(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板と、
前記プリント基板の一方の面である第１の平面に形成された第１の導体パタン及び該第１の導体パタンに離間して前記第１の導体パタンの周囲を囲むように枠状に形成される第２の導電パタンと、
前記プリント基板の他方の面であって前記第１の平面と平行な第２の平面に形成され、接地されるグランドパタンと、
前記プリント基板に形成されたスルーホールの内部に形成された導体である第１の線状導体と第２の線状導体と、
を備え、
前記第１の線状導体は、前記第１の平面と前記第２の平面に対して垂直に形成されると共に、長さが使用する周波数の波長の４５／１０００より短く形成され、かつ、前記第１の導電パタンに一端が接続され、他端と前記グランドパタン間に給電がなされ、
前記第２の線状導体は、前記第１の平面と前記第２の平面に対して垂直に形成されると共に、長さが使用する周波数の波長の４５／１０００より短く形成され、かつ、前記第１及び第２の導電パタンの各々に対して複数形成され、前記第１及び第２の導電パタンの各々と前記グランドパタンとを接続し、
放射電界を含む横波の発生を抑制した
ことを特徴とする電磁結合器。
【請求項２】
前記プリント基板は、比誘電率が４．０〜５．０であり、厚さが使用する周波数の波長をλとすると、６λ／１０００〜４５λ／１０００である
請求項１記載の電磁結合器。
【請求項３】
前記第１の線状導体が接続される前記第１の導電パタンは、前記第１の線状導体との接続点に対して点対称となる形状に形成され、
前記第１の線状導体が接続される前記第１の導電パタンには、平面視で前記第１の線状導体に対して点対称となる位置に、複数の前記第２の線状導体が接続される
請求項１または２記載の電磁結合器。
【請求項４】
前記複数の第２の線状導体は、前記第１の線状導体に対して点対称となる位置に形成される請求項１〜３いずれかに記載の電磁結合器。
【請求項５】
前記第１及び第２の導電パタンは、点対称となる形状に形成され、
前記複数の第２の線状導体は、接続される前記第１及び第２の導電パタンの対称点に対して点対称となる位置に形成される
請求項１〜４いずれかに記載の電磁結合器。
【請求項６】
前記第１の導電パタンは平面視で正方形状であり、前記第２の導電パタンは平面視で正方形の枠状である
請求項１〜５いずれかに記載の電磁結合器。
【請求項７】
平面視で前記第１及び第２の導電パタンと前記グランドパタンとを囲むように、電磁誘導により無線通信を行うためのコイルを配置した
請求項１〜６いずれかに記載の電磁結合器。
【請求項８】
前記第１の線状導体の他端と前記グランドパタン間には、同軸ケーブルで給電がなされる
請求項１〜７いずれかに記載の電磁結合器。
【請求項９】
電磁結合器を搭載し、静電界と誘導電界の少なくとも一方を用いて情報を伝達する情報通信機器であって、
前記電磁結合器は、
プリント基板と、
前記プリント基板の一方の面である第１の平面に形成された第１の導体パタン及び該第１の導体パタンに離間して前記第１の導体パタンの周囲を囲むように枠状に形成される第２の導電パタンと、
前記プリント基板の他方の面であって前記第１の平面と平行な第２の平面に形成され、接地されるグランドパタンと、
前記プリント基板に形成されたスルーホールの内部に形成された導体である第１の線状導体と第２の線状導体と、
を備え、
前記第１の線状導体は、前記第１の平面と前記第２の平面に対して垂直に形成されると共に、長さが使用する周波数の波長の４５／１０００より短く形成され、かつ、前記第１の導電パタンに一端が接続され、他端と前記グランドパタン間に給電がなされ、
前記第２の線状導体は、前記第１の平面と前記第２の平面に対して垂直に形成されると共に、長さが使用する周波数の波長の４５／１０００より短く形成され、かつ、前記第１及び第２の導電パタンの各々に対して複数形成され、前記第１及び第２の導電パタンの各々と前記グランドパタンとを接続し、
放射電界を含む横波の発生を抑制した
ことを特徴とする情報通信機器。
【請求項１０】
前記プリント基板は、比誘電率が４．０〜５．０であり、厚さが使用する周波数の波長をλとすると、６λ／１０００〜４５λ／１０００である
請求項９記載の情報通信機器。
【請求項１１】
前記第１の線状導体が接続される前記第１の導電パタンは、前記第１の線状導体との接続点に対して点対称となる形状に形成され、
前記第１の線状導体が接続される前記第１の導電パタンには、平面視で前記第１の線状導体に対して点対称となる位置に、複数の前記第２の線状導体が接続される
請求項９または１０記載の情報通信機器。
【請求項１２】
前記複数の第２の線状導体は、前記第１の線状導体に対して点対称となる位置に形成される請求項９〜１１いずれかに記載の情報通信機器。
【請求項１３】
前記第１及び第２の導電パタンは、点対称となる形状に形成され、
前記複数の第２の線状導体は、接続される前記第１及び第２の導電パタンの対称点に対して点対称となる位置に形成される
請求項９〜１２いずれかに記載の情報通信機器。
【請求項１４】
前記第１の導電パタンは平面視で正方形状であり、前記第２の導電パタンは平面視で正方形の枠状である
請求項９〜１３いずれかに記載の情報通信機器。
【請求項１５】
平面視で前記第１及び第２の導電パタンと前記グランドパタンとを囲むように、電磁誘導により無線通信を行うためのコイルを配置した
請求項９〜１４いずれかに記載の情報通信機器。
【請求項１６】
前記第１の線状導体の他端と前記グランドパタン間には、同軸ケーブルで給電がなされる
請求項９〜１５いずれかに記載の情報通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近距離に配置された情報通信機器間で静電界や誘導電界を用いて情報を伝達する無線通信システムに好適な電磁結合器及びそれを搭載した情報通信機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電磁結合器としては、特許文献１に記載されている電磁結合器がある。この電磁結合器（高周波結合器）は、平板上の電極と直列インダクタ、並列インダクタを高周波信号伝送路により接続して構成される。また、電磁結合器は、送信機や受信機などの情報通信機器に配置される。この送信器と受信器をそれぞれの電磁結合器の電極同士が向かい合うように配置すると、２つの電極間の距離が使用する周波数の波長の２λ／１５以下の場合は、２つの電極は縦波の静電界成分によって結合し、１つの容量として動作し、全体としてバンドパスフィルタのように動作するため、２つの電磁結合器間で効率良く情報を伝達することができる。また、２つの電極間の距離が使用する周波数の波長の２λ／１５〜８λ／１５の場合は、縦波の誘導電界を利用し情報の伝達が可能である。
【０００３】
一方、電磁結合器間が一定値以上の遠距離である場合、情報の伝達が不可能である。このため、電磁結合器から生じる電磁波により他の無線通信システムを妨害することがなく、かつ電磁結合器を具備する情報通信機器を用いる無線通信システムが他の無線通信システムから干渉を受けることがないという特徴を持つ。これらの特徴に基づき、従来の電磁結合器を用いた無線通信システムによれば、近距離において縦波の静電界若しくは誘導電界を使い、広帯域信号を用いるＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）通信方式により情報通信機器間で大容量のデータ通信を行うことが可能である。
【０００４】
