JP7711030B2 - 無線給電装置および方法 - Google Patents

無線給電装置および方法

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Description

本発明の実施形態は、無線給電装置および方法に関する。
無線給電の方式として、給電対象の無線器（受電器）が送信する微弱な電波信号（ビーコン信号）を送電側の複数のアンテナ素子で受信し、ビーコン信号に基づき推定した受電器の方向に、給電信号を送信するレトロディレクティブ方式が知られている。受電器の方向の推定は、複数のアンテナ素子間で、受信したビーコン信号の位相の差、または位相および振幅の差を用いた伝搬路推定により行う。一方、送電の際には、給電対象でない他の無線器への悪影響を防ぐために、給電信号の送信方向（受電器の方向）に他の無線器が無いことを確認する必要がある。この確認は、給電信号の送信方向において、他の無線器から送信される電波信号が観測されるかどうかで判定できる。この観測において優れたＳＮ比を得るために、つまり他の無線器の検出における正確度を向上するために、給電信号の送信方向に受信ビームフォーミングを行うことが好ましい。
ビームフォーミングには、主にデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ：Digital Beamforming）方式とアナログビームフォーミング（ＡＢＦ：Analog Beamforming）方式が用いられている。ＤＢＦ方式は、各アンテナ素子が受信した信号をデジタル信号に変換してから移相および合成等の処理を行い、信号ＳＮ比を向上できる。しかし、複数のアンテナ素子のそれぞれに対して直交ミキサ回路、フィルタおよびＡ／Ｄコンバータなどの高価なデジタル信号処理用の素子を設ける必要があり、アンテナ素子数の増加とともに高コスト化する。これに対し、ＡＢＦ方式を採用した無線給電装置では、各アンテナ素子が受信した信号に対してアナログ信号の状態で移相および合成等の処理を行うため、デジタル信号処理用の素子を使う箇所を限定でき、低コスト化を実現できる。しかし、ＡＢＦ方式を採用した無線給電装置ではアンテナ素子間の位相差および振幅差を取得できないため、伝搬路推定を行うことができない。
特開２０１７－０３８１９３号公報 国際公開第２０１９／０６５０５４号 特開２０１９－４７３４１号公報
本発明の実施形態は、レトロディレクティブ送信のための伝搬路の推定を行うことを可能にする無線給電装置および方法を提供する。
本開示の無線給電装置は、無線信号を送信する受電器に無線給電可能な無線給電装置であって、Ｎ個のアンテナ素子と、前記Ｎ個のアンテナ素子で受信された無線信号に基づいて、アナログ信号を取得するＮ個の無線信号処理部と、前記Ｎ個の無線信号処理部のうち第１の無線信号処理部からの前記アナログ信号である第１のアナログ信号に基づいて第１のデジタル信号を取得する第１の信号処理部と、前記Ｎ個の無線信号処理部のうち前記第１の無線信号処理部と異なるＮ－１個の第２の無線信号処理部からの前記アナログ信号である第２のアナログ信号のうちの１つを選択する第１の選択部と、前記第１の選択部により選択された第２のアナログ信号に基づいて第２のデジタル信号を取得する第２の信号処理部と、前記第１のデジタル信号および前記第２のデジタル信号に基づいて、前記受電器との間の伝搬路を推定する制御部とを備える。
第１実施形態の第１構成例に係る無線給電装置のブロック図。 第１実施形態の第１構成例に係る無線給電装置の詳細な構成を示すブロック図。 切替部の動作の一例を示す模式図。 信号処理部が処理する信号を示す模式図。 第１実施形態の第１構成例に係る処理のフローチャート。 第１実施形態の第２構成例に係る無線給電装置のブロック図。 第１実施形態の第２構成例に係る無線給電装置の詳細な構成を示すブロック図。 第１実施形態の第２構成例に係る処理のフローチャート。 第１実施形態の第３構成例に係る無線給電装置のブロック図。 第１実施形態の第３構成例に係る処理のフローチャート。 第１実施形態の第４構成例に係る無線給電装置のブロック図。 第１実施形態に係る処理のフローチャート。 第２実施形態に係る無線給電装置のブロック図。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
［第１構成例（伝搬路推定）］
図１は、第１実施形態の第１構成例に係る無線給電装置１００と受電器５００とを備えた給電システムを示す。図２は無線給電装置１００の具体的な構成例を示す。第１構成例は、安全かつ確実に無線給電を行うために、給電対象である受電器の方向を高い精度で特定するために行う伝搬路の推定を簡単な構成で行うことを実現する。
無線給電装置１００は、複数（Ｎ個）のアンテナ素子１１０＿１～１１０＿Ｎと、複数のＲＦ（Radio Frequency）信号処理部１２０＿１～１２０＿Ｎと、複数の切替部１３０＿２～１３０＿Ｎを含む選択部３０（第１の選択部）と、分配・合成器１４０と、第１の信号処理部１５０と、第２の信号処理部１６０と、信号発生器１７０と、切替部１７１と、制御部１８０と、受電器と通信を行う無線モジュール等（図示せず）とを備える。ＲＦ信号処理部１２０＿１～１２０＿Ｎは、高周波信号処理部または無線信号処理部とも記載される。
ＲＦ信号処理部、選択部３０、分配・合成器１４０、第１の信号処理部１５０、第２の信号処理部１６０、信号発生器１７０、切替部１７１、制御部１８０の少なくとも一部はＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の回路またはプロセッサにより構成されてもよい。あるいはこれらの要素のうちの一部または全部が、プログラムを実行するＣＰＵによって実行されてもよい。
受電器５００は、無線給電装置１００の給電対象となる装置に含まれる。給電対象となる装置は、例えば工場等の施設で用いられるＩｏＴ（Internet of Things）センサまたはカメラ等である。受電器５００は移動ロボット、ＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）、ドローンなどの移動体に搭載されていてよい。受電器５００は充放電可能な蓄電池５０１、およびアンテナ５０２等を備える。受電器５００は、アンテナ５０２を介して無線給電装置１００から送信される給電信号を受信し、給電信号に基づき蓄電池５０１を充電可能である。また受電器５００は自器の存在を知らせる無線信号であるビーコン信号を定期的またはその他のタイミングで送信可能である。受電器５００は、アンテナ５０２を介して各種信号を送受信する通信回路（図示せず）、受電器５００全体を制御する制御回路（図示せず）、受信ＲＦ信号を直流に整流する整流回路（図示せず）、充電制御回路（図示せず）、無線給電装置１００と通信を行う無線モジュール（図示せず）等を備える。
受電器５００は、一定時間毎にビーコン信号Ｂを送信する。受電器５００は、無線給電装置１００からの要求信号に応答して、ビーコン信号Ｂまたはその他の任意の信号を送信してもよい。一回のビーコン信号Ｂの持続時間は、例えば数ミリ秒である。ビーコン信号Ｂは、例えばマイクロ波である。
無線給電装置１００は、複数のアンテナ素子１１０＿１～１１０＿Ｎでビーコン信号Ｂを受信し、伝搬路推定を行う。伝搬路推定のために、無線給電装置１００は、基準となる位置のアンテナ素子（基準アンテナ素子）で受信されるビーコン信号Ｂを基準信号とし、同時に、基準アンテナ素子と異なる位置のアンテナ素子（比較アンテナ素子）で受信されるビーコン信号Ｂを比較信号とする。送信源が同一の電波信号であっても、アンテナ素子毎に受信される電波信号は、伝搬経路の違い等に起因して、到達時間および伝搬損失等に差が生じる。到達時間および伝搬損失等の差により、アンテナ素子毎に受信される電波信号間には位相差および振幅差が生じる。無線給電装置１００は、基準信号と比較信号との間の位相差および振幅差を取得し、取得した各アンテナ間の位相差、または、位相差および振幅差に基づき、受電器５００との間の伝搬路を推定する。これにより、受電器５００の方向または位置を推定することができる。無線給電装置１００は、推定した受電器５００の方向（ビーコン信号Ｂの到来方向）に受信ビームフォーミングを行うことで、無線給電を行う前に、受電器５００の方向に、通信を保護すべき他の無線器が存在するかを検査できる。また、無線給電装置１００は、送信ビームフォーミングにより受電器５００に高い効率で無線給電を行うことが可能となる。第１構成例では伝搬路推定を行う構成および動作を中心に説明し、伝搬路推定後に行うその他の動作およびそのための構成については第２構成例以降の説明で詳細に記載する。
