WO2024262453A1 - アンテナ装置、及び、無線通信装置 - Google Patents
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- WO2024262453A1 WO2024262453A1 PCT/JP2024/021844 JP2024021844W WO2024262453A1 WO 2024262453 A1 WO2024262453 A1 WO 2024262453A1 JP 2024021844 W JP2024021844 W JP 2024021844W WO 2024262453 A1 WO2024262453 A1 WO 2024262453A1
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- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
Definitions
- This disclosure relates to an antenna device and a wireless communication device.
- a glass window with a functional member that includes a glass window that is erected against a floor surface and has a glass plate, and a functional member that has an area smaller than the glass plate and is positioned at a position spaced above the floor surface.
- the functional member is attached to the glass plate via a spacer, and is joined to the spacer via a fastener that is fixed to one end of a wire that has the other end fixed to the window frame.
- the wire is provided to prevent the spacer from falling if it peels off from the glass plate (see, for example, Patent Document 1).
- the objective is to provide an antenna device and a wireless communication device that can prevent falling with a simple configuration.
- the antenna device of the embodiment of the present disclosure includes a flexible spacer that is attached to the main surface of the window glass with an adhesive, an antenna that is positioned opposite the main surface of the window glass, and a holding member that is attached to the spacer and holds the antenna.
- FIG. 1 is a diagram showing, in plan view, an example of a building in which a window is provided with a wireless communication device including an antenna device according to an embodiment.
- 1 is a diagram illustrating an overview of a wireless communication device according to an embodiment and an example of a manner in which the device is attached to a building;
- 1 is a diagram illustrating an overview of a wireless communication device according to an embodiment and an example of a manner in which the device is attached to a building;
- FIG. 3 is an enlarged view of the wireless communication device in FIGS. 2A and 2B.
- FIG. 3 is an enlarged view of the wireless communication device in FIGS. 2A and 2B.
- FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an antenna device according to an embodiment in a disassembled state
- 11A and 11B are diagrams illustrating an example of a method for attaching a comparative frame to a window glass.
- 11A and 11B are diagrams illustrating an example of a method for attaching a comparative frame to a window glass.
- 5A to 5C are diagrams illustrating an example of a method for attaching the frame of the antenna device of the embodiment to a window glass.
- 5A to 5C are diagrams illustrating an example of a method for attaching the frame of the antenna device of the embodiment to a window glass.
- 5A to 5C are diagrams illustrating an example of a method for attaching the frame of the antenna device of the embodiment to a window glass.
- 10A to 10C are diagrams illustrating an example of a method for attaching a spacer of an antenna device according to a modified example of an embodiment to a main surface of a window pane facing the interior of the window.
- 10A to 10C are diagrams illustrating an example of the movement of the spacer and the holder of the antenna device according to the embodiment in association with the opening operation of the window glass.
- 10A to 10C are diagrams illustrating an example of the movement of the spacer and the holder of the antenna device according to the embodiment in association with the opening operation of the window glass.
- 10A to 10C are diagrams illustrating an example of the movement of the spacer and the holder of the antenna device according to the embodiment in association with the opening operation of the window glass.
- 13 is a diagram illustrating an example of a configuration of a transmission cable of an antenna device according to a modified example of the embodiment.
- FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a wireless device.
- the XYZ coordinate system is defined and explained below.
- the direction parallel to the X axis (X direction), the direction parallel to the Y axis (Y direction), and the direction parallel to the Z axis (Z direction) are mutually perpendicular.
- the X axis is an example of the first axis
- the Y axis is an example of the second axis
- the Z axis is an example of the third axis.
- the X direction is an example of the first axis direction
- the Y direction is an example of the second axis direction
- the Z direction is an example of the third axis direction.
- the XYZ coordinate system is an example of an orthogonal coordinate system.
- radio waves refers to a type of electromagnetic wave, and generally, electromagnetic waves below 3 THz are called radio waves.
- electromagnetic waves below 3 THz emitted from outdoor base stations or relay stations will be called “radio waves,” and when referring to electromagnetic waves in general, they will be called “electromagnetic waves.”
- the radio waves relayed by the wireless communication device including the antenna device of the embodiment are preferably radio waves in the frequency band of 600 MHz to 40 GHz, including the Sub-6 frequency band and the millimeter wave band of the fifth generation mobile communication system (5G), and more preferably radio waves in the frequency band of 700 MHz to 30 GHz.
- the wireless communication device including the antenna device of the embodiment functions as a repeater that relays radio waves arriving from an outdoor base station or the like indoors.
- the repeater may also have the function of receiving radio waves arriving from an outdoor base station or the like, converting them into radio waves of a communication standard different from the communication standard of the radio waves arriving from the base station or the like, and relaying them indoors.
- the radio waves relayed by the wireless communication device including the antenna device of the embodiment may be LTE (Long Term Evolution), LTE-A (LTE-Advanced), UMB (Ultra Mobile Broadband), or CBRS (Citizens Broadband Radio Service).
- the radio waves relayed by the wireless communication device of the embodiment may be IEEE802.11 (Wi-Fi (registered trademark)), IEEE802.16 (WiMAX (registered trademark)), IEEE802.20, UWB (Ultra-Wideband), Bluetooth (registered trademark), or LPWA (Low Power Wide Area), etc.
- Fig. 1 is a plan view of an example of a building 1 in which a window 10 is installed with a wireless communication device 200 including an antenna device according to an embodiment.
- Fig. 1 also shows a base station BS, a PC (Personal Computer) 50, and a smartphone 60.
- BS Base Station
- PC Personal Computer
- the building 1 may be a detached house, a building, an apartment, or a commercial facility such as a shopping mall or a department store, an airport, a factory, a power facility, a government building, a station (station building), or a bus stop building.
- the window 10 is used in these buildings 1.
- the window 10 includes a window glass and a window frame (the window frame on the building 1 side).
- the wireless communication device 200 functions as a repeater.
- the antenna of the wireless communication device 200 is preferably provided on the window glass of the window 10, and the other parts of the device may be provided on the window 10 or on the indoor wall 1A near the window 10, the frame of a bay window, etc.
- the antenna of the wireless communication device 200 is the antenna of the antenna device of the embodiment included in the wireless communication device 200. Furthermore, the other parts of the wireless communication device 200 do not have to be fixed to the indoor wall 1A near the window 10, the ceiling, or the frame of a bay window, etc., and may simply be placed on a flat surface, for example.
- the glass of the windows 10 is the entrance point for radio waves into the building 1.
- the antenna of the wireless communication device 200 is provided on the window 10 to improve the reception environment and expand the communication area.
- providing the wireless communication device 200 on the window 10 means that, as described above, the antenna is provided on the window glass, and parts other than the antenna may be provided on the window 10 or the indoor wall 1A near the window 10, the frame of a bay window, etc.
- the wireless communication device 200 receives radio waves with the antenna through the window glass of the window 10, amplifies them, and radiates them indoors.
- the wireless communication device 200 When relaying radio waves arriving from outside the window 10, the wireless communication device 200 amplifies the received radio waves and radiates the amplified radio waves indoors at a specified radiation angle using an array antenna or the like.
- the amplified radio waves are radiated over a wide area indoors, making it easy for indoor terminals to receive the radio waves.
- the wireless communication device 200 may receive radio waves of multiple frequencies, amplify them, and radiate them. By relaying radio waves of multiple frequencies, it is possible to radiate the amplified radio waves over a wider area indoors and improve communication performance.
- radio waves in the Sub-6 frequency band or millimeter wave band such as the fifth generation mobile communication system (5G) are attenuated when they pass through the glass of the window 10.
- a matching layer By using a matching layer, when the wireless communication device 200 relays the radio waves, it is possible to reduce loss by adjusting the electrical length of the radio waves before or after they pass through the window glass to match the impedance.
- Fig. 2A and Fig. 2B are diagrams showing an overview of the wireless communication device 200 and an example of a manner of mounting the device on the building 1.
- Fig. 3A and Fig. 3B are enlarged views of the wireless communication device 200 in Fig. 2A and Fig. 2B.
- Fig. 3C is a diagram showing an example of a configuration of the antenna device 100 in an exploded state.
- Fig. 2A, Fig. 2B, Fig. 3A, and Fig. 3B show a window 10 seen from the indoor side of the building 1.
- the wireless communication device 200 is installed indoors, as an example.
- the X and Z directions are directions contained in a horizontal plane.
- the XZ plane is parallel to the horizontal plane.
- the Z direction is a direction that penetrates vertically through the wall 1A and the window 10
- the Y direction is the vertical direction
- the X direction is the left-right direction of the window 10. Therefore, the +X direction is the right direction as viewed from the window 10, the -X direction is the left direction as viewed from the window 10, the +Y direction is the vertical upward direction, and the -Y direction is the vertical downward direction.
- the left-right direction when viewing the window 10 indoors is used for explanation.
- the +Y direction side is the upper side
- the -Y direction side is the lower side.
- FIGS. 2A and 2B show a window 10 provided in an indoor wall 1A of a building 1.
- the window 10 is a sliding window including a window frame 11 attached to the wall 1A perpendicular to the horizontal plane, and a window pane 12.
- the sliding window 10 has two window panes 12. In FIG. 2A, the two window panes 12 are completely closed. The position of the two window panes 12 in this state is an example of the first position.
- the wireless communication device 200 includes an antenna device 100, a transmission cable 170, and a wireless device 210.
- the antenna device 100 includes an antenna 110, a matching layer 120, a frame 130 (see FIG. 3B), and a reflector 140 (see FIG. 3C).
- the reflector 140 is an example of a reflecting portion.
- the frame 130 has a spacer 130A and a holder 130B.
- the holder 130B can be attached and detached from the spacer 130A.
- Figure 2A shows the state in which the holder 130B has been detached from the spacer 130A.
- Figure 2B shows the state in which the spacer 130A and the holder 130B are joined together.
- the antenna device 100 and the wireless communication device 200 can be attached to the window glass 12 or the wall 1A by the user himself.
- the term "user” refers to the user of the antenna device 100 and the wireless communication device 200.
- the window 10 is a sliding window including a window frame 11 and window glass 12, but the window 10 may be any window as long as the window glass 12 can be opened and closed relative to the window frame 11. For this reason, the window 10 may be a sliding window (for example, a horizontal sliding window or a vertical sliding window), a casement window, etc.
- the window frame 11 is a rectangular ring-shaped (frame-shaped) member, and is attached to an opening for the window 10 provided in the wall 1A.
- the window frame 11 has rails that guide the window glass 12 in the X direction.
- the window frame 11 is made of a metal such as aluminum, resin, or wood. Below, as an example, a form in which the window frame 11 is made of metal will be described.
- the window glass 12 is attached to the window frame 11 so as to be movable in the ⁇ X direction (horizontal direction).
- the window glass 12 has a glass plate 12A and a frame portion 12B.
- the glass plate 12A is an example of a dielectric plate, and is, for example, a transparent glass plate that is rectangular in XY plane view (planar view).
- Transparent means that the visual transmittance is at least 40%, preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 80% or more.
- the frame portion 12B is a rectangular ring-shaped (frame-shaped) member that surrounds the outer edge of the glass plate 12A, and is movable in the ⁇ X direction (horizontal direction) along the rail (not shown) of the window frame 11 on the building 1 side.
- the window glass 12 does not have to have a frame portion 12B.
- the window glass 12 has only the glass plate 12A.
- the glass plate 12A is not limited to a rectangular shape in the XY plane view, and may have a shape with a curved outer edge, such as a circle or an ellipse.
- the frame portion 12B may be a frame-shaped member that surrounds the glass plate 12A having such a curved outer edge.
- Glass plate 12A may be made of any transparent dielectric material, more specifically, any commonly available glass, such as soda-lime glass, alkali-free glass, Pyrex (registered trademark) glass, or quartz glass. Glass plate 12A is not limited to glass, and may be a resin surface material such as polycarbonate. Both sides of glass plate 12A are the main surfaces of glass plate 12A, and the surface on the indoor side (+Z direction side) of glass plate 12A is an example of a first main surface on the indoor side.
- any transparent dielectric material more specifically, any commonly available glass, such as soda-lime glass, alkali-free glass, Pyrex (registered trademark) glass, or quartz glass. Glass plate 12A is not limited to glass, and may be a resin surface material such as polycarbonate. Both sides of glass plate 12A are the main surfaces of glass plate 12A, and the surface on the indoor side (+Z direction side) of glass plate 12A is an example of a first main surface on the indoor side.
- the frame 12B is a frame-shaped member that surrounds the edge of the glass plate 12A and is made of metal such as aluminum, resin, wood, or the like. Below, an example will be described in which the frame 12B is made of metal.
- the wireless communication device 200 includes the antenna device 100, a transmission cable 170, and a wireless device 210.
- the transmission cable 170 is an example of a transmission path.
- the wireless communication device 200 is provided, as an example, on the indoor side of a building 1 (see FIG. 1 ).
- a wall 1A refers to a wall 1A on the indoor side unless otherwise specified.
- the window glass 12 is rectangular in plan view and the window frame 11 is frame-shaped (rectangular ring-shaped) in plan view, but the window glass 12 is not limited to being rectangular in plan view, and may be shaped with a curved outer edge, such as a circle or ellipse.
- the window frame 11 may be a frame-shaped member that surrounds the window glass 12 with such a curved outer edge.
- viewing the window glass 12 in a plan view means viewing the window glass 12 from a direction directly opposite the main surface, and in the case of the antenna device 100 and the wireless communication device 200, viewing the window glass 12 in a direction directly opposite the main surface when attached to the window glass 12 and window frame 11 is also referred to as a plan view.
- ⁇ Transmission cable 170> As an example, two transmission cables 170 are provided between the antenna device 100 and the wireless device 210. The two transmission cables 170 are arranged in parallel with a gap in the X direction and have equal lengths. As an example, the cables may be configured to guide two types of radio waves (high frequency signals), horizontally polarized and vertically polarized.
- the transmission cable 170 is, for example, a coaxial cable.
- the following transmission path may be used as the transmission cable 170.
- an FPC (Flexible Printed Circuits) transmission path having a transmission line such as a microstrip line (MSL) or a coplanar waveguide (CPW) formed on a flexible substrate such as polyimide may be used.
- the FPC transmission path is an example of a transmission path having a flexible substrate and a transmission line such as an MSL or CPW formed on the flexible substrate.
- an RF component such as an amplifier may be mounted on the transparent antenna device 100 side.
- a bendable flexible waveguide may be used as a transmission path instead of the transmission cable 170.
- the transmission cable 170 has an end (first end) connected to the holder 130B of the antenna 110 of the antenna device 100 and an end (second end) connected to the wireless device 210, and transmits radio waves received by the antenna device 100.
- first end connected to the holder 130B of the antenna 110 of the antenna device 100
- second end connected to the wireless device 210, and transmits radio waves received by the antenna device 100.
- the wireless communication device 200 includes two transmission cables 170 is described, but the number of transmission cables 170 may be one, or three or more.
- the transmission cable 170 is, for example, bendable, and as shown in FIG. 2A, when the holder 130B is not coupled to the spacer 130A, the antenna 110, the matching layer 120, and the holder 130B are suspended from the wireless device 210. In this state, the transmission cable 170 extends straight downward from the wireless device 210.
