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図面 (4)

課題

能動素子を一切使用せずとも効率良く電波の受け渡しが行えると共に、低価格化、設置の簡易化が実現できる中継装置の提供。

解決手段

外部及び内部空中線伝送ケーブル損失を補うに足る利得を有する高利得空中線を用い、空中線間整合及び分離合成を行う直並列共振型周波数合成分配回路を有し、各部分部分に最適な伝送ケーブルを選択使用した構造を有する、完全無給電中継方式としたことで、能動素子を使用するが故に発生する種々の不都合を完全に排除し得ると共に、完全可逆的双方向性を有するため伝送ケーブルが1本で済む等、コストの著しい低減を実現した。

概要

背景

概要

能動素子を一切使用せずとも効率良く電波の受け渡しが行えると共に、低価格化、設置の簡易化が実現できる中継装置の提供。外部及び内部空中線伝送ケーブル損失を補うに足る利得を有する高利得空中線を用い、空中線間整合及び分離合成を行う直並列共振型周波数合成分配回路を有し、各部分部分に最適な伝送ケーブルを選択使用した構造を有する、完全無給電中継方式としたことで、能動素子を使用するが故に発生する種々の不都合を完全に排除し得ると共に、完全可逆的双方向性を有するため伝送ケーブルが1本で済む等、コストの著しい低減を実現した。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

携帯電話電波伝播路遮蔽体等により遮断されてしまう場所等に設置し、携帯電話の電波伝播路を確保するための手段として、電力を要する能動素子を使用せずに無給電で電波の中継を行う装置であり、地上等充分な電界強度を有する位置に外部空中線を設置し、これに誘起した携帯電話の電界同軸ケーブルにより電波不達位置まで誘導し、電波不達位置に設置した内部空中線より再放射を行うことで電波不達環境を改善し得る無給電中継装置

請求項2

地上等に設置する外部空中線は携帯電話に割り当てられた複数の異なる周波数に各々共振した強い指向性と高い利得を有する個別な3素子及び4素子の八木型空中線より構成され、又、内部空中線は外部空中線に類似した指向性と利得を有する個別な2素子八木型空中線より構成され、外部及び内部空中線に誘起された携帯電話の電波を、各々の周波数毎に室内外相互に効率良く再放射する構造の無給電中継装置。

請求項3

携帯電話に割り当てられた周波数に各々共振させた外部空中線は垂直方向直列的に配置され、内部空中線は水平方向に並列的に配置され、外部及び内部空中線は直並列共振回路より構成される周波数合成分配回路により重畳合成されて1回線の同軸ケーブルのみで相互接続されることで、完全可逆的双方向性を有する無給電中継装置。

請求項4

外部空中線は独立して水平面に180度回転可能な機構により個々の最適方向に固定できる構造で保持固定されると共に、アルミサッシ窓枠に措いて室内より室外を見た時の右最外部に有る周囲枠に保持部を固定する構造に依り窓の開閉に支障を来す事無く装置可能な機構構造を有し、室外より室内への引き込みはアルミサッシ窓枠の僅かな間隙を通過可能な極小径同軸ケーブルを用いることで、家屋構造物に特別な加工を要さずとも装置可能な無給電中継装置。

