(57)【要約】【課題】省スペース且つ低コストで複数の方向で電界結合が可能となる通信箇所を持つ、優れた高周波結合器並びに通信装置を提供する。【解決手段】高周波結合器は、第１の結合用電極と、異符号の電荷が集中する第２の結合用電極を備える。第２の結合用電極は、第１の結合用電極とは対称的な場所に形成されるが、イメージ電極ではなく、第１の共振部のためのグランドを第２の共振部として設計し、この第２の共振部に接続された実在の電極である。第２の結合用電極の通信箇所はグランド面に対し第１の結合用電極とは対称的となり、高周波結合器全体としては、複数の通信箇所を有することができる。【選択図】  図９
2011023775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランドと、
通信回路の入出力端子に第１の共振部を介して接続される第１の結合用電極と、
前記通信回路のグランド端子にグランドを利用して設計された第２の共振部を介して接続される、１以上の第２の結合用電極と、
を具備することを特徴とする高周波結合器。
【請求項２】
前記入出力端子を流れる高周波信号のある位相状態にて、前記第１の結合用電極に集中する電荷とは異なる符号の電荷が前記第２の結合用電極に集中する、
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波結合器。
【請求項３】
前記第１の共振部のためのグランドを前記第２の共振部として設計し、
前記第２の結合用電極は、前記第１の結合用電極とはほぼ対称的な場所に配設される、
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波結合器。
【請求項４】
前記第２の結合用電極は、グランド面の形状に基づいて構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波結合器。
【請求項５】
前記第１又は第２の結合用電極のうち少なくとも一方は、プリント基板上に実装される導体パターンに基づいて構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波結合器。
【請求項６】
前記第２の結合用電極は、前記高周波結合器を内蔵する携帯機器のシャーシ又は金属筐体を用いて構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波結合器。
【請求項７】
通信信号を処理する通信回路と、
グランドと、
前記通信回路の入出力端子に第１の共振部を介して接続される第１の結合用電極と、
前記通信回路のグランド端子にグランドを利用して設計された第２の共振部を介して接続される、１以上の第２の結合用電極と、
を具備し、
前記通信回路は、前記入出力端子と前記グランド端子の端子間電圧に従って通信信号を処理する、
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、高周波の広帯域を用いる微弱ＵＷＢ通信方式により近接距離で大容量データ伝送を行なう通信機用の高周波結合器並びに通信装置に係り、特に、省スペース且つ低コストで２以上の通信箇所を持つ高周波結合器並びに通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触通信は、認証情報や電子マネーその他の価値情報のメディアとして広く利用されてきた。最近では、非接触通信のさらなるアプリケーションとして、動画像や音楽などのダウンロードやストリーミングといった大容量データ伝送への適用が検討されている。
【０００３】
高速通信に適用可能な近接無線転送技術として、微弱なＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）信号を用いた「ＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔ（登録商標）」（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照のこと）を挙げることができる。この近接無線転送技術（ＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔ）は、基本的に、誘導電界の結合作用を利用して信号を伝送する方式であり、その通信装置は、高周波信号の処理を行なう通信回路部と、グランドに対しある程度の高さで離間して配置された結合用電極と、結合用電極に高周波信号を効率的に供給する共振部で構成される。結合用電極、又は結合用電極と共振部を含んだ部品のことを、本明細書では「高周波結合器」とも呼ぶ。
【０００４】
近接無線転送システムも、旧来のＮＦＣ（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）通信などと同様に（ＮＦＣは、ＩＳＯ／ＩＥＣ  ＩＳ  １８０９２として標準化されている）、要求コマンドを送信するリーダライタ（イニシエーター）と応答コマンドを返信するトランスポンダ（ターゲット）のペアとして構成することができる。
【０００５】
ここで、近接無線転送システムは、微弱無線を使用することにより無線局の免許を不要としているが、その通信距離は、使用周波数帯の２分の１波長に相当する３ｃｍ程度である。このため、それぞれ高周波結合器を搭載した２台の機器間で近接無線転送を行なう際には、互いの結合用電極が十分接近するように配置する必要がある。
【０００６】
近接無線転送システムの典型的な利用形態の１つとして、図２３に示すように、高周波結合器を内蔵したデジタルカメラなどのホスト機器を、パーソナル・コンピューターやクレードルなどリーダライタの読み取り面上に載置して、携帯機器に対して情報の読み取りや書き込みを行なうことが挙げられる。しかしながら、筐体の形状や、機器内での高周波結合器の設置場所に関して業界標準はないことから、機器の組み合わせ次第では、図示の利用形態では近接無線転送が可能な設置方法が見当たらない、すなわち通信不能となる事態も考えられる。
【０００７】
高周波結合器の通信箇所が１つしかないと、通信不能な事態に陥り易い。例えば、双方の結合用電極同士の最適な通信状況を得易くするために、複数の高周波結合器をアレイ状に配置するという構成について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。しかしながら、複数の高周波結合器の収容場所を機器内に見出すことは設計上困難であり、また、使用する高周波結合器の個数に応じてコストが増大してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−９９２３６号公報
【特許文献２】特開２００８−１３１３７２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ｗｗｗ．ｔｒａｎｓｆｅｒｊｅｔ．ｏｒｇ／ｅｎ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ（平成２１年６月２３日現在）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、高周波の広帯域を用いる微弱ＵＷＢ通信方式により近接距離で大容量データ伝送を行なう通信機用の、優れた高周波結合器並びに通信装置を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、省スペース且つ低コストで２以上の通信箇所を持つ、優れた高周波結合器並びに通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
