特許 7383934 信号伝送装置及び信号伝送方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-13

(45)【発行日】2023-11-21

(54)【発明の名称】信号伝送装置及び信号伝送方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 13/00 20060101AFI20231114BHJP

   H04B 1/38 20150101ALI20231114BHJP

   H01Q 1/22 20060101ALI20231114BHJP

【ＦＩ】

H04B13/00

H04B1/38

H01Q1/22 C

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019151946

(22)【出願日】2019-08-22

(65)【公開番号】P2021034840

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-06-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000004075

【氏名又は名称】ヤマハ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】新川 智大

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 裕和

(72)【発明者】

【氏名】菅原 寿之

【審査官】前田 典之

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－１７２７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１２４８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３２１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３０７４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５２２２２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １３／００

Ｈ０４Ｂ １／３８

Ｈ０１Ｑ １／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１周波数で変調された信号を含む電波を送信する第１アンテナと、
前記信号を含む電波を、建造物又は移動体の非金属部分である媒体を介して受信する第２アンテナと、
前記第２アンテナに接続され、前記信号の復調を行う復調装置と、
前記復調装置に接続され、前記第１周波数よりも低い第２周波数で前記信号を変調する変調装置と、
前記第１アンテナと前記第２アンテナとを前記媒体を介して向かい合わせに固定するための固定部材と、
を含み、
前記第２周波数で変調された信号を、前記変調装置に接続されたアンテナによって建造物又は移動体の内部に電波として放射する、信号伝送装置。

【請求項2】

前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの少なくとも一方は、指向性アンテナである、請求項１に記載の信号伝送装置。

【請求項3】

前記第１アンテナに接続され、前記信号を含む電波を受信する第３アンテナをさらに含む、請求項１又は２に記載の信号伝送装置。

【請求項4】

前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの少なくとも一方に接続された給電装置を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の信号伝送装置。

【請求項5】

第１周波数で変調された信号を含む電波を受信するアンテナと、
前記アンテナに接続された第１電極と、
第２電極と、
前記第２電極に接続され、前記信号の復調を行う復調装置と、
前記復調装置に接続され、前記第１周波数よりも低い第２周波数で前記信号を変調する変調装置と、
前記第１電極と前記第２電極とを建造物又は移動体の非金属部分である媒体を介して向かい合わせに固定するための固定部材と、
を含み、
前記第２周波数で変調された信号を、前記変調装置に接続されたアンテナによって建造物又は移動体の内部に電波として放射する、信号伝送装置。

【請求項6】

前記媒体は、ガラスである、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の信号伝送装置。

【請求項7】

前記固定部材は、磁石を含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の信号伝送装置。

【請求項8】

第１周波数で変調された信号を含む電波を、建造物又は移動体の外部に固定された第１アンテナを用いて前記建造物又は移動体の内部に向かって送信し、
前記第１アンテナから送信された電波を、建造物又は移動体の非金属部分である媒体を介して、前記建造物又は移動体の内部に前記第１アンテナと向かい合わせに固定された第２アンテナを用いて受信し、
前記第２アンテナで受信された電波を、前記第２アンテナに接続された復調装置を用いて復調し、
前記復調装置で復調された信号を、前記復調装置に接続された変調装置を用いて前記第１周波数よりも低い第２周波数で変調し、
前記第２周波数で変調された信号を、前記変調装置に接続されたアンテナによって前記建造物又は移動体の内部に電波として放射する、信号伝送方法。

【請求項9】

前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの少なくとも一方は、指向性アンテナである、請求項８に記載の信号伝送方法。

【請求項10】

前記第１アンテナから送信された電波は、前記建造物又は移動体の一部である前記媒体を通して前記第２アンテナに受信される、請求項８又は９に記載の信号伝送方法。

【請求項11】

第３アンテナを用いて第１周波数で変調された信号を含む電波を受信し、前記第３アンテナで受信した信号を前記第１アンテナに伝送する、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の信号伝送方法。

【請求項12】

アンテナを用いて第１周波数で変調された信号を含む電波を受信し、
建造物又は移動体の外部に固定された第１電極と、前記建造物又は移動体の内部に前記建造物又は移動体の非金属部分である媒体を介して固定された第２電極とで構成されたコンデンサを用いて、前記アンテナで受信された電波を、前記媒体を介して前記建造物又は移動体の内部に伝送し、
前記第２電極に接続された復調装置を用いて前記信号を復調し、
前記復調装置で復調された信号を、前記復調装置に接続された変調装置を用いて前記第１周波数よりも低い第２周波数で変調し、
前記第２周波数で変調された信号を、前記変調装置に接続されたアンテナによって前記建造物又は移動体の内部に電波として放射する、信号伝送方法。

