JP4369314B2 - Antenna directivity control apparatus, position detection apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信を用いてアンテナの指向特性を制御することにより、例えば離れている移動体の位置を把握できるアンテナ指向特性の制御方法及び位置検出装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna directivity control method and a position detection device that can grasp the position of a moving object that is distant, for example, by controlling the directivity of an antenna using wireless communication.
例えば、衛星を使ったGPS(全地球測位システム:Global Positioning System)情報や、PHS(Personal Handy-phone System)又は携帯電話用に設置された基地局で得られる情報などを利用して、移動体が所有している端末の位置を特定する位置情報サービスがある。
このような位置情報サービスを利用すれば、その端末を持たせた子供や老人が現在いる位置をその家族が地図上で把握することができるので、その家族に安心感をもたらし、万が一事件に巻き込まれたり徘徊等の事態が生じたりしたときに対応することができるようになる。
For example, GPS (Global Positioning System) information using satellites, information obtained from PHS (Personal Handy-phone System) or base stations installed for mobile phones, etc. There is a location information service that identifies the location of terminals owned by.
By using such a location information service, the family can grasp the current location of the child or elderly person with the terminal on the map, so that the family can feel safe and get involved in the incident. It will be possible to respond when a situation such as a drought or drought occurs.
その他には、比較的限られた範囲を自由に移動する動物について生態調査を行う際に、複数の動物の身体に端末を取り付けておくことで、複数の動物の位置を容易に補足することができる位置検出システムも提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, when conducting an ecological survey on animals that move freely within a relatively limited range, it is possible to easily supplement the positions of multiple animals by attaching terminals to the bodies of multiple animals. A position detection system that can be used has also been proposed (see, for example, Patent Document 1).
そのような位置検出システムは、与えられた制御信号によって水平面内の指向方向または指向特性を変化させることができるアンテナ装置を固定局が備え、固定局が水平面内の全方向に無線信号を送出して移動局の呼出しを行い、これに応じて移動局が固定局に対して信号を返送したときに移動局からの受信信号が最大となるようにアンテナの指向方向を制御するものである。また、この位置検出システムは、固定局が移動局に向けて送出した信号と、この信号に対して移動局から返送されて固定局が受信した信号との時間関係から移動局までの距離を算出するものであり、固定局に対する移動局の方向及び距離を表示する。 In such a position detection system, a fixed station includes an antenna device that can change a directivity direction or directivity characteristics in a horizontal plane according to a given control signal, and the fixed station transmits a radio signal in all directions in the horizontal plane. The mobile station is called and the antenna directing direction is controlled so that the received signal from the mobile station becomes maximum when the mobile station returns a signal to the fixed station. This position detection system also calculates the distance to the mobile station from the time relationship between the signal sent from the fixed station to the mobile station and the signal returned from the mobile station and received by the fixed station. It displays the direction and distance of the mobile station with respect to the fixed station.
また、上述の位置検出システムでは、指向方向を変化させるアンテナとして、同じアンテナを多数配列したアンテナ素子からなるアレーアンテナ(Array Antenna)を用いている。具体的には、給電位相を可変にして電子的にビーム走査や指向性合成を行うフェーズドアレーアンテナ(Phased Array Antenna)や、受信信号に応じてアンテナの特性を制御するアダプティブアンテナ(Adaptive Array Antenna)等を用いて行うことが開示されている。 Further, in the position detection system described above, an array antenna (Array Antenna) composed of antenna elements in which a number of the same antennas are arranged is used as an antenna for changing the directivity direction. Specifically, a phased array antenna that performs electronic beam scanning and directivity synthesis with variable feed phase, and an adaptive antenna that controls antenna characteristics according to the received signal Etc. are disclosed.
ここで、フェーズドアレーアンテナ及びアダプティブアンテナについて概説する。
例えばダイポールアンテナを等間隔で複数個並べると、それぞれのアンテナからの放射は開口からの放射のように重ね合わされて平面波を作る。そのままでは面開口アンテナとあまり変わらないが、各アンテナに移相器(phase shifter)をつけて移相遅れを電子的に制御すると、平面波の波面を制御して任意の方向に電磁波を収束させることができる。このようなアンテナをフェーズドアレーアンテナとよぶ。
また、アダプティブアレイアンテナは、概念的にはフェーズドアレーアンテナと似ているが、指向性のヌル点(null point)を任意の方向に作って例えばマルチパス(multipath)によるフェージング(phasing)を除去するために用いる点で、指向性を可変するためのフェーズドアレーアンテナとは異なる。
Here, the phased array antenna and the adaptive antenna will be outlined.
For example, when a plurality of dipole antennas are arranged at equal intervals, radiation from each antenna is superimposed like radiation from an aperture to produce a plane wave. Although it is not much different from a plane aperture antenna as it is, if a phase shifter is attached to each antenna and the phase shift delay is electronically controlled, the electromagnetic wave is converged in an arbitrary direction by controlling the wavefront of the plane wave. Can do. Such an antenna is called a phased array antenna.
An adaptive array antenna is conceptually similar to a phased array antenna, but creates a directional null point in any direction to eliminate, for example, multipath fading. Therefore, it is different from the phased array antenna for changing the directivity.
