉄蓋２３０に組み込まれる。無給電中継装置１００が鉄蓋
２３０に組み込まれることで、無給電中継装置１００は、マンホール２００の内部Ｓ１で
内部装置１０００から受信した電波を、マンホール２００の外部Ｓ２の外部装置２０００
へ送信することが可能になる。これにより、マンホール２００の内部Ｓ１とマンホール２
００の外部Ｓ２との長距離無線通信が可能となる。
【0018】
接続部３０の長さＫは、鉄蓋２３０の厚さＴ以上であることが好ましい。例えば、鉄蓋
２３０の厚さＴが４６ｍｍである場合、接続部３０の長さＫは４６ｍｍ以上、例えば、９
２ｍｍ程度であることが好ましい。
２３０の厚さＴが４６ｍｍである場合、接続部３０の長さＫは４６ｍｍ以上、例えば、９
２ｍｍ程度であることが好ましい。
【0019】
貫通孔Ｃの大きさは、少なくとも、鉄蓋２３０に無給電中継装置１００を組み込むこと
が可能な大きさを有していればよい。例えば、無給電中継装置１００において、内部アン
テナ１０の横幅Ｄ１が５０ｍｍ、外部アンテナ２０の横幅Ｄ２が４０ｍｍ、接続部３０の
長さＫが９２ｍｍ、接続部３０の横幅Ｄ３が６ｍｍである場合、第１貫通孔Ｃ１の高さＬ
１は１７ｍｍ程度、第１貫通孔Ｃ１の底面と外部アンテナ２０との距離Ｌ２は１３ｍｍ程
度、第２貫通孔Ｃ２の横幅Ｌ３は３０ｍｍ程度であることが好ましい。
が可能な大きさを有していればよい。例えば、無給電中継装置１００において、内部アン
テナ１０の横幅Ｄ１が５０ｍｍ、外部アンテナ２０の横幅Ｄ２が４０ｍｍ、接続部３０の
長さＫが９２ｍｍ、接続部３０の横幅Ｄ３が６ｍｍである場合、第１貫通孔Ｃ１の高さＬ
１は１７ｍｍ程度、第１貫通孔Ｃ１の底面と外部アンテナ２０との距離Ｌ２は１３ｍｍ程
度、第２貫通孔Ｃ２の横幅Ｌ３は３０ｍｍ程度であることが好ましい。
【0020】
内部アンテナ１０は、マンホール２００の内部Ｓ１と接続する。すなわち、内部アンテ
ナ１０は、内部装置１０００と電波を送受信する送受信アンテナである。内部アンテナ１
０は、鉄蓋２３０における貫通孔Ｃの一端側付近に設けられている。
ナ１０は、内部装置１０００と電波を送受信する送受信アンテナである。内部アンテナ１
０は、鉄蓋２３０における貫通孔Ｃの一端側付近に設けられている。
【0021】
内部アンテナ１０は、指向性アンテナであることが好ましく、内部基板および内部基板
上に設けられる指向性の導電パターンを含む。内部基板は、方形状であることが好ましい
。指向性アンテナとしては、例えば、パッチアンテナなどが挙げられる。パッチアンテナ
は、接続部３０との接続点が、パッチ中心からずらした位置に設定されることが好ましい
。これにより、パッチアンテナの指向性を高めることができるため、指向性に優れた内部
アンテナ１０を実現できる。
上に設けられる指向性の導電パターンを含む。内部基板は、方形状であることが好ましい
。指向性アンテナとしては、例えば、パッチアンテナなどが挙げられる。パッチアンテナ
は、接続部３０との接続点が、パッチ中心からずらした位置に設定されることが好ましい
。これにより、パッチアンテナの指向性を高めることができるため、指向性に優れた内部
アンテナ１０を実現できる。
【0022】
パッチアンテナの詳細については、例えば、下記の文献を参照することができる。
三輪進、加来信之、共著、「アンテナおよび電波伝搬」、東京電機大学出版局、p.58、
1999年
三輪進、加来信之、共著、「アンテナおよび電波伝搬」、東京電機大学出版局、p.58、
1999年
【0023】
内部アンテナ１０が指向性アンテナであることで、マンホール２００の内部Ｓ１での電
波干渉が低減されるため、無給電中継装置１００は、マンホール２００の内部Ｓ１で内部
装置１０００が送信する電波を高効率に受信することができる。これにより、無給電中継
装置１００は、マンホール２００の内部Ｓ１で内部装置１０００から受信した電波を、マ
ンホール２００の外部Ｓ２の外部装置２０００へ高効率で送信することが可能となる。し
たがって、マンホール２００の内部Ｓ１に設けられる内部装置１０００とマンホール２０