【請求項13】

前記第１電極と前記第２電極とは、前記建造物又は移動体の一部である前記媒体を介して向かい合わせに固定される、請求項１２に記載の信号伝送方法。

【請求項14】

前記媒体は、ガラスである、請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の信号伝送方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、信号伝送装置に関する。特に、建造物又は移動体の外部から内部へ信号を伝送するための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、携帯電話、タブレット端末等のモバイル端末の普及に伴い、データ通信のための無線通信環境の確保が重要となっている。特に、建造物等の内部（屋内）は、基地局より高い建造物等によって電波が遮られ、電波が到達しにくい場合があった。このような状況を改善するために、建造物の窓ガラスにアンテナ機能を与えることにより、電波の送受信を可能とする技術が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－９９９９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された技術は、複層ガラスを構成する一対のガラスに対してスロットアンテナを設け、それら２つのスロットアンテナを中継装置で繋ぐ構成を有する。したがって、特許文献１に記載された技術を利用するためには、建造物に対して専用の複層ガラス及び中継装置を設置する必要があり、一般家庭での導入には難があるという問題があった。

【0005】

特に、近年、次世代の通信規格である５Ｇ（第５世代移動通信システム）において、ミリ波も含む高周波数帯の電波の利用が想定されている。５Ｇで利用する電波は直進性が高く、従来よりも高層ビル等に遮られると電波が届きにくいという問題がある。さらに、高周波数帯の電波は波長が短いため、建造物の非金属部分（例えば、窓ガラス）における減衰や反射が大きくなるという問題もある。

【0006】

したがって、今後普及する５Ｇに対応するためには、建造物や車両等の移動体の内部に安定した無線通信環境を確保することが急務となっている。

【0007】

本発明の課題の一つは、簡易な構成により、建造物又は移動体の内部に安定した無線通信環境を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態における信号伝送装置は、第１周波数で変調された信号を含む電波を送信する第１アンテナと、前記信号を含む電波を、媒体を介して受信する第２アンテナと、前記第２アンテナに接続され、前記信号の復調を行う復調装置と、前記第１アンテナと前記第２アンテナとを前記媒体に固定するための固定部材と、を含む。

【0009】

本発明の一実施形態における信号伝送装置は、第１周波数で変調された信号を含む電波を受信するアンテナと、前記アンテナに接続された第１電極と、第２電極と、前記第２電極に接続され、前記信号の復調を行う復調装置と、前記第１電極と前記第２電極とを媒体に固定するための固定部材と、を含む。

【0010】

本発明の一実施形態における窓ガラスは、第１面に、第１周波数で変調された信号を含む電波を受信する第１アンテナと、前記第１アンテナに接続された第１電極とを備え、前記第１面とは反対側の第２面に、前記第１電極と向かい合う第２電極を備える。

【0011】

本発明の一実施形態における信号伝送方法は、第１周波数で変調された信号を含む電波を、建造物又は移動体の外部に固定された第１アンテナを用いて前記建造物又は移動体の内部に向かって送信し、前記第１アンテナから送信された電波を、媒体を介して、前記建造物又は移動体の内部に固定された第２アンテナを用いて受信し、前記第２アンテナで受信された電波を、前記第２アンテナに接続された復調装置を用いて復調する。

【0012】

本発明の一実施形態における信号伝送方法は、アンテナを用いて第１周波数で変調された信号を含む電波を受信し、建造物又は移動体の外部に固定された第１電極と前記建造物又は移動体の内部に固定された第２電極とで構成されたコンデンサを用いて、前記アンテナで受信された電波を、媒体を介して前記建造物又は移動体の内部に伝送し、前記第２電極に接続された復調装置を用いて前記信号を復調する。

【発明の効果】

【0013】

本発明の一実施形態によれば、簡易な構成により、建造物又は移動体の内部に安定した無線通信環境を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態における信号伝送装置の構成を示す図である。

【図2】第１アンテナ及び第２アンテナを固定するための固定部材の一例を示す図である。

【図3】第１実施形態における信号伝送方法の構成を示すフローチャート図である。

【図4】第２実施形態における信号伝送装置の構成を示す図である。

【図5】第３実施形態における信号伝送装置の構成を示す図である。

【図6】第３実施形態において、第１電極及び第２電極を窓ガラスに固定した一例を示す図である。

【図7】第４実施形態における信号伝送装置の構成を示す図である。

【図8】第５実施形態における固定部材の一例を示す図である。

【図9】第６実施形態における信号伝送装置の建造物又は移動体への適用例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、機能が同一または類似の部分には同一または類似の符号を付し、説明を省略する場合がある。また、説明の都合上、図面の寸法比率が実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。

