JP7168771B2 - 電磁波送信装置及び電磁波通信システム - Google Patents

Description

本発明は、電磁波送信装置及び電磁波通信システムに関する。

電磁波送信用の発振素子に用いた通信用の変調方式として、振幅偏移変調方式（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ－Ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ変調方式、以下、ＡＳＫ変調方式という。）が知られている。また、通信用の変調方式としてオンオフ変調方式（Оｎ Оｆｆ ｋｅｙｉｎｇ変調方式、以下、ＯＯＫ変調方式）も、ＡＳＫ変調方式に含まれる１つの方式として知られている。

ここで、特許文献１には、共鳴トンネルダイオード（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下、ＲＴＤという。）を電磁波送信用の発振素子として用いたＡＳＫ変調方式に関する技術が開示されている。具体的には、当該技術は、ＲＴＤの発振領域のデータ（例えばＯｎに相当する信号）と、非発振領域のデータ（例えばＯｆｆに相当する信号）とを切り替えることにより２値を表す技術、すなわち、振幅の違いでＯｎ及びＯｆｆを表す技術とされている。
また、特許文献２には、ＲＴＤ等の連続発振のテラヘルツ波を用いたＡＳＫ変調方式に関する技術が開示されている。具体的には、当該技術は、強度が可変な可変光を信号光として変調素子に重畳的に入射させ、信号強度に応じてテラヘルツ波の振幅を変調する技術とされている。

特開２０１２－１９１５２０号公報 特開２０１０－４１２０４号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている技術は、振幅の違いにより２値を表す技術であることから、送信速度（又は通信速度）の高速化に限界がある。

本発明が解決しようとする課題としては、送信速度を高速化することが一例として挙げられる。

請求項１に記載の発明は、
電圧－電流特性が極大値及び前記極大値よりも高電圧側に位置する極小値を有し、かつ、変調信号を示す電磁波を送信する送信部と、
デジタル信号を取得する取得部と、
前記デジタル信号を、前記極大値の電圧以上で前記極小値の電圧以下の電圧領域とされる第１電圧領域の２水準以上の第１電圧値、並びに、前記極大値の電圧未満の電圧領域とされる第２電圧領域の第２電圧値及び前記極小値の電圧より高電圧側の電圧領域とされる第３電圧領域の第３電圧値を用いて、前記変調信号に変調する変調部と、
を備え、
前記第１電圧領域の２水準以上の第１電圧値のうち任意の電圧値から前記第２電圧値を経由して前記第１電圧値の２水準以上の電圧値のうちいずれか１つの電圧値に遷移する第１信号と、前記任意の電圧値から前記第３電圧値を経由して前記いずれか１つの電圧値に遷移する第２信号とは、同じ信号であり、
前記変調部は、前記第１信号の総遷移電位差と前記第２信号の総遷移電位差とが異なる場合、前記第１信号及び前記第２信号のうち前記変調信号の総遷移電位差の小さい方を選択する、
電磁波送信装置である。

本実施形態の電磁波通信システムの概略図である。 本実施形態の電磁波送信装置の概略図である。 本実施形態の電磁波送信装置が備える同期信号レベル変換部を詳細に示す構成図である。 本実施形態の電磁波送信装置が備える電磁波を発振する素子の電圧－電流特性及び５水準の電圧値を示すグラフである。 本実施形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の第１例（変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１}、Ｖ_{ｓｙｎｃ２}、Ｖ_{ｓｙｎｃ３}）である。 本実施形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の第２例（変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ４}、Ｖ_{ｓｙｎｃ５}）である。 本実施形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の第３例（変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ６}）である。 比較形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の第１比較例（変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ７}）である。 本実施形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の第４例（変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ8}）である。 比較形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の第２比較例（変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ９}）である。 本実施形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の第５例（変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１０}）である。 比較形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の第３比較例（変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１１}）である。 本実施形態の電磁波送信装置が備える電磁波を発振する素子の電圧－電流特性を示すグラフと、電圧－出力レベル特性を示すグラフとの関係の第１例を示す図である。 本実施形態の電磁波送信装置が備える電磁波を発振する素子の電圧－電流特性を示すグラフと、電圧－出力レベル特性を示すグラフとの関係の第２例を示す図である。 本実施形態の電磁波送信装置が備える電磁波を発振する素子の電圧－電流特性を示すグラフと、電圧－出力レベル特性を示すグラフとの関係の第３例を示す図である。 本実施形態の電磁波送信装置が備える電磁波を発振する素子の電圧－電流特性を示すグラフと、電圧－出力レベル特性を示すグラフとの関係の第４例を示す図である。

＜概要＞
以下、本実施形態（本発明の一例）について説明する。まず、本実施形態の電磁波通信システム１０（図１参照）の機能及び構成について図面を参照しながら説明する。次いで、本実施形態の電磁波通信システム１０の動作について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態の効果については、動作についての説明の中で説明する。また、本明細書において参照するすべての図面では同様の機能を有する構成要素に同様の符号を付し、明細書では適宜説明を省略する。

＜構成＞
図１は、本実施形態の電磁波通信システム１０の概略図である。電磁波通信システム１０は、電磁波送信装置２０と、電磁波受信装置３０とを備えている。電磁波通信システム１０は、電磁波送信装置２０により送信される電磁波Ｗを、電磁波受信装置３０により受信する機能を有する。

