特開 2024-21274 アンテナ装置

(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】P2024021274

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/20 20060101AFI20240208BHJP

   H01Q 1/04 20060101ALI20240208BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20240208BHJP

   H01Q 1/42 20060101ALN20240208BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/20

H01Q1/04

H01Q21/24

H01Q1/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022123995

(22)【出願日】2022-08-03

(71)【出願人】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】中野 雅之

(72)【発明者】

【氏名】高橋 順一

(72)【発明者】

【氏名】高橋 龍平

【テーマコード（参考）】

5J021

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J021AA05

5J021AA08

5J021AA09

5J021AA11

5J021AA13

5J021AB02

5J021AB03

5J021GA08

5J021HA06

5J021HA10

5J046AA12

5J046AA15

5J046AB04

5J046AB06

5J046AB07

5J046RA03

(57)【要約】

【課題】マンホール等の地中空間に配置されるアンテナ装置の地上における無線通信サービスエリアの拡充を図る。
【解決手段】第１の円周上に等間隔で配置される６個の垂直偏波モノポールアンテナと、第２の円周上に等間隔で配置される６個の水平偏波ダイポールアンテナとを備え、０度、１２０度及び２４０度の３個の垂直偏波モノポールアンテナにより第１のアレイアンテナを構成し、６０度、１８０度及び３００度の３個の垂直偏波モノポールアンテナにより第２のアレイアンテナを構成し、３０度、１５０度及び２７０度の３個の水平偏波ダイポールアンテナにより第３のアレイアンテナを構成し、９０度、２１０度及び３３０度の３個の水平偏波ダイポールアンテナにより第４のアレイアンテナを構成する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

地表面から地下に向けて設けられた地中空間に配置されるアンテナ装置であって、
第１の円周上に等間隔で配置される６個の垂直偏波モノポールアンテナと、
第２の円周上に等間隔で配置される６個の水平偏波ダイポールアンテナと、を備え、
０度、１２０度及び２４０度の各配置の３個の前記垂直偏波モノポールアンテナにより第１のアレイアンテナを構成し、
６０度、１８０度及び３００度の各配置の３個の前記垂直偏波モノポールアンテナにより第２のアレイアンテナを構成し、
３０度、１５０度及び２７０度の各配置の３個の前記水平偏波ダイポールアンテナにより第３のアレイアンテナを構成し、
９０度、２１０度及び３３０度の各配置の３個の前記水平偏波ダイポールアンテナにより第４のアレイアンテナを構成する、
アンテナ装置。

【請求項2】

地表面から地下に向けて設けられた地中空間に配置されるアンテナ装置であって、
円周上に等間隔で配置される６個の垂直偏波モノポールアンテナを備え、
０度、１２０度及び２４０度の各配置の３個の前記垂直偏波モノポールアンテナにより第１のアレイアンテナを構成し、
６０度、１８０度及び３００度の各配置の３個の前記垂直偏波モノポールアンテナにより第２のアレイアンテナを構成する、
アンテナ装置。

【請求項3】

地表面から地下に向けて設けられた地中空間に配置されるアンテナ装置であって、
円周上に等間隔で配置される６個の水平偏波ダイポールアンテナを備え、
３０度、１５０度及び２７０度の各配置の３個の前記水平偏波ダイポールアンテナにより第１のアレイアンテナを構成し、
９０度、２１０度及び３３０度の各配置の３個の前記水平偏波ダイポールアンテナにより第２のアレイアンテナを構成する、
アンテナ装置。

【請求項4】

前記円周の中心部に配置される円柱形の円形をさらに備える、
請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、マンホールに設置されるアンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたアンテナ装置は、アンテナ素子と、当該アンテナ素子が設置される設置台と、地中に設置された際に地表に最も近い面となる上面が開口し、当該アンテナ素子および当該設置台を収容する容器と、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）により形成され、当該容器の開口を覆う蓋と、を備え、当該設置台には、当該アンテナ素子から当該蓋までの距離を調整する高さ調整機構が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１７７６３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上述した従来のアンテナ装置では、アンテナ素子からマンホール蓋までの距離を調整することによって電波防護指針を満たすための調整を行うことができるが、アンテナ指向性までは考慮されていないために、地上における無線通信サービスエリアの拡充には不十分であった。

