CN107534214B - 天线控制装置、天线控制程序以及天线控制系统 - Google Patents

天线控制装置、天线控制程序以及天线控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于在所希望的位置形成通信区域的边界的天线的控制技术。天线参数控制装置(2)对产生磁场的2个天线(1A、1B)，计算流过大小(I)相同且方向相反的电流时的天线参数。天线参数控制装置(2)具备取得用于计算天线参数的输入参数的输入参数取得部(21)、以及根据输入参数计算天线(1A、1B)的中心间的距离(d)来作为天线参数的参数计算部(22)。

Description

天线控制装置、天线控制程序以及天线控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于在所希望的位置形成通信区域的边界的天线控制技术。
背景技术
近年来，对有意识地限定了通信区域的无线通信系统的要求越来越高。在专利文献1中，作为这样的无线通信系统，公开了使用电场的电场通信系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-174570号公报
发明内容
发明要解决的课题
在电场通信系统中，只有在所设置的接入点装置近旁的区域中存在的终端装置才能够与接入点装置进行通信。但是，接入点装置近旁的电场分布很大程度取决于设置环境或持有终端装置的用户的姿势等。因此，难以通过电场通信系统形成清晰的通信区域的边界。因此，存在于应通信的位置的终端装置无法进行通信，或产生与其相反的情况，无法构筑稳定且可靠性高的无线通信系统。
作为产生这样的困难的原因之一认为是作为通信介质使用了电场。原因在于，电场分布受到周围存在的导体或电介质的很大的影响。
本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种用于在所希望的位置形成通信区域的边界的天线的控制技术。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的天线控制装置在对于2个天线流过大小相同且方向相反的电流的情况下，对上述2个天线的中心间的距离进行控制，该天线控制装置具备：输入参数取得部，其取得从上述2个天线到该天线形成的通信区域的边界为止的距离以及上述通信区域的边界的磁场强度的衰减率的下限值来作为输入参数；以及计算部，其根据到上述通信区域的边界为止的距离以及上述磁场强度的衰减率的下限值，计算在通信区域的边界得到与上述下限值一致的磁场强度的衰减率，且上述电流的大小为最小的上述天线的中心间的距离。
本发明的天线控制程序是使计算机作为所述天线控制装置发挥作用的天线控制程序。
本发明的天线控制系统具备上述天线控制装置和上述2个天线。
发明效果
根据本发明，能够提供一种用于在所希望的位置形成通信区域的边界的天线的控制技术。
附图说明
图1是表示匝数为1的环形天线的一例的图。
图2是表示从环形天线到z轴方向的距离(z[cm])与磁场强度[dBμA/m]之间的关系的图。
图3是表示用于获得80dB/dec的磁场强度的衰减率的环形天线阵列的一例的图。
图4是表示从图3的环形天线阵列到z轴方向的距离(z[cm])与磁场强度[dBμA/m]之间的关系的图。
图5是表示第1实施方式的天线控制系统的一例的图。
图6是表示棒状天线的结构的一例的图。
图7是用于说明第1实施方式的输入参数的选定方法的图。
图8是表示第1实施方式的天线参数计算方法的一例的流程图。
图9是用于说明第2实施方式的输入参数的选定方法的图。
图10是表示第2实施方式的天线参数计算方法的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
在本实施方式中，使用难以受到周围的影响的磁场，形成清晰的通信区域的边界。具体地，可通过对2个天线(磁场天线)流过相互反向的电流，来形成清晰的通信区域的边界。
然而，即使在使用2个天线(磁场天线)的情况下，若天线中心间的距离不恰当，则无法在所希望的位置形成通信区域的边界。此外，若流过天线的电流的大小不恰当，则无法在所希望的位置形成通信区域的边界。即，至少作为中心间的距离这样的天线参数，需要计算恰当的值。此外，优选作为电流的大小这样的天线参数，需要计算恰当的值。
如上所述，在本实施方式的天线控制系统中使用的天线为2个天线(磁场天线)，各天线例如为可产生低频磁场的环形天线或棒状天线。
这样的天线形成的低频磁场(大致10MHz以下的磁场)具有与人体或周围环境的相互作用相比电场显著降低的特征。因此，适合于用于形成清晰的通信区域的边界的通信介质。如果使用这样的天线能够形成在通信区域的边界磁场强度急剧衰减的鲜明的磁场分布，则能够提高限定了通信区域的无线通信系统的可靠性。
一般，为了形成磁场区域而使用的磁场天线是匝数为1的环形天线。
图1是表示匝数为1的环形天线的一例的图。例如，环形天线的+端子被连接至交流电源E的信号端子，﹣端子被连接至交流电源E的GND端子。由此，在环形天线中流过交流电流。
图2是表示从环形天线到z轴方向的距离z[cm]和磁场强度[dBμA/m]的关系的图。
在图2中作为单环表示的特性是匝数为1的环形天线的磁场强度的特性。远方(z大)的磁场强度的衰减率为60dB/dec。磁场强度的衰减率为表示通信区域的边界的清晰度的指标，磁场强度的衰减率越高，通信区域的边界越清晰。
通过匝数为1的环形天线获得的60dB/dec并不一定足够，需要进一步提高磁场强度的衰减率。
图3是表示用于获得比60dB/dec高的80dB/dec的磁场强度的衰减率的环形天线阵列的一例的图。
