(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の通信周波数により、対向する一対の電極間で電磁界結合することにより情報通信を行うアンテナ装置において、
誘電体を介して、一方の面の導電層にグランド層が形成され、他方の面の導電層に、少なくとも一の端部が該グランド層に短絡処理された配線が形成されたプリント基板と、
略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合されて通信可能となる結合用電極と、
上記プリント基板に形成された配線と上記結合用電極とを、上記プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱とを備え、
上記プリント基板のグランド層が形成された面には、該グランド層と電気的に絶縁されたランドが形成されており、
上記電極柱は、上記プリント基板の上記配線が形成された面を貫通して、上記ランドと電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記ランドには、上記電極柱が上記プリント基板の上記配線が形成された面を貫通して該ランドと電気的に接続される第１のスルーホールと、該第１のスルーホールの周囲に位置し、該ランドと上記配線とを電気的に接続する第２のスルーホールとが形成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
上記結合用電極は、上記プリント基板に配線が形成された面と、該プリント基板の厚み方向に誘電体からなる固定部材を挟んで、所定距離離間されていることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
上記配線は、一の端部が上記グランド層に短絡処理されるとともに、上記電極柱との接続点を介した他の端部に、信号の送受信処理を行う送受信装置と電気的に接続可能な接続用端子部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項５】
上記ランドには、信号の送受信処理を行う送受信装置と電気的に接続可能な信号端子が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項６】
上記配線は、少なくとも一の端部が、上記電極柱との接続点を基準として通信周波数の略４分の１波長の整数倍離れた位置で開放又は上記グランド層と短絡処理されていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項７】
対向する位置に配置された他の通信装置の電極間での電磁界結合により情報通信を行う通信装置において、
誘電体を介して、一方の面の導電層にグランド層が形成され、他方の面の導電層に、少なくとも一の端部が該グランド層に短絡処理された配線が形成されたプリント基板と、
略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合されて通信可能となる結合用電極と、
上記プリント基板に形成された配線と上記結合用電極とを、上記プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱と、
上記配線と電気的に接続され、信号の送受信処理を行う送受信処理部とを備え、
上記プリント基板のグランド層が形成された面には、該グランド層と電気的に絶縁されたランドが形成されており、
上記電極柱は、上記プリント基板の上記配線が形成された面を貫通して、上記ランドと電気的に接続されていることを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向する一対の電極間での電磁界結合により情報通信を行うアンテナ装置、及び、このアンテナ装置が組み込まれた通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータや小型携帯端末等の電子機器間で、音楽、画像等のデータを、ケーブルやメディアを介さずに無線伝送にて行うシステムが開発されている。このような無線伝送システムには、数ｃｍの近距離で最大５６０Ｍｂｐｓ程度の高速転送が可能なものがある。このような高速転送可能な伝送システムの中で、Transferjet（登録商標）は、通信距離が短いが盗聴される可能性が低く、伝送速度が速いという利点がある。
【０００３】
