(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変動磁界によって誘導結合する磁力波信号を用い、無線通信を可能にするアンテナおよび通信装置であって、
前記アンテナおよび通信装置が、閉ループアンテナと、位相調整手段とを含み、
前記位相調整手段が自己の容量性リアクタンスの他に浮遊容量による容量性リアクタンスを含み、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスと、前記浮遊容量を含む位相調整手段の容量性リアクタンスとが一致せず、共振せず、および/あるいは同調しないことによって、前記閉ループアンテナから電磁波信号が放射するのを抑制しおよび/あるいは再放射するのを抑制し、かつ前記閉ループアンテナによって前記磁力波信号を放射しおよび/あるいは受信することを特徴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。
【請求項２】
前記請求項第１項において、前記浮遊容量を含む位相調整手段の容量性リアクタンスの絶対値を、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスの絶対値の０％を超え、９５％以下の範囲内に設定することを特徴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。
【請求項３】
前記請求項第１項において、前記通信装置が送受信手段を含み、前記送受信手段が、送信時に低出力インピーダンスの増幅手段を含み、および/あるいは、受信時に高入力インピーダンスから低出力インピーダンスへの変換手段を含むことを特徴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。
【請求項４】
前記請求項第３項において、前記インピーダンス変換手段の入力インピーダンスが前記閉ループアンテナの出力インピーダンスより大きいことを特徴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。
【請求項５】
前記請求項第１項において、前記閉ループアンテナが、マグネチックループアンテナであり、あるいはシールドループアンテナであることを特徴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。
【請求項６】
前記請求項第１項において、前記閉ループアンテナおよび/あるいは送受信手段が寄生振動抑制手段を含み、不要な寄生振動を抑制することを特徴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。
【請求項７】
前記請求項第１項において、前記閉ループアンテナを複数組含み、移相手段を含み、かつ磁力波アレイアンテナを構成することを特徴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。
【請求項８】
前記請求項第７項において、前記複数組の閉ループアンテナが、指向性ビームを有し、かつアダプテイブに制御する手段を有することを特徴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。
【請求項９】
前記請求項第７項において、前記複数組の閉ループアンテナが、移相手段を含み、かつ回転磁力波信号を外部へ放射することを特徴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。
【請求項１０】
前記請求項第９項において、前記回転磁力波信号を放射するための複数組の閉ループアンテナと、前記回転磁力波信号とは逆回転する磁力波信号を受信するための複数組の閉ループアンテナとを、間隔を置いて設置することを特徴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。
【請求項１１】
前記請求項第１０項において、前記閉ループアンテナから放射された回転磁力波信号が、誘導経路中に存在する導電物体によって渦電流を生じて反射され、前記反射された逆回転する回転磁力波信号を受信することで、前記誘導経路中に存在する導電物体を探知することを特徴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。
【請求項１２】
前記請求項第１項において、前記閉ループアンテナが磁性体に近接して設けられることを特徴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。
【請求項１３】
前記請求項第１２項において、前記閉ループアンテナが前記磁性体の外部あるいは外周部に設けられ、送受信手段の一部あるいは全部が前記磁性体の内部の空洞部分に収納されることを特徴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。
【請求項１４】
前記請求項第３項において、前記送受信手段が、ベースバンド信号送信手段および/あるいはベースバンド信号受信手段を含むことを特徴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。
【請求項１５】
前記請求項第１４項において、前記送受信手段には、スペクトル拡散する機能を含むことを特徴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。
【請求項１６】
前記請求項第１項において、前記閉ループアンテナの受信時の比透磁率×巻き数×面積を、送信時の比透磁率×巻き数×面積より大きくすることを特徴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。
【請求項１７】
前記請求項第３項において、前記送信時の閉ループアンテナと受信時の閉ループアンテナとが、垂直方向および/あるいは水平方向に対向することを特徴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。
【請求項１８】
前記請求項第１７項において、前記閉ループアンテナが海洋上の移動体と海水中の複数の移動体とに搭載されあるいは携帯され、前記海洋上の移動体に搭載されあるは携帯された閉ループアンテナと前記海水中の複数の移動体に搭載されあるいは携帯された閉ループアンテナとが相互間で水平方向に対向し、前記複数の移動体に搭載されあるいは携帯された閉ループアンテナが相互間で垂直方向に対向することを特徴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。
【請求項１９】
前記請求項第１８項において、前記閉ループアンテナが、対向している方向の反対側に、非磁性体の導電体を配置することを特徴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。
【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、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、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて、誘導磁界信号(Magnetic Field Induction Signal)（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の中距離間での誘導磁界通信(Magnetic Field Induction Communication)（以後磁力波通信と称する）を行うための誘導磁界アンテナ(Magnetic Field Induction Antenna)（以後磁力波アンテナと称する）および誘導磁界通信装置(Magnetic Field Induction Equipment)（以後磁力波通信装置と称する）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】
従来から、誘導磁界を利用して通信するためのシステムあるいはループアンテナを利用する技術が提案されている。（例えば、特許文献１〜４）
【特許文献１】ＷＯＡ１２０１１１４５５１５号
【特許文献２】特開平１０−２１５１０５号
【特許文献３】特表平１１−５０５３９５号
【特許文献４】特開２００４−９６１８２号
【０００３】