以下、図１および図２を参照しながら、各構成要素の詳細を説明する。
アンテナ素子１１０＿１～１１０＿Ｎは、受電器５００との信号の送受信に用いられるアンテナ素子である。アンテナ素子１１０＿１～１１０＿Ｎの数は例えば３個以上（Ｎ≧３）である。アンテナ素子１１０＿１～１１０＿Ｎは任意の配置で並べられており、互いの位置は異なっている。例えば、アンテナ素子１１０＿１～１１０＿Ｎはアレイ状に設置されている。以下、任意の１つのアンテナ素子をアンテナ素子１１０と記載する場合がある。
以下、アンテナ素子１１０＿１を伝搬路推定のための基準アンテナ素子（第１のアンテナ素子）とする。また、アンテナ素子１１０＿２～１１０＿Ｎを、伝搬路推定のための比較アンテナ素子（第２のアンテナ素子）とする。基準アンテナ素子に接続されるＲＦ信号処理部１２０＿１は第１のＲＦ信号処理部（第１の無線信号処理部）、比較アンテナ素子に接続されるＲＦ信号処理部１２０＿２～１２０＿Ｎは第２のＲＦ信号処理部（第２の無線信号処理部）に対応する。
ＲＦ信号処理部１２０＿１は、アンテナ素子１１０＿１で受信される無線信号であるビーコン信号Ｂに増幅および移相などのアナログ処理を行い、アナログ信号（第１のアナログ信号）を取得する。ＲＦ信号処理部１２０＿２～１２０～Ｎは、アンテナ素子１１０＿２～１１０＿Ｎで受信される無線信号であるビーコン信号Ｂに増幅および移相などのアナログ処理を行い、アナログ信号（第２のアナログ信号）を取得する。ＲＦ信号処理部１２０＿１～１２０～Ｎは、アンテナ素子１１０＿１～１１０＿Ｎと同数存在し、一対一で対応する。例えば、ＲＦ信号処理部１２０＿２はアンテナ素子１１０＿２で受信されたビーコン信号Ｂの処理を行う。以下、任意の１つのＲＦ信号処理部を、ＲＦ信号処理部１２０と記載する場合がある。
また、ビーコン信号Ｂはアンテナ素子１１０＿１～１１０＿Ｎで同時に受信されるが、アンテナ素子１１０＿１～１１０＿Ｎで受信されたビーコン信号Ｂを、それぞれビーコン信号Ｂ＿１～Ｂ＿Ｎと記載する場合がある。例えば、アンテナ素子１１０＿２で受信されたビーコン信号Ｂはビーコン信号Ｂ＿２である。
ビーコン信号Ｂ＿１を伝搬路推定のための基準信号とし、ビーコン信号Ｂ＿２～Ｂ＿Ｎを、基準信号の位相および振幅と比較する比較信号とする。
図２に示すように、ＲＦ信号処理部１２０は、送受切替スイッチ１２１と、受信用増幅器１２２、送信用可変増幅器１２３、移相器１２４を備える。
送受切替スイッチ１２１は、無線給電用の給電信号などの信号の送信時には送信用可変増幅器１２３側に、ビーコン信号などの信号の受信時には受信用増幅器１２２側に切り替えられる。
受信用増幅器１２２は、受信したビーコン信号Ｂを、所定の増幅率で増幅する。受信用増幅器１２２の台数は任意である。
送信用可変増幅器１２３は、出力（送信）する信号を、制御部１８０により設定された増幅率で増幅する。送信用可変増幅器１２３は、例えば増幅器と可変減衰器とを備えていてもよい。
移相器１２４は、受信用増幅器１２２から入力される増幅後のビーコン信号Ｂの移相を行う。移相器１２４の移相量は制御部１８０によって可変である。
選択部３０における切替部１３０＿２～１３０＿Ｎは、比較アンテナ素子のＲＦ信号処理部１２０＿２～１２０＿Ｎと分配・合成器１４０との接続のＯＮ－ＯＦＦを切り替える。切替部１３０＿２～１３０＿ＮはＲＦ信号処理部１２０＿２～１２０＿Ｎと同数存在し、一対一で対応する。例えば、切替部１３０＿２をＯＮにすると、ＲＦ信号処理部１２０＿２と分配・合成器１４０とが接続される。選択部３０は、切替部１３０＿２～１３０＿Ｎを用いて、ＲＦ信号処理部１２０＿２～１２０＿Ｎで処理された信号（アナログ信号）のうちの１つを選択して、分配・合成器１４０を介して第２の信号処理部１６０に出力する機能を備える。以下、切替部１３０＿２～１３０＿Ｎのうち任意の１つの切替部を切替部１３０と記載する場合がある。
切替部１３０は、スイッチを備えており、スイッチによって接続のＯＮ－ＯＦＦを切り替える。なお、切替部１３０または制御部１８０は、各ＲＦ信号処理部１２０の電源を一時的にＯＦＦするコンピュータなどの装置を含んでいてもよい。この場合、切替部１３０の処理は、電気回路により行ってもよいし、プログラムにより行ってもよい。
分配・合成器１４０は、ＲＦ信号処理部１２０＿２～１２０＿Ｎでビーコン信号Ｂを増幅および移相した信号（第２のアナログ信号）のうちの１つを受けて、第２の信号処理部１６０に送る。
信号発生器１７０はローカル発振器（ＬＯ：Local Oscillator）を含む。信号発生器１７０は、周波数変換のためのローカル発振器信号（ＬＯ信号）を生成する。
切替部１７１は、信号発生器１７０により生成されるＬＯ信号の出力先（接続先）を切り替える。切替部１７１は、伝搬路推定時、信号発生器１７０を第１の信号処理部１５０および第２の信号処理部１６０に接続する。これにより、信号発生器１７０で生成されたＬＯ信号が第１の信号処理部１５０および第２の信号処理部１６０に供給される。信号発生器１７０を分配・合成器１４０に接続する動作は、後述する他の構成例の説明で記載する。
第１の信号処理部１５０は、基準アンテナ素子のＲＦ信号処理部１２０と接続され、第１の信号処理部１５０は、基準アンテナ素子のＲＦ信号処理部１２０で基準信号（ビーコン信号Ｂ＿１）を増幅および移相した信号（第１のアナログ信号）を受ける。第１の信号処理部１５０は、当該信号に周波数変換およびＡ／Ｄ変換などの処理を行うことにより、基準アンテナ素子で受信されたビーコン信号Ｂの位相および振幅の情報を含むデジタル信号（第１のデジタル信号）を取得する。
第２の信号処理部１６０は、切替部１３０および分配・合成器１４０を介して比較アンテナ素子のＲＦ信号処理部１２０と接続されている。第２の信号処理部１６０は、比較アンテナ素子のＲＦ信号処理部１２０のうちの１つから入力された信号（第２のアナログ信号）に周波数変換およびＡ／Ｄ変換などの処理を行う。これにより、比較アンテナ素子で受信されたビーコン信号Ｂの位相および振幅の情報を含むデジタル信号（第２のデジタル信号）を取得する。
より詳細には、図２に示すように、第１の信号処理部１５０は、直交ミキサ１５１（第１のミキサ）と、ローパスフィルタ１５２と、可変利得増幅器１５３と、Ａ／Ｄコンバータ１５４を備える。第２の信号処理部１６０は、直交ミキサ１６１（第２のミキサ）と、ローパスフィルタ１６２と、可変利得増幅器１６３と、Ａ／Ｄコンバータ１６４を備える。
直交ミキサ１５１は、基準アンテナ素子のＲＦ信号処理部１２０から入力された信号を、互いに直交するＩ（In-phase）信号とＱ（Quadrature）信号に変換する。直交ミキサ１５１は、Ｉ信号とＱ信号とに、信号発生器１７０によって生成されたＬＯ信号と掛け合わせてベースバンド（ＢＢ）帯域に周波数変換する。これにより、ベースバンド帯域におけるＩ／Ｑの直交信号が得られる。Ｉ／Ｑの直交信号を用いて、位相および振幅の取得が可能となる。
直交ミキサ１６１は、比較アンテナ素子のＲＦ信号処理部１２０から入力された信号を、互いに直交するＩ（In-phase）信号とＱ（Quadrature）信号に変換する。直交ミキサ１６１は、Ｉ信号とＱ信号とに、信号発生器１７０によって生成されたＬＯ信号と掛け合わせてベースバンド（ＢＢ）帯域に周波数変換する。これによりベースバンド帯域におけるＩ／Ｑの直交信号が得られる。Ｉ／Ｑの直交信号を用いて位相および振幅の取得が可能となる。
ローパスフィルタ１５２は、直交ミキサ１５１でＢＢ帯域に周波数変換されたＩ信号およびＱ信号に含まれる、不要な高周波成分を除去する。
ローパスフィルタ１６２は、直交ミキサ１６１でＢＢ帯域に周波数変換されたＩ信号およびＱ信号に含まれる、不要な高周波成分を除去する。
可変利得増幅器１５３はローパスフィルタ１５２の出力信号（Ｉ信号およびＱ信号）を適切な大きさに増幅する。可変利得増幅器１５３は、例えば増幅器と可変減衰器とを備えていてもよい。可変利得増幅器１５３はローパスフィルタ１５２と配置が入れ替わっていてもよい。
可変利得増幅器１６３は、ローパスフィルタ１６２の出力信号（Ｉ信号およびＱ信号）を適切な大きさに増幅する。可変利得増幅器１６３は、例えば増幅器と可変減衰器とを備えていてもよい。可変利得増幅器１６３はローパスフィルタ１６２と配置が入れ替わっていてもよい。
Ａ／Ｄコンバータ１５４は、可変利得増幅器１５３で増幅された信号（Ｉ信号およびＱ信号）をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
Ａ／Ｄコンバータ１６４は、可変利得増幅器１６３で増幅された信号（Ｉ信号およびＱ信号）をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
