(57)【要約】【課題】レーダ動作可能な無線通信装置を実現すること。【解決手段】無線通信装置１は、送信機３と、送信機３から離間して配置された受信機４と、送信機３に隣接して設けられた位相差検出器２とを有している。位相差検出器２は、２つの離間した受信アンテナ２０Ａ、Ｂを有し、受信アンテナ２０Ａで受信した電気信号と受信アンテナ２０Ｂで受信した電気信号との位相差を検出する。送信機３から放射され対象物によって反射された反射波を、位相差検出器２の受信アンテナ２０Ａ、Ｂによって受信して位相差を検出することで、対象物の検出を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と、前記送信機から離間して配置された受信機とを備え、前記送信機から前記受信機に無線で信号を送信する無線通信装置において、
前記送信機の近傍に配置された位相差検出器をさらに有し、
前記位相差検出器は、
互いに離間した２つの受信アンテナと、
２つの前記受信アンテナでそれぞれ受信した２つの前記信号の位相差を検出する検出器と、
を有し、
前記送信機から送信された前記信号の対象物による反射波を２つの前記受信アンテナによってそれぞれ受信し、その受信した２つの信号の前記位相差から前記対象物の検出を行う、
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記受信機の近傍に前記位相差検出器をさらに有し、
その前記受信機近傍の前記位相差検出器は、
前記送信機から送信された前記信号の前記対象物からの透過波を２つの前記受信アンテナによってそれぞれ受信し、その受信した２つの前記信号の位相差から前記対象物の検出を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記検出器は、
受信した２つの信号を乗算して出力する乗算器と、
前記乗算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第１ローパスフィルタと、
を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記検出器は、
前記受信アンテナの一方からの信号が入力される第１移相器と、
前記受信アンテナの他方からの信号が入力され、移相量が前記第１移相器と等しい第２移相器と、
前記受信アンテナの一方で受信する信号と、前記受信アンテナの他方で受信し、前記第２移相器によって移相された信号とを乗算して出力する第１乗算器と、
前記受信アンテナの一方で受信し、前記第１移相器によって移相された信号と、前記受信アンテナの他方で受信する信号とを乗算して出力する第２乗算器と、
前記第１乗算器の出力と、前記第２乗算器の出力との差分をとる第１減算器と、
前記第１減算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第１ローパスフィルタと、
を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記第１移相器および前記第２移相器の移相量は、９０°であることを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
【請求項６】
送信機と、前記送信機から離間して配置された受信機とを備え、前記送信機から前記受信機に無線で信号を送信する無線通信装置において、
前記送信機の近傍に配置された位相差検出器をさらに有し、
前記送信機は互いに離間した少なくとも２本の送信アンテナを有し、
前記位相差検出器は、
前記送信アンテナからの信号を受信する受信アンテナと、
位相差を検出する検出器と、
を有し、
前記送信アンテナのある１つから送信された信号の対象物による反射波と、他の１つから送信された信号の対象物による反射波との位相差を反映した信号を前記受信アンテナにより受信し、前記検出器によって検出された前記位相差から前記対象物の検出を行う、
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
前記受信機の近傍に前記位相差検出器をさらに有し、
その前記受信機近傍の前記位相差検出器は、
前記送信アンテナのある１つから送信された信号の前記対象物からの透過波と、他の１つから送信された信号の前記対象物からの透過波との位相差を反映した信号を受信アンテナによって受信し、前記検出器によって検出された前記位相差から前記対象物の検出を行う、
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記検出器は、前記受信アンテナからの信号を２乗して出力する非線形素子と、
前記非線形素子の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第１ローパスフィルタと、
を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記送信機近傍の前記位相差検出器によって検出された前記位相差の情報は、前記送信機に入力され、
前記送信機は、前記位相差の情報を前記受信機に送信する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８の何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記無線通信装置は、小電力無線局であることを特徴とする請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
前記無線通信装置による無線通信は、無線ＬＡＮ、ＺｉｇＢｅｅ、テレメータ・テレコントロールまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈの規格である、を特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
