WO2023228705A1

WO2023228705A1 - 通信装置

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Publication number: WO2023228705A1
Application number: PCT/JP2023/017236
Authority: WO
Inventors: 昴川村; 康浩松井; 拓磨松下; 一泰本郷; 俊範近藤; 太志竹内
Original assignee: ソニーグループ株式会社
Priority date: 2022-05-27
Filing date: 2023-05-08
Publication date: 2023-11-30

Abstract

本技術は、電気的に小さいサイズのアンテナでも安定した通信を行うことができるようにする通信装置に関する。第１のアンテナ素子と、第１のアンテナ素子に対して直交するように配置された第２のアンテナ素子とから構成される円偏波のアンテナと、第１のアンテナ素子に接続されているキャパシタと、第２のアンテナ素子に接続されているインダクタとから構成される移相器とを備え、Ｒをレジスタンス、ｊを虚数単位、Ｘをリアクタンス、アンテナの中心周波数をｆ、キャパシタンスをＣ、インダクタンスをＬとした場合、アンテナのインピーダンスは、Ｒ＋ｊＸと表され、キャパシタのキャパシタンスは、Ｃ＝１／｛πｆ（Ｒ＋Ｘ）｝で算出される値であり、インダクタのインダクタンスは、Ｌ＝（Ｒ－Ｘ）／（４πｆ）で算出される値である。本技術は、例えば、海水中に設置された通信装置に適用できる。

Description

通信装置

　本技術は通信装置に関し、例えば、液体中の通信に用いて好適な通信装置に関する。

　近年、無線ＬＡＮ（Local Area Network）や非接触通信などの無線通信が広く普及している。特許文献１では、水中で離隔する通信装置と通信を行う通信装置についての提案がなされている。

特開2010-21874号公報

　水中、例えば海水中は、高い導電率により電磁波の減衰が大きいため、通信周波数としては、一般的には、MHz帯域以下の周波数が選択される。また高い誘電率の媒質中では、アンテナが共振しづらいため、そのような媒質中で用いることを前提とした共振型のアンテナの設計は困難であった。このようなことから、海水中で通信を行うためのアンテナに、例えば半波長ダイポールアンテナのような一般的な共振型のアンテナを用いた場合だと、１波長の長さが数ｍオーダーとなり、アンテナサイズが大きくなってしまい、その設計も困難であった。

　海水中など、高い導電率の媒体においても、電気的に小さいサイズのアンテナで安定した通信を行えるようにすることが望まれている。

　本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、電気的に小さいサイズのアンテナでも安定した通信を行うことができるようにするものである。

　本技術の一側面の第１の通信装置は、第１のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子に対して直交するように配置された第２のアンテナ素子とから構成される円偏波のアンテナと、前記第１のアンテナ素子に接続されているキャパシタと、前記第２のアンテナ素子に接続されているインダクタとから構成される移相器とを備え、Ｒをレジスタンス、ｊを虚数単位、Ｘをリアクタンス、前記アンテナの中心周波数をｆ、キャパシタンスをＣ、インダクタンスをＬとした場合、前記アンテナのインピーダンスは、Ｒ＋ｊＸと表され、前記キャパシタのキャパシタンスは、Ｃ＝１／｛πｆ（Ｒ＋Ｘ）｝で算出される値であり、前記インダクタのインダクタンスは、Ｌ＝（Ｒ－Ｘ）／（４πｆ）で算出される値である通信装置である。

　本技術の一側面の第２の通信装置は、直交する直線偏波の第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子から構成される円偏波のアンテナと、前記第１のアンテナ素子に接続されているキャパシタと、前記第２のアンテナ素子に接続されているインダクタとから構成される移相器とを備え、Ｒをレジスタンス、ｊを虚数単位、Ｘをリアクタンス、前記アンテナの中心周波数をｆ、キャパシタンスをＣ、インダクタンスをＬとした場合、前記アンテナのインピーダンスは、Ｒ＋ｊＸと表され、前記キャパシタのキャパシタンスは、Ｃ＝１／｛２πｆ（Ｒ＋Ｘ）｝で算出される値であり、前記インダクタのインダクタンスは、Ｌ＝（Ｒ－Ｘ）／（２πｆ）で算出される値である通信装置である。

　本技術の一側面の第１の通信装置においては、第１のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子に対して直交するように配置された第２のアンテナ素子とから構成される円偏波のアンテナと、前記第１のアンテナ素子に接続されているキャパシタと、前記第２のアンテナ素子に接続されているインダクタとから構成される移相器とが備えられる。Ｒをレジスタンス、ｊを虚数単位、Ｘをリアクタンス、前記アンテナの中心周波数をｆ、キャパシタンスをＣ、インダクタンスをＬとした場合、前記アンテナのインピーダンスは、Ｒ＋ｊＸと表され、前記キャパシタのキャパシタンスは、Ｃ＝１／｛πｆ（Ｒ＋Ｘ）｝で算出される値であり、前記インダクタのインダクタンスは、Ｌ＝（Ｒ－Ｘ）／（４πｆ）で算出される値である。

　本技術の一側面の第２の通信装置においては、直交する直線偏波の第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子から構成される円偏波のアンテナと、前記第１のアンテナ素子に接続されているキャパシタと、前記第２のアンテナ素子に接続されているインダクタとから構成される移相器とが備えられる。Ｒをレジスタンス、ｊを虚数単位、Ｘをリアクタンス、前記アンテナの中心周波数をｆ、キャパシタンスをＣ、インダクタンスをＬとした場合、前記アンテナのインピーダンスは、Ｒ＋ｊＸと表され、前記キャパシタのキャパシタンスは、Ｃ＝１／｛２πｆ（Ｒ＋Ｘ）｝で算出される値であり、前記インダクタのインダクタンスは、Ｌ＝（Ｒ－Ｘ）／（２πｆ）で算出される値である。

