(57)【要約】      （修正有）【課題】この発明は、大気中、電磁波の伝搬損が比較的に大きい物質中、あるいは塩分濃度が０％から５％までの真水中もしくは海水中で、磁力波を用いて数ｃｍから数ｋｍ程度までの近距離間から中距離間で、広帯域の磁力波通信を可能とする磁力波送信装置、磁力波受信装置、および磁力波通信システムを安価に提供することを目的とする。【解決手段】この発明に係わる磁力波送信装置３０、磁力波受信装置４０、および磁力波通信システム１０１は、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて、変動磁界によって誘導結合する磁力波を用い、前記誘導経路中で、かつ近距離間から中距離間で、移動体との広帯域の磁力波通信と、移動体が位置する方向および／あるいは距離を高精度で探知するためのものである。【選択図】図１
2020193959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中、電磁波の減衰が大きい物質中、あるいは塩分濃度が０％から５％までの真水中もしくは海水中において、変動磁界によって誘導結合する磁力波を送信するための送信装置であって、
送信コイルと、
上記送信コイルに励磁電流を流すための交流電源と、
上記励磁電流の位相を調整するための、第一の位相調整手段と、第二の位相調整手段とを備え、
上記第一の位相調整手段を、誘導性リアクタンスと、容量性リアクタンスとの直列接続として、共振状態とし、
上記第二の位相調整手段を容量性リアクタンスとし、上記送信コイルと並列に接続して、共振状態とし、
上記第一の位相調整手段を、上記送信コイルと上記並列に接続した第二の位相調整手段との接続点と、上記交流電源との間に直列に接続することによって、
上記送信コイルの両端の電圧を、上記交流電源の電圧の２０倍未満として、非共振状態にひき戻す
ことを特徴とする磁力波送信装置。
【請求項２】
上記送信コイルが、閉ループコイルにより構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の磁力波送信装置。
【請求項３】
上記第一の位相調整手段および/あるいは第二の位相調整手段から、変動磁界および/あるいは変動電界が、外部に放射されるのを抑制するための遮蔽手段を有する
ことを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の磁力波送信装置。
【請求項４】
上記交流電源と、上記第一の位相調整手段と、上記第二の位相調整手段と、上記送信コイルとが、ＬＣ−ＣＬ共振形帯域通過フイルタを構成し、あるいは複数の位相調整手段によって高次のバターワースＢＰＦを構成する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁力波送信装置。
【請求項５】
上記励磁電流の角振動数をω、上記位相調整手段の誘導性リアクタンスをωＬ0、上記位相調整手段の容量性リアクタンスを１／ωＣ0、上記交流電源に負荷される実効抵抗をＲ0とすると、
−０．５＜（ωＬ0−（１/（ωＣ0））＜０．５として広帯域であり、負荷Ｑを、０＜（ωＬ0／Ｒ0）＜２０とし、あるいは０＜（Ｒ0／ωＬ0）＜２０とする
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁力波送信装置。
【請求項６】
上記交流電源が、デジタル変調手段を有し、デジタル変調された矩形波信号を出力する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の磁力波送信装置。
【請求項７】
上記交流電源が、伝送線路トランスを有し、出力電圧を昇圧する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の磁力波送信装置。
【請求項８】
上記デジタル変調手段が、方向および/あるいは距離を探知するために、固有の認識名を付与する
ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の磁力波送信装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の磁力波送信装置から送信される磁力波を、閉ループコイル、および/あるいは磁気インピーダンス効果素子あるいは磁気抵抗素子に、誘導結合させて受信する
ことを特徴とする磁力波受信装置。
【請求項１０】
上記閉ループコイル、および/あるいは磁気インピーダンス効果素子あるいは磁気抵抗素子が、上記誘導結合する磁力波と、別に生成される受信局発信号とをミキシングし、中間周波信号として出力するための、ミキシング手段を有する
ことを特徴とする請求項９に記載の磁力波受信装置。
【請求項１１】
上記中間周波信号のレベルおよび/あるいは位相を高精度で探知する
ことを特徴とする請求項９から１０に記載の磁力波受信装置。
【請求項１２】
上記閉ループコイル、および/あるいは磁気インピーダンス効果素子あるいは磁気抵抗素子が、複数組設けられ、間隔をおいて配置され、複数組の中間周波信号として出力する
ことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の磁力波受信装置。
【請求項１３】
上記複数組の中間周波信号の、レベル、タイミング、および/あるいは位相を測定し、受信した磁力波が到来した、方向および/あるいは距離を探知する