送信機から受信機に無線で信号を送信する無線通信方法において、
前記送信機から送信された前記信号の対象物による反射波を、前記送信機近傍であって離間した２ヶ所で受信し、
受信した２つの前記信号の位相差を検出し、前記位相差から前記対象物の検出を行う、
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１３】
前記送信機から送信された前記信号の前記対象物からの透過波を、前記受信機近傍であって離間した２ヶ所で受信し、
受信した２つの前記信号の位相差を検出し、前記位相差から前記対象物の検出を行う、
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信方法。
【請求項１４】
前記送信機から前記受信機に無線で信号を送信する無線通信方法において、
前記送信機の離間した２ヶ所から前記信号を送信し、
一方の箇所から送信された前記信号の対象物による反射波と、他方の箇所から送信された前記信号の対象物による反射波との位相差を反映した信号を、前記送信機の近傍で受信し、
受信した前記信号に反映された前記位相差を検出し、前記位相差から前記対象物の検出を行う、
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１５】
一方の箇所から送信された前記信号の前記対象物からの透過波と、他方の箇所から送信された前記信号の前記対象物からの透過波との位相差を反映した信号を、前記受信機近傍で受信し、
受信した前記信号に反映された前記位相差を検出し、前記位相差から前記対象物の検出を行う、
ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信方法。
【請求項１６】
前記送信機近傍で検出した前記位相差の情報を、前記受信機に送信する、ことを特徴とする請求項１２ないし請求項１５の何れか１項に記載の無線通信方法。
【請求項１７】
小電力無線通信であることを特徴とする請求項１２ないし請求項１６の何れか１項に記載の無線通信方法。
【請求項１８】
前記小電力無線通信は、無線ＬＡＮ、ＺｉｇＢｅｅ、テレメータ・テレコントロール、またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈの規格である、ことを特徴とする請求項１７に記載の無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物によって反射された反射波を受信することで対象物を検出することが可能な無線通信装置、および無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
免許や資格を必要とすることなく、誰でも使用・運用が可能な無線局として、小電力無線局が制度化されている。小電力無線局は、一定の技術基準に適合し、空中線電力が０．０１Ｗ以下の無線局である。小電力無線局には、特定小電力無線局、小電力セキュリティシステムの無線局、小電力データ通信システムの無線局、デジタルコードレス電話の無線局などがある。
【０００３】
特定小電力無線局は、いくつかの用途に利用が限定されており、用途ごとに周波数や変調方式、空中線電力が規定されている。そして、特定省電力無線局においてレーダ用途（つまり、対象物に電波を放射し、対象物による反射波を受信して対象物を検出するもの）として、２つの規格が定められている。１つは、移動体検知センサー用のもので、周波数は１０．５〜１０．５５ＧＨｚ、２４．０５〜２４．２５ＧＨｚと規定されている。もう１つは、ミリ波レーダ用であり、６０．０〜６１．０ＧＨｚ、７６．０〜７７．０ＧＨｚが規定されている。小電力無線局においては、これらの周波数帯以外の周波数ではレーダに利用することができない。
【０００４】
レーダ動作ではないが、対象物の検出が可能な無線装置として、特許文献１〜３に記載のものがある。
【０００５】
特許文献１には、室内に侵入した侵入者を検知する装置が示されている。これは、室内に送信装置と受信装置を設置し、送信装置からの電波を受信装置によって受信し、その受信レベルの変動から侵入者の検知を行うものである。
【０００６】
特許文献２には、無線ＬＡＮのアクセスポイントが送信する無線信号の電波強度変動から、監視エリア内への侵入者の侵入を検知することが記載されている。
【０００７】
特許文献３には、屋内に受信部を配置し、屋外から窓などを通して屋内に入ってきた電波を受信部によって受信し、その電波の受信レベルの変動によって、屋内への侵入者の検知を行うことが記載されている。
【０００８】
これら特許文献１〜３に記載の装置はいずれも、送信機から受信機に至るマルチパス環境が侵入者の存在によって変化することを、受信レベルの変動として検出することで侵入者の検出を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１４１５７７
【特許文献２】特開２０１０−２１８０７１
【特許文献３】特許第４５２８９４６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１〜３に記載の方法では、送信機側で対象物を検出することができるレーダの動作とは異なり、送信機から離れた受信機側で対象物の検出を行うものである。したがって、特許文献１〜３において送信機側で対象物の検出を知るためには、受信機側で得た対象物の情報を何らかの方法で送信機側にフィードバックする必要があり、レーダ動作と比較すると手間がかかる。
【００１１】