【0005】

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、マンホール等の地中空間に配置されるアンテナ装置の地上における無線通信サービスエリアの拡充を図ることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、地表面から地下に向けて設けられた地中空間に配置されるアンテナ装置であって、第１の円周上に等間隔で配置される６個の垂直偏波モノポールアンテナと、第２の円周上に等間隔で配置される６個の水平偏波ダイポールアンテナと、を備え、０度、１２０度及び２４０度の各配置の３個の前記垂直偏波モノポールアンテナにより第１のアレイアンテナを構成し、６０度、１８０度及び３００度の各配置の３個の前記垂直偏波モノポールアンテナにより第２のアレイアンテナを構成し、３０度、１５０度及び２７０度の各配置の３個の前記水平偏波ダイポールアンテナにより第３のアレイアンテナを構成し、９０度、２１０度及び３３０度の各配置の３個の前記水平偏波ダイポールアンテナにより第４のアレイアンテナを構成する、アンテナ装置である。

【0007】

本発明の一態様は、地表面から地下に向けて設けられた地中空間に配置されるアンテナ装置であって、円周上に等間隔で配置される６個の垂直偏波モノポールアンテナを備え、０度、１２０度及び２４０度の各配置の３個の前記垂直偏波モノポールアンテナにより第１のアレイアンテナを構成し、６０度、１８０度及び３００度の各配置の３個の前記垂直偏波モノポールアンテナにより第２のアレイアンテナを構成する、アンテナ装置である。

【0008】

本発明の一態様は、地表面から地下に向けて設けられた地中空間に配置されるアンテナ装置であって、円周上に等間隔で配置される６個の水平偏波ダイポールアンテナを備え、３０度、１５０度及び２７０度の各配置の３個の前記水平偏波ダイポールアンテナにより第１のアレイアンテナを構成し、９０度、２１０度及び３３０度の各配置の３個の前記水平偏波ダイポールアンテナにより第２のアレイアンテナを構成する、アンテナ装置である。

【0009】

本発明の一態様は、上記のアンテナ装置において、前記円周の中心部に配置される円柱形の円形をさらに備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、マンホール等の地中空間に配置されるアンテナ装置の地上における無線通信サービスエリアの拡充を図ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態に係るアンテナ装置の配置例を説明するための説明図である。

【図2】一実施形態に係るアンテナ装置の配置例を説明するための説明図である。

【図3】一実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。

【図4】一実施形態に係るアンテナ装置の寸法図である。

【図5】一実施形態に係るアンテナ装置の寸法図である。

【図6】一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。

【図7】一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。

【図8】一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。

【図9】一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。

【図10】一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。

【図11】一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。

【図12】一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。

【図13】一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。

【図14】一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。

【図15】一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１及び図２は、一実施形態に係るアンテナ装置１０の配置例を説明するための説明図であって、図１は側面から見た図であり、図２は上面から見た図である。

【0013】

アンテナ装置１０は、マンホール４に配置される。マンホール４は、地中２に形成された空間（地中空間）である。マンホール４は、地表面３から地下に向けて設けられる。マンホール４は、地表面３にマンホール蓋１が設けられる。マンホール蓋１は、マンホール４を塞ぐ蓋である。

【0014】

マンホール蓋１の素材は、マンホール４に配置されたアンテナ装置１０の電波伝搬に影響を及ぼさない素材であることが好ましい。マンホール蓋１の素材は、例えばＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）である。

【0015】

マンホール４に配置されたアンテナ装置１０には、通信ケーブルや電気ケーブル等のケーブル２０が接続される。アンテナ装置１０は、ケーブル２０によって信号の送受信や給電が行われる。

【0016】

図３は、本実施形態に係るアンテナ装置１０の構成例を示す図であって、上面から見た図である。図３は、水平面（ｘ－ｙ面）の配置を示している。図３において、ｚ軸方向は垂直方向である。

【0017】

アンテナ装置１０は、６個の垂直偏波モノポールアンテナ１１（１１－１，１１－２，１１－３，１１－４，１１－５，１１－６）と、６個の水平偏波ダイポールアンテナ１３（１３－１，１３－２，１３－３，１３－４，１３－５，１３－６）と、円形１５とを備える。