如图3所示，这样的磁场强度的衰减率可以通过具备相邻的2个天线1A、1B的天线阵列来获得。各天线1A、1B为环形天线，通过连续的导线来形成。导线的一端即+端子被连接至交流电源E的信号端子，另一端即－端子被连接至交流电源E的GND端子。由此，在天线1A、1B中相互反向地流过大小为I的电流。
在图2中作为双环表示的特性是这样的环形天线阵列的磁场强度的特性，远方的磁场强度的衰减率为80dB/dec。
图3所示的环形天线阵列与单一的环形天线不同，具有2个天线(环形天线)1A、1B的中心之前的距离d这样的天线参数。
图4是表示从图3的环形天线阵列到z轴方向的距离(z[cm])与磁场强度[dBμA/m]之间的关系的图。
图4中表示了d不同的2个环形天线阵列的特性。作为双环(d小)表示的特性是d小的一方的环形天线阵列的磁场强度的特性。作为双环(d大)表示的特性是d大的一方的环形天线阵列的磁场强度的特性。无论是哪个环形天线阵列，远方的磁场强度的衰减率为80dB/dec且大致固定。但是，环形天线阵列近旁(z小的区域)的磁场强度的衰减率(特性)取决于d。
例如，为了使用具备2个环形天线的环形天线阵列形成用户所希望的大小的通信区域(磁场区域)，需要求出最佳的d。但是，磁场强度的分布与d的定量的关系不明确，因此无法求出最佳的d。此外，流过环形天线的电流也是决定通信区域的大小的参数之一，但不知道求出最佳的电流大小的方法。
此外，在由2个棒状天线形成的天线阵列中也产生同样的问题，希望能够该问题。
[第1实施方式]
图5是表示第1实施方式的天线控制系统的一例的图。
在构成天线控制系统的天线参数控制装置2上连接有不产生电场而能够产生磁场的2个天线1A、1B，天线参数控制装置2可任意地调整天线1A、1B的中心间的距离d。
天线控制系统具备天线阵列1、天线参数控制装置2、交流电源E以及机械台10A、10B。
天线阵列1由2个天线1A、1B构成。天线1A、1B例如在图中的x轴方向上并列地配置。天线参数控制装置2针对2个天线1A、1B计算流过大小I相同且方向相反的电流时的天线参数，根据计算出的天线参数控制天线1A、1B的天线参数。交流电源E向天线1A、1B供给大小I的交流电流。机械台10A、10B可变更天线1A、1B的位置。
天线参数控制装置2与用于用户输入输入参数的键盘、触摸面板等输入装置20连接。另外，也可以将交流电源E以及机械台10A、10B设在天线控制系统的外部。
天线参数控制装置2具备输入参数取得部21、参数计算部22以及参数控制部23。
输入参数取得部21从输入装置20取得用户向输入装置20输入的输入参数。参数计算部22使用输入参数来计算天线参数。参数控制部23根据由参数计算部22计算出的天线参数，控制天线1A、1B的天线参数。
各天线1A、1B是图5所示的环形天线，或者是图6所示的棒状天线，例如彼此相邻地配置。在使用环形天线的情况下，配置成使贯穿环形天线的方向与图5的z轴方向一致。在使用棒状天线的情况下，配置成使构成棒状天线的芯的长度方向与图5的z轴方向一致。另外，如果是具有+端子和－端子那样的两个端子的天线，则也可以使用这些环形天线以及棒状天线以外的天线。
优选天线1A、1B为同一形状。例如，在各天线1A、1B为环形天线的情况下，各自为圆形。形状也可以是圆以外的形状。此外，例如在各天线1A、1B为棒状天线的情况下，分别缠绕在同一形状(例如圆柱状)的芯上。此外，优选天线1A、1B的大小也相同。
在以下的说明中，为了方便使各天线1A、1B为环形天线。
一方的天线1A的+端子被连接至交流电源E的信号端子，天线1A的－端子被连接至另一方的天线1B的－端子，天线1B的+端子被连接至交流电源E的GND端子。
这样，通过使天线1A、1B的端子的极性相反后串联连接，能够从1个交流电源E向天线1A、1B始终反向地供给大小为I的电流。
在交流电源E的信号端子为正电压的定时，从贯穿天线1A、1B的方向，即从z轴方向看，在环形天线1A中流过逆时针的电流，在环形天线1B中流过顺时针的电流。相反，在交流电源E的信号端子为负电压的定时，在环形天线1A中流过顺时针的电流，在环形天线1B中流过逆时针的电流。
由此，各天线1A、1B的磁偶极矩向量的总和为零，天线1A、1B在远方形成的磁场相互抵消。结果，在图5的z轴方向上远离天线阵列1的位置，磁场强度急剧衰减，能够得到图2以及图4所示的80dB/dec的磁场强度的衰减率。
在天线控制系统中，针对天线1A、1B的天线参数之一的电流大小I是可变的。例如，交流电源E构成为根据从参数控制部23接收的控制信号来改变从自身向天线阵列1流过的电流的大小I。参数控制部23将该控制信号发送给交流电源E，对电流大小I进行调整。由此，能够任意地设定电流大小I。另外，也可以设置向各天线1A、1B供给电流的单独的交流电源。
此外，在天线控制系统中，针对天线1A、1B的天线参数之一的中心间的距离d是可变的。例如，机械台10A、10B构成为支承各天线1A、1B，根据控制信号改变自身的位置。参数控制部23将该控制信号发送给机械台10A、10B，对机械台的位置进行调整。由此，能够任意地调整中心间的距离d。
因为在天线阵列1的各天线1A、1B中，流过大小I相同且方向相反的电流，因此在远方能够得到80dB/dec的磁场强度的衰减率，但在天线阵列1的近旁(在z轴方向上接近的位置)，磁场强度的衰减率下降。此外，在天线阵列1的近旁，磁场强度的衰减率不是固定的。
由此，需要恰当地设定天线1A、1B的天线参数，由此在天线1A、1B形成的通信区域的边界得到所希望的磁场强度的衰减率。此外，若磁场强度小则无法进行通信，因此需要在通信区域的边界得到所希望的磁场强度。这样的所希望的磁场强度以及所希望的磁场强度的衰减率是在天线参数控制装置2计算天线参数的方面所需要的天线参数。
天线控制系统根据用户输入的输入参数计算恰当的中心间的距离dopt和恰当的电流大小Iopt，分别控制天线1A、1B的中心间的距离d和流过2个天线1A、1B的电流大小I使其与dopt和Iopt一致。