０の外部Ｓ２に設けられる外部装置２０００との無線通信において、電波の減衰を抑制す
ることができるため、高効率な長距離無線通信が可能な無給電中継装置１００を実現でき
る。
波干渉が低減されるため、無給電中継装置１００は、マンホール２００の内部Ｓ１で内部
装置１０００が送信する電波を高効率に受信することができる。これにより、無給電中継
装置１００は、マンホール２００の内部Ｓ１で内部装置１０００から受信した電波を、マ
ンホール２００の外部Ｓ２の外部装置２０００へ高効率で送信することが可能となる。し
たがって、マンホール２００の内部Ｓ１に設けられる内部装置１０００とマンホール２０
０の外部Ｓ２に設けられる外部装置２０００との無線通信において、電波の減衰を抑制す
ることができるため、高効率な長距離無線通信が可能な無給電中継装置１００を実現でき
る。
【0024】
外部アンテナ２０は、マンホール２００の外部Ｓ２と接続する。すなわち、外部アンテ
ナ２０は、外部装置２０００と電波を送受信する送受信アンテナである。外部アンテナ２
０は、鉄蓋２３０における貫通孔Ｃの他端側付近に設けられている。
ナ２０は、外部装置２０００と電波を送受信する送受信アンテナである。外部アンテナ２
０は、鉄蓋２３０における貫通孔Ｃの他端側付近に設けられている。
【0025】
外部アンテナ２０は、無指向性アンテナであることが好ましく、外部基板２１および外
部基板２１上に設けられる無指向性の導電パターン２２を含む。無指向性アンテナとして
は、例えば、ダイポールアンテナなどが挙げられる。ダイポールアンテナを用いることで
、外部装置２０００がマンホール２００の周辺におけるどの位置にあっても、安定的且つ
効率的な長距離無線通信が可能な無給電中継装置１００を実現できる。
部基板２１上に設けられる無指向性の導電パターン２２を含む。無指向性アンテナとして
は、例えば、ダイポールアンテナなどが挙げられる。ダイポールアンテナを用いることで
、外部装置２０００がマンホール２００の周辺におけるどの位置にあっても、安定的且つ
効率的な長距離無線通信が可能な無給電中継装置１００を実現できる。
【0026】
ダイポールアンテナの詳細については、例えば、下記の文献を参照することができる。
小暮裕明、小暮芳江、共著、「小型アンテナの設計と運用」、誠文堂新光社、p.197、2
009年
根日屋英之、小川真紀、共著、「ユビキタス時代のアンテナ設計」、東京電機大学出版
局、p.72、2005年
小暮裕明、小暮芳江、共著、「小型アンテナの設計と運用」、誠文堂新光社、p.197、2
009年
根日屋英之、小川真紀、共著、「ユビキタス時代のアンテナ設計」、東京電機大学出版
局、p.72、2005年
【0027】
外部アンテナ２０は、図３に示すように、外部基板２１が、貫通孔Ｃと同心円の円形状
であることが好ましい。また、無指向性の導電パターン２２において、主部２２ａがメア
ンダ形状であることが好ましく、外周部２２ｂが貫通孔Ｃと同心円の円弧形状であること
が好ましい。また、無指向性の導電パターン２２は、外周部２２ｂの一方の先端部に、広
幅部Ｘを備えていることが好ましい。無指向性の導電パターン２２において、主部２２ａ
がメアンダ形状であることで、外部アンテナ２０の小型化が可能となる。また、無指向性
の導電パターン２２において、外周部２２ｂが貫通孔Ｃと同心円の円弧形状であることで
、鉄蓋２３０との電磁気的結合を発生させ、外部アンテナ２０は、鉄蓋２３０とインピー
ダンス整合することが可能となる。また、外部アンテナ２０が、広幅部Ｘを備えることで
、インピーダンス調整を行うことが可能となるため、無給電中継装置１００は、遠距離へ
の通信における中継時の電力ロスを低減させ、高い電力での通信を実現することが可能と
なる。
であることが好ましい。また、無指向性の導電パターン２２において、主部２２ａがメア
ンダ形状であることが好ましく、外周部２２ｂが貫通孔Ｃと同心円の円弧形状であること
が好ましい。また、無指向性の導電パターン２２は、外周部２２ｂの一方の先端部に、広
