Exciter - excitation system and communication method

本発明は、一般的に通信に関し、特に内部の通信システムに関し、極近傍における金属構造を有する車両に関する。 本発明は、特に０．１〜１００ＭＨｚの範囲の無線周波数に有用であり、本発明の改良型は、５００ＭＨｚより大きい周波数の範囲においても動作可能である。

自動車、トラック、トラクター・トレーラー、電車、船舶及び航空機を含み、これらに限定されない車両の内部及び周辺における様々な場所の間において、情報通信を行うことは望ましいことである。 従来、この情報通信は、ポイント間に導線を配置することによって行われてきた。 最近になって、光学ケーブルが同様にこの役割を果たしてきた。 ２．４及び５ＧＨｚの周波数帯域における従来の無線技術もまた使用されている。

残念ながら、これらの全ての従来のシステムには、不便さが伴っている。 導線及び光学ケーブルは、大量な材料を消費し、情報を利用する様々な場所でのルーティングが要求され、しばしば相当複雑な設計が必要となる。 車両の外からの不正な影響に対して情報の整合性を維持することを保証するのと同様に、情報の通信のために使われているエネルギーが他のシステムへ不正な影響を及ぼさないことを保証するために、従来の無線技術は、しばしば相当複雑な設計が必要となる。

これらの懸念は、車両において悪影響を及ぼす。 第一に、車両は特有の構造を有している。 車両は、空間や空洞といった区画（コンパートメント）を有する。 これらは「主要な区画」と称する大きな区画を含む。 例えば、これに限定されないが、一般的な自動車において、主要な区画とは、エンジン又はボンネット下区画、室内及びトランクである。 一般的な貨物運搬トラックにおいて、主要な区画とは、エンジン区画、運転手／乗客室及び貨物エリアである。 一般的な車両において、例えば、グローブボックス又はその他の内部の保管域は、主要な区画ではない。 一般的に、車両の主要な区画への物理的なアクセスは、たいていは可能である。 それに引き替え、車両のその他の区画への物理的なアクセスは、しばしば問題がある。

第二に、車両とは正にその本質から可動式である。 それ故、そのシステムは、不正に影響を及ぼされ得、また、様々に不正な影響を及ぼすようになり、その方法を予測することがとても難しい。 例えば、２．４又は５ＧＨｚの周波数帯域における従来の無線技術を考えてみる。 もし、これらの従来の無線技術を使用した車両を感度の良い電子装置の近くに持って行くなら、その装置は混乱を引き起こすだろう。 反対に、車両を強力な電子装置に近づけるなら、車両自身が激しく混乱させられる。 これらは、車両の中（ここでは車両の外面に取り付けられることも含む）及び極近傍における複雑な情報通信に関係している。

従って、車両の中及び近くにおいて、通信のためのより優れたシステムが要求されている。 そのようなシステムは、リピーター又は多元物理アクセスポイントを使用せずに、車両の外面の近接と同様に、全ての車両区画に到達するための単独送信の機能を有していることが好ましい。

従って、本発明の目的は、車両内部及び極近傍における通信のための励振器システム及び励起方法を提供することにある。

つまり、本発明の好ましい実施形態の一つは、車両の内部の第１の場所と車両の内部又は極近傍の第２の場所との間における情報通信システムである。 前記車両は、一つ以上の主要な区画を規定する伝導性の金属構造を有する。 第１の通信装置及び車両の金属構造に電気的に接続されている励振器を含む励振装置が提供される。 車両の金属構造に電気的に接続されていないプローブを有する第２の通信装置を含むリモートユニットが提供される。 前記第１の通信装置は、前記第１の場所における情報を受け取り、それによって信号を変調する。 前記信号は、キャリア周波数を有し、最も小さな車両の主要な区画の寸法によって規定される１／２波長にてのカットオフを示す。 カットオフ周波数より小さいときの動作は、エバネセント電磁界（evanescent electromagnetic field）を生成する。 カットオフ周波数より大きいときの動作は、従来の伝搬する電磁界を生成する。 励振器は、その後、第１の通信装置から信号を受信でき、電磁界が生成された車両の金属構造中に信号を電流として伝導的に注入する。 第２の通信装置は、その後、プローブによって車両の金属構造から電磁界を結合的に受信することができ、電磁界より情報を復調し、第２の場所において情報を供給する。 第２の通信装置は、また、第２の場所において情報を受け取り、それによって電磁界を変調し、車両の金属構造内に電流が生じるようにプローブによって結合的に車両の金属構造中に電磁界を送信する。 励振器は、その後、車両の金属構造から伝導的に電流として信号を復元し、第１の通信装置にそれを供給する。 第１の通信装置は、その後、その信号から情報を復元することができ、第１の場所にその情報を供給する。 従って、これは、無線方法によって、第１の場所と第２の場所との間における情報通信を可能とする。