特許文献１の電磁結合器では、より具体的には、円柱状の誘電体に形成したスルーホールに導体を充填させると共に円柱状の誘電体の上端面に電極となる導体パタンを形成し、この円柱状の誘電体を、高周波伝送路となる導体パタンを形成したプリント基板に実装して、高周波伝送路と電極とをスルーホール内の導体を介して接続するようになっている。スルーホール内の導体は上述の直列インダクタの代用となり、高周波伝送路とグランドパタンとが並列インダクタを介して接続される。この電磁結合器に給電を行うと、スルーホール内の導体にて、スルーホール内の導体（スルーホール内の導体を流れる電流）と平行な方向に電界の縦波が発生し、その縦波を利用して情報を伝達するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３４５８５１号公報
【特許文献２】特開２００６−１２１３１５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】羽石操、他２名、「小形・平面アンテナ」、社団法人電子情報通信学会、ｐ．２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電磁結合器は、例えば、パソコン（パーソナルコンピュータ）や携帯電話、デジタルカメラなどに内蔵され、動画像などのデータを相互に送受信するために用いられる。電磁結合器は、携帯電話やデジタルカメラなどの小型の機器に内蔵されるため、薄型化が要求される。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の電磁結合器では、薄型化のためには、円柱状の誘電体を短くする必要があり、スルーホール内の導体が短くなってしまう。スルーホール内の導体が短くなると、スルーホール内の導体で発生する電界が小さくなり、情報の伝達に用いる電界の縦波も小さくなるので、送信側の電磁結合器と受信側の電磁結合器との間での結合強度が小さくなってしまうという問題が生じる。
【０００９】
また、送信側の電磁結合器と受信側の電磁結合器との間での結合強度が小さくなるため、送信側の電磁結合器と受信側の電磁結合器との間の距離が長くなると、情報の伝達ができなくなり、送信側の電磁結合器に対して受信側の電磁結合器の位置が少しずれるだけで、情報の伝達ができなくなるという問題も生じる。
【００１０】
より具体的には、２つの電磁結合器を平行に配置する場合、２つの電磁結合器の中心が１直線上になるよう平行に対向配置したときに両者の中心を通る直線をＺ軸とするカルテシアン座標軸を考えると、Ｚ軸に係る２つの電磁結合器間の距離が一定であれば、Ｘ軸およびＹ軸に係る２つの電磁結合器間の距離と、２つの電磁結合器間の結合強度は負の相関関係となる。これは、電磁結合器は電極から生じる縦波を用いて無線通信を行うが、Ｘ軸およびＹ軸に係る２つの電磁結合器間の距離の増加に伴い、縦波の発生源である電極との距離が大きくなることが要因である。このため、２つの電磁結合器を用いて無線通信を行う際に、上記のＸ軸およびＹ軸に係る２つの電磁結合器間の距離が大きくなると、結合強度が低下し、場合によっては、無線通信が不可能になるという問題が生じる。
【００１１】
以下、本明細書では、Ｚ軸に係る２つの電磁結合器間の距離を一定とした場合に、無線通信が可能であるＸ軸およびＹ軸に係る範囲を結合範囲と呼称する。電磁結合器では、少々の位置ずれでは無線通信に支障が出ないように、結合範囲は大きいことが望ましい。
【００１２】
さらに、特許文献１の電磁結合器では、薄型化すると電極がグランドに近づき、インピーダンス特性（周波数に対するインピーダンスの特性）が急峻となってしまい、これに対して給電系の入力インピーダンスは一定であるため、使用できる周波数帯域（つまり電磁結合器と給電系との間の整合条件が良い周波数帯域）が狭くなってしまうという問題も生じる。
【００１３】
また、特許文献１の電磁結合器では、２つの電磁結合器の電極間の距離が使用する周波数の波長の２λ／１５以下の場合は、バンドパスフィルタを実現することにより情報を効率よく伝達するが、相手の電磁結合器との相性が良くない場合に信号伝達の効率が劣化するという問題がある。
【００１４】
さらに、例えば、特許文献１の電磁結合器を装置内部に搭載し無線通信を行う場合、電磁結合器間には誘電体を含む装置のカバー等があり、これにより電磁結合器間の誘電率が変化する。そうすると、２つの電磁結合器の電極間の容量値が変化し、バンドパスフィルタの周波数特性が変化し、場合によっては所望の周波数帯域での情報伝達特性が劣化するという問題がある。この場合に、これら誘電率の変化を踏まえ電磁結合器の設計を行ったとしても、無線通信を行う装置がさらに別のものである場合、電磁結合器間の誘電率がさらに別の値になり、同様に無線通信の情報伝達特性が劣化してしまう。
【００１５】
また、特許文献１の電磁結合器では、２つの電磁結合器の電極間の距離が使用する周波数の波長の２λ／１５〜８λ／１５の場合は、縦波の誘導電界成分を利用し情報の伝達を行うが、この際、２つの電磁結合器の配置と周囲環境を一定とした場合、情報伝達特性は電磁結合器と給電系との間の整合条件に依存する。つまり、整合条件が良い場合は電磁結合器から給電系を含む通信モジュールへの信号強度が大きくなり、反対に整合条件が悪い場合は電磁結合器から給電系を含む通信モジュールへの信号強度が小さくなる。
【００１６】
よって、特許文献１の電磁結合器では、電磁結合器間の距離（２つの電極間の距離）が使用する周波数の波長の２λ／１５以下の場合にはバンドパスフィルタを実現し、かつ、電磁結合器間の距離が使用する周波数の波長の２λ／１５〜８λ／１５の場合における整合条件が良好となるように、電磁結合器の設計を行わなければならない。このため、例えば電磁結合器間の距離が使用する周波数の波長の２λ／１５〜８λ／１５の場合において信号強度が不十分な場合、電磁結合器間の距離が使用する周波数の波長の２λ／１５以下の場合におけるバンドパスフィルタの実現も含め再設計が必要であり、電磁結合器の設計に手間がかかる。さらに、使用する周波数帯域が広帯域な場合、整合条件が適当となる周波数を多く実現する必要があり、さらに設計の手間がかかる。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、従来と同等の結合強度を維持しつつ、より大きな結合範囲を実現する電磁結合器及びそれを搭載した情報通信機器を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の目的は、薄型とした場合であっても、結合強度を高くし、かつ、使用する周波数帯域を広帯域とすることが可能な電磁結合器及びそれを搭載した情報通信機器を提供することにある。
【００１９】
さらに、本発明の目的は、従来と同等の情報伝達特性を維持しつつ、情報伝達特性が電磁結合器間の誘電率に殆ど依存しない電磁結合器及びそれを搭載した情報通信機器を提供することにある。
【００２０】
さらにまた、本発明の目的は、従来と同等の情報伝達特性を維持しつつ、給電系との整合調整及び周波数帯域の調整を容易に行うことが可能な電磁結合器及びそれを搭載した情報通信機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、プリント基板と、前記プリント基板の一方の面である第１の平面に形成された第１の導体パタン及び該第１の導体パタンに離間して前記第１の導体パタンの周囲を囲むように枠状に形成される第２の導電パタンと、前記プリント基板の他方の面であって前記第１の平面と平行な第２の平面に形成され、接地されるグランドパタンと、前記プリント基板に形成されたスルーホールの内部に形成された導体である第１の線状導体と第２の線状導体と、
を備え、前記第１の線状導体は、前記第１の平面と前記第２の平面に対して垂直に形成されると共に、長さが使用する周波数の波長の４５／１０００より短く形成され、かつ、前記第１の導電パタンに一端が接続され、他端と前記グランドパタン間に給電がなされ、前記第２の線状導体は、前記第１の平面と前記第２の平面に対して垂直に形成されると共に、長さが使用する周波数の波長の４５／１０００より短く形成され、かつ、前記第１及び第２の導電パタンの各々に対して複数形成され、前記第１及び第２の導電パタンの各々と前記グランドパタンとを接続し、放射電界を含む横波の発生を抑制した電磁結合器である。
