アンテナ指向特性の制御装置並びに位置検出装置及びその方法
【課題】 低コストかつ小型化を容易に実現できるアンテナ指向特性の制御方法及び位置検出装置を提供する。
【解決手段】 制御アンテナ基板１２に、制御アンテナ２１，２２，２３，２４を無指向性の主アンテナ１３の周辺に規則的に配設した。制御アンテナ２１，２２，２３，２４は、制御アンテナ基板１２の中心部から放射状に延びる直線状の径方向部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａと、各径方向部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａから円周方向に沿って一方向に延びる円弧状の周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂとからなる。制御アンテナ２１，２２，２３，２４には、接地手段としてのスイッチング素子３１，３２，３３，３４を設けた。スイッチング素子３１，３２，３３，３４で制御アンテナ２１，２２，２３，２４の接地と非接地を切り替えて、主アンテナ１３の指向特性を変える。
【解決手段】 制御アンテナ基板１２に、制御アンテナ２１，２２，２３，２４を無指向性の主アンテナ１３の周辺に規則的に配設した。制御アンテナ２１，２２，２３，２４は、制御アンテナ基板１２の中心部から放射状に延びる直線状の径方向部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａと、各径方向部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａから円周方向に沿って一方向に延びる円弧状の周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂとからなる。制御アンテナ２１，２２，２３，２４には、接地手段としてのスイッチング素子３１，３２，３３，３４を設けた。スイッチング素子３１，３２，３３，３４で制御アンテナ２１，２２，２３，２４の接地と非接地を切り替えて、主アンテナ１３の指向特性を変える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信を用いてアンテナの指向特性を制御することにより、例えば離れている移動体の位置を把握できるアンテナ指向特性の制御方法及び位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、衛星を使ったＧＰＳ(全地球測位システム:Global Positioning System)情報や、ＰＨＳ(Personal Handy-phone System)又は携帯電話用に設置された基地局で得られる情報などを利用して、移動体が所有している端末の位置を特定する位置情報サービスがある。
このような位置情報サービスを利用すれば、その端末を持たせた子供や老人が現在いる位置をその家族が地図上で把握することができるので、その家族に安心感をもたらし、万が一事件に巻き込まれたり徘徊等の事態が生じたりしたときに対応することができるようになる。
【０００３】
その他には、比較的限られた範囲を自由に移動する動物について生態調査を行う際に、複数の動物の身体に端末を取り付けておくことで、複数の動物の位置を容易に補足することができる位置検出システムも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そのような位置検出システムは、与えられた制御信号によって水平面内の指向方向または指向特性を変化させることができるアンテナ装置を固定局が備え、固定局が水平面内の全方向に無線信号を送出して移動局の呼出しを行い、これに応じて移動局が固定局に対して信号を返送したときに移動局からの受信信号が最大となるようにアンテナの指向方向を制御するものである。また、この位置検出システムは、固定局が移動局に向けて送出した信号と、この信号に対して移動局から返送されて固定局が受信した信号との時間関係から移動局までの距離を算出するものであり、固定局に対する移動局の方向及び距離を表示する。
【０００５】
また、上述の位置検出システムでは、指向方向を変化させるアンテナとして、同じアンテナを多数配列したアンテナ素子からなるアレーアンテナ(Array Antenna)を用いている。具体的には、給電位相を可変にして電子的にビーム走査や指向性合成を行うフェーズドアレーアンテナ(Phased Array Antenna)や、受信信号に応じてアンテナの特性を制御するアダプティブアンテナ(Adaptive Array Antenna)等を用いて行うことが開示されている。
【０００６】
ここで、フェーズドアレーアンテナ及びアダプティブアンテナについて概説する。
例えばダイポールアンテナを等間隔で複数個並べると、それぞれのアンテナからの放射は開口からの放射のように重ね合わされて平面波を作る。そのままでは面開口アンテナとあまり変わらないが、各アンテナに移相器(phase shifter)をつけて移相遅れを電子的に制御すると、平面波の波面を制御して任意の方向に電磁波を収束させることができる。このようなアンテナをフェーズドアレーアンテナとよぶ。
また、アダプティブアレイアンテナは、概念的にはフェーズドアレーアンテナと似ているが、指向性のヌル点(null point)を任意の方向に作って例えばマルチパス(multipath)によるフェージング(phasing)を除去するために用いる点で、指向性を可変するためのフェーズドアレーアンテナとは異なる。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１９０３５号公報(第４〜５頁、図３)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようなフェーズドアレーアンテナ及びアダプティブアンテナは、電気的もしくは機械的に伝送路を伝達する信号の位相を変化させる移相器を、１つ１つのアンテナ素子に取り付ける構造であり、これらのアンテナは高価なため、軍事用等の利用分野が限定されている。このように、コストが高く、しかも大型となるアンテナを用いていることから、位置検出システムのコスト低減や小型化を図ることが困難な状況であった。
【０００９】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、低コストかつ小型化を容易に実現できるアンテナ指向特性の制御方法及び位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的のもと、本発明が適用されるアンテナ指向特性の制御装置は、電波を受信する第１のアンテナと、第１のアンテナの近傍に設けられ、第１のアンテナに近い側の一端から他端までの物理的な長さが使用周波数の１／４と略同一の長さであり、かつ、一端から他端までの電気的な長さが使用周波数の１／２と略同一の長さである第２のアンテナと、第２のアンテナを選択により接地する接地手段とを含む。
第１のアンテナは１つからなり、第１のアンテナが貫通し、かつ第２のアンテナが第１のアンテナを中心に略等角度で複数配置された基板を更に含むことを特徴とすることができる。このようにすると、制御装置の構成を簡易にすることができる。
また、第２のアンテナは、一端を含み、第１のアンテナから離れる方向に直線状に延びる直線部と、直線部の一端とは反対側の端部から第１のアンテナを中心として一方向に円弧状に延びて他端を含む円弧部とを備え、直線部の長さ、円弧部の弧長及び円弧部の曲率半径は、使用周波数の１／４と略同一であることを特徴とすることができる。また、第２のアンテナの一端から、円弧部が延びる方向とは反対の方向に突出した小突出部を更に含むことを特徴とすることができる。このように小突出部を設けると、第２のアンテナの誘起電圧を増加させることができ、より高い前後比特性及びより鋭い指向特性を実現することができる。
【００１１】
他の観点から捉えると、本発明が適用される位置検出装置は、子機の発する信号を主アンテナで受信し、その受信状態に基づいて子機の位置を検出する位置検出装置において、主アンテナの近傍に位置し、一端から他端までの物理的な長さが使用周波数の１／４と略同一の長さであり、かつ、一端から他端までの電気的な長さが使用周波数の１／２と略同一の長さである複数の制御アンテナと、制御アンテナごとに接地又は非接地の制御をして主アンテナの指向特性の方向を変える制御手段とを含む。
