JP2009302963A - Magnetic wave communication device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、比誘電率が10以上であり、比透磁率が10以下であり、磁界変動の伝搬損失が電界変動の伝搬損失より比較的に小さい物質中において、磁界アンテナ、磁流アンテナから放射される磁界変動、磁流変動によって伝搬する磁力波信号が、電界アンテナから放射される電界変動によって伝搬する電磁波信号に比較して低損失であり、長距離の伝搬特性を有することを利用した磁力波通信装置に関するものである。
The present invention radiates from a magnetic field antenna and a magnetic current antenna in a material having a relative permittivity of 10 or more, a relative permeability of 10 or less, and a propagation loss of magnetic field fluctuation is relatively smaller than a propagation loss of electric field fluctuation. Magnetic field signals that propagate due to magnetic field fluctuations and magnetic current fluctuations are low loss compared to electromagnetic wave signals that propagate due to electric field fluctuations radiated from an electric field antenna, and have a long-distance propagation characteristic. The present invention relates to a wave communication device.
従来から、水中で通信するためのシステムあるいはループアンテナを利用する技術が提案されている。(例えば、特許文献1、2、3、および非特許文献1、2、3)
図8は、特許文献1に記載されている従来の「信号伝送装置」の実施例である。
図8において、21は発信手段、211は制御部、212は、例えば、27MHz帯の送信機、213は小型のループアンテナ、22は受信手段、221は制御部、222は、例えば、27MHz帯の受信機、223は小型のループアンテナ、224はインターフエイス部、225は接続端子、111は水面あるいは液面である。
制御部211により制御される27MHz帯の送信機212からは、識別符号等を含む信号によって変調された電磁波信号が発信され、液面111の下部に設けられた小型のループアンテナ213によって当該電磁波信号を効率よく放射する。
FIG. 8 shows an example of a conventional “signal transmission device” described in Patent Document 1.
In FIG. 8, 21 is a transmission means, 211 is a control unit, 212 is a 27 MHz band transmitter, 213 is a small loop antenna, 22 is a reception means, 221 is a control unit, 222 is a 27 MHz band, for example. A receiver 223 is a small loop antenna, 224 is an interface unit, 225 is a connection terminal, and 111 is a water surface or a liquid surface.
An electromagnetic wave signal modulated by a signal including an identification code or the like is transmitted from the transmitter 212 in the 27 MHz band controlled by the control unit 211, and the electromagnetic wave signal is transmitted by a
ここで、当該ループアンテナ213の内径寸法および巻数を選択して当該液体中で共振状態あるいはマッチング状態とし、当該電磁波信号を効率よく放射するようにする。
この場合、液体の誘電率は空気の誘電率に比較して一般に高い値を示すため、当該ループアンテナ213は液体中では放射効率が良いのに対して、空気中では放射効率が極端に低い状態となる。
当該ループアンテナ213と223を真水あるいは海水のような高い比誘電率(ε=81)の液体中に浸すと、図9に示すように共振現象あるいはマッチング現象が生じ、電磁波信号の周波数が共振周波数あるいはマッチング周波数314において共振現象あるいはマッチング現象が最も顕著に現れ、小型のループアンテナ213と223の間の結合損が減少する。
Here, the inner diameter dimension and the number of turns of the
In this case, since the dielectric constant of the liquid generally shows a higher value than the dielectric constant of air, the
When the
従って、上記の共振現象あるいはマッチング現象が生じる周波数帯を利用することによって、当該真水中で低損失の信号伝送装置が実現できることになる。
一方、海水では真水に比べて誘電率が更に高くなり、当該ループアンテナ213と223を真水中に比べて更に小型化することが可能となり、同一の形状の場合には共振周波数あるいはマッチング周波数が低くなるので、伝送損失が低くなるなどのメリットがあるとされている。
従来の「信号伝送装置」は上記のとおり構成されているため、真水中あるいは海水中で共振状態あるいはマッチング状態となるメカニズムが不明確であり、空中と海水中でループアンテナの共振周波数が変化することに対する対策が示されていないなどの問題点がある。
Therefore, by using the frequency band in which the resonance phenomenon or the matching phenomenon occurs, a low-loss signal transmission apparatus can be realized in the fresh water.
On the other hand, the permittivity of seawater is higher than that of fresh water, and the
Since the conventional “signal transmission device” is configured as described above, the mechanism of the resonance state or matching state in fresh water or seawater is unclear, and the resonance frequency of the loop antenna changes in the air and seawater. There is a problem that measures against this are not shown.
上記の他に、特許文献2に記載されている「シールドアンテナコイル」によれば、「送信回路に接続された給電パターンコイル19と、給電パターンコイルの外側に設置されて相互誘導により結合する共振パターンコイル20と、共振パターンコイルに接続された共振周波数調節用のコンデンサ21及びインピーダンスとQ値の調節用の抵抗22で構成される整合回路と、共振パターンコイルから放射される電界成分を減らすための電界シールドパターン23a,23bとを備え、電界シールドパターンを、共振パターンコイルを挟み込むように配置することによって、通信手段との通信に必要な磁界成分を確保しつつ、他の無線装置の通信妨害となる電界成分を減らすことができるシールドアンテナコイルを得る」ことができるとされている。
In addition to the above, according to the “shielded antenna coil” described in Patent Document 2, “resonance that is connected to the power feeding pattern coil 19 connected to the transmission circuit and the outside of the power feeding pattern coil by mutual induction” In order to reduce the electric field component radiated from the resonance pattern coil, the matching circuit composed of the pattern coil 20, the
また、特許文献3に記載されている「電磁波シールド及びそれを用いたループアンテナ装置」によれば、「本発明の電磁波シールドは、導電体と、導電体をグランドに接続するためのグランド接点とを備え、導電体はグランド接点を介してグランドと電気的に接続されて構成され、導電体の任意の点からグランド接点へ至る経路が一意的に定まる様に配されてなる電磁波シールドであって、導電体が巻き回されてなる構成としたものである。
また、本発明のループアンテナ装置は、少なくとも一方の面に前記の電磁波シールドを備えた構成としたものであり、電磁界発生装置から放出される電磁波の近傍磁界の減衰を抑制したまま遠方電界を減衰することができる電磁波シールド及びそれを用いたループアンテナ装置を提供することを目的とするものである。」とされている。
Further, according to “Electromagnetic wave shield and loop antenna device using the same” described in Patent Document 3, “Electromagnetic wave shield of the present invention includes a conductor and a ground contact for connecting the conductor to the ground. The electromagnetic wave shield is configured such that the conductor is electrically connected to the ground via a ground contact, and is arranged so that a path from any point of the conductor to the ground contact is uniquely determined. The conductor is wound around.
Further, the loop antenna device of the present invention is configured to include the electromagnetic wave shield on at least one surface, and a far electric field can be generated while suppressing the attenuation of the near magnetic field of the electromagnetic wave emitted from the electromagnetic field generator. An object of the present invention is to provide an electromagnetic wave shield that can be attenuated and a loop antenna device using the same. It is said that.
しかしながら、前記特許文献2および3に記載されている「シールドアンテナコイル」あるいは「電磁波シールド及びそれを用いたループアンテナ装置」では、いずれもRFIDタグに用いる「給電パターンコイル」あるいは「ループアンテナ装置」の外側に「電界シールドパターン」あるいは「電磁波シールド」を設け、「通信手段との通信に必要な磁界成分を確保しつつ」あるいは「近傍磁界の減衰を抑制しつつ」「他の無線装置の通信妨害となる電界成分を減らすことができ」、あるいは「遠方電界を減衰することができる」とされており、本発明が、電界シールドを設けることによりループコイルの共振周波数の変動を抑えるとともに、海水中で遠方まで伝搬する磁界成分を利用して通信を行なうこととは、目的と得られる効果が異なるものと考える。 However, the “shield antenna coil” or “electromagnetic wave shield and loop antenna device using the electromagnetic shield” described in Patent Documents 2 and 3 are both “feed pattern coil” or “loop antenna device” used for the RFID tag. "Electric field shield pattern" or "electromagnetic wave shield" is provided outside of the cable, "while securing the magnetic field component necessary for communication with the communication means" or "while suppressing the attenuation of the nearby magnetic field" "communication of other wireless devices It is said that the electric field component that becomes a disturbance can be reduced "or" the far electric field can be attenuated ", and the present invention suppresses fluctuations in the resonance frequency of the loop coil by providing an electric field shield, Communication using a magnetic field component propagating far away is different in purpose and effect. I think and shall.