　なお、通信装置は、独立した装置であっても良いし、１つの装置を構成している内部ブロックであっても良い。

本技術を適用した通信システムの一実施の形態の構成を示す図である。本技術を適用した通信システムの他の実施の形態の構成を示す図である。本技術を適用した通信システムの他の実施の形態の構成を示す図である。親局の構成例を示す図である。アンテナと移相器の構成例を示す図である。移相器の構成に関する条件について説明するための図である。移相器の構成例を示す図である。移相器の構成例を示す図である。バランを追加した移相器の構成例を示す図である。バランを追加した移相器の構成例を示す図である。整合回路を追加した移相器の構成例を示す図である。移相器の他の構成例を示す図である。移相器の他の構成例を示す図である。移相器の他の構成例を示す図である。移相器の他の構成例を示す図である。アンテナの形状について説明するための図である。アンテナの形状について説明するための図である。アンテナの形状について説明するための図である。アンテナの構成例を示す図である。アンテナの構成例を示す図である。アンテナの構成例を示す図である。

　以下に、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。

　＜通信システムの構成＞
　図１は、本技術を適用した通信システム１の一実施の形態の構成を示す図である。図１に示した通信システム１は、親局１１、通信局１２、通信局１３、衛星１４、子局２１－１乃至２１－６、子局３１－１，３１－２、および中継器３２を含む。以下の説明において、子局２１－１乃至２１－６を、個々に区別する必要が無い場合、単に子局２１と記述する。他の部分も同様とする。

　親局１１と通信局１２は、例えば、ローカル５Ｇを用いた通信を行う。親局１１と通信局１３は、例えば、LPWA(Low Power Wide Area)を用いた通信を行う。親局１１は、衛星１４からの例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)を用いた位置情報の取得を行えるように構成されている。ここでは、ローカル５Ｇ、LPWA、GNSSを例に挙げて説明を続けるが、他の通信網、例えば、WLAN(Wireless Local Area Network)や衛星通信網などを用いた通信が行われるように構成することも可能である。

　親局１１は、子局２１とも通信を行う。親局１１のうち、上記した通信局１２、通信局１３、および衛星１４と通信を行う部分は、空気中に位置し、子局２１と通信を行う部分は、海水中に位置している。子局２１は、海水中に位置している。

　なおここでは、通信システム１が設置されている環境が海である場合を例に挙げて説明するが、湖、池、川、水槽などの環境に設置することも可能である。以下に説明する本技術は、無損失な空気中以外の媒質（損失性媒質）に設置される装置に適用できる。損失性媒質には、上記した海水中、汽水湖中などの他に、人体内部なども含まれる。

　ここでは親局１１の一方は、空気中（気体中）に位置し、他方は海水中（液体中）に位置するとして説明するが、一方が海底中(固体中)に位置したり、真空中に位置したりするような親局１１であっても良い。

　図１に示した通信システム１の構成は一例であり限定を示す記載ではない。図１に示した通信システム１において親局１１は、通信局１２、通信局１３、および衛星１４と通信を行う例を示しているが、これら以外と通信を行う機能をさらに有していても良いし、これらの全てと通信できる機能を有しているのではなく、いずれか１つまたは２つと通信できるように構成されていても良い。親局１１は、子局２１と通信する機能のみを有している、換言すれば、通信局１２、通信局１３、または衛星１４と通信する機能を有していない構成とすることもできる。

　子局２１－１乃至２１－６はそれぞれ、親局１１と通信を行う。子局２１同士が通信を行う、所謂、アドホックネットワークが構成されているようにしても良い。子局２１は、例えば、海中内をセンシングするセンサを備え、センシングしたデータを、親局１１に送信する。子局２１は、親局１１に対してデータを送信する送信機能だけを有する構成とすることもできるし、親局１１や他の子局２１とデータの送受信を行う送信機能と受信機能を有する構成とすることもできる。子局２１は、海面からの深さが、例えば０乃至１０ｍの範囲内に設置される。

　子局３１－１乃，３１－２はそれぞれ、中継器３２と通信を行う。子局３１は、例えば、海中内をセンシングするセンサを備え、センシングしたデータを、中継器３２に送信する。子局３１は、中継器３２に対してデータを送信する送信機能だけを有する構成とすることもできるし、中継器３２や他の子局３１とデータの送受信を行う送信機能と受信機能を有する構成とすることもできる。子局３１は、海底（海底付近）に設置される。

　親局１１のアンテナのうち、海水中(液体中)に設置され、海水中に設置されている子局２１、中継器３２との通信に用いられるアンテナは、円偏波のアンテナである。子局２１と子局３１のアンテナは、円偏波のアンテナでも良いし、直線偏波のアンテナでも良い。中継器３２のアンテナは、円偏波のアンテナであり、図１に示した例では、子局３１と通信を行うときと、親局１１と通信を行うときに用いられる。

　図２に示すように、中継器３２と親局１１との間は、有線による通信が行われるように構成することもできる。図３に示すように、中継器３２と親局１１との間は、光通信が用いられて行われるように構成することもできる。

　子局２１や子局３１は、海中や海底に接地されるが、波の影響などにより親局１１や中継器３２との位置関係が通信に適した位置関係からずれてしまう可能性がある。親局１１や中継器３２、換言すれば、子局２１や子局３１からのデータを受信する受信側のアンテナを、円偏波のアンテナとすることで、適切な位置関係からずれたような場合でも、比較的良好な通信を維持することができる。

