JP2014061831A - Ground communication equipment - Google Patents

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Kiyoto Matsushima
清人 松島
Toshio Nagashima
敏夫 長嶋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide ground communication equipment capable of efficiently receiving an electric power wave sent from moving onboard communication equipment.SOLUTION: Included are an electric power wave receiving unit that receives an electric power wave, a driving voltage production unit that produces a driving voltage from the electric power wave received by the electric power receiving unit, a voltage regulation unit that includes a resistive component which works on the driving voltage produced by the driving voltage production unit, an action voltage production unit that produces an action voltage from the driving voltage outputted from the voltage regulation unit, a signal wave production unit that produces a signal wave using the action voltage, which is produced by the action voltage production unit, as an electric power source, and a signal wave radiation unit that radiates the signal wave produced by the signal wave production unit. When the driving voltage inputted to the voltage regulation unit gets higher, the resistive component of the voltage regulation unit gives a larger resistance.

Description

本発明は、地上通信装置に関する。   The present invention relates to a ground communication device.

本技術分野の背景技術として、特開平8−183454号公報(特許文献1)がある。この公報には、「地上子7に現示情報と方向条件別の送信情報を設定しておく。信号制御器は現示情報と方向条件を示す送信情報の制御条件を地上子7に送る。地上子7は送られた制御条件によりリレ−回路を駆動して設定されている送信情報を選択する。列車は車上子から地上子駆動用電力波を常時送信しながら走行している。列車1が地上子7に接近したときに、地上子7の送信部13は接近する列車が送信している地上子駆動用電力波を受信し、受信した電力波を電源入力として選択した送信情報を送信電文に変換して列車に送信する。」と記載されている。   As background art of this technical field, there is JP-A-8-183454 (Patent Document 1). In this publication, “present information and transmission information for each direction condition are set in the ground element 7. The signal controller sends the control condition of the transmission information indicating the present information and the direction condition to the ground element 7. The ground unit 7 selects the transmission information set by driving the relay circuit according to the transmitted control conditions, and the train is traveling while constantly transmitting the ground unit driving power wave from the vehicle top unit. When 1 approaches the ground unit 7, the transmission unit 13 of the ground unit 7 receives the ground unit driving power wave transmitted by the approaching train, and transmits the transmission information selected by using the received power wave as the power input. It is converted to a transmission message and sent to the train. "

また、電力を非接触で伝送する技術分野の背景技術として、特開2010−130800号公報(特許文献2)がある。この公報には、課題として「電力の伝送効率の低下を最小限に抑えつつ、良好に電力伝送できる距離の範囲を広げる。」と記載され、その解決手段として、「交流信号S1を発生する信号発生部11、および交流信号S1の供給を受けて電磁場を発生させる送信アンテナ12を有する送電装置2と、電磁場によって誘導電圧V1を発生する受信アンテナ21、および誘導電圧V1に基づいてバッテリ4に供給する電圧Voを生成する整流部23を有する受電装置3とを備え、送電装置2は、信号発生部11と送信アンテナ12との間に配設された第1整合部13、および第1整合部13を制御して信号発生部11と送信アンテナ12とを整合させる第1処理を実行する第1処理部15を備え、受電装置3は、受信アンテナ21と整流部23との間に配設された第2整合部22、および第2整合部22を制御して受信アンテナ21と整流部23とを整合させる第2処理を実行する第2処理部25を備えている。」と記載されている。   Moreover, there exists Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-130800 (patent document 2) as background art of the technical field which transmits electric power non-contact. This publication describes, as a problem, “widening the range of distance that allows good power transmission while minimizing a decrease in power transmission efficiency”. As a means for solving the problem, “a signal that generates an AC signal S1”. Supply to the battery 4 based on the induction unit V, the power transmission device 2 having the transmission antenna 12 that receives the supply of the AC signal S1 to generate the electromagnetic field, the reception antenna 21 that generates the induction voltage V1 by the electromagnetic field, and the induction voltage V1. The power transmission device 2 includes a rectifying unit 23 that generates a voltage Vo to be transmitted. The power transmission device 2 includes a first matching unit 13 and a first matching unit disposed between the signal generation unit 11 and the transmission antenna 12. 13 includes a first processing unit 15 that performs a first process of matching the signal generation unit 11 and the transmission antenna 12 with each other, and the power receiving device 3 includes a reception antenna 21, a rectification unit 23, The second matching unit 22 disposed between the second matching unit 22 and the second processing unit 25 that controls the second matching unit 22 to perform the second process of matching the receiving antenna 21 and the rectifying unit 23 are provided. " It is described.

特開平8−183454号公報JP-A-8-183454 特開2010−130800号公報JP 2010-130800 A

電力伝送の効率化のため、特許文献2に記載の従来技術を地上通信装置に適用することが考えられる。しかしながら、車上通信装置は地上通信装置の頭上を高速で通過してしまうため、地上通信装置の受信アンテナのインピーダンスを解析し、その受信アンテナと整流部とを整合させるという手順を踏んでいると、車上通信装置に信号波を送信するための時間が圧迫されることになる。   In order to increase the efficiency of power transmission, it is conceivable to apply the conventional technique described in Patent Document 2 to a ground communication device. However, since the on-board communication device passes through the overhead of the ground communication device at high speed, the impedance of the reception antenna of the ground communication device is analyzed and the procedure of matching the reception antenna and the rectifying unit is taken. The time for transmitting the signal wave to the on-board communication device is under pressure.

また、車上通信装置の送信アンテナと地上通信装置の受信アンテナとの間隔を一定(例えば、200mm)とし、各アンテナのインピーダンスが変動しないようにすることも考えられるが、レール摩耗などの経年変化や、アンテナの取付位置の誤差などから、厳密に両アンテナの間隔を一定にすることは難しい。   It is also conceivable that the distance between the transmitting antenna of the on-board communication device and the receiving antenna of the ground communication device is constant (for example, 200 mm) so that the impedance of each antenna does not fluctuate. In addition, it is difficult to keep the distance between the two antennas strictly constant due to an error in the mounting position of the antennas.

本発明の目的は、このような問題を考慮し、移動する車上通信装置からの電力波を効率的に受信することができる地上通信装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a ground communication device capable of efficiently receiving a power wave from a moving on-vehicle communication device in consideration of such a problem.

上記課題を解決するために、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。   In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、電力波を受信する電力波受信部と、前記電力波受信部により受信された電力波から駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、前記駆動電圧生成部により生成された駆動電圧に対する抵抗成分を有する電圧調整部と、前記電圧調整部により出力された駆動電圧から動作電圧を生成する動作電圧生成部と、前記動作電圧生成部により生成された動作電圧を電力源として、信号波を生成する信号波生成部と、前記信号波生成部により生成された信号波を放射する信号波放射部と、を備え、前記電圧調整部に入力された駆動電圧が大きくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする。   The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. For example, a power wave receiving unit that receives a power wave, and a drive voltage is generated from the power wave received by the power wave receiving unit. A driving voltage generating unit; a voltage adjusting unit having a resistance component with respect to the driving voltage generated by the driving voltage generating unit; an operating voltage generating unit generating an operating voltage from the driving voltage output by the voltage adjusting unit; Using the operating voltage generated by the operating voltage generation unit as a power source, a signal wave generation unit that generates a signal wave, and a signal wave emission unit that radiates the signal wave generated by the signal wave generation unit, When the driving voltage input to the voltage adjustment unit is increased, the resistance component of the voltage adjustment unit is increased.

本発明によれば、移動する車上通信装置からの電力波を効率的に受信することができる地上通信装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a ground communication device that can efficiently receive a power wave from a moving on-vehicle communication device.

実施例1に係る地上通信装置のブロック図である。1 is a block diagram of a ground communication apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係る地上通信装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a ground communication apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係る地上通信装置の回路図の他の例である。It is another example of the circuit diagram of the ground communication apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る地上通信装置の回路図の他の例である。It is another example of the circuit diagram of the ground communication apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る地上通信装置の受信電力波と生成電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the received power wave and generated voltage of the ground communication apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例2に係る地上通信装置のブロック図である。It is a block diagram of the ground communication apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例3に係る地上通信装置のブロック図である。It is a block diagram of the ground communication apparatus which concerns on Example 3. FIG. 実施例4に係る地上通信装置のブロック図である。It is a block diagram of the ground communication apparatus which concerns on Example 4. FIG. 実施例5に係る地上通信装置のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of a ground communication apparatus according to a fifth embodiment. 実施例5に係る地上通信装置のブロック図の他の例である。It is another example of the block diagram of the ground communication apparatus which concerns on Example 5. FIG. 各実施例に係る移動体制御システムの構成図である。It is a block diagram of the mobile body control system which concerns on each Example.