ことを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載の磁力波受信装置。
【請求項１４】
請求項１から８のいずれかに記載の磁力波送信装置と、請求項９から１３のいずれかに記載の磁力波受信装置とを備える
ことを特徴とする磁力波通信システム。
【請求項１５】
上記磁力波送信装置および/あるいは磁力波受信装置が、移動体によって携帯されあるいは装着される
ことを特徴とする請求項１４に記載の磁力波通信システム。
【請求項１６】
上記磁力波送信装置および/あるいは磁力波受信装置が、複数の移動体に携帯されあるいは装着され、相互間の位置する方向、および/あるいは相互間の距離を検知する
ことを特徴とする請求項１４に記載の磁力波通信システム。
【請求項１７】
上記磁力波送信装置および磁力波受信装置を用いて、導電物体および/あるいは反射物体を探査しあるいは探索する
ことを特徴とする請求項１４に記載の磁力波通信システム。
【請求項１８】
上記導電物体および/あるいは反射物体が、移動体によって携帯され、あるいは移動体に装着される
ことを特徴とする請求項１４から１７に記載の磁力波通信システム。
【請求項１９】
上記磁力波送信装置が遭難検知センサ−を有し、上記磁力波送信装置を自動起動し、遭難信号を間欠発信する
ことを特徴とする請求項１４から１８に記載の磁力波通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、大気中、電磁波信号の伝搬損が比較的に大きい物質中、あるいは塩分濃度が０％から５％までの真水中あるいは海水中で、ファラデーの電磁誘導の法則に基づき、誘導磁界(Magnetic Induction)（以後磁力波と称する）を用いて数ｃｍの近距離間から数ｋｍの中距離間での磁力波通信(Magnetic induction Communication)を行うための磁力波送信装置、磁力波受信装置、および磁力波通信システムに関するものである。
なお、従来の誘導磁界通信をNear Field Communication(NFC)と称し、電磁波通信をFar Field Communication(FFC)と称するのに対して、本発明の磁力波通信はこれらの中間的なものであり、Middle Field Communication(MFC)と称する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されている従来の「磁力波アンテナおよび磁力波通信装置」では、「大気中、電磁波信号の伝搬損が比較的に大きい物質中、塩分濃度が０％から５％までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせによる誘導経路中で、磁力波信号を用いて数ｃｍから数ｋｍ程度までの近距離間から中距離間で、狭帯域から広帯域までの任意の帯域幅の磁力波通信を可能とする磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置を安価に提供することを目的とし、変動磁界によって誘導結合する磁力波信号を用い、前記誘導経路中で、かつ近距離間から中距離間で、前記変位電流の放射もしくは再放射によって生じる磁力波アンテナの著しいミスマッチを抑制するために、磁力波アンテナを共振状態に近い非共振状態とする。」とされている。
【０００３】
また、特許文献２に記載されている従来の「磁力波信号を用いる位置測位装置および位置測位システム」では、「大気中、電磁波信号の伝搬損が大気中での伝搬損に比較して大きい物質中、塩分濃度が０％から５％までの真水中あるいは海水中、屋内などの閉塞された環境、あるいはこれらの組み合わせによる誘導経路中で、変動磁界によって誘導結合する磁力波信号を用い、距離を測定し、方向を測定し、あるいはこれらの両方を測定することを目的とし、変動磁界によって誘導結合する磁力波信号を用い、前記誘導経路中で、かつ近距離間から中距離間で、前記変位電流の放射もしくは再放射によって生じる磁力波アンテナの著しいミスマッチを抑制するために、磁力波アンテナを共振状態に近い非共振状態とする。」とされている。
【０００４】
また、特許文献３に記載されている従来の「ＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置」では、「大気中、電磁波信号の伝搬損が比較的に大きい物質中、塩分濃度が０％から５％までの真水中あるいは海水中、あるいはこれらの組み合わせによる誘導経路中で、変動磁界信号を用いて数ｃｍの近距離間から数ｋｍの中距離間での変動磁界通信を行うためのＭＩ（Magneto-Impedance）素子を用いる変動磁界信号受信装置に関するものである。」とされている。
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１から３によれば、送信コイルと受信コイルが、共振状態に近い非共振状態とされているが、「共振状態に近い非共振状態」との記載によって特定されるべき技術的範囲が不明確であり、発明は明確でないなどの問題点があった。
本出願では、送信コイルおよび/あるいは受信コイルに接続する位相調整手段を規定し、送信コイルから放射される電磁波を抑制し、受信コイルから再放射される電磁波を抑止する手段であることを明確にした。
