BRPI1003259A2

BRPI1003259A2 - dispositivo de comunicação, e, acoplador de alta frequência

Info

Publication number: BRPI1003259A2
Application number: BRPI1003259-2A
Authority: BR
Inventors: Takanori Washiro
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2012-02-07
Also published as: US20100244991A1; EP2237363A1; JP2010233130A; US8339213B2; CN101854194A; JP5282626B2

Abstract

DISPOSITIVO DE COMUNICAçãO, E, ACOPLADOR DE ALTA FREQUêNCIA. Um dispositivo de comunicação inclui uma unidade de circuito de comunicação, uma via de transmissão, uma terra, um eletrodo de acoplamento, e uma unidade de ressonância. A unidade de ressonância inclui uma primeira unidade de ressonância conectada à via de transmissão, e uma segunda unidade de ressonância tendo uma extremidade conectada à primeira unidade de ressonância e outra extremidade em curto circuito em relação à terra, a segunda unidade de ressonância tendo terminais do eletrodo de acoplamento conectados à mesma. Um microdipolo é formado de um segmento de linha conectando um centro de cargas armazenadas no eletrodo de acoplamento e um centro de cargas imagens armazenadas na terra. O sinal de alta frequência é transmitido para um lado distante disposto de modo a estar voltado para o dispositivo de comunicação com um ângulo <sym> formado em relação a uma direção do microdipolo sendo de aproximadamente 0 grau.

Description

"DISPOSITIVO DE COMUNICAÇÃO, Ε, ACOPLADOR DE ALTA FREQÜÊNCIA"

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

1. Campo da Invenção

A presente invenção se refere a dispositivos de comunicação e acopladores de alta freqüência de estreita proximidade para transmissão de dados de alta capacidade através de uma técnica de comunicação UWB (sigla em inglês para banda ultralarga) fraca, usando uma banda larga de alta freqüência e, em particular, a um dispositivo de comunicação e acoplador de alta freqüência de baixa altura.

2. Descrição da técnica Relacionada

A comunicação sem contato tem estado largamente disponível como um meio de informação de autenticação, dinheiro eletrônico, e outras informações de valor. Exemplos de um padrão de cartão IC (sigla em inglês para circuito impresso) que atende a ISO/IEC 14443 incluem Tipo A, Tipo B, e FeliCa®. Ademais, a comunicação de campo próximo (em inglês, NFC) desenvolvida pela Sony Corporation e Koninklijke Philips Electronics N.V. é um padrão de Identificação por Radiofreqüência (em inglês, RFID) principalmente definindo especificações de um dispositivo de comunicação NFC (leitor/escritor) comunicável com um cartão de circuito impresso de cada um entre o Tipo A, Tipo B, e FeliCa. Na NFC, com o uso de uma banda de 13.56 MHz, comunicação bidirecional sem contato de um tipo de estreita proximidade (0 ou mais, mas 10 ou menos cm) pode ser realizada através de indução eletromagnética.

Nos últimos anos, foi desenvolvido e fabricado um módulo leitor/escritor de um tamanho compacto adequado de incorporação, e que pode ser usado como sendo implementado para uso em vários dispositivos, tais como um ponto de terminal de vendas (em inglês, POS), máquina de venda automática, e computador pessoal. Por exemplo, é sugerido um dispositivo de processamento de informação de um tipo notebook, em que um módulo leitor/escritor é incorporado em uma porção de descanso de mão de um teclado de um corpo principal, e são lidas informações provenientes de uma etiqueta com circuito integrado sem contato próximo (por exemplo, ver a Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 2003-87263).

Um exemplo de uma outra aplicação de um sistema de comunicação sem contato é transmissão de dados de alta capacidade, tal como baixa ou emissão de imagens móveis e música. Por exemplo, pode-se supor que comunicação sem contato é usada quando um conteúdo pago é baixado de uma máquina de venda automática para um terminal portátil ou quando um conteúdo é baixado de um local pago para um terminal portátil por meio de um computador pessoal conectado à Internet. Neste caso, é preferível que uma operação simples de usuário de reter o terminal portátil sobre uma superfície de leitura seja suficiente, e a operação seja concluída com a sensação do mesmo tempo de acesso que aquele despendido para autenticação e faturamento no passado. Portanto, é desejada uma alta taxa de comunicação.

Entretanto, a taxa de comunicação em comunicação NFC, que é um exemplo típico de comunicação sem contato, é de aproximadamente 106 kbps a 424 kbps, que é suficiente para autenticação pessoal ou processo de faturamento, mas é extremamente lenta comparada com outra comunicação sem fio de uso geral (tal como WiFi e Bluetooth). Igualmente, na técnica do passado, tal como comunicação NFC, uma taxa de comunicação máxima atingível é de no melhor até 848 kbps, devido a restrições físicas, tais como freqüência de transporte. Desse modo, é difícil esperar um grande aumento de taxa no futuro.

Ao contrário, um exemplo de uma tecnologia de transferência sem fio de estreita proximidade aplicável a comunicação de alta velocidade é a TransferJet, usando um sinal de banda ultralarga fraca (UWB) (por exemplo, ver a Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 2008-99236 e www.transferjet.org/en/index.html (a partir de 23 de março de 2009)).

A tecnologia de transferência sem fio de estreita proximidade acima mencionada (TransferJet) é de uma técnica de basicamente transmitir um sinal usando uma ação de acoplamento de campo elétrico, e um dispositivo de comunicação dessa técnica inclui uma unidade de circuito de comunicação processando um sinal de alta freqüência, um eletrodo de acoplamento disposto de modo a ficar separado de uma terra a uma altura predeterminada, e uma unidade de ressonância eficientemente aplicando o sinal de alta freqüência ao eletrodo de acoplamento. A exemplo da etiqueta de circuito impresso sem contato descrita acima, quando o dispositivo de comunicação é implementado em um dispositivo de informação para uso, pode se constituir em um dos problemas técnicos importantes a diminuição da altura do dispositivo de comunicação UWB.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

É desejável prover um dispositivo de comunicação excelente e acoplador de alta freqüência de baixa altura capaz de realizar adequadamente transmissão de dados de alta capacidade em estreita proximidade através de uma técnica de comunicação UWB sem fio usando uma banda larga de alta freqüência.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, um dispositivo de comunicação inclui uma unidade de circuito de comunicação processando dados de transmissão de sinal de alta freqüência, uma via de transmissão para o sinal de alta freqüência, a via de transmissão estando conectada à unidade de circuito de comunicação, uma terra, um eletrodo de acoplamento suportado por dois terminais, de modo a estar voltado para a terra e ficar separado por uma altura insignificante com relação a um comprimento de onda do sinal de alta freqüência, e uma unidade de ressonância aumentando uma corrente fluindo para o eletrodo de acoplamento por meio da via de transmissão. A unidade de ressonância inclui uma primeira unidade de ressonância conectada à via de transmissão, e uma segunda unidade de ressonância tendo uma primeira extremidade conectada à primeira unidade de ressonância e outra extremidade em curto circuito em relação à terra, a segunda unidade de ressonância tendo os terminais do eletrodo de acoplamento conectados à mesma. Um microdipolo é formado de um segmento de linha conectando-se a um centro de cargas armazenadas no eletrodo de acoplamento e um centro de cargas imagens armazenadas na terra, e o sinal de alta freqüência é transmitido para um lado distante disposto de modo a ficar voltado para o dispositivo de comunicação com um ângulo θ formado em relação a uma direção do microdipolo sendo de aproximadamente 0 grau.

Especificamente, o sinal de alta freqüência em outra modalidade da presente invenção é um sinal UWB usando uma banda ultralarga.

Igualmente, de acordo com outra modalidade da presente invenção, a terra do dispositivo de comunicação de acordo com a modalidade descrita anteriormente é um plano condutor formado sobre uma superfície de uma placa dielétrica, e a primeira unidade de ressonância e a segunda unidade de ressonância são tocos cada um deles formado de um plano condutor formado sobre outra superfície do quadro dielétrico.

Ademais, de acordo com outra modalidade da presente invenção, a segunda unidade de ressonância do dispositivo de comunicação de acordo com a modalidade descrita anteriormente é dividida em uma porção de recorte a uma posição predeterminada, e é formada de um primeiro toco tendo uma extremidade conectada à primeira unidade de ressonância e um segundo toco tendo uma ponta em curto circuito em relação à terra.