幅部Ｘを備えていることが好ましい。無指向性の導電パターン２２において、主部２２ａ
がメアンダ形状であることで、外部アンテナ２０の小型化が可能となる。また、無指向性
の導電パターン２２において、外周部２２ｂが貫通孔Ｃと同心円の円弧形状であることで
、鉄蓋２３０との電磁気的結合を発生させ、外部アンテナ２０は、鉄蓋２３０とインピー
ダンス整合することが可能となる。また、外部アンテナ２０が、広幅部Ｘを備えることで
、インピーダンス調整を行うことが可能となるため、無給電中継装置１００は、遠距離へ
の通信における中継時の電力ロスを低減させ、高い電力での通信を実現することが可能と
なる。
【0028】
無指向性の導電パターン２２は、全体的に点対称構造であることが好ましい。無指向性
の導電パターン２２における点対称構造については、例えば、下記の文献を参照すること
ができる。
特開２０００－０４９５２５号公報の段落００１２，００１３
特開２０００－０１３１３１号公報の段落００２６，００２７
の導電パターン２２における点対称構造については、例えば、下記の文献を参照すること
ができる。
特開２０００－０４９５２５号公報の段落００１２，００１３
特開２０００－０１３１３１号公報の段落００２６，００２７
【0029】
無指向性の導電パターン２２において、外周部２２ｂと貫通孔Ｃの輪郭辺との間の距離
Ｄは、外部アンテナ２０が対応する周波数の略１／４波長に設定されることが好ましい。
例えば、外部アンテナ２０の周波数が、２．４ＧＨｚ（波長：１３０ｍｍ、１／４波長：
３２．５ｍｍ）の場合、「略１／４波長」とは、無指向性の導電パターン２２の形状にも
よるが、波長短縮効果の影響を受けることで概ね２５ｍｍ～３０ｍｍ程度を指す。外周部
２２ｂと貫通孔Ｃの輪郭辺との間の距離Ｄが、外部アンテナ２０が対応する周波数の略１
／４波長であることで、外部アンテナ２０と鉄蓋２３０との電磁気的結合により、外部ア
ンテナ２０の使用帯域における共振が促され、インピーダンス整合に寄与することが可能
となる。
Ｄは、外部アンテナ２０が対応する周波数の略１／４波長に設定されることが好ましい。
例えば、外部アンテナ２０の周波数が、２．４ＧＨｚ（波長：１３０ｍｍ、１／４波長：
３２．５ｍｍ）の場合、「略１／４波長」とは、無指向性の導電パターン２２の形状にも
よるが、波長短縮効果の影響を受けることで概ね２５ｍｍ～３０ｍｍ程度を指す。外周部
２２ｂと貫通孔Ｃの輪郭辺との間の距離Ｄが、外部アンテナ２０が対応する周波数の略１
／４波長であることで、外部アンテナ２０と鉄蓋２３０との電磁気的結合により、外部ア
ンテナ２０の使用帯域における共振が促され、インピーダンス整合に寄与することが可能
となる。
【0030】
なお、外周部２２ｂの全ての部分において、外周部２２ｂと貫通孔Ｃの輪郭辺との間の
距離Ｄが、外部アンテナ２０が対応する周波数の略１／４波長である必要はなく、部分的
に、外部アンテナ２０が対応する周波数の略１／４波長からずれていてもよい。貫通孔Ｃ
は、図３に示すように、その形状が均一な円形ではなく、一部に、矩形の切欠部などを有
するため、このような形状を許容するためである。したがって、原則、外周部２２ｂと貫
通孔Ｃの輪郭辺との間の距離Ｄは、外部アンテナ２０が対応する周波数の略１／４波長と
することが好ましいが、貫通孔Ｃの形状によって、部分的に、外部アンテナ２０が対応す
る周波数の略１／４波長からずれていてもよい。
距離Ｄが、外部アンテナ２０が対応する周波数の略１／４波長である必要はなく、部分的
に、外部アンテナ２０が対応する周波数の略１／４波長からずれていてもよい。貫通孔Ｃ
は、図３に示すように、その形状が均一な円形ではなく、一部に、矩形の切欠部などを有
するため、このような形状を許容するためである。したがって、原則、外周部２２ｂと貫
通孔Ｃの輪郭辺との間の距離Ｄは、外部アンテナ２０が対応する周波数の略１／４波長と
することが好ましいが、貫通孔Ｃの形状によって、部分的に、外部アンテナ２０が対応す
る周波数の略１／４波長からずれていてもよい。
【0031】