【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信における電波伝播上の隘路回避手段である、所謂無給電中継装置一種に属する。通常無給電中継装置と称されるものは、専ら公共電波、例えばテレビ放送電波山岳等により遮断若しくは減衰して発生する不感地帯を解消する目的で設置される大規模装置を意味するが、携帯電話においても電波伝播上の隘路は様々な状況下、例えば地下室金属構造物で囲われた場所、破損防止金網入りガラス窓の内部等で恒常的に発生する。
【従来の技術】
携帯電話の電波が電波伝播上の隘路により通達出来ない様な極めて小規模な地域における電波環境の改善手段として、電波を増幅する能動素子を用いて成る小規模地域電界強度改善用の有給電型中継装置が使用され、相応な性能を発揮しているが能動素子を使用する以上、必ず非線形領域が存在し、為に不要成分の発生等が起こり、最悪の場合には基地局が誤動作する等の不都合を潜在的に有している。
【発明が解決しようとする課題】
現在使用されている携帯電話用小規模地域電界強度改善装置としての有給電型中継装置は能動素子で電波を増幅する構造のため、能動素子が必然的に有する非線形性に起因する歪、特に3次混変調成分の発生が避けられず、この量が一定以上高く成った場合には基地局の誤動作を招く等の不都合を生じ、最悪の場合には通信ステムそのものに多大な悪影響を与えかねない。又、上り回線下り回線其々に利得を有する異なった能動回路を使用せざるを得ぬことより、各回線間結合の防止上、各回線専用の同軸ケーブルを用いなければ成らず、結果、常に2本一組の同軸ケーブルの使用が不可欠である。
【課題を解決するための手段】
本発明は、掛る背景に鑑み、電波の中継を無給電、即ち一切の能動素子を使わずに行う構造とし、能動素子を使わないことに依る不利性を改善する手段として、外部に設置する対基地局用回線接続空中線に小型ながら高い利得を有する八木型空中線を用いて効率良く電波の受け渡しを行う様に工夫すると共に、内部空中線にも小型八木型空中線を用い、相互の給電用同軸ケーブルを1本で行うため周波数重畳器としての直並列共振型合成分配器各空中線毎に具備した構造を有して成る。
本発明は、構造上一切の能動素子を使用しないため、有給電型中継装置と比較して電気的性能は劣るものの、非線形領域が存在しないため基地局に対する不要電波の発生そのものが理論上存在せず常に安定した電波伝送が可能であり、又装置自体低価格化、設置の簡易化も具現化し得たものである。
主要技術として、
イ)室外に設置する対基地局用回線接続空中線は、小型ながら高い利得を有する空中線とし、800MHz帯携帯電話周波数用には3素子八木型空中線を、1.5GHz帯携帯電話周波数用には4素子八木型空中線を各々用い、800MHz帯と1.5GHz帯の空中線利得差異を持たせた。これは同軸ケーブルの減衰特性より、周波数が高くなる程減衰量が増えることを案して各周波数の総合利得近似させるためである。なお、各空中線の設計に当ってはマイクロコンピュータモーメント解析法に依る空中線解析プログラム最適化解析を行った。
ロ)800MHz帯及び1.5GHz帯の各周波数を合成して1本の同軸ケーブルに重畳させるため、小型低損失な直並列共振型周波数合成分配回路を構成した。
ハ)室外空中線群で受けた電波を室内へ導く場合の容易な設置配線性を考慮し、極めて小径ながら低損失な同軸ケーブルを用いて窓等の僅かな隙間より内外部を短距離で結ぶ等の配慮を行った。
ニ)室外空中線で送受する電波を室内等内部不達地域まで導く同軸ケーブルは、なるべく低損失なものとし、室内等内部不達地域で再送受する空中線は、800MHz帯及び1.5GHz帯携帯電話周波数共に2素子八木型空中線を各々用いた。
ホ)室外空中線の配置は各部屋の天井部中央等の高位置に設置することとし、且つ複数の部屋に分かれている場合を考慮して適宜T分岐により内部空中線を並列接続させることで漏洩ケーブルと相応な効果を持たせた。
【発明の実施の形態】
本発明は、携帯電話の電波が電波伝播上の隘路により届かない等の不都合を改善するための小規模な無給電中継装置である。既に使用されている携帯電話用中継装置は、その殆どが内部に増幅器を有する有給電型中継装置であり、増幅器として使用される能動素子が必然的に有する非線形性より不要信号成分が発生し、これの程度に依り基地局が異常動作を起す危険性を常に秘めている。本発明は、掛る背景に鑑み、増幅器等能動素子は一切使用せず、不足する利得を空中線に利得を持たせる手法を取ることで、実用上の機能を満たす性能を有する無給電型中継装置を提供せしめたものである。
