JPH1166484A - マンホール蓋アンテナ装置及び通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マンホール蓋に簡単な加工を加えるだけで、
蓋強度を低下させることなく、マンホール蓋にアンテナ
機能を持たせることができるマンホール蓋アンテナ装置
を提供する。 【解決手段】 マンホール蓋１の表面を僅かに削り、削
った凹部1aの中央に給電線を通す貫通孔1bを形成し、基
板アンテナ２をその凹部1aに設置する。基板アンテナ２
の裏面の地導体板2cはマンホール蓋１に接触させて短絡
させる。アンテナ素子として薄型の基板アンテナ２を使
用することにより、アンテナ素子を配置する凹部1aの加
工を最小限に抑え、また、ケーブル2d及びコネクタ2eが
挿入可能な貫通孔1bを設けるだけであり、マンホール蓋
１の強度が大きく劣化することはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地上とマンホール
内との無線通信を行うために、マンホール蓋にアンテナ
を設置させたマンホール蓋アンテナ装置、及び、これを
使用した通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】地下には、上水道管，下水道管，ガス
管，電力ケーブル，通信ケーブル等が埋設されている。
そして、上水道管においては漏水、下水道管においては
通水不良、ガス管においてはガス漏れ、電力ケーブルに
おいては漏電、通信ケーブルにおいては断線等の異常状
態を検知するために、種々のデータ値を測定してこれら
の地下埋設物の状態を監視していく必要がある。従っ
て、マンホール内に測定機器，監視機器を設置すること
が多くなっており、それらの測定機器，監視機器で求め
られたデータを取得する場合、監視員がマンホール内に
入ってこれらのデータを得ることは面倒であり、地上か
らこれらのデータを得るようにすることが望ましい。

【０００３】このような状況にあって、地下埋設物の状
態を示すデータを地上から、マンホール蓋を開けること
なく、取得できるシステムの開発が進められている。以
下に、このようなシステムの従来例について説明する。

【０００４】特開昭55−30050 号公報には、絶縁物で形
成されたマンホール蓋の裏側に送受信機を取り付け、送
信アンテナはそのマンホール蓋に埋め込んだ態様で取り
付ける従来例が示されている。また、特開平３−227073
号公報には、マンホール蓋の一部を誘電体化して、その
誘電体中に送信アンテナを設置する手法が示されてい
る。また、実開平５−83053 号公報には、鋳鉄製のフレ
ーム内で一対の誘電体皮膜にてアンテナ素子を挟み込む
構成が示されている。更に、特開平７−143631号公報に
は、マンホール蓋を二重蓋構造とし、その中蓋にアンテ
ナ機能を持たせる手法が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上の如く、地下埋設
物の状態のモニタリング結果を送信する地中の通信手段
とマンホール蓋に取り付けたアンテナとを組み合わせる
ことによって無線通信網を形成することを目的として、
マンホール蓋へのアンテナ素子の埋め込みが検討されて
いる。しかしながら、従来例では、加工に伴うマンホー
ル蓋の強度低下が考慮されておらず、考慮すればマンホ
ール蓋への特殊な加工またはマンホール蓋の構造の大幅
な変更が必要であるという問題がある。また、マンホー
ル蓋の加工方法及び使用勝手、また、アンテナの調節及
び設置方法に関しても充分に考慮されていないという課
題がある。

【０００６】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、蓋強度を低下させることなく、マンホール蓋に
アンテナ機能を持たせることができるマンホール蓋アン
テナ装置を提供することを目的とする。

【０００７】本発明の他の目的は、任意の方向にアンテ
ナを回転することができ、その方向を最適な方向に設定
できるマンホール蓋アンテナ装置を提供することにあ
る。

【０００８】本発明の更に他の目的は、地下内の無線機
から直接給電する構成と、対となる他のアンテナと結合
させて中継アンテナとする構成との選択が可能である通
信システムを提供することにある。