図１２は、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」に用いられる磁力波アンテナの実施例である。図１２において、前記磁力波アンテナを短ループアンテナ６００ａ、６００ｂ、電界シールド６０１ａ、６０１ｂ、インピーダンス変換トランス６０３ａ、６０３ｂ、およびインピーダンス整合コンデンサ６０４ａ、６０４ｂを中心として構成することで、誘導磁界を外部へ向けて効率よく放射し、かつ外部の誘導磁界を効率よく起電力に変換するとされている。しかしながら、これらの構成では、短ループアンテナから放射される変位電流を十分に抑制できず、周辺に存在するＮａ＋イオンやＣＬ−イオンに変位電流が流れてオーミックロスを生じ、前記変位電流に変動磁界が作用して渦電流が生じ、更に、短ループアンテナの外周に設けられた電界シールドによっても渦電流が生じ、磁力波アンテナと称しながら、必要とする磁力波信号の放射を減衰させ、誘導結合損を増大させるなどの問題点がある。【０００４】
一方、特許文献２に記載されている「地中・水中アンテナ」によれば、「地中や水中などに電磁波を効率的に送信し、あるいは地中や水中などからの電磁波を効率的に受信できるアンテナを提供する。」とされている。
また、特許文献３に記載されている「近距離磁気通信システム」によれば、「携帯ユニットと、通信システムとの間で信号をやりとりするシステムおよび方法である。携帯装置は、電磁結合を用いて基礎ユニットと通信する。基礎ユニットは、電話ネットワークのようなより広域の通信システムにさらに接続されている。基礎ユニットでは、より完全な磁界を実現し、相互リアクタンスが０である部分を防止するために、多数の、互いに直交して配置されたトランスデューサが用いられる。そうしなければ、相互リアクタンスが０である部分が磁界に存在するからである。近距離電磁結合を用いることにより、電力要件を最小化し、他のソースへの妨害を制限することができる。また、電磁結合は、携帯装置内のバッテリを再充電するのに用いることもできる。」とされている。【０００５】
また、特許文献４に記載されている「水中又は地下通信装置」によれば、「低周波磁界を信号の伝送媒体として用いる磁気信号伝送方式が一般的に用いられる傾向になりつつある。低周波磁界というのは、周波数範囲が１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度の周波数による磁界のことである。」とされており、更に、段落（００４３）には、「ソレノイドコイル２ ２ 及びこれと直列共振回路を形成するコンデンサＣ １ が接続されている。」とされている。【０００６】
しかしながら、前記特許文献２に記載されている「地中・水中アンテナ」では、電磁波信号を取扱っているために、海水中では電磁波信号の減衰が激しい問題点からは逃れられず、前記特許文献３に記載されている「近距離磁気通信システム」あるいは「誘導磁界送受信アンテナ」では、誘導磁界を利用して通信を行なうためのシステムあるいは送受信アンテナであるが、近距離での無線通信を目的としているものであり、電磁波信号の伝搬損が比較的に大きい物質中で、近距離から中距離間で、狭帯域から広帯域までの任意の帯域の無線通信を実現することを目的とするものではなく、実現するための構成あるいは構造でもない。
また、前記特許文献４では、ソレノイドコイル２２とコンデンサＣ１が直列に接続され共振状態であるために、外部へ変位電流を放射しており、そのために高い周波数で磁界の減衰が急激であり、周波数範囲が１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度に制限されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、上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経路中を、数ｃｍの近距離間から数ｋｍの中距離間であり、数Ｈｚ以下から２０ＭＨｚを超える任意の周波数領域であり、狭帯域〜広帯域の任意の帯域幅である、あるいはこれらの組合せによる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アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置は、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を、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される磁力波信号を用い、近距離から中距離間であり、数Ｈｚ以下の低周波領域から２０ＭＨｚを超える任意の周波数領域で、狭帯域から広帯域までの任意の帯域幅である磁力波通信を行うためのものであり、少なくとも、帯域幅の下限と上限との周波数比が１０倍以上の広帯域のベースバンド信号を、送信し、受信し、あるいはこれらを交互に行うことを可能とするものである。
【０００９】
なお、前記誘導経路中にＮａ＋イオンやＣＬ−イオンその他の導電物質が存在する場合、前記対向する磁力波アンテナ相互間で交差する磁力線の経路によっては渦電流損が増加し、あるいは地磁気と津波あるいは早い海流の流れなどとの相互作用によって渦電流損が増加し、あるいはこれらの組合せによって、大気中での誘導結合損に比較して誘導結合損が増加するため、誘導結合損の変動に対応し、前記磁力波信号の周波数、信号方式、信号速度、変復調方式、交差する磁力線の経路、通信ルート、前記磁力波アンテナの種別、設置角、指向性、あるいはこれらの組合せをアダプティブに変更しあるいは切替えることが要求される。【００１０】
また、前記磁力波アンテナは、少なくとも、前記磁力波信号を外部へ効率よく放射するための閉ループアンテナと、前記閉ループアンテナに磁力波信号を駆動し、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて、磁力波信号によって誘起する起電力を受信し、あるいはこれらを交互に行うための磁力波信号送受信手段とから構成され、前記閉ループアンテナが、少なくとも、電磁波信号もしくは変位電流を送信時に外部へ放射しあるいは受信時に外部へ再放射するのを抑制し、かつ磁力波信号を効率よく外部へ放射しあるいは起電力を受信するための構造、構成、形状、特性、あるいはこれらの組合せを有するものとする。
【００１１】
また、前記磁力波信号送受信手段が、少なくとも、位相調整手段、寄生振動抑制手段、送受切替手段、磁力波信号駈動手段、誘起起電力受信手段、あるいはこれらの組合せを有し、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンス(ωＬ）と、前記位相調整手段の容量性リアクタンス（１/ωＣ）とを、非共振状態（一致させず、あるいは共振させないこと）あるいは非同調状態（一致させず、あるいは同調させないこと）とすることによって、前記電磁波信号もしくは変位電流を放射しあるいは再放射するのを抑制し、前記磁力波アンテナのＶＳＷＲが海水中において増加してミスマッチとなるのを抑制し、前記磁力波アンテナの広帯域特性化を可能とし、かつ等価帯域幅が数Ｈｚ以下である狭帯域から、帯域幅の下限と上限との周波数比が１０倍以上の広帯域までの任意の帯域幅のベースバンド信号を磁力波信号としてアダプティブに送信し、受信し、あるいはこれらを交互に行うことによって、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ものである。
【００１２】
また、前記磁力波アンテナの構成において、閉ループアンテナの材質、導電率、断面積、長さ、構成、あるいはこれらの組合せを選択して、前記閉ループアンテナから放射される磁力波信号の放射効率を改善し、前記磁力波信号送受信手段の構成、回路、部品、材料、あるいはこれらの組合せを選択することで、前記電磁波信号もしくは変位電流を外部へ放射しあるいは再放射するのを抑制し、前記磁力波アンテナのＶＳＷＲが海水中において増加してミスマッチとなるのを抑制し、磁力波信号の放射効率を改善し、磁力波信号の受信効率を高め、広帯域化を可能とし、少なくとも、任意の周波数領域であり、任意の帯域幅の磁力波信号による磁力波通信を可能にすることで、前記磁力波アンテナを用いた磁力波通信の広範囲の用途を開拓することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
従来、海水中での通信にはもっぱら音波あるいは超音波が用いられ、近距離での誘導磁界が用いられ、１００ｋＨｚ以下の極めて低い周波数帯の電磁波信号を用いることが定説であり、しかも、前記のような１００ｋＨｚ以下の極めて低い周波数帯の電磁波信号でも海水中からは外部へ放射出来ないと言うのが定説だった。
