CN102377015A - 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

本发明提供一种即使是做成薄型的场合，也可提高耦合强度、扩大耦合范围、并使所使用的频带为宽带的电磁耦合器。该电磁耦合器具备：形成在第一平面上的导电图案(11)；形成在与第一平面平行的第二平面上、并与供电系统(12)连接的供电图案(13)；与供电图案相离地形成在第二平面上、并接地的地线图案(14)；与第一平面和第二平面垂直地形成、并连接导电图案和供电图案的第一线状导体(15)；以及与第一平面和上述第二平面垂直地形成、并连接导电图案和地线图案的多条第二线状导体(16)，导电图案形成为相对于导电图案和第一线状导体的连接点为点对称的形状，多条第二线状导体形成于在俯视时相对于第一线状导体为点对称的位置上。

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)利用高频信号传送线路连接平板上的电极、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。

在专利文献1的电磁耦合器中，更具体地说，构成为，将导体插入形成在圆柱状的电介体上的通孔中，并在圆柱状的电介体的上端面上形成作为电极的导体图案，将该圆柱状的电介体安装在形成有作为高频传送线路的导体图案的印刷电路板上，通过通孔内的导体连接高频传送线路和电极。通孔内的导体代替上述的串联感应器，并通过并联感应器连接高频传送线路和地线图案。若对该电磁耦合器进行供电，则在通孔内的导体与通孔内的导体(流经通孔内的导体的电流)平行的方向上产生电场的纵波，利用该纵波传送信息。

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

电磁耦合器内置于例如个人电脑及便携式电话、数字照相机等，用于互相发送接收活动图像等数据。由于电磁耦合器内置于便携式电话及数字照相机等小型设备内，因此要求其薄型化。

但是，在专利文献1的电磁耦合器中，为了薄型化，需要缩短圆柱状的电介体，导致通孔内的导体变短。若通孔内的导体变短，则由通孔内的导体产生的电场变小，用于传送信息的电场的纵波也变小，因此产生发信侧的电磁耦合器和接收侧的电磁耦合器之间的耦合强度变小之类的问题。

另外，由于在发信侧的电磁耦合器和接收侧的电磁耦合器间的耦合强度变小，因此若发信侧的电磁耦合器和接收侧的电磁耦合器间的距离变长，则无法传送信息，哪怕只因为收信侧的电磁耦合器的位置稍微偏离发信侧的电磁耦合器，也会导致无法传送信息，产生耦合范围变窄之类的问题。

另外，在专利文献1的电磁耦合器中，若薄型化则电极与地线接近，导致阻抗特性(相对于频率的阻抗特性)变陡，与此相对，由于供电系统的输入阻抗是一定的，因此，也产生能够使用的频带(即电磁耦合器和供电系统间的匹配条件良好的频带)变窄的问题。

另外，在专利文献1的电磁耦合器中，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。

另外，例如在将专利文献1的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，在专利文献1的电磁耦合器中，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。

因此，在专利文献1的电磁耦合器中，必须将电磁耦合器设计为在电磁耦合器间的距离(两个电极间的距离)为使用的频率的波长的2λ/15以下的场合实现带通滤波器，并且，在电磁耦合器间的距离为使用的频率的波长的2λ/15～8λ/15的场合的匹配条件良好。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的场合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，为了解决上述课题，提供即使在做成薄型的场合也能够提高耦合强度、扩大耦合范围、并能够使所使用的频带为宽带的电磁耦合器及装载了该电磁耦合器的信息通信设备。

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、且信息传送特性几乎不依赖电磁耦合器间的电容率的电磁耦合器及装载了该电磁耦合器的信息通信设备。

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的调整的电磁耦合器及装载了该电磁耦合器的信息通信设备。

本发明是为了实现上述目的而完成的，是下述电磁耦合器，具备：形成在第一平面上的导电图案；形成在与上述第一平面平行的第二平面上、并与供电系统连接的供电图案；与上述供电图案相离地形成在上述第二平面上、并接地的地线图案；与上述第一平面和上述第二平面垂直地形成、并连接上述导电图案和上述供电图案的第一线状导体；以及与上述第一平面和上述第二平面垂直地形成、并连接上述导电图案和上述地线图案的多条第二线状导体，上述导电图案形成为相对于上述导电图形与上述第一线状导体的连接点为点对称的形状，上述多条第二线状导体形成于在俯视时相对于上述第一线状导体为点对称的位置上。

