(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域化した高周波信号を電界結合によって伝搬する非接触通信システムに用いられる高周波電界結合器であって、
コイル状の線状導体からなる結合用電極と、
使用波長の２分の１の長さを有し、終端がグランドにショートされたショート・スタブからなり、所定の共振周波数で前記結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する共振部と、
を備え、
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極は、前記ショート・スタブのほぼ中央の位置に接続されるとともに、その先端はグランドにショートされる、
ことを特徴とする高周波電界結合器。
【請求項２】
広帯域化した高周波信号を電界結合によって伝搬する非接触通信システムに用いられる高周波電界結合器であって、
コイル状の線状導体からなる結合用電極と、
長さがほぼ等しい第１の共振スタブと第２の共振部からなり、終端がオープン状態となるオープン・スタブであり、所定の共振周波数で前記結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する共振部と、
を備え、
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極の両端が前記第１及び第２の共振部にそれぞれ接続され、
前記コイル状の結合用電極と、前記第１及び第２の共振スタブを併せた長さがおよそ使用波長の１波長である、
ことを特徴とする高周波電界結合器。
【請求項３】
広帯域化した高周波信号を電界結合によって伝搬する非接触通信システムに用いられる高周波電界結合器であって、
コイル状の線状導体からなる結合用電極と、
長さがほぼ等しい第１の共振スタブと第２の共振部からなり、終端がオープン状態となるオープン・スタブであり、所定の共振周波数で前記結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する共振部と、
を備え、
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極の両端が前記第１及び第２の共振部にそれぞれ接続され、
前記コイル状の結合用電極と、前記第１及び第２の共振スタブを併せた長さがおよそ使用波長の１波長であり、
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極をリング状又は螺旋状に折り曲げて、その両端が前記第１及び第２の共振部にそれぞれ接続される、
ことを特徴とする高周波電界結合器。
【請求項４】
広帯域化した高周波信号を電界結合によって伝搬する非接触通信システムに用いられる高周波電界結合器であって、
コイル状の線状導体からなる結合用電極と、
使用波長の２分の１の長さを有し、終端がグランドにショートされたショート・スタブからなり、所定の共振周波数で前記結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する共振部と、
を備え、
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極は、前記ショート・スタブのほぼ中央の位置に接続されるとともに、その先端はグランドにショートされ、
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極をリング状又は螺旋状に折り曲げて、前記ショート・スタブのほぼ中央の位置に接続されるとともに、その先端はグランドにショートされる、
ことを特徴とする高周波電界結合器。
【請求項５】
リング状に折り曲げられたコイル状の線状導体からなる結合用電極は、リングの途中でコイルの旋回方向が逆向きに切り替わる、
ことを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の高周波電界結合器。
【請求項６】
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極は、実効長がおよそ使用波長に対し２分の１の長さを有する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波電界結合器。
【請求項７】
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極の長さは、該線状導体の一端から入力された高周波信号が他端に出力されるとき、入出力信号の位相差はおよそ１８０度になるように決定される、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波電界結合器。
【請求項８】
前記線状導体の表面を絶縁層で被覆する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波電界結合器。
【請求項９】
前記線状導体を心棒の周囲に巻きつける、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波電界結合器。
【請求項１０】