グランドと、
通信回路の入出力端子に第１の共振部を介して接続される第１の結合用電極と、
前記通信回路のグランド端子にグランドを利用して設計された第２の共振部を介して接続される、１以上の第２の結合用電極と、
を具備することを特徴とする高周波結合器である。
【００１３】
本願の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の高周波結合器は、入出力端子を流れる高周波信号のある位相状態にて、前記第１の結合用電極に集中する電荷とは異なる符号の電荷が前記第２の結合用電極に集中するように構成されている。
【００１４】
本願の請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の高周波結合器の第１の共振部のためのグランドは第２の共振部として設計されており、また、第２の結合用電極は、前記第１の結合用電極とはほぼ対称的な場所に配設される。
【００１５】
本願の請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の高周波結合器の第２の結合用電極は、グランド面の形状に基づいて構成される。
【００１６】
本願の請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の高周波結合器の第１又は第２の結合用電極のうち少なくとも一方は、プリント基板上に実装される導体パターンに基づいて構成される。
【００１７】
本願の請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載の高周波結合器の第２の結合用電極は、前記高周波結合器を内蔵する携帯機器のシャーシ又は金属筐体を用いて構成される。
【００１８】
また、本願の請求項７に記載の発明は、
通信信号を処理する通信回路と、
グランドと、
前記通信回路の入出力端子に第１の共振部を介して接続される第１の結合用電極と、
前記通信回路のグランド端子にグランドを利用して設計された第２の共振部を介して接続される、１以上の第２の結合用電極と、
を具備し、
前記通信回路は、前記入出力端子と前記グランド端子の端子間電圧に従って通信信号を処理する、
ことを特徴とする通信装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、省スペース且つ低コストで複数の方向で電界結合が可能となる通信箇所を持つ、優れた高周波結合器並びに通信装置を提供することができる。
【００２０】
本願の請求項１、７に記載の発明によれば、第１及び第２の結合用電極は互いに異なる方向で電界結合する通信箇所を持つことにより、高周波結合器全体としては複数の通信箇所を有することができる。
【００２１】
本願の請求項２に記載の発明によれば、第１及び第２の結合用電極は互いに逆向きの電荷によって形成される電界により互いに異なる方向に通信箇所を持ち、高周波結合器全体としては複数の通信箇所を有することができる。
【００２２】
本願の請求項３に記載の発明によれば、第１の共振部のためのグランドを第２の共振部として設計し、第２の共振部を介して第２の結合用電極が接続されている。そして、第２の結合用電極は第１の結合用電極とは対称的な場所に配設されており、第１及び第２の結合用電極は互いに異なる方向で電界結合する通信箇所を持つことから、高周波結合器全体としては複数の通信箇所を有することができる。
【００２３】
本願の請求項４に記載の発明によれば、第２の結合用電極をグランド面の形状に基づいて構成することができる。
【００２４】
本願の請求項５に記載の発明によれば、第１又は第２の結合用電極のうち少なくとも一方を、プリント基板上に実装される導体パターンに基づいて構成することができる。
【００２５】
本願の請求項６に記載の発明によれば、第２の結合用電極を、高周波結合器を内蔵する携帯機器のシャーシ又は金属筐体を用いて構成することができる。
【００２６】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、電界結合作用を利用した微弱ＵＷＢ通信方式による近接無線転送システムの構成を模式的に示した図である。
【図２Ａ】図２Ａは、共振部に分布定数回路を用いた高周波結合器の構成例を示した図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示した高周波結合器において、スタブ３３上に定在波が発生している様子を示した図である。
【図３】図３は、共振部に分布定数回路を用いた高周波結合器の他の構成例並びにスタブ上に発生する定在波を示した図である。
【図４】図４は、微小ダイポールによる電界を表した図である。
【図５】図５は、容量装荷型アンテナの構成例を示した図である。
【図６Ａ】図６Ａは、共振部に分布定数回路を用いた高周波結合器モデルを示した図（斜視図）である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、共振部に分布定数回路を用いた高周波結合器モデルを示した図（断面図）である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ａ及び図６Ｂに示した高周波結合器についてシミュレーション解析した電界強度分布を示した図である。
【図７】図７は、図６Ａ及び図６Ｂに示した高周波結合器についてシミュレーション解析した、ある位相の場合における金属表面の電流ベクトル分布を示した図である。
【図８】図８は、高周波結合器において発生する電荷の分布と電気力線を概念的に示した図である。
【図９】図９は、第１の共振部のためのグランドを第２の共振部として設計し、第１の結合用電極と第２の結合用電極を備えた高周波結合器の構成例（共振部に集中定数回路を用いた場合）を示した図である。
【図１０】図１０は、第１の共振部のためのグランドを第２の共振部として設計し、第１の結合用電極と第２の結合用電極を備えた高周波結合器の構成例（共振部に分布定数回路を用いた場合）を示した図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図１０に示した高周波結合器の変形例を示した図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１０に示した高周波結合器の変形例を示した図である。
【図１２】図１２は、第１及び第２の結合用電極を備えた高周波結合器を示した図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、図１２に示した高周波結合器についてシミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＺ面）を示した図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１２に示した高周波結合器についてシミュレーション解析した、ある位相の場合における第１及び第２の結合用電極の各々の金属表面の電流ベクトル分布を示した図である。
【図１４】図１４は、第１及び第２の結合用電極を備えた高周波結合器の他の構成例を示した図である。
【図１５】図１５は、図１４に示した高周波結合器についてシミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＺ面並びにＸＹ面）を示した図である。
【図１６】図１６は、図１４に示した高周波結合器を機器の筐体内に装備した様子を示した図である。