また、外部基板２１上に無指向性の導電パターン２２が設けられると、誘電体である外
部基板２１の存在による波長短縮効果によって、無指向性の導電パターン２２を流れる高
周波信号の波長は、実際の波長より短くなる。したがって、波長短縮効果を考慮して、外
周部２２ｂと貫通孔Ｃの輪郭辺との間の距離Ｄを、１／４波長より短く調整してもよい。
このような調整によって設定された外周部２２ｂと貫通孔Ｃの輪郭辺との間の距離Ｄも、
略１／４波長として扱われる。
部基板２１の存在による波長短縮効果によって、無指向性の導電パターン２２を流れる高
周波信号の波長は、実際の波長より短くなる。したがって、波長短縮効果を考慮して、外
周部２２ｂと貫通孔Ｃの輪郭辺との間の距離Ｄを、１／４波長より短く調整してもよい。
このような調整によって設定された外周部２２ｂと貫通孔Ｃの輪郭辺との間の距離Ｄも、
略１／４波長として扱われる。
【0032】
ここで、鉄蓋２３０が有る場合と鉄蓋２３０が無い場合におけるＶＳＷＲ（Voltage St
anding Wave Ratio：電圧定在波比）について説明する。
anding Wave Ratio：電圧定在波比）について説明する。
【0033】
【0034】
図４と図５とを比較すると、鉄蓋２３０が無い場合と比較して、鉄蓋２３０が有る場合
の方が、ＶＳＷＲのピークが低周波数側にシフトしていることがわかる。これは、外部ア
ンテナ２０の周波数を２．４ＧＨｚと想定した場合、外部アンテナ２０と鉄蓋２３０との
適切な電磁的結合が有効であることを示唆している。このインピーダンス整合は、無指向
性の導電パターン２２における外周部２２ｂが、鉄蓋２３０と電磁的結合したことによる
ものであり、このインピーダンス整合により必要十分な通信特性を得られることを示唆し
ている。
の方が、ＶＳＷＲのピークが低周波数側にシフトしていることがわかる。これは、外部ア
ンテナ２０の周波数を２．４ＧＨｚと想定した場合、外部アンテナ２０と鉄蓋２３０との
適切な電磁的結合が有効であることを示唆している。このインピーダンス整合は、無指向
性の導電パターン２２における外周部２２ｂが、鉄蓋２３０と電磁的結合したことによる
ものであり、このインピーダンス整合により必要十分な通信特性を得られることを示唆し
ている。
【0035】
接続部３０は、内部アンテナ１０と外部アンテナ２０とを接続する。接続部３０は、例
えば、一端において、内部アンテナ１０と接続されている。接続部３０は、例えば、他端
において、外部アンテナ２０と接続されている。接続部３０は、マンホール２００の内部
Ｓ１に設けられる内部装置１０００とマンホール２００の外部Ｓ２に設けられる外部装置
２０００との無線通信で用いられる電波の周波数帯に対応するものであることが好ましい
。
えば、一端において、内部アンテナ１０と接続されている。接続部３０は、例えば、他端
において、外部アンテナ２０と接続されている。接続部３０は、マンホール２００の内部
Ｓ１に設けられる内部装置１０００とマンホール２００の外部Ｓ２に設けられる外部装置
２０００との無線通信で用いられる電波の周波数帯に対応するものであることが好ましい
。
【0036】
接続部３０は、鉄蓋２３０における貫通孔Ｃに設けられている。接続部３０の長さは、
鉄蓋２３０の厚さ以上であることが好ましい（図２参照）。接続部３０の長さが、少なく
とも鉄蓋２３０の厚さを有することで、無給電中継装置１００は、マンホール２００の内
部Ｓ１とマンホール２００の外部Ｓ２との間で、効率的に電波を中継することが可能とな
る。
鉄蓋２３０の厚さ以上であることが好ましい（図２参照）。接続部３０の長さが、少なく
とも鉄蓋２３０の厚さを有することで、無給電中継装置１００は、マンホール２００の内
部Ｓ１とマンホール２００の外部Ｓ２との間で、効率的に電波を中継することが可能とな
る。
【0037】
同軸ケーブル３１は、一端において、コネクタ３２を介して、内部アンテナ１０と接続
され、他端において、コネクタ３２を介して、外部アンテナ２０と接続されている。同軸
