JP4788685B2 - Antenna, communication device, communication system - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ、通信装置、通信システムに係り、特に、波長帯域が異なる2種類の搬送波による通信が可能な2周波共用アンテナ、このアンテナを備えた通信装置及び通信システムに関する。 The present invention relates to an antenna, a communication device, and a communication system, and more particularly, to a dual frequency shared antenna capable of communication using two types of carrier waves having different wavelength bands, and a communication device and a communication system including the antenna.
現在、無線通信には、磁界を利用した電磁誘導通信と、電界を利用した電波による通信がある。電波による無線通信(電波通信)は、搬送波に高周波数の電波を使用することができるので、比較的小型のアンテナを使用しながら伝送レートの高い通信が可能になる。また、電波通信は、普及率が高く、通信の機器が量産できて製造コストが安価である。
ただし、電波通信には、屋内、屋外を問わず発生するフェージングによって信号強度が弱まるという欠点がある。なお、フェージングとは、電波が建物や壁等の障害物によって反射されて生成される到来波や見通し内の直接到来波同士が干渉する現象をいう。このような通信は、送信機と受信機との距離を特定する際の誤差がフェージングによって大きくなるという欠点がある。
Currently, wireless communication includes electromagnetic induction communication using a magnetic field and communication using radio waves using an electric field. Since radio communication using radio waves (radio wave communication) can use high-frequency radio waves as a carrier wave, communication with a high transmission rate is possible while using a relatively small antenna. In addition, radio wave communication has a high penetration rate, enables mass production of communication devices, and is inexpensive to manufacture.
However, radio wave communication has a drawback that signal strength is weakened by fading that occurs indoors or outdoors. Note that fading refers to a phenomenon in which an incoming wave generated by reflection of radio waves by an obstacle such as a building or a wall or direct incoming waves in line of sight interfere with each other. Such communication has a drawback that an error in specifying the distance between the transmitter and the receiver is increased by fading.
一方、電磁誘導通信は、一般的に電波通信より周波数が低いLF帯(30kHz〜300kHz)の電波を使用する。電磁誘導通信では、波長が数kmに及ぶため、数cmから数mの範囲ではフェージングが起こり難い。このため、フェージングが起こるか否かによって送信機と受信機との距離を特定することに使用できる。しかし、電磁誘導通信は、送信機、受信機との距離が通信可能な範囲から外れると磁界が急激に減衰することによって通信が途切れるという欠点を有する。 On the other hand, electromagnetic induction communication generally uses radio waves in the LF band (30 kHz to 300 kHz) having a lower frequency than radio wave communication. In electromagnetic induction communication, since the wavelength extends to several km, fading hardly occurs in the range of several centimeters to several meters. Therefore, it can be used to specify the distance between the transmitter and the receiver depending on whether or not fading occurs. However, electromagnetic induction communication has a drawback in that communication is interrupted due to a sudden attenuation of the magnetic field when the distance from the transmitter and the receiver is out of the communicable range.
上記した電波通信、電磁誘導通信の欠点を補うためには、電波通信と電磁誘導通信とを組み合わせることが有効であると考えられる。周波数領域が異なる2種類の電波を使った無線通信の従来技術としては、例えば、特許文献1が挙げられる。特許文献1は、共振するVHF帯とUHF帯との両方を使った無線通信の装置について記載したものであり、VHF帯用アンテナ、UHF帯用アンテナの2種類のアンテナを備えている。
In order to compensate for the drawbacks of the above-mentioned radio wave communication and electromagnetic induction communication, it is considered effective to combine radio wave communication and electromagnetic induction communication. As a conventional technique of wireless communication using two types of radio waves having different frequency regions, for example,
また、フェージングを軽減する手法として、偏波ダイバーシチといわれる手法がある。偏波ダイバーシチは、フェージングによって発生する電界の偏波の垂直と水平の強度に相関がなく、垂直偏波の電界強度が低いときでも水平偏波の電界強度が強い、あるいはその逆の場合があることを利用し、偏波面を切替えることによってフェージングを軽減するものである。
電波通信と電磁誘導通信とを組み合わせた通信に、さらに偏波ダイバーシチを用いれば、電磁誘導通信によって送信機と受信機との距離を特定し、以降は偏波ダイバーシチを用いてフェージングを軽減しながら電波通信によって通信することができる。
If polarization diversity is further used for communication combining radio wave communication and electromagnetic induction communication, the distance between the transmitter and the receiver is specified by electromagnetic induction communication, and thereafter fading is reduced using polarization diversity. Communication is possible by radio wave communication.
しかしながら、特許文献1のように電波通信、電磁誘導通信を組み合わせる構成は、図8に示すように、電磁誘導通信用のループアンテナ801と、電波無線通信用のアンテナ802またはアンテナ803とが必要になる。ループアンテナ801とアンテナ802または803という複数のアンテナを設けることは、無線通信装置の設置により広いスペースが必要となるため、無線装置の設置場所を制限することにもなる。
また、偏波ダイバーシチを用いれば、アンテナ802及びアンテナ803の二方向のアンテナが必要になって、無線通信装置の設置に必要なスペースがいっそう広くなるという不具合がある。
However, the configuration combining radio wave communication and electromagnetic induction communication as in
In addition, when polarization diversity is used,
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであって、VHF帯またはUHF帯を使う電波通信用のアンテナと、LF帯を使う電磁誘導通信用のアンテナとを共用し、さらにVHF帯またはUHF帯の通信に偏波ダイバーシチを用いてフェージングによる電界強度の低下を低減し、しかもアンテナの設置スペースを省スペース化できるアンテナ及びこのアンテナを備えた通信装置及び通信システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described points, and shares an antenna for radio wave communication using the VHF band or the UHF band with an antenna for electromagnetic induction communication using the LF band, and further uses the VHF band or An object of the present invention is to provide an antenna capable of reducing a decrease in electric field strength due to fading by using polarization diversity for UHF band communication, and saving an antenna installation space, and a communication device and a communication system including the antenna. To do.
