JP4680924B2 - 通信装置および通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置および通信方法に関し、１つまたは複数の移動可能なデバイスとの通信、またはそのようなデバイス間の通信に特に関連するが、これに限られないものである。

伝送線に対して移動可能なデバイスとの当該伝送線を介しての高帯域幅の通信が要求される多くのアプリケーションが存在する。

一例として、イメージング装置が、病院内の様々な場所において、大量のデータの送信または受信を行う必要がある病院などの環境における通信ネットワークがある。この装置と伝送線との間を物理的に適切に接続させるのが困難な場合がある。使用に際して前記装置を様々な物理的な場所に移動する必要がある場合、いっそう問題となる。

別の例として、誘導電力分配／誘導電力伝送ＨＩＤ／ＩＰＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ／Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）などの導電路から給電されたピックアップ装置との通信がある。ＨＩＤ／ＩＰＴシステムは、多くの実用的なアプリケーションにおいて非常に一般的である。ＨＩＤ／ＩＰＴシステムは、物理的に接触させることなく電力を伝送し、したがって、水、酸、ほこり、汚れなどの環境上の危険要因に対する耐性があるので、非常に厳しい環境で稼動させることができる。さらに、ＨＩＤ／ＩＰＴシステム自体は、有害な残留物を全く生じさせない。

その結果、ＨＩＤ／ＩＰＴシステムは、当該システムが工場で稼動された場合、高い信頼性と、ペイントおよびフュームに対する耐性とをもたらすことができる。また、ＨＩＤ／ＩＰＴは、清浄度のレベルが非常に高く、ＨＩＤ／ＩＰＴシステムが適用可能なクリーン・ルーム内で動作することも可能である。

ＨＩＤ／ＩＰＴシステムによって給電されるデバイスと通信可能であることは、ますます重要になってきている。ＨＩＤ／ＩＰＴシステムは、通常、実行すべきタスクを有するデバイスに電力を伝送し、例えば、当該デバイスは、自動化されたプロセスを実行し、あるいは所定の場所に移動することが要求される台車であることが可能である。デバイスが実行すべきタスクは、デバイス間、および／または各デバイスとシステム制御モジュールとの間で通信手段を備えることにより、より高い度合いで自動化され、さらに効率化を図ることが可能となる。

ＨＩＤ／ＩＰＴシステムのための通信システムは、ＨＩＤ／ＩＰＴシステムと同一の利点を共有していなければならない。すなわち、物理的に接触することなく情報を転送しなければならず、厳しい環境に対して耐性があり、かつ、通信システム自体、残留物、または電磁干渉を全く生じさせてはならない。

ＨＩＤ／ＩＰＴシステムは、空中、または水中、またはコンクリートの中にさえ１次導電パスまたは導電トラックの電力ケーブルが布設されうる様々な環境で動作する。これらの特殊な環境では、１つの特定のタイプの通信システムが、網羅的に適用可能であることはまずない。

米国特許第６００５４７５号において、ＨＩＤ／ＩＰＴトラックが、同時に２つの周波数に同調される通信システムが開示されている。このシステムは、電力が存在する場所ではどこでも、通信信号も存在するので、（別途導線が全く必要ないので）安価であり、応用性に富むという利点を有する。しかし、電力周波数と通信周波数の両方に同時に同調されたピックアップを使用して利用可能な帯域幅が限られているので、この技術の応用性の範囲は限定される。実際上、５０ｋＨｚ未満の帯域幅が期待される。この方法は、すべてのＨＩＤ／ＩＰＴ媒体、例えば、木材、コンクリート、水、および空気で実施可能であるという利点を有する。しかし、多くの場合、この方法の帯域幅は、全く小さ過ぎる。

より広い帯域幅の通信システムは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａまたはＩＥＥＥ８０２．１１ｂなどの規格に準拠して、マイクロ波を使用するが、それらの帯域は混線が生じてしまい、マイクロ波は、ＨＩＤ／ＩＰＴシステムの多くの潜在的なユーザには受け入れられていない。また、工場環境では、マイクロ波は、シャドーイングを受ける可能性もある。このことは、不要なクラッタに加えられる余分のダイバーシチを導入しなければならないことを意味する。また、広帯域システムは、漏洩性のある給電路を使用することもできる。漏洩性のある給電路は、基本的に、分散配置されたアンテナであり、広く放射して、広い帯域幅が必要とされる場合に、放出基準に準拠することを困難にする。また、漏洩性のある給電路は、非常に費用もかかる。他の通信システムは、ＨＩＤ／ＩＰＴケーブルを使用して、無線信号も伝搬させ、それらの信号を受信するようにトラックの回りにアンテナを分散させることにより、節約する。それらのシステムは、有効であるが、電力線は、良好なＲＦ導体ではないので、放射が漏洩性となり、その結果、限られた帯域幅および範囲を有する。