本実施形態の電磁波Ｗは、後述する変調信号を示す電磁波とされている。また、本実施形態の電磁波Ｗは、一例として、テラヘルツ波とされている。ここで、テラヘルツ波とは、ミリ波よりも短波長で赤外線よりも長波長の電磁波と言われている。テラヘルツ波は、光波及び電波の両方の性質を兼ね備えていた電磁波であり、例えば、布、紙、木、プラスチック、陶磁器等を透過し（又は透過し易く）、金属、水等は透過しない（又は透過し難い）という性質を有する。一般的に、テラヘルツ波の周波数は１ＴＨｚ前後（波長は３００μｍ前後に相当）とも言われているが、その範囲について明確な定義はない。そこで、本明細書では、テラヘルツ波の波長の範囲を７０ＧＨｚ以上１０ＴＨｚ以下の範囲と定義する。

〔電磁波送信装置〕
図２Ａは、本実施形態の電磁波送信装置２０の概略図である。電磁波送信装置２０は、多値変調された変調信号を示す電磁波Ｗを送信する機能を有する。電磁波送信装置２０は、一例として、取得部２２と、変換部２４（変調部の一例）と、切り替え部２６Ａと、選択器２６Ｂと、送信部２８と、多値レベル設定部２９Ａと、同期レベル設定部２９Ｂとを備えている。

（取得部）
本実施形態の取得部２２は、一例として音、映像等のデジタル信号を取得する機能を有する。また、取得部２２は、取得したデジタル信号を、変換部２４に出力する機能を有する。

（変換部）
本実施形態の変換部２４は、一例として、多値レベル変換部２４Ａと、同期信号レベル変換部２４Ｂとを有する。
多値レベル変換部２４Ａは、取得部２２からのデジタル信号（通信用データ）を入力とし、多値レベル設定に従い、多値レベルに変換して出力する機能を有する。ここで、多値レベル設定とは、後述する第１電圧領域ＲＡ内の２水準以上の電圧レベル（第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４）、並びに、後述する第２電圧領域ＲＢの電圧レベル（第２電圧値Ｖ_１）及び後述する第３電圧領域の電圧値レベル（第３電圧値Ｖ_５）の電圧レベルの設定を意味する（図３参照）。
同期信号レベル変換部２４Ｂは、同期レベル設定に従い、所定の同期信号レベルを出力する機能を有する。ここで、同期レベル設定とは、第１電圧領域ＲＡ内の２水準以上の電圧レベル、並びに、第２電圧領域ＲＢの電圧レベル及び第３電圧領域の電圧値レベルの電圧レベルの設定を意味する（図３参照）。
また、図２Ｂは、本実施形態の多値レベル変換部２４Ａを詳細に示す構成図である。多値レベル変換部２４Ａは、多値化部２４Ｂ１と、多値化拡張部２４Ｂ２と、電圧変換部２４Ｂ３とを有する。多値化部２４Ｂ１、多値化拡張部２４Ｂ２及び電圧変換部２４Ｂ３の詳細については、後述する。
そして、図２Ｂは、本実施形態の同期信号レベル変換部２４Ｂも同一の構成となる。

（切り替え部及び選択部）
切り替え部２６Ａは、選択器２６Ｂによって選択されて送信部２８に出力されるデータの切り替えタイミングを生成して、選択器２６Ｂに入力する機能を有する。ここで、当該データとは、多値レベル変換部２４Ａが出力するデータ（以下、多値データという。）及び同期信号レベル変換部２４Ｂが出力するデータ（以下、同期信号データという。）である。
選択器２６Ｂは、切り替え部２６Ａが生成したデータの切り替えタイミングに従い、同期信号データと多値データとを異なるタイミングで送信部２８に出力する機能を有する。

（送信部）
送信部２８は、選択器２６Ｂにより選択されて入力されるデータを電磁波Ｗ（本実施形態の場合は一例としてテラヘルツ波）として発振する機能を有する。そのため、送信部２８は、テラヘルツ波を発振する素子を有する。本実施形態のテラヘルツ波を発振する素子は、一例としてＲＴＤとされている。なお、テラヘルツ波を発振する素子であれば、当該素子はＲＴＤでなくてもよい。

ここで、ＲＴＤの電圧－電流特性について図３のグラフを参照しながら説明する。ここで、「電圧－電流特性」とは、電圧と電流との関係を示す２次元のグラフにおける電圧に対する電流の特性を意味する。
図３は、本実施形態のＲＴＤの電圧－電流特性及び第１電圧領域ＲＡ内の３水準の第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４並びに第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧領域ＲＣの第３電圧値Ｖ_５を示すグラフである。
ＲＴＤは、電圧－電流特性において、極大値及び前記極大値よりも高電圧側に位置する極小値を有する。ここで、当該極大値における電圧値を電圧値Ｖ_ＯＬとし、当該極小値における電圧値を電圧値Ｖ_ＯＨと定義する。そして、電圧値Ｖ_ＯＬから電圧値Ｖ_ＯＨに亘る電流のスペクトルは、微分負性抵抗特性を示す微分負性抵抗領域とされている。本明細書では、当該微分負性抵抗領域を第１電圧領域ＲＡと定義する。すなわち、ＲＴＤは、その動作領域の電圧－電流特性に、微分負性抵抗特性を示す微分負性抵抗領域（第１電圧領域ＲＡ）を有する。また、本明細書では、電圧－電流特性のグラフにおける第１電圧領域ＲＡの両側の電圧領域のうち電圧値Ｖ_ＯＬよりも低電圧側の領域を第２電圧領域ＲＢ、電圧値Ｖ_ＯＨよりも高電圧側の領域を第３電圧領域ＲＣと定義する。そして、ＲＴＤは、第１電圧領域ＲＡ内の第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４並びに第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧領域の第３電圧値Ｖ_５の少なくとも一方の電圧値が印加されている場合に、電磁波Ｗを発振する素子として機能するようになっている。

