アンテナは、ワイヤレス通信システムの重要なコンポーネントです。ワイヤレスリンクの性能を最適化するには、適切なアンテナ、最適なアンテナの場所、またはアンテナサイトを選択することが不可欠です。
このセクションでは、400 ～ 7125 MHz の周波数範囲の屋内および屋外用陸上無線システムの RF 性能を最適化するための一般的なヒントについて説明します。陸上無線システムの例には、4G LTE、5G NR、Wi-Fi、LoRa、LR-WPAN
などがあります。このコンテキストでは、GPS SPS は、信号が別の地上サイトからではなく宇宙から受信されるため、陸上システムとは見なされません。
無線信号はアンテナから空中を通して送受信されるため、リンクの全体的な RF 性能は、RF 障害物や一般的な RF 干渉源の影響を受けやすく、システムのスループットが低下したり、飛距離が短くなる可能性があります。
性能を最適化するには、次のガイドラインに従ってください。疑問がある場合は、有資格の RF 専門家に相談し、具体的な推奨事項についてソリューション パートナーに確認してください。
アンテナモデルの選択と性能
設置計画にあたって、次の点を考慮してください。
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アンテナを選択するときは、対象の周波数範囲または周波数帯域をカバーしていること、およびこのアンテナの用途で使用されるすべての周波数範囲に対して、アンテナ効率、VSWR、適切な放射パターンなどの RF パラメータが良好であることを確認してください。
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アンテナパターンは重要です。無指向性アンテナは利得が低くなりますが、すべての方位角でデバイスと通信できます。指向性アンテナはビームを特定の方向に集中させるため、二点間通信に最適です。
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4G LTE、5G NR、または Wi-Fi の場合のように、システムに送受信用の複数の RF ポートがある場合、コスト削減のために単一のポートまたは単一のアンテナに依存するのではなく、すべての RF ポートに適切なアンテナを実装して MIMO
を活用することを強くお勧めします。MIMO の利点の詳細については、MIMO セクションを参照してください。
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複数の RF ポートや、LTE、Wi-Fi、GPS などの複数の RF 規格をサポートする RF システムの場合、複数のアンテナを同じレドーム（カバー）の下に統合する多素子アンテナの使用を検討してください。そうすることで、RF ポートごとに個別のシングルポートアンテナを展開して取り付ける場合と比較して、コストを削減できる可能性があります。
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メッシュノードやポイント ツー ポイント バックホール リンクなどの固定インフラストラクチャ デバイス間の通信では、各デバイスで同じ偏波のアンテナを使用する必要があります。ランダムな方向を向いている可能性のあるモバイルデバイスと通信する場合は、垂直と水平の両方、または
+45° および -45° の斜め偏波の素子を持つアンテナなど、二重偏波アンテナを検討してください。
アンテナの環境仕様
選択したアンテナは、配置される環境に適した機械的仕様および環境仕様を備えている必要があります。たとえば、運輸業向けの衝撃および振動仕様、海運業および石油天然ガス産業向けの耐腐食性構造、または屋外展開向けの IP 保護等級（防水防塵）などです。屋内用アンテナは、通常、過酷な産業環境には適していません。アプリケーションの環境要件については、システムインテグレータにお問い合わせください。
アンテナの付属品と取り付け
設置計画にあたって、次の点を考慮してください。
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アンテナ以外に、RF ケーブル、避雷器、RF アダプタなど、どのような種類の RF アクセサリが設置時に必要になるかを慎重に検討してください。RF 信号がケーブルで損失するため、長い RF ケーブルを引き回すことは最小限に抑えることが最善です。細い
RF ケーブルは RF 損失が大きく、太いケーブルは柔軟性が低く高価です。
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アンテナの選択に影響する可能性があるため、アンテナを物理的にどのように取り付けるかを慎重に検討してください。たとえば、スタッドマウントの機械的取り付け設計のアンテナは、マストマウントアンテナよりも、電気キャビネットの上部への取り付けに適しています。
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屋外に設置する場合は、アンテナの取り付け手順に従ってください。インターフェイスが嵌合するまで、無線の RF ポート、およびアンテナまたはアクセサリの RF ポートに保護カバーを付けたままにしておくことをお勧めします。これにより、コネクタ内部の汚染、水の閉じ込め、結露、または
RF インターフェイスへの偶発的な損傷の可能性が減少します。
MIMO の性能とアレイ
MIMO システムは、単一アンテナシステムと比較して、より高い SNR、より高い信頼性、より高いスループットという利点を提供します。より専門的に言えば、MIMO は単一アンテナと比較して、アレイ利得、ダイバーシティ利得、および多重化利得を提供します。
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アレイ利得：複数のアンテナからの信号をコヒーレントに結合することによる SNR（信号対雑音比）の改善。たとえば、ビームフォーミング技術による SNR の向上です。
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ダイバーシティ利得：ディープフェージング、つまり強力な破壊的 EM 波干渉を軽減することによる信頼性の向上。たとえば、2 アンテナシステムでは、ある瞬間に 1 つのアンテナが電磁波の破壊的なヌル点に位置していることが原因でディープフェージングが発生している場合、他のアンテナが同じ瞬間にヌル点にある可能性は低く、結合された
SNR は信頼できるレベルに維持されます。これとは対照的に、単一のアンテナでは、良好な SNR と非常に低い SNR の間で SNR が揺れ動き、信頼性が低下します。
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多重化利得：独立したデータを複数の空間ストリームで同時に送信することによる、システム容量またはスループットの向上。ストリームの数は、アンテナの数を超えることはできません。たとえば、3 つの空間ストリームをサポートするには、少なくとも 3 つのアンテナが必要です。4x4:3
または 3 つの空間ストリームを使用する 4x4 MIMO の場合など、ダイバーシティまたは冗長性のためにアンテナが追加されることがよくあります。