国際出願ＷＯ０３００５３８０において開示されている別のシステムでは、データ・ケーブルが、ＨＩＤ／ＩＰＴシステムの１次電力ケーブルと並べて布設される。データ・ケーブルの導線は、データ・ケーブルと電力ケーブルの間の結合を最小限に抑え、したがって、「クロストーク」を抑えるような形で構成される。データ・ケーブルにおける情報信号の周波数は、通常、１メガヘルツ未満であり、その伝送速度は、毎秒約１０ないし１５０キロビットである。このシステムは、データ・ケーブルと電力ケーブルとの間に非常に特殊な幾何学的な関係を要求する。
米国特許第６００５４７５号明細書 国際公開第０３／００５３８０号パンフレット

本発明の目的は、公知の通信システムの１つまたは複数の欠点を克服または改善する通信装置または通信方法を提供することにある。あるいは、本発明の目的は、少なくとも、役立つ代替装置および方法を人々に提供することにある。

したがって、一態様では、本発明は、
通信信号を伝送可能な通信路と、
ＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を受信し、または生成するのに適した通信デバイスと、
当該通信デバイスと関連付けられたニアフィールド・アンテナとを含み、
当該ニアフィールド・アンテナは前記通信デバイスへの、または前記通信デバイスからのＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を前記通信路に結合するだけ十分に前記通信路の近くに設けられてなる通信装置からなる。

前記ニアフィールド・アンテナは、好ましくは、当該アンテナからの電磁放射を制限するのに適したものとされる。

好ましい実施形態では、前記ニアフィールド・アンテナは、インダクタンスを含み、容量素子も使用することが可能である。

前記ニアフィールド・アンテナは、部分巻き、１回巻き、または複数回巻きの導電材料を含むことができる。この導電材料は、非導電性の平面基板上に設けられた薄い金属トラックとすることができる。

好ましい実施形態では、前記導電材料は、横方向の寸法が約５〜１５ｍｍであり、縦方向の寸法が約２０〜６０ｍｍである１回巻き、または複数回巻きからなる。

電磁放射を制限するために、シールド手段を設けることができる。このシールド手段は、好ましくは、スクリーンを含み、該スクリーンは、結合手段の１側面に設けられ、前記通信路は結合手段の反対の側面に設けられる。

前記スクリーンは、低い透磁率を有する導電材料で構築することができ、前記平面基板において金属トラックが設けられる面と反対の面に設けることができる。

前記通信路は、最も好ましくは、２つの平行な導線を有するケーブルの形態の伝送線からなる。これらの導線は、絶縁ウェブによって分離した状態とされていてもよい。

前記通信デバイスは、好ましくは、前記通信路に沿って移動可能であり、ニアフィールド・アンテナは、前記通信デバイスとともに前記通信路に対して移動し、前記通信デバイスが、通信路前記通信路からの、または前記通信路へのＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を受信し、または生成することができる。

第２の態様では、本発明は、
電源によって給電されるのに適した電力供給路であって、これに関連して電磁界を供給する電力供給路と、
前記電力供給路に組み合わされ、前記電磁界から電気エネルギーを受け取って、負荷を供給するのに適した１つまたは複数の移動可能なピックアップ装置と、
通信信号を伝送することができる通信路と、
前記１つまたは複数のピックアップのそれぞれに設けられ、ＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を受信し、または生成するのに適した通信デバイスと、
前記通信デバイスに組み合わされる結合手段とからなり、
前記結合手段は、前記通信デバイスへの、または該デバイスからのＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を前記通信路に結合するのに十分に前記通信路に近接して設けられ、それによって前記１つまたは複数のピックアップが相互に、またはさらに別のデバイスと通信できるようにしたＨＩＤ／ＩＰＴシステムからなる。

このさらに別のデバイスは、制御システムとインタフェースを介して接続することができ、前記通信路に直接に接続することもできる。

前記結合手段は、好ましくは、ニアフィールド・アンテナを含む。

第３の態様では、本発明は、
通信信号を伝送可能な通信路を提供するステップと、
当該通信路に近接して設けられたニアフィールド・アンテナを含む通信デバイスを提供するステップと、
ａ）前記通信路にＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を与え、前記ニアフィールド・アンテナを使用して、その信号を前記通信デバイスに供給するステップ、あるいは、
ｂ）前記通信デバイスを使用して、ＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を生成し、前記ニアフィールド・アンテナを使用して、その信号を前記通信路に供給するステップのいずれかと、
を含む通信方法からなる。

第４の態様では、本発明は、非導電性の材料からなる薄い平面基板と、伝送線に誘導結合または容量結合するのに適した基板の１側面上の導電トラックと、前記基板の他方の面に設けられたスクリーンとを含むニアフィールド・アンテナからなる。

