CN101047936B - 无电源无线监视系统和用于该系统的子基站 - Google Patents

Abstract

提供这样一种方法：即无需在装置中具有由电池构成的电源，半永久性地，并且确保可以将人类从设置了装置的环境中的不好的影响隔离开的距离，以高可靠性对在人类难以接近的环境中设置的社会基础设施系统内的各装置的运行状态、或者放置装置的环境的状态进行监视或者调查。一种无电源无线监视系统，其在下行线路4中使用存在于同一频带中的电力供给用无调制圆偏波载波和信号传输用调制圆偏波载波，在上行线路5中使用下行线路的电力供给用无调制圆偏波载波和相同频率反转偏波的信号传输用调制圆偏波载波，子基站10具备平衡型的子基站接收天线11和同时进行整流以及混频的非线性线路19。

Description

无电源无线监视系统和用于该系统的子基站

技术领域

本发明涉及一种可以从远方对诸如高处、充满高浓度有害化学物质的区域、放射线处理区域、高电力通过区域、高温区域、高压区域、应该维持高纯度卫生环境的区域等由于安全、健康上的理由不适于人(生物)直接接近的区域的状态进行监视或者调查的无线监视系统，特别是涉及一种在一次设置了可以进行这样的监视或调查的装置(子基站)之后，不需要定期地更换该装置中的一次电池等电力生成单元，可以确保该装置的可靠性的无电源无线监视系统以及用于该系统的子基站。

背景技术

电力、自来水、通信等社会基础设施系统，随着用户方便性要求的提高，越来越先进、复杂化，一旦该系统无法正常工作，不仅很多直接的用户的利益受到损害，还对复杂关联的其他系统产生波及效果，对其他系统的用户传播某些伤害，甚至可能引起整个区域、整个社会的混乱。目前频繁报道的大范围停电、大范围毒性化学物质污染已经发展为大的社会问题。

作为解决这样课题的一个方法，在于对该社会基础设施系统所需要的装置的状态，以及放置该装置的周围环境的状态进行调查。

一旦某个基础设施系统处于无法工作的状态时，如果可以迅速地调查该系统中的哪个装置没有正常工作，则可以尽快地修复该社会基础设施系统，可以把坏的影响向其他社会基础设施系统的扩散限制为最小程度。

此外，如果可以定期地调查或者监视社会基础设施系统内的各装置的工作状态，或者放置装置的环境的状态，则可以提前防止该社会基础设施系统的不工作状态。

目前的实际情况是：因为用户要求享受高度的服务，所以在与用户通常的居住地间隔一定距离的场所集中成为该社会基础设施系统的核心的装置，在通常居住地的附近在危险或者存在问题的极限环境中运行装置。

在电力关系方面，存在具有受到放射线辐射危险的原子能发电站、具有着火爆炸危险的火力发电站、包含多个高度落差部位的水力发电站，以及传输、分配由发电站发出的高压电力的输电·变电设施。在自来水方面，从安全、卫生的观点出发，贮水池、水净化场为了排除来自包含人类在内的生物的污染，禁止人随便地接近各设施。在通信方面，为了实现无线通信，基站天线一般被设置在高处，在光通信方面，将光纤等传输媒体设置在地下，因此任何人都无法容易地接近该设备。

尝试反映以上的状况，着眼于电磁波的透过性、迂回传播性以及非接触性，使上述各设备附带某种状态检测机构，使用电波作为无线信号来进行检测。

但是，伴随电磁波的球面波传播特性的对距离衰减特性与在传输路径中封闭地传输传递信号的能量的有线通信相比相差悬殊，所以为了无线传输信息如何解决构成社会基础设施系统的装置向外部空间发射电磁波所需要的电力成为很大的技术课题。

即使该装置自己承担电力，但该承担的电力中的一部分用于检查该装置的运转状态以及用于调查放置该装置的周围环境，这对自身装置本来应该进行的工作会产生干扰，如果可能希望避免这种情况。

在该状况下可以考虑使用电池，但使用一次电池，由于放置装置自身的环境需要在一定时期后进行更换，因此会产生新的危险，这是不理想的。此外，还考虑使用二次电池，但目前还没有解决必须重新保证二次电池自身的化学特性的问题，在考虑到社会基础设施系统被社会性认可的寿命时，无论如何也无法认为二次电池为半永久，不是决定性的解决策略。

作为不使用电池的解决策略，考虑通过无线提供该装置使用的电力的方法。如果使用本方法，考虑到电子元件的寿命与所述社会基础设施系统的寿命相比足够长，所以可以解决更换电源时的安全性问题、可靠性问题。

但是，如上所示，电磁波在进行空间传播时减少的电力极大，因此，如何使用电磁波有效地实现信号传递和能量传递成为大课题。

作为使用电磁波实现电力和信号的传递的现有技术，提出了各种无线装置具备用于电力无线传输的专用天线和用于信号传输的专用天线的方法。例如，在非专利文献1中叙述了以下的技术：在使用该考虑方法的在森林中设置的在装置内记录飞机的飞来履历的系统中，使信号与电磁波重叠用无线将该记录传输到外部。

