JP6471382B2 - 磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置 - Google Patents
磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6471382B2 JP6471382B2 JP2015552393A JP2015552393A JP6471382B2 JP 6471382 B2 JP6471382 B2 JP 6471382B2 JP 2015552393 A JP2015552393 A JP 2015552393A JP 2015552393 A JP2015552393 A JP 2015552393A JP 6471382 B2 JP6471382 B2 JP 6471382B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic wave
- antenna
- magnetic
- closed
- loop antenna
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims description 91
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 69
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 52
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims description 42
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 21
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 15
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 15
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 27
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 26
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 26
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 26
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 21
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 19
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 13
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 12
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 7
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 6
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 6
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000003094 perturbing effect Effects 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- -1 CL− ions Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 206010037844 rash Diseases 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910021655 trace metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
- H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
- H01Q7/08—Ferrite rod or like elongated core
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
- H04B5/72—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for local intradevice communication
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
- H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
Description
なお、従来の誘導磁界通信をNear Field Communication(NFC)と称し、電磁波通信をFar Field Communication(FFC)と称するのに対して、本発明の磁力波通信はこれらの中間的なものであり、Middle Field Communication(MFC)と称する。
また、特許文献3に記載されている「近距離磁気通信システム」によれば、「携帯ユニットと、通信システムとの間で信号をやりとりするシステムおよび方法である。携帯装置は、電磁結合を用いて基礎ユニットと通信する。基礎ユニットは、電話ネットワークのようなより広域の通信システムにさらに接続されている。基礎ユニットでは、より完全な磁界を実現し、相互リアクタンスが0である部分を防止するために、多数の、互いに直交して配置されたトランスデューサが用いられる。そうしなければ、相互リアクタンスが0である部分が磁界に存在するからである。近距離電磁結合を用いることにより、電力要件を最小化し、他のソースへの妨害を制限することができる。また、電磁結合は、携帯装置内のバッテリを再充電するのに用いることもできる。」とされている。
また、前記特許文献4では、ソレノイドコイル22とコンデンサC1が直列に接続され共振状態であるために、外部へ変位電流を放射しており、そのために高い周波数で磁界の減衰が急激であり、周波数範囲が1kHz〜10kHz程度に制限されている。
本発明の磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置では、大気中、真水中、海水中、あるいはこれらの組合せによる誘導経路中で、かつ数Hz以下の低周波領域から20MHzを超える任意の周波領域で、磁力波アンテナ間の変動磁界による誘導結合によって、数cmの近距離間から数kmの中距離間で、狭帯域から広帯域までの任意の帯域幅のベースバンド信号による磁力波通信が可能となり、従来の音波もしくは超音波、近距離での誘導磁界、あるいは電磁波信号に代わり、海水中からの放射が可能であり、等価帯域幅が数Hz以下である狭帯域から帯域幅の下限と上限との周波数比が10倍以上の広帯域までの任意の帯域幅の通信手段を安価に実現できる利点がある。
図1は、本発明の第1の実施形態における磁力波アンテナの構成図であり、605は電磁界シールド(断面図および側面図を示す)、700は閉ループアンテナ、708は磁力波信号送受信手段、709はベースバンド信号送受信手段、718は離調抑制手段(断面図および側面図を示す)である。
図1において、前記閉ループアンテナ700から送信時に外部へ放射されあるいは受信時に外部へ再放射される電磁波信号を抑制するとともに、磁力波信号を効率よく外部へ放射し、あるいは受信した磁力波信号から効率よく誘起起電力を誘起する。
また、前記閉ループアンテナが、周辺部に存在する海水などに直接接触して離調するのを抑制するために、離調抑制手段718の内部に収納され、前記磁力波信号送受信手段708が、電磁波信号の放射もしくは再放射を抑制するために、電磁シールドに収納されている。
ここで、閉ループアンテナ700が磁力波信号を効率よく外部へ放射できる形状の磁性体707の外周など、前記磁性体に近接して設けられ、電磁波信号の放射もしくは再放射を抑制できる構成・構造・特性であり、前記磁力波信号送受信手段708内の位相調整手段とは、浮遊容量を含め、非同調あるいは非共振で接続されているものとする。
また、前記磁性体が、少なくとも、棒状であり、多角形であり、複数本で構成され、前記複数本がクロスして配置され、メッシュ状に配置され、前記ソレノイドコイルが、少なくとも、単層巻であり、多層巻であり、ポリファイラ巻であり、あるいはこれらの組合せである。
また、前記閉ループアンテナは、移動端末、携帯端末、あるいは小型のRFIDタグに用いられ、離調抑制手段718の内部に収納され、特に小型の場合には外周部が絶縁物によりコーティングされる。
次に、位相調整手段704が前記閉ループアンテナと直列に接続され、送信しあるいは受信した磁力波信号の位相を調整し、磁力波信号の放射効率を改善し、あるいは誘起起電力を増大させるなどが可能となるが、前記浮遊容量を含む位相調整手段の容量性リアクタンスと、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスとを共振状態としあるいは同調状態とすると、前記閉ループアンテナから、変位電流が放射もしくは再放射され、海水中でオーミックロスや渦電流が生じ、誘導結合損の増加とミスマッチの原因となるので、前記両者を非共振状態としあるいは非同調状態とすることが必須となる。
上記の結果から、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスと、前記浮遊容量を含む位相調整手段の容量性リアクタンスとを非共振あるいは非同調とし、後者の絶対値を前者の絶対値の0%を超え、95%以下の範囲内に設定して離調させることで、変位電流が外部へ放射されあるいは再放射されるのを抑制でき、前記閉ループアンテナのVSWRが海水中において著しく増加するのを抑制でき、磁力波信号の放射効率を改善できることになる。
送信側の磁力波アンテナが非共振あるいは非同調状態のままで、EtSinωtの交流電圧を駈動すると、磁力波アンテナに流れる電流(It)は、直列抵抗を無視すると、It=(Et/ωL)Sin(ωt-π/2)となる。
(dH/dt)=[{1/(2π(R-D/2))}-{1/(2π(R+D/2))}](N1*dIt/dt)=[D/(2πR^2)](N1*Et/L)Cos(ωt-π/2) −−(1)
となる。ここで、D=平行四辺形の磁力波アンテナの相対する辺の間隔、N1=送信側磁力波アンテナの巻き数、R=対向する磁力波アンテナ間の距離、ω=2πfは磁力波信号の角周波数、L=送信側磁力波アンテナのインダクタンス、Et=駈動電圧、R>>Dとする
Er=[μ(Et/L)(N1*N2*D*S2/2πR^2)] Cos(ωt-π/2) −−(2)
となる。ここで、N2=受信側の磁力波アンテナの巻数、S2=受信側の磁力波アンテナの面積とする。
