特許 7570662 距離測定方法及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-11

(45)【発行日】2024-10-22

(54)【発明の名称】距離測定方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/75 20060101AFI20241015BHJP

   H02J 50/20 20160101ALI20241015BHJP

   H02J 50/27 20160101ALI20241015BHJP

【ＦＩ】

G01S13/75

H02J50/20

H02J50/27

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020091903

(22)【出願日】2020-05-27

(65)【公開番号】P2021188945

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-04-27

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 公開の事実１：２０２０年１月５日に２０２０ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（ＩＣＣＥ）予稿集のウェブサイト（ｈｔｔｐｓ：／／ｂｉｔ．ｌｙ／３６ｅｃＣｕｃ）に掲載 公開の事実２：２０２０年１月６日の「２０２０ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（ＩＣＣＥ）」にて発表 公開の事実３：２０２０年３月２３日に ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ デジタルライブラリ（ｈｔｔｐｓ：／／ｉｅｅｅｘｐｌｏｒｅ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｄｏｃｕｍｅｎｔ／９０４３０４７）に掲載

(73)【特許権者】

【識別番号】593006630

【氏名又は名称】学校法人立命館

(74)【代理人】

【識別番号】100111567

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 寛

(72)【発明者】

【氏名】道関 隆国

(72)【発明者】

【氏名】田中 亜実

(72)【発明者】

【氏名】西川 久

(72)【発明者】

【氏名】樫山 法史

【審査官】渡辺 慶人

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１９７０３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１９８８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５３６５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８２９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－１４２８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０９４３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１０８５８５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ５／００ － ５／１４

７／００ － ７／４２

１３／００ － １３／９５

１９／００ － １９／５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信器が送信波を放射し、
前記送信波を受信した受信器が、受信した前記送信波から生じる高調波を放射し、
前記送信器が前記高調波を受信し、
処理部が、前記送信波に対する、受信された前記高調波の遅延量から、前記送信器と前記受信器との間の距離を求める、ことを備え、
前記受信器は、前記送信波を受信するとともに直流電流に整流するレクテナを備え、
前記高調波は、前記レクテナによる整流によって生じる
距離測定方法。

【請求項2】

前記高調波は、前記レクテナから放射される
請求項１に記載の距離測定方法。

【請求項3】

前記レクテナは、前記送信波の周波数である第１周波数、及び、前記高調波のうちの前記送信波の第２高調波の周波数である、前記第１周波数の２倍の第２周波数に対応した、デュアルバンドレクテナである
請求項２に記載の距離測定方法。

【請求項4】

前記送信波は、前記受信器への無線給電用である
請求項１～３のいずれか一項に記載の距離測定方法。

【請求項5】

前記送信波は、繰り返し波形である
請求項１～４のいずれか一項に記載の距離測定方法。

【請求項6】

前記送信波は、間欠波である
請求項１～５のいずれか一項に記載の距離測定方法。

【請求項7】

前記送信器は、前記送信波を放射する送信アンテナと、前記送信アンテナより小型であり、前記高調波を受信する受信アンテナと、を備える
請求項１～６のいずれか一項に記載の距離測定方法。

【請求項8】

送信波を放射する送信部を備える送信器と、
前記送信波を受信し、受信した前記送信波を整流器によって整流することで生じる高調波を放射する受信器と、
を備え、
前記受信器は、前記送信波を受信するとともに直流電流に整流するレクテナを備え、
前記高調波は、前記レクテナによる整流によって生じ、
前記送信器は、
前記高調波を受信する受信部と、
前記送信波に対する、受信された前記高調波の遅延量から、前記受信器までの距離を求める処理部と、
を備える、システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、距離測定方法、送信器、受電器、及び、レクテナに関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば特開２０１９－３７３５５号公報に示されているように、人に装着されたウェアラブル機器への１つの給電方法として無線給電がある。人体への電磁波防護指針では基準値６１．４［Ｖ／ｍ］が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－３７３５５号公報

