KR20170118689A

KR20170118689A - 안테나 제어 장치, 안테나 제어 프로그램 및 안테나 제어 시스템

Info

Publication number: KR20170118689A
Application number: KR1020177017349A
Authority: KR
Inventors: 아이-이치로 사사키; 아키히코 히라타; 후미하루 모리사와; 소이치 오카; 오사무 가가미
Original assignee: 니폰 덴신 덴와 가부시끼가이샤
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2017-10-25
Also published as: EP3264527B1; EP3264527A4; JP6059837B1; KR101792627B1; JP2017175254A; CN107534214A; EP3264527A1; CN107534214B; US10177823B2; WO2017163453A1; US20180109296A1

Abstract

통신 영역의 경계를 원하는 위치에 형성하기 위한 안테나의 제어 기술을 제공한다. 안테나 파라미터 제어 장치(2)는, 자계를 발생하는 2개의 안테나(1A, 1B)에 대하여, 크기 I가 동일하며 방향이 반대인 전류를 흐르게 하는 경우의 안테나 파라미터를 계산하는 것이다. 안테나 파라미터 제어 장치(2)는, 안테나 파라미터를 계산하기 위한 입력 파라미터를 취득하는 입력 파라미터 취득부(21)와, 입력 파라미터에 기초하여, 안테나(1A, 1B)의 중심 간의 거리 d를 안테나 파라미터로서 계산하는 파라미터 계산부(22)를 구비한다.

Description

안테나 제어 장치, 안테나 제어 프로그램 및 안테나 제어 시스템{ANTENNA CONTROL APPARATUS, ANTENNA CONTROL PROGRAM, AND ANTENNA CONTROL SYSTEM}

본 발명은, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 형성하기 위한 안테나의 제어 기술에 관한 것이다.

최근에는, 의도적으로 통신 영역을 한정한 무선 통신 시스템에 대한 요구가 높아지고 있다. 특허 문헌 1에는, 이와 같은 무선 통신 시스템으로서, 전계를 이용한 전계 통신 시스템이 개시되어 있다.

일본 공개특허 제2007-174570호 공보

전계 통신 시스템에서는, 설치된 액세스 포인트 장치의 근방 영역에 존재하는 단말기 장치만이, 액세스 포인트 장치와 통신할 수 있다. 그러나, 액세스 포인트 장치 근방의 전계 분포는, 설치 환경 또는 단말기 장치를 소지하는 사용자의 자세 등에 크게 의존한다. 그러므로, 전계 통신 시스템에 따라서는, 명료한 통신 영역의 경계를 형성하는 것이 곤란했다. 따라서, 통신해야 할 위치에 존재하고 있는 단말기 장치가 통신할 수 없었거나, 그 반대의 케이스도 생기거나, 안정적으로 신뢰성이 높은 무선 통신 시스템을 구축할 수 없었다.

이와 같은 곤란이 생기는 원인 중 하나는, 통신 매체로서 전계를 사용하고 있기 때문인 것으로 생각된다. 왜냐하면, 전계 분포는, 주위에 존재하는 도체(導體) 또는 유전체의 영향을 강하게 받기 때문이다.

본 발명은, 상기한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 형성하기 위한 안테나의 제어 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 안테나 제어 장치는, 2개의 안테나에 대하여, 크기가 동일하며 방향이 반대인 전류를 흐르게 하는 경우에 있어서, 상기 2개의 안테나의 중심 간의 거리를 제어하는 안테나 제어 장치로서, 상기 2개의 안테나로부터 상기 안테나가 형성하는 통신 영역의 경계까지의 거리와, 상기 통신 영역의 경계에서의 자계 강도의 감쇠율(減衰率)의 하한값을, 입력 파라미터로서 취득하는 입력 파라미터 취득부와, 상기 통신 영역의 경계까지의 거리와, 상기 자계 강도의 감쇠율의 하한값에 기초하여, 상기 통신 영역의 경계에서 상기 하한값에 일치하는 자계 강도의 감쇠율이 얻어지고, 상기 전류의 크기가 최소로 되는 상기 안테나의 중심 간의 거리를 계산하는 계산부를 구비한다.

본 발명의 안테나 제어 프로그램은, 상기 안테나 제어 장치로서 컴퓨터를 기능하게 하기 위한 안테나 제어 프로그램이다.

본 발명의 안테나 제어 시스템은, 상기 안테나 제어 장치와, 상기 2개의 안테나를 구비한다.

본 발명에 의하면, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 형성하기 위한 안테나의 제어 기술을 제공할 수 있다.

도 1은 권취수가 1인 루프 안테나(loop antenna)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 루프 안테나로부터 Z축 방향의 거리(z[cm])와 자계 강도[dB㎂/m]의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 80dB/dec의 자계 강도의 감쇠율을 얻기 위한 루프 안테나 어레이의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 루프 안테나 어레이로부터 Z축 방향의 거리(z[cm])와 자계 강도[dB㎂/m]의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 제1 실시형태에 있어서의 안테나 제어 시스템의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은 바 안테나의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은 제1 실시형태에 있어서의 입력 파라미터의 선정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 제1 실시형태에 있어서의 안테나 파라미터 계산 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 9는 제2 실시형태에 있어서의 입력 파라미터의 선정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 제2 실시형태에 있어서의 안테나 파라미터 계산 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에서는, 주위의 영향을 쉽게 받지 않는 자계를 사용하고, 명료한 통신 영역의 경계를 형성한다. 구체적으로는, 2개의 안테나(자계 안테나)에 대하여 서로 역방향의 전류를 흐르게 함으로써, 명료한 통신 영역의 경계를 형성할 수 있다.

그러나, 2개의 안테나(자계 안테나)를 사용하는 경우라도, 안테나의 중심 간의 거리가 적절하지 않으면, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 형성할 수 없다. 또한, 안테나에 흐르는 전류의 크기가 적절하지 않으면, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 형성할 수 없다. 즉, 적어도, 중심 간의 거리라고 하는 안테나 파라미터로서 적절한 값을 계산할 필요가 있다. 또한, 바람직하게는, 전류의 크기라고 하는 안테나 파라미터로서 적절한 값을 계산할 필요가 있다.

상기한 바와 같이, 본 실시형태의 안테나 제어 시스템에 사용되는 안테나는, 2개의 안테나(자계 안테나)이며, 각 안테나는, 예를 들면, 저주파 자계를 발생하는 경우가 가능한 루프 안테나 또는 바 안테나(bar antenna)이다.

이와 같은 안테나가 형성하는 저주파 자계(대략 10 MHz 이하의 자계)는, 인체 또는 주위 환경과의 상호 작용이 전계와 비교하여 현저하게 낮다는 특징을 가진다. 따라서, 명료한 통신 영역의 경계를 형성하기 위한 통신 매체에 적합하다. 이와 같은 안테나를 사용하여, 통신 영역의 경계에서 자계 강도가 급격하게 감쇠(減衰)하도록 한 샤프한 자계 분포를 형성할 수 있어, 통신 영역을 한정한 무선 통신 시스템의 신뢰성을 높일 수 있다.

일반적으로 자계 영역의 형성에 사용되고 있는 자계 안테나는 권취수가 1인 루프 안테나이다.

도 1은, 권취수가 1인 루프 안테나의 일례를 나타낸 도면이다. 예를 들면, 루프 안테나의 ＋단자는, 교류 전원 E의 신호 단자에 접속되고, ―단자는, 교류 전원 E의 GND 단자에 접속된다. 이로써, 루프 안테나에 교류의 전류가 흐른다.

도 2는, 루프 안테나로부터 Z축 방향의 거리 z[cm]와 자계 강도[dB㎂/m]의 관계를 나타낸 도면이다.

도 2에 싱글 루프로서 나타내는 특성은, 권취수가 1인 루프 안테나의 자계 강도의 특성이다. 먼 곳(z가 큼)에서의 자계 강도의 감쇠율은 60dB/dec이다. 자계 강도의 감쇠율은, 통신 영역의 경계의 명료함을 나타내는 지표(指標)이며, 자계 강도의 감쇠율이 높을수록, 통신 영역의 경계는 명료하다고 할 수 있다.

권취수가 1인 루프 안테나에 의해 얻어지는 60dB/dec는 반드시 충분하지 않고, 자계 강도의 감쇠율을 더욱 높게 하려고 하는 요구가 있다.

도 3은, 60dB/dec보다 높은 80dB/dec의 자계 강도의 감쇠율을 얻기 위한 루프 안테나 어레이의 일례를 나타낸 도면이다.