【０００９】本発明の更に他の目的は、無線公衆回線接
続により、広域の通信が可能となり、マンホール内の遠
隔管理が容易となる通信システムを提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマンホール
蓋アンテナ装置は、地導体部及び給電線を有するアンテ
ナをマンホール用の蓋に取り付けてなるアンテナ装置に
おいて、その表面に凹部が設けられ、該凹部から貫通孔
が設けられたマンホール用の蓋と、前記凹部に配置され
ており、その地導体部が前記蓋に接触し、その給電線を
前記貫通孔に通している平面基板アンテナとを備えるこ
とを特徴とする。

【００１１】本発明のマンホール蓋アンテナ装置では、
マンホール蓋の表面の一部を僅かに削りまたは薄く鋳造
し、当該部分（凹部）の中央に給電線を通す貫通孔を形
成し、平面基板アンテナをその凹部に設置する。この
際、平面基板アンテナの裏面の地導体板はマンホール蓋
に接触させて短絡させる。このようにアンテナ素子とし
て薄型の平面基板アンテナを使用することにより、アン
テナ素子を配置する凹部の加工を最小限に抑え、また、
給電線が挿入可能な貫通孔を設けるだけであるので、マ
ンホール蓋の強度が大きく劣化することはない。更に、
マンホール蓋に短絡させることにより、十分な面積の地
導体板を構成できる。

【００１２】本発明に係るマンホール蓋アンテナ装置
は、上述の構成に加えて、前記凹部及び前記平面基板ア
ンテナは平面視で円形または正多角形の形状をなすこと
を特徴とする。

【００１３】平面基板アンテナの基板形状を、円形また
は正多角形とすることにより、平面基板アンテナを適当
な回転角で設置可能となる。平面基板アンテナ設置時
に、給電線を軸として任意の方向に平面基板アンテナを
回転させることができ、地上の基地局との間で最適な方
向に平面基板アンテナを向けることができる。また、適
当なピッチ角度でアンテナ方位を回転させることがで
き、平面基板アンテナの固着時にその回転角がずれるこ
ともなく、簡単に平面基板アンテナを設置できる。

【００１４】本発明に係る通信システムは、上述のマン
ホール蓋アンテナ装置と、前記給電線にケーブル接続さ
れる地下内の送受信用無線機とを備えることを特徴とす
る。

【００１５】平面基板アンテナの給電線と地下内の無線
送受信機とをケーブル接続するようにすれば、マンホー
ル蓋アンテナ装置はその無線送受信機の外部アンテナと
して機能する。

【００１６】本発明に係る通信システムは、上述のマン
ホール蓋アンテナ装置と、前記給電線に接続される他の
アンテナと、該アンテナと無線通信される地下内の送受
信用無線機とを備えることを特徴とする。

【００１７】平面基板アンテナの給電線に対となる別の
アンテナ素子を接続するようにすれば、マンホール蓋ア
ンテナ装置は中継アンテナとして機能する。

【００１８】本発明に係る通信システムは、前記地下内
の送受信用無線機が自動車電話システムを利用すべくな
してあることを特徴とする。

【００１９】地下内の無線送受信機を自動車電話システ
ムとすることにより、公衆回線を利用した広域の通信が
可能となり、マンホール内の容易な遠隔管理を実現でき
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明をその実施の形態を示す図
面を参照して具体的に説明する。なお、以下では、消火
栓に設置された測定機器にて得られた測定データを地上
の基地局へ送信する通信システムに本発明を適用した場
合を例にして説明する。

【００２１】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態のマンホール蓋アンテナ装置を前記通信
システムに適用した状態を示す模式図、図２（ａ），
（ｂ）は第１の実施の形態のマンホール蓋アンテナ装置
における基板アンテナのマンホール蓋への取り付けを示
す図、図３（ａ），（ｂ）は基板アンテナの側面図，正
面図である。

