【手続補正書】
【提出日】令和3年9月11日(2021.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中、地中、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信号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供給するための交流電源と、  上記送信コイルに流れる直流電流を阻止するための大容量の容量性リアクタンスとを備え、 上記送信コイルの両端に、上記容量性リアクタンスを介して、上記交流電源の両端を接続し、 上記送信コイルを非共振状態として、上記励磁電流を供給する  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】
上記送信コイルが、空芯であり、あるいはフェライトコアの周辺に構成される  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】
上記交流電源の通電時の出力インピーダンスが、上記送信コイルのインピーダンスの１０分の１以下で有り、上記送信コイルを非共振状態に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】
上記交流電源の出力段が、SiC-MOSFETであり、あるいは等価な材料特性であり、もしくは等価なデバイス構造であり、ハーフブリッジインバータもしくはフルブリッジインバータを構成し、上記非共振状態の送信コイルに励磁電流を供給する  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、パルス幅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信号を、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に誘起した起電力を、整流して平滑し、直流電力として出力する  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起した起電力を直接増幅して受信出力とし、あるいは別に生成される受信局発信号とミキシングして中間周波信号として増幅して受信出力とする 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】
上記受信出力のレベル、タイミング、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１１に記載の磁力波受信装置。
【請求項１３】
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、複数組の受信出力とする  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】
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１３のいずれかに記載の磁力波受信装置。
【請求項１５】
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１４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、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１５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/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１５から１６のいずれかに記載の磁力波通信システム。
【請求項１８】
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１５から１７のいずれかに記載の磁力波通信システム。
【請求項１９】
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１５から１８のいずれかに記載の磁力波通信システム。
【請求項２０】
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的に起動し、遭難信号を間欠あるいは連続して発信する  ことを特徴とする請求項１５から１９のいずれかに記載の磁力波通信システム。
【請求項２１】
上記磁力波送信装置および/あるいは磁力波受信装置が、自走手段に搭載され、飛行手段に搭載され、ボーリング手段に装備され、あるいは潜航手段に搭載される ことを特徴とする請求項１５から２０のいずれかに記載の磁力波通信システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】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
【技術分野】
【０００１】  この発明は、大気中、地中、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[∇×E=-∂B/∂t]に基づき、誘導磁界(Magnetic Induction)（以後磁力波信号と称する）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とが、共振状態に近い非共振状態とされており、「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、送信アンテナからの電磁波の放射、あるいは受信アンテナから電磁波を再放射する等のために、伝搬損失が特定の周波数を境にして増加するなどの、問題点が未解決のままであった。 本出願によって、送信コイルに励磁電流を流すための交流電源の出力インピーダンスを前記送信コイルのインピーダンスの１０分の１以下（例えば１Ω以下など）とする事によって、前記送信コイルが非共振状態となり、電磁波信号の放射を抑制して磁力波信号を効率よく放射し、更に、受信コイルにも同様な対策を行うことで，磁力波信号を効率よく受信できることになる。
