(57)【要約】【課題】  無線通信システムにおける複数の伝送線路間での電磁界結合による通信の効率を向上させる。【解決手段】  無線通信システム１０における伝送線路１００は、フレキ基板１０７に設置された信号線１０１と、伝送線路１００のグランドとして機能し且つ信号線１０１との間に空間を有する金属部材１０６とを備える。また、無線通信システム１０における伝送線路１１０は、フレキ基板１０７の面に対して金属部材１０６とは逆側に位置する信号線１１１を備える。ここで信号線１１１は、フレキ基板１０７の面に垂直な方向の視点において信号線１０１と少なくとも一部が重なる。そして無線通信システム１０は、信号源１０３やコンパレータ１１３によって、伝送線路１００と伝送線路１１０との間での電磁界結合による無線通信を制御する。【選択図】  図１
2020048068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設置された第１導体部材と、
前記第１導体部材を有する第１伝送線路のグランドとして機能する金属部材であって、前記第１導体部材との間に空間を有する金属部材と、
前記基板の面に対して前記金属部材とは逆側に位置する第２導体部材であって、前記基板の面に垂直な方向の視点において前記第１導体部材と少なくとも一部が重なる第２導体部材と、
前記第１伝送線路と前記第２導体部材を有する第２伝送線路との間での電磁界結合による無線通信を制御する通信制御手段とを有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記基板の面に垂直な方向の視点において前記第１導体部材と重なる部分の前記金属部材は、前記基板に接しないことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記基板を支持する部材又は前記基板が、前記金属部材に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記第１導体部材と前記第２導体部材との距離を所定範囲内に維持した状態で、前記第１導体部材と前記第２導体部材の少なくとも一方を移動させる移動制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記移動制御手段は、前記第２導体部材を前記基板の面に平行な方向に移動させることを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記基板は輪形状を成し、
前記移動制御手段は、前記第２導体部材を前記基板の円周方向に移動させることを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記第１伝送線路は、接続された複数の基板に設置された複数の導体部材を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記第２導体部材は、前記基板と対向する別の基板に設置されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記基板はフレキシブルプリント基板であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路は差動伝送線路であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記空間は、前記第１伝送線路の特性インピーダンスが前記第１伝送線路に接続された回路のインピーダンスと整合する大きさの空間であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
基板に設置された第１導体部材と、
前記第１導体部材を有する第１伝送線路のグランドとして機能する金属部材であって、前記第１導体部材との間に空間を有する金属部材と、
前記基板の面に対して前記金属部材とは逆側に位置する第２導体部材であって、前記基板の面に垂直な方向の視点において前記第１導体部材と少なくとも一部が重なる第２導体部材を有する第２伝送線路へ、前記第１伝送線路から電磁界結合により無線で信号が送信されるように、前記第１導体部材に信号を入力する入力手段とを有することを特徴とする通信装置。
【請求項１３】
前記基板の面に垂直な方向の視点において前記第１導体部材と重なる部分の前記金属部材は、前記基板に接しないことを特徴とする請求項１２に記載の通信装置。
