JP4170337B2

JP4170337B2 - 電界通信システム

Info

Publication number: JP4170337B2
Application number: JP2005366380A
Authority: JP
Inventors: 直志美濃谷; 満品川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2025-12-20
Also published as: JP2007174054A

Description

本発明は、電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を検出して情報の送受信を行う通信に適用する電界通信システムに関する。

携帯端末の小型化および高性能化により、生体に装着可能なウェアラブルコンピュータが注目されてきている。従来、このようなウェアラブルコンピュータ間の情報通信として、コンピュータに電界通信トランシーバを接続して装着し、この電界通信トランシーバが誘起する電界を、電界伝達媒体である生体を介して伝達させることによって、情報の送受信を行う方法が提案されている（特許文献１、２参照）。

また、図４に示す従来の電界通信トランシーバの構成図では送信と受信の構成のうち送信部分の構成のみを示している。この送信部分は、送信器３６から構成されており、送信器３６は電界伝達媒体となる生体３５に接して送信を行う。送信器３６は生体３５に接触するための絶縁体３７と、絶縁体３７を介して生体３５へ電界通信（送信）を行う送信電極３４と、可変リアクタンス３０と、送信回路３１と、回路グランド３２とを備えている。

このような構成において、電界通信において誘起される電界を強くするためには、送信器３６の出力に可変リアクタンス３０を挿入し、生体３５と大地グランド３９との間に生じる浮遊容量Ｃｂ３８と、および送信器回路グランド３２と大地グランド３９との間に生じる浮遊容量Ｃｇ３３と、でもって共振させることが行われている。

また、図５には図４に示した可変リアクタンス３０の構成図を示している。この図５には、可変容量ダイオード４０と、インダクタ４１と、抵抗４２、４３と、容量４４、４５と、交流信号端子４６、４７と、制御信号入力４８と、バッファ４９と、が示されている。

こうした構成のインダクタ４１と可変容量ダイオード４０とで構成される可変リアクタンス３０では、可変容量ダイオード４０に印加するバイアス電圧（制御信号）を変化させてリアクタンス値を変化させる。そして、搬送波の周波数近傍で浮遊容量Ｃ_ｇ、Ｃ_ｂと共振が起きるようにインダクタンス値４１と可変容量ダイオード４０の容量値を設定している。

このような構成により、通信媒体である人体に十分な強度の電界を効率よく誘起し、誘起された電界を検出して通信を行う電界通信を利用すると、情報源に触れた人体に情報を送ることができる。
特開２００４−１５３７０８号公報ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓＰａｔｅｎｔＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｐｕｂ．Ｎｏ．：ＵＳ２００４／００９２２９６Ａ１Ｐｕｂ．Ｄａｔｅ：Ｍａｙ１３，２００４

しかしながら上述のような従来の技術においては、可変リアクタンスは高周波領域では容量として振る舞い、送信電極と回路グランド間の負荷（浮遊容量ＣｇとＣｂの直列）容量よりも大きいため、送信器から出力される信号の高周波成分は可変リアクタンスには印加されず、送信電極と回路グランド間に印加されてしまう。このため、電界通信に使用する周波数帯域外の信号が空間に放射されて、周囲の電子機器に影響を与える可能性があった。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、電界通信に不要な周波数帯の高周波成分を除去し、周囲の電子機器への影響を低減することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う電界通信システムにおいて、所定の周波数を有する交流信号で前記送信すべき情報を変調し送信信号を生成して出力する送信手段と、前記送信信号を前記電界伝達媒体に送信するための電極と、前記送信信号と共振するための第１のインダクタと、印加された電圧に応じて静電容量が変化する可変容量ダイオードと、入力された前記送信信号を前記可変容量ダイオードで整流して得られた直流電流に応じて生じた電位差を前記可変容量ダイオードのアノードとカソード間に印加するための第１の抵抗器と、でもってリアクタンス値を変化可能な可変リアクタンスと、を有してなり、前記送信信号が入力される前記可変リアクタンスの入力端に直列に挿入された第２のインダクタと、前記送信信号が出力される前記可変リアクタンスの出力端と当該可変リアクタンスの回路グランドとの間に挿入された第１の容量と、を備える。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記第２のインダクタに並列に接続された第２の抵抗器を備える。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２において、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を前記電極を介して受信するための受信手段を備える。

本発明によれば、電界通信に不要な周波数帯の高周波成分を除去し、周囲の電子機器への影響を低減することができる。

＜第１の実施の形態＞
図１には、電界通信システムに係る第１の実施の形態を説明するための構成図を示す。電界通信システムは、その通信において送信時に効率よく十分なレベルの送信信号を電界伝達媒体に伝えるための可変リアクタンスを備えている。この可変リアクタンスは図１に示すように、可変容量ダイオード１と、インダクタ２、３と、抵抗４、５、６と、容量７、８、９と、バッファ１０と、回路グランド１４と、から構成されている。なお、可変リアクタンスへの信号の入出力のために交流信号端子１１、１３と、制御信号入力１２とを備えている。