上述第一平面是印刷电路板的一面，上述第二平面是上述印刷电路板的另一面，上述第一线状导体和上述第二线状导体可以是在形成于上述印刷电路板的通孔的内部形成的导体。

就上述印刷电路板而言，电容率是4.0～5.0，若使所使用的频率的波长为λ，则其厚度为6λ/1000～45λ/1000，从上述导电图案和上述第一线状导体的连接点到上述导电图案和上述第二线状导体的连接点的距离为75λ/1000～225λ/1000，上述导电图案也可以形成为一边的长度为225λ/1000～450λ/1000的正方形状。

上述地线图案形成为包围上述供电图案的周围，上述导电图案可以形成在与上述供电图案、上述地线图案相对的位置上。

另外，本发明是装载了电磁耦合器并使用静电场和感应电场的至少一方来传送信息的信息通信设备，上述电磁耦合器具备：形成在第一平面上的导电图案；形成在与上述第一平面平行的第二平面上、并与供电系统连接的供电图案；与上述供电图案相离地形成在上述第二平面上、并接地的地线图案；与上述第一平面和上述第二平面垂直地形成、并连接上述导电图案和上述供电图案的第一线状导体；以及与上述第一平面和上述第二平面垂直地形成、并连接上述导电图案和上述地线图案的多条第二线状导体，上述导电图案形成为相对于上述导电图形与上述第一线状导体的连接点为点对称的形状，上述多条第二线状导体形成于在俯视时相对于上述第一线状导体为点对称的位置上。

上述第一平面是印刷电路板的一面，上述第二平面是上述印刷电路板的另一面，上述第一线状导体和上述第二线状导体可以是在形成于上述印刷电路板的通孔的内部形成的导体。

就上述印刷电路板而言，电容率是4.0～5.0，若使所使用的频率的波长为λ，则其厚度为6λ/1000～45λ/1000，从上述导电图案和上述第一线状导体的连接点到上述导电图案和上述第二线状导体的连接点的距离为75λ/1000～225λ/1000，上述导电图案可以形成为一边的长度为225λ/1000～450λ/1000的正方形状。

上述地线图案形成为包围上述供电图案的周围，上述导电图案可以形成在与上述供电图案、上述地线图案相对的位置上。

本发明的效果如下。

根据本发明，能够提供即使在做成薄型的场合也能够提高耦合强度、扩大耦合范围、并能够使所使用的频带为宽带的电磁耦合器及装载了该电磁耦合器的信息通信设备。

另外，根据本发明，能够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电磁耦合器及装载了该电磁耦合器的信息通信设备。

另外，根据本发明，能够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的调整的电磁耦合器及装载了该电磁耦合器的信息通信设备。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的电磁耦合器的图，图1(a)是从表面侧观察电磁耦合器的俯视图，图1(b)是从表面侧透视地观察电磁耦合器的背面的俯视图。

图2(a)、(b)是表示图1的电磁耦合器的尺寸的一个例子的图。

图3是表示关于图2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4是表示相对于图2的电磁耦合器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5是图4的实验所用的单极天线的俯视图。

图6是表示图4的实验的实验方法的图。

图7是表示图1的电磁耦合器的变形例的图，图7(a)是从表面侧观察电磁耦合器的俯视图，图7(b)是从表面侧透视地观察电磁耦合器的背面的俯视图。

图中：

10-电磁耦合器，11-导电图案，12-供电系统，13-供电图案，14-地线图案，15-第一线状导体，16-第二线状导体，17-印刷电路板。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的优选实施方式。

图1是表示本实施方式的电磁耦合器的图，图1(a)是从表面侧观察电磁耦合器的俯视图，图1(b)是从表面侧透视地观察电磁耦合器的里面的俯视图。

如图1(a)、图1(b)所示，电磁耦合器10具备：形成在第一平面上的导电图案11；形成在与第一平面平行的第二平面上、并与供电系统12连接的供电图案13；与供电图案13相离地形成在第二平面上、并接地的地线图案14；连接导电图案11和供电图案13的第一线状导体15；以及连接导电图案11和地线图案14的多条第二线状导体16。