一方、非特許文献1の275頁〜280頁に記載されている「9.3 損失のある誘電体中の平面波」によれば、277頁の上から4行目に、「ExあるいはHyの振幅は、水中を1m/520(約2mm)伝播するごとに0.368の係数で減衰する。伝播するという言葉はこのようにたいへんあいまいに使用されている。減衰が大きいことが、水中でレーダーが使用されずにソナーが使われる理由である。」とされている。
また、非特許文献2の189頁、図5.3に示されている「水中を伝搬する電波の減衰特性」によれば、海水中では1MHzの電波が約100dB/mの割合で減衰するとされている。
On the other hand, according to “9.3 Plane wave in lossy dielectric” described on pages 275 to 280 of Non-Patent Document 1, “the amplitude of Ex or Hy” is shown in the fourth line from the top of page 277. Is attenuated by a factor of 0.368 for every 1 m / 520 (about 2 mm) in the water, and the term “propagating” is used so vaguely. That ’s why sonar is used instead of being used. ”
In addition, according to “Attenuation characteristics of radio waves propagating in water” shown on page 189 of Non-Patent Document 2 and FIG. 5.3, 1 MHz radio waves are attenuated at a rate of about 100 dB / m in seawater. ing.
しかしながら、本発明の磁界アンテナあるいは磁流アンテナを用いて海水中で伝搬実験を実施したところ、前記非特許文献1あるいは非特許文献2に記載されている程の急激な伝播損失が生じないことを実験で確認している。
However, when a propagation experiment was performed in seawater using the magnetic field antenna or the magnetic current antenna of the present invention, it was confirmed that the propagation loss as rapid as described in Non-Patent Document 1 or Non-Patent Document 2 did not occur. Confirmed by experiment.
この発明は、比誘電率が10以上であり、比透磁率が10以下であり、磁界変動の伝搬損失が電界変動の伝搬損失より比較的に小さい物質中に設置された磁界アンテナあるいは磁流アンテナ(以下磁界アンテナと称する)から放射される磁界変動あるいは磁流変動(以下磁界変動と称する)の伝搬を利用して磁力波通信装置を実現するためのものである。
The present invention relates to a magnetic field antenna or a magnetic current antenna installed in a material having a relative permittivity of 10 or more, a relative permeability of 10 or less, and a propagation loss of magnetic field fluctuations being relatively smaller than a propagation loss of electric field fluctuations. This is to realize a magnetic wave communication device using propagation of magnetic field fluctuation or magnetic current fluctuation (hereinafter referred to as magnetic field fluctuation) radiated from (hereinafter referred to as magnetic field antenna).
この発明に係わる磁力波通信装置は、比誘電率が10以上であり、比透磁率が10以下であり、磁界変動の伝搬損失が電界変動の伝搬損失より比較的に小さい物質中において設置された磁界アンテナが、磁界変動を効率よく送信し、受信できる特性を利用することによって、比較的に長距離でかつ広帯域の磁力波通信を可能とするものである。 The magnetic wave communication device according to the present invention is installed in a material having a relative permittivity of 10 or more, a relative permeability of 10 or less, and a propagation loss of magnetic field fluctuation is relatively smaller than a propagation loss of electric field fluctuation. The magnetic field antenna enables a relatively long-distance and wide-band magnetic wave communication by utilizing a characteristic that can efficiently transmit and receive magnetic field fluctuations.
一方、前記磁界アンテナを大気中に設置した場合でも、伝搬特性がほとんど変わらないことから、前記磁界アンテナを用いると、送信アンテナと受信アンテナの両方あるいはいずれか一方が大気中に設置された場合、前記送信アンテナと受信アンテナの両方あるいはいずれか一方が真水中あるいは海水中に設置された場合のいずれの場合でも、比較的に長距離でかつ広帯域の磁力波通信を可能とするものである。 On the other hand, even when the magnetic field antenna is installed in the atmosphere, since the propagation characteristics hardly change, when using the magnetic field antenna, when either or both of the transmission antenna and the reception antenna are installed in the atmosphere, Even in the case where both or one of the transmission antenna and the reception antenna is installed in fresh water or seawater, a relatively long-distance and broadband magnetic wave communication is possible.
この発明に係わる磁力波通信装置に用いられる磁界アンテナは、磁界変動を部分的に吸収し減衰させるための磁界吸収体あるいは構造を有し、あるいは磁界変動の放射あるいは受信を抑制しあるいは減衰させるための磁界吸収体あるいは構造を有する。
また、前記磁界吸収体の磁気抵抗が比較的に大きく、磁界損失が比較的に大きいこと、あるいは前記アンテナ手段を磁界吸収体で部分的に蔽うために、リング状の構造であり、あるいはサンドイッチ構造であること、あるいは磁界吸収体が磁界損失が比較的に大きな粉末状であることなどが必要である。
The magnetic field antenna used in the magnetic wave communication apparatus according to the present invention has a magnetic field absorber or structure for partially absorbing and attenuating magnetic field fluctuations, or for suppressing or attenuating the radiation or reception of magnetic field fluctuations. A magnetic field absorber or structure.
The magnetic field absorber has a relatively large magnetic resistance and a relatively large magnetic field loss, or a ring-shaped structure or a sandwich structure in order to partially cover the antenna means with the magnetic field absorber. Or that the magnetic field absorber is in the form of a powder with a relatively large magnetic field loss.
従来、海水中での通信にはもっぱら音波あるいは超音波が用いられ、あるいは例えば100kHz以下の極めて低い周波数帯の電磁波信号を用いることが一般的であり、100kHz以上の比較的に高い周波数帯の電磁波信号は、例えば海水中での減衰が27MHz帯において約100dB/mと急激であるために、利用が難しいというのが定説であった。 Conventionally, sound waves or ultrasonic waves are exclusively used for communication in seawater, or an electromagnetic wave signal of an extremely low frequency band of, for example, 100 kHz or less is generally used, and an electromagnetic wave of a relatively high frequency band of 100 kHz or more is used. It has been theorized that the signal is difficult to use because, for example, the attenuation in seawater is as rapid as about 100 dB / m in the 27 MHz band.
本発明の磁力波通信装置では、100kHz以上の周波数帯において、広い帯域幅の磁力波信号を利用することで、例えば真水中あるいは海水中などで、長距離通信が可能となり、従来の音波あるいは超音波による通信に代わる長距離で低損失の伝搬が可能な磁力波通信装置を安価に実現することができる。
In the magnetic wave communication apparatus of the present invention, a long-range communication is possible, for example, in fresh water or in seawater by using a magnetic wave signal having a wide bandwidth in a frequency band of 100 kHz or higher. A magnetic wave communication apparatus capable of low-loss propagation over a long distance instead of the sound wave communication can be realized at low cost.
この発明に係わる磁力波通信装置によれば、図1および請求項第1項、第2項、および第3項に本発明の第1の実施形態を示すように、磁力波通信装置21に接続された磁界アンテナ213から、磁力波信号を真水中あるいは海水中などで効率よく放射し、磁力波通信装置22に接続された磁界アンテナ213によって磁力波信号を受信する場合、前記磁界アンテナ213から放射された磁力波信号は、長距離を低損失で磁界アンテナ223に伝搬される。
According to the magnetic wave communication apparatus according to the present invention, it is connected to the magnetic
図2および特許請求範囲第4項から第10項に示す磁界アンテナの構造および動作原理によれば、本発明の磁界アンテナに対しては、(1)磁界変動を部分的に吸収し減衰させるための磁気材料あるいは構造を有し、あるいは磁界変動を放射し、磁界変動に感応するのを部分的に吸収しあるいは抑制しあるいは減衰させるための磁界吸収体あるいは構造を有し、(2)前記磁界吸収体の磁気抵抗が比較的に小さく、磁界損失が比較的に大きいこと、(3)前記磁界吸収体が前記アンテナ手段を部分的に蔽うために、リング筒状の構造であり、あるいはサンドイッチ構造であること、(4)前記磁界吸収体の磁界損失が比較的に大きく粉末状の粒子であることなどが必要である。
According to the structure and operation principle of the magnetic field antenna shown in FIG. 2 and claims 4 to 10, the magnetic field antenna of the present invention is (1) partially absorbed and attenuated by magnetic field fluctuations. Or a magnetic field absorber or structure for partially absorbing, suppressing, or attenuating the susceptibility to magnetic field fluctuations, and (2) the magnetic field. The absorber has a relatively small magnetic resistance and a relatively large magnetic field loss; and (3) a ring cylindrical structure or a sandwich structure so that the magnetic field absorber partially covers the antenna means. (4) It is necessary that the magnetic field absorber has a relatively large magnetic field loss and is powdery particles.