このようなフェーズドアレーアンテナ及びアダプティブアンテナは、電気的もしくは機械的に伝送路を伝達する信号の位相を変化させる移相器を、1つ1つのアンテナ素子に取り付ける構造であり、これらのアンテナは高価なため、軍事用等の利用分野が限定されている。このように、コストが高く、しかも大型となるアンテナを用いていることから、位置検出システムのコスト低減や小型化を図ることが困難な状況であった。 Such phased array antennas and adaptive antennas have a structure in which a phase shifter that changes the phase of a signal transmitted through a transmission path electrically or mechanically is attached to each antenna element. These antennas are expensive. Therefore, the field of use such as military use is limited. As described above, since a high-cost and large-sized antenna is used, it has been difficult to reduce the cost and size of the position detection system.
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、低コストかつ小型化を容易に実現できるアンテナ指向特性の制御方法及び位置検出装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the technical problems as described above, and an object of the present invention is to provide an antenna directivity control method and a position detection device that can be easily realized at low cost and downsizing. It is to provide.
かかる目的のもと、本発明が適用されるアンテナ指向特性の制御装置は、表面を有する基板と、前記基板を貫通し、電波を受信する第1のアンテナと、前記第1のアンテナから離れる方向に直線状に延びる直線部と当該第1のアンテナから遠い当該直線部の端部に接続して当該第1のアンテナを中心として一方向に円弧状に延びる円弧部とを備え、当該円弧部の曲率半径が使用周波数の1/4波長と略同一の長さであると共に当該第1のアンテナに近い当該直線部の端部から当該円弧部の当該一方向の端部までの電気的な長さが使用周波数の1/2波長と略同一の長さであり、前記基板の前記表面に沿って配置されると共に当該第1のアンテナを中心に当該直線部が略等角度で放射状に位置する複数の第2のアンテナと、前記基板の前記表面に配置された前記複数の第2のアンテナの各々の前記第1のアンテナに近い側の一端に設けられ、当該第2のアンテナの各々を選択により接地する接地手段と、を含むものである。
ここで、前記複数の第2のアンテナの各々の前記直線部の長さおよび前記円弧部の弧長は、使用周波数の1/4波長と略同一の長さであることを特徴とすることができる。また、前記複数の第2のアンテナの各々の前記一端から、前記円弧部が延びる方向とは反対の方向に突出した小突出部を更に含むことを特徴とすることができる。このように小突出部を設けると、第2のアンテナの誘起電圧を増加させることができ、より高い前後比特性及びより鋭い指向特性を実現することができる。
For this purpose, an antenna directivity control apparatus to which the present invention is applied includes a substrate having a surface, a first antenna that penetrates the substrate and receives radio waves, and a direction away from the first antenna. A linear portion extending linearly and an arc portion extending in an arc shape in one direction around the first antenna and connected to an end portion of the linear portion far from the first antenna. electric length to the end of the one-way of the arc portion from an end portion of the linear portion close to a quarter wavelength and substantially the same length der Rutotomoni the first antenna radius of curvature used frequency of the Ri substantially equal length der and a half wavelength of the operating frequency, located radially above the straight line portion around the said first antenna while being disposed along a surface of the substrate at a substantially uniform angle a plurality of second antennas, the surface of the substrate Provided at one end of the side close to the arranged first antenna of each of the plurality of second antennas, it is intended to include a grounding means for grounding by selecting each of the second antenna.
Here, the length of the straight line part and the arc length of the arc part of each of the plurality of second antennas are substantially the same as a quarter wavelength of the used frequency. it can. In addition, it may further include a small protrusion that protrudes from the one end of each of the plurality of second antennas in a direction opposite to a direction in which the arc portion extends. When the small protrusion is provided in this manner, the induced voltage of the second antenna can be increased, and higher front-to-back ratio characteristics and sharper directivity characteristics can be realized.
他の観点から捉えると、本発明が適用される位置検出装置は、子機の発する信号を主アンテナで受信し、その受信状態に基づいて当該子機の位置を検出する位置検出装置において、表面を有し、前記主アンテナが貫通する基板と、前記主アンテナから離れる方向に直線状に延びる直線部と当該主アンテナから遠い当該直線部の端部に接続して当該主アンテナを中心として一方向に円弧状に延びる円弧部とを備え、当該円弧部の曲率半径が使用周波数の1/4波長と略同一の長さであると共に当該主アンテナに近い当該直線部の端部から当該円弧部の当該一方向の端部までの電気的な長さが使用周波数の1/2波長と略同一の長さであり、前記基板の前記表面に沿って配置されると共に当該主アンテナを中心に当該直線部が略等角度で放射状に位置する複数の制御アンテナと、前記基板の前記表面に配置された前記複数の制御アンテナの各々の前記主アンテナに近い側の一端に設けられ、当該複数の制御アンテナごとに接地又は非接地の制御をして前記主アンテナの指向特性の方向を変える制御手段と、を含むものである。
ここで、前記制御手段は、前記複数の制御アンテナのいずれか1つ又は隣り合う2つの制御アンテナを非接地にし、他の制御アンテナを接地させるように制御することを特徴とすることができる。また、前記複数の制御アンテナの各々の前記一端から当該主アンテナを中心として一方向に円弧状に突出した小突出部を更に含むことを特徴とすることができる。
When regarded from another point of view, the position detecting device to which the present invention is applied, receives a signal generated by the slave unit in the main antenna, in the position detecting device for detecting a position of the slave unit based on the reception state, the surface Connected to a substrate through which the main antenna penetrates, a linear portion extending linearly in a direction away from the main antenna, and an end of the linear portion far from the main antenna, and unidirectional with respect to the main antenna And an arc portion extending in an arc shape, the radius of curvature of the arc portion being substantially the same as a quarter wavelength of the operating frequency, and from the end of the linear portion close to the main antenna, The electrical length to the end in the one direction is substantially the same as the half wavelength of the operating frequency, and is arranged along the surface of the substrate and the straight line centering on the main antenna The parts are radially at approximately the same angle A plurality of control antennas that location, provided on the side of the one end close to the main antenna of each of the plurality of control antenna that is disposed on the surface of the substrate, control of the ground or non-ground for each the plurality of control antennas a control means for changing the direction of directivity of the main antenna and the is intended to include.