制御手段は、複数の制御アンテナのいずれか１つ又は隣り合う２つの制御アンテナを非接地にし、他の制御アンテナを接地させるように制御することを特徴とすることができる。
【００１２】
更に本発明を別の観点から捉えると、本発明が適用される位置検出方法は、子機の発する信号を親機の主アンテナで受信し、その受信状態に基づいて親機に対する子機の位置を検出する位置検出方法において、使用周波数の１／４の長さと略同一の物理的長さを有するとともに使用周波数の１／２の長さと略同一の電気的な長さを有する制御アンテナを接地又は非接地させて、制御アンテナを近傍に配置した主アンテナの指向特性を変える指向特性変更ステップと、指向特性変更ステップにより変えた主アンテナの指向特性において子機の発する信号を計測する計測ステップと、計測ステップによる計測結果に基づいて子機の位置を演算する演算ステップと、演算ステップによる演算結果を親機に表示する表示ステップとを含む。
指向特性変更ステップの前に、子機と親機との間で同期をとる同期ステップを行うことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アンテナの指向特性の制御を低コストかつ小型化を容易に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１の（ａ）は、本実施の形態に係る位置検出装置（親機）１０及びその子機６０の外観を示す説明図であり、図１の（ｂ）は子機６０が位置検出装置１０に向けて発する電波を示す説明図である。図２は、位置検出装置１０の内部の概略構成図であり、図２の（ａ）は側面図、図２の（ｂ）は平面図である。
図１の（ａ）に示すように、位置検出装置１０は、外形が円盤形状で、電源スイッチ１０ａ及びサーチボタン１０ｂを有し、また、後述する表示部５６を有する。また、子機６０も外形が小さな円盤形状で、電源スイッチ６０ａと、電源スイッチ６０ａをＯＮにすると点灯するＬＥＤ６０ｂとを有する。
子機６０は、電源スイッチ６０ａをＯＮにすると、無線ＬＡＮ(Local Area Network)の例えば２．４５ＧＨｚ（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂまたはＩＥＥＥ８０２．１１ｇ）の周波数の電波を発する図示しないトランスミッタ(transmitter)を有し、位置検出装置１０は、子機６０からの図１の（ｂ）に示す電波（パルス波形）に基づいて子機６０の位置を検出することができる。具体的には、位置検出装置１０は、子機６０が発信した電波を受信し、その電波に基づいて子機６０が位置検出装置１０に対してどの方向にあり、かつ、どれくらい離れているかを検出し、その内容が表示部５６に表示される。
このような位置検出装置１０と子機６０の利用方法としては、例えば遊園地内で遊ぶ子供に子機６０を持たせ、例えばその子供が迷子になったときには、位置検出装置１０を所持している親が、位置検出装置１０のサーチボタン１０ｂを押すと、位置検出装置１０の表示部５６に子供の位置が表示されるので、子供を容易に探すことができる。このように、大規模な設備を予め設けておかなくても、子供の位置検出を容易に行うことができる。
【００１５】
位置検出装置１０は、図２の（ａ）に示すように、円盤状の主基板１１と、主基板１１の外径と略同一の外径を有する円盤状の制御アンテナ基板１２と、主基板１１の中心部に一端部が取り付けられるとともに制御アンテナ基板１２の中心部に他端部が取り付けられた主アンテナ１３とを内部に備えている。主アンテナ１３は、図示しない子機からの電波を受信するためのもので、無指向性である。主基板１１と制御アンテナ基板１２とは互いに略平行に離間して配置されている。
【００１６】
図２の（ｂ）に示すように、制御アンテナ基板１２の表面側には、４本の制御アンテナ２１，２２，２３，２４が主アンテナ１３の周辺に規則的に、パターンにより配設されている。制御アンテナ２１，２２，２３，２４は、制御アンテナ基板１２の中心部から、円周方向に９０度の間隔をあけて放射状に延びる直線状の径方向部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａと、各径方向部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａの周面寄りの端部から円周方向に沿って一方向に延びる円弧状の周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂとを備えている。各制御アンテナ２１，２２，２３，２４の径方向部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａと周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂとは連続して形成されている。
【００１７】
ここで、４本の制御アンテナ２１，２２，２３，２４における各周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂの曲率半径は略同一であり、約λ／４である。例えば、使用周波数ｆが２．４５ＧＨｚのときには、波長λが１２２．９５ｍｍであるので、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の曲率半径は、３０．７４ｍｍである。
また、隣接する周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ同士は所定の距離をもって離間しており、周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂの弧長は、約λ／４（３０．７４ｍｍ）である。すなわち、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の電気的な長さは約λ／２（６１．４８ｍｍ）であり、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の物理的な長さはλ／４（３０．７４ｍｍ）である。なお、４本の制御アンテナ２１，２２，２３，２４は互いに交差しないように配置されている。
【００１８】
４本の制御アンテナ２１，２２，２３，２４における各径方向部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａの中心寄りの端部は主アンテナ１３の近傍に位置している。すなわち、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の一端を、主アンテナ１３の最も輻射強度の高い場所の近傍、例えば２〜３ｍｍ程度離して配置し、主アンテナ１３からの輻射電磁界を制御アンテナ２１，２２，２３，２４に誘導させるようにしている。
なお、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の材料として、板金アンテナ、プリントアンテナ、針金アンテナその他形状が限定されない高周波材料であれば用いることができる。
【００１９】
制御アンテナ基板１２には、接地手段としてのスイッチング素子(switching element)３１，３２，３３，３４が各制御アンテナ２１，２２，２３，２４ごとに設けられている。スイッチング素子３１，３２，３３，３４は、その一端がグランドＧに接続されていて、後述する制御手段の制御により選択的に作動する。このため、４本の制御アンテナ２１，２２，２３，２４ごとにグランドＧに落としたり落とさなかったりすることができる。
なお、本実施の形態では、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の片方をグランドＧに落としているが、両方をグランドＧに落とすと、接地効果がより確実になる。
【００２０】
次に、スイッチング素子の切り替えにより主アンテナ１３の指向特性が変化する理論について説明する。
図３は、主アンテナ１３及び制御アンテナ２０の配置構成を説明する説明図であり、図４は、図３の順方向における指向特性を説明するためのグラフであり、図５は、図３の逆方向における指向特性を説明するためのグラフであり、図６は、主アンテナ１３の指向特性を示す図である。図４の（ａ）〜（ｆ）及び図５の（ａ）〜（ｇ）の各縦軸は電圧電源であり、各横軸は時間である。