이와 같은 자계 강도의 감쇠율은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 인접한 2개의 안테나(1A, 1B)를 구비하는 안테나 어레이에 의해 얻을 수 있다. 각 안테나(1A, 1B)는 루프 안테나이며, 연속된 도선(導線)으로 형성된다. 도선의 한쪽 끝인 ＋단자는, 교류 전원 E의 신호 단자에 접속되고, 다른 쪽 끝인 ―단자는, 교류 전원 E의 GND 단자에 접속된다. 이로써, 안테나(1A, 1B)에는, 크기 I의 전류가 서로 역방향으로 흐른다.

도 2에 듀얼 루프로서 나타내는 특성은, 이와 같은 루프 안테나 어레이의 자계 강도의 특성이며, 먼 곳에서의 자계 강도의 감쇠율은 80dB/dec이다.

도 3에 나타낸 루프 안테나 어레이는, 단일의 루프 안테나와 달리, 2개의 안테나(루프 안테나)(1A, 1B)의 중심 간의 거리 d라고 하는 안테나 파라미터를 가진다.

도 4는, 도 3의 루프 안테나 어레이로부터 Z축 방향의 거리(z[cm])와 자계 강도[dB㎂/m]의 관계를 나타낸 도면이다.

도 4에서는, d가 상이한 2개의 루프 안테나 어레이의 특성을 나타낸다. 듀얼 루프(d 소)로서 나타내는 특성은, d가 작은 쪽의 루프 안테나 어레이의 자계 강도의 특성이다. 듀얼 루프(d 대)로서 나타내는 특성은, d가 큰 쪽의 루프 안테나 어레이의 자계 강도의 특성이다. 어느 루프 안테나 어레이라도, 먼 곳에서의 자계 강도의 감쇠율은 80dB/dec로 대략 일정하다. 그러나, 루프 안테나 어레이의 근방(z가 작은 영역)에서의 자계 강도의 감쇠율(특성)은 d에 의존한다.

예를 들면, 2개의 루프 안테나를 구비하는 루프 안테나 어레이를 사용하여, 사용자가 희망하는 사이즈의 통신 영역(자계 영역)을 형성하기 위해서는, 최적의 d를 구할 필요가 있다. 그러나, 자계 강도의 분포와 d의 정량적(定量的) 관계가 불명했었으므로, 최적인 d를 구할 수 없었다. 또한, 루프 안테나에 흐르는 전류도 통신 영역의 사이즈를 결정하는 파라미터 중 하나이지만, 최적의 전류의 크기를 구하는 방법도 알려지지 않았었다.

또한, 2개의 바 안테나로 이루어지는 안테나 어레이에서도 동일한 문제가 생기고 있고, 이것을 해결하고자 하는 요구가 있다.

[제1 실시형태]

도 5는, 제1 실시형태에 있어서의 안테나 제어 시스템의 일례를 나타낸 도면이다.

안테나 제어 시스템을 구성하는 안테나 파라미터 제어 장치(2)에는, 전계가 아니고 자계를 발생하는 경우가 가능한 2개의 안테나(1A, 1B)가 접속되어 있고, 안테나 파라미터 제어 장치(2)는, 안테나(1A, 1B)의 중심 간의 거리 d를 임의로 조정할 수 있다.

안테나 제어 시스템은, 안테나 어레이(1)와 안테나 파라미터 제어 장치(2)와 교류 전원 E과 메카니컬 스테이지(10A, 10B)를 구비한다.

안테나 어레이(1)는, 2개의 안테나(1A, 1B)로 이루어진다. 안테나(1A, 1B)는, 예를 들면, 도면의 x축 방향으로 배열되어 배치된다. 안테나 파라미터 제어 장치(2)는, 2개의 안테나(1A, 1B)에 대하여, 크기 I가 동일하며 방향이 반대인 전류를 흐르게 하는 경우의 안테나 파라미터를 계산하고, 안테나(1A, 1B)의 안테나 파라미터를, 계산한 안테나 파라미터에 기초하여 제어한다. 교류 전원 E은, 안테나(1A, 1B)에 크기 I의 교류의 전류를 공급한다. 메카니컬 스테이지(10A, 10B)는, 안테나(1A, 1B)의 위치를 바꾸기 위한 것이다.

안테나 파라미터 제어 장치(2)에는, 사용자가 입력 파라미터를 입력하는 키보드나 터치 패드 등의 입력 장치(20)가 접속된다. 그리고, 교류 전원 E 및 메카니컬 스테이지(10A, 10B)는, 안테나 제어 시스템의 외부에 설치해도 된다.

안테나 파라미터 제어 장치(2)는, 입력 파라미터 취득부(21)와 파라미터 계산부(22)와 파라미터 제어부(23)를 구비한다.

입력 파라미터 취득부(21)는, 사용자가 입력 장치(20)에 입력한 입력 파라미터를 입력 장치(20)로부터 취득한다. 파라미터 계산부(22)는, 입력 파라미터를 사용하여 안테나 파라미터를 계산한다. 파라미터 제어부(23)는, 안테나(1A, 1B)의 안테나 파라미터를, 파라미터 계산부(22)가 계산한 안테나 파라미터에 기초하여 제어한다.

각 안테나(1A, 1B)는, 도 5에 나타낸 바와 같은 루프 안테나 또는, 도 6에 나타낸 바와 같은 바 안테나이며, 예를 들면, 서로 인접하여 배치된다. 루프 안테나를 사용하는 경우, 루프 안테나를 관통하는 방향과, 도 5의 Z축 방향을 맞추도록 배치한다. 바 안테나를 사용하는 경우에는, 바 안테나를 구성하는 코어의 길이 방향과, 도 5의 Z축 방향을 맞추도록 배치한다. 그리고, ＋단자와 ―단자와 같은 2단자를 가지는 안테나이면, 이들 루프 안테나 및 바 안테나 이외의 안테나를 사용해도 된다.

안테나(1A, 1B)는, 동일 형상인 것이 바람직하다. 예를 들면, 각 안테나(1A, 1B)가 루프 안테나의 경우, 각각이 원형상을 가진다. 형상은 원 이외라도 된다. 또한, 예를 들면, 각 안테나(1A, 1B)가 바 안테나의 경우, 각각이 동일 형상(예를 들면, 원기둥형)의 코어에 감겨진다. 또한, 안테나(1A, 1B)는, 사이즈에 대하여도, 동일한 것이 바람직하다.

이하의 설명에서는, 편의상 각 안테나(1A, 1B)가 루프 안테나인 것으로 한다.

한쪽의 안테나(1A)의 ＋단자가 교류 전원 E의 신호 단자에 접속되고, 안테나(1A)의 ―단자가 다른 쪽의 안테나(1B)의 ―단자에 접속되고, 안테나(1B)의 ＋단자가, 교류 전원 E의 GND 단자에 접속되어 있다.

이와 같이, 안테나(1A, 1B)의 단자의 극성(極性)을 역으로 한 후 직렬로 접속함으로써, 안테나(1A, 1B)에 대하여, 1개의 교류 전원 E으로부터, 크기 I의 전류를 항상 역방향으로 공급할 수 있다.

교류 전원 E의 신호 단자가 플러스 전압의 타이밍에서는, 안테나(1A, 1B)를 관통하는 방향, 즉 Z축 방향에서 볼 때, 루프 안테나(1A)에 반시계 회전 방향의 전류가 흐르고, 루프 안테나(1B)에는 시계 회전 방향의 전류가 흐른다. 반대로, 교류 전원 E의 신호 단자가 마이너스 전압의 타이밍에서는, 루프 안테나(1A)에 시계 회전 방향의 전류가 흐르고, 루프 안테나(1B)에는 반시계 회전 방향의 전류가 흐른다.

이로써, 각 안테나(1A, 1B)의 자기(磁氣) 쌍극자 모멘트 벡터의 총계가 제로가 되어, 안테나(1A, 1B)가 먼 곳에 형성하는 자계가 서로 없어진다. 그 결과, 안테나 어레이(1)로부터, 도 5의 Z축 방향으로 멀리 이격된 위치에서는, 자계 강도가 급격하게 감쇠하고, 도 2 및 도 4에 나타낸 80dB/dec의 자계 강도의 감쇠율을 얻을 수 있다.

안테나 제어 시스템에서는, 안테나(1A, 1B)에 대한 안테나 파라미터 중 하나인 전류의 크기 I가 가변(可變)이다. 예를 들면, 교류 전원 E은, 자체로부터 안테나 어레이(1)에 흐르는 전류의 크기 I를, 파라미터 제어부(23)로부터 수신하는 제어 신호에 의해 바꿀 수 있도록 구성되어 있다. 파라미터 제어부(23)는 이 제어 신호를 교류 전원 E에 송신하여, 전류의 크기 I를 조정한다. 이로써, 전류의 크기 I를 임의로 설정할 수 있다. 그리고, 각 안테나(1A, 1B)에 전류를 공급하는 개별적인 교류 전원을 설치해도 된다.