以上の課題を解決するため、本発明のアンテナは、第1の搬送波を使って電磁誘導通信するループアンテナと、前記ループアンテナ上に設けられ、第2の搬送波を使って電波通信するためのインダクタンスとコンデンサとを並列に接続したLC並列共振回路と、前記インダクタンスと前記コンデンサとスイッチとを並列に接続した共振制御付きLC並列共振回路とを一対としたLC並列共振回路対と、を有するアンテナであって、前記ループアンテナに電力を供給する給電点を挟んで前記LC並列共振回路対が少なくとも1つずつ設けられ、前記共振制御付きLC並列共振回路は、前記LC並列共振回路よりも前記給電点の近傍に設けられ、前記給電点を挟んで設けられた少なくとも2つの前記共振制御付きLC並列共振回路のスイッチは、交互に切替えられて前記共振制御付きLC並列共振回路における共振を無効化、または有効化することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an antenna of the present invention includes a loop antenna that performs electromagnetic induction communication using a first carrier wave, and an inductance that is provided on the loop antenna and performs radio wave communication using a second carrier wave. An LC parallel resonant circuit in which a capacitor and a capacitor are connected in parallel, and an LC parallel resonant circuit pair in which the inductance, an LC parallel resonant circuit with resonance control in which the capacitor and a switch are connected in parallel are paired, and And at least one LC parallel resonant circuit pair is provided across a power supply point for supplying power to the loop antenna, and the LC parallel resonant circuit with resonance control is more effective than the LC parallel resonant circuit. The at least two switches of the LC parallel resonant circuit with resonance control provided near the feeding point are Disabling the resonance in the resonance control with LC parallel resonance circuit is mutually switched, or characterized by activation.
また、請求項2に記載のアンテナは、請求項1に記載の発明において、前記LC並列共振回路対のLC並列共振回路が前記給電点から第2の搬送波の略1/4波長の長さ隔てた位置に設けられることを特徴とする。
また、請求項3に記載のアンテナは、請求項1または請求項2に記載の発明において、前記第1搬送波の周波数が30kHz〜300kHzの範囲にあって、前記第2搬送波の周波数が30MHz〜300MHzの範囲または300MHz〜3GHzの範囲にあることを特徴とする。
また、請求項4に記載のアンテナは、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の発明において、前記給電点にあって不平衡型信号と平衡型信号を変換するバランを備えることを特徴とする。
The antenna according to claim 2 is the antenna according to
The antenna according to claim 3 is the antenna according to claim 1 or 2, wherein the frequency of the first carrier wave is in a range of 30 kHz to 300 kHz, and the frequency of the second carrier wave is 30 MHz to 300 MHz. Or in the range of 300 MHz to 3 GHz.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the antenna according to any one of the first to third aspects, further comprising a balun at the feeding point for converting an unbalanced signal and a balanced signal. It is characterized by.
また、請求項5に記載の通信装置は、第1の搬送波を使って電磁誘導通信するループアンテナと、前記ループアンテナ上に設けられ、第2の搬送波を使って電波通信するためのインダクタンスとコンデンサとを並列に接続したLC並列共振回路と、前記インダクタンスとスイッチとを並列に接続した共振制御付きLC並列共振回路とを一対としたLC並列共振回路対と、を有し、前記ループアンテナに電力を供給する給電点を挟んで前記LC並列共振回路対が少なくとも1つずつ設けられ、前記共振制御付きLC並列共振回路が前記LC並列共振回路よりも前記給電点の近傍に設けられるアンテナと、前記アンテナの前記給電点を挟んで設けられた少なくとも2つの前記共振制御付きLC並列共振回路のスイッチを交互に切替えて前記共振制御付きLC並列共振回路の共振を無効化、または有効化する制御手段を備えた本体と、を備えることを特徴とする。 The communication device according to claim 5 is a loop antenna that performs electromagnetic induction communication using a first carrier wave, and an inductance and a capacitor that are provided on the loop antenna and perform radio wave communication using a second carrier wave. An LC parallel resonant circuit in which the inductance and the switch are connected in parallel, and an LC parallel resonant circuit pair with a resonance control in which the inductance and the switch are connected in parallel. At least one LC parallel resonant circuit pair is provided across a feeding point that supplies the antenna, and the LC parallel resonant circuit with resonance control is provided closer to the feeding point than the LC parallel resonant circuit; The resonance control is performed by alternately switching at least two switches of the LC parallel resonance circuit with resonance control provided across the feeding point of the antenna. A body having a control means to disable or enable, the resonance of the LC parallel resonance circuit attached, characterized in that it comprises a.