Here, the control unit may control to make any one of the plurality of control antennas or two adjacent control antennas ungrounded and ground the other control antennas. In addition, it may further include a small protrusion that protrudes in an arc from one end of each of the plurality of control antennas around the main antenna.
更に本発明を別の観点から捉えると、本発明が適用される位置検出方法は、子機の発する信号を親機の主アンテナで受信し、その受信状態に基づいて当該親機に対する当該子機の位置を検出する位置検出方法において、前記主アンテナの近傍にて前記主アンテナから離れる方向に直線状に延びる直線部と当該主アンテナから遠い当該直線部の端部に接続して当該主アンテナを中心として一方向に円弧状に延びる円弧部とを備え、当該円弧部の曲率半径が使用周波数の1/4波長と略同一の長さであると共に当該主アンテナに近い当該直線部の端部から当該円弧部の当該一方向の端部までの電気的な長さが使用周波数の1/2波長と略同一の長さであり、当該主アンテナが貫通する基板の前記表面に沿って配置されると共に当該主アンテナを中心に当該直線部が略等角度で放射状に位置する複数の制御アンテナを用いて行われる指向特性変更ステップであって、当該複数の制御アンテナの各々の当該主アンテナに近い側の一端で接地又は非接地させて、当該複数の制御アンテナを近傍に配置した前記主アンテナの指向特性を変える指向特性変更ステップと、前記指向特性変更ステップにより変えた前記主アンテナの指向特性において前記子機の発する信号を計測する計測ステップと、前記計測ステップによる計測結果に基づいて当該子機の位置を演算する演算ステップと、前記演算ステップによる演算結果を前記親機に表示する表示ステップと、を含むものである。
ここで、前記指向特性変更ステップの前に、前記子機と前記親機との間で同期をとる同期ステップを行うことを特徴とすることができる。
Further, when the present invention is viewed from another viewpoint, the position detection method to which the present invention is applied receives a signal generated by the slave unit by the main antenna of the master unit, and the slave unit with respect to the master unit based on the reception state. In the position detecting method for detecting the position of the main antenna, the main antenna is connected to a straight portion extending linearly in a direction away from the main antenna in the vicinity of the main antenna and an end of the straight portion far from the main antenna. An arc portion extending in a circular arc shape in one direction as a center, the radius of curvature of the arc portion is substantially the same as a quarter wavelength of the operating frequency, and from the end portion of the linear portion close to the main antenna The electrical length to the end in the one direction of the arc portion is substantially the same as the half wavelength of the operating frequency , and is arranged along the surface of the substrate through which the main antenna penetrates. Along with the main antenna The straight line portion is a directional characteristic changing step is performed using a plurality of control antenna located radially at a substantially uniform angle, ground or non at one end closer to the main antenna of each of the plurality of control antennas A directivity changing step for changing the directivity of the main antenna with the plurality of control antennas arranged in the vicinity, and a signal emitted from the slave unit in the directivity of the main antenna changed by the directivity change step. a measuring step of measuring, the calculating step calculates the position of the slave unit based on the measurement result of the measuring step, and a display step of displaying the calculation result of the calculation step to the master unit, is intended to include.
Here, before the directivity changing step, a synchronization step of performing synchronization between the slave unit and the master unit may be performed.
