CN102332640B - 电磁耦合器及装载了该电磁耦合器的信息通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可容易地进行与供电系统的匹配调整及频带调整的电磁耦合器。就电磁耦合器(2)而言，在由电介体构成的印刷电路板的第一层(2g)上形成第一导体图案(2a)、和与该第一导体图案(2a)相离的第二导体图案(2b)，在印刷电路板的第二层(2h)上形成由导体构成并与供电系统(2i)连接的供电图案(2e)、和由导体构成并与供电图案(2e)相离的地线图案(2f)，第一层(2g)与第二层(2h)平行。

Description

电磁耦合器及装载了该电磁耦合器的信息通信设备

技术领域

本发明涉及适用于使用静电场或感应电场在近距离地配置的信息通信设备间传送信息的无线通信系统的电磁耦合器及装载了该电磁耦合器的信息通信设备。

背景技术

作为现有的电磁耦合器，有在专利文献1中记载的电磁耦合器。该电磁耦合器(高频耦合器)利用高频信号传送路径连接平板上的电极、串联感应器及并联感应器而构成。另外，电磁耦合器配置在发信机及接收机等信息通信设备上。若以各个电磁耦合器的电极彼此相对的方式配置该发信机及接收机，在两个电极间的距离为使用的频率的波长的2λ/15以下的场合，两个电极利用纵波的静电场成分耦合，作为一个电容进行动作，作为整体像带通滤波器那样进行动作，因此能够有效地在两个电磁耦合器间传送信息。另外，在两个电极间的距离为使用的频率的波长的2λ/15～8λ/15的场合，可利用纵波的感应电场来传送信息。

另一方面，在电磁耦合器间为一定值以上的远距离的场合，无法传送信息。因此，具有不会由从电磁耦合器产生的电磁波妨碍其他无线通信系统，并且使用具备电磁耦合器的信息通信设备的无线通信系统不会受到其他无线通信系统的干涉的特征。基于这些特征，通过使用现有的电磁耦合器的无线通信系统，可在近距离使用纵波的静电场或感应电场，并利用使用宽带信号的UWB(UltraWide Band)通信方式在信息通信设备间进行大容量的数据通信。

现有技术文献

专利文献1：日本专利第4345851号公报

专利文献2：日本特开2006-121315号公报

非专利文献1：羽石操，外2名，“小型、平面天线”，社团法人电子信息通信学会，P.23

如此，在电磁耦合器间，在两个电极间的距离为所使用的频率的波长的2λ/15以下的场合，通过实现带通滤波器而有效地传送信息，但在与对方的电磁耦合器的匹配不好的场合，存在信号传送的效率劣化之类的问题。即，在现有的电磁耦合器中，两个电磁耦合器的电极间利用纵波的静电场成分耦合，作为一个电容进行动作，并利用串联感应器和并联感应器实现带通滤波器。

但是，例如在将该电磁耦合器装载在装置内部而进行无线通信的场合，在电磁耦合器间具有包括电介体的装置的罩等，由此，电磁耦合器间的电容率变化。这样，两个电磁耦合器的电极间的电容值变化，带通滤波器的频率特性变化，根据情况，有在期望的频带间的信息传送特性劣化之类的问题。在该场合，即使以这些电容率的变化为依据进行电磁耦合器的设计，在进行无线通信的装置是其他装置的场合，电磁耦合器间的电容率变为其他值，同样导致无线通信的信息传送特性劣化。

另外，在两个电磁耦合器的电极间的距离为使用的频率的波长的2λ/15～8λ/15的场合，利用纵波的感应电场成分进行信息的传送。此时，在使两个电磁耦合器的配置和周围环境一定的场合，信息传送特性依赖于电磁耦合器和供电系统之间的匹配条件。即，在匹配条件好的场合，从电磁耦合器向包括供电系统的通信模块的信号强度大，相反，在匹配条件差的场合，从电磁耦合器向包括供电系统的模块的信号强度小。

但是，在现有技术中，在设计电磁耦合器时，在电磁耦合器间的距离为使用的频率的波长的2λ/15以下的场合设计为实现带通滤波器，并且，需要考虑在电磁耦合器间的距离为使用的频率的波长的2λ/15～8λ/15的场合的匹配条件。因此，例如在电磁耦合器间的距离为使用的频率的波长的2λ/15～8λ/15时信号强度不充足的场合，也包含在电磁耦合器间的距离为使用的频率的波长的2λ/15以下的场合下的带通滤波器的实现，需要重新设计，因而在电磁耦合器的设计上花费劳力和时间。另外，在使用的频带为宽带的场合，需要较多地实现匹配条件合适的频率，且在设计上花费劳力和时间。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供维持与现有技术相同的信息传送特性、且信息传送特性几乎不依赖电磁耦合器间的电容率的变化的电磁耦合器。

