(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ通信と電力伝送とをするワイヤレス通信システムであって、
無線周波数識別情報（ＲＦＩＤ）リーダである第１のデバイスであって、
ワイヤレス電力伝送器と、
第１のワイヤレスデータ通信部と、
約１波長の周囲長さを有する第１のループ導電体と、互いに絶縁された第１と第２の信号給電点であって、前記第１のループ導電体に沿って配置され、前記第１のループ導電体の周囲長さの１／４だけ離間した第１と第２の絶縁信号給電点とを有する第１の二重偏波ループアンテナとを有し、
前記ワイヤレス電力伝送器は、前記第１の絶縁信号給電点に結合し、第１の偏波を有する電力信号を送信し、前記ワイヤレスデータ通信部は、前記第２の絶縁信号給電点に結合し、第２の偏波を有するデータ信号を用いて通信する第１のデバイスと、
前記第１のデバイスと通信する、ＲＦＩＤタグである第２のデバイスであって、
約１波長の周囲長さを有する第２のループ導電体と、互いに絶縁された第１と第２の信号給電点であって、前記第２のループ導電体に沿って配置され、前記第２のループ導電体の周囲長さの１／４だけ離間した第１と第２の絶縁信号給電点とを有する第２の二重偏波ループアンテナと、
前記第２の二重偏波ループアンテナの第２の絶縁信号給電点に結合され、第２の偏波を有するデータ信号を用いて、前記第１のデバイスの前記ワイヤレスデータ通信部と通信する第２のワイヤレスデータ通信部と、
前記第２の二重偏波ループアンテナの第１の絶縁信号給電点に結合され、前記第１のデバイスの前記ワイヤレス電力伝送器から、前記第１の偏波を有する電力信号を受信し、前記第２のデバイスに電力を供給するワイヤレス電力受信器とを有する第２のデバイスとを有するワイヤレス通信システム。
【請求項２】
前記第１と第２の二重偏波ループアンテナは、前記第１と第２のデバイスの間に、同時に、データ通信と電力伝送を提供する、請求項１に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項３】
前記第１と第２の二重偏波ループアンテナの前記第１と第２の絶縁信号給電点は、前記第１と第２のループ導電体における不連続性を画定する、請求項１に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項４】
前記第１と第２の二重偏波ループアンテナは、二重直線偏波ループアンテナを含む、請求項１に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項５】
前記第１の二重偏波ループアンテナのループ導電体に沿った前記第１と第２の絶縁信号給電点は、信号給電点位相角入力差が０°で動作する、請求項１に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項６】
ＲＦＩＤリーダである第１のワイヤレス通信デバイスとＲＦＩＤタグである第２のワイヤレス通信デバイスとの間におけるデータ通信と電力伝送とをする方法であって、
前記第１のデバイスを動作させる段階であって、前記第１のデバイスは、
ワイヤレス電力伝送器と、
第１のワイヤレスデータ通信部と、
約１波長の周囲長さを有するループ導電体と、互いに絶縁された第１と第２の信号給電点であって、前記ループ導電体に沿って配置され、前記ループ導電体の周囲長さの１／４だけ離間した第１と第２の絶縁信号給電点とを有する第１の二重偏波ループアンテナとを有し、
前記ワイヤレス電力伝送器は、前記第１の絶縁信号給電点に結合し、第１の偏波を有する電力信号を送信し、前記ワイヤレスデータ通信部は、前記第２の絶縁信号給電点に結合し、第２の偏波を有するデータ信号を用いて通信する段階と、
前記第２のデバイスを動作させる段階であって、前記第２のデバイスは、
約１波長の周囲長さを有するループ導電体と、互いに絶縁された第１と第２の信号給電点であって、前記ループ導電体に沿って配置され、前記ループ導電体の周囲長さの１／４だけ離間した第１と第２の絶縁信号給電点とを有する第２の二重偏波ループアンテナと、
前記第２の二重偏波ループアンテナの第２の絶縁信号給電点に結合され、第２の偏波を有するデータ信号を用いて、前記第１のデバイスの前記ワイヤレスデータ通信部と通信する第２のワイヤレスデータ通信部と、