- the holder 130B when the holder 130B is connected to the spacer 130A as shown in FIG. 2B, the holder 130B has moved in the -Z direction compared to the state shown in FIG. 2A, so the transmission cable 170 is gently bent from the lower end of the wireless device 210 toward the spacer 130A when viewed from the YZ plane.
- the transmission cable 170 hardly stretches, but can be bent at any position between the two ends.
- the wireless device 210 is fixed to a portion of the indoor wall 1A directly above the window frame 11. More specifically, the wireless device 210 is fixed to the indoor wall 1A directly above the end of the portion of the window frame 11 above the window glass 12 on the -X direction side.
- the wireless device 210 may be fixed to the wall 1A with screws or the like, or may be attached by adhering to the wall 1A with double-sided tape or the like.
- the wireless device 210 may also be fixed to the wall 1A via a bracket or the like. Fixing with screws is particularly effective when the surface of the window frame 11 is not flat or when the material makes it difficult to fix with double-sided tape.
- the wireless device 210 may also be fixed to the indoor window frame 11.
- the wireless device 210 has a wireless communication unit.
- the array antenna 210B and the wireless communication unit are arranged inside the housing 210A.
- the wireless device 210 may also have a heat dissipation unit that dissipates heat from the wireless communication unit.
- the housing 210A is, for example, a rectangular parallelepiped resin case.
- the wireless device 210 is fixed to the wall 1A by fixing the housing 210A to the wall 1A.
- the array antenna 210B is provided on the +Z direction side inside the housing 210A.
- the wireless communication unit is omitted. The wireless communication unit will be described later with reference to FIG. 8.
- the wireless communication unit is connected to the end of the transmission cable 170 (the end connected to the wireless device 210), and performs processes such as amplifying the radio waves received from the antenna device 100 via the transmission cable 170 and outputting them to the array antenna 210B, and controlling the direction in which the array antenna 210B emits the radio waves.
- the wireless communication unit includes an amplifier, a microcomputer, etc.
- the wireless communication device 200 When installing the wireless communication device 200 on the window 10, placing it on the indoor side of the building 1 (see FIG. 1) makes it easier to protect it from wind, rain, dust, etc., and allows it to operate stably for a long period of time. For this reason, the wireless communication device 200 is placed indoors.
- the antenna device 100 is provided in a portion that overlaps with the window glass 12 in order to efficiently receive radio waves that pass through the window glass 12.
- each portion of the antenna device 100 is made transparent, and the antenna device 100 is attached to the window glass 12, thereby realizing efficient reception of radio waves propagating from outdoors and minimizing obstruction of the view through the window glass 12.
- the amplifier and microcomputer of the wireless device 210 generate heat due to amplification processing and control of the array antenna 210B, and therefore, if the wireless device 210 is attached to the window glass 12, the heat may damage or break the window glass 12. It is also difficult to make the wireless device 210 itself optically transparent. For these reasons, it is more convenient to attach the wireless device 210 to a structure such as the window frame 11 or the wall 1A surrounding the window frame 11. In particular, if the window frame 11 is made of metal, it is possible to dissipate the heat generated by the wireless device 210 via the window frame 11.
- the structure such as the window frame 11 or the wall 1A surrounding the window frame 11 is a structure such as the window 10 or the wall 1A surrounding the window 10.
- the structure surrounding the window 10 also includes a desk near the window 10 and the frame of a bay window.
- the antenna device 100 is attached to the indoor main surface of the window glass 12, and the wireless device 210 is attached to the wall 1A directly above the indoor window frame 11.
- the antenna device 100 is attached to the upper side of the indoor main surface of the window glass 12, and the wireless device 210 is attached to the wall 1A above the window frame 11 will be described.
- the antenna device 100 includes an antenna 110, a matching layer 120, a frame 130, and a reflector 140.
- the frame 130 includes a spacer 130A and a holder 130B.
- the holder 130B includes a first holder 130B1 and a second holder 130B2.
- the configuration of the antenna device 100 will be described with the spacer 130A and holder 130B joined together as shown in Figures 2B and 3B.
- antenna 110 There may be only one antenna 110, but as an example, a configuration including multiple antennas 110 will be described here as a configuration capable of MIMO (Multi-Input Multi-Output) communication.
- MIMO Multi-Input Multi-Output
- the antenna 110 is disposed on the indoor side of the window glass 12, and as one example, is disposed at a distance from the window glass 12.
- the antenna 110 is held together with the matching layer 120 by a holder 130B of the frame 130, and is disposed at a distance from the window glass 12.
- the antenna 110 faces the main surface of the window glass 12 on the indoor side.
- FIG. 3C shows a disassembled state, but by fixing the first holder 130B1 and the second holder 130B2 with the antenna 110 and the matching layer 120 sandwiched between them, the antenna 110 is held in the holder 130B together with the matching layer 120.
- each antenna 110 has the same configuration and are spaced the same distance from the indoor main surface of the window glass 12.
- each antenna 110 is a patch antenna, a monopole antenna, a dipole antenna, or a spiral antenna.
- Each antenna 110 is connected to a wireless device 210 via a transmission cable 170.
- the antennas 110 and wireless devices 210 can be connected by a transmission path capable of transmitting radio waves, and as an example, are connected by a transmission cable 170.
- Each antenna 110 receives radio waves that have passed through the window glass 12 and the matching layer 120. In addition, the radio waves emitted by each antenna 110 are transmitted to the outside of the building 1 through the matching layer 120 and the window glass 12.
- the antenna 110 receives radio waves emitted from an outdoor base station BS, etc.
- the operating frequency of the antenna 110 is a frequency included in the Sub-6 band or the millimeter wave band.
- the antenna 110 has a substrate and an antenna element formed on the surface of the substrate.
- the antenna element is a radiating element for a patch antenna, a monopole antenna, a dipole antenna, or a spiral antenna.
- the antenna element is formed on the surface of the substrate on the -Z direction side.
- the substrate is preferably transparent.
- transparent means transparent to visible light.
- Transparent to visible light means that the visual transmittance is at least 40%, preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 80% or more.
- the antenna 110 is preferably placed close to the window glass 12. This is because it is easier to receive radio waves closer to the window glass 12.
- the distance in the Z direction between the antenna 110 and the indoor main surface of the window glass 12 is preferably about 10 mm to 50 mm, and more preferably 20 mm to 30 mm.
- the substrate of antenna 110 is formed of any material that is transparent to radio waves radiated from an outdoor base station and capable of supporting an antenna element.
- Transparent to radio waves means, for example, that the transmission loss is 10 dB or less.
- the substrate is transparent to the radiated radio waves means that the transmission loss of the substrate is 10 dB or less, preferably 6 dB or less, more preferably 3 dB or less, and even more preferably 1 dB or less.
- the substrate of antenna 110 may be transparent to visible light.
- Transparent to visible light means that the visual transmittance is at least 40%, preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 80% or more.
- a transparent glass plate is used as the substrate of antenna 110.
- a transparent resin base material may also be used as the substrate of antenna 110.
- resin materials that satisfy the above conditions include acrylic resins such as polymethyl methacrylate, cycloolefin resins, polycarbonate resins, polyethylene terephthalate (PET), etc.
- the antenna element of the antenna 110 is formed of a conductor. Since the antenna device 100 is arranged overlapping the window 10, the antenna element is desirably formed of a transparent conductive film such as zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), tin-doped indium oxide (ITO), indium oxide-tin oxide (IZO), or the like, a metal nitride such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN), or a Low-e film for Low-e (low emissivity) glass.
- the antenna 110 may be formed of a metal thin film such as copper, nickel, or gold. In the case of a metal thin film, it is preferable to form it in a mesh shape from the viewpoint of visibility.
- the matching layer 120 is sandwiched together with the antenna 110 between the first holder 130B1 and the second holder 130B2 of the holder 130B of the frame 130.
- the matching layer 120, together with the antenna 110, is held by the holder 130B of the frame 130.
- the matching layer 120 has a surface facing the window glass 12 and a surface facing the indoor side opposite the window glass 12.
- the matching layer 120 is positioned such that the surface facing the window glass 12 is a predetermined distance away from the indoor main surface of the window glass 12.
- the matching layer 120 is provided to adjust the electrical length of the radio waves incident on the antenna 110 and match the impedance.
- the matching layer 120 may be made of a material that is transparent to the radio waves emitted from an outdoor base station. "Transparent to radio waves” means, for example, that the transmission loss is 10 dB or less. "The matching layer 120 is transparent to the radiated radio waves” means that the transmission loss of the matching layer 120 is 10 dB or less, preferably 6 dB or less, more preferably 3 dB or less, and even more preferably 1 dB or less.
- the matching layer 120 may also be transparent to visible light. "Transparent" to visible light means that the visual transmittance is at least 40%, preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 80% or more.
- the matching layer 120 can be made of, for example, polycarbonate, acrylic, COP (cycloolefin polymer), PET (polyethylene terephthalate), polystyrene, or glass.
- the matching layer 120 is preferably at least 0.5 mm thick to prevent bending. If the matching layer 120 bends, the characteristics that adjust the electrical length of the radio waves will become non-uniform in the XY plane, which may cause variations in the degree of impedance matching.
- the Z-direction thickness of the matching layer 120 is, for example, constant throughout. From the viewpoint of increasing the luminous transmittance, the thickness of the matching layer 120 is preferably 20 mm or less, and more preferably 15 mm or less. Furthermore, for example, the thickness of the matching layer 120 is even more preferably 0.5 mm to 5 mm.
- the matching layer 120 may be a single layer, or may be configured with multiple layers stacked on top of each other, or with multiple layers spaced apart.
- the distance between the matching layer 120 and the window glass 12 is preferably greater than 0 mm and less than 40 mm, and more preferably in the range of 10 mm to 20 mm.
- the matching layer 120 adjusts the electrical length of the radio waves incident on the antenna 110, and so its effective thickness varies depending on the dielectric constant. This is because the degree of effect of shortening the wavelength of the radio waves varies depending on the dielectric constant. For this reason, from the perspective of matching the impedance of the radio waves, the effective thickness of the matching layer 120 should be set to an appropriate effective thickness that allows impedance matching.
- the matching layer 120 may be provided on the spacer 130A. Also, if there is no particular problem in not including the matching layer 120, the antenna device 100 may not include the matching layer 120.
- the frame 130 (see FIG. 3B) has a spacer 130A and a holder 130B.
- the holder 130B has a first holder 130B1 and a second holder 130B2 (see FIG. 3C).
- Spacer 130A is attached to the indoor main surface of the window glass 12 by an adhesive layer 135A.
- the adhesive layer 135A is an example of an adhesive.
- the spacer 130A is flexible.
- the spacer 130A being flexible means that the spacer 130A has a degree of flexibility that allows a user who is attempting to attach the antenna device 100 to the window glass 12 to bend the spacer 130A by hand, and that the spacer bends flexibly.
- t is 0.1 mm to 5 mm
- E is 1 GPa to 10 GPa.
- t x E is 0.1 GPa ⁇ mm to 50 GPa ⁇ mm.
- the spacer 130A is a thin sheet-like member that is frame-shaped (rectangular ring-shaped) in a plan view as shown in FIG. 3C.
- the spacer 130A is a plate-shaped body that is frame-shaped (rectangular ring-shaped) in a plan view.
- the spacer 130A being a plate-shaped body allows the holder 130B to be stably attached.
- the thickness of the spacer 130A is about 0.5 mm to 5 mm, and preferably 0.5 mm to 3 mm.
- the spacer 130A is frame-shaped (rectangular ring-shaped) in a plan view.
- the spacer 130A has the same shape as the holder 130B, which is frame-shaped (rectangular ring-shaped) in a plan view.
- Spacer 130A has a frame-like (rectangular ring-like) shape so that it does not overlap with the antenna element of antenna 110 in a planar view. This is because when radio waves pass through spacer 130A, which is made of a resin material, a transmission loss occurs. However, as an example, if the radio wave transmission loss is small and not a problem, spacer 130A may overlap with the antenna element of antenna 110 in a planar view. The same applies to holder 130B.
- the spacer 130A is not limited to a configuration having a frame-like (rectangular ring) shape in a plan view, but may be provided along at least two sides along the outer edge of the holder 130B in a plan view. If the spacer 130A is provided along at least two sides along the outer edge of the holder 130B in a plan view, the holder 130B can be stably held and does not overlap with the antenna element of the antenna 110 in a plan view. As an example, the spacer 130A may be provided along the four sides along the outer edge of the holder 130B in a plan view.
- Spacer 130A is preferably transparent.
- Transparent here means transparent to visible light.
- Transparent to visible light means that the visual transmittance is at least 40%, preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 80% or more.
- Such a spacer 130A can be formed from a flexible resin material such as PET (Polyethylene terephthalate), polycarbonate, acrylic (Polymenthyl methacrylate), fluororesin, COP (Cyclo-Olefin Polymer), PEN (polyethylene naphthalate), polyimide, Peek (polyether ether ketone), LCP (Liquid Crystal Polymer), or other composite materials.
- a flexible resin material such as PET (Polyethylene terephthalate), polycarbonate, acrylic (Polymenthyl methacrylate), fluororesin, COP (Cyclo-Olefin Polymer), PEN (polyethylene naphthalate), polyimide, Peek (polyether ether ketone), LCP (Liquid Crystal Polymer), or other composite materials.
- the spacer 130A has a connecting portion 131A (see FIG. 3C).
- the connecting portion 131A is provided on the surface of the spacer 130A on the +Z direction side.
- FIG. 3C shows, as an example, a configuration in which one connecting portion 131A is arranged at each of the four corners of the spacer 130A.
- at least one connecting portion 131A is sufficient, and there may be more than four connecting portions 131A.
- the multiple connecting portions 131A may be arranged in any manner on the spacer 130A as long as they can be stably connected to and separated from the holder 130B.
- the connecting portion 131A is detachable from the connecting portion 131B provided on the surface of the first holder 130B1 of the holder 130B in the -Z direction, and can be repeatedly connected to the connecting portion 131B and separated from the connecting portion 131B. Details of the connecting portion 131A will be described later.
- the holder 130B has the first holder 130B1 and the second holder 130B2 as described above.
- the first holder 130B1 and the second holder 130B2 are fixed to each other while sandwiching the antenna 110 and the matching layer 120.
- the first holder 130B1 and the second holder 130B2 may be fixed to each other using an engagement portion such as a snap fit, or may be fixed to each other using an adhesive or the like.
- the first holder 130B1 and the second holder 130B2 are thin sheet-like members that are frame-shaped (rectangular ring-shaped) in plan view as shown in FIG. 3C, similar to the spacer 130A, and as an example, have the same shape.
- a form in which the first holder 130B1 and the second holder 130B2 have the same shape is described, but the shapes of the first holder 130B1 and the second holder 130B2 may be different, and the sizes may also be different.
- the thickness of the first holder 130B1 is, for example, approximately 1 mm to 5 mm, and more preferably 2 mm to 4 mm.