Igualmente, um dos terminais do eletrodo de acoplamento é conectado ao primeiro toco e outro dos terminais é conectado ao segundo toco. De acordo com outra modalidade da presente invenção, o primeiro toco e o segundo toco do dispositivo de comunicação de acordo com a modalidade descrita anteriormente têm um comprimento de fase aproximadamente igual. Mais especificamente, de acordo com modalidades da presente invenção, a segunda unidade de ressonância incluindo o primeiro toco, o eletrodo de acoplamento e o segundo toco, têm, no total, um comprimento de fase de um comprimento de onda de aproximadamente Vi. Igualmente, os primeiro e segundo tocos têm uma comprimento de fase de um comprimento de onda de aproximadamente 1/8, e o eletrodo de acoplamento conectado aos primeiro e segundo tocos com os dois terminais tem um comprimento de fase de um comprimento de onda de aproximadamente 1A .

De acordo com outra modalidade da presente invenção, a primeira unidade de ressonância do dispositivo de comunicação de acordo com a modalidade descrita previamente é um toco tendo um comprimento de fase de um comprimento de onda de aproximadamente 1A, e está em curto circuito com relação à terra em outra extremidade não conectada à via de transmissão. Igualmente, a segunda unidade de ressonância tem uma extremidade conectada a uma posição aproximadamente de centro da primeira unidade de ressonância.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, um acoplador de alta freqüência inclui uma via de transmissão para um sinal de alta freqüência, uma terra, um eletrodo de acoplamento suportado por dois terminais, de modo a estar voltado para a terra e para estar separado por uma altura insignificante com relação a um comprimento de onda do sinal de alta freqüência, e uma unidade de ressonância aumentando uma corrente que circula no eletrodo de acoplamento por meio da via de transmissão. A unidade de ressonância inclui uma primeira unidade de ressonância conectada à via de transmissão e uma segunda unidade de ressonância tendo uma extremidade conectada à primeira unidade de ressonância e outra extremidade em curto circuito em relação à terra, a segunda unidade de ressonância tendo os terminais do eletrodo de acoplamento conectados à mesma. Um microdipolo é formado de um segmento de linha conectando um centro de cargas armazenadas no eletrodo de acoplamento e um centro de cargas imagens armazenadas na terra, e o sinal de alta freqüência é transmitido para um acoplador de alta freqüência, de um lado distante, disposto de modo a estar voltado para o acoplador de alta freqüência com um ângulo θ formado em relação a uma direção do microdipolo sendo de aproximadamente 0 grau.

De acordo com as modalidades da presente invenção, um dispositivo de comunicação excelente e acoplador de alta freqüência de baixa altura podem ser providos e que sejam capazes de realizar adequadamente transmissão de dados de alta capacidade em estreita proximidade através de uma técnica de comunicação UWB fraca usando uma banda larga de alta freqüência.

De acordo com as modalidades da presente invenção, um acoplador de alta freqüência de baixo custo tendo uma resistência mecânica suficiente pode ser obtido, e suas características elétricas são difíceis de deteriorar mesmo quando a altura é reduzida. Ou seja, de acordo com as modalidades da presente invenção, pode ser obtido um acoplador de alta freqüência capaz de satisfazer todas as exigências de produtividade de massa, tamanho reduzido, baixa altura, e excelentes características elétricas.

De acordo com as modalidades da presente invenção, o eletrodo de acoplamento é suportado por dois terminais. Portanto, o acoplador de alta freqüência pode manter uma resistência mecânica suficiente.

Igualmente, uma onda vertical é gerada pela primeira unidade de ressonância formada de um toco (ou um circuito com constantes localizadas) de modo a permitir que um sinal de alta freqüência mais potente seja alimentado na segunda unidade de ressonância. Por conseguinte, é suprimida deterioração de características elétricas devido à baixa altura. De acordo com a modalidade da presente invenção, o toco ressonante é cortado, e dois terminais, frontal e traseiro, suportando o eletrodo de acoplamento são conectados ao toco ressonante de modo a ultrapassar a porção cortada. Por conseguinte, uma corrente não circulante através do eletrodo de acoplamento e que está passando pelo toco ressonante pode ser suprimida, e pode ser suprimida deterioração de características elétricas devido à baixa altura.

De acordo com a modalidade da presente invenção, uma vez que o primeiro toco e o segundo tocos têm um comprimento de fase aproximadamente igual, a amplitude de tensão é maximizada na posição do eletrodo de acoplamento. Por conseguinte, o acoplador de alta freqüência pode obter uma ação de acoplamento mais potente, e pode ser suprimida deterioração de características elétricas devido à baixa altura.

De acordo com as modalidades da presente invenção, os primeiro e segundo tocos têm ambos um comprimento de fase de um comprimento de onda de aproximadamente 1/8, e o eletrodo de acoplamento tem um comprimento de fase de um comprimento de onda de aproximadamente 1A. Portanto, o acoplador de alta freqüência pode obter uma ação de acoplamento mais potente, e pode ser suprimida deterioração de características elétricas devido à baixa altura.

De acordo com a modalidade da presente invenção, a amplitude de tensão da onda vertical é máxima próxima do centro do toco que forma a primeira unidade de ressonância. Com a segunda unidade de ressonância conectada a essa posição, o sinal de alta freqüência pode ser alimentado eficientemente na segunda unidade de ressonância. Assim, o acoplador de alta freqüência pode obter uma ação de acoplamento mais potente, e pode ser suprimida deterioração de características elétricas devido à baixa altura.

Outros aspectos e vantagens da presente invenção ficarão aparentes mediante descrição mais detalhada baseada em modalidades da presente invenção descritas abaixo e desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A fig. 1 ilustra esquematicamente a estrutura de um sistema de comunicação sem fio de alta velocidade de estreita proximidade de uma técnica de comunicação UWB fraca.

A fig. 2 ilustra a estrutura básica de um acoplador de alta freqüência disposto em um transmissor e em um receptor.

A fig. 3 ilustra um exemplo de implementação do acoplador de alta freqüência representado na fig. 2.

A fig. 4 ilustra um campo eletromagnético provocado por um

microdipolo.

A fig. 5 ilustra o campo eletromagnético representado na fig. 4 mapeado em um eletro de acoplamento.

A fig. 6 ilustra um exemplo da estrutura de uma antena carregada a capacitância.

A fig. 7 ilustra um exemplo da estrutura de um acoplador de alta freqüência usando um circuito com constantes distribuídas como uma unidade de casamento de impedância e uma unidade de ressonância.

A fig. 8 ilustra o estado em que uma onda vertical ocorre em um toco.

A fig. 9A ilustra um exemplo de um método de fabricar uma porção do eletrodo de acoplamento do acoplador de alta freqüência através de metaloplastia em laminado de metal (após estampagem).

A fig. 9B ilustra um exemplo do método de fabricação de uma porção do eletrodo de acoplamento do acoplador de alta freqüência através de metaloplastia em laminado de metal (após curvatura).

A fig. 9C ilustra um exemplo do eletrodo de acoplamento fabricado através de metaloplastia em laminado de metal (vistas laterais e vista em perspectiva).

A fig. 10A ilustra um exemplo do método de fabricação de uma porção do eletrodo de acoplamento do acoplador de alta freqüência através de metaloplastia em laminado de metal (após estampagem).

A fig. 10B ilustra um exemplo do método de fabricação de uma porção do eletrodo de acoplamento do acoplador de alta freqüência através de metaloplastia em laminado de metal (após curvatura).

A fig. 10C ilustra um exemplo do eletrodo de acoplamento fabricado através de metaloplastia em laminado de metal (vistas laterais e vista em perspectiva).

A fig. 11 ilustra a estrutura secional de um acoplador de alta freqüência com um eletrodo de acoplamento suportado por um espaçador feito de um dielétrico, o eletrodo de acoplamento estando conectado a um toco ressonante com uma linha de metal penetrando através de um orifício de passagem do espaçador.

A fig. 12 ilustra a estrutura secional de um acoplador de alta freqüência com um eletrodo de acoplamento suportado por dois terminais em um toco ressonante.

