JP2018113673A - 無線通信システム、通信装置及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電界又は磁界の結合による通信を行う無線通信システムにおいて、複数組のアンテナで通信される電気信号の干渉を抑制することで、より高速な通信を実現する。【解決手段】 無線通信システム１００は、第１アンテナと第３アンテナとの間での電界又は磁界の結合による無線通信を制御する第１通信制御手段と、第２アンテナと第４アンテナとの間での電界又は磁界の結合による無線通信を制御する第２通信制御手段とを有する。当該無線通信システム１００において、第１アンテナ、第２アンテナ、第３アンテナ及び第４アンテナは、第１通信制御手段による制御に応じて第１アンテナから送信され第２アンテナにより受信される電気信号の強度が、当該制御に応じて第１アンテナから送信され第３アンテナにより受信される電気信号の強度よりも弱くなる位置にある。【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信システムに関する。

近年、近接した１対のアンテナ間で電磁界結合による通信を行う近接無線通信システムが提案されている。特許文献１には、電磁界結合による無線通信においてベースバンド方式に従って電気信号を無変調で伝送することにより、簡易な回路構成で高速かつ低遅延な通信を実現する方法が記載されている。

特開２００９−２６８０２２号公報

しかしながら、近年は通信されるべきデータ量が増大しており、電界又は磁界の結合による通信を行う無線通信システムにおいてより高速な通信を実現することが求められている。通信を高速化するための方法として、送信アンテナと受信アンテナの組を複数用いて双方向通信や単方向の２系統通信を行う方法が考えられる。しかしながら、複数組のアンテナそれぞれで送受信される電気信号の間の干渉が大きい場合には、通信の誤りが生じるなど正確な高速通信を実現できない虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、電界又は磁界の結合による通信を行う無線通信システムにおいて、複数組のアンテナで通信される電気信号の干渉を抑制することで、より高速な通信を実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る無線通信システムは、例えば以下の構成を有する。すなわち、第１アンテナと第２アンテナとを有する第１通信装置と、第３アンテナと第４アンテナとを有する第２通信装置と、前記第１アンテナと前記第３アンテナとの間での電界又磁界の結合による無線通信を制御する第１通信制御手段と、前記第２アンテナと前記第４アンテナとの間での電界又は磁界の結合による無線通信を制御する第２通信制御手段とを有する無線通信システムであって、前記第１アンテナ、前記第２アンテナ、前記第３アンテナ及び前記第４アンテナは、前記第１通信制御手段による制御に応じて前記第１アンテナから送信され前記第２アンテナにより受信される電気信号の強度が、当該制御に応じて前記第１アンテナから送信され前記第３アンテナにより受信される電気信号の強度よりも弱くなる位置にある。

本発明によれば、第１アンテナと第３アンテナとの間で通信される電気信号と、第２アンテナと第４アンテナとの間で通信される電気信号との干渉が抑制されることで、電界又は磁界の結合による通信を行う無線通信システムにおいてより高速な通信を実現できる。

無線通信システム１００のシステム構成について説明するための図である。 無線通信システム１００におけるカプラの構成例について説明するための図である。 無線通信システム１００において通信される電気信号について説明するための図である。 無線通信システム４００のシステム構成について説明するための図である。 無線通信システム５００のシステム構成について説明するための図である。 無線通信システム６００のシステム構成について説明するための図である。 無線通信システム１００において通信される電気信号の干渉について説明するための図である。 電気信号の干渉を抑制するための無線通信システム１００の構成例について説明するための図である。 電気信号の干渉を抑制するための無線通信システム１００の構成例について説明するための図である。 平行移動可能なカプラを有する無線通信システム１００の構成例について説明するための図である。 回転移動可能なカプラを有する無線通信システム１００の構成例について説明するための図である。 カプラの構造の例について説明するための図である。 シールド導体を用いて電気信号の干渉を抑制するための無線通信システム１００の構成例について説明するための図である。 スリットを有するシールド導体を用いて電気信号の干渉を抑制するための無線通信システム１００の構成例について説明するための図である。 平行移動可能なカプラを有する無線通信システム１００の別の形態の構成例について説明するための図である。 回転移動可能なカプラを有する無線通信システム１００の別の形態の構成例について説明するための図である。 回転移動可能なカプラを有する無線通信システム１００の別の形態の構成例について説明するための図である。 回転移動可能なカプラを有する無線通信システム１００の別の形態の構成例について説明するための図である。 回転移動可能なカプラを有する無線通信システム１００における電気信号の干渉に関するシミュレーション結果である。 回転移動可能なカプラを有する無線通信システム１００におけるシールド導体を用いる場合の電気信号の干渉に関するシミュレーション結果である。 回転移動可能なカプラを有する無線通信システム１００におけるスリットを有するシールド導体を用いる場合の電気信号の干渉に関するシミュレーション結果である。

［システム構成］
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。図１に、本実施形態における無線通信システム１００（以降、システム１００）のシステム構成を示す。システム１００は、通信装置１０１と、通信装置１０１との間で無線通信を行う通信装置１０２とを有する。通信装置１０１は、送信回路１０３、送信カプラ１０４、受信回路１０７、受信カプラ１０８及び制御部１１１を有する。同様に通信装置１０２は、受信回路１０５、受信カプラ１０６、送信回路１０９、送信カプラ１１０、及び制御部１１２を有する。なお、通信装置１０１と通信装置１０２はそれぞれ単一の装置の第１部分と第２部分であってもよい。

本実施形態においてシステム１００は、通信装置１０１と通信装置１０２とを所定の位置関係（例えばカプラ間の距離が略一定となる位置関係）を保つように支持するための構造を有する。具体的には、通信装置１０１がネットワークカメラの雲台部であり、通信装置１０２がネットワークカメラの撮像部である。また別の例としては、通信装置１０１がロボットアームのハンド部であり、通信装置１０２がハンド部と連結されるアーム部である。また別の例としては、通信装置１０１がプリンタのプリントヘッド部であり、通信装置１０２がプリンタの本体部である。ただしシステム１００の適用先はこれらに限定されない。

送信カプラ１０４、送信カプラ１１０、受信カプラ１０６及び受信カプラ１０８は、アンテナとして機能する板状の導体である。ただしカプラの形状はこれに限定されない。送信カプラ１０４は受信カプラ１０６との間で電磁界結合による無線通信を行うためのアンテナとして機能し、送信カプラ１１０は受信カプラ１０８との間で電磁界結合による無線通信を行うためのアンテナとして機能する。

本実施形態における電磁界結合には、電界結合と磁界結合の両方が含まれる。すなわち、カプラ間における無線通信は電界結合によって行われてもよいし、磁界結合によって行われてもよいし、電界結合と磁界結合の両方によって行われてもよい。なお、図１においては通信装置１０１と通信装置１０２がそれぞれ送信用と受信用の２つのカプラを有しているが、通信装置１０１と通信装置１０２の少なくとも何れかが３つ以上のカプラを有していてもよい。

通信装置１０１の制御部１１１は、送信回路１０３を制御して通信装置１０２へのデータの送信処理を行い、受信回路１０７を制御して通信装置１０２からのデータの受信処理を行う。同様に、通信装置１０２の制御部１１２は、送信回路１０９を制御して通信装置１０１へのデータの送信処理を行い、受信回路１０５を制御して通信装置１０１からのデータの受信処理を行う。すなわち、制御部１１１及び制御部１１２による通信制御によって、通信装置１０１と通信装置１０２との間でデータがやり取りされる。なお、制御部１１１は受信回路１０７を制御して受信したデータに基づいて、通信装置１０１が有する不図示の機能部を制御してもよい。同様に、制御部１１２は受信回路１０５を制御して受信したデータに基づいて、通信装置１０２が有する不図示の機能部を制御してもよい。ここで不図示の機能部には、例えば、受信データに基づく画像を表示部に表示させる表示制御部や、受信データを外部の装置に転送する転送部などが含まれる。