【図１７】図１７は、図１４に示した高周波結合器の変形例を、シミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＹ面）とともに示した図である。
【図１８】図１８は、図１７に示した高周波結合器についてシミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＺ面並びにＸＹ面）を示した図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、高周波信号伝送路、共振部、第１及び第２の結合用電極をともに同一のプリント基板上の導体パターンとして形成した構成例を示した図（斜視図）である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、高周波信号伝送路、共振部、第１及び第２の結合用電極をともに同一のプリント基板上の導体パターンとして形成した構成例を示した図（断面図）である。
【図２０】図２０は、図１９に示した高周波結合器についてシミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＹ面）を示した図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、高周波信号伝送路、共振部、第１の結合用電極を同一のプリント基板上の導体パターンとして形成するとともに、第２の結合用電極をプリント基板のグランド面から離間して配置した構成例（上面図）を示した図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、高周波信号伝送路、共振部、第１の結合用電極を同一のプリント基板上の導体パターンとして形成するとともに、第２の結合用電極をプリント基板のグランド面から離間して配置した構成例（底面図）を示した図である。
【図２１Ｃ】図２１Ｃは、高周波信号伝送路、共振部、第１の結合用電極を同一のプリント基板上の導体パターンとして形成するとともに、第２の結合用電極をプリント基板のグランド面から離間して配置した構成例（断面図）を示した図である。
【図２２】図２２は、図２１に示した高周波結合器についてシミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＹ面）を示した図である。
【図２３】図２３は、近接無線転送システムの典型的な利用形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２９】
まず、微弱ＵＷＢ通信方式による近接無線転送の動作原理について説明する。
【００３０】
図１には、電界結合作用を利用した微弱ＵＷＢ通信方式による近接無線転送システムの構成を模式的に示している。同図において、送信機１０及び受信機２０がそれぞれ持つ送受信に用いられる結合用電極１４及び２４は、例えば３ｃｍ程度（若しくは使用周波数帯の２分の１波長程度）だけ離間して対向して配置され、電界結合が可能である。送信機側の送信回路部１１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ＵＷＢ信号などの高周波送信信号を生成し、送信用電極１４から受信用電極２４へ電界信号として伝搬する。そして、受信機２０側の受信回路部２１は、受信した高周波の電界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。
【００３１】
近接無線転送においてＵＷＢを使用すると、１００Ｍｂｐｓ程度の超高速データ伝送を実現することができる。また、近接無線転送では、後述するように放射電界ではなく静電界若しくは誘導電界の結合作用を利用するが、その電界強度は距離の３乗若しくは２乗に反比例する。したがって、無線設備から３メートルの距離での電界強度が所定レベル以下に抑制することで、近接無線転送システムは、無線局の免許が不要となる微弱無線とすることが可能であり、安価に構成することができる。また、近接無線転送では、電界結合方式によりデータ通信を行なうので、周辺に存在する反射物からの反射波が小さいため干渉の影響が少ない、伝送路上でハッキングの防止や秘匿性の確保を考慮する必要がない、といった利点がある。
【００３２】
一方、無線通信では、波長に対する伝搬距離の大きさに応じて伝搬損が大きくなる。ＵＷＢ信号のように高周波数の広帯域信号を利用した近接無線転送では、３ｃｍ程度の通信距離は約２分の１波長に相当する。すなわち、通信距離は近接といえども無視することはできない長さであり、伝搬損を十分低く抑える必要がある。とりわけ、高周波回路では、低周波回路に比べると特性インピーダンスの問題はより深刻であり、送受信機の電極間の結合点においてインピーダンス不整合による影響は顕在化する。例えば、送信回路部１１と送信用電極１４を結ぶ高周波電界信号の伝送路が例えば５０Ωのインピーダンス整合がとられた同軸線路であったとしても、送信用電極１４と受信用電極２４間の結合部におけるインピーダンスが不整合であると、電界信号は反射して伝搬損を生じることから、通信効率が低下する。
【００３３】
そこで、送信機１０及び受信機２０のそれぞれに配置される高周波結合器を、平板状の電極１４、２４と、直列インダクター１２、２２、並びに、並列インダクター１３、２３からなる共振部を高周波信号伝送路に接続して、インピーダンスの整合をとっている。ここで言う高周波信号伝送路とは、同軸ケーブル、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路などで構成することができる。このような高周波結合器を向かい合わせて配置すると、準静電界が支配的な極近距離では結合部分がバンドパス・フィルタのように動作して、高周波信号を伝達することができる。また、誘導電界が支配的な、波長に対して無視できない距離であっても、結合用電極とグランドにそれぞれたまる電荷並びに鏡像電荷によって形成される微小ダイポール（後述）から発生する誘導電界を介して２つの高周波結合器の間で効率よく高周波信号を伝達することができる。
【００３４】
ここで、送信機１０と受信機２０の電極間すなわち結合部分において、単にインピーダンス・マッチングを取り、反射波を抑えることだけを目的とするのであれば、各結合器を平板状の電極１４、２４と直列インダクター１２、２２を高周波信号伝送路上に直列接続するという簡素な構造であっても、結合部分におけるインピーダンスが連続的となるように設計することは可能である。しかしながら、結合部分の前後における特性インピーダンスに変化はないので電流の大きさも変わらない。これに対し、並列インダクター１３、２３を設けることによって、より大きな電荷を結合用電極１４に送り込み、結合用電極１４、２４間で強い電界結合作用を生じさせることができる。また、結合用電極１４の表面の近傍に大きな電界を誘起したとき、発生した電界は微小ダイポールの方向（後述）に振動する縦波の電界信号として、結合用電極１４の表面から伝搬する。この電界の波により、結合用電極１４、２４間の距離（位相長さ）が比較的大きな場合であっても電界信号を伝搬することが可能になる。
【００３５】
以上を要約すると、微弱ＵＷＢ通信方式による近接無線転送システムでは、高周波結合器として必須の条件は以下の通りとなる。
【００３６】
（１）グランドに対向して高周波信号の波長に対して無視し得る高さだけ離間した位置に電界で結合するための結合用電極があること。
（２）より強い電界で結合させるための共振部があること。