前記線状導体をコイル状に巻いた後で、樹脂などで固定する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波電界結合器。
【請求項１１】
広帯域化した高周波信号を電界結合によって伝搬する非接触通信システムに用いられる高周波電界結合器であって、
コイル状の線状導体からなり、前記伝送路の一端に接続されるとともに終端がグランドにショートされ、電荷を蓄える結合用電極と、
前記結合用電極と並列に接続された集中定数回路からなり、所定の共振周波数で前記結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように回路の定数が設定され共振部と、
を備えることを特徴とする高周波電界結合器。
【請求項１２】
広帯域化した高周波信号を電界結合によって伝搬する非接触通信システムに用いられる高周波電界結合器であって、
前記高周波信号の伝送路の一端に接続される、スタブからなる共振部と、
コイル状の線状導体からなり、前記共振部の定在波の振幅が最大となる位置に接続される結合用電極と、
を備えることを特徴とする高周波電界結合器。
【請求項１３】
コイル状の線状導体からなる結合用電極と、使用波長の２分の１の長さを有し、終端がグランドにショートされたショート・スタブからなり、所定の共振周波数で前記結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きく動作する共振部を備えた高周波電界結合器に用いられ、
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極は、前記ショート・スタブのほぼ中央の位置に接続されるとともに、その先端はグランドにショートされる、
結合用電極。
【請求項１４】
コイル状の線状導体からなる結合用電極と、長さがほぼ等しい第１の共振スタブと第２の共振部からなり、終端がオープン状態となるオープン・スタブであり、所定の共振周波数で前記結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きく動作する共振部を備えた高周波電界結合器に用いられ、
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極の両端が前記第１及び第２の共振部にそれぞれ接続され、
前記コイル状の結合用電極と、前記第１及び第２の共振スタブを併せた長さがおよそ使用波長の１波長である、
結合用電極。
【請求項１５】
コイル状の線状導体からなる結合用電極と、長さがほぼ等しい第１の共振スタブと第２の共振部からなり、終端がオープン状態となるオープン・スタブであり、所定の共振周波数で前記結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きく動作する共振部を備えた高周波電界結合器に用いられ、
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極の両端が前記第１及び第２の共振部にそれぞれ接続され、
前記コイル状の結合用電極と、前記第１及び第２の共振スタブを併せた長さがおよそ使用波長の１波長であり、
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極をリング状又は螺旋状に折り曲げて、その両端が前記第１及び第２の共振部にそれぞれ接続される、
結合用電極。
【請求項１６】
コイル状の線状導体からなる結合用電極と、使用波長の２分の１の長さを有し、終端がグランドにショートされたショート・スタブからなり、所定の共振周波数で前記結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きく動作する共振部を備えた高周波電界結合器に用いられ、
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極は、前記ショート・スタブのほぼ中央の位置に接続されるとともに、その先端はグランドにショートされ、
前記のコイル状の線状導体からなる結合用電極をリング状又は螺旋状に折り曲げて、前記ショート・スタブのほぼ中央の位置に接続されるとともに、その先端はグランドにショートされる、
結合用電極。
【請求項１７】
コイル状の線状導体からなり、前記伝送路の一端に接続されるとともに終端がグランドにショートされ、電荷を蓄える結合用電極と、前記結合用電極と並列に接続された集中定数回路からなり、所定の共振周波数で前記結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように回路の定数が設定され共振部を備えた高周波電界結合器に用いられ、
コイル状の線状導体からなり、前記伝送路の一端に接続されるとともに終端がグランドにショートされ、電荷を蓄える結合用電極。
【請求項１８】
前記高周波信号の伝送路の一端に接続される、スタブからなる共振部と、コイル状の線状導体からなり、前記共振部の定在波の振幅が最大となる位置に接続される結合用電極を備えた高周波電界結合器に用いられ、