送信回路１０３は、制御部１１１による制御に基づいて電気信号を生成し、電気信号を変調せずに伝送するベースバンド方式に従って送信カプラ１０４から受信カプラ１０６へ電気信号を送信する。同様に、送信回路１０９は、制御部１１２による制御に基づいて電気信号を生成し、ベースバンド方式に従って送信カプラ１１０から受信カプラ１０８へ電気信号を送信する。受信回路１０７は、受信カプラ１０８により受信した電気信号を制御部１１１に伝達する。同様に受信回路１０５は、受信カプラ１０６により受信した電気信号を制御部１１２に伝達する。

図２に、システム１００における送受信カプラの構成例を示す。図２（ａ）はシステム１００の一部分についての斜視図であり、図２（ｂ）は互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸により定義される座標系２００のＸ軸正方向からシステム１００の一部分を見た場合の図である。送信カプラ１０４と受信カプラ１０８は、通信装置１０１が有する板状部材の同じ面に設置されており、略同一平面上に位置する。また送信カプラ１１０と受信カプラ１０６は、通信装置１０２が有する板状部材の同じ面に設置されており、略同一平面上に位置する。

送信カプラ１０４と受信カプラ１０６は近接し、Ｚ軸方向において対向するように位置する。すなわち、Ｚ軸方向から見た場合に送信カプラ１０４と受信カプラ１０６とは少なくとも一部が重なる。ここでＺ軸方向は、板状部材の面にほぼ垂直な方向である。同様に、送信カプラ１１０と受信カプラ１０８は近接し、Ｚ軸方向において対向するように位置する。このような構成のもと、送信カプラ１０４から受信カプラ１０６へＺ軸正方向に電気信号が伝送されることで、通信装置１０１から通信装置１０２へのデータ送信が実現される。また、送信カプラ１１０から受信カプラ１０８へＺ軸負方向に電気信号が伝送されることで、通信装置１０２から通信装置１０１へのデータ送信が実現される。

なお、図２においては各カプラがＸ軸方向に略平行な長辺を有するものとなっているが、各カプラの形状及び設置方向はこれに限らず、対応する送信カプラと受信カプラとが電磁界結合できればよい。例えば、送信カプラ１１０と受信カプラ１０８はＹ軸方向に略平行な長辺を有し、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６はＸ軸に略平行な長辺を有していてもよい。また、送信カプラ１１０と受信カプラ１０６とがＸ軸方向に直線状に並べられ、且つ送信カプラ１０４と受信カプラ１０８とがＸ軸方向に直線状に並べられてもよい。また、カプラの形状がＵ字型やＬ字型などであってもよい。

図３に、通信装置１０１と通信装置１０２とが電界結合により通信を行う場合に送受信される電気信号の波形の例を示す。図３の横軸は時間を示している。まず、送信回路１０３により生成された図３（ａ）に示す第１送信信号が送信カプラ１０４に入力される。受信カプラ１０６は送信カプラ１０４と電界結合するため、送信カプラ１０４に対する第１送信信号の入力に応じて、受信カプラ１０６には図３（ｂ）に示す第１受信信号が発生する。受信回路１０５はこの第１受信信号に対して変換処理を行い、第１送信信号と同様の波形を有する、図３（ｃ）に示す第１変換済信号を生成する。受信回路１０５における変換処理には、例えば受信したアナログ信号を比較器において閾値と比較することでデジタル信号に変換する処理などが含まれる。以上の過程により、通信装置１０１から通信装置１０２への第１電気信号の送信が実現する。

通信装置１０２から通信装置１０１へ第２電気信号の送信も、同様の過程により実現される。具体的には、送信回路１０９により生成された図３（ｄ）に示す第２送信信号が送信カプラ１１０に入力されることに応じて、受信カプラ１０８には図３（ｅ）に示す第２受信信号が発生する。そして受信回路１０７はこの第２受信信号に対して変換処理を行い、第２送信信号と同様の波形を有する、図３（ｆ）に示す第２変換済信号を生成する。

以上のように、通信装置１０１と通信装置１０２のそれぞれに送信カプラと受信カプラを設けることで、通信装置１０１と通信装置１０２との間で双方向通信を行うことが可能となる。また、通信装置１０１はデータの送信と受信をそれぞれ異なるカプラを用いて非同期で行うことができるため、例えば単一のカプラを用いて時分割で送信と受信を交互に行う場合と比較して、高速な通信を実現することができる。

また、以上では通信装置１０１と通信装置１０２とが双方向通信を行うシステム１００について説明したが、２対以上のカプラが単方向通信に用いられてもよい。図４に、通信装置４０１と通信装置４０２との間で単方向通信を行う無線通信システム４００（以降、システム４００）のシステム構成を示す。通信装置４０１は、送信回路１０３、送信カプラ１０４、送信回路１０９、送信カプラ１１０及び制御部１１１を有する。通信装置４０２は、受信回路１０５、受信カプラ１０６、受信回路１０７、受信カプラ１０８及び制御部１１２を有する。通信装置４０１及び通信装置４０２の各構成要素の詳細については、図１における同一符号の各構成要素と同様である。ただし、制御部１１１はデータ受信処理を行わなくてもよく、制御部１１２はデータ送信処理を行わなくてもよい。

システム４００においては、通信装置４０１の送信カプラ１０４から通信装置４０２の受信カプラ１０６に対して電気信号が送信され、また通信装置４０１の送信カプラ１１０から通信装置４０２の受信カプラ１０８に対して電気信号が送信される。通信装置４０１が送信カプラ１０４と送信カプラ１１０から同時に異なる電気信号を送信する場合、単一の送信カプラから電気信号を送信する場合よりも単位時間当たりに送信可能なデータ量が大きくなり、より高速な通信が実現できる。

一方、通信装置４０１が送信カプラ１０４と送信カプラ１１０から同一の電気信号を送信する場合、仮にノイズ等の影響により一方の送信カプラを用いたデータ送信が失敗しても、他方の送信カプラを用いて通信装置４０２へデータを送信することができる。これにより、単一の送信カプラから電気信号を送信する場合と比較して、例えば通信の失敗に応じて行われるデータの再送処理を減らすことができるため、より高速な通信が実現できる。

なお、図４においては通信装置４０１が２つの送信用カプラを有し通信装置４０２が２つの受信用カプラを有しているが、通信装置４０１が３つ以上の送信用カプラを有し通信装置４０２が３つ以上の受信用カプラを有していてもよい。また、通信装置４０１が２つ以上の送信用カプラと１つ以上の受信用カプラを有し、通信装置４０２が１つ以上の送信用カプラと２つ以上の受信用カプラを有していてもよい。

また、図１及び図４では２つの通信装置の間で通信を行うシステム１００及びシステム４００について説明したが、３つ以上の通信装置の間で通信が行われてもよい。図５に、通信装置５０１、通信装置５０２及び通信装置５０３の３つの通信装置の間で通信を行う無線通信システム５００（以降、システム５００）のシステム構成を示す。通信装置５０１は、送信回路１０３、送信カプラ１０４及び制御部１１１を有する。通信装置５０２は、受信回路１０５、受信カプラ１０６、送信回路１０９、送信カプラ１１０及び制御部１１２を有する。通信装置５０３は、受信回路１０７、受信カプラ１０８及び制御部１１３を有する。