そして、送信部２８は、同期信号レベル変換部２４Ｂからの同期信号データが入力されると、第１電圧領域ＲＡ内の３水準の第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４並びに第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧領域の第３電圧値Ｖ_５の少なくとも一方の電圧値に対応したパターンを有する同期信号を送信するようになっている。ここで、本実施形態の同期信号は、電磁波受信装置３０に、送信信号の検出タイミングを知らせる信号であり、また、変調信号に使用される一部又はすべての電圧レベルを認識させる役割を有する。次いで、送信部２８は、多値レベル変換部２４Ａからの多値データが入力されると、第１電圧領域ＲＡ内の３水準の第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４並びに第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ１及び第３電圧領域の第３電圧値Ｖ_５の少なくとも一方の電圧値に対応したパターンを有するデジタル信号を送信するようになっている。ここで、本実施形態では第１電圧領域ＲＡ内の第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４を一例として３水準の電圧値としているが、第１電圧領域ＲＡ内の第１電圧値は２水準以上であればよい。

以上のとおりであるから、本実施形態における多値レベル設定及び同期レベル設定は、第１電圧領域ＲＡ内の３水準の第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４並びに第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧領域の第３電圧値Ｖ_５の少なくとも一方の電圧値に設定されている。また、本実施形態の電磁波送信装置２０は、多値データ及び同期信号データを多値変調し、多値変調したデータを電磁波Ｗに乗せて電磁波受信装置３０に送信するようになっている。

〔電磁波受信装置〕
電磁波受信装置３０は、電磁波送信装置２０が送信した電磁波Ｗを受信し、受信した電磁波Ｗをデジタル信号に復調するようになっている。例えば、デジタル信号が音をデジタル化した信号であれば、電磁波受信装置３０は電磁波受信装置３０により受信された電磁波Ｗのうちの同期信号データに基づき検出タイミングを生成し、音のデジタル信号を復調するようになっている。

以上が、本実施形態の構成についての説明である。

＜動作＞
次に、本実施形態の電磁波通信システム１０の動作について図面を参照しながら説明する。以下、まず、全体の流れについて説明し、次いで多値変調の具体例を挙げて説明する。なお、電磁波通信システム１０により一例として音に関する信号を通信する場合とする。また、前述のとおり、以下の説明とともに本実施形態の効果についても説明する。

〔全体の流れ〕
本実施形態の動作の全体の流れについて図１並びに図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら説明する。
まず、取得部２２は、外部装置（図示省略）から音に関するデジタル信号を取得し、取得したデジタル信号を変換部２４（多値レベル変換部２４Ａ）に出力する。

次いで、多値レベル変換部２４Ａは、取得部２２からのデジタル信号（通信用データ）を入力とし、多値レベル設定部２９Ａによる多値レベル設定に従い、多値レベルに変換して出力する。
ここで、図２Ｂに示されるように、多値レベル変換部２４Ａは、多値化部２４Ｂ１と、多値化拡張部２４Ｂ２と、電圧変換部２４Ｂ３とを有するが、これらの動作の流れは以下のとおりである。
多値化部２４Ｂ１は、デジタル信号（通信用データ）が入力されると、当該データを多値化してｎ値（ｎ≧３、本実施形態の場合は一例としてｎ＝４）を多値化拡張部２４Ｂ２に出力する。
次いで、多値化拡張部２４Ｂ２は、(例えば、多値（ｎ＋１）レベル設定値を用いてｎ値をｎ＋１値に変換する。そして、多値化拡張部２４Ｂ２は、非発振時の電圧出力を第２電圧領域ＲＢの電圧レベル（第２電圧値Ｖ１）及び第３電圧領域の電圧値レベル（第３電圧値Ｖ５）のいずれか一方にすることを決定する。この場合、多値化拡張部２４Ｂ２は、第２電圧領域ＲＢの電圧レベル（第２電圧値Ｖ１）を経由した場合の後述する総遷移電位差、及び、第３電圧領域の電圧値レベル（第３電圧値Ｖ５）を経由した場合の総遷移電位差のうち小さい方を選択する。
次いで、電圧変換部２４Ｂ３は、ｎ＋１値(一例として５値)を多値レベル設定値に従いｎ+１レベル(５レベル)の電圧に変換して選択器２６Ｂに出力する。
また、同期信号レベル変換部２４Ｂは、同期レベル設定部２９Ｂによる同期レベル設定に従い、所定の同期信号レベルを出力する。
ここで、同期信号レベル変換部２４Ｂは、図２Ｂに示される構成であり、多値レベル変換部２４Ａの動作と同一である。

次いで、切り替え部２６Ａは、選択器２６Ｂによって選択されて送信部２８に出力される多値データと同期信号データとの切り替えタイミングを生成して、選択器２６Ｂに入力する。その結果、選択器２６Ｂは、切り替え部２６Ａが生成した切り替えタイミングに従い、同期信号データと多値データとを異なるタイミングで送信部２８に出力する。

次いで、送信部２８は、選択器２６Ｂにより選択されて入力されるデータ（電圧変換部２４Ｂ３が送信したｎ＋１レベル（一例として５値）のデータ）を電磁波Ｗに乗せて送信する。すなわち、送信部２８は、当該データについての変調信号を示す電磁波Ｗを送信する。