【発明の概要】

【0004】

人体近傍での電界が基準値を超えないように、無線給電を行う際に、ウェアラブル機器までの距離に応じて送電側の電力を制御することが考えられる。しかしながら、一般的なレーダを用いてウェアラブル機器までの距離を測定すると、誤って近傍にいるウェアラブル機器を携帯していない人への距離が測定されてしまい、正しい距離が得られないおそれがある。このような問題は、ウェアラブル機器に無線給電する場合に限られず、他の物体が近傍に存在することがありえる状況において、特定の対象物までの距離を測定しようとする場合にも同様に発生する。

【0005】

したがって、他の物体が近傍に存在することがありえる状況であっても、特定の対象物までの距離を正しく測定できることが望まれる。

【0006】

ある実施の形態に従うと、距離測定方法は、送信器が送信波を放射し、送信波を受信した受信器が、受信した送信波から生じる高調波を放射し、送信器が高調波を受信し、送信波に対する、受信された高調波の遅延量から、送信器と受信器との間の距離を求める、ことを備える。

【0007】

他の実施の形態に従うと、送信器は、送信波を放射する送信部と、記送信波を受信した受信器が放射する、受信した送信波から生じる高調波を受信する受信部と、送信波に対する、受信された高調波の遅延量から、受信器までの距離を求める処理部と、を備える。

【0008】

他の実施の形態に従うと、受電器は、送信波によって無線給電を受ける受電器であって、送信波を受信するアンテナと、アンテナによって受信した送信波を整流する整流器と、を備え、アンテナは、送信波の第１周波数及び高調波の第２周波数に対応したデュアルバンドアンテナである。

【0009】

他の実施の形態に従うと、レクテナは、送信波を受信するアンテナと、アンテナによって受信した送信波を整流する整流器と、を備え、アンテナは、整流器に接続されており高調波の周波数に対応した長さを有する第１エレメントと、インダクタを介して第１エレメントに接続された第２エレメントと、を有し、第１エレメント及び第２エレメントによって送信波を受信し、第１エレメントによって高調波を送信するよう構成されている。

【0010】

更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施の形態に係る無線給電システムの構成の概略図である。

【図2】図２は、無線給電システムに含まれる送信器の構成の概略図である。

【図3】図３は、無線給電システムに含まれる受信器の構成の概略図である。

【図4】図４は、無線給電システムでの送信器と受信器との間の距離の測定方法の流れを表したフローチャートである。

【図5】図５は、送信波と受信波との関係を表した概略図である。

【図6】図６は、送信器の構成の他の例を表した概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜１．距離測定方法、送信器、受電器、及び、レクテナの概要＞

【0013】

（１）本実施の形態に係る距離測定方法は、送信器が送信波を放射し、送信波を受信した受信器が、受信した送信波から生じる高調波を放射し、送信器が高調波を受信し、送信波に対する、受信された高調波の遅延量から、送信器と受信器との間の距離を求める、ことを備える。

【0014】

送信波は、例えば、電磁波信号であって、送信器が受信器に無線給電する電磁波信号などである。受信器は、例えば、ウェアラブル機器に備えられる受信器であって、送信器から無線給電された電力をウェアラブル機器に供給するものである。送信波に対する、受信された高調波の遅延量から、送信器と受信器との間の距離が求められることによって、他の物体が近傍に存在することがありえる状況であっても、送信器と受信器との間の距離が正確に求められる。

【0015】

（２）好ましくは、高調波は、受信器が受信した送信波が、受信器において歪むことによって生じる。これにより、受信器の特性を利用して送信器と受信器との間の距離を求めることができる。

【0016】

（３）好ましくは、受信器は、送信波を受信するとともに直流電流に整流するレクテナを備え、高調波は、レクテナによる整流によって生じる。これにより、受信器の特性を利用して送信器と受信器との間の距離を求めることができる。

【0017】

（４）好ましくは、高調波は、レクテナから放射される。これにより、受信器の特性を利用して送信器と受信器との間の距離を求めることができる。

【0018】

（５）好ましくは、レクテナは、送信波の周波数である第１周波数、及び、高調波のうちの送信波の第２高調波の周波数である、第１周波数の２倍の第２周波数に対応した、デュアルバンドレクテナである。これにより、送信波を受信できるとともに高調波を送信できる。

