JP2022516225A

JP2022516225A - 省エネルギーのための電磁結合装置及びこれを含む無線通信システム

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Publication number: JP2022516225A
Application number: JP2021530293A
Authority: JP
Inventors: ギュバエ、ウン; ホンフール、ダエ; スーカン、チャン; ギュンパク、チュル
Original assignee: ゼットエヌテクノロジーズカンパニーリミテッド; ゼットエヌオーシャンカンパニーリミテッド
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2022-02-25
Also published as: KR20200064895A; CN113169453A; EP3890112A4; KR102209371B1; US20220115787A1; KR102209371B9; EP3890112A1

Abstract

【解決手段】電磁結合装置及びこれを含む無線通信システムが提供される。一実施形態は、インピーダンス成分を有するアンテナ部と、前記電磁結合装置を導体に付着するが、前記アンテナ部と前記導体との間に一定の間隔が形成されるよう前記電磁結合装置を前記導体に付着し、前記アンテナ部と前記導体との間にキャパシタンスが形成されるようにする付着部を含む。【選択図】図１

Description

以下の実施形態は、省エネルギーのための電磁結合装置及びこれを含む無線通信システムに関する。

一般的な通信アンテナは、鉄のような金属表面上に置かれたり接触すると、共振特性及び電磁気的な結合特性が低下する傾向がある。例えば、コンテナボックスや大型船舶などの金属によって遮蔽された環境で、内部に配置されているアンテナと外部に配置されているアンテナとの間の通信を設定することは、技術的に困難である実状である。

従って、金属遮蔽された環境を克服し、電磁波を自在に伝搬してデータ通信を行う装置及び方法に対する新しい研究が求められている。

韓国登録特許１０－１４７５４７６号

韓国登録特許１０－１４７５４７６号（登録日付２０１４年１２月１６日）は、船舶内の通信方法及びシステムを提示している。有線端末と無線端末を複合的に用いて船舶内に通信する方法に関する発明である。

一側面に係る電磁結合装置は、インダクタンス成分を有するアンテナ部と、前記電磁結合装置を導体に付着するが、前記アンテナ部と前記導体との間に一定の間隔が形成されるよう前記電磁結合装置を前記導体に付着し、前記アンテナ部と前記導体との間にキャパシタンスが形成されるようにする付着部とを含む。

前記導体に付着された周波数によるアンテナ部のインピーダンスＺをアンテナ部内部あるいは外部に形成させ、前記アンテナ部と前記導体に共振を形成することができる。ここで、Ｚ＝Ｒ＋ｊＸである。

前記共振を発生させることで、前記導体とアンテナが電磁気的に接合し、前記胴体はアンテナの一部として働くことができる。

前記アンテナ部は、伝導性物質から構成され、前記導体に面する少なくとも１つの開口部を含む第１レイヤと、伝導性物質から構成され、前記第１レイヤに隣接する第２レイヤと、導電物質から構成され、前記第１レイヤと前記第２レイヤとの間に設けられる第３レイヤとを含むことができる。

前記電磁結合装置は、前記アンテナ部と前記導体との間の様々な材質の金属や様々な条件における金属面によって変化するインピーダンスを調整し、前記アンテナ部と前記導体との間共振されるようにするインピーダンスマッチング回路をさらに含むことができる。

一実施形態に係る無線通信システムは、入力情報に基づいて送信情報を生成したり受信情報を処理する通信装置と、前記通信装置に接続される電磁結合装置とを含む。

前記電磁結合装置は、インダクタンス成分を有するアンテナ部と、前記電磁結合装置を導体に付着するが、前記アンテナ部と前記導体との間に一定の間隔が形成されるよう前記電磁結合装置を前記導体に付着し、前記アンテナ部と前記導体との間にキャパシタンスが形成されるようにする付着部とを含む。

前記アンテナ部と前記導体には共振が形成されることができる。

前記共振が発生されることで、前記導体とアンテナが電磁気的に結合して前記胴体はアンテナの一部として働くことができる。

前記アンテナ部は、伝導性物質から構成され、前記導体に面する少なくとも１つの開口部を含む第１レイヤと、伝導性物質から構成され、前記第１レイヤに隣接する第２レイヤと、導電物質から構成され、前記第１レイヤと前記第２レイヤとの間に設けられる第３レイヤとを含む。