すべての新規な態様において考慮されるべき本発明のさらなる態様は、本発明の少なくとも１つの実施例を示す以下の説明によって当業者には明白となろう。

本発明の応用の１つまたは複数の実施例を、添付の図面に関連して以下に説明する。
図１は、公知のＨＩＤ／ＩＰＴシステムを示す図である。
図２は、本発明による通信システムを示す図である。
図３は、本発明による通信システムの別の実施形態を示す図である。
図４は、ニアフィールド・アンテナの概略図である。
図５は、本発明に従って使用されるケーブルの部分立面図である。
図６は、図５のケーブル終端部の立面図である。
図７は、図５および図６のケーブルに関して使用中の図４のインダクタの立面図である。
図８は、図７に示された構成の終端部の立面図である。
図９は、ＨＩＤ／ＩＰＴアプリケーションの実施例における電力導線に対する通信路およびアンテナの向きを示す終端部の立断面図である。
図１０は、ＨＩＤ／ＩＰＴアプリケーションにおける通信路およびニアフィールド・アンテナの代替の構成の終端部立断面図である。
図１１は、図１０のニアフィールド・アンテナを下から見た平面図である。
図１２は、構成をより詳細に示す、図１０のニアフィールド・アンテナおよび通信路の部分図である。
図１３は、図１０ないし図１２に関連して示され、説明されるニアフィールド・アンテナと、３００オームのリボンを含む通信路の間における挿入損失対距離のグラフである。
図１４は、平行な導体伝送線の近くの容量性ニアフィールド・アンテナを示す終端部立断面図である。
図１５は、図１４に示されたニアフィールド・アンテナの部分平面図である。

本発明の実施例を、ＨＩＤ／ＩＰＴシステムにおける使用について以下に説明するが、本発明は、他の多くのアプリケーションのための通信システムに適用可能である。

図１には、公知のＨＩＤ／ＩＰＴシステムが示されている。このようなシステムは、米国特許第５２９３３０８号に記載されており、その内容は、そのまま引用することで本明細書に含まれている。このシステムは、電源２によって給電される導電路１を含む。当該導電路１は、補償キャパシタ３を含むことが可能である。デバイス４は、当該導電路に選択的に結合されることによって当該導電路１から電力が供給される。このため、デバイス４は、同調された電力ピックアップ回路５、整流ブリッジ６、ならびに米国特許第５２９３３０８号に記載されている制御コンポーネント群を有しており、負荷によって要求される電力を供給する。給電される負荷は、システムのアプリケーションで異なり、例えば、照明であったり、電気モーターであったりしてもよい。多くのアプリケーションでは、導電路１は、レールまたはトラックに沿って設けられ、そのレールまたはトラックの上に台車などのボディが設置され、負荷は、トラックに沿って台車を動かす電気モーターからなる。

前記のとおり、デバイス４との通信、またはデバイス４間の通信が、そのようなシステムの動作および効率にとって重要である。例えば、台車が、製造プロセス区域において物品を移動させるのに使用される場合、各台車がどこに存在するかを知って衝突を回避し、あるいは製造プロセスを正しく同調させることが重要である。各台車にその位置を報告させ、または一定のタスクを実行させるのに、通信を用いることができる。

本発明は、デバイス間の通信を可能にするのにＩＰＴのコンセプトを適用可能な通信システムを提供する。図２には、通信路１０を有する通信システムの実施例が示されている。特徴的には、好適な通信路は、原則として、エネルギーを放射しない伝送線である。好ましくは、この通信路は、特性インピーダンスによって終端処理を行い、定在波の発生を回避する。通信デバイス１２は、通信路１０へ、または通信路１０から、電気エネルギーの形態で、ＶＨＦ信号および／またはＵＨＦ信号の送信または受信（またはその両方）を行うことができる。本明細書の目的のためには、ＶＨＦ帯域は３０〜３００ＭＨｚであり、ＵＨＦ帯域は３００〜３０００ＭＨｚとされる。デバイス１２は、ニアフィールド・アンテナ１１を含むか、またはアンテナ１１と組み合わされる。平行な導線からなる伝送線は電磁放射しまたはそれを受けないので、通信路内を伝搬する通信信号は、原則として無関係な電磁放射によって妨害されることがない。このため、この通信路は、不要な雑音に対して耐性がある。しかし、ニアフィールド・アンテナ１１を使用することで、近距離場妨害が通信路に結合され、または当該通信路から切り離される可能性がある。近距離場妨害は、基本的に、通信路の２つの配線に異なる形で影響を与える相互インダクタンスまたはキャパシタンスである。図２では、ニアフィールド・アンテナ１１は、基本的に、相互インダクタンスＭによって通信路１０に結合されたインダクタンスＬを有するインダクタである。本明細書では、「ニアフィールド・アンテナ」とは、非常に近距離場において、好ましくは、波長のおよそ１／６、つまり、１ラジアンの位相変位の範囲内で機能するように設計されたアンテナを指す。

