JPS6016131Y2 - 限定空間用無線通信装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は通信装置に関腰特に地下道に沿って移動する無
線通信装置と無線電気通信を行なうのに適した通信装置
に関する。

鉱山や、地下道や、公共土木工事のような地下施設に使
用する無線電気送信装置は、その生産・性、安全性や快
適性の増大によって関心を引く対象となっている。

一般に輸送ルートや、道路や鉄道路等地上施設に沿って
無線電波を誘導せんとする試みが意図される場合に遭遇
したと同様な技術上の問題が同様な技術によって解決さ
れてきた。

この種の問題に対して種々な解決方法が講じられてきた
が、その何れもが、２直面するすべての状態を満足させ
ることができないという欠点をも−っていた。

電波伝播の観点からは、地下の回道は中空導波管のよう
に動作し、そのしゃ断周波数は１０ＭＨｚから５０ＭＨ
ｚまでの値であり、地下道の横方向の寸法に依って変動
する。

この周波数以下では電波はもはや伝播されずこの周波数
以上で伝播が可能である。

その減衰は周波数の増大に伴って減少し、数百ＭＨｚ以
上の周波数でも受信可能となる。

しかしこのような周波数においては、光学的可視性を妨
げる地下道の曲折や障害物等は通信を不可能にしがちで
ある。

従って自然的な伝播は極めて狭い範囲のみで可能となる
。

この自然的な伝播は、地下道を構成する導波管のモード
がその壁に反射する平面波によって表わされる。

この論題に関する情報は参照文献１と２に記述されてい
る。

地下道の特性は、これに被絶縁導体を長手方向に設ける
ことによって電磁効果の点から完全に改変することがで
きる。

その存在はほとんどこの導体によって影響を受けない導
波管モードの他に、単一線モードとして知られる新しい
伝播モードがある。

これは、地下道とこの導体とによって形成される同軸ケ
ーブル型式の有力なモードと考えられる。

このモードは被絶縁導体を流れた電流が壁面を通って戻
ってくるモードであり、しゃ断周波数をもたず従ってど
の周波数でも使用することができる。

その減衰は被絶縁導体と壁との間の距離に逆比例して増
加し、また周波数と共に増大する。

この距離も地下道の横断面に於ける力線分布に影響を及
ぼす。

曲折は実用上このモードに影響を与えない。

地下道に存在する無線アンテナは力線に結合されるので
このモードは、特に周波数が十分に低い場合減衰が許容
すべき値にまで低下させることができるので、すべての
問題が解決できるものと想像することができる。

しかし可搬型アンテナの効率は周波数と共に極めて急速
に消失することを考慮しなければならないので、上記モ
ードはこの場合に適合しない。

数ＭＨｚの周波数で得られる最良の設備は１キロメート
ル程度の範囲に亘って通信を可能にする。

みかけ上このモードは、被絶縁導体を設置することによ
って所与軸に沿って誘導できるが、周波数の割当の点で
この方策が取られることは稀である。

この単一線モードに関する情報は参照文献３と４に見出
される。

単純な被絶縁導体の代りに地下道若しくは輸送道路に沿
って伝送ラインが懸架される様なさらに複雑な技術上の
解決策が屡々提案されるのには理由がある。

このラインは２線式若しくは同軸式のものであってよい
。

同軸ならば、その外部導体ケーブルの内外側間でのエネ
ルギー交換用の開口部を設ける必要がある。

２線式ラインの２本の線若しくは同軸ケーブルの外部導
体は、この場合、単一線モード形成する被絶縁導体の役
割を果たす。

これらシステムすべての基本的な考えは、地下道モード
の減衰よりずっと小さい減衰をもって電磁エネルギーを
搬送することができ、一方では移動装置のアンテナと結
合するように意図した小部分を放射する様な伝送ライン
を配置することである。

゛放射゛なる術語は、ここでは個々の場合に応じて、伝
送ラインによって移送されるエネルギーを単一線モード
、あるいは導波管モードに変換することを意味し、地表
設置の場合には、古典的な意味における術語である放射
に変換することを意味するのにさえ使用される。

２線式ラインの場合には、放射は壁（参照文献５）に関
して、又このラインを保持する装置に関してラインの位
置が非対称的であることによって発生することが知られ
ている。

ここで取扱う機構はその原因と同程度に不確定なもので
ある。

この放射は、外部モードの減衰に依存して、大なり小な
り規則正しい間隔でラインに沿ってモード変換器を配置
することによって制御することができる。

しかし２線式ラインは湿気の様な外部要因に対して高感
度であるために使用されることは極めて少ない。

数種類の同軸ケーブルが知られていて、それらは、例え
ばケーブルの全長に亘って延在する長手方向のスリット
による開口部によって、或いは極めて近接して配置され
た多数の小孔によって、外部導体が中断されている。