此外，作为使用电磁波实现电力和信号的传递的其他的现有技术，提出了各种一般被称为高频标签系统的方法。例如，在非专利文献2中对使用该方法识别行李的系统进行了叙述。

【非专利文献1】[Microwave Theory and Techniques，IEEE Transactions]；Vol.53，Issue.12；P.3735-3743

【非专利文献2】[IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS ANDPROPAGATION]；Vol.53，NO.12；P.3870-3876

发明内容

但是，在非专利文献1中记载的技术中存在以下三个问题：1)因为将装置设置在了森林中所以无法确定装置的场所，2)为了进行使装置发射的电磁波的方向可动态变化的复杂的处理，装置具有的天线实质上为信号用发送天线、信号用接收天线以及电力获得用天线三种天线，整个装置的尺寸变大，3)为了上述复杂的处理需要与电磁波提供的电力不同的电力。

另一方面，在非专利文献2记载的系统所使用的装置中，虽然由同一天线实现了信号收发用天线和电力获得用天线来进行了小型化，但在本系统中存在以下的问题：作为主基站和子基站的最大距离仅假设数米的程度，当在对人类来说存在不好的影响的场所设置了子基站时，无法充分地确保用于进行隔离的距离。此外，在本系统中，使用一个天线来替代通信用天线和电力获得用天线，通过时间分割单独地进行通信和电力获得，因此为了延长装置发射的电磁波的到达距离，增加该电磁波的能量，就不得不增长用于获得电力的时间，在该期间成为通信被完全切断的状态。因此，存在主基站难以判断子基站是处于无法通信状态，还是为正常状态下的电力获得状态。至少，即使无法进行完全的信号传递，但如果无法得到主基站和子基站的通信链路是否确立的信息，则认为难以确保对现有的社会基础设施系统要求的可靠性。

因此，本发明的目的在于提供以下一种单元：无需在装置中具有由电池构成的电源，半永久性地，并且确保了可以将人类从设置了装置(子基站)的环境(场所)中的不好的影响隔离开的距离，以高可靠性对在人类难以接近的环境中设置的社会基础设施系统内的各装置的运行状态、或者放置装置的环境的状态进行监视或者调查。

为了达成上述目的，本发明提供一种无电源无线监视系统，它是具有主基站(第一收发器)和子基站(第二收发器)，使用了作为电磁波的电力供给用载波以及通信用载波的无电源无线监视系统，其特征为：所述主基站具备将所述电力供给用载波以及进行了调制的所述通信用载波传输给子基站的主基站发送天线、和接收来自所述子基站的输出的主基站接收天线，所述子基站具备：作为平衡型天线的子基站接收天线、将该子基站接收天线的输出作为输入的非线性电路；将该非线性电路的输出作为输入的平滑电路；将所述电力供给用载波的频率作为通带的第一高频带通滤波器；将具有所述电力供给用载波和所述通信用载波的差的频率成分的中间频率作为通带的中间频率带通滤波器；将该中间频率带通滤波器的输出作为输入，将所述平滑电路的输出作为电源的解调电路；把作为该解调电路的输出的基带信号作为接收信号使用来进行信号处理，输出新的发送信号的基带电路；使用该信号处理后的基带信号，对作为所述第一高频带通滤波器的输出的、具有所述电力供给用载波的频率的高频信号进行调制的调制器；以及，向空间放射该调制器的输出的子基站发送天线；所述主基站发送天线和所述子基站接收天线，是具有相同的旋转方向的圆偏波天线，所述子基站发送天线和所述主基站接收天线，是具有与所述旋转方向反转的偏波特性的圆偏波天线。

本发明所包含具有以下的某一个或一个以上的特征的发明。

(1)特征是：所述非线性电路，具备：将与所述子基站接收天线结合的平衡输入分配为两个不平衡输出的平衡不平衡分配电路；分别与该两个不平衡输出相结合的非线性元件；对通过了该非线性元件的各个信号进行分支的第一以及第二分支电路；对该第一以及第二分支电路的分支输出进行合成的第一合成电路；该第一合成电路的输出经由所述第一高频带通滤波器形成所述调制电路的高频信号，并对通过了所述非线性元件的各个信号进行合成的第二合成电路；该第二合成电路的输出成为所述平滑电路和所述中间频率带通滤波器的输入。

(2)特征是：所述第二合成电路的输出经由电力供给用载波带阻滤波器被输出。

(3)特征是：代替所述平衡不平衡分配电路和所述非线性元件，在所述子基站接收天线的各个端子和接地电位之间，分别设置二极管以使接地电位成为阴极一侧，在所述子基站接收天线的各个端子和所述第一以及第二分支电路之间，分别设置二极管以使该各个分支电路成为阳极一侧。