【００２２】
前記プリント基板は、比誘電率が４．０〜５．０であり、厚さが使用する周波数の波長をλとすると、６λ／１０００〜４５λ／１０００であってもよい。
【００２３】
前記第１の線状導体が接続される前記第１の導電パタンは、前記第１の線状導体との接続点に対して点対称となる形状に形成され、前記第１の線状導体が接続される前記第１の導電パタンには、平面視で前記第１の線状導体に対して点対称となる位置に、複数の前記第２の線状導体が接続されてもよい。
【００２４】
前記複数の第２の線状導体は、前記第１の線状導体に対して点対称となる位置に形成されてもよい。
【００２５】
前記第１及び第２の導電パタンは、点対称となる形状に形成され、前記複数の第２の線状導体は、接続される前記第１及び第２の導電パタンの対称点に対して点対称となる位置に形成されてもよい。
【００２６】
前記第１の導電パタンは平面視で正方形状であり、前記第２の導電パタンは平面視で正方形の枠状であってもよい。
【００２９】
平面視で前記第１及び第２の導電パタンと前記グランドパタンとを囲むように、電磁誘導により無線通信を行うためのコイルを配置してもよい。
【００３０】
前記第１の線状導体の他端と前記グランドパタン間には、同軸ケーブルで給電がなされてもよい。
【００３１】
また、本発明は、電磁結合器を搭載し、静電界と誘導電界の少なくとも一方を用いて情報を伝達する情報通信機器であって、前記電磁結合器は、プリント基板と、前記プリント基板の一方の面である第１の平面に形成された第１の導体パタン及び該第１の導体パタンに離間して前記第１の導体パタンの周囲を囲むように枠状に形成される第２の導電パタンと、前記プリント基板の他方の面であって前記第１の平面と平行な第２の平面に形成され、接地されるグランドパタンと、前記プリント基板に形成されたスルーホールの内部に形成された導体である第１の線状導体と第２の線状導体と、
を備え、前記第１の線状導体は、前記第１の平面と前記第２の平面に対して垂直に形成されると共に、長さが使用する周波数の波長の４５／１０００より短く形成され、かつ、前記第１の導電パタンに一端が接続され、他端と前記グランドパタン間に給電がなされ、前記第２の線状導体は、前記第１の平面と前記第２の平面に対して垂直に形成されると共に、長さが使用する周波数の波長の４５／１０００より短く形成され、かつ、前記第１及び第２の導電パタンの各々に対して複数形成され、前記第１及び第２の導電パタンの各々と前記グランドパタンとを接続し、放射電界を含む横波の発生を抑制した情報通信機器である。
【００３２】
前記プリント基板は、比誘電率が４．０〜５．０であり、厚さが使用する周波数の波長をλとすると、６λ／１０００〜４５λ／１０００であってもよい。
【００３３】
前記第１の線状導体が接続される前記第１の導電パタンは、前記第１の線状導体との接続点に対して点対称となる形状に形成され、前記第１の線状導体が接続される前記第１の導電パタンには、平面視で前記第１の線状導体に対して点対称となる位置に、複数の前記第２の線状導体が接続されてもよい。
【００３４】
前記複数の第２の線状導体は、前記第１の線状導体に対して点対称となる位置に形成されてもよい。
【００３５】
前記第１及び第２の導電パタンは、点対称となる形状に形成され、前記複数の第２の線状導体は、接続される前記第１及び第２の導電パタンの対称点に対して点対称となる位置に形成されてもよい。
【００３６】
前記第１の導電パタンは平面視で正方形状であり、前記第２の導電パタンは平面視で正方形の枠状であってもよい。
【００３９】
平面視で前記第１及び第２の導電パタンと前記グランドパタンとを囲むように、電磁誘導により無線通信を行うためのコイルを配置してもよい。
【００４０】
前記第１の線状導体の他端と前記グランドパタン間には、同軸ケーブルで給電がなされてもよい。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、従来と同等の結合強度を維持しつつ、より大きな結合範囲を実現する電磁結合器及びそれを搭載した情報通信機器を提供できる。
【００４２】
また、本発明によれば、薄型とした場合であっても、結合強度を高くし、かつ、使用する周波数帯域を広帯域とすることが可能な電磁結合器及びそれを搭載した情報通信機器を提供できる。
【００４３】
さらに、本発明によれば、従来と同等の情報伝達特性を維持しつつ、情報伝達特性が電磁結合器間の誘電率に殆ど依存しない電磁結合器及びそれを搭載した情報通信機器を提供できる。
【００４４】
さらにまた、本発明によれば、従来と同等の情報伝達特性を維持しつつ、給電系との整合調整及び周波数帯域の調整を容易に行うことが可能な電磁結合器及びそれを搭載した情報通信機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の電磁結合器の概念を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電磁結合器を示す図であり、（ａ）は電磁結合器を表面側から見た平面図であり、（ｂ）は、電磁結合器の裏面を表面側から透視して見た平面図である。
【図３】本発明において、電界の縦波と横波を説明する図である。
【図４】本発明において、電界の波長と距離の比（ｒ／λ）と電界強度との関係を示すグラフ図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、図２の電磁結合器の寸法の一例を示す図である。
【図６】図２の電磁結合器の周波数と反射係数の絶対値との関係についての実験結果を示すグラフ図である。
【図７】図２の電磁結合器及びモノポールアンテナ間の距離に対する電磁結合器またはモノポールアンテナへの入力電力と出力電力の比の実験結果を示すグラフ図である。
【図８】図７の実験に用いるモノポールアンテナの平面図である。
【図９】図７の実験の実験方法を示す図である。
【図１０】図２の電磁結合器及び図２の電磁結合器から第２の素子部を除いた比較例の電磁結合器における測定位置とＳ２１の絶対値の関係の実験結果を示すグラフ図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る電磁結合器を示す図であり、（ａ）は電磁結合器を表面側から見た平面図であり、（ｂ）は、電磁結合器の裏面を表面側から透視して見た平面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る電磁結合器を示す図であり、（ａ）は電磁結合器を表面側から見た平面図であり、（ｂ）は、電磁結合器の裏面を表面側から透視して見た平面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る電磁結合器に用いる電磁結合器部を示す図であり、（ａ）は表面側から見た平面図であり、（ｂ）は、裏面を表面側から透視して見た平面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る電磁結合器に用いる給電用プリント基板を示す図であり、（ａ）は表面側から見た平面図であり、（ｂ）は、裏面を表面側から透視して見た平面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る電磁結合器の斜視図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係る電磁結合器を示す図であり、（ａ）は電磁結合器を表面側から見た平面図であり、（ｂ）は、電磁結合器の裏面を表面側から透視して見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００４７】
図１は、本発明の電磁結合器の概念を説明する図である。
【００４８】