ゆるやかに編組された外部導体をもつ同軸ケーブルも使
用されている。

参照文献６はこのケーブルについて記述腰コレらケーブ
ルに実施される組織的なテストについて述べている。

これらのケーブルは、それぞれに形成されている孔の形
状の相違にもかかわらず、それらの動作においては互い
に極めて近似したものがある。

しかしこれらが放射を行なう理由については部分的にし
か説明されていない。

この問題に関して実施された研究は大部分が純粋に実験
に関するものであった。

放射をさらに強めるために開口部の寸法を増大すると、
伝播の減衰が増大し、孔をもたないケーブルの減衰と比
較して成る実験状態の下では２倍にも増大することが判
明している。

これは明らかに範囲を狭めるのでこれは重要な欠点とな
る。

さらに注目すべき第２の欠点は、ケーブルの全長に亘っ
て、放射フィールドが極めてランダムな定常波の出現を
伴う重大な変化を受けることがである。

従ってこれらの点を考慮に入れると、約２０デシベルの
安全範囲を計算に含ませることが必要となり、それは再
び範囲を狭める原因となる。

最後に、ケーブル内での伝播の減衰および放射の強度は
、トンネルの開発や工事の渦程でシステムを不能にして
しまいがちであるといったような施設の状態に左右され
ることが判明した。

考案の１つの目的はこれらの欠点を除くことである。

同軸ケーブルの他の型式としては、導体がらせん状もし
くは階段状に配置したスロットを有するものが知られて
いる。

この様に構成する理由は、放射や付勢のため少くとも１
部分で外部導体の電流を中断するのにスロットが必要と
されるからである。

この記述と前節のケーブルに関する記述との間に明らか
な矛盾があるにもかかわらず、原理上、長手方向のスロ
ットは放射を実行することが不可能である。

前節に述べたケーブルの動作原理は、こ）で述べるケー
ブルのそれと根本的に異なっており、混乱を避けるため
に以後“放射ケーブル“と言う術語は前節に述べた型式
のケーブルに対して用いることにする。

参照例７から明らかな様に、らせん状もしくは階段状の
スロットをもつケーブルは、周波数が数百ＭＨｚであり
ケーブルの直径が少くとも数センチメートルなくては原
理通り正しく機能することができない。

この様なケープルは、従って構造上頑強であるが極めて
高価であり、本考案はこの種のケーブルとは無関係であ
る。

最後に、外部導体が効果的に遮蔽された同軸ケーブルが
この技術分野で公知であり、この場合数個の回路素子を
備えたシステムによって外部導体を完全に中断すること
により放射が得られる。

本システムは例えば参照文献３で述べられている。

これらの放射用素子は、大なり小なり一定の間隔で挿入
される。

ケーブルの外側での波の減衰に依存して本システムは多
くの困難な問題に解決策をあたえることが出来る。

しかし設置の状態や周波数がケーブルの外側での波の減
衰を極めて大きいものにする様であると、多数の放射用
素子を使用することが必要となってコストを高め、この
構成の実用性を低下せしめることになる。

本考案は、本システムと放射ケーブルとの間に成る合成
要素を設けることによって本問題の解決策を求めんとす
るものである。

本考案によると、同軸ケーブルが使用され、その外部導
体は、一定の長さを有するいくつかの区画部分をもちそ
の部分では外部導体が放射ケーブルのそれと同一タイプ
であり、そのような区画部分を除いては完全に不浸透性
とされた外装部分を形成腰上記区画部分はケーブル外部
での電波の減衰に依存して大なり小なり規則正しい間隔
で繰返し設けられている。

本考案によると、同軸ケーブルが使用され、その外部導
体は、一定の長さを有するいくつかの区画部分をもちそ
の部分では外部導体が放射ケーブルのそれと同一タイプ
であり、そのような区画部分を除いては完全に不浸透性
とされた外装部分を形成腰上記区画部分はケーブル外部
での電波の減衰に依存して大なり小なり規則正しい間隔
で繰返し設けられている。

本考案によると、これら区画部分の寸法はケーブル外部
での定常波を減衰せしめる様に算出される。

本考案の１変形例によると、外装をもつ２線式ラインを
用いることができ、その外装は、単一線モードを誘起せ
しめるために一定長の区画部分に亘って改変され若しく
は取除かれる。

図面を参照して、非放射ケーブル１６に挿入された放射
ケーブル区分１５の動作を十分に理解するため、一般的
な放射ケーブルの動作モードに関する正しい物理的解釈
をあたえることが必要である。