A fig. 13 ilustra a estrutura secional de um acoplador de alta freqüência em que um toco ressonante está cortado e terminais frontais e traseiros suportando um eletrodo de acoplamento são conectados ao toco ressonante de modo a ultrapassar a porção cortada.

A fig. 14 ilustra amplitudes de uma onda vertical de tensão e uma onda vertical de corrente quando um segundo toco ressonante encontra- se em uma extremidade aberta.

A fig. 15 ilustra uma operação característica de um toco com sua ponta como uma extremidade em curto circuito.

A fig. 16A ilustra uma operação característica de um toco com sua ponta como uma extremidade aberta. A fig. 16Β ilustra uma operação característica de um toco com sua ponta como uma extremidade aberta.

A fig. 17A ilustra (uma vista superior) de um acoplador de alta freqüência configurado de tal modo que um eletrodo de acoplamento fabricado através de metaloplastia em laminado de metal é implementado em uma placa de circuito impresso.

A fig. 17B ilustra (uma vista em perspectiva) do acoplador de alta freqüência configurado de tal modo que o eletrodo de acoplamento fabricado através de metaloplastia em laminado de metal é implementado na placa de circuito impresso.

A fig. 17C ilustra (uma vista secional) do acoplador de alta freqüência configurado de tal modo que o eletrodo de acoplamento fabricado através de metaloplastia em laminado de metal é implementado na placa de circuito impresso.

A fig. 18 ilustra o estado em que uma onda vertical ocorre em uma primeira unidade de ressonância do acoplador de alta freqüência representado nas figs. 17A a 17C.

A fig. 19 ilustra o estado em que uma onda vertical ocorre em uma segunda unidade de ressonância no acoplador de alta freqüência representado nas figs. 17A a 17C quando alocação de comprimento de fase é tal que o comprimento de fase de primeiro e segundo tocos é um comprimento de onda de 1/8 e o comprimento de fase de um terminal ao outro terminal do eletrodo de acoplamento é um comprimento de onda de 1A.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS

As modalidades da presente invenção são descritas abaixo, fazendo-se referência aos desenhos.

Primeiro, é descrito o princípio de operação de comunicação sem fio de alta velocidade de estreita proximidade usando uma técnica de comunicação UWB. A fig. 1 ilustra esquematicamente a estrutura de um sistema de comunicação sem fio de alta velocidade de estreita proximidade de uma técnica de comunicação UWB usando uma ação de acoplamento de campo elétrico. Na fig. 1, um transmissor IOe um receptor 20 têm respectivamente um eletrodo de acoplamento 14 e um eletrodo de acoplamento 24 para uso em transmissão e recepção. Estes eletrodos de acoplamento 14 e 24 estão dispostos de modo a ficarem voltados um para o outro e estarem separados entre si por, por exemplo, 3 cm, permitindo, dessa maneira, acoplamento de campo elétrico. Logo após um pedido de transmissão proveniente de uma aplicação de nível mais alto, uma unidade de circuito de transmissão 11 localizada em um transmissor 10 gera um sinal de transmissão de alta freqüência, tal como um sinal UWB, baseado em dados de transmissão, e propaga o sinal gerado do eletrodo de acoplamento de transmissão 14 para o eletrodo de acoplamento de recepção 24 como um sinal de campo magnético. Então, uma unidade de circuito de recepção 21 localizada em um receptor 20 desmodula e decodifica o sinal de campo elétrico de alta freqüência recebido, e passa dados reproduzidos para a aplicação de nível mais alto.

De acordo com a técnica de comunicação que usa uma banda larga de alta freqüência, tal como comunicação UWB, pode ser realizada transmissão de dados de ultra alta velocidade de aproximadamente 100 Mbps em estreita proximidade. Igualmente, como descrito mais abaixo, quando é realizada comunicação UWB com a ação de acoplamento de um campo eletrostático ou campo de indução em vez de um campo de radiação, a resistência de campo elétrico é inversamente proporcional ao cubo ou quadrado da distância. Portanto, suprimindo a resistência de campo elétrico a uma distância de três metros de uma instalação sem fio para que seja igual a ou inferior a um nível predeterminado, pode ser atingida comunicação sem fio fraca sem uma licença para uma estação sem fio, configurando, dessa maneira, um sistema de comunicação a baixo custo. Igualmente, comunicação de dados é realizada em estreita proximidade com uma técnica de acoplamento de campo elétrico. Portanto, como uma vantagem, uma vez que uma onda refletida proveniente de um refletor que esteja presente próximo é pequena, a influência de interferência é pequena. Ademais, como outra vantagem, prevenção contra pirataria ou proteção de confidencialidade na via de transmissão não precisa ser levada em consideração.

Por outro lado, à medida que a distância de propagação com relação ao comprimento de onda aumenta, aumenta perda de propagação. Portanto, para propagar um sinal de alta freqüência através de acoplamento de campo elétrico, é desejado que perda de propagação seja suprimida para nível suficientemente baixo. Em uma técnica de comunicação de transmissão de um sinal em banda larga de alta freqüência, tal como uma sinal UWB, através de acoplamento de campo elétrico, mesmo em comunicação de estreita proximidade de aproximadamente 3 cm, a distância é equivalente a um comprimento de onda de aproximadamente 1A para uma banda de freqüência de uso de 4 GHz, e, portanto, a distância não é insignificante. Entre outros, em um circuito de alta freqüência, o problema de impedância característica é sério se comparado com um circuito de baixa freqüência, e um efeito provocado por uma impedância não adaptada se torna proeminente no ponto de acoplamento entre os eletrodos do transmissor e receptor.

Em comunicação que usa uma freqüência de uma banda kHz ou MHz, a perda de propagação em espaço é pequena. Portanto, o transmissor e o receptor incluem um acoplador formado de apenas um eletrodo. Mesmo quando a porção de acoplamento opera simplesmente como um capacitor de placa plana paralela, pode ser realizada transmissão de dados desejada. Ao contrário, em comunicação para transmitir um sinal usando altas freqüências de uma banda GHz em uma distância não desprezível com relação ao comprimento de onda, a perda de propagação em espaço é pequena. Por conseguinte, é desejado que reflexão do sinal de transmissão seja suprimida para aumentar eficiência de transmissão. Mesmo se uma via de transmissão é ajustada para ter uma impedância característica predeterminada em cada um do transmissor e receptor, é difícil casamento de impedância na porção de acoplamento como no capacitor de placa plana paralela. Por exemplo, o sistema de comunicação representado na fig. 1, mesmo quando uma via de transmissão de um sinal de campo elétrico de alta freqüência que acopla a unidade de circuito de transmissão 11 e o eletrodo de acoplamento de transmissão 14 é uma linha coaxial com casamento de impedância de, por exemplo, 50 Ω, se a impedância na porção de acoplamento entre o eletrodo de acoplamento de transmissão 14 e o eletrodo de acoplamento de recepção 24 não for adaptada, o sinal de campo elétrico é refletido para provocar perda de propagação, diminuindo, dessa maneira, eficiência de comunicação.

