JP2015130607A - Communication device - Google Patents

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崇文 大石
Takafumi Oishi
崇文 大石
和弘 井上
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和弘 井上
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    • H04B13/00Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/005Transmission systems in which the medium consists of the human body

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a communication device in which transmission power is reduced and downsizing and thinning are easy.SOLUTION: A communication device comprises a substrate, a line having inductive reactance, a communication part, and a variable capacitance element. The substrate includes a ground part and a dielectric part laminated on the ground part, and a first surface includes the ground part and a second surface on the side opposite to the first surface includes the dielectric part. The line is provided on the second surface side. The communication part is provided on the second surface and connected to one end of the line and the ground part. The variable capacitance element has a conductor connected to the other end of the line and electrostatic capacitance between the conductor part and the ground part is variable when a human body touches or comes close to the conductor part.

Description

本発明の実施形態は、通信装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a communication device.

人体を信号伝送路の一部として利用することができる。たとえば、信号電極とグランドとの間に発生する電磁界が人体表面を伝搬する生体通信装置がある。   The human body can be used as a part of the signal transmission path. For example, there is a biological communication apparatus in which an electromagnetic field generated between a signal electrode and a ground propagates on the surface of a human body.

しかし、信号電極とグランドとの間隔が狭いと、信号電極の容量が高くなるため、反射損失が増加し、人体表面に効率よく電磁界を発生させることが困難である。   However, when the distance between the signal electrode and the ground is narrow, the capacity of the signal electrode increases, so that the reflection loss increases and it is difficult to efficiently generate an electromagnetic field on the human body surface.

もし、グランドを人体に接触させインピーダンス整合を取ると伝送効率が改善される。ただし、信号電極とグランドとを同時に接触させると、電位差が小さくなるため、受信感度が低下することがある。これを解決するため、受信側の信号電極をグランドに接触させない構造とすると、受信側と送信側とでは構成が異なり、通信装置が複雑となる。   If the impedance is matched by bringing the ground into contact with the human body, the transmission efficiency is improved. However, if the signal electrode and the ground are brought into contact with each other at the same time, the potential difference is reduced, so that reception sensitivity may be lowered. In order to solve this, if the structure is such that the signal electrode on the receiving side is not in contact with the ground, the configuration on the receiving side and the transmitting side is different, and the communication apparatus becomes complicated.

特開平10−229357号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-229357

送信電力が低減され、小型化・薄型化が容易な通信装置を提供する。   Provided is a communication device that can reduce transmission power and can be easily reduced in size and thickness.

実施形態の通信装置は、基板と、誘導性リアクタンスを有する線路と、通信部と、可変容量素子と、を有する。前記基板は、グランド部と、前記グランド部に積層された誘電体部と、を有し、第1の面はグランド部を含み、前記第1の面とは反対の側の第2の面は前記誘電体部を含む。前記線路は、前記第2の面の側に設けられる。前記通信部は、前記第2の面に設けられ、前記線路の一方の端部と、前記グランド部と、に接続される。前記可変容量素子は、前記線路の他方の端部と接続された導電体部を有し、人体を前記導電体部に接触または近接させることにより前記導電体部と前記グランド部との間の静電容量を変化可能である。   The communication device according to the embodiment includes a substrate, a line having inductive reactance, a communication unit, and a variable capacitance element. The substrate includes a ground portion and a dielectric portion laminated on the ground portion, the first surface includes the ground portion, and the second surface opposite to the first surface is The dielectric part is included. The line is provided on the second surface side. The communication unit is provided on the second surface and is connected to one end of the line and the ground unit. The variable capacitance element has a conductor portion connected to the other end of the line, and a static electricity between the conductor portion and the ground portion by bringing a human body into contact with or close to the conductor portion. Capacitance can be changed.

