JP4650906B2 - 信号伝達装置、インターフェース装置、ならびに、通信システム - Google Patents
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Description
111 第1導体部
121 第2導体部
131 狭間領域
141 浸出領域
151 対向領域
201 通信回路
202 ループ型アンテナ
203 ダイポール型アンテナ
601 インターフェース装置
602 内部導体部
603 外部導体部
604 経路導体部
605 絶縁体部
606 接続点
901 導体板
902 同軸ケーブル
903 接合部
904 帯状の導体部
図1は、本実施形態に係る信号伝達装置の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
Ez = Af(x,y,z) exp(-j(xkx + yky))
という形をした進行波解が存在する。ここで、Ezは、電界のz成分、A,kx,kyは定数、f(x,y,z)はx方向、y方向に周期dを持つ関数であり、k = (kx,ky,0)は、進行波の進行方向を示す波数ベクトル(伝搬ベクトル)である。
f(x+d,y,z) = f(x,y,z) = f(x,y+d,z)
が成立する。
ΔEz = -(ω2/c2)Ez
を満たし、
kx 2 + ky 2 ≒ ω2/c2
である。
f(x,y,z) = Σm,n a(m,n)exp(2πj m x/d)exp(2πj n y/d)g(m,n,z)
ここで、m,nは整数である。
u(m,n) = exp(2πj m x/d)exp(2πj n y/d)g(m,n,z)
は、近似的に、
Δu = (-(2πm/d)2-(2πn/d)2+∂2/∂z2)u = 0
すなわち、
∂2/∂z2 g ≒ (2π)2(m2+n2)/d2 g
を満たす。したがって、
g(m,n,z) ≒ B exp(-2π(m2+n2)1/2 z/d)
である。ただし、Bは定数である。したがって、(m,n)≠(0,0)の成分については、その減衰定数は、2π/d以上となる。
上記の説明では、インターフェース装置においてループ型アンテナ202やダイポール型アンテナ203を用いていたが、以下では、指向性を持つ電磁場を放出できるようなインターフェース装置を提案する。
Ez ≒ e(r,z)cosθ;
Bθ ≒ b(r,z)cosθ;
ただし、r2 = (x2 + y2)である。
インターフェース装置601の外部導体部603に覆われた領域には比誘電率10の誘電体を充填し、周波数帯は2.4GHzであり、R = 10mmとし、w = 1.6mmとした。なお、経路導体部604の接続位置mは、m = 5mmの場合にも良好な結果を示したが、以下ではm = 0mmの場合の実験結果を示す。また、メッシュ周期d = 15mmである。
Claims (21)
- 電磁場の変化により信号を伝達するシート状の信号伝達装置(101)であって、
当該電磁場の周波数帯において導電体であるメッシュ状の形状の第1導体部(111)、
前記第1導体部(111)と略平行に、当該電磁場の周波数帯における波長よりも十分に短い間隔だけ離間して配置され、当該電磁場の周波数帯において導電体である外形が平板状の形状の第2導体部(121)、
を備え、
前記第1導体部(111)の外形と前記第2導体部(121)の外形とに挟まれる狭間領域(131)と、前記第1導体部(111)の外形を当該狭間領域(131)と挟んで反対側に位置する平板状の形状の浸出領域(141)と、において、当該周波数帯で当該電磁場を伝達し、
当該浸出領域(141)における電磁場の強度のうち、当該メッシュ形状の影響を受ける進行波成分の強度は、当該第1導体部(111)の外形からの距離によって指数的に減衰し、
当該メッシュ状の形状の繰り返しの単位長さdは、当該電磁場の周波数帯における波長よりも十分に短く、
当該浸出領域(141)の厚さは、大きくとも当該電磁場の周波数帯における波長である
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。 - 請求項1に記載の信号伝達装置(101)であって、
当該メッシュ状の形状の繰り返しの単位長さdは、前記進行波成分の強度が、定数もしくは当該第1導体部(111)の外形からの距離によって2π/d以上の減衰定数で指数的に減衰する成分と、当該電磁波の周波数帯における波長に依存する成分と、の積和に近似できる程度に小さく、
当該浸出領域(141)の厚さは、大きくともdである
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。 - 請求項1に記載の信号伝達装置(101)であって、
当該メッシュ状の形状における網目の大きさの平均幅は当該繰り返しの単位長さdであり、当該繰り返しの単位長さdは、当該電磁場の周波数帯における波長よりも十分に短く、
当該メッシュ状の形状の繰り返しの単位長さdは、当該浸出領域(141)の厚さと同じオーダーであり、
当該浸出領域(141)の厚さは、大きくともdである
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。 - 請求項1に記載の信号伝達装置(101)であって、
当該メッシュ状の形状は、同じ形状の多角形が繰り返す網目状であり、その繰り返しの単位長さは当該電磁場の周波数帯における波長よりも十分に短いdであり、
