(57)【要約】      （修正有）【課題】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、比較的に低損失で伝搬する広帯域の変動磁界信号を受信可能とする、ＭＩ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）素子を用いる小型で高感度の変動磁界信号受信装置を安価に提供する。【解決手段】ＭＩ素子が有するミキサとしての特性を利用し、局発信号を連続して駆動し、前記局発信号の周波数と変動磁界信号の周波数とをミキシングし、中間周波数の変動磁界信号に変換し、変位電流の再放射によって生じる変動磁界信号の減衰を抑制する、広帯域で、小型で、高感度の変動磁界信号受信装置８００である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、比較的に低損失で伝搬する変動磁界信号の受信を可能にする、ＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置において、
前記ＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置が、少なくとも、局部発振手段と、誘導結合手段と、ＭＩ素子と、検出コイルと、中間周波増幅手段とから構成され、
前記局部発振手段が、前記ＭＩ素子に対して、局発信号を連続して駈動し、
前記誘導結合手段が、前記誘導経路中を伝搬する変動磁界信号を、前記ＭＩ素子に対して誘導結合し、
前記ＭＩ素子が、前記局発信号を駈動時に、前記変動磁界信号を誘導結合することによって、当該ＭＩ素子の両端のインピーダンスを鋭く変化させ、前記局発信号と、前記変動磁界信号とをミキシングして、両者の周波数の差分の中間周波数の変動磁界信号を生成し、
前記検出コイルが、前記ＭＩ素子の周辺に巻回して設けられ、前記中間周波数の変動磁界信号と鎖交して中間周波数の起電力を誘起し、
前記中間増幅手段が、少なくとも、前記誘起した中間周波数の起電力を、インピーダンス変換手段によって低インピーダンスの中間周波信号に変換し、前記低インピーダンスの中間周波信号を選択手段によって選択し、前記選択された中間周波信号を増幅手段によって必要なレベルまで増幅することを特徴とするＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置。
【請求項２】
前記請求項第１項において、前記ＭＩ素子が、磁気異方性とアモルファス構造を有するアモルファス磁性ワイヤであることを特徴とするＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置。
【請求項３】
前記請求項第１項から第２項のいずれかにおいて、前記誘導結合手段が、前記変動磁界信号の誘導経路を収束するための磁性体を有することを特徴とするＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置。
【請求項４】
前記請求項第１項から第３項のいずれかにおいて、前記ＭＩ素子が少なくとも２組設けられ、前記２組のＭＩ素子の各組に対し、周波数が同一であり、かつ位相がπ／２異なる局発信号をコンダクターに駈動することを特徴とするＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置。
【請求項５】
前記請求項第４項において、前記２組のＭＩ素子から出力される中間周波数の起電力を、各組ごとに中間周波増幅手段を設けて増幅することを特徴とするＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置。
【請求項６】
前記請求項第１項において、前記中間周波数が比較的に低くいＬＯＷーＩＦであり、あるいは前記中間周波数が限りなくゼロに近いことを特徴とするＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置。
【請求項７】
前記請求項第１項から第６項のいずれかにおいて、前記ＭＩ素子が複数組設けられ、前記複数組のＭＩ素子が間隔を置いて配置され、前記複数組のＭＩ素子の周辺に巻回して設けられた複数組の検出コイルによって検出された出力信号から、到達時間差測定手段によって時間差を測定し、到達位相差測定手段によって位相差を測定し、あるいはこれらの組合せを測定することを特徴とするＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置。
【請求項８】
前記請求項第７項において、前記測定結果から、前記変動磁界信号が放射された地点からの方向を検知し、前記変動磁界信号が放射された地点からの距離を検知し、あるいはこれらの両方を検知することを特徴とするＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置。
【請求項９】
前記請求項第１項から第８項のいずれかにおいて、前記ＭＩ素子が複数組設けられ、前記複数組のＭＩ素子がアレイ状に配置され、前記複数組のＭＩ素子の出力信号が、インピーダンス変換手段を介し、切替手段を介し、可変増幅手段を介し、可変移相手段を介し、アダプティブ制御手段を介し、あるいはこれらの組合せを介し、合成あるいは分配されることを特徴とするＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置。