また、送信コイルと、送信コイルに接続される位相調整手段とで、直並列共振形帯域通過フイルタを構成し、あるいは複数の位相調整手段によって高次のバターワースＢＰＦを構成することによって、送信コイルから放射される不要輻射（スプリアスを含む）を抑制できるとした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ／２０１５／０８７７２４
【特許文献２】特開２０１６−１８０６１５
【特許文献３】特開２０１７−０３４４８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、大気中、電磁波信号の伝搬損が比較的に大きい物質中、塩分濃度が０％から５％までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせによる誘導伝搬経路中で、情報交換を行い、データ交換を行い、方向および／あるいは距離を高精度で測定することによって、移動体の位置を探知し、障害物を探知し、鉱物資源を探査し、あるいはこれらの組合せを実現するために、磁力波送信装置、磁力波受信装置、および磁力波通信システムを安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる磁力波送信装置、磁力波受信装置、および磁力波通信システムは、大気中、電波の減衰が大きい物質中、あるいは塩分濃度が０％から５％までの真水中もしくは海水中において、変動磁界によって誘導結合する磁力波を送信するための送信装置であって、送信コイルと、前記送信コイルに励磁電流を出力するための交流電源と、前記励磁電流の位相を調整するための第一の位相調整手段と、第二の位相調整手段とを備え、
【０００９】
前記送信コイルと、前記第二の位相調整手段とを、並列に接続して、共振状態とし、前記第一の位相調整手段を、誘導性リアクタンスと、容量性リアクタンスとの直列接続として、共振状態とし、前記第一の位相調整手段を、前記送信コイルと前記並列に接続した第二の位相調整手段との接続点と、前記交流電源との間に直列に接続することによって、前記送信コイルの両端の電圧を、前記交流電源の電圧の２０倍未満として、非共振状態時の電圧に引き戻して抑圧し、電磁波の放射を抑制し、不要輻射（スプリアスを含む）を抑制する。
また、前記第一の位相調整手段および/あるいは第二の位相調整手段から、変動磁界および/あるいは変動電界が、外部に放射されるのを抑制するための遮蔽手段を有し、シールドケース、磁気シールド、電界シールド、閉磁路コイル、および/あるいはＥＭＩ対策手段を更に有する。
【００１０】
ここで、前記送信コイルは、任意の形状の閉ループコイルであり、前記第一の位相調整手段は、誘導性リアクタンスと、容量性リアクタンスとの直列接続であり、前記第二の位相調整手段は容量性リアクタンスであり、前記交流電源と、前記第一の位相調整手段と、前記第二の位相調整手段と、前記送信コイルとが、ＬＣ−ＣＬ共振形帯域通過フイルタを構成し、あるいは複数の位相調整手段によって高次のバターワースＢＰＦを構成して、前記送信コイルに供給される励磁電流の高調波成分を抑制するとともに、前記送信コイルの両端の電圧を、非共振状態の電圧に抑圧し、電磁波の放射を抑制し、不要輻射（スプリアスを含む）を抑制し、前記磁力波を効率よく放射し、かつ方向および/あるいは距離を高精度で探知するための探知信号を間欠発信する。
【００１１】
また、前記構成において、前記交流電源から供給される励磁電流の角振動数をω、前記交流電源に接続される誘導性リアクタンスをωＬ0、前記交流電源に接続される容量性リアクタンスを（１／ωＣ0）、前記交流電源に接続される損失抵抗をＲ0とした時に、−０．５＜（ωＬ0−（１/ωＣ0））＜０．５の範囲内で広帯域とし、負荷Ｑを、０＜（ωＬ0／Ｒ0）＜２０とし、あるいは０＜（Ｒ0／ωＬ0）＜２０とすることで、前記送信コイルの両端の電圧を、前記交流電源の電圧の２０倍未満として、非共振状態の電圧に引き戻して抑圧し、電磁波の放射を抑制し、不要輻射（スプリアスを含む）を抑制し、前記磁力波を効率よく放射する。
【００１２】
また、前記交流電源が、デジタル変調された矩形波信号を出力し、前記方向および/あるいは距離を探知するために、固有の認識名を付与され、前記磁力波送信装置から送信された磁力波を、前記閉ループコイルとミキサー、および/あるいは磁気インピーダンス効果素子あるいは磁気抵抗素子に、誘導結合させ、別に生成される受信局発信号とをミキシングし、中間周波信号を出力する。
また、前記中間周波信号のレベル（ＲＳＳＩ）および/あるいは位相を測定し、方向および/あるいは距離を測定するための探知装置を有する。
【００１３】
また、前記閉ループコイルとミキサー、および/あるいは磁気インピーダンス効果素子あるいは磁気抵抗素子が、複数組設けられ、間隔をおいて配置され、前記複数組の中間周波信号のタイミングおよび/あるいは位相を測定し、方向および/あるいは距離を高精度で探知するための探知装置を有する。
また、前記複数組の閉ループコイルとミキサー、および/あるいは複数組の磁気インピーダンス効果素子あるいは磁気抵抗素子と、前記方向および/あるいは距離を探知するための探知装置とが、移動体によって携帯され、あるいは移動体に装備される。
【００１４】
また、前記磁力波送信装置と、前記磁力波受信装置とが磁力波通信システムを構成する。
また、前記磁力波送信装置が第一の移動体に携帯されあるいは装着され、前記磁力波受信装置が第二の移動体によって携帯されあるいは装着される。
