CN116157961A - 天线装置、供电装置及供电方法 - Google Patents

天线装置、供电装置及供电方法 Download PDF

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Abstract

提供一种可供电的天线装置，使得受电器即使在近距离时也可高效受电。天线装置包括：阵列天线；调节部，在第1轴方向上对供给至多个天线元件的供电信号的相位进行调节；图像获取部，通过鱼眼镜头获取图像；导出部，将图像中包含的标记物相对于图像获取部的第1位置转换为包含第1轴和第2轴的第1平面上的极座标中的第2位置；获取部，根据第2位置获取将第1位置投影至包含第1轴和第3轴的第2平面所得的位置相对于第2平面内的第3轴的仰角；保存部，将相位数据保存为与多个仰角对应的多组，相位数据表示以使受电器从多个天线元件接收的相位对齐的方式而被进行了调整的多个相位；及控制部，根据基于所获得的仰角而读取的相位数据对调节部进行控制，使得从阵列天线发射的波束的方向在第2平面内变为仰角。

Description

天线装置、供电装置及供电方法
技术领域
本发明涉及一种天线装置、供电装置及供电方法。
背景技术
现有技术中存在一种无线供电(送电)装置，其特征在于，具有：波束发送部，向搭载(安装)在飞行物上的无线受电(电力接收)装置发送用于供电的能量波束；信息获取部，获取用于提高所述无线受电装置的受电效率的控制信息；及控制部，根据所述控制信息进行所述能量波束的控制，以提高所述无线受电装置的受电效率。另外，还记载了可将阵列天线使用为供电天线(例如，参见专利文件1)。
[引证文件]
[专利文件]
专利文件1：(日本)特开2019-135900号公报
发明内容
[要解决的技术问题]
然而，当电力从阵列天线的多个(plural)天线元件进行供给并被无线受电装置接收时，如果无线受电装置如传统无线供电装置那样安装在飞行物上，则无线供电装置(简称供电装置)和无线受电装置(简称受电装置(也称受电器))之间的距离非常大(足够大)。为此，多个天线元件和受电装置之间的角度差可以忽略不计，即使从多个天线元件向同一目标(对象)进行供电，受电装置接收电力时，由于受电相位偏差较小，所以也几乎不存在任何问题。
但是，在受电装置和供电装置之间的距离仅为几米左右的近距离的情况下，如果从多个天线元件向同一目标进行供电，则受电装置接收电力时，从各天线元件至受电装置的角度差较大，导致受电相位偏差也较大，这样就会出现合成接收电力降低的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种可进行供电的天线装置、供电装置及供电方法，使得受电装置即使在近距离的情况下也可高效地接收电力(高效受电)。
[技术方案]
本发明的实施方式的天线装置包括：阵列天线，具有沿第1轴和第2轴呈二维排列的多个天线元件；相位调节部，在所述第1轴方向上对供给至所述多个天线元件的供电信号的相位进行调节；图像获取部，通过鱼眼镜头获取图像；位置导出部，将第1位置转换为第2位置，所述第1位置是所述图像获取部获取的图像中包含的标记物(marker)相对于所述图像获取部的位置，所述第2位置是包含所述第1轴和所述第2轴的第1平面上的极座标中的位置；仰角获取部，根据所述第2位置获取投影位置相对于第2平面内的第3轴的仰角，所述投影位置是通过将所述第1位置投影至包含所述第1轴和所述第3轴的所述第2平面而获得的；保存部，将相位数据保存为与多个所述仰角对应的多个组(plual sets)，所述相位数据表示以使受电器从所述多个天线元件接收的电力信号的相位对齐的方式而被进行了调整的多个相位，所述多个相位是从所述多个天线元件分别向位于所述标记物的位置处的所述受电器进行供电时的多个相位；及控制部，从所述保存部读取与所述仰角获取部获取的所述仰角对应的所述相位数据，并根据所读取的所述相位数据对所述相位调节部进行控制，使得从所述阵列天线发射的波束的方向在所述第2平面内变为所述仰角。
[有益效果]
能够提供一种可进行供电的天线装置、供电装置及供电方法，使得受电装置即使在近距离的情况下也可高效地接收电力。
附图说明
[图1]实施方式的供电装置100的示意图。
[图2]实施方式的供电装置100的示意图。
[图3]阵列天线110的极坐标系的示意图。
[图4]相位数据的计算方法的说明图。
[图5]天线装置100A和供电装置100的效果说明图。
[图6]供电装置100的应用例的示意图。
具体实施方式
下面对应用本发明的天线装置、供电装置及供电方法的实施方式进行说明。
<实施方式>