【請求項１０】
前記請求項第１項から第９項のいずれかにおいて、前記変動磁界信号が、大気中を伝搬する電磁波信号の変動磁界成分であることを特徴とするＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置。
【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、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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＭＩ素子を用いて誘導磁界を受信する受信装置が提案されている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開第２０１０-２８８１３６号
【０００３】
図７は、特許文献１に記載されている従来の「受信装置」に用いられるＭＩ素子を受信アンテナとして用いる受信装置の実施例であり、受信装置１は、磁気インピーダンス素子３に所定周波数のパルス信号を印加する第１タイミング発生器１３ａと、磁気インピーダンス素子３に磁気結合したピックアップコイル５と、ピックアップコイル５から電気出力信号を受ける周波数混合器６とを備えており、第２タイミング発生器１３ｂは周波数混合器６に第１タイミング発生器１３ａの周波数と同じ周波数で位相がπ／２ずれたパルス信号を印加しており、アナログ／デジタル変換部９で周波数混合器６のアナログ出力信号の振幅を数値化したデジタル信号変換を行い、数値化したものをデジタル信号処理部１１で検波・成形して出力するとされている。
【０００４】
しかしながら、前記磁気インピーダンス素子３は、磁性体のヒステリシス特性に基づく非線形特性を有しており、誘導結合される周波数がｆｍの誘導磁界と、第１タイミング発生器１３ａから印加される第１タイミング信号の周波数ｆｓとの間で混合された中間周波数（ｆｓ−ｆｍ）が生成されているにも関わらず、前記中間周波信号を利用せず、ｆｓ＞２×ｆｍとして、周波数ｆｍの信号を直接受信するため、ｆｓ≒２ｆｍの場合には、前記非線形により生成される中間周波数と、周波数混合器６によって生じる中間周波数とが混在する問題点が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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で、広帯域の変動磁界信号を受信可能とする、ＭＩ素子を用いる小型で高性能の変動磁界信号受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】
【０００６】
この発明に係るＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置は、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、変動磁界によって誘導結合される変動磁界信号を用い、近距離から中距離間であり、数Ｈｚから２０ＭＨｚを超える周波数領域で、誘導結合する変動磁界信号を非共振状態で受信することで、変位電流の再放射によって生じる変動磁界信号の減衰を抑制し、広帯域の変動磁界通信を可能とするものである。
【０００７】
前記変動磁界信号は、送信側アンテナから放射される変位電流を抑制し、前記送信側アンテナから変動磁界信号を効率よく放射し、前記放射された変動磁界信号が、受信側アンテナに誘導結合して起電力を生じることによって伝搬する信号であり、伝搬速度は３００ｋｍ／秒であり、電磁波信号の１０００分の１、大気中の超音波の１０００倍である、第３の無線信号と言えるものである。
【０００８】
また、前記ＭＩ素子を用いる受信装置は、少なくとも、局部発振手段と、誘導結合手段と、ＭＩ素子と、検出コイルと、中間周波増幅手段とから構成され、前記局部発振手段が、前記ＭＩ素子に対して、局発信号を連続して駈動し、前記誘導結合手段が、前記誘導経路中を伝搬する変動磁界信号を、前記ＭＩ素子に対して誘導結合し、前記ＭＩ素子が、前記局発信号を駈動時に、前記変動磁界信号を誘導結合することによって、当該ＭＩ素子の両端のインピーダンスを鋭く変化させ、
【０００９】
前記局発信号の周波数と、前記変動磁界信号の周波数とをミキシングして、差分の中間周波数の変動磁界信号を生成し、前記検出コイルが、前記ＭＩ素子の周辺に巻回して設けられ、前記中間周波数の変動磁界信号と鎖交して中間周波数の起電力を誘起し、前記中間増幅手段が、少なくとも、前記誘起した中間周波数の起電力をインピーダンス変換するインピーダンス変換手段と、前記誘起した中間周波数の起電力を選択するための選択手段と、前記選択された中間周波数の起電力を必要なレベルまで増幅するための増幅手段とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
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、比較的に低損失で伝搬する変動磁界信号の受信を可能にする、ＭＩ素子を用いる高性能の変動磁界信号受信装置を安価に提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置の構成図