先づ地下道に設置されしゃ新局波数より低い周波数で動
作する放射ケーブルの場合について考える。

第１図は不完全遮蔽を行なった外部導体２と誘電率Ｅを
もつ誘電体３と、内部導体４とで構成される放射ケーブ
ルが設置された地下道１の横断面を表す。

導体の中心から観察点Ｐまでの距離はρで示されている
。

この問題を処理する第１の方法は、結合ライン（参照文
献８）の原理を適用することである。

本考案によると、同軸ケーブルの外部導体の開口部によ
って結合した２つの伝送モードが想定される。

この原理はこれらのモードが電磁界によって定義されず
電圧と電流とによって定義されるという意味での伝送ラ
インのモードを取扱う。

同軸モードとして知られる第１のモードは内部導体が搬
送して外部導体に沿って還流する電流と、これら内外導
体間の電圧とによって定義される。

単一線モードと呼ばれる第２のモードは地下道の壁が搬
送しケーブルの外部導体に沿って還流する電流と、壁と
外部導体との間の電圧によって定義される。

これら２つのモード間の結合は、長さ椛の単位によって
定義され外部導体の伝達インダクタンスとして知られる
相互インダクタンスとして表わされる。

参照文献９はこのパラメーターを測定する従来の方法に
ついて述べている。

この原理によると、これら２つのモード間の交換の処理
はケーブルの全長に沿って実施され、これらの交換は準
周期的に現われる。

以下の説明において、これら２つのモードが結合され別
個には存在し得ないので“非固有°゛と称する。

参照文献１０に示された他の理論は、これら２つのモー
ドを利用したものであるが、この場合これらモードは電
磁界によって定義される。

これらのモードは、前述のモードからこれらモードを区
別するために、“同軸固有モード゛および゛単一線固有
パモードと称する。

これらモードは事実上結合されず、それらの存在はライ
ンの両端における状態に左右されるだけである。

同軸固有モードは内部導体間と外部導体間のそのエネル
ギーのほとんどを限定するが、ケーブルの外側に漏れ電
界をもつ。

他方単一線固有モードはケーブルの外側のそのエネルギ
ーおほとんどを限定し、その内側に漏れ電界をもつ。

その結果、地下道の横方向の部分に配置したケーブル或
いはアンテナに接続した発振器は必ずこれら２つの固有
モードを励起し、これら固有モードは、地下道の横断面
に配したケーブルの位置若しくはケーブルの端部におい
て例えば変化というような不連続部がない限り全体とし
て互いに独立して伝播する。

結合ラインの理論と固有モードの原理とは同じものであ
るが前者の理論は自ら計数に導くものであり、後者の理
論によって付与される基本的な物理的現象の観念をあた
えるものではないということが参照文献１０から明白で
ある。

後者の理論は地下道内で移動する受信機と同軸ケーブル
に接続された送信機との間の接続機構を説明するのに利
用され、本考案を正当なものと判断する結論をこれから
引出することができる。

この様な送信機は主として同軸固有モードを励起し、又
低エネルギーレベルであるが単一線固有モードをも励起
する。

しかしこれら両モードの電界分布は外部導体のどちらか
の側で極めて異なり、送信機からごく近いところだけで
、同軸固有ケーブルモードの漏れ電界と単一線固有モー
ドの主要電界とが、地下道の断面における点で実際上同
一程度の振幅をもつ。

これら２つのモードは異った位相速度、即ち大体ケーブ
ルの誘電体３における光の速度と空中の光の速度にそれ
ぞれ等しい速度、をもつので、点Ｐが地下道の軸に平行
に変位されると、位相や変化して定常波を生じる。

これらのことは交互のエネルギー交換として結合モード
の理論によって誤って解釈されている。

しかし若し観察点が送信機から遠ざかると、単一線固有
モードが不良導体である地下道の壁に強力な電流を循環
させるので、単一線固有モードは極めて急速に減衰する
ことになる。

定常波の輪郭はかくして急速に減衰され、間もなく、よ
り減衰の少い同軸固有モードの漏れ電界のみが残留する
ことになる。

従って放射ケーブルが地下道のしゃ新局波数以下の周波
数で使用される場合は、これらケーブルは主として同軸
固有モードとその漏れ電界にとどまり、単一線固有モー
ドを利用することはほとんどなくなる。

このことは放射ケーブルの主要な欠点、即ち、ケーブル
のより大きい特定の減衰を生じる。

事実、外部導体の孔の寸法を拡大することによって生じ
たケーブルの放射の増大は、同軸固有モードの漏れ電界
を拡大する効果をもつ。

これらの漏れ電界は地下道の壁における電流によって必
然的に発生するので、このモードの減衰が一層大きくな
る。

本考案によると、この影響は適当な外装を施した同軸ケ
ーブルの外部分に沿って伝播する単一線モードを利用す
ることによって避けることができる。

そして放射ケーブルの区画部分はこのモード；を励振す
るのに利用される。

非放射同軸ケーブル１６に放射区画部分を挿入する影響
が第２図に関して研究されたが、長手方向の座標がヱに
よって示され、放射区画部分は横軸座標Ｚ＝ＯとＺ＝Ｌ
との間に挿入される。