【0019】

（６）好ましくは、送信波は、受信器への無線給電用である。これにより、無線給電システムにおいて無線給電用の送信波を利用して送信器と受信器との間の距離を求めることができる。

【0020】

（７）好ましくは、送信波は、繰り返し波形である。これにより、送信波と受信波との遅延量から送信器と受信器との間の距離を求めることができる。

【0021】

（８）好ましくは、送信波は、間欠波である。これにより、送信波は、間欠波でない場合よりも効率的に遠方まで伝達される。

【0022】

（９）好ましくは、送信器は、送信波を放射する送信アンテナと、送信アンテナより小型であり、高調波を受信する受信アンテナと、を備える。これにより、送信器のサイズアップを抑えつつ受信器からの高調波を受信することができる。

【0023】

（１０）本実施の形態に係る送信器は、送信波を放射する送信部と、記送信波を受信した受信器が放射する、受信した送信波から生じる高調波を受信する受信部と、送信波に対する、受信された高調波の遅延量から、受信器までの距離を求める処理部と、を備える。これにより、処理部によって、他の物体が近傍に存在することがありえる状況であっても、受信器までの距離が正確に求められる。

【0024】

（１１）本実施の形態に係る受電器は、送信波によって無線給電を受ける受電器であって、送信波を受信するアンテナと、アンテナによって受信した送信波を整流する整流器と、を備え、アンテナは、送信波の第１周波数及び高調波の第２周波数に対応したデュアルバンドアンテナである。これにより、送信波を受信できるとともに高調波を送信できる。

【0025】

（１２）本実施の形態に係るレクテナは、送信波を受信するアンテナと、アンテナによって受信した送信波を整流する整流器と、を備え、アンテナは、整流器に接続されており高調波の周波数に対応した長さを有する第１エレメントと、インダクタを介して第１エレメントに接続された第２エレメントと、を有し、第１エレメント及び第２エレメントによって送信波を受信し、第１エレメントによって高調波を送信するよう構成されている。これにより、レクテナにおいて、送信波を受信して整流することで整流波を得るとともに、高調波を送信できる。

【0026】

（１３）好ましくは、高調波は、送信波の第２高調波である。高調波は周波数が大きくなるほどエネルギーが弱まる。そのため、高調波の中のエネルギーが最大の第２高調波を送信することで、受信側では高いエネルギーの高調波を演算に用いることができる。

【0027】

＜２．例距離測定方法、送信器、受電器、及び、レクテナの例＞

【0028】

図１を参照して、本実施の形態に係る無線給電システム１００は、送信器１と受信器５とを含む。受信器５は、人が装着するウェアラブル機器などであって、無線による給電を必要とする。送信器１は、受信器５に対して無線給電を行う。そのため、送信器１は、受信器５に対して電磁波信号ＳＧ１をする。

【0029】

送信器１から輻射された電磁波信号ＳＧ１が受信器５に到達すると、受信器５において整流動作が行われ、直流の電気エネルギーに変換され負荷に供給される。負荷は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などであって、電磁波信号ＳＧ１によって受電することによって点灯する。

【0030】

受信器５において整流動作が行われることによって発生した高調波は、受信器５から電磁波信号ＳＧ２として空間中に輻射される。電磁波信号ＳＧ２が送信器１で受信され、処理されることによって、受信器５までの距離Ｄが算出される。

【0031】

図２を用いて、送信器１の構成について説明する。図２を参照して、送信器１は、間欠信号制御部１０を含む。間欠信号制御部１０は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）１１と、ＰＬＬ１１に接続された高周波スイッチ１２とを含む。高周波スイッチ１２は、後述する等価サンプリング部２０からの間欠送電制御信号に従ってＯＮ／ＯＦＦを定期的に切り替える。

【0032】

送信器１は、等価サンプリング部２０を含む。等価サンプリング部２０は、制御用のＭＰＵ（Micro-processing unit）２１を含む。ＭＰＵ２１には、プログラマブルディレイ２３を介して、インパルス発生器２４が接続されている。また、ＭＰＵ２１は、増幅器２５及びサンプリングスイッチ２７を介して中間周波数ダウンコンバージョン部３０に接続されている。増幅器２５とサンプリングスイッチ２７との接続路には、他方端が設置されたサンプルホールド用コンデンサ２６が接続されている。