制御部１８０は、第１の信号処理部１５０からのデジタル信号（Ｉ信号およびＱ信号）に基づき、基準アンテナ素子で受信されたビーコン信号Ｂ＿１（基準信号）の位相および振幅の情報を取得する。制御部１８０は、第２の信号処理部１６０からのデジタル信号（Ｉ信号およびＱ信号）に基づき、比較アンテナ素子で受信されたビーコン信号（比較信号）、すなわち、選択部３０によって選択されたＲＦ信号処理部の比較アンテナ素子で受信されたビーコン信号の位相および振幅の情報を取得する。制御部１８０は、基準アンテナ素子で受信されたビーコン信号（基準信号）の位相および振幅の取得と、比較アンテナ素子で受信されたビーコン信号（比較信号）の位相および振幅の取得とを、選択部３０によって選択するＲＦ信号処理部を順番に切り替えることで、繰り返し行う。制御部１８０は、繰り返しによって取得した基準信号と比較信号との複数の組の位相差、または、位相差および振幅差の情報に基づいて、伝搬路推定を行う。
つまり、伝搬路推定に際して、同時刻に観測された（観測とは位相および振幅の情報が取得されることを意味する）基準信号と比較信号との組が必要である。本実施形態では複数の比較アンテナ素子に対して、比較信号の周波数変換およびＡ／Ｄ変換を行う信号処理部は第２の信号処理部１６０の１つのみである。そのため、全ての比較アンテナ素子からの比較信号（Ｉ信号およびＱ信号）を同時に観測することはできない。そこで、切替部１３０＿２～１３０＿Ｎを用いて、所定のサンプリング時間毎に第２の信号処理部１６０に入力する比較信号を切り替える。
図３は、切替部１３０＿２～１３０＿Ｎの動作を説明する表である。ｔは、時刻である。切替部１３０＿２～１３０＿Ｎは、任意のサンプリング時間Ｔ毎にＯＮ－ＯＦＦが切り替わる。サンプリング時間Ｔは、例えばサブミリ秒の期間である。
図３に示すように、ある時刻において、１つの切替部１３０が選択され、選択された切替部１３０がＯＮに、それ以外の切替部１３０がＯＦＦになる。全Ｎ－１個のＯＮ－ＯＦＦパターンで、切替部１３０＿２～１３０＿Ｎが切り替わる。例えば、ｔ＝０～Ｔの期間は、切替部１３０＿２のみがＯＮになり、ｔ＝Ｔ～２Ｔの期間は、切替部１３０＿３のみがＯＮになる。これを繰り返し、最後の切替部１３０＿ＮがＯＮになるまで切替部１３０＿２～１３０＿Ｎが順番に切り替わる。
これにより、切替部１３０＿２～１３０＿Ｎは、ある時刻において選択された１つの比較アンテナ素子が受信した比較信号（第２のアナログ信号）のみを第２の信号処理部１６０に入力させる。
図４は、第１の信号処理部１５０によって処理されるビーコン信号Ｂ＿１（基準信号）と第２の信号処理部１６０によって処理されるビーコン信号Ｂ＿２～Ｂ＿Ｎ（比較信号）とを示す。太線部分の信号が実際に処理される信号であり、点線部分の信号は選択部３０によって選択されないため破棄される（第２の信号処理部１６０に入力されない）。
第１の信号処理部１５０は、ＲＦ信号処理部１２０＿１と常に接続されている。そのため、図４に示すように、基準信号であるビーコン信号Ｂ＿１（より詳細にはビーコン信号Ｂ＿１をＲＦ信号処理部１２０で処理して取得されるアナログ信号）は、第１の信号処理部１５０によってサンプリング時間Ｔ毎に常に第１の信号処理部１５０で処理されている。
ここで、例えば、ｔ＝０～Ｔの期間に第１の信号処理部１５０で処理されるビーコン信号（より詳細にはビーコン信号をＲＦ信号処理部１２０で処理して取得されるアナログ信号）を、ビーコン信号ＢＴ＿１と表す。
第２の信号処理部１６０は、切替部１３０＿２～１３０＿Ｎによって選択された比較アンテナ素子のＲＦ信号処理部１２０とサンプリング時間Ｔの期間のみ接続される。そのため、比較信号であるビーコン信号Ｂ＿２～Ｂ＿Ｎ（より詳細にはビーコン信号Ｂ＿２～Ｂ＿ＮをＲＦ信号処理部１２０で処理して取得されるアナログ信号）は、対応する切替部１３０がＯＮしている期間のみ、第２の信号処理部１６０によって処理される。
例えば、ｔ＝０～Ｔの期間は、切替部１３０＿２のみがＯＮしているため、ビーコン信号Ｂ＿２（より詳細にはビーコン信号Ｂ＿２をＲＦ信号処理部１２０で処理して取得されるアナログ信号）のみが、第２の信号処理部１６０で処理される。同様に、ｔ＝Ｔ～２Ｔの期間は、切替部１３０＿３のみがＯＮしているため、比較信号のうちビーコン信号Ｂ＿３のみが第２の信号処理部１６０に処理される。
ここで、例えば、ｔ＝０～Ｔの期間に第２の信号処理部１６０で処理されるビーコン信号をビーコン信号ＢＴ＿２、ｔ＝Ｔ～２Ｔの期間に第２の信号処理部１６０で処理されるビーコン信号を、ビーコン信号Ｂ２Ｔ＿３のように表す。
図４に示すように、ｔ＝０～Ｔの期間は、第１の信号処理部１５０によってビーコン信号ＢＴ＿１が処理され、第２の信号処理部１６０によってビーコン信号ＢＴ＿２が処理される。そして、処理されたビーコン信号ＢＴ＿１およびビーコン信号ＢＴ＿２のそれぞれの位相および振幅の情報は、制御部１８０によって取得され、両者の振幅および位相の差分が算出される。
またその後、ｔ＝Ｔ～２Ｔの期間は、第１の信号処理部１５０によってビーコン信号Ｂ２Ｔ＿１が処理され、第２の信号処理部１６０によってビーコン信号Ｂ２Ｔ＿３が処理される。そして、処理されたビーコン信号Ｂ２Ｔ＿１およびビーコン信号Ｂ２Ｔ＿３のそれぞれの位相および振幅の情報は、制御部１８０によって取得され、両者の振幅および位相の差分が算出される。
以下同様に、ｔ＝（ｉ－２）Ｔ～（ｉ－１）Ｔの期間は、第１の信号処理部１５０によってビーコン信号Ｂ（ｉ－１）Ｔ＿１が処理され、第２の信号処理部１６０によってビーコン信号Ｂ（ｉ－１）Ｔ＿ｉが処理される。そして、処理されたビーコン信号Ｂ（ｉ－１）Ｔ＿１およびビーコン信号Ｂ（ｉ－１）Ｔ＿ｉの位相および振幅の情報は、制御部１８０によって取得され、振幅および位相の差分が算出される。
以上の動作を繰り返して、制御部１８０は、同時刻において異なる位置で計測されたビーコン信号Ｂ＿１とビーコン信号Ｂ＿Ｘ（Ｘ＝２～Ｎ）とのそれぞれの位相および振幅の情報を取得し、位相および振幅の差分を算出する。つまり、ビーコン信号ＢＴ＿１とビーコン信号ＢＴ＿２との組、ビーコン信号Ｂ２Ｔ＿１とビーコン信号Ｂ２Ｔ＿３との組、・・・、ビーコン信号Ｂ（Ｎ－１）Ｔ＿１とビーコン信号Ｂ（Ｎ－１）Ｔ＿Ｎとの組についてそれぞれ位相および振幅の差分を算出する。制御部１８０は、取得した差分に基づいて伝搬路推定を行う。
図５は、無線給電装置１００において伝搬路推定時に実行する処理のフローチャートである。
制御部１８０は、ｔ＝（ｉ－２）Ｔ～（ｉ－１）Ｔの期間、切替部１３０＿ｉのみをＯＮにする（ステップＳ１１１）。ここで、ｉ＝２～Ｎであり、初期値はｉ＝２である。
次に、制御部１８０は、ｔ＝（ｉ－２）Ｔ～（ｉ－１）Ｔの期間に第１の信号処理部１５０が処理したビーコン信号Ｂ（ｉ－１）Ｔ＿１の位相および振幅の情報と、ｔ＝（ｉ－２）Ｔ～（ｉ－１）Ｔの期間に第２の信号処理部１６０が処理したビーコン信号Ｂ（ｉ－１）Ｔ＿ｉの位相および振幅の情報を取得する。制御部１８０は、両者の差分を算出する（ステップＳ１１２）。
次に、制御部１８０は、全ての切替部１３０＿２～１３０＿Ｎを選択（ＯＮ）したかを判定する。つまり、ｉがＮに達したかを判定する（ステップＳ１１３）。
ｉがＮに達していないと判定した場合、制御部１８０は、前回、切替部１３０＿２～１３０＿Ｎを切り替えた時刻から、サンプリング時間Ｔが経過した時刻に、次の切替部１３０＿ｉのみがＯＮするように切り替え、ステップＳ１１１に戻る（ステップＳ１１４）。
ｉがＮに達していると判定した場合、制御部１８０は、得られたビーコン信号Ｂ＿１とビーコン信号Ｂ＿２～Ｂ＿Ｎとの間の位相および振幅の差分に基づいて伝搬路推定を行う（Ｓ１１６）。これにより制御部１８０は、ビーコン信号Ｂの送信元である受電器５００の方向を決定する。
このような処理により、周波数変換およびＡ／Ｄ変換を行う信号処理部を、第１の信号処理部１５０と第２の信号処理部１６０の２つのみとして伝搬路推定を行うことができる。
なお、ＯＮになる切替部１３０が選択される順序は上記に限定されず、任意でよい。
また、制御部１８０は、ビーコン信号Ｂ＿２～Ｂ＿Ｎの全てを用いずに伝搬路推定を行ってもよい。例えば、比較アンテナ素子のＲＦ信号処理部１１０＿２～１１０＿Ｎの一部が故障などで正常に作動しない場合、そのＲＦ信号処理部が受信するはずだったビーコン信号Ｂを無視してもよい。
切替部１３０＿２～１３０＿Ｎは、上記の動作を行うことが可能な範囲で位置を変更してもよい。例えば、切替部１３０＿２～１３０＿Ｎは、各アンテナ素子１１０と各ＲＦ信号処理部１２０の間に位置してもよい。