　海中に設置された子局２１からの信号が、親局１１に伝搬される経路としては、子局２１のアンテナと親局１１のアンテナとの間を、直線的に進む直接波と、子局２１のアンテナからその直上の海面まで鉛直上向きに進み、海面に出て、海面に沿って進み、親局１１のアンテナの直上で海面から親局１１のアンテナまで進むラテラル波とがある。

　直接波が受ける減衰よりも、ラテラル波が受ける減衰が小さいと、ラテラル波が優勢となり親局１１に受信される。ラテラル波は、直接波よりも遠くまで伝搬するため、子局２１と親局１１の距離が離れるほど、ラテラル波が優勢となる。このような現象は、アンテナが海面よりもそれほど離れていないところで発生する。

　海底に設置された子局３１からの信号が、中継器３２に伝搬される経路としては、子局３１のアンテナと中継器３２のアンテナとの間を、直線的に進む直接波と、子局３１のアンテナからその真下の海底まで鉛直下向きに進み、海底に沿って進み、中継器３２のアンテナの付近で海底から中継器３２のアンテナまで進む信号とがある。

　子局３１から海水中に伝搬される信号は、減衰が大きいが、子局３１から海底を沿って伝搬される信号の減衰は小さいため、中継器３２には、海底を沿って伝搬される信号が受信される。海底に沿って伝搬する信号によれば、より広範囲にネットワークを広げることができる。子局３１の消費電力を低減することができる。子局３１でメッシュネットワークを構成するようにした場合に、そのメッシュネットワークに必要とされる端末数を抑えることができる。

　＜親局の構成例＞
　図４は、親局１１の構成例を示す図である。図４に示した親局１１は、信号処理部１０１、高周波処理部１０２、およびアンテナ１０３を備える。親局１１のアンテナ１０３は、海水中(液体中)に設置され、海水中に設置されている子局２１、中継器３２、他の親局１１との通信に用いられる。アンテナ１０３は、円偏波のアンテナである。

　子局２１からの信号は、親局１１のアンテナ１０３により受信され、高周波処理部１０２に供給される。高周波処理部１０２は、例えば受信された信号と送信する信号を処理する構成とされる。高周波処理部１０２の動作周波数ｆｗは、例えば１ＭＨｚ以下に設定される。

　高周波処理部１０２で処理された信号は、信号処理部１０１に供給される。信号処理部１０１は、例えば、高周波処理部１０２で処理された信号を、一時的に記憶したり、受信した信号を加工して送信したりする場合の処理を行う。

　図４に示した親局１１の構成は、中継器３２の構成としても適用できる。図４に示した構成が、中継器３２の構成である場合、アンテナ１０３は、子局３１からの信号を受信する機能と、親局１１または他の中継器３２に信号を送信する機能とを有する。高周波処理部１０２と信号処理部１０１は、受信された信号を増幅し、送信する機能を有する。

　＜移相器の構成＞
　図５は、アンテナ１０３と高周波処理部１０２に含まれる移相器１１１の構成例を示す図である。以下の説明では、親局１１に含まれるアンテナ１０３と移相器１１１である場合を例に挙げて説明するが、子局２１、子局３１、および中継器３２のいずれにも適用可能である。

　アンテナ１０３は、円偏波のアンテナであり、図５に示した例では、アンテナ素子１０３－１乃至１０３－４で構成されている。アンテナ素子１０３－１とアンテナ素子１０３－２のペアは、直線上に配置され、ダイポールアンテナを構成している。アンテナ素子１０３－３とアンテナ素子１０３－４のペアは、直線上に配置され、ダイポールアンテナを構成している。

　アンテナ素子１０３－１とアンテナ素子１０３－２からなるダイポールアンテナと、アンテナ素子１０３－３とアンテナ素子１０３－４とからなるダイポールアンテナは、９０度に交わるように配置されている。アンテナ１０３は、アンテナ素子１０３－１乃至１０３－４から構成されるクロスダイポールアンテナであり、円偏波のアンテナである。

　図５に示したアンテナ１０３は、平衡型の直線偏波のアンテナを２組用い、その直交偏波のアンテナを構成するアンテナ素子（放射素子）を、互いに直交するように配置することにより円偏波の信号を送受信することができるようにしたアンテナである。

　アンテナ素子１０３－１とアンテナ素子１０３－２は、移相器１１１－２に接続されている。アンテナ素子１０３－３とアンテナ素子１０３－４は、移相器１１１－１に接続されている。

　このような構成を有する移相器１１１を含む親局１１は、海水などの高い導電率を有する媒体に設置される。高い導電率の媒体中では、電磁波の減衰が大きく、数ｍ以上の通信を行うとした場合、一般的にはＭＨｚ帯以下の周波数が用いられた通信が行われる。このような場合、１波長の長さが数ｍオーダーとなり、例えば、半波長のアンテナのサイズは、通信装置に対してかなり大きくなってしまう可能性がある。

　また導電媒質の中ではアンテナは共振しにくいため、共振型のアンテナの設計は困難である。これらのことから、１波長の長さが数ｍオーダーとなり、アンテナ１０３を例えば半波長ダイポールアンテナのような共振型アンテナとした場合、そのアンテナ１０３のサイズは大きくなってしまう可能性があった。

　そこで、電気的に小さな非共振型のアンテナをベースとした、例えば、円偏波のアンテナを用いるようにした場合、高周波部品を用いる必要があった。

　これらのことから非共振型のアンテナをベースとした、低コストで簡素な構成を給電部（ここでは移相器１１１）に有する円偏波のアンテナについて説明を加える。

　図６は、図５に示した移相器１１１とアンテナ１０３に、移相器１１１におけるインピーダンスを追記した図である。図６に示した電気的小型アンテナ（アンテナ１０３）のインピーダンスがＲ＋ｊＸであるとする。インピーダンスＲ＋ｊＸのうちのＲは、インピーダンスの実部であり、レジスタンスを表す。Ｒ＋ｊＸのうちのｊＸは、インピーダンスの虚数部であり、ｊは虚数単位を表し、Ｘは、リアクタンスを表す。

