(57)【要約】【課題】  誘電体基板を２次元通信の伝送媒体に選び、電磁波を励振および検出する無指向性センサで２次元通信を行う場合、基板端面での反射が伝送特性（特に位相特性）に大きな影響を与える。これを解決する１つの方法として、基板端面に電波吸収体を設置し、反射を吸収してしまう方法が考えられる。しかし、位相特性は改善されるが、大きな伝送損失という犠牲を払うことになる。【解決手段】  誘電体基板の表面にトラップされて伝搬する表面波を、指向性センサで励振／検出することによって基板端面での反射の影響を軽減し、伝送特性の改善を図る。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信／受信センサに指向性を持たせ、マルチパス対策を行った事を特徴とする床面／壁面２次元通信システム。
【請求項２】
前記送信／受信センサに指向性を持たせるためにテーパー形状マイクロストリップラインを用いたことを特徴とする請求項１記載の床面／壁面２次元通信システム。
【請求項３】
前記送信／受信センサに指向性を持たせるためにテーパー形状スロットラインを用いたことを特徴とする請求項１記載の床面／壁面２次元通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、床面や壁面などの２次元平面を伝送媒体に用いた電磁波通信システムにおける、電磁波の励振と検出に係る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  放送波のデジタル化に伴うテレビジョンの多チャンネル化、ＩＴ技術に支えられ今や全盛時代を迎えているマルチメディア等、家庭やオフィスには数多くのテレビジョン端末やＰＣが溢れている。  これ等の情報家電製品を何らかの家庭内ネットワークに接続することが望まれている。  さらに、空調機器や風呂や施錠システム等の従来は情報家電製品とは無縁の一般的な家電製品を同じネットワークに接続することができれば、ネットワーク対応テレビは言うにおよばず、ネットワーク対応風呂沸かし、ネットワーク対応エアコン、ネットワーク対応ドア等が実現し家庭内等での利便性は飛躍的に向上する。【０００３】  しかしながら、これ等の数多くの機器間の通信を効率的に行うためには、（１）  従来通りの複数の同軸ケーブルによる接続、（２）  電灯線搬送を利用、（３）  小電力無線伝送を利用、（４）  赤外線伝送を利用、等が考えられるが、（１）はケーブル輻輳の問題があり、（２）と（４）は伝送帯域が１０ＭｂｐＳ以下で家庭内ネットワークの要件を全て満足できるものとは言えない、（３）は２．４ＧＨｚ、５ＧＨｚ、１９ＧＨｚ、２５ＧＨｚ、６０ＧＨｚ帯で検討が進んでいる。  これらの電波を用いた無線ＬＡＮ技術利用の家庭内ネットワークへの導入が考えられるが、電波漏洩の問題と異なる部屋間の通信の問題が解決されていない。【０００４】  最近、これらの問題に応えるため、床面を誘電体基板で構成した２次元平面伝送路とした通信システムの提案がなされている。［非特許文献１］    しかしながら、誘電体基板端面での電磁波の反射の問題や大きな伝送損失の問題などが課題として残されており、安定な２次元通信技術は確立できていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】  「表面マイクロ波を使った信号と電力の同時伝送」；板井裕人、張兵、篠田裕之、信学技報ＵＳＮ２００７−２１、ＰＰ．１１５−１１８、２００７年５月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  図１に示す導体板両張り誘電体基板を２次元通信の伝送媒体に選び、電磁波としてＴＥＭ波  （ＴｒａｎＳｖｅｒＳｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗａｖｅ）を励振および検出する無指向性センサで２次元通信を行う場合、基板端面での反射が伝送特性（特に位相特性）に大きな影響を与える。この影響は、図２に示すように大きくなる。特に図２（ｃ）に示す位相特性はマルチパスの影響で大きく劣化する。これを解決する１つの方法として、基板端面に電波吸収体を設置し、反射を吸収してしまう方法が考えられる。しかし、これは図３に示すように、（ｂ）に示す位相特性は改善されるが、（ａ）に示す大きな伝送損失という犠牲を払うことになる。
【課題を解決するための手段１】
【０００７】  導体板裏打ち誘電体基板において、図４に示すように誘電体表面にトラップされて伝送されるＴＭ表面波（ＴｒａｎＳｖｅｒＳｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗａｖｅ）を、送信センサを用い誘電体表面上で励振し、受信センサで検出する床面や壁面等の２次元通信システムにおいて、送信／受信センサに指向性を持たせることにより、ＳパラメーターのＳ２１（伝送特性）の増加とＳ１１（反射特性）の減少を図る。
