特開 2023-121642 受信機および磁気通信機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023121642

(43)【公開日】2023-08-31

(54)【発明の名称】受信機および磁気通信機器

(51)【国際特許分類】

   H04B 5/02 20060101AFI20230824BHJP

【ＦＩ】

H04B5/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022025095

(22)【出願日】2022-02-21

(71)【出願人】

【識別番号】000173795

【氏名又は名称】公益財団法人電磁材料研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】早坂 淳一

(72)【発明者】

【氏名】荒井 賢一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 信

【テーマコード（参考）】

5K012

【Ｆターム（参考）】

5K012AB03

5K012AB09

5K012AB10

5K012AC01

5K012AC08

5K012AC10

(57)【要約】

【課題】表皮効果、近接効果または放射抵抗などによる制限を受けず情報伝達量の増加を図り、かつ、小型化を図りうる磁気通信機器等を提供する。
【解決手段】磁気通信機器は、送信機４１０および受信機４２０を備えている。送信機４１０は、第１信号源４１１、第２信号源４１２、変調器４１４、電力増幅器４１６および送信コイル４１８を備えている。受信機４２０は、磁気センサ４２１、高周波信号処理回路４２２、第１復調器４２４、第２復調器４２６および出力制御器４２８を備えている。磁気センサ４２１は、磁場を媒体として到来した第２被変調波ｍ₂を受信するための強磁性共鳴を利用して当該磁場に応じた信号を出力する。出力制御器４２８は、復調された元の変調信号（情報）を可視化し、音圧、光および／または力などで出力する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁場を媒体として到来した被変調波ｍ₂を受信するための強磁性共鳴を利用した磁気センサと、
前記磁気センサの強磁性共鳴を励起するため高周波励磁信号の同相成分Ｉに応答する前記被変調波ｍ₂の第１出力信号Ｓ₁および当該高周波励磁信号の直交成分Ｑに応答する前記被変調波ｍ₂の第２出力信号Ｓ₂の２つの出力信号から前記変調信号を復調するための復調器と、を備えている
受信機。

【請求項2】

磁場の変化を情報として利用する磁気通信機器であって、
搬送波となる高周波信号を生成するための信号源と、前記搬送波を変調信号により変調して得る第１被変調波ｍ₁を送出する変調器と、前記被変調波を電力増幅する電力増幅器と、前記電力増幅器により得られた第２被変調波ｍ₂を送出するための送信コイルと、を備えている送信機と、
磁場を媒体として到来した第２被変調波ｍ₂を受信するための強磁性共鳴を利用した磁気センサと、前記磁気センサの強磁性共鳴を励起するため高周波励磁信号の同相成分Ｉに応答する前記第２被変調波ｍ₂の第１出力信号Ｓ₁および当該高周波励磁信号の直交成分Ｑに応答する前記第２被変調波ｍ₂の第２出力信号Ｓ₂の２つの出力信号から前記変調信号を復調するための復調器と、を備えている受信機と、を備えている
磁気通信機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、海水中、あるいは地中で用いられる磁気通信技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の磁気通信用の送受信機では、情報の媒体である磁場の強弱、あるいは磁場の方向を検出する受信用アンテナとしてコイルが用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、情報の媒体として磁場が利用される理由は、誘電率が高く導電性を示す海水、あるいは地下水などの影響を受け難く、低損失で比較的長距離の伝送が可能であるためである。受信用アンテナのコイルはループアンテナと呼ばれており、波長に比べて十分に小さい半径で良導電性の細線を複数回巻いたものである。加えて、一般的には、コンデンサを接続して共振回路を構成し感度を高めるなどの工夫がなされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０２－０３２６２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、コイルを用いた受信機では、多くの情報を伝達できる比較的高い周波数、例えば１０［ｋＨｚ］以上で、表皮効果、近接効果や、放射抵抗などによる損失が増大し、受信可能な信号強度には限界がある。ひいては通信可能な距離が制限される。また、コンデンサを接続して構成される共振回路によって、受信感度が向上する一方で通信に使用できる周波数帯域が制限されるという課題もある。さらには、受信アンテナとしてコイルを用いる場合、原理上、コイルのループに鎖交する磁場の大きさの変化から誘導起電力を得ているため、コイルの感度改善と小型化の両立が困難（小型化を図るために、コイルのループを小さくすると鎖交する磁場が小さくなる）という課題もある。