本発明によれば、アンテナの指向特性の制御を低コストかつ小型化を容易に実現できる。 According to the present invention, it is possible to easily control the directivity characteristics of an antenna at low cost and downsizing.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1の(a)は、本実施の形態に係る位置検出装置(親機)10及びその子機60の外観を示す説明図であり、図1の(b)は子機60が位置検出装置10に向けて発する電波を示す説明図である。図2は、位置検出装置10の内部の概略構成図であり、図2の(a)は側面図、図2の(b)は平面図である。
図1の(a)に示すように、位置検出装置10は、外形が円盤形状で、電源スイッチ10a及びサーチボタン10bを有し、また、後述する表示部56を有する。また、子機60も外形が小さな円盤形状で、電源スイッチ60aと、電源スイッチ60aをONにすると点灯するLED60bとを有する。
子機60は、電源スイッチ60aをONにすると、無線LAN(Local Area Network)の例えば2.45GHz(IEEE802.11bまたはIEEE802.11g)の周波数の電波を発する図示しないトランスミッタ(transmitter)を有し、位置検出装置10は、子機60からの図1の(b)に示す電波(パルス波形)に基づいて子機60の位置を検出することができる。具体的には、位置検出装置10は、子機60が発信した電波を受信し、その電波に基づいて子機60が位置検出装置10に対してどの方向にあり、かつ、どれくらい離れているかを検出し、その内容が表示部56に表示される。
このような位置検出装置10と子機60の利用方法としては、例えば遊園地内で遊ぶ子供に子機60を持たせ、例えばその子供が迷子になったときには、位置検出装置10を所持している親が、位置検出装置10のサーチボタン10bを押すと、位置検出装置10の表示部56に子供の位置が表示されるので、子供を容易に探すことができる。このように、大規模な設備を予め設けておかなくても、子供の位置検出を容易に行うことができる。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1A is an explanatory view showing the appearance of the position detection device (parent device) 10 and its
As shown in FIG. 1A, the
When the
As a method of using the
位置検出装置10は、図2の(a)に示すように、円盤状の主基板11と、主基板11の外径と略同一の外径を有する円盤状の制御アンテナ基板12と、主基板11の中心部に一端部が取り付けられるとともに制御アンテナ基板12の中心部に他端部が取り付けられた主アンテナ13とを内部に備えている。主アンテナ13は、図示しない子機からの電波を受信するためのもので、無指向性である。主基板11と制御アンテナ基板12とは互いに略平行に離間して配置されている。
As shown in FIG. 2A, the
図2の(b)に示すように、制御アンテナ基板12の表面側には、4本の制御アンテナ21,22,23,24が主アンテナ13の周辺に規則的に、パターンにより配設されている。制御アンテナ21,22,23,24は、制御アンテナ基板12の中心部から、円周方向に90度の間隔をあけて放射状に延びる直線状の径方向部21a,22a,23a,24aと、各径方向部21a,22a,23a,24aの周面寄りの端部から円周方向に沿って一方向に延びる円弧状の周方向部21b,22b,23b,24bとを備えている。各制御アンテナ21,22,23,24の径方向部21a,22a,23a,24aと周方向部21b,22b,23b,24bとは連続して形成されている。
As shown in FIG. 2B, four
ここで、4本の制御アンテナ21,22,23,24における各周方向部21b,22b,23b,24bの曲率半径は略同一であり、約λ/4である。例えば、使用周波数fが2.45GHzのときには、波長λが122.95mmであるので、制御アンテナ21,22,23,24の曲率半径は、30.74mmである。
また、隣接する周方向部21b,22b,23b,24b同士は所定の距離をもって離間しており、周方向部21b,22b,23b,24bの弧長は、約λ/4(30.74mm)である。すなわち、制御アンテナ21,22,23,24の電気的な長さは約λ/2(61.48mm)であり、制御アンテナ21,22,23,24の物理的な長さはλ/4(30.74mm)である。なお、4本の制御アンテナ21,22,23,24は互いに交差しないように配置されている。
Here, the curvature radii of the
Adjacent
4本の制御アンテナ21,22,23,24における各径方向部21a,22a,23a,24aの中心寄りの端部は主アンテナ13の近傍に位置している。すなわち、制御アンテナ21,22,23,24の一端を、主アンテナ13の最も輻射強度の高い場所の近傍、例えば2〜3mm程度離して配置し、主アンテナ13からの輻射電磁界を制御アンテナ21,22,23,24に誘導させるようにしている。
なお、制御アンテナ21,22,23,24の材料として、板金アンテナ、プリントアンテナ、針金アンテナその他形状が限定されない高周波材料であれば用いることができる。
The ends of the four
In addition, as a material of the
制御アンテナ基板12には、接地手段としてのスイッチング素子(switching element)31,32,33,34が各制御アンテナ21,22,23,24ごとに設けられている。スイッチング素子31,32,33,34は、その一端がグランドGに接続されていて、後述する制御手段の制御により選択的に作動する。このため、4本の制御アンテナ21,22,23,24ごとにグランドGに落としたり落とさなかったりすることができる。
なお、本実施の形態では、制御アンテナ21,22,23,24の片方をグランドGに落としているが、両方をグランドGに落とすと、接地効果がより確実になる。
On the
In the present embodiment, one of the
次に、スイッチング素子の切り替えにより主アンテナ13の指向特性が変化する理論について説明する。
図3は、主アンテナ13及び制御アンテナ20の配置構成を説明する説明図であり、図4は、図3の順方向における指向特性を説明するためのグラフであり、図5は、図3の逆方向における指向特性を説明するためのグラフであり、図6は、主アンテナ13の指向特性を示す図である。図4の(a)〜(f)及び図5の(a)〜(g)の各縦軸は電圧電源であり、各横軸は時間である。
図3に示す発信源14に接続された主アンテナ13と、主アンテナ13の近傍に配置した制御アンテナ20(21,22,23,24)とを用いた場合についてシミュレーションした。このシミュレーションは、制御アンテナ20による効果を明らかにするために、非接触状態(グランドGに接続していない状態)の制御アンテナ20にて行われたものである。