【０００８】  送信／受信センサは誘電体表面でＴＭ表面波を励振、検出することが可能なので、センサを基板表面を滑らす形で通信が可能となり、アクセスポイントを自由に選べ、柔軟なネットワークを構成することができる。  また、各センサが指向性を有するため、電波の伝搬方向をある程度絞れるので、マルチパス対策として用いる基板端面に装荷する誘電損失角の大きな吸収体は必要がない。
また、送信センサで励振された電波は効率よく受信センサに到達し、良好な位相特性を保ったまま伝送損失も軽減できる。
【０００９】  図５にテーパー形状のマイクロストリップラインタイプ指向性センサの構造を、図６に導体板裏打ち誘電体基板の表面に、対向して設置された送信センサと受信センサの位置関係を示す。図５、図６の構成で電磁界シミュレーションを行い、その結果として、図７にテーパー形状のマイクロストリップラインタイプ指向性センサで励振した場合の誘電体基板上の電界分布を示す。明らかに指向性の効果を確認できる。図８にＳ２１  とＳ１１を、図９に位相特性を示す。
【００１０】  手段１に示す指向性センサを用いた方法が、無指向性センサを用いたものに比べ、どの程度改善したかを示すため、導体板裏打ち誘電体基板表面における無志向性センサを用いた場合の電界強度分布を、図１０に示す。図７に示した指向性センサの電界分布と比べると、明らかに指向性センサを用いた方がビームが絞られていることが分かる。無指向性センサを用いたＳ２１（伝送特性）の増加とＳ１１（反射特性）を図１１に示す。また、反射特性を図１２に示す。
【課題を解決するための手段２】
【００１１】  誘電体基板において、誘電体の両側表面にトラップされて伝送するＴＭ表面波を送信センサで励振し、受信センサで検出する床面や壁面等の２次元通信システムにおいて、送信／受信センサに指向性を持たせることにより、ＳパラメーターのＳ２１（伝送特性）の増加とＳ１１（反射特性）の減少を図る。
【００１２】  ＴＭ表面波を用いるので、センサを基板の両側の表面を滑らす形で通信が可能となり、アクセスポイントを自由に選べ、柔軟なネットワークを構成することができる。  基板端面での反射波が受信センサに、マルチパスで混入し伝送特性を劣化させる。  また、各センサが指向性を有するため、マルチパス対策として用いる基板端面に装荷する誘電損失角の大きな吸収体を用いることなく、良好な位相特性を保ったまま伝送損失を軽減できる。
【００１３】  図１３にテーパー形状のスロットラインタイプ指向性センサの構造を、図１４に誘電体基板の表面に、対向して設置された送信センサと受信センサの関係を示す。図１３、図１４の構成で電磁界シミュレーションを行い、その結果として、誘電体基板表面における電界強度分布を、図１５に示す。手段２の指向性センサを用いると明らかにビームが絞られていることが分かる。
【００１４】  テーパー形状のスロットラインタイプ指向性センサで誘電体基板を励振した場合について、図１６にＳ２１  とＳ１１を、図１７に位相特性を示す。また、図１８にテーパー形状のスロットラインタイプ指向性センサ単体の誘電体基板表面の指向性を示す。
【発明の効果】
【００１５】    解決手段１、２に示した方法により、床面などを利用した床面や壁面等の２次元通信システムにおいて、基板端面などにおける反射に基づくマルチパスの影響や、反射を除去するために装荷する電波吸収体に起因する伝送損失の増加を、指向性センサを用いてビームを絞ることで、大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】  ：「無指向性送信／受信センサによる導体両張り誘電体基板を用いたＴＥＭ波２次元通信」導体両張り誘電体基板内にＯＳＭコネクターの円形断面の中心導体を挿入し、先端  を片側の導体に短絡している。これを送信／受信センサにしているので無指向性の放射になる。
【図２】  ：「図１の構造の伝送特性、反射特性と位相特性」（ａ）Ｓ２１、（ｂ）Ｓ１１のシミュレーション値と実測値および（ｃ）位相特性を示している。誘電体基板端面での反射の影響が大きく、伝送特性に激しいリップルがみとめられる。（ｃ）位相特性から判断して通信に用いるには問題がある。
【図３】  ：「図１の構造の基板端面に電波吸収体を装荷した場合の伝送特性、反射特性と位相特性」電波吸収体により反射の影響は軽減されているが、Ｓ２１に大きな伝送損失が追加されることになる。
【図４】  ：「導体裏打ち誘電体表面にトラップされて伝搬するＴＭ表面波」誘電体表面から指数関数的に減衰するエバネセント波にエネルギーがトラップされて伝搬する。ＴＭ表面波なので波の伝搬方向の電界成分を図に示すように持っている。
【図５】
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【図６】  ：「送信／受信指向性センサと導体裏打ち誘電体基板の位置関係」誘電体基板上で低インピーダンス側を対向させて、送信／受信センサを配置する。
【図７】  ：「テーパー形状マイクロストリップラインタイプ指向性センサで励振した場合の導体板裏打ち誘電体基板表面上のＴＭ表面波電界分布」送信センサの指向性のため効率よくエネルギーが受信センサに伝送されている。