本発明の磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置では、大気中、真水中、海水中、あるいはこれらの組合せによる誘導経路中で、かつ数Ｈｚ以下の低周波領域から２０ＭＨｚを超える任意の周波領域で、磁力波アンテナ間の変動磁界による誘導結合によって、数ｃｍの近距離間から数ｋｍの中距離間で、狭帯域から広帯域までの任意の帯域幅のベースバンド信号による磁力波通信が可能となり、従来の音波もしくは超音波、近距離での誘導磁界、あるいは電磁波信号に代わり、海水中からの放射が可能であり、等価帯域幅が数Ｈｚ以下である狭帯域から帯域幅の下限と上限との周波数比が１０倍以上の広帯域までの任意の帯域幅の通信手段を安価に実現できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態における磁力波アンテナの構成図
【図２】本発明の第１の実施形態における磁力波アンテナの他の構成図
【図３】本発明の第１の実施形態における磁力波信号送受信手段の構成図
【図４】本発明の第１の実施形態における磁力波信号駈動手段の構成図
【図５】本発明の第１の実施形態における磁力波信号駈動手段の他の構成図
【図６】本発明の第１の実施形態における誘起起電力受信手段の構成図
【図７】本発明の第１の実施形態における磁力波アンテナの他の構成図
【図８】本発明の第１の実施形態における磁力波アンテナの他の構成図
【図９】本発明の第１の実施形態における磁力波アンテナの他の構成図
【図１０】本発明の第１の実施形態における閉ループアンテナの誘導性リアクタンスの特性例
【図１１】本発明の第１の実施形態における磁力波信号の海水中での誘導結合損の特性例
【図１２】従来の実施例による磁力波アンテナの構成図
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態における磁力波アンテナの構成図であり、６０５は電磁界シールド（断面図および側面図を示す）、７００は閉ループアンテナ、７０８は磁力波信号送受信手段、７０９はベースバンド信号送受信手段、７１８は離調抑制手段（断面図および側面図を示す）である。
図１において、前記閉ループアンテナ７００から送信時に外部へ放射されあるいは受信時に外部へ再放射される電磁波信号を抑制するとともに、磁力波信号を効率よく外部へ放射し、あるいは受信した磁力波信号から効率よく誘起起電力を誘起する。【００１６】
一方、前記磁力波信号送受信手段７０８によって、前記ベースバンド信号送受信手段７０９によって生成されたベースバンド信号を直接増幅しあるいは搬送波を変調して増幅し、前記閉ループアンテナ７００を駆動し、あるいは前記閉ループアンテナ７００に誘起した誘起起電力を直接増幅しあるいは検波・復調して増幅し、ベースバンド信号として前記ベースバンド信号送受信手段に入力する。
また、前記閉ループアンテナが、周辺部に存在する海水などに直接接触して離調するのを抑制するために、離調抑制手段７１８の内部に収納され、前記磁力波信号送受信手段７０８が、電磁波信号の放射もしくは再放射を抑制するために、電磁シールドに収納されている。【００１７】
なお、前記ベースバンド信号送受信手段７０９から出力されるベースバンド信号は、等価帯域幅が数Ｈｚ以下の狭帯域から、帯域内の最低の周波数と最高の周波数との周波数比が１０倍以上の広帯域までの任意の帯域幅の信号であり、例えば、０．３ｋＨｚ〜３ｋＨｚの広帯域のアナログ音声信号であり、パルス幅変調（ＰＷＭ）されたデジタル音声信号であり、帯域圧縮されあるいは符号化された広帯域のデジタル音声信号であり、スペクトル拡散符号であり、帯域圧縮された画像信号であり、ベースバンド信号そのままであり、搬送波あるいは副搬送波により変調されたベースバンド信号であり、あるいはこれらの組合せを含む任意の帯域幅の信号が送信され、受信され、あるいはこれらが交互に行われる。【００１８】
また、図１に示す閉ループアンテナでは、単一の閉ループアンテナを用いる場合について記載しているが、代わりに、複数の閉ループアンテナが、相互間が絶縁され、間隔をおいて隔離され、メッシュ状に配置され、個別の長さであり、個別の形状であり、個別の角度であり、個別の間隔であり、お互いが縒り合され、同軸ケーブルを形成し、比較的に低い導電性リアクタンスであり、比較的に低いインピーダンスであり、直列に接続され、並列に接続され、あるいはこれらの組合せであり、前記複数本の閉ループアンテナが並列に接続される場合には、前記閉ループアンテナの１組分のインピーダンスのｎ分の１となり、誘導性リアクタンスがｎ分の１となり、巻き数が変わらずに誘導性駈動電流がｎ倍となるので、前記閉ループアンテナから放射される磁力波信号がｎ倍となるメリットが得られる。【００１９】
また、前記閉ループアンテナから放射される磁力波信号の周辺あるいは前記誘導経路中に存在し、かつ、金属材料であり、導線性の材料であり、磁性材料であり、渦電流が生じる材料であり、あるいはこれらの組合せによる、船体構造であり、板状物体であり、面状物体であり、あるいはこれらの組合せで有る場合には、前記閉ループアンテナから放出される磁力線の方向を、前記組合せの平面部分とは、垂直方向でなく、水平方向もしくは並行方向に近づける必要がある。
【００２０】
図２に本発明の第１の実施形態における磁力波アンテナの他の構成図を示し、６０５は電磁界シールド（断面図を示す）、７００は閉ループアンテナ、７０７は磁性体、７０８は磁力波信号送受信手段、７０９はベースバンド信号送受信手段、７１８は離調抑制手段である。
ここで、閉ループアンテナ７００が磁力波信号を効率よく外部へ放射できる形状の磁性体７０７の外周など、前記磁性体に近接して設けられ、電磁波信号の放射もしくは再放射を抑制できる構成・構造・特性であり、前記磁力波信号送受信手段７０８内の位相調整手段とは、浮遊容量を含め、非同調あるいは非共振で接続されているものとする。【００２１】
また、前記閉ループアンテナが磁性体に近接して設けられた単巻あるいは複数巻のソレノイドコイルであり、変位電流の放射もしくは再放射を抑制する構造であり、構成であり、特性であり、変動磁界を効率よく放射する構造であり、構成であり、特性であり、あるいはこれらの組合せである。
また、前記磁性体が、少なくとも、棒状であり、多角形であり、複数本で構成され、前記複数本がクロスして配置され、メッシュ状に配置され、前記ソレノイドコイルが、少なくとも、単層巻であり、多層巻であり、ポリファイラ巻であり、あるいはこれらの組合せである。【００２２】
また、前記閉ループアンテナが複数組設けられ、前記複数組が、間隔を置いて配置され、メッシュ状に配置され、直列に接続され、並列に接続され、同相で駈動され、あるいはこれらの組合せであり、磁力波信号の放射効率の良い閉ループアンテナが実現できる。
また、前記閉ループアンテナは、移動端末、携帯端末、あるいは小型のＲＦＩＤタグに用いられ、離調抑制手段７１８の内部に収納され、特に小型の場合には外周部が絶縁物によりコーティングされる。
【００２３】
図３は、本発明の第１の実施形態における磁力波信号送受信手段の構成図であり、６０５は電磁界シールド（断面図を示す）、７０４は位相調整手段、７０５は寄生振動抑制手段、７０６は送受切替手段、７０８は磁力波信号送受信手段、７１０は磁力波信号駈動手段、７１１は誘起起電力受信手段、７１２ａ、７１２ｂは閉ループアンテナ接続端子、７１３ａはベースバンド信号送信機接続端子、７１３ｂはベースバンド信号受信機接続端子である。【００２４】
前記閉ループアンテナ接続端子７１２ａ、７１２ｂに、前記閉ループアンテナ７００が接続されと、寄生振動抑制手段７０５が前記閉ループアンテナと並列に接続されて前記閉ループアンテナをダンピングし、不要な寄生振動を抑制する。
次に、位相調整手段７０４が前記閉ループアンテナと直列に接続され、送信しあるいは受信した磁力波信号の位相を調整し、磁力波信号の放射効率を改善し、あるいは誘起起電力を増大させるなどが可能となるが、前記浮遊容量を含む位相調整手段の容量性リアクタンスと、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスとを共振状態としあるいは同調状態とすると、前記閉ループアンテナから、変位電流が放射もしくは再放射され、海水中でオーミックロスや渦電流が生じ、誘導結合損の増加とミスマッチの原因となるので、前記両者を非共振状態としあるいは非同調状態とすることが必須となる。【００２５】
ここで、前記閉ループアンテナ７００は周波数の広い範囲で誘導性負荷であり、図１０に例示するように、前記閉ループアンテナ７００の全長が５０ｃｍの場合、周波数が１ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲で、直列抵抗が１Ω以下（図示せず）であるのに対して、誘導性リアクタンスは３Ω〜３２Ωの範囲で変化するので、既存の通信機の送信出力端子を前記閉ループアンテナに直接接続すると、前記閉ループアンテナに十分な誘導電流を駈動することが難しく、しかも送信出力段を破損するなどの問題が生じる。【００２６】