また、前記磁力波送信装置および/あるいは磁力波受信装置が、移動体によって携帯され、あるいは移動体に装着される。
【００１５】
また、前記磁力波送信装置および/あるいは磁力波受信装置を用いて、導電物体および/あるいは反射物体を高精度で探査しあるいは探索する。
また、前記導電物体および/あるいは反射物体が、移動体によって携帯され、あるいは移動体に装着される。
また、前記磁力波送信装置を携帯する移動体が、遭難状態であることを検知するための、遭難検知センサ−を有し、遭難検知時に、前記磁力波送信装置を起動し、および/あるいは停止する。
【発明の効果】
【００１６】
従来、海水中での無線通信にはもっぱら音波あるいは超音波が用いられており、近年、光波を用いた深海での無線通信が実用化されているが、電磁波は、１００ｋＨｚ以下の極めて低い周波数帯で、地上からの一方向の無線通信にしか活用できない問題点があった。
また、音波あるいは超音波は海水中で伝搬速度が３００ｍ/secから１０００ｍ/secと低速であり、迅速な相互間の通信が困難であり、エコーあるいは海面での反射などの影響を受けやすい問題点がある。
【００１７】
本発明の磁力波送信装置、磁力波受信装置、および磁力波通信システムによれば、大気中、電磁波の減衰が大きい物質中、あるいは塩分濃度が０％から５％までの真水中もしくは海水中において、近距離から中距離までの無線通信が可能であり、伝搬速度が音波の１０００倍であり、かつ方向および／あるいは距離を高精度で測定が可能となることから、移動体の位置を探知し、障害物を探知し、鉱物資源を探査し、遭難者を探査し、あるいはこれらの組合せを安価に実現できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１における磁力波通信システムの構成図
【図２】本発明の実施例２における磁力波送信装置の他の構成図
【図３】本発明の実施例３における磁力波受信装置の他の構成図
【図４】本発明の実施例３における磁力波受信装置の他の構成図
【図５】本発明の実施例４における磁力波通信システムの他の構成図
【図６】（ａ）本発明で用いられる磁気抵抗素子の特性例を示す図                        （ｂ）本発明の磁力波の伝搬損失の測定データ                                  （ｃ）本発明の磁力波の構成図                                                （ｄ）本発明の磁力波の伝搬速度の測定データ
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１における磁力波通信システムの構成図であり、３０は送信装置、３１は送信コイル、３２ａ、３２ｂは送信コイルの接続端子、３３は第二の位相調整手段、３４ａ、３４ｂは第一の位相調整手段、３５は電力増幅手段、３６はパルス幅変調手段、３７はデジタル信号生成手段、４０は受信装置、４１はフェライトコア、４２は受信コイル、４３は位相調整手段、４４は緩衝増幅手段、４５は局発信号発振器、４６はミキサ、４７はフイルタ、４８は中間周波増幅器、４９は検波・増幅器、１０１は磁力波通信システムＡ、２００は誘導磁界である。
ここで、前記送信コイル３1には、電力増幅手段３５、パルス幅変調手段３６、およびデジタル信号生成手段３７によって、デジタル変調された励磁電流が供給され、磁力波が外部に放射される。
【００２１】
また、前記第一の位相調整手段は、コンデンサ３４ａとリアクタ３４ｂとの直列共振回路によって構成され、共振状態とし、前記第二の位相調整手段はコンデンサ３３によって構成されており、前記送信コイル３１と並列に接続して、共振状態とし、記第一の位相調整手段を、誘導性リアクタンスと、容量性リアクタンスとの直列接続として、共振状態とし、前記第二の位相調整手段を容量性リアクタンスとし、前記送信コイルと並列に接続して、共振状態とし、前記第一の位相調整手段を、前記送信コイルと前記並列に接続した第二の位相調整手段との接続点と、前記交流電源との間に直列に接続する。
【００２２】
また、前記構成において、前記交流電源から供給される励磁電流の角振動数をω、前記交流電源に接続される誘導性リアクタンスをωＬ0、前記交流電源に接続される容量性リアクタンスを（１／ωＣ0）、前記交流電源に接続される損失抵抗をＲ0とした時に、−０．５＜（ωＬ0−（１/ωＣ0））＜０．５の範囲内で広帯域とし、負荷Ｑを、０＜（ωＬ0／Ｒ0）＜２０とし、あるいは０＜（Ｒ0／ωＬ0）＜２０とすることで、前記送信コイルの両端の電圧を、非共振状態の電圧に引き戻して抑圧し、電磁波の放射を抑制し、不要輻射（スプリアスを含む）を抑制し、前記磁力波を効率よく放射する。
【００２３】
また、前記構成において、前記交流電源と、前記第一の位相調整手段と、前記第二の位相調整手段と、前記送信コイルとが、ＬＣ−ＣＬ共振形帯域通過フイルタを構成し、あるいは複数の位相調整手段によって高次のバターワースＢＰＦを構成して、前記送信コイルに供給される励磁電流の高調波成分を抑制するとともに、前記送信コイルの両端の電圧を、非共振状態の電圧に引き戻して抑圧し、電磁波の放射を抑制し、不要輻射（スプリアスを含む）を電波法で規制される範囲内に抑制し、前記磁力波を効率よく放射し、かつ方向および/あるいは距離を探知するための探知信号を送信する。
【００２４】
即ち、第二の位相調整手段３３と送信コイルとの間を循環する励磁電流をＩ0とし、交流電源の電圧Ｅinによって供給される電流をＩinとし、送信コイルのリアクタンスをωＬ1とすると、キルヒホッフの法則から、
