無線通信システム及び無線送信機
【課題】極めて簡素な部品構成で、ワイヤレス給電設備に無線通信の機能を追加することができる、新しい概念の無線通信システム及びこれに使用する無線送信機を提供する。
【解決手段】アンテナにバラクタ２０３を並列接続し、バラクタ２０３の静電容量を信号で変化させる。ワイヤレス送電装置１０２から漏れる漏れ電磁波１０８を利用して、アンテナのインピーダンスを信号で変化させることで、漏れ電磁波１０８に変調を加える。これだけの構成で、漏れ電磁波１０８にＰＭ変調とＡＭ変調が施されるので、極めて簡素な構成でワイヤレス給電設備に併設する無線通信システムを実現することができる。
【解決手段】アンテナにバラクタ２０３を並列接続し、バラクタ２０３の静電容量を信号で変化させる。ワイヤレス送電装置１０２から漏れる漏れ電磁波１０８を利用して、アンテナのインピーダンスを信号で変化させることで、漏れ電磁波１０８に変調を加える。これだけの構成で、漏れ電磁波１０８にＰＭ変調とＡＭ変調が施されるので、極めて簡素な構成でワイヤレス給電設備に併設する無線通信システムを実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム及び無線送信機に関する。
より詳細には、ワイヤレス送電装置が発する電力伝送電磁波を用いる、無線通信システム及び、これに使用する無線送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電線を使わずに高い指向性の電磁波を用いて電力を伝送する、ワイヤレス給電の研究開発が多く見受けられる。とりわけ、携帯電話（携帯型無線端末）向けのワイヤレス給電に関しては業界団体も設立され、実用化される製品がまもなく市場に現れる段階に至っている。
ワイヤレス給電は、携帯型無線端末のような小型電子機器を対象にするだけに留まらない。より大型の負荷も対象に、強い電力を伝送するための技術開発が進められている。更に、ワイヤレス給電の技術は、大電力を効率良く伝送するだけに留まらず、より遠くの対象物に電力を供給する技術も研究されている。
ワイヤレス給電は、人工衛星から地上へ電力を伝送する手段として、或は災害時の電力網が壊滅的打撃を被った時における非常用電力伝送手段として等の様々な応用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３９７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
地震等の災害発生時に、災害地へワイヤレス給電を行う状況を考える。ライフラインは寸断されているので、災害地に電力を送る必要が生じる。この時、送電する電力は大きいに越したことはないが、先ずは被災地にいる市民に対し、家族や勤務先等との連絡ができるようにする必要がある。つまり、通信手段に必要な電力が求められる。冷蔵庫や電子レンジ等の一般的な家電製品ではなく、非常用通信手段を稼働させることのできる、必要最低限の電力である。
ライフラインの寸断とは、電力供給手段の寸断であると共に、通信手段の寸断をも包含する。つまり、ワイヤレス給電と共に無線通信も同時に実現できることが好ましい。
【０００５】
そこで、ワイヤレス送電装置に無線通信のための機能を付加することを考える。ところが、これまで周知の無線通信技術は、搬送波に変調を与える技術である。搬送波にＡＭやＦＭ等の変調を与えて、得られた高周波信号を増幅する。これが従来の無線送信機の技術である。
ところが、搬送波に変調を加えることで、電力伝送効率は著しく低下する。更に、極めて強力なワイヤレス給電の電力を扱える、高周波増幅を行う能動素子を用意することは極めて困難である。つまり、ワイヤレス給電と従来の無線通信技術は、全くと言っていい程相容れない技術である。
【０００６】
上記のような要求に対し、従来技術は例えば特許文献１に示されるように、ワイヤレス給電に使用する周波数とは異なる周波数で、別途独立した無線送信機を設けて対応していた。しかし、この場合は受信機にＥＭＩ（Electromagnetic interference：電磁波障害）防御のための強力なフィルタを設けなければならない等の弊害が存在する。
【０００７】
本発明は係る課題を解決し、極めて簡素な部品構成で、ワイヤレス給電設備に無線通信の機能を追加することができる、新しい概念の無線通信システム及びこれに使用する無線送信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の無線通信システムは、電磁波発生装置と、信号を生成する信号源と、信号によって静電容量が変化されるバラクタと、バラクタが給電点に接続され、電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、信号によって変調された電波を発するアンテナと、アンテナから発せられる電波を受信して、電波から信号源が出力する信号を復調する受信機とよりなる。
【０００９】
本発明の無線通信システムでは、アンテナにバラクタを並列接続し、バラクタの静電容量を送信したい信号で変化させる。そして、電磁波発生装置が発生する電磁波を利用して、アンテナのインピーダンスを信号で変化させることで、電磁波に変調を加える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、極めて簡素な部品構成で、ワイヤレス給電設備に無線通信の機能を追加することができる、新しい概念の無線通信システム及びこれに使用する無線送信機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一の実施形態である、無線通信システムの概略図である。
【図２】本発明の第一の実施形態で用いられる送信機の回路図である。
【図３】本発明の第二の実施形態で用いられる、ＭＩＭＯ送信機の概略図である。
【図４】本発明の第二の実施形態で用いられる、ＭＩＭＯ受信機の概略図である。
【図５】本発明の第三の実施形態である、無線通信システムの全体構成図である。
【図６】本発明の第四の実施形態である無線通信システムの送信機に用いられるアンテナの外観斜視図である。
【図７】本発明の第四の実施形態である無線通信システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［基本構成］
図１は、本発明の第一の実施形態である、無線通信システムの概略図である。
無線通信システム１０１は、電磁波発生装置ともいえるワイヤレス送電装置１０２と、ワイヤレス送電装置１０２の近傍に設けられる送信機１０９と、アンテナ１１４を伴う受信機１１３で構成される。ワイヤレス受電装置１０６は、厳密には無線通信システム１０１と直接的には関係しないが、ワイヤレス送電装置１０２に対応して設けられている。
ワイヤレス送電装置１０２は、高周波の電磁波を発生する。
電力源１０３は、高周波の交流電力を発生する。送電コイル１０４は電力源１０３から交流電流が流れることで、電力伝送電磁波１０５を発生する。電力伝送電磁波１０５の指向性を高めるため、電力源１０３が発生する交流電圧の周波数は高い方が良く、例えば１ＧＨｚ以上であることが望ましい。
【００１３】
ワイヤレス受電装置１０６は、ワイヤレス送電装置１０２が発する電磁波を受けて、電力に変換する装置であり、その実体は様々である。すなわち、電磁誘導方式であればコイルであり、電磁共振方式であればコイルとコンデンサの共振回路であり、或は電磁波がマイクロ波であれば周知のレクテナも利用可能である。
ワイヤレス受電装置１０６には、様々な負荷１０７が接続される。
【００１４】
ワイヤレス送電装置１０２が発する電磁波は、どんなに周波数を高くして指向性を高めたとしても、送電コイル１０４の周囲には電磁波の漏れが発生してしまう。これ以降、ワイヤレス受電装置１０６に到達しない、この電磁波の漏れ成分を漏れ電磁波１０８と呼ぶ。
【００１５】
送信機１０９は、信号源１１０とインピーダンス制御部１１１と、インピーダンス制御部１１１に接続されるダイポールアンテナ１１２よりなる。ダイポールアンテナ１１２はワイヤレス送電装置１０２から生じる漏れ電磁波１０８の及ぶ範囲に設置される。