Transferjet（登録商標）では、超近距離を隔てて対応する高周波結合器の電磁界結合によりなしえるもので、その信号品質が高周波結合器の性能に依存する。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載された高周波結合器は、一方の面にグランドを形成したプリント基板と、プリント基板のもう一方の面に形成したマイクロストリップ構造のスタブと、結合用電極と、この結合用電極とスタブを接続する金属線からなる。また、特許文献１に記載された通信装置では、高周波結合器を構成するプリント基板上に、送受信回路も形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３１１８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に記載された高周波結合器では、柱状の金属線を介して、結合用電極と共振ラインとを電気的に接続する必要がある。たとえば、結合用電極と金属線を一体で作製、あるいは先に接続した状態で、共振ラインに接続する場合、金属線の高さが低い場合、半田ごて等を用いた対象物間の直接接続が困難となる。このため、半田ペーストを接続部にあらかじめ配置し、結合電極と金属線の電極集合体をリフロープロセス等にて接合する方法もあるが、この場合、接続位置に前記集合体を正確に配置、固定しておかないと電極集合体が傾いたり、共振ラインの所定の位置からはずれて接合される等の不具合が発生してしまう。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、製造工程を増加させることなく、対向する位置に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合される電極を、容易にプリント基板上に実装することが可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このアンテナ装置が組み込まれた通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するための手段として、本発明に係るアンテナ装置は、所定の通信周波数により、対向する一対の電極間で電磁界結合することにより情報通信を行うアンテナ装置であって、誘電体を介して、一方の面の導電層にグランド層が形成され、他方の面の導電層に、少なくとも一の端部が該グランド層に短絡処理された配線が形成されたプリント基板と、略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合されて通信可能となる結合用電極と、プリント基板に形成された配線と結合用電極とを、プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱とを備え、プリント基板のグランド層が形成された面には、グランド層と電気的に絶縁されたランドが形成されており、電極柱は、プリント基板の配線が形成された面を貫通して、ランドと電気的に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る通信装置は、対向する位置に配置された他の通信装置の電極間での電磁界結合により情報通信を行う通信装置において、誘電体を介して、一方の面の導電層にグランド層が形成され、他方の面の導電層に、少なくとも一の端部が該グランド層に短絡処理された配線が形成されたプリント基板と、略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合されて通信可能となる結合用電極と、プリント基板に形成された配線と結合用電極とを、プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱と、配線と電気的に接続され、信号の送受信処理を行う送受信処理部とを備え、プリント基板のグランド層が形成された面には、グランド層と電気的に絶縁されたランドが形成されており、電極柱は、プリント基板の配線が形成された面を貫通して、ランドと電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、プリント基板に形成された配線と結合用電極とを電気的に接続する電極柱が、プリント基板の配線が形成された面を貫通してランドと電気的に接続されているので、プリント基板の配線が形成された面で、半田ごて等を用いて配線と電極柱と接続する必要がない。従って、本発明は、製造工程を増加させることなく、対向する位置に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合される電極を、容易にプリント基板上に実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用されたアンテナ装置が組み込まれる通信システムの構成を示す図である。
【図２】本発明が適用されたアンテナ装置である第１の実施形態に係る高周波結合器の構成を示す図である。
【図３】電極柱と配線との間の接続について説明するための図である。
【図４】電極柱と配線との間の他の接続例について説明するための図である。
【図５】本発明が適用された高周波結合器に対応する評価用サンプルについて説明するための図である
【図６】評価用サンプルの比較対象に係る比較用サンプルについて説明するための図である。
【図７】評価用サンプルと比較用サンプルをそれぞれ用いた結合強度の解析結果を示す周波数特性図である。
【図８】本発明が適用されたアンテナ装置である第１の実施形態に係る高周波結合器の変形例の構成を示す図である。
【図９】本発明が適用されたアンテナ装置である第２の実施形態に係る高周波結合器の構成を示す図である。