【００２２】図１において、10は地中に埋設された配水
管であり、配水管10の枝管11がマンホール12内を通って
いる。枝管11の先端には貯水タンク13が連結されてお
り、その貯水タンク13にはその内部の水の圧力，質，流
量等を測定する無線式水質測定装置14が取り付けられて
いる。なお、この無線式水質測定装置14の構成は後述す
る。

【００２３】マンホール12の上部には、円形のマンホー
ル蓋１（以下、単に蓋１という）が載置されている。蓋
１の厚さは２０ｍｍ程度である。また、31は地上に設け
られた基地局であり、基地局31は基地局用の地上アンテ
ナ32を備える。そして、この地上アンテナ32と蓋１に設
けた基板アンテナ２との間で、電波の送受信が可能なよ
うになっている。基地局31は、消火栓の内部状態を管理
する管理部33と電話回線にて接続されており、管理部33
は送信された測定データに基づいて内部に備えたコンピ
ュータ等で消火栓の内部状態を管理できるようになって
いる。

【００２４】図２（ａ）に示すように、蓋１の地上側の
表面の中央には、深さ３〜５ｍｍ程度の平面視円形状の
凹部1aが設けられている。また、蓋１にはこの凹部1aの
中央に連なる直径１０〜２０ｍｍ程度の貫通孔1bが形成
されている。凹部1aの深さは、蓋１表面の模様を削る程
度であり、また、貫通孔1bの径は、後述する基板アンテ
ナ２のケーブル，コネクタが挿入可能な大きさでよく、
既存のマンホール蓋に簡単な加工を施すだけでこれらを
形成できる。このように微小な加工処理であるので、蓋
１の強度が大きく劣化することはない。図１，２に示す
例では、蓋１の開閉時に基板アンテナが破損しないよう
に、蓋１に補強用のリブ1cが設けられている。凹部1a
は、この補強用のリブ1cを避けた位置に形成されてい
る。そして、形成する凹部1aの深さは蓋１の厚さに比べ
て十分に薄く、また、凹部1aの周囲がリブ1cでリブ補強
されているので、蓋１の強度が劣化することはない。

【００２５】この蓋１に設置される基板アンテナ２は、
図３（ａ），（ｂ）に示すように、例えばガラスエポキ
シ樹脂製の円板状をなすアンテナ基板2aと、アンテナ基
板2aの表面に被着された、アンテナ基板2aより面積が小
さく肉薄の円板状をなす放射素子導体2bと、アンテナ基
板2aの裏面に被着された、アンテナ基板2aと同面積で肉
薄の円板状をなす地導体板2cと、地導体板2cに連なるケ
ーブル2dと、ケーブル2dの先端に設けられたコネクタ2e
とから構成される。図３（ｂ）に示すように、この基板
アンテナ２の給電点はアンテナ基板2aの中心に一致する
が、放射素子導体2bとアンテナ基板2aとは同心円状にな
っておらず、放射素子導体2bの中心は偏在している。

【００２６】そして、このような構成の基板アンテナ２
は、図２（ｂ）に示すように、以下のような態様にて蓋
１の凹部1a及び貫通孔1bに設置される。放射素子導体2
b，アンテナ基板2a及び地導体板2cの積層体は蓋１の凹
部1aに設置され、ケーブル2d及びコネクタ2eは貫通孔1b
に挿入される。地導体板2cは、蓋１と短絡して、蓋１と
一体化する。また、アンテナ基板2aは、セメント，合成
樹脂等にて固定される。また、貫通孔1bに挿入されたケ
ーブル2d及びコネクタ2eは、蓋１裏面で固定される。更
に、基板アンテナ２の放射素子導体2bを外圧または水か
ら防ぐために、その表面は保護用の合成樹脂2fにてコー
ティングされている。

【００２７】基板アンテナ２を蓋１に設置する際に、ケ
ーブル2d（貫通孔1b）を中心として任意の方向に回転さ
せることができ、固定の基地局31に対する指向性が良い
ように、放射素子導体2bの向きを決定する。