当該浸出領域(141)における電磁場のうち、当該メッシュ形状の影響を受ける進行波成分の強度は、前記第1導体部(111)の外形から当該浸出領域(141)への距離zに対して、e-2πz/d以下の係数により減衰する
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。 - 請求項1に記載の信号伝達装置(101)であって、
当該メッシュ状の形状は、平板に円孔を複数設けた網目状であり、当該円孔同士の中心距離は当該電磁場の周波数帯における波長よりも十分に短いdであり、
当該浸出領域(141)における電磁場のうち、当該メッシュ形状の影響を受ける進行波成分の強度は、前記第1導体部(111)の外形から当該浸出領域(141)への距離zに対して、e-2πz/d以下の係数により減衰する
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。 - 請求項1に記載の信号伝達装置(101)であって、
当該浸出領域(141)に配置されたアンテナへ当該狭間領域(131)および当該浸出領域(141)から電磁場の変化を伝達し、もしくは、当該アンテナから当該狭間領域(131)および当該浸出領域(141)へ電磁場の変化を伝達して、当該アンテナに接続された外部機器と通信する
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。 - 請求項6に記載の信号伝達装置(101)であって、
当該第1導体部(111)および当該第2導体部(121)に有線接続される通信機器へ、当該狭間領域(131)および当該浸出領域(141)における電磁場とともに変化する当該第1導体部(111)と当該第2導体部(121)との間の電圧を伝達し、もしくは、当該第1導体部(111)と当該第2導体部(121)との間の電圧を変化させて当該狭間領域(131)および当該浸出領域(141)における電磁場を変化させて、
当該通信機器と、当該外部機器と、の間で信号を伝達する
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。 - 請求項1に記載の信号伝達装置(101)であって、
当該第2導体部(121)は、メッシュ状の形状であり、
前記第2導体部(121)の外形を当該狭間領域(131)と挟んで反対側に位置する平板状の形状の対向領域(151)において、さらに、当該周波数帯で当該電磁場を伝達する
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。 - 請求項1に記載の信号伝達装置(101)であって、
当該第1導体部(111)をメッシュ状の形状とするのにかえて、ストライプ状の形状とする
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。 - 請求項1に記載の信号伝達装置(101)であって、
前記電磁波の周波数帯はギガヘルツ帯であり、
当該第2導体部(121)は、建築物の壁に貼り付けられ、
当該第2導体部(121)を覆うように当該電磁波の周波数帯における絶縁体を吹き付け、
当該第1導体部(111)は、当該吹き付けられた絶縁体に貼り付けられる
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の信号伝達装置(101)の浸出領域(141)における電磁場に接して当該電磁場の変化により通信するインターフェース装置(601)であって、
当該電磁場の周波数帯において導電体であり、当該インターフェース装置(601)が当該電磁場に接した状態で用いられ、底面に隙間を開けて当該電磁場内に配置される内部導体部(602)、
当該電磁場の周波数帯において導電体であり、当該インターフェース装置(601)が当該電磁場に接した状態で用いられ、当該電磁場および前記内部導体部(602)を覆い、前記内部導体部(602)と前記内部導体部(602)の一端で接続され、開孔を有する外部導体部(603)、
当該電磁場の周波数帯において導電体であり、前記内部導体部(602)の他端付近に接続され、前記外部導体部(603)が有する開孔を介して前記外部導体部(603)に覆われる領域の外側に通ずる経路導体部(604)
を備え、前記外部導体部(603)の開孔付近で前記外部導体部(603)と前記経路導体部(604)により、前記外部導体部(603)、前記内部導体部(602)、前記経路導体部(604)を経由する電流経路において流れる電流を変化させ、当該電流の変化に呼応する当該電磁場の変化により、通信する
ことを特徴とするインターフェース装置(601)。 - 請求項11に記載のインターフェース装置(601)であって、
前記内部導体部(602)の前記外部導体部(603)側の面と、前記外部導体部(603)の前記内部導体部(602)側の面と、は、略平行である
ことを特徴とするインターフェース装置(601)。 - 請求項12に記載のインターフェース装置(601)であって、
前記内部導体部(602)の幅は、前記内部導体部(602)の前記外部導体部(603)側の面と、前記外部導体部(603)の前記内部導体部(602)側の面と、の距離以下である
ことを特徴とするインターフェース装置(601)。 - 請求項13に記載のインターフェース装置(601)であって、