第1の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図である。1 is a schematic perspective view of a communication device according to a first embodiment. 第1の実施形態の通信装置を用いた通信システムの構成図である。It is a block diagram of the communication system using the communication apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態の通信装置の等価回路図である。1 is an equivalent circuit diagram of a communication device according to a first embodiment. 通信装置を取り付ける場所の変形例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the modification of the place which attaches a communication apparatus. 比較例にかかる通信装置の模式斜視図である。It is a model perspective view of the communication apparatus concerning a comparative example. 比較例の通信システムの構成図である。It is a block diagram of the communication system of a comparative example. 比較例の通信装置の等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic of the communication apparatus of a comparative example. 図8(a)は第1の実施形態における周波数に対する電圧定在波比依存性を表すグラフ図、図8(b)は接触状態を変化した時の電圧定在波比の比較を表すグラフ図、である。FIG. 8A is a graph showing the dependence of the voltage standing wave ratio on the frequency in the first embodiment, and FIG. 8B is a graph showing a comparison of the voltage standing wave ratio when the contact state is changed. . 図9(a)は第2の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図、図9(b)および図9(c)はその変形例に用いる線路の模式図、である。FIG. 9A is a schematic perspective view of a communication apparatus according to the second embodiment, and FIG. 9B and FIG. 9C are schematic views of a line used in the modification. 図10(a)は第3の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図、図10(b)は等価回路図、である。FIG. 10A is a schematic perspective view of a communication apparatus according to the third embodiment, and FIG. 10B is an equivalent circuit diagram. 図11(a)は第4の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図、図11(b)は等価回路図、である。FIG. 11A is a schematic perspective view of a communication apparatus according to the fourth embodiment, and FIG. 11B is an equivalent circuit diagram. 第5の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図である。It is a model perspective view of the communication apparatus concerning 5th Embodiment. 第6の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図である。It is a model perspective view of the communication apparatus concerning 6th Embodiment.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that the drawings are schematic or conceptual, and the size ratio between the parts is not necessarily the same as the actual one. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図である。
通信装置100は、基板103と、通信部104と、インダクタ部107と、可変容量素子109と、を有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic perspective view of a communication apparatus according to the first embodiment.
The communication device 100 includes a substrate 103, a communication unit 104, an inductor unit 107, and a variable capacitance element 109.

基板103は、グランド部102と、グランド部102に積層された誘電体部101と、を有する。グランド部102は、基準電位を有する導電体、たとえば、銅、金などの金属層で構成される。誘電体部101は、たとえば、ガラスエポキシ樹脂などとすることができる。基板103は、グランド部102を含む第1の面103aと、第1の面103aとは反対の側に設けられ、誘電体部101を含む第2の面103bと、を有する。   The substrate 103 includes a ground part 102 and a dielectric part 101 stacked on the ground part 102. The ground portion 102 is made of a conductor having a reference potential, for example, a metal layer such as copper or gold. The dielectric part 101 can be made of, for example, a glass epoxy resin. The substrate 103 includes a first surface 103a including the ground portion 102, and a second surface 103b provided on the opposite side of the first surface 103a and including the dielectric portion 101.

通信部104は、第2の面103bに配置された信号線105、端子106などを経由してインダクタ部107の一方の端部に接続されている。また、通信部104は、グランド部102にも接続される。なお、誘電体部101の表面からグランド部102に到達するように設けられたスルーホール(図示せず)などによってグランド部102に接続する導電体(図示せず)を設けて、通信部104と接続してもよい。   The communication unit 104 is connected to one end of the inductor unit 107 via a signal line 105, a terminal 106, and the like arranged on the second surface 103b. The communication unit 104 is also connected to the ground unit 102. Note that a conductor (not shown) connected to the ground part 102 by a through hole (not shown) provided so as to reach the ground part 102 from the surface of the dielectric part 101 is provided, and the communication part 104 You may connect.

端子106は、グランド部102と接続された外導体部と信号線105に接続された内導体部とを含む。外導体部と、内導体部と、は電気的に絶縁されている。   The terminal 106 includes an outer conductor portion connected to the ground portion 102 and an inner conductor portion connected to the signal line 105. The outer conductor portion and the inner conductor portion are electrically insulated.

インダクタ部107は、導線107aとコア107bとを含む。また、導線107aは、螺旋構造などを有しており、螺旋構造に囲まれるように磁性体などからなるコア107bが設けられている。すなわち、第1の実施形態において、誘導性リアクタンスを有する線路は、螺旋構造を含むインダクタンス部107である。導線107aの一方の端部は端子106に接続され、他方の端部は導電体部108に接続されている。導線107aは、銅などの材料からなる。   Inductor portion 107 includes a conductive wire 107a and a core 107b. Moreover, the conducting wire 107a has a spiral structure or the like, and a core 107b made of a magnetic material or the like is provided so as to be surrounded by the spiral structure. That is, in the first embodiment, the line having inductive reactance is the inductance portion 107 including a spiral structure. One end of the conductive wire 107 a is connected to the terminal 106, and the other end is connected to the conductor portion 108. Conductive wire 107a is made of a material such as copper.

導電体部108は、上方からみて、グランド部102の内側に含まれるように配置される。なお、図1では、導電体部108は、第2の面103bの側に配置されている。導電体部108は、医療用機器に用いられる電極、銅箔などの導電シート、導電性インク、透明導電材料などの導電性物質で構成される。もし、導電性インクを用いると、筐体の構造によらず容易に導電体部108を筐体の内側や外側に構成することができる。また、透明導電材料を用いれば、ディスプレイや操作部に重ねて設置しても表示内容を認識可能となる。   The conductor portion 108 is disposed so as to be included inside the ground portion 102 when viewed from above. In FIG. 1, the conductor portion 108 is disposed on the second surface 103b side. The conductor 108 is made of a conductive material such as an electrode used in medical equipment, a conductive sheet such as copper foil, conductive ink, or a transparent conductive material. If conductive ink is used, the conductor portion 108 can be easily configured inside or outside the casing regardless of the structure of the casing. Further, if a transparent conductive material is used, the display content can be recognized even if it is placed on a display or an operation unit.

