CN103329352B - 天线装置及通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有能够实现良好的通信特性和机械强度的兼顾并且对于小型和低背化这两方是有利的结构的天线装置。在通过利用规定的通信波长在对置的一对电极之间进行电磁场耦合来进行信息通信的天线装置中，具备：耦合用电极（17），形成在电介质基板（11），能够与其他天线装置的电极进行电磁场耦合来进行通信，耦合用电极（17）具有：线（12），由通信波长的1/2的长度构成，形成在电介质基板；以及接地（13），与线（12）的线中央部（12a）在电介质基板（11）的面方向上对置，并且与线（12）电连接，耦合用电极（17）与在连结线中央部（12a）和接地（13）的延长线上配置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合。

Description

天线装置及通信装置

技术领域

本发明涉及通过利用规定的通信波长在对置的一对电极间进行电磁场耦合来进行信息通信的通信装置，以及组装有该天线装置的通信装置。

本申请以在日本于2011年2月4日申请的日本专利申请号码特愿2011-023048及于2011年7月4日申请的日本专利申请号码特愿2011-148566为基础要求优先权，通过参照这些申请而将它们引用到本申请中。

背景技术

近年来，正在开发在计算机、小型便携终端等的电子设备之间不经由电缆或介质而对音乐、图像等的数据进行无线传输的系统。在这样的无线传输系统中，有能够在数cm的近距离实现最大560Mbps左右的高速传送的无线传输系统。在这样的能实现高速传送的传输系统中，TransferJet（注册商标）虽然通信距离短，但具有被窃听的可能性低、传输速度快的优点。

在TransferJet（注册商标）中，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，其信号品质依赖于高频耦合器的性能。例如，专利文献1中记载的高频耦合器如图16所示，具备：在一个面形成有接地（ground）202的印制电路板201；在印制电路板201的另一个面形成的微波传输带（microstrip）结构的短截线（stub）203；耦合用电极208；以及对该耦合用电极208和短截线203进行连接的金属线207。此外，在专利文献1所记载的高频耦合器中，在印制电路板201上也形成有收发电路205。此外，在专利文献1中，作为在印制电路板201上未形成有收发电路205的变形例，记载有图17所示那样的结构，其具备：在一个面形成有接地202的印制电路板201；在印制电路板201的另一个面形成的微波传输带结构的短截线203；耦合用电极208；以及对该耦合用电极208和短截线203进行连接的金属线207。

可是，如图16那样，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。这是因为需要依赖于通信波长的固定的长度，并且为了增强耦合强度而必须增大耦合用电极208。此外，由于金属线207需要在规定的位置对耦合用电极208和短截线203进行连接，所以在制作时也产生要求位置对准精度等工艺上的问题。

为了解决这些问题，在非专利文献1中公布了在相对于天线装置的端面垂直的方向上进行电磁场耦合的结构（以下称为端部辐射型）的天线装置。在这里，如图18A所示，将三维正交坐标系设为XYZ，将由非专利文献1公布的天线装置300的端面设为XY平面。在该图18A中，以XYZ轴规定的外形尺寸分别设为25[mm]、0.1~0.3[mm]、10[mm]。在该情况下，如图18B所示那样，天线装置300包括：在电介质基板311的面XZ上构成的接地313；从接地313空开固定的间隔而形成的线312；以及在线312的大致中央，对与接地313之间供给电力的供电部314。当线312设计成通信波长的大致半波长的长度时，线312的两端变成从供电部314起1/4波长的长度的开路短截线，以线312的两端为中心发生强的电场辐射。由此，天线装置300在线312和配置在与电介质基板311的面XY面对称的位置的电极之间，能够获得强的电磁场耦合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-311816号公报。

非专利文献

非专利文献１：日立電線ニュースリリース2010.9.17、日立電線株式会社、2010.10.5、CEATEC展示会、http://www.hitachi-cable.co.jp/products/news/20100917.html。

发明内容

发明要解决的课题

可是，在上述的非专利文献1所记载的天线装置300中，如图18B所示，由于需要将线312的长度设计成通信波长的大致半波长，所以在线312的方向上需要一定的长度，在图18A所示的例子中，从在X轴方向上规定的中心位置起需要12.5[mm]的长度，在整体中需要25[mm]的长度，虽然能够实现薄型化，但是难以实现面XZ的小型化，特别是难以实现线312布线的方向上的缩短化，因此存在能够应用的用途受到限制的问题。