Ｉ0＝（Ｅin/ｊωＬ1) - - -（１） 
Ｉin≒0              - - -（２） 
となり、前記励磁電流は、前記送信コイルと前記第二の位相調整手段との間を、無効電流として循環し、交流電源には送信コイルの損失分と、受電コイルに流れる実効電流相当分としか流れないことになる。
【００２５】
このとき、前記送信コイルと前記第二の位相調整手段との共振電圧は交流電源の電圧Ｅinと同一かあるいは若干の上昇があるとしても、前記送信コイルの両端の電圧が、非共振状態時の電圧に引き戻されることから、前記送信コイルと前記第二の位相調整手段とが、共振状態でありながら、前記送信コイルの両端の電圧が、前記共振状態の第一の位相調整手段のリアクタンスが０Ωに近くなるため、前記交流電源の電圧近くに引き戻され、非共振状態時の電圧に抑圧されることになる。
【００２６】
一方、前記送信コイル３１から放射される誘導磁界２００は、大気中、電波の減衰が大きい物質中、あるいは塩分濃度が０％から５％までの真水中もしくは海水中を伝搬し、前記受電コイルを多数巻きの閉コイルとし、前記受電コイルを前記送信コイルと水平に対向して移動体に設置し、前記送信コイルに接続される交流電源３１の電圧をＥin×Ｓin(ωt)とすると、
前記受電コイルに誘起する起電力Ｅoutは、
Ｅout＝-dΦ/dt＝[（Ｅin/10）×（（Ｎ2/Ｎ1)×Ｓ2）/(Ｄ1^3）]Ｓin(ωt) - - -（３）  
となり、前記交流電源の発振周波数とは無関係に起電力が誘起し、広帯域であることを示す。
【００２７】
ここで、Ｎ1＝送信コイルの巻き数、Ｎ２＝受信コイルの巻き数、Ｓ２＝受信コイルの面積、Ｄ1＝送信コイルと受信コイルとの間隔とする。
また、前記（３）式によれば、前記受信コイルに誘起する起電力が、(1)交流電源の電圧に比例して増加し、(2)受電コイルの巻き数Ｎ２と面積Ｓ２とに比例して増加し、(3)送信コイルと受信コイルとの間隔Ｄ1の３乗に反比例して減少し、16dB/octで減少し、距離が10倍になると60dB減少し、(4)送信コイルの巻き数に反比例して増加する、ことを示している。
【００２８】
また、前記誘導磁界２００は、前記受信装置４０のフェライトコア４１によって集磁され、受信コイル４２に誘導結合し、並列および/あるいは直列に接続される位相調整手段４３によって共振状態とし、緩衝増幅器４４によってインピーダンス変換され、ミキサ４６によって、局発信号発振器４６の出力とミキシングされ、中間周波信号に変換され、フイルタ４７によって選択され、中間周波増幅器４８によって増幅され、検波・増幅器４９によってデジタル信号に復調される。
【００２９】
ただし、前記受信コイルに閉ループコイルを用いると、受信感度を高めるために、大型のフエライトコアを用いる必要があり、大型で重くなるので、前記磁気抵抗素子（ＭＩ素子）を用いることにより、小型化と軽量化が実現できる。
また、前記第一の位相調整手段および/あるいは第二の位相調整手段から、変動磁界および/あるいは変動電界が、外部に放射されるのを抑制するための遮蔽手段を有し、シールドケース、磁気シールド、電界シールド、閉磁路コイル、および/あるいはＥＭＩ対策手段を更に有する。
【００３０】
また、前記構成において、前記受信コイル４２に誘起する起電力の角振動数をω、前記受信コイル４２の誘導性リアクタンスをωＬ2、前記受信コイルに接続される位相調整手段４３の容量性リアクタンスを（１／ωＣ2）、前記緩衝増幅手段４４の損失抵抗をＲ2とした時に、−０．５＜（ωＬ2−（１/ωＣ2））＜０．５の範囲内で広帯域とし、負荷Ｑを、０＜（ωＬ2／Ｒ2）＜２０とし、あるいは０＜（Ｒ2／ωＬ2）＜２０とすることで、前記受信コイルの両端の電圧を、前記交流電源の電圧の２０倍未満として、非共振状態の電圧に抑圧し、電磁波が再放射され損失が増加するのを抑制し、前記磁力波を効率よく受信することができる。
【実施例２】
【００３１】
図２は、本発明の実施例２における磁力波送信装置の他の構成図であり、３２ａ、３２ｂは送信コイルの接続端子、３３は第二の位相調整手段、３４ａ、３４ｂは第一の位相調整手段、３５は伝送線路トランス、３６は電力増幅手段、３７はパルス幅変調手段、３８ａはクロック信号生成手段、３８ｂはデジタル信号生成手段である。
ここで、伝送線路トランス３５の一例として、巻数比１：２の昇圧トランスの例を示し、電力増幅手段３６の一例として、２組のスイッチング素子を用いたハーフブリッジ電力増幅回路の例を示す。
【００３２】
また、三角波形のクロック信号生成器３８ａの出力と、送信信号生成手段３８ｂの出力とを、パルス幅変調手段３６に入力することで、送信信号生成手段３８ｂの入力電圧に応じたパルス幅の矩形波信号が、電力増幅手段３６に入力される。
また、前記ハーフブリッジ電力増幅回路の代わりに、フルブリッジの電力増幅手段および/あるいは伝送線路トランス３５を用いることで、出力電力を電源電圧の整数倍に昇圧できる。
なお、前記電力増幅手段の出力端子には第一位相調整手段の誘導性リアクタンス３４ｂが接続されているため、電源立ち上げ時などで、第二の位相調整手段の容量性リアクタンス３３によって生じる短絡状態を回避することができる。
【実施例３】
【００３３】
