JP2007082178A

JP2007082178A - 信号伝達システム

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Publication number: JP2007082178A
Application number: JP2006103095A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kiyomatsu; 哲郎清松; Hiroto Itai; 裕人板井; Hiroyuki Shinoda; 裕之篠田; Yasutoshi Makino; 泰才牧野; Hisafumi Yamahira; 尚史山平
Original assignee: Cellcross Corp
Current assignee: Cellcross Corp
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2026-04-04
Also published as: JP4538594B2

Abstract

【課題】メッシュ状の導体部とシート状の導体部とに挟まれる狭間領域とメッシュ状の導体部側外側の浸出領域とにおいて電磁場を変化させてインターフェース装置を介して信号を伝達する信号伝達装置を組み合わせた信号伝達システムを提供する。
【解決手段】信号伝達装置１０１は、第１導体部１１１の外側近傍の電磁場（エバネッセント場）の変化を介してインターフェース装置２０１と通信し、信号伝達装置１０１において、第１導体部１１１と第２導体部１２１との間の電磁場は、第１導体部１１１の外側近傍の電磁場にともなって変化し、インターフェース装置において、第１電極２１１と第２電極２２２との間の電圧は、第１導体部１１１の外側近傍の電磁場にともなって変化し、通信装置２３１における当該電圧の変化と、信号伝達装置１０１における当該電磁場の変化とによって、両者の間で通信が行われる。
【選択図】図９

Description

本発明は、メッシュ状の導体部とシート状の導体部とに挟まれる狭間領域とメッシュ状の導体部側外側の浸出領域とにおいて電磁場を変化させてインターフェース装置を介して信号を伝達する信号伝達装置を組み合わせた信号伝達システムに関する。

従来から、複数の通信素子が埋め込まれたシート状（布状、紙状、箔状、板状、膜状、フィルム状、メッシュ状など、面としての広がりを持ち、厚さが薄いもの。）の通信装置に関する技術が、本願の発明者らによって提案されている。たとえば、以下の文献では、個別の配線を形成することなく、シート状の部材（以下「シート状体」という。）に埋め込まれた複数の通信素子が信号を中継することにより信号を伝達する通信装置が提案されている。
特開２００４−００７４４８号公報

ここで、[特許文献１]に開示される技術においては、各通信素子は、シート状体の面に格子状、三角形状、もしくは蜂の巣状の図形の頂点に配置される。各通信素子は、当該通信素子により発生された電位の変化が近傍には強く、遠方には減衰して伝播することを利用して、周辺に配置されている他の通信素子とのみ通信する。

この局所的な通信により通信素子間で信号を順次伝達することによって、目的とする通信素子まで信号が伝達される。また、複数の通信素子は管理機能により階層に分けられ、各階層において経路データが設定されており、効率よく最終目的の通信素子まで信号を伝達することが可能となる。

一方で、発明者らの研究により、互いに対向するシート状体に挟まれる狭間領域に電磁場を存在させ、２つのシート状体の間の電圧を変化させて当該電磁場を変化させたり、当該電磁場の変化によってシート状体の間の電圧を変化させて、電磁場を進行させ、通信を行う技術が開発されている。

２つのシート状体の間の電圧を検知するには、通信機器を直接両者に有線接続したり、コネクタをシート状体に設け、これを通信機器に接続するのが一般的であった。

しかしながら、このような有線接続をできるだけ行わないようにし、外部の通信機器に対するインターフェース装置をシート状体の近傍に寄せることによって信号の伝達ができるようにすると、ユーザにとっても使いやすくなり、メンテナンス効率も向上する。

そこで、このような要望に対応するための新しい技術が強く求められている。

本発明は、このような要望に応えるもので、メッシュ状の導体部とシート状の導体部とに挟まれる狭間領域とメッシュ状の導体部側外側の浸出領域とにおいて電磁場を変化させてインターフェース装置を介して信号を伝達する信号伝達装置を組み合わせた信号伝達システムを提供することを目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、下記の発明を開示する。

本発明の第１の観点に係る信号伝達システムは、電磁場の変化により信号を伝達するシート状の信号伝達装置と、通信機器に接続されるインターフェース装置と、を備え、以下のように構成する。

すなわち、信号伝達装置は、
（ａ）当該電磁場の周波数帯において導電体であるメッシュ状の形状の第１導体部、
（ｂ）第１導体部と略平行に、当該電磁場の周波数帯における波長よりも十分に短い間隔だけ離間して配置され、当該電磁場の周波数帯において導電体である外形が平板状の形状の第２導体部
を備える。

そして、信号伝達装置において、
（ｃ）第１導体部の外形と第２導体部の外形とに挟まれる狭間領域と、第１導体部の外形を当該狭間領域と挟んで反対側に位置する平板状の形状の浸出領域と、において、当該周波数帯で当該電磁場を伝達し、
（ｄ）当該浸出領域における電磁場の強度のうち、当該メッシュ形状の影響を受ける進行波成分の強度は、当該第１導体部の外形からの距離によって指数的に減衰し、
（ｅ）当該浸出領域に配置されたインターフェース装置へ、当該狭間領域および当該浸出領域における電磁場の変化を伝達し、もしくは、当該インターフェース装置から、当該狭間領域および当該浸出領域へ電磁場の変化を伝達して、当該第１導体部と当該第２導体部との間の電圧を変化させて信号を伝達する。

さらに、インターフェース装置は、
（ｐ）当該浸出領域に配置される第１の電極と、
（ｑ）当該浸出領域において当該第１の電極とは異なる場所に配置される第２の電極と、
を備える。

そして、インターフェース装置において、
（ｒ）第１の電極と、第２の電極と、は、通信機器に接続され、
（ｓ）当該通信機器に、狭間領域および当該浸出領域における電磁場とともに変化する第１の電極と第２の電極との間の電圧を伝達し、通信機器から、第１の電極と第２の電極との間の電圧を変化させて狭間領域および当該浸出領域における電磁場を変化させて信号を伝達する。

また、本発明の信号伝達システムにおいて、第１の電極および第２の電極は、第１導体部から等距離に離間して配置され、第１の電極と第２の電極との距離は、当該狭間領域における電磁場の電磁波長の１０分の１以上であるように構成することができる。

また、本発明の信号伝達システムにおいて、第２の電極は、第１の電極を覆うように構成することができる。

また、本発明の信号伝達システムにおいて、第１の電極は、第２の電極よりも第１導体部からの距離が近くなるように配置されるように構成することができる。

また、本発明の信号伝達システムにおいて、第１の電極と、第２の電極と、は、いずれも、第１導体部のメッシュ形状の繰返し単位よりも大きいように構成することができる。

また、本発明の信号伝達システムにおいて、第２の電極は、第１導体部に対して第１の電極を間に挟まない領域を有するように構成することができる。

また、本発明の信号伝達システムにおいて、第１の電極と、第２の電極と、の電圧を整流して充電し、通信機器の動作電源とするように構成することができる。

また、本発明の信号伝達システムにおいて、第１導体部と第２導体部との間の電圧の変化に、当該信号伝達に用いる電圧変化の周波数とは異なる周波数で当該整流充電用の電圧変化を印加するように構成することができる。

本発明によれば、メッシュ状の導体部とシート状の導体部とに挟まれる狭間領域とメッシュ状の導体部側外側の浸出領域とにおいて電磁場を変化させてインターフェース装置を介して信号を伝達する信号伝達装置を組み合わせた信号伝達システムを提供することができる。