【図１０】本発明が適用されたアンテナ装置である第２の実施形態に係る高周波結合器の接続用端子の構成について説明するための図である。
【図１１】本発明が適用されたアンテナ装置である第２の実施形態に係る高周波結合器の変形例の構成を示す図である。
【図１２】第２の実施形態に係る高周波結合器の変形例の接続用端子の構成について説明するための図である。
【図１３】高周波結合器間の結合強度を解析するモデルの配置について説明するための図である。
【図１４】第２の実施形態に係る高周波結合器の変形例における結合強度の解析結果を示す周波数特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００１３】
＜通信システム＞
本発明が適用されたアンテナ装置は、対向する一対の電極間での電磁界結合により情報通信を行う装置であって、例えば図１に示すような、５６０Ｍｂｐｓ程度の高速転送を可能とする通信システム１００に組み込まれて使用されるものである。
【００１４】
通信システム１００は、２つのデータ通信を行う通信装置１０１、１０５から構成される。ここで、通信装置１０１は、電極１０３を有する高周波結合器１０２と、送受信回路部１０４とを備える。また、通信装置１０５は、電極１０７を有する高周波結合器１０６と、送受信回路部１０８とを備える。
【００１５】
図１に示すように通信装置１０１、１０５のそれぞれが備える高周波結合器１０２、１０６を向かい合わせて配置すると、２つの電極１０３、１０７が１つのコンデンサとして動作し、全体としてバンドパスフィルタのように動作することによって、２つの高周波結合器１０２、１０６の間で、例えば５６０Ｍｂｐｓ程度の高速転送を実現するための４〜５ＧＨｚ帯域の高周波信号を効率よく伝達することができる。
【００１６】
ここで、高周波結合器１０２、１０６がそれぞれ持つ送受信用の電極１０３、１０７は、例えば３ｃｍ程度離間して対向して配置され、電界結合が可能である。
【００１７】
通信システム１００において、例えば、高周波結合器１０２に接続された送受信回路部１０４は、上位アプリケーションから送信要求が生じると、送信データに基づいて高周波送信信号を生成し、電極１０３から電極１０７へ信号を伝搬する。そして、受信側の高周波結合器１０６に接続された送受信回路部１０８は、受信した高周波信号を復調及び復号処理して、再現したデータを上位アプリケーションへ渡す。
【００１８】
なお、本発明が適用されるアンテナ装置は、上述した４〜５ＧＨｚ帯域の高周波信号を伝達するものに限定されず、他の周波数帯の信号伝達にも適用可能であるが、以下の具体例では、４〜５ＧＨｚ帯域の高周波信号を伝達対象として説明する。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
このような通信システム１００に組み込まれるアンテナ装置として、図２に示すような第１の実施形態に係る高周波結合器１１０について説明する。
【００２０】
すなわち、高周波結合器１１０は、プリント基板１と、結合用電極８と、プリント基板１上に形成された配線３と結合用電極８とを電気的に接続する電極柱７とを備える。
【００２１】
プリント基板１は、誘電体として機能するベース材４の両面に銅箔を配した両面プリント基板で、一方の面の導電層をグランド２とするとともに、電極柱７と接続されるランド９がグランド２と一定距離を隔てて同一面に形成されている。プリント基板１のもう一方の面の導線層には、パターニング処理により配線３が形成されている。
【００２２】
配線３は、その一端が、端部スルーホール６によりグランド２と短絡処理され、もう一方の端部に、送受信回路基板との接続用端３ｂが形成されている。例えば、配線３は、端部スルーホール６に設けた導電性メッキ膜あるいは導電性ペースト等によりベース材４を貫通してグランド２に接合されることで、短絡処理がなされる。なお、グランド２との接続は電気的に短絡するためのものであり、貫通バンプ等の導電性の柱により配線３とグランド２とを接続してもよい。
【００２３】
図２中に示す高周波結合器１１０では、通信感度を高める観点から、配線３のうち、端部スルーホール６により短絡処理されている端部から電極柱７との接続点までの距離が、通信周波数の略４分の１波長の整数倍離れるようにした共振ライン３ａとして機能する。
【００２４】
このように、共振ライン３ａは、他の高周波結合器が備える結合用電極と、当該高周波結合器１１０の結合用電極８の結合効率を上げるために用いるもので、上述したようにグランド２に接続することでショートスタブとなり、この部分では電圧が０となるため、この部分からライン上で通信周波数の略４分の１波長の距離に電極柱７が接続されると、その接続点で電圧が最大となり結合効率が良好となる。共振ライン３ａは、高周波結合器間の結合効率を左右する役割を担っており、そのライン長は通信周波数の略４分の１波長の整数倍を基準として、必要とする結合強度、帯域幅を勘案して決める。
【００２５】