つまり、本発明のもう一つの好ましい実施形態は、車両内の少なくとも二つの場所における情報の通信のためのシステムである。 車両は、一つ以上の主要な区画を規定する伝導性の金属構造を有する。 場所の数と同数の励振装置が提供され、それぞれの励振装置は、通信装置及び車両の金属構造に伝導的に接続された励振器を含む。 それぞれの通信装置は、それぞれの場所において情報を受け取り、それによって信号を変調し、信号は無線周波数において行ったり来たりする。 励振器は、それぞれの通信装置より信号を受け取り、車両の金属構造内に電流として信号を伝導的に注入する。 それぞれの励振器は、また、車両の金属構造から電流を伝導的に復元し、電流から信号を得、それぞれの通信装置にその信号を供給する。 通信装置は、その後、その信号から情報を復調し、それぞれの場所において、その情報を供給する。 従って、これは、有線と同等の方法において、場所間における情報通信を可能とする。

本発明の無線車両通信の有利な点は、特に、車両内部の主要な区画である車両の容量が、提唱する無線周波数（ＲＦ）の波長に対して、通常小さいことにある。 このことによって、通信伝送出力を削減することができ、よって伝送路損失を削減することができるという結果を得る。 車両の内部容量が動作波長に対して小さいことの別の観点は、車両内の主要な電磁界が、車両の金属構造中にＲＦ電流が注入され、励振器によって発生したエバネセント電磁界であることである。 エバネセント電磁界は伝搬せず、それによって車両内部に閉塞又はマルチパス効果を生じさせず、従来の伝搬システムと共通する効果を生じさせる。

無線車両通信における本発明のもう一つの有利な点は、カットオフ周波数より大きいときは、カットオフは、車両の主要な区画の最小容量の１／２に等しい波長の時に生じ、本発明は車両構造中に電流を注入することを続け、無線通信にもまた用いられ得る従来の電磁界をもまたサポートする。

無線車両通信における本発明のもう一つの有利な点は、すべての相互接続された車両の金属構造にＲＦ電流が流れることである。 これらの電流は、その後、特に主要な区画を含む、車両の全ての区画に電磁界を発生し、それによって励振器と遠く離れた装置とこれらの区画に位置するプローブとの間の無線通信を可能とする。

無線車両通信における本発明のもう一つ有利な点は、車両の外表面の近傍における電磁界の漏洩が、励振器と遠く離れた装置と車両の外部表面の近くに位置するプローブとの間における無線通信を可能とすることである。

無線車両通信における本発明のもう一つ有利な点は、励振器が、十分に有用で且つ制御可能なバンド幅を有することであり、励振器が、障害無く様々な通信用途の間において非常に多くの通信回線、データバス又はネットワークアプリケーションを構築することを可能とすることである。

無線車両通信における本発明のもうひとつの有利な点は、広範囲に渡って連続するバンド幅を提供することができることである。 これは、０．１ＭＨｚからエバネセント電磁界のためのカットオフ周波数を含み、更に、カットオフ周波数から連続するバンド幅及び１００ＭＨｚ以上の伝搬波を含む。

無線車両通信における本発明のもう一つの有利な点は、巨大なアンテナを不要とするために車両構造の大きさを用いることである。

そして、無線車両通信における本発明のもう一つ有利な点は、励振器に信号を戻すために、低電力のリモートユニットである「プローブ」が車両の金属構造に結合され得ることであり、そのような弱い信号の受信を可能にする金属構造への励振器システムの固有の関連を有することである。

有線と同等の車両通信の本発明の有利な点は、提唱する動作のためのＲＦ波長に対して車両の容量が通常小さいことである。 このことによって、通信伝送出力を削減することができ、よって伝送路損失を削減することができるという結果を得る。

有線と同等の車両通信の本発明のもう一つの有利な点は、ＲＦ電流が相互接続された車両の金属構造の全てに流れることである。 これらの電流は車両の金属構造の中又は上の如何なるポイントにおいても受信され得、それによって、車両の金属構造の内側のポイントにある励振器と車両の金属構造の外側との間の通信が可能となる。

有線と同等の車両通信の本発明のもう一つ有利な点は、車両の金属構造を用いた車両の内部又は車両上の励振器間における通信は、車両の外部にある干渉源や、点火装置、ウィンドウ操作又はその他の電気的な干渉源のような車両の内部の干渉源からの障害レベルを減少させることである。 有線と同等の通信においては、全てのアンテナのような素子及び導線が排除され、本発明は、金属構造中の極低インピーダンスにおいて、リターン大地電流の低減された環境においてのみ操作する必要があるため、このことが達成される。

