CN108140949A - 环状天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够形成直线的且明确的通信区域的边界的环状天线阵列。环状天线阵列具备2个环状天线(1、2)。在环状天线(1、2)中流过相互反方向的电流。即，向贯穿各环状天线(1、2)的方向观察，在交流电源(E)的信号端子为正电压的定时，顺时针的电流流过环状天线(1)，逆时针的电流流过环状天线(2)。相反，在交流电源(E)的信号端子为负电压的定时，逆时针的电流流过环状天线(1)，顺时针的电流流过环状天线(2)。

Description

环状天线阵列

技术领域

本发明涉及能够形成直线的且明确的通信区域的边界的环状天线阵列。

背景技术

近年，对于有意地限定了通信区域的无线通信(区域限定无线)的需求越来越高。例如，下述的专利文献1中公开的“电场通信***”是用于实现区域限定无线的一种手段。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2007-174570号公报

发明内容

发明要解决的课题

在电场通信中，只有存在于环境中所设置的接入点装置附近的区域的终端装置才能够与接入点装置进行通信。但是，接入点装置的附近的电场分布较大地依赖于设置环境或用户的姿势等，因而难以通过电场来实现直线的且明确的通信区域的边界。因此，存在于应通信的位置的终端装置无法进行通信，或是产生相反的情况，或者不能构建稳定且可靠性高的区域限定无线***。

此种困难产生的原因之一被认为是使用电场作为通信介质。其原因在于，电场分布较强地受到存在于周围的导体或电介质的影响。

本发明鉴于上述课题而做出，其目的在于提供一种能够形成直线的且明确的通信区域的边界的环状天线阵列。

用于解决课题的手段

为了解决上述的课题，本发明的环状天线阵列具备流过相互反方向的电流的2个环状天线。

发明效果

根据本发明的环状天线阵列，由于具备流过相互反方向的电流的2个环状天线，因而能够形成直线的且明确的通信区域的边界。

附图说明

图1是表示第1实施方式的环状天线阵列的一例的图。

图2是表示图1的环状天线阵列形成的磁场区域的图。

图3是表示第2实施方式的环状天线阵列的一例的图。

图4是表示图3的环状天线阵列形成的磁场区域的图。

图5是表示作为第2实施方式的变形例的环状天线阵列的一例的图。

图6是表示第3实施方式的环状天线阵列的一例的图。

图7是表示各实施方式的环状天线阵列的作用的说明图。

图8是表示作为本实施方式的环状天线阵列的比较例的环状天线的图。

图9是表示图8示出的环状天线形成的磁场区域的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

本实施方式的环状天线阵列为磁场天线。例如，低频(大约10MHz以下)磁场具有与人体或周围环境的相互作用显著低于电场的特征。因此，作为解决课题的一种手段，考虑使用低频磁场作为通信介质。并且，若能够创建出磁场强度在通信区域的边界急剧衰减的“锐化的磁场分布”，则能够构建可靠性高的区域限定无线***。

但是，在一般用于形成磁场区域的匝数为1的环状天线(图8)中，在磁场的衰减率为60dB/dec的基础上，如图9所示，形成的磁场区域的形状为曲面。因此，难以形成直线的且明确的通信区域的边界。

[第1实施方式]

图1是表示第1实施方式的环状天线阵列的一例的图。图2是表示图1的环状天线阵列形成的磁场区域的图。

如图1所示，环状天线阵列具备2个环状天线1、2。各环状天线1、2将导体形成为环状，例如，形成于未图示的基板(同一平面)上。各环状天线1、2例如是同一形状(圆)，被环状天线包围的区域的面积相同，匝数都为1。

环状天线1、2例如由连续的导线LN形成。导线LN的一端即+端子被连接于交流电源E的信号端子，导线LN的另一端即-端子被连接于交流电源E的GND端子。

在环状天线1、2中流过相互反方向的电流。即，向贯穿各环状天线1、2的方向(z方向)观察，在交流电源E的信号端子为正电压的定时，顺时针的电流流过环状天线1，逆时针的电流流过环状天线2。相反的，在交流电源E的信号端子为负电压的定时，逆时针的电流流过环状天线1，顺时针的电流流过环状天线2。

另外，可以对各环状天线1、2设置+端子和-端子，即，不通过连续的导线形成，通过将环状天线1的+端子和环状天线2的-端子连接于交流电源E的信号端子，将环状天线1的-端子和环状天线2的+端子连接于交流电源E的GND端子，从而流过相互反方向的电流。