図２では、通信信号送信機および／または受信機１４（この実施例では、５０オームのデバイス）が、整合トランス１６を介して、３００オームの特性インピーダンス（３００オームのテレビ・リボンなど）を有する伝送線を含む通信路１０に直接結合されている。この通信路は、本実施例では、３００オームの抵抗器１８からなる特性インピーダンスによって終端処理されている。通信ユニット１４は、コントローラとインタフェースを介して接続され、通信ユニット１２と組み合わされたデバイスに命令を通信することができる。

別の構成例（同様の特徴を示すのに同様の符号を使用している）が、図３に示されている。この実施例における通信路１０は、当該通信路１０を構成するケーブルの特性インピーダンスに相当する抵抗器１８によってその両端が終端処理されており、２つの通信ユニットが、このパスに結合され、当該パスにより、通信信号がユニット１２の間で送信され、および／または受信されることを可能にしている。

前述した３００オームのリボン・ケーブルなどの従来の２ワイヤ伝送線は、長距離、例えば１００メートル程度にわたり、非常にわずかな信号損失でＶＨＦ信号およびＵＨＦ信号を伝搬するのに有効である。そのようなリボンは、ＨＩＤ／ＩＰＴトラックに類似した外見を呈しており、ニアフィールド・アンテナ１１を使用することで、３００オームのリボンに信号を挿入し、または信号を取り出すことができることが明らかとなっている。このニアフィールド・アンテナ１１は、好ましい形態では、インダクタンスＬをパス１０に結合する小さい相互インダクタンスである。しかし、事実上、主に容量性である（つまり、磁界ではなく、電場を主に生じさせることによって機能する）ニアフィールド・アンテナを、その代わりに使用することもできる（図１４および図１５参照）。相互に結合されたニアフィールド・アンテナは、物理的に小型に設計され、したがって、アンテナ自体は放射しない。実際には、この条件は容易に満たされており、このニアフィールド・アンテナの実装について以下にさらに説明する。そのように形成された相互インダクタンスは小さく、１０ｎＨのオーダーである。しかし、それらの周波数（好ましい実施形態では、例えば３２０ＭＨｚ）では、ラジアン周波数（２πｆ）が高く（２×１０^９のオーダー）、そのため、得られるωＭは、極めて妥当な値（この実施例では、２０オーム）となる。

ニアフィールド・アンテナを有する３００オームのリボンのＨＩＤ／ＩＰＴシステムは、１０〜２０ｋＨｚのＨＩＤ／ＩＰＴシステムと非常に類似した挙動を示すことが分かっている。しかし、重要な違いも存在する。両方のシステムにおいて、電力は、ケーブルの一端で供給され、トラックに沿って配置され、またはトラックに沿って移動するピックアップによって取り出すことができる。従来のトラックは、その終端を短絡し、（長い）トラックに沿って一定の間隔で補償キャパシタを配置することで、駆動電圧が高くなり過ぎるのを防止しなければならない。この３００オームのリボン・ケーブルは、その特性インピーダンスによって終端処理され、そのため、補償キャパシタをまったく必要としない。従来のＨＩＤ／ＩＰＴシステムをその特性インピーダンスによって終端処理するのは、電力損失が高くなり過ぎるので、実際的ではない。例えば、８０Ａのトラック電流および１８０オームの特性インピーダンスを有するトラックの場合、終端抵抗器における損失は１．１５ＭＷであり、動作電圧は１４．４ｋＶである。以上の違いを別にすれば、この２つのシステムは、ほとんど一致した挙動を示すことが分かっている。前記３００オームのリボン・ケーブルとともに使用される通信ユニット１２およびそのアンテナ１１は、非常に単純なＡＣ（ＲＦ）デバイスであり、完全に可逆的である。このニアフィールド・アンテナは、磁束を引き寄せるのではなく、はね返すように設計されており、当該アンテナは同調の必要がなく、トラックにほとんど負荷をかけないので、通信路から切離す必要がない。ニアフィールド・アンテナの可逆性は、１つの利点である。