コイル状の線状導体からなり、前記共振部の定在波の振幅が最大となる位置に接続される結合用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域化した高周波信号を電界結合によって伝搬する非接触通信システムに用いられる高周波電界結合器、通信システム並びに通信装置に係り、特に、結合用電極と所定の共振周波数で結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する共振部を備えた、特性のよい高周波電界結合器、通信システム並びに通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＥＥＥ８０２．１１に代表される無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信といった、従来の無線通信システムの多くは、空中線（アンテナ）に電流を流した際に発生する放射電界を利用して信号を伝搬させる電波通信方式である。この種の通信システムでは、送信機側からは通信相手がいるかどうかに拘わらず電波を放出するので、近隣の通信システムに対する妨害電波の発生源になってしまうという問題がある。
【０００３】
他方、無線通信には、上記の電波通信以外にも、静電界や誘導電界などを利用した非接触通信方式が挙げられる。例えば、主にＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に利用されている既存の非接触通信システムでは、電界結合方式や磁界結合方式が適用されている。静電界や誘導電界は発生源からの距離に対し、それぞれ距離の３乗並びに２乗に反比例して急峻に減衰することから、無線設備から３メートルの距離での電界強度（電波の強さ）が所定レベル以下となる微弱無線が可能であり、無線局の免許を受ける必要はない。また、この種の非接触通信システムは、通信相手が近くに存在しないときには結合関係が生じず、電界が放射されないことから、他の通信システムを妨害することはない。また、遠方から電波が到来してきても、電界結合器（カプラ）が電波を受信しないので、他の通信システムからの干渉を受けなくて済む。
【０００４】
例えば、複数の通信補助体間にＲＦＩＤタグが位置するように配置した通信補助体組を形成し、通信補助体間に挟むように複数の商品に付けられたＲＦＩＤタグを配置することにより、ＲＦＩＤタグが重なり合った状態であっても、情報の安定した読み取り・書き込みが可能となるＲＦＩＤタグ・システムについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００５】
静電界や誘導電界を利用した従来のＲＦＩＤシステムは、低周波数信号を用いているため通信速度が遅く、大量のデータ伝送には不向きであった。また、アンテナ・コイルによる誘導磁界を用いて通信する方式の場合には、コイルの背面に金属板があると通信を行なうことができず、コイルを配置する平面上に大きな面積が必要となるなど、実装上の問題もある。また、伝送路における損失が大きく、信号の伝送効率がよくない。
【０００６】
これに対し、本発明者らは、広帯域化した高周波信号を電界結合によって伝搬することにより、高速データ伝送が可能な非接触通信システムを実現することができる、と考えている。このように高速化を図った非接触通信システムにおいても、勿論、微弱電界であるため無線局として免許取得が不要であるとともに、秘匿性が充分保証される。
【０００７】
電界結合による非接触通信システムでは、それぞれ平板状に形成された送信機側の結合用電極と受信機側の結合用電極とが近距離で対向して１つのコンデンサを構成し、系全体としてはバンドパス・フィルタのように動作することから、２つの高周波電界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。
【０００８】
ここで、コンデンサの容量は対向する電極の面積に比例することが知られている。このため、送受信機の結合器間で通信可能となる有効な電界を発生させるには、結合用電極の小型化が難しいという問題がある。非接触通信システムの主なアプリケーションとして、携帯電話機やデジタルスチルカメラなどの小型の情報端末を想定しているが、結合用電極のサイズが機器設計上のネックとなる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−６０２８３号公報
【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、広帯域化した高周波信号を電界結合によって伝搬する非接触通信システムに用いられる優れた高周波電界結合器、通信システム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、結合用電極と所定の共振周波数で結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する共振部を備えた、特性のよい優れた高周波電界結合器、通信システム並びに通信装置を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、所定の共振周波数での通信相手の結合器との結合特性を保ちながら小型化を実現することができる、優れた高周波電界結合器、通信システム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】
【００１３】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、広帯域化した高周波信号を電界結合によって伝搬する非接触通信システムに用いられる高周波電界結合器であって、