【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、地中、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磁力波信号の伝搬経路中で、非接触給電を行い、磁力波通信を行い、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を行うことによって、他の移動体に給電を行い、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と、磁力波受信装置とは、大気中、地中、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信号を、送信し、受信するための送信装置と受信装置であって、前記送信装置が、少なくとも、送信コイルと、前記送信コイルに励磁電流を供給するための交流電源と、前記送信コイルに流れる直流電流を阻止するための大容量の容量性リアクタンスとを備え、前記送信コイルの両端に、前記容量性リアクタンスを介して、前記交流電源の両端を接続し、前記送信コイルを非共振状態として、上記励磁電流を効率よく供給する。【０００９】また、前記送信コイルが、閉ループコイルにより構成され、フェライトコアの周辺に構成され、前記交流電源が導通時の出力インピーダンスを、前記送信コイルの１０分の１以下の低インピーダンス（例えば１Ω以下）とし、前記送信コイルを非共振状態とする必要がある。 また、前記交流電源の入力段が、パルス幅変調された矩形波信号を生成し、固有の認識名を付与され、方向および/あるいは距離を探知あるいは探査するための信号が付与される。 また、前記交流電源の出力段が、SiC-MOSFETであり、あるいは等価な材料特性であり、もしくは等価なデバイス構造であり、ハーフブリッジインバータもしくはフルブリッジインバータを構成して増幅し、前記非共振状態の送信コイルに励磁電流を供給することで同様な効果が得られる。【００１０】  また、前記送信装置の構成において、前記交流電源から供給される励磁電流の角振動数をω、前記送信コイルの誘導性リアクタンスをωＬ0、前記交流電源の出力と直列に接続された直流電流阻止用容量性リアクタンス（１／ωＣ0）、前記交流電源の出力抵抗をＲ0とした時に、Ｒ0＜＜（ωＬ0−（１/ωＣ0））とすることで、前記送信コイルの両端の電圧≒前記交流電源の電圧となり、非共振状態となって、電磁波信号の放射を抑圧し、前記磁力波信号を効率よく放射させられることを実験によって確認している。【００１１】 一方、前記受信装置において、前記磁力波送信装置から放射された磁力波信号を、非共振状態の、閉ループコイルに誘導結合させ、磁気インピーダンス効果素子に誘導結合させ、あるいは磁気抵抗素子に誘導結合させて、その出力信号を、非共振状態でかつ高利得である増幅器で直接増幅して出力し、あるいは受信局発信号と混合して中間周波信号に変換して増幅し、および/あるいはパルス幅変調されたデジタル信号を復調して出力する。【００１２】 また、前記直接増幅された信号出力あるいは中間周波信号の出力レベル（ＲＳＳＩ）を測定することによって、前記送信装置からの距離探知機能を付加することができる。 また、送信コイルから放射される誘導磁界に、近接して受信コイルを誘導結合させ、その出力を整流して直流電力に変換することで、非接触給電が可能となる。【００１３】  また、前記受信装置には、前記閉ループコイル、磁気インピーダンス効果素子、あるいは磁気抵抗素子の組み合わせによる誘導磁界検出素子が複数組設けられ、間隔をおいて配置され、前記複数組の出力信号の出力レベル、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���を高精度で探知するための探知機能を付加することができる。  また、前記複数組の閉ループコイル、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、爆発物を含む、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して、位置、方向、および/あるいは大きさを特定できる。  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、１MHｚ帯で１００ｄＢ／ｍの伝搬損失あり、１００ｋＨｚ以下の極めて低い周波数帯で、地上に大型のアンテナ設備を設けて、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、地中、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、伝搬速度が太陽から放射される磁気嵐の伝搬速度と同程度であり、電磁波の１０００分の１であり、超音波の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）本発明の磁力波信号の伝搬損失の測定データ  （ｂ）本発明のフルブリッジインバータを用いる場合の伝搬特性の計算データ  （ｃ）本発明で用いられる磁気抵抗素子の特性例を示す図  （ｄ）本発明の磁力波信号の構成図 （ｅ）本発明の磁力波信号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は直流電流阻止用容量性リアクタンス、３４は電力増幅手段、３５はパルス幅変調手段、３６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は直流電流阻止用容量性リアクタンス、４４は緩衝増幅手段、４５はフィルタ、４６は低周波増幅器、４７は出力端子、１０１は磁力波通信システムＡ、２００は誘導磁界信号（以後磁力波信号と称する）である。  ここで、前記送信コイル３１には、直流電流阻止用容量性リアクタンス３３を介して、電力増幅手段３４、パルス幅変調手段３５、およびデジタル信号生成手段３６によって、デジタル変調された励磁電流が供給され、デジタル変調された磁力波信号が前記送信コイルの外部に効率よく放射される。【００２１】 ただし、前記送信コイルから放射される磁力波信号以外に、電磁波が混在すると、海水中などの伝搬経路で大きな伝搬損失を生じるので、前記電力増幅手段２４の出力インピーダンスが低インピーダンスが、前記送信コイルのインピーダンスの１０分の１以下（例えば１Ω以下）であり、前記送信コイルを非共振状態として、励磁電流を効率よく供給することが必須である。【００２２】 一方、前記送信コイル３１から放射された磁力波信号２００は、前記受信コイル４２に誘導結合し、誘起起電力が直流電流阻止用容量性リアクタンス４３を介して低周波増幅器４３に入力する。 ここで、前記受信コイル４２と、直流電流阻止用の容量性リアクタンス４３と、緩衝増幅器４４とが並列共振状態となると、前記磁力波信号は電磁波となって外部に再放射されるので、前記低周波増幅器４４にはソースフォロワー回路などのハイインピーダンス増幅器を採用することで、前記電磁波の再放射を削減することができる。 また、前記送信コイルに供給される励磁電流は、印加電圧より90°遅れており、無効電力となるので、非接触給電時以外は、コイルの抵抗損のみが実損失となる。【００２３】  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、地中、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) - - -（１）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。