前記第２の二重偏波ループアンテナの第１の絶縁信号給電点に結合され、前記第１のデバイスの前記ワイヤレス電力伝送器から、前記第１の偏波を有する電力信号を受信し、前記第２のデバイスに電力を供給するワイヤレス電力受信器とを有する段階とを有する方法。
【請求項７】
データ通信と電力伝送とは同時に行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の二重偏波ループアンテナのループ導電体に沿った前記第１と第２の絶縁信号給電点を、信号給電点位相角入力差が０°で動作させる段階を更に有する、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信の分野に関し、より具体的にはワイヤレス通信と関連方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の固体エレクトロニクスの所要電力はだんだん小さくなっている。例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は動作に数ミリワットしか必要とせず、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）はさらに小さい静電気に応答する。このため、電力供給手段（energizing  electronics）に対するアプローチとしてのワイヤレス電力伝送の有用性が高まっている。電子回路用のワイヤレス電力伝送の例と応用は、ＲＦＩＤ（Radio  Frequency  Identification）トランスポンダ「タグ」であり、これによりデータを格納し、リーダに遠隔読み出しできる。
【０００３】
背景として、ワイヤレス電力伝送は、２つの無線アンテナ間での電力の送受信などの、無線周波数（ＲＦ）技術による電力の伝送である。アンテナサイズと伝送範囲に応じて、エネルギーはファーフィールドまたは近接場で送られ、伝送されるエネルギーは微弱であるか、小さい。大電力を遠距離にわたり送ることは現実的ではなく危険でもあるが、ワイヤレス電力伝送は省電力を短距離送るには有効、安全、高信頼性である。一般的に、距離が短いほど、大きな電力を送ることができる。もっと容易に通信と統合できるワイヤレス電力が必要である。
【０００４】
チャンネルダイバーシティを二重直線偏波または二重円偏波とすることができる。すなわち、一方のチャネルを垂直方向に偏波させ、他方のチャネルを水平方向に偏波させれば、周波数を再利用できる。あるいは、一方のチャネルを右回りの円偏波（ＲＨＣＰ）をさせ、他方のチャネルを左周りの円偏波（ＬＨＣＰ）をさせても、周波数を再利用できる。偏波とは、放射波における電場の方向であり、電場ベクトルが時間的に回転すれば、その波は回転または円偏波しているという。直交偏波、例えば、垂直な偏波は、垂直な直線偏波と水平な直線偏波、または右回り円偏波と左周り円偏波などであり、通信では別のチャネルとして分離することができる。
【０００５】
ダイポールアンテナはすべてのアンテナのタイプの中で最もよく使われているものである。しかし、もちろん、直線状ではない導体から放射することも可能である。好ましいアンテナ形状は、昔から知られている単純な幾何学形状であるユークリッド型であることが多い。一般的に、アンテナは、電流の発散（divergence）と回転（curl）に応じて分類され、ダイポールとループ、および線形構成と円形構成に対応している。
【０００６】
多くの構成はループアンテナとして説明されるが、標準的に受け入れられている、例えば正準なループアンテナは円形である。共鳴ループは、全波円形導体（full  wave  circumference  circular  conductor）であり、「全波ループ」と呼ばれることも多い。典型的な従来技術の全波ループは、直線偏波しており、放射パターンは花弁が２枚のバラの形であり、対向する２つの極大部分（lobes）はループ面に垂直であり、ゲインは約３．６ｄＢｉである。全波ループアンテナとともに反射器を用いて、単方向パターンを得ることも多い。
【０００７】