또한, 안테나 제어 시스템에서는, 안테나(1A, 1B)에 대한 안테나 파라미터 중 하나인 중심 간의 거리 d가 가변이다. 예를 들면, 메카니컬 스테이지(10A, 10B)는, 각 안테나(1A, 1B)를 지지하고, 제어 신호에 따라 자체의 위치를 바꿀 수 있도록 구성되어 있다. 파라미터 제어부(23)는 이 제어 신호를 메카니컬 스테이지(10A, 10B)에 송신하고, 메카니컬 스테이지의 위치를 조정한다. 이로써, 중심 간의 거리 d를 임의로 조정할 수 있다.

안테나 어레이(1)의 각 안테나(1A, 1B)에는, 크기 I가 동일하며 방향이 반대인 전류가 흐르므로, 먼 곳에서 80dB/dec의 자계 강도의 감쇠율을 얻을 수 있지만, 안테나 어레이(1)의 근방(Z축 방향으로 가까운 위치)에서는, 자계 강도의 감쇠율은 저하된다. 또한, 안테나 어레이(1)의 근방에서는, 자계 강도의 감쇠율은 일정하지 않다.

따라서, 안테나(1A, 1B)의 안테나 파라미터를 적절히 설정하고, 이로써, 안테나(1A, 1B)가 형성하는 통신 영역의 경계에서 원하는 자계 강도의 감쇠율을 얻을 필요가 있다. 또한, 자계 강도가 작으면 통신을 행할 수 없으므로, 통신 영역의 경계에서 원하는 자계 강도를 얻을 필요가 있다. 이와 같은 원하는 자계 강도 및 원하는 자계 강도의 감쇠율은, 안테나 파라미터 제어 장치(2)가 안테나 파라미터를 계산하는 데 있어서 필요한 입력 파라미터로 된다.

안테나 제어 시스템은, 사용자로부터 입력된 입력 파라미터에 기초하여, 적절한 중심 간의 거리 d_opt와 적절한 전류의 크기 I_opt를 계산하고, d_opt와 I_opt에 일치하도록 안테나(1A, 1B)의 중심 간의 거리 d와, 2개의 안테나(1A, 1B)에 흐르는 전류의 크기 I를 각각 제어한다.

이하, d_opt와 I_opt를 산출하는 방법에 대하여 설명한다.

도 7은, 제1 실시형태에 있어서의 입력 파라미터의 선정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

사용자는, 자신이 희망하는 통신 영역의 사이즈나 특성을 고려한 후, 5개의 입력 파라미터를 입력 장치(20)에 입력한다.

1번째의 입력 파라미터는, 안테나(1A, 1B)로부터 상기 안테나가 형성하는 통신 영역(자계 영역)의 경계(끝)까지의 거리 Z_C이다. 그리고, Z_C는, 도 5의 Z축 방향의 거리이다. 또한, Z_C는, 통신 영역의 사이즈를 나타내는 입력 파라미터라고도 할 수 있다. 2개째의 입력 파라미터는, 통신 영역의 경계 즉 Z_C의 위치에서 필요한 자계 강도 H_C이다. 3개째의 파라미터는, 통신 영역의 경계 즉 Z_C의 위치에서 필요한 자계 강도의 감쇠율의 하한값 A_min이다. 이들은, 도 7에 기재되어 있다. 4개째의 입력 파라미터는, 안테나(1A, 1B)의 중심 간의 거리 d의 상한값 d_max이다. 5개째의 입력 파라미터는, 안테나(1A, 1B)에 흐르는 전류의 상한값 I_max이다.

통신 영역의 경계는, 안테나 어레이(1)로부터 Z축 방향, 즉 루프 안테나를 관통하는 방향으로 거리 Z_C, 이격된 위치에 설정된다. z축의 방향에서 0으로부터 Z_C까지의 거리가 통신 영역이다. 도 7의 듀얼 루프는, 안테나 어레이(1)가 형성하는 자계 강도의 특성이며, 이것이 사용자가 원하는 특성인 것으로 한다. Z_C의 위치에서의 자계 강도가, 자계 강도 H_C이다. 또한, Z_C의 위치에서의 자계 강도의 감쇠율의 하한값이 A_min이다. 하한값 A_min은, 듀얼 루프의 특성을 나타내는 곡선에 대하여 Z_C의 위치에서 접하는 접선의 경사(자계 강도의 감쇠율)의 하한값이다.

예로서, 각 입력 파라미터의 단위를 Z_C[m], H_C[dB㎂/m], A_min[dB/dec], d_max[m], I_max[A]로 한다.

도 5로 복귀하여, 설명을 계속한다.

사용자는, 키보드 등의 입력 장치(20)에 입력 파라미터로서, 통신 영역의 경계까지의 거리 ZC와, 자계 강도 HC와, 자계 강도의 감쇠율의 하한값 A_min과, 중심 간의 거리 d의 상한값 d_max와, 안테나 어레이(1)에 흐르는 전류의 크기 I의 상한값 I_max를 입력한다. 그리고, 안테나 어레이(1)(2개의 안테나)에 의해 얻어지는 자계 강도의 감쇠율의 상한값은 80dB/dec이므로, A_min로서는, 80dB/dec 미만의 값을 입력할 필요가 있다. 예를 들면, 사용자에게는 미리 이와 같은 정보가 부여된다.

안테나 파라미터 제어 장치(2)의 입력 파라미터 취득부(21)는, 이들 입력 파라미터를 입력 장치(20)로부터 취득하고, 파라미터 계산부(22)에 출력한다. 그리고, 전류의 크기 I의 상한값 I_max는 교류 전원 E의 성능 등에 의해 정해지는 것이며, 사용자가 파악하지 않을 경우가 있다. 그러므로, 상한값 I_max를, 미리 안테나 파라미터 제어 장치(2)의 메모리에 기억시켜 두어도 된다. 또한, 중심 간의 거리 d의 상한값 d_max는, 메카니컬 스테이지(10A, 10B)의 가동(可動) 범위 등에 의해 정해지는 것이며, 사용자가 파악하지 않을 경우가 있다. 그러므로, 상한값 d_max를, 미리 안테나 파라미터 제어 장치(2)의 메모리에 기억시켜 두어도 된다. 이 경우, 입력 파라미터 취득부(21)는, 메모리로부터 전류의 크기 I의 상한값 I_max, 중심 간의 거리 d의 상한값 d_max를 취득한다.

안테나 파라미터 제어 장치(2)의 파라미터 계산부(22)는, 5개의 입력 파라미터가 나타내는 조건을 만족시키고, 또한 전류의 크기 I가 최소로 되는 중심 간의 거리 d_opt와, 이 때의 전류의 크기 I_opt를 계산한다.

구체적으로는, 파라미터 계산부(22)는, 거리 Z_C와 자계 강도의 감쇠율의 하한값 A_min에 기초하여, 통신 영역의 경계에서 하한값 A_min에 일치하는 자계 강도의 감쇠율이 얻어지고, 전류의 크기 I가 최소로 되는 중심 간의 거리 d'_opt(d_opt)를 안테나 파라미터로서 계산한다.

또한, 파라미터 계산부(22)는, 거리 Z_C와 자계 강도 H_C와 자계 강도의 감쇠율의 하한값 A_min에 기초하여, 통신 영역의 경계에서, 자계 강도 H_C와, 하한값 A_min에 일치하는 자계 강도의 감쇠율이 얻어지는 최소의 전류의 크기 I'_opt(I_opt)를 안테나 파라미터로서 계산한다.

또한, 파라미터 계산부(22)는, 계산한 중심 간의 거리 d'_opt가 상한값 d_max보다 길 경우에는, 거리 Z_C와 자계 강도 H_C와 상한값 d_max(d_opt=d"_opt)에 기초하여, 중심 간의 거리 d를 상한값 d_max에 일치시켰을 경우에, 통신 영역의 경계에서 자계 강도 HC를 얻을 수 있는 최소의 전류의 크기 I"_opt(I_opt)를 안테나 파라미터로서 계산한다.

그리고, 파라미터 계산부(22)는, 계산한 안테나 파라미터를 파라미터 제어부(23)에 출력한다.

파라미터 제어부(23)는, 안테나(1A, 1B)의 안테나 파라미터를, 파라미터 계산부(22)가 계산한 안테나 파라미터에 기초하여 제어한다.

구체적으로는, 파라미터 제어부(23)는, 안테나(1A, 1B)의 중심 간의 거리 d(안테나 파라미터)를, 계산된 중심 간의 거리 d_opt(d'_opt, 또는 d"_opt)에 기초하여 제어한다. 예를 들면, 파라미터 제어부(23)는, 메카니컬 스테이지(10A, 10B)에 제어 신호를 송신하고, 중심 간의 거리 d가, 계산된 중심 간의 거리 d_opt(d'_opt, 또는 d"_opt)에 일치하도록, 메카니컬 스테이지(10A, 10B)를 제어한다.

