(57)【要約】【課題】建築構造物の壁や床のように一方の面から入射した電波が減衰させられて、他方の面の空間に伝達された電波を利用する壁背後アンテナシステムを提供する。【解決手段】本発明による壁背後アンテナシステムは、壁５と、電波を反射し壁背後に電界強度の高い領域を形成する収束性反射面（コーナーレフレクタ１２）と、壁５と前記収束性反射面間の電界強度が周辺より大きい領域に配置されるアンテナ２１と、アンテナ２１に接続された伝送線路２２とを含んでいる。壁５の前面と前記反射面間に共振空間を形成し、壁５と前記反射面間の距離を調整し、アンテナ２１のインピーダンスと壁前方空間のインピーダンスとの整合状態を形成し、壁背後電波を直接的に利用する。【選択図】図９
2010081018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁と、電波を反射し壁背後に電界強度の高い領域を形成する収束性反射面と、前記壁と前記収束性反射面間の電界強度が周辺より大きい領域に配置されるアンテナと、前記アンテナに接続された伝送線路とを含み、
前記壁の前面と前記反射面間に共振空間を形成し、前記壁と反射面間の距離を調整し、前記アンテナのインピーダンスと壁前方空間のインピーダンスとの整合状態を形成し、壁背後で電波を直接的に利用することを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項２】
請求項１記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記壁の背後にλ／４の誘電体板を配置したことを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項３】
請求項１または２記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記収束性反射面（第１の収束性反射面）と前記アンテナ（第１のアンテナ）を第１のアンテナ組立とし、
前記第１の収束性反射面と背中合わせに配置される第２の収束性反射面とこの第２の収束性反射面に対応して設けられ前記伝送線路に接続されている放射用の第２のアンテナとから第２のアンテナ組立を形成し、
壁背後空間にさらに前記第２のアンテナ組立による電界分布を形成することを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項４】
請求項１または２記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記伝送線路に増幅器が接続されていることを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項５】
請求項３記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第１および第２の収束性反射面はコーナーレフレクタ反射面であり、
前記第１および第２のアンテナは各々１以上のダイポールアンテナであることを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項６】
請求項５記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第１および第２のアンテナ組立はさらに上導体板および下導体板を有することを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項７】
請求項３記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第２のアンテナは、前記第２の収束性反射面のさらに後方にさらに他の電界強度が周辺より大きい領域（ホットスポット）を形成することを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項８】
請求項７記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第２のアンテナ組立は、後方上導体板および後方下導体板を有し、前記後方上下導体板の放出側からの反射波を惹起することを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項９】
請求項８記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第２のアンテナ組立の後方上導体板および後方下導体板は、半円形形状を有することを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項１０】
請求項７記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記ホットスポットにＬＡＮ室内中継装置を組み合わせて利用することを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項１１】
請求項３記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第１のアンテナで収集した電波を前記第２のアンテナ組立で縦方向と横方向に集束して電界強度の高い放射ビームを放出することを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項１２】
請求項１１記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第１および第２のアンテナ組立はコーナーレフレクタ反射面を背中合わせに組み合わせて構成し、前記各組立のアンテナはダイポールアンテナアレーであることを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項１３】