【図２】本発明の第１の実施形態におけるＭＩ素子のインピーダンス変化率の例を示す図
【図３】本発明の第１の実施形態におけるＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置の他の構成図
【図４】本発明の第１の実施形態におけるＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置の他の構成図
【図５】本発明の第２の実施形態におけるＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置の他の構成図
【図６】本発明の第２の実施形態におけるＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置の他の構成図
【図７】従来の実施例によるＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１〜図４、および請求項１に示すように、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、比較的に低損失で伝搬する変動磁界信号の受信を可能にする、ＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置において、前記ＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置が、少なくとも、局部発振手段と、誘導結合手段と、ＭＩ素子と、検出コイルと、中間周波増幅手段とから構成され、
【００１３】
前記局部発振手段が、前記ＭＩ素子に対して、局発信号を連続して駈動し、前記誘導結合手段が、前記誘導経路中を伝搬する変動磁界信号を、前記ＭＩ素子に対して誘導結合し、前記ＭＩ素子が、前記局発信号を駈動時に、前記変動磁界信号を誘導結合することによって、当該ＭＩ素子の両端のインピーダンスを鋭く変化させ、前記局発信号と、前記変動磁界信号とをミキシングして、両者の周波数の差分の中間周波数の変動磁界信号を生成し、
【００１４】
前記検出コイルが、前記ＭＩ素子の周辺に巻回して設けられ、前記中間周波数の変動磁界信号と鎖交して中間周波数の起電力を誘起し、前記中間増幅手段が、少なくとも、前記誘起した中間周波数の起電力を、インピーダンス変換手段によって低インピーダンスの中間周波信号に変換し、前記低インピーダンスの中間周波信号を選択手段によって選択し、前記選択された中間周波信号を増幅手段によって必要なレベルまで増幅する。
【００１５】
また、図１〜図４、および請求項２に示すように、前記ＭＩ素子が、磁気異方性とアモルファス構造を有するアモルファス磁性ワイヤであり、ミキサに必要な特性を有する。
また、図１〜図４、および請求項３に示すように、前記誘導結合手段が、前記変動磁界信号の誘導経路を収束するための磁性体を有する。
また、図１〜図４、および請求項４に示すように、前記ＭＩ素子が少なくとも２組設けられ、前記２組のＭＩ素子の各組に対し、周波数が同一であり、かつ位相がπ／２異なる局発信号をコンダクターに駈動する。
【００１６】
また、図１〜図４、および請求項５に示すように、前記２組のＭＩ素子から出力される中間周波数の起電力を、各組ごとに中間周波増幅手段を設けて増幅し、ＩＱ出力を得る。
また、図１〜図４、および請求項６に示すように、前記中間周波数が比較的に低くいＬＯＷーＩＦであり、あるいは前記中間周波数が限りなくゼロに近いダイレクト変換である。
【００１７】
また、図５、図６、および請求項７に示すように、前記ＭＩ素子が複数組設けられ、前記複数組のＭＩ素子が間隔を置いて配置され、前記複数組のＭＩ素子の周辺に巻回して設けられた複数組の検出コイルによって検出された出力信号から、到達時間差測定手段によって時間差を測定し、到達位相差測定手段によって位相差を測定し、あるいはこれらの組合せを測定する。
また、図５、図６、および請求項８に示すように、前記測定結果から、前記変動磁界信号が放射された地点からの方向を検知し、前記変動磁界信号が放射された地点からの距離を検知し、あるいはこれらの両方を検知する。
【００１８】
また、図５、図６、および請求項９に示すように、前記ＭＩ素子が複数組設けられ、前記複数組のＭＩ素子がアレイ状に配置され、前記複数組のＭＩ素子の出力信号が、インピーダンス変換手段を介し、切替手段を介し、可変増幅手段を介し、可変移相手段を介し、アダプティブ制御手段を介し、あるいはこれらの組合せを介し、合成あるいは分配される。
また、図１〜図６、および請求項１０に示すように、前記変動磁界信号が、大気中を伝搬する電磁波信号の変動磁界成分である。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置の構成図であり、６００は外部から誘導結合する変動磁界信号、７００はＭＩ素子、７０１は局発信号を駈動するためのコンダクター、７０２は変動磁界信号を誘導するための誘導手段、７０３は局部発振手段、７１１はＭＩ素子の周辺に巻回して設けられる検出コイル、７１２はインピーダンス変換手段、７１３は中間周波増幅手段、７１４は検波・復調手段である。
【００２０】