図2は、第1の実施形態の通信装置を用いた通信システムの構成図である。
通信装置100と、通信装置200と、は、人体(生体)20の一部を信号伝送路として通信を行う。人体20の一方の手は、通信装置100の導電体部108に接触する。他方の手は、通信装置200の導電体部208に接触する。接触しないで、手をかざすなどして互いに近接した状態でもよい。
FIG. 2 is a configuration diagram of a communication system using the communication apparatus according to the first embodiment.
The communication device 100 and the communication device 200 communicate with each other using a part of the human body (living body) 20 as a signal transmission path. One hand of the human body 20 contacts the conductor portion 108 of the communication device 100. The other hand contacts the conductor portion 208 of the communication device 200. It may be in a state where they are close to each other by holding their hands without touching them.

なお、近接した状態とは、導電体部108、208などに直接接触せず、薄いシートなどを介して、人体20と導電体部108、208とが電磁界により結合可能なことを意味する。導電体部108と結合した人体20の一方の領域、導電体部208と結合した人体20の他方の領域と、の間には、微少電流などが流れ、第1伝送経路TL1となる。また、グランド部102と、グランド部202と、の間は、接地を経由することなく大気を介して電磁界により結合され、第2伝送線路TL2となる。なお、通信装置100は送信側、通信装置200は受信側であるものとする。もちろん、送受信可能な通信装置であってもよい。   Note that the close state means that the human body 20 and the conductor portions 108 and 208 can be coupled by an electromagnetic field via a thin sheet or the like without directly contacting the conductor portions 108 and 208. A minute current or the like flows between one region of the human body 20 coupled to the conductor portion 108 and the other region of the human body 20 coupled to the conductor portion 208 to form the first transmission path TL1. In addition, the ground portion 102 and the ground portion 202 are coupled by an electromagnetic field via the atmosphere without passing through the ground, and become the second transmission line TL2. It is assumed that the communication device 100 is a transmission side and the communication device 200 is a reception side. Of course, a communication device capable of transmitting and receiving may be used.

図3は、第1の実施形態の通信装置の等価回路図である。
通信部104から、端子106、インダクタ部107を介して導電体部108へ信号が送信される。インダクタ部107は、インダクタンスと、螺旋構造の線間で生じるキャパシタンスと、の並列接続回路として表される。導電体部108は、グランド部102との間でキャパシタを形成する。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the communication apparatus according to the first embodiment.
A signal is transmitted from the communication unit 104 to the conductor unit 108 via the terminal 106 and the inductor unit 107. The inductor unit 107 is represented as a parallel connection circuit of an inductance and a capacitance generated between lines of a spiral structure. The conductor portion 108 forms a capacitor with the ground portion 102.

本図において、通信部104は、送信器および受信器のいずれかを有することができる。また、通信部204は、受信器および送信器のいずれかを有することができる。   In this figure, the communication unit 104 can have either a transmitter or a receiver. In addition, the communication unit 204 can include either a receiver or a transmitter.

第1の実施形態では、インダクタ部107の他方の端部に導電体部108が接続される。インダクタ部107は、螺旋構造の間にキャパシタンスを含むが、導電体部108とグランド部102との間に生じるキャパシタと、インダクタ部107の誘導性リアクタンスと、は直列に接続される。   In the first embodiment, the conductor portion 108 is connected to the other end portion of the inductor portion 107. The inductor unit 107 includes a capacitance between the spiral structures, but the capacitor generated between the conductor unit 108 and the ground unit 102 and the inductive reactance of the inductor unit 107 are connected in series.

等価回路で表すキャパシタは、可変容量素子109である。可変容量素子109のキャパシタンス(C1)は、導電体部108と人体20との結合状態で変化する。第1の実施形態では、インダクタ部107の誘導性リアクタンスは、人体20と結合した状態のキャパシタンスC1とインピーダンス整合が取れるように決定される。これにより、人体通信の基本である、人体20が通信装置に接触した場合に効率よく通信することができる。   A capacitor represented by an equivalent circuit is the variable capacitance element 109. The capacitance (C1) of the variable capacitance element 109 changes depending on the coupling state between the conductor 108 and the human body 20. In the first embodiment, the inductive reactance of the inductor unit 107 is determined so that impedance matching can be obtained with the capacitance C <b> 1 coupled to the human body 20. Thereby, when the human body 20 which is the basis of human body communication contacts the communication apparatus, it can communicate efficiently.

