(57)【要約】【課題】給電される高周波電力を有効に利用することで漏洩伝送路を敷設した空間全域にわたって良好な電界強度を得る。【解決手段】一端に給電部２２を設けるとともに他端に終端部２３を設け、送信装置２５からの高周波電力を給電部から取り込み、伝送路内部を通過する高周波電力の一部をスロット２４から電波として外部空間へ漏洩させる漏洩同軸ケーブル２１と、この漏洩同軸ケーブルの終端部から出力される高周波電力を遅延時間Ｔだけ遅延させるとともに、遅延後の高周波電力を終端部へ給電する電力還流部及び遅延部２６とを備え、漏洩同軸ケーブル上に進行波と反射波が重なり合った定在波を発生させ、この定在波の振幅が最大となる腹点をスロットの位置に一致させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に給電部を設けるとともに他端に終端部を設け、送信装置からの高周波電力を前記給電部から取り込み、伝送路内部を通過する高周波電力の一部をスロットから電波として外部空間へ漏洩させる漏洩伝送路と、この漏洩伝送路の終端部から出力される高周波電力を時間的に遅延させる遅延手段と、遅延後の高周波電力を前記終端部へ給電する電力還流手段とを備えたことを特徴とする漏洩伝送路型アンテナ。
【請求項２】
漏洩伝送路は、使用周波数の伝送路内波長の２分の１の間隔で複数のスロットを配置し、遅延手段は、前記漏洩伝送路内に生じる定在波が最大振幅となる位置とスロットの位置とが一致するように遅延時間を設定したことを特徴とする請求項１記載の漏洩伝送路型アンテナ。
【請求項３】
漏洩伝送路は、使用周波数の伝送路内波長の２分の１の間隔で複数のスロットを配置し、遅延手段は、遅延時間可変手段を設け、この可変手段により、前記漏洩伝送路内に生じる定在波が最大振幅となる位置とスロットの位置とが一致するように遅延時間を設定することを特徴とする請求項１記載の漏洩伝送路型アンテナ。
【請求項４】
漏洩伝送路の給電部における進行波電力に対して反射波電力が１０デシベル以上小さくなるように往復の損失量を設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載の漏洩伝送路型アンテナ。
【請求項５】
方向性伝送手段と、一端に給電部を設けるとともに他端に終端部を設け、送信装置からの高周波電力を、前記方向性伝送手段を経由して前記給電部から取り込み、伝送路内部を通過する高周波電力の一部をスロットから電波として外部空間へ漏洩させる漏洩伝送路と、この漏洩伝送路の終端部から出力される高周波電力を時間的に遅延させる遅延手段と、遅延後の高周波電力を前記終端部へ給電する電力還流手段とを備え、
前記方向性伝送手段は、前記送信装置の出力端における進行波電力よりも反射波電力が１０デシベル以上小さくなるように反射波に対して損失を与えることを特徴とする漏洩伝送路型アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波伝搬上に障害物が多い屋内空間や、トンネル、地下街などに敷設される漏洩伝送路型アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、漏洩伝送路としては、漏洩同軸ケーブルや漏洩導波管などが使用されている。例えば、漏洩同軸ケーブルは、図８に示すように、内部導体１の外周を絶縁部材２で覆い、その絶縁部材２の外周を外部導体３で覆い、その外部導体３の外周を被覆部材４で覆って形成され、外部導体３に多数のスロット５を設け、内部導体１を通過する電力の一部が各スロット５から外部空間へ電波として放射される構成になっている。
【０００３】
このような漏洩同軸ケーブルを使用したアンテナとしては、図９に示すように、漏洩同軸ケーブル１１の一端に給電部１２を設けるとともに他端に終端部１３を設け、この終端部１３に終端抵抗器１４を接続し、送信装置１５から高周波電力を給電部１２に給電し、漏洩同軸ケーブル１１を伝送する高周波電力の一部をスロット１６から電波として外部空間に放射するものが知られている。
【０００４】
このアンテナでは、給電部１２に給電される高周波電力から、電波として外部空間に放出された電力と、ケーブル内の抵抗損や誘電体損として消費された伝送損失電力とを差し引いた残りの電力が、終端部１３に接続された終端抵抗器１４に到達し熱として消費される。  
このため、図１０に示すように、漏洩同軸ケーブル１１の終端部１３にアンテナ１７を接続し、終端抵抗器１４で熱として消費される電力をアンテナ１７から空間へ放射することで無線通信に有効に利用できるようにしたものが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、終端部１３にアンテナ１７を接続したものでは、細長い空間や障害物の多い空間、或いは壁で分割された空間においてはアンテナ１７からの電波が一部の範囲にしか到達せず、また、漏洩同軸ケーブルを敷設した空間全域にわたって良好な電界強度を得ることができなかった。  