- the thickness of the second holder 130B2 is, for example, approximately 1 mm to 5 mm, and more preferably 2 mm to 4 mm.
- the thicknesses of the first holder 130B1 and the second holder 130B2 may be different or the same.
- First holder 130B1 and second holder 130B2 are preferably transparent.
- transparent means transparent to visible light.
- Transparent to visible light means that the visual transmittance is at least 40%, preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 80% or more.
- One end of the transmission cable 170 is connected to the second holder 130B2.
- the transmission cable 170 is coupled in a non-contact manner to the antenna 110 via the second holder 130B2.
- the antenna 110 and the transmission cable 170 are configured to be able to transmit a signal (AC signal) via the second holder 130B2.
- the first holder 130B1 and the second holder 130B2 are harder than the spacer 130A, and are hard enough that they will not bend even if a user who is attempting to attach the antenna device 100 to the window glass 12 applies force to the first holder 130B1 and the second holder 130B2 with their hands. In other words, the first holder 130B1 and the second holder 130B2 are less likely to bend than the spacer 130A, and they barely bend at all. In other words, the spacer 130A is easier to bend than the first holder 130B1 and the second holder 130B2. Note that being hard corresponds to a large value of Young's modulus x thickness.
- transparent resin materials from which the first holder 130B1 and the second holder 130B2 can be made include acrylic resins such as polymethyl methacrylate, cycloolefin resins, polycarbonate resins, polyethylene terephthalate (PET), etc.
- the first holder 130B1 has a connecting portion 131B (see FIG. 3C).
- the connecting portion 131B is provided on the surface of the first holder 130B1 on the -Z direction side.
- FIG. 3C shows, as an example, a configuration in which one connecting portion 131B is disposed at each of the four corners of the first holder 130B1.
- the position of the connecting portion 131B is aligned with the position of the connecting portion 131A, and they are in a position where they overlap in a plan view.
- the connecting portion 131B is detachable from the connecting portion 131A provided on the surface of the spacer 130A in the +Z direction, and can be repeatedly connected to the connecting portion 131A and separated from the connecting portion 131A.
- the connecting parts 131A and 131B have a configuration that allows them to be repeatedly attached and detached from each other.
- Examples of such combinations of the connecting parts 131A and 131B include a combination of a magnet and a magnetic body that utilizes magnetic force, a combination of a convex button and a concave button that utilizes a fitting force, and a combination of a hook-and-loop fastener having an A side (male) and a B side (female) that utilizes an engagement force.
- the combination of the connecting parts 131A and 131B may also be a combination of a convex part and a concave part that can be fitted together.
- the connecting parts 131A and 131B may be configured to be detachably connected to each other by magnetic force, fitting force, or engagement force, as an example. Therefore, the spacer 130A and the holder 130B can be detachably connected to each other by a simple configuration using magnetic force, fitting force, or engagement force.
- the spacer 130A and the holder 130B can be detachably connected, as shown in Figures 2A and 3A, when the spacer 130A and the holder 130B are separated and the holder 130B is brought close to the spacer 130A and connected, they are connected as shown in Figures 2B and 3B.
- the method of attaching the spacer 130A to the window glass 12 and the operation of attaching and detaching the spacer 130A and the holder 130B using the connecting parts 131A and 131B will be described later.
- the reflector 140 is fixed to the ⁇ Z direction side of the second holder 130B2 of the holder 130B.
- the reflector 140 is, for example, a plate-shaped member.
- the reflector 140 is preferably transparent.
- the reflector 140 has a configuration in which a metal film is formed on a transparent resin substrate, for example.
- the metal film of the reflector 140 examples include transparent conductive films such as zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), tin-doped indium oxide (ITO), indium oxide-tin oxide (IZO), metal nitrides such as titanium nitride (TiN) and chromium nitride (CrN), or Low-e films for Low-e (low emissivity) glass.
- the metal film of the reflector 140 may be formed of a metal thin film such as copper, nickel, or gold. In the case of a metal thin film, it is preferable to make it mesh-shaped from the viewpoint of visibility.
- the reflector 140 may be a metal film or the like formed on the surface of the plate-shaped second holder 130B2 on the +Z direction side.
- radio waves emitted from the antenna 110 in the +Z direction can be reflected toward the window glass 12, improving communication conditions with the outdoor base station BS.
- FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating an example of a method for attaching the comparative frame 30 to the window glass 12.
- the comparative frame 30 is attached to the indoor main surface of the window glass 12 using an adhesive layer 135A.
- the comparative frame 30 is made of the same resin material as the holder 130B of the embodiment, and therefore hardly bends.
- FIG. 4A when the frame 30 is attached to the indoor main surface of the window glass 12 using the adhesive layer 135A, the frame 30 hardly bends, and as shown in FIG. 4B, air bubbles 135A1 are formed between the indoor main surface of the window glass 12 and the adhesive layer 135A.
- the air bubbles 135A1 are air or the like that has gotten between the indoor main surface of the window glass 12 and the surface of the adhesive layer 135A on the -Z direction side, and the adhesive layer 135A is not adhered to the indoor main surface of the window glass 12 in the portion of the air bubbles 135A1.
- FIGS. 5A to 5C are diagrams illustrating an example of a method for attaching the frame 130 of the embodiment to the window glass 12.
- the frame 130 is divided into a flexible spacer 130A and a holder 130B.
- the spacer 130A is attached to the indoor main surface of the window glass 12 using the adhesive layer 135A.
- the spacer 130A bends simply by applying a force to the spacer 130A by hand when the user tries to bend it. For this reason, for example, if the spacer 130A with the adhesive layer 135A attached is pressed against the indoor main surface of the window glass 12 from the bottom end and gradually attached, the entire surface of the adhesive layer 135A on the -Z direction side can be attached to the indoor main surface of the window glass 12 without generating air bubbles, as shown in FIG. 5B. Because no air bubbles are generated, the adhesive strength of the spacer 130A to the window glass 12 is strong.
- the holder 130B is attached to the surface on the +Z direction side of the spacer 130A.
- the antenna 110 and the matching layer 120 are sandwiched between the first holder 130B1 and the second holder 130B2 of the holder 130B, and the reflector 140 is attached to the +Z direction side of the second holder 130B2.
- the antenna 110, the matching layer 120, and the reflector 140 can be easily attached to the window glass 12.
- the spacer 130A and the holder 130B can be easily connected and disconnected by the connecting parts 131A and 131B, so they can be repeatedly connected and disconnected.
- FIG. 5D is a diagram illustrating an example of a method for attaching spacers 130MA of a modified embodiment to the indoor main surface of the window glass 12.
- spacers 130MA There are two spacers 130MA, which are attached to an alignment sheet 132MA and temporarily fixed so that their relative positions do not shift.
- An adhesive layer 135A is attached to the surfaces of the two spacers 130MA on the -Z direction side.
- the two spacers 130MA When attaching the two spacers 130MA to the indoor main surface of the window glass 12, if the two spacers 130MA temporarily fixed with the alignment sheet 132MA are attached with the adhesive layer 135A in the same manner as the spacer 130A shown in FIG. 5A, the two spacers 130MA can be firmly adhered to the indoor main surface of the window glass 12 without air bubbles being generated in the adhesive layer 135A.
- the alignment sheet 132MA can be peeled off from the two spacers 130MA and the holder 130B can be attached.
- multiple spacers 130MA can be easily attached to the indoor main surface of the window glass 12 without creating air bubbles in the adhesive layer 135A and with high positional accuracy.
- the spacer 130A and the holder 130B can be detachably coupled to each other by using the coupling parts 131A and 131B.
- the first holder 130B1 is fixed to the second holder 130B2 with the antenna 110 and the matching layer 120 sandwiched between the first holder 130B1 and the second holder 130B2.
- the bonding force between spacer 130A and holder 130B is smaller than the destructive force of holder 130B.
- the destructive force of holder 130B is the minimum external force that can destroy holder 130B. For example, when transmission cable 170 is pulled, holder 130B will come off spacer 130A before the joint between holder 130B and transmission cable 170 is damaged. Such a relationship in the bonding force between spacer 130A and holder 130B makes it possible to perform the operations described below with reference to Figures 6A to 6C.
- FIGS. 6A to 6C are diagrams showing an example of the operation of the spacer 130A and the holder 130B accompanying the opening operation of the window glass 12. Here, the operation will be explained using FIG. 3B in addition to FIG. 6A to FIG. 6C.
- the holder 130B comes off the spacer 130A when the window glass 12 moves to the position shown in Figure 6B.
- the position of the window glass 12 on the -X side shown in Figure 6B is an example of the second position. This is because the bonding strength between the spacer 130A and the holder 130B is smaller than the tensile strength of the transmission cable 170 and is also smaller than the joining strength between the end (first end) of the transmission cable 170 and the holder 130B.
- the spacer 130A is accommodated between the window glass 12 on the +X side and the window glass 12 on the -X side. If the thickness of the spacer 130A in the Z direction is set to a thickness that allows it to be accommodated between the two window glasses 12, taking into account the thickness of the adhesive layer 135A, the window glass 12 on the -X side can be opened completely without the spacer 130A interfering with the window glass 12 on the +X side. In other words, it is possible to provide an antenna device 100 that does not impede the opening and closing operation of the window glass 12.
- the antenna 110 can receive radio waves that have only passed through the matching layer 120.
- the antenna 110 with the spacer 130A removed can communicate with the outdoor base station BS through the window 10.
- the holder 130B separates from the spacer 130A and they are now facing each other, as shown in Figures 2A and 3A.
- the holder 130B will be connected to the spacer 130A, as shown in Figures 2B and 3B, and the antenna 110 will be able to communicate with the outdoor base station BS through the window glass 12.
- the holder 130B Every time the user opens the window glass 12, the holder 130B is pulled by the transmission cable 170 and detached from the spacer 130A. Every time the user closes the window glass 12, the holder 130B can be attached to the spacer 130A.
- the spacer 130A and the holder 130B can be easily reattached by the connecting parts 131A and 131B, so the spacer 130A and the holder 130B can be repeatedly separated and attached.
- the connecting parts 131A and 131B are very easy to connect, the user can easily connect the spacer 130A and the holder 130B.
- ⁇ Transmission cable 170m> 7 is a diagram showing an example of the configuration of a transmission cable 170M according to a modified example of the embodiment.
- the transmission cable 170M includes a cover 170MA, a coaxial cable 171M, and a metal wire 172M.
- the coaxial cable 171M is an example of a transmission path
- the metal wire 172M is an example of a reinforcing member.
- Figure 7 shows a portion of the length of the transmission cable 170M with part of the cover 170MA removed so that the internal structure can be seen.
- one transmission cable 170M has two coaxial cables 171M and one metal wire 172M. However, it is sufficient that the transmission cable 170M has at least one coaxial cable 171M and one metal wire 172M.
- the coaxial cable 171M connects the switch 212 of the wireless device 210 to the antenna 110. That is, one of the two ends of the coaxial cable 171M is connected to the switch 212 of the wireless device 210, and the other is connected to the antenna 110.
- the metal wire 172M connects the housing 210A of the wireless device 210 to the second holder 130B2. That is, one of the two ends of the metal wire 172M is connected to the housing 210A of the wireless device 210, and the other end is connected to the second holder 130B2.
- the length of the metal wire 172M is shorter than the length of the coaxial cable 171M. More specifically, the length between the holder 130B of the metal wire 172M and the housing 210A of the wireless device 210 is shorter than the length between the holder 130B of the coaxial cable 171M and the housing 210A of the wireless device 210. For this reason, when the window glass 12 on the -X direction side is completely closed and the holder 130B is connected to the spacer 130A, and then the window glass 12 is opened, the following occurs.
- the transmission cable 170 is pulled between the antenna device 100 and the wireless device 210. Then, when the metal wire 172M is fully stretched between the housing 210A and the second holder 130B2, the coaxial cable 171M is not fully stretched between the switch 212 and the antenna 110. This is because the coaxial cable 171M is longer than the metal wire 172M.
- the user can pick up the holder 130B and connect it to the spacer 130A, returning the holder 130B to the connected state with the spacer 130A.
- the holder 130B is pulled by the metal wire 172M and detached from the spacer 130A. Every time the user closes the window glass 12, the holder 130B can be connected to the spacer 130A.
- the metal wire 172M bears the load on the transmission cable 170M when the window glass 12 is opened, so the connectivity of the coaxial cable 171M can be maintained in good condition for a long period of time.
- Fig. 8 is a diagram showing an example of the configuration of the wireless device 210.
- Fig. 8 shows the configuration of a portion of the overall configuration of the wireless device 210 that corresponds to one antenna 110.
- the antenna 110 is connected to the wireless device 210 via a transmission cable 170.
- the wireless device 210 If the distance between the antenna 110 and the wireless device 210 is long, the transmission loss of radio waves between the antenna 110 and the wireless device 210 increases. Therefore, in order to reduce the transmission loss of radio waves, it is preferable to attach the wireless device 210 to the window glass 12, or to the wall 1A or ceiling surrounding the window 10.
- a bendable transmission cable 170 is used as an example of a transmission path connecting the antenna 110 and the wireless device 210.
- radio waves can be efficiently propagated between the antenna 110 and the wireless device 210 with little transmission loss.
- the wireless device 210 has a wireless module 211, a switch 212, an LNA (Low Noise Amplifier) 213, a mixer 214, an ADC (Analog to Digital Converter) 215, a DAC (Digital to Analog Converter) 216, a mixer 217, and a PA (Power Amplifier) 218.
- the wireless module 211 to the PA 218 are an example of a wireless communication section of the wireless device 210.
- the switch 212 In the wireless device 210, the switch 212, LNA 213, mixer 214, ADC 215, DAC 216, mixer 217, and PA 218 are provided one for each antenna 110.
- the wireless device 210 includes the components from the switch 212 to the PA 218 in the same number as the number of antennas 110.
- the wireless module 211 As for the wireless module 211, as an example, there is one wireless module common to the four antennas 110.
- the wireless module 211 is composed of an MCU (Micro Controller Unit) as an example, and has a control unit 211A and a relay unit 211B that performs relay processing.
- the control unit 211A and the relay unit 211B are functional blocks that represent the functions executed by the MCU.
- the control unit 211A When receiving radio waves through the antenna 110, the control unit 211A switches the three-terminal switch 212 to connect the antenna 110 to the LNA 213. When transmitting radio waves through the antenna 110, the control unit 211A switches the three-terminal switch 212 to connect the antenna 110 to the PA 218.
- the relay unit 211B includes a Bluetooth (registered trademark) communication unit as an example, and is connected to the array antenna 210B, and transmits a digital signal input from the ADC 215 from the array antenna 210B to the inside of the building 1.
- the relay unit 211B transmits a signal to the inside of the building 1 via the array antenna 210B, whereby the radio waves received by the antenna 110 from the base station BS are relayed and radiated to the inside of the building 1 in which the wireless communication device 200 is located. This allows radio waves to be radiated over a wide area inside the building 1, making it easier for terminals such as the smartphone 60 located indoors to receive the radio waves.
- the communication unit that radiates the radio waves relayed by the relay unit 211B to the indoor side is not limited to Bluetooth, and may be Wi-Fi, etc.