このようにして、誘導性リアクタンスを有する線路の一方の端部から、負荷側である可変容量素子109(人体20と結合された状態)の側をみたインピーダンスZと、通信装置104のインピーダンスと、は、帯域内で整合可能である。 In this way, the impedance Z L viewed from the one end of the line having inductive reactance to the variable capacitive element 109 (in a state coupled to the human body 20) on the load side, and the impedance of the communication device 104 Can be matched in-band.

また、信号電極は、導電体部108によって人体20の表面に対して垂直な電界だけでなく、螺旋構造のインダクタ部107によって人体20の表面に対して垂直な磁界も発生および受信するため、送信電力の低減が可能である。   The signal electrode generates and receives not only the electric field perpendicular to the surface of the human body 20 by the conductor 108 but also a magnetic field perpendicular to the surface of the human body 20 by the inductor 107 having a spiral structure. Electric power can be reduced.

図4は、通信装置の取り付け箇所の変形例を表す模式図である。
たとえば、送信器を含む通信部104を胸部に、受信器を含む通信部204を腹部などに設けることができる。このようにして、ウェアラブル生体センサを構成することが容易となる。また、第1の実施形態の通信装置は、ID情報(識別情報)や音声信号などを伝送することができる。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a modified example of the attachment location of the communication device.
For example, the communication unit 104 including a transmitter can be provided in the chest, and the communication unit 204 including a receiver can be provided in the abdomen. In this way, it is easy to configure a wearable biosensor. Further, the communication device according to the first embodiment can transmit ID information (identification information), an audio signal, and the like.

図5は、比較例にかかる通信装置の模式斜視図である。
図6は、比較例の通信システムの構成図である。
図7は、比較例の通信装置の等価回路図である。
比較例では、導電体部408のみによる信号電極で通信を行う。このため、図7に表す等価回路は、導電体部408がグランド部402で生じるキャパシタンス601のみで表される。キャパシタンス601は、導電体部408とグランド部402との間隔に反比例する。このため、間隔が狭いと、信号電極の容量性が高くなる。その結果として、端子406から導電体部408へ入力された信号が反射され、通信装置500へ伝送されず損失となる。
FIG. 5 is a schematic perspective view of a communication device according to a comparative example.
FIG. 6 is a configuration diagram of a communication system of a comparative example.
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the communication device of the comparative example.
In the comparative example, communication is performed using a signal electrode formed by only the conductor portion 408. Therefore, the equivalent circuit shown in FIG. 7 is represented only by the capacitance 601 in which the conductor portion 408 is generated in the ground portion 402. The capacitance 601 is inversely proportional to the distance between the conductor portion 408 and the ground portion 402. For this reason, when the interval is narrow, the capacitance of the signal electrode is increased. As a result, a signal input from the terminal 406 to the conductor portion 408 is reflected and is not transmitted to the communication device 500, resulting in a loss.

図8(a)は周波数に対する電圧定在波比依存性を表すグラフ図、図8(b)は接触状態を変化した時の電圧定在波比の比較を表すグラフ図、である。
縦軸は電圧定在波比、横軸は周波数(MHz)を表す。
図8(a)において、電圧定在波比は、導電体部108に人体20が接触した状態で測定した。比較例では、使用する帯域において、電圧定在波比が8以上と高かった。
8A is a graph showing the dependence of the voltage standing wave ratio on the frequency, and FIG. 8B is a graph showing a comparison of the voltage standing wave ratio when the contact state is changed.
The vertical axis represents the voltage standing wave ratio, and the horizontal axis represents the frequency (MHz).
In FIG. 8A, the voltage standing wave ratio was measured in a state where the human body 20 was in contact with the conductor portion 108. In the comparative example, the voltage standing wave ratio was as high as 8 or more in the band to be used.

電圧定在波VSWR(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)は、電圧反射係数Γを用いて、式(1)で表される。   A voltage standing wave VSWR (VSWR: Voltage Standing Wave Ratio) is expressed by Equation (1) using a voltage reflection coefficient Γ.


Figure 2015130607
Figure 2015130607

また、反射損失LREF(dB))は、電圧反射係数Γを用いて、式(2)で表される。 Further, the reflection loss L REF (dB)) is expressed by Expression (2) using the voltage reflection coefficient Γ.