图1是实施方式的供电装置100的示意图。供电装置100包括阵列天线110、移相器(phase shifter)120、微波发生源130、相机140及控制装置150。实施方式的天线装置100A是从供电装置100中去除微波发生源130后的装置。
下面使用XYZ坐标系进行说明。平面视图指XY平面视图。此外，X轴是第1轴的一例，Y轴是第2轴的一例，Z轴是第3轴的一例。另外，XY平面是第1平面的一例，XZ平面是第2平面的一例。
作为一例，阵列天线110被分组为N个子阵列110A，并示出了N个子阵列110A的第1个(#1)至第N个(#N)。这里，N为2以上的整数量，但图1中作为一例示出了N为4以上的偶数的方式。N个子阵列110A沿X轴方向排列，作为一例，各子阵列110A包括4个天线元件111。为此，阵列天线110包括作为一例的4N个天线元件111。天线元件111是在平面视图中为矩形形状的贴片天线(patch antenna)。阵列天线110在天线元件111的-Z轴方向侧可具有被保持为接地电位的接地板。需要说明的是，作为一例，4N个天线元件111的位置的中心与XYZ坐标系的原点一致(重合)。此外，就各子阵列110A所包含的天线元件111的数量而言，只要为2个以上且呈二维排列即可。
下面使用图1和图2进行说明。图2是实施方式的供电装置100的示意图。图2中，为了更容易看清绘图，对XYZ坐标系的原点进行了错位表示，但下面的描述中，XYZ坐标系的原点与4N个天线元件111的位置的中心重合，如图1所示。此外，图2中，针对每个子阵列110A示出了与X轴的-Y轴方向侧相邻的1个天线元件111。另外，图2中还示出了控制装置150中包含的构成要素、标记物50A及受电装置50B。标记物50A和受电装置50B固定在作为一例的隧道的内壁51上。作为一例，天线装置100A和供电装置100搭载于作业车辆，一边随作业车辆在隧道内移动，一边对安装在隧道的内壁51上的标记物50A进行检测，由此向受电装置50B进行供电。
另外，图2中，标记物50A在XZ平面视图中存在于(位于)与Z轴成角度θb的方向上。图2中，尽管为了便于说明而对XYZ坐标系进行了错位表示，但XYZ坐标系的原点与4N个天线元件111的位置的中心重合，为此，角度θb是在XZ平面内XYZ坐标系的原点和标记物50A的连线(直线)与Z轴所成的角度。当从+Y轴方向侧观察XZ平面时，角度θb在向+X方向侧摆动时其值为正值，在向-X方向侧摆动时其值为负值。
移相器120与N个子阵列110A对应地设置有N个，N个移相器120分别与N个子阵列110A的天线元件111连接。各子阵列110A中，4个天线元件111与1个移相器120并列连接(并联)。移相器120是相位调节部的一例。
各子阵列110A中，4个天线元件111被供给相同相位的供电信号。此外，N个移相器120分别向N个子阵列110A输出的供电信号的相位彼此相异。故而，可在XZ平面内对从4N个天线元件111发射的电波所形成的波束的角度(仰角)进行控制。
从4N个天线元件111发射的电波所形成的波束与从阵列天线110输出的波束同义(即，具有相同的含义)。此外，从阵列天线110输出的波束与从天线装置100A和供电装置100输出的波束同义。
微波发生源130与N个移相器120连接，并向其供给预定电力的微波。微波发生源130是电波发生源的一例。作为一例，微波的频率为915MHz。需要说明的是，这里尽管对供电装置100包括微波发生源130的方式进行了说明，但并不限定于微波，只要是具有预定频率的电波即可。
就相机140而言，在X方向上配置在第N/2个子阵列110A和第N/2+1个子阵列110A之间，在Y轴方向上配置在各子阵列所包含的4个天线元件111中的从+Y轴方向侧开始的第2个天线元件111和第3个天线元件111之间。相机140具有鱼眼镜头(fish-eye lens)141和相机主体142。相机140是图像获取部的一例。图2中，相机主体142被分开表示为摄像部142A和图像处理部142B。
鱼眼镜头141是采用等距离(等距)投影方式的镜头。作为一例，鱼眼镜头141的中心的位置与4N个天线元件111的中心和XYZ坐标系的原点重合。相机主体142为相机140中的除了鱼眼镜头141之外的部分，相机140可为包含CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)图像传感器的相机或红外线相机。
相机140通过鱼眼镜头141获取包含标记物50A的图像，并将图像数据输出至控制装置150。标记物50A安装在具有受电用天线的受电装置50B上，具有受电用天线的受电装置50B是从天线装置100A和供电装置100输出的波束要照射的目标。天线装置100A和供电装置100求出(计算)由相机140获取的图像中包含的标记物50A的位置，并向受电装置50B照射波束。