また、上記のように小電力無線局ではレーダ利用できる周波数帯がごく限られている。さらに、小電力無線局でのレーダ利用可能な周波数は高く、数メートル先の人や異物などの対象物の検知においては、もっと低い周波数を用いて手軽に検知したいという要望が大きい。これらの理由により小電力無線局でのレーダ利用普及はあまり進んでいないのが現状である。
【００１２】
そこで、それら周波数帯以外の周波数（たとえば無線ＬＡＮ、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）やテレメータ・テレコントロール、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの規格で定められた周波数）を用いることができる小電力無線通信の無線通信装置において、レーダ動作をさせることが望まれていた。しかし、レーダ装置では送信機と受信機とを一体に構成し、またデータで搬送波を変調して送信することはしない。これに対し、無線通信装置では送信機から離間して配置された受信機を配置して構成し、またデータで搬送波を変調して送信機から受信機へと送信している。そのため、無線通信装置において直接レーダ動作をさせることは、装置の構成上も通信規格上もできないことであった。
【００１３】
無線通信装置でのレーダ動作を実現するために、特許文献１〜３に記載の方法を利用することも考えられる。つまり、送信機と受信機とで構成された無線通信装置において、送信機の近傍にもう１台受信機を設け、対象物からの反射波を送信機近傍の受信機によって受信し、その受信レベルの変動から対象物の検出を行う無線通信装置を実現することである。しかし、この方法では、以下のような問題があって実現することはできない。受信レベルは、通常、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication ）と呼ぶ対数増幅器を用いて検出する。対数増幅器は強い電波を検出したときに弱い電波が加わっても出力にあまり変化がない。そのため、送信機の近傍に受信機を配置すると、送信機から受信機への回り込みによってＲＳＳＩの出力は飽和し、対象物からの反射による微小な変化は検出することができない。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、レーダ動作による対象物の検出を行うことができる無線通信装置および無線通信方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に係る発明は、送信機と、送信機から離間して配置された受信機とを備え、送信機から受信機に無線で信号を送信する無線通信装置において、送信機の近傍に配置された位相差検出器をさらに有し、位相差検出器は、互いに離間した２つの受信アンテナと、２つの受信アンテナでそれぞれ受信した２つの信号の位相差を検出する検出器とを有し、送信機から送信された信号の対象物による反射波を２つの受信アンテナによってそれぞれ受信し、その受信した２つの信号の位相差から対象物の検出を行う、ことを特徴とする無線通信装置である。
【００１６】
また、請求項６に係る発明は、送信機と、送信機から離間して配置された受信機とを備え、送信機から受信機に無線で信号を送信する無線通信装置において、送信機の近傍に配置された位相差検出器をさらに有し、送信機は互いに離間した少なくとも２本の送信アンテナを有し、位相差検出器は、送信アンテナからの信号を受信する受信アンテナと、位相差を検出する検出器とを有し、送信アンテナのある１つから送信された信号の対象物による反射波と、他の１つから送信された信号の対象物による反射波との位相差を反映した信号を受信アンテナにより受信し、検出器によって検出された位相差から対象物の検出を行う、ことを特徴とする無線通信装置である。
【００１７】
送信機および受信機には、従来無線通信装置として使用されている任意の構成のものを使用することができる。特に、小電力無線局が望ましい。小電力無線局では、レーダ利用可能な周波数が限定されているが、本発明の無線通信装置を用いれば、レーダ利用可能な周波数以外の周波数である小電力無線通信の規格で定められた周波数において、小電力無線通信とともにレーダ動作を可能とすることができる。小電力無線通信は、たとえば無線ＬＡＮ、ＺｉｇＢｅｅ、テレメータ・テレコントロール、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの規格である。本発明の無線通信装置における無線通信の変調方式は、アナログ変調でもデジタル変調でもよく、周波数、位相、振幅のいずれを変調する方式であってもよい。また、スペクトル拡散方式や、ＯＦＤＭの無線通信であってもよい。さらには、送信機、あるいは受信機のアンテナの少なくとも一方が複数であるＭＩＳＯ、ＳＩＭＯ、ＭＩＭＯにおいても本発明は適用可能である。
【００１８】
ただし、本発明は同一周波数の信号の位相差によって対象物の検出を行うものであるため、広帯域の無線通信（スペクトル拡散方式の通信やＯＦＤＭなど）よりも狭帯域の無線通信の方が望ましい。狭帯域の通信の方が感度、精度において広帯域の通信よりも優れている。
【００１９】
送信機が送信するデータは任意のものでよく、たとえば送信機の周辺温度などの環境データであってもよい。特に、位相差検出器によって検出した位相差の情報を送信するのがよい。受信機側においても対象物の検出結果を得ることができるため、対象物の検出精度を向上させたり検出範囲を拡大させたりできる。
【００２０】
送信機近傍あるいは受信機近傍に複数台の位相差検出器を設けてもよい。複数の位相差検出器によって位相差を検出することで、対象物検出の感度、精度を向上させることができる。
【００２１】