図３は、本発明の実施例３における磁力波受信装置の他の構成図であり、５０は受信装置、５１は局発信号発振器、５２は磁気抵抗素子、５３は集磁素子、５４検出コイル（受信コイル）、５５は位相調整手段、５６は緩衝増幅手段、５７はフイルタ、５８は中間増幅器、５９は検波増幅器、２００は誘導磁界である。
【００３４】
ここで、前記磁気抵抗素子５２に局発信号が供給されると、前記磁気抵抗素子（ＭＩ素子）の両端のインピーダンスが、図６（ａ）に示すように、２次歪の曲線で鋭く変化することから、前記受信局発信号の周波数と磁力波の周波数とがミキシングされ、前記検出コイル５４に、ベースバンド信号あるいは中間周波信号として出力される。
なお、前記局発信号は、連続する一定周波数の信号であり、前記磁気抵抗素子の２次歪の領域内で動作するよう、信号レベルを調節するものとする。
【００３５】
また、前記局発信号をＡＳｉｎ（ω１t+φ１) とし、前記磁力波をＢＳｉｎ（ω2t+φ2) で表すと、
[ＡＳｉｎ（ω１t+φ１)＋ＢＳｉｎ（ω2t+φ2)]2
＝[ＡＳｉｎ（ω１t+φ１)]2＋２ＡＢ[（Ｓｉｎ（ω１t+φ１)）×（Ｓｉｎ（ω2t+φ2)）]＋[ＢＳｉｎ（ω2t+φ2)]2
＝[Ａ2Ｓｉｎ（２ω１t+２φ１）]＋ＡＢ[Ｃｏｓ（ω１t−ω2t+φ１−φ2）＋Ｃｏｓ（ω１t＋ω2t+φ１+φ2）]＋[Ｂ2Ｓｉｎ（２ω2t+２φ2）] - - - (４)
となる。
【００３６】
従って、前記（４）式より、ＡＢ[Ｃｏｓ（ω１t−ω2t+φ１−φ2）が中間周波信号として検出コイル５４から出力され、緩衝増幅手段５５によって増幅され、フイルタ５６によって選択されると、前記磁気抵抗素子（ＭＩ素子）の特性例を図６（ａ）に示すように、磁気抵抗素子５２に誘導結合する磁界の強さ（ｍＴ）に対し、磁気抵抗素子から出力される電圧（ｍＶ）が２乗特性を示し、誘導結合する磁界の強さが±０〜±０．２(ｍＴ)の間で変化すると、結合コイル５３から、±４Ｖ＝±１３２ｄＢμＶの出力電圧が出力され、かつ前記磁気抵抗素子５２がミキサとして動作することになる。
【００３７】
また、前記磁力波が前記誘導経路中を伝搬する際に、図６（ｂ）に示すように、大気中および海水中で、距離が１０倍になると磁力波が６０ｄＢ減衰し、レベル変動が大きいため、中間周波増幅手段にはＡＧＣ（自動利得調整手段）および/あるいは振幅制限手段を設ける必要がある。
例えば、送信コイルの位置から１ｍ離れた地点での磁界の強さが０．２ｍＴであり、結合コイル５４からの出力電圧が１３２ｄＢμＶであれば、１００ｍ離れた地点では出力電圧が１２ｄＢμＶとなるので、磁力波を受信できることになる。
【００３８】
また、前記磁力波を用いると、送信装置と受信装置との距離が１０倍になると信号レベルが６０ｄＢ減衰し、レベル変動が大きいことから、前記レベル変動を距離の測定に用いると、電磁波を用いる場合に比べ、測定誤差を３分の１以下に改善できるメリットが得られる。
【００３９】
また、前記構成において、前記検出コイル５４に誘起する起電力の角振動数をω、前記検出コイルの誘導性リアクタンスをωＬ2、前記検出コイルに並列および/あるいは直列に接続される容量性リアクタンスを（１／ωＣ2）、前記緩衝増幅手段５６の損失抵抗をＲ2とした時に、−０．５＜（ωＬ2−（１/ωＣ2））＜０．５の範囲内で広帯域とし、負荷Ｑを、０＜（ωＬ2／Ｒ2）＜２０とし、あるいは０＜（Ｒ2／ωＬ2）＜２０とすることで、前記受信コイルの両端の電圧を、前記交流電源の電圧の２０倍未満として、非共振状態の電圧に抑圧し、電磁波の再放射を抑制し、前記磁力波を効率よく受信することができる。
【実施例４】
【００４０】
図４は、本発明の実施例４における磁力波受信装置の他の構成図であり、５０は受信装置、５１ａは局発信号発振器、５１ｂはπ/２移相手段、５２ａ、５２ｂは磁気抵抗素子、５３ａ、５３ｂは集磁素子、５４ａ、５４検出コイル、５５ａ、５５ｂは位相調整手段、５６ａ、５６ｂ緩衝増幅手段、５７ａ、５７ｂはフイルタ、５８ａ、５８ｂは中間増幅手段、５９ａ、５９ｂは直交検波手段、２００は誘導磁界である。
【００４１】
ここで、前記局発信号発振器５１ａの出力は、磁気抵抗素子５２ａと、π／２移相器５１ｂを介して磁気抵抗素子５２ｂとに分岐されており、一定周波数の連続する高周波信号、あるいは周波数が掃引される高周波信号を供給しており、磁気抵抗素子５２ａおよび５２ｂに、外部から集磁素子５３ａ、５３ｂによって集磁されて誘導結合される誘導磁界とミキシングされ、受信局発信号の周波数と磁力波の周波数との差分の中間周波信号が検出コイル５４ａ、５４ｂから出力され、前記検出コイルに並列および/あるいは直列に接続される位相調整手段５５ａ、５５ｂによって共振状態とするが、前記検出コイルの両端の電圧を、前記交流電源の電圧の２０倍未満として、非共振状態の電圧に抑圧し、電磁波の再放射を抑制し、磁力波を効率よく受信することができる。
【００４２】
更に、前記検出コイル５４ａから出力された中間周波信号は、緩衝増幅手段５５ａによって緩衝増幅され、フイルタ５６ａによって周波数帯域が選択され、中間周波増幅手段５７ａおよび直交検波手段５８ａによって増幅・検波され、「Ｉ信号」として出力され、一方、緩衝増幅手段５５ｂによってインピーダンス変換され、フイルタ５６ｂによって周波数帯域が選択され、中間周波増幅手段５７ｂおよび直交検波手段５８ｂによって増幅・検波され、「Ｑ信号」として出力される。
前記ＩＱ信号には正確な位相情報が含まれており、本発明の方向探知システムにおいて重要な役割を果たすものである。
【実施例５】
【００４３】