そこで、本発明は、給電される高周波電力を有効に利用することで漏洩伝送路を敷設した空間全域にわたって良好な電界強度を得ることができ、電界強度の改善を図ることができる漏洩伝送路型アンテナを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一端に給電部を設けるとともに他端に終端部を設け、送信装置からの高周波電力を給電部から取り込み、伝送路内部を通過する高周波電力の一部をスロットから電波として外部空間へ漏洩させる、例えば漏洩同軸ケーブルや漏洩導波管などの漏洩伝送路と、この漏洩伝送路の終端部から出力される高周波電力を時間的に遅延させる遅延手段と、遅延後の高周波電力を終端部へ給電する電力還流手段とを備えたことにある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、漏洩伝送路の終端部から出力される高周波電力を時間的に遅延させる遅延手段と、遅延後の高周波電力を終端部へ給電する電力還流手段とを備えることで、給電される高周波電力を有効に利用して漏洩伝送路を敷設した空間全域にわたって良好な電界強度を得ることができ、電界強度の改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１において、２１は漏洩伝送路を形成する漏洩同軸ケーブルである。この漏洩同軸ケーブル２１の一端には給電部２２を設け、他端には終端部２３を設け、また、前記漏洩同軸ケーブル２１の外部導体には多数のスロット２４が所定のピッチＰで設けられている。
【００１０】
前記給電部２２には、送信装置２５から高周波電力が給電され、その高周波電力が漏洩同軸ケーブル２１内を伝送するが、前記スロット２４のピッチＰはこの高周波電力が伝送する際の波長λgの２分の１に相当する間隔になっている。前記終端部２３に電力還流手段と遅延手段を構成する電力還流部及び遅延部２６を接続している。前記電力還流部及び遅延部２６は、端子に入力された電力を設定された時間だけ遅延させて再び同じ端子へ出力する機能を備えた伝送回路である。
【００１１】
前記送信装置２５から漏洩同軸ケーブル２１の給電部２２に給電された高周波電力は、終端部２３の方向へ進行波として伝送され、その一部はスロット２４から電波として空間へ放射される。さらに、一部は漏洩同軸ケーブル２１内で導体部の抵抗損や絶縁部の誘電体損による伝送損失として消費され、残った電力が終端部２３へ到達し、電力還流部及び遅延部２６に供給される。
【００１２】
前記電力還流部及び遅延部２６は、入力された電力を遅延時間Ｔだけ遅延した後、再び漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３に戻す。この戻された電力は漏洩同軸ケーブル２１内を給電部２２の方向へ反射波として伝送される。従って、漏洩同軸ケーブル２１上では進行波と反射波が重なり合って図２に示すような定在波が発生する。
【００１３】
この定在波には、振幅が最大となる腹点と最小となる節点があり、腹点同士または節点同士の間隔は波長λgの２分の１になっている。漏洩同軸ケーブル２１上における腹点及び節点の位置は、遅延時間Ｔによって変化させることができる。そこで、腹点がスロット２４の位置と一致するように遅延時間Ｔを設定する。これにより、各スロット２４における励振振幅が最大となり電波として放射される電力も最大となる。
【００１４】
また、進行波は給電部２２から終端部２３へ進につれてスロット２４からの放射や結合損失により次第に減衰していくが、これとは逆方向に進む反射波は終端部２３に近いほど強いため、進行波と反射波の合成による定在波の腹点振幅は給電部２２から終端部２３に渡って概ね均一となり、スロット２４から放射される電波の電界強度も同様に概ね均一となる。
【００１５】
ところで、送信装置２５から給電部２２に供給された進行波電力Ｐfが終端部２３から電力還流部及び遅延部２６、終端部２３を経由して給電部２２に戻るまでの往復経路によって与えられる損失量は、スロット２４の開放率や漏洩同軸ケーブル２１の材質及び直径によって設計することができる。一方、送信装置２５は、負荷から出力端へ戻る反射波電力Ｐrが過大な場合には、終段増幅器等での相互変調歪みなどが発生する虞があるが、この出力端における電力リターンロスが１０デシベル以上あれば実用上問題はない。
【００１６】
従って、下記式を満たすように電力リターンロスを設定することで送信装置２５を正常に動作させることができる。  
電力リターンロス＝１０Log(Ｐf/Ｐr)≧１０ｄＢ
（但し、対数の底は１０）