以下、本発明の実施例について、添付図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

本実施例では、本発明を、移動体制御システムに適用した例を説明する。   In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a mobile control system will be described.

図11は、本実施例に係る移動体制御システム1の構成図である。移動体制御システム1は、車体2が走行する進路上に設置された地上通信装置10と、車体2に取り付けられた車上通信装置11および車上装置12と、を備える。地上通信装置10はその設置位置などの情報を信号波として車上通信装置11に送信する。車上通信装置11は地上通信装置10から受信した情報を車上装置12に送信し、車上装置12はその情報に基づいて車体2の走行制御を行う。   FIG. 11 is a configuration diagram of the mobile control system 1 according to the present embodiment. The moving body control system 1 includes a ground communication device 10 installed on a route along which the vehicle body 2 travels, and an on-vehicle communication device 11 and an on-vehicle device 12 attached to the vehicle body 2. The ground communication device 10 transmits information such as its installation position to the on-vehicle communication device 11 as a signal wave. The on-board communication device 11 transmits the information received from the ground communication device 10 to the on-board device 12, and the on-board device 12 performs traveling control of the vehicle body 2 based on the information.

地上通信装置10は、自らは電源を有さず、車上通信装置11が送信する電力波を受信して動作する、いわば電力受信装置である。車上通信装置11は高速で移動するため、地上通信装置10は、車体2が頭上を走行している間に速やかに信号波を生成し、車上通信装置11へ送信する必要がある。   The ground communication device 10 is a power receiving device that does not have a power supply and operates by receiving a power wave transmitted from the on-vehicle communication device 11. Since the on-board communication device 11 moves at a high speed, the ground communication device 10 needs to quickly generate a signal wave and transmit the signal wave to the on-board communication device 11 while the vehicle body 2 travels overhead.

図1は、地上通信装置10のブロック図である。地上通信装置10は、受信アンテナ100、電力分配部101、電力波整流部102、制御整流部103、電圧制御部104、動作電圧生成部105、信号波生成増幅部106、整合部107、および送信アンテナ108を備える。信号波生成増幅部106は、電文記憶部109、制御部110、変調部111、および信号波増幅部112を備える。   FIG. 1 is a block diagram of the ground communication device 10. The ground communication device 10 includes a reception antenna 100, a power distribution unit 101, a power wave rectification unit 102, a control rectification unit 103, a voltage control unit 104, an operating voltage generation unit 105, a signal wave generation amplification unit 106, a matching unit 107, and a transmission. An antenna 108 is provided. The signal wave generation and amplification unit 106 includes a message storage unit 109, a control unit 110, a modulation unit 111, and a signal wave amplification unit 112.

受信アンテナ100は、ループアンテナ等で構成され、車上通信装置11から送信される電力波を受信する。電力伝送の効率化のため、受信アンテナ100は、例えば、後段の電力分配部101や電力波整流部102との整合がとれていることが望ましい。受信アンテナ100は、電力波受信部の一例である。   The receiving antenna 100 is configured by a loop antenna or the like, and receives a power wave transmitted from the on-vehicle communication device 11. In order to improve the efficiency of power transmission, it is desirable that the receiving antenna 100 be matched with, for example, the power distribution unit 101 and the power wave rectification unit 102 in the subsequent stage. The receiving antenna 100 is an example of a power wave receiving unit.

電力分配部101は、受信アンテナ100により受信された電力波の20%を制御整流部103に出力し、残る電力波を全て電力波整流部102に出力する。制御整流部103は、電力分配部101によって分配された電力波を整流し、電圧を生成して、電圧制御部104に出力する(以下、この電圧を「制御電圧」という。)。制御電圧は、電圧制限素子などにより、例えば、後段の回路の定格電圧に制限される(後述)。電力波整流部102も電力分配部101によって分配された電力波を整流し、電圧を生成して、電圧制御部104に出力する(以下、この電圧を「駆動電圧」という。)。電力波整流部102は駆動電圧生成部の一例であり、制御整流部は103制御電圧生成部の一例である。   The power distribution unit 101 outputs 20% of the power wave received by the receiving antenna 100 to the control rectification unit 103 and outputs all remaining power waves to the power wave rectification unit 102. The control rectification unit 103 rectifies the power wave distributed by the power distribution unit 101, generates a voltage, and outputs the voltage to the voltage control unit 104 (hereinafter, this voltage is referred to as “control voltage”). The control voltage is limited to, for example, a rated voltage of a subsequent circuit by a voltage limiting element (described later). The power wave rectification unit 102 also rectifies the power wave distributed by the power distribution unit 101, generates a voltage, and outputs the voltage to the voltage control unit 104 (hereinafter, this voltage is referred to as “drive voltage”). The power wave rectification unit 102 is an example of a drive voltage generation unit, and the control rectification unit is an example of a 103 control voltage generation unit.

電圧制御部104は、電圧制限素子を有し、制御電圧と所定の電圧(以下、「基準電圧」という)とを比較し、制御電圧が基準電圧を上回るとき、制御電圧を基準電圧以下に制限する。制御電圧が基準電圧を下回る場合は、制御電圧がそのまま出力される。ここでの基準電圧は、例えば、動作電圧生成部105の最大定格電圧が適用される。更に電圧制御部104は、駆動電圧と制御電圧とを比較し、電位差がしきい値を超え、且つ駆動電圧が制御電圧を下回る場合にのみ駆動電圧を後段の動作電圧生成部105に出力する。その後、駆動電圧が上昇し、制御電圧に近づくと、電圧制御部104は抵抗成分を上げ、駆動電圧を調整する。更に、駆動電圧と制御電圧との電位差がしきい値を下回ったり、駆動電圧が制御電圧を上回ったりする場合には、電圧制御部104は、動作電圧生成部105への駆動電圧(言い換えると、電力)の出力を停止する。   The voltage control unit 104 has a voltage limiting element, compares the control voltage with a predetermined voltage (hereinafter referred to as “reference voltage”), and limits the control voltage below the reference voltage when the control voltage exceeds the reference voltage. To do. When the control voltage is lower than the reference voltage, the control voltage is output as it is. For example, the maximum rated voltage of the operating voltage generation unit 105 is applied as the reference voltage here. Further, the voltage control unit 104 compares the drive voltage with the control voltage, and outputs the drive voltage to the operation voltage generation unit 105 at the subsequent stage only when the potential difference exceeds the threshold value and the drive voltage is lower than the control voltage. Thereafter, when the drive voltage rises and approaches the control voltage, the voltage control unit 104 increases the resistance component and adjusts the drive voltage. Further, when the potential difference between the drive voltage and the control voltage falls below the threshold value, or the drive voltage exceeds the control voltage, the voltage control unit 104 drives the drive voltage (in other words, the operation voltage generation unit 105). Power) output is stopped.

動作電圧生成部105は、レギュレータなどで構成され、電圧制御部104が出力した駆動電圧(言い換えると、駆動電圧に基づく電流)が入力されると、一定の電圧を生成し、信号波生成増幅部106に出力する(以下、この電圧を「動作電圧」という。)。   The operating voltage generation unit 105 is configured by a regulator or the like. When the driving voltage output from the voltage control unit 104 (in other words, current based on the driving voltage) is input, the operating voltage generation unit 105 generates a constant voltage and generates a signal wave generation amplification unit. 106 (hereinafter, this voltage is referred to as “operating voltage”).

信号波生成増幅部106は、動作電圧を電力源(動作源)として動作するものであり、所定の情報を有する信号波の生成を行う。   The signal wave generation / amplification unit 106 operates using an operating voltage as a power source (operation source), and generates a signal wave having predetermined information.