【0016】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の信号伝送装置１００の構成を示す図である。本実施形態の信号伝送装置１００は、建造物の壁、屋根又は窓ガラスなどの媒体（非金属部分）に装着される。これにより、信号伝送装置１００は、建造物の外部で受信した電波に含まれる信号を建造物の内部に伝送する機能を有する。なお、本実施形態の信号伝送装置１００は、５Ｇで使用する電波を建造物の内部に伝送する装置の一例である。したがって、後述する第１アンテナ１２０、第２アンテナ１３０及び第３アンテナ１４０は、いずれも数ＧＨｚ以上（例えば、数十ＧＨｚ以上）の高い周波数の電波（例えば、ミリ波）を送受信可能である。

【0017】

図１に示されるように、建造物（例えば、家屋）の窓ガラス１１０の第１面（建造物の外部に対する面）１１０ａには、第１アンテナ１２０が固定される。窓ガラス１１０の第１面１１０ａとは反対側の第２面（建造物の内部に対する面）１１０ｂには、第２アンテナ１３０が固定される。第１アンテナ１２０と第２アンテナ１３０は、互いに誘電体である窓ガラス１１０を介して向かい合わせに固定される。本実施形態では、第１アンテナ１２０と第２アンテナ１３０との間で、第１周波数（例えば、２８ＧＨｚ）で変調された信号を含む電波の送受信が行われる。

【0018】

本実施形態では、第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０として、指向性アンテナを用いる。指向性アンテナとは、電波の放射方向と放射強度を制御可能なアンテナであり、例えば特定の方向へ強く電波を放射することが可能である。このような指向性アンテナとしては、例えばアレイアンテナを用いることができる。アレイアンテナは、複数のアンテナ素子を規則的に配列したアンテナである。指向性アンテナは、各アンテナ素子の振幅及び位相を電気的に制御することにより、アンテナの指向性を制御することができる。

【0019】

具体的には、本実施形態では、第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０は、フェーズドアレイアンテナである。フェーズドアレイアンテナを用いた場合、第１アンテナ１２０と第２アンテナ１３０との間でビームフォーミングによる電波の送受信が可能となる。この場合、第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０は、最適な指向性を設定して電波の送受信を行うことができる。このように、指向性アンテナを用いた場合、アンテナ間で最適な指向性を設定できるため、互いの位置が多少ずれても、良好な信号伝送が可能である。

【0020】

第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０の窓ガラス１１０への固定は、接着剤、粘着剤又は磁石などの固定部材を用いることができる。本実施形態の信号伝送装置１００は、一般家庭において、使用者が自分で窓ガラス１１０等の媒体に固定して使用することを想定している。そのため、簡易な固定部材を用いて第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０を窓ガラス１１０に固定できる構成となっている。

【0021】

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０を固定するための固定部材の一例を示す図である。図２（Ａ）において、第１アンテナ１２０における窓ガラス１１０に対向する面１２０ａには、固定部材として粘着剤１２２ａが設けられている。第１アンテナ１２０の面１２０ａは、複数のアンテナ素子（図示せず）が配列されている。また、第２アンテナ１３０における窓ガラス１１０に対向する面１３０ａには、固定部材として粘着剤１３２ａが設けられている。第２アンテナ１３０の面１３０ａもまた、複数のアンテナ素子（図示せず）が配列されている。

【0022】

粘着剤１２２ａ及び１３２ａは、どのような態様で設けてもよい。例えば、フィルム状の粘着剤を用いてもよいし、ゲル状の粘着剤を用いてもよい。このように、本実施形態の場合、第１アンテナ１２０及び１３０の固定に粘着剤１２２ａ及び１３２ａを用いるため、第１アンテナ１２０及び１３０の窓ガラス１１０からの着脱が容易である。なお、「粘着剤」は、「接着剤」よりも接着力が弱く、被接着物に対して着脱可能な固定部材である。

【0023】

図２（Ａ）の例では、粘着剤１２２ａ及び１３２ａを用いて第１アンテナ１２０と第２アンテナ１３０とを窓ガラス１１０に対して向かい合わせに固定することができる。すなわち、特別な工具及び技術を用いなくても簡単に第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０を窓ガラス１１０に対して固定できる。なお、本実施形態では、粘着剤１２２ａ及び１３２ａは、それぞれ面１２０ａ及び１３０ａの外縁に設けられている。しかしながら、これに限らず、粘着剤１２２ａ及び１３２ａを設ける位置は任意である。

【0024】

また、図２（Ｂ）において、第１アンテナ１２０の面１２０ａには、固定部材として磁石１２２ｂが設けられている。また、第２アンテナ１３０の面１３０ａには、固定部材として磁石１３２ｂが設けられている。このとき、磁石１２２ｂ及び磁石１３２ｂは、互いに逆極性の磁力を有している。したがって、面１２０ａと面１３０ａとの間には、磁石１２２ｂ及び磁石１３２ｂによって、互いに引き寄せ合う力が働く。