このような構成の電界通信システムにおいては、インダクタ２と可変容量ダイオード１で図４に示す浮遊容量Ｃｇ３３やＣｂ３８と共振する回路を構成している。抵抗４と抵抗５は搬送波が回路グランド１４やバッファ回路１０に漏れるのを防ぐ役割をしている。また、容量７と容量８は可変容量ダイオード１に印加されるバイアス電圧（制御信号）が交流信号端子１１に接続される送信回路の出力回路に漏れることや、インダクタ２で短絡されるのを防ぐ役割をしている。

そして不要な高周波成分を除去するためのインダクタ３と容量９が設けられている。このインダクタ３と容量９を備えることにより、通信に使用する周波数帯よりも高い周波数領域では、容量９よりもインダクタ３のインピーダンスを高く設定することで信号が遮断され、図４に示す送信電極３４と回路グランド１４の間には印加されなくなる。これにより通信に使用する周波数帯域外の信号が空間に放射されるのを防ぐことができる。

また、抵抗６はインダクタ３と容量９で起きる直列共振をダンピングするために使用している。このインダクタ３と抵抗６を並列に接続することにより、通信に使用する帯域では図４に示す浮遊容量Ｃｇ３３やＣｂ３８との直列共振に対する、抵抗６によるダンピングを防ぐことができる。さらに、インダクタ３をインダクタ２よりも１０分の１以下の大きさにすれば、通信に使用する帯域では浮遊容量Ｃｂ３３やＣｇ３８との直列共振に与える影響はほとんどない。

＜第２の実施の形態＞
なお、図１の構成では可変容量ダイオード１を１個だけ用いているが、等価的な耐圧を増加させるために図２に示すように可変容量ダイオード１、１５の２個を用いて直列に接続する構成でもよい。

このような構成により、通信に使用する帯域の交流信号では各容量を短絡とみなせ可変容量ダイオード１、可変容量ダイオード１５が直列に接続された構成となり、交流信号の電圧はそれぞれの各可変容量ダイオード１と可変容量ダイオード１５に分割されて印加される。

従って共振状態になって交流信号の電圧が大きくなってもそれぞれの可変容量ダイオードに印加される電圧は半分になり、可変容量ダイオードが１個のときに比べ可変容量ダイオードの印加電圧の制限による共振の抑制が生じにくくなる。

本実施の形態では可変容量ダイオードを可変容量ダイオード１と可変容量ダイオード１５の計２個で用いているが、２個以上でもかまわない。これに対し、低周波である制御信号では各容量を開放とみなせ、各可変容量ダイオード１、１５はバッファアンプ１０から見て並列に接続されている。このため制御信号入力１２に印加される制御信号の電圧は分割されることなくそのままの大きさで印加される。本実施の形態では印加電圧が可変容量ダイオードの耐電圧よりも大きくなったことによる共振の抑制を防ぎ、かつ容量の可変範囲を減少させない回路構成となっている。

＜第３の実施の形態＞
また、可変容量ダイオードの非線形による歪みを抑制するために、図３に示すようにアノードとカソードを逆にして接続してもよい。一般に可変容量ダイオードの電流電圧特性は非対称であることから、アノードの電位が高いときには半導体の特性で決まる所定の値より大きい時は短絡になり、交流信号の振幅が抑制される。

これを防ぐために高周波の交流信号に対して可変容量ダイオード１、可変容量ダイオード１５、可変容量ダイオード２０、可変容量ダイオード２１を直列かつ逆方向にも接続している。この構成により一方の可変容量ダイオードが短絡となっても逆方向の可変容量ダイオードは短絡になっていないため交流信号の振幅が抑制されることはない。なお、図１および図２と同様に抵抗４、５、１６、１７を備え、さらに抵抗２３、２４、２５をも備えている。

以上説明した実施の形態によれば、電界通信に不要な周波数帯の高周波成分を除去し、周囲の電子機器への影響を低減することができる。

電界通信システムの第１の実施の形態の構成図を示す。電界通信システムの第２の実施の形態の構成図を示す。電界通信システムの第３の実施の形態の構成図を示す。従来の技術による電界通信システムの構成図を示す。従来の技術による電界通信システムの構成図を示す。

符号の説明

１可変容量ダイオード
２、３インダクタ
４、５、６抵抗
７、８、９容量
１０バッファ

Claims

送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う電界通信システムにおいて、
所定の周波数を有する交流信号で前記送信すべき情報を変調し送信信号を生成して出力する送信手段と、
前記送信信号を前記電界伝達媒体に送信するための電極と、
前記送信信号と共振するための第１のインダクタと、印加された電圧に応じて静電容量が変化する可変容量ダイオードと、入力された前記送信信号を前記可変容量ダイオードで整流して得られた直流電流に応じて生じた電位差を前記可変容量ダイオードのアノードとカソード間に印加するための第１の抵抗器と、でもってリアクタンス値を変化可能な可変リアクタンスと、を有してなり、
前記送信信号が入力される前記可変リアクタンスの入力端に直列に挿入された第２のインダクタと、
前記送信信号が出力される前記可変リアクタンスの出力端と当該可変リアクタンスの回路グランドとの間に挿入された第１の容量と、
を備えることを特徴とする電界通信システム。
前記第２のインダクタに並列に接続された第２の抵抗器を備えることを特徴とする請求項１に記載の電界通信システム。
前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を前記電極を介して受信するための受信手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電界通信システム。