図３に示す発信源１４に接続された主アンテナ１３と、主アンテナ１３の近傍に配置した制御アンテナ２０（２１，２２，２３，２４）とを用いた場合についてシミュレーションした。このシミュレーションは、制御アンテナ２０による効果を明らかにするために、非接触状態（グランドＧに接続していない状態）の制御アンテナ２０にて行われたものである。
ここで、シミュレーションの他の条件を説明すると、制御アンテナ２０の電気的な長さはおよそλ／２であり、物理的な長さはおよそλ／４である。また、制御アンテナ２０の主アンテナ１３に隣接する一端をＡ点とし、他端をＢ点としている。また、Ｃ点は、主アンテナ１３に対して制御アンテナ２０のＢ点とは反対側に位置している。主アンテナ１３からＣ点までの離間距離はおよそλ／４である。
【００２１】
まず、図３に示す順方向におけるＢ点での指向特性について図４を用いて説明する。
図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、主アンテナ１３の電界と磁界との位相は同じである。磁界を微分すると（ｅ＝ｄφ／ｄｔ）、図４の（ｃ）に示すように、制御アンテナ２０のＡ点の誘起電圧を求めることができる。
ここで、制御アンテナ２０におけるＡ点とＢ点との電気的な長さが約λ／２のため、制御アンテナ２０のＢ点の電圧（電界）は、図４の（ｄ）に示すように、図４の（ｃ）における制御アンテナ２０のＡ点の誘起電圧の位相に対して逆位相となる。
また、制御アンテナ２０におけるＡ点とＢ点との物理的な長さが約λ／４のため、図４の（ｅ）に示すように、Ｂ点における主アンテナ１３の電界は、Ａ点における主アンテナ１３の電界に対して９０度の位相ずれが生じる。
図４の（ｄ）に示す主アンテナ１３の電界の位相と、図４の（ｅ）に示す制御アンテナ２０の電界の位相は同位相のため、これらを合成したＢ点の合成電界は、図４の（ｆ）に示すように、強め合って電界が大きくなる。すなわち、Ｂ点における合成電界（図４の（ｆ））は、主アンテナ１３の電界（図４の（ｄ））よりも電界強度が高まっている。
【００２２】
次に、図３に示す逆方向におけるＣ点での指向特性について説明する。なお、図５の（ａ）〜（ｄ）は、図４の（ａ）〜（ｄ）と同じものゆえ、その説明を省略する。
制御アンテナ２０におけるＡ点とＣ点との物理的な長さが約λ／４のため、図５の（ｅ）に示すように、Ｃ点における主アンテナ１３の電界は、Ａ点における主アンテナ１３の電界に対して９０度の位相ずれが生じる。なお、結果として、図５の（ｅ）は図４の（ｅ）と同じ位相となる。
また、制御アンテナ２０におけるＢ点とＣ点との物理的な長さがλ／２のため、図５の（ｆ）に示すように、Ｃ点における制御アンテナ２０の電界は、Ｂ点における制御アンテナ２０の電界（図５の（ｄ）参照）に対して１８０度の位相ずれが生じる。
図５の（ｅ）に示す主アンテナ１３の電界の位相と、図５の（ｆ）に示す制御アンテナ２０の電界の位相は逆位相のため、これらを合成したＣ点の合成電界は、図５の（ｇ）に示すように、弱め合って電界が小さくなる。すなわち、Ｃ点における合成電界（図５の（ｇ））は、主アンテナ１３の電界（図５の（ｅ））よりも電界強度が弱まっている。
【００２３】
このようなシミュレーションの結果から、図６の（ａ）に示すように、順方向においては電界が強くなり、逆方向においては電界が弱くなるという指向特性を得ることができる。その一方で、制御アンテナ２０を接地すると、制御アンテナ２０による効果がなくなり、図６の（ｂ）に示すように、主アンテナ１３自身の指向特性すなわち無指向性に変わる。
よって、制御アンテナ２０の接地と非接地を切り替えることにより、一方向への指向性を高めることができる。すなわち、接地非接地を切り替えるだけで、指向特性を変えることができる。
【００２４】
次に、制御アンテナ２１，２２，２３，２４による主アンテナ１３の指向特性の制御について図２及び図７に基づいて説明する。
図７は、図２に示す構成で制御された指向特性を示す図であり、（ａ）〜（ｅ）は図２の（ｂ）の制御アンテナ２１，２２，２３，２４の接地非接地を切り替えることによる指向特性の変化を示したものである。
図２の（ｂ）に示す直交座標系Ｘ−Ｙにおいて、４つの制御アンテナ２１，２２，２３，２４のいずれか１つのみを非接地にすると、その非接地の制御アンテナが主アンテナ１３に対して位置する方向に強い指向特性に変わる。具体的に説明すると、制御アンテナ２１のみを非接地にすると、図７の（ａ）に示すようにＸ軸の正方向に強く負方向に弱い指向特性を得ることができる。そして、制御アンテナ２２のみを非接地にすると、図７の（ｂ）に示すようにＹ軸の正方向に強くて負方向に弱い指向特性を得ることができる。制御アンテナ２３のみを非接地にすると、図７の（ｃ）に示すようにＸ軸の負方向に強くて正方向に弱い指向特性を得ることができ、制御アンテナ２４のみを非接地にすると、図７の（ｄ）に示すようにＹ軸の負方向に強くて正方向に弱い指向特性を得ることができる。すなわち、ゲインをとりたい方向に設置された制御アンテナを非接地にすると、主アンテナ１３の特性のゲインは、最大で６ｄＢ増加し、その反対方向には最大で６ｄＢ減少する。
さらには、４つの制御アンテナ２１，２２，２３，２４のうちの隣り合う２つの制御アンテナのみを非接地にすると、Ｘ軸又はＹ軸に対して４５度傾斜した方向に強い指向特性に得ることもできる。例えば、制御アンテナ２２と制御アンテナ２３のみを非接地状態にすると、図７の（ｅ）に示すような指向特性を得ることができる。すなわち、４つの制御アンテナ２１，２２，２３，２４を用いると、Ｘ軸方向とＹ軸方向という４つの方向と、各軸に４５度で交差する４つの方向、合わせて８つの方向に指向特性を変えることができる。
このような指向特性の制御は、図２の（ｂ）に示すスイッチング素子３１，３２，３３，３４の作動を切り替えることにより実現することができる。
【００２５】
次に、スイッチング素子３１，３２，３３，３４の切り替えの制御について説明する。
図８は、位置検出装置１０の主要部分の機能ブロック図であり、図９は、位置検出のための手順を示すフローチャートであり、図９の（ａ）は、位置検出装置１０の電源スイッチ１０ａと子機６０の電源スイッチ６０ａとをＯＮにしたときの内部処理手順を概略的に示したものであり、図９の（ｂ）は、位置検出装置１０のサーチボタン１０ｂが押されたときの内部処理手順を概略的に示したものである。
位置検出装置１０は、図８に示すように、主アンテナ１３に接続された高周波部(ＲＦ:Radio Frequency)５１と、中間周波増幅部(ＩＦ−ＡＭ:Intermediate Frequency Amplifier)５２と、検波部(ＤＥＴ:Detection)５３と、データ処理部５４と、マイコン(Microcomputer)５５と、表示部５６と、制御アンテナ２１，２２，２３，２４に接続されたスイッチング素子(ＳＷ)３０（３１，３２，３３，３４）とを備えている。
子機６０から発信された電波を主アンテナ１３が受信すると、その電波について高周波部５１で高周波増幅して同調を取り、かつ図示しない発振器の出力をその電波に加える。中間周波増幅部５２では、中間周波数に変換して増幅され、検波器５３では、所定の電波が取り出される。取り出した電波は、データ処理部５４を介してマイコン５５に送られ、その内容が表示部５６に表示される。マイコン５５は、スイッチング素子３０に対して制御アンテナ２１，２２，２３，２４の接地と非接地の切り替えを指示し、これにより、指向特性を制御している。
【００２６】
ここで、図１の（ａ）に示すように表示部５６は、位置検出装置１０の上面部に設けられ、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の位置に対応して円周方向に沿って等間隔に設けた８つのＬＥＤ(Light Emitting Diode)５６ａと、その中央部に設けた液晶画面５６ｂとからなる。位置検出装置１０が子機６０の位置を検出すると、子機６０の方向にある１つのＬＥＤ５６ａのみが点灯し、また、液晶画面５６ｂでは、子機６０との距離を表示する。また、ＬＥＤ５６ａは、後述する同期モード時に８つ全てのＬＥＤを点灯させて使用者に知らせるようにすることもできる。
なお、表示部５６として地図を表示できるような液晶画面だけを設け、検出した子機６０の位置を、その画面上の地図に点で表示することも考えられる。
【００２７】
位置検出のための手順は、同期モードとサーチモードに分けることができる。まず、同期モードは、図９の（ａ）に示すように、位置検出装置１０及び子機６０の電源スイッチ１０ａ，６０ａをＯＮにしたときに同期動作を開始し（Ｓ１０１）、同期が成功したかどうかを判断する（Ｓ１０２）。同期が成功したときは、終了し、同期が成功していないときにはその旨を表示部５６に表示し（Ｓ１０３）、その後に終了する。