以下，对计算dopt和Iopt的方法进行说明。
图7是用于说明第1实施方式的输入参数的选定方法的图。
用户在考虑自身所希望的通信区域的大小、特性的基础上，将5个输入参数输入给输入装置20。
第一个输入参数是从天线1A、1B至该天线形成的通信区域(磁场区域)的边界(端)为止的距离ZC。另外，ZC是图5的z轴方向的距离。此外，ZC也可以说是表示通信区域的大小的输入参数。第二个输入参数是在通信区域的边界即ZC的位置需要的磁场强度HC。第三个输入参数是在通信区域的边界即ZC的位置需要的磁场强度的衰减率的下限值Amin。这些参数记载在图7中。第四个输入参数是天线1A、1B的中心间的距离d的上限值dmax，第五个输入参数是流过天线1A、1B的电流的上限值Imax。
将通信区域的边界设定于在z轴方向即贯穿环形天线的方向上从天线阵列1离开了距离ZC的位置。在z轴方向上从0至ZC的距离为通信区域。图7的双环是天线阵列1形成的磁场强度的特性，设这是用户所希望的特性。ZC位置的磁场强度为磁场强度HC。此外，ZC位置的磁场强度的衰减率的下限值为Amin。下限值Amin是相对于表示双环的特性的曲线，在ZC的位置相切的切线的斜率(磁场强度的衰减率)的下限值。
作为例子，将各输入参数的单位设为ZC[m]、HC[dBμA/m]、Amin[dB/dec]、dmax[m]、Imax[A]。
返回到图5继续进行说明。
用户向键盘等输入装置20输入到通信区域的边界为止的距离ZC、磁场强度HC、磁场强度的衰减率的下限值Amin、中心间的距离d的上限值dmax、流过天线阵列1的电流大小I的上限值Imax来作为输入参数。另外，通过天线阵列1(2个天线)得到的磁场强度的衰减率的上限值为80dB/dec，因此作为Amin需要输入小于80dB/dec的值。例如，预先向用户赋予这样的信息。
天线参数控制装置2的输入参数取得部21从输入装置20取得这些输入参数，并输出到参数计算部22。另外，电流大小I的上限值Imax通过交流电源E的性能等决定，有时用户并不知道。因此，也可以预先将上限值Imax存储到天线参数控制装置2的存储器中。此外，中心间的距离d的上限值dmax是通过机械台10A、10B的可动范围决定的，有时用户并不知道。因此，也可以预先将上限值dmax存储到天线参数控制装置2的存储器中。在该情况下，输入参数取得部21从存储器取得电流大小I的上限值Imax、中心间的距离d的上限值dmax。
天线参数控制装置2的参数计算部22计算满足5个输入参数所示的条件，且电流大小I为最小的中心间的距离dopt以及此时的电流的大小Iopt。
具体地，参数计算部22根据距离ZC和磁场强度的衰减率的下限值Amin，计算在通信区域的边界得到与下限值Amin一致的磁场强度的衰减率，且电流大小I为最小的中心间的距离d’opt(dopt)来作为天线参数。
此外，参数计算部22根据距离ZC、磁场强度HC以及磁场强度的衰减率的下限值Amin，计算在通信区域的边界得到磁场强度HC以及与下限值Amin一致的磁场强度的衰减率的最小的电流大小I’opt(Iopt)来作为天线参数。
此外，参数计算部22在计算出的中心间的距离d’opt比上限值dmax长的情况下，根据距离ZC、磁场强度HC以及上限值dmax(dopt＝d”opt)，计算在使中心间的距离d与上限值dmax一致时，在通信区域的边界得到磁场强度HC的最小的电流大小I”opt(Iopt)来作为天线参数。
然后，参数计算部22将计算出的天线参数输出到参数控制部23。
参数控制部23根据由参数计算部22计算出的天线参数，控制天线1A、1B的天线参数。
具体地，参数控制部23根据计算出的中心间的距离dopt(d’opt或d”opt)，控制天线1A、1B的中心间的距离d(天线参数)。例如，参数控制部23向机械台10A、10B发送控制信号，对机械台10A、10B进行控制，以使中心间的距离d与计算出的中心间的距离dopt(d’opt或d”opt)一致。
此外，参数控制部23根据计算出的电流大小Iopt(I’opt或I”opt)，控制流过天线1A、1B的电流大小I(天线参数)。例如，参数控制部23向交流电源E发送控制信号，对交流电源E进行控制，以使流过天线1A、1B的电流大小I与计算出的电流大小Iopt(I’opt或I”opt)一致。
图8是表示第1实施方式的天线参数计算方法的一例的流程图。
首先，天线参数控制装置2的参数计算部22如上所述从输入装置20等取得ZC、HC、Amin、dmax、Imax(S1)。
接着，参数计算部22计算天线的中心间的距离d’opt作为dopt的第1候补(S3)。
在图5的天线控制系统中，优选电流大小I小。这是因为可使用性能较低的交流电源E。一般，长的d有利于减小I。另一方面，若使中心间的距离d变长，则在通信区域的边界(ZC的位置)的磁场强度的衰减率降低。考虑这样的情况，在步骤S3中，首先，参数计算部22计算在ZC的磁场强度的衰减率成为必要的最小限的值即Amin的d来作为d’opt(S3)。
在此，对成为以下计算式的前提的技术进行补充说明。
已知可通过极坐标显示如下那样表示配置在原点的磁偶极子(例如单一的环形天线)形成的磁场强度的分布。
【数学式1】
其中，m为磁偶极矩，将天线的电流大小设为I时，下式成立。
【数学式2】
m＝ISeff (A2)
其中，Seff是表示天线的有效面积的常数，取决于天线的形状或材质。例如，天线为环形天线，将环形天线围住的区域面积设为S0，将环形天线的匝数设为N时，可以用下式近似地表示Seff。
【数学式3】
Seff≈NS0 (A3)
在此，在用正交坐标系表示式(A1)时，成为如下。
【数学式4】
