JPH0781334B2 - 電波利用設備を収容するための建造物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は工場、オフイス、体育館、催し物会場などの
如きいわゆる大部屋の構造をしている建物に関する改良
であり、特にその内部での相互の無線通信ないしテレメ
トリー等の電波応用を外部からシールドしつつ行うこと
と、その内部と外界との間の自在な無線通信とを共存さ
せるため工夫に関する。

最近は上記の如き建物内部同志の至近距離の通信であつ
てもケーブルを介した有線通信にかわつて拘束物を持た
ない無線通信を通話や計測やデータ伝送に利用せんとす
ることが広く行われている。利用し得る信号メデイアと
しては、光、超音波、電波、静電ないし電磁誘導などが
あるが、技術上の完成度、信頼性、設計上の自由度ない
し伝送量の大きいことなどの点で総合評価として電波に
まさるものはない。しかるに、電波の有する一番の問題
点は混信ないし干渉による妨害であり、これは受ける方
と出す方の両方の現象を考えねばならないが、電磁界現
象の可逆性を前提に考えれば両者は本質的に共通のもの
である。すなわち一般に、自由空間においては１つの周
波数を複数の目的に共用することはむずかしい。これは
単に異るシステム同志が同一周波数を用いつつも相互に
干渉をおこさぬよう、もしくは干渉が無害であり得るよ
うに、時間的あるいは空間的に使いわければよいという
ような当座の個々の問題に留まらず、広く一般的な電波
行政上の問題として扱われている。更に、実際には意図
して発した電磁波のみならず、意図せざる発射、すなわ
ち諸電子装置による電磁環境汚染の問題まで関連する。

そこで、電波利用機器のある一群のものが、移動するこ
とがあつても必ずある閉空間に留りつつ稼動するような
場合、換言すれば無線的な通信を行うが相手は必ずある
空間内にあるような場合、外界からの妨害と外界への妨
害の両方をともに遮断するために該空間を導体又は電波
吸収体の壁にて意図的に閉じ切つてしまうことが行われ
る。これはたとえばある大きなへやとか、ホールとか、
ある建物のある階とかにおいてテレメトリーシステムや
ページングシステム、コードレステレホン、ワイヤレス
マイク、ないし無線式のLAN（ローカルエリアネツトワ
ーク）等々を他との干渉なく利用したいときにはよく採
用される手法である。

しかるにこのような、“シールドルーム”的手法による
と、当然のことながら該空間から意図的に外部との間の
無線通信を行うこともまた同時に阻害されてしまう。こ
れはある場合非常に不便である。たとえばラジオもテレ
ビも受からなくなるか、感度が悪くて音質や画質が極度
におちる。また前記のLANの利用システムそのものが同
時に外界の無線局ないし通信衛生などとの間にまた別の
無線リンクをもうけたい場合などもあり得る。そのよう
な場合、専用のアンテナや無線送受信機をこの空間の外
部にもうけ、それとのやりとりを専用のケーブルなどで
行わなければならないことになる。

本発明はそのような不自由さを解消せんとするものであ
り、特にある目的閉空間を前記の如く意図的に“シール
ド”するに当つて、該シールドの効果に意図的に周波数
選択性をもうけ、そのシールド効果のある周波数帯にお
いて前記テレメトリーシステムないしLANなどを運用
し、シールド効果のない、もしくは実用上十分妨害なく
電磁波のやりとりができる周波数帯において外界との無
線通信を運用する、というような利用方法が可能な電波
利用設備を収容する建造物に関する。

前記波長選択性の“シールドルーム”を実現するため
に、本発明においては該シールドルームの地上部の隔壁
の少くとも一部もしくは全部を波長選択性のある材料あ
るいは構造もしくはその双方により構成する。