外部から誘導結合する変動磁界信号６００は、誘導手段７０２によって前記変動磁界信号６００の磁力線が収束され、前記ＭＩ素子７００と誘導結合して、当該ＭＩ素子の両端のインピーダンスを鋭く変化させるとともに、図２に前記ＭＩ素子のインピーダンス変化率の例を示すように、２次歪の特性を有することから、前記コンダクター７０１に駈動される局発信号の周波数と変動磁界信号の周波数とがミキシングされ、中間周波数の変動磁界信号が生じ、前記検出コイル７１１によって、前記中間周波数の変動磁界信号によって中間周波数の起電力を誘起する。
ここで、前記局発信号は、パルス信号ではなく、連続する一定周波数の信号であり、前記ＭＩ素子が２次歪の領域で動作するよう、局発信号のレベルを調節する。
【００２１】
前記局発信号を ASin(ω1t+φ1) とし、前記変動磁界信号を  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  
=[A^2Sin(2ω1t+2φ1)] + AB[(Cos(ω1t-ω2t+φ1-φ2))+(Cos(ω1t+φ1+ω2t+φ2))] + [B^2Sin(2ω2t+2φ2)]  - - - (1)  
となり、これらの内 AB[(Cos(ω1t-ω2t+φ1-φ2)) が中間周波数の変動磁界信号として選択される。
【００２２】
前記検出コイルに誘起した中間周波数の起電力は、インピーダンス変換手段７１２によって低インピーダンスの中間周波数信号に変換され、中間周波増幅手段７１３によって選択・増幅され、検波・復調手段７１４によってベースバンド信号に変換される。
なお、前記変動磁界信号は誘導経路中を伝搬する際に、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ため、中間周波信号増幅手段にはＡＧＣ（自動利得調整手段）、振幅制限手段、あるいはこれらの組合せを設ける必要がある。
【００２３】
また、前記変動磁界信号は、いずれの変調方式で変調されていても、検波・復調手段７１４によって元のベースバンド信号に検波・復調することが可能であり、ＡＤＣ（アナログ‐デジタル変換）によってデジタル信号に変換し、ソフトウエア処理によって検波・復調できる。
また、前記変動磁界信号は、大気中を伝搬する電磁波信号の変動磁界成分を包含するものとする。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施形態におけるＭＩ素子のインピーダンス変化率の例を示す図であり、横軸に局発信号により生じる磁界の強さを示し、縦軸にＭＩ素子のインピーダンス変化率を示しており、磁界の強さが±０〜±２(Oe)の間で、インピーダンスの変化率が２乗特性を示しており、ＭＩ素子自体がミキサとして動作することを示している。
【００２５】
図３は、本発明の第１の実施形態におけるＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置の他の構成図であり、６００は外部から誘導結合する変動磁界信号、７００はＭＩ素子、７０３は局部発振手段、７１１はＭＩ素子の周辺に巻回して設けられる検出コイル、７１２はインピーダンス変換手段、７１３は中間周波増幅手段、７１５は帯域通過フイルタである。
【００２６】
前記局部発振手段７０３は、ＭＩ素子７００に一定周波数の連続する高周波信号を駈動しており、ＭＩ素子に外部から変動磁界信号が結合されると、局発信号の周波数と変動磁界信号の周波数との差分の中間周波数の変動磁界信号が生じる。
前記局発信号の周波数を、前記変動磁界信号の周波数と同一にすると、ダイレクトコンバージョンと呼ばれるミキサとして動作し、前記両者を近似させると、ＬＯＷ−ＩＦコンバージョンと呼ばれるミキサとして動作する。
【００２７】
地球上には定常的な地磁気が存在するため、ダイレクトコンバージョンの場合、地磁気の影響を受け、極低周波の起電力を生じるので、ＬＯＷ−ＩＦコンバージョンと呼ばれるミキサを採用するのが望ましい。
なお、ＬＯＷ−ＩＦコンバージョンを採用した場合、前記中間周波増幅手段内に帯域通過フイルタ（ＢＰＦ）を設けることで、前記極低周波の起電力を除外するために必要な選択度を実現できる。
【００２８】
図４は、本発明の第１の実施形態におけるＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置の他の構成図であり、６００は外部から誘導結合する変動磁界信号、７００ａ、７００ｂはＭＩ素子、７０３は局部発振手段、７１１ａ、７１１ｂはＭＩ素子の周辺に巻回して設けられる検出コイル、７１２ａ、７１２ｂはインピーダンス変換手段、７１３ａ、７１３ｂは中間周波増幅手段、７１５ａ、７１６ｂは帯域通過フイルタ、７１６はπ／２の移相手段である。
【００２９】
前記局部発振手段７０３は、ＭＩ素子７００ａ、およびπ／２移相器７１６を介してＭＩ素子７００ｂに、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駈動しており、ＭＩ素子７００ａ、７００ｂに外部から変動磁界信号が誘導結合されると、局発信号の周波数と変動磁界信号の周波数との差分の中間周波数の変動磁界信号が生じる。
前記中間周波増幅手段７１３ａから出力される信号を「Ｉ信号」、前記中間周波増幅手段７１３ｂから出力される信号を「Ｑ信号」とし、ＡＤＣ（アナログ‐デジタル変換）によってデジタル信号に変換し、ソフトウエア処理により検波・復調できる。