ここで、シミュレーションの他の条件を説明すると、制御アンテナ20の電気的な長さはおよそλ/2であり、物理的な長さはおよそλ/4である。また、制御アンテナ20の主アンテナ13に隣接する一端をA点とし、他端をB点としている。また、C点は、主アンテナ13に対して制御アンテナ20のB点とは反対側に位置している。主アンテナ13からC点までの離間距離はおよそλ/4である。
Next, the theory that the directivity characteristic of the
3 is an explanatory diagram for explaining the arrangement of the
A simulation was performed using the
Here, the other conditions of the simulation will be described. The electrical length of the
まず、図3に示す順方向におけるB点での指向特性について図4を用いて説明する。
図4の(a)および(b)に示すように、主アンテナ13の電界と磁界との位相は同じである。磁界を微分すると(e=dφ/dt)、図4の(c)に示すように、制御アンテナ20のA点の誘起電圧を求めることができる。
ここで、制御アンテナ20におけるA点とB点との電気的な長さが約λ/2のため、制御アンテナ20のB点の電圧(電界)は、図4の(d)に示すように、図4の(c)における制御アンテナ20のA点の誘起電圧の位相に対して逆位相となる。
また、制御アンテナ20におけるA点とB点との物理的な長さが約λ/4のため、図4の(e)に示すように、B点における主アンテナ13の電界は、A点における主アンテナ13の電界に対して90度の位相ずれが生じる。
図4の(d)に示す主アンテナ13の電界の位相と、図4の(e)に示す制御アンテナ20の電界の位相は同位相のため、これらを合成したB点の合成電界は、図4の(f)に示すように、強め合って電界が大きくなる。すなわち、B点における合成電界(図4の(f))は、主アンテナ13の電界(図4の(d))よりも電界強度が高まっている。
First, directivity characteristics at point B in the forward direction shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG.
As shown in FIGS. 4A and 4B, the phase of the electric field and magnetic field of the
Here, since the electrical length between the points A and B in the
Further, since the physical length between the point A and the point B in the
The phase of the electric field of the
次に、図3に示す逆方向におけるC点での指向特性について説明する。なお、図5の(a)〜(d)は、図4の(a)〜(d)と同じものゆえ、その説明を省略する。
制御アンテナ20におけるA点とC点との物理的な長さが約λ/4のため、図5の(e)に示すように、C点における主アンテナ13の電界は、A点における主アンテナ13の電界に対して90度の位相ずれが生じる。なお、結果として、図5の(e)は図4の(e)と同じ位相となる。
また、制御アンテナ20におけるB点とC点との物理的な長さがλ/2のため、図5の(f)に示すように、C点における制御アンテナ20の電界は、B点における制御アンテナ20の電界(図5の(d)参照)に対して180度の位相ずれが生じる。
図5の(e)に示す主アンテナ13の電界の位相と、図5の(f)に示す制御アンテナ20の電界の位相は逆位相のため、これらを合成したC点の合成電界は、図5の(g)に示すように、弱め合って電界が小さくなる。すなわち、C点における合成電界(図5の(g))は、主アンテナ13の電界(図5の(e))よりも電界強度が弱まっている。
Next, directivity characteristics at the point C in the reverse direction shown in FIG. 3 will be described. 5 (a) to (d) are the same as FIGS. 4 (a) to (d), and the description thereof is omitted.
Since the physical length between the point A and the point C in the
Further, since the physical length between the points B and C in the
The phase of the electric field of the
このようなシミュレーションの結果から、図6の(a)に示すように、順方向においては電界が強くなり、逆方向においては電界が弱くなるという指向特性を得ることができる。その一方で、制御アンテナ20を接地すると、制御アンテナ20による効果がなくなり、図6の(b)に示すように、主アンテナ13自身の指向特性すなわち無指向性に変わる。
よって、制御アンテナ20の接地と非接地を切り替えることにより、一方向への指向性を高めることができる。すなわち、接地非接地を切り替えるだけで、指向特性を変えることができる。
From the result of such a simulation, as shown in FIG. 6A, it is possible to obtain directivity characteristics in which the electric field is strong in the forward direction and the electric field is weak in the reverse direction. On the other hand, if the
Therefore, the directivity in one direction can be improved by switching between grounding and non-grounding of the
次に、制御アンテナ21,22,23,24による主アンテナ13の指向特性の制御について図2及び図7に基づいて説明する。
図7は、図2に示す構成で制御された指向特性を示す図であり、(a)〜(e)は図2の(b)の制御アンテナ21,22,23,24の接地非接地を切り替えることによる指向特性の変化を示したものである。
図2の(b)に示す直交座標系X−Yにおいて、4つの制御アンテナ21,22,23,24のいずれか1つのみを非接地にすると、その非接地の制御アンテナが主アンテナ13に対して位置する方向に強い指向特性に変わる。具体的に説明すると、制御アンテナ21のみを非接地にすると、図7の(a)に示すようにX軸の正方向に強く負方向に弱い指向特性を得ることができる。そして、制御アンテナ22のみを非接地にすると、図7の(b)に示すようにY軸の正方向に強くて負方向に弱い指向特性を得ることができる。制御アンテナ23のみを非接地にすると、図7の(c)に示すようにX軸の負方向に強くて正方向に弱い指向特性を得ることができ、制御アンテナ24のみを非接地にすると、図7の(d)に示すようにY軸の負方向に強くて正方向に弱い指向特性を得ることができる。すなわち、ゲインをとりたい方向に設置された制御アンテナを非接地にすると、主アンテナ13の特性のゲインは、最大で6dB増加し、その反対方向には最大で6dB減少する。