上記の(2)式に、L=A*N1^2*D^2を代入し、前記起電力を利得が(Gr)のボルテージフォロアによってインピーダンス変換すると、
GrEr= [GrμEt(N1*N2*D*S2/A*N1^2D1^2)/2πR^2] Cos(ωt-π/2) −−(3)
がボルテージフォロアから出力される。ここで、A=1.94*10^-6、μ=4π*10^-7とする。
Pr={[GrμEt(N2*S2/A*N1*D)/2πR^2]^2/50} −−(4)
となる。
上記の式(4)から、受信入力(Pr)は、垂直方向に対向する磁力波アンテナ間の距離の四乗に反比例して12dB/octの割合で減少するが、磁力波信号の周波数に関係なく一定の値となり、広帯域の磁力波通信が可能であり、狭帯域から広帯域までの任意の帯域幅のベースバンド信号を含む磁力波信号として、直接放射しあるいは搬送波を変調して放射することが可能であることを示し、試作セットを用いた通信実験でも確認している。
しかし、送受アンテナがお互いに垂直方向に対向している場合、送受アンテナ相互間で交差する磁力線の経路長が、距離の増加とともに急激に長くなり、渦電流による誘導結合損が急激に増加するため、受信入力が急激に低下する問題点があり、かつ前記誘導結合損の増加は磁力波信号の周波数が高くなる程顕著であり、磁力波信号の周波数を高くするには限界があることになる。
Pr={[GrμEt(μe2*N2*S2/A*μe1*N1*S1)/2πR^2]^2/(50)} −−(5)
のとおりとなる。ここで、S1=送信側磁力波アンテナの面積とする。
一方、前記送信側磁力波アンテナと受信側磁力波アンテナとを水平方向に対向させる場合には、受信入力(Pr)は、
Pr={[GrμEt(μe2*S2*N2/A*μe1*N1*S1)/2πR^3)]^2/(50)} −−(6)
の通りとなる。
また、前記閉ループアンテナの受信時もしくは受信側の磁性体の実効透磁率が送信時もしくは送信側の磁性体の実効透磁率より大きく、前記閉ループアンテナの受信時もしくは受信側の巻数が送信時もしくは送信側の巻数より多く、前記閉ループアンテナの受信時もしくは受信側の面積が送信時もしくは送信側の面積より広く、前記閉ループアンテナの受信時もしくは受信側の対向する2辺の間隔が送信時もしくは送信側の対向する2辺の間隔より長く、あるいはこれらの組合せによって、通信可能なエリアを拡大できるメリットが得られる。
また、単一の受信側磁力波アンテナに対して複数の送信側磁力波アンテナが対向している場合にも、前記複数の送信側磁力波アンテナの一部が前記単一の受信側磁力波アンテナと垂直方向に対向し、前記複数の送信側磁力波アンテナの残りが前記単一の受信側磁力波アンテナと水平方向に対向することによって、通信可能なエリアを拡大できるメリットが得られる。
また、前記磁力波アンテナが相手側磁力波アンテナと対向している場合、対向している方向の反対側に、アルミ板などの非磁性体の金属板を反射板として配置することで、渦電流が生じ、前記磁力波アンテナから反対方向に放射される磁力線を反射させることで、指向性アンテナを実現できる。
ここで、前記電力増幅手段にはMOSFET型トランジスタが用いられ、平衡型であり、比較的に歪が少なく、低い出力インピーダンスであり、あるいは電源電圧を高圧にすることで、前記閉ループアンテナに大きな誘導電流を破損することなく駆動することができる。
また、前記電力増幅手段には、入力されたベースバンド信号によって、搬送波を変調し、符号化し、スペクトル拡散し、あるいはこれらの組合せを行う機能が含まれるものとする。
なお、商用電源を直接駆動する場合には、前記電力増幅手段を省略できるので安価となり、経済化が図れる。
あるいは、伝送線路トランス716bの出力側巻線を閉ループアンテナに置換えることにより、大きな磁力波電流を直接駈動することができる。
また、前記電力増幅手段には、入力されたベースバンド信号を直接増幅し、あるいは搬送波を変調し、符号化し、スペクトル拡散し、あるいはこれらの組合せを行った後増幅する機能が含まれるものとする。
なお、商用電源を直接駆動する場合には、前記電力増幅手段を省略できるので安価となり、経済化が図られる。
前記磁力波アンテナからの誘起起電力が誘起起電力受信手段側に切替えられると、伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランス716cによって昇圧され、ボルテージフォロアによってインピーダンス変換され、低雑音増幅手段によって増幅され、検波・復調され、復号化され、あるいはこれらの組合せが行われ、所要のレベルにまで増幅し、ベースバンド信号として次段のベースバンド信号送受信手段に送られる。
また、前記磁力波アンテナから生じる熱雑音は、直列抵抗によるものであり、誘導性リアクタンスからは生じないことから、前記ボルテージフォロアによりインピーダンス変換を行うことで、前記ボルテージフォロアから出力される熱雑音は、前記直列抵抗により生じるものとなる。
また、前記伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランスを用いる代わりに、受信時もしくは受信側の磁力波アンテナの、巻数を増やし、磁性体の実効比透磁率を大きくし、面積を広くし、あるいはこれらを組み合わせることによって同様な効果が得られる。
また、磁力波信号の周波数が1MHzを超える場合には、前記磁力波アンテナを含む、電子・機構部品、電子回路、構成、構造、あるいはこれらの組合せについて、前記熱雑音と浮遊容量とを軽減するための対策が必要である。
前記磁力波信号送受信手段が、少なくとも、位相調整手段、寄生振動抑制手段、送受切替手段、磁力波信号駈動手段、誘起起電力受信手段、あるいはこれらの組合せを有し、