在本实施方式中，使用可在两面形成配线图案的双层印刷电路板17，在印刷电路板17的一面(第一层，以下称为表面)S上形成导电图案11，在印刷电路板17的另一面(第二层，以下称为背面)R上形成供电图案13和地线图案14。即，上述第一平面是印刷电路板17的表面S，上述第二平面是印刷电路板17的背面R。在此，作为印刷电路板17，说明使用正方形状的FR4(FlameRetardant Type 4)环氧玻璃印刷电路板的情况。

供电图案13形成在印刷电路板17的背面R的中央部，形成为在俯视时为圆形状。地线图案14隔着形成于供电图案13的周围的空隙18并以包围供电图案13的方式设置，并且形成为覆盖供电图案13周围的印刷电路板17的背面R整体，形成为在俯视时为正方形状。

导电图案11在印刷电路板17的表面S形成为与供电图案13和地线图案14相对。导电图案11形成为比印刷电路板17的表面S稍小的正方形状。即，导电图案11形成为比地线图案14稍小的正方形状。但是，导电图案11也可以形成为与地线图案14相同大小的正方形状。

第一线状导体15和多条第二线状导体16与印刷电路板17的表面(第一平面)S和背面(第二平面)R垂直地形成。这些线状导体15、16是在形成于印刷电路板17上的通孔(未图示)的内部形成的导体。该导体可以充填在通孔的内部，另外也可以较薄地设在通孔的内表面。

就第一线状导体15而言，其一端与供电图案13的中心(俯视时的中心)连接，另一端与正方形状的导电图案11的中心(俯视时的中心)连接。由此，通过第一线状导体15电连接供电图案13和导电图案11。导电图案11为相对于导电图形11与第一线状导体15的连接点A点对称的形状。

就多条第二线状导体16而言，其一端与地线图案14连接，另一端与导电图案11连接。由此，通过多条第二线状导体16电连接地线图案14和导电图案11。

多条第二线状导体16形成于在俯视时相对于第一线状导体15为点对称的位置。在本实施方式中，在正方形状的导电图案11的四边附近各形成两条、共计形成八条第二线状导体16。这八条第二线状导体16形成于在俯视时相对于第一线状导体15为点对称、并且为上下对称、左右对称的位置上。另外，八条第二线状导体16形成为从导电图案11和第一线状导体15的连接点A到导电图案11和第二线状导体16的连接点的距离L1全部相等。

作为印刷电路板17，在使用电容率为4.0～5.0的基板的场合，印刷电路板17的厚度T在使所使用的频率的波长为λ时为6λ/1000～45λ/1000。另外，从导电图案11和第一线状导体15的连接点A到导电图案11和第二线状导体16的连接点的距离L1为75λ/1000～225λ/1000，导电图案11形成为一边的长度L3为225λ/1000～450λ/1000的正方形状。另外，设在导电图案11的一边附近的两条第二线状导体16和设在其邻边附近的两条第二线状导体16间的最短距离L2为75λ/1000～225λ/1000，地线图案14的一边的长度L4为导电图案11的一边的长度L3以上。这些尺寸对实现得到电磁耦合器10的适当的匹配条件的输入阻抗来说是必要的。

更具体地说，例如在使用的频率是4.5GHz的场合，将印刷电路板17的电容率设为4.4，将厚度T设为1.6mm，如图2所示地设定电磁耦合器10的各尺寸即可。另外，在此，将印刷电路板17的厚度T设为1.6mm，但通过调整各尺寸，也可将印刷电路板17的厚度T设为1mm以下。

从供电系统12向电磁耦合器10的供电例如可由同轴电缆进行。同轴电缆的中心导体与供电图案13连接，同轴电缆的外部导体与地线图案14连接。

通过从供电系统12向电磁耦合器10供电，电流流向第一线状导体15、导电图案11、多条第二线状导体16，并由流经多条第二线状导体16的电流向与第二线状导体16平行的方向(与导电图案11垂直的方向)放射电场的纵波。该纵波成分的大小与电磁耦合器10和供电系统12的匹配条件为正相关关系。

