高周波システムの送信効率を増大させるための受動デバイス
【課題】効率の良い伝送デバイスを提供すること。
【解決手段】導電性壁（８）を介して互いに隔離された第１アンテナ（２）と第２アンテナ（４）との間で電磁波を伝送するための伝送デバイスであって、受動的共振回路（５）を具備し、受動的共振回路が、第１アンテナに対して電磁結合を形成し得るよう導電性壁の一方の面（９）上に配置された第１部分（１５）と；第２アンテナに対して電磁結合を形成し得るよう導電性壁の反対側の面（１１）上に配置された第２部分（１６）と；受動的共振回路の共振周波数を両アンテナ（２，４）の動作周波数に対して実質的に同調させるためのキャパシタ（７）と；導電性壁を横断しているとともに第１部分と第２部分とキャパシタとを電気接続している導体（１２）と；を備えている。
【解決手段】導電性壁（８）を介して互いに隔離された第１アンテナ（２）と第２アンテナ（４）との間で電磁波を伝送するための伝送デバイスであって、受動的共振回路（５）を具備し、受動的共振回路が、第１アンテナに対して電磁結合を形成し得るよう導電性壁の一方の面（９）上に配置された第１部分（１５）と；第２アンテナに対して電磁結合を形成し得るよう導電性壁の反対側の面（１１）上に配置された第２部分（１６）と；受動的共振回路の共振周波数を両アンテナ（２，４）の動作周波数に対して実質的に同調させるためのキャパシタ（７）と；導電性壁を横断しているとともに第１部分と第２部分とキャパシタとを電気接続している導体（１２）と；を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信アンテナおよび受信アンテナを特徴とする高周波デバイスに関するものである。
【０００２】
本発明は、限定するものではないけれども、特に、送信アンテナと受信アンテナとの間の距離が、送信アンテナと受信アンテナとの間にわたって循環している搬送波の波長（λ）よりも短いものとされており、λ／２πの程度とされているような、あるいはそれ以下とされているような、高周波デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
送信アンテナと受信アンテナとを、近接させた場所で動作させて使用することも、また、離間させた場所で動作させて使用することも、公知である。近接した場所での動作は、上述したケースに相当し、その場合、アンテナ間の距離は、λ／２πの程度とされるあるいはそれ以下とされる。実質的に静止したモデルが使用される。これとは逆に、送信アンテナと受信アンテナとの間の間隔がλ／２πよりもかなり大きいような遠距離の場合には、伝搬動作が使用される。
【０００４】
電磁誘導の大きさは、近接動作の場合には、１／ｄｎ 則に従って減少し、離間動作の場合には、１／ｄ則に従って減少する。ここで、ｄは、送信アンテナと受信アンテナとの間の距離を表しており、指数ｎは、両アンテナの指向性および両アンテナ間の距離に依存して、１〜３の範囲の数となる。
【０００５】
近接動作は、情報の伝送に際してもまたエネルギーの伝送に際しても使用されるものであって、送信効率は、距離とともに急激に減少する。１つの公知の解決手法は、出力パワーを増大させて、受信アンテナにおいて使用可能なエネルギーレベルまたは信号レベルを大きくすることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−０４９６３９号公報
【特許文献２】特開２０００−１３８６２１号公報
【特許文献３】特開２０００−２１６７１５号公報
【特許文献４】特開平１０−２９３８２８号公報
【特許文献５】特開２０００−２１６６２８号公報
【特許文献６】特開２０００−１３７７７９号公報
【特許文献７】特開２００１−０３４７２５号公報
【特許文献８】特開平８−３３１０２８号公報
【特許文献９】特開平８−１２５４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような出力パワーの増大という手法における可能性は、応用可能な規格のために制限されている。特に、ホワイトノイズのために妨害電波に過敏であるような電子機器を多数搭載している航空機といったようなプラットホームの場合には、制限されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、出力パワーを増大させることなく送信効率を増大させることを目的としており、直接的経路上に、あるいは、送信アンテナと受信アンテナとの間の壁上に、１つまたは複数の受動的共振回路を設置する。
【０００９】
このように、本発明は、送信アンテナと受信アンテナとを備えている高周波伝送デバイスに関するものであって、送信アンテナと受信アンテナとの間に配置された１つまたは複数の受動的共振回路を具備していることを特徴としている。
【００１０】
好ましくは、受動的共振回路が、送信アンテナと受信アンテナとの間を循環する周波数に対してあるいはその周波数近傍に対して、同調される。
【００１１】
送信アンテナと受信アンテナとの間に受動的共振回路を配置するという表現は、互いに平行な２つの平面であって一方の平面が送信アンテナ側に位置しかつ他方の平面が受信アンテナ側に位置しさらに両アンテナを結ぶ方向に対して垂直とされた２つの平面によって規定された空間内に、受動的共振回路が設置されることを意味している。好ましくは、受動的共振回路を妨害するものが存在しなければ、受動的共振回路は、送信アンテナと受信アンテナとの間の直接的経路上に配置されることとなる。送信アンテナと受信アンテナとの間に壁が存在する場合には、特に、導電性であって、電磁波の伝搬にとって障害となるような壁が存在する場合には、受動的共振回路は、一部分が、壁の一方の面上に位置するようにして、かつ、他の部分が、壁の他方の面上に位置するようにして、配置される。壁のサイズが小さく、送信アンテナと受信アンテナとの間に、有限寸法の容積を形成する場合には、受動的共振回路は、一部分が、送信アンテナを向いて位置するようにして、かつ、他の部分が、受信アンテナを向いて位置するようにして、配置することができる。当然のことながら、送信アンテナと受信アンテナとの間に、複数の受動的共振回路を配置することができる。特に、送信アンテナと受信アンテナとの間に位置したすべての導電壁に対応して、それぞれ受動的共振回路を配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明によるデバイスを概略的に示す図である。