以上、第1実施形態の第１構成例によれば、同時刻における基準信号と複数の比較信号とを観測するための、デジタル信号処理を行う第１の信号処理部１５０と第２の信号処理部１６０を設けることで、レトロディレクティブ送信のためのビーコン信号Ｂの伝搬路推定を行う無線給電装置を実現できる。さらに、基準アンテナ素子と比較アンテナ素子との総数分の信号処理部を設ける必要がある関連技術と比較して、低コストでレトロディレクティブ送信のためのビーコン信号Ｂの伝搬路推定を行う無線給電装置を実現できる。
［第２構成例（受信ビームフォーミング）］
図６は、第１実施形態の第２構成例に係る無線給電装置１００Ａと受電器５００とを備えた無線給電システムのブロック図である。図７は、無線給電装置１００Ａの詳細ブロック図である。上述した第１実施形態における図１と同じ名称または機能の要素には同じ符号を付している。以後、変更または追加された事項を除き説明を省略する。
第２構成例では、第１構成例と同様にして行う伝搬路推定の結果を用いて受信ビームフォーミングを行うことにより、受電器５００の方向に受電器５００以外の無線器が存在するか否かを判定する。これにより受電器５００に無線給電を行う前に、給電の方向に、受電器５００以外の無線器が存在しないことを確認する。
図６および図７において無線給電装置１００Ａは、切替部１３１を備えている。切替部１３１は、基準アンテナ素子のＲＦ信号処理部１２０＿１の接続先を第１の信号処理部１５０と分配・合成器１４０間で切り替える。無線給電装置１００Ａは、上述した第１構成例の無線給電装置１００と同様に伝搬路推定を行う機能を備える。伝搬路推定を行っている間、切替部１３１は、ＲＦ信号処理部１２０＿１を第１の信号処理部１５０に接続している。すなわち、ＲＦ信号処理部１２０＿１を第１の信号処理部１５０に接続した構成の動作は、第１構成例に係る無線給電装置１００と同様である。
切替部１３１は、例えばスイッチを備えており、スイッチによって接続のＯＮ－ＯＦＦを切り替える。
無線器６００は、無線給電装置１００Ａの給電対象ではない無線機器である。無線器６００は、例えば工場で用いられる無線ＬＡＮ（Local Area Network）の基地局または基地局の子機に相当するステーション等である。無線器６００は、無線給電装置１００Ａの無線給電用の電波（後述する給電信号Ｒ２）に近い周波数の電波を送受信する。給電信号Ｒ２が無線器６００の方向に送信されると通信障害等の悪影響を生じるため、無線給電装置１００Ａは無線器６００が存在する方向に給電信号Ｒ２を送信することを避けなければならない。
無線給電装置１００Ａは、受電器５００の方向に無線器６００が存在するかを判断する際、無線器６００の検出のＳＮ比向上のために、受信アナログビームフォーミング（ＡＢＦ）を行う。
受信ＡＢＦは、特定の方向から到来する電波信号の受信におけるＳＮ比を向上させる技術である。複数または全ての各アンテナ素子で受信された信号に、各アンテナ素子の位置に基づいて、移相処理を行う。すなわち各アンテナ素子の位置と、特定の方向（受電器５００の方向）とに応じて、各受信信号を位相を調整する。各受信信号に対して移相処理を行ったのち、各受信信号を合成することで、受信ビームフォーミングが達成される。移相処理がなされた各受信信号を合成すると、特定の方向から到来する電波信号は位相が揃うため強め合い、該方向とは異なる方向から到来する電波信号は弱めあう。これにより、合成された信号のうち特定の方向から到来する電波信号の受信におけるＳＮ比を向上させることができる。受信ＡＢＦ時は、上述した伝搬路推定時と異なり、第１のアンテナ素子１１０＿１と第２のアンテナ素子１１０＿２～１１０＿Ｎとで処理の区別はしない。
切替部１３０＿２～１３０＿Ｎは、複数または全てＯＮされている。以下の説明では切替部１３０＿２～１３０＿Ｎの全てがＯＮされている場合を想定する。切替部１３１は、分配・合成器１４０側に切り替えられている。但し、受信ＡＢＦに基準アンテナ素子１１０＿１を用いない場合は、切替部１３１は、分配・合成器１４０側に切り替えられていなくてもよい。
図２の送受切替スイッチ１２１は、受信用増幅器１２２側に切り替えられている。各アンテナ素子１１０で受信された信号は、各ＲＦ信号処理部１２０が備える受信用増幅器１２２によって増幅される。
各ＲＦ信号処理部１２０の移相器１２４は、受信用増幅器１２２により増幅された信号を移相する。
制御部１８０は、図６に示すように、推定した受電器５００の方向に受信ビームＲ１が向くように、各移相器１２４の移相量を制御する。
分配・合成器１４０は、受信した信号を合成する合成部を含む。分配・合成器１４０は、各ＲＦ信号処理部１２０から入力された、移相処理がなされた各受信信号を合成する。これにより、受信ＡＢＦが行われる。分配・合成器１４０は、各受信信号を合成した合成信号を第２の信号処理部１６０に出力する。
第２の信号処理部１６０は、分配・合成器１４０から入力された合成信号を、周波数変換およびＡ／Ｄ変換する。なお、受信ＡＢＦ時は、第１の信号処理部１５０は用いられない。
信号発生器１７０は、伝搬路推定時と同様に、周波数変換のためのＬＯ信号を生成する。また切替部１７１は、信号発生器１７０と第２の信号処理部１６０間を接続する。
制御部１８０は、第２の信号処理部１６０で処理されたデジタルの受信信号（受信ＡＢＦが行われた合成信号）を取得する。制御部１８０は、取得した受信信号に基づき、受電器５００の方向に無線器６００が含まれるかを判定する。例えば、取得した受信信号に、無線器６００から送信される電波信号が含まれているかを判定する。例えば取得した受信信号に閾値以上の電力の信号が含まれる場合に、無線器６００により送信される電波信号が含まれていると決定してもよい。あるいは、制御部１８０が無線ＬＡＮのプロトコルを解釈可能な回路を含み、取得した受信信号から無線ＬＡＮのフレームが検出された場合に、無線器６００により送信される電波信号が含まれていると決定してもよい。取得した受信信号は、推定した受電器５００の方向から到来する電波信号の成分が大きい。そのため、推定した受電器５００の方向における無線器６００の検出の正確度を向上させることができる。制御部１８０は、上記の方法以外のその他の方法で無線器６００の電波信号が含まれているかを判定してもよい。
図８は、無線給電装置１００Ａにおいて受信ＡＢＦ時に実行する処理のフローチャートである。
まず、制御部１８０は、ビーコン信号Ｂの伝搬路推定の結果に基づいて、受信ビームＲ１が受電器５００を向くように、各アンテナ素子のＲＦ信号処理部における移相器１２４の移相量を制御する（ステップＳ１２１）。
次に、制御部１８０は、分配・合成器１４０によって合成されたデジタルの受信信号（合成信号）を第２の信号処理部１６０から取得する（ステップＳ１２２）。
次に、制御部１８０は、取得した受信信号に基づき、受電器５００の方向に無線器６００が存在するかを判断する（ステップＳ１２３）。
制御部１８０が、受電器５００の方向に無線器６００が存在すると決定した場合、無線給電を行わない（ステップＳ１２４）。ステップＳ１２４の後は、再度同シーケンス（ステップＳ１２１～Ｓ１２３）を開始してもよいし、異なる受電器への伝搬路に基づいた受信ビームフォーミングのための位相制御を行ってもよい。
制御部１８０が、受電器５００の方向に無線器６００が存在しないと決定した場合、無線給電を行う（ステップＳ１２５）。無線給電を行う動作の詳細は後述する他の構成例の説明で記載する。
制御部１８０は、ステップＳ１２４で受電器５００に対する無線給電の中止を決定した場合、受電器５００に無線給電を行うことを可能にするための処理を行ってもよい。例えば、受電器５００が車両など移動可能な装置に搭載されている場合に、制御部１８０は、無線給電装置１００と受電器５００との間に無線器６００が位置しないように、受電器５００または装置に対して、移動を命じる命令データを送信してもよい。受電器５００の移動先の位置を無線給電装置１００が決定してもよい。この場合、決定した位置を命令データに含めてもよい。或いは、制御部１８０は、別の位置にある無線給電装置（図示せず）に受電器５００に無線給電を行うことを命じる命令データを送信してもよい。
以上、第1実施形態の第２構成例によれば、受電器５００の方向に受電器５００以外の無線器６００が存在するか否かを高い精度で判定することができる。これにより、受電器５００の方向に無線器６００が存在する状況で給電を行うことが回避できるため、無線器６００の通信を阻害することを防止できる。
［第３構成例（人体検出）］
図９は、第１実施形態の第３構成例に係る無線給電装置１００Ｂを含む無線給電システムを示す。給電対象となる受電器の図示は省略している。無線給電装置１００Ｂの詳細ブロック図は、図７と同じである。上述した図６および図７と同じ名称または機能の要素には同じ符号を付している。以後、変更または追加された事項を除き説明を省略する。