以下に本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。

以下では、本実施形態においては、信号伝達装置とインターフェース装置を組み合わせて信号伝達システムを構成する。そこでまず、信号伝達装置単独の構成について説明する。その次に、当該信号伝達装置に近接させて信号を取得したり信号を送り込んだりするためのインターフェース装置について、順に説明する。

なお、以下では、理解を容易にするため、信号伝達に用いる電磁波の周波数帯において導電体であるものを「導電体」と呼び、当該周波数帯において誘電体であるものを「誘電体」と呼ぶ。したがって、たとえば、直流電流に対しては絶縁体であるものを「導電体」と呼ぶこともある。

また、インターフェース装置に接続される通信機器としては、外部の通信装置、各種の通信素子、通信回路、センサ、ＲＦタグ、アクチュエータなどが考えられる。これらの通信機器は、信号伝達装置を介して他の通信機器と通信し、「他の通信機器」としては、上記のもののほか、信号伝達装置に埋め込まれている通信素子やセンサ、ＲＦタグ等などとすることも可能である。

（信号伝達装置）
図１は、本実施形態に係る信号伝達装置の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図（ｂ）は、本実施形態に係る信号伝達装置１０１の断面図である。本図に示すように、信号伝達装置１０１は、メッシュ状の第１導体部１１１と、これに略平行な平板状の第２導体部１２１と、を備えている。

ここで、第１導体部１１１と第２導体部１２１とに挟まれる領域が、狭間領域１３１であり、本図において第１導体部１１１の上側にある領域が、浸出領域１４１である。

本図（ａ）は、信号伝達装置１０１の上面図である。本実施形態の第１導体部１１１は、正方形のメッシュ状となっており、正方形の中から第２導体部１２１が透けて見えている。

またメッシュの繰り返し単位は横に隣り合う正方形の中心同士の距離に等しく、これは、正方形の一辺の長さにほぼ等しい。

本実施形態では、狭間領域１３１および浸出領域１４１はいずれも空気となっているが、いずれか一方もしくは両方もしくはそれらの一部分を、各種の誘電体としたり、水や土としたり、真空としたりしても良い。

特に、狭間領域１３１において定在波が生じるのを防止するために、信号の周波数帯において誘電損失や抵抗損失が大きな材料を狭間領域１３１に配置したり、充填したりすることが望ましい。

さて、第１導体部１１１と第２導体部１２１の外形は、いずれもシート状（布状、紙状、箔状、板状、膜状、フィルム状、メッシュ状など、面としての広がりを持ち、厚さが薄いもの。）である。

したがって、たとえば、部屋の壁を本実施形態の信号伝達装置とする場合には、まず第２導体部１２１として金属箔を貼り付け、つぎに絶縁体を吹き付けてから、第１導体部１１１として金属の網を貼り付け、さらに絶縁体の壁紙を貼り付ければ良い。

このほか、導電性インクや導電性ゴムを利用し、必要に応じて模様を描きながらこれらを塗装したり吹き付けたりすることによって、第１導体部１１１や第２導体部１２１を構成することができる。

さて、このように、信号伝達装置１０１において、第１導体部１１１と第２導体部１２１とに挟まれる狭間領域１３１の間を伝播する電磁波モードに注目する。

かりに第１導体部１１１がメッシュではなく、箔状の開孔がない構造であった場合には、電磁波は狭間領域１３１に完全に閉じ込められる。

しかしながら、第１導体部１１１は、メッシュ状の構造を持ち、開孔がある。このような形状では、メッシュの間隔と同程度の高さまで、電磁場が染み出すようになる。電磁波が染み出す領域が、浸出領域１４１である。

メッシュの繰返しの単位寸法は、狭間領域１３１における電磁波長（以下理解を容易にするため、「電磁波長」といった場合には、狭間領域１３１における電磁波長を意味するものとする。）より十分に短い必要がある。典型的には、電磁波長λに対して、λ／５以下、λ／１０〜λ／１００、λ／１００〜λ／１０００などのサイズを利用することができるが、信号伝達装置１０１の適用分野に応じて、適宜サイズは変更が可能である。また、現実の素材を組み合わせて実験を行い、所望の電磁波の強度が得られるように浸出領域１４１が所望の高さ（厚さ）を設定することとしても良い。

浸出領域１４１の高さ（厚さ）は、メッシュの繰り返し単位と同程度である。実際には、第１導体部１１１の表面からの距離に応じて、指数的に電磁波の強度が減衰するようになる。

また、狭間領域１３１の高さ（厚さ）も、メッシュの繰り返し単位と同程度のオーダーが典型的で電磁波長よりも十分小さいことを要する。

なお、信号伝達装置１０１を２つ用意して、それぞれ浸出領域１４１が重なるように配置すれば、２つの信号伝達装置１０１の間で、電磁場を介した信号の伝達を行うことが可能となる。

たとえば、一方の信号伝達装置１０１を、部屋の壁紙として壁面に貼り付け、他方の信号伝達装置１０１を、この「壁紙」を介した信号伝達を行うためのインターフェース装置やコネクタの一種として利用することが可能である。

この場合、それぞれのメッシュの間隔や形状は、互いに異なるものとしても良いし、等しいものとしても良い。

このほか、一方の信号伝達装置１０１には第１のインターフェース装置や通信機器を有線結合もしくは近接結合により接続し、他方の信号伝達装置１０１には第２のインターフェース装置や通信機器を有線結合もしくは近接結合により接続し、２つの信号伝達装置１０１の浸出領域１４１を重ねれば、第１のインターフェース装置や通信機器と、第２のインターフェース装置や通信機器と、の間で、信号を伝達することが可能となる。また、信号伝達装置１０１そのものを、近接結合に接続可能なインターフェース装置として見ることもできる。

以下では、信号伝達装置１０１の具体的な形状の例について説明する。

図２は、信号伝達装置の一つの実施例に係る概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図（ａ）の上面図、本図（ｂ）の断面図に示すように、信号伝達装置１０１のメッシュは１４ｍｍ大の略正方形であり、メッシュとメッシュの間の第１導体部１１１の幅は１ｍｍで、厚さ３５μｍの銅箔で形成されている。第２導体部１２１も、厚さ３５μｍの銅箔で形成され、狭間領域１３１の厚さは１.６ｍｍ間隔で、ガラスエポキシ素材（ＦＲ４）が充填されている。また、第１導体部１１１の上面には、保護シート１８１として、厚さ０.２ｍｍの塩化ビニルが貼り付けられている。

本図に示す信号伝達装置１０１は、壁面に通信シートとして配置されるような形態の一例である。

図３は、信号伝達装置の他の実施例に係る概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示すように、信号伝達装置１０１'のメッシュは１０ｍｍ大の略正方形であり、メッシュとメッシュの間の第１導体部１１１'の幅は１ｍｍで、厚さ３５μｍの銅箔で形成されている。また、全体の大きさは８０ｍｍ×１１２ｍｍ程度となっている。

一方、第２導体部１２１'も、厚さ３５μｍの銅箔で形成され、狭間領域１３１'は１.６ｍｍ厚で、ガラスエポキシ素材（ＦＲ４）が充填されている。

第１導体部１１１'の端部、および第２導体部１２１'は、ＳＭＡコネクタ１８２を介して５０Ω同軸ケーブル１８３に接続され、外部の通信機器に接続可能となっている。（信号伝達装置１０１においても、同様の端部処理がなされており、同軸ケーブルが接続されている。）