また、有線と同等の車両通信の本発明のもう一つの有利な点は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚより大きい連続するバンド幅を提供できることである。 さらに、直接接続された励振器は、５００ＭＨｚより大きいの周波数において車両金属構造中に電流を注入でき、それによって、車両外部へ伝搬する電磁界を生成する。 これは、特定の目的に対する規制割り当てが目下存在する周波数帯域において、車両から及び車両への通信回線を可能にすることを特徴とする。 実施例では、３１５ＭＨｚ及び４３３ＭＨｚの帯域において、車両のリモートキーレスエントリー及びガレージドアオープナーに適用している。

本発明の無線及び有線と同等の車両通信両方に有利な点は、励振器が、十分に有用で且つ制御可能なバンド幅を有することであり、励振器が、障害無く様々な通信用途の間において非常に多くの通信回線、データバス又はネットワークアプリケーションを構築することを可能とすることである。

本発明の無線及び有線と同等の車両通信両方に有利な点のもう一つは、励振器構成部品は、複数の機能を供給でき、離れたアンテナのような構成部品の必要性を排除することである。

また、本発明の無線及び有線と同等の車両通信両方に有利な点のもう一つは、励振器構成部品は、物理的にコンパクトな構造であり、設置することができ、素早く操作できることである。

本発明を実施した記載、及び、ここに記載され、幾つかの図面によって記載された好ましい実施例の産業上の利用可能性の現時点で知られている最良の実施態様の説明を考慮すると、本発明のこれらの目的、その他の目的及び有利な点は、当業者に明らかになるだろう。

本発明の目的と有利な点は、添付の図面と併せ、この後の詳しい説明から明らかになる。

参考文献の様々な図面が、類似の要素又はステップを示すものとして用いられる。

本発明の好ましい実施例は、車両内部及び車両の極近傍における励振器システム及び通信のための励起方法である。 ここで図示されている様々な図面のうち、特に図１及び図６において、本発明の好ましい実施例が一般的な参照符号１及び２として表現されている。

本発明は、２００１年７月１９日に出願された米国特許出願０９／９０９,２４７、２００１年７月１９日に出願された米国特許出願０９／９０９,２４６、２０００年１１月２７日に出願された米国特許出願０９／７２４,５４４及び１９９９年６月２５日に出願された米国特許出願０９／３４０,２１８に開示されているものを拡張したものであり、すべての本発明者によって、ここに参考のためにそのまま引用する。

現在の好ましい実施例は、自動車、トラック、トラクター・トレーラー、電車、船舶及び航空機を含み、これらに限定されない車両内及びその周囲の無線及び有線と同等の通信を容易にし、最適化するために、全体的なシステムにおいて励振器装置を用いている。 つまり、本発明は、車両の金属構造中に電流を注入することによって動作し、車両の外表面の近くに電磁界が発生するのと同様、車両の区画に電磁界が発生する。 本発明は、二つの方法において車両に適用され得、無線通信及び有線と同等の通信が実現される。

「有線と同等の通信」と言う文言は、発明者によって手順を表現するために新しく作られたものであり、車両構造のあるポイントから他のポイント又は複数のポイントへの通信は、励振器の各端によって生じる車両構造内部における電流を通して実現する。 これらの通信は、全てのバンド幅及び有線の通信への接続可能性を有し、車両の金属構造は金属線に置き換えられるので、それ故有線と同等の通信という文言が用いられている。

本発明は、二つの形態をとることができる励振器を用いる。 一つの形態は、本発明の動作帯域における最も低い周波数から最も高い周波数の広帯域で効率的な無線通信を可能とする方法において、発明者によって名付けられた「最適な励振器」が、車両構造へ電流を注入し、且つ／又は車両構造から電流を受け取る。 第二の形態は、より単純であるが、低い周波数においては効率が低下する直接接続された励振器である。 図１は、典型的な車両における最適な励振器システム１を含む無線通信の全体的な動作を示す。 図６は、典型的な車両における直接接続励振器システム２を含む有線と同等の通信の全体的な動作を示す。

プローブや、モデム、送信機、受信機及びフィルターのような通信装置と共に、一つ以上のリモート装置と連結したどちらのタイプの励振器も、車両内の無線通信回線又はネットワークを生成するために用いられ得る。 車両の至る所において、従来の有線装置を用いること無しに、一方向、双方向又はネットワーク接続した無線又は有線と同等の通信を今日の車両へ提供することができる。

図１には、無線通信が示されており、図１においては、本発明は、通信がプローブを有する一つ以上のリモート通信装置によって受信することができるように、車両の金属構造に電流を注入し、車両の中又は近くに電磁界を発生させる励振器を使用する。 リモート装置プローブから金属構造へエネルギーを結合送信することによって、通信信号がリモート装置から励振器へ送信され、それによって、車両の金属構造中に励振器によって受信することができるＲＦ（無線周波数）電流を発生させる。

