(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管内に設置したアンテナ間で，該配管内を伝播する複数の異なる伝搬モードを有する高周波信号と無線通信を行うための配管内無線通信装置用アンテナ構造において，
上記アンテナを同軸棒状で端部に同軸コネクタを設けたアンテナとし，
配管側に上記アンテナを配管内面に沿って挿入しうると共に，上記アンテナの配管内への挿入量を調整しうるアンテナ取り付け部を形成した配管内無線通信装置用アンテナ構造とし，
当該配管内無線通信装置用アンテナ構造が，配管の長手方向に複数配設されてなることを特徴とする無線ＬＡＮシステム。
【請求項２】
上記アンテナ自身が，可撓性を有してなるものである請求項１に記載の無線ＬＡＮシステム。
【請求項３】
配管内に設置したアンテナ間で，該配管内を伝播する複数の異なる伝搬モードを有する高周波信号と無線通信を行うための配管内無線通信方法において，
上記アンテナとして同軸棒状で端部に同軸コネクタを設けたアンテナを用い，
配管側に上記アンテナを配管内面に沿って挿入しうると共に，上記アンテナの配管内への挿入量を調整しうるアンテナ取り付け部を形成した配管内無線通信装置用アンテナ構造とし，
当該配管内無線通信装置用アンテナ構造を配管の長手方向に複数配設し，
上記アンテナの配管内への挿入量を配管内を伝播する伝搬モードに応じて調整するよう
にしたことを特徴とする方法。
【請求項４】
上記アンテナ自身が，可撓性を有してなるものである請求項３に記載の配管内無線通信
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，送信したい情報を無線に載せ，工場その他ビル内や各種の施設内にある配管内を伝搬させ，離れた場所間を通信できるようにするための無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地下空間施設に設けられた換気ダクトや工事用トンネル内に配置された中空の金属配管の両端に送受信機を配置し，金属配管を電磁波の導波管として利用して，例えば地下工事現場と地上部との間で無線通信するようにした無線通信システムが特許文献１に開示されている。
このような配管を利用して無線通信を行うために配管ダクト壁面に取り付けるアンテナ装置に関する従来技術として特許文献２が知られている。
【特許文献１】特開平８−２２３０９５号公報
【特許文献２】特開２００４−２２８６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで無線ＬＡＮとして使用する周波数は，現在一般に2.4GHz帯のシステムが普及している。2.4GHz帯の無線を伝搬させるために効率の良い規格として，JIS規格やEIAJ規格により導波管形状が決まっている。例えば，JISではWRJ-2という規格があり，109.2mm×54.6mmの内径を有する方形導波管となる。
しかしながら，一般の建物や工場内の配管形状は，高周波を伝搬させることを主目的に設計されていないため，上記したような方形導波管の規格形状とは異なっている。また，配管の断面形状は一定ではなく，途中で形状の変化（段差や分岐等）がある。
【０００４】
円筒形状の配管でも同様である。円筒導波管形状は規格にて決まっているが，方形導波管の規格とは異なる。例えば，藤澤和男「改版マイクロ波回路」（電子通信学会編，コロナ社）には，７９頁に100mmφの円筒導波管（円筒配管）内を伝搬する主要な伝搬モードの周波数に対する減衰特性が示されている。これによると，与えられた配管形状に対して，通信用周波数を有する無線は，様々な伝搬モードを持ち，配管内を伝搬することが分かる。
従って，上記のように通常の工場などに敷設されている多種多様な配管に柔軟に適用できて，効率良く伝播させることのできるシステムの構築が重要である。
【０００５】
しかしながら，配管内での無線通信の場合には，前記特許文献２に記載されたアンテナ装置は，単に配管内にアンテナを挿入して無線通信を行うという基本概念を示すにとどまり，どのようにすれば配管の大きさや形状の異なる多種多様な配管に柔軟に適用できて，効率良く伝播させることが出来るかという具体的課題に応えるものではなかった。
【０００６】
このように，与えられた配管経路内を，与えられた通信用周波数の無線を伝搬させるためには，無線特性の変換が必要であるが，かかる変換はアンテナ部で行うことが経済的である。
【０００７】
また，与えられた配管経路内を，与えられた通信用周波数の無線を伝搬させるために，その配管内を小さな減衰係数で伝搬するモードに変換する必要があるが，上記特許文献２に記載のアンテナ装置では，電磁波の導波経路をふさぐようにアンテナを配管中心部に挿入しているので，アンテナ自身により電磁波が吸収される構造となっている。そのため，この特許文献２に示されたアンテナでは，電磁波が遠くまで届かない構造となっている。
すなわち，このようなアンテナ構造では，電磁波を配管系路上の多くの部分から取り出すようなシステムには適用できないという問題があった。
【０００８】