第３構成例では、無線給電を行う前に、受電器５００の方向に人体等のオブジェクトが存在するかを判定する。これにより、無線給電装置１００Ｂから受電器５００に無線給電を行う前に、給電の方向に、人等のオブジェクトが存在しないことを確認する。
無線給電装置１００Ｂは、上述した第１および第２構成例に係る無線給電装置の機能を備え、さらに、無線給電装置１００Ｂが無線給電を行う範囲内に、回避すべきオブジェクト（本例では人体７００）が存在するかを判定する。人体７００が存在する場合は無線給電を行わず、人体７００が存在しない場合には無線給電を行う。オブジェクトは、人体に限定されず、例えば無人搬送車などの移動体、或いは、壁または柱などの静止している物体でもよい。以下、オブジェクトが人体７００の場合を記載するが、人体に限定されない。
人体検出時は、無線給電装置１００Ｂから微弱な電波信号Ｓ１（検出用信号）を送信したのち、人体７００を含むオブジェクトによって反射された信号Ｓ２を受信し、反射信号Ｓ２に基づき、人体７００の有無を判定する。例えば、受信信号の中に人体特有の振動（人体の揺れや心臓の鼓動など）が含まれているか否かで人体７００の有無を判定する。あるいは、反射信号Ｓ２と送信した検出用信号Ｓ１との振幅を比較し、減衰が下限値以上かつ上限値以下の場合に人体を検出してもよい。このときアンテナ素子１１０＿２～１１０＿Ｎは送信用アンテナ素子、アンテナ素子１１０＿１は受信用アンテナ素子として用いられる。
アンテナ素子１１０＿２～１１０＿Ｎの送受切替スイッチ１２１（図７参照）は、送信用可変増幅器１２３側に切り替えられており、アンテナ素子１１０＿１の送受切替スイッチ１２１は、受信用増幅器１２２側に切り替えられている。また、切替部１３１は、第１の信号処理部１５０側に切り替えられている。
信号発生器１７０は、人体検出時に、ローカル発振器信号を検出用信号として分配・合成器１４０に出力する。このとき切替部１７１は、信号発生器１７０と分配・合成器１４０間を接続する。
信号発生器１７０から検出用信号Ｓ１が分配・合成器１４０に出力された後、切替部１７１は、信号発生器１７０と第１の信号処理部１５０間を接続するように切り替えられる。
信号発生器１７０からの検出用信号は、分配・合成器１４０によってＲＦ信号処理部１２０＿２～１２０＿Ｎに順番に分配され、アンテナ素子１１０＿２～１１０＿Ｎのうちの１つから順番に検出用信号Ｓ１として送信される。検出用信号Ｓ１は、例えばマイクロ波である。
切替部１７１は、ローカル発振器信号を第１の信号処理部１５０および第２の信号処理部１６０に供給することと、ローカル発振器信号を検出用信号として２つ以上のＲＦ信号処理部（第２の無線信号処理部）に提供することとを選択的に切り替える第１の切替部に対応する。
アンテナ素子１１０から送信される検出用信号Ｓ１の大きさは、人体防護指針を満たす大きさである。例えば、アンテナ素子１１０から送信される検出用信号Ｓ１は、電界強度の実効値が１３７Ｖ／ｍ以下であるか、磁界強度の実効値が０．３６５Ａ／ｍ以下であるか、電力束密度が５ｍＷ／ｃｍ２以下である。
アンテナ素子１１０から送信される検出用信号Ｓ１は、ビームフォーミングによる指向性を有しておらず（すなわち単体のアンテナ指向性で）、無線給電装置１００Ｂから人体７００（オブジェクト）のある方向を含む方向に伝播する。
アンテナ素子１１０（ここではアンテナ素子１１０＿２～１１０＿Ｎのうちの１つ）から送信された検出用信号Ｓ１の一部は、人体７００で反射し、反射信号Ｓ２としてアンテナ素子１１０＿１によって受信される。
アンテナ素子１１０＿１によって受信された反射信号Ｓ２は、ＲＦ信号処理部１２０＿１で処理されてアナログの受信信号とされ、第１の信号処理部１５０によって受信信号の周波数変換およびデジタル信号への変換等がなされる。
本構成例において、検出用信号Ｓ１の信号源は周波数変換のためのＬＯ信号の信号源と同じ（信号発生器１７０）であるが、検出用信号Ｓ１の信号源とＬＯ信号の信号源とを別々に用意してもよい。
制御部１８０は、第１の信号処理部１５０が処理された反射信号Ｓ２の受信信号を、異なるアンテナ素子から送信される検出用信号Ｓ１ごとに取得する。制御部１８０は、受信信号に基づき、受電器５００の方向を含む方向に人体が存在するかを判定する。また制御部１８０は、人体の位置または方向を検出し、さらに人体との間の伝搬路を推定してもよい。
図１０は、無線給電装置１００Ｂにおいて人体検出時に実行する処理のフローチャートである。
まず、制御部１８０は、信号発生器１７０を分配・合成器１４０側に接続し、切替部１３０＿２～１３０＿Ｎのうちの１つをオンする（アンテナ素子１１０＿２～１１０＿Ｎのうちの１つに信号発生器１７０を接続させる）。信号発生器１７０からはローカル発振器信号が検出用信号として出力され、選択されたＲＦ信号処理部を介してアンテナ素子から検出用信号Ｓ１が送信される（ステップＳ１５１）。
次に、制御部１８０は、信号発生器１７０の切替部１７１を第１の信号処理部１５０側に接続させる（ステップＳ１５２）。
次に、ＲＦ信号処理部１は、検出用信号Ｓ１の反射信号Ｓ２を、アンテナ素子１１０＿１を介して受信及処理して、受信信号を取得する（ステップＳ１５３）。第１の信号処理部１５０が、受信信号を処理してデジタルの受信信号を取得し、制御部１８０に提供する（同ステップＳ１５３）。
ステップＳ１５１～Ｓ１５３を繰り返し、検出用信号Ｓ１の送信を各アンテナ素子１１０＿２～１１０＿Ｎについて順番に行う。例えば各ＲＦ信号処理部１２０＿２～１２０＿Ｎから順番に、検出用信号Ｓ１の送信を行う。
次に、制御部１８０は、各受信信号に基づき人体の検出を行う。人体を検出した際、人体の位置または方向をさらに検出してもよい。また人体との間の伝搬路を推定してもよい（ステップＳ１５４）。
制御部１８０は、人体７００が存在していることを決定した場合、人体７００への無線給電（給電信号Ｒ２の送信）を回避するために、無線給電を中止する（ステップＳ１５５）。
制御部１８０は、人体７００が存在していないと決定した場合、人体７００が存在していないことを決定し、無線給電を行う（ステップＳ１５６）。
制御部１８０は、ステップＳ１５５において、無線給電の中止以外の処理を取ってもよい。例えば、人体７００が存在する方向に対するヌル生成などの処理を行うことで、人体７００への給電信号（後述する図１１の給電信号Ｒ２を参照）の送信を回避してもよい。このとき人体７００に送信される給電信号の大きさは、人体防護指針を満たす大きさである。例えば、制御部１８０は、人体７００に送信される給電信号が、電界強度の実効値が１３７Ｖ／ｍ以下になるか、磁界強度の実効値が０．３６５Ａ／ｍ以下になるか、電力束密度が５ｍＷ／ｃｍ２以下になるように、人体７００の方向を含む方向にヌルを生成してもよい。
また、制御部１８０は、無線給電を中止したのちに、人体７００に対して移動指令を出してもよい。移動指令は人体７００が認識可能な情報であれば、形態は問わない。例えば、警告音、点灯、人体７００が保持する端末画面へのメッセージ表示などでもよい。その後、制御部１８０は、人体７００が人体検出の対象範囲から外れたことを確認して、無線給電を行ってもよい。
また、制御部１８０は、人体７００以外のオブジェクト（人体７００が存在しない環境）に対して、上記の処理（図１０のフローチャートの処理）を行うことで、人体検出のキャリブレーションを行ってもよい。
以上、第1実施形態の第３構成例によれば、人体７００の存在の有無を判定できるため、人体７００に給電信号が照射されることを回避し、安全に無線給電を行うことができる。
［第４構成例（無線給電）］
図１１は、第１実施形態の第４構成例に係る無線給電装置１００Ｃと受電器５００とを含む無線給電システムを示す。無線給電装置１００Ｃの詳細ブロック図は図７と同じである。上述した第１実施形態における図１、図６、または図９と同じ名称または機能の要素には同じ符号を付している。以後、変更または追加された事項を除き説明を省略する。
無線給電装置１００Ｃは、上述した第１～第３構成例に係る無線給電装置の機能を備え、さらに、受電器５００に対して送信ビームフォーミングにより無線給電を行う機能を備える。すなわち無線給電装置１００Ｃは、無線給電の際には、送信ビームフォーミングを行い、給電信号Ｒ２の送信ビームを形成する。給電信号Ｒ２は、例えばマイクロ波の信号である。
無線給電時は、制御部１８０の制御の下、信号発生器１７０が生成するローカル発振器信号を給電信号として用いる。このとき切替部１７１は分配・合成器１４０側に接続されており、生成された給電信号は分配・合成器１４０により各アンテナ素子１１０＿１～１１０＿ＮのＲＦ信号処理部１２０＿１～１２０＿Ｎに分配される。無線給電時は、第１のアンテナ素子１１０＿１と第２のアンテナ素子１１０＿２～１１０＿Ｎとで処理の区別はしない。