前記位相調整手段が、自己の容量性リアクタンスの他に、浮遊容量による容量性リアクタンスを含み、
また、図1〜図6に示すように、前記ベースバンド信号が、0.3kHz〜3kHzのアナログ音声信号であり、パルス幅変調(PWM)されたデジタル音声信号であり、分析合成符号化アルゴリズムにより0.6kbps〜4.8kbpsに帯域圧縮されたデジタル音声信号であり、その他の符号化アルゴリズムによるデジタル音声信号であり、あるいはこれらの組合せであり、かつ、前記磁力波信号駈動手段により直接増幅し、搬送波を変調して増幅し、あるいはこれらの組合せで増幅し、前記閉ループアンテナを駆動する。
また、図1〜図6に示すように、前記磁力波信号増幅手段の出力側トランスを前記閉ループアンテナに置換えることによって、磁力波信号を直接駈動する。
また、図1〜図6に示すように、前記インピーダンス変換手段の入力インピーダンスが前記閉ループアンテナの出力インピーダンスより大きく、前記インピーダンス変換手段の入力インピーダンスが前記伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランスの出力インピーダンスより大きく、前記インピーダンス変換手段の出力インピーダンスが受信機の入力インピーダンスより小さく、前記低雑音増幅器の出力インピーダンスが受信機の入力インピーダンスより小さく、あるいはこれらの組合せである。
また、図1〜図6に示すように、前記寄生振動抑制手段を、前記閉ループアンテナと、前記位相調整手段と、前記磁力波信号駈動手段の出力端子と、前記誘起起電力受信手段の入力接続端子と、前記インピーダンス変換手段の入力接続端子と、前記伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランスと、あるいはこれらの組合せと、並列あるいは直列に接続することによって、不要な寄生振動を抑制する。
また、図1〜図6に示すように、前記誘導結合損検知手段が、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスの変化を検知し、前記閉ループアンテナの周辺の海水の導電度を検知し、前記閉ループアンテナの周辺の海水のイオン濃度を検知し、前記誘導経路中の通信品質を検知し、あるいはこれらの組合せを検知することによって、前記誘導結合損の変化を検知する。
また、図1〜図6に示すように、前記複数組の閉ループアンテナの各組ごとに磁力波信号送受信手段を接続して複数組の入出力端子とし、少なくとも、前記複数組の入出力端子を、並列に接続し、同相に駈動するよう接続し、逆相に駆動するよう接続し、電力合成・分配手段を介して接続し、減衰・増幅手段を介して接続し、移相手段を介して接続し、あるいはこれらを組合せて接続することによって、要求される低インピーダンス特性、要求される指向性、要求される指向性ビーム幅、要求される周波数領域、要求される帯域幅、要求される利得、あるいはこれらの組合せを実現する。
また、図1〜図6に示すように、前記閉ループアンテナが磁性体に近接して設けられた単巻あるいは複数巻のソレノイドコイルであり、かつ、変位電流の放射もしくは再放射を抑制する構造であり、構成であり、特性であり、あるいはこれらの組合せであり、かつ、変動磁界を効率よく放射する構造であり、構成であり、特性であり、あるいはこれらの組合せである。
また、図1〜図6に示すように、前記磁力波信号送受信手段の一部あるいは全部が前記磁性体の内部の空洞部分に収納され、前記閉ループアンテナが前記磁性体の外部あるいは外周部に近接して設けられる。
ここで、前記複数組の閉ループアンテナ700a〜700dを各組個別の角度(図中ではお互いに直交する)で配置し、各組ごとに前記移相手段610を介し、前記入出力コネクタ607に接続して、回転磁力波アンテナを構成する。
また、前記離調抑制手段を含むレドーム701は、少なくとも、閉ループアンテナ700a〜700dから垂直方向に放射される磁力波信号を減衰させず、効率よく透過させるための材質および構造を有するものとする。
なお、前記磁力波アンテナが右回転しあるいは左回転する磁力波信号を放射することによって、前記誘導経路中に存在するNa+イオンやCL−イオン、微量な金属イオン、自由電子、あるいはこれらの組合せによって引き起こされる誘導結合損の増加を軽減し、かつ前記磁力波信号によって渦電流損を生じる導電物体を確実に検知することが期待される。
また、図1〜図7に示すように、前記複数組の閉ループアンテナが、各組毎に、前記移相手段に接続され、少なくとも、前記複数組の閉ループアンテナを蔽うレドームを通して、回転磁力波信号を効率よく外部へ放射する。
また、図1〜図7に示すように、前記閉ループアンテナから放射された回転磁力波信号が、前記誘導経路中に存在する導電物体によって渦電流を生じて反射され、前記反射された逆回転する回転磁力波信号を受信することで、誘導経路中に存在する導電物体を探知する。
また、図1〜図7に示すように、前記回転磁力波信号を放射するための複数組の閉ループアンテナと、前記逆回転する磁力波信号を受信するための複数組の閉ループアンテナとを、間隔を置いて同一方向に向けて設置する。
ここで、前記複数組の閉ループアンテナ700a〜700fをお互いに絶縁してアレイ状に配置し、各組毎に、少なくとも、前記磁力波信号送受信手708a〜708fを接続し、電力合成・分配手段を接続し、減衰・増幅手段を接続し、移相手段を接続し、あるいはこれらの組み合わせを接続してアダプテイブアレイアンテナを構成し、要求される指向性、要求される指向性ビーム幅、要求される周波数領域、要求される帯域幅、要求されるアンテナ利得、あるいはこれらの組合せを実現する。