二重直線偏波（同一アンテナからの垂直および水平偏波の同時放射）は、一般的に交差ダイポールアンテナにより得られる。例えば、特許文献１は、交差ダイポールアンテナシステムを提案している。しかし、ループにより小さなエリアにおけるゲインが大きくなるので、二重偏波ループアンテナの方が望ましいかも知れない。単ループにおける二重円偏波へのアプローチは、特許文献２に記載されている。
【０００８】
特許文献３は、ワイヤレス電力伝送に関するものである。「高くした端子」のペアがモノポールアンテナとして機能して、無線による電気エネルギーの放射と受信を実現する。らせん装荷誘導器（spiral  loading  inductors）がアンテナ共鳴を生じさせるために含まれている。λ／２πを超える距離では、電磁波のファーフィールド放射により動作し、λ／２πより短い距離では、アンテナ半径方向の無効電場（antennas  radial  reactive  electric  field）（近接電場）による結合がある。らせん装荷誘導器を他の巻線とともに配置してそこにトランスを形成し、発電機とアンテナ負荷とを結合する。しかし、電力伝送とともに通信チャネルを含める接続はされていない。
【０００９】
ハイブリッドジャンクションは、ハイブリッドカップラとしても知られているが、自動的にソートおよび経路選択（route）できる受動ＲＦデバイスである。ハイブリッドジャンクションの一例として、ブランチ・ライン・カップラがあり、これは４つの部分を有する。信号は、ポート１に印加されると、ポート２と３にも同様に結合されるが、ポート４には印加されない。複数のポートを有する単純なアンテナでハイブリッド特性を有するものは一般的ではないかも知れない。
【００１０】
特許文献４は、共役ブリッジ回路であって、それに接続された選択されたポート間が絶縁されているものを記載している。伝送ラインリングのポート間の９０°と１８０°の位相シフトを用いて、分岐ラインカップラを構成する。しかし、回路からの放射は説明しない。
【００１１】
特許文献５は、右回りまたは左回り円偏波のいずれかに設定できる円偏波した電磁放射を送受信するアンテナに関する。このアンテナは、導電性グラウンド面と、その面から離間した円形閉導体ループとを有する。すなわち、円形ループには不連続は無い。信号送信ラインは第１の点においてループに電気的に結合し、プローブは離間した第２の点においてループと電気的に結合している。このアンテナはグラウンド面を必要とし、パラレル給電構成を含み、ＲＦポテンシャルはループとグラウンド面の間に印加される。「ループ」とグラウンド面は、実際には、互いにダイポールの半要素である。
【００１２】
特許文献６は、円偏波した波のためのループアンテナに関する。供給される駆動電力は、内部同軸ラインを介して給電点に送られ、給電導体が、Ｉ形状の導体により、グラウンド面と離間して対面する関係に配置されたＣタイプのループ要素に送る。Ｃタイプのループ要素に形成されたカットオフ部の動作により、Ｃタイプのループ要素は円偏波した波を放射する。しかし、二重直線偏波または二重円偏波は提供されない。
【００１３】
電力伝送と通信用の様々なアンテナが知られているが、絶縁部を含まず、無線周波数（ＲＦ）電力と通信リンク、例えば、ワイヤレスＲＦＩＤタグの分野のダイバーシティを同時に提供することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第１，８９２，２２１号（特許権者：Ｒｕｎｇｅ）
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０１３６７２０号（出願人：Ｐａｒｓｃｈｅら）
【特許文献３】米国特許第６４５，５７６号（特許権者Ｔｅｓｌａ）
【特許文献４】米国特許第２，１４７，８０９号（特許権者：Ａｌｆｏｒｄ）
【特許文献５】米国特許第５，９７７，９２１号（特許権者：Ｎｉｃｃｏｌａｉら、発明の名称：「円偏波ツーウェイアンテナ」）