通信装置５０１、通信装置５０２及び通信装置５０３の各構成要素の詳細については、図１における同一符号の各構成要素と同様である。なお、制御部１１３は制御部１１１及び制御部１１２と同様の通信処理を行う。ただし、制御部１１１はデータ受信処理を行わなくてもよく、制御部１１３はデータ送信処理を行わなくてもよい。システム５００においては、通信装置５０１の送信カプラ１０４から通信装置５０２の受信カプラ１０６に対して電気信号が送信され、通信装置５０２の送信カプラ１１０から通信装置５０３の受信カプラ１０８に対して電気信号が送信される。

また、図１、図４及び図５では送信用のカプラと受信用のカプラとが区別して使用される場合について説明したが、１つのカプラを送信用と受信用の両方に用いてもよい。例えば、図１に示すシステム１００において、受信回路１０７は受信用の回路としての機能と送信用の回路としての機能を併せ持ち、受信回路１０７を送信用の回路として機能させるか受信用の回路として機能させるかを制御部１１１が切り替えてもよい。受信回路１０７が送信用の回路として機能する場合、受信カプラ１０８から送信カプラ１１０に対して電気信号が送信される。

通信装置１０１においてこのような送受信の切り替え処理が行われる場合、通信装置１０２においても、送信回路１０９が送信用の回路としての機能と受信用の回路としての機能を併せ持ち、制御部１１２により送受信の切り替え処理が行われる。すなわち、送信カプラ１１０から受信カプラ１０８へ電気信号を送信するか、受信カプラ１０８から送信カプラ１１０へ電気信号を送信するかが、制御部１１１及び１１２により制御される。

このような構成により、システム１００は、通信装置１０１と通信装置１０２との間で双方向通信を行うか単方向通信を行うかを制御することができる。例えば、通信装置１０１から通信装置１０２へ送信すべきデータの発生頻度よりも、通信装置１０２から通信装置１０１へ送信すべきデータの発生頻度が低い状況が考えられる。このような状況においてシステム１００は、通信装置１０２から送信すべきデータがある期間は、送信カプラ１０４から受信カプラ１０６へデータを送信し且つ送信カプラ１１０から受信カプラ１０８へデータを送信することで、双方向通信を行ってもよい。一方、通信装置１０２から送信すべきデータがない期間は、送信カプラ１０４から受信カプラ１０６へデータを送信し且つ受信カプラ１０８から送信カプラ１１０へデータを送信することで、単方向通信を行ってもよい。これにより、通信すべきデータに応じてカプラを効率的に使用することができ、高速な通信が実現できる。

また、本実施形態ではシングルエンド伝送によって無線通信が行われる場合を中心に説明するが、これに限らず、差動伝送によって無線通信が行われてもよい。例えば図１に示すシステム１００に差動伝送を適用する場合、送信カプラ１０４、受信カプラ１０６、受信カプラ１０８及び送信カプラ１１０のそれぞれが、互いに逆位相の信号を伝送するための２つのカプラに置き換えられ、図６のシステム６００のようになる。図６において、図１のシステム１００と同様の構成要素には同一の符号を付している。

システム６００においては、システム１００の構成に加えて、通信装置１０１は送信カプラ１１４と受信カプラ１１８を有し、通信装置１０２は受信カプラ１１６と送信カプラ１２０を有する。送信カプラ１１４は受信カプラ１１６との間で電磁界結合による無線通信を行うためのアンテナとして機能し、送信カプラ１２０は受信カプラ１１８との間で電磁界結合による無線通信を行うためのアンテナとして機能する。

送信回路１０３は、送信カプラ１０４から受信カプラ１０６へ送信する電気信号と逆位相の信号を、送信カプラ１１４から受信カプラ１１６へ送信する。また送信回路１０９は、送信カプラ１１０から受信カプラ１０８へ送信する電気信号と逆位相の信号を送信カプラ１２０から受信カプラ１１８へ送信する。そして受信回路１０５は、受信カプラ１０６により受信した電気信号と受信カプラ１１６により受信した電気信号との電位差を制御部１１２に伝達する。同様に受信回路１０７は、受信カプラ１０８により受信した電気信号と受信カプラ１１８により受信した電気信号との電位差を制御部１１１に伝達する。

システム６００のような構成により、通信装置１０１と通信装置１０２が差動伝送による無線通信を行うことが可能になる。差動伝送を用いることで、シングルエンド伝送を用いる場合よりも、無線通信における外部からのノイズの影響が低減される。なお、図６では図１のシステム１００に差動伝送を適用した場合について説明したが、同様の方法で図４のシステム４００や図５のシステム５００に差動伝送を適用してもよい。また、上述した送受信の切り替えが可能なカプラを有するシステムに適用してもよい。

［干渉の抑制］
上述した図３の説明では、２対のカプラで送受信される電気信号の間で干渉が生じない場合の波形の例について示した。一方、各カプラの位置関係などによっては、送受信される電気信号に干渉が生じる場合がある。例えば図２において、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８とのＹ軸方向における距離、および受信カプラ１０６と送信カプラ１１０とのＹ軸方向における距離が近い場合を考える。このような場合には、送信カプラ１０４から送信される電気信号が受信カプラ１０８により受信され、送信カプラ１１０から送信される電気信号が受信カプラ１０６により受信されてしまうことがある。

図７に、システム１００の通信装置１０１と通信装置１０２との間で送受信される電気信号の、干渉が生じた場合の波形の例を示す。図７の横軸は時間を示している。まず、送信回路１０３により生成された図７（ａ）に示す第１送信信号が送信カプラ１０４に入力され、送信回路１０９により生成された図７（ｄ）に示す第２送信信号が送信カプラ１１０に入力される。すると、受信カプラ１０６は送信カプラ１０４から送信された信号に加えて送信カプラ１１０から送信された信号も受信してしまい、受信カプラ１０６に発生する第１受信信号には図７（ｂ）に示すようにノイズ７０１が含まれる。この第１受信信号に対して受信回路１０５における変換処理が行われると、図７（ｃ）に示すように、ノイズ７０２を含む第１変換済信号が生成される。同様に、受信カプラ１０８に発生する第２受信信号には、送信カプラ１０４から送信された信号の影響で、図７（ｅ）に示すようにノイズ７０３が含まれる。そして、第２受信信号に対して受信回路１０７における変換処理が行われると、図７（ｆ）に示すように、ノイズ７０４を含む第２変換済信号が生成される。

以下では、図７に示すような電気信号の干渉によるノイズの発生を抑制するためのシステム１００の構成について説明する。なお、以下で説明する構成は図１のシステム１００に限らず、図４のシステム４００や図６のシステム６００などの上述した構成にも同様に適用できる。

図８を用いて、電気信号の干渉を抑制するためのシステム１００の構成例について説明する。図８（ａ）はシステム１００の一部分についての斜視図であり、図８（ｂ）は座標系２００のＸ軸正方向からシステム１００の一部分を見た場合の図である。図８において、図２と同様の構成要素には同一の符号を付している。

図８においては、上述した干渉を抑制するため、通信装置１０１は送信カプラ１０４と受信カプラ１０８との間に位置するグランド８０１を有し、通信装置１０２は受信カプラ１０６と送信カプラ１１０との間に位置するグランド８０２を有する。グランド８０１及びグランド８０２は、例えば基準電位点に接続された導体である。図８では、グランド８０１及びグランド８０２はＸ軸方向における長さがカプラより長い形状であるが、グランド８０１及びグランド８０２の形状はこれに限定されない。

通信装置１０１がグランド８０１を有することで、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８との間の電磁界結合が弱まり、受信カプラ１０８により受信される電気信号におけるノイズの発生を抑制できる。同様に、通信装置１０２がグランド８０２を有することで、送信カプラ１１０と受信カプラ１０６との間の電磁界結合が弱まり、受信カプラ１０６により受信される電気信号におけるノイズの発生を抑制できる。なお、システム１００はグランド８０１とグランド８０２の何れか一方のみを有していてもよい。

