(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁場の変化により信号を伝達するシート状の信号伝達装置(101)と、当該信号伝達装置(101)との間で信号を伝達するインターフェース装置と、を有する通信システムであって、
（ａ）  前記信号伝達装置(101)は、
当該電磁場の周波数帯ω/(2π)において導電体である外形が平板状の形状の第１導体部(111)、
前記第１導体部(111)と略平行に距離hだけ離間して配置され、当該電磁場の周波数帯ω/(2π)において導電体である外形が平板状の形状の第２導体部(121)
を備え、
（ｂ）  前記インターフェース装置(1201)は、
前記第１導体部(111)に対向する面を有する第１電極(1211)、
前記第１導体部(111)に対向する面を有し、当該第１電極(1211)とは異なる位置に配置される第２電極(1222)
を備え、
（ｃ）当該第１導体部(111)と当該第２導体部(121)との間の狭間領域(131)の誘電率ε2、透磁率μ2と、
前記第１導体部(111)の表面における当該表面広がり方向の電界Exの電流密度Ixに対する比であるシートインピーダンスσ = Ex／Ix = r + jXのリアクタンス成分Xと、
当該第１電極(1211)および当該第２電極(1222)の少なくとも一方の電極と前記第１導体部(111)との間の浸出領域(141)の誘電率ε1、透磁率μ1と、
γ = Xε2/〔hω(ε2μ2 - ε1μ1)〕
と定義される正規化シートリアクタンスγと、
当該少なくとも一方の電極と前記第１導体部(111)との間の距離Hに対して
η = Hε2/(hε1)
と定義される正規化距離ηと、
所望の電磁エネルギー吸出し率ならびに現在の正規化シートリアクタンスγに対して定められるηの上限値ηmaxと、について、
現在の正規化距離ηがηmaxより小さくなるまで前記インターフェース装置(1201)と前記信号伝達装置(101)とを近付けて、
当該浸出領域(141)と、当該狭間領域(131)と、において、当該周波数帯で、当該第１導体部(111)の表面広がり方向に当該電磁場を伝達する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の通信システムであって、
前記第１導体部(111)の、前記少なくとも一方の電極が対向する領域は、導電体の空間的分布が不均一であり、
当該正規化シートリアクタンスγの絶対値|γ|は、１より極端に小さい値ではない
ことを特徴とする通信システム。
【請求項３】
請求項２に記載の通信システムであって、
前記第１導体部(111)は、メッシュ状の導電体からなる
ことを特徴とする通信システム。
【請求項４】
請求項２に記載の通信システムであって、
前記第１導体部(111)は、凹凸をつけて波打たせた形状の導電体薄膜からなる
ことを特徴とする通信システム。
【請求項５】
請求項２に記載の通信システムであって、
前記第１導体部(111)は、布状に編んだ導電体繊維からなる
ことを特徴とする通信システム。
【請求項６】
請求項２に記載の通信システムであって、
前記狭間領域(131)には誘電体が充填され、前記第１導体部(111)は当該充填された誘電体の表面近傍に導電体微粒子を混入させることによって形成される
ことを特徴とする通信システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の通信システムであって、
前記第２導体部(121)は、前記第１導体部(111)と同じ構造からなる
ことを特徴とする通信システム。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の通信システムであって、
前記狭間領域(131)には、空気を包含する多孔質性の誘電体が充填される
ことを特徴とする通信システム。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載の通信システムであって、
当該第１電極(1211)および当該第２電極(1222)は、当該第１導体部(111)に略垂直な方向の面と、当該第１導体部(111)に略平行な方向の面と、を有する略Ｌ字形であり、
当該第１電極(1211)および当該第２電極(1222)の当該第１導体部(111)に略垂直な方向の面は、互いに平行に間隔wで対向し、
当該第１電極(1211)および当該第２電極(1222)の当該第１導体部(111)に略平行な方向の面は、当該Ｌ字形の角から離れるにしたがって当該第１導体部(111)との距離を滑らかに増加させ、
当該第１電極(1211)および当該第２電極(1222)の当該第１導体部(111)に略垂直な方向の面同士の間の誘電率ε3に対して、
ν = wε2/(hε3)
と定義される正規化間隔νについて、νとηは同程度である
ことを特徴とする通信システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の通信システムであって、
当該狭間領域(131)の厚さは、当該電磁場の周波数帯の波長と同程度もしくはそれ以下である
ことを特徴とする通信システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の通信システムであって、
当該第２導体部(121)は、建築物の壁に貼り付けられ、
当該第２導体部(121)を覆うように当該電磁波の周波数帯における絶縁体が配置され、
当該第１導体部(111)は、当該配置された絶縁体に貼り付けられる
ことを特徴とする通信システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の通信システムであって、
当該第２導体部(121)は、乗物の外殻をなす導電体であり、
当該第２導体部(121)の内側を覆うように当該電磁波の周波数帯における絶縁体が配置され、
当該第１導体部(111)は、当該配置された絶縁体に貼り付けられる
ことを特徴とする通信システム。
【請求項１３】
請求項１から６、１０、１１、１２のいずれか１項に記載の通信システムにおけるインターフェース装置(1201)。
【請求項１４】
インターフェース装置との間で電磁場の変化により信号を伝達するシート状の信号伝達装置(101)であって、
当該電磁場の周波数帯ω/(2π)において導電体である外形が平板状の形状の第１導体部(111)、
前記第１導体部(111)と略平行に距離hだけ離間して配置され、当該電磁場の周波数帯ω/(2π)において導電体である外形が平板状の形状の第２導体部(121)
を備え、
当該第１導体部(111)と当該第２導体部(121)との間の狭間領域(131)の誘電率ε2、透磁率μ2と、
前記第１導体部(111)の表面における当該表面広がり方向の電界Exの電流密度Ixに対する比であるシートインピーダンスσ = Ex／Ix = r + jXのリアクタンス成分Xと、
当該インターフェース装置と前記第１導体部(111)との間の浸出領域(141)の誘電率ε1、透磁率μ1と、
γ = Xε2/〔hω(ε2μ2 - ε1μ1)〕
と定義される正規化シートリアクタンスγと、
当該インターフェース装置と前記第１導体部(111)との間の距離Hに対して
η = Hε2/(hε1)
と定義される正規化距離ηと、
所望の電磁エネルギー吸出し率ならびに現在の正規化シートリアクタンスγに対して定められるηの上限値ηmaxと、について、
現在の正規化距離ηがηmaxより小さくなるまで前記インターフェース装置(1201)と前記信号伝達装置(101)とを近付けて、
当該浸出領域(141)と、当該狭間領域(131)と、において、当該周波数帯で、当該第１導体部(111)の表面広がり方向に当該電磁場を伝達する
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。
【請求項１５】
請求項１４に記載の信号伝達装置(101)であって、
前記第１導体部(111)の、前記少なくとも一方の電極が対向する領域は、導電体の空間的分布が不均一であり、
当該正規化シートリアクタンスγの絶対値|γ|は、１より極端に小さい値ではない
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。
【請求項１６】
請求項１４に記載の信号伝達装置(101)であって、
前記第１導体部(111)は、メッシュ状の導電体からなる
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。
【請求項１７】
請求項１４に記載の信号伝達装置(101)であって、
前記第１導体部(111)は、凹凸をつけて波打たせた形状の導電体薄膜からなる
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。
【請求項１８】
請求項１４に記載の信号伝達装置(101)であって、
前記第１導体部(111)は、布状に編んだ導電体繊維からなる
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。
【請求項１９】
請求項１４に記載の信号伝達装置(101)であって、
前記狭間領域(131)には誘電体が充填され、前記第１導体部(111)は当該充填された誘電体の表面近傍に導電体微粒子を混入させることによって形成される
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。
【請求項２０】
請求項１４から１９のいずれか１項に記載の信号伝達装置(101)であって、
前記第２導体部(121)は、前記第１導体部(111)と同じ構造からなる
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。
【請求項２１】
請求項１４から１９のいずれか１項に記載の信号伝達装置(101)であって、
前記狭間領域(131)には、空気を包含する多孔質性の誘電体が充填される
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。
【請求項２２】
請求項１４から１９のいずれか１項に記載の信号伝達装置(101)であって、
当該第２導体部(121)は、建築物の壁に貼り付けられ、
当該第２導体部(121)を覆うように当該電磁波の周波数帯における絶縁体が配置され、
当該第１導体部(111)は、当該配置された絶縁体に貼り付けられる
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。
【請求項２３】
請求項１４から１９のいずれか１項に記載の信号伝達装置(101)であって、
当該第２導体部(121)は、乗物の外殻をなす導電体であり、
当該第２導体部(121)の内側を覆うように当該電磁波の周波数帯における絶縁体が配置され、
当該第１導体部(111)は、当該配置された絶縁体に貼り付けられる
ことを特徴とする信号伝達装置(101)。
【請求項２４】
請求項１４から１９のいずれか１項に記載の信号伝達装置(101)と、当該信号伝達装置(101)により伝達される信号を受信する導線アンテナと、を備える通信システムであって、
前記導線アンテナは、前記信号伝達装置(101)の第１導体部(111)からの距離が、
L = 〔(μ2ε2 - μ1ε1)ω2 + Xε2ω/h〕-1/2
により定義される減衰距離Lより極端に大きくない距離より近く配置される
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の通信システムであって、
前記信号伝達装置(101)が伝達する信号は、当該信号伝達装置(101)の第１導体部(111)および第２導体部(121)に有線接続されるケーブルから供給される
ことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インターフェース装置の電極をシート状の概形を有する信号伝達装置に非接触に対向させて信号を効率良く伝達する通信システム、インターフェース装置、および、信号伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の通信素子が埋め込まれたシート状（布状、紙状、箔状、板状、膜状、フィルム状、メッシュ状など、面としての広がりを持ち、厚さが薄いもの。）の通信装置に関する技術が、本願の発明者らによって提案されている。たとえば、以下の文献では、個別の配線を形成することなく、シート状の部材（以下「シート状体」という。）に埋め込まれた複数の通信素子が信号を中継することにより信号を伝達する通信装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−００７４４８号公報
【０００３】
ここで、[特許文献１]に開示される技術においては、各通信素子は、シート状体の面に格子状、三角形状、もしくは蜂の巣状の図形の頂点に配置される。各通信素子は、当該通信素子により発生された電位の変化が近傍には強く、遠方には減衰して伝播することを利用して、周辺に配置されている他の通信素子とのみ通信する。【０００４】
この局所的な通信により通信素子間で信号を順次伝達することによって、目的とする通信素子まで信号が伝達される。また、複数の通信素子は管理機能により階層に分けられ、各階層において経路データが設定されており、効率よく最終目的の通信素子まで信号を伝達することが可能となる。【０００５】
一方で、発明者らの研究により、互いに対向するシート状体に挟まれる狭間領域に電磁場を存在させ、２つのシート状体の間の電圧を変化させて当該電磁場を変化させたり、当該電磁場の変化によってシート状体の間の電圧を変化させて、電磁場を進行させ、通信を行う技術が開発されている。【０００６】
２つのシート状体の間の電圧を検知するには、通信機器を直接両者に有線接続したり、コネクタをシート状体に設け、これを通信機器に接続するのが一般的であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような有線接続をできるだけ行わないようにし、外部の通信機器をシート状体の近傍に寄せることによって信号の伝達ができるようにすると、ユーザにとっても使いやすくなり、メンテナンス効率も向上する。【０００８】
そこで、このような要望に対応するための新しい技術が強く求められている。【０００９】
本発明は、このような要望に応えるもので、インターフェース装置の電極をシート状の概形を有する信号伝達装置に非接触に対向させて信号を効率良く伝達する通信システム、インターフェース装置、および、信号伝達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】
【００１０】
以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、下記の発明を開示する。【００１１】
本発明の第１の観点に係る通信システムは、電磁場の変化により信号を伝達するシート状の信号伝達装置(101)と、当該信号伝達装置(101)との間で信号を伝達するインターフェース装置と、を有し、以下のように構成する。【００１２】
まず、信号伝達装置(101)は、当該電磁場の周波数帯ω/(2π)において導電体である外形が平板状の形状の第１導体部(111)、第１導体部(111)と略平行に距離hだけ離間して配置され、当該電磁場の周波数帯ω/(2π)において導電体である外形が平板状の形状の第２導体部(121)を備える。【００１３】
一方、インターフェース装置(1201)は、第１導体部(111)に対向する面を有する第１電極(1211)、第１導体部(111)に対向する面を有し、当該第１電極(1211)とは異なる位置に配置される第２電極(1222)を備える。【００１４】
さらに、【００１５】
当該第１導体部(111)と当該第２導体部(121)との間の狭間領域(131)の誘電率ε2、透磁率μ2と、【００１６】
第１導体部(111)の表面における当該表面広がり方向の電界Exの電流密度Ixに対する比であるシートインピーダンスσ = Ex／Ix = r + jXのリアクタンス成分Xと、【００１７】
当該第１電極(1211)および当該第２電極(1222)の少なくとも一方の電極と第１導体部(111)との間の浸出領域(141)の誘電率ε1、透磁率μ1と、
γ = Xε2/〔hω(ε2μ2 - ε1μ1)〕
と定義される正規化シートリアクタンスγと、【００１８】
当該少なくとも一方の電極と第１導体部(111)との間の距離Hに対して
η = Hε2/(hε1)
と定義される正規化距離ηと、について、
(μ2ε2 - μ1ε1)ω2 + Xε2ω/h > 0【００１９】
が成立する。【００２０】
そして、γが１より極端に小さい値ではない。【００２１】
さらに、ηが１と同程度もしくは１以下になるまで、インターフェース装置(1201)と信号伝達装置(101)とを近付けて、当該浸出領域(141)と、当該狭間領域(131)と、において、当該周波数帯で、当該第１導体部(111)の表面広がり方向に当該電磁場を伝達する。【００２２】
また、本発明の通信システムにおいて、第１導体部(111)の、少なくとも一方の電極が対向する領域は、導電体の空間的分布が不均一であるように構成することができる。【００２３】
また、本発明の通信システムにおいて、第１導体部(111)は、メッシュ状の導電体からなるように構成することができる。【００２４】
また、本発明の通信システムにおいて、第１導体部(111)は、凹凸をつけて波打たせた形状の導電体薄膜からなるように構成することができる。【００２５】
また、本発明の通信システムにおいて、第１導体部(111)は、布状に編んだ導電体繊維からなるように構成することができる。【００２６】
また、本発明の通信システムにおいて、狭間領域(131)には誘電体が充填され、第１導体部(111)は当該充填された誘電体の表面近傍に導電体微粒子を混入させることによって形成されるように構成することができる。【００２７】
また、本発明の通信システムにおいて、第２導体部(121)は、第１導体部(111)と同じ構造からなるように構成することができる。【００２８】
また、本発明の通信システムにおいて、狭間領域(131)には、空気を包含する多孔質性の誘電体が充填されるように構成することができる。【００２９】
また本発明の通信システムにおいて、当該第１電極(1211)および当該第２電極(1222)は、当該第１導体部(111)に略垂直な方向の面と、当該第１導体部(111)に略平行な方向の面と、を有する略Ｌ字形であり、当該第１電極(1211)および当該第２電極(1222)の当該第１導体部(111)に略垂直な方向の面は、互いに平行に間隔wで対向し、当該第１電極(1211)および当該第２電極(1222)の当該第１導体部(111)に略平行な方向の面は、当該Ｌ字形の角から離れるにしたがって当該第１導体部(111)との距離を滑らかに増加させ、当該第１電極(1211)および当該第２電極(1222)の当該第１導体部(111)に略垂直な方向の面同士の間の誘電率ε3に対して、
ν = wε2/(hε3)
と定義される正規化間隔νについて、νとηは同程度であるように構成することができる。【００３０】
また本発明の通信システムにおいて、当該狭間領域(131)の厚さは、当該電磁場の周波数帯の波長と同程度もしくはそれ以下であるように構成することができる。【００３１】
また、本発明の通信システムにおいて、当該第２導体部(121)は、建築物の壁に貼り付けられ、当該第２導体部(121)を覆うように当該電磁波の周波数帯における絶縁体が配置され、当該第１導体部(111)は、当該配置された絶縁体に貼り付けられるように構成することができる。【００３２】
また、本発明の通信システムにおいて、当該第２導体部(121)は、乗物の外殻をなす導電体であり、当該第２導体部(121)の内側を覆うように当該電磁波の周波数帯における絶縁体が配置され、当該第１導体部(111)は、当該配置された絶縁体に貼り付けられるように構成することができる。【００３３】
本発明のその他の観点に係るインターフェース装置(1201)は、上記の通信システムにおけるインターフェース装置(1201)である。【００３４】
本発明のその他の観点に係る信号伝達装置(101)は、上記の通信システムにおける信号伝達装置(101)である。【００３５】
本発明のその他の観点にかかる通信システムは、上記の信号伝達装置(101)と、当該信号伝達装置(101)により伝達される信号を受信する導線アンテナと、を備え、導線アンテナは、信号伝達装置(101)の第１導体部(111)からの距離が、
L = 〔(μ2ε2 - μ1ε1)ω2 + Xε2ω/h〕-1/2
により定義される減衰距離Lより極端に大きくない距離より近く（典型的には、減衰距離L以下の近く）に配置されるように構成する。【００３６】
また、本発明の通信システムにおいて、信号伝達装置(101)が伝達する信号は、当該信号伝達装置(101)の第１導体部(111)および第２導体部(121)に有線接続されるケーブルから供給されるように構成することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、インターフェース装置の電極をシート状の概形を有する信号伝達装置に非接触に対向させて信号を効率良く伝達する通信システム、インターフェース装置、および、信号伝達装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の基本関連技術に係るインターフェース装置と組み合わせて使用する信号伝達装置の概要構成を示す説明図である。
【図２】本基本関連技術の信号伝達装置に対する最も単純な形状のインターフェース装置の様子を示す説明図である。
【図３】本発明の基本関連技術に係るインターフェース装置と組み合わせて使用する信号伝達装置の概要構成を示す説明図である。
【図４】信号伝達装置の分析に用いる座標系の様子を示す説明図である。
【図５】信号伝達装置の種々の場所の垂直電界の強度を示す説明図である。
【図６】電磁場の指向性を説明するための説明図である。
【図７】指向性を有するインターフェース装置の一つの基本関連技術の概要構成を示す説明図である。
【図８】インターフェース装置におけるtとwの値の関係を示す説明図である。
【図９】内部導体部の経路導体部に接続される側の概形を示す説明図である。
【図１０】インターフェース装置の形状のパラメータを示す説明図である。
【図１１】内部導体部の近傍の領域に生ずる電磁場の様子を示す説明図である。
【図１２】φ1モードの電磁場の様子を示す説明図である。
【図１３】円形のインターフェース装置の概要構成を示す説明図である。
【図１４】円形のインターフェース装置の概要構成を示す説明図である。
【図１５】インターフェース装置の他の基本関連技術を示す説明図である。
【図１６】パラメータの関係と、電流や磁場の様子を示す説明図である。
【図１７】インピーダンス整合を行う手法を示す説明図である。
【図１８】信号伝達装置とインターフェース装置の実験パラメータを示す説明図である。
【図１９】インターフェース装置を信号伝達装置から次第に離していく場合の受信電力を示すグラフである。
【図２０】２つのインターフェース装置の一方のメッシュに対する向きを変化させた場合の他方の受信電力を示すグラフである。
【図２１】２つのインターフェース装置の一方の位置を移動させた場合の他方の受信電力を示すグラフである。
【図２２】インターフェース装置の他の基本関連技術の断面を示す説明図である。
【図２３】インターフェース装置と、これが接続可能な他の形態の信号伝達装置のとの関係を示す断面図である。
【図２４】信号伝達装置に有線接続を行う場合の説明図である。
【図２５】信号伝達装置の第１導体部をメッシュ状ではなく、ストライプ状にした基本関連技術を示す説明図である。
【図２６】インターフェース装置と信号伝達装置とからなる通信システムの実施例の断面形状を示す説明図である。
【図２７】本願発明の実施形態に係る信号伝達装置とインターフェース装置における諸条件を説明する説明図である。
【図２８】正規化シートリアクタンスγ = 1としたときの、正規化距離ηと吸い出される電磁エネルギーの関係を示すグラフである。
【図２９】ある正規化シートリアクタンスγに対して、吸出し可能なエネルギー割合の最大となるときの正規化距離ηの値（ηmax）を示すグラフである。