ケーブル３１には、コネクタ３２が取り付けられている。コネクタ３２は、内部アンテナ
１０側と外部アンテナ２０側とを分離する。同軸ケーブル３１にコネクタ３２が取り付け
られることで、鉄蓋２３０への無給電中継装置１００の後付けが容易となる。
され、他端において、コネクタ３２を介して、外部アンテナ２０と接続されている。同軸
ケーブル３１には、コネクタ３２が取り付けられている。コネクタ３２は、内部アンテナ
１０側と外部アンテナ２０側とを分離する。同軸ケーブル３１にコネクタ３２が取り付け
られることで、鉄蓋２３０への無給電中継装置１００の後付けが容易となる。
【0038】
なお、図１および図２では、コネクタ３２が、外部アンテナ２０に近い側に取り付けら
れている場合を、一例に挙げているが、コネクタ３２は、内部アンテナ１０に近い側に取
り付けられていてもよいし、同軸ケーブル３１の中間に取り付けられていてもよいし、外
部アンテナ２０に近い側および内部アンテナ１０に近い側の両側に取り付けられていても
よい。
れている場合を、一例に挙げているが、コネクタ３２は、内部アンテナ１０に近い側に取
り付けられていてもよいし、同軸ケーブル３１の中間に取り付けられていてもよいし、外
部アンテナ２０に近い側および内部アンテナ１０に近い側の両側に取り付けられていても
よい。
【0039】
本実施形態に係る無給電中継装置１００は、内部と接続し、内部基板および内部基板上
に設けられる指向性の導電パターンを含む内部アンテナと、外部と接続し、外部基板およ
び外部基板上に設けられる無指向性の導電パターンを含む外部アンテナと、内部アンテナ
と外部アンテナとを接続する同軸ケーブルと、同軸ケーブルに取り付けられ、内部アンテ
ナと外部アンテナとを分離可能なコネクタと、を備える。当該構成によれば、電源系が不
要となるため、無給電中継装置１００の構成を簡易化することができる。また、マンホー
ル２００の鉄蓋２３０に、電波伝搬のための電力ロスの小さいバイパスを形成することが
できるため、電波遮蔽空間と外部との無線通信を電源不要の簡易な構成で安定かつ高効率
に行うことができる。また、同軸ケーブル３１にコネクタ３２が取り付けられることで、
内部アンテナ１０と外部アンテナ２０とを分離することができるため、鉄蓋２３０の貫通
孔Ｃに、無給電中継装置１００を容易に設置することができ、鉄蓋２３０の貫通孔Ｃへの
後付け設置が容易となる。また、無指向性の導電パターン２２における円弧形状の外周部
２２ｂとマンホール２００の鉄蓋２３０との間でインピーダンス整合が行われることで、
安定した発振による電力ロスの小さい中継を実現することができる。また、外部アンテナ
２０が、外部基板上に無指向性の導電パターン２２を平面状に展開した構造を有すること
で、インピーダンス整合を容易に行えるとともに、外部アンテナ２０の構成全体を大型化
することなくアンテナ特性を調整することができる。
に設けられる指向性の導電パターンを含む内部アンテナと、外部と接続し、外部基板およ
び外部基板上に設けられる無指向性の導電パターンを含む外部アンテナと、内部アンテナ
と外部アンテナとを接続する同軸ケーブルと、同軸ケーブルに取り付けられ、内部アンテ
ナと外部アンテナとを分離可能なコネクタと、を備える。当該構成によれば、電源系が不
要となるため、無給電中継装置１００の構成を簡易化することができる。また、マンホー
ル２００の鉄蓋２３０に、電波伝搬のための電力ロスの小さいバイパスを形成することが
できるため、電波遮蔽空間と外部との無線通信を電源不要の簡易な構成で安定かつ高効率
に行うことができる。また、同軸ケーブル３１にコネクタ３２が取り付けられることで、
内部アンテナ１０と外部アンテナ２０とを分離することができるため、鉄蓋２３０の貫通
孔Ｃに、無給電中継装置１００を容易に設置することができ、鉄蓋２３０の貫通孔Ｃへの
後付け設置が容易となる。また、無指向性の導電パターン２２における円弧形状の外周部
２２ｂとマンホール２００の鉄蓋２３０との間でインピーダンス整合が行われることで、