請求項１、６に係る発明において、受信機の近傍にも位相差検出器を設け、その位相差検出器によって対象物からの透過波を受信して位相差を検出することで、受信機側においても対象物の検出を行うことができるようにしてもよい。これにより、対象物の検出精度の向上や検出範囲の拡大を図ることができる。
【００２２】
また、請求項１に係る発明において、位相差検出器の検出器は、位相差を検出可能な任意の構成を採用することができるが、たとえば以下のような構成とすることができる。
【００２３】
１つ目は、受信した２つの信号を乗算して出力する乗算器と、乗算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第１ローパスフィルタと、を有する構成である。
【００２４】
二つ目は、受信アンテナの一方からの信号が入力される第１移相器と、受信アンテナの他方からの信号が入力され、移相量が第１移相器と等しい第２移相器と、受信アンテナの一方で受信する信号と、受信アンテナの他方で受信し、第２移相器によって移相された信号とを乗算して出力する第１乗算器と、受信アンテナの一方で受信し、第１移相器によって移相された信号と、受信アンテナの他方で受信する信号とを乗算して出力する第２乗算器と、第１乗算器の出力と、第２乗算器の出力との差分をとる第１減算器と、第１減算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第１ローパスフィルタと、を有する構成である。
【００２５】
２つ目の構成によると、オフセットが安定し、位置の測定精度を向上させることができる。この二つ目の構成において、検出器の出力は、第１移相器および第２移相器の移相量に依存し、第１移相器および第２移相器の移相量が９０°のときに出力が最大となる。よって、移相量を９０°とすれば、高感度に対象物の検出を行うことができる。また、１つ目の構成は、２つ目の構成に比べて検出精度は劣るが、構成が２つ目に比べて簡単であるため、装置の低コスト化等に有利である。
【００２６】
また、請求項６に係る発明において、検出器の構成としては、たとえば次のような構成を用いることができる。受信アンテナからの信号を２乗して出力する非線形素子と、非線形素子の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第１ローパスフィルタと、を有する構成である。
【００２７】
なお、送信機側と受信機側の双方に位相差検出器を設ける場合、検出器の構成は、送信機側と受信機側とで同一構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。
【００２８】
また、請求項１２に係る発明は、送信機から受信機に無線で信号を送信する無線通信方法において、送信機から送信された信号の対象物による反射波を、送信機近傍であって離間した２ヶ所で受信し、受信した２つの信号の位相差を検出し、位相差から対象物の検出を行う、ことを特徴とする無線通信方法である。
【００２９】
また、請求項１４に係る発明は、送信機から受信機に無線で信号を送信する無線通信方法において、送信機の離間した２ヶ所から信号を送信し、一方の箇所から送信された信号の対象物による反射波と、他方の箇所から送信された信号の対象物による反射波との位相差を反映した信号を、送信機の近傍で受信し、受信した信号に反映された位相差を検出し、位相差から対象物の検出を行う、ことを特徴とする無線通信方法である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、送信機と受信機とからなる従来の無線通信装置（たとえば無線ＬＡＮ、ＺｉｇＢｅｅなどの小電力無線通信に用いる無線通信装置）に、位相差検出器を加えるという簡易な構成により、その無線通信装置においてレーダ動作による対象物の検出を行うことができるようになる。また、当然に無線通信を行いながら対象物の検出をすることができる。
【００３１】
また、本発明は小電力無線通信を行う無線通信装置において特に有効である。小電力無線局では、レーダ利用可能な周波数が限定されているが、本発明はレーダ装置ではなく、小電力無線通信を行う無線通信装置であるため、小電力無線通信の規格に沿ったものであれば、様々な周波数においてレーダ動作が可能である。そのため、たとえば無線ＬＡＮ、ＺｉｇＢｅｅ、テレメータ・テレコントロール、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの小電力無線通信において、手軽にレーダ動作による対象物の検出を行うことができる。
【００３２】
また、本発明の無線通信装置によるレーダ動作は、位相差により対象物の検出を行うものであるため、送信機から位相差検出器に同一周波数の信号の回り込みがあっても、影響を受けることなく対象物の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１の無線通信装置１の構成を示した図。
【図２】位相差検出器２の構成を示した図。
【図３】位相差検出器２の他の構成を示した図。
【図４】実験例１における位相差検出器２の出力を示したグラフ。
【図５】実験例１における位相差検出器２の出力を示したグラフ。
【図６】実験例２における位相差検出器２の出力を示したグラフ。
【図７】実験例２における位相差検出器２の出力を示したグラフ。
【図８】実験例３における位相差検出器２の出力を示したグラフ。
【図９】実験例３における位相差検出器２の出力を示したグラフ。
【図１０】実施例２の無線通信装置２００の構成を示した図。
【図１１】実施例３の無線通信装置３００の構成を示した図。
【図１２】位相差検出器３０２の構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の具体的な実施例について、図を参照に説明するが本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