信号二発生器はｚ＜Ｏにおいてケーブルの内部分に接続
されると想定しよう。

この機構に対する演算は非固有モードを用いて実施され
、これらモードに０＜ ｚ ＜ Ｌの結合ラインの理論
を適用する。

演算の結果は非固有単−線モードおよび同軸モードの波
（モジュールの平方は電力を表わす）の形で表わされる
。

２の正の値の方向に伝播する波はＡｃ（ｚ）およびＡｍ
（ｚ）で表わされ、２の負の値の方向に伝播する波は、
Ｂｃ（ｚ）とＢｍ（ｚ）で表わされる。

信号発生器は１に等しく取った波Ａｃ（０）を発生する
。

また以下の記号が用いられる。

ｌ Ｃｔ ｌ ｍ ； ２つのモードの特定のインダク
タンス、γＣ９γｍ；２つのモードの伝播定数、βＣ９
βｍ；２つのモードの位相定数、 ｍ；放射区画部分における外部導体の伝達インダクタン
ス、 ｌ；ケーブルの絶縁体３の誘電率。

また２つの結合係数は次のように定められる。

０・＝Ｎπ７１Ｅ ’Ｋ ｔ ３Ａ （１） Ｃ２＝１ ・ １ ２ ａ ｔ Ｈ＋ １ ％ （２） 演算は漏洩において区画部分に沿って進行し後退する単
一線モード即ち０＜Ｚ＜Ｌの場合のモードは以下の様に
表わすことができるということを示している。

Ａｍ （ｚ） ＝ＣＩ Ｃｅ’ｌｔ ｃ”−ｅ−ｙｍ”
：］ （３）Ｂｍ （ｚ） ＝Ｃ２（ｅ−ｙ”−
ｅ−７”−ｙｍ（Ｌ−”）（４） 本技術分野の状態に応じた放射ケーブルの使用を考える
場合に、Ｌが無限大であると考えると、完全に外装され
たケーブルから放射ケーブルへの転移は、この放射ケー
ブルに沿って等式（３）と、等式（４）の最初の項を励
振する。

これらの項の指数は両固有モードの電界を区別せしめる
。

同軸固有モードの漏れ電界は（Ｃ工２ ＋ Ｃ２２）の
電力で励起され、単一線固有モードの主な電界はＣ１２
の電力で励起されることが判る。

さらに説明するように、Ｃ１よりずっと小さい値のＣ２
が与えられると、これらの２型式の電界は、上述したよ
うに、放射ケーブルの原点におけると実質的に同一のレ
ベルで励起される。

短い寸法の放射区画部分１５の問題に説明を戻すと、こ
の区画部分に沿った２つのモードの減衰は無視すること
ができ、（３）と（４）は以下の様に示すことができる
。

Ａｍ （ｚ ） ＝Ｃｔｅ−’β” （１−ｅ−Ｊ（β
”−１３０）ｚ）（５） Ｂｍ （ｚ） ＝Ｃ＞ｅ−’β”ＣＩ−ｅ−ｊ（βｍ十
βｃ）（Ｌ−ｚ）） （６） 放射区画部分１５の右側（ｚ＞Ｌ）にケーブルに沿って
励起された単−線波は、最早同軸モードに結合されない
ので次式（７）で示される。

Ａｍ （ｚ）＝Ａｍ （Ｌ）ｅ−７”−”
（７）同様に放射区画部分１５の左側（ｚ＞０）に励起
された単−線波は次式（８）で示される。

Ｂ、ＴＩ（ｚ） ＝ Ｂｍ（ｏ） ｅγｍｚ
（Ｂ）位相を無視すると、この研究の次の
結果、すなわち放射区画部分１５は次式（９）によって
あたえる振幅の単−線波を右側に励起することが判る。

Ａｍ＝２Ｃ１Ｓｉｎ（β□−βｃ） Ｌ／２
（９）又放射区画部分１５は次式（１０）によって
あたえられる振幅の単−線波を左側に励起する。

Ｂ、、、＝２Ｃ２ｓｉｎ （β□十βｃ） Ｌ／２
（１０）等式（１）と（２）を見ると、その絶
縁物が低誘電率をもってケーブルの利用に注目すると、
係数０１はＣ２よりずっと大きい値にしてもよいことが
分る。

すると放射区画部分１５は主として送信機より遠ざかる
方向に単一線モード波を励起する方向性カプラーとして
動作する。

この特性は、互いに成る距離を隔ててケーブルに挿入し
た２つの放射区画部分がほとんど等しい振幅の単一線モ
ード波を互いに相手方向には送らないようにすることを
可能にするという点で重要である。