【００３０】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施形態におけるＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置の他の構成図であり、６００は外部から誘導結合する変動磁界信号、８００ａ〜８００ｄはＭＩ素子を用いた複数組の変動磁界信号受信装置、８０１は方位・距離測定手段、８０３は変動磁界信号受信装置の出力端子、９００はフレーム構造である。
ここで、前記複数組の変動磁界信号受信装置は、各組毎にユニットとして構成し、各ユニットは、相互間の干渉を避けるため、規定の間隔で配置され、電気的にシールドされた構造であり、構成であるものとする。
【００３１】
また、４組の変動磁界信号受信装置は、方位・距離測定手段８０１によって一定周期で切替えられ、受信した変動磁界信号の到達時間差、到達位相差、あるいはこれらの両方が測定され、大気中、海水中あるいは海底において、当該変動磁界信号が放射された方向を±１°以上の高精度で測定し、当該変動磁界信号が放射された地点からの距離を数ｃｍの高精度で測定することができる。
【００３２】
また、前記変動磁界信号の伝搬速度は毎秒３００ｋｍ程度であり、この速度は、大気中において、電磁波信号の１０００分の１であり、超音波信号の１０００倍であり、受信入力の変化によって受信装置の内部で生じる伝搬遅延時間の変化の影響が１０００分の１に改善され、伝搬損失が電磁波に比べて３倍大きく直接波と反射波とのレベルの差か大きいことから、壁などの障害物からの反射波の影響を受けにくいなどの利点があり、特に、屋内あるいは海水中での高精度の位置の検知が可能となる。
また、２ＭＨｚの変動磁界信号は２ＧＨｚの電磁波信号と波長が同じであり、２ＭＨｚの変動磁界信号を用いても高精度の方位と距離の測定が可能となる。
【００３３】
図６は、本発明の第２の実施形態におけるＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置の他の構成図であり、６００は外部から誘導結合する変動磁界信号、８００ａ〜８００ｐはＭＩ素子を用いた複数組の変動磁界信号受信装置、８０２はアレイアンテナの給電制御手段、８０３は変動磁界信号受信装置の出力端子、９００はフレーム構造である。
ここで、前記複数組の変動磁界信号受信装置は各組毎にユニットとして構成され、各ユニットは、他との干渉を避けるため、規定の間隔で配置され、電気的にシールドされた構造であり、構成であるものとする。
【００３４】
また、前記複数の変動磁界信号受信装置によりアレイアンテナを構成すると、単一の変動磁界信号受信装置に比較して、利得が向上し、鋭い指向性ビームを有し、指向性ビームの方向を制御可能であり、大気中、海水中あるいは海底に存在する導電性物体の探査を行うレーダの受信装置として用いられる。
また、前記複数組の変動磁界信号受信装置は、各組ごとに、可変増幅手段、可変位相調整手段、切替手段、あるいはこれらの組合せを介して給電制御手段に接続され、指向性の方向、ビーム幅、受信感度などがアダプティブに制御され、結果を出力端子８０３に出力する。
また、前記複数組のユニットは、海上を航行する船舶の船底の形状に合わせて配置され、フレーム構造９００に収納される。 
【００３５】
以上の説明では、変動磁界信号が存在する場合に、インピーダンスが鋭く変化するアモルファス線路を有するＭＩ素子を用いた磁気センサを変動磁界信号受信装置に応用する場合について説明したが、その他の磁気センサを用いても、同様な効果が得られることは言うまでもない。
また、本発明は、飛行艇の機体、船舶の船底などの形状に合わせた、コンフォーマル・アレイ・アンテナ、デジタル・レーダー、あるいはフェーズド・アレイ・アンテナ等として適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
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、近距離間から中距離間であり、数Ｈｚ以下から２０ＭＨｚを超える周波数領域であり、かつ狭帯域から広帯域までの帯域幅で伝搬する、変動磁界信号を効率よく受信するための、ＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置が小型で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。
【００３７】
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、海水中でのグローバル測位システム（ＵＷＧＰＳ）、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、海底探査機、あるいは金属探知機などの広範囲な適用が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
６００                          外部から誘導結合する変動磁界信号
７００、７００ａ、７００ｂ      ＭＩ素子
７０１                          局発信号を駈動するためのコンダクタ