另外，本发明的目的在于提供维持与现有技术相同的信息传送特性、且能够容易地进行与供电系统的匹配调整及频带调整的电磁耦合器。

为了实现上述目的，就本发明的电磁耦合器而言，在第一平面上形成有第一导体图案、和与该第一导体图案相离的至少一个第二导体图案，在第二平面上形成有由导体构成并与供电系统连接的供电图案、和由导体构成并与上述供电图案相离的地线图案，在上述第一平面和上述第二平面之间形成有电连接上述第一导体图案和上述供电图案之间、及上述第二导体图案和上述地线图案之间的多条线状导体，上述第一平面与上述第二平面平行。

在上述电磁耦合器中，上述多条线状导体可以形成为与上述第二平面垂直。

在上述电磁耦合器中，在上述第一平面和上述第二平面之间形成有印刷电路板，上述线状导体可以是在形成于上述印刷电路板的通孔内部形成的导体。

在上述电磁耦合器中，上述第二导体图案可以形成在与上述地线图案相对的位置上。

在上述电磁耦合器中，上述第一导体图案形成为向上述第二导体图案延伸，上述第二导体图案可以形成为至少包围上述第一导体图案的前端部。

在上述电磁耦合器中，上述第一导体图案的前端部可以形成为宽幅。

在上述电磁耦合器中，上述第二导体图案由多个导体图案构成，上述第一导体图案可以形成为向构成上述第二导体图案的多个导体图案的每个导体图案放射状地延伸。

在上述电磁耦合器中，构成上述第二导体图案的多个导体图案可以分别利用上述线状导体与上述地线图案连接。

在上述电磁耦合器中，上述第一导体图案和上述第二导体图案可以分别形成为矩形状。

在上述电磁耦合器中，上述第二导体图案由四个矩形状的导体图案构成，该矩形状的导体图案可以以分别与上述第一导体图案的外周的各边相对的方式形成为放射状。

在上述电磁耦合器中，上述第二导体图案和上述线状导体可以形成为相对于上述第一导体图案和上述线状导体的连接点成为点对称。

在上述电磁耦合器中，对于电磁耦合器作为对象的频带的中心频率的波长λ，上述第一导体图案和上述第二导体图案间的最短距离可以为λ/8以下。

另外，本发明的信息通信设备装载了上述电磁耦合器，并使用静电场或感应电场来传送信息。

本发明的效果如下。

本发明能够实现维持与现有技术相同的信息传送特性、且信息传送特性几乎不依赖电磁耦合器间的电容率的变化的电磁耦合器。

另外，本发明能够实现维持与现有技术相同的信息传送特性、且可容易地进行与供电系统的匹配调整及频带调整的电磁耦合器。

附图说明

图1是表示本发明的电磁耦合器的模型的图。

图2是表示本发明的第一实施方式的电磁耦合器的图。

图3是表示本发明的第二实施方式的电磁耦合器的图。

图4是表示本发明的电磁耦合器的模型的图。

图5是说明电场的纵波和横波的图。

图6是表示以式(5)、式(6)为基础计算的电场的波长和距离的比(r/λ)与电场强度的关系的坐标图。

图7是表示本发明的第三实施方式的电磁耦合器的图。

图8是表示本发明的第四实施方式的电磁耦合器的图。

图9是表示关于第四实施方式的电磁耦合器的频率和反射系数的绝对值的关系的实验结果的坐标图。

图10表示相对于第四实施方式的电磁耦合器间及单极天线间的距离，向电磁耦合器或单极天线的输入电力和输出电力的比的实验结果的坐标图。

图11是表示用于图9和图10的实验的第四实施方式的电磁耦合器的尺寸的图。

图12是表示用于图10的实验的单极天线的尺寸的图。

图13是表示图10的实验的实验方法的图。

图14是表示本发明的第五实施方式的电磁耦合器的图。

图15是表示本发明的第六实施方式的电磁耦合器的图。

图16是表示本发明的第七实施方式的电磁耦合器的图。

图中：

1～4、7、8、14～16-电磁耦合器，1a-电容，1b-传送线路，1c-供电系统，4a、4c-电容，4b、4d-传送线路，4e-供电系统，12-单极天线，13a、13b-被测定物，13c、13d-同轴电缆，13e-网络分析器。

具体实施方式

在本发明中，通过使用由图1所示的模型构成的电磁耦合器1解决上述课题之一。图1的电磁耦合器1由一个电容1a和一个传送线路1b构成。根据专利文献2(日本特开2006-121315号公报)，若求出图1所示的电磁耦合器1的输入阻抗Z_in，将传送线路的特性阻抗设为Z_o，将传送线路的损失常数设为α，将传送线路的电气长度设为l，将电容设为C，将电磁波的速度设为v，将角频率设为ω，则在ω·l/v＜＜1的条件下，该电磁耦合器的输入阻抗Z_in可与式(1)近似。

【数1】

$Z_{\mathrm{in}}=\frac{Z_o\mathrm{l\α\ω}}{v}+j(\frac{Z_o\mathrm{l\ω}}{v}-\frac{1}{\mathrm{\ωC}})$ …式(1)