　インピーダンスＲ＋ｊＸは、１ペアのアンテナ素子１０３、例えばアンテナ素子１０３－１とアンテナ素子１０３－２を、移相器１１１側からみたときのインピーダンスである。図６に示すように、給電側からみたときの移相器１１１－１のインピーダンスがＲａ＋ｊＸａである場合、移相器１１１－１からアンテナ１０３を見たときのインピーダンスは、Ｒ＋ｊＸとなる。同じく、移相器１１１－２へのインピーダンスがＲｂ＋ｊＸｂである場合、移相器１１１－１からのインピーダンスは、Ｒ＋ｊＸとなる。

　アンテナ素子１０３－１，１０３－２からなるダイポールアンテナと、アンテナ素子１０３－３，１０３－４からなるダイポールアンテナを、直交配置して円偏波を得るためには、直交するそれぞれのアンテナのインピーダンスの位相差が９０度となるように、それぞれのアンテナ１０３に移相器１１１が接続されれば良い。位相差が９０度となる条件は次式（１）で表される。
　Ｒa×Ｒｂ＋Ｘａ×Ｘｂ＝０　　・・・（１）

　純抵抗を含まず、かつシンプルな回路とするには、Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒとし、実部に変化がないことが望ましい。Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒを式（１）に代入し、変形すると、次式（２）が得られる。
　Ｘａ×Ｘｂ＝－Ｒ^２　　・・・（２）

　軸比１の理想的な円偏波のアンテナは、それぞれの反射係数の絶対値が等しければ良い。移相器１１１が、アンテナ１０３と高周波電源（不図示）との間にあるとする。電源側から移相器１１１－１を見たときの反射係数をΓａとし、電源側から移相器１１１－２を見たときの反射係数をΓｂとしたとき、反射係数ΓａとΓｂは、以下の式（３）、式（４）で表される。

　式（３）、式（４）において、Ｚrefは、基準インピーダンスである。基準インピーダンスを実数にとると、
　反射係数Γａの絶対値＝反射係数Γｂの絶対値
となる条件は、
　Ｘａ＝Ｒ
と求まる。

　これを実現可能な回路は、
　Ｘａ＝Ｒ、Ｘｂ＝－Ｒ、　かつ　Ｒ＞｜Ｘ｜
との条件を満たす回路となる。

　これらのことから、図７に示すように、移相器１１１－１は、次式（５）で示されるキャパシタンスＣを有し、移相器１１１－２は、次式（６）で示されるインダクタンスＬを有する構成とすれば良い。式（５）、式（６）において、ｆは、送信または受信したい周波数（希望周波数）の中心周波数を表す。

　移相器１１１－１は、式（５）で算出されるキャパシタンスＣを有するキャパシタ１２１－１とキャパシタ１２１－２を備える。移相器１１１－２は、式（６）で算出されるインダクタンスＬを有するインダクタ１２２－１とインダクタ１２２－２を備える。

　移相器１１１－１内のキャパシタ１２１－１は、高周波電源（不図示）とアンテナ素子１０３－４との間に設けられ、キャパシタ１２１－２は、高周波電源とアンテナ素子１０３－３との間に設けられている。移相器１１１－２内のインダクタ１２２－１は、高周波電源とアンテナ素子１０３－２との間に設けられ、インダクタ１２２－２は、高周波電源とアンテナ素子１０３－１との間に設けられている。

　図７に示した移相器１１１とアンテナ１０３の構成を書き直すと、図８に示したようになる。図８では、図７の移相器１１１－１と移相器１１１－２をまとめて移相器１１１と記載している。

　移相器１１１には、アンテナ素子１０３－１とアンテナ素子１０３－２にそれぞれ接続されているインダクタ１２２－１とインダクタ１２２－２が含まれる。また移相器１１１には、アンテナ素子１０３－３とアンテナ素子１０３－４にそれぞれ接続されているキャパシタ１２１－１とキャパシタ１２１－２が含まれる。

　移相器１１１のキャパシタ１２１－１は、高周波電源（不図示）とアンテナ素子１０３－４との間に設けられ、インダクタ１２２－２は、高周波電源とアンテナ素子１０３－１との間に設けられている。電源側において、キャパシタ１２１－１とインダクタ１２２－２は、短絡されている。

　移相器１１１のキャパシタ１２１－２は、高周波電源とアンテナ素子１０３－３との間に設けられ、インダクタ１２２－１は、高周波電源とアンテナ素子１０３－２との間に設けられている。電源側において、キャパシタ１２１－２とインダクタ１２２－１は、短絡されている。

　このように、移相器１１１を構成することで、周波数ｆにおいて軸比１の理想的な円偏波アンテナを構成することができる。またそのような効果を得られる移相器１１１は、集中定数４つで実現することができる。よって、移相器１１１やアンテナ１０３を含む親局１１、子局２１，３１、中継器３２を、小型化し、低コストで製造することができる。

　＜移相器の他の構成＞
　図９は、移相器１１１の他の構成例を示す図である。図９に示した移相器１１１は、バラン１４１が追加された構成とされている点が、図８に示した移相器１１１と異なり、他の点は同様である。バランを入れることで、ノイズを低減し、特性を安定させることができる。