信号源１１０から信号が発生すると、インピーダンス制御部１１１のインピーダンスが変化する。すると、ダイポールアンテナ１１２は漏れ電磁波１０８を変調する。したがって、ダイポールアンテナ１１２から信号源１１０の信号によって変調された電磁波、つまり電波が発生する。
受信機１１３は、この電波をアンテナ１１４で受信し、復調して、信号源１１０が発した信号を得る。
【００１６】
図２（ａ）及び（ｂ）は、送信機１０９の回路図である。
図２（ａ）は信号源１１０が交流信号である場合の、送信機１０９の回路図である。
信号源１１０から発生される交流信号はゼロボルトを中心に、正負両方向に電圧が変化する。
信号源１１０には直流バイアス電圧源２０１が直列接続されており、結果的に信号源１１０は脈流を発生する。
脈流は伝送ケーブル２０２を通じてバラクタ２０３に印加される。
【００１７】
このバラクタ２０３は、ダイポールアンテナ１１２の給電部の両端に接続されている。
周知のように、可変容量ダイオード或はバリキャップとも呼ばれるバラクタ２０３は、負方向に電圧を印加すると静電容量が変化する。
バラクタ２０３には前述の通り、脈流が印加されるので、バラクタ２０３の静電容量は脈流によって変化する。
つまり、ダイポールアンテナ１１２の共振周波数が、脈流によって変化することとなる。
【００１８】
ダイポールアンテナ１１２を構成するアンテナ導体の（差動）入力インピーダンスをＺ１、バラクタ２０３の容量をＣとすると、アンテナとバラクタ２０３の合成入力インピーダンスＺは概ね以下の式で表される。
【００１９】
【数１】
【００２０】
上記式の、インピーダンスの虚部を、無信号時にはゼロになるようにアンテナの長さを調節する。そして、例えば正弦波の低周波信号を印加すると、インピーダンスの虚部が正弦波信号によって正負に変化する。すると、位相φも正負に振れる。したがって、アンテナに与えられる電磁波によってアンテナに生じる誘起電流によって励起される散乱波の位相も入力信号によって変調されることとなり、位相変調（ＰＭ変調）された散乱波がアンテナから発せられることとなる。
また、入力インピーダンスの実部も変調されるので、散乱波は同じ信号によって振幅変調（ＡＭ変調）もされる。
インピーダンスの虚部をゼロに調節するということは、周知のアンテナの定在波比（ＳＷＲ：Standing Wave Ratio）を極小にする調節である。
【００２１】
図２（ｂ）は信号源１１０がデジタル矩形波信号である場合の、送信機１０９の回路図である。
デジタル信号源２０４が発生する矩形波の交流信号は、ゼロボルトと所定の正方向の電圧との二値で変化する。
このような信号の場合、負方向に電圧が現れないので、図２（ａ）に示される直流バイアス電圧源２０１を省略することが可能である。
【００２２】
図２（ａ）及び（ｂ）の回路図を見て判るように、本実施形態の送信機１０９は、従来の無線送信機とはその構成が大幅に異なる。
先ず、搬送波を発生する搬送波発振器が存在しない。
次に、搬送波を変調する変調回路が存在しない。
そして、変調された搬送波を増幅する高周波増幅回路が存在しない。
つまり、従来の無線送信機に必須であったこれら構成要素を全く必要としない。
その代わり、アンテナにバラクタ２０３を並列接続し、バラクタ２０３の静電容量を信号で変化させているだけである。そして、搬送波発振器の代わりに、ワイヤレス送電装置１０２から漏れる漏れ電磁波１０８を利用して、アンテナのインピーダンスを信号で変化させることで、漏れ電磁波１０８に変調を加えている。これだけの構成で、漏れ電磁波１０８にＰＭ変調とＡＭ変調が施されるのである。
【００２３】
本実施形態の送信機１０９は、便宜上「送信機」と名付けているが、その構成は能動的に電磁波を発生していない。信号によってインピーダンスが変化するアンテナを介在させて、漏れ電磁波１０８に変調を加えているのみである。更に、本実施形態の送信機１０９では、アンテナのインピーダンスの変化に伴い、アンテナの指向性も変化するので、送信機１０９は漏れ電磁波１０８を散乱させているともいえる。
【００２４】
以上の説明で判るように、送信機１０９によって漏れ電磁波１０８にＰＭ変調とＡＭ変調が施されるので、受信機１１３は一般的なＰＭ又はＦＭの受信機であるか、或はＡＭ受信機であればよい。
【００２５】
［ＭＩＭＯ送信］
図３は、本発明の第二の実施形態である、無線通信システムに用いられる送信機の概略図である。
ＭＩＭＯ送信機３０１は、第一の実施形態の送信機１０９を代替する。
ＭＩＭＯ送信機３０１は、周知のＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）無線技術にてデータを無線送信する。
デジタルデータストリーム３０２は、シリアルのデータの流れである。その実体はコンピュータが扱うデータファイルであったり、Ａ／Ｄ変換された音声データや動画データ等、様々である。
ＭＩＭＯ変調部３０３は、デジタルデータストリーム３０２にＭＩＭＯ変調を行う。ＭＩＭＯ変調部３０３によって、デジタルデータストリーム３０２はスペクトラム拡散されて単位時間当たりのビットレートが低減された複数のＭＩＭＯストリームに変換される。図３では、三種類のＭＩＭＯストリームが生成される。
ＭＩＭＯ変調部３０３は、例えばＡＳＩＣ等の集積回路で構成される。
【００２６】
ＭＩＭＯ変調部３０３から出力されるＭＩＭＯストリームは、そのままでは不平衡の信号である。不平衡・平衡変換部３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃは、不平衡の信号であるＭＩＭＯストリームを、平衡の信号に変換する。不平衡・平衡変換部３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃは、ＭＩＭＯストリームの周波数に応じて適切な回路を構成することができる。
例えば、音声信号等の比較的低周波の信号である場合は、オペアンプ等で構成されるラインコンバータが利用可能である。
また、数ＭＨｚ以上の高周波の信号である場合は、マッチングトランスやシュペルトップバラン等のバランが利用可能である。
【００２７】
不平衡・平衡変換部３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃの出力端子はバラクタ２０３ａ、２０３ｂ及び２０３ｃに接続され、それぞれダイポールアンテナ１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃの給電点に接続される。バラクタ２０３ａ、２０３ｂ及び２０３ｃとダイポールアンテナ１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃについては前述の第一の実施形態と同様であるので、詳細は割愛する。
バラクタ２０３ａ、２０３ｂ及び２０３ｃはそれぞれ、第一バラクタ、第二バラクタ、第三バラクタともいえる。
【００２８】
図３を見て判るように、本発明の第二の実施形態のＭＩＭＯ送信機３０１は、第一の実施形態の送信機１０９をＭＩＭＯ変調部３０３の出力の数に応じて複数並べた構成であり、第一の実施形態の送信機１０９の応用である。
前述の通り、本実施形態のＭＩＭＯ送信機３０１においても、搬送波発振器、変調回路、そして高周波増幅回路が存在しない。このことは、ＭＩＭＯ無線技術を実施する際に極めて有効である。つまり、本実施形態のＭＩＭＯ送信機３０１は、ＭＩＭＯのチャンネル数の搬送波発振器、変調回路及び高周波増幅回路を用意する必要がない、ということを意味する。
【００２９】
現在、ＭＩＭＯ無線技術においては、無線ＬＡＮの実用化が進められている。周知のように、無線ＬＡＮは２ＧＨｚ以上の極超短波を使用する。極超短波の回路設計はプリント基板の浮遊容量等を考慮しなければならず、また増幅回路に使用する能動素子も高価になりがちである。一般的に、極超短波の回路は設計が困難で、部品コストが高い。
本実施形態のＭＩＭＯ送信機３０１は、このような回路設計を必要とせず、高価な回路素子も不要であるので、極めて低コストのＭＩＭＯ通信システムを実現することができる。