Continuando neste assunto, como representado na fig. 2, o acoplador de alta freqüência disposto em cada um entre o transmissor IOeo receptor 20 é configurado de tal modo que uma unidade de ressonância incluindo um eletrodo de placa plana 14, 24, um indutor serial 12, 22, e um indutor paralelo 13, 23 é conectada a uma via de transmissão de sinal de alta freqüência. Aqui, a via de transmissão de sinal de alta freqüência pode ser configurada de um cabo coaxial, linha e microfaixa, linha coplanar, ou semelhante. Quando estes acopladores de alta freqüência são dispostos de modo a estarem voltados um para o outro, a porção de acoplamento opera como um filtro passa-banda extremamente em estreita proximidade, onde um campo quasieletrostático é dominante, permitindo, dessa maneira, transmissão de um sinal de alta freqüência. Igualmente, mesmo em uma distância em que um campo de indução é dominante e que não é desprezível com relação ao comprimento de onda, um sinal de alta freqüência pode ser transmitido entre dois acopladores de alta freqüência por meio de um campo de indução gerado de um microdipolo formado de cargas e cargas imagens armazenadas no eletrodo de acoplamento e terra. Aqui, se for meramente desejável que seja assegurada casamento de impedância simples e suprimida uma onda refletida entre os eletrodos do transmissor 10 e o receptor 20, ou seja, na porção de acoplamento, impedâncias sucessivas na porção de acoplamento podem ser projetadas mesmo com uma estrutura simples de cada acoplador, onde o eletrodo plano 14, 24 e um indutor serial são conectados em série na via de transmissão de sinal de alta freqüência. Entretanto, a impedância característica não é mudada antes e após da porção de acoplamento, e, portanto, a magnitude de uma corrente não é mudada. Ao contrário, com a provisão de um indutor paralelo 13, 23, uma carga maior é alimentada no eletrodo de acoplamento 14, produzindo, dessa maneira, uma potente ação de acoplamento de campo elétrico entre os eletrodos de acoplamento 14 e 24. Igualmente, quando um grande campo elétrico é induzido próximo da superfície do eletrodo de acoplamento 14, o campo elétrico gerado propaga-se desde a superfície do eletrodo de acoplamento 14 como um sinal de campo elétrico de uma onda longitudinal vibrando em uma direção de deslocamento (uma direção do microdipolo, que será descrito mais abaixo). Com esta onda de campo elétrico, mesmo se a distância entre os eletrodos de acoplamento 14 e 24 (distância de fase) for relativamente longa, o sinal de campo elétrico pode ser propagado.

Portanto, no sistema de comunicação sem fio de estreita proximidade de uma técnica de comunicação UWB fraca, condições, como a de um acoplador de alta freqüência, são conforme a seguir:

(1) Existe um eletrodo de acoplamento para acoplamento em um campo elétrico em uma posição de modo a estar voltado para a terra e para estar separado por uma altura insignificante com relação ao comprimento de onda do sinal de alta freqüência.

(2) Existe uma unidade de ressonância (indutor paralelo ou toco) para acoplamento em um campo elétrico mais potente. (3) Os indutores serial e paralelo, e a constante de um capacitor formado de eletrodos de acoplamento ou o comprimento do toco são ajustados de modo que seja assegurado casamento de impedância em uma banda de freqüência para uso em comunicação quando os eletrodos de acoplamento são colocados de modo a ficarem voltados um para o outro.

No sistema de comunicação representado na fig. 1, quando os eletrodos de acoplamento 14 e 24 do transmissor 10 e o receptor 20 estão voltados um para o outro como estando separados entre si por uma distância apropriada, dois acopladores de alta freqüência operam como um filtro passa- banda que deixa um sinal de campo elétrico de uma banda de alta freqüência desejada ultrapassar e, como um acoplador de alta freqüência simples, cada um também opera como um circuito conversor de impedância que amplifica a corrente, deixando, dessa maneira, uma corrente de uma grande amplitude fluir para dentro do eletrodo de acoplamento. Por outro lado, quando um acoplador de alta freqüência é colocado em espaço livre individualmente, a impedância de entrada do acoplador de alta freqüência não corresponde à impedância característica da via de transmissão de sinal de alta freqüência.

Desse modo, um sinal entrando na via de transmissão de sinal de alta freqüência é refletido no acoplador de alta freqüência e não é emitido para o exterior, e, portanto, não influencia outros sistemas de comunicação próximos. Ou seja, quando não se encontra presente qualquer contraparte para comunicação, o transmissor 10 não envia ondas de rádio desperdiçadamente como uma antena, mas assegura casamento de impedância apenas quando uma contraparte para comunicação se aproxima, transferindo, dessa maneira, um sinal de campo elétrico de alta freqüência.

A fig. 3 ilustra um exemplo de implementação do acoplador de alta freqüência representado na fig. 2. O acoplador de alta freqüência em um ou outro entre o transmissor 10 e o receptor 20 pode ser configurado similarmente. Na fig. 3, o eletrodo de acoplamento 14 é disposto sobre uma superfície superior de um espaçador 15 formado de um formato dielétrico em uma coluna, e é eletricamente conectado à via de transmissão de sinal de alta freqüência na placa de circuito impresso 17 por meio de um orifício de passagem 16 penetrando através do espaçador 15.

Por exemplo, após o orifício de passagem 16 ser formado no dielétrico em forma de coluna tendo uma altura desejada, o orifício de passagem 16 é preenchido com um condutor, e um plano condutor servindo como o eletrodo de acoplamento 14 é depositado por vaporização em uma face de extremidade superior desta coluna por, por exemplo, tecnologia de deposição. Sobre a placa de circuito impresso 17, é formado um plano de interligação servindo como via de transmissão de sinal de alta freqüência. Depois, com este espaçador 15 implementado na placa de circuito impresso 17 por brasagem, por refluxo ou semelhante, um acoplador de alta freqüência pode ser fabricado. Ajustando apropriadamente a altura da superfície de implementação de circuito da placa de circuito impresso 17 ao eletrodo de acoplamento 14, ou seja, o comprimento do orifício de passagem 16 (comprimento de fase) de acordo com o comprimento de onda em uso, o orifício de passagem 16 assume uma indutância, e pode ser usado em lugar do indutor serial 12 representado na fíg. 2. Igualmente, a via de transmissão de sinal de alta freqüência é conectada a um terra 18 por meio de um indutor paralelo em forma de chip 13.

Aqui, um campo eletromagnético ocorrendo no eletrodo de acoplamento 14 localizado no transmissor 10 será estudado abaixo.

Como representado nas figs. 1 e 2, o eletrodo de acoplamento 14 está conectado a uma extremidade da via de transmissão de sinal de alta freqüência, e uma saída de sinal de alta freqüência proveniente da unidade de circuito de transmissão 11 flui para o eletrodo de acoplamento 14, onde são armazenadas cargas. Aqui, com a ação ressonante de uma unidade de ressonância formada do indutor serial 12 e o indutor paralelo 13, a corrente fluindo para o eletrodo de acoplamento 14 por meio da via de transmissão é amplificada, e são armazenadas cargas maiores.

Igualmente, a terra 18 é disposta de modo a estar voltada para o eletrodo de acoplamento 14 e ficar separada por uma altura (comprimento de fase) insignificante com relação ao comprimento de onda do sinal de alta freqüência. Quando são armazenadas cargas no eletrodo de acoplamento 14, como descrito acima, cargas imagens são armazenadas na terra 18. Quando uma carga pontual Q é colocada fora de um condutor plano, uma carga imagem -Q (que é virtual com uma distribuição de carga de superfície substituída) é disposta no condutor plano, que está divulgada, por exemplo, em Tadashi Mizoguchi, "Electromagnetism", (Shokabo Publishing Co., Ltd., pp. 54-57).

Como resultado, é formado um microdipolo de um segmento de linha que conecta o centro das cargas armazenadas no eletrodo de acoplamento 14 e o centro das cargas imagens armazenadas na terra 18. Precisamente, cada uma da carga Qea carga imagem —Q tem um volume, e o microdipolo é formado de modo a conectar o centro da carga e o centro da carga imagem. O microdipolo deste documento representa um dipolo elétrico com uma distância extremamente curta entre cargas, e é descrito também, por exemplo, em Yasuto Mushiake, "Antenna and radiowave propagation", (Corona Publishing Co., Ltd., pp. 16-18). Com este microdipolo, um componente de onda transversal Ee do campo elétrico, um componente de onda longitudinal Er do campo elétrico e um campo magnético Ηφ ocorrem em torno do microdipolo.

A fig. 4 ilustra um campo eletromagnético provocado por um microdipolo. A fig. 5 ilustra este campo eletromagnético representado mapeado no eletrodo de acoplamento. Como representado nas figs. 4 e 5, o componente de onda transversal E0 do campo elétrico vibra em uma direção perpendicular para uma direção de propagação, e o componente de onda longitudinal Er do campo elétrico vibra em uma orientação paralela à direção de propagação. Em torno do microdipolo, ocorre o campo magnético Ηφ. As equações (1) a (3) abaixo representam um campo eletromagnético gerado pelo microdipolo, onde um componente inversamente proporcional ao cubo de uma distância R é um campo eletrostático, um componente inversamente proporcional ao quadrado da distância R é um campo de indução, e um componente inversamente proporcional à distância R é um campo de radiação.