なお、図２に示す高周波結合器１１０では、配線３の共振ライン３ａ側の端部を電極柱スルーホール５を介したショートスタブとしているが、このような短絡処理された端部と、接続用端３ｂ以外に、電極柱７との接続点から分岐した共振ラインを設けるようにしてもよい。このような電極柱７との接続点から分岐した共振ラインは、電極柱７との接続点を基準として通信周波数の略４分の１波長の整数倍離れた位置で短絡処理したり、又は、開放端としたオープンスタブとしてもよい。但し、このオープンスタブの場合も電極柱７の接合部で電圧が最大となるようにライン長を調整する必要がある。
【００２６】
また、配線３のライン形状は、必ずしも直線状にする必要はなく曲率を持たせた曲線状としたり、折り曲げて用いることもできる。
【００２７】
このような共振ライン３ａが形成された端部に対して、もう一方の配線３の端部には、上述したように、送受信回路基板との接続用端３ｂが形成されている。この接続用端３ｂは、図には明示しないプリント基板１を貫通させたコネクタ端子に接続したり、あるいはプリント基板１の端部まで配線３を延長してそこに接続用端子を設けるなどして用いる。
【００２８】
また、プリント基板１には、図３（Ａ）の断面図で示すように、グランド２としている導電層の面に、このグランド２と電気的に絶縁されたランド９が形成されている。配線３が形成されている導電層の面から、グランド２としている導電層の面には、電極柱７を挿入するための電極柱スルーホール５が形成されている。電極柱スルーホール５の内部は、図３（Ｂ）に示すようにメッキ処理、導電ペースト等により導電体５ａでコーティングあるいは充填されることで、配線３とランド９が電気的に接続される構造となっている。
【００２９】
プリント基板１のベース材４は、導電層よりも誘電性が優位な物質であり、例えば、ガラスエポキシ、フェノール、ポリイミド、液晶ポリマー、テフロン等から選ばれるが、できるだけ低誘電率で、また誘電損失の小さい材料を用いたものが好ましい。
【００３０】
結合用電極８は、略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合されて通信可能となるアンテナとして機能する。このような結合用電極８は、上述したように略平面状の導体で、円形、四角形、多角形等の形状とすることができ、材料としては銅、黄銅、ステンレス等の剛性を有する良導体を用いることが好ましい。
【００３１】
電極柱７は、プリント基板１の厚み方向Ｈに所定距離離間させて、プリント基板１に形成された配線３と、結合用電極８とを電気的に接続する。
【００３２】
具体的に、電極柱７は、結合用電極８と同様な剛性を有する良導体で、一端が結合用電極８に接続されるが、結合用電極８の一部を加工して結合用電極８と一体物として作製してもよい。
【００３３】
また、電極柱７のもう一端は、上述した電極柱スルーホール５を通ってランド９に接続される。ここで、電極柱７は、電極柱スルーホール５の内部に形成された導電体５ａにより配線３と電気的に接続されることになる。電極柱７は、配線３の所定の位置に取り付けられるが、電極柱スルーホール５が形成されていることで位置決めが容易であり、またプリント基板１の裏面で接続されることになるため、半田ごて等で簡単に接続処理をするできる。電極柱スルーホール５は、その内径が、電極柱７の外形と同じか、やや大きめに設計しておき、電極柱７が挿入されたときに緩みのないようにしておくことが好ましい。このようにして、高周波結合器１１０では、たとえば結合用電極８と電極柱７との一体成型物として取り付けるときに、これらを固定する必要がなく、クリーム半田、導電性ペースト等を用いたリフロー処理により容易に、電極柱７と配線３とを接続できる。
【００３４】
以上のような構成からなる本発明が適用された高周波結合器１１０は、プリント基板１に形成された配線３と結合用電極８とを電気的に接続する電極柱７が、プリント基板１の配線３が形成された面を貫通してランド９と電気的に接続されているので、プリント基板１の配線３が形成された面で、半田ごて等を用いて配線３と電極柱７とを接続する必要がない。従って、高周波結合器１１０を具体例として示したように、本発明に係るアンテナ装置は、製造工程が複雑になることなく、対向する位置に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合される電極を、容易にプリント基板上に実装することができる。
【００３５】
また、上述した高周波結合器１１０は、単一の電極柱スルーホール５を介して、配線３と電極柱７とを電気的に接続する場合に限定されず、特に、図４（Ａ）に示すように、配線３が形成された面からランド９が形成された面に、スルーホール５ｂと、スルーホール５ｂの周囲に配置されたスルーホール５ｃとが形成されたものを用いることで、確実に配線３と電極柱７とを電気的に接続することができる。すなわち、スルーホール５ｂでは、図４（Ｂ）に示すように、ランド９から半田ごてなどによって導電体５ａをコーティングすることで確実に電極柱７とランド９とを電気的に接続する。また、スルーホール５ｃでは、ランド９から導電体５ａが充填されることで、確実にランド９と配線３とを電気的に接続することができる。このようにして、高周波結合器１１０では、スルーホール５ｂを介して、電極柱７とランド９とを電気的に接続し、スルーホール５ｃを介して、配線３とランド９とを電気的に接続することが下記の点から見て、特に好ましい。