サーチモードでは、図９の（ｂ）に示すように、位置検出装置１０のサーチボタン１０ｂが押されたか否かを判定し（Ｓ２０１）、サーチボタン１０ｂが押されたときには子機６０の位置検出を開始するが、その位置検出が成功したか否かを判定し（Ｓ２０２）、子機６０の位置検出が成功したときには子機６０の位置（方向と距離）を位置検出装置１０の表示部５６に表示し（Ｓ２０３）、終了する。位置検出装置１０のサーチボタン１０ｂが押されていないとき及び子機６０の位置検出が成功しなかったときは、ステップＳ２０１に戻る。なお、サーチモードでは、位置検出装置１０及び子機６０の電源がＯＮになっていることが前提となる。また、位置検出装置１０は、子機６０のＩＤ情報を予め記憶しておき、そのＩＤ情報により子機６０を識別することができる。
【００２８】
ここで、子機６０の位置検出は、スイッチング素子３１，３２，３３，３４により主アンテナ１３の指向特性を８つの方向に順次変えていき、子機６０が発する電波の最も受信状態のよい方向を検出することにより、位置検出装置１０に対して子機６０が存在する方向がわかる。また、ゲインを変えることで子機６０との距離を算出することができる。
このように、簡単な構造で指向特性を変えることができ、高い利得と適正な指向性を確保することができる。
【００２９】
次に、本実施の形態に係る位置検出装置１０における制御アンテナの変形例について説明する。
図１０〜図１２は、制御アンテナの変形例を説明する説明図である。なお、各変形例において、以下に説明する構成以外は、上述した実施の形態と同じであり、スイッチング素子３１，３２，３３，３４及びグランドＧの図示を省略している（図２の（ｂ）参照）。
【００３０】
第１の変形例としては、図１０に示すように、制御アンテナ２１，２２，２３，２４における主アンテナ１３側の端部に小突出部２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃを設けている。この小突出部２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃは、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂとは反対の方向に突出している。このように構成すると、誘起電圧を高くすることができ、ゲインを大きくすることができる。
【００３１】
第２の変形例では、図１１に示すように、制御アンテナ２１，２２，２３，２４において、周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ（図２の（ｂ）参照）の代わりに、立設部２１ｄ，２２ｄ，２３ｄ，２４ｄを備えている。周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂは、制御アンテナ１２の表面に設けられているが、立設部２１ｄ，２２ｄ，２３ｄ，２４ｄは、制御アンテナ１２から立設し、主アンテナ１３と同じ方向に延びている。
このように構成することで、レイアウト的に制御アンテナの間隔を詰めて配置することができ、多くの数の制御アンテナを設けることができるようになる。このため、より精度の高い位置検出が可能となる。
【００３２】
第３の変形例は、図１２に示すように、半径方向に延びる制御アンテナ４１，４２，４３，４４を制御アンテナ基板１２の表面に設けられている。この制御アンテナ４１，４２，４３，４４は、両端が直線状で、かつ、中間部にコイル部４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａが設けられている。各制御アンテナ４１，４２，４３，４４は、上述した制御アンテナ２１，２２，２３，２４と同様、物理的な長さがおよそλ／４で、電気的な長さがおよそλ／２である。
このように構成することで、位置制御装置１０をコンパクトにしつつ、より精度の高い位置検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施の形態に係る位置検出装置及びその子機を示す説明図である。
【図２】図１に示す位置検出装置の内部の概略構成図である。
【図３】主アンテナ及び制御アンテナの配置構成を説明する説明図である。
【図４】図３の順方向における指向特性を説明するためのグラフである。
【図５】図３の逆方向における指向特性を説明するためのグラフである。
【図６】図３に示す主アンテナの指向特性を説明する説明図である。
【図７】図２に示す主アンテナの指向特性を説明する説明図である。
【図８】図１に示す位置検出装置の主要部分の機能ブロック図である。
【図９】図１に示す位置検出装置が子機の位置検出をするためのフローチャートである。
【図１０】制御アンテナの第１の変形例を説明する説明図である。
【図１１】制御アンテナの第２の変形例を説明する説明図である。
【図１２】制御アンテナの第３の変形例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…位置検出装置、１１…主基板、１２…制御アンテナ基板、１３…主アンテナ、１４…発信源、２０，２１，２２，２３，２４…制御アンテナ、２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ…径方向部、２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ…周方向部、３０，３１，３２，３３，３４…スイッチング素子、６０…子機、Ｇ…グランド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信を用いてアンテナの指向特性を制御することにより、例えば離れている移動体の位置を把握できるアンテナ指向特性の制御方法及び位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、衛星を使ったＧＰＳ(全地球測位システム:Global Positioning System)情報や、ＰＨＳ(Personal Handy-phone System)又は携帯電話用に設置された基地局で得られる情報などを利用して、移動体が所有している端末の位置を特定する位置情報サービスがある。
このような位置情報サービスを利用すれば、その端末を持たせた子供や老人が現在いる位置をその家族が地図上で把握することができるので、その家族に安心感をもたらし、万が一事件に巻き込まれたり徘徊等の事態が生じたりしたときに対応することができるようになる。
【０００３】
その他には、比較的限られた範囲を自由に移動する動物について生態調査を行う際に、複数の動物の身体に端末を取り付けておくことで、複数の動物の位置を容易に補足することができる位置検出システムも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そのような位置検出システムは、与えられた制御信号によって水平面内の指向方向または指向特性を変化させることができるアンテナ装置を固定局が備え、固定局が水平面内の全方向に無線信号を送出して移動局の呼出しを行い、これに応じて移動局が固定局に対して信号を返送したときに移動局からの受信信号が最大となるようにアンテナの指向方向を制御するものである。また、この位置検出システムは、固定局が移動局に向けて送出した信号と、この信号に対して移動局から返送されて固定局が受信した信号との時間関係から移動局までの距離を算出するものであり、固定局に対する移動局の方向及び距離を表示する。
【０００５】
また、上述の位置検出システムでは、指向方向を変化させるアンテナとして、同じアンテナを多数配列したアンテナ素子からなるアレーアンテナ(Array Antenna)を用いている。具体的には、給電位相を可変にして電子的にビーム走査や指向性合成を行うフェーズドアレーアンテナ(Phased Array Antenna)や、受信信号に応じてアンテナの特性を制御するアダプティブアンテナ(Adaptive Array Antenna)等を用いて行うことが開示されている。
【０００６】
ここで、フェーズドアレーアンテナ及びアダプティブアンテナについて概説する。