【特許文献６】米国特許第５，８３８，２８３号（特許権者：Ｎａｋａｎｏら、発明の名称：「円偏波した波を放射するループアンテナ」）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記の背景を鑑み、本発明の目的は、二重偏波アンテナを用いてデバイス間でデータ通信と電力伝送とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の上記その他の目的、特徴、優位性は、データ通信と電力伝送するワイヤレス通信システムにより提供される。本システムは、第１のデバイスを含む。第１のデバイスは、例えば無線周波数識別情報（ＲＦＩＤ）リーダであり、ワイヤレス電力伝送器と、第１のワイヤレスデータ通信部と、第１のループ導電体と、前記第１のループ導電体に沿って、前記第１のループ導電体の長さの１／４だけ離間した第１と第２の絶縁信号給電点とを有する第１の二重偏波ループアンテナとを有し、前記ワイヤレス電力伝送器は、前記第１の絶縁信号給電点に結合し、第１の偏波を有する電力信号を送信し、前記ワイヤレスデータ通信部は、前記第２の絶縁信号給電点に結合し、第２の偏波を有するデータ信号を用いて通信する。
【００１７】
第２のデバイスは、例えばＲＦＩＤタグであり、第１のデバイスと通信する。第２のデバイスは、第２のループ導電体と、前記第２のループ導電体に沿って、前記第２のループ導電体の長さの１／４だけ離間した第１と第２の絶縁信号給電点とを有する第２の二重偏波ループアンテナを有する。第２のワイヤレスデータ通信部が、前記第２の二重偏波ループアンテナの第２の絶縁信号給電点に結合され、第２の偏波を有するデータ信号を用いて、前記第１のデバイスの前記ワイヤレスデータ通信部と通信する。ワイヤレス電力受信器が、前記第２の二重偏波ループアンテナの第１の絶縁信号給電点に結合され、前記第１のデバイスの前記ワイヤレス電力伝送器から、前記第１の偏波を有する電力信号を受信し、前記第２のデバイスに電力を供給する。
【００１８】
前記第１と第２の二重偏波ループアンテナは、前記第１と第２のデバイスの間に、同時に、データ通信と電力伝送を提供してもよい。また、前記第１と第２の二重偏波ループアンテナのループ導電体に沿った前記第１と第２の絶縁信号給電点は、信号給電点位相角入力差が０°で動作することも可能である。前記第１と第２の二重偏波ループアンテナの前記第１と第２の絶縁信号給電点は、それぞれのループ導電体における不連続性を画定するものであってもよい。
【００１９】
第１と第２の二重偏波ループアンテナでは、それぞれ、ループ導電体は円形導電体であってもよい。また、第１と第２の二重偏波ループアンテナは、それぞれ、二重直線偏波ループアンテナであってもよい。
【００２０】
方法としての態様は、第１と第２のワイヤレス通信デバイス間のデータ通信とパワー伝送に関する。本方法は、第１のデバイスを設ける段階を有する。第１のデバイスは、ワイヤレス電力伝送器と、第１のワイヤレスデータ通信部と、ループ導電体と、前記ループ導電体に沿って、前記ループ導電体の長さの１／４だけ離間した第１と第２の絶縁信号給電点とを有する第１の二重偏波ループアンテナとを有する。前記ワイヤレス電力伝送器は、前記第１の絶縁信号給電点に結合し、第１の偏波を有する電力信号を送信し、前記ワイヤレスデータ通信部は、前記第２の絶縁信号給電点に結合し、第２の偏波を有するデータ信号を用いて通信する。
【００２１】
本方法は、第２のデバイスを設ける段階を有する。第２のデバイスは、ループ導電体と、前記ループ導電体に沿って、前記ループ導電体の長さの１／４だけ離間した第１と第２の絶縁信号給電点とを有する第２の二重偏波ループアンテナを有する。第２のワイヤレスデータ通信部が、前記第２の二重偏波ループアンテナの第２の絶縁信号給電点に結合され、第２の偏波を有するデータ信号を用いて、前記第１のデバイスの前記ワイヤレスデータ通信部と通信する。ワイヤレス電力受信器が、前記第２の二重偏波ループアンテナの第１の絶縁信号給電点に結合され、前記第１のデバイスの前記ワイヤレス電力伝送器から、前記第１の偏波を有する電力信号を受信し、前記第２のデバイスに電力を供給する。
【００２２】
本アプローチは、絶縁ポートを利用し、ワイヤレスＲＦＩＤタグにより、同時に、同じ周波数または離間した周波数で、無線周波数（ＲＦ）電力の使用と通信リンクとを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の特徴による一実施形態である二重偏波（例えば、直交直線偏波）ループアンテナを示す図である。
【図２】図１の二重偏波ループアンテナを用いる第１と第２のデバイスを含むシステムの一実施形態を示す図である。