具体的には、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)やフラッシュメモリなどの不揮発性メモリによって構成される電文記憶部109に予め記録されているデジタル情報を、PLD(Programmable Logic Device)やAsic(Application Specific Integrated Circuit)によって構成される制御部110が読み出す。そして、変調部111がこのデジタル情報をFSK(Frequency−shift Keying)などの変調方式に基づいて変調することにより、アナログの信号波を生成し、アンプなどによって構成される信号波増幅部112がこれを増幅する。信号波生成増幅部106は、信号波生成部の一例である。   Specifically, digital information pre-recorded in a message storage unit 109 constituted by a nonvolatile memory such as an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) or a flash memory is converted into PLD (Programmable Logic Device) or Asic ( The control unit 110 configured by Application Specific Integrated Circuit) reads out. The modulation unit 111 modulates the digital information based on a modulation scheme such as FSK (Frequency-shift Keying) to generate an analog signal wave, and the signal wave amplification unit 112 configured by an amplifier or the like Amplify. The signal wave generation / amplification unit 106 is an example of a signal wave generation unit.

なお、電文記憶部109、制御部110、および変調部111は、それぞれ独立した構成としたが、PLDなどの1つの素子がそれぞれの機能をまとめて実現するようにしても良い。この場合、信号波生成増幅部106全体で省電力となる場合がある。   In addition, although the message | telegram memory | storage part 109, the control part 110, and the modulation | alteration part 111 were each comprised independently, you may make it implement | achieve each function collectively by one element, such as PLD. In this case, the entire signal wave generation and amplification unit 106 may save power.

信号波生成増幅部106によって生成された信号波は、整合部107によって周波数の整合が取られ、送信アンテナ108によって外部に放射されることによって、車上通信装置11へ送信される。送信アンテナ108は、信号波放射部の一例である。   The signal wave generated by the signal wave generating / amplifying unit 106 is matched in frequency by the matching unit 107 and radiated to the outside by the transmission antenna 108, thereby being transmitted to the on-board communication device 11. The transmission antenna 108 is an example of a signal wave radiating unit.

なお、車上通信装置11は、地上通信装置10に電力波を送信し(いわば電力送信装置)、地上通信装置10から送信された信号波を受信する。これらの機能を達成するため、車上通信装置11は、電源、ループアンテナ等で構成される送信アンテナ、信号波を受信する受信アンテナ、受信した信号波を復調する復調回路、取得したデジタル情報を車上装置12に送信する通信回路、およびこれらを制御する制御回路などを備える。   The on-board communication device 11 transmits a power wave to the ground communication device 10 (so-called power transmission device) and receives a signal wave transmitted from the ground communication device 10. In order to achieve these functions, the on-board communication device 11 includes a power supply, a transmission antenna including a loop antenna, a reception antenna that receives a signal wave, a demodulation circuit that demodulates the received signal wave, and acquired digital information. A communication circuit for transmitting to the on-vehicle device 12 and a control circuit for controlling them are provided.

図2は、電力分配部101、電力波整流部102、制御整流部103、および電圧制御部104の回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram of the power distribution unit 101, the power wave rectification unit 102, the control rectification unit 103, and the voltage control unit 104.

電力分配部101は、コンデンサ101a〜101eを備える。受信アンテナ100で受信された電力波は、コンデンサ101a〜101eの容量値に比例して電力波が分配される。なお、本実施例では、コンデンサ101a〜101eの容量値は同一であり、電力波が均等に分配される。なお、コンデンサ101aは、後段の制御整流部103を構成する要素でもあり、制御電圧の生成の際にも使用される。このようなコンデンサの共用により、部品点数の削減を図ることができる。   The power distribution unit 101 includes capacitors 101a to 101e. The power wave received by the receiving antenna 100 is distributed in proportion to the capacitance values of the capacitors 101a to 101e. In the present embodiment, the capacitance values of the capacitors 101a to 101e are the same, and the power wave is evenly distributed. Note that the capacitor 101a is also an element constituting the control rectification unit 103 in the subsequent stage, and is also used when generating a control voltage. By sharing such a capacitor, the number of parts can be reduced.

コンデンサ101aに蓄えられた電荷、すなわち受信アンテナ100により受信された電力波の一部は、制御整流部103に出力される。制御整流部103は倍圧整流回路によって構成され、駆動電圧と比較して立ち上がりの早い制御電圧を生成する。なお、倍圧整流回路に限らず、3倍圧整流回路やその他の整流回路などを適用しても良いが、後段の電圧制御部104が即導通するよう、電圧の立ち上がりが早いコッククロフト型回路を適用することが望ましい。これにより、地上通信装置10の起動の高速化が実現できる。   The electric charge stored in the capacitor 101 a, that is, a part of the power wave received by the receiving antenna 100 is output to the control rectifier 103. The control rectifier 103 includes a voltage doubler rectifier circuit, and generates a control voltage that rises faster than the drive voltage. Not only the voltage doubler rectifier circuit but also a voltage tripler rectifier circuit or other rectifier circuit may be applied. However, a cockcroft type circuit whose voltage rise is fast so that the voltage control unit 104 in the subsequent stage is immediately turned on. It is desirable to apply. Thereby, speeding up of starting of the ground communication apparatus 10 is realizable.

また、コンデンサ101b〜101eに蓄えられた電荷、すなわち受信アンテナ100により受信された電力波の大部分は、電力波整流部102に出力される。電力波整流部102は、ブリッジダイオード102a〜102bを並列に配置することにより構成され、直流の駆動電圧を生成する。電力波整流部102の整流回路についても、種々の構成の適用が可能であるが、ブリッジダイオード102a〜102bを並列に配置して構成した場合、整流効率の改善と耐圧性能の確保を図ることができる。   Further, most of the electric charge stored in the capacitors 101 b to 101 e, that is, the most of the electric wave received by the receiving antenna 100 is output to the electric wave rectifying unit 102. The power wave rectification unit 102 is configured by arranging bridge diodes 102a to 102b in parallel, and generates a DC drive voltage. Various configurations can be applied to the rectifier circuit of the power wave rectifier 102. However, when the bridge diodes 102a to 102b are arranged in parallel, the rectification efficiency can be improved and the withstand voltage performance can be ensured. it can.

なお、図3に示す通り、耐圧性能を向上させるために、ブリッジダイオード102a〜102bの直列配置回路により電力波整流部102を構成するようにしても良い。また、図4に示す通り、2ダイオード直列ブリッジの並列配置回路などを適用しても良い。更には、ツェナ−ダイオードから構成される電力波整流部破壊防止回路500を電力波整流部102の直後に挿入しても良い。この場合、電力波整流部破壊防止回路500に適用するツェナーダイオードのツェナー電圧は、基準電圧が取り得る最大値よりも大きいものとし、後段の電圧制御部104の動作に影響を与えないようにするのが好ましい。   As shown in FIG. 3, the power wave rectifying unit 102 may be configured by a series arrangement circuit of bridge diodes 102 a to 102 b in order to improve the breakdown voltage performance. Further, as shown in FIG. 4, a parallel arrangement circuit of two diode series bridges may be applied. Furthermore, a power wave rectification unit destruction prevention circuit 500 formed of a Zener diode may be inserted immediately after the power wave rectification unit 102. In this case, the Zener voltage of the Zener diode applied to the power wave rectifier destruction prevention circuit 500 is set to be larger than the maximum value that can be taken by the reference voltage so as not to affect the operation of the voltage control unit 104 in the subsequent stage. Is preferred.

電力波整流部102および制御整流部103によって得られる駆動電圧および制御電圧は、電界効果トランジスタ104aおよびツェナーダイオード104bによって構成される電圧制御部104に入力される。   The drive voltage and the control voltage obtained by the power wave rectification unit 102 and the control rectification unit 103 are input to the voltage control unit 104 configured by the field effect transistor 104a and the Zener diode 104b.