通信システムの一実施形態を、図４ないし図９を参照して以下に説明する。これらの図において、３００オームのリボン・ケーブルとともに使用されるアンテナは、好ましくは、図４に示された長方形の形状を有する小さい１回巻きのインダクタである（ただし、部分巻き、または複数回の巻きなどの他の物理的構成を使用してもよいことは当業者には認識されよう）。この図では、長方形形状の縦方向の側部２０は、例えば、２０〜６０ｍｍ（好ましくは、４０ｍｍ）とすることができ、横方向の（より短い）側部２２は、例えば、５〜１５ｍｍ（好ましくは、３００オームのリボンの幅に合うように８ｍｍ）とすることができる。インダクタは、元の基板の導電面の大半が、エッチングされて除かれて、全体的に長方形の導電ストリップが残るように、プリント回路基板（ＰＣＢ）を用いて形成できる。そのように形成されたインダクタは、例えば、同軸ケーブル２４によって通信デバイス１２に接続される。

図５および図６では、絶縁ウェブ３４によって分離され、約８ｍｍ離間された２つの導線３２を備え、包括的に３０で示されるリボン・ケーブルの一部分が示されている。

図７および図８では、リボン・ケーブルに対するアンテナ１１の代表的な配置が示されている。インダクタＬの側部２０が、リボンの導線３２の１つと平行に、かつ非常に近接して（例えば、５〜１０ｍｍの範囲内に）設けられる。アンテナ１１とリボンとは、本実施例では、同一平面上に配置されるのが好ましい。このアンテナの自己インダクタンスは約４０ｎＨであり、導電路に対する相互インダクタンスは約１０ｎＨである。アンテナ・パス１０が、実際にこのアンテナの近距離場に存在する場合、単純な回路理論を用いてそのパス１０の特性を計算することができる。前記で与えられる寸法を備え、両端を３００オームで終端処理した３００オームのリボンからなるパスでは、５０オームの電源によって駆動される１つのアンテナから別のアンテナまでの損失の計算値は４９．５ｄＢであり、同一の状況における損失の測定値は５１ｄＢである。同様に、リボンが、５０オームの電源に３００オームを整合させる整合トランスで駆動される場合、発電機からアンテナまでの計算される損失の計算値は、その測定値３１ｄＢに対して、２８ｄＢである。ピックアップから発電機までの反対方向の伝送については、これらの数値は、やはり、２８ｄＢおよび３１ｄＢである。

図９では、ＩＰＴシステム設備のレール・アセンブリー４０の断面図が示されている。レールは、電力ピックアップ・コア４４の通過を可能にするように構成されたトラック、つまり、１次電力導線４２を支持する。通信導線１０（リボン３０からなる）が、レール・アセンブリー上に設けられており、必要な場合、アンテナはコアとともに移動するように、当該コアからのアーム４６によって支持されリボンに非常に近接している。

ＨＩＤ／ＩＰＴシステムでは、搭載されたアンテナの効果は、インピーダンスを反射してトラックに戻すことである。このため、３ｋＷの負荷は、０．４６９オームの抵抗を反射してトラックに戻し、（損失を全く想定しない場合、）トラックの中の８０Ａで、３ｋＷを生じさせる。同様に、３００オームのリボンにも、内部に誘導により、約０．７オームの反射されたインピーダンスが生じる。これは、特性インピーダンスと比べて小さく、リボンにおける信号の伝搬にほとんど影響を与えない。リボンでは、当該リボンへのアンテナの送信電力にも、後方反射されるインピーダンス（やはり、０．７オーム）が生じる。後方反射されるインピーダンスは小さく、不整合ではあるものの、アンテナまたはリボンの性能にほとんど影響を与えない。

図１０ないし図１２では、別の実施形態が説明されている。図１０ないし図１２では、先行する図の諸特徴と同一または同様の諸特徴点には、同一の符号を付している。

図１０では、ＩＰＴシステム設備における別のレール・アセンブリー５０の上に設けられたリボン３０が示されている。簡明にするため、１次電力導線を図示していないが、（例えば、「Ｉ」ビームを含むことが可能な）構造体５２から支えられている。アンテナ１１は、リボン３０の平面に実質的に平行であるが、その平面の上方に配置されている。

