デバイスの方向を調べる仕組み～到来角と位相差～【2022/08/21】

こんにちは、ぽぽろん研究所です。

今週の土日も一瞬で蒸発してしまったように感じています。どうして休日は儚いのでしょうか？平日を排水溝に流さたらいいのに。

さてさて、今回はワイヤレスな内容です。最近のBluetoothなどでは、通信しているデバイスがどの向きにあるのかを調べることができます。この仕組について簡単に説明を書こうと思います。

構成

通信しているデバイスの向きを調べるためには、位相差を用いて調べます。位相差を取得するためには、受信端末（向きを調べる端末）が2つ以上のアンテナが搭載されている必要があります。

仕組み

図のようにアンテナが2つがある構成を考えます。

Antenna 1とAntenna 2では受信する電波の通信路が異なり、距離に差が発生します。このときの通信路差は図から以下の様になります。

$通信路差 = d \sin \theta$

次に位相差について考えていきます。位相差とは図のようにずれている波形がどれだけずれているかを表しています。

Antenna 1とAntenna 2の間には通信距離に差があるので、受信する電波は図のようにずれています。これが位相差となって取得することができます。この位相差を $\phi [rad$ ]として、Antenna 1とAnttena 2の通信路差を計算します。

電波は $2 \pi$ 進むのに、一波長（ $\lambda$ ）の距離進みます。そのため、 $1[rad$ ]あたりに進む波長は $\lambda / (2 \pi)$ として表すことができます。したがって、位相差 $\phi$ を用いてAntenna 1とAntenna 2の通信路差を表すと以下のようになります。