【請求項１４】
前記基板を支持する部材又は前記基板が、前記金属部材に固定されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の通信装置。
【請求項１５】
基板に設置された第１導体部材と、
前記第１導体部材を有する第１伝送線路のグランドとして機能する金属部材であって、前記第１導体部材との間に空間を有する金属部材と、
前記基板の面に対して前記金属部材とは逆側に位置する第２導体部材であって、前記基板の面に垂直な方向の視点において前記第１導体部材と少なくとも一部が重なる第２導体部材と、
を有する無線通信システムを用いて通信を行う通信方法であって、
前記第１伝送線路と前記第２導体部材を有する第２伝送線路との間での電磁界結合による無線通信を制御する通信制御工程と、
前記第１導体部材と前記第２導体部材との距離を所定範囲内に維持した状態で、前記第１導体部材と前記第２導体部材の少なくとも一方を移動させる移動制御工程とを有することを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁界結合により無線通信を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、近接した機器間において電磁界結合を用いて無線で通信を行う近接無線通信システムが考えられている。特許文献１には、コンピュータ断層撮影装置において、回転するフレームに設置された伝送線路と固定されたフレームに設置された伝送線路とが電磁界結合し、撮影データを無線通信する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２２４２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術のように、複数の伝送線路間での電磁界結合による通信を行う無線通信システムにおいて、通信の効率をより向上させることが求められている。例えば、送信側の伝送線路が長い場合には、伝送線路の基板における誘電損失により、伝送線路における信号の入力端とは反対側の端部付近では信号が減衰してしまう。そのため、その端部付近に受信側の伝送線路が位置すると、受信される信号の強度が小さくなり、通信の効率が低下してしまう。また例えば、インピーダンスの整合をとるための制限により伝送線路の信号線の幅を大きくできない場合には、伝送線路間の結合度が低くなり、高い効率で通信を行うことができない。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑み、複数の伝送線路間での電磁界結合により通信を行う無線通信システムにおける通信の効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明に係る無線通信システムは、例えば以下の構成を有する。すなわち、基板に設置された第１導体部材と、前記第１導体部材を有する第１伝送線路のグランドとして機能する金属部材であって、前記第１導体部材との間に空間を有する金属部材と、前記基板の面に対して前記金属部材とは逆側に位置する第２導体部材であって、前記基板の面に垂直な方向の視点において前記第１導体部材と少なくとも一部が重なる第２導体部材と、前記第１伝送線路と前記第２導体部材を有する第２伝送線路との間での電磁界結合による無線通信を制御する通信制御手段とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、無線通信システムにおいて伝送線路が有する導体部材とグランドとの間に誘電率の低い空間が存在することにより、複数の伝送線路間での電磁界結合による通信の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】無線通信システムの構成について説明するための図である。
【図２】伝送線路を伝わる信号の減衰率について説明するための図である。
【図３】無線通信システムの変形例について説明するための図である。
【図４】伝送線路の変形例について説明するための図である。
【図５】伝送線路における時間領域反射率について説明するための図である。
【図６】無線通信システムの構成について説明するための図である。
【図７】無線通信システムの変形例について説明するための図である。
【図８】伝送線路を用いた無線通信について説明するための図である。