図3および請求項第1項、および第2項に示す本発明の第2の実施形態では、磁力波通信装置21、22、および磁界アンテナ213、223の何れもが、真水中あるいは海水中に設置されあるいは移動しているものとする。
磁力波通信装置21、22に接続された磁界アンテナ213、223によって前記磁力波信号を送受信する場合、前記磁界アンテナ213から放射された磁力波信号は、直接波伝搬によって低損失で前記磁界アンテナ223に伝搬される。
In the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3 and claims 1 and 2, the magnetic
When the magnetic wave signal is transmitted and received by the
図4および請求項第1項、第2項、および第17項に示す本発明の第3の実施形態では、磁力波探知装置23の送信機231bに接続された磁界アンテナ233bから探知のための磁力波信号113bが真水中あるいは海水中に向けて送信され、海底などで反射された磁力波信号113aを、前記磁力波探知装置23の磁界アンテナ233aで受信することによって、海底までの距離を測定し、あるいは海水中の障害物を検知することができる。
In the third embodiment of the present invention shown in FIG. 4 and claims 1, 2, and 17, detection is performed from the magnetic field antenna 233 b connected to the transmitter 231 b of the magnetic wave detection device 23. The magnetic wave signal 113b is transmitted toward fresh water or seawater, and the magnetic wave signal 113a reflected from the seabed or the like is received by the magnetic field antenna 233a of the magnetic wave detector 23, thereby measuring the distance to the seabed. Or obstacles in seawater can be detected.
図5および請求項第4項から第14項に示す本発明の第5の実施形態では、磁界アンテナ213の内部構造を示すように、アンテナ素子400の中心部分を磁界変動を吸収し減衰させるための磁界吸収体401によってサンドイッチ構造とし、前記磁界アンテナ213の外周部分を電界シールド402で被い、更に、耐圧性を有する充填材403および耐食性を有する外皮404によって被うことで図2に示す磁界アンテナに要求される条件を満足する。
In the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 5 and claims 4 to 14, in order to absorb the magnetic field fluctuation and attenuate the central portion of the antenna element 400 so as to show the internal structure of the
図6および請求項第15項から第16項に示す本発明の第6の実施形態では、複数の放射素子をアレイ状に配列した磁界アンテナ213の内部構造を示すように、複数の放射素子400a〜400nの一部が磁界変動を吸収し減衰させるための磁界吸収体401の内部に埋没された構造となっており、前記磁界アンテナ213の外周部分を電界シールド402で被い、更に、耐圧性を有する充填材403および耐食性を有する外皮404によって被うことで図2に示す磁界アンテナに要求される条件を満足する。
In the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 6 and claims 15 to 16, a plurality of radiating elements 400a are shown so as to show the internal structure of the
前記磁界アンテナ213からは、複数の放射素子400a〜400nの大部分が磁界吸収体401の表面方向に露出しており、したがって、磁界吸収体401の表面方向に磁界変動が低損失で放射され、裏側方向には磁界変動が減衰して放射される。
また、前記複数の放射素子401a〜401nに給電する際の位相および振幅を制御することでいわゆるアクテイブフエーズドアレイアンテナを構成することが可能となり、磁力波レーダ装置に適する指向性ビームアンテナを実現することができる。
From the
In addition, a so-called active phased array antenna can be configured by controlling the phase and amplitude when power is supplied to the plurality of radiating elements 401a to 401n, and a directional beam antenna suitable for a magnetic wave radar device is realized. be able to.
図7および請求項第4項から第14項に示す本発明の第6の実施形態では、磁界アンテナ213において、同軸ケーブル406の外周部に磁界変動を吸収し減衰させるための磁界吸収体401でリング状に取り囲むように設けることによって、放射素子400a、400bのみから磁界変動を効率よく放射させることで、図2に示す磁界アンテナに要求される条件を満足する。
In the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 7 and claims 4 to 14, in the
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施形態を示すシステム構成図であり、図1において、21、22は磁力波通信装置、211、221は制御部、212、222は送受信機、213、223は磁界アンテナ、111は海表面である。
制御部211により制御される送受信機212に接続された磁界アンテナ213からは、磁界変動が放射され、長距離を低損失で伝搬して磁界アンテナ223によって受信される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1,
Magnetic field fluctuations are radiated from the
発明者らが実施した海水中での伝搬実験では、ダイポールアンテナなどの電界アンテナから放射される電界変動に基づく伝搬損失が27MHz帯において約100dB/mと急激に減衰するのに対して、磁界アンテナから放射される磁界変動に基づく伝搬損失が27MHz帯においてもはるかに低損失であり、長距離の伝搬が可能であることを確認している。
そこで、電界アンテナから放射される電界変動に基づいて伝搬される電磁波信号に対して、磁界アンテナから放射される磁界変動によって伝搬される信号を新たに磁力波信号と称し、前者による伝搬を電磁波伝搬、後者による伝搬を磁力波伝搬と称するものとする。
In propagation experiments in seawater conducted by the inventors, the propagation loss due to electric field fluctuations radiated from an electric field antenna such as a dipole antenna is rapidly attenuated to about 100 dB / m in the 27 MHz band, whereas the magnetic field antenna It has been confirmed that the propagation loss based on the fluctuation of the magnetic field radiated from the antenna is much lower even in the 27 MHz band, and that long-distance propagation is possible.
Therefore, for the electromagnetic wave signal propagated based on the electric field fluctuation radiated from the electric field antenna, the signal propagated by the magnetic field fluctuation radiated from the magnetic field antenna is newly called a magnetic wave signal, and the propagation by the former is electromagnetic wave propagation. The latter propagation is referred to as magnetic wave propagation.
ここで、図2を用いて磁力波伝搬のメカニズムを解明しておく必要がある。
図2において、600はループコイルを用いた送信アンテナ、601a、601bは送信アンテナ600に流れる導電電流の方向、602は磁界変動を吸収し減衰させるための磁界吸収体、603a、603bは送信アンテナの接続端子、611は送信アンテナ600の中心線、611は受信アンテナ、612は送信アンテナのループの間隔(D)、613は送信アンテナ600の外側のループと受信アンテナ611の距離(R)である。
Here, it is necessary to clarify the mechanism of magnetic wave propagation using FIG.
In FIG. 2, 600 is a transmission antenna using a loop coil, 601a and 601b are directions of a conduction current flowing through the transmission antenna 600, 602 is a magnetic field absorber for absorbing and attenuating magnetic field fluctuations, and 603a and 603b are transmission antennas. The connection terminal, 611 is the center line of the transmission antenna 600, 611 is the reception antenna, 612 is the distance (D) between the loops of the transmission antenna, and 613 is the distance (R) between the loop outside the transmission antenna 600 and the reception antenna 611.
送信アンテナ600に導電電流Iが流れているとすると、受信アンテナ611の位置での磁界変動を磁束密度の変動(dBR/dt)により表現すると、
(dBR/dt)=μ [{1/(2πR)}―γ{1/(2πR+D)}] (dI/dt) - - -(1)
によって表わされる。
ここで、μは海水の透磁率、γは磁界吸収体602によって吸収されあるいは減衰する割合である。
Assuming that the conductive current I flows through the transmitting antenna 600, the magnetic field fluctuation at the position of the receiving antenna 611 is expressed by the fluctuation in magnetic flux density (dBR / dt).
(DBR / dt) = μ [{1 / (2πR)} − γ {1 / (2πR + D)}] (dI / dt) − − − (1)
Is represented by
Here, μ is the permeability of seawater, and γ is the rate of absorption or attenuation by the magnetic field absorber 602.
(1)式から、
(dBR/dt)=μ{2πR(1−γ)+D}/{2πR(2πR+D)}(dI/dt)
≒μ{(1−γ)/(2πR)}(dI/dt) - - -(2)
となる。ただし、(1−γ)>>(D/2πR)とする。
例えば、γ=1/3≒−10dBとすると、この程度は容易に実現できることから、
(dBR/dt)=μ{0.67/2πR}(dI/dt) - - -(3)
となる。
From equation (1)
(DBR / dt) = μ {2πR (1−γ) + D} / {2πR (2πR + D)} (dI / dt)
≈μ {(1-γ) / (2πR)} (dI / dt) − − − (2)
It becomes. However, (1-γ) >> (D / 2πR).
For example, if γ = 1 / 3≈−10 dB, this degree can be easily realized.
(DBR / dt) = μ {0.67 / 2πR} (dI / dt) − − − (3)
It becomes.