为了提高与供电系统的匹配性，需要使电磁耦合器的输入阻抗成为供电系统的阻抗复共轭。从式(1)可以看出，图1的结构的输入阻抗Z_in为复数，由实数成分和虚数成分构成，但损失常数α只依赖实数成分，电容C只依赖虚数成分。因此，能够独立地调整实数成分和虚数成分，由此，与供电系统的匹配调整是容易的。

另外，若将供电系统的阻抗设为Z_F，则一般地，匹配条件可以如使用反射系数Γ的式(2)表示。

【数2】

$\mathrm{\Γ}=\frac{Z_{\mathrm{in}}-Z_F}{Z_{\mathrm{in}}+Z_F}=1-\frac{2Z_F}{Z_{\mathrm{in}}+Z_F}$ …式(2)

从式(2)可以看出，匹配条件适当的频率的数值、即频带依赖反射系数的频率特性。另外，一般地，由于供电系统的阻抗Z_F是一定的，因此频带依赖电磁耦合器的输入阻抗Z_in的频率特性。另外，频带依赖反射系数Γ相对于频率的变化的比例，例如，在反射系数Γ相对于频率的变化的比例小的场合，适合实现狭带，在相反的场合，适于实现宽带。该关系在电磁耦合器的输入阻抗Z_in和频率之间也成立。根据式(1)，在式(3)表示本发明的电磁耦合器的输入阻抗Z_in相对于频率(角频率)ω的变化的比例。

【数3】

$\frac{\mathrm{\δ}{Z}_{\mathrm{in}}}{\mathrm{\δ\ω}}=\frac{Z_O\mathrm{l\α}}{v}+j(\frac{Z_{O}l}{v}+\frac{1}{{\mathrm{\ω}}^{2}C})$ …式(3)

根据式(3)，例如在进行宽带化的场合，可通过减小式(3)的传送线路的特性阻抗Z₀、减小电气长度l、减小损失常数α、或增大电容C中的至少任一项来进行。这样，本发明的天线也可调整匹配条件相对于频率的变化的比例，并且如上所述，由于匹配调整容易，因此频带的调整是容易的。

另外，由于图1所示的结构是由传送线路和电容构成的简单的结构，因此例如如图2所示的本发明的第一实施方式，可在双层印刷电路板中实现。

第一实施方式

以下，使用图2对本发明的第一实施方式的电磁耦合器2进行说明。

在本实施方式中，电磁耦合器2使用在一面具备形成有导体的第一层2g、在另一面具备形成有导体的第二层2h的双层印刷电路板。图2(a)是观察电磁耦合器2的第一层2g的图，图2(b)是从第一层2g侧透射地观察电磁耦合器2的第二层2h的图。

就图2所示的电磁耦合器2而言，在由电介体构成的印刷电路板的第一层2g上形成第一导体图案2a、和与该第一导体图案2a相离的第二导体图案2b，在印刷电路板的第二层2h上形成由导体构成并与供电系统2i连接的供电图案2e、和由导体构成并与供电图案2e相离的地线图案2f。第一层2g与第二层2h是平行的。

第二导体图案2b形成为比第一导体图案2a大。另外，第二导体图案2b其整体形成在与地线图案2f相对的位置上。另外，对于电磁耦合器2作为对象的频带的中心频率的波长λ，第一导体图案2a和第二导体图案2b间的最短距离为λ/8以下。

第一导体图案2a和供电图案2e之间、及第二导体图案2b和地线图案2f之间分别利用与第二层2h垂直(也与地线图案2f垂直)地形成的线状导体2c和线状导体2d电连接。该线状导体2c、2d是在形成于印刷电路板上的通孔的内部形成的导体。该导体可以充填在通孔的内部、或可以较薄地设在通孔的内面。

就线状导体2c而言，一端与第一导体图案2a连接，另一端与供电图案2e连接。因此，第一导体图案2a和供电图案2e之间由线状导体2c电连接。另外，就线状导体2d而言，一端与第二导体图案2b连接，另一端与地线图案2f连接。因此，第二导体图案2b和地线图案2f之间由线状导体2d电连接。由此，在供电图案2e和地线图案2f之间供电。另外，第一导体图案2a和第二导体图案2b的空隙作为图1的电容1a进行动作，第二导体图案2b作为图1的传送线路1b进行动作。

从供电系统2i向电磁耦合器2的供电例如能够由同轴电缆进行。同轴电缆的中心导体与供电图案2e连接，同轴电缆的外部导体与地线图案2f连接。通过从供电系统2i向电磁耦合器2供电，电流流向第一导体图案2a、第二导体图案2b、及线状导体2c、2d，并由线状导体2c、2d的电流在与两个线状导体2c、2d平行的方向上放射电磁波的纵波成分。该纵波成分的大小与电磁耦合器2和供电系统2i间的匹配条件为正相关的关系。由于本发明的电磁耦合器2如上所述地容易进行匹配调整，因此电磁波的纵波成分大小的调整是容易的，可实现充分的信息传送。另外，电磁耦合器2不需要像现有技术那样使用带通滤波器结构，因此可减少基于上述电磁耦合器间的电容率的变化的信息传送特性的劣化。