前記外部導体部(603)の前記内部導体部(602)に面する側の形状は、円柱形状である
ことを特徴とするインターフェース装置(601)。 - 請求項14に記載のインターフェース装置(601)であって、
前記内部導体部(602)は、当該円板形状の中心から当該円板形状の円周へ伸びる少なくとも1つの帯状の形状を有し、
前記内部導体部(602)と前記外部導体部(603)とは、当該円板形状の円周で接続される
ことを特徴とするインターフェース装置(601)。 - 請求項11に記載のインターフェース装置(601)であって、
当該電磁場の周波数帯において誘電体であり、前記外部導体部(603)と、前記内部導体部(602)とに、挟まれる領域を充填する絶縁体部(605)
をさらに備えることを特徴とするインターフェース装置(601)。 - 請求項11に記載のインターフェース装置(601)であって、
前記内部導体部(602)の長さをR、当該電磁場の波長をλとしたとき、
2πR ≪ λ
が成立しない
ことを特徴とするインターフェース装置(601)。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の信号伝達装置(101)の浸出領域(141)における電磁場に接して当該電磁場の変化により通信するインターフェース装置(601)であって、
当該電磁場の周波数帯において導電体であり、当該インターフェース装置(601)が当該電磁場に接した状態で用いられ、円板に円柱状の側面をつけた形状で円板の逆側に縁取がされている外部導体部(603)と、
前記外部導体部(603)の中心付近に設けられた開孔を貫通している経路導体部(604)と、
当該電磁場の周波数帯において導電体であり、当該インターフェース装置(601)が当該電磁場に接した状態で用いられ、当該電磁場内に底面に隙間を開けて前記外部導体部(603)の縁取りに一端が接続され、前記外部導体部(603)の中心に相当する位置を通るように配置される内部導体部(602)と、
を備え、
前記外部導体部(603)は、当該電磁場および前記内部導体部(602)を覆い、前記内部導体部(602)と前記内部導体部(602)の一端で接続され、
前記内部導体部(602)の円形の中心に相当する位置で前記経路導体部(604)に接続され、前記開孔付近の前記経路導体部(604)と前記外部導体部(603)からなる接続点の間の電圧を電磁場の周波数帯において変化させて通信を行う通信装置
を備えることを特徴とするインターフェース装置(601)。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の信号伝達装置(101)の浸出領域(141)における電磁場に接して当該電磁場の変化により通信するインターフェース装置(601)であって、
当該電磁場の周波数帯において導電体であり、当該インターフェース装置が当該電磁場に接した状態で用いられ、当該接する面に対して垂直なループの一部をなす内部導体部(602)、
当該インターフェース装置(601)が当該電磁場に接した状態で用いられ、当該電磁場および前記内部導体部(602)を覆い、前記内部導体部(602)とともに前記垂直なループを構成する外部導体部(603)
を備え、
前記外部導体部(603)と前記内部導体部(602)との間に通信部(201)を接続して、前記内部導体部(602)を通過する電流を変化させて通信を行う
ことを特徴とするインターフェース装置(601)。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の信号伝達装置(101)の浸出領域(141)における電磁場に接して当該電磁場の変化により通信するインターフェース装置(601)であって、
当該電磁場の周波数帯において導電体であり、当該インターフェース装置が当該電磁場に接した状態で用いられ、当該電磁場内に底面に隙間を開けた状態で配置される内部導体部(602)、
当該電磁場の周波数帯において導電体であり、当該インターフェース装置(601)が当該電磁場に接した状態で用いられ、当該電磁場および前記内部導体部(602)を覆い、前記内部導体部(602)と直接接続されない外部導体部(603)を備え、
前記内部導体部(602)の長さは当該電磁場の電磁波長の略半分であり、
前記内部導体部(602)の少なくとも一端は開放され、他端の近傍には外部導体部(603)の開孔を貫通する経路導体部(604)が接点にて接続され、
前記内部導体部(602)の当該一端から他方まで至る経路の間に、前記外部導体部(603)との間での当該電磁場の電磁波長におけるインピーダンスが0となる地点に前記接点を配置することによって、前記内部導体部(602)と前記外部導体部(603)とが、当該ループの一部をなし、
前記開孔付近において、前記外部導体部(603)と前記内部導体部(602)とがコンデンサを形成することで形成されるループ状の電流経路を用いて通信する
ことを特徴とするインターフェース装置(601)。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の信号伝達装置(101)と、
請求項11から20のいずれか1項に記載のインターフェース装置(601)と、
を備えることを特徴とする通信システム。
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