【００３０】
図４は、本発明の第二の実施形態の無線通信システムに用いられるＭＩＭＯ受信機の概略図である。
ＭＩＭＯ受信機４０１は、第一の実施形態の受信機１１３を代替する。
ＭＩＭＯ受信機４０１は、図３のＭＩＭＯ送信機３０１に対応する受信機である。ＭＩＭＯ受信機４０１は、ＭＩＭＯ送信機３０１に設けられているダイポールアンテナ１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃの数に対応する、第一受信機４０２、第二受信機４０３及び第三受信機４０４と、ＭＩＭＯ復調部４０５よりなる。
第一受信機４０２、第二受信機４０３及び第三受信機４０４は、それぞれ受信アンテナ４０６、４０７及び４０８を通じてＭＩＭＯ送信機３０１の電波を受信して、ＭＩＭＯストリームを復調する。ＭＩＭＯ復調部４０５はＭＩＭＯストリームを受けて、元のデジタルデータストリーム３０２を復調する。
受信アンテナ４０６、４０７及び４０８はそれぞれ、第一アンテナ、第二アンテナ及び第三アンテナともいえる。
【００３１】
［双方向通信］
図５は、本発明の第三の実施形態である、無線通信システムの全体構成図である。
無線通信システム５０１は、情報処理装置であるパソコンが二つ存在し、このパソコンが相互にデータ通信を実施するために、第一の実施形態の送信機１０９が二つ（第一送信機５０３及び第二送信機５０６）、受信機１１３も二つ（第一受信機５０４及び第二受信機５０７）設けられており、それぞれパソコンに接続されている。
第一パソコン５０２には、第一送信機５０３と第一受信機５０４が接続されている。第一パソコン５０２が出力するデジタルデータストリームは第一送信機５０３によって無線送信される。
第二パソコン５０５には、第二送信機５０６と第二受信機５０７が接続されている。第二パソコン５０５が出力するデジタルデータストリームは第二送信機５０６によって無線送信される。
第一受信機５０４は、第二送信機５０６が送信する電波を受信し、電波から第二パソコン５０５が出力するデジタルデータストリームを復調して第一パソコン５０２に供給する。
第二受信機５０７は、第一送信機５０３が送信する電波を受信し、電波から第一パソコン５０２が出力するデジタルデータストリームを復調して第二パソコン５０５に供給する。
第一送信機５０３と第二送信機５０６の構成は同一であり、第一受信機５０４と第二受信機５０７の構成も同一である。
【００３２】
第一送信機５０３及び第二送信機５０６に備わっている信号処理部５０８は、パソコンと共に第一の実施形態の送信機１０９の信号源１１０に対応する。信号処理部５０８は、パソコンが出力するデジタルデータストリームを、インピーダンス制御部１１１に対する制御信号に変換する。
すなわち、第一パソコン５０２と第一送信機５０３の信号処理部５０８は、第一信号源としての役割を果たし、第二パソコン５０５と第二送信機５０６の信号処理部５０８は、第二信号源としての役割を果たしている。
【００３３】
第一送信機５０３は、ワイヤレス送電装置１０２の近傍の、ワイヤレス送電装置１０２から生じる漏れ電磁波１０８の及ぶ範囲に設置される。
第二送信機５０６は、ワイヤレス受電装置１０６の近傍の、ワイヤレス送電装置１０２から生じる漏れ電磁波５１１の及ぶ範囲に設置される。
つまり、ワイヤレス受電装置１０６の近傍にも、ワイヤレス送電装置１０２から生じる漏れ電磁波５１１が得られるので、この漏れ電磁波５１１を用いる送信機を設けることができる。このようにワイヤレス受電装置１０６の近傍にも第二送信機５０６と第二受信機５０７を設置することで、ワイヤレス送電装置１０２とワイヤレス受電装置１０６との間で、双方向無線通信を実現できる。
パソコンに双方向無線通信が実現できるので、ワイヤレス送電装置１０２と受信機１１３を組み合わせることで、周知のモデムを構成することができる。
【００３４】
［反射器の制御］
図６は、本発明の第四の実施形態である無線通信システムの、送信機に用いられるアンテナの外観斜視図である。
図７は、本発明の第四の実施形態である無線通信システムの全体構成図である。なお、紙面の都合上、ワイヤレス送電装置１０２とワイヤレス受電装置１０６の記載を省略している。
無線通信システム７０１は、第三の実施形態の無線通信システム５０１と同様の、双方向無線通信を実現するシステムである。
本実施形態の無線通信システム７０１と第三の実施形態の無線通信システム５０１との最大の相違点は、第一送信機７０２に備わっている送信アンテナ６０１の構成と、第二受信機７０８から第二送信機７０９に出力される信号線の存在である。
【００３５】
先ず、図６を参照して、送信アンテナ６０１の全体構成を説明する。
送信アンテナ６０１は、ダイポールアンテナ１１２に相当する前エレメント６０２ａ及び６０２ｂと、反射器を構成する第一反射エレメント６０３ａ及び６０３ｂと、第一反射エレメント６０３ａ及び６０３ｂに対して水平方向に傾斜角度を伴って設けられている第二反射エレメント６０４ａ及び６０４ｂと、これらエレメントを支持する支持体６０５で構成されている。
この送信アンテナ６０１は、いわば変形２エレメントアンテナともいえる。
【００３６】
次に、図７を参照して、本発明の第四の実施形態の無線通信システム７０１の構成について説明する。
第一送信機７０２を構成する送信アンテナ６０１の、前エレメント６０２ａ及び６０２ｂは送信部７０３に接続されている。送信部７０３は第三の実施形態の信号処理部５０８及びインピーダンス制御部１１１に相当する。
第二受信機７０８に対して、前エレメント６０２ａ及び６０２ｂの後側には、第一反射エレメント６０３ａ及び６０３ｂと第二反射エレメント６０４ａ及び６０４ｂが設けられている。
第一反射エレメント６０３ａ及び６０３ｂの、ダイポールアンテナの給電端に相当する端部には、第一スイッチ７０４が接続されている。
第二反射エレメント６０４ａ及び６０４ｂの、ダイポールアンテナの給電端に相当する端部には、第二スイッチ７０５が接続されている。
第一スイッチ７０４はＮＯＴゲート７０６を介して第一受信機７０７に接続され、第二スイッチ７０５は直接、第一受信機７０７に接続される。
このため、第一スイッチ７０４と第二スイッチ７０５は、第一受信機７０７が出力するスイッチ切替制御信号によって互いに排他的にオン・オフ制御されることになる。
【００３７】
第一送信機７０２の送信部７０３は、通常のデータ通信の合間（インターバル）に電界強度データを計測するための指標信号を第二受信機７０８へ送信する。
第二受信機７０８は、受信アンテナ５１０を通じて第一送信機７０２が発する指標信号が搬送された電波を受信する。第二受信機７０８は指標信号を解釈すると、受信した電波の電界強度を内部で数値化し、電界強度データを第二送信機７０９の送信部７１０に送出する。
第二送信機７０９は、この電界強度データを第一受信機７０７へ送信する。
【００３８】
第一受信機７０７は受信アンテナ５０９を通じて第二送信機７０９から受信した電波から電界強度データを復調した後、その電界強度データを内部の図示しないＲＡＭに一時記憶した後、スイッチ切替制御信号を出力する。
スイッチ切替制御信号は、ＮＯＴゲート７０６を介して第一スイッチ７０４に送られると共に、ＮＯＴゲート７０６を介することなく直接第二スイッチ７０５に送られるので、第一スイッチ７０４と第二スイッチ７０５は排他的に切替制御される。
第一送信機７０２の送信部７０３は、この状態で再度電界強度データを計測するための指標信号を第二受信機７０８へ送信する。
第二受信機７０８は、第一送信機７０２が発する指標信号が搬送された電波を受信して、指標信号を解釈すると、受信した電波の電界強度を内部で数値化し、電界強度データを再度、第二送信機７０９に送出する。
第二送信機７０９は、この電界強度データを第一受信機７０７へ送信する。
【００３９】
第一受信機７０７は第二送信機７０９から受信した電界強度データを内部の図示しないＲＡＭに一時記憶した後、前回の電界強度データと比較して、電界強度データが強い方のスイッチ切替制御信号の状態を保持して、スイッチ切替制御信号を出力する。
