JP2017175254A - アンテナ制御装置、アンテナ制御プログラムおよびアンテナ制御システム - Google Patents

アンテナ制御装置、アンテナ制御プログラムおよびアンテナ制御システム Download PDF

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Abstract

【課題】通信エリアの境界を所望の位置に形成するためのアンテナの制御技術を提供する。
【解決手段】アンテナパラメータ制御装置２は、磁界を発生する２つのアンテナ１Ａ、１Ｂに対して、大きさＩが同一で方向が逆の電流を流す場合のアンテナパラメータを計算するものである。アンテナパラメータ制御装置２は、アンテナパラメータを計算するための入力パラメータを取得する入力パラメータ取得部２１と、入力パラメータに基づいて、アンテナ１Ａ、１Ｂの中心間の距離ｄをアンテナパラメータとして計算するパラメータ計算部２２とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、通信エリアの境界を所望の位置に形成するためのアンテナの制御技術に関する。
近年では、意図的に通信エリアを限定した無線通信システムに対する要望が高まっている。特許文献１には、このような無線通信システムとして、電界を利用した電界通信システムが開示されている。
特開２００７−１７４５７０号公報
電界通信システムでは、設置されたアクセスポイント装置の近傍のエリアに存在する端末装置だけが、アクセスポイント装置と通信できる。しかし、アクセスポイント装置の近傍の電界分布は、設置環境または端末装置を所持するユーザの姿勢などに大きく依存する。そのため、電界通信システムによっては、明瞭な通信エリアの境界を形成することが困難であった。したがって、通信すべき位置に存在している端末装置が通信できなかったり、その逆のケースも生じたり、安定で信頼性の高い無線通信システムを構築できなかった。
このような困難が生じる原因の一つは、通信媒体として電界を用いていることであると考えられる。なぜならば、電界分布は、周囲に存在する導体または誘電体の影響を強く受けるためである。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、通信エリアの境界を所望の位置に形成するためのアンテナの制御技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のアンテナパラメータ制御装置は、２つのアンテナに対して、大きさが同一で方向が逆の電流を流す場合のアンテナパラメータを計算するアンテナパラメータ制御装置であって、前記アンテナパラメータを計算するための入力パラメータを取得する入力パラメータ取得部と、前記入力パラメータに基づいて、前記アンテナの中心間の距離をアンテナパラメータとして計算するパラメータ計算部を備えることを特徴とする。
本発明のアンテナパラメータ制御プログラムは、前記アンテナパラメータ制御装置としてコンピュータを機能させるためのアンテナパラメータ制御プログラムである。
本発明のアンテナ制御システムは、前記アンテナパラメータ制御装置と、前記２つのアンテナとを備えることを特徴とする。
本発明によれば、通信エリアの境界を所望の位置に形成するためのアンテナの制御技術を提供できる。
巻数が１のループアンテナの一例を示す図である。 ループアンテナからｚ軸方向の距離（ｚ［ｃｍ］）と磁界強度［ｄＢμＡ／ｍ］の関係を示す図である。 ８０ｄＢ／ｄｅｃの磁界強度の減衰率を得るためのループアンテナアレイの一例を示す図である。 図３のループアンテナアレイからｚ軸方向の距離（ｚ［ｃｍ］）と磁界強度［ｄＢμＡ／ｍ］の関係を示す図である。 第１の実施の形態におけるアンテナ制御システムの一例を示す図である。 バーアンテナの構成の一例を示す図である。 第１の実施の形態における入力パラメータの選定方法を説明するための図である。 第１の実施の形態におけるアンテナパラメータ計算方法の一例を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における入力パラメータの選定方法を説明するための図である。 第２の実施の形態におけるアンテナパラメータ計算方法の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施の形態では、周囲の影響を受けにくい磁界を使用し、明瞭な通信エリアの境界を形成する。具体的には、２つのアンテナ（磁界アンテナ）に対して互いに逆向きの電流を流すことで、明瞭な通信エリアの境界を形成できる。
しかし、２つのアンテナ（磁界アンテナ）を用いる場合であっても、アンテナの中心間の距離が適切でなければ、通信エリアの境界を所望の位置に形成できない。また、アンテナに流れる電流の大きさが適切でなければ、通信エリアの境界を所望の位置に形成できない。すなわち、少なくとも、中心間の距離というアンテナパラメータとして適切な値を計算する必要がある。また、好ましくは、電流の大きさというアンテナパラメータとして適切な値を計算する必要がある。
上記のように、本実施の形態のアンテナ制御システムに用いられるアンテナは、２つのアンテナ（磁界アンテナ）であり、各アンテナは、例えば低周波磁界を発生することが可能なループアンテナまたはバーアンテナである。
このようなアンテナが形成する低周波磁界(およそ１０ＭＨｚ以下の磁界)は、人体または周囲環境との相互作用が電界と比べて著しく低いという特徴を有する。したがって、明瞭な通信エリアの境界を形成するための通信媒体に適している。このようなアンテナを用いて、通信エリアの境界で磁界強度が急激に減衰するようなシャープな磁界分布を形成できれば、通信エリアを限定した無線通信システムの信頼性を高めることができる。
一般的に磁界エリアの形成に使用されている磁界アンテナは巻数が１のループアンテナである。
図１は、巻数が１のループアンテナの一例を示す図である。例えば、ループアンテナの＋端子は、交流電源Ｅの信号端子に接続され、−端子は、交流電源ＥのＧＮＤ端子に接続される。これにより、ループアンテナに交流の電流が流れる。
図２は、ループアンテナからｚ軸方向の距離ｚ［ｃｍ］と磁界強度［ｄＢμＡ／ｍ］の関係を示す図である。
図２にシングルループとして示す特性は、巻数が１のループアンテナの磁界強度の特性である。遠方（ｚが大きい）における磁界強度の減衰率は６０ｄＢ／ｄｅｃである。磁界強度の減衰率は、通信エリアの境界の明瞭さを表す指標であり、磁界強度の減衰率が高いほど、通信エリアの境界は明瞭と言える。
巻数が１のループアンテナにより得られる６０ｄＢ／ｄｅｃは必ずしも十分ではなく、磁界強度の減衰率をより高くしたいという要望がある。
図３は、６０ｄＢ／ｄｅｃより高い８０ｄＢ／ｄｅｃの磁界強度の減衰率を得るためのループアンテナアレイの一例を示す図である。
このような磁界強度の減衰率は、図３に示すように、隣接した２つのアンテナ１Ａ、１Ｂを備えるアンテナアレイにより得ることができる。各アンテナ１Ａ、１Ｂはループアンテナであり、連続した導線で形成され、その一方端である＋端子は、交流電源Ｅの信号端子に接続され、他方端である−端子は、交流電源ＥのＧＮＤ端子に接続される。これにより、アンテナ１Ａ、１Ｂには、大きさＩの電流が互いに逆向きに流れる。