- the LNA 213 is provided between the switch 212 and the mixer 214, and amplifies the radio waves received by the antenna 110 and outputs them while preventing degradation of the signal-to-noise ratio.
- the mixer 214 mixes the radio waves output from the LNA 213 with a local signal (LO), demodulates them, and outputs an IF (Intermediate Frequency) signal. By converting it to an IF signal, digital conversion can be easily performed by the ADC 215.
- LO local signal
- IF Intermediate Frequency
- the ADC 215 digitally converts the IF signal output from the mixer 214 and outputs it to the wireless module 211.
- the DAC 216 converts the signal output by the wireless module 211 to an analog signal and outputs the IF signal to the mixer 217.
- the mixer 217 mixes and modulates the IF signal with a local signal (LO) and outputs it to the PA 218.
- LO local signal
- PA218 amplifies the signal output from mixer 217 and outputs it to antenna 110 via switch 212.
- radio device 210 may not include mixers 214 and 217.
- the signal input to ADC 215 and the signal output from DAC 216 are not IF signals, but signals in the Sub-6 frequency band.
- the antenna device 100 includes a flexible spacer 130A attached to the main surface of the window glass 12 by an adhesive layer 135A, an antenna 110 arranged opposite the main surface of the window glass 12, and a holder 130B attached to the spacer 130A and holding the antenna 110. Therefore, the spacer 130A can be adhered to the main surface of the window glass 12 without generating air bubbles between the adhesive layer 135A and the main surface of the window glass 12, and the antenna device 100 can be prevented from falling.
- the flexible spacer 130A has a simple structure.
- the spacer 130A may also be a plate-like body.
- the holder 130B can be stably attached to the spacer 130A, which is a plate-like body with a simple configuration, and it is possible to provide an antenna device 100 that can stably hold the antenna 110 and prevent it from falling with a simple configuration.
- the thickness of the spacer 130A is t and the Young's modulus of the spacer 130A is E, then t is 0.1 mm or more and 5 mm or less, and E is 1 GPa or more and 10 GPa or less. That is, t ⁇ E may be 0.1 GPa ⁇ mm or more and 50 GPa ⁇ mm or less.
- the spacer 130A may be provided along at least two sides of the holder 130B in a plan view.
- the spacer 130A can stably hold the holder 130B.
- the holder 130B is detachably connected to the spacer 130A, and the bonding force between the spacer 130A and the holder 130B may be smaller than the breaking force of the holder 130B.
- the holder 130B comes off the spacer 130A before the joint between the holder 130B and the transmission cable 170 is damaged, so that when the window glass 12 is opened, the holder 130B can be removed from the spacer 130A without damaging the joint between the holder 130B and the transmission cable 170.
- the spacer 130A and the holder 130B may also be connected by magnetic force, fitting force, or engagement force. With a simple configuration, the spacer 130A and the holder 130B can be connected detachably.
- the antenna 110 may further include a matching layer 120 disposed between the antenna 110 and the window glass 12.
- the electrical length of the radio waves incident on the antenna 110 can be adjusted to match the impedance.
- the antenna 110 may also be a patch antenna, a monopole antenna, a dipole antenna, or a spiral antenna.
- the antenna 110 can be realized with various types of antennas, and an antenna device 100 can be provided that can suppress falling with a simple configuration.
- the antenna 110 may further include a reflector 140 provided on the opposite side of the window glass 12. This can reflect radio waves emitted from the antenna 110 to the opposite side of the window glass 12 toward the window glass 12, improving communication conditions with the outdoor base station BS.
- the window glass 12 can be opened and closed, and the holder 130B is connected to the spacer 130A when the window glass 12 is in a first position where it is closed, and is detached from the spacer 130A when the window glass 12 is in a second position where it is open.
- the holder 130B is detached from the spacer 130A, thereby providing an antenna device 100 that is capable of communication even when the window glass 12 is open.
- the spacer 130A and the holder 130B are detachable, when the window glass 12 is closed, the holder 130B can be reattached to the spacer 130A, and communication is possible even when the window glass 12 is opened and then closed again, making it possible to provide an antenna device 100 that can be prevented from falling with a simple configuration.
- the operating frequency of the antenna 110 may be a frequency included in the Sub-6 band or the millimeter wave band. It is possible to provide an antenna device 100 that can transmit and receive radio waves in the Sub-6 or millimeter wave band and can achieve fall prevention with a simple configuration.
- the wireless communication device 200 includes the above-mentioned antenna device 100, a transmission cable 170 (transmission path) connected to the antenna 110, and a wireless device 210 connected to the antenna 110 via the transmission cable 170. Therefore, the spacer 130A can be adhered to the main surface of the window glass 12 without creating air bubbles between the adhesive layer 135A and the main surface of the window glass 12, preventing the antenna device 100 from falling off.
- the flexible spacer 130A has a simple structure.
- the transmission cable 170 has a first end connected to the holder 130B and a second end connected to the wireless device 210, and the holder 130B is detachably connected to the spacer 130A, and the bonding strength between the spacer 130A and the holder 130B may be smaller than the tensile strength of the transmission cable 170 and smaller than the bonding strength between the first end of the transmission cable 170 and the holder 130B.
- the holder 130B is removed from the spacer 130A when the window glass 12 moves to the position shown in FIG. 6B. At this time, the holder 130B can be removed from the spacer 130A without damaging the joint between the transmission cable 170 and the holder 130B, and the spacer 130A and the holder 130B can be repeatedly attached and detached.
- the coaxial cable 171M may further include a metal wire 172M that extends along the coaxial cable 171M and reinforces the coaxial cable 171M. This makes it possible to provide a wireless communication device 200 that can more reliably prevent damage to the coaxial cable 171M and can prevent the device from falling with a simple configuration.
- the metal wire 172M may also be connected to the holder 130B and the housing 210A of the wireless device 210.
- the metal wire 172M When the metal wire 172M is fully stretched between the holder 130B and the housing 210A, the holder 130B comes off the spacer 130A, so damage to the coaxial cable 171M can be more reliably prevented.
- the length between the holder 130B of the metal wire 172M and the housing 210A of the wireless device 210 may be shorter than the length between the holder 130B of the coaxial cable 171M and the housing 210A of the wireless device 210.
- the wireless device 210 may also be installed in the window frame 11 of the window 10 in which the window glass 12 is provided, or in a structure surrounding the window frame 11.
- the length of the transmission cable 170 can be shortened, and a wireless communication device 200 with reduced transmission loss in the transmission cable 170 can be provided.
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Abstract
簡易な構成で落下抑制を実現可能なアンテナ装置、及び、無線通信装置を提供する。 アンテナ装置は、窓ガラスの主面に粘着剤によって貼り付けられ、可撓性を有するスペーサと、前記窓ガラスの主面に対向して配置されるアンテナと、前記スペーサに取り付けられ、前記アンテナを保持する保持部材とを含む。
Description
本開示は、アンテナ装置、及び、無線通信装置に関する。
従来より、床面に対して立設されるとともにガラス板を有するガラス窓と、前記ガラス板より小さい面積を有し、且つ前記床面に対して上方に離間した位置に配置される機能性部材と、を含む機能性部材付きガラス窓がある。前記機能性部材は、スペーサを介して前記ガラス板に貼着されるとともに、一端が窓枠に固定されたワイヤの他端に固定される留め具を介して前記スペーサに接合される。ワイヤは、ガラス板に貼着されたスペーサがガラス板から剥がれた場合の落下抑制のために設けられている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、落下抑制のためのワイヤを含むと構成が複雑になる。また、ガラス板への接着性をより良好にすれば、ワイヤを用いずに簡易な構成を実現できる。
そこで、簡易な構成で落下抑制を実現可能なアンテナ装置、及び、無線通信装置を提供することを目的とする。