また、請求項6に記載の通信システムは、第1の搬送波を使って電磁誘導通信するループアンテナと、前記ループアンテナ上に設けられ、第2の搬送波を使って電波通信するためのインダクタンスとコンデンサとを並列に接続したLC並列共振回路と、前記インダクタンスと前記コンデンサと共振の有効化及び無効化を切替えるスイッチとを備えた共振制御付きLC並列共振回路とを一対としたLC並列共振回路対と、を有し、前記ループアンテナにバランを接続した接続位置において電力を供給する給電点を挟んで前記LC並列共振回路対が少なくとも1つずつ設けられ、前記共振制御付きLC並列共振回路は、前記LC並列共振回路よりも前記給電点の近傍に設けられるアンテナと、前記アンテナにおける前記給電点を挟んで設けられた少なくとも2つの前記共振制御付きLC並列共振回路のスイッチを交互に切替えて前記共振制御付きLC並列共振回路の共振を無効化、または有効化する制御手段を備えた本体とを備えた無線親機と、前記無線親機が電磁誘導通信によって送信した第1搬送波を受信すると共に、前記無線親機と第2搬送波を使って電波通信する無線子機と、を備えることを特徴とする。 The communication system according to claim 6 is a loop antenna that performs electromagnetic induction communication using a first carrier wave, and an inductance and a capacitor that are provided on the loop antenna and perform radio wave communication using a second carrier wave. LC parallel resonance circuit pair comprising: an LC parallel resonance circuit connected in parallel; and an LC parallel resonance circuit with resonance control provided with the inductance, the capacitor, and a switch for switching between enabling and disabling resonance. And at least one LC parallel resonance circuit pair is provided across a feeding point that supplies power at a connection position where a balun is connected to the loop antenna, and the LC parallel resonance circuit with resonance control is An antenna provided closer to the feeding point than the LC parallel resonant circuit, and provided with the feeding point in the antenna interposed therebetween A wireless master device comprising at least two switches of the LC parallel resonance circuit with resonance control and a main body having a control means for disabling or enabling the resonance of the LC parallel resonance circuit with resonance control And a wireless slave device that receives the first carrier wave transmitted by electromagnetic induction communication by the wireless parent device and performs radio wave communication with the wireless parent device using a second carrier wave.
請求項1に記載の発明によれば、ループアンテナの給電点を挟んでLC並列共振回路と共振制御付きLC並列共振回路とを一対としたLC並列共振回路対を設け、さらに共振制御付きLC並列共振回路をLC並列共振回路よりも給電点の近傍に設けている。このため、ループアンテナにより第1の搬送波を使って通信することができる。また、LC並列共振回路対に含まれるLC並列共振回路や共振制御付きLC並列共振回路を第2の搬送波と共振するよう設計することによって第2の搬送波を使っても通信することができる。このため、第1の搬送波(例えばLF帯)を使う電磁誘導通信用のアンテナと第2の搬送波(例えばVHF帯またはUHF帯)を使う電波通信用のアンテナとを共用し、アンテナの設置スペースを省スペース化できる。さらに、2つの共振制御付きLC並列共振回路の共振を交互に無効化、有効化することによって第2の搬送波の通信に偏波ダイバーシチを用いてフェージングによる電界強度の低下を低減するアンテナを提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, the LC parallel resonance circuit pair in which the LC parallel resonance circuit and the LC parallel resonance circuit with resonance control are paired across the feeding point of the loop antenna, and the LC parallel with resonance control is further provided. The resonance circuit is provided closer to the feeding point than the LC parallel resonance circuit. For this reason, it can communicate using a 1st carrier wave by a loop antenna. In addition, by designing the LC parallel resonance circuit included in the LC parallel resonance circuit pair or the LC parallel resonance circuit with resonance control to resonate with the second carrier wave, communication can be performed using the second carrier wave. For this reason, the antenna for electromagnetic induction communication using the first carrier wave (for example, LF band) and the antenna for radio wave communication using the second carrier wave (for example, VHF band or UHF band) are shared, and the installation space for the antenna is reduced. Space can be saved. Furthermore, the present invention provides an antenna that reduces a decrease in electric field strength due to fading by using polarization diversity for communication of a second carrier wave by alternately disabling and enabling resonance of two LC parallel resonance circuits with resonance control. be able to.
また、請求項2に記載の発明によれば、共振回路を第2搬送波の受信に最適な位置に設け、アンテナの受信性能を高めることができる。
また、請求項3に記載の発明によれば、1つのアンテナをVHF帯(30MHz〜300MHz)またはUHF帯(300MHz〜3GHz)を使う電波通子と、LF帯(30kHz〜300kHz)を使う電磁誘導通信とに使用することができる。
また、請求項4に記載の発明によれば、不平衡伝送路を使用するVHF帯またはUHF帯を使った通信を可能にすることができる。
According to the second aspect of the present invention, the resonance circuit can be provided at a position optimal for reception of the second carrier wave, and the reception performance of the antenna can be enhanced.
According to the invention described in claim 3, the electromagnetic induction using one antenna using a VHF band (30 MHz to 300 MHz) or UHF band (300 MHz to 3 GHz) and an LF band (30 kHz to 300 kHz). Can be used for communication.
According to the invention described in claim 4, it is possible to enable communication using the VHF band or the UHF band using the unbalanced transmission path.
また、請求項5の発明によれば、通信装置のアンテナにおいて、ループアンテナの給電点を挟んでLC並列共振回路と共振制御付きLC並列共振回路とを一対としたLC並列共振回路対を設け、さらに共振制御付きLC並列共振回路をLC並列共振回路よりも給電点の近傍に設けている。このため、ループアンテナにより第1の搬送波を使って通信することができる。また、LC並列共振回路対に含まれるLC並列共振回路や共振制御付きLC並列共振回路を第2の搬送波と共振するよう設計することによって第2の搬送波を使っても通信することができる。このため、第1の搬送波(例えばLF帯)を使う電磁誘導通信用のアンテナと第2の搬送波(例えばVHF帯またはUHF帯)を使う電波通信用のアンテナとを共用し、アンテナの設置スペースを省スペース化できる。さらに、2つの共振制御付きLC並列共振回路の共振を交互に無効化、有効化することによって第2の搬送波の通信に偏波ダイバーシチを用いてフェージングによる電界強度の低下を低減することができる通信装置を提供することができる。 According to the invention of claim 5, in the antenna of the communication device, an LC parallel resonance circuit pair is provided in which the LC parallel resonance circuit and the LC parallel resonance circuit with resonance control are paired across the feeding point of the loop antenna. Further, an LC parallel resonance circuit with resonance control is provided closer to the feeding point than the LC parallel resonance circuit. For this reason, it can communicate using a 1st carrier wave by a loop antenna. In addition, by designing the LC parallel resonance circuit included in the LC parallel resonance circuit pair or the LC parallel resonance circuit with resonance control to resonate with the second carrier wave, communication can be performed using the second carrier wave. For this reason, the antenna for electromagnetic induction communication using the first carrier wave (for example, LF band) and the antenna for radio wave communication using the second carrier wave (for example, VHF band or UHF band) are shared, and the installation space for the antenna is reduced. Space can be saved. Further, by alternately disabling and enabling the resonance of the LC parallel resonance circuit with resonance control, communication that can reduce a decrease in electric field strength due to fading using polarization diversity for communication of the second carrier wave An apparatus can be provided.