結合用電極と、所定の共振周波数で前記結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する共振部を備え、
前記結合用電極は、コイル状の線状導体からなる、
ことを特徴とする高周波電界結合器である。
【００１４】
本発明に係る高周波電界結合器は、結合用の電極を線状導体で構成し、コイル状に折りたたむことで、大幅な小型化が可能になる。また、従来の高周波電界結合器と同様に、所定の共振周波数で結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する共振部を、結合用電極に接続することで、特性の良い高周波電界結合器を実現することができる。
【００１５】
ここで、線状の導体の表面を絶縁層で被覆することによって、コイルの途中で短絡するのを防止するようにしてもよい。また、空芯コイルは機械的な強度に欠けるので、線状導体を心棒の周囲に巻きつけたり、あるいはコイル状に巻いた後で、樹脂などで固定したりすることで強度を向上するようにしてもよい。
【００１６】
また、共振部は、集中定数回路や、あるいは分布定数回路すなわちスタブとして構成することができる。また、スタブを用いる場合には、終端がオープン状態となるオープン・スタブや、終端がグランドにショートされたショート・スタブであってもよい。共振部がこれらのうちいずれで構成される場合であっても、所定の共振周波数で結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する役割を持つように、回路の定数やスタブの長さが設定される。
【００１７】
例えば、前記のコイル状の導体からなる結合用電極の先端はグランドにショートされ、コンデンサ素子などの集中定数回路からなる前記共振部を前記結合用電極に並列に接続することで、高周波電界結合器が構成される。
【００１８】
あるいは、共振部は使用波長λの２分の１の長さを有するショート・スタブからなり、前記のコイル状の導体からなる結合用電極を前記ショート・スタブのほぼ中央の位置に接続するとともに、結合用電極の先端をグランドにショートすることで、高周波電界結合器が構成される。
【００１９】
あるいは、共振部は、長さがほぼ等しい第１の共振スタブと第２の共振部からなり、終端がオープン状態となるオープン・スタブであり、前記のコイル状の導体からなる結合用電極の両端を前記第１及び第２の共振スタブにそれぞれ接続することで、高周波電界結合器が構成される。この場合、コイル状の結合用電極と、第１及び第２の共振スタブを併せた長さが使用波長λのおよそ１波長分であることが好ましい。
【００２０】
また、コイル状の線状導体からなる結合用電極を、直線状にして共振部に接続してもよいが、その変形例として、リング状に折り曲げるようにしてもよい。後者の場合、結合用電極がリング状となることでより狭い空間に収容することができ、高周波電界結合器のサイズをさらに小型化することができる。また、コイルが直線状であれば電界の向きがコイルの半径方向に一様となるのに対し、リング状にすることで向き依存性を小さくして安定した結合強度を得ることができる。また、結合用電極を構成するコイルを、リング状ではなく螺旋状に折り曲げることで、小型化並びに結合強度向上の効果がさらに増すと考えられる。
【００２１】
また、リング状に折り曲げられたコイル状の導体からなる結合用電極を用いる場合、リングの途中でコイルの旋回方向を逆向きに切り替えるようにしてもよい。この場合、旋回方向が逆となる複数のコイルを組み合わせてコイル状の結合用電極を構成することと等価である。コイルの旋回方向を逆向きにすることで、結合用電極内部に発生する磁流を打ち消して、不要な電波の放射を低減することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、広帯域化した高周波信号を電界結合によって伝搬する非接触通信システムに用いられる優れた高周波電界結合器、通信システム並びに通信装置を提供することができる。
【００２３】
また、本発明によれば、結合用電極と、所定の共振周波数で結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する共振部を備えた、特性のよい優れた高周波電界結合器、通信システム並びに通信装置を提供することができる。
【００２４】
また、本発明によれば、所定の共振周波数での通信相手の結合器との結合特性を保ちながら小型化を実現することができる、優れた高周波電界結合器、通信システム並びに通信装置を提供することができる。本発明によれば、結合用の電極を線状導体で構成し、コイル状に折りたたむことで、大幅な小型化が可能になる。また、従来の高周波電界結合器と同様に、所定の共振周波数で結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する共振部を、結合用電極に接続することで、特性の良い高周波電界結合器を実現することができる。
【００２５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００２７】