【図２】本発明によるデバイスを概略的に示す図であり、この場合には、送信アンテナと受信アンテナとの間の経路上に壁が配置されている。
【図３】図３Ａは、センサと離間処理手段との間にわたっての従来技術に基づく情報伝送を示す図であり、図３Ｂは、同じ情報伝送に関し、本発明を使用して改良された伝送を概略的に示す図である。
【図４】本発明の他の使用状況を示す図であり、この場合、受信アンテナと送信アンテナとの間の伝送に際し、受信アンテナと送信アンテナとの間に、どちらのアンテナをも囲んでいない小サイズの導電性表面が配置されている。
【図５】図４の使用状況における効果を概略的に示す図である。
【図６】直接的経路の場合に、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合の計算に際して介在する各種因子を説明するための図である。
【図７】壁が妨害している場合に、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合の計算に際して介在する各種因子を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について、および、本発明の様々な実施形態や応用について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
複数の図面にわたって、同じ機能を有した部材については、同一符号が付されている。
【００１５】
図１は、本発明によるデバイスを概略的に示している。このデバイスは、送信回路（１）と受信回路（３）とを備えている。これら回路は、公知のものであり、送信回路（１）は、公知の態様でもって送信アンテナ（２）に対して接続されており、受信回路（３）は、公知の態様でもって受信アンテナ（４）に対して接続されている。送信アンテナ（２）と受信アンテナ（４）との間には、受動的共振回路（５）が配置されている。このような受動的共振回路（５）は、公知であり、これらを作製するために使用されるプロセスも、また、公知である。このような受動的共振回路は、例えば、高周波送信手段を備えたショップ内といったようなところにおいて信号対象物がゲートを通過する際に、信号対象物に対して使用される。その場合の送信周波数は、受動的共振回路の共振周波数と同じである。図１においては、受動的共振回路（５）は、誘導コイル（６）と、この誘導コイルに対して接続されたキャパシタ（７）と、によって表されている。本明細書の補足欄において詳細に後述するように、そのような受動的共振回路（５）の存在は、送信アンテナ（２）と受信アンテナ（４）との間の結合を改良する。
【００１６】
次に、本発明の１つの格別に興味深い実施形態について、図２を参照して説明する。この実施形態は、送信アンテナ（２）と受信アンテナ（４）との間に導電性壁（８）が配置されているという状況に関するものである。導電性壁（８）は、送信アンテナと受信アンテナとの間の伝送に対してのスクリーンとして機能する。本発明のこの実施形態においては、受動的共振回路（５）は、導電性壁（８）上に配置されている。すなわち、受動的共振回路（５）の第１部分（１５）が、導電性壁（８）の第１面（９）上に配置されておりあるいは導電性壁（８）の第１面（９）と同じ面をなして配置されており、受動的共振回路（５）の第２部分（１６）が、導電性壁（８）の第２面（１１）上に配置されておりあるいは導電性壁（８）の第２面（１１）と同じ面をなして配置されており、さらに、受動的共振回路（５）の第１部分と第２部分とは、導電性壁（８）を横断している導体（１２）を介して互いに電気的に接続されている。
【００１７】
受動的共振回路（５）が取り付けられている導電性壁（８）を貫通してのそのような接続によって得られる結合は、補足の第２項において説明されている。
【００１８】
したがって、この実施形態においては、受動的共振回路は、第１部分（１５）と第２部分（１６）とに物理的に区分されているとともに、これら第１部分（１５）と第２部分（１６）とは、第１面（９）および第２面（１１）という２つの面を有した導電性壁（８）を貫通する電気導体（１２）によって互いに接続されており、導電性壁（８）の第１面（９）には、受動的共振回路（５）の第１部分（１５）が配置されており、導電性壁（８）の第２面（１１）には、受動的共振回路（５）の第２部分（１６）が配置されている。
【００１９】
次に、図３Ａと図３Ｂとからなる図３を参照して、この実施形態に関する１つの興味深い応用について説明する。図３Ａは、従来技術に基づく実施態様を示している。デバイス（２５）の動作強度と同程度とされたセンサ（２１）が、図示していない処理手段に対してデータを送信している。センサ（２１）と処理手段とは、特に、導電性壁（８）によって隔離されている。図３に示す場合においては、図３Ａにおいても図３Ｂにおいても、センサは、タイヤ（２５）に関する圧力センサ（２１）とされている。タイヤ（２５）は、ハブ（２８）を有したホイール（３０）の着脱可能リム（２４）上に取り付けられている。ホイール（３０）のハブ（２８）は、スピンドル軸すなわちスタブ軸（２６）回りに回転する。センサ（２１）と処理手段との間の接続は、ハブ（２８）を保護している回転カバー（８）を横断している第１接続ワイヤ（２２）を介して、行われている。センサ（２１）と、着脱可能リム（２４）と、ハブ（２８）と、接続ワイヤ（２２）と、回転カバー（８）とは、ホイール（３０）と一体的に回転する。この場合、これら部材の相対的位置関係は、回転中でも不変のままである。スピンドル軸すなわちスタブ軸（２６）内に配置されていて回転することがない第２接続ワイヤ（２７）が、設けられている。回転カバー（８）の内部においては、第１接続ワイヤ（２２）に対して接続された回転アンテナ（２３）と、第２接続ワイヤ（２７）に対して接続された固定アンテナ（４）と、の間において、電磁結合が形成されている。
【００２０】