図５は、本発明の実施例５における磁力波通信システムの他の構成図であり、３０は磁力波送信装置、５０ａ、５０ｂは磁力波受信アンテナ、６０は方向探知装置、８１は磁力波受信アンテナ５０ａ、５０ｂの間隔、８２は方向探知装置の指向性、８３は磁力波送信アンテナと磁力波受信アンテナとの距離、８４は方向探知装置の指向性と磁力波送信アンテナの方向とのずれ、８５は磁力波送信アンテナから磁力波受信アンテナ５０ａと５０ｂとの距離差、８６は磁力波送信装置が位置する方向、１０２は磁力波通信システムＢを示す。
【００４４】
ここで、前記磁力波送信装置３０からは、図６（ｃ）に示す、同期信号(Start Frame Delimiter)６１、ＭＡＣ（Medium Access Control）レイヤ６２、方位探知測定信号６３から構成されるデジタル信号が、数秒から数十秒間隔で間欠送信されており、前記同期信号６１は、複数ビットのユニークワードであり、前記磁力波送信装置と磁力波受信装置との間で大まかな制御タイミングを合わせるためのものであり、前記ＭＡＣレイヤ６２は、磁力波送信装置の識別番号、相手先番号、付加情報、あるいはこれらの組合せであり、前記方向測定信号６３は、前記磁力波送信装置が位置する方向を高精度で測定するためのものである。
【００４５】
また、図６（ｄ）に示すように、磁力波送信機９１から送信コイル９２に、４４０ｋＨｚの矩形波信号を供給して磁力波を放射し、受信コイル９３で矩形波信号を受信して緩衝増幅器９４で増幅し、ロジックアナライザ９５によって送信時から受信時までの遅延時間（μｓ）を測定し、送信コイルと受信コイルとの間隔（ｃｍ）から、前記磁力波が大気中を伝搬する速度（ｋｍ／ｓ）を算出した結果を示す。
【００４６】
測定結果を表９７に示すように、磁力波の伝搬速度が約３０５ｋｍ/秒と算出され、この値は、太陽から放射される磁気嵐と同程度の伝搬速度であり、電磁波の伝搬速度の１/１０００であり、超音波の１０００倍であることから、電磁波と超音波との中間の速度であり、高精度の方向および/あるいは距離の測定が可能になる。
なお、電磁波を用いた場合の距離の測定誤差が約１４ｍであったことから、磁力波を用いると誤差が１/１０００となり、約１．４ｃｍの誤差で測定可能となる。
あるいは、２点間の伝搬時間の測定精度が、電磁波を用いる場合と磁力波を用いる場合とで同じであれば、伝搬速度が遅い分、磁力波を用いる方が、距離の測定誤差が１０００分の１に改善され、高精度となる。
【００４７】
前記の測定結果から、２ＭＨｚの磁力波は２ＧＨｚの電磁波と波長が同程度であり、２ＭＨｚの磁力波を用いることによって、高精度で、距離および/あるいは方向の探知が可能となることが分かる。
一方、前記磁力波受信アンテナ５０ａと５０ｂの出力信号が方向探知装置６０に交互に切替えて接続されており、前記磁力波送信装置３０から送信される同期信号６１とＭＡＣレイヤ６２とを待受けており、受信した信号が方向探知要求信号であれば、直ちに、前記磁力波受信アンテナ５０ａと５０ｂの出力信号を切替えながら、前記方向測定信号６３の部分の位相差を測定する。
【００４８】
例えば、方向探知装置の指向性からの磁力波送信装置のずれをα°とすると、
α°＝ａｒｃＴａｎ（Ｄ／Ｌ）＝ａｒｃＴａｎ（ΔＬ／Ｌ） - - -（５）
となる。
ここで、Ｌ（ｍ）＝磁力波送信装置と磁力波受信装置との距離８３、Ｄ（ｍ）＝方向探知装置の指向性と磁力波送信装置の方向とのずれ８４、ΔＬ（ｍ）＝磁力波送信装置から磁力波受信アンテナ５０ａと５０ｂとの距離差８５とする。
【００４９】
あるいは、前記磁力波受信アンテナ５０ａと５０ｂの出力信号を、交互あるいは順次に切替えながら、前記方向測定信号６３が継続中に、切替え前後の位相差を測定した結果を（φＡ−φＢ）とし、（−９０°＜α°＜＋９０°）とすると、
α°＝ａｒｃＳｉｎ（φＡ−φＢ） - - -（６）
となり、前記方向探知装置の指向性からの前記磁力波送信装置のずれα°を、精度±０．５°以内で測定可能となる。
【００５０】
また、前記磁気抵抗素子５２の前方に、集磁素子５３を設けることによって、前記磁気抵抗素子の指向性（特に、前方対後方比）が改善できることから、磁力波送信装置が位置する方向の測定精度を更に改善することができる。
また、前記磁力波送信装置が、水圧変動、温度変動、加速度変動、雪崩現象、がけ崩れ、海水反応、生体反応停止、携帯電話機が制御チャネル不受信時、緊急起動、その他、あるいはこれらの組合せを検知するための遭難検知センサ−を有し、前記方位測定信号６１を含む、遭難信号を間欠発信し、起動し、および/あるいは停止する。
【００５１】
以上の説明では、単一の移動体によって、磁力波送信装置が位置する方向および/あるいは距離を測定する場合について述べたが、複数の移動体を間隔を置いて配置し、あるいは単一の移動体を間隔を置いて移動させながら、前記磁力波送信装置が位置する方向を測定することで、方向に加え、距離を測定することができる。
あるいは、磁力波送信装置と磁力波受信装置とを第一の移動体に装備し、別の磁力波送信装置と磁力波受信装置とを第二の移動体に装備し、相互間の通信を行うことによって、距離を測定することも可能である。
【００５２】
また、大気中、電磁波の伝搬損が比較的に大きい物質中、あるいは塩分濃度が０％から５％までの真水中あるいは海水中での方向が測定可能であることから、待合せ相手の探査、徘徊者の探査、雪崩時の遭難者の探査、洪水・地震等による崖崩れ時の遭難者の探査、特に海水中での水難者の探索などに適用が可能である。