次いで、電磁波受信装置３０は、送信部２８（電磁波送信装置２０）が送信した電磁波Ｗを受信し、受信した電磁波Ｗのうちの同期信号データに基づき検出タイミングを生成し、多値データをデジタル信号に復調する。その結果、電磁波受信装置３０により受信された電磁波Ｗは音のデジタル信号に復調される。

以上が、本実施形態の動作の全体の流れについての説明である。

〔多値変調の具体例〕
次に、多値変調における変調信号の具体例について下記の例を参照しながら説明する。

（第１例及び第２例）
まず、図３、図４及び図５を参照しながら第１例及び第２例について説明する。
図４及び図５は、それぞれ、本実施形態の電磁波送信装置２０が送信する変調信号の一例であり、図４は第１例、図５は第２例である。ここで、図４及び図５における、Ｖは電圧値、ｔは時間を示す。電圧値Ｖの軸における、Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４、Ｖ_５は、それぞれ第２電圧領域ＲＢの第２電圧値、第１電圧領域ＲＡ内の３水準の第１電圧値、第３電圧領域ＲＣの第３電圧値を示す。これらの変調信号のパターンは、多値データ及び同期信号データを含む。
なお、図４のＶ_{ｓｙｎｃ１、}Ｖ_{ｓｙｎｃ２}及びＶ_{ｓｙｎｃ３}並びに図５のＶ_{ｓｙｎｃ４}及びＶ_{ｓｙｎｃ５}は、変調信号のうち同期信号データに相当する部分を示す。また、図５の全体のパターンは、同期信号データに相当する部分とそれ以外の部分（変調データに相当する部分）とを含む変調信号を示す。すなわち、本実施形態では、送信部２８は変調信号のうちの少なくとも一部として同期信号を送信する。

本実施形態の変換部２４が生成する信号は、図４及び図５に示されるように、第１電圧領域ＲＡ内の第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４のうちの２水準以上の電圧値並びに第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧領域の第３電圧値Ｖ_５の少なくとも一方の電圧値を用いた変調信号とされている。すなわち、本実施形態の変換部２４が生成する信号は、３水準以上の電圧値を用いて多値変調された変調信号とされる。具体的には、当該変調信号は、例えば、ｍビット（ｍ≧１、本実施形態の場合は一例としてｍ＝２）のデータをｎ値（ｎ≧３、本実施形態の場合は一例としてｎ＝４）の電圧レベルに変換して多値変調された信号とされる。そのため、本実施形態の場合、前述の特許文献１及び２に開示されている技術（以下、比較技術という。）に比べて、同じ時間で送信できるデータの量が多い。
したがって、本実施形態の電磁波送信装置２０は、比較技術に比べて、送信速度を高速化することができる。これに伴い、本実施形態の電磁波通信システム１０は、比較技術に比べて、通信速度を高速化することができる。

第２電圧領域ＲＢ及び第３電圧領域ＲＣは、通常、非発振領域とすることが通常とされている。「非発振領域」とは、ＲＴＤの電圧－電流特性において電磁波Ｗを発振するための電圧領域以外の領域を意味する。
しかしながら、図４に示されるように、本実施形態では、同期信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１、}Ｖ_{ｓｙｎｃ２}、Ｖ_{ｓｙｎｃ３}に第２電圧領域ＲＢ及び第３電圧領域ＲＣ（図３参照）の少なくとも一方の電圧値を含む設定としている。そして、通常、非発振領域とされる第２電圧領域ＲＢ及び第３電圧領域ＲＣの電圧値（第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧値Ｖ_５）を含んだ電圧遷移は、例えば、通常の発振領域（第１電圧領域ＲＡに相当）内のみの電圧値で電圧遷移する形態に比べて、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。
したがって、本実施形態の電磁波送信装置２０は、電磁波受信装置３０に誤検出され難い信号を送信することができる。これに伴い、本実施形態の電磁波通信システム１０は、同期信号の認識性の点で通信の安定性が高い。また、前述のとおり、本実施形態の電磁波送信装置２０は比較技術に比べて送信速度を高速化することができることから、本実施形態の電磁波送信装置２０は、比較技術に比べて、送信速度を高速化したうえで、電磁波受信装置３０に誤検出され難い信号を送信することができる。

また、図４（第１例）における、同期信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１}は、電圧値が最小電圧値（第２電圧値Ｖ_１）及び最大電圧値（第１電圧値Ｖ_４）の一方から他方に亘って遷移する特定のパターン（Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４の記載順で電圧値が遷移するパターン又はこの逆の記載順で電圧値が遷移するパターン）に設定されている。すなわち、本実施形態の同期信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１}は、第１電圧領域ＲＡ内の電圧設定レベルのうちの最大電圧値（第１電圧値Ｖ_４）及び最小電圧値（第２電圧値Ｖ_１）を含むパターンとされる。そのため、本実施形態の電磁波受信装置３０には、受信する変調信号の最大電圧値及び最小電圧値が認識される。なお、デジタル信号は、電圧値Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４を用いて多値変調される。
図４（第１例）における、同期信号Ｖ_{ｓｙｎｃ３}は、電圧値が最小電圧値（第１電圧値Ｖ_２）及び最大電圧値（第３電圧値Ｖ_５）の一方から他方に亘って遷移する特定のパターン（Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４、Ｖ_５の記載順で電圧値が遷移するパターン又はこの逆の記載順で電圧値が遷移するパターン）に設定されている。同期信号Ｖ_{ｓｙｎｃ２}は、電圧値が最小電圧値（第１電圧値Ｖ_２）及び最大電圧値（第２電圧値Ｖ_１）の一方から他方に亘って遷移する特定のパターン（Ｖ_２ 、Ｖ _１の記載順で電圧値が遷移するパターン又はこの逆の記載順で電圧値が遷移するパターン）に設定されている。なお、デジタル信号は、電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４、Ｖ_５用いて多値変調される。
したがって、本実施形態の電磁波送信装置２０は、電磁波受信装置３０に認識され易い同期信号を送信することができる。これに伴い、本実施形態の電磁波通信システム１０は、同期信号の認識性の点で通信の安定性が高い。