さもなければ計算上駒２０ｄＢ （デシベル）程度の範
囲を付与することを必要にする様な定常波が発生する。

また第９式と１０式に現われたｓｉｎ項がこの指向性効
果を減弱しないようにすることも必要である。

このために長さＬは以下の関係式（１１）を得るために
動作周波数の関数として選択されねばならない。

（β、−βｃ） Ｌ／ ２ ；Ｔｒ／ ２
（１１）実際上長さＬは次式（１２）による自由空間
波長丸０の関数として定められる。

Ｌ＝−コニ− 哀Ｊｒ−１） （１２） この方向性カップリングの＆旧帯域はｆ。

／２から３ｆ、、／２まで延在し、ここでｆ。

は第１試が成立するよう設計される周波数である。

これらの状態の下では、放射区画部分の下流すなわち送
信機から遠ざかる方向に励起される単一線モード波の振
幅は次式（１３）で定められる。

Ａｍ−２Ｃｔ ＝ａ ” 、 ｙ 、 Ｘ（１３） 則ち従来のように、無限大の長さをもつ放射ケーブルの
最初の部分で励起を受ける場合にこの振幅は同軸固有モ
ードの漏れ電界がもつレベルより１上である。

正常ケーブルに放射区画部分１５を挿入したときの内部
伝播に対する損失は次式〇迫に示すようになる。

ｐ ＝ １０１０ｇ （１−４Ｃ□”−４Ｃ２” （ｄ
Ｂ） （ｔのこれは事実上無視できる。

地下道内でのこの種のシステムの使用に関し前述された
理論は、地上の軸、例えば車道の軸に沿ってこのシステ
ムが設置される場合の単一線モードの使用に対しても有
効であることが理解されるべきである。

第３図は、本考案による放射区画部分１５を備えた非放
射ケーブル１６が、従来技術によるその全長に沿って放
射するケーブルと較べて何故またどんな時に有利なのか
ということを説明している。

同図は電力送信機からの距離の関数として対数で示して
いる。

直線５は非放射ケーブル１６内部の電力レベルを表わし
、直線６はその全長に亘つて放射するケーブル内部の電
力レベルを示す。

直線７はその全長に沿って放射するケーブルの同軸モー
ドの漏れ電界電力のレベルを示し、鋸歯状の線８は点９
に配置した本考案による放射区画部分を備えた非放射ケ
ーブル１６に沿って伝播する単一線モードの電力レベル
を示す。

この図面はその全長に沿って放射するケーブルが非放射
ケーブルより大なる減衰を受けることを考慮に入れてい
る。

若し移動装置による受信に必要な最少レベルが直線１０
のレベルよりも低いとすると、本考案によるシステムは
公知技術による放射ケーブルよりも広い範囲をあたえる
。

この状態の実現は所与のケースの特定の特性によって決
まる。

前記の理論は、ケーブルが地下道のしゃ断簡波数以下の
周波数で利用される場合に有効である。

この周波数以上では、本考案による放射区画部分の使用
は伝播しがちの極めて多数の導波管モードによる複雑な
現象を生じることになる。

それにも拘らず以下に述べる様な利点がある。

状況を簡明にするため、ケーブルが自由空間に保持され
るものと想定することにする。

この理論上の状況において、その全長に沿って均質無限
の長さをもつ放射ケーブルは、表面波の特性をもつ２つ
の被きよう導波を保持することができる。

第１のものは漏れ電界が伴う古典的な同軸モードである
。

その位相速度は漏れによる影響をほとんど受けない。

第２のものはケーブルの内部に漏れ電界をもつがケーブ
ルの外部のそのエネルギーの大部分を制限するＧｏｕｂ
ａｕ型の波である（Ｇｏｕｂａ哩の波とは誘電体層を有
する導体に沿って誘導される表面波であり、１９５１年
Ｇｏｕｂａｕによって研究されたものであり以下Ｇ−波
と略称する） その位相速度は主としてケーブルの外側の導体の外装に
依存する。

もしかかる被きよう導波の位相指数がｈであると、ケー
ブルの外側の波は第２のタイプＫＩＴｌ（ｕρ）の修正
ベッセル関数によるケーブルの軸から距離ρによって定
まる円筒形調波を含むことが理解されよう。