【図３０】ある正規化シートリアクタンスγに対して、正規化距離ηを変化させたときの吸出し可能なエネルギー割合の最大値（(J1+J2)max）を示すグラフである。
【図３１】γ = 0.1としたときの、正規化距離ηと吸い出し可能なエネルギー割合の関係を示すグラフである。
【図３２】結合を強めるためのインターフェース装置の電極形状を説明する説明図である。
【図３３】インターフェース装置の具体的な形状の一例を示す説明図である。
【図３４】インターフェース装置の銅板製の電極の展開図である。
【図３５】信号伝達装置とインターフェース装置の通信性能の実験の諸元を表す説明図である。
【図３６】通信性能実験の結果を示すグラフ群である。
【図３７】実験で用いる等方性インターフェース装置の概要構成を示す説明図である。
【図３８】実験における等方性インターフェース装置、信号伝達装置、導線アンテナの配置を示す説明図である。
【図３９】等方性インターフェース装置と導線アンテナの間の信号伝達性能を示すグラフである。
【図４０】等方性インターフェース装置同士を３０ｃｍ離間させて信号伝達装置に密着させ、１ＧＨｚ〜８.５ＧＨｚ帯における信号伝達性能を調べた結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１０１    信号伝達装置
１１１    第１導体部
１２１    第２導体部
１３１    狭間領域
１４１    浸出領域
１５１    対向領域
２０１    通信回路
２０２    ループ型アンテナ
２０３    ダイポール型アンテナ
６０１    インターフェース装置
６０２    内部導体部
６０３    外部導体部
６０４    経路導体部
６０５    絶縁体部
６０６    接続点
９０１    導体板
９０２    同軸ケーブル
９０３    接合部
９０４    帯状の導体部
１２０１  インターフェース装置
１２１１  第１電極
１２１８  同軸ケーブル
１２２２  第２電極
１２３１  通信機器
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。【００４１】
以下では、平板状の形状をした信号伝達装置と、当該信号伝達装置に近接させて信号を取得したり信号を送り込んだりするためのインターフェース装置について、順に説明する。【００４２】
なお、以下では、理解を容易にするため、信号伝達に用いる電磁波の周波数帯において導電体であるものを「導電体」と呼び、当該周波数帯において誘電体であるものを「誘電体」と呼ぶ。したがって、たとえば、直流電流に対しては絶縁体であるものを「導電体」と呼ぶこともある。
【実施例１】
【００４３】
（信号伝達装置の基本関連技術）
図１は、本技術に係る信号伝達装置の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【００４４】
本図（ｂ）は、本技術に係る信号伝達装置１０１の断面図である。本図に示すように、信号伝達装置１０１は、メッシュ状の第１導体部１１１と、これに略平行な平板状の第２導体部１２１と、を備えている。【００４５】
ここで、第１導体部１１１と第２導体部１２１とに挟まれる領域が、狭間領域１３１であり、本図において第１導体部１１１の上側にある領域が、浸出領域１４１である。【００４６】
本図（ａ）は、信号伝達装置１０１の上面図である。本技術の第１導体部１１１は、正方形のメッシュ状となっており、正方形の中から第２導体部１２１が透けて見えている。【００４７】
またメッシュの繰り返し単位は横に隣り合う正方形の中心同士の距離に等しく、これは、正方形の一辺の長さにほぼ等しい。【００４８】
本技術では、狭間領域１３１および浸出領域１４１はいずれも空気となっているが、いずれか一方もしくは両方もしくはそれらの一部分を、各種の誘電体としたり、水や土としたり、真空としたりしても良い。【００４９】
第１導体部１１１と第２導体部１２１の外形は、いずれもシート状（布状、紙状、箔状、板状、膜状、フィルム状、メッシュ状など、面としての広がりを持ち、厚さが薄いもの。）である。【００５０】
したがって、たとえば、部屋の壁を本技術の信号伝達装置とする場合には、まず第２導体部１２１として金属箔等や金属の網等の導体を貼り付けたり、つぎに絶縁体を吹き付けてから、第１導体部１１１として金属の網を貼り付け、さらに絶縁体の壁紙を貼り付ければ良い。また、電車などの乗物の壁を信号伝達装置とする場合には、第２導体部１２１として外殻の金属壁をそのまま用いることができる。【００５１】
さて、このように、信号伝達装置１０１において、第１導体部１１１と第２導体部１２１とに挟まれる狭間領域１３１の間を伝播する電磁波モードに注目する。【００５２】
かりに第１導体部１１１がメッシュではなく、箔状の開孔がない構造であった場合には、電磁波は狭間領域１３１に完全に閉じ込められる。【００５３】
しかしながら、第１導体部１１１は、メッシュ状の構造を持ち、開孔がある。このような、導体の分布が均質でない形状では、電磁波の染み出しが生じる。この染み出しが生じる領域が、浸出領域１４１である。【００５４】
浸出領域１４１の高さ（厚さ）は、第１導体部１１１に近接させる外部の導体の形状や大きさ等によって変化するが、外部に導体が存在しない場合には、第１導体部１１１の表面からの距離に応じて、指数的に電磁波の強度が減衰するようになる。【００５５】
たとえば、外部導体の大きさがメッシュの繰り返し単位と同程度の大きさ、あるいはこれより小さい場合には、メッシュの繰り返し単位と同程度の距離にまで近づくことによって通信シートを伝播するモードと強く結合できるようになる。【００５６】
一方、外部導体の大きさがメッシュの繰り返し単位に比べて十分に大きい場合などには、浸出領域１４１の中のメッシュと外部導体の間に吸い出される電磁エネルギーの割合は、２つの距離によって変化するが、後述する「正規化距離」によって、有意な量の電磁エネルギーを吸い出せる距離を定めることができる。【００５７】
以下では、外部導体として各種のインターフェース装置を採用した場合について、適宜説明を加える。【００５８】
図２は、本技術の信号伝達装置に対する最も単純な形状のインターフェース装置の様子を示す説明図である。本図では、ループアンテナもしくはダイポールアンテナをインターフェース装置とすることによって、信号伝達装置１０１との間で通信を行う様子が示されている。以下、本図を参照して説明する。【００５９】
メッシュ状の第１導体部１１１の表面に存在する浸出領域１４１に、送受信を行う通信回路２０１と、当該通信回路に接続されたループ型アンテナ２０２と、の組合せが、本図では４つ示されている。【００６０】
ループ型アンテナ２０２の長さは、信号伝達装置１０１により伝達される電磁波の波長の半分程度が好適であるが、これより大きくとも小さくとも、通信は可能である。【００６１】
本図では、長方形状のループ型アンテナ２０２を第１導体部１１１の表面に平行に配置する場合、第１導体部１１１の表面に垂直に配置する場合が示されている。【００６２】
また、本図では、コの字型のループ型アンテナ２０２の両端が通信回路２０１によって終端されており、第１導体部１１１の表面に平行に配置されている場合が示されている。【００６３】
さらに、本図では、コの字型のループ型アンテナ２０２が通信回路２０１に接続され、さらにその端部が通信回路２０１の反対側にまで延伸しているような形状のものを、第１導体部１１１の表面に垂直に配置する場合が示されている。【００６４】
このほか、同軸ケーブルの芯線が露出しただけのダイポール型アンテナ２０３を利用したインターフェース装置も図示されている。この場合は、ダイポール型アンテナ２０３の芯線を第１導体部１１１に近接させることによって、同軸ケーブルに接続された通信機器と信号伝達装置１０１との間で、電磁波の授受が可能となる。【００６５】
これらの通信回路２０１同士や、同軸ケーブルに接続された通信機器と通信回路２０１とは、信号伝達装置１０１を介して互いに通信を行うことが可能である。また、本図には示していないが、第１導体部１１１と第２導体部１２１とに直接有線接続される通信機器がある場合には、当該通信機器との通信も可能である。このようにして、１対１、１対Ｎ、Ｎ対１、Ｎ対Ｎのいずれの通信も可能である。【００６６】
さらに、通信回路２０１として、ＲＦＩＤタグの回路を用い、本装置をタグの読み取り装置とすることもできるし、さらにそこにセンサを搭載することもできる。また、通信回路から配線によって外部機器と接続したり、通信回路に接続するかわりに同軸ケーブルに接続し、外部機器と接続する使用形態もある。【００６７】
また、マイクロ波を用いて、インターフェース装置側を充電して、電力を供給することも可能である。【００６８】
また、上記の技術では、第２導体部１２１は、箔状の開孔のない導電体としているが、第２導体部１２１を第１導体部１１１と同様のメッシュ状としても良い。図３はこのような構成に係る断面図である。【００６９】
本図に示すように、第２導体部１２１の外側にも浸出領域１４１に相当する対向領域１５１が存在し、ここにも電磁波が染み出すようになる。したがって、表面と裏面の両方に電磁波が浸出するため、インターフェース装置をいずれかの面に近接させれば、信号の授受が可能になる。【００７０】
さて、以下では、このような浸出領域１４１の理論的背景について簡単に説明する。上記のような構成の信号伝達装置１０１では、狭間領域１３１（およびその近傍である浸出領域１４１や対向領域１５１）において、信号伝達装置１０１の外側へ電磁波を「放射」せずに進行する電磁波のモードφnが存在する。【００７１】
ここで、狭間領域１３１と同程度の強度の電磁場が染み出し、かつ遠方への電磁放射がない近接場の高さLは、特に導体が近接していない場合にはメッシュの繰り返しの単位長さをdとしたとき、L = d/(2π)程度である。【００７２】
ここで、浸出領域１４１や対向領域１５１において、第１導体部１１１や第２導体部１２１の表面からの距離をzとしたとき、染み出した電磁波の振幅は、概ねe-z/Lのように減衰する。【００７３】
したがって、第１導体部１１１（や第２導体部１２１）から距離Lの範囲にインターフェース装置を配置して、φnを誘起して、信号の伝達を行うのである。なお、インターフェース装置の感度によって、距離Lではなく、長さd程度としても良い。すなわち、浸出領域１４１（や対向領域１５１）の厚さは、L乃至d程度と考えることができる。【００７４】
以下、さらに詳細に考える。図４は、信号伝達装置１０１の分析に用いる座標系の様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【００７５】
本図に示すように、z = 0には、繰り返し単位長さがdのメッシュ状の第１導体部１１１が配置され、z = -Dには、第２導体部１２１が配置されているものとする。そして、第１導体部１１１と第２導体部１２１以外は、誘電率εの誘電体で満たされているものとする。メッシュは正方形の網目状とする。原点はメッシュ交点に重なっており、x軸、y軸はメッシュに平行である。【００７６】
このとき、電磁エネルギーがメッシュ近傍に局在しており、電磁場のうちの電場Eについて、
Ez = Af(x,y,z) exp(-j(xkx + yky))
という形をした進行波解が存在する。ここで、Ezは、電界のz成分、A，kx，kyは定数、f(x,y,z)はx方向、y方向に周期dを持つ関数であり、k = (kx,ky,0)は、進行波の進行方向を示す波数ベクトル（伝搬ベクトル）である。他の電磁場成分についても、同様の形に書くことができる。【００７７】
すなわち、任意のx,y,zに対して、
f(x+d,y,z) = f(x,y,z) = f(x,y+d,z)
が成立する。【００７８】
さて、Ezを含む電磁場は、誘電体において、波動方程式
ΔEz = -(ω2/c2)Ez
を満たし、
kx2 + ky2 ≒ ω2/c2
である。なお、本願発明における波数kについては、後述する。【００７９】
ここで、z > 0での電磁場に注目すると、fの周期性により、fは以下のようなフーリエ展開が可能である。
f(x,y,z) = Σm,n a(m,n)exp(2πj m x/d)exp(2πj n y/d)g(m,n,z)