こうして、第一反射エレメント６０３ａ及び６０３ｂと第二反射エレメント６０４ａ及び６０４ｂのうち、電界強度が強く得られる方の反射エレメントが選択され、安定度の高い無線通信を実現できる。
【００４０】
本実施形態は以下のような応用例が可能である。
（１）第一乃至第三の実施形態では、送信機に使用するアンテナにダイポールアンテナを用いていたが、周知のグランドプレーン、ループアンテナ、ヘンテナ、八木宇田アンテナ、位相差給電アンテナ、板状アンテナ、パラボラアンテナ等、アンテナであればその種類は問わない。
【００４１】
（２）第二の実施形態のＭＩＭＯ送信機３０１に用いるアンテナに、第四の実施形態の送信アンテナ６０１を適用することもできる。
【００４２】
本発明の第一から第四の実施形態では、無線通信システムを開示した。
これらの無線通信システムでは、アンテナにバラクタ２０３を並列接続し、バラクタ２０３の静電容量を信号で変化させる。そして、ワイヤレス送電装置１０２から漏れる漏れ電磁波１０８を利用して、アンテナのインピーダンスを信号で変化させることで、漏れ電磁波１０８に変調を加える。これだけの構成で、漏れ電磁波１０８にＰＭ変調とＡＭ変調が施されるので、極めて簡素な構成でワイヤレス給電設備に併設する無線通信システムを実現することができる。
【００４３】
また、本発明は第二の実施形態で判るように、少ない部品点数でＭＩＭＯ送信機を容易に実現できる。
更に、本発明は第三の実施形態で判るように、ワイヤレス給電設備のワイヤレス送電装置側とワイヤレス受電装置側とで双方向の無線通信システムを構築することができる。
更に、本発明は第四の実施形態で判るように、第三の実施形態で開示した双方向の無線通信システムの、送信機のアンテナにスイッチで切替制御されるリフレクタを設けることで、変化する通信状態に対して最適な電波伝搬環境を提供するので、安定した無線通信を実現することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
【符号の説明】
【００４５】
１０１…無線通信システム、１０２…ワイヤレス送電装置、１０３…電力源、１０４…送電コイル、１０５…電力伝送電磁波、１０６…ワイヤレス受電装置、１０７…負荷、１０８…電磁波、１０９…無線送信機、１１０…信号源、１１１…インピーダンス制御部、１１２…ダイポールアンテナ、１１３…受信機、１１４…アンテナ、２０１…直流バイアス電圧源、２０２…伝送ケーブル、２０３…バラクタ、２０４…デジタル信号源、３０１…ＭＩＭＯ送信機、３０２…デジタルデータストリーム、３０３…ＭＩＭＯ変調部、４０１…ＭＩＭＯ受信機、４０２…第一受信機、４０３…第二受信機、４０４…第三受信機、４０５…ＭＩＭＯ復調部、４０６…受信アンテナ、５０１…無線通信システム、５０２…第一パソコン、５０３…第一送信機、５０４…第一受信機、５０５…第二パソコン、５０６…第二送信機、５０７…第二受信機、５０８…信号処理部、５０９…受信アンテナ、５１０…受信アンテナ、５１１…電磁波、６０１…送信アンテナ、６０２ａ、６０２ｂ…前エレメント、６０３ａ、６０３ｂ…第一反射エレメント、６０４ａ、６０４ｂ…第二反射エレメント、６０５…支持体、７０１…無線通信システム、７０２…第一送信機、７０３…送信部、７０４…第一スイッチ、７０５…第二スイッチ、７０６…ＮＯＴゲート、７０７…第一受信機、７０８…第二受信機、７０９…第二送信機、７１０…送信部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム及び無線送信機に関する。
より詳細には、ワイヤレス送電装置が発する電力伝送電磁波を用いる、無線通信システム及び、これに使用する無線送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電線を使わずに高い指向性の電磁波を用いて電力を伝送する、ワイヤレス給電の研究開発が多く見受けられる。とりわけ、携帯電話（携帯型無線端末）向けのワイヤレス給電に関しては業界団体も設立され、実用化される製品がまもなく市場に現れる段階に至っている。
ワイヤレス給電は、携帯型無線端末のような小型電子機器を対象にするだけに留まらない。より大型の負荷も対象に、強い電力を伝送するための技術開発が進められている。更に、ワイヤレス給電の技術は、大電力を効率良く伝送するだけに留まらず、より遠くの対象物に電力を供給する技術も研究されている。
ワイヤレス給電は、人工衛星から地上へ電力を伝送する手段として、或は災害時の電力網が壊滅的打撃を被った時における非常用電力伝送手段として等の様々な応用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３９７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
地震等の災害発生時に、災害地へワイヤレス給電を行う状況を考える。ライフラインは寸断されているので、災害地に電力を送る必要が生じる。この時、送電する電力は大きいに越したことはないが、先ずは被災地にいる市民に対し、家族や勤務先等との連絡ができるようにする必要がある。つまり、通信手段に必要な電力が求められる。冷蔵庫や電子レンジ等の一般的な家電製品ではなく、非常用通信手段を稼働させることのできる、必要最低限の電力である。
ライフラインの寸断とは、電力供給手段の寸断であると共に、通信手段の寸断をも包含する。つまり、ワイヤレス給電と共に無線通信も同時に実現できることが好ましい。
【０００５】
そこで、ワイヤレス送電装置に無線通信のための機能を付加することを考える。ところが、これまで周知の無線通信技術は、搬送波に変調を与える技術である。搬送波にＡＭやＦＭ等の変調を与えて、得られた高周波信号を増幅する。これが従来の無線送信機の技術である。
ところが、搬送波に変調を加えることで、電力伝送効率は著しく低下する。更に、極めて強力なワイヤレス給電の電力を扱える、高周波増幅を行う能動素子を用意することは極めて困難である。つまり、ワイヤレス給電と従来の無線通信技術は、全くと言っていい程相容れない技術である。
【０００６】
上記のような要求に対し、従来技術は例えば特許文献１に示されるように、ワイヤレス給電に使用する周波数とは異なる周波数で、別途独立した無線送信機を設けて対応していた。しかし、この場合は受信機にＥＭＩ（Electromagnetic interference：電磁波障害）防御のための強力なフィルタを設けなければならない等の弊害が存在する。
【０００７】
本発明は係る課題を解決し、極めて簡素な部品構成で、ワイヤレス給電設備に無線通信の機能を追加することができる、新しい概念の無線通信システム及びこれに使用する無線送信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の無線通信システムは、電磁波発生装置と、信号を生成する信号源と、信号によって静電容量が変化されるバラクタと、バラクタが給電点に接続され、電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、信号によって変調された電波を発するアンテナと、アンテナから発せられる電波を受信して、電波から信号源が出力する信号を復調する受信機とよりなる。
【０００９】
本発明の無線通信システムでは、アンテナにバラクタを並列接続し、バラクタの静電容量を送信したい信号で変化させる。そして、電磁波発生装置が発生する電磁波を利用して、アンテナのインピーダンスを信号で変化させることで、電磁波に変調を加える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、極めて簡素な部品構成で、ワイヤレス給電設備に無線通信の機能を追加することができる、新しい概念の無線通信システム及びこれに使用する無線送信機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一の実施形態である、無線通信システムの概略図である。
【図２】本発明の第一の実施形態で用いられる送信機の回路図である。