本发明正是鉴于这样的实际情况而提出的，其目的在于提供一种具有能够实现良好的通信特性和机械强度的兼顾并且对于小型化和低背化这两方是有利的结构的天线装置。此外，本发明的目的在于提供一种组装有该天线装置的通信装置。

用于解决课题的方案

作为用于解决上述课题的方案，本发明提供一种天线装置，通过利用规定的通信波长在对置的一对电极之间进行电磁场耦合，从而进行信息通信，其特征在于，具备：耦合用电极，形成在电介质基板，能够与其他天线装置的电极进行电磁场耦合来进行通信，耦合用电极具有：第1布线，由通信波长的1/2的长度构成，形成在电介质基板的一个面；以及导体，与第1布线在电介质基板的面方向上对置，并且与第1布线电连接，耦合用电极与在连结第1布线的中央部和导体的延长线上配置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合。

此外，本发明提供一种通信装置，通过利用规定的通信波长在对置的一对电极之间进行电磁场耦合，从而进行信息通信，其特征在于，具备：耦合用电极，形成在电介质基板，能够与其他天线装置的电极进行电磁场耦合来进行通信；以及收发处理部，与耦合用电极电连接，进行信号的收发处理，耦合用电极具有：第1布线，由通信波长的1/2的长度构成，形成在电介质基板的一个面；以及导体，与第1布线在电介质基板的面方向上对置，并且与第1布线电连接，耦合用电极与在连结第1布线的中央部和导体的延长线上配置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合。

发明效果

本发明因为在电介质基板的一个面形成有第1布线和导体，所以能够实现机械强度。

此外，本发明通过与在连结由通信波长的1/2的长度构成的第1布线的中央部和与第1布线的中央部在电介质基板的面方向上对置的导体的延长线上配置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合，从而在电介质基板的面方向上规定的纵横比的调整的自由度高，能够在兼顾天线装置的小型化和低背化的同时，实现良好的通信特性。

因此，本发明能够实现良好的通信特性和机械强度的兼顾并且能够谋求天线装置本身的小型化和低背化的兼顾。

附图说明

图1是表示组装有应用了本发明的天线装置的通信系统的结构的图。

图2是表示作为应用了本发明的天线装置的第1实施方式的高频耦合器的结构的图。

图3是表示在第1实施方式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是表示在第1实施方式的高频耦合器中的中心剖面处的电场解析结果的电场分布图。

图5是表示第1实施方式的高频耦合器与基准耦合器之间的耦合强度的解析结果的频率特性图。

图6是表示作为应用了本发明的天线装置的第2实施方式的高频耦合器的结构的图。

图7是表示在第2实施方式的高频耦合器中，在高频耦合器之间的通信状态的立体图。

图8是表示在第2实施方式的高频耦合器中的中心剖面处的电场解析结果的电场分布图。

图9是表示第2实施方式的高频耦合器与基准耦合器之间的耦合强度的解析结果的频率特性图。

图10是表示作为应用了本发明的天线装置的第2实施方式的变形例的高频耦合器的结构的图。

图11是表示在第2实施方式的变形例的高频耦合器中，在高频耦合器之间的通信状态的立体图。

图12是表示第2实施方式的变形例的高频耦合器与基准耦合器之间的耦合强度的解析结果的频率特性图。

图13是表示在第2实施方式的变形例的高频耦合器中的中心剖面处的电场解析结果的电场分布图。

图14是表示第2实施方式的变形例的高频耦合器的磁场矢量分布的解析结果的图。

图15是用于针对组装有应用了本发明的天线装置的电子设备的具体例进行说明的图。

图16是表示现有例的高频耦合器的结构的图。

图17是表示现有例的高频耦合器的结构的图。

图18是表示现有例的高频耦合器的结构的图。

具体实施方式

以下，针对用于实施本发明的方式，参照附图并详细地进行说明。再有，本发明并不仅被以下的实施方式所限定，显然，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。

<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来进行信息通信的装置，并且是例如被组装在图1所示那样的、能够进行560Mbps左右的高速传送的通信系统100中进行使用的装置。

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

如图1所示，当将通信装置101、105各自具备的高频耦合器102、106面对面地配置时，2个耦合用电极103、107作为1个电容器进行工作，作为整体如带通滤波器那样进行工作，由此在2个高频耦合器102、106之间，能够高效率地传递用于实现例如560Mbps左右的高速传送的4~5GHz频带的高频信号。