또한, 파라미터 제어부(23)는, 안테나(1A, 1B)에 흐르는 전류의 크기 I(안테나 파라미터)를, 계산된 전류의 크기 I_opt(I'_opt, 또는 I"_opt)에 기초하여 제어한다. 예를 들면, 파라미터 제어부(23)는, 교류 전원 E에 제어 신호를 송신하고, 안테나(1A, 1B)에 흐르는 전류의 크기 I가, 계산된 전류의 크기 I_opt(I'_opt, 또는 I"_opt)에 일치하도록, 교류 전원 E을 제어한다.

도 8은, 제1 실시형태에 있어서의 안테나 파라미터 계산 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.

안테나 파라미터 제어 장치(2)의 파라미터 계산부(22)는, 먼저, Z_C, H_C, A_min, d_max, I_max를 상기한 바와 같이 입력 장치(20) 등으로부터 취득한다(S1).

다음에, 파라미터 계산부(22)는, d_opt의 제1 후보로서, 안테나의 중심 간의 거리 d'_opt를 계산한다(S3).

도 5의 안테나 제어 시스템에서는, 전류의 크기 I는 작은 쪽이 바람직하다. 성능이 비교적 낮은 교류 전원 E을 사용할 수 있기 때문이다. 일반적으로 I를 작게 하기 위해서는 긴 d가 유리하다. 한편, 중심 간의 거리 d를 길게 하면 통신 영역의 경계(Z_C의 위치)에서의 자계 강도의 감쇠율은 저하된다. 이와 같은 사정을 고려하여, 스텝 S3에서는 먼저, 파라미터 계산부(22)가, Z_C에서의 자계 강도의 감쇠율이 필요 최소한의 값인 A_min으로 되도록 한 d를, d'_opt로서 계산한다(S3).

여기서, 이후의 계산식의 전제로 되는 기술에 대하여 보충 설명한다.

원점에 배치된 자기 쌍극자(예를 들면, 단일의 루프 안테나)가 형성하는 자계 강도의 분포는, 극좌표(極座標) 표시이며 다음과 같이 표현되는 것이 알려져 있다.

[수식 1]

여기서 m은 자기 쌍극자 모멘트이며, 안테나의 전류의 크기를 I라고 하면, 다음 식이 성립한다.

[수식 2]

단, S_eff는 안테나의 실효 면적을 나타내는 상수(定數; constant)이며, 안테나의 형상 또는 재질에 의존한다. 예를 들면, 안테나는 루프 안테나이며, 루프 안테나로 에워싸인 영역의 면적을 S₀, 루프 안테나의 권취수를 N이라고 하면, S_eff는 근사적(近似的)으로 다음 식으로 표현할 수 있다.

[수식 3]

여기서, 식(A1)을 직교 좌표계로 나타내면, 다음과 같이 된다.

[수식 4]

여기서, 좌표(-d/2, 0,0)와 (d/2, 0,0)의 위치에 각각 m과 -m의 자기 쌍극자를 배치한 것으로 한다. 이들 2개의 자기 쌍극자는, 중심 간의 거리가 d인 2개의 안테나와 등가(等價)이다. 이와 같은 안테나가 Z축 상에 형성하는 자계 강도(절대값)의 분포는, 식(A2)을 사용하여, 다음과 같이 표현된다.

[수식 5]

여기서, 데시벨 표현의 자계 강도를 얻기 위해, 다음 식으로 한다.

[수식 6]

H(z, d)의 단위는, [dB㎂/m], h(z, d)의 단위는[A/m]이다.

식(A6)을 I에 대하여 풀면 다음 식을 얻을 수 있다.

[수식 7]

식(A7)은, 좌표 z와, 그 위치에서의 자계 강도 H와, 안테나의 중심 간의 거리 d가 기지(旣知)인 경우에는, 안테나에 흐르는 전류의 크기 I가 계산 가능한 것을 나타내고 있다.

여기서, 새로운 변수(變數) λ를 다음 식으로 정의한다.

[수식 8]

이렇게 하면, 자계 강도의 감쇠율 A[dB/dec]는, 다음 식으로 표현할 수 있다.

[수식 9]

식(A9)은, 2개의 안테나가 형성하는 자계 강도의 감쇠율이, 먼 곳에서 80dB/dec에 점차 근접하는 것을 나타내고 있다.

[수식 10]

식(A9)을 d에 대하여 풀면, 상기한 식으로 된다.

식(A10)은, 좌표 z와, 좌표 z에서의 자계 강도의 감쇠율 A가 기지인 경우에는, 안테나의 중심 간의 거리 d가 계산 가능한 것을 나타내고 있다.

또한, 식(A10)을 식(A7)에 대입하면 다음 식을 얻을 수 있다.

[수식 11]

식(A11)은, 좌표 z와, 좌표 z에서의 자계 강도 H 및 자계 강도의 감쇠율 A가 기지인 경우에는, 안테나에 흐르는 전류의 크기 I가 계산 가능한 것을 나타내고 있다.

도 8로 복귀하고, 설명을 계속한다.

스텝 S3에서 파라미터 계산부(22)는, z와 A가 주어진 경우에 d를 구하는 식(A10)이 부여되어 있다.

[수식 12]

이로써, 파라미터 계산부(22)는, d'_opt를 계산한다(S3).

즉, 파라미터 계산부(22)는, 통신 영역의 경계까지의 거리 Z_C와 자계 강도의 감쇠율의 하한값 A_min에 기초하여, 통신 영역의 경계(Z_C의 위치)에서, 하한값 A_min에 일치하는 자계 강도의 감쇠율이 얻어지고, 안테나에 흐르는 전류의 크기 I가 최소로 되는, 중심 간의 거리 d'_opt를 안테나 파라미터로서 계산한다. 즉, 중심 간의 거리 d'_opt를, 식(1)을 사용하여 계산할 수 있다.

다음에, 파라미터 계산부(22)는, d'_opt가 다음 식의 사용자의 입력 조건을 만족시키고 있는지의 여부를 판정한다(S5).

[수식 13]

이하, 각각의 경우에 대하여 설명을 계속한다.

(i) d'_opt≤d_max의 경우(S5: YES)

이 경우, d'_opt는, d의 조건을 만족시키고 있으므로, 파라미터 계산부(22)는, 전류에 관한 조건이 만족되어 있는지의 여부를 판정한다.

먼저, 파라미터 계산부(22)는, z, H, A로부터 I를 구하는 식(A11)이 부여되어 있다.

[수식 14]

이로써, I_opt의 제1 후보로서, 안테나에 흐르는 전류의 크기 I'_opt를 계산한다(S7). 그리고, S_eff는, 각 안테나(1A, 1B)의 실효 면적을 나타내는 상수이다.

즉, 파라미터 계산부(22)는, 통신 영역의 경계까지의 거리 Z_C와, 자계 강도 H_C와, 자계 강도의 감쇠율의 하한값 A_min에 기초하여, 통신 영역의 경계(Z_C의 위치)에서, 자계 강도 H_C와, 하한값 A_min에 일치하는 자계 강도의 감쇠율이 얻어지는 최소의 전류의 크기 I'_opt를 안테나 파라미터로서 계산한다. 즉, 전류의 크기 I'_opt를, 식(3)을 사용하여 계산할 수 있다.

다음에, 파라미터 계산부(22)는, I'_opt가 사용자의 입력 조건을 만족시키고 있는지의 여부를 판정한다(S9).

[수식 15]

즉, 파라미터 계산부(22)는, I'_opt가 상기한 식을 만족시키고 있는지의 여부를 판정한다(S9).

스텝 S9에서 YES인 것으로 판정된 경우, 즉 식(4)이 만족되어 있으면, I'_opt는, 사용자의 입력 조건을 만족시키고 있다. 이 경우, 파라미터 계산부(22)는, d_opt의 제1 후보인 d'_opt를 d_opt(최적 해법; optimal solution)로서 파라미터 제어부(23)에 출력하고, I_opt의 제1 후보인 I'_opt를 I_opt(최적 해법)로서 파라미터 제어부(23)에 출력하고(S11), 처리를 종료한다.

즉, 이하의 식과 같이, 제1 후보인 d'_opt 및 I'_opt가, 진정한 최적 해법인 것으로 결론 지을 수 있다.

[수식 16]

한편, 스텝 S9에서 NO인 것으로 판정된 경우, 사용자의 입력 조건을 만족시키는 해법(d_opt, I_opt)은 존재하지 않는다. 왜냐하면, 식(4)을 만족시키기 위해서는 d를 크게 할 필요가 있지만, 이 경우에는, 통신 영역의 경계(Z_C의 위치)에서의 자계 강도의 감쇠율 A(Z_C)가 A_min보다 작아지게 된다[A(Z_C)<A_min]. 즉 자계 강도의 감쇠율의 조건을 만족시키지 않게 되기 때문이다. 따라서, 이 경우, 파라미터 계산부(22)는, 「해법 없음」으로 하여, 예를 들면, 표시 장치 등에 얼라이트를 나타내는 표시를 행하고, 다른 입력 파라미터를 입력하도록 촉진하고(S13), 처리를 종료한다.