ここで、m,nは整数である。【００８０】
dが電磁波長λより十分小さく、2π/dがω/cより十分大きく、(m,n)≠(0,0)では、フーリエ展開の各成分の独立性より、成分
u(m,n) = exp(2πj m x/d)exp(2πj n y/d)g(m,n,z)
は、近似的に、
Δu = (-(2πm/d)2-(2πn/d)2+∂2/∂z2)u = 0
すなわち、
∂2/∂z2 g ≒ (2π)2(m2+n2)/d2 g
を満たす。したがって、
g(m,n,z) ≒ B exp(-2π(m2+n2)1/2 z/d)
である。ただし、Bは定数である。したがって、(m,n)≠(0,0)の成分については、その減衰距離は、d/(2π)以下となる。【００８１】
ここで、(m,n)≠(0,0)の成分は、メッシュ構造の周期の変調を受けた進行波成分に相当する。【００８２】
また、(m,n)=(0,0)に相当する成分、すなわち、メッシュ構造の周期の変調を受けていない進行波成分については、後述する（本願発明に係る実施形態）にて説明するEzで与えられるが、到達する程度等についても後述する。【００８３】
このような理論的背景により第１導体部１１１をd = 2[mm]の正方形網目状のメッシュ状の形状の導体とし、第２導体部１２１を箔状の導体とし、第１導体部１１１に平均線電荷密度σ = 0.001[C/m]を与えたときに、生じる垂直電界Ez[V/m]に定数4πεを乗じたものを求めてみた。【００８４】
上記と同様に、第１導体部１１１はz = 0に配置され、第２導体部１２１はz = -Dに配置されている。原点はメッシュ交点に重なっており、x軸、y軸はメッシュに平行である。【００８５】
図５は、この場合の、信号伝達装置の種々の場所の垂直電界の強度を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。なお、本図において、(m,n) = (0,0)の項の寄与は除かれている。【００８６】
本図上段の３つのグラフに示すように、(x,y) = (0,0)、(x,y) = (d/2,d/2)、(x,y) = (d/2,0)のいずれの場合も、z = 1[mm]付近から垂直電界がほぼ０になることがわかる。また、y = 1[mm]，z = 0.2[mm]における垂直電界は、本図下段の１つのグラフに示すような周期パターンとなる。【００８７】
このように、メッシュの繰り返し単位長さが2mmのとき、電磁場の染み出しは約1mmと考えられるから、この距離以下に、メッシュ周期と同程度の大きさの構造を持つインターフェース装置を近付ければ、電磁場との間での結合が可能になり、信号の送受が可能となると考えられる。【００８８】
なお、z = -Dに配置される第２導体部１２１をz = 0に配置される第１導体部１１１と同じメッシュ構造とした場合の電界分布は、対称の原理により、z = -D/2に箔状の第２導体部１２１を配置し、z = 0にメッシュ状の第１導体部１１１を配置した場合と同じ分布となる。したがって、上記と同様の結論が得られる。【００８９】
このように、メッシュ周期と同程度の大きさのインタフェースとの結合においては、浸出領域１４１や対向領域１５１の厚さとしては、d/(2π)〜d/2〜d程度のオーダーを考慮すれば十分であり、浸出領域１４１や対向領域１５１の中にインターフェースを「浸す」ことによって、通信を行うことができるのである。【００９０】
なお、メッシュは必ずしも正方形の繰り返しである必要はなく、各種の多角形形状のメッシュとしても良い。また、メッシュの単位は同じ形状に限る必要はなく、適切な網目状となっていれば、異なる形状であっても良い。この場合には、上記のdに相当する値は、各メッシュの大きさの平均であると考えることができる。また、これらの基本周期が存在する場合は、その周期をdと考えることもできる。【００９１】
このほか、平板導体にハニカム状に円形のパンチ穴を複数開孔したものを、第１導体部１１１としても良い。この場合は、円の中心同士の距離が、上記のdに相当する。【００９２】
（インターフェース装置の基本関連技術）
上記の説明では、インターフェース装置においてループ型アンテナ２０２やダイポール型アンテナ２０３を用いていたが、以下では、指向性を持つ電磁場を放出できるようなインターフェース装置を提案する。【００９３】
なお、ここで提案するインターフェース装置は、上記の信号伝達装置１０１と組み合わせて使用するのが好適であるが、信号を伝達する電磁場に接することができれば、通信は可能である。したがって、当該インターフェース装置を使用する局面は、上記の信号伝達装置１０１との組み合わせには限られない。【００９４】
図６は、このような電磁場の指向性を説明するための説明図である。以下、本図を参照して説明する。【００９５】
本図に示すように、信号伝達装置１０１の第１導体部１１１と第２導体部１２１に垂直に設定されたz軸の周りの角度をθとすると、本技術に係るインターフェース装置が放出する電磁場φ1は、z方向の電界をEz、z軸左回りの磁場成分をBθとしたとき、
Ez ≒ e(r,z)cosθ；
Bθ ≒ b(r,z)cosθ；
ただし、r2 = (x2 + y2)である。【００９６】
図７は、このような指向性を有するインターフェース装置の一つの技術の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【００９７】
インターフェース装置６０１は、大別して、内部導体部６０２、外部導体部６０３、経路導体部６０４に分けることができる。【００９８】
内部導体部６０２は、信号伝達装置１０１に近接する導体であり、幅tの帯状の形状をしており、その一端は、外部導体部６０３に、その他端は、経路導体部６０４に、それぞれ接続されている。【００９９】
外部導体部６０３は、箱状の構造をして内部導体部６０２を覆っている。外部導体部６０３には開孔があり、その開孔を経路導体部６０４が非接触に貫通している。【０１００】
これにより、外部導体部６０３〜内部導体部６０２〜経路導体部６０４の電流経路が成立する。そして、外部導体部６０３の開孔付近で、外部導体部６０３と経路導体部６０４に同軸ケーブルや、信号送受信回路を結合して、ここに流れる電流を変化させると、電磁波が主に、本図矢印の方向に放出されることになる。【０１０１】
このように、外部導体部６０３が内部導体部６０２および経路導体部６０４を覆うことによって、インタフェース装置６０１の外部への無用な電磁放射が防止できるので、信号伝達装置１０１との間で、効率よく電磁エネルギを授受できるようになる。【０１０２】
なお、外部導体部６０３、内部導体部６０２、経路導体部６０４以外の部分は誘電体で充填されていてもよい。また、外部導体部６０３、内部導体部６０２、経路導体部６０４は、その表面が表皮厚さ分だけ導体であればよく、その内部の材料は任意であってよい。【０１０３】
外部導体部６０３と内部導体部６０２の互いに対向しあう面は平行であることが望ましく、内部導体部６０２もまた平面帯状となっていることが望ましいが、段差や凹凸があっても良い。【０１０４】
外部導体部６０３と内部導体部６０２の互いに対向しあう面の距離をwとしたとき、tがwよりも極端に大きくならないことが望ましい。すなわち、tがwと同程度、もしくはtがw以下であることが望ましい。【０１０５】
図８は、インターフェース装置６０１におけるtとwの値の関係を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０１０６】
tがwと同程度かそれ以下であれば、内部導体部６０２に電流が流れることで生じる電磁場は、インターフェース装置６０１の外部にも生ずるようになり（本図右側の網かけ領域）、信号伝達装置１０１の進行波モードと結合して、進行波を誘起することができる。【０１０７】
一方、tが大きくなり、インターフェース装置６０１の底面をすべて覆えば、信号の送受はまったくできなくなる。【０１０８】
しかし、底面の一部に隙間が開いていれば、信号伝達装置１０１の狭間領域１３１の進行波モードとの結合が生じる。そこで、インターフェース装置６０１を駆動するケーブルや通信回路とのインピーダンス整合をとる際に、（ケーブルとインターフェース装置６０１との接続部である）外部導体部６０３の開孔から、インタフェース装置６０１内部側をみたときのインピーダンスを小さくするために、tをwより大きくする場合も考えられる。【０１０９】
ただしその場合、本図左側の網かけ領域S内に蓄積されるエネルギーの、インターフェース装置６０１の外側に生じる電磁エネルギーに対する割合が大きくなり、領域Sに接する第１導体部１１１や、領域Sにおける誘電損失によって余計なエネルギーロスが生じてしまう。【０１１０】
したがって、tそのものを大きくするのではなく、内部導体部６０２を、複数の細い帯からなるようにして、インピーダンス整合をとる手法を採用することができる。図９は、このような場合の内部導体部６０２の経路導体部６０４に接続される側の概形を示す説明図である。【０１１１】
本図に示すように内部導体部６０２はフォーク状の形状をしており、細い帯が、経路導体部６０４から複数延伸して、外部導体部６０３（本図には図示せず）に接続されるように構成するのである。【０１１２】
また、内部導体部６０２の長さR（内部導体部６０２が外部導体部６０３に接続される点と、内部導体部６０２が経路導体部６０４に接続される点と、の距離はR - mになる。）と、当該電磁場の波長λとについて、2πRがλより極端に小さくはないことが望ましい。【０１１３】
ここで、λは、信号伝達装置１０１における進行波の波長2π/(kx2 + ky2)1/2である。【０１１４】
仮に2πR≪λが成立してしまうと、電流経路の近傍に局所的に生ずる電磁エネルギーに対して、遠方の放射されるエネルギーの割合が著しく小さくなるため、信号伝達装置１０１に電磁波を送り込む際のエネルギーロス（インタフェース部周辺の誘電損失、金属の抵抗による）の割合が大きくなってしまうからである。【０１１５】
さて、このような概形のインターフェース装置６０１は、上記の信号伝達装置１０１と結合できるほか、２枚のシート状導電体を対向させて局所的に開孔を設けた信号伝達装置や、１枚のシート状導電体の上にシート状誘電体を貼付した信号伝達装置とも結合させることができる。したがって、インターフェース装置６０１は、種々の信号伝達装置に対して適用することができる。【０１１６】
以下では、インターフェース装置６０１が発生させる電磁場についてさらに詳細に検討する。【０１１７】
図１０は、インターフェース装置６０１の形状のパラメータを示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０１１８】
内部導体部６０２（以下、適宜「近接経路」とも呼ぶ。）の長さをR、内部導体部６０２と外部導体部６０３との間の距離をw、内部導体部６０２が経路導体部６０４との接続点を超えてさらに延伸する長さをmとする。【０１１９】
図１１は、このような条件のもとで、内部導体部６０２の近傍の領域Sに生ずる電磁場の様子を示す説明図である。【０１２０】
インターフェース装置６０１に接続される同軸ケーブルのインピーダンスと、同軸ケーブルが接続される部分からインターフェース装置６０１の内部を見たインピーダンスが近くなるようにR，m，w，tを調整する。ここで、そして、R ≒ λ/4のときに、インピーダンスのリアクタンス成分がゼロ交差する場所がある。そこで、Rの長さをゼロ交差する場所に設定する。【０１２１】
次に、インピーダンスの実部が、同軸ケーブルのインピーダンスになるように、m，t，wをあわせて調整するのである。【０１２２】
このようなφ1モードの電磁場が生ずるのであるが、図１２は、φ1モードの電磁場の様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０１２３】
本図上段と本図下段に示される長方形は、内部導体部６０２に相当するものである。また、外部導体部６０３は、点線で示される円形形状をしている。【０１２４】
