WO2023175965A1

WO2023175965A1 - 基地局及び電波の放射方法

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Publication number: WO2023175965A1
Application number: PCT/JP2022/012829
Authority: WO
Inventors: 恵佑横山
Original assignee: 日本電気株式会社; Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2022-03-18
Publication date: 2023-09-21

Abstract

基地局（１０）は、電波を放射するアンテナ基板（１３）と、ケース（１１）と、ガスケット（１６）とを備える。アンテナ基板（１３）は、その正面上に形成されたアンテナ（１２）を有する。ケース（１１）は、ウィンドウ（１５）を有する。アンテナ（１２）は、ウィンドウ（１５）を通じてケース（１１）の外に露出している。ガスケット（１６）は、ウィンドウ（１５）を取り囲む。アンテナ基板（１３）の正面とケース（１１）の内表面とがガスケット（１６）を挟み潰している。基地局（１０）は、アンテナ基板（１３）の背面上にスティフナー（１８）をさらに備える。スティフナー（１８）は、ガスケット（１６）に沿って延在している。

Description

基地局及び電波の放射方法

　本開示はアンテナ装置、特に基地局及びその使用に関する。

　特許文献１～２は屋外での利用を考慮し防水対策の施されたアンテナを開示している。特許文献１はアンテナ付のマンホール蓋を開示している。特許文献２は密閉が保たれている限り雨水に晒される虞がない統合アンテナ装置が開示している。

　特許文献３はミリ波帯平面アンテナを開示している。係るミリ波帯平面アンテナではアンテナレドームとして使用される誘電体基板と、支持板を一体化した地導体板との間にガスケットを挟む。ガスケットは地導体板上の放射回路を取り囲む。

特開２０１５－０１２５０４号公報国際公開第２０１３／１２５６５５号特開平１０－１９０３５１号公報

　特許文献１～３に記載のアンテナ装置においてアンテナの防水又は密閉は考慮されているが、当該アンテナの冷却は考慮されていない。本開示の目的は上述した課題を鑑み、防水とともに冷却の考慮されたアンテナ装置、特に基地局を提供することにある。

　基地局は電波を放射するアンテナ基板と、ケースと、ガスケットとを備える。前記アンテナ基板は、その正面上に形成されたアンテナを有する。前記ケースは、ウィンドウを有する。前記アンテナは、前記ウィンドウを通じて前記ケースの外に露出している。前記ガスケットは、前記ウィンドウを取り囲む。前記アンテナ基板の正面と前記ケースの内表面とが前記ガスケットを挟み潰している。前記アンテナ基板の背面上にスティフナーをさらに備える。前記スティフナーは、前記ガスケットに沿って延在している。

　前記基地局を使用して行う電波の放射にあたり、前記アンテナの表面を外気に触れさせながら、前記アンテナに電波を放射させる。電波の放射に伴い発生する熱を前記アンテナの表面から前記外気に放出させる。

　本開示により、防水とともに冷却の考慮されたアンテナ装置、特に基地局を提供できる。

基地局の断面図基地局の三面図基地局の分解図比較例に係る基地局の断面図

　図１は基地局１０の断面を示す。基地局１０はケース１１と、アンテナ基板１３と、ガスケット１６とを備える。ケース１１はアンテナ基板１３とガスケット１６とを収容する。ケース１１はさらに基地局１０を構成するアンテナ基板１３以外の部品を収容する。部品の図示は省略する。基地局１０はケース１１の内部からケース１１の外部に繋がる通信配線や電力配線、あるいはこれらの端子を有する。これら配線や端子の図示は省略する。

　図１に示すアンテナ基板１３は、図中の下側に正面を、図中の上側に背面を有する。アンテナ基板１３は、その正面上に形成されているアンテナ１２を有する。アンテナ１２は、面状のアンテナであり、好ましくは平面アンテナである。アンテナ１２を含むアンテナ基板１３の正面は防水処理されている。

　図１に示すアンテナ基板１３の防水処理の一つの実施形態として、アンテナ基板１３はさらにアンテナ１２の表面を覆う被膜１９を有する。被膜１９はアンテナ１２を防水する。一つの実施形態において被膜１９は塗装膜である。被膜１９の材料の例はフッ素樹脂やシリコーンである。

　図１に示すケース１１はウィンドウ１５を有する。ウィンドウ１５はケース１１に設けられた貫通孔である。アンテナ１２はウィンドウ１５を通じてケース１１の外に露出している。ケース１１は、箱型の筐体１７と、筐体１７の蓋になるカバー１４とを備える。ウィンドウ１５はカバー１４の中央に備わる。ガスケット１６はウィンドウ１５を取り囲んでいる。一つの実施形態においてガスケット１６は環状である。