また、図５（第２例）における同期信号Ｖ_{ｓｙｎｃ４、}Ｖ_{ｓｙｎｃ５}は、通常の非発振領域とされる第２電圧領域ＲＢ及び第３電圧領域ＲＣ（図３参照）のいずれの電圧値（第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧値Ｖ_５）を含み、デジタル信号が取り得る多値レベルとしてすべてのレベルとなる４レベルを用いるように設定されている。そのため、本実施形態では、このような同期信号とすることで、同期信号のレベル電圧を教師データとして電磁波送信装置２０に送信することが可能となる。また、電磁波受信装置３０においては同期信号から各レベル電圧を抽出し、受信信号の多値データのレベルを設定することが可能となる。
したがって、本実施形態の電磁波送信装置２０は、電磁波受信装置３０に、変調信号のレベル電圧を認識させることができる。

また、本実施形態の場合、第１電圧領域ＲＡ内の第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４のうちの２水準以上の電圧値並びに第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧領域の第３電圧値Ｖ_５の両方の電圧値を用いて変調信号を生成することが可能である。しかしながら、本実施形態では、例えば、第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ１及び第３電圧領域の第３電圧値Ｖ５のうちいずれの電圧値を用いて変調信号を生成するかは、以下のようにする。
ここで、第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４のいずれか１つの電圧値から第２電圧値Ｖ_１に遷移する信号（第１信号の一例）と、当該第１信号の場合と同じ第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４のいずれか１つの電圧値から第３電圧値Ｖ_５に遷移する信号（第２信号の一例）とは、同じ信号である。
そして、本実施形態の多値レベル変換部２４Ａ（変換部２４）は、第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４のいずれか１つの電圧値から第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧値Ｖ_５のいずれか一方に信号を遷移させる場合、総遷移電位差が小さくなる方に信号を遷移させる。ここで、「総遷移電位差」とは、ある変調信号における遷移前（開始時）の電位から遷移後（終了時）の電位に亘って変動した電位差の総和をいう。具体的には、ある変調信号の遷移前の電圧値がＶ_１で、その後、電圧値Ｖ_４を経由して遷移後の電圧値がＶ_３である場合の総遷移電位差は、Ｖ_１とＶ_４との電位差と、Ｖ_４とＶ_３との電位差との和となる。以上より、例えば、第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４のいずれか１つの電圧値が第１電圧値Ｖ_２で、かつ、電圧値Ｖ_２と第２電圧値Ｖ_１との電位差ΔＶ_１２が電圧値Ｖ_２と第３電圧値Ｖ_５との電位差ΔＶ_２５よりも小さい場合、多値レベル変換部２４Ａは総遷移電位差が小さくなる方とされる第２電圧値Ｖ_１に信号を遷移させる。また、例えば、第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４のいずれか１つの電圧値が第１電圧値Ｖ_４で、かつ、電圧値Ｖ_４と第２電圧値Ｖ_１との電位差ΔＶ_２４が電圧値Ｖ_４と第３電圧値Ｖ_５との電位差ΔＶ_４５よりも大きい場合、多値レベル変換部２４Ａは総遷移電位差が小さくなる方とされる第３電圧値Ｖ_５に信号を遷移させる。
したがって、本実施形態は、第１電圧領域ＲＡの電圧値並びに第２電圧領域ＲＢ及び第３電圧領域の両方の電圧値を用いて変調信号を生成する場合に上記のようにして総遷移電位差を小さくすることにより、送信速度（通信速度）をより高速化することができる。

以上が、第１例及び第２例についての説明である。
なお、上記の点、すなわち、第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧領域の第３電圧値Ｖ_５のうちいずれの電圧値を用いて変調信号を生成するかについての具体例については、後述する第３例以降の例を用いて説明する。

（第３例）
次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら第３例について説明する。ここで、図６Ａは、本実施形態の電磁波送信装置２０が送信する変調信号の他の一例（第３例）である。これに対して、図６Ｂは、比較形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の一例（第比較１例）である。
ここで、図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、第１電圧領域ＲＡ内の３水準の第１電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４並びに第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧領域の第３電圧値Ｖ_５において、Ｖ_１とＶ_２との電位差をΔ_１２、Ｖ_２とＶ_３との電位差をΔ_２３、Ｖ_３とＶ_４との電位差をΔ_３４、Ｖ_４とＶ_５との電位差をΔ_４５とする。そして、具体的に、電位差Δ_１２、電位差Δ_２３、電位差Δ_３４、電位差Δ_４５は、それぞれ、１５ｍＶ、１０ｍＶ、２０ｍＶ、２５ｍＶに設定されている。すなわち、本実施形態では、第１電圧値の２水準以上の各電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４、第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧値Ｖ_５は、それぞれ小さい値から順に並んだ場合に、各隣同士の電圧値の電位差（電位差Δ_１２、電位差Δ_２３、電位差Δ_３４、電位差Δ_４５）がそれぞれ異なる電位差となっている。また、第１電圧値の２水準以上の電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４のそれぞれと第２電圧値Ｖ_１との各電位差Δ_１２、Δ_１３、Δ_１４は、それぞれ、第１電圧値の２水準以上の電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４のそれぞれと第３電圧値Ｖ_５との各電位差Δ_２５、Δ_３５、Δ_４５と、異なる電位差となっている。