<formula>formula see original document page 19</formula>

No sistema de comunicação sem fio de estreita proximidade representado na fig. 1, para suprimir uma onda perturbadora em relação a outros sistemas periféricos, é preferível usar o componente de onda longitudinal Er não contendo um componente do campo de radiação enquanto suprime o componente de onda transversal E0 contendo um componente do campo de radiação. Isto acontece porque, como pode ser visto a partir das Equações (1) e (2) acima, o componente de onda transversal E0 do campo elétrico contém um campo de radiação inversamente proporcional à distância (ou seja, um campo de radiação com uma pequena atenuação de distância, mas o componente de onda longitudinal Er não contém um campo de radiação.

Primeiro, para impedir a ocorrência do componente de onda transversal E9 do campo elétrico, o acoplador de alta freqüência é ajustado de modo a não operar como uma antena. O acoplador de alta freqüência representado na fig. 2 parece ser similar em estrutura a uma antena carregada a capacitância tendo um metal em uma ponta de um elemento de antena para prover uma capacidade eletrostática e reduzir a altura da antena. Desse modo, o acoplador de alta freqüência é ajustado de modo a não operar como uma antena carregada a capacitância. A fig. 6 ilustra um exemplo da estrutura de uma antena carregada a capacitância. Na fig. 6, o componente de onda longitudinal Er do campo elétrico ocorre principalmente em uma direção indicada por uma seta A, e o componente de onda transversal E0 do campo elétrico ocorre em direções indicadas por setas Bt e B2.

No exemplo da estrutura do eletrodo de acoplamento representado na fig. 3, o dielétrico 15 e o orifício de passagem 16 exercem uma função de evitar acoplamento entre o eletrodo de acoplamento 14 e a terra 18 e também uma função de formar o indutor serial 12. Com o indutor serial 12 formando com uma altura suficiente da superfície de implementação de circuito da placa de circuito impresso 17 para o eletrodo de acoplamento 14, evita-se acoplamento de campo elétrico entre a terra 18 e o eletrodo de acoplamento 14, assegurando, dessa maneira, uma ação de acoplamento de campo elétrico com o acoplador de alta freqüência localizado no receptor. Entretanto, quando a altura do dielétrico 15 é extensa, ou seja, quando a distância da superfície de implementação de circuito da placa de circuito impresso 17 para o eletrodo de acoplamento 14 não é insignificante com relação ao comprimento de onda de uso, o acoplador de alta freqüência atua como uma antena carregada a capacitância, levando o componente de onda transversal E0 nas direções indicadas pelas setas B1 e B2 na fig. 6. Por conseguinte, a altura do dielétrico 15 é ajustada para ter um comprimento suficiente de modo a evitar o acoplamento entre o eletrodo de acoplamento 14 e a terra 18 e obter características como as de um acoplador de alta freqüência e formar o indutor serial 12 para atuar como um circuito de casamento de impedância, e é ajustada para ser baixa de modo que radiação do componente de onda transversal Ee devido à corrente que flui através do indutor serial 12.

Por outro lado, é possível observar a partir da Equação (2) que o componente de onda longitudinal Er é máximo com um ângulo θ formado em relação à direção do microdipolo de 0. Por conseguinte, para comunicação de não contato eficientemente usando o componente de onda longitudinal Er do campo elétrico, é preferível transmitir um sinal de campo elétrico de alta freqüência dispondo o acoplador de alta freqüência localizado no receptor de modo a ficar voltado para o ângulo θ formado em relação à direção do microdipolo de 0.

Igualmente, com a unidade de ressonância formada do indutor serial 12 e o indutor paralelo 13, a corrente do sinal de alta freqüência que flui para o eletrodo de acoplamento 14 pela unidade de ressonância pode ser aumentada mais. Como resultado, o momento do microdipolo formado das cargas armazenadas no eletrodo de acoplamento 14 e das cargas imagens em um lado de terra pode ser aumentado. Com isto, um sinal de campo elétrico de alta freqüência formado do componente de onda longitudinal Er pode ser emitido eficientemente para uma direção de propagação com o ângulo θ formado em relação à direção do microdipolo de 0.

No acoplador de alta freqüência representado na fig. 2, uma unidade de casamento de impedância tem uma freqüência de operação fo determinada pelas constantes Li e L2 do indutor paralelo e o indutor serial. Entretanto, na técnica relacionada, um circuito com constantes localizadas tem uma banda mais estreita do que de um circuito de constantes distribuídas em um circuito de alta freqüência. Igualmente, uma vez que a constante do indutor é pequena com uma alta freqüência, a freqüência ressonante é deslocada desvantajosamente devido a variações de constante. Continuando neste assunto, um acoplador de alta freqüência é formado substituindo o circuito com constantes localizadas na unidade de casamento de impedância e na unidade de ressonância por um circuito com constantes distribuídas, permitindo, dessa maneira, uma banda larga.

A fig. 7 ilustra um exemplo da estrutura de um acoplador de alta freqüência usando um circuito com constantes distribuídas como uma unidade de casamento de impedância e uma unidade de ressonância. No exemplo da fig. 7, um condutor de terra 72 é formado sobre uma superfície inferior. Igualmente, o acoplador de alta freqüência é disposto em um painel de circuito impresso 71 tendo uma superfície superior sobre a qual um plano impresso é formado. Como a unidade de casamento de impedância e a unidade de ressonância do acoplador de alta freqüência, uma linha de microfaixa ou guia de onda coplanar, ou seja, um toco 73, é formada atuando como um circuito com constantes distribuídas em lugar do indutor paralelo e o indutor serial, e é conectada a um módulo de circuito de transmissão e recepção 75 por meio de um plano de uma linha de sinal 74. Uma ponta do toco 73 é conectada à terra 72 localizada sobre uma superfície inferior por meio de um orifício de passagem 76 penetrando através do painel impresso 71 para curto circuito. Igualmente, uma porção traseira do centro do toco 73 é conectada a um eletrodo de acoplamento 78 por meio de um terminal 77 feito de uma linha de metal fina.

Aqui, um toco no campo técnico de eletrônica é um nome genérico para uma linha com uma extremidade conectada e a outra extremidade desconectada ou aterrada, e é provida em algum ponto de um circuito para ajuste, medição, casamento de impedância, filtragem ou outros fins.

Aqui, uma entrada de sinal proveniente do circuito de transmissão e recepção por meio da linha de sinal é refletida na ponta do toco 73, provocando, dessa maneira, uma onda vertical no toco 73. O comprimento de fase do toco 73 é ajustado para ficar em um comprimento de onda de aproximadamente /4 o sinal de alta freqüência (180 graus de uma fase), e a linha de sinal 74 e o toco 73 são formados de uma linha de microfaixa, linha coplanar, ou semelhante localizada na placa de circuito impresso 71. Como representado na fig. 8, quando a ponta do toco 73 está em curto-circuito com um comprimento de fase de um comprimento de onda de 1A, a amplitude de tensão da onda vertical ocorrendo no toco 73 é 0 na ponta do toco 73 e é máxima no centro do toco 73, ou seja, em uma posição de um comprimento de onda de 1A (90 graus) da ponta do toco 73. Com o eletrodo de acoplamento 78 conectado por meio de um terminal 77 ao centro do toco 73 onde a amplitude de tensão da onda vertical é máxima, pode ser fabricado um acoplador de alta freqüência com excelente eficiência de propagação.

Na fig. 7, o toco 73 é uma linha de microfaixa ou guia de onda coplanar na placa de circuito impresso 71, e tem uma pequena resistência a corrente contínua. Portanto, a perda é pequena, mesmo com um sinal de alta freqüência, e pode ser reduzida perda de propagação entre acopladores de alta freqüência. Igualmente, o tamanho do toco 73 formando um circuito com constantes distribuídas é grande na medida de comprimento de onda de aproximadamente !/2 do sinal de alta freqüência. Portanto, um erro de dimensão devido a tolerâncias de fabricação é sutil comparado ao comprimento de fase total, dessa maneira, dificilmente produzindo variações de características.