【図９】無線通信により伝送される信号について説明するための図である。
【図１０】無線通信により伝送される信号について説明するための図である。
【図１１】伝送線路を用いた無線通信の変形例について説明するための図である。
【図１２】伝送線路の構成の制約について説明するための図である。
【図１３】伝送線路を伝わる信号の減衰率について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜無線通信の原理＞
まず、図８、図９を用いて伝送線路間の電磁界結合を用いた無線通信の原理について説明する。なお、本実施形態における電磁界結合には、電界結合と磁界結合の両方が含まれる。すなわち、伝送線路間における無線通信は電界結合によって行われてもよいし、磁界結合によって行われてもよいし、電界結合と磁界結合の両方によって行われてもよい。
【００１０】
図８において、２本並んだ線状の導体部材である差動伝送用の信号線１０１は、無線信号を送信する送信側の伝送線路を構成する。信号源１０３から出力されるデータは、信号線１０１の一端に接続された差動送信バッファ１０４を介して、差動信号として入力される。信号線１０１の他端は送信側の伝送線路の特性インピーダンスと略等しい終端抵抗１０２で終端されている。グランド１０５は送信側の伝送線路における基準電位となり、信号線１０１がパターンとして形成される基板１２０に接して配置される。一方、差動伝送用の信号線１１１は信号線１０１に沿って移動し、送信側の伝送線路から無線で信号を受信する受信側の伝送線路を構成する。信号線１１１の一端から出力された信号は、コンパレータ１１３で波形整形された後、受信信号として検出される。信号線１１１の他端は、受信側の伝送線路の特性インピーダンスと略等しい終端抵抗１１２で終端されている。
【００１１】
このような信号線１０１と信号線１１１は方向性結合器として機能し、信号線１１１における信号線１０１の信号入力端と同じ方向の端部（図８における信号線１１１の左端）をカップルド端、他端をアイソレーション端と言う。信号線１１１のアイソレーション端を終端し、カップルド端から信号を出力する場合、図９（Ａ）に示すような信号を信号源１０３から出力すると、カップルド端から出力される信号は図９の（Ｃ）に示すような波形となる。図９（Ａ）から図９（Ｄ）に示す波形において、横軸は時間を示し縦軸は信号強度を示す。図８における信号線１０１を伝播する信号と信号線１１１から出力される信号は差動信号であるが、図９では説明の簡略化のために差動信号の差信号を示している。
【００１２】
信号源１０３から出力された信号は差動送信バッファ１０４を介して信号線１０１に入力される。信号線１０１上を伝播する信号は伝送モードに応じた速度で伝播し、送信側の伝送線路の特性インピーダンスと略等しい終端抵抗１０２に吸収される。ここで終端抵抗１０２が送信側の伝送線路の特性インピーダンスと一致していれば終端まで伝播された信号は反射することなく終端抵抗１０２に吸収される。よって、信号線１１１付近での信号線１０１上の信号は、図９（Ｂ）に示すように、図９（Ａ）に示す出力信号から差動送信バッファ１０４における遅延と伝搬遅延とを足したΔｔ１時間だけ遅れた信号になる。
【００１３】
伝送線路間の無線通信により信号線１１１から出力される信号は、信号線１０１に入力された信号の立ち上がりが信号線１１１の直下まで伝搬したときに立ち上がる。そして、信号線１０１と信号線１１１が結合している長さ（図８では信号線１１１の長さＬ１）に略比例した時間ｔｏｎだけ保持される。その後、信号強度はほぼ０になる。また逆に、信号線１１１から出力される信号は、信号線１０１に入力された信号の立ち下がりが信号線１１１の直下まで伝搬したときに立ち下がり、信号線１１１の長さに略比例した時間ｔｏｎだけ信号が保持され、その後、信号強度はほぼ０に戻る。
【００１４】
コンパレータ１１３は、図９（Ｄ）に示す通り、信号線１１１から出力されるエッジ信号がプラスの閾値電圧Ｖｔｈ以上になった場合に“１”を出力し、マイナスの閾値電圧−Ｖｔｈ以下になったときに“０”を出力するように、ヒステリシスが設けられている。ここで、エッジ信号においては、送信側の伝送線路の特性インピーダンスと終端抵抗１０２とのわずかなインピーダンスずれによる反射波や、受信側の伝送線路における不整合による反射波等のノイズが生じる場合がある。しかしコンパレータ１１３から出力される信号は、これらのノイズ信号が上記閾値電圧（Ｖｔｈ，−Ｖｔｈ）以内であれば、ノイズの影響を受けずエッジ信号の立ち上がりと立下りのみに応じて変化する。そのため、信号線１０１を伝搬する信号（図９（Ｂ）に示す信号）と同じ信号を復調することができる。