図１１では、ニアフィールド・アンテナ１１の１つの側部がより詳細に示されている。前記のとおり、このニアフィールド・アンテナは、多くの異なる形態で構成することができるが、好ましくは、ＰＣＢをエッチングすることにより形成し、トラック５４を設けている。本実施例では、このトラック５４として、２回巻きのインダクタを形成している。両面プリント回路基板を用い、その一方の面に約１ｍｍ離して２回巻きの幅狭（好ましくは１ｍｍ）の銅トラックを作製し、他方の面に銅スクリーン５６（図１１では図示していないが、図１２に図示している）を設けることで、ニアフィールド・アンテナを形成することができるとの知見を得た。このスクリーン５６は、低い透磁率を有するので、磁束の通過を抑制し、したがって、フェライト、または同様の高透磁率材料を使用して磁束を引き寄せようとするＨＩＤ／ＩＰＴシステム電力伝送ユニットとしてではなく、「磁束フライトナ（ｆｒｉｇｈｔｅｎｅｒ）」として作用する。これらが厚さ１．６ｍｍ（ループと、ループの背後のスクリーンの間を１．６ｍｍとした）の両面ＰＣＢ積層板の上に作成され、また２つの片面積層板の上に作成され、これらの積層板がともに接着されて、３．２ｍｍの厚さのアンテナが得られた。アンテナをより厚くすることで、３００オームのリボンとアンテナの間でより大きな間隔を保つことができる。リボンから、アンテナが取り付けられている構造体（通常、アルミニウム）までの距離は、１．６ｍｍの厚さのアンテナでは１．６ｍｍが好ましいが、より厚みのあるアンテナでは、より大きい間隔３〜５ｍｍとすることが好ましい。本実施例では、縦方向の寸法２０は、４０ｍｍであり、横方向の寸法２２は８ｍｍである。５０オームの同軸ケーブルの中心導体を１つの端子５８に、アース・スクリーンを他方の端子６０に直接接続した。整合ネットワークを全く不要であることが明らかである。また、アンテナを３０ｍｍ長（すなわち、縦方向の寸法２０において３０ｍｍ）とした。これらのアンテナは、わずかに感度が劣る（−２ｄＢないし−３ｄＢ）。その長さと幅（すなわち、それぞれ縦方向の寸法と横方向の寸法）は、必要に応じて変更できる。より幅の広いリボンに関して、平行な導線間のより大きい間隔に対処するように、またはアンテナとリボンとの間のより大きい間隔を可能にするように（より大きい幅は、磁束が、リボンに向かってさらに広がるのを可能にする可能性があるので）、より大きい幅が望ましい可能性がある。長さが大きくなれば利得は高くなるが、放射を防止するために、リボンがコーナーを回って曲げられた位置における通信に対して、長さを比較的小さく（縦方向の寸法＜＜波長）保つ必要がある。

ＰＣＢ積層板は、好ましくは、放射を防止するため、ループから全方向に約２０ｍｍ広くしておく。このため、スクリーン５６は、トラック５４の寸法を超えて広げられている。そうすることができないケースでは、積層板を、必要とされる箇所でより詰めてトリミングすることができることが分かっている。余分のスクリーニングは、無用な放射を抑制するのに役立つ。結果は、通常の３２０ＭＨｚの動作周波数において、ほとんど放射を有さないニアフィールド・アンテナである。さらに、バランスがとれ、適切に終端処理がされたリボン３０も、基本的に全く電力を放射しない。

図１２では、図１０の構成がより詳細に示されている。リボン３０は、本実施例では、高さ約１．５ｍｍのスペーサ６２（プラスチック・テープまたはプラスチック・ウェブなどのプラスチック材料から構築されるのが好ましい）によって、構造体５２から離隔される。リボンは、通常、スペーサ上方に約１．５ｍｍの高さを占めており、ニアフィールド・アンテナは、前記のとおり、リボンより約１．５〜５ｍｍ上方に設けることが可能である。したがって、全体的な高さは、ニアフィールド・アンテナなしで、約３ｍｍ程度とすることができ、ニアフィールド・アンテナを加えても、６ｍｍ〜７ｍｍとすることができる。

構造体５２は、しばしば、アルミニウムであり、その結果、大幅な信号減衰が、例えば、１メートル当たり０．４ｄＢまでの減衰が生じる原因となっていることが分かっている。これが、物理的に小さく、あらゆる放射を制限するスクリーン５６を含むことが可能であるニアフィールド・アンテナ設計と組み合わさって、電力の放射を実質的に防止し、その結果、ＥＭＩ（電磁干渉）問題の発生を回避する。また、通信路動作周波数（約３２０ＭＨｚ）と比べ、ＨＩＤ／ＩＰＴ動作周波数（約２０ｋＨｚ）と極端に異なることにより、クロストークの問題が防止される。

図１３では、図１０ないし図１２を参照してすでに説明したニアフィールド・アンテナと、３００オームのリボン３０との間における挿入損失（ｄＢ単位）と距離（ｍｍ単位）との関係を示すグラフを示している。図から明らかなように、損失は、１ｍｍの間隔（すなわち、波長の約０．１％）から、１ｍｍ当たり４ｄＢの割合で直線的に増加する。

図１４および図１５は、ニアフィールド・アンテナが、容量性のニアフィールド・アンテナ７０である場合のニアフィールド・アンテナの別の実施形態（同様の諸特徴部分については、同様の符号を付している）を示している。通信デバイスに接続された同軸ケーブル２４は、変圧器７２を介してニアフィールド・アンテナ７０に結合される。変圧器の他方の側の各端子は、リボン３０の平行導線３２の１つの近くに各々が存在する、細長い導体７４および７６の１つに接続される。図１５の平面図は、簡明にするため、変圧器の詳細、および同軸ケーブルを省略している。使用中、ニアフィールド・アンテナ導体７４および７６と、ケーブル導体３２の間で電場が形成されて、近距離場妨害が、リボン３０に結合されること、およびリボン３０から切り離されることを可能にする。