(4)特征是：所述第一合成电路是逆相合成电路。

(5)特征是：所述逆相合成电路是环形波导(Rat Race)型合成电路。

(6)特征是：所述第二合成电路是同相合成电路。

(7)特征是：所述同相合成电路是威尔金森(Wilkinson)型合成电路。

(8)特征是：代替所述电力供给用载波带阻滤波器，插入相对于所述电力供给用载波的频率的四分之一波长的传输线路，在没有与所述第二合成电路的合成输出端结合的该四分之一波长传输线路的一端和接地电位之间设置将所述电力供给用载波的频率作为通带的第二高频带通滤波器。

(9)特征是：所述电力供给用载波的电力高于所述通信用载波的电力。

(10)特征是：所述电力供给用载波的频率低于所述通信用载波的频率。

(11)特征是：所述子基站发送天线为不平衡型。

(12)特征是：所述调制器的调制方式是频率调制。

(13)特征是：对所述通信用载波进行了频率调制。

(14)特征是：所述子基站接收天线的特性阻抗，高于所述平滑电路的特性阻抗的二倍。

(15)特征是：所述基带电路，结合有反应温度、压力、化学物质的浓度、电、声音、电磁波、湿度、放射能中的某一个的传感器，使用该传感器的输出信号对所述基带电路的输出基带信号实施运算。

(16)特征是：所述基带电路，结合有存储有所述子基站的识别信息的存储器，在所述通信用载波的调制信号上重叠所述识别信息，在输入给所述基带电路的所述基带信号中保存所述识别信息，通过所述基带电路内的运算，对输入给所述基带电路的子基站的识别信息和所述存储器中存储的所述识别信息进行比较，仅在两者一致时执行在所述基带电路的输出基带信号中附加信息的运算。

(17)特征是：通过使用了所述传感器的输出信号的运算，来对所述基带电路的输出基带信号附加信息。

(18)特征是：所述子基站发送天线以及所述子基站接收天线是平面天线。

(19)特征是：所述子基站由一体的多层印刷基板构成，在该多层印刷基板的某一个面上形成所述子基站发送天线以及所述子基站接收天线，在其他的面上形成或者设置形成所述子基站的天线以外的要素。

此外，为了达成上述目的，本发明提供一种无电源无线监视系统中使用的子基站(收发器)，它是使用了作为电磁波的电力供给用载波以及通信用载波的无电源无线监视系统中使用的子基站(收发器)，其特征为：所述子基站，具备：作为平衡性天线的子基站接收天线；将该子基站接收天线的输出作为输入的非线性电路；将该非线性电路的输出作为输入的平滑电路；将所述电力供给用载波的频率作为通带的第一高频带通滤波器；将具有所述电力供给用载波和所述通信用载波的差的频率成分的中间频率作为通带的中间频率带通滤波器；将该中间频率带通滤波器的输出作为输入，将所述平滑电路的输出作为电源的解调电路；把作为该解调电路的输出的基带信号作为接收信号使用来进行信号处理，输出新的发送信号的基带电路；使用该信号处理后的基带信号，对作为所述第一高频带通滤波器的输出的、具有所述电力供给用载波的频率的高频信号进行调制的调制器；以及向空间放射该调制器的输出的子基站发送天线；所述子基站发送天线和所述子基站接收天线是具有相互不同的旋转方向的圆偏波天线。

根据本发明，无需在该装置中具有由电池构成的电源，半永久性地，并且可以确保可以将人类从设置了装置(子基站)的环境(场所)中的不好的影响隔离开的距离，以高可靠性对在人类难以接近的环境中设置的社会基础设施系统内的各装置的运行状态、或者放置装置的环境的状态进行监视或者调查。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的无电源无线监视系统的结构的概略图。

图2是表示本发明第二实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。

图3是表示本发明第三实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。

图4是表示本发明第四实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。

图5是表示本发明第五实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。

图6是表示本发明第六实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。

图7是表示本发明第七实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。

图8是表示本发明第八实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。

图9是表示本发明第九实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。

图10是表示本发明第十实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。

图11是表示本发明第十一实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。

图12是表示本发明第十二实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。

图13是表示本发明第十三实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。

具体实施方式

(第一实施方式)

(无电源无线监视系统的结构)

图1是表示本发明第一实施方式的无电源无线监视系统的结构的概略图。在本实施方式的无电源无线监视系统中，在主基站(BS)1和子基站(CS)10之间进行电力的输送和通信。

(主基站的结构)

主基站1具备作为圆偏波天线的主基站发送天线2、作为具有与该主基站发送天线2反转的偏波特性的圆偏波天线的主基站接收天线3。

(主基站的动作)