切替部１７１は、ローカル発振器信号を第１の信号処理部１５０および第２の信号処理部１６０に供給することと、ローカル発振器信号を給電信号として少なくとも２つのＲＦ信号処理部（無線信号処理部）に提供することとを選択的に切り替える第２の切替部に対応する。
切替部１３０＿２～１３０＿Ｎは、複数または全てＯＮされている。以下の説明では切替部１３０＿２～１３０＿Ｎの全てがＯＮされている場合を想定する。また、切替部１３１は、分配・合成器１４０側に切り替えられている。但し、送信ビームフォーミングにアンテナ素子１１０＿１を用いない場合は、切替部１３１は、分配・合成器１４０側に切り替えられていなくてもよい。
分配された給電信号は、各ＲＦ信号処理部１２０における移相器１２４によって位相が制御される。
このとき制御部１８０は、上述の受信ビームフォーミングと同様に、図１１に示すように、推定された受電器５００の方向を含む方向に送信ビームＲ２が向くように、各移相器１２４の移相量を制御する。
各移相器１２４で移相量が制御された各給電信号は、各ＲＦ信号処理部１２０における送信用可変増幅器１２３によって振幅が制御されたのち、複数のアンテナ素子１１０（１１０＿１～１１０＿Ｎ）に供給される。複数のアンテナ素子１１０から給電信号Ｒ２が放射され、受電器５００に給電信号Ｒ２の送信ビームが形成される。
以上、第1実施形態の第４構成例によれば、受電器５００に対するビーム送信により無線給電を高い効率で行うことができる。
図１２は、第1実施形態に係る無線給電装置１００Ｃにより行われる処理の一連の流れを説明するフローチャートである。
まず、制御部１８０は、ビーコン信号Ｂ＿１～Ｂ＿Ｎの位相および振幅に基づいて、ビーコン信号Ｂの伝搬路推定を行い、ビーコン信号Ｂの送信元（受電器５００）の方向を推定または決定する（ステップＳ１１）。
次に、制御部１８０は、ステップＳ１１で推定された方向において受信ビームフォーミングを行う（ステップＳ１２）。
次に、制御部１８０は、受信ビームフォーミングで受信された信号に基づき、給電対象である受電器５００以外の無線器６００が、推定された方向に存在するか否かを判定する（ステップＳ１３）。
制御部１８０は、受電器５００以外の無線器６００が推定された方向に存在することを決定した場合、無線器６００の通信の阻害を回避するために、無線給電を行わない（ステップＳ１４）。
制御部１８０は、無線器６００が推定した方向に存在しないことを決定した場合、制御部１８０は、ステップＳ１１で推定された方向に人体７００が存在するかを判定する（ステップＳ１５）。
制御部１８０は、推定された方向に人体７００が存在することを決定した場合、人体７００へ悪影響を回避するために、無線給電を行わない（ステップＳ１４）。
制御部１８０は、推定された方向に人体７００が存在しないことを決定した場合、無線給電を行う、すなわち、給電信号Ｒ２を送信する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１２～Ｓ１３とステップＳ１５が実行される順番は任意でよい。つまり、推定した方向に人体７００が存在しないことを確認したのちに、無線器６００が存在するかどうかを判定してもよい。
以上、第１実施形態によれば、ＡＤ変換を含む信号処理部として２つの信号処理部１５０、１６０のみでレトロディレクティブ送信のための伝搬路推定を行うことができるため、構成を簡単にでき、低コスト化が可能である。また、その上で、受信ビームフォーミングおよび人体検出等を行うことができ、他の無線器との共存および人体の防護を達成することができる。
（第２実施形態）
第１実施形態では、所定の１つのアンテナ素子を第１のアンテナ素子（基準アンテナ素子）としていた。第１のアンテナ素子となるアンテナ素子は固定であり、変更できなかった。そのため、第１のアンテナ素子または第１のアンテナ素子のＲＦ信号処理部が故障などで使用できなくなると、伝搬路推定および人体検出などを行うことができない。これに対し、第２実施形態では、第１のアンテナ素子となるアンテナ素子を変更することを可能にする。
図１３は、第２実施形態に係る無線給電装置２００を備えた無線給電システムを示す。給電対象となる受電器の図示は省略している。無線給電装置２００の詳細ブロック図は図７と同じである。上述した第１実施形態に係る図１、図６、図９または図１１と同じ名称または機能の要素には同じ符号を付している。以後、変更または追加された事項を除き説明を省略する。
無線給電装置２００は、切替部１３０＿１と、切替部１３２（第２の選択部）とを備える。
切替部１３０＿１は、ＲＦ信号処理部１と分配・合成器１４０間の接続のＯＮ－ＯＦＦを切り替える。切替部１３０＿１は、切替部１３０＿２～１３０＿Ｎと同様の機能を有する。選択部３０（第１の選択部）は、切替部１３０＿１～１３０＿Ｎを含む。
切替部１３２は、ＲＦ信号処理部１～Ｎと第１の信号処理部１５０との接続のＯＮ－ＯＦＦを切り替える。切替部１３２は１つのＲＦ信号処理部を選択し、選択したＲＦ信号処理部と第１の信号処理部１５０とを接続する選択部（第２の選択部）である。このとき選択されたＲＦ信号処理部が第１の無線信号処理部となる。選択されなかったＲＦ信号処理部が第２の無線信号処理部となる。
制御部１８０は、切替部１３２により選択されたＲＦ信号処理部を分配・合成器１４０に接続しないように切替部１３０＿１～１３０＿Ｎを制御する。例えば、切替部１３２がＲＦ信号処理部１２０＿１と第１の信号処理部１５０とを接続した場合、切替部１３０＿１はＯＦＦにされ、切替部１３０＿２～１３０＿Ｎの全部または一部がＯＮされる。
切替部１３２は、例えば複数のスイッチを備えたスイッチ回路であり、スイッチによって接続のＯＮ－ＯＦＦを切り替える。切替部１３２の処理は、電気回路により行ってもよいし、プログラムにより行ってもよい。切替部１３２または制御部１８０は、第１の信号処理部１５０および第２の信号処理部１６０のいずれでも使用しないＲＦ信号処理部の電源を一時的にＯＦＦする機能を備えていてもよい。この場合、切替部１３２または制御部１８０は、コンピュータなどの装置であってもよい。
これにより、複数のアンテナ素子のうちの任意のアンテナ素子を第１のアンテナ素子とすることができる。また、第２実施形態でも第1実施形態と同様に、伝搬路推定、受信ビームフォーミング、人体検出および送信ビームフォーミングによる無線給電を行うことができる。
以上、第２実施形態によれば、任意のアンテナ素子を第１のアンテナ素子とすることができる。そのため、第１のアンテナ素子として使用されるあるアンテナ素子のＲＦ信号処理部が故障などで使用できなくなった場合でも、正常なＲＦ信号処理部のアンテナ素子を新たに第１のアンテナ素子に割り当てることで、伝搬路推定および人体検出等を行うことができる。また第１のアンテナ素子として使用されるアンテナ素子自体が破損等で使用できなくなった場合でも、正常なアンテナ素子を新たに第１のアンテナ素子に割り当てることで、伝搬路推定および人体検出等を行うことができる。
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
なお、本実施形態は以下のような構成を取ることもできる。
［項目１］
無線信号を送信する受電器に無線給電可能な無線給電装置であって、
Ｎ個のアンテナ素子と、
前記Ｎ個のアンテナ素子で受信された無線信号に基づいて、アナログ信号を取得するＮ個の無線信号処理部と、
前記Ｎ個の無線信号処理部のうち第１の無線信号処理部により取得された前記アナログ信号である第１のアナログ信号に基づいて第１のデジタル信号を取得する第１の信号処理部と、
前記Ｎ個の無線信号処理部のうち前記第１の無線信号処理部とは異なるＮ－１個の第２の無線信号処理部により取得された前記アナログ信号である第２のアナログ信号のうちの１つを選択する第１選択部と、
前記第１選択部により選択された第２のアナログ信号に基づいて第２のデジタル信号を取得する第２の信号処理部と
前記第１のデジタル信号および前記第２のデジタル信号に基づいて、前記受電器との間の伝搬路を推定する制御部と
を備えた無線給電装置。
［項目２］
前記第１選択部は、前記Ｎ－１個の第２の無線信号処理部を前記第２の信号処理部へ接続する複数のスイッチを含む
項目１に記載の無線給電装置。
［項目３］
前記第１選択部は、複数の時刻に対応して複数の前記第２のアナログ信号のうちの１つを順番に選択し、
前記制御部は、前記時刻毎に選択された前記第２のアナログ信号から取得された前記第２のデジタル信号と、前記時刻毎に対応する前記第１のアナログ信号から取得された前記第１のデジタル信号とに基づき、前記受電器との間の伝搬路を推定する