従来の設計理論によれば、前記閉ループアンテナに通信装置を接続する場合には、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスと共振するコンデンサを直列あるいは並列に接続して共振させ、インピーダンス変換トランスなどを介して前記閉ループアンテナの直列抵抗と通信装置の出力抵抗とをマッチングさせ、前記通信装置の出力電力を最少の損失で前記閉ループアンテナに供給するように構成されており、前記閉ループアンテナに供給される電力のほとんどが電磁波信号もしくは変位電流として外部へ放射されあるいは再放射されることになる。【００２７】
前記のように、閉ループアンテナの誘導性リアクタンスとコンデンサの容量性リアクタンスとを共振あるいは同調させた状態とし、前記閉ループアンテナを海水中に潜らせると、放射された電磁波信号が海水中のＮａ＋イオンやＣＬ−イオンなどに変位電流を流し、オーミックロスを生じて減衰し、前記変位電流によって生じる渦電流損によって減衰し、更に前記オーミックロスと渦電流損とのために、前記閉ループアンテナの放射インピーダンスが大きく変化してミスマッチ状態となって減衰し、１００ｋＨｚ以上の電磁波信号はもちろん、１００ｋＨｚ以下の電磁波信号でも海水中から送信できない理由であり本発明の基盤となっている。【００２８】
そこで、海水中において、電磁波信号が減衰する原因が、主に変位電流の放射もしくは再放射によるものであることを確認するために、外径が１ｍｍφの絶縁銅線１０本を撚り合わせて束ね、全長が５０ｃｍ程度である閉ループアンテナを送信側用と受信側用に１対向を試作し、（１）双方ともに同調回路およびマッチング回路を設けて同調状態とし、（２）双方ともに同調回路およびマッチング回路を介さずに非共振、非同調の状態とし、送信側ではアンテナ、送信機、および電池を含めて防水ケースに収納し、受信側ではアンテナ出力をボルテージフォロアによって低インピーダンスに変換した後同軸ケーブルで引き出して別の防水ケースに収納し、塩分濃度が５％の食塩水を満たした小型のプールの中て、送信側と受信側の閉ループアンテナ間の誘導結合損の測定を実施した。【００２９】
前記誘導結合損の測定において、送信側では、送信周波数が３．５ＭＨｚであり、駈動電圧が１Ｖ(rms)の送信出力で前記閉ループアンテナを駈動し、受信側では、前記同軸ケーブルにスペクトルアナライザを接続し、送信側と受信側のアンテナ間の間隔を４０ｃｍ程度とし、（１）双方ともに同調状態とした場合には、大気中では電磁波信号の伝搬損失に相当して緩やかに増加するのに対し、双方の防水ケースが塩水中に有るときには伝搬損失が急激に増大し、完全に不感状態となったのに対し、（２）双方とも非共振、非同調状態とした場合には、双方の防水ケースが大気中に有るときも、双方の防水ケースが塩水中に潜ったときにも、大気中の誘導結合損と変化がなく、特に前記送信側におけるミスマッチも生じないことが確認できた。
上記の結果から、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスと、前記浮遊容量を含む位相調整手段の容量性リアクタンスとを非共振あるいは非同調とし、後者の絶対値を前者の絶対値の０％を超え、９５％以下の範囲内に設定して離調させることで、変位電流が外部へ放射されあるいは再放射されるのを抑制でき、前記閉ループアンテナのＶＳＷＲが海水中において著しく増加するのを抑制でき、磁力波信号の放射効率を改善できることになる。
【００３０】
そこで、前記送信側と受信側の磁力波アンテナが空心であり、前記送信側と受信側との両方の位相調整手段の容量性リアクタンスを限りなく０Ωとし、前記送信側と受信側の磁力波アンテナを非共振あるいは非同調状態とした時、一例として、前記送信側磁力波アンテナと垂直方向に対向する受信側磁力波アンテナから出力される受信入力を以下の手順で算出する。
送信側の磁力波アンテナが非共振あるいは非同調状態のままで、EtSinωtの交流電圧を駈動すると、磁力波アンテナに流れる電流(Ｉt)は、直列抵抗を無視すると、Ｉt=(Et/ωL)Sin(ωt-π/2)となる。【００３１】
前記磁力波アンテナが平行四辺形の場合、距離R(m)離れた地点での磁界の変動dH/dtは、相対する辺の長さが無限長であると仮定すると、アンペールの法則より、
(dH/dt)=[{1/(2π(R-D/2))}-{1/(2π(R+D/2))}](N1*dIt/dt)=[D/(2πR^2)](N1*Et/L)Cos(ωt-π/2)  −−（１）
となる。ここで、D=平行四辺形の磁力波アンテナの相対する辺の間隔、N1=送信側磁力波アンテナの巻き数、R=対向する磁力波アンテナ間の距離、ω=2πfは磁力波信号の角周波数、Ｌ=送信側磁力波アンテナのインダクタンス、Et=駈動電圧、R＞＞Dとする【００３２】
一方、対向する受信側の磁力波アンテナに誘起する起電力(Er)は、ファラデーの電磁誘導の法則より、
Er=[μ(Et/L)(N1*N2*D*S2/2πR^2)] Cos(ωt-π/2) −−（２）
となる。ここで、N2=受信側の磁力波アンテナの巻数、S2=受信側の磁力波アンテナの面積とする。
上記の（２）式に、L=A*N1^2*D^2を代入し、前記起電力を利得が(Gr)のボルテージフォロアによってインピーダンス変換すると、
GｒEｒ= [GrμEt(N1*N2*D*S2/A*N1^2D1^2)/2πR^2] Cos(ωｔ-π/2) −−（３）
がボルテージフォロアから出力される。ここで、A=1.94*10^-6、μ=4π*10^-7とする。【００３３】
前記ボルテージフォロアの出力インピーダンスを受信機の入力インピーダンス50Ωに比較して十分小さく設定し、前記ボルテージフォロアからの出力電圧を、入力インピーダンスが50Ωの受信機で受信すると、受信入力（Pr）は、
Pr={[GrμEt(N2*S2/A*N1*D)/2πR^2]^2/50} −−（４）
となる。
上記の式（４）から、受信入力(Pr)は、垂直方向に対向する磁力波アンテナ間の距離の四乗に反比例して１２ｄＢ／ｏｃｔの割合で減少するが、磁力波信号の周波数に関係なく一定の値となり、広帯域の磁力波通信が可能であり、狭帯域から広帯域までの任意の帯域幅のベースバンド信号を含む磁力波信号として、直接放射しあるいは搬送波を変調して放射することが可能であることを示し、試作セットを用いた通信実験でも確認している。【００３４】
例えば、磁力波信号の周波数が1kHzであり、送信側と受信側の閉ループアンテナの双方がともに、１辺が1mの正方形であり、50回巻であり、空心であり、誘導性リアクタンスが約30Ωであり、インダクタンスが約5mHであり、送信側駈動電圧が100Vrmsであり、Gr≒1の場合、送信側と受信側の閉ループアンテナの距離が10mとすると、前記（４）式から受信入力(Pr)を求めると、  Pr≒-36dBW=-6dBm となり、R=10mでは-6dBm、R=100mでは-46dBm、R=1000mでは-86dBmとなり、半径1000mの範囲で相互間の通信が可能となる。
しかし、送受アンテナがお互いに垂直方向に対向している場合、送受アンテナ相互間で交差する磁力線の経路長が、距離の増加とともに急激に長くなり、渦電流による誘導結合損が急激に増加するため、受信入力が急激に低下する問題点があり、かつ前記誘導結合損の増加は磁力波信号の周波数が高くなる程顕著であり、磁力波信号の周波数を高くするには限界があることになる。【００３５】
また、前記磁力波アンテナ磁性体の周辺に形成され、その誘導性リアクタンスと浮遊容量を含む位相調整手段の容量性リアクタンスとが非共振あるいは非同調状態とした時、垂直方向に対向する受信側の受信入力(Pr)は、
Pr={[GrμEt(μe2*N2*S2/A*μe1*N1*S1)/2πR^2]^2/(50)} −−（５）
のとおりとなる。ここで、S1=送信側磁力波アンテナの面積とする。
一方、前記送信側磁力波アンテナと受信側磁力波アンテナとを水平方向に対向させる場合には、受信入力(Pr)は、
Pr={[GrμEt(μe2*S2*N2/A*μe1*N1*S1)/2πR^3)]^2/(50)} −−（６）
の通りとなる。【００３６】
上記の式（６）より、受信入力(Pr)は、水平方向に対向する磁力波アンテナ間の距離の六乗に反比例して１８ｄＢ／ｏｃｔの割合で減少するが、相互間で交差する磁力線の経路長が磁力波アンテナ間の距離と同じであり、渦電流の発生が抑制されるため、距離の増加によって誘導結合損が急激に増加しなくなるメリットが得られることから、水平方向に対向させる方が長距離での通信に有利である。