说明电磁耦合器10的作用。

在由微小偶极子I1产生的电场中具有纵波E_r和横波E_θ。纵波E_r由【数1】所示的式(1)表示，横波E_θ由【数2】所示的式(2)表示(非专利文献1)。

【数1】

$\mathrm{Er}=\frac{I1}{2\mathrm{\π}}\exp (-j{k}_{0}r)\{\frac{{\mathrm{\η}}_0}{r^2}+\frac{1}{\mathrm{jw}{\mathrm{\ϵ}}_0{r}^3}\}\cos \mathrm{\θ}$ …式(1)

【数2】

$E_{\mathrm{\θ}}=\frac{I1}{4\mathrm{\π}}\exp (-j{k}_{0}r)\{\frac{\mathrm{jw}{\mathrm{\μ}}_0}{r}+\frac{{\mathrm{\η}}_0}{r^2}+\frac{1}{\mathrm{jw}{\mathrm{\ϵ}}_0{r}^3}\}\sin \mathrm{\θ}$ …式(2)

在此，I1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表示真空的电容率，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。

在式(1)、式(2)中，与距离r成反比的成分是放射电场，与距离r的平方成反比的成分是感应电场，与距离r的立方成反比的成分是静电场。相对于横波E_θ由放射电场、感应电场和静电场构成，纵波E_r只由感应电场和静电场构成。

由于放射电场与距离r成反比，因此相比于与距离r的平方或立方成反比的感应电场及静电场，可不衰减地到达更远处，有成为对其他系统的妨碍波的危险。因此，在电磁耦合器中，抑制横波E_θ并利用不包含放射电场的成分的纵波E_r来进行信息的传送。

在本发明的电磁耦合器10中，由于使第二线状导体16形成于在俯视时相对于第一线状导体15为点对称的位置，因此在导电图案11上，相同大小的电流反向流动，从而可相互抵消由导电图案11产生的横波。另外，在电磁耦合器10中，由于能够缩短第二线状导体16的长度(即印刷电路板17的厚度T)，例如可做成1mm以下，因此能够减小在与第二线状导体16垂直的方向上产生的电场即横波。由此，能够抑制包含成为其他系统的妨碍波的放射电场的横波。

另外，若缩短第二线状导体16的长度，则由第二线状导体16产生的纵波也变小，但在电磁耦合器10中，形成多条(在此是八条)第二线状导体16，通过增加作为纵波的发生源的第二线状导体16的条数，可维持由电磁耦合器10整体产生的纵波的大小，从而可较高地维持耦合强度。

另外，若导电图案11和地线图案14的距离变近，则阻抗特性变陡，产生能够使用的频带变窄之类的问题，但在本发明的电磁耦合器10中，由于利用第二线状导体16电连接导电图案11和地线图案14，因此该第二线状导体16发挥所谓短线(シヨ一トスタブ)的作用，缓和了阻抗特性，即使将导电图案11和地线图案14的距离接近，也能够较宽地维持能够使用的频带。

例如，专利文献1的电磁耦合器不使电极接地，可称为开路短线电磁耦合器。开路短线的输入导纳Y根据专利文献2，可由【数3】所示的式(3)表示。另外，式(3)在0＜αθ＜＜1、并且θ＝(2m-1)π+σθ、|σθ|＜＜1的场合，可与【数4】所示的式(4)近似。

【数3】

$Y=Y_0\tanh \left(\mathrm{\γl}\right)=Y_0\tanh (\mathrm{\α\βl}+\mathrm{j\βl})=Y_0\frac{\sinh 2\mathrm{\α\βl}+j\sin 2\mathrm{\βl}}{\cosh 2\mathrm{\α\βl}+\cos 2\mathrm{\βl}}$

$=Y_0\frac{\sinh \mathrm{\α\θ}+j\sin \mathrm{\θ}}{\cosh \mathrm{\α\θ}+\cos \mathrm{\θ}}$ …式(3)

但是，θ＝2βl

【数4】

$Y\≈Y_0\frac{\mathrm{\α\θ}-j\{\mathrm{\θ}-(2m-1)\mathrm{\π}\}}{1+\frac{{\left(\mathrm{\α\θ}\right)}^2}{2}-1+\frac{{\{\mathrm{\θ}-(2m-1)\mathrm{\π}\}}^2}{2}}\≈2Y_0\frac{\mathrm{\α\θ}-j\{\mathrm{\θ}-(2m-1)\mathrm{\π}\}}{{\left(\mathrm{\α\θ}\right)}^2+{\{\mathrm{\θ}-(2m-1)\mathrm{\π}\}}^2}$ …式(4)