本図に示す信号伝達装置１０１'は、外部の通信機器とのインターフェースとなるインターフェース装置として利用される形態の一例である。

なお、これらの形態において、第１導体部１１１や第２導体部１２１の外側を覆うようなシート状の絶縁体を貼り付け、カバーとしても良い。

また、上記の実施形態では、第２導体部１２１は、箔状の開孔のない導電体としているが、第２導体部１２１を第１導体部１１１と同様のメッシュ状としても良い。図４はこのような構成に係る断面図である。

本図に示すように、第２導体部１２１の外側にも浸出領域１４１に相当する対向領域１５１が存在し、ここにも電磁波が染み出すようになる。したがって、表面と裏面の両方に電磁波が浸出するため、任意のインターフェース装置をいずれかの面に近接させれば、信号の授受が可能になる。

さて、以下では、このような浸出領域１４１の理論的背景について簡単に説明する。上記のような構成の信号伝達装置１０１では、狭間領域１３１（およびその近傍である浸出領域１４１や対向領域１５１）において、信号伝達装置１０１の外側へ電磁波を「放射」せずに進行する電磁波のモードφ_nが存在する。

ここで、狭間領域１３１と同程度の強度の電磁場が染み出し、かつ遠方への電磁放射がない近接場の高さLは、メッシュの繰り返しの単位長さをdとしたとき、L = d/(2π)程度である。

ここで、浸出領域１４１や対向領域１５１において、第１導体部１１１や第２導体部１２１の表面からの距離をzとしたとき、染み出した電磁波の振幅は、概ねe^-z/Lのように減衰する。

したがって、第１導体部１１１（や第２導体部１２１）から距離Lの範囲にインターフェース装置を配置して、φ_nを誘起して、信号の伝達を行うのである。なお、インターフェース装置の感度によって、距離Lではなく、長さd程度としても良い。すなわち、浸出領域１４１（や対向領域１５１）の厚さは、L乃至d程度と考えることができる。

以下、さらに詳細に考える。図５は、信号伝達装置１０１の分析に用いる座標系の様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示すように、z = 0には、繰り返し単位長さがdのメッシュ状の第１導体部１１１が配置され、z = -Dには、第２導体部１２１が配置されているものとする。そして、第１導体部１１１と第２導体部１２１以外は、誘電率εの誘電体で満たされているものとする。メッシュは正方形の網目状とする。原点はメッシュ交点に重なっており、x軸、y軸はメッシュに平行である。

このとき、電磁エネルギーがメッシュ近傍に局在しており、電磁場のうちの電場Eについて、
E_z = Af(x,y,z) exp(-j(xk_x + yk_y))
という形をした進行波解が存在する。ここで、E_zは、電界のz成分、A，k_x，k_yは定数、f(x,y,z)はx方向、y方向に周期dを持つ関数であり、k = (k_x,k_y,0)は、進行波の進行方向を示す波数ベクトル（伝搬ベクトル）である。

すなわち、任意のx,y,zに対して、
f(x+d,y,z) = f(x,y,z) = f(x,y+d,z)
が成立する。

さて、E_zを含む電磁場は、誘電体において、波動方程式
ΔE_z = -(ω²/c²)E_z
を満たし、
k_x ² + k_y ² ≒ ω²/c²
である。

ここで、z > 0での電磁場に注目すると、fの周期性により、fは以下のようなフーリエ展開が可能である。
f(x,y,z) = Σ_m,n a(m,n)exp(2πj m x/d)exp(2πj n y/d)g(m,n,z)
ここで、m,nは整数である。

dが電磁波長λより十分小さく、2π/dがω/cより十分大きく、(m,n)≠(0,0)では、フーリエ展開の各成分の独立性より、成分
u(m,n) = exp(2πj m x/d)exp(2πj n y/d)g(m,n,z)
は、近似的に、
Δu = (-(2πm/d)²-(2πn/d)²+∂²/∂z²)u = 0
すなわち、
∂²/∂z² g ≒ (2π)²(m²+n²)/d² g
を満たす。したがって、
g(m,n,z) ≒ B exp(-2π(m²+n²)^1/2 z/d)
である。ただし、Bは定数である。したがって、(m,n)≠(0,0)の成分については、その減衰定数（減衰距離）は、d/(2π)以下となる。

ここで、(m,n)≠(0,0)の成分は、メッシュ構造の周期の変調を受けた進行波成分に相当する。

また、(m,n)=(0,0)に相当する成分、すなわち、メッシュ構造の周期の変調を受けていない進行波成分は、波長λ = 2π/(k_x ² + k_y ²)^1/2程度までは到達するが、その強度は、小さい。この成分は、項exp(-j(xk_x + yk_y))に直接係る成分である。

このような理論的背景により第１導体部１１１をd = 2[mm]の正方形網目状のメッシュ状の形状の導体とし、第２導体部１２１を箔状の導体とし、第１導体部１１１に平均線電荷密度σ = 0.001[C/m]を与えたときに、生じる垂直電界E_z[V/m]に定数4πεを乗じたものを求めてみた。電磁波長はメッシュの間隔より十分大きいものとし、ここでは１２０×１２０メッシュ分の領域に均一な電荷分布が生じているものと仮定して計算した。

上記と同様に、第１導体部１１１はz = 0に配置され、第２導体部１２１はz = -Dに配置されている。原点はメッシュ交点に重なっており、x軸、y軸はメッシュに平行である。

図６は、この場合の、信号伝達装置の種々の場所の垂直電界の強度を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図上段の３つのグラフに示すように、(x,y) = (0,0)、(x,y) = (d/2,d/2)、(x,y) = (d/2,0)のいずれの場合も、z = 1[mm]付近から垂直電界がほぼ０になることがわかる。また、y = 1[mm]，z = 0.2[mm]における垂直電界は、本図下段の１つのグラフに示すような周期パターンとなる。

このように、メッシュの繰り返し単位長さが2mmのとき、電磁場の染み出しは約1mmと考えられるから、この距離以下にインターフェース装置を近付ければ、電磁場との間での誘導が可能になり、信号の送受が可能となると考えられる。

なお、z = -Dに配置される第２導体部１２１をz = 0に配置される第１導体部１１１と同じメッシュ構造とした場合の電界分布は、対称の原理により、z = -D/2に箔状の第２導体部１２１を配置し、z = 0にメッシュ状の第１導体部１１１を配置した場合と同じ分布となる。したがって、上記と同様の結論が得られる。

このように、浸出領域１４１や対向領域１５１の厚さとしては、d/(2π)〜d/2〜d程度のオーダーを考慮すれば十分であり、浸出領域１４１や対向領域１５１の中にインターフェースを「浸す」ことによって、通信を行うことができるのである。

なお、(m,n) = (0,0)に対応する成分は、通信層内での電磁波長λ = 2π/(k_x ² + k_y ²)^1/2の程度まで浸出する場合があるが、通信層の表面付近では、この成分の強度は他の成分よりも小さいので、無視することができる。