また、請求項6の発明によれば、通信システムを構成する通信装置のアンテナにおいて、ループアンテナの給電点を挟んでLC並列共振回路と共振制御付きLC並列共振回路とを一対としたLC並列共振回路対を設け、さらに共振制御付きLC並列共振回路をLC並列共振回路よりも給電点の近傍に設けている。このため、ループアンテナにより第1の搬送波を使って通信することができる。また、LC並列共振回路対に含まれるLC並列共振回路や共振制御付きLC並列共振回路を第2の搬送波と共振するよう設計することによって第2の搬送波を使っても通信することができる。このため、第1の搬送波(例えばLF帯)を使う電磁誘導通信用のアンテナと第2の搬送波(例えばVHF帯またはUHF帯)を使う電波通信用のアンテナとを共用し、アンテナの設置スペースを省スペース化できる。さらに、2つの共振制御付きLC並列共振回路の共振を交互に無効化、有効化することによって第2の搬送波の通信に偏波ダイバーシチを用いてフェージングによる電界強度の低下を低減することができる通信システムを提供することができる。 According to the invention of claim 6, in the antenna of the communication device constituting the communication system, the LC parallel resonance circuit in which the LC parallel resonance circuit and the LC parallel resonance circuit with resonance control are paired across the feeding point of the loop antenna. A circuit pair is provided, and an LC parallel resonance circuit with resonance control is further provided near the feeding point than the LC parallel resonance circuit. For this reason, it can communicate using a 1st carrier wave by a loop antenna. In addition, by designing the LC parallel resonance circuit included in the LC parallel resonance circuit pair or the LC parallel resonance circuit with resonance control to resonate with the second carrier wave, communication can be performed using the second carrier wave. For this reason, the antenna for electromagnetic induction communication using the first carrier wave (for example, LF band) and the antenna for radio wave communication using the second carrier wave (for example, VHF band or UHF band) are shared, and the installation space for the antenna is reduced. Space can be saved. Further, by alternately disabling and enabling the resonance of the LC parallel resonance circuit with resonance control, communication that can reduce a decrease in electric field strength due to fading using polarization diversity for communication of the second carrier wave A system can be provided.
以下、図を参照して本発明に係るアンテナ及びこのアンテナを備えた通信システムの実施形態1、実施形態2を説明する。なお、本明細書の実施形態1、実施形態2に示したアンテナは、いずれもVHF帯(30MHz〜300MHz)またはUHF帯(300MHz〜3GHz)を使う電波通子と、LF帯(30kHz〜300kHz)を使う電磁誘導通信に利用できるアンテナ(2周波共用アンテナ)である。
Embodiments 1 and 2 of an antenna according to the present invention and a communication system including the antenna will be described below with reference to the drawings. Note that the antennas shown in
本発明の実施形態1、実施形態2のアンテナの構成の説明に先立ち、先ず、アンテナを使用して行われる通信のシステムについて説明する。図1は、本発明の実施形態のアンテナを使用した通信システムの例を説明するための図であって、LF帯送信部及びVHF帯またはUHF帯送信受信部を持つ通信システムを示している。
図示した通信システムは、無線装置である無線親機1、無線親機1が備えるアンテナ(図1においては実施形態1のアンテナを構成するループアンテナ101として示した)、無線子機2で構成されている。無線親機1は、通信に使用される電波の周波数変換及び変復調をする装置である。また、無線子機2は、LF帯受信部及びVHF帯またはUHF帯の電波を送信する送信部を持つ。
Prior to the description of the configuration of the antenna according to the first and second embodiments of the present invention, first, a communication system using the antenna will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a communication system using an antenna according to an embodiment of the present invention, and shows a communication system having an LF band transmitter and a VHF band or UHF band transmitter / receiver.
