伝送線路、放送システム
【課題】始端からの距離に関らず、輻射される電波の受信可能な空間を均一にすることができる伝送線路を提供する。
【解決手段】定輻射型伝送線路は、太さが２ａである２本の電線を同一平面上に並んで配置することにより構成されており、これらの電線は、ある地点における電線同士の間隔ｈと、該地点を流れる電流Ｉとの積ｈ・Ｉが一定或いは略一定となるよう、始端から終端にかけて２本の電線の間隔が徐々に広くなるように配置されている。そして、これにより、始端からの距離に関らず輻射される電波の電界強度が一定或いは略一定となり、定輻射型伝送線路から輻射される電波の受信可能な空間を均一にすることが可能となっている。
【解決手段】定輻射型伝送線路は、太さが２ａである２本の電線を同一平面上に並んで配置することにより構成されており、これらの電線は、ある地点における電線同士の間隔ｈと、該地点を流れる電流Ｉとの積ｈ・Ｉが一定或いは略一定となるよう、始端から終端にかけて２本の電線の間隔が徐々に広くなるように配置されている。そして、これにより、始端からの距離に関らず輻射される電波の電界強度が一定或いは略一定となり、定輻射型伝送線路から輻射される電波の受信可能な空間を均一にすることが可能となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線局免許が不要な微弱な電波を用いた無線サービスを行うために用いられる伝送線路と、この微弱な電波による放送を行う放送システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
電波法第４条（電波法施行規則第６条）によれば、無線局免許を取得することなく電波を利用する場合には、３２２ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数帯域を用いる場合であれば、輻射体から３ｍ離れた地点において電界強度を３５μＶ／ｍ（３１ｄＢμＶ／ｍ）以下とする必要がある。このため、法律に抵触することなく、広範囲にわたって微弱電波を利用することを前提とした無線サービスを提供しようとするならば、誘導線や漏洩同軸ケーブル等を輻射体として用い、漏洩同軸ケーブル等を長く張り巡らすことにより、サービスが可能な空間を広げる必要がある。
【０００３】
尚、このような無線サービスとしては、例えば、地上デジタルテレビ放送を受信し、電波が届かない屋内等のエリアに向けてワンセグ放送のみを再放送するといったサービスが考えられる。特許文献１や特許文献２には、ワンセグ放送の再放送を行うための装置について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３４１１９５号公報
【特許文献２】特開２００８−１３１３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、漏洩同軸ケーブル等を長く張り巡らした場合には、輻射や線路損失により電源からの距離と共に指数関数的に伝送電力が減衰する。その結果、漏洩同軸ケーブル等から輻射される電波の電界強度も指数関数的に低下し、電源から遠ざかるにつれ漏洩同軸ケーブル等から輻射される電波の受信可能な空間が狭められてしまう。
【０００６】
本願発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、電源からの距離に関らず、輻射される電波の受信可能なサービス空間を均一にすることができる伝送線路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の伝送線路は、始端から終端に向かって同一平面上に並んで配置された２本の電線により構成された伝送線路であって、始端からの距離がｘであるＸ地点における２本の電線の間隔ｈｘと、該Ｘ地点において当該伝送線路を流れる信号の電流Ｉｘとの積ｈｘ・Ｉｘが一定或いは略一定となるよう、始端から終端にかけて間隔ｈｘが徐々に広くなるように２本の電線が配置されている。
【０００８】
こうすることにより、２本の電線が並ぶ平面に沿って伝送線路の両側に輻射される電波の電界強度を、電源に接続される始端からの距離に関らず一定或いは略一定とすることが可能となる（詳細については後述する）。したがって、電源からの距離に関らず、輻射される電波の受信可能なサービス空間を均一にすることができる。
【０００９】
具体的には、伝送線路は、次のように構成すれば良い。
すなわち、請求項２に記載されているように、式（１）に従いＸ地点における伝送線路の間隔ｈｘを設定しても良い。
【００１０】
【数１】
【００１１】
但し、ｋは式（２）により設定される。
【００１２】
【数２】
【００１３】
尚、ａは電線の半径、αは伝送線路の減衰定数、ｈ０は始端における間隔ｈｘである。
こうすることにより、積ｈｘ・Ｉｘが一定となるよう、始端から終端にかけて間隔ｈｘが徐々に広くなるように２本の電線を配置することができる。したがって、電源に接続される始端からの距離に関らず、伝送線路から輻射される電波の電界強度を一定とすることが可能となり、電源からの距離に関らず、伝送線路から輻射される電波の受信可能なサービス空間を均一にすることができる。
【００１４】
また、伝送線路は、次のように構成されていても良い。
すなわち、請求項３に記載されているように、当該伝送線路の始点における積ｈｘ・Ｉｘと、始端以外のいずれかの地点における積ｈｘ・Ｉｘが等しくなるように式（３）のｍを設定し、式（３）に従い始端からの距離がｘであるＸ地点における間隔ｈｘが設定されていても良い。
【００１５】
【数３】
【００１６】
尚、ａは電線の半径、αは伝送線路の減衰定数、ｈ０は始端における間隔ｈｘである。
こうすることにより、積ｈｘ・Ｉｘが略一定となるので、始端から終端にかけて間隔ｈｘが徐々に広くなる２本の電線を容易に設定することができる。したがって、電源に接続される始端からの距離に関らず、伝送線路から輻射される電波の電界強度を略一定とすることが可能となり、電源からの距離に関らず、伝送線路から輻射される電波を受信可能なサービス空間を均一にすることができる。
【００１７】
ここで、無線局免許を取得することなく地上デジタル放送のワンセグ放送を行う場合について考える。無線局免許を取得することなくワンセグ放送を行う場合、電波法第４条の規制により、輻射体から３ｍ離れた地点における電界強度を３１ｄＢμＶ／ｍ以下とする必要がある。また、ワンセグ放送を受信するためには、受信機に約４０ｄＢμＶ／ｍ以上の信号を受信させる必要があるが、輻射体から３ｍ離れた地点の電界強度が３１ｄＢμＶ／ｍとなるよう電波を輻射した場合、電界強度は輻射体から１ｍ離れた地点で約４０ｄＢμＶ／ｍとなる。したがって、無線局免許を取得することなくワンセグ放送を行う場合には、輻射体から略１ｍ以内の限られた小空間のみを対象としてサービスすることができる。
【００１８】
そこで、請求項４に記載の放送システムは、１チャンネルの伝送帯域が複数のセグメントから構成されているデジタル放送の信号を受信する受信手段と、受信手段が受信したデジタル放送信号から、いずれかのチャンネルにおける部分受信用のワンセグメントに対応する信号を抽出し、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の伝送線路を介して送出する送出手段と、を備える。
【００１９】
さらに、請求項５では、送出手段は、抽出した信号を、該信号に係るチャンネル以外の他のチャンネルにおける部分受信用のワンセグメントに対応する信号に変換し、変換後の信号を、上記伝送線路を介して送出する。
【００２０】
また、請求項６に記載には、１チャンネルの伝送帯域が複数のセグメントから構成されているデジタル放送信号を送出する放送システムであって、いずれかのチャンネルに対応する部分受信用のデジタル放送信号を生成する生成手段と、生成手段により生成されたデジタル放送信号を、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の伝送線路を介して送出する送出手段と、を備える放送システムが記載されている。
【００２１】
請求項４〜６に記載の放送システムによれば、本願発明の伝送線路を長く張り巡らすことにより、無線局免許を取得することなくワンセグ放送を行うことが可能な空間を広げることができる。また、ワンセグ放送が可能な空間は輻射体から略１ｍ以内の小空間であるが、本願発明の伝送線路を輻射体として用いた場合には、始端からの距離に関らず受信可能なサービス空間を均一にすることができる。このため、輻射体から略１ｍ以内の小空間を余すところ無く利用してワンセグ放送を行うことができる。