図２にデュアルループとして示す特性は、このようなループアンテナアレイの磁界強度の特性であり、遠方における磁界強度の減衰率は８０ｄＢ／ｄｅｃである。
図３に示すループアンテナアレイは、単一のループアンテナと異なり、２つのアンテナ（ループアンテナ）１Ａ、１Ｂの中心間の距離ｄというアンテナパラメータを有する。
図４は、図３のループアンテナアレイからｚ軸方向の距離（ｚ［ｃｍ］）と磁界強度［ｄＢμＡ／ｍ］の関係を示す図である。
図４では、ｄの異なる２つのループアンテナアレイの特性を示す。デュアループ（ｄ小）として示す特性は、ｄが小さい方のループアンテナアレイの磁界強度の特性である。デュアループ（ｄ大）として示す特性は、ｄが大きい方のループアンテナアレイの磁界強度の特性である。いずれのループアンテナアレイであっても、遠方における磁界強度の減衰率は８０ｄＢ／ｄｅｃでほぼ一定である。しかし、ループアンテナアレイの近傍（ｚが小さい領域）における磁界強度の減衰率（特性）はdに依存する。
例えば、２つのループアンテナを備えるループアンテナアレイを用い、ユーザが希望するサイズの通信エリア（磁界エリア）を形成するには、最適なｄを求める必要がある。しかし、磁界強度の分布とｄの定量的な関係が不明であったので、最適なｄを求めることができなかった。また、ループアンテナに流れる電流も通信エリアのサイズを決めるパラメータの１つであるが、最適な電流の大きさを求める方法も知られていなかった。
また、２つのバーアンテナからなるアンテナアレイでも同様の問題が生じており、これを解決したいという要望がある。
［第１の実施の形態］
図５は、第１の実施の形態におけるアンテナ制御システムの一例を示す図である。
アンテナ制御システムを構成するアンテナパラメータ制御装置２には、電界ではなく磁界を発生することが可能な2つのアンテナ１Ａ、１Ｂが接続されており、アンテナパラメータ制御装置２は、アンテナ１Ａ、１Ｂの中心間の距離ｄを任意に調整できる構成である。
アンテナ制御システムは、アンテナアレイ１とアンテナパラメータ制御装置２と交流電源Ｅとメカニカルステージ１０Ａ、１０Ｂを備える。
アンテナアレイ１は、２つのアンテナ１Ａ、１Ｂからなる。アンテナ１Ａ、１Ｂは、例えば、図のｘ軸方向に並べて配置される。アンテナパラメータ制御装置２は、２つのアンテナ１Ａ、１Ｂに対して、大きさＩが同一で方向が逆の電流を流す場合のアンテナパラメータを計算し、アンテナ１Ａ、１Ｂのアンテナパラメータを、計算したアンテナパラメータに基づいて制御する。交流電源Ｅは、アンテナ１Ａ、１Ｂに大きさＩの交流の電流を供給する。メカニカルステージ１０Ａ、１０Ｂは、アンテナ１Ａ、１Ｂの位置を変えるためのものである。
アンテナパラメータ制御装置２には、ユーザが入力パラメータを入力するキーボードやタッチパッドなどの入力装置２０が接続される。なお、交流電源Ｅおよびメカニカルステージ１０Ａ、１０Ｂは、アンテナ制御システムの外部に設けてもよい。
アンテナパラメータ制御装置２は、入力パラメータ取得部２１とパラメータ計算部２２とパラメータ制御部２３を備える。
入力パラメータ取得部２１は、ユーザが入力装置２０に入力した入力パラメータを入力装置２０から取得する。パラメータ計算部２２は、入力パラメータを用いてアンテナパラメータを計算する。パラメータ制御部２３は、アンテナ１Ａ、１Ｂのアンテナパラメータを、パラメータ計算部２２が計算したアンテナパラメータに基づいて制御する。
各アンテナ１Ａ、１Ｂは、図５に示すようなループアンテナまたは、図６に示すようなバーアンテナであり、例えば、互いに隣接して配置される。ループアンテナを用いる場合、ループアンテナを貫通する方向と、図５のｚ軸方向を合わせるように配置する。バーアンテナを用いる場合は、バーアンテナを構成するコアの長さ方向と、図５のｚ軸方向を合わせるように配置する。なお、＋端子と−端子のような２端子を有するアンテナであれば、これらループアンテナおよびバーアンテナ以外のアンテナを用いてもよい。
アンテナ１Ａ、１Ｂは、同一形状であることが好ましい。例えば、各アンテナ１Ａ、１Ｂがループアンテナの場合、それぞれが円形状を有する。形状は円以外でもよい。また、例えば、各アンテナ１Ａ、１Ｂがバーアンテナの場合、それぞれが同一形状（例えば、円柱状）のコアに巻かれる。また、アンテナ１Ａ、１Ｂは、サイズについても、同一であることが好ましい。なお、アンテナ１Ａ、１Ｂは、形状とサイズの少なくとも一方が異なっていてもよい。
以下の説明では、便宜的に各アンテナ１Ａ、１Ｂがループアンテナであることとする。
一方のアンテナ１Ａの＋端子が交流電源Ｅの信号端子に接続され、アンテナ１Ａの−端子が他方のアンテナ１Ｂの−端子に接続され、アンテナ１Ｂの＋端子が、交流電源ＥのＧＮＤ端子に接続されている。
このようにアンテナ１Ａ、２Ａの端子の極性を逆にした上で直列に接続することにより、アンテナ１Ａ、１Ｂに対し、１つの交流電源Ｅから、大きさＩの電流を常に逆向きに供給できる。
交流電源Ｅの信号端子がプラス電圧のタイミングでは、アンテナ１Ａ、１Ｂを貫通する方向、つまりｚ軸方向に見て、ループアンテナ１Ａに反時計回りの電流が流れ、ループアンテナ１Ｂには時計回りの電流が流れる。逆に、交流電源Ｅの信号端子がマイナス電圧のタイミングでは、ループアンテナ１Ａに時計回りの電流が流れ、ループアンテナ１Ｂには反時計回りの電流が流れる。
これにより、各アンテナ１Ａ、１Ｂの磁気双極子モーメントベクトルの総和がゼロになり、アンテナ１Ａ、１Ｂが遠方に形成する磁界が互いに打ち消される。その結果、アンテナアレイ１から、図５のｚ軸方向に遠く離れた位置では、磁界強度が急激に減衰し、図２および図４に示す８０ｄＢ／ｄｅｃの磁界強度の減衰率を得ることができる。
アンテナ制御システムでは、アンテナ１Ａ、１Ｂについてのアンテナパラメータの１つである電流の大きさＩが可変である。例えば、交流電源Ｅは、自身からアンテナアレイ１に流れる電流の大きさＩを、パラメータ制御部２３から受信する制御信号により変えられるように構成されている。パラメータ制御部２３はこの制御信号を交流電源Ｅに送信し、電流の大きさＩを調整する。これにより、電流の大きさＩを任意に設定できる。なお、各アンテナ１Ａ、１Ｂに電流を供給する個別の交流電源を設けてもよい。
また、アンテナ制御システムでは、アンテナ１Ａ、１Ｂについてのアンテナパラメータの１つである中心間の距離ｄが可変である。例えば、メカニカルステージ１０Ａ、１０Ｂは、各アンテナ１Ａ、１Ｂを支持し、制御信号を受けて、位置を変えられるように構成されている。パラメータ制御部２３はこの制御信号をメカニカルステージ１０Ａ、１０Ｂに送信し、メカニカルステージの位置を調整する。これにより、中心間の距離ｄを任意に調整できる。
アンテナアレイ１の各アンテナ１Ａ、１Ｂには、大きさＩが同一で方向が逆の電流が流れるので、遠方で８０ｄＢ／ｄｅｃの磁界強度の減衰率を得ることができるが、アンテナアレイ１の近傍（ｚ軸方向で近い位置）では、磁界強度の減衰率は低下する。また、アンテナアレイ１の近傍では、磁界強度の減衰率は一定でない。