另外，在现有的电磁耦合器中，为了实现带通滤波器，构成为，需要电极、串联感应器、并列感应器及电容，另外，电极配置在与串联感应器、并列感应器及地线图案独立的层上。作为具体实现该结构的方法之一，有下述方法：在双层的印刷电路板的一层上形成串联及并联感应器，在另一层上形成地线图案，并在此连接其他电极。另外，也有使用三层印刷电路板，并在各层上形成电极、串联及并联感应器、地线图案，并利用线状导体连接电极和感应器的方法。但是，根据这种方法，电磁耦合器的结构变得复杂，成本也变高。另一方面，在本发明中，可如第一实施方式那样使用双层印刷电路板实现电磁耦合器，例如可使用以FR4为介质材料的印刷电路板等。因此，本发明的电磁耦合器可实现结构简单且成本低的电磁耦合器。

另外，第二导体图案2b形成在与地线图案2f相对的位置上，但电流互相反向地流经第二导体图案2b和地线图案2f。因此，基于流经第二导体图案2b的电流的电场由基于流经地线图案2f的电流的电场抵消。横波相对于距离的衰减量比纵波小，由于产生横波也可能在远距离的通信上产生问题，但电磁耦合器2可抑制由流经第二导体图案2b的电流产生横波。

另外，即使在第一导体图案2a中，与第二导体图案2b相同，由于第一导体图案2a和供电图案2e互相相对地形成，因此由于逆向的电流流过，因此基于流经第一导体图案2a的电流的电场由基于流经供电图案2e的电流的电场抵消。

因此，可以看出本发明的电磁耦合器非常适用于使用静电场及感应电场在近距离地配置的信息通信设备间传送信息的无线通信系统。另外，利用流经地线图案2f的电流的电场抵消基于流经第二导体图案2b的电流的电场的作用效果在第一层2g和第二层2h平行时最有效。

以上，在本发明的第一实施方式中，能够实现信息传送特性几乎不依赖与进行信息传送的另一电磁耦合器间的电容率的变化的电磁耦合器。其结果，即使在将电磁耦合器内置在用包含电介体的罩覆盖的设备中的场合，也可减少信息传送特性的劣化，可容易地适应更多种类的信息通信设备。

另外，能够实现维持与现有技术相同的信息传送能力、并可容易地进行与供电系统的匹配调整的电磁耦合器。因此，在将电磁耦合器装载在设备上的场合，根据配置电磁耦合器的空间及周围环境，需要调整电磁耦合器的频率特性，但由于可容易地进行与供电系统的匹配调整，因此可减少该调整所需的时间，从而可迅速地提供最合适的电磁耦合器。

第二实施方式

图3是表示本发明的第二实施方式的电磁耦合器3的图。在图2所示的结构中，利用从流经两条线状导体2c、2d的电流产生、并且与线状导体2c、2d平行的电磁波的纵波成分进行近距离的信息传送，并且抑制由流经第一导体图案2a和第二导体图案2b的电流产生的横波。但是，在没有完全抑制该横波的场合，由流经第一导体图案2a和第二导体图案2b的电流产生横波，导致产生可进行远距离通信的问题。为了避免该问题，本实施方式如图3所示地改变了图2的第一层2g的第一导体图案2a和第二导体图案2b。

即，就图3所示的第二实施方式的电磁耦合器3而言，在印刷电路板的第一层3i上形成第一导体图案3a、和与第一导体图案3a相离并由两个矩形状的导体图案3b、3c构成的第二导体图案，在印刷电路板的第二层3j上形成由导体构成并与供电系统3k连接的供电图案3g、和由导体构成并与供电图案3g相离的地线图案3h。第一导体图案3a和供电图案3g之间利用与印刷电路板的第二层3j垂直地形成的线状导体3d电连接。另外，构成第二导体图案的两个导体图案3b、3c和地线图案3h之间分别由与印刷电路板的第二层3j垂直地形成的线状导体3e、3f电连接。该线状导体3d、3e、3f是在形成于印刷电路板上的通孔的内部形成的导体。就线状导体3d而言，一端与第一导体图案3a连接，另一端与供电图案3g连接，就线状导体3e、3f各自而言，一端与构成第二导体图案的导体图案3b、3c连接，另一端与地线图案3h连接。这样，电磁耦合器3在供电图案3g和地线图案3h间供电。

构成第二导体图案的导体图案3b、3c呈相同形状，隔着第一导体图案3a配置。这样，通过配置两个导体图案3b、3c，可抵消由两导体图案3b、3c产生的电磁波的横波成分，从而可减少横波成分。特别地，在第一导体图案3a和两个导体图案3b、3c的形状和配置位置、三条线状导体3d、3e、3f的配置位置相对于第一导体图案3a和线状导体3d的连接点为点对称的场合，由于在两个导体图案3b、3c上流过逆向且大小相等的电流，因此可进一步减少由这些电流产生的电磁波的横波成分。另外，在本实施方式中，地线图案3h形成为包围供电图案3g。由此，能够得到更难以产生横波的效果。