前記電磁結合装置は、前記アンテナ部と前記導体との間の環境変化によるインピーダンスを調整するために、前記アンテナ部と前記導体との間共振されるようにするインピーダンスマッチング回路をさらに含むことができる。

実施形態は、金属面の減衰を克服するために金属面をアンテナの一部として利用することができ、利用された金属面のサイズに応じてアンテナの小型化を可能にし、複雑な金属構造物（例えば、船舶）でも円滑な無線通信を行うことができる。

また、実施形態は、複雑な金属構造物で無線通信を可能にすることで、従来における通信ケーブルのコスト低減及び設置の工事期間を短縮し、必要な付帯施設及び原材料の生産エネルギーの減少を可能にし、数トンに達する通信ケーブルの重さを減らすことができ、船舶運航に求められる燃料の使用量を減らすことができる。そのため、実施形態は、約２０年に及ぶ船舶運用期間の間に相当な省エネルギー及びそれによる大気汚染の減少により、親環境を達成することができる。

一実施形態に係る電磁結合装置を説明するための図である。一実施形態に係る電磁結合装置を説明するための図である。一実施形態に係る電磁結合装置内のアンテナ部を説明するための図である。一実施形態に係る電磁結合装置内のアンテナ部を説明するための図である。一実施形態に係る電磁結合装置内のアンテナ部を説明するための図である。一実施形態に係る無線通信システムを説明するための図である。一実施形態に係る無線通信システムが適用された一例を説明するための図である。

以下、添付の図面を参照して実施形態を詳細に説明する。

下記で説明する実施形態には多様な変更が加えられることができ、特許出願の権利範囲がこの実施形態により制限されたり限定されることはない。実施形態に対するすべての変更、均等物ないし代替物が権利範囲に含まれるものとして理解されなければならない。

本明細書で用いる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられるものであって、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを示すものであって、一つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。

異なるように定義さがれない限り、技術的であるか又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。

また、図面を参照して説明する際に、図面符号に拘わらず同じ構成要素は同じ参照符号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。実施形態の説明において関連する公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

図１～図２は、一実施形態に係る電磁結合装置を説明するための図である。

図１を参照すると、一実施形態に係る電磁結合装置１１０は、アンテナ部１１１及び付着部１１２を含む。

アンテナ部１１１はインピーダンス成分を有する。インピーダンス成分は、例えば、少量の抵抗成分とインダクタンス成分及び／又はキャパシタンス成分を含んでもよい。

付着部１１２は、電磁結合装置１１０を導体に付着する。一例として、付着部１１２は磁石を含んでもよく、磁石を介して電磁結合装置１１０を導体の表面に付着してもよい。

付着部１１２は、アンテナ部１１１と導体との間に一定の間隔が形成されるように電磁結合装置１１０を導体に付着することができる。一例として、アンテナ部１１１と導体（又は、導体の表面）が適切なキャパシタンス成分で結合されるようにアンテナ部１１１と導体との間に離隔し、電磁結合装置１１０が導体に付着されてもよい。そのため、アンテナ部１１１と導体に共振が形成されることができる。即ち、導体に付着された電磁結合装置１１０に関する周波数によるアンテナ部１１１のインピーダンスＺが、アンテナ部１１１の内部又は外部に形成され、アンテナ部１１１と導体に共振が形成されてもよい。ここで、Ｚ＝Ｒ＋ｊＸであり、Ｒは抵抗成分を示し、Ｘはリアクタンス成分を示す。

アンテナ部１１１と共振が形成された導体は、アンテナの一部として働くことができる。

一実施形態は、従来技術におけるアンテナが有している複雑な金属面の減衰を克服するために、金属面をアンテナの一部として利用することができ、利用された金属面のサイズに応じてアンテナの小型化を可能にし、複雑な金属構造物（例えば、船舶）でも円滑な無線通信を行うことができる。また、一実施形態は、複雑な金属構造物で無線通信を可能にすることで、従来における通信ケーブルのコスト低減及び設置工事の期間を短縮し、必要な付帯施設及び原材料の生産エネルギー減少を可能にすると共に、数トンに達する通信ケーブルの重さを減らすことができることから、船舶運航に求められる燃料使用を減らすことができる。そのため、一実施形態は、約２０年に及ぶ船舶運用期間中に相当な省エネルギー及びそれによる大気汚染の減少により親環境を達成することができる。