【００２８】基板アンテナ２のコネクタ2eと無線式水質
測定装置14とはケーブル16にて接続されている。図４
は、無線式水質測定装置14の構成を示すブロック図であ
り、無線式水質測定装置14は、センサ部21とロガー部22
と通信部23とから構成されている。センサ部21は、水の
圧力，流量，ｐＨ等を測定する各種のセンサを有し、ロ
ガー部22は、全体の動作を制御するＣＰＵ24と測定デー
タ等を記憶するメモリ25と電源26とを有し、通信部23
は、測定データ及び通信データの形式変換を行うモデム
27と通信データを送受信する通信機としての携帯電話28
と電源回路29とを有する。

【００２９】上述したような構成において、消火栓にお
ける水の圧力，流量，ｐＨ等がセンサ部21の各センサに
て測定され、その測定データを含む信号電波がケーブル
16，基板アンテナ２を介して地上空間に放射され、地上
に設置した基地局31がこれを受信し、測定データを観測
者に提示する。また、基地局31から電話回線を介して測
定データが管理部33に送られ、消火栓の内部状態がコン
ピュータ管理される。

【００３０】このように、第１の実施の形態の基板アン
テナ２では、そのコネクタ2eとマンホール12内の無線送
受信機（携帯電話28）とをケーブル16で接続することに
より、この無線送受信機の外部アンテナとして機能す
る。マンホール内での無線通信が困難な場合には、この
ようなケーブル接続による直接給電のシステムを選択で
きる。また、無線通信と比較して伝搬効率が高い。

【００３１】（第２の実施の形態）図５は、本発明の第
２の実施の形態のマンホール蓋アンテナ装置を前記通信
システムに適用した状態を示す模式図である。図５にお
いて、図１〜図３と同一番号を付した部分は同一または
相当部分を示す。なお、上水道設備については図示省略
している。

【００３２】図５において３は、基板アンテナ２とコネ
クタ接続される中継用アンテナである。図６（ａ），
（ｂ）はこの中継用アンテナ３の側面図，正面図であ
る。中継用アンテナ３は、図６（ａ），（ｂ）に示すよ
うに、矩形板状をなすアンテナ基板3aと、アンテナ基板
3aより面積が小さく矩形板状をなす放射導体板3bと、ア
ンテナ基板3aに被着された、アンテナ基板3aと同面積で
矩形板状をなす地導体板3cと、地導体板3cに連なるケー
ブル3dと、ケーブル3dの先端に設けられたコネクタ3e
と、アンテナ基板3a，放射導体板3b間の距離を保つスペ
ーサ3fとから構成される。図６（ｂ）に示すように、こ
の中継用アンテナ３の給電点はアンテナ基板3aの中心に
一致するが、放射導体板3bとアンテナ基板3aとは同心状
ではなく、放射導体板3bの中心は偏在している。

【００３３】図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は第２の実施
の形態のマンホール蓋アンテナ装置における基板アンテ
ナ２及び中継用アンテナ３の蓋１への取り付けを示す図
である。まず、第１の実施の形態と同様に、基板アンテ
ナ２を蓋１の凹部1a及び貫通孔1bに設置し（図７
（ａ）））、次に、蓋１の裏面側から中継用アンテナ３
のコネクタ3eを基板アンテナ２のコネクタ2eと接続する
（図７（ｂ），（ｃ））。

【００３４】また、無線式水質測定装置14の通信部23に
は、第１の実施の形態でのケーブル16の代わりに、携帯
電話に接続させてアンテナ41が設けられており、そのア
ンテナ41と中継用アンテナ３との間で無線での送受信が
可能なようになっている。また、マンホール12の内壁面
には電波を吸収するフェライト等の電波吸収体42が設け
られている。