例えばダイポールアンテナを等間隔で複数個並べると、それぞれのアンテナからの放射は開口からの放射のように重ね合わされて平面波を作る。そのままでは面開口アンテナとあまり変わらないが、各アンテナに移相器(phase shifter)をつけて移相遅れを電子的に制御すると、平面波の波面を制御して任意の方向に電磁波を収束させることができる。このようなアンテナをフェーズドアレーアンテナとよぶ。
また、アダプティブアレイアンテナは、概念的にはフェーズドアレーアンテナと似ているが、指向性のヌル点(null point)を任意の方向に作って例えばマルチパス(multipath)によるフェージング(phasing)を除去するために用いる点で、指向性を可変するためのフェーズドアレーアンテナとは異なる。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１９０３５号公報(第４〜５頁、図３)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようなフェーズドアレーアンテナ及びアダプティブアンテナは、電気的もしくは機械的に伝送路を伝達する信号の位相を変化させる移相器を、１つ１つのアンテナ素子に取り付ける構造であり、これらのアンテナは高価なため、軍事用等の利用分野が限定されている。このように、コストが高く、しかも大型となるアンテナを用いていることから、位置検出システムのコスト低減や小型化を図ることが困難な状況であった。
【０００９】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、低コストかつ小型化を容易に実現できるアンテナ指向特性の制御方法及び位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的のもと、本発明が適用されるアンテナ指向特性の制御装置は、電波を受信する第１のアンテナと、第１のアンテナの近傍に設けられ、第１のアンテナに近い側の一端から他端までの物理的な長さが使用周波数の１／４と略同一の長さであり、かつ、一端から他端までの電気的な長さが使用周波数の１／２と略同一の長さである第２のアンテナと、第２のアンテナを選択により接地する接地手段とを含む。
第１のアンテナは１つからなり、第１のアンテナが貫通し、かつ第２のアンテナが第１のアンテナを中心に略等角度で複数配置された基板を更に含むことを特徴とすることができる。このようにすると、制御装置の構成を簡易にすることができる。
また、第２のアンテナは、一端を含み、第１のアンテナから離れる方向に直線状に延びる直線部と、直線部の一端とは反対側の端部から第１のアンテナを中心として一方向に円弧状に延びて他端を含む円弧部とを備え、直線部の長さ、円弧部の弧長及び円弧部の曲率半径は、使用周波数の１／４と略同一であることを特徴とすることができる。また、第２のアンテナの一端から、円弧部が延びる方向とは反対の方向に突出した小突出部を更に含むことを特徴とすることができる。このように小突出部を設けると、第２のアンテナの誘起電圧を増加させることができ、より高い前後比特性及びより鋭い指向特性を実現することができる。
【００１１】
他の観点から捉えると、本発明が適用される位置検出装置は、子機の発する信号を主アンテナで受信し、その受信状態に基づいて子機の位置を検出する位置検出装置において、主アンテナの近傍に位置し、一端から他端までの物理的な長さが使用周波数の１／４と略同一の長さであり、かつ、一端から他端までの電気的な長さが使用周波数の１／２と略同一の長さである複数の制御アンテナと、制御アンテナごとに接地又は非接地の制御をして主アンテナの指向特性の方向を変える制御手段とを含む。
制御手段は、複数の制御アンテナのいずれか１つ又は隣り合う２つの制御アンテナを非接地にし、他の制御アンテナを接地させるように制御することを特徴とすることができる。
【００１２】
更に本発明を別の観点から捉えると、本発明が適用される位置検出方法は、子機の発する信号を親機の主アンテナで受信し、その受信状態に基づいて親機に対する子機の位置を検出する位置検出方法において、使用周波数の１／４の長さと略同一の物理的長さを有するとともに使用周波数の１／２の長さと略同一の電気的な長さを有する制御アンテナを接地又は非接地させて、制御アンテナを近傍に配置した主アンテナの指向特性を変える指向特性変更ステップと、指向特性変更ステップにより変えた主アンテナの指向特性において子機の発する信号を計測する計測ステップと、計測ステップによる計測結果に基づいて子機の位置を演算する演算ステップと、演算ステップによる演算結果を親機に表示する表示ステップとを含む。
指向特性変更ステップの前に、子機と親機との間で同期をとる同期ステップを行うことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アンテナの指向特性の制御を低コストかつ小型化を容易に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１の（ａ）は、本実施の形態に係る位置検出装置（親機）１０及びその子機６０の外観を示す説明図であり、図１の（ｂ）は子機６０が位置検出装置１０に向けて発する電波を示す説明図である。図２は、位置検出装置１０の内部の概略構成図であり、図２の（ａ）は側面図、図２の（ｂ）は平面図である。
図１の（ａ）に示すように、位置検出装置１０は、外形が円盤形状で、電源スイッチ１０ａ及びサーチボタン１０ｂを有し、また、後述する表示部５６を有する。また、子機６０も外形が小さな円盤形状で、電源スイッチ６０ａと、電源スイッチ６０ａをＯＮにすると点灯するＬＥＤ６０ｂとを有する。
子機６０は、電源スイッチ６０ａをＯＮにすると、無線ＬＡＮ(Local Area Network)の例えば２．４５ＧＨｚ（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂまたはＩＥＥＥ８０２．１１ｇ）の周波数の電波を発する図示しないトランスミッタ(transmitter)を有し、位置検出装置１０は、子機６０からの図１の（ｂ）に示す電波（パルス波形）に基づいて子機６０の位置を検出することができる。具体的には、位置検出装置１０は、子機６０が発信した電波を受信し、その電波に基づいて子機６０が位置検出装置１０に対してどの方向にあり、かつ、どれくらい離れているかを検出し、その内容が表示部５６に表示される。
このような位置検出装置１０と子機６０の利用方法としては、例えば遊園地内で遊ぶ子供に子機６０を持たせ、例えばその子供が迷子になったときには、位置検出装置１０を所持している親が、位置検出装置１０のサーチボタン１０ｂを押すと、位置検出装置１０の表示部５６に子供の位置が表示されるので、子供を容易に探すことができる。このように、大規模な設備を予め設けておかなくても、子供の位置検出を容易に行うことができる。
【００１５】
位置検出装置１０は、図２の（ａ）に示すように、円盤状の主基板１１と、主基板１１の外径と略同一の外径を有する円盤状の制御アンテナ基板１２と、主基板１１の中心部に一端部が取り付けられるとともに制御アンテナ基板１２の中心部に他端部が取り付けられた主アンテナ１３とを内部に備えている。主アンテナ１３は、図示しない子機からの電波を受信するためのもので、無指向性である。主基板１１と制御アンテナ基板１２とは互いに略平行に離間して配置されている。
【００１６】
図２の（ｂ）に示すように、制御アンテナ基板１２の表面側には、４本の制御アンテナ２１，２２，２３，２４が主アンテナ１３の周辺に規則的に、パターンにより配設されている。制御アンテナ２１，２２，２３，２４は、制御アンテナ基板１２の中心部から、円周方向に９０度の間隔をあけて放射状に延びる直線状の径方向部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａと、各径方向部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａの周面寄りの端部から円周方向に沿って一方向に延びる円弧状の周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂとを備えている。各制御アンテナ２１，２２，２３，２４の径方向部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａと周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂとは連続して形成されている。
【００１７】
