JP2013098924A - カプラ装置および通信機器 - Google Patents

Abstract

【課題】近隣金属が地板に対向する状況で使用されようとも、カプラ装置の結合特性の劣化を小さく抑える。
【解決手段】通信機器に搭載されて、他のカプラ装置との間での電磁的結合により電磁波を授受するカプラ装置であって、結合素子、地板および少なくとも１つの接続素子を備える。結合素子は、平板状の導電材料により構成され、基準点へ給電される。地板は、平板状の導電材料により構成され、一部が結合素子の一部と対向する。接続素子は、導電材料により構成されるとともに地板に取り付けられ、地板に対向して通信機器に設けられる金属部材に当接して地板と金属部材とを電気的に接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、カプラ装置および通信機器に関する。

いずれも平板状の結合素子と地板とを互いに対向させた構造のカプラ装置は特許文献１乃至３により知られている。

特開２０１１−１５１７６３号公報 特開平５−１８３３１１号公報 特開２０１１−１１４７０５号公報

上記の構造のカプラ装置を通信機器に装着すると、通信機器の筐体の金属面や、通信機器に搭載されたデバイスの金属筐体などのような金属（以下、近隣金属と称する）が地板に対向することが多い。

そして、このように近隣金属が地板に対向していると、カプラ装置の動作に伴って近隣金属に電流が誘起され、結合特性が劣化するおそれがあった。

このような事情から、近隣金属が地板に対向する状況で使用されようとも、カプラ装置の結合特性の劣化を小さく抑えることが望まれていた。

実施形態のカプラ装置は、通信機器に搭載されて、他のカプラ装置との間での電磁的結合により電磁波を授受するカプラ装置であって、結合素子、地板および少なくとも１つの接続素子を備える。結合素子は、平板状の導電材料により構成され、基準点へ給電される。地板は、平板状の導電材料により構成され、一部が結合素子の一部と対向する。接続素子は、導電材料により構成されるとともに地板に取り付けられ、地板に対向して通信機器に設けられる金属部材に当接して地板と金属部材とを電気的に接続する。

一実施形態に係るカプラ装置の斜視図。 一実施形態に係るカプラ装置の斜視図。 図１および図２に示すカプラ装置の分解斜視図。 図１および図２に示すカプラ装置が搭載される通信機器の一例としての情報処理装置の外観を示す斜視図。 図４に示す情報処理装置のブロック図。 図４に示す情報処理装置における図１および図２に示すカプラ装置の取り付け状態を示す図。 図１および図３に示す結合素子における電流経路を示す図。 比較用カプラ装置で給電点へと給電した際の電流分布を示す図。 図１乃至図３に示すカプラ装置で給電点へと給電した際の電流分布を示す図。 Ｓパラメータの測定条件を示す図。 図１乃至図３に示すカプラ装置および比較用カプラ装置における周波数とＳパラメータ（Ｓ１１，Ｓ２１）との関係を示す図。 図１乃至図３に示すカプラ装置の基準カプラに対するずれに応じたＳ２１の変化を表す図。 図１乃至図３に示すカプラ装置における２つの接続素子の１つを除去したカプラ装置の基準カプラに対するずれに応じたＳ２１の変化を表す図。 第１の変形例としてのカプラ装置の斜視図。 第２の変形例としてのカプラ装置の斜視図。 第３の変形例としてのカプラ装置の斜視図。 第４の変形例としてのカプラ装置の斜視図。

以下実施の形態の一例を図面を用いて説明する。

図１および図２は本実施形態に係るカプラ装置１の斜視図である。図３はカプラ装置１の分解斜視図である。

これら図１乃至図３に示すようにカプラ装置１は、結合素子１１、短絡素子１２，１３、地板１４、誘電体１５および接続素子１６，１７を含む。

結合素子１１、地板１４および誘電体１５は、いずれも平板状をなし、それぞれの厚み方向をほぼ一致させた状態で、その厚み方向に沿って結合素子１１、誘電体１５および地板１４の順番で配列されている。なお、以下の説明においては、これら結合素子１１、誘電体１５および地板１４の配列方向（厚み方向／高さ方向）をカプラ装置１の表裏方向と定め、かつ結合素子１１の側を表側と定める。つまり、結合素子１１はカプラ装置１の表側において誘電体１５に対向し、かつ地板１４はカプラ装置１の裏側において誘電体１５に対向する。

結合素子１１は導電材料を図３に示すような形状に形成してなる。すなわち結合素子１１は、その厚み方向に直交する平面において次のような形状をなす。

結合素子１１は、矩形部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅを含む。矩形部１１ａ，１１ｂは、互いに離間してほぼ平行する。矩形部１１ｃは、矩形部１１ａ，１１ｂの配列方向に沿って延び、両端が矩形部１１ａ，１１ｂの中間部にそれぞれ接する。矩形部１１ｄ，１１ｅは、矩形部１１ｃの中央から互いに逆向きに突出する。矩形部１１ａ，１１ｂ，１１ｃはいずれも、他のカプラ装置との間で授受する高周波信号がほぼ全域に渡り流れる程度の幅を持つ。

