CN101145811A - 通信系统、通信装置以及高频耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明提供通信系统、通信装置以及高频耦合器。本发明通过使用高频的宽带信号的UWB通信方式在信息设备间进行大容量数据通信。通过发送机和接收机所分别具有的高频耦合器间的静电耦合对UWB信号进行高速数据传送。通过使想要进行通信的通信设备彼此在物理上接近，不进行复杂的设定而直观地选择想要进行通信的对象并开始通信动作，当通信对象不在附近时不放射电波，因此不会干扰其它通信系统。另外，即使从远处传来电波，耦合器也不接收电波，因此不会受到来自其它通信系统的干扰。

Description

通信系统、通信装置以及高频耦合器

技术领域

本发明涉及一种在信息设备间进行大容量数据通信的通信系统，特别涉及一种通过利用高频率的宽频带信号的UWB通信方式而在信息设备间进行大容量数据通信的通信系统。

更详细地说，本发明涉及在超近距离配置的信息设备间利用静电场(准静电场)或感应电场来传送UWB通信信号的通信系统、通信装置以及高频耦合器，特别是涉及在各信息设备中装载的耦合器间有效地传递高频信号、在超近距离内可进行利用了静电场或感应电场的大容量传送的通信系统、通信装置以及高频耦合器。

背景技术

最近，在个人计算机之间交换图像、音乐等的数据等、在小型的信息设备间移动数据时，代替用AV(Audio Visual：视听)线缆、USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)线缆等通用线缆相互连接的数据通信、以存储卡等介质为媒介的方法，利用无线接口的情况逐渐增多。根据后者，不需要每次传送数据时都进行连接器的改变操作而配线缆，从而使用户的便利性较高。还出现了许多装载了各种无线缆连接通信功能的信息设备。

作为在小型设备间通过无线缆进行数据传送的方法，以IEEE802.11为代表的无线LAN(Local Area Network：局域网)、蓝牙((Bluetooth)注册商标)通信为首，开发了使用天线来进行无线信号的发送接收的电波通信方式。例如，提出了如下的可移动式图像记录装置：在避免由把持了把手部的手造成的覆盖的位置上内置有内置天线，内置天线不会被手覆盖而接收正确的图像数据，因此即使在装置内部配备无线通信用的天线也可以按原样发挥天线本来所具有的特性(例如参照专利文献1)。

另外，近年来受到关注的被称为“超宽带(UWB)”的通信方式，是使用3.1GHz～10.6GHz的非常宽的频带而在近距离内实现100Mbps左右的大容量无线数据传送的无线通信技术，因此能够高速且在短时间内传送例如运动图像、一张CD的音乐数据之类的大容量数据。

UWB通信由于发送功率的关系，通信距离为10m左右，设想PAN(Personal Area Network：个人局域网)等的面向近距离的无线通信方式。例如，在IEEE802.15.3等中，作为UWB通信的访问控制方式，考虑了包含前导(preamble)的包结构的数据传送方式。另外，作为UWB的应用程序，美国英特尔公司正在研究作为面向个人计算机的通用接口而普及的USB(Universal SerialBus)的无线版。

另外，考虑到UWB通信即使不占用3.1GHz～10.6GHz的传送频带也可进行超过100Mbps的数据传送、RF电路制作的简易性，还积极开展使用了3.1～4.9GHz的UWB低频带(low-band)的传送系统的开发。本发明的发明人认为，利用了UWB低频带的数据传送系统是装载在移动设备中的有效的无线通信技术之一。例如，可实现包含存储设备的超高速近距离用的DAN(Device Area Network：设备域网络)等近距离区域中的高速数据传送。

在此，只要在离无线设备3米距离内的电场强度(电波的强度)为规定水平以下、即对附近存在的其它无线系统来说是噪声水平程度的微弱无线，就不需要无线台的许可(例如，参照非专利文献1)，可减少无线系统的开发/制造成本。上述的UWB通信由于发送电力的关系，能够以比较低的电场水平构成面向近距离的无线通信系统。然而，在通过使用天线进行无线信号的发送接收的电波通信方式来构成UWB通信系统的情况下，难以将产生电场抑制到上述的微弱水平。

以往的无线通信系统大多采用电波通信方式，利用电流流过天线(antenna)时产生的放射电场来传播信号。在这种情况下，存在如下问题：不管是否存在通信对象都会从发送机侧发射电波，因此会成为对附近的通信系统的干扰电波的产生源。另外，接收机一侧的天线不仅接收来自发送机的期望波，还接收从远方传来的电波，因此容易受到周围的干扰电波的影响，成为接收灵敏度下降的原因。另外，在存在多个通信对象的情况下，为了在其中选择所期望的通信对象而需要进行复杂的设定。例如，在小范围内多组无线设备进行无线通信的情况下，为了避免相互的干扰，需要进行频率选择等频分复用来进行通信。另外，由于当电波与偏振波方向正交时无法进行通信，因此需要在发送接收设备间使相互的天线的偏振波方向一致。

例如，在考虑到在数毫米～数厘米的极近距离内的非接触数据通信系统的情况下，最好使接收发送设备在近距离内较强地耦合，另一方面为了避免对其它系统的干扰而不使信号传到远距离。另外，最好使进行数据通信的设备彼此不取决于接近极近距离时的相互的姿态(方向)而进行耦合、即无方向性。另外，最好在进行大容量数据通信时可进行宽带通信。

在无线通信中，除了上述利用了放射电场的电波通信以外，还可以举出利用了静电场、感应电场等的通信方式。例如，在主要利用于RFID(Radio Frequency IDentification：无线射频识别)中的现有的非接触通信系统中，应用了电磁耦合方式、电磁感应方式。由于静电场、感应电场相对于离产生源的距离分别与距离的三次方和平方成反比，因此可实现离无线设备3米距离内的电场强度(电波的强度)为规定水平以下的微弱无线，不需要接受无线台的许可。另外，由于这种非接触通信系统的传送信号根据距离而急剧衰减，所以在通信对象不在附近时不会产生耦合关系，因此不会干扰其它通信系统。另外，即使从远处传来电波耦合器(coupler)也不接收电波，因此能够不受来自其它通信系统的干扰。即，可以说利用了感应电场、静电场的电场耦合的非接触/超近距离通信适合于微弱无线通信的实现。

非接触的超近距离通信系统相对于普通的无线通信系统具有几个优点。例如，在相距较远的设备彼此进行无线信号交换的情况下，随着周围的反射物的存在、通信距离的扩大，导致无线区间的信号质量下降，但是通过近距离通信就能够不取决于周围环境而使用高传送率来进行错误率少的高质量传送。另外，在超近距离通信系统中，侦听传送数据的非法设备没有介入的余地，从而不需要考虑传送路径上的破解的防止、隐密性的确保。

另外，在电波通信中，天线需要具有使用波长λ的二分之一或四分之一程度的大小，因此必然会导致装置的大型化。与此相对，在利用了感应电磁场、静电磁场的超近距离通信系统中，不存在这样的制约。