図１は、実施例１の無線通信装置１の構成を示した図である。無線通信装置１は、図１のように、送信機３と、送信機３から離間して配置された受信機４と、送信機３に隣接して設けられた位相差検出器２とを有している。送信機３に設けられた送信アンテナ３０からデータで変調された搬送波を電波として放射し、その電波を受信機４に設けられた受信アンテナ４０によって受信することで、送信機３と受信機４との間で小電力無線通信を行っている。
【００３６】
送信機３、受信機４には、小電力無線局の無線通信装置として従来利用している任意の構成のものを用いることができる。たとえば、無線ＬＡＮ、ＺｉｇＢｅｅ、ＦＲＩＤ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、テレメータ・テレコントロールなどに用いている送信機、受信機を実施例１の無線通信装置１の送信機３、受信機４として利用することができる。送信される電波の変調方式は、通信規格に合わせて任意の変調方式を採用してよい。アナログ変調でもデジタル変調でもよく、周波数、位相、振幅のいずれを変調する方式であってもよい。また、スペクトル拡散方式や、ＯＦＤＭであってもよい。ただし、実施例１の無線通信装置１は、後述のように、同一周波数の信号の位相差を検出し、位相差の変動によって対象物の検出を行うものであるから、周波数ホッピングのようにキャリアの周波数が大きく変動する場合や、ＯＦＤＭなどのように周波数帯が広い場合には対象物の検出精度や感度が低下してしまう場合がある。そのため、狭帯域の通信方式であることが望ましい。
【００３７】
位相差検出器２は、送信機３と一体の装置として構成するようにしてもよいし、別々の装置としてもよい。要は位相差検出器２が送信機３に隣接して設けられていればよい。位相差検出器２は、図２のように、互いに離間して設けられた２つの受信アンテナ２０Ａ、Ｂを有している。この２つの受信アンテナ２０Ａ、Ｂによって、送信アンテナ３０からの電気信号を受信する。受信アンテナ２０Ａ、Ｂは、それぞれバンドパスフィルタ２１Ａ、Ｂ、増幅器２２Ａ、Ｂを介して乗算器２３Ａ、Ｂの入力側に接続されている。バンドパスフィルタ２１Ａ、Ｂは、送信機３の送信する電波の周波数帯のみを透過するものであり、増幅器２２Ａ、Ｂは、それぞれバンドパスフィルタ２１Ａ、Ｂからの電気信号を増幅するものである。
【００３８】
また、乗算器２３Ａ、Ｂのもう一方の入力側にはＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ｌｏｏｐ）回路２４が共通して接続されている。ＰＬＬ回路２４は、受信する電波の周波数に近い信号を生成するものである。この乗算器２３Ａ、Ｂにおいて、受信アンテナ２０Ａ、Ｂからの電気信号にＰＬＬ回路２４からの信号を乗ずることで、受信アンテナ２０Ａで受信した電気信号と、受信アンテナ２０Ｂで受信した電気信号との位相を比較しやすい中間周波数の電気信号へとダウンコンバートしている。
【００３９】
なお、乗算器２３Ａ、ＢとＰＬＬ回路２４とを用いたダウンコンバートは、必ずしも必要ではない。送信機３から放射される電波の周波数が低い場合には、乗算器２３Ａ、Ｂ、ＰＬＬ回路２４を省略した構成とし、ダウンコンバートをしなくてもよい。
【００４０】
乗算器２３Ａ、Ｂの出力側は、それぞれバンドパスフィルタ２５Ａ、Ｂ、増幅器２７Ａ、Ｂを介して、乗算器２８の２つの入力側に接続されている。バンドパスフィルタ２５Ａ、Ｂは中間周波数帯の信号のみを透過させるものである。増幅器２７Ａ、Ｂはバンドパスフィルタ２５Ａ、Ｂからの電気信号を増幅させるものである。また、乗算器２８は、増幅器２７Ａ、Ｂからの電気信号を乗じて出力する。そして、増幅器２６によって増幅された後、乗算器２８による乗算によって生じる和信号と差信号のうち、ローパスフィルタ２９によって差信号が取り出され、位相差検出器２の出力として取り出される。この位相差検出器２から出力される電気信号は、受信アンテナ２０Ａで受信した電気信号と、受信アンテナ２０Ｂで受信した電気信号との位相差に対応したＤＣ値である。位相差検出器２の出力は、送信機３に入力される。
【００４１】
次に、実施例１の無線通信装置１の動作について説明する。
【００４２】
送信機３は、受信機４に向けて送信アンテナ３０より信号である電波を放射し、受信機４がその電波を受信することで小電力無線通信を行っている。ここで対象物が存在する場合、電波の一部は対象物によって反射されて送信機３側へと戻ってくる。位相差検出器２は、その反射波を受信アンテナ２０Ａ、Ｂによって受信する。
【００４３】
ここで、対象物の有無、位置、姿勢などによって、送信機３の送信アンテナ３０から対象物による反射を経て位相差検出器２の受信アンテナ２０Ａ、Ｂに至るマルチパスは変化する。そのため、受信アンテナ２０Ａが受信する電気信号と、受信アンテナ２０Ｂが受信する電気信号とでは、位相に違いが生じる。このように、対象物の検出と位相差とには対応関係が存在しており、位相差検出器２によって位相差を検出することで、対象物の検出を行うことができる。
【００４４】
また、送信機３は、位相差検出器２からの電圧値（あるいはその電圧値から算出される測定物の位置、移動等の検出情報）で搬送波を変調して受信機４に送信する。これにより、送信機３側だけでなく受信機４側においても対象物の検出を知ることができる。その結果、対象物の検出範囲や精度を向上させることができる。
【００４５】
以上、実施例１の無線通信装置１によれば、レーダ動作により送信機３側にて対象物の検出を行うことができる。また、小電力無線局では、レーダ利用可能な周波数が限定されているが、実施例１の無線通信装置１を用いれば、レーダ利用可能な周波数以外の周波数である小電力無線通信の規格で定められた周波数において、小電力無線通信とともにレーダ動作を可能とすることができる。