電界効果トランジスタ104aは、電力波整流部102側にドレイン端子が接続され、後段の動作電圧生成部105側にソース端子が接続され、制御整流部103にゲート端子が接続されるよう配置される。ソース電圧となる駆動電圧(電界効果トランジスタなどによる電圧降下を含める)とゲート電圧となる制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧以下の場合には、ドレイン・ソース間に電流は流れないが、駆動電圧と制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧を超えると、ドレイン・ソース間が導通状態となり、電圧制御部104からの駆動電圧が後段の動作電圧生成部105に出力される。駆動電圧が上昇するに連れ、ソース・ドレイン間に流れる電圧への抵抗成分は高くなる。   The field effect transistor 104 a is arranged so that the drain terminal is connected to the power wave rectifying unit 102 side, the source terminal is connected to the operation voltage generating unit 105 side in the subsequent stage, and the gate terminal is connected to the control rectifying unit 103. When the potential difference between the drive voltage (including a voltage drop due to a field effect transistor or the like) serving as the source voltage and the control voltage serving as the gate voltage is equal to or lower than the threshold voltage of the field effect transistor 104a, the current between the drain and source is Although the current does not flow, when the potential difference between the drive voltage and the control voltage exceeds the threshold voltage of the field effect transistor 104a, the drain-source becomes conductive, and the drive voltage from the voltage control unit 104 is changed to the operation voltage generation unit at the subsequent stage. 105 is output. As the drive voltage increases, the resistance component to the voltage flowing between the source and drain increases.

ドレイン・ソース間が導通した後、駆動電圧と制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧に近づくと、ドレイン・ソース間の抵抗値が上昇し、駆動電圧の電圧降下が生じる(電流が吸収される)。言い換えると、電界効果トランジスタ104aは、ドレイン・ソース間の導通状態を維持するよう動作する。これは、ゲート・ソース間の電位差が小さいほど、ソース・ドレイン間の抵抗成分が大きくなるという電界効果トランジスタ104aの性質を利用したものである。   When the potential difference between the drive voltage and the control voltage approaches the threshold voltage of the field effect transistor 104a after the drain-source is rendered conductive, the resistance value between the drain and the source increases and a voltage drop of the drive voltage occurs ( Current is absorbed). In other words, the field effect transistor 104a operates to maintain a drain-source conduction state. This utilizes the property of the field effect transistor 104a that the resistance component between the source and the drain increases as the potential difference between the gate and the source decreases.

なお、駆動電圧と制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧を下回っている間、ドレイン・ソース間には殆ど電流が流れないため、地上通信装置10は極めて高いインピーダンスを取ることができる。   Note that while the potential difference between the drive voltage and the control voltage is lower than the threshold voltage of the field effect transistor 104a, almost no current flows between the drain and the source, so the ground communication device 10 has an extremely high impedance. Can do.

ドレイン・ソース間の駆動電圧の電圧降下によって動作電圧が変動しないように、基準電圧は少なくとも動作電圧よりも高く設定される必要がある。また、受信アンテナ100により受信された電力波の大きさが規定の最低レベル付近にあるときには、駆動電圧と制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧を上回るよう電圧制御部104内の抵抗を調整する必要がある。   The reference voltage needs to be set higher than at least the operating voltage so that the operating voltage does not fluctuate due to a voltage drop of the drive voltage between the drain and source. In addition, when the magnitude of the power wave received by the receiving antenna 100 is near the specified minimum level, the voltage control unit 104 is configured so that the potential difference between the drive voltage and the control voltage exceeds the threshold voltage of the field effect transistor 104a. It is necessary to adjust the resistance.

また、ツェナーダイオード104bは、電界効果トランジスタ104aのゲートにかかる制御電圧の最大値を制限する。ツェナーダイオード104bのツェナー電圧には基準電圧が適用される。このツェナーダイオード104bを実装することで、過大な電力波が受信され、動作電圧生成部105の定格電圧を超える駆動電圧が電力波整流部102によって整流された場合でも、動作電圧生成部105に出力される駆動電圧の最大値をツェナーダイオードのツェナー電圧から電界効果トランジスタのしきい値電圧を引いた値よりおおよそ求まる電圧以下に抑えることができる。これに付随して、電界効果トランジスタ104aのゲート電圧が基準電圧以下に制限されるため、電圧制限部104から出力される電流を一定値以下に抑えることもできる。電界効果トランジスタ104aは、電圧調整部の一例であり、ツェナーダイオード104bは電圧制限部の一例である。   The Zener diode 104b limits the maximum value of the control voltage applied to the gate of the field effect transistor 104a. A reference voltage is applied to the Zener voltage of the Zener diode 104b. By mounting this Zener diode 104b, an excessive power wave is received, and even when a drive voltage exceeding the rated voltage of the operating voltage generating unit 105 is rectified by the power wave rectifying unit 102, it is output to the operating voltage generating unit 105. The maximum value of the drive voltage to be generated can be suppressed to a voltage approximately equal to or lower than a value obtained by subtracting the threshold voltage of the field effect transistor from the Zener voltage of the Zener diode. Concomitantly, the gate voltage of the field effect transistor 104a is limited to a reference voltage or lower, so that the current output from the voltage limiting unit 104 can be suppressed to a predetermined value or lower. The field effect transistor 104a is an example of a voltage adjustment unit, and the Zener diode 104b is an example of a voltage limiting unit.

なお、電力に余裕のある場合などでは、ツェナーダイオード104bを、トランジスタとサイリスタなどの組み合わせによって定電圧を生成する回路に置き換えても良い。また、電界効果トランジスタ104aの代わりに、フォトMOS(Metal−Oxide−Semiconductor)リレーを用いても良い。なお、本実施例では、耐圧性能を向上するために、図2のように電界効果トランジスタ104aを直列に2段に接続するようにしたが、電界効果トランジスタ104aは1個でも構わない。   Note that the Zener diode 104b may be replaced with a circuit that generates a constant voltage by a combination of a transistor and a thyristor or the like when there is a margin in power. Further, instead of the field effect transistor 104a, a photo MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) relay may be used. In this embodiment, in order to improve the breakdown voltage performance, the field effect transistors 104a are connected in two stages in series as shown in FIG. 2, but the number of field effect transistors 104a may be one.

図5は、地上通信装置10における電力波と電圧との関係を示す図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the power wave and the voltage in the ground communication device 10.

制御電圧は、倍圧整流回路により、駆動電圧よりも電圧上昇率が高くなるよう調整されており、制御電圧と駆動電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧を超えると電界効果トランジスタ104aがオンとなり、動作電圧生成部105への駆動電圧の出力を開始する。制御電圧と駆動電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧を超える間、駆動電圧は電力波の入力量に応じて増加する。   The control voltage is adjusted by the voltage doubler rectifier circuit so that the voltage increase rate is higher than the drive voltage. When the potential difference between the control voltage and the drive voltage exceeds the threshold voltage of the field effect transistor 104a, the field effect transistor 104a is turned on, and output of the drive voltage to the operating voltage generation unit 105 is started. While the potential difference between the control voltage and the drive voltage exceeds the threshold voltage of the field effect transistor 104a, the drive voltage increases according to the input amount of the power wave.

その後、制御電圧はツェナーダイオード104bのツェナー電圧に従う基準電圧に到達する。駆動電圧が更に増加し、電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧に約1V程度まで近づくと、ドレイン・ソース間の抵抗成分が上昇し、電圧制御部104への入力電流量も増加し、駆動電圧の電圧降下が発生する(飽和領域)。言い換えると、電界効果レジスタ104aは、基準電圧と駆動電圧との電位差がしきい値電圧を超えないよう振る舞う。   Thereafter, the control voltage reaches a reference voltage according to the Zener voltage of the Zener diode 104b. When the drive voltage further increases and the potential difference approaches the threshold voltage of the field effect transistor 104a to about 1 V, the resistance component between the drain and the source increases, and the amount of input current to the voltage control unit 104 also increases. A voltage drop of the drive voltage occurs (saturation region). In other words, the field effect register 104a behaves so that the potential difference between the reference voltage and the drive voltage does not exceed the threshold voltage.

ドレイン・ソース間の電圧降下によっても基準電圧と駆動電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧以下となるような、過大な電力波が入力された場合、電界効果トランジスタ104aのドレイン・ソース間が遮断され、駆動電圧の出力が停止し、動作電圧の生成も終了する。   When an excessive power wave is input such that the potential difference between the reference voltage and the drive voltage is equal to or lower than the threshold voltage of the field effect transistor 104a due to the voltage drop between the drain and source, the drain and source of the field effect transistor 104a The source is cut off, the output of the driving voltage is stopped, and the generation of the operating voltage is also finished.

なお、図5に示したグラフ、および、ドレイン・ソース間の抵抗が上昇する電圧範囲などは、地上通信装置10の動作を説明するために示した一例であり、正確な値は実際の設計に基づく。   Note that the graph shown in FIG. 5 and the voltage range in which the resistance between the drain and the source rises are examples for explaining the operation of the terrestrial communication device 10, and the accurate values are based on the actual design. Based.