本図上段は、信号伝達装置１０１内の磁場Bθのθ = 0，180°の方向についての分布の様子を示すものである。他の方向は、本図の分布をcosθ倍した形状になる。なお、中心近くでは、磁場には動経方向成分Brも存在するが、本技術においては、大きな役割を果たすものではない。【０１２５】
信号伝達装置１０１内の第１導体部１１１を流れる電流の様子を示す。このように、電流を１方向に誘導するだけで電磁波が放出できるため、都合が良い。【０１２６】
すなわち、本技術のインターフェース装置６０１が生じさせる電磁場は、非対称なφ1モードの電磁場との重なりが大きく、信号伝達装置１０１の近傍で一方向の磁場もしくは電流を誘導するだけで電磁波が放出される。このため、本技術のインターフェース装置６０１が生じさせる信号伝達装置１０１の電磁場と良く結合するのである。【０１２７】
以下では、他の形状のインターフェース装置について、さらに提案する。図１３および図１４は、円形のインターフェース装置の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０１２８】
図１３上段は、インターフェース装置６０１の底面図であり、中段および下段は断面図である。図１４は、インターフェース装置６０１の斜視図である。【０１２９】
本図に示すように、円形のインターフェース装置６０１の外部導体部６０３は、円板に円柱状の側面をつけた形状をしており、円板の逆側には縁取がされている。内部導体部６０２は、その縁取に接続されている。【０１３０】
また、内部導体部６０２は、円形の中心を通過しており、円形の中心に相当する場所で、経路導体部６０４に接続されている。【０１３１】
経路導体部６０４は、外部導体部６０３の中心付近に設けられた開孔を貫通している。【０１３２】
そして、外部導体に覆われる領域は、誘電体が充填され、絶縁体部６０５をなしている。【０１３３】
この構造では、インターフェース装置６０１の中心軸について対称な定在波とも結合しやすく、φ1モードと軸対称モード（インタフェース装置６０１から放射状に全方向等しいエネルギー密度で電磁波が進行するモード）の両方に結合できるため、インターフェース装置６０１がメッシュのどこに存在しても、場所依存性の少ない安定した結合が可能になると考えられる。【０１３４】
また、本技術では、内部導体部６０２を十文字状の形状とし、当該十文字の中心が経路導体部６０４に接続され、当該十文字の４つの端が外部導体部６０３に接続されるように構成しても良い。【０１３５】
図１５は、この他の技術を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０１３６】
本図に示す例では、内部導体部６０２と経路導体部６０４とが一体化しており、一本のループ状の導線が円板状の外部導体部６０３の接続点６０６で接続されている。このようにシールドとして機能する外部導体部６０３に覆われる中に、ループして電流経路を確保することとしても良い。【０１３７】
このほか、内部導体部６０２が外部導体部６０３に接続されていない形態を考えることもできる。図１６は、このような場合のパラメータの関係と、電流や磁場の様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０１３８】
内部導体部６０２が外部導体部６０３に直接接続されていない形態では、本図上段に示すように、内部導体部６０２の長さRは、波長λの半分程度とすることが望ましい。内部導体部６０２の幅tや内部導体部６０２と外部導体部６０３の間の距離w、内部導体部６０２と経路導体部６０４の接点から内部導体部６０２の端点までの距離のうち小さい方の距離mを調整することでインピーダンス整合をとる。【０１３９】
本図下段の３つのグラフは、電流分布、磁場分布、電場分布を示すものである。図１１のグラフの形状をさらに延長したものが、本図のグラフの形状である。【０１４０】
本図に示す例の場合、内部導体部６０２の長さは、電磁波長λの半分に設定されている。本図に示すように、内部導体部６０２の右側先端からインターフェース装置６０１の中心寄りに向かって距離xにおけるインピーダンスZを見ると、x = 0では、回路が開放されているためZ = ∞であるが、x = λ/4でZ = 0となる。【０１４１】
したがって、x = λ/4の地点で、内部導体部６０２と外部導体部６０３をショートしたのと同じこととなる。すなわち、波長λにおいては、内部導体部６０２と外部導体部６０３が一種のコンデンサを形成することによって、ループ状の電流経路が形成されていると考えることができるのである。【０１４２】
図１７は、インピーダンス整合を行う他の手法を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０１４３】
本図に示すように、内部導体部６０２が途中で切断されており、容量結合的に結合されることとなっている。【０１４４】
このように、内部導体部６０２を途中で切断するのは、インターフェース装置６０１の入口で、内部導体部６０２に容量（典型的にはコンデンサである。）を直列接続するのと同じ効果をもたらす。【０１４５】
これらの場合、電流経路は分断されるが、分断地点の近傍はいわばコンデンサとして機能することとなり、通信に用いる周波数帯によっては良好な接続が可能であることが、実験により確認されている。すなわち、このような場合であっても、非直流成分については、電流ループが形成されていると考えることができる。【０１４６】
図１７に示す技術の場合、インターフェース装置６０１の外形が小さくとも、分断を行うことによってインピーダンス整合がとりやすくなる、という利点がある。【０１４７】
また、図１６や図１７に示す技術の場合、（分断を含む）ループ構造を流れる電流と経路長によって電磁波の放射や受入の強度が決定されるのであり、分断の位置と信号伝達装置１０１との相対的位置関係が、その強度を直接的に決定するわけではない。【０１４８】
このように、上記の技術では、電磁波を２次元的に封じ込めて通信を行うため、一定距離への情報伝達に必要なエネルギーが、いわゆる無線通信の場合よりも小さい。【０１４９】
また、エネルギーが拡散される範囲が狭いため、電力供給を行うことも可能である。【０１５０】
さらに、マルチパス問題が回避でき、無線に比べて高速化が可能であると考えられる。【０１５１】
そして、電気的な配線不要で、インターフェース装置６０１と信号伝達装置１０１との信号の授受ができる。【０１５２】
（基本関連技術の実験結果）
インターフェース装置６０１の外部導体部６０３に覆われた領域には比誘電率１０の誘電体を充填し、周波数帯は２.４ＧＨｚであり、R = 10mmとし、w = 1.6mmとした。なお、経路導体部６０４の接続位置mは、m = 5mmの場合にも良好な結果を示したが、以下ではm = 0mmの場合の実験結果を示す。また、メッシュ周期d = 15mmである。【０１５３】
図１８は、信号伝達装置１０１とインターフェース装置６０１の実験パラメータを示す説明図である。【０１５４】
本図における諸元にて、２つのインターフェース装置６０１を中心間隔１０[ｃｍ]で配置し、振幅１[Ｖ]の２.４[ＧＨｚ]信号を一方から他方に送信する。他方のインターフェース装置６０１の高さ（z軸方向の位置。）を変化させたときの受信電圧（Ｓ１２）を観測した。また、両側のインターフェースには５０[Ω]のケーブルを接続して、ネットワークアナライザを用いて、受信電圧（Ｓ１２）を計測するのである。【０１５５】
なお、本図における諸元においては、「線幅１ｍｍ、メッシュの開口部辺１４ｍｍ」となっているが、これらは、メッシュの繰り返し単位dが１５ｍｍである場合に相当する。【０１５６】
図１９は、その結果を示すグラフである。０.５ｍｍ程度離れるまでに、受信強度は急速に減衰した。【０１５７】
次の実験は、２つのインターフェース装置６０１同士の間隔を６[ｃｍ]とし、受信側のインターフェース装置６０１のメッシュに対する向きを三通り考えた。１ＧＨｚから５ＧＨｚの間で、各周波数ごとに１Ｖ振幅の信号を入力したときの受信電圧Ｓ１２をグラフにしてある。２つのインターフェースに５０Ωのケーブルを接続して、ネットワークアナライザを用いて受信電圧（Ｓ１２）を計測するのである。【０１５８】
図２０は、その結果を示すグラフである。グラフ横軸の左端が１ＧＨｚ、右端が５ＧＨｚに相当する。本図に示す通り、広い帯域で信号が観測され、の有効性が確認された。なお、それぞれのインピーダンスを本図最下段に示してある。インターフェース装置６０１と信号伝達装置１０１との間の結合が強いため、設置の向きによって２.４ＧＨｚ帯におけるインピーダンスが変化していることがわかる。【０１５９】
図２１は、上記の場合で、一方のインターフェース装置６０１の位置を移動させた場合のグラフである。本図に示す通り、いずれの場所においても、十分な強度の信号が観測された。【０１６０】
以下では、上記の技術の種々の変形例について説明する。【０１６１】
図２２は、インターフェース装置の他の技術の断面を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０１６２】
本図下段に記載のインターフェース装置６０１は、図２に記載の通信回路２０１からなる通信装置とループ型アンテナ２０２の組合せを外側導体部６０３で覆ったものに相当する形態である。ループ型アンテナ２０２の開放側が、内側導体部６０２に相当し、ループ型アンテナ２０２の外側導体部６０３側が、経路導体部６０４に相当する、と考えることができる。【０１６３】
本図中段に記載のインターフェース装置６０１は、経路導体部６０４にかえて、通信回路２０１からなる通信装置を採用するとともに、当該通信回路２０１からなる通信装置で外側導体部６０３と内側導体部６０２を直結するものである。【０１６４】
本図上段に記載のインターフェース装置６０１は、内部導体部６０２と外部導体部６０３とが接続される点が、開孔の近傍である形態であり、図１５に示す技術に類似するものである。【０１６５】
本発明のインターフェース装置６０１は、内部導体部６０２がループの一部をなし、当該ループは、インターフェース装置６０１が信号伝達装置１０１に接すると信号伝達装置１０１の表面に対して垂直になることによって、電磁場の密な結合をなすものである。このとき、電磁場の漏れを防止するために、これらを覆う外部導体部６０３を用意するのである。【０１６６】
図２３は、インターフェース装置と、これが接続可能な他の形態の信号伝達装置のとの関係を示す断面図である。以下、本図を参照して説明する。【０１６７】
本図上段に記載のインターフェース装置６０１は、対向して配置される２つの導体板（シート状の導体でも良い。以下同様。）９０１のうち、開孔を持つ導体板９０１の開孔付近に配置されている。上記技術同様、２つの導体板９０１の間に電磁波が封じ込められるので、信号伝達が可能であると同時に、開孔から染み出す電磁場を介して、インターフェース装置６０１が通信を行うのである。【０１６８】
本図下段に記載のインターフェース装置６０１も上記と同様であるが、本技術では、下方の導体板９０１と、これより幅の狭い情報の導体９０１と、が配置されており、２つの導体板９０１は、いずれも、本図に直交する方向に延伸していて、全体としては帯状の形状をしている。そして、２つの導体板９０１に挟まれる領域に電磁波を封じ込めるのであるが、幅が異なるため、本図に示すように、下方の導体板９０１が露出しているところでは電磁場が染み出す。そこで、これを用いて、インターフェース装置６０１が通信を行う。【０１６９】
図２４は、信号伝達装置に有線接続を行う場合の説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０１７０】
本図に示すように、信号伝達装置１０１のメッシュ状の第１導体部１１１が同軸ケーブル９０２の芯線に接続される接合部９０３の直前で、インピーダンスを整合するように電線の幅を調整する。また、同軸ケーブル９０２の外側導体は、第２導体部１２１に接続される。【０１７１】
また、本図に示す例では、第１導体部１１１の縁には、帯状の導体部９０４が配置されており、帯状の導体部９０４と第２導体部１２１との間には、集合抵抗などの電磁波吸収体を配置して、電磁波の漏れを防止している。【０１７２】
図２５は、信号伝達装置の第１導体部をメッシュ状ではなく、ストライプ状にした技術を示す説明図である。【０１７３】