また、干渉を抑制するための別の構成例として、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８との間のＹ軸方向における距離、及び受信カプラ１０６と送信カプラ１１０との間のＹ軸方向における距離が所定距離以上になるように、カプラを配置してもよい。上記の所定距離は、例えば送信される信号の強度や許容されるノイズの強度などに応じて設定される。

また、干渉を抑制するための別の構成例として、通信装置１０１と通信装置１０２との間の通信において送信と受信が時分割で行われてもよい。具体的には、送信カプラ１０４から受信カプラ１０６への電気信号の送信と、送信カプラ１１０から受信カプラ１０８への電気信号の送信とが同時に行われないように、制御部１１１及び制御部１１２が送信回路１０３及び送信回路１０９を制御してもよい。

なお、図８を用いた以上の説明においては、送信カプラと受信カプラとの間に配置する導体として、基準電位点に接続されたグランド８０１及びグランド８０２を用いるものとした。ただしこれに限らず、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８との間、及び送信カプラ１１０と受信カプラ１０６との間の少なくとも一方に、送信回路や受信回路のいわゆる電気的なグランドから直流的または交流的に絶縁された導体を配置してもよい。

次に、干渉を抑制するための別の構成例として、図２とは異なる長さのカプラを有するシステム１００について図９を用いて説明する。図９（ａ）はシステム１００の一部分についての斜視図であり、図９（ｂ）は座標系２００のＸ軸正方向からシステム１００の一部分を見た場合の図である。また図９（ｃ）はＺ軸正方向から見た場合の図であり、図９（ｄ）はＺ軸負方向から見た場合の図である。図９において、図２と同様の構成要素には同一の符号を付している。なお図９（ｂ）−（ｄ）においては、説明のため、通信装置１０２の受信カプラ９０６と送信カプラ１１０を白色にしている。

図９の構成においては、図２における受信カプラ１０６と受信カプラ１０８が、Ｘ軸方向における長さがより短い受信カプラ９０６と受信カプラ９０８にそれぞれ置き換えられている。ここで、各カプラは図９（ｂ）に示すように平たい形状であるため、送信カプラ１１０のうち受信カプラ９０８と対向する部分の面積は、送信カプラ１１０のうち受信カプラ９０６と対向する部分の面積よりも大きい。このような構成により、送信カプラ１１０と受信カプラ９０６との電磁界結合は図２における送信カプラ１１０と受信カプラ１０６との電磁界結合よりも弱くなる。同様に、送信カプラ１０４と受信カプラ９０８との電磁界結合は図２における送信カプラ１０４と受信カプラ１０８との電磁界結合よりも弱くなる。これにより、通信装置１０１と通信装置１０２との間で送受信される電気信号の干渉によるノイズの発生を抑制することができる。

［カプラ位置の移動］
以上においてはカプラ同士の位置関係が固定である場合について説明したが、カプラの相対位置は可変であってもよい。以下では、無線通信が可能な状態を維持しつつカプラの相対位置を移動させることができるシステム１００の構成について説明する。なお、以下で説明する構成は図４のシステム４００や図６のシステム６００などの上述した構成にも同様に適用できる。

図１０を用いて、並行移動可能なカプラを有するシステム１００の構成例について説明する。図１０において、図２と同様の構成要素には同一の符号を付している。図２の場合と異なり、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８は、通信装置１０１が有する板状部材の面に対して互いに逆側に設置されている。そして通信装置１０２は、通信装置１０１が有する板状部材の上下を取り囲むように２つの板状部材を有し、これら２つの板状部材の一方に送信カプラ１０１０が設置され、他方に受信カプラ１００６が設置されている。すなわち、送信カプラ１０１０と受信カプラ１００６とは、通信装置１０１が有する板状部材の面に対して互いに逆側に位置する。

このような構成により、送信カプラ１０１０と受信カプラ１００６との電磁界結合は図２における送信カプラ１１０と受信カプラ１０６との電磁界結合よりも弱くなる。また、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８との電磁界結合は図２の場合よりも弱くなる。これにより、送信カプラ１０１０から受信カプラ１０８へ送信される電気信号と、送信カプラ１０４から受信カプラ１０６へ送信される電気信号との間の干渉が抑制される。

また、通信装置１０１が有する板状部材の内層など、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８との間の位置にグランドを設置することで、電気信号の干渉をより抑制することができる。このように干渉を抑制できる場合には、例えば送信カプラ１０４と受信カプラ１０８をそれぞれ板状部材の裏面と表面の対応する位置に設置するなど、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８のＹ軸方向における距離を小さくすることができる。その結果、通信装置１０１及び通信装置１０２のＹ軸方向におけるサイズを小さくすることも可能となる。

図１０における送信カプラ１０１０及び受信カプラ１００６は、図２における送信カプラ１１０及び受信カプラ１０６よりもＸ軸方向における長さが短い。そのため、受信カプラ１０８は送信カプラ１０１０よりもＸ軸方向における長さが短く、受信カプラ１００６は送信カプラ１０４よりもＸ軸方向における長さが短い。これにより、通信装置１０２のＸ軸方向におけるサイズを小さくすることが可能となる。

そして通信装置１０２は、送信カプラ１０１０と受信カプラ１０８との対向、及び送信カプラ１０４と受信カプラ１００６との対向を保ったまま、座標系２００のＸ軸方向に移動可能である。通信装置１０２の移動制御は、例えば通信装置１０２が有する不図示の駆動部を制御部１１２が制御することで実現される。この移動制御により、受信カプラ１０８に対する送信カプラ１０１０の位置、及び受信カプラ１００６に対する送信カプラ１０４の位置を、Ｘ軸方向に移動させることが可能となる。

なお、通信装置１０２の代わりに通信装置１０１がＸ軸方向に移動してもよいし、通信装置１０１と通信装置１０２の両方が移動してもよい。また、カプラの移動方向はＸ軸方向に限らず、他の方向であってもよい。また、送信カプラと受信カプラが対向する範囲に限らず、送信カプラと受信カプラとの間で電磁界結合による通信が可能な範囲で、カプラが移動してもよい。また、図２、図８及び図９で説明したシステム１００において、通信装置１０１及び通信装置１０２の少なくとも何れかがＸ軸方向に移動してもよい。

次に、図１１を用いて、回転移動可能なカプラを有するシステム１００の構成例について説明する。図１１（ａ）はシステム１００の一部分についての斜視図であり、図１１（ｂ）は座標系２００のＺ軸正方向からシステム１００の一部分を見た場合の図であり、図１１（ｃ）はＺ軸負方向から見た場合の図である。図１１において、図２と同様の構成要素には同一の符号を付している。

送信カプラ１１０４と受信カプラ１１０８は、通信装置１０１が有する円筒状部材に設置されており、送信カプラ１１１０と受信カプラ１１０６は、通信装置１０２が有する円筒状部材に設置されている。ここで、通信装置１０１が有する円筒状部材と通信装置１０２が有する円筒状部材は、中心軸が略一致し直径が異なる。そして、送信カプラ１１０４は受信カプラ１１０６と対向し、送信カプラ１１１０は受信カプラ１１０８と対向する。すなわち、受信カプラ１１０８と送信カプラ１１１０は、中心が等しく直径が異なる円の略円周上に位置する。また、送信カプラ１１０４と受信カプラ１１０６は、中心が等しく直径が異なる円の略円周上に位置する。

このような構成のもと、送信カプラ１１０４から受信カプラ１１０６へ電磁界結合により電気信号が送信され、送信カプラ１１１０から受信カプラ１１０８へ電磁界結合により電気信号が送信される。なお、送信カプラ１１０４が設置された部分の円筒の直径と、受信カプラ１１０８が設置された部分の円筒の直径とが異なっていてもよい。同様に、送信カプラ１１１０が設置された部分の円筒の直径と、受信カプラ１１０６が設置された部分の円筒の直径とが異なっていてもよい。