以上の通り、本実施例によれば、受信した電力波が大きくなると電圧制御部104の抵抗成分が上昇するため、地上通信装置10は、例えば、30〜40Ωの高いインピーダンスを維持することができ、車上通信装置11からの電力波を効率的に受信することができる。特に、制御電圧と駆動電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧付近にあるとき、その状態を維持しようとして電界効果トランジスタ104aのドレイン・ソース間の抵抗成分が更に上昇するので、地上通信装置10のインピーダンスをより高くとることができる。   As described above, according to the present embodiment, since the resistance component of the voltage control unit 104 increases when the received power wave increases, the ground communication device 10 can maintain a high impedance of, for example, 30 to 40Ω. The power wave from the on-vehicle communication device 11 can be efficiently received. In particular, when the potential difference between the control voltage and the drive voltage is in the vicinity of the threshold voltage of the field effect transistor 104a, the resistance component between the drain and source of the field effect transistor 104a further increases in an attempt to maintain this state. The impedance of the communication device 10 can be made higher.

また、受信した電力波が小さいときは、電圧制御部104の抵抗成分は低いため、電力の損失を極力防ぐことができる。これにより、地上通信装置10は低電力で動作することが可能となり、短期間で信号波を送信できるようになる。   Further, when the received power wave is small, the resistance component of the voltage control unit 104 is low, so that power loss can be prevented as much as possible. As a result, the ground communication device 10 can operate with low power and can transmit a signal wave in a short period of time.

更に、動作電圧生成部105の定格電圧を超えるような電力波が受信アンテナ100より受信された場合でも、電圧制御部104によって駆動電圧は基準電圧以下に抑えられるので、動作電圧生成部105などの破壊に至らないようにすることができる。更に、簡易な構成であるため、電力波の受信から信号波の送信までを約200us以下という短期間で実施することも可能となる。   Furthermore, even when a power wave exceeding the rated voltage of the operating voltage generation unit 105 is received from the receiving antenna 100, the drive voltage is suppressed to a reference voltage or less by the voltage control unit 104. It can prevent destruction. Furthermore, since the configuration is simple, it is possible to carry out from reception of the power wave to transmission of the signal wave in a short period of about 200 us or less.

さらに本実施例によれば、車上装置12への反射電力が問題とならない場合において、入力電力が想定の範囲を逸脱する過大入力であると判断されるとき、電力波整流部102内のブリッジダイオード102aの接合容量を変動させることにより、受信アンテナ100の共振周波数をずらして取得する電力を低下させ、地上通信装置10の破壊を防止することも可能となる。受信した電力波の大きさが増加するほど、電圧制限部104により電力波整流部102にかかる電圧が上昇する。この電圧制限部104の電圧上昇と、逆電圧の大きさによって接合容量の大きさが変動するダイオードの特性を利用すれば、受信アンテナ100の共振に影響を及ぼすブリッジダイオード102aの接合容量変動により、入力電力が過大である時に地上通信装置10と車上通信装置11間の結合度ひいては取得電力を低下させられる。   Furthermore, according to the present embodiment, when the reflected power to the on-board device 12 is not a problem, when it is determined that the input power is an excessive input that deviates from the expected range, the bridge in the power wave rectifying unit 102 By varying the junction capacitance of the diode 102a, it is possible to reduce the power acquired by shifting the resonance frequency of the receiving antenna 100, and to prevent the ground communication device 10 from being destroyed. As the magnitude of the received power wave increases, the voltage applied to the power wave rectifying unit 102 by the voltage limiting unit 104 increases. By utilizing the characteristics of the diode in which the magnitude of the junction capacitance varies depending on the voltage rise of the voltage limiting unit 104 and the magnitude of the reverse voltage, the junction capacitance variation of the bridge diode 102a that affects the resonance of the receiving antenna 100 causes When the input power is excessive, the degree of coupling between the ground communication device 10 and the on-board communication device 11 and thus the acquired power can be reduced.

地上通信装置および車上通信装置は、例えば、これらが利用される路線によっては、仕様が異なる場合があり、地上通信装置等の仕様が異なる路線に移動体が乗り入れるとすると、地上通信装置が過大な電力を受信してしまう可能性がある。このような事態は、製造メーカ間で地上通信装置等の性能に差がある場合にも発生し得る。移動体による円滑な輸送に貢献するためにも、地上通信装置には、過大な電力を受信した場合であっても故障しないようにすることが求められる。これに対する工夫として、単に、ツェナーダイオードなどの電圧制限素子を整流回路の直後にグランドを介して実装することが考えられるが、この場合、電力の大部分がグランドに流れ、短絡状態に近づいてしまうため、地上通信装置入力インピーダンス(車上通信装置の送信アンテナから見て、地上通信装置の受信アンテナおよびこれに接続される整流回路などの全負荷を等価的に示したもの)の低下を招いてしまう。この場合、車上通信装置が地上通信装置へ出力できる電力波が低下したり、車上通信装置のインピーダンスが地上通信装置入力インピーダンスに引き込まれ、車上装置からみた車上通信装置のインピーダンスが低下し、車上装置への反射電力波が増加したりしてしまう問題もある。車上通信装置のインピーダンスの変化は、車上通信装置と地上通信装置とが近接したときなど、双方の結合度が強いほど大きい。   For example, the specifications of the ground communication device and the on-vehicle communication device may differ depending on the route in which they are used. If a mobile unit enters a route with different specifications such as the ground communication device, the ground communication device is excessive. May receive excessive power. Such a situation can also occur when there is a difference in performance of a ground communication device or the like between manufacturers. In order to contribute to smooth transportation by a mobile object, the ground communication device is required not to break down even when excessive power is received. As a contrivance for this, it is conceivable to simply mount a voltage limiting element such as a Zener diode via the ground immediately after the rectifier circuit, but in this case, most of the power flows to the ground and approaches a short circuit state. Therefore, the input impedance of the ground communication device (when viewed from the transmitting antenna of the on-board communication device, the load antenna of the ground communication device and the total load such as the rectifier circuit connected to this is equivalently shown) is reduced. End up. In this case, the power wave that the on-board communication device can output to the ground communication device decreases, or the impedance of the on-board communication device is drawn into the input impedance of the ground communication device, and the impedance of the on-board communication device viewed from the on-board device decreases. However, there is a problem that the reflected power wave to the on-board device increases. The change in the impedance of the on-board communication device increases as the degree of coupling between the two increases, such as when the on-board communication device and the ground communication device are close to each other.

しかしながら、本実施例によれば、過大な電力波からの回路の保護と、高い地上通信装置入力インピーダンスの維持との両立を図ることができる。更に、入力した電圧によって容量値の異なるツェナーダイオードを受信アンテナ100に付加する必要がなくなるため、受信アンテナ100の整合が取りやすくなる利点も生まれる。また、地上通信装置10は、受信アンテナ100のインピーダンスの変動を検出する必要もないため、消費電力の増大を避けることもできる。   However, according to the present embodiment, it is possible to achieve both the protection of the circuit from an excessive power wave and the maintenance of a high ground communication device input impedance. Furthermore, since it is not necessary to add to the receiving antenna 100 Zener diodes having different capacitance values depending on the input voltage, there is an advantage that the receiving antenna 100 can be easily matched. Moreover, since the ground communication apparatus 10 does not need to detect the fluctuation | variation of the impedance of the receiving antenna 100, it can also avoid the increase in power consumption.

また、過大な電力波が受信された場合であっても、ツェナーダイオード104bを経由してグランドに直接流れる整流電力、つまり、回路短絡に見える成分は、受信した電力波のうちの20%程度に抑えられているため、電力の損失を極力抑えることができる。   Even when an excessive power wave is received, the rectified power that flows directly to the ground via the Zener diode 104b, that is, the component that appears to be a short circuit is about 20% of the received power wave. Since it is suppressed, power loss can be suppressed as much as possible.