【００１５】
上記では、受信側の伝送線路が終端抵抗１１２で終端される差動マイクロストリップラインである場合について説明したが、受信側の伝送線路の構成はこれに限定されない。例えば受信側の伝送線路は、終端抵抗１１２がなく開放端になっている容量性の伝送線路や、終端抵抗１１２の部分が短絡された誘導性の伝送線路であってもよい。図１０は、受信側の伝送線路が容量性の伝送線路である場合の信号の波形を図９と同様に模式的に表した図である。図１０（Ｃ‘）に示すように、信号線１１１からは、信号線１０１に入力された信号の立ち上がり及び立ち下がりが信号線１１１の直下まで伝搬したときにピークを持つパルス信号が出力される。ここで、信号線１１１から出力されるパルス信号が閾値を超える時間が、コンパレータ１１３が反応できる時間以上であれば、受信側の伝送線路がマイクロストリップラインである場合と同様の信号がコンパレータ１１３から出力される。また、受電側の伝送線路が誘導性の伝送線路か、またはマイクロストリップラインである場合に、アイソレーション端から出力される信号は、容量性の伝送線路の場合と比較して符号が反転した信号となる。しかし、コンパレータ１１３からの出力をインバートすることで元の信号が復調できる。
【００１６】
また、上記の説明では、信号線１０１により構成される伝送線路が無線信号を送信するための送信カプラとして機能し、信号線１０１に沿って移動する信号線１１１により構成される伝送線路が無線信号を受信するための受信カプラとして機能するものとした。ただし、上記の送信カプラと受信カプラからなる方向性結合器は可逆性を有する。そのため、図１１に示すように、信号線１０１に接続される回路と信号線１１１に接続される回路を変更することで、送信側と受信側を入れ替えた構成とすることができる。
【００１７】
なお、本実施形態では、送信側の伝送線路と受信側の伝送線路の間でベースバンド方式に従って電気信号が送受信される場合を中心に説明する。ベースバンド方式によれば、電気信号の変調や復調を必要としないため、回路規模を小さくし且つ低遅延で通信することができる。ただし、通信方式はこれに限らず、例えば送信側の伝送線路から受信側の伝送線路へ送信される搬送波を、信号源１０３により生成される電気信号により変調することで、搬送通信を行ってもよい。
【００１８】
次に、図１２（ａ）に示すような基板１２０にグランド１０５と信号線１０１が配置された構成のマイクロストリップ伝送線路における制約について説明する。図１２（ａ）は、図８に示す送信側の伝送線路を図８における横方向から見た場合の断面を表している。図８の構成において信号線１０１及び信号線１１１の幅を大きくすれば、信号線１０１と信号線１１１との結合度が増加するため、送信側の伝送路から受信側の伝送路へ通信される信号の強度を大きくすることができる。しかしながら、信号線の幅は無制限に大きくすることができない。
【００１９】
図１２（ｂ）は、伝送線路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させるための、基板１２０の厚さと信号線１０１の幅の関係を計算した結果を示す。図１２（ｂ）の計算において、基板１２０はＦＲ−４基板（比誘電率εｒ＝４．４）であるものとしている。図１２（ｂ）に示すように、基板の厚さを増やせば信号線１０１の幅（以後、伝送線幅）を広げることが可能となる。しかしながら、一般的に入手可能な基板の厚さは１．６ｍｍまでしかなく、ＦＲ−４基板を用いる場合には３ｍｍ程度の伝送線幅が限度となる。また、仮により厚い基板が入手可能だとしても、基板を厚くすることで基板のコストが増大し、且つ伝送線路を実装する装置の小型化が困難になる。
【００２０】
図１２（ｃ）は、基板厚が１．６ｍｍのＦＲ−４基板、ＰＴＦＥ基板（比誘電率εｒ＝２．２）、および仮想の基板（比誘電率εｒ＝１．０）を用いた場合に伝送線路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させるための伝送線幅を計算した結果を示す。図１２（ｃ）に示すように、基板の比誘電率が小さければ伝送線幅を広げることができる。しかしながら、ＰＴＦＥ材料は高価であるため、ＰＴＦＥ基板を用いるとコストが増大する。また、比誘電率が１の基板は実際には存在しない。したがって、図１２（ａ）に示す伝送線路の構成では安価に伝送線幅を大きくすることが難しい。