前記の(3)式は、受信アンテナ611の地点での磁束密度の変動、したがって磁界変動が距離Rに反比例することを示し、磁界変動の伝搬が平面波によることを示す。
一方、受信アンテナ611がループアンテナとすると、受信アンテナ611の両端に誘起する起電力ERは、受信アンテナ611の地点における磁束の変動によって生じることから、
ER=−(dΦ/dt)=−∫(dBR/dt)
=−μ∫{0.67/2πR}(dI/dt) - - -(4)
となって、起電力ERも距離Rに反比例して減少することになる。
The above equation (3) indicates that the fluctuation of the magnetic flux density at the point of the receiving antenna 611, and hence the magnetic field fluctuation is inversely proportional to the distance R, and that the propagation of the magnetic field fluctuation is due to a plane wave.
On the other hand, if the receiving antenna 611 is a loop antenna, the electromotive force ER induced at both ends of the receiving antenna 611 is caused by the fluctuation of magnetic flux at the point of the receiving antenna 611.
ER = − (dΦ / dt) = − ∫ (dBR / dt)
= −μ∫ {0.67 / 2πR} (dI / dt) − − − (4)
Thus, the electromotive force ER also decreases in inverse proportion to the distance R.
上記の伝搬式は誘電率εの項を含んでいないので、比誘電率が81程度と高く、比透磁率が1に近い真水あるいは海水中においても、波長短縮せず、したがって平面波として長距離を伝搬することが分かる。
また、大気中においても、比透磁率が1に近いことから、波長短縮が生せずに平面波として長距離を伝搬するので、大気中から海水中へ磁力波信号が減衰せずに透過することが期待できる。
Since the above propagation equation does not include the term of permittivity ε, the relative permittivity is as high as about 81, and the relative permeability is not shortened even in fresh water or seawater close to 1, so that a long distance is obtained as a plane wave. It can be seen that it propagates.
Also, since the relative permeability is close to 1 even in the atmosphere, it propagates a long distance as a plane wave without causing wavelength shortening, so that a magnetic wave signal can be transmitted from the atmosphere to the seawater without being attenuated. Can be expected.
上記の説明では、海水中での磁力波伝搬を利用する例について述べたが、一般的に、誘電率が10以上であり、比透磁率が10以下であり、磁界変動の伝搬損失が電界変動の伝搬損失より比較的に小さい物質中において、磁力波伝搬を利用しても同様な効果が得られることになる。 In the above description, an example using magnetic wave propagation in seawater has been described, but generally, the dielectric constant is 10 or more, the relative permeability is 10 or less, and the propagation loss of magnetic field fluctuation is electric field fluctuation. Similar effects can be obtained even if magnetic wave propagation is used in a material that is relatively smaller than the propagation loss.
また、前記磁力波通信装置21、22のいずれか一方あるいは両方に、複数の磁界アンテナを接続し切替器を用いて周期的に切り替えながら磁力波信号を送受信し、前記複数の磁界アンテナに対応して受信した磁力波信号の位相差を測定することによって、前記磁力波通信装置21あるいは22が位置する方向を高い精度で検知することができる。
In addition, a plurality of magnetic field antennas are connected to one or both of the magnetic
また、前記磁力波通信装置21、22のいずれか一方あるいは両方から、同期しあるいは直交する少なくとも周波数が異なる複数の搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、あるいはベースバンド信号を含む磁力波信号を送受信し、前記搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、あるいはベースバンド信号の位相差を測定することによって、前記磁力波通信装置21と22の間の距離が高い精度で検知することができる。
Also, a magnetic wave signal including a plurality of carrier signals, subcarrier signals, modulation signals, or baseband signals that are synchronized or orthogonally different from each other is transmitted / received from one or both of the magnetic
また、前記磁力波通信装置21、22に接続された磁界アンテナ213、223が海上を移動する複数の移動体に装備され、前記複数の移動物体間の相対的な位置関係を検知することによって、前記複数の移動体の移動に従って最適なユビキタスモバイルネットワークを瞬時に構成することができる。
また、前記磁力波通信装置21、22に接続された磁界アンテナ213、223を船舶などの喫水線以下の船腹などに設置することで、周辺の船舶の位置、あるいは距離と方向が常時検知できることから、船舶同士の衝突を回避するための自動監視装置にも応用が可能である。
また、前記磁界アンテナ213、223が真水中あるいは海水中に設置され、前記磁力波通信装置21、22が大気中に設置され、真水あるいは海水と大気との接触面に存在する表面波伝搬を利用し、長距離通信を行なうことができることを実験で確認している。
In addition,
In addition, by installing the
In addition, the
(実施の形態2)
図3は、本発明の第2の実施形態を示すシステム構成図である。図3において、21、22は磁力波通信装置、211、221は制御部、212、222は送受信機、213、223は磁界アンテナ、111は海表面である。
前記磁力波通信装置21、22および磁界アンテナ213、223は一体化されて真水中あるいは海水中で運用されており、前記磁力波通信装置21、22および磁界アンテナ213、223はそれぞれ耐圧構造の防水筐体に収納することで、真水中あるいは海水中の深部でも運用することが可能となる。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a system configuration diagram showing the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, 21 and 22 are magnetic wave communication apparatuses, 211 and 221 are control units, 212 and 222 are transceivers, 213 and 223 are magnetic field antennas, and 111 is a sea surface.
The magnetic
また、前記磁力波通信装置21、22は、真水中あるいは海水中で運用可能なパッシブタグあるいはアクテイブタグとして機能させることができる。
また、前記アクテイブタグを、遊泳中の人体、海水中の任意の移動体、あるいは海水中の固定された物体などに装着することで、微弱な磁力波信号を発信しても1km程度の位置に存在するアクテイブタグを識別し、距離と方向を測定することでロケーション管理が可能となる。
The magnetic
In addition, by attaching the active tag to a swimming human body, an arbitrary moving body in seawater, or a fixed object in seawater, even if a weak magnetic wave signal is transmitted, the active tag can be placed at a position of about 1 km. Location management is possible by identifying existing active tags and measuring distance and direction.
(実施の形態3)
図4は、本発明の第3の実施形態を示すシステム構成図である。図4において、25は磁力波探知装置あるいは磁力波レーダ装置、251aは受信機、251bは送信機、252は制御部、253a、253bはアレイ型磁界アンテナ、254はインターフエイス部、255は接続端子、111は例えば海表面である。
前記アレイ型磁界アンテナ253bは送信機251bに接続され、前記アレイ型磁界アンテナ253bは受信機251aに接続されているものとする。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a system configuration diagram showing the third embodiment of the present invention. In FIG. 4, 25 is a magnetic wave detection device or magnetic wave radar device, 251a is a receiver, 251b is a transmitter, 252 is a control unit, 253a and 253b are array type magnetic field antennas, 254 is an interface unit, and 255 is a connection terminal. 111 is, for example, the sea surface.
The array type magnetic field antenna 253b is connected to the transmitter 251b, and the array type magnetic field antenna 253b is connected to the receiver 251a.
前記アレイ型磁界アンテナ253aから磁力波信号がバースト状に送信され、伝播路113aを経由して海底などで反射し、伝播路113bを経由して前記アレイ型磁界アンテナ253bで受信される。
前記アレイ型磁界アンテナ253aから磁力波信号を発信し、前記アレイ型磁界アンテナ253aで受信するまでに要する伝搬時間を測定し、あるいは前記磁力波信号の搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、あるいはベースバンド信号の位相を測定することで、海底までの距離あるいは海水中の障害物までの距離、あるいは海水中の障害物の3次元の位置が測位できる。
A magnetic wave signal is transmitted in burst form from the array type magnetic field antenna 253a, reflected on the seabed or the like via the propagation path 113a, and received by the array type magnetic field antenna 253b via the propagation path 113b.
A propagation time required until a magnetic wave signal is transmitted from the array type magnetic field antenna 253a and received by the array type magnetic field antenna 253a is measured, or a carrier wave signal, subcarrier signal, modulation signal, or base of the magnetic wave signal is measured. By measuring the phase of the band signal, the distance to the seabed, the distance to the obstacle in the seawater, or the three-dimensional position of the obstacle in the seawater can be measured.