本図に示すように、信号伝達装置１０１の第１導体部１１１が、第２導体部１２１の本図手前側に配置され、第１導体部１１１は、メッシュ状ではなく根本で集中したストライプ状の形状となっている。このストライプの間隔をdとすると、上記技術と同様、電磁波の染み出しの程度はd程度となるので、上記技術と同様の浸出領域を形成することができる。【０１７４】
（本願発明に係る実施形態）
以下では、上記の基本関連技術に基づいて、本願発明に係る通信システムについて説明する。なお、以下に説明する本願発明に係る実施形態であっても、上記基本関連技術の要素を適宜選択して適用することが可能である。【０１７５】
上記の基本関連技術では、主として、インターフェース装置の電極として、信号伝達装置１０１の第１導体部１１１として、メッシュの繰り返し単位と同程度もしくはこれより小さなものを想定していた。本願発明では、インターフェース装置の電極や信号伝達装置１０１の第１導体部１１１として、これとは異なる要件を課するものとする。【０１７６】
本願発明では、信号伝達装置１０１の第１導体部１１１としては、以下のようなものを考える。
（ａ）上記基本関連技術と同様のメッシュ状の導体。
（ｂ）一枚の導体薄板を波打たせたり、凹凸を設けることによって、平面でなくしたもの。メッシュ状の導体とは異なり、開口は不要である。
（ｃ）導電性繊維を絡み合わせて布状（フェルト状）にしたもの。目の細かいメッシュ状の導体と考えることもできるが、「メッシュ」に比べると、３次元的に絡み合った構造をしている。
（ｄ）導電体微粒子を誘電体の中に分散分布させたシート状の素材。導電体微粒子同士が離間していても、通信周波数帯によっては、「導電体」として機能することについては、上述の通りである。
（ｅ）極めて誘電率の高い誘電体。【０１７７】
上記（ａ）〜（ｃ）はいずれも、インターフェース装置の電極が離間して対向する第１導体部１１１の領域には、インターフェース装置の電極に広がり方向について、導電体の空間的分布に偏りがあるものである。【０１７８】
なお、狭間領域１３１に充填される誘電体と第１導体部１１１とを一体に構成することもでき、この場合には、上記（ｄ）（ｅ）は、当該誘電体の表面において導電体が不均一に分布することとすれば良く、この際の「表面」は、極めて薄いものであっても良い。【０１７９】
上述の基本関連技術で主に説明した電極の大きさがメッシュの繰り返し単位と同程度もしくはこれより小さいインターフェース装置を考えると、電極に対向する第１導体部１１１の領域（これは、電極と同じ広さである。）は狭い。したがって、当該狭い領域における導電体の空間的分布は、本願発明の場合に比べて均一性が高いと考えることができる。【０１８０】
一様な平面形状の導体では、電流経路は直線状となるが、上記のような導電体分布の不均一性（偏り）があると、電流経路は直線状ではなくなる。すなわち、本願発明においては、第１導体部１１１における電流経路が直線状でないことを想定するのである。【０１８１】
これは、「メッシュの繰返し単位長」に相当する各量（波打つ周期や繊維・微粒子同士の平均間隔等）が、伝達信号の周波数帯の波長よりも十分に小さいことを想定することでもある。【０１８２】
なお、両面通信を可能としたい場合には、第２導体部１２１についても同様の形状とすれば良い。【０１８３】
図２６は、インターフェース装置とメッシュ状の第１導体部を有する信号伝達装置とからなる通信システムの実施例の断面形状を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０１８４】
本図に示すように、インターフェース装置１２０１は、第１電極１２１１と第２電極１２２２を有し、第１電極１２１１と第２電極１２２２とは、いずれも信号伝達装置１０１の浸出領域１４１の「異なる位置」に配置されている。【０１８５】
本図（ａ）では、信号伝達装置１０１の第１導体部１１１からの距離がほぼ等しく、信号伝達装置１０１のシート状の広がり方向に平行に、第１電極１２１１と第２電極１２２２が配置されている様子を示す。【０１８６】
本図（ｂ）では、第１電極１２１１と第２電極１２２２は、第１導体部１１１からの距離が異なる。なお、本図（ｂ）では、第１電極１２１１と第２電極１２２２との大きさを異なるものとしているが、同じ大きさとしても良い。【０１８７】
本図（ｃ）では、第１電極１２１１は、円板のような形状、第２電極１２２２は、これを覆う蓋のついた筒のような形状をしているものの断面図であり、電極１２１１、１２２２は、形状・位置・距離ともに異なるが、軸対称の形状を有しており、同軸ケーブル１２１８を介して通信機器１２３１に接続されている。【０１８８】
本図（ｄ）では、本図（ｃ）に示す第２電極１２２２の蓋筒形状側に、第１電極１２１１の円板に向かう縁をさらに設けた形状である。【０１８９】
本図（ｃ）（ｄ）における第２電極１２２２の筒の半径は、第２電極１２２２と第１電極１２１１の間における電磁波長（誘電体を充填しても良いし、空気としても良い。）をλとすると、０.３８λ程度とするのが典型的であるが、このサイズは適宜変更することができる。また、第１電極１２１１と第２電極１２２２との間隔や、第２電極１２２２から伸びる縁の幅は、ケーブルとの接合部からみた駆動インピーダンスの整合をとるように設定することが望ましい。【０１９０】
第１電極１２１１、第２電極１２２２が第１導体部１１１の浸出領域に配置されると、これと近接結合する。したがって、通信機器１２３１、第１電極１２１１、第２電極１２２２、第１導体部１１１によって（非直流の）電流回路が形成される。【０１９１】
たとえば、第１電極１２１１や第２電極１２２２の大きさが電磁波長より小さく、極端なくびれや渦巻き形状などを持たない単純形状の場合は、電磁波長に対して十分近い距離まで第１電極１２１１、第２電極１２２２が第１導体部１１１に近接すると、一種のコンデンサを形成して、容量結合すると考えられる。これが最も単純な近接結合の例である。【０１９２】
一方、第１電極１２１１や第２電極１２２２の形状が一方向に長かったり、ある程度の二次元的な広がりを有していて、その大きさの一方が電磁波長と同程度になると、その表面に電流分布、電荷分布が生じる。このときに、第１電極１２１１、第２電極１２２２が電磁波長に対して小さな距離まで第１導体部１１１に近接すると、第１導体部１１１の対向面には、第１電極１２１１や第２電極１２２２の対向面とは概ね逆向きの電流分布、電荷分布が誘導される。【０１９３】
前者は、電磁場として低周波（電磁波長が電極より大きくなる低周波）を採用した場合に典型的なものであり、信号伝達装置１０１、インターフェース装置１２０１、通信機器１２３１の組合せを、準定常的な電気回路・電子回路として見ることができる場合に相当する。【０１９４】
後者は、電磁波としてマイクロ波などの高周波を採用した場合に典型的なものであり、信号伝達装置１０１、インターフェース装置１２０１、通信機器１２３１の組合せを、高周波回路、特に、電磁波による伝達を含めて考慮する場合に相当する。【０１９５】
一般に、本図（ｂ）に示すような第１電極１２１１と第１導体部１１１との距離と、第２電極１２２２と第１導体部１１１との距離と、を異なるものとする形態は、低周波による通信に好適である。【０１９６】
一方、本図（ａ）に示すような、第１電極１２１１と第１導体部１１１との距離と、第２電極１２２２と第１導体部１１１との距離と、は略等しいものとする形態は、マイクロ波等の高周波による通信に好適である。このとき、第１電極１２１１と第２電極１２２２との、端から端までの距離（電極間隔そのものではなく、電極の厚さも考慮した総延長距離）は、「電磁波長よりも極端に小さい」ということがないようにする必要がある。たとえば、電磁波長の１／１０〜１／１００よりも大きい、という程度にすれば、十分である。なお、これは、通信機器２３１の駆動回路や受信回路によって異なるため、実際の寸法は、実機や実験によって求めることとしても良い。【０１９７】
本図（ｃ）に示すような、第１電極１２１１と第２電極１２２２の形状や位置、距離をすべて異なるものとする形状は、種々の電磁波長で利用することが可能である。以下、詳細に説明する。【０１９８】
なお、第１電極１２１１、第２電極１２２２の大きさは、本願発明では、メッシュの繰返し単位長より大きいため、インターフェース装置１２０１の信号伝達装置１０１に対する位置依存性が低くなり、通信を行う際の位置決めが容易になる。【０１９９】
上記のようなメッシュ状の第１導体部１１１を採用した場合には、基本関連技術におけるような「繰返し単位長」を考えることができるが、本願発明においては、このような繰返しを必ずしも要件とはしないため、これ以外の条件を想定する必要がある。発明者らは、鋭意研究を進めた上で、「正規化シートリアクタンス」によって当該条件を定めることに想到した。以下、説明する。【０２００】
図２７は、本願発明の実施形態に係る信号伝達装置とインターフェース装置における諸条件を説明する説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０２０１】
なお、本発明においては、第１電極１２１１と第２電極１２２２の一方、もしくは、双方が、以下のような条件を満たせば良い。したがって、本図では、第１電極１２１１と第２電極１２２２とを代表する１つの電極を図示している。【０２０２】
信号伝達装置１０１の第１導体部１１１と第２導体部１２１の間の電圧を周波数帯ω/(2π)において変化させると、第１導体部１１１表面付近に電界が生じ、第１導体部１１１表面付近に電流が流れる。【０２０３】
ここで、当該電界の第１導体部１１１表面方向（本図水平方向）の成分はEx exp(jωt+α)（単位[Ｖ／ｍ]）、当該電流密度の第１導体部１１１表面方向の成分はIx exp(jωt+β)（単位[Ａ／ｍ]）となると考えられるから、位相α，βや振幅Ex，Ixを考えることができ、シート抵抗と同様にシートインピーダンスσを考えることができる。すなわち、
σ = Ex/Ix = r + jX
である。なお、Ixには、誘電体中を振動する電荷による寄与も含めるものとする。また、シートがメッシュ等の構造を持つ場合には、Ix、Exはその構造の周期にわたる平均値とする。【０２０４】
第１導体部１１１が均質な良導体である場合には、σ ≒ 0となるが、本願発明では、第１導体部１１１における導体分布は均質ではない。したがって、σ ≠ 0である。【０２０５】
ここで、σには実数成分rと虚数成分Xとが存在する。この虚数成分Xをシートリアクタンスという。【０２０６】
本願発明においては、電流は、不均質な導体分布に沿って折れ曲がった経路を強制されて流れることとなったり、互いに離間する導電体同士の間で流れたりするから、微小なコイルやコンデンサが配置されているのと同様の効果が得られるため、インダクタンス成分やキャパシタンス成分が生じ、X ≠ 0となる。たとえば、メッシュの場合にはX > 0となり、導体微粒子が離間して分散分布している場合にはX < 0となる。【０２０７】
なお、Xの絶対値が極端に大きい場合には、電磁場の漏れが大きくなるが、通信システムの構成は可能である。以下では、理解を容易にするため、Xが適切な小さな値であるという典型的な状況を想定して説明する。【０２０８】
さて、第１導体部１１１の表面には、上記の基本関連技術と同様に、ある程度の電磁場が浸出しているが、浸出する電界の大きさはシートインピーダンスσに比例するため、σが小さい場合には、浸出する電磁エネルギーは小さい。【０２０９】
発明者らの分析によれば、
第１導体部１１１と第２導体部１２１の間の電圧V、
信号伝達装置１０１の外側の誘電率ε1、透磁率μ1、
第１導体部１１１と第２導体部１２１の間の誘電率ε2、透磁率μ2、
第１導体部１１１と第２導体部１２１の間の距離h
とすると、漏れ電界の第１導体部１１１の表面に垂直な方向（本図垂直方向）成分Ezは、第１導体部１１１表面に沿った位置xおよび第１導体部１１１表面からの距離zに対して、近似的に以下のように表すことができる。
Ez = (k22/k1) V exp(-k1z) exp(-jkx) exp(-jωt)；
k22 = jσε2ω/h；
k12 = (μ2ε2 - μ1ε1)ω2 - k22；