通信装置１０２は、送信カプラ１１０４と受信カプラ１１０６との対向、及び送信カプラ１１１０と受信カプラ１１０８との対向を保ったまま、円筒状部材の中心軸（Ｚ軸方向の軸）まわりに回転移動可能である。通信装置１０２の移動制御は、例えば通信装置１０２が有する不図示の駆動部を制御部１１２が制御することで実現される。この移動制御により、送信カプラ１１１０及び受信カプラ１１０６を回転移動させることが可能となる。なお、通信装置１０２の代わりに通信装置１０１が円筒状部材の中心軸まわりに回転移動することで、送信カプラ１１０４及び受信カプラ１１０８を回転移動させてもよい。また、通信装置１０１と通信装置１０２の両方が回転移動してもよい。

なお、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示すように、受信カプラ１１０６及び受信カプラ１１０８は、円筒状部材の中心軸と略平行な基準方向（Ｚ軸方向）の視点において弧形を成す。また、送信カプラ１１０４及び送信カプラ１１１０は該基準方向の視点において略円形を成す。送信カプラ１１０４が略円形を成すことで、受信カプラ１１０６の回転移動に係る回転角の大きさによらず、送信カプラ１１０４と受信カプラ１１０６とを対向させることができる。また、受信カプラ１１０６が弧形を成すことで、受信カプラ１１０６が略円形である場合と比べて、送信カプラ１１１０と受信カプラ１１０６との間の電磁界結合を弱めることができる。送信カプラ１１１０と受信カプラ１１０８の形状に関しても同様のことが言える。これにより、送信カプラ１１０４から受信カプラ１１０６に送信される電気信号と、送信カプラ１１１０から受信カプラ１１０８に送信される電気信号との間の干渉が抑制される。

また、通信装置１０１の送信カプラ１１０４と受信カプラ１１０８との間、及び通信装置１０２の受信カプラ１１０６と送信カプラ１１１０との間の少なくとも何れかにグランドを配置することで、干渉をより抑制することが可能となる。

なお、各カプラの形状は図１１に示したものに限定されない。例えば、送信カプラ１１０４及び送信カプラ１１１０の少なくとも何れかが弧形を成してもよいし、受信カプラ１１０６及び受信カプラ１１０８の少なくとも何れかが略円形を成してもよい。また、送信カプラ１１０４と受信カプラ１１０６の両方が弧形を成してもよい。そしてこの場合には、送信カプラ１１０４と受信カプラ１１０６とが対向する範囲や、送信カプラ１１０４と受信カプラ１１０６との間で電磁界結合による通信が可能な範囲でのみ、カプラが回転移動してもよい。送信カプラ１１１０及び受信カプラ１１０８の両方が弧形を成す場合も同様である。

また、図１１の構成の変形例として、システム１００は、Ｙ軸方向を軸に図１０の構成を丸めたような構成であってもよい。具体的には、通信装置１０１が有する円筒状部材の内側の面に受信カプラ１０８が設置され、外側の面に送信カプラ１０４が設置される。そして、通信装置１０２に設置された送信カプラ１０１０が該円筒状部材の内側に位置し、通信装置１０２に設置された受信カプラ１００６が該円筒状部材の外側に位置するように、通信装置１０２が該円筒状部材を挟むような構成であってもよい。なお同様に、通信装置１０１が有する円筒状部材の内側の面に送信カプラ１０４が設置され、外側の面に受信カプラ１０８が設置されてもよい。このような構成において、通信装置１０１及び通信装置１０２の少なくとも何れかを、Ｙ軸方向を軸として回転移動させてもよい。

この変形例において、さらに、通信装置１０１が有する円筒状部材の内層など、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８の間にグランドを配置することで、電気信号の干渉を抑制できる。このように干渉を抑制できる場合には、例えば送信カプラ１０４と受信カプラ１０８をそれぞれ円筒状部材の内側の面と外側の面の対応する位置に設置するなど、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８のＹ軸方向における距離を小さくすることができる。その結果、通信装置１０１及び通信装置１０２のＹ軸方向におけるサイズを小さくすることも可能となる。

［カプラの具体的構成例］
図６を用いて上述した、差動伝送を適用した無線通信システム６００におけるカプラの具体的な構成例を、図１２に示す。図１２（ａ）は電界結合によって、図１２（ｂ）は磁界結合によって、図１２（ｃ）は電界及び磁界の結合によって無線通信を実現する場合のカプラの具体的な構成例を示す。以下、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、及び図１２（ｃ）各々に示すカプラを電界結合カプラ、磁界結合カプラ、電磁界結合カプラと呼ぶ。

図１２（ａ）に示す電界結合カプラにおいて、２つの導体（送信カプラ１０４と送信カプラ１１４）により構成される送信カプラは、送信回路１０３と接続される給電点（Ｐ１）とは逆の端部が電気的にオープンとなる。同様に、２つの導体（受信カプラ１０６と受信カプラ１１６）により構成される受信カプラは、受信回路１０５と接続される給電点（Ｐ２）とは逆の端部が電気的にオープンとなる。一方、図１２（ｂ）に示す磁界結合カプラにおいては、送信カプラ及び受信カプラにおける給電点（Ｐ１、Ｐ２）とは逆の端部が導体１２００と導体１２０１により電気的にショートされる。また、図１２（ｃ）に示す電磁界結合カプラにおいては、送信カプラにおける給電点（Ｐ１）とは逆の端部に、送信回路１０３と送信カプラ間とを接続する伝送路の特性インピーダンスと略等しい抵抗１２０２が挿入される。同様に、受信カプラにおける給電点（Ｐ２）とは逆の端部に、受信回路１０５と受信カプラ間とを接続する伝送路の特性インピーダンスと略等しい抵抗１２０３が挿入される。

なお、図１２（ａ）から図１２（ｃ）で示した各方式のカプラの形状は一例であって、上記で説明した特徴を有するカプラであれば、形状はこれに限らない。また、図１２で示した構成のカプラを用いた無線通信は差動伝送に限定されるわけではなく、図１２で示した構成のカプラを用いてシングルエンド伝送による無線通信が行われてもよい。ただし、差動伝送を採用することで、通信における外部からのノイズの影響が抑制できるため、本実施形態で説明するカプラ間の電気信号の干渉を抑制する手法と組み合わせることで、通信の誤りが生じる虞をより低減できる。

［シールド挿入による干渉抑制］
電気信号の干渉を抑制するためのシステム１００の構成について、図８や図９を用いて上述したが、ここでは干渉を抑制するためのシステム１００の他の構成例について図１３を用いて説明する。図１３（ａ）はシステム１００の一部分についての斜視図であり、図１３（ｂ）は座標系２００のＸ軸正方向からシステム１００の一部分を見た場合の図である。また図１３（ｃ）は座標系２００のＺ軸正方向からシステム１００の一部分を見た場合の図である。なお、図１３（ｃ）においては、通信装置１０１側の構成は省略し、通信装置１０２側の構成のみを示している。

図１３の構成においては、通信装置１０１は板状のシールド導体１３００を有する。シールド導体１３００は、Ｚ軸正方向から見た場合に送信カプラ１０４及び受信カプラ１０８と重なるように配置される。また、シールド導体１３００は、送信カプラ１０４及び受信カプラ１０８が面上に位置する板状部材に対して、送信カプラ１１０及び受信カプラ１０６とは逆側に配置されている。すなわち、送信カプラ１０４及び受信カプラ１０８は、Ｚ軸負方向から見た場合にシールド導体１３００に覆われる位置となるように配置される。ここで、Ｚ軸方向は板状部材に略垂直な特定方向である。同様に、通信装置１０２はシールド導体１３０１を有し、送信カプラ１１０及び受信カプラ１０６は、Ｚ軸正方向から見た場合にシールド導体１３０１に覆われる位置となるように配置されている。