図６Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ６}（第１信号の一例）及び図６Ｂの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ７}（第２信号の一例）は、いずれも遷移前の電圧値が電圧値Ｖ_３であり、遷移後の電圧値も電圧値Ｖ_３である。これらの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ６}、Ｖ_{ｓｙｎｃ７}の異なる点は、図６Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ６}は第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１を経由しかつ総遷移電位差が５０ｍＶであるのに対し、図６Ｂの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ７}は第３電圧領域の第３電圧値Ｖ_５を経由しかつ総遷移電位差が９０ｍＶである点である。ただし、図６Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ６}と図６Ｂの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ７}とは、同じ信号（同じ技術的意味を有する信号という意味）である。

そして、本実施形態では、図６Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ６}と図６Ｂの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ７}とが同じ信号であるにも関わらず、総遷移電位差が小さい方である図６Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ６}を選択する。
以上より、本実施形態は、第１電圧領域ＲＡの電圧値並びに第２電圧領域ＲＢ及び第３電圧領域の両方の電圧値を用いて変調信号を生成する場合に、比較形態の第１比較例（図６Ｂ参照）ではなく第３例（図６Ａ参照）を選択することで、送信速度（通信速度）をより高速化することができる。

以上が、第３例についての説明である。

（第４例）
次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら第４例について説明する。ここで、図７Ａは、本実施形態の電磁波送信装置２０が送信する変調信号の他の一例（第４例）である。これに対して、図７Ｂは、比較形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の一例（第２比較例）である。
ここで、図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、電位差Δ_１２、電位差Δ_２３、電位差Δ_３４、電位差Δ_４５は、それぞれ、１５ｍＶ、１０ｍＶ、２０ｍＶ、５ｍＶとなっている。すなわち、本実施形態では、第１電圧値の２水準以上の各電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４、第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧値Ｖ_５は、それぞれ小さい値から順に並んだ場合に、各隣同士の電圧値の電位差（電位差Δ_１２、電位差Δ_２３、電位差Δ_３４、電位差Δ_４５）がそれぞれ異なる電位差となっている。
図７Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ８}（第１信号の一例）及び図７Ｂの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ９}（第２信号の一例）は、いずれも遷移前の電圧値が電圧値Ｖ_３であり、遷移後の電圧値も電圧値Ｖ_３である。これらの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ８}、Ｖ_{ｓｙｎｃ９}の異なる点は、図７Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ８}は第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１を経由するのに対し、図７Ｂの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ９}は第３電圧領域の第３電圧値Ｖ_５を経由する点である。いずれの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ８}、Ｖ_{ｓｙｎｃ９}も、総遷移電位差は５０ｍＶである。

そして、本実施形態では、図７Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ８}と図７Ｂの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ９}とが同じ信号であるにも関わらず、第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧値Ｖ_５のうち電圧値が小さい方である図７Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ８}を選択する。
以上より、本実施形態では、第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧値Ｖ_５のうち電圧値が大きい方である図７Ｂの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ９}を選択する場合に比べて、ＲＴＤの発熱を抑制することができる。

以上が、第４例についての説明である。

（第５例）
次に、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら第５例について説明する。ここで、図８Ａは、本実施形態の電磁波送信装置２０が送信する変調信号の他の一例（第５例）である。これに対して、図８Ｂは、比較形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の一例（第３比較例）である。
ここで、図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、第１電圧値の２水準以上の電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４のそれぞれと第２電圧値Ｖ_１との各電位差Δ_１２、Δ_１３、Δ_１４は、それぞれ、第１電圧値の２水準以上の電圧値Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４のそれぞれと第３電圧値Ｖ_５との各電位差Δ_２５、Δ_３５、Δ_４５と、異なる電位差となっている。

図８Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１０}（第１信号の一例）及び図８Ｂの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１１}（第２信号の一例）は、いずれも遷移前の電圧値が電圧値Ｖ_４であり、遷移後の電圧値も電圧値Ｖ_２である。これらの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１０}、Ｖ_{ｓｙｎｃ１１}の異なる点は、図８Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１０}は第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１を経由しかつ総遷移電位差が６０ｍＶであるのに対し、図８Ｂの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１１}は第３電圧領域の第３電圧値Ｖ_５を経由しかつ総遷移電位差が７０ｍＶである点である。ただし、図８Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１０}と図８Ｂの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１１}とは、同じ信号である。

そして、本実施形態では、図８Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１０}と図８Ｂの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１１}とが同じ信号であるにも関わらず、総遷移電位差が小さい方である図８Ａの変調信号Ｖ_{ｓｙｎｃ１０}を選択する。
以上より、本実施形態は、第１電圧領域ＲＡの電圧値並びに第２電圧領域ＲＢ及び第３電圧領域の両方の電圧値を用いて変調信号を生成する場合に、比較形態の第３比較例（図８Ｂ参照）ではなく第５例（図８Ａ参照）を選択することで、送信速度（通信速度）をより高速化することができる。また、本実施形態は、比較形態の第３比較例（図８Ｂ参照）を選択する場合に比べて、ＲＴＤの発熱を抑制することができる。