本開示の実施形態のアンテナ装置は、窓ガラスの主面に粘着剤によって貼り付けられ、可撓性を有するスペーサと、前記窓ガラスの主面に対向して配置されるアンテナと、前記スペーサに取り付けられ、前記アンテナを保持する保持部材とを含む。
簡易な構成で落下抑制を実現可能なアンテナ装置、及び、無線通信装置を提供できる。
以下、本開示のアンテナ装置、及び、無線通信装置を適用した実施形態について説明する。以下では、同一の要素に同一の号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
以下では、XYZ座標系を定義して説明する。X軸に平行な方向(X方向)、Y軸に平行な方向(Y方向)、Z軸に平行な方向(Z方向)は、互いに直交する。X軸は第1軸の一例であり、Y軸は第2軸の一例であり、Z軸は第3軸の一例である。X方向は第1軸方向の一例であり、Y方向は第2軸方向の一例であり、Z方向は第3軸方向の一例である。XYZ座標系は、直交座標系の一例である。また、以下では構成が分かりやすくなるように各部の長さ、太さ、厚さ等を誇張して示す場合がある。また、平行、直角、直交、水平、垂直、上下等の文言は、実施形態の効果を損なわない程度のずれを許容するものとする。
また、以下の説明で、「電波」とは電磁波の一種であり、一般的に、3THz以下の電磁波は電波と呼ばれている。以下では、屋外の基地局又は中継局から放射された3THz以下の電磁波を「電波」と呼び、電磁波一般について言及するときは「電磁波」と呼ぶ。
実施形態のアンテナ装置を含む無線通信装置が中継する電波は、Sub-6の周波数帯や第五世代移動通信システム(5G)等のミリ波帯を含む、600MHz~40GHzの周波数帯域の電波であると好適であり、700MHz~30GHzの周波数帯の電波であるとより好適である。実施形態のアンテナ装置を含む無線通信装置は、屋外の基地局等から到来する電波を屋内に中継する中継機として機能する。また、中継機は、屋外の基地局等から到来する電波を受信し、基地局等から到来した電波の通信規格とは異なる通信規格の電波に変換して屋内に中継する機能を有していてもよい。
また、実施形態のアンテナ装置を含む無線通信装置が中継する電波は、LTE(Long Term Evolution)、LTE-A(LTE-Advanced)、UMB(Ultra Mobile Broadband)、又はCBRS(Citizens Broadband Radio Service)であってもよい。また、実施形態の無線通信装置が中継する電波は、IEEE802.11(Wi-Fi(登録商標))、IEEE802.16(WiMAX(登録商標))、IEEE802.20、UWB(Ultra-Wideband)、Bluetooth(登録商標)、又はLPWA(Low Power Wide Area)等であってもよい。
<実施形態>
図1は、実施形態のアンテナ装置を含む無線通信装置200が設けられた窓10を設置した建物1の一例を平面視で示す図である。図1には、建物1及び無線通信装置200の他に、基地局BS、PC(Personal Computer)50、及びスマートフォン60を示す。
図1は、実施形態のアンテナ装置を含む無線通信装置200が設けられた窓10を設置した建物1の一例を平面視で示す図である。図1には、建物1及び無線通信装置200の他に、基地局BS、PC(Personal Computer)50、及びスマートフォン60を示す。
建物1は、戸建住宅、ビル、又はマンション等の他に、ショッピングモールやデパート等の商業施設、空港、工場、電力施設、庁舎、駅(駅舎)、又はバス停の建屋等であってもよい。窓10は、これらの建物1に用いられる。窓10は、窓ガラスと窓枠(建物1側の窓枠)とを含む。無線通信装置200は、中継機としての機能を有する。
無線通信装置200のアンテナは、窓10の窓ガラスに設けられていることが好ましく、アンテナ以外の部分は、窓10又は窓10の付近の屋内側の壁1Aや出窓のフレーム等に設けられていてもよい。無線通信装置200のアンテナとは、無線通信装置200に含まれる実施形態のアンテナ装置のアンテナである。また、無線通信装置200のアンテナ以外の部分は、窓10の付近の屋内側の壁1A、天井、又は出窓のフレーム等に固定されていなくてもよく、例えば、平坦な場所等に置かれているだけでもよい。
屋外の基地局BSから放射されるSub-6の周波数帯や第五世代移動通信システム(5G)等のミリ波帯の電波は、建物1の窓10の窓ガラスのみを通って屋内に入るが、高い直進性を有するために、屋内の一部にしか到達せず、不感地帯が発生しやすくなる。窓10の窓ガラスは、建物1における電波の侵入口である。
Sub-6の周波数帯や第五世代移動通信システム(5G)等のミリ波帯の電波は、屋内での良好な通信環境を整えることが難しいため、窓10に無線通信装置200のアンテナを設けて受信環境を改善し、通信エリアを拡張する。ここで、窓10に無線通信装置200を設けるとは、上述のように、アンテナは窓ガラスに設けられ、アンテナ以外の部分については、窓10又は窓10の付近の屋内側の壁1Aや出窓のフレーム等に設けられてもよいことを意味する。無線通信装置200は、電波を中継する際に、窓10の窓ガラスを通じてアンテナで電波を受信し、増幅して屋内に放射する。
無線通信装置200は、窓10の外から到来する電波を中継する際に、受信した電波を増幅し、増幅した電波をアレイアンテナ等で所定の放射角で屋内に放射する。増幅された電波は、屋内の広い範囲に放射されるので、屋内の端末での電波の受信が容易になる。
一例として、無線通信装置200は、電波を中継する際に、複数の周波数の電波を受信し、増幅して放射してもよい。複数の周波数の電波を中継することにより、増幅された電波を屋内のさらに広い範囲に放射したり、通信性能を向上させたりすることができる。
また、Sub-6の周波数帯や第五世代移動通信システム(5G)等のミリ波帯の電波が窓10の窓ガラスを透過する際には、電波が減衰する。電波の減衰(損失)を抑制するためには、整合層を用いることが好ましい。整合層を用いれば、無線通信装置200が電波を中継する際に、窓ガラスを透過する前又は後で電波の電気長を調整してインピーダンスを整合させることで、損失を低減することができる。
<無線通信装置200の概要と建物1への取り付け態様>
図2A及び図2Bは、無線通信装置200の概要と建物1への取り付け態様の一例を示す図である。図3A及び図3Bは、図2A及び図2Bにおける無線通信装置200を拡大して示す図である。図3Cは、アンテナ装置100を分解した状態の構成の一例を示す図である。図2A、図2B、図3A、及び図3Bには、建物1の屋内側で見た窓10を示す。無線通信装置200は、一例として屋内に設置される。
図2A及び図2Bは、無線通信装置200の概要と建物1への取り付け態様の一例を示す図である。図3A及び図3Bは、図2A及び図2Bにおける無線通信装置200を拡大して示す図である。図3Cは、アンテナ装置100を分解した状態の構成の一例を示す図である。図2A、図2B、図3A、及び図3Bには、建物1の屋内側で見た窓10を示す。無線通信装置200は、一例として屋内に設置される。
以下では、X方向及びZ方向は、水平面に含まれる方向である。すなわち、XZ平面は水平面に平行である。Z方向は、壁1A及び窓10を垂直に貫く方向であり、Y方向は鉛直方向であり、X方向は窓10の左右の方向である。このため、+X方向は窓10に向かって右方向であり、-X方向は窓10に向かって左方向であり、+Y方向は鉛直上方向であり、-Y方向は鉛直下方向である。また、以下では、屋内で窓10を見た状態における左右方向を用いて説明する。また、+Y方向側を上側、-Y方向側を下側として説明する。
図2A及び図2Bには、建物1の屋内側の壁1Aに設けられた窓10を示す。窓10は、水平面に対して垂直な壁1Aに取り付けられる窓枠11と、窓ガラス12とを含む引き違い窓である。引き違い窓としての窓10は、2枚の窓ガラス12を有する。図2Aでは、2枚の窓ガラス12は完全に閉じられている。この状態における2枚の窓ガラス12の位置は、第1位置の一例である。
無線通信装置200は、アンテナ装置100、伝送ケーブル170、及び無線装置210を含む。アンテナ装置100は、アンテナ110、整合層120、フレーム130(図3B参照)、及び反射板140(図3C参照)を含む。反射板140は、反射部の一例である。フレーム130は、スペーサ130A及びホルダ130Bを有する。
スペーサ130Aに対してホルダ130Bは、着脱自在である。図2Aは、スペーサ130Aに対してホルダ130Bが外されている状態を示す。図2Bは、スペーサ130A及びホルダ130Bが結合している状態を示す。
アンテナ装置100及び無線通信装置200は、一例として利用者が自分で窓ガラス12や壁1Aに取り付けることができる。以下では、利用者とは、アンテナ装置100及び無線通信装置200の利用者である。
以下では、特に断らない限り、窓10が窓枠11及び窓ガラス12を含む引き違い窓である形態について説明するが、窓10は、窓枠11に対して窓ガラス12が開閉可能であればよい。このため、窓10は、滑り出し窓(例えば、横滑り出し窓、又は、縦滑り出し窓)、又は開き窓等であってもよい。
窓枠11は、矩形環状(額状)の部材であり、壁1Aに設けられた窓10用の開口部に取り付けられる。窓枠11は、窓ガラス12をX方向に案内するレールを有する。窓枠11は、一例として、アルミニウム等の金属、樹脂、又は木材等で作製される。以下では、一例として窓枠11が金属製である形態について説明する。
窓ガラス12は、窓枠11に対して、±X方向(水平方向)に移動可能に取り付けられている。窓ガラス12は、ガラス板12Aと枠部12Bとを有する。ガラス板12Aは、誘電体板の一例であり、一例としてXY面視(平面視)で矩形状の透明なガラス板である。「透明」とは、視感透過率が少なくとも40%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上であることをいう。枠部12Bは、一例として、ガラス板12Aの外縁を囲む矩形環状(額状)の部材であり、建物1側の窓枠11のレール(図示を省略)に沿って±X方向(水平方向)に移動可能である。なお、窓ガラス12は、枠部12Bを有していなくてもよい。この場合には、窓ガラス12は、ガラス板12Aのみを有することになる。また、ガラス板12Aは、XY面視で矩形状に限らず、例えば円形又は楕円形等のように、外縁が湾曲している形状であってもよい。この場合に、枠部12Bは、このような湾曲した外縁を有するガラス板12Aを囲む枠状の部材であればよい。
ガラス板12Aは、透明な誘電体製であればよく、より具体的には一般的に入手可能なガラスでよく、ソーダ石灰ガラス、無アルカリガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、石英ガラス等を用いることができる。また、ガラス板12Aは、ガラス板に限定されずポリカーボネート等の樹脂製の面材等であってもよい。ガラス板12Aの両面は、ともにガラス板12Aの主面であり、ガラス板12Aの屋内側(+Z方向側)の表面は、屋内側の第1の主面の一例である。
枠部12Bは、ガラス板12Aの縁を囲む額縁状の部材であり、アルミニウム等の金属、樹脂、又は木材等で作製される。以下では、一例として枠部12Bが金属製である形態について説明する。
<無線通信装置200の構成と窓10への取り付け構造>
無線通信装置200は、アンテナ装置100、伝送ケーブル170、及び無線装置210を含む。伝送ケーブル170は、伝送路の一例である。無線通信装置200は、一例として建物1(図1参照)の屋内側に設けられている。以下では、壁1Aは特に断らない限り屋内側の壁1Aである。
無線通信装置200は、アンテナ装置100、伝送ケーブル170、及び無線装置210を含む。伝送ケーブル170は、伝送路の一例である。無線通信装置200は、一例として建物1(図1参照)の屋内側に設けられている。以下では、壁1Aは特に断らない限り屋内側の壁1Aである。
ここでは窓ガラス12が平面視で矩形状であり、窓枠11が平面視で枠状(矩形環状)である形態について説明するが、窓ガラス12は平面視で矩形状に限らず、例えば円形又は楕円形等のように、外縁が湾曲している形状であってもよい。この場合に、窓枠11は、このような湾曲した外縁を有する窓ガラス12を囲む枠状の部材であればよい。
また、窓ガラス12を平面視(XY面視)するとは、窓ガラス12を主面と正対する方向から視ることをいい、アンテナ装置100及び無線通信装置200においても、窓ガラス12及び窓枠11に取り付けた状態において、窓ガラス12を主面と正対する方向から視ることを平面視と称す。
<伝送ケーブル170>
伝送ケーブル170は、一例として、アンテナ装置100と無線装置210との間に2本設けられている。2本の伝送ケーブル170は、X方向に間隔をおいて、平行に配置されており、互いに等しい長さを有する。一例として、水平偏波と垂直偏波の2系統の電波(高周波信号)を導くように構成してもよい。
伝送ケーブル170は、一例として、アンテナ装置100と無線装置210との間に2本設けられている。2本の伝送ケーブル170は、X方向に間隔をおいて、平行に配置されており、互いに等しい長さを有する。一例として、水平偏波と垂直偏波の2系統の電波(高周波信号)を導くように構成してもよい。
伝送ケーブル170は、一例として同軸ケーブルである。伝送ケーブル170としては、同軸ケーブルの代わりに次のような伝送路を用いてもよい。例えば、ポリイミド製等のフレキシブル基板に形成したマイクロストリップライン(MSL)やコプレーナウェイブガイド(CPW)等の伝送線路を有するFPC(Flexible printed circuits)伝送路を用いてもよい。FPC伝送路は、フレキシブル基板と、フレキシブル基板に形成されたMSLやCPW等の伝送線路とを有する伝送路の一例である。伝送ケーブル170として、同軸ケーブルや上述のような伝送路を用いる場合には、アンプのようなRF部品を透明なアンテナ装置100側に搭載してもよい。
また、伝送ケーブル170の代わりの伝送路として、折り曲げ可能なフレキシブル導波管を用いてもよい。
伝送ケーブル170は、アンテナ装置100のアンテナ110のホルダ130Bに接続される端部(第1端部)と、無線装置210に接続される端部(第2端部)とを有し、アンテナ装置100によって受信された電波を伝送する。ここでは、一例として、無線通信装置200が2本の伝送ケーブル170を含む形態について説明するが、伝送ケーブル170の数は1本でもよいし、3本以上であってもよい。
伝送ケーブル170は、一例として折り曲げ可能であり、図2Aに示すように、ホルダ130Bがスペーサ130Aに結合されていない状態では、無線装置210に対してアンテナ110、整合層120、及びホルダ130Bを吊り下げている。この状態では、伝送ケーブル170は、無線装置210から下方に向けて真っ直ぐに延在している。
また、伝送ケーブル170は、図2Bに示すようにホルダ130Bがスペーサ130Aに結合された状態では、図2Aに示す状態に比べてホルダ130Bが-Z方向に移動しているため、YZ面視で無線装置210の下端からスペーサ130Aに向けて緩やかに折れ曲がっている。伝送ケーブル170は、殆ど伸縮しないが、両端間の任意の位置で折り曲げ可能である。
<無線装置210の配置>
無線装置210は、屋内側の壁1Aのうち窓枠11の真上の部分に固定されている。より具体的には、無線装置210は、窓枠11のうちの窓ガラス12よりも上側の部分のうちの-X方向側の端部の真上において、屋内側の壁1Aに固定されている。無線装置210は、ビス等で壁1Aに固定してもよいし、両面テープ等で壁1Aに接着することで取り付けてもよい。また、無線装置210は、ブラケット等を介して壁1Aに固定されていてもよい。特に、窓枠11の表面が平坦面ではない場合や、材質的に両面テープでは固定し難い場合等に、ビスでの固定が有効的である。また、無線装置210は、屋内側の窓枠11に固定されていてもよい。
無線装置210は、屋内側の壁1Aのうち窓枠11の真上の部分に固定されている。より具体的には、無線装置210は、窓枠11のうちの窓ガラス12よりも上側の部分のうちの-X方向側の端部の真上において、屋内側の壁1Aに固定されている。無線装置210は、ビス等で壁1Aに固定してもよいし、両面テープ等で壁1Aに接着することで取り付けてもよい。また、無線装置210は、ブラケット等を介して壁1Aに固定されていてもよい。特に、窓枠11の表面が平坦面ではない場合や、材質的に両面テープでは固定し難い場合等に、ビスでの固定が有効的である。また、無線装置210は、屋内側の窓枠11に固定されていてもよい。
無線装置210は、筐体210A及びアレイアンテナ210Bの他に、無線通信部を有する。アレイアンテナ210B及び無線通信部は、筐体210Aの内部に配置されている。また、無線装置210は、無線通信部の熱を逃がす放熱部を有していてもよい。筐体210Aは、一例として直方体状の樹脂製のケースである。筐体210Aが壁1Aに固定されることで、無線装置210が壁1Aに固定される。アレイアンテナ210Bは、筐体210A内の+Z方向側に設けられている。ここでは、無線通信部を省略する。無線通信部については、図8を用いて後述する。
無線通信部は、伝送ケーブル170の端部(無線装置210に接続される端部)に接続されており、伝送ケーブル170を介してアンテナ装置100から受信した電波を増幅してアレイアンテナ210Bに出力する処理や、アレイアンテナ210Bが電波を放射する放射方向を制御する処理等を行う。このため、無線通信部は、増幅器やマイクロコンピュータ等を含む。
無線通信装置200を窓10に取り付ける場合に、建物1(図1参照)の屋内側に配置した方が、風雨や塵埃等から保護しやすく、長期にわたって安定的に稼働させることができる。このため、無線通信装置200を屋内に配置する。
また、無線通信装置200を窓10に取り付ける場合に、アンテナ装置100は、窓ガラス12を透過する電波を効率的に受信するために、窓ガラス12と重なる部分に設けることが好ましい。このため、実施形態では、一例として、アンテナ装置100の各部を透明な構成として、アンテナ装置100を窓ガラス12に貼り付けることで、屋外から伝搬する電波の効率的な受信と、窓ガラス12の視界の妨害の抑制とを実現している。
一方、無線装置210は、増幅処理やアレイアンテナ210Bの制御等によって増幅器やマイクロコンピュータ等が発熱するため、窓ガラス12に貼り付けると、熱によって窓ガラス12の損傷や破損が生じる可能性がある。また、無線装置210自体を光の透過性を有する構成にすることは難しい。このような理由から、無線装置210は窓枠11又は窓枠11の周囲の壁1A等の構造物に取り付ける方が都合がよい。特に、窓枠11が金属製である場合は、窓枠11を介して無線装置210が発する熱を放熱することが可能である。窓枠11又は窓枠11の周囲の壁1A等の構造物は、窓10又は窓10の周囲の壁1A等の構造物である。窓10の周囲の構造物には、窓10の付近の机や、出窓のフレーム等も含まれる。