第１図はかかる方式の実現のための壁材料の一実施例を
示すもので、これにおいて、電磁波的立場からのポイン
トは導体11が無数の小開口12を有する点にあり、かかる
パンチングプレートないし極端な場合は金網状の導体が
切れ目なく目的空間をおおいつくす如くもうけられる。
このようなパンチングプレートないし金網の電磁波透過
性は、最も大雑把に言つてその孔ないし網の目の寸法、
特に長径が半波長以上をとる、もしくはその周長が波長
以上となる如き短い波長にとつては大略透明に見え、そ
れ以下となる如き長波長にとつては大略もしくは十分完
全に反射性は連続導体と等価に見える。このことよりた
とえば孔もしくは網の目の径を10cm程度にしておけば1.
5GHzあたりを境にそれ以上では透過性、それ以下では反
射性のかべで出来た閉空間が実現できる。これにより該
閉空間の内部で800MHz〜1GHz以下の周波数を用いるLAN
やテレメトリーは内外間の干渉なく行い得る一方、2GHz
以上においては壁に妨害されることなく通信衛星との間
に無線リンクをもうけることができる。また外界からの
自然光や遠赤外線等はほぼ自在にこの金網を通過できる
ので、目的空間の採光に支障を来すことはない。その場
合、この金網はガラスないし透光性のプラスチツクの板
や膜と重層して併用される。

第２図はまた別な実施例を示すもので、この場合壁は多
層構造を成し、特にそのεないしμもしくはその両者が
互いに有意に異る少くとも２種類の物質が交互に重層さ
れた構造を有する。すなわち第１の物質21と第２の物質
22はその電磁波的な波動インピーダンスが有意に異るた
め、このような厚み方向への周期構造はその反射および
透過性にいちじるしい山谷を生ずる。この原理はいわゆ
るダイクロイツクミラーの原理として公知のものであ
り、バンドパスフイルタないしバンドストツプフイルタ
として光学的には広く利用されているものである。たと
えばある周波数近辺をストツプバンドとしたい場合、各
層のその周波数近傍における電磁波的な厚み（伝搬速度
により決る）が大略1/2波長になるようにする。発泡ポ
リエチレンを第１の物質、密なる（発泡せぬ）ポリエチ
レンを第２の物質とすると、前者はほぼ空気と等価、後
者はそれより有意に大なるεを有する（大略2.3程度）
ので上記手法によるダイクロイツクミラーとして有効に
作用することができる。この場合、第１反射帯を大略8G
Hz前後にせんとすると上記第１の物質の厚さは約1.9c
m、第２の物質の厚さは波長がその中では約2/3に短くな
るので約1.3cm程度とする。これらの物質を数層ないし
十数層重ねると8GHzあたりでは良好な反射性と阻止性を
呈し、逆に各層が1/4波長およびその奇数倍に見える、4
GHz帯や12GHz帯では透過性を呈する。それ故にこのよう
な重層体を壁とする密室の内部においては外界と相互干
渉することなく低電力テレメーターや無線式LANを利用
することができる一方、衛星通信や衛星放送に汎用され
る4GHz帯と12GHz帯ではとどこおりなく該通信や放送の
受信を行なうことができる。尚、この構造は各層が1/4
波長以下に見える4GHzより低域でも十分に透明であり、
UHFやVHFのTV、FM放送ないし中、短波のラジオなどへも
全く実用上妨害とならない。

周波数選択性の反射および透過阻止性はまた壁に無数の
共振器を配列せしめることによつても実現し得る。すな
わち第３図は本発明の第３の実施例を示すもので、これ
において壁30は母体としては発泡ポリエチレンなどの本
質的に電磁波に対して殆んど何も妨害も与えない物質で
出来ているが、その中に無数の共振器31を含んでいる。
この場合共振器31は円環であり、阻止周波数帯はその周
長が１波長、ないし径が半波長のなる程度の周波数領域
に生ずる。円環のかわりに四角その他の一周の閉路を成
すわくでもよいこれらの環ないしわく状の導体が無数に
体積分布的にかべ30の中に分布されている。たとえば8G
Hz帯を阻止反射帯とする場合、厚さ25〜50μｍ程度、平
均直径1.8cm程度の銅箔で出来たリングを厚さ30cm位に
なる発泡ポリエチレンの壁の中に均等に分布させる。

このような銅箔のリングは一例としてプリント基板をエ
ツチングないし打抜加工して容易に得られる。しかし必
ずしも銅である必要はなく、鉄などでもよい。うすい鉄
板に銅メツキしたものを打抜加工して得てもよい。また
銅の上に銀、金などをメツキすればそれ自信の共振器と
してのＱや、耐候性などを向上せしめることができる。