【0033】

好ましくは、送信器１は、中間周波数ダウンコンバージョン部３０を含む。中間周波数ダウンコンバージョン部３０は、それぞれ増幅器３１，３３を介して等価サンプリング部２０及びアンテナ部４０に接続されたミキサ３２を有する。ミキサ３２には、さらに、ＰＬＬ３４も接続されている。

【0034】

なお、中間周波数ダウンコンバージョン部３０に替えて、図６に示されたように、ＲＦ（Radio Frequency）検出器３５を有する検出部３０Ａを含んでもよい。

【0035】

送信器１は、アンテナ部４０を含む。アンテナ部４０は、電磁波信号ＳＧ１を送信する送電アンテナ４１と、電磁波信号ＳＧ２を受信する受信アンテナ４２と、を含む。送電アンテナ４１は、パワーアンプ４３及びバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band-pass filter）４４を介して間欠信号制御部１０に接続されている。

【0036】

送電アンテナ４１は、送信する電磁波信号ＳＧ１の周波数に応じた長さを有する。受信アンテナ４２は、受信する電磁波信号ＳＧ２の周波数に応じた長さを有する。具体的には、電磁波信号ＳＧ２の周波数に共振する長さを有する。

【0037】

電磁波信号ＳＧ２は、電磁波信号ＳＧ１を基本波とし、その周波数の倍数の周波数を有する高調波である。そのため、受信アンテナ４２は送電アンテナ４１よりも小型である。これにより、送信器１のサイズアップを抑えつつ受信器５からの電磁波信号ＳＧ２を受信することができる。

【0038】

好ましくは、高調波は、電磁波信号ＳＧ１の２倍の周波数を有する第２高調波である。高調波は周波数が大きくなるほどエネルギーが弱まる。そのため、高調波の中のエネルギーが最大の第２高調波を受信することで、距離Ｄを求める演算に高いエネルギーの高調波を用いることができる。

【0039】

電磁波信号ＳＧ１の周波数が２．４５ＧＨｚである場合、送電アンテナ４１は２．４５ＧＨｚに応じた長さを有する。電磁波信号ＳＧ２が第２高調波である場合、周波数が４．９ＧＨｚとなり、受信アンテナ４２は、送電アンテナ４１より短い、４．９ＧＨｚの電磁波に応じた長さとする。

【0040】

次に、図３を用いて、受信器５の構成について説明する。一例として、受信器５は、図３に示されたような、第１アンテナ素子５０Ａ及び第２アンテナ素子５０Ｂを有するダイポールアンテナと、ダイポールアンテナによって受信した送信波を整流する整流器５４と、を有するレクテナ５Ａを含む。なお、受信器５の有するアンテナはダイポールアンテナであるものとするが、いずれか一方のアンテナ素子のみ有するモノポールアンテナであってもよい。

【0041】

図３を参照して、第１アンテナ素子５０Ａは、第１エレメント５１Ａと第２エレメント５２Ａとを有する。第１エレメント５１Ａは、点ＰＡでインダクタ５３Ａを介して第２エレメント５２Ａに接続されている。また、第２アンテナ素子５０Ｂは、第１エレメント５１Ｂと第２エレメント５２Ｂとを有する。第１エレメント５１Ｂは、点ＰＢでインダクタ５３Ｂを介して第２エレメント５２Ｂに接続されている。

【0042】

第１アンテナ素子５０Ａと第２アンテナ素子５０Ｂとは、整流器５４を介して接続されている。第１アンテナ素子５０Ａ及び第２アンテナ素子５０Ｂで受信された電磁波信号は、整流器５４によって直流電流に整流変換される。

【0043】

受信器５は、レクテナ５Ａに接続された、例えばＬＥＤなどの図示されていない負荷をさらに含んでもよい。整流器５４によって整流変換されることによって得られた直流電流は、負荷に供給される。これにより、受信器５は、電磁波信号を受信することによって電力供給を受けることができる。