相机主体142具有摄像部142A和图像处理部142B。摄像部142A包括摄像元件，是通过鱼眼镜头141进行摄像以获取图像数据的部分。图像处理部142B对摄像部142A获取的图像数据进行2值化处理等的图像处理，并将像素索引(pixel index)输出至控制装置150。像素索引是表示标记物50A在摄像画面上的位置的XY座标值(地址)。
控制装置150具有位置导出部151、仰角获取部152、位置偏差检测部153、距离估计部154、控制部155及存储器156。控制装置150可由包括CPU(Central Processing Unit)和存储器的计算机实现。位置导出部151、仰角获取部152、位置偏差检测部153、距离估计部154及控制部155是将控制装置150所执行的程序的功能(function)表示为功能块的功能部。此外，存储器156在功能上代表控制装置150的存储部(memory)。
这里，使用图1、图2及图3对位置导出部151、仰角获取部152、位置偏差检测部153、距离估计部154、控制部155及存储器156进行描述。图3是阵列天线110的极坐标系的示意图。图3中示出了供电装置100中的阵列天线110的子阵列110A、各子阵列110A中包含的天线元件111、及从阵列天线110输出的波束115，并对除此之外的其它构成要素进行了省略。另外，图3中还示出了与XY平面平行的平面1上的极坐标系。
此外，将XYZ坐标系中的标记物50A的位置设为P1，将原点O和位置P1之间的连线(线段)的仰角设为θ，并将方位角设为φ。仰角是相对于+Z轴方向的角度，方位角是相对于+X方向的角度，在从+Z轴方向侧观察时所得到的平面视图中，取顺时针方向为正值。另外，还将藉由使位置P1投影至XZ平面而得到的位置P1a和原点O之间的连线(线段)的仰角设为θa。
位置P1是第1位置的一例，位置P1a是投影位置的一例。此外，原点O是XYZ坐标系的基准点的一例。
天线装置100A和供电装置100仅在XZ平面内对由阵列天线110输出的波束115的仰角进行控制。其原因在于，进行了如下假定，即，阵列天线110在Y轴方向上进行同相(相同相位)供电，故波束在Y轴方向上为固定的波束，在使Z轴为0度的仰角方向上可进行摆动，另外，受电装置50B的位置基本上不偏离XZ平面(例如，相对于YZ平面内的Z轴的仰角约为±30度以内)。只要是位于这样的位置处的受电装置50B，藉由仅在XZ平面内对波束115的仰角进行控制，即可对阵列天线110的控制部的规模进行抑制，并可将波束115高效地照射至受电装置50B。
位置导出部151根据从图像处理部142B输出的像素索引对位置标记物图像的重心进行计算。从图像处理部142B输出的像素索引表示通过鱼眼镜头141而获得的等距投影图像。藉由该图像处理，相机140获取的图像中包含的标记物相对于阵列天线110的位置P1可被转换至XY平面上的极座标中的位置P2。据此，位置导出部151可导出位置P2。位置P1是由位置导出部151计算的重心的位置。位置P2是第2位置的一例。
位置P2由自原点O的动径(极径)r和偏角(极角)φ表示。就极径r而言，如果将鱼眼镜头141的焦点距离设为fL，则可由r＝fLθ表示。极角φ与方位角φ相同。位置导出部151通过上述图像处理可求出将极径r映射至X轴后的r·cosφ。之后，位置导出部151将表示位置P2的数据输出至仰角获取部152。
仰角获取部152获取(计算)藉由将位置P2映射至X轴所得的映射位置P2a的X座标(r·cosφ)除以鱼眼镜头141的焦点距离fL而得到的值(r·cosφ/fL)作为仰角θa。这样可获得仰角θa的理由将在后面进行叙述。之后，仰角获取部152将仰角θa输出至距离估计部154和控制部155。
位置偏差检测部153根据从图像处理部142B输出的像素索引求出标记物50A的形状和重心，并根据标记物50A所在的范围内的重心的位置对Y轴方向的相机140和标记物50A的位置偏差进行检测。作为一例，鱼眼镜头141的中心的位置与4N个天线元件111的中心和XYZ坐标系的原点重合，为此，作为一例，只要相机140和标记物50A的位置偏差没有产生时的重心的Y轴方向的位置为Y＝0即可。故而，如果所求出的标记物50A的存在范围内的重心的Y轴方向的位置为Y＝0，则位置偏差检测部153判定为没有产生相机140和标记物50A的位置偏差。此外，如果所求出的标记物50A的存在范围内的重心的Y轴方向的位置不为Y＝0，则位置偏差检测部153判定为产生了相机140和标记物50A的位置偏差，并对该位置偏差进行检测。之后，位置偏差检测部153将检测结果输出至距离估计部154。需要说明的是，也可从位置导出部151获取重心的位置。