【0018】

地板１００は、平板状の導体である。地板１００には、各垂直偏波モノポールアンテナ１１（１１－１，１１－２，１１－３，１１－４，１１－５，１１－６）の給電部１２（１２－１，１２－２，１２－３，１２－４，１２－５，１２－６）が設けられている。各垂直偏波モノポールアンテナ１１（１１－１，１１－２，１１－３，１１－４，１１－５，１１－６）は各給電部１２（１２－１，１２－２，１２－３，１２－４，１２－５，１２－６）から給電される。

【0019】

地板１００には、各水平偏波ダイポールアンテナ１３（１３－１，１３－２，１３－３，１３－４，１３－５，１３－６）の給電部１４（１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６）が設けられている。各水平偏波ダイポールアンテナ１３（１３－１，１３－２，１３－３，１３－４，１３－５，１３－６）は、地板１００から一定の高さに配置されている。各水平偏波ダイポールアンテナ１３（１３－１，１３－２，１３－３，１３－４，１３－５，１３－６）は、各給電部１４（１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６）から給電線（図示せず）を介して給電される。

【0020】

６個の垂直偏波モノポールアンテナ１１（１１－１，１１－２，１１－３，１１－４，１１－５，１１－６）は、第１の円周上に等間隔で配置される。垂直偏波モノポールアンテナ１１－１は０度の配置であり、垂直偏波モノポールアンテナ１１－２は６０度の配置であり、垂直偏波モノポールアンテナ１１－３は１２０度の配置であり、垂直偏波モノポールアンテナ１１－４は１８０度の配置であり、垂直偏波モノポールアンテナ１１－５は２４０度の配置であり、垂直偏波モノポールアンテナ１１－６は３００度の配置である。

【0021】

アンテナ装置１０は、０度、１２０度及び２４０度の各配置の３個の垂直偏波モノポールアンテナ１１－１，１１－３，１１－５により第１のアレイアンテナを構成する。アンテナ装置１０は、６０度、１８０度及び３００度の各配置の３個の垂直偏波モノポールアンテナ１１－２，１１－４，１１－６により第２のアレイアンテナを構成する。

【0022】

６個の水平偏波ダイポールアンテナ１３（１３－１，１３－２，１３－３，１３－４，１３－５，１３－６）は、第２の円周上に等間隔で配置される。水平偏波ダイポールアンテナ１３－１は３０度の配置であり、水平偏波ダイポールアンテナ１３－２は９０度の配置であり、水平偏波ダイポールアンテナ１３－３は１５０度の配置であり、水平偏波ダイポールアンテナ１３－４は２１０度の配置であり、水平偏波ダイポールアンテナ１３－５は２７０度の配置であり、水平偏波ダイポールアンテナ１３－６は３３０度の配置である。

【0023】

アンテナ装置１０は、３０度、１５０度及び２７０度の各配置の３個の水平偏波ダイポールアンテナ１３－１，１３－３，１３－５により第３のアレイアンテナを構成する。アンテナ装置１０は、９０度、２１０度及び３３０度の各配置の３個の水平偏波ダイポールアンテナ１３－２，１３－４，１３－６により第４のアレイアンテナを構成する。

【0024】

垂直偏波モノポールアンテナ１１が配置される第１の円周と、水平偏波ダイポールアンテナ１３が配置される第２の円周とは、同心円である。垂直偏波モノポールアンテナ１１が配置される第１の円周は、水平偏波ダイポールアンテナ１３が配置される第２の円周よりも内側である。

【0025】

円形１５は円柱形である。円形１５は、第１の円周及び第２の円周の中心部に配置される。

【0026】

図４及び図５は、本実施形態に係るアンテナ装置１０の寸法図であって、図４は上面から見た図であり、図５は側面から見た図である。図４は、水平面（ｘ－ｙ面）の配置を示している。図４において、ｚ軸方向は垂直方向である。図５は、垂直面（ｘ－ｚ面）の配置を示している。

【0027】

垂直偏波モノポールアンテナ１１は、棒状であって、長さがＨ１である。水平偏波ダイポールアンテナ１３の全長はＷ１であって、全長の中間点に給電部１４から給電される。水平偏波ダイポールアンテナ１３は、絶縁体（図示せず）によって、地板１００から高さＨ２に配置される。