図1は本発明の実施例における外部空中線外観図である。
1はディレクター1本、フォールデットダイポール型ラジエター1本、レフレクター1本より成る3素子八木型の800MHz帯用空中線であり、2はその給電部、3はこの空中線を水平面に回転させて最適位置に固定するための回転支持部である。 4はディレクター2本、フォールデットダイポール型ラジエター1本、レフレクター1本より成る4素子八木型の1.5GHz帯用空中線であり、5はその給電部、6はこの空中線を水平面に回転させて最適位置に固定するための回転支持部である。 7は回路収納箱であり、内部には各空中線の電波を少ない減衰量で合成、重畳して1本の同軸ケーブルに接続するための小型低損失な直並列共振型周波数合成分配回路を内蔵する回路収納箱であり、9は回路収納箱に接続される各同軸ケーブルの接続部を雨水より保護する防水蓋である。8はアルミサッシ窓枠に措いて室内より室外を見た時の右最外部に有る周囲枠に保持部を固定するための窓枠固定金具である。
図2は外部空中線整合部詳細図である。
2は3素子八木型の800MHz帯用空中線の給電部であり、この部位に接続された同軸ケーブル10は、12のC1、13のC2、14のL1より成る直並列共振型周波数合成分配回路である。13のC2と14のL1は1.5GHz帯に並列共振して18の同軸ケーブルと2の3素子八木型800MHz帯用空中線の給電部間を1.5GHz帯より切り離すと共に、1.5GHz帯に並列共振した13のC2と14のL1の並列合成インピーダンスが、その共振周波数より低い周波数に措いては誘導性を示すため、800MHz帯に対して12のC1でこの誘導性を打ち消す、即ち直列共振させることで800MHz帯周波数を減衰無く18の同軸ケーブルへ導く。 同様に15のC3と16のL2は800MHz帯に並列共振して18の同軸ケーブルと5の4素子八木型1.5GHz帯用空中線の給電部間を800MHz帯より切り離すと共に、800MHz帯に並列共振した15のC3と16のL2の並列合成インピーダンスが、その共振周波数より高い周波数に措いては容量性を示すため、1.5GHz帯に対して17のL3でこの容量性を打ち消す、即ち直列共振させることで1.5GHz帯周波数を減衰無く18の同軸ケーブルへ導く。なお、同軸ケーブル10は800MHz帯における半波長整数倍長に選ばれ、同軸ケーブル11は1.5GHz帯における半波長の整数倍長に選ばれている。18は極小径な同軸ケーブルであり、19の接続箱に依り20の同軸ケーブルに接続される。これは室外より室内への引き込みをアルミサッシ窓枠等の僅かな間隙を通過させようとする用途に対する対処であり、他に室内外を通過し得る穴、例えばエアコン配管穴等の利用が可能な場合はこの限りではない。
図3は室内外接続図である。
1の800MHz帯空中線及び4の1.5GHz帯空中線よりの各々の信号は7の回路収納箱
内に具備された直並列共振型周波数合成分配回路により合成重畳され、18の極小径な同軸ケーブルに依り21の金網ガラス窓/外壁より室内へと接続される。19の接続箱で20の通常径同軸ケーブルに接続されて24の天井部に沿い配線され、電波不達域の適当な部位に設置された23の内部空中線に7の回路収納箱内に具備された直並列共振型周波数合成分配回路を経由して接続される。室内の電波配置環境に依り、適宜22のT分岐を用いて7の回路収納箱及び23の内部空中線を配置、接続することで、等価的な漏洩ケーブルと類似な効果を得ることができる。なおこの内部空中線23及び回路収納箱7は、天井部24に近い高位置であり、且つ人体に容易に触れない位置に設置される。
【実施例】
図1は本発明の主要部を成す外部空中線外観図、図2は外部空中線整合部詳細図及び図3は室内外接続図である。1の3素子八木型空中線は設計中心周波数885MHzにてR+jX=49.942−j0.383(Ω)、VSWR=1.01、Ga=9.68dBi、F/B=9.52dBの特性を示し、4の4素子八木型空中線は設計中心周波数1.465GHzにてR+jX=49.987−j0.033(Ω)、
VSWR=1.00、Ga=11.04dBi、F/B=12.99dBの特性を示す。ここで1と4の各空中線間に1.36dBの利得差を与えたのは、通常の同軸ケーブルの伝送特性上、周波数が高く成る程減推量が増加することを見込んだ為である。23の室内空中線は800MHz帯及び
1.5GHz帯共に2素子八木型空中線であり、設計中心周波数885MHzにてR+jX=47.425+j2.257(Ω)、VSWR=1.07、Ga=7.16dBi、F/B=6.07dBの特性を示し、設計中心周波数