また、同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる磁力波信号、あるいはチャープ変調された磁力波信号を前記アレイ型磁界アンテナ253bから発信し、前記アレイ型磁界アンテナ253aで受信することによって、海底までの距離あるいは海水中の障害物までの距離が測定できる。
なお、海水中で磁力波信号を用いると、伝搬損失および波長短縮率が大気中で電磁波信号を用いた場合とほぼ同じであるので、大気中とほぼ等価な解像度と探知精度が得られるものと期待される。
また、磁力波信号の伝搬速度は超音波に比べてはるかに速いので、水中での障害物検知の際の探知時間と解像度が飛躍的に改善される。
In addition, a magnetic wave signal that is synchronized or orthogonal and has at least different frequencies or a chirp-modulated magnetic wave signal is transmitted from the array-type magnetic field antenna 253b and received by the array-type magnetic field antenna 253a. Or the distance to the obstacle in seawater can be measured.
When using a magnetic wave signal in seawater, the propagation loss and wavelength shortening rate are almost the same as when using an electromagnetic wave signal in the atmosphere, so that resolution and detection accuracy equivalent to those in the atmosphere can be obtained. Be expected.
Further, since the propagation speed of the magnetic wave signal is much faster than that of the ultrasonic wave, the detection time and resolution when detecting an obstacle in water are drastically improved.
(実施の形態4)
図5は本発明の第4の実施形態を示す磁界アンテナの構造の実施例を示す断面図であり、磁力波信号の送受信を効率的に行なうことができる。
図5において、213は磁界アンテナ、400はループコイル、401は磁力波信号を吸収し減衰させる磁界吸収体、402は電界シールド、403は充填材、404は防水ケース、405a、405bは入力端子である。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a sectional view showing an example of the structure of the magnetic field antenna according to the fourth embodiment of the present invention, which can efficiently transmit and receive magnetic wave signals.
In FIG. 5, 213 is a magnetic field antenna, 400 is a loop coil, 401 is a magnetic field absorber that absorbs and attenuates a magnetic wave signal, 402 is an electric field shield, 403 is a filler, 404 is a waterproof case, and 405a and 405b are input terminals. is there.
磁力波信号を吸収し減衰させる磁界吸収体401はループコイル400の一部を被うように配置され、当該部分から送受信される磁力波信号を吸収し減衰させる効果がある。
なお、前記磁力波信号を吸収し減衰させる磁界吸収体401は、別の表現をすれば、磁界変動の一部を吸収し減衰させるための磁界吸収体であり、あるいは磁界変動を放射し磁界変動に感応するのを部分的に吸収し減衰させるための磁界吸収体である。
The
In other words, the
また、前記磁力波信号を吸収し減衰させる磁界吸収体401は、ループコイル400をリング状に蔽いあるいはループコイル400の一部をサンドイッチ状に蔽うことで磁力波信号を効果的に減衰させることができる。
また、前記磁力波信号を吸収し減衰させる磁界吸収体401のためにループコイル400の共振特性がダンピングされるので広帯域化される効果が得られる。
なお、前記磁界吸収体401の代わりにトロイダル状のフライトコアを用いると、ループコイル400のインピーダンスが高くなり、ループコイルに電流が流れなくなる問題点がある。
Further, the
Further, since the resonance characteristics of the loop coil 400 are damped for the
If a toroidal flight core is used instead of the
前記ループコイル400を防水膜で覆った程度で直接海水中に浸して用いると、空気中と海水中で比誘電率が異なるため、共振周波数が大きく変動することが実験の結果から確認されている。
そこで、前記ループコイル400の外側に電界シールド402を設けることで共振周波数の変化を軽減し、あるいは海水の濃度の変化あるいは温度の変化などによる影響を抑制できるなどの効果がある。
It has been confirmed from experimental results that when the loop coil 400 is directly immersed in seawater and covered with a waterproof membrane, the resonance frequency varies greatly because the relative permittivity differs between air and seawater. .
Therefore, by providing the electric field shield 402 outside the loop coil 400, there are effects such as reducing the change of the resonance frequency or suppressing the influence of the change of the seawater concentration or the temperature.
なお、前記電界シールド402は、ループコイル400から放射される磁界変動を通過させるが電界変動あるいは電気力線は減衰させる特性を有しており、あるいは別の表現によれば、金属材料で構成され、磁界変動に対して渦電流を生じない材質あるいは構造あるいは構成あるいは形状であり、10ミクロン以下の薄膜状であり、格子状であり、線状であり、網状であり、パンチングメタル状であり、スパッタリングにより形成され、メッキ処理により形成され、絶縁材料に微細な金属粒あるいはフエライト粉を混入したものであり、あるいはこれらの組合せである。 The electric field shield 402 has a characteristic of allowing the magnetic field fluctuation radiated from the loop coil 400 to pass through but attenuating the electric field fluctuation or the electric lines of force, or according to another expression, is made of a metal material. , A material, structure, configuration or shape that does not generate eddy currents due to magnetic field fluctuation, a thin film shape of 10 microns or less, a lattice shape, a linear shape, a net shape, a punching metal shape, It is formed by sputtering, formed by plating, fine metal particles or ferrite powder mixed in the insulating material, or a combination thereof.
また、前記物質が海水の場合には導電性があるために、ループコイル400を地金のままで海水中に浸すと、アンテナの共振現象が消滅し、アンテナとして機能しなくなるので、防水ケース404を設け内部に充填材403を充填することで、問題点を解消するとともに、水圧に耐え、海水による侵食を防止するなどの効果がある。
また、前記ループコイル400は多様な形態をとることが可能であり、他の多様な種類のアンテナを用いても同様な効果が得られる。
In addition, since the substance is conductive when the substance is seawater, if the loop coil 400 is immersed in seawater with the metal as it is, the resonance phenomenon of the antenna disappears and the antenna does not function as a waterproof case 404. And filling the inside with the
Further, the loop coil 400 can take various forms, and the same effect can be obtained by using various other types of antennas.
また、大気中と海水中において生じる同調周波数の変化あるいは整合条件の変化に対し、整合条件を切り替え、再調整し、あるいはアダプテイブに制御するための制御手段を設けることによって周辺の環境変化に対して特性を安定に保つことも可能である。
また、前記ループコイル400に装荷インピーダンスを接続することによって、小型化が可能であり、磁界変動の放射効率を改善することができる。
In addition, by changing the tuning conditions and adjusting the matching conditions in response to changes in tuning frequency or matching conditions that occur in the atmosphere and seawater, it is possible to respond to changes in the surrounding environment by providing a control means for adaptive control. It is also possible to keep the characteristics stable.
Further, by connecting the loading impedance to the loop coil 400, it is possible to reduce the size and improve the radiation efficiency of the magnetic field fluctuation.
また、前記ループコイル400が、部分的では有るが、磁界吸収体401によって覆われているため、ループコイル400の損失抵抗を増加させることからQを低下させ、本質的に広帯域の磁界アンテナが実現できる。
また、ループコイル400の入力端子に広帯域のインピーダンス変換手段を介して接続し、あるいは近接した複数の同調周波数を有するマッチング回路によって整合をとることで、広帯域で高能率な磁界アンテナを構成することができる。
また、前記ループコイル400が複数のアンテナ素子によって構成され複数のアンテナ素子が疎に結合されて配置され、単一のアンテナ素子が太さあるいは幅あるいはこれらの両方が異なる複数の部分から構成され、あるいは複数の部分に分けお互いに角度をもって交差するように配置されることによって、広帯域の磁界アンテナが実現できる。
Further, although the loop coil 400 is partially covered with the
Further, by connecting to the input terminal of the loop coil 400 via a broadband impedance converter, or by matching with a matching circuit having a plurality of adjacent tuning frequencies, a broadband and highly efficient magnetic field antenna can be configured. it can.
Further, the loop coil 400 is composed of a plurality of antenna elements, and the plurality of antenna elements are arranged loosely, and the single antenna element is composed of a plurality of portions having different thicknesses or widths or both, Alternatively, a broadband magnetic field antenna can be realized by dividing into a plurality of portions and arranging them so as to intersect each other at an angle.