【００２２】
つまり、無線局免許を取得することなくワンセグ放送を行う場合のように、限られた空間における受信のみが許可されている無線サービスを行う場合に輻射体として本願発明の伝送線路を用いると、この限られた空間を余すところ無く利用して、微弱電波を利用することを前提とした無線サービスを行うことが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】漏洩同軸ケーブル等から輻射される電波の電界強度についての説明図である。
【図２】平行２線式伝送線路から輻射される電波の電界強度についての説明図である。
【図３】各種グラフである。
【図４】ｈｘ・Ｉｘ等の距離特性を表すグラフや、ワンセグ放送システムについてのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。尚、本発明の実施形態は、下記の実施形態に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
【００２５】
［伝送線路について］
（１）概要について
まず、本実施形態における伝送線路について説明する。一般的な漏洩同軸ケーブル等を用いて電波を輻射する場合、図１（ａ）に記載されているように、電源から遠ざかるにつれ、輻射や線路損失により伝送電力が低下し、輻射される電波の電界強度が徐々に低下してしまう。このため、漏洩同軸ケーブル等から輻射される電波を受信可能な空間が徐々に狭くなってしまう。これに対し、本実施形態の伝送線路は、太さが２ａである２本の電線を同一平面上に並んで配置することにより構成されており、これらの電線は、ある地点における電線同士の間隔ｈと、該地点を流れる電流Ｉとの積ｈ・Ｉが一定或いは略一定となるよう、始端から終端にかけて間隔が徐々に広くなるように配置されている（図１（ｂ）参照）。そして、これにより、２本の電線が並ぶ平面に沿って伝送線路の両側に輻射される電波の電界強度が、始端からの距離に関らず一定或いは略一定となり、この伝送線路から輻射される電波の受信可能なサービス空間を均一にすることが可能となっている。尚、本実施形態における伝送線路を、定輻射型伝送線路と称する。
【００２６】
（２）電界強度を一定にすることができる理由について
次に、電線の間隔ｈと電流Ｉとの積ｈ・Ｉを一定或いは略一定とすることにより、伝送線路から輻射される電波の電界強度が一定或いは略一定となることについて説明する。図２（ａ）の説明図に記載されているように、電線１上の微小区間２から輻射される電波の、点Ａにおける電界強度Ｅｘ＿θは、Maxwellの電磁方程式を解くことにより、式（４）により表される。
【００２７】
【数４】
【００２８】
尚、微小区間１の間隔をｄｘ、点Ａと微小区間２を結ぶ線と電線１との角度をθ、点Ａと微小区間２との距離をｒ、微小区間２を流れる電流をＩ、電線１を伝達する信号の波長をλ、空間の固有インピーダンスをη、電線１の位相定数をβとしている。
【００２９】
また、図２（ｂ）の説明図には、平行２線式の伝送線路１０から輻射される電波の指向性を示す説明図が記載されている。図２（ｂ）の５ａ，５ｂは、平行２線式の伝送線路１０の微小区間３から輻射される電波の指向性を示している。この微小区間３から輻射される電波の、点Ｂにおける電界強度は、式（４）に基づき式（５）として表される。
【００３０】
【数５】
【００３１】
ここで、φは、以下の式で与えられる。
【００３２】
【数６】
【００３３】
このため、
【００３４】
【数７】
【００３５】
となる。
尚、微小区間３の間隔をｄｘ、点Ｂと微小区間３とを結ぶ線と伝送線路１０との角度をθ、点Ｂと微小区間３との距離をｒ、点Ｂと微小区間３とを結ぶ線と、伝送線路１０を構成する２本の電線１ａ，１ｂを含む平面との角度をψ、微小区間３を流れる電流をＩ、微小区間３における２本の電線１ａ，１ｂの間隔をｈ、伝送線路１０を伝達する信号の波長をλ、空間の固有インピーダンスをη、伝送線路１０の位相定数をβとしている。また、ηの値は、自由空間における固有インピーダンスで１２０πとなる。
【００３６】
また、式（６）によれば、電界強度Ｅ２ｐ＿θは、ψ＝０，θ＝π／２となる地点で最大となり、そのときの電界強度｜Ｅ２ｐ＿π／２｜は、次式により表される。
【００３７】
【数８】
【００３８】
ここで、始端からの距離がｘであるＸ地点を流れる電流をＩｘ、該地点における２本の電線の間隔をｈｘとし、該地点における電界強度｜Ｅ２ｐ＿π／２｜をＥ０として求めると、次式が得られる
【００３９】
【数９】
【００４０】
ここで、βｈｘ／２≪１であるので、次式のごとく近似される。
【００４１】
【数１０】
【００４２】
式（８）より、平行２線式の伝送線路におけるＸ地点において、伝送線路からの距離がｒである地点の電界強度Ｅ０は、積ｈｘ・Ｉｘにおよそ比例した値となることがわかる。このことから、本実施形態における定輻射型伝送線路のように始端から終端にかけて２本の電線の間隔が徐々に広くなるように配置された伝送線路に関しても、これと同様に、始端からの距離がｘであるＸ地点における電界強度Ｅ０は、積ｈｘ・Ｉｘにおよそ比例した値となると考えられる。尚、前述の説明は、往復線路の微小区間３からの輻射によって生じる同一平面内の点Ｃにおける電界強度が積ｈｘ・Ｉｘに略比例することを述べたものである。点Ｃにおける電界強度は、微小区間３からの輻射を線路の全区間にわたって積分したものとなるが、積ｈｘ・Ｉｘに略比例するという関係は変わらない。
【００４３】
ここで、平行２線式の伝送線路を信号が伝達する場合には電波の輻射を伴うが、始端から遠ざかるにつれ線路損失等により伝送電力が減衰し、輻射される電波の電界強度が徐々に弱くなる。また、式（８）より、平行２線式の伝送線路上のある地点から輻射される電波の電界強度Ｅは、２本の電線の間隔ｈｘが大きくなるに従い強くなる。このため、平行２線式の伝送線路から輻射される電波の電界強度を始点からの距離に関係なく一定或いは略一定とするためには、線路損失等による伝送電力の損失に見合う分、始端から遠ざかるにつれ電線の間隔ｈｘを徐々に大きくすれば良いと考えられる（図１（ｂ）参照）。
【００４４】
尚、平行２線式の伝送線路の電線の間隔ｈを大きくすることにより、特性インピーダンスＺ０が増加し、これにより該伝送線路を流れる信号の電流Ｉが低下してしまうため、輻射される電波の電界強度Ｅが低下してしまう。しかしながら、特性インピーダンスＺ０の増加による電界強度Ｅの低下分を補って電線の間隔ｈを大きくすることにより、電界強度Ｅを一定にすることが可能である。
【００４５】
また、平行２線式の伝送線路の電線の間隔ｈを徐々に広げることにより、該伝送線路上の各地点における特性インピーダンスが変化し、これにより、該伝送線路を信号が伝達する際に反射が生じてしまうと考えられる。しかしながら、該伝送線路の単位長さ辺りのインダクタンスＬとキャパシタンスＣと信号の周波数に基づき決まる一定の範囲内であれば、反射による影響を無視することができる。
【００４６】
したがって、本実施形態の定輻射型伝送線路のように、伝送線路上のある地点における電線の間隔ｈと、該地点を流れる電流Ｉとの積ｈ・Ｉを一定或いは略一定となるよう、始端から終端にかけて、その間隔が徐々に広くなるように２本の電線を配置することにより、始端からの距離に関らず当該伝送線路から輻射される電波の電界強度を一定或いは略一定とすることができるのである。
【００４７】
（３）間隔ｈｘの算出について
次に、本実施形態の定輻射型伝送線路における電線の間隔の具体的な算出方法について説明する。定輻射型伝送線路では、線路損失による伝送電力の減衰が支配的となる。したがって、減数定数をα、始端における伝送電力をＰ０とすると、始点からの距離がｘであるＸ地点における伝送電力Ｐｘは、以下のように表される。
【００４８】
【数１１】
【００４９】
また、電力Ｐと電流Ｉと特性インピーダンスＺは、Ｐ＝（Ｉ＾２）・Ｚという関係を有しているので、Ｘ地点における特性インピーダンスをＺｘとすると、該地点における電流Ｉｘは、次のようになる。
【００５０】
【数１２】
【００５１】
一方、平行２線式の伝送線路の特性インピーダンスは電線の太さである２ａと２本の電線の間隔とにより決まる。これに基づき、始端からの距離に応じて間隔が広がる本実施形態の定輻射型伝送線路のＸ地点における特性インピーダンスＺｘは、以下のように表される。
【００５２】
【数１３】
【００５３】