在此，设为在坐标(﹣d/2，0，0)和(d/2，0，0)的位置分别配置m和－m的磁偶极子。这2个磁偶极子等价于中心间的距离为d的2个天线。使用式(A2)，如下表示这样的天线在z轴上形成的磁场强度(绝对值)的分布。
【数学式5】
在此，为了得到分贝表现的磁场强度，设为下式。
【数学式6】
H(z，d)的单位为[dBμA/m]，h(z，d)的单位为[A/m]。
当针对I解式(A6)时，得到下式。
【数学式7】
式(A7)在坐标z、该位置的磁场强度H、天线的中心间的距离d为已知的情况下，表示能够计算流过天线的电流大小I。
在此，用下式定义新的变量λ。
【数学式8】
λ＝log10z (A8)
这样，可用下式表现磁场强度的衰减率A[dB/dec]。
【数学式9】
式(A9)表示2个天线形成的磁场强度的衰减率在远方逐渐接近80dB/dec。
【数学10】
当针对d解式(A9)时，成为上式。
在坐标z、坐标z的磁场强度的衰减率A为已知的情况下，式(A10)表示能够计算天线的中心间的距离d。
此外，将式(A10)代入式(A7)时得到下式。
【数学式11】
在坐标z、坐标z的磁场强度H以及磁场强度的衰减率A为已知的情况下，式(A11)表示能够计算流过天线的电流大小I。
返回到图8继续进行说明。
在步骤S3中，在给出了z和A的情况下，参数计算部22给出用于求出d的式(A10)。
【数学式12】
由此，参数计算部22计算d’opt(S3)。
也就是说，参数计算部22根据到通信区域的边界为止的距离ZC和磁场强度的衰减率的下限值Amin，计算在通信区域的边界(Zc的位置)得到与下限值Amin一致的磁场强度的衰减率，且流过天线的电流大小I为最小的中心间的距离d’opt来作为天线参数。即，可以使用式(1)来计算中心间的距离d’opt。
接着，参数计算部22判定d’opt是否满足下式的用户的输入条件(S5)。
【数学式13】
d'opt≤dmax (2)
以下，分情况继续进行说明。
(i)d’opt≤dmax的情况(S5：“是”)
在该情况下，d’opt满足d的条件，因此参数计算部22判定是否满足与电流相关的条件。
首先，参数计算部22赋予了根据z、H、A求出I的式子(A11)。
【数学式14】
由此，作为Iopt的第1候补，计算流过天线的电流大小I’opt(S7)。另外，Seff是表示各天线1A、1B的有效面积的常数。
也就是说，参数计算部22根据到通信区域的边界为止的距离ZC、磁场强度HC以及磁场强度的衰减率的下限值Amin，计算在通信区域的边界(ZC的位置)得到磁场强度HC以及与下限值Amin一致的磁场强度的衰减率的最小的电流的大小I’opt来作为天线参数。即，可以使用式(3)来计算电流大小I’opt。
接着，参数计算部22判定I’opt是否满足用户的输入条件(S9)。
【数学式15】
I'opt≤Imax (4)
即，参数计算部22判定I’opt是否满足上式(S9)。
在步骤S9中判定为“是”的情况下，即，若满足式(4)，则I’opt满足用户的输入条件。在该情况下，参数计算部22将dopt的第1候补即d’opt作为dopt(最佳解)输出到参数控制部23，将Iopt的第1候补即I’opt作为Iopt(最佳解)输出到参数控制部23(S11)，并结束处理。
即，如下式那样，得出作为第1候补的d’opt以及I’opt为真正的最佳解的结论。
【数学式16】
另一方面，在步骤S9中判定为“否”的情况下，不存在满足用户的输入条件的解(dopt、Iopt)。这是因为为了满足式(4)需要使d变大，但在该情况下，在通信区域的边界(ZC的位置)的磁场强度的衰减率A(ZC)小于Amin(A(ZC)＜Amin)。即不满足磁场强度的衰减率的条件。因此，在该情况下，参数计算部22例如在显示装置等中作为“无解”进行表示警报的显示，催促输入其他的输入参数(S13)，并结束处理。
(ii)d’opt＞dmax的情况(S5：“否”)
在计算出的中心间的距离d’opt比上限值dmax长的情况下，参数计算部22如下式那样采用dmax作为dopt的第2候补即d”opt(S21)。
【数学式17】
d”opt＝dmax (6)
接着，参数计算部22计算流过天线的电流的大小I”opt作为Iopt的第2候补。在该计算中利用根据z、H、d求出I的式(A7)即可。
也就是说，参数计算部22使用下式。
【数学式18】
由此，参数计算部22计算Iopt的第2候补即I”opt(S23)。
也就是说，参数计算部22根据距离ZC、磁场强度HC以及中心间的距离的上限值dmax，计算在使中心间的距离d与上限值dmax一致的情况下，在通信区域的边界(ZC的位置)得到磁场强度HC的最小的电流的大小I”opt来作为天线参数(S23)。即，可以使用式(7)来计算电流大小I”opt。
接着，参数计算部22判定Iopt的第2候补即I”opt是否满足用户的输入条件(S25)。
【数学式19】
I”opt≤Imax (8)
即，参数计算部22判定I”opt是否满足上式(S25)。
在步骤S25中判定为“是”的情况下，即满足式(8)的情况下，I”opt满足用户的输入条件。
因此，参数计算部22将dopt的第2候补即d”opt(＝dmax)作为dopt(最佳解)输出到参数控制部23，将Iopt的第2候补即I”opt作为Iopt(最佳解)输出到参数控制部23(S27)，并结束处理。
即，如下式所述，得出作为第2候补的d”opt(＝dmax)以及I”opt为真正的最佳解的结论。
【数学式20】
另一方面，在步骤S25中判定为“否”的情况下，即计算出的电流大小I”opt大于上限值Imax的情况下，不存在满足用户的输入条件的解(dopt、Iopt)。这是因为为了满足式(8)需要使d变大，但在该情况下，d”opt＞dmax。即，不满足中心间的距离的条件。因此，在该情况下，参数计算部22例如在显示装置等中作为“无解”进行表示警报的显示，催促输入其他的输入参数(S29)，并结束处理。