本発明にかかる無線ＬＡＮシステムは，このような問題点の解決を目指し，配管の大きさや形状に関係なく，配管内を伝搬する電磁波伝搬モードと，アンテナ素子から送信，受信する電磁波との結合度を調整することが可能な構造を提供すること，及び配管内を伝搬する無線（電磁波）に影響を与えず，配管内に無線を送受信させることにより１つの配管の多くの部分から電磁波を経済的に取り出せるようにすることができるアンテナ構造を基本コンセプトに成り立っており，以下に示す解決手段から構成される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記コンセプトに従った本発明は，配管内に設置したアンテナ間で，該配管内を伝播する複数の異なる伝搬モードを有する高周波信号と無線通信を行うための配管内無線通信装置用アンテナ構造であって，アンテナ構造として，上記アンテナを同軸棒状で，端部に同軸コネクタを設けたアンテナとするものである。また上記アンテナを取り付ける構造として，配管側に上記アンテナを配管内面に沿って挿入しうると共に，上記アンテナの配管内への挿入量を調整しうるアンテナ取り付け部を形成したものである。
あるいは，配管内に設置したアンテナ間で，該配管内を伝播する複数の異なる伝搬モードを有する高周波信号と無線通信を行うための配管内無線通信方法において，上記アンテナとして同軸棒状で端部に同軸コネクタを設けたアンテナを用い，配管側に上記アンテナを配管内面に沿って挿入しうると共に，上記アンテナの配管内への挿入量を調整しうるアンテナ取り付け部を形成し，上記アンテナの配管内への挿入量を配管内を伝播する伝搬モードに応じて調整するようにしたことを特徴とする方法としても捉えられる。
上記のようなアンテナは可撓性を有して外部の同軸ケーブルを自在に接続可能であること，或いは円筒形配管のように内面が局面である場合に，上記曲面に沿って配置できるようにすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
通常配管自身が金属で構成されていることとも関連し，本発明では，アンテナが配管内面に沿って取り付けられているので，アンテナ自身が配管内を伝播する電磁波を吸収することがほとんどなく，遠くまで電磁波のが届くのをアンテナ自身が阻害することがない。また上記のように電磁波を吸収することがないので，電磁波を供給する側としては，経済的である。
この場合，アンテナが同軸ケーブルにより構成されているので，アンテナによる電磁波の吸収が少なくなるという効果も期待される。
更に，上記のようにアンテナの配管への挿入長が調整自在であるので，多種多様な形状や材質の配管に柔軟に適合することが出来，最も結合度（配管内を伝搬する電磁波の電力と，その電磁波からアンテナを介して引き出す電力の比）の高い状態を作り出すことが出来るので，電磁波の有効利用が可能で経済的なシステムを構成することが出来る。
しかもその調整は単にアンテナの挿入量を変えるだけであるので，極めて簡単な操作で実行可能である。
【００１１】
上記のようなアンテナ構造は，上記のように１つの配管に複数の無線アンテナを取り付けても各アンテナにおける電磁波の結合度を低下させない。また，長い配管に沿ってアンテナを複数配置して，複数のエリアに電磁波を伝達する場合には，アンテナの設置場所に応じて，配管内の伝搬電力が異なるため（配管内の伝搬長の違いにより，減衰量が異なるため），配管内から同じ電力を引き出す場合，アンテナと配管との結合度を調整する必要がある。
【００１２】
この点についても，本発明にかかるアンテナ構造は，アンテナ自身による電磁波の吸収度合いが低いので，１つの配管内に設置した多くのアンテナに電磁波を伝播させることが出来，更にアンテナの挿入量を変えることで，簡単に電磁波電力を調整することが出来るので，例えば，特開２００２−２０４２４０号公報に開示されているような，配管の長手方向に複数配設されてなる無線ＬＡＮシステムに適用して極めて効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
続いて添付した図面を参照して本発明を具体化した実施形態について説明し，本発明の理解に供する。
ここに図１は，矩形配管に対して，本発明を適用した場合の実施形態例を，図２は，円筒配管に対して，本発明を適用した場合の実施形態例を示す。
まず矩形配管１内に設置したアンテナ２間で無線通信を行うための配管内無線通信装置用アンテナ構造の場合から説明する。
【００１４】
伝搬モードのうち，最も効率的な，即ち，減衰特性の小さな伝搬モードと結合させるため，図１に示すように，対象となる配管１の側面の，挿入したアンテナ２が，配管内面に沿うような位置にアンテナ取り付け孔３が設けられている。
アンテナ２は上記アンテナ取り付け孔３に挿入されて，図外のネジ，或いは適宜のクリップにより固定される。ネジなどを緩めることによって，アンテナ２の配管１内への挿入長さは自在に調整可能である。アンテナ取り付け孔３には，当然ならが適宜のアンテナ取り付けブラケットやアダプタが設けられているが，図示は省略されている。
【００１５】
破線で図示されたアンテナ２は，電界結合型のロッドアンテナである。具体的には，同軸構造（中心導体とその周りを取り囲む金属筒から構成される）により構成されており，先端の金属筒から突出したロッド（金属棒状部）が伝搬モードの電界と結合する。