The illustrated communication system includes a
図1の通信システムは、無線親機1が電磁誘導通信でデータを所定のエリア内に送信する。このエリア内に存在する無線子機2は、LF帯受信部でデータを受信する。無線親機1は、電磁誘導通信によって送信したデータの受信の可否によって無線子機2の位置を特定する。電磁誘導通信は、電波通信よりもフェージングが生じ難く、無線子機が存在するエリアを正確に特定することができる。
In the communication system of FIG. 1, the
また、本実施形態では、電磁誘導通信によるデータの受信後、無線子機2は、無線親機1に対してVHF帯またはUHF帯の電波でデータを送信する。無線子機2が送信したデータの受信に備え、無線親機1は、無線子機2が存在するエリアの特定後はVHF帯またはUHF帯の電波を送信し、VHF帯またはUHF帯の電波を受信できるよう設定が切り替えられる。
Further, in the present embodiment, after receiving data by electromagnetic induction communication, the wireless slave device 2 transmits data to the
以上の通信システムの動作において、2周波アンテナである実施形態1のアンテナは、無線親機1がLF帯を使って送信したデータを受信し、以降はVHF帯またはUHF帯の電波を使ってデータを送受信する。本実施形態1、実施形態2は、LF帯を使う電磁誘導通信と、VHF帯またはUHF帯を使う電波通信の両者に対応可能に2周波アンテナを構成し、無線親機1の設置スペースがアンテナによって制限されることを防ぐものである。
In the operation of the communication system described above, the antenna according to the first embodiment, which is a two-frequency antenna, receives data transmitted from the
(実施形態1)
図2は、本発明の実施形態1のアンテナと、このアンテナを備える本体である通信親機1を説明するための図である。実施形態1のアンテナは、第1の搬送波であるLF帯の搬送波(以降、単にLF帯ともいう)を使って電磁誘導通信するループアンテナ101と、ループアンテナ101上に設けられ、第2の搬送波であるVHF帯またはUHF帯の搬送波(以降、単にVHF帯またはUHF帯ともいう)を使って電波通信するためのインダクタンス201とコンデンサ204とを並列に接続したLC並列共振回路202a、202bと、インダクタンス201とコンデンサ204と共振の有効化及び無効化を切替えるスイッチ205とを備えた共振制御付きLC並列共振回路203a、203bと、を有している。
(Embodiment 1)
FIG. 2 is a diagram for explaining the antenna according to the first embodiment of the present invention and the
LC並列共振回路202aと共振制御付きLC並列共振回路203aとは一対のLC並列共振回路対を構成する。また、LC並列共振回路202bと共振制御付きLC並列共振回路203bとは一対のLC並列共振回路対を構成する。
スイッチ205は、共振制御機能付きLC並列共振回路203a、203bの共振を無効化するための短絡スイッチである。なお、スイッチ205は、電磁的なリレーであってもよいし、フォトMOSリレーであってもよい。
The LC
The
また、実施形態1では、ループアンテナ101にバラン206を接続した接続位置において電力を供給する給電点223を挟んでLC並列共振回路対が少なくとも1つずつ設けられる。共振制御付きLC並列共振回路203a、203bは、LC並列共振回路202a、202bよりも給電点223の近傍に設けられる。バランとは、平衡型の 回路と不平衡型の回路を結合して不平衡型信号と平衡型信号とを変換する構成である。
In the first embodiment, at least one LC parallel resonant circuit pair is provided with a
さらに、実施形態1のアンテナでは、給電点223を挟んで設けられた2つの共振制御付きLC並列共振回路203a、203bのスイッチ205が交互に切替えられて共振制御付きLC並列共振回路203a、203bにおける共振が無効化、または有効化される。なお、このような共振の制御は、通信親機1の制御手段である制御回路218によって行われる。
Furthermore, in the antenna according to the first embodiment, the
ループアンテナ101によって受信された信号は、通信親機1に入力する。通信親機1は、周波数変換及び変・復調装置として機能するものであって、LF帯の電磁誘導通信と、VHF帯またはUHF帯による通信とを切替える磁界/電界切替SW207、VHF帯またはUHF帯通信時にループアンテナ101とインピーダンス整合をとる整合回路208、VHF帯またはUHF帯の電波だけを通過させる帯域通過フィルタ209を備えている。帯域通過フィルタ209を設けたことにより、送信時に隣接チャネルへ影響する電力を制御して信号の信号対雑音比を向上させることができる。
A signal received by the
また、通信親機1は、通信における送信と受信とを切替える送受信切替SW210を備えている。復調回路211、デコーダ212、電界受信判定部216は、受信信号を処理するための構成である。また、電界送信データ生成部217、エンコーダ215、変調回路214は、VHF帯またはUHF帯の送信信号を送信するための構成である。
電磁誘導送信データ生成部221、電磁誘導送信装置220、増幅器219、コンデンサ204は、LF帯の送信信号を送信するための構成である。局部発信器213は、復調回路211、変調回路214により変復調された搬送波を生成するための構成である。
通信親機1は、以上の構成を統括的に制御する制御回路218を有している。制御回路218は、送受信された結果を示すデータを通信親機1とやり取りする外部接続機器222と接続されている。
Further, the
The electromagnetic induction transmission
The
以上述べた構成において、実施形態1のアンテナは、LF帯用のループアンテナ101にLC並列共振回路202a、202b、共振制御機能付きLC並列共振回路203a、203bを設けて構成されている。共振制御機能付きLC並列共振回路203a、203b、LC並列共振回路202a、202bのインダクタンス201、コンデンサ204は、ループアンテナの集中定数素子となっていて、VHF帯またはUHF帯の搬送波に共振するよう設計されている。実施形態1のアンテナは、VHF帯またはUHF帯による通信においてはLC並列共振回路202a、202bで終端されているように動作する。一方、LF帯の電磁誘導通信においては、インピーダンスがやや増加するものの、一般的なループアンテナとして動作する。
In the configuration described above, the antenna according to the first embodiment is configured by providing the LC
さらに、実施形態1の通信装置では、LC並列共振回路202a、LC並列共振回路202a及び共振制御機能付きLC並列共振回路203aと、LC並列共振回路202b及び共振制御機能付きLC並列共振回路203bとは、給電点(バラン206の位置)を挟んで位置している。共振制御機能付きLC並列共振回路203a、203bは、LC並列共振回路202a、202bよりも給電点近傍に設けられている。また、LC並列共振回路202a、202bは、給電点からVHF帯またはUHF帯の1/4波長離れた位置に設けられる。
Furthermore, in the communication apparatus of the first embodiment, the LC
このような構成において、共振制御機能付きLC並列共振回路203a、共振制御機能付きLC並列共振回路203bのスイッチを交互にオン、オフすると、共振制御機能付きLC並列共振回路203aによる共振と、共振制御機能付きLC並列共振回路203bによる共振とが交互に有効化または無効化する。共振を交互に有効化、無効化することにより、実施形態1のアンテナは、VHF帯またはUHF帯の垂直偏波と水平偏波とを切替えて通信することができる。
In such a configuration, when the LC
LC並列共振回路202a、202b、共振制御機能付きLC並列共振回路203a、203bがVHF帯またはUHF帯の搬送波の周波数で共振するようにするには、インダクタ203、コンデンサ204が以下の式(1)を満たすよう設計すればよい。
(2πf)2=1/(L・C) (1)
上記した式(1)において、πは円周率、fはVHF帯またはUHF帯の搬送波の周波数(Hz)、Lはインダクタンス(H)、Cはコンデンサの容量(F)である。
In order for the LC
(2πf) 2 = 1 / (L · C) (1)
In the above formula (1), π is the circumference ratio, f is the frequency (Hz) of the carrier wave in the VHF band or UHF band, L is the inductance (H), and C is the capacitance (F) of the capacitor.