また、図1〜図8に示すように、前記複数組の閉ループアンテナがレドームに対して垂直方向、水平方向、あるいはこれらの組合せで配置され、各組ごとに、少なくとも、磁力波信号送受信手段を接続し、電力合成・分配手段を接続し、減衰・増幅手段を接続し、移相手段を接続し、あるいはこれらの組み合わせを接続し、かつ、前記複数組の閉ループアンテナの、指向性ビーム幅を制御し、指向性ビームの方向を制御し、指向性ビームの放射角を制御し、あるいはこれらの組合わせをアダプテイブに制御する磁力波アダプテイブアレイアンテナを実現する。
また、図1〜図8に示すように、前記複数組の閉ループアンテナが、海上を航行しあるいは海水中を潜航する移動体の形状に合わせてアレイ状に設置される。
ここで、前記閉ループアンテナ700aと、前記閉ループアンテナ700bおよび700cとはお互いに水平方向に対向しており、両者間の距離が変化すると、磁力波送受信手段700a〜700cへの受信入力は12dB/octの割合で変化する。
例えば、閉ループアンテナ700aが海洋上の移動局に搭載され、閉ループアンテナ700bおよび700cが海水中の複数の移動局として携帯されあるいは搭載されていると、海洋上の移動局と海水中の複数の移動局との距離は数kmまで延長されるが、海水中の複数の移動局間では、閉ループアンテナが垂直方向に対向するため、相互間で誘導結合する磁力線の経路長が、距離の増加とともに急激に増加し、渦電流損が増加するためであり、通信可能な距離が数100mに制限されることになるので、システム構築の際には注意を要する。
ここで、外径が1mmφの絶縁銅線10本を束ね、全長が50cmの閉ループアンテナを用い、周波数を変化させて測定した誘導性リアクタンスの値であり、前記誘導性リアクタンスが周波数の増加とともにほぼ比例して増加していることが分かる。
従来の設計理論によれば、前記閉ループアンテナから電磁波信号を効率よく放射させるために、同調用コンデンサを用いた共振回路を設け、前記誘導性リアクタンスと共振させ、マッチング回路を設けて通信機と接続する方法が採られていた。
本発明では、上記の問題点を解決するための方法として、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスと位相調整手段の容量性リアクタンスとを共振させず非共振のままとし、前記閉ループアンテナに誘導性負荷電流を直接駆動し、前記閉ループアンテナから放射されあるいは再放射される変位電流を許容値以下に抑制する方法を採用する。
更に、前記磁力波信号を用いると、大気中、電磁波信号の伝搬損が比較的に大きい物質中、塩分濃度が0%から5%までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせによる誘導経路中で、狭帯域から広帯域までの任意の帯域幅の磁力波通信を可能にする。
また、図1〜図9に示すように、前記磁力波信号が自然界には存在しにくいベースバンド信号で構成され、受信側において受信した前記ベースバンド信号の伝搬特性の変化を測定することによって、前記誘導経路中で生じる、地震、海底火山の噴火、津波、物体の移動、生物の移動、あるいはこれらの組合せを検知する。
また、図1〜図9に示すように、前記磁力波アンテナが、ワイヤレス給電装置の送信側アンテナとして用いられ、ワイヤレス給電装置の受信側アンテナとして用いられ、磁力波通信手段が付加されて用いられ、あるいはこれらの組合せで用いられる。
また、請求項30に示すように、前記誘導経路中において生じる誘導結合損の増加を軽減するために、適応型閉ループアンテナを設け、適応型磁力波信号送受信手段を設け、適応型ベースバンド信号送受信手段を設け、あるいはこれらの組合せを設け、自局、相手局、あるいは両局において、少なくとも、前記閉ループアンテナのパラメータ、前記磁力波信号のパラメータ、前記磁力波通信のパラメータ、前記磁力波通信装置のパラメータ、あるいはこれらの組合せをアダプティブに制御し、変更し、あるいは切替えることで、信頼性の高い磁力波通信を可能とする。
また、請求項32に示すように、複数の送信側磁力波アンテナの一部あるいは全部と複数の受信側磁力波アンテナの一部あるいは全部とが垂直方向に対向し、前記複数の送信側磁力波アンテナの一部あるいは全部と前記複数の受信側磁力波アンテナの一部あるいは全部とが水平方向に対向し、あるいはこれらの組合せにより対向することでエリア拡大のメリットが得られる。
また、図1〜図9に示すように、前記磁力波アンテナが相手側磁力波アンテナと対向している場合、対向している方向の反対側に非磁性体の金属板を配置することで渦電流が生じ、前記磁力波アンテナから反対方向に放射される磁力線を反射させることで、指向性アンテナを実現する。
601a、601b 電界シールド
603a、603b インピーダンス変換トランス
604a、604b インピーダンス整合コンデンサ
605a、605b 電磁界シールド
606a、606b 入出力コネクタ
607 入力コネクタ
610 移相手段
612 距離(R)
701 レドーム
704 浮遊容量を含む位相調整手段(可変もしくは半固定を含む)
705 ダンピング手段
706 送受切替手段
707 磁性体
708、708a〜708f 磁力波信号送受信手段
709 ベースバンド信号送受信手段
710 磁力波信号駈動手段
712、712a、712b 閉ループアンテナ接続端子
713、713a、713b ベースバンド信号接続端子
714 送受信切替接続端子
715、715a、715b 電力増幅手段