【0044】

インダクタ５３Ａ及びインダクタ５３Ｂ（これらを代表させてインダクタ５３とも称する）は、周波数が高いほどインピーダンスも大きくなる性質を有するインダクタである。この性質を有することから、インダクタ５３は、第１の周波数ｆ１の電磁波を通過させ、それよりも高い第２の周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ１）の電磁波を遮断する。従って、インダクタ５３は分離用のインダクタとして機能する。これにより、受信器５は、２つの共振周波数を持つアンテナとなる。

【0045】

すなわち、第１の周波数ｆ１の電磁波に対して、第１アンテナ素子５０Ａではインダクタ５３Ａがショートする。第２アンテナ素子５０Ｂではインダクタ５３Ｂがショートする。このため、第１の周波数ｆ１の電磁波に対しては、第１アンテナ素子５０Ａ及び第２アンテナ素子５０Ｂでは、それぞれ全体がアンテナとして機能する。

【0046】

また、第２の周波数ｆ２の電磁波に対して、第１アンテナ素子５０Ａではインダクタ５３Ａがオープンする。第２アンテナ素子５０Ｂではインダクタ５３Ｂがオープンする。このため、第２の周波数ｆ２の電磁波に対しては、第１アンテナ素子５０Ａ及び第２アンテナ素子５０Ｂでは、それぞれ、第１エレメント５１Ａ及び第１エレメント５１Ｂがアンテナとして機能する。

【0047】

第１アンテナ素子５０Ａ及び第２アンテナ素子５０Ｂは、それぞれ、電磁波信号ＳＧ１の周波数に対応した長さとし、第１エレメント５１Ａ及び第１エレメント５１Ｂは、それぞれ、電磁波信号ＳＧ１の周波数の倍数の周波数である高調波の周波数に対応した長さとする。すなわち、レクテナ５Ａは、送信器１から送信された電磁波信号ＳＧ１を受信し、高調波を放射する、デュアルバンドレクテナである。

【0048】

好ましくは、高調波は、電磁波信号ＳＧ１の２倍の周波数を有する第２高調波である。高調波は周波数が大きくなるほどエネルギーが弱まる。そのため、高調波の中のエネルギーが最大の第２高調波を送信することで、送信器１では高いエネルギーの高調波を、距離Ｄを求める演算に用いることができる。

【0049】

電磁波信号ＳＧ１の周波数が２．４５ＧＨｚである場合、第１アンテナ素子５０Ａ及び第２アンテナ素子５０Ｂは、それぞれ、２．４５ＧＨｚの電磁波信号に応じた長さである。第１エレメント５１Ａ及び第１エレメント５１Ｂは、それぞれ、４．９ＧＨｚの電磁波信号に応じた長さである。具体的な長さは、実験的に求められるものであってもよい。

【0050】

インダクタ５３は、好ましくは巻線構造物である。巻線構造物は、例えばコイルである。巻線構造物をインダクタ５３として利用することで、巻き数で分離能力を容易に調整することができる。また、アンテナの全長を短縮する効果があり、受信器５、及び、受信器５に接続された負荷も含むウェアラブルの装置全体の小型化に貢献する。なお、コイルの巻き数は、実験的に求められるものであってよい。

【0051】

図４を用いて、無線給電システム１００での、送信器１と受信器５との間の距離Ｄの測定方法について説明する。図４を参照して、測定方法は、送信器１が送信波である電磁波信号ＳＧ１を放射し（ステップＳ１）、電磁波信号ＳＧ１を受信した受信器５が、受信した電磁波信号ＳＧ１から生じる高調波である電磁波信号ＳＧ２を放射し（ステップＳ２）、送信器１が電磁波信号ＳＧ２を受信して（ステップＳ３）、距離を求める（ステップＳ４）ことを含む。