【００２１】
また、基板材料の誘電体には誘電損失があり、特に高い周波数の信号を長い距離伝播させると、信号強度が大きく減衰する。図１３に、図１２（ａ）に示す構成の伝送線路において基板材料としてＦＲ−４を用いた場合と、ＰＴＦＥを用いた場合における、信号が伝送線路を１ｍ伝播した時の減衰特性を示す。図１３の計算においては基板厚を１．６ｍｍとしている。図１３に示すように、特にＦＲ−４基板を用いた場合、信号周波数が６ＧＨｚを超えると２０ｄＢ以上減衰してしまうため、高い周波数成分の信号を十分な信号強度で長い距離伝播させるのは難しい。一方、基板材料としてＰＴＦＥを用いた場合、ＦＲ−４基板の場合と比較すると高周波帯域においても信号の減衰は小さいが、上述したようにＰＴＦＥ基板を用いることはコストの増加につながる。
【００２２】
＜無線通信システムの構成＞
上記の問題を解決するために、図１に示すような無線通信システム１０を用いることを考える。図１（ａ）は無線通信システム１０の斜視図を示し、図１（ｂ）は送信側の伝送線路１００を横方向から見た断面図を示す。無線通信システム１０は、送信側の伝送線路１００、受信側の伝送線路１１０、信号源１０３、差動送信バッファ１０４、及びコンパレータ１１３を有する。伝送線路１００は、フレキシブルプリント基板１０７（以後、フレキ基板１０７）上に設置された導体部材である信号線１０１と、フレキ基板１０７を固定し且つ伝送線路の基準電位を有するグランドとして機能する金属部材１０６を有する。フレキ基板１０７は例えばポリイミドやポリエステル、液晶ポリマ等の材質でできており、信号線１０１は銅でできている。ただし、フレキ基板１０７や信号線１０１の材質はこれに限定されない。
【００２３】
伝送線路１１０は、フレキ基板１０７と対向する基板１１５上に設置された信号線１１１と、信号線１１１とは反対側の基板面に設置され且つ伝送線路の基準電位を有するグランドとして機能する金属板１１４を有する。信号線１１１は伝送線路１００のフレキ基板１０７の面に対して金属部材１０６とは逆側（図１の上側）に位置し、フレキ基板１０７の面に垂直な方向の視点において信号線１０１と少なくとも一部が重なる。
【００２４】
信号源１０３から差動送信バッファ１０４を介して信号線１０１に信号が入力されると、伝送線路１００と伝送線路１１０と間での電磁界結合によって、信号線１１１から信号が出力される。伝送線路１１０の信号線１１１からの出力信号は、カップルド端またはアイソレーション端のうち終端抵抗１１２が接続されない方の端部から出力され、コンパレータ１１３を介して信号が復調される。このように、伝送線路１００が無線信号を送信する送信カプラとして機能し、伝送線路１１０が無線信号を受信する受信カプラとして機能することで、方向性結合器が実現される。
【００２５】
無線通信システム１０においては、信号源１０３、差動送信バッファ１０４、及びコンパレータ１１３によって、伝送線路１００と伝送線路１１０との間での電磁界結合による無線通信に係る通信制御がされる。なお、無線通信を実現するための構成はこれに限定されない。例えば無線通信システム１０は、差動ではなくシングルエンドで通信を行ってもよい。この場合には、信号線１０１及び信号線１１１がそれぞれ単一の導体部材により構成され、無線通信システム１０は差動送信バッファ１０４を有していなくてもよい。なお、図１に示すように伝送線路１００と伝送線路１１０を差動伝送線路とすることで、通信におけるノイズの影響を抑制することができる。
【００２６】
また、無線通信システム１０は、例えばモータなどを用いて伝送線路１１０を伝送線路１００に沿って移動させる移動制御部を有する。具体的には、信号線１０１と信号線１１１とが対向した状態を保ちつつ、且つ信号線１０１と信号線１１１との距離が所定範囲内に維持されるように、伝送線路１１０がフレキ基板１０７の面に略平行な方向に移動する。このような構成により、伝送線路１１０が移動している間でも、伝送線路１００と伝送線路１１０との間で無線通信を行うことができる。なお移動制御部は、伝送線路１１０と伝送線路１００の相対位置を移動させればよいため、伝送線路１１０の代わりに伝送線路１００を移動させてもよいし、伝送線路１１０と伝送線路１００の両方を移動させてもよい。また、無線通信システム１０が移動制御部を有することは必須ではない。