【0028】

垂直偏波モノポールアンテナ１１は、第１の円周の中心部（円形１５の中心部）から距離Ｄ１に配置される。水平偏波ダイポールアンテナ１３は、第２の円周の中心部（円形１５の中心部）から距離Ｄ２に配置される。

【0029】

円形１５は円柱形であり、円柱形の半径はＲ１であり、円柱形の高さはＨ３である。

【0030】

次に図６－図１５を参照して本実施形態に係るアンテナ装置１０の効果を説明する。

【0031】

図６－図１５は、本実施形態に係るアンテナ装置１０のシミュレーション結果を示す図である。図６－図１５に示されるシミュレーションに使用するアンテナ装置１０は、上記した図４及び図５における寸法が「Ｗ１＝３６ミリメートル（ｍｍ）、Ｄ１＝３８ｍｍ、Ｄ２＝４８ｍｍ、Ｈ１＝１７ｍｍ、Ｈ２＝２６ｍｍ、Ｈ３＝３０ｍｍ、Ｒ１＝１５ｍｍ」である。

【0032】

図６は、垂直偏波モノポールアンテナ１１により構成される第１のアレイアンテナ及び第２のアレイアンテナのリターンロス特性を示すグラフ図である。図７は、水平偏波ダイポールアンテナ１３により構成される第３のアレイアンテナ及び第４のアレイアンテナのリターンロス特性を示すグラフ図である。図６及び図７において、横軸は周波数（単位はギガヘルツ（ＧＨｚ）、縦軸はリターンロス（単位はデシベル（ｄＢ））である。

【0033】

図６及び図７のグラフ図に示されるように、使用周波数帯である３．５ＧＨｚ帯において、垂直偏波のリターンロスが「－７ｄＢ」以下であり、水平偏波のリターンロスが「－９ｄＢ」以下であり、垂直偏波及び水平偏波ともに良好な結果が得られている。

【0034】

図８－図１１は、垂直偏波モノポールアンテナ１１により構成される第１のアレイアンテナ及び第２のアレイアンテナの電波放射パターンを示す図である。図１２－図１５は、水平偏波ダイポールアンテナ１３により構成される第３のアレイアンテナ及び第４のアレイアンテナの電波放射パターンを示す図である。図８－図１５の電波放射パターンのシミュレーションに使用する使用周波数帯は、３．５ＧＨｚ帯である。

【0035】

図８には、垂直偏波モノポールアンテナ１１により構成される第１のアレイアンテナの垂直面内の電波放射パターンが示される。図８の垂直面内の電波放射パターンに示されるように、メインローブが天空方向（ｚ軸方向）よりも地表面方向（ｘ軸方向）に向いている。天空方向（ｚ軸方向）にはヌルが形成されている。メインローブが天空方向（ｚ軸方向）よりも地表面方向（ｘ軸方向）に向いていることによって、アンテナ装置１０がマンホール４に配置されても、地上における無線通信サービスエリアを拡充する効果が得られる。

【0036】

図９には、垂直偏波モノポールアンテナ１１により構成される第２のアレイアンテナの垂直面内の電波放射パターンが示される。図９の垂直面内の電波放射パターンに示されるように、メインローブが天空方向（ｚ軸方向）よりも地表面方向（ｘ軸方向）に向いている。天空方向（ｚ軸方向）にはヌルが形成されている。メインローブが天空方向（ｚ軸方向）よりも地表面方向（ｘ軸方向）に向いていることによって、アンテナ装置１０がマンホール４に配置されても、地上における無線通信サービスエリアを拡充する効果が得られる。

【0037】

図１０には、垂直偏波モノポールアンテナ１１により構成される第１のアレイアンテナの水平面内の電波放射パターンが示される。図１０の水平面内の電波放射パターンに示されるように、ほぼ全方位に渡って良好な放射強度が得られている。

【0038】

図１１には、垂直偏波モノポールアンテナ１１により構成される第２のアレイアンテナの水平面内の電波放射パターンが示される。図１１の水平面内の電波放射パターンに示されるように、ほぼ全方位に渡って良好な放射強度が得られている。

