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ループアンテナの給電装置 NEW

国内特許コード P200016698
整理番号 S2018-0946-N0
掲載日 2020年3月24日
出願番号 特願2018-158123
公開番号 特開2020-036067
出願日 平成30年8月27日(2018.8.27)
公開日 令和2年3月5日(2020.3.5)
発明者
  • 大塚 啓人
  • 斉藤 昭
  • 本城 和彦
  • 石川 亮
出願人
  • 国立大学法人電気通信大学
発明の名称 ループアンテナの給電装置 NEW
発明の概要 【課題】アンテナ導体上の電流分布に影響を与えない給電回路を提供する。
【解決手段】無線通信周波数から決まる波長の約整数倍の周囲長を有する円形ループアンテナが複数同心円状に配置されてなる送信および受信アンテナ100、200を備えた無線通信装置であって、各円形ループアンテナの給電部を、このループアンテナ100に対して垂直に設置することで、互いの導体が直交するようにし、互いが互いに誘起電流を生じないようにする。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

近年、インターネットの豊富なコンテンツと、光回線による超高速ネットワークならびに最終ユーザへの無線ネットワークの普及で、“いつでも、どこでも、誰とでも”、さらには“いまだけ、ここだけ、あなただけ”という個人のニ-ズに合わせた情報の提供を可能にする高度情報社会への進展が急速に進んでいる。さらに、センサーネットワークを用いた人を介さない通信によるビッグデータの収集も並行して進んでいる。これらを支える無線システムとして、携帯電話、Wimax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)、無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、UWB(Ultra Wide Band)、ジグビー等多様なシステムが提供されている。

加えて、これらのシステムをシームレスに接続し、各システムを組み合わせて提供するサービスも進展している。これらの無線システムは、固有の通信帯域を占有して通信を行うものであり、特に大量のデータを高速に伝送するためには広い周波数帯域を用いる必要があり、貴重な資源である周波数資源を多く必要とするという問題があった。このため、有効利用の指標として伝送情報量を帯域幅で割った周波数あたりの伝送レート(bit/Hz)を向上できる技術の重要性が増大している。

周波数あたりの伝送レートを向上できる技術の1つとして、複数のアンテナを送信側と受信側に配置したMIMO(multiple-input and multiple-output)と称される技術が知られている。MIMOは、同じ時間内に同じ帯域内で、伝搬特性の違いを活用して多重化する空間多重化の手法である。例えば、送信側と受信側のそれぞれがn個(nは任意の整数)のアンテナを備えた場合、送信アンテナの電圧電流と受信アンテナの電圧電流の関係は、伝搬路の伝達関数(例えばZ行列)で一意に定めることができ、n行×n列の正方行列として表現される。

この行列の固有ベクトルを用いるとn行×n列の正方行列は対角化でき、n個の固有ベクトルに関する伝達関数は独立となるので、n重の多重化が可能となる。しかしながら、MIMOでは、混ざり合った信号を数学的に分離するため、複雑な信号処理が必要になるという問題がある。また、複数のアンテナを協調させて動作させることになるので、システム構成が複雑になるという問題もあった。

このような状況を踏まえて、近年、同一の周波数における多重化の手法として、OAM(Orbital Angular Momentum)通信が提案されている。この手法は、電磁界の軌道角運動量が保存される場合にのみ相互作用が許容される現象を活用するものであり、電磁波に軌道角運動量(OAM)の情報を持たせて伝送する手法である。
レーザのようなビーム断面がガウス分布系となる波動では、断面における方位φに関する位相空間分布は、通常の波では一定である。一方、OAM波では、exp(jmφ)(但し、mはOAM波のモード次数で磁気量子数と呼ばれる)に従い、方位φに対して線形に変化して、同一位相面が螺旋状に進む。
このようなOAM波は、光通信の場合には、レーザとホログラムあるいはスパイラル位相板を用いて比較的簡単に実現することができる。一方、マイクロ波の場合には、固有モードの送信方法や受信方法、及び絞られたビームの伝送方法が光通信と大きく異なるため、OAM波の実現は容易ではない。

特許文献1の無線通信装置は、送信アンテナと、送信アンテナから送信された無線信号を受信する受信アンテナとを有する無線通信装置である。
送信アンテナ及び受信アンテナは、それぞれが無線通信周波数から決まる波長の約整数倍の異なる周囲長を持ち、同一の平面に同心円状に配置される複数の円形ループアンテナと、複数の円形ループアンテナに個別に接続される複数の給電部とを備える。
そして、送信アンテナの複数の円形ループアンテナの中心軸と、受信アンテナの複数の円形ループアンテナの中心軸とを、ほぼ直線状に配置した構成としている。

また特許文献1のアンテナ装置は、それぞれが無線通信周波数から決まる波長の約整数倍の異なる周囲長を持ち、同一の平面に同心円状に配置される複数の円形ループアンテナと、複数の円形ループアンテナに個別に接続される複数の給電部とを備え、複数の給電部に、それぞれ別の送信部又は受信部を接続するようにしている。

特許文献1によれば、シンプルな構造で安価かつ量産性に優れたアンテナ装置を使用してOAM波を実現していることから、周波数あたりの伝送レートを向上させた無線通信を実現することができる。しかも、特許文献1の場合、アンテナ装置に接続される送信部や受信部として、複数の系の信号の分離や混合などのための特別な構成を必要としないので、無線通信装置全体としても簡単な構成で、周波数あたりの伝送レートを向上させた無線通信が可能になるという効果を有する。

また特許文献2によれば、端子方位を変更することで特許文献1でのOAM波のモード間のアイソレーションの向上させている。

産業上の利用分野

本発明は、アンテナへの給電装置に関し、特にループアンテナへの給電装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
無線通信周波数から決まる波長の約整数倍の周囲長を有する円形ループアンテナが、波長毎に複数、同一平面上、且つ、同心円状となるように構成されるループアンテナであって、
前記各円形ループアンテナに接続される給電装置は、当該円形ループアンテナが構成される平面に対して垂直に配置されることを特徴とするループアンテナの給電装置。

【請求項2】
前記給電装置は、前記ループアンテナの一端に接続される第1の給電装置と、当該ループアンテナの他端に接続される第2の給電装置とで構成されていることを特徴とする請求項1記載のループアンテナの給電装置。

【請求項3】
前記第1および第2の給電装置の間には誘電体が設けられていることを特徴とする請求項2に記載のループアンテナの給電装置。

【請求項4】
前記ループアンテナの背面には反射板が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のループアンテナの給電装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018158123thum.jpg
出願権利状態 公開


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