在从主基站1向子基站10的下行线路电波4中，同时向子基站10发送在相同的频带中存在的电力供给用无调制载波(圆偏波)和信号传输用调制载波(园偏波)。

这里，优选对信号传输用载波进行频率调制。在用于无线通信的调制方式中具有振幅调制、相位调制、频率调制，但在数字无线的调制方式中，仅频率调制产生调制后的调制信号频带的扩大。频带的扩大是为了提高信号传输品质，因此如果考虑同样的信号传输品质，可以更远地传输信号，所以通过选择频率调制具有扩大主基站和子基站的可通信距离的效果。

(子基站的结构)

子基站10具备：作为平衡型的圆偏波天线的子基站接收天线11、作为具有与该子基站接收天线11反转的偏波特性的圆偏波天线的子基站发送天线12、基带电路(BB)13、调制器(MOD)14、解调器(DEMOD)15、平滑电路16、电力供给用载波频率带通滤波器17、中间频率带通滤波器18以及非线性电路19。

这里，优选子基站发送天线12为不平衡型。由此，不需要平衡-不平衡转换电路(BALUN)，可以实现装置的小型化、低损失化。

此外，根据上述的理由，优选调制器15的调制方式为频率调制。

此外，优选子基站接收天线11的特性阻抗大于平滑电路16的特性阻抗的二倍。其原因为：该平滑电路的阻抗低于天线的阻抗容易进行从天线向平滑电路的高频信号的能量传递，对该平滑电路供给更多的电力。

(子基站的动作)

在从子基站10向主基站1的上行线路电波5中，发送与下行线路电波4的电力供给用无调制载波(圆偏波)相同频率反转偏波的信号传输用调制载波(圆偏波)。

子基站接收天线11的接收电力首先被输入给非线性电路19，其输出被输入给平滑电路16、电力供给用载波频率带通滤波器17以及中间频率带通滤波器18。平滑电路16的直流输出作为基带电路13以及解调器15的电源分别输出给它们。此外，中间频率带通滤波器18的输出被输入给调制器15，在被转换为基带信号之后，输入给基带电路13。在由基带电路13接受了信号处理后，该基带信号被输入给调制器14。在调制器14中，对作为电力供给用载波频率带通滤波器17的输出的电力供给用载波进行调制。来自调制器14的输出经由子基站发送天线12作为电波向主基站1进行发射。

(电磁波的频率)

在本实施方式中，承担主基站1和子基站10之间的信号以及电力的传输的电磁波的频率为数百MHz至数GHz，对该频带的电磁波用数十MHz以下的频率的信号加以调制，通过频率转换取出数十Mhz以下的频率的信号，进行调制或解调。由此，可以实现效率高的无线系统。理由如下。

在使用通过电磁波从外部供给的电力来再次对外部发射电磁波时，为了使该发射的电磁波的电力为最大，重要的是如何高效地将通过电磁波从外部供给的电力转换为该放射的电磁波的电力。

根据地面波的传播特性以及天线效率，优选户外无线通信应该使用的电磁波的频率为数百MHz至数Ghz(更具体的为300MHz～3GHz作用，如果考虑室内的应用则上限为6GHz作用)，在为不到数百MHz的频率时，无法通过现实装置的尺寸(数十厘米以下)实现高效的天线，在为超过数GHz的频率时，由于灰尘或水蒸气造成的电波传播时的传播损失增大，不能忽视室外的电磁波的能量传输效率恶化。

另一方面，根据现有的半导体元件的特性，容易实现数十MHz以下频带的模拟电路，并且该半导体元件的制造成本也较低，所以优选作为无线器的主要电路要素的调制器、解调器的主要动作频率为数十MHz以下。

根据上述，使本实施方式的电磁波的频率与上述相同。此外，在本实施方式中，由于电力供给用载波的电力大于信号传输用载波的电力，所以使电力供给用载波的频率低于信号传输用载波的频率，由此可以提高主基站的发送电路的电力效率。

此外，以下对使子基站的结构·动作为上述那样的理由进行说明。

由于电磁波的空间传播特性，用于供给电力的数百MHz至数GHz的电磁波的电力必须远远大于用于传递信号的电磁波的电力，所以把从外部通过电磁波供给的电力最高效地转换为向外部发射的电磁波的电力的方法无需经由任何的电力转换以及频率转换，可以原样不变地使用用于传输电力而使用的电磁波。

但是，为了使半导体元件具有放大功能需要某些电源，因此需要对用于传输该电力的电磁波的一部分能量和用于传输信号的电磁波的大部分能量进行整流、平滑，使其成为直流。

这里应该着眼的是可以通过半导体非线性元件实现用于得到数十MHz以下频率的信号的频率转换、和用于得到直流的整流。在电气电路和电子电路中，实际最消耗电力的元件是半导体元件，换句话说，通过减少该半导体元件的数量可以提高进行电磁波发送接收的装置的电力效率。具体地说，采取一个半导体元件同时担当频率转换和整流的电路即可。

此外，此时，同时混合存在从主基站向子基站的大电力的电力供给用电磁波和具有相同频率成分的对从子基站向主基站的信号进行了调制后的小电力的电磁波，通过使这些两个电磁波成为相互反转的圆偏波，可以相互抑制干扰，并且可以向各个方向传输电磁波。