さらには、4つの制御アンテナ21,22,23,24のうちの隣り合う2つの制御アンテナのみを非接地にすると、X軸又はY軸に対して45度傾斜した方向に強い指向特性に得ることもできる。例えば、制御アンテナ22と制御アンテナ23のみを非接地状態にすると、図7の(e)に示すような指向特性を得ることができる。すなわち、4つの制御アンテナ21,22,23,24を用いると、X軸方向とY軸方向という4つの方向と、各軸に45度で交差する4つの方向、合わせて8つの方向に指向特性を変えることができる。
このような指向特性の制御は、図2の(b)に示すスイッチング素子31,32,33,34の作動を切り替えることにより実現することができる。
Next, control of directivity characteristics of the
FIG. 7 is a diagram showing the directivity characteristics controlled by the configuration shown in FIG. 2. FIGS. 7A to 7E show the grounding / non-grounding of the
In the orthogonal coordinate system XY shown in FIG. 2B, when only one of the four
Furthermore, when only two adjacent control antennas among the four
Such directivity control can be realized by switching the operation of the switching
次に、スイッチング素子31,32,33,34の切り替えの制御について説明する。
図8は、位置検出装置10の主要部分の機能ブロック図であり、図9は、位置検出のための手順を示すフローチャートであり、図9の(a)は、位置検出装置10の電源スイッチ10aと子機60の電源スイッチ60aとをONにしたときの内部処理手順を概略的に示したものであり、図9の(b)は、位置検出装置10のサーチボタン10bが押されたときの内部処理手順を概略的に示したものである。
位置検出装置10は、図8に示すように、主アンテナ13に接続された高周波部(RF:Radio Frequency)51と、中間周波増幅部(IF−AM:Intermediate Frequency Amplifier)52と、検波部(DET:Detection)53と、データ処理部54と、マイコン(Microcomputer)55と、表示部56と、制御アンテナ21,22,23,24に接続されたスイッチング素子(SW)30(31,32,33,34)とを備えている。
子機60から発信された電波を主アンテナ13が受信すると、その電波について高周波部51で高周波増幅して同調を取り、かつ図示しない発振器の出力をその電波に加える。中間周波増幅部52では、中間周波数に変換して増幅され、検波器53では、所定の電波が取り出される。取り出した電波は、データ処理部54を介してマイコン55に送られ、その内容が表示部56に表示される。マイコン55は、スイッチング素子30に対して制御アンテナ21,22,23,24の接地と非接地の切り替えを指示し、これにより、指向特性を制御している。
Next, switching control of the switching
FIG. 8 is a functional block diagram of the main part of the
As shown in FIG. 8, the
When the
ここで、図1の(a)に示すように表示部56は、位置検出装置10の上面部に設けられ、制御アンテナ21,22,23,24の位置に対応して円周方向に沿って等間隔に設けた8つのLED(Light Emitting Diode)56aと、その中央部に設けた液晶画面56bとからなる。位置検出装置10が子機60の位置を検出すると、子機60の方向にある1つのLED56aのみが点灯し、また、液晶画面56bでは、子機60との距離を表示する。また、LED56aは、後述する同期モード時に8つ全てのLEDを点灯させて使用者に知らせるようにすることもできる。
なお、表示部56として地図を表示できるような液晶画面だけを設け、検出した子機60の位置を、その画面上の地図に点で表示することも考えられる。
Here, as shown in FIG. 1A, the
It is also conceivable that only the liquid crystal screen capable of displaying a map is provided as the
位置検出のための手順は、同期モードとサーチモードに分けることができる。まず、同期モードは、図9の(a)に示すように、位置検出装置10及び子機60の電源スイッチ10a,60aをONにしたときに同期動作を開始し(S101)、同期が成功したかどうかを判断する(S102)。同期が成功したときは、終了し、同期が成功していないときにはその旨を表示部56に表示し(S103)、その後に終了する。
サーチモードでは、図9の(b)に示すように、位置検出装置10のサーチボタン10bが押されたか否かを判定し(S201)、サーチボタン10bが押されたときには子機60の位置検出を開始するが、その位置検出が成功したか否かを判定し(S202)、子機60の位置検出が成功したときには子機60の位置(方向と距離)を位置検出装置10の表示部56に表示し(S203)、終了する。位置検出装置10のサーチボタン10bが押されていないとき及び子機60の位置検出が成功しなかったときは、ステップS201に戻る。なお、サーチモードでは、位置検出装置10及び子機60の電源がONになっていることが前提となる。また、位置検出装置10は、子機60のID情報を予め記憶しておき、そのID情報により子機60を識別することができる。
The procedure for position detection can be divided into a synchronization mode and a search mode. First, as shown in FIG. 9A, the synchronization mode starts the synchronization operation when the
In the search mode, as shown in FIG. 9B, it is determined whether or not the
ここで、子機60の位置検出は、スイッチング素子31,32,33,34により主アンテナ13の指向特性を8つの方向に順次変えていき、子機60が発する電波の最も受信状態のよい方向を検出することにより、位置検出装置10に対して子機60が存在する方向がわかる。また、ゲインを変えることで子機60との距離を算出することができる。
このように、簡単な構造で指向特性を変えることができ、高い利得と適正な指向性を確保することができる。
Here, in the position detection of the
Thus, the directivity can be changed with a simple structure, and a high gain and appropriate directivity can be ensured.
