指向性アンテナの種類と用途

無線LANアンテナを理解する　PART2

オムニアンテナ、指向性アンテナ、八木アンテナ、パラボラアンテナの特徴を視覚的に紹介し、無線LANにどのようなメリットを提供するかを解説する。

公開 2008年02月26日 04時00分

更新 2012年09月06日 13時12分

著者

Lisa Phifer

[TechTarget]

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　アンテナをアップグレードすることによって、パフォーマンス、通信距離、セキュリティを改善することができる。「無線LANアンテナを理解する　PART1」でも説明したように、802.11製品に装備されたダイポールアンテナは、アンテナの軸を中心にすべての方向に信号を放射する。単体で販売されているアンテナは、送信電波を狭い範囲に集中させ、不要な方向への信号を減少させることによって必要な方向への出力を増大させる。

各種のアンテナ

　オムニ（無指向性）アンテナはダイポールアンテナと同様、水平方向に360度にわたって信号を放射する。オムニアンテナは信号を平たん化することによってゲインを増大させ、形成される垂直ビームの幅は80度（低ゲイン）～7度（高ゲイン）となる（図1）。ゲインが高ければ信号の到達距離が長くなる。例えば、Ciscoの「5.2dBi Ceiling Omni」アンテナの垂直ビーム幅は40度で、屋内通信距離は最大397フィート（約120m）だ。

図1 オムニアンテナ

　指向性アンテナは、水平面と垂直面の両方で信号を絞り込む。パッチアンテナは平面型の指向性アンテナで、壁面や天井面に設置される。このタイプのアンテナは半球状のカバレッジを形成し、設置ポイントから30～180度の幅で信号を放射する（図2）。信号が小さな範囲に集中することで長い通信距離が得られる。例えば、Ciscoの「9.5 dBi Patch」アンテナは水平50度／垂直43度のビーム幅で、屋内通信距離は最大1030フィート（約310メートル）となっている。HyperGainの「14 dBi Patch」アンテナのビーム幅は、水平30度／垂直30度とさらに狭い。

図2 パッチアンテナ

　八木アンテナはゲインが高い指向性アンテナだ。八木アンテナのシリンダー内には垂直の細いロッドを支えるブームが入っている。信号は膨らんだ風船ガムのような形で放射される（図3）。信号の一部はブームの後ろ側にも放射される（バックローブ）。八木アンテナは、ビーム幅をさらに狭くする（水平20～80度、垂直14～64度）ことにより、高いゲインを生み出す。具体的な製品としては、HyperGainの「14.5 dBi Yagi」（水平30度／垂直30度）やCiscoの「13.5 dBi Yagi」（水平30度／垂直25度、屋外通信距離：最大約30km）などがある。

図3 八木アンテナ

　パラボラディッシュアンテナやグリッドパラボラアンテナは、お碗形あるいはくぼんだパネルのような形状をしており、非常に幅の狭いビーム（水平垂直方向ともに4～25度）を放射する。ちょうどロケットの噴射口から排気が噴出するような感じである（図4）。このタイプの製品としては、HyperGainの「24 dBi Grid」（水平／垂直8度）やCiscoの「21dBi Dish」（水平／垂直12.4度、屋外通信距離：最大約40km）などがある。

図4 パラボラアンテナ

各アンテナの用途

　各種アンテナの特徴を述べてきたが、ではこれらのアンテナはどのような場所で使えばいいのだろうか。

　標準で装備されているダイポールアンテナは、従業員が密集しているオフィスフロアに向いている。例えば、小間で区切られたフロアでAP（アクセスポイント）の周囲にステーションを配置するような場合だ。しかしダイポールアンテナでは、外壁や部屋の隅の近くにAPが置かれている場合や1フロアだけカバーすればいいような場合には、信号の無駄（リーク信号）が生じる。

　単体で販売されているオムニアンテナは、天井が高い事業所や店舗に適している。巨大なオープンエリアの天井の中央からアンテナを吊り下げられる工場や大型店舗などだ。しかし、アンテナを中央に配置できない細長い職場には向いていない。

　パッチアンテナは、APを中央に配置できない1フロアの小規模なオフィスや店舗などの屋内施設に向いている。例えば、店舗の奥の壁にパッチアンテナを目立たないように取り付けるといった具合だ。バックローブは多少の漏れ信号を発生するが、その量は同じ条件下では無指向性アンテナよりもはるかに少ない。

　八木アンテナは、廊下、通路、トンネル、細長い建物での使用や、屋外のブリッジ間をポイント・ツー・ポイントでつなぐ中距離接続（例えば、オフィスパークやキャンパス内で2棟の建物を接続する場合など）に適している。バックローブに注意する必要はあるが、八木アンテナの細い信号ビームは、照準方向周辺の不要な拡散が少ない。

　パラボラアンテナは、屋外での長距離のポイント・ツー・ポイント接続（例えば、何マイルも離れたブリッジを接続する場合など）に適している。パラボラアンテナは、信号を特定の方向に向けるためには正確に取り付ける必要があるが、信号を遠距離に到達させるのに必要な高いゲインが得られる。

　802.11a/b/g対応のアクセスポイントは通常、2本のダイバーシティアンテナを装備している。これらのAPでは、エラーの受信が少ないアンテナはどれかを監視し、次はそのアンテナから送信を行う仕組みになっている。802.11n規格のドラフトに準拠した最新の製品では、4本（あるいはそれ以上）のアンテナを備えているものが多い。しかし、これらのAPでは1本のベストな状態のアンテナを選ぶのではなく、すべてのアンテナから同時にデータストリームを送信する。受信機はこれらのストリームを再合成する。こうすることによって無線LANの総合帯域幅を増大させるのだ。

　本連載のPART3では、802.11nのMIMO（Multi Input Multi Output）アンテナの動作の仕組みを詳しく解説する。

結論

　以上の説明で、単体で販売されている各種のアンテナの特徴を視覚的に把握し、各アンテナが無線LANにどのようなメリットを提供するかを理解していただけたことと思う。それぞれのカテゴリーの中でも、ビーム幅と信号ゲインが異なる広範な種類の製品が出回っているので、職場に最適なアンテナをじっくり探すといいだろう。適切なアンテナを使えば、セキュリティのためにパフォーマンスを犠牲にしなくても済む──信号の送信方向を絞り込むことにより、セキュリティとパフォーマンスの両方を改善することができるのだ。

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