(本发明第一实施方式的效果)

根据本实施方式可以收到以下的效果。

可以使用电力供给用载波从主基站向子基站供给电力，同时可以在主基站-子基站之间进行无线通信，所以子基站无需具有需要进行电池更换等操作的电源，可以在与主基站之间远距离并且非接触地进行信息的收发，并且，通过将子基站设置在人无法直接接近的环境中，可以通过无线进行与该环境有关的信息的监视以及调查。

(第二实施方式)

(子基站的结构)

图2是表示本发明第二实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。除了以下说明的子基站的结构·动作以外，与第一实施方式的无电源无线监视系统相同。

本实施方式的子基站20，具备：作为平衡型的圆偏波天线的子基站接收天线11、作为具有与该子基站接收天线11反转的偏波特性的圆偏波天线的子基站发送天线12、基带电路(BB)13、调制器(MOD)14、解调器(DEMOD)15、平滑电路16、电力供给用载波频率带通滤波器17、中间频率带通滤波器18、平衡不平衡双线转换电路21、第一合成电路22、第二合成电路23、分支电路24a、24b以及非线性元件25a、25b。

(子基站的动作)

子基站接收天线11的平衡接收电力，首选被输入给平衡不平衡双线转换电路21，被分配给双系统的不平衡线。该分配的高频电力在分别通过非线性元件25a、25b之后，通过分支电路24a、24b进行二分配，各分支电路的一个输出输入给第二合成电路23，其输出输入给平滑电路16和中间频率带通滤波器18。各分支电路的另一个输出输入给第一合成电路22，其输出输入给电力供给用载波频率带通滤波器17。平滑电路16的直流输出作为基带电路13以及调制器15的电源供给给它们。此外，中间频率带通滤波器18的输出输入给解调器15，在转换为基带信号之后输入给基带电路13。在由基带电路13接受了信号处理之后，该基带信号输入给调制器14。在调制器14中，对作为电力供给用载波频率带通滤波器17的输出的电力供给用载波进行调制。来自调制器14的输出经由子基站发送天线12作为电波向主基站1进行发射。

(本发明第二实施方式的效果)

根据本实施方式，除了本发明第一实施方式的效果之外还收到以下的效果。

可以把从主基站传输的电力供给用载波和信号传输用载波不同频率的电磁波的电力任意分配为电力提取用和信号提取用，提高无线监视系统的设计自由度。

(第三实施方式)

(子基站的结构)

图3是表示本发明第三实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。对于与上述本发明的各种实施方式相同的部分省略其说明。

本实施方式的子基站30与第二实施方式的不同点在于：在中间频率带通滤波器18和第二合成电路23之间插入了电力供给用载波频率带阻滤波器31。

在为了使高频信号(电力供给用载波和信号传输用载波)不通过解调器15，在设置的中间频率带通滤波器18之前设置了电力供给用载波频率带阻滤波器31，其目的是为了将信号传输用载波的成分仅送入平滑电路16，此外还为了将电力供给用载波的能量的一部分分配给平滑电路16，将剩余的部分分配给调制器14。

(本发明第三实施方式的效果)

根据本实施方式，与第二实施方式相比，可以抑制由子基站发射电波时载波向信号电路系统的泄漏，由此具有提高子基站的发送电力效率的效果。

(第四实施方式)

(子基站的结构)

图4是表示本发明第四实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。对于与上述本发明的各种实施方式相同的部分省略其说明。

本实施方式的子基站40与第三实施方式的不同点在于：代替平衡不平衡双线转换电路21以及非线性元件25a、25b，使用了变形二极管桥41a、41b、41c、41d。

(本发明第四实施方式的效果)

根据本实施方式，与第三实施方式相比，可以通过两个二极管等价地实现平衡不平衡双线转换电路，所以可以实现子基站的电路的简单化，具有降低子基站的制造成本的效果。

(第五实施方式)

(子基站的结构)

图5是表示本发明第五实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。对于与上述本发明的各种实施方式相同的部分省略其说明。

本实施方式的子基站50与第四实施方式的不同点在于：第一合成电路22成为逆相合成电路52。

(本发明第五实施方式的效果)

根据本发明，因为可以在一个周期的全部期间没有泄漏地使用子基站接收到的从主基站传输的电力供给用载波的能量，所以具有提高子基站的发送电力效率的效果。

(第六实施方式)

(子基站的结构)

图6是表示本发明第六实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。对于与上述本发明的各种实施方式相同的部分省略其说明。

本实施方式的子基站60与第五实施方式的不同点在于：通过环形波导电路62实现了逆相合成电路52。

(本发明第六实施方式的效果)

根据本实施方式，可以确保逆相合成电路52的输入端口之间的隔离，而且可以良好地保持输入端口处的阻抗匹配条件，所以可以高效地把由子基站接收天线11得到的电力供给用载波的高频能量导入调制器14，具有提高子基站的发送电力效率的效果。