安定した発振による電力ロスの小さい中継を実現することができる。また、外部アンテナ
２０が、外部基板上に無指向性の導電パターン２２を平面状に展開した構造を有すること
で、インピーダンス整合を容易に行えるとともに、外部アンテナ２０の構成全体を大型化
することなくアンテナ特性を調整することができる。
【0040】
したがって、本実施形態に係る無給電中継装置１００を、電波遮蔽構造物の内部に設け
られる内部装置１０００と電波遮蔽構造物の外部に設けられる外部装置２０００との無線
通信に適用することで、簡易な構成でありながら、電波遮蔽空間と外部との長距離無線通
信を、安定的且つ効率的に行うことが可能となる。
られる内部装置１０００と電波遮蔽構造物の外部に設けられる外部装置２０００との無線
通信に適用することで、簡易な構成でありながら、電波遮蔽空間と外部との長距離無線通
信を、安定的且つ効率的に行うことが可能となる。
【0041】
＜変形例＞
外部アンテナ２０は、例えば、図６に示すように、外部基板２１の表面に設けられる無
指向性の導電パターン２２Ｓ１が中心導体２３と接続し、外部基板２１の裏面に設けられ
る無指向性の導電パターン（グランド）２２Ｓ２が外部導体２４と接続する構成であって
よい。この場合、同軸ケーブル３１は、先端が段剥ぎされることが好ましい。同軸ケーブ
ル３１は、外部基板２１に設けられる穴に通されて、中心導体２３および外部導体２４と
接続する。これにより、基板表面からのエレメントの突出がない平面基板を実現できる。
外部アンテナ２０は、例えば、図６に示すように、外部基板２１の表面に設けられる無
指向性の導電パターン２２Ｓ１が中心導体２３と接続し、外部基板２１の裏面に設けられ
る無指向性の導電パターン（グランド）２２Ｓ２が外部導体２４と接続する構成であって
よい。この場合、同軸ケーブル３１は、先端が段剥ぎされることが好ましい。同軸ケーブ
ル３１は、外部基板２１に設けられる穴に通されて、中心導体２３および外部導体２４と
接続する。これにより、基板表面からのエレメントの突出がない平面基板を実現できる。
【0042】
外部アンテナ２０は、屋外に設置されるマンホール２００に設けられるため、実使用時
には防水処理が施されるが、外部アンテナ２０が当該構成を有することで、外部基板２１
の表面に突出がないため、防水処理を容易に行うことができる。また、同軸ケーブル３１
を、外部基板２１の表面に突出させることなく、外部基板２１に対して垂直に接続するこ
とができるため、外部基板２１上に同軸ケーブル３１を配策するためのスペースを設ける
必要がなくなるため、外部アンテナ２０の小型化に寄与することができる。さらに、外部
アンテナ２０を、マンホール２００に設置する際に、同軸ケーブル３１がマンホール２０
０の内部でほぼ一直線状に垂下するため、同軸ケーブル３１とマンホール２００を構成す
る包囲物との間に空間が確保でき、安定したアンテナ共振に寄与することができる。
には防水処理が施されるが、外部アンテナ２０が当該構成を有することで、外部基板２１
の表面に突出がないため、防水処理を容易に行うことができる。また、同軸ケーブル３１
を、外部基板２１の表面に突出させることなく、外部基板２１に対して垂直に接続するこ
とができるため、外部基板２１上に同軸ケーブル３１を配策するためのスペースを設ける
必要がなくなるため、外部アンテナ２０の小型化に寄与することができる。さらに、外部
アンテナ２０を、マンホール２００に設置する際に、同軸ケーブル３１がマンホール２０
０の内部でほぼ一直線状に垂下するため、同軸ケーブル３１とマンホール２００を構成す
る包囲物との間に空間が確保でき、安定したアンテナ共振に寄与することができる。
【0043】
なお、図６に示す構成は、外部アンテナ２０のみならず、内部アンテナ１０にも適用可
能である。
能である。
【0044】
＜その他の変形例＞
本実施形態では、電波遮蔽構造物として、マンホールを適用する場合を一例に挙げて説
明したが、電波遮蔽構造物は、マンホールに限定されるものではなく、例えば、ハンドホ