Figure 2015130607
Figure 2015130607

比較例では電圧定在波比が8以上であるので、反射損失LREFが4dB以上と大きくなる。このため、送信電力を低減することが困難である。これに対して、第1の実施形態では、周波数fにおいて、電圧定在波比を1に近づけることができた。このため、反射損失LREFをゼロ近傍にまで低減できた。 In the comparative example, since the voltage standing wave ratio is 8 or more, the reflection loss L REF increases to 4 dB or more. For this reason, it is difficult to reduce transmission power. On the other hand, in the first embodiment, the voltage standing wave ratio can be made close to 1 at the frequency f. For this reason, the reflection loss L REF can be reduced to near zero.

第1の実施形態において、図8(b)に表すように、導電体部108と人体20との非接触状態では、11.7MHz近傍において、電圧定在波比は略4.1であり、反射損失LREFが大きい。これに対して、結合状態では、10.6MHz近傍において、電圧定在波比は略1.3であり、インピーダンスマッチングがよく取れており、反射損失LREFを低減することができる。また、第1の実施形態の送信電力は、比較例の送信電力よりも9.7dB高くできた。第1の実施形態の受信電力は、比較例の受信電力よりも1.6dB低くできた。 In the first embodiment, as shown in FIG. 8B, in the non-contact state between the conductor 108 and the human body 20, the voltage standing wave ratio is approximately 4.1 in the vicinity of 11.7 MHz, The reflection loss L REF is large. On the other hand, in the coupled state, the voltage standing wave ratio is approximately 1.3 in the vicinity of 10.6 MHz, the impedance matching is well taken, and the reflection loss L REF can be reduced. In addition, the transmission power of the first embodiment was 9.7 dB higher than the transmission power of the comparative example. The received power of the first embodiment can be 1.6 dB lower than the received power of the comparative example.

(第2の実施形態)
図9(a)は第2の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図、図9(b)および図9(c)はその変形例に用いる誘導性リアクタンス線路の模式図、である。
図9(a)に表すように、第2の実施形態にかかる通信装置800において、インダクタ部807は、導線807aと、フェライトなどの磁性体807bとを含む。導線807aは、折り返しのメアンダ構造を有し、磁性体807bに設けられている。すなわち、誘導性リアクタンスを有する線路は、メアンダ構造を含むインダクタ部807である。導線807aの一方の端部は、端子106に接続される。また、導線807aの他方の端部は、導電体部108に接続される。
(Second Embodiment)
FIG. 9A is a schematic perspective view of a communication apparatus according to the second embodiment, and FIGS. 9B and 9C are schematic views of an inductive reactance line used in the modification.
As shown in FIG. 9A, in the communication device 800 according to the second embodiment, the inductor unit 807 includes a conducting wire 807a and a magnetic body 807b such as ferrite. The conducting wire 807a has a folded meander structure and is provided on the magnetic body 807b. That is, the line having inductive reactance is the inductor portion 807 including a meander structure. One end of the conducting wire 807 a is connected to the terminal 106. In addition, the other end of the conductive wire 807a is connected to the conductor portion.

このように磁性体807b上にメアンダ形状部を設けることで平面形状とすることができる。また、磁性体807bを、折り曲げ容易な磁性体シートとすることで、筐体内側の側面などに貼り付けることが可能となり、実装が容易となる。   Thus, by providing the meander-shaped portion on the magnetic body 807b, a planar shape can be obtained. In addition, since the magnetic body 807b is a magnetic sheet that can be easily bent, it can be attached to a side surface or the like on the inner side of the housing, and mounting becomes easy.

また、図9(b)、(c)の変形例では、フェライトなどの磁性体820上にジグザグな線路パターン822を設けて誘導性リアクタンスを有する線路を実現している。図9(b)は模式平面図、図9(c)はA−A線に沿った模式断面図、である。   9B and 9C, a line having inductive reactance is realized by providing a zigzag line pattern 822 on a magnetic body 820 such as ferrite. FIG. 9B is a schematic plan view, and FIG. 9C is a schematic cross-sectional view along the line AA.

(第3の実施形態)
図10(a)は第3の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図、図10(b)は等価回路図、である。
通信装置900において、誘導性リアクタンスを有する線路は、チップインダクタ部901をさらに有するものとする。チップインダクタ部901は、インダクタ部107と端子106との間に直列接続されている。チップインダクタ901部を設けることにより、所望の誘導性リアクタンスを得るためのインダクタ部107の形状を小型化できる。
(Third embodiment)
FIG. 10A is a schematic perspective view of a communication apparatus according to the third embodiment, and FIG. 10B is an equivalent circuit diagram.
In the communication device 900, a line having inductive reactance further includes a chip inductor unit 901. The chip inductor unit 901 is connected in series between the inductor unit 107 and the terminal 106. By providing the chip inductor 901 part, the shape of the inductor part 107 for obtaining a desired inductive reactance can be reduced.