（３）通信に使用する周波数帯において、結合用電極同士を対向して配置したときにインピーダンス・マッチングが整合するように、共振部の定数が設定されていること。
【００３７】
図１に示した近接無線転送システムにおいて、送信機１０及び受信機２０の各結合用電極１４及び２４が適当な距離を隔てて対向すると、２つの高周波結合器は、所望の高周波数帯の電界信号を通過するバンドパス・フィルタとして動作するとともに、単体の高周波結合器としては電流を増幅するインピーダンス変換回路として作用して、結合用電極には振幅の大きな電流が流入する。他方、高周波結合器が自由空間に単独で置かれるとき、高周波結合器の入力インピーダンスは高周波信号伝送路の特性インピーダンスと一致しないので、高周波信号伝送路に入力された信号は高周波結合器内で反射され、外部に放射されないことから、近隣の他の通信システムへの影響はない。すなわち、送信機側では、通信相手が存在しないときには、旧来のアンテナのように電波を垂れ流すことはなく、通信相手が近づいたときのみインピーダンス整合がとれることによって高周波の電界信号の伝達が行なわれる。
【００３８】
図１に示した高周波結合器では、インピーダンス整合部は並列インダクター及び直列インダクターの各定数によりその動作周波数が決定される。ところが、高周波回路では集中定数回路は分布定数回路よりも帯域が狭いことが知られており、また周波数が高いときインダクターの定数は小さくなるので、これら定数のばらつきによって動作周波数がずれるという問題がある。これに対し、インピーダンス整合部や共振部を集中定数回路から分布定数回路に代えて高周波結合器を構成することで、広帯域化を実現するという解決方法が考えられる。
【００３９】
図２Ａには、共振部に分布定数回路を用いた高周波結合器の構成例を示している。図示の例では、下面にグランド導体３２が形成されるとともに、上面に印刷パターンが形成されたプリント基板上３１に、高周波結合器が配設されている。高周波結合器の共振部として、並列インダクターと直列インダクターの代わりに、分布定数回路として作用するマイクロストリップライン又はコプレーナ導波路すなわちスタブ３３が形成され、高周波信号伝送路となる信号線パターン３４を介して送受信回路モジュール３５と結線している。スタブ３３は、先端においてプリント基板３１を貫挿するスルーホール３６を介して下面のグランド３２に接続してショートされている。また、スタブ３３の中央付近において、細い金属線からなる１本の端子３７を介して結合用電極３８に接続される。
【００４０】
なお、電子工学の技術分野で言う「スタブ（ｓｔｕｂ）」は、一端を接続、他端を未接続又はグランド接続した電線の総称であり、調整、測定、インピーダンス整合、フィルタなどの用途で回路の途中に設けられる。
【００４１】
ここで、信号線パターン３４を介して送受信回路３５から入力された信号は、スタブ３３の先端部で反射し、スタブ３３内には定在波が立つことになる。スタブ３３の位相長さは高周波信号の２分の１波長（位相にして、１８０度）程度とし、信号線パターン３４とスタブ３３はプリント基板３１上のマイクロストリップ線路、コプレーナ線路などで形成される。図２Ｂに示すように、スタブ３３の位相長さが２分の１波長で先端がショートしているときには、スタブ３３内に発生する定在波の電圧振幅はスタブ３３の先端で０となり、スタブ３３の中央、すなわちスタブ３３の先端から４分の１波長（９０度）のところで最大となる。定在波の電圧振幅が最大となるスタブ３３の中央付近に結合用電極３８を１本の端子３７で接続することで、伝搬効率の良い高周波結合器を作ることができる。
【００４２】
図２Ａ中に示すスタブ３３は、プリント基板３１上のマイクロストリップライン又はコプレーナ導波路であり、その直流抵抗が小さいことから、高周波信号でも損失が少なく、高周波結合器間の伝搬損を小さくすることができる。また、分布定数回路を構成するスタブ３３のサイズは高周波信号の２分の１波長程度と大きいことから、製造時の公差による寸法の誤差は全体の位相長さに比較すると微量であり、特性のバラツキが生じにくい。
【００４３】
図３には、共振部に分布定数回路を用いた高周波結合器の他の構成例を示している。図示の例では、共振用スタブを２つに切断し、結合用電極３８を支持する前後それぞれ２本の接続端子３７Ａ、３７Ｂがこの切断部をまたぐようにして各々のスタブ３３Ａ、３３Ｂに接続して構成される。２つに切断したスタブ３３Ｂの先端側を開放端とする。図２Ａに示した構成例と同様に、電圧定在波の振幅が大きい位置の付近に結合用電極３８が配置されることが望ましい。
【００４４】
また、図３には、スタブ３３Ａ、３３Ｂ内部の電圧定在波並びに電流定在波それぞれの振幅を併せて示している。図示の通り、２つに切断された先端側のスタブ３３Ｂの先端の開放端及び根元側のスタブ３３Ａの入力端の各々において最大となるような電圧定在波が立ち、電流定在波はこのような電圧定在波に対しπ／４だけ位相差を持つ。したがって、図示のように切断したスタブ３３Ａ、３３Ｂと２本の接続端子３７Ａ、３７Ｂと結合用電極３８を合わせた全体の長さ（位相長さ）をおよそ共振周波数の位相長にして３６０度すなわち１波長程度とすると、ほぼその中央において電圧定在波の振幅が大きくなるので、ほぼ中央においてスタブ３３を２つに切断するとともに、この切断部分を２本の端子３７Ａ、３７Ｂで接続するように結合用電極３８を取り付けることが好ましい。
【００４５】
ここで、高周波結合器の結合用電極において発生する電磁界について考察してみる。
【００４６】
図１に示したように、結合用電極１４は、高周波信号伝送路の一端に接続され、送信回路部１１から出力される高周波信号が流れ込んで、電荷を蓄える。このとき、直列インダクター１２及び並列インダクター１３からなる共振部の共振作用によって、伝送路を介して結合用電極１４に流れ込む電流は増幅され、より大きな電荷が蓄えられる。
【００４７】
また、結合用電極１４に対向するように、高周波信号の波長に対して無視し得る高さ（位相長さ）だけ離間して、グランド１８が配置されている。そして、上述のように結合用電極１４に蓄えられると、グランド１８には鏡像電荷が蓄えられる。平面導体の外部に点電荷Ｑを置くと、平面導体内には（表面電荷分布を置き換えた仮想的な）鏡像電荷−Ｑが配置されるが、このことは、例えば溝口正著「電磁気学」（裳華房、第５４頁乃至第５７頁）にも記載されているように、当業界で周知である。
【００４８】
上述のように点電荷Ｑ及び鏡像電荷−Ｑが蓄えられた結果、結合用電極１４に蓄えられた電荷の中心とグランド１８に蓄えられた鏡像電荷の中心を結ぶ線分からなる微小ダイポールが形成される。厳密に言うと、電荷Ｑと鏡像電荷−Ｑは体積を持ち、微小ダイポールが電荷の中心と鏡像電荷の中心を結ぶように形成される。ここで言う「微小ダイポール」は、「電気ダイポールの電荷間の距離が非常に短いもの」を指す。例えば虫明康人著「アンテナ・電波伝搬」（コロナ社、１６頁〜１８頁）にも、「微小ダイポール」が記載されている。そして、微小ダイポールによって、電界の横波成分Ｅθ、電界の縦波成分ＥR、微小ダイポール回りの磁界Ｈφが発生する。
【００４９】
なお、図２、図３に示したように共振部をスタブなどの分布定数回路で構成した場合であっても、結合用電極に蓄積された電荷とは鏡像関係となる電荷がグランドに蓄えられ、同様に微小ダイポールが形成される。
【００５０】