【００３６】
すなわち、スルーホール５ｂの側壁面から電極柱７の側壁面までの隙間が狭いと、ランド９側から導電体５ａを充填することが困難で、確実に電極柱７と配線３との電気的な接続を図ることができないからである。また、スルーホール５ｂの側壁面から電極柱７の側壁面までの間隔は、個々の素子の製造誤差に起因して、電気的な接続の良さが変動するからである。
【００３７】
このようにして、高周波結合器１１０は、電極柱７がプリント基板１の配線３が形成された面を貫通してランド９と電気的に接続されるスルーホール５ｂと、スルーホール５ｂの周囲に位置し、ランド９と配線３とを電気的に接続するスルーホール５ｃとが形成されていることで、個々の素子の製造誤差を許容しつつ、より確実に配線３と電極柱７とを電気的に接続することができる。
【００３８】
＜特性評価＞
次に、高周波結合器１１０の性能を調べるために評価用サンプル１１０ａを作製して、比較例に係る高周波結合器の性能を調べるための比較用サンプル１１０ｂと特性の比較を行なった。図５、図６は試作したサンプルで、それぞれ評価用サンプル１１０ａと比較用サンプル１１０ｂとを示す。
【００３９】
これらのサンプルでは、評価用サンプル１１０ａの結合用電極２８、及び、比較用サンプル１１０ｂの結合用電極３８は、それぞれ円形のステンレス材で、その一部をレーザー加工で溝入れし折り曲げ加工することで電極柱２７、３７を一体物として作製している。これらのサンプルでは、電極柱２７、３７は機械的強度を保つように２本立てた構造としている。
【００４０】
比較用サンプル１１０ｂでは、電極柱３７の先端を一部折り曲げ、配線３３の所定の位置で半田接合している。これに対して、評価用サンプル１１０ａでは、プリント基板２１の所定の位置に設けられた電極柱２７とほぼ同径のスルーホール２７ａに、電極柱２７を圧入して、プリント基板２１の裏面のランド２９にて半田接合している。スルーホール２７ａは内壁を導電性材料でメッキ処理を施しているので、ランド２９での半田接合により結合用電極２８、電極柱２７、配線２３が電気的に接続される。
【００４１】
これらのサンプルでは、それぞれ配線２３、３３の一端が、プリント基板２１、３１のスルーホール２１ａ、３１ａを介して、基板裏面のグランドに接続されており、もう一端にＳＭＡコネクタ３０、４０との接続用端子３０ａ、４０ａを設けている。そして、これら接続用端子３０ａ、４０ａに半田にてＳＭＡコネクタ３０、４０をそれぞれ接合している。なお、ＳＭＡコネクタ３０、４０は、測定用の同軸ケーブルを差し込むためのコネクタである。
【００４２】
高周波結合器の結合強度は、通常、基準結合器との組み合わせで評価するので、これらのサンプルと基準結合器の結合電極を向かい合わせにして、その結合電極の中心軸が一致するようにして結合電極間の距離を１５ｍｍにして測定を行った。測定には、ネットワークアナライザとしてアジレント社製Ｎ５２３０Ａを用い、透過係数Ｓ２１を結合強度として図７に示すように周波数特性を比較した。
【００４３】
この周波数特性から明らかなように、評価用サンプル１１０ａと比較用サンプル１１０ｂで、結合強度が同じことが確認された。
【００４４】
したがって、このようなサンプルを用いた評価から明らかなように、高周波結合器１１０では、グランド側に形成されたランドを介することなく電極柱と配線とが接続された高周波結合器と比べて、同様の結合強度の周波数特性を実現しつつ、さらに、作製プロセスの簡略化、結合用電極の支持力強化、接続安定性等を図ることができる。
【００４５】
＜変形例＞
次に、本発明が適用された第１の実施形態に係るアンテナ装置の変形例として、図８に示すような高周波結合器１２０の構成について説明する。
【００４６】
高周波結合器１２０は、上述した高周波結合器１１０と同様に、プリント基板１と、結合用電極８と、プリント基板１上に形成された配線３と結合用電極８とを電気的に接続する電極柱７とを備える。これに加えて、高周波結合器１２０は、結合用電極８を保持する上部基板１６を備える。
【００４７】
ここで、上述した高周波結合器１１０では、結合用電極８が細い電極柱７を介して保持されるため、完成品を移動させる際に注意が必要であったのに対して、変形例に係る高周波結合器１２０は、上部基板１６により結合用電極８が強固に保持されるので、結合用電極８に衝撃が外圧が加えられても、結合用電極８と一体となっている電極柱７が変形したり、電極柱７の変形によって生じ得る配線３との電気的な接続不良を防止することができる。したがって、高周波結合器１２０の移動にかかわる取扱が容易となる。
【００４８】
なお、変形例に係る高周波結合器１２０は、上部基板１６を有する以外は、上述した第１の実施形態に係る高周波結合器１１０が備える構成と同様なので、図８中において同様の符号を付し、各要素についての説明を省略するものとする。
【００４９】