次に、Ｘ地点における電線の間隔ｈｘをどのように設定するかは、電流Ｉｘと間隔ｈｘが一定であるという式（１２）の元、以下の手順により求めることができる。
【００５４】
【数１４】
【００５５】
尚、Ｉ０、ｈ０は始端（ｘ＝０）におけるＩｘ、ｈｘの値である。
ここで、式（１０），式（１２）より、
【００５６】
【数１５】
【００５７】
となる。そして、式（１３）に式（９）、（１１）を代入し、
【００５８】
【数１６】
【００５９】
を得る。さらに、式（１４）の両辺を２乗して整理すると、
【００６０】
【数１７】
【００６１】
が得られる。
尚、ｋの値を、
【００６２】
【数１８】
【００６３】
としている。さらに、式（１０）、式（１１）より、式（１６）に基づき
【００６４】
【数１９】
【００６５】
が得られる。
式（１５）に式（１７）を代入すると、Ｘ地点における始端からの距離ｘと電線の間隔ｈｘを関係付ける式として、以下の式が得られる。
【００６６】
【数２０】
【００６７】
図３（ａ）には、定輻射型伝送線路の減衰定数αを０．０１２或いは０．０２３とし、ａ＝３（ｍｍ）とした場合の、式（１８）に基づくｘとｈｘとの関係を示すグラフが記載されている。
【００６８】
式（１８）に従い始端から終端にかけてのｈｘを設定することにより、電線の間隔ｈｘと電流Ｉｘとの積ｈｘ・Ｉｘを一定にしつつ、始端から終端にかけて電線の間隔が徐々に広くなるように配置することができる。そして、このように配置することにより、始端から終端にかけて、伝送線路から輻射される電波の電界強度が一定となる。
【００６９】
（４）輻射される電波の電界強度を略一定とする場合について
（３）では、始端から終端にかけて伝送線路から輻射される電波の電界強度を一定とする方法について説明したが、ここでは、より簡略的に、伝送線路から輻射される電波の電界強度を略一定とする方法について説明する。
【００７０】
（４−１）計算の概要について
式（１０）より、定輻射型伝送線路の始端を流れる電流Ｉ０は、始端における特性インピーダンスをＺ０とすると、次のように表すことができる。
【００７１】
【数２１】
【００７２】
また、式（１１）より、Ｚ０は次のように表すことができる。
【００７３】
【数２２】
【００７４】
そして、Ｘ地点における電流Ｉｘは、式（９）〜（１１）に基づき、以下のように算出される。
【００７５】
【数２３】
【００７６】
ここで、積ｈｘ・Ｉｘを一定とするためには、ｈｘは、Ｉｘの減衰特性に対してちょうど逆となるような増大特性を有していれば良い。すなわち、ｈｘが次式に従い増大すれば、積ｈｘ・Ｉｘを常に一定とすることができる。
【００７７】
【数２４】
【００７８】
ただし、式（２２）では、両辺にｈｘが含まれているため、初等数学で解くことはできない。しかしながら、式（２２）の右辺におけるルートの項は、緩やかな増大曲線を描くため、仮にこのルートの項をｅ＾（δαｘ）なる増大曲線で近似できるならば、ｈｘを次のように表すことができる。
【００７９】
【数２５】
【００８０】
尚、ｍ＝δ＋１である。
このようにｈｘを表すと、定輻射型伝送線路を設計するうえで、非常に好都合となる。もちろん、式（２２）におけるルートの項とｅ＾（δαｘ）とは異質の曲線であるが、ｘがある一定の範囲であれば、ルートの項をｅ＾（δαｘ）に近似できるということは、容易に推察することができる。
【００８１】
そこで、以下では、式（２３）が成り立つと仮定して、これを満足するｘとδとの関係、すなわち、ｈｘ・Ｉｘ＝ｈ０・Ｉ０より、式（２１）に基づくＩｘと、式（２３）に基づくｈｘとの積がｈ０・Ｉ０となるｘとδとの関係を導く。
【００８２】
（４−２）計算方法について
まず、積ｈｘ・Ｉｘが略一定であるとは、始端からの距離がｘ１であるＸ１地点においてｈｘ１・Ｉｘ１＝ｈ０・Ｉ０＝Ａとなり、始端からの距離が０より大きくｘ１未満である地点では、ｈｘ・Ｉｘ≒Ａとなる条件であると定義する。
【００８３】
そして、ここでは、定輻射型伝送線路の全長が概ねｘ１で与えられた場合において、積ｈｘ１・Ｉｘ１を略一定とするδを、ｘ１の関数として求める（つまり、δ＝ｆ（ｘ１）という形で求める）。
【００８４】
さて、式（２１），（２３）と、ｈｘ１・Ｉｘ１＝ｈ０・Ｉ０とに基づき、次式が得られる。
【００８５】
【数２６】
【００８６】
このため、式（２４）におけるルートの項と、ｅ＾（ｍ−１）αｘ１との積が１となるｘ１とｍとの関係を求めればよい。
【００８７】
【数２７】
【００８８】
そして、両辺を２乗し、次式を得る。
【００８９】
【数２８】
【００９０】
ここで、ｈｘ／２ａ≫１であるため、逆双曲線関数をテイラー展開することにより、次の近似式を得ることができる（尚、ｈｘ／２ａは１よりも十分大きいため、非常に精度良く近似を行うことができる）。
【００９１】
【数２９】
【００９２】
したがって、式（２５）から次式が得られる。
【００９３】
【数３０】
【００９４】
式（２６）を解き、δ＝ｆ（ｘ１）を得ればよい。ここで、さらに、式（２６）のｅ＾（２δαｘ１）をテイラー展開すると、以下の式が得られる。
【００９５】
【数３１】
【００９６】
ただし、ｓ＝ｌｎ（ｈ０／ａ）とおいた。
式（２７）の右辺におけるｘの４次以上の項は非常に小さい値となるので、次式のように、三次の項までにより近似をすることができる。
【００９７】
【数３２】
【００９８】
式（２８）を整理すると、以下のように、δの三次方程式を得ることができる。
【００９９】
【数３３】
【０１００】
そして、式（２９）より、さらに次式を得る。
【０１０１】
【数３４】
【０１０２】
ここに、ｋ１＝（３／２）αｘ１、ｋ２＝（３（２ｓ−１））／（４ｓ（αｘ１）＾２）、ｋ３＝−３／（４ｓ（αｘ１）＾２）とおいた。
そして、式（３０）を解くことにより三つの根が得られるが、これらの根のうち、実根をδの値とすれば良い。δの値は、以下のようになる。
【０１０３】
【数３５】
【０１０４】
ただし、Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔの値を以下のようにおいた。
【０１０５】
【数３６】
【０１０６】
（４−３）δとｘ１との関係について
式（３１）に基づき算出されたｘ１とδとの関係を、図３（ｂ）のグラフに示す。尚、δ１〜δ３は、それぞれ、ａ＝１ｍｍ，ａ＝２ｍｍ，ａ＝３ｍｍとした場合のδである。また、ｈ０＝２０ｍｍ，α＝０．０１（単位はＮｐ。尚、０．０１Ｎｐは０．９ｄＢ／１０ｍに相当する。）となっている。
【０１０７】
また、図４（ａ）には、一例として、ａ＝３ｍｍ，ｘ１＝１７０ｍ，α＝０．０１Ｎｐとして式（３１）よりδ＝０．２２を算出し、δ＝０．２２として式（２３）によりｈｘを設定し、積ｈｘ・Ｉｘを算出した結果を示すグラフが記載されている。尚、ここでは、ｈ０＝２０ｍｍ，Ｉ０＝７０ｍＡとしている。
【０１０８】
（５）減衰定数αについて
以上、定輻射型伝送線路における２本の電線の間隔ｈの算出方法について説明したが、これまでの説明は、定輻射型伝送線路の減衰定数αが一定であることを前提としている。しかし、厳密に言えば、電線の間隔ｈを始端からの距離と共に広げていくと、伝送線路上の任意の点における減衰定数αは、始端からの距離と共に変化する。ここでは、線路の間隔ｈを広げても減衰定数αの変化は微々たるものであり、減衰定数αが一定であることを前提としても問題は無いということについて説明する。
【０１０９】
定輻射型伝送線路の伝送定数γは、次のように表される。
【０１１０】
【数３７】
【０１１１】
そして、式（３２）より、次式が導かれる。
【０１１２】
【数３８】
【０１１３】
また、式（３３），（３４）より、α，βの値は、次のようになる。
【０１１４】
【数３９】
【０１１５】
尚、Ｒは、定輻射型伝送線路の単位長さ当たりの抵抗値であり、Ｇは、定輻射型伝送線路の単位長さ当たりにおける一方の電線から他方の電線への漏れコンダクタンスであり、Ｌは、定輻射型伝送線路の単位長さ当たりのインダクタンスであり、Ｃは、定輻射型伝送線路の単位長さ当たりの静電容量である。ここに、ＬとＣは次のように表される。
【０１１６】
【数４０】
【０１１７】
これより、電線の間隔ｈの増加に伴い、同様の距離特性によりＬは漸増すると共にＣは漸減することがわかる。このため、式（３５）に基づき、電線の間隔ｈが増加することによりＬやＣが変化しても、αの値に殆ど影響を与えないことがわかる。
【０１１８】
また、定輻射型伝送線路の任意の点における特性インピーダンスＺは、式（３７），（３８）に基づき、次のように表される。
【０１１９】
【数４１】