次に、本実施の形態に係る位置検出装置10における制御アンテナの変形例について説明する。
図10〜図12は、制御アンテナの変形例を説明する説明図である。なお、各変形例において、以下に説明する構成以外は、上述した実施の形態と同じであり、スイッチング素子31,32,33,34及びグランドGの図示を省略している(図2の(b)参照)。
Next, a modified example of the control antenna in the
10-12 is explanatory drawing explaining the modification of a control antenna. In addition, in each modification, except the structure demonstrated below, it is the same as embodiment mentioned above, and illustration of the switching
第1の変形例としては、図10に示すように、制御アンテナ21,22,23,24における主アンテナ13側の端部に小突出部21c,22c,23c,24cを設けている。この小突出部21c,22c,23c,24cは、制御アンテナ21,22,23,24の周方向部21b,22b,23b,24bとは反対の方向に突出している。このように構成すると、誘起電圧を高くすることができ、ゲインを大きくすることができる。
As a first modification, as shown in FIG. 10,
第2の変形例では、図11に示すように、制御アンテナ21,22,23,24において、周方向部21b,22b,23b,24b(図2の(b)参照)の代わりに、立設部21d,22d,23d,24dを備えている。周方向部21b,22b,23b,24bは、制御アンテナ12の表面に設けられているが、立設部21d,22d,23d,24dは、制御アンテナ12から立設し、主アンテナ13と同じ方向に延びている。
このように構成することで、レイアウト的に制御アンテナの間隔を詰めて配置することができ、多くの数の制御アンテナを設けることができるようになる。このため、より精度の高い位置検出が可能となる。
In the second modified example, as shown in FIG. 11, in the
With this configuration, it is possible to arrange the control antennas with a small interval in terms of layout, and it is possible to provide a large number of control antennas. For this reason, position detection with higher accuracy is possible.
第3の変形例は、図12に示すように、半径方向に延びる制御アンテナ41,42,43,44を制御アンテナ基板12の表面に設けられている。この制御アンテナ41,42,43,44は、両端が直線状で、かつ、中間部にコイル部41a,42a,43a,44aが設けられている。各制御アンテナ41,42,43,44は、上述した制御アンテナ21,22,23,24と同様、物理的な長さがおよそλ/4で、電気的な長さがおよそλ/2である。
このように構成することで、位置制御装置10をコンパクトにしつつ、より精度の高い位置検出が可能となる。
In the third modification, as shown in FIG. 12,
With this configuration, it is possible to detect the position with higher accuracy while making the
10…位置検出装置、11…主基板、12…制御アンテナ基板、13…主アンテナ、14…発信源、20,21,22,23,24…制御アンテナ、21a,22a,23a,24a…径方向部、21b,22b,23b,24b…周方向部、30,31,32,33,34…スイッチング素子、60…子機、G…グランド
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基板を貫通し、電波を受信する第1のアンテナと、
前記第1のアンテナから離れる方向に直線状に延びる直線部と当該第1のアンテナから遠い当該直線部の端部に接続して当該第1のアンテナを中心として一方向に円弧状に延びる円弧部とを備え、当該円弧部の曲率半径が使用周波数の1/4波長と略同一の長さであると共に当該第1のアンテナに近い当該直線部の端部から当該円弧部の当該一方向の端部までの電気的な長さが使用周波数の1/2波長と略同一の長さであり、前記基板の前記表面に沿って配置されると共に当該第1のアンテナを中心に当該直線部が略等角度で放射状に位置する複数の第2のアンテナと、
前記基板の前記表面に配置された前記複数の第2のアンテナの各々の前記第1のアンテナに近い側の一端に設けられ、当該第2のアンテナの各々を選択により接地する接地手段と、
を含むアンテナ指向特性の制御装置。 A substrate having a surface ;
A first antenna that penetrates the substrate and receives radio waves;
A linear portion extending linearly in a direction away from the first antenna and an arc portion extending in an arc shape in one direction around the first antenna by connecting to an end of the linear portion far from the first antenna The radius of curvature of the arc portion is substantially the same as a quarter wavelength of the operating frequency, and the end of the arc portion in one direction from the end of the straight portion close to the first antenna The electrical length to the portion is substantially the same as the half wavelength of the operating frequency, and the linear portion is arranged along the surface of the substrate and the straight portion is substantially centered on the first antenna. A plurality of second antennas radially located at equal angles;
A grounding means provided at one end of the plurality of second antennas disposed on the surface of the substrate on the side close to the first antenna, and selectively grounding each of the second antennas;
An antenna directivity control device including:
前記複数の第2のアンテナの各々の前記円弧部の弧長は、使用周波数の1/4波長と略同一の長さであることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ指向特性の制御装置。 The length of the straight portion of each of the plurality of second antenna is substantially the same length and a quarter-wave of the used frequency,
Arc length of the arc portion of each of the plurality of second antenna, the control device of the antenna directivity of claim 1, which is a quarter wavelength and substantially the same length of used frequency .