在此，Y₀表示特性导纳，α表示损失常数，β表示波数，l表示电气长度，m表示正整数。另外，由于期望电磁耦合器是小型的，因此使用m＝1。

根据式(4)，开路短线的输入导纳Y在θ＝(2m-1)π附近，实数成分采用极值，虚数成分为0。

另一方面，本发明的电磁耦合器10使导电图案11接地，可称为短线电磁耦合器。短线的输入导纳Y根据专利文献2，可由【数5】所示的式(5)表示。另外，式(5)在0＜αθ＜1、并且θ＝2m-π+σθ、|σθ|＜＜1的场合，可与【数6】所示的式(6)近似。

【数5】

$Y=Y_0\coth \left(\mathrm{\γl}\right)=Y_0\coth (\mathrm{\α\βl}+\mathrm{j\βl})=Y_0\frac{\sinh 2\mathrm{\α\βl}-j\sin 2\mathrm{\βl}}{\cosh 2\mathrm{\α\βl}-\cos 2\mathrm{\βl}}$

$=Y_0\frac{\sinh \mathrm{\α\θ}-j\sin \mathrm{\θ}}{\cosh \mathrm{\α\θ}-\cos \mathrm{\θ}}$ …式(5)

【数6】

$Y\≈Y_0\frac{\mathrm{\α\θ}-j(\mathrm{\θ}-2\mathrm{m\π})}{1+\frac{{\left(\mathrm{\α\θ}\right)}^2}{2}-1+\frac{{(\mathrm{\θ}-2\mathrm{m\π})}^2}{2}}\≈2Y_0\frac{\mathrm{\α\θ}-j(\mathrm{\θ}-2\mathrm{m\π})}{{\left(\mathrm{\α\θ}\right)}^2+{(\mathrm{\θ}-2\mathrm{m\π})}^2}$ …式(6)

根据式(6)，短线的输入导纳Y在θ＝2mπ附近，实数成分采用极值，虚数成分为0。

若比较式(4)和式(6)，就相对于输入导纳Y的实数成分及虚数成分的θ的倾斜度而言，表示短线的输入导纳Y的式(6)小。由此，与现有的开路短线电磁耦合器相比，作为短线电磁耦合器的本发明的电磁耦合器10缓和了阻抗特性，即使将导电图案11和地线图案14的距离接近，也能够较宽地维持能够使用的频带。

图3是调查本发明的电磁耦合器10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，使用图2所示的形状的电磁耦合器10。电磁耦合器10使用厚度为1.6mm的FR4双面(双层)基板而形成，电磁耦合器10的各尺寸如图2所示。另外，反射系数的绝对值使用网络分析器来测定。

根据图3的实验结果，在频率为4.08GHz～4.75GHz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10实现了宽带的频率特性。

另外，图4与本发明的电磁耦合器10和单极天线相关，是调查相对于两个电磁耦合器10间、及两个单极天线间的距离，向电磁耦合器10或单极天线的输入电力和输出电力比的关系的实验结果。在该实验中，使用图5所示的单极天线51。单极天线51由印刷电路板52和形成于印刷电路板52的表面的两个矩形导体53a、53b构成。两个矩形导体53a、53b相离地形成，矩形导体53a作为放射导体进行动作，矩形导体53b作为地线进行动作。在矩形导体53a、53b间进行供电。单极天线51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51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6叙述实验系统。在实验中，两个被测定物61a、61b、即两个电磁耦合器10或两个单极天线51平行地相对配置，配置为通过一方的被测定物61a的中心的垂线通过另一方的被测定物61b的中心。被测定物61a、61b通过同轴电缆62a、62b与一个网络分析器63的两个端子连接。评价从网络分析器63的另一方端子输入的电力与从网络分析器63的一方的端子输出的电力的比(S21的绝对值)、即向电磁耦合器10或单极天线51的输入电力和输出电力的比。

图4表示关于两个图2的电磁耦合器10间、及两个图5的单极天线51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4的横轴为被测定物61a、61b间的距离与该使用频率的波长的比。