在这里，高频耦合器102、106分别具有的收发用的耦合用电极103、107例如分离3cm左右而对置配置，能够进行电场耦合。

在通信系统100中，例如，当从上位应用产生发送请求时，连接于高频耦合器102的收发电路部104基于发送数据生成高频发送信号，从耦合用电极103向耦合用电极107传播信号。然后，连接于接收侧的高频耦合器106的收发电路部108对接收的高频信号进行解调及译码处理，将再现的数据交付给上位应用。

再有，应用本发明的通信装置并不限定于上述的传递4~5GHz频带的高频信号的装置，也能够应用于其他频带的信号传递，但是在以下的具体例中，将4~5GHz频带的高频信号作为传递对象来进行说明。

<第1实施方式>

作为组装在这样的通信系统100中的天线装置，针对图2所示那样的第1实施方式的高频耦合器10进行说明。

在图2中，为了容易理解后述的线12、接地13的连接状态，透过保护膜15对其进行示出。

如图2所示，高频耦合器10是在电介质基板11的一个面形成有接地13并且在其外周隔开固定距离形成有环状的线12的结构。

线12作为耦合用电极17而发挥作用，其一端与接地13对峙，变成成为与上述的收发电路部104的连接部的供电部14，线12的另一端与接地13电连接。此外，作为耦合用电极17而发挥作用的线12的布线长度被调整成通信波长的大致一半的长度。

关于由这样的结构构成的高频耦合器10，根据以下的评价很明显，在作为耦合用电极17而发挥作用的线12中，在从供电部14离开通信波长的1/4的位置、即作为线12的中央部的线中央部12a，变成信号电平高的状态。由此，在线中央部12a中，变成相对于接地13的形成面大致对称的电场分布。由此，在耦合用电极17中，在图2所示的电介质基板11的面方向E、具体来说在连结线中央部12a和接地13的延长线的方向上，能够高效率地放出电场的纵波。作为其结果，高频耦合器10与以和电介质基板11的端面11a面对称的方式配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。

由这样的结构构成的高频耦合器10通过以下这样的制造工序制造。首先，在电介质基板11的单面作为导电构件例如粘贴有铜箔的单面铜箔基板中，利用蚀刻处理去除铜箔面的一部分，形成图2所示那样的接地13和在接地13的外侧隔开固定间隔的线12。在本实施方式中，在电介质基板11中，从谋求其面方向的小面积化的观点出发，以包围接地13的外周的方式引绕有线12。在其形成时，线12的一个端部12b是与接地13连接的状态。接着，通过将保护膜15粘贴在省略了供电部14的铜箔面，从而完成高频耦合器10。再有，保护膜15用于保护铜箔面，也能够以抗蚀剂等代替使用，只要根据需要设置即可。

在如以上那样制造的高频耦合器10中，作为耦合用电极17而发挥作用的线12的另一个端部12c与接地13之间作为供电部14而发挥作用，该供电部14成为与收发电路部104的连接部。

再有，关于供电部14，优选根据与收发电路部104的连接方式，例如使用了同轴电缆、与柔性印制电路板FPC的ACF（各向异性导电膜）、或者ACP（各向异性导电膏）的连接的用途来调整其形状。

利用上述的制造工序，能够通过对一个单面铜箔基板进行处理来制作高频耦合器10，不需要复杂的图案的位置对准、利用通孔的面间连接等的处理，能够以简易的工艺来制作。

像这样，由于能够通过对一个电介质基板11的单面的铜箔进行蚀刻处理来完成高频耦合器10，所以机械强度优越。除此之外，由于高频耦合器10以电场分布在电介质基板11的面方向上的方式进行辐射，所以例如与以电场分布在电介质基板的厚度方向上的方式进行辐射的高频耦合器相比，不需要为了提高通信性能而增厚电介质基板，能够实现整体的低背化。

此外，在高频耦合器10中，作为电介质基板11的材料，能够使用将玻璃、纸的基材、或者玻璃纤维的织物用环氧树脂、酚醛树脂等凝固后的例如玻璃环氧树脂、玻璃复合基板，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，进而能够使用将它们多孔质化后的材料。

此外，在上述的制造工序中，在高频耦合器10中，使用粘贴有铜箔的单面基板利用蚀刻处理来形成线12作为耦合用电极17，但是也可以在电介质基板11的面利用电镀、真空蒸镀法等在遮蔽（masking）的状态下直接形成，或者在形成后施加蚀刻等的构图处理来形成，也可以通过使用了导电性涂料的印刷法来形成。

此外，作为耦合用电极17而发挥作用的线12以及接地13的材料除了铜之外也能够使用铝、金、银等的良导体，但并不特别限于这些材料，只要是导电率高的导电体就均能够使用。

此外，耦合用电极17是将线12以环形状形成，因此能够有效地利用电介质基板11的面空间，能够谋求高频耦合器10本身的小面积化。

具备这样的耦合用电极17的高频耦合器10通过采用在上述那样的电介质基板11的面方向E、即从基板的端部辐射电磁场的结构，从而与在相对于基板面垂直的方向上辐射电磁场的结构相比，不需要为了提高通信性能而增厚电介质基板，能够实现低背化。

接着，为了调查第1实施方式的高频耦合器10的性能，使用Ansoft公司制的三维电磁场模拟器HFSS进行耦合强度的解析。在这里，作为高频耦合器10的解析模型，使用以下那样的条件的解析模型。即，对于电介质基板11的材料，设定介电常数为4.3的玻璃环氧树脂基板，此外，对于耦合用电极17的导电体的材质，设定厚度40μm的铜。此外，高频耦合器10的大小设为15mm×10.2mm，电介质基板11、保护膜15的厚度分别设为0.3mm、0.05mm。

耦合强度以在评价高频传输特性中使用的S参数的透过特性S21来评价，将成为高频耦合器10的信号输入输出端的供电部14作为输入端口，计算一对高频耦合器的端口间的耦合强度S21。

图3示出了在耦合强度S21的解析中使用的高频耦合器间的相对的配置。在该评价中，对于一方的高频耦合器，使用图3所示那样的具有板状的电极150a并成为评价的基准设备的基准高频耦合器150。关于耦合强度的评价，如图3所示，在对线中央部12a和接地13进行连结的延长线的方向E与基准高频耦合器150的电极150a的面正交且各个电极的中心轴一致的状态下，使耦合用电极17与电极150a对置，并空开15mm、100mm间隔，在该状态下调查了耦合强度S21的频率特性。

此外，为了评价在高频耦合器10处的电场的产生状态，也调查了在对置距离15mm的高频耦合器10附近的电场矢量分布。

图4是对高频耦合器10在4GHz的电场分布进行了解析的图，示出了高频耦合器10的电介质基板11的耦合用电极17的形成面上的电场分布。根据该结果明显可知，电场从耦合用电极17的中心部、即图4的线中央部12a朝向外侧在圆弧上分布，与基准高频耦合器150成为良好的耦合状态。

这是因为，构成耦合用电极17的线12的长度是通信波长的大致一半，变成该线12的一端与接地13连接的结构、即所谓的短路短截线，因此在相当于通信波长的1/4的部分的线中央部12a电场变成最大。像这样，在高频耦合器10中，通过解析能够确认以耦合用电极17的中央部为中心产生强的电场。

图5示出了高频耦合器10与基准高频耦合器150之间的耦合强度S21的解析结果，在对置距离15mm的通信距离中，在4~6GHz的频带具有强到–21.6~–20.6dB的耦合强度和平坦的频率特性。例如，在TransferJet（注册商标）中，需要560MHz的频带宽度，通常由于高频耦合器的偏差、与电路基板的阻抗匹配的情况而使中心频率偏移，但是在高频耦合器10中，由于与需要频带宽度相比具有充分宽的频带宽度，所以能够不受这些偏差的影响而进行良好的通信。此外，在对置距离100mm的非通信距离中，获得4~5GHz–42dB以下的通信切断性。

如以上那样，在第1实施方式的高频耦合器10中，根据上述的模拟也很明显，实现良好的通信特性。此外，在高频耦合器10中，因为线12和接地13形成为同一电介质基板11的平面状，所以能够实现机械强度。此外，在高频耦合器10中，通过与在连结由通信波长的1/2的长度构成的线12的线中央部12a和与线中央部12a在电介质基板11的面方向上对置的接地13的延长线上配置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合，从而用于实现所希望的通信特性的尺寸调整、即在电介质基板11的面方向上规定的纵横比的调整的自由度高，能够在兼顾装置整体的小型化和低背化的同时，实现良好的通信特性。

<第2实施方式>

接着，作为组装在这样的通信系统100中的天线装置，针对图6所示那样的第2实施方式的高频耦合器20进行说明。

在图6中，为了容易理解后述的线圈26的卷绕状态，透过电介质基板21对其进行示出。

高频耦合器20包括电介质基板21和将分别具有与通信波长的大致1/2同等的长度的线圈26a、26b电连接的线圈26，在线圈26的两端形成有与收发电路部104的连接用的连接端子28。线圈26通过在各线圈26a、26b的线中央部26a1、26b1、即从线圈26的一个端部起离开通信波长的1/4、3/4的位置处信号电平在极性相互反转了的状态下变高，从而作为耦合用电极27而发挥作用。由此，在线中央部26a1、26b1中，变成大致对称的电场分布。