センサと回転アンテナとの間の接続ワイヤ（２２）は、脆弱なものである。そのため、センサ（２１）と処理手段との間の伝送には、脆弱さが存在する。さらに、メンテナンス操作時やタイヤ交換時に取り外す際には、接続ワイヤを壊さないように注意を払わねばならず、また、再組立後には、接続が正常であるかどうかをチェックしなければならない。つまり、このような接続は、著しく信頼性を欠くものであり、メンテナンス作業を複雑なものとする。図２を参照して上述したような受動的共振回路（５）を使用すれば、確実な接続を確立することができる。センサとハブとの間の接続ワイヤが不要であることにより、ハブとリムとが個別的なものとされているため、リムの取付作業や取外し作業が、簡単化される。
【００２１】
本発明を使用したアセンブリは、図３Ｂに示されている。送信すべきデータを受領する送信アンテナ（２）は、センサ（２１）に対して接続されている。受動的共振回路（５）は、保護カバーをなす壁（８）上に配置されている。受動的共振回路は、２つの部分（１５，１６）へと区分されている。受動的共振回路（５）の第１部分（１５）は、カバー（８）の外面上に配置されており、受動的共振回路（５）の第２部分（１６）は、カバー（８）の内面上に配置されている。受動的共振回路（５）の第１部分（１５）と第２部分（１６）とは、カバー（８）を横断している絶縁被覆付き導体（１２）を介して互いに電気的に接続されている。このような場合、ホイールは、航空機着陸装置のホイールとすることができる。より一般的には、ホイール上のプラットホームとすることができる。しかしながら、本発明の使用は、送信アンテナと受信アンテナとが相対回転する場合には、常に有利である。
【００２２】
よって、一般的には、本発明は、互いに相対回転する送信アンテナと受信アンテナとの間の壁を通しての高周波伝送を行うための高周波伝送デバイスの使用に関するものであり、この場合、受動的共振回路（５）は、第１部分（１５）と第２部分（１６）とに物理的に区分されているとともに、これら第１部分（１５）と第２部分（１６）とは、第１面（９）および第２面（１１）という２つの面を有した導電性壁（８）を貫通する絶縁被覆付き電気導体（１２）によって互いに接続されており、導電性壁（８）の第１面（９）と同じ面上には、受動的共振回路（５）の第１部分（１５）が配置されており、導電性壁（８）の第２面（１１）と同じ面上には、受動的共振回路（５）の第２部分（１６）が配置されている。
【００２３】
本発明の第２の有利な使用は、送信アンテナと受信アンテナとの間の接続が、上述したように両アンテナ間に位置する大きな壁（８）によって遮蔽されているのでもなくまた送信アンテナや受信アンテナを包含するような他の壁によって遮蔽されているのでもなく、１つまたは複数の小さな導電性表面によってあるいは湾曲面やあるいは傾斜面によって、遮蔽されているようなケースに関するものである。例えば、このような小さな導電性表面は、ダイヘドロン（あるいは、２面角）の一部を形成する壁とすることができる。そのようなケースの他の例は、例えば、送信アンテナと受信アンテナとの間に金属缶が介装された状態での伝送である。これら缶は、伝送に対しての障害となる。当然のことながら、これら缶に２つの共振回路を設けることが想定でき、この場合、第１共振回路を、第１壁を横断して配置し、第２共振回路を、例えば第１壁とは径方向反対側に位置した第２壁を横断して配置する。しかしながら、２つのアンテナ間に配置される受動的共振回路の一実施形態においては、湾曲面に対して単一の回路だけを使用することを可能とする。この実施形態について、図４を参照して説明する。図４は、２つの缶（３０）を示しており、これら缶を通して、図示していない２つのアンテナ間にわたって高周波伝送が行われている。これら缶の内容積は、円筒壁の接合によって形成された壁（３１）と、円筒壁に対して直交して配置された２つのフラットなフランジと、によって規定されている。このようにして形成された壁は、閉塞容積を規定する。一般に、壁は、少なくとも部分的に容積を規定する。伝送を可能とするためには、共振回路（５）は、各壁（３１）上に位置していなければならない。受動的共振回路は、第１部分（１５）および第２部分（１６）という２つの部分から構成される。これら２つの部分は、接続導体（１２）によって互いに接続される。接続導体（１２）は、壁を横断していない。この場合には、壁（３１）は、部分的容積を規定しているわけでもなく閉塞容積を規定しているわけでもない。接続導体（１２）と、受動的共振回路（５）の２つの部分（１５，１６）とは、規定された容積の完全に外側に位置している。第１部分と第２部分とは、好ましくは、壁（３１）のうちの、いくらかの程度は互いに反対側に位置している部分上に、それぞれ配置されている。反対側に位
置しているという用語は、例えば、円筒形表面部分どうしが径方向において互いに反対側に位置している状況を意味しており、ベースに対して必ずしも同じ高さ位置である必要はない。缶（３０）のフラットなフランジは、また、反対側に位置した部分を形成している。一般的に言えば、閉塞された壁上の２つのポイントは、壁によって規定された容積の中心を通過する直線によって連結され得る限りにおいては、反対側に位置しているものと見なすことができる。壁が閉塞していない場合には、壁上の２つのポイントは、壁によって部分的に規定された容積の内部を通る直線によって連結され得る限りにおいては、反対側に位置しているものと見なすことができる。そのような場合、壁の外面は、壁の２つのポイントを連結する線分を含有しない面とされる。よって、例えば、分割面の２つの部分によって規定された連続壁の場合には、各分割面の１つのポイントにおいて分割面の２つの部分に対して交差する直線は、交差した２つのポイントによって規定された線分を含有する。この線分は、壁の同じ面によって規定された容積の内部にその全体が位置している。これは、内面と称される。他は、外面と称される。
【００２４】