(実施の形態5)
図6は本発明の第5の実施形態を示す磁界アンテナの他の実施例を示す断面図であり、アレイ状に配置された複数個のループコイル400a〜400nが、その1部分が磁力波信号を吸収し減衰させる磁界吸収体401の内部を通って形成され、プリント基板405に接続されている。
前記磁界吸収体401は、ループコイル400a〜400nの一部分であり磁界吸収体401の内部を通って形成されている部分から放射される磁力波信号を吸収し減衰させるとともに、磁力波信号が背面に向けて放射されることを防止する効果がある。
前記複数個のループコイル400a〜400nの外側には電界シールド402が配置され、前記電界シールド402と防水ケース404との間には充填材あるいは緩衝材403が注入されている。
(Embodiment 5)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the magnetic field antenna showing the fifth embodiment of the present invention. A plurality of loop coils 400a to 400n arranged in an array form, one part of which is a magnetic wave signal. Is formed through the inside of the
The
An electric field shield 402 is disposed outside the plurality of loop coils 400 a to 400 n, and a filler or
ここで、前記複数個のループコイル400a〜400nは、遅延制御回路および/あるいは分配・合成回路(標記せず)によって外部に接続されており、いわゆるアクテイブフエーズドアレイアンテナを構成し、指向性ビームを上下方向、左右方向、あるいは上下左右方向に走査できる指向性ビームアンテナを構成する。
また、前記複数個のループコイル400a〜400nの各々を、その中心部において90度交差させた2組のループコイルで構成し、前記2組のループコイルに90度位相が異なる高周波電流を供給することによって、円偏波指向性アンテナとして機能させることができる。ただし、前記交差する角度は任意とし、前記角度に合わせて前記位相を調節することができる。
Here, the plurality of loop coils 400a to 400n are connected to the outside by a delay control circuit and / or a distribution / combination circuit (not shown) to constitute a so-called active phased array antenna, and a directional beam. A directional beam antenna that can scan in the vertical direction, the horizontal direction, or the vertical and horizontal directions is configured.
Further, each of the plurality of loop coils 400a to 400n is configured by two sets of loop coils that intersect each other by 90 degrees at the center thereof, and high-frequency currents having a phase difference of 90 degrees are supplied to the two sets of loop coils. Therefore, it can function as a circularly polarized directional antenna. However, the intersecting angle is arbitrary, and the phase can be adjusted according to the angle.
また、磁力波信号を吸収し減衰させる磁界吸収体401は、例えば、UHF帯以下ではゴム素材に磁界損失の大きな金属粒子を練り込んだものであり、UHF帯以上ではゴム素材の代わりに発泡樹脂系の素材を用いることで、広い帯域で必要な特性を実現することができる。
また、磁力波信号を吸収し減衰させる磁界吸収体401は、前方方向に効率良く磁力波信号を放射し、背面方向へは磁力波信号の放射を抑える構造および配置とする。
また、電界シールド402はループコイル400a〜400nの全体を覆うとしているが、それぞれ個別に覆うことでも同様な効果が得られる。
The
The
Further, although the electric field shield 402 covers the entire loop coils 400a to 400n, the same effect can be obtained by individually covering the loop coils 400a to 400n.
また、前記複数個のループコイル400a〜400nを電界シールド402でそれぞれ個別に覆うことで、複数個のループコイル400a〜400n相互間の不要な電界結合を削除することも可能となる。
また、海水中では、特に深度が大きくなると、周辺からの圧力が大きくなるので、防水ケース404を耐圧性の構造とする必要があり、前記防水ケース404、充填材403、および電界シールド402を一体とし、ポリカーボネートなどの強化プラスチック材料に10ミクロン以下の薄膜状の金属箔を貼り付け、金属を蒸着し、金属を無電界メッキを施し、あるいは金属粒子を含む塗料をコーテングするなどにより構成することができる。
Further, by covering each of the plurality of loop coils 400a to 400n with the electric field shield 402, unnecessary electric field coupling between the plurality of loop coils 400a to 400n can be eliminated.
Further, in seawater, particularly when the depth increases, the pressure from the periphery increases. Therefore, the waterproof case 404 needs to have a pressure resistant structure, and the waterproof case 404, the
(実施の形態6)
図7は本発明の第6の実施形態を示す磁界アンテナの他の実施例を示す断面図であり、213は磁界アンテナ、400a、400bは放射素子、402は磁力波信号を吸収し減衰させる磁界吸収体、406は同軸ケーブル、407は同軸コネクタ、408は地板である。
図7に示す磁界アンテナ213は通常大気中で使用するものであるが、電界シールド、充填材、および防水ケースをレドームとして設けることによって、海水中でも使用することができる。
(Embodiment 6)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of the magnetic field antenna according to the sixth embodiment of the present invention.
The
前記同軸ケーブル406と放射素子400a、400bによってループコイルが構成されるが、同軸ケーブル406の部分には磁力波信号を吸収し減衰させる磁界吸収体402が設けられている。
放射素子400a、400bには同相の電流が流れ、同軸ケーブル406の外被には逆方向の電流が流れるので、同軸ケーブル406の外被に流れる電流によって発生する磁界変動を吸収し減衰させる磁界吸収体402をリング状に設けることによって、図2に示す条件を満たすことになる。
The coaxial cable 406 and the radiating elements 400a and 400b constitute a loop coil, and the coaxial cable 406 is provided with a magnetic field absorber 402 that absorbs and attenuates a magnetic wave signal.
In-phase currents flow through the radiating elements 400a and 400b, and reverse current flows through the outer sheath of the coaxial cable 406. Therefore, magnetic field absorption that absorbs and attenuates magnetic field fluctuations generated by the current flowing through the outer sheath of the coaxial cable 406. By providing the body 402 in a ring shape, the conditions shown in FIG. 2 are satisfied.
ここで、放射素子400a、400bは任意の数を設けることが可能であり、直線状であり、スパイラル状であり、へリカル状であり、あるいは任意の形状を用いることができる。
また、磁界変動を吸収し減衰させる磁界吸収体402を同軸ケーブル406の外被にリング状に設けたが、代わりに地板上に設けることによって、地板から上方向に向けて磁力波信号を放射させることも可能である。
Here, an arbitrary number of the radiating elements 400a and 400b may be provided, and may be linear, spiral, helical, or any shape.
In addition, the magnetic field absorber 402 that absorbs and attenuates magnetic field fluctuations is provided in a ring shape on the outer cover of the coaxial cable 406. Instead, by providing the magnetic field absorber 402 on the ground plane, a magnetic wave signal is radiated upward from the ground plane. It is also possible.
以上の説明では磁界アンテナとしてループコイルを用いる場合について述べたが、ヘリカルアンテナ、三日月刀形ループアンテナ、スパイラルアンテナ、ループスパイラルアンテナ、あるいはマイクロストリップアンテナなどを用いることができる。 Although the case where a loop coil is used as the magnetic field antenna has been described above, a helical antenna, a crescent-shaped loop antenna, a spiral antenna, a loop spiral antenna, a microstrip antenna, or the like can be used.
また、前記ループコイルを用いる代わりに、フエライトコア上に巻かれたフエライトバーアンテナ、ホール素子を用いた磁気センサ、磁気共鳴アンテナ、磁性体ロッドアンテナ、あるいは表面波伝搬磁界アンテナなどの、磁界変動を直接送信し、あるいは磁界変動を直接受信するのに適したアンテナを用いても同様な効果が得られる。
また、前記アンテナ手段の偏波特性が、直線偏波であり、円偏波であり、あるいはこれらの組合せであっても同様な効果が得られる。
Also, instead of using the loop coil, magnetic field fluctuations such as a ferrite bar antenna wound around a ferrite core, a magnetic sensor using a Hall element, a magnetic resonance antenna, a magnetic rod antenna, or a surface wave propagation magnetic field antenna can be used. Similar effects can be obtained by using an antenna suitable for direct transmission or direct reception of magnetic field fluctuations.
The same effect can be obtained even if the polarization characteristics of the antenna means are linearly polarized waves, circularly polarized waves, or a combination thereof.
また、前記物質中で磁力波伝搬を利用し、アナログ通信あるいはデジタル通信、あるいはスペクトル拡散符号を用いた音声通信あるいはデータ通信あるいは画像通信など、広帯域で高速度の通信が可能である。
また、前記磁力波信号の伝搬では、100kHz以上の周波数帯でかつ比較的に広い周波数帯域を占有することが可能であることから、大気中で用いるための無線通信に関する先進技術が、アンテナ手段を磁界アンテナと取り替えるだけで、そのまま海水中でも利用可能となる。
Also, high-speed broadband communication such as analog communication, digital communication, voice communication, data communication, or image communication using a spread spectrum code is possible using magnetic wave propagation in the substance.
Further, in the propagation of the magnetic wave signal, since it is possible to occupy a frequency band of 100 kHz or higher and a relatively wide frequency band, the advanced technology related to wireless communication for use in the atmosphere is equipped with antenna means. It can be used as it is in seawater by simply replacing it with a magnetic antenna.
また、前記物質の例として、塩分濃度が0%から10%程度までの真水中あるいは塩水中以外にも、氷あるいは雪の中、あるいは地中など、比誘電率が大きな物質が該当する。
また、100kHz以下の低い周波数帯においても、比較的に小型のループアンテナを用いて長距離の通信が可能となる。
Examples of the substance include substances having a large relative dielectric constant such as ice, snow, or the ground, in addition to fresh water or salt water having a salinity concentration of about 0% to 10%.