另外，例如在对交流电源E的性能没有限制，且对机械台10A、10B的可动范围没有限制的情况下等，dmax、Imax并不是必须的。也就是说，虽然在第1实施方式中，将dmax、Imax加入到输入条件中，但这些并不是必须的。
因此，也可以从步骤S3前进到步骤S7而不是前进到步骤S5，此外，从步骤S7前进到步骤S11而不是前进到步骤S9。即，将通过式(1)得到的d’opt用作dopt，将通过式(3)得到的I’opt用作Iopt。
如以上所述，第1实施方式的天线参数控制装置2是对2个天线1A、1B计算流过大小I相同且方向相反的电流时的天线参数的天线参数控制装置，具备取得用于计算天线参数的输入参数的输入参数取得部21；以及根据输入参数计算天线的中心间的距离来作为天线参数的参数计算部22。由此，在本实施方式中，能够提供一种用于在所希望的位置形成通信区域的边界的天线的控制技术。具体地，能够计算用于在所希望的位置形成通信区域的边界的天线的中心间的距离(天线参数)。
此外，输入参数取得部21从天线取得到天线形成的通信区域的边界为止的距离ZC、在通信区域的边界所需要的磁场强度的衰减率的下限值Amin来作为输入参数(S1)。此外，参数计算部22根据距离ZC和磁场强度的衰减率的下限值Amin，计算在通信区域的边界得到与下限值Amin一致的磁场强度的衰减率，且电流大小I为最小的天线的中心间的距离d’opt来作为天线参数(S3)。由此，在本实施方式中，能够计算用于在所希望的位置形成通信区域的边界的天线的中心间的距离。此外，电流大小I为最小，因此能够降低消耗功率。
此外，输入参数取得部21取得在通信区域的边界所需要的磁场强度HC(S1)。此外，参数计算部22根据距离ZC、磁场强度HC以及衰减率的下限值Amin，计算在通信区域的边界得到磁场强度HC以及与下限值Amin一致的磁场强度的衰减率的最小的电流大小I’opt来作为天线参数(S7)。因此，能够计算为了在所希望的位置形成通信区域的边界而流过天线的电流的大小。此外，电流大小I为最小，因此能够降低消耗功率。
另外，在第1实施方式中，可以只计算天线的中心间的距离d’opt，或者只计算I’opt。
此外，输入参数取得部21取得中心间的距离d的上限值dmax(S1)。此外，参数计算部22在计算出的中心间的距离d’opt比中心间的距离的上限值dmax长的情况下(S5：“否”)，根据到通信区域的边界为止的距离ZC、磁场强度HC以及中心间的距离的上限值dmax，计算在使中心间的距离d与上限值dmax一致时，在通信区域的边界得到磁场强度HC的最小的电流大小I”opt来作为天线参数(S23)。因此，能够计算为了在所希望的位置形成通信区域的边界而流过天线的电流的大小。此外，电流大小I为最小，因此能够降低消耗功率。
此外，天线参数控制装置2具备参数控制部23，该参数控制部23根据由天线参数计算部22计算出的天线参数(dopt、Iopt)，控制2个天线1A、1B的天线参数(d、I)。因此，能够在所希望的位置设定通信区域的边界。
此外，第1实施方式的天线控制系统具备天线参数控制装置2以及2个天线1A和1B，因此能够形成通信区域，将通信区域的边界设定在所希望的位置。
例如，若用户输入表示通信区域的大小的所希望的ZC等输入参数，则计算天线参数，通信区域的实际的大小成为与所输入的ZC对应的大小。因此，在本实施方式中，能够自由变更通信区域的大小。此外，因为得到与计算出的天线参数对应的通信区域，因此能够得到正确的通信区域的大小。
[第2实施方式]
接着，对第2实施方式进行说明。在第2实施方式中，用户输入的输入参数以及dopt、Iopt的计算方法与第1实施方式不同，除此以外，与第1实施方式相同。因此，省略与第1实施方式重复的说明。
图9是用于说明第2实施方式的输入参数的选定方法的图。
用户在考虑自身所希望的通信区域的大小和特性的基础上，将6个输入参数输入到输入装置20。
第一个输入参数是从天线到通信区域的边界为止的距离ZC。第二个参数是比ZC大的任意的距离。也就是说，第二个输入参数是到比通信区域的边界远的位置为止的从天线开始的距离ZD。第三个输入参数是在通信区域的边界(ZC的位置)所需要的磁场强度HC。第四个参数是在ZD的位置所允许的磁场强度的上限值HD。也就是说，该磁场强度的上限值HD是比通信区域的边界远的位置ZD的磁场强度的上限值HD。这些记载在图9中。输入ZD和HD等价于在第1实施方式中输入Amin。第五个输入参数是天线的中心间的距离d的上限值dmax。第六个参数是流过天线的电流大小I的上限值Imax。
与第1实施方式同样地，将通信区域的边界设定于在z轴方向，即贯穿环形天线的方向上从天线阵列1离开了距离ZC的位置。在z轴方向上从0至ZC的距离为通信区域。图9的双环是天线阵列1形成的磁场强度的特性，设这是用户所希望的特性。图9的在ZC的位置的磁场强度为在通信区域的边界所需要的磁场强度HC。此外，在ZD的位置的磁场强度的上限值为上限值HD。
HC与HD之间的差除以ZC与ZD之间的差而得到的值依存于磁场强度的衰减率，因此用户根据所希望的磁场强度的衰减率决定HD、ZD即可。
在第2实施方式中，将各输入参数的单位设为ZC[m]、ZD[m]、HC[dBμA/m]、HD[dBμA/m]、dmax[m]、Imax[A]。
在第2实施方式中，用户向输入装置20输入距离ZC、ZD、磁场强度HC、磁场强度的上限值HD、中心间的距离d的上限值dmax、电流大小I的上限值Imax来作为输入参数。
天线参数控制装置2的输入参数取得部21从输入装置20取得这些输入参数，并输出到参数计算部22。另外，输入参数取得部21也可以取得存储在存储器中的电流大小I的上限值Imax、中心间的距离d的上限值dmax，并发送给参数计算部22。