【図３】図１の二重偏波ループアンテナの仰角ファーフィールド放射パターンを、同じ平面に配置した半波ダイポールターンスタイルアンテナと比較して示すグラフである。
【図４】本発明のループアンテナの２つのユニット間で送られる連続パワーを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態を示した添付図面を参照して、本発明をより詳しく説明する。しかし、本発明は、多数の異なる形式で実施でき、ここに開示した実施形態だけに限定されると解釈してはならない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が完全であり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるように提供するものである。図面中、同じ数字は同じ要素を示す。
【００２５】
上記の通り、本発明の特徴は、ＲＦＩＤ（radio  frequency  identification）の分野に適用できる。ＲＦＩＤタグは一般的に３つのタイプ、すなわちパッシブ、アクティブ、及び（バッテリー補助タイプとしても知られる）セミパッシブに分類できる。パッシブタグは内部電源を必要とせず、完全にパッシブ（passive）なデバイスである（リーダが近くにあり、電力供給しているときにのみアクティブとなる）。セミパッシブタグとアクティブタグは電源（通常は小型バッテリー）を使用する。通信時、タグはタグリーダーからの問い合わせに応答する。
【００２６】
パッシブＲＦＩＤタグは内部電源を有さない。受け取る無線周波数信号によりアンテナに誘起される小電流により、タグ内の集積回路に電力供給して応答を送信するのに十分なだけの電力を供給する。ほとんどのパッシブタグは、リーダからの搬送波を後方散乱することにより信号を送る。すなわち、アンテナは、受け取る信号から電力を集めるとともに、出力後方散乱信号を送信するように設計しなければならない。パッシブＲＦＩＤタグの応答は必ずしもＩＤナンバだけではない。タグチップはデータを記憶する不揮発性メモリを含む場合もある。
【００２７】
アクティブＲＦＩＤタグはもっと大きく、それ自体内部電源を有している。この内部電源を用いて集積回路に電力を供給し、リーダに応答信号をブロードキャストする。一般的に、アクティブタグからリーダへの通信は、パッシブタグからのものより非常に信頼性が高い。今日、多くのアクティブタグは数百メートルの動作範囲を有し、バッテリー寿命は１０年に及ぶ。アクティブタグはパッシブタグよりも大きなメモリを有し、リーダから受信した追加的情報を記憶する機能を有していてもよい。
【００２８】
セミパッシブタグは、それ自体の電源を有する点でアクティブタグと同じである。しかし、バッテリーはマイクロチップに電力を供給するだけであり、信号のブロードキャストには使われない。通常、応答はリーダからのＲＦエネルギーを後方散乱することによりまかない、パッシブタグのようにエネルギーをリーダに反射する。バッテリーの別の用途はデータの記憶に電力を供給することである。リーダからのエネルギーを集めて、保存し、後で応答の送信に用いることもできる。
【００２９】
従来のＲＦＩＤの基本的機能を超えてＲＦＩＤの機能を拡張することが望ましい。例えば、機能の拡張には、例えば、さらに長い距離を隔てた、困難な環境における読み取りや、タグへの大量データの記憶がある。
【００３０】
最初に図１を参照して、本実施形態の特徴によるデータ通信と電力伝送するワイヤレス通信システムで用いるアンテナの一実施形態を説明する。このアンテナは二重偏波ループアンテナ１０であり、２つの絶縁部分により同時に垂直及び水平の偏波を提供できる。二重偏波ループアンテナ１０は２チャネルのアンテナであり、同一周波数に２チャネルをソート及び多重できる。二重偏波ループアンテナ１０では、ポート（例えば、それぞれ直交する偏波ポート）は互いに絶縁されており、以下に詳しく説明するようにデータ通信と電力伝送のために、独立したチャネルとして用いられる。
【００３１】