【0025】

図２（Ｂ）の例では、磁石１２２ｂ及び磁石１３２ｂの磁力により、第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０の位置を固定することができる。そのため、窓ガラス１１０を介して第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０を向かい合わせるだけでよい。図２（Ｂ）の例では、第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０の磁力による位置決めが容易である。したがって、使用者が細かな調整を行わなくてもアンテナの位置決めを正確に行うことができる。

【0026】

次に、図１に示されるように、第１アンテナ１２０に対しては、第１給電装置１２５が接続されている。第１給電装置１２５は、窓ガラス１１０の第１面１１０ａに固定されている。第２アンテナ１３０に対しては、第２給電装置１３５が接続されている。第２給電装置１３５は、窓ガラス１１０の第２面１１０ｂに固定されている。第１給電装置１２５及び第２給電装置１３５は、それぞれ第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０に対して給電を行うための電源として機能する。一点鎖線の矢印で示すように、第２給電装置１３５は、第１給電装置１２５に対して窓ガラス１１０を介して無線給電を行っている。第１給電装置１２５及び第２給電装置１３５は、接着剤、粘着剤又は磁石等の固定部材を用いて窓ガラス１１０に固定すればよい。

【0027】

建造物の外部に位置する第１アンテナ１２０には、第３アンテナ１４０が取り付けられている。第３アンテナ１４０は、空中の電波（第１周波数で変調された信号を含む電波）を受信して、第１アンテナ１２０に信号を伝送する役割を有する。また、第３アンテナ１４０は、第１アンテナ１２０から伝送された信号を電波として空中に出力する役割を有している。第３アンテナ１４０としては、例えばダイポールアンテナを用いることができる。ただし、第３アンテナ１４０は、これに限らず、マイクロストリップアンテナ等の他のタイプのアンテナを用いてもよい。

【0028】

第２アンテナ１３０は、第１変復調装置１５０に接続されている。第１変復調装置１５０は、第１復調装置１５０ａ及び第１変調装置１５０ｂを含む。第１復調装置１５０ａは、第２アンテナ１３０から受信した信号を復調して、元の信号（変調前の信号）を取得する。逆に、第１変調装置１５０ｂは、後述する第２復調装置１６０ａから受信した信号を第１周波数で変調する。このように、第３アンテナ１４０から第１変復調装置１５０に至るまで、信号伝送装置１００は、第１周波数で変調された信号を処理する構成となっている。

【0029】

さらに、信号伝送装置１００は、第２変復調装置１６０を含む。第２変復調装置１６０は、第２復調装置１６０ａ及び第２変調装置１６０ｂを備えている。第２復調装置１６０ａは、第４アンテナ１７０から受信した信号を復調して、元の信号（変調前の信号）を取得する。逆に、第２変調装置１６０ｂは、第１復調装置１５０ａから受信した信号を第１周波数よりも低い第２周波数で変調する。

【0030】

第２周波数は、例えば免許が不要な無線ＬＡＮ等で使用する数ＧＨｚ（例えば、２．４ＧＨｚ又は５ＧＨｚ）の周波数である。第２変復調装置１６０としては、例えば、モデム又は光回線終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）などを例示することができる。また、第４アンテナ１７０としては、無線ＬＡＮルーターのアンテナなどを例示することができる。

【0031】

このように、本実施形態によれば、第１周波数の電波を第２周波数の電波にダウンコンバートして屋内の無線通信環境を構築することができる。他方、第４アンテナ１７０で受信された電波は、第２復調装置１６０ａにて元の信号に復調される。復調された信号は、第１変調装置１５０ｂにて第１周波数で変調された信号に変換される。すなわち、本実施形態では、第２周波数の電波を第１周波数の電波にアップコンバートして屋外に出力することができる。

【0032】

ここで、本実施形態の信号伝送装置１００を用いた信号伝送方法について、図３を用いて説明する。

【0033】

図３は、第１実施形態における信号伝送方法の構成を示すフローチャート図である。まず、第３アンテナ１４０は、第１周波数で変調された信号を含む電波を受信する。第３アンテナ１４０により受信された信号は、建造物の外部に固定された第１アンテナ１２０に伝達される。第１アンテナ１２０は、受信した信号を含む電波を、建造物の内部に向かって送信する（Ｓ３０１）。

【0034】

建造物の内部に固定された第２アンテナ１３０は、第１アンテナ１２０から送信された電波を、窓ガラス１１０を介して受信する（Ｓ３０２）。このように、本実施形態では、第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０を用いて、窓ガラス１１０を介した電波の送受信を行う。したがって、建造物の外部で受信した５Ｇで使用される電波を、建造物の内部に伝送することができる。