　図９に例示したバラン１４１は、フロートバランであり、トランス１４２－１とトランス１４２－２含む構成とされる。この２つのトランスは、極性が同じになるように、例えば、メガネ・コアにバイファイラ巻きにすることで構成されている。

　図１０は、図９と同じく、バランが追加された移相器１１１の構成例である。図１０では、追加されたバラン１５１は、強制バランと称されるバランである場合を示している。

　バラン１５１は、トランス１５１－１乃至１５１－３で構成される。バラン１５１は、例えばトロイダルコアに３本の線をトリファイラ巻にして、１：１のインピーダンス変換比になるように配線したものであり、平衡と不平衡を強制的に変換する。

　さらに、図１１に示すように、バラン１５１に整合回路１６１を追加した構成としてもよい。整合回路１６１は、一次側のコイルと二次側のコイルとから構成されるトランスを含み、一次側のコイルと二次側のコイルの間での相互誘導を利用して電力を伝えるものであり、二つのコイルの巻き線比によって電圧やインピーダンスを変換することで、インピーダンスマッチングを行う。

　図１１では、バラン１５１に整合回路１６１が追加された構成を示したが、バラン１４１（図９）に、整合回路１６１が追加された構成とすることもできる。

　図１２は、他の移相器１１１の構成を示す図である。図１２に示した移相器１１１は、図８に示した移相器１１１と同様の構成であるが、キャパシタ１２１－１，１２１－２が容量可変のキャパシタ１２１－１’，１２１－１’で構成されている点が異なり、他の点は同様である。

　キャパシタ１２１－１’，１２１－１’は、例えば、バリキャップ等の外部制御によって容量可変のキャパシタとすることができる。

　移相器１１１は、例えば、親局１１に含まれ、親局１１は、周囲の環境の影響を受けることが想定される。親局１１が周囲の環境の影響を受けることで、アンテナ１０３のインピーダンスが変化する可能性がある。そのようなアンテナ１０３のインピーダンスの変化に追従し、適切なインピーダンスに戻す（調整する）ことができるように、キャパシタ１２１の容量を可変とする。

　ここでは、キャパシタ１２１が可変である場合を例に挙げて説明したが、インダクタ１２２が可変であっても良い。またキャパシタ１２１とインダクタ１２２の両方が可変であっても良い。キャパシタ１２１とインダクタ１２２の少なくとも一方を可変で構成することができる。

　可変とされたキャパシタ１２１または／およびインダクタ１２２を、インピーダンスの変化に追従して調整する調整部が移相器１１１に設けられる構成とすることもできる。

　図１２に示した移相器１１１に、バラン１４１（図９）や、バラン１５１（図１０）が接続される構成とすることもできる。さらに図１２に示した移相器１１１にバラン１５１（１４１）と整合回路１６１が接続される構成とすることもできる。

　図１３は、他の移相器１１１の構成を示す図である。図１３に示した移相器１１１は、図８に示した移相器１１１に、抵抗２０１を追加した構成とされている点が異なり、他の点は同様である。

　実際の回路素子は、式（５）、式（６）で算出される理想的なキャパシタンスＣやインダクタンスＬではない可能性がある。例えば、インダクタ１２２は、一般的に等価直列抵抗（ESR）があり、この等価直列抵抗のために、式（５）、式（６）で算出される理想的なキャパシタンスＣやインダクタンスＬとはならない可能性がある。

　式（５）、式（６）で算出される理想的なキャパシタンスＣやインダクタンスＬとなるように、補償回路を入れた構成とすることができる。

　図１３に示した移相器１１１は、インダクタ１２２の等価直列抵抗によりインピーダンスのバランスが崩れないように、等価直列抵抗に相当する抵抗値の抵抗２０１がキャパシタ１２１側に設けられている。移相器１１１のキャパシタ１２１－１には直列に抵抗２０１－１が接続され、キャパシタ１２１－２には直列に抵抗２０１－２が接続されている。

　図１４に示す移相器１１１は、補償回路として、インダクタ１２２が並列に設けられた構成例を示している。図１４に示した移相器１１１は、インダクタ１２２－１－１とインダクタ１２２－１－２が並列に接続され、一端がアンテナ素子１０３－２に接続され、他端は図示していない電源に接続されている。また図１４に示した移相器１１１は、インダクタ１２２－２－１とインダクタ１２２－２－２が並列に接続され、一端がアンテナ素子１０３－１に接続され、他端は図示していない電源に接続されている。

　インダクタ１２２を並列に配置することで、インダクタ１２２の等価直列抵抗の影響を低減できる構成とすることができる。また１つのインダクタ１２２で、式（６）で示したインダクタンスＬを得ることができない場合、例えば、Ｅ１２系列やＥ２４系列に、式（６）で算出されるインダクタンスＬに該当する素子がないような場合、インダクタ１２２を複数用いることで、式（６）で算出されるインダクタンスＬとなるように構成することができる。

　インダクタ１２２は、並列に接続するのではなく、図１５に示すように、直列に接続される構成としてもよい。図１５に示した移相器１１１は、補償回路として、インダクタ１２２が直列に設けられ、調整部２２１が追加された構成例を示している。

　図１５に示した移相器１１１は、インダクタ１２２－１－１とインダクタ１２２－１－２が直列に接続され、一端がアンテナ素子１０３－２に接続され、他端は図示していない電源に接続されている。また図１５に示した移相器１１１は、インダクタ１２２－２－１とインダクタ１２２－２－２が直列に接続され、一端がアンテナ素子１０３－１に接続され、他端は図示していない電源に接続されている。