本発明は、静電界若しくは誘導電界を利用して情報機器間でデータ伝送を行なう通信システムに関する。静電界若しくは誘導電界に基づく通信方式によれば、通信相手が近くに存在しないときには結合関係がなく電波を放射しないので、放射電界を利用した電波通信方式とは相違して、他の通信システムを妨害することはない。また、遠方から電波が到来してきても、結合器が電波を受信しないので、他の通信システムからの干渉を受けなくて済む。
【００２８】
また、アンテナを用いた従来の電波通信では放射電界の電界強度が距離に反比例するのに対し、誘導電界では電界強度が距離の２乗に、静電界では電界強度が距離の３乗に反比例して減衰する。したがって、電界結合に基づく通信方式によれば、近隣に存在する他の無線システムにとってノイズ・レベル程度となる微弱無線を構成することができ、無線局の免許を受ける必要はなくなる。
【００２９】
なお、時間的に変動する静電界のことを「準静電界」と呼ぶこともあるが、本明細書ではこれを含めて「静電界」に統一して称することにする。
【００３０】
従来の静電界若しくは誘導電界を利用した通信では、低周波信号を用いるため大量のデータ伝送には不向きである。これに対し、本発明に係る通信システムでは、高周波信号を電界結合で伝送することによって、大容量伝送が可能である。具体的には、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）通信のように高周波、広帯域を使用する通信方式を電界結合に適用することで、微弱無線であるとともに、大容量データ通信を実現することができる。
【００３１】
本発明者らは、ＵＷＢローバンドを利用したデータ伝送システムを、モバイル機器に搭載する有効な無線通信技術の１つと考えている。例えば、ストレージ・デバイスを含む超高速な近距離用のＤＡＮ（Ｄｅｖｉｃｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）など、近距離エリアにおける高速データ伝送を実現することが可能である。静電界若しくは誘導電界を利用したＵＷＢ通信システムによれば、微弱電界によるデータ通信が可能であるとともに、例えば動画像やＣＤ１枚分の音楽データといった大容量のデータを高速且つ短時間で転送することができる（例えば、本出願人に既に譲渡されている特願２００６−２４５６１４号明細書、特願２００６−３１４４５８号明細書、特願２００７−１５９６２９号明細書を参照のこと）。
【００３２】
図１には、静電界若しくは誘導電界を利用した非接触通信システムの構成を模式的に示している。図示の通信システムは、データ送信を行なう送信機１０と、データ受信を行なう受信機２０で構成される。同図に示すように送受信機それぞれの高周波電界結合器を向かい合わせて配置すると、２つの電極が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から、２つの高周波電界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。
【００３３】
送信機１０及び受信機２０がそれぞれ持つ送受信用の電極１４及び２４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。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へ信号が伝搬する。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。
【００３４】
静電界を利用したＵＷＢ通信システムにおいて、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、信号は反射して伝搬損を生じる。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電界結合器を、図２に示す等価回路のように、平板状の電極１４、２４と、直列インダクタ１２、２２、並列インダクタ１３、２３を高周波信号伝送路に接続して構成している。このような高周波電界結合器を、図３に示す等価回路のように向かい合わせて配置すると、２つの電極が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ため、２つの高周波電界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。ここで言う高周波信号伝送路とは、同軸ケーブルや、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路などを示す。
【００３５】
図４には、プリント基板上に実装した高周波電界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１０２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１０１に、高周波電界結合器が配設されている。高周波電界結合器のインピーダンス整合部並びに共振部として、並列インダクタと直列インダクタの代わりに、分布定数回路としての導体パターンすなわちスタブ１０３が形成され、信号線パターン１０４を介して送受信回路モジュール１０５と結線している。スタブ１０３は、先端においてプリント基板１０１を貫挿するスルーホール１０６を介して下面のグランド１０２に接続してショートされ、また、スタブ１０３の中央付近において金属線１０７を介して結合用電極１０８に接続される。