このようなアンテナ２は，上記したように同軸構造からなっているので，配管内を伝播する電磁波の吸収性については最小限に抑えられる。更に，アンテナ２を挿入することにより，伝搬モードに与える影響を最小化するため，アンテナ取り付け孔３は，アンテナ２を配管１の内壁面に沿って挿入できるように，配管１の角部に形成されている。
このようなアンテナ２は，アンテナの同軸構造が金属製であり，かつ配管が通常は金属で構成されているので，アンテナの外形が配管１の内径に比べて，十分に小さければ電磁波の伝搬モードに与える影響はほとんど無視できる。
【００１６】
上記アンテナ２の挿入部とは反対側の端部には，同軸コネクタ４が取り付けられ，無線モデム，高周波電力計５ａ，同軸導波管変換器５ｂ，ホーンアンテナ５ｃ，平面アンテナ５ｄなどの各種アンテナが接続可能である。
各種のアンテナや変換器は，通常配管１側に固定的に取り付けられるので，アンテナ２の配管１への挿入量を変えても同軸ケーブルが接続可能なように，ロッドアンテナ２をフレキシブルな可撓性のもので構成することが望ましい。
【００１７】
配管１が円筒形である場合には，図２に示すように円筒配管１ａの壁面にその円周方向にアンテナ取り付け孔３ａを形成し，これに沿って設けたアンテナ取り付けブラケットなどにアンテナ２ａを固定することが望ましい。このようにアンテナ取り付け孔３ａを形成することで，アンテナ２ａを円筒配管１ａの内面に沿って円弧状に配設し，配管内を伝播する電磁波の吸収性を小さく設定することが可能である。
上記いずれの場合においても，上記アンテナ２或いは２ａの挿入長を調整することで，アンテナの結合度を調整することが出来るが，その操作の一例は次の通りである。
【００１８】
すなわち，例えば結合度を最大に設定する場合には，配管１，１ａ内に，２つのアンテナ２（あるいは２ａ）を挿入し，一方に無線送信モデムを，他方に高周波電力計を接続し，２つのアンテナの挿入量を変えて，両者間を伝搬する電力を最大化するような位置にアンテナを固定する。この時，配管内を伝わる伝播モードのうち，最も減衰の少ないモードに２つのアンテナが電界結合したことになる。
【００１９】
この状態で，高周波電力計を外し，例えば，ホーンアンテナ５ｄやダイポールアンテナ等の高周波アンテナを接続すれば，上記無線送信モデムから配管内を伝わってロッドアンテナ２，２ａにより受信した電磁波を上記ホーンアンテ５ｄナなどから室内に向けて送信することが可能である。
図４に実配管を使って実験した結果を示す。配管として，外形40cm×30cmの矩形ダクトを使用した。その底面（40cmの面）に沿って，本発明の同軸ケーブル型のアンテナ（同軸外径約10mm，ロッド突き出し量30mm）を配管  内に配管長手方向に対して垂直に挿入し，その挿入量と矩形ダクト内を伝搬する高周波信号との結合度を求めた結果を図４に示す。横軸にアンテナの挿入量を，縦軸に結合度を示す。配管内には，様々なモードの高周波信号が伝搬しており，その影響を受け，結合度は単純な増減傾向を示していないが，結合度が挿入量によって変化することが分かる。例えば，強い結合度を得るためには，挿入量を６cmとする。この場合，10dBの結合度となる。一方，弱くするには，挿入量を例えば16cmとする。これにより23dBの結合度となる。このように，必要な結合度が，アンテナ挿入量を変化させることにより容易に得られる。
【００２０】
図３はそのような無線システムへの応用例である。この例は，特開２００２−２０４２４０号公報に記載された事例にも適用可能である。
配管１は，オフィス等の天井裏にある空調用配管或いは，工場内の屋根下に位置する空調用配管である。その配管１の１ヶ所より，無線アクセスポイント５の信号をロッドアンテナ２経由で配管１内に入力する。配管１内を伝搬する電磁波を配管の複数箇所に設けたロッドアンテナ２により受信し，配管の外に設けたアンテナ５ｃ（ホーンアンテナ，平面アンテナなど）にて床面に向けて放射する。
【００２１】
これにより，オフィスや工場内に対して，壁やパーティションなどの影響を受けず，隈なく無線を放射できる。放射された無線を無線端末モデム（図示せず）にて受け，データを復調する。
また，無線端末モデムから送信した無線は，逆方向に伝搬する。まず，配管１の外に設けたアンテナ５ｃにて受け，配管１内のアンテナ２に導かれ，配管１内を伝搬し，無線ＬＡＮアクセスポイント５で受信され，復調される。これにより双方向の通信が可能となり，オフィス内や工場内に対して，有線の配線工事を伴わず，既存の配管を用いて，比較的簡単にイントラネットを空間内に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を矩形状の配管に適用した一例を示す概念図。
【図２】発明を円筒状の配管に適用した一例を示す概念図。
【図３】本発明にかかるアンテナ構造を部屋の天井部に敷設した配管に適用した無線通信システムを示す概念図。
【図４】本発明にかかるアンテナ構造におけるアンテナ挿入長と結合度の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２３】
１，１ａ…配管
２，２ａ…アンテナ
３，３ａ…アンテナ取り付け孔
４…同軸コネクタ
５…無線ＬＡＮアクセスポイント
【図１】
0004828237.tif 000002
【図２】
0004828237.tif 000003
【図３】
0004828237.tif 000004
【図４】
0004828237.tif 000005