よって、アンテナ１Ａ、１Ｂのアンテナパラメータを適切に設定し、これにより、アンテナ１Ａ、１Ｂが形成する通信エリアの境界で所望の磁界強度の減衰率を得る必要がある。また、磁界強度が小さければ通信を行えないので、通信エリアの境界で所望の磁界強度を得る必要がある。このような所望の磁界強度および所望の磁界強度の減衰率は、アンテナパラメータ制御装置２がアンテナパラメータを計算する上で必要な入力パラメータとなる。
アンテナ制御システムは、ユーザから入力された入力パラメータに基づいて、適切な距離ｄｏｐｔと適切な電流の大きさＩｏｐｔを計算し、ｄｏｐｔとＩｏｐｔに一致するように距離ｄと電流の大きさＩをそれぞれ制御する。
以下、ｄｏｐｔとＩｏｐｔを算出する方法について説明する。
図７は、第１の実施の形態における入力パラメータの選定方法を説明するための図である。
ユーザは、自身が希望する通信エリアのサイズや特性を考慮の上、５つの入力パラメータを入力装置２０に入力する。
１つ目の入力パラメータは、アンテナ１Ａ、１Ｂから当該アンテナが形成する通信エリア（磁界エリア）の境界（端）までの距離ＺＣである。なお、ＺＣは、図５のｚ軸方向の距離である。また、ＺＣは、通信エリアのサイズを示す入力パラメータとも言える。２つ目の入力パラメータは、通信エリアの境界つまりＺＣの位置で必要な磁界強度ＨＣである。３つ目のパラメータは、通信エリアの境界つまりＺＣの位置で必要な磁界強度の減衰率の下限値Ａｍｉｎである。これらは、図７に記載されている。４つ目の入力パラメータは、アンテナ１Ａ、１Ｂの中心間の距離ｄの上限値ｄｍａｘ、５つ目の入力パラメータは、アンテナ１Ａ、１Ｂに流す電流の上限値Ｉｍａｘである。
通信エリアの境界は、アンテナアレイ１からｚ軸方向、つまりループアンテナを貫通する方向に距離ＺＣ、離れた位置に設定される。ｚ軸の方向で０からＺＣまでの距離が通信エリアである。図７のデュアルループは、アンテナアレイ１が形成する磁界強度の特性であり、これがユーザの所望の特性であることとする。ＺＣの位置での磁界強度が、磁界強度ＨＣである。また、ＺＣの位置での磁界強度の減衰率の下限値がＡｍｉｎである。下限値Ａｍｉｎは、デュアルループの特性を示す曲線に対してＺＣの位置で接する接線の傾き（磁界強度の減衰率）の下限値である。
例として、各入力パラメータの単位をＺＣ［ｍ］、ＨＣ［ｄＢμＡ／ｍ］、Ａｍｉｎ［ｄＢ／ｄｅｃ］、ｄｍａｘ［ｍ］、Ｉｍａｘ［Ａ］とする。
図５に戻り、説明を続ける。
ユーザは、キーボードなどの入力装置２０に入力パラメータとして、通信エリアの境界までの距離ＺＣと、磁界強度ＨＣと、磁界強度の減衰率の下限値Ａｍｉｎと、中心間の距離ｄの上限値ｄｍａｘと、アンテナアレイ１に流す電流の大きさＩの上限値Ｉｍａｘを入力する。なお、アンテナアレイ１（２つのアンテナ）により得られる磁界強度の減衰率の上限値は８０ｄＢ／ｄｅｃなので、Ａｍｉｎとしては、８０ｄＢ／ｄｅｃ未満の値を入力する必要がある。例えばユーザには予めこのような情報が与えられる。
アンテナパラメータ制御装置２の入力パラメータ取得部２１は、これら入力パラメータを入力装置２０から取得し、パラメータ計算部２２に出力する。なお、電流の大きさＩの上限値Ｉｍａｘは交流電源Ｅの性能等によって決まるものであり、ユーザが知り得ない場合があるので、予めアンテナパラメータ制御装置２のメモリに記憶しておいてもよい。また、中心間の距離ｄの上限値ｄｍａｘは、メカニカルステージ１０Ａ、１０Ｂの可動範囲等によって決まるものであり、ユーザが知り得ない場合があるので、予めアンテナパラメータ制御装置２のメモリに記憶しておいてもよい。この場合、入力パラメータ取得部２１は、メモリから電流の大きさＩの上限値Ｉｍａｘ、中心間の距離ｄの上限値ｄｍａｘを取得する。
アンテナパラメータ制御装置２のパラメータ計算部２２は、５つの入力パラメータが示す条件を満たし、かつ電流の大きさＩが最小になる中心間の距離ｄｏｐｔと電流の大きさＩｏｐｔを計算する。
具体的には、パラメータ計算部２２は、距離ＺＣと磁界強度の減衰率の下限値Ａｍｉｎに基づいて、通信エリアの境界で下限値Ａｍｉｎに一致する磁界強度の減衰率が得られ、電流の大きさＩが最小になる中心間の距離ｄ’ｏｐｔ（ｄｏｐｔ）をアンテナパラメータとして計算する。
また、パラメータ計算部２２は、距離ＺＣと磁界強度ＨＣと磁界強度の減衰率の下限値Ａｍｉｎに基づいて、通信エリアの境界で磁界強度ＨＣと下限値Ａｍｉｎに一致する磁界強度の減衰率が得られる最小の電流の大きさＩ’ｏｐｔ（Ｉｏｐｔ）をアンテナパラメータとして計算する。
また、パラメータ計算部２２は、計算した中心間の距離ｄ’ｏｐｔが上限値ｄｍａｘより長い場合は、距離ＺＣと磁界強度ＨＣと上限値ｄｍａｘ（ｄｏｐｔ＝ｄ”ｏｐｔ）に基づいて、中心間の距離ｄを上限値ｄｍａｘに一致させた場合に、通信エリアの境界で磁界強度ＨＣが得られる最小の電流の大きさＩ”ｏｐｔ（Ｉｏｐｔ）をアンテナパラメータとして計算する。
そして、パラメータ計算部２２は、計算したアンテナパラメータをパラメータ制御部２３に出力する。
パラメータ制御部２３は、アンテナ１Ａ、１Ｂのアンテナパラメータを、パラメータ計算部２２が計算したアンテナパラメータに基づいて制御する。
具体的には、パラメータ制御部２３は、アンテナ１Ａ、１Ｂの中心間の距離ｄ（アンテナパラメータ）を、計算された中心間の距離ｄｏｐｔ（ｄ’ｏｐｔ、またはｄ”ｏｐｔ）に基づいて制御する。例えば、パラメータ制御部２３は、メカニカルステージ１０Ａ、１０Ｂに制御信号を送信し、中心間の距離ｄが、計算された中心間の距離ｄｏｐｔ（ｄ’ｏｐｔ、またはｄ”ｏｐｔ）に一致するように、メカニカルステージ１０Ａ、１０Ｂを制御する。
また、パラメータ制御部２３は、アンテナ１Ａ、１Ｂに流れる電流の大きさＩ（アンテナパラメータ）を、計算された電流の大きさＩｏｐｔ（Ｉ’ｏｐｔ、またはＩ”ｏｐｔ）に基づいて制御する。例えば、パラメータ制御部２３は、交流電源Ｅに制御信号を送信し、アンテナ１Ａ、１Ｂに流れる電流の大きさＩが、計算された電流の大きさＩｏｐｔ（Ｉ’ｏｐｔ、またはＩ”ｏｐｔ）に一致するように、交流電源Ｅを制御する。
図８は、第１の実施の形態におけるアンテナパラメータ計算方法の一例を示すフローチャートである。
アンテナパラメータ制御装置２のパラメータ計算部２２は、まず、ＺＣ、ＨＣ、Ａｍｉｎ、ｄｍａｘ、Ｉｍａｘを上記のように入力装置２０などから取得する（Ｓ１）。
次に、パラメータ計算部２２は、ｄｏｐｔの第１の候補として、アンテナの中心間の距離ｄ’ｏｐｔを計算する（Ｓ３）。
図５のアンテナ制御システムでは、電流の大きさＩは小さい方が望ましい。性能の比較的低い交流電源Ｅを使用できるからである。一般にＩを小さくするには長いｄが有利である一方、中心間の距離ｄを長くすると通信エリアの境界（ＺＣの位置）での磁界強度の減衰率は低下する。このような事情を考慮し、ステップＳ３ではまず、パラメータ計算部２２にて、ＺＣにおける磁界強度の減衰率が必要最小限の値であるＡｍｉｎとなるようなｄを、ｄ’ｏｐｔとして計算する（Ｓ３）。