これを式に示すと、 ｕ ＝ Ａ２ｇｇ ； ｋｏ＝ 導 入０ （１５） となる。

ここで入。は空中での波長である。これらの関数は以下
の如く働くことが知られている。

昔・ｅ−ρ ここでρは無限大となりやすい。

従ってかかる被きよう導波は理論上無限に拡がる電界を
もつが、電界は大部分次式１６であたえられる半径をも
つ円筒内に集中する。

１ 人。

１ρｅ＝石＝Ｗ″Ｖ但メア１ （１６） この半径は波の等価半径として知られる。

同軸モードに関して、比率（ｈ／ｋｏ）”はケーブル内
の内部絶縁体の誘電率Ｅに略々等しく、等価半径は波長
の分数で求められる。

Ｇｏｕｂａｕ型モードでは、従来形の同軸モード外側の
プラスチック外装は、ＶＨＦとＵＨＦ周波数帯内でこの
比率が１．０１程度である様に構成される。

従って波の等価半径は７波長になる。

例えば４５０ＭＨｚでは、これらの半径はそれぞれ１５
個と１５ｍになる。

この種のケーブルは不連続が導入されない限り半径方向
に伝送する波を放射せず、不連続からはこれらの波が放
射されるということを付言する。

ケーブル自体の始端と終端とは放射性不連続を構成する
。

議論される次の局面では、地下道に放射ケーブルを設置
することに関する。

このシステムが利用されるＩＧＨｚ （ギガヘルツ）以
下の周波数では、Ｇ−波の等価半径は常に地下道の横方
向の寸法より大きい。

容易に想像されるように、このときこの波は実際前記の
単一線モードであるが、周波数が高いので壁がひきおこ
す伝播の減衰は極めて大きい。

同じことがケーブルの前後端で形成される不連続からの
半径方向放射についてもあてはまる。

ここで考察すべきことは同軸モードである。ケーブルが
設置された点と壁との間隔が同軸モードの等価半径より
も大きい場合には、壁は特に後者に影響を及ぼさない。

しかしながら等価半径の外側に配置した受信機は極めて
弱い信号のみしか受信できないということを付記してお
く。

このことは、壁から２０ｃｍ以上も離れて設置された場
合、いわゆる放射ケーブルは４５０ＭＨｚでは放射しな
い様になるということが実験的に判明したことを示す。

他方もしケーブルと壁間の距離が同軸モードの等価半径
以下に抑えられると壁には種々の異常が見られ、半径方
向の放射を発生する多くの不連続があられれる。

この状態では放射ケーブルはその名にふされしい効果を
与える。

ケーブルが壁から離して設置される場合でも、ケーブル
の懸架は同一の効果を生む。

壁の凹凸による同軸モードの漏れ電界の回折が極めて効
率を低くすることは明らかである。

壁に接近してケーブルを設置するか外部導体の開口部の
寸法を大きくすることによってその効果を増大しようと
すればする程エネルギーが壁に吸収されてしまう。

従って壁と同軸ケーブルの電界間に必要とされる強力な
相互作用が、ケーブルが放射の条件下に設置される場合
にケーブルの減衰がなぜ刀副こ増大するのかという基本
的な理由となっている。

先行技術による放射ケーブルの第２の主要な欠点は極め
て強力な定常波を生む無数の放射源を存在させることに
ある。

本考案によると、これらの不利な影響は、一定の長さの
区画部分を除いて外部導体を効果的にシールドする外装
部分を備えた同軸ケーブルを利用することによって減殺
せしめられる。

ケーブルが地下道に設置され、地下道のしゃ新局波数が
十分超えて使用される場合、単一線モードはなお確実に
励起されるが、その減衰が高い周波数では極めて大きい
ので、ケーブルの実用を考慮に入れることは最早不可能
となる。

移動装置と通信するために使用されるのは放射区画部分
１５の半径方向への放射である。

この放射は壁に当って反射され、電界全体が導波管モー
ドで表わされることを付記しておこう。

しかし各々の放射区画部分１５がア放射パターンは式１
８の最後の２因数によって回転対称であるこれら２因数
のうち第１囚数は因数Ｃによって得られるＧ−波のパラ
メータによって決定され、一方数値計算は同軸ケーブル
の多種に及ぶ外部プラスチック外装に対し、さらにまた
３０ＭＨ２と５０ＭＨ２の間の周波数に対して、発生放
射パターンには極めて僅かしか変化が見られないことを
示す。

この因数は、７度から１０度の放射角θ、ｎ＆、をもつ
曲線１１によって表わされる型式の放射パターンを常に
発生させる。

長さＬを適当に選ンテナであると考えその放射が地下道
の壁で反射すると考えると実際的でより有用である。

自由空間にあると想定される無限の長さを持つケーブル
１６に挿入した放射区画部分１５の放射を研究すること
ができる。

ここではこの研究の結果だけを説明する。

第４図にはケーブルが概略的に示されている。

電界は回転対称を示している。

ここでは放射区画部分に極めて近接する細かい構造を無
視する。

角θによって定義する方向に長距離Ｒの点で放射される
電界はベクトルＵθに沿った直線偏波をもつ。

今ここでｆ：動作周波数 ２＆；ケーブルの直径 Ｉ；同軸ケーブルの芯によって送られる電流の強さ ｈｇ；ケーブルの外側を伝播することができるＧ−波の
位相指数 ｕｇ；Ｇ−波に対し式１５によって定められる変数 とすると、式１７が戊立つ。

Ｃ＝１”ゞ Ｋｔ（ｕｇａ） （１７） ここで関数Ｋを第２型式の改変ベッセル関数とし ｈ０＝Ｋｏｊｔ；同軸モードの位相定数 Ｈ；バンケル関数 とすると、 ケーブルの放射区画部分１５によって長距離の点で放射
される電界は次の値をもつ。