当由仰角获取部152计算的仰角θa为零度(0度)时，距离估计部154根据从相机140的图像处理部142B输出的像素索引的数量对从鱼眼镜头141的中心至标记物50A的距离进行估计。仰角θa为0度是指，在Z轴方向上标记物50A位于鱼眼镜头141的正面(即，标记物50A的重心位于Z轴上)。
距离估计部154对仰角θa为0度时从鱼眼镜头141的中心至标记物50A的对向距离rFD进行估计。对向距离rFD是标记物50A在Z轴上与相机140相对时的距离(即，相对方向上的距离)。
例如，在相机140和标记物50A之间沿Z轴相隔多种距离的情况下，可将图像处理部142B获取的多个被进行了2值化的像素索引的数量预先保存在存储器156内。这样，当仰角θa为零度(0度)时，距离估计部154对从相机140的图像处理部142B输出的像素索引的数量进行计数(统计(count))，并与存储器156中保存的多个对向距离rFD对应的多个基准(reference)数据进行比较，由此可估计仰角θa为0度时的从鱼眼镜头141的中心至标记物50A的对向距离rFD。由于对向距离rFD不同，像素索引的数量也不同，因而可根据像素索引的数量来估计对向距离rFD。
需要说明的是，在当仰角θa为零度(0度)时从相机140的图像处理部142B多次输出像素索引的情况下，只要根据多个像素索引的数量的平均值来估计对向距离rFD即可。
另外，由于使用了鱼眼镜头141，所以在产生了相机140和标记物50A的位置偏差的情况下，与没有产生相机140和标记物50A的位置偏差的情况相比，即使对向距离rFD相同，像素索引数量也较小。为此，在位置偏差检测部153判定为产生了Y轴方向的相机140和标记物50A的位置偏差的情况下，距离估计部154可将表示像素索引数量相对于Y轴方向的位置偏差的变化的程度的数据预先保存在存储器156中，之后，只要使用基于Y轴方向的位置偏差的程度(位置偏差度)而进行了校正的像素索引数量来估计对向距离rFD即可。
控制部155对移相器120的相位的偏移量(offset)进行控制，使得从阵列天线110发射的波束的方向在XZ平面内成为仰角θa。仰角θa可由仰角获取部152获取。此外，控制部155还可进行微波发生源130的输出控制、相机140的撮影控制等。
具体而言，控制部155采用如下方式对移相器120的相位的偏移量进行控制。即，控制部155从存储器156读取与由距离估计部154估计的对向距离rFD和由仰角获取部152获取的仰角θa对应的相位数据，并根据读取出的相位数据对N个移相器120的相位的偏移量进行控制。
这里，为了使受电装置50B的天线可高效地接收电力，理想的是，受电装置50B的天线从N个子阵列110A接收电力时的供电信号的相位均相等。然而，天线装置100A和供电装置100是从阵列天线110向例如位于3m至7m左右的近距离处的受电装置50B进行供电信号的供电。另外，当向安装在隧道的内壁51上的受电装置50B进行供电时，在角度θb为0度的状态下，从阵列天线110至受电装置50B的距离为大约3m～大约5m左右。
由于假定了是在如上所述的近距离的条件下进行供电，所以从N个子阵列110A的每个至受电装置50B的天线的距离之间的相对差异较大，如果N个子阵列110A向同一目标进行供电，则受电装置50B的天线从N个子阵列110A接收的供电信号的相位存在偏差(不对齐)，受电装置50B无法高效地接收电力。此外，就从N个子阵列110A的每个至受电装置50B的天线为止的距离的差异而言，该差异因角度θ和从N个子阵列110A至受电装置50B的天线为止的Z轴方向的距离的不同而不同。
因此，天线装置100A和供电装置100可使用用于对N个子阵列110A的每个实施供电时的相位进行调整的相位数据，使得受电装置50B的天线从N个子阵列110A接收的供电信号的相位对齐。这里，作为一例，假定进行仰角θa随天线装置100A和供电装置100的移动而在+70度至-70度之间进行变化时的供电，并准备了能够以1度为增量来对N个子阵列110A的相位的偏移量进行调整的多组的相位数据。各相位数据包括N个相位的偏移量，该N个相位的偏移量被设定至与某一仰角θa对应且分别与N个子阵列110A连接的N个移相器120。针对仰角θa的+70度至-70度的范围，以1度为增量准备了141组这样的相位数据，但其也是针对某一对向距离rFD的多组的相位数据。此外，为了能够基于多个对向距离rFD的每个对N个子阵列110A的相位的偏移量进行调整，还准备了多个对向距离rFD份的多组的相位数据。需要说明的是，由于相位数据是基于角度θb而生成的数据，所以图2中使用多组的相位数据ψ3(θb)～ψ7(θb)来进行了表示。控制部155只要使用针对与仰角θa相等的角度θb的多组的相位数据即可。