例如，提出了如下的RFID标记系统：形成配置为使RFID标记位于多个通信辅助体间的通信辅助体组，将附在多个商品上的RFID标记配置成夹在通信辅助体间，由此即使在RFID标记重合的状态下也能够稳定地读取/写入信息(例如，参照专利文献2)。

另外，提出了如下的数据通信装置：该数据通信装置具备装置主体和用于将该装置主体穿戴在身体上的穿戴单元，并且具备天线线圈和通过该天线线圈与外部的通信装置非接触地进行数据通信的数据通信单元，在设置在装置主体的上部的外壳上配置天线线圈和数据通信单元，使用了感应磁场(例如，参照专利文献3)。

另外，提出了如下的便携式电话机：该便携式电话机在插入到便携式信息设备中的存储卡中装载用于与外部设备进行数据通信的天线线圈，在便携式信息设备的存储卡插入口的外侧配置RFID的天线线圈，具有不影响便携性而确保了通信距离的RFID(例如，参照专利文献4)。

利用了静电场、感应电场的以往的RFID系统，由于使用了低频信号，因此通信速度较慢，不适合进行大量的数据传送。另外，在使用由天线线圈引起的感应电磁场来进行通信的方式的情况下，存在如下安装上的问题：当线圈的背面有金属板时无法进行通信，在配置线圈的平面上需要较大面积等。另外，传送路径中的损失较大，信号的传送效率不高。

与此相对，本发明的发明人认为，通过用电场耦合来传送高频信号、即利用静电场或感应电磁场来传送上述UWB通信信号的超近距离通信系统，可利用不需要获得无线台的许可的微弱电场来实现考虑了隐密性的高速数据传送。在利用了静电场或者感应电场的UWB通信系统中，本发明的发明人认为，例如能够高速且在短时间内传输运动图像、一张CD的音乐数据这样的大容量的数据。

在此，在以往的RFID系统中，通常使发送机与接收机的电极(耦合器)间贴紧，用户使用起来不大方便。因此，认为最好是在电极之间相距3cm左右来进行近距离通信的方式。

在使用较低频带的信号的电场耦合方式中，发送机与接收机的3cm的电极间距离是与波长相比可忽略的长度，因此发送接收设备之间的传播损失不是大问题。然而，在考虑传送如UWB信号那样高频的宽带信号的情况下，3cm的距离对于使用频带4GHz来说相当于大约二分之一波长。由于传播损失根据相对于波长的传播距离的大小而产生，因此发送机与接收机的电极间距离是与波长相比无法忽略的长度。因此，在通过电场耦合来传送UWB信号时，需要将传播损失抑制得足够低。

专利文献1：  日本特开2006-106612号公报

专利文献2：  日本特开2006-60283号公报

专利文献3：  日本特开2004-214879号公报

专利文献4：  日本特开2005-18671号公报

非专利文献1：电波法实施规则(昭和二十五年电波监理委员会规则第十四号)第六条第一项第一号

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种可通过使用高频的宽带信号的UWB通信方式在信息设备间进行大容量的数据通信的优越的通信系统。

本发明的进一步的目的在于提供一种可在超近距离配置的信息设备间利用静电场(准静电场)或感应电场来可传送UWB通信信号的优越的通信系统、通信装置以及高频耦合器。

本发明的更进一步的目的在于提供一种在各信息设备中装载的耦合器间有效地传递高频信号、在超近距离内可实现利用了静电场或感应电场的大容量传送的优越的通信系统、通信装置以及高频耦合器。

用于解决问题的方案

本发明是参考上述问题而提出的通信系统，其特征在于，具备：发送机，其具备生成传送数据的高频信号的发送电路部、以及将该高频信号作为静电场或感应电场而发送的高频耦合器；接收机，其具备高频耦合器、以及对由该高频耦合器接收到的高频信号进行接收处理的接收电路部；以及阻抗匹配部，其取上述发送机与接收机的高频耦合器间的阻抗的匹配，通过上述发送机和接收机的高频耦合器间的电场耦合来传送上述高频信号。

其中，这里所说的“系统”是多个装置(或实现特定功能的功能模块)在逻辑上集合而成的，与各装置、功能模块是否处于一个壳体内无关(以下同样)。

当在个人计算机之间交换图像、音乐等数据等无线缆地进行小型信息设备间的数据传送时，会提高用户的便利性。然而，在以无线LAN为代表的多数无线通信系统中，由于利用电流流过天线时所产生的放射电场，因此不管通信对象是否存在都会发射电波。另外，放射电场与离天线的距离成反比例地缓慢衰减，因此导致信号到达较远处。因此会成为对附近的通信系统的干扰电波的产生源，并且接收机侧的天线的接收灵敏度也会由于周围的干扰电波的影响而降低。总而言之，在电波通信方式中难以实现限定于极近距离的通信对象的无线通信。

另一方面，在利用了静电场、感应电场的通信系统中，当附近不存在通信对象时，不产生耦合关系。另外，感应电场、静电场的电场强度分别与距离的平方和三次方成反比例地急剧衰减。即，不产生多余的电场，并且电场不会到达远处，因此不会干扰其它通信系统。另外，即使从远方传来电波，耦合用电极也不接收电波，因此不受来自其它通信系统的干扰。但是，以往的这种通信系统由于使用低频信号，因此通信速度较慢，不适合大量的数据传送。另外，在利用了感应电磁场的通信方式的情况下，具有在配置线圈的平面上需要较大面积等安装上的问题。

与此相对，本发明所涉及的通信系统利用发送接收机分别具有的高频耦合器来使生成传送数据的UWB信号的发送机与对UWB信号进行接收处理的接收机间电场耦合，从而传送UWB信号。由于静电场和感应电场分别与距离的三次方和平方成反比例地衰减，因此可实现不需要无线台的许可的微弱无线，并且不需要考虑传送路径上的破解的防止、隐密性的确保。另外，由于是UWB通信，因此可进行超近距离的大容量通信，能够高速且在短时间内传送例如运动图像、一张CD的音乐数据之类的大容量数据。

在此，在高频电路中，根据相对于波长的传播距离的大小而产生传播损失，因此在传送UWB等高频信号时，需要将传播损失抑制到足够低。

因此，在本发明所涉及的通信系统中，上述发送机将传送上述发送电路部所生成的高频信号的高频信号传送路径通过阻抗匹配部、谐振部连接到上述高频耦合器的电极的大致中央，另一侧的上述接收机在上述高频耦合器的电极的大致中央通过阻抗匹配部、谐振部连接向上述接收电路部传送高频信号的高频信号传送路径。而且，阻抗匹配部取上述发送机与接收机的高频耦合器间的阻抗的匹配，抑制耦合器间的反射波而降低传播损失。