以上のような理由から、実施形態では、アンテナ装置100を窓ガラス12の屋内側の主面に取り付け、無線装置210を屋内側の窓枠11の真上の壁1Aに取り付ける。ここでは、一例として、アンテナ装置100を窓ガラス12の屋内側の主面のうちの上側に取り付けるとともに、無線装置210を窓枠11の上側の壁1Aに取り付ける形態について説明する。しかしながら、アンテナ装置100を窓ガラス12の屋内側の主面のうちの上側以外の部分に取り付けるとともに、無線装置210を壁1Aのうちの窓枠11の上側以外の部分や、窓枠11に取り付ける形態においても同様である。
<アンテナ装置100の構成>
アンテナ装置100は、アンテナ110、整合層120、フレーム130、及び反射板140を含む。フレーム130は、スペーサ130A及びホルダ130Bを有する。ホルダ130Bは、第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2を有する。
アンテナ装置100は、アンテナ110、整合層120、フレーム130、及び反射板140を含む。フレーム130は、スペーサ130A及びホルダ130Bを有する。ホルダ130Bは、第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2を有する。
アンテナ装置100の構成については、特に断らない限り、図2B及び図3Bに示すように、スペーサ130A及びホルダ130Bが結合した状態について説明する。
アンテナ110は、1つであってもよいが、ここでは一例として、MIMO(Multi Input Multi Output)通信が可能な構成として、複数のアンテナ110を含む構成について説明する。
<アンテナ110>
アンテナ110は、窓ガラス12の屋内側に配置され、一例として、窓ガラス12から離間して配置されている。アンテナ110は、整合層120とともにフレーム130のホルダ130Bによって保持されることで、窓ガラス12から離間して配置されている。アンテナ110は、窓ガラス12の屋内側の主面に対向している。
アンテナ110は、窓ガラス12の屋内側に配置され、一例として、窓ガラス12から離間して配置されている。アンテナ110は、整合層120とともにフレーム130のホルダ130Bによって保持されることで、窓ガラス12から離間して配置されている。アンテナ110は、窓ガラス12の屋内側の主面に対向している。
アンテナ110は、図3Cに示すように、フレーム130のホルダ130Bの第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2の間に、整合層120とともに挟まれている。図3Cには分解した状態を示すが、第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2の間にアンテナ110及び整合層120を挟んだ状態で、第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2を固定することで、アンテナ110は、整合層120とともに、ホルダ130Bに保持される。
複数のアンテナ110の構成は互いに等しく、窓ガラス12の屋内側の主面からの距離は互いに等しい。各アンテナ110は、一例として、パッチアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、又はスパイラルアンテナである。
各アンテナ110は、伝送ケーブル170を介して無線装置210に接続されている。アンテナ110及び無線装置210の間は、電波を伝送可能な伝送路で接続すればよく、一例として伝送ケーブル170で接続されている。
各アンテナ110は、窓ガラス12及び整合層120を透過した電波を受信する。また、各アンテナ110が放射する電波は、整合層120及び窓ガラス12を透過して建物1の屋外に送信される。
アンテナ110は、屋外の基地局BS等から放射される電波を受信する。アンテナ110の動作周波数は、Sub-6帯又はミリ波帯に含まれる周波数である。
アンテナ110は、基板と、基板の表面に形成されたアンテナエレメントとを有する。アンテナエレメントは、一例として、パッチアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、又はスパイラルアンテナ用の放射素子である。アンテナエレメントは、一例として、基板の-Z方向側の表面に形成されている。基板は、透明であることが好ましい。透明とは、ここでは可視光に対して透明であることをいう。可視光に対して「透明」とは、視感透過率が少なくとも40%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上であることをいう。
アンテナ110は、窓ガラス12の近くに配置されることが好ましい。窓ガラス12に近い方が電波を受信しやすいからである。アンテナ110と窓ガラス12の屋内側の主面との間のZ方向の距離は、一例として、10mm~50mm程度であることが好ましく、20mm~30mmであることがより好ましい。
アンテナ110の基板は、屋外の基地局から放射される電波に対して透明で、かつ、アンテナエレメントを担持することのできる任意の材料で形成されている。電波に対して透明とは、例えば透過損失が10dB以下であることをいう。基板が放射される電波に対して透明であるとは、基板の透過損失が10dB以下、好ましくは6dB以下、より好ましくは3dB以下、さらに好ましくは1dB以下であることをいう。
また、アンテナ110の基板は、可視光に対して透明であってよい。可視光に対して「透明」とは、視感透過率が少なくとも40%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上であることをいう。
一例として、アンテナ110の基板に透明なガラス板を用いる。また、アンテナ110の基板には透明な樹脂基材を用いてもよい。上記の条件を満たす樹脂材料として、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタラート(PET)等を用いることができる。
アンテナ110のアンテナエレメントは、導体で形成される。アンテナ装置100は窓10と重ねて配置されるため、アンテナエレメントは、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)、スズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化インジウム・酸化スズ(IZO)等の透明導電膜、窒化チタン(TiN)や窒化クロム(CrN)等の金属窒化物、又はLow-e(low emissivity)ガラス用のLow-e膜で形成されるのが望ましい。しかしながら、アンテナ110は、銅、ニッケル、又は金等の金属薄膜で形成されていてもよい。金属薄膜の場合は、メッシュ状にしておくことが視認性の観点から好ましい。
<整合層120>
整合層120は、図3Cに示すように、フレーム130のホルダ130Bの第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2の間に、アンテナ110とともに挟まれている。整合層120は、アンテナ110とともに、フレーム130のホルダ130Bに保持されている。
整合層120は、図3Cに示すように、フレーム130のホルダ130Bの第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2の間に、アンテナ110とともに挟まれている。整合層120は、アンテナ110とともに、フレーム130のホルダ130Bに保持されている。
整合層120は、窓ガラス12側を向く表面、及び、窓ガラス12側とは反対の屋内側を向く表面を有する。整合層120は、窓ガラス12側の表面が窓ガラス12の屋内側の主面から所定距離だけ離れた位置に配置される。
整合層120は、アンテナ110に入射する電波の電気長を調整して、インピーダンスを整合させるために設けられている。整合層120は、屋外の基地局から放射される電波に対して透明な材料で作製されていればよい。電波に対して透明とは、例えば透過損失が10dB以下であることをいう。整合層120が放射される電波に対して透明であるとは、整合層120の透過損失が10dB以下、好ましくは6dB以下、より好ましくは3dB以下、さらに好ましくは1dB以下であることをいう。
また、整合層120は、可視光に対して透明であってよい。可視光に対して「透明」とは、視感透過率が少なくとも40%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上であることをいう。
整合層120は、一例として、ポリカーボネート、アクリル、COP(シクロオレフィンポリマー)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリスチレン、又はガラス等で作製可能である。
整合層120は、撓みの発生を抑制する観点から、0.5mm以上の厚さを有することが好ましい。整合層120が撓むと、電波の電気長を調整する特性がXY面内で不均一になり、インピーダンスの整合度合にばらつきが生じるおそれがあるからである。
整合層120のZ方向の厚さは、一例として、全体において一定である。整合層120の厚さは、視感透過率を高くする観点からは、20mm以下であることが好ましく、15mm以下であることがより好ましい。また、整合層120の厚さは、一例として、0.5mm~5mmであることがさらに好ましい。整合層120は、1枚であってもよいが、複数枚を重ねた構成、又は、複数枚を間隔を空けて配置した構成であってもよい。
整合層120と窓ガラス12との間隔は、0mmよりも大きく、40mm以下であると好ましく、10mm以上で20mm以下の範囲であることがさらに好ましい。
整合層120は、アンテナ110に入射する電波の電気長を調整するため、比誘電率によって実効厚さが異なる。比誘電率によって電波の波長の短縮効果の度合が異なるからである。このため、整合層120の実効厚さについては、電波のインピーダンスを整合させる観点からは、インピーダンスを整合可能な適切な実効厚さにすればよい。
なお、整合層120は、スペーサ130Aに設けられていてもよい。また、整合層120を含まなくても特に問題が無い場合は、アンテナ装置100は、整合層120を含まなくてもよい。
<フレーム130>
フレーム130(図3B参照)は、スペーサ130A及びホルダ130Bを有する。ホルダ130Bは、第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2(図3C参照)を有する。
フレーム130(図3B参照)は、スペーサ130A及びホルダ130Bを有する。ホルダ130Bは、第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2(図3C参照)を有する。
<スペーサ130A>
スペーサ130Aは、窓ガラス12の屋内側の主面に、粘着層135Aによって貼り付けられる。粘着層135Aは、粘着剤の一例である。スペーサ130Aは、可撓性を有する。スペーサ130Aが可撓性を有するとは、アンテナ装置100を窓ガラス12に取り付けようとする利用者が、手でスペーサ130Aを撓ませることができる程度の柔軟性を有し、しなやかに撓むことをいう。
スペーサ130Aは、窓ガラス12の屋内側の主面に、粘着層135Aによって貼り付けられる。粘着層135Aは、粘着剤の一例である。スペーサ130Aは、可撓性を有する。スペーサ130Aが可撓性を有するとは、アンテナ装置100を窓ガラス12に取り付けようとする利用者が、手でスペーサ130Aを撓ませることができる程度の柔軟性を有し、しなやかに撓むことをいう。
一例として、スペーサ130Aの板厚をt、スペーサ130Aのヤング率をEとすると、tは、0.1mm以上5mm以下であり、Eは、1GPa以上10GPa以下である。すなわち、t×Eは、0.1GPa・mm以上50GPa・mm以下である。利用者が手で撓ませることができる程度のスペーサ130Aの可撓性を実現するためであり、また、スペーサ130Aを粘着層135Aで窓ガラス12の屋内側の主面に貼り付ける際に、窓ガラス12の主面と粘着層135Aとの間に気泡が生じないようにするためである。気泡が生じることで接着力が低下することについては、図5A乃至図5Cを用いて後述する。
スペーサ130Aは、一例として、図3Cに示すように平面視で枠状(矩形環状)の薄いシート状の部材である。換言すれば、スペーサ130Aは、平面視で枠状(矩形環状)の板状体である。スペーサ130Aが板状体であることで、ホルダ130Bを安定的に取り付けることができる。スペーサ130Aの厚さは、一例として、0.5mm~5mm程度であり、0.5mm~3mmであることがより好ましい。
ここでは、一例としてスペーサ130Aが平面視で枠状(矩形環状)である形態について説明する。スペーサ130Aは、一例として平面視で枠状(矩形環状)のホルダ130Bと同一形状を有する。
スペーサ130Aは、平面視でアンテナ110のアンテナエレメントと重ならないようにするために、枠状(矩形環状)の形状を有する。樹脂素材で作成されるスペーサ130Aを電波が透過すると、透過損失が生じるからである。ただし、一例として、電波の透過損失が小さくて問題にならないような場合には、スペーサ130Aは、平面視でアンテナ110のアンテナエレメントと重なっていてもよい。これは、ホルダ130Bについても同様である。
また、スペーサ130Aは、平面視で枠状(矩形環状)の形状を有する構成に限られず、平面視におけるホルダ130Bの外縁に沿った少なくとも2辺に沿って設けられていればよい。スペーサ130Aが平面視におけるホルダ130Bの外縁に沿った少なくとも2辺に沿って設けられていれば、ホルダ130Bを安定的に保持でき、平面視でアンテナ110のアンテナエレメントと重ならないからである。スペーサ130Aは、一例として、平面視におけるホルダ130Bの外縁に沿った4辺に沿って設けられていてもよい。
スペーサ130Aは、透明であることが好ましい。透明とは、ここでは可視光に対して透明であることをいう。可視光に対して「透明」とは、視感透過率が少なくとも40%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上であることをいう。
このようなスペーサ130Aは、例えば、PET(Polyethylene terephthalate)、ポリカ―ボネート(Polycabonate)、アクリル(Polymenthyl methacrylate)、フッ素樹脂、COP(Cyclo-Olefin Polymer)、PEN(polyethylene naphthalate)、ポリイミド、Peek(polyether ether ketone)、LCP(Liquid Crystal Polymer)、その他の複合材等の、可撓性を有する樹脂素材で形成可能である。
<結合部131A>
スペーサ130Aは、結合部131A(図3C参照)を有する。結合部131Aは、一例としてスペーサ130Aの+Z方向側の表面に設けられている。図3Cには、一例としてスペーサ130Aの四隅に結合部131Aが1つずつ配置される構成を示す。しかしながら、結合部131Aは、少なくとも1つあればよく、4つよりも多くてもよい。複数の結合部131Aのスペーサ130Aにおける配置は、ホルダ130Bとの安定的な結合と分離を実現できれば、どのような配置であってもよい。
スペーサ130Aは、結合部131A(図3C参照)を有する。結合部131Aは、一例としてスペーサ130Aの+Z方向側の表面に設けられている。図3Cには、一例としてスペーサ130Aの四隅に結合部131Aが1つずつ配置される構成を示す。しかしながら、結合部131Aは、少なくとも1つあればよく、4つよりも多くてもよい。複数の結合部131Aのスペーサ130Aにおける配置は、ホルダ130Bとの安定的な結合と分離を実現できれば、どのような配置であってもよい。
結合部131Aは、ホルダ130Bの第1ホルダ130B1の-Z方向側の表面に設けられる結合部131Bと着脱自在であり、結合部131Bと結合した状態と、結合部131Bから分離した状態とを繰り返し実現可能である。なお、結合部131Aの詳細については後述する。
<ホルダ130B>
ホルダ130Bは、上述のように第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2を有する。第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2は、アンテナ110及び整合層120を挟んだ状態で互いに固定される。第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2の固定は、スナップフィット等の係合部を用いてもよいし、接着剤等を用いてもよい。
ホルダ130Bは、上述のように第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2を有する。第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2は、アンテナ110及び整合層120を挟んだ状態で互いに固定される。第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2の固定は、スナップフィット等の係合部を用いてもよいし、接着剤等を用いてもよい。
第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2は、一例として、スペーサ130Aと同様に、図3Cに示すように平面視で枠状(矩形環状)の薄いシート状の部材であり、一例として互いに等しい形状を有する。ここでは、一例として第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2の形状が等しい形態について説明するが、第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2の形状は異なっていてもよく、サイズも異なっていてもよい。
第1ホルダ130B1の厚さは、一例として、1mm~5mm程度であり、2mm~4mmであることがより好ましい。第2ホルダ130B2の厚さは、一例として、1mm~5mm程度であり、2mm~4mmであることがより好ましい。第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2の厚さは異なっていてもよく、同一であってもよい。