【0052】

ステップＳ１において、送信器１のＰＬＬ１１は、図示しない電源から所定周波数の電力信号を生成し、出力する。所定周波数は、例えば、２．４５ＧＨｚである。

【0053】

ＭＰＵ２１は、高周波スイッチ１２にパルス波を出力する。高周波スイッチ１２は、パルス波に従ってＯＮ／ＯＦＦを周期的に切り替える。後述するように、高周波スイッチ１２のＯＮ／ＯＦＦに従って、ＰＬＬ１１から出力された所定周波数の電力信号のアンテナ部４０への入力／入力の停止が繰り返される。これにより、送電アンテナ４１から放射される電磁波信号ＳＧ１は繰り返し波形となる。電磁波信号ＳＧ１が繰り返し波形であることによって、後述する演算によって、送信波である電磁波信号ＳＧ１と受信された高調波である電磁波信号ＳＧ２との遅延量から送信器１と受信器５との間の距離Ｄを求めることができる。

【0054】

ＭＰＵ２１が高周波スイッチ１２に出力するパルス波の一例は、間欠送電制御信号である。間欠送電制御信号は、高周波スイッチ１２のＯＮ／ＯＦＦを周期的に切り替えさせる制御信号であって、これにより、電磁波信号ＳＧ１は間欠波となる。電磁波信号ＳＧ１であることにより、間欠波でない場合よりも効率的に遠方まで電磁波信号が伝達されるようになる。

【0055】

高周波スイッチ１２がＯＮのタイミングで、ＰＬＬ１１から出力された所定周波数の電力信号はアンテナ部４０に入力される。高周波スイッチ１２がＯＦＦのタイミングで入力されない。これにより、ＰＬＬ１１から出力された電力信号は間欠信号となってパワーアンプ４３に入力される。

【0056】

パワーアンプ４３は、間欠信号制御部１０から間欠的に出力される電力信号を電力増幅し、ＢＰＦ４４に入力する。ＢＰＦ４４は、入力された電力信号からパワーアンプ４３により発生する高調波をカットし、送電アンテナ４１に渡す。

【0057】

送電アンテナ４１は入力された電力信号を電波（電磁波信号ＳＧ１）として放射する。送電アンテナ４１には電力信号が間欠的に入力されるため、送電アンテナ４１からの電磁波信号ＳＧ１は間欠的な信号である。このように、ＭＰＵ２１は、受信器５に対する電磁波信号ＳＧ１による間欠送電を制御している。

【0058】

ステップＳ２において、受信器５は、送信器１から輻射された電磁波信号ＳＧ１を第１アンテナ素子５０Ａ及び第２アンテナ素子５０Ｂは、それぞれで受信する。受信された電磁波信号ＳＧ１は、整流器５４で直流電流に整流変換されて、例えばＬＥＤなどの図示されていない負荷に供給される。

【0059】

受信器５が受信した電磁波信号ＳＧ１が、受信器５において歪むことにより高調波が生じる。具体的には、整流器５４において電磁波信号ＳＧ１を整流変換する際に、高調波が発生する。

【0060】

第１エレメント５１Ａ及び第１エレメント５１Ｂが、それぞれ、電磁波信号ＳＧ１の２倍の周波数を有する第２高調波に応じた長さであることによって、発生した高調波のうちの第２高調波が、第１エレメント５１Ａ及び第１エレメント５１Ｂそれぞれによってレクテナ５Ａから放射される。

【0061】

ステップＳ３において、送信器１の受信アンテナ４２は、ステップＳ２で受信器５から放射された電磁波信号ＳＧ２を受信する。受信された電磁波信号ＳＧ２は、増幅器３３で増幅されてミキサ３２に入力される。ミキサ３２は、電磁波信号ＳＧ２と、ＰＬＬ３４から入力された所定周波数の信号とを混合し、増幅器３１を介して等価サンプリング部２０に入力する。

【0062】

所定周波数は、電磁波信号ＳＧ２の周波数よりも低い周波数であって、ＭＰＵ２１の動作周波数に応じた周波数にダウンコンバージョンするために適した周波数である。これにより、電磁波信号ＳＧ２はＭＰＵ２１の動作周波数に応じた中間周波数にダウンコンバージョンされる。