ここで、４本の制御アンテナ２１，２２，２３，２４における各周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂの曲率半径は略同一であり、約λ／４である。例えば、使用周波数ｆが２．４５ＧＨｚのときには、波長λが１２２．９５ｍｍであるので、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の曲率半径は、３０．７４ｍｍである。
また、隣接する周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ同士は所定の距離をもって離間しており、周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂの弧長は、約λ／４（３０．７４ｍｍ）である。すなわち、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の電気的な長さは約λ／２（６１．４８ｍｍ）であり、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の物理的な長さはλ／４（３０．７４ｍｍ）である。なお、４本の制御アンテナ２１，２２，２３，２４は互いに交差しないように配置されている。
【００１８】
４本の制御アンテナ２１，２２，２３，２４における各径方向部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａの中心寄りの端部は主アンテナ１３の近傍に位置している。すなわち、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の一端を、主アンテナ１３の最も輻射強度の高い場所の近傍、例えば２〜３ｍｍ程度離して配置し、主アンテナ１３からの輻射電磁界を制御アンテナ２１，２２，２３，２４に誘導させるようにしている。
なお、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の材料として、板金アンテナ、プリントアンテナ、針金アンテナその他形状が限定されない高周波材料であれば用いることができる。
【００１９】
制御アンテナ基板１２には、接地手段としてのスイッチング素子(switching element)３１，３２，３３，３４が各制御アンテナ２１，２２，２３，２４ごとに設けられている。スイッチング素子３１，３２，３３，３４は、その一端がグランドＧに接続されていて、後述する制御手段の制御により選択的に作動する。このため、４本の制御アンテナ２１，２２，２３，２４ごとにグランドＧに落としたり落とさなかったりすることができる。
なお、本実施の形態では、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の片方をグランドＧに落としているが、両方をグランドＧに落とすと、接地効果がより確実になる。
【００２０】
次に、スイッチング素子の切り替えにより主アンテナ１３の指向特性が変化する理論について説明する。
図３は、主アンテナ１３及び制御アンテナ２０の配置構成を説明する説明図であり、図４は、図３の順方向における指向特性を説明するためのグラフであり、図５は、図３の逆方向における指向特性を説明するためのグラフであり、図６は、主アンテナ１３の指向特性を示す図である。図４の（ａ）〜（ｆ）及び図５の（ａ）〜（ｇ）の各縦軸は電圧電源であり、各横軸は時間である。
図３に示す発信源１４に接続された主アンテナ１３と、主アンテナ１３の近傍に配置した制御アンテナ２０（２１，２２，２３，２４）とを用いた場合についてシミュレーションした。このシミュレーションは、制御アンテナ２０による効果を明らかにするために、非接触状態（グランドＧに接続していない状態）の制御アンテナ２０にて行われたものである。
ここで、シミュレーションの他の条件を説明すると、制御アンテナ２０の電気的な長さはおよそλ／２であり、物理的な長さはおよそλ／４である。また、制御アンテナ２０の主アンテナ１３に隣接する一端をＡ点とし、他端をＢ点としている。また、Ｃ点は、主アンテナ１３に対して制御アンテナ２０のＢ点とは反対側に位置している。主アンテナ１３からＣ点までの離間距離はおよそλ／４である。
【００２１】
まず、図３に示す順方向におけるＢ点での指向特性について図４を用いて説明する。
図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、主アンテナ１３の電界と磁界との位相は同じである。磁界を微分すると（ｅ＝ｄφ／ｄｔ）、図４の（ｃ）に示すように、制御アンテナ２０のＡ点の誘起電圧を求めることができる。
ここで、制御アンテナ２０におけるＡ点とＢ点との電気的な長さが約λ／２のため、制御アンテナ２０のＢ点の電圧（電界）は、図４の（ｄ）に示すように、図４の（ｃ）における制御アンテナ２０のＡ点の誘起電圧の位相に対して逆位相となる。
また、制御アンテナ２０におけるＡ点とＢ点との物理的な長さが約λ／４のため、図４の（ｅ）に示すように、Ｂ点における主アンテナ１３の電界は、Ａ点における主アンテナ１３の電界に対して９０度の位相ずれが生じる。
図４の（ｄ）に示す主アンテナ１３の電界の位相と、図４の（ｅ）に示す制御アンテナ２０の電界の位相は同位相のため、これらを合成したＢ点の合成電界は、図４の（ｆ）に示すように、強め合って電界が大きくなる。すなわち、Ｂ点における合成電界（図４の（ｆ））は、主アンテナ１３の電界（図４の（ｄ））よりも電界強度が高まっている。
【００２２】
次に、図３に示す逆方向におけるＣ点での指向特性について説明する。なお、図５の（ａ）〜（ｄ）は、図４の（ａ）〜（ｄ）と同じものゆえ、その説明を省略する。
制御アンテナ２０におけるＡ点とＣ点との物理的な長さが約λ／４のため、図５の（ｅ）に示すように、Ｃ点における主アンテナ１３の電界は、Ａ点における主アンテナ１３の電界に対して９０度の位相ずれが生じる。なお、結果として、図５の（ｅ）は図４の（ｅ）と同じ位相となる。
また、制御アンテナ２０におけるＢ点とＣ点との物理的な長さがλ／２のため、図５の（ｆ）に示すように、Ｃ点における制御アンテナ２０の電界は、Ｂ点における制御アンテナ２０の電界（図５の（ｄ）参照）に対して１８０度の位相ずれが生じる。
図５の（ｅ）に示す主アンテナ１３の電界の位相と、図５の（ｆ）に示す制御アンテナ２０の電界の位相は逆位相のため、これらを合成したＣ点の合成電界は、図５の（ｇ）に示すように、弱め合って電界が小さくなる。すなわち、Ｃ点における合成電界（図５の（ｇ））は、主アンテナ１３の電界（図５の（ｅ））よりも電界強度が弱まっている。
【００２３】
このようなシミュレーションの結果から、図６の（ａ）に示すように、順方向においては電界が強くなり、逆方向においては電界が弱くなるという指向特性を得ることができる。その一方で、制御アンテナ２０を接地すると、制御アンテナ２０による効果がなくなり、図６の（ｂ）に示すように、主アンテナ１３自身の指向特性すなわち無指向性に変わる。
よって、制御アンテナ２０の接地と非接地を切り替えることにより、一方向への指向性を高めることができる。すなわち、接地非接地を切り替えるだけで、指向特性を変えることができる。
【００２４】
次に、制御アンテナ２１，２２，２３，２４による主アンテナ１３の指向特性の制御について図２及び図７に基づいて説明する。
図７は、図２に示す構成で制御された指向特性を示す図であり、（ａ）〜（ｅ）は図２の（ｂ）の制御アンテナ２１，２２，２３，２４の接地非接地を切り替えることによる指向特性の変化を示したものである。
図２の（ｂ）に示す直交座標系Ｘ−Ｙにおいて、４つの制御アンテナ２１，２２，２３，２４のいずれか１つのみを非接地にすると、その非接地の制御アンテナが主アンテナ１３に対して位置する方向に強い指向特性に変わる。具体的に説明すると、制御アンテナ２１のみを非接地にすると、図７の（ａ）に示すようにＸ軸の正方向に強く負方向に弱い指向特性を得ることができる。そして、制御アンテナ２２のみを非接地にすると、図７の（ｂ）に示すようにＹ軸の正方向に強くて負方向に弱い指向特性を得ることができる。制御アンテナ２３のみを非接地にすると、図７の（ｃ）に示すようにＸ軸の負方向に強くて正方向に弱い指向特性を得ることができ、制御アンテナ２４のみを非接地にすると、図７の（ｄ）に示すようにＹ軸の負方向に強くて正方向に弱い指向特性を得ることができる。すなわち、ゲインをとりたい方向に設置された制御アンテナを非接地にすると、主アンテナ１３の特性のゲインは、最大で６ｄＢ増加し、その反対方向には最大で６ｄＢ減少する。