請求項１２記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第２のアンテナ組立のコーナーレフレクタ反射面の頂角は第１のアンテナ組立のコーナーレフレクタ反射面の頂角よりは小さいことを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【請求項１４】
請求項１２記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記ダイポールアンテナアレーの隣接素子間の静電結合によるリアクタンス成分の大きさの違いにより、電磁界を前記アンテナの整列方向に集中させたことを特徴とする壁背後アンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造物の壁や床のように一方の面から入射した電波が減衰させられて、他方の面の空間（以下本願では壁背後、または壁背後空間）に伝達された電波を利用する壁背後アンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信ネットワークの中で、空間を伝搬する電波を利用する無線通信技術の応用範囲が拡大している。情報通信に使われる電波に対して、建築等の構造物の壁（例えばコンクリート製の建築物の壁や床）は伝搬損失を与えることが知られている。
この影響を避ける為に数多くの提案、例えは壁で減衰させられる前に専用のアンテナで受信して伝送線路を介して他の空間に電気信号として導くとか、さらには増幅して室内に放射する等の対策が実施されている。
特許文献１記載のアンテナ装置は電波に不透明な壁等で分離された空間で外部の電波情報を利用するために、外部（一方）の空間で受信し、受信した電波を伝送線路を介して内部（他方）の空間に導入し、増幅して再度アンテナを介して内部空間に放出し、内部の利用者が個別の受信装置で受信して利用する方式（一般的に用いられている方式）を示している。
また特許文献２記載の発明は壁材に電波透過部を設けた建物用壁材及び無線伝送システムに関するものであって、壁に穴を設けその穴にレンズアンテナを設け壁の両側のアンテナ間の通信を可能にしている。
また特許文献３記載の埋設無線装置に係る発明はマンホール内部の地下アンテナから放出された電波をマンホールの鉄蓋の外周のコンクリート環状の放射面から外部に放出し、地上のアンテナに接続する構造を提案している。
【特許文献１】特開平８−３３１０２８号公報
【特許文献２】特開２００７−２７０４５９号公報
【特許文献３】特開２００７−４３２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、前述のように壁に加工を施すことなくコンクリート壁等による電波伝搬損失の影響を軽減する技術の開発に向けられたものである。
本件発明者等は、壁を透過し強度が低下した電波をなるべく広い面積にわたって収集し、収集した電波を狭い面積に集中させて電界強度の高い領域をつくることができることに着目した。
本発明の目的は、電波を減衰させる壁を含めて壁背後アンテナシステムを形成し、壁を透過し強度が低下した電波をなるべく広い面積にわたって収集し、収集した電波を狭い面積に集中させて電界強度の高い領域をつくることにより、壁背後における電波の利用を図る壁背後アンテナシステムを提供することにある。
【０００４】
前記目的を達成するために、本発明による請求項１記載の壁背後アンテナシステムは、
壁と、電波を反射し壁背後に電界強度の高い領域を形成する収束性反射面と、前記壁と前記収束性反射面間の電界強度が周辺より大きい領域に配置されるアンテナと、前記アンテナに接続された伝送線路とを含み、
前記壁の前面と前記反射面間に共振空間を形成し、前記壁と反射面間の距離を調整し、前記アンテナのインピーダンスと壁前方空間のインピーダンスとの整合状態を形成し、壁背後で電波を直接的に利用することを特徴とするものである。
【０００５】
本発明による請求項２記載の壁背後アンテナシステムは、請求項１記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記壁の背後にλ／４の誘電体板を配置したことを特徴とするものである。
本発明による請求項３記載の壁背後アンテナシステムは、請求項１または２記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記収束性反射面（第１の収束性反射面）と前記アンテナ（第１のアンテナ）を第１のアンテナ組立とし、
前記第１の収束性反射面と背中合わせに配置される第２の収束性反射面とこの第２の収束性反射面に対応して設けられ前記伝送線路に接続されている放射用の第２のアンテナとから第２のアンテナ組立を形成し、
壁背後空間にさらに前記第２のアンテナ組立による電界分布を形成することを特徴とするものである。
本発明による請求項４記載の壁背後アンテナシステムは、請求項１または２記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記伝送線路に増幅器が接続されていることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明による請求項５記載の壁背後アンテナシステムは、請求項３記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第１および第２の収束性反射面はコーナーレフレクタ反射面であり、
前記第１および第２のアンテナは各々１以上のダイポールアンテナであることを特徴とするものである。