第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2は、透明であることが好ましい。透明とは、ここでは可視光に対して透明であることをいう。可視光に対して「透明」とは、視感透過率が少なくとも40%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上であることをいう。
第2ホルダ130B2には、伝送ケーブル170の一端が接続されている。伝送ケーブル170は、一例として、第2ホルダ130B2を介してアンテナ110と非接触で結合されている。このようにアンテナ110及び伝送ケーブル170は、第2ホルダ130B2を介して信号(交流信号)を伝送可能に構成されている。
第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2は、スペーサ130Aよりも固く、アンテナ装置100を窓ガラス12に取り付けようとする利用者が、第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2に手で力を加えても撓まない程度の固さを有する。すなわち、第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2は、スペーサ130Aよりも撓み難く、殆ど撓まない。換言すれば、スペーサ130Aは、第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2よりも撓み易い。なお、固いとは、ヤング率×厚さの値が大きいことに相当する。
第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2を作製可能な透明な樹脂素材としては、一例として、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタラート(PET)等が挙げられる。
<結合部131B>
第1ホルダ130B1は、結合部131B(図3C参照)を有する。結合部131Bは、一例として第1ホルダ130B1の-Z方向側の表面に設けられている。図3Cには、一例として第1ホルダ130B1の四隅に結合部131Bが1つずつ配置される構成を示す。しかしながら、結合部131Bは、少なくとも1つあればよく、4つよりも多くてもよい。結合部131Bの位置は、結合部131Aの位置に合わせられており、平面視で重なる位置にある。
第1ホルダ130B1は、結合部131B(図3C参照)を有する。結合部131Bは、一例として第1ホルダ130B1の-Z方向側の表面に設けられている。図3Cには、一例として第1ホルダ130B1の四隅に結合部131Bが1つずつ配置される構成を示す。しかしながら、結合部131Bは、少なくとも1つあればよく、4つよりも多くてもよい。結合部131Bの位置は、結合部131Aの位置に合わせられており、平面視で重なる位置にある。
結合部131Bは、スペーサ130Aの+Z方向側の表面に設けられる結合部131Aと着脱自在であり、結合部131Aと結合した状態と、結合部131Aから分離した状態とを繰り返し実現可能である。
<結合部131A及び131B>
結合部131A及び131Bは、互いに繰り返し着脱自在な構成を有する。このような結合部131A及び131Bの組合せとしては、一例として、磁力を利用する磁石及び磁性体の組合せ、嵌合力を利用する凸ボタン及び凹ボタンの組合せ、係合力を利用するA面(オス)を有する面ファスナー及びB面(メス)を有する面ファスナーの組合せ等が挙げられる。また、結合部131A及び131Bの組合せは、嵌合可能な凸部及び凹部の組合せであってもよい。このように、結合部131A及び131Bは、一例として、磁力、嵌合力、又は係合力によって着脱自在に結合可能な構成であればよい。このため、スペーサ130A及びホルダ130Bは、磁力、嵌合力、又は係合力を用いた簡易な構成で、着脱自在に結合可能である。
結合部131A及び131Bは、互いに繰り返し着脱自在な構成を有する。このような結合部131A及び131Bの組合せとしては、一例として、磁力を利用する磁石及び磁性体の組合せ、嵌合力を利用する凸ボタン及び凹ボタンの組合せ、係合力を利用するA面(オス)を有する面ファスナー及びB面(メス)を有する面ファスナーの組合せ等が挙げられる。また、結合部131A及び131Bの組合せは、嵌合可能な凸部及び凹部の組合せであってもよい。このように、結合部131A及び131Bは、一例として、磁力、嵌合力、又は係合力によって着脱自在に結合可能な構成であればよい。このため、スペーサ130A及びホルダ130Bは、磁力、嵌合力、又は係合力を用いた簡易な構成で、着脱自在に結合可能である。
スペーサ130A及びホルダ130Bが着脱自在に結合可能であることで、図2A及び図3Aに示すように、スペーサ130Aとホルダ130Bとが分離した状態から、スペーサ130Aに対してホルダ130Bを近づけて結合させると、図2B及び図3Bにように結合した状態になる。なお、スペーサ130Aを窓ガラス12に貼り付ける方法と、結合部131A及び131Bを利用したスペーサ130A及びホルダ130Bの着脱の動作とについては後述する。
<反射板140>
反射板140は、ホルダ130Bの第2ホルダ130B2の-Z方向側に固定される。反射板140は、一例として板状の部材である。反射板140は、透明であることが好ましい。反射板140は、例えば、透明な樹脂基板に、金属膜を形成した構成を有する。反射板140の金属膜としては、一例として、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)、スズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化インジウム・酸化スズ(IZO)等の透明導電膜、窒化チタン(TiN)や窒化クロム(CrN)等の金属窒化物、又はLow-e(low emissivity)ガラス用のLow-e膜が挙げられる。しかしながら、反射板140の金属膜は、銅、ニッケル、又は金等の金属薄膜で形成されていてもよい。金属薄膜の場合は、メッシュ状にしておくことが視認性の観点から好ましい。
反射板140は、ホルダ130Bの第2ホルダ130B2の-Z方向側に固定される。反射板140は、一例として板状の部材である。反射板140は、透明であることが好ましい。反射板140は、例えば、透明な樹脂基板に、金属膜を形成した構成を有する。反射板140の金属膜としては、一例として、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)、スズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化インジウム・酸化スズ(IZO)等の透明導電膜、窒化チタン(TiN)や窒化クロム(CrN)等の金属窒化物、又はLow-e(low emissivity)ガラス用のLow-e膜が挙げられる。しかしながら、反射板140の金属膜は、銅、ニッケル、又は金等の金属薄膜で形成されていてもよい。金属薄膜の場合は、メッシュ状にしておくことが視認性の観点から好ましい。
なお、例えば、第2ホルダ130B2が枠状ではなく、板状である場合には、反射板140は、板状の第2ホルダ130B2の+Z方向側の表面に形成した金属膜等であってもよい。
このような反射板140を用いることで、アンテナ110から+Z方向側に放射された電波を窓ガラス12に向けて反射できるため、屋外の基地局BSとの通信状況をより良好にできる。
<スペーサ130Aを窓ガラス12に貼り付ける方法>
ここでは、スペーサ130Aを窓ガラス12に貼り付ける方法について説明するが、その前に、図4A及び図4Bを用いて、比較用のフレーム30を窓ガラス12に貼り付ける方法について説明する。
ここでは、スペーサ130Aを窓ガラス12に貼り付ける方法について説明するが、その前に、図4A及び図4Bを用いて、比較用のフレーム30を窓ガラス12に貼り付ける方法について説明する。
図4A及び図4Bは、比較用のフレーム30を窓ガラス12に貼り付ける方法の一例を説明する図である。ここでは、粘着層135Aを用いて比較用のフレーム30を窓ガラス12の屋内側の主面に貼り付ける。
比較用のフレーム30は、実施形態のホルダ130Bを作製する樹脂素材と同一の樹脂素材で作製されているため、殆ど撓まない。図4Aに示すように、フレーム30を粘着層135Aを用いて窓ガラス12の屋内側の主面に貼り付ける際には、フレーム30が殆ど撓まないため、図4Bに示すように、窓ガラス12の屋内側の主面と粘着層135Aとの間に気泡135A1が生じる。気泡135A1は、窓ガラス12の屋内側の主面と、粘着層135Aの-Z方向側の表面との間に空気等が入り込んだものであり、気泡135A1の部分は、窓ガラス12の屋内側の主面に対して粘着層135Aが接着していない。
粘着層135Aに気泡135A1が生じると、フレーム30の窓ガラス12に接着する面積が小さくなるため、窓ガラス12に対するフレーム30の接着力が不十分になり、フレーム30が落下するおそれがある。特に、フレーム30がアンテナ110及び整合層120等を保持している場合には、アンテナ110及び整合層120等が落下するおそれがあることになる。
図5A乃至図5Cは、実施形態のフレーム130を窓ガラス12に貼り付ける方法の一例を説明する図である。フレーム130は、可撓性を有するスペーサ130Aと、ホルダ130Bとに分割されている。
まず、図5Aに示すように、粘着層135Aを用いてスペーサ130Aを窓ガラス12の屋内側の主面に貼り付ける。スペーサ130Aは、利用者が手でスペーサ130Aを折り曲げようとする力を加えるだけで撓む。このため、例えば、粘着層135Aを貼り付けたスペーサ130Aを下端側から窓ガラス12の屋内側の主面に押し当てながら徐々に貼り付ければ、図5Bに示すように、気泡を発生させることなく、粘着層135Aの-Z方向側の表面の全体を窓ガラス12の屋内側の主面に貼り付けることができる。気泡が生じていないため、窓ガラス12に体するスペーサ130Aの接着力は、強固である。
そして、図5Cに示すように、スペーサ130Aの+Z方向側の表面に、ホルダ130Bを結合させればよい。ホルダ130Bの第1ホルダ130B1及び第2ホルダ130B2の間にはアンテナ110及び整合層120が挟まれており、第2ホルダ130B2の+Z方向側には反射板140が取り付けられている。
このように、スペーサ130Aの+Z方向側の表面に、ホルダ130Bを結合させれば、窓ガラス12にアンテナ110、整合層120、及び反射板140を容易に取り付けることができる。スペーサ130A及びホルダ130Bは、結合部131A及び131Bによって着脱自在であるため、着脱を繰り返し行うことができる。
図5Dは、実施形態の変形例のスペーサ130MAを窓ガラス12の屋内側の主面への取付方法の一例を説明する図である。スペーサ130MAは、2つあり、アライメントシート132MAに貼り付けられて互いに位置関係がずれないように仮固定されている。2つのスペーサ130MAの-Z方向側の表面には、粘着層135Aが貼り付けられている。
2つのスペーサ130MAを窓ガラス12の屋内側の主面に貼り付ける際に、アライメントシート132MAで仮固定された2つのスペーサ130MAを図5Aに示すスペーサ130Aと同様に粘着層135Aで貼り付ければ、粘着層135Aに気泡が生じることなく、2つのスペーサ130MAを窓ガラス12の屋内側の主面に強固に接着できる。
2つのスペーサ130MAの窓ガラス12の屋内側の主面への接着が終了したら、2つのスペーサ130MAからアライメントシート132MAを剥がして、ホルダ130Bを取り付ければよい。
アライメントシート132MAを用いれば、粘着層135Aに気泡が生じることなく、かつ、高い位置精度で容易に、複数のスペーサ130MAを窓ガラス12の屋内側の主面に貼り付けることができる。
<窓ガラス12の開放動作に伴うスペーサ130A及びホルダ130Bの動作>
結合部131A及び131Bを用いることで、スペーサ130Aと、ホルダ130Bとは、着脱自在に結合可能である。第1ホルダ130B1は、アンテナ110及び整合層120を第2ホルダ130B2との間に挟んだ状態で第2ホルダ130B2と固定されている。
結合部131A及び131Bを用いることで、スペーサ130Aと、ホルダ130Bとは、着脱自在に結合可能である。第1ホルダ130B1は、アンテナ110及び整合層120を第2ホルダ130B2との間に挟んだ状態で第2ホルダ130B2と固定されている。
また、スペーサ130Aとホルダ130Bとの結合力は、ホルダ130Bの破壊力よりも小さい。ホルダ130Bの破壊力とは、外力を与えることによってホルダ130Bを破壊可能な最小限の外力である。例えば、伝送ケーブル170を引っ張ると、ホルダ130Bと伝送ケーブル170の接合部が破損する前に、スペーサ130Aからホルダ130Bが外れることになる。スペーサ130Aとホルダ130Bとの結合力がこのような関係を有することで、次に図6A乃至図6Cを用いて説明する動作が可能になる。
図6A乃至図6Cは、窓ガラス12の開放動作に伴うスペーサ130A及びホルダ130Bの動作の一例を示す図である。ここでは、図6A乃至図6Cに加えて図3Bを用いて動作について説明する。
図3Bに示すように、-X方向側の窓ガラス12が完全に閉じている状態で、ホルダ130Bはスペーサ130Aに結合している。この状態から、-X方向側の窓ガラス12を+X方向に開け始めると、図6Aに示すように伝送ケーブル170がホルダ130Bに追従し、伝送ケーブル170の下端側が+X方向に撓む。
-X方向側の窓ガラス12をさらに+X方向に移動させると、窓ガラス12が図6Bに示す位置に移動したときに、スペーサ130Aからホルダ130Bが外れる。図6Bに示す-X方向側の窓ガラス12の位置は、第2位置の一例である。これは、スペーサ130Aとホルダ130Bとの結合力は、伝送ケーブル170の耐引っ張り力より小さく、かつ、伝送ケーブル170の端部(第1端部)とホルダ130Bとの接合力より小さいからである。
図6Cに示すように、-X方向側の窓ガラス12をさらに+X方向に移動させると、スペーサ130Aが+X方向側の窓ガラス12と、-X方向側の窓ガラス12との間に収容される。スペーサ130AのZ方向の厚さは、粘着層135Aを厚さを考慮して、2枚の窓ガラス12の間に収容可能な厚さに設定しておけば、スペーサ130Aが+X方向側の窓ガラス12に干渉せずに、-X方向側の窓ガラス12を完全に開けることができる。すなわち、窓ガラス12の開閉動作を阻害しないアンテナ装置100を提供できる。
また、図6Cのようにホルダ130Bがスペーサ130Aから外れて、窓ガラス12とアンテナ110とが重なっていない状態では、アンテナ110は、整合層120のみを透過した電波を受信可能である。すなわち、この状態で、スペーサ130Aが外されたアンテナ110は、窓10を通じて、屋外の基地局BSと通信可能である。
そして、利用者が窓ガラス12が再び完全に閉じると、図2A及び図3Aに示すように、スペーサ130Aに対してホルダ130Bが分離し、向かい合っている状態になる。この状態で、利用者がホルダ130Bを手に取り、スペーサ130Aに結合させれば、図2B及び図3Bに示すように、スペーサ130Aにホルダ130Bが結合した状態になり、アンテナ110は、窓ガラス12を介して屋外の基地局BSと通信可能になる。
利用者が窓ガラス12を開ける度に、ホルダ130Bは伝送ケーブル170によって引っ張られてスペーサ130Aから外れる。利用者が窓ガラス12を閉じる度に、ホルダ130Bをスペーサ130Aに結合させればよい。スペーサ130A及びホルダ130Bは、結合部131A及び131Bによって容易に再結合が可能であるため、スペーサ130A及びホルダ130Bの分離及び結合を繰り返し行うことができる。また、結合部131A及び131Bの結合は非常に容易であるため、利用者は容易にスペーサ130A及びホルダ130Bを結合できる。
<伝送ケーブル170M>
図7は、実施形態の変形例の伝送ケーブル170Mの構成の一例を示す図である。伝送ケーブル170Mは、カバー170MA、同軸ケーブル171Mと、金属ワイヤ172Mとを有する。同軸ケーブル171Mは、伝送路の一例であり、金属ワイヤ172Mは、補強部材の一例である。
図7は、実施形態の変形例の伝送ケーブル170Mの構成の一例を示す図である。伝送ケーブル170Mは、カバー170MA、同軸ケーブル171Mと、金属ワイヤ172Mとを有する。同軸ケーブル171Mは、伝送路の一例であり、金属ワイヤ172Mは、補強部材の一例である。
図7には、伝送ケーブル170Mの内部の構造が分かるように、カバー170MAの一部を省いた状態で、長さ方向における一部分を示す。
図7では、一例として、1本の伝送ケーブル170Mが2本の同軸ケーブル171Mと、1本の金属ワイヤ172Mとを有する構成を示す。しかしながら、伝送ケーブル170Mは、同軸ケーブル171M及び金属ワイヤ172Mを少なくとも1本以上有していればよい。
同軸ケーブル171Mは、無線装置210のスイッチ212とアンテナ110とを接続する。すなわち、同軸ケーブル171Mの両端のうちの一方は、無線装置210のスイッチ212に接続され、他方はアンテナ110に接続される。
金属ワイヤ172Mは、無線装置210の筐体210Aと、第2ホルダ130B2とを接続する。すなわち、金属ワイヤ172Mの両端のうちの一方は、無線装置210の筐体210Aに接続され、他端は第2ホルダ130B2に接続される。
金属ワイヤ172Mの長さは、同軸ケーブル171Mの長さよりも短い。より具体的には、金属ワイヤ172Mのホルダ130Bと無線装置210の筐体210Aとの間の長さは、同軸ケーブル171Mのホルダ130Bと無線装置210の筐体210Aとの間の長さよりも短い。このため、-X方向側の窓ガラス12が完全に閉じられて、スペーサ130Aに対してホルダ130Bが結合した状態から、窓ガラス12が開けられると次のようになる。
窓ガラス12が移動して、アンテナ装置100と無線装置210との間の距離が長くなると、伝送ケーブル170がアンテナ装置100及び無線装置210の間で引っ張られて行く。そして、金属ワイヤ172Mが筐体210A及び第2ホルダ130B2の間で伸びきったときに、同軸ケーブル171Mはスイッチ212及びアンテナ110の間で伸びきっていない状態になる。金属ワイヤ172Mよりも同軸ケーブル171Mが長いからである。
伸びきった金属ワイヤ172Mによってホルダ130Bが引っ張られることで、第2ホルダ130B2がスペーサ130Aから外れて、図6Bに示すような状態になる。この結果、同軸ケーブル171Mの両端が引っ張られることはなく、同軸ケーブル171Mの両端と、スイッチ212及びアンテナ110との接続状態は、良好な状態に保持される。
また、利用者が窓ガラス12が再び完全に閉じたときには、利用者がホルダ130Bを手に取り、スペーサ130Aに結合させれば、スペーサ130Aにホルダ130Bが結合した状態に戻る。