控制部155使用由仰角获取部152从多组的相位数据中获取的与仰角θa相等的角度θb用的相位数据对N个移相器120的相位的偏移量进行控制，其中，该多组的相位数据是与由距离估计部154估计的对向距离rFD对应的多组的相位数据。
存储器156中可保存：位置导出部151、仰角获取部152及控制部155进行处理时所执行的程序、执行程序时所使用的数据、执行程序时所生成的数据、由相机140获取的图像数据等。此外，存储器156中还可保存针对多个对向距离rFD的每个的多组的相位数据。作为一例，针对3m、4m、···、7m的5种对向距离rFD，保存了在仰角θa为+70度至-70度的范围内以1度为增量的141组的相位数据。
接下来，对仰角θa的计算方法进行说明。
如果使用方位角φ和仰角θ，则可根据位置P1和位置P1a的几何关系并通过下式(1)来计算仰角θa。
[式1]
Figure BDA0004116480700000111
对式(1)进行展开后，可获得下式(2)。
[式2]
tanθa＝cosφtanθ (2)
这里，在仰角θ足够小的情况下，tanθ≈θ，在方位角φ足够小的情况下，cosφ≈1，在方位角φ接近90度的情况下，cosφ≈0，故而可将式(2)变形为下式(3)。
[式3]
θa＝θcosφ (3)
即，在受电装置50B的位置基本上不偏离XZ平面的情况下，可如式(3)那样近似求得仰角θa。
另外，如上所述，如果将鱼眼镜头141的焦点距离设为fL，则极径r可由下式(4)表示。
[式4]
r＝fLθ (4)
根据式(3)和式(4)，仰角θa可由下式(5)表示。
[式5]
θa＝r·cosφ/fL (5)
这样，通过使用式(5)，即可近似求得仰角θa。
接下来，对相位数据的计算方法进行描述。图4是相位数据的计算方法的说明图。图4中示出了相机140的鱼眼镜头141、标记物50A、受电装置50B及N个天线元件111。各天线元件111是N个子阵列110A中包含的4个天线元件111中的1个。标记物50A的位置与受电装置50B的位置相同。
如图4所示，将从N个子阵列110A至标记物50A的距离设为r1～rN。这里，为了简化描述，假定在Y轴方向上相机140和标记物50A之间没有位置偏差。4N个天线元件111的中心与XYZ坐标系的原点重合，为此，4N个天线元件111的中心的座标为(X，Y，Z)＝(0，0，0)。此外，在Y轴方向上相机140和标记物50A之间没育位置偏差，对向距离为rFD，从鱼眼镜头141观察时的受电装置50B的角度为θb，故而受电装置50B的位置可表示为(X，Y，Z)＝(rFD·tanθb，0，rFD)。这里，如果将从鱼眼镜头141至受电装置50B的距离设为rref，则距离rref可由下式(6)表示。
[式6]
Figure BDA0004116480700000131
如果将N个天线元件111中的第i个天线元件111的位置设为(X，Y，Z)＝(di，0，0)，则可通过下式(7)来表示从第i个天线元件111至受电装置50B为止的距离ri。
[式7]
Figure BDA0004116480700000141
因而，从鱼眼镜头141至受电装置50B的距离rref和从第i个天线元件111至受电装置50B的距离ri之间的路径差τi可由下式(8)表示。
[式8]
τi＝ri-rref (8)
路径差τi的单位为米，为此，如果将其换算至所使用的微波的波长λ后再计算相位差ψi，则可通过下式(9)来表示该相位差ψi。
[式9]
Figure BDA0004116480700000151
之后，只要将使由式(9)表示的相位差的符号反转后的-ψrFDi(θb)作为当第i个天线元件111进行供电时设定至移相器120的相位，并针对N个子阵列110A准备与多个仰角θa对应的多组的相位数据，然后将其保存至存储器156即可。另外，只要准备针对多个对向距离rFD份的多组的相位数据，然后将其存储至存储器156即可。通过使用这样的多组的相位数据，可使从N个子阵列110A供电的供电信号以相同相位到达受电装置50B。与多个角度θb对应的多组的相位数据可由下式(10)表示。
[式10]
Figure BDA0004116480700000152
控制部155只要使用与仰角θa对应的角度θb的相位数据对分别与N个子阵列110A连接的N个移相器120的偏移量进行设定即可。