【００３５】上述したような構成において、第１の実施
の形態と同様に、水圧，流量，ｐＨ等がセンサ部21の各
センサにて測定され、その測定データを含む信号電波
が、中継用アンテナ３及び基板アンテナ２を中継され
て、地上空間に放射され、地上に設置した基地局31がこ
れを受信し、測定データを観測者に提示する。また、基
地局31から電話回線を介して測定データが管理部33に送
られ、消火栓の内部状態がコンピュータ管理される。

【００３６】このように、第２の実施の形態の基板アン
テナ２では、対となる中継用アンテナ３を基板アンテナ
２のコネクタ2eに接続させることにより、マンホール12
内の無線送受信機（携帯電話28）の外部アンテナとして
機能する。このような中継アンテナ機能を持たせること
により、アンテナケーブル接続が不要になり、ケーブル
断線等の問題がなく、耐久性が向上する。

【００３７】マンホール12の内壁面を電波吸収体42で覆
っているので、その内壁面での電波の反射を抑制でき、
反射電波に起因する電波伝搬特性の劣化を防止できる。
また、基板アンテナ２とは異なり、蓋１に特別な加工処
理を施すことなく、中継用アンテナ３は設けることがで
きるので、その厚さについては基板アンテナ２のように
薄くしなければならないような理由はなく、比較的自由
に設定できる。よって、中継用アンテナ３と蓋１との間
隔を調整して、最適の利得が得られるようにする。更
に、伝送損失を少なくさせる意味では、中継用アンテナ
３をアンテナ41に近づける方が良い。

【００３８】なお、上述した例では、中継用アンテナ３
として基板アンテナ２と同様な構成のアンテナを用いた
が、この中継用アンテナ３は基板アンテナ２に比べて設
置スペースが規制されないので、ダイポールアンテナ，
ループアンテナ等を中継用アンテナ３として用いること
も可能である。

【００３９】以下、上述の第１，第２の実施の形態にも
適用できる他の実施の形態について説明する。

【００４０】（第３の実施の形態）上述の実施の形態で
は、蓋１に取り付ける基板アンテナ２として、単層構成
の基板アンテナ（図３参照）を使用したが、多層構成の
基板アンテナを使用しても良い。図８は、この多層の基
板アンテナの側面図であり、アンテナ基板2aが２層存在
し、その２層のアンテナ基板2a，2aに挟まれた状態で放
射素子導体2bが存在する。他の構成は、図３に示す単層
の基板アンテナと同様である。

【００４１】このような構成の多層の基板アンテナを基
板アンテナ２として使用した場合、表面に放射素子導体
2bが露出しておらず、放射素子導体2bの劣化を防止する
ことができる。

【００４２】（第４の実施の形態）上述の実施の形態で
は、１個の基板アンテナ２を設けて、その基板アンテナ
２に送受信兼用の機能を持たせたが、送信専用の基板ア
ンテナと受信専用の基板アンテナとを個別に設けるよう
にしても良い。このようにすれば、送受信周波数に合わ
せて独立した周波数に同調した２個のアンテナ素子を用
いることにより、効率良く電波伝搬を行うことができ
る。

【００４３】（第５の実施の形態）上述の実施の形態で
は、平面視形状が円形である基板アンテナ２を使用した
が、その平面視形状は、図９（ａ），（ｂ）に示すよう
な正６角形，正８角形等の正多角形であっても良い。但
し、この場合にも、放射素子導体2bの中心は、アンテナ
基板2aの中心（蓋１の貫通孔1bに対応した給電点に一
致）から偏在させている。このような正多角形の形状と
しておくことにより、基地局31に対して最適な角度に設
定する場合に放射素子導体2bの回転角度を容易に認識で
きると共に、その回転時のピッチ角度を容易に設定で
き、設定時に回転角がずれることもない。

【００４４】上述したようなシステムでは、消火栓内の
水質，水量等を地上から遠隔モニタリングすることが可
能となり、水道管路網全体を集中管理することにより、
水処理を効率良く行える。