【0039】

図１２には、水平偏波ダイポールアンテナ１３により構成される第３のアレイアンテナの垂直面内の電波放射パターンが示される。図１２の垂直面内の電波放射パターンに示されるように、メインローブが天空方向（ｚ軸方向）よりも地表面方向（ｘ軸方向）に向いている。天空方向（ｚ軸方向）にはヌルが形成されている。メインローブが天空方向（ｚ軸方向）よりも地表面方向（ｘ軸方向）に向いていることによって、アンテナ装置１０がマンホール４に配置されても、地上における無線通信サービスエリアを拡充する効果が得られる。

【0040】

図１３には、水平偏波ダイポールアンテナ１３により構成される第４のアレイアンテナの垂直面内の電波放射パターンが示される。図１３の垂直面内の電波放射パターンに示されるように、メインローブが天空方向（ｚ軸方向）よりも地表面方向（ｘ軸方向）に向いている。天空方向（ｚ軸方向）にはヌルが形成されている。メインローブが天空方向（ｚ軸方向）よりも地表面方向（ｘ軸方向）に向いていることによって、アンテナ装置１０がマンホール４に配置されても、地上における無線通信サービスエリアを拡充する効果が得られる。

【0041】

図１４には、水平偏波ダイポールアンテナ１３により構成される第３のアレイアンテナの水平面内の電波放射パターンが示される。図１４の水平面内の電波放射パターンに示されるように、ほぼ全方位に渡って良好な放射強度が得られている。

【0042】

図１５には、水平偏波ダイポールアンテナ１３により構成される第４のアレイアンテナの水平面内の電波放射パターンが示される。図１５の水平面内の電波放射パターンに示されるように、ほぼ全方位に渡って良好な放射強度が得られている。

【0043】

上述したように本実施形態によれば、アンテナ装置１０の垂直面内の電波放射パターンを、天空方向よりも地表面方向に向かせることができる。これにより、マンホール４に配置されるアンテナ装置１０の地上における無線通信サービスエリアの拡充を図る効果が得られる。

【0044】

また、本実施形態によれば、垂直偏波モノポールアンテナ１１を用いた第１のアレイアンテナ及び第２のアレイアンテナと、水平偏波ダイポールアンテナ１３を用いた第３のアレイアンテナ及び第４のアレイアンテナとの合計４個のアレイアンテナを構成する。これにより、４ブランチＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）通信を行うことができる。

【0045】

なお、上述した実施形態では、垂直偏波モノポールアンテナ１１と水平偏波ダイポールアンテナ１３の両方を用いたが、これに限定されない。

【0046】

例えば、図３において、６個の水平偏波ダイポールアンテナ１３（１３－１，１３－２，１３－３，１３－４，１３－５，１３－６）を削除し、６個の垂直偏波モノポールアンテナ１１（１１－１，１１－２，１１－３，１１－４，１１－５，１１－６）を用いた第１のアレイアンテナ及び第２のアレイアンテナのみを構成してもよい。

【0047】

例えば、図３において、６個の垂直偏波モノポールアンテナ１１（１１－１，１１－２，１１－３，１１－４，１１－５，１１－６）を削除し、６個の水平偏波ダイポールアンテナ１３（１３－１，１３－２，１３－３，１３－４，１３－５，１３－６）を用いた第１のアレイアンテナ及び第２のアレイアンテナのみを構成してもよい。

【0048】

また、上述した実施形態では、円形１５を備えたが、円形１５は備えなくてもよい。

【0049】

また、上述した実施形態では、垂直偏波モノポールアンテナ１１が配置される第１の円周と水平偏波ダイポールアンテナ１３が配置される第２の円周とは同心円であって、当該第１の円周は当該第２の円周よりも内側であるが、その逆、つまり当該第１の円周は当該第２の円周よりも外側であってもよい。

【0050】

また、上述した実施形態では、マンホール４にアンテナ装置１０を配置したが、アンテナ装置１０が配置される地中空間はマンホール４に限定されず、マンホール４以外の他の地中空間にアンテナ装置１０を配置してもよい。

【0051】

なお、これにより、例えば無線ネットワークにおける総合的なサービス品質の向上を実現することができることから、国連が主導する持続可能な開発目標（SDGs）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。

【0052】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【符号の説明】

【0053】

１…マンホール蓋、２…地中、３…地表面、４…マンホール、１０…アンテナ装置、１１…垂直偏波モノポールアンテナ、１３…水平偏波ダイポールアンテナ、１２，１４…給電部、１５…円形、２０…ケーブル、１００…地板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】