另外，还可以对各环状天线1、2设置+端子和-端子，并且设置2个交流电源，将环状天线1的+端子和-端子分别连接于一个交流电源的信号端子和GND端子，将环状天线2的+端子和-端子分别连接于另一个交流电源的信号端子和GND端子，从而流过相互反方向的电流。此时，进行同步，使得当一个交流电源的信号端子为正电压时，另一个交流电源的信号端子为负电压即可。

如图2所示，与单一的环状天线的情况(图9)相比，在由2个环状天线构成的环状天线阵列中能够使通信区域的边界平坦化。

在使通信区域的边界平坦化的观点中，将从连结环状天线1的中心1c和环状天线2的中心2c的中心间线段L的中点PL开始到在贯穿环状天线的方向(z方向)上偏离的通信区域边界为止的距离设为a(从中点PL到通信区域边界的最小距离)时，优选(d/2)＜a。即，优选以满足d＜2a的方式设定天线间距离。

如图2所示，穿过在z方向上从中点PL离开预定的距离d/2(＜a)的点Pa’的磁场强度的等高线不与中心间直线段L交叉。因此，通过设置为d＜2a，必然能够满足穿过比点Pa’离中点PL更远的点Pa的磁场强度的等高线不与中心间直线段L交叉的条件。

穿过点Pa的磁场强度的等高线具有大致与中心间直线段L平行的部分。即，该平行的磁场强度的等高线的部分能够作为直线的且明确的通信区域的边界进行使用。

一般而言，环状天线在远方生成的磁场的振幅与磁偶极矩矢量m的大小成比例。m由以下的式子给出。

m＝N·I·S

N是环状天线的匝数，I是流过环状天线的电流值，S是被环状天线包围的区域的面积，m(矢量)的方向是相对于电流的旋转方向右旋的方向。

在第1实施方式中，由于在反方向上流过电流，例如，若各环状天线1、2的形状、面积、匝数相同，则考虑方向的m的总和为零。

即，如图7所示，第1实施方式的环状天线阵列能够视为将匝数为1的环状天线(衰减率为60dB/dec)反向排列而得到的4极子，其磁场的衰减率为80dB/dec。

即，根据第1实施方式，能够由匝数为1的环状天线形成锐化的磁场区域(通信区域)。

另外，磁场区域的形状不依赖于环状天线的形状，因此，形状可以不是圆形，而是正方形、长方形、椭圆形、扇形、三角形、半圆形、螺旋形、螺旋线形。但是，形状并不限定于这些。形状只要是在流过电流时能够形成磁偶极矩矢量的形状即可。

另外，匝数不限于1。另外，可以使各环状天线1、2的N×S(匝数×面积)相等，并且可以使形状不同。

[第2实施方式]

图3是表示第2实施方式的环状天线阵列的一例的图。图4是表示图3的环状天线阵列形成的磁场区域的图。

第2实施方式的环状天线阵列具备多个(2个)第1实施方式的环状天线阵列(图1)。即，分别具备两个环状天线1、2。全部的环状天线配置于同一平面上。为了方便，将其中一个环状天线1称为环状天线3，将其中一个环状天线2称为环状天线4。

在环状天线阵列中，环状天线的总数为2的n次方(n＝2)＝4。

另外，全部的环状天线1～4的中心配置于同一直线段LL上。

另外，在将2的(n-1)次方个(＝2个)环状天线的集合作为单位环状天线阵列的情况下，环状天线1、2构成1个单位环状天线阵列A，环状天线3、4构成另1个单位环状天线阵列B。

在一个单位环状天线阵列A中流过位于同一直线段LL的一端侧(例如，图的左侧)的环状天线1的电流的方向与在另一个单位环状天线阵列B中流过位于所述一端侧(例如，图的左侧)的环状天线3的电流的方向相反。

第2实施方式的环状天线阵列具备多个第1实施方式的环状天线阵列，优选在各环状天线阵列中d＜2a(参照图2)，因而距离同一直线段LL距离a的磁场强度的等高线具有与同一直线段LL大致平行的部分。即，该平行的磁场强度的等高线的部分能够作为直线的且明确的通信区域的边界进行使用。

在第2实施方式中，由于如上述那样设置电流的方向，例如若各环状天线1～4的形状、面积、匝数设为相同，则考虑方向的m的总和为零。

即，如图7所示，第2实施方式的环状天线阵列能够视为将4极子反向排列得到的8极子，其磁场的衰减率为100dB/dec。

即，根据第2实施方式，能够形成比第1实施方式更锐化的磁场区域(通信区域)。

另外，在第2实施方式中，环状天线的形状也不限于圆形。可以根据环状天线、单位环状天线阵列而不同。匝数不限于1。环状天线1、2可以不通过连续的导线形成。另外，环状天线2、3可以通过连续的导线形成。即，即使是不同的环状天线阵列，相邻的环状天线的组也可以通过连续的导线形成。