短絡素子１２，１３は、矩形の平板状をなし、その厚み方向が結合素子１１の厚み方向に直交する。短絡素子１２は、矩形部１１ｄの先端において矩形部１１ｄに接する。短絡素子１３は、矩形部１１ｅの先端において矩形部１１ｅに接する。ただし、短絡素子１２，１３が結合素子１１に接する位置は、矩形部１１ｄ，１１ｅの先端以外のどの位置でも良い。すなわち短絡素子１２は、給電点Ｐから矩形部１１ｄの先端までの間で矩形部１１ｄに接し、短絡素子１３は、給電点Ｐから矩形部１１ｅの先端までの間で矩形部１１ｅに接する。短絡素子１２，１３は、結合素子１１に一体的であっても良いし、別体のものを半田や導電性接着材などによって取り付けても良い。短絡素子１２，１３は、誘電体１５の内部を通過する状態で配置されている。短絡素子１２，１３は、半田や導電性接着剤などによって地板１４に対して電気的に接続されている。なお、図３においては、短絡素子１２，１３および短絡素子１２，１３が通過するための誘電体１５の開口は図示を省略している。かくして短絡素子１２，１３は、それぞれ異なる位置で結合素子１１と地板１４とを短絡する。

地板１４は、誘電体１５の一面のほぼ全面に導電材料よりなる薄い層を形成してなる。地板１４は、結合素子１１との間で直接的な導通（地板１４と結合素子１１との間の短絡素子１２を介した導通とは異なる）が生じることがない程度に結合素子１１に対して離間される。地板１４は、上記の導電材料よりなる薄い層を図３に示すような形状に形成してなる。すなわち地板１４は、その厚み方向に直交する平面において次のような形状をなす。

地板１４は、７つの矩形部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇを有する。矩形部１４ａ，１４ｂは、互いに離間してほぼ平行する。矩形部１４ｃは矩形部１４ａ，１４ｂの配列方向に沿って延び、両端が矩形部１４ａ，１４ｂの中間部にそれぞれ接する。矩形部１４ｄ，１４ｅは、矩形部１４ａの両端から矩形部１４ｂに向かって延出する。矩形部１４ｆ，１４ｇは、矩形部１４ｂの両端から矩形部１４ａに向かって延出する。矩形部１４ｄ，１４ｅの矩形部１４ａからの突出量および矩形部１４ｆ，１４ｇの矩形部１４ｂからの突出量は、矩形部１４ｄおよび矩形部１４ｆと、矩形部１４ｅおよび矩形部１４ｆとが互いに接することがないように設定される。矩形部１４ｄ，１４ｅの矩形部１４ａからの突出量は、矩形部１１ａ，１１ｂと矩形部１４ａとの間の水平方向の最小離間幅以下であることが望ましく、矩形部１４ｆ，１４ｇの矩形部１４ｂからの突出量は、矩形部１１ａ，１１ｂと矩形部１４ｂとの間の水平方向の最小離間幅以下であることが望ましいが、これに限られるものではない。

誘電体１５は、誘電材料を平板状に形成してなる。誘電体１５は、結合素子１１と地板１４との間隙に配置される。カプラ装置１において誘電体１５は、結合素子１１と地板１４との間隔にほぼ等しい厚みを有し、結合素子１１と地板１４との間隙をほぼ埋める。このため短絡素子１２は、その大半が誘電体１５の内部に位置している。ただし誘電体１５の厚みは、結合素子１１と地板１４との間隔よりも小さくても良い。誘電体１５は、その厚みが結合素子１１と地板１４との間隔よりも小さい場合には、典型的には地板１４に接し、かつ結合素子１１から離間する状態で誘電体１５を配置する。しかしながら、結合素子１１に接し、かつ地板１４から離間する状態で誘電体１５を配置しても良い。あるいは、結合素子１１および地板１４のいずれからも離間した状態で誘電体１５を配置しても良い。さらには、結合素子１１に接する第１の誘電体と地板１４に接する第２の誘電体とをそれぞれ設けて、これら第１および第２の誘電体を互いに離間して配置しても良い。

誘電体１５の厚み方向に直交する平面における形状は任意であってよい。

図１乃至図３に示すカプラ装置１では、誘電体１５の形状は、結合素子１１の裏側面の全ておよび地板１４の表側面の全てを覆う形状とし、かつそのような状態で配置されている。具体的には、誘電体１５は図３に示すように矩形部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ，１５ｉ，１５ｊ，１５ｋを含む。矩形部１５ａ，１５ｂは、互いに離間してほぼ平行する。矩形部１５ｃは矩形部１５ａ，１５ｂの配列方向に沿って延び、両端が矩形部１５ａ，１５ｂの中間部にそれぞれ接する。矩形部１５ｄ，１５ｅは、矩形部１５ａの両端から矩形部１５ｂに向かって延出する。矩形部１５ｆ，１５ｇは、矩形部１５ｂの両端から矩形部１５ａに向かって延出する。矩形部１５ｄ，１５ｅの矩形部１５ａからの突出量および矩形部１５ｆ，１５ｇの矩形部１５ｂからの突出量は、矩形部１５ｄおよび矩形部１５ｆと、矩形部１５ｅおよび矩形部１５ｆとが互いに接することがないように設定される。ただし、矩形部１５ｄと矩形部１５ｆとを接合させて、矩形部１５ｃにほぼ平行した１つの矩形部に置き換えても良い。また、矩形部１５ｅと矩形部１５ｇとを接合させて、矩形部１５ｃにほぼ平行した１つの矩形部に置き換えても良い。矩形部１５ｈ，１５ｉは、互いに離間してほぼ平行する。矩形部１５ｈ，１５ｉの間には、矩形部１５ｃが位置する。矩形部１５ｊの両端は、矩形部１５ｃの中間部と矩形部１５ｈの中間部とにそれぞれ接する。矩形部１５ｋの両端は矩形部１５ｃの中間部と矩形部１５ｉの中間部とにそれぞれ接する。そして矩形部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇは矩形部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇにそれぞれ対向し、矩形部１５ｈ，１５ｉは矩形部１１ａ，１１ｂにそれぞれ対向し、矩形部１５ｃが矩形部１１ｃの一部と矩形部１１ｅ，１１ｄと対向し、矩形部１５ｊ，１５ｋが矩形部１１ｃの一部と対向する。

図３中に二点鎖線で示した領域Ａ１は、地板１４の表側面に対して表裏方向に結合素子１１を投影した場合の投影領域を示す。領域Ａ２は、誘電体１５の表側面に対して表裏方向に結合素子１１を投影した場合の投影領域を示す。

接続素子１６，１７は、地板１４の裏側面に取り付けられている。地板１４における接続素子１６，１７の取り付け位置は任意であって良いが、図１乃至図３に示すカプラ装置１においては、矩形部１４ａの中間部に接続素子１６を取り付け、矩形部１４ｂの中間部に接続素子１７を取り付けている。このため接続素子１６，１７は、短絡素子１２，１３の配列方向とほぼ同一の方向に並ぶ。接続素子１６，１７は、地板１４に一体的であっても良いし、別体のものを半田や導電性接着材などによって取り付けても良い。

接続素子１６，１７は、導電材料を含む。例えば接続素子１６，１７としては、シールドガスケットや、ピン構造の導電接触子などを利用できる。シールドガスケットは、ポリウレタンなどからなる弾性を有する芯材の周囲に導電布や導電メッシュを巻きつけた周知の構造のものである。ピン構造の導電接触子は、近接する部材に対してばねなどによりピンを安定的に当接させるよう周知の構造のものである。

図４はカプラ装置１が搭載される通信機器の一例としての情報処理装置３０の外観を示す斜視図である。この情報処理装置３０は、例えば、バッテリ駆動可能なノートブック型の携帯型パーソナルコンピュータとして実現されている。情報処理装置３０は、タブレット型のパーソナルコンピュータや携帯電話装置などのような他のタイプの装置として実現することも可能である。

情報処理装置３０は、本体３００およびディスプレイユニット３５０を備えている。ディスプレイユニット３５０は、回動自在な状態で本体３００に支持されている。ディスプレイユニット３５０は、本体３００の上面を露出させる開放状態と、本体３００の上面を覆う閉塞状態とを形成し得る。ディスプレイユニット３５０には、liquid crystal display（ＬＣＤ）３５１が設けられている。

本体３００は薄い箱状の筐体を有している。キーボード３０１、タッチパッド３０２および電源スイッチ３０３は、本体３００内に配置されている。キーボード３０１の一部、タッチパッド３０２の一部および電源スイッチ３０３の一部は、筐体の上面より筐体の外部に露出する。また本体３００には、その筐体の内部にカプラ装置１が設けられている。本体３００内におけるカプラ装置１の向きは任意であって良い。ただし典型的には、図１における表裏方向を本体３００の筐体の上面に直交する方向と一致させる。また典型的には、地板１４よりも結合素子１１を本体３００の筐体の上面の近くに位置させる。

カプラ装置１は、情報処理装置３０と図示しない他の装置との間で近接無線通信を行うために利用される。近接無線通信は、ピアツーピア形式で実行される。通信可能距離は、例えば３ｃｍ程度である。通信端末どうしの無線接続は、両通信端末にそれぞれ搭載されたカプラ装置１どうしの間の距離が通信可能距離以内に接近した場合に可能となる。そして、２つのカプラ装置１が通信可能距離以内に接近した時に、当該２つの通信端末の間の無線接続が確立される。そして、ユーザによって指定されたデータファイル、または予め決められた同期対象データファイル等のデータが、２つの通信端末の間で送受信される。

図４に示す例では、カプラ装置１は本体３００の上面におけるパームレストとして機能する領域の下に配置されている。かくしてパームレストの一部は、通信面として機能する。すなわち、情報処理装置３０との間での近接無線通信を行おうとする他の通信端末をパームレストに近接させることで、当該通信端末と情報処理装置３０との無線接続を確立できる。

図５は情報処理装置３０のブロック図である。なお、図４と同一部分には同一符号を付している。

情報処理装置３０は、カプラ装置１、キーボード３０１、タッチパッド３０２、電源スイッチ３０３およびＬＣＤ３５１の他に、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）３０４、ＣＰＵ３０５、主メモリ３０６、basic input/output system（ＢＩＯＳ）−ＲＯＭ３０７、ノースブリッジ３０８、グラフィクスコントローラ３０９、ビデオメモリ（ＶＲＡＭ）３１０、サウスブリッジ３１１、エンベデッドコントローラ／キーボードコントローラＩＣ（ＥＣ／ＫＢＣ）３１２、電源コントローラ３１３および近接無線通信デバイス３１４を含む。

ハードディスクドライブ３０４は、オペレーティングシステム（ＯＳ）やＢＩＯＳ更新プログラム等の各種プログラムを実行するためのコードを格納する。

ＣＰＵ３０５は、情報処理装置３０の動作を制御するために、ハードディスクドライブ３０４から主メモリ３０６にロードされた各種プログラムを実行する。ＣＰＵ３０５が実行するプログラムには、オペレーティングシステム４０１、近接無線通信ガジェットアプリケーションプログラム４０２、認証アプリケーションプログラム４０３、あるいは送信トレイアプリケーションプログラム４０４を含む。

またＣＰＵ３０５は、ハードウェア制御のために、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ３０７に格納されたＢＩＯＳプログラムを実行する。

ノースブリッジ３０８は、ＣＰＵ３０５のローカルバスとサウスブリッジ３１１との間を接続する。ノースブリッジ３０８は、主メモリ３０６をアクセス制御するメモリコントローラを内蔵する。また、ノースブリッジ３０８は、ＡＧＰバスなどを介してグラフィクスコントローラ３０９との通信を実行する機能を有する。

グラフィクスコントローラ３０９は、ＬＣＤ３５１を制御する。グラフィクスコントローラ３０９は、ビデオメモリ３１０に記憶された表示データから、ＬＣＤ３５１で表示させる表示イメージを表す映像信号を生成する。なお表示データは、ＣＰＵ３０５の制御の下にビデオメモリ３１０に書き込まれる。

サウスブリッジ３１１は、ＬＰＣバス上のデバイスを制御する。サウスブリッジ３１１は、ハードディスクドライブ３０４を制御するためのＡＴＡコントローラを内蔵している。さらに、サウスブリッジ３１１は、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ３０７をアクセス制御するための機能を有している。

エンベデッドコントローラ／キーボードコントローラＩＣ（ＥＣ／ＫＢＣ）３１２は、エンベデッドコントローラと、キーボードコントローラとが集積された１チップマイクロコンピュータである。エンベデッドコントローラは、ユーザによる電源スイッチ３０３の操作に応じて情報処理装置３０をパワーオン／パワーオフするように電源コントローラを制御する。キーボードコントローラは、キーボード３０１およびタッチパッド３０２を制御する。

電源コントローラ３１３は、図示しない電源装置の動作を制御する。なお当該電源装置は、情報処理装置３０の各部の動作電力を生成する。

近接無線通信デバイス３１４は、ＰＨＹ／ＭＡＣ部３１４ａを備える。ＰＨＹ／ＭＡＣ部３１４ａは、ＣＰＵ３０５による制御の下に動作する。ＰＨＹ／ＭＡＣ部３１４ａは、カプラ装置１を介して、他の通信端末と通信する。近接無線通信デバイス３１４は、本体３００の筐体内に収容される。

なお、近接無線通信デバイス３１４とサウスブリッジ３１１との間のデータの転送は、ＰＣＩ（peripheral component interconnect）バスによって行われる。なお、ＰＣＩの代わりにＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓを用いても良い。

図６は情報処理装置３０におけるカプラ装置１の取り付け状態を示す図である。

カプラ装置１は、本体３００の上面（パームレストとして機能する領域）を形成する樹脂部材３００ａの裏面に、その面に結合素子１１を対向させた状態で接着される。そして接続素子１６，１７は、本体３００の内部に配置され、地板１４に対向する金属部材３００ｂに当接し、地板１４と金属部材３００ｂとを電気的に導通させる。なお金属部材３００ｂは、例えばハードディスクドライブの収納スペースを形成するための部材などである。

なおカプラ装置１は、図６に示すように給電線１８およびコネクタ１９をさらに含む。ただし、図１乃至図３においては、給電線１８およびコネクタ１９の図示を省略している。

給電線１８は、地板１４および誘電体１５を通過する状態で配置されている。給電線１８は、一端が結合素子１１に、他端がコネクタ１９にそれぞれ接続されている。結合素子１１における給電線１８の接続位置は、矩形部１１ｃの中央の点Ｐであり、この点Ｐが給電点となる。

コネクタ１９は、地板１４に面して配置される。このコネクタ１９は、近接無線通信デバイス３１４に接続されたケーブル３１５と給電線１８とを電気的に接続する。

ただし、給電方法および実装方法はこれに限られるものではない。

次に以上のように構成されたカプラ装置１の動作について説明する。

近接無線通信デバイス３１４から高周波信号が送出されると、この高周波信号がケーブル３１５、コネクタ１９および給電線１８を介して結合素子１１の給電点Ｐへと供給される。そうすると結合素子１１に高周波信号に応じた電流が生じる。このときの結合素子１１における電流経路は、図７に太線で示すものとなる。

すなわち、電流経路は、給電点Ｐから矩形部１１ｃに沿って矩形部１１ａ，１１ｂのそれぞれに向かう２つが生じる。矩形部１１ｃにおいては、そのほぼ全域に電流が生じる。従って、矩形部１１ｃにおける電流経路は矩形部１１ｃの中央部を通ると見なすことができる。

矩形部１１ａ，１１ｂにおいては、そのほぼ全域に電流が生じる。従って、矩形部１１ａ，１１ｂにおける電流経路は矩形部１１ａ，１１ｂの中央部を通ると見なすことができる。このため、電流経路は矩形部１１ａの中央で２つに分かれて矩形部１１ａの端部Ｅ１，Ｅ２に及ぶ。矩形部１１ｂでも同様に、電流経路は矩形部１１ｂの中央で２つに分かれて矩形部１１ｂの端部Ｅ３，Ｅ４に及ぶ。

このようにして、給電点Ｐから端部Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４のそれぞれまで及ぶ４つの電流経路が形成される。かくして、端部Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４は、それぞれ開放端となる。そして４つの電流経路のそれぞれは、一部が他の電流経路と共通になっている。すなわち、矩形部内を矩形部１１ａに向かう電流経路は、端部Ｅ１および端部Ｅ２のそれぞれまで及ぶ２つの電流経路が共通であり、矩形部内を矩形部１１ｂに向かう電流経路は、端部Ｅ３および端部Ｅ４のそれぞれまで及ぶ２つの電流経路が共通である。

ところで、結合素子１１は、次の(1)〜(3)の条件が満たされるようにその大きさが定められる。

(1)４つおのおのの電流経路の長さが、高周波信号の中心周波数の波長λの１／４の整数倍にほぼ相当する。

(2)端部Ｅ１および端部Ｅ２と端部Ｅ３および端部Ｅ４とがそれぞれ、直線Ｌ１を対称軸として略対称な位置にある。

(3)端部Ｅ１および端部Ｅ３と端部Ｅ２および端部Ｅ４とがそれぞれ、直線Ｌ２を対称軸として略対称な位置にある。

なお、直線Ｌ１，Ｌ２は、いずれも給電点Ｐを通るとともに、互いに直交する直線である。

ただし、上記の条件は一例であり、結合素子１１をこれらの条件の一部を満たさない別の形状の結合素子に置き換えることも可能である。

上記の３つの条件が満たされる場合、４つの電流経路はそれぞれ、互いに略直交した２つの向きをそれぞれ向く部分を含む。さらに、給電点Ｐから端部Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４のそれぞれまで及ぶ４つの電流経路をそれぞれ第１、第２、第３および第４の電流経路と称する場合、第１の電流経路と第３の電流経路とが、あるいは第２の電流経路と第４の電流経路とが、それぞれ直線Ｌ１に対して略対称である。また、第１の電流経路と第２の電流経路とが、あるいは第３の電流経路と第４の電流経路とが、それぞれ直線Ｌ２に対して略対称である。

このため、４つの電流経路のうちの少なくとも２つが、同じ方向（以下、第１の方向と称する）に沿うとともに、互いに逆向きとなる部分を含んでいる。また４つの電流経路のうちの少なくとも２つが、第１の方向に略直交した方向（以下、第２の方向と称する）に沿うとともに、互いに逆向きとなる部分を含んでいる。なお、本実施形態においては、第１の方向は直線Ｌ１に沿った方向になり、第２の方向は直線Ｌ２に沿った方向になるが、これは必須ではない。

なお、給電点Ｐから短絡素子１６に向かって矩形部１１ｄを通る第５の経路の電流と、給電点Ｐから短絡素子１７に向かって矩形部１１ｅを通る第６の経路の電流も図７に示すように生じる。

上記のように送信側のカプラ装置１の結合素子１１に生じた電流によって、当該送信側のカプラ装置１の周囲に電磁波が生じる。そして、この電磁波によって、受信側のカプラ装置１の結合素子１１に電流が誘起される。このようにして、２つのカプラ装置１どうしで高周波信号の送受信が行われる。

図８は比較用カプラ装置で給電点Ｐへと給電した際の電流分布を示す図である。

ここで比較用カプラ装置とは、カプラ装置１から接続素子１６，１７を取り除いたものである。そして図８は、地板１４および金属部材３００ｂの電流分布を解析した結果の一部を模式的に示している。

図８に示す矢印は、その向きが矢印が示される位置における電流の向きを表し、その太さが電流の大きさを表す。

図８から、金属部材３００ｂには、比較用カプラ装置の動作に伴って、地板１４に対向する領域に電流が誘起されていることが分かる。そしてこの電流は、地板１４の対向する領域における電流とは逆向きとなるために、比較用カプラ装置と他のカプラ装置との間の結合度が低下してしまう。

図９はカプラ装置１で給電点Ｐへと給電した際の電流分布を示す図である。

図９は、地板１４および金属部材３００ｂの電流分布を解析した結果の一部を模式的に示している。

カプラ装置１の場合、地板１４に励起された電流が接続素子１６，１７を通して金属部材３００ｂへと直接的に流れることにより、金属部材３００ｂの地板１４に対向する領域に生じる電流は、図９に示すように、地板１４の対抗する部位における電流と同じ向きとなる。この結果、金属部材３００ｂがカプラ装置１に近接していることに起因するカプラ装置１と他のカプラ装置との結合度の低下は小さく抑えられる。

なお、金属部材３００ｂのうちの図８および図９に矢印を示す領域から離れた領域における電流は、矢印により示す電流に比較して十分に小さい。

試験カプラ１０１を図１０に示す状態でTransferJetの基準カプラ１０２と対向させる条件における周波数とＳパラメータ（Ｓ１１，Ｓ２１）との関係を図１１に示す。ただし図１０は、試験カプラ１０１と基準カプラ１０２との位置関係を概括的に示しており、試験カプラ１０１と基準カプラ１０２との離間距離と、試験カプラ１０１の大きさとの関係を正しく表していない。

図１０においては図示を省略しているが、試験カプラ１０１に備えられる結合素子と基準カプラ１０２に備えられる結合素子とを互いに対向させている。そして、両結合素子の中心どうしを図１０に示す位置関係としている。

図１１において、曲線Ｃ１，Ｃ２は試験カプラ１０１を比較用カプラ装置とした場合に得られるＳ１１およびＳ２１をそれぞれ示し、曲線Ｃ３，Ｃ４は試験カプラ１０１をカプラ装置１とした場合に得られるＳ１１およびＳ２１をそれぞれ示す。

この図１１から、接続素子１６，１７の存在により、所要周波数帯域内の全ての周波数においてＳ２１が、すなわち透過係数が向上することが明らかである。ちなみに、所要周波数帯域の中心周波数におけるＳ２１の差はおよそ２．２ｄＢである。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