７１１、７１１ａ、７１１ｂ      検出コイル
７１２、７１２ａ、７１２ｂ      インピーダンス変換手段
７１３、７１３ａ、７１３ｂ      中間周波増幅手段
７１４                          検波・復調手段
７１５、７１５ａ、７１５ｂ      ＢＰＦ（帯域通過フイルタ）
７１６、７１６ａ、７１６ｂ      接続端子
８００、８００ａ〜８００ｐ      変動磁界信号受信装置
８０１                          方位・距離測定手段
８０２                          給電制御手段
８０３                          出力端子
９００                          フレーム構造
【図１】
2017034488.tif 000003
【図２】
2017034488.tif 000004
【図３】
2017034488.tif 000005
【図４】
2017034488.tif 000006
【図５】
2017034488.tif 000007
【図６】
2017034488.tif 000008
【図７】
2017034488.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月28日(2016.11.28)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
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、比較的に低損失で伝搬する変動磁界信号の受信を可能にする、ＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置において、
前記ＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置が、局部発振手段、誘導結合手段、ＭＩ素子、局発信号結合手段、誘起起電力検出手段、中間周波増幅手段、あるいはこれらの組合せから構成され、
前記局部発振手段が、前記ＭＩ素子に対して、直接局発信号を駈動し、局発信号結合手段を介して局発信号を駈動し、あるいはこれらを組み合わせて局発信号を駆動し、
前記誘導結合手段が、前記誘導経路中を伝搬する変動磁界信号を、前記ＭＩ素子に対して誘導結合し、
前記ＭＩ素子が、前記局発信号を駈動時に、前記変動磁界信号を誘導結合することによって、当該ＭＩ素子の両端のインピーダンスを鋭く変化させ、前記局発信号と、前記変動磁界信号とをミキシングして、両者の周波数の差分の中間周波数の変動磁界信号を生成し、
前記誘起起電力検出手段が、前記ＭＩ素子の検出点に接続され、前記ＭＩ素子の周辺に設けられ、あるいはこれらの組合せによって、前記中間周波数の変動磁界信号から中間周波数の起電力を検出し、
前記中間増幅手段が、前記検出手段によって検出された中間周波数の起電力を選択手段によって選択し、前記選択された中間周波信号を増幅手段によって必要なレベルまで増幅することを特徴とするＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記請求項第１項において、前記ＭＩ素子が、磁気異方性とアモルファス構造を有するアモルファス磁性ワイヤであり、アモルファス薄膜磁性体であり、あるいはこれらの組合せであることを特徴とするＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
従来から、ＭＩ素子を用いて誘導磁界を受信する受信装置が提案されている。（例えば、特許文献１-２）
【特許文献１】特開第２０１０-２８８１３６号
【特許文献２】特開第２００７-１２４３３５号
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
しかしながら、前記磁気インピーダンス素子３は、磁性体のヒステリシス特性に基づく非線形特性を有しており、誘導結合される周波数がｆｍの誘導磁界と、第１タイミング発生器１３ａから印加される第１タイミング信号の周波数ｆｓとの間で混合された中間周波数（ｆｓ−ｆｍ）が生成されているにも関わらず、前記中間周波信号を利用せず、ｆｓ＞２×ｆｍとして、周波数ｆｍの信号を直接受信するため、ｆｓ≒２ｆｍの場合には、前記非線形により生成される中間周波数と、周波数混合器６によって生じる中間周波数とが混在する問題点が生じる。
一方、特許文献２に記載されている従来の「アンテナ装置、受信装置及び電子機器」では、外部から誘起する変動磁界を直接起電力に変換しており、変動磁界の周波数が変化する度にフイルタ回路の周波数を変更する煩わしさが生じる問題点がある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、前記ＭＩ素子を用いる受信装置は、局部発振手段と、誘導結合手段と、ＭＩ素子と、局発信号結合手段と、誘起起電力検出手段と、中間周波増幅手段とから構成され、前記局部発振手段が、前記ＭＩ素子に対して、直接局発信号を駈動し、局発信号結合手段を介して局発信号を駈動し、あるいはこれらを組み合わせて局発信号を駆動し、前記誘導結合手段が、前記誘導経路中を伝搬する変動磁界信号を、前記ＭＩ素子に対して誘導結合し、前記ＭＩ素子が、前記局発信号を駈動時に、前記変動磁界信号を誘導結合することによって、当該ＭＩ素子の両端のインピーダンスを鋭く変化させ、