【００３６】
スタブ１０３の長さは高周波信号の２分の１波長程度とし、信号線１０４とスタブ１０３はプリント基板１０１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。スタブ１０３の長さが２分の１波長で先端がショートしているとき、スタブ１０３内に発生する定在波の電圧振幅はスタブの先端で０となり、スタブの中央、すなわちスタブ１０３の先端から４分の１波長のところで最大となる。電圧振幅が最大となるスタブ１０３の中央に結合用電極１０８を金属線１０７で接続することで、伝搬効率の良い高周波電界結合器を作ることができる。また、インピーダンス整合部をスタブ１０３すなわちプリント基板１０１上の導体パターンからなる分布定数回路で構成することにより、広い帯域にわたって均一な特性を得ることができる。
【００３７】
静電界若しくは誘導電界を利用した非接触通信システムでは、高周波電界結合器は、アンテナから発する放射電界に比べて距離による減衰が大きい静電界若しくは誘導電界で結合するので、近距離通信の結合ユニットとしての用途に適している。
【００３８】
図４に示したように、高周波電界結合器の結合用電極を面状の導体で構成している場合、小型化には適していない。
【００３９】
これに対し、結合用の電極を線状導体で構成し、さらにこの線状導体をコイル状に折りたたむことで、大幅な小型化が可能になる。図４に示した高周波電界結合器と同様に、所定の共振周波数で結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する共振部を結合用電極に接続することで、特性の良い高周波電界結合器を実現することができる。
【００４０】
結合用電極を線状導体で構成した場合も、図４に示した高周波電界結合器と同様に、結合用電極や共振部はプリント基板上に設置され、基板の反対の面はグランドで覆われている。
【００４１】
線状の導体からなる結合用電極は、実効長が使用波長λに対しおよそ２分の１の長さからなるコイル状の導体である。つまり、結合用電極を構成するコイル状導体の一端から入力された高周波信号が他端に出力されるとき、入出力信号の位相差はおよそ１８０度になるように長さが決められる。高周波信号が入力されるとき、コイル内部には定在波が立つ。
【００４２】
線状の導体の表面を絶縁層で被覆することによって、コイルの途中で短絡するのを防止するようにしている。また、空芯コイルは機械的な強度に欠けるので、線状導体を心棒の周囲に巻きつけたり、あるいはコイル状に巻いた後で樹脂などで固定したりすることで（いずれも図示しない）、機械的な強度を向上する。
【００４３】
また、コイル状の結合用電極には、共振部が接続される。共振部は、集中定数回路や、あるいは分布定数回路すなわちスタブとして構成することができる。また、スタブを用いる場合には、終端がオープン状態となるオープン・スタブや、終端がグランドにショートされたショート・スタブであってもよい。共振部がいずれで構成される場合であっても、所定の共振周波数で結合用電極に溜まる電荷量の振幅を大きくするように動作する役割を持つように、回路の定数やスタブの長さが設定される。
【００４４】
図５には、共振部が集中定数回路により構成される場合の高周波電界結合器の構成を示している。コイル状の結合用電極の先端はグランドにショートされている。また、共振部は、集中定数回路としてのコンデンサ素子からなるが、結合用電極と並列に接続されている。
【００４５】
また、図６には、共振部が２分の１波長のショート・スタブで構成される場合の高周波電界結合器の構成例を示している。コイル状の結合用電極は、ショート・スタブのほぼ中央の位置に接続され、また、その先端はグランドにショートされている。結合用電極をショート・スタブのほぼ中央の位置に接続するのは、２分の１波長の長さを持つショート・スタブは、その中央付近で定在波の振幅が最大となることに依拠する。
【００４６】
また、図７には、共振部がオープン・スタブで構成される場合の高周波電界結合器の構成例を示している。図示の例では、共振部は、長さがほぼ等しい第１の共振スタブと第２の共振部に分割され、コイル状の導体からなる結合用電極の両端が前記第１及び第２の共振スタブにそれぞれ接続されている。この場合、コイル状の結合用電極と、第１及び第２の共振スタブを併せた長さが使用波長λのおよそ１波長であることが好ましい。
【００４７】
また、図８に、共振部がオープン・スタブで構成される場合の高周波電界結合器についての他の構成例を示している。図示の例においても、共振部は、長さがほぼ等しい第１の共振スタブと第２の共振部に分割されている。但し、図７に示した例では、コイル状の線状導体からなる結合用電極を直線状にしてその両端を第１及び第２の共振スタブにそれぞれ接続しているが、これに対し図８に示す例では、コイル状の線状導体からなる結合用電極をリング状に折り曲げてその両端を第１及び第２の共振スタブにそれぞれ接続している。コイル状の結合用電極と第１及び第２の共振スタブを併せた長さがおよそ１波長であることが好ましいが、後者の場合、結合用電極がリング状となることでより狭い空間に収容することができ、高周波電界結合器のサイズをさらに小型化することができる。また、コイルが直線状であれば電界の向きがコイルの半径方向に一様となるのに対し、リング状にすることで向き依存性を小さくして安定した結合強度を得ることができる。