ここで、以降の計算式の前提となる技術について補足説明する。
原点に配置された磁気双極子（例えば単一のループアンテナ）が形成する磁界強度の分布は、極座標表示で以下のように表されることが知られている。
ここでｍは磁気双極子モーメントであり、アンテナの電流の大きさをＩとすると、次式が成立する。
ただし、Ｓｅｆｆはアンテナの実効面積を示す定数であり、アンテナの形状または材質に依存する。例えば、アンテナはループアンテナであり、ループアンテナで囲まれる領域の面積をＳ０、ループアンテナの巻数をＮとすると、Ｓｅｆｆは近似的に次式で表すことができる。
ここで、式（Ａ１）を直交座標系で表すと、以下のようになる。
ここで、座標（−ｄ／２，０，０）と（ｄ／２，０，０）の位置にそれぞれｍと−ｍの磁気双極子を配置したとする。これら２つの磁気双極子は、中心間の距離がｄである２つのアンテナと等価である。このようなアンテナがｚ軸上に形成する磁界強度（絶対値）の分布は、式（Ａ２）を使って、以下のように表される。
ここで、デシベル表現の磁界強度を得るために、
とする。Ｈ（ｚ，ｄ）の単位は、［ｄＢμＡ／ｍ］、ｈ（ｚ，ｄ）の単位は［Ａ／ｍ］である。
式（Ａ６）をＩについて解くと次式が得られる。
式（Ａ７）は、座標ｚと、その位置における磁界強度Ｈと、アンテナの中心間の距離ｄが既知である場合は、アンテナに流す電流の大きさＩが計算可能であることを示している。
ここで、新たな変数λを次式で定義する。
こうすると、磁界強度の減衰率Ａ［ｄＢ／ｄｅｃ］は、次式で表現することができる。
式（Ａ９）は、２つのアンテナが形成する磁界強度の減衰率が、遠方で８０ｄＢ／ｄｅｃに漸近することを示している。式（Ａ９）をｄについて解くと、
となる。
式（Ａ１０）は、座標ｚと、座標ｚにおける磁界強度の減衰率Ａが既知である場合は、アンテナの中心間の距離ｄが計算可能であることを示している。
また、式（Ａ１０）を式（Ａ７）に代入すると次式が得られる。
式（Ａ１１）は、座標ｚと、座標ｚにおける磁界強度Ｈおよび磁界強度の減衰率Ａが既知である場合は、アンテナに流す電流の大きさＩが計算可能であることを示している。
図８に戻り、説明を続ける。
ステップＳ３でパラメータ計算部２２は、ｚとＡが与えられた場合にｄを求める式（Ａ１０）が与えられているので、
により、ｄ’ ｏｐｔを計算する（Ｓ３）。
つまり、パラメータ計算部２２は、通信エリアの境界までの距離ＺＣと磁界強度の減衰率の下限値Ａｍｉｎに基づいて、通信エリアの境界（ＺＣの位置）で下限値Ａｍｉｎに一致する磁界強度の減衰率が得られ、アンテナに流す電流の大きさＩが最小になる中心間の距離ｄ’ｏｐｔをアンテナパラメータとして計算する。すなわち、中心間の距離ｄ’ｏｐｔを、このように式を用いて計算できる。
次に、パラメータ計算部２２は、ｄ’ｏｐｔがユーザの入力条件
を満たしているか否かを判定する（Ｓ５）。以下、場合分けして説明を続ける。
（ｉ）ｄ’ ｏｐｔ≦ｄｍａｘの場合（Ｓ５：ＹＥＳ）
この場合、ｄ’ ｏｐｔは、ｄの条件を満たしているので、パラメータ計算部２２は、電流に関する条件が満たされているか否かを判定する。
まず、パラメータ計算部２２は、ｚ、Ｈ、ＡからＩを求める式（Ａ１１）が与えられているので、
により、Ｉｏｐｔの第１の候補として、アンテナに流す電流の大きさＩ’ ｏｐｔを計算する（Ｓ７）。なお、Ｓｅｆｆは、各アンテナ１Ａ、１Ｂの実効面積を示す定数である。
つまり、パラメータ計算部２２は、通信エリアの境界までの距離ＺＣと磁界強度ＨＣと磁界強度の減衰率の下限値Ａｍｉｎに基づいて、通信エリアの境界（ＺＣの位置）で磁界強度ＨＣと下限値Ａｍｉｎに一致する磁界強度の減衰率が得られる最小の電流の大きさＩ’ｏｐｔをアンテナパラメータとして計算する。すなわち、電流の大きさＩ’ｏｐｔを、このように式を用いて計算できる。
次に、パラメータ計算部２２は、Ｉ’ ｏｐｔがユーザの入力条件、
を満たしているか否かを判定する（Ｓ９）。
ステップＳ９でＹＥＳと判定された場合、すなわち、式（４）が満たされていれば、Ｉ’ ｏｐｔは、ユーザの入力条件を満たしているので、パラメータ計算部２２は、ｄｏｐｔの第１の候補であるｄ’ｏｐｔをｄｏｐｔ（最適解）として、Ｉｏｐｔの第１の候補であるＩ’ｏｐｔをＩｏｐｔ（最適解）として、パラメータ制御部２３に出力し（Ｓ１１）、処理を終える。
すなわち、以下の式のように、第１の候補であるｄ’ ｏｐｔ、Ｉ’ｏｐｔが、真の最適解であると結論づけられる。
一方、ステップＳ９でＮＯと判定された場合、ユーザの入力条件を満たす解（ｄｏｐｔ、Ｉｏｐｔ）は存在しない。なぜならば、式（４）を満たすためにはｄを大きくする必要があるが、その場合には、通信エリアの境界（ＺＣの位置）での磁界強度の減衰率Ａ（ＺＣ）がＡｍｉｎより小さくなり（Ａ（ＺＣ）＜Ａｍｉｎ）、すなわち磁界強度の減衰率の条件を満たさなくなるからである。したがって、この場合、パラメータ計算部２２は、「解無し」として、例えば、表示装置などにアラームを示す表示を行い、別の入力パラメータを入力するように促し（Ｓ１３）、処理を終える。
（ｉｉ）ｄ’ ｏｐｔ＞ｄｍａｘの場合（Ｓ５：ＮＯ）
計算した中心間の距離ｄ’ ｏｐｔが上限値ｄｍａｘより長い場合、パラメータ計算部２２は、次式のように、ｄｏｐｔの第２の候補、つまりアンテナ間の距離ｄ”ｏｐｔとして、ｄｍａｘを採用する（Ｓ２１）。
次に、パラメータ計算部２２は、Ｉｏｐｔの第２の候補として、アンテナに流す電流の大きさＩ”ｏｐｔを計算する。この計算には、ｚ、Ｈ、ｄからＩを求める式（Ａ７）を利用すればよい。
つまり、パラメータ計算部２２は、
により、Ｉｏｐｔの第２の候補であるＩ” ｏｐｔを計算する（Ｓ２３）。
つまり、パラメータ計算部２２は、距離ＺＣと磁界強度ＨＣと中心間の距離の上限値ｄｍａｘに基づいて、中心間の距離ｄを上限値ｄｍａｘに一致させた場合に、通信エリアの境界（ＺＣの位置）で磁界強度ＨＣが得られる最小の電流の大きさＩ”ｏｐｔをアンテナパラメータとして計算する（Ｓ２３）。すなわち、電流の大きさＩ”ｏｐｔを、このように式を用いて計算できる。
次に、パラメータ計算部２２は、Ｉｏｐｔの第２の候補であるＩ” ｏｐｔがユーザの入力条件、
を満たしているか否かを判定する（Ｓ２５）。
ステップＳ２５でＹＥＳと判定された場合、すなわち、式（８）が満たされている場合は、Ｉ” ｏｐｔは、ユーザの入力条件を満たしていることになる。
したがって、パラメータ計算部２２は、ｄｏｐｔの第２の候補であるｄ” ｏｐｔ（＝ｄｍａｘ）をｄｏｐｔ（最適解）として、Ｉｏｐｔの第２の候補であるＩ”ｏｐｔをＩｏｐｔ（最適解）として、パラメータ制御部２３に出力し（Ｓ２７）、処理を終える。
すなわち、以下の式のように、第２の候補であるｄ” ｏｐｔ（＝ｄｍａｘ）、Ｉ”ｏｐｔが、真の最適解であると結論づけられる。