从图4可以看出，在本发明的电磁耦合器10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51相比，相对于距离S21的绝对值的倾斜度大。例如，在被测定物61a、61b间的距离相对于波长的比为0.7附近，相对于单极天线51大约是-18dB，电磁耦合器10的S21的绝对值大约是-37dB。随着被测定物61a、61b间的距离相对于波长变小，电磁耦合器10和单极天线51的S21的绝对值的差变小。因此，电磁耦合器10在比较远处的无线通信强度弱，可适用于近距离无线通信。

如以上说明的那样，在本实施方式的电磁耦合器10中，具备：形成在第一平面上的导电图案11；形成在与第一平面平行的第二平面上、并与供电系统12连接的供电图案13；与供电图案13相离地形成在第二平面上、并接地的地线图案14；与第一平面和第二平面垂直地形成、并连接导电图案11和供电图案13的第一线状导体15；以及与第一平面和第二平面垂直地形成、并连接导电图案11和地线图案14的多条第二线状导体16，使导电图案11形成为相对于导线图案11与第一线状导体15的连接点A为点对称的形状，使多条第二线状导体16形成于在俯视时相对于第一线状导体15为点对称的位置。

根据电磁耦合器10，由于形成多条作为纵波的发生源的第二线状导体16，即使作为薄型而在由各第二线状导体16产生的纵波的大小变小的场合，也可维持由电磁耦合器10整体产生的纵波的大小，从而可较高地维持耦合强度。

根据电磁耦合器10，由于多条第二线状导体16起到短线的作用，因此即使为做成薄型的场合，也可缓和阻抗特性，从而使所用的频带为宽带。

另外，由于多条第二线状导体16起到短线的作用，因此与开路短线的场合相比，为了实现同样的匹配条件，需要增大导电图案11的大小(在此，一边的长度为225λ/1000～450λ/1000)，并增大第一线状导体15和第二线状导体16的距离(在此，为75λ/1000～225λ/1000)。即，在电磁耦合器10中，能够增大第一线状导体15和第二线状导体16的距离，另外，由于使多条第二线状导体16形成在相对于第一线状导体15为点对称的位置，因此作为纵波的发生源的第二线状导体16可广泛地分布，从而能够可扩大耦合范围。由此，即使在发信侧的电磁耦合器10和接收侧的电磁耦合器10的位置稍微偏离的场合，也可传送信息，有利于提高方便性。

另外，在电磁耦合器10中，由于使多条第二线状导体16形成在相对于第一线状导体15为点对称的位置，因此能够相互抵消由流经导电图案11的电流产生的横波，抑制包含放射电场的横波的产生。另外，在电磁耦合器10中，由于可薄型化，因此也能够抑制由第二线状导体16产生的横波。另外，若比较上述式(1)、式(2)则可以看出，因为横波为纵波的1/2的大小，因此如果使电磁耦合器10薄(缩短第二线状导体16)，则横波变得非常小。因此，能够实现不妨碍其他无线通信系统的、适用于近距离无线通信的电磁耦合器10。

另外，由于电磁耦合器10不像现有技术那样使用带通滤波器结构，因此可减小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。即，根据本发明，能够实现信息传送特性几乎不依赖于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10。其结果，即使在将电磁耦合器内置在由包含电介体的罩覆盖的设备中的场合，也可减小信息传送特性的劣化，容易适用于更多种类的信息通信设备。

另外，在现有的电磁耦合器中，为了实现带通滤波器，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表面上形成串联及并联感应器，在背面形成地线图案，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。与此相对，在本发明中，可使用双层印刷电路板17实现电磁耦合器10，例如可使用以FR4为介质材料的印刷电路板等。因此，根据本发明，可实现结构简单且成本低的电磁耦合器10。

另外，根据本发明，由于能够不考虑实现带通滤波器地进行电磁耦合器10的设计，因此可维持与现有相同的信息传送特性、并容易地进行与供电系统12的匹配调整。因此，在将电磁耦合器10装载在设备上的场合，根据配置电磁耦合器10的空间及周围环境，需要调整电磁耦合器10的频率特性，由于可容易地进行与供电系统12的匹配调整，因此可减少该调整所需的时间，可迅速地提供最优的电磁耦合器10。