本発明による請求項６記載の壁背後アンテナシステムは、請求項５記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第１および第２のアンテナ組立はさらに上導体板および下導体板を有することを特徴とするものである。
本発明による請求項７記載の壁背後アンテナシステムは、請求項３記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第２のアンテナは、前記第２の収束性反射面のさらに後方にさらに他の電界強度が周辺より大きい領域（ホットスポット）を形成することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明による請求項８記載の壁背後アンテナシステムは、請求項７記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第２のアンテナ組立は、後方上導体板および後方下導体板を有し、前記後方上下導体板の放出側からの反射波を惹起することを特徴とするものである。
本発明による請求項９記載の壁背後アンテナシステムは、請求項８記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第２のアンテナ組立の後方上導体板および後方下導体板は、半円形形状を有することを特徴とするものである。
本発明による請求項１０記載の壁背後アンテナシステムは、請求項７記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記ホットスポットにＬＡＮ室内中継装置を組み合わせて利用することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明による請求項１１記載の壁背後アンテナシステムは、請求項３記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第１のアンテナで収集した電波を前記第２のアンテナ組立で縦方向と横方向に集束して電界強度の高い放射ビームを放出することを特徴とするものである。
本発明による請求項１２記載の壁背後アンテナシステムは、請求項１１記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第１および第２のアンテナ組立はコーナーレフレクタ反射面を背中合わせに組み合わせて構成し、前記各組立のアンテナはダイポールアンテナアレーであることを特徴とするものである。
本発明による請求項１３記載の壁背後アンテナシステムは、請求項１２記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記第２のアンテナ組立のコーナーレフレクタ反射面の頂角は第１のアンテナ組立のコーナーレフレクタ反射面の頂角よりは小さいことを特徴とするものである。
本発明による請求項１４記載の壁背後アンテナシステムは、請求項１２記載の壁背後アンテナシステムにおいて、
前記ダイポールアンテナアレーの隣接素子間の静電結合によるリアクタンス成分の大きさの違いにより、電磁界を前記アンテナの整列方向に集中させたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による請求項１記載の壁背後アンテナシステムでは、開放形の共振装置を形成することができ、壁前面の電波を有効に捕捉できる。
請求項２記載の壁背後アンテナシステムによれば、壁内の定在波の発生を防止し電波の壁透過効率を向上させることができる。また、調整が極めて容易となる。
請求項３記載の壁背後アンテナシステムでは、第１の収束性反射面と背中合わせに配置される第２の収束性反射面とこの第２の収束性反射面に対応して設けられ伝送線路に接続されている放射用の第２のアンテナとから第２のアンテナ組立を形成し、壁背後空間にさらに第２のアンテナ組立による電界分布を形成することができる。
請求項４記載の壁背後アンテナシステムによれば、伝送線路に増幅器を接続することで第１のアンテナの受信出力を直接利用できる。
本発明による請求項５〜１０記載の壁背後アンテナシステムは、第２のアンテナ組立によりホットスポットを形成できる。
本発明による請求項１１〜１４記載の壁背後アンテナシステムは、第２のアンテナ組立で縦方向と横方向に集束して電界強度の高い放射ビームを放出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面等を参照して本発明による壁背後アンテナシステムを説明する。
まず、本発明によるシステムが適用される環境を例示して詳細に説明する。
〔電波の周波数と壁の特性〕電波の周波数として、現在無線ＬＡＮなどに広く使われている２．４ＧＨｚ帯を用いることにする。壁としては、コンクリート壁を選び、その誘電特性は、ITU Report 1238 に示されている１ＧＨｚにおけるコンクリートの誘電特性を示す複素誘電率：７．０−ｊ０．８５が推奨値として与えられているから、ここではこの値を２．４ＧＨｚの値として使う。
この値は、εr = ７．０，ｔａｎδ＝０．１２１４  に相当する。
【００１１】
〔環境のモデル空間１〕図１，図２に示すように、コンクリート壁の厚さを１０ｃｍと仮定し、厚さ１０ｃｍのコンクリート壁による２．４ＧＨｚの伝搬損失を検討することにより、壁背後アンテナシステムの特性を評価する。
厚さ１０ｃｍのコンクリート壁に２．４ＧＨｚ平面波が入射した場合の電波伝搬の様子を、３次元電磁界シミュレーションで解析することにより、このモデル空間の電界を可視化した。
【００１２】
図１は、環境のモデル空間１に２．４ＧＨｚ電波が厚さ１０ｃｍのコンクリート壁５を透過する際の電界強度分布を示している（λ／４誘電体層を用いない例）。