択して、式１８の最後の因数は曲線１２で示す様に、心
臓形（カージオイド）の放射パターンを得ることを可能
ならしめる。

２つの因数は積は曲線１３によって示される形を呈する
大域的放射パターンを発生する。

このようにして放射パターンの後部ロープは抑圧され、
放射は送信機から遠ざかる方向に対して最大となる。

指向特性は、（ｈ０十ｋｏ） Ｌ／２の値がπに近づく
ようにＬの値を選択することによって得られる。

しかしながら、Ｌの他の値は他の指向特性を得るのに利
用される。

式１８の綿密なる試験によって、ケーブルの内部絶繊物
の誘電率Ｅを小さな値にすることが有利であることを示
している。

前述の指向特性は本考案によるケーブルに挿入した放射
区画部分１５が互いの方向に放射せず地下道内の定常波
を減少することを確実にする。

このことはこの技術分野で公知の放射ケーブルに関する
重要な利点である。

さらに放射は、所望の制御された効果から発生し壁の存
在とは無関係であるので、無駄に消費されない。

また本考案によるシステムは地上に用いても同様の効果
を発揮できるのもこの理由による。

本考案の実用上程々な形で実施される放射ケーブルはど
の種のものでも放射区画部分に利用されるが、過大のエ
ネルギー損失を避けるために放射区画部分は導波管ケー
ブルと同一の特性インピダンスをもつのが好ましいとい
うことを銘記すべきである。

放射区画部分はコネクターによって通常のケーブルに配
設することができる。

これらの区画部分は、その製造段階においてケーブルに
組込むことも可能であり、この場合には外部導体の孔は
所要の位置にのみ形成される。

本考案の原理は同軸ケーブルに関してのみ記述したが、
外装された２線式ラインで構成されるケーブルに利用し
ても同じく有効であると思われる。

第５ａ図〜第５ｃ図はそのような２実施例を例示してい
るが、限定的な意味をもつものではない。

第５ａ図、第５ｂ図においては、外装を完全に除去して
放射区画部分を形成している。

第５図すに示される様にラインを壁に関して非対称に配
置することによって、放射区画部分で単一線モードの励
振が得られ、２本の線が壁に関して非対称位置を占める
ので、反対方向電流を搬送するこの伝送モードは非固有
なモードとなる。

これに対して第５図ａに示す様に対称位置が利用される
と、モードは固有モードになって単一線モードは励起さ
れないであろう。

第５ｃ図は外装置４の残部が非対称性をもつように、ケ
ーブルの外周部の一部に亘って外装を取除くことによっ
て得られる放射区画部分の他の可能な実施例の横断面を
示す。

こ）で再び、モードは、ラインの２線が対向電流を搬送
する非固有モードとなり、かくして単一線モードを生じ
る。

ラインの２線間に非対称形を形成する他の構成は本考案
の範囲を逸脱せずに容易に構成される。

参照文献 （１） ニー・ジ・エムスリー、アール・エル・ラゲ
スとピー・エフ・ストロング共著゛炭鉱の坑道における
ＵＨＦ無線波の伝播理論” １９７３年８月１５〜１７
日米国技術情報サービス社版。

（２＞ ニス◆エフ・マハムドとジエ・アール・ウェ
イト共著゛方形鉱山坑道における電磁波伝播に対する幾
何光学上の研究” １９７ｇ米国無線科学第１捲第９号
１１４７〜１１５８頁。

（３）ピー・プローグ著゛無線通信工学” １９７坪ベ
ルギー汀誌第２巻４号１８〜２６頁。

（４）ジエ・エル・ウェイトとデ・ニー・ヒル共著゛円
形トンネルの軸方向導体に沿った伝播する誘導電磁波”
１９７４年米国ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ、 ＡＰ２２巻
４号６２７〜６３０頁。

（５）エル・ダーキン著゛坑道におけるビフイラーライ
ンに関するモード変換の制御法“’ １９７５％英国無
線電子誌第柘巻５号２４１〜２４頂。

（６）デ・ジエ・クリ−、エル・ジエ・ギル共著゛放射
ケーブルの実用上の性能” ｉｃＬ ２１５〜２２３頁
。

（７）ケイ・ミコシバ・ワイ・ヌリタ共著“坑道の列車
無線システム用の同軸ケーブルによる誘導放射波”１９
６師米国ＩＥＥＥ、Ｔｒａｎｓ −ＶＴ−１８巻６６〜
６９頁。

（８）ジエ・フオンテイン、ビ・デモリーン、ピー・デ
ガキュー、アール・ガビラード共著“高結合インピーダ
ンスをもつ同軸ケーブルによる鉱道の無線通信の実際“
米国１９７′Ｒ−８月１５日〜１７日、情報サービス社
版。