更详细地说明该电磁耦合器3的作用效果。第二实施方式的电磁耦合器3的模型为图4。若将传送线路4b、4d的特性阻抗设为Z_o’，将损失常数设为α’，将电气长度设为l’，将电容4a、4c的电容值设为C’，将电磁波的速度设为v，将角频率设为ω，则在ω·l/v＜＜1的条件中，该电磁耦合器4的输入阻抗Z_in’为式(4)。

【数4】

${Z_{\mathrm{in}}}^{\′}=0.5[\frac{{Z_o}^{\′}{l}^{\′}{\mathrm{\α}}^{\′}\mathrm{\ω}}{v}+j(\frac{{Z_o}^{\′}{l}^{\′}\mathrm{\ω}}{v}-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}^{\′}})]$ …式(4)

从式(4)可以看出，图4的结构的输入阻抗Z_in’为与图1相同的形式。由此，图3、图4记载的电磁耦合器也与图1、图2所示的电磁耦合器相同，可容易地进行匹配调整及频带调整。

图5是说明电场的纵波和横波的图。如式(5)、式(6)、及图5所示，在由微小偶极子(Il)产生的电场中具有纵波(Er)和横波(Eθ)(非专利文献1)。

【数5】

$\mathrm{Er}=\frac{\mathrm{Il}}{2\mathrm{\π}}\exp (-j{k}_{0}r)\{\frac{{\mathrm{\η}}_0}{r^2}+\frac{1}{\mathrm{jw}{\mathrm{\ϵ}}_0{r}^3}\}\cos \mathrm{\θ}$ …式(5)

【数6】

$E_{\mathrm{\θ}}=\frac{\mathrm{Il}}{4\mathrm{\π}}\exp (-j{k}_{0}r)\{\frac{\mathrm{jw}{\mathrm{\μ}}_0}{r}+\frac{{\mathrm{\η}}_0}{r^2}+\frac{1}{\mathrm{jw}{\mathrm{\ϵ}}_0{r}^3}\}\sin \mathrm{\θ}$ ...…式(6)

在此，Il表示通过原点O且位于Z轴上的微小偶极子，η₀表示特性阻抗，E_r表示观测点P处的纵波，E_θ表示观测点P处的横波，r表示从微小偶极子到观测点P的距离，k₀表示波数，j表示虚数单位，w表示角频率，ε₀表示真空电容率，μ₀表示真空渗透常数，θ表示Z轴(微小偶极子)与观测点P所成的角度。

图6表示以式(5)和式(6)为基础计算的电场的波长和距离的比(r/λ)和电场强度的关系。图6的横轴表示电场的波长和距离的比(r/λ)，图6的纵轴以对数表示电场强度。图6表示以下的(a)～(e)五个电场成分的大小。

(a)包含纵波的1/r^2的项的绝对值，

(b)包含纵波的1/r^3的项的绝对值，

(c)包含横波的1/r^1的项的绝对值，

(d)包含横波的1/r^2的项的绝对值，

(e)包含横波的1/r^3的项的绝对值。

在图3所示的第二实施方式中，以共用线状导体2c的方式并列连接两个第一实施方式的电磁耦合器2，在第一层3i中，为以第一导体图案3a和线状导体3d的连接点为中心的点对称的结构。由此，由于流经导体图案3b和3c的电流为逆向，因此由这些电流放射的电磁波的横波成分相互抵消，可进一步减小横波成分的放射。另一方面，电磁耦合器3使式(5)和式(6)的包含纵波的1/r^2的项和包含纵波的1/r^3的项的电磁波在与线状导体3d、3e、3f平行的方向上放射。因此，电磁耦合器3非常适用于使用静电场或感应电场在近距离地配置的信息通信设备间传送信息的无线通信系统。

第三实施方式

使用图7对本发明的第三实施方式进行说明。

第三实施方式的电磁耦合器7由以电介体为介质材料，并由其一面具备形成有导体的第一层7g、在另一面具备形成有导体的第二层7h的双层印刷电路板构成。就电磁耦合器7而言，在印刷基板的第一层7g上形成第一导体图案7a、和与该第一导体图案7a相离的第二导体图案7b，在印刷电路板的第二层7h上形成由导体构成并与供电系统7i连接的供电图案7e、和由导体构成并与供电图案7e相离的地线图案7f。

在本实施方式中，第一导体图案7a形成为向第二导体图案7b延伸。另外，第一导体图案7a的前端部7p形成为宽幅。另一方面，第二导体图案7b形成为至少包围第一导体图案7a的前端部。第二导体图案7b形成为比第一导体图案7a大，并且其整体与地线图案7f相对。另外，对于电磁耦合器7作为对象的频带的中心频率的波长λ，第一导体图案7a和第二导体图案7b间的最短距离为λ/8以下。