(ii) d'_opt>d_max의 경우(S5: NO)

계산한 중심 간의 거리 d'_opt가 상한값 d_max보다 길 경우, 파라미터 계산부(22)는, 다음 식과 같이, d_opt의 제2 후보인 d"_opt로서, d_max를 채용한다(S21).

[수식 17]

다음에, 파라미터 계산부(22)는, I_opt의 제2 후보로서, 안테나에 흐르는 전류의 크기 I"_opt를 계산한다. 이 계산에는, z, H, d로부터 I를 구하는 식(A7)을 이용하면 된다.

즉, 파라미터 계산부(22)는, 다음 식을 이용한다.

[수식 18]

이로써, 파라미터 계산부(22)는, I_opt의 제2 후보인 I"_opt를 계산한다(S23).

즉, 파라미터 계산부(22)는, 거리 Z_C와, 자계 강도 H_C와, 중심 간의 거리의 상한값 d_max에 기초하여, 중심 간의 거리 d를 상한값 d_max에 일치시켰을 경우에, 통신 영역의 경계(Z_C의 위치)에서 자계 강도 H_C를 얻을 수 있는 최소의 전류의 크기 I"_opt를 안테나 파라미터로서 계산한다(S23). 즉, 전류의 크기 I"_opt를, 식(7)을 사용하여 계산할 수 있다.

다음에, 파라미터 계산부(22)는, I_opt의 제2 후보인 I"_opt가 사용자의 입력 조건을 만족시키고 있는지의 여부를 판정한다(S25).

[수식 19]

즉, 파라미터 계산부(22)는, I"_opt가 상기한 식을 만족시키고 있는지의 여부를 판정한다(S25).

스텝 S25에서 YES인 것으로 판정된 경우, 즉 식(8)이 만족되어 있는 경우에는, I"_opt는, 사용자의 입력 조건을 만족시키고 있는 것으로 된다.

따라서, 파라미터 계산부(22)는, d_opt의 제2 후보인 d"_opt(=d_max)를 d_opt(최적 해법)로서 파라미터 제어부(23)에 출력하고, I_opt의 제2 후보인 I"_opt를 I_opt(최적 해법)로서 파라미터 제어부(23)에 출력하고(S27), 처리를 종료한다.

즉, 이하의 식과 같이, 제2 후보인 d"_opt(=d_max) 및 I"_opt가, 진정한 최적 해법인 것으로 결론 지을 수 있다.

[수식 20]

한편, 스텝 S25에서 NO인 것으로 판정된 경우, 즉 계산한 전류의 크기 I"_opt가 상한값 I_max보다 클 경우, 사용자의 입력 조건을 만족시키는 해법(d_opt, I_opt)은 존재하지 않는다. 왜냐하면, 식(8)을 만족시키기 위해서는 d를 크게 할 필요가 있지만, 이 경우에는, d"_opt>d_max로 된다. 즉, 중심 간의 거리의 조건을 만족시키지 않게 되기 때문이다. 따라서 이 경우, 파라미터 계산부(22)는, 「해법 없음」으로 하여, 예를 들면, 표시 장치 등에 얼라이트(alert)를 나타내는 표시를 행하고, 다른 입력 파라미터를 입력하도록 촉진하고(S29), 처리를 종료한다.

그리고, 예를 들면, 교류 전원 E의 성능에 제한이 없고, 메카니컬 스테이지(10A, 10B)의 가동 범위에 제한이 없는 경우 등에 있어서는, d_max, I_max는 필수는 아니다. 즉, 제1 실시형태에서는, d_max, I_max를 입력 조건에 더하고 있지만, 이들은 필수는 아니다.

따라서, 스텝 S3에서부터, 스텝 S5로 진행하지 않고 스텝 S7로 진행하고, 또한 스텝 S7로부터, 스텝 9로 진행하지 않고 스텝 S11로 진행되어도 된다. 즉, 식(1)에 의해 얻어지는 d'_opt를 d_opt로 하고, 식(3)에 의해 얻어지는 I'_opt를 I_opt로 하여 채용해도 된다.

이상과 같이, 제1 실시형태의 안테나 파라미터 제어 장치(2)는, 2개의 안테나(1A, 1B)에 대하여, 크기 I가 동일하며 방향이 반대인 전류를 흐르게 하는 경우의 안테나 파라미터를 계산하는 안테나 파라미터 제어 장치로서, 안테나 파라미터를 계산하기 위한 입력 파라미터를 취득하는 입력 파라미터 취득부(21)와, 입력 파라미터에 기초하여, 안테나의 중심 간의 거리를 안테나 파라미터로서 계산하는 파라미터 계산부(22)를 구비한다. 이로써, 본 실시형태에서는, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 형성하기 위한 안테나의 제어 기술을 제공할 수 있다. 구체적으로는, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 형성하기 위한 안테나의 중심 간의 거리(안테나 파라미터)를 계산할 수 있다.

또한, 입력 파라미터 취득부(21)는, 안테나로부터, 안테나가 형성하는 통신 영역의 경계까지의 거리 Z_C와, 통신 영역의 경계에서 필요한 자계 강도의 감쇠율의 하한값 A_min을 입력 파라미터로서 취득한다(S1). 또한, 파라미터 계산부(22)는, 거리 Z_C와 자계 강도의 감쇠율의 하한값 A_min에 기초하여, 통신 영역의 경계에서 하한값 A_min에 일치하는 자계 강도의 감쇠율이 얻어지고, 전류의 크기 I가 최소로 되는 안테나의 중심 간의 거리 d'_opt를 안테나 파라미터로서 계산한다(S3). 이로써, 본 실시형태에서는, 원하는 위치에 통신 영역의 경계를 형성하기 위한 안테나의 중심 간의 거리를 계산할 수 있다. 또한, 전류의 크기 I가 최소로 되므로, 소비 전력을 저감할 수 있다.

또한, 입력 파라미터 취득부(21)는, 통신 영역의 경계에서 필요한 자계 강도 H_C를 취득한다(S1). 또한, 파라미터 계산부(22)는, 거리 Z_C와 자계 강도 H_C와 감쇠율의 하한값 A_min에 기초하여, 통신 영역의 경계에서, 자계 강도 H_C와, 하한값 A_min에 일치하는 자계 강도의 감쇠율이 얻어지는, 최소의 전류의 크기 I'_opt를 안테나 파라미터로서 계산한다(S7). 따라서, 원하는 위치에 통신 영역의 경계를 형성하기 위해 안테나에 흐르는 전류의 크기를 계산할 수 있다. 또한, 전류의 크기 I가 최소로 되므로, 소비 전력을 저감할 수 있다.

그리고, 제1 실시형태에서는, 안테나의 중심 간의 거리 d'_opt만을 계산해도 되거나, 또는 I'_opt만을 계산해도 된다.

또한, 입력 파라미터 취득부(21)는, 중심 간의 거리 d의 상한값 d_max를 취득한다(S1). 또한, 파라미터 계산부(22)는, 계산한 중심 간의 거리 d'_opt가 중심 간의 거리의 상한값 d_max보다 길 경우에는(S5: NO), 통신 영역의 경계까지의 거리 Z_C와 자계 강도 H_C와 중심 간의 거리의 상한값 d_max에 기초하여, 중심 간의 거리 d를 상한값 d_max에 일치시켰을 경우에, 통신 영역의 경계에서 자계 강도 H_C를 얻을 수 있는 최소의 전류의 크기 I"_opt를 안테나 파라미터로서 계산한다(S23). 따라서, 원하는 위치에 통신 영역의 경계를 형성하기 위해 안테나에 흐르는 전류의 크기를 계산할 수 있다. 또한, 전류의 크기 I가 최소로 되므로, 소비 전력을 저감할 수 있다.

또한, 안테나 파라미터 제어 장치(2)는, 2개의 안테나(1A, 1B)의 안테나 파라미터(d, I)를, 파라미터 계산부(22)가 계산한 안테나 파라미터(d_opt, I_opt)에 기초하여 제어하는 파라미터 제어부(23)를 구비한다. 따라서, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 설정할 수 있다.

또한, 제1 실시형태에 있어서의 안테나 제어 시스템은, 안테나 파라미터 제어 장치(2)와, 2개의 안테나(1A, 1B)를 구비함으로써, 통신 영역을 형성하고, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 설정할 수 있다.