図４には、微小ダイポールによる電界を表している。図示のように、電界の横波成分Ｅθは伝搬方向と垂直な方向に振動し、電界の縦波成分ＥRは伝搬方向と平行な向きに振動する。また、微小ダイポール回りには磁界Ｈφが発生する。下式（１）〜（３）は微小ダイポールによって生成される電磁界を表している。同式中、距離Ｒの３乗に反比例する成分は静電界、距離Ｒの２乗に反比例する成分は誘導電界、距離Ｒに反比例する成分は放射電界である。
【００５１】
【数１】
2011023775.tif 000003
【００５２】
図１、図２、図３に示した近接無線転送システムにおいて、周辺システムへの妨害波を抑制するには、放射電界の成分を含む横波Ｅθを抑制しながら、放射電界の成分を含まない縦波ＥRを利用することが好ましいと考えられる。何故ならば、上式（１）、（２）から分かるように、電界の横波成分Ｅθは距離に反比例する（すなわち、距離減衰の小さい）放射電界を含むのに対して、縦波成分ＥRは放射電界を含まないからである。
【００５３】
まず、電界の横波成分Ｅθを生じないようにするには、高周波結合器がアンテナとして動作しないようにする必要がある。１本の端子で支持された結合用電極は、一見すると、アンテナ素子の先端に金属を取り付けて静電容量を持たせ、アンテナの高さを短縮させる「容量装荷型」のアンテナと構造が類似する。したがって、高周波結合器が容量装荷型アンテナとして動作しないようにする必要がある。図５には、容量装荷型アンテナの構成例を示しているが、同図中で矢印Ａ方向に主に電界の縦波成分ＥRが発生するとともに、矢印Ｂ1、Ｂ2方向には電界の横波成分Ｅθが発生する。
【００５４】
図２に示した結合用電極の構成例では、端子３７は、結合用電極３８とグランド導体３２との結合を回避する役割と、直列インダクターを形成する役割を兼ね備えている。グランド導体３２から結合用電極３８まで十分な高さをとることによって、グランド導体３２と結合用電極３８との電界結合を回避して、受信機側の高周波結合器との電界結合作用を確保する。但し、結合用電極３８の高さが大きい、すなわち端子３７が使用波長に対して無視できない長さになると、端子３７が容量装荷型アンテナとして作用してしまい、図５中の矢印Ｂ1、Ｂ2方向で示したような横波成分Ｅθが発生する。よって、結合用電極３８の高さは、結合用電極３８とグランド導体３２との結合を回避して高周波結合器としての特性を得るとともに、インピーダンス・マッチング回路として作用するために必要な直列インダクターを構成するために十分な長さとし、直列インダクターに流れる電流による不要電波Ｅθの放射が大きくならない程度に短いことが条件となる。
【００５５】
他方、上式（２）から、縦波ＥR成分は微小ダイポールの方向となす角θ＝０度で極大となることが分かる。したがって、電界の縦波ＥRを効率的に利用して非接触通信を行なうには、微小ダイポールの方向となす角θがほぼ０度となるように対向して通信相手側の高周波結合器を配置して、高周波の電界信号を伝送することが好ましい。
【００５６】
また、共振部によって、結合用電極１４に流れ込む高周波信号の電流をより大きくすることができる。この結果、結合用電極１４に蓄積される電荷とグランド１８側の鏡像電荷によって形成される微小ダイポールのモーメントを大きくすることができ、微小ダイポールの方向となす角θがほぼ０度となる伝搬方向に向かって、縦波ＥRからなる高周波の電界信号を効率的に放出することができる。
【００５７】
図６Ａ、図６Ｂには、共振部に分布定数回路を用いた高周波結合器モデルを示している。但し、図６Ａは斜視図、図６Ｂは断面図である。結合用電極６１は誘電体からなるプリント基板６２上に実装され、プリント基板６２の厚さを０．５６ｍｍ、比誘電率を４．５とし、プリント基板６２の下面に形成されたグランド・パターンの寸法を４０×２０×０．０５ｍｍとし、プリント基板の上面には、分布定数回路（スタブ）からなる共振部として動作するマイクロストリップライン６４が形成されている。マイクロストリップライン６４は、厚み０．０５ｍｍ、幅１．０ｍｍ、長さ１８ｍｍであり、一方の端部に特性インピーダンスを５０Ωとした給電点６５が設けられ、他方の端部は半径０．５ｍｍのスルーホール６６を介して下面側のグランド・パターン６３と接続している。結合用電極６１は、半径４．７５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円形モデルとし、半径０．５ｍｍ、高さ２．５ｍｍの円柱状端子によってマイクロストリップライン６４のほぼ中央に取り付けられている。
【００５８】
図６Ｃには、図６Ａ及び図６Ｂに示した高周波結合器についてシミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＺ面）を示している。また、図７には、図６Ａ及び図６Ｂに示した高周波結合器についてシミュレーション解析した、ある位相の場合における金属表面の電流ベクトル分布を示している。但し、解析周波数は４．５ＧＨｚとする。
【００５９】
図６Ｃより、結合用電極６１のＺ軸方向に電界が集中していることが分かる。但し、これらの電界は、結合用電極６１の近傍では集中しているものの、アンテナとして効率よく放射している訳ではない。つまり、静電界若しくは誘導電界の分布を示しており、基本となる高周波結合器として設計されていることを表している。
【００６０】
また、図７より、電流分布も結合用電極６１の中央に集まるように分布していることが分かる。また、グランド・パターン６３に広がっている電流分布もそれと同じように中央向きに分布している。これらの電流の向きは、逆の位相の場合には、勿論逆向きに分布する。
【００６１】
ここで、グランドに広がっている電荷の分布について考察してみる。図６Ｃ並びに図７に示した解析結果は、結合用電極６１には電荷が溜まっていることを表している。このような場合、図４を参照しながら説明したように、グランド側には鏡像電荷が溜まると考えることができる。
【００６２】
図８には、高周波結合器において発生する電荷の分布と電気力線を概念的に示している。図示のように、結合用電極８１に正符号（＋）を持つ電荷が溜まっているとすると、その正電荷からの電気力線はグランド面８２に垂直に到達する。そして、グランド面８２に対し結合用電極８１とは対称的となるイメージ電極８３が存在し、このイメージ電極８３には負符号（−）を持つ鏡像電荷が溜まると仮定することができる。したがって、グランド面８２に到達した電気力線は、この負電荷に向かっている。つまり、正電荷を有する結合用電極８１の存在によって、図８中の点線で示すような、負電荷を有するイメージ電極８３を生成することができる。勿論、位相によって、図８に示した、結合用電極８１及びイメージ電極８３の電荷の符号（＋，−）は逆向きの場合も存在する。
【００６３】
図８に示したような鏡像電荷の振る舞いを動作原理として、高周波結合器は、高周波信号伝送路に接続されている第１の結合用電極の他に、これとは異なる符号の電荷が集中する第２の結合用電極を備えることができる。第２の結合用電極は、第１の結合用電極とは対称的な場所に形成されるが、図８中のイメージ電極とは異なり、第１の共振部のためのグランドを第２の共振部として設計している。そして、第２の共振部に接続された実在の電極である。第２の結合用電極の通信箇所は、グランド面に対し第１の結合用電極とは対称的となる。言い換えれば、高周波結合器は、結合用電極毎の複数の通信箇所を有することができる。
【００６４】
図９には、第１の結合用電極９１と第２の結合用電極９２を備えた高周波結合器の構成例を示している。但し、図示の例では、共振部は集中定数回路である直列インダクター及び並列インダクターを用いて構成されている。
【００６５】
