JP2007166185A - 電界通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】人体5が接触する絶縁体11と、送受信電極10と、この送受信電極10に接続された送受切替SW8と、受信部15と、受信部15に受信信号を入力する入力部9と、送信部6と、送信部6の出力に接続されたリアクタンス部Xs7と、を備える。送受信電極10と大地グランド14との間には浮遊容量Csg12が存在し、送受信電極10と大地グランド14との電位差はVsg22である。人体5と大地グランド14との間にも浮遊容量Cb13が存在している。リアクタンス部Xs7のリアクタンス値をCsg12とCb13とを加算した合成容量Csg+Cbで共振が発生する値にして、人体5が触れない場合には送受信電極10に印加される電圧は低く、人体5が触れた場合には高くする。
【選択図】図1
Description
図1には、電界通信システムに係る第1の実施の形態を説明するためのブロック図を示す。
人体5が携帯している携帯端末側通信装置4は、人体5が送受信電極10に絶縁体11を介して触れていなくても人体5の周囲にある設置側通信装置1から放射される信号(電磁波)で意図しない動作をする場合がある。
上式(1)でVsg22は送受信電極10に印加される信号、Zrcv26は携帯端末側通信装置4の受信部24の入力インピーダンス、ωは信号の角周波数、jωは−1の平方根である。この信号が受信部24の受信限界強度Vrcv,thを超えるとデータが携帯端末側処理装置4に入力され意図しない動作が起きる可能性が有るため、受信限界強度Vrcv,thを越えないように受信部24を設計する必要がある。
上式(2)でVb,mは人体に印加される信号、Cgrcvは携帯端末側通信装置4の回路グランド70と大地グランド14との間の浮遊容量である。この信号に関しては通信を行うのに受信限界強度Vrcv,th以上にする必要があるため、
{Zrcv/(1/jωCr+1/jωCb+Zrcv)}Vsg<Vrcv,th<{Zrcv/(1/jωCgrcv+Zrcv)}Vb,m (3)
となるようにシステムを設計する。
1<(1+1/jωCrZrcv+1/jωCbZrcv)(Vrcv,th/Vsg)<{(Cgrcv/Cr+Cgrcv/Cb+jωCgrcvZrcv)/(1+jωCgrcvZrcv)}(Vb,m/Vsg) (4)
として考察する。Cb13はCgrcvに比べて非常に大きいためCgrcv/Cbは無視でき、同様にωCgrcvZrcvも無視できるため、式(4)は以下のようになる。
式(5)でVb,m/Vsgは人体5が設置側通信装置1の送受信電極10に絶縁体11を介して触れたときと触れない場合の信号の比であり、本実施の形態によれば1より大きく設計することにより、Crが概ねCgrcvぐらいの大きさであれば1<(Cgrcv/Cr)(Vb,m/Vsg)を満たすことができる。すなわちZrcvを適切に小さく設定することにより式(5)を満たすことができ、設置側通信装置1に触れていない人体5が設置側通信装置1に接近しても通信が行われず、しかしながら触れたときには通信ができる電界通信システムを構築することができる。
次の図6には、第1および第2の実施の形態の変形例を示している。この図6に示す第3の実施の形態では、大地グランド14から回路グランド44が浮遊した第1の携帯端末側通信装置30と、同じく大地グランド14から浮遊した第2の携帯端末側通信装置32と、の間の通信を行う。なお、図5においては簡単のため第1の携帯端末側通信装置30から第2の携帯端末側通信装置32への通信に必要な要素のみ記載している。
図8に本発明に係る第4の実施の形態の構成図を示す。
既に説明した第1〜第4の実施の形態では、共振を起こすためのリアクタンス値を固定にしていたが、このリアクタンス値を可変リアクタンスにしてもよい。この可変リアクタンスを用いた構成図を図10と図11に示す。
次の図12には、第6の実施の形態を示す。本実施の形態では浮遊容量と共振を発生させるために2個のリアクタンスとしてリアクタンス部65とリアクタンス部66とを使用している。既に示した図1の構成において、共振時に人体5に印加される信号振幅は以下の式で表され、容量Cb13やCsg12が大きいほど信号振幅は小さくなる。
第7の実施の形態においては、図13のようにリアクタンス部65と送信部6、入力部9を送受切替SW67でもって切替可能に接続するように配置しても良い。この場合、受信時にリアクタンス部66が受信信号に影響を与えないように送受切替スイッチ68を設ける。なお、リアクタンス部65、66のどちらか一方または両方を可変リアクタンスにしてリアクタンス制御部を設けてもよい。
2 設置側処理装置
3 携帯端末側処理装置
4 携帯端末側通信装置
5 人体
6 送信部
7 リアクタンス部Xs
8 送受切替SW
9 入力部
10 送受信電極
11 絶縁体
Claims (8)