次に、前記電力還流部及び遅延部２６の具体的構成について述べる。
【００１７】
前記電力還流部及び遅延部２６は、図３に示すように、３端子サーキュレータ２７を設け、このサーキュレータ２７の一つ目の端子２７ａを漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３に接続している。前記３端子サーキュレータ２７の二つ目の端子２７ｂは同軸ケーブル２８を介して９０°ハイブリッド２９の端子２９ａに接続し、前記３端子サーキュレータ２７の三つ目の端子２７ｃは同軸ケーブル３０を介して前記９０°ハイブリッド２９の端子２９ｂに接続している。
【００１８】
前記３端子サーキュレータ２７は、端子２７ａに入力された電力を端子２７ｂだけに出力し、端子２７ｂに入力された電力を端子２７ｃだけに出力し、端子２７ｃに入力された電力を端子２７ａだけに出力する機能を有する。  
前記９０°ハイブリッド２９は、さらに、端子２９ｃ、２９ｄを設け、端子２９ｃに開放端線路３１の一端を接続し、端子２９ｄに開放端線路３２の一端を接続している。
【００１９】
前記９０°ハイブリッド２９はプリント基板上のマイクロストリップラインで構成され、端子２９ａから入力された電力を端子２９ｃと２９ｄに分配出力し、端子２９ｃと２９ｄに入力された電力を端子２９ｂにだけ合成出力する機能を持っている。  
前記開放端線路３１、３２もプリント基板上のマイクロストリップラインで構成され、二つとも同一の電気長を有し、末端部３１ａと３２ａが開放状態になった伝送線路である。
【００２０】
この構成においては、３端子サーキュレータ２７及び９０°ハイブリッド２９は電力還流手段を構成し、開放端線路３１、３２は遅延手段を構成する。漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３からサーキュレータ２７の端子２７ａに入力された電力は、端子２７ｂから出力されて９０°ハイブリッド２９の端子２９ａを経て端子２９ｃ、２９ｄから開放端線路３１、３２に伝送され、この線路３１、３２の末端部３１ａ、３２ａで全反射されて端子２９ｃ、２９ｄに戻る。この開放端線路３１、３２を電力が往復するには伝播時間Ｔxを要する。従って、開放端線路３１、３２の電気長によって伝播時間Ｔxを変えることができ、この伝播時間Ｔxを遅延時間Ｔとして設定することができる。
【００２１】
端子２９ｃ、２９ｄに戻ってきた電力は、９０°ハイブリッド２９の端子２９ｂで合成されてサーキュレータ２７の端子２７ｃに入力される。そして、端子２７ａを経て漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３に入力され、給電部方向に伝送される。
【００２２】
このように、漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３から電力還流部及び遅延部２６に出力された電力は、時間Ｔだけ遅延されて再び終端部２３に入力され、反射波として給電部方向に伝送されるので、進行波と反射波の合成によって定在波が発生し、しかも、定在波の腹点がスロット２４の位置と一致する。従って、終端部２３から出力される電力を有効に利用でき、また、各スロット２４から放射される電力を大きく、しかも均一化できる。すなわち、給電部２２から給電される高周波電力を有効に利用して漏洩同軸ケーブル２１を敷設した空間全域にわたって良好な電界強度を得ることができ、電界強度の改善を図ることができる。
【００２３】
なお、この実施の形態では、末端部を開放した開放端線路３１，３２を使用したものについて述べたがこれに限定するものではなく、末端部を短絡した短絡端線路を使用してもよい。また、線路部分はマイクロストリップラインに限定するものではなく、同軸ケーブルや導波管、あるいは同軸管を使用してもよい。
【００２４】
（第２の実施の形態）
この実施の形態は電力還流部及び遅延部の変形例について述べる。なお、漏洩同軸ケーブルの構成は前述した実施の形態と同一である。
【００２５】
この実施の形態の電力還流部及び遅延部３６は、図４に示すように、４端子サーキュレータ３７を設けている。この４端子サーキュレータ３７は端子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄを備え、端子３７ａを漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３に接続し、端子３７ｂを開放端線路３８に接続し、端子３７ｃと端子３７ｄを位相安定性に優れているセミリジッドケーブル３９を使用して直結している。前記開放端線路３８は末端が開放された伝送線路であり、マイクロストリップラインで構成している。前記セミリジッドケーブル３９の長さは、電力損失を考慮し最短距離で接続している。