(第4の実施形態)
図11(a)は第4の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図、図11(b)は等価回路図、である。
可変容量素子109に並列にチップキャパシタ1101が設けられている。すなわち、チップキャパシタ1101は、一方の端部がインダクタ部107の導線107aと、端子1102を介して接続されている。また、他方の端部が、グランド部102と接続されたスルーホール1103に接続されている。このため、実装上の要求により、導電体部108の大きさが制限されても、所望の容量性リアクタンスを得ることができる。
(Fourth embodiment)
FIG. 11A is a schematic perspective view of a communication apparatus according to the fourth embodiment, and FIG. 11B is an equivalent circuit diagram.
A chip capacitor 1101 is provided in parallel with the variable capacitance element 109. That is, one end of the chip capacitor 1101 is connected to the conducting wire 107 a of the inductor unit 107 via the terminal 1102. The other end is connected to a through hole 1103 connected to the ground portion 102. For this reason, a desired capacitive reactance can be obtained even if the size of the conductor portion 108 is limited due to mounting requirements.

(第5の実施形態)
図12は、第5の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図である。
インダクタ部107は、直列接続され、互いに直交する螺旋構造を2つ含む。このようにすると、磁界に対してダイバシチ効果を得ることができ、送受信利得の改善が可能となる。
(Fifth embodiment)
FIG. 12 is a schematic perspective view of a communication apparatus according to the fifth embodiment.
The inductor unit 107 includes two spiral structures that are connected in series and orthogonal to each other. In this way, a diversity effect can be obtained with respect to the magnetic field, and transmission / reception gain can be improved.

(第6の実施形態)
図13は、第6の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図である。
導電体部は、基板103の第1の面103aの側および第2の面103bの側の少なくともいずれかに設けることができる。第6の実施形態では、導電体部1409が、基板103に関して、導電体部108とは反対の側(第1の面の側)にも設けられている。等価回路では、2つの可変容量素子が、インダクタ部107の端部に並列に接続されていることになる。このため、通信装置1400の上面および下面のいずれにの側に人体20が接触または近接しても、導電体部とグランド部102との間で所望のキャパシタンスを得ることができる。
(Sixth embodiment)
FIG. 13 is a schematic perspective view of a communication apparatus according to the sixth embodiment.
The conductor portion can be provided on at least one of the first surface 103 a side and the second surface 103 b side of the substrate 103. In the sixth embodiment, the conductor portion 1409 is also provided on the side opposite to the conductor portion 108 (the first surface side) with respect to the substrate 103. In the equivalent circuit, two variable capacitance elements are connected in parallel to the end of the inductor unit 107. For this reason, even if the human body 20 is in contact with or close to either the upper surface or the lower surface of the communication device 1400, a desired capacitance can be obtained between the conductor portion and the ground portion 102.

第1〜第6の実施形態によれば、誘導性リアクタンスを有する線路と導電体部とが直列接続されている。また、可変容量素子109と、誘導性リアクタンスを有する線路と、が直列接続される。可変容量素子のキャパシタンスC1は、導電体部に人体20が接触または近接すると変化する。可変容量素子109のキャパシタンスC1を変化させることにより、通信部のインピーダンスと、線路の一方の端部から可変容量素子109の側をみたインピーダンスと、を整合させることができる。このため、送信電力を低減できる。   According to the first to sixth embodiments, the line having inductive reactance and the conductor portion are connected in series. In addition, the variable capacitance element 109 and a line having inductive reactance are connected in series. The capacitance C1 of the variable capacitance element changes when the human body 20 is in contact with or close to the conductor portion. By changing the capacitance C1 of the variable capacitance element 109, the impedance of the communication unit can be matched with the impedance of the variable capacitance element 109 viewed from one end of the line. For this reason, transmission power can be reduced.

また、受信側の通信装置にも同様に、誘導性リアクタンスを有する線路と、可変容量素子と、を設けることにより、受信側でもインピーダンス整合を取ることが可能となる。このため、通信システム全体において、送信電力をさらに低減できる。   Similarly, by providing the communication device on the reception side with a line having inductive reactance and a variable capacitance element, impedance matching can be achieved on the reception side as well. For this reason, transmission power can be further reduced in the entire communication system.

このような通信装置は、生体センサ、接触センサ、タブレットPC、NFC(Near Field Communication)対応ICカードなどに用いることができる。   Such a communication device can be used for a biosensor, a contact sensor, a tablet PC, an NFC (Near Field Communication) compatible IC card, and the like.

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。たとえば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalents thereof. Further, the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.