第一导体图案7a和供电图案7e之间利用与第二层7h垂直地形成的线状导体7c电连接。即，就线状导体7c而言，一端与第一导体图案7a连接，另一端与供电图案7e连接。另外，第二导体图案7b和地线图案7f之间由与第二层7h垂直地形成的两条线状导体7d、7d电连接。即，就两条线状导体7d、7d而言，分别一端与第二导体图案7b连接，另一端与地线图案7f连接。另外，线状导体7c、7d是在形成于印刷电路板上的通孔的内部形成的导体。

第三实施方式在第一实施方式的基础上，在图1所示的模型中实现了电容1a的增加。即，通过与第一实施方式的电磁耦合器2相比增大了第一导体图案7a和第二导体图案7b相对的边的长度，与第一实施方式相比，可进一步增大由第一导体图案7a和第二导体图案7b产生的电容。因此，从式(1)或式(4)可以看出，电磁耦合器的输入阻抗的虚数成分为0的共振频率(角频率ω)变小。因此，根据本实施方式，可实现电磁耦合器的小型化。

另外，通过扩大电容1a能够得到的电容值的范围，从式(1)、式(2)、式(3)可以看出，相对于由电磁耦合器的厚度或介质材料的变化产生的特性阻抗Zo、损失常数α、及电气长度l的变化，能够保持电磁耦合器的匹配条件及带域。因此，根据本实施方式，可增加电磁耦合器的设计自由度，实现电磁耦合器的薄型化及小型化。

另外，通过使第一导体图案7a的前端部7p形成为宽幅，可进一步延长第一导体图案7a和第二导体图案7b相对的边的长度。前端部7p的形状除第三实施方式的矩形状以外，也可以为圆形状或星形状。

另外，由于第二导体图案7b形成在与地线图案7f相对的位置上，因此在第二导体图案7b和地线图案7f上流经互相反向的电流。由此，由于利用基于在地线图案7f上流过的电流的电场抵消基于在第二导体图案7b上流过的电流的电场，因此可抑制由流经第二导体图案7b的电流产生的横波。另外，在第一层7g和第二层7h平行时，可有效地抑制由流经第二导体图案7b的电流产生的横波。

另一方面，由于第一导体图案7a与供电图案7e、地线图案7f和这之间的非导体部分相对，因此抑制横波产生的效果不大。但是，由于第一导体图案7a比第二导体图案7b小，因此产生的横波也比第二导体图案7b小。因此，通过使第二导体图案7b形成在与地线图案7f相对的位置上，可更有效地抑制横波的产生。

第四实施方式

接着，使用图8对本发明的第四实施方式进行说明。

第四实施方式的电磁耦合器8以共用线状导体7c的方式并列连接四个第三实施方式的电磁耦合器7。即，就电磁耦合器8而言，在印刷电路板的第一层8g上形成从印刷电路板的中央向四个方向放射状地延伸的第一导体图案8a、和与该第一导体图案8a相离的四个第二导体图案8b，在印刷电路板的第二层8h上形成与供电系统8i连接的供电图案8e、和与该供电图案8e相离的地线图案8f，在第一导体图案8a的中央形成一条线状导体8c。在地线图案8f和各第二导体图案8b之间分别形成两条线状导体8d。

就线状导体8c而言，一端与第一导体图案8a连接，并且另一端与供电图案8e连接。同样地，就线状导体8d而言，一端与第二导体图案8b连接，并且另一端与地线图案8f连接。线状导体8c、8d形成为与第二层8h垂直。

就如此形成的电磁耦合器8而言，在第一层8g中，成为以第一导体图案8a和线状导体8c的连接点为中心的点对称的结构。由此，本实施方式的电磁耦合器8使从第一导体图案8a和第二导体图案8b放射的电磁波的横波成分抵消，从而可抑制横波成分的放射。另外，本实施方式的电磁耦合器8通过形成四个电磁耦合器7，放射纵波的线状导体8c、8d的配置成为宽范围，因此可实现耦合范围宽的电磁耦合器。另外，由于并列地连接四个第三实施方式的电磁耦合器7，因此电磁耦合器8的输入阻抗Z_in为式(4)的一半，但由于这种情况能够通过改变电容C等容易地调整，因此在与供电系统的匹配条件的调整方面不存在问题。

另外，在第三实施方式的电磁耦合器7中，以使线状导体7d的配置成为宽范围的目的增大第二导体图案7b不是容易的。即，若增大第二导体图案7b，则式(4)的Z₀’、l’、α’变化，电磁耦合器的输入阻抗Z_in变化。其结果，由于与供电系统的匹配状态劣化，因此产生放射电场强度降低、电磁耦合器的耦合强度劣化之类的问题。因此，对第二导体图案7b的大小有限制。

接着，表示与本发明的第四实施方式相关的实验结果。

首先，图9是调查本发明的第四实施方式的电磁耦合器8的频率和反射系数的绝对值的关系的实验结果。在该实验中，使用了图11所示的形状的电磁耦合器8。电磁耦合器8使用厚度为1.6mm的FR4双面(双层)基板形成，电磁耦合器8的各尺寸如图11所示。另外，反射系数的绝对值使用网络分析器测定。