　直列に接続されたインダクタ１２２－１－１とインダクタ１２２－１－２との間と、インダクタ１２２－２－１とインダクタ１２２－２－２との間に調整部２２１を設ける。この調整部２２１により、インダクタ１２２－１－１とインダクタ１２２－１－２から構成されるインダクタ１２２－１のインダクタンスＬと、インダクタ１２２－２－１とインダクタ１２２－２－２から構成されるインダクタ１２２－２のインダクタンスＬが調整される。

　図１２乃至図１５に示した移相器１１１に、バラン１４１（図９）や、バラン１５１（図１０）が接続される構成とすることもできる。さらに図１２乃至図１５に示した移相器１１１にバラン１５１（１４１）と整合回路１６１が接続される構成とすることもできる。

　このように製造誤差や、運用上生じる寄生インピーダンスの補償のための回路構成とすることができる。

　例えば、中継器３２などは海水中に設置されるため、防水加工のために、シリコンなどの樹脂で移相器１１１などの回路が保護されるような構成とされる。このような構成の場合、シリコンなどの材料との間で寄生インピーダンスが発生する可能性がある。そのような運用上生じる寄生インピーダンスの発生を考慮した補償回路を有する構成とすることができる。

　＜アンテナ形状＞
　図１６は、アンテナをプロペラアンテナ３０１で構成した場合の構成例を示す図である。

　図１６に示したアンテナは、アンテナ素子３０１－１乃至３０１－４から構成され、プロペラ型に構成されている。プロペラ型のアンテナ素子３０１は、波力や潮力で回転するような形状で構成されている。例えば、波力を受けやすい形状に各アンテナ素子３０１は加工されており、波力により回転しやすい形状に、アンテナ３０１は加工されている。

　アンテナ素子３０１は、上述したアンテナ素子１０３（図８）と同じくクロスダイポールアンテナを構成している。アンテナ素子３０１は、移相器１１１に接続されている。移相器１１１は、図８乃至図１５を参照して説明した移相器１１１のいずれかが適用された構成とされている。移相器１１１からの出力は、スリップリング等を用いた可動接触部３１１に供給される。

　可動接触部３１１のアンテナ素子３０１側は、アンテナ素子３０１と接続された端子が設けられ、その端子は、アンテナ素子３０１の回転に合わせて回転する構成とされている。回転する端子と接するように設けられている端子は、固定された端子であり、送受信回路３１２に接続されている。

　送受信回路３１２は、可動接触部３１１を介して供給されるアンテナ素子３０１で受信された信号を処理する。また送受信回路３１２は、アンテナ素子３０１により送信したい信号を生成し、可動接触部３１１を介してアンテナ素子３０１に供給する。

　可動接触部３１１には、発電部３１３も接続されている。発電部３１３は、アンテナ３０１の回転を利用して発電する。発電部３１３で発電された電力は、図示していない蓄電池に蓄電される構成としても良い。

　このようなアンテナ３０１や発電部３１３を有する親局１１、子局２１，３１、中継器３２においては、発電部３１３により発電される電力で動作することが可能となる。

　図１７は、アンテナの他の形状について説明するための図である。図１７に示したアンテナは、球体形状のアンテナ素子３５１－１乃至３５１－４から構成されている。図１８にアンテナ３０１の１ペアの構成を示す。アンテナ３０１を構成する１ペア、例えば、アンテナ素子３５１－１とアンテナ素子３５１－２は、一対の電極３５１および鞘部３５５を備える。

　鞘部３５５は、電極３５１とその電極３５１に対応する給電端子とを電気的に接続する一対の配線３５３を内包する。鞘部３５５は、例えば、一対の電極３５１の間を接続する方向に延伸する柱形状を備える。この柱形状としては、円柱や角柱の形状が想定される。

　鞘部３５５は、内部に低損失誘電体を含んでもよい。低損失誘電体としては、例えば、空気、純水、樹脂、ガラス、セラミック材などが想定される。なお、鞘部３５５の内部の低損失誘電体は、複数の材質により構成されていてもよい。

　電極３５１の形状としては、図１８のＡに示すように、球状とすることができ、球に近い形状であれば良い。例えば、図１８のＢに示すように、回転楕円体の形状であってもよい。

　製造の都合上、表面が滑らかにならない場合もあり、図１８のＣに示すように、多面体の形状であってもよい。このとき、２０面体以上とすることができる。正多面体以外の形状であってもよい。

　電極３５１は、何れの形状であっても、その最小の径は、配線３５３の幅より大きい。電極３５１の材質としては、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）などの耐食性の高い金属や、それらの合金などが想定される。電極３５１の内部には誘電体を備えてもよい。この場合、電極３５１の内部の誘電体は複数の材質により構成されていてもよい。

　アンテナを、図１８に示したような構成とすることで、損失性媒質を介した無線通信のためのアンテナにおける伝送特性を向上させることができる。

　＜不平衡型のアンテナへの適用＞
　上述した実施の形態においては、平衡型のアンテナを例に挙げて説明した。本技術は、平衡型のアンテナに対しての適用に限定されるのではなく、不平衡型のアンテナに対しても適用できる。以下、本技術を不平衡型のアンテナに適用した場合について説明を加える。

　図１９に示したアンテナ４０１は、直交する直線偏波の放射素子４１１－１と放射素子４１１－２に、９０度の位相差で給電することで円偏波を実現するアンテナである。図１９に示した放射素子４１１－１と放射素子４１１－２は、それぞれ直線偏波のマイクロストリップアンテナ（パッチアンテナと称されることもある）である。マイクロストリップアンテナは、誘電体基板と、その両面に印刷配線された放射素子（アンテナ素子）と地導体板を構成要素とする平面アンテナである。