【0005】

そこで、本発明は、表皮効果、近接効果または放射抵抗などによる制限を受けず情報伝達量の増加を図り、かつ、小型化を図りうる磁気通信機器等を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】

本発明の受信機は、
磁場を媒体として到来した被変調波ｍ₂を受信するための強磁性共鳴を利用した磁気センサと、
前記磁気センサの強磁性共鳴を励起するため高周波励磁信号の同相成分Ｉに応答する前記被変調波ｍ₂の第１出力信号Ｓ₁および当該高周波励磁信号の直交成分Ｑに応答する前記被変調波ｍ₂の第２出力信号Ｓ₂の２つの出力信号から前記変調信号を復調するための復調器と、を備えている。

【0007】

本発明の磁気通信機器は、
磁場の変化を情報として利用する磁気通信機器であって、
搬送波となる高周波信号を生成するための信号源と、前記搬送波を変調信号により変調して得る第１被変調波ｍ₁を送出する変調器と、前記被変調波を電力増幅する電力増幅器と、前記電力増幅器により得られた第２被変調波ｍ₂を送出するための送信コイルと、を備えている送信機と、
磁場を媒体として到来した第２被変調波ｍ₂を受信するための強磁性共鳴を利用した磁気センサと、前記磁気センサの強磁性共鳴を励起するため高周波励磁信号の同相成分Ｉに応答する前記第２被変調波ｍ₂の第１出力信号Ｓ₁および当該高周波励磁信号の直交成分Ｑに応答する前記第２被変調波ｍ₂の第２出力信号Ｓ₂の２つの出力信号から前記変調信号を復調するための復調器と、を備えている受信機と、を備えている。

【0008】

本発明の磁気通信機器によれば、伝達可能な情報量の向上および通信機器の小型化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態としての磁気通信機器の構成に関する説明図。

【図2】磁気センサの構成に関する他の説明図。

【図3】信号処理回路の構成に関する説明図。

【図4】受信機を構成する信号処理回路のブロック図。

【図5A】磁気センサが感受する第２被変調波ｍ₂のパワースペクトルに関する説明図。

【図5B】受信アンテナである磁気センサから出力されるパワースペクトルに関する説明図。

【図5C】被変調波ｍ₃が第１混合器によって高周波励磁信号と乗算され、磁気センサの強磁性共鳴を励起するための高周波励起信号の同相成分Ｉに応答する第２被変調波ｍ₂の第１出力信号Ｓ₁のパワースペクトルに関する説明図。

【図5D】被変調波ｍ₃が第２混合器によって高周波励磁信号と乗算され、磁気センサの強磁性共鳴を励起するための高周波励起信号の直交成分Ｑに応答する第２被変調波ｍ₂の第２出力信号Ｓ₂のパワースペクトルに関する説明図。

【図6】高周波励磁信号の周波数変化に対する受信機の出力結果に関する説明図。

【図7】磁気センサに付与されるバイアス磁場に対する受信機の出力結果に関する説明図。

【図8】第２被変調波ｍ₂の周波数変化に対する受信機の出力特性に関する説明図。

【図9】通信距離に対する受信機の出力特性に関する説明図。

【図10】受信機の第１出力信号Ｓ₁および第２出力信号Ｓ₂のパワースペクトルに関する説明図。

【図11】通信距離に対するデータ伝送におけるパケット単位の誤り率に関する説明図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１に示されている本発明の一実施形態としての磁気通信機器は、送信機４１０および受信機４２０を備えている。