図１に示すように、本発明の電磁結合器１は、第１の平面に形成されると共に、各々が離間して形成される複数の導電パタン２と、第１の平面と平行な第２の平面に形成され、接地されるグランドパタン３と、第１の平面と第２の平面に対して垂直に形成されると共に、複数の導電パタン２のうち１つの導電パタン２ａに一端が接続され、他端とグランドパタン３間に給電がなされる第１の線状導体４と、第１の平面と第２の平面に対して垂直に形成されると共に、複数の導電パタン２の各々に対して１つ以上形成され、複数の導電パタン２の各々とグランドパタン３とを接続する複数の第２の線状導体５と、を備えている。第１の線状導体４と第２の線状導体５とは、長さが使用する周波数の波長の１／４より短く形成される。
【００４９】
図１では、３つの導電パタン２ａ〜２ｃを備え、導電パタン２ａに第１の線状導体４と１本の第２の線状導体５とを形成し、導電パタン２ｂに１本の第２の線状導体５を形成し、導電パタン２ｃに３本の第２の線状導体５を形成する場合を示している。ただし、導電パタン２の数や、各導電パタン２に形成する第２の線状導体５の数は、これに限定されるものではなく、適宜設定可能である。ここでは、導電パタン２ａに第１の線状導体４と１本の第２の線状導体５とを形成したものを第１の素子部６と呼称し、導電パタン２ｂ（あるいは２ｃ）に１本以上の第２の線状導体５を形成したもの（つまり第１の線状導体４が形成されておらず、給電がなされないもの）を第２の素子部７と呼称する。
【００５０】
本発明の電磁結合器１では、第１の線状導体４の他端とグランドパタン３間に給電すると、第１の素子部６に電流が生じるが、第２の素子部７の配置位置や形状を適宜選択することにより、第１の素子部６と第２の素子部７との電磁結合や、第１の素子部６を流れる電流がグランドパタン３を経由して第２の素子部７へ伝達されることにより、第２の素子部７にも電流が生じる。この際、各素子部６，７の第２の線状導体５にも電流が生じるが、本発明の電磁結合器１では、主に第２の線状導体５を流れる電流から生じる電磁波の縦波成分を利用し、無線通信を行う。
【００５１】
本発明の電磁結合器１では、電磁波の縦波成分を放射する発信源である第２の線状導体５を広範囲に配置させることが可能であり、より大きな結合範囲の実現が可能である。
【００５２】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る電磁結合器を図２を用いて説明する。
【００５３】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、第１の実施の形態に係る電磁結合器２１は、両面に配線パタンを形成可能な２層のプリント基板２２を用い、プリント基板２２の一方の面（第１層、以下表面という）Ｓに２つの導電パタン２を形成し、プリント基板２２の他方の面（第２層、以下裏面という）Ｒにグランドパタン３を形成するようにした。つまり、上述の第１の平面は、プリント基板２２の表面Ｓであり、上述の第２の平面は、プリント基板２２の裏面Ｒである。ここでは、プリント基板２２として、正方形状のＦＲ４（Flame Retardant Type 4）ガラスエポキシプリント基板を用いる場合を説明する。
【００５４】
電磁結合器２１では、プリント基板２２の裏面Ｒの中央部に平面視で円形状の給電パタン２３を形成しており、グランドパタン３は、給電パタン２３の周囲に形成された空隙２４を挟んで、給電パタン２３の周囲を囲むように設けられると共に、給電パタン２３の周囲のプリント基板２２の裏面Ｒ全体を覆うように形成され、平面視で正方形状に形成される。
【００５５】
電磁結合器２１では、２つの導電パタン２は、プリント基板２２の表面Ｓの中央部に形成された平面視で正方形状の導電パタン（第１の導電パタン）２ｄと、その導電パタン２ｄの周囲に形成された空隙２５を挟んで導電パタン２ｄの周囲を囲むように設けられ、平面視で正方形の枠状に形成された導電パタン（第２の導電パタン）２ｅとからなる。導電パタン２ｄは、給電パタン２３とグランドパタン３と対向するように形成され、導電パタン２ｅは、グランドパタン３と対向するように形成される。
【００５６】
第１の線状導体４と複数の第２の線状導体５は、プリント基板２２の表面Ｓと裏面Ｒに対して垂直に形成される。これら線状導体４，５は、プリント基板２２に形成されたスルーホール（図示せず）の内部に形成された導体である。この導体は、スルーホールの内部に充填されていてもよく、また、スルーホールの内面に薄く設けられていてもよい。
【００５７】
第１の線状導体４は、一端が給電パタン２３の平面視における中心（基準点としての中心）に接続され、他端が正方形状の導電パタン２ｄの平面視における中心（基準点としての中心）に接続される。これにより、給電パタン２３と導電パタン２ｄとが、第１の線状導体４を介して電気的に接続される。導電パタン２ｄは、第１の線状導体４との接続点Ａに対して点対称となる形状となっている。
【００５８】
正方形状の導電パタン２ｄには、８本の第２の線状導体５が形成される。これら第２の線状導体５は、一端がグランドパタン３に接続され、他端が導電パタン２ｄに接続される。これにより、グランドパタン３と導電パタン２ｄとが、第２の線状導体５を介して電気的に接続される。
【００５９】
正方形状の導電パタン２ｄに形成される８本の第２の線状導体５は、平面視で第１の線状導体４に対して点対称となる位置に形成される。第１の実施の形態では、正方形状の導電パタン２ｄの４辺の近傍に２本ずつ、第２の線状導体５を形成した。これら８本の第２の線状導体５は、平面視で、第１の線状導体４に対して点対称となり、かつ、上下対称、左右対称となる位置に形成される。また、８本の第２の線状導体５は、導電パタン２ｄと第１の線状導体４との接続点Ａから、導電パタン２ｄと第２の線状導体５との接続点までの距離Ｌ１が全て等しくなるように形成される。
【００６０】
プリント基板２２として、比誘電率が４．０〜５．０のものを用いる場合、プリント基板２２の厚さＴは、使用する周波数の波長をλとすると、６λ／１０００〜４５λ／１０００とされる。また、導電パタン２ｄと第１の線状導体４との接続点Ａから、導電パタン２ｄと第２の線状導体５との接続点までの距離Ｌ１は、７５λ／１０００〜２２５λ／１０００とされ、導電パタン２ｄは、１辺の長さＬ３が２２５λ／１０００〜４５０λ／１０００の正方形状に形成される。さらに、導電パタン２ｄの１つの辺の近傍に設けられた２本の第２の線状導体５と、その隣の辺の近傍に設けられた２本の第２の線状導体５との最短距離Ｌ２は、７５λ／１０００〜２２５λ／１０００とされる。これら各寸法は、電磁結合器２１の適度な整合条件をとる入力インピーダンスを実現するために必要となる。
【００６１】
給電系２６から電磁結合器２１への給電は、例えば同軸ケーブルにより行うことができる。同軸ケーブルの中心導体は、給電パタン２３に接続され、同軸ケーブルの外部導体は、グランドパタン３に接続される。
【００６２】
なお、第１の実施の形態では、正方形状の導電パタン２ｄの４辺の近傍に２本ずつ、合計８本の第２の線状導体５を導電パタン２ｄに形成する場合を説明したが、第２の線状導体５の本数や配置はこれに限定されるものではない。また、第１の実施の形態では、導電パタン２ｄを正方形状に形成する場合を説明したが、導電パタン２ｄは、第１の線状導体４との接続点Ａに対して点対称となる形状であればよく、入力イミタンスの周波数特性および結合範囲を考慮し、円形状や多角形状など他の形状としてもよい。電磁結合器２１の入力イミタンスの周波数特性は、導電パタン２ｄの形状、および、導電パタン２ｄに対する第２の線状導体５の配置位置、数、径等に依存し、これらを適当に選択することで、所望する入力イミタンスの周波数特性を有する電磁結合器２１の実現が可能である。
【００６３】
導電パタン２ｄの周囲に形成される正方形の枠状の導電パタン２ｅには、その４つの角部に１本ずつ、各辺に２本ずつ、合計１２本の第２の線状導体５が等間隔に形成される。これら第２の線状導体５は、一端がグランドパタン３に接続され、他端が導電パタン２ｅに接続される。これにより、グランドパタン３と導電パタン２ｅとが、第２の線状導体５を介して電気的に接続される。