また、前記閉ループアンテナの受信時もしくは受信側の磁性体の実効透磁率が送信時もしくは送信側の磁性体の実効透磁率より大きく、前記閉ループアンテナの受信時もしくは受信側の巻数が送信時もしくは送信側の巻数より多く、前記閉ループアンテナの受信時もしくは受信側の面積が送信時もしくは送信側の面積より広く、前記閉ループアンテナの受信時もしくは受信側の対向する２辺の間隔が送信時もしくは送信側の対向する２辺の間隔より長く、あるいはこれらの組合せによって、通信可能なエリアを拡大できるメリットが得られる。【００３７】
また、単一の送信側磁力波アンテナに対して複数の受信側磁力波アンテナが対向している場合、前記複数の受信側磁力波アンテナの一部が前記単一の送信側磁力波アンテナと垂直方向に対向し、前記複数の受信側磁力波アンテナの残りが前記単一の送信側磁力波アンテナと水平方向に対向することによって、通信可能なエリアを拡大できるメリットが得られる。
また、単一の受信側磁力波アンテナに対して複数の送信側磁力波アンテナが対向している場合にも、前記複数の送信側磁力波アンテナの一部が前記単一の受信側磁力波アンテナと垂直方向に対向し、前記複数の送信側磁力波アンテナの残りが前記単一の受信側磁力波アンテナと水平方向に対向することによって、通信可能なエリアを拡大できるメリットが得られる。
また、前記磁力波アンテナが相手側磁力波アンテナと対向している場合、対向している方向の反対側に、アルミ板などの非磁性体の金属板を反射板として配置することで、渦電流が生じ、前記磁力波アンテナから反対方向に放射される磁力線を反射させることで、指向性アンテナを実現できる。
【００３８】
図４は、本発明の第１の実施形態における磁力波信号駈動手段の構成図であり、７１０は磁力波信号駈動手段、７１４ｂは送受切替接続端子、７１５ａ（緩衝増幅）、７１５ｂ（位相反転増幅）は電力増幅手段、７１３ａはベースバンド信号接続端子であり、全体で、少なくとも、プッシュプル型増幅器、ハーフブリッジ型増幅回路、あるいはフルブリッジ型増幅回路などを構成している。
ここで、前記電力増幅手段にはＭＯＳＦＥＴ型トランジスタが用いられ、平衡型であり、比較的に歪が少なく、低い出力インピーダンスであり、あるいは電源電圧を高圧にすることで、前記閉ループアンテナに大きな誘導電流を破損することなく駆動することができる。
また、前記電力増幅手段には、入力されたベースバンド信号によって、搬送波を変調し、符号化し、スペクトル拡散し、あるいはこれらの組合せを行う機能が含まれるものとする。
なお、商用電源を直接駆動する場合には、前記電力増幅手段を省略できるので安価となり、経済化が図れる。
【００３９】
図５は、本発明の第１の実施形態における磁力波信号駈動手段の他の構成図であり、７１０は磁力波信号駈動手段、７１４ｂは送受切替接続端子、７１５ａ、７１５ｂは電力増幅手段、７１６ａ、７１６ｂは伝送線路トランスあるいは伝送線路的トランス、７１３ａはベースバンド信号接続端子であり、全体でプッシュプル型増幅器、ハーフブリッジ型増幅回路、あるいはフルブリッジ型増幅回路などを構成している。【００４０】
ここで、前記電力増幅手段にはＭＯＳＦＥＴ型トランジスタを用い、平衡型とし、低歪であり、低出力インピーダンスとし、出力側の伝送線路トランスあるいは伝送線路的トランス７１６ｂを昇圧トランスとし、電源電圧を高圧とし、大容量のＭＯＳＦＥＴトランジスタを用い、あるいはこれらの組合せによって、前記閉ループアンテナにより大きな誘導電流、伝導電流、あるいは磁力波信号を破損することなく駆動することが可能となり、前記（４）式の受信入力Prを増大できる。
あるいは、伝送線路トランス７１６ｂの出力側巻線を閉ループアンテナに置換えることにより、大きな磁力波電流を直接駈動することができる。
また、前記電力増幅手段には、入力されたベースバンド信号を直接増幅し、あるいは搬送波を変調し、符号化し、スペクトル拡散し、あるいはこれらの組合せを行った後増幅する機能が含まれるものとする。
なお、商用電源を直接駆動する場合には、前記電力増幅手段を省略できるので安価となり、経済化が図られる。
【００４１】
図６は、本発明の第１の実施形態における誘起起電力受信手段の構成図であり、７１１は誘起起電力受信手段、７１３ｂはベースバンド信号接続端子、７１４ｃは送受切替接続端子、７１６ｃは伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランス、７１７はボルテージフォロアなどのインピーダンス変換手段を含む低雑音増幅手段である。
前記磁力波アンテナからの誘起起電力が誘起起電力受信手段側に切替えられると、伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランス７１６ｃによって昇圧され、ボルテージフォロアによってインピーダンス変換され、低雑音増幅手段によって増幅され、検波・復調され、復号化され、あるいはこれらの組合せが行われ、所要のレベルにまで増幅し、ベースバンド信号として次段のベースバンド信号送受信手段に送られる。【００４２】
ここで、前記磁力波アンテナによって寄生振動が生じ、前記伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランスによって寄生振動が生じ、前記低雑音増幅手段によって寄生振動が生じ、あるいはこれらの組合せによる寄生振動が生じる場合には、前記閉ループアンテナ、前記トランス、前記低雑音増幅手段、あるいはこれらの組合せに寄生振動抑制手段を追加する必要がある。
また、前記磁力波アンテナから生じる熱雑音は、直列抵抗によるものであり、誘導性リアクタンスからは生じないことから、前記ボルテージフォロアによりインピーダンス変換を行うことで、前記ボルテージフォロアから出力される熱雑音は、前記直列抵抗により生じるものとなる。【００４３】
また、前記ボルテージフォロアから出力される熱雑音には前記伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランスによる熱雑音が付加されるとともに、内部の浮遊容量が付加されて共振状態が生ずるため、少なくとも、実効透磁率が高いトロイダルコアを用い、前記伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランスの巻数を減らし、前記熱雑音と浮遊容量とを軽減するための対策が必要となる。
また、前記伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランスを用いる代わりに、受信時もしくは受信側の磁力波アンテナの、巻数を増やし、磁性体の実効比透磁率を大きくし、面積を広くし、あるいはこれらを組み合わせることによって同様な効果が得られる。
また、磁力波信号の周波数が１ＭＨｚを超える場合には、前記磁力波アンテナを含む、電子・機構部品、電子回路、構成、構造、あるいはこれらの組合せについて、前記熱雑音と浮遊容量とを軽減するための対策が必要である。
【００４４】
また、図１〜図６に示すように、変動磁界によって誘導結合する磁力波信号を用い、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を、近距離間から中距離間での無線通信を可能に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において、前記磁力波アンテナが、少なくとも、閉ループアンテナと、磁力波信号送受信手段とから構成され、
【００４５】
前記閉ループアンテナが、少なくとも、電磁波信号を送信時に外部へ放射しあるいは受信時に外部へ再放射するのを抑制し、かつ磁力波信号を効率よく外部へ放射しあるいは外部から受信するための構造、構成、形状、特性、あるいはこれらの組合せを有し、
前記磁力波信号送受信手段が、少なくとも、位相調整手段、寄生振動抑制手段、送受切替手段、磁力波信号駈動手段、誘起起電力受信手段、あるいはこれらの組合せを有し、
前記位相調整手段が、自己の容量性リアクタンスの他に、浮遊容量による容量性リアクタンスを含み、【００４６】
前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスと、前記浮遊容量を含む位相調整手段の容量性リアクタンスとを、非共振状態としあるいは非同調状態とすることによって、前記電磁波信号の放射もしくは再放射を抑制し、かつ前記磁力波アンテナの広帯域化を可能とし、帯域幅が数Ｈｚ以下である狭帯域から、帯域幅の下限と上限との周波数比が１０倍以上の広帯域までの、任意の帯域幅のベースバンド信号を含む磁力波信号として送信し、受信し、あるいはこれらを交互に行うことによって、近距離間から中距離間での磁力波通信を可能にする。【００４７】