【図８】  ：「図５、図６の構造の伝送特性と反射特性」図７の放射パターンから分かるように基板端面での反射の影響は軽減されている。図２に比べて伝送特性に現れる反射リップルは少なくなっている。
【図９】  ：「図５、図６の構造の位相特性」反射の影響はほとんど無く、６〜１２  ＧＨｚでリニアな位相特性を示し、十分通信に用いることができる。
【図１０】  ：「無指向性センサで励振した場合の導体板裏打ち誘電体基板表面上のＴＭ表面波の電界強度分布」送信センサからの無指向放射パターンが観測されている。
【図１１】  ：「導体板裏打ち誘電体基板無指向性センサで励振した場合の伝送特性と反射特性」ＴＭ波のカットオフ特性が観測されており、３ＧＨｚ以下でおおきな減衰となっている。無指向性のためＳ２１の伝送損失が、図８に比べ大幅に増加している。
【図１２】  ：「導体板裏打ち誘電体基板無指向性センサで励振した場合の位相特性」位相特性は基板端面での反射の影響が観測されている。
【図１３】  ：「テーパー形状スロットライン指向性センサの構造」テーパー形状のスロットラインを構成し、低インピーダンス側のスロットに高誘電率誘電体基板に作成したマイクロストリップラインから給電する構造で、テーパー形状マイクロストリップライン指向性センサを構成することができる。
【図１４】  ：「送信／受信指向性センサと誘電体基板の位置関係」誘電体基板上で高インピーダンス側を対向させて、送信／受信センサを配置する。
【図１５】  ：「テーパー形状スロットラインタイプ指向性センサで励振した場合の誘電体基板表面上のＴＭ表面波電界分布」誘電体基板が単独の場合も、ＴＭ表面波が誘電体の両側の表面にトラップされて伝送する。送信センサの指向性のため効率よくエネルギーが受信センサに伝送されている。
【図１６】  ：「図１３、１４の構造の伝送特性と反射特性」Ｓ２１の伝送特性は図１１に示した無指向性センサの場合に比べ、大幅に改善している。
【図１７】  ：「図１３、１４の構造の位相特性」反射の影響は、ほぼ無くなっており、通信に用いることができる。
【図１８】  ：「テーパー形状のスロットラインタイプ指向性センサ単体の誘電体表面内指向性」センサ単体の誘電体基板表面での指向性が明らかに示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  送信  ／  受信センサに２次元空間において、何らかの形で指向性を持たせたセンサを用いる。この発明の具体的な実施形態を図５、図６に示した。
【実施形態の効果】
【００１８】  ここに示した指向性センサの実施例を用い、床面などを用いた２次元通信で問題になる基端面での反射の影響を大幅に軽減し、伝送損失を逓減することができる。
【他の実施形態】
【００１９】  この発明の他の実施形態として図１３、１４に示す指向性センサを用いる。この場合伝送路には導体のない誘電体基板を用いる。
【符号の説明】
【００２０】ＴＥＭ波  ：  Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗａｖｅ  のことで、波の進行方向の電磁界成分を持たない電磁波のことで、マイクロストリップラインの主モードである。カットオフ周波数をもたず、直流から伝搬する。
ＴＭ表面波  ：  ＴＭ波は、Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗａｖｅ  のことで、波の進行方向の電界成分を持たない電磁波で、カットオフ周波数をもち、直流を含む低周波は伝搬しない。表面波は誘電体などの表面にトラップされて伝搬する波で、表面から離れるに従って指数関数的に減衰する電磁波である。今回の特許で用いている電磁波である。
Ｓ２１  ：  ポート１から２への伝送特性を表わすＳパラメーター。
Ｓ１１  ：  ポート１での反射特性を表わすＳパラメーター。
テーパー形状  ：  インピーダンスを徐々に変化させ（線幅を変化）電磁波を反射少なくスムーズに伝送させる形状。
指向性センサ  ：  電磁波をある方向に大きな感度で、励振／検出するセンサ
無指向性センサ  ：  電磁波を全方位同じ感度で、励振／検出するセンサ
マイクロストリップライン  ：  マイクロ波、ミリ波帯で用いられる伝送線路で、中心導体と接地板で誘電体基板を挟んだ構造になっている。
スロットライン  ：  マイクロ波、ミリ波帯で用いられる伝送線路で、同一平面内の対向する接地板間の間隙を伝送路とする構造になっている。
マルチパス  ：  電波伝搬において、反射などの影響を受け、希望とする電波以外に複数の経路を介しての電波を受信することにより受信品質を劣化させる。本提案の床面や壁面等の２次元通信システムでも、基板端面などでの反射がマルチパスとなり、受信品質を劣化させる。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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