【００２６】
前記電力還流部及び遅延部３６は、端子３７ａに入力された電力を端子３７ｂのみに出力し、端子３７ｂに入力された電力を端子３７ｃのみに出力し、端子３７ｃに入力された電力を端子３７ｄのみに出力し、端子３７ｄに入力された電力を端子３７ａのみに出力する機能を有する。
【００２７】
この構成においては、４端子サーキュレータ３７及びセミリジッドケーブル３９は電力還流手段を構成し、開放端線路３８は遅延手段を構成する。漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３からサーキュレータ３７の端子３７ａに入力された電力は、端子３７ｂから開放端線路３８に出力される。そして、開放端線路３８の末端部３８ａで全反射されて端子３７ｂに戻る。この開放端線路３８を電力が往復するには伝播時間Ｔxを要する。従って、開放端線路３８の電気長によって伝播時間Ｔxを変えることができ、この伝播時間Ｔxを遅延時間Ｔとして設定することができる。
【００２８】
端子３７ｂに戻った電力は、端子３７ｃからセミリジッドケーブル３９を介して端子３７ｄに入力され、端子３７ａを経て漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３に入力され、給電部方向へ反射波として伝送される。
【００２９】
このように、漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３から電力還流部及び遅延部３６に出力された電力は、時間Ｔだけ遅延されて再び終端部２３に入力され、反射波として給電部方向に伝送されるので、進行波と反射波の合成によって定在波が発生し、しかも、定在波の腹点がスロット２４の位置と一致する。従って、この実施の形態においても給電部から給電される高周波電力を有効に利用して漏洩同軸ケーブル２１を敷設した空間全域にわたって良好な電界強度を得ることができ、電界強度の改善を図ることができる。
【００３０】
なお、この実施の形態では、末端部を開放した開放端線路３８を使用したものについて述べたがこれに限定するものではなく、末端部を短絡した短絡端線路を使用してもよい。また、線路部分はマイクロストリップラインに限定するものではなく、同軸ケーブルや導波管、あるいは同軸管を使用してもよい。
【００３１】
（第３の実施の形態）
この実施の形態も電力還流部及び遅延部の変形例について述べる。なお、漏洩同軸ケーブルの構成は前述した実施の形態と同一である。  
この実施の形態の電力還流部及び遅延部４６は、図５に示すように、３端子サーキュレータ２７を設けている。そして、３端子サーキュレータ２７の端子２７ｂと端子２７ｃをセミリジッドケーブル４７によって直結している。
【００３２】
この構成においては、３端子サーキュレータ２７及びセミリジッドケーブル４７は電力還流手段を構成し、セミリジッドケーブル４７はさらに遅延手段も構成する。漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３からサーキュレータ２７の端子２７ａに入力された電力は、端子２７ｂからセミリジッドケーブル４７を介して端子２７ｃに入力され、端子２７ａを経て漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３に入力され、給電部方向に伝送される。このとき、端子２７ｂから出力された電力はセミリジッドケーブル４７を通過する際の伝播時間Ｔxだけ遅延されて端子２７ｃに入力される。このときの伝播時間Ｔxはセミリジッドケーブル４７の長さによって可変できる。従って、セミリジッドケーブル４７の長さを調整して遅延時間をＴに設定することができる。
【００３３】
このように、漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３から電力還流部及び遅延部４６に出力された電力は、時間Ｔだけ遅延されて再び終端部２３に入力され、反射波として給電部方向に伝送されるので、進行波と反射波の合成によって定在波が発生し、しかも、定在波の腹点がスロット２４の位置と一致する。従って、この実施の形態においても給電部から給電される高周波電力を有効に利用して漏洩同軸ケーブル２１を敷設した空間全域にわたって良好な電界強度を得ることができ、電界強度の改善を図ることができる。
【００３４】
（第４の実施の形態）
この実施の形態も電力還流部及び遅延部の変形例について述べる。なお、漏洩同軸ケーブルの構成は前述した実施の形態と同一である。  
この実施の形態の電力還流部及び遅延部５６は、図６に示すように、４端子サーキュレータ３７を設けている。そして、前述した第２の実施の形態の開放端線路３８に代えて可変長同軸管５７を使用している。この可変長同軸管５７の先端部分は開放もしくは短絡している。