一方、ステップＳ２５でＮＯと判定された場合、すなわち、計算した電流の大きさＩ” ｏｐｔが上限値Ｉｍａｘより大きい場合、ユーザの入力条件を満たす解（ｄｏｐｔ、Ｉｏｐｔ）は存在しない。なぜならば、式（８）を満たすためにはｄを大きくする必要があるが、その場合には、ｄ”ｏｐｔ＞ｄｍａｘとなり、すなわち、中心間の距離の条件を満たさなくなるからである。したがってこの場合、パラメータ計算部２２は、「解無し」として、例えば、表示装置などにアラームを示す表示を行い、別の入力パラメータを入力するように促し（Ｓ２９）、処理を終える。
なお、例えば、交流電源Ｅの性能に制限がなく、メカニカルステージ１０Ａ、１０Ｂの可動範囲に制限がない場合などにおいては、ｄｍａｘ、Ｉｍａｘは必須ではない。つまり、第１の実施の形態では、ｄｍａｘ、Ｉｍａｘを入力条件に加えているが、これらは必須ではない。
よって、ステップＳ３からステップＳ５を経ずステップＳ７に進み、ステップ９を経ずステップＳ１１に進んでもよい。すなわち、式（１）で得られるｄ’ｏｐｔをｄｏｐｔとし、式（３）で得られるＩ’ｏｐｔをＩｏｐｔとして採用してもよい。
以上のように、第１の実施の形態のアンテナパラメータ制御装置２は、２つのアンテナ１Ａ、１Ｂに対して、大きさＩが同一で方向が逆の電流を流す場合のアンテナパラメータを計算するアンテナパラメータ制御装置であって、アンテナパラメータを計算するための入力パラメータを取得する入力パラメータ取得部２１と、入力パラメータに基づいて、アンテナの中心間の距離をアンテナパラメータとして計算するパラメータ計算部２２とを備える。よって、通信エリアの境界を所望の位置に形成するためのアンテナの制御技術を提供できる。具体的には、通信エリアの境界を所望の位置に形成するためのアンテナの中心間の距離（アンテナパラメータ）を計算できる。
また、入力パラメータ取得部２１は、アンテナから、アンテナが形成する通信エリアの境界までの距離ＺＣと、通信エリアの境界で必要な磁界強度の減衰率の下限値Ａｍｉｎを入力パラメータとして取得する（Ｓ１）。また、パラメータ計算部２２は、距離ＺＣと磁界強度の減衰率の下限値Ａｍｉｎに基づいて、通信エリアの境界で下限値Ａｍｉｎに一致する磁界強度の減衰率が得られ、電流の大きさＩが最小になるアンテナの中心間の距離ｄ’ｏｐｔをアンテナパラメータとして計算する（Ｓ３）。よって、所望の位置に通信エリアの境界を形成するためのアンテナの中心間の距離を計算できる。また、電流の大きさＩが最小となるので消費電力を低減できる。
また、入力パラメータ取得部２１は、通信エリアの境界で必要な磁界強度ＨＣを取得する（Ｓ１）。また、パラメータ計算部２２は、距離ＺＣと磁界強度ＨＣと減衰率の下限値Ａｍｉｎに基づいて、通信エリアの境界で磁界強度ＨＣと下限値Ａｍｉｎに一致する磁界強度の減衰率が得られる最小の電流の大きさＩ’ｏｐｔをアンテナパラメータとして計算する（Ｓ７）。よって、所望の位置に通信エリアの境界を形成するためにアンテナに流す電流の大きさを計算できる。また、電流の大きさＩが最小となるので消費電力を低減できる。
なお、第１の実施の形態では、アンテナの中心間の距離ｄ’ ｏｐｔのみを計算してもよく、または、Ｉ’ｏｐｔのみを計算してもよい。
また、入力パラメータ取得部２１は、中心間の距離ｄの上限値ｄｍａｘを取得する（Ｓ１）。また、パラメータ計算部２２は、計算した中心間の距離ｄ’ｏｐｔが中心間の距離の上限値ｄｍａｘより長い場合は（Ｓ５：ＮＯ）、通信エリアの境界までの距離ＺＣと磁界強度ＨＣと中心間の距離の上限値ｄｍａｘに基づいて、中心間の距離ｄを上限値ｄｍａｘに一致させた場合に、通信エリアの境界で磁界強度ＨＣが得られる最小の電流の大きさＩ”ｏｐｔをアンテナパラメータとして計算する（Ｓ２３）。よって、所望の位置に通信エリアの境界を形成するためにアンテナに流す電流の大きさを計算できる。また、電流の大きさＩが最小となるので消費電力を低減できる。
また、アンテナパラメータ制御装置２は、２つのアンテナ１Ａ、１Ｂのアンテナパラメータ（ｄ、Ｉ）を、アンテナパラメータ制御装置２が計算したアンテナパラメータ（ｄｏｐｔ、Ｉｏｐｔ）に基づいて制御するパラメータ制御部２３を備えるので、通信エリアの境界を所望の位置に設定できる。
また、第１の実施の形態におけるアンテナ制御システムは、アンテナパラメータ制御装置２と、２つのアンテナ１Ａ、１Ｂとを備えるので、通信エリアを形成し、通信エリアの境界を所望の位置に設定できる。
例えば、ユーザが通信エリアのサイズを示す所望のＺＣ等の入力パラメータを入力すれば、アンテナパラメータが計算され、通信エリアの実際のサイズが、入力したＺＣに応じたものとなるので、通信エリアのサイズを自由に変更できる。また、計算したアンテナパラメータに応じた通信エリアが得られるので、すなわち正確な通信エリアのサイズを得ることができる。
[第２の実施の形態]
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、ユーザが入力する入力パラメータと、ｄｏｐｔ、Ｉｏｐｔの計算方法が第１の実施の形態と異なるが、それ以外は、第１の実施の形態と同様なので、その重複説明は省略する。
図９は、第２の実施の形態における入力パラメータの選定方法を説明するための図である。
ユーザは、自身が希望する通信エリアのサイズや特性を考慮の上、６つの入力パラメータを入力装置２０に入力する。
１つ目の入力パラメータは、アンテナから通信エリアの境界までの距離ＺＣである。２つ目のパラメータは、ＺＣより大きな任意の距離である。つまり、２つ目の入力パラメータは、通信エリアの境界より遠い位置までのアンテナからの距離であり、この距離を距離ＺＤという。３つ目の入力パラメータは、通信エリアの境界（ＺＣの位置）で必要な磁界強度ＨＣである。４つ目のパラメータは、ＺＤの位置で許容される磁界強度の上限値である。つまり、この磁界強度の上限値は、通信エリアの境界より遠い位置での磁界強度の上限値ＨＤである。これらは、図９に記載されている。ＺＤとＨＤを入力することは、第１の実施の形態においてＡｍｉｎを入力したことと等価である。５つ目の入力パラメータは、距離ｄの上限値ｄｍａｘ、６つ目の入力パラメータは、アンテナに流す電流の大きさＩの上限値Ｉｍａｘである。
第１の実施の形態と同様に、通信エリアの境界は、アンテナアレイ１からｚ軸方向、つまりループアンテナを貫通する方向に距離ＺＣ、離れた位置に設定される。ｚ軸の方向で０からＺＣまでの距離が通信エリアである。図９のデュアルループは、アンテナアレイ１が形成する磁界強度の特性であり、これがユーザの所望の特性であることとする。そのＺＣの位置での磁界強度が、通信エリアの境界で必要な磁界強度ＨＣである。また、ＺＤの位置での磁界強度の上限値が上限値ＨＤである。
ＨＣとＨＤの差をＺＣとＺＤの差で除した値は、磁界強度の減衰率に依存するので、ユーザは、所望の磁界強度の減衰率に応じて、ＨＤ、ＺＤを定めればよい。
第２の実施の形態では、各入力パラメータの単位をＺＣ［ｍ］、ＺＤ［ｍ］、ＨＣ［ｄＢμＡ／ｍ］、ＨＤ［ｄＢμＡ／ｍ］、ｄｍａｘ［ｍ］、Ｉｍａｘ［Ａ］とする。
第２の実施の形態では、ユーザは、入力装置２０に入力パラメータとして、距離ＺＣ、ＺＤ、磁界強度ＨＣ、磁界強度の上限値ＨＤ、中心間の距離ｄの上限値ｄｍａｘ、電流の大きさＩの上限値Ｉｍａｘを入力する。