さらには、４つの制御アンテナ２１，２２，２３，２４のうちの隣り合う２つの制御アンテナのみを非接地にすると、Ｘ軸又はＹ軸に対して４５度傾斜した方向に強い指向特性に得ることもできる。例えば、制御アンテナ２２と制御アンテナ２３のみを非接地状態にすると、図７の（ｅ）に示すような指向特性を得ることができる。すなわち、４つの制御アンテナ２１，２２，２３，２４を用いると、Ｘ軸方向とＹ軸方向という４つの方向と、各軸に４５度で交差する４つの方向、合わせて８つの方向に指向特性を変えることができる。
このような指向特性の制御は、図２の（ｂ）に示すスイッチング素子３１，３２，３３，３４の作動を切り替えることにより実現することができる。
【００２５】
次に、スイッチング素子３１，３２，３３，３４の切り替えの制御について説明する。
図８は、位置検出装置１０の主要部分の機能ブロック図であり、図９は、位置検出のための手順を示すフローチャートであり、図９の（ａ）は、位置検出装置１０の電源スイッチ１０ａと子機６０の電源スイッチ６０ａとをＯＮにしたときの内部処理手順を概略的に示したものであり、図９の（ｂ）は、位置検出装置１０のサーチボタン１０ｂが押されたときの内部処理手順を概略的に示したものである。
位置検出装置１０は、図８に示すように、主アンテナ１３に接続された高周波部(ＲＦ:Radio Frequency)５１と、中間周波増幅部(ＩＦ−ＡＭ:Intermediate Frequency Amplifier)５２と、検波部(ＤＥＴ:Detection)５３と、データ処理部５４と、マイコン(Microcomputer)５５と、表示部５６と、制御アンテナ２１，２２，２３，２４に接続されたスイッチング素子(ＳＷ)３０（３１，３２，３３，３４）とを備えている。
子機６０から発信された電波を主アンテナ１３が受信すると、その電波について高周波部５１で高周波増幅して同調を取り、かつ図示しない発振器の出力をその電波に加える。中間周波増幅部５２では、中間周波数に変換して増幅され、検波器５３では、所定の電波が取り出される。取り出した電波は、データ処理部５４を介してマイコン５５に送られ、その内容が表示部５６に表示される。マイコン５５は、スイッチング素子３０に対して制御アンテナ２１，２２，２３，２４の接地と非接地の切り替えを指示し、これにより、指向特性を制御している。
【００２６】
ここで、図１の（ａ）に示すように表示部５６は、位置検出装置１０の上面部に設けられ、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の位置に対応して円周方向に沿って等間隔に設けた８つのＬＥＤ(Light Emitting Diode)５６ａと、その中央部に設けた液晶画面５６ｂとからなる。位置検出装置１０が子機６０の位置を検出すると、子機６０の方向にある１つのＬＥＤ５６ａのみが点灯し、また、液晶画面５６ｂでは、子機６０との距離を表示する。また、ＬＥＤ５６ａは、後述する同期モード時に８つ全てのＬＥＤを点灯させて使用者に知らせるようにすることもできる。
なお、表示部５６として地図を表示できるような液晶画面だけを設け、検出した子機６０の位置を、その画面上の地図に点で表示することも考えられる。
【００２７】
位置検出のための手順は、同期モードとサーチモードに分けることができる。まず、同期モードは、図９の（ａ）に示すように、位置検出装置１０及び子機６０の電源スイッチ１０ａ，６０ａをＯＮにしたときに同期動作を開始し（Ｓ１０１）、同期が成功したかどうかを判断する（Ｓ１０２）。同期が成功したときは、終了し、同期が成功していないときにはその旨を表示部５６に表示し（Ｓ１０３）、その後に終了する。
サーチモードでは、図９の（ｂ）に示すように、位置検出装置１０のサーチボタン１０ｂが押されたか否かを判定し（Ｓ２０１）、サーチボタン１０ｂが押されたときには子機６０の位置検出を開始するが、その位置検出が成功したか否かを判定し（Ｓ２０２）、子機６０の位置検出が成功したときには子機６０の位置（方向と距離）を位置検出装置１０の表示部５６に表示し（Ｓ２０３）、終了する。位置検出装置１０のサーチボタン１０ｂが押されていないとき及び子機６０の位置検出が成功しなかったときは、ステップＳ２０１に戻る。なお、サーチモードでは、位置検出装置１０及び子機６０の電源がＯＮになっていることが前提となる。また、位置検出装置１０は、子機６０のＩＤ情報を予め記憶しておき、そのＩＤ情報により子機６０を識別することができる。
【００２８】
ここで、子機６０の位置検出は、スイッチング素子３１，３２，３３，３４により主アンテナ１３の指向特性を８つの方向に順次変えていき、子機６０が発する電波の最も受信状態のよい方向を検出することにより、位置検出装置１０に対して子機６０が存在する方向がわかる。また、ゲインを変えることで子機６０との距離を算出することができる。
このように、簡単な構造で指向特性を変えることができ、高い利得と適正な指向性を確保することができる。
【００２９】
次に、本実施の形態に係る位置検出装置１０における制御アンテナの変形例について説明する。
図１０〜図１２は、制御アンテナの変形例を説明する説明図である。なお、各変形例において、以下に説明する構成以外は、上述した実施の形態と同じであり、スイッチング素子３１，３２，３３，３４及びグランドＧの図示を省略している（図２の（ｂ）参照）。
【００３０】
第１の変形例としては、図１０に示すように、制御アンテナ２１，２２，２３，２４における主アンテナ１３側の端部に小突出部２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃを設けている。この小突出部２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃは、制御アンテナ２１，２２，２３，２４の周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂとは反対の方向に突出している。このように構成すると、誘起電圧を高くすることができ、ゲインを大きくすることができる。
【００３１】
第２の変形例では、図１１に示すように、制御アンテナ２１，２２，２３，２４において、周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ（図２の（ｂ）参照）の代わりに、立設部２１ｄ，２２ｄ，２３ｄ，２４ｄを備えている。周方向部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂは、制御アンテナ１２の表面に設けられているが、立設部２１ｄ，２２ｄ，２３ｄ，２４ｄは、制御アンテナ１２から立設し、主アンテナ１３と同じ方向に延びている。
このように構成することで、レイアウト的に制御アンテナの間隔を詰めて配置することができ、多くの数の制御アンテナを設けることができるようになる。このため、より精度の高い位置検出が可能となる。
【００３２】
第３の変形例は、図１２に示すように、半径方向に延びる制御アンテナ４１，４２，４３，４４を制御アンテナ基板１２の表面に設けられている。この制御アンテナ４１，４２，４３，４４は、両端が直線状で、かつ、中間部にコイル部４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａが設けられている。各制御アンテナ４１，４２，４３，４４は、上述した制御アンテナ２１，２２，２３，２４と同様、物理的な長さがおよそλ／４で、電気的な長さがおよそλ／２である。
このように構成することで、位置制御装置１０をコンパクトにしつつ、より精度の高い位置検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施の形態に係る位置検出装置及びその子機を示す説明図である。
【図２】図１に示す位置検出装置の内部の概略構成図である。
【図３】主アンテナ及び制御アンテナの配置構成を説明する説明図である。
【図４】図３の順方向における指向特性を説明するためのグラフである。
【図５】図３の逆方向における指向特性を説明するためのグラフである。
【図６】図３に示す主アンテナの指向特性を説明する説明図である。
【図７】図２に示す主アンテナの指向特性を説明する説明図である。
【図８】図１に示す位置検出装置の主要部分の機能ブロック図である。
【図９】図１に示す位置検出装置が子機の位置検出をするためのフローチャートである。