図２には、アンテナ部１１１と導体に関する等価回路図が示されている。

図２を参照すると、アンテナ部１１１は、導体表面と一定の間隔離れている。しかし、電磁結合装置１１０は導体表面に付着されている状態である。

電磁結合装置１１０が導体表面に付着されている状態で設計しようとする周波数（又は、動作周波数）において、キャパシタンス成分を有するまでアンテナ部１１１又は電磁結合装置１１０を小型化することができる。言い換えれば、アンテナ部１１１（又は、電磁結合装置１１０）のサイズは、金属面と一定の間隔をもって付着されている状態でキャパシタンスの成分が見えるまで小型化できる。相違に表現すると、アンテナ部１１１と金属表面との間にキャパシタンス成分が存在するまで、アンテナ部１１１（又は、電磁結合装置１１０）が小型化できる。

電磁結合装置１１０が金属表面に付着されている状態で小型化に調整されたキャパシタンスと共振するインダクタンス成分が、アンテナ部１１１に設計又は含まれてもよい。アンテナ部１１１は、インダクタンス成分を有することで金属面と電磁気的に結合でき、そのため、アンテナ部１１１と金属には共振が形成される。相違に表現すると、小型化されたアンテナ部１１１が金属面と共振結合されるようアンテナ部１１１にインダクタンス成分が加えられることができる。

実施形態において、電磁結合装置１１０は、インピーダンスマッチング回路を含む。

インピーダンスマッチング回路は、金属とアンテナ部１１１との間の環境変化によるキャパシタンス成分を調整できる。一例として、インピーダンスマッチング回路は、金属とアンテナ部１１１との間の距離及びペイント塗料の電気的特性によるインピーダンス変化を調整してもよい。

また、インピーダンスマッチング回路は、様々な材質の金属でも様々な条件における金属面による変化は、インピーダンスを自動に調整することができる。

図３～図５は、一実施形態に係る電磁結合装置内のアンテナ部を説明するための図である。

図３を参照すると、アンテナ部１１１は、様々なレイヤを含むことができる。一例として、アンテナ部１１１は開口面を含み、金属媒質に面する伝導性材質の第１レイヤ、第１レイヤの反対面に配置される伝導性材質の第２レイヤ、及び前記第１レイヤと前記第２レイヤとの間に含まれる誘電体材質の第３レイヤを含む。

図４を共に参照する。図４は、一実施形態に係るアンテナ部１１１の平面図である。例示的に、しかし限定されないように、前記第１レイヤ及び／又は第２レイヤは３×３配列を有する９個の開口部４１０を含んでもよい。しかし、開口面の個数は応用により、また、通信環境により相違に決定されてもよい。従って、第１レイヤと第２レイヤは、１つ又は複数の開口面を有してもよいが、場合に応じて、開口面を有しなくてもよい。開口面の形態は円形又は多角形であってもよく、そのサイズは、金属媒質に磁場がドミナントした電磁場を形成させ、十分なエネルギーが伝達されるように決定されてもよい。

第１レイヤ又は第２レイヤには、電気的特性の異なる更なるレイヤが第３レイヤの反対方向に加えられてもよい。一例として、第１レイヤの上層に他の誘電体層を加えて強い電磁場の形成を誘導することができる。更なる例として、不導体を第１レイヤの上層に加えて金属媒質との電気的な接続を防止することができる。

第１レイヤと第２レイヤの中間層である第３レイヤは、誘電体又は不導体から構成されてもよい。例示的に、しかし限定されないように、第３レイヤは、炭素繊維、アクリル、及びポリカーボネートのうち少なくとも１つの材質を含んでもよい。しかし、ペイント（塗料）、紙、高分子フィルム膜などの他の材質を含んでもよい。また、第３レイヤは、特性の異なる様々な層、複数の誘電体又は不導体を含んでもよい。２つ以上の誘電体層を有する例示的な構成が図５に示されている。図５は、他の一実施形態に係るアンテナ部１１１の側面図である。図５に示された実施形態では、銅のような伝導性レイヤ５１０，５３０，５５０の間に誘電体レイヤ５２０及び５４０が配置されてもよい。