また、図１〜図６に示すように、前記磁力波アンテナおよびそれを用いる磁力波通信装置が、少なくとも、閉ループアンテナと、磁力波信号送信手段とから構成され、前記閉ループアンテナが、少なくとも、磁力波信号を効率よく外部へ放射するための構造、構成、形状、特性、あるいはこれらの組合せを有し、かつ前記磁力波信号送信手段が、少なくとも、位相調整手段、寄生振動抑制手段、磁力波信号駈動手段、あるいはこれらの組合せを有し、前記位相調整手段が、自己の容量性リアクタンスの他に、浮遊容量による容量性リアクタンスを含み、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスと、前記浮遊容量を含む位相調整手段の容量性リアクタンスとを、非共振状態としあるいは非同調状態とすることによって、前記閉ループアンテナから放射される変位電流を抑制し、前記閉ループアンテナの周辺で前記変位電流によって生じるオーミックロスと渦電流損とに基づく前記閉ループアンテナのミスマッチとを抑制することによって、前記誘導経路中において、数Ｈｚ以下から２０ＭＨｚを超える任意の周波数領域で、前記磁力波信号を効率よく外部へ放射できる。
【００４８】
また、図１〜図６に示すように、前記浮遊容量を含む位相調整手段の容量性リアクタンスの絶対値を、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスの絶対値の０％を超え、９５％以下の範囲内に設定することによって、海水中において生じる前記閉ループアンテナの著しいミスマッチを抑制し、前記磁力波アンテナの利得と帯域特性とを調整する。
また、図１〜図６に示すように、前記ベースバンド信号が、０．３ｋＨｚ〜３ｋＨｚのアナログ音声信号であり、パルス幅変調（ＰＷＭ）されたデジタル音声信号であり、分析合成符号化アルゴリズムにより０．６ｋｂｐｓ〜４．８ｋｂｐｓに帯域圧縮されたデジタル音声信号であり、その他の符号化アルゴリズムによるデジタル音声信号であり、あるいはこれらの組合せであり、かつ、前記磁力波信号駈動手段により直接増幅し、搬送波を変調して増幅し、あるいはこれらの組合せで増幅し、前記閉ループアンテナを駆動する。
【００４９】
また、図１〜図６に示すように、前記磁力波信号駈動手段が、少なくとも、位相調整手段、伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランス、プッシュプル増幅手段、ハーフブリッジ型電力増幅手段、フルブリッジ型電力増幅手段、ＤＣ−ＡＣ変換手段、ＡＣ−ＡＣ変換手段、アナログ信号増幅手段、低出力インピーダンス増幅手段、無効電流駈動手段、変調手段、符号化手段、あるいはこれらの組合せを含む。
また、図１〜図６に示すように、前記磁力波信号増幅手段の出力側トランスを前記閉ループアンテナに置換えることによって、磁力波信号を直接駈動する。
【００５０】
また、図１〜図６に示すように、前記誘起起電力受信手段が、少なくとも、位相調整手段、伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランス、インピーダンス変換手段、低雑音増幅手段、中間周波増幅手段、検波・復調手段、復号化手段、位相等価手段、あるいはこれらの組合せを含む。
また、図１〜図６に示すように、前記インピーダンス変換手段の入力インピーダンスが前記閉ループアンテナの出力インピーダンスより大きく、前記インピーダンス変換手段の入力インピーダンスが前記伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランスの出力インピーダンスより大きく、前記インピーダンス変換手段の出力インピーダンスが受信機の入力インピーダンスより小さく、前記低雑音増幅器の出力インピーダンスが受信機の入力インピーダンスより小さく、あるいはこれらの組合せである。
【００５１】
また、図１〜図６に示すように、前記組合せによる誘導経路中において、前記閉ループアンテナの、直列抵抗が変化し、誘導性リアクタンスが変化し、電気特性が変化し、ＶＳＷＲが変化し、放射効率が変化し、あるいはこれらの組合せが変化するのを抑制するために、前記閉ループアンテナを、離調抑制手段の内部に収納し、マグネチックループアンテナとし、シールドループアンテナとし、特に小型の場合には絶縁物によりコーティングし、あるいはこれらを組合せる。
また、図１〜図６に示すように、前記寄生振動抑制手段を、前記閉ループアンテナと、前記位相調整手段と、前記磁力波信号駈動手段の出力端子と、前記誘起起電力受信手段の入力接続端子と、前記インピーダンス変換手段の入力接続端子と、前記伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランスと、あるいはこれらの組合せと、並列あるいは直列に接続することによって、不要な寄生振動を抑制する。
【００５２】
また、図１〜図６に示すように、前記磁力波信号送受信手段、ベースバンド信号送受信手段、あるいはこれらの両方が、少なくとも、前記磁力波信号が前記誘導経路中において誘導結合する際に生じる誘導結合損の増加を、予測し、検知し、抑制し、あるいはこれらの組合せを行うための誘導結合損検知手段を有する。
また、図１〜図６に示すように、前記誘導結合損検知手段が、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスの変化を検知し、前記閉ループアンテナの周辺の海水の導電度を検知し、前記閉ループアンテナの周辺の海水のイオン濃度を検知し、前記誘導経路中の通信品質を検知し、あるいはこれらの組合せを検知することによって、前記誘導結合損の変化を検知する。
【００５３】
また、図１〜図６に示すように、前記閉ループアンテナが複数組設けられ、少なくとも、相互間で絶縁され、相互間で撚り合され、個別の長さであり、個別の形状であり、個別の角度であり、個別の間隔であり、あるいはこれらの組合せであり、かつ前記複数組の閉ループアンテナが、並列に接続され、直列に接続され、伝送線路的に接続され、あるいはこれらの組合せで接続される。
また、図１〜図６に示すように、前記複数組の閉ループアンテナの各組ごとに磁力波信号送受信手段を接続して複数組の入出力端子とし、少なくとも、前記複数組の入出力端子を、並列に接続し、同相に駈動するよう接続し、逆相に駆動するよう接続し、電力合成・分配手段を介して接続し、減衰・増幅手段を介して接続し、移相手段を介して接続し、あるいはこれらを組合せて接続することによって、要求される低インピーダンス特性、要求される指向性、要求される指向性ビーム幅、要求される周波数領域、要求される帯域幅、要求される利得、あるいはこれらの組合せを実現する。
【００５４】
また、図１〜図６に示すように、前記誘導経路中あるいは誘導経路の周辺に存在し、かつ、導電物質であり、磁性体であり、渦電流が生じる物質であり、あるいはこれらの組合せによる物質であり、前記物質が面状あるいは板状の場合には前記閉ループアンテナから前記物質に向けて水平方向もしくは並行する方向に磁力線を放出し、前記物質が液状の場合には前記閉ループアンテナから対向する閉ループアンテナに向けて可能な限り最短距離で磁力線が交差するよう放出し、あるいはこれらの組合せによって磁力線を放出する。
また、図１〜図６に示すように、前記閉ループアンテナが磁性体に近接して設けられた単巻あるいは複数巻のソレノイドコイルであり、かつ、変位電流の放射もしくは再放射を抑制する構造であり、構成であり、特性であり、あるいはこれらの組合せであり、かつ、変動磁界を効率よく放射する構造であり、構成であり、特性であり、あるいはこれらの組合せである。
【００５５】
また、図１〜図６に示すように、前記磁性体が、少なくとも、棒状であり、多角形であり、内部に空洞があり、複数本で構成され、前記複数本がクロスして配置され、あるいはこれらの組合せであり、かつ、前記ソレノイドコイルが、少なくとも、単層巻であり、多層巻であり、ポリファイラ巻であり、リッツ線であり、あるいはこれらの組合せである。
また、図１〜図６に示すように、前記磁力波信号送受信手段の一部あるいは全部が前記磁性体の内部の空洞部分に収納され、前記閉ループアンテナが前記磁性体の外部あるいは外周部に近接して設けられる。
【００５６】
図７は本発明の第１の実施形態における磁力波アンテナの他の構成図を示し、６０５は電磁界シールド（断面図を示す）、６１０は移相手段、６０７は入出力コネクタ、７００ａ〜７００ｄは閉ループアンテナ、７０１は離調抑制手段を含むレドームである。
ここで、前記複数組の閉ループアンテナ７００ａ〜７００ｄを各組個別の角度（図中ではお互いに直交する）で配置し、各組ごとに前記移相手段６１０を介し、前記入出力コネクタ６０７に接続して、回転磁力波アンテナを構成する。