なお、電力分配部101によって分配される電力波の割合は、予め規定された最低レベルの電力波が入力された時点で電圧制御部104が駆動電圧の出力を開始し、予め規定された最高レベルを超える電力波が入力された時に電圧制御部104が駆動電圧の出力を停止することができるように調整することが望ましい。制御整流部103へ分配される電力が多いほど、電界効果トランジスタ104aのドレイン・ソース間が早く導通することになり、信号波の送信までに要する時間を短いものとすることができる。一方、電力波整流部102へ分配される電力が多いほど、ツェナーダイオード104bを介してグランドに流れる電力は抑えられ、地上通信装置10のインピーダンスの低下を極力抑えることができる。   Note that the ratio of the power wave distributed by the power distribution unit 101 is such that the voltage control unit 104 starts outputting the drive voltage at the time when the power wave of the lowest level specified in advance is input, and the highest level specified in advance. It is desirable to adjust so that the voltage control unit 104 can stop the output of the drive voltage when a power wave exceeding 1 is input. The more power is distributed to the control rectifier 103, the faster the conduction between the drain and source of the field effect transistor 104a, and the time required to transmit the signal wave can be shortened. On the other hand, the more power that is distributed to the power wave rectifying unit 102, the more the power that flows to the ground via the Zener diode 104b can be suppressed, and the decrease in the impedance of the ground communication device 10 can be suppressed as much as possible.

また、制御整流部103は倍圧整流回路により構成するものとしたが、一般的な整流回路を適用しても良い。この場合、電力分配部101により制御整流部103へ出力される分配比を、電力波整流部102へ出力される分配比よりも大きくする。   Moreover, although the control rectifier 103 is configured by a voltage doubler rectifier circuit, a general rectifier circuit may be applied. In this case, the distribution ratio output from the power distribution unit 101 to the control rectification unit 103 is made larger than the distribution ratio output to the power wave rectification unit 102.

次に、本発明の実施例2について説明する。なお、本実施例における構成および効果等は、特に断りのない限り、実施例1と同じである。このため、以下では本実施例と実施例1との相違点を主に説明し、説明の重複を避けるため、共通点の説明は極力省略する。   Next, Example 2 of the present invention will be described. The configuration, effects, and the like in this example are the same as those in Example 1 unless otherwise specified. For this reason, the differences between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described below, and the description of the common points will be omitted as much as possible in order to avoid duplication.

図6は、本実施例に係る地上通信装置10のブロック図である。地上通信装置10は、信号装置などの外部装置200との間で、情報の送受信を行うため、通信制御回路やリレーなどで構成される通信部201を備える。外部装置200からの情報は、変調部111によって信号波に変換され、送信アンテナ108等を経由して車上通信装置11へ送信される。外部装置200は、例えば、各車体2の運行を集中的に制御することができる。   FIG. 6 is a block diagram of the ground communication device 10 according to the present embodiment. The ground communication device 10 includes a communication unit 201 that includes a communication control circuit, a relay, and the like in order to exchange information with an external device 200 such as a signal device. Information from the external device 200 is converted into a signal wave by the modulation unit 111 and transmitted to the on-vehicle communication device 11 via the transmission antenna 108 and the like. For example, the external device 200 can centrally control the operation of each vehicle body 2.

なお、車上通信装置11からの信号波を受信する受信アンテナおよび受信回路を更に設け、当該信号波に基づく情報を外部装置200に送信するようにしても良い。外部装置200は、例えば、収集した情報に基づいて、各車体2の運行状況を監視することができる。   Note that a receiving antenna and a receiving circuit for receiving a signal wave from the on-vehicle communication device 11 may be further provided, and information based on the signal wave may be transmitted to the external device 200. The external device 200 can monitor the operation status of each vehicle body 2 based on the collected information, for example.

また、受信アンテナ100よりも径の小さい変調波検出アンテナ202と、電力波の包絡線を検波する変調波検出部203とを有し、車上通信装置11から受信した電力波のASK(Amplitude Shift Keying)を検出しても良い。この場合、制御部110はASK復調機能などを有し、復調データに応じて、信号波の送信の停止や、電文記憶部109の書き換えなどを行っても良い。   Further, it has a modulated wave detection antenna 202 having a diameter smaller than that of the receiving antenna 100 and a modulated wave detection unit 203 that detects an envelope of the power wave, and ASK (Amplitude Shift) of the power wave received from the on-board communication device 11. Keying) may be detected. In this case, the control unit 110 has an ASK demodulation function and the like, and may stop transmission of a signal wave or rewrite the message storage unit 109 according to demodulated data.

本実施例によれば、地上通信装置10は、車上通信装置11からの情報を外部装置200に伝達したり、外部装置200からの情報を車上通信装置11に伝達したりする中継装置として動作することができる。   According to the present embodiment, the ground communication device 10 is a relay device that transmits information from the on-board communication device 11 to the external device 200 or transmits information from the external device 200 to the on-board communication device 11. Can work.

次に、本発明の実施例3について説明する。本実施例における構成および効果等も、特に断りのない限り、実施例1と同じであるため、以下では本実施例と実施例1との相違点を主に説明する。   Next, Embodiment 3 of the present invention will be described. Since the configuration, effects, and the like in the present embodiment are the same as those in the first embodiment unless otherwise specified, differences between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described below.

図7は、本実施例に係る地上通信装置10のブロック図である。地上通信装置10は、受信アンテナ100および送信アンテナ108の代わりに、送受信アンテナ700を備える。送受信アンテナ700には、予め規定された送受信周波数の2周波数で整合が取れるよう調整された2周波数整合部701が接続される。車上通信装置11から受信する電力波、および、車上通信装置11へ送信する信号波は、分波器702によって分別される。車上通信装置11から受信した電力波は、分波器702により、電力分配部101に送られる。また、地上通信装置10の信号波生成増幅部106によって生成された信号波は分波器702に入力され、そのまま2周波整合部701および送受信アンテナ700を通して車上通信装置11へ送信される。   FIG. 7 is a block diagram of the ground communication device 10 according to the present embodiment. The ground communication device 10 includes a transmission / reception antenna 700 instead of the reception antenna 100 and the transmission antenna 108. The transmission / reception antenna 700 is connected to a two-frequency matching unit 701 that is adjusted to achieve matching at two transmission / reception frequencies defined in advance. The power wave received from the on-board communication device 11 and the signal wave transmitted to the on-board communication device 11 are separated by the duplexer 702. The power wave received from the on-vehicle communication device 11 is sent to the power distribution unit 101 by the duplexer 702. The signal wave generated by the signal wave generation / amplification unit 106 of the ground communication device 10 is input to the duplexer 702 and transmitted to the on-vehicle communication device 11 through the two-frequency matching unit 701 and the transmission / reception antenna 700 as it is.

なお、アンテナ部分と回路部分との絶縁のため、2周波数整合部701と分波器702との間に絶縁トランスを挿入しても良い。   Note that an insulating transformer may be inserted between the two-frequency matching unit 701 and the duplexer 702 to insulate the antenna portion from the circuit portion.

本実施例によれば、アンテナを1素子にすることにより、新たなデバイスを追加する必要が生じるものの、受信アンテナ100と送信アンテナ108との間の電磁結合を解消し、放射効率の改善が見込める。また、電力分配部101の整流ダイオードの容量が、分波器702を介することで2周波数整合部701への影響が小さくなるため、送受信アンテナ700の整合が取りやすくなる利点も生じる。   According to the present embodiment, although it is necessary to add a new device by using one antenna, the electromagnetic coupling between the receiving antenna 100 and the transmitting antenna 108 is eliminated, and the radiation efficiency can be improved. . Further, since the influence of the capacity of the rectifier diode of the power distribution unit 101 on the two-frequency matching unit 701 is reduced by passing the duplexer 702, there is an advantage that the matching of the transmission / reception antenna 700 can be easily performed.

次に、本発明の実施例4について説明する。本実施例における構成および効果等も、特に断りのない限り、実施例1と同じであるため、以下では本実施例と実施例1との相違点を主に説明する。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Since the configuration, effects, and the like in the present embodiment are the same as those in the first embodiment unless otherwise specified, differences between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described below.

本実施例では、実施例1における受信アンテナ100に共鳴コイルが追加される。   In the present embodiment, a resonance coil is added to the receiving antenna 100 in the first embodiment.

図8は、本実施例に係る地上通信装置10のブロック図である。本実施例では、受信アンテナ100と結合して動作する共鳴コイル80と、電力波の周波数で共振する共振回路部801と、を備える。   FIG. 8 is a block diagram of the ground communication device 10 according to the present embodiment. In this embodiment, a resonance coil 80 that operates in combination with the receiving antenna 100 and a resonance circuit unit 801 that resonates at the frequency of the power wave are provided.