コンクリート壁５のεr ＝７．０  ｔａｎδ＝０．１２１４である。
入射波は、１Ｖ／ｍの垂直偏波平面波（進行方向１）である。図右側に強度を示すグレースケールを示してある。
【００１３】
電界強度観測線９に沿った電界強度プロフィルを図２に示す。
電界強度観測線９（図１）上の電界強度分布を示し、縦軸の単位はＶ／ｍである。
入射波１の電界強度１Ｖ／ｍが１０ｃｍのコンクリート壁５を通過することによって０．３５Ｖ／ｍに低減している。空気（前方空気層３）―コンクリート壁５との界面では、誘電率の不連続性によって反射波が生じ、壁前方と壁内部に定在波が立っている。
コンクリート壁５による電波伝搬損失は
２０ｌｏｇ10（０．３５／１．０）＝−９．１２ｄＢ
である。
【００１４】
〔環境のモデル空間２〕図１に示したモデルに対してコンクリート壁５の背面にλ／４の誘電体板６を設けてある。コンクリート壁５のεr ＝７．０  ｔａｎδ＝０．１２１４である点は前述と異ならない。λ／４の誘電体板６（εr ＝２．６５）が設けられている点で環境のモデル空間１と異なる。
図３にモデル空間２の中央垂直断面における電界強度分布を示す。図右側に強度を示すグレースケールを示してある。図４に、図３に示した電界強度観測線９上の電界強度のグラフを示す。
【００１５】
〔環境のモデル空間１と２の比較〕ここで、図２と図４を比較すると図４では、コンクリート壁５中には定在波は発生せず単に減衰していることが分かる。
後方空気層７における電界強度は０．３９Ｖ／ｍであって、図２の０．３５Ｖ／ｍに比較して０．０４Ｖ／ｍだけコンクリート壁５中の損失が少なくなっており、λ／４の誘電体板６を利用することが好ましいことを示している。
すなわち、図２と図４を比較して、λ／４の誘電体板の導入によってコンクリート壁内部の定在波が消滅したことが分かる。その結果、壁による電波吸収が低下し、後方空気層内の電界強度が僅かだが上昇した。
λ／４の誘電体板を導入したことによる効果として、上記の効果に加えて第２番目の効果があるが、それについては、［００２３］で述べる。
【００１６】
本発明による壁背後アンテナシステムの壁背後において、一旦集められた電波の利用の形態は、以下の３種類に大別される。
〔基本利用形態〕壁背後にコーナーレフレクタ付きダイポールアンテナを配置し、ダイポールアンテナで、一旦コーナーレフレクタで集められた電波を捕捉する。
〔利用形態１〕ダイポールアンテナ出力を受信機入力として直接用いる利用形態で、請求項１，２に従属する請求項４により規定される形態である。
〔利用形態２〕ダイポールアンテナ受信電力を伝送線路を介して反射板の後方空間に導き、アンテナ後方空間にホットスポットを形成する利用形態で、請求項１〜３に従属する請求項７〜１０により規定される形態である。なおホットスポットは「電界強度が周辺より大きい領域」の意味で用いている。この形態では、点ではなくある一定以上の電界強度の等強度閉局面で囲まれる領域を指し、球状，棒状の領域等が考えられる。
〔利用形態３〕アンテナ受信電力を伝送線路を介して反射板の後方空間に導き、高指向性アンテナを駆動して電界強度を高めた放射ビームをアンテナ背後空間に形成する利用形態であり、請求項１〜３に従属する請求項１１〜１４により規定される形態である。
【００１７】
次に図５，図６を参照して、前述の基本利用形態の実施例を説明する。
壁５の背後にコーナーレフレクタ１２付きダイポールアンテナ２１を配置し、ダイポールアンテナ２１で電波を捕捉する。
コーナーレフレクタ１２の前向き表面は、壁５と入射波１を反射し、壁背後（反射面の前方）に電界強度の高い領域を形成する収束性反射面の役割を果している。アンテナ２１は、壁５とコーナーレフレクタ１２の反射面間の電界強度の高い領域に配置される。
壁５の前面（空気層との境界面）とコーナーレフレクタ１２の反射面間に特定の波長λにおける共振空間を形成する。
そのために壁５の前面とコーナーレフレクタ１２の反射面間の距離を調整し、アンテナ２１のインピーダンスと壁前方空間のインピーダンスとの整合状態を形成する。
なおこのシステムで壁５の背後にλ／４の誘電体板６を配置すると前述のように壁５内における定在波の発生を防止することができる。
【００１８】
図５は、図３に示す環境のモデル空間２に第１アンテナ組立１１を配置したときの位置関係を示す略図である。
図６は第１アンテナ組立１１を取り出して示した斜視図であり、λ／４の誘電体板６を組立１１の一部として示してある。図３に示す環境のモデル空間２は、誘電体板６のみをコンクリート壁５に接触または付着した状態に対応する。
【００１９】
第１アンテナ組立１１は、コーナーレフレクタ１２、上導体板１３、下導体板１５を含んでいる。図５に示す軸線９上にダイポールアンテナ２１がエレメントが垂直になるように伝送線路（同軸線路）２２により支持されており、信号出力端子２３は後方に引き出されている。コーナーレフレクタ１２の頂角は９０°であり、壁５と誘電体板６を介して侵入した電波を壁方向に反射する。
本願実施例において第１アンテナ組立１１は、λ／４の厚さの誘電体板６を上下の導体板１３，１５でコーナーレフレクタ１２と一体化してアンテナ部を構成してある。この第１アンテナ組立１１のλ／４の誘電体板６をコンクリート壁５に押し当てて使用する。
【００２０】
図６はこの第１アンテナ組立１１を取り出して示しており、上下の導体板１３，１５とコーナーレフレクタ１２の取り付け状態を調節して、コーナーレフレクタ１２のアンテナ２１とλ／４の誘電体板６間の距離を最適値に保つ。
これによりアンテナインピーダンスを壁前方空間のインピーダンスに整合させ前述した開放形の共振器が形成される。
図５と図６に示した構造により、コンクリート壁５の前面とコーナーレフレクタ１２で共振器を形成し、その一部に電界強度の高い領域をつくる。そこにダイポールアンテナ２１を配置して第１アンテナ組立１１を高感度受信アンテナとして実現する。