項目１または２に記載の無線給電装置。
［項目４］
前記第１のデジタル信号は、前記第１の無線信号処理部に入力される前記無線信号の振幅と位相の情報を含み、
前記第２のデジタル信号は、前記第２の無線信号処理部に入力される前記無線信号の振幅と位相の情報を含み、
前記制御部は、前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号間における前記位相の差分、または前記振幅の差分および前記位相の差分とに基づき、前記伝搬路を推定する
項目１～３のいずれか一項に記載の無線給電装置。
［項目５］
前記Ｎ個の無線信号処理部は、前記無線信号の移相を行う移相器を含み、
前記制御部は、前記伝搬路の情報に基づいて、前記Ｎ個の無線信号処理部における前記移相器のうちの少なくとも２つの無線信号処理部における移相器の移相量を制御し、
前記少なくとも２つの無線信号処理部により取得された前記アナログ信号を合成する合成部をさらに備えた、
項目３に記載の無線給電装置。
［項目６］
前記制御部は、前記合成部により前記アナログ信号を合成することにより得られる合成信号に基づき、前記受電器と異なる無線器が前記受電器の方向を含む方向に存在するか否かを判定する
項目５に記載の無線給電装置。
［項目７］
前記制御部は、前記無線器が前記受電器の方向を含む前記方向に含まれる場合に、前記受電器に前記無線給電を行わないことを決定し、
前記制御部は、前記無線器が前記受電器の方向を含む前記方向に含まれない場合に、前記受電器に前記無線給電を行うことを決定する
項目６に記載の無線給電装置。
［項目８］
オブジェクトの検出用信号を生成する信号発生器をさらに備え、
前記第１の無線信号処理部は、前記Ｎ個のアンテナ素子のうち第１のアンテナ素子で受信された無線信号に基づいて前記第１アナログ信号を取得し、
前記Ｎ－１個の第２の無線信号処理部は、前記Ｎ個のアンテナ素子のうち第２～第Ｎのアンテナ素子で受信された無線信号に基づいて前記第２アナログ信号を取得し、
前記Ｎ－１個の第２の無線信号処理部のうちの２つ以上は、前記信号発生器からの前記検出用信号をそれぞれの前記アンテナ素子から送信し、
前記第１の無線信号処理部は、前記第１のアンテナ素子を介して受信される複数の前記検出用信号の反射信号に基づいて、複数の受信信号を取得し、
前記第１の信号処理部により前記複数の受信信号に基づいて取得される複数のデジタル信号に基づき、給電エリアに存在するオブジェクトの位置および方向の少なくとも一方を検出する制御部を備えた
項目１～７のいずれか一項に記載の無線給電装置。
［項目９］
前記制御部は、検出した前記オブジェクトの位置および方向の少なくとも一方に基づいて、前記受電器に対する前記無線給電を制御する
項目８に記載の無線給電装置。
［項目１０］
前記オブジェクトは人体であり、
前記検出用信号は、電界強度の実効値が１３７Ｖ／ｍ以下、磁界強度の実効値が０．３６５Ａ／ｍ以下、または電力束密度が５ｍＷ／ｃｍ２以下である
項目８または９に記載の無線給電装置。
［項目１１］
前記制御部は、前記受電器の方向を含む方向に前記オブジェクトが含まれる場合に前記無線給電を行わないことを決定し、
前記制御部は、前記受電器の方向を含む方向に前記オブジェクトが含まれない場合に前記無線給電を行うことを決定する
項目８～１０のいずれか一項に記載の無線給電装置。
［項目１２］
前記制御部は、前記受電器の方向を含む前記方向にオブジェクトが含まれる場合、前記オブジェクトの存在する方向に対するヌルを生成して、前記受電器に前記無線給電を行う
項目８～１１のいずれか一項に記載の無線給電装置。
［項目１３］
前記オブジェクトは人体であり、
前記制御部は、前記人体に照射される電波が、電界強度の実効値が１３７Ｖ／ｍ以下、磁界強度の実効値が０．３６５Ａ／ｍ以下、または電力束密度が５ｍＷ／ｃｍ２以下になるように、前記ヌルを生成する
項目１２に記載の無線給電装置。
［項目１４］
前記検出用信号は発振器信号であり、
前記発振器信号を前記第１の信号処理部および前記第２の信号処理部に供給することと、前記発振器信号を前記検出用信号として２つ以上の前記第２の無線信号処理部に提供することとを選択的に切り替える第１の切替部
をさらに備え、
前記第１の無線信号処理部は、前記発振器信号に基づき前記第１のアナログ信号の周波数を変換する第１のミキサを含み、
前記第２の無線信号処理部は、前記発振器信号に基づき前記第２のアナログ信号の周波数を変換する第２のミキサを含む、
項目８～１３のいずれか一項に記載の無線給電装置。
［項目１５］
給電信号を生成する信号発生器をさらに備え、
前記Ｎ個の無線信号処理部は、前記給電信号の移相を行う移相器を含み、
前記制御部は、前記伝搬路の情報に基づいて、前記Ｎ個の無線信号処理部のうちの少なくとも２つの無線信号処理部における移相器の移相量を制御し、
前記少なくとも２つの無線信号処理部から前記移相器により移相した前記給電信号をそれぞれの前記アンテナ素子から送信することにより、前記無線給電を行う
項目１～１４のいずれか一項に記載の無線給電装置。
［項目１６］
前記給電信号は発振器信号であり、
前記発振器信号を前記第１の信号処理部および前記第２の信号処理部に供給することと、前記発振器信号を前記給電信号として前記少なくとも２つの無線信号処理部に提供することとを選択的に切り替える第２の切替部
をさらに備え、
前記第１の信号処理部は、前記発振器信号に基づき前記第１のアナログ信号の周波数を変換する第１のミキサを備え、
前記第２の信号処理部は、前記発振器信号に基づき前記第２のアナログ信号の周波数を変換する第２のミキサを備える、
項目１５に記載の無線給電装置。
［項目１７］
前記Ｎ個の無線信号処理部のうちの１つを選択する第２の選択部を備え、
選択した前記無線信号処理部は前記第１の無線信号処理部であり、
選択した前記無線信号処理部以外のＮ－１個の無線信号処理部は、Ｎ－１個の前記第２の無線信号処理部である
項目１～１６のいずれか一項に記載の無線給電装置。
［項目１８］
前記第２の選択部は、前記Ｎ個の無線信号処理部を前記第１の信号処理部へ選択的に接続するスイッチ回路を含む
項目１７に記載の無線給電装置。
［項目１９］
前記受電器から送信される前記無線信号は、ビーコン信号である
項目１～１８のいずれか一項に記載の無線給電装置。
［項目２０］
無線信号を送信する受電器に給電可能な無線給電装置により実行される方法であって、
Ｎ個のアンテナ素子のうち第１のアンテナ素子で受信された第１の無線信号に基づいて、第１のアナログ信号を取得し、前記第１のアナログ信号に基づいて第１のデジタル信号を取得し、
前記Ｎ個のアンテナ素子のうち第１のアンテナ素子と異なるＮ－１個の第２のアンテナ素子で受信された第２の無線信号に基づいて、複数の第２のアナログ信号を取得し、
前記Ｎ個の無線信号処理部のうち前記第１の無線信号処理部とは異なるＮ－１個の第２の無線信号処理部により取得された前記アナログ信号である第２のアナログ信号のうちの１つを選択し、
選択された第２のアナログ信号に基づいて第２のデジタル信号を取得し、
前記第１のデジタル信号および前記第２のデジタル信号に基づいて、前記受電器との間の伝搬路を推定する、方法。
３０ 選択部（第１の選択部）
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 無線給電装置
１１０，１１０＿１～１１０＿Ｎ アンテナ素子
１２０，１２０＿１～１２０＿Ｎ ＲＦ信号処理部（無線信号処理部）
１２１ 送受切替スイッチ
１２２ 受信用増幅器
１２３ 送信用可変増幅器
１２４ 移相器
１３０，１３０＿１～１３０＿Ｎ 切替部
１３１ 切替部
１３２ 切替部（第１の切替部）
１４０ 分配・合成器（合成部）
１５０ 第１の信号処理部
１５１ 直交ミキサ（第１のミキサ）
１５２ ローパスフィルタ
１５３ 可変利得増幅器
１５４ Ａ／Ｄコンバータ
１６０ 第２の信号処理部
１６１ 直交ミキサ（第２のミキサ）
１６２ ローパスフィルタ
１６３ 可変利得増幅器
１６４ Ａ／Ｄコンバータ
１７０ 信号発生器
１７１ 切替部（第１の切替部、第２の切替部）
１８０ 制御部
２００ 無線給電装置
５００ 受電器
６００ 無線器
７００ 人体
Ｂ，Ｂ＿１～Ｂ＿Ｎ ビーコン信号
Ｒ１ 受信ビーム
Ｒ２ 送信ビーム，給電信号
Ｓ１ 検出用信号
Ｓ２ 反射信号

Claims (20)

  1. 無線信号を送信する受電器に無線給電可能な無線給電装置であって、
    Ｎ個のアンテナ素子と、
    前記Ｎ個のアンテナ素子で受信された無線信号に基づいて、アナログ信号を取得するＮ個の無線信号処理部と、