二重偏波ループアンテナ１０は、ループ導電体１２（例えば、円形導電体）を含む。ループ導電体１２は導電ワイヤ、チューブ、配線等であり、周囲の長さは好ましくは１波長と等しい。２つの信号給電点１４、１６がループ導電体に沿って設けられ、ループ導電体の周囲の長さの１／４だけ離間している。一方の信号給電点１４は、垂直偏波ポートと呼ばれ、ループ導電体１２に直列に接続された信号源１８を含む。他方の信号給電点１６は、水平偏波ポートと呼ばれ、ループ導電体１２に直列に接続された信号源２０を含む。
【００３２】
各信号給電点１４、１６は直列信号給電点（series  signal  feedpoint）であり、これに結合した信号源１８、２０により、ループ導電体に、同時に垂直と水平の偏波が与えられる。また、二重偏波ループアンテナ１０のループ導電体に沿った信号給電点１４、１６は、信号給電点位相角入力差が０°で動作できる。各直列信号給電点１４、１６は、好ましくは、ループ導電体１２の不連続性を画定する。各信号給電点１４、１６は、ポートを構成する２つの端子４０を有する。
【００３３】
さらに図２も参照して、本発明の特徴によるデータ通信および電力伝送をするワイヤレス通信システム１００を説明する。システム１００は第１のデバイス１０２（例えば、ＲＦＩＤリーダ）を含む。第１のデバイス１０２は、ワイヤレス電力伝送器１０４、第１のワイヤレスデータ通信部１０６、および上記の第１の二重偏波ループアンテナ１１０を含む。ワイヤレス電力伝送器は電源１０８に結合していてもよい。
【００３４】
アンテナ１１０は、ループ導電体１１２と、そのループ導電体に沿ってそのループ導電体の長さの１／４だけ離間した第１と第２の絶縁信号給電点１１４、１１６とを有する。ワイヤレス電力伝送器１０４は、第１の絶縁信号給電点１１４に結合し、第１の偏波（例えば、垂直偏波）を有する電力信号を送信する。ワイヤレスデータ通信部１０６は、第２の絶縁信号給電点１１６に結合し、第２の偏波（例えば、水平偏波）を有するデータ信号を用いて通信する。
【００３５】
第２のデバイス２０２（例えば、ＲＦＩＤタグ）は、第１のデバイス１０２と通信するものであり、第２の二重偏波ループアンテナ２１０を有する。この第２の二重偏波ループアンテナ２１０は、ループ導電体２１２と、そのループ導電体２１２に沿って、その長さの１／４だけ離間した第１と第２の絶縁信号給電点２１４、２１６とを有する。第２のワイヤレスデータ通信部２０６は、第１の二重偏波ループアンテナ２１０の第２の絶縁信号給電点２１６に結合され、第２の偏波を有するデータ信号を用いて、第１のデバイス１０２のワイヤレスデータ通信部１０６と通信する。ワイヤレス電力受信器２０４（例えば、電力整流回路）は、第１の絶縁信号給電点２１４に結合され、第１のデバイスのワイヤレスパワー伝送器１０４から、第１の偏波を有するパワー信号を受信し、第１のデバイス１０２のワイヤレスデータ通信部１０６に電力を供給する。
【００３６】
第１と第２の二重偏波ループアンテナ１１０、２１０は、第１と第２のデバイス１０２、２０２の間に、同時に、データ通信と電力伝送を提供できる。
【００３７】
本アプローチは、絶縁ポートを利用し、例えばワイヤレスＲＦＩＤタグなどの分野において、同時に、無線周波数（ＲＦ）電力の使用と通信リンクとを可能とする。本アプローチでは、２つの全波ループアンテナを組み合わせて用いる。各アンテナは２つのポートを有し、反波長だけ離間しており、互いに絶縁されている。ＲＦＩＤデバイスに伴う距離の問題（range  issues）を解決するために、本システムの特徴を有利に利用できる。本発明は、ＲＦＩＤトランスポンダに関するものであるが、その他の、例えばリモコンやワイヤレスマイクロホンを含む通信デバイスに遠隔で電力を供給するために用いることもできる。本システムの優位性には例えばリアルタイムでの動作がある。例えば、電力（power）と通信を同一周波数で同時に送る。
【００３８】
ここで、二重偏波ループアンテナ１１０の動作の理論を説明する。信号給電点１４、１６は、時計回りと反時計回りとで離間距離が異なり、９０°と２７０°の位相シフトに対応し、位相差は１８０°である。いずれかの給電点からもう一方の給電点に向かう、または戻る波の転置により、ポテンシャルは振幅が同じでも位相が１８０°ずれ、対向する給電点では２つの波が相殺される。
【００３９】