在由这样的结构构成的耦合用电极27中，在图6所示的电介质基板21的面方向E、具体来说在连结线中央部26a1、26b1的延长线的方向上，能够高效率地放出电场的纵波。作为其结果，高频耦合器20与在连结线中央部26a1、26b1的延长线上配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。

此外，耦合用电极27能够有效地利用电介质基板21的空间，能够谋求高频耦合器20本身的小面积化。

此外，具备这样的耦合用电极27的高频耦合器20通过采用在上述那样的电介质基板21的面方向E、即从基板的端部辐射电磁场的结构，从而与在相对于基板面垂直的方向上辐射电磁场的结构相比，不需要为了提高通信性能而增厚电介质基板，能够实现低背化。

关于由这样的结构构成的高频耦合器20的具体结构，举出以下那样的制作工艺的一例进行说明。

首先，在电介质基板21的上表面21a、下表面21b形成由铜、铝等导电性金属构成的多个上表面线23a、下表面线23b。在其形成时，上表面线23a的一端与下表面线23b的一端，进而该上表面线23a的另一端与在环形方向邻接的下表面线23b夹着电介质基板21依次重叠，同时在完成时采用线圈26整体为环形形状那样的配置。

再有，关于形成多个上表面线23a、下表面线23b的处理，也可以在电介质基板21的两面利用电镀、蒸镀等处理来形成，也可以使用两面敷有铜箔的电介质基板21进行蚀刻处理来形成。

接着，在形成有上表面线23a、下表面线23b的电介质基板21中，在上表面线23a与下表面线23b相互重叠的位置，利用钻孔机、激光器等形成多个通孔24。通过以金属电镀处理或者导电膏等掩埋这些通孔24，从而在电介质基板21的两面形成的全部上表面线23a、下表面线23b经由通孔24被电连接，完成环形形状的线圈26。

线圈26的两端成为与收发电路部104的连接用的连接端子28，优选以根据阻抗匹配而调整的规定的形状来制作。

作为电介质基板21的材料，能够使用将玻璃、纸的基材、或者玻璃纤维的织物用环氧树脂、酚醛树脂等凝固后的例如玻璃环氧树脂、玻璃复合基板，低介电常数的聚酰亚胺、液晶聚合物、特氟龙（注册商标）、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等。特别地，作为电介质基板21的材料，从电气特性的方面出发优选使用低介电常数的材料。

接着，为了调查第2实施方式的高频耦合器20的性能，使用Ansoft公司制的三维电磁场模拟器HFSS进行耦合强度的解析。在这里，作为高频耦合器20的解析模型，使用以下那样的条件的解析模型。即，对于电介质基板21的材料，设定介电常数为4.3的玻璃环氧树脂基板，此外，对于作为耦合用电极27而发挥作用的线圈26的材质，设定厚度40μm的铜。此外，高频耦合器20的大小设为10mm×10mm，厚度设为1mm。

耦合强度以在评价高频传输特性中使用的S参数的透过特性S21来评价，将成为高频耦合器20的信号输入输出端的连接端子28、28的两端间作为电力的输入输出端口。

图7示出了在耦合强度S21的解析中使用的高频耦合器间的相对的配置。在该评价中，对于一方的高频耦合器，使用图7所示那样的具有板状的电极150a并成为评价的基准设备的基准高频耦合器150。关于耦合强度的评价，如图7所示，在对线中央部26a1、26b1进行连结的延长线的方向E与基准高频耦合器150的电极150a的面正交且各个电极的中心轴一致的状态下，使耦合用电极27与电极150a对置，并空开15mm、100mm间隔，在该状态下调查了耦合强度S21的频率特性。

像这样，高频耦合器20的中心轴是在将以线圈26a的连接端子28为基准的大致1/4的长度的位置、即相当于通信频率的1/4波长的长度的位置和以另一个线圈26b的连接端子28为基准的大致1/4的长度的位置、即相当于通信频率的3/4波长的长度的位置投影到电介质基板21的一半厚度的面的位置中在面内方向贯通的方向。

此外，为了观察在高频耦合器20处的电场的产生状态，也调查了在对置距离15mm的高频耦合器20附近的电场分布。

图8示出了高频耦合器20在作为谐振频率的4.5GHz的电场分布的解析结果，可知，在连结线中央部26a1、26b1的中心轴方向上形成2处电场强的地方，就如电偶极子那样动作，由此与对置的高频耦合器150电磁场耦合。

图9示出了高频耦合器20与基准高频耦合器150之间的耦合强度S21的解析结果，在对置距离15mm的通信距离中，在4.5GHz附近具有良好到–18dB的耦合强度，此外在对置距离100mm的非通信距离中，具有–40dB以下的通信切断性。

如以上那样，在第2实施方式的高频耦合器20中，根据上述的模拟也很明显，实现良好的通信特性。此外，在高频耦合器20中，因为作为耦合用电极27而发挥作用的线圈26形成在电介质基板21内，所以能够实现例如耐冲击性等的机械强度。此外，在高频耦合器20中，通过与在连结由通信波长的1/2的长度构成的线圈26a的线中央部26a1和由通信波长的1/2的长度构成的线圈26b的线中央部26b1的延长线上配置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合，从而例如与在相对于基板面垂直的方向上辐射电磁场的结构相比，不需要为了提高通信性能而增厚电介质基板，能够兼顾装置整体的小型化和低背化。

<第2实施方式的变形例>

接着，作为组装在这样的通信系统100中的天线装置，针对图10所示那样的第2实施方式的变形例的高频耦合器30进行说明。

在图10中，为了容易理解后述的线圈36的卷绕状态，透过电介质基板31对其进行示出。

高频耦合器30包括电介质基板31和将分别具有通信波长的大致1/2的长度的线圈36a、36b电连接的线圈36，在线圈36的两端形成有与收发电路部104的连接用的连接端子38。在这里，连接端子38由相当于线圈36a的端部的端子38a和相当于线圈36b的端部的端子38b构成。

线圈36通过在各线圈36a、36b的线中央部36a1、36b1、即从线圈36的一个端部起离开通信波长的1/4、3/4的位置处信号电平在极性相互反转的状态下变高，从而作为耦合用电极37而发挥作用。由此，在线中央部36a1、36b1中，变成大致对称的电场分布。

此外，线圈36在线中央部36a1、36b1处分别是卷绕方向反转的卷绕方向反转处。例如如图10所示，在本变形例中，线圈36是其卷绕方向从端子38a起到中央部36a1为绕顺时针方向、从中央部36a1起到中央部36b1为绕逆时针方向、从中央部36b1起到端子38b为绕顺时针方向那样的结构。换句话说，线圈36的卷绕方向在相当于0~1/4通信波长的距离是绕顺时针方向，在相当于1/4~3/4通信波长的距离是绕逆时针方向，在相当于3/4~1通信波长的距离是绕顺时针方向。

在由这样的结构构成的耦合用电极37中，在图10所示的电介质基板31的面方向E、具体来说在连结线中央部36a1、36b1的延长线的方向上，能够高效率地放出电场的纵波。作为其结果，高频耦合器30与在连结线中央部36a1、36b1的延长线上配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。

此外，耦合用电极37能够有效地利用电介质基板31的空间，能够谋求高频耦合器30本身的小面积化。

此外，具备这样的耦合用电极37的高频耦合器30通过采用在上述那样的电介质基板31的面方向E、即从基板的端部辐射电磁场的结构，从而与在相对于基板面垂直的方向上辐射电磁场的结构相比，不需要为了提高通信性能而增厚电介质基板，能够实现低背化。

关于由这样的结构构成的高频耦合器30的具体结构，举出以下那样的制作工艺的一例进行说明。

首先，在电介质基板31的上表面31a、下表面31b形成由铜、铝等导电性金属构成的多个上表面线33a、下表面线33b。在其形成时，上表面线33a的一端与下表面线33b的一端，进而该上表面线33a的另一端与在环形方向邻接的下表面线33b夹着电介质基板31依次重叠，同时在完成时采用线圈36整体为环形形状那样的配置。

具体地，将连接端子38的一个端部、例如端部38a作为基准，以在分别相当于1/4通信波长、3/4通信波长的线中央部36a1、36b1处线圈36的卷绕方向反转的方式，分别配置上表面线33a和下表面线33b。

接着，在形成有上表面线33a、下表面线33b的电介质基板31中，在上表面线33a与下表面线33b相互重叠的位置，利用钻孔机、激光器等形成多个通孔34。通过以金属电镀处理或者导电膏等掩埋这些通孔34，从而在电介质基板31的两面形成的全部上表面线33a、下表面线33b经由通孔34被电连接，完成环形形状的线圈36。

关于这样完成的线圈36，卷绕方向在线中央部36a1、36b1处反转，成为在相当于0~1/4通信波长的距离是绕顺时针方向、在相当于1/4~3/4通信波长的距离是绕逆时针方向、在相当于3/4~1通信波长的距离是绕顺时针方向的线圈结构。

线圈36的两端成为与收发电路部104的连接用的连接端子38，优选以根据阻抗匹配而调整的规定的形状来制作。

此外，关于形成多个上表面线33a、下表面线33b的处理，也可以在电介质基板31的两面利用电镀、蒸镀等处理来形成，也可以使用两面敷有铜箔的电介质基板31进行蚀刻处理来形成。

作为电介质基板31的材料，能够使用将玻璃、纸的基材、或者玻璃纤维的织物用环氧树脂、酚醛树脂等凝固后的例如玻璃环氧树脂、玻璃复合基板，低介电常数的聚酰亚胺、液晶聚合物、特氟龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等。特别地，作为电介质基板31的材料，从电气特性的方面出发优选使用低介电常数的材料。

再有，在图10中，利用电介质基板31的上表面线33a、下表面线33b和贯通电介质基板31的通孔34形成线圈36来完成高频耦合器30，但不限于该例子，例如通过对具有刚性的导线进行加工来形成线圈36，利用树脂材料进行成型来完成高频耦合器30也可。

接着，为了调查第2实施方式的变形例的高频耦合器30的性能，使用Ansoft公司制的三维电磁场模拟器HFSS进行耦合强度的解析。在这里，作为高频耦合器30的解析模型，使用以下那样的条件的解析模型。即，电介质基板31设定为在印制电路板中较多使用的玻璃环氧树脂基板FR4（FlameRetardantType4），此外，作为耦合用电极37而发挥作用的线圈36的材质设定为铜。此外，高频耦合器30的大小设为10.4mm×10.4mm，厚度设为1mm。

耦合强度以在评价高频传输特性中使用的S参数的透过特性S21来评价，将成为高频耦合器30的信号输入输出端的连接端子38的两端子38a、38b之间作为电力的输入输出端口。

图11示出了在耦合强度S21的解析中使用的高频耦合器间的相对的配置。在该评价中，对于一方的高频耦合器，使用图11所示那样的具有板状的电极150a并成为评价的基准设备的基准高频耦合器150。关于耦合强度的评价，如图11所示，在对线中央部36a1、36b1进行连结的延长线的方向E与基准高频耦合器150的电极150a的面正交且各个电极的中心轴一致的状态下，使耦合用电极37与电极150a对置，并空开15mm、100mm间隔，在该状态下调查了耦合强度S21的频率特性。

像这样，高频耦合器30的中心轴是在将以连接端子38的端子38a为基准的大致1/4的长度的位置、即相当于通信频率的1/4波长的长度的位置和以端子38a为基准的大致3/4的长度的位置、即相当于通信频率的3/4波长的长度的位置投影到电介质基板31的一半厚度的面的位置中在面内方向贯通的方向。

此外，为了观察在高频耦合器30处的电场的产生状态，也调查了在对置距离15mm的高频耦合器30附近的电场分布及磁场矢量。

图12示出了高频耦合器30与基准高频耦合器150之间的耦合强度S21的解析结果，在对置距离15mm的通信距离中，在4.5GHz附近具有良好到–18dB的耦合强度，此外在对置距离100mm的非通信距离中，具有–40dB以下的通信切断性。

图13示出了高频耦合器30在作为谐振频率的4.48GHz的电场分布的解析结果，可知，在连结线中央部36a1、36b1的中心轴方向上形成2处电场强的地方，就如电偶极子那样动作，由此与对置的高频耦合器150电磁场耦合。

根据该图13很明显，电场变强的位置是从连接端子38的端子38a起的线圈36的大致1/4的长度的位置、即相当于1/4通信波长的长度的位置，和从另一个端子38b起的线圈36的大致1/4的长度的位置，在面内方向贯通这些位置能够获得强的电磁场耦合。

如以上那样，变形例的高频耦合器30实现良好的通信特性。此外，在高频耦合器30中，因为作为耦合用电极37而发挥作用的线圈36形成在电介质基板31内，所以能够实现例如耐冲击性等的机械强度。此外，在高频耦合器30中，通过与在连结由通信波长的1/2的长度构成的线圈36a的线中央部36a1和由通信波长的1/2长度构成的线圈36b的线中央部36b1的延长线上配置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合，从而例如与在相对于基板面垂直的方向上辐射电磁场的结构相比，不需要为了提高通信性能而增厚电介质基板，能够兼顾装置整体的小型化和低背化。

进而，根据图14所示的解析结果很明显，高频耦合器30能够提高线圈36的实效电感，作为结果，能够改善高频耦合器30本身的耦合效率。

图14是示出高频耦合器30在作为谐振频率的4.48GHz的磁场矢量分布的解析结果的图，示出了在与电介质基板31的厚度方向中央的基板平行的面内、即以线圈36的中心轴与基板水平的剖面中的磁场矢量分布。

在该图14中，示出了贯通线圈36内部的磁场是相同方向。在高频耦合器30中，考虑到高频电流的极性根据相位的关系以半波长进行变化的特性，使全长相当于一个通信波长的线圈36的卷绕方向在分别相当于1/4通信波长、3/4通信波长的长度的中央部36a1、36b1处反转，由此能够使贯通线圈36内部的磁场为相同方向。

这样，高频耦合器30能够防止在线圈内部通过局部地极性不同的电流而产生的磁场相互抵消的现象。由此，高频耦合器30能够提高线圈36的实效电感，作为结果，能够改善高频耦合器30本身的耦合效率。

<应用例>

如上所述，第1实施方式及第2实施方式的高频耦合器10、20、30兼顾装置整体的小型化和低背化，因此例如能够组装到图15所示那样的、插入到设置在便携电话机等的便携式电子设备60的端面60a的插槽61等中进行通信的存储器卡62等中。在这里，根据与设置在插槽61内部的高频耦合器的位置关系，在存储器卡62设置高频耦合器10的情况下，在位置关系上产生制约，但是第1实施方式及第2实施方式的高频耦合器10、20、30兼顾装置整体的小型化和低背化，因此具有能够容易地组装的优点。

附图标记的说明：

10、20、30、102、106高频耦合器、11、21、31、311电介质基板、11a、60a端面、12、312线、12a、26a1、26b1、36a1、36b1线中央部、12b、12c端部、13、202、313接地、14、314供电部、15保护膜、17、27、37、103、107、208耦合用电极、21a上表面、21b下表面、23a、33a上表面线、23b、33b下表面线、24、34通孔、26、26a、26b、36a、36b线圈、28、38连接端子、38a、38b端子、60便携式电子设备、61插槽、62存储器卡、100通信系统、101、105通信装置、104、108收发电路部、150基准高频耦合器、150a电极、201印制电路板、203短截线、205收发电路、207金属线、300天线装置。

Claims (6)

1.一种天线装置，通过利用规定的通信波长在对置的一对电极之间进行电磁场耦合，从而进行信息通信，其特征在于，

具备：耦合用电极，形成在电介质基板，能够与其他天线装置的电极进行电磁场耦合来进行通信，

所述耦合用电极具有：

第1布线，由通信波长的1/2的长度构成，形成在所述电介质基板；以及导体，与该第1布线的中央部在电介质基板的面方向上对置，并且与该第1布线电连接，

所述耦合用电极以电场分布在电介质基板的面方向上的方式进行辐射并且与在连结所述第1布线的中央部和所述导体的延长线上配置的所述其他天线装置的电极进行电磁场耦合。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述导体是与所述第1布线在所述电介质基板的同一面上形成的接地，

所述第1布线由在所述接地的外侧隔开规定距离形成的环形状构成，其一端与该接地电连接，并且另一端作为以该接地为基准的供电电压的输入端被供给电力。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述导体是由所述通信波长的1/2的长度构成的第2布线，该第2布线的一端与所述第1布线的一端电连接，

所述耦合用电极与在连结所述第1布线的中央部和所述第2布线的中央部的延长线上配置的所述其他天线装置的电极进行电磁场耦合。

4.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，所述第1布线及所述第2布线由在所述电介质基板的上下表面经由通孔卷绕的线圈构成。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述第1布线及所述第2布线在各自的中央部处卷绕方向反转。

6.一种通信装置，通过利用规定的通信波长在对置的一对电极之间进行电磁场耦合，从而进行信息通信，其特征在于，具备：

耦合用电极，形成在电介质基板，能够与其他天线装置的电极进行电磁场耦合来进行通信；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，

所述耦合用电极具有：

第1布线，由通信波长的1/2的长度构成，形成在所述电介质基板的一个面；以及导体，与该第1布线的中央部在电介质基板的面方向上对置，并且与该第1布线电连接，

所述耦合用电极以电场分布在该电介质基板的面方向上的方式进行辐射并且与在连结所述第1布线的中央部和所述导体的延长线上配置的所述其他天线装置的电极进行电磁场耦合。