该阻抗匹配部、谐振部的目的在于在发送机与接收机的电极间即耦合部分中取阻抗匹配来抑制反射波，在上述发送机与接收机的高频耦合器之间作为使期望的高频带通过的带通滤波器而进行动作。具体地说，阻抗匹配部能够由集中常数电路构成。或者能够由具有取决于使用波长的长度的导体构成。在后者的情况下，具体地说，在装载耦合器的印刷电路基板上形成具有取决于使用波长的长度的导体图案(也称为“短线”)，使其作为阻抗匹配部发挥作用。

另外，上述高频耦合器进行使与通信对象进行电场耦合的输出侧的特性阻抗相对于从上述发送电路部输入高频信号的输入侧的特性阻抗降低的阻抗匹配。即，使更多的电流流入耦合用电极。在这种情况下，高频耦合器能够感应更大的电场，使电极间较强的耦合。

具体地说，高频耦合器将电极、串联感应器、并联感应器连接到高频信号传送路径。这里所说的高频信号传送路径表示同轴线缆、微波传输带线路、共面线路等。在发送机与接收机的电极间即耦合部分中，如果目的仅在于取阻抗匹配并抑制反射波，则只要是将电极和串联感应器连接到高频信号传送路径的简单的结构即可。与此相对，在高频信号传送路径末端的电极前通过并联感应器接地的情况下，作为耦合器单体，可具备作为阻抗变换电路的功能，该阻抗变换电路的功能使耦合器的先前的特性阻抗Z₁相对于耦合器前侧的特性阻抗Z₀降低，由此电极中流入更多的电流，因此能够感应更大的电场，使电极间较强的耦合。上述的串联感应器和并联感应器能够由集中常数电路构成之外，还可以利用取决于所使用的波长的长度的导体由分布常数电路构成。

构成高频耦合器的电极例如可装载在安装通信处理电路的印刷电路基板上。从印刷电路基板到电极的高度满足以下条件：该高度是可抑制与印刷电路基板接地间的电场耦合的距离，是可构成实现上述的阻抗匹配的串联感应器的距离，并且是不使由流过该串联感应器的电流引起的多余电波的放射变大(即，作为由串联感应器构成的谐振部的天线的作用不会变大)的距离。

在电波通信中，不能在天线的放射元件的附近配置接地等金属。与此相对，在使用了电场耦合的通信中，即使在高频耦合器的电极的背面侧配置金属，特性也不会恶化。另外，通过适当选择串联电感和并联电感的常数，能够制作得比以往的天线更小。另外，由于静电磁场不像天线那样具有偏振波，因此即使方向改变也可确保固定的通信质量。

在本发明所涉及的通信系统中，只要发送机与接收机的高频耦合器相向并在两个电极间产生电容就可进行通信。而且，静电磁场与放射电波不同，没有偏振波，因此其形状不限于平板，能够按照无线设备的设计而设计成自由的形状。例如，只要是半球形的电极，就可以不取决于相向的电极间的相对位置关系而得到最佳的电场耦合路径。

发明的效果

根据本发明，可提供通过使用高频的宽频带信号的UWB通信方式在信息设备间进行大容量的数据通信的优越的通信系统。

另外，根据本发明，可提供能够在超近距离配置的信息设备间利用静电场(准静电场)或感应电场来传送UWB通信信号的优越的通信系统、通信装置以及高频耦合器。

另外，根据本发明，可提供能够在各信息设备中装载的耦合器间有效地传递高频信号、并在超近距离内实现利用了静电场或感应电场的大容量传送的优越的通信系统、通信装置以及高频耦合器。

本发明是通过发送机与接收机所分别具有的高频耦合器间的电场耦合来传送UWB信号的、可进行高速数据传送的超近距离通信系统，通过使想要进行通信的通信设备彼此在物理上靠近，不进行复杂的设定而直观地选择想要进行通信的对象来开始通信动作。

本发明所涉及的通信系统在附近不存在通信对象时不产生耦合关系、即不发射电波，因此不会干扰其它通信系统。另外，即使从远处传来电波，耦合器也不接收电波，因此不受来自其它通信系统的干扰。

另外，本发明所涉及的通信系统是利用了电场耦合作用的超近距离通信系统，换言之远距离无法进行通信，因此可减少被设想外的对象破解信息的危险性。

在发送机与接收机中使用的高频耦合器可将电极的背面设为金属的接地。因而，即使在高频耦合器的背面存在金属，通信也不会受到影响，另外，从电极产生的电场也不会对位于高频耦合器背面的电路带来坏影响。

另外，在如本发明那样通过电场耦合方式来进行UWB信号的传送的情况下，与使用天线的电波通信不同，没有偏振波，因此不论高频耦合器的方向如何都可确保均匀的通信质量。因而，可以自由设计电极的形状，可制作得比以往的天线更小。

通过基于后述的本发明的实施方式、附图的更详细说明，可明确本发明的进一步其它的目的、特征、优点。

附图说明

图1是表示与本发明的一个实施方式有关的通信系统的结构例的图。

图2是表示在发送机与接收机中分别配置的高频耦合器的结构例的图。

图3是表示使图2所示的高频耦合器的电极彼此相向配置的情况的图。

图4A是用于说明图2所示的高频耦合器的单体中的特性的图。

图4B是用于说明图2所示的高频耦合器的单体中的特性的图。

图5A是表示高频耦合器通过作为阻抗变换器的功能而感应电场的情况的图。

图5B是表示高频耦合器通过作为阻抗变换器的功能而感应电场的情况的图。

图6是表示由1组高频耦合器构成的带通滤波器的等效电路的图。

图7是表示构成为高频耦合器单体的阻抗变换电路的等效电路的图。

图8是表示实际的高频耦合器的结构例的图。

图9是表示将天线、耦合器(有并联感应器的情况)、耦合器(没有并联感应器的情况)分别相向放置而边改变距离边测量传播损失的结果的图。

图10是表示将高频耦合器的电极形成为球形的例子的图。

图11是表示使用了高频耦合器的通信系统的实施例的图。

图12是表示在使用了kHz或MHz带的频率的通信中发送机与接收机具备仅由电极构成的耦合器，耦合部分单纯地作为平行平板电容而动作的结构例。

图13是表示在使用了GHz带的高频的通信中在耦合部中的阻抗不匹配部分中通过反射信号而产生传播损失的情况的图。

图14A是表示在高频耦合器的电极中心上连接了高频传送线路时流过电极内的电流的情况的图。

图14B是表示在从高频耦合器的电极中心偏离的某个位置上连接了高频传送线路时在电极内流过不均匀的电流而放射多余电波的情况的图。

图15是表示使两个高频耦合器相向配置并改变了耦合用电极间的距离时的S参数(反射特性：VSWR)的实测值的图。

图16是表示使两个高频耦合器相向配置并改变了耦合用电极间的距离时的S参数(传播损失S₂₁)的实测值的图。

图17是示意性地表示在天线元件的顶端安装金属而使其具有静电容量从而缩短天线的高度的“加容型(capacitance-loaded)”天线的结构的图。

图18是表示在与传播方向平行的方向上振动的电场成分(纵波成分)E_R的图。

图19是表示将由微小偶极子(infinitesimal dipole)产生的电磁场映射到耦合用电极上的情况的图。

图20是表示通过金属板材加工来制作高频耦合器的电极部分的方法的一例的图。

图21是表示通过金属板材加工来制作高频耦合器的电极部分的方法的一例的图。

图22是表示通过金属板材加工来制作高频耦合器的电极部分的方法的一例的图。

图23是表示通过将信号线、谐振部以及耦合用电极作为同一基板上的布线图案形成而制作的高频耦合器的结构例的图。

图24是表示将图1所示的通信系统应用于电力输送时的结构例的图。

图25是表示将图1所示的通信系统应用于电力输送中的其它结构例的图。

附图标记说明

10：发送机；11：发送电路部；12：串联感应器；13：并联感应器；14：发送用电极；15：电介质；16：通孔；17：印刷电路基板；18：接地；20：接收机；21：接收电路部；22：串联感应器；23：并联感应器；24：接收用电极。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。