以上のようにシールド導体をカプラの近傍に配置することで、図７を用いて説明したような、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８との間に生じる電気信号の干渉を抑制することができる。なお、シールド導体１３００及び１３０１は、導体であれば良く、例えばアルミや銅などを用いて構成される。また、ＦＲ４などの基板パターンを用いる場合、カプラを形成する層とは別の表層または内層の導体層によってシールド導体を形成しても良い。また、シールド導体１３０１及び１３０２は、送信回路や受信回路の電気的なグランドに直流的に接続していても良いし、直流／交流的に絶縁していても良い。また、通信装置１０１または通信装置１０２のどちらか一方にのみシールド導体を設けても良い。また、シールド導体はＺ軸方向から見た場合に送信カプラと受信カプラをすべて覆う必要はなく、送信カプラ又は受信カプラの少なくとも一部とシールド導体とが重なる構成であれば良い。

また、スリットを有するシールド導体を用いることで、カプラ間の電気信号の干渉をさらに抑制することができる。当該構成について、図１４を用いて説明する。図１４（ａ）はシステム１００の一部分についての斜視図であり、図１４（ｂ）は座標系２００のＸ軸正方向からシステム１００の一部分を見た場合の図である。また図１４（ｃ）は座標系２００のＺ軸正方向からシステム１００の一部分を見た場合の図である。なお、図１４（ｃ）においては、通信装置１０１側の構成は省略し、通信装置１０２側の構成のみを示している。

図１４の構成においては、通信装置１０１及び通信装置１０２は、スリットが挿入されたシールド導体１４００及びシールド導体１４０１を有する。シールド導体１４００が有するスリットは、Ｚ軸方向から見た場合に送信カプラ１０４と受信カプラ１０８との間に位置する。同様に、シールド導体１４０１が有するスリットは、Ｚ軸方向から見た場合に送信カプラ１１０と受信カプラ１０６との間に位置する。

以上のようにスリットを有するシールド導体１４００をカプラの近傍に配置することで、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８とがシールド導体１４００を介して結合することによる電気信号の干渉を抑制することが出来る。なお、図１３及び図１４を用いて説明したカプラ間の電気信号の干渉抑制手法は、電界結合カプラを用いた場合に特に好適である。

［カプラのスライド移動］
並行移動可能なカプラを有するシステム１００の構成例について、図１０を用いて上述したが、図１０とは別の構成のカプラを並行移動可能なシステム１００に適用した場合の例について、図１５を用いて説明する。図１５（ａ）はシステム１００の一部分についての斜視図であり、図１５（ｂ）は座標系２００のＸ軸正方向からシステム１００の一部分を見た場合の図である。

図１５の構成においては、通信装置１０１が有する送信カプラ１０４及び受信カプラ１０８の長さは略等しく、且つＹ軸方向に横並びに配置される。また、送信カプラ１０４及び受信カプラ１０８は、通信装置１０２が有する送信カプラ１５１０及び受信カプラ１５０６と比べてＸ軸方向における長さが短い。通信装置１０１は、Ｚ軸正方向から見た場合に送信カプラ１０４と受信カプラ１５０６とが重なり、送信カプラ１５１０と受信カプラ１０８とが重なる範囲、即ち通信装置１０１と通信装置１０２とが効率よく通信可能な範囲において、Ｘ軸方向に移動可能である。なお、通信装置１０１の代わりに通信装置１０２が同様の範囲内で移動してもよいし、通信装置１０１と通信装置１０２との両方が移動してもよい。

なお、図１５に示した構成例において、カプラ間における電気信号の干渉抑制を目的として、図８を用いて説明したように、送信カプラ１０４と受信カプラ１０８との間、及び／又は送信カプラ１１０と受信カプラ１０６との間にグランド導体を配置しても良い。また、図１５に示した構成例において、カプラ間における電気信号の干渉抑制を目的として、図１３及び図１４を用いて説明したようにシールド導体を設けても良い。

また、図９や図１０に示した構成例において、カプラ間における電気信号の干渉抑制を目的として、上述したグランドやシールドなどの干渉抑制のための構成を適用してもよい。さらに、上述した干渉抑制のための複数の手法を、単一のシステムにおいて併用してもよい。

［回転移動するシステム（立体型）］
図１１を用いた上述の説明では、円筒状部材にカプラを配置して回転移動可能とした構成において、送信カプラと受信カプラの長さが異なる場合を中心に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、一方の通信装置に配置される送信カプラと受信カプラとの間の電気信号の干渉が問題にならない程度に、その送信カプラと受信カプラとの距離が離れて配置される場合には、図１６に示すように送信カプラと受信カプラが同一の長さであってもよい。図１６の構成において、通信装置１０１は送信カプラ１６０４と受信カプラ１６０８を有し、通信装置１０２は送信カプラ１６１０と受信カプラ１６０６を有する。そして、送信カプラ１６０４は受信カプラ１６０６との間で通信を行い、送信カプラ１６１０は受信カプラ１６０８との間で通信を行う。このような構成であっても、図１１を用いて上述した場合と同様、通信装置１０１と通信装置１０２との少なくとも一方をＺ軸を中心に回転移動させながら通信を行うこと可能となる。

なお、図１６に示す構成例において、カプラ間における電気信号の干渉抑制を目的として、図８を用いて説明したようにグランド導体を用いてもよい。すなわち、送信カプラ１６０４と受信カプラ１６０８との間、及び／又は受信カプラ１６０６と送信カプラ１６１０との間にグランド導体を配置しても良い。また、図１６に示した構成例において、カプラ間における電気信号の干渉抑制を目的として、図１３及び図１４を用いて説明したようにシールド導体を設けても良い。

また、図１６の構成では、通信装置１０１と通信装置１０２のそれぞれにおいて、送信カプラと受信カプラが円筒状部材の同じ面に配置されるものとした。ただしこれに限らず、カプラ間における電気信号の干渉抑制を目的として、図１７に示すように、送信カプラと受信カプラを円筒状部材の別の面に配置してもよい。図１７の構成において、通信装置１０１は円筒状部材Ａと円筒状部材Ｂとを有し、通信装置１０２は円筒状部材Ｃを有する。そして、円筒状部材Ａの内側に円筒状部材Ｃが配置され、円筒状部材Ｃのさらに内側に円筒状部材Ｂが配置される。通信装置１０１が有する送信カプラ１７０４は円筒状部材Ａの内側面に配置され、円筒状部材Ｃの外側面に配置される通信装置１０２が有する受信カプラ１７０６との間で通信を行う。また通信装置１０２が有する送信カプラ１７１０は円筒状部材Ｃの内側面に配置され、円筒状部材Ｂの外側面に配置される通信装置１０１が有する受信カプラ１７０８との間で通信を行う。

このような構成であっても、図１１及び図１６で説明した構成と同様に、通信装置１０１と通信装置１０２との少なくとも一方をＺ軸を中心に回転移動させながら通信を行うことが可能となる。この場合、各円筒状部材はその位置関係が大きく変化しないように、回転移動を妨害しない構造で支持される。

なお、通信装置１０２が有する受信カプラ１７０８と送信カプラ１７１０との間における電気信号の干渉を抑制することを目的として、受信カプラ１７０８と送信カプラ１７１０の間に挟まるように円筒状部材Ｃの内部に円筒状のシールド導体を設けても良い。当該シールド導体は、送信回路や受信回路の電気的なグランドに直流的に接続されていても良いし、直流／交流的に絶縁される構成であっても良い。また、図１１、図１６、及び図１８に示した構成例において、カプラ間における電気信号の干渉抑制のための構成を複数併用しても構わない。