励振器システム１、２は囲われた空間２８（又は部分的に囲われた空間）内で動作するために適応されており、乗員室のような小さな空間又は商業用の車両貨物領域におけるようなより大きな空間のどちらでも考慮されている。 どちらのタイプの囲われた空間２８も様々な伝導性の構造又は骨格（フレームワーク）を含んでおり、カットオフ周波数より小さい（即ち、エバネセント電磁界）周波数にて囲われた空間２８の至る所に準静的な電磁界２６を発生させるために、囲われた空間２８の至る所に金属構造２２中に生じたエネルギーを伝導的に「配達する」ことができる。 囲われた空間又は空洞の最も小さい容量が、カットオフ周波数の波長の１／２と等しい。 カットオフ周波数より大きいと、空間における準静的な電磁界は、従来の伝搬波に変化する。 上述したとおり、「主要な区画」と言う文言は、ここでまた、適切な囲われた空間として用いられている。

伝導性骨格２２は、単一パス、複雑なパス、又は様々な伝導性の素子であり、すべてのパスは共に作用し、本発明者が「泡（バブル）」と名付けた「ファラデーの籠」又はここではバブル３０と類似する電磁気の実質上の体積を形成する。 通常は、伝導性骨格２２は、車両の金属骨格、電気的なアース線及びこれらの組み合わせによって形成されている。

バブル３０の性質は、籠が鉄格子（bars）間に適合するには大きすぎる物理的構造を抑制するのと同じだけ電磁界を抑制する籠又は網の性質に概ね類似する。 この場合は、伝導性骨格２２は、伝導性骨格２２の要素が存在せず、ギャップが存在する電磁界の実質上の鉄格子を形成する。 伝導性骨格２２中におけるギャップが動作周波数の１／２波長より小さい限りは、電磁界２６はバブル３０の中に「捕捉」され、バブル区域の外に与える影響は小さい。 このことは、感度の高い通信のような目的のためには特に重要であり、またＦＣＣ規制のような様々な政府の規則を遵守するためにも重要である。 バブル３０は、実際には、幾つかの半ば独立した、より小さな囲われた空間２８（例えば、トランク、エンジン区画；すなわち、主要な区画）を含み、それぞれがある程度は個々の「籠」として機能するが、車両の至る所に拡がる相互接続した伝導性骨格２２に関連している。

バブル３０を発生させ、且つ無線又は有線と同等の通信の基盤を提供することによって、伝導性骨格２２を活性化する要素は、励振器１４、１６である。 個々の囲われた空間２８における励振器１４、１６は、複数の機能を有する。 主な機能の一つは、その機能から名付けられたものであるが、金属構造又は骨格２２壁中にＲＦ電流２４を誘導する機能である。 ここで記載された型の最適な励振器１４及び直接接続励振器１６は、略図的に示されており、整合部として本発明者の関連特許出願に記載されている。

実際の車両へ実装して得られた結果は、デモンストレーション可能で、システム１、２は多様な環境において効果的に機能することが示されている。 図解の目的のために、励振器１４、１６及び励振器システム１、２を車両を励振するものとしてここに記載し、このように、周波数の範囲内のカットオフ周波数までの所望の周波数において、通信が生じる「キャリア」を供給するために動作する非伝搬で準静的な電磁界を生成する。 カットオフ周波数より大きいと、電磁界は従来の伝搬波になる。

さらに、励振器１４、１６の特性は、車両内に適切に設置されたとき、車両の伝導性骨格２２に特別な結合を引き起こし、車両内の離れた場所において伝導性骨格２２中に誘導された信号が、その信号もまた周波数の範囲内という条件で励振器要素によって使用できる十分な強度をもって受信される。 このような方法で、同じ励振器要素が「励振器」及び「聞き手（リスナー）」(受信機)として機能することができる。

励振器１４、１６は、それぞれ、同じ種類であるが、これらは個々の目的のために選ばれており、大きさ、材料及びパッケージ化において多くの改良型が存在する。 好ましい実施例と同様の二つの具体例が図面に示され、ここに記載されているが、その形態は用途によって幅広く変化する。 ディスコーン励振器３２は、最適な励振器１４の例であり、特に図１０及び図１１において示されている。 一方、直接接続励振器１６は、特に図１４、図１５及び図１６に示されている。 ディスコーン励振器３２は、より効率の良いアプリケーションに好ましい一方、より小さな直接接続励振器１６は、効率は劣るが、より狭い周波数帯へ適用するにあたっては、より適切である。 最適な励振器の一例であるディスコーン励振器３２は、適切な周波数において十分なエネルギーを運ぶために必要な効率の良い接続を提供するために、より大きなサイズ及び表面面積を有する。 一方、物理的に、より小さい直接接続励振器１６は、効率は劣るが、狭い周波数帯におけるアプリケーションの動作には十分である。