【００４６】
また、実施例１の無線通信装置１は、従来の無線通信装置の送信機３近傍に位相差検出器２を設けるという簡易な構成によって実現されている。つまり、従来の無線通信装置の送信機３、受信機４は流用することができ、手軽に低コストにレーダ動作による対象物の検出を行うことができる。
【００４７】
また、実施例１の無線通信装置１は、同一周波数の位相差で対象物の検出を行うため、送信アンテナから受信アンテナ２０に直接受信されるいわゆる回り込みがあっても、影響を受けることなく対象物の検出を行うことができる。
【００４８】
［位相差検出器の変形例］
位相差検出器２は、受信アンテナ２０Ａ、Ｂで受信した電気信号の位相差を検出することができる構成であれば他の構成を用いることもできる。たとえば、図３に示す構成を採用することも可能である。図３に示す変形例の位相差検出器は、実施例１の位相差検出器２における、バンドパスフィルタ２５Ａ、Ｂから増幅器２６までの区間の構成を次のように置き替えたものである。バンドパスフィルタ２５Ａの出力は２分配され、一方は増幅器１２７を介して乗算器１２９Ａに接続され、他方は移相器１２８Ｂ、増幅器１２７を介して乗算器１２９Ｂに接続されている。また、バンドパスフィルタ２５Ｂの出力も２分配され、一方は増幅器１２７を介して乗算器１２９Ｂに接続され、他方は移相器１２８Ｂと移相量の等しい移相器１２８Ａ、および増幅器１２７を介して乗算器１２９Ａに接続されている。乗算器１２９Ａ、Ｂの出力側は減算器１２０に接続されていて、減算器の出力側は増幅器２６に接続されている。
【００４９】
この変形例の位相差検出器では、実施例１の位相差検出器２と同様に、受信アンテナ２０Ａで受信した電気信号と、受信アンテナ２０Ｂで受信した電気信号との位相差を反映したＤＣ値が出力として得られる。その出力は、実施例１の位相差検出器２に比べて大きな値であるため、より高感度な対象物の検出が可能である。特に、変形例の位相差検出器において移相器１２８Ａ、Ｂの位相量として９０°を選べば、出力は実施例１の位相差検出器２に比べて２倍大きな値となり、さらに高感度な対象物の検出が可能となる。また、出力が正弦波となり、位相差が０のときに出力が０となるため、位相差の変動の検出がより容易になるとともに、対象物の検出精度も向上する。
【００５０】
変形例の位相差検出器の動作について、具体的により詳しく説明する。位相差検出器の受信アンテナ２０Ａで受信し、乗算器２３Ａ、ＰＬＬ回路２４によってダウンコンバートされた電気信号をｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）、受信アンテナ２０Ｂで受信し、同じくダウンコンバートされた電気信号をｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）、ここでωは２πｆであり、ｆは発振器４０の発振周波数、θＡ、θＢは位相とすると、乗算器１２９Ａには電気信号ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）と移相器１２８Ａによって位相がφ遅らされた電気信号ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ−φ）が入力される。また、乗算器１２９Ｂには電気信号ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）と移相器１２９Ｂによって移相がφ遅らされた電気信ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ−φ）が入力される。したがって、乗算器１２９Ａの出力は、ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）・ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ−φ）であり、後段のローパスフィルタ２９でカットされる高周波成分を除けば、（１／２）・ｃｏｓ（ψ＋φ）である。ここで、θＡ−θＢ、すなわち位相差をψと置いた。同様に乗算器１２９Ｂの出力は、（１／２）・ｃｏｓ（ψ−φ）となる。
【００５１】
乗算器１２９Ａ、Ｂから出力される電気信号（１／２）・ｃｏｓ（ψ＋φ）および（１／２）・ｃｏｓ（ψ−φ）は、減算器１２０に入力される。減算器１２０からの出力は、（１／２）・ｃｏｓ（ψ−φ）−（１／２）・ｃｏｓ（ψ＋φ）＝ｓｉｎψ・ｓｉｎφとなる。その後、増幅器２６で信号が増幅されたのち、ローパスフィルタ２９によってすでに計算上省略した高周波数成分がカットされて、ｓｉｎψ・ｓｉｎφが出力される。
【００５２】
このｓｉｎψ・ｓｉｎφの電圧値は、受信アンテナ２０Ａ、Ｂで受信する電気信号の位相差ψ（＝θＡ−θＢ）に対応した値であり、さらにその位相差ψは、対象物の動き等に対応した値である。したがって、電気信号ｓｉｎψ・ｓｉｎφの電圧値から、対象物の検出を行うことができる。なお、この結果が示すように、φが９０°のときにｓｉｎφ＝１より出力が最大となるため、移相器１２８Ａ、Ｂの移相量φは９０°に設定することが望ましい。対象物検出の感度を向上させることができるためである。
【００５３】
［各種実験例］
実施例１の無線通信装置１を用い、各種通信規格で通信する場合に、実際に対象物の検出が可能かどうか実験を行った。この実験では、対象物は人とし、送信機３と受信機４との間であって送信機３から１．５ｍ離れた位置付近で移動と停止を繰り返した。以下、その実験結果を示す。
【００５４】
［実験例１］