【００６４】
正方形の枠状の導電パタン２ｅに形成される１２本の第２の線状導体５は、平面視で第１の線状導体４に対して点対称となり、かつ、上下対称、左右対称となる位置に形成される。つまり、第１の実施の形態では、全ての第２の線状導体５が、第１の線状導体４に対して点対称となり、かつ、上下対称、左右対称となる位置に形成されている。
【００６５】
また、導電パタン２ｅは、導電パタン２ｄと第１の線状導体４との接続点Ａに対して点対称となる形状に形成されており、導電パタン２ｅに形成される１２本の第２の線状導体５は、導電パタン２ｅの対称点に対しても、点対称となる位置に形成されている。
【００６６】
電磁結合器２１の作用を説明する。
【００６７】
図３に示すように、微小ダイポール（Ｉｌ）から生じる電界には、縦波Ｅrと横波Ｅθがある。縦波Ｅrは［数１］に示す式（１）、横波Ｅθは［数２］に示す式（２）により表される（非特許文献１）。
【００６８】
【数１】
0005594599.tif 000002
【００６９】
【数２】
0005594599.tif 000003
【００７０】
ここで、Ｉｌは原点０を通りＺ軸上にある微小ダイポールを示す。ｎ0はこのときの特性インピーダンスを、Ｅrは観測点Ｐにおける縦波を、Ｅθは観測点Ｐにおける横波を、ｒは微小ダイポールからの距離を、ｋ0は波数を、ｊは虚数単位を、ｗは角周波数を、ε0は真空の誘電率を、μ0は真空の透磁率を、θはＺ軸（微小ダイポール）と観測点Ｐのなす角を示す。
【００７１】
図４に式（１）と式（２）を元に計算した電界の波長と距離の比（ｒ／λ）と電界強度との関係を示す。図４の横軸は電界の波長と距離の比（ｒ／λ）を示し、図４の縦軸は電界強度を対数で示している。図４には、
（ａ）縦波の１／ｒ2を含む項の絶対値
（ｂ）縦波の１／ｒ3を含む項の絶対値
（ｃ）横波の１／ｒ1を含む項の絶対値
（ｄ）横波の１／ｒ2を含む項の絶対値
（ｅ）横波の１／ｒ3を含む項の絶対値
の５つの電界成分の大きさを示す。
【００７２】
式（１），（２）、および図４において、距離ｒに反比例する成分が放射電界、距離ｒの２乗に反比例する成分が誘導電界、距離ｒの３乗に反比例する成分が静電界である。横波Ｅθは放射電界と誘導電界と静電界とで構成されるのに対し、縦波Ｅrは誘導電界と静電界のみで構成される。
【００７３】
放射電界は、距離ｒに反比例するため、距離ｒの２乗あるいは３乗に反比例する誘導電界や静電界と比較して、より遠くまで減衰せずに届くこととなり、他のシステムへの妨害波となるおそれがある。よって、電磁結合器では、横波Ｅθを抑制しつつ、放射電界の成分を含まない縦波Ｅrを利用して情報の伝達を行う。
【００７４】
このように、電界の縦波Ｅrは、横波Ｅθと比較し、１／ｒを含む項をもたないため、距離に対する減衰が大きく、遠方まで届かないという特徴があり、電磁結合器では、この特徴を利用して近距離に限定した無線通信を実現する。
【００７５】
本発明の電磁結合器２１においても、第２の線状導体５上に分布する電流から生じる縦波（図４における（ａ），（ｂ））を積極的に利用することにより、従来と同等の無線データ通信を実現する。
【００７６】
具体的には、第１の実施の形態に係る電磁結合器２１では、給電系２６から電磁結合器２１に給電することにより、第１の素子部６に電流が流れ、第１の素子部６を構成する第２の線状導体５を流れる電流から、第２の線状導体５と平行な方向（導電パタン２ｄと垂直な方向）に電界の縦波成分が放射される。この縦波成分の大きさは、電磁結合器２１と給電系２６との整合条件と正の相関関係にある。
【００７７】
第１の素子部６に電流が流れると、第１の素子部６との電磁結合により、あるいは第１の素子部６を流れる電流がグランドパタン３を経由して伝達されることにより、第２の素子部７にも電流が流れ、第２の素子部７を構成する第２の線状導体５からも電界の縦波成分が放射される。
【００７８】
このように、電磁結合器２１では、第１の素子部６のみでも動作可能であるが、その第１の素子部６の周囲にさらに第２の素子部７を追加することで、縦波の発生源である第２の線状導体５をより広範囲に分布させ、結合範囲を大きくしている。
【００７９】
なお、第１の素子部６の大きさ自体を大きく（導体２ｄの面積を大きく）することで、結合範囲を大きくすることも考えられるが、第１の素子部６の大きさを変更すると動作周波数が変わってしまうので、第１の素子部６の大きさを大きくすることは限界がある。本発明のように、第１の素子部６の周囲に第２の素子部７を追加することで、動作周波数を変えることなく、結合範囲を大きくすることが可能である。
【００８０】
ただし、第１の素子部６の導電パタン２ｄと第２の素子部７の導電パタン２ｅとが近づきすぎると、容量結合により第１の素子部６の動作周波数が変わってしまうので、第１の素子部６の導電パタン２ｄと第２の素子部７の導電パタン２ｅとは、容量結合の影響を受けない程度に、離間している必要がある。
【００８１】
なお、電磁結合器２１では、第１の素子部６を構成する第２の線状導体５を、平面視で第１の線状導体４に対して点対称となる位置に形成しているため、導電パタン２ｄには、同じ大きさの電流が逆方向に流れることとなり、導電パタン２ｄで発生する横波は互いに打ち消し合う。
【００８２】
また、電磁結合器２１では、第２の素子部７を構成する第２の線状導体５を、導電パタン２ｅの対称点に対して点対称となる位置に形成し、かつ、第１の線状導体４に対して点対称となる位置に形成しているため、導電パタン２ｅで発生する横波も互いに打ち消し合う。
【００８３】
さらに、電磁結合器２１では、詳細は後述するが、第２の線状導体５の長さ（つまりプリント基板２２の厚さＴ）を短くでき、例えば１ｍｍ以下とすることもできるため、第２の線状導体５と垂直方向に発生する電界である横波を小さくできる。したがって、他のシステムへの妨害波となる放射電界を含む横波を抑制することができる。
【００８４】
なお、第２の線状導体５の長さを短くすると、第２の線状導体５で発生する縦波も小さくなるが、電磁結合器２１では、第２の線状導体５を複数（ここでは合計２０本）形成しており、縦波の発生源である第２の線状導体５の本数を増やすことで、電磁結合器２１全体で発生する縦波の大きさを維持し、結合強度を高く保つことが可能となる。
【００８５】
また、導電パタン２ｄとグランドパタン３との距離が近くなると、インピーダンス特性が急峻となり、使用できる周波数帯域が狭くなるという問題が発生するが、本発明の電磁結合器２１では、導電パタン２ｄとグランドパタン３とを第２の線状導体５で電気的に接続しているため、この第２の線状導体５が所謂ショートスタブの役割を果たし、インピーダンス特性を緩やかとし、導電パタン２ｄとグランドパタン３との距離を近くしても、使用できる周波数帯域を広く維持することができる。
【００８６】
例えば、特許文献１の電磁結合器は、電極を接地しておらず、オープンスタブの電磁結合器ということができる。オープンスタブにおける入力アドミタンスＹは、特許文献２より、［数３］に示す式（３）で表すことができる。また、式（３）は、０＜αθ＜＜１であり、かつθ＝（２ｍ−１）π＋δθ、｜δθ｜＜＜１、である場合、［数４］に示す式（４）のように近似が可能である。
【００８７】
【数３】
0005594599.tif 000004
【００８８】
【数４】
0005594599.tif 000005
【００８９】
ここで、Ｙ0は特性アドミタンスを、αは損失定数を、βは波数を、ｌは電気長を、ｍは正の整数を示す。なお、電磁結合器は小型であることが望まれるので、ｍ＝１を用いる。
【００９０】
式（４）より、オープンスタブにおける入力アドミタンスＹは、θ＝（２ｍ−１）π近傍にて、実数成分が極値をとり、虚数成分が０となる。