結局、この実施形態においては、送信アンテナと受信アンテナとは、内面と外面とを有し少なくとも部分的に容積を規定している１つまたは複数の導電性壁によって、隔離されている。１つまたは複数の受動的共振回路は、第１部分と第２部分とに物理的に区分されているとともに、これら第１部分と第２部分とは、電気導体によって互いに接続されており、２つの部分からなる各受動的共振回路の第１部分と第２部分とこれらを接続する接続導体とは、送信アンテナと受信アンテナとの間に位置した１つまたは複数の壁の外面上に、全体的に配置されている。第１部分と第２部分とは、壁の外面の互いに反対側に位置した領域上に位置している。
【００２５】
結果が、図５において概略的に示されている。受動的共振回路（５）の２つの部分が互いに反対側に位置していることにより、壁の位置にかかわらず、送信アンテナ（２）と受信アンテナ（４）との間には、常に実質的に結合が存在している。
【００２６】
［補足］
［共振回路結合の原理］
図６および図７に図示された基本的回路を例にとって説明する。これら回路は、互いに磁気的に結合された送信アンテナ（２）と受信アンテナ（４）とを備えている。これらアンテナは、それぞれ誘導コイル（Ｌ１，Ｌ３）という態様で概略的に図示されている。共振回路（５）は、インダクタンス（Ｌ２ ）と抵抗（Ｒ２ ）とキャパシタ（Ｃ２ ）とから形成された直列回路の態様とされており、２つのアンテナ（２，４）の間に配置されている。図７においては、この共振回路（５）は、２つの部分から構成されており、これら２つの部分は、壁（８）の両サイドに配置されている。壁（８）は、例えば、共振回路（５）を妨害的に横断している。共振回路（５）のインダクタンスは、壁（８）の両サイドに配置された２つのインダクタンス（Ｌ２，Ｌ２’）の和である。以下の例においては、２つのアンテナ間の距離は、例えば、インダクタンス（Ｌ１，Ｌ３）間の距離は、距離（ｄ１３）によって表されている。あるいは、より一般的には、インダクタンス（ｉ）とインダクタンス（ｊ）間の距離は、距離（ｄｉｊ）によって表されている。同じことは、結合係数（ｋ）、すなわち、インダクタンス（ｉ）とインダクタンス（ｊ）との間の相互結合係数、についても当てはまる。
【００２７】
アンテナ（ｉ）とアンテナ（ｊ）との間の結合係数（ｋｉｊ）が、以下の関係に従ってアンテナ（ｉ，ｊ）間の距離に依存するものと仮定する。
ｋｉｊ＝ａ／ｄｉｊｎ …（１）
ここで、ａは、定数であり、ｎは、１〜３の数である。
【００２８】
アンテナ（ｉ，ｊ）のインダクタンス（Ｌｉ，Ｌｊ）間の相互結合（Ｍｉｊ）は、次式によって表される。
Ｍｉｊ＝ｋｉｊ(ＬｉＬｊ)１／２ …（２）
【００２９】
中間型の共振回路（５）の場合には、周波数（ｆ）をアンテナ（２）から放出される信号の周波数として、ω＝２πｆとすれば、Ｌ２Ｃ２ω２＝１ となる。サージ電圧係数（Ｑ）は、 Ｑ＝Ｌ２ω／Ｒ２ である。この回路の付加は、受信アンテナ（Ｌ３ ）のところにおいて誘起された起電力の中のゲイン（Ｇ）によって表される。すなわち、
Ｇ＝１−ｊＱ(ｋ１２ｋ２３／ｋ１３)
ここで、ｊ＝(−１)１／２ である。
【００３０】
共振回路（５）が両アンテナ間のちょうど中間に位置していることを意味する、ｄ１２＝ｄ２３＝ｄ１３／２＝ｄ／２という単純化した仮定をすれば、Ｇ＞＞１となり、以下のようになる。
Ｇ＝ｋ１３×Ｑ×４ｎ
【００３１】
［数値例］
ｋ１３＝０．０５、Ｑ＝１５、ｎ＝２であれば、Ｇ＝１２となる。
【００３２】
［図７に示されているような金属壁（８）を通過した例］
この場合、直接的結合は、無視できる。すなわち、ｋ１３＝０である。リレー回路は、キャパシタ（Ｃ２ ）によって連結された２つのインダクタンスによって形成されている。
【００３３】
共振条件は、以下の関係式によって表される。
Ｃ２ω２(Ｌ２’Ｌ２)／(Ｌ２’＋Ｌ２)＝１
【００３４】
インダクタンス（Ｌ２，Ｌ２’）が互いに等しいという単純化した仮定、つまりＬ２＝Ｌ２’かつＲ２＝Ｒ２’という単純化した仮定をすれば、サージ電圧係数は、以下のようになる。
Ｑ＝Ｌ２ω／Ｒ２＝２／Ｒ２Ｃ２ω
【００３５】
距離に関して上述したのと同じ仮定をすれば、効率（Ｅ）（この場合、直接的結合が無視できることにより、ゲインとは言わない）は、共振回路を介しての壁を貫通しての結合と、係数がｋ１３であるような、壁がない場合に直接的結合をなす参照システムと、の間の比に対応する。すなわち、
Ｅ＝２／Ｑ(ｋ１２ｋ２３／ｋ１３)
【００３６】
この効率は、共振結合回路を有しかつ壁が存在しない場合のシステムのゲインの半分である。両アンテナ間の結合が以下の関係に従って距離に依存するものと仮定する。
ｋｉｊ＝ａ／ｄｉｊｎ
ここで、ｎは、１〜３の数である。
【００３７】
相互結合（Ｍｉｊ）は、次式によって表される。
Ｍｉｊ＝ｋｉｊ(ＬｉＬｊ)１／２ …（２）
【００３８】
ｄ１２＝ｄ２３＝ｄ１３／２＝ｄ／２という単純化した仮定をすれば、以下のようになる。
Ｅ＝ｋ１３×４ｎ×Ｑ／２
【００３９】
［数値例］
ｋ１３＝０．０５、Ｑ＝１５、ｎ＝２。
【符号の説明】
【００４０】
２ 送信アンテナ
４ 受信アンテナ
５ 受動的共振回路
７ キャパシタ
８ 導電性壁
９ 第１面
１１ 第２面
１２ 電気導体
１５ 第１部分
１６ 第２部分
３１ 導電性壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信アンテナおよび受信アンテナを特徴とする高周波デバイスに関するものである。
【０００２】
本発明は、限定するものではないけれども、特に、送信アンテナと受信アンテナとの間の距離が、送信アンテナと受信アンテナとの間にわたって循環している搬送波の波長（λ）よりも短いものとされており、λ／２πの程度とされているような、あるいはそれ以下とされているような、高周波デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
送信アンテナと受信アンテナとを、近接させた場所で動作させて使用することも、また、離間させた場所で動作させて使用することも、公知である。近接した場所での動作は、上述したケースに相当し、その場合、アンテナ間の距離は、λ／２πの程度とされるあるいはそれ以下とされる。実質的に静止したモデルが使用される。これとは逆に、送信アンテナと受信アンテナとの間の間隔がλ／２πよりもかなり大きいような遠距離の場合には、伝搬動作が使用される。
【０００４】