    前記Ｎ個の無線信号処理部のうち第１の無線信号処理部により取得された前記アナログ信号である第１のアナログ信号に基づいて第１のデジタル信号を取得する第１の信号処理部と、
    前記Ｎ個の無線信号処理部のうち前記第１の無線信号処理部とは異なるＮ－１個の第２の無線信号処理部により取得された前記アナログ信号である第２のアナログ信号のうちの１つを選択する第１選択部と、
    前記第１選択部により選択された第２のアナログ信号に基づいて第２のデジタル信号を取得する第２の信号処理部と
    前記第１のデジタル信号および前記第２のデジタル信号に基づいて、前記受電器との間の伝搬路を推定する制御部と
    を備えた無線給電装置。
  2. 前記第１選択部は、前記Ｎ－１個の第２の無線信号処理部を前記第２の信号処理部へ接続する複数のスイッチを含む
    請求項１に記載の無線給電装置。
  3. 前記第１選択部は、複数の時刻に対応して複数の前記第２のアナログ信号のうちの１つを順番に選択し、
    前記制御部は、前記時刻毎に選択された前記第２のアナログ信号から取得された前記第２のデジタル信号と、前記時刻毎に対応する前記第１のアナログ信号から取得された前記第１のデジタル信号とに基づき、前記受電器との間の伝搬路を推定する
    請求項１に記載の無線給電装置。
  4. 前記第１のデジタル信号は、前記第１の無線信号処理部に入力される前記無線信号の振幅と位相の情報を含み、
    前記第２のデジタル信号は、前記第２の無線信号処理部に入力される前記無線信号の振幅と位相の情報を含み、
    前記制御部は、前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号間における前記位相の差分、または前記振幅の差分および前記位相の差分とに基づき、前記伝搬路を推定する
    請求項１に記載の無線給電装置。
  5. 前記Ｎ個の無線信号処理部は、前記無線信号の移相を行う移相器を含み、
    前記制御部は、前記伝搬路の情報に基づいて、前記Ｎ個の無線信号処理部における前記移相器のうちの少なくとも２つの無線信号処理部における移相器の移相量を制御し、
    前記少なくとも２つの無線信号処理部により取得された前記アナログ信号を合成する合成部をさらに備えた、
    請求項３に記載の無線給電装置。
  6. 前記制御部は、前記合成部により前記アナログ信号を合成することにより得られる合成信号に基づき、前記受電器と異なる無線器が前記受電器の方向を含む方向に存在するか否かを判定する
    請求項５に記載の無線給電装置。
  7. 前記制御部は、前記無線器が前記受電器の方向を含む前記方向に含まれる場合に、前記受電器に前記無線給電を行わないことを決定し、
    前記制御部は、前記無線器が前記受電器の方向を含む前記方向に含まれない場合に、前記受電器に前記無線給電を行うことを決定する
    請求項６に記載の無線給電装置。
  8. オブジェクトの検出用信号を生成する信号発生器をさらに備え、
    前記第１の無線信号処理部は、前記Ｎ個のアンテナ素子のうち第１のアンテナ素子で受信された無線信号に基づいて前記第１のアナログ信号を取得し、
    前記Ｎ－１個の第２の無線信号処理部は、前記Ｎ個のアンテナ素子のうち第２～第Ｎのアンテナ素子で受信された無線信号に基づいて前記第２のアナログ信号を取得し、
    前記Ｎ－１個の第２の無線信号処理部のうちの２つ以上は、前記信号発生器からの前記検出用信号をそれぞれの前記アンテナ素子から送信し、
    前記第１の無線信号処理部は、前記第１のアンテナ素子を介して受信される複数の前記検出用信号の反射信号に基づいて、複数の受信信号を取得し、
    前記第１の信号処理部により前記複数の受信信号に基づいて取得される複数のデジタル信号に基づき、給電エリアに存在するオブジェクトの位置および方向の少なくとも一方を検出する制御部を備えた
    請求項１に記載の無線給電装置。
  9. 前記制御部は、検出した前記オブジェクトの位置および方向の少なくとも一方に基づいて、前記受電器に対する前記無線給電を制御する
    請求項８に記載の無線給電装置。
  10. 前記オブジェクトは人体であり、
    前記検出用信号は、電界強度の実効値が１３７Ｖ／ｍ以下、磁界強度の実効値が０．３６５Ａ／ｍ以下、または電力束密度が５ｍＷ／ｃｍ２以下である
    請求項８に記載の無線給電装置。
  11. 前記制御部は、前記受電器の方向を含む方向に前記オブジェクトが含まれる場合に前記無線給電を行わないことを決定し、
    前記制御部は、前記受電器の方向を含む方向に前記オブジェクトが含まれない場合に前記無線給電を行うことを決定する
    請求項８に記載の無線給電装置。
  12. 前記制御部は、前記受電器の方向を含む前記方向にオブジェクトが含まれる場合、前記オブジェクトの存在する方向に対するヌルを生成して、前記受電器に前記無線給電を行う
    請求項８に記載の無線給電装置。
  13. 前記オブジェクトは人体であり、
    前記制御部は、前記人体に照射される電波が、電界強度の実効値が１３７Ｖ／ｍ以下、磁界強度の実効値が０．３６５Ａ／ｍ以下、または電力束密度が５ｍＷ／ｃｍ２以下になるように、前記ヌルを生成する
    請求項１２に記載の無線給電装置。
  14. 前記検出用信号は発振器信号であり、
    前記発振器信号を前記第１の信号処理部および前記第２の信号処理部に供給することと、前記発振器信号を前記検出用信号として２つ以上の前記第２の無線信号処理部に提供することとを選択的に切り替える第１の切替部
    をさらに備え、
    前記第１の信号処理部は、前記発振器信号に基づき前記第１のアナログ信号の周波数を変換する第１のミキサを含み、
    前記第２の信号処理部は、前記発振器信号に基づき前記第２のアナログ信号の周波数を変換する第２のミキサを含む、
    請求項８に記載の無線給電装置。
  15. 給電信号を生成する信号発生器をさらに備え、
    前記Ｎ個の無線信号処理部は、前記給電信号の移相を行う移相器を含み、
    前記制御部は、前記伝搬路の情報に基づいて、前記Ｎ個の無線信号処理部のうちの少なくとも２つの無線信号処理部における移相器の移相量を制御し、
    前記少なくとも２つの無線信号処理部から前記移相器により移相した前記給電信号をそれぞれの前記アンテナ素子から送信することにより、前記無線給電を行う
    請求項１に記載の無線給電装置。
  16. 前記給電信号は発振器信号であり、
    前記発振器信号を前記第１の信号処理部および前記第２の信号処理部に供給することと、前記発振器信号を前記給電信号として前記少なくとも２つの無線信号処理部に提供することとを選択的に切り替える第２の切替部
    をさらに備え、
    前記第１の信号処理部は、前記発振器信号に基づき前記第１のアナログ信号の周波数を変換する第１のミキサを備え、
    前記第２の信号処理部は、前記発振器信号に基づき前記第２のアナログ信号の周波数を変換する第２のミキサを備える、
    請求項１５に記載の無線給電装置。
  17. 前記Ｎ個の無線信号処理部のうちの１つを選択する第２の選択部を備え、
    選択した前記無線信号処理部は前記第１の無線信号処理部であり、
    選択した前記無線信号処理部以外のＮ－１個の無線信号処理部は、Ｎ－１個の前記第２の無線信号処理部である
    請求項１に記載の無線給電装置。
  18. 前記第２の選択部は、前記Ｎ個の無線信号処理部を前記第１の信号処理部へ選択的に接続するスイッチ回路を含む
    請求項１７に記載の無線給電装置。
  19. 前記受電器から送信される前記無線信号は、ビーコン信号である
    請求項１に記載の無線給電装置。
  20. 無線信号を送信する受電器に給電可能な無線給電装置により実行される方法であって、
    Ｎ個のアンテナ素子のうち第１のアンテナ素子で受信された第１の無線信号に基づいて、第１のアナログ信号を取得し、前記第１のアナログ信号に基づいて第１のデジタル信号を取得し、
    前記Ｎ個のアンテナ素子のうち第１のアンテナ素子と異なるＮ－１個の第２のアンテナ素子で受信された第２の無線信号に基づいて、複数の第２のアナログ信号を取得し、
    前記複数の第２のアナログ信号のうちの１つを選択し、
    選択された第２のアナログ信号に基づいて第２のデジタル信号を取得し、
    前記第１のデジタル信号および前記第２のデジタル信号に基づいて、前記受電器との間の伝搬路を推定する、方法。
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