通信を確立するために必要な電力は、要求される信号の品質に関連し、車両全体の体積に比例する。 一方、エバネセント電磁界（準静的な電磁界）の発生に対する最も有効な寸法は、車両中の対向する伝導性表面間の最小の軸方向距離である。 局部的な寸法は、車両（及び内部の区画）の適切なカットオフ周波数を規定し、励振器が機能するとき、その局所的な寸法が、その区画にエバネセント電磁界が確立されるかどうかを決定づける。 カットオフ周波数より大きい周波数においては、励振器は伝搬波を発生することになる。

有線と同等の通信においては、励振器は金属構造中に電流を注入し、これらの電流は車両の金属構造の至る所に流れることになる。 励振器は、また、車両の中又は車両上の他の励振器によって発生した構造中の電流を受け取る特性を有する。 従って、二つ以上の励振器システムは、金属構造からＲＦ電流を注入し、又は受信することによって、車両上の複数のポイントで互いに通信することができる。

本発明は、車両の金属構造を用いた車両内又は車両上に有線と同等の通信媒体を供給する。 この有線と同等の通信は、配線がこれらのポイント間に設置されるなら得られるのと同じ通信バンド幅、情報割合及び接続性を、車両の金属構造内又は車両の金属構造上の如何なるポイントにおいても供給できる。 しかしながら、この発明は、車両の金属構造を利用し、それによって通信ポイント間の導線を不要としている。

どちらのタイプの励振器も、従来の導線又は送信線を使用すること無しに、車両内に有線と同等な通信リンク、リンク又はネットワークを生成するために、モデム、送信機、受信機及びフィルターのような通信装置と共に用いられ得る。 特に、励振器は、車両の至る所において、従来の有線装置を用いること無しに、今日の車両へ、単一方向の通信、双方向の通信又はネットワーク化された通信を提供するために通信装置と共に用いられ得る。

ディスコーン励振器３２の構造は、図１０及び図１１に示されている。 図１１には、車両のトランク内に設置されたディスコーン励振器３２が図示されている。 ディスコーン励振器３２は、ディスコーン３４で構成されている。 ディスコーン３４は、ディスコーン３４の表面をシミュレートする４本の導線で形成されている。 入力同軸ケーブル３６は、平らな円盤４０に取り付けられた中心導線３８を有するこの構造の中心を通っている。 平らな円盤４０の表面は、らせん状共鳴器４２の基盤として機能する。 ディスコーン励振器の寸法は、より高い効率を得る為には、より大きなサイズを要する為、大きく変化する。 車両のトランクに備え付けられた典型的なディスコーン励振器３２は、２〜３インチのディスコーン高さを有する。 ディスコーン３４の基底及び平らな円盤４０は、半径３〜４インチの範囲である。 トップ・ローディング・らせん状共鳴器４２は、典型的には、直径１２インチである。

車両（伝導性骨格２２）を「励振」するために、中心導線３８及び遮蔽板４４を有する同軸ケーブル３６を通してエネルギーがディスコーン励振器３２に供給される。 中心導線３８は、ディスコーン励振器３２及び伝導性骨格２２に取り付けられている。 図１０に示されるように、遮蔽板４４は、車両の伝導性骨格２２に電気的に直接接続されている。 中心導線３８によって供給されるエネルギーは、普通の方法では放射しない。 直径１２インチのディスコーンのらせん状共鳴器４２は、小さすぎて１００ＭＨｚより下では放射しない。 しかしながら、ディスコーン励振器３２の構造は、この周波数範囲において、かなりの不連続性を示す。 中心導線３８中に結合されたエネルギーは、ほとんど全てが反射されるが、遮蔽板４４中にあったエネルギーが、エバネセント電磁界の基礎を形成する伝導性骨格２２に接続される。 中心導線３８に注入されたエネルギーは発生源に戻されるが、反射された波は入力電力の５０％を示す。 しかしながら、残存するエネルギーは、ほとんど全体的に遮蔽板４４の外側から伝導性骨格２２の構造へ移動するため、この反射された損失は周波数に対して本質的に一定である。 カットオフ周波数より大きい周波数においては、励振器は、非伝搬なエバネセント電磁界から伝搬波へと主要な動作モードを変える。