【0063】

ＭＰＵ２１の動作周波数が３１５ＭＨｚ、電磁波信号ＳＧ２が４．９ＧＨｚの高調波であるとき、所定周波数は、例えば４．５８５ＧＨｚである。この場合、中間周波数は、３１５ＭＨｚとなって、ＭＰＵ２１の動作周波数と一致した周波数にダウンコンバージョンされる。これにより、ＭＰＵ２１において、受信アンテナ４２で受信された信号の中から電磁波信号ＳＧ２を選択する精度を向上させることができる。

【0064】

なお、中間周波数ダウンコンバージョン部３０に替えて検出部３０Ａを含む図６の例の場合、ＲＦ検出器３５は、例えば包絡線検波などで受信エネルギーの立ち上がりを電圧で検知することによって、受信アンテナ４２で受信された信号の中から４．９ＧＨｚの高調波の電磁波信号ＳＧ２を検出する。

【0065】

ＭＰＵ２１は、間欠送電制御信号（パルス波）をプログラマブルディレイ２３にも入力する。プログラマブルディレイ２３は、入力されたパルス波形に対して、ＭＰＵ２１から指示された時間の遅延を与えてインパルス発生器２４に出力する。インパルス発生器２４は、プログラマブルディレイ２３から遅延信号を受け取ると、サンプリングスイッチ２７にインパルス波を出力する。

【0066】

なお、プログラマブルディレイ２３は、遅延時間を生成するディレイ生成回路を複数経路有してもよい。これにより、プログラマブルディレイ２３は、各経路を独立して使うモード、すなわち、２本の場合にはデュアルモードと、複数経路を直列に接続して長い遅延時間を発生させるエクステンデドモードと、を切替可能となる。

【0067】

サンプリングスイッチ２７は、インパルス波の立ち上がりの際にＯＮとなる。また、サンプリングスイッチ２７は、インパルス波の立ち下がりの際にＯＦＦとなる。つまり、サンプリングスイッチ２７は、インパルス波に応じて周期的にＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。これにより、等価サンプリング部２０では、電磁波信号ＳＧ１による間欠送電を制御する信号（パルス波）に同期したタイミングで電磁波信号ＳＧ２がサンプリングされる。

【0068】

サンプリングスイッチ２７のＯＮ時には、ミキサ３２から増幅器３１を経て入力された（中間周波数にダウンコンバージョンされた）電磁波信号ＳＧ２は、サンプルホールド用コンデンサ２６に入力される。これにより、サンプルホールド用コンデンサ２６では、入力された電磁波信号ＳＧ２の電圧が保持される。

【0069】

サンプリングスイッチ２７のＯＦＦ時には、ミキサ３２から増幅器３１を経て入力された（中間周波数にダウンコンバージョンされた）電磁波信号ＳＧ２は、サンプルホールド用コンデンサ２６に入力されない。この場合、サンプルホールド用コンデンサ２６によって保持されている電圧が、電磁波信号ＳＧ２をサンプリングした値（電圧値）となる。

【0070】

ＭＰＵ２１で遅延値を最低に設定する。その後に、サンプリングスイッチ２７がインパルス波に応じて周期的にＯＮ／ＯＦＦを繰り返した後にサンプルホールド用コンデンサ２６によって保持されている電圧値、つまり、電磁波信号ＳＧ２をサンプリングした値が、増幅器２５を経てＭＰＵ２１に入力される。増幅器２５にはＭＰＵ２１からの制御信号がアナログ変換器２２によってアナログ信号に変換されて入力される。増幅器２５は、その制御信号に従って入力された値を増幅する。ＭＰＵ２１では、入力された電圧値がデジタル信号に変換される。

【0071】

次に、ＭＰＵ２１は、遅延値をごく小さな所定量、大きく（例えば１０ｐｓ程度遅く）設定し、同様にサンプリング結果をデジタル変換する。以降、遅延値が最大遅延値に達するまで、上記を繰り返す。