［回転移動するシステム（平面型）］
カプラを回転移動可能な別の構成例について、図１８を用いて説明する。図１８（ａ）はシステム１００の一部分についての斜視図であり、図１８（ｂ）は座標系２００のＸ軸正方向からシステム１００の一部分を見た場合の図である。図１８の構成例において、通信装置１０１は円板状の部材を有し、送信カプラ１８０４と受信カプラ１８０８とが点１９００を中心として略同心円上に配置される。また、通信装置１０２も円板状の部材を有し、送信カプラ１８１０と受信カプラ１８０６とが点１９０１を中心として略同心円上に配置される。点１９００と点１９０１とは、座標系２００のＺ軸正方向から見て重なる点である。そして、送信カプラ１８０４と受信カプラ１８０６との間で通信が行われ、送信カプラ１８１０と受信カプラ１８０８との間で通信が行われる。このような構成をとることで、通信装置１０１が有する円板状部材と通信装置１０２が有する円板状部材の少なくとも一方を、点１９００及び点１９０１を通るＺ軸方向の軸周りに回転移動させながら、通信装置１０１と通信装置１０２との間で通信が可能となる。

なお、図１８の構成例において、カプラ間における電気信号の干渉抑制を目的として、図８を用いて説明したように、送信カプラ１８０４と受信カプラ１８０８との間、及び／又は送信カプラ１８１０と受信カプラ１８０８との間にグランド導体を配置しても良い。また、図１８に示した構成例において、カプラ間における電気信号の干渉抑制を目的として、図１３及び図１４を用いて説明したように、通信装置１０１及び／又は通信装置１０２にシールド導体を設けても良い。

また、図１８に示した構成例において、カプラ間における電気信号の干渉抑制を目的として、図９を用いて説明したように、通信相手となる送信カプラと受信カプラとの長さが異なるように構成しても良い。例えば、送信カプラ１８１０を短くして弧形にしても、受信カプラ１８０８が円形であれば、Ｚ軸を中心にカプラを回転移動させても送信カプラ１８１０と受信カプラ１８０８との間での通信が可能となる。逆に、送信カプラ１８１０を円形にして受信カプラ１８０８を弧形にしてもよい。また、送信カプラ１８０４と受信カプラ１８０６との長さを異ならせてもよい。さらに、図１８に示した構成例において、カプラ間における電気信号の干渉抑制のための構成を複数併用してもよい。

［シールド導体による干渉抑制の効果］
図１３及び図１４を用いて説明したシールド導体による干渉抑制の効果について、図１９から図２１を用いて説明する。図１９から図２１は、図１８を用いて説明した回転移動が可能なカプラ構造を用いる場合のシミュレーションのモデルと結果を示している。図１９（ａ）、図２０（ａ）及び図２１（ａ）は、通信装置１０１のカプラ部分についてのモデルの斜視図であり、図１９（ｂ）、図２０（ｂ）及び図２１（ｂ）は、Ｚ軸正方向から通信装置１０１のカプラ部分を見た場合のモデルを示す図である。ここでは差動伝送による無線通信が可能な電界結合型カプラを想定しており、導体２０００及び導体２００１が送信カプラ１８０４を構成し、導体２００２及び導体２００３が受信カプラ１８０８を構成する。Ｐ２０は送信カプラ１８０４の給電点を示し、Ｐ２１は受信カプラ１８０８の給電点を示す。

図１９から図２１に示すシミュレーションのモデルにおいて、通信装置１０１が有する円形の基板の一方の面（表面）のパターンとして送信カプラ１８０４と受信カプラ１８０８が構成されている。さらに、図２０に示すシミュレーションのモデルでは、円形の基板の他方の面（裏面）のパターンとしてシールド導体２１００が構成されている。また、図２１に示すシミュレーションのモデルでは、円形の基板の他方の面（裏面）のパターンとしてスリットを有するシールド導体２２００が構成されている。なお、通信装置１０１のカプラ部分と対向して配置される通信装置１０２のカプラ部分も、同一の構成である。

本シミュレーションにおいて、円形基板は外形が９５ｍｍであり、内径が５６ｍｍである。カプラの最外径（導体２００３の径）は７９ｍｍであり、カプラの最内径（導体２０００の径）は５９ｍｍである。導体２０００及び導体２００１の幅はそれぞれ１．５ｍｍであり、導体２００２及び導体２００３の幅はそれぞれ１．０ｍｍである。導体２０００と導体２００１との間隔、及び導体２００２と導体２００３との間隔はそれぞれ１．５ｍｍであり、導体２００１と導体２００２との間隔は２．０ｍｍである。シールド導体２１００及びシールド導体２２００はそれぞれ、最外径が８０ｍｍであり、最内径が５７ｍｍである。シールド導体２２００のスリット幅は０．５ｍｍであり、スリットの径は６９ｍｍである。また、通信装置１０１が有する円形基板と通信装置１０２が有する円形基板との間隔は０．５ｍｍである。

図１９（ｃ）、図２０（ｃ）及び図２１（ｃ）は、通信装置１０１のカプラ部分と通信装置１０２のカプラ部分とを近接して対向させた場合における、対向するカプラ間の伝達特性についてのシミュレーション結果を示すグラフである。グラフの縦軸はゲインを示し、横軸は伝送される電気信号の周波数を示している。また、グラフにおける実線は送信カプラ１８０４と受信カプラ１８０６との間の伝達特性を示しており、点線は送信カプラ１８０４と受信カプラ１８０８との間の伝達特性を示している。すなわち、実線で示した対向するカプラ間の伝達特性のゲインと比較して、点線で示した隣接するカプラ間の伝達特性のゲインが小さい場合（ゲインの差が大きい場合）、カプラ間における電気信号の干渉の抑制度合が大きいことを意味する。

図１９はシールド導体を配置しない場合のシミュレーションのモデルと結果を示す。電気信号の周波数が１００ＭＨｚの場合に、対向するカプラ間の伝達特性（実線）は−１２．６ｄＢであるのに対して、隣接するカプラ間の伝達特性（点線）は―３３．４ｄＢであり、その差は２０．８ｄＢとなっている。

一方、図２０はシールド導体２１００をカプラに重ねて配置した場合のシミュレーションのモデルと結果を示す。電気信号の周波数が１００ＭＨｚである場合に、対向するカプラ間の伝達特性は−１５．３ｄＢであるのに対して、隣接するカプラ間の伝達特性は―４６．５ｄＢであり、その差は３１．２ｄＢとなっている。すなわち、シールド導体を用いない場合（図１９の場合）と比べて、１３．４ｄＢ分の干渉抑制効果が得られるという結果が示される。

また、図２１はスリットを有するシールド導体２２００をカプラに重ねて配置した場合のシミュレーションのモデルと結果を示す。電気信号の周波数が１００ＭＨｚである場合に、対向するカプラ間の伝達特性は−１５．３ｄＢであるのに対して、隣接するカプラ間の伝達特性は―４９．０ｄＢであり、その差は３３．７ｄＢとなっている。すなわち、スリットを有さないシールド導体２１００を用いる場合（図２０の場合）と比べて、さらに２．５ｄＢ分の干渉抑制効果が得られるという結果が示される。