第１の結合用電極９１は、高周波信号伝送路を介して通信回路部９４の入出力（Ｉ／Ｏ）端子に接続されている。ここで言う高周波信号伝送路とは、同軸ケーブル、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路などで構成することができる。また、この高周波信号伝送路には、第１の直列インダクター９５及び第１の並列インダクター９６が接続されている。第１の直列インダクター９５Ａ及び第１の並列インダクター９６によってインピーダンスの整合がとられている点は、上述と同様である。
【００６６】
また、第２の結合用電極９２は、高周波信号伝送路を介して通信回路部９４のグランド端子に接続されている。また、この高周波信号伝送路には、第２の直列インダクター９７及び第２の並列インダクター９８が接続されている。第２の直列インダクター９７及び第２の並列インダクター９８によってインピーダンスの整合がとられている点は、上述と同様である。
【００６７】
第２の結合用電極９２は、第１の結合用電極９１とは対称的な場所に配設されている。そして、第２の結合用電極９２には、第１の結合用電極９１に溜まる電荷とは異符号となる電荷が蓄積される。この結果、第２の結合用電極９２の通信箇所は、第１の結合用電極９１とは対称的となる。したがって、図示の高周波結合器は、２つの通信箇所を有することができる。
【００６８】
通信回路部９４は、第１の結合用電極９１に接続された入出力端子と第２の結合用電極９２に接続されたグランド端子との端子間電圧の信号を、近接無線転送における送受信信号として通信処理を行なう。
【００６９】
図１０には、対称的となる第１の結合用電極と第２の結合用電極を備えた高周波結合器の他の構成例を示している。但し、図示の例では、共振部は分布定数回路であるスタブを用いて構成される点で図９とは相違する。
【００７０】
通信回路部１０４の入出力（Ｉ／Ｏ）端子には、分布定数回路として作用する第１のスタブ１０５が接続されている。第１のスタブ１０５は、例えば、プリント基板（図示しない）上に実装されるマイクロストリップライン又はコプレーナ導波路などで形成される。通信回路部１０４から入力された信号は第１のスタブ１０５の先端部で反射し、第１のスタブ１０５内には定在波が立つ（図３を参照のこと）。そして、この定在波の電圧振幅が最大となる第１のスタブ１０５の部位に、第１の結合用電極１０１が接続される。
【００７１】
他方、通信回路部１０４のグランド（ＧＮＤ）端子には、分布定数回路として作用する第２のスタブ１０６が接続されている。第１のスタブ１０５と同様、第２のスタブ１０６内には定在波が立ち、この定在波の電圧振幅が最大となる第２のスタブ１０６の部位に、第２の結合用電極１０２が接続される。
【００７２】
第２の結合用電極１０２は、第１の結合用電極１０１とは対称的な場所に配設されている。そして、第２の結合用電極１０２には、第１の結合用電極１０１に溜まる電荷とは異符号となる電荷が蓄積される。この結果、第２の結合用電極１０２の通信箇所は、第１の結合用電極１０１とは対称的となる。したがって、図示の高周波結合器は、２つの通信箇所を有することができる。
【００７３】
通信回路部１０３は、第１の結合用電極１０１に接続された入出力端子と第２の結合用電極１０２に接続されたグランド端子との端子間電圧の信号を、近接無線転送における送受信信号として通信処理を行なう。
【００７４】
なお、図１０では、図２Ａに示した共振部を用いた高周波結合器の構成例を示しているが、勿論、図３に示したような２つに切断した共振部を用いた高周波結合器であってもよい。
【００７５】
また、図１０の変形例として、図１１Ａ並びに図１１Ｂに示すように、通信回路部１１４のグランド端子に、複数（ｎ個）の第２の結合用電極１１２−１、１１２−２、…、１１２−ｎを、それぞれ第２のスタブ１１６を介して並列接続する構成を挙げることができる。この変形例によれば、各々の第２の結合用電極１１２−１、１１２−２、…、１１２−ｎによって、第１の結合用電極１１１とはほぼ対称的となるｎ個の通信箇所を得ることができ、高周波結合器全体として（ｎ＋１）個の通信箇所を有することになる。
【００７６】
図１２には、誘電体からなるプリント基板の上下の各面に第１及び第２の結合用電極をそれぞれ実装した高周波結合器の構成例を示している。プリント基板１２１は厚さを０．５６ｍｍ、比誘電率を４．５とした誘電体を２枚張り合わせた構造となっており、全体の厚みは０．５６×２ｍｍである。プリント基板１２１の上面には、分布定数回路（スタブ）からなる共振部として動作するマイクロストリップライン１２２が形成されている。マイクロストリップライン１２２は、厚み０．０５ｍｍ、幅１．０ｍｍ、長さ１８ｍｍである。また、プリント基板１２１の下面にも、上面に形成した同形状のマイクロストリップラインが形成されている。プリント基板１２１の上下面に形成された２本のマイクロストリップラインの一方の端部に特性インピーダンスを５０Ωとした給電点１２３が設けられ、他方の端部は半径０．５ｍｍのスルーホール１２４を介して２本のマイクロストリップラインが接続されている。第１の結合用電極１２６は、半径４．７５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円形モデルとし、半径０．５ｍｍ、高さ２．５ｍｍの円柱状端子によってプリント基板１２１の上面に形成されたマイクロストリップライン１２２のほぼ中央に取り付けられている。また、第２の結合用電極１２７は、第１の結合用電極１２６とは同形状であるが、第１の結合用電極１２６とは対称的となる位置で、プリント基板１２１の下面に形成されたマイクロストリップラインのほぼ中央に取り付けられている。
【００７７】
図１３Ａには、図１２に示した高周波結合器についてシミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＺ面）を示している。また、図１３Ｂには、図１２に示した高周波結合器についてシミュレーション解析した、ある位相の場合における第１の結合用電極１２６及び第２の結合用電極１２７の各々の金属表面の電流ベクトル分布を示している。但し、解析周波数は４．５ＧＨｚとする。
【００７８】
図１３Ａより、第１の結合用電極１２６及び第２の結合用電極１２７の各々のＺ軸方向に電界が集中していることが分かる。但し、これらの電界は、結合用電極の近傍では集中しているものの、アンテナとして効率よく放射している訳ではない。つまり、静電界若しくは誘導電界の分布を示しており、基本となる高周波結合器として設計されていることを表している。
【００７９】
また、図１３Ｂより、電流分布も第１の結合用電極１２６及び第２の結合用電極１２７の各中央にそれぞれ集まるように分布していることが分かる。但し、電流の向きは、第１の結合用電極１２６と第２の結合用電極１２７とで互いに逆向きとなる。図１３Ｂに示した電流分布から、第１の結合用電極１２６と第２の結合用電極１２７には、異なる符号の電荷が溜まっていることが分かる。したがって、これらの電流の向きは、逆の位相の場合には、逆向きに分布する。
【００８０】
図１３Ａ及び図１３Ｂに示したシミュレーション解析結果から、第１の結合用電極１２６から発生する電界と第２の結合用電極１２７ら発生する電界は互いに逆向きをなしており、高周波結合器全体としては２箇所の通信箇所を有していることが分かる。
【００８１】
また、いずれの結合用電極１２６、１２７も、電界は電極表面近傍では集中しているものの、アンテナとして効率よく放射している訳ではない。つまり、静電界若しくは誘導電界の分布を示しており、基本となる高周波結合器として設計されていることを表している。