【００２７】
金属部材１０６には、信号線１０１の直下の部分に溝が形成されている。すなわち、フレキ基板１０７の面に垂直な方向の視点において信号線１０１と重なる部分の金属部材１０６は、フレキ基板１０７に接しない。このようにグランドとなる金属部材１０６に溝を設けることで、信号線１０１とグランドの間に空間（空気）が存在することになる。これにより、あたかもフレキ基板１０７の材料と空気とが合成された比誘電率を有する仮想的な基板が信号線１０１とグランドとの間に存在するかのように電磁界が作用する。空気の比誘電率がおよそ１であり、フレキ基板１０７の比誘電率はそれよりも大きいため、仮想的な基板の比誘電率はフレキ基板１０７の比誘電率より小さくなる。このような原理により、金属部材１０６に溝がない場合と比べて、同じ特性インピーダンスを実現するための伝送線幅を広げることが可能となる。そして、伝送線幅が広がり、仮想的な基板の比誘電率が小さくなると、伝送線路１００と伝送線路１１０の間の結合度が大きくなるため、伝送線路間で通信される信号の強度を大きくできる。またこの構成によれば、金属部材１０６にフレキ基板１０７を固定すればよいため、一般的な基板よりも厚い特殊な基板を用いる場合と比較して、コストを低減できる。金属部材１０６は無線通信システム１０が実装される装置の筐体の一部であってもよい。
【００２８】
また、溝の深さによって伝送線路の特性インピーダンスは変化する。そのため、伝送線路１００の特性インピーダンスが、伝送線路１００に接続された通信回路のインピーダンスと整合するように、信号線１０１の幅と金属部材１０６の溝の深さや空間の大きさが設計されていてもよい。ここで、伝送線路の差動特性インピーダンスを１００Ω、金属部材１０６の溝の深さを２．０ｍｍにする場合、フレキ基板上の伝送線幅は７．０ｍｍで、２本の信号線１０１の線間は約１．６ｍｍになる。すなわち、図１２（ａ）に示す構成の伝送線路に基板厚１．６ｍｍのＦＲ−４基板を用いる場合と比べて、伝送線幅を２倍以上広くできる。
【００２９】
さらに、図１に示す構成の伝送線路を用いることで、誘電損失による高周波信号の減衰も抑制することができる。図２の実線は、図１に示す伝送線路の構成においてフレキ基板１０７に平行な金属部材１０６の面とフレキ基板１０７との距離（金属部材１０６の溝の深さ）を２ｍｍにした場合の減衰特性を示している。一方、図２の点線は、図１３の実線と同様の結果、すなわち図１２（ａ）に示す構成の伝送線路において基板材料としてＰＴＦＥを用いた場合の減衰特性を示す。図２から見て取れるように、安価に実現可能な図１に示す構成の伝送線路によって、高価なＰＴＦＥ材の基板を用いた場合とほぼ同等の減衰特性を実現できる。また、金属部材１０６の深さを深くすれば、図２の実線に示す減衰特性よりもさらに信号の減衰が小さくなるため、ＰＴＦＥ基板を用いた場合よりも信号の減衰を小さくすることができる。
【００３０】
なお、図１（ｂ）に示すように、伝送線路１００においてはフレキ基板１０７がグランドとなる金属部材１０６に固定されている。フレキ基板１０７の固定方法は、ネジ止めや接着剤で接着する等、特に限定しない。一方、伝送線路１００を図１（ｃ）に示すような構成に変更しても、図１（ｂ）に示す伝送線路１００と同様に機能する。図１（ｃ）における伝送線路１００においては、フレキ基板１０７を支持する支持部材１２６がグランドとなる金属部材１０６に固定されている。すなわち、フレキ基板１０７の金属部材１０６への固定方法としては、直接的な固定方法と、支持部材１２６を挟んだ間接的な固定方法の、どちらでもよい。また、図１（ｂ）及び図１（ｃ）においては、信号線１０１がフレキ基板１０７の下側の面（伝送線路１１０から遠い方の面）に形成されているが、信号線１０１はフレキ基板１０７の上側の面（伝送線路１１０から近い方の面）に形成されても同様に機能する。
【００３１】
また、図１の構成ではフレキ基板と金属部材１０６の間の空間（金属部材１０６の溝部分）には空気が存在するものとしているが、これに限らない。例えば、この空間に例えば樹脂などの物体が存在していてもよい。ただし、この空間に存在する物体の比誘電率が低いほど、特性インピーダンスを整合させたまま信号線１０１の幅を大きくできる。そのため、この空間に存在する物体の比誘電率は、信号線１０１が形成される基板の比誘電率よりも低いことが望ましい。また、多孔質素材であることにより見かけの比誘電率が低い物体が、この空間に存在していてもよい。