(第七实施方式)

(子基站的结构)

图7是表示本发明第七实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。对于与上述本发明的各种实施方式相同的部分省略其说明。

本实施方式的子基站70与第五实施方式的不同点在于：第二合成电路23成为同相合成电路73。

(本发明第七实施方式的效果)

根据本实施方式，可以高效地把通过从主基站传输的电力供给用载波和信号传输用载波生成的具有两者的频率差的频率的中间频率的电磁波导入调制器15，所以具有提高子基站的接收调制信号的解调效率的效果。

(第八实施方式)

(子基站的结构)

图8是表示本发明第八实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。对于与上述本发明的各种实施方式相同的部分省略其说明。

本实施方式的子基站80与第六实施方式的不同点在于：第二合成电路23(在第七实施方式中为同相合成电路73)成为威尔金森型合成电路83。

(本发明第八实施方式的效果)

根据本实施方式，可以确保第二合成电路23(同相合成电路73)的输入端口之间的隔离，而且可以良好地保持输入端口处的阻抗匹配条件，所以可以高效地把由子基站接收天线11得到的信号传输用载波的调制信号的能量导入调制器15，具有提高子基站的接收调制信号的解调效率的效果。

(第九实施方式)

(子基站的结构)

图9是表示本发明第九实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。对于与上述本发明的各种实施方式相同的部分省略其说明。

本实施方式的子基站90与第七实施方式的不同点在于：代替电力供给用载波频率带阻滤波器31，在同相合成电路33和中间频率带通滤波器18之间插入传输线路91，该传输线路91具有与所述电力供给用载波的频率的四分之一波长相当的电气长，在该传输线路91的中间频率带通滤波器18一侧插入将一端作为接地电位的第二电力供给用载波频率带通滤波器92。

(本发明第九实施方式的效果)

根据本实施方式，可以根据传输线路91的特性阻抗和电气长来调整与包含平滑电路16、同相合成电路73以及逆相合成电路52的子基站接收天线11一侧的高频电路部分的阻抗比，所以具有提高以下的设计的自由度的效果：：把从主基站传输的电力供给用载波和信号传输用载波不同频率的电磁波的电力分配为电力提取用和信号提取用。此外，使用相对于电力供给用载波的频率的四分之一波长的传输线路以及第二电力供给用载波频率带通滤波器92构成电力供给用载波带阻滤波器31，由此可以较少的部件数，得到较高的效果。

(第十实施方式)

(子基站的结构)

图10是表示本发明第十实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。对于与上述本发明的各种实施方式相同的部分省略其说明。

本实施方式的子基站100与第九实施方式的不同点在于：在基带电路13上新结合了传感器电路(SNS)93，由平滑电路16接收直流的供给。

作为传感器电路93，例如列举出反应温度、压力、化学物质的浓度、电、声音、电磁波、湿度、放射能中的某一个的传感器。使用该传感器的输出信号来对基带电路13的输出基带信号执行运算。

(本发明第十实施方式的效果)

根据本实施方式，可以使用传感器电路93来收集与设置子基站的场所的周边环境相关联的信息，通过无线将该信息传输给主基站，所以可以实现人无法直接接近的环境的无线监视。此外，通过结合传感器进行一体化，可以使无线监视用子基站变小。

(第十一实施方式)

(子基站的结构)

图11是表示本发明第十一实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。对于与上述本发明的各种实施方式相同的部分省略其说明。

本实施方式的子基站110与第十实施方式的不同点在于：在基带电路13上新结合了存储电路(ROM)94。

(本发明第十一实施方式的效果)

根据本实施方式，在存储电路94中存储了子基站固有的识别信息，使用传感器电路93来收集与设置子基站的场所的周边环境有关的信息，在通过无线对主基站传输该信息时，可以同时传输该识别信息，所以即使在将多个子基站比较接近地配置时，也可以具体地识别来自哪个子基站的信息，与使主基站的发送天线或接收天线的定向性灵敏来空间地断定子基站的方法相比，可以以很低的成本实现子基站的识别功能。

(第十二实施方式)

(子基站的结构)

图12是表示本发明第十二实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。对于与上述本发明的各种实施方式相同的部分省略其说明。

本实施方式的子基站120由形成表层101、中间接地层105以及里层102三层结构的多层基板构成，在表层101和中间接地层105之间形成了第一电介质体层103，在里层102和中间接地层105之间形成了第二电介质体层104。

在里层102上形成了作为平衡型的圆偏波天线的子基站接收天线11a、11b和作为具有与子基站接收天线111反转的偏波特性的圆偏波天线的子基站发送天线112。

在表层101上形成了变形二极管桥41a，41b，41c，41d、分支电路24a，24b、威尔金森型合成电路83、环形波导电路62、传输线路91、第二电力供给用载波频率带通滤波器92、基带电路13、调制器14、解调器15、平滑电路16、电力供给用载波频率带通滤波器17以及中间频率带通滤波器18。