【００８２】
図１４には、第１及び第２の結合用電極を備えた高周波結合器の他の構成例を示している。図１２に示した構成例では、第１の結合用電極１２６と第２の結合用電極１２７はほぼ同形状であり、第２の結合用電極１２７は、誘電体からなるプリント基板１２１に対し第１の結合用電極１２６とは対称的となる位置に取り付けられている。これに対し、図１４に示す例では、第２の結合用電極１４７は、プリント基板１４１のグランド面で、グランド・パターン１４５から突設した略Ｔ字形状の導体パターンとして構成されている。すなわち、第２の結合用電極１４７は、グランド面に対し第１の結合用電極１４６とは対称的ではない。
【００８３】
図１４において、プリント基板１４１の厚さを０．５６ｍｍ、比誘電率を４．５とし、プリント基板１４１の下面（グランド面）に形成されたグランド・パターン１４５の寸法を４０×２０×０．０５ｍｍとし、プリント基板１４１の上面には、分布定数回路（スタブ）からなる共振部として動作するマイクロストリップライン１４２が形成されている。マイクロストリップラインは、厚み０．０５ｍｍ、幅１．０ｍｍ、長さ１８ｍｍであり、一方の端部に特性インピーダンスを５０Ωとした給電点１４３が設けられ、他方の端部は半径０．５ｍｍのスルーホール１４４を介して下面側のグランド・パターン１４５と接続している。第１の結合用電極１４６は、半径４．７５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円形モデルとし、半径０．５ｍｍ、高さ２．５ｍｍの円柱状端子によってマイクロストリップライン１４４のほぼ中央に取り付けられている。また、マイクロストリップライン１４４直下のグランドは２０×６×０．０５ｍｍである。そして、１×６×０．０５ｍｍのグランド・パターン１４５をマイクロストリップライン直下のグランドの長辺のほぼ中央から接続し、さらにその先には第２の結合用電極１４７として動作する１０×１×０．０５ｍｍのグランド・パターンが形成されている。
【００８４】
図１５には、図１４に示した高周波結合器についてシミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＺ面並びにＸＹ面）を示している。同図より、第１の結合用電極１４６からは図中Ｚ軸方向の電界が集中しているのに対し、グランド面内で略Ｔ字形状のグランド・パターン１４５の一部として形成された第２の結合用電極１４７からも図中Ｙ軸方向に電界が集中していることを確認することができる。すなわち、第１の結合用電極１４６から発生する電界と第２の結合用電極１４７から発生する電界は９０度の角度をなしており、図１４に示した高周波結合器全体としては２箇所の通信箇所を有していることが分かる。
【００８５】
また、いずれの結合用電極１４６、１４７も、電界は電極表面近傍では集中しているものの、アンテナとして効率よく放射している訳ではない。つまり、静電界若しくは誘導電界の分布を示しており、基本となる高周波結合器として設計されていることを表している。
【００８６】
図１６には、図１４に示した高周波結合器を機器の筐体内に装備した様子を示している。ここで言う機器とは、例えばデジタルカメラや携帯電話機などの携帯機器である。高周波結合器の通信箇所が１つしかないと、通信不能な事態に陥り易い。これに対し、図１４に示した高周波結合器は、Ｙ軸方向とＺ軸方向の２箇所に通信箇所を有していることから、通信相手との最適な通信状況が得易くなり、さまざまな場面で大容量の情報通信が可能である。
【００８７】
図１７には、図１４に示した高周波結合器の変形例を、シミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＹ面）とともに示している。図１７は、グランド・パターンに略Ｔ字形状の導体パターンからなる複数（２つ）の第２の結合用電極を形成したものである。同図では、２つの第２の結合用電極は、Ｙ軸方向に互いに逆向きとなる（言い換えれば、ＸＹ面内でＸ軸に対して対称的となる）グランド・パターンとして形成されている。プリント基板、第１の結合用電極、グランド・パターン、並びに各々の乃第２の結合用電極の構成は図１４と同様とする。また、図１８には、図１７に示した高周波結合器についてシミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＺ面並びにＸＹ面）を示している。
【００８８】
図１８より、第１の結合用電極からは図中Ｚ軸方向の電界が集中していることと、２つの第２の結合用電極のうち一方からは、図中Ｙ軸方向の電界が集中している。すなわち、第１の結合用電極から発生する電界と第２の結合用電極から発生する電界は９０度の角度をなしていることを確認することができる。また、図１７より、図中Ｙ軸方向に互いに逆向きとなるグランド・パターンとして形成された２つの第２の結合用電極からは、図中Ｙ軸方向に互いに逆向きとなる電界がそれぞれ集中している。これら２つの第２の結合用電極から発生する電界は、第１の結合用電極から発生する電界とはそれぞれ９０度の角度をなしていることを確認することができる。
【００８９】
図１１には、図１０に示した高周波結合器の変形例として、ｎ個の第２の結合用電極が通信回路部のグランド端子に接続された高周波結合器を示し、グランド面に対し第１の結合用電極とは対称的となるｎ個の通信箇所を得ることができ、高周波結合器全体として（ｎ＋１）個の通信箇所を有することは、既に述べた通りである。これに対し、図１７に示した高周波結合器は、グランド面上で電界の結合方向が異なる２つの第２の結合用電極を備えることによって、通信可能となるこれら２方向で通信箇所を得ることができ、高周波結合器全体として３個の通信箇所を有している。
【００９０】
また、３つのうちいずれの結合用電極も、電界は電極表面近傍では集中しているものの、アンテナとして効率よく放射している訳ではない。つまり、静電界若しくは誘導電界の分布を示しており、基本となる高周波結合器として設計されていることを表している。
【００９１】
図１９Ａ並びに図１９Ｂには、高周波信号伝送路、共振部、第１及び第２の結合用電極をともに同一のプリント基板上の導体パターンとして形成した構成例を示している。但し、図１９Ａは斜視図であり、図１９Ｂは断面図である。
【００９２】
厚さ０．０５ｍｍのグランド面上に厚さが０．５６ｍｍ、比誘電率が４．５の誘電体１９１を形成し、その誘電体１９１上に厚さ０．０５ｍｍ、幅１．０ｍｍのマイクロストリップライン１９２を形成している。マイクロストリップライン１９２の長さは１８ｍｍであり、一端に特性インピーダンスを５０Ωとした給電点１９３を設け、他端は半径０．５ｍｍのスルーホール１９４を介して上記のグランド面と接続している。第１の結合用電極１９５は、このマイクロストリップライン１９２と同層のパターンとして形成されている。すなわち、共振部（スタブ）として動作するマイクロストリップライン１９２の長辺中央から、１×５×０．０５ｍｍのパターンを介して、１０×１×０．０５ｍｍのパターンからなる第１の結合用電極１９５が図中Ｙ軸方向に向けて配置されている。また、グランド面のグランド・パターン１９６の端部にも、９×３×０．０５ｍｍのパターンを介して、１×７×０．０５ｍｍのパターンからなる第２の結合用電極１９７が図中Ｘ軸方向に向けて配置されている。
【００９３】