【００３２】
また図１では、伝送線路１００の信号線１０１はフレキ基板１０７に設置されるものとしているが、フレキ基板１０７の代わりにＦＲ−４基板などの別の形状や材質の基板が用いられてもよい。ただし、フレキ基板１０７のように数十ミクロンから百ミクロン程度の薄い基板を用いた方が、誘電損失による通信信号の減衰を抑制できるため望ましい。
【００３３】
また図１では、伝送線路１１０が、信号線１１１の一方の端部に終端抵抗１１２が接続され反対の端部から信号を取り出すマイクロストリップ伝送線路である場合の例を示した。ただしこれに限らず、伝送線路１１０が、終端抵抗１１２が接続されない容量性のカプラであってもよい。また、伝送線路１１０が、信号線１１１の一方が短絡されている誘導性のカプラであってもよい。
【００３４】
また、図３に示すように、伝送線路１１０も伝送線路１００と同様に、信号線１１１が形成されたフレキ基板１１７と溝を有する金属部材１１６とにより構成されていてもよい。ここで金属部材１１６のフレキ基板１１７側の表面が伝送線路１１０の基準電位となる。図３に示す構成においても、伝送線路１１０は終端抵抗１１２が接続されない容量性のカプラであってもよいし、信号線１１１の一方が短絡されている誘導性のカプラであってもよい。
【００３５】
＜変形例＞
図４を用いて、無線通信システム１０における伝送線路１００の変形例を説明する。図４に示す伝送線路１００は、差動伝送用の信号線１０１１を有するフレキ基板１０７１と差動伝送用の信号線１０１２を有するフレキ基板１０７２とが信号線の延伸方向に接続されて構成されている。フレキ基板１０７１と１０７２の接続部１０１０においては、信号線１０１１と信号線１０１２とが重なっている。ここでフレキ基板１０７２は接続部１０１０において両面基板になっており、信号線１０１２と信号線１０１１は例えば半田付け等により電気的に接続される。
【００３６】
フレキ基板１０７１とフレキ基板１０７２の接続部１０１０における伝送線路の時間領域反射率（ＴＤＲ）特性を図５に示す。図５において、接続部１０１０に対応する範囲５０２におけるインピーダンスは、伝送線路に対応する範囲５０１内の他の部分のインピーダンスとほぼ変わらない。すなわち、図４に示す構成により信号線を接続した伝送線路においては、その接続部においてほとんど反射がなく、連続した単一の伝送線路とほぼ同等の透過・減衰特性となる。一般的に入手可能なフレキ基板の長さには制限があり、それ以上の特殊な長さのフレキ基板は高価になるが、図４に示す方法で複数のフレキ基板を接続することによって、長いフレキ基板を用いた伝送線路とほとんど同様の特性の伝送線路を安価に構成可能となる。
【００３７】
図６を用いて、無線通信システム１０の別の変形例を説明する。本変形例の無線通信システム１０においては、伝送線路１００の基板が輪形状をなす。すなわち、図６におけるフレキ基板１０７は、図１に示す平面状のフレキ基板１０７をその両端部が近づくように曲げたような形状となっている。そして、移動制御部が伝送線路１１０を伝送線路１００の基板の円周方向に移動させる。このような構成の無線通信システム１０は、例えばコンピュータ断層撮影装置などに適用できる。具体的には、装置の固定部と回転部とに伝送線路１００と伝送線路１１０とを実装することで、回転部が固定部に対して回転移動しながら固定部との間で通信を行うことができる。
【００３８】
伝送線路１００は、差動伝送用の信号線１０１と差動伝送用の信号線２０１がプリントされたフレキ基板１０７と、金属部材１０６によって構成されている。差動送信バッファ１０４には分波器１０８と分波器２０８が接続されており、信号源１０３から出力される信号が信号線１０１と信号線２０１の両方に入力される。図６においては分波器１０８および分波器２０８の出力を、高周波ケーブルを介して信号線１０１と信号線２０１に直接入力しているが、分波器１０８及び分波器２０８の出力部に増幅器や減衰器、またはフィルタなどを接続しても良い。また、信号線１０１と信号線２０１に信号を入力する際に分波器１０８および分波器２０８を用いる代わりに、伝送線路１１０の位置を判定して、何れの信号線に信号を入力するかをスイッチにより切り替えてもよい。
【００３９】
ここで、信号線１０１と信号線２０１の線幅及び線間と、金属部材１０６の溝の深さに応じて、伝送線路の特性インピーダンスが決まる。信号線１０１と信号線２０１に入力された信号はそれぞれ反対回りに伝送され、伝送線路の特性インピーダンスと略等しい終端抵抗１０２及び終端抵抗２０２に吸収される。