従来、車上通信装置11と地上通信装置10との間の結合度が強くなるほど、車上通信装置11のインピーダンスの変動が大きくなるため、地上通信装置10の受信アンテナに、電磁的結合度を高める共鳴コイル800の付加などの対策を施し、電力伝送効率の改善を図ることが難しかった。しかし、地上通信装置入力インピーダンスの低下を抑えることにより、共鳴コイル800および共振回路部801を実装しても、車上通信装置11のアンテナの入力インピーダンスの変動を抑えることができる。共鳴コイル800などの付加によって、特に受信電力波が小さい時の電力伝送効率を大幅に改善できるため、地上通信装置10の低電力化の実現、ひいては、システム全体の低電力化を実現できる。   Conventionally, as the degree of coupling between the on-board communication device 11 and the ground communication device 10 increases, the impedance variation of the on-board communication device 11 increases, so that the reception antenna of the ground communication device 10 has an electromagnetic coupling degree. It has been difficult to improve power transmission efficiency by taking measures such as adding the resonance coil 800 to be enhanced. However, by suppressing a decrease in the input impedance of the ground communication device, even if the resonance coil 800 and the resonance circuit unit 801 are mounted, fluctuations in the input impedance of the antenna of the on-vehicle communication device 11 can be suppressed. By adding the resonance coil 800 or the like, the power transmission efficiency can be greatly improved particularly when the received power wave is small. Therefore, it is possible to reduce the power consumption of the terrestrial communication device 10 and thus to reduce the power consumption of the entire system.

また、共鳴コイル800、または共振回路部801を有する共鳴コイル800の付加により、受信アンテナ100の整合を取ることができるため、アンテナ側に共振回路を設ける必要がなくなる利点も生じる。電力整流部102などに含まれるダイオードの容量は、温度などによって変動するため有用である。   Further, by adding the resonance coil 800 or the resonance coil 800 having the resonance circuit unit 801, the receiving antenna 100 can be matched, so that there is an advantage that it is not necessary to provide a resonance circuit on the antenna side. The capacitance of the diode included in the power rectifying unit 102 or the like is useful because it varies depending on temperature or the like.

なお、共鳴コイル800は、受信アンテナ100との間隔によって生じる容量成分によって電力波の周波数で共振するよう調整しても良い。また、実施例3に係る地上通信装置10(図7参照)に、共鳴コイル800等を付加するようにしても良い。この場合も同様の効果を奏する。   Note that the resonance coil 800 may be adjusted so as to resonate at the frequency of the power wave due to a capacitive component generated by the distance from the receiving antenna 100. Moreover, you may make it add the resonance coil 800 grade | etc., To the ground communication apparatus 10 (refer FIG. 7) which concerns on Example 3. FIG. In this case, the same effect is obtained.

次に、本発明の実施例5について説明する。本実施例における構成および効果等も、特に断りのない限り、実施例1と同じである。但し、本実施例は実施例4と共通する点が多いため、以下では本実施例と実施例4との相違点を主に説明する。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The configuration and effects in the present embodiment are the same as those in the first embodiment unless otherwise specified. However, since the present embodiment has many points in common with the fourth embodiment, differences between the present embodiment and the fourth embodiment will be mainly described below.

図9は、本実施例に係る地上通信装置10のブロック図である。地上通信装置10は、電力分配部101の代わりに、制御電圧取得用アンテナ900を備える。制御電圧取得用アンテナ900は、受信アンテナ100よりも径の小さいアンテナで構成される。受信アンテナ100が受信する電力波は、そのまま電力波整流部102に送信され、駆動電圧が生成される。また、制御電圧取得用アンテナ900が受信する電力波は、制御整流部103に送信され、制御電圧が生成される。制御電圧用アンテナ900には、電力波周波数で共振する整合回路を設けても良い。   FIG. 9 is a block diagram of the ground communication device 10 according to the present embodiment. The ground communication device 10 includes a control voltage acquisition antenna 900 instead of the power distribution unit 101. The control voltage acquisition antenna 900 is configured by an antenna having a smaller diameter than the receiving antenna 100. The power wave received by the receiving antenna 100 is transmitted to the power wave rectifier 102 as it is to generate a drive voltage. In addition, the power wave received by the control voltage acquisition antenna 900 is transmitted to the control rectification unit 103 to generate a control voltage. The control voltage antenna 900 may be provided with a matching circuit that resonates at a power wave frequency.

本実施例によれば、受信した電力波を分配する必要が無くなるため、特に小さい電力波を受信したときの特性を改善することができる。   According to the present embodiment, since it is not necessary to distribute the received power wave, it is possible to improve the characteristics when a particularly small power wave is received.

図10が示す通り、実施例3に係る地上通信装置10(図7参照)に、制御電圧取得用アンテナ900を付加するようにしても良い。この場合も本実施例と同様の効果を奏する。   As shown in FIG. 10, a control voltage acquisition antenna 900 may be added to the ground communication device 10 (see FIG. 7) according to the third embodiment. In this case, the same effects as in the present embodiment are obtained.

なお、本発明は各実施例に限定されるものではなく、既に例示したものも含めて、様々な変形例が考えられる。例えば、地上通信装置10は、信号波生成増幅部106等を有することにより、車上通信装置11に信号波を送信するものとしたが、これの代わりに、車上通信装置11からの電力波を受信したことに基づいて、車体2が地上通信装置10の近傍を走行していると判定し、外部装置200等にその旨を報知するようにしても良い。   In addition, this invention is not limited to each Example, Various modifications including what was already illustrated can be considered. For example, the ground communication device 10 has the signal wave generation amplification unit 106 and the like to transmit a signal wave to the on-board communication device 11, but instead of this, a power wave from the on-board communication device 11 is used. May be determined that the vehicle body 2 is traveling in the vicinity of the ground communication device 10, and the external device 200 or the like may be notified of this.

また、車上通信装置11は車上装置12と別体である必要はなく、車上装置12の有する機能も備えた一体型であっても良い。また、例えば、地上通信装置が送信する電力波を受信することにより動作する無電源型の車上通信装置に本発明を適用しても良い。その他、例えば、NFC (Near Field Communication) 、RFID(Radio Frequency IDentification)、非接触電力伝送その他の無線通信方式を利用した通信システムに本発明を適用しても良い。本発明は、送信アンテナと受信アンテナとが近接することにより高い電磁結合が生じるような場合において特に有効である。   Further, the on-board communication device 11 does not need to be a separate body from the on-board device 12, and may be an integrated type having the functions of the on-board device 12. Further, for example, the present invention may be applied to a non-power-source on-board communication device that operates by receiving a power wave transmitted from a ground communication device. In addition, the present invention may be applied to a communication system using, for example, NFC (Near Field Communication), RFID (Radio Frequency IDentification), non-contact power transmission, or other wireless communication methods. The present invention is particularly effective in the case where high electromagnetic coupling occurs when the transmitting antenna and the receiving antenna are close to each other.

各実施例は本発明の理解のために詳細に説明されたものであり、本発明は、前述の各構成を全て備える必要は必ずしもない。また、ある実施例の一部を他の実施例の一部に置き換えることは可能であり、また、ある実施例の一部を他の実施例に付加することも可能である。   Each embodiment has been described in detail for the sake of understanding of the present invention, and the present invention does not necessarily have to include all the above-described configurations. A part of one embodiment can be replaced with a part of another embodiment, and a part of one embodiment can be added to another embodiment.

更に、各図面上の制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、本発明の実施に必要な制御線や情報線が全て示されているとは限らない。例えば、全ての構成が相互に接続されるようにしてもよい。逆に、本発明の実施に際して、各図面上の制御線や情報線全てを備えていなくても良い。   Furthermore, the control lines and information lines on each drawing are those that are considered necessary for explanation, and not all the control lines and information lines necessary for implementing the present invention are shown. For example, all the configurations may be connected to each other. Conversely, when implementing the present invention, it is not necessary to provide all the control lines and information lines on each drawing.