　アンテナ４０１には、移相器４２１が接続されている。移相器４２１は、インダクタ４２３とキャパシタ４２５を備える。インダクタ４２３は、放射素子４１１－１に接続され、キャパシタ４２５は、放射素子４１１－２に接続されている。インダクタンス４２３とキャパシタンス４２５のアンテナ４０１側と逆側は、短絡されている。アンテナ４０１を構成する誘電体基板の裏面（放射素子４１１が設けられている面の逆側の面）は、全面的に接地されている。

　不平衡型のアンテナの場合、上述した式（５）に該当するキャパシタンスＣを求める式は、次式（７）となり、上述した式（６）に該当するインダクタンスＬを求める式は、次式（８）となる。

　移相器４２１を構成するキャパシタ４２５は、式（７）で算出されるキャパシタンスＣであり、インダクタ４２３は、式（８）で算出されるインダクタンスＬである。

　図２０は、アンテナのさらに他の形状について説明するための図である。図２０に示したアンテナ４０１は、円偏波マイクロストリップアンテナである。マイクロストリップアンテナの放射素子に切り欠きを入れるなどして、円偏波化し、円偏波のアンテナ４０１として用いるようにしても良い。

　移相器４２１のインダクタ４２３を介して放射素子４１３に供給される信号は、キャパシタ４２５を介して放射素子４１３に供給される信号と位相が９０度ずれた信号である。

　図２１は、アンテナのさらに他の形状について説明するための図である。図２１に示したアンテナ４０１は、モノポールアンテナを適用したアンテナである。アンテナ４０１は、Ｌ字型の金属板４３１を備える。金属板４３１は、直交する２つの面を有し、一方の面（金属板４３１－１）には、穴４３３－１が形成され、他方の面（金属板４３１－２）には、穴４３３－２が形成されている。

　穴４３３－１には、配線が通され、その配線の一方は、移相器４２１のインダクタ４２３と接続され、他方は、アンテナ素子４３５－１に接続されている。アンテナ素子４３５－１と金属板４３１－１から１組のモノポールアンテナが構成される。穴４３３－２には、配線が通され、その配線の一方は、移相器４２１のキャパシタ４２５と接続され、他方は、アンテナ素子４３５－２に接続されている。アンテナ素子４３５－２と金属板４３１－２から１組のモノポールアンテナが構成される。

　アンテナ４０１は、２組のモノポールアンテナが、直交する位置関係となるように配置された構成とされている。２組のモノポールアンテナが直交するように配置され、９０度位相がずらされた信号が供給されることで、アンテナ４０１は円偏波のアンテナとして機能する。

　図１９乃至図２１に示した移相器４２１において、インダクタ４２３やキャパシタ４２５は、図１２を参照して説明した場合と同じく、一方または両方を可変に構成し、環境の変化に合わせた調整ができる構成とすることもできる。

　図１９乃至図２１に示した移相器４２１に、バラン１４１（図９）や、バラン１５１（図１０）が接続される構成とすることもできる。さらに図１９乃至図２１に示した移相器４２１にバラン１５１（１４１）と整合回路１６１が接続される構成とすることもできる。

　図１９乃至図２１に示した移相器４２１に対して、図１３乃至図１５を参照して説明したように、等価直列抵抗に該当する抵抗２０１を設けたり、複数のインダクタ４２３を並列または直列に接続した構成としたり、調整部２２１を設けた構成としたりすることもできる。

　円偏波のアンテナは、ここで例示した以外の構成を有していても良い。

　本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。

　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

　なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　第１のアンテナ素子と、
　前記第１のアンテナ素子に対して直交するように配置された第２のアンテナ素子と
　から構成される円偏波のアンテナと、
　前記第１のアンテナ素子に接続されているキャパシタと、
　前記第２のアンテナ素子に接続されているインダクタと
　から構成される移相器と
　を備え、
　Ｒをレジスタンス、ｊを虚数単位、Ｘをリアクタンス、前記アンテナの中心周波数をｆ、キャパシタンスをＣ、インダクタンスをＬとした場合、
　前記アンテナのインピーダンスは、Ｒ＋ｊＸと表され、
　前記キャパシタのキャパシタンスは、Ｃ＝１／｛πｆ（Ｒ＋Ｘ）｝で算出される値であり、
　前記インダクタのインダクタンスは、Ｌ＝（Ｒ－Ｘ）／（４πｆ）で算出される値である
　通信装置。
（２）
　前記アンテナは、平衡型のアンテナである
　前記（１）に記載の通信装置。
（３）
　前記キャパシタと前記インダクタは短絡されている
　前記（１）または（２）に記載の通信装置。
（４）
　前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子は、それぞれダイポールアンテナであり、
　前記第１のアンテナ素子を構成する２つの放射素子の両方がそれぞれキャパシタと接続され、
　前記第２のアンテナ素子を構成する２つの放射素子の両方がそれぞれインダクタと接続されている
　前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の通信装置。
（５）
　前記移相器に接続されているバランをさらに備える
　前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の通信装置。
（６）
　前記バランに接続されている整合回路をさらに備える
　前記（５）に記載の通信装置。
（７）
　前記キャパシタおよび前記インダクタのうちの少なくとも一方は可変である
　前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の通信装置。
（８）
　前記キャパシタには、前記インダクタの等価直列抵抗に相当する抵抗値を有する抵抗が接続されている
　前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の通信装置。
（９）
　前記インダクタは、複数のインダクタが並列または直列に接続された構成とされている
　前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の通信装置。
（１０）
　前記アンテナは、プロペラアンテナであり、
　前記プロペラアンテナの回転により発電する発電部をさらに備える
　前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の通信装置。
（１１）
　直交する直線偏波の第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子から構成される円偏波のアンテナと、
　前記第１のアンテナ素子に接続されているキャパシタと、
　前記第２のアンテナ素子に接続されているインダクタと
　から構成される移相器と
　を備え、
　Ｒをレジスタンス、ｊを虚数単位、Ｘをリアクタンス、前記アンテナの中心周波数をｆ、キャパシタンスをＣ、インダクタンスをＬとした場合、
　前記アンテナのインピーダンスは、Ｒ＋ｊＸと表され、
　前記キャパシタのキャパシタンスは、Ｃ＝１／｛２πｆ（Ｒ＋Ｘ）｝で算出される値であり、
　前記インダクタのインダクタンスは、Ｌ＝（Ｒ－Ｘ）／（２πｆ）で算出される値である
　通信装置。
（１２）
　前記アンテナは、不平衡型のアンテナである
　前記（１１）に記載の通信装置。
（１３）
　前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子は、それぞれマイクロストリップアンテナである
　前記（１１）または（１２）に記載の通信装置。
（１４）
　前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子は、それぞれモノポールアンテナである
　前記（１１）または（１２）に記載の通信装置。
（１５）
　前記キャパシタと前記インダクタは短絡されている
　前記（１１）乃至（１４）のいずれかに記載の通信装置。
（１６）
　前記キャパシタおよび前記インダクタのうちの少なくとも一方は可変である
　前記（１１）乃至（１５）のいずれかに記載の通信装置。