また、前記離調抑制手段を含むレドーム７０１は、少なくとも、閉ループアンテナ７００ａ〜７００ｄから垂直方向に放射される磁力波信号を減衰させず、効率よく透過させるための材質および構造を有するものとする。
【００５７】
また、閉ループアンテナ７００ａ〜７００ｄをレドーム７０１と垂直に設置しているが、水平あるいは任意の角度で設置しても同様な効果が得られる。
なお、前記磁力波アンテナが右回転しあるいは左回転する磁力波信号を放射することによって、前記誘導経路中に存在するＮａ＋イオンやＣＬ−イオン、微量な金属イオン、自由電子、あるいはこれらの組合せによって引き起こされる誘導結合損の増加を軽減し、かつ前記磁力波信号によって渦電流損を生じる導電物体を確実に検知することが期待される。
また、図１〜図７に示すように、前記複数組の閉ループアンテナが、各組毎に、前記移相手段に接続され、少なくとも、前記複数組の閉ループアンテナを蔽うレドームを通して、回転磁力波信号を効率よく外部へ放射する。
【００５８】
また、図１〜図７に示すように、前記複数組の閉ループアンテナを、レドームに対して垂直方向に配置し、レドームに対して水平方向に配置し、レドームに対して円錐状あるいは逆円錐状に配置し、あるいはこれらの組合せにより配置し、かつ、前記複数組の閉ループアンテナの、指向性ビーム幅を制御し、指向性ビームの方向を制御し、指向性ビームの放射角を制御し、あるいはこれらの組合わせをアダプテイブに制御する回転磁力波アンテナを実現する。
また、図１〜図７に示すように、前記閉ループアンテナから放射された回転磁力波信号が、前記誘導経路中に存在する導電物体によって渦電流を生じて反射され、前記反射された逆回転する回転磁力波信号を受信することで、誘導経路中に存在する導電物体を探知する。
また、図１〜図７に示すように、前記回転磁力波信号を放射するための複数組の閉ループアンテナと、前記逆回転する磁力波信号を受信するための複数組の閉ループアンテナとを、間隔を置いて同一方向に向けて設置する。
【００５９】
図８は本発明の第１の実施形態における磁力波アンテナの他の構成図を示し、７００ａ〜７００ｆは閉ループアンテナ、７０１は離調抑制手段を含むレドーム、７０８ａ〜７０８ｆは磁力波信号送受信手段（図示せず）である。
ここで、前記複数組の閉ループアンテナ７００ａ〜７００ｆをお互いに絶縁してアレイ状に配置し、各組毎に、少なくとも、前記磁力波信号送受信手７０８ａ〜７０８ｆを接続し、電力合成・分配手段を接続し、減衰・増幅手段を接続し、移相手段を接続し、あるいはこれらの組み合わせを接続してアダプテイブアレイアンテナを構成し、要求される指向性、要求される指向性ビーム幅、要求される周波数領域、要求される帯域幅、要求されるアンテナ利得、あるいはこれらの組合せを実現する。【００６０】
また、閉ループアンテナ７００ａ〜７００ｆをレドーム７０１と水平に設置しているが、垂直あるいは任意の角度で設置しても同様な効果が得られる。
また、図１〜図８に示すように、前記複数組の閉ループアンテナがレドームに対して垂直方向、水平方向、あるいはこれらの組合せで配置され、各組ごとに、少なくとも、磁力波信号送受信手段を接続し、電力合成・分配手段を接続し、減衰・増幅手段を接続し、移相手段を接続し、あるいはこれらの組み合わせを接続し、かつ、前記複数組の閉ループアンテナの、指向性ビーム幅を制御し、指向性ビームの方向を制御し、指向性ビームの放射角を制御し、あるいはこれらの組合わせをアダプテイブに制御する磁力波アダプテイブアレイアンテナを実現する。
また、図１〜図８に示すように、前記複数組の閉ループアンテナが、海上を航行しあるいは海水中を潜航する移動体の形状に合わせてアレイ状に設置される。
【００６１】
図９は本発明の第１の実施形態における磁力波アンテナの他の構成図を示し、７００ａ〜７００ｃは閉ループアンテナ、７０８ａ〜７０８ｃは磁力波送受信手段（図示せず）、７０９ａ〜７０９ｃはバースバンド信号送受信手段（図示せず９、６０５ａ〜６０５ｃはで電磁界シールド（図示せず）、７１８ａ〜７１８ｃは離調抑制手段である。
ここで、前記閉ループアンテナ７００ａと、前記閉ループアンテナ７００ｂおよび７００ｃとはお互いに水平方向に対向しており、両者間の距離が変化すると、磁力波送受信手段７００ａ〜７００ｃへの受信入力は１２ｄＢ／ｏｃｔの割合で変化する。【００６２】
一方、前記閉ループアンテナ７００ｂと、前記閉ループアンテナ７００ｃとはお互いに垂直方向に対向しており、両者間の距離が変化すると、磁力波送受信手段７００ｂ〜７００ｃへの受信入力は１８ｄＢ／ｏｃｔの割合で変化する。
例えば、閉ループアンテナ７００ａが海洋上の移動局に搭載され、閉ループアンテナ７００ｂおよび７００ｃが海水中の複数の移動局として携帯されあるいは搭載されていると、海洋上の移動局と海水中の複数の移動局との距離は数ｋｍまで延長されるが、海水中の複数の移動局間では、閉ループアンテナが垂直方向に対向するため、相互間で誘導結合する磁力線の経路長が、距離の増加とともに急激に増加し、渦電流損が増加するためであり、通信可能な距離が数１００ｍに制限されることになるので、システム構築の際には注意を要する。
【００６３】
図１０は本発明の第１の実施形態における閉ループアンテナの誘導性リアクタンスの特性例を示す。
ここで、外径が１ｍｍφの絶縁銅線１０本を束ね、全長が５０ｃｍの閉ループアンテナを用い、周波数を変化させて測定した誘導性リアクタンスの値であり、前記誘導性リアクタンスが周波数の増加とともにほぼ比例して増加していることが分かる。
従来の設計理論によれば、前記閉ループアンテナから電磁波信号を効率よく放射させるために、同調用コンデンサを用いた共振回路を設け、前記誘導性リアクタンスと共振させ、マッチング回路を設けて通信機と接続する方法が採られていた。【００６４】
従来の方法を採用すると、前記閉ループアンテナに変位電流が流れ、変位電流が外部へ放射され、あるいは外部へ再放射されるため、海水中のＮａ＋イオンやＣＬ−イオンによって、オーミックロスが発生し、渦電流損が発生し、前記オーミックロスと渦電流損のために、アンテナ間の電磁波信号の伝搬損が増加し、アンテナの同調とマッチングが崩れ、ＶＳＷＲが大きくなり、大きなマッチング損が生じる問題点がある。
本発明では、上記の問題点を解決するための方法として、前記閉ループアンテナの誘導性リアクタンスと位相調整手段の容量性リアクタンスとを共振させず非共振のままとし、前記閉ループアンテナに誘導性負荷電流を直接駆動し、前記閉ループアンテナから放射されあるいは再放射される変位電流を許容値以下に抑制する方法を採用する。
【００６５】
図１１は本発明の第１の実施形態における磁力波信号の誘導結合損の特性例を示す。ここで、大気中における電磁波信号の伝搬損と、大気中あるいは海水中における磁力波信号の誘導結合損とを比較すると、大気中の電磁波信号の伝搬損が距離の二乗に比例して６ｄＢ／ｏｃｔで増加するのに対して、磁力波信号の誘導結合損が、前記送信側磁力波アンテナと受信側磁力波アンテナとが垂直方向に対向している場合には距離の四乗に比例して１２ｄＢ／ｏｃｔで増加し、あるいは前記送信側磁力波アンテナと受信側磁力波アンテナとが水平方向に対向している場合には距離の六乗に比例して１８ｄＢ／ｏｃｔで増加するので、この点では電磁波信号の伝搬損の増加の方が緩やかであり、遠距離間通信には有利であることが分かる。【００６６】
一方、海水中での電磁波信号の伝搬損と、大気中あるいは海水中での磁力波信号の誘導結合損とを比較すると、電磁波信号の伝搬損が１ＭＨｚ帯において約１００ｄＢ／ｍと急激であるのに比較して、磁力波信号の誘導結合損が１２ｄＢ／ｏｃｔあるいは１８ｄＢ／ｏｃｔと緩やかに減衰するので、海水中においては、変動磁界の誘導結合を用いる磁力波信号の方が俄然有利となり、近距離間から中距離間の無線通信が可能となる。
更に、前記磁力波信号を用いると、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、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にする。【００６７】
しかしながら、天然の海水中（特に港湾内等金属イオン濃度の濃いエリア、あるいは周辺に金属物体が存在するエリア）では、誘導結合損が変動し、あるいはより大きな誘導結合損を生じる場合があることから、適応型閉ループアンテナを設け、適応型磁力波信号送受信手段を設け、適応型ベースバンド信号送受信手段を設け、あるいはこれらの組合せを設け、自局、相手局、あるいは両局において、少なくとも、前記閉ループアンテナのパラメータ、前記磁力波信号のパラメータ、前記磁力波通信のパラメータ、あるいはこれらの組合せをアダプティブに制御し、変更し、あるいは切替える必要がある。なお、前記アダプティブ制御には、ダイバーシテイ制御を含むものとする。【００６８】