乗用車においてある寸法を有するディスコーン励振器を用いた実施例の測定結果が図１２及び１３に示されている。 図１２には、２５ｄＢｍの信号源が励振器に接続され、乗員室における無線信号がプローブによって測定された無線通信モードの測定結果を示す。 図１３には、２５ｄＢｍの信号源が励振器に接続され、乗員室における信号が第２の直接接続励振器を車両の乗員室内の金属構造へ接続することによって測定された有線と同等の通信モードの測定結果を示す。

直接接続励振器は、単純化された実施は効率の低下を伴うという最適な励振器の理論の延長にある。 ジェネリックな直接接続励振器１６が図１４に示されている。 この実施において、同軸ケーブル３６は、励振器システム通信装置２０と接続している。 同軸ケーブルの中心導線３８は、ＲＦマッチング回路４６に接続され、そして車両の金属骨格２２に接続されている直流電流（ＤＣ）遮断容量４８に接続されている。

直接接続励振器１６は、金属骨格２２において電流を注入し、電流を受信することに関しては、最適な励振器１４とほぼ同じ方法によって機能する。 しかしながら、直接接続励振器は単純で、寸法が小さいために、最適な励振器１４と比較して、達成できる効率は低くなる。 ＲＦマッチング回路４６は、動作周波数において通信装置２０と金属骨格２２との間の可能な限りの効率的なエネルギー運搬が提供されるように設計される。 ジェネリックな実施におけるＤＣ遮断容量４８の機能は、通信装置２０における送信機及び受信機のＤＣ回路から励振器１６を絶縁することである。

図１５に直接接続励振器の実施例を示す。 この実施例では、同軸コネクタ５０は、三つの銅被覆部分５４、６０、６２と共に小さな回路基板５２に搭載されている。 同軸コネクタ５０は、第１の銅被覆部分５４に搭載され、接続されている。 同軸ケーブル３６は、同軸コネクタ５０から延長され、中心導線３８は、第２の銅被覆部分６０上の短絡容量５８に給電する直列インダクタ５６からなるマッチング回路４６に接続され、第１の銅被覆部分５４に接地されている。 遮蔽板４４は、同軸コネクタ５０の一端に接続されており、もう一端はフローティングであり、第２の銅被覆部分６０に接続されている中心導線３８に対してＲＦ遮蔽板として機能する。

マッチング回路４６の直列インダクタ５６は、第３の銅被覆部分６２上のＤＣ遮断容量４８に接続される。 ＤＣ遮断容量４８は、端子６４に接続される。 直接接続励振器１６から金属骨格２２への接続は、端子６４と金属骨格２２との間に導線６６を接続することによって完成する。

図１６には、車両に設置された図１５の直接接続励振器を示す。 図１７には、トランクに設置された図１５の直接接続励振器１６及び乗員室内に位置する無線リモート装置１２を有する乗用車中の無線リンクを測定したデータを示す。 これらの測定は、直接接続励振器１６に２５ｄＢｍの信号を入力することによって行われた。 無線アプリケーションのため、直接接続励振器１６と図１２のディスコーン励振器３２のパフォーマンスを比較すれば、単純化することと性能の低下のトレードインは明白である。

図１８には、トランク内に設置された図１５の直接接続励振器１６及び乗員室内の金属構造上に位置する第２の直接接続励振器１６を有する乗用車中の有線と同等の通信回線を測定したデータを示す。 これらの測定は、直接接続励振器１６に２５ｄＢｍの信号を入力することによって行われた。 これらの測定は、有線と同等のモードの通信動作における直接接続励振器の優れたパフォーマンスを示している。

本実施例は、他の多くの実施可能な直接接続励振器の一つに過ぎない。 他のマッチング回路４６の概念は、変圧整合回路を含んで実施されてきた。 マッチング回路４６と金属構造２２との接続は、同様に多くの形態をとり、もっとも単純な形態は、端子６４の代わりをするファスナーで、その中でファスナーが直接接続励振器１６と金属構成２２とをしっかりと固定し、また、マッチング回路４６と金属構成２２との間にＲＦ電流２４のパスを供給する。

無線モードの通信において、図１における通信装置２０内の送信機は、励振器を動作させるために、所望の周波数範囲内でエネルギーを供給する。 通信装置２０によって発生した変調信号を送信することができるように、励振器１４、１６は、先願に記載されているように金属構造２２を活性化する。 構造中の電流２４は、区画及び車両の表面近くにおいて電磁界２６を発生させる。 通信装置２０及びプローブ１８からなり、車両の中又は近くに設置される幾つかの無線リモート装置１２によって、これらの電磁界２６が受信される。 さらに、双方向又はネットワーク化された通信のアプリケーションにおいては、励振器１４、１６は、無線リモート装置１２によって発生する信号を受信し、励振器１４、１６において通信装置２０における受信システムへ伝導するために作動する。 送信及び受信の両方は、励振装置１０と無線リモート装置１２との間で同時に生じる。