716、716a〜716c 伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランス
717 インピーダンス変換手段を含む低雑音増幅手段
718 離調抑制手段
Claims (19)
- 変動磁界によって誘導結合する磁力波信号を用い、無線通信を可能にするアンテナおよび通信装置であって、
前記アンテナおよび通信装置が、閉ループアンテナと、位相調整手段とを含み、
前記位相調整手段が自己の容量性リアクタンスの他に浮遊容量による容量性リアクタンスを含み、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスと、前記浮遊容量を含む位相調整手段の容量性リアクタンスとが一致せず、共振せず、および/あるいは同調しないことによって、前記閉ループアンテナから電磁波信号が放射するのを抑制しおよび/あるいは再放射するのを抑制し、かつ前記閉ループアンテナによって前記磁力波信号を放射しおよび/あるいは受信することを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第1項において、前記浮遊容量を含む位相調整手段の容量性リアクタンスの絶対値を、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスの絶対値の0%を超え、95%以下の範囲内に設定することを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第1項において、前記通信装置が送受信手段を含み、前記送受信手段が、送信時に低出力インピーダンスの増幅手段を含み、および/あるいは、受信時に高入力インピーダンスから低出力インピーダンスへの変換手段を含むことを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第3項において、前記インピーダンス変換手段の入力インピーダンスが前記閉ループアンテナの出力インピーダンスより大きいことを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第1項において、前記閉ループアンテナが、マグネチックループアンテナであり、あるいはシールドループアンテナであることを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第1項において、前記閉ループアンテナおよび/あるいは送受信手段が寄生振動抑制手段を含み、不要な寄生振動を抑制することを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第1項において、前記閉ループアンテナを複数組含み、移相手段を含み、かつ磁力波アレイアンテナを構成することを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第7項において、前記複数組の閉ループアンテナが、指向性ビームを有し、かつアダプテイブに制御する手段を有することを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第7項において、前記複数組の閉ループアンテナが、移相手段を含み、かつ回転磁力波信号を外部へ放射することを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第9項において、前記回転磁力波信号を放射するための複数組の閉ループアンテナと、前記回転磁力波信号とは逆回転する磁力波信号を受信するための複数組の閉ループアンテナとを、間隔を置いて設置することを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第10項において、前記閉ループアンテナから放射された回転磁力波信号が、誘導経路中に存在する導電物体によって渦電流を生じて反射され、前記反射された逆回転する回転磁力波信号を受信することで、前記誘導経路中に存在する導電物体を探知することを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第1項において、前記閉ループアンテナが磁性体に近接して設けられることを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第12項において、前記閉ループアンテナが前記磁性体の外部あるいは外周部に設けられ、送受信手段の一部あるいは全部が前記磁性体の内部の空洞部分に収納されることを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第3項において、前記送受信手段が、ベースバンド信号送信手段および/あるいはベースバンド信号受信手段を含むことを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第14項において、前記送受信手段には、スペクトル拡散する機能を含むことを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第1項において、前記閉ループアンテナの受信時の比透磁率×巻き数×面積を、送信時の比透磁率×巻き数×面積より大きくすることを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第3項において、前記送信時の閉ループアンテナと受信時の閉ループアンテナとが、垂直方向および/あるいは水平方向に対向することを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第17項において、前記閉ループアンテナが海洋上の移動体と海水中の複数の移動体とに搭載されあるいは携帯され、前記海洋上の移動体に搭載されあるは携帯された閉ループアンテナと前記海水中の複数の移動体に搭載されあるいは携帯された閉ループアンテナとが相互間で水平方向に対向し、前記複数の移動体に搭載されあるいは携帯された閉ループアンテナが相互間で垂直方向に対向することを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