再び図３を参照すると、送受信回路部３１０は、アンテナ部１１１で送受信される信号を意味のある信号に切り替える回路装置である。送受信回路部３１０は、送信のための回路と受信のための回路とに区分されてもよい。送受信回路部３１０は、アンテナ部１１１に十分なパワーを供給するための電力供給回路を含んでもよく、そのためにバッテリを含んでもよい。送受信回路部３１０は、一般的な無線通信の送信システムの構造と類似しているが、アンテナ部１１１が十分な電力を電磁気的に結合するための回路が追加的に必要であってもよい。一例として、送受信回路部３１０は、パワーアンプ（Ｐｏｗｅｒａｍｐ．）、ＡＧＣ（ａｕｔｏｍａｔｉｃｇａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などを含んでもよい。

送受信回路部３１０は、後述する通信装置内に実現されるが、これに制限されることはない。

図６は、一実形態に係る無線通信システムを説明するための図である。

図６を参照すると、一実施形態に係る無線通信システム６１０は、通信装置６１１及び電磁結合装置１１０を含む。

通信装置６１１は、入力情報に基づいて送信情報を生成したり、受信情報を処理する。通信装置６１１は移動性を有してもよい。一例として、通信装置６１１は、無線機又は移動型インターホンであってもよいが、これに制限されることはない。具現に応じて通信装置６１１は固定型であってもよい。

電磁結合装置１１０は、通信装置６１１に接続される。そのため、通信装置６１１によって生成された送信情報は電磁結合装置１１０に伝達され、電磁結合装置１１０は、該当の送信情報を、導体を介して他の電磁結合装置又は他の無線通信システムに送信することがでいる。また、電磁結合装置１１０によって受信された受信情報は通信装置６１１に伝達され、通信装置６１１は、該当の受信情報を処理して出力することができる。一例として、通信装置６１１は、音声信号を出力してもよい。

電磁結合装置１１０内のアンテナ部１１１は、導体と共振を形成することができ、該当導体はアンテナの一部として働くことができる。

図７は、一実施形態に係る無線通信システムが適用された一例を説明するための図である。

図７を参照すると、一実施形態に係る無線通信システム６１０は、船舶７００に適用されてもよい。

図７において、船舶７００の数層の様々な空間に複数の電磁結合装置７１１，７１２，７１３，７２１が付着され、第１通信装置７１０は電磁結合装置７１１に接続されており、第２通信装置７２０は電磁結合装置７２１に接続されている。

一実施形態において、通信装置７１０，７２０を使用する場合、電磁結合装置７１１から電磁結合装置７２１まで金属に接続されたり、金属に接続されなくても通信可能である。従って、電磁結合装置７１１から電磁結合装置７２１まで鉄製の隔壁に連結されているため、別途の有線接続なしに通信可能である。即ち、通信装置７１０と通信装置７２０との間に通信することができる。

勿論、他の位置の電磁結合装置７１２，７１３から電磁結合装置７２１まで鉄製の隔壁に連結されているため、別途の有線接続なしに通信を行うことができることから、通信装置７１０が移動した位置においても通信装置７２０との通信が可能である。図７に示された例として、通信装置７１０は、電磁結合装置７１２又は電磁結合装置７１３に付着されても、電磁結合装置７２１と付着した通信装置７２０と通信することができる。

前記の例示において、特定の位置に電磁結合装置を付着したが、これに限定されることなく、金属体が接続されたり、または金属に接続されなくても船舶７００に付着されている通信装置７１０，７２０間の無線通信が可能である。従って、特定位置に固定されているものではなく、無線機のような無線通信装置を携帯しながら、必要に応じて、電磁結合装置に付着して使用することもできる。一例として、鉄製の隔壁内で作業者（又は、ユーザ）の無線機は信号を電磁結合装置１１０に送信する。電磁結合装置１１０が信号を受信すれば、電磁結合装置１１０内のアンテナ部１１１と共振を形成している鉄製の隔壁が、送信アンテナの一部分として働き、無線機の信号を鉄製の隔壁を介して他の無線通信システムに送信又は伝搬することができる。また、鉄製の隔壁は受信アンテナの一部分として働き、他の無線通信システムから信号を受信することができ、電磁結合装置１１０は、この信号を鉄製の隔壁内の無線機に送信することができる。

以上で前述した装置は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組み合せで具現される。例えば、本実施形態で説明した装置及び構成要素は、例えば、プロセッサ、コントローラ、ＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｌｏｇｉｃｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ、ＦＰＡ（ｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅａｒｒａｙ）、ＰＬＵ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサー、又は命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を実行して応答する異なる装置のように、１つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的コンピュータを用いて具現される。処理装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）及び前記オペレーティングシステム上で行われる１つ以上のソフトウェアアプリケーションを行うことができる。また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答てデータをアクセス、格納、操作、処理及び生成することもできる。理解の利便のために、処理装置は、１つが使用されるものと説明される場合もあるが、当該技術分野において通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔ）及び又は複数のタイプの処理要素を含んでいることが分かる。例えば、処理装置は、複数のプロセッサ又は一のプロセッサ及び一つのコントローラを含んでもよい。また、並列プロセッサのような、他の処理構成も可能である。

ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令、又はそのうちの一つ以上の組合せを含み、希望の通りに動作するよう処理装置を構成したり、独立的又は結合的に処理装置を命令することができる。ソフトウェア及び／又はデータは、処理装置によって解釈されたり処理装置に命令又はデータを提供するために、いずれかの類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、又は送信される信号波に永久的又は一時的に具体化することができる。ソフトウェアはネットワークに連結されたコンピュータシステム上に分散され、分散した方法で格納されたり実行され得る。ソフトウェア及びデータは一つ以上のコンピュータで読出し可能な記録媒体に格納され得る。

本実施形態による方法は、様々なコンピュータ手段を介して実施されるプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合せて含む。記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計して構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例として、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気－光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置を含む。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。ハードウェア装置は、本発明に示す動作を実行するために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成してもよく、その逆も同様である。

上述したように実施形態をたとえ限定された図面によって説明したが、当技術分野で通常の知識を有する者であれば、上記の説明に基づいて様々な技術的な修正及び変形を適用することができる。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順で実行されるし、及び／又は説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組み合わせられてもよいし、他の構成要素又は均等物によって置き換え又は置換されたとしても適切な結果を達成することができる。

したがって、他の具現、他の実施形態及び請求範囲と均等なものなども後述する請求範囲の範囲に属する。

Claims

電磁結合装置であって、
インダクタンス成分を有するアンテナ部と、
前記電磁結合装置を導体に付着するが、前記アンテナ部と前記導体との間に一定の間隔が形成されるよう前記電磁結合装置を前記導体に付着し、前記アンテナ部と前記導体との間にキャパシタンスが形成されるようにする付着部と、
を含む、電磁結合装置。
前記アンテナ部と前記導体には共振が発生する、請求項１に記載の電磁結合装置。
前記共振が発生することで前記導体はアンテナの一部として働く、請求項２に記載の電磁結合装置。
前記アンテナ部は、
伝導性物質から構成され、前記導体に面する少なくとも１つの開口部を含む第１レイヤと、
伝導性物質から構成され、前記第１レイヤに隣接する第２レイヤと、
導電物質から構成され、前記第１レイヤと前記第２レイヤとの間に設けられる第３レイヤと、
を含む、請求項１に記載の電磁結合装置。
前記電磁結合装置は、前記アンテナ部と前記導体との間の様々な材質の金属や様々な条件における金属面によって変化するインピーダンスを調整し、前記アンテナ部と前記導体との間共振されるようにするインピーダンスマッチング回路をさらに含む、請求項１に記載の電磁結合装置。
無線通信システムであって、
入力情報に基づいて送信情報を生成したり受信情報を処理する通信装置と、
前記通信装置に接続される電磁結合装置と、
を含み、
前記電磁結合装置は、
インダクタンス成分を有するアンテナ部と、
前記電磁結合装置を導体に付着するが、前記アンテナ部と前記導体との間に一定の間隔が形成されるよう前記電磁結合装置を前記導体に付着し、前記アンテナ部と前記導体との間にキャパシタンスが形成されるようにする付着部と、
を含む、無線通信システム。
前記アンテナ部と前記導体には共振が発生する、請求項６に記載の無線通信システム。
前記共振が発生することで前記導体はアンテナの一部として働く、請求項７に記載の無線通信システム。
前記アンテナ部は、
伝導性物質から構成され、前記導体に面する少なくとも１つの開口部を含む第１レイヤと、
伝導性物質から構成され、前記第１レイヤに隣接する第２レイヤと、
導電物質から構成され、前記第１レイヤと前記第２レイヤとの間に設けられる第３レイヤと、
を含む、請求項６に記載の無線通信システム。
前記電磁結合装置は、前記アンテナ部と前記導体との間の様々な材質の金属や様々な条件における金属面によって変化するインピーダンスを調整し、前記アンテナ部と前記導体との間共振されるようにするインピーダンスマッチング回路をさらに含む、請求項６に記載の無線通信システム。