アンテナパラメータ制御装置２の入力パラメータ取得部２１は、これら入力パラメータを入力装置２０から取得し、パラメータ計算部２２に出力する。なお、入力パラメータ取得部２１は、メモリに記憶した電流の大きさＩの上限値Ｉｍａｘ、中心間の距離ｄの上限値ｄｍａｘを取得し、パラメータ計算部２２に送信してもよい。
アンテナパラメータ制御装置２のパラメータ計算部２２は、６つの入力パラメータが示す条件を満たし、かつ電流の大きさＩが最小になる中心間の距離ｄｏｐｔと電流の大きさＩｏｐｔを計算する。
具体的には、パラメータ計算部２２は、各距離ＺＣ、ＺＤと各磁界強度ＨＣ、磁界強度の上限値ＨＤに基づいて、通信エリアの境界（ＺＣの位置）で磁界強度ＨＣが得られ、通信エリアの境界より遠い位置（ＺＤの位置）で上限値ＨＤに一致する磁界強度が得られ、電流の大きさＩが最小になる中心間の距離ｄ’ｏｐｔ（ｄｏｐｔ）とその最小の電流の大きさＩ’ｏｐｔ（Ｉｏｐｔ）をアンテナパラメータとして計算する。
また、パラメータ計算部２２は、計算した中心間の距離ｄ’ｏｐｔが上限値ｄｍａｘより長い場合は、距離ＺＣと磁界強度ＨＣと上限値ｄｍａｘ（ｄｏｐｔ＝ｄ”ｏｐｔ）に基づいて、中心間の距離ｄを上限値ｄｍａｘに一致させた場合に、通信エリアの境界で磁界強度ＨＣが得られる最小の電流の大きさＩ”ｏｐｔ（Ｉｏｐｔ）をアンテナパラメータとして計算する。
そして、パラメータ計算部２２は、計算したアンテナパラメータをパラメータ制御部２３に出力する。
パラメータ制御部２３は、アンテナ１Ａ、１Ｂのアンテナパラメータを、アンテナパラメータ制御装置２が計算したアンテナパラメータに基づいて制御する。
具体的には、パラメータ制御部２３は、アンテナ１Ａ、１Ｂの中心間の距離ｄ（アンテナパラメータ）を、計算された中心間の距離ｄｏｐｔ（ｄ’ｏｐｔ、またはｄ”ｏｐｔ）に基づいて制御する。例えば、パラメータ制御部２３は、メカニカルステージ１０Ａ、１０Ｂに制御信号を送信し、中心間の距離ｄが、計算された中心間の距離ｄｏｐｔ（ｄ’ｏｐｔ、またはｄ”ｏｐｔ）に一致するように、メカニカルステージ１０Ａ、１０Ｂを制御する。
また、パラメータ制御部２３は、アンテナ１Ａ、１Ｂに流れる電流の大きさＩ（アンテナパラメータ）を、計算された電流の大きさＩｏｐｔ（Ｉ’ｏｐｔ、またはＩ”ｏｐｔ）に基づいて制御する。例えば、パラメータ制御部２３は、交流電源Ｅに制御信号を送信し、アンテナ１Ａ、１Ｂに流れる電流の大きさＩが、計算された電流の大きさＩｏｐｔ（Ｉ’ｏｐｔ、またはＩ”ｏｐｔ）に一致するように、交流電源Ｅを制御する。
図１０は、第２の実施の形態におけるアンテナパラメータ計算方法の一例を示すフローチャートである。
アンテナパラメータ制御装置２の入力パラメータ取得部２１は、まず、ＺＣ、ＺＤ、ＨＣ、ＨＤ、ｄｍａｘ、Ｉｍａｘを上記のように入力装置２０などから取得する（Ｓ４１）。
図５のアンテナ制御システムにおいて、アンテナに流れる電流の大きさＩを最小にするためには、中心間の距離ｄを大きくするのが望ましい。一方、中心間の距離ｄを長くすると通信エリアの境界（ＺＣの位置）での磁界強度の減衰率は低下する。このような事情を考慮し、アンテナパラメータ制御装置２のパラメータ計算部２２は、必要最小限の磁界強度の減衰率が得られるｄを、ｄｏｐｔの第１の候補としての距離ｄ’ｏｐｔとする。また、ｄ’ｏｐｔとともに得られる（付随する）Ｉを、Ｉｏｐｔの第１の候補としての電流の大きさＩ’ｏｐｔとする。
つまり、パラメータ計算部２２は、ｄｏｐｔの第１の候補として、ｄ’ ｏｐｔを、Ｉｏｐｔの第１の候補として、Ｉ’ｏｐｔをそれぞれ計算する（Ｓ４３）。
具体的には、ステップＳ４３では、式（Ａ６）から得られる以下の連立方程式
の解として、ｄ’ ｏｐｔとＩ’ｏｐｔを得る（Ｓ４３）。
つまり、パラメータ計算部２２は、各距離ＺＣ、ＺＤと磁界強度ＨＣと上限値ＨＤに基づいて、通信エリアの境界（ＺＣの位置）で磁界強度ＨＣが得られ、通信エリアの境界より遠い位置（ＺＤの位置）で上限値ＨＤに一致する磁界強度が得られ、電流の大きさＩが最小になるアンテナの中心間の距離ｄ’ｏｐｔと電流の大きさＩ’ｏｐｔをアンテナパラメータとして計算する（Ｓ４３）。すなわち、中心間の距離ｄ’ｏｐｔと電流の大きさＩ’ｏｐｔを、このように式を用いて計算できる。
次に、（ｄ’ ｏｐｔ、Ｉ’ｏｐｔ）がユーザの入力条件を満たしているか否かを確認する必要がある。
まず、パラメータ計算部２２は、ｄ’ ｏｐｔに対する次の条件、
を満たしているか否かを判定する（Ｓ４５）。以下、場合分けして説明を続ける。
（ｉ）ｄ’ ｏｐｔ≦ｄｍａｘの場合（Ｓ４５：ＹＥＳ）
この場合、ｄに関するユーザの入力条件が満たされているので、パラメータ計算部２２は、次に電流の大きさＩに関するユーザの入力条件、
を満たしているか否かを判定する（Ｓ４７）。
ステップＳ４７でＹＥＳと判定された場合、Ｉ’ ｏｐｔは、ユーザの入力条件を満たしているので、パラメータ計算部２２は、ｄｏｐｔの第１の候補であるｄ’ｏｐｔをｄｏｐｔ（最適解）として、Ｉｏｐｔの第１の候補であるＩ’ｏｐｔをＩｏｐｔ（最適解）として、パラメータ制御部２３に出力し（Ｓ４９）、処理を終える。
すなわち、以下の式のように、第１の候補であるｄ’ ｏｐｔ、Ｉ’ｏｐｔが、真の最適解であると結論づけられる。
一方、ステップＳ４７でＮＯと判定された場合、ユーザの入力条件を満たす解（ｄｏｐｔ、Ｉｏｐｔ）は存在しない。したがってこの場合、パラメータ計算部２２は、「解無し」として、例えば、表示装置などにアラームを示す表示を行い、別の入力パラメータを入力するように促し（Ｓ４９）、処理を終える。
（ｉｉ）ｄ’ ｏｐｔ＞ｄｍａｘの場合（Ｓ４５：ＮＯ）
計算した中心間の距離ｄ’ ｏｐｔが上限値ｄｍａｘより長い場合、パラメータ計算部２２は、第１の実施の形態と同様、次式のように、ｄｏｐｔの第２の候補、つまりアンテナの中心間の距離ｄ”ｏｐｔとして、ｄｍａｘを採用する（Ｓ６１）。
次に、パラメータ計算部２２は、第１の実施の形態の式（７）と同様に、次式
により、Ｉ” ｏｐｔを計算する（Ｓ６３）。
つまり、パラメータ計算部２２は、距離ＺＣと磁界強度ＨＣと中心間の距離の上限値ｄｍａｘに基づいて、中心間の距離ｄを上限値ｄｍａｘに一致させた場合に、通信エリアの境界（ＺＣの位置）で磁界強度ＨＣが得られる最小の電流の大きさＩ”ｏｐｔをアンテナパラメータとして計算する（Ｓ６３）。すなわち、電流の大きさＩ”ｏｐｔを、このように式を用いて計算できる。
次に、パラメータ計算部２２は、第１の実施の形態と同様に、Ｉｏｐｔの第２の候補であるＩ”ｏｐｔがユーザの入力条件、
を満たしているか否かを判定する（Ｓ６５）。
ステップＳ６５でＹＥＳと判定された場合、すなわち、式（１６）が満たされている場合は、Ｉ” ｏｐｔは、ユーザの入力条件を満たしていることになる。
したがって、パラメータ計算部２２は、ｄｏｐｔの第２の候補であるｄ” ｏｐｔ（＝ｄｍａｘ）をｄｏｐｔ（最適解）として、Ｉｏｐｔの第２の候補であるＩ”ｏｐｔをＩｏｐｔ（最適解）として、パラメータ制御部２３に出力し（Ｓ６７）、処理を終える。
すなわち、以下の式のように、第２の候補であるｄ” ｏｐｔ（＝ｄｍａｘ）、Ｉ”ｏｐｔが、真の最適解であると結論づけられる。