k2 = μ2ε2ω2 - k22【０２１０】
なお、近似のために、
k2 h≪1；
ε1k2sin(k2h)/(ε2k1)≪1
を仮定している。また、狭間領域１３１の厚さhが、電磁波長と同程度、もしくはそれ以下とすることに相当する。【０２１１】
このように、電極１２１１、１２２２が近付かない限り、もれ電界は小さい。しかしながら、電極１２１１、１２２２が近付くと、電極１２１１、１２２２と第１導体部１１１との間に電磁エネルギーが吸い出されるようになり、上記基本関連技術に対応付けて説明すると、「浸出領域１４１が両者の間に電極１２１１、１２２２と第１導体部１１１との間に吸い出されて高さが増す」こととなる。誘電率ε1、透磁率μ1は、第１導体部１１１と、電極１２１１、１２２２との間の誘電率および透磁率である。【０２１２】
このような状況下では、第１導体部１１１と電極１２１１、１２２２の間に吸い出された電界の表面方向成分ExUおよび表面垂直成分EzUは、
第１導体部１１１と電極１２１１、１２２２の間の距離H
としたときに、
k2 - k12 = μ1ε1ω2；
k2 + k22 = μ2ε2ω2；
ε2/〔k2tan(k2h)〕 - ε1/〔k1tan(k1H)〕 = 1/(jωσ)
の解k，k1，k2を用いて、漏れ電界の第１導体部１１１の表面に垂直な方向（本図垂直方向）成分Ezは、第１導体部１１１表面に沿った位置xおよび第１導体部１１１表面からの距離zについて、近似的に以下のように表すことができる。
ExU = Cj/(k sinh(k1H))・sinh〔-k1(z-H)〕 exp(-jkx) exp(jωt)；
EzU = C/(k1 sinh(k1H))・cosh〔k1(z-H)〕 exp(-jkx) exp(jωt)【０２１３】
さて、xの正方向に進行する波動に限定すると、k，k1，k2の解は実質的に２組であるから、電磁場は２つのモードで伝播することになる。また、これらのモードは異なる空間波長をもっており、原理上それぞれを分離して検出することが可能である。この２つのモードをそれぞれ、モード１（あるいはJ1）、モード２（あるいはJ2）と呼ぶ。【０２１４】
すなわち、電極１２１１、１２２２、第１導体部１１１、第２導体部１２１は無限に続くと考え、電極１２１１、１２２２、第２導体部１２１は良導体で抵抗率ゼロとし、第１導体部１１１のシートインピーダンスをσとする。また、これらの厚さは十分薄いものとする。さらに以下の［数１］［数２］においては、これまでと異なり、第２導体部１２１からの垂直方向の距離をzとする。【０２１５】
これらの導体の平面の広がり方向（x−y平面）に伝播する波動のうち、x方向に進行するy方向に均一な波動場は、マクスウェルの方程式を解くことにより、２つのモードの重ね合わせで表現される。【０２１６】
以下には、ε1 = ε2 = ε、μ1 = μ2 = μとしたときの、２つのモードのうち、J1の波動Φ1+H,hと、J2の波動Φ2+H,hと、の近似式を示す。【０２１７】
【数１】
0004565579.tif 000002
【０２１８】
【数２】
0004565579.tif 000003
【０２１９】
なお、近似が成立するための条件は以下の通りである。【０２２０】
|jωσ(ε1/H + ε2/h)|H2 << 1，|jωσ(ε1/H + ε2/h)|h2 << 1
【０２２１】
ここで、Cは定数であり、EzUは、信号伝達装置１０１の外側の垂直電界、ByUは、信号伝達装置１０１の外側のｙ方向磁界、EzLは、信号伝達装置１０１の内側の垂直電界、ByLは、信号伝達装置１０１の内側のｙ方向磁界である。【０２２２】
モード１の波動Φ1+H,hは、浸出領域１４１と狭間領域１３１に均一の電磁場が発生し、第１導体部１１１に電流が流れないモードである。【０２２３】
モード２の波動Φ2+H,hにおいて、σ = jX (X > 0)のとき、kA，kSは実数で、kA > kSである。さらに、Xがインダクタンス性でωに比例するときは、kAはωに比例し、モード２の伝播速度は周波数によらず一定で、群速度と位相速度も一致する。【０２２４】
かりに、H≫hとし、インターフェース装置１２０１が信号伝達装置１０１から遠くにあるとすると、エネルギーの大部分は信号伝達装置１０１内に存在することになる。【０２２５】
ここで以下のように、信号伝達装置１０１とインターフェース装置１２０１とが近接しているときについて、シートリアクタンスXを正規化した正規化シートリアクタンスγと、第１導体部１１１と電極１２１１、１２２２の間の距離Hを正規化した正規化距離ηを考える。
γ = Xε2/〔hω(ε2μ2 - ε1μ1)〕；
η = Hε2/(hε1)
【０２２６】
これについて、発明者らは、各種の数値シミュレーションを行い、どのような関係が成立する場合に電界の吸出しが十分に生じるか、を検討した。以下ではその数値シミュレーションについて説明する。【０２２７】
図２８は、正規化シートリアクタンスγ = 1としたときの、正規化距離ηと吸い出される電磁エネルギーの関係を示すグラフである。以下、本図を参照して説明する。【０２２８】
本グラフでは、入射する電磁エネルギーの大きさを１と仮定して、半無限長の電極１２１１、１２２２に左から右に向かってこの電磁エネルギーの波動が到達した際の電極１２１１、１２２２と第１導体部１０１の間をx方向に流れる電磁エネルギーの大きさを表示している。【０２２９】
本グラフでは、μ1 = μ2を仮定しており、誘電率比ε＿r = ε2/ε1と第１導体部１１１・第２導体部１２１間の距離hとの組み合わせについて、４通りの様子を示しており、横軸（規格化距離(H/h)ε＿r）が正規化距離η、縦軸（J1+J2）が第１導体部１１１と第２導体部１２１の間に入射された電磁エネルギーが、第１導体部１１１と電極１２１１、１２２２の間に吸い出される割合を表す。【０２３０】
なお、縦軸（J1+J2）には、２つのモードがそれぞれ単独で存在しているとしたときのエネルギーの和を示しているが、実際には２つのモードが干渉した状態が実現される。【０２３１】
本図を見ると、正規化距離ηが０.５程度のときに吸い出される割合が約５０パーセントと最大となる。また、正規化距離ηが０.２〜０.８では少なくとも４割程度を吸い出すことができ、正規化距離ηが０.１〜０.３では少なくとも３割程度を吸い出すことができることがわかる。また、hの値やε＿rの値を変化させても、この傾向はほとんど変わりがない。ただし、本図における吸い出しエネルギの変化を見れば明らかなように、γが小さくなると効率が徐々に低下していくのであって、γが０.１を下回ったとしても、ただちに信号や電力の伝送が不可能になるわけではない。
【０２３２】
図２９は、ある正規化シートリアクタンスγに対して、吸出し可能なエネルギー割合の最大となるときの正規化距離ηの値（ηmax）を示すグラフである。図３０は、ある正規化シートリアクタンスγに対して、正規化距離ηを変化させたときの吸出し可能なエネルギー割合の最大値（(J1+J2)max）を示すグラフである。以下、本図を参照して説明する。【０２３３】
図３０を見ると、正規化シートリアクタンスγの値にかかわらず、最大で５割程度の吸出しができることがわかる。図２９を見ると、正規化距離の最大値ηmaxについては、γが０.５のときは、ηmaxは０.３程度、γが１のときは、ηmaxは０.４程度であり、hの値やε＿rの値を変化させても、この傾向はほとんど変わりがない。【０２３４】
図３１は、γ = 0.1としたときの、正規化距離ηと吸い出し可能なエネルギー割合の関係を示すグラフである。以下、本図を参照して説明する。【０２３５】
本図を見ると、γ = 0.1のときは、十分な電磁場エネルギーを吸い出すためには、正規化距離ηを0.1程度に近付ける必要がある。【０２３６】
なお、以上の数値シミュレーションでは、X > 0の場合を考えたが、X < 0の場合は、γの絶対値をとることによって、以上の分析と同様の結論が得られる。【０２３７】
これらの分析から、以下のような事実がわかる。【０２３８】
信号伝達装置１０１の第１導体部１１１と、インターフェース装置１２０１の第１電極１２１１、第２電極１２２２と、の間に少々隙間があっても（極端に近付けなくとも）通信が可能なようにするための実用的なγの絶対値の下限は０.１〜０.２程度であるが、ある程度高い性能を呈するためには、０.３〜０.４程度もしくはそれ以上とすることが望ましい。言い換えれば、γの絶対値の大きさは、「１より極端に小さくない」必要がある。【０２３９】
また、γの絶対値が１と同程度（下限が０.１〜０.４程度）もしくはそれより大きい場合には、正規化距離ηを１程度以下にすれば通信に十分な電磁場エネルギーを吸い出すことができる。【０２４０】
また、正規化距離ηが一定の場合、実際の距離Hと誘電率ε2は反比例するから、狭間領域１３１の誘電率ε2は、適当な上限値に抑える必要がある。【０２４１】
さらに、第１導体部１１１と第２導体部１２１に挟まれる狭間領域１３１の厚さhが、波長と同程度、もしくは波長以下とすることが望ましい。もっとも、厚さhが波長以上となっても、通信は可能である。【０２４２】
これらの条件は、いずれも、本発明が実用的に動作するための各種パラメータの範囲を表すものである。【０２４３】
なお、電極１２１１、１２２２の表面や、第１導体部１１１の表面に誘電体の層や膜が存在する場合は、正規化距離は、上記の計算に基づいて計算された空間の正規化距離に、誘電体の正規化距離を加算した和で与えられる。インターフェース装置１２０１の電極１２１１、１２２２の表面に誘電率ε、厚さtの誘電体が存在する場合は、当該誘電体正規化距離に対する寄与分はtε2/(hε)である。これは、狭間領域１３１や浸出領域１４１が一様でない場合に、これらの領域における誘電率ε1，ε2として、その領域における平均値を用いることに相当する。
【０２４４】
また、インタフェース装置１２０１の電極１２１１、１２２２は良導体で構成するのが典型的であるが、第１導体部１１１のシートインピーダンスと同程度、もしくはそれ以下のシートインピーダンスをもつ材料で構成しても、上記と同様の効果が得られる。【０２４５】
図３２は、結合を強めるためのインターフェース装置の電極形状を説明する説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０２４６】
本図に示すように、第１導体部１１１の表面に平行な方向にxだけ移動したときの第１導体部１１１と電極１２１１、１２２２との距離が一定ではなく、H(x)のような関数で表現されるものとする。H(x)は十分滑らかであり、反射が生じないものとすると、【０２４７】
位置xにおいて、第１導体部１１１と電極１２１１、１２２２の間の浸出領域１４１を通過する電磁的パワーをW1、第１導体部１１１と第２導体部１２１の間の狭間領域１３１を通過する電磁的パワーをW2とする。これらの比、
r(x) = W1/W2
は、上記の２つのモードの一方（Ｊ２）について、
r(x) = hε1/(H(x)ε2)
となる。【０２４８】
したがって、本図に示すように、H(x)が減少するような方向に電磁波が進行すると、第１導体部１１１と電極１２１１、１２２２の間の浸出領域１４１を通過するエネルギーの割合が増加していく。直観的には、
（ａ）第１導体部１１１と電極１２１１、１２２２の間の電圧と、
（ｂ）第１導体部１１１と第２導体部１２１の間の電圧と、
が等しい値を保ったままに電磁波が伝播していく。【０２４９】
したがって、第１電極１２１１と第２電極１２２２は、第１導体部１１１との距離H(x)が滑らかに変化していくように構成し、たとえば外部の通信機器と接続される部分に近いところで、最も距離が短くなるようにすることが望ましい。【０２５０】
図３３は、このようなインターフェース装置の具体的な形状の一例を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。なお、本図では、各部の寸法を数字で表示しているため、各部を参照する符号は図示を省略している。【０２５１】
本図に示すインターフェース装置１２０１は、第１電極１２１１と第２電極１２２２を銅板を折り曲げることにより構成している。【０２５２】