本发明涉及利用静电场或感应电场在信息设备间进行数据传送的通信系统。

根据基于静电场或感应电场的通信方式，在附近不存在通信对象时没有耦合关系而不放射电波，因此不会干扰其它通信系统。另外，即使从远处传来电波，耦合器也不接收电波，因此不受来自其它通信系统的干扰。

另外，相对于在利用了天线的以往的电波通信中放射电场的电场强度与距离成反比例，在感应电场中电场强度与距离的平方成反比例地衰减，在静电场中电场强度与距离的三次方成反比例地衰减，因此根据基于电场耦合的通信方式，可构成对附近存在的其它无线系统来说是噪声水平程度的微弱无线，不需要接收无线台的许可。

此外，有时也将随时间改变的静电场称为“准静电场”，但是在本说明书中包括它统一称为“静电场”。

在以往的利用了静电场或感应电场的通信中，由于使用低频信号，因此不适合大量的数据传送。与此相对，在本发明所涉及的通信系统中，通过利用电场耦合来传送高频信号，可实现大容量传送。具体地说，如UWB(Ultra Wide Band：超宽带)通信那样通过将使用高频、宽带的通信方式应用在电场耦合中，可实现微弱无线，并且可实现大容量数据通信。

UWB通信使用3.1GHz～10.6GHz的非常宽的频带，可实现近距离并且100Mbps左右的大容量无线数据传送。UWB通信本来是作为使用了天线的电波通信方式而开发的通信技术，例如在IEEE802.15.3等中，作为UWB通信的访问控制方式，设计了包括前导的包结构的数据传送方式。另外，作为UWB的应用，美国英特尔公司正在研究作为面向个人计算机的通用接口而普及的USB的无线版。

另外，考虑到UWB通信即使不占用3.1GHz～10.6GHz的传送频带也可进行超过100Mbps的数据传送的情形、RF电路制作的简易性，还积极开展使用了3.1～4.9GHz的UWB低频带的传送系统的开发。本发明的发明人认为，利用了UWB低频带的数据传送系统是装载在移动设备中的有效的无线通信技术之一。例如，可实现包含存储设备的超高速近距离用的DAN(Device AreaNetwork)等近距离区域中的高速数据传送。

本发明的发明人认为，根据利用了静电场或感应电场的UWB通信系统，可进行利用微弱电场的数据通信，并且能够高速且在短时间内传送例如运动图像、一张CD的音乐数据之类的大容量数据。

在图1中示出利用了静电场或感应电场的非接触通信系统的结构例。图示的通信系统由进行数据发送的发送机10和进行数据接收的接收机20构成。如该图所示，当使发送接收机各自的高频耦合器相向配置时，两个电极作为一个电容而动作，作为整体如带通滤波器那样进行动作，因此能够在两个高频耦合器之间有效地传递高频信号。

发送机10与接收机20分别具有的发送接收用的电极14和24例如相隔3cm左右而相向配置，可进行电场耦合。发送机侧的发送电路部11在从上位应用程序产生发送请求时，根据发送数据生成UWB信号等高频发送信号，从发送用电极14向接收用电极24传播信号。然后，接收机20侧的接收电路部21对接收到的高频信号进行解调及解码处理，将再现了的数据传递给上位应用程序。

根据如UWB通信那样使用高频、宽带的通信方式，在近距离内可实现100Mbps左右的超高速数据传送。另外，在不通过电波通信而通过电场耦合来进行UWB通信的情况下，由于其电场强度与距离的三次方或平方成反比例，因此使离无线设备3米距离内的电场强度(电波的强度)抑制在规定水平以下，从而可实现不需要无线台的许可的微弱无线，能够廉价地构成通信系统。另外，在通过电场耦合方式在超近距离内进行数据通信的情况下，存在如下的优点：不会由于周围存在的反射物而使信号质量降低，不需要考虑传送路径上的破解的防止、隐密性的确保。

另一方面，由于传播损失根据相对于波长的传播距离的大小而变大，因此在通过电场耦合传播高频信号时，需要将传播损失抑制到足够低。如UWB信号那样在通过电场耦合来传送高频的宽带信号的通信方式中，即使是3cm左右的超近距离通信，对于使用频带4GHz来说是相当于大约二分之一波长，因此是无法忽略的长度。特别是在高频电路中，特性阻抗的问题与低频电路相比更深刻，在发送接收机的电极间的耦合点上由阻抗不匹配产生的影响是明显的。

在使用了kHz或MHz带的频率的通信中，由于空间中的传播损失较小，因此如图12所示那样在发送机与接收机具备仅由电极构成的耦合器并使耦合部分单纯地作为平行平板电容而动作的情况下，也能够进行所期望的数据传送。但是，在使用了GHz带的高频的通信中，由于空间上的传播损失较大，因此需要抑制信号的反射来提高传送效率。如图13所示，即使在发送机和接收机中分别将高频信号传送路径调整为规定的特性阻抗Z₀，在仅由平行平板电容耦合的情况下，在耦合部中也无法进行阻抗匹配。因此，在耦合部中的阻抗不匹配部分中，由于信号的反射而导致产生传播损失，效率降低。

例如，在图1所示的利用了静电磁场的UWB通信系统中，即使连接发送电路部11与发送用电极14的高频信号传送路径是例如进行了50Ω的阻抗匹配的同轴线路，  当发送用电极14与接收用电极24间的耦合部中的阻抗不匹配时，信号也会反射而产成传播损失。

因此，在本实施方式中，如图2所示，将平板状的电极14、24和串联感应器12、22、并联感应器13、23连接到高频信号传送路径而构成分别配置在发送机10和接收机20上的高频耦合器。如图3所示，当使这种高频耦合器相向配置时，两个电极作为一个电容而进行动作，作为整体如带通滤波器那样进行动作，因此能够在两个高频耦合器之间有效地传递高频信号。这里所说的高频信号传送路径表示同轴线缆、微波传输带线路、共面线路等。