- 前記請求項第18項において、前記閉ループアンテナが、対向している方向の反対側に、非磁性体の導電体を配置することを特徴とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013254273 | 2013-12-09 | ||
JP2014078266 | 2014-04-05 | ||
JP2014139228 | 2014-07-06 | ||
PCT/JP2014/081654 WO2015087724A1 (ja) | 2013-12-09 | 2014-11-28 | 磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2015087724A1 JPWO2015087724A1 (ja) | 2017-03-16 |
JP6471382B2 true JP6471382B2 (ja) | 2019-02-20 |
Family
ID=53371035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015552393A Active JP6471382B2 (ja) | 2013-12-09 | 2014-11-28 | 磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6471382B2 (ja) |
WO (1) | WO2015087724A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220086958A (ko) * | 2020-12-17 | 2022-06-24 | 한국전자통신연구원 | Gmi 마그네토미터를 이용하는 자기장 통신 방법 및 장치 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6531942B2 (ja) * | 2015-07-21 | 2019-06-19 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 送電装置 |
JP6496659B2 (ja) * | 2015-12-21 | 2019-04-03 | 京セラ株式会社 | 電子機器、電子機器の制御方法、制御プログラム及び制御装置 |
JP6737648B2 (ja) * | 2016-06-30 | 2020-08-12 | パナソニック株式会社 | 送電装置 |
RU175975U1 (ru) * | 2017-08-15 | 2017-12-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) | Антенна системы ближнепольной магнитной связи |
CN108390697B (zh) * | 2018-05-16 | 2024-03-19 | 德州尧鼎光电科技有限公司 | 一种仿生复眼天线磁波海下通讯装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008117635A1 (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-02 | Radio Communication Systems Ltd. | 磁力波通信装置 |
JP2009225395A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-01 | Rcs:Kk | 磁力波伝搬を利用した通信事業 |
WO2011145515A1 (ja) * | 2010-05-15 | 2011-11-24 | 有限会社 アール・シー・エス | 磁力波アンテナおよび磁力波通信装置 |
JP2012253695A (ja) * | 2011-06-06 | 2012-12-20 | Rcs:Kk | 磁力波伝搬を利用した通信事業 |
-
2014
- 2014-11-28 WO PCT/JP2014/081654 patent/WO2015087724A1/ja active Application Filing
- 2014-11-28 JP JP2015552393A patent/JP6471382B2/ja active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220086958A (ko) * | 2020-12-17 | 2022-06-24 | 한국전자통신연구원 | Gmi 마그네토미터를 이용하는 자기장 통신 방법 및 장치 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2015087724A1 (ja) | 2017-03-16 |
WO2015087724A1 (ja) | 2015-06-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6471382B2 (ja) | 磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置 | |