図３Ａ及び３Ｂは、車両内又は車両の極近傍における励振装置１０と無線リモート装置１２との間における単一方向の無線通信を示している。 同じように、図４及び図５は、車両内又は車両の極近傍における励振装置１０と無線リモート装置１２との間における双方向及びネットワーク化された無線通信を示している。 励振装置１０における通信装置２０によって生成され、励振器１４、１６を通して送信された信号は、無線リモート装置１２によって生成された信号とは異なる周波数であり、伝導性骨格２２を通して励振器１４、１６へ、そしてそこから励振器通信装置２０へ戻される。 代わりとなる実施例は、通信装置２０、励振器１４、１６及び無線リモート装置１２によって生成された信号を同じ周波数でタイムシェアリング送信を行うことによって動作させるものである。

有線と同等の通信モードにおいては、図６において、通信装置２０内の送信機は、励振器を活性化させるために所望の周波数範囲内でエネルギーを供給する。 励振器１４、１６は、通信装置２０によって生成された変調された信号が送信できるように、伝導性骨格２２内に電流２４を誘導する。 構造中の電流２４は、一つ以上の励振装置１０を有する車両の金属構造上の如何なるポイントにおいても受信され得る。 送信及び受信の両方は、励振装置１０間に同時に生じる。

図７Ａ及び７Ｂは、車両の金属表面上の何れかのポイントに設置された励振装置１０間の単一方向の有線と同等の通信を示している。 同様に、図８及び９は、それぞれ、車両の金属表面に設置されたポイント間の双方向及びネットワーク化された有線と同等の通信を示している。 通信装置２０によって生成され、励振器１４、１６を通して送信された信号は、離れた場所における他の励振器１４、１６によって生成される信号とは異なる周波数であり、それによって、励振器間での有線と同等の同時通信を可能となる。 代わりとなる実施例は、通信装置２０及び励振器１４、１６によって生成された信号を同じ周波数でタイムシェアリング送信を行うことによって動作させるものである。

車両の特徴は異なり、それぞれの囲われた空間は、励振器を適切に配置し搭載するために、実験に基づいた調整が要求される。 しかしながら、多くの車両にとって、この実施例に記載された励振器は、活性化及びバブル効果の発生には有効である。 本発明の実施は、毎秒１１メガビット（１１Ｍｂｐｓ）で動作するデータリンク上に動画ビデオを無線ネットワークで送信すること、有線と同等な車両内のライトコントロール及びセンサーの読み出しによって成功裏に実証された。

パラメーターについて述べると、励振器の正確な物理形状及び寸法は様々であり、異なる材料も用いられ得るが、機能的な動作は同様である。 励振器要素と伝導性骨格との間の空間は、許容範囲において可変であり、励振器へエネルギーを伝える方法を変えることもできる。 当業者が、必要以上に実験を行うこと無く関連する構造及び利用を開発することができることは疑いない。

上記に様々な実施例が記載されているが、それらは、あくまでも一例として示されているに過ぎず、これらに限定されるものではない。 このように、本発明の範囲は、上述の典型的な実施例に限定されるものではなく、請求項及びそれと均等なものに従ってのみ規定されるべきである。

本励振器システム１、２は、車両内及び車両の極近傍における通信へのアプリケーションに非常に適している。 本発明は、特に、０．１〜１００ＭＨｚの範囲及び５００ＭＨｚを超える範囲の周波数において無線又は有線と同等の通信を提供することができる。

無線通信においては、本発明は、プローブを有する一つ以上のリモート通信装置で情報通信が行われるように、車両の金属構造中に電流を注入し、車両内又は車両の近くに電磁界を生成する励振器を用いている。 リモート装置プローブから金属構造へとエネルギーが結合送信されることによって、情報がリモート装置から励振器へ伝達され、それによって、車両の金属構造中に励振器によって受信されるＲＦ電流を生じさせる。 エバネセント及び電磁界の両方が無線通信に用いられる。 動作周波数は、カットオフ周波数より小さい周波数で選択され、エバネセント電磁界が用いられる。 あるいは、動作周波数がカットオフ周波数より大きい周波数で選択され、電磁界が用いられる。

有線と同等の通信においては、本発明は、金属構造中の電流を注入するために基本的な励振器の動作を有効に使い、これらの電流は車両の金属構造の至る所に流れる。 励振器は、また、車両内又は車両上の他の励振器によって生成された電流を受信する特性を有している。 従って、二つ以上の励振器システムは、金属構造にＲＦ電流を注入し、又は金属構造からＲＦ電流を受信することによって、車両上のポイントにおいて互いに通信することができる。