在此，在发送机10与接收机20的电极间即耦合部分中，如果目的仅在于进行阻抗匹配而抑制反射波，则不需要如图4A所示那样将平板状的电极14、24和串联感应器12、22、并联感应器13、23连接到高频信号传送路径而构成各耦合器，而是如图4B所示那样只要使各耦合器为将平板状的电极14、24和串联感应器连接到高频信号传送路径上的简单的结构即可。即，即使仅在高频信号传送路径上插入串联感应器，在与发送机侧的耦合器相向的超近距离内存在接收机侧的耦合器的情况下，也可以设计为使耦合部分中的阻抗连续。

但是，在图4B所示的结构例中，在耦合部分的前后的特性阻抗没有变化，因此电流的大小也不变。与此相对，如图4A所示，在高频信号传送路径末端的电极前通过并联电感接地的情况下，作为耦合器单体，具备使耦合器的先前的特性阻抗Z₁(即Z₀>Z₁)相对于耦合器前侧的特性阻抗Z₀降低的作为阻抗变换电路的功能，能够使耦合器的输出电流I₁相对于流向耦合器的输入电流I₀放大(即I₀<I₁)。

在图5A和图5B中，示出了在设置了并联电感的情况和未设置的情况下的耦合器中分别通过电极间的电场耦合来感应出电场的情况。从该图中也可理解为如下：耦合器除了设置串联感应器之外还设置并联感应器，可感应出更大的电场，使电极间进行更强的耦合。另外，当如图5A所示那样在电场附近感应较大电场时，所产生的电场作为沿前进方向振动的纵波而向电极面的正面方向传播。通过该电场的波，即使在电极间的距离较大的情况下也能够在电极间传播信号。

因而，在通过电场耦合来传送UWB信号等高频信号的通信系统中，作为高频耦合器必须满足的条件如下。

(1)存在用于在电场中进行耦合的电极。

(2)存在用于在更强的电场中进行耦合的并联感应器。

(3)在通信中使用的频带中设定感应器以及电极的电容的常数，使得相向配置耦合器时可进行阻抗匹配。

如图3所示由电极相向的1组高频耦合器构成的带通滤波能够根据串联感应器和并联感应器的电感、由电极构成的电容的容量来决定其通过频率f₀。在图6中示出了由1组高频耦合器构成的带通滤波器的等效电路。当设特性阻抗为R[Ω]、中心频率为f₀[Hz]、输入信号与通过信号的相位差为α[弧度](π<α<2π)、由电极构成的电容器的容量为C/2时，能够根据使用频率f₀由下式求出构成带通滤波器的并联和串联电感L₁、L₂的各常数。

[式1]

$L_1=-\frac{R(1+\cos \mathrm{\&alpha;})}{2\mathrm{\&pi;}{f}_0\sin \mathrm{\&alpha;}}\left[H\right]$

$L_2=\frac{1+\mathrm{\&pi;}{f}_0\mathrm{CR}\sin \mathrm{\&alpha;}}{4{\mathrm{\&pi;}}^2{f}_0^{2}C}\left[H\right]$

另外，在耦合器单体作为阻抗变换电路发挥作用的情况下，其等效电路如图7所示。在图示的电路图中，为了满足下式，通过根据使用频率f₀分别选择并联电感L₁和串联电感L₂，可构成使特性阻抗从R₁变换为R₂的阻抗变换电路。

[式2]

$L_1=\frac{R_1}{2\mathrm{\&pi;}{f}_0}\sqrt{\frac{R_2}{R_1-R_2}}\left[H\right]$

$L_2=\frac{1}{4{\mathrm{\&pi;}}^2{f}_0^2}(\frac{1}{C}-2\mathrm{\&pi;}{f}_0\sqrt{R_2(R_1-R_2)})\left[H\right]$

R₁>R₂

这样，在图1所示的非接触通信系统中，进行UWB通信的通信设备使用图2所示的高频耦合器来代替在以往的电波通信方式的无线通信设备中使用天线，可实现具有以往所没有的特征的超近距离数据传送。

如图3所示，相互的电极相隔超近距离而相向的两个高频耦合器作为使期望频带的信号通过的带通滤波器而进行动作，并且单体高频耦合器作为放大电流的阻抗变换电路而起作用。另一方面，在将高频耦合器单独放置于自由空间上时，高频耦合器的输入阻抗与高频信号传送路径的特性阻抗不一致，因此从高频信号传送路径进入的信号在高频耦合器内被反射，不向外部放射。

因而，在本实施方式所涉及的通信系统中，在发送机侧当没有应进行通信的对象时，不像天线那样发射电波，仅在应进行通信的对象靠近而使各自的电极构成电容时，通过如图3所示那样实现阻抗匹配，进行高频信号的传递。

在此，考察在发送机侧的耦合用电极中产生的电磁场。在图18中示出由微小偶极子引起的电磁场。另外，在图19中将该电磁场映射到耦合用电极上。如图所示，电磁场被大致分类为在与传播方向垂直的方向上振动的电场成分(横波成分)E_θ和在与传播方向平行的方向上振动的电场成分(纵波成分)E_R。另外，在微小偶极子周围产生磁场H_φ。下式表示由微小偶极子引起的电磁场，由于任意的电流分布都可作为这种微小偶极子的连续的集合来考虑，因此由此感应的电磁场也具有同样的性质(例如，参照虫明康人著《アンテナ·電波伝搬》(コロナ社，16页～18页))。

[式3]

$E_{\mathrm{\&theta;}}=\frac{{\mathrm{pe}}^{-\mathrm{jkR}}}{4\mathrm{\&pi;\&epsiv;}}(\frac{1}{R^3}+\frac{\mathrm{jk}}{R^2}-\frac{k^2}{R})\sin \mathrm{\&theta;}$

$E_R=\frac{{\mathrm{pe}}^{-\mathrm{jkR}}}{2\mathrm{\&pi;\&epsiv;}}(\frac{1}{R^3}+\frac{\mathrm{jk}}{R^2})\cos \mathrm{\&theta;}$

$H_{\mathrm{\&phi;}}=\frac{{\mathrm{j\&omega;pe}}^{-\mathrm{jkR}}}{4\mathrm{\&pi;}}(\frac{1}{R_2}+\frac{\mathrm{jk}}{R})\sin \mathrm{\&theta;}$

由上式可知，电场的横波成分由与距离成反比例的成分(放射电场)、与距离的平方成反比例的成分(感应电场)、以及与距离的三次方成反比例的成分(静电场)构成。另外，电场的纵波成分仅由与距离的平方成反比例的成分(感应电场)、以及与距离的三次方成反比例的成分(静电场)构成，不包括放射电磁场的成分。另外，电场E_R在|cosθ|＝1的方向、即图18中的箭头方向上最大。

在无线通信中广泛利用的电波通信中，从天线放射的电波是在与其前进方向正交的方向上振动的横波E_θ，当电波与偏振波的方向正交时无法进行通信。与此相对，在利用了静电场、感应电场的通信方式中，从耦合电极放射的电磁波除了包含横波E_θ之外还包含在前进方向上振动的纵波E_R。纵波E_R也被称为“表面波”。另外，表面波能够通过导体、电介质、磁性体等介质的内部和表面进行传播。