一方、ステップＳ６５でＮＯと判定された場合、ユーザの入力条件を満たす解（ｄｏｐｔ、Ｉｏｐｔ）は存在しない。したがってこの場合、パラメータ計算部２２は、第１の実施の形態と同様に、「解無し」として、例えば、表示装置などにアラームを示す表示を行い、別の入力パラメータを入力するように促し（Ｓ６９）、処理を終える。
なお、第１の実施の形態と同様に、第２の実施の形態でもｄｍａｘ、Ｉｍａｘは必須ではない。つまり、第２の実施の形態では、ｄｍａｘ、Ｉｍａｘを入力条件に加えているが、これらは必須ではない。よって、ステップＳ４３からステップＳ４５、Ｓ４７を経ずステップＳ４９に進んでもよい。すなわち、式（１０）から得られるｄ’ｏｐｔ、Ｉ’ｏｐｔをそれぞれｄｏｐｔ、Ｉｏｐｔとして採用してもよい。
以上のように、第２の実施の形態のアンテナパラメータ制御装置２は、２つのアンテナ１Ａ、１Ｂに対して、大きさＩが同一で方向が逆の電流を流す場合のアンテナパラメータを計算するアンテナパラメータ制御装置であって、アンテナパラメータを計算するための入力パラメータを取得する入力パラメータ取得部２１と、入力パラメータに基づいて、アンテナの中心間の距離をアンテナパラメータとして計算するパラメータ計算部２２とを備える。よって、通信エリアの境界を所望の位置に形成するためのアンテナの制御技術を提供できる。具体的には、通信エリアの境界を所望の位置に形成するためのアンテナの中心間の距離（アンテナパラメータ）を計算できる。
また、入力パラメータ取得部２１は、アンテナから、アンテナが形成する通信エリアの境界までの距離ＺＣと、アンテナから通信エリアの境界より遠い位置までの距離ＺＤと、通信エリアの境界で必要な磁界強度ＨＣと、通信エリアの境界より遠い位置での磁界強度の上限値ＨＤを入力パラメータとして取得する（Ｓ４１）。また、パラメータ計算部２２は、各距離ＺＣ、ＺＤと磁界強度ＨＣと磁界強度の上限値ＨＤに基づいて、通信エリアの境界（ＺＣの位置）で磁界強度ＨＣが得られ、通信エリアの境界より遠い位置（ＺＤの位置）で上限値ＨＤに一致する磁界強度が得られ、電流が最小になるアンテナの中心間の距離ｄ’ｏｐｔと電流の大きさＩ’ｏｐｔをアンテナパラメータとして計算する（Ｓ４３）。よって、所望の位置に通信エリアの境界を形成するためのアンテナの中心間の距離とアンテナに流す電流の大きさを計算できる。また、電流の大きさＩが最小となるので消費電力を低減できる。
また、入力パラメータ取得部２１は、中心間の距離ｄの上限値ｄｍａｘを取得する（Ｓ４１）。また、パラメータ計算部２２は、計算した中心間の距離ｄ’ｏｐｔが中心間の距離の上限値ｄｍａｘより長い場合は（Ｓ４５：ＮＯ）、通信エリアの境界までの距離ＺＣと磁界強度ＨＣと中心間の距離の上限値ｄｍａｘに基づいて、中心間の距離ｄを上限値ｄｍａｘに一致させた場合に、通信エリアの境界で磁界強度ＨＣが得られる最小の電流の大きさＩ”ｏｐｔをアンテナパラメータとして計算する（Ｓ６３）。よって、所望の位置に通信エリアの境界を形成するためにアンテナに流す電流の大きさを計算できる。また、電流の大きさＩが最小となるので消費電力を低減できる。
また、第１の実施の形態と同様に、アンテナパラメータ制御装置２は、２つのアンテナ１Ａ、１Ｂのアンテナパラメータ（ｄ、Ｉ）を、アンテナパラメータ制御装置２が計算したアンテナパラメータ（ｄｏｐｔ、Ｉｏｐｔ）に基づいて制御するパラメータ制御部２３を備えるので、通信エリアの境界を所望の位置に設定できる。
また、第１の実施の形態と同様に、第２の実施の形態のアンテナ制御システムは、アンテナパラメータ制御装置２と、２つのアンテナ１Ａ、１Ｂとを備えるので、通信エリアを形成し、通信エリアの境界を所望の位置に設定できる。
例えば、ユーザが通信エリアのサイズを示す所望のＺＣ等の入力パラメータを入力すれば、アンテナパラメータが計算され、通信エリアの実際のサイズが、入力したＺＣに応じたものとなるので、通信エリアのサイズを自由に変更できる。また、計算したアンテナパラメータに応じた通信エリアが得られるので、すなわち正確な通信エリアのサイズを得ることができる。
なお、第１、第２の実施の形態では、アンテナパラメータを調整するためにアンテナパラメータ制御装置２を使用したが、アンテナパラメータ制御装置２は、単にアンテナパラメータを計算するために使用してもよい。その場合には、パラメータ制御部２３は不要である。
また、アンテナパラメータ制御装置２は、所定のアンテナパラメータ制御プログラムをコンピュータに読み込ませ、実行させることにより実現できる。このアンテナパラメータ制御プログラムは、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録でき、また、インターネットなどの通信網を介して伝送させて、広く流通させることができる。
本明細書では具体例として、ループアンテナおよびバーアンテナを取り上げて説明した。これらのアンテナは磁界を発生させるダイポールアンテナ(磁気ダイポールアンテナ)として分類される。本明細書で展開した議論は、より一般的なダイポールアンテナに対しても適用可能であり、磁気ダイポールアンテナに限るべきではない。すなわち、電界を発生させるために用いる電気ダイポールアンテナに対しても適用可能であり、電界を利用して通信エリアなどを形成する上でも有効である。
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
１ アンテナアレイ
１Ａ、１Ｂ アンテナ
２ アンテナパラメータ制御装置
２１ 入力パラメータ取得部
２２ パラメータ計算部
２３ パラメータ制御部
２０ 入力装置
１０Ａ、１０Ｂ メカニカルステージ
Ａｍｉｎ 通信エリアの境界での磁界強度の減衰率の下限値（入力パラメータ）
ｄ アンテナの中心間の距離（アンテナ１Ａ、１Ｂのアンテナパラメータ）
ｄｏｐｔ、ｄ’ｐｔ、ｄ”ｏｐｔ アンテナの中心間の距離（計算されるアンテナパラメータ）
ｄｍａｘ 中心間の距離ｄの上限値（入力パラメータ）
Ｅ 交流電源
Ｉ アンテナに流れる電流の大きさ（アンテナ１Ａ、１Ｂのアンテナパラメータ）
Ｉｏｐｔ、Ｉ’ ｏｐｔ、Ｉ”ｏｐｔ アンテナに流れる電流の大きさ（計算されるアンテナパラメータ）
Ｉｍａｘ アンテナに流れる電流の大きさの上限値（入力パラメータ）
ＨＣ 通信エリアの境界で必要な磁界強度（入力パラメータ）
ＨＤ 通信エリアの境界より遠い位置での磁界強度の上限値（入力パラメータ）
ＺＣ アンテナから通信エリアの境界までの距離（入力パラメータ）
ＺＤ アンテナから通信エリアの境界より遠い位置までの距離（入力パラメータ）
上記課題を解決するために、本発明は、２つのアンテナに対して、大きさが同一で方向が逆の電流を流す場合において、前記２つのアンテナの中心間の距離を制御するアンテナ制御装置であって、前記２つのアンテナから当該アンテナが形成する通信エリアの境界までの距離と、前記通信エリアの境界での磁界強度の減衰率の下限値とを、入力パラメータとして取得する入力パラメータ取得部と、前記通信エリアの境界までの距離と、前記磁界強度の減衰率の下限値とに基づいて、前記通信エリアの境界で前記下限値に一致する磁界強度の減衰率が得られ、前記電流の大きさが最小になる前記アンテナの中心間の距離を計算する計算部と、を備える。