今理解できることであるが、本発明の一般的な解釈は、車両の金属構造中に電流を注入することである。 これらの電流は、本質的に、電磁界を生成する。 本発明の無線の実施例では、動作周波数の選択に依存する使用方法によって電磁界が用いられる。 本発明の有線と同等の実施例では、電流は直接使われる。

本発明の励振器は、多くの形態をとることができ、特にそのうちの二つがここに記載され、最適な励振器１４及び直接接続励振器１６と称されている。 本発明の動作帯域において最も低い周波数から最も高い周波数への広帯域で効率的な無線通信能力を可能にする方法によって、最適な励振器１４は、車両構造へ電流を注入し、且つ／又は車両構造から電流を受け取る。 直接接続励振器１６は、かなり単純であるが、本発明の低い周波数においてはパフォーマンスが低下する。

何れの励振器１４、１６も無線又は有線と同等の車両における通信を確立するために用いられ得る。 モデム、送信機、受信機及びフィルターのような従来の通信装置と共に本質的に連結して、プローブを有する一つ以上のリモート装置と共に動作する励振器は、無線車両通信を提供する。 同様に、通信装置のようなものと連結して、二個以上の励振器は、有線と同等の車両通信を提供する。 単一方向、双方向又はネットワーク化された無線又は有線と同等の通信が、車両の至る所で従来の有線装置を用いること無しに今日の車両に提供される。

これらの無線及び有線と同等の通信能力は、これらのポイント間に導線を設置するか、又は２．４から５ＧＨｚの周波数帯域における従来の無線技術を利用する通信を行うことによって得られる車両の金属構造内又は車両の金属構造上のどのポイントにおいても、類似した通信バンド幅、情報割合及び接続性を供給できることである。 しかしながら、本発明は、車両の金属構造を利用し、それによって電流を車両の至る所に流し、全ての車両区画に電磁界を発生するものである。
このことにより、有線と同等のアプリケーションにおける車両信号の配線を排除可能とし、且つリピーター又はアクセスポイントを用いることなしに、車両の外側の極近傍と同様に全ての車両区画に単一無線送信が到達することを可能としている。

上述の理由及びその他の理由により、本発明の励振器システム１、２は、広範囲に及ぶ産業上の利用可能性を有することを期待される。 従って、本発明の商業用の実用性は広範囲で、長期的であることを期待される。

本発明による無線通信のための励振器システムの説明のための概略図及び構成図である。

図１に記載の本発明の実施例を実施するための周波数帯域の利用可能な例を示すグラフである。

図３Ａは、図１に示す実施例に利用可能である単一方向通信のシナリオ表現する構成図である。 図３Ａには、図１に示す実施例の一部を備えた、励振器からプローブへの通信が示されている。

図３Ｂは、図１に示す実施例に利用可能である単一方向通信のシナリオ表現する構成図である。 図３Ｂには、図１に示す実施例の一部を備えた、プローブから励振器への通信が示されている。

図１に示す実施例の一部を備えた、励振器とプローブとの間の双方向通信を示す構成図である。

図１に示す実施例の一部を備えた、励振器と複数のプローブとの間のネットワーク通信を示す構成図である。

本発明に関する有線と同等の通信の励振器システムを説明した概略図及び構成図である。

図７Ａは、図６に示す実施例に利用可能である単一方向通信のシナリオ表現する構成図である。 図７Ａには、第１の励振器から第２の励振器への通信が示されている。

図７Ｂは、図６に示す実施例に利用可能である単一方向通信のシナリオ表現する構成図である。 図７Ｂには、第２の励振器から第１の励振器への通信が示されている。

図６に示す実施例の一部を備えた、二つの励振器間の双方向通信を示す構成図である。

図６に示す実施例の一部を備えた、複数の励振器間のネットワーク通信を示す構成図である。

本発明の実施例の図１に用いられ得るディスコーン型の励振器の垂直断面図である。

図１０において車両に設置されたディスコーン型の励振器の部分図であり、垂直断面図である。

本発明の実施例の図１に用いられ得る、ディスコーン型の励振器を車両に設置し、無線通信モードの動作にて得られる測定結果のグラフである。

本発明の実施例の図６に用いられ得る、ディスコーン型の励振器を車両に設置し、有線と同等の通信モードの動作にて得られる測定結果のグラフである。

本発明の実施例の図６に用いられ得るジェネリックな直接接続型励振器の構成図である。

図１４に示される直接接続型励振器の一つの実施例の構成図及び概略図である。

車両に設置された図１４に示す直接接続型励振器の平面図及び部分垂直断面図である。

車両に設置された図１４の直接接続励振器において、無線通信モードの動作にて得られる測定結果のグラフである。

車両に設置された図１４の直接接続励振器において、有線と同等の通信モードの動作にて得られる測定結果のグラフである。