　図１に示す基地局１０において、ガスケット１６を挟んでアンテナ基板１３とカバー１４とは締めつけられている。アンテナ基板１３の正面とケース１１の内表面とがガスケット１６を挟み潰している。一つの実施形態においてガスケット１６はエラストマー、例えばフッ素ゴムやシリコーンゴムからなる。挟み潰されたガスケット１６は反発してアンテナ基板１３の正面とケース１１の内表面とを押し返す。このため、アンテナ基板１３の正面とケース１１の内表面との間の隙間が埋まる。ガスケット１６はこの隙間からケース１１内に水や塵が侵入することを防ぐ。

　図１に示す基地局１０において、挟み潰される前のガスケット１６の断面形状及び全体形状は適宜設計される。アンテナ基板１３の正面とケース１１の内表面との少なくともいずれかは、ガスケット１６を嵌め込むための溝を有していてもよい。

　図１に示す被膜１９はアンテナ基板１３の正面のうち少なくともガスケット１６で取り囲まれる部分を覆う。係るガスケット１６及び被膜１９はアンテナ基板１３の正面を防水する。好ましい実施形態において被膜１９はアンテナ基板１３の正面のうち少なくともガスケット１６で取り囲まれる部分を覆う。好ましい実施形態においてガスケット１６は被膜１９と接する。

　図１に示す基地局１０は、アンテナ基板１３の背面上にスティフナー１８をさらに備える。図に示す一つの実施形態においてスティフナー１８はアンテナ基板１３とは別体である。他の実施形態においてスティフナー１８はアンテナ基板１３と一体形成されている。一つの実施形態においてスティフナー１８はレール形状又はその他の形状を有する。係るスティフナー１８はガスケット１６に沿って延在する。一つの実施形態においてスティフナー１８は環状である。一つの実施形態においてスティフナー１８は絶縁体からなる。

　図１に示すガスケット１６がケース１１の内部を防水する。ここでアンテナ基板１３には、ガスケット１６の反発によってたわむ。このためアンテナ基板１３には反りが生じる。アンテナ基板１３の反りは防水を損なう。これはアンテナ基板１３が十分にガスケット１６を押しつぶせない箇所が生じるためである。

　図１に示すスティフナー１８はアンテナ基板１３の背面を補強することで、アンテナ基板１３の反りを抑制する。スティフナー１８はアンテナ基板１３の正面がガスケット１６を均一かつ十分に押しつぶすことを助ける。スティフナー１８によってガスケット１６上のいずれかの箇所から水が侵入することを防ぐ。

　別の観点において図１に示すアンテナ基板１３のたわみはアンテナ基板１３に実装されている部品の破損に繋がることがある。スティフナー１８はアンテナ基板１３のたわみを抑制することでこれら部品の破損を防ぐことにも役立つ。

　図１に示すケース１１においてカバー１４と筐体１７との間は防水されている。一つの実施形態においてカバー１４と筐体１７とを切り離すことでケース１１を開封する。ケース１１を開封することでその内部にあるアンテナ基板１３の背面をメンテナンスできる。またアンテナ基板１３の以外の部品をメンテナンスできる。カバー１４と筐体１７とを再び接合する際はカバー１４と筐体１７との間を再度防水する。防水はガスケットをカバー１４と筐体１７との間に設置することで行ってもよい。

　図１に示す基地局１０は次のように使用する。アンテナ１２の表面を外気に触れさせながら、アンテナ１２に電波を発信させる。これに伴い発生する熱をアンテナ１２の表面から外気に放出させる。好ましい実施形態においてアンテナ１２は被膜１９を通じてケース１１の外に自身の熱を外界に放射する。

　図１に示す基地局１０は土地に定着する構築物に取り付ける。構築物の例はビル、支柱、塔、トンネル及び地下室である。他の実施形態において基地局１０は陸上、水上若しくは空中を移動する物体に取り付ける。移動する物体は有人又は無人である。移動する物体の例は自動車、飛行船及び船舶である。

　図１に示す基地局１０を雨や雪の降ることもある屋外に設置する。他の実施形態において基地局１０を、屋内であって水しぶきや水滴の発生し得る場所に設置する。これらの場合、アンテナ基板１３とカバー１４との間から水が侵入する。ガスケット１６は上述の通り筐体１７の内部への水の侵入を防ぐ。

　図２は図１に示す基地局１０の実施形態である基地局２０の三面図を示す。左下が正面図、正面図の上が平面図、正面図の右が左側面図である。基地局２０はレドーム２１を備える点で図１に示した基地局１０と異なる。レドーム２１をカバー１４の正面に固定する。レドーム２１はウィンドウ１５を覆う。レドーム２１は絶縁体、例えば樹脂からなる。レドーム２１はダクト２２と頂部２３を有する。