US10425126B2 (en) | Hybrid guided surface wave communication | |
JP6467919B2 (ja) | 電力伝送装置及び電力伝送方法 | |
US20110076940A1 (en) | Underwater wireless communications hotspot | |
US9887681B2 (en) | Power transmission system, transmission apparatus, receiving apparatus, and power transmission method | |
WO2011145515A1 (ja) | 磁力波アンテナおよび磁力波通信装置 | |
GB2457581A (en) | An array of subsea radio modems is distributed on the seabed to provide a radio communications network | |
US20100322293A1 (en) | Communication between submerged station and airborne vehicle | |
US20210281328A1 (en) | Underwater communication device and underwater communication system | |
JP2019220983A (ja) | 水中通信装置及び水中通信システム | |
RU2611603C1 (ru) | Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами | |
US20090027287A1 (en) | Systems and methods for communications through materials | |
US7336198B2 (en) | Magnetostatic communication | |
Chakraborty et al. | Exploiting the loss-frequency relationship using RF communication in underwater communication networks | |
GB2445015A (en) | Electromagnetic below ice communications | |
Manteghi | An electrically small antenna for underwater applications | |
WO2018051934A1 (ja) | 無線給電装置 | |
JP2012253695A (ja) | 磁力波伝搬を利用した通信事業 | |
KR101804683B1 (ko) | 무선 전력 전송 시스템 및 통신 시스템 | |
JP5608947B2 (ja) | 無線通信システム及び無線送信機 | |
US11411439B2 (en) | Device for providing wireless energy transfer | |
de Paillette et al. | Antenna adaptation circuits for high data rate magneto inductive underwater communications | |
JP6760326B2 (ja) | 通信補助ユニット | |
Yoshida et al. | Underwater Electromagnetic Transmission for an AUV | |
Wrathall et al. | Magneto-inductive communications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20161019 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171111 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171120 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171207 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180621 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180717 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180808 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181009 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181015 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181113 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181226 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6471382 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |