CN103098302B - 天线装置及通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能实现良好的通信特性和机械强度的兼顾、具有有利于耦合用电极的小型化的构造的天线装置。耦合用电极（18）包括：在电介质的一个面形成有接地（12）的电介质基板（11）；以及在与形成有电介质基板（11）的接地（12）的面对置的面形成的布线（15）。耦合用电极（18）与配置于与天线装置对置的位置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合而能进行通信。耦合用电极（18）具有多个折回部，并且包含通信波长的大致一半的长度的布线（15）。在布线（15）之中，在一个端部形成作为信号的输入输出端的连接端子（19），另一个端部与接地（12）电连接。

Description

天线装置及通信装置

技术领域

本发明涉及利用既定的通信波长、通过在对置的一对电极间的电磁场耦合而进行信息通信的天线装置以及装入有该天线装置的通信装置。

本申请以在日本国于2010年9月15日申请的日本专利申请号码特愿2010-206930、以及日本专利申请号码特愿2010-206931为基础而主张优先权，通过参照而在本申请中引用这些申请。

背景技术

近年来，在计算机、小型便携终端等电子设备间，不经由电缆、媒介而通过无线传输音乐、图像等数据的系统被开发出来。在这样的无线传输系统中，存在着在数cm的近距离能达到最大560Mbps程度的高速转送的技术。在这样的能高速转送的传输系统中，TransferJet（注册商标）虽然通信距离短但具有被窃听的可能性低、传输速度快这些优点。

TransferJet（注册商标）是隔开超近距离通过对应的高频耦合器的电磁场耦合而实现的技术，其信号质量依赖于高频耦合器的性能。例如，如图21所示，专利文献1所记载的高频耦合器具备：在一个面形成有接地202的印刷基板201、形成于印刷基板201的另一个面的微带（microstrip）构造的短截线（stub）203、耦合用电极208、以及连接该耦合用电极208和短截线203的金属线207。另外，在专利文献1所记载的高频耦合器中，在印刷基板201上还形成有收发电路205。另外，在专利文献1中，记载有作为未在印刷基板201上形成收发电路205的变形例的结构，如图22所示，该变形例具备：在一个面形成有接地202的印刷基板201、形成于印刷基板201的另一个面的微带构造的短截线203、耦合用电极208、以及连接该耦合用电极208和短截线203的金属线207。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-311816号公报。

发明内容

然而，如图21所示，在专利文献1所记载的高频耦合器中，为了进行良好的通信，需要增大板状的耦合用电极208的面积。这是因为：由于依赖于通信波长的一定的长度是必要的，以及为了增强耦合强度，必须增大耦合用电极208。另外，因为需要金属线207在既定的位置连接耦合用电极208和短截线203，所以也将产生在制作时要求对位精度等工序上的问题。

本发明是鉴于这样的实际情况而提出的，其目的在于提供能实现良好的通信特性和机械强度的兼顾，并且具有有利于耦合用电极的小型化的构造的天线装置。另外，本发明的目的在于提供装入有该天线装置的通信装置。

作为用于解决上述课题的方案，本发明所涉及的天线装置是利用既定的通信波长、通过在对置的一对电极间进行电磁场耦合而进行信息通信的天线装置，其特征在于，包括形成于电介质基板、与其他天线装置的电极进行电磁场耦合而能进行通信的耦合用电极，耦合用电极由长度为通信波长的大致一半的第1布线以及与第1布线电连接的导体构成，第1布线的中央部和导体形成于沿电介质基板的厚度方向对置的位置，与配置于连结第1布线的中央部和导体的延长线上的其他天线装置的电极进行电磁场耦合。

另外，本发明所涉及的通信装置是利用既定的通信波长、通过在对置的一对电极间进行电磁场耦合而进行信息通信的通信装置，其特征在于，包括：形成于电介质基板、与其他天线装置的电极进行电磁场耦合而能进行通信的耦合用电极；以及与耦合用电极电连接，进行信号的收发处理的收发处理部，耦合用电极由长度为通信波长的大致一半的第1布线以及与第1布线电连接的导体构成，第1布线的中央部和导体形成于沿电介质基板的厚度方向对置的位置，与配置于连结第1布线的中央部和导体的延长线上的其他天线装置的电极进行电磁场耦合。

因为本发明的由长度为通信波长的大致一半的第1布线以及与第1布线电连接的导体构成的耦合用电极形成于电介质基板，所以能够实现良好的机械强度和天线装置整体的小型化。另外，因为本发明与配置于连结第1布线的中央部和导体的延长线上的其他天线装置的电极进行电磁场耦合，所以在第1布线的中央部信号电平处于较高的状态，由此效率良好地沿基板的厚度方向发射电场的纵波，由此与配置于对置的位置的其他耦合用电极之间的耦合强度变强，能够实现良好的通信特性。

如上，本发明能实现良好的通信特性和机械强度的兼顾，能够谋求装置整体的小型化。

附图说明

图1是示出装入有应用了本发明的天线装置的通信系统的结构的图；

图2是示出作为应用了本发明的天线装置的第1实施方式所涉及的高频耦合器的结构的图；

图3是示出在第1实施方式所涉及的高频耦合器中，在高频耦合器之间的通信状态的立体图；

图4是示出在第1实施方式所涉及的高频耦合器的中心截面上的电场解析结果的电场分布图；

图5是示出在第1实施方式所涉及的高频耦合器的电极面上1mm处的电场解析结果的电场分布图；

图6是示出第1实施方式所涉及的高频耦合器和基准耦合器之间的耦合强度的解析结果的频率特性图；

图7是示出作为应用了本发明的天线装置的变形例所涉及的高频耦合器的结构的图；

图8是示出变形例所涉及的高频耦合器和基准耦合器之间的耦合强度的解析结果的频率特性图；

图9是示出作为应用了本发明的天线装置的第2实施方式所涉及的高频耦合器的结构的图；

图10是示出在第2实施方式所涉及的高频耦合器中，在高频耦合器之间的通信状态的立体图；

图11是示出在第2实施方式所涉及的高频耦合器的中心截面上的电场解析结果的电场分布图；

图12是示出在第2实施方式所涉及的高频耦合器的电极面上1mm处的电场解析结果的电场分布图；

图13是示出第2实施方式所涉及的高频耦合器和基准耦合器之间的耦合强度的解析结果的频率特性图；

图14是示出作为应用了本发明的天线装置的第3实施方式所涉及的高频耦合器的结构的图；

图15是示出作为应用了本发明的天线装置的第3实施方式所涉及的高频耦合器的结构的图；

图16是示出，在第3实施方式所涉及的高频耦合器中，在高频耦合器之间的通信状态的立体图；

图17是示出在第3实施方式所涉及的高频耦合器中的电场向量的解析截面的立体图；

图18是示出在第3实施方式所涉及的高频耦合器的中心截面上的电场解析结果的电场分布图；

图19是示出在第3实施方式所涉及的高频耦合器的电极面上1mm处的电场解析结果的电场分布图；

图20是示出第3实施方式所涉及的高频耦合器和基准耦合器之间的耦合强度的解析结果的频率特性图；

图21是示出现有例所涉及的高频耦合器的结构的图；

图22是示出现有例所涉及的高频耦合器的结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的方式详细地进行说明。此外，本发明并不限于以下的实施方式，不言而喻可以在不脱离本发明的要点的范围内进行各种变更。

<通信系统>

应用了本发明的天线装置是通过在对置的一对电极间的电磁场耦合而进行信息通信的装置，是装入例如图1所示的、能进行560Mbps程度的高速转送的通信系统100而被使用的装置。

通信系统100由2个进行数据通信的通信装置101、105构成。在此，通信装置101包括：具有耦合用电极103的高频耦合器102；以及收发电路部104。另外，通信装置105包括：具有耦合用电极107的高频耦合器106；以及收发电路部108。

当如图1所示使通信装置101、105各自具备的高频耦合器102、105相对地配置时，2个耦合用电极103、107作为一个电容器而动作，作为整体以带通滤波器的方式动作，因此能够在2个高频耦合器102、106之间，效率良好地传递用于实现例如560Mbps程度的高速转送的4~5GHz频带的高频信号。

在此，高频耦合器102、106各自所具有的收发用的耦合用电极103、107离开例如3cm左右对置地配置，能进行电场耦合。

在通信系统100中，例如，当从上位应用产生发送要求时，与高频耦合器102连接的收发电路部104基于发送数据生成高频发送信号，并从耦合用电极103向耦合用电极107传播信号。然后，与接收侧的高频耦合器106连接的收发电路部108对接收的高频信号进行解调及解码处理，并将再现的数据移交给上位应用。

此外，虽然适用本发明的天线装置不限于传递上述的4~5GHz频带的高频信号，也能适用于其他频带的信号传递，但在以下的具体示例中，将4~5GHz频带的高频信号作为传递对象进行说明。

<第1实施方式>

作为装入这样的通信系统100的天线装置，对如图2所示的第1实施方式所涉及的高频耦合器1进行说明。

在图2中，为了容易理解布线15的连接状态，透视地示出了电介质基板11。

如图2所示，高频耦合器1具有如下构造：在电介质基板11的一个面11a形成有作为耦合用电极18起作用的布线15；在与面11a对置的另一个面11b形成有接地12。

另外，关于耦合用电极18，其布线15的一端是成为与上述的收发电路部104的连接部的连接端子部19，布线15的另一端经由连接用通孔14与接地12连接。耦合用电极18由具有多个折回部的形状、所谓的曲折（九十九折り）形状或蛇曲（meander）形状的布线15形成，布线15的布线长调整为通信波长的大致一半的长度。

在包含这样的结构的耦合用电极18中，从下述评价可以清楚地看出，在从连接端子部19离开通信波长的1/4的位置，即布线15的中央部15a处，信号电平处于较高的状态，该部分的电荷和隔着接地12的相反侧的镜像电荷作为电偶极子起作用。因此，在耦合用电极18中，能够效率良好地沿基板的厚度方向发射电场的纵波，其结果是：该耦合用电极18与配置于对置的位置的其他耦合用电极之间的耦合强度变强，能够实现良好的通信特性。

通过如下的制造工序制造包含这样的结构的高频耦合器1。首先，在电介质基板11的两个面，作为导电部件，在例如贴上铜箔的两面铜箔基板之中，将一个面11b作为接地12使用，并通过蚀刻处理除掉另一个面11a的铜箔的一部分，形成由蛇曲形状的布线15构成的耦合用电极18。

接着，在布线15的一端利用钻或者激光加工形成孔，通过对该孔进行镀敷处理，或者填充导电性膏等导电性材料而完成连接用通孔14。通过该工序，构成形成于电介质基板11的面11a的耦合用电极18的布线15与电介质基板11的另一个面11b的接地12电连接。而且，在构成耦合用电极18的布线15之中，未与接地12连接的另一端成为连接端子部19，通过将其加工成适合于与上述的收发电路部104的连接单元的形状，完成高频耦合器1。

依据上述制造工序，高频耦合器1能通过处理一块两面铜箔基板而制作，因为一个面11b的整个面成为接地12，所以在布线15与接地12连接时，不需要进行两个面的图案的对位，而能够通过与布线15的一端连接地设置连接用通孔14而容易地连接，能够通过简易的工序进行制作。

这样，关于高频耦合器1，耦合用电极18由在与形成有接地12的面11b对置的面11a形成为蛇曲形状的布线15构成，在布线15之中，一个端部经由作为信号的输入输出端的连接端子部19与收发电路部104连接，另一个端部与接地12电连接，因此能够实现良好的机械强度和高频耦合器整体的小型化。

这样，机械强度较强是因为：与例如图21所示的现有例所涉及的高频耦合器比较，不使用存在因外力而变形的担忧的金属线207而将耦合用电极18安装在电介质基板11上。另外，能谋求高频耦合器整体的小型化是因为：即使未必增大电极的面积，也能够通过调整布线15的长度而增强耦合强度。

另外，在高频耦合器1中，作为电介质基板11的材料，能够使用：用环氧树脂、酚醛树脂等加固玻璃、纸的基体材料、或者玻璃纤维的织布，例如玻璃环氧、玻璃复合基板，或低介电常数的聚酰亚胺、液晶聚合物、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等，或进一步将这些多孔化的材料。特别地，关于电介质基板11，出于电特性的方面考虑，优选使用低介电常数的材料。

另外，在上述的制作工序中，在高频耦合器1中，虽然使用贴上铜箔的两面基板通过蚀刻处理形成了作为耦合用电极18的布线15，但也可以在电介质基板11的面11a、11b，通过镀敷、真空蒸镀法等，在使用掩膜遮盖（masking）的状态下直接形成、或者在形成后施加蚀刻等构图处理而形成。

另外，作为耦合用电极18的布线15及接地12的材料，除了铜以外，能够使用铝、金、银等良导体，并不特别限于这些材料，只要是高电导率的导电体全都能够使用。

另外，由于耦合用电极18以蛇曲形状形成布线15，能够有效地活用电介质基板11的面11a的空间，能够谋求高频耦合器1自身的小型化。

这是因为：如上所述，虽然耦合用电极18的长度为通信频率的大致1/2波长，但通过较细地密集地形成这些布线，能够减少耦合用电极18的形成空间，能够谋求高频耦合器的小型化。

此外，如上所述，从有效地活用电介质基板11的空间的观点出发，构成耦合用电极18的布线15的布线图案也可以接合多个形状不同的蛇曲形状的图案，另外也可以使用L字、圆弧状的重复图案等。

接着，为了调查高频耦合器1的性能，使用Ansoft公司制造的3维电磁场模拟器HFSS进行了耦合强度的解析。在此，使用如下条件的模型作为高频耦合器1的解析模型。将聚四氟乙烯设定为电介质基板11的材料，另外，将铜设定为耦合用电极18的导电体的材质。另外，关于高频耦合器1的大小，形成有布线图案的面11a为6.5mm×6.5mm，基板厚度为1.67mm。

耦合强度以用于评价高频传输特性的S参数的透射特性S21进行评价，将成为高频耦合器1的信号输入输出端的连接端子部19和接地12之间作为输入端口，算出了一对高频耦合器的端口间的耦合强度S21。图3是示出用于耦合强度S21的解析的高频耦合器间的相对的配置的图。在此，使构成高频耦合器1的耦合用电极18的布线15和高频耦合器150的电极150a以中心轴一致的方式对置，在两者隔开15mm、100mm间隔的状态下调查了耦合强度S21的频率特性。此外，在该例中，在一方的高频耦合器150中，具有板状的电极150a，并且使用了作为评价的基准机的基准高频耦合器。

另外，为了评价高频耦合器1中的电场的产生状态，也调查了高频耦合器1附近的电场向量分布。

图4是解析高频耦合器1的在4.5GHz下的电场分布的图，图中示出了在将图2的虚线Y-Y′沿厚度方向分开的截面上的电场分布。从该图4可以清楚地看出，在耦合用电极18和接地12之间存在较强的电场分布，且电场分布在从构成耦合用电极18的布线15的中央部15a向着外侧的圆弧上。

图5是示出在从高频耦合器1中的形成有耦合用电极18的面11a沿垂直向上的方向离开1mm的面上的电场分布的图。从该图5可以清楚地看出，电场从构成耦合用电极18的布线15的中央部15a大致分布为同心圆状。

这是因为：构成耦合用电极18的布线15的长度是通信波长的大致一半，且该布线15的一端与接地12连接的结构成为所谓的短路短截线（shortstub），因此在相当于通信波长的1/4的部分的中央部15a处电场最大。这样，通过解析能够确认：在高频耦合器1中，以耦合用电极18的中央部15a为中心产生强电场。

图6是示出高频耦合器1和基准高频耦合器150之间的耦合强度S21的解析结果的图，在对置距离15mm的通信距离在4.5GHz附近具有－22.5dB的耦合强度，而且作为示出从最大强度衰减3dB的强度的频带，在－3dB带宽上能获得0.69GHz的宽带宽特性。例如，在TransferJet（注册商标）中，需要560MHz的带宽，一般地由于高频耦合器的偏差和与电路基板的阻抗匹配的情况，中心频率偏离，但因为在高频耦合器1中具有相对必要带宽足够大的带宽，所以能不受这些偏差的影响进行良好的通信。另外，在对置距离100mm的非通信距离能获得－48dB以下的通信遮断性。

如上所述，在第1实施方式所涉及的高频耦合器1中，从上述模拟可以清楚地看出，能实现良好的通信特性，而且，能实现与机械强度的兼顾，能够谋求装置整体的小型化。

<第1实施方式的变形例>

接着，作为装入通信系统100的天线装置，对如图7所示的变形例所涉及的高频耦合器2进行说明。

为了容易理解布线25的连接状态，图7透视地示出了电介质基板21。

如图7所示，高频耦合器2具有如下构造：在电介质基板21的一个面21a形成有作为耦合用电极28起作用的布线25以及与布线25连接的短截线27，在与面21a对置的另一个面21b形成有接地22。

另外，关于所述耦合用电极28，其布线25的一端是成为与收发电路部104的连接部的连接端子部29，布线25的另一端经由连接用通孔24a与接地22连接。耦合用电极28由具有多个折回部的形状、曲折形状或蛇曲形状的布线25形成，布线25的布线长调整为通信波长的大致一半的长度。

在包含这样的结构的耦合用电极28中，从下述评价可以清楚地看出，在从连接端子部29离开通信波长的1/4的位置，即布线25的中央部25a处，信号电平处于较高的状态，该部分的电荷和隔着接地22的相反侧的镜像电荷作为电偶极子起作用。因此，在耦合用电极28中，能够效率良好地沿基板的厚度方向发射电场的纵波，其结果是：与配置于对置的位置的其他耦合用电极之间的耦合强度变强，能够实现良好的通信特性。

关于短截线27，其一端通过连接端子部29与耦合用电极28连接，另一端经由连接用通孔24b与接地22连接。另外，通过使用调整了长度的短截线27，能够在耦合用电极28与其他电极进行电磁场耦合时，使耦合强度和带宽满足期望的条件。

通过如下制造工序制造包含这样的结构的高频耦合器2。首先，在电介质基板21的两个面，作为导电部件，在例如贴上铜箔的两面铜箔基板之中，将一个面21b作为接地22使用，并通过蚀刻处理除掉另一个面21a的铜箔的一部分，分别形成由蛇曲形状的布线25构成的耦合用电极28和短截线27。

接着，在布线25的一端和短截线27的一端，利用钻或者激光加工分别形成孔，通过对各孔进行镀敷处理，或者填充导电性膏等导电性材料而完成连接用通孔24a、24b。通过该工序，构成形成于电介质基板21的面21a的耦合用电极28的布线25，与电介质基板21的另一个面21b的接地22电连接。同样地，短截线27与接地22电连接。而且，构成耦合用电极28的布线25的、未与接地22连接的另一端成为与短截线27连接的连接端子部29，通过将其加工成适合于与上述的收发电路部104的连接单元的形状，完成高频耦合器。

此外，如图7所示，在成为2个连接用通孔24a、24b接近的图案形状的情况下，也能够调整构成耦合用电极28的布线25、或者短截线27的端部位置，兼用一个连接用通孔与接地22连接。

这样，耦合用电极28能通过处理一块两面铜箔基板而制作，因为一个面21b的整体成为接地22，所以在布线25与接地22连接时，不需要进行两个面的图案的对位，而能够通过分别与构成耦合用电极28的布线的一端和短截线27的一端相接，并设置连接用通孔24a、24b而容易地连接，能够通过简易的工序制作高频耦合器2。

接着，为了调查高频耦合器2的性能，使用Ansoft公司制造的3维电磁场模拟器HFSS进行了耦合强度的解析。在此，使用如下条件的模型作为高频耦合器2的解析模型。将聚四氟乙烯设定为电介质基板21的材料，另外，将铜设定为作为耦合用电极28和短截线27使用的导电体的材质。另外，关于高频耦合器2的大小，形成有布线图案的面21a为6.5mm×6.5mm，基板厚度为1.67mm，而且，短截线27的长度为5.2mm。

耦合强度以用于评价高频传输特性的S参数的透射特性S21进行评价，将成为高频耦合器2的信号输入输出端的连接端子部29和接地22之间作为输入端口，算出了一对高频耦合器的端口间的耦合强度S21。用于解析的高频耦合器间的相对的配置与上述的图3所示的条件相同。

图8是示出高频耦合器间的对置距离为15mm时的耦合强度S21的频率特性的解析结果的图。为了比较，也对照地示出了作为不具有短截线27的高频耦合器1的特性的图6所示的对置距离15mm时的耦合强度。

此外，在该例中，在一方的高频耦合器中，也使用了作为评价的基准机的基准高频耦合器150。

从图8可以清楚地看出，在具有短截线27的高频耦合器2中，虽然能够提高耦合强度，但高耦合强度所能获得的频带变窄。一般地，耦合强度的强度和－3dB带宽处于权衡（trade-off）的关系，因此在两者的平衡相对要求规格不充分的情况下，能够如高频耦合器2那样设置短截线27，并通过主要改变其长度，调整两者的平衡。

<第2实施方式>

接着，作为装入通信系统100的天线装置，对如图9所示的第2实施方式所涉及的高频耦合器3进行说明。

在图9中，为了容易理解布线32a、32b的连接状态，透视地示出了电介质基板31。

如图9所示，高频耦合器3具有如下构造：在电介质基板31的上下两个面31a、31b，分别形成有具有多个折回部的形状、所谓的曲折形状或蛇曲形状的布线32a、32b。该蛇曲形状的布线32a、32b的一端经由沿电介质基板31的厚度方向形成的连接用通孔34a电连接，作为与配置于对置的位置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合而能进行通信的耦合用电极38起作用。

另外，关于耦合用电极38，由未与连接用通孔34a连接的布线32a的端部39a、以及未与连接用通孔34a连接的布线32b的另一个端部经由连接用通孔34b延长至面31a的端部39b的连接端子部39，形成于相同的面31a上。

连接端子部39是用于与上述的收发电路部104连接的端子，例如为，用经由各向异性导电膜的柔性印刷基板的连接、或者用经由表面安装插座的细线同轴电缆的连接等的连接单元。因此，连接端子部39调整其形状，依据连接手法也可以采用省略连接用通孔34b，分电介质基板31的两个面而分别配置端部39a、39b的结构。

另外，耦合用电极38为连接形成于电介质基板31的两个面的蛇曲形状的布线32a、32b而构成，因此连接布线32a、32b的布线长，即耦合用电极38的长度调整为通信频率的大致1个波长。而且，耦合用电极38的从未与连接用通孔34a连接的布线32a、32b的端部39a、39b离开通信波长的1/4的位置，夹着电介质基板31而相对置。

作为具体示例，在耦合用电极38中，从未与连接用通孔34a连接的布线32a、32b的端部39a、39b离开通信波长的1/4的位置，分别是面31a、31b的中央部35a、35b。

这样地，在耦合用电极38中，从下述评价可以清楚地看出，因为从未与连接用通孔34a连接的布线32a、32b的端部39a、39b离开通信波长的1/4的中央部35a、35b，夹着电介质基板31而相对置，所以在这些对置的位置，极性相反且彼此信号电平变为较高的状态，作为电偶极子起作用。因此，在耦合用电极38中，能够效率良好地沿基板的厚度方向发射电场的纵波，其结果是：与配置于对置的位置的其他耦合用电极之间的耦合强度变强，能够实现良好的通信特性。

通过如下的制造工序制造包含这样的结构的高频耦合器3。首先，在电介质基板31的两个面，相对作为导电层贴上铜箔的两面铜箔基板，通过蚀刻处理除掉铜箔的一部分，形成具有多个折回部的蛇曲形状的布线32a、32b。接着，分别在布线32a的一端和布线32b的一端重叠的部分、以及布线32b的另一端，利用钻或者激光加工形成孔，并对该孔进行镀敷处理，或者填充导电性膏等导电性材料，由此完成各个连接用通孔34a、34b。

通过上述工序，形成于电介质基板31的面31a的布线32a和另一个面31b的布线32b电连接并作为耦合用电极38起作用，并且耦合用电极38的两个端部39a、39b作为连接端子部39起作用。

这样，关于高频耦合器3，因为耦合用电极38形成于电介质基板31的两个面的布线32a、32b的一端彼此经由连接用通孔34a连接，所以能够实现良好的机械强度和高频耦合器3整体的小型化。另外，依据上述工序，通过对一块两面铜箔基板进行构图处理，能简单地制造高频耦合器3。

这样，机械强度较强是因为：与例如图21所示的现有例所涉及的高频耦合器比较，不使用存在因外力而变形的担忧的金属线207而将耦合用电极38安装在电介质基板31上。另外，能谋求高频耦合器整体的小型化是因为：即使未必增大电极的面积，也能够通过调整布线35的长度而增强耦合强度。

另外，在高频耦合器3中，作为电介质基板31的材料，能够使用：用环氧树脂、酚醛树脂等加固玻璃、纸的基体材料、或者玻璃纤维的织布，例如玻璃环氧、玻璃复合基板，或低介电常数的聚酰亚胺、液晶聚合物、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等，或进一步将这些多孔化的材料。特别地，关于电介质基板31，出于电特性的方面考虑优选使用低介电常数的材料。

另外，在上述的制作工序中，在高频耦合器3中，虽然使用贴上铜箔的两面基板通过蚀刻处理形成了布线32a、32b，但也可以在电介质基板31的两个面31a、31b通过镀敷、真空蒸镀法等，在使用掩膜遮盖的状态下直接形成，或者在形成后施加蚀刻等构图处理而形成。

另外，作为布线32a、32b的材料，除了铜以外，能够使用铝、金、银等良导体，并不特别限于这些材料，只要是电导率高的导电体全都能够使用。

另外，因为耦合用电极38以具有多个折回部的蛇曲形状形成布线32a、32b，所以能够有效地活用电介质基板31的各个面31a、31b的空间，能够谋求耦合用电极38自身的小型化。

这是因为：如后所述，虽然耦合用电极38的长度是通信频率的大致1个波长，但通过较细地密集地形成这些布线，能够减少耦合用电极38的形成空间，能够谋求高频耦合器3的小面积化。

此外，如上所述，从有效地活用电介质基板31的空间的观点出发，耦合用电极38中的布线32a、32b的布线图案也可以接合多个具有形状不同的折回部的蛇曲形状的图案，另外也可以使用L字、圆弧状的重复图案等。

接着，为了调查高频耦合器3的性能，使用Ansoft公司制的3维电磁场模拟器HFSS进行了耦合强度的解析。在此，使用如下条件的模型作为高频耦合器3的解析模型。即，将聚四氟乙烯设定为电介质基板31的材料，另外，将铜设定为耦合用电极38的导电体的材质。另外，关于高频耦合器3的大小，形成有布线图案的面为6.5mm×6.5mm，基板厚度为1.67mm。

耦合强度以用于评价高频传输特性的S参数的透射特性S21进行评价，将成为高频耦合器的信号输入输出端的连接端子部39的两个端部39a、39b间作为输入端口，算出了一对高频耦合器的端口间的耦合强度S21。图10是示出用于耦合强度S21的解析的高频耦合器3、150间的相对的配置的图。在此，使高频耦合器3的耦合用电极38的布线32a和高频耦合器150的电极150a以中心轴一致的方式对置，在两者隔开15mm、100mm间隔的状态下调查了耦合强度S21的频率特性。此外，在该例中，在一方的高频耦合器150中，具有板状的电极150a，并使用了作为评价的基准机的基准高频耦合器。

另外，为了观察高频耦合器3中的电场的产生状态，也调查了高频耦合器3附近的电场向量分布。

图11是解析高频耦合器3的在4.5GHz下的电场分布的图，图中示出了在将图9的虚线Y-Y′沿厚度方向分开的截面上的电场分布。从该图11可以清楚地看出，在构成耦合用电极38的电介质基板31的两个面31a、31b的蛇曲形状的布线32a、32b之间存在较强的电场分布，且电场分布在从耦合用电极38向着外侧的圆弧上。

图12是示出在从形成有高频耦合器3的布线32a的面31a沿垂直方向离开1mm的面上的电场分布的图。从该图12可以清楚地看出，电场从耦合用电极38的中央部35a、35b大致分布为同心圆状。因此，在谐振时沿高频耦合器3的厚度方向发射强电场的纵波。

这是因为：耦合用电极38的长度大致是1个波长，因此在成为相当于从耦合用电极38的端部大致波长1/4的部分的部分的布线32a的中央部35a处电位差最大。这样，通过解析能够确认：在高频耦合器3中，以基板表面中央部为中心产生强电场。

图13是示出高频耦合器3和基准高频耦合器150之间的耦合强度S21的解析结果的图，在对置距离15mm的通信距离在4.5GHz附近具有－25dB的耦合强度，而且作为示出从最大强度衰减3dB的强度的频带，在－3dB带宽中能获得0.86GHz的宽带宽特性。例如，在TransferJet（注册商标）中，需要560MHz的带宽，一般地由于高频耦合器的偏差和与电路基板的阻抗匹配的情况，中心频率偏离，但因为在高频耦合器3中具有必要带宽的约1.5倍的带宽，所以能不受这些偏差的影响进行良好的通信。另外在对置距离100mm的非通信距离能获得－60dB以下的通信遮断性。

如上，在第2实施方式所涉及的高频耦合器3中，从上述模拟可以清楚地看出，能实现良好的通信特性，而且，能实现与机械强度的兼顾，能够谋求装置整体的小型化。

<第3实施方式>

接着，作为装入通信系统100的天线装置，对如图14及图15所示的第3实施方式所涉及的高频耦合器4进行说明。

图14及图15是改变视点示出高频耦合器4的图，为了容易理解后述的线圈48的卷绕状态，图中透视地示出了电介质基板41、42a、42b。

如图14及图15所示，高频耦合器4具备电介质基板41、42a、42b、以及具有与通信波长大致相等的长度的线圈48，在线圈48的两端形成有用于与电路基板连接的连接端子部49。

电介质基板42a、42b是通过例如后述的粘合工序，层叠于电介质基板41的两个面的电介质部件。此外，作为材料，电介质基板41、42a、42b能够使用：用环氧树脂、酚醛树脂等加固玻璃、纸的基体材料、或者玻璃纤维的织布，例如玻璃环氧、玻璃复合基板，或低介电常数的聚酰亚胺、液晶聚合物、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等，或进一步将这些多孔化的材料。特别地，关于电介质基板41、42a、42b，出于电特性的方面考虑优选使用低介电常数的材料。

连接端子部49是用于与上述的收发电路部104连接的端子，例如为，用经由各向异性导电膜的柔性印刷基板的连接、或者用经由表面安装容器的细线同轴电缆的连接等的连接单元。因此，连接端子部49调整其形状，依据连接手法也可以采用省略后述的连接用通孔45a，分电介质基板41的两个面而分别配置端子的结构。

线圈48作为与配置于对置的位置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合而能进行通信的耦合用电极起作用。线圈48为连接后述的上表面线圈47a和下表面线圈47b而构成，连接上表面线圈47a和下表面线圈47b的布线长，即线圈48的长度调整为通信频率的大致1个波长。而且，线圈48从作为未与后述的连接用通孔45b连接的上表面线圈47a和下表面线圈47b的端部的连接端子部49离开通信波长的1/4的位置，夹着电介质基板41、42a、42b而相对置。

作为具体示例，在线圈48中，从连接端子部49的2个端部离开通信波长的1/4的位置，分别是电介质基板41、42a、42b的中央部46a、46b。

这样地，在线圈48中，从下述评价可以清楚地看出，因为从连接端子部49的2个端部离开通信波长的1/4的位置，夹着电介质基板41、42a、42b而相对置，所以在这些对置的位置，极性相反且彼此信号电平处于较高的状态，作为电偶极子起作用。因此，在线圈48中，能够效率良好地沿基板的厚度方向发射电场的纵波，其结果是：与配置于对置的位置的其他耦合用电极之间的耦合强度变强，能够实现良好的通信特性。

通过如下的制造工序制造包含这样的结构的高频耦合器4。首先，在电介质基板42a的两个面形成由铜、铝等导电性金属构成的多个上表面线43a和下表面线43b，上表面线43a的一端与下表面线43b的一端、该上表面线43a的另一端与邻接的其他下表面线43b，分别夹着电介质基板42a，并依次重叠。

此外，关于多个上表面线43a、下表面线43b的形成，可以在电介质基板42a的两个面通过镀敷、蒸镀等处理形成，也可以使用两面粘有铜箔的电介质基板42a通过蚀刻处理而形成。

相对形成有上表面线43a、下表面线43b的电介质基板42a，在上表面线43a、下表面线43b重叠的位置利用钻、激光等形成多个通孔44。用金属镀敷处理或者导电膏等填充这些通孔44，由此形成于电介质基板42a的两个面的全部上表面线43a、下表面线43b经由通孔44电连接，螺线管状的上表面线圈47a完成。与上述上表面线圈47a同样地，在电介质基板42b形成下表面线圈47b。此外，上表面线圈47a的一端也在上述工序中经由通孔44与连接端子部49的一方连接。

接着，在电介质基板41形成连接用通孔45a、45b。这是对用钻、激光等开孔的部分进行金属镀敷处理，或者埋入导电性膏、金属棒而形成的。然后，在电介质基板41的两个面，以上表面线圈47a的一端与连接用通孔45b重叠的方式粘上电介质基板42a，以下表面线圈47b的一端与连接用通孔45b、下表面线圈47b的另一端与连接用通孔45a重叠的方式粘上电介质基板42b并电连接。由此金属部分全部被连接，连接端子部49成为两端的一个线圈48形成于电介质基板41、42a、42b之中。

此外，如上所述，虽然依据电介质基板的材质，基板的粘合也可以使用热压接，但从防止变形等观点优选使用粘接剂进行的方式。如果电连接所必需的连接用通孔45a、45b的两端相对电介质基板41突出，则能够贯通粘接剂与上表面线圈47a、下表面线圈47b可靠地连接。进一步，为了使连接可靠，优选所述连接部的周边省略粘接剂，或者使用混合了各向异性导电粒子的各向异性导电膜。

另外，形成于电介质基板42a的上表面线圈47a和形成于电介质基板42b的下表面线圈47b的连接也可以使用下述方法。首先，在电介质基板41的两个面，通过粘接剂粘上形成有上表面线圈47a的电介质基板42a和形成有下表面线圈47b的电介质基板42b。此后，在上表面线圈47a、下表面线圈47b的两端，利用钻等形成孔，通过连接用通孔45b连接上表面线圈47a、下表面线圈47b的一端，通过连接用通孔45a将下表面线圈47b的另一端与预先在形成上表面线43a时制作的连接端子部49连接，由此能够形成线圈48。该线圈48作为与配置于对置的位置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合而能进行通信的耦合用电极起作用。

这样地，线圈48在层叠于电介质基板41的两个面的电介质基板42a、42b各自的上下表面经由通孔44卷绕成线圈状，卷绕于电介质基板42a、42b的两个面的布线的一端彼此经由连接用通孔45b连接，因此能够实现良好的机械强度和高频耦合器4整体的小型化。

这样，机械强度较强是因为：与例如图21所示的现有例所涉及的高频耦合器比较，不使用存在因外力而变形的担忧的金属线207而将作为耦合用电极起作用的线圈48安装在电介质基板41上。另外，能谋求高频耦合器整体的小型化是因为：即使未必增大电极的面积，也能够通过调整线圈48整体的长度而增强耦合强度。

接着，为了调查高频耦合器4的性能，使用Ansoft公司制造的3维电磁场模拟器HFSS进行了耦合强度的解析。在此，使用如下条件的模型作为高频耦合器4的解析模型。即，在电介质基板41中将聚四氟乙烯设定为电介质的材料，在电介质基板42a、42b中将液晶聚合物设定为电介质的材料。另外，将铜设定为线圈48的材质。关于高频耦合器4的大小，形成有布线图案的面为6.5mm×6.5mm，基板厚度为2mm。

耦合强度以用于评价高频传输特性的S参数的透射特性S21进行评价，将成为高频耦合器的信号输入输出端的连接端子部49的两端之间作为电力的输入端口。图16是示出用于解析耦合强度S21的高频耦合器间的相对的配置的图。在此，使高频耦合器4的上表面线圈47a和高频耦合器150的电极150a以中心轴一致的方式对置，在两者隔开15mm、100mm间隔的状态下调查了耦合强度S21的频率特性。此外，在该例中，在一方的高频耦合器150中，具有板状的电极150a，并使用了作为评价的基准机的基准高频耦合器。

另外，为了观察高频耦合器4中的电场的产生状态，也调查了高频耦合器4附近的电场向量分布。

图17是示出电场向量分布的解析部分的图，将贯通图中用虚线XX′示出的部分，即高频耦合器4的中央部46a、46b，沿作为基板的宽度方向的Y轴和作为厚度方向的Z轴扩展的面作为解析面。在此，将相对长方体的高频耦合器4从中心向着连接端子部49的方向作为长度方向的X轴。

图18及图19是分别示出在YZ面、XY面上的在作为高频耦合器4的谐振频率的4.5GHz下的电场向量分布的解析结果的图。在此，图19是示出在从形成有高频耦合器4的上表面线圈47a的面沿垂直方向离开1mm的面上的电场分布的图。从这2个图可以清楚地看出，在上表面线圈47a和下表面线圈47b形成极性不同的电极，在其间产生强电场分布。因此，在谐振时沿作为高频耦合器4的厚度方向的Z轴方向放射强电场的纵波。

图20是示出高频耦合器4和基准高频耦合器150之间的耦合强度S21的解析结果的图，在对置距离15mm的通信距离在4.5GHz附近具有－25dB的耦合强度，而且在－3dB带宽中能获得1.1GHz以上的宽带宽特性。例如，在TransferJet（注册商标）中，需要560MHz的带宽，一般地由于高频耦合器的偏差和与电路基板的阻抗匹配的情况，中心频率偏离，但因为在高频耦合器4中具有必要带宽的约2倍的带宽，所以能不受这些偏差的影响进行良好的通信。另外，在对置距离100mm的非通信距离能获得－47dB以下的通信遮断性。

如上，在第3实施方式所涉及的高频耦合器4中，从上述模拟可以清楚地看出，能实现良好的通信特性，而且，能实现与机械强度的兼顾，能够谋求装置整体的小型化。

<第1至第3实施方式所涉及的高频耦合器>

关于上述的第1至第3实施方式所涉及的高频耦合器，由长度为通信波长的大致一半的第1布线以及与第1布线电连接的导体构成的耦合用电极形成于电介质基板，因此能够实现良好的机械强度和天线装置整体的小型化。另外，因为上述的第1至第3实施方式所涉及的高频耦合器与配置于连结第1布线的中央部和导体的延长线上的其他天线装置的电极进行电磁场耦合，所以在第1布线的中央部信号电平处于较高的状态，由此效率良好地沿基板的厚度方向发射电场的纵波，由此与配置于对置的位置的其他耦合用电极之间的耦合强度变强，能够实现良好的通信特性。

如上，应用了本发明的第1至第3实施方式所涉及的高频耦合器能实现良好的通信特性和机械强度的兼顾，能够谋求装置整体的小型化。

Claims (3)

1.一种天线装置，利用既定的通信波长、通过在对置的一对电极间进行电磁场耦合而进行信息通信，

其特征在于，包括：

耦合用电极，形成于电介质基板，与其他天线装置的电极进行电磁场耦合而能进行通信，

所述耦合用电极由长度为所述通信波长的大致一半的第1布线以及与该第1布线电连接的导体构成，

所述第1布线的中央部和所述导体形成于沿所述电介质基板的厚度方向对置的位置，与配置于连结该第1布线的中央部和该导体的延长线上的所述其他天线装置的电极进行电磁场耦合，

所述导体是形成于所述电介质基板的一个面的面状的接地层，

所述第1布线具有如下构造：以具有多个折回部的方式在与形成有所述面状的接地层的面对置的所述电介质基板的面上形成于一个面内，在该第1布线之中，在一个端部形成信号的输入输出端，另一个端部与该面状的接地层电连接。

2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，在所述耦合用电极，连接有从形成于所述第1布线的输入输出端分支的既定长度的短截线。

3.一种通信装置，利用既定的通信波长、通过在对置的一对电极间进行电磁场耦合而进行信息通信，

其特征在于，包括：

耦合用电极，形成于电介质基板，与其他天线装置的电极进行电磁场耦合而能进行通信；以及

收发处理部，与所述耦合用电极电连接，进行信号的收发处理，

所述耦合用电极由长度为所述通信波长的大致一半的第1布线以及与该第1布线电连接的导体构成，

所述第1布线的中央部和所述导体形成于沿所述电介质基板的厚度方向对置的位置，与配置于连结该第1布线的中央部和该导体的延长线上的所述其他天线装置的电极进行电磁场耦合，

所述导体是形成于所述电介质基板的一个面的面状的接地层，

所述第1布线具有如下构造：以具有多个折回部的方式在与形成有所述面状的接地层的面对置的所述电介质基板的面上形成于一个面内，在该第1布线之中，未与所述收发处理部连接的端部与该面状的接地层电连接。