(子基站的动作)

子基站接收天线111的平衡接收电力使用两个通孔161非接触贯通设置在中间接地层105上的通过孔163，输入给变形二极管桥119。这里，在分配给双系统的不平衡线之后，将分配的高频电力分别通过分支电路24a、24b进行二分配。

各分支电路的一个输出被输入给威尔金森型合成电路83，其输出经由传输线路91输入给通过短路用通孔162一端与中间接地层105结合的第二电力供给用载波频率带通滤波器92以及并列设置的平滑电路16和中间频率带通滤波器18。各个分支电路的另一个输出被输入给环形波导电路62，其输出输入给电力供给用载波频率带通滤波器17。

平滑电路16的直流输出作为基带电路13以及解调器15的电源分别提供给它们。此外，中间频率带通滤波器18的输出被输入给解调器15，在转换为基带信号之后，输入给基带电路13。在基带电路13接受信号处理之后，该基带信号被输入给调制器14。在调制器14中，对作为电力供给用载波频率带通滤波器17的输出的电力供给用载波进行调制。来自调制器14的输出使用通孔161非接触贯通设置在中间接地层105上的通过孔163，被引导至子基站发送天线112，经由子基站发送天线112作为电波向主基站1发射。

(本发明第十二实施方式的效果)

根据本发明，从里层102上形成的子基站接收天线111和子基站发送天线112，在表层101上形成的各种高频电路以及中间频率电路通过中间接地层105被电磁屏蔽，所以具有稳定该各种高频电路以及中间频率电路的动作的效果。此外，使用通用印刷多层基板处理器，通过一体的薄板构造实现上述第九实施方式中将逆相合成电路52作为环形波导电路62，将同相合成电路73作为威尔金森型合成电路83的结构，所以可以低价地实现第九实施方式中的效果。

(第十三实施方式)

(子基站的结构)

图13是表示本发明第十三实施方式的无电源无线监视系统的子基站的结构的概略图。对于与上述本发明的各种实施方式相同的部分省略其说明。

本实施方式的子基站130与第十二实施方式的不同电在于：在表层101上新设置传感器电路93，并使其与基带电路13结合，通过平滑电路16接收直流的供给，而且新设置存储电路94，使其与基带电路13结合。

(本发明第十三实施方式的效果)

根据本发明，从里层102上形成的子基站接收天线111和子基站发送天线112，在表层101上形成的各种高频电路以及中间频率电路通过中间接地层105被电磁屏蔽，所以具有稳定该各种高频电路以及中间频率电路的动作的效果。此外，使用通用印刷多层基板处理器，通过一体的薄板构造实现上述第十一实施方式中将逆相合成电路52作为环形波导电路62，将同相合成电路73作为威尔金森型合成电路83的结构，所以可以低价地实现第十一实施方式中的效果。

(本发明其他的实施方式)

第一～第十一实施方式所示的子基站也同样可以是第十二、十三实施方式所述的通过成为三层结构的多层基板所构成的子基站。

Claims (21)

1.一种无电源无线监视系统，其具有主基站和子基站，使用电磁波作为电力供给用载波以及通信用载波，其特征在于，

所述主基站具备：将所述电力供给用载波以及进行了调制的所述通信用载波传输给所述子基站的主基站发送天线和接收来自所述子基站的输出的主基站接收天线，

所述子基站具备：作为平衡型天线的子基站接收天线；将该子基站接收天线的输出作为输入的非线性电路；将该非线性电路的输出作为输入的平滑电路；将所述电力供给用载波的频率作为通带的第一高频带通滤波器；将具有所述电力供给用载波和所述通信用载波的差的频率成分的中间频率作为通带的中间频率带通滤波器；将该中间频率带通滤波器的输出作为输入，将所述平滑电路的输出作为电源的解调电路；把作为该解调电路的输出的基带信号作为接收信号使用来进行信号处理、输出新的发送信号的基带电路；使用该信号处理后的基带信号对作为所述第一高频带通滤波器的输出的具有所述电力供给用载波的频率的高频信号进行调制的调制器；以及向空间放射该调制器的输出的子基站发送天线；

所述主基站发送天线和所述子基站接收天线，是具有相同的旋转方向的圆偏波天线，所述子基站发送天线和所述主基站接收天线，是具有与所述旋转方向反转的偏波特性的圆偏波天线。

2.根据权利要求1所述的无电源无线监视系统，其特征在于，

所述非线性电路，具备：将与所述子基站接收天线结合的平衡输入分配为两个不平衡输出的平衡不平衡分配电路；分别与该两个不平衡输出相结合的非线性元件；对通过了该非线性元件的各个信号进行分支的第一以及第二分支电路；对该第一以及第二分支电路的分支输出进行合成的第一合成电路；以及对通过了所述非线性元件的各个信号进行合成的第二合成电路，其中该第一合成电路的输出经由所述第一高频带通滤波器成为所述调制电路的高频信号，该第二合成电路的输出，成为所述平滑电路和所述中间频率带通滤波器的输入。