　図２に示すレドーム２１において、ダクト２２は頂部２３の周り、言い換えれば、レドーム２１の裾部に儲けられる。ダクト２２は雨粒が通り抜ける程度に開口している。雨粒の直径は概ね0.2～6mmと言われている。レドーム２１は少なくとも１個のダクト２２を有する。ダクト２２とウィンドウ１５を通じてアンテナ基板１３の正面まで外気が入り込む。アンテナ基板１３上のアンテナはレドーム２１のダクト２２を通じて外気と直接接触する。ダクト２２は２個以上設けることが好ましい。一方のダクト２２から他方のダクト２２に向かってを外気が通り抜けることでレドーム２１内の外気が循環する。

　図２に示すレドーム２１において、頂部２３はウィンドウ１５を通じてアンテナ基板１３の正面に対向する。頂部２３はアンテナ基板１３上のアンテナを例えば飛来物から保護する。必要に応じて基地局２０からレドーム２１を取り外してもよい。アンテナ基板を外界から保護しなくてもよい場合は、図１に示すようにレドームを有しない基地局１０もまた有用である。

　図２に示すレドーム２１はカバー１４と一体に成形してもよい。レドーム２１の形状、カバー１４の形状及び筐体１７の形状は、基地局に求められる性能や基地局の置かれる場所に合わせて様々に設計される。

　図３は基地局２０の分解図を示す。図中の左手が正面側である。アンテナ基板１３はウィンドウ１５の周囲にカバー１４の内側より固定される。アンテナ基板１３をカバー１４に固定する際にガスケット１６をこれらの間に挟み込む。アンテナ基板１３の背面からスティフナー１８を押し当てることでアンテナ基板１３をカバー１４の内側に固定する。図１を引用して説明した通りスティフナー１８はガスケット１６に沿って延在する。予めスティフナー１８を取り付けておいたアンテナ基板１３をガスケット１６に押し付けてもよい。最後にカバー１４を筐体１７に取り付けて筐体１７の内部を密閉する。さらにレドーム２１をカバー１４に取り付ける。

　図４は比較例に係る基地局３０の断面を示す。基地局３０はケース３１及びアンテナ基板３３からなる。アンテナ基板３３の正面にはアンテナ１２が形成されている。ケース３１は筐体３７と筐体３７に蓋をするレドーム３４とからなる。筐体３７は自然空冷装置３２を有する。レドーム３４は樹脂からなるとともに電波放射面となっている。レドーム３４はアンテナ基板３３を保護するとともに筐体３７を防水する。レドーム３４の樹脂は熱伝導率が低い。このためレドーム３４はアンテナ１２の発する熱をケース３１の外に放射しない。

　図１に示す基地局１０はウィンドウ１５を通じて露出したアンテナ１２を有する。このため、図１に示す基地局１０は図４に示す基地局３０に比べて、アンテナの冷却効率が高い。したがって図１に示す基地局１０は図４に示す基地局３０に比べて小型・軽量な基地局を提供する上で有利である。

　図４に示す基地局３０において、レドーム３４からアンテナ１２の発する熱を放熱することが考えられる。この場合はレドーム３４の材質を熱伝導率のよい材料、すなわち導電体に変更すればよい。しかしながら導電体はアンテナ１２の電波放射を害する。これに対して図１に示す基地局１０はレドームを持たない。したがってアンテナ１２の電波放射は害されない。図２に示す基地局２０は絶縁体のレドーム２１を有する。したがってレドーム２１はアンテナ１２の電波放射を害さない。

　図４に示す基地局３０において、アンテナ１２の発生する熱を除去する上で自然空冷装置３２又はその他の排熱装置は必須のものである。これに対して図１に示す基地局１０において、ウィンドウ１５を通じて外気がアンテナ１２の発生する熱を除去する。したがって基地局１０に特段の排熱装置を設けることは必須ではない。基地局１０は図４に示す基地局３０に比べてより簡素な構造を有するともいえる。一方で基地局１０にさらに自然空冷装置又はその他の排熱装置を取り付けることでアンテナ１２の発生する熱をさらに効率的に除去してもよい。

　図４に示す基地局３０において、自然空冷装置３２はアンテナ１２の発生する熱以外の基地局３０の内部から発生する熱を除去する。同様に図１に示す基地局１０にさらに自然空冷装置又はその他の排熱装置を取り付けることでアンテナ１２の発生する熱以外の基地局１０の内部から発生する熱を除去する。しかしながら図１に示す基地局１０に必要な排熱装置は図４に示す基地局３０の有する自然空冷装置３２よりも小型で排熱能力の低いものでよい。なぜなら図１に示す基地局１０において、アンテナ１２の発生する熱の除去はウィンドウ１５が負担するからである。