図５において、ａ5 ，ｂ5 およびｃ5 は壁前方の計算空間を示し、それぞれ３２ｃｍ，３６ｃｍおよび１５ｃｍである。壁の厚さｄ5 は１０ｃｍである。
図６において、誘電体板６のｆ6 ，ｇ6 およびｈ6 はそれぞれ高さ, 幅および厚さを示し、それぞれ２５ｃｍ，３２ｃｍおよび１．８ｃｍである。上導体板１３と下導体板１５の前幅はｇ6 と等しく、奥行きｅ6 は２４．５ｃｍである。
【００２１】
図７は、ダイポールアンテナ２１、伝送線路２２、コーナーレフレクタ１２の関係を説明するための拡大図である。
図７に示すダイポールアンテナ２１の放射インピーダンスおよび同軸線路インピーダンスは５０オームである。
入射波１が前方空気層３からコンクリート壁５に入射されλ／４の誘電体板６を介して後方空気層７に到達し、入射波１の成分はコーナーレフレクタ１２で反射され後方空気層７に周辺よりも電界強度の高い領域を形成する。この入射波１の成分をダイポールアンテナ２１が前記領域で受信する。ダイポールアンテナ２１のアンテナ要素２１ａは、伝送線路（同軸線路）２２の中心導体２２２に接続されており、他のアンテナ要素２１ｂは、伝送線路（同軸線路）２２の外導体２２１に接続されている。
伝送線路２２はコーナーレフレクタ１２の頂角（図７のｈ7 ）に接続されている。中心導体２２２の他端２３は出力端子として使用されることがある。
【００２２】
次に、図７に示す実施例の各部の数値を示す。アンテナ要素２１ａおよびアンテナ要素２１ｂの長さａ7 はそれぞれ１．９７ｃｍ、太さｇ7 は０．４ｃｍである。
コーナーレフレクタ１２の頂角（図７のｈ7 ）からアンテナ要素２１ａ，２１ｂまでの距離ｅ7 は４．９２５ｃｍである。
伝送線路（同軸線路）２２の外導体２２１の直径ｂ7 は１．０２４ｃｍ、外導体２２１の内径ｃ7 は０．８０ｃｍ、中心導体２２２の直径ｄ7 は０．２２４ｃｍであり、外導体２２１の長さｉ7 は４．５２５ｃｍである。伝送線路（同軸線路）２２内の誘電体ｆ7 の誘電率εr は２．３３である。
【００２３】
与えられた動作周波数（この実施例では２．４ＧＨｚ）で、所定のアンテナインピーダンスをもち、最大受信感度を達成するためには、アンテナ２１と壁後方境界面間の距離とアンテナ２１とレフレクタ１２の頂角（図７のｈ7 ）間の距離を同時に最適化する必要がある。
最適化は次の手順で達成できる。
図６のモデルから誘電体板を取り除いたモデルを用意する。このモデルの同軸線路終端に信号源（内部インピーダンス５０Ω）を接続し、コーナーレフレクタのダイポールアンテナを送信アンテナとして駆動し、その動作特性を数値シミュレーションで解析する。
ダイポールアンテナとレフレクタ頂角の距離を走査しながら数値計算を繰り返し、２．４ＧＨｚでアンテナインピーダンスが５０Ωとなる距離を見出す。
次に、図５のモデル（ダイポールアンテナとレフレクタ頂角の距離は最適値に固定）を使いシミュレーションを実行する。このシミュレーションでは壁前方空間から平面波を入射し、アンテナシステムを受信モードで動作させる。コンクリート壁背面とレフレクタアンテナ先端の距離を走査しながら、出力ポート（あるいは伝送線路上）の信号電界強度が最大となる距離（最適値）を見出す。この実施例では、最適距離は約１０ｃｍとなる。他方、距離が最適値から僅かにずれたとき信号電界強度が大幅に低下する状態は実用的見地から望ましくない。コンクリート壁背面上にλ／４の誘電体板を配置することによって、距離の変化に対する信号電界強度の変動幅を低減できる。その理由は、図５で誘電体板の後面から前方を見込んだときのインピーダンスが自由空間の波動インピーダンスに近い値となるからである。
上記の効果がλ／４の誘電体板を導入したことによる第２番目の効果である。第１番目の効果（コンクリート壁内部の定在波が消滅し損失が軽減される効果（図２と図４の比較）については［００１５］で既に述べた。
【００２４】
図５に示した構造の動作を図８と図９を参照して説明する。
図８は、λ／４の誘電体板６と、コーナーレフレクタ１２とダイポールアンテナ２１を上下２枚の導体板１３，１５で一体化した構造（第１のアンテナ組立）をコンクリート壁５の背後に配置したアンテナシステムの３次元電磁界のある瞬間のありさま（スナップショット）を示す中央縦断面図である。
左端面にて強度１Ｖ／ｍの垂直偏波平面波１で励振する。グレースケール等高線図を図面の右側に示してある。
【００２５】
図９は、図５に示した構造の３次元電磁界のある瞬間のありさま（スナップショット）を示す中央横断面図（電界強度観測線９を含む水平面で切断して示している）である。
電界強度観測線（アンテナ軸から２ｍｍ下方）に沿った電界強度分布プロフィルを図１０に示す。
図１０において、同軸線路終端における電界強度は１２．２Ｖ／ｍであり、同軸線路外導体２２１と中心導体２２２間の距離２．８８ｍｍ（＝０．４ｃｍ−０．１１２ｃｍ）にかかる電圧の概算値は１２．２（Ｖ／ｍ）×２．８８（ｍｍ）＝３５ｍＶとなっている。
【００２６】
前述したシステムと比較対照モデルとを対比する。
比較対照モデルは、基準アンテナとして、動作（共振）周波数２．４ＧＨｚ、輻射抵抗５０Ωのダイポールアンテナを使う。この基準アンテナを自由空間中に置き、平面波を照射する。アンテナ出力端子空隙（５ｍｍ）の中心を通る直線（電界強度観測線）上の電界強度分布を図１１に示す。終端開放条件の下での値である。進行波の強度は図１１のピーク値７Ｖ／ｍの１／２となるので３．５Ｖ／ｍである。３．５Ｖ／ｍに対応する空隙電圧は、
３．５×５×１０-3＝０．０１７５Ｖ＝１７．５ｍＶ  となる。
【００２７】
次に、同じダイポールアンテナをコンクリート壁背後に配置し、壁前方から平面波（強度１Ｖ／ｍ）で照射する。この場合の観測直線上の電界強度分布を図１２に示す。
図１２は、基準ダイポールアンテナをコンクリート壁背後に置き壁前方から平面波（強度１Ｖ／ｍ）で照射した場合の１次元電界強度分布を示す。終端開放条件下の電界強度ピーク値は２．４５Ｖ／ｍ、進行波の電界強度は１．２３Ｖ／ｍとなる。
１．２３Ｖ／ｍに対応する端子電圧は
１．２３×５×１０-3＝０．００６１５Ｖ＝６．１５ｍＶ
コンクリート壁による伝搬損失は
２０ｌｏｇ10（６．１５ｍＶ／１７．５ｍＶ）＝−９．０８ｄＢ
となる。この値は、図１から算出された値
２０ｌｏｇ10（０．３５／１）＝−９．１２ｄＢ
と大略一致する。基準ダイポールと比較して約９．１ｄＢ以上の利得をもつ受電装置を実現できれば、コンクリート壁による伝搬損失を軽減する有効な手段となる。
本発明で提案したコーナーレフレクタダイポールアンテナの利得は
２０ｌｏｇ10（３５ｍＶ／６．１５ｍＶ）＝１５．１０ｄＢ
と見積ることができる。これは９．１ｄＢを大きく上回るので、有効な対策であると結論できる。
【００２８】
利用形態１は、伝送線路（同軸線路）２２の出力端子２３に受信機を直接接続して入射波１に含まれる信号を検出して利用するものである。
【００２９】
次に、利用形態２（壁背後ホットスポットアンテナ）について説明する。
利用形態２は、環境のモデル空間２に第１および第２アンテナ組立を設けたものである。そして、第２アンテナ組立の第２の反射面のさらに後方にさらに他の電界強度がその周辺より大きい領域（ホットスポット）を形成するものである。この構成を実施例を参照して説明する。
図１３は、壁背後ホットスポットアンテナの実施例と壁等の関係を示す略図的斜視図である。図１４の（Ａ）は図１３のシステムの縦断面図，（Ｂ）は水平断面図である。図１５は、壁背後ホットスポットアンテナの実施例の壁背後の構造部分を取り出して示した縦断面図である。
【００３０】
入射波１，前方空気層３，コンクリート壁５，λ／４の誘電体板６，電界強度観測線９の位置関係、第１アンテナ２１を含む第１アンテナ組立１１等の構成は前述した実施例と略同じである。第２アンテナ組立は、第１アンテナ組立１１のコーナーレフレクタ１２と背中合わせに対応する後方コーナーレフレクタ４１、第２アンテナ３１、後方上下導体板３３，３５を含んでいる。受信ダイポールアンテナ（第１アンテナ）２１に送信ダイポールアンテナ（第２アンテナ）３１が平行２線伝送線路３７（７０Ω）により接続されている。さらに、前述した上下導体板１３，１５の後半部が第２アンテナ組立の上下に延び出しており、さらに、両側面導体板３９，３９が設けられている。また、後方コーナーレフレクタ４１は第２アンテナ３１に対応させられている。
この構造でさらに、前述した後方上導体板３３と後方下導体板３５は、それぞれの後方半円形終端部で反射波を発生させ、ホットスポットをアンテナ軸（電界強度観測線９）上のほぼ一定位置に誘起する。なお、後方上導体板３３と後方下導体板３５は、後方上傾斜導体板３２と後方下傾斜導体板３６により、上導体板１３と下導体板１５にそれぞれ固定されている。このように後方の高さ方向の寸法を絞ることで電界強度を高めている。
【００３１】
なお各部の寸法は次のとおりである。なお前方空気層３，コンクリート壁５，誘電体板６の構成形状は前述の実施例と異ならないから説明を省略する。
コンクリート壁５の後面から両側面導体板３９，３９の後端面までの距離ａ13（ａ14）は４５ｃｍ、両側面導体板３９の長さｄ14は４１ｃｍ、両側面導体板３９，３９間の距離ｂ13（ｅ14）は２３ｃｍである。誘電体板６の後面から上下導体板１３，１５の後端までの距離ｄ13は４３．２ｃｍである。後方上導体板３３と後方下導体板３５の距離ｂ14（ｅ15）は６．２５ｃｍである。
誘電体基板３８の前方の軸方向の長さｂ15は５．０７３ｃｍ、誘電体基板３８の後方の軸方向の長さｃ15は４．６７３ｃｍであり、誘電体基板３８の高さｄ15は４．８５ｃｍである。上導体板１３，下導体板１５間の距離ｃ13（ｃ14，ａ15）は１８．７５ｃｍである。
【００３２】
前述の構造の壁背後ホットスポットアンテナの動作の結果を図１６と図１７に示す。図１６はモデル中央垂直断面内の電界強度分布スナップショット、図１７はモデル中央水平断面内電界（垂直方向）強度分布スナップショットである。入射波は強度１Ｖ／ｍの垂直偏波平面波である。図１６と図１７のＨＳｐと示した位置にホットスポットが形成されていることが分かる。
【００３３】
図１８は、電界強度観測線９上の電界（垂直方向）強度分布であり、送信（後方）ダイポールアンテナ（第２アンテナ）３１の後方１４．５ｃｍ付近の空間にホットスポットが形成されている。
図１８の縦軸スケールを拡大したプロットを図１９に示す。図１９に示すように送信（後方）ダイポールアンテナ（第２アンテナ）３１の後方１３．５ｃｍ付近の空間にホットスポットが形成されている。電界強度が０．７Ｖ／ｍ（＝２×０．３５Ｖ／ｍ）以上となる領域でホットスポットを定義すると、その直径は６．９９ｃｍとなる。ホットスポット中心（距離６６．０４ｃｍ）における電界強度は１．７２Ｖ／ｍで入射波の電界強度１Ｖ／ｍを大きく超える。
【００３４】
壁後方ホットスポットアンテナの利用法として、ＬＡＮ室内中継器やルーター受信機のアンテナをホットスポットに配置して信号を受信することを想定している。図１８と図１９において、ホットスポットの中心領域では電界強度が入射波の電界強度を超えることを示している。ホットスポット中心領域からコンクリート壁を通して前方空間を見るとき、コンクリート壁は実効的に透明であると言える。
【００３５】
次に、図２０，図２１を参照して、利用形態３（壁背後空間放射ビーム形成）の実施例を説明する。この実施形態によれば、壁背後空間に電界強度が増強された放射ビームを形成することができる。つまり、壁背後空間で収集した電波を縦方向と横方向で集中して電界強度の高い放射ビームが作り出される。