Even in a low frequency band of 100 kHz or less, long-distance communication is possible using a relatively small loop antenna.
また、前記アンテナ手段の帯域を広帯域とすることで、スペクトル拡散通信に適用でき、秘匿性と信頼性が高い磁力波通信回線を構成できる効果が得られる。
また、複数のアンテナ素子をアレイ状に配置した指向性アンテナを用い、アンテナ利得を高くすることで、通信距離を延長することが可能となる。
In addition, by setting the band of the antenna means to a wide band, an effect can be obtained that can be applied to spread spectrum communication and can constitute a magnetic wave communication line with high secrecy and reliability.
Further, it is possible to extend the communication distance by using a directional antenna having a plurality of antenna elements arranged in an array and increasing the antenna gain.
また、ループアンテナあるいはシールドループアンテナのループの一部に磁力波信号を吸収し減衰させる磁界吸収体を設けることで耐雑音特性の良いアンテナを実現できる。
また、前記磁力波信号が伝搬する際に生じるフエージングあるいはマルチパスによる磁界強度の変動をダイバーシテイ手段などにより抑制し、あるいは伝搬遅延歪みを遅延等価手段などによって抑制しあるいは遅延を等価し、あるいはアダプテイブに制御するための手段を設けることによって、信頼性の高い長距離通信回線を構成することができる。
Further, an antenna with good noise resistance can be realized by providing a magnetic field absorber that absorbs and attenuates the magnetic wave signal in a part of the loop of the loop antenna or shield loop antenna.
Further, fluctuations in magnetic field strength due to fading or multipath occurring when the magnetic wave signal propagates are suppressed by diversity means, or propagation delay distortion is suppressed by delay equivalent means, or delay is equivalent, or By providing means for adaptive control, a highly reliable long-distance communication line can be configured.
また、前記電界シールドによって蔽われたアンテナ手段を用いることにより、前記送信手段あるいは受信手段が、前記海水中、真水中、海水上、真水上、あるいは大気中などの全てのエリアで、アンテナ手段の共振周波数の再調整を行なうことなく、長距離通信を行なうことができる。
また、前記発信手段が、電池を内蔵し、発電手段を内蔵し、外部からの磁力波信号を整流する手段を内蔵し、あるいはこれらを組合せで動作させることで、長時間あるいは繰返して利用することができる。
Further, by using the antenna means covered by the electric field shield, the transmitting means or the receiving means can be used in all areas such as the seawater, freshwater, seawater, freshwater, or the atmosphere. Long distance communication can be performed without readjustment of the resonance frequency.
In addition, the transmitting means has a built-in battery, a built-in power generating means, a means for rectifying a magnetic wave signal from the outside, or a combination thereof, which can be used for a long time or repeatedly. Can do.
また、船舶の衝突防止に用いる他に、マグロの養殖池などで固体管理のために利用することができるなど、海水中でのテレメトリングに広く応用することができる。
また、従来超音波がもっぱら用いられていた魚群探知機あるいは海底探査機あるいは金属探知機などに適用することで、高精度な探知が可能となる。
また、前記磁力波信号によって、音声情報、あるいは大容量のデジタル情報、あるいは画像情報、あるいはマルチメデイア情報を伝送することができる。
Besides being used for preventing collision of ships, it can be widely used for telemetry in seawater, such as being used for solid management in tuna ponds and the like.
In addition, by applying to a fish finder, a seafloor finder, a metal detector, or the like, where ultrasonic waves have been used exclusively, detection with high accuracy becomes possible.
Also, audio information, large-capacity digital information, image information, or multimedia information can be transmitted by the magnetic wave signal.
また、真水中あるいは海水中で磁界変動による伝搬を磁力波伝搬と称したが、電磁波による伝搬を電波伝搬と称するのに対応して、磁波伝搬と称することもできる。
また、複数組の送受信手段とアンテナ手段を海底に離散的に設置し、かつアドホックネットワークを構成することで、海底の地殻変動を監視するためのシステムが構築できる。
Further, although propagation due to magnetic field fluctuations in fresh water or seawater is referred to as magnetic wave propagation, it can also be referred to as magnetic wave propagation in correspondence with the propagation of electromagnetic waves as radio wave propagation.
In addition, a system for monitoring crustal movement of the seabed can be constructed by discretely installing a plurality of sets of transmitting / receiving means and antenna means on the seabed and configuring an ad hoc network.
本発明は上記のように構成されているため、真水中あるいは海水中など、誘電率が10以上であり、比透磁率が10以下であり、磁界変動の伝搬損失が電界変動の伝搬損失より比較的に小さい物質中で、比較的に低損失で伝搬する磁力波信号を利用することによって、長距離の通信を可能とする磁力波通信装置が実現できる。
したがって、海水中などにおいて、広帯域長距離通信システム、船舶の衝突防止システム、バイオテレメトリ、ダイバーの位置検知システム、センシングネットワーク、RFIDタグ装置、潜水艦との通信装置、水難者あるいは遭難者の探索、測深機、魚群探知機、海底探査機、金属探知機、あるいはレーダ装置などの幅広い分野への適用が可能である。
Since the present invention is configured as described above, the permittivity is 10 or more, the relative permeability is 10 or less, such as in fresh water or seawater, and the propagation loss of the magnetic field fluctuation is compared with the propagation loss of the electric field fluctuation. By using a magnetic wave signal that propagates in a relatively small material with relatively low loss, a magnetic wave communication device that enables long-distance communication can be realized.
Therefore, in seawater, etc., broadband long-range communication systems, ship collision prevention systems, biotelemetry, position detection systems for divers, sensing networks, RFID tag devices, communication devices with submarines, search for water victims or victims, depth measurement It can be applied to a wide range of fields such as aircraft, fish finder, submarine explorer, metal detector, or radar device.
また、海水中などにおいて、スペクトル拡散通信システムを適用した秘匿通信、あるいは高速大容量のデータ通信、あるいは画像通信を含むマルチメデイア通信などを実現することができる。
しかも、本発明のアンテナ手段を用いれば、大気中でも長距離の通信が可能となるメリットが得られることから、本発明によれば、無線通信の分野における地上と宇宙空間との間のシームレスでスーパーブロードバンドな環境を、現在まで不可能とされていた海水中にまで拡張できることになる。
Further, in seawater or the like, it is possible to realize secret communication using a spread spectrum communication system, high-speed and large-capacity data communication, or multimedia communication including image communication.
Moreover, the use of the antenna means of the present invention provides the advantage that long-distance communication is possible even in the atmosphere. Therefore, according to the present invention, seamless and super communication between the ground and outer space in the field of wireless communication is possible. The broadband environment can be expanded to seawater, which has been impossible until now.
21〜24 磁力波通信装置
111 海表面
112 海底面
113a、113b 送信波、反射波
211 制御部
212 送受信機
213 磁界アンテナ
221 送受信機
222 制御部
223 磁界アンテナ
21-24 Magnetic wave communication device 111 Sea surface 112 Sea bottom 113a, 113b Transmitted wave, reflected wave 211 Control unit 212
231a、231b 受信機および送信機
232 制御部
233a、233b、233c 磁界アンテナ
234 インターフエイス部
400 ループコイル
401 磁力波信号を吸収し減衰させるための磁界吸収体
402 電界シールド
403 充填材
404 防水ケース
231a, 231b Receiver and transmitter 232 Controllers 233a, 233b, 233c Magnetic field antenna 234 Interface unit 400
405 プリント基板
406 同軸ケーブル
407 同軸コネクタ
408 地板
600 送信アンテナ
601a、601b 電流の方向
602 磁力波信号を吸収し減衰させるための磁界吸収体
603a、603b アンテナ端子
610 中心線
611 受信アンテナ
612 ループコイルの間隔(D)
613 送信アンテナと受信アンテナの距離(R)
405 Printed circuit board 406 Coaxial cable 407
613 Distance between transmitting antenna and receiving antenna (R)
Claims (26)
An antenna means installed in a material having a relative permittivity of 10 or more, a relative permeability of 10 or less, and a propagation loss of magnetic field fluctuations relatively smaller than a propagation loss of electric field fluctuations, and connected to the antenna means A magnetic wave communication apparatus comprising: a transmitting means, a receiving means, or a transmitting / receiving means, wherein the antenna means is mainly sensitive to magnetic field fluctuations or magnetic current fluctuations and emits magnetic field fluctuations or magnetic current fluctuations.