在利用了电磁场的传送波之中将相位速度v小于光速c的波称为慢波，将相位速度v大于光速c的波称为快波。表面波相当于前者的慢波。

在非接触通信系统中，也能够以放射电场、静电场、感应电场中的任意成分为媒介传递信号。然而，与距离成反比例的放射电场有可能成为对位于较远处的其它系统的干扰波。因此，最好是一面抑制放射电场的成分换言之抑制包括放射电场的成分的横波E_θ、一面利用了不包括放射电场的成分的纵波E_R的非接触通信。

此外，根据上述观点，在本实施方式所涉及的高频耦合器中，进行如下研究。首先，根据表示了电磁场的上述式3可知，在具有θ＝0°的关系的情况下E_θ＝0，且E_R成分取极大值。即，E_θ在相对于电流的流动方向垂直的方向上最大，E_R在与电流的流动方向平行的方向上最大。因而，为了使相对于电极面垂直的正面方向的E_R为最大，最好使相对于电极垂直的方向上的电流成分变大。另一方面，在使供电点从电极的中心偏离的情况下，由于该偏离而使对相对于电极平行的方向上的电流成分增加。而且，电极的正面方向的E_θ成分根据该电流成分而增加。因此，如图14A所示，在本实施方式所涉及的高频耦合器中，在电极的大致中心位置上设置供电点(后面记述)，使E_R成分最大。

当然，在以往的天线中不仅产生放射电场，还产生静电场、感应电场，如果使发送接收天线接近就会引起电场耦合，但是大部分能量都作为放射电场而放出，作为非接触通信没有效率。与此相对，图2示出的高频耦合器中为了在规定频率上产生更强的电场E_R并提高传送效率，构成了耦合用电极和谐振部。

在发送机侧单独使用了图2示出的高频耦合器的情况下，在耦合用电极的表面上产生纵波的电场成分E_R，但是包含放射电场的横波成分E_θ与E_R相比较小，因此几乎不放射电波。即，不产生对附近的其它系统的干扰波。另外，输入到高频耦合器中的信号基本上由电极反射而返回输入端。

与此相对，在使用了1组高频耦合器的情况下、即在发送接收机之间近距离地配置了高频耦合器时，耦合用电极彼此主要通过准静电场成分进行耦合而像1个电容器那样工作，如带通滤波器那样进行动作，成为实现了阻抗匹配的状态。因而，在通过频带中大部分信号/功率被传送到对象方，向输入端的反射较少。这里所说的“近距离”是利用波长λ来定义的，相当于耦合用电极间的距离d为d<<λ/2π。例如，如果使用频率f₀为4GHz，则是电极间距离为10mm以下的情况。

另外，在发送接收机之间在中距离上配置了高频耦合器时，在发送机侧的耦合用电极的周围静电场衰减，产生主要由感应电场构成的电场E_R的纵波。电场E_R的纵波被接收机侧的耦合用电极接收，并传送信号。但是，与将两耦合器近距离配置的情况相比，在发送机侧的高频耦合器中，输入的信号由电极反射而返回输入端的比例变高。这里所说的“中距离”是利用波长λ来定义的，耦合用电极间的距离d是λ/2π的1～数倍程度，如果使用频率f₀为4GHz，则是电极间距离为10～40mm的情况。

在图8中示出了图2示出的高频耦合器的实际结构例。在图示的例子中示出了发送机10侧的高频耦合器，但是在接收机20侧也同样构成。在该图中，将电极14配置在圆柱状的电介质15的上表面，通过贯穿该电介质15内的通孔16与印刷电路基板17上的高频信号传送路径电连接。

能够通过如下处理来制作图示的高频耦合器：例如，在具有期望的高度的圆柱状的电介质中形成通孔后，在该圆柱的上表面形成应成为耦合用电极的导体图案，并且在通孔中填充导体，进而利用回流焊接等将该电介质安装在印刷电路基板上。

在此，通过根据使用波长来适当调整从印刷电路基板17的电路安装面到耦合用电极14为止的高度、即通孔16的长度，能够使通孔16具有电感，从而代替图2示出的串联感应器12。高频信号传送路径通过片状的并联感应器13与接地18连接。

电介质15和通孔16兼具避免耦合用电极14与接地18之间的耦合的作用和形成串联感应器的作用。通过从印刷电路基板17的电路安装面到电极14为止取足够的高度来构成串联感应器12，从而避免接地18与电极14之间的电场耦合，确保作为高频耦合器的功能(即，与接收机侧的高频耦合器之间的电场耦合作用)。但是，当电介质15的高度较大、即从印刷电路基板17的电路安装面到电极14为止的距离是相对于使用波长不能忽略的长度时，串联感应器12即谐振部作为天线起作用，存在通过流过其内部的电流放出多余的电波的问题。在这种情况下，由作为高频耦合器的谐振部中的天线的动作引起的放射电波相对于距离的衰减小于静电场、感应电场，因此难以抑制到离无线设备3米距离内的电场强度为规定水平以下的微弱无线。因此，电介质15的高度应满足如下条件：避免与接地18的耦合而充分得到作为高频耦合器的特性；为了作为阻抗匹配电路起作用而构成所需的串联感应器；不使由流过该串联感应器的电流引起的多余电波的发射变大(即不使由串联感应器构成的谐振部的作为天线的作用变大)的程度。

通常，金属妨碍天线的有效的电波放射，因此不能在天线的放射元件的附近配置接地等金属。与此相对，在本实施方式所涉及的通信系统中，即使在电极14的背面侧配置金属，高频耦合器的特性也不会恶化。另外，通过适当选择串联感应器12和并联感应器13的常数，能够制作得比以往的天线更小。另外，由于静电磁场不像天线那样具有偏振波，因此即使方向变化也能确保固定的通信质量。

另外，天线通过与距离成反比例地衰减的放射电场来进行信号的传递。与此相对，本实施方式所涉及的高频耦合器主要通过与距离的平方成反比例地衰减的感应电场以及与距离的三次方成反比例地衰减的静电场来进行信号的传递。特别是静电场在电极间的距离变大时电气上的耦合急剧下降而无法进行通信，这意味着适合于在超近距离中使用了微弱电场的通信中。

在图15和图16中，示出了在使两个高频耦合器相向配置并改变了耦合用电极间的距离时的S参数的实测值。S参数由与从发送侧放射的信号在接收侧反射而返回的反射特性S₁₁相当的VSWR(Voltage Standing wave Ratio：电压驻波比)、和从发送侧放射的信号到达接收侧为止的传播损失S₂₁构成，在图15和图16中分别示出。其中，设高频耦合器的接地的尺寸为17mm×17mm、耦合用电极的尺寸为8mm×8mm、电极高度(金属线长度)为4mm来代替串联感应器，并联电感为1.8nH。