20 人体(生体)、100、800、900、1100、1300、1400 通信装置、101 誘電体部、102、202 グランド部、103 基板、103a 第1の面、103b 第2の面、104、204 通信部、107 インダクタ部、108、208、1409 導電体部、109 可変容量素子、C1 (可変容量素子の)キャパシタンス 20 human body (living body), 100, 800, 900, 1100, 1300, 1400 communication device, 101 dielectric unit, 102, 202 ground unit, 103 substrate, 103a first surface, 103b second surface, 104, 204 communication Part, 107 inductor part, 108, 208, 1409 conductor part, 109 variable capacitance element, C1 (variable capacitance element) capacitance

もし、グランドを人体に接触させインピーダンス整合を取ると伝送効率が改善される。ただし、信号電極とグランドとを人体に同時に接触させると、電位差が小さくなるため、受信感度が低下することがある。これを解決するため、受信側の信号電極とグランドと人体に同時に接触させない構造とすると、受信側と送信側とでは構成が異なり、通信装置が複雑となる。 If the impedance is matched by bringing the ground into contact with the human body, the transmission efficiency is improved. However, if the signal electrode and the ground are brought into contact with the human body at the same time, the potential difference is reduced, so that the reception sensitivity may be lowered. In order to solve this problem, if the structure is such that the signal electrode on the reception side and the ground are not in contact with the human body at the same time , the configuration is different between the reception side and the transmission side, and the communication device becomes complicated.

実施形態の通信装置は、基板と、誘導性リアクタンスを有する線路と、通信部と、可変容量素子と、を有する。前記基板は、グランド部と、前記グランド部に積層された誘電体部と、を有し、第1の面はグランド部を含み、前記第1の面とは反対の側の第2の面は前記誘電体部を含む。前記線路は、前記第2の面の側に設けられる。前記通信部は、前記第2の面に設けられ、前記線路の一方の端部と、前記グランド部と、に接続される。前記可変容量素子は、前記線路の他方の端部と接続された導電体部を有し、人体前記導電体部に接触または近接したときに前記導電体部と前記グランド部との間の静電容量を変化可能である。 The communication device according to the embodiment includes a substrate, a line having inductive reactance, a communication unit, and a variable capacitance element. The substrate includes a ground portion and a dielectric portion laminated on the ground portion, the first surface includes the ground portion, and the second surface opposite to the first surface is The dielectric part is included. The line is provided on the second surface side. The communication unit is provided on the second surface and is connected to one end of the line and the ground unit. The variable capacitance element has a conductor portion connected to the other end portion of the line, and when a human body is in contact with or close to the conductor portion, a static electricity between the conductor portion and the ground portion is formed. Capacitance can be changed.

第1の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図である。1 is a schematic perspective view of a communication device according to a first embodiment. 第1の実施形態の通信装置を用いた通信システムの構成図である。It is a block diagram of the communication system using the communication apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態の通信装置の等価回路図である。1 is an equivalent circuit diagram of a communication device according to a first embodiment. 通信装置を取り付ける場所の変形例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the modification of the place which attaches a communication apparatus. 比較例にかかる通信装置の模式斜視図である。It is a model perspective view of the communication apparatus concerning a comparative example. 比較例の通信システムの構成図である。It is a block diagram of the communication system of a comparative example. 比較例の通信装置の等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic of the communication apparatus of a comparative example. 第1の実施形態における周波数に対する電圧定在波比依存性を表すグラフ図である。It is a graph showing the voltage standing wave ratio dependence with respect to the frequency in 1st Embodiment. 図9(a)は第2の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図、図9(b)および図9(c)はその変形例に用いる線路の模式図、である。FIG. 9A is a schematic perspective view of a communication apparatus according to the second embodiment, and FIG. 9B and FIG. 9C are schematic views of a line used in the modification. 図10(a)は第3の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図、図10(b)は等価回路図、である。FIG. 10A is a schematic perspective view of a communication apparatus according to the third embodiment, and FIG. 10B is an equivalent circuit diagram. 図11(a)は第4の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図、図11(b)は等価回路図、である。FIG. 11A is a schematic perspective view of a communication apparatus according to the fourth embodiment, and FIG. 11B is an equivalent circuit diagram. 第5の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図である。It is a model perspective view of the communication apparatus concerning 5th Embodiment. 第6の実施形態にかかる通信装置の模式斜視図である。It is a model perspective view of the communication apparatus concerning 6th Embodiment.

図8は周波数に対する電圧定在波比依存性を表すグラフ図である。
縦軸は電圧定在波比、横軸は周波数(MHz)を表す。
図8において、電圧定在波比は、導電体部108に人体20が接触した状態で測定した。比較例では、使用する帯域において、電圧定在波比が8以上と高かった。
FIG. 8 is a graph showing the dependence of the voltage standing wave ratio on the frequency.
The vertical axis represents the voltage standing wave ratio, and the horizontal axis represents the frequency (MHz).
In FIG. 8, the voltage standing wave ratio was measured in a state where the human body 20 was in contact with the conductor portion 108. In the comparative example, the voltage standing wave ratio was as high as 8 or more in the band to be used.