【図１０】制御アンテナの第１の変形例を説明する説明図である。
【図１１】制御アンテナの第２の変形例を説明する説明図である。
【図１２】制御アンテナの第３の変形例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…位置検出装置、１１…主基板、１２…制御アンテナ基板、１３…主アンテナ、１４…発信源、２０，２１，２２，２３，２４…制御アンテナ、２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ…径方向部、２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ…周方向部、３０，３１，３２，３３，３４…スイッチング素子、６０…子機、Ｇ…グランド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を受信する第１のアンテナと、
前記第１のアンテナの近傍に設けられ、当該第１のアンテナに近い側の一端から他端までの物理的な長さが使用周波数の１／４と略同一の長さであり、かつ、当該一端から当該他端までの電気的な長さが使用周波数の１／２と略同一の長さである第２のアンテナと、
前記第２のアンテナを選択により接地する接地手段と、
を含むアンテナ指向特性の制御装置。
【請求項２】
前記第１のアンテナは１つからなり、
前記第１のアンテナが貫通し、かつ前記第２のアンテナが当該第１のアンテナを中心に略等角度で複数配置された基板を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ指向特性の制御装置。
【請求項３】
前記第２のアンテナは、前記一端を含み、前記第１のアンテナから離れる方向に直線状に延びる直線部と、当該直線部の当該一端とは反対側の端部から当該第１のアンテナを中心として一方向に円弧状に延びて前記他端を含む円弧部とを備え、
前記直線部の長さ、前記円弧部の弧長及び当該円弧部の曲率半径は、使用周波数の１／４と略同一であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ指向特性の制御装置。
【請求項４】
前記第２のアンテナの一端から、前記円弧部が延びる方向とは反対の方向に突出した小突出部を更に含むことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ指向特性の制御装置。
【請求項５】
子機の発する信号を主アンテナで受信し、その受信状態に基づいて当該子機の位置を検出する位置検出装置において、
前記主アンテナの近傍に位置し、一端から他端までの物理的な長さが使用周波数の１／４と略同一の長さであり、かつ、当該一端から当該他端までの電気的な長さが使用周波数の１／２と略同一の長さである複数の制御アンテナと、
前記制御アンテナごとに接地又は非接地の制御をして前記主アンテナの指向特性の方向を変える制御手段と
を含む位置検出装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記複数の制御アンテナのいずれか１つ又は隣り合う２つの制御アンテナを非接地にし、他の制御アンテナを接地させるように制御することを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
子機の発する信号を親機の主アンテナで受信し、その受信状態に基づいて当該親機に対する当該子機の位置を検出する位置検出方法において、
使用周波数の１／４の長さと略同一の物理的長さを有するとともに当該使用周波数の１／２の長さと略同一の電気的な長さを有する制御アンテナを接地又は非接地させて、当該制御アンテナを近傍に配置した前記主アンテナの指向特性を変える指向特性変更ステップと、
前記指向特性変更ステップにより変えた前記主アンテナの指向特性において前記子機の発する信号を計測する計測ステップと、
前記計測ステップによる計測結果に基づいて当該子機の位置を演算する演算ステップと、
前記演算ステップによる演算結果を前記親機に表示する表示ステップと
を含む位置検出方法。
【請求項８】
前記指向特性変更ステップの前に、前記子機と前記親機との間で同期をとる同期ステップを行うことを特徴とする請求項７に記載の位置検出方法。
【請求項１】
電波を受信する第１のアンテナと、
前記第１のアンテナの近傍に設けられ、当該第１のアンテナに近い側の一端から他端までの物理的な長さが使用周波数の１／４と略同一の長さであり、かつ、当該一端から当該他端までの電気的な長さが使用周波数の１／２と略同一の長さである第２のアンテナと、
前記第２のアンテナを選択により接地する接地手段と、
を含むアンテナ指向特性の制御装置。
【請求項２】
前記第１のアンテナは１つからなり、
前記第１のアンテナが貫通し、かつ前記第２のアンテナが当該第１のアンテナを中心に略等角度で複数配置された基板を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ指向特性の制御装置。
【請求項３】
前記第２のアンテナは、前記一端を含み、前記第１のアンテナから離れる方向に直線状に延びる直線部と、当該直線部の当該一端とは反対側の端部から当該第１のアンテナを中心として一方向に円弧状に延びて前記他端を含む円弧部とを備え、
前記直線部の長さ、前記円弧部の弧長及び当該円弧部の曲率半径は、使用周波数の１／４と略同一であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ指向特性の制御装置。
【請求項４】
前記第２のアンテナの一端から、前記円弧部が延びる方向とは反対の方向に突出した小突出部を更に含むことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ指向特性の制御装置。
【請求項５】
子機の発する信号を主アンテナで受信し、その受信状態に基づいて当該子機の位置を検出する位置検出装置において、
前記主アンテナの近傍に位置し、一端から他端までの物理的な長さが使用周波数の１／４と略同一の長さであり、かつ、当該一端から当該他端までの電気的な長さが使用周波数の１／２と略同一の長さである複数の制御アンテナと、
前記制御アンテナごとに接地又は非接地の制御をして前記主アンテナの指向特性の方向を変える制御手段と
を含む位置検出装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記複数の制御アンテナのいずれか１つ又は隣り合う２つの制御アンテナを非接地にし、他の制御アンテナを接地させるように制御することを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
子機の発する信号を親機の主アンテナで受信し、その受信状態に基づいて当該親機に対する当該子機の位置を検出する位置検出方法において、
使用周波数の１／４の長さと略同一の物理的長さを有するとともに当該使用周波数の１／２の長さと略同一の電気的な長さを有する制御アンテナを接地又は非接地させて、当該制御アンテナを近傍に配置した前記主アンテナの指向特性を変える指向特性変更ステップと、
前記指向特性変更ステップにより変えた前記主アンテナの指向特性において前記子機の発する信号を計測する計測ステップと、
前記計測ステップによる計測結果に基づいて当該子機の位置を演算する演算ステップと、
前記演算ステップによる演算結果を前記親機に表示する表示ステップと
を含む位置検出方法。
【請求項８】
前記指向特性変更ステップの前に、前記子機と前記親機との間で同期をとる同期ステップを行うことを特徴とする請求項７に記載の位置検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２０２４６（Ｐ２００６−２０２４６Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９８４３８（Ｐ２００４−１９８４３８）
【出願日】平成１６年７月５日（２００４．７．５）
【出願人】（５０４２５９０３０）株式会社エーディープラン (21)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月５日（２００４．７．５）
【出願人】（５０４２５９０３０）株式会社エーディープラン (21)
【Ｆターム（参考）】
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