【００４５】なお、本発明は、既存のマンホール蓋への
追加加工に適用できるだけでなく、新しくマンホール蓋
を鋳造する場合にも適用可能である。

【００４６】また、本発明はこのような消火栓を含む上
水道管設備に限定されるものではなく、下水道管設備，
ガス管設備，電力ケーブル設備等、他の地中埋設物にも
本発明を適用できることは勿論である。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明のマンホール蓋アン
テナ装置では、マンホール蓋の凹部に平面基板アンテナ
を、その地導体部がマンホール蓋に短絡するように設置
し、その給電線を凹部に連なる貫通孔に挿入させたの
で、マンホール蓋の強度を低下させることなく、マンホ
ール蓋にアンテナ機能を持たせることができ、所望の放
射パターンを得ることができる。簡単な加工処理でアン
テナをマンホール蓋に取り付けることができるので、新
たにマンホール蓋を作製することなく、既存のマンホー
ル蓋にも適用することが可能である。

【００４８】本発明のマンホール蓋アンテナ装置では、
平面基板アンテナの基板形状を円形または正多角形とす
るので、アンテナ設置時にアンテナの放射パターンを考
慮し、平面基板アンテナを回転させることができ、アン
テナ方向を指向性に優れた最適な方向に設定できる。

【００４９】本発明の通信システムでは、平面基板アン
テナの給電線と地下内の無線送受信機とをケーブル接続
する構成、及び、対となる別のアンテナ素子を設ける構
成が可能であるので、使用環境に応じて、外部アンテナ
として機能させる構成と中継アンテナとして機能させる
構成とを自由に選択できる。

【００５０】本発明の通信システムでは、地下内の無線
送受信機を自動車電話システムとするので、無線公衆回
線接続により、広域の通信が可能となり、マンホール内
の遠隔管理を容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態のマンホール蓋アンテナ装置
の適用例を示す模式図である。

【図２】第１の実施の形態のマンホール蓋アンテナ装置
における基板アンテナのマンホール蓋への取り付けを示
す図である。

【図３】基板アンテナの側面図，正面図である。

【図４】無線式水質測定装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図５】第２の実施の形態のマンホール蓋アンテナ装置
の適用例を示す模式図である。

【図６】中継用アンテナの側面図，正面図である。

【図７】第２の実施の形態のマンホール蓋アンテナ装置
における基板アンテナ及び中継用アンテナのマンホール
蓋への取り付けを示す図である。

【図８】基板アンテナの変形例の側面図である。

【図９】基板アンテナの他の変形例の正面図である。

【符号の説明】

１ マンホール蓋 1a 凹部 1b 貫通孔 ２ 基板アンテナ 2a アンテナ基板 2b 放射素子導体 2c 地導体板 2d ケーブル 2e コネクタ ３ 中継用アンテナ 12 マンホール 28 携帯電話

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地導体部及び給電線を有するアンテナを
   マンホール用の蓋に取り付けてなるアンテナ装置におい
   て、その表面に凹部が設けられ、該凹部から貫通孔が設
   けられたマンホール用の蓋と、前記凹部に配置されてお
   り、その地導体部が前記蓋に接触し、その給電線を前記
   貫通孔に通している平面基板アンテナとを備えることを
   特徴とするマンホール蓋アンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記凹部及び前記平面基板アンテナは平
   面視で円形または正多角形の形状をなす請求項１記載の
   マンホール蓋アンテナ装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のマンホール蓋ア
   ンテナ装置と、前記給電線にケーブル接続される地下内
   の送受信用無線機とを備えることを特徴とする通信シス
   テム。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載のマンホール蓋ア
   ンテナ装置と、前記給電線に接続される他のアンテナ
   と、該アンテナと無線通信される地下内の送受信用無線
   機とを備えることを特徴とする通信システム。
5. 【請求項５】 前記地下内の送受信用無線機は自動車電
   話システムを利用すべくなしてある請求項３または４記
   載の通信システム。