動作の理論に関する説明を続けると、二重偏波ループアンテナ１１０の一波長円形導体は、分岐ラインハイブリッドカップラの一波長の周囲と同種のものである（分岐ラインカップラは周囲が１波長の四角形として示されることが多いが、もちろん、周囲が１波長の円で示してもよいことに留意されたい）。二重偏波ループアンテナ１１０の信号給電点１４は、分岐ラインカップラポート４と同種のものであり、二重偏波ループアンテナ１１０の信号給電点１６は、分岐ラインカップラポート１と同種のものである。分岐ラインカップラがポート１とポート４を絶縁するように、偏波ループアンテナ１１０の信号給電点１４、１６の間も同様に絶縁される。もちろん、二重偏波ループアンテナ１１０には、分岐ラインカップラポート２、３は物理的に設けられていない。二重偏波ループアンテナ１１０は、シールド（例えば、分岐ラインカップラで一般的に使われるグラウンド面）が無いので、アンテナの放射機能も提供する。背景説明として、分岐ラインハイブリッドカップラの理論は、W.  A.  Tyrell、「Hybrid  Circuits  For  Microwaves」、Proceedings  of  the  Institute  Of  Radio  Engineers,  Nov.  １９４７，  pp.  １２９４  -１３０６に記載されている。
【００４０】
方法としての態様は、第１と第２のワイヤレス通信デバイス１０２、２０２間のデータ通信とパワー伝送に関する。本発明は、第１のデバイス１０２に、ワイヤレス電力伝送器１０４と、第１のワイヤレスデータ通信部１０６と、第１の二重偏波ループアンテナ１１０とを設ける段階を含む。第１の二重偏波ループアンテナ１１０は、ループ導電体１１２と、そのループ導電体にそって、そのループ導電体の長さの１／４だけ離間した第１と第２の絶縁信号給電点１１４、１１６を有する。ワイヤレス電力伝送器１０４は、第１の絶縁信号給電点１１４に結合し、第１の偏波を有する電力信号を送信し、ワイヤレスデータ通信部１０６は、第２の絶縁信号給電点１１６に結合し、第２の偏波を有するデータ信号を用いて通信する。
【００４１】
本方法は、第２のデバイス２０２に第２の二重偏波ループアンテナ２１０を設ける段階を有する。この第２の二重偏波ループアンテナ２１０は、ループ導電体２１２と、そのループ導電体２１２に沿って、そのループ導電体２１２の長さの１／４だけ離間した第１と第２の絶縁信号給電点２１４、２１６を有する。第２のワイヤレスデータ通信部２０６は、第１の二重偏波ループアンテナ２１０の第２の絶縁信号給電点２１６に結合され、第２の偏波を有するデータ信号を用いて、第１のデバイス１１０のワイヤレスデータ通信部１０６と通信する。ワイヤレス電力受信器２０４は、第２の二重偏波ループアンテナ２１０の第１の絶縁信号給電点２１４に結合され、第１のデバイス１１０のワイヤレスパワー伝送器１０４から、第１の偏波を有するパワー信号を受信し、第１のデバイス１１０のワイヤレスデータ通信部１０６に電力を供給する。
【００４２】
ワイヤレス電力受信器２０４は、無線周波数の交流電流を直流電流（ＤＣ）に変換する、図示した半波整流回路のような整流回路であり得る。効率や電圧を高くするには、必要に応じて、全波またはブリッジ整流回路（図示せず）を用いてもよい。ワイヤレスパワー受信器２０４は、時間をかけてワイヤレスで電力を集め、蓄積し、通信デバイス２０６からの送信パワーのピークを高くさせるストレージキャパシタやストレージバッテリ（図示せず）も含み得る。
【００４３】
図３において、本発明の二重偏波ループアンテナの実施形態の仰角（ＸＺ面）放射パターンを、従来の半波ダイポールターンスタイルアンテナの放射パターンと比較する。図から分かるように、二重偏波ループアンテナは２つの花弁を持つバラのパターン（ｃｏｓｎθ）を有し、パワーが半分になるビーム幅は約９８°であり、従来の半波長波ダイポールターンスタイルアンテナの２．１ｄＢｉｃと比較してゲインは３．６ｄＢｉｃであり、１．４ｄＢだけ大きくなっている。この高いゲインは小さい物理エリアで得られる。アジマス（ＸＹ面）放射パターン（図示せず）はほぼ無指向的（例えば、円形）であり、その面におけるゲインは約−３．３ｄＢｉである。アンテナポート間の絶縁は、理論的には無限であり得るが、実際に測定したところ−３３ｄＢであった。
【００４４】