電磁誘導の大きさは、近接動作の場合には、１／ｄｎ 則に従って減少し、離間動作の場合には、１／ｄ則に従って減少する。ここで、ｄは、送信アンテナと受信アンテナとの間の距離を表しており、指数ｎは、両アンテナの指向性および両アンテナ間の距離に依存して、１〜３の範囲の数となる。
【０００５】
近接動作は、情報の伝送に際してもまたエネルギーの伝送に際しても使用されるものであって、送信効率は、距離とともに急激に減少する。１つの公知の解決手法は、出力パワーを増大させて、受信アンテナにおいて使用可能なエネルギーレベルまたは信号レベルを大きくすることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−０４９６３９号公報
【特許文献２】特開２０００−１３８６２１号公報
【特許文献３】特開２０００−２１６７１５号公報
【特許文献４】特開平１０−２９３８２８号公報
【特許文献５】特開２０００−２１６６２８号公報
【特許文献６】特開２０００−１３７７７９号公報
【特許文献７】特開２００１−０３４７２５号公報
【特許文献８】特開平８−３３１０２８号公報
【特許文献９】特開平８−１２５４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような出力パワーの増大という手法における可能性は、応用可能な規格のために制限されている。特に、ホワイトノイズのために妨害電波に過敏であるような電子機器を多数搭載している航空機といったようなプラットホームの場合には、制限されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、出力パワーを増大させることなく送信効率を増大させることを目的としており、直接的経路上に、あるいは、送信アンテナと受信アンテナとの間の壁上に、１つまたは複数の受動的共振回路を設置する。
【０００９】
このように、本発明は、送信アンテナと受信アンテナとを備えている高周波伝送デバイスに関するものであって、送信アンテナと受信アンテナとの間に配置された１つまたは複数の受動的共振回路を具備していることを特徴としている。
【００１０】
好ましくは、受動的共振回路が、送信アンテナと受信アンテナとの間を循環する周波数に対してあるいはその周波数近傍に対して、同調される。
【００１１】
送信アンテナと受信アンテナとの間に受動的共振回路を配置するという表現は、互いに平行な２つの平面であって一方の平面が送信アンテナ側に位置しかつ他方の平面が受信アンテナ側に位置しさらに両アンテナを結ぶ方向に対して垂直とされた２つの平面によって規定された空間内に、受動的共振回路が設置されることを意味している。好ましくは、受動的共振回路を妨害するものが存在しなければ、受動的共振回路は、送信アンテナと受信アンテナとの間の直接的経路上に配置されることとなる。送信アンテナと受信アンテナとの間に壁が存在する場合には、特に、導電性であって、電磁波の伝搬にとって障害となるような壁が存在する場合には、受動的共振回路は、一部分が、壁の一方の面上に位置するようにして、かつ、他の部分が、壁の他方の面上に位置するようにして、配置される。壁のサイズが小さく、送信アンテナと受信アンテナとの間に、有限寸法の容積を形成する場合には、受動的共振回路は、一部分が、送信アンテナを向いて位置するようにして、かつ、他の部分が、受信アンテナを向いて位置するようにして、配置することができる。当然のことながら、送信アンテナと受信アンテナとの間に、複数の受動的共振回路を配置することができる。特に、送信アンテナと受信アンテナとの間に位置したすべての導電壁に対応して、それぞれ受動的共振回路を配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明によるデバイスを概略的に示す図である。
【図２】本発明によるデバイスを概略的に示す図であり、この場合には、送信アンテナと受信アンテナとの間の経路上に壁が配置されている。
【図３】図３Ａは、センサと離間処理手段との間にわたっての従来技術に基づく情報伝送を示す図であり、図３Ｂは、同じ情報伝送に関し、本発明を使用して改良された伝送を概略的に示す図である。
【図４】本発明の他の使用状況を示す図であり、この場合、受信アンテナと送信アンテナとの間の伝送に際し、受信アンテナと送信アンテナとの間に、どちらのアンテナをも囲んでいない小サイズの導電性表面が配置されている。
【図５】図４の使用状況における効果を概略的に示す図である。
【図６】直接的経路の場合に、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合の計算に際して介在する各種因子を説明するための図である。
【図７】壁が妨害している場合に、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合の計算に際して介在する各種因子を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について、および、本発明の様々な実施形態や応用について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
複数の図面にわたって、同じ機能を有した部材については、同一符号が付されている。
【００１５】
図１は、本発明によるデバイスを概略的に示している。このデバイスは、送信回路（１）と受信回路（３）とを備えている。これら回路は、公知のものであり、送信回路（１）は、公知の態様でもって送信アンテナ（２）に対して接続されており、受信回路（３）は、公知の態様でもって受信アンテナ（４）に対して接続されている。送信アンテナ（２）と受信アンテナ（４）との間には、受動的共振回路（５）が配置されている。このような受動的共振回路（５）は、公知であり、これらを作製するために使用されるプロセスも、また、公知である。このような受動的共振回路は、例えば、高周波送信手段を備えたショップ内といったようなところにおいて信号対象物がゲートを通過する際に、信号対象物に対して使用される。その場合の送信周波数は、受動的共振回路の共振周波数と同じである。図１においては、受動的共振回路（５）は、誘導コイル（６）と、この誘導コイルに対して接続されたキャパシタ（７）と、によって表されている。本明細書の補足欄において詳細に後述するように、そのような受動的共振回路（５）の存在は、送信アンテナ（２）と受信アンテナ（４）との間の結合を改良する。