根据图9的实验结果，在频率为4.12GHz～4.76GHz中，反射系数的绝对值为0.7以下。因此，可以看出电磁耦合器8实现了宽带的频率特性。

另外，图10是对于本发明的电磁耦合器8和单极天线，调查相对于两个电磁耦合器8间、及两个单极天线间的距离，向电磁耦合器8或单极天线的输入电力和输出电力的比的关系的实验结果。在该实验中，使用与图9的实验相同的电磁耦合器8。另外，在实验中，使用图12所示的单极天线12。单极天线12由印刷电路板12a和形成于印刷电路板12a的表面的两个矩形导体12b、12c构成。两个矩形导体12b、12c相离地形成，矩形导体12b作为放射导体进行动作，矩形导体12c作为地线进行动作。在矩形导体12b、12c间进行供电。单极天线12使用厚度为2.4mm的FR4单面基板而形成，L’1＝22.0mm，L’2＝10.0mm，L’3＝1.0mm，L’4＝20.0mm，L’5＝9.5mm，L’6＝1.0mm。单极天线12是普遍使用的天线，适用于使用横波的无线通信。

另外，使用图13叙述实验系统。在实验中，两个被测定物13a、13b、即两个电磁耦合器8或两个单极天线12平行地相对配置，配置为通过一方的被测定物13a的中心的垂线通过另一方的被测定物13b的中心。另外，被测定物13a、13b通过同轴电缆13c、13d与一个网络分析器13e的两个端子连接。评价从网络分析器13e的另一端子输入的电力与从网络分析器13e的一端子输出的电力的比(S21的绝对值)、即向电磁耦合器或单极天线的输入电力和输出电力的比。

图10表示两个图11的电磁耦合器8间、及两个图12的单极天线12间的S21的绝对值和距离的关系的实验结果。在实验中，使用频率为4.5GHz的信号，图10的横轴为被测定物间的距离与该使用频率的波长的比。

从图10可以看出，在本发明的第四实施方式的电磁耦合器8中，由于使用相对于距离的衰减比横波大的纵波进行无线通信，因此与使用横波进行无线通信的单极天线12相比，相对于距离S21的绝对值的倾斜度的绝对值大。例如，在被测定物间的距离相对于波长的比为0.7附近，就电磁耦合器8的S21而言，相对于单极天线12大约是-18dB，电磁耦合器8大约是-35dB。另一方面，随着被测定物间的距离相对于波长变小，电磁耦合器8的S21和单极天线13的差变小。因此，电磁耦合器8在比较远处的无线通信强度弱，可适用于近距离无线通信。

第五实施方式

使用图14对本发明的第五实施方式进行说明。第五实施方式的电磁耦合器14在第二实施方式的电磁耦合器3上添加了构成第二导体图案的导体图案14l、14m、及线状导体14n、14o。相对于电磁耦合器作为对象的频带的中心频率的波长λ，第一导体图案3a和四个第二导体图案3b、3c、14l、14m间的最短距离为λ/8以下。另外，两个线状导体14n、14o与印刷电路板的第二层3j垂直地形成。就线状导体14n而言，一端与导体图案14l连接，另一端与地线图案3h连接，就线状导体14o而言，一端与导体图案14m连接，另一端与地线图案3h连接。

在此，就线状导体14n、14o而言，在第一层3i中，配置为通过线状导体3e、线状导体3d和线状导体3f的直线与通过线状导体14n、线状导体3d和线状导体14o的直线成90°角。即，四条线状导体3e、3f、14n、14o以第一导体图案3a和线状导体3d的连接点为中心形成为90度的角度间隔，导体图案14l、14m沿着通过线状导体14n、线状导体3d和线状导体14o的直线配置。即，构成第二导体图案的四个矩形状的导体图案3b、3c、14l、14m以分别与第一导体图案3a的外周的各边相对的方式形成为放射状。

这样，通过添加导体图案14l、14m、及线状导体14n、14o，第五实施方式的电磁耦合器14与第二实施方式相比，可使从线状导体放射的电磁波的纵波成分不偏离地放射，从而可减少由于方向导致的通信能力的偏移。另外，在第一层3i中，也能以线状导体3d为中心放射状地追加导体图案和线状导体。在该场合，可进一步减少从电磁耦合器放射的电磁波的纵波成分的偏离。

另外，由于本实施方式的电磁耦合器14在第一层3i中为点对称的结构，因此与第四实施方式的电磁耦合器8相同，抵消从第二导体图案放射的电磁波的横波成分，可进一步减少横波成分。

第六实施方式

接着，使用图15对本发明的第六实施方式进行说明。

第六实施方式的电磁耦合器15以共用线状导体7c的方式并列连接八个第三实施方式的电磁耦合器7。即，就电磁耦合器15而言，在印刷电路板的第一层15g上形成从印刷电路板的中央向八个方向放射状地延伸的第一导体图案15a、和与该第一导体图案15a相离的八个第二导体图案15b，在印刷电路板的第二层15h上形成与供电系统15i连接的供电图案15e、和与该供电图案15e相离的地线图案15f，在第一导体图案15a的中央形成一条线状导体15c。另外，在地线图案15f和各第二导体图案15b之间分别形成两条线状导体15d。