【0035】

第２アンテナ１３０で受信された信号は、第２アンテナ１３０に接続された第１復調装置１５０ａに伝達される。第１復調装置１５０ａは、受信した信号を復調して元の信号を抽出する（Ｓ３０３）。以上の過程を経て、５Ｇで使用する電波を建造物の内部に伝送し、当該電波に含まれる元の信号を得ることができる。

【0036】

復調された信号は、第１復調装置１５０ａに接続された第２変調装置１６０ｂに伝達され、第１周波数よりも低い第２周波数で変調される。第２周波数で変調された信号は、第４アンテナ１７０により、建造物の内部に電波として放射される。これにより、５Ｇで使用される電波に含まれる信号を、屋内のＷｉＦｉ等の環境で利用することができる。

【0037】

以上、往路（建造物の外部から内部への信号伝送）を例に挙げて説明したが、復路（建造物の内部から外部への信号伝送）も同様である。すなわち、第４アンテナ１７０で受信された第２周波数で変調された信号は、第２復調装置１６０ａで復調される。復調された信号は、第１変調装置１５０ｂにより第１周波数で変調され、第２アンテナ１３０に伝達される。第２アンテナ１３０は、受信した信号を含む電波を、建造物の外部に向かって送信する。第１アンテナ１２０は、第２アンテナ１３０から送信された電波を、窓ガラス１１０を介して受信し、第３アンテナ１４０に伝達する。第１周波数で変調された信号は、第３アンテナ１４０により、建造物の外部に電波として放射される。

【0038】

以上のように、本実施形態の信号伝送装置１００によれば、一対のアンテナを窓ガラスに固定するという簡易な構成により、５Ｇに使用する高周波数で変調された信号を建造物の内部へと伝送することができる。したがって、本実施形態の信号伝送装置１００は、高い周波数で変調された信号であっても建造物の内部に安定して供給することができ、屋内に安定した無線通信環境を提供することができる。また、本実施形態の場合、建造物の外に配置する部材は、アンテナのみとなる。したがってアンテナ部分だけを外部環境に対応させればよく、製品の実装が簡単になるという利点を有する。

【0039】

さらに、本実施形態によれば、数十ＧＨｚ以上の高い周波数で変調された信号を建造物の内部に伝送した後、既存の設備で使用可能な周波数にダウンコンバートすることにより、屋内に安定した無線通信環境を構築することができる。

【0040】

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態の信号伝送装置１００ａの構成を示す図である。具体的には、信号伝送装置１００ａは、第１実施形態の信号伝送装置１００から第２変復調装置１６０及び第４アンテナ１７０を省略した構成を有する。代わりに、信号伝送装置１００ａは、第１周波数より低い第２周波数で変調された信号を取り扱うモデム内蔵タイプの無線ＬＡＮルーター１８０が接続されている。

【0041】

本実施形態の場合、信号伝送装置１００ａによって伝送された第１周波数で変調された信号は、第１復調装置１５０ａによって復調され、元の信号に変換される。無線ＬＡＮルーター１８０は、第１復調装置１５０ａから元の信号を受信し、第２周波数で変調する。そして、無線ＬＡＮルーター１８０は、第２周波数で変調された信号を含む電波を建造物の内部に放射する。

【0042】

このように、本実施形態では、第１周波数で変調された信号を取り扱う部分を信号伝送装置１００ａとして構成する。そして、第２周波数で変調された信号を取り扱う部分を既存の構成（例えば、モデム、光回線終端装置、無線ＬＡＮルーター等）とする。

【0043】

（変形例１）
第１実施形態及び第２実施形態では、第３アンテナ１４０を用いて空中の電波を受信したり空中に電波を送信したりする例を示した。しかしながら、第１アンテナ１２０が、空中の電波を受信する機能と空中に電波を送信する機能を兼ね備えていてもよい。この場合には、第３アンテナ１４０は、信号伝送装置１００から省略することができる。

【0044】

（変形例２）
第１実施形態及び第２実施形態では、建造物の外部から内部へ信号を伝送する場合と、建造物の内部から外部へ信号を伝送する場合の両方に対応する構成を示した。しかしながら、この例に限らず、例えば、建造物の外部から内部へ信号を伝送する場合のみ（又は、その逆の場合のみ）に対応する構成としてもよい。例えば、建造物の外部から内部へ電波を伝送する目的のみであれば、第１変復調装置１５０に代えて、第１復調装置１５０ａを設ければよい。逆に、建造物の内部から外部へ電波を伝送する目的のみであれば、第１変復調装置１５０に代えて、第１変調装置１５０ｂを設ければよい。