利用者が窓ガラス12を開ける度に、ホルダ130Bは金属ワイヤ172Mによって引っ張られてスペーサ130Aから外れる。利用者が窓ガラス12を閉じる度に、ホルダ130Bをスペーサ130Aに結合させればよい。
窓ガラス12を開く際に伝送ケーブル170Mに掛かる負荷を金属ワイヤ172Mが受けることで、長期にわたって同軸ケーブル171Mの接続性を良好な状態に保持できる。
<無線装置210の回路構成>
無線装置210については、図2A乃至図3Cに加えて図8を用いて説明する。図8は、無線装置210の構成の一例を示す図である。図8には、無線装置210の全体の構成のうちの1つのアンテナ110に対応する部分の構成を示す。アンテナ110は、伝送ケーブル170を介して無線装置210に接続されている。
無線装置210については、図2A乃至図3Cに加えて図8を用いて説明する。図8は、無線装置210の構成の一例を示す図である。図8には、無線装置210の全体の構成のうちの1つのアンテナ110に対応する部分の構成を示す。アンテナ110は、伝送ケーブル170を介して無線装置210に接続されている。
アンテナ110及び無線装置210の間の距離が長いと、アンテナ110及び無線装置210の間における電波の伝送損失が増大する。このため、電波の伝送損失を低減するために、窓ガラス12、又は、窓10の周囲の壁1Aや天井等に無線装置210を取り付けることが好ましい。
また、アンテナ110及び無線装置210の間における電波の伝送損失を低減するために、アンテナ110及び無線装置210の間を接続する伝送路として、一例として、折り曲げ可能な伝送ケーブル170を用いている。折り曲げ可能な伝送ケーブル170を用いれば、アンテナ110及び無線装置210の間において、伝送損失が少ない状態で効率的に電波を伝搬させることができる。
無線装置210は、無線モジュール211、スイッチ212、LNA(Low Noise Amplifier)213、ミキサ214、ADC(Analog to Digital Converter)215、DAC(Digital to Analog Converter)216、ミキサ217、及びPA(Power Amplifier)218を有する。無線モジュール211からPA218は、無線装置210の無線通信部の一例である。
無線装置210のうち、スイッチ212、LNA213、ミキサ214、ADC215、DAC216、ミキサ217、及びPA218は、1つのアンテナ110に対して1つずつ設けられている。無線装置210は、スイッチ212からPA218までの構成要素をアンテナ110の数と同じ数だけ含む。無線モジュール211については、一例として、4つのアンテナ110に対して共通であり、1つである。
無線モジュール211は、一例としてMCU(Micro Controller Unit)で構成され、制御部211Aと、中継処理を行う中継部211Bとを有する。制御部211A及び中継部211Bは、MCUが実行する機能を表した機能ブロックである。
制御部211Aは、アンテナ110で電波を受信する際には、3端子型のスイッチ212を切り換えて、アンテナ110とLNA213とを接続する。また、制御部211Aは、アンテナ110で電波を送信する際には、3端子型のスイッチ212を切り換えて、アンテナ110とPA218を接続する。
中継部211Bは、一例としてBluetooth(登録商標)の通信部を含むとともに、アレイアンテナ210Bに接続されており、ADC215から入力されるデジタル信号をアレイアンテナ210Bから建物1の内部に送信する。中継部211Bがアレイアンテナ210Bを介して信号を建物1の内部に送信することにより、アンテナ110が基地局BSから受信した電波が中継され、無線通信装置200が配置されている建物1の内部に電波が放射される。これにより、建物1の内部の広い範囲に電波が放射され、屋内にあるスマートフォン60等の端末で電波を受信しやすくなる。なお、中継部211Bが屋内側に中継する電波を放射する通信部は、Bluetoothに限らず、Wi-Fi等であってもよい。
LNA213は、スイッチ212とミキサ214との間に設けられ、アンテナ110で受信した電波を増幅し、信号とノイズの比の劣化を防ぎながら出力する。
ミキサ214は、LNA213から出力される電波をローカル信号(LO)と混合して復調し、IF(Intermediate Frequency)信号を出力する。IF信号に変換することで、ADC215でデジタル変換を容易に行うことができる。
ADC215は、ミキサ214から出力されるIF信号をデジタル変換して無線モジュール211に出力する。
DAC216は、無線通信装置200がアンテナ110から信号を送信する際に、無線モジュール211が出力する信号をアナログ変換してIF信号をミキサ217に出力する。
ミキサ217は、IF信号をローカル信号(LO)と混合して変調し、PA218に出力する。
PA218は、ミキサ217から出力される信号を増幅して、スイッチ212を介してアンテナ110に出力する。
なお、無線装置210が扱う電波がSub-6の場合に、無線装置210は、ミキサ214及び217を含まない場合がある。この場合には、ADC215に入力される信号、及び、DAC216から出力される信号は、IF信号ではなく、Sub-6の周波数帯の信号である。
<効果>
アンテナ装置100は、窓ガラス12の主面に粘着層135Aによって貼り付けられ、可撓性を有するスペーサ130Aと、窓ガラス12の主面に対向して配置されるアンテナ110と、スペーサ130Aに取り付けられ、アンテナ110を保持するホルダ130Bとを含む。このため、粘着層135Aと窓ガラス12の主面との間に気泡を生じさせずに、スペーサ130Aを窓ガラス12の主面に接着することができ、アンテナ装置100の落下を抑制できる。可撓性を有するスペーサ130Aの構成は簡易である。
アンテナ装置100は、窓ガラス12の主面に粘着層135Aによって貼り付けられ、可撓性を有するスペーサ130Aと、窓ガラス12の主面に対向して配置されるアンテナ110と、スペーサ130Aに取り付けられ、アンテナ110を保持するホルダ130Bとを含む。このため、粘着層135Aと窓ガラス12の主面との間に気泡を生じさせずに、スペーサ130Aを窓ガラス12の主面に接着することができ、アンテナ装置100の落下を抑制できる。可撓性を有するスペーサ130Aの構成は簡易である。
したがって、簡易な構成で落下抑制を実現可能なアンテナ装置100を提供することができる。
また、スペーサ130Aは、板状体であってもよい。構成が簡易な板状体のスペーサ130Aに安定的にホルダ130Bを取り付けることができ、簡易な構成で落下抑制を実現可能で、アンテナ110を安定的に保持可能なアンテナ装置100を提供することができる。
また、スペーサ130Aの板厚をt、スペーサ130Aのヤング率をEとすると、tは、0.1mm以上5mm以下であり、Eは、1GPa以上10GPa以下である。すなわち、t×Eは、0.1GPa・mm以上50GPa・mm以下であってもよい。利用者が手で撓ませることができる程度の可撓性を有するスペーサ130Aを撓ませながら粘着層135Aで窓ガラス12の主面に貼り付けることで、粘着層135Aと窓ガラス12の主面との間により確実に気泡を生じさせずに、スペーサ130Aを窓ガラス12の主面に接着できる。したがって、簡易な構成でより確実に落下抑制を実現可能なアンテナ装置100を提供することができる。
また、スペーサ130Aは、平面視におけるホルダ130Bの少なくとも2辺に沿って設けられていてもよい。スペーサ130Aで安定的にホルダ130Bを保持可能である。
また、ホルダ130Bは、スペーサ130Aに対して着脱自在に結合されており、スペーサ130Aとホルダ130Bとの結合力は、ホルダ130Bの破壊力よりも小さくてもよい。伝送ケーブル170を引っ張ると、ホルダ130Bと伝送ケーブル170の接合部が破損する前に、スペーサ130Aからホルダ130Bが外れるので、窓ガラス12を開けたときに、ホルダ130B及び伝送ケーブル170の接合部が破損せずに、スペーサ130Aからホルダ130Bを外すことができる。
また、スペーサ130Aとホルダ130Bとは、磁力、嵌合力、又は係合力によって、結合されていてもよい。簡易な構成で、スペーサ130A及びホルダ130Bを着脱自在に結合可能にすることができる。
また、アンテナ110と窓ガラス12との間に配置される整合層120をさらに含んでもよい。アンテナ110に入射する電波の電気長を調整して、インピーダンスを整合させることができる。
また、アンテナ110は、パッチアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、又はスパイラルアンテナであってもよい。アンテナ110を様々な形式のアンテナで実現可能で、簡易な構成で落下抑制を実現可能なアンテナ装置100を提供することができる。
また、アンテナ110に対して窓ガラス12とは反対側に設けられる反射板140をさらに含んでもよい。アンテナ110から窓ガラス12とは反対側に放射される電波を窓ガラス12に向けて反射できるので、屋外の基地局BSとの通信状態をより良好にすることができる。
また、窓ガラス12は開閉可能であり、ホルダ130Bは、窓ガラス12が閉じられた第1位置にあるときはスペーサ130Aに結合しており、窓ガラス12が開けられた第2位置にあるときはスペーサ130Aから外れる。窓ガラス12が第2位置に移動したときに、ホルダ130Bがスペーサ130Aから外れることで、窓ガラス12を開けた状態でも通信可能なアンテナ装置100を提供できる。また、スペーサ130A及びホルダ130Bは着脱自在であるため、窓ガラス12を閉じれば、再びホルダ130Bをスペーサ130Aに結合でき、窓ガラス12を開けた後に再び閉じても通信可能で、簡易な構成で落下抑制を実現可能なアンテナ装置100を提供することができる。
アンテナ110の動作周波数は、Sub-6帯又はミリ波帯に含まれる周波数であってもよい。Sub-6やミリ波帯の電波を送受信可能で、簡易な構成で落下抑制を実現可能なアンテナ装置100を提供することができる。
無線通信装置200は、上記のアンテナ装置100と、アンテナ110に接続される伝送ケーブル170(伝送路)と、伝送ケーブル170を介してアンテナ110に接続される無線装置210とを含む。このため、粘着層135Aと窓ガラス12の主面との間に気泡を生じさせずに、スペーサ130Aを窓ガラス12の主面に接着することができ、アンテナ装置100の落下を抑制できる。可撓性を有するスペーサ130Aの構成は簡易である。
したがって、簡易な構成で落下抑制を実現可能な無線通信装置200を提供することができる。
また、伝送ケーブル170は、ホルダ130Bに接続される第1端部と、無線装置210に接続される第2端部とを有し、ホルダ130Bは、スペーサ130Aに対して着脱自在に結合されており、スペーサ130Aとホルダ130Bとの結合力は、伝送ケーブル170の耐引っ張り力より小さく、かつ、伝送ケーブル170の第1端部とホルダ130Bとの接合力より小さくてもよい。-X方向側の窓ガラス12を+X方向に移動させると、窓ガラス12が図6Bに示す位置に移動したときに、スペーサ130Aからホルダ130Bが外れる。このときに、伝送ケーブル170とホルダ130Bの接合部を破損させることなく、スペーサ130Aからホルダ130Bを外すことができ、スペーサ130A及びホルダ130Bの着脱を繰り返し行うことができる。
また、同軸ケーブル171Mに沿って延在し、同軸ケーブル171Mを補強する金属ワイヤ172Mをさらに含んでもよい。同軸ケーブル171Mの破損をより確実に抑制でき、簡易な構成で落下抑制を実現可能な無線通信装置200を提供することができる。
また、金属ワイヤ172Mは、ホルダ130Bと、無線装置210の筐体210Aとに接続されていてもよい。金属ワイヤ172Mがホルダ130Bと筐体210Aとの間で伸びきることでホルダ130Bがスペーサ130Aから外れるので、同軸ケーブル171Mの破損をさらに確実に抑制できる。
また、金属ワイヤ172Mのホルダ130Bと無線装置210の筐体210Aとの間の長さは、同軸ケーブル171Mのホルダ130Bと無線装置210の筐体210Aとの間の長さよりも短くてもよい。-X方向側の窓ガラス12を+X方向に移動させたときに、伸びきった金属ワイヤ172Mがホルダ130Bを引っ張ることでスペーサ130Aから外れ、この状態で、同軸ケーブル171Mは完全には伸びきっていないので、同軸ケーブル171Mの破損をさらに確実に抑制できる。
また、無線装置210は、窓ガラス12が設けられる窓10の窓枠11、又は、窓枠11の周囲の構造物に設置されてもよい。伝送ケーブル170の長さを短くでき、伝送ケーブル170での伝送損失を低減した無線通信装置200を提供できる。
以上、本開示の例示的なアンテナ装置、及び、無線通信装置について説明したが、本開示は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
なお、本国際出願は、2023年6月22日に出願した日本国特許出願2023-102222に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
1 建物
1A 壁
10 窓
11 窓枠
12 窓ガラス
100 アンテナ装置
110 アンテナ
120 整合層
130 フレーム
130A、130MA スペーサ
130B ホルダ
130B1 第1ホルダ
130B2 第2ホルダ
131A 結合部
131B 結合部
135A 粘着層(粘着剤の一例)
140 反射板(反射部の一例)
170 伝送ケーブル(伝送路の一例)
171M 同軸ケーブル(伝送路の一例)
172M 金属ワイヤ(補強部材の一例)
200 無線通信装置
210 無線装置(無線通信部の一例)
1A 壁
10 窓
11 窓枠
12 窓ガラス
100 アンテナ装置
110 アンテナ
120 整合層
130 フレーム
130A、130MA スペーサ
130B ホルダ
130B1 第1ホルダ
130B2 第2ホルダ
131A 結合部
131B 結合部
135A 粘着層(粘着剤の一例)
140 反射板(反射部の一例)
170 伝送ケーブル(伝送路の一例)
171M 同軸ケーブル(伝送路の一例)
172M 金属ワイヤ(補強部材の一例)
200 無線通信装置
210 無線装置(無線通信部の一例)
Claims (17)
- 窓ガラスの主面に粘着剤によって貼り付けられ、可撓性を有するスペーサと、
前記窓ガラスの主面に対向して配置されるアンテナと、
前記スペーサに取り付けられ、前記アンテナを保持する保持部材と
を含む、アンテナ装置。 - 前記スペーサは、板状体である、請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記スペーサの板厚をt、前記スペーサのヤング率をEとすると、
tは、0.1mm以上5mm以下であり、Eは、1GPa以上10GPa以下であり、t×Eは、0.1GPa・mm以上50GPa・mm以下である、請求項1又は2に記載のアンテナ装置。 - 前記スペーサは、平面視における前記保持部材の少なくとも2辺に沿って設けられている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記保持部材は、前記スペーサに対して着脱自在に結合されており、
前記スペーサと前記保持部材との結合力は、前記保持部材の破壊力よりも小さい、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のアンテナ装置。 - 前記スペーサと前記保持部材とは、磁力、嵌合力、又は係合力によって、結合される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記アンテナと前記窓ガラスとの間に配置される整合層をさらに含む、請求項1乃至6のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記アンテナは、パッチアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、又はスパイラルアンテナである、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記アンテナに対して前記窓ガラスとは反対側に設けられる反射部をさらに含む、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記窓ガラスは開閉可能であり、
前記保持部材は、前記窓ガラスが閉じられた第1位置にあるときは前記スペーサに結合しており、前記窓ガラスが開けられた第2位置にあるときは前記スペーサから外れる、請求項5に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナの動作周波数は、Sub-6帯又はミリ波帯に含まれる周波数である、請求項1乃至10のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 請求項1乃至11のいずれか1項に記載のアンテナ装置と、
前記アンテナに接続される伝送路と、
前記伝送路を介して前記アンテナに接続される無線通信部と
を含む、無線通信装置。 - 前記伝送路は、前記保持部材に接続される第1端部と、前記無線通信部に接続される第2端部とを有し、
前記保持部材は、前記スペーサに対して着脱自在に結合されており、
前記スペーサと前記保持部材との結合力は、前記伝送路の耐引っ張り力より小さく、かつ、前記伝送路の前記第1端部と前記保持部材との接合力より小さい、請求項12に記載の無線通信装置。 - 前記伝送路に沿って延在し、前記伝送路を補強する補強部材をさらに含む、請求項12又は13に記載の無線通信装置。
- 前記補強部材は、前記保持部材と、前記無線通信部の筐体とに接続される、請求項14に記載の無線通信装置。
- 前記補強部材の前記保持部材と前記無線通信部の筐体との間の長さは、前記伝送路の前記保持部材と前記無線通信部の筐体との間の長さよりも短い、請求項15に記載の無線通信装置。
- 前記無線通信部は、前記窓ガラスが設けられる窓の窓枠、又は、前記窓枠の周囲の構造物に設置される、請求項12乃至16のいずれか1項に記載の無線通信装置。
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- 2024-06-17 WO PCT/JP2024/021844 patent/WO2024262453A1/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 24825854 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |