JP2012235475A - Card device having coupler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、一般に、電磁波を送受信するためのカプラに関し、例えば近接無線通信に使用されるカプラに関する。 Embodiments of the present invention generally relate to a coupler for transmitting and receiving electromagnetic waves, for example, a coupler used in proximity wireless communication.
近年、近接無線通信技術の開発が進められている。近接無線通信技術は、互いに近接された２つのデバイス間の通信を可能にする。近接無線通信機能を有するデバイスそれぞれはカプラを含む。２つのデバイスが通信範囲内に近接された時、それら２つのデバイスのカプラは互いに電磁気的に結合される。この結合により、それらデバイスは互いに信号を無線で送受信することができる。 In recent years, development of proximity wireless communication technology has been advanced. Proximity wireless communication technology allows communication between two devices in close proximity to each other. Each device having a proximity wireless communication function includes a coupler. When two devices are in close proximity, the couplers of the two devices are electromagnetically coupled to each other. This combination allows the devices to send and receive signals to and from each other wirelessly.
通常のカプラは、例えば、結合電極、直列インダクタ、並列インダクタ、グランド板等から構成される。直列インダクタ、並列インダクタは共振部として機能する。この通常のカプラにおいては、結合電極の電荷とグランド板のイメージ電荷とによって微小ダイポールが形成される。 A normal coupler is composed of, for example, a coupling electrode, a series inductor, a parallel inductor, a ground plate, and the like. The series inductor and the parallel inductor function as a resonance unit. In this ordinary coupler, a minute dipole is formed by the charge of the coupling electrode and the image charge of the ground plate.
グランド板のイメージ電荷を用いる微小ダイポール構造は、微小モノポールアンテナと等価である。したがって、微小ダイポール構造のカプラにおいては、グランド板に多くの高周波電流が流れる。 A micro dipole structure using the image charge of the ground plate is equivalent to a micro monopole antenna. Therefore, in a coupler having a minute dipole structure, a high frequency current flows through the ground plate.
ところで、カプラを電子機器に内蔵した場合には、カプラは、機器内の周辺部品（周辺金属）に近接された状態で配置されるか、あるいはそれら周辺金属によって囲まれる可能性がある。もしカプラに周辺金属が近接されると、グランド板からの電界放射が大幅に抑制される。したがって、グランド板に多くの高周波電流が流れる微小ダイポール構造のカプラは、周辺金属による影響を受けやすく、周辺金属による影響によってカプラの放射効率が低下される可能性がある。 By the way, when a coupler is built in an electronic device, the coupler may be disposed in the vicinity of a peripheral component (peripheral metal) in the device or surrounded by the peripheral metal. If the surrounding metal is close to the coupler, the field emission from the ground plate is greatly suppressed. Therefore, a micro-dipole coupler in which a large amount of high-frequency current flows through the ground plate is easily affected by the surrounding metal, and the radiation efficiency of the coupler may be reduced due to the influence of the surrounding metal.
本発明の目的は、グランド板への高周波電流の流入を低減できる構造のカプラを提供することである。 An object of the present invention is to provide a coupler having a structure that can reduce the inflow of a high-frequency current to a ground plate.
実施形態によれば、電子機器のカードスロットに取り外し自在に挿入されるカード装置はカプラを具備する。カプラは、他のカプラとの電磁気的結合によって電磁波を送受信し、近接無線通信に使用される。前記カプラは、グランド板と、前記グランド板に接続される給電点と、一筆書きパターンを有する素子であって、前記給電点に接続される第１端と、前記グランド板上の短絡点に接続される第２端とを有する素子とを具備する。前記素子の電気長は所望周波数帯域の中心周波数に対応する波長以上で且つ前記波長の２倍以下である。前記グランド板上における前記給電点と前記短絡点との間の電気長は前記波長の５分の１以下である。前記素子は、第１平面上に配置された第１線分と、前記第１平面上に配置され、または前記第１平面に対して隙間を置いて対向し且つ前記第１平面と平行な第２平面上に配置され、前記第１線分と平行に延在する第２線分とを含む。前記第１線分および前記第２線分の各々の電気長は、前記波長の２分の１以上で且つ前記波長以下である。 According to the embodiment, the card device that is removably inserted into the card slot of the electronic device includes the coupler. The coupler transmits and receives electromagnetic waves by electromagnetic coupling with other couplers, and is used for close proximity wireless communication. The coupler is an element having a ground plate, a feeding point connected to the ground plate, and a one-stroke pattern, and is connected to a first end connected to the feeding point and a short-circuit point on the ground plate. And an element having a second end. The electrical length of the element is not less than the wavelength corresponding to the center frequency of the desired frequency band and not more than twice the wavelength. The electrical length between the feeding point and the short-circuit point on the ground plate is 1/5 or less of the wavelength. The element is disposed on the first plane with the first line segment disposed on the first plane, or is opposed to the first plane with a gap and is parallel to the first plane. A second line segment disposed on two planes and extending in parallel with the first line segment. The electrical length of each of the first line segment and the second line segment is not less than one half of the wavelength and not more than the wavelength.
以下、図面を参照して、実施形態を説明する。
まず、図１を参照して、実施形態に係るカプラ１の構成について説明する。このカプラ１は、カプラ１と他のカプラとの間の電磁的結合によって電磁波を送受信する。カプラ１は、近接無線通信において使用される。近接無線通信は、互いに近接されたデバイス間のデータ転送を実行する。近接無線通信方式としては、例えばTransferJet（登録商標）を使用し得る。TransferJetは、UWB（Ultra Wide Band）を利用した近接無線通信方式である。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of the
図１に示されるように、カプラ１は、グランド板１１と、給電点１２と、一筆書きパターンを有する素子（以下一筆書き線状導体と云う）１３と、短絡点１４とを備える。グランド板１１は平板状であり、略矩形形状を有している。このグランド板１１の一辺には給電点１２が接続される。
As shown in FIG. 1, the
給電点１２の一端（低電位側）はグランド板１１に接続される。一筆書き線状導体１３は細長い素子であり、一筆書きパターンを有している。すなわち、一筆書き線状導体１３は、１ストローク（一筆書き）で描かれる連続するラインによって規定されるパターンである一筆書きパターンを有する素子である。この一筆書き線状導体１３は線状導体から構成される。この一筆書き線状導体１３の一端（始点）は給電点１２に接続されている。一筆書き線状導体１３の他端（終点）はグランド板１１の一辺上の短絡点１４に接続されている。短絡点１４は、一筆書き線状導体１３とグランド板１１との間の接続点（接地点）である。グランド板１１、給電点１２、一筆書き線状導体１３、および短絡点１４は、同一平面（Ｘ−Ｙ平面）上に配置されている。さらに、給電点１２と短絡点１４は、グランド板１１の一辺の中央部に互いに隣接して配置される。
One end (low potential side) of the
なお、図１では、給電点１２が短絡点１４の左側に位置している例を示しているが、給電点１２が短絡点１４の右側に位置していてもよい。
Although FIG. 1 shows an example in which the
本実施形態においては、カプラ１は、グランド板１１への高周波電流の流入を低減できるカプラ構造を実現するために、一筆書き線状導体１３の平行線分部分が主たる放射素子として機能するように構成されている。
In the present embodiment, in order to realize a coupler structure that can reduce the inflow of high-frequency current to the
一筆書き線状導体１３は、互いに略平行に延在する線分部分（以下、平行線分部分と称する）を有している。一筆書き線状導体１３は、平行線分部分に同じ向きの高周波電流が流れるモード（同相モード）で動作するように構成されている。図２の各矢印は一筆書き線状導体１３に流れる高周波電流の向きを示している。図２において、破線で囲まれた部分が平行線分部分である。平行線分部分はグランド板１１の一辺と平行なＸ方向に延在している。
The one-stroke
カプラ１が同相モードで動作した場合、図２に示されているように、平行線分部分の２つの平行線路には互いに同じ方向の高周波電流が流れる。よって、Ｘ方向に多くの高周波電流を流すことができ、所望の電界放射パターンを生成することができる。
When the
同相モードにおいては、さらに、一筆書き線状導体１３の平行線分部分とグランド板１１との間には、互いに逆向きの高周波電流が流れる。すなわち、給電点１２と一筆書き線状導体１３との間に流れる高周波電流と、一筆書き線状導体１３と短絡点１４との間に流れる高周波電流とは、互いに逆向きである。したがって、グランド板１１から平行線分部分に向かう高周波電流と平行線分部分からグランド板１１とが相殺される。グランド板のイメージ電荷を用いる微小ダイポール構造では、主として、結合電極からグランド板に向かう向きの高周波電流が流れる。したがって、本実施形態のカプラ構造は、微小ダイポール構造に比し、グランド板１１への高周波電流の流入を低減することができる。
In the in-phase mode, high-frequency currents in opposite directions flow between the parallel line segments of the one-stroke
よって、本実施形態のカプラ１においては、一筆書き線状導体１３の平行線分部分が主たる放射素子として機能し、グランド板１１はほとんど電界放射に用いられない。このことは、たとえ周辺金属によってグランド板１１の電界放射が抑制されても、カプラ１の電界放射効率にはほとんど影響がないことを意味する。したがって、周辺金属が存在する状況においても十分な放射効率を実現することができる。また、平行線分部分はグランド板１１の一辺と平行なＸ方向に延在しているので、高周波電流はＸ方向に流れる。したがって、通信方向（＋Ｙ方向）に対する電界強度が十分に高い所望の電界放射パターンを得ることができる。
Therefore, in the
以下、上述の同相モードを実現するための一筆書き線状導体１３の構成例について説明する。
Hereinafter, a configuration example of the one-stroke
図１に示すように、一筆書き線状導体１３は、線分１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅを備える。グランド板１１の一辺上の中央部には、給電点１２と短絡点１４が所定の間隔を置いて配置されている。ここでは、給電点１２から見て右側に短絡点１４が配置されている。線分１３ａの一端は給電点１２に接続されており、線分１３ａは＋Ｙ方向、つまりグランド板１１の一辺と直交する方向に延在している。線分１３ｅの一端は短絡点１４に接続されており、線分１３ｅは＋Ｙ方向、つまりグランド板１１の一辺と直交する方向に延在している。
As shown in FIG. 1, the one-stroke
線分１３ｂの一端は線分１３ａの他端に接続されており、この線分１３ｂは、＋Ｘ方向、つまりグランド板１１の一辺の中央部から左端部に向かう第１方向に延在している。線分１３ｄの一端は線分１３ｅの他端に接続されており、この線分１３ｄは、−Ｘ方向、つまり第１方向とは逆の第２方向（グランド板１１の一辺の中央部から右端部に向かう方向）に延在している。
One end of the
線分１３ｃは、線分１３ｂの他端と線分１３ｄの他端との間を接続する折り返し線分である。この線分１３ｃは、線分１３ｂ，線分１３ｄとそれぞれと平行に延在する平行線分部を有している。
The
一筆書き線状導体１３の線路長、つまり一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１はλ以上且つ２λ以下である。λは、所望周波数帯域の中心周波数に対応する波長である。換言すれば、一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１の最小値はλであり、一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１の最大値は2λである。所望周波数帯域はカプラ１を用いた無線通信（近接無線通信）に使用すべき周波数帯域である。
The line length of the one-stroke
給電点１２と短絡点１４との間の距離、つまりグランド板１２上における給電点１２と短絡点１４との間の電気長Ｌ３は、波長λの５分の１以下である。給電点１２と短絡点１４との間の電気長Ｌ３を波長λの５分の１以下に設定するのは、上述の同相モードを実現し、且つカプラ１の入力インピーダンスを高めるためである。
The distance between the
一筆書き線状導体１３内の平行線分部分の電気長Ｌ２、つまり、主として放射に寄与する平行な線路長は、λ／２以上でλ以下である。換言すれば、平行線分部分の電気長Ｌ２の最小値はλ／２であり、平行線分部分の電気長Ｌ２の最大値はλである。これは、次の理由による。
The electric length L2 of the parallel line segment in the one-stroke
平行線分部分の電気長Ｌ２の最大値がλである理由は、もし平行線分部分の電気長Ｌ２がλよりも長いと、平行線分部分に逆相電流が流れる可能性があるためである。また、平行線分部分の電気長Ｌ２の最小値がλ／２である理由は、もし平行線分部分の電気長Ｌ２がλ／２よりも短いと、同相モードが発生しにくくなるためである。 The reason why the maximum value of the electrical length L2 of the parallel line segment is λ is that if the electrical length L2 of the parallel line segment is longer than λ, a reverse phase current may flow through the parallel line segment. is there. The reason why the minimum value of the electrical length L2 of the parallel line segment is λ / 2 is that if the electrical length L2 of the parallel line segment is shorter than λ / 2, it is difficult to generate the common mode. .
線分１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは上述の平行線分部分として機能する。平行線分部分は、グランド板１１の一辺と平行に延在する第１線分と、この第１線分と平行に延在する第２線分とから構成される。給電点１２と短絡点１４との間の電気長Ｌ３は十分に短いので、線分１３ｂと線分１３ｄとの間の隙間はほとんど無視することができる。よって、線分１３ｂ、１３ｄが上述の第１線分として機能する。また線分１３ｃが上述の第２線分として機能する。これら第１線分および第２線分の各々の電気長が、上述の平行線分部分の電気長Ｌ２である。
The
カプラ１は、カプラ１から１０λ以下の範囲内に存在する他のカプラに電磁気的に結合し、他のカプラとの通信を実行する。
The
次に、図３を参照して、図１のカプラ１の一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１，Ｌ２の長さの例について説明する。
Next, an example of the lengths of the electrical lengths L1 and L2 of the one-stroke
ここでは、線分１３ａと線分１３ｂの合計電気長はλ／４である。線分１３ａ，１３ｄの各々の電気長はβである。線分１３ａと線分１３ｃとの間に存在する微小線分の電気長はαである。同様に、線分１３ｃと線分１３ｄとの間に存在する微小線分の電気長はαである。
Here, the total electrical length of the
αは、以下の範囲内の値に設定される。 α is set to a value within the following range.
(λ/100)＜α＜(λ/10)
この(λ/100)＜α＜(λ/10)の範囲は、同相モードが発生することが可能なαの値の範囲である。
(λ / 100) <α <(λ / 10)
The range of (λ / 100) <α <(λ / 10) is a range of α values in which the common mode can occur.
βは、以下の範囲内の値に設定される。 β is set to a value within the following range.
(λ/50)＜β＜(λ/5)
この(λ/50)＜β＜(λ/5)の範囲は、同相モードが発生し、且つ実用的なβの長さの範囲である。
(λ / 50) <β <(λ / 5)
The range of (λ / 50) <β <(λ / 5) is a practical range of β length in which the common mode is generated.
一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１の最小値は以下のように求められる。
The minimum value of the electrical length L1 of the one-stroke
L1＝4((λ/4)-(α/2))+2α+2β
＝λ-2α+2α+2β
＝λ+2β
＝λ+(λ/50)
≒λ
一筆書き線状導体１３の平行線分部分の電気長Ｌ２は以下のように求められる。
L1 = 4 ((λ / 4)-(α / 2)) + 2α + 2β
= Λ-2α + 2α + 2β
= Λ + 2β
= Λ + (λ / 50)
≒ λ
The electrical length L2 of the parallel line segment portion of the one-stroke
L2＝(λ/4)-β+(λ/4)-(α/2)
＝(λ/2)-β-(α/2)
＝(λ/2)-(λ/50)-(λ/100)/2
≒λ/2
このように、本実施形態のカプラ１においては、一筆書き線状導体１３の平行線分部分が主に放射に寄与する部分として機能することによって、グランド板１１への高周波電流の流入を低減できる構造となっている。したがって、グランド板１１の近傍に存在する周辺金属による影響を低減でき、カプラ１を電子機器内に実装した状態においてもカプラ１の高い放射効率を維持することができる。
L2 = (λ / 4) -β + (λ / 4)-(α / 2)
= (Λ / 2) -β- (α / 2)
= (Λ / 2)-(λ / 50)-(λ / 100) / 2
≒ λ / 2
Thus, in the
なお、カプラ１の構造は、図１に示したような平面型構造に限られない。たとえばカプラ１を３次元構造によって実現してもよい。
The structure of the
図４は３次元構造を有するカプラ１の構成例を示している。グランド板１１はＸ−Ｙ平面上に配置されている。一筆書き線状導体１３の平行線分部分（線分１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）は、グランド板１１の表面に隙間を置いて対向する平面上に配置されている。平行線分部分（線分１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）は、Ｚ方向に伸びる線分１３ａを介してグランド板１１上の給電点１２に接続されると共に、Ｚ方向に伸びる線分１３ｄを介してグランド板１１上の短絡点１４に接続される。
FIG. 4 shows a configuration example of the
図５は図４のカプラ１に流れる高周波電流を示している。図５の各矢印は高周波電流の向きを示している。
FIG. 5 shows the high-frequency current flowing through the
次に、図６を参照して、図４に示した３次元構造カプラ１の一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１，Ｌ２の長さの例について説明する。
Next, an example of the lengths of the electrical lengths L1 and L2 of the one-stroke
一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１の最大値は以下のように求められる。
The maximum value of the electrical length L1 of the one-stroke
L1＝4((λ/4)-(α/2))+4((λ/4)-β)+2α+2β
＝λ-2α+λ-4β+2α+2β
＝2λ-2β
＝2λ-2(λ/50)
≒2λ
一筆書き線状導体１３の平行線分部分の電気長Ｌ２は以下のように求められる。
L1 = 4 ((λ / 4)-(α / 2)) + 4 ((λ / 4) -β) + 2α + 2β
= Λ-2α + λ-4β + 2α + 2β
= 2λ-2β
= 2λ-2 (λ / 50)
≒ 2λ
The electrical length L2 of the parallel line segment portion of the one-stroke
L2＝2((λ/4)-β+(λ/4)-(α/2))
＝2((λ/2)-β-(α/2))
＝λ-2β-α
＝λ-2(λ/50)-2(λ/100)
≒λ
次に、図７乃至図９を参照して、図１の２次元構造のカプラ１を実現するための実装構造の例を説明する。ここでは、基板（誘電体基板）の表面上にカプラ１を実装する場合について説明する。
L2 = 2 ((λ / 4) -β + (λ / 4)-(α / 2))
= 2 ((λ / 2) -β- (α / 2))
= Λ-2β-α
= Λ-2 (λ / 50) -2 (λ / 100)
≒ λ
Next, an example of a mounting structure for realizing the
図７は、図１の２次元構造のカプラ１を実現するための実装構造の第１の例を示している。図７に示されているように、カプラ１は、基板（誘電体基板）１０を備えている。基板１０は直方体形状を有している。基板１０は薄型基板である。基板２０の第１表面１０ａ上においては、グランド板１１、給電点１２、一筆書き線状導体１３、および短絡点１４が配置されている。
FIG. 7 shows a first example of a mounting structure for realizing the
なお、基板２０の第１表面１０ａ上に無給電素子をさらに設けても良い。無給電素子は、例えば、一筆書き線状導体１３の平行線分部分と平行に、且つ平行線分部分からλ／４以下の範囲内に配置される。無給電素子は直流的には給電点１２の高電位側に接続されないが、高周波的には給電点１２の高電位側に電気的に結合される。この無給電素子により、電子機器内の周辺金属による影響をさらに低減することができる。
A parasitic element may be further provided on the
図８は、図１の２次元構造のカプラ１を実現するための実装構造の第２の例を示している。
FIG. 8 shows a second example of a mounting structure for realizing the
ここでは、平行線路部分内の一方の線分の幅（ここでは、線分１３ｃの幅）が、平行線路部分内の他方の線分の幅（ここでは、線分１３ｂ，１３ｄの各々の幅）よりも広く設定されている。これにより、カプラ１の入力インピーダンスを高めることができる。
Here, the width of one line segment in the parallel line portion (here, the width of the
図９は、図１の２次元構造のカプラ１を実現するための実装構造の第３の例を示している。図９においては、一筆書き線状導体１３に複数の間隙が配置されている。これら間隙はインダクタのような集中定数部品（チップ部品）を一筆書き線状導体１３内に配置するために用いられる。
FIG. 9 shows a third example of a mounting structure for realizing the
次に、図１０乃至図１９を参照して、基板（誘電体基板）の両面を用いて２次元構造のカプラ１を実現するための実装構造の例を説明する。
Next, an example of a mounting structure for realizing a two-
図１０、図１１は基板両面を用いたカプラ実装構造の第１の例を示している。図１０は基板（誘電体基板）１０の第１の表面１０ａ上に配置されるカプラ１の構成を示し、図１１は基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上に配置されるカプラ１の構成を示している。
10 and 11 show a first example of a coupler mounting structure using both sides of a substrate. 10 shows the configuration of the
基板１０の第１の表面１０ａ上には、グランド板１１、給電点１２、一筆書き線状導体１３の一部（線分１３ａ，１３ｂ，１３ｄ，１３ｅ）、および短絡点１４が配置される。基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上には、一筆書き線状導体１３の残りの一部（線分１３ｃ）が配置される。基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上の線分１３ｃは、基板１０の第１の表面１０ａ上の線分１３ｂ，１３ｄの延在方向と平行に延在している。
On the
換言すれば、平行線分部分の第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）は第１平面（表面１０ａ）上に配置される。平行線分部分の第２線分（線分１３ｃ）は、第２の表面１０ｂ上に配置される。第２の表面１０ｂは、第１平面に対して隙間を置いて対向し且つ第１平面と平行な第２平面である。この第２線分（線分１３ｃ）は、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）と対向し、且つ第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）と平行に延在する。
In other words, the first line segments (
線分１３ｂの一端（図１０においては線分１３ｂの右端）は、基板１０内のバイアホール（スルーホール）を介して第２の表面（裏面）１０ｂ上の線分１３ｃに接続される。同様に、線分１３ｄの一端（図１０においては線分１３ｄの左端）は、基板１０内の別のバイアホール（スルーホール）を介して第２の表面（裏面）１０ｂ上の線分１３ｃに接続される。
One end of the
もちろん、これらバイアホールを使用する代わりに、基板１０の右側面上の配線パターンを介して線分１３ｂと線分１３ｃとを接続し、基板１０の左側面上の配線パターンを介して線分１３ｄと線分１３ｃとを接続してもよい。
Of course, instead of using these via holes, the
図１２、図１３は基板両面を用いたカプラ実装構造の第２の例を示している。図１２は基板１０の第１の表面１０ａ上に配置されるカプラ１の構成を示し、図１３は基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上に配置されるカプラ１の構成を示している。
12 and 13 show a second example of a coupler mounting structure using both sides of a substrate. 12 shows the configuration of the
このカプラ実装構造の第２の例においては、平行線分部分の第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）および第２線分（線分１３ｃ）のいずれか一方は、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）および第２線分（線分１３ｃ）の他方の線分に対して非対向の部分を含んでいる。
In the second example of the coupler mounting structure, one of the first line segment (
図１２の例においては、線分１３ｂの一部分（ここでは、線分１３ｂの略左半分の部分）は、第２の表面１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の配置位置に対向する第１の表面１０ａ上の配置位置よりも下方側に存在する位置に、つまり第２線分（線分１３ｃ）の配置位置よりもグランド板１１に近寄った位置に配置されている。同様に、線分１３ｄの一部分（ここでは、線分１３ｄの略右半分の部分）も、第２の表面（裏面）１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の配置位置に対向する第１の表面１０ａ上の配置位置よりも下方側に存在する位置に、つまり第２線分（線分１３ｃ）の配置位置よりもグランド板１１に近寄った位置に配置されている。よって、線分１３ｂの略左半分の部分と線分１３ｄの略右半分の部分は、第２の表面１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）と非対向な部分である。
In the example of FIG. 12, a part of the
換言すれば、線分１３ｂの略左半分の部分の幅方向の中心位置は、第２の表面（裏面）１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の幅の外側（下方側）に位置する。同様に、線分１３ｄの略右半分の部分の幅方向の中心位置も、第２の表面（裏面）１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の幅の外側（下方側）に位置する。
In other words, the center position in the width direction of the substantially left half portion of the
これにより、線分１３ｂの略左半分の部分と線分１３ｄの略右半分の部分は、第２の表面１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）と重ならない。上述したように基板１０は薄い。このため、もし第１線分の全てと第２線分の全てが互いに基板１０を介して対向する位置に配置されたならば、第１線分に流れる高周波電流によって、第２線分においては、その高周波電流とは逆向きの電流が誘起される可能性がある。
Thereby, the substantially left half part of the
本実施形態では、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）は、その第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）の少なくとも一部分が第２線分（線分１３ｃ）と対向しないようにレイアウトされたパターンを有している。したがって、逆向き電流の誘起を防止することができ、平行線分部分上において所望の電流分布を実現しやすくなる。
In the present embodiment, the first line segments (
なお、図１３に示すように、第２の表面１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の中央部分の幅（線幅）を、第２線分（線分１３ｃ）の両端部における線幅よりも狭くしてもよい。これにより、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）の配置位置を少しシフトするだけで、平行線分部分に、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）と第２線分（線分１３ｃ）とが重ならない部分を設けることができる。
Note that, as shown in FIG. 13, the width (line width) of the central portion of the second line segment (
図１４、図１５は基板両面を用いたカプラ実装構造の第３の例を示している。図１４は基板１０の第１の表面１０ａ上に配置されるカプラ１の構成を示し、図１５は基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上に配置されるカプラ１の構成を示している。
14 and 15 show a third example of the coupler mounting structure using both sides of the substrate. 14 shows the configuration of the
図１４、図１５の構成例においては、図１２、図１３で説明した構成と同様に、平行線分部分に、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）と第２線分（線分１３ｃ）とが重ならない部分が設けられており、さらに、一筆書き線状導体１３に複数の間隙が設けられている。 図１６、図１７は基板両面を用いたカプラ実装構造の第４の例を示している。図１１６は基板１０の第１の表面１０ａ上に配置されるカプラ１の構成を示し、図１７は基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上に配置されるカプラ１の構成を示している。
In the configuration examples of FIGS. 14 and 15, the first line segment (
図１７に示すように、第２の表面（裏面）１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の幅は、第１の表面１０ａ上の第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）の幅よりも広い。これにより、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）と第２線分（線分１３ｃ）は互いに対向してしまうものの、カプラ１の入力ピーダンスを高めることができる。
As shown in FIG. 17, the width of the second line segment (
図１８、図１９は基板両面を用いたカプラ実装構造の第５の例を示している。図１１８は基板１０の第１の表面１０ａ上に配置されるカプラ１の構成を示し、図１９は基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上に配置されるカプラ１の構成を示している。
18 and 19 show a fifth example of a coupler mounting structure using both surfaces of a substrate. 118 shows the configuration of the
図１８、図１９に示されているように、第１の表面１０ａ上の第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）は、第２の表面（裏面）１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の幅よりも狭い幅を有している。第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）の幅は、第２線分（線分１３ｃ）の幅の例えば１／３以下、好ましくは、１／４以下である。さらに、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）は、基板１０を介して第２の表面（裏面）１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）に対向し、且つ第２線分（線分１３ｃ）の長さ方向の中心線に沿って延在されている。一般に、線路の幅の中心位置における電界は、その線路の両側部分それぞれにおける電界に比べ低い。このため、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）を第２線分（線分１３ｃ）の長さ方向の中心線に沿って延在させることにより、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）と第２線分とが基板１０を介して対向している状態であっても、逆相電流が誘起されにくくすることができる。
As shown in FIGS. 18 and 19, the first line segment (
なお、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）の幅を第２線分（線分１３ｃ）の幅よりも広くし、第２線分（線分１３ｃ）を、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）の長さ方向の中心線に沿って延在させてもよい。
The width of the first line segment (
次に、図２０乃至図２２を参照して、基板両面を用いたカプラ実装構造の特性について説明する。 Next, characteristics of the coupler mounting structure using both sides of the substrate will be described with reference to FIGS.
図２０は特性解析に用いたカプラ１の実装構造を示す斜視図である。グランド板１１、給電点１２、および一筆書き線状導体１３の線分１３ａ、１３ｂ、１３ｄ、１３ｅは、薄型誘電体基板１０の表面１０ａ上に配置されている。線分１３ａ、１３ｅはＹ方向に延在し、線分１３ｂ、１３ｄはＸ方向に延在している。
FIG. 20 is a perspective view showing the mounting structure of the
給電点１２はグランド板１１の一辺の中央部（長さ方向の中央部）に接続される。一筆書き線状導体１３は給電点１２を始点として一筆書き状に延在し、そして一筆書き線状導体１３の終点がグランド板１１の一辺の中央部上に存在する短絡点１４に接続される。 線分１３ａの一端は給電点１２に接続され、この線分１３ａは給電点１２から、グランド板１１の一辺の延在方向に対して垂直方向に延在する。線分１３ａの他端には線分１３ｂの一端が接続される。この線分１３ｂは、基板１０の中央付近から右側面に向かって、グランド板１１の一辺と平行に延在する。
The
線分１３ｅの一端は短絡点１４に接続され、この線分１３ｅは短絡点１４から、グランド板１１の一辺の延在方向に対して垂直方向に延在する。線分１３ｅの他端には線分１３ｄの一端が接続される。この線分１３ｄは、基板１０の中央付近から左側面に向かって、グランド板１１の一辺と平行に延在する。
One end of the
一筆書き線状導体１３の線分の線分１３ｃは、基板１０を介して線分１３ｂ、１３ｄに対向するように、基板１０の裏面１０ｂ上に配置されている。線分１３ｃは、線分１３ｂ、１３ｄと平行に延在している。線分１３ｂの右端部は基板１０内のバイアホール１３１を介して裏面１０ｂ上の線分１３ｃに接続される。線分１３ｄの左端部は基板１０内のバイアホール１３２を介して裏面１０ｂ上の線分１３ｃに接続される。
The
なお、図２０では、基板１０の表面１０ａ側からみて、給電点１２が短絡点１４の右側に配置されているが、給電点１２を短絡点１４の左側に配置してもよい。
In FIG. 20, the
図２１は、図２０のカプラ１の電界分布の解析結果を示している。図２１においては、電界の高い部分ほど濃い色で示されている。また、図２１の各矢印は高周波電流の向きを示している。図２１から、一筆書き線状導体１３の平行線分部分に高い電界が発生しており、グランド板１１の電界は低いことが理解されよう。平行線分部分には同相の電流成分のみが流れる。一筆書き線状導体１３の線分１３ａ、１３ｅには互いに逆向きの電流が流れる。したがって、一筆書き線状導体１３の平行線分部分が主として電界放射に寄与し、所望の電界放射パターンを生成することができる。
FIG. 21 shows an analysis result of the electric field distribution of the
図２２は、図２０のカプラ１の電界放射特性を示している。図２２においては、カプラ１が通信に使用する周波数帯域内の中心周波数（５．９ＧＨｚ）と当該周波数帯域内の両端それぞれの周波数（５．６ＧＨｚ、６．２ＧＨｚ）との３つの周波数に対応する電界放射特性（Ｅφ、Ｅθ）が示されている。５．６ＧＨｚに対応する電界放射特性は実線で示され、５．９ＧＨｚに対応する電界放射特性は破線で示され、６．２ＧＨｚに対応する電界放射特性は点線で示されている。
FIG. 22 shows the field emission characteristics of the
図２２から、通信方向（＋Ｙ方向）つまり９０度の方向においては、３つの周波数のいずれに対しても、−９．０〜−１１．３ｄＢの範囲内の安定した電界放射強度が得られていることがわかる。また、図２２から、機器内部側（−Ｙ方向）つまり２７０度の方向においては、３つの周波数のいずれについても、−１３．０〜−１５．５ｄＢの範囲内の電界放射強度であり、機器内部側（−Ｙ方向）への電界放射通信方向（＋Ｙ方向）に比べ、３〜５ｄＢだけ電界放射強度が低い。このような指向性は、機器内蔵カプラにとって好適である。 From FIG. 22, in the communication direction (+ Y direction), that is, the direction of 90 degrees, a stable field emission intensity within the range of −9.0 to −11.3 dB is obtained for any of the three frequencies. I understand that. Further, from FIG. 22, in the device internal side (−Y direction), that is, in the direction of 270 degrees, the field emission intensity is within a range of −13.0 to −15.5 dB for all three frequencies. Compared to the field emission communication direction (+ Y direction) toward the inner side (−Y direction), the field emission intensity is lower by 3 to 5 dB. Such directivity is suitable for the device built-in coupler.