以上から、ＩＰＴシステムにおける通信の問題に対する有効な解決法が提供されることは明らかである。また、本発明の通信システムは、非ＨＩＤ／ＩＰＴアプリケーションにおいても、例えば、車両、またはその他のボディが、導電パスと電気的かつ物理的に接触させることによって給電されるアプリケーションにおいても使用できることが、当業者には理解されよう。さらに、本発明は、通信装置間で物理的に接触する必要なく、高帯域幅を可能にする通信システムを提供する。したがって、本発明は、従来のプラグおよびソケットに関連する問題を無くすことができ、移動可能であるデバイスとともに使用するのに特に役立つ。

本明細書全体で、「からなる」という語、およびこの語の変形は、包含的な意味で解釈されるものとする。

以上の説明において、均等物を有さない本発明の特定の要素または完全体について記載している場合、そのような均等物は、個々に規定されているかのように、当該記載に含まれている。

本発明は、例によって、本発明の可能な諸実施形態に関連して説明してきたが、添付の特許請求の範囲において定義される本発明の範囲を逸脱しない範囲で、そのような実施形態に変更または改良を加えることができることを理解されたい。

公知のＨＩＤ／ＩＰＴシステムを示す図である。 本発明による通信システムを示す図である。 本発明による通信システムの別の実施形態を示す図である。 ニアフィールド・アンテナの概略図である。 本発明に従って使用されるケーブルの部分立面図である。 図５のケーブルの終端部の立面図である。 図５および図６のケーブルに関して使用中の図４のインダクタの立面図である。 図７に示された構成の終端部の立面図である。 ＨＩＤ／ＩＰＴアプリケーションの実施例における電力導線に対する通信路およびアンテナの向きを示す終端部の立断面図である。 ＨＩＤ／ＩＰＴアプリケーションにおける通信路およびニアフィールド・アンテナの代替の構成の終端部の立断面図である。 図１０のニアフィールド・アンテナを下から見た平面図である。 構成をより詳細に示す、図１０のニアフィールド・アンテナおよび通信路の部分図である。 図１０ないし図１２に関連して示され、説明されるニアフィールド・アンテナと、３００オームのリボンを含む通信路の間における挿入損失対距離のグラフである。 平行な導体伝送線の近くの容量性ニアフィールド・アンテナを示す終端部立断面図である。 図１４に示されたニアフィールド・アンテナの部分平面図である。

符号の説明

１ 導電路（パス）
２ 電源
３ キャパシタ
４ 通信デバイス
５ ピックアップ回路
６ 整流ブリッジ
１０ 通信路
１１ ニアフィールド・アンテナ
１２ 通信ユニット
１４ 受信器（通信ユニット）
１６ 整合トランス
１８ 抵抗（終端抵抗）
２４ 同軸ケーブル
３０ リボン
３２ ケーブル導体
３４ 絶縁ウェブ
４０ レール・アセンブリー
４２ 電力供給路
４４ 電源ピックアップ・コア
４６ アーム
５０ レール・アセンブリー
５２ 基板（構造体）
５４ トラック
５６ 銅スクリーン
５８ 端子
７０ ニアフィールド・アンテナ
７２ 変圧器
７４、７６ ニアフィールド・アンテナ導体

Claims (23)