【０１２０】
また、一般的にはＲ≪ωＬ、Ｇ≪ωＣであるので、式（３５），（３７）〜（３９）に基づき、αとβは次のように近似される。
【０１２１】
【数４２】
【０１２２】
ここで、Ｒは電線の間隔ｈの大きさによらず一定となり、Ｇは、ｈの増加と共にわずかに漸減する。また、式（３９）より、Ｚは、ｈの増加によりわずかに漸増することがわかる。このため、式（４０）に基づき、電線の間隔ｈが増加しても、定輻射型伝送線路の減衰定数αはほとんど変わらないことがわかる。
【０１２３】
このため、減衰定数αが一定という前提の下で電線の間隔ｈの距離特性を設定したとしても、何ら問題はない。
また、一般に、アンテナ、漏洩ケーブル等、輻射体のごく近傍の電界強度を云々する場合は、以上に説明した距離に反比例する放射電磁界だけでなく、距離の３乗に反比例する静電界と、距離の２乗に反比例する誘導電磁界についても考慮する必要がある。
【０１２４】
しかし、例えば、ＵＨＦの電波を利用する地上デジタルテレビジョン放送の場合、電波法に規制されているところの輻射体から３ｍの距離における放射電磁界は、静電界および誘導電磁界に比べて十分大きいため、実効的には本説明のとおり放射電界のみで十分である。
【０１２５】
なぜなら、前記の３者は、距離λ／２πの地点で同一の強度となり、それより以遠では、距離に反比例して減衰する放射電界が支配的になるからである。
ちなみに、地上デジタルテレビジョン放送で最も波長の長い１３ｃｈ（４７３ＭＨｚ）の場合、λは約６３ｃｍであるから、３者の強度が等しくなるλ／２πの距離がおよそ１０ｃｍになり、それより十分遠い３ｍの距離においては、放射電界が十分支配的となる。
【０１２６】
［本実施形態の伝送線路を利用したシステムについて］
続いて、一例として、定輻射型伝送線路を、無線局免許を取得することなく特定の空間を対象として行う地上デジタルテレビ放送におけるワンセグ放送に用いる場合について説明する。
【０１２７】
無線局免許を取得することなく地上デジタルテレビ放送におけるワンセグ放送を行う場合、電波法第４条の規制により、輻射体から３ｍ離れた地点における電界強度を３１ｄＢμＶ／ｍ以下とする必要がある。また、ワンセグ放送を行うためには、受信機に約４０ｄＢμＶ／ｍ以上の電界強度でワンセグ放送信号を受信させる必要がある。ここで、輻射体から３ｍ離れた地点の電界強度が３１ｄＢμＶ／ｍとなるよう電波を輻射した場合、輻射体から１ｍ離れた地点では、電界強度は約４０ｄＢμＶ／ｍとなる。したがって、定輻射型伝送線路を用いて無線局免許を取得することなくワンセグ放送を行う場合、特定の空間に該伝送線路に長く張り巡らし、該伝送線路から約１ｍ以内の空間を対象としてワンセグ放送を行うことができる。そして、このようなワンセグ放送は、以下のような構成により実現することができる。
【０１２８】
［構成について］
次に、上述したワンセグ放送を行うためのシステムの構成について、図４（ｂ）に記載のブロック図を用いて説明する。
【０１２９】
このワンセグ放送システム２０は、ワンセグ放送される番組の映像データや音声データを編集し、ＭＰＥＧ２ＳｙｓｔｅｍｓにおけるＴＳ信号を生成する番組制作装置２００と、地上デジタル放送を受信する受信アンテナ２１０と、番組制作装置２００により生成されたＴＳ信号に対しＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調を行い、所定のチャンネルに対応するワンセグ放送信号を生成するＯＦＤＭ変調器２２０と、受信アンテナ２１０が受信した地上デジタル放送信号からワンセグ放送信号を抽出して定輻射型伝送線路１００を介して送信すると共に、ＯＦＤＭ変調器２２０により生成されたワンセグ放送信号を、定輻射型伝送線路１００を介して送信する放送装置２３０とを有している。
【０１３０】
尚、放送装置２３０は、受信した地上デジタル放送信号から抽出したワンセグ放送信号を、例えば、当該ワンセグ放送システム２０が設置された地域で使用されていないチャンネルに対応するよう周波数を変換して送信しても良い。また、このような変換を行うことなく、受信した地上デジタル放送信号に対応するチャンネルのワンセグ放送信号として送信しても良い。
【０１３１】
また、定輻射型伝送線路１００には終端抵抗２４０が設けられており、定輻射型伝送線路１００と終端抵抗２４０との間には、インピーダンス整合がなされている。
［効果］
本実施形態のワンセグ放送システム２０のように、輻射体として定輻射型伝送線路１００を用いることにより、定輻射型伝送線路１００を長く張り巡らすことが可能となり、無線局免許を取得することなく、微弱電波の利用を前提としたワンセグ放送を行うことが可能な空間を広げることができる。また、ワンセグ放送が可能な空間は輻射体から１ｍ以内の小空間であるが、定輻射型伝送線路１００を輻射体として用いることにより、始端からの距離に関らず電波の受信可能な空間を均一にすることができる。このため、輻射体から１ｍ以内の小空間を余すところ無く利用して、微弱電波の利用を前提としたワンセグ放送を行うことができる。
【０１３２】
［他の実施形態］
本実施形態では、定輻射型伝送線路１００を輻射体として用いてワンセグ放送を行う場合について説明したが、言うまでも無く、定輻射型伝送線路１００の用途はワンセグ放送に限定されるものではない。
【０１３３】
［特許請求の範囲との対応］
上記実施形態の説明で用いた用語と、特許請求の範囲の記載に用いた用語との対応を示す。
【０１３４】
本実施形態の定輻射型伝送線路が、請求項１に記載の伝送線路に相当する。
また、ワンセグ放送システム２０の受信アンテナ２１０が受信手段に、番組制作装置２００及びＯＦＤＭ変調器２２０が生成手段に、放送装置２３０が送出手段に相当する。
【符号の説明】
【０１３５】
１…電線、２…微小区間、３…微小区間、１０…伝送線路、２０…ワンセグ放送システム、１００…定輻射型伝送線路、２００…番組制作装置、２１０…受信アンテナ、２２０…ＯＦＤＭ変調器、２３０…放送装置、２４０…終端抵抗。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線局免許が不要な微弱な電波を用いた無線サービスを行うために用いられる伝送線路と、この微弱な電波による放送を行う放送システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
電波法第４条（電波法施行規則第６条）によれば、無線局免許を取得することなく電波を利用する場合には、３２２ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数帯域を用いる場合であれば、輻射体から３ｍ離れた地点において電界強度を３５μＶ／ｍ（３１ｄＢμＶ／ｍ）以下とする必要がある。このため、法律に抵触することなく、広範囲にわたって微弱電波を利用することを前提とした無線サービスを提供しようとするならば、誘導線や漏洩同軸ケーブル等を輻射体として用い、漏洩同軸ケーブル等を長く張り巡らすことにより、サービスが可能な空間を広げる必要がある。
【０００３】
尚、このような無線サービスとしては、例えば、地上デジタルテレビ放送を受信し、電波が届かない屋内等のエリアに向けてワンセグ放送のみを再放送するといったサービスが考えられる。特許文献１や特許文献２には、ワンセグ放送の再放送を行うための装置について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３４１１９５号公報
【特許文献２】特開２００８−１３１３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、漏洩同軸ケーブル等を長く張り巡らした場合には、輻射や線路損失により電源からの距離と共に指数関数的に伝送電力が減衰する。その結果、漏洩同軸ケーブル等から輻射される電波の電界強度も指数関数的に低下し、電源から遠ざかるにつれ漏洩同軸ケーブル等から輻射される電波の受信可能な空間が狭められてしまう。
【０００６】
本願発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、電源からの距離に関らず、輻射される電波の受信可能なサービス空間を均一にすることができる伝送線路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の伝送線路は、始端から終端に向かって同一平面上に並んで配置された２本の電線により構成された伝送線路であって、始端からの距離がｘであるＸ地点における２本の電線の間隔ｈｘと、該Ｘ地点において当該伝送線路を流れる信号の電流Ｉｘとの積ｈｘ・Ｉｘが一定或いは略一定となるよう、始端から終端にかけて間隔ｈｘが徐々に広くなるように２本の電線が配置されている。