图5是天线装置100A和供电装置100的效果说明图。图5中示出了在对向距离rFD为4m且搭载了天线装置100A和供电装置100的车辆的速度为80km/h的情况下由受电装置50B的天线所接收(受电)的天线增益的图。横轴表示时间，0秒表示仰角θa变为0度时的时刻，-300秒表示仰角θa变为+70度时的时刻，+300秒表示仰角θa变为-70度时的时刻。即，横轴的时间相当于仰角θa。
另外，图5中，以实线示出了由天线装置100A和供电装置100使用基于对向距离和仰角的相位数据对移相器120的偏移量进行了调整时的天线增益，并以虚线示出了使用了用于比较的仅基于仰角的相位数据时的天线增益。使用了仅基于仰角的相位数据时的天线增益为，将与N个子阵列110A连接的N个移相器120的偏移量设定为与仰角θa对应的值时由受电装置50B获得的天线增益。
如图5所示，使用了基于对向距离和仰角的相位数据时的天线增益大于或等于使用了仅基于仰角的相位数据时的天线增益，越接近0秒的时间区域内(仰角θa的绝对值越小)，使用了基于对向距离和仰角的相位数据时的天线增益和使用了仅基于仰角的相位数据时的天线增益之间的差越大。故而可认为，仰角θa越接近0度，N个子阵列110A和受电装置50B之间的距离越短，基于对向距离和仰角的相位数据所带来的N个子阵列110A的每个的相位控制的效果更加明显(显著)。
如上所述，当仅在XZ平面内对阵列天线110的波束的仰角进行控制时，将通过等距投影而获得的位置P1转换为与XY平面平行的平面上的极座标以求出位置P2，接着将位置P2映射至X轴以得到映射位置P2a的X座标(r·cosφ)，然后再除以鱼眼镜头141的焦点距离fL，由此可求得仰角θa(＝r·cosφ/fL)。
另外，控制部155只要使用与仰角θa对应的角度θb的相位数据对分别与N个子阵列110A连接的N个移相器120的偏移量进行设定即可。如果使用与伴随天线装置100A和供电装置100的移动的仰角θa的变化对应的相位数据对N个移相器120的偏移量进行控制，则天线装置100A和供电装置100可一边移动一边从N个子阵列110A向受电装置50B的天线供给相位总是相同的供电信号。
因此，能够提供一种可进行供电的天线装置100A和供电装置100，使得受电装置即使在近距离的情况下也可高效地接收电力。
此外，存储器156中保存了多个对向距离rFD份的多组的相位数据，并且距离估计部154可估计对向距离rFD，因而通过使用与对向距离rFD对应的多组的相位数据可对分别与N个子阵列110A连接的N个移相器120的偏移量进行设定。为此，藉由使用与至受电装置50B为止的Z轴方向的距离对应的多组的相位数据，能够提供一种可进行供电的天线装置100A和供电装置100，使得受电装置即使在近距离的情况下也可根据至受电装置50B为止的Z轴方向的距离来高效地接收电力。需要说明的是，例如在不存在与对向距离rFD对应的多组的相位数据的情况下，只要使用对应于与估计出的对向距离rFD最近的对向距离rFD的相位数据即可。
另外，位置偏差检测部153可对Y轴方向的相机140和标记物50A的位置偏差进行检测，在出现了位置偏差的情况下，距离估计部154可从存储器156读取表示像素索引数量相对于Y轴方向的位置偏差进行变化的程度的数据，并使用基于Y轴方向的位置偏差的程度而被校正后的像素索引数量来估计对向距离rFD。这样，在出现了Y轴方向的相机140和标记物50A的位置偏差的情况下，控制部155可采用与藉有使用校正后的像素索引数量而估计出的对向距离rFD对应的多组的相位数据，据此，即使产生了Y轴方向的相机140和标记物50A的位置偏差，也能够提供一种可进行供电的天线装置100A和供电装置100，使得受电装置即使在近距离的条件下也可基于至受电装置50B为止的Z轴方向的距离来高效地接收电力。
此外，就天线装置100A和供电装置100而言，由于仅在XZ平面内对从阵列天线110输出的波束的仰角进行控制，所以与在XZ平面内和YZ平面内都对仰角进行控制的情况相比，移相器120的数量仅为4分之1即可。因此，能够以低成本实现天线装置100A和供电装置100。
需要说明的是，上面对鱼眼镜头141的中心与4N个天线元件111的中心重合的方式进行了说明。但是，鱼眼镜头141的中心也可偏离4N个天线元件111的中心(即，两个中心之间可存在位置偏差)。此情况下，只要使计算阵列天线控制相位的座标原点偏移相当于该位置偏差的距离即可。或者，也可将标记物50A和受电天线设置为相互离开相当于该位置偏差的距离。
此外，上面尽管对控制装置150具有位置偏差检测部153的方式进行了说明，但是，例如在诸如已知相机140和标记物50A没有产生位置偏差的情况下，控制装置150可不包括位置偏差检测部153，距离估计部154可不进行与位置偏差对应的校正。