另外，如图5所示，环状天线1～4可以通过连续的导线形成。

[第3实施方式]

图6是表示第3实施方式的环状天线阵列的一例的图。

第3实施方式的环状天线阵列具备多个(4个)第1实施方式的环状天线阵列(图1)。即，分别具备4个环状天线1、2。全部的环状天线配置于同一平面上。为了方便，将1个环状天线1以外的环状天线1称为环状天线3、5、7，将1个环状天线2以外的环状天线2称为环状天线4、6、8。

在环状天线阵列中，环状天线的总数为2的n次方(n＝3)＝8。

另外，全部的环状天线1～4的中心被配置于同一直线段(未图示)上。

另外，将2的(n-1)次方个(＝4个)环状天线的集合作为单位环状天线阵列时，环状天线1～4构成1个单位环状天线阵列AB，环状天线5～8构成其他的1个单位环状天线阵列CD。

在一个单位环状天线阵列AB中流过位于同一直线段LL的一端侧(例如，图的左侧)的环状天线1的电流的方向与在另一个单位环状天线阵列CD中流过位于所述一端侧(例如，图的左侧)的环状天线5的电流的方向相反。

第3实施方式的环状天线阵列具备多个第1实施方式的环状天线阵列，优选在各环状天线阵列中d/2＜a(d＜2a)(参照图2)，因而距离穿过各环状天线的中心的同一直线段距离a的磁场强度的等高线具有与同一直线段大致平行的部分。即，该平行的磁场强度的等高线的部分能够作为直线的且明确的通信区域的边界进行使用。

在第3实施方式中，如上述那样设置电流的方向，因而例如若各环状天线1～8的形状、面积、匝数相同，则考虑方向的m的总和为零。

即，如图7所示，第3实施方式的环状天线阵列可以视为将8极子反向排列而得到的16极子，其磁场的衰减率为120dB/dec。

即，根据第3实施方式，能够形成比第2实施方式更锐化的磁场区域(通信区域)。

另外，在第3实施方式中，环状天线的形状也不限于圆形。可以根据环状天线、单位环状天线阵列而不同。匝数不限于1。另外，对于环状天线2、3的组、环状天线4、5的组、环状天线6、7的组中任意的1组以上，各组可以通过连续的导线形成。即，即使是不同的环状天线阵列，相邻的环状天线的组也能够通过连续的导线形成。另外，环状天线1～8可以通过连续的导线形成。

另外，如图7所示，n(＝k)可以设为4以上。通过将k设为4以上，并直线状地排列环状天线，形成2的(k+1)次方极子，能够得到20(k+3)dB/dec的衰减率。即，n(＝k)越大，越能够形成锐化的磁场区域(通信区域)。

符号说明

1～8 环状天线；

A、B、AB、CD 单位环状天线阵列。

Claims (9)

1.一种环状天线阵列，其特征在于，具备：

流过相互反方向的电流的2个环状天线。

2.一种环状天线阵列，其特征在于，具备：

多个权利要求1所述的环状天线阵列，所述环状天线的总数为2的n次方，n为2以上的整数，并且，全部的所述环状天线的中心配置于同一直线段上，在将2的n-1次方个所述环状天线的集合作为单位环状天线阵列时，在一个单位环状天线阵列中流过位于所述同一直线段的一端侧的环状天线的电流的方向与在另一个单位环状天线阵列中流经位于所述一端侧的环状天线的电流的方向相反。

3.根据权利要求1或2所述的环状天线阵列，其特征在于，

全部的所述环状天线配置于同一平面上。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的环状天线阵列，其特征在于，

全部的所述环状天线的磁矩的总和为零。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的环状天线阵列，其特征在于，

所述各环状天线阵列的形状为正方形、圆形、长方形、椭圆形、扇形、三角形、半圆形、螺旋形、螺旋线形中的任意形状。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的环状天线阵列，其特征在于，

全部的所述环状天线阵列的形状相同。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的环状天线阵列，其特征在于，

在由相邻的2个所述环状天线构成的至少1组环状天线中，一个环状天线和另一个环状天线由连续的导线形成。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的环状天线阵列，其特征在于，

全部的所述环状天线由连续的导线形成。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的环状天线阵列，其特征在于，

所述2个环状天线的中心间的直线距离小于从所述中心间的中点到在贯穿环状天线的方向上偏离的通信区域边界为止的距离的2倍。