以上が、第５例についての説明である。

〔電圧と出力キャリアレベルとの関係についての補足〕
次に、本実施形態における、ＲＴＤの電圧－電流特性の各電圧値と、電圧－出力キャリアレベルとの関係について図９Ａ～図９Ｂを参照しながら補足する。

（第１例）
図９Ａは、本実施形態における、ＲＴＤの電圧－電流特性を示すグラフと、電圧（バイアス電圧）－出力レベル特性を示すグラフとの関係の第１例を示す図である。
ＲＴＤの電圧－電流特性を示すグラフは、前述の図３の説明のとおりである。
これに対して、電圧－出力レベル特性を示すグラフは、図９Ａに示されるように、電圧に対して出力レベルが比例の関係ではなく、電圧値が大きくなるにつれて最小値から最大値に増加して再度最小値となる曲線となっている。
ここで、変換部２４は、曲線で示される電圧－出力レベル特性に従い、第１電圧領域ＲＡの２水準以上の第１電圧値（この場合は３電圧値）並びに第２電圧値及び第３電圧値が定められた出力キャリアレベルの関係となるように、それぞれに対応する出力キャリアレベルＯ_１、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｏ_４に変換するようになっている。そして、本実施形態の第１例の場合、定められた出力キャリアレベルの関係とは、それぞれに対応する出力キャリアレベルＯ_１、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｏ_４が出力レベルにおいて等間隔に並ぶ関係（Ｏ_１とＯ_２との差ΔＯ_１２、Ｏ_２とＯ_３との差ΔＯ_２３及びＯ_３とＯ_４との差ΔＯ_３４がそれぞれ等しい関係）に設定されている関係である（そのため、第１電圧領域ＲＡの２水準以上の第１電圧値は等間隔に並んでいない）。
以上のとおりであるから、本実施形態の第１例の場合、通常は非発振領域として用いられる第２電圧領域ＲＢ及び第３電圧領域ＲＣの少なくとも一方を含んだ変調データを生成するためのデータ遷移時間を短くできる。これに伴い、省電力化することができる。

（第２例）
次に、第２例について図９Ｂを参照しながら、第１例の場合と異なる点について説明する。
第２例の場合、定められた出力キャリアレベルの関係とは、それぞれに対応する出力キャリアレベルＯ_１、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｏ_４が出力レベルにおいて、それぞれに対応する出力キャリアレベルＯ_１、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｏ_４の最大値Ｏ_４が、電圧－出力レベル特性の最大値よりも小さい値に設定されている関係である。そのため、第２例は、第１例の場合に比べて、出力キャリアレベルＯ_４が正確に出力され易い。これは、ＲＴＤの電圧－出力レベル特性の曲線がＲＴＤの電圧印加により発熱した場合に変動するためである。
第２例のその他の効果は、第１例の場合と同様である。

（第３例）
次に、第３例について図９Ｃを参照しながら、第１例の場合と異なる点について説明する。
第３例の場合、定められた出力キャリアレベルの関係とは、それぞれに対応する出力キャリアレベルＯ_１、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｏ_４が出力レベルにおいて、それぞれに対応する出力キャリアレベルＯ_１、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｏ_４の最小値Ｏ_１が、電圧－出力レベル特性の最小値よりも大きい値に設定されている関係である。そのため、第３例は、第１例及び第２例の場合に比べて、出力キャリアレベルＯ_１が正確に出力され易い。これは、ＲＴＤの電圧－出力レベル特性の曲線が最小値に近いほど（０に近いほど）ノイズにより揺らぐためである。
第３例のその他の効果は、第１例の場合と同様である。

（第４例）
次に、第４例について図９Ｄを参照しながら、第１例、第２例及び第３例の場合と異なる点について説明する。
第４例の場合、定められた出力キャリアレベルの関係とは、それぞれに対応する出力キャリアレベルＯ_１、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｏ_４の最大値Ｏ_４が、電圧－出力レベル特性の最大値よりも小さい値に設定され、かつ、最小値Ｏ１が、電圧－出力レベル特性の最小値よりも大きい値に設定されている関係である。すなわち、第４例は、第２例及び第３例を組み合せた例である。
以上より、第４例の効果は、第１例、第２例及び第３例の場合と同様である。

以上のとおり、本発明について特定の実施形態を一例として説明したが、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲には、例えば、下記のような形態（変形例）も含まれる。

例えば、本実施形態では、第１電圧領域ＲＡ内に３水準の電圧値を設定電圧レベルとして説明した。しかしながら、第１電圧領域ＲＡ内の設定電圧レベルは２水準以上であればよい。

また、本実施形態では、同期信号のパターンを図４のＶ_{ｓｙｎｃ１}、Ｖ_{ｓｙｎｃ２}、Ｖ_{ｓｙｎｃ３}及び図５のＶ_{ｓｙｎｃ４}、Ｖ_{ｓｙｎｃ５}として説明したが、同期信号のパターンはこれらと異なるパターンであってもよい。
なお、本実施形態の説明では、同期信号のパターンを、図４のＶ_{ｓｙｎｃ１}、Ｖ_{ｓｙｎｃ２}、Ｖ_{ｓｙｎｃ３}及び図５のＶ_{ｓｙｎｃ４}、Ｖ_{ｓｙｎｃ５}を例として説明した。しかしながら、本発明の技術的範囲に属する形態としては、これらの同期信号のパターンのいずれか１つ又はその変形を含む形態であればよい。すなわち、同期信号は、（１）第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１を含み、第３電圧領域ＲＣの第３電圧値Ｖ_５を含まない信号、（２）第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１を含まず、第３電圧領域ＲＣの第３電圧値Ｖ_５を含む信号並びに（３）第２電圧領域ＲＢの第２電圧値Ｖ_１及び第３電圧領域ＲＣの第３電圧値Ｖ_５を含む信号のいずれか１つであればよい。