另外，上面尽管对控制装置150具有距离估计部154的方式进行了说明，但是，例如在诸如已知对向距离rFD为一定(恒定)的用途中，控制装置150可不包括距离估计部154和位置偏差检测部153，只要事先在存储器156中保存与一种对向距离rFD对应的多组的相位数据即可。
图6是供电装置100的应用例的示意图。供电装置100搭载在作为一例的车辆上，隧道的内壁51上设置有作为目标的天线20。天线20上安装有标记物50A和受电装置50B。标记物50A为回射板(retro reflector)、球面反射镜(mirror ball)等。需要说明的是，尽管隧道的内壁51和车辆之间的距离对车辆通过的每个隧道都是不同的，但是，在同一隧道中，隧道的内壁和车辆之间的距离可被看作为基本恒定。
当车辆沿+X方向行驶时，由相机140将标记物50A的位置转换为与XY平面平行的平面上的极座标，然后求出映射至X轴所得的映射位置(相当于P2a的映射位置)的X座标(r·cosφ)，接着使该映射位置的X座标(r·cosφ)除以鱼眼镜头141的焦点距离fL，据此可求得仰角θa(＝r·cosφ/fL)。之后，从存储器156读取与仰角θa的变化对应的相位数据，并对N个移相器120的偏移量进行控制，这样，天线装置100A和供电装置100即可一边移动一边从N个子阵列110A向受电装置50B的天线20供给相位总是相同的供电信号。这里，相位相同的供电信号作为波束照射至天线20。
此外，例如当#1的标记物50A的仰角θa为零度(0度)时，可对从相机140的鱼眼镜头141的中心至标记物50A为止的对向距离进行估计。之后，当向#2的标记物50A的受电装置50B的天线20供给供电信号时，藉由从存储器156读取基于对向距离和仰角的相位数据并对N个移相器120的偏移量进行控制，可进一步提高天线增益。
例如，预先在设置于隧道的内壁51的固定部上安装天线20、对固定部的螺栓等的松动进行监视的传感器、整流天线(Rectenna)、及无线通信模块，该固定部用于对安装在内壁51上的喷射风扇、标志等基础设施结构进行固定。当车辆一边在隧道内行驶一边从供电装置100向天线20发射波束时，与天线20连接的整流天线会产生电力，进而启动无线通信模块，之后，无线通信模块可发射表示传感器的输出的信号，车辆侧可对该信号进行接收，据此，可一边行驶一边对基础设施结构的固定状态进行检查。
此情况下，无线通信模块也可通过阵列天线110接收表示传感器的输出的信号。
另外，还可根据从XZ平面偏离了的天线20的位置求出映射至X轴所得的映射位置(相当于P2a的映射位置)的X座标(r·cosφ)，并将X座标(r·cosφ)除以鱼眼镜头141的焦点距离fL所得的值(r·cosφ/fL)作为仰角θa来使用，由此对波束进行控制，据此，即使沿X轴方向行驶的车辆向Y轴的正方向或负方向进行了偏移，此时也可通过对该位置偏移进行吸收来求得仰角θa。
此外，这里尽管使用图6对供电装置100(天线装置100A)与设置在隧道的内壁51上的无线通信模块进行通信的方式进行了说明，但是，无线通信模块并不限定于设置在隧道的内壁51上，也可设置在各种各样的位置处。这样，电源装置100(天线装置100A)就可用作通信装置。
以上对本发明的例示实施方式的天线装置、供电装置及供电方法进行了说明，但本发明并不限定于上述具体公开的实施方式，在不脱离权利要求书记载的技术范围的情况下，还可以对上述实施方式进行各种各样的变形、变更等。
需要说明的是，本国际申请主张基于2020年9月10日申请的日本国专利申请第2020-151849号的优先权，并将其内容全部援引于本国际申请。
符号说明
100供电装置
110阵列天线
110A子阵列
111天线元件
120移相器
130微波发生源
140相机
141鱼眼镜头
150控制装置
151位置导出部
152仰角获取部
153位置偏差检测部
154距离估计部
155控制部
156存储器。

Claims (8)

1.一种天线装置，包括：
阵列天线，具有沿第1轴和第2轴呈二维排列的多个天线元件；
相位调节部，在所述第1轴方向上对供给至所述多个天线元件的供电信号的相位进行调节；
图像获取部，通过鱼眼镜头获取图像；
位置导出部，将第1位置转换为第2位置，所述第1位置是所述图像获取部获取的图像中包含的标记物相对于所述图像获取部的位置，所述第2位置是包含所述第1轴和所述第2轴的第1平面上的极座标中的位置；
仰角获取部，根据所述第2位置获取投影位置相对于第2平面内的第3轴的仰角，所述投影位置是通过将所述第1位置投影至包含所述第1轴和所述第3轴的所述第2平面而获得的；
保存部，将相位数据保存为与多个所述仰角对应的多组，所述相位数据表示以使受电装置从所述多个天线元件接收的供电信号的相位对齐的方式而被进行了调整的多个相位，所述多个相位是从所述多个天线元件分别向位于所述标记物的位置处的所述受电装置进行供电时的多个相位；及