図４、５は、周波数５．８ＧＨｚ、変調方式をＡＳＫ、変調速度を２００ｋＨｚとし、送信するデータは０と１の繰り返しとした小電力無線通信を無線通信装置１にて行った場合の、位相差検出器２の出力（位相差に対応した電圧値）を示したグラフである。図４は、対象物（人）がない場合の位相差検出器２の出力、図５は対象物が移動と停止を繰り返した場合の位相差検出器２の出力である。
【００５５】
図４のように、対象物がない場合（無線通信装置１から対象物が遠く離れている場合）、出力は時間的に変動がほとんどなく、一定の所定値となっている。一方、図５のように、対象物が送信機３と受信機４との間で移動・停止した場合、出力が上下に時間的に大きく変動を繰り返す領域と、出力が時間的にほぼ一定の領域とが交互に現れていることがわかる。この出力と対象物の移動停止との対応を見ると、出力が変動している領域は対象物が移動している時間に対応し、出力が一定の領域は対象物が停止している時間に対応しているとわかる。
【００５６】
このように、実験例１のような通信方式の小電力無線通信では、無線通信装置１によって対象物の検出が可能であることがわかった。
【００５７】
なお、位相差検出器２のローパスフィルタ２９は、対象物の動作検出のためカットオフ周波数を２０Ｈｚ程度としており、ＡＳＫ変調の速度が２００ｂｐｓ（１００Ｈｚ）以下のようにカットオフ周波数に近づくと、ＡＳＫ変調されたデータが位相差検出器２の出力として現れてしまう。しかし、一般にデータをこのような低速で送ることはないため、対象物の検出に影響することはない。
【００５８】
［実験例２］
図６、７は、周波数２４５０ＭＨｚ（無線ＬＡＮ周波数）、変調方式はπ／４ＱＰＳＫ、ＰＮ符号（ＰＮ１５）で搬送波を変調し、通信速度は１２８ｋｂｐｓとした小電力無線通信の場合の、位相差検出器２の出力を示したグラフである。図６は、対象物がない場合の位相差検出器２の出力、図７は、対象物が移動と停止を繰り返した場合の位相差検出器２の出力である。
【００５９】
図６のように、対象物がない場合には、図４と同様に、出力に時間的な変動はほとんどない。一方、図７のように、対象物が移動停止を繰り返している場合には、図５と同様に、出力が上下に時間的に大きく変動を繰り返す領域と、出力が時間的にほぼ一定の領域とが交互に現れている。したがって、実験例２のような小電力無線通信でも、無線通信装置１によって対象物の検出が可能であることがわかった。
【００６０】
［実験例３］
図８、９は、周波数２．４１ＧＨｚ、変調方式はＯ−ＱＰＳＫでスペクトル拡散、通信速度３８４００ｂｐｓとするＩＥＥＥ８０２．１５．４（ＡＲＩＢ  ＳＴＤ−Ｔ６６）の規格の小電力無線通信の場合の、位相差検出器２の出力を示したグラフである。図８は、対象物がない場合の位相差検出器２の出力、図９は、対象物が移動と停止を繰り返した場合の位相差検出器２の出力である。
【００６１】
図８のように、対象物がない場合には時間的にほぼ一定の出力となり、図９のように、対象物が移動停止を繰り返している場合には、出力が上下に時間的に大きく変動を繰り返す領域と、出力が時間的にほぼ一定の領域とが交互に現れた。したがって、実験例３のような小電力無線通信であっても、無線通信装置１によって対象物の検出が可能であることがわかった。
【００６２】
以上の実験例１〜３から、実施例１の無線通信装置１は、無線通信の変調方式や周波数によらずにレーダ動作可能であることがわかった。また、実験例３のように、スペクトル拡散した場合にもレーダ動作可能であった。
【００６３】
なお、実験例１〜３の図４、６、８において、初期に出力が若干乱れているが、これはロガーの操作のため実験者が装置に近づいたためであり、本質的なものではない。
【実施例２】
【００６４】
図１０は、実施例２の無線通信装置２００である。実施例２の無線通信装置２００は、実施例１の無線通信装置１において、位相差検出器２と同一構成の位相差検出器２０２を、受信機４に隣接して設けた構成である。以下、位相差検出器２０２のうち、位相差検出器２の構成部分と同一の部分については同一の符号とする。この実施例２の無線通信装置２００では、実施例１と同様にレーダ動作により送信機３側で対象物の検出を行うことができるだけでなく、受信機４側においても対象物の検出を行うことができる。つまり、対象物の有無、位置、姿勢などに応じて、送信機３の送信アンテナ３０から対象物を透過して位相差検出器２０２の受信アンテナ２０Ａ、Ｂに至るマルチパスは変化する。そのため、受信アンテナ２０Ａにおいて受信される信号と、受信アンテナ２０Ｂにおいて受信される信号とでは、位相に違いが生じ、その位相差を位相差検出器２０２によって検出することで、対象物の検出を行うことができる。
【００６５】
このように、実施例２の無線通信装置２０２によると、送信機３側と受信機４側の双方において対象物の検出を行うことができるので、対象物の検出精度や検出範囲の拡大の効果がある。
【００６６】
なお、実施例２では、受信機４に隣接して設置する位相差検出器は、送信機３に隣接して設置する位相差検出器２と同一構成のものを用いたが、異なる構成のものを用いてもよい。たとえば、送信機３側の位相差検出器として図３に示した構成のものを用い、受信機４側の位相差検出器として図２に示した構成のものを用いるようにしてもよいし、その逆としてもよい。
【実施例３】
【００６７】
図１１は、実施例３の無線通信装置３００である。実施例３の無線通信装置３００は、実施例１の無線通信装置１において、送信機３に替えて送信機３０３を用い、位相差検出器２に替えて位相差検出器３０２を用いたものである。他の構成については実施例１の無線通信装置１と同様である。
【００６８】
送信機３０３は、互いに離間した２つの送信アンテナ３３３Ａ、Ｂを有している。たとえば、ＭＩＭＯやＭＩＳＯなどの無線通信装置に用いている送信機を、実施例３の無線通信装置３００の送信機３０３として流用することができる。
【００６９】