【0045】

（変形例３）
第１実施形態及び第２実施形態では、第１アンテナ１２０に対して第１給電装置１２５を設け、第２アンテナ１３０に対して第２給電装置１３５を設ける例を示した。しかしながら、第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０の少なくとも一方に給電装置が設けられていればよい。このような構成は、例えば、第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０のいずれか一方のみがビームフォーミング可能であれば良い場合に採用できる。この場合、ビームフォーミングを行う側のアンテナに対してのみ給電装置を接続する構成であってもよい。具体的には、第２給電装置１３５のみ給電を行い、第２給電装置１３５がビームフォーミングを行っても良い。また、特に給電の必要がなければ第１給電装置１２５及び第２給電装置１３５を両方とも省略してもよい。

【0046】

また、第１実施形態及び第２実施形態では、第１給電装置１２５に対して無線給電を行う例を示した。しかしながら、この例に限らず、第１アンテナ１２０と有線による給電を行ってもよい。この場合、建造物の外壁等に、任意の位置で給電が可能なレール部材（例えば、スライドコンセント等と呼ばれる部材）を設け、第１アンテナ１２０に連結された電源をレール部材に沿って移動可能としてもよい。

【0047】

＜第３実施形態＞
第１実施形態及び第２実施形態では、窓ガラス１１０を介して電波を送受信する構成を示したが、本実施形態では、窓ガラス１１０を誘電体としてコンデンサを形成する例を示す。本実施形態では、周波数の高い信号ほどコンデンサを通過しやすいという特性を利用して、５Ｇに使用する電波を建造物の内部に伝送する。なお、本実施形態では、第１実施形態と異なる点に着目して説明を行い、図面において共通する部分は、同じ符号を用いて説明を省略する。

【0048】

図５は、第３実施形態の信号伝送装置２００の構成を示す図である。図１に示した信号伝送装置１００と異なる点は、第１アンテナ１２０及び第２アンテナ１３０に代えて、第１電極２２０及び第２電極２３０を設けた点である。図５に示した信号伝送装置２００は、第１電極２２０及び第２電極２３０を構成に含む。第１電極２２０と第２電極２３０は、窓ガラス１１０を挟むことによりコンデンサを形成している。なお、本実施形態では、第１電極２２０に対してアンテナ２４０で受信した電波に含まれる信号を伝送している。しかしながら、第１電極２２０にアンテナとしての機能を設け、アンテナ２４０を省略することも可能である。

【0049】

第１電極２２０及び第２電極２３０は、導電性を有する材料であれば如何なる材料を用いても良い。例えば、銀、銅又はアルミニウムを用いることにより、コンデンサの抵抗成分を減らすことができる。他の例として、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の金属酸化物で構成される透明導電膜を用いてもよい。この場合、窓ガラス１１０の透光性を損なうことなくコンデンサを形成することが可能である。その他の方法として、幅の狭い線状の電極を互いに狭い間隔で並べて配置し、電気的に面状の電極として機能させることも可能である。

【0050】

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、第３実施形態において、第１電極２２０及び第２電極２３０を窓ガラス１１０に固定した一例を示す図である。

【0051】

図６（Ａ）は、第１電極２２０及び第２電極２３０として、銀、銅、アルミニウム等の導電性に優れた金属材料を用いた例である。これらの金属材料は遮光性を有するため、窓ガラス１１０の一部の領域を用いてコンデンサを形成することが望ましい。この場合、第１電極２２０及び第２電極２３０の面積は小さくなるが、抵抗の低い金属材料を用いることができるため、コンデンサのインダクタンス成分又はインピーダンス成分を小さくすることができる。

【0052】

図６（Ａ）に示されるように、本実施形態では、アンテナ２４０も窓ガラス１１０の第１面１１０ａに固定されている。例えば、アンテナ２４０としてマイクロストリップアンテナを用いれば、第１電極２２０の近傍にアンテナ２４０を配置することができる。このように、図６（Ａ）に示される窓ガラス１１０は、第１面１１０ａにアンテナ２４０及び第１電極２２０を備える。また、窓ガラス１１０は、第１面とは反対側の第２面１１０ｂに第１電極２２０と向かい合う第２電極２３０を備えている。

【0053】

図６（Ｂ）は、第１電極２２０及び第２電極２３０として、ＩＴＯ等の金属酸化物を用いた例である。これらの金属酸化物を用いた導電膜は透光性を有するため、窓ガラス１１０を誘電体とした場合には、透光性のコンデンサを形成することができる。したがって、図６（Ｂ）に示されるように、第１電極２２０及び第２電極２３０の面積が窓ガラス１１０の大部分を占めても、窓ガラス１１０の透光性を損なうことがない。一般的に、金属酸化物の導電性は金属に比べて低い。しかしながら、金属酸化物であれば大きな面積を確保することができるため、コンデンサのインダクタンス成分又はインピーダンス成分を小さくすることができる。なお、図６（Ｂ）に示す窓ガラス１１０も、図６（Ａ）と同様に、アンテナ２４０が窓ガラス１１０の第１面１１０ａに固定されている。