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記局発信号の周波数と、前記変動磁界信号の周波数とをミキシングして、差分の中間周波数の変動磁界信号を生成し、前記誘起起電力検出手段が、前記ＭＩ素子の検出点に接続され、前記ＭＩ素子の周辺に設けられ、あるいはこれらの組合せによって、前記中間周波数の変動磁界信号から中間周波数の起電力を検出し、前記中間増幅手段が、前記検出された中間周波数の起電力を選択手段によって選択し、前記選択された中間周波数の起電力を必要なレベルまで増幅するための増幅手段とを有する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図１〜図４、および請求項１に示すように、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、比較的に低損失で伝搬する変動磁界信号の受信を可能にする、ＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置において、前記ＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置が、局部発振手段、誘導結合手段、ＭＩ素子、局発信号結合手段、誘起起電力検出手段、中間周波増幅手段、あるいはこれらの組合せから構成され、
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
前記局部発振手段が、前記ＭＩ素子に対して、直接局発信号を駈動し、局発信号結合手段を介して局発信号を駈動し、あるいはこれらを組み合わせて局発信号を駆動し、前記誘導結合手段が、前記誘導経路中を伝搬する変動磁界信号を、前記ＭＩ素子に対して誘導結合し、前記ＭＩ素子が、前記局発信号を駈動時に、前記変動磁界信号を誘導結合することによって、当該ＭＩ素子の両端のインピーダンスを鋭く変化させ、前記局発信号と、前記変動磁界信号とをミキシングして、両者の周波数の差分の中間周波数の変動磁界信号を生成し、
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
前記誘起起電力検出手段が、前記ＭＩ素子の検出点に接続され、前記ＭＩ素子の周辺に設けられ、あるいはこれらの組合せによって、前記中間周波数の変動磁界信号から中間周波数の起電力を検出し、前記中間増幅手段が、前記検出された中間周波数の起電力を選択手段によって選択し、前記選択された中間周波信号を増幅手段によって必要なレベルまで増幅する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、図１〜図４、および請求項２に示すように、前記ＭＩ素子が、磁気異方性とアモルファス構造を有するアモルファス磁性ワイヤであり、アモルファス薄膜磁性体であり、あるいはこれらの組合せである。
また、図１〜図４、および請求項３に示すように、前記誘導結合手段が、前記変動磁界信号の誘導経路を収束するための磁性体を有する。
また、図１〜図４、および請求項４に示すように、前記ＭＩ素子が少なくとも２組設けられ、前記２組のＭＩ素子の各組に対し、周波数が同一であり、かつ位相がπ／２異なる局発信号をコンダクターに駈動する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるＭＩ素子を用いる変動磁界信号受信装置の構成図であり、６００は外部から誘導結合する変動磁界信号、７００はＭＩ素子、７０１は直流電流を駈動するためのコンダクター、７０２は変動磁界信号を誘導するための誘導手段、７０３は局部発振手段、７０４は局発信号結合手段、７０５は電流を駈動するための電源手段、７０６は固定インピータンス、７０７は誘起起電力検出点、７１５は中間周波選択手段、７１３は中間周波増幅手段、７１４は検波・復調手段である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
外部から誘導結合する変動磁界信号６００は、誘導手段７０２によって前記変動磁界信号６００の磁力線が収束され、前記ＭＩ素子７００と誘導結合して、当該ＭＩ素子の両端のインピーダンスを鋭く変化させるとともに、図２に前記ＭＩ素子のインピーダンス変化率の例を示すように、２次歪の特性を有することから、前記局発信号結合手段７０４に駈動される局発信号の周波数と変動磁界信号の周波数とがミキシングされ、中間周波数の変動磁界信号が生じ、ＭＩ素子の両端に中間周波数の起電力を誘起し、前記誘起起電力検出点７０７によって、前記誘起した中間周波数の起電力を検出する。
ここで、前記局発信号は、パルス信号であり、可変周波数の信号であり、高周波信号であり、あるいはこれらの組合せであり、前記ＭＩ素子が２次歪の領域で動作するよう、局発信号のレベルを調節する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
前記誘起検出点７０７によって検出された中間周波数の起電力は、中間周波選択手段７１５によって選択され、中間周波増幅手段７１３によって増幅され、検波・復調手段７１４によってベースバンド信号に変換される。