位相差検出器３０２は、図１２のように、１つの受信アンテナ３２０を有している。この受信アンテナ３２０によって、送信機３０３の送信アンテナ３３３Ａ、Ｂから放射されて対象物によって反射された反射波を受信する。受信アンテナ３２０は、バンドパスフィルタ３２１、増幅器３２２を介して乗算器３２３の入力側に接続されている。乗算器３２３のもう一方の入力側にはＰＬＬ回路３２４が接続されている。乗算器３２３の出力側は、バンドパスフィルタ３２５、増幅器３２７を介して、非線形素子３３０の入力側に接続されている。ここで、受信アンテナ３２０から増幅器３２７までの各構成要素およびＰＬＬ回路３２４は、実施例１の受信アンテナ２０Ａから増幅器２７Ａまで、およびＰＬＬ回路２４と同様のものである。
【００７０】
非線形素子３３０は、入力される信号の２乗成分を生成するために用いるものである。非線形素子３３０からの出力のうち、ローパスフィルタ３４０によって直流成分のみが取り出され、位相差検出器３０２の出力として取り出される。この位相差抽出器３０２から出力される信号は、送信アンテナ３３３Ａから対象物による反射を経て受信アンテナ３２０に至った反射波と、送信アンテナ３３０Ｂから対象物による反射を経て受信アンテナ３２０に至った反射波との位相差に対応したＤＣ値である。
【００７１】
次に、位相差検出器３０２の動作について説明する。対象物が存在する場合、送信アンテナ３３０Ａから放射され対象物によって反射されて受信アンテナ３２０に至る反射波と、送信アンテナ３３０Ｂから放射され対象物によって反射されて受信アンテナ３２０に至る反射波とに位相差が生じる。この位相差を反映した信号を受信アンテナ３２０によって受信し、位相差検出器３０２によって位相差を反映したＤＣ値を抽出することができるため、対象物の検出をすることができる。
【００７２】
位相差検出器３０２による位相差の抽出について、より詳しく説明する。送信アンテナ３３０Ａ、Ｂが出力する電気信号をｃｏｓ（ωｔ）、送信アンテナ３３０Ａから対象物による反射を経て受信アンテナ３２０に至る経路において位相がθＡ変化し、送信アンテナ３３０Ｂから対象物による反射を経て受信アンテナ３２０に至る経路において位相がθＢ変化するものとすると、受信アンテナ３２０において受信する電気信号は、ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）＋ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）である。この電気信号が非線形素子３３０に入力され、２乗成分が生成される。つまり、｛ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）＋ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）｝2 の成分が生成される。この２乗成分のうち直流成分は１＋ｃｏｓ（ψ）である。非線形素子３３０の出力のうち、この直流成分以外はローパスフィルタ３４０によってカットされる。結局のところ、位相差検出器３０２の出力は１＋ｃｏｓ（ψ）となり、このＤＣ値より位相差ψを抽出することができる。
【００７３】
以上のように、実施例３の無線通信装置３００では、位相差検出器３０２により位相差を検出することでレーダ動作での対象物の検出を行うことができる。そして、実施例１の無線通信装置１と同様の利点がある。すなわち、簡易な構成によって、手軽に低コストにレーダ動作による対象物の検出を行うことができる。
【００７４】
なお、本発明の無線通信装置は、必ずしも小電力無線通信に用いることに限定されるものではなく、小電力無線通信以外の無線通信においても適用可能である。
【００７５】
また、実施例１〜３において、送信機側あるいは受信機側に位相差検出器をさらに一台以上設け、対象物の検出精度向上を図ったり検出範囲の拡大を行ってもよい。
【００７６】
また、実施例１〜３の無線通信装置では、位相差検出器２の出力をデータとして送信機３から受信機４へ送信しているが、必ずしもその必要はなく、任意のデータを送信するようにしてもよい。たとえば、送信機３の置かれている環境データ（温度、湿度、気圧など）を送信するようにしてもよい。
【００７７】
また、実施例１〜３から明らかなように、本発明の無線通信装置は、送信機と受信機の少なくとも一方が複数のアンテナを有したＭＩＭＯ、ＳＩＭＯ、あるいはＭＩＳＯなどのであってもよい。
【００７８】
また、実施例３においても、実施例２のように受信機４側に位相差検出器を設け、送信機３側と受信機４側の双方で対象物の検出を行う構成を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の無線通信装置は、レーダ利用可能な周波数以外の周波数におけるレーダ動作による対象物検出に利用することができる。たとえば、車両などの非接触充電において、コイル間の異物の検出などに利用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１、２００、３００：無線通信装置
２、２０２、３０２：位相差検出器
３、３０３：送信機
４：受信機
２０Ａ、Ｂ、３２０：受信アンテナ
２１Ａ、Ｂ、２５Ａ、Ｂ、３２１、３２５：バンドパスフィルタ
２２Ａ、Ｂ、２６、２７Ａ、Ｂ、１２７、３２２、３２７：増幅器
２３Ａ、Ｂ、２８、１２９Ａ、Ｂ、３２３：乗算器
２４、３２４：ＰＬＬ回路
２９、３４０：ローパスフィルタ
３０、３３３Ａ、Ｂ：送信アンテナ
１２０：減算器
１２８Ａ、Ｂ：移相器
３３０：非線形素子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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