O acoplador de alta freqüência representado na fig. 7 é configurado para ter o eletrodo de acoplamento suportado aproximadamente em um centro por um terminal feito de uma linha de metal, e, portanto, tem uma resistência mecânica insuficiente. Por exemplo, como representado na fig. 3, em um método de concepção, um circuito servindo como um eletrodo de acoplamento pode ser depositado por vaporização em uma face de extremidade superior de um espaçador feito de um dielétrico, e um condutor, com o qual um orifício de passagem penetrando através de um espaçador é preenchido, pode ser usado no lugar de um indutor serial. Entretanto, descartando o espaçador, custo de componente e o peso do dispositivo podem ser aumentados desvantajosamente.

Em outro método, o eletrodo de acoplamento pode ser fabricado através de metaloplastia em laminado de metal. Com uma pluralidade de terminais suportando o eletrodo de acoplamento no toco ressonante, pode ser assegurada uma resistência mecânica suficiente sem um espaçador. Igualmente, o acoplador de alta freqüência pode ser fabricado de uma maneira simples a baixo custo. Isto é adequado para produção em massa.

As figs. 9A a 9C e IOA a IOC ilustram um método de fabricar um eletrodo de acoplamento suportado por uma pluralidade de terminais usando metaloplastia em laminado de metal. Aqui, para metaloplastia em laminado de metal, pode ser usada, por exemplo, uma placa de bronze fosforoso de laminado superficial.

Um laminado de metal de cobre ou semelhante é primeiro estampado para formar uma porção plana e superfície superior e um terminal. A porção plana de superfície superior tem uma área de superfície relativamente larga, e atua como o eletrodo de acoplamento 14 para armazenar cargas. Igualmente, o terminal serve como uma parte de suporte suportando a porção plana de superfície superior no painel, e atua como uma via de propagação para cargas ao eletrodo de acoplamento 14 e também como o indutor serial 12.

Depois, o terminal é inclinado de modo a ficar aproximadamente perpendicular à porção plana de superfície superior, e uma extremidade inferior do terminal é inclinada mais para formar uma porção de conexão com a linha de sinal de alta freqüência e também regular uma altura desejada do terminal. A altura desejada neste documento corresponde a uma dimensão que permite uma função de evitar acoplamento entre o eletrodo de acoplamento 14 e a terra 18 sem operar como uma antena carregada a capacitância e também uma função de formar o indutor serial 12 com este terminal. Com, desse modo, eletrodo de acoplamento completo estando fixado a, por exemplo, um lugar relevante no painel de circuito impresso com bastidor (não mostrado) ou semelhante, a porção plana de terra como uma porção de conexão podem ser montadas no plano de interligação sobre o painel através de soldadura por refluxo.

Aqui, uma diferença de características elétricas é estudada abaixo entre o caso de se usar um terminal para conectar o eletrodo de acoplamento ao toco ressonante, e o caso de se usar dois terminais para suportar o eletrodo de acoplamento. A fig. 11 ilustra a estrutura secional de um acoplador de alta freqüência com um eletrodo de acoplamento suportado por um espaçador feito de um dielétrico, o eletrodo de acoplamento estando conectado a um toco ressonante, com um terminal feito de uma linha de metal penetrando através de um orifício de passagem do espaçador. A fig. 12 ilustra a estrutura secional de um acoplador de alta freqüência com um eletrodo de acoplamento suportado por dois terminais em um toco ressonante.

Uma entrada de corrente proveniente da unidade de circuito de transmissão e recepção por meio de linha de sinal flui para a terra por meio do toco ressonante e o orifício de passagem em sua ponta. Aqui, quando mais correntes fluem para um lado de eletrodo de acoplamento por meio do terminal, a resistência de sinal de transmissão do acoplador de alta freqüência pode ser aumentada. Como representado na fig. 8, quando a ponta do toco tendo um comprimento de fase de comprimento de onda de Vt está em curto circuito em relação à terra, a amplitude de tensão da onda vertical que ocorre no toco é máxima no centro do toco, ou seja, a um comprimento de onda de 1A (90 graus) desde a ponta. Portanto, o eletrodo de acoplamento é preferencialmente conectado ao centro do toco com um terminal (como descrito acima).

Entretanto, como resultado de um experimento, verificou-se que um corrente fluindo para o eletrodo de acoplamento desde o toco ressonante por meio de dois terminais (indicados por setas 4 e 5) na fig. 12, é menor do que uma corrente fluindo para o eletrodo de acoplamento desde o toco ressonante por meio de um terminal (indicado por setas 1 e 2) na fig. 11. Isto acontece porque, com dois terminais para conectar o eletrodo de acoplamento ao toco ressonante, a corrente que está passando pelo toco ressonante sem fluir para o eletrodo de acoplamento (indicado por uma seta 6 na fig. 12) é aumentada mais do que uma corrente que está passando pelo toco ressonante no caso de um terminal (indicado por uma seta 3 na fig. 11). Como resultado, é difícil para a corrente fluir para um lado de eletrodo de acoplamento, provocando, dessa maneira, deterioração de eficiência do acoplador de alta freqüência.

Assim, para suprimir uma corrente que está passando pelo toco ressonante sem fluir para o eletrodo de acoplamento, a Publicação de Pedido de Patente Não Analisado Japonês No. 2008-312074 já transferido para Sony Corporation sugere, como representado na fig. 13, um acoplador de alta freqüência em que o toco ressonante é cortado, e dois terminais, frontais e traseiros, suportando o eletrodo de acoplamento são conectados ao toco ressonante de modo a ultrapassar a porção cortada. A ponta do toco ressonante cortado é designada abaixo como primeiro toco ressonante, e a outra extremidade de entrada da linha de sinal é designada abaixo como um segundo toco ressonante.

De acordo com a estrutura representada na fig. 13, para fazer uma entrada de corrente proveniente da unidade de circuito de transmissão e recepção por meio da linha de sinal fluir para a ponta do toco ressonante, a corrente flui uma vez para o eletrodo de acoplamento por meio de um terminal, como indicado por uma seta 7 na fig. 13, e depois flui para o toco ressonante após a porção cortada por meio de outro terminal, como indicado por uma seta 8 na fig. 13. Ou seja, uma quantidade extremamente pequena de componentes de corrente passa pelo eletrodo de acoplamento para fluir através do toco ressonante, como indicado pela seta 6 na fig. 12. Portanto, se a quantidade de corrente indicada pelas setas 7 e 8 na fig. 13 é aumentada, as características do acoplador de alta freqüência pode ser aperfeiçoada.

Continuando, a posição de montagem dos eletrodos de acoplamento ou a posição cortada do toco ressonante é estudada abaixo.

Mesmo em um acoplador de alta freqüência configurado de modo que o toco ressonante, como representado na fig. 13, é cortado e dois terminais, frontal e traseiro, suportando o eletrodo de acoplamento são conectados ao toco ressonante de modo a ultrapassar a porção cortada, como com o exemplo da estrutura representada na fig. 7, o eletrodo de acoplamento fica disposto preferencialmente próximo a uma posição com uma grande amplitude da onda vertical de tensão.

A fig. 14 ilustra amplitudes de uma onda vertical de tensão e uma onda vertical de corrente dentro do toco ressonante quando o primeiro toco ressonante é uma extremidade aberta. Neste caso, como representado na fig. 14, ocorre uma onda vertical de tensão, que é máxima na extremidade aberta em um primeiro toco ressonante e uma extremidade de entrada em um segundo toco ressonante, e uma onda vertical de corrente tem um diferença de fase de até π/4 com relação à onda vertical de tensão. Portanto, quando o comprimento total (comprimento de fase) do toco ressonante, dos terminais, e do eletrodo de acoplamento é ajustado aproximadamente igual ao comprimento de fase de uma freqüência ressonante a 360 graus, ou seja, aproximadamente uma unidade de comprimento de onda, como representado na fig. 14, a amplitude da onda vertical de tensão é grande aproximadamente em seu centro. Portanto, é preferível cortar o toco ressonante em primeiro e segundo tocos ressonantes aproximadamente em um centro e montar o eletrodo de acoplamento de modo que esta porção cortada fique conectada a dois terminais.

Quando o eletrodo de acoplamento é suportado por um terminal, uma onda radioelétrica indesejada pode ocorrer desvantajosamente devido a uma corrente fluindo através deste terminal (ver fig. 6). Ao contrário, quando o eletrodo de acoplamento é suportado por dois terminais, o eletrodo de acoplamento é colocado em uma posição onde correntes em sentidos opostos fluem através dos respectivos terminais. Com isto, estas correntes são anuladas entre si para reduzirem radiação de uma onda radioelétrica indesejada.