すなわち、実施形態1では、共振制御機能付きLC並列共振回路203aのスイッチ205をオンし、共振制御機能付きLC並列共振回路203bのスイッチ205をオフすると、VHF帯またはUHF帯の共振周波数付近では、共振制御機能付きLC並列共振回路203aを経由して垂直方向(図中に矢線yとして示す)電流が流れ、電流がLC並列共振回路202aにおいて終端される。このとき、ループアンテナは、垂直方向のモノポールアンテナと同様に機能する。なお、モノポールアンテナは周知の構成であるから、これ以上の説明を省くものとする。
That is, in the first embodiment, when the
また、共振制御機能付きLC並列共振回路203aのスイッチ205をオフし、共振制御機能付きLC並列共振回路203bのスイッチ205をオンすると、VHF帯またはUHF帯の共振周波数付近では、共振制御機能付きLC並列共振回路203bを経由して水平方向(図中に矢線xとして示す)電流が流れ、電流がLC並列共振回路202bにおいて終端される。このとき、ループアンテナは、水平方向のモノポールアンテナと同様に機能する。なお、モノポールアンテナは周知の構成であるから、これ以上の説明を省くものとする。
Further, when the
このように、実施形態1は、共振制御機能付きLC並列共振回路203a、203bのオン、オフを切替えることよってモノポールアンテナの偏波面を切替えることができる。
一方、LF帯における電磁誘導通信では、使用される周波数がLC並列共振回路202a、202bの共振周波数よりも充分小さい。このため、ループアンテナは、一般の導線に比べればわずかながらインピーダンスが高まるものの、略導線によって構成されたものと略同様に機能する。
ここで、上述した式(1)に具体的な数値を代入して説明する。LF帯の周波数を125kHz、VHF帯またはUHF帯の周波数を300MHzとする。また、式(1)を満たすよう、L及びCを、次のように決定する。L=28pF、C=10pFとする。
As described above, in the first embodiment, the polarization plane of the monopole antenna can be switched by switching on and off the LC
On the other hand, in the electromagnetic induction communication in the LF band, the frequency used is sufficiently smaller than the resonance frequency of the LC
Here, description will be made by substituting specific numerical values for the above-described equation (1). The frequency of the LF band is 125 kHz, and the frequency of the VHF band or UHF band is 300 MHz. Further, L and C are determined as follows so as to satisfy Expression (1). L = 28 pF and C = 10 pF.
上記した条件において、通信の搬送波が300MHzである場合、実施形態1では、共振制御なしでLC並列共振回路202a、202bまでの導線がモノポールアンテナを構成する。また。搬送波の波長が125kHzである場合、LC並列共振回路202a、202bのインピーダンスは、以下の式(2)によって求められる。
−j2πfL/((2πf)2LC−1)=j0.02[Ω] (2)
このように、実施形態1のアンテナでは、LC並列共振回路202a、202bのインピーダンスが充分小さく、LC並列共振回路202a、202bを持たないループアンテナと略同様に機能することが可能である。
In the above conditions, when the communication carrier wave is 300 MHz, in the first embodiment, the lead wires to the LC
−j2πfL / ((2πf) 2 LC−1) = j0.02 [Ω] (2)
As described above, the antenna of the first embodiment has a sufficiently small impedance of the LC
図3は、以上述べた実施形態1のアンテナを備えた無線親機1の動作を説明するための図であって、無線親機1の通信シーケンスを示している。図示した通信シーケンスでは、先ず無線親機1からLF帯の電磁誘導通信で無線親機IDを含んだ応答要求コマンドを送信することによって特定のエリアに無線子機が存在するか否かを判定する(S1)。
この際、無線親機1は、制御回路218の制御によって電磁誘導送信データ生成部225が応答要求コマンドを含むデータを生成する。生成されたデータは、電磁誘導送信装置220によって変調され、増幅された後にアンテナから送信される。なお、この際、磁界/電界通信切替SW207は、磁界通信の側に切替えられている。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the
At this time, in the
電磁誘導通信によるデータの送信後、制御回路218が無線親機1をVHF帯またはUHF帯の電波を受信できる状態に切替える。この切替えは、磁界/電界通信切替SW207を電界通信側に切替え、送受信切替SW210を送信側に切替えることによって実現する。
また、所定のエリアに無線子機2が存在した場合、無線子機2は、無線親機1に対して無線親機ID、及び自己の無線子機IDを含んだ応答コマンドをVHF帯またはUHF帯の電波で送信する(S2)。以上の手順によって通信システムにおける、いわゆるハンドシェイクが完了する。
After data transmission by electromagnetic induction communication, the
When the wireless slave unit 2 exists in a predetermined area, the wireless slave unit 2 sends a response command including the wireless master unit ID and its own wireless slave unit ID to the
ハンドシェイクの完了後、無線親機1は、必要に応じてテレメータリングまたはテレコントロールのコマンドを無線子機2に送信する(S3)。無線子機2は、コマンドにしたがって動作すると共に、無線親機1へデータ受信したことを応答する(S4)。無線親機1は、通信終了時に終了コマンドを送信し(S5)、これに無線子機2が応答する形で通信を終了する(S6)。
After the handshake is completed, the
以上述べた実施形態1によれば、無線親機1が電磁誘導通信によって無線子機2が存在するエリアを特定することができる。また、無線子機2が存在するエリアが特定できた後、無線親機1は無線子機2と電波通信によってデータを授受することができる。このため、無線親機1は、フェージングの影響が少ないLF帯を使って比較的正確に無線子機2の位置を特定することができる。また、無線子機2の位置を特定した後には、電波通信により高い伝送レートで効率よくデータを送受信することができる。
According to the first embodiment described above, the