【００１６】
次に、本発明の１つの格別に興味深い実施形態について、図２を参照して説明する。この実施形態は、送信アンテナ（２）と受信アンテナ（４）との間に導電性壁（８）が配置されているという状況に関するものである。導電性壁（８）は、送信アンテナと受信アンテナとの間の伝送に対してのスクリーンとして機能する。本発明のこの実施形態においては、受動的共振回路（５）は、導電性壁（８）上に配置されている。すなわち、受動的共振回路（５）の第１部分（１５）が、導電性壁（８）の第１面（９）上に配置されておりあるいは導電性壁（８）の第１面（９）と同じ面をなして配置されており、受動的共振回路（５）の第２部分（１６）が、導電性壁（８）の第２面（１１）上に配置されておりあるいは導電性壁（８）の第２面（１１）と同じ面をなして配置されており、さらに、受動的共振回路（５）の第１部分と第２部分とは、導電性壁（８）を横断している導体（１２）を介して互いに電気的に接続されている。
【００１７】
受動的共振回路（５）が取り付けられている導電性壁（８）を貫通してのそのような接続によって得られる結合は、補足の第２項において説明されている。
【００１８】
したがって、この実施形態においては、受動的共振回路は、第１部分（１５）と第２部分（１６）とに物理的に区分されているとともに、これら第１部分（１５）と第２部分（１６）とは、第１面（９）および第２面（１１）という２つの面を有した導電性壁（８）を貫通する電気導体（１２）によって互いに接続されており、導電性壁（８）の第１面（９）には、受動的共振回路（５）の第１部分（１５）が配置されており、導電性壁（８）の第２面（１１）には、受動的共振回路（５）の第２部分（１６）が配置されている。
【００１９】
次に、図３Ａと図３Ｂとからなる図３を参照して、この実施形態に関する１つの興味深い応用について説明する。図３Ａは、従来技術に基づく実施態様を示している。デバイス（２５）の動作強度と同程度とされたセンサ（２１）が、図示していない処理手段に対してデータを送信している。センサ（２１）と処理手段とは、特に、導電性壁（８）によって隔離されている。図３に示す場合においては、図３Ａにおいても図３Ｂにおいても、センサは、タイヤ（２５）に関する圧力センサ（２１）とされている。タイヤ（２５）は、ハブ（２８）を有したホイール（３０）の着脱可能リム（２４）上に取り付けられている。ホイール（３０）のハブ（２８）は、スピンドル軸すなわちスタブ軸（２６）回りに回転する。センサ（２１）と処理手段との間の接続は、ハブ（２８）を保護している回転カバー（８）を横断している第１接続ワイヤ（２２）を介して、行われている。センサ（２１）と、着脱可能リム（２４）と、ハブ（２８）と、接続ワイヤ（２２）と、回転カバー（８）とは、ホイール（３０）と一体的に回転する。この場合、これら部材の相対的位置関係は、回転中でも不変のままである。スピンドル軸すなわちスタブ軸（２６）内に配置されていて回転することがない第２接続ワイヤ（２７）が、設けられている。回転カバー（８）の内部においては、第１接続ワイヤ（２２）に対して接続された回転アンテナ（２３）と、第２接続ワイヤ（２７）に対して接続された固定アンテナ（４）と、の間において、電磁結合が形成されている。
【００２０】
センサと回転アンテナとの間の接続ワイヤ（２２）は、脆弱なものである。そのため、センサ（２１）と処理手段との間の伝送には、脆弱さが存在する。さらに、メンテナンス操作時やタイヤ交換時に取り外す際には、接続ワイヤを壊さないように注意を払わねばならず、また、再組立後には、接続が正常であるかどうかをチェックしなければならない。つまり、このような接続は、著しく信頼性を欠くものであり、メンテナンス作業を複雑なものとする。図２を参照して上述したような受動的共振回路（５）を使用すれば、確実な接続を確立することができる。センサとハブとの間の接続ワイヤが不要であることにより、ハブとリムとが個別的なものとされているため、リムの取付作業や取外し作業が、簡単化される。
【００２１】
本発明を使用したアセンブリは、図３Ｂに示されている。送信すべきデータを受領する送信アンテナ（２）は、センサ（２１）に対して接続されている。受動的共振回路（５）は、保護カバーをなす壁（８）上に配置されている。受動的共振回路は、２つの部分（１５，１６）へと区分されている。受動的共振回路（５）の第１部分（１５）は、カバー（８）の外面上に配置されており、受動的共振回路（５）の第２部分（１６）は、カバー（８）の内面上に配置されている。受動的共振回路（５）の第１部分（１５）と第２部分（１６）とは、カバー（８）を横断している絶縁被覆付き導体（１２）を介して互いに電気的に接続されている。このような場合、ホイールは、航空機着陸装置のホイールとすることができる。より一般的には、ホイール上のプラットホームとすることができる。しかしながら、本発明の使用は、送信アンテナと受信アンテナとが相対回転する場合には、常に有利である。
【００２２】
よって、一般的には、本発明は、互いに相対回転する送信アンテナと受信アンテナとの間の壁を通しての高周波伝送を行うための高周波伝送デバイスの使用に関するものであり、この場合、受動的共振回路（５）は、第１部分（１５）と第２部分（１６）とに物理的に区分されているとともに、これら第１部分（１５）と第２部分（１６）とは、第１面（９）および第２面（１１）という２つの面を有した導電性壁（８）を貫通する絶縁被覆付き電気導体（１２）によって互いに接続されており、導電性壁（８）の第１面（９）と同じ面上には、受動的共振回路（５）の第１部分（１５）が配置されており、導電性壁（８）の第２面（１１）と同じ面上には、受動的共振回路（５）の第２部分（１６）が配置されている。
【００２３】