図２０の（Ａ）は壁背後ビームを形成する実施例の斜視図，（Ｂ）は平面断面図，（Ｃ）は縦断面図である。図２１はコンクリート壁５０１に前記実施例の誘電体板６０１を密着させた状態を示す略図的な斜視図である。
前方コーナーレフレクタ１２１の頂角は９０°で、後方コーナーレフレクタ４１１の頂角は５５°であり、互いに背中合わせに配置され、それぞれの中央部に３対のダイポールアンテナを縦方向に配置してある。
【００３６】
前方コーナーレフレクタ１２１の前方にλ／４の誘電体板６０１が配置され、誘電体板６０１とアンテナ構造を上下導体板１３１，１５１で一体化してある。
受信ダイポールアンテナ２１１（上，中，下）に対応する送信ダイポールアンテナ３１１（上，中，下）は、それぞれ伝送線路５１１で対に接続されている。この実施例の主要な部分の寸法は次のとおりである。
λ／４の誘電体板６０１の高さａ20は４３．７５ｃｍ、幅ｂ20は３２ｃｍである。上下導体板１３１，１５１の長さｅ20は４２ｃｍである。
前方コーナーレフレクタ１２１の開口幅ｃ20は２４ｃｍで深さ（軸方向の長さ）ｆ20は１２ｃｍである。後方コーナーレフレクタ４１１の開口幅ｄ20は２０ｃｍで深さ（軸方向の長さ）ｇ20は２０ｃｍである。
【００３７】
前述の構成の壁背後空間放射ビーム形成の実施形態の振る舞いを図２２〜２６を参照して説明する。なお図２１に示す様に各受送信アンテナ対の軸線をＣ１，Ｃ２，Ｃ３のようにあらわす。
【００３８】
図２２は、環境のモデル空間２に前述の壁背後空間放射ビーム形成の実施形態（第１アンテナ組立と第２アンテナ組立）を適用し、第２アンテナ組立後方に壁背後ビームを形成する壁背後アンテナシステムの電界強度観測線Ｃ２を含む垂直平面における電界強度の分布を示す説明図である。入射波は１Ｖ／ｍの垂直偏波平面波である。
【００３９】
図２３は、第２アンテナ組立後方に壁背後ビームを形成する壁背後アンテナシステムの電界強度観測線Ｃ２を含む水平平面における電界強度の分布を示す説明図である。
図２２と図２３は、受信ダイポールアンテナ２１１で収集された電波が伝送線路５１１を介して送信ダイポールアンテナ３１１に送られ、後方空間へ放射される様子を示している。図２２はその過程で、電波が縦方向に集中する様子を、図２３は横方向に集中する様子を示している。
図２２は、送信アンテナ側で中央の素子近傍に電波が集中している様子を示す。この電界集中効果は次のように説明できる。中央のアンテナ素子は近接する上下両側のアンテナ素子の影響を受け、容量性リアクタンスが両側の素子に比べて大きい。そのため、入射平面波で同相励振された時、中央素子上に励起される信号の位相が両側の素子の信号位相より遅れる。その結果、入射波は平面波であるが後方空間への放射波は中央素子近傍の狭い領域に集中する。
【００４０】
図２４は、第２アンテナ組立後方に壁背後ビームを形成する壁背後アンテナシステムの電界強度観測線Ｃ２（中央のアンテナ対の軸）上の電界強度分布を示すグラフである。
図２５は、第２アンテナ組立後方に壁背後ビームを形成する壁背後アンテナシステムの電界強度観測線Ｃ２（中央のアンテナ対の軸）上の電界強度分布を図２４の縦軸尺度を拡大して示したグラフである。横軸は解析モデルの左端からの距離（ｃｍ）を示している。
送信ダイポールアンテナ３１１から後方へ１１．６ｃｍまでの領域で電界強度は１Ｖ／ｍを越えており、２１．２ｃｍまでの領域で電界強度は０．７Ｖ／ｍを越えており、５３．７ｃｍまでの領域で電界強度は０．３５Ｖ／ｍを越えている。
【００４１】
図２６は、第２アンテナ組立後方に壁背後ビームを形成する壁背後アンテナシステムの電界強度観測線Ｃ１（Ｃ３）に沿った電界強度分布を示すグラフである。
図２５と図２６を比較して、送信アンテナ側では電磁界が中央のアンテナの軸上に集中していることが分かる。
【００４２】
以上詳しく説明した実施例について、本発明の範囲内で種々の変形を施すことができる。実施例としてコンクリート壁について詳細に説明を行ったが、コンクリート壁以外の電波に対して半透明な壁面や床面等についても本発明を適用できる。
λ／４の誘電体の利用は、利用しないものに比較して、感度を増大させるだけではなく、調整を容易にする。その効果を達成するために、誘電体について壁に対応して、内部の定在波の発生の抑圧に寄与できる種々の変形（材質の選択、枚数の選択）が可能であり、それらの変形は本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による壁背後アンテナシステムが適用される環境のモデル空間１の３次元電磁界分布を示す斜視図である。
【図２】環境のモデル空間１（図１）において電界強度観測線上での電波の電界強度の変化を示すグラフである。
【図３】本発明による壁背後アンテナシステムが適用される環境のモデル空間２（λ／４の誘電体板を配置）の３次元電磁界分布を示す斜視図である。
【図４】環境のモデル空間２（図３）において電界強度観測線上で入射した電波の電界強度の変化を示すグラフである。
【図５】環境のモデル空間２（図３）に第１アンテナ組立を配置した状態を示す斜視図である。
【図６】第１アンテナ組立を取り出して示した斜視図であり、λ／４の誘電体板を組立の一部として示してある。
【図７】ダイポールアンテナ、伝送線路、コーナーレフレクタの関係を説明するための拡大図である。
【図８】環境のモデル空間２に第１アンテナ組立を適用した実施例の電界強度観測線を含む垂直平面における電界強度の分布を示す説明図である。
【図９】環境のモデル空間２に第１アンテナ組立を適用した実施例の電界強度観測線を含む水平平面における電界強度の分布を示す説明図である。