通常，推荐VSWR为2以下。从图15可知，关于在4GHz带动作的高频耦合器，在发送接收间距离为10mm以下时VSWR为较小值，实现了阻抗匹配。此时，认为高频耦合器的耦合用电极彼此主要通过静电场进行耦合并像1个电容器那样进行动作。另一方面，在发送接收间距离为10mm以上时VSWR取较大值，没有实现阻抗匹配。此时，认为两个高频耦合器主要通过纵波的感应电场来传递信号并进行耦合。

另外，在图9中示出了使天线、耦合器(有并联感应器的情况)、耦合器(没有并联感应器的情况)分别相向配置而边改变距离边测量传播损失的结果的比较。

即使距离变大，天线的传播损失与耦合器(有并联感应器)相比也不变大，因此有可能会导致成为对其它无线系统的干扰信号。另外，在不具有并联感应器的耦合器中，传播效率低，即使通信对象在附近的情况下传播损失也较大。

与此相对，耦合器(有并联感应器)在距离1cm左右为止的近距离内较强地耦合，传播损失变小，但是随着距离增大向急剧衰减，具有不会对周围产生干扰的特性。因而，通过使高频耦合器具备并联感应器，在极近距离内使高频耦合器的耦合用电极彼此相向时，能够在使用频带中实现阻抗匹配，另外，可以说耦合器彼此通过更强的电场来进行耦合。

此外，将高频耦合器的电极连接到同轴线缆、微波传输带线路、共面线路的高频传送线路上。本说明书中所说的“高频耦合器”是解决高频电路特有的问题的设备。

另外，在高频耦合器中，在电极的中心上连接高频传送线路(或串联感应器)。这是因为，通过在电极的中心上连接高频传送线路，在电极内流过均匀的电流，在电极正面与电极面大致垂直的方向上不放射多余的电波(参照图14A)，但是在从电极的中心偏离的某个位置上连接高频传送线路时，在电极内流过不均匀的电流，如微波传输带天线那样进行动作而导致放射多余的电波(参照图14B)。

另外，如图17所示，在电波通信的领域中可知在天线元件的顶端安装金属使其具有静电容量从而使天线的高度缩短的“加容型”天线，形式上它与图2示出的耦合器的结构类似。在此说明本实施方式中在发送接收机中使用的耦合器与加容型天线的不同点。

图17所示的加容型天线向天线的放射元件的周围B₁和B₂的方向放射电波，但是A方向成为不放射电波的零点(nullpoint)。仔细研究在天线周围产生的电场，产生与离天线的距离成反比例地衰减的放射电场、与离天线的距离的平方成反比例地衰减的感应电场、以及与离天线的距离的三次方成反比例地衰减的静电场。而且，与放射电场相比，感应电场和静电场根据距离急剧衰减，因此在一般的无线系统中仅讨论放射电场而忽略感应电场和静电场的情况较多。因而，即使是图17所示的加容型天线，也在A方向上产生感应电场和静电场，但是由于在空气中迅速衰减，因此在电波通信中没有积极利用。

在图8中示出了可应用于图1所示的通信系统中的高频耦合器的结构例。但是，高频耦合器的构成方法并不限于此。

例如，能够通过金属板材加工来简单且廉价地制作高频耦合器的电极部分。在图20～图22中图解了其制作方法。

在各图中，首先对由铜等构成的金属板材实施穿孔加工，形成成为耦合用电极的部分和成为将耦合用电极与高频信号线连接的腿的部分。

接着实施弯曲加工，使腿部相对于耦合用电极部分大致垂直地弯曲而形成期望的高度。这里所说的期望的高度相当于能够兼具避免耦合用电极与接地之间的耦合的作用、和该腿部形成串联感应器的作用的尺寸。

将这样制作出来的耦合用电极通过夹具(未图示)等固定在例如印刷电路基板上的相应位置上，用回流焊接等固定即可。

此外，作为串联感应器而起作用的腿部的条数，例如可以是图20和图22所示的2条，也可以是图21所示的1条，或者也可以是3条以上。

或者，也可以通过将信号线、谐振部以及耦合用电极作为在同一基板上的布线图案而形成，从而简单地制作高频耦合器。图23示出其一例。其中，配置成高频耦合器的背面不与接地重叠。图示的高频耦合器与立体型的高频耦合器相比在特性上有耦合较弱、频带较窄之类的缺点，但是具有制作成本、小型化(薄型化)之类的优点。

如上所述，根据本实施方式所涉及的通信系统，能够利用静电场或感应电场的特征来进行UWB信号的高速通信。另外，静电场或感应电场的耦合力根据通信距离而显著衰减，因此可防止被预想以外的对象破解信息，可确保隐密性。另外，通过与想要连接的通信对象在物理上接近而交换信息，对用户来说能够直观地选择通信对象。本实施方式所涉及的通信系统不向外部放射电波，因此不会对其它无线系统造成影响。另外，不接收从外部传来的电波，因此也不会由于受到外来的噪声的影响而使接收灵敏度下降。

另外，根据本实施方式所涉及的通信系统，只要在两个电极之间产生电容就可进行通信。而且，静电场、感应电场与放射电波不同，没有偏振波，因此电极的形状不限于平板。例如，也可以将电极设为如图10所示的球形，还可以配合无线设备的设计而设计成自由的形状。在图示的例子中，半径a[m]和半径b[m]的两个导体球A和B相隔距离d[m]而配置在介电常数ε[F/m]的介质中(其中，设两个球体的中心间距离d与A球和B球各自的半径a和b相比足够大)。此时的两个球体间的静电容量C为如下式。

[式4]

$C=\frac{4\mathrm{\&pi;\&epsiv;}}{(\frac{1}{a}+\frac{1}{b})}\&lsqb;F\&rsqb;$

只要是球形的电极，就能够不取决于相向的电极间的相对位置关系而得到稳定的电场耦合路径。另外，也可以在电极的背面配置金属板，因此能够不受安装的制约而在无线设备内的自由的位置上放置高频耦合器。

在图11中图解说明使用了高频耦合器的通信系统的实施例。通过使便携型无线设备100的电极101接近固定型无线设备200的电极201，使电极间发生电场耦合，开始通信动作。便携型无线设备100由笔形壳体构成，在其顶端部安装有半球状的电极101。因而，不取决于与相向的固定型无线设备200侧的电极201之间的相对位置关系而可得到稳定的电场耦合路径。

对于图示的利用了电场耦合的超近距离通信系统，通过使用UWB等宽带的无线通信方式，能够在短时间内下载或上传图像、运动图像等数据。

另外，也可以考虑与非接触IC卡组合的实施方式。在这种情况下，可构建如下系统：在进行个人认证、核款的同时下载音乐、运动图像等内容。

以上说明了在图1示出的通信系统中在1组高频耦合器间传送信号的结构。在此，在两个设备间传送信号时必然会伴随能量的移动，因此也可以将这种通信系统应用于电力输送。如上所述，由发送机侧的高频耦合器产生的电场E_R作为表面波在空中传播，能够在接收机侧对由高频耦合器接收的信号进行整流/稳定化而取得电力。