また、本実施形態では、同一構成のため、後段に備えるようにしてもよい同期信号レベル変換部２４Ｂは、多値化拡張部２４Ｂ２と、電圧変換部２４Ｂ３とを有するとして説明した（図２Ｂ参照）。しかしながら、例えば、同期信号レベル変換部２４Ｂから多値化拡張部２４Ｂ２及び電圧変換部２４Ｂ３を抜き出して、多値化拡張部２４Ｂ２及び電圧変換部２４Ｂ３を選択器２６Ｂと送信部２８との間に備えるようにしてもよい。

この出願は、２０１９年４月２２日に出願された日本出願特願２０１９－０８０６８８号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０ 電磁波通信システム
２０ 電磁波送信装置
２２ 取得部
２４ 変換部（変調部の一例）
２４Ａ 多値レベル変換部
２４Ｂ 同期信号レベル変換部
２４Ｂ１ 多値化部
２４Ｂ２ 多値化拡張部
２４Ｂ３ 電圧変換部
２６Ａ 切り替え部
２６Ｂ 選択器
２８ 送信部
３０ 電磁波受信装置
ＲＡ 第１電圧領域
ＲＢ 第２電圧領域
ＲＣ 第３電圧領域
Ｖ_１ 第２電圧値
Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４ 第１電圧値
Ｖ_５ 第３電圧値
Ｗ 電磁波（テラヘルツ波の一例）

Claims (10)

1. 電圧－電流特性が極大値及び前記極大値よりも高電圧側に位置する極小値を有し、かつ、変調信号を示す電磁波を送信する送信部と、
   デジタル信号を取得する取得部と、
   前記デジタル信号を、前記極大値の電圧以上で前記極小値の電圧以下の電圧領域とされる第１電圧領域の２水準以上の第１電圧値、並びに、前記極大値の電圧未満の電圧領域とされる第２電圧領域の第２電圧値及び前記極小値の電圧より高電圧側の電圧領域とされる第３電圧領域の第３電圧値を用いて、前記変調信号に変調する変調部と、
   を備え、
   前記第１電圧領域の２水準以上の第１電圧値のうち任意の電圧値から前記第２電圧値を経由して前記第１電圧値の２水準以上の電圧値のうちいずれか１つの電圧値に遷移する第１信号と、前記任意の電圧値から前記第３電圧値を経由して前記いずれか１つの電圧値に遷移する第２信号とは、同じ信号であり、
   前記変調部は、前記第１信号の総遷移電位差と前記第２信号の総遷移電位差とが異なる場合、前記第１信号及び前記第２信号のうち前記変調信号の総遷移電位差の小さい方を選択する、
   電磁波送信装置。
2. 前記第１電圧値の２水準以上の電圧値のそれぞれと前記第２電圧値との各電位差は、それぞれ、前記第１電圧値の２水準以上の電圧値のそれぞれと前記第３電圧値との各電位差と、異なる電位差である、
   請求項１に記載の電磁波送信装置。
3. 前記第１電圧値の２水準以上の各電圧値、前記第２電圧値及び前記第３電圧値は、それぞれ小さい値から順に並んだ場合に、各隣同士の電圧値の電位差がそれぞれ異なる電位差である、
   請求項１又は２に記載の電磁波送信装置。
4. 前記変調部は、前記第１信号の総遷移電位差と前記第２信号の総遷移電位差とが同じ場合、前記第１信号を選択する、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の電磁波送信装置。
5. 前記変調部は、曲線で示されるバイアス電圧－出力レベル特性に従い、前記第１電圧領域の２水準以上の第１電圧値並びに前記第２電圧値及び前記第３電圧値が定められた出力キャリアレベルの関係となるように、それぞれに対応する出力キャリアレベルに変換する、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の電磁波送信装置。
6. 前記定められた出力キャリアレベルの関係とは、前記それぞれに対応する出力キャリアレベルが出力レベルにおいて等間隔に並ぶ関係である、
   請求項５に記載の電磁波送信装置。
7. 前記バイアス電圧－出力レベル特性は、電圧値が大きくなるにつれて最小値から最大値に増加して再度最小値となる曲線であり、
   前記それぞれに対応する出力キャリアレベルの最大値は、前記バイアス電圧－出力レベル特性の最大値よりも小さい値に設定されている、
   請求項５又は６に記載の電磁波送信装置。
8. 前記バイアス電圧－出力レベル特性は、電圧値が大きくなるにつれて最小値から最大値に増加して再度最小値となる曲線であり、
   前記それぞれに対応する出力キャリアレベルの最小値は、前記バイアス電圧－出力レベル特性の最小値よりも大きい値に設定されている、
   請求項５～７のいずれか１項に記載の電磁波送信装置。
9. 前記電磁波は、テラヘルツ波である、
   請求項１～８のいずれか１項に記載の電磁波送信装置。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載の電磁波送信装置と、
    前記電磁波送信装置が送信した電磁波を受信し、デジタル信号に復調する電磁波受信装置と、
    を備える電磁波通信システム。

Images