【図３】本発明の第二の実施形態で用いられる、ＭＩＭＯ送信機の概略図である。
【図４】本発明の第二の実施形態で用いられる、ＭＩＭＯ受信機の概略図である。
【図５】本発明の第三の実施形態である、無線通信システムの全体構成図である。
【図６】本発明の第四の実施形態である無線通信システムの送信機に用いられるアンテナの外観斜視図である。
【図７】本発明の第四の実施形態である無線通信システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［基本構成］
図１は、本発明の第一の実施形態である、無線通信システムの概略図である。
無線通信システム１０１は、電磁波発生装置ともいえるワイヤレス送電装置１０２と、ワイヤレス送電装置１０２の近傍に設けられる送信機１０９と、アンテナ１１４を伴う受信機１１３で構成される。ワイヤレス受電装置１０６は、厳密には無線通信システム１０１と直接的には関係しないが、ワイヤレス送電装置１０２に対応して設けられている。
ワイヤレス送電装置１０２は、高周波の電磁波を発生する。
電力源１０３は、高周波の交流電力を発生する。送電コイル１０４は電力源１０３から交流電流が流れることで、電力伝送電磁波１０５を発生する。電力伝送電磁波１０５の指向性を高めるため、電力源１０３が発生する交流電圧の周波数は高い方が良く、例えば１ＧＨｚ以上であることが望ましい。
【００１３】
ワイヤレス受電装置１０６は、ワイヤレス送電装置１０２が発する電磁波を受けて、電力に変換する装置であり、その実体は様々である。すなわち、電磁誘導方式であればコイルであり、電磁共振方式であればコイルとコンデンサの共振回路であり、或は電磁波がマイクロ波であれば周知のレクテナも利用可能である。
ワイヤレス受電装置１０６には、様々な負荷１０７が接続される。
【００１４】
ワイヤレス送電装置１０２が発する電磁波は、どんなに周波数を高くして指向性を高めたとしても、送電コイル１０４の周囲には電磁波の漏れが発生してしまう。これ以降、ワイヤレス受電装置１０６に到達しない、この電磁波の漏れ成分を漏れ電磁波１０８と呼ぶ。
【００１５】
送信機１０９は、信号源１１０とインピーダンス制御部１１１と、インピーダンス制御部１１１に接続されるダイポールアンテナ１１２よりなる。ダイポールアンテナ１１２はワイヤレス送電装置１０２から生じる漏れ電磁波１０８の及ぶ範囲に設置される。
信号源１１０から信号が発生すると、インピーダンス制御部１１１のインピーダンスが変化する。すると、ダイポールアンテナ１１２は漏れ電磁波１０８を変調する。したがって、ダイポールアンテナ１１２から信号源１１０の信号によって変調された電磁波、つまり電波が発生する。
受信機１１３は、この電波をアンテナ１１４で受信し、復調して、信号源１１０が発した信号を得る。
【００１６】
図２（ａ）及び（ｂ）は、送信機１０９の回路図である。
図２（ａ）は信号源１１０が交流信号である場合の、送信機１０９の回路図である。
信号源１１０から発生される交流信号はゼロボルトを中心に、正負両方向に電圧が変化する。
信号源１１０には直流バイアス電圧源２０１が直列接続されており、結果的に信号源１１０は脈流を発生する。
脈流は伝送ケーブル２０２を通じてバラクタ２０３に印加される。
【００１７】
このバラクタ２０３は、ダイポールアンテナ１１２の給電部の両端に接続されている。
周知のように、可変容量ダイオード或はバリキャップとも呼ばれるバラクタ２０３は、負方向に電圧を印加すると静電容量が変化する。
バラクタ２０３には前述の通り、脈流が印加されるので、バラクタ２０３の静電容量は脈流によって変化する。
つまり、ダイポールアンテナ１１２の共振周波数が、脈流によって変化することとなる。
【００１８】
ダイポールアンテナ１１２を構成するアンテナ導体の（差動）入力インピーダンスをＺ１、バラクタ２０３の容量をＣとすると、アンテナとバラクタ２０３の合成入力インピーダンスＺは概ね以下の式で表される。
【００１９】
【数１】
【００２０】
上記式の、インピーダンスの虚部を、無信号時にはゼロになるようにアンテナの長さを調節する。そして、例えば正弦波の低周波信号を印加すると、インピーダンスの虚部が正弦波信号によって正負に変化する。すると、位相φも正負に振れる。したがって、アンテナに与えられる電磁波によってアンテナに生じる誘起電流によって励起される散乱波の位相も入力信号によって変調されることとなり、位相変調（ＰＭ変調）された散乱波がアンテナから発せられることとなる。
また、入力インピーダンスの実部も変調されるので、散乱波は同じ信号によって振幅変調（ＡＭ変調）もされる。
インピーダンスの虚部をゼロに調節するということは、周知のアンテナの定在波比（ＳＷＲ：Standing Wave Ratio）を極小にする調節である。
【００２１】
図２（ｂ）は信号源１１０がデジタル矩形波信号である場合の、送信機１０９の回路図である。
デジタル信号源２０４が発生する矩形波の交流信号は、ゼロボルトと所定の正方向の電圧との二値で変化する。
このような信号の場合、負方向に電圧が現れないので、図２（ａ）に示される直流バイアス電圧源２０１を省略することが可能である。
【００２２】
図２（ａ）及び（ｂ）の回路図を見て判るように、本実施形態の送信機１０９は、従来の無線送信機とはその構成が大幅に異なる。
先ず、搬送波を発生する搬送波発振器が存在しない。
次に、搬送波を変調する変調回路が存在しない。
そして、変調された搬送波を増幅する高周波増幅回路が存在しない。
つまり、従来の無線送信機に必須であったこれら構成要素を全く必要としない。
その代わり、アンテナにバラクタ２０３を並列接続し、バラクタ２０３の静電容量を信号で変化させているだけである。そして、搬送波発振器の代わりに、ワイヤレス送電装置１０２から漏れる漏れ電磁波１０８を利用して、アンテナのインピーダンスを信号で変化させることで、漏れ電磁波１０８に変調を加えている。これだけの構成で、漏れ電磁波１０８にＰＭ変調とＡＭ変調が施されるのである。
【００２３】
本実施形態の送信機１０９は、便宜上「送信機」と名付けているが、その構成は能動的に電磁波を発生していない。信号によってインピーダンスが変化するアンテナを介在させて、漏れ電磁波１０８に変調を加えているのみである。更に、本実施形態の送信機１０９では、アンテナのインピーダンスの変化に伴い、アンテナの指向性も変化するので、送信機１０９は漏れ電磁波１０８を散乱させているともいえる。
【００２４】
以上の説明で判るように、送信機１０９によって漏れ電磁波１０８にＰＭ変調とＡＭ変調が施されるので、受信機１１３は一般的なＰＭ又はＦＭの受信機であるか、或はＡＭ受信機であればよい。
【００２５】
［ＭＩＭＯ送信］
図３は、本発明の第二の実施形態である、無線通信システムに用いられる送信機の概略図である。
ＭＩＭＯ送信機３０１は、第一の実施形態の送信機１０９を代替する。
ＭＩＭＯ送信機３０１は、周知のＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）無線技術にてデータを無線送信する。
デジタルデータストリーム３０２は、シリアルのデータの流れである。その実体はコンピュータが扱うデータファイルであったり、Ａ／Ｄ変換された音声データや動画データ等、様々である。
ＭＩＭＯ変調部３０３は、デジタルデータストリーム３０２にＭＩＭＯ変調を行う。ＭＩＭＯ変調部３０３によって、デジタルデータストリーム３０２はスペクトラム拡散されて単位時間当たりのビットレートが低減された複数のＭＩＭＯストリームに変換される。図３では、三種類のＭＩＭＯストリームが生成される。
ＭＩＭＯ変調部３０３は、例えばＡＳＩＣ等の集積回路で構成される。
【００２６】
ＭＩＭＯ変調部３０３から出力されるＭＩＭＯストリームは、そのままでは不平衡の信号である。不平衡・平衡変換部３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃは、不平衡の信号であるＭＩＭＯストリームを、平衡の信号に変換する。不平衡・平衡変換部３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃは、ＭＩＭＯストリームの周波数に応じて適切な回路を構成することができる。