【００２４】  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（１）式によれば、前記受信コイルに誘起する起電力が、（ア）交流電源の電圧に比例して増加し、（イ）受電コイルの巻き数Ｎ２と面積Ｓ２とに比例して増加することから、 （ウ） 図６(a)に示すように、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���少し、（エ）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。【００２５】  また、前記放射された誘導磁界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、非共振状態の受信コイル４２に誘導結合して起電力を生じ、前記起電力は直流電流阻止用容量性リアクタンス４３を介してソースフォロワー回路の緩衝増幅器４４に接続され、インピーダンス変換された後、フィルタ４５によって高調波成分を含む雑音成分が除去され、低周波増幅器４６によって増幅され、出力端子４７から出力され、後段の検波・増幅器によってデジタル信号に復調される。  また、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、大型のフェライトコアを用いる必要があり、大型で重くなるので、後述するように、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。【００２６】  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直流電流阻止用容量性リアクタンス４３を（１／ωＣ2）とし、前記緩衝増幅手段４４の入力抵抗をＲ2とした時に、（ωＬ2−（１/ωＣ2））≒（ωＬ2）、（ωＬ2）＜＜Ｒ2から、前記受信コイル４２は非共振状態であり、電磁波が再放射され損失が増加するのを抑制し、前記磁力波信号を効率よく受信することができる。 例えば、前記送信コイルと受信コイルとの間隔が0.5m〜10mと、比較的に近距離において、海水中での磁力波信号の伝搬損失の測定データを図６(a）に示すように、伝搬損失が距離の３乗で減衰するが、電磁波が1MHzの時１ｍで100dB減衰するのに比べると、長距離の伝搬が可能なことを示している。【００２７】  また、前記受信コイルが、前記送信コイルから１m以内の距離に近接している場合には、前記送信コイルから放射される誘導磁界に、前記受信コイルが強く誘導結合するため、前記受信コイルに誘起する起電力が大きくなるので、その出力を、緩衝増幅器４６に代えて、逆に入力インピーダンスが極端に低い全波整流手段を用いて直流電力に変換することで、前記受信コイルを非共振状態とし、大気中、地中、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、非接触給電が可能となる。 
【実施例２】
【００２８】  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は直流電流阻止用容量性リアクタンス、３４ａは伝送線路トランス、３４ｂは電力増幅手段、３５はパルス幅変調手段、３６ａはクロック信号生成手段、３６ｂ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３４ａ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３４ｂ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インバータの例を示す。【００２９】 また、前記交流電源３４ｂの出力段が、導通時のインピーダンスが１Ω以下であるSiC-MOSFETであり、あるいは等価な材料特性であり、もしくは等価なデバイス構造であり、ハーフブリッジインバータもしくはフルブリッジインバータを構成して増幅し、上記非共振状態の送信コイルに励磁電流を供給することで、例えば、図６（b）にフルブリッジインバータを用いた場合の海水中における伝搬特性の計算データを示すように、海水中で700mを超える長距離での磁力波通信が可能となる。  また、三角波形のクロック信号生成器３６ａの出力と、送信信号生成手段３７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３７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３４ｂに入力される。   また、前記電力増幅手段３４ｂに伝送線路トランス３４aを追加することで、出力電力を電源電圧の整数倍に昇圧できる。
【実施例３】
【００３０】  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は直流電流阻止用容量性リアクタンス、５６は緩衝増幅手段、５７はフィルタ、５８は中間増幅器、５９は検波増幅器、２００は誘導磁界である。【００３１】  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（ｃ）に示すように、２次歪の曲線で変化することから、前記受信局発信号の周波数と磁力波信号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。【００３２】  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）] - - - (２)となる。【００３３】  従って、前記（２）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、フィルタ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（ｃ）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。【００３４】  また、前記磁力波信号が前記誘導経路中を伝搬する際に、図６（ａ）に示すように、大気中および海水中で、距離が１０倍になると磁力波信号が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、磁力波信号を受信できることになる。【００３５】  また、前記磁力波信号を用いると、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。【００３６】    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直流電流阻止用の容量性リアクタンス４３の容量性リアクタンスを（１／ωＣ2）、前記緩衝増幅手段４４の入力抵抗をＲ2とした��に、（ωＬ2−（１/ωＣ2））≒（ωＬ2）、（ωＬ2）＜＜Ｒ2から、前記受信コイル４２は非共振状態であり、電磁波の再放射を抑制し、前記磁力波信号を効率よく受信することができる。
【実施例４】