接続素子１６，１７に一方を省略しても良いし、あるいは接続素子を３つ以上備えても良い。ただしこの場合、図７に示した電流経路を地板が存在する平面上に投影したパターンを基準として接続素子が偏って位置することになる。このため、図１０に示す状態から試験カプラ１０１を中心軸に直交する方向に様々にずらした場合は、試験カプラ１０１がカプラ装置１である場合には図１２に示すようにＳ２１のバラツキが小さいが、試験カプラ１０１がカプラ装置１から接続素子１７を省略したカプラ装置である場合には図１３に示すようにＳ２１のバラツキが大きくなる。ただし、図１２および図１３に示す第１乃至第４のずれは、いずれも図１０に示す状態から試験カプラ１０１を、図１０に示す第１乃至第４の向きへ１０ｍｍずつずらした状態をそれぞれ示す。また、図１０においては、試験カプラ１０１と基準カプラ１０２との距離を１５ｍｍとして示しているが、図１２および図１３が示す特性値は、図１０での試験カプラ１０１と基準カプラ１０２との距離が１０ｍｍの場合における値である。

このため、接続素子を複数備え、かつ結合素子１１において電磁結合に寄与する電流の経路を地板１４が存在する平面上に投影したパターンを基準として互いに対称な位置にて上記の複数の接続素子が地板１４に取り付けられることが望ましい。

図１４は第１の変形例としてのカプラ装置２の斜視図である。なお、図１４において図１乃至図３と同一部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

カプラ装置２は、カプラ装置１における接続素子１６，１７に代えて４つの接続素子２１，２２，２３，２４を備える。接続素子２１，２２，２３，２４は、それぞれ接続素子１６，１７と同様なものであって良い。接続素子２１，２２が矩形部１４ａの両端にそれぞれ取り付けられ、接続素子２３，２４が矩形部１４ｂの両端にそれぞれ取り付けられている。

図１５は第２の変形例としてのカプラ装置３の斜視図である。なお、図１５において図１乃至図３および図１４と同一部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

カプラ装置３は、カプラ装置１における接続素子１６，１７に加えて接続素子２１，２２，２３，２４を備える。

図１６は第３の変形例としてのカプラ装置４の斜視図である。なお、図１６において図１乃至図３と同一部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

カプラ装置４は、カプラ装置１における接続素子１６，１７に代えて２つの接続素子４１，４２を備える。接続素子４１，４２は、線状の素子である。接続素子４１，４２は、矩形部１４ａ，１４ｂにそれぞれ平行する状態で矩形部１４ａ，１４ｂにそれぞれ取り付けられている。なお、接続素子４１，４２としては、シールドガスケットが好適である。

図１７は第４の変形例としてのカプラ装置５の斜視図である。なお、図１７において図１乃至図３と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

カプラ装置５は、カプラ装置１における結合素子１１に代えて結合素子５１を備える。結合素子５１は、平板状をなし、その厚み方向に直交する平面における形状が矩形部５１ａ，５１ｂ，５１ｃを接合した形状である。矩形部５１ａは、細長い矩形状をなし、その長手方向が地板１４における矩形部１４ｃにほぼ直交する。そして矩形部５１ａの両端は開放端となっている。矩形部５１ｂ，５１ｃは、細長い矩形状をなし、矩形部５１ａの中央から互いに逆向きに突出する。矩形部５１ｂ，５１ｃは、その長手方向が地板１４における矩形部１４ｃにほぼ平行する。短絡素子１２，１３は、結合素子５１ｂ，５１ｃのそれぞれの先端の近傍で結合素子５１に接する。なお図１乃至３においても述べたように、短絡素子１２，１３が結合素子５１に接する位置は、結合素子５１ｂ，５１ｃの先端以外の位置でも良い。すなわち短絡素子１２は、給電点Ｐから結合素子５１ｂの先端までの間で結合素子５１ｂに接し、短絡素子１３は、給電点Ｐから結合素子５１ｃの先端までの間で結合素子５１ｃに接する。

第４の変形例ではさらに、地板１４を、矩形部１４ｃ以外の各部の全てまたは一部を省略した形状の別の地板に置き換えても良いし、あるいは矩形部１４ｃとは異なる形状の平板などのような地板１４のどの部分とも形状が異なる別の地板に置き換えても良い。また、誘電体１５を、矩形部１５ｃ以外の各部の全てまたは一部を省略した形状の別の誘電体に置き換えても良いし、あるいは矩形部１５ｃとは異なる形状の平板などのような誘電体１５のどの部分とも形状が異なる別の誘電体に置き換えても良い。

この他、以下のような変形実施が可能である。

結合素子１１は、厚み方向に直交する平面における形状が、例えば、矩形部１１ｄ，１１ｅのいずれか一方を備えない形状や円形などの様々な形状の結合素子に置き換え可能である。

地板１４は、厚み方向に直交する平面における形状が、例えば、単純な矩形状や、矩形部１４ｄおよび矩形部１４ｆと矩形部１４ｅおよび矩形部１４ｇとがそれぞれ接合した形状などの様々な形状の地板に置き換え可能である。

誘電体１５は、設けなくても良い。

なお、各図面が示す構造は、各要素の形状や位置関係の概略を表し、一部の要素どうしの寸法比は図示の通りである必要はない。例えば結合素子１１は、地板１４よりも厚みが大きい場合がある。また、誘電体１５が図１に示される厚みである場合、地板１４の厚みは図１に示されるよりも小さい場合がある。