本発明は、２つのアンテナに対して、大きさが同一で方向が逆の電流を流す場合において、前記２つのアンテナの中心間の距離を制御するアンテナ制御装置であって、前記２つのアンテナから当該アンテナが形成する通信エリアの境界までの距離と、前記アンテナから前記通信エリアの境界より遠い位置までの距離と、前記通信エリアの境界で必要な磁界強度と、前記通信エリアの境界より遠い位置での磁界強度の上限値を入力パラメータとして取得する入力パラメータ取得部と、前記各距離と前記磁界強度と前記上限値に基づいて、前記通信エリアの境界で必要な磁界強度が前記通信エリアの境界で得られ、前記上限値に一致する磁界強度が前記通信エリアの境界より遠い位置で得られ、前記電流が最小になる前記アンテナの中心間の距離と前記最小の電流の大きさを計算する計算部と、を備える。
本発明は、前記アンテナ制御装置としてコンピュータを機能させるためのアンテナ制御プログラムである。
本発明は、前記アンテナ制御装置と、前記２つのアンテナとを備えるアンテナ制御システムである。

Claims (14)

  1. ２つのアンテナに対して、大きさが同一で方向が逆の電流を流す場合のアンテナパラメータを計算するアンテナパラメータ制御装置であって、
    前記アンテナパラメータを計算するための入力パラメータを取得する入力パラメータ取得部と、
    前記入力パラメータに基づいて、前記アンテナの中心間の距離をアンテナパラメータとして計算するパラメータ計算部と
    を備えることを特徴とするアンテナパラメータ制御装置。
  2. 前記入力パラメータ取得部は、前記アンテナから当該アンテナが形成する通信エリアの境界までの距離と、前記通信エリアの境界での磁界強度の減衰率の下限値を入力パラメータとして取得し、
    前記パラメータ計算部は、前記通信エリアの境界までの距離と前記磁界強度の減衰率の下限値に基づいて、前記通信エリアの境界で前記下限値に一致する磁界強度の減衰率が得られ、前記電流が最小になる前記アンテナの中心間の距離をアンテナパラメータとして計算する
    ことを特徴とする請求項１記載のアンテナパラメータ制御装置。
  3. 前記パラメータ計算部は、前記中心間の距離を
    により計算する
    ただし、ｄ’ ｏｐｔは前記中心間の距離、ＺＣは前記通信エリアの境界までの距離、Ａｍｉｎは前記磁界強度の減衰率の下限値である
    ことを特徴とする請求項２記載のアンテナパラメータ制御装置。
  4. 前記入力パラメータ取得部は、前記通信エリアの境界で必要な磁界強度を取得し、
    前記パラメータ計算部は、前記通信エリアの境界までの距離と前記磁界強度と前記磁界強度の減衰率の下限値に基づいて、前記通信エリアの境界で前記磁界強度と前記下限値に一致する磁界強度の減衰率が得られる前記最小の電流の大きさをアンテナパラメータとして計算する
    ことを特徴とする請求項２または３記載のアンテナパラメータ制御装置。
  5. 前記パラメータ計算部は、前記最小の電流の大きさを
    により計算する
    ただし、Ｉ’ ｏｐｔは前記最小の電流の大きさ、ＺＣは前記通信エリアの境界までの距離、ＨＣは前記磁界強度、Ａｍｉｎは前記磁界強度の減衰率の下限値、Ｓｅｆｆは前記各アンテナの実効面積を示す定数である
    ことを特徴とする請求項４記載のアンテナパラメータ制御装置。
  6. 前記入力パラメータ取得部は、前記アンテナから当該アンテナが形成する通信エリアの境界までの距離と、前記アンテナから前記通信エリアの境界より遠い位置までの距離と、前記通信エリアの境界で必要な磁界強度と、前記通信エリアの境界より遠い位置での磁界強度の上限値を入力パラメータとして取得し、
    前記パラメータ計算部は、前記各距離と前記磁界強度と前記上限値に基づいて、前記通信エリアの境界で必要な磁界強度が前記通信エリアの境界で得られ、前記上限値に一致する磁界強度が前記通信エリアの境界より遠い位置で得られ、前記電流が最小になる前記アンテナの中心間の距離と前記最小の電流の大きさをアンテナパラメータとして計算する
    ことを特徴とする請求項１記載のアンテナパラメータ制御装置。
  7. 前記パラメータ計算部は、前記中心間の距離と前記最小の電流の大きさを
    の解として得る
    ただし、ｄ’ ｏｐｔは前記中心間の距離、Ｉ’ｏｐｔは前記最小の電流の大きさ、ＺＣは前記通信エリアの境界までの距離、ＺＤは前記通信エリアの境界より遠い位置までの距離、ＨＣは前記通信エリアの境界で必要な磁界強度、ＨＤは前記通信エリアの境界より遠い位置での磁界強度の上限値、Ｓｅｆｆは前記各アンテナの実効面積を示す定数である
    ことを特徴とする請求項６記載のアンテナパラメータ制御装置。
  8. 前記入力パラメータ取得部は、前記中心間の距離の上限値を取得し、
    前記パラメータ計算部は、前記計算した中心間の距離が前記中心間の距離の上限値より長い場合は、前記通信エリアの境界までの距離と前記通信エリアの境界で必要な磁界強度と前記中心間の距離の上限値に基づいて、前記中心間の距離を前記上限値に一致させた場合に、前記通信エリアの境界で必要な磁界強度が前記通信エリアの境界で得られる最小の前記電流の大きさをアンテナパラメータとして計算する
    ことを特徴とする請求項２ないし７のいずれかに記載のアンテナパラメータ制御装置。
  9. 前記パラメータ計算部は、前記最小の電流の大きさを
    により計算する
    ただし、Ｉ” ｏｐｔは前記最小の電流の大きさ、ＺＣは前記通信エリアの境界までの距離、ＨＣは前記通信エリアの境界で必要な磁界強度、ｄｍａｘは前記中心間の距離の上限値、Ｓｅｆｆは前記各アンテナの実効面積を示す定数である
    ことを特徴とする請求項８記載のアンテナパラメータ制御装置。
  10. 前記２つのアンテナのアンテナパラメータを、前記アンテナパラメータ制御装置が計算したアンテナパラメータに基づいて制御するパラメータ制御部
    を備えることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のアンテナパラメータ制御装置。
  11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載のアンテナパラメータ制御装置としてコンピュータを機能させるためのアンテナパラメータ制御プログラム。
  12. 請求項１ないし１０のいずれかに記載のアンテナパラメータ制御装置と、
    前記２つのアンテナと
    を備えることを特徴とするアンテナ制御システム。
  13. 前記各アンテナはループアンテナまたはバーアンテナである
    ことを特徴とする請求項１２記載のアンテナ制御システム。
  14. 前記２つのアンテナが直列に接続される
    ことを特徴とする請求項１２または１３記載のアンテナ制御システム。
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