図３４は、第１電極１２１１、第２電極１２２２を構成する銅板製の電極の展開図である。以下、本図を参照して説明する。【０２５３】
この銅板は、幅８０ｍｍ程度、長さ１００ｍｍ程度の長方形の銅板から、半径１５０ｍｍ程度の扇形を２つ除去した形状をしており、扇形は短辺の一方では短辺の頂点（図中の長方形の左側の２つの頂点）を通過し、短辺の他方では、その中央から７.５ｍｍ程度離間した点（図中の１５ｍｍだけ離間した点）を通過している。その結果細くなった先端から４０ｍｍ程度のところ（図中一点鎖線）を半径１ｍｍ程度で直角に折り曲げるとともに、反対の端から３０ｍｍ程度の範囲は半径５０ｍｍ程度で滑らかに弓形に反らしている。細くなった先端にはＳＭＡコネクタを介して同軸ケーブルが配置されている。【０２５４】
インターフェース装置１２０１の下面の広がりに相当する部分が、第１導体部１１１に対向配置される部分で、第１導体部１１１との間で浸出領域１４１を形成する。一方、インターフェース装置１２０１の中央に屹立する部分（側面図でその外形が屹立している部分）は、平行板導波路として機能する。【０２５５】
さて、正規化距離η = Hε2/hε1が１程度ということは、
H/ε1≒h/ε2
ということであるが、これと同様の関係が、平行板導波路の部分でも成立することが望ましい。すなわち、平行板導波路の間隔をW、これらの間の領域の誘電率をε3とすると、
W/ε3≒H/ε1≒h/ε2
ということになる。言い換えれば、Wの正規化距離は、
Wε2/(hε3)
ということである、これが１程度であれば良い、ということである。したがって、用途や素材のコストなどを考慮して、平行板導波路の間に充填する誘電体を選択すれば良い。【０２５６】
インターフェース装置１２０１の電極１２１１、１２２２を、本図に示すように断面図が弓形の形状に形成しておき、その下面を第１導体部１１１に対向させる。そして、断面図左側から電磁波が伝播すると、インターフェース装置１２０１と信号伝達装置１０１との最近接部に近付くにつれ、電磁エネルギーが両者の間に吸い出されてくる。【０２５７】
したがって、最近接部に平行板導波路を設けてこれを受信回路に導けば、信号が受信される。逆に、送信回路から平行板導波路を介して電磁波を送出すれば、再近接部から左右に分かれるように信号を信号伝達装置１０１に伝達することができる。【０２５８】
図３５は、上記の信号伝達装置１０１とインターフェース装置１２０１の通信性能の実験の諸元を表す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０２５９】
本図に示すように、メッシュ状の通信シートからなる信号伝達装置１０１（諸元は本図右上参照。）の上に、近接コネクタからなるインターフェース装置１２０１を２つ配置して（本図左側参照。白長方形がインターフェース装置１２０１、網目模様が信号伝達装置１０１）、同軸ケーブルを介して両者をそれぞれネットワークアナライザに接続し、インターフェース装置１２０１の距離Rを変化させて、このときの通過係数S12を計測する。【０２６０】
本図では、導電プリントにより第１導体部１１１を形成し、導電布により第２導体部１２１を形成し、狭間領域１３１には誘電層基材を配置して、誘電層を形成している。なお、実験２のハニカム板は、１辺４ｍｍの四角柱形状の中空プラスチック棒を並べた構造である。【０２６１】
図３６は、上記通信性能実験の結果を示すグラフ群である。以下、本図を参照して説明する。【０２６２】
本図では、３.４５ＧＨｚにおけるＳ１２（一方のインターフェース装置１２０１に入力した電力に対する他方のインターフェース装置１２０１に到達した電力の比）の測定結果を示している。【０２６３】
gはインターフェース装置１２０１と信号伝達装置１０１との最短距離を意味し、g = 0mm，1mm，2mmの３通りについて測定した結果を本図左側に示している。g = 0mm〜1mm程度の変動であれば、Ｓ１２は概ね−３０ｄＢ以上となり、良好な接続が実現されていることがわかる。【０２６４】
本図右側では、特定のR，gに対して、各種の通信周波数帯において、計測されたＳパラメータＳ１１、Ｓ１２、Ｓ２２を示している。Ｓ１２を見ると、１ＧＨｚ帯（グラフ左端）から８.５ＧＨｚ（グラフ右端）まで、概ね−３０ｄＢ以上となっており、広帯域の通信が実現できていることがわかる。【０２６５】
なお、図２６に示すように、第１電極１２１１と第２電極１２２２の第１導体部１１１に対する距離は、等しくとも良いし異なっていても良い。また、第１電極１２１１と第２電極１２２２の少なくとも一方が、上記のような正規化リアクタンスおよび正規化距離の条件を満たしていれば通信は可能である。【０２６６】
以上の説明では、主にメッシュ状の第１導体部１１１を持つ信号伝達装置１０１がインダクタンス性のリアクタンスを持つ場合について説明したが、以下では、誘電体内に導電体微粒子が分散配置されるようなキャパシタンス性のリアクタンスを持つ場合について説明する。【０２６７】
まずこのような信号伝達装置１０１の構造についてであるが、最も簡単には、誘電率の高いシート状の誘電体を用意し、その片面の表面近傍に金属微粒子を混ぜ込む。他方の面には金属箔を貼り付けたり、あるいは表面近傍に金属微粒子を混ぜ込むこととしても良い。【０２６８】
このようにすると、シート状の誘電体について、一方の面（金属微粒子が混ぜ込まれた一方の面領域）が第１導体部１１１、他方の面（金属箔、もしくは、金属微粒子が混ぜ込まれた他方の面領域）が第２導体部１２１、その間の狭間領域１３１は誘電体そのもの、ということになる。【０２６９】
この場合も、正規化シートリアクタンスの絶対値が１より極端に小さくないことが必要となるが、インダクタンス性の場合には自動的に満たされる以下の条件
k12 = (μ2ε2 - μ1ε1)ω2 + Xε2ω/h > 0
が成立する必要がある。この場合、kおよびk1がいずれも実数となり、シート状の形状に沿って進行するエバネッセント場が形成される。【０２７０】
さて、シートリアクタンスがインダクタンス性かキャパシタンス性かにかかわらず、同じ正規化距離に対応する実際の距離Hは、狭間領域１３１に充填される誘電体の誘電率ε2に反比例する。また、ほとんどの場合、信号伝達装置１０１外部の誘電率ε1は空気の誘電率となり、定数であることが多い。したがって、信号伝達装置１０１の厚さをなるべく薄くするためには、誘電率ε2はできるだけ小さいことが望ましい。【０２７１】
ところが一般に、固体素材の誘電率は空気の誘電率より大きい。そこで、狭間領域１３１には多孔質性材料等の空気を含む材料を充填すると、できるだけ誘電率ε2を小さくし、信号伝達装置１０１を薄くすることができる。
【実施例２】
【０２７２】
本願発明に係る信号伝達装置１０１は、上記のインターフェース装置１２０１以外と組み合わせても通信が可能である。上記のインターフェース装置１２０１は、y軸方向にはあまり広がらない電磁波をx軸方向に電磁波を伝播させるような異方性の形状を持っていたが、等方性（等方型）のインターフェースを採用することができるほか、導線のアンテナとも通信が可能である。【０２７３】
信号伝達装置１０１の表面が解放されている場合、すなわち、信号伝達装置１０１の表面から各種のインターフェース装置やアンテナが十分に離れている場合、電磁波は、exp(-k1z)に比例して減衰する。ここで、上述の通り、
k1 = 〔(μ2ε2 - μ1ε1)ω2 + Xε2ω/h〕1/2
であり、これは
k1h≪1
を仮定した近似式である。減衰距離Lは、
L = 1/k1
と表現できるが、典型的には数ｃｍ程度である。したがって、この程度の高さもしくはより近くにアンテナを設置すると、信号伝達装置１０１を伝播している電磁波をアンテナで検知し、信号を受信できることになる。
【０２７４】
正規化シートリアクタンスが１程度であれば、多くの場合Lは、信号伝達装置１０１の面方向に伝播する電磁波長λと同程度のオーダー（より正確にはλ/(2π)と同程度である。）となる。ただし、狭間境界１３１と浸出領域１４１の誘電率が等しい場合には、これとは異なることもある。【０２７５】
一般に、面方向に伝播する電磁波の波数kは、
k2 = μ2ε2ω2 - k22 = μ2ε2ω2 - jσε2ω/h
のように表現できる。【０２７６】
さて、このようなアンテナと等方性インターフェースに対する信号伝達装置１０１の性能について、以下のような実験を行った。図３７は、当該実験で用いる等方性インターフェース装置の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。【０２７７】
本図に示す等方性インターフェース装置は、図２６（ｃ）に示すインターフェース装置１２０１に類似するもので、本図に示す長さをあらわす数値の単位はｍｍである。【０２７８】
図３８は、当該実験における等方性インターフェース装置、信号伝達装置１０１、導線アンテナの配置を示す説明図である。【０２７９】
本図に示すように、図３５に示す実験２（ハニカム板）の信号伝達装置１０１の表面には０.１ｍｍ厚の絶縁フィルムが貼られている。したがって、等方性インターフェース装置を絶縁フィルムに密着させると、H = 0.1mm程度となる。【０２８０】
導線アンテナは長さ２ｃｍの導線を同一直線上に２つ配置して全長４ｃｍとし、５０Ω同軸ケーブルを接続したものである。【０２８１】
両者の間には、金属板が配置されているが、実験に際してエバネッセント波以外のモードを遮断するためのものである。【０２８２】
図３９は、等方性インターフェース装置と導線アンテナの間の信号伝達性能を示すグラフである。以下、本図を参照して説明する。【０２８３】
本図に示す通り、導線アンテナの受信感度は信号伝達装置１０１からの距離zに対して、ほぼ指数的に減衰しているが、導線アンテナを受信側専用として用いる場合には、実用的な感度での受信が可能であることがわかる。【０２８４】
なお、必要のない限り、電磁エネルギーは信号伝達装置１０１から外に出ないことが望ましい。したがって、電極を近付けたときだけエネルギーが吸い出されるように設計することとなるが、このためには、Xの大きさはむやみに大きくする必要はない。したがって、本実験のように、導線アンテナを用いて信号伝達装置１０１を伝達されている信号を検知する場合には、導線アンテナの配置位置と感度の諸条件から逆にXの上限を設定すれば良い。【０２８５】
図４０は、この等方性インターフェース装置同士を３０ｃｍ離間させて信号伝達装置１０１に密着させ、１ＧＨｚ〜８.５ＧＨｚ帯における信号伝達性能を調べた結果を示すグラフである。【０２８６】
本図は、ネットワークアナライザにより計測されたＳ１２を表示するものであるが、２.４ＧＨｚ帯では、S12 = 20dB程度であり、このような等方性インターフェース装置を用いた場合にも、実用的な感度で通信が可能であることがわかる。なお、実験を行った周波数は  ２.４ＧＨｚであり、アンテナの共振周波数はあえてそれより高い４.１ＧＨｚに設定してある。【０２８７】
（優先権の主張）
出願人は、本願において、特許協力条約による国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２００５／１６７１８（２００５年９月１２日出願）を基礎とする優先権を主張するものとし、指定国の法令が許す限り、当該基礎出願の内容を本願にすべてとりこむものとする。
【産業上の利用可能性】
【０２８８】
以上説明したように、本発明によれば、インターフェース装置の電極をシート状の概形を有する信号伝達装置に非接触に対向させて信号を効率良く伝達する通信システム、インターフェース装置、および、信号伝達装置を提供することができる。
【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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【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１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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