예를 들면, 사용자가 통신 영역의 사이즈를 나타내는 원하는 Z_C 등의 입력 파라미터를 입력하면, 안테나 파라미터가 계산되고, 통신 영역의 실제의 사이즈가, 입력한 Z_C에 따른 것으로 된다. 그러므로, 본 실시형태에서는, 통신 영역의 사이즈를 자유롭게 변경할 수 있다. 또한, 계산한 안테나 파라미터에 따른 통신 영역을 얻을 수 있으므로, 정확한 통신 영역의 사이즈를 얻을 수 있다.

[제2 실시형태]

다음에, 제2 실시형태에 대하여 설명한다. 제2 실시형태는, 사용자가 입력하는 입력 파라미터와, d_opt, I_opt의 계산 방법이 제1 실시형태와 다르지만, 그 이외는, 제1 실시형태와 같다. 그러므로, 제1 실시형태와 중복되는 설명은 생략한다.

도 9는, 제2 실시형태에 있어서의 입력 파라미터의 선정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

사용자는, 자신이 희망하는 통신 영역의 사이즈나 특성을 고려한 후, 6개의 입력 파라미터를 입력 장치(20)에 입력한다.

1번째의 입력 파라미터는, 안테나로부터 통신 영역의 경계까지의 거리 Z_C이다. 2개째의 파라미터는, Z_C보다 큰 임의의 거리이다. 즉, 2개째의 입력 파라미터는, 통신 영역의 경계보다 먼 소정의 위치까지의 안테나로부터의 거리 Z_D이다. 3개째의 입력 파라미터는, 통신 영역의 경계(Z_C의 위치)에서 필요한 자계 강도 H_C이다. 4개째의 파라미터는, Z_D의 위치에서 허용되는 자계 강도의 상한값 H_D이다. 즉, 이 자계 강도의 상한값 H_D는, 통신 영역의 경계보다 먼 위치 Z_D에서의 자계 강도의 상한값 H_D이다. 이들은, 도 9에 기재되어 있다. Z_D와 H_D를 입력하는 것은, 제1 실시형태에 있어서 A_min을 입력한 것과 등가이다. 5개째의 입력 파라미터는, 안테나의 중심 간의 거리 d의 상한값 d_max이다. 6개째의 입력 파라미터는, 안테나에 흐르는 전류의 크기 I의 상한값 I_max이다.

제1 실시형태와 마찬가지로, 통신 영역의 경계는, 안테나 어레이(1)로부터 Z축 방향, 즉 루프 안테나를 관통하는 방향으로 거리 Z_C, 이격된 위치에 설정된다. z축의 방향에서 0으로부터 Z_C까지의 거리가 통신 영역이다. 도 9의 듀얼 루프는, 안테나 어레이(1)가 형성하는 자계 강도의 특성이며, 이것이 사용자가 원하는 특성인 것으로 한다. 도 9의 Z_C의 위치에서의 자계 강도가, 통신 영역의 경계에서 필요한 자계 강도 H_C이다. 또한, Z_D의 위치에서의 자계 강도의 상한값이 상한값 H_D이다.

H_C와 H_D의 차이를 Z_C와 Z_D의 차로 나눈 값은, 자계 강도의 감쇠율에 의존하므로, 사용자는, 원하는 자계 강도의 감쇠율에 따라 H_D, Z_D를 정하면 된다.

제2 실시형태에서는, 각 입력 파라미터의 단위를 Z_C[m], Z_D[m], H_C[dB㎂/m], H_D[dB㎂/m], d_max[m], I_max[A]로 한다.

제2 실시형태에서는, 사용자는, 입력 장치(20)에 입력 파라미터로서, 거리 Z_C, Z_D, 자계 강도 H_C, 자계 강도의 상한값 H_D, 중심 간의 거리 d의 상한값 d_max, 전류의 크기 I의 상한값 I_max를 입력한다.

안테나 파라미터 제어 장치(2)의 입력 파라미터 취득부(21)는, 이들 입력 파라미터를 입력 장치(20)로부터 취득하고, 파라미터 계산부(22)에 출력한다. 그리고, 입력 파라미터 취득부(21)는, 메모리에 기억한 전류의 크기 I의 상한값 I_max, 중심 간의 거리 d의 상한값 d_max를 취득하고, 파라미터 계산부(22)에 송신해도 된다.

안테나 파라미터 제어 장치(2)의 파라미터 계산부(22)는, 6개의 입력 파라미터가 나타내는 조건을 만족시키고, 또한 전류의 크기 I가 최소로 되는 중심 간의 거리 d_opt와, 이 때의 전류의 크기 I_opt를 계산한다.

구체적으로는, 파라미터 계산부(22)는, 각 거리 Z_C, Z_D와, 자계 강도 H_C와, 자계 강도의 상한값 H_D에 기초하여, 통신 영역의 경계(Z_C의 위치)에서 자계 강도 H_C가 얻어지고, 통신 영역의 경계보다 먼 위치(Z_D의 위치)와 상한값 H_D에 일치하는 자계 강도가 얻어지고, 전류의 크기 I가 최소로 되는 중심 간의 거리 d'_opt(d_opt)와, 그 최소의 전류의 크기 I'_opt(I_opt)를 안테나 파라미터로서 계산한다.

또한, 파라미터 계산부(22)는, 계산한 중심 간의 거리 d'_opt가 상한값 d_max보다 길 경우에는, 거리 Z_C와 자계 강도 H_C와 상한값 d_max(d_opt=d"_opt)에 기초하여, 중심 간의 거리 d를 상한값 d_max에 일치시켰을 경우에, 통신 영역의 경계에서 자계 강도 H_C를 얻을 수 있는 최소의 전류의 크기 I"_opt(I_opt)를 안테나 파라미터로서 계산한다.

파라미터 제어부(23)는, 안테나(1A, 1B)의 안테나 파라미터를, 안테나 파라미터 제어 장치(2)가 계산한 안테나 파라미터에 기초하여 제어한다.

도 10은, 제2 실시형태에 있어서의 안테나 파라미터 계산 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.

안테나 파라미터 제어 장치(2)의 입력 파라미터 취득부(21)는, 먼저, Z_C, Z_D, H_C, H_D, d_max, I_max를 상기한 바와 같이 입력 장치(20) 등으로부터 취득한다(S41).

도 5의 안테나 제어 시스템에 있어서, 안테나에 흐르는 전류의 크기 I를 최소로 하기 위해서는, 중심 간의 거리 d를 크게 하는 것이 바람직하다. 한편, 중심 간의 거리 d를 길게 하면 통신 영역의 경계(Z_C의 위치)에서의 자계 강도의 감쇠율은 저하된다. 이와 같은 사정을 고려하여, 안테나 파라미터 제어 장치(2)의 파라미터 계산부(22)는, 필요 최소한의 자계 강도의 감쇠율이 얻어지는 d를, d_opt의 제1 후보로서의 거리 d'_opt로 한다. 또한, d'_opt와 함께 얻어지는[부수(附隨)되는] I를, I_opt의 제1 후보로서의 전류의 크기 I'_opt로 한다.

즉, 파라미터 계산부(22)는, d_opt의 제1 후보로서, d'_opt를, I_opt의 제1 후보로서, I'_opt를 각각 계산한다(S43).

구체적으로는, 스텝 S43에서는, 식(A6)으로부터 얻어지는 이하의 연립 방정식을 푼다.

[수식 21]

파라미터 계산부(22)는, 이 연립 방정식의 해법으로서, d'_opt와 I'_opt를 얻는다(S43).

즉, 파라미터 계산부(22)는, 각 거리 Z_C, Z_D와 자계 강도 H_C와 상한값 H_D에 기초하여, 통신 영역의 경계(Z_C의 위치)에서 자계 강도 H_C가 얻어지고, 통신 영역의 경계보다 먼 위치(Z_D의 위치)와 상한값 H_D에 일치하는 자계 강도가 얻어지고, 전류의 크기 I가 최소로 되는 안테나의 중심 간의 거리 d'_opt와 전류의 크기 I'_opt를 안테나 파라미터로서 계산한다(S43). 즉, 중심 간의 거리 d'_opt와 전류의 크기 I'_opt를, 식(10)을 사용하여 계산할 수 있다.

다음에, (d'_opt, I'_opt)가 사용자의 입력 조건을 만족시키고 있는지의 여부를 확인할 필요가 있다.

먼저, 파라미터 계산부(22)는, d'_opt에 대한 다음의 조건을 만족시키고 있는지의 여부를 판정한다(S45).

[수식 22]

이하, 경각각의 경우로 나누어 설명을 계속한다.

(i) d'_opt≤d_max의 경우(S45: YES)

이 경우, d에 관한 사용자의 입력 조건이 만족되어 있으므로, 파라미터 계산부(22)는, 다음에, 전류의 크기 I에 관한 사용자의 입력 조건을 만족시키고 있는지의 여부를 판정한다(S47).