【００４０】
伝送線路１１０は、基板上に形成された差動伝送用の信号線１１１を有し、伝送線路１００から電磁界結合により信号を受信する。また、伝送線路１１０は容量性のカプラであり、信号線１１１には終端抵抗が接続されず、端部は開放されている。伝送線路１１０は容量性のカプラであるため、信号線１１１が信号線１０１上を移動する場合でも信号線１０１上を移動する場合でも伝送線路１１０から出力される信号の向きは変わらない。なお、伝送線路１１０も伝送線路１００と同様に、信号線１１１が形成されたフレキ基板と、フレキ基板を固定し且つ基準電圧となる金属部材から構成されていてもよい。
【００４１】
なお、伝送線路１００に接続される回路と伝送線路１１０に接続される回路とを入れ替えることで、伝送路の送信側と受信側を入れ替えることができる。図７は図６の構成から伝送路の送信側と受信側を入れ替えた場合の構成を示す。図７において送信側の伝送線路１１０は容量性のカプラであり、信号線１１１に信号が入力される。信号線１１１に入力された信号は信号線１０１または信号線２１１を介して受信側の伝送線路１００により受信される。信号線１０１と信号線２０１の一端は終端抵抗１０２および終端抵抗２０２によって終端され、もう一方の端部は合波器１１８および合波器２１８に接続される。
【００４２】
図７においては信号線１０１と信号線２０１から出力される信号が高周波ケーブルを介して合波器１１８および合波器２１８に直接入力されるが、合波器１１８及び合波器２１８の入力部に増幅器や減衰器、またはフィルタが接続されても良い。また、信号線１０１および信号線２０１から出力される信号を合波器１１８及び合波器２１８で合成する代わりに、送信側の伝送線路１１０の位置を判定して、何れの信号線から信号を出力するかをスイッチにより切り替えてもよい。合波器１１８および合波器２１８で合成された差動信号はコンパレータ１１３により波形整形され、信号源１０３から入力された信号と同様の信号が復調される。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態に係る無線通信システム１０における伝送線路１００は、フレキ基板１０７に設置された信号線１０１と、伝送線路１００のグランドとして機能し且つ信号線１０１との間に空間を有する金属部材１０６とを備える。また、無線通信システム１０における伝送線路１１０は、フレキ基板１０７の面に対して金属部材１０６とは逆側に位置する信号線１１１を備える。ここで信号線１１１は、フレキ基板１０７の面に垂直な方向の視点において信号線１０１と少なくとも一部が重なる。そして無線通信システム１０は、信号源１０３やコンパレータ１１３によって、伝送線路１００と伝送線路１１０との間での電磁界結合による無線通信を制御する。
【００４４】
このような構成により、基板の厚みを大きくしなくても、伝送線路１００のインピーダンスを整合させつつ信号線１０１の幅を大きくすることができ、さらにグランド面との間の見かけ上の比誘電率を下げることができるため、信号線１０１と信号線１１１との結合度を高くすることができる。さらに、伝送線路１００を伝搬する信号の誘電損失による減衰も抑制することができる。その結果、伝送線路１００と伝送線路１１０との間での電磁界結合による通信の効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  無線通信システム
１００  伝送線路
１０１  信号線
１０６  金属部材
１０７  フレキ基板
１１０  伝送線路
１１１  信号線
【図１】
2020048068.tif 000003
【図２】
2020048068.tif 000004
【図３】
2020048068.tif 000005
【図４】
2020048068.tif 000006
【図５】
2020048068.tif 000007
【図６】
2020048068.tif 000008
【図７】
2020048068.tif 000009
【図８】
2020048068.tif 000010
【図９】
2020048068.tif 000011
【図１０】
2020048068.tif 000012
【図１１】
2020048068.tif 000013
【図１２】
2020048068.tif 000014
【図１３】
2020048068.tif 000015