上部基板１６は、誘電性材料で、一般的にガラスエポキシ、フェノール、ポリイミド、液晶ポリマー、テフロン等が候補と挙げられるが、結合用電極間の結合強度の向上を図る観点から、低誘電材料であるフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリイミド等を発泡させて作製する比誘電率が１台の多孔質材料を用いるのが好ましい。
【００５０】
上部基板１６は、結合用電極８を全面で支えることができるので、高周波結合器１２０自体の物理的強度、電気的接続の安定性を増すことができる。上部基板１６は、結合用電極８及び電極柱７の作製プロセスの選択肢を広げることができる。
【００５１】
例えば、高周波結合器１２０では、上部基板１６の上面１６ａにメッキ処理等により結合用電極８をパターニングにより形成、あるいは結合用電極８をパターニングした基板、または結合用電極形状に加工した導電性金属板を貼り付ける。続いて、高周波結合器１２０では、結合用電極８の中心部に上部基板１６と合わせてスルーホール加工を行なった後、このスルーホール７ａを、プリント基板１に形成された配線３の所定の位置に合わせるようにして、上部基板１６のもう一方の面、すなわち図８の下面１６ｂをプリント基板１に接着する。
【００５２】
プリント基板１は、メッキ処理等により電極柱スルーホール５を介して配線３とランド９が電気的に接続された状態にしておく。
【００５３】
続いて、スルーホール７ａ、スルーホール５を貫通させるように電極柱７を挿入し、結合用電極８と電極柱７を半田等で接合するとともに、プリント基板１の裏面のランド９と電極柱７を半田等で接続することによって、配線３と電極柱７と結合用電極８が電気的に繋がることになる。
【００５４】
上記の例では電極柱７を挿入して半田付けを行なったが、これらの工程を省いたプロセスにより作製することもできる。次にそのプロセスについて説明する。
【００５５】
まず、配線３、ランド９、グランド２が形成されたプリント基板１の上に、結合用電極８が形成された上部基板１６、あるいは上部基板１６と、結合用電極８が形成された基板、または結合用電極形状に加工した導電性金属板を貼り付ける。この時、結合用電極８の中心部が、プリント基板１に形成された配線３の所定の位置に合うようにして貼り付ける。
【００５６】
次に、結合用電極８の中心部から上部基板１６、プリント基板１を貫通するスルーホール加工を行い、スルーホール７ａ、スルーホール５を形成する。そのあと、スルーホール７ａ、スルーホール５の内壁にメッキ処理や、導電性ペーストの圧入を行い導電層を形成する。この導電層は結合用電極８、配線３、ランド９を電気的に接続するので、電極柱７としての役割をなし、半田等による接続をすることなく高周波結合器１２０が完成する。
【００５７】
なお、高周波結合器１２０は、上述した図４に示すように、配線３が形成された面からランド９が形成された面に貫通し、電極柱７とランド９とを電気的に接続するスルーホール５ｂと、配線３とランド９とを電気的に接続するスルーホール５ｃとが形成されたものを用いることで、ランド９を介して確実に配線３と電極柱７とを電気的に接続することができる。
【００５８】
＜第２の実施形態＞
通信システム１００に組み込まれるアンテナ装置として、図９に示すような第２の実施形態に係る高周波結合器２１０について説明する。
【００５９】
高周波結合器２１０は、上述した高周波結合器１１０と同様に、プリント基板１と、結合用電極８と、プリント基板１上に形成された配線３と結合用電極８とを電気的に接続する電極柱７とを備える。
【００６０】
なお、本実施形態に係る高周波結合器２１０は、プリント基板１に実装される具体的な構成以外は、上述した第１の実施形態に係る高周波結合器１１０が備える構成と同様なので、図９中において同様の符号を付し、各要素についての説明を省略するものとする。
【００６１】
プリント基板１は、上述した高周波結合器１１０と同様に、誘電体として機能するベース材４の両面に銅箔を配した両面プリント基板で、一方の面の導電層をグランド２とするとともに、電極柱７と接続されるランド９がグランド２と一定距離を隔てて同一面に形成されている。プリント基板のもう一方の面の導線層には、パターニング処理により配線３が形成されており、この配線３が、電極柱７を始点とした２つの共振ライン３ａ、３ａとして機能する。これらの共振ライン３ａ、３ａの端部は、それぞれ端部スルーホール６、６に設けた導電性メッキ膜あるいは導電性ペースト等によりベース材４を貫通してグランド２に接合される。なお、共振ライン３ａ、３ａの端部を端部スルーホール６、６を介してグランド２に接続したショートスタブとしているが、一方を、開放端としたオープンスタブとしてもよい。
【００６２】
また、プリント基板１は、電極柱７を挿入するための電極柱スルーホール５が形成され、上述した図３（Ａ）の断面図で示した構造と同様に、その内部がメッキ処理、導電ペースト等により導電体５ａでコーティングあるいは充填されており、配線３とランド９が電気的に接続される構造となっている。
【００６３】
以上のような構成からなる高周波結合器２１０は、プリント基板１に形成された配線３と結合用電極８とを電気的に接続する電極柱７が、プリント基板１の配線３が形成された面を貫通した電極柱スルーホール５を介して、ランド９と電気的に接続されている。さらに、高周波結合器２１０では、図１０に示すように、プリント基板１のグランド２が形成された面に接続用端子部２２が形成されている。