1.465GHzにてR+jX=50.688+j0.278(Ω)、VSWR=1.01、Ga=7.11dBi、F/B=5.02dBの特性を示す。同軸ケーブル10、11は1.5D−2V相当の小径品を用い、同軸ケーブル18は0.8D−2V相当の極小径品を用い、同軸ケーブル20は3D−2V相当の標準径品を用いた。3D−2V同軸ケーブルの標準的減衰量は1GHzにおいて約500dB/kmであり、1m当り換算すると約0.5dBの損失を有する。従って、本実施例における各空中線の利得及び中間に存在する小径同軸ケーブルの伝送損失等を勘案した場合の内部側延長距離限界相対利得で計算した場合、約24mと成る。ここにおける限界条件は、外部空中線の利得が同軸ケーブルの伝送減衰量に依り相殺される点をいう。なお、より以上の延長を期待する場合には3D−2V同軸ケーブルより低損失なもの、例えば5D−2V以上の大径ケーブルを使用することで可能ではあるが、相応なコスト上昇は避けられない。外部空中線の設置に当っては、所定の周波数における電界強度が測定できる測定器使い、1の800MHz帯空中線の位置を水平方向に移動して最も高い電界強度を示す位置に固定しなければならない。4の1.5GHz帯空中線の設置固定においても同様に測定のうえで固定しなければならない。なお、本発明では1の800MHz帯空中線及び4の1.5GHz帯空中線は各々独立して水平方向180°迄位置を可変できる様に工夫されているが、これは各周波数帯サービスするキャリア業者基地局位置が通常異なり、各周波数の到達方向が同一では無いことに対応するためである。
【発明の効果】
本発明は所謂小規模無給電中継装置に属する。従来の携帯電話用小規模中継装置は、その多くが内部に能動素子を用いて電波の増幅等を行う構造のものであり、能動素子が固有する非線形性より少なからず不要成分を発生する。この発生程度が或る限度を越えた場合には基地局の動作に多大な悪影響を及ぼしかねない。更に下り回線及び上り回線それぞれを独立的に配置せねばならず、電波伝送用ケーブルは2本を必要とし、更に上下回線相互間の影響を避けるために外部空中線、内部空中線共に各々独立して配置せざるを得ず、結果、最低でも4本の空中線を用いなければならない。
本発明は掛る背景に鑑み、中継能力能動型中継装置よりは劣るものの小規模な地域における携帯電話の電波伝播上の隘路を改善し得る性能を有すると共に、能動素子を一切用いない完全無給電中継方式とすることで、以下の特徴を有する。
イ)完全無給電中継方式であるため、一切の電力を要しない。
ロ)能動素子を一切使用しないため、不要輻射成分の発生が皆無であり、システム上における基地局への負担も皆無である。
ハ)能動素子を一切使用しないため、扱い得る高周波電力の範囲制限、同時通話路等使用数上の制約通信方式に依る通信プロトコル上の制約、異なる電波形式への対応等、動作上の各種制限が皆無である。
ニ)能動素子を一切使用しないため、完全双方向性を有し、上り下りの各回線上の区別を要さない。結果、伝送ケーブルは1本で双方向に機能する。
ホ)能動素子を一切使用しないため、電波法上の制約を受けず、又、性能証明の取得が容易である。
ヘ)構造が簡単で有り、能動的中継装置に比べ極めて低価格である。
ト)能動素子を使用しないため、中継能力は能動的中継装置に比べ劣り、中継可能限界は本実施例においては延長距離約24mが限度である。
チ)高利得空中線を使用するため、設置上の充分な電界測定が不可欠である。
【図面の簡単な説明】
図1】本発明の実施例における、外部空中線外観図である。
図2】本発明の実施例における、外部空中線整合部詳細図である。
図3】本発明の実施例における、室内外接続図である。
【符号の説明】
1:800MHz帯空中線、2:800MHz帯空中線の給電部、3:800MHz帯空中線用回転支持部、4:1.5GHz帯空中線、5:1.5GHz帯空中線の給電部、6:1.5GHz帯空中線用回転支持部、7:回路収納箱、8:窓枠固定金具、9:防水蓋、10:同軸ケーブル、11:同軸ケーブル、12:コンデンサーC1、13:コンデンサーC2、14:コイルL1、15:コンデンサーC3、16:コイルL2、17:コイルL3、18:同軸ケーブル、19:接続箱、20:同軸ケーブル、21:金網ガラス窓/外壁、22:T分岐、23:内部空中線、24:天井部。

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