【０００８】
こうすることにより、２本の電線が並ぶ平面に沿って伝送線路の両側に輻射される電波の電界強度を、電源に接続される始端からの距離に関らず一定或いは略一定とすることが可能となる（詳細については後述する）。したがって、電源からの距離に関らず、輻射される電波の受信可能なサービス空間を均一にすることができる。
【０００９】
具体的には、伝送線路は、次のように構成すれば良い。
すなわち、請求項２に記載されているように、式（１）に従いＸ地点における伝送線路の間隔ｈｘを設定しても良い。
【００１０】
【数１】
【００１１】
但し、ｋは式（２）により設定される。
【００１２】
【数２】
【００１３】
尚、ａは電線の半径、αは伝送線路の減衰定数、ｈ０は始端における間隔ｈｘである。
こうすることにより、積ｈｘ・Ｉｘが一定となるよう、始端から終端にかけて間隔ｈｘが徐々に広くなるように２本の電線を配置することができる。したがって、電源に接続される始端からの距離に関らず、伝送線路から輻射される電波の電界強度を一定とすることが可能となり、電源からの距離に関らず、伝送線路から輻射される電波の受信可能なサービス空間を均一にすることができる。
【００１４】
また、伝送線路は、次のように構成されていても良い。
すなわち、請求項３に記載されているように、当該伝送線路の始点における積ｈｘ・Ｉｘと、始端以外のいずれかの地点における積ｈｘ・Ｉｘが等しくなるように式（３）のｍを設定し、式（３）に従い始端からの距離がｘであるＸ地点における間隔ｈｘが設定されていても良い。
【００１５】
【数３】
【００１６】
尚、ａは電線の半径、αは伝送線路の減衰定数、ｈ０は始端における間隔ｈｘである。
こうすることにより、積ｈｘ・Ｉｘが略一定となるので、始端から終端にかけて間隔ｈｘが徐々に広くなる２本の電線を容易に設定することができる。したがって、電源に接続される始端からの距離に関らず、伝送線路から輻射される電波の電界強度を略一定とすることが可能となり、電源からの距離に関らず、伝送線路から輻射される電波を受信可能なサービス空間を均一にすることができる。
【００１７】
ここで、無線局免許を取得することなく地上デジタル放送のワンセグ放送を行う場合について考える。無線局免許を取得することなくワンセグ放送を行う場合、電波法第４条の規制により、輻射体から３ｍ離れた地点における電界強度を３１ｄＢμＶ／ｍ以下とする必要がある。また、ワンセグ放送を受信するためには、受信機に約４０ｄＢμＶ／ｍ以上の信号を受信させる必要があるが、輻射体から３ｍ離れた地点の電界強度が３１ｄＢμＶ／ｍとなるよう電波を輻射した場合、電界強度は輻射体から１ｍ離れた地点で約４０ｄＢμＶ／ｍとなる。したがって、無線局免許を取得することなくワンセグ放送を行う場合には、輻射体から略１ｍ以内の限られた小空間のみを対象としてサービスすることができる。
【００１８】
そこで、請求項４に記載の放送システムは、１チャンネルの伝送帯域が複数のセグメントから構成されているデジタル放送の信号を受信する受信手段と、受信手段が受信したデジタル放送信号から、いずれかのチャンネルにおける部分受信用のワンセグメントに対応する信号を抽出し、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の伝送線路を介して送出する送出手段と、を備える。
【００１９】
さらに、請求項５では、送出手段は、抽出した信号を、該信号に係るチャンネル以外の他のチャンネルにおける部分受信用のワンセグメントに対応する信号に変換し、変換後の信号を、上記伝送線路を介して送出する。
【００２０】
また、請求項６に記載には、１チャンネルの伝送帯域が複数のセグメントから構成されているデジタル放送信号を送出する放送システムであって、いずれかのチャンネルに対応する部分受信用のデジタル放送信号を生成する生成手段と、生成手段により生成されたデジタル放送信号を、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の伝送線路を介して送出する送出手段と、を備える放送システムが記載されている。
【００２１】
請求項４〜６に記載の放送システムによれば、本願発明の伝送線路を長く張り巡らすことにより、無線局免許を取得することなくワンセグ放送を行うことが可能な空間を広げることができる。また、ワンセグ放送が可能な空間は輻射体から略１ｍ以内の小空間であるが、本願発明の伝送線路を輻射体として用いた場合には、始端からの距離に関らず受信可能なサービス空間を均一にすることができる。このため、輻射体から略１ｍ以内の小空間を余すところ無く利用してワンセグ放送を行うことができる。
【００２２】
つまり、無線局免許を取得することなくワンセグ放送を行う場合のように、限られた空間における受信のみが許可されている無線サービスを行う場合に輻射体として本願発明の伝送線路を用いると、この限られた空間を余すところ無く利用して、微弱電波を利用することを前提とした無線サービスを行うことが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】漏洩同軸ケーブル等から輻射される電波の電界強度についての説明図である。
【図２】平行２線式伝送線路から輻射される電波の電界強度についての説明図である。
【図３】各種グラフである。
【図４】ｈｘ・Ｉｘ等の距離特性を表すグラフや、ワンセグ放送システムについてのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。尚、本発明の実施形態は、下記の実施形態に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
【００２５】
［伝送線路について］
（１）概要について
まず、本実施形態における伝送線路について説明する。一般的な漏洩同軸ケーブル等を用いて電波を輻射する場合、図１（ａ）に記載されているように、電源から遠ざかるにつれ、輻射や線路損失により伝送電力が低下し、輻射される電波の電界強度が徐々に低下してしまう。このため、漏洩同軸ケーブル等から輻射される電波を受信可能な空間が徐々に狭くなってしまう。これに対し、本実施形態の伝送線路は、太さが２ａである２本の電線を同一平面上に並んで配置することにより構成されており、これらの電線は、ある地点における電線同士の間隔ｈと、該地点を流れる電流Ｉとの積ｈ・Ｉが一定或いは略一定となるよう、始端から終端にかけて間隔が徐々に広くなるように配置されている（図１（ｂ）参照）。そして、これにより、２本の電線が並ぶ平面に沿って伝送線路の両側に輻射される電波の電界強度が、始端からの距離に関らず一定或いは略一定となり、この伝送線路から輻射される電波の受信可能なサービス空間を均一にすることが可能となっている。尚、本実施形態における伝送線路を、定輻射型伝送線路と称する。
【００２６】
（２）電界強度を一定にすることができる理由について
次に、電線の間隔ｈと電流Ｉとの積ｈ・Ｉを一定或いは略一定とすることにより、伝送線路から輻射される電波の電界強度が一定或いは略一定となることについて説明する。図２（ａ）の説明図に記載されているように、電線１上の微小区間２から輻射される電波の、点Ａにおける電界強度Ｅｘ＿θは、Maxwellの電磁方程式を解くことにより、式（４）により表される。
【００２７】
【数４】
【００２８】
尚、微小区間１の間隔をｄｘ、点Ａと微小区間２を結ぶ線と電線１との角度をθ、点Ａと微小区間２との距離をｒ、微小区間２を流れる電流をＩ、電線１を伝達する信号の波長をλ、空間の固有インピーダンスをη、電線１の位相定数をβとしている。
【００２９】
また、図２（ｂ）の説明図には、平行２線式の伝送線路１０から輻射される電波の指向性を示す説明図が記載されている。図２（ｂ）の５ａ，５ｂは、平行２線式の伝送線路１０の微小区間３から輻射される電波の指向性を示している。この微小区間３から輻射される電波の、点Ｂにおける電界強度は、式（４）に基づき式（５）として表される。
【００３０】
【数５】
【００３１】
ここで、φは、以下の式で与えられる。
【００３２】
【数６】
【００３３】
このため、
【００３４】
【数７】
【００３５】
となる。