例えば、音声信号等の比較的低周波の信号である場合は、オペアンプ等で構成されるラインコンバータが利用可能である。
また、数ＭＨｚ以上の高周波の信号である場合は、マッチングトランスやシュペルトップバラン等のバランが利用可能である。
【００２７】
不平衡・平衡変換部３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃの出力端子はバラクタ２０３ａ、２０３ｂ及び２０３ｃに接続され、それぞれダイポールアンテナ１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃの給電点に接続される。バラクタ２０３ａ、２０３ｂ及び２０３ｃとダイポールアンテナ１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃについては前述の第一の実施形態と同様であるので、詳細は割愛する。
バラクタ２０３ａ、２０３ｂ及び２０３ｃはそれぞれ、第一バラクタ、第二バラクタ、第三バラクタともいえる。
【００２８】
図３を見て判るように、本発明の第二の実施形態のＭＩＭＯ送信機３０１は、第一の実施形態の送信機１０９をＭＩＭＯ変調部３０３の出力の数に応じて複数並べた構成であり、第一の実施形態の送信機１０９の応用である。
前述の通り、本実施形態のＭＩＭＯ送信機３０１においても、搬送波発振器、変調回路、そして高周波増幅回路が存在しない。このことは、ＭＩＭＯ無線技術を実施する際に極めて有効である。つまり、本実施形態のＭＩＭＯ送信機３０１は、ＭＩＭＯのチャンネル数の搬送波発振器、変調回路及び高周波増幅回路を用意する必要がない、ということを意味する。
【００２９】
現在、ＭＩＭＯ無線技術においては、無線ＬＡＮの実用化が進められている。周知のように、無線ＬＡＮは２ＧＨｚ以上の極超短波を使用する。極超短波の回路設計はプリント基板の浮遊容量等を考慮しなければならず、また増幅回路に使用する能動素子も高価になりがちである。一般的に、極超短波の回路は設計が困難で、部品コストが高い。
本実施形態のＭＩＭＯ送信機３０１は、このような回路設計を必要とせず、高価な回路素子も不要であるので、極めて低コストのＭＩＭＯ通信システムを実現することができる。
【００３０】
図４は、本発明の第二の実施形態の無線通信システムに用いられるＭＩＭＯ受信機の概略図である。
ＭＩＭＯ受信機４０１は、第一の実施形態の受信機１１３を代替する。
ＭＩＭＯ受信機４０１は、図３のＭＩＭＯ送信機３０１に対応する受信機である。ＭＩＭＯ受信機４０１は、ＭＩＭＯ送信機３０１に設けられているダイポールアンテナ１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃの数に対応する、第一受信機４０２、第二受信機４０３及び第三受信機４０４と、ＭＩＭＯ復調部４０５よりなる。
第一受信機４０２、第二受信機４０３及び第三受信機４０４は、それぞれ受信アンテナ４０６、４０７及び４０８を通じてＭＩＭＯ送信機３０１の電波を受信して、ＭＩＭＯストリームを復調する。ＭＩＭＯ復調部４０５はＭＩＭＯストリームを受けて、元のデジタルデータストリーム３０２を復調する。
受信アンテナ４０６、４０７及び４０８はそれぞれ、第一アンテナ、第二アンテナ及び第三アンテナともいえる。
【００３１】
［双方向通信］
図５は、本発明の第三の実施形態である、無線通信システムの全体構成図である。
無線通信システム５０１は、情報処理装置であるパソコンが二つ存在し、このパソコンが相互にデータ通信を実施するために、第一の実施形態の送信機１０９が二つ（第一送信機５０３及び第二送信機５０６）、受信機１１３も二つ（第一受信機５０４及び第二受信機５０７）設けられており、それぞれパソコンに接続されている。
第一パソコン５０２には、第一送信機５０３と第一受信機５０４が接続されている。第一パソコン５０２が出力するデジタルデータストリームは第一送信機５０３によって無線送信される。
第二パソコン５０５には、第二送信機５０６と第二受信機５０７が接続されている。第二パソコン５０５が出力するデジタルデータストリームは第二送信機５０６によって無線送信される。
第一受信機５０４は、第二送信機５０６が送信する電波を受信し、電波から第二パソコン５０５が出力するデジタルデータストリームを復調して第一パソコン５０２に供給する。
第二受信機５０７は、第一送信機５０３が送信する電波を受信し、電波から第一パソコン５０２が出力するデジタルデータストリームを復調して第二パソコン５０５に供給する。
第一送信機５０３と第二送信機５０６の構成は同一であり、第一受信機５０４と第二受信機５０７の構成も同一である。
【００３２】
第一送信機５０３及び第二送信機５０６に備わっている信号処理部５０８は、パソコンと共に第一の実施形態の送信機１０９の信号源１１０に対応する。信号処理部５０８は、パソコンが出力するデジタルデータストリームを、インピーダンス制御部１１１に対する制御信号に変換する。
すなわち、第一パソコン５０２と第一送信機５０３の信号処理部５０８は、第一信号源としての役割を果たし、第二パソコン５０５と第二送信機５０６の信号処理部５０８は、第二信号源としての役割を果たしている。
【００３３】
第一送信機５０３は、ワイヤレス送電装置１０２の近傍の、ワイヤレス送電装置１０２から生じる漏れ電磁波１０８の及ぶ範囲に設置される。
第二送信機５０６は、ワイヤレス受電装置１０６の近傍の、ワイヤレス送電装置１０２から生じる漏れ電磁波５１１の及ぶ範囲に設置される。
つまり、ワイヤレス受電装置１０６の近傍にも、ワイヤレス送電装置１０２から生じる漏れ電磁波５１１が得られるので、この漏れ電磁波５１１を用いる送信機を設けることができる。このようにワイヤレス受電装置１０６の近傍にも第二送信機５０６と第二受信機５０７を設置することで、ワイヤレス送電装置１０２とワイヤレス受電装置１０６との間で、双方向無線通信を実現できる。
パソコンに双方向無線通信が実現できるので、ワイヤレス送電装置１０２と受信機１１３を組み合わせることで、周知のモデムを構成することができる。
【００３４】
［反射器の制御］
図６は、本発明の第四の実施形態である無線通信システムの、送信機に用いられるアンテナの外観斜視図である。
図７は、本発明の第四の実施形態である無線通信システムの全体構成図である。なお、紙面の都合上、ワイヤレス送電装置１０２とワイヤレス受電装置１０６の記載を省略している。
無線通信システム７０１は、第三の実施形態の無線通信システム５０１と同様の、双方向無線通信を実現するシステムである。
本実施形態の無線通信システム７０１と第三の実施形態の無線通信システム５０１との最大の相違点は、第一送信機７０２に備わっている送信アンテナ６０１の構成と、第二受信機７０８から第二送信機７０９に出力される信号線の存在である。
【００３５】
先ず、図６を参照して、送信アンテナ６０１の全体構成を説明する。
送信アンテナ６０１は、ダイポールアンテナ１１２に相当する前エレメント６０２ａ及び６０２ｂと、反射器を構成する第一反射エレメント６０３ａ及び６０３ｂと、第一反射エレメント６０３ａ及び６０３ｂに対して水平方向に傾斜角度を伴って設けられている第二反射エレメント６０４ａ及び６０４ｂと、これらエレメントを支持する支持体６０５で構成されている。
この送信アンテナ６０１は、いわば変形２エレメントアンテナともいえる。
【００３６】
次に、図７を参照して、本発明の第四の実施形態の無線通信システム７０１の構成について説明する。
第一送信機７０２を構成する送信アンテナ６０１の、前エレメント６０２ａ及び６０２ｂは送信部７０３に接続されている。送信部７０３は第三の実施形態の信号処理部５０８及びインピーダンス制御部１１１に相当する。
第二受信機７０８に対して、前エレメント６０２ａ及び６０２ｂの後側には、第一反射エレメント６０３ａ及び６０３ｂと第二反射エレメント６０４ａ及び６０４ｂが設けられている。