【００９１】
他方、本発明の電磁結合器２１は、導電パタン２ｄを接地しており、ショートスタブの電磁結合器ということができる。ショートスタブにおける入力アドミタンスＹは、特許文献２より、［数５］に示す式（５）で表すことができる。また、式（５）は、０＜αθ＜＜１であり、かつθ＝２ｍπ＋δθ、｜δθ｜＜＜１、である場合、［数６］に示す式（６）のように近似が可能である。
【００９２】
【数５】
0005594599.tif 000006
【００９３】
【数６】
0005594599.tif 000007
【００９４】
式（６）より、ショートスタブにおける入力アドミタンスＹは、θ＝２ｍπ近傍にて、実数成分が極値をとり、虚数成分が０となる。
【００９５】
式（４）と式（６）とを比較すると、入力アドミタンスＹの実数成分および虚数成分のθに対する傾きは、ショートスタブにおける入力アドミタンスＹを表す式（６）の方が小さい。よって、従来のオープンスタブの電磁結合器と比較して、ショートスタブの電磁結合器である本発明の電磁結合器２１は、インピーダンス特性を緩やかとし、導電パタン２ｄとグランドパタン３との距離を近くしても、使用できる周波数帯域を広く維持することができる。
【００９６】
図６は、電磁結合器２１の周波数と反射係数の絶対値との関係を調査した実験結果である。この実験では、図５に示す形状の電磁結合器２１を使用した。電磁結合器２１は、厚さ１ｍｍのＦＲ４両面銅箔プリント基板を用いて形成され、電磁結合器２１の各寸法は、図５に示す通りである。この電磁結合器２１に特性インピーダンスが５０Ωである同軸ケーブルを用いて給電し、５０Ωの給電系２６に対する反射係数の絶対値の周波数特性を、ネットワークアナライザを用いて測定した。
【００９７】
図６に示すように、電磁結合器２１では、周波数４．５ＧＨｚを中心に反射係数の絶対値が最小であり、電磁結合器として動作し、４．２５ＧＨｚ〜４．７５ＧＨｚの帯域において、反射係数の絶対値が０．７より小さく、この周波数において、アンテナへ入力する電力に対するアンテナへ進行する電力の比は５０パーセント以上である。したがって、電磁結合器２１は、広帯域な周波数特性を実現していることが分かる。
【００９８】
また、図７は、電磁結合器２１とモノポールアンテナに関して、２つの電磁結合器２１の間、及び２つのモノポールアンテナの間の距離に対する電磁結合器２１又はモノポールアンテナへの入力電力と出力電力の比との関係を調査した実験結果である。この実験では、図８に示すモノポールアンテナ５１を使用した。モノポールアンテナ５１は、プリント基板５２と、プリント基板５２の表面に形成された２つの矩形導体５３ａ，５３ｂとからなる。２つの矩形導体５３ａ，５３ｂは、離間して形成されており、矩形導体５３ａは放射導体として動作し、矩形導体５３ｂはグランドとして動作する。矩形導体５３ａ，５３ｂの間において給電がされる。モノポールアンテナ５１は、厚さ２．４ｍｍのＦＲ４片面基板を用いて形成され、Ｌ’１＝２２．０ｍｍ、Ｌ’２＝１０．０ｍｍ、Ｌ’３＝１．０ｍｍ、Ｌ’４＝２０．０ｍｍ、Ｌ’５＝９．５ｍｍ、Ｌ’６＝１．０ｍｍである。モノポールアンテナ５１は、一般的に利用されているアンテナであり、横波を用いた無線通信に適用されている。
【００９９】
また、図９を用いて実験系を述べる。実験では、２つの被測定物６１ａ，６１ｂ、すなわち、２つの電磁結合器２１又は２つのモノポールアンテナ５１は、平行に対向して配置され、一方の被測定物６１ａの中心を通る垂線が、他方の被測定物６１ｂの中心を通るように配置される。被測定物６１ａ，６１ｂは、同軸ケーブル６２ａ，６２ｂを介し１つのネットワークアナライザ６３の２つの端子に接続されている。ネットワークアナライザ６３の一方の端子から出力される電力に対する他方の端子から入力される電力の比（Ｓ２１の絶対値）、すなわち、電磁結合器２１又はモノポールアンテナ５１への入力電力と出力電力の比を評価する。
【０１００】
図７は、２つの図２の電磁結合器２１の間、及び２つの図８のモノポールアンテナ５１の間のＳ２１の絶対値と距離との関係についての実験結果を示す。実験では、周波数が４．５ＧＨｚの信号を使用しており、図７の横軸は、この使用周波数の波長に対する被測定物６１ａ，６１ｂ間の距離の比とした。
【０１０１】
図７から分かるように、本発明の電磁結合器２１では、距離に対する減衰が横波より大きい縦波を用い無線通信を行っているため、横波を用いて無線通信を行うモノポールアンテナ５１より距離に対するＳ２１の絶対値の傾きが大きい。
【０１０２】
具体的には、波長に対する被測定物６１ａ，６１ｂ間の距離の比が約０．０７の場合と、該距離の比が約１．５の場合の入出力電力の比の差は、モノポールアンテナ５１では約１８ｄＢであるのに対し、本発明の電磁結合器２１では約３０ｄＢであり、本発明の電磁結合器２１は比較的に遠方での無線通信強度が弱く、近距離無線通信に適していることが分かる。
【０１０３】
また、給電されない第２の素子部７を追加することにより結合範囲が大きくなることを確認するために、図２の電磁結合器２１と、図２の電磁結合器２１において第２の素子部７を除いた電磁結合器（比較例の電磁結合器という）のそれぞれの結合強度の測定を行い、両者を比較した。
【０１０４】
結合強度の測定は、図９の評価系を用いＳ２１を測定することにより行った。具体的には、２つの電磁結合器２１（あるいは２つの比較例の電磁結合器）を、中心位置を合わせて、距離が３ｍｍとなるように対向配置し、一方の電磁結合器２１（あるいは比較例の電磁結合器）に対するもう一方の電磁結合器２１（あるいは比較例の電磁結合器）の位置を両者の中心を結ぶ直線と垂直な方向へ移動させた場合の周波数４．５ＧＨｚでのＳ２１の絶対値を測定した。なお、対向する２つの電磁結合器２１（あるいは比較例の電磁結合器）の中心位置が合っているときの測定位置を０ｍｍとした。測定結果を図１０に示す。
【０１０５】
図１０に示すように、本発明の電磁結合器２１は、少なくとも測定位置１０〜３０ｍｍにおいて、第２の素子部７を有さない比較例の電磁結合器と比較して、Ｓ２１の絶対値が約１〜２ｄＢ程度大きくなっており、第２の素子部７を配置することにより結合範囲が大きくできることがわかる。
【０１０６】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る電磁結合器２１では、第１の平面に形成されると共に、各々が離間して形成される複数の導電パタン２と、第１の平面と平行な第２の平面に形成され、接地されるグランドパタン３と、第１の平面と第２の平面に対して垂直に形成されると共に、長さが使用する周波数の波長の１／４より短く形成され、かつ、複数の導電パタン２のうち１つの導電パタン２ｄに一端が接続され、他端とグランドパタン３間に給電がなされる第１の線状導体４と、第１の平面と第２の平面に対して垂直に形成されると共に、長さが使用する周波数の波長の１／４より短く形成され、かつ、複数の導電パタン２の各々に対して１つ以上形成され、複数の導電パタン２の各々とグランドパタン３とを接続する複数の第２の線状導体５と、を備えている。
【０１０７】
つまり、第１の実施の形態に係る電磁結合器２１は、第１の線状導体４、導電パタン２ｄ、および第２の線状導体５からなる第１の素子部６に加えて、導電パタン２ｅと第２の線状導体５とからなる第２の素子部７を備えた構造となっている。
【０１０８】
従来の電磁結合器では、電磁波の縦波成分の放射源として１つの電極（つまり第１の素子部６）しか備えておらず、その電極の大きさ（つまり導電パタン２ｄの大きさ）を大きくすると動作周波数特性が変わってしまうため、電磁結合器への入力電力が一定であれば、電磁波の結合範囲はある程度限定されていた。
【０１０９】