また、海水中の魚類などの個体管理あるいは生態調査などに用いるＲＦＩＤタグ、バイオテレメトリ、などに適用が可能である。
【００５３】
また、前記遭難者が、導電体および/あるいは反射物体を、衣類あるいは防寒具などに装着しておれば、前記磁力波送信装置および磁力波受信装置によって、前記遭難者を高精度で探索することができる。
また、前記磁力波送信装置および/あるいは磁力波受信装置を携帯電話機に装備することで、遭難時以外にも、待合せの相手を探索し、訪問先を探索し、あるいは展示物を探索するなど、身近な用途にも適用が可能である。
また、前記磁力波受信装置の中間周波信号の、レベル、タイミング、および/あるいは位相を測定し、受信した磁力波が到来した、方向および/あるいは距離を探知することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は前記のように構成されているため、大気中、真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせによる誘導経路中において、近距離間から中距離間での通信システム、船舶の衝突防止システム、海洋資源探査システム、バイオテレメトリ、センシングネットワーク、ダイバーなどの相互間音声通信装置、ＲＦＩＤタグ装置、飛行艇、潜航艇、あるいは海中ロボットとの通信・遠隔制御・ドッキング制御、水難者あるいは遭難者の探知装置、測深機、海底資源探査機、金属探知機、あるいは非接触給電装置とＥＶ間の通信などの広範囲な適用が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
３０                            磁力波送信装置
３１                            磁力波送信コイル
３２ａ、３２ｂ                  磁力波送信コイル接続端子
３３                            第二の位相調整手段
３４ａ、３４ｂ                  第一の位相調整手段
３５                            電力増幅手段
３６                            パルス幅変調手段
３７、３７ａ、３７ｂ            信号生成手段
【００５６】
４０                            受信装置
４１                            フェライトコア
４２                            受信コイル
４３                            位相調整手段
４４                            緩衝増幅手段
４５                            局発信号発振器
４６                            ミキサ
４７                            フイルタ
４８                            中間周波増幅器
４９                            検波・増幅器
【００５７】
５０                            磁力波受信装置
５０ａ、５０ｂ                  受信アンテナ
５１、５１ａ                    局発信号発振器
５１ｂ                          π/２移相手段
５２、５２ａ、５２ｂ            磁気インピーダンス素子あるいは磁気抵抗素子
５３、５３ａ、５３ｂ            集磁素子
５４、５４ａ、５４ｂ            検出コイル
５５、５５ａ、５５ｂ            位相調整手段
５６、５６ａ、５６ｂ            緩衝増幅手段
５７、５７ａ、５７ｂ            フイルタ
５８、５８ａ、５８ｂ            中間周波増幅器
５９、５９ａ、５９ｂ            検波増幅器
【００５８】
６０                            方向探知装置
６１                            同期信号
６２                            ＭＡＣレイヤ
６３                            方向探知信号
８１                            受信アンテナの間隔
８２                            方向探知装置の指向性
８３                            磁力波受信アンテナと磁力波送信アンテナとの距離
８４                            方向探知装置の指向性からのずれ
８５                            磁力波受信アンテナと磁力波送信アンテナとの距離差
８６                            方向探知装置の指向性からの角度
【図１】
2020193959.tif 000003
【図２】
2020193959.tif 000004
【図３】
2020193959.tif 000005
【図４】
2020193959.tif 000006
【図５】
2020193959.tif 000007
【図６】
2020193959.tif 000008