【図１０】環境のモデル空間２に第１アンテナ組立を適用した実施例の電界強度分布プロフィルを示すグラフである。
【図１１】基準ダイポールアンテナを自由空間中に置き平面波（強度１Ｖ／ｍ）で照射した場合の電界強度分布プロフィルを示すグラフである。
【図１２】ダイポールアンテナをコンクリート壁背後に置き壁前方から平面波（強度１Ｖ／ｍ）を照射した場合の１次元電界強度分布を示すグラフである。
【図１３】環境のモデル空間２に第１および第２アンテナ組立を設け、第２アンテナ組立の第２の反射面のさらに後方にさらに他の電界強度がその周辺より大きい領域（ホットスポット）を形成する壁背後アンテナシステムの斜視図である。
【図１４】図１３に示したホットスポットを形成する壁背後アンテナシステムの実施例の縦断面図（Ａ）および水平断面図（Ｂ）である。
【図１５】図１３に示したホットスポットを形成する壁背後アンテナシステムの第１および第２アンテナ組立を取り出して示した縦断面図である。
【図１６】環境のモデル空間２に第１アンテナ組立と第２アンテナ組立を適用し、第２アンテナ組立後方にホットスポットを形成する壁背後アンテナシステムの実施例の電界強度観測線を含む垂直平面における電界強度の分布を示す説明図である。
【図１７】第２アンテナ組立後方にホットスポットを形成する壁背後アンテナシステムの実施例の電界強度観測線を含む水平平面における電界強度の分布を示す説明図である。
【図１８】第２アンテナ組立後方にホットスポットを形成する壁背後アンテナシステムの実施例の電界強度観測線上の電界（垂直方向）強度分布を示すグラフである。
【図１９】図１８の縦軸スケールを拡大して示した強度分布を示すグラフである。
【図２０】環境のモデル空間２に第１および第２アンテナ組立を設け、第２アンテナ組立の後方に壁背後ビームを形成する壁背後アンテナシステムの実施例を示す図であって、同図（Ａ）は概略斜視図、同図（Ｂ）は平面断面図、同図（Ｃ）は縦断面図である。
【図２１】図２０に示した壁背後ビームを形成する壁背後アンテナシステムの壁とシステムの関係を示す斜視図である。
【図２２】環境のモデル空間２に第１アンテナ組立と第２アンテナ組立を適用し、第２アンテナ組立後方に壁背後ビームを形成する壁背後アンテナシステムの電界強度観測線Ｃ２を含む垂直平面における電界強度の分布を示す説明図である。
【図２３】第２アンテナ組立後方に壁背後ビームを形成する壁背後アンテナシステムの電界強度観測線Ｃ２を含む水平平面における電界強度の分布を示す説明図である。
【図２４】第２アンテナ組立後方に壁背後ビームを形成する壁背後アンテナシステムの電界強度観測線Ｃ２（中央のアンテナ対の軸）上の電界強度分布を示すグラフである。
【図２５】第２アンテナ組立後方に壁背後ビームを形成する壁背後アンテナシステムの電界強度観測線Ｃ２（中央のアンテナ対の軸）上の電界強度分布を図２４の縦軸尺度を拡大して示したグラフである。
【図２６】第２アンテナ組立後方に壁背後ビームを形成する壁背後アンテナシステムの電界強度観測線Ｃ１（Ｃ３）に沿った電界強度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１  入射波
３  前方空気層
５  コンクリート壁
６  λ／４の誘電体板
７  後方空気層
９  電界強度観測線
１１  第１アンテナ組立
１２  コーナーレフレクタ
１３  上導体板
１５  下導体板
２１  ダイポールアンテナ
２２  伝送線路（同軸線路）
２３  信号出力端子
３１  ダイポールアンテナ（第２アンテナ）
３２  後方上傾斜導体板
３３  後方上導体板（円板）
３５  後方下導体板（円板）
３６  後方下傾斜導体板
３７  平行２線伝送線路
３８  誘電体基板
３９  側面導体板
４１  後方コーナーレフレクタ
１２１  前方コーナーレフレクタ
１３１  上導体板
１５１  下導体板
２１１（上，中，下）  受信ダイポールアンテナ
３１１（上，中，下）  送信ダイポールアンテナ
５１１  伝送線路
４１１  後方コーナーレフレクタ
ＨＳｐ  ホットスポット
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  電界強度観測線
【図２】
2010081018.tif 000003
【図４】
2010081018.tif 000004
【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１８】
2010081018.tif 000009
【図１９】
2010081018.tif 000010
【図２４】
2010081018.tif 000011
【図２５】
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【図２６】
2010081018.tif 000013
【図１】
2010081018.tif 000014
【図３】
2010081018.tif 000015
【図５】
2010081018.tif 000016
【図６】
2010081018.tif 000017
【図８】
2010081018.tif 000018
【図９】
2010081018.tif 000019
【図１３】
2010081018.tif 000020
【図１４】
2010081018.tif 000021
【図１５】
2010081018.tif 000022
【図１６】
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【図１７】
2010081018.tif 000024
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
2010081018.tif 000028