以上説明したように、本実施形態に係る無線通信システム（システム１００、システム４００、システム５００及びシステム６００）は、第１アンテナと、第２アンテナとを有する。さらに無線通信システムは、第１アンテナとの間で電磁界結合による無線通信を行うための第３アンテナと、第２アンテナとの間で電磁界結合による無線通信を行うための第４アンテナとを有する。このような構成により、電磁界結合による通信を行う無線通信システムにおいて、より高速な通信を実現することができる。また、上述した各種の干渉抑制手法を用いて各アンテナを配置することで、第１アンテナから送信され第２アンテナにより受信される電気信号の強度が、第１アンテナから送信され第３アンテナにより受信される電気信号の強度よりも弱くなる。すなわち、第１アンテナと第２アンテナとの間における電気信号の干渉、及び第３アンテナと第４アンテナとの間における電気信号の干渉を抑制することができる。

なお、本実施形態では、送信カプラと受信カプラとの間でベースバンド方式に従って電気信号が送受信される場合について説明した。ベースバンド方式によれば、電気信号の変調や復調を必要としないため、回路規模を小さくし且つ低遅延で通信することができる。しかしながら、ベースバンド方式では、電気信号に変復調を行って通信する方式と比べて、近接する複数の組のアンテナで行われる通信の干渉が発生しやすいため、干渉を抑制する必要性が高い。そこで、本実施形態で説明したように電気信号の干渉を抑制する構成を適用することで、複数組のアンテナを同時に用いたベースバンド方式の通信を行うことができ、通信の高速化を実現できる。ただし、通信方式はこれに限らず、例えば送信カプラから受信カプラへ送信される搬送波を、送信回路により生成される電気信号により変調することで、搬送通信を行ってもよい。搬送通信を行う場合、１対の送受信カプラ間で伝送される搬送波の周波数と、別の１対の送受信カプラ間で伝送される搬送波の周波数とを異ならせることで、通信の干渉を抑制できる。

１００ 無線通信システム
１０１ 通信装置
１０２ 通信装置
１０４ 送信カプラ
１０６ 受信カプラ
１０８ 受信カプラ
１１０ 送信カプラ

Claims (20)

1. 第１アンテナと第２アンテナとを有する第１通信装置と、
   第３アンテナと第４アンテナとを有する第２通信装置と、
   前記第１アンテナと前記第３アンテナとの間での電界又は磁界の結合による無線通信を制御する第１通信制御手段と、
   前記第２アンテナと前記第４アンテナとの間での電界又は磁界の結合による無線通信を制御する第２通信制御手段とを有する無線通信システムであって、
   前記第１アンテナ、前記第２アンテナ、前記第３アンテナ及び前記第４アンテナは、前記第１通信制御手段による制御に応じて前記第１アンテナから送信され前記第２アンテナにより受信される電気信号の強度が、当該制御に応じて前記第１アンテナから送信され前記第３アンテナにより受信される電気信号の強度よりも弱くなる位置にあることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記第１アンテナ、前記第２アンテナ及び前記第３アンテナは、前記第１アンテナのうち前記第３アンテナと対向する部分の面積が前記第１アンテナのうち前記第２アンテナと対向する部分の面積よりも大きくなる位置にあり、
   前記第２アンテナ及び前記第３アンテナはそれぞれ前記第１アンテナよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第１アンテナ及び前記第２アンテナは第１板状部材の面上に位置し、
   前記第３アンテナ及び前記第４アンテナは、前記第１板状部材と対向する第２板状部材の面上に位置することを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記第１板状部材と前記第２板状部材との少なくとも一方を、前記第１板状部材の面及び前記第２板状部材の面に略平行な所定の動き方向に移動させる移動制御手段を有し、
   前記第２アンテナ及び前記第３アンテナはそれぞれ前記第１アンテナよりも前記動き方向における長さが短いことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
5. 前記第１板状部材と前記第２板状部材との少なくとも一方を、前記第１板状部材の面及び前記第２板状部材の面に略垂直な所定の軸周りに回転移動させる移動制御手段を有し、
   前記第１アンテナは前記所定の軸を中心とする略円形であり、
   前記第２アンテナ及び前記第３アンテナは所定の軸方向の視点において弧形であることを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
6. 所定の軸を中心軸とする第１円筒状部材と、前記円筒状部材と中心軸が略一致し直径が異なる第２円筒状部材との、少なくとも一方を前記所定の軸周りに回転移動させる移動制御手段を有し、
   前記第１アンテナ及び前記第２アンテナは前記第１円筒状部材の面上に位置し、
   前記第３アンテナ及び前記第４アンテナは前記第２円筒状部材の面上に位置し、
   前記第１アンテナは前記所定の軸を中心とする略円形であり、
   前記第２アンテナ及び前記第３アンテナは前記所定の軸方向の視点において弧形であることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
7. 前記第１アンテナは、第１部材の面上に位置し、
   前記第１アンテナ、前記第２アンテナ及び前記第３アンテナの位置関係は、前記第２アンテナが前記第１部材の前記面に対して前記第１アンテナとは逆側に位置し、前記第３アンテナが前記第１部材の前記面に対して前記第１アンテナと同じ側に位置する位置関係であることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
8. 前記第１部材は板状の部材であり、
   前記第２アンテナは前記第１部材における前記第１アンテナが位置する面とは逆側の面上に位置することを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
9. 前記第１部材を、前記第１部材の面に略平行な所定の動き方向に移動させる移動制御手段を有することを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
10. 前記第１部材を所定の軸周りに回転移動させる移動制御手段を有し、
    前記第１部材は前記所定の軸を中心軸とする円筒状の部材であり、
    前記第１アンテナと前記第２アンテナは前記第１部材の互いに逆側の面上に位置し、
    前記第３アンテナは、前記第１部材と中心軸が略一致し直径が異なる円筒状の第２部材の面上に位置することを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
11. 導体の部材を有し、
    前記第１アンテナ及び前記第２アンテナは、前記第１アンテナと前記第２アンテナとが位置する平面に略垂直な特定方向の視点において前記導体の部材が前記第１アンテナ及び前記第２アンテナと重なる位置にあることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
12. 前記第１アンテナ及び前記第２アンテナは第１板状部材の面上に位置し、
    前記第３アンテナ及び前記第４アンテナは、前記第１板状部材と対向する第２板状部材の面上に位置することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
13. 前記第１板状部材と前記第２板状部材との少なくとも一方を、前記第１板状部材の面及び前記第２板状部材の面に略平行な所定の動き方向に移動させる移動制御手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の無線通信システム。
14. 前記第１板状部材と前記第２板状部材との少なくとも一方を、前記第１板状部材の面及び前記第２板状部材の面に略垂直な所定の軸周りに回転移動させる移動制御手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の無線通信システム。
15. 前記導体の部材は、前記第１板状部材における前記第１アンテナ及び前記第２アンテナが位置する面とは逆側の面上に位置することを特徴とする請求項１２に記載の無線通信システム。
16. 前記導体の部材は、前記特定方向の視点における前記第１アンテナと前記第２アンテナとの間の位置にスリットを有することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
17. 前記第１アンテナと前記第２アンテナとの間に位置する電気的なグランドとなる導体の部材を有することを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の通信システム。
18. 前記第１アンテナと前記第３アンテナとの間の距離は、前記第１アンテナと前記第２アンテナとの間の距離よりも短いことを特徴とする請求項１乃至１７の何れか１項に記載の通信システム。
19. 前記第１通信制御手段は、前記第１アンテナと前記第３アンテナとの間でのベースバンド方式の差動伝送による無線通信を制御し、
    前記第２通信制御手段は、前記２アンテナと前記第４アンテナとの間でのベースバンド方式の差動伝送による無線通信を制御することを特徴とする請求項１乃至１８の何れか１項に記載の無線通信システム。
20. 前記第１通信装置と前記第２通信装置とが所定の位置関係を保つように、前記第１通信装置及び前記第２通信装置を支持する支持手段を有することを特徴とする請求項１乃至１９の何れか１項に記載の無線通信システム。

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