なお、メッシュは必ずしも正方形の繰り返しである必要はなく、各種の多角形形状のメッシュとしても良い。また、メッシュの単位は同じ形状に限る必要はなく、適切な網目状となっていれば、異なる形状であっても良い。この場合には、上記のdに相当する値は、各メッシュの大きさの平均であると考えることができる。また、これらの基本周期が存在する場合は、その周期をdと考えることもできる。

このほか、平板導体にハニカム状に円形のパンチ穴を複数開孔したものを、第１導体部１１１としても良い。この場合は、円の中心同士の距離が、上記のdに相当する。

図７は、信号伝達装置に有線接続を行う場合の説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示すように、信号伝達装置１０１のメッシュ状の第１導体部１１１が同軸ケーブル９０２の芯線に接続される接合部９０３の直前で、インピーダンスを整合するように電線の幅を調整する。また、同軸ケーブル９０２の外側導体は、第２導体部１２１に接続される。

また、本図に示す例では、第１導体部１１１の縁には、帯状の導体部９０４が配置されており、帯状の導体部９０４と第２導体部１２１との間には、集合抵抗などの電磁波吸収体を配置して、電磁波の漏れを防止している。

図８は、信号伝達装置の第１導体部をメッシュ状ではなく、ストライプ状にした実施形態を示す説明図である。

本図に示すように、信号伝達装置１０１の第１導体部１１１が、第２導体部１２１の本図手前側に配置され、第１導体部１１１は、メッシュ状ではなく根本で集中したストライプ状の形状となっている。このストライプの間隔をdとすると、上記実施形態と同様、電磁波の染み出しの程度はd程度となるので、上記実施形態と同様の浸出領域を形成することができる。

（インターフェース装置）
以下では、上記の信号伝達装置１０１と組み合わせて利用するインターフェース装置について、説明する。

図９は、信号伝達装置１０１の構成と、通信機器に接続されるインターフェース装置の配置の様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示すように、インターフェース装置２０１は、第１電極２１１と第２電極２２２を有し、第１電極２１１と第２電極２２２とは、いずれも信号伝達装置１０１の浸出領域１４１の「異なる位置」に配置されている。

本図（ａ）では、信号伝達装置１０１の第１導体部１１１からの距離がほぼ等しく、信号伝達装置１０１のシート状の広がり方向に平行に、第１電極２１１と第２電極２２２が配置されている様子を示す。

本図（ｂ）では、第１電極２１１と第２電極２２２は、第１導体部１１１からの距離が異なる。なお、本図（ｂ）では、第１電極２１１と第２電極２２２との大きさを異なるものとしているが、同じ大きさとしても良い。

本図（ｃ）では、第１電極２１１は、円板のような形状、第２電極２２２は、これを覆う蓋のついた筒のような形状をしているものの断面図であり、電極２１１、２２２は、形状・位置・距離ともに異なるが、軸対称の形状を有しており、同軸ケーブル２１８を介して通信機器２３１に接続されている。

本図（ｄ）では、本図（ｃ）に示す第２電極２２２の蓋筒形状側に、第１電極２１１の円板に向かう縁をさらに設けた形状である。

本図（ｃ）（ｄ）における第２電極２２２の筒の半径は、第２電極２２２と第１電極２１１の間における電磁波長（誘電体を充填しても良いし、空気としても良い。）をλとすると、０.３８λ程度とするのが典型的であるが、このサイズは適宜変更することができる。また、第１電極２１１と第２電極２２２との間隔や、第２電極２２２から伸びる縁の幅は、駆動インピーダンスの整合をとるように設定することが望ましい。

第１電極２１１、第２電極２２２は、第１導体部１１１の浸出領域に配置されているため、これと近接結合する。したがって、通信機器２３１、第１電極２１１、第２電極２２２、第１導体部１１１によって（非直流の）電流回路が形成される。

たとえば、第１電極２１１や第２電極２２２の大きさが電磁波長より小さく、極端なくびれや渦巻き形状などを持たない単純形状の場合は、電磁波長に対して十分近い距離まで第１電極２１１、第２電極２２２が第１導体部１１１に近接すると、一種のコンデンサを形成して、容量結合すると考えられる。これが最も単純な近接結合の例である。

一方、第１電極２１１や第２電極２２２の形状が一方向に長かったり、ある程度の二次元的な広がりを有していて、その大きさの一方が電磁波長と同程度になると、その表面に電流分布、電荷分布が生じる。このときに、第１電極２１１、第２電極２２２が電磁波長に対して小さな距離まで第１導体部１１１に近接すると、第１導体部１１１の対向面には、第１電極２１１や第２電極２２２の対向面とは概ね逆向きの電流分布、電荷分布が誘導される。

前者は、電磁場として低周波（電磁波長が電極より大きくなる低周波）を採用した場合に典型的なものであり、信号伝達装置１０１、インターフェース装置２０１、通信機器２３１の組合せを、準定常的な電気回路・電子回路として見ることができる場合に相当する。

後者は、電磁波としてマイクロ波などの高周波を採用した場合に典型的なものであり、信号伝達装置１０１、インターフェース装置２０１、通信機器２３１の組合せを、高周波回路、特に、電磁波による伝達を含めて考慮する場合に相当する。

一般に、本図（ｂ）に示すような第１電極２１１と第１導体部１１１との距離と、第２電極２２２と第１導体部１１１との距離と、を異なるものとする形態は、低周波による通信に好適である。

一方、本図（ａ）に示すような、第１電極２１１と第１導体部１１１との距離と、第２電極２２２と第１導体部１１１との距離と、は略等しいものとする形態は、マイクロ波等の高周波による通信に好適である。このとき、第１電極２１１と第２電極２２２との距離は、「電磁波長よりも極端に小さい」ということがないようにする必要がある。たとえば、電磁波長の１／１０〜１／１００よりも大きい、という程度にすれば、十分である。なお、これは、通信機器２３１の駆動回路や受信回路によって異なるため、実際の寸法は、実機や実験によって求めることとしても良い。

本図（ｃ）に示すような、第１電極２１１と第２電極２２２の形状や位置、距離をすべて異なるものとする形状は、種々の電磁波長で利用することが可能である。以下、詳細に説明する。

なお、電極の大きさについてであるが、メッシュの繰返し単位長より大きくすると、インターフェース装置２０１の信号伝達装置１０１に対する位置依存性が低くなり、通信を行う際の位置決めが容易になる。一方、電極を繰返し単位より小さくしても、通信は可能である。

（円板形状のインターフェース装置）
図１０は、図９（ｃ）に示す形状のインターフェース装置２０１の一例を示す説明図（断面図）である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示すインターフェース装置２０１は、軸対称の形状をしており、第１電極２１１は、円板状の形状を、第２電極２２２は、第１電極２１１を覆う蓋付きの円筒状の形状で、側面が厚い形状をしている。第２電極２２２の円筒形状の蓋部分の厚さと、第１電極２１１の円板部分の厚さは、いずれも１８μｍである。

また、第１電極２１１と第２電極２２２との間には、比誘電率１０.５の誘電体２１６が充填されている。

第１電極２１１、第２電極２２２は、ＳＭＡコネクタ２１７を介して５０Ωの同軸ケーブル２１８に接続され、当該同軸ケーブル２１８の先に通信機器２３１が接続されることになる。

このような状況では、同軸ケーブル２１８により伝達された電磁波は、円板状の形状を有する第１電極２１１に沿って放射状に進む。このとき、電界は、第１電極２１１にほぼ垂直である。

そして、同軸ケーブル２１８の芯線が第１電極２１１に接続される接合部３３１、第１電極２１１の縁の屈曲部３３２、第１電極２１１の第１導体部１１１に対向する接合部の反対側の中心部３３３において、この電磁波が反射する。

そして、
（１）接合部３３１で反射する成分の位相と、
（２）屈曲部３３２および中心部３３３で反射する成分の位相と、
が、逆位相となると、同軸ケーブル２１８を戻る成分が小さくなり、インターフェース装置２０１内で多重反射する電磁波は信号伝達装置１０１へと伝達されることとなる。

なお、上記のような逆位相が成立する条件は、おもにインターフェース装置２０１の半径によって決まり、インターフェース装置２０１と信号伝達装置１０１との間の距離への依存の度合は小さく、両者の距離が変化しても、安定した通信を行うことが可能である。

図１１は、信号伝達装置１０１とインターフェース装置２０１とを配置したときの様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

信号伝達装置１０１は、厚さ１.６ｍｍ程度であり、狭間領域１３１には比誘電率４.５〜４.９程度の誘電体が充填されている。第１導体部１１１は、線幅０.６ｍｍ、金属箔の厚み３５μｍ、周期５ｍｍの正方形メッシュであり、第２導体部１２１は、厚み３５μｍの金属箔である。第１導体部１１１の上面（インターフェース装置２０１に対向する側）には、厚さ０.２ｍｍの保護用フィルムが貼り付けてある。

信号伝達装置１０１のＳＭＡコネクタは、接地（グラウンド）側が第２導体部１２１に接続され、芯線が第１導体部１１１に接続されている。

そして、図１０に示すインターフェース装置２０１を、図１１に図示する位置に配置し、これを基準位置として、種々の信号伝達性能の測定を行う。すなわち、ネットワークアナライザのポート１を、信号伝達装置１０１側の同軸ケーブル１８３に接続し、ポート２を、インターフェース装置２０１側の同軸ケーブル２１８に接続して、各周波数ごとに振幅１Ｖの電磁波を、
（１）ポート１に与えた場合の、ポート２に到着した各周波数成分S₁₂
（２）ポート１に与えた場合のポート１に戻ってきた各周波数成分S₁₁
（３）ポート２に与えた場合のポート２に戻ってきた各周波数成分S₂₂
を測定した。

図１２、図１３、図１４は、それぞれ、S₁₂、S₁₁、S₂₂の測定結果を示すグラフであり、縦軸は振幅[ｍＶ]、横軸は周波数である。横軸の左端が１ＧＨｚであり、右端が５ＧＨｚである。

S₁₂を見ると、２.４ＧＨｚで電圧１Ｖを与えたのに対して、２.４ＧＨｚで３２０ｍＶが検出されている。すなわち、送信振幅の１／３程度が受信振幅として得られており、良好な信号伝達性能を呈していることがわかる。

図１５は、信号伝達装置１０１とインターフェース装置２０１との間隔を変化させたときの、S₁₂の変化を示すグラフである。

本図に示すように、受信信号の振幅が指数的に減衰している様子がわかる。本実施形態では、インターフェース装置２０１を信号伝達装置１０１に密着させたときに通信が行われ、０.５ｍｍ〜１ｍｍ程度離すだけで通信が自動的に切断されることがわかる。

図１６は、信号伝達装置１０１に対して、インターフェース装置２０１の位置を、図１１に示す位置から、図中の右方向（ｘ方向）および上方向（ｙ方向）に移動したときの、S₁₂の変化を示すグラフである。

本図に示すように、インターフェース装置２０１の位置が異なっていても、受信感度に大きな変化はなく、良好な通信が可能であることがわかる。なお、実測数値が上記の実験と少々異なるが、これは、実験に用いた機材が少々異なるためであり、数値のオーダーは上記の実験と一致している。

（電極の形状）
以下では、図９（ａ）（ｂ）における形態の第１電極２１１、第２電極２２２の形状について説明する。図１７は、これらの電極２１１、２２２として機能する金属片とその給電点の位置を示す説明図である。

以下、本図を参照して説明する。上述した通り、これらの電極２１１、２２２の少なくとも一つのサイズをメッシュの周期よりも十分大きくすると、これらの電極２１１、２２２と第１導体部１１１との間で容量結合が成立する。

ただし、このインピーダンスは、電極２１１、２２２と第１導体部１１１との間の距離に強く依存し、距離に反比例してリアクタンスが大きくうなるため、一定インピーダンスで通信機器２３１（や信号伝達装置１０１）を駆動したとしても、電磁波の強度は両者の距離に強く依存してしまう。

したがって、電極２１１、２２２と第１導体部１１１との間のインピーダンスを電磁放射の負荷インピーダンスに比べて小さく抑え、近接結合が一旦成立してしまえば、両者の距離が変化しても性能に大きな変化がないようにするため、共振を用いる。共振を生じさせる電極を「共鳴電極」と呼ぶ。共鳴電極によれば、電極２１１、２２２の占有面積が小さくとも、電極２１１、２２２と第１導体部１１１との間のインピーダンスを小さくすることができる。

ある金属片を共鳴電極とするためには、信号周波数において当該金属片を流れる電流が共振を起こすように、金属片の形状を決定する。

たとえば、金属片３０１が帯状の形状を有するときに共振を起こすためには、電磁波長をλとしたときに、金属片３０１の長さLを、λ/4もしくはその整数倍とし、金属片３０１に対する給電点３０２の位置を適切に設定すれば良い（本図（ａ））。

また、この帯は、第１導体部１１１に対して平行となっていれば、どのような形状であっても良いから、たとえば円形や螺旋形にしても良い。このようにすると、電極２１１、２２２の全長は十分に長い一方で、その占有サイズは小さくすることができる（本図（ｂ）（ｃ））。

また、帯の幅が不連続に変化する形状としたときには、細い部分をインダクタンス、広い部分を容量と考えることができ、コイルとコンデンサが直列されているものと等価と考えることができる。この場合、音響におけるＨｅｌｍｈｏｌｔｚ共鳴と同様の原理により、波長よりも小さいサイズで共振を発生させることができる（本図（ｄ））。

このほか、金属片３０１の形状として円板形を採用し、給電点３０２としてその中心を採用する手法もありうる。このとき、電流は、円板表面を放射状に流れるが、円板の縁が電流の振動の節、円板の中心が電界の振動の節となるような定常波が生じるとき、この金属片３０１を採用した電極２１１、２２２と第１導体部１１１との間のインピーダンスが小さくなる。

そこで、典型的には円板の半径を変化させて、このような条件を満たす最適なサイズを実験的に求める。電磁波長λに対して、半径Rは0.25λ〜0.3λ程度の範囲に最適値があることが典型的である（本図（ｅ））。

（電極高さの異なるインターフェース装置）
以下では、図９（ｂ）に示すように、第１電極２１１が第２電極２２２よりも、第１導体部１１１に対して遠い位置にあるようなインターフェース装置２０１について、詳細に説明する。本実施形態は、特に低周波通信（電極２１１、２２２の大きさが電磁波長よりも小さくなる低周波通信）に好適である。

図１８は、図９（ｂ）に示すインターフェース装置２０１の低周波における等価回路を示す説明図である。以下、本図と図９（ｂ）を対比しながら説明する。

本図において、端子ａ，ｂは、電極２１１、２２２を介して通信機器２３１に接続されるものであり、端子Ａ，Ｂは、信号伝達装置１０１の第１導体部１１１および第２導体部１２１に接続されるものである。

また、各容量は、以下のような対応関係にある。
C₀は、第１導体部１１１と第２導体部１２１との間の容量である。
C₁は、第２電極２２２と第１導体部１１１との間の容量である。
C₂は、第１電極２１１と第１導体部１１１との間の容量である。
C₃は、第２電極２２２と第２導体部１２１との間の容量である。
C₄は、第１電極２１１と第２導体部１２１との間の容量である。
C₅は、第１電極２１１と第２電極２２２との間の容量である。

このように、狭間領域１３１における電磁波長ならびに第１電極２１１と第２電極２２２における電磁波長に対して、第１電極２１１や第２電極２２２および第１導体部１１１のメッシュの単位長さが十分に小さい場合には、これらの間は容量であると近似することができる。

図１９は、当該等価回路における電圧と負荷の関係を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

ここで、通信機器２３１を負荷Rと考え、第１導体部１１１と第２導体部１２１との間に交流電圧Eが印加されているとき、負荷Rにどのような電圧が生じるかを考察する。

図１８の回路中、A，B間に電圧Eを印加し、a，b間に抵抗Rを接続したとき、抵抗Rに流れる電流は、図１９の等価回路において抵抗Rを流れる電流に等しい。ここで、E'およびZ₀は、以下のように与えられる。
Z₀ = 1/(jω(C₁+C₃)) + 1/(jω(C₂+C₄))；
E' = 〔C₁/(C₁+C₃) - C₂/(C₂+C₄)〕E

したがって、C₁/C₃≠C₂/C₄となるように、各容量を調整すれば、EとE'とは比例関係となり、信号伝達装置１１１における第１導体部１１１と第２導体部１２１の電圧Eの変化とインターフェース装置２０１における第１電極２１１と第２電極２２２の電圧の変化とは、連動することとなり、通信や充電が可能となるのである。

この条件は、以下の場合に満たされる。すなわち、
（１）第１電極２１１の信号伝達装置１０１に対する距離と、第２電極２２２の信号伝達装置１０１に対する距離と、が異なり、かつ、
（２）当該距離が、電磁波長やメッシュの繰返単位長さよりも短い、もしくは、同程度のオーダーである。すなわち、「極端に大きい」わけではない。

以下、このようなインターフェース装置２０１として、ＩＦ１とＩＦ２という２種類のインターフェース装置２０１を用意し、その性能について実験した結果を説明する。なお、これらのインターフェース装置２０１は、低周波用として説明しているが、電磁波長を短くし、たとえばマイクロ波とした場合には、前述のように、一定の大きさを有する電極を有するインターフェース装置２０１としても機能する。すなわち、性能は変化するものの、高周波用のインターフェース装置２０１として利用することも可能である。

図２０は、電極の高さが異なるインターフェース装置２０１の一つの実施形態（ＩＦ１）の構造を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図（ａ）は底面図（信号伝達装置１０１に近い面）であり本図（ｂ）は側面図である。本実施形態のインターフェース装置２０１は、２次元的な広がりが広い面が信号伝達装置１０１の面に対して平行になるように配置されるのが典型的である。第１電極２１１と第２電極２２２は大きさが異なり、両者の間には比誘電率４.５の誘電体が充填されている。

図２１は、電極の高さが異なるインターフェース装置２０１の他の実施形態（ＩＦ２）の構造を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図（ａ）は正面図であり本図（ｂ）は側面図である。インターフェース装置２０１は、２次元的な広がりが広い面が信号伝達装置１０１の面に対して垂直になるように配置されるのが典型的である。第１電極２１１と第２電極２２２は、比誘電率４.５の誘電体に支持されている。なお、本実施例では、C₅を小さくするために第１電極２１１と第２電極２２２の位置を水平方向に重ならないように配置しているが、第１電極２１１と第２電極２２２を同一の水平位置に平行配置しても、通信は可能である。

図２２は、インターフェース装置２０１と信号伝達装置１０１との配置を示す説明図である。本図に示す信号伝達装置１０１は、図１１に示すものと同様である。

ここで、同軸ケーブル１８３に、電池塔載型の金属ケースでシールドされた小型発信回路を接続し、インターフェース装置２０１の第１電極２１１と第２電極２２２の間（ａ，ｂ間）に負荷抵抗Rを接続して、検知される電圧・電流の様子を調べることとした。

すなわち、信号伝達装置１０１の第１導体部１１１と第２導体部１２１との間（Ａ，Ｂ間）に、周波数１ＭＨｚ、振幅２０Ｖの交流電圧を印加したときに、種々の負荷抵抗Rに対して、第１電極２１１と第２電極２２２の間（ａ，ｂ間）に観測される電圧と、負荷抵抗Rで消費される電力を調べた。

図２３は、種々の負荷抵抗Rに対して観測される電力消費の様子を示すグラフであり、図２４は、負荷抵抗と、観測される電圧振幅と電力消費の様子を示す表である。

本図に示すように、信号伝達装置１０１にこのような交流電圧を印加すると、一般的な電子回路が動作できる電圧（典型的には１Ｖ以下）が第１電極２１１と第２電極２２２との間に発生し、０.１mW程度の電力消費が可能であることがわかる。

すなわち、通信が可能であると同時に、通信機器２３１が低消費電力型の電子回路により構成されている場合には、上記の電力を整流することによって、動作電力を充電供給することができるのである。

図２５は、信号伝達装置１０１に対するインターフェース装置２０１の高さを変えたときの検出される電圧振幅を示すグラフである。以下、本図を参照して説明する。

インターフェース装置２０１と信号伝達装置１０１との距離は、数ｍｍ程度であっても、一定の大きさの電圧が検出され、簡単な配置で両者の通信や通信機器２３１の充電が可能であることがわかる。

図２６は、信号伝達装置１０１の表面に沿ってインターフェース装置２０１の位置を変えたときの検出される電圧振幅を示すグラフである。

すなわち、図２２において、図中の右方向（ｘ方向）および図中の上方向（ｙ方向）に移動したときの観測電圧を示すものである。ただし、ＩＦ１での負荷抵抗R = 1kΩ、ＩＦ２での負荷抵抗R = 10kΩとした。

本図に示すように、メッシュに対して水平方向に位置を移動したとしても、受信信号には影響が現れず、簡単な配置で両者の通信や通信機器２３１の充電が可能であることがわかる。

（充電を行う通信機器）
上述した通り、信号伝達装置１０１において第１導体部１１１と第２導体部１２１との間に交流電圧をかけることによって、図９等に示す種々の配置がされた第１電極２１１と第２電極２２２との間にも交流電圧が生じる。したがって、この交流電圧を用いれば、通信のほか、獲得できる電力が十分にあれば、整流充電を行うことによって、通信機器２３１の充電を行うことも可能である。以下では、そのような通信機器２３１の例について説明する。

図２７は、電源供給を受けるような通信機器２３１の一例の概要構成を示す説明図である。ただし、電源供給を受けない場合であっても、同様の構成を採用することができる。また、通信機器２３１としては、他の各種の通信機器を利用することも可能である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示す通り、通信機器２３１は、正端子５０１、負端子５０２、ダイオード５０４、コンデンサ５０５、送信回路５０６、受信回路５０７、制御回路５０８を備える。

コンデンサ５０５には、ダイオード５０４を介して充電が行われる。ダイオード５０４は、通信機器２３１内の電源電位VDDが端子間電圧OUTを下回ったときに電流が流れる状態となり、速やかに充電が行われる。OUT < VDDである限り、ダイオード５０４は高インピーダンス状態となるので、送信回路５０６による信号の発信等を妨げることはない。このコンデンサ５０５から、送信回路５０６、受信回路５０７、制御回路５０８に動作電力が供給されることとなる。

ここでは半波整流回路が用いられているが、全波整流回路を用いても良い。また、図示はしていないが、回路への供給電圧を安定化するため、標準的な電圧レギュレータ回路を採用することとしても良い。

正端子５０１は、第１電極２１１と第２電極２２２とのいずれか一方に、負端子５０２は、第１電極２１１と第２電極２２２との他方に、それぞれ接続される。上記のように容量結合が成立する場合は、第１導体部１１１と第２導体部１２１の間の電圧を変化させれば、第１電極２１１と第２電極２２２との電圧も変化する。

したがって、適切な電圧変化（交流電流・電圧）を信号伝達装置１０１に印加すれば、ダイオード５０４によってコンデンサ５０５に整流充電が果たされる。

充電信号を２.４ＧＨｚのマイクロ波とすれば、C = 1.25pFの容量結合のインピーダンスは53Ωである。また、充電信号周波数24MHzにおいては、5.3kΩとなる。接続された通信素子が平均で100μAを消費する場合、容量の両端電圧はそれぞれ5.3mVおよび0.53Vにすぎず、容量結合によって、低消費電力の通信素子を容易に駆動できることがわかる。また、受信回路にこのリアクタンス分を打ち消す整合回路を挿入することにより、さらに多くの電流を供給することができる。

制御回路５０８には、より一般的な論理回路や、さらに進んで小型コンピュータなど、各種の情報処理装置を採用することができる。制御回路５０８は、受信回路５０７と送信回路５０６とを制御して、隣り合う通信素子１０５と通信を行い、ネットワークを形成する。このような通信の制御手法については、上記[特許文献１]に開示されている技術を適用することができるほか、後述する技術を採用することができる。

図２８は、本実施形態における通信機器２３１の送信回路の概要構成を示す回路図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示す通り、送信回路５０６は、ｐＭＯＳトランジスタ６０１、ダイオード６０２、ｎＭＯＳトランジスタ６０３を備える。

制御回路５０８による制御は、ｐＭＯＳトランジスタ６０１、ｎＭＯＳトランジスタ６０３のゲート電圧を変化させることによって行う。
（１）制御回路５０８は、信号を発しない状態の場合、ｎＭＯＳトランジスタ６０３のゲートをチップ内でのグラウンド（VSS）電位、ｐＭＯＳトランジスタ６０１のゲートをVDD電位とする。この場合、両者において、ソース−ドレイン間のインピーダンスは十分高い値になっており、OUTはVDD電位にほぼ等しくなる。
（２）制御回路５０８によって、ｎＭＯＳトランジスタ６０３およびｐＭＯＳトランジスタ６０１の両方のゲートにＨ（High）電位が印加されると、OUTはＬ（Low）電位となる。
（３）制御回路５０８によって、ｎＭＯＳトランジスタ６０３およびｐＭＯＳトランジスタ６０１の両方のゲートにＬ電位が印加されると、OUTはＨ電位となる。

このように電位を変化させることによって、第１導体層１０１と第２導体層１０２との間で電磁波を発生させて、信号を伝達するのである。

なお、ｎＭＯＳトランジスタ６０３とｐＭＯＳトランジスタ６０１にはさまれたダイオード６０２は、出力電圧の振幅を調整するために挿入されている。ダイオード６０２を設けずに、ここで両者を短絡すると、ＯＵＴのＨレベルは電源電位、Ｌレベルはチップ内の接地電位となってしまうが、ダイオード６０２を挿入しておくと、その順方向電圧降下分、Ｌレベルの電位が高くなり、消費電力を節約できる。

送信回路５０６と、正端子５０１もしくは負端子５０２のいずれかと、の間に直列接続されるコンデンサの最適な容量Coptは、数値計算や実験によって求めることとする。なお、回路構成や形状によっては、インダクタンスを接続することによって、上記のように通信層を純抵抗とすることができる場合もある。この場合についても、数値計算や実験等によって値を求めることとすれば良い。

図２９は、本実施形態における通信機器２３１の受信回路の概要構成を示す回路図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示す通り、受信回路５０７は、抵抗（r1）７０１、抵抗（r2）７０２、コンパレータ７０３を備える。受信回路５０７では、抵抗７０１と抵抗７０２の分圧比によって、受信された電位の変化がＨかＬかの閾値を設定する。

図３０は、本実施形態における通信機器２３１の受信回路の他の概要構成を示す回路図である。以下、本図を参照して説明する。

本受信回路は、標準的な信号伝達手法の一つである、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）に基づく受信回路の実施例を示している。本方式では、周波数fの搬送波を一定時間Tだけ発生するバースト信号の有無によって１ビットを伝達する。受信回路は、ＩＮ端子の信号に対しfを中心周波数とする帯域通過フィルタを施し、増幅したのち整流する。その整流信号を、1/Tより大きく、fより小さなカットオフ周波数をもつ低域通過フィルタへ通す。その出力を閾値と比較し、最終的にはバースト信号の有無をHレベルおよびLレベルに変換して制御回路へと伝達する。

信号の搬送波周波数fと、通信素子への充電用信号周波数Fは異なる値に設定しておけば、充電によって信号送受信が影響を受けることはない。

また、コンパレータ７０３の入力インピーダンスで決まる入力端子とVSSの間のインピーダンスの抵抗成分は、受信回路５０７が吸収するエネルギーを最大化する観点からは、通信層を駆動する際の放射インピーダンスZの抵抗成分αと同程度とすることが望ましい。そして、送信回路５０６の場合と同様に、通信層のリアクタンス成分βを打ち消すようなコンデンサを、正端子５０１と受信回路５０７の間に直列接続する。これによって、受信回路５０７に流入する電力が最大となる。

このときのコンデンサの最適な容量は、送信回路５０６と受信回路５０７の入力線の引き回しが同一であれば、Coptとなるが、実際には数値計算や実験によって求めることとする。

なお、通信機器２３１と第１導体部１１１、第２導体部１２１とが容量結合する場合には、上記の「直列接続されるコンデンサ」が必然的に形成されることになる。

したがって、このような場合等には、コンデンサをさらに直列接続するのではなく、インダクタンスを直列接続することによって、上記のように通信層を純抵抗とすることができる場合もある。この場合についても、数値計算や実験等によって値を求めることとすれば良い。

なお、上記のインターフェース装置２０１の形状は、電磁波の周波数が変われば適宜サイズの変更を調整することが可能である。また、環境によっては、特段の変更なく、各種の周波数にて使用することも可能である。信号伝達装置１０１に対する姿勢を調整することによっても、種々の周波数に対応させることも可能である。たとえば、図２１に示すインターフェース装置２０１は、当該正面を第１導体部１１１に対向させるように配置すれば、図９（ａ）に示す配置のインターフェース装置２０１として機能させることができる。

また、電極２１１、２２２の間に電圧が生じれば、通信機器２３１の通信や充電は可能であり、位置・姿勢・材質・回路等についての設計諸元については、上記の実施形態に限らず、用途などに応じて適宜変更が可能である。

以上説明したように、本発明によれば、メッシュ状の導体部とシート状の導体部とに挟まれる狭間領域とメッシュ状の導体部側外側の浸出領域とにおいて電磁場を変化させてインターフェース装置を介して信号を伝達する信号伝達装置を組み合わせた信号伝達システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係るインターフェース装置と組み合わせて使用する信号伝達装置の概要構成を示す説明図である。信号伝達装置の実施例に係る概要構成を示す説明図である。信号伝達装置の実施例に係る概要構成を示す説明図である。本発明の実施形態に係る信号伝達装置の概要構成を示す説明図である。信号伝達装置の分析に用いる座標系の様子を示す説明図である。信号伝達装置の種々の場所の垂直電界の強度を示す説明図である。信号伝達装置に有線接続を行う場合の説明図である。信号伝達装置の第１導体部をメッシュ状ではなく、ストライプ状にした実施形態を示す説明図である。信号伝達装置の構成と、通信機器に接続されるインターフェース装置の配置の様子を示す説明図である。形状のインターフェース装置の一例を示す説明図（断面図）である。信号伝達装置とインターフェース装置とを配置したときの様子を示す説明図である。信号伝達装置とインターフェース装置と間のS₁₂の測定結果を示すグラフである。信号伝達装置とインターフェース装置とを配置したときのS₁₁の測定結果を示すグラフである。信号伝達装置とインターフェース装置とを配置したときのS₂₂の測定結果を示すグラフである。信号伝達装置とインターフェース装置との間隔を変化させたときの、S₁₂の変化を示すグラフである。信号伝達装置に対して、インターフェース装置の位置を移動したときのS₁₂の変化を示すグラフである。電極として機能する金属片と給電点の位置を示す説明図である。インターフェース装置の低周波における等価回路を示す説明図である。当該等価回路における電圧と負荷の関係を示す説明図である。電極の高さが異なるインターフェース装置の一つの実施形態（ＩＦ１）の構造を示す説明図である。電極の高さが異なるインターフェース装置の他の実施形態（ＩＦ２）の構造を示す説明図である。インターフェース装置と信号伝達装置との配置を示す説明図である。観測される電力消費の様子を示すグラフである。観測される電圧振幅と電力消費の様子を示す表である。信号伝達装置に対するインターフェース装置の高さを変えたときの検出される電圧振幅を示すグラフである。信号伝達装置の表面に沿ってインターフェース装置の位置を変えたときの検出される電圧振幅を示すグラフである。電源供給を受けるような通信機器の一例の概要構成を示す説明図である。本実施形態における通信機器の送信回路の概要構成を示す回路図である。以下、本図を参照して説明する。本実施形態における通信機器の受信回路の概要構成を示す回路図である。本実施形態における通信機器の受信回路の他の概要構成を示す回路図である。

符号の説明

１０１信号伝達装置
１１１第１導体部
１２１第２導体部
１３１狭間領域
１４１浸出領域
１５１対向領域
１８１保護シート
１８２ＳＭＡコネクタ
１８３同軸ケーブル
１８４ネットワークアナライザ
２０１インターフェース装置
２１１第１電極
２１７ＳＭＡコネクタ
２１８同軸ケーブル
２２２第２電極
２３１通信機器
３０１電極となる金属片
３０２給電点
５０１正端子
５０２負端子
５０４ダイオード
５０５コンデンサ
５０６送信回路
５０７受信回路
５０８制御回路
６０１ｐＭＯＳトランジスタ
６０２ダイオード
６０３ｎＭＯＳトランジスタ
７０１抵抗
７０２抵抗
７０３コンパレータ
９０２同軸ケーブル
９０３接合部
９０４帯状の導体部

Claims

電磁場の変化により信号を伝達するシート状の信号伝達装置と、通信機器に接続されるインターフェース装置と、を備える信号伝達システムであって、
前記信号伝達装置は、
（ａ）当該電磁場の周波数帯において導電体であるメッシュ状の形状の第１導体部、
（ｂ）前記第１導体部と略平行に、当該電磁場の周波数帯における波長よりも十分に短い間隔だけ離間して配置され、当該電磁場の周波数帯において導電体である外形が平板状の形状の第２導体部
を備え、前記信号伝達装置において、
（ｃ）前記第１導体部の外形と前記第２導体部の外形とに挟まれる狭間領域と、前記第１導体部の外形を当該狭間領域と挟んで反対側に位置する平板状の形状の浸出領域と、において、当該周波数帯で当該電磁場を伝達し、
（ｄ）当該浸出領域における電磁場の強度のうち、当該メッシュ形状の影響を受ける進行波成分の強度は、当該第１導体部の外形からの距離によって指数的に減衰し、
（ｅ）当該浸出領域に配置されたインターフェース装置へ、当該狭間領域および当該浸出領域における電磁場の変化を伝達し、もしくは、当該インターフェース装置から、当該狭間領域および当該浸出領域へ電磁場の変化を伝達して、当該第１導体部と当該第２導体部との間の電圧を変化させて信号を伝達し、
前記インターフェース装置は、
（ｐ）当該浸出領域に配置される第１の電極と、
（ｑ）当該浸出領域において当該第１の電極とは異なる場所に配置される第２の電極と、
を備え、前記インターフェース装置において、
（ｒ）前記第１の電極と、前記第２の電極と、は、前記通信機器に接続され、
（ｓ）当該通信機器に、前記狭間領域および当該浸出領域における電磁場とともに変化する前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧を伝達し、前記通信機器から、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧を変化させて前記狭間領域および当該浸出領域における電磁場を変化させて信号を伝達する
ことを特徴とする信号伝達システム。
請求項１に記載の信号伝達システムであって、
前記第１の電極および前記第２の電極は、前記第１導体部から等距離に離間して配置され、前記第１の電極と前記第２の電極との距離は、当該狭間領域における電磁場の電磁波長の１０分の１以上である
ことを特徴とする信号伝達システム。
請求項２に記載の信号伝達システムであって、
前記第２の電極は、前記第１の電極を覆う
ことを特徴とする信号伝達システム。
請求項１に記載の信号伝達システムであって、
前記第１の電極は、前記第２の電極よりも前記第１導体部からの距離が近くなるように配置される
ことを特徴とする信号伝達システム。
請求項４に記載の信号伝達システムであって、
前記第１の電極と、前記第２の電極と、は、いずれも、前記第１導体部のメッシュ形状の繰返し単位よりも大きい
ことを特徴とする信号伝達システム。
請求項４または５に記載の信号伝達システムであって、
前記第２の電極は、前記第１導体部に対して前記第１の電極を間に挟まない領域を有する
ことを特徴とする信号伝達システム。
請求項１から６のいずれか１項に記載の信号伝達システムであって、
前記第１の電極と、前記第２の電極と、の電圧を整流して充電し、前記通信機器の動作電源とする
ことを特徴とする信号伝達システム。
請求項７に記載の信号伝達システムであって、
前記第１導体部と前記第２導体部との間の電圧の変化に、当該信号伝達に用いる電圧変化の周波数とは異なる周波数で当該整流充電用の電圧変化を印加する
ことを特徴とする信号伝達システム。