【0011】

送信機４１０は、第１信号源４１１、第２信号源４１２、変調器４１４、電力増幅器４１６および送信コイル４１８を備えている。

【0012】

第１信号源４１１は、搬送波となる高周波信号を生成する。第２信号源４１２は、変調信号を生成する。変調器４１４は、当該搬送波が当該変調信号により変調されて得られる第１被変調波ｍ₁を送出する。電力増幅器４１６は、当該被変調波を電力増幅する。送信コイル４１８は、電力増幅器４１６で得られた第２被変調波ｍ₂を送出する。

【0013】

受信機４２０は、磁気センサ４２１、高周波信号処理回路４２２、第１復調器４２４、第２復調器４２６および出力制御器４２８を備えている。磁気センサ４２１は、磁場を媒体として到来した第２被変調波ｍ₂を受信するための強磁性共鳴を利用して当該磁場に応じた信号を出力する。高周波信号処理回路４２２は、磁気センサ４２１の強磁性共鳴を励起するための高周波励起信号の同相成分Ｉに応答する第２被変調波ｍ₂の第１出力信号Ｓ₁および当該高周波励起信号の直交成分Ｑに応答する前記第２被変調波ｍ₂の第２出力信号Ｓ₂を送出する。第１復調器４２４および第２復調器４２６のそれぞれは、当該出力信号から変調信号を復調する。出力制御器４２８は、復調された元の変調信号、つまり情報を可視化し、具体的には受信者に聴覚伝達可能な音声を含む音圧、視覚伝達可能な光および／または触覚伝達可能な力などで出力する。

【0014】

送信機４１０および受信機４２０は、搬送波の波長λを２πで除した通信距離、つまり近傍界の範囲内に配置されている。近傍界においては、情報の媒体となる磁場が電場に比べ優位であり、海水または地中で効率よく情報を伝送することができる。

【0015】

第１信号源４１１が生成する搬送波の周波数帯は１０～５００［ｋＨｚ］の範囲に含まれていることが好ましい。一般的に周波数は高いほど、多くの情報を伝送できる一方で、送信コイルに流れる高周波電流によって表皮効果などの損失が増大し、効率が低下するためのである。

【0016】

変調器４１４による変調方法としては、既知の振幅変調、周波数変調、位相変調などのアナログ変調方式、振幅偏移変調、周波数偏移変調、位相偏移変調、直角位相振幅変調および／または振幅位相変調などのデジタル変調方式、あるいは複数の情報を同時に伝送することが可能な直交周波数分割多重方式などを適用できる。

【0017】

送信コイル４１８は、複数のコイルをアレイ状に配置し、各々のコイルに供電する電流の振幅、位相を制御し、第２被変調波ｍ₂をビーム走査するフェーズドアレイアンテナの構成としてもよい。このような構成は、特定の方向に強い指向性を有し、高い利得を得ることができる。したがって、遠方まで信号を送ることができる。

【0018】

また、海水中、あるいは地中の水分による減衰が著しい電界成分を抑制するために、送信コイル４１８に電界シールドを施すことが好ましい。

【0019】

強磁性共鳴を利用した複数の磁気センサ４２１がアレイ状に配置され、各々の磁気センサ４２１の強磁性共鳴を励起するための高周波励起信号の振幅および／または位相を制御し、送信コイル４１８より磁場を媒体として到来した特定方向の第２被変調波ｍ₂を効率よく受信できる構成としてもよい。このような構成は、特定の方向に強い指向性を有し、高い受信感度を実現することができる。

【0020】

出力制御器４２８は、第１復調器４２４および第２復調器４２６によって復調された元の変調信号、つまり情報が受信者に聴覚伝達可能な音声を含む音（圧）の形態で出力することができる。具体的には、該変調信号を所望の信号強度に増幅し、不要なノイズを除去するなど、既知の信号処理を施した後、電磁変換素子、例えば電磁石を利用したスピーカおよび／または圧電素子により音（圧）を発生させることが可能である。