3.根据权利要求2所述的无电源无线监视系统，其特征在于，

所述第二合成电路的输出经由电力供给用载波阻止滤波器被输出。

4.根据权利要求3所述的无电源无线监视系统，其特征在于，

代替所述平衡不平衡分配电路和所述非线性元件，在所述子基站接收天线的各个端子和接地电位之间，分别设置二极管，以使接地电位成为阴极一侧，在所述子基站接收天线的各个端子和所述第一以及第二分支电路之间，分别设置二极管，以使该各个分支电路成为阳极一侧。

5.根据权利要求2至4的任意一项所述的无电源无线监视系统，其特征在于，所述第一合成电路是逆相合成电路。

6.根据权利要求5所述的无电源无线监视系统，其特征在于，所述逆相合成电路是环形波导型合成电路。

7.根据权利要求2所述的无电源无线监视系统，其特征在于，所述第二合成电路是同相合成电路。

8.根据权利要求7所述的无电源无线监视系统，其特征在于，所述同相合成电路是威尔金森型合成电路。

9.根据权利要求3所述的无电源无线监视系统，其特征在于，代替所述电力供给用载波阻止滤波器，插入相对于所述电力供给用载波的频率的四分之一波长的传输线路，在没有与所述第二合成电路的合成输出端结合的该四分之一波长传输线路的一端和接地电位之间设置将所述电力供给用载波的频率作为通带的第二高频带通滤波器。

10.根据权利要求2所述的无电源无线监视系统，其特征在于，所述电力供给用载波的电力高于所述通信用载波的电力。

11.根据权利要求2所述的无电源无线监视系统，其特征在于，所述电力供给用载波的频率低于所述通信用载波的频率。

12.根据权利要求2所述的无电源无线监视系统，其特征在于，所述子基站发送天线为不平衡型。

13.根据权利要求2所述的无电源无线监视系统，其特征在于，所述调制器的调制方式是频率调制。

14.根据权利要求2所述的无电源无线监视系统，其特征在于，对所述通信用载波进行了频率调制。

15.根据权利要求2所述的无电源无线监视系统，其特征在于，所述子基站接收天线的特性阻抗高于所述平滑电路的特性阻抗的二倍。

16.根据权利要求2所述的无电源无线监视系统，其特征在于，

所述基带电路结合有反应温度、压力、化学物质的浓度、电、声音、电磁波、湿度、放射能中的某一个的传感器，使用该传感器的输出信号对所述基带电路的输出基带信号实施运算。

17.根据权利要求2所述的无电源无线监视系统，其特征在于，

所述基带电路结合有存储有所述子基站的识别信息的存储器，在所述通信用载波的调制信号上重叠所述识别信息，在输入给所述基带电路的所述基带信号中保存所述识别信息，通过所述基带电路内的运算，对输入给所述基带电路的子基站的识别信息和所述存储器中存储的所述识别信息进行比较，仅在两者一致时实施在所述基带电路的输出基带信号中附加信息的运算。

18.根据权利要求17所述的无电源无线监视系统，其特征在于，

通过使用了所述传感器的输出信号的运算，来对所述基带电路的输出基带信号附加信息。

19.根据权利要求2所述的无电源无线监视系统，其特征在于，所述子基站发送天线以及所述子基站接收天线是平面天线。

20.根据权利要求2所述的无电源无线监视系统，其特征在于，所述子基站由一体的多层印刷基板构成，在该多层印刷基板的某一个面上形成所述子基站发送天线以及所述子基站接收天线，在其他的面上形成或者设置形成所述子基站的天线以外的要素。

21.一种无电源无线监视系统中使用的子基站，它是在使用了电磁波作为电力供给用载波以及通信用载波的无电源无线监视系统中所使用的子基站，其特征在于，

所述子基站具备：作为平衡型天线的子基站接收天线；将该子基站接收天线的输出作为输入的非线性电路；将该非线性电路的输出作为输入的平滑电路；将所述电力供给用载波的频率作为通带的第一高频带通滤波器；将具有所述电力供给用载波和所述通信用载波的差的频率成分的中间频率作为通带的中间频率带通滤波器；将该中间频率带通滤波器的输出作为输入，将所述平滑电路的输出作为电源的解调电路；把作为该解调电路的输出的基带信号作为接收信号使用来进行信号处理、输出新的发送信号的基带电路；使用该信号处理后的基带信号对作为所述第一高频带通滤波器的输出的具有所述电力供给用载波的频率的高频信号进行调制的调制器；以及向空间放射该调制器的输出的子基站发送天线；

所述子基站接收天线和所述子基站发送天线，是具有相互不同的旋转方向的圆偏波天线。

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