MIMO システムに複数の単一素子アンテナをアレイとして配置する場合は、アンテナ間に十分な間隔を確保してください。無指向性素子は、通常、最低動作周波数で少なくとも 1 波長離す必要があります。
次の点に注意してください。
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2.4、5、および/または 6 GHz 帯域で動作する Wi-Fi システムの場合、素子を 12.5 cm（5 インチ）以上離します。
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最低動作周波数が 617 MHz の 4G LTE および 5G システムの場合、素子を 50 cm（20 インチ）以上離します。
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多素子 MIMO アンテナ内の素子の間隔は、多くの場合 1 波長未満であることに注意してください。ただし、多素子アンテナは、MIMO 素子間のパターン、偏波、および分離を通じてアンテナダイバーシティを提供して MIMO の性能を得ることを念頭に、設計されています。
アンテナの敷地と位置
設置計画にあたって、次の点を考慮してください。
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事前にアンテナの位置を計画します。アンテナは、通信しようとしている相手の LOS（見通し線）内に配置することが理想的です。LOS 条件下では、信号は 2 つの通信ノード間を直接伝搬し、壁や他の構造で跳ね返って相手に到達する信号に依存しません。これは実際には実現不可能な場合もありますが、アンテナの位置を最適化する際に覚えておくと便利です。
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RF ケーブルを短くするのは良いことですが、最も望ましいのは、アンテナを最適な場所に配置して、必要なカバレッジを提供することです。
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複雑な都市または産業地形全体で相互に通信する複数のユニットを含む大規模展開の場合は、RF 伝搬のモデリング調査を実行して、シミュレートされたおおよそのカバレッジマップを予測し、ユニットの初期配置を決定することを検討してください。伝播調査を行うことで、インフラストラクチャを物理的に設置する前に
RF カバレッジの問題を発見して軽減できるため、全体的な導入コストの削減に役立つ場合があります。
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ヒーターやエアコン用ダクトなどの金属製障害物、大型の天井トラス、建物の上部構造、主要な電力ケーブル配線の近くにアンテナを配置しないでください。1 つの例外は、アンテナがグランドプレーンに取り付けられるように設計されている場合です。グランドプレーンに取り付ける場合は、アンテナを隣接する障害物から離れた平らな金属面に取り付けます。
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ルータまたはアクセスポイント（AP）がアンテナを直接取り付けられる特別設計でない限り、アンテナをルータまたはアクセスポイント（AP）に直接取り付けることはしないでください。アンテナを直接取り付けるように設計された製品は、特に以下の各問題に対処しています。
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アンテナをルータから離して取り付ける理由は次のとおりです。
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ルータの場所は、アンテナが相手とワイヤレスで通信するのに最適な場所ではない場合があるため、ルータとアンテナを別の場所に配置する必要がある場合があります。
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ルータの周囲ではイーサネットケーブルや電源ケーブルが乱雑に取り回されていることがあり、これが原因となってアンテナ信号が妨げられる場合があります。
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IR1835 などの多くのルータはモジュール式で、WP-WIFI6、P-LTEAP18-GL、P-5GS6-GL などの Wi-Fi、4G LTE、または 5G NR 用のプラグイン RF モジュールがあります。これらのモジュールには RF コネクタが近接して配置されています。4
つまたは 5 つのアンテナを直接接続して取り付けることは技術的には可能ですが、近接したアンテナ間の相互離調により、アンテナの RF 性能が大幅に低下します。モジュラーケースでは、アンテナをシャーシから離して設置することを強くお勧めします。
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アンテナを屋内に設置する場合、建物の建築部材の密度および電磁特性によって、信号が妥当なカバレッジを維持しながら通過できる壁の枚数が決まることを考慮してください。
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紙製およびビニール製の壁は、信号の透過にほぼ影響を与えません。
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中空でないプレキャスト コンクリート製の壁の場合、カバレッジを減少せずに電波が透過できる壁の枚数は、1 ～ 2 枚です。
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コンクリート製およびウッドブロック製の壁の場合、信号が透過できる壁の枚数は、3 ～ 4 枚です。
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乾式壁の場合、信号が透過できる壁の枚数は、5 ～ 6 枚です。
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厚い金属製の壁は信号を反射するため、信号の透過率が低くなります。
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間隔が 2.5 cm ～ 3.8 cm（1 ～ 1.5 インチ）のチェーンリンクフェンスまたは金網は、ハーモニックリフレクタとして機能し、2.4 Ghz 無線信号をブロックします。
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アンテナは、電子レンジや 2 GHz のコードレス電話から離して取り付けます。これらの製品は、アンテナの接続先のデバイスと同じ周波数範囲で動作するため、信号の干渉が発生する可能性があります。
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