[수식 23]

즉, 파라미터 계산부(22)는, I'_opt가 상기한 식을 만족시키고 있는지의 여부를 판정한다(S47).

스텝 S47에서 YES인 것으로 판정된 경우, I'_opt는, 사용자의 입력 조건을 만족시키고 있다. 이 경우, 파라미터 계산부(22)는, d_opt의 제1 후보인 d'_opt를 d_opt(최적 해법)로서 파라미터 제어부(23)에 출력하고, I_opt의 제1 후보인 I'_opt를 I_opt(최적 해법)로서 파라미터 제어부(23)에 출력하고(S49), 처리를 종료한다.

즉, 이하의 식과 같이, 제1 후보인 d'_opt, I'_opt가, 진정한 최적 해법인 것으로 결론 지을 수 있다.

[수식 24]

한편, 스텝 S47에서 NO인 것으로 판정된 경우, 사용자의 입력 조건을 만족시키는 해법(d_opt, I_opt)은 존재하지 않는다. 따라서 이 경우, 파라미터 계산부(22)는, 「해법 없음」으로 하여, 예를 들면, 표시 장치 등에 얼라이트를 나타내는 표시를 행하고, 다른 입력 파라미터를 입력하도록 촉진하고(S49), 처리를 종료한다.

(ii) d'_opt>d_max의 경우(S45: NO)

계산한 중심 간의 거리 d'_opt가 상한값 d_max보다 길 경우, 파라미터 계산부(22)는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 다음 식과 같이, d_opt의 제2 후보인 d"_opt로서, d_max를 채용한다(S61).

[수식 25]

다음에, 파라미터 계산부(22)는, 제1 실시형태의 식(7)과 마찬가지로, 다음 식을 이용한다.

[수식 26]

이로써, 파라미터 계산부(22)는, I"_opt를 계산한다(S63).

즉, 파라미터 계산부(22)는, 거리 Z_C와 자계 강도 H_C와 중심 간의 거리의 상한값 d_max에 기초하여, 중심 간의 거리 d를 상한값 d_max에 일치시켰을 경우에, 통신 영역의 경계(Z_C의 위치)에서 자계 강도 H_C를 얻을 수 있는 최소의 전류의 크기 I"_opt를 안테나 파라미터로서 계산한다(S63). 즉, 전류의 크기 I"_opt를, 식(15)을 사용하여 계산할 수 있다.

다음에, 파라미터 계산부(22)는, 제1 실시형태와 마찬가지로, I_opt의 제2 후보인 I"_opt가 사용자의 입력 조건을 만족시키고 있는지의 여부를 판정한다(S65).

[수식 27]

즉, 파라미터 계산부(22)는, I"_opt가 상기한 식을 만족시키고 있는지의 여부를 판정한다(S65).

스텝 S65에서 YES인 것으로 판정된 경우, 즉 식(16)이 만족되어 있는 경우에는, I" _opt는, 사용자의 입력 조건을 만족시키고 있게 된다.

따라서, 파라미터 계산부(22)는, d_opt의 제2 후보인 d"_opt(=d_max)를 d_opt(최적 해법)로서 파라미터 제어부(23)에 출력하고, I_opt의 제2 후보인 I"_opt를 I_opt(최적 해법)로서 파라미터 제어부(23)에 출력하고(S67), 처리를 종료한다.

즉, 이하의 식과 같이, 제2 후보인 d"_opt(=d_max), I"_opt가, 진정한 최적 해법인 것으로 결론 지을 수 있다.

[수식 28]

한편, 스텝 S65에서 NO인 것으로 판정된 경우, 사용자의 입력 조건을 만족시키는 해법(d_opt, I_opt)은 존재하지 않는다. 따라서 이 경우, 파라미터 계산부(22)는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 「해법 없음」으로 하여, 예를 들면, 표시 장치 등에 얼라이트를 나타내는 표시를 행하고, 다른 입력 파라미터를 입력하도록 촉진하고(S69), 처리를 종료한다.

그리고, 제1 실시형태와 마찬가지로, 제2 실시형태에서도 d_max, I_max는 필수는 아니다. 즉, 제2 실시형태에서는, d_max, I_max를 입력 조건에 더하고 있지만, 이들은 필수는 아니다. 따라서, 스텝 S43으로부터, 스텝 S45 및 S47로 진행하지 않고 스텝 S49로 진행되어도 된다. 즉, 식(10)으로부터 얻어지는 d'_opt, I'_opt를 각각 d_opt, I_opt로서 채용해도 된다.

이상과 같이, 제2 실시형태의 안테나 파라미터 제어 장치(2)는, 2개의 안테나(1A, 1B)에 대하여, 크기 I가 동일하며 방향이 반대인 전류를 흐르게 하는 경우의 안테나 파라미터를 계산하는 안테나 파라미터 제어 장치로서, 안테나 파라미터를 계산하기 위한 입력 파라미터를 취득하는 입력 파라미터 취득부(21)와, 입력 파라미터에 기초하여, 안테나의 중심 간의 거리를 안테나 파라미터로서 계산하는 파라미터 계산부(22)를 구비한다. 따라서, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 형성하기 위한 안테나의 제어 기술을 제공할 수 있다. 구체적으로는, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 형성하기 위한 안테나의 중심 간의 거리(안테나 파라미터)를 계산할 수 있다.

또한, 입력 파라미터 취득부(21)는, 안테나로부터, 안테나가 형성하는 통신 영역의 경계까지의 거리 Z_C와, 안테나로부터 통신 영역의 경계보다 먼 위치까지의 거리 Z_D와, 통신 영역의 경계에서 필요한 자계 강도 H_C와, 통신 영역의 경계보다 먼 위치에서의 자계 강도의 상한값 H_D를 입력 파라미터로서 취득한다(S41). 또한, 파라미터 계산부(22)는, 각 거리 Z_C, Z_D와 자계 강도 H_C와 자계 강도의 상한값 H_D에 기초하여, 통신 영역의 경계(Z_C의 위치)에서 자계 강도 H_C가 얻어지고, 통신 영역의 경계보다 먼 위치(Z_D의 위치)와 상한값 H_D에 일치하는 자계 강도가 얻어지고, 전류가 최소로 되는 안테나의 중심 간의 거리 d'_opt와 전류의 크기 I'_opt를 안테나 파라미터로서 계산한다(S43). 따라서, 원하는 위치에 통신 영역의 경계를 형성하기 위한 안테나의 중심 간의 거리와 안테나에 흐르는 전류의 크기를 계산할 수 있다. 또한, 전류의 크기 I가 최소로 되므로, 소비 전력을 저감할 수 있다.

또한, 입력 파라미터 취득부(21)는, 중심 간의 거리 d의 상한값 d_max를 취득한다(S41). 또한, 파라미터 계산부(22)는, 계산한 중심 간의 거리 d'_opt가 중심 간의 거리의 상한값 d_max보다 길 경우에는(S45: NO), 통신 영역의 경계까지의 거리 Z_C와 자계 강도 H_C와 중심 간의 거리의 상한값 d_max에 기초하여, 중심 간의 거리 d를 상한값 d_max에 일치시켰을 경우에, 통신 영역의 경계에서 자계 강도 H_C를 얻을 수 있는 최소의 전류의 크기 I"_opt를 안테나 파라미터로서 계산한다(S63). 따라서, 원하는 위치에 통신 영역의 경계를 형성하기 위해 안테나에 흐르는 전류의 크기를 계산할 수 있다. 또한, 전류의 크기 I가 최소로 되므로, 소비 전력을 저감할 수 있다.

또한, 제1 실시형태와 마찬가지로, 제2 실시형태의 안테나 파라미터 제어 장치(2)는, 2개의 안테나(1A, 1B)의 안테나 파라미터(d, I)를, 파라미터 계산부(22)가 계산한 안테나 파라미터(d_opt, I_opt)에 기초하여 제어하는 파라미터 제어부(23)를 구비한다. 이로써, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 설정할 수 있다.

또한, 제1 실시형태와 마찬가지로, 제2 실시형태의 안테나 제어 시스템은, 안테나 파라미터 제어 장치(2)와, 2개의 안테나(1A, 1B)를 구비한다. 이로써, 통신 영역을 형성하고, 통신 영역의 경계를 원하는 위치에 설정할 수 있다.

예를 들면, 사용자가 통신 영역의 사이즈를 나타내는 원하는 Z_C 등의 입력 파라미터를 입력하면, 안테나 파라미터가 계산되어 통신 영역의 실제의 사이즈가, 입력한 Z_C에 따른 것으로 되므로, 통신 영역의 사이즈를 자유롭게 변경할 수 있다. 또한, 계산한 안테나 파라미터에 따른 통신 영역을 얻을 수 있으므로, 정확한 통신 영역의 사이즈를 얻을 수 있다.