尚、微小区間３の間隔をｄｘ、点Ｂと微小区間３とを結ぶ線と伝送線路１０との角度をθ、点Ｂと微小区間３との距離をｒ、点Ｂと微小区間３とを結ぶ線と、伝送線路１０を構成する２本の電線１ａ，１ｂを含む平面との角度をψ、微小区間３を流れる電流をＩ、微小区間３における２本の電線１ａ，１ｂの間隔をｈ、伝送線路１０を伝達する信号の波長をλ、空間の固有インピーダンスをη、伝送線路１０の位相定数をβとしている。また、ηの値は、自由空間における固有インピーダンスで１２０πとなる。
【００３６】
また、式（６）によれば、電界強度Ｅ２ｐ＿θは、ψ＝０，θ＝π／２となる地点で最大となり、そのときの電界強度｜Ｅ２ｐ＿π／２｜は、次式により表される。
【００３７】
【数８】
【００３８】
ここで、始端からの距離がｘであるＸ地点を流れる電流をＩｘ、該地点における２本の電線の間隔をｈｘとし、該地点における電界強度｜Ｅ２ｐ＿π／２｜をＥ０として求めると、次式が得られる
【００３９】
【数９】
【００４０】
ここで、βｈｘ／２≪１であるので、次式のごとく近似される。
【００４１】
【数１０】
【００４２】
式（８）より、平行２線式の伝送線路におけるＸ地点において、伝送線路からの距離がｒである地点の電界強度Ｅ０は、積ｈｘ・Ｉｘにおよそ比例した値となることがわかる。このことから、本実施形態における定輻射型伝送線路のように始端から終端にかけて２本の電線の間隔が徐々に広くなるように配置された伝送線路に関しても、これと同様に、始端からの距離がｘであるＸ地点における電界強度Ｅ０は、積ｈｘ・Ｉｘにおよそ比例した値となると考えられる。尚、前述の説明は、往復線路の微小区間３からの輻射によって生じる同一平面内の点Ｃにおける電界強度が積ｈｘ・Ｉｘに略比例することを述べたものである。点Ｃにおける電界強度は、微小区間３からの輻射を線路の全区間にわたって積分したものとなるが、積ｈｘ・Ｉｘに略比例するという関係は変わらない。
【００４３】
ここで、平行２線式の伝送線路を信号が伝達する場合には電波の輻射を伴うが、始端から遠ざかるにつれ線路損失等により伝送電力が減衰し、輻射される電波の電界強度が徐々に弱くなる。また、式（８）より、平行２線式の伝送線路上のある地点から輻射される電波の電界強度Ｅは、２本の電線の間隔ｈｘが大きくなるに従い強くなる。このため、平行２線式の伝送線路から輻射される電波の電界強度を始点からの距離に関係なく一定或いは略一定とするためには、線路損失等による伝送電力の損失に見合う分、始端から遠ざかるにつれ電線の間隔ｈｘを徐々に大きくすれば良いと考えられる（図１（ｂ）参照）。
【００４４】
尚、平行２線式の伝送線路の電線の間隔ｈを大きくすることにより、特性インピーダンスＺ０が増加し、これにより該伝送線路を流れる信号の電流Ｉが低下してしまうため、輻射される電波の電界強度Ｅが低下してしまう。しかしながら、特性インピーダンスＺ０の増加による電界強度Ｅの低下分を補って電線の間隔ｈを大きくすることにより、電界強度Ｅを一定にすることが可能である。
【００４５】
また、平行２線式の伝送線路の電線の間隔ｈを徐々に広げることにより、該伝送線路上の各地点における特性インピーダンスが変化し、これにより、該伝送線路を信号が伝達する際に反射が生じてしまうと考えられる。しかしながら、該伝送線路の単位長さ辺りのインダクタンスＬとキャパシタンスＣと信号の周波数に基づき決まる一定の範囲内であれば、反射による影響を無視することができる。
【００４６】
したがって、本実施形態の定輻射型伝送線路のように、伝送線路上のある地点における電線の間隔ｈと、該地点を流れる電流Ｉとの積ｈ・Ｉを一定或いは略一定となるよう、始端から終端にかけて、その間隔が徐々に広くなるように２本の電線を配置することにより、始端からの距離に関らず当該伝送線路から輻射される電波の電界強度を一定或いは略一定とすることができるのである。
【００４７】
（３）間隔ｈｘの算出について
次に、本実施形態の定輻射型伝送線路における電線の間隔の具体的な算出方法について説明する。定輻射型伝送線路では、線路損失による伝送電力の減衰が支配的となる。したがって、減数定数をα、始端における伝送電力をＰ０とすると、始点からの距離がｘであるＸ地点における伝送電力Ｐｘは、以下のように表される。
【００４８】
【数１１】
【００４９】
また、電力Ｐと電流Ｉと特性インピーダンスＺは、Ｐ＝（Ｉ＾２）・Ｚという関係を有しているので、Ｘ地点における特性インピーダンスをＺｘとすると、該地点における電流Ｉｘは、次のようになる。
【００５０】
【数１２】
【００５１】
一方、平行２線式の伝送線路の特性インピーダンスは電線の太さである２ａと２本の電線の間隔とにより決まる。これに基づき、始端からの距離に応じて間隔が広がる本実施形態の定輻射型伝送線路のＸ地点における特性インピーダンスＺｘは、以下のように表される。
【００５２】
【数１３】
【００５３】
次に、Ｘ地点における電線の間隔ｈｘをどのように設定するかは、電流Ｉｘと間隔ｈｘが一定であるという式（１２）の元、以下の手順により求めることができる。
【００５４】
【数１４】
【００５５】
尚、Ｉ０、ｈ０は始端（ｘ＝０）におけるＩｘ、ｈｘの値である。
ここで、式（１０），式（１２）より、
【００５６】
【数１５】
【００５７】
となる。そして、式（１３）に式（９）、（１１）を代入し、
【００５８】
【数１６】
【００５９】
を得る。さらに、式（１４）の両辺を２乗して整理すると、
【００６０】
【数１７】
【００６１】
が得られる。
尚、ｋの値を、
【００６２】
【数１８】
【００６３】
としている。さらに、式（１０）、式（１１）より、式（１６）に基づき
【００６４】
【数１９】
【００６５】
が得られる。
式（１５）に式（１７）を代入すると、Ｘ地点における始端からの距離ｘと電線の間隔ｈｘを関係付ける式として、以下の式が得られる。
【００６６】
【数２０】
【００６７】
図３（ａ）には、定輻射型伝送線路の減衰定数αを０．０１２或いは０．０２３とし、ａ＝３（ｍｍ）とした場合の、式（１８）に基づくｘとｈｘとの関係を示すグラフが記載されている。
【００６８】
式（１８）に従い始端から終端にかけてのｈｘを設定することにより、電線の間隔ｈｘと電流Ｉｘとの積ｈｘ・Ｉｘを一定にしつつ、始端から終端にかけて電線の間隔が徐々に広くなるように配置することができる。そして、このように配置することにより、始端から終端にかけて、伝送線路から輻射される電波の電界強度が一定となる。
【００６９】
（４）輻射される電波の電界強度を略一定とする場合について
（３）では、始端から終端にかけて伝送線路から輻射される電波の電界強度を一定とする方法について説明したが、ここでは、より簡略的に、伝送線路から輻射される電波の電界強度を略一定とする方法について説明する。
【００７０】
（４−１）計算の概要について
式（１０）より、定輻射型伝送線路の始端を流れる電流Ｉ０は、始端における特性インピーダンスをＺ０とすると、次のように表すことができる。
【００７１】
【数２１】
【００７２】
また、式（１１）より、Ｚ０は次のように表すことができる。
【００７３】
【数２２】
【００７４】
そして、Ｘ地点における電流Ｉｘは、式（９）〜（１１）に基づき、以下のように算出される。
【００７５】
【数２３】
【００７６】
ここで、積ｈｘ・Ｉｘを一定とするためには、ｈｘは、Ｉｘの減衰特性に対してちょうど逆となるような増大特性を有していれば良い。すなわち、ｈｘが次式に従い増大すれば、積ｈｘ・Ｉｘを常に一定とすることができる。
【００７７】
【数２４】
【００７８】
ただし、式（２２）では、両辺にｈｘが含まれているため、初等数学で解くことはできない。しかしながら、式（２２）の右辺におけるルートの項は、緩やかな増大曲線を描くため、仮にこのルートの項をｅ＾（δαｘ）なる増大曲線で近似できるならば、ｈｘを次のように表すことができる。
【００７９】
【数２５】
【００８０】
尚、ｍ＝δ＋１である。
このようにｈｘを表すと、定輻射型伝送線路を設計するうえで、非常に好都合となる。もちろん、式（２２）におけるルートの項とｅ＾（δαｘ）とは異質の曲線であるが、ｘがある一定の範囲であれば、ルートの項をｅ＾（δαｘ）に近似できるということは、容易に推察することができる。
【００８１】
そこで、以下では、式（２３）が成り立つと仮定して、これを満足するｘとδとの関係、すなわち、ｈｘ・Ｉｘ＝ｈ０・Ｉ０より、式（２１）に基づくＩｘと、式（２３）に基づくｈｘとの積がｈ０・Ｉ０となるｘとδとの関係を導く。
【００８２】
（４−２）計算方法について
まず、積ｈｘ・Ｉｘが略一定であるとは、始端からの距離がｘ１であるＸ１地点においてｈｘ１・Ｉｘ１＝ｈ０・Ｉ０＝Ａとなり、始端からの距離が０より大きくｘ１未満である地点では、ｈｘ・Ｉｘ≒Ａとなる条件であると定義する。