図２３は、基板片面上に実装した図７の構成を有するカプラ１の電界放射特性を示している。図２３では、周波数５ＧＨｚに対応する電界放射特性（Ｅφ、Ｅθ）が示されている。周波数が５ＧＨｚ未満の場合には、カプラ１の平行線分部分には逆相電流が流れるが、周波数が５ＧＨｚ以上になると、カプラ１は同相モードで動作し始め、通信方向（＋Ｙ方向）つまり９０度の方向においては安定した電界放射強度が得られる。
FIG. 23 shows field emission characteristics of the
本実施形態のカプラ１は基板の片面または基板の両面に実装できるので、図２４に示すように、カプラ１は、電子機器１００のカードスロットに取り外し自在に挿入されるカード装置（たとえばＳＤカード）２００内に設けても良い。この場合、カード装置２００の一端部には、ホストとのインターフェースのためのコネクタ３０６Ａが設けられている。カプラ１は、カード装置２００の他端部側に一筆書き線状導体１３の平行線分部分が位置するように、カード装置２００内に配置される。カプラ１の基板１０としてはプリント回路基板を用いても良い。また、この基板１０上には、カプラ１のみならず、カプラ１を介して近接無線通信を実行する通信デバイスを設けても良い。
Since the
以上説明したように、本実施形態においては、一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１をλ〜２λの範囲内の値に設定され、一筆書き線状導体１３の平行線分部分の電気長をλ／２〜λの範囲内の値に設定され、且つ給電点１２と短絡点１４との間の電気長Ｌ３がλ／５以下に設定されているので、カプラ１の入力インピーダンスを高めることができ、且つ平行線分部分に同じ向きの多くの高周波電流を流すことができるので、グランド板への高周波電流の流入を低減できる構造となる。よって、周辺金属が存在する状況においても十分な放射効率を得ることができる。
As described above, in the present embodiment, the electrical length L1 of the one-stroke
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１…カプラ、１０…基板、１１…グランド板、１２…給電点、１３…一筆書き線状導体、１４…短絡点。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
グランド板と、
前記グランド板に接続される給電点と、
一筆書きパターンを有する素子であって、前記給電点に接続される第１端と、前記グランド板上の短絡点に接続される第２端とを有する素子とを具備し、
前記素子の電気長は所望周波数帯域の中心周波数に対応する波長以上で且つ前記波長の２倍以下であり、
前記グランド板上における前記給電点と前記短絡点との間の電気長は前記波長の５分の１以下であり、
前記素子は、第１平面上に配置された第１線分と、前記第１平面上に配置され、または前記第１平面に対して隙間を置いて対向し且つ前記第１平面と平行な第２平面上に配置され、前記第１線分と平行に延在する第２線分とを含み、
前記第１線分および前記第２線分の各々の電気長は、前記波長の２分の１以上で且つ前記波長以下である、カード装置。 A card device that is removably inserted into a card slot of an electronic device, transmits and receives electromagnetic waves by electromagnetic coupling with other couplers, and includes a coupler used for close proximity wireless communication,
A ground plate,
A feeding point connected to the ground plate;
An element having a one-stroke pattern, the element having a first end connected to the feeding point and a second end connected to a short-circuit point on the ground plate;
The electrical length of the element is not less than the wavelength corresponding to the center frequency of the desired frequency band and not more than twice the wavelength.
The electrical length between the feeding point and the short-circuit point on the ground plate is 1/5 or less of the wavelength,
The element is disposed on the first plane with the first line segment disposed on the first plane, or is opposed to the first plane with a gap and is parallel to the first plane. A second line segment disposed on two planes and extending in parallel with the first line segment;
The card device, wherein an electrical length of each of the first line segment and the second line segment is equal to or greater than one half of the wavelength and equal to or less than the wavelength.
前記第１平面は前記誘電体の第１表面であり、前記第２平面は前記第１表面に対して裏側に位置する前記誘電体の第２表面である請求項１記載のカード装置。 Further comprising a rectangular parallelepiped dielectric,
2. The card device according to claim 1, wherein the first plane is a first surface of the dielectric, and the second plane is a second surface of the dielectric located on a back side with respect to the first surface.
前記第１線分および前記第２線分の他方の線分は、前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有し、且つ前記他方の線分は、前記誘電体を介して前記一方の線分に対向し且つ前記一方の線分の長さ方向の中心線に沿って延在されている請求項５記載のカード装置。 Either one of the first line segment and the second line segment has a first width;
The other line segment of the first line segment and the second line segment has a second width that is narrower than the first width, and the other line segment is arranged on the one side via the dielectric. The card device according to claim 5, wherein the card device extends along a center line in a length direction of the one line segment.
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