【００４８】
また、結合用電極を構成するコイルを、リング状ではなく螺旋状に折り曲げることで（図示しない）、その効果がさらに増すと考えられる。
【００４９】
図９には、共振部が２分の１波長のショート・スタブで構成される場合の高周波電界結合器の他の構成例を示している。コイル状の結合用電極は、ショート・スタブのほぼ中央の位置に接続され、また、その先端はグランドにショートされている。結合用電極をショート・スタブのほぼ中央の位置に接続するのは、２分の１波長の長さを持つショート・スタブは、その中央付近で定在波の振幅が最大となることに依拠する。図６に示した構成例との主な相違点は、コイル状の線状導体からなる結合用電極をリング状に折り曲げていることにある。結合用電極がリング状となることでより狭い空間に収容することができ、高周波電界結合器のサイズをさらに小型化することができる。また、コイルが直線状であれば電界の向きがコイルの半径方向に一様となるのに対し、リング状にすることで向き依存性を小さくして安定した結合強度を得ることができる。また、結合用電極を構成するコイルを、リング状ではなく螺旋状に折り曲げることで、その効果がさらに増すと考えられる（同上）。
【００５０】
また、図９に示した例では、リング状に折り曲げられたコイル状の導体からなる結合用電極は、リングの途中でコイルの旋回方向が逆向きに切り替わっている。この場合、旋回方向が逆となる複数のコイルを組み合わせてコイル状の結合用電極を構成することと等価である。コイルの旋回方向を逆向きにすることで、結合用電極内部に発生する磁流を打ち消して、不要な電波の放射を低減することができる。
【００５１】
勿論、図８に示した共振部がオープン・スタブで構成される高周波電界結合器においても、リングの途中でコイルの旋回方向が逆向きに切り替えるようにしてもよい。
【００５２】
図１０には、結合用電極がコイル状の線状導体からなる高周波電界結合器の伝搬損を、平板状の結合用電極からなる高周波電界結合器と比較した結果を示している。結合用電極を金属平板で構成した高周波電界結合器は、電極の面積や高さが小さくなると効率が低下し損失が大きくなる。これに対し、結合用電極をコイルで構成した高周波電界結合器は、電極サイズが小さくても平板の高周波電界結合器に比べて損失は小さい。これは、平板状の電極に比べて線状の電極の方がグランドとの結合が弱く、外部に電界を形成し易いためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。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。
【００５４】
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結合器を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。
【００５５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、静電界若しくは誘導電界による電界結合を利用した非接触通信システムの構成例を示した図である。
【図２】図２は、高周波電界結合器の等価回路を示した図である。
【図３】図３は、図１に示した非接触通信システムの等価回路を示した図である。
【図４】図４は、プリント基板上に実装した高周波電界結合器の構成例を示した図である。
【図５】図５は、共振部が集中定数回路により構成される場合の高周波電界結合器の構成を示した図である。
【図６】図６は、共振部が２分の１波長のショート・スタブで構成される場合の高周波電界結合器の構成例を示した図である。
【図７】図７は、共振部がオープン・スタブで構成される場合の高周波電界結合器の構成例を示した図である。
【図８】図８は、共振部がオープン・スタブで構成される場合の高周波電界結合器についての他の構成例を示した図である。
【図９】図９は、共振部が２分の１波長のショート・スタブで構成される場合の高周波電界結合器の他の構成例を示した図である。
【図１０】図１０は、結合用電極がコイル状の線状導体からなる高周波電界結合器の伝搬損を、平板状の結合用電極からなる高周波電界結合器と比較した結果を示した図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…送信機
１１…送信回路部
１２…直列インダクタ
１３…並列インダクタ
１４…結合用電極
２０…受信機
２１…受信回路部
２２…直列インダクタ
２３…並列インダクタ
２４…結合用電極
１０１…プリント基板
１０２…グランド導体
１０３…スタブ
１０４…信号線パターン
１０５…送受信回路モジュール
１０６…スルーホール
１０７…金属線
１０８…結合用電極
【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１】
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【図４】
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