図４は、２つの二重偏波ループアンテナ１０の間で送られるパワーの、両アンテナ間の距離の関数としたグラフである。図３は、９１５ＭＨｚ、送信器パワーが１ワット、最大限カップリングするようにアンテナを配置（align）した場合である。計算値３０１は、カリフォルニア州リバモアのローレンスリバモア国立研究所によるＮＥＣ４．１数値電磁コードでのモーメントシミュレーションにより得たものである。測定値３０２は、第１と第２の二重偏波ループアンテナ１１０、２１０の細線プロトタイプを作り、無響室でテストしたものである。
【００４５】
測定データは、計算データより損失が少し大きくなっている。これは主にＶＳＷＲによる反射損失によるものである。アンテナ１１０、２１０は簡単のため５０Ω系に直接つながれ、各端においてＶＳＷＲが２．８対１であり、反射損失が１．１ｄＢであった。図から分かるように、測定値と計算値の差はほとんどの範囲で約２．２ｄＢであり、これは２（１．１）＝２．２ｄＢ反射損失に対応する。もちろん本発明は、さらにマッチングさせてこの損失を回避でき、または損失を生じさせる替わりに便利性や経済性を得ることもできる。共鳴時の直列信号給電点１４、１６におけるインピーダンスは、約Ｚ＝１３０＋ｊ０Ωであり得る。
【００４６】
約０．５λを超える範囲では、２つの二重偏波ループアンテナ１０の間のカップリングは放射ファーフィールドによるものであり、次の通り計算できる：
Ｐｒ＝Ｐｔ（λ／４πｒ）２ＧｔＧｒ
ここで、
Ｐｔ＝送信アンテナに入力されるパワー、単位ワット
Ｐｒ＝受信アンテナから取り出せるパワー、単位ワット
λ＝自由空間波長、単位メートル
ｒ＝アンテナ間の自由空間距離
Ｇｔ＝送信アンテナゲイン＝１０（送信アンテナゲイン、ｄＢｉ／１０）
Ｇｒ＝受信アンテナゲイン＝１０（受信アンテナゲイン、ｄＢｉ／１０）
上記の式では、アンテナの位置合わせは完全であり、インピーダンスマッチングが完全であることを仮定した。二乗項、例えば（λ／４πｒ）２は、放射ファーフィールドの球面波拡散損失によるものである。本発明では、送信アンテナと受信アンテナのゲインは両方とも約１０（３．６／１０）＝２．３である。
【００４７】
本発明のループアンテナにおける共鳴は１波長（λ）名目周囲より少し大きいところで起こる。直径がλ／５０より細い細線ループ導体の場合、共鳴は１．０４λで起こる。これは、逆に細線半波ダイポールの場合、共鳴は０．４７λから０．４８λで起こる。１λの名目周囲がループアンテナ１２では好ましい実施形態であるが、本発明では、より小さいループ周囲の場合にも二重偏波できる。
【００４８】
上記の説明は直列信号源１８、２０の場合で、周波数が同じで、位相関係が一定であった。しかし、直列信号源１８、２０は、ポート１４、１６の間の絶縁を少し悪くするだけで、周波数を少しオフセットして動作できる。
【００４９】
本発明は、信号給電点１４、１６においてループ導体に不連続性が必要であると限定されず、その他の、シャント給電などの信号給電アプローチを用いてもよい。ダイポールアンテナやヤギ・ウダアンテナでよく行われるように、ガンマまたはＹマッチがシャント給電には好適であり、当業者には理解できるであろう。
【００５０】
インセット給電（inset  feed）アプローチを用いて、信号給電点１４、１６を構成してもよい。例えば、ループ導電体１２を同軸ケーブルにして、放射により同軸ケーブルループの外側のコモンモード電流を流す。同軸ケーブル編組を広げて、しかし切らないで、所望の位置で中心導体を外に出し、信号給電点１４、１６は同軸ケーブルループの外側導体を不連続にすることにより構成する。また、本発明では、その他のループ形状で置き換えても、質的には同様の結果となる。例えば、全波円形ループを辺が１／４波長の四角形にしても、あるいは三角形にしてもよい。
【００５１】
したがって、二重偏波ループアンテナのゲインを大きくし、サイズを小さくできる。本発明によるアンテナでは、ループ導体に直列に２つの絶縁された給電点があり二重直交偏波をする。ポートの絶縁を十分大きくして、ワイヤレスに同時に電力伝送と通信を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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