1. 通信信号を伝送可能な通信路と、
   ＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を受信しかつ生成するのに適した複数の通信デバイスと、
   当該各通信デバイスと組み合わせられたニアフィールド・アンテナとを含み、
   前記通信路は当該通信路の特性インピーダンスに相当する抵抗によって終端処理された２つの平行な導線を有するケーブルを含む通信路であって、
   当該ニアフィールド・アンテナは前記通信デバイスへの、または前記通信デバイスからのＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を前記通信路に結合するのに十分に前記通信路の近くに設けられ、
   前記通信路に反射される各アンテナのインピーダンスは前記通信路の特性インピーダンスと比べて小さくなるようにした通信システム。
2. 前記ニアフィールド・アンテナは、該アンテナからの電磁波放射を制限するのに適したものとされる請求項１に記載の通信システム。
3. 前記通信路は、前記ニアフィールド・アンテナに非常に近接した近距離場に設けられる請求項１または２に記載の通信システム。
4. 前記ニアフィールド・アンテナは、前記通信路に誘導結合される前記請求項のいずれか１項に記載の通信システム。
5. 前記ニアフィールド・アンテナは、前記通信路に容量結合される請求項１から３のいずれか１項に記載の通信システム。
6. 前記ニアフィールド・アンテナは、部分巻き、１回巻き、または複数回巻きの導電材料を含む請求項４に記載の通信システム。
7. 前記導電材料は、不導電性の平面基板上に設けられた薄い金属トラックからなる請求項６に記載の通信システム。
8. 前記導電材料は、横方向の寸法が約５〜１５ｍｍであり、縦方向の寸法が約２０〜６０ｍｍである１回巻き、または複数回巻きからなる請求項７に記載の通信システム。
9. 前記ニアフィールド・アンテナは、電磁放射を制限するシールド手段を含む前記請求項のいずれか１項に記載の通信システム。
10. 前記シールド手段は、スクリーンからなり、前記スクリーンは、前記結合手段の一側面に設けられ、前記通信路は、前記結合手段の反対の側面に設けられる請求項９に記載の通信システム。
11. 前記シールド手段は、低い透磁率を有する材料のスクリーンからなり、前記スクリーンは、前記平面基板において前記金属トラックが設けられる面とは反対の面に設けられる請求項９または１０に記載の通信システム。
12. 前記導線は、絶縁ウェブによって分離されてなる請求項１〜１１に記載の通信システム。
13. 前記ケーブルは、リボン・ケーブルからなる請求項１２に記載の通信システム。
14. 前記システムは、前記通信路に直接結合された通信デバイスを含む請求項１〜１３に記載の通信システム。
15. 前記通信路から、基本的に全く電力が放射されない請求項１〜１４に記載の通信システム。
16. 前記通信デバイスと前記通信路との間で双方向通信を可能にする請求項１〜１５に記載の通信システム。
17. 前記各通信デバイスは、前記通信路に沿って移動可能であり、前記各通信デバイスのニアフィールド・アンテナは、前記通信デバイスとともに前記通信路に対して移動し、前記通信デバイスが、前記通信路への、または該通信路からのＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を受信し、または生成することができる前記請求項のいずれか１項に記載の通信システム。
18. 電源によって給電されるのに適した電力供給路であって、これに関連して電磁界を供給する電力供給路と、
    前記電力供給路に組み合わされ、前記電磁界から電気エネルギーを受け取りかつ負荷を供給するのに適した複数の移動可能なピックアップ装置と、
    通信信号を伝送可能な通信路と、
    前記１つまたは複数のピックアップ装置のそれぞれに設けられ、ＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を受信し、または生成するのに適した通信デバイスと、
    前記各通信デバイスに組み合わされる結合手段とからなり、
    前記通信路は当該通信路の特性インピーダンスに相当する抵抗によって終端処理された２つの平行な導線を有するケーブルを含む通信路であって、
    前記結合手段は、前記通信デバイスへの、または該デバイスからのＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を前記通信路に結合するのに十分に前記通信路に近接して設けられ、それによって前記１つまたは複数のピックアップが相互に、またはさらに別のデバイスと通信でき、
    前記通信路に反射される各アンテナのインピーダンスは前記通信路の特性インピーダンスに比べて小さくなるようにしたＨＩＤ／ＩＰＴシステム。
19. 前記別のデバイスは、制御システムとインタフェースを介して接続される請求項１８に記載のＨＩＤ／ＩＰＴシステム。
20. 前記さらに別のデバイスは、前記通信路に直接に接続される請求項１８または１９に記載のＨＩＤ／ＩＰＴシステム。
21. 前記結合手段は、ニアフィールド・アンテナを含む請求項１８〜２０のいずれか１項に記載のＨＩＤ／ＩＰＴシステム。
22. 前記通信路から、基本的に全く電力が放射されない請求項１８〜２１のいずれか１項に記載のＨＩＤ／ＩＰＴシステム。
23. 通信信号を伝送可能な通信路であって、当該通信路の特性インピーダンスに相当する抵抗によって終端処理された２つの平行な導線を有するケーブルを含む通信路を提供するステップと、
    前記通信路に近接して設けられたニアフィールド・アンテナを含む複数の通信デバイスであって、前記通信路に反射される各アンテナのインピーダンスは前記通信路の特性インピーダンスに比べて小さくなるようにした通信デバイスを提供するステップと、
    ａ）前記通信路にＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を与え、前記ニアフィールド・アンテナを使用して、前記信号を前記１つまたは複数の通信デバイスに供給するステップ、あるいは、
    ｂ）前記１つまたは複数の通信デバイスを使用して、ＶＨＦ通信信号またはＵＨＦ通信信号を生成し、前記ニアフィールド・アンテナを使用して、前記信号を前記通信路に供給するステップのいずれかと、
    を含む通信方法。

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