（９）エル・ルーゲン著゛たわみ同軸ケーブルの地地下
施設” １９５ｆ４独乙無線電信２４１１４頁。

（１０）ピー・プロージン著“漏洩同軸ケーブルの電磁
理論：英国無線と電子”” １９７岬第４５巻５号、２
３３〜２４０頁。

【図面の簡単な説明】

第１図は放射ケーブルが設置された地下道の横断面を示
す概略理想図、第２図は放射ケーブルの区画部分の動作
を研究するのに用いる諸量特に単一線モードの計算に用
いる諸量を示す図第３図は放射区画部分を用いた通信範
囲の計算に利用する諸量を示す図、第４図は非放射ケー
ブルに放電ケーブルを挿入したところを放射パターンと
共に示した図、第５ａ図、第５ｂ図、第５Ｃ図は、単一
線モードを出現することができる外装された２線ライン
の断面図である。 １・・・・・・地下道、２・・・・・・外部導体、３・
・・・・・誘電体、４・・・・・・内部導体、Ｐ・・・
・・・観測点、ρ・・・・・・導体中心と観測点を結ぶ
距離。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 地下道内において移動する送信機あるいは受信機と
   、またはそのような送信機と受信機との間で、無線通信
   を行なうのに特に適した通信装置であって、外装された
   ケーブルで構成され無線電気信号を伝達するために地下
   道内に配置された伝送ラインと、前記外装されたケーブ
   ルに結合されて受信機に協働して無線電気通信を行なう
   送信機とを具備し、前記ケーブルは絶縁体に包囲された
   少なくとも１本の内部導体を有するとともに、その長さ
   方向に複数個の放射区画部分と非放射区画部分とが交互
   に設けられており、前記放射区画部分の長さＬは動作周
   波数の関数であって、前記絶縁体の誘電率をＥ１自自由
   間における波長を入。 で表わしたときに式１式％：） で表わされて、該放射区画部分からの半径方向放射に指
   向性を持たせかつ前記伝送ラインに結続された前記送信
   機に関して該送信機から遠ざかる方向に単一線モードの
   励振を最大ならしめ、前記非放射区画部分の長さは前記
   伝送ラインの外側での電波の減衰の関数であって、該電
   波は、周波数領域によって単一線モードあるいは導波管
   モードであるよう構成した通信装置。 ２ 実用新案登録請求の範囲第１項の記載において、前
   記伝送ラインは外部導体を有する同軸ケーブルであり、
   前記外部導体には、前記各放射区画部分を形成するため
   に、前記ケーブルの前記外部導体内において前記各区画
   部分の全長に亘り連続した１つの開口が形成されている
   ことを特徴とする通信装置。 ３ 実用新案登録請求の範囲第１項の記載において、前
   記伝送ラインは外部導体を有する同軸ケーブルであり、
   前記外部導体には、前記各放射区画部分を形成するため
   に連続した１つの開口として作用する互いに非常に接近
   した複数個の開口が形成されていることを特徴とする通
   信装置。 ４ 実用新案登録請求の範囲第１項の記載において、前
   記伝送ラインは２本の線を有する２線式ラインと、前記
   伝送ラインを覆って配置された外装とを含み、前記放射
   区画部分は前記伝送ラインの前記２本の線に関して非対
   称的に指向されて前記外装を部分的に取除いた部分であ
   ることを特徴とする通信装置。 ５ 実用新案登録請求の範囲第１項の記載において、前
   記絶縁体が小さな誘電率を有することを特徴とする通信
   装置。 ６ 実用新案登録請求の範囲第１項の記載において、前
   記伝送ラインが２本の線を有する２線式ラインであって
   該伝送ラインを覆う外装を具備し、前記伝送ライン内の
   前記２本の線が前記伝送ラインが配置された前記地下道
   の壁に対し、非対称的位置に指向されており、また前記
   放射区画部分が前記外装を完全に取除いた部分で形成さ
   れていることを特徴とする通信装置。 ７ 実用新案登録請求の範囲第１項の記載において、前
   記放射区画部分の長さを前記非放射区画部分の長さより
   短くしたことを特徴とする通信装置。 ８ 実用新案登録請求の範囲第１項の記載において、前
   記伝送ラインは外部導体を有する同軸ケーブルであり、
   前記各放射区画部分は前記外部導体の１部分における少
   くとも１つの部分的不連続により形成されており、該不
   連続部分は前記各放射区画部分についてｌっずつ配置さ
   れていることを特徴とする通信装置。 ９ 実用新案登録請求の範囲第８項の記載において、前
   記放射区画部分毎に配置された前記外部導体における前
   記少くとも１つの部分的不連続は、縦方向に連続した１
   つのスロットとして形成されていることを特徴とする通
   信装置。 １０ 実用新案登録請求の範囲第８項の記載において
   、前記各放射区画部分毎に配置された前記外部導体にお
   ける前記少なくとも１つの部分的不連続は複数個の穴と
   して形成されていることを特徴とする通信装置。 １１ 実用新案登録請求の範囲第８項の記載において
   、前記外部導体は緩く織った編組導体であることを特徴
   とする通信装置。