그리고, 제1 및 제2 실시형태에서는, 안테나 파라미터를 조정하기 위해 안테나 파라미터 제어 장치(2)를 사용하였으나, 안테나 파라미터 제어 장치(2)는, 단지 안테나 파라미터를 계산하기 위해 사용해도 된다. 이 경우에는, 파라미터 제어부(23)는 불필요하다.

또한, 안테나 파라미터 제어 장치(2)는, 소정의 안테나 파라미터 제어 프로그램을 프로세서(CPU)를 구비하는 컴퓨터에 읽어들이게 하여 실행시킴으로써 실현할 수 있다. 이 안테나 파라미터 제어 프로그램은, 반도체 메모리, 자기 디스크, 광디스크, 광자기 디스크, 자기 테이프 등의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록할 수 있고, 또한 인터넷 등의 통신망을 통하여 전송시켜, 넓게 유통시킬 수 있다.

본 명세서에서는 구체예로서, 루프 안테나 및 바 안테나를 예로 들어 설명하였다. 이들 안테나는 자계를 발생시키는 다이폴 안테나(자기 다이폴 안테나)로서 분류된다. 본 명세서에서 전개한 논의는, 보다 일반적인 다이폴 안테나에 대하여 도 적용 가능하며, 자기 다이폴 안테나에 한정되는 것은 아니다. 즉, 전계를 발생시키기 위해 사용하는 전기 다이폴 안테나에 대하여도 적용 가능하며, 전계를 이용하여 통신 영역 등을 형성하는 데 있어서도 유효하다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 실시형태를 기재하였으나, 이 개시된 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것으로 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시형태, 실시예 및 운용 기술이 명백해 질 것이다.

1: 안테나 어레이
1A, 1B: 안테나
2: 안테나 파라미터 제어 장치
21: 입력 파라미터 취득부
22: 파라미터 계산부
23: 파라미터 제어부
20: 입력 장치
10A, 10B: 메카니컬 스테이지
A_min: 통신 영역의 경계에서의 자계 강도의 감쇠율의 하한값(입력 파라미터)
d: 안테나의 중심 간의 거리[안테나(1A, 1B)의 안테나 파라미터]
d_opt, d'_opt, d"_opt: 안테나의 중심 간의 거리(계산되는 안테나 파라미터)
d_max: 중심 간의 거리 d의 상한값(입력 파라미터)
E: 교류 전원
I: 안테나에 흐르는 전류의 크기[안테나(1A, 1B)의 안테나 파라미터]
I_opt, I'_opt, I"_opt: 안테나에 흐르는 전류의 크기(계산되는 안테나 파라미터)
I_max: 안테나에 흐르는 전류의 크기의 상한값(입력 파라미터)
H_C: 통신 영역의 경계에서 필요한 자계 강도(입력 파라미터)
H_D: 통신 영역의 경계보다 먼 위치에서의 자계 강도의 상한값(입력 파라미터)
Z_C: 안테나로부터 통신 영역의 경계까지의 거리(입력 파라미터)
Z_D: 안테나로부터 통신 영역의 경계보다 먼 위치까지의 거리(입력 파라미터)

Claims

2개의 안테나에 대하여, 크기가 동일하며 방향이 반대인 전류를 흐르게 하는 경우에 있어서, 상기 2개의 안테나의 중심 간의 거리를 제어하는 안테나 제어 장치로서,
상기 2개의 안테나로부터 상기 안테나가 형성하는 통신 영역의 경계까지의 거리와, 상기 통신 영역의 경계에서의 자계 강도의 감쇠율(減衰率)의 하한값을, 입력 파라미터로서 취득하는 입력 파라미터 취득부; 및
상기 통신 영역의 경계까지의 거리와, 상기 자계 강도의 감쇠율의 하한값에 기초하여, 상기 통신 영역의 경계에서 상기 하한값에 일치하는 자계 강도의 감쇠율이 얻어지고, 상기 전류의 크기가 최소로 되는 상기 안테나의 중심 간의 거리를 계산하는 계산부;
를 포함하는 안테나 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 계산부는, 상기 중심 간의 거리를
[수식 29]

에 의해 계산하는(단, d'_opt는 상기 중심 간의 거리, Z_C는 상기 통신 영역의 경계까지의 거리, A_min은 상기 자계 강도의 감쇠율의 하한값임), 안테나 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 입력 파라미터 취득부는, 상기 통신 영역의 경계에서 필요한 자계 강도를 취득하고,
상기 계산부는, 상기 통신 영역의 경계까지의 거리와 상기 자계 강도와 상기 자계 강도의 감쇠율의 하한값에 기초하여, 상기 통신 영역의 경계에서 상기 자계 강도와 상기 하한값에 일치하는 자계 강도의 감쇠율이 얻어지는 상기 최소의 전류의 크기를 계산하는, 안테나 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 계산부는, 상기 최소의 전류의 크기를
[수식 30]

에 의해 계산하는[단, I'_opt는 상기 최소의 전류의 크기, Z_C는 상기 통신 영역의 경계까지의 거리, H_C는 상기 자계 강도, A_min은 상기 자계 강도의 감쇠율의 하한값, S_eff는 각각의 상기 안테나의 실효 면적을 나타내는 상수(constant)임], 안테나 제어 장치.
2개의 안테나에 대하여, 크기가 동일하며 방향이 반대인 전류를 흐르게 하는 경우에 있어서, 상기 2개의 안테나의 중심 간의 거리를 제어하는 안테나 제어 장치로서,
상기 2개의 안테나로부터 상기 안테나가 형성하는 통신 영역의 경계까지의 거리와, 상기 안테나로부터 상기 통신 영역의 경계보다 먼 위치까지의 거리와, 상기 통신 영역의 경계에서 필요한 자계 강도와, 상기 통신 영역의 경계보다 먼 위치에서의 자계 강도의 상한값을 입력 파라미터로서 취득하는 입력 파라미터 취득부; 및
각각의 상기 거리와 상기 자계 강도와 상기 상한값에 기초하여, 상기 통신 영역의 경계에서 필요한 자계 강도가 상기 통신 영역의 경계에서 얻어지고, 상기 상한값에 일치하는 자계 강도가 상기 통신 영역의 경계보다 먼 위치에서 얻어지고, 상기 전류가 최소로 되는 상기 안테나의 중심 간의 거리와 상기 최소의 전류의 크기를 계산하는 계산부;
를 포함하는 안테나 제어 장치.
제5항에 있어서,
상기 계산부는, 상기 중심 간의 거리와 상기 최소의 전류의 크기를
[수식 31]

의 해법(solution)으로서 얻는(단, d'_opt는 상기 중심 간의 거리, I'_opt는 상기 최소의 전류의 크기, Z_C는 상기 통신 영역의 경계까지의 거리, Z_D는 상기 통신 영역의 경계보다 먼 위치까지의 거리, H_C는 상기 통신 영역의 경계에서 필요한 자계 강도, H_D는 상기 통신 영역의 경계보다 먼 위치에서의 자계 강도의 상한값, S_eff는 각각의 상기 안테나의 실효 면적을 나타내는 상수임), 안테나 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입력 파라미터 취득부는, 상기 중심 간의 거리의 상한값을 취득하고,
상기 계산부는, 계산한 상기 중심 간의 거리가 상기 중심 간의 거리의 상한값보다 길 경우에는, 상기 통신 영역의 경계까지의 거리와 상기 통신 영역의 경계에서 필요한 자계 강도와 상기 중심 간의 거리의 상한값에 기초하여, 상기 중심 간의 거리를 상기 상한값에 일치시켰을 경우에, 상기 통신 영역의 경계에서 필요한 자계 강도가 상기 통신 영역의 경계에서 얻어지는 최소의 상기 전류의 크기를 계산하는, 안테나 제어 장치.
제7항에 있어서,
상기 계산부는, 상기 최소의 전류의 크기를
[수식 32]

에 의해 계산하는(단, I"_opt는 상기 최소의 전류의 크기, Z_C는 상기 통신 영역의 경계까지의 거리, H_C는 상기 통신 영역의 경계에서 필요한 자계 강도, d_max는 상기 중심 간의 거리의 상한값, S_eff는 각각의 상기 안테나의 실효 면적을 나타내는 상수임), 안테나 제어 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2개의 안테나를 상기 계산부가 계산한 상기 안테나의 중심 간의 거리에 기초하여 제어하는 제어부를 포함하는, 안테나 제어 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 안테나 제어 장치로서 컴퓨터를 기능하게 하기 위한 안테나 제어 프로그램.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 안테나 제어 장치; 및
상기 2개의 안테나;
를 포함하는 안테나 제어 시스템.
제11항에 있어서,
상기 2개의 안테나는, 루프 안테나(loop antenna) 또는 바 안테나(bar antenna)인, 안테나 제어 시스템.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 2개의 안테나가, 직렬로 접속되는, 안테나 제어 시스템.