なお、前記変動磁界信号は誘導経路中を伝搬する際に、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ため、中間周波信号増幅手段にはＡＧＣ（自動利得調整手段）、振幅制限手段、あるいはこれらの組合せを設ける必要がある。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
ここで、前記局部発振手段７０３から出力される局発信号を ASin(ω1t+φ1) とし、前記変動磁界信号を BSin(ω2t+φ2) で表すと、前記ＭＩ素子において両者が積算され、
[ASin(ω1t+φ1)]*[BSin(ω2t+φ2)] = (1/2)[AB[(Cos(ω1t-ω2t+φ1-φ2))-(Cos(ω1t+φ1+ω2t+φ2))] - - - (２)  
となり、これらの内 AB[(Cos(ω1t-ω2t+φ1-φ2)) が中間周波数の変動磁界信号によって誘起する起電力として起電力検出コイル７１１から出力される。
また、前記局部発振手段７０３は、ＭＩ素子７００に可変周波数の局発信号を駈動しており、ＭＩ素子に外部から変動磁界信号が結合されると、局発信号の周波数と変動磁界信号の周波数との差分の中間周波数の変動磁界信号が生じ、起電力検出コイル７１１から一定周波数の中間周波信号として出力され、インピーダンス変換手段７１２によって低インピーダンスに変換され、帯域通過フイルタ（ＢＰＦ）７１５によって選択され、中間周波増幅手段によって増幅される。
前記局発信号の周波数を、前記変動磁界信号の周波数と同一にすると、ダイレクトコンバージョンと呼ばれるミキサとして動作し、前記両者を近似させると、ＬＯＷ−ＩＦコンバージョンと呼ばれるミキサとして動作する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
前記局部発振手段７０３は、ＭＩ素子７００ａ、およびπ／２移相器７１６を介してＭＩ素子７００ｂに可変周波数の高周波信号、あるいは周波数が掃引される高周波信号を駈動しており、ＭＩ素子７００ａ、７００ｂに外部から変動磁界信号が誘導結合されると、局発信号の周波数と変動磁界信号の周波数との差分の中間周波数の変動磁界信号が生じ、起電力検出コイル７１１ａ、７１１ｂから一定周波数の中間周波信号として出力され、インピーダンス変換手段７１２ａ、７１２ｂによって低インピーダンスに変換され、帯域通過フイルタ（ＢＰＦ）７１５ａ、７１５ｂによって選択され、中間周波増幅手段によって増幅される。
前記中間周波増幅手段７１３ａから出力される信号を「Ｉ信号」、前記中間周波増幅手段７１３ｂから出力される信号を「Ｑ信号」とし、ＡＤＣ（アナログ‐デジタル変換）によってデジタル信号に変換し、ソフトウエア処理により検波・復調できる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
以上の説明では、変動磁界信号が存在する場合に、インピーダンスが鋭く変化するアモルファス線路あるいはアモルファス薄膜磁性体を有するＭＩ素子を用いた磁気センサを変動磁界信号受信装置に応用する場合について説明したが、その他の磁気センサを用いても、同様な効果が得られることは言うまでもない。
また、本発明は、飛行艇の機体、船舶の船底などの形状に合わせた、コンフォーマル・アレイ・アンテナ、デジタル・レーダー、あるいはフェーズド・アレイ・アンテナ等として適用することができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
６００                          外部から誘導結合する変動磁界信号
７００、７００ａ、７００ｂ      ＭＩ素子
７０１                          局発信号を駈動するためのコンダクタ
７０２                          誘導手段
７０３                          局部発振手段
７０４                          結合手段
７０５                          電源手段
７０６                          固定インピーダンス
７０７                          ＭＩ素子の検出点
７１１、７１１ａ、７１１ｂ      起電力検出コイル
７１２、７１２ａ、７１２ｂ      インピーダンス変換手段
７１３、７１３ａ、７１３ｂ      中間周波増幅手段
７１４                          検波・復調手段
７１５、７１５ａ、７１５ｂ      ＢＰＦ（帯域通過フイルタ）
７１６、７１６ａ、７１６ｂ      接続端子
８００、８００ａ〜８００ｐ      変動磁界信号受信装置
８０１                          方位・距離測定手段
８０２                          給電制御手段
８０３                          出力端子
９００                          フレーム構造
【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2017034488.tif 000010