A substance having a relative permittivity of 10 or more, a relative permeability of 10 or less, and a propagation loss of a magnetic field fluctuation that is relatively smaller than a propagation loss of an electric field fluctuation is fresh water or seawater having a salt concentration of 0% to 10%. A magnetic wave communication device corresponding to claim 1, wherein:
3. The magnetic wave communication device according to claim 1, wherein the magnetic field fluctuation or magnetic current fluctuation occupies a relatively wide bandwidth in a frequency band of 100 kHz or higher.
4. The magnetic wave communication device according to claim 1, wherein the antenna means is a magnetic field antenna or a magnetic current antenna.
The antenna means has a magnetic absorber or structure for partially absorbing and attenuating magnetic field fluctuations or magnetic current fluctuations, or radiates magnetic field fluctuations or magnetic current fluctuations and is sensitive to magnetic field fluctuations or magnetic current fluctuations. 5. A magnetic wave communication device corresponding to any one of claims 1 to 4, further comprising a magnetic field absorber or structure for partially absorbing and attenuating the light.
6. The magnetic wave communication device according to claim 5, wherein the magnetic resistance of the magnetic field absorber is relatively large, and a magnetic field loss or a magnetic current loss is relatively large.
The magnetic wave communication according to any one of claims 5 to 6, wherein the magnetic field absorber has a structure covering the antenna means in a ring shape or a structure covering the antenna means in a sandwich shape. apparatus.
8. The magnetic wave communication device according to claim 5, wherein the magnetic field absorber includes powdery metal particles having a relatively large magnetic field loss.
9. The antenna means according to any one of claims 4 to 8, wherein the antenna means is a loop antenna, a helical antenna, a crescent-shaped loop antenna, a spiral antenna, a loop spiral antenna, or a microstrip antenna. Magnetic wave communication device.
9. The magnetic wave communication device according to any one of claims 4 to 8, wherein the antenna means is a ferrite bar antenna wound on a ferrite core.
9. The magnetic wave communication device according to claim 4, wherein the antenna means is a magnetic sensor using a Hall element or a surface wave propagation magnetic field antenna.
5. The polarization characteristic of the magnetic wave signal radiated from the antenna means is vertical polarization, horizontal polarization, circular polarization, or a combination thereof. To a magnetic wave communication device corresponding to any one of items 11 to 11.
13. A part or all of the antenna means is covered with an electric field shield having a characteristic of allowing a magnetic field fluctuation or a magnetic current fluctuation to pass therethrough and attenuating electric field fluctuations or electric lines of force. The magnetic wave communication apparatus corresponding to any one of the items.
The electric field shield has a thin film shape of 10 microns or less, a lattice shape, a linear shape, a net shape, a punching metal shape, formed by sputtering, formed by a plating process, and has a fine insulating material. 14. The magnetic wave communication device according to claim 13, wherein metal particles or ferrite particles are mixed, or a combination thereof.
5. The antenna device according to claim 4, wherein the antenna unit includes a switching unit for switching the matching condition, an adjusting unit for adjusting the matching condition, or a control unit for controlling the matching condition adaptively. Item 15. A magnetic wave communication device corresponding to any one of items 14 to 14.
16. The antenna device according to any one of claims 1 to 15, wherein the antenna means is covered with a pressure-resistant and corrosion-resistant material or structure capable of withstanding an applied pressure without being eroded by surrounding substances. Applicable magnetic wave communication device.
The antenna means is an array antenna having a plurality of antenna elements arranged in an array, and radiates magnetic field fluctuations or magnetic current fluctuations toward the surface of the directional beam formed by the plurality of antenna elements with low loss. And a magnetic field absorber or structure for absorbing and attenuating radiation of magnetic field fluctuations or magnetic current fluctuations in the back direction. Communication device.
The plurality of antenna elements constitute an active phased array antenna having amplitude control means, delay control means, combining / distributing means, or a combination thereof, and the direction of the directional beam of the active phased array antenna is changed up and down. 18. The magnetic wave communication device according to claim 14, wherein the magnetic wave communication device scans in a direction, a left-right direction, or an up-down left-right direction.
The antenna means transmits a magnetic wave signal in a specific direction and receives a magnetic wave signal reflected from a reflecting object, and constitutes a depth measurement device, a detection device, a search device, or a radar device. A magnetic wave communication device corresponding to any one of claims 1 to 18.
The antenna means is installed in fresh water or seawater, the transmission means, the receiving means, or the transmission / reception means is installed in the atmosphere, and a long distance is obtained by using surface wave propagation existing in the contact surface between the fresh water or seawater and the atmosphere. 20. A magnetic wave communication device corresponding to any one of claims 1 to 19, wherein communication is performed.
The transmitting means or the receiving means has a plurality of antenna means and antenna switching means, and the receiving means measures the phase difference of the magnetic wave signals corresponding to the plurality of antenna means, and the direction in which the transmitting means is located or the receiving means is 21. The magnetic wave communication device according to claim 1, wherein a direction in which the head is directed is detected.
A magnetic wave signal including a plurality of carrier signals, subcarrier signals, modulation signals, or baseband signals that are synchronized or orthogonal and have at least different frequencies is transmitted from the antenna means connected to the transmission means, and connected to the reception means By measuring the phase difference of the received plurality of carrier signals, subcarrier signals, modulation signals, or baseband signals by the antenna means, the distance between the transmission means and the reception means is measured with high accuracy. A magnetic wave communication device corresponding to any one of claims 1 to 21.
23. A magnetic wave communication apparatus according to any one of claims 21 to 22, wherein a plurality of transmission means are discretely installed on the seabed and monitor crustal movements of the seabed.
23. The apparatus according to claim 21, wherein the transmitting means or the receiving means is provided on a plurality of moving bodies that move on the sea or in the sea, and measures relative distances and directions between the plurality of moving objects. A magnetic wave communication device corresponding to any one of the items 22.
25. The antenna means connected to the transmitting means and the antenna means connected to the receiving means are both installed in the atmosphere to transmit and receive a magnetic wave signal. Magnetic wave communication device corresponding to either.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011145515A1 (en) * | 2010-05-15 | 2011-11-24 | 有限会社 アール・シー・エス | Magnetic wave antenna and magnetic wave communication device |
| WO2014129531A1 (en) * | 2013-02-20 | 2014-08-28 | 日本電気株式会社 | Power transmission system, transmission apparatus, receiving apparatus, and power transmission method |
| CN108390697A (en) * | 2018-05-16 | 2018-08-10 | 德州尧鼎光电科技有限公司 | A kind of bionic compound eyes antenna magnetic wave undersea communication device |
| KR20220112532A (en) * | 2021-02-04 | 2022-08-11 | 한국과학기술원 | Electronic device for supporting finger pinch interaction using retrun loss of radio-frequency signal, operating method thereof |
| JPWO2022264510A1 (en) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | ||
| JP2023103085A (en) * | 2022-01-13 | 2023-07-26 | 株式会社荏原製作所 | Underwater wireless communication device |
-
2008
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011145515A1 (en) * | 2010-05-15 | 2011-11-24 | 有限会社 アール・シー・エス | Magnetic wave antenna and magnetic wave communication device |
| WO2014129531A1 (en) * | 2013-02-20 | 2014-08-28 | 日本電気株式会社 | Power transmission system, transmission apparatus, receiving apparatus, and power transmission method |
| US9887681B2 (en) | 2013-02-20 | 2018-02-06 | Nec Corporation | Power transmission system, transmission apparatus, receiving apparatus, and power transmission method |
| CN108390697A (en) * | 2018-05-16 | 2018-08-10 | 德州尧鼎光电科技有限公司 | A kind of bionic compound eyes antenna magnetic wave undersea communication device |
| CN108390697B (en) * | 2018-05-16 | 2024-03-19 | 德州尧鼎光电科技有限公司 | Bionic compound eye antenna magnetic wave undersea communication device |
| KR20220112532A (en) * | 2021-02-04 | 2022-08-11 | 한국과학기술원 | Electronic device for supporting finger pinch interaction using retrun loss of radio-frequency signal, operating method thereof |
| KR102578378B1 (en) | 2021-02-04 | 2023-09-15 | 한국과학기술원 | Electronic device for supporting finger pinch interaction using retrun loss of radio-frequency signal, operating method thereof |
| JPWO2022264510A1 (en) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | ||
| WO2022264510A1 (en) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | ソニーグループ株式会社 | Communication device and communication system |
| JP2023103085A (en) * | 2022-01-13 | 2023-07-26 | 株式会社荏原製作所 | Underwater wireless communication device |
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