図２０には、図１９Ａ及び図１９Ｂに示した高周波結合器についてシミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＹ面）を示している。第１の結合用電極１９５と第２の結合用電極１９７には、互いに異符号となる電荷が蓄積される。同図より、第１の結合用電極１９５からは図中Ｙ軸方向の電界が集中しているのに対し、グランド面内で略Ｔ字形状のグランド・パターンとして形成された第２の結合用電極１９７からは図中Ｘ軸方向に電界が集中していることを確認することができる。すなわち、第１の結合用電極１９５から発生する電界と第２の結合用電極１９７から発生する電界はＸＹ面内で９０度の角度をなしており、図１９に示した高周波結合器全体としてはＸ軸方向、Ｙ軸方向の２箇所から電界結合による通信が可能であることが分かる。
【００９４】
また、いずれの結合用電極１９５、１９７も、電界は電極表面近傍では集中しているものの、アンテナとして効率よく放射している訳ではない。つまり、静電界若しくは誘導電界の分布を示しており、基本となる高周波結合器として設計されていることを表している。
【００９５】
図２１Ａ、図２１Ｂには、高周波信号伝送路、共振部、第１の結合用電極を同一のプリント基板上の導体パターンとして形成するとともに、第２の結合用電極をプリント基板のグランド面から離間して配置した構成例を示している。但し、図２１Ａは上面図、図２１Ｂは底面図であり、図２１Ｃは断面図である。
【００９６】
厚さ０．０５ｍｍのグランド面２１１上に厚さが０．５６ｍｍ、比誘電率が４．５の誘電体２１２を形成し、この誘電体２１２上に厚さ０．０５ｍｍ、幅１．０ｍｍのマイクロストリップライン２１３を形成している。マイクロストリップライン２１３の長さは１８ｍｍであり、一端に特性インピーダンスを５０Ωとした給電点２１４を設け、他端は半径０．５ｍｍのスルーホール２１５を介して上記のグランド面２１１と接続している。第１の結合用電極２１６は、マイクロストリップライン２１３と同層のパターンとして形成されている。すなわち、共振部（スタブ）として動作するマイクロストリップライン２１３の長辺中央から、１×５×０．０５ｍｍのパターンを介して、１０×１×０．０５ｍｍのパターンからなる第１の結合用電極２１６が図中Ｙ軸方向に向けて配置されている。一方、他の導電体層２１７がグランド面２１１から０．９５ｍｍだけ離間して配置されている。この導電体層２１７の端部には、９×３×０．０５ｍｍのパターンを介して、１×７×０．０５ｍｍのパターンからなる第２の結合用電極２１８が図中Ｘ軸方向に向けて形成されている。
【００９７】
誘電体から離間した導電体層がない場合には、第１の結合用電極２１６に電荷が溜まると、図８に示したように、グランド面を対称面として逆符号の鏡像電荷が現れる。これに対し、図２１に示したように、グランド２１１から離間して他の導電体層２１７を配置すると、第１の結合用電極２１６に溜まった電荷とは逆符号となる電荷が導電体層の略Ｔ字形状の突起に生じることから、第２の結合用電極２１８として作用することが可能である。
【００９８】
図２２には、図２１に示した高周波結合器についてシミュレーション解析した電界強度分布（但し、同図中のＸＹ面）を示している。第１の結合用電極２１６と第２の結合用電極２１８には、互いに異符号となる電荷が蓄積される。同図より、第１の結合用電極２１６からは図中Ｙ軸方向の電界が集中しているのに対し、グランド面内で略Ｔ字形状のグランド・パターンとして形成された第２の結合用電極２１８からは図中Ｘ軸方向に電界が集中していることを確認することができる。すなわち、第１の結合用電極から発生する電界と第２の結合用電極２１８から発生する電界はＸＹ面内で９０度の角度をなしており、図２１に示した高周波結合器全体としてはＸ軸方向、Ｙ軸方向の２箇所から電界結合による通信が可能であることが分かる。
【００９９】
また、いずれの結合用電極２１６、２１８も、電界は電極表面近傍では集中しているものの、アンテナとして効率よく放射している訳ではない。つまり、静電界若しくは誘導電界の分布を示しており、基本となる高周波結合器として設計されていることを表している。
【０１００】
なお、図２１中の、第２の結合用電極２１８として利用する導電体層２１７は、プリント基板に実装された導電性部位、あるいは、シャーシ若しくは金属筐体などの機構部品を利用して構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【０１０２】
本明細書では、ＵＷＢ信号を電界結合によりケーブルレスでデータ伝送する通信システムに適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、ＵＷＢ通信方式以外の高周波信号を使用する通信システムや、比較的低い周波数信号を用いて電界結合によりデータ伝送を行なう通信システムに対しても、同様に本発明を適用することができる。
【０１０３】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【符号の説明】
【０１０４】
１０…送信機、
１１…送信回路部
１２、２２…直列インダクター
１３、２３…並列インダクター
１４…送信用電極
１５…誘電体（スペーサー）
１６…スルーホール
１７…プリント基板
１８…グランド
２０…受信機
２１…受信回路部
２４…受信用電極
３１…プリント基板
３２…グランド導体
３３…スタブ
３４…信号線パターン
３５…送受信回路モジュール
３６…スルーホール
３７…端子
３８…結合用電極
６１…結合用電極
６２…プリント基板
６３…グランド・パターン
６４…マイクロストリップライン
６５…給電点
６６…スルーホール
８１…結合用電極
８２…グランド面
８３…イメージ電極
９１…第１の結合用電極
９２…第２の結合用電極
９４…通信回路部
９５…第１の直列インダクター
９６…第１の並列インダクター
９７…第２の直列インダクター
９８…第２の並列インダクター
１０１…第１の結合用電極
１０２…第２の結合用電極
１０４…通信回路部
１０５…第１のスタブ
１０６…第２のスタブ
１１１…第１の結合用電極
１１２−１、１１２−２、…、１１２−ｎ…第２の結合用電極
１１４…通信回路部
１１５…第１のスタブ
１１６…第２のスタブ
１２１…プリント基板
１２２…マイクロストリップライン
１２３…給電点
１２４…スルーホール
１２６…第１の結合用電極
１２７…第２の結合用電極
１４１…プリント基板
１４２…マイクロストリップライン
１４３…給電点
１４４…スルーホール
１４５…グランド・パターン
１４６…第１の結合用電極
１４７…第２の結合用電極
１９１…誘電体
１９２…マイクロストリップライン
１９３…給電点
１９４…スルーホール
１９５…第１の結合用電極
１９６…グランド・パターン
１９６…第２の結合用電極
２１１…グランド面
２１２…誘電体
２１３…マイクロストリップライン
２１４…給電点
２１５…スルーホール
２１６…第１の結合用電極
２１７…他の導電体層
２１８…第２の結合用電極
【図２Ｂ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
2011023775.tif 000006
【図１３Ｂ】
2011023775.tif 000007
【図１９Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２３】
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【図１】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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