第一反射エレメント６０３ａ及び６０３ｂの、ダイポールアンテナの給電端に相当する端部には、第一スイッチ７０４が接続されている。
第二反射エレメント６０４ａ及び６０４ｂの、ダイポールアンテナの給電端に相当する端部には、第二スイッチ７０５が接続されている。
第一スイッチ７０４はＮＯＴゲート７０６を介して第一受信機７０７に接続され、第二スイッチ７０５は直接、第一受信機７０７に接続される。
このため、第一スイッチ７０４と第二スイッチ７０５は、第一受信機７０７が出力するスイッチ切替制御信号によって互いに排他的にオン・オフ制御されることになる。
【００３７】
第一送信機７０２の送信部７０３は、通常のデータ通信の合間（インターバル）に電界強度データを計測するための指標信号を第二受信機７０８へ送信する。
第二受信機７０８は、受信アンテナ５１０を通じて第一送信機７０２が発する指標信号が搬送された電波を受信する。第二受信機７０８は指標信号を解釈すると、受信した電波の電界強度を内部で数値化し、電界強度データを第二送信機７０９の送信部７１０に送出する。
第二送信機７０９は、この電界強度データを第一受信機７０７へ送信する。
【００３８】
第一受信機７０７は受信アンテナ５０９を通じて第二送信機７０９から受信した電波から電界強度データを復調した後、その電界強度データを内部の図示しないＲＡＭに一時記憶した後、スイッチ切替制御信号を出力する。
スイッチ切替制御信号は、ＮＯＴゲート７０６を介して第一スイッチ７０４に送られると共に、ＮＯＴゲート７０６を介することなく直接第二スイッチ７０５に送られるので、第一スイッチ７０４と第二スイッチ７０５は排他的に切替制御される。
第一送信機７０２の送信部７０３は、この状態で再度電界強度データを計測するための指標信号を第二受信機７０８へ送信する。
第二受信機７０８は、第一送信機７０２が発する指標信号が搬送された電波を受信して、指標信号を解釈すると、受信した電波の電界強度を内部で数値化し、電界強度データを再度、第二送信機７０９に送出する。
第二送信機７０９は、この電界強度データを第一受信機７０７へ送信する。
【００３９】
第一受信機７０７は第二送信機７０９から受信した電界強度データを内部の図示しないＲＡＭに一時記憶した後、前回の電界強度データと比較して、電界強度データが強い方のスイッチ切替制御信号の状態を保持して、スイッチ切替制御信号を出力する。
こうして、第一反射エレメント６０３ａ及び６０３ｂと第二反射エレメント６０４ａ及び６０４ｂのうち、電界強度が強く得られる方の反射エレメントが選択され、安定度の高い無線通信を実現できる。
【００４０】
本実施形態は以下のような応用例が可能である。
（１）第一乃至第三の実施形態では、送信機に使用するアンテナにダイポールアンテナを用いていたが、周知のグランドプレーン、ループアンテナ、ヘンテナ、八木宇田アンテナ、位相差給電アンテナ、板状アンテナ、パラボラアンテナ等、アンテナであればその種類は問わない。
【００４１】
（２）第二の実施形態のＭＩＭＯ送信機３０１に用いるアンテナに、第四の実施形態の送信アンテナ６０１を適用することもできる。
【００４２】
本発明の第一から第四の実施形態では、無線通信システムを開示した。
これらの無線通信システムでは、アンテナにバラクタ２０３を並列接続し、バラクタ２０３の静電容量を信号で変化させる。そして、ワイヤレス送電装置１０２から漏れる漏れ電磁波１０８を利用して、アンテナのインピーダンスを信号で変化させることで、漏れ電磁波１０８に変調を加える。これだけの構成で、漏れ電磁波１０８にＰＭ変調とＡＭ変調が施されるので、極めて簡素な構成でワイヤレス給電設備に併設する無線通信システムを実現することができる。
【００４３】
また、本発明は第二の実施形態で判るように、少ない部品点数でＭＩＭＯ送信機を容易に実現できる。
更に、本発明は第三の実施形態で判るように、ワイヤレス給電設備のワイヤレス送電装置側とワイヤレス受電装置側とで双方向の無線通信システムを構築することができる。
更に、本発明は第四の実施形態で判るように、第三の実施形態で開示した双方向の無線通信システムの、送信機のアンテナにスイッチで切替制御されるリフレクタを設けることで、変化する通信状態に対して最適な電波伝搬環境を提供するので、安定した無線通信を実現することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
【符号の説明】
【００４５】
１０１…無線通信システム、１０２…ワイヤレス送電装置、１０３…電力源、１０４…送電コイル、１０５…電力伝送電磁波、１０６…ワイヤレス受電装置、１０７…負荷、１０８…電磁波、１０９…無線送信機、１１０…信号源、１１１…インピーダンス制御部、１１２…ダイポールアンテナ、１１３…受信機、１１４…アンテナ、２０１…直流バイアス電圧源、２０２…伝送ケーブル、２０３…バラクタ、２０４…デジタル信号源、３０１…ＭＩＭＯ送信機、３０２…デジタルデータストリーム、３０３…ＭＩＭＯ変調部、４０１…ＭＩＭＯ受信機、４０２…第一受信機、４０３…第二受信機、４０４…第三受信機、４０５…ＭＩＭＯ復調部、４０６…受信アンテナ、５０１…無線通信システム、５０２…第一パソコン、５０３…第一送信機、５０４…第一受信機、５０５…第二パソコン、５０６…第二送信機、５０７…第二受信機、５０８…信号処理部、５０９…受信アンテナ、５１０…受信アンテナ、５１１…電磁波、６０１…送信アンテナ、６０２ａ、６０２ｂ…前エレメント、６０３ａ、６０３ｂ…第一反射エレメント、６０４ａ、６０４ｂ…第二反射エレメント、６０５…支持体、７０１…無線通信システム、７０２…第一送信機、７０３…送信部、７０４…第一スイッチ、７０５…第二スイッチ、７０６…ＮＯＴゲート、７０７…第一受信機、７０８…第二受信機、７０９…第二送信機、７１０…送信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波発生装置と、
信号を生成する信号源と、
前記信号によって静電容量が変化されるバラクタと、
前記バラクタが給電点に接続され、前記電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記信号によって変調された電波を発するアンテナと、
前記アンテナから発せられる電波を受信して、前記電波から前記信号源が出力する前記信号を復調する受信機と
よりなる無線通信システム。
【請求項２】
前記電磁波発生装置はワイヤレス送電装置であり、
前記アンテナと前記バラクタと前記信号源は送信機を構成し、
前記送信機は前記ワイヤレス送電装置に併設され、
前記受信機は前記ワイヤレス送電装置が発生する前記電磁波を受けて電力を生成するワイヤレス受電装置に併設される、
請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
電磁波発生装置と、
デジタルデータストリームを第一のＭＩＭＯデータストリームと第二のＭＩＭＯデータストリームに変調するＭＩＭＯ変調部と、
前記ＭＩＭＯ変調部が出力する前記第一のＭＩＭＯデータストリームによって静電容量が制御される第一バラクタと、
前記第一バラクタが給電点に接続されて電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記第一のＭＩＭＯデータストリームによって変調された電波を発する第一アンテナと、
前記ＭＩＭＯ変調部が出力する前記第二のＭＩＭＯデータストリームによって静電容量が制御される第二バラクタと、
前記第二バラクタが給電点に接続されて前記電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記第二のＭＩＭＯデータストリームによって変調された電波を発する第二アンテナと、
前記第一アンテナが発する電波を受信して前記第一のＭＩＭＯデータストリームを復調する第一受信機と、
前記第二アンテナが発する電波を受信して前記第二のＭＩＭＯデータストリームを復調する第二受信機と、
前記第一受信機及び前記第二受信機に接続されて前記第一のＭＩＭＯデータストリームと前記第二のＭＩＭＯデータストリームから前記デジタルデータストリームを復調するＭＩＭＯ復調部と