これに対して、第１の実施の形態に係る電磁結合器２１では、給電系２６と接続されない第２の素子部７を備えており、この第２の素子部７を構成する第２の線状導体５から近距離に限定した無線通信に利用する電磁波の縦波成分が放射されるので、これらの第２の素子部７を広範囲に配置することにより、電磁波の縦波成分をより広範囲で放射することが可能になる。よって、従来の電磁結合器と比較し、結合範囲のより広い電磁結合器２１を実現できる。また、第２の素子部７を追加することにより第１の素子部６の動作周波数が変わることがないので、動作周波数を変えることなく、結合範囲を大きくすることが可能である。
【０１１０】
さらに、電磁結合器２１によれば、縦波の発生源である第２の線状導体５を複数形成しているため、薄型として各第２の線状導体５で発生する縦波の大きさが小さくなった場合でも、電磁結合器２１全体で発生する縦波の大きさを維持することが可能となり、結合強度を高く維持することが可能となる。よって、電磁結合器２１によれば、薄型とした場合でも、従来と同等の結合強度を維持しつつ、より大きな結合範囲を実現できる。よって、送信側の電磁結合器２１と受信側の電磁結合器２１の位置が多少ずれた場合であっても、情報の伝達は可能となり、利便性の向上に寄与する。
【０１１１】
また、電磁結合器２１によれば、第１の素子部６を構成する第２の線状導体５がショートスタブの役割を果たすので、薄型とした場合であっても、インピーダンス特性を緩やかとし、使用する周波数帯域を広帯域とすることが可能となる。
【０１１２】
さらに、第２の線状導体５がショートスタブの役割を果たすので、オープンスタブの場合と比較して、同様の整合条件を実現するためには、第１の素子部６を構成する導電パタン２ｄの大きさを大きく（ここでは、１辺の長さが２２５λ／１０００〜４５０λ／１０００）し、第１の線状導体４と第２の線状導体５との距離を大きく（ここでは、７５λ／１０００〜２２５λ／１０００）する必要が生じる。つまり、電磁結合器２１では、第１の素子部６における第１の線状導体４と第２の線状導体５との距離を大きくすることができ、結合範囲をより広くすることができる。
【０１１３】
また、電磁結合器２１では、第１の素子部６を構成する第２の線状導体５を第１の線状導体４に対して点対称となる位置に形成するので、導電パタン２ｄを流れる電流により発生する横波が互いに打ち消し合い、放射電界を含む横波の発生を抑制できる。さらに、電磁結合器２１では、第２の素子部７を構成する第２の線状導体５を、第１の線状導体４に対して点対称となる位置であり、かつ導電パタン２ｅの対称点に対して点対称となる位置に形成するので、導電パタン２ｅを流れる電流により発生する横波も互いに打ち消し合う。さらにまた、電磁結合器２１では、薄型化が可能となるので、第２の線状導体５で発生する横波も抑制することができる。なお、上述の式（１），（２）を比較すれば分かるように、横波は縦波の１／２の大きさであるから、電磁結合器２１を薄く（第２の線状導体５を短く）すれば、横波は非常に小さくなる。よって、他の無線通信システムを妨害することのない、近距離無線通信に適した電磁結合器２１を実現できる。
【０１１４】
さらに、電磁結合器２１は、従来技術のようにバンドパスフィルタ構造を用いていないため、前述の電磁結合器間の誘電率の変化に基づく情報伝達特性の劣化の低減が可能である。つまり、本発明によれば、情報伝達特性が情報伝達を行うもう一方の電磁結合器との間の誘電率の変化に殆ど依存しない電磁結合器２１を実現できる。この結果、誘電体を含むカバーで覆われた機器に電磁結合器を内蔵する場合であっても、情報伝達特性の劣化を低減することが可能であり、より多くの種類の情報通信機器への適応が容易となる。
【０１１５】
なお、従来の電磁結合器では、バンドパスフィルタを実現するために、電極、直列インダクタ、並列インダクタ、及び容量が必要であり、また、電極は直列インダクタ及びグラウンドパタンとは独立する層に配置される構造である。これを具現化する手法の一つとして、２層のプリント基板の表面に直列および並列のインダクタを、裏面にグランドパタンを形成し、さらにこれらに別の電極を接続する方法がある。また、３層のプリント基板を用いて、それぞれの層に電極、直列および並列インダクタ、グランドパタンを形成し、電極とインダクタを線状導体で接続する方法がある。しかし、このような方法によると、電磁結合器の構造が複雑となり、コストも高くなる。これに対して、本発明では、２層のプリント基板２２を用いて電磁結合器２１の実現が可能であり、例えばＦＲ４を介在とするプリント基板等を用いることが可能である。したがって、本発明によれば、構造が単純でコストが低い電磁結合器２１の実現が可能である。
【０１１６】
また、本発明によれば、バンドパスフィルタの実現を考慮せずに電磁結合器２１の設計を行うことができるので、従来と同等の情報伝達特性を維持しつつ、給電系２６との整合調整を容易に行うことが可能である。したがって、電磁結合器２１を機器に搭載する場合に、電磁結合器２１を配置する空間や周囲環境により、電磁結合器２１の周波数特性の調整が必要であるが、給電系２６との整合調整を容易に行うことが可能であるため、この調整に要する時間の低減が可能であり、迅速に最適な電磁結合器２１の提供が可能となる。
【０１１７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る電磁結合器を図１１を用いて説明する。
【０１１８】
図１１（ａ），（ｂ）に示す電磁結合器１１１は、給電がなされる第１の素子部６の周囲に、４つの第２の素子部７を形成したものである。なお、ここでは第２の素子部７を４つ形成した場合を説明するが、第２の素子部７の数はこれに限定されるものではない。
【０１１９】
第２の実施の形態では、第１の素子部６は、プリント基板２２の表面Ｓの中央部に形成された平面視で正方形状の導電パタン（第１の導電パタン）２ｆと、一端が給電パタン２３の中心に接続され、他端が導電パタン２ｆの中心に接続された第１の線状導体４と、導電パタン２ｆとグランドパタン３とを電気的に接続する４本の第２の線状導体５と、からなる。４本の第２の線状導体５は、平面視で第１の線状導体４に対して点対称となる位置に形成され、平面視で第１の線状導体４を中心とする同心円の円周を４等分する位置（図１１（ａ）においては第１の線状導体４の上下左右）に配置される。なお、第１の素子部６の導電パタン２ｆの形状、第２の線状導体５の本数、第２の線状導体５を形成する位置等は、これに限定されるものではなく、例えば、導電パタン２ｆの形状は円形や楕円形状などでもよい。導電パタン２ｆの形状や、導電パタン２ｆに形成される第２の線状導体５の位置を適宜選択することで、所望の周波数特性を有する電磁結合器が実現できる。
【０１２０】
第２の素子部７は、平面視で正方形状の導電パタン（第２の導電パタン）２ｇと、一端がグランドパタン３に接続され、他端が導電パタン２ｇの中心に接続された１本の第２の線状導体５とからなる。なお、第２の素子部７の導電パタン２ｇの形状、第２の線状導体５の本数、第２の線状導体５を形成する位置等は、これに限定されるものではない。ただし、横波の発生を抑制する観点からは、導電パタン２ｇを点対称形状とし、第２の線状導体５を導電パタン２ｇの対称点に対して点対称となる位置に形成することが望ましい。
【０１２１】
４つの第２の素子部７は、その導電パタン２ｇの中心が、平面視で第１の線状導体４を中心とする同心円の円周を４等分する位置（図１１（ａ）においては第１の線状導体４の右上、右下、左上、左下）にくるように配置されている。これにより、全ての第２の線状導体５が、第１の線状導体４に対して点対称となる位置に形成されることとなり、電磁結合器１１１全体での対称性を確保し、横波の発生を最も抑制することができる。
【０１２２】
なお、図１１では、４つの第２の素子部７を、第１の線状導体４の図示右上、右下、左上、左下にそれぞれ配置する場合を示したが、図１２に示す電磁結合器１２１のように、第１の素子部６の導電パタン２ｆと、４つの第２の素子部７の導電パタン２ｇのそれぞれを、一直線上に配置する（つまり、導電パタン２ｆの平面視における中心と、導電パタン２ｇの平面視における中心が一直線状となるように配置する）ようにしてもよい。