- 送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う電界通信システムであって、
所定の周波数を有する交流信号で前記送信すべき情報を変調し送信信号を生成して出力する送信手段と、
前記送信信号を前記電界伝達媒体に送信するための電極と、
前記送信手段と前記電極との間に配置され、前記電極と大地グランド間の容量Csgと、前記電界伝達媒体と前記大地グランド間の浮遊容量Cbと、を合成した合成容量Csg+Cbとの間で前記送信信号を共振させるためのリアクタンス手段と、
を備えることを特徴とする電界通信システム。 - 前記送信手段は常態において搬送波のみを出力し、
前記電極に印加されている前記搬送波をモニタするための検波部を有し、
前記検波部から出力される検波出力が前記リアクタンス部における前記合成容量Csg+Cbとの共振により増大した場合において、前記送信信号を前記搬送波で変調し出力することを特徴とする請求項1に記載の電界通信システム。 - 送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う電界通信システムであって、
所定の周波数を有する交流信号で送信すべき情報を変調し送信信号を生成して出力する送信手段と、
前記送信信号を前記電界伝達媒体に送信するための電極と、
前記送信手段の回路グランドと前記電界伝達媒体との間の浮遊容量Cbgと、回路グランドと前記電極との間の浮遊容量Csgと、を合成した合成容量Cbg+Csgとの間で前記送信信号を共振させるために前記送信手段と前記電極との間に配置されたリアクタンス手段と、
を備えることを特徴とする電界通信システム。 - 前記電極と大地グランドとの間に配置され、
前記リアクタンス手段と前記合成容量Cbg+Csgとの間で前記送信信号を共振させるための第2のリアクタンス手段を備えることを特徴とする請求項3に記載の電界通信システム。 - 前記リアクタンス手段は、
前記電界伝達媒体に印加される前記送信の電圧が最大となるようにリアクタンス値を変化させ、前記回路グランドと前記大地グランド間の浮遊容量と、前記電界伝達媒体と前記大地グランド間の浮遊容量と、の共振状態を制御し、
前記送信信号と共振するためのインダクタと、印加された電圧に応じて静電容量が変化する可変容量ダイオードと、を備えた共振回路と、
前記共振回路に入力された前記送信信号を前記可変容量ダイオードで整流して得られた直流電流に応じて電位差を生じ、この電位差を前記可変容量ダイオードのアノードとカソード間に印加する抵抗器と、
を備えた可変リアクタンスであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電界通信システム。 - 前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を前記電極を介して受信するための受信手段を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電界通信システム。
- 前記受信手段が受信した受信信号に対して影響を与えないために前記電極から前記リアクタンス手段を切り離すためのスイッチを備えることを特徴とする請求項6に記載の電界通信システム。
- 送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う送信装置と、電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信する受信装置と、の間で通信を行う電界通信システムであって、
前記送信装置は、
所定の周波数を有する交流信号で送信すべき情報を変調し送信信号を生成して出力する送信手段と、
前記送信信号を電界伝達媒体に送信するための送信電極と、
前記送信電極と大地グランド間の容量との間で前記送信信号を共振させるために前記送信手段と前記送信電極との間に配置されたリアクタンス手段と、を備え、
前記受信装置は、
前記電界伝達媒体に送信された前記送信信号を受信するための受信電極と、
受信すべき情報を電気信号に変換して復調し受信信号を生成して出力する受信手段と、を備え、
前記受信装置の回路グランドと前記送信装置の前記送信電極との間の浮遊容量Crと、
前記受信装置の回路グランドと大地グランドとの間の浮遊容量Cgrcvと、
前記電界伝達媒体と大地グランドとの間の浮遊容量Cbと、
前記送信電極に印加される送信信号Vsgと、
前記受信装置の受信部の入力インピーダンスZrcvと、
前記受信装置の受信部で受信する受信限界強度信号Vrcv、thと、
虚数jωと角周波数ωと、の関係が、
1<(1+1/jωCrZrcv+1/jωωCbZrcv)(Vrcv,th/Vsg)<(Cgrcv/Cr)(Vb,m/Vsg)
であることを特徴とする電界通信システム。
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