そして、実施形態1のアンテナは、このような動作において、電磁誘導通信、電波通信のいずれにも使用することができる。したがって、実施形態1の構成は、唯一のアンテナを備えるだけで電磁誘導通信と電波通信とを併用して通信することができ、無線子機2の位置を正確に特定しつつ伝送効率の良い通信が可能であり、しかも設置スペースの制約が小さい無線親機を構成することができる。
また、実施形態1のアンテナは、共振制御機能付きLC並列共振回路203a、203bのスイッチ205を交互にオン、オフすることによって偏波ダイバーシチを実現することができる。このため、偏波面を切替えることによってフェージングを軽減しながら電波通信をすることができる。
And the antenna of
Further, the antenna of the first embodiment can realize polarization diversity by alternately turning on and off the
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について説明する。図4は、本発明の実施形態2を説明するための図である。実施形態2では、実施形態1で説明した構成と同様の構成については図4において同様の符号を付して示し、説明を一部略すものとする。
実施形態2の構成は、バラン206が通信親機1の側に設けられる点でバラン206をループアンテナ101に設ける実施形態1と相違する。
LF帯を使って電磁誘導通信する場合、ループアンテナ101とコンデンサ204とが直列共振する。直列共振によってループアンテナ101を流れる電流の大きさに比例する磁界が得られので、電磁誘導通信にはバラン206は必要ない。しかし、VHF帯またはUHF帯を使った通信では、50Ωの不平衡伝送路を一般的に使用するのでバラン206が必要になる。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in FIG. 4 and a part of the description is omitted.
The configuration of the second embodiment is different from the first embodiment in which the
When performing electromagnetic induction communication using the LF band, the
このような点に鑑みれば、バラン206を必ずしもループアンテナ101に設ける必要がなく、実施形態2の構成も理に適っているといえる。したがって、実施形態2は、通信装置の設計の自由度を高めることができるものといえる。ただし、VHF帯、UHF帯用のモノポールアンテナの近傍に設ける必要がある構成のバランもあって、このようなバランを使用する場合には実施形態1の構成が適している。
In view of such a point, it can be said that the
実施形態1のようにループアンテナ101の側に設けることに適するバランには、電流阻止型バランがある。また、実施形態2のように、本体側に設けることが可能なバランには、集中定数バランがある。なお、電流阻止型バラン、集中定数バランのいずれも周知の構成であるから、ここでは詳細な説明を省くものとする。
なお、本発明の実施形態1、実施形態2は、以上述べた構成に限定されるものではない。例えば、実施形態1、実施形態2のいずれにおいてもループアンテナは1ターン巻きまわされるものに限定されるものでなく、より多い回数巻きまわされるものであってもよい。
A balun suitable for being provided on the
The first and second embodiments of the present invention are not limited to the configuration described above. For example, in any of the first and second embodiments, the loop antenna is not limited to one wound around one turn, and may be wound more times.
図5は、実施形態1のループアンテナ101を3ターン巻き回すよう構成したループアンテナ501と通信親機1とを示している。図6は、実施形態2のループアンテナ101を3ターン巻き回すよう構成したループアンテナ601と通信親機1とを示している。図5に示した構成は、バラン206をループアンテナ501側に備えた点で、バラン206を通信親機1に内蔵した図6に示した構成と相違する。
図5は、ループアンテナの巻き数以外の構成が図2と全て同じであるから、通信親機1の詳細な図示を省く。図6は、ループアンテナのターン数以外の構成が図4と全て同じであるから、通信親機1の詳細な図示を省いている。なお、ループアンテナのターン数は3回に限定されるものでなく、2回であっても、3回以上であってもよいことはいうまでもない。
FIG. 5 shows a
5 is the same as FIG. 2 except for the number of turns of the loop antenna, and therefore detailed illustration of the
ループ回路を複数回巻き回した構成では、LC並列共振回路202a、202bより後段のループアンテナがVHF帯またはUHF帯の通信に影響を及ぼす可能性がある。この影響を抑えるには、LC並列共振回路202a、202b及び共振制御付きLC並列共振回路203a、203bのインダクタンス201のインダクタンスLやコンデンサ204の容量Cの値を調整することが有効である。また、複数回巻きまわされたループアンテナのターン同士を所定の距離以上離すことも有効である。図7は、ループアンテナの1回目のターン701と、2回目のターン702とを図中の縦方向にD1、横方向にD2離した状態を示している。
なお、本発明の実施形態1、実施形態2では、上記したインダクタンスLや容量Cの値の調整と、ループアンテナ間の距離の距離を調整する方法とのいずれか一方のみを使用する構成に限定されるものではない。両者を組み合わせてループアンテナを複数回巻き回した場合の通信への影響を抑えることができることはもちろんである。
In the configuration in which the loop circuit is wound a plurality of times, the loop antenna subsequent to the LC parallel
In the first and second embodiments of the present invention, the configuration is limited to using only one of the adjustment of the values of the inductance L and the capacitance C and the method of adjusting the distance of the distance between the loop antennas. Is not to be done. Of course, it is possible to suppress the influence on communication when the loop antenna is wound a plurality of times by combining the both.