　図１に示す基地局１０において、アンテナ基板１３の正面がウィンドウ１５側に露出している。したがってケース１１内にはより多くのスペースが確保できる。ケース１１内に配置される部品や配線はより自由に配置することができる。

　上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
［付記１］
　電波を放射するアンテナ基板と、ケースと、ガスケットとを備える基地局であって、
　前記アンテナ基板は、その正面上に形成されたアンテナを有し、
　前記ケースは、ウィンドウを有し、
　前記アンテナは、前記ウィンドウを通じて前記ケースの外に露出しており、
　前記ガスケットは、前記ウィンドウを取り囲み、
　前記アンテナ基板の正面と前記ケースの内表面とが前記ガスケットを挟み潰しており、
　前記アンテナ基板の背面上にスティフナーをさらに備え、
　前記スティフナーは、前記ガスケットに沿って延在している、
　基地局。
［付記２］
　前記アンテナ基板はその正面上に形成された被膜を有し、
　前記被膜は、前記アンテナの表面を含めて、前記アンテナ基板の正面を防水している、
　付記１に記載の基地局。
［付記３］
　前記ウィンドウを覆う絶縁体のレドームをさらに備え、
　前記レドームはその裾部にダクトを有し、
　前記レドームの頂部は前記アンテナ基板の正面に対向する、
　付記１又は２に記載の基地局。
［付記４］
　前記スティフナーは、前記アンテナ基板と一体形成されている、又は前記アンテナ基板とは別体である、
　付記１～３のいずれかに記載の基地局。
［付記５］
　前記ケースは、箱型の筐体と、前記筐体の蓋になるカバーとを備え、
　前記カバーは前記ウィンドウを有する、
　付記１～４のいずれかに記載の基地局。
［付記６］
　付記１～５のいずれかに記載の基地局の使用であって、
　前記アンテナの表面を外気に触れさせながら前記アンテナに電波を放射させることで、電波の放射に伴い発生する熱を前記アンテナの表面から前記外気に放出させる、
　基地局の使用。
［付記７］
　アンテナ基板と、ケースと、ガスケットとを備えるアンテナ装置であって、
　前記アンテナ基板は、その正面上に形成されたアンテナを有し、
　前記ケースは、ウィンドウを有し、
　前記アンテナは、前記ウィンドウを通じて前記ケースの外に露出しており、
　前記ガスケットは、前記ウィンドウを取り囲み、
　前記アンテナ基板の正面と前記ケースの内表面とが前記ガスケットを挟み潰しており、
　前記アンテナ基板の背面上にスティフナーをさらに備え、
　前記スティフナーは、前記ガスケットに沿って延在している、
　アンテナ装置。

　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１０　基地局、　１１　ケース、　１２　アンテナ、　１３　アンテナ基板、　１４　カバー、　１５　ウィンドウ、　１６　ガスケット、　１７　筐体、　１８　スティフナー、　１９　被膜、　２０　基地局、　２１　レドーム、　２２　ダクト、　２３　頂部、　３０　基地局、　３１　ケース、　３２　自然空冷装置、　３３　アンテナ基板、　３４　レドーム、　３７　筐体

Claims

　電波を放射するアンテナ基板と、ケースと、ガスケットとを備える基地局であって、
　前記アンテナ基板は、その正面上に形成されたアンテナを有し、
　前記ケースは、ウィンドウを有し、
　前記アンテナは、前記ウィンドウを通じて前記ケースの外に露出しており、
　前記ガスケットは、前記ウィンドウを取り囲み、
　前記アンテナ基板の正面と前記ケースの内表面とが前記ガスケットを挟み潰しており、
　前記アンテナ基板の背面上にスティフナーをさらに備え、
　前記スティフナーは、前記ガスケットに沿って延在している、
　基地局。
　前記アンテナ基板はその正面上に形成された被膜を有し、
　前記被膜は、前記アンテナの表面を含めて、前記アンテナ基板の正面を防水している、
　請求項１に記載の基地局。
　前記ウィンドウを覆う絶縁体のレドームをさらに備え、
　前記レドームはその裾部にダクトを有し、
　前記レドームの頂部は前記アンテナ基板の正面に対向する、
　請求項１又は２に記載の基地局。
　前記スティフナーは、前記アンテナ基板と一体形成されている、又は前記アンテナ基板とは別体である、
　請求項１～３のいずれかに記載の基地局。
　前記ケースは、箱型の筐体と、前記筐体の蓋になるカバーとを備え、
　前記カバーは前記ウィンドウを有する、
　請求項１～４のいずれかに記載の基地局。
　請求項１～５のいずれかに記載の基地局を使用して行う電波の放射方法であって、
　前記アンテナの表面を外気に触れさせながら前記アンテナに電波を放射させることで、電波の放射に伴い発生する熱を前記アンテナの表面から前記外気に放出させる、
　電波の放射方法。