【００６４】
すなわち、高周波結合器２１０は、回路基板への半田ペースト等による表面実装用として、信号端子２２ａ、グランド端子２２ｂ、２２ｃからなる接続用端子部２２をプリント基板１の一方の面に形成したものである。具体的には、接続用端子部２２は、グランド２にはレジスト２２１がコーティングされているが、このレジスト２２１の形成時にランド９とグランド２の一部を省いて形成されることで、それぞれ信号端子２２ａ、およびグランド端子２２ｂ、２２ｃが電気的接続面として露出した構造とになる。また、このような端子構成では、例えば（株）アイペックスのＭＨＦシリーズの超小型同軸リセプタクルコネクタを接続用端子部２２上にマウントして、超小型同軸ケーブルを介して回路基板と接続することが可能である。
【００６５】
また、第２の実施形態に係るアンテナ装置の変形例として、図１１に示すような高周波結合器２２０の構成について説明する。
【００６６】
高周波結合器２２０は、上述した高周波結合器２１０と同様に、プリント基板１と、結合用電極８と、プリント基板１上に形成された配線３と結合用電極８とを電気的に接続する電極柱７とを備える。これに加えて、高周波結合器２２０は、結合用電極８を保持する上部基板１６を備える。
【００６７】
ここで、上述した高周波結合器２１０では、結合用電極８が細い電極柱７を介して保持されるため、完成品を移動させる際に注意が必要であったのに対して、変形例に係る高周波結合器２２０は、上部基板１６により結合用電極８が強固に保持されるので、結合用電極８に衝撃が外圧が加えられても、結合用電極８と一体となっている電極柱７が変形したり、電極柱７の変形によって生じ得る配線３との電気的な接続不良を防止することができる。したがって、高周波結合器２２０の移動にかかわる取扱が容易となる。
【００６８】
また、高周波結合器２２０は、図１２に示すように、信号端子２２ａ、グランド端子２２ｂ、２２ｃが、それぞれグランド２とランド９とを覆うレジスト層から露出して、回路基板との接続用端子部２２が形成されている。
【００６９】
なお、変形例に係る高周波結合器２２０は、プリント基板１に実装される具体的な構成以外は、上述した高周波結合器２１０が備える構成と同様なので、図１１及び図１２中において同様の符号を付し、各要素についての説明を省略するものとする。
【００７０】
このような構成からなる高周波結合器２２０では、電極柱７が、上部基板１６とプリント基板１を貫通して、ランド９を介して配線３と接続される。
【００７１】
上部基板１６は、誘電性材料で、一般的にガラスエポキシ、フェノール、ポリイミド、液晶ポリマー、テフロン等が候補と挙げられるが、結合用電極間の結合強度の向上を図る観点から、低誘電材料であるフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリイミド等を発泡させて作製する比誘電率が１台の多孔質材料を用いるのが好ましい。
【００７２】
上部基板１６は、結合用電極８の全面を支えることができるので、高周波結合器２２０自体の物理的強度、電気的接続の安定性を増すことができる。上部基板１６は、結合用電極８及び電極柱７の作製プロセスの選択肢を広げることができる。
【００７３】
例えば、高周波結合器２２０では、上部基板１６の上面１６ａにメッキ処理等により結合用電極８をパターニングにより形成、あるいは結合用電極８をパターニングした基板、または結合用電極形状に加工した導電性金属板を貼り付ける。続いて、高周波結合器２２０では、結合用電極８の中心部に上部基板１６と合わせてスルーホール加工を行なった後、このスルーホール７ａを、プリント基板１に形成された配線３の所定の位置に合わせるようにして、上部基板１６のもう一方の面、すなわち図１１の下面１６ｂをプリント基板１に接着する。
【００７４】
プリント基板１は、メッキ処理等により電極柱スルーホール５を介して配線３とランド９が電気的に接続された状態にしておく。
【００７５】
続いて、スルーホール７ａ、スルーホール５を貫通させるように電極柱７を挿入し、結合用電極８と電極柱７を半田等で接合するとともに、プリント基板１の裏面のランド９と電極柱７を半田等で接続することによって、配線３と電極柱７と結合用電極８が電気的に繋がることになる。
【００７６】
上記の例では電極柱７を挿入して半田付けを行なったが、これらの工程を省いたプロセスにより作製することもできる。次にそのプロセスについて説明する。
【００７７】
まず、配線３、ランド９、グランド２が形成されたプリント基板１の上に、結合用電極８が形成された上部基板１６、あるいは上部基板１６と、結合用電極８が形成された基板、または結合用電極形状に加工した導電性金属板を貼り付ける。この時、結合用電極８の中心部が、プリント基板１に形成された配線３の所定の位置に合うようにして貼り付ける。
【００７８】