また、前述のように、前記閉ループアンテナから放射されあるいは再放射される変位電流によって生じるオーミックロスと渦電流損によるミスマッチのために、前記閉ループアンテナに著しいミスマッチが起こり、従来から電磁波信号でも通信が可能とされていた１００ｋＨｚ以下の周波数領域において、海水中で電磁波信号を送信することが不可能であるのに対して、本発明の磁力波アンテナでは、数Ｈｚ以下の低周波の領域から２０ＭＨｚを超える任意の周波数領域で、しかも海水中において、効率よく磁力波信号を外部へ放射（送信）することが可能となり、広範囲の実用性が期待できる。
【００６９】
以上の説明では、主に、前記閉ループアンテナの周辺にＮａ＋イオンやＣＬ−イオンなどが存在する場合の影響と対策とについて述べたが、図１〜図９に示すように、前記閉ループアンテナが、少なくとも、磁力波信号送信手段を介してベースバンド信号送信手段に接続され、磁力波信号受信手段を介してベースバンド信号受信手段に接続され、磁力波信号送受信手段を介してベースバンド信号送受信手段に接続され、あるいはこれらの組合せで接続され、かつ、固定局、中継局、移動端末、携帯端末、小型のＲＦＩＤタグ、あるいはこれらの組合せを構成し、かつ、真水中、海水中、大気中、地中、あるいはこれらの組合せによる誘導経路中おいて、単方向通信、双方向通信、固体識別、個体管理、地点情報管理、地殻変動調査、導電体物質探査、海洋資源探査、あるいはこれらの組合せのために用いられる。
【００７０】
また、図１〜図９に示すように、前記磁力波通信が、少なくとも、スペクトル拡散通信であり、秘匿通信であり、海水中での通信であり、等価帯域幅が数Ｈｚ以下の狭帯域通信であり、帯域幅の下限と上限との周波数比が１０倍以上の広帯域通信であり、近距離間から中距離間の通信であり、あるいはこれらの組合せによる通信である。
また、図１〜図９に示すように、前記磁力波信号が自然界には存在しにくいベースバンド信号で構成され、受信側において受信した前記ベースバンド信号の伝搬特性の変化を測定することによって、前記誘導経路中で生じる、地震、海底火山の噴火、津波、物体の移動、生物の移動、あるいはこれらの組合せを検知する。
また、図１〜図９に示すように、前記磁力波アンテナが、ワイヤレス給電装置の送信側アンテナとして用いられ、ワイヤレス給電装置の受信側アンテナとして用いられ、磁力波通信手段が付加されて用いられ、あるいはこれらの組合せで用いられる。
【００７１】
また、図１〜図９に示すように、前記送信側の磁力波アンテナでは、少なくとも、商用電源から直接駈動し、商用電源からトランスを介して駈動し、複数の閉ループアンテナをメッシュ状に配置して駈動し、位相調整手段を接続して駈動し、実効比透磁率が１０以上の磁性体に近接して駈動し、前記受信側の磁力波アンテナでは、少なくとも、巻き数を送信側の巻数より多くし、実効比透磁率を送信側の実効比透磁率より大きくし、対向する面積を送信側が対向する面積より狭くし、あるいはこれらを組合せる。
また、請求項３０に示すように、前記誘導経路中において生じる誘導結合損の増加を軽減するために、適応型閉ループアンテナを設け、適応型磁力波信号送受信手段を設け、適応型ベースバンド信号送受信手段を設け、あるいはこれらの組合せを設け、自局、相手局、あるいは両局において、少なくとも、前記閉ループアンテナのパラメータ、前記磁力波信号のパラメータ、前記磁力波通信のパラメータ、前記磁力波通信装置のパラメータ、あるいはこれらの組合せをアダプティブに制御し、変更し、あるいは切替えることで、信頼性の高い磁力波通信を可能とする。
【００７２】
また、図１〜図９に示すように、前記閉ループアンテナの受信時もしくは受信側の磁性体の実効透磁率が送信時もしくは送信側の磁性体の実効透磁率より大きく、前記閉ループアンテナの受信時もしくは受信側の巻数が送信時もしくは送信側の巻数より多く、前記閉ループアンテナの受信時もしくは受信側の面積が送信時もしくは送信側の面積より広いく、前記閉ループアンテナの受信時もしくは受信側の対向する２辺の間隔が送信時もしくは送信側の対向する２辺の間隔より広く、あるいはこれらの組合せである。
また、請求項３２に示すように、複数の送信側磁力波アンテナの一部あるいは全部と複数の受信側磁力波アンテナの一部あるいは全部とが垂直方向に対向し、前記複数の送信側磁力波アンテナの一部あるいは全部と前記複数の受信側磁力波アンテナの一部あるいは全部とが水平方向に対向し、あるいはこれらの組合せにより対向することでエリア拡大のメリットが得られる。
【００７３】
また、図１〜図９に示すように、前記磁力波アンテナが、海洋上の船舶やブイなどの移動体と、海水中の潜航船やダイバーなどの複数の移動体とに搭載され、前記海洋上の移動体に搭載された磁力波アンテナと、前記海水中の複数の移動体に搭載された磁力波アンテナとが相互間で水平方向に対向し、前記複数の移動体に搭載された磁力波アンテナが相互間で垂直方向に対向することで、海洋上の移動体において全ての通信がモニタされ、移動体相互間の通話が円滑に行われる。
また、図１〜図９に示すように、前記磁力波アンテナが相手側磁力波アンテナと対向している場合、対向している方向の反対側に非磁性体の金属板を配置することで渦電流が生じ、前記磁力波アンテナから反対方向に放射される磁力線を反射させることで、指向性アンテナを実現する。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は上記のように構成されているため、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、磁力波信号を利用することによって、近距離間から中距離間であり、数Ｈｚ以下から２０ＭＨｚを超える任意の周波数領域であり、かつ狭帯域から広帯域までの任意の帯域幅の磁力波信号による磁力波通信装置が安価に実現できることから、実用的価値が高いものである。【００７５】
また、本発明は、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、潜航艇あるいは海中ロボットとの通信・遠隔制御装置、水難者あるいは遭難者の探索装置、測深機、魚群探知機、海底探査機、金属探知機、あるいはワイヤレス電力給電装置などの広範囲な適用が可能である。
【符号の説明】
【００７６】
６００ａ〜６００ｂ              短ループアンテナ
６０１ａ、６０１ｂ              電界シールド
６０３ａ、６０３ｂ              インピーダンス変換トランス
６０４ａ、６０４ｂ              インピーダンス整合コンデンサ
６０５ａ、６０５ｂ              電磁界シールド
６０６ａ、６０６ｂ              入出力コネクタ
６０７                          入力コネクタ
６１０                          移相手段
６１２                          距離（Ｒ）【００７７】
７００、７００ａ〜７００ｆ      閉ループアンテナ
７０１                          レドーム
７０４                          浮遊容量を含む位相調整手段（可変もしくは半固定を含む）
７０５                          ダンピング手段
７０６                          送受切替手段
７０７                          磁性体
７０８、７０８ａ〜７０８ｆ      磁力波信号送受信手段
７０９                          ベースバンド信号送受信手段
７１０                          磁力波信号駈動手段【００７８】
７１１                          誘起起電力受信手段
７１２、７１２ａ、７１２ｂ      閉ループアンテナ接続端子
７１３、７１３ａ、７１３ｂ      ベースバンド信号接続端子
７１４                          送受信切替接続端子
７１５、７１５ａ、７１５ｂ      電力増幅手段
７１６、７１６ａ〜７１６ｃ      伝送線路トランスもしくは伝送線路的トランス
７１７                          インピーダンス変換手段を含む低雑音増幅手段
７１８                          離調抑制手段
【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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