第一导体图案15a以45度间隔在八个方向上放射状地延伸，但其延伸的长度为长短交替。另外，放射状地延伸的第一导体图案15a的前端部15p分别形成为宽幅的矩形状。八个第二导体图案15d以与形成为矩形状的前端部15p一致的方式形成为内周相同的矩形状。

就线状导体15c而言，一端与第一导体图案15a连接，且另一端与供电图案15e连接。同样地，就线状导体15d而言，一端与第二导体图案15b连接，且另一端与地线图案15f连接。线状导体15c、15d形成为与第二层15h垂直。

这样，通过将多个第三实施方式的电磁耦合器7配置为同一平面且点对称，使放射纵波的线状导体15d的配置为宽范围，且可使耦合范围为宽范围，并可同时减少电磁波的横波成分的放射。

第七实施方式

接着，使用图16对本发明的第七实施方式进行说明。

第七实施方式的电磁耦合器16使第六实施方式的电磁耦合器15在八个方向上放射状地延伸的第一导体图案的长度相等。即，就电磁耦合器16而言，在印刷电路板的第一层16g上形成从印刷电路板的中央以45度间隔放射状地延伸的第一导体图案16a、和与该第一导体图案16a相离的八条第二线状导体16b，在印刷电路板的第二层16h上形成与供电系统16i连接的供电图案16e、和与该供电图案16e相离的地线图案16f，在第一导体图案16a的中央形成一条线状导体16c。另外，在地线图案16f和各第二导体图案16b之间分别形成两条线状导体16d。

第七实施方式的电磁耦合器16起到与第六实施方式的电磁耦合器15相同的作用效果，但可进一步减少在耦合范围上偏离。另外，为了增大耦合范围，也可以并列地配置比八个多的第三实施例的电磁耦合器。

以上，图示并说明了本发明的实施方式，但从业者当然可不脱离本发明的技术思想、技术范围地进行各种变更及修正。

例如，在上述实施方式中，表示在双层印刷电路板的一面上形成第一导体图案和第二导体图案，在另一面上形成供电图案和地线图案的实施方式，但也可使用三层以上的印刷电路板，并使用该印刷电路板的任意两层。另外，在上述实施方式中，表示使用了双层印刷电路板的电磁耦合器，但也可不使用印刷电路板，而使用由铜或铁等导体构成的导体板形成电磁耦合器。另外，利用第一导体图案和第二导体图案间的空隙实现电容，但也可在第一导体图案和第二导体图案间再设置电容(例如芯片电容)。这些变更及修正应该全部包含在本发明的技术思想、技术范围中。

Claims (11)

1.一种电磁耦合器，其特征在于，

在第一平面上形成有第一导体图案、和与该第一导体图案相离的至少一个第二导体图案，

在第二平面上形成有由导体构成并与供电系统连接的供电图案、和由导体构成并与上述供电图案相离的地线图案，

在上述第一平面和上述第二平面之间形成有电连接上述第一导体图案和上述供电图案之间、及上述第二导体图案和上述地线图案之间的多条线状导体，

在上述供电图案和上述地线图案之间供电，

利用上述第一导体图案和上述第二导体图案之间的空隙形成电容器，

上述第一导体图案形成为向上述第二导体图案延伸，

上述第二导体图案形成为至少包围上述第一导体图案的前端部，

上述第一平面与上述第二平面平行；

上述第二导体图案由多个导体图案构成，

上述第一导体图案形成为向构成上述第二导体图案的多个导体图案的每个导体图案放射状地延伸。

2.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，

上述多条线状导体形成为与上述第二平面垂直。

3.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，

在上述第一平面和上述第二平面之间形成有印刷电路板，

上述线状导体是在形成于上述印刷电路板的通孔内部形成的导体。

4.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，

上述第二导体图案形成在与上述地线图案相对的位置上。

5.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，

上述第一导体图案的前端部形成为宽幅。

6.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，

构成上述第二导体图案的多个导体图案分别利用上述线状导体与上述地线图案连接。

7.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，

上述第一导体图案和上述第二导体图案分别形成为矩形状。

8.根据权利要求7所述的电磁耦合器，其特征在于，

上述第二导体图案由四个矩形状的导体图案构成，该矩形状的导体图案以分别与上述第一导体图案的外周的各边相对的方式形成为放射状。

9.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，

上述第二导体图案和上述线状导体形成为相对于上述第一导体图案和上述线状导体的连接点成为点对称。

10.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，

对于电磁耦合器作为对象的频带的中心频率的波长λ，上述第一导体图案和上述第二导体图案的最短距离为λ/8以下。

11.一种信息通信设备，其特征在于，

装载了权利要求1～10任一项所述的电磁耦合器，使用静电场或感应电场传送信息。