よりなる無線通信システム。
【請求項４】
電磁波発生装置と、
第一の信号を生成する第一信号源と、
前記第一の信号によって静電容量が変化される第一バラクタと、
前記第一バラクタが給電点に接続され、前記電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記信号によって変調された第一の電波を発する第一アンテナと、
第二の信号を生成する第二信号源と、
前記第二の信号によって静電容量が変化される第二バラクタと、
前記第二バラクタが給電点に接続され、前記電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記信号によって変調された第二の電波を発する第二アンテナと、
前記第二の電波を受信して、前記第二の電波から前記第二信号源が出力する前記第二の信号を復調する第一受信機と、
前記第一の電波を受信して、前記第一の電波から前記第一信号源が出力する前記第一の信号を復調する第二受信機と
よりなる無線通信システム。
【請求項５】
信号を生成する信号源と、
前記信号によって静電容量が変化されるバラクタと、
前記バラクタが給電点に接続され、電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記信号によって変調された電波を発するアンテナと、
よりなる無線送信機。
【請求項６】
前記電磁波発生装置はワイヤレス送電装置であり、
前記アンテナは前記ワイヤレス送電装置に併設される、
請求項５記載の無線送信機。
【請求項７】
デジタルデータストリームを第一のＭＩＭＯデータストリームと第二のＭＩＭＯデータストリームに変調するＭＩＭＯ変調部と、
前記ＭＩＭＯ変調部が出力する前記第一のＭＩＭＯデータストリームによって静電容量が制御される第一バラクタと、
前記第一バラクタが給電点に接続されて電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記第一のＭＩＭＯデータストリームによって変調された電波を発する第一アンテナと、
前記ＭＩＭＯ変調部が出力する前記第二のＭＩＭＯデータストリームによって静電容量が制御される第二バラクタと、
前記第二バラクタが給電点に接続されて前記電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記第二のＭＩＭＯデータストリームによって変調された電波を発する第二アンテナと
よりなる無線送信機。
【請求項１】
電磁波発生装置と、
信号を生成する信号源と、
前記信号によって静電容量が変化されるバラクタと、
前記バラクタが給電点に接続され、前記電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記信号によって変調された電波を発するアンテナと、
前記アンテナから発せられる電波を受信して、前記電波から前記信号源が出力する前記信号を復調する受信機と
よりなる無線通信システム。
【請求項２】
前記電磁波発生装置はワイヤレス送電装置であり、
前記アンテナと前記バラクタと前記信号源は送信機を構成し、
前記送信機は前記ワイヤレス送電装置に併設され、
前記受信機は前記ワイヤレス送電装置が発生する前記電磁波を受けて電力を生成するワイヤレス受電装置に併設される、
請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
電磁波発生装置と、
デジタルデータストリームを第一のＭＩＭＯデータストリームと第二のＭＩＭＯデータストリームに変調するＭＩＭＯ変調部と、
前記ＭＩＭＯ変調部が出力する前記第一のＭＩＭＯデータストリームによって静電容量が制御される第一バラクタと、
前記第一バラクタが給電点に接続されて電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記第一のＭＩＭＯデータストリームによって変調された電波を発する第一アンテナと、
前記ＭＩＭＯ変調部が出力する前記第二のＭＩＭＯデータストリームによって静電容量が制御される第二バラクタと、
前記第二バラクタが給電点に接続されて前記電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記第二のＭＩＭＯデータストリームによって変調された電波を発する第二アンテナと、
前記第一アンテナが発する電波を受信して前記第一のＭＩＭＯデータストリームを復調する第一受信機と、
前記第二アンテナが発する電波を受信して前記第二のＭＩＭＯデータストリームを復調する第二受信機と、
前記第一受信機及び前記第二受信機に接続されて前記第一のＭＩＭＯデータストリームと前記第二のＭＩＭＯデータストリームから前記デジタルデータストリームを復調するＭＩＭＯ復調部と
よりなる無線通信システム。
【請求項４】
電磁波発生装置と、
第一の信号を生成する第一信号源と、
前記第一の信号によって静電容量が変化される第一バラクタと、
前記第一バラクタが給電点に接続され、前記電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記信号によって変調された第一の電波を発する第一アンテナと、
第二の信号を生成する第二信号源と、
前記第二の信号によって静電容量が変化される第二バラクタと、
前記第二バラクタが給電点に接続され、前記電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記信号によって変調された第二の電波を発する第二アンテナと、
前記第二の電波を受信して、前記第二の電波から前記第二信号源が出力する前記第二の信号を復調する第一受信機と、
前記第一の電波を受信して、前記第一の電波から前記第一信号源が出力する前記第一の信号を復調する第二受信機と
よりなる無線通信システム。
【請求項５】
信号を生成する信号源と、
前記信号によって静電容量が変化されるバラクタと、
前記バラクタが給電点に接続され、電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記信号によって変調された電波を発するアンテナと、
よりなる無線送信機。
【請求項６】
前記電磁波発生装置はワイヤレス送電装置であり、
前記アンテナは前記ワイヤレス送電装置に併設される、
請求項５記載の無線送信機。
【請求項７】
デジタルデータストリームを第一のＭＩＭＯデータストリームと第二のＭＩＭＯデータストリームに変調するＭＩＭＯ変調部と、
前記ＭＩＭＯ変調部が出力する前記第一のＭＩＭＯデータストリームによって静電容量が制御される第一バラクタと、
前記第一バラクタが給電点に接続されて電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記第一のＭＩＭＯデータストリームによって変調された電波を発する第一アンテナと、
前記ＭＩＭＯ変調部が出力する前記第二のＭＩＭＯデータストリームによって静電容量が制御される第二バラクタと、
前記第二バラクタが給電点に接続されて前記電磁波発生装置が発生する電磁波を受けて、前記第二のＭＩＭＯデータストリームによって変調された電波を発する第二アンテナと
よりなる無線送信機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−９５１５５（Ｐ２０１２−９５１５５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４１５３３（Ｐ２０１０−２４１５３３）
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【出願人】（５０４１３３１１０）国立大学法人電気通信大学 (383)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【出願人】（５０４１３３１１０）国立大学法人電気通信大学 (383)
【Ｆターム（参考）】
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