【0021】

また、出力制御器４２８は、変調信号、つまり情報が受信者に視覚伝達可能な光の形態で出力することができる。具体的には、当該変調信号を所望の信号強度に増幅し、不要なノイズを除去するなど、既知の信号処理を施した後、光電変換素子、例えば白色光源ランプおよび／または発光ダイオードなどにより光を発生させることが可能である。

【0022】

さらには、出力制御器４２８は、変調信号、つまり情報が受信者に触覚伝達可能な力の形態で出力することができる。具体的には、当該変調信号を所望の信号強度に増幅し、不要なノイズを除去するなど、既知の信号処理を施した後、電気信号を物理的な力に変換させることができる電気式および／または油圧式などのアクチュエータを利用して、伸縮、屈伸および／または旋回などの運動によって力を発生させることが可能である。出力制御器４２８は、出力データをデジタルデータとして保存する機能を有する。

【0023】

図２に示されている本発明の一実施形態としての磁気センサ４２１は、誘電体基板１００と、誘電体基板１００の上面に前後に延在する略矩形状に積層された信号線路層１１０と、誘電体基板１００の上面１０１において信号線路層１１０から左右のそれぞれに離間して前後に延在する一対の略矩形状の接地導体層１２１および１２２と、誘電体基板１００の下面に形成された接地導体層１２４と、接地導体層１２４、１２１および１２２により構成される伝送線路１２０の一端部に電気的に接続される入出力端子１６０と、当該伝送線路１２０の他端部に部分的に積層された軟磁性薄膜１４０と、薄膜磁石１５０を備えている。接地導体層１２４は省略されてもよい。

【0024】

誘電体基板１００としては、例えば、半導体系の単結晶シリコン、ゲルマニウム、化合物半導体系のＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＩｎＰ、ＳｉＧｅや、水晶、サファイヤ、ガラスの他、セラミックス系のアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニア、炭化珪素、チタニア、イットリア、またはそれらの複合材料からなる基板が用いられてもよい。

【0025】

信号線路層１１０、伝送線路１２０、接地導体層１２１～１２４としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、ＡｇもしくはＴｉまたはこれらの積層薄膜が用いられてもよい。

【0026】

軟磁性薄膜１４０としては、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｓｉ－ＢもしくはＣｏ－Ｎｂ－Ｚｒ系のアモルファス薄膜、Ｆｅ－ＳｉもしくはＦｅ－Ｚｒ－Ｎ系の微結晶薄膜、または、それらの薄膜の間にＳｉＯなどの薄い絶縁層を挟んで積層された多層薄膜、Ｎｉ－ＦｅもしくはＦｅ－Ｓｉ－Ａｌ系の結晶性薄膜、さらには、Ｆｅ－Ｓｉ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｎｉ合金、センダスト合金のバルク材料、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｂ、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｎｉ－Ｚｒ、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｂ、Ｃｏ－Ｆｅ－ＺｒもしくはＣｏ－Ｚｒ系のアモルファス合金薄帯、軟磁性フェライトからなる薄膜が用いられてもよい。軟磁性薄膜１４０は、信号線路層１１０の近傍に配置されていることが好ましい。

【0027】

薄膜磁石１５０としては、Ｐｔ－Ｆｅ系、ＳｍＣｏ系、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系もしくはＮｄ－Ｆｅ－Ｎ系のスパッタ薄膜、または、Ｍｎ－Ａｌ－Ｃｏ、Ｃｏ－Ｐｔ、Ｆｅ－Ｐｔ、Ｆｅ－Ａｌ－Ｎｉなどの金属系バルク磁石、酸化物系のフェライト磁石、希土類系のＳｍＣｏ、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石が用いられてもよい。