表面を有し、前記主アンテナが貫通する基板と、
前記主アンテナから離れる方向に直線状に延びる直線部と当該主アンテナから遠い当該直線部の端部に接続して当該主アンテナを中心として一方向に円弧状に延びる円弧部とを備え、当該円弧部の曲率半径が使用周波数の1/4波長と略同一の長さであると共に当該主アンテナに近い当該直線部の端部から当該円弧部の当該一方向の端部までの電気的な長さが使用周波数の1/2波長と略同一の長さであり、前記基板の前記表面に沿って配置されると共に当該主アンテナを中心に当該直線部が略等角度で放射状に位置する複数の制御アンテナと、
前記基板の前記表面に配置された前記複数の制御アンテナの各々の前記主アンテナに近い側の一端に設けられ、当該複数の制御アンテナごとに接地又は非接地の制御をして前記主アンテナの指向特性の方向を変える制御手段と、
を含む位置検出装置。 In the position detection device that receives the signal emitted from the slave unit by the main antenna and detects the location of the slave unit based on the reception state,
A substrate having a surface through which the main antenna penetrates;
A linear portion extending linearly in a direction away from the main antenna, and an arc portion extending in an arc shape in one direction around the main antenna, connected to an end of the linear portion far from the main antenna, The radius of curvature of the section is substantially the same as a quarter wavelength of the operating frequency, and the electrical length from the end of the straight section close to the main antenna to the end of the arc section in the one direction Is a length substantially the same as a half wavelength of the used frequency, and is arranged along the surface of the substrate , and a plurality of controls in which the linear portion is radially located at substantially the same angle with respect to the main antenna. An antenna,
Each of the plurality of control antennas arranged on the surface of the substrate is provided at one end on the side close to the main antenna, and each of the plurality of control antennas is controlled to be grounded or non-grounded to direct the main antenna. Control means for changing the direction of the characteristics;
A position detecting device including:
前記主アンテナの近傍にて前記主アンテナから離れる方向に直線状に延びる直線部と当該主アンテナから遠い当該直線部の端部に接続して当該主アンテナを中心として一方向に円弧状に延びる円弧部とを備え、当該円弧部の曲率半径が使用周波数の1/4波長と略同一の長さであると共に当該主アンテナに近い当該直線部の端部から当該円弧部の当該一方向の端部までの電気的な長さが使用周波数の1/2波長と略同一の長さであり、当該主アンテナが貫通する基板の前記表面に沿って配置されると共に当該主アンテナを中心に当該直線部が略等角度で放射状に位置する複数の制御アンテナを用いて行われる指向特性変更ステップであって、当該複数の制御アンテナの各々の当該主アンテナに近い側の一端で接地又は非接地させて、当該複数の制御アンテナを近傍に配置した前記主アンテナの指向特性を変える指向特性変更ステップと、
前記指向特性変更ステップにより変えた前記主アンテナの指向特性において前記子機の発する信号を計測する計測ステップと、
前記計測ステップによる計測結果に基づいて当該子機の位置を演算する演算ステップと、
前記演算ステップによる演算結果を前記親機に表示する表示ステップと、
を含む位置検出方法。 In a position detection method for receiving a signal emitted from a slave unit by the main antenna of the master unit and detecting the position of the slave unit relative to the master unit based on the reception state,
An arc extending linearly in the direction away from the main antenna in the vicinity of the main antenna and an arc extending in one direction around the main antenna by connecting to the end of the linear portion far from the main antenna And the radius of curvature of the arc portion is substantially the same as a quarter wavelength of the operating frequency and the end portion of the arc portion in one direction from the end portion of the straight line portion close to the main antenna. an electrical length 1/2 wavelength and substantially the same length of used frequencies up, the linear portion centered on the main antenna together with the main antenna is arranged along the surface of the substrate that penetrates Is a directivity characteristic changing step performed using a plurality of control antennas radially located at substantially equal angles, and is grounded or ungrounded at one end of each of the plurality of control antennas close to the main antenna, Multiple A directional characteristic changing step of changing the directional characteristic of the main antenna control antenna disposed near,
A measurement step of measuring a signal emitted by the slave unit in the directivity characteristic of the main antenna changed by the directivity characteristic changing step;
A calculation step of calculating the position of the slave unit based on the measurement result of the measurement step;
A display step of displaying the calculation result of the calculation step on the master unit ;
A position detection method including:
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