Continuando, a redução da altura do acoplador de alta freqüência é estudada abaixo.

Na estrutura onde o eletrodo de acoplamento é suportado por um terminal, como representado na fig. 7, a ponta do toco, como uma unidade de ressonância, fica em curto circuito em relação à terra. Com isto, um campo elétrico entre o toco na placa de circuito impresso e na terra pode ser mantido potente (ver fig. 15). Como resultado, mesmo a altura desde a terra até o eletrodo de acoplamento é reduzida, acoplamento elétrico entre o eletrodo de acoplamento e o toco pode ser suprimido, reduzindo, dessa maneira, a altura do acoplador de alta freqüência. De acordo com um experimento realizado pelo inventor, confirmou-se que a altura pode ser reduzida em até 1.5 mm, se comparada a 3 mm, no passado. Entretanto, a estrutura de suporte do eletrodo de acoplamento mediante apenas um terminal não tem resistência mecânica suficiente. Além disso, se a estrutura é mudada para suportar o eletrodo de acoplamento por meio de um espaçador, como representado na fig. 11, o custo de componente é aumentado, o que não é adequado em se tratando de produção em massa.

Ao contrário, quando a estrutura é fabricada usando metaloplastia em laminado de metal para suportar o eletrodo de acoplamento por dois terminais, como descrito acima, uma resistência mecânica suficiente pode ser assegurada, e isto também é adequado para produção em massa. Ademais, como representado na fig. 14, quando a ponta do toco ressonante é uma extremidade aberta, como descrito acima, o comprimento de fase do toco ressonante total e eletrodo de acoplamento pode ser ajustado a aproximadamente uma unidade de comprimento de onda, e um sinal pode ser suficientemente alimentado no eletrodo de acoplamento montado em aproximadamente um centro do acoplador de alta freqüência. Por exemplo, um terminal do eletrodo de acoplamento tendo um comprimento de fase de comprimento de onda de 1A é conectado ao segundo toco tendo um comprimento de fase de comprimento de onda de 3/8, e outro terminal do eletrodo de acoplamento é conectado ao primeiro toco tendo um comprimento de fase de comprimento de onda de 3/8.

Entretanto, verificou-se a partir de um experimento realizado pelo inventor que, quando a ponta do toco ressonante é uma extremidade aberta e a altura desde a terra até o eletrodo de acoplamento é reduzida, ocorre deterioração de características elétricas, tal como uma banda estreitada. A razão para isto pode ser presumida de tal modo que uma ação de acoplamento elétrico ocorra entre o eletrodo de acoplamento e o toco devido a redução da altura, prejudicando consequentemente as operações originais.

O toco é originalmente formado de uma linha de microfaixa na placa de circuito impresso, e suas propriedades são estabelecidas pelo diagrama na placa de circuito impresso e a terra na parte posterior. Como apresentado na fig. 16A, quando a altura do eletrodo de acoplamento é alta, o campo elétrico do toco fica concentrado entre o diagrama na placa e a terra para apresentar o desempenho original. Entretanto, como representado na fig. 16B, quando a altura do eletrodo de acoplamento é reduzida para ficar próxima da do toco, o eletrodo de acoplamento e o toco ficam acoplados eletricamente entre si, prejudicando, dessa maneira, uma operação ressonante como um toco original.

Ou seja, quando a ponta do toco é uma extremidade em curto circuito, o potencial pode ser forçosamente fixado em OV. Entretanto, quando a ponta do toco é uma extremidade aberta, o potencial tende a ser indefinido. Em particular, quando outro eletrodo de acoplamento está presente próximo, pode ocorrer acoplamento a esse eletrodo de acoplamento para provocar um estado eletricamente instável.

Assim, o inventor sugere um acoplador de alta freqüência tendo uma nova estrutura de uma unidade de ressonância e permitindo que seja obtida uma característica elétrica desejada, mesmo com baixa altura, enquanto herda um eletrodo de acoplamento que pode ser produzido em massa através de metaloplastia em laminado de metal.

As figs. 17A, 17B e 17C são, respectivamente, uma vista superior, uma vista em perspectiva e uma vista secional de um acoplador de alta freqüência configurado de tal modo que um eletrodo de acoplamento fabricado através de metaloplastia em laminado de metal é montado em um toco ressonante formado como uma linha de microfaixa ou guia de onda coplanar em uma placa de circuito impresso. Aqui, no exemplo representado nas figs. 17A a 17C, é usado o eletrodo de acoplamento representado nas figs. 9A a 9C. Alternativamente, por conclusão, o eletrodo de acoplamento representado nas figs. IOA a IOC e outras estruturas em que um eletrodo de acoplamento é suportado por dois terminais fabricados através de metaloplastia em laminado de metal podem ser usados similarmente.

Nas figs. 17A a 17C, um acoplador de alta freqüência está disposto em uma placa de circuito impresso 171 tendo um condutor de terra 172 formado sobre uma superfície inferior e um circuito impresso formado sobre uma superfície superior. Como uma unidade de casamento de impedância e unidade de ressonância do acoplador de alta freqüência, uma linha de microfaixa ou um guia de onda coplanar atuando como um circuito com coristantes distribuídas, ou seja, um toco, é formada, que é conectada a um módulo de circuito de transmissão e recepção (não mostrado) por meio de um plano de linha de sinal. A unidade de ressonância no acoplamento de alta freqüência representado nas figs. 17A a 17C é formada de um toco, e tem dois estágios, ou seja, uma primeira unidade de ressonância 173-1 em um estágio frontal, e uma segunda unidade de ressonância 173-1 em um estágio traseiro. A primeira unidade de ressonância 173-1 está conectada em sua ponta a uma terra 172 sobre uma superfície inferior por meio de um orifício de passagem 176-1 penetrando através da placa de circuito impresso 171 para curto circuito, e é uma extremidade em curto circuito. Igualmente, um lado da primeira unidade de ressonância 173-1 que não se encontra em curto circuito em relação à terra 172 está conectada ao módulo de circuito de transmissão e recepção (não mostrado) por meio de uma linha de microfaixa ou semelhante. A segunda unidade de ressonância 173-2 está conectada aproximadamente a um centro da primeira unidade de ressonância 173-1.

Um toco formando a segunda unidade de ressonância 173-2 está cortado em dois, ou seja, um primeiro toco 173-2A e um segundo toco 173-2B. Dois terminais, frontais e traseiros, suportando um eletrodo de acoplamento 178 estão conectados ao primeiro toco 173-2A e ao segundo toco 173-2B de modo a ultrapassar esta porção cortada. O primeiro toco 173- 2A, uma parte do eletrodo de acoplamento 178, e o segundo toco 173-2B operam como uma unidade de ressonância. O segundo toco 173-2B está conectado em sua ponta à terra 172 sobre uma superfície inferior por meio de um orifício de passagem 176-2 penetrando através da placa de circuito impresso 171 para curto circuito, e é uma extremidade em curto circuito da segunda unidade de ressonância 173-2.

Aqui, embora a unidade de circuito de transmissão e recepção esteja representada em quaisquer das figs. 17A a 17C, a unidade de circuito de transmissão e recepção pode ser provida na mesma placa, ou pode ser configurada em outra placa por meio de um conector de alta freqüência ou cabo coaxial, de fim de estar separadamente colocada em uma posição ótima de um dispositivo sem fio.

Similarmente ao descrito acima, é preferível dispor o eletrodo de acoplamento 178 próximo de uma posição onde a amplitude da onda vertical de tensão é grande. Um método de configurar um acoplamento de alta freqüência considerando uma onda vertical de tensão é descrito abaixo.

A primeira unidade de ressonância 173-1 no estágio frontal é um toco tendo uma comprimento de fase de um comprimento de onda de Vi, e sua ponta é uma ponta em curto circuito. Portanto, como representado na fig. 18, a amplitude de tensão da onda vertical ocorrendo na primeira unidade estacionária 173-1 é 0 em sua ponta, e é máxima próxima de um centro, ou seja, um comprimento de onda de (90 graus). Depois, com a segunda unidade de ressonância 173-2 conectada próxima do centro onde a onda vertical de tensão é aproximadamente máxima, um sinal de alta freqüência pode ser alimentado eficientemente da primeira unidade de ressonância 173-1 para a segunda unidade de ressonância 173-2.