【0054】

なお、本実施形態において、第１電極２２０及び第２電極２３０の窓ガラス１１０への固定には、第１実施形態と同様に、接着剤、粘着剤又は磁石等の固定部材を用いることができる。本実施形態の場合、第１電極２２０と第２電極２３０とが向かい合う部分がコンデンサを形成する。そのため、第１電極２２０と第２電極２３０の位置合わせが重要と言える。したがって、本実施形態においては、固定部材として磁石を用い、磁力によって自発的に位置合わせができるようにすることが好ましい。

【0055】

また、本実施形態では、第１電極２２０、窓ガラス１１０及び第２電極２３０で形成したコンデンサを用いて、第１周波数で変調された信号を通過させる。この場合、コンデンサは、共振周波数が第１周波数となるように調整される。コンデンサの共振周波数は、第１電極２２０、窓ガラス１１０及び第２電極２３０の各物性値により調整すればよい。第１電極２２０又は第２電極２３０に補助回路等を追加して、容量成分、抵抗成分又はインダクタンス成分等を追加することにより調整してもよい。

【0056】

第１電極２２０、窓ガラス１１０及び第２電極２３０で構成されるコンデンサを通過した信号は、第１復調装置１５０ａで復調される。その後、復調された元の信号が第２変調装置１６０ｂにおいて第２周波数で変調され、アンテナ２７０から放射される。

【0057】

以上のように、信号伝送装置２００は、一対の電極を窓ガラスに固定するという簡易な構成を有する。これにより、信号伝送装置２００は、５Ｇに使用する高周波数で変調された信号を建造物の内部へと伝送することができる。したがって、信号伝送装置２００は、高い周波数で変調された信号であっても建造物の内部に安定して供給することができる。また、信号伝送装置２００は、屋内に安定した無線通信環境を提供することができる。

【0058】

さらに、本実施形態では、数十ＧＨｚ以上の高い周波数で変調された信号を建造物の内部に伝送した後、既存の設備で使用可能な周波数にダウンコンバートする。これにより、信号伝送装置２００は、屋内に安定した無線通信環境を構築することができる。

【0059】

なお、第１実施形態に示した変形例１及び２は、第３実施形態の信号伝送装置２００においても適用することができる。すなわち、アンテナ２４０は省略してもよいし、第１復調装置１５０ａ及び第１変調装置１５０ｂは、いずれか一方のみであってもよい。また、第３実施形態の信号伝送装置２００は、第２実施形態と同様に、第２変復調装置１６０及びアンテナ２７０を省略してもよい。つまり、信号伝送装置２００は、第１周波数で変調された信号を取り扱う部分（例えば、第１電極２２０、第２電極２３０及び第１変復調装置１５０）で構成されていてもよい。

【0060】

＜第４実施形態＞
第１実施形態から第３実施形態までは、建造物の外部で受信した第１周波数で変調された信号を、その周波数で建造物の内部に伝送する構成を示した。これに対し、本実施形態では、建造物の外部で周波数変換を行い、第２周波数で変調された信号を建造物の内部に伝送する例を示す。なお、本実施形態では、第１実施形態と異なる点に着目して説明を行い、図面において共通する部分は、同じ符号を用いて説明を省略する。

【0061】

図７は、第４実施形態の信号伝送装置３００の構成を示す図である。図１に示した信号伝送装置１００と異なる点は、第１変復調装置１５０及び第２変復調装置１６０が、建造物の外部（窓ガラス１１０の第１面１１０ａの側）に配置される点である。本実施形態では、アンテナ３４０が第１変復調装置１５０に接続される。また、窓ガラス１１０の第１面１１０ａに固定されたアンテナ３２０が第２変復調装置１６０に接続される。

【0062】

第１周波数（例えば、２８ＧＨｚ）で変調された信号を含む電波は、アンテナ３４０で受信され、第１復調装置１５０ａに伝送される。伝送された信号は、第１復調装置１５０ａで復調され、元の信号となって第２変調装置１６０ｂに伝送される。第２変調装置１６０ｂでは、元の信号が第１周波数よりも低い第２周波数（例えば、２．４ＧＨｚ）にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号は、アンテナ３２０から電波として放射される。