【００８３】
そして、ここでは、定輻射型伝送線路の全長が概ねｘ１で与えられた場合において、積ｈｘ１・Ｉｘ１を略一定とするδを、ｘ１の関数として求める（つまり、δ＝ｆ（ｘ１）という形で求める）。
【００８４】
さて、式（２１），（２３）と、ｈｘ１・Ｉｘ１＝ｈ０・Ｉ０とに基づき、次式が得られる。
【００８５】
【数２６】
【００８６】
このため、式（２４）におけるルートの項と、ｅ＾（ｍ−１）αｘ１との積が１となるｘ１とｍとの関係を求めればよい。
【００８７】
【数２７】
【００８８】
そして、両辺を２乗し、次式を得る。
【００８９】
【数２８】
【００９０】
ここで、ｈｘ／２ａ≫１であるため、逆双曲線関数をテイラー展開することにより、次の近似式を得ることができる（尚、ｈｘ／２ａは１よりも十分大きいため、非常に精度良く近似を行うことができる）。
【００９１】
【数２９】
【００９２】
したがって、式（２５）から次式が得られる。
【００９３】
【数３０】
【００９４】
式（２６）を解き、δ＝ｆ（ｘ１）を得ればよい。ここで、さらに、式（２６）のｅ＾（２δαｘ１）をテイラー展開すると、以下の式が得られる。
【００９５】
【数３１】
【００９６】
ただし、ｓ＝ｌｎ（ｈ０／ａ）とおいた。
式（２７）の右辺におけるｘの４次以上の項は非常に小さい値となるので、次式のように、三次の項までにより近似をすることができる。
【００９７】
【数３２】
【００９８】
式（２８）を整理すると、以下のように、δの三次方程式を得ることができる。
【００９９】
【数３３】
【０１００】
そして、式（２９）より、さらに次式を得る。
【０１０１】
【数３４】
【０１０２】
ここに、ｋ１＝（３／２）αｘ１、ｋ２＝（３（２ｓ−１））／（４ｓ（αｘ１）＾２）、ｋ３＝−３／（４ｓ（αｘ１）＾２）とおいた。
そして、式（３０）を解くことにより三つの根が得られるが、これらの根のうち、実根をδの値とすれば良い。δの値は、以下のようになる。
【０１０３】
【数３５】
【０１０４】
ただし、Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔの値を以下のようにおいた。
【０１０５】
【数３６】
【０１０６】
（４−３）δとｘ１との関係について
式（３１）に基づき算出されたｘ１とδとの関係を、図３（ｂ）のグラフに示す。尚、δ１〜δ３は、それぞれ、ａ＝１ｍｍ，ａ＝２ｍｍ，ａ＝３ｍｍとした場合のδである。また、ｈ０＝２０ｍｍ，α＝０．０１（単位はＮｐ。尚、０．０１Ｎｐは０．９ｄＢ／１０ｍに相当する。）となっている。
【０１０７】
また、図４（ａ）には、一例として、ａ＝３ｍｍ，ｘ１＝１７０ｍ，α＝０．０１Ｎｐとして式（３１）よりδ＝０．２２を算出し、δ＝０．２２として式（２３）によりｈｘを設定し、積ｈｘ・Ｉｘを算出した結果を示すグラフが記載されている。尚、ここでは、ｈ０＝２０ｍｍ，Ｉ０＝７０ｍＡとしている。
【０１０８】
（５）減衰定数αについて
以上、定輻射型伝送線路における２本の電線の間隔ｈの算出方法について説明したが、これまでの説明は、定輻射型伝送線路の減衰定数αが一定であることを前提としている。しかし、厳密に言えば、電線の間隔ｈを始端からの距離と共に広げていくと、伝送線路上の任意の点における減衰定数αは、始端からの距離と共に変化する。ここでは、線路の間隔ｈを広げても減衰定数αの変化は微々たるものであり、減衰定数αが一定であることを前提としても問題は無いということについて説明する。
【０１０９】
定輻射型伝送線路の伝送定数γは、次のように表される。
【０１１０】
【数３７】
【０１１１】
そして、式（３２）より、次式が導かれる。
【０１１２】
【数３８】
【０１１３】
また、式（３３），（３４）より、α，βの値は、次のようになる。
【０１１４】
【数３９】
【０１１５】
尚、Ｒは、定輻射型伝送線路の単位長さ当たりの抵抗値であり、Ｇは、定輻射型伝送線路の単位長さ当たりにおける一方の電線から他方の電線への漏れコンダクタンスであり、Ｌは、定輻射型伝送線路の単位長さ当たりのインダクタンスであり、Ｃは、定輻射型伝送線路の単位長さ当たりの静電容量である。ここに、ＬとＣは次のように表される。
【０１１６】
【数４０】
【０１１７】
これより、電線の間隔ｈの増加に伴い、同様の距離特性によりＬは漸増すると共にＣは漸減することがわかる。このため、式（３５）に基づき、電線の間隔ｈが増加することによりＬやＣが変化しても、αの値に殆ど影響を与えないことがわかる。
【０１１８】
また、定輻射型伝送線路の任意の点における特性インピーダンスＺは、式（３７），（３８）に基づき、次のように表される。
【０１１９】
【数４１】
【０１２０】
また、一般的にはＲ≪ωＬ、Ｇ≪ωＣであるので、式（３５），（３７）〜（３９）に基づき、αとβは次のように近似される。
【０１２１】
【数４２】
【０１２２】
ここで、Ｒは電線の間隔ｈの大きさによらず一定となり、Ｇは、ｈの増加と共にわずかに漸減する。また、式（３９）より、Ｚは、ｈの増加によりわずかに漸増することがわかる。このため、式（４０）に基づき、電線の間隔ｈが増加しても、定輻射型伝送線路の減衰定数αはほとんど変わらないことがわかる。
【０１２３】
このため、減衰定数αが一定という前提の下で電線の間隔ｈの距離特性を設定したとしても、何ら問題はない。
また、一般に、アンテナ、漏洩ケーブル等、輻射体のごく近傍の電界強度を云々する場合は、以上に説明した距離に反比例する放射電磁界だけでなく、距離の３乗に反比例する静電界と、距離の２乗に反比例する誘導電磁界についても考慮する必要がある。
【０１２４】
しかし、例えば、ＵＨＦの電波を利用する地上デジタルテレビジョン放送の場合、電波法に規制されているところの輻射体から３ｍの距離における放射電磁界は、静電界および誘導電磁界に比べて十分大きいため、実効的には本説明のとおり放射電界のみで十分である。
【０１２５】
なぜなら、前記の３者は、距離λ／２πの地点で同一の強度となり、それより以遠では、距離に反比例して減衰する放射電界が支配的になるからである。
ちなみに、地上デジタルテレビジョン放送で最も波長の長い１３ｃｈ（４７３ＭＨｚ）の場合、λは約６３ｃｍであるから、３者の強度が等しくなるλ／２πの距離がおよそ１０ｃｍになり、それより十分遠い３ｍの距離においては、放射電界が十分支配的となる。
【０１２６】
［本実施形態の伝送線路を利用したシステムについて］
続いて、一例として、定輻射型伝送線路を、無線局免許を取得することなく特定の空間を対象として行う地上デジタルテレビ放送におけるワンセグ放送に用いる場合について説明する。
【０１２７】
無線局免許を取得することなく地上デジタルテレビ放送におけるワンセグ放送を行う場合、電波法第４条の規制により、輻射体から３ｍ離れた地点における電界強度を３１ｄＢμＶ／ｍ以下とする必要がある。また、ワンセグ放送を行うためには、受信機に約４０ｄＢμＶ／ｍ以上の電界強度でワンセグ放送信号を受信させる必要がある。ここで、輻射体から３ｍ離れた地点の電界強度が３１ｄＢμＶ／ｍとなるよう電波を輻射した場合、輻射体から１ｍ離れた地点では、電界強度は約４０ｄＢμＶ／ｍとなる。したがって、定輻射型伝送線路を用いて無線局免許を取得することなくワンセグ放送を行う場合、特定の空間に該伝送線路に長く張り巡らし、該伝送線路から約１ｍ以内の空間を対象としてワンセグ放送を行うことができる。そして、このようなワンセグ放送は、以下のような構成により実現することができる。
【０１２８】
［構成について］
次に、上述したワンセグ放送を行うためのシステムの構成について、図４（ｂ）に記載のブロック図を用いて説明する。
【０１２９】
このワンセグ放送システム２０は、ワンセグ放送される番組の映像データや音声データを編集し、ＭＰＥＧ２ＳｙｓｔｅｍｓにおけるＴＳ信号を生成する番組制作装置２００と、地上デジタル放送を受信する受信アンテナ２１０と、番組制作装置２００により生成されたＴＳ信号に対しＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調を行い、所定のチャンネルに対応するワンセグ放送信号を生成するＯＦＤＭ変調器２２０と、受信アンテナ２１０が受信した地上デジタル放送信号からワンセグ放送信号を抽出して定輻射型伝送線路１００を介して送信すると共に、ＯＦＤＭ変調器２２０により生成されたワンセグ放送信号を、定輻射型伝送線路１００を介して送信する放送装置２３０とを有している。