【００３５】
前記可変長同軸管５７は、固定部５７ａと可動部５７ｂからなり、可動部５７ｂを伸縮して全長を可変できるもので、これにより電力の伝播時間Ｔxを遅延時間Ｔとして設定できる。なお、固定部５７ａと可動部５７ｂとの固定は例えば締め付けナット５７ｃによって行う。
【００３６】
この構成においては、４端子サーキュレータ３７及びセミリジッドケーブル３９は電力還流手段を構成し、可変長同軸管５７は遅延手段を構成する。漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３からサーキュレータ３７の端子３７ａに入力された電力は、端子３７ｂから可変長同軸管５７に出力される。そして、可変長同軸管５７の可動部５７ｂにおける末端部５７ｄで全反射されて端子３７ｂに戻る。この可変長同軸管５７を電力が往復するには伝播時間Ｔxを要する。そして、この伝播時間Ｔxは可動部５７ｂの伸縮調整によって可変できる。従って、可動部５７ｂを伸縮調整することで伝播時間Ｔxを遅延時間Ｔに容易に設定することができる。
【００３７】
端子３７ｂに戻った電力は、端子３７ｃからセミリジッドケーブル３９を介して端子３７ｄに入力され、端子３７ａを経て漏洩同軸ケーブル２１の終端部２３に入力され、給電部方向へ反射波として伝送される。
【００３８】
このように可動長同軸管５７を使用しているので、伝播時間Ｔxを遅延時間Ｔに容易に設定することができ、これにより、定在波の腹点をスロット２４に合わせることが簡単にできる。なお、この実施の形態においても給電部から給電される高周波電力を有効に利用して漏洩同軸ケーブル２１を敷設した空間全域にわたって良好な電界強度を得、電界強度の改善を図ることができるのは勿論である。
【００３９】
（第５の実施の形態）
この実施の形態は第１の実施の形態で述べた送信装置２５の出力端に戻る反射波電力が過大にならないようにする対策の変形例について述べる。なお、漏洩同軸ケーブルの構成は前述した実施の形態と同一である。  
図７に示すように、送信装置２５の出力端と漏洩同軸ケーブル２１の給電部２２との管に、方向性伝送手段を構成するアイソレータ３３を介在させている。すなわち、送信装置２５を正常に動作させることができる電力リターンロス｛＝１０Log(Pf/Pr)≧１０ｄＢ｝を設定し、さらに、前記アイソレータ３３によってアイソレーション量を加えることで、送信装置２５の出力端における進行波電力Ｐfよりも反射波電力Ｐrが１０デシベル以上小さくなるように設定している。
【００４０】
このような構成においては、漏洩同軸ケーブル２１に設計上の制約がある場合でも、アイソレータ３３のアイソレーション特性を変更することによって自由に反射波電力Ｐrを制御し、電力リターンロス＝１０Log(Ｐf/Ｐr)≧１０ｄＢ、の関係を満足させることができる。
【００４１】
なお、この実施の形態においても第１の実施の形態と同様に、給電部から給電される高周波電力を有効に利用して漏洩同軸ケーブル２１を敷設した空間全域にわたって良好な電界強度を得、電界強度の改善を図ることができるのは勿論である。  
なお、前述した各実施の形態では漏洩伝送路を漏洩同軸ケーブルで構成したものについて述べたがこれに限定するものではなく、漏洩導波管で構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る全体の構成を示す図。
【図２】同実施の形態における定在波とスロットピッチとの関係を示す図。
【図３】同実施の形態における電力還流部及び遅延部の具体構成例を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電力還流部及び遅延部の具体構成例を示す図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る電力還流部及び遅延部の具体構成例を示す図。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る電力還流部及び遅延部の具体構成例を示す図。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る全体の構成を示す図。
【図８】漏洩同軸ケーブルの構成を示す一部切欠した斜視図。
【図９】従来例を示す図。
【図１０】従来例を示す図。
【符号の説明】
【００４３】
２１…漏洩同軸ケーブル、２２…給電部、２３…終端部、２４…スロット、２６…電力還流部及び遅延部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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