天线参数控制装置2的参数计算部22计算满足6个输入参数所示的条件，且电流大小I为最小的中心间的距离dopt以及此时的电流的大小Iopt。
具体地，参数计算部22根据各距离ZC和ZD、磁场强度HC以及磁场强度的上限值HD，计算在通信区域的边界(ZC的位置)得到磁场强度HC，在比通信区域的边界远的位置(ZD的位置)与上限值HD一致的磁场强度，且电流的大小I为最小的中心间的距离d’opt(dopt)以及该最小的电流大小I’opt(Iopt)来作为天线参数。
此外，参数计算部22在计算出的中心间的距离d’opt比上限值dmax长的情况下，根据距离ZC、磁场强度HC以及上限值dmax(dopt＝d”opt)，计算在使中心间的距离d与上限值dmax一致时，在通信区域的边界得到磁场强度HC的最小的电流大小I”opt(Iopt)作为天线参数。
然后，参数计算部22将计算出的天线参数输出到参数控制部23。
参数控制部23根据由天线参数控制装置2计算出的天线参数，控制天线1A、1B的天线参数。
具体地，参数控制部23根据计算出的中心间的距离dopt(d’opt或d”opt)，控制天线1A、1B的中心间的距离d(天线参数)。例如，参数控制部23向机械台10A、10B发送控制信号，对机械台10A、10B进行控制，使得中心间的距离d与计算出的中心间的距离dopt(d’opt或d”opt)一致。
此外，参数控制部23根据计算出的电流大小Iopt(I’opt或I”opt)，控制流过天线1A、1B的电流大小I(天线参数)。例如，参数控制部23向交流电源E发送控制信号，对交流电源E进行控制，使得流过天线1A、1B的电流的大小I与计算出的电流大小Iopt(I’opt或I”opt)一致。
图10是表示第2实施方式的天线参数计算方法的一例的流程图。
首先，天线参数控制装置2的输入参数计算部21如上所述从输入装置20等取得ZC、ZD、HC、HD、dmax、Imax(S41)。
在图5的天线控制系统中，为了使流过天线的电流大小I为最小，优选使中心间的距离d变大。另一方面，若使中心间的距离d变长，则在通信区域的边界(ZC的位置)的磁场强度的衰减率降低。考虑这样的情况，天线参数控制装置2的参数计算部22将得到必要最小限的磁场强度的衰减率的d设为作为dopt的第1候补的距离d’opt。此外，将与d’opt一起得到的(附带的)I设为作为Iopt的第1候补的电流大小I’opt。
也就是说，参数计算部22分别计算d’opt作为dopt的第1候补，计算I’opt作为Iopt的第1候补(S43)。
具体地，在步骤S43中，对于从式(A6)得到的以下的联立方程式求解。
【数学式21】
参数计算部22得到d’opt和I’opt作为该联立方程式的解(S43)。
也就是说，参数计算部22根据各距离ZC、ZD、磁场强度HC以及上限值HD，计算在通信区域的边界(ZC的位置)得到磁场强度HC，在比通信区域的边界远的位置(ZD的位置)得到与上限值HD一致的磁场强度，且电流大小I为最小的天线的中心间的距离d’opt和电流大小I’opt来作为天线参数(S43)。即，能够使用式(10)来计算中心间的距离d’opt和电流大小I’opt。
接着，需要确认(d’opt、I’opt)是否满足用户的输入条件。
首先，参数计算部22判定是否满足针对d’opt的下个条件(S45)。
【数学式22】
d’opt≤dmax (11)
以下，分情况继续进行说明。
(i)d’opt≤dmax的情况(S45：“是”)
在该情况下，满足了与d相关的用户的输入条件，因此参数计算部22接着判定是否满足与电流大小I相关的用户的输入条件(S47)。
【数学式23】
I'opt≤Imax (12)
即，参数计算部22判定I’opt是否满足上式(S47)。
在步骤S47中判定为“是”的情况下，I’opt满足用户的输入条件。在该情况下，参数计算部22向参数控制部23输出dopt的第1候补即d’opt作为dopt(最佳解)，并向参数控制部23输出Iopt的第1候补即I’opt作为Iopt(最佳解)(S49)，并结束处理。
即，如下式那样，得到作为第1候补的d’opt、I’opt为真正的最佳解的结论。
【数学式24】
(dopt,Iopt)＝(d'opt,I'opt) (13)
另一方面，在步骤S47中判定为“否”的情况下，不存在满足用户的输入条件的解(dopt、Iopt)。因此，在该情况下，参数计算部22例如在显示装置等中作为“无解”进行表示警报的显示，催促输入其他输入参数(S49)，并结束处理。
(ii)d’opt＞dmax的情况(S45：“否”)
在计算出的中心间的距离d’opt比上限值dmax长的情况下，参数计算部22与第1实施方式同样地，如下式那样采用dmax作为dopt的第2候补即d”opt(S61)。
【数学式25】
d”opt＝dmax (14)
接着，参数计算部22如第1实施方式的式(7)那样，使用下式。
【数学式26】
由此，参数计算部22计算I”opt(S63)。
也就是说，参数计算部22根据距离ZC、磁场强度HC以及中心间的距离的上限值dmax，计算在使中心间的距离d与上限值dmax一致的情况下，在通信区域的边界(ZC的位置)得到磁场强度HC的最小的电流大小I”opt来作为天线参数(S63)。即，可以使用式(15)来计算电流大小I”opt。
接着，参数计算部22与第1实施方式同样地，判定Iopt的第2候补即I”opt是否满足用户的输入条件(S65)。
【数学27】
I”opt≤Imax (16)
即，参数计算部22判定I”opt是否满足上式(S65)。
在步骤S65中判定为“是”的情况下，即满足式(16)的情况下，I”opt满足用户的输入条件。