【0028】

図３には、信号線路層１３０の近傍に発生する磁界分布が示されている。信号線路層１３０に高周波電流が流れると、図３に示されているように信号線路層１３０の周囲に磁場Ｂが生じる。磁場Ｂの強さは信号線路層１３０から離れるにしたがって急減する。また、電場Ｅは、信号線路層１３０と接地導体層１２１および１２２との間に集中する。伝送線路１２０の特性インピーダンスは、電場Ｅおよび磁場Ｂの比によって定義され、電場Ｅおよび磁場Ｂが分布する信号線路層１１０の近傍媒体の誘電率εおよび透磁率μに強く依存する。よって、信号線路層１１０の近傍に高透磁率の軟磁性薄膜１４０が配置され、当該軟磁性薄膜１４０の外部磁場よって透磁率μが変化する特性が利用された場合、磁場を媒体として到来した第２被変調波ｍ₂の僅かな磁場変化に対して敏感な特性インピーダンスが得られる。この大きな特性インピーダンスの変化によって、高感度な磁気センサ、つまり感度が高い受信アンテナが実現できる。

【0029】

また、磁気センサは、信号線路層１３０および接地導体層１２１および１２２を有する伝送線路１２０の終端部が短絡され、当該終端部に薄膜磁石１５０および軟磁性薄膜１４０が積層された構造をなしている。薄膜磁石１５０は、あらかじめ軟磁性薄膜１４０の長手方向に着磁されており、薄膜磁石１５０によって生成される磁界は、高透磁率を有する軟磁性薄膜１４０に誘導される。すなわち、薄膜磁石１５０および軟磁性薄膜１４０は閉磁路構造をなしている。よって、磁気バイアスが軟磁性薄膜１４０に対して効率よく付与される。

【0030】

磁気バイアスの強さは、軟磁性薄膜１４０の異方性磁界の大きさと同等であることが好ましい。磁気バイアスによる外部磁場によって、軟磁性薄膜１４０の磁化はトルクを受け、磁気モーメントの歳差運動が生じる。このとき、軟磁性薄膜１４０に異方性磁界の大きさと同等の外部磁場が印加され、所望の周波数で励起されると強磁性共鳴が発現する。したがって、強磁性共鳴状態にある軟磁性薄膜は、磁場を媒体として到来した第２被変調波ｍ₂の僅かな磁場変化に対しても、極めて大きな透磁率μの変化を示し、ひいてはさらに大きな特性インピーダンスの変化によって、より感度が高い受信アンテナが実現できる。

【0031】

この異方性磁界の大きさは、軟磁性薄膜１４０の組成、成膜条件および／または熱処理条件などによって調整可能である。また、薄膜磁石１５０の強さを示す残留磁化も、組成、成膜条件および／または熱処理条件などで調整することが可能である。

【0032】

図４には、受信機４２０を構成する信号処理回路４１５のブロック図が示されている。信号処理回路４１５は、高周波励磁信号発生器２１、増幅器２４、２５、２６、２７、２８、２９、サーキュレータ２３、分配器２２、３１、３５、混合器２６、２７、および、ローパスフィルタ４０、４１を備えている。磁気センサ４２１の強磁性共鳴を励起するための高周波励磁信号発生器２１で生成される高周波励起信号の同相成分Ｉに応答する前記第２被変調波ｍ₂の第１出力信号Ｓ₁、高周波励起信号の直交成分Ｑに応答する前記第２被変調波ｍ₂の第２出力信号Ｓ₂の２つの出力信号が得られる。

【0033】

高周波励磁信号発生器２０により発生された高周波励磁信号は、第１増幅器２４により増幅され、第１分配器２２によって、第２増幅器２５ならびに第４増幅器２７の二方向に同位相で分配される。

【0034】

一方の第２増幅器２５に送出された高周波励磁信号は、第２増幅器２５で増幅され、サーキュレータ２３のポートＰ₀からポートＰ₁を経由して磁気センサ４２１の入出力端子に供給される。磁気センサ４２１において、高周波励磁信号が前記第２被変調波ｍ₂によって変調された第３被変調波ｍ₃は、サーキュレータ２３のポートＰ₁からポートＰ₂を経由し第３増幅器２６により増幅され、第３分配器３５によって、第１混合器２６および第２混合器２７の二方向に同位相で分配される。