1 通信親機、2 無線子機、101,501,601 ループアンテナ
201 インダクタンス、202a,202b LC並列共振回路
203a,203b 共振制御機能付きLC並列共振回路
204 コンデンサ、205 スイッチ、206 バラン
207 切替スイッチ磁界/電界切替SW207
208 整合回路、209 帯域通過フィルタ、211 復調回路
212 デコーダ、213 局部発信器、214 変調回路
215 エンコーダ、216 電界受信判定部、217 電界送信データ生成部
218 制御回路、219 増幅器、220 電磁誘導送信装置
221 電磁誘導送信データ生成部、222 外部接続機器
223 給電点、225 電磁誘導送信データ生成部
DESCRIPTION OF
208 Matching Circuit, 209 Band Pass Filter, 211
Claims (6)
前記ループアンテナ上に設けられ、第2の搬送波を使って電波通信するため、インダクタンスとコンデンサとを並列に接続したLC並列共振回路と、前記インダクタンスと前記コンデンサとスイッチとを並列に接続した共振制御付きLC並列共振回路とを一対としたLC並列共振回路対と、を有するアンテナであって、
前記ループアンテナに電力を供給する給電点を挟んで前記LC並列共振回路対が少なくとも1つずつ設けられ、前記共振制御付きLC並列共振回路は、前記LC並列共振回路よりも前記給電点の近傍に設けられ、
前記給電点を挟んで設けられた少なくとも2つの前記共振制御付きLC並列共振回路のスイッチは、交互に切替えられて前記共振制御付きLC並列共振回路における共振を無効化、または有効化することを特徴とするアンテナ。 A loop antenna for electromagnetic induction communication using a first carrier;
An LC parallel resonance circuit that is provided on the loop antenna and performs radio wave communication using a second carrier wave, in which an inductance and a capacitor are connected in parallel, and resonance control in which the inductance, the capacitor, and a switch are connected in parallel An LC parallel resonant circuit pair including a pair of attached LC parallel resonant circuits,
At least one LC parallel resonant circuit pair is provided across a feeding point for supplying power to the loop antenna, and the LC parallel resonant circuit with resonance control is closer to the feeding point than the LC parallel resonant circuit. Provided,
At least two switches of the LC parallel resonance circuit with resonance control provided across the feeding point are alternately switched to invalidate or enable resonance in the LC parallel resonance circuit with resonance control. And antenna.
前記ループアンテナ上に設けられ、第2の搬送波を使って電波通信するため、インダクタンスとコンデンサとを並列に接続したLC並列共振回路と、前記インダクタンスと前記コンデンサとスイッチとを並列に接続した共振制御付きLC並列共振回路とを一対としたLC並列共振回路対と、を有し、
前記ループアンテナに電力を供給する給電点を挟んで前記LC並列共振回路対が少なくとも1つずつ設けられ、前記共振制御付きLC並列共振回路が前記LC並列共振回路よりも前記給電点の近傍に設けられるアンテナと、
前記アンテナの前記給電点を挟んで設けられた少なくとも2つの前記共振制御付きLC並列共振回路のスイッチを交互に切替えて前記共振制御付きLC並列共振回路の共振を無効化、または有効化する制御手段を備えた本体と、
を備えることを特徴とする通信装置。 A loop antenna for electromagnetic induction communication using a first carrier;
An LC parallel resonance circuit that is provided on the loop antenna and performs radio wave communication using a second carrier wave, in which an inductance and a capacitor are connected in parallel, and resonance control in which the inductance, the capacitor, and a switch are connected in parallel An LC parallel resonant circuit pair including the LC parallel resonant circuit with a pair, and
At least one LC parallel resonant circuit pair is provided across a feeding point for supplying power to the loop antenna, and the LC parallel resonant circuit with resonance control is provided closer to the feeding point than the LC parallel resonant circuit. An antenna,
Control means for disabling or enabling resonance of the LC parallel resonant circuit with resonance control by alternately switching at least two switches of the LC parallel resonant circuit with resonance control provided across the feeding point of the antenna A body with
A communication apparatus comprising:
前記ループアンテナ上に設けられ、第2の搬送波を使って電波通信するため、インダクタンスとコンデンサとを並列に接続したLC並列共振回路と、前記インダクタンスと前記コンデンサとスイッチとを並列に接続した共振制御付きLC並列共振回路とを一対としたLC並列共振回路対と、を有し、
前記ループアンテナにバランを接続した接続位置において電力を供給する給電点を挟んで前記LC並列共振回路対が少なくとも1つずつ設けられ、前記共振制御付きLC並列共振回路は、前記LC並列共振回路よりも前記給電点の近傍に設けられるアンテナと、前記アンテナにおける前記給電点を挟んで設けられた少なくとも2つの前記共振制御付きLC並列共振回路のスイッチを交互に切替えて前記共振制御付きLC並列共振回路の共振を無効化、または有効化する制御手段を備えた本体とを備えた無線親機と、
前記無線親機が電磁誘導通信によって送信した第1搬送波を受信すると共に、前記無線親機と第2搬送波を使って電波通信する無線子機と、を備えることを特徴とする通信システム。 A loop antenna for electromagnetic induction communication using a first carrier;
An LC parallel resonance circuit that is provided on the loop antenna and performs radio wave communication using a second carrier wave, in which an inductance and a capacitor are connected in parallel, and resonance control in which the inductance, the capacitor, and a switch are connected in parallel An LC parallel resonant circuit pair including the LC parallel resonant circuit with a pair, and
At least one LC parallel resonance circuit pair is provided across a feeding point that supplies power at a connection position where a balun is connected to the loop antenna, and the LC parallel resonance circuit with resonance control is more than the LC parallel resonance circuit. The LC parallel resonance circuit with resonance control by alternately switching an antenna provided near the feed point and at least two switches of the LC parallel resonance circuit with resonance control provided across the feed point in the antenna A wireless master device including a main body with a control means for disabling or enabling the resonance of
A communication system comprising: a first wireless carrier that is transmitted by electromagnetic induction communication by the wireless master device; and a wireless slave device that performs radio wave communication with the wireless master device using a second carrier wave.
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