因此，参数计算部22将dopt的第2候补即d”opt(＝dmax)作为dopt(最佳解)输出到参数控制部23，将Iopt的第2候补即I”opt作为Iopt(最佳解)输出到参数控制部23(S67)，并结束处理。
即，如下式所述，得到作为第2候补的d”opt(＝dmax)、I”opt为真正的最佳解的结论。
【数学式28】
另一方面，在步骤S65中判定为“否”的情况下，不存在满足用户的输入条件的解(dopt、Iopt)。因此，在该情况下，参数计算部22与第1实施方式同样地，例如在显示装置等中作为“无解”进行表示警报的显示，催促输入其他输入参数(S69)，并结束处理。
另外，与第1实施方式同样地，在第2实施方式中dmax、Imax也并不是必须的。也就是说，虽然在第2实施方式中，将dmax、Imax加入到输入条件中，但这些并不是必须的。因此，也可以从步骤S43前进到步骤S49，而不是前进到步骤S45和S47。即，可以将通过式(10)得到的d’opt、I’opt分别用作dopt、Iopt。
如以上所述，第2实施方式的天线参数控制装置2是针对2个天线1A、1B计算流过大小I相同且方向相反的电流时的天线参数的天线参数控制装置，具备取得用于计算天线参数的输入参数的输入参数取得部21、以及根据输入参数计算天线的中心间的距离来作为天线参数的参数计算部22。由此，能够提供一种用于在所希望的位置形成通信区域的边界的天线的控制技术。具体地，能够计算在所希望的位置形成通信区域的边界的天线的中心间的距离(天线参数)。
此外，输入参数取得部21从天线取得到天线形成的通信区域的边界为止的距离ZC、从天线到比通信区域的边界远的位置的距离ZD、在通信区域的边界所需要的磁场强度HC、在比通信区域的边界远的位置的磁场强度的上限值HD来作为输入参数(S41)。此外，参数计算部22根据各距离ZC、ZD、磁场强度HC以及磁场强度的上限值HD，计算在通信区域的边界(ZC的位置)得到磁场强度HC，在比通信区域的边界远的位置(ZD的位置)得到与上限值HD一致的磁场强度，且电流为最小的天线的中心间的距离d’opt以及电流大小I’opt来作为天线参数(S43)。由此，能够计算出用于在所希望的位置形成通信区域的边界的天线的中心间的距离以及流过天线的电流大小。此外，电流大小I成为最小，因此能够降低消耗功率。
此外，输入参数取得部21取得中心间的距离d的上限值dmax(S41)。此外，参数计算部22在计算出的中心间的距离d’opt比中心间的距离的上限值dmax长的情况下(S45：“否”)，根据到通信区域的边界为止的距离ZC、磁场强度HC以及中心间的距离的上限值dmax，计算在使中心间的距离d与上限值dmax一致时，在通信区域的边界得到磁场强度HC的最小的电流大小I”opt来作为天线参数(S63)。由此，能够计算为了在所希望的位置形成通信区域的边界而流过天线的电流的大小。此外，电流大小I成为最小，因此能够降低消耗功率。
此外，与第1实施方式同样地，第2实施方式的天线参数控制装置2具备参数控制部23，该参数控制部23根据由天线参数计算部22计算出的天线参数(dopt、Iopt)控制2个天线1A、1B的天线参数(d、I)。因此，能够将通信区域的边界设定在所希望的位置。
此外，与第1实施方式同样地，第2实施方式的天线控制系统具备天线参数控制装置2以及2个天线1A、1B。由此，能够形成通信区域，将通信区域的边界设定在所希望的位置。
例如，若用户输入表示通信区域的大小的所希望的ZC等输入参数，则计算天线参数，通信区域的实际的大小成为与所输入的ZC对应的大小，因此，能够自由变更通信区域的大小。此外，因为得到与计算出的天线参数对应的通信区域，所以能够得到正确的通信区域的大小。
另外，在第1、第2实施方式中，为了调整天线参数而使用天线参数控制装置2，但天线参数控制装置2也可以只用于计算天线参数。在该情况下，不需要参数控制部23。
此外，可以通过使具备处理器(CPU)的计算机读入并执行预定的天线参数控制程序来实现天线参数控制装置2。该天线参数控制程序可记录在半导体存储器、磁盘、光盘、光磁盘、磁带等计算机可读记录介质中，此外，可以经由因特网等通信网进行传输从而广泛流通。
在本说明书中，作为具体例，举出环形天线以及棒状天线进行了说明。将这些天线分类为产生磁场的偶极天线(磁偶极子天线)。在本说明书中展开的论述也能够应用于一般的偶极天线，不应限定磁偶极天线。即，也能够用于产生电场的电偶极天线，在利用电场形成通信区域等方面也有效。
如上述所示，记载了本发明的实施方式，但不应理解为成为该公开的一部分的论述以及附图限定了本发明。根据该公开，本领域的技术人员能够了解各种代替实施方式、实施例以及运用技术。
符号说明
1 天线阵列
1A、1B 天线
2 天线参数控制装置
21 输入参数取得部
22 参数计算部
23 参数控制部
20 输入装置
10A、10B 机械台
Amin 在通信区域的边界的磁场强度的衰减率的下限值(输入参数)
d 天线的中心间的距离(天线1A、1B的天线参数)
dopt、d’pt、d”opt 天线的中心间的距离(计算的天线参数)
dmax 中心间的距离d的上限值(输入参数)
E 交流电源
I 流过天线的电流大小(天线1A、1B的天线参数)
Iopt、I’opt、I”opt 流过天线的电流大小(计算的天线参数)
Imax 流过天线的电流大小的上限值(输入参数)
HC 在通信区域的边界所需要的磁场强度(输入参数)
HD 在比通信区域的边界远的位置的磁场强度的上限值(输入参数)
ZC 从天线到通信区域的边界为止的距离(输入参数)
ZD 从天线到比通信区域的边界远的位置的距离(输入参数)。

Claims (19)

1.一种天线控制装置，其在对于构成天线阵列的2个天线流过大小相同且方向相反的电流时，对上述2个天线的中心之间的距离进行控制，其特征在于，具备：