次に、結合用電極８の中心部から上部基板１６、プリント基板１を貫通するスルーホール加工を行い、スルーホール７ａ、スルーホール５を形成する。そのあと、スルーホール７ａ、スルーホール５の内壁にメッキ処理や、導電性ペーストの圧入を行い導電層を形成する。この導電層は結合用電極８、配線３、ランド９を電気的に接続するので、電極柱７としての役割をなし、半田等による接続をすることなく高周波結合器２２０が完成する。
【００７９】
なお、高周波結合器２２０は、上述した高周波結合器２１０と同様に、配線３が形成された面からランド９が形成された面に、電極柱７がプリント基板１の配線３が形成された面を貫通してランド９と電気的に接続されるスルーホールと、このスルーホールの周囲に配置され、ランド９と配線３とを電気的に接続するスルーホールとが形成されたものを用いることで、確実に配線３と電極柱７とを電気的に接続することができる。
【００８０】
＜性能評価＞
次に、第２の実施形態に係る高周波結合器の性能を調べるために、アンソフト社製の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いた解析を行なった。ここで、解析モデルは、実施例が図１１に示した高周波結合器２２０に係る構成で、プリント基板１はベース材４に５０μｍの液晶ポリマーを用いた両面銅箔基板、結合用電極８は直径８ｍｍの薄銅板、電極柱７は高さ１．１ｍｍの鉄製柱を想定している。また、上部基板１６は、プリント基板同様液晶ポリマーを用いている。信号は、グランド端子２２ｂ、２２ｃを基準として、信号端子２２ａに供給して解析するものとする。
【００８１】
このような解析モデルの比較例として、上述した第１の実施形態に係る高周波結合器１２０を用いるものとする。この比較例では、結合用電極、上部基板、電極柱、プリント基板の寸法、及び使用した材料を実施例と同一としている。比較例である高周波結合器１２０では、信号は、グランド２を基準として、グランド２とベース材４を介して対向するように位置する配線３の接続用端３ｂに電力を供給して解析するものとする。
【００８２】
結合強度は、高周波伝送特性を評価するのに用いられるＳパラメータの透過特性Ｓ２１で評価した。図１３は高周波結合器間の結合強度を解析するモデルを示すもので、一対の結合用電極８ａ、８ｂを結合用電極の中心軸を一致させて平行な状態で対向させている。なお対向距離、すなわち一対の結合用電極８ａ、８ｂ間の距離は、１５ｍｍとしている。
【００８３】
このような条件に基づいて解析した結合強度の周波数特性を図１４に示す。実施例では、比較例に比べて、４．５ＧＨｚ帯域において約１ｄＢ結合強度を改善できることがわかる。
【００８４】
このような結合強度の改善は、実施例に係る高周波結合器２２０が、結合用電極８の根元に位置するランド９に形成された信号端子２２ａから直接給電することで、配線３の端部から電極柱７まで信号が伝送される比較例に係る高周波結合器１２０に比べて信号の伝送経路が短いので、伝送損失やインピーダンスミスマッチの影響が小さいからである。
【００８５】
このように第２の実施形態に係る高周波結合器２１０、２２０は、電極柱７と電気的に接続されたランド９を信号端子２２ａとして用いることで、配線の形成された面に接続用端を設けた高周波結合器に比べて、信号の伝送経路を短くすることができる。この結果、高周波結合器２１０、２２０は、伝送損失やインピーダンスミスマッチの影響を小さくすることができるので、作製プロセスの簡略化、結合用電極の支持力強化、接続安定性等を図れると同時に高周波結合器の結合強度を向上させることができる。
【００８６】
また、高周波結合器２１０、２２０は、プリント基板１のうち、グランド２が形成された面に接続用端子部２２を形成しているので、配線３の形成された面に接続用端３ｂを設ける必要がなく、接続用端３ｂを設けるのに要するスペースを利用して、少なくとも一の共振ラインが短絡処理されていれば、短絡処理又は開放されている共振ライン３ａを多数形成して、通信感度の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１、２１  プリント基板、２  グランド、３、２３、３３  配線、３ａ  共振ライン、３ｂ  接続用端、４  ベース材、５  電極柱スルーホール、５ａ  導電体、５ｂ、５ｃ、２１ａ、３１ａ、２７ａ  スルーホール、６  端部スルーホール、７、２７、３７  電極柱、８、８ａ、８ｂ、２８、３８  結合用電極、９、２９  ランド、１６  上部基板、１６ａ  上面、１６ｂ  下面、２２  接続用端子部、２２ａ  信号端子、２２ｂ、２２ｃ  グランド端子、２２１  レジスト、３０、４０  コネクタ、３０ａ、４０ａ  接続用端子、１００  通信システム、１０１、１０５  通信装置、１０２、１０６、１１０、１２０、２１０、２２０  高周波結合器、１１０ａ  評価用サンプル、１１０ｂ  比較用サンプル、１０３、１０７  電極、１０４、１０８  送受信回路部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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