【0063】

このとき、アンテナ３２０から放射された電波は、周波数が比較的低い周波数であるため、問題なく窓ガラス１１０を通過することができる。つまり、信号伝送装置３００は、５Ｇで使用される電波を、建造物の外部にて、既存の設備で使用可能な低い周波数に変換して建造物の内部に伝送することができる。これにより、信号伝送装置３００は、高い周波数で変調された信号を建造物の内部に安定して供給することができる。また、信号伝送装置３００は、屋内に安定した無線通信環境を提供することができる。

【0064】

＜第５実施形態＞
本実施形態では、第１実施形態から第４実施形態とは異なる方法で一対のアンテナ又は一対の電極を窓ガラスに固定する例について説明する。

【0065】

図８は、第５実施形態における固定部材７０８の一例を示す図である。図８において、建造物の窓枠７０２には、窓ガラス７０４が嵌められている。本実施形態では、アンテナ７０６を窓ガラス７０４に固定するに当たり、補助部材として、窓枠７０２に固定された固定部材７０８を用いている。固定部材７０８は、例えば金属材料又はプラスチック材料で構成され、窓枠７０２とアンテナ７０６とを連結する。アンテナ７０６は、図示を省略するが粘着剤を用いて窓ガラス７０４に固定されている。この場合、固定部材７０８とアンテナ７０６との連結部分７０８ａを分離可能としておくことが好ましい。このようにすれば、固定部材７０８とアンテナ７０６とを分離させて窓ガラス７０４を開けることができる。

【0066】

固定部材７０８は、窓枠７０２を構成する材料に応じて適宜選択すればよい。例えば、窓枠７０２が強磁性体等の磁性を帯びる物質で構成されていれば、磁石を用いて固定部材７０８を固定することができる。また、窓枠７０２が木材であれば、釘又はねじ等の固定具を用いて固定部材７０８を固定することができる。さらに、固定部材７０８として接着剤を用いれば、窓枠７０２の材料にかかわらず固定部材７０８を固定することが可能である。

【0067】

なお、本実施形態では、第１実施形態、第２実施形態及び第４実施形態に示したように、窓ガラス７０４にアンテナ７０６を固定する場合を例示して説明した。しかしながら、この例に限らず、第３実施形態のように窓ガラス７０４に電極を固定する場合においても適用することができる。

【0068】

＜第６実施形態＞
第１実施形態から第５実施形態では、建造物として家屋を例示し、非金属部分として窓ガラスを例示して説明した。しかしながら、各実施形態の信号伝送装置１００、１００ａ、２００又は３００は、車両、鉄道、航空機等の移動体の非金属部分にも適用することが可能である。

【0069】

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、第６実施形態における信号伝送装置の建造物又は移動体への適用例を示す図である。具体的には、図９（Ａ）は、第１実施形態の信号伝送装置１００を、家屋８０２の窓ガラス８０４に適用した例である。つまり、家屋８０２の外部で電波８２０を受信し、窓ガラス８０４を介して家屋８０２の内部に信号を伝送する。また、図９（Ｂ）は、信号伝送装置１００を車両８１２のフロントガラス８１４に適用した例である。つまり、車両８１２の外部で電波８２０を受信し、フロントガラス８１４を介して車両８１２の内部に信号を伝送する。移動体への適用については、例えば空港リムジンバスのように車内でフリーＷｉＦｉサービスを提供するような場合に特に好適である。本実施形態によれば、簡易な構成により、家屋８０２又は車両８１２の内部に安定した無線通信環境を提供することができる。

【0070】

なお、本実施形態では、家屋８０２又は車両８１２に対して第１実施形態の信号伝送装置１００を適用した例について説明した。しかしながら、他の実施形態の信号伝送装置も適用可能であることは明らかである。

【0071】

以上、本発明の実施形態として説明した構成を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

【0072】

また、上述した実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされると解される。

【符号の説明】

【0073】

１００、１００ａ、２００、３００…信号伝送装置、１１０…窓ガラス、１１０ａ…第１面、１１０ｂ…第２面、１２０…第１アンテナ、１２２ａ…粘着剤、１２２ｂ…磁石、１２５…第１給電装置、１３０…第２アンテナ、１３２ａ…粘着剤、１３２ｂ…磁石、１３５…第２給電装置、１４０…第３アンテナ、１５０…第１変復調装置、１５０ａ…第１復調装置、１５０ｂ…第１変調装置、１６０…第２変復調装置、１６０ａ…第２復調装置、１６０ｂ…第２変調装置、１７０…第４アンテナ、１８０…無線ＬＡＮルーター、２２０…第１電極、２３０…第２電極、２４０、２７０、３２０、３４０…アンテナ、７０２…窓枠、７０４…窓ガラス、７０６…アンテナ、７０８…固定部材、７０８ａ…連結部分、８０２…家屋、８０４…窓ガラス、８１２…車両、８１４…フロントガラス、８２０…電波

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】