比較例では電圧定在波比が8以上であるので、反射損失LREFが4dB以上と大きくなる。これに対して、第1の実施形態では、周波数fにおいて、電圧定在波比を1に近づけることができた。このため、反射損失LREFをゼロ近傍にまで低減できた。 In the comparative example, since the voltage standing wave ratio is 8 or more, the reflection loss L REF increases to 4 dB or more. On the other hand, in the first embodiment, the voltage standing wave ratio can be made close to 1 at the frequency f. For this reason, the reflection loss L REF can be reduced to near zero.

た、第1の実施形態の送信電力は、比較例の送信電力よりも9.7dB高くできた。第1の実施形態の受信電力は、比較例の受信電力よりも1.6dBくできた。 Also, the transmission power of the first embodiment could 9.7dB higher than the transmission power of the comparative example. Received power of the first embodiment could 1.6dB rather higher than the received power of the comparative example.

Claims (12)

グランド部と、前記グランド部に積層された誘電体部と、を有し、第1の面はグランド部を含み、前記第1の面とは反対の側の第2の面は前記誘電体部を含む、基板と、
前記第2の面の側に設けられ、誘導性リアクタンスを有する線路と、
前記第2の面に設けられ、前記線路の一方の端部と、前記グランド部と、に接続された通信部と、
前記線路の他方の端部と接続された導電体部を有し、人体を前記導電体部に接触または近接させることにより前記導電体部と前記グランド部との間の静電容量を変化可能な可変容量素子と、
を備えた通信装置。
A ground portion and a dielectric portion laminated on the ground portion, wherein the first surface includes the ground portion, and the second surface opposite to the first surface is the dielectric portion. Including a substrate;
A line provided on the second surface side and having an inductive reactance;
A communication unit provided on the second surface and connected to one end of the line and the ground unit;
It has a conductor part connected to the other end of the line, and the capacitance between the conductor part and the ground part can be changed by bringing a human body into contact with or close to the conductor part. A variable capacitance element;
A communication device comprising:
前記通信部の帯域内において、前記線路の前記一方の端部から前記可変容量素子の側をみたインピーダンスは、前記静電容量を変化させることにより、前記通信部のインピーダンスと整合可能である請求項1記載の通信装置。   The impedance of the variable capacitance element side viewed from the one end of the line within the band of the communication unit can be matched with the impedance of the communication unit by changing the capacitance. The communication apparatus according to 1. 前記線路は、互いに交差し、直列接続された2つの領域を含む請求項1または2に記載の通信装置。   The communication device according to claim 1, wherein the line includes two regions intersecting each other and connected in series. 前記線路の前記2つの領域は、直交する請求項3記載の通信装置。   The communication device according to claim 3, wherein the two regions of the line are orthogonal to each other. 前記線路は、上方からみて、前記グランド部の外側に配置された請求項1〜4のいずれか1つに記載の通信装置。   The communication device according to claim 1, wherein the line is disposed outside the ground portion when viewed from above. 前記線路は、螺旋構造を有する請求項1〜5のいずれか1つに記載の通信装置。   The communication device according to claim 1, wherein the line has a spiral structure. 前記線路は、前記螺旋構造の中心軸に沿って延在する磁性体を前記螺旋構造の内部に含む請求項6記載の通信装置。   The communication device according to claim 6, wherein the line includes a magnetic body extending along a central axis of the spiral structure in the spiral structure. 前記第1導電体部は、前記螺旋構造の前記中心軸が前記人体の表面に平行となるように、前記人体に接触または近接可能な請求項6または7に記載の通信装置。   The communication device according to claim 6, wherein the first conductor portion is capable of contacting or approaching the human body such that the central axis of the spiral structure is parallel to the surface of the human body. 前記線路は、メアンダ構造を有する請求項1〜5のいずれか1つに記載の通信装置。   The communication device according to claim 1, wherein the line has a meander structure. 前記メアンダ構造は、磁性体上に形成された請求項9記載の通信装置。   The communication device according to claim 9, wherein the meander structure is formed on a magnetic body. 前記導電体部は、前記第1の面の側および前記第2の面の側の少なくともいずれかに設けられた請求項1〜10のいずれか1つに記載の通信装置。   The communication device according to claim 1, wherein the conductor portion is provided on at least one of the first surface side and the second surface side. 前記可変容量素子は、上方からみて、前記グランド部の内側に配置された請求項11記載の通信装置。   The communication device according to claim 11, wherein the variable capacitance element is disposed inside the ground portion when viewed from above.
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