【0072】

ステップＳ４でＭＰＵ２１は、得られたデジタル信号を用いて受信器５までの距離Ｄを算出する処理を行う。ステップＳ４では、電磁波信号ＳＧ１に対する、受信された電磁波信号ＳＧ２の遅延量から受信器５までの距離Ｄが算出される。遅延量は、電磁波信号ＳＧ１と電磁波信号ＳＧ２との遅延時間Ｔｐに基づく指標値であって、例えば、遅延時間Ｔｐそのものである。具体的には、上記の繰り返しの結果で得られたデジタル信号を時系列に並べることによって、入力信号の極短時間の変化を等価的に長時間に引き伸ばしたものが得られる。これにより超高速ＡＤ変換器を用いることなく超高速波形を観測することが可能となる。

【0073】

詳しくは、図５を参照して、ＭＰＵ２１は、電磁波信号ＳＧ１と電磁波信号ＳＧ２との遅延時間Ｔｐを測定する。電磁波信号ＳＧ１及び電磁波信号ＳＧ２は間欠信号などの繰り返し波形であるため、ＭＰＵ２１は、例えば立ち上がり時などの、波形形状の特定位置の時間的なずれを測定することで遅延時間Ｔｐを得る。

【0074】

ここで、遅延時間Ｔｐは、送信器１から受信器５までの電磁波信号ＳＧ１の伝達時間、及び、受信器５から送信器１までの電磁波信号ＳＧ２の伝達時間の合計時間から得られる値である。そこで、ステップＳ４でＭＰＵ２１は、遅延時間Ｔｐと電磁波信号ＳＧ１，ＳＧ２の進行速度ｖとを用いて距離Ｄを算出する。進行速度ｖは、電磁波信号ＳＧ１，ＳＧ２の単位時間当たりの伝搬距離である。

【0075】

ＭＰＵ２１は、一例として、下の式（１）に、測定された遅延時間Ｔｐと、予め記憶している進行速度ｖとを代入することによって距離Ｄを算出する。
Ｄ＝（Ｔｐ／２）×ｖ …（１）

【0076】

以上の構成によって、無線給電システム１００では、他の物体が近傍に存在することがありえる状況であっても、送信器１と受信器５との間の距離Ｄが正確に測定される。また、専用の測定装置を不要として距離Ｄが測定可能となる。これにより、無線給電システム１００では、正確に受信器５の距離に応じた強度で電磁波信号ＳＧ１を放射できる。その結果、受信器５を備えたウェアラブルが装着されている人体近傍での電界が基準値を超えないようにして受信器５に無線給電することが可能になる。

【0077】

＜３．付記＞
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。すなわち、上の例は、無線給電システム１００において、ウェアラブルの受信器５に送信器１から無線給電する場合の受信器５までの距離Ｄを求める場合を挙げているが、他の場合であっても、同様に、正確に特定の対象物までの距離が求められる。

【符号の説明】

【0078】

１ ：送信器
５ ：受信器
５Ａ ：レクテナ
１０ ：間欠信号制御部
１１ ：ＰＬＬ
１２ ：高周波スイッチ
２０ ：等価サンプリング部
２１ ：ＭＰＵ
２２ ：アナログ変換器
２３ ：プログラマブルディレイ
２４ ：インパルス発生器
２５ ：増幅器
２６ ：サンプルホールド用コンデンサ
２７ ：サンプリングスイッチ
３０ ：中間周波数ダウンコンバージョン部
３０Ａ ：検出部
３１ ：増幅器
３２ ：ミキサ
３３ ：増幅器
３４ ：ＰＬＬ
３５ ：ＲＦ検出器
４０ ：アンテナ部
４１ ：送電アンテナ
４２ ：受信アンテナ
４３ ：パワーアンプ
４４ ：ＢＰＦ
５０Ａ ：第１アンテナ素子
５０Ｂ ：第２アンテナ素子
５１Ａ ：第１エレメント
５１Ｂ ：第１エレメント
５２Ａ ：第２エレメント
５２Ｂ ：第２エレメント
５３ ：インダクタ
５３Ａ ：インダクタ
５３Ｂ ：インダクタ
５４ ：整流器
１００ ：無線給電システム
Ｄ ：距離
ＳＧ１ ：電磁波信号
ＳＧ２ ：電磁波信号
Ｔｐ ：遅延時間
ｆ１ ：第１の周波数
ｆ２ ：第２の周波数
ｖ ：進行速度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】