本发明不局限于上述实施方式，当然可在不脱离本发明的主旨的范围内施加各种变更。

例如，在上述实施方式中，说明在正方形状的导电图案11的四边附近各形成两条、共计形成八条第二线状导体16的情况，但第二线状导体16的条数及配置不局限于此，例如图7(a)、图7(b)所示的电磁耦合器71，在输入阻抗能够相对于供电系统12实现良好的匹配条件的场合，也可以在正方形状的导电图案11的四边附近各形成一条、共计形成四条第二线状导体16。根据电磁耦合器71，与图1的电磁耦合器10相比，由于能够减少四个通孔，因此可进一步实现低成本的电磁耦合器。

另外，在上述实施方式中，说明了使导电图案11形成为正方形状的情况，但导电图案11只要是相对于导电图案11与第一线状导体15的连接点A为点对称的形状即可，例如可以形成为圆形状及多边形状。

另外，在上述实施方式中，说明在双层印刷电路板17的表面S上形成导体图案11、在背面R形成供电图案13和地线图案14的情况，但不局限于此，例如，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，表示使用双层印刷电路板17的电磁耦合器10，但也可不使用印刷电路板17，而使用由铜或铁等导体构成的导体板来形成电磁耦合器。

Claims (8)

1.一种电磁耦合器，其特征在于，

具备：形成在第一平面上的导电图案；

形成在与上述第一平面平行的第二平面上、并与供电系统连接的供电图案；

与上述供电图案相离地形成在上述第二平面上、并接地的地线图案；

与上述第一平面和上述第二平面垂直地形成、并连接上述导电图案和上述供电图案的第一线状导体；以及

与上述第一平面和上述第二平面垂直地形成、并连接上述导电图案和上述地线图案的多条第二线状导体，

上述导电图案形成为相对于导电图案与上述第一线状导体的连接点为点对称的形状，

上述多条第二线状导体形成于在俯视时相对于上述第一线状导体为点对称的位置上。

2.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，

上述第一平面是印刷电路板的一面，

上述第二平面是上述印刷电路板的另一面，

上述第一线状导体和上述第二线状导体是在形成于上述印刷电路板的通孔的内部形成的导体。

3.根据权利要求2所述的电磁耦合器，其特征在于，

就上述印刷电路板而言，电容率是4.0～5.0，所使用的频率的波长为λ时，上述印刷电路板的厚度为6λ/1000～45λ/1000，

从上述导电图案和上述第一线状导体的连接点到上述导电图案和上述第二线状导体的连接点的距离为75λ/1000～225λ/1000，

上述导电图案形成为一边的长度为225λ/1000～450λ/1000的正方形状。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电磁耦合器，其特征在于，

上述地线图案形成为包围上述供电图案的周围，

上述导电图案形成在与上述供电图案、上述地线图案相对的位置上。

5.一种信息通信设备，装载了电磁耦合器，并使用静电场和感应电场的至少一方来传送信息，该信息通信设备的特征在于，

上述电磁耦合器具备：

形成在第一平面上的导电图案；

形成在与上述第一平面平行的第二平面上、并与供电系统连接的供电图案；

与上述供电图案相离地形成在上述第二平面上、并接地的地线图案；

与上述第一平面和上述第二平面垂直地形成、并连接上述导电图案和上述供电图案的第一线状导体；以及

与上述第一平面和上述第二平面垂直地形成、并连接上述导电图案和上述地线图案的多条第二线状导体，

上述导电图案形成为相对于上述导电图案与上述第一线状导体的连接点为点对称的形状，

上述多条第二线状导体形成于在俯视时相对于上述第一线状导体为点对称的位置上。

6.根据权利要求5所述的信息通信设备，其特征在于，

上述第一平面是印刷电路板的一面，

上述第二平面是上述印刷电路板的另一面，

上述第一线状导体和上述第二线状导体是在形成于上述印刷电路板的通孔的内部形成的导体。

7.根据权利要求6所述的信息通信设备，其特征在于，

就上述印刷电路板而言，电容率是4.0～5.0，所使用的频率的波长为λ时，上述印刷电路板的厚度为6λ/1000～45λ/1000，

从上述导电图案和上述第一线状导体的连接点到上述导电图案和上述第二线状导体的连接点的距离为75λ/1000～225λ/1000，

上述导电图案形成为一边的长度为225λ/1000～450λ/1000的正方形状。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的信息通信设备，其特征在于，

上述地线图案形成为包围上述供电图案的周围，

上述导电图案形成在与上述供电图案、上述地线图案相对的位置上。

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