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。

１，２，３，４…カプラ装置、１１…結合素子、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ…矩形部、１２，１３…短絡素子、１４…地板、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ…矩形部、１５…誘電体、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ，１５ｉ，１５ｊ，１５ｋ…矩形部、１６，１７，２１，２２，２３，２４，４１，４２…接続素子、１８…給電線、１９…コネクタ、２１，２２，２３，２４…接続素子、３０…情報処理装置、３００ｂ…金属部材。

地板１４は、７つの矩形部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇを有する。矩形部１４ａ，１４ｂは、互いに離間してほぼ平行する。矩形部１４ｃは矩形部１４ａ，１４ｂの配列方向に沿って延び、両端が矩形部１４ａ，１４ｂの中間部にそれぞれ接する。矩形部１４ｄ，１４ｅは、矩形部１４ａの両端から矩形部１４ｂに向かって延出する。矩形部１４ｆ，１４ｇは、矩形部１４ｂの両端から矩形部１４ａに向かって延出する。矩形部１４ｄ，１４ｅの矩形部１４ａからの突出量および矩形部１４ｆ，１４ｇの矩形部１４ｂからの突出量は、矩形部１４ｄおよび矩形部１４ｆと、矩形部１４ｅおよび矩形部１４ｇとが互いに接することがないように設定される。矩形部１４ｄ，１４ｅの矩形部１４ａからの突出量は、矩形部１１ａ，１１ｂと矩形部１４ａとの間の水平方向の最小離間幅以下であることが望ましく、矩形部１４ｆ，１４ｇの矩形部１４ｂからの突出量は、矩形部１１ａ，１１ｂと矩形部１４ｂとの間の水平方向の最小離間幅以下であることが望ましいが、これに限られるものではない。

図１乃至図３に示すカプラ装置１では、誘電体１５の形状は、結合素子１１の裏側面の全ておよび地板１４の表側面の全てを覆う形状とし、かつそのような状態で配置されている。具体的には、誘電体１５は図３に示すように矩形部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ，１５ｉ，１５ｊ，１５ｋを含む。矩形部１５ａ，１５ｂは、互いに離間してほぼ平行する。矩形部１５ｃは矩形部１５ａ，１５ｂの配列方向に沿って延び、両端が矩形部１５ａ，１５ｂの中間部にそれぞれ接する。矩形部１５ｄ，１５ｅは、矩形部１５ａの両端から矩形部１５ｂに向かって延出する。矩形部１５ｆ，１５ｇは、矩形部１５ｂの両端から矩形部１５ａに向かって延出する。矩形部１５ｄ，１５ｅの矩形部１５ａからの突出量および矩形部１５ｆ，１５ｇの矩形部１５ｂからの突出量は、矩形部１５ｄおよび矩形部１５ｆと、矩形部１５ｅおよび矩形部１５ｇとが互いに接することがないように設定される。ただし、矩形部１５ｄと矩形部１５ｆとを接合させて、矩形部１５ｃにほぼ平行した１つの矩形部に置き換えても良い。また、矩形部１５ｅと矩形部１５ｇとを接合させて、矩形部１５ｃにほぼ平行した１つの矩形部に置き換えても良い。矩形部１５ｈ，１５ｉは、互いに離間してほぼ平行する。矩形部１５ｈ，１５ｉの間には、矩形部１５ｃが位置する。矩形部１５ｊの両端は、矩形部１５ｃの中間部と矩形部１５ｈの中間部とにそれぞれ接する。矩形部１５ｋの両端は矩形部１５ｃの中間部と矩形部１５ｉの中間部とにそれぞれ接する。そして矩形部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇは矩形部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇにそれぞれ対向し、矩形部１５ｈ，１５ｉは矩形部１１ａ，１１ｂにそれぞれ対向し、矩形部１５ｃが矩形部１１ｃの一部と矩形部１１ｅ，１１ｄと対向し、矩形部１５ｊ，１５ｋが矩形部１１ｃの一部と対向する。

実施形態のカプラ装置は、通信機器に搭載されて、他のカプラ装置との間での電磁的結合により電磁波を授受するカプラ装置であって、結合素子、地板および少なくとも１つの接続素子を備える。結合素子は、平板状の導電材料により構成され、基準点へ給電される。地板は、第１の面および第２の面を有する平板状の導電材料により構成され、前記第１の面の一部が結合素子の一部と対向する。接続素子は、導電材料により構成されるとともに第２の面に取り付けられ、通信機器に設けられる金属部材における第２の面に対向する面に当接して地板と金属部材とを電気的に接続する。

Claims (16)