在图24中示出将图1示出的通信系统应用于电力输送时的结构例。

在图示的系统中，通过使连接到AC电源的充电器与无线通信设备接近，通过它们中内置的高频耦合器非接触地向无线通信设备进行送电及充电。但是，高频耦合器仅用于电力输送的用途。

当受电的高频耦合器不在送电的高频耦合器的附近时，输入到送电用的高频耦合器的大部分电力发生反射而返回DC/AC转换器侧，因此可抑制向外部放射多余的电波、或消耗需要以上的电力的情况。

另外，在该图中举出了向无线通信设备进行充电的例子，但是被充电的一侧不限于无线设备，例如也可以进行对音乐播放器、数字照相机的非接触电力输送。

另外，在图25中示出了将图1示出的通信系统应用于电力输送中的其它结构例。图示的系统将高频耦合器和表面波传送线路兼用于电力输送和通信中。

进行通信及送电的定时的切换是根据从发送电路部发送的通信/送(受)电切换信号来进行的。例如，也可以将通信和送电以预先决定的周期来进行切换。此时，能够通过将充电的状态附加在通信信号中而反馈到充电器侧，从而最理想地保持送电输出。例如，如果充电结束，则也可以将该信息发送到充电器侧，将送电的输出设为0。

在该图所示的系统中，将充电器连接在AC电源上，但是除此之外例如也可以用在如下的用途：从其它移动电话向电池较少的移动电话分配电力。

工业上的可利用性

以上，参照特定的实施方式来详细说明了本发明。但是显然本领域技术人员在不脱离本发明的要旨的范围内可进行该实施方式的修正、替换。

在本说明书中，以应用于通过电场耦合以无线缆对UWB信号进行数据传送的通信系统的实施方式为中心进行了说明，但是本发明的要旨并不限于此。例如，对于使用UWB通信方式以外的高频信号的通信系统、使用较低频率信号通过电场耦合来进行数据传送的通信系统，也可以同样地应用本发明。

另外，在本说明书中以对在1组高频耦合器之间进行数据通信的系统应用了本发明的实施方式为中心进行了说明，但是在两个设备间传送信号时必然伴随能量的移动，因此当然可将这种通信系统应用于电力输送。

总而言之，以例示的方式公开了本发明，但是不应该对本说明书的记载内容作限定性的解释。要判断本发明的要旨，应该参考权利要求书。

Claims (23)

1.一种通信系统，其特征在于，具备：

发送机，其具备生成传送数据的高频信号的发送电路部、以及将该高频信号作为静电场或感应电场而发送的高频耦合器；

接收机，其具备高频耦合器、以及对由该高频耦合器接收到的高频信号进行接收处理的接收电路部；以及

阻抗匹配部，其使上述发送机与接收机的高频耦合器间的阻抗取得匹配，

通过上述发送机和接收机的相对的高频耦合器间的电场耦合来传送上述高频信号。

2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，

上述高频信号是使用超宽带的UWB信号。

3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，

上述阻抗匹配部在上述发送机和接收机的高频耦合器间构成使期望的高频带通过的带通滤波器。

4.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，

上述高频耦合器进行相对于来自上述发送电路部的输入侧的特性阻抗使与另一方的高频耦合器相向的输出侧的特性阻抗降低的阻抗变换。

5.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，

上述发送机将传送上述发送电路部生成的高频信号的高频信号传送路径通过阻抗匹配部连接到上述高频耦合器的电极的大致中央，

上述接收机在上述高频耦合器的电极的大致中央通过阻抗匹配部连接向上述接收电路部传送高频信号的高频信号传送路径。

6.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，

上述阻抗匹配部由具有取决于使用波长的长度的导体构成。

7.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，

上述阻抗匹配部由集中常数电路构成。

8.一种通信装置，其特征在于，具备：

通信电路部，其进行传送数据的高频信号的处理；以及

高频耦合器，其用于与相隔超近距离而相向的通信对象进行电场耦合，

上述高频耦合器实现与在上述超近距离配置的通信对象进行电场耦合时的阻抗匹配。

9.根据权利要求8所述的通信装置，其特征在于，

上述高频耦合器是将电极、串联感应器、并联感应器连接到高频信号传送路径上而构成的。

10.根据权利要求9所述的通信装置，其特征在于，

上述高频耦合器决定上述的并联和串联电感、以及电容的常数，使得在与相隔超近距离而相向的通信对象所具有的相同的高频耦合器之间构成使期望的高频带通过的带通滤波器。

11.根据权利要求9所述的通信装置，其特征在于，

上述高频耦合器决定上述的并联电感以及电容的常数，使得构成使与通信对象相向的输出侧的特性阻抗相对于与上述通信电路部连接的输入侧的特性阻抗降低的阻抗变换电路。

12.根据权利要求9所述的通信装置，其特征在于，

构成上述高频耦合器的电极相隔规定高度而安装在设置上述通信电路部的印刷电路基板上。

13.根据权利要求12所述的通信装置，其特征在于，

上述规定的高度是可抑制与印刷电路基板的接地之间的电场耦合的距离，是可以构成实现阻抗匹配的串联感应器的距离，是不使由流过该串联感应器的电流引起的多余电波的放射变大的距离。

14.根据权利要求9所述的通信装置，其特征在于，

上述电极是大致半球形。

15.根据权利要求8所述的通信装置，其特征在于，

还具备电力生成单元，该电力生成单元对通过上述高频耦合器间传送的上述高频信号进行整流，生成电力。

16.一种高频耦合器，是用于利用电场耦合的高频信号的通信的高频耦合器，其特征在于，

将电极、串联感应器、并联感应器连接到高频信号传送路径上而构成，

实现与在上述超近距离配置的通信对象进行电场耦合时的阻抗匹配。

17.根据权利要求16所述的高频耦合器，其特征在于，

将高频信号传送路径通过串联感应器、并联感应器连接到电极的大致中央。

18.根据权利要求16所述的高频耦合器，其特征在于，

上述串联感应器、上述并联感应器由具有取决于使用波长的长度的导体构成。

19.根据权利要求16所述的高频耦合器，其特征在于，

决定上述的并联和串联电感、以及电容的常数，使得在与相隔超近距离而相向的通信对象所具有的相同的高频耦合器之间构成使期望的高频带通过的带通滤波器。

20.根据权利要求16所述的高频耦合器，其特征在于，

决定上述的并联电感以及电容的常数，使得构成使与通信对象进行电场耦合的输出侧的特性阻抗相对于被输入高频信号的输入侧的特性阻抗降低的阻抗变换电路。

21.根据权利要求16所述的高频耦合器，其特征在于，

上述电极相隔规定的高度而安装在印刷电路基板上。

22.根据权利要求21所述的高频耦合器，其特征在于，

上述规定的高度是可抑制与印刷电路基板的接地之间的电场耦合的距离，是可构成实现阻抗匹配的串联感应器的距离，是不使由流过该串联感应器的电流引起的多余电波的放射变大的距离。

23.根据权利要求16所述的高频耦合器，其特征在于，

上述电极是大致半球形。

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