【００３７】  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は直流電流阻止用容量性リアクタンス、５６ａ、５６ｂ緩衝増幅手段、５７ａ、５７ｂはフィルタ、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。【００３８】  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信号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直流電流阻止用の容量性リアクタンス４３の容量性リアクタンスを（１／ωＣ2）、前記緩衝増幅手段４４の入力抵抗をＲ2とした時に、（ωＬ2−（１/ωＣ2））≒（ωＬ2）、（ωＬ2）＜＜Ｒ2から、前記受信コイル４２は非共振状態であり、電磁波が再放射され損失が増加するのを抑制し、前記磁力波信号を効率よく受信することができる。【００３９】  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、フィルタ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、フィルタ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】
【００４０】  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。【００４１】  ここで、前記磁力波送信装置３０からは、図６（ｄ）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。【００４２】  また、図６（ｅ）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信号を放射し、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、前記磁力波信号が大気中を伝搬する速度（ｋｍ／ｓ）を算出した結果を示す。【００４３】  測定結果を表９７に示すように、磁力波信号の伝搬速度が約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、磁力波信号を用いると誤差が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信号を用いる場合とで同じであれば、伝搬速度が遅い分、磁力波信号を用いる方が、距離の測定誤差が１０００分の１に改善され、高精度となる。【００４４】  前記の測定結果から、２ＭＨｚの磁力波信号は２ＧＨｚの電磁波と波長が同程度であり、２ＭＨｚの磁力波信号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。  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。【００４５】  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°＝ａｒ��Ｔａｎ（Ｄ／Ｌ）＝ａｒｃＴａｎ（ΔＬ／Ｌ） - - -（３）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。【００４６】  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） - - -（４）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。【００４７】  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。【００４８】  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。【００４９】  また、大気中、地中、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。【００５０】  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、受信した磁力波信号が到来した、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】
【００５１】  本発明は前記のように構成されているため、大気中、地中、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、前記磁力波送信装置および/あるいは磁力波受信装置が、自走手段に搭載され、飛行手段に搭載され、ボーリング手段に装備され、あるいは潜航手段に搭載され、近距離での非接触給電、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】
【００５２】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                            直流電流阻止用容量性リアクタンス３４、３４ａ、３４ｂ            電力増幅手段３５                            パルス幅変調手段３６、３６ａ、３６ｂ            信号生成手段【００５３】４０                            受信装置４１                            フェライトコア４２                            受信コイル４３                            直流電流阻止用容量性リアクタンス４４                            緩衝増幅手段４５                            局発信号発振器４６                            ミキサ４７                            フィルタ４８                            中間周波増幅器４９                            検波・増幅器【００５４】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            直流電流阻止用容量性リアクタンス５６、５６ａ、５６ｂ            緩衝増幅手段５７、５７ａ、５７ｂ            フィルタ５８、５８ａ、５８ｂ            中間周波増幅器５９、５９ａ、５９ｂ            検波増幅器【００５５】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
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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