1. 通信機器に搭載されて、他のカプラ装置との間での電磁的結合により電磁波を授受するカプラ装置であって、
   平板状の導電材料により構成され、基準点へ給電される結合素子と、
   平板状の導電材料により構成され、一部が前記結合素子の一部と対向する地板と、
   導電材料により構成されるとともに前記地板に取り付けられ、前記地板に対向して前記通信機器に設けられる金属部材に当接して前記地板と前記金属部材とを電気的に接続する少なくとも１つの接続素子とを具備するカプラ装置。
2. 前記結合素子と前記地板との間に配置された誘電体をさらに備える請求項１に記載のカプラ装置。
3. 前記結合素子と前記地板とを短絡する少なくとも１つの短絡素子をさらに備える請求項１または請求項２に記載のカプラ装置。
4. 前記少なくとも１つの短絡素子は、それぞれ異なる位置で前記結合素子と前記地板とを短絡する第１および第２の短絡素子を含み、
   前記少なくとも１つの接続素子は、前記第１および第２の短絡素子の配列方向とほぼ同一の方向で配列された第１および第２の接続素子を含む請求項３に記載のカプラ装置。
5. 前記結合素子は、厚み方向に直交する平面における形状が細長い矩形である平板状であり、その長手方向が前記第１および第２の短絡素子の配列方向にほぼ一致し、
   前記第１の短絡素子は、前記結合素子の長手方向の両端のうち一方と前記基準点との間で前記結合素子と接し、前記第２の短絡素子は、前記両端のうち他端と前記基準点との間で前記結合素子と接する請求項４に記載のカプラ装置。
6. 前記接続素子を複数備え、前記結合素子において前記電磁結合に寄与する電流の経路を前記地板が存在する平面上に投影したパターンを基準として互いに対称な位置にて複数の前記接続素子が前記地板に取り付けられる請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のカプラ装置。
7. 前記結合素子は、長手方向が前記第１および第２の短絡素子の配列方向にほぼ一致する矩形の第１の導電部と、前記第１の導電部の長手方向の両端の間の位置から延出し、開放端を有した第２の導電部とを備える請求項１乃至請求項６に記載のカプラ装置。
8. 前記結合素子は、
   (1)第１、第２、第３および第４の開放端を有する平板状をなし、
   (2)前記基準点から前記第１、第２、第３および第４の開放端のそれぞれまでおよび、いずれも前記電磁波の中心周波数の波長の１／４の整数倍にほぼ相当する長さを持つ４つの前記電流経路を形成し、
   (3)４つの前記電流経路のうちの少なくとも２つの前記電流経路は、一部が第１の方向に沿うとともに互いに逆向きであり、
   (4)４つの前記電流経路のうちの少なくとも２つの前記電流経路は、一部が前記第１の方向に略直交する第２の方向に沿うとともに互いに逆向きであり、
   (5)前記基準点から見て前記電流経路が最初に分岐する分岐点を通る第１の直線を対称軸として、前記第１および第３の開放端が略対称な位置にあるとともに、前記第２および第４の開放端が略対称な位置にあり、
   (6)前記分岐点を通るとともに前記第１の直線に直交する第２の直線を対称軸として、前記第１および第３の開放端が略対称な位置にあるとともに、前記第２および第４の開放端が略対称な位置にある、
   請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のカプラ装置。
9. 他のカプラ装置との間での電磁的結合により電磁波を授受するカプラ装置であって、
   平板状の導電材料により構成され、基準点へ給電される結合素子と、
   平板状の導電材料により構成され、一部が前記結合素子の一部と対向する地板と、
   前記地板に対向する金属部材と、
   導電材料により構成されるとともに前記地板に取り付けられ、前記金属部材に当接して前記地板と前記金属部材とを電気的に接続する少なくとも１つの接続素子とを具備する通信機器。
10. 前記結合素子と前記地板との間に配置された誘電体をさらに備える請求項９に記載の通信機器。
11. 前記結合素子と前記地板とを短絡する少なくとも１つの短絡素子をさらに備える請求項９または請求項１０に記載の通信機器。
12. 前記少なくとも１つの短絡素子は、それぞれ異なる位置で前記結合素子と前記地板とを短絡する第１および第２の短絡素子を含み、
    前記少なくとも１つの接続素子は、前記第１および第２の短絡素子の配列方向とほぼ同一の方向で配列された第１および第２の接続素子を含む請求項１１に記載の通信機器。
13. 前記結合素子は、厚み方向に直交する平面における形状が細長い矩形である平板状であり、その長手方向が前記第１および第２の短絡素子の配列方向にほぼ一致し、
    前記第１の短絡素子は、前記結合素子の長手方向の両端のうち一方と前記基準点との間で前記結合素子と接し、前記第２の短絡素子は、前記両端のうち他端と前記基準点との間で前記結合素子と接する請求項１２に記載の通信機器。
14. 前記接続素子を複数備え、前記結合素子において前記電磁結合に寄与する電流の経路を前記地板が存在する平面上に投影したパターンを基準として互いに対称な位置にて複数の前記接続素子が前記地板に取り付けられる請求項９乃至請求項１３のいずれか一項に記載の通信機器。
15. 前記結合素子は、長手方向が前記第１および第２の短絡素子の配列方向にほぼ一致する矩形の第１の導電部と、前記長手方向の両端の間の位置から延出し、開放端を有した第２の導電部とを備える請求項９乃至請求項１４に記載の通信機器。
16. 前記結合素子は、
    (1)第１、第２、第３および第４の開放端を有する平板状をなし、
    (2)前記基準点から前記第１、第２、第３および第４の開放端のそれぞれまでおよび、いずれも前記電磁波の中心周波数の波長の１／４の整数倍にほぼ相当する長さを持つ４つの前記電流経路を形成し、
    (3)４つの前記電流経路のうちの少なくとも２つの前記電流経路は、一部が第１の方向に沿うとともに互いに逆向きであり、
    (4)４つの前記電流経路のうちの少なくとも２つの前記電流経路は、一部が前記第１の方向に略直交する第２の方向に沿うとともに互いに逆向きであり、
    (5)前記基準点から見て前記電流経路が最初に分岐する分岐点を通る第１の直線を対称軸として、前記第１および第３の開放端が略対称な位置にあるとともに、前記第２および第４の開放端が略対称な位置にあり、
    (6)前記分岐点を通るとともに前記第１の直線に直交する第２の直線を対称軸として、前記第１および第３の開放端が略対称な位置にあるとともに、前記第２および第４の開放端が略対称な位置にある、
    請求項９乃至請求項１４のいずれか一項に記載の通信機器。

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