　１　通信システム，　１１　親局，　１２　通信局，　１３　通信局，　１４　衛星，　２１　子局，　３１　子局，　３２　中継器，　１０１　信号処理部，　１０２　高周波処理部，　１０３　アンテナ，　１１１　移相器，　１２１　キャパシタ，　１２２　インダクタ，　１４１　バラン，　１５１　バラン，　１６１　整合回路，　２０１　抵抗，　２２１　調整部，　３０１　アンテナ，　３１１　可動接触部，　３１２　送受信回路，　３１３　発電部，　３５１　電極，　３５３　配線，　３５５　鞘部，　４０１　アンテナ，　４１１　放射素子，　４１３　放射素子，　４２１　移相器，　４２３　インダクタ，　４２５　キャパシタ，　４３１　金属板，　４３３　穴，　４３５　アンテナ素子

Claims

　第１のアンテナ素子と、
　前記第１のアンテナ素子に対して直交するように配置された第２のアンテナ素子と
　から構成される円偏波のアンテナと、
　前記第１のアンテナ素子に接続されているキャパシタと、
　前記第２のアンテナ素子に接続されているインダクタと
　から構成される移相器と
　を備え、
　Ｒをレジスタンス、ｊを虚数単位、Ｘをリアクタンス、前記アンテナの中心周波数をｆ、キャパシタンスをＣ、インダクタンスをＬとした場合、
　前記アンテナのインピーダンスは、Ｒ＋ｊＸと表され、
　前記キャパシタのキャパシタンスは、Ｃ＝１／｛πｆ（Ｒ＋Ｘ）｝で算出される値であり、
　前記インダクタのインダクタンスは、Ｌ＝（Ｒ－Ｘ）／（４πｆ）で算出される値である
　通信装置。
　前記アンテナは、平衡型のアンテナである
　請求項１に記載の通信装置。
　前記キャパシタと前記インダクタは短絡されている
　請求項１に記載の通信装置。
　前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子は、それぞれダイポールアンテナであり、
　前記第１のアンテナ素子を構成する２つの放射素子の両方がそれぞれキャパシタと接続され、
　前記第２のアンテナ素子を構成する２つの放射素子の両方がそれぞれインダクタと接続されている
　請求項１に記載の通信装置。
　前記移相器に接続されているバランをさらに備える
　請求項１に記載の通信装置。
　前記バランに接続されている整合回路をさらに備える
　請求項５に記載の通信装置。
　前記キャパシタおよび前記インダクタのうちの少なくとも一方は可変である
　請求項１に記載の通信装置。
　前記キャパシタには、前記インダクタの等価直列抵抗に相当する抵抗値を有する抵抗が接続されている
　請求項１に記載の通信装置。
　前記インダクタは、複数のインダクタが並列または直列に接続された構成とされている
　請求項１に記載の通信装置。
　前記アンテナは、プロペラアンテナであり、
　前記プロペラアンテナの回転により発電する発電部をさらに備える
　請求項１に記載の通信装置。
　直交する直線偏波の第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子から構成される円偏波のアンテナと、
　前記第１のアンテナ素子に接続されているキャパシタと、
　前記第２のアンテナ素子に接続されているインダクタと
　から構成される移相器と
　を備え、
　Ｒをレジスタンス、ｊを虚数単位、Ｘをリアクタンス、前記アンテナの中心周波数をｆ、キャパシタンスをＣ、インダクタンスをＬとした場合、
　前記アンテナのインピーダンスは、Ｒ＋ｊＸと表され、
　前記キャパシタのキャパシタンスは、Ｃ＝１／｛２πｆ（Ｒ＋Ｘ）｝で算出される値であり、
　前記インダクタのインダクタンスは、Ｌ＝（Ｒ－Ｘ）／（２πｆ）で算出される値である
　通信装置。
　前記アンテナは、不平衡型のアンテナである
　請求項１１に記載の通信装置。
　前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子は、それぞれマイクロストリップアンテナである
　請求項１１に記載の通信装置。
　前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子は、それぞれモノポールアンテナである
　請求項１１に記載の通信装置。
　前記キャパシタと前記インダクタは短絡されている
　請求項１１に記載の通信装置。
　前記キャパシタおよび前記インダクタのうちの少なくとも一方は可変である
　請求項１１に記載の通信装置。