输入参数取得部，其取得从上述天线阵列到该天线阵列形成的通信区域的边界为止的距离、以及在上述通信区域的边界的磁场强度的衰减率的下限值来作为输入参数；以及
计算部，其根据上述天线阵列到上述通信区域的边界为止的距离、以及上述磁场强度的衰减率的下限值，计算在上述通信区域的边界得到与上述下限值一致的磁场强度的衰减率，且上述电流的大小成为最小时的上述天线的中心之间的距离。
2.根据权利要求1所述的天线控制装置，其特征在于，
上述计算部通过下式计算上述中心之间的距离，
其中，d’opt是上述中心之间的距离，ZC是上述天线阵列到上述通信区域的边界为止的距离，Amin是上述磁场强度的衰减率的下限值。
3.根据权利要求1所述的天线控制装置，其特征在于，
上述输入参数取得部取得在上述通信区域的边界所需要的磁场强度，
上述计算部根据上述天线阵列到上述通信区域的边界为止的距离和上述磁场强度以及上述磁场强度的衰减率的下限值，计算在上述通信区域的边界得到上述磁场强度以及与上述下限值一致的磁场强度的衰减率时的最小的上述电流的大小。
4.根据权利要求3所述的天线控制装置，其特征在于，
上述计算部通过下式计算最小的上述电流的大小，
其中，I’opt是最小的上述电流的大小，ZC是上述天线阵列到上述通信区域的边界为止的距离，HC是上述磁场强度，Amin是上述磁场强度的衰减率的下限值，Seff是表示各天线的有效面积的常数。
5.根据权利要求1所述的天线控制装置，其特征在于，
上述输入参数取得部取得上述中心之间的距离的上限值，
上述计算部在计算出的上述中心之间的距离比上述中心之间的距离的上限值长的情况下，根据上述天线阵列到上述通信区域的边界为止的距离、在上述通信区域的边界所需要的磁场强度以及上述中心之间的距离的上限值，计算在使上述中心之间的距离与上述上限值一致时，在上述通信区域的边界得到在上述通信区域的边界所需要的磁场强度时的最小的上述电流的大小。
6.根据权利要求5所述的天线控制装置，其特征在于，
上述计算部通过下式计算最小的上述电流的大小，
其中，I”opt是最小的上述电流的大小，ZC是上述天线阵列到上述通信区域的边界为止的距离，HC是在上述通信区域的边界所需要的磁场强度，dmax是上述中心之间的距离的上限值，Seff是表示各天线的有效面积的常数。
7.根据权利要求1所述的天线控制装置，其特征在于，
上述天线控制装置具备控制部，该控制部根据上述计算部计算出的上述天线的中心之间的距离对上述2个天线进行控制。
8.一种天线控制装置，其在对于构成天线阵列的2个天线流过大小相同且方向相反的电流时，对上述2个天线的中心之间的距离进行控制，其特征在于，具备：
输入参数取得部，其取得从上述天线阵列到该天线阵列形成的通信区域的边界为止的距离、从上述天线阵列到比上述通信区域的边界远的位置为止的距离、在上述通信区域的边界所需要的磁场强度、以及在比上述通信区域的边界远的位置的磁场强度的上限值来作为输入参数；以及
计算部，其根据各上述距离、上述磁场强度以及上述上限值，计算在上述通信区域的边界得到在上述通信区域的边界所需要的磁场强度，在比上述通信区域的边界远的位置得到与上述上限值一致的磁场强度，且上述电流成为最小时的上述天线的中心之间的距离以及最小的上述电流的大小。
9.根据权利要求8所述的天线控制装置，其特征在于，
上述计算部以作为下式的解的方式得到上述中心之间的距离以及最小的上述电流的大小，
其中，d’opt是上述中心之间的距离，I’opt是最小的上述电流的大小，ZC是上述天线阵列到上述通信区域的边界为止的距离，ZD是上述天线阵列到比上述通信区域的边界远的位置为止的距离，HC是在上述通信区域的边界所需要的磁场强度，HD是在比上述通信区域的边界远的位置的磁场强度的上限值，Seff是表示各天线的有效面积的常数。
10.根据权利要求8所述的天线控制装置，其特征在于，
上述输入参数取得部取得上述中心之间的距离的上限值，
上述计算部在计算出的上述中心之间的距离比上述中心之间的距离的上限值长的情况下，根据上述天线阵列到上述通信区域的边界为止的距离、在上述通信区域的边界所需要的磁场强度以及上述中心之间的距离的上限值，计算在使上述中心之间的距离与上述上限值一致时，在上述通信区域的边界得到在上述通信区域的边界所需要的磁场强度时的最小的上述电流的大小。
11.根据权利要求10所述的天线控制装置，其特征在于，
上述计算部通过下式计算最小的上述电流的大小，
其中，I”opt是最小的上述电流的大小，ZC是上述天线阵列到上述通信区域的边界为止的距离，HC是在上述通信区域的边界所需要的磁场强度，dmax是上述中心之间的距离的上限值，Seff是表示各天线的有效面积的常数。
12.根据权利要求8所述的天线控制装置，其特征在于，
上述天线控制装置具备控制部，该控制部根据上述计算部计算出的上述天线的中心之间的距离对上述2个天线进行控制。
13.一种计算机可读取的记录介质，其特征在于，其记录了天线控制程序，该天线控制程序使计算机作为权利要求1至12中的任意一项所述的天线控制装置发挥功能。
14.一种天线控制系统，其特征在于，具备：
权利要求1所述的天线控制装置；以及
上述2个天线。
15.根据权利要求14所述的天线控制系统，其特征在于，
上述2个天线是环形天线或棒状天线。
16.根据权利要求14所述的天线控制系统，其特征在于，
将上述2个天线串联连接。
17.一种天线控制系统，其特征在于，具备：
权利要求8所述的天线控制装置；以及
上述2个天线。
18.根据权利要求17所述的天线控制系统，其特征在于，
上述2个天线是环形天线或棒状天线。
19.根据权利要求17所述的天线控制系统，其特征在于，
将上述2个天线串联连接。
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