控制部，从所述保存部读取与所述仰角获取部获取的所述仰角对应的所述相位数据，并根据读取出的所述相位数据对所述相位调节部进行控制，使得从所述阵列天线发射的波束的方向在所述第2平面内变为所述仰角。
2.如权利要求1所述的天线装置，还包括：
距离估计部，当所述仰角获取部获取的仰角为零度时，根据所述图像获取部获取的图像对从所述图像获取部至所述标记物的距离进行估计，
其中，
所述保存部中，根据从所述图像获取部至所述标记物的多种距离保存有多个所述多组的所述相位数据，
所述控制部从所述保存部读取与所述距离估计部估计的距离和所述仰角获取部获取的仰角对应的所述相位数据，并根据读取出的所述相位数据对所述相位调节部进行控制。
3.如权利要求2所述的天线装置，还包括
位置偏差检测部，根据所述图像获取部获取的图像中包含的标记物的重心的位置，对所述第2轴方向的所述图像获取部和所述标记物的位置偏差进行检测，
其中，所述距离估计部根据基于所述位置偏差检测部检测的位置偏差的程度而被进行了校正的所述图像对从所述图像获取部至所述标记物的距离进行估计。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的天线装置，其中，
所述仰角获取部将映射位置的座标除以所述鱼眼镜头的焦点距离所得的值计算为所述仰角，所述映射位置的座标是通过将所述第2位置映射至所述第1轴而获得的。
5.如权利要求4所述的天线装置，其中，
所述映射位置的座标由所述极座标中的极径乘以极角的余弦所得的值来表示。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的天线装置，其中，
所述多个天线元件被分组为沿所述第2轴方向延伸的多个子阵列，
所述相位调节部是分别与所述多个子阵列连接且按照每个子阵列对所述供电信号的相位进行调整的多个移相器。
7.一种供电装置，包括：
阵列天线，具有沿第1轴和第2轴呈二维排列的多个天线元件；
电波发生源；
相位调节部，设置在所述阵列天线和所述电波发生源之间，并在所述第1轴方向上对从所述电波发生源供给至所述多个天线元件的供电信号的相位进行调节；
图像获取部，通过鱼眼镜头获取图像；
位置导出部，将第1位置转换为第2位置，所述第1位置是所述图像获取部获取的图像中包含的标记物相对于所述图像获取部的位置，所述第2位置是包含所述第1轴和所述第2轴的第1平面上的极座标中的位置；
仰角获取部，根据所述第2位置获取投影位置相对于第2平面内的第3轴的仰角，所述投影位置是通过将所述第1位置投影至包含所述第1轴和所述第3轴的所述第2平面而获得的；
保存部，将相位数据保存为与多个所述仰角对应的多组，所述相位数据表示以使受电装置从所述多个天线元件接收的供电信号的相位对齐的方式而被进行了调整的多个相位，所述多个相位是从所述多个天线元件分别向位于所述标记物的位置处的所述受电装置进行供电时的多个相位；及
控制部，从所述保存部读取与所述仰角获取部获取的所述仰角对应的所述相位数据，并根据读取出的所述相位数据对所述相位调节部进行控制，使得从所述阵列天线发射的波束的方向在所述第2平面内变为所述仰角。
8.一种供电方法，在供电装置中执行控制步骤，其中，
所述供电装置包括：
阵列天线，具有沿第1轴和第2轴呈二维排列的多个天线元件；
电波发生源；
相位调节部，设置在所述阵列天线和所述电波发生源之间，并在所述第1轴方向上对从所述电波发生源供给至所述多个天线元件的供电信号的相位进行调节；
图像获取部，通过鱼眼镜头获取图像；
位置导出部，将第1位置转换为第2位置，所述第1位置是所述图像获取部获取的图像中包含的标记物相对于所述图像获取部的位置，所述第2位置是包含所述第1轴和所述第2轴的第1平面上的极座标中的位置；
仰角获取部，根据所述第2位置获取投影位置相对于第2平面内的第3轴的仰角，所述投影位置是通过将所述第1位置投影至包含所述第1轴和所述第3轴的所述第2平面而获得的；及
保存部，将相位数据保存为与多个所述仰角对应的多组，所述相位数据表示以使受电装置从所述多个天线元件接收的供电信号的相位对齐的方式而被进行了调整的多个相位，所述多个相位是从所述多个天线元件分别向位于所述标记物的位置处的所述受电装置进行供电时的多个相位，
所述控制步骤为：
从所述保存部读取与所述仰角获取部获取的仰角对应的所述相位数据，并根据读取出的所述相位数据对所述相位调节部进行控制，使得从所述阵列天线发射的波束的方向在所述第2平面内成为所述仰角。
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