A segunda unidade de ressonância 173-2 no estágio traseiro inclui o primeiro toco 173-2A e o segundo toco 173-2B obtidos pela divisão em dois, e o eletrodo de acoplamento 178 conectado entre estes tocos. O comprimento de fase da segunda unidade de ressonância completa 173-2 é ajustado como um comprimento de onda de aproximadamente Vi, e sua ponta fica em curto circuito em relação à terra 172 por meio do orifício de passagem 176-2.

Aqui, o eletrodo de acoplamento 178 está conectado de modo a ficar posicionado no centro exato da segunda unidade de ressonância 173-2, a ponta do segundo toco 173-2B está conectada à terra 172 com uma amplitude de tensão tornando-se um nó de 0, mas a amplitude de tensão é maximizada na posição do eletrodo de acoplamento 178.

A segunda unidade de ressonância 173-2 tem um comprimento de fase de um comprimento de onda de Vi com sua ponta em curto circuito, e está conectada ao centro da primeira unidade de ressonância 173-1. Um lado da primeira unidade de ressonância que não se encontra em curto circuito em relação à terra está conectada ao circuito de transmissão e recepção por meio de uma linha de microfaixa ou semelhante.

Com a estrutura representada nas figs. 17A a 17C, um acoplador de alta freqüência ressonando em uma freqüência desejada pode ser fabricado. Quando o comprimento de fase do primeiro toco 173-2A e o comprimento de fase do segundo toco 173-2B são ajustados iguais entre si, a amplitude de tensão da onda vertical é maximizada na posição do eletrodo de acoplamento. Portanto, pode ser obtido um acoplador de alta freqüência capaz de acoplamento mais potente. Ademais, para aumentar mais sensibilidade do acoplador de alta freqüência, um comprimento de fase de um comprimento de onda de Vz pode ser alocado de modo que o comprimento de fase do primeiro toco 173-2A e o comprimento de fase do segundo toco 173-2B são cada um ajustado em um comprimento de onda de 1/8, e o comprimento de fase de um terminal do eletrodo de acoplamento 178 ao outro terminal é ajustado em um comprimento de onda de

A fig. 19 ilustra o estado em que ocorre uma onda vertical na segunda unidade de ressonância 173-2 quando alocação de comprimento de onda é como descrito acima. Pode-se compreender a partir da fig. 19 que a posição do eletrodo de acoplamento 178 corresponde à posição em que a amplitude de tensão da onda vertical é maximizada e, por conseguinte, pode ser obtido um acoplador de alta freqüência capaz de acoplamento mais potente.

Igualmente, quando é fabricado um circuito correspondendo às características de impedância do toco de um indutor do tipo chip e capacitor do tipo chip de constantes localizadas, as unidades de ressonâncias 173-1 e 173-2 podem ser dimensionadas menores.

O eletrodo de acoplamento 178 para uso no acoplador de alta freqüência representado nas figs. 17A a 17C pode ser implementado a baixo custo por estampagem e curvatura de um laminado de metal.

A presente invenção contém matéria relacionada àquela divulgada no Pedido de Patente de Prioridade Japonesa JP2009-080793 depositado no Instituto Nacional da Propriedade Industrial do Japão, em 30 de março de 2009, cujo conteúdo completo do mesmo está incorporado neste documento por referência.

E importante que aqueles que são versados na técnica compreendam que podem ocorrer várias modificações, combinações, subcombinações e alterações, dependendo das exigências de desenho e outros fatores à medida que elas estejam dentro do escopo das reivindicações apensas ou equivalentes das mesmas.

Claims

1. Dispositivo de comunicação, caracterizado pelo fato de compreender: - uma unidade de circuito de comunicação processando dados de transmissão de sinal de alta freqüência. - uma via de transmissão para o sinal e alta freqüência, a via de transmissão estando conectada à unidade de circuito de comunicação. - uma terra; - um eletrodo de acoplamento suportado por dois terminais de modo a estar voltado para a terra e estar separado por uma altura insignificante com relação a um comprimento de onda do sinal de alta freqüência. - uma unidade de ressonância aumentando uma corrente que flui para o eletrodo de acoplamento por meio da via de transmissão; em que: - a unidade de ressonância inclui uma primeira unidade de ressonância conectada à via de transmissão e uma segunda unidade de ressonância tendo uma extremidade conectada à primeira unidade de ressonância e outra extremidade em curto circuito em relação à terra, a segunda unidade de ressonância tendo os terminais do eletrodo de acoplamento conectados a mesma; e - um microdipolo é formado de um segmento de linha conectando um centro de cargas armazenadas no eletrodo de acoplamento e um centro de cargas imagens armazenadas na terra, e o sinal de alta freqüência é transmitido a um lado distante disposto de modo a estar voltado para o dispositivo de comunicação com um ângulo θ formado em relação a uma direção do microdipolo sendo de aproximadamente 0 grau.

2. Dispositivo de comunicação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: - a terra é um plano condutor formado em uma superfície de uma placa dielétrica; e - a primeira unidade de ressonância e a segunda unidade de ressonância são tocos cada uma formada de um plano condutor formado em outra superfície da placa dielétrica.

3. Dispositivo de comunicação de acordo com a reivindicação -1, caracterizado pelo fato de que: - a segunda unidade de ressonância é dividida em uma porção de recorte a uma posição predeterminada, e é formada de um primeiro toco tendo uma extremidade conectada à primeira unidade de ressonância e um segundo toco tendo uma ponta em curto circuito em relação à terra. - um dos terminais do eletrodo de acoplamento é conectado ao primeiro toco e outro dos terminais é conectado ao segundo toco.

4. Dispositivo de comunicação de acordo com a reivindicação -3, caracterizado pelo fato de que o primeiro toco e o segundo toco têm aproximadamente mesmo comprimento de fase.

5. Dispositivo de comunicação de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a segunda unidade de ressonância incluindo o primeiro toco, o eletrodo de acoplamento, e o segundo toco tem, no total, um comprimento de fase de um comprimento de onda de aproximadamente Vz.

6. Dispositivo de comunicação de acordo com a reivindicação -5, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo tocos têm ambos um comprimento de fase de um comprimento de onda de aproximadamente 1/8, e o eletrodo de acoplamento conectado aos primeiro e segundo tocos com os dois terminais têm um comprimento de fase de um comprimento de onda de aproximadamente 1A.

7. Dispositivo de comunicação de acordo com a reivindicação -1, caracterizado pelo fato de que: - a primeira unidade de ressonância é um toco tendo um comprimento de fase de um comprimento de onda de aproximadamente V2, e fica em curto circuito em relação à terra em outra extremidade não conectada à via de transmissão; - a segunda unidade de ressonância tem uma extremidade conectada a uma posição aproximadamente centralizada da primeira unidade de ressonância.

8. Dispositivo de comunicação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sinal de alta freqüência é um sinal UWB usando uma banda ultralarga.

9. Acoplador de alta freqüência, caracterizado pelo fato de compreender: - uma via de transmissão para um sinal de alta freqüência. - uma terra. - um eletrodo de acoplamento suportado por dois terminais de modo a estar voltado para a terra e estar separado por uma altura insignificante com relação a um comprimento de onda do sinal de alta freqüência; - uma unidade de ressonância aumentando uma corrente que flui para o eletrodo de acoplamento por meio da via de transmissão; em que: - a unidade de ressonância inclui uma primeira unidade de ressonância conectada à via de transmissão e uma segunda unidade de ressonância tendo uma extremidade conectada à primeira unidade de ressonância e outra extremidade em curto circuito em relação à terra, a segunda unidade de ressonância tendo os terminais do eletrodo de acoplamento conectados à mesma. - um microdipolo é formado de um segmento de linha conectando um centro de cargas armazenadas no eletrodo de acoplamento e um centro de cargas imagens armazenadas na terra, e o sinal de alta freqüência é transmitido a um lado distante disposto de modo a estar voltado para o dispositivo de comunicação com um ângulo θ formado em relação a uma direção do microdipolo sendo de aproximadamente O grau.