【０１３０】
尚、放送装置２３０は、受信した地上デジタル放送信号から抽出したワンセグ放送信号を、例えば、当該ワンセグ放送システム２０が設置された地域で使用されていないチャンネルに対応するよう周波数を変換して送信しても良い。また、このような変換を行うことなく、受信した地上デジタル放送信号に対応するチャンネルのワンセグ放送信号として送信しても良い。
【０１３１】
また、定輻射型伝送線路１００には終端抵抗２４０が設けられており、定輻射型伝送線路１００と終端抵抗２４０との間には、インピーダンス整合がなされている。
［効果］
本実施形態のワンセグ放送システム２０のように、輻射体として定輻射型伝送線路１００を用いることにより、定輻射型伝送線路１００を長く張り巡らすことが可能となり、無線局免許を取得することなく、微弱電波の利用を前提としたワンセグ放送を行うことが可能な空間を広げることができる。また、ワンセグ放送が可能な空間は輻射体から１ｍ以内の小空間であるが、定輻射型伝送線路１００を輻射体として用いることにより、始端からの距離に関らず電波の受信可能な空間を均一にすることができる。このため、輻射体から１ｍ以内の小空間を余すところ無く利用して、微弱電波の利用を前提としたワンセグ放送を行うことができる。
【０１３２】
［他の実施形態］
本実施形態では、定輻射型伝送線路１００を輻射体として用いてワンセグ放送を行う場合について説明したが、言うまでも無く、定輻射型伝送線路１００の用途はワンセグ放送に限定されるものではない。
【０１３３】
［特許請求の範囲との対応］
上記実施形態の説明で用いた用語と、特許請求の範囲の記載に用いた用語との対応を示す。
【０１３４】
本実施形態の定輻射型伝送線路が、請求項１に記載の伝送線路に相当する。
また、ワンセグ放送システム２０の受信アンテナ２１０が受信手段に、番組制作装置２００及びＯＦＤＭ変調器２２０が生成手段に、放送装置２３０が送出手段に相当する。
【符号の説明】
【０１３５】
１…電線、２…微小区間、３…微小区間、１０…伝送線路、２０…ワンセグ放送システム、１００…定輻射型伝送線路、２００…番組制作装置、２１０…受信アンテナ、２２０…ＯＦＤＭ変調器、２３０…放送装置、２４０…終端抵抗。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
始端から終端に向かって同一平面上に並んで配置された２本の電線により構成された伝送線路であって、
始端からの距離がｘであるＸ地点における前記２本の電線の間隔ｈｘと、該Ｘ地点において当該伝送線路を流れる信号の電流Ｉｘとの積ｈｘ・Ｉｘが一定或いは略一定となるよう、始端から終端にかけて前記間隔ｈｘが徐々に広くなるように前記２本の電線が配置されていること、
を特徴とする前記伝送線路。
【請求項２】
請求項１に記載の伝送線路であって、
式（１）に従い前記Ｘ地点における前記間隔ｈｘが設定されていること、
を特徴とする前記伝送線路。
【数１】
但し、ｋは式（２）により設定される。
【数２】
尚、ａは前記電線の半径、αは前記伝送線路の減衰定数、ｈ０は始端における前記間隔ｈｘである。
【請求項３】
請求項１に記載の伝送線路であって、
当該伝送線路の始端における前記積ｈｘ・Ｉｘと、始端以外のいずれかの地点における前記積ｈｘ・Ｉｘが等しくなるように式（３）のｍを設定し、設定したｍの値を代入した式（３）に従い前記Ｘ地点における前記間隔ｈｘが設定されていること、
を特徴とする前記伝送線路。
【数３】
尚、ａは前記電線の半径、αは前記伝送線路の減衰定数、ｈ０は始端における前記間隔ｈｘである。
【請求項４】
１チャンネルの伝送帯域が複数のセグメントから構成されているデジタル放送信号を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した前記デジタル放送信号から、いずれかのチャンネルにおける部分受信用のセグメントに対応する信号を抽出し、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の伝送線路を介して送出する送出手段と、
を備えることを特徴とする放送システム。
【請求項５】
請求項４に記載の放送システムにおいて、
前記送出手段は、抽出した信号を、該信号に係るチャンネル以外の他のチャンネルにおける部分受信用のセグメントに対応する信号に変換し、変換後の信号を、前記伝送線路を介して送出すること、
を特徴とする放送システム。
【請求項６】
１チャンネルの伝送帯域が複数のセグメントから構成されているデジタル放送信号を送出する放送システムであって、
いずれかのチャンネルに対応する部分受信用の前記デジタル放送信号を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された前記デジタル放送信号を、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の伝送線路を介して送出する送出手段と、
を備えることを特徴とする放送システム。
【請求項１】
始端から終端に向かって同一平面上に並んで配置された２本の電線により構成された伝送線路であって、
始端からの距離がｘであるＸ地点における前記２本の電線の間隔ｈｘと、該Ｘ地点において当該伝送線路を流れる信号の電流Ｉｘとの積ｈｘ・Ｉｘが一定或いは略一定となるよう、始端から終端にかけて前記間隔ｈｘが徐々に広くなるように前記２本の電線が配置されていること、
を特徴とする前記伝送線路。
【請求項２】
請求項１に記載の伝送線路であって、
式（１）に従い前記Ｘ地点における前記間隔ｈｘが設定されていること、
を特徴とする前記伝送線路。
【数１】
但し、ｋは式（２）により設定される。
【数２】
尚、ａは前記電線の半径、αは前記伝送線路の減衰定数、ｈ０は始端における前記間隔ｈｘである。
【請求項３】
請求項１に記載の伝送線路であって、
当該伝送線路の始端における前記積ｈｘ・Ｉｘと、始端以外のいずれかの地点における前記積ｈｘ・Ｉｘが等しくなるように式（３）のｍを設定し、設定したｍの値を代入した式（３）に従い前記Ｘ地点における前記間隔ｈｘが設定されていること、
を特徴とする前記伝送線路。
【数３】
尚、ａは前記電線の半径、αは前記伝送線路の減衰定数、ｈ０は始端における前記間隔ｈｘである。
【請求項４】
１チャンネルの伝送帯域が複数のセグメントから構成されているデジタル放送信号を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した前記デジタル放送信号から、いずれかのチャンネルにおける部分受信用のセグメントに対応する信号を抽出し、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の伝送線路を介して送出する送出手段と、
を備えることを特徴とする放送システム。
【請求項５】
請求項４に記載の放送システムにおいて、
前記送出手段は、抽出した信号を、該信号に係るチャンネル以外の他のチャンネルにおける部分受信用のセグメントに対応する信号に変換し、変換後の信号を、前記伝送線路を介して送出すること、
を特徴とする放送システム。
【請求項６】
１チャンネルの伝送帯域が複数のセグメントから構成されているデジタル放送信号を送出する放送システムであって、
いずれかのチャンネルに対応する部分受信用の前記デジタル放送信号を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された前記デジタル放送信号を、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の伝送線路を介して送出する送出手段と、
を備えることを特徴とする放送システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１４６８０１（Ｐ２０１１−１４６８０１Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４２２０（Ｐ２０１０−４２２０）
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（５９１１６４６１３）株式会社エヌエイチケイアイテック (39)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（５９１１６４６１３）株式会社エヌエイチケイアイテック (39)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]