【0035】

他方の第４増幅器２７に送出された高周波励磁信号は、第４増幅器２７で増幅され、第２分配器において、第１混合器２６および第２混合器２７の二方向に同相ならびに直交で分配される。第１混合器２６からは、磁気センサ４２１の強磁性共鳴を励起するための高周波励起信号の同相成分Ｉに応答する前記第２被変調波ｍ₂の第１出力信号Ｓ₁、が送出され、その後、第５増幅器２８で所望の大きさに増幅され、第１ローパスフィルタ４０で不要な雑音が除去されたうえで第１復調器４２４に送出される。第２混合器２７からは、該高周波励起信号の直交成分Ｑに応答する前記第２被変調波ｍ₂の第２出力信号Ｓ₂が送出され、その後、第６増幅器２９で所望の大きさに増幅され、第２ローパスフィルタ４１で不要な雑音が除去されたうえで第２復調器４２６に送出される。

【0036】

図５Ａ～図５Ｄのそれぞれには、受信機４２０の機能を説明するためのパワースペクトルが示されている。図５Ａには、磁気センサ４２１により感受される第２被変調波ｍ₂のパワースペクトル３０が示されている。ここで、該パワースペクトル３０は、周波数帯域を有効利用するために複数の搬送波を用いて直交周波数分割多重化などがなされている。例えば、低速電力線通信で使用されるＧ３－ＰＬＣ通信規格であれば、占有周波数帯域は約４８０［ｋＨｚ］であり、チャンネル数は１である。

【0037】

図５Ｂには受信アンテナである磁気センサ４２１から出力されるパワースペクトルが示されている。前記磁気センサにおいて感受された該第２被変調波ｍ₂によって、該磁気センサに給電される高周波励磁信号（例えば１．８［ＧＨｚ］）が変調され、該高周波励磁信号のスペクトル３１に加え、該高周波励磁信号のスペクトル３１の高周波側にある上側波帯スペクトル３２および低周波側にある下側波帯スペクトル３３からなる被変調波ｍ₃が得られる。

【0038】

図５Ｃには、被変調波ｍ₃が第１混合器２６によって該高周波励磁信号と乗算され、磁気センサ４２１の強磁性共鳴を励起するための高周波励起信号の同相成分Ｉに応答する第２被変調波ｍ₂の第１出力信号Ｓ₁のパワースペクトル３４が示されている。

【0039】

図５Ｄには、被変調波ｍ₃が第２混合器２７によって当該高周波励磁信号と乗算され、磁気センサ４２１の強磁性共鳴を励起するための高周波励起信号の直交成分Ｑに応答する第２被変調波ｍ₂の第２出力信号Ｓ₂のパワースペクトル３５が示されている。

【0040】

図６には、本発明の一実施形態としての磁気センサ４２１に給電される高周波励磁信号の周波数変化に対する受信機４２０の出力結果が示されている。ここで、磁気センサ４２１により受信される第２被変調波ｍ₂は、無変調信号（搬送波周波数２００［ｋＨｚ］）である。当該高周波励磁信号の周波数１．８００～１．８１５［ＧＨｚ］において、高周波励起信号の同相成分Ｉに応答する第１出力信号Ｓ₁の出力は１．８０３［ＧＨｚ］で極小をとり、一方の直交成分Ｑに応答する第２出力信号Ｓ₂の出力は１．８０８［ＧＨｚ］で極小をとる。磁気センサ４２１の入出力端部または高周波信号処理回路４２２の内部の各部のインピーダンス不整合による定在波の影響である。しかしながら、これらの２出力は相互補完の関係にある。また、その関係性から位相情報を得ることもできる。