1 移動体制御システム
2 車体
10 地上通信装置
11 車上通信装置
12 車上装置
100 受信アンテナ
101 電力分配部
102 電力波整流部
103 制御整流部
104 電圧制御部
105 動作電圧生成部
106 信号波生成増幅部
107 整合部
108 送信アンテナ
109 電文記憶部
110 制御部
111 変調部
112 信号波増幅部
200 外部装置
201 通信部
202 変調波検出アンテナ
203 変調波検出部
500 電力波整流部破壊防止回路
700 送受信アンテナ
701 2周波数整合部
702 分波器
800 共鳴コイル
801 共振回路部
900 制御電圧取得用アンテナ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mobile body control system 2 Car body 10 Ground communication apparatus 11 On-vehicle communication apparatus 12 On-board apparatus 100 Reception antenna 101 Power distribution part 102 Power wave rectification part 103 Control rectification part 104 Voltage control part 105 Operating voltage generation part 106 Signal wave generation amplification Unit 107 matching unit 108 transmission antenna 109 message storage unit 110 control unit 111 modulation unit 112 signal wave amplification unit 200 external device 201 communication unit 202 modulation wave detection antenna 203 modulation wave detection unit 500 power wave rectification unit destruction prevention circuit 700 transmission / reception antenna 701 Two-frequency matching unit 702 duplexer 800 resonance coil 801 resonance circuit unit 900 control voltage acquisition antenna

Claims (12)

電力波を受信する電力波受信部と、
前記電力波受信部により受信された電力波から駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、
前記駆動電圧生成部により生成された駆動電圧に対する抵抗成分を有する電圧調整部と、
前記電圧調整部により出力された駆動電圧から動作電圧を生成する動作電圧生成部と、
前記動作電圧生成部により生成された動作電圧を電力源として、信号波を生成する信号波生成部と、
前記信号波生成部により生成された信号波を放射する信号波放射部と、を備え、
前記電圧調整部に入力された駆動電圧が大きくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする地上通信装置。
A power wave receiver that receives the power wave;
A driving voltage generating unit that generates a driving voltage from the power wave received by the power wave receiving unit;
A voltage adjusting unit having a resistance component with respect to the driving voltage generated by the driving voltage generating unit;
An operating voltage generating unit that generates an operating voltage from the driving voltage output by the voltage adjusting unit;
A signal wave generator that generates a signal wave using the operating voltage generated by the operating voltage generator as a power source;
A signal wave radiation unit that radiates the signal wave generated by the signal wave generation unit,
The ground communication device according to claim 1, wherein when the driving voltage input to the voltage adjustment unit increases, a resistance component of the voltage adjustment unit increases.
前記電力波受信部により受信された電力波から、前記駆動電圧よりも高い制御電圧を生成する制御電圧生成部を備え、
前記電圧調整部は、前記制御電圧生成部により生成された制御電圧を入力し、
前記電圧調整部に入力された駆動電圧と制御電圧との差が大きくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする請求項1に記載の地上通信装置。
A control voltage generator that generates a control voltage higher than the drive voltage from the power wave received by the power wave receiver;
The voltage adjustment unit inputs the control voltage generated by the control voltage generation unit,
The ground communication device according to claim 1, wherein a resistance component of the voltage adjustment unit increases as a difference between the drive voltage and the control voltage input to the voltage adjustment unit increases.
前記電力波受信部により受信された電力波から、前記駆動電圧よりも高い制御電圧を生成する制御電圧生成部と、
前記制御電圧を所定の電圧以下に制限する電圧制限部と、を備え、
前記電圧調整部は、前記制御電圧生成部により生成された制御電圧を入力し、
前記電圧調整部に入力された駆動電圧と制御電圧との差が小さくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする請求項1に記載の地上通信装置。
A control voltage generating unit that generates a control voltage higher than the drive voltage from the power wave received by the power wave receiving unit;
A voltage limiting unit that limits the control voltage to a predetermined voltage or less,
The voltage adjustment unit inputs the control voltage generated by the control voltage generation unit,
The ground communication device according to claim 1, wherein when the difference between the drive voltage and the control voltage input to the voltage adjustment unit is reduced, a resistance component of the voltage adjustment unit is increased.
前記電圧調整部は、入力された駆動電圧と制御電圧との差がしきい値を超える場合、前記駆動電圧を出力することを特徴とする請求項3に記載の地上通信装置。   The ground communication device according to claim 3, wherein the voltage adjustment unit outputs the drive voltage when a difference between the input drive voltage and the control voltage exceeds a threshold value. 前記電圧調整部は、入力された駆動電圧と制御電圧との差がしきい値以下の場合、前記駆動電圧を出力しないことを特徴とする請求項3に記載の地上通信装置。   The ground communication device according to claim 3, wherein the voltage adjustment unit does not output the drive voltage when a difference between the input drive voltage and the control voltage is equal to or less than a threshold value. 前記電圧制限部は、所定の電圧を超えた制御電圧を接地することを特徴とする請求項3に記載の地上通信装置。   The ground communication apparatus according to claim 3, wherein the voltage limiting unit grounds a control voltage exceeding a predetermined voltage. 外部装置からの所定の情報を受信する通信部を備え、
前記信号波生成部は、前記通信部により受信された所定の情報を有する信号波を生成することを特徴とする請求項1に記載の地上通信装置。
A communication unit for receiving predetermined information from an external device;
The ground communication apparatus according to claim 1, wherein the signal wave generation unit generates a signal wave having predetermined information received by the communication unit.
前記電力波受信部と前記信号波放射部とは一のアンテナを共用することを特徴とする請求項1に記載の地上通信装置。   2. The ground communication apparatus according to claim 1, wherein the power wave receiving unit and the signal wave radiating unit share one antenna. 前記電力波受信部により受信される電力波の周波数で共振する共振部を備えることを特徴とする請求項1に記載の地上通信装置。   The ground communication apparatus according to claim 1, further comprising a resonance unit that resonates at a frequency of a power wave received by the power wave reception unit. 前記電力波受信部は、電力波を受信するアンテナを複数有し、一のアンテナにより受信された電力波から前記駆動電圧を生成し、他のアンテナにより受信された前記電力波から制御電圧を生成することを特徴とする請求項2に記載の地上通信装置。   The power wave receiving unit has a plurality of antennas for receiving power waves, generates the drive voltage from a power wave received by one antenna, and generates a control voltage from the power wave received by another antenna. The ground communication apparatus according to claim 2, wherein 電力波を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナにより受信された電力波に基づいて動作電圧を生成する動作電圧生成部と、
前記動作電圧生成部により生成された動作電圧にて信号波を生成する信号波生成部と、
前記信号波生成部により生成された信号波を放射する送信アンテナと、を備えた地上通信装置であって、
前記受信アンテナにより受信された電力波を分配する複数のコンデンサと、
前記複数のコンデンサにより分配された電力波を整流して駆動電圧を生成する整流回路と、
前記複数のコンデンサにより分配された電力波を整流して制御電圧を生成する倍圧整流回路と、
前記整流回路側にドレイン端子が接続され、前記信号波生成部側にソース端子が接続され、前記倍圧整流回路側にゲート端子が接続された電界効果トランジスタと、
を備えることを特徴とする地上通信装置。
A receiving antenna for receiving power waves;
An operating voltage generator for generating an operating voltage based on the power wave received by the receiving antenna;
A signal wave generating unit that generates a signal wave with the operating voltage generated by the operating voltage generating unit;
A terrestrial communication device comprising: a transmission antenna that radiates a signal wave generated by the signal wave generation unit;
A plurality of capacitors for distributing a power wave received by the receiving antenna;
A rectifier circuit that rectifies power waves distributed by the plurality of capacitors to generate a drive voltage;
A voltage doubler rectifier circuit that rectifies a power wave distributed by the plurality of capacitors to generate a control voltage;
A field effect transistor having a drain terminal connected to the rectifier circuit side, a source terminal connected to the signal wave generator side, and a gate terminal connected to the voltage doubler rectifier circuit side;
A ground communication apparatus comprising:
前記倍圧整流回路により生成された制御電圧を所定の電圧以下に制限するツェナーダイオードを備えることを特徴とする請求項11に記載の地上通信装置。   The terrestrial communication device according to claim 11, further comprising a Zener diode that limits a control voltage generated by the voltage doubler rectifier circuit to a predetermined voltage or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020006837A (en) * 2018-07-09 2020-01-16 株式会社日立製作所 Ground radio device and method of controlling the same

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