本発明の第２の有利な使用は、送信アンテナと受信アンテナとの間の接続が、上述したように両アンテナ間に位置する大きな壁（８）によって遮蔽されているのでもなくまた送信アンテナや受信アンテナを包含するような他の壁によって遮蔽されているのでもなく、１つまたは複数の小さな導電性表面によってあるいは湾曲面やあるいは傾斜面によって、遮蔽されているようなケースに関するものである。例えば、このような小さな導電性表面は、ダイヘドロン（あるいは、２面角）の一部を形成する壁とすることができる。そのようなケースの他の例は、例えば、送信アンテナと受信アンテナとの間に金属缶が介装された状態での伝送である。これら缶は、伝送に対しての障害となる。当然のことながら、これら缶に２つの共振回路を設けることが想定でき、この場合、第１共振回路を、第１壁を横断して配置し、第２共振回路を、例えば第１壁とは径方向反対側に位置した第２壁を横断して配置する。しかしながら、２つのアンテナ間に配置される受動的共振回路の一実施形態においては、湾曲面に対して単一の回路だけを使用することを可能とする。この実施形態について、図４を参照して説明する。図４は、２つの缶（３０）を示しており、これら缶を通して、図示していない２つのアンテナ間にわたって高周波伝送が行われている。これら缶の内容積は、円筒壁の接合によって形成された壁（３１）と、円筒壁に対して直交して配置された２つのフラットなフランジと、によって規定されている。このようにして形成された壁は、閉塞容積を規定する。一般に、壁は、少なくとも部分的に容積を規定する。伝送を可能とするためには、共振回路（５）は、各壁（３１）上に位置していなければならない。受動的共振回路は、第１部分（１５）および第２部分（１６）という２つの部分から構成される。これら２つの部分は、接続導体（１２）によって互いに接続される。接続導体（１２）は、壁を横断していない。この場合には、壁（３１）は、部分的容積を規定しているわけでもなく閉塞容積を規定しているわけでもない。接続導体（１２）と、受動的共振回路（５）の２つの部分（１５，１６）とは、規定された容積の完全に外側に位置している。第１部分と第２部分とは、好ましくは、壁（３１）のうちの、いくらかの程度は互いに反対側に位置している部分上に、それぞれ配置されている。反対側に位
置しているという用語は、例えば、円筒形表面部分どうしが径方向において互いに反対側に位置している状況を意味しており、ベースに対して必ずしも同じ高さ位置である必要はない。缶（３０）のフラットなフランジは、また、反対側に位置した部分を形成している。一般的に言えば、閉塞された壁上の２つのポイントは、壁によって規定された容積の中心を通過する直線によって連結され得る限りにおいては、反対側に位置しているものと見なすことができる。壁が閉塞していない場合には、壁上の２つのポイントは、壁によって部分的に規定された容積の内部を通る直線によって連結され得る限りにおいては、反対側に位置しているものと見なすことができる。そのような場合、壁の外面は、壁の２つのポイントを連結する線分を含有しない面とされる。よって、例えば、分割面の２つの部分によって規定された連続壁の場合には、各分割面の１つのポイントにおいて分割面の２つの部分に対して交差する直線は、交差した２つのポイントによって規定された線分を含有する。この線分は、壁の同じ面によって規定された容積の内部にその全体が位置している。これは、内面と称される。他は、外面と称される。
【００２４】
結局、この実施形態においては、送信アンテナと受信アンテナとは、内面と外面とを有し少なくとも部分的に容積を規定している１つまたは複数の導電性壁によって、隔離されている。１つまたは複数の受動的共振回路は、第１部分と第２部分とに物理的に区分されているとともに、これら第１部分と第２部分とは、電気導体によって互いに接続されており、２つの部分からなる各受動的共振回路の第１部分と第２部分とこれらを接続する接続導体とは、送信アンテナと受信アンテナとの間に位置した１つまたは複数の壁の外面上に、全体的に配置されている。第１部分と第２部分とは、壁の外面の互いに反対側に位置した領域上に位置している。
【００２５】
結果が、図５において概略的に示されている。受動的共振回路（５）の２つの部分が互いに反対側に位置していることにより、壁の位置にかかわらず、送信アンテナ（２）と受信アンテナ（４）との間には、常に実質的に結合が存在している。
【００２６】
［補足］
［共振回路結合の原理］
図６および図７に図示された基本的回路を例にとって説明する。これら回路は、互いに磁気的に結合された送信アンテナ（２）と受信アンテナ（４）とを備えている。これらアンテナは、それぞれ誘導コイル（Ｌ１，Ｌ３）という態様で概略的に図示されている。共振回路（５）は、インダクタンス（Ｌ２ ）と抵抗（Ｒ２ ）とキャパシタ（Ｃ２ ）とから形成された直列回路の態様とされており、２つのアンテナ（２，４）の間に配置されている。図７においては、この共振回路（５）は、２つの部分から構成されており、これら２つの部分は、壁（８）の両サイドに配置されている。壁（８）は、例えば、共振回路（５）を妨害的に横断している。共振回路（５）のインダクタンスは、壁（８）の両サイドに配置された２つのインダクタンス（Ｌ２，Ｌ２’）の和である。以下の例においては、２つのアンテナ間の距離は、例えば、インダクタンス（Ｌ１，Ｌ３）間の距離は、距離（ｄ１３）によって表されている。あるいは、より一般的には、インダクタンス（ｉ）とインダクタンス（ｊ）間の距離は、距離（ｄｉｊ）によって表されている。同じことは、結合係数（ｋ）、すなわち、インダクタンス（ｉ）とインダクタンス（ｊ）との間の相互結合係数、についても当てはまる。
【００２７】
アンテナ（ｉ）とアンテナ（ｊ）との間の結合係数（ｋｉｊ）が、以下の関係に従ってアンテナ（ｉ，ｊ）間の距離に依存するものと仮定する。
ｋｉｊ＝ａ／ｄｉｊｎ …（１）
ここで、ａは、定数であり、ｎは、１〜３の数である。
【００２８】
アンテナ（ｉ，ｊ）のインダクタンス（Ｌｉ，Ｌｊ）間の相互結合（Ｍｉｊ）は、次式によって表される。
Ｍｉｊ＝ｋｉｊ(ＬｉＬｊ)１／２ …（２）
【００２９】
中間型の共振回路（５）の場合には、周波数（ｆ）をアンテナ（２）から放出される信号の周波数として、ω＝２πｆとすれば、Ｌ２Ｃ２ω２＝１ となる。サージ電圧係数（Ｑ）は、 Ｑ＝Ｌ２ω／Ｒ２ である。この回路の付加は、受信アンテナ（Ｌ３ ）のところにおいて誘起された起電力の中のゲイン（Ｇ）によって表される。すなわち、
Ｇ＝１−ｊＱ(ｋ１２ｋ２３／ｋ１３)
ここで、ｊ＝(−１)１／２ である。