【0041】

図７には、本発明の一実施形態としての磁気センサ４２１に印加されるバイアス磁場に対する受信機４２０の出力結果が示されている。ここで、磁気センサ４２１に給電される高周波励磁信号の周波数は、１．８０６［ＧＨｚ］である。高周波励起信号の同相成分Ｉに応答する第１出力信号Ｓ₁の出力Ｖ_S1は約０．７［ｍＴ］で極大をとり、一方の直交成分Ｑに応答する第２出力信号Ｓ₂の出力Ｖ_S2は０．６８［ｍＴ］でゼロとなり、強磁性共鳴状態にあることがわかる。

【0042】

図８には、本発明の一実施形態としての送信機４１０より到来する第２被変調波ｍ₂の周波数変化に対する受信機４２０の出力特性が示されている。第１出力信号Ｓ₁および第２出力信号Ｓ₂は、共に周波数１００［Ｈｚ］～５００［ｋＨｚ］において、減衰量３［ｄＢ］の範囲内で平坦な特性を示しており、例えば、周波数帯域４８０［ｋＨｚ］であれば最大約３００［ｋｂｐｓ］の情報を伝達することが可能である。また、フロアノイズは低周波域では１／ｆノイズの影響が大きく１００［Ｈｚ］において－１０５［ｄＢｍ］（第１出力信号Ｓ₁のパワースペクトル参照）と高く、高周波域では熱雑音が支配的となり－１３０［ｄＢｍ］以下と比較的低く、結果的に高周波域では大きなＳＮ比を得ることができる。

【0043】

図９には、本発明の一実施形態としての送信機４１０および受信機４２０の間の通信距離に対する当該受信機４２０の出力特性が示されている。ここで、送信コイル４１８への給電電流は、例えば、無変調信号（搬送波周波数２００［ｋＨｚ］）の０．４［Ａｐ－ｐ］である。また、例えば、送信コイル４１８の半径は１５［ｃｍ］であり、巻数は５ターンである。受信機４２０の第１出力信号Ｓ₁のパワーＰ_S1および第２出力信号Ｓ₂のパワーＰ_S2は、通信距離が２倍になるにつれて約１００分の１に減衰していることがわかる。

【0044】

図１０には、本発明の一実施形態としての受信機４２０の第１出力信号Ｓ₁のパワースペクトルＰ_S1および第２出力信号Ｓ₂のパワースペクトルＰ_S2が示されている。直交周波数分割多重変調によるスペクトルで、占有周波数帯域は約１０～４９０［ｋＨｚ］で、第１出力信号Ｓ₁に比べ、第２出力信号Ｓ₂のパワースペクトルが約１０［ｄＢ］高い。図６に示されているように、所望の高周波励磁周波数が選定されることで、第１出力信号Ｓ₁および第２出力信号Ｓ₂のパワースペクトルを調整することが可能である。

【0045】

図１１には、通信距離に対するデータ伝送におけるパケット単位の誤り率、つまりＰＥＲ（Ｐａｃｋｅｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）が示されている。ここで、磁気センサ４２１に給電される高周波励磁信号の励磁周波数は１．８０６［ＧＨｚ］である。また、送受信機の変調、復調方式は、直交周波数分割多重変調である。第１出力信号Ｓ₁は、通信距離約０．５５［ｍ］までＰＥＲがゼロであり、その後、ＰＥＲが増大（同図中のＰＥＲ_S1参照）していることがわかる。第２出力信号Ｓ₂は、通信距離０．６０［ｍ］までＰＥＲがゼロであり、その後、ＰＥＲが増大（同図中のＰＥＲ_S2参照）していることがわかる。

【符号の説明】

【0046】

４１０‥送信機、４１１‥第１信号源、４１２‥第２信号源、４１４‥変調器、４１６‥電力増幅器、４１８‥送信コイル、４２０‥受信機、４２１‥磁気センサ、４２２‥高周波信号処理回路、４２４‥第１復調器、４２６‥第２復調器、４２８‥出力制御器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】