【０１２３】
図１１の電磁結合器１１１では、第１の線状導体４を中心とした全方向に結合範囲が広くなるが、図１２の電磁結合器１２１では、一方向のみ（図示左右方向）に結合範囲を広げることができ、結合範囲を横長とすることができる。このように、第２の素子部７の配置位置を好適に選択することによって、所望の結合範囲を実現することが可能である。
【０１２４】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る電磁結合器を図１３〜１５を用いて説明する。
【０１２５】
図１３に示す電磁結合器１３１は、グランドパタン３として給電用プリント基板１５１のグランド導体を使用するようにしたものであり、図１４（ａ），（ｂ）に示す電磁結合器部１４１を、図１５（ａ），（ｂ）に示す給電用プリント基板１５１に重ね合わせて構成される。
【０１２６】
図１４（ａ），（ｂ）に示すように、電磁結合器部１４１は、図１１の電磁結合器１１１からグランドパタン３を除いたものである。プリント基板２２の裏面Ｒには、線状導体４，５とそれぞれ電気的に接続された９つの素子側接続電極１４２が形成される。なお、ここでは、第１の線状導体４と接続される素子側接続電極１４２を平面視で円形状、第２の線状導体５と接続される素子側接続電極１４２を平面視で正方形状に形成しているが、素子側接続電極１４２の形状については、これに限定されるものではない。また、ここでは、一例として、電磁結合器部１４１を図１１の電磁結合器１１１と略同じ構造とする場合を示しているが、電磁結合器部１４１の構造はこれに限定されるものではなく、例えば図２の電磁結合器２１と同様の構造としてもよい。
【０１２７】
図１３及び図１５（ａ），（ｂ）に示すように、給電用プリント基板１５１は、平面視で長方形状に形成されており、その短辺の長さが、電磁結合器部１４１を構成する正方形状のプリント基板２２の一辺と略同じ長さ（プリント基板２２の一辺より若干長い長さ）となるように形成され、その長辺が、プリント基板２２の一辺よりも長く形成されている。
【０１２８】
給電用プリント基板１５１の裏面Ｒには、グランドパタン３となる導電パタン（グランド導体）が形成される。給電用プリント基板１５１の表面Ｓには、電磁結合器部１４１の裏面Ｒに形成された９つの素子側接続電極１４２のそれぞれと接続される９つのグランド側接続電極１５２が形成される。これら９つのグランド側接続電極１５２は、給電用プリント基板１５１の長辺方向における一端側（図１５（ａ）では上側）に偏った位置に形成される。各グランド側接続電極１５２とグランドパタン３とは、線状導体（スルーホールの内部に形成された導体）１５３により、それぞれ電気的に接続されている。
【０１２９】
また、給電用プリント基板１５１の表面Ｓには、第１の線状導体４と接続されるグランド側接続電極１５２から、給電用プリント基板１５１の長辺方向における他端部（図１５（ａ）では下側の部分）に延びる配線パタン１５４が形成され、その配線パタン１５４の先端には、図示しない給電用の同軸ケーブルの中心導体が接続される給電電極１５５が形成される。給電電極１５５は、電磁結合器部１４１を給電用プリント基板１５１に重ね合わせたときに、電磁結合器部１４１が重ならない部分に形成される。
【０１３０】
さらに、給電用プリント基板１５１の表面Ｓであって、給電電極１５５のさらに他端側には、給電電極１５５と離間して、図示しない給電用の同軸ケーブルの外部導体が接続されるグランド電極１５６が形成される。グランド電極１５６は、２本の線状導体（スルーホールの内部に形成された導体）１５７を介して、給電用プリント基板１５１の裏面Ｒのグランドパタン３と電気的に接続されている。
【０１３１】
電磁結合器部１４１を給電用プリント基板１５１に重ね合わせ、素子側接続電極１４２とグランド側接続電極１５２のそれぞれを半田等で電気的に接続すると、図１３に示すような電磁結合器１３１が得られる。
【０１３２】
上述の図２の電磁結合器２１，図１１の電磁結合器１１１、図１２の電磁結合器１２１では、プリント基板２２の裏面Ｒに同軸ケーブルを半田付け等により接続して給電を行うので、同軸ケーブルを接続した状態では、プリント基板２２の裏面Ｒ側の外形が凸形状となる。そのため、例えば外形が平坦な装置（情報通信機器）の外面に配置する際には、電磁結合器２１，１１１，１２１を固定するための台座を設ける必要があり、配置スペースの高さが電磁結合器２１，１１１，１２１の高さと台座の高さの和となるので、結果的に配置スペースが高くなってしまう場合がある。
【０１３３】
これに対して、第３の実施の形態に係る電磁結合器１３１では、同軸ケーブルを給電用プリント基板１５１の表面Ｓ側に接続するので、電磁結合器１３１の裏面となる給電用プリント基板１５１の裏面Ｒを平坦にすることができ、その結果、外形が平坦な装置（情報通信機器）の外面へそのまま配置することが可能となり、配置スペースの高さを低くすることができる。
【０１３４】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態に係る電磁結合器を図１６を用いて説明する。
【０１３５】
図１６（ａ），（ｂ）に示す電磁結合器１６１は、図２の電磁結合器２１の導電パタン２ｄ，２ｅとグランドパタン３とを平面視で囲むように、電磁誘導により無線通信を行うためのコイル１６２を配置したものである。
【０１３６】
本実施の形態では、プリント基板２２の表面Ｓに、導電パタン２ｅの周囲を反時計回りに２周するようにコイル１６２となる配線パタンを形成し、その配線パタンの両端部に形成した２つの電極１６３と、プリント基板２２の裏面Ｒに形成した２つの給電用電極１６４とを、線状導体（スルーホールの内部に形成された導体）１６５によりそれぞれ電気的に接続するよう構成した。
【０１３７】
２つの給電用電極１６４間には、給電パタン２３とグランドパタン３間に給電する給電系とは別系統の給電系が接続され、給電がなされる。コイル１６２となる配線パタンは、電磁誘導による無線通信に適した電気長を有する。
【０１３８】
このように、第４の実施の形態に係る電磁結合器１６１は、図２の電磁結合器２１の周囲に、さらに電磁誘導による電磁結合器を配置した構造となっている。図２の電磁結合器２１の動作周波数は上述のように数ＧＨｚ程度であるが、コイル１６２による電磁結合器の動作周波数は例えば１３ＭＨｚ程度であり、それぞれ異なる用途に用いることができる。つまり、第４の実施の形態によれば、用途の異なる２つの電磁結合器を組み合わせてパッケージ化した電磁結合器１６１を実現でき、用途の異なる２つの電磁結合器を１つの情報通信機器に搭載する場合に、両者を１か所に集約して占有容積を低減でき、情報通信機器の小型化や設計自由度の向上が可能となる。
【０１３９】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【０１４０】
例えば、上記実施の形態では、２層のプリント基板２２を用い、その表面Ｓに導電パタン２、裏面Ｒにグランドパタン３（あるいは素子側接続電極１４２）を形成する場合を説明したが、これに限らず、例えば、３層以上のプリント基板を用い、そのプリント基板の何れか２層を用いることも可能である。また、上記実施の形態では、２層のプリント基板２２を用いた場合を示したが、プリント基板２２を用いずに銅や鉄などの導体からなる導体板を用いて電磁結合器を形成することも可能である。
【符号の説明】
【０１４１】
１  電磁結合器
２  導電パタン
３  グランドパタン
４  第１の線状導体
５  第２の線状導体
６  第１の素子部
７  第２の素子部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図４】
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