リングの分布密度は、リング同志が接触し合わないとい
う条件でリング間の平均距離がその直径と大略等しいよ
うな状態が好ましい。また分布様式は規則性を有するこ
とが製作上は好都合である。この場合、リングの軸の方
向は大略阻止を目的とする電波の進行方向にそろえる
（平行では効果がない）。しかし将にそのような努力を
せずにランダムな方向に分布せしめても、分布の密度を
約倍にすれば本質的に同じ効果が得られる。この目的に
空間分布する共振器として利用できる単位共振器として
はリングのほかに棒、円板、球、ないしは第４図ａに示
すようならせん状導体の断片、ないし同図ｂに示すよう
に２個一対の導体片をローデイングキヤパシタとしてそ
の間をインダクタで結絡したもの、等が有効に利用でき
る。

本発明の実施のために利用できる波長選択性の反射・透
過特性を有する壁は、また導体の表皮効果を利用するこ
とでも実現できる。すなわち一般に電磁波が良く反射す
るには、導体面の厚さとして、いわゆるスキンデツプス
の値、 ｆ＝周波数 μ＝導体の誘電率（自由空間と同じと考える） η＝導電率（体積抵抗率の逆数） Ｃ＝光速 なる値より十分厚くなければならず、逆にこれより十分
に薄い導体面においては反射はほとんどおこらず透過性
を呈する。このような性質を利用した本発明の第４の実
施例においては、たとえば第５図に示す如くドーム状の
膜による半球かく状の建造物50は公知の如く与圧装置51
によりその内外にわずかな気圧差を維持することにより
ふくらんで建造物たるにふさわしい形状を維持するわけ
であるが、この膜として公知の如くテフロン（登録商
標）等のフツ素樹脂をガラス繊維の布に焼付けたものを
用いるに当り、追加的に厚さ３μｍ程度のアルミニウム
の薄層を重層するか、もしくは膜に蒸着、スパツタ、化
学メツキと電気メツキの併用等により被着したものを用
いる。アルミニウムの導電率は約３×10^-6Ω・cmである
からこれは上記表皮効果由来のカツトオフ周波数として
大略1GHzを与える。すなわちこのような薄い導電層つき
の膜にようエアドームの中では大略２〜3GHz以上の電磁
波は内外間の干渉を生ずることなく低電力テレメータ、
LAN等に独立して利用できるが、大略300〜500MHz以下の
周波数においては内外間に阻害なく無線通信を行い得
る。この種のエアドームにおいては膜の透光性や通気性
を一つの重要な性質として期待する場合があるが、その
要求に前記導電膜がさからわないようにするためには細
かな格子目状のパターンを成さしめ、孔の部分において
通気性および透光性を確保する。格子目のピツチを大略
数mm以下にすれば数十GHzまでは一様な導体に見えるの
で前記主旨には矛盾しない。この場合、適用すべき導電
率は格子目の平均導電率となることに注意を要する。

以上に示した如く本発明によれば目的とする閉空間があ
る周波数帯ではシールドされ、また別な周波数帯ではシ
ールドされないので、前者の周波数帯において外界と相
互干渉することなく低電力テレメトリーや無線式LANな
どの電磁波応用を実行でき、かつ後者の周波数帯では外
界との間に無線伝送をつつがなく行うことができて至便
である。

【図面の簡単な説明】

第１、２、３、５図は各々本発明の各異る実施例を示す
ものであり、第４図はその内第３図により説明する実施
例における要素の一部を示すものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地上部の内外隔壁が電波に対して周波数選
   択的な反射および透過特性を有し、その中に収容される
   電波利用設備をしてその透過域の周波数帯を用いて建物
   内外間の無線通信を、またその阻止域もしくは反射域の
   周波数帯を用いて該建物内部での電磁波応用を外部の電
   磁界に妨害され、もしくは逆にそれを妨害することな
   く、行い得しめる如く構成せられたることを特徴とす
   る、閉空間を仕切る建造物。