ール、シールドトンネル、汚泥貯留槽などであってもよい。
本実施形態では、電波遮蔽構造物として、マンホールを適用する場合を一例に挙げて説
明したが、電波遮蔽構造物は、マンホールに限定されるものではなく、例えば、ハンドホ
ール、シールドトンネル、汚泥貯留槽などであってもよい。
【0045】
本実施形態では、外周部２２ｂと貫通孔Ｃの輪郭辺との間の距離Ｄとして、外部アンテ
ナ２０が対応する周波数の略１／４波長を規定して説明しているが、略１／４波長とは、
必ずしも厳密な意味での１／４波長を指すものではなく、外部アンテナ２０の使用環境に
応じて適宜変更可能である。すなわち、所望する通信特性を得るための誤差も含むものと
する。
ナ２０が対応する周波数の略１／４波長を規定して説明しているが、略１／４波長とは、
必ずしも厳密な意味での１／４波長を指すものではなく、外部アンテナ２０の使用環境に
応じて適宜変更可能である。すなわち、所望する通信特性を得るための誤差も含むものと
する。
【0046】
本実施形態では、無給電中継装置１００を取り付ける対象構造物として、マンホール２
００の鉄蓋２３０を一例に挙げて説明しているが、対象構造物は、鉄蓋２３０に限定され
るものではなく、例えば、扉などであってもよい。
００の鉄蓋２３０を一例に挙げて説明しているが、対象構造物は、鉄蓋２３０に限定され
るものではなく、例えば、扉などであってもよい。
【0047】
本実施形態では、内部アンテナ１０と外部アンテナ２０とを接続する構成要素として、
同軸ケーブル３１およびコネクタ３２を一例に挙げて説明しているが、内部アンテナ１０
と外部アンテナ２０とを接続する構成要素は、これに限定されるものではない。
同軸ケーブル３１およびコネクタ３２を一例に挙げて説明しているが、内部アンテナ１０
と外部アンテナ２０とを接続する構成要素は、これに限定されるものではない。
【0048】
本発明は上記の実施形態および変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種
の処理は、記載にしたがって時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理
能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
の処理は、記載にしたがって時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理
能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【0049】
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本開示の趣旨および範囲内で、多くの
変更および置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実
施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することな
く、種々の変形や変更が可能である。
変更および置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実
施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することな
く、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【0050】
１０ 内部アンテナ
２０ 外部アンテナ
３０ 接続部
３１ 同軸ケーブル
３２ コネクタ
１００ 無給電中継装置
２００ マンホール（電波遮蔽構造物）
２１０ 首部
２２０ 筐体
２３０ 鉄蓋
２０ 外部アンテナ
３０ 接続部
３１ 同軸ケーブル
３２ コネクタ
１００ 無給電中継装置
２００ マンホール（電波遮蔽構造物）
２１０ 首部
２２０ 筐体
２３０ 鉄蓋
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】