【００３０】
共振回路（５）が両アンテナ間のちょうど中間に位置していることを意味する、ｄ１２＝ｄ２３＝ｄ１３／２＝ｄ／２という単純化した仮定をすれば、Ｇ＞＞１となり、以下のようになる。
Ｇ＝ｋ１３×Ｑ×４ｎ
【００３１】
［数値例］
ｋ１３＝０．０５、Ｑ＝１５、ｎ＝２であれば、Ｇ＝１２となる。
【００３２】
［図７に示されているような金属壁（８）を通過した例］
この場合、直接的結合は、無視できる。すなわち、ｋ１３＝０である。リレー回路は、キャパシタ（Ｃ２ ）によって連結された２つのインダクタンスによって形成されている。
【００３３】
共振条件は、以下の関係式によって表される。
Ｃ２ω２(Ｌ２’Ｌ２)／(Ｌ２’＋Ｌ２)＝１
【００３４】
インダクタンス（Ｌ２，Ｌ２’）が互いに等しいという単純化した仮定、つまりＬ２＝Ｌ２’かつＲ２＝Ｒ２’という単純化した仮定をすれば、サージ電圧係数は、以下のようになる。
Ｑ＝Ｌ２ω／Ｒ２＝２／Ｒ２Ｃ２ω
【００３５】
距離に関して上述したのと同じ仮定をすれば、効率（Ｅ）（この場合、直接的結合が無視できることにより、ゲインとは言わない）は、共振回路を介しての壁を貫通しての結合と、係数がｋ１３であるような、壁がない場合に直接的結合をなす参照システムと、の間の比に対応する。すなわち、
Ｅ＝２／Ｑ(ｋ１２ｋ２３／ｋ１３)
【００３６】
この効率は、共振結合回路を有しかつ壁が存在しない場合のシステムのゲインの半分である。両アンテナ間の結合が以下の関係に従って距離に依存するものと仮定する。
ｋｉｊ＝ａ／ｄｉｊｎ
ここで、ｎは、１〜３の数である。
【００３７】
相互結合（Ｍｉｊ）は、次式によって表される。
Ｍｉｊ＝ｋｉｊ(ＬｉＬｊ)１／２ …（２）
【００３８】
ｄ１２＝ｄ２３＝ｄ１３／２＝ｄ／２という単純化した仮定をすれば、以下のようになる。
Ｅ＝ｋ１３×４ｎ×Ｑ／２
【００３９】
［数値例］
ｋ１３＝０．０５、Ｑ＝１５、ｎ＝２。
【符号の説明】
【００４０】
２ 送信アンテナ
４ 受信アンテナ
５ 受動的共振回路
７ キャパシタ
８ 導電性壁
９ 第１面
１１ 第２面
１２ 電気導体
１５ 第１部分
１６ 第２部分
３１ 導電性壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの導電性壁を介して互いに隔離された第１アンテナと第２アンテナとの間にわたって電磁波を伝送するための伝送デバイスであって、
前記伝送デバイスが、少なくとも１つの受動的共振回路を具備し、
前記各受動的共振回路が、
前記第１アンテナに対して電磁結合を形成し得るよう、前記導電性壁の一方の面上に配置された第１部分と；
前記第２アンテナに対して電磁結合を形成し得るよう、前記導電性壁の前記面とは反対側の面上に配置された第２部分と；
前記各受動的共振回路の共振周波数を前記両アンテナの動作周波数に対して実質的に同調させるための少なくとも１つのキャパシタと；
前記導電性壁を横断しているとともに前記第１部分と前記第２部分と前記少なくとも１つのキャパシタとを電気接続している導体と；
を備えていることを特徴とする伝送デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の伝送デバイスにおいて、
前記第１アンテナが、センサに対して接続され、
前記第２アンテナが、処理手段に対して接続され、
前記受動的共振回路が、前記導電性壁の両側にわたっての、前記センサと前記処理手段との間の電磁波伝送を可能としていることを特徴とする伝送デバイス。
【請求項３】
請求項１記載の伝送デバイスにおいて、
前記第１アンテナと前記第２アンテナとが、相対回転するものとされていることを特徴とする伝送デバイス。
【請求項１】
少なくとも１つの導電性壁を介して互いに隔離された第１アンテナと第２アンテナとの間にわたって電磁波を伝送するための伝送デバイスであって、
前記伝送デバイスが、少なくとも１つの受動的共振回路を具備し、
前記各受動的共振回路が、
前記第１アンテナに対して電磁結合を形成し得るよう、前記導電性壁の一方の面上に配置された第１部分と；
前記第２アンテナに対して電磁結合を形成し得るよう、前記導電性壁の前記面とは反対側の面上に配置された第２部分と；
前記各受動的共振回路の共振周波数を前記両アンテナの動作周波数に対して実質的に同調させるための少なくとも１つのキャパシタと；
前記導電性壁を横断しているとともに前記第１部分と前記第２部分と前記少なくとも１つのキャパシタとを電気接続している導体と；
を備えていることを特徴とする伝送デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の伝送デバイスにおいて、
前記第１アンテナが、センサに対して接続され、
前記第２アンテナが、処理手段に対して接続され、
前記受動的共振回路が、前記導電性壁の両側にわたっての、前記センサと前記処理手段との間の電磁波伝送を可能としていることを特徴とする伝送デバイス。
【請求項３】
請求項１記載の伝送デバイスにおいて、
前記第１アンテナと前記第２アンテナとが、相対回転するものとされていることを特徴とする伝送デバイス。
【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２００９−１１８５３１（Ｐ２００９−１１８５３１Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４４１７１（Ｐ２００９−４４１７１）
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【分割の表示】特願２００３−５４３２１２（Ｐ２００３−５４３２１２）の分割
【原出願日】平成１４年１１月５日（２００２．１１．５）
【出願人】（３０６０１９００７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【分割の表示】特願２００３−５４３２１２（Ｐ２００３−５４３２１２）の分割
【原出願日】平成１４年１１月５日（２００２．１１．５）
【出願人】（３０６０１９００７）
【Ｆターム（参考）】
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