JP2020195129A - 無線通信システムおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁界結合により無線通信を行う機器間の位置ずれによる通信品質の低下を抑制する。【解決手段】無線通信システムは、第１の１対の電極を有する第１カプラと、第１の１対の電極に少なくとも一部対向する第２の１対の電極を有する第２カプラと、第１カプラに差動信号を印加する送信回路と、第１カプラと第２カプラとの間での電磁界結合により第２カプラから出力される差動信号を受信する受信回路と、を有する。ここで、第１の１対の電極それぞれの重心の間の距離は第２の１対の電極それぞれの重心の間の距離と異なる。【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信システムおよび制御方法に関する。

近年、医療機器や産業用ロボットにカメラ等の装置が取り付けられ、固定部と、固定部に対して平行移動や回転運動などを行う可動部との間で画像信号などの大容量のデータ伝送を高速に行うシステムが増えつつある。例えば、ＣＴ装置では、回転部であるガントリを用いて、相異なる回転角度で多数のＸ線像を撮影し、得られたＸ線像を固定部に設けられたコンピュータが所定のアルゴリズムに従って処理し、診断用または検査用の像を作成する。このために、回転部から固定部へ多数のＸ線像が転送される。

特許文献１は、このようなＣＴ装置における回転部と固定部の間のデータ通信を行う為の通信システムを開示している。特許文献１に記載された通信システムは、全体的に環状の回転フレームに実質的に沿って位置決めされて取り付けられた差動伝送線路と、固定フレームに取り付けられた差動結合器とを有する。差動結合器は、差動伝送線路との無線結合により差動伝送線路に印加された信号を受け取ることができるように、差動伝送線路に十分に接近して通路内に位置決めされ、配置されている。

特開平０８−２２４２３３号公報

特許文献１に記載された技術では、回転部の回転軸に沿った断面において、差動結合器と差動伝送線路の信号導体の断面が同じサイズを有し、正対するように対称に配置された構造を有している。しかしながら、この構造では、回転部と固定部の間に、回転部の回転軸方向へのずれが発生すると、差動結合器と差動伝送線路の信号導体の位置関係が横ずれをおこし、差動結合器において受信される差動信号が大きく変動する。その結果、通信品質が低下し、回転部から固定部へ送信されるデータに誤りが生じる虞がある。同様の課題は、固定部と回転部との間で通信するシステムに限らず、固定部と平行移動する可動部との間で通信するシステムなど、電磁界結合により無線通信を行うシステムにおいて生じうる。

本発明は上記課題に鑑み、電磁界結合により無線通信を行う機器間の位置ずれによる通信品質の低下を抑制することが可能な技術を提供する。

本発明の一態様による無線通信システムは以下の構成を備える。すなわち、
第１の１対の電極を有する第１カプラと、
前記第１の１対の電極に少なくとも一部対向する第２の１対の電極を有する第２カプラと、
前記第１カプラに差動信号を印加する送信回路と、
前記第１カプラと前記第２カプラとの間での電磁界結合により前記第２カプラから出力される差動信号を受信する受信回路と、を有し、
前記第１の１対の電極それぞれの重心の間の距離は前記第２の１対の電極それぞれの重心の間の距離と異なる。

本発明によれば、電磁界結合により無線通信を行う機器間の位置ずれによる通信品質の低下が抑制される。

第一実施形態に係る近接通信システムの斜視図。 第一実施形態に係る差動伝送線路と差動結合器の断面図。 従来の近接通信システムにおける、受信差動信の変動を説明する図。 第一実施形態に係る、受信差動信の変動を抑制する原理を説明する図。 第一実施形態に係る評価サンプルの断面図。 第二実施形態に係るシミュレーション結果を示す図。 第三実施形態に係る近接通信システムの断面図。 第四実施形態に係る近接通信システムの斜視図と断面図。 第五実施形態に係る近接通信システムの斜視図。 第六実施形態に係る、受信差動信号の変動を抑制する原理を説明する図。 第七実施形態に係る、受信差動信号の変動を抑制する原理を説明する図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第一実施形態＞
図１は、第一実施形態に係る、送信機と受信機を備えた無線通信システムの一例としての近接通信システムの斜視図である。送信機は、送信カプラとしての差動伝送線路１と、送信回路３とを備える。受信機は、受信カプラとしての差動結合器２と、受信回路４とを備える。差動伝送線路１と差動結合器２は、少なくとも一部対向するように配置される。送信回路３から出力された差動信号は、電磁結合状態の送信カプラと受信カプラを通して受信回路４により受信される。より具体的には、送信回路３から差動伝送線路１に差動信号が印加されると、差動伝送線路１と差動結合器２との電磁界結合により差動結合器２から差動信号が出力され、出力された差動信号が受信回路４により受信される。受信回路４は、受信した無線信号である差動信号を所望のデジタル信号波形に整形して出力する。すなわち、受信回路４は、差動結合器２の１対の差動信号線２１，２２と接続して、当該１対の差動信号線が受信した差動信号を検出する。受信回路４から出力されたデジタル信号は種々の信号処理に用いられる。すなわち、１対の差動信号線２１、２２は、無線で差動信号を受信するためのアンテナとして機能する１対の電極である。

送信回路３は、送信カプラに差動信号を出力する機能を有している。必要によって、送信回路３が増幅器や減衰器、種々のフィルタ回路を有していても良い。また、送信回路３が差動信号を分配するための分配器等を有していれば、複数の送信カプラに同時に送電することもできる。受信回路４は、無線信号をデジタル信号に変換する機能を有し、具体的には、コンパレータ回路等によって実現される。なお、ダンピング抵抗やローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、バンドストップフィルタ、コモンモードフィルタなどのフィルタ回路が、ノイズ対策等のために、受信回路４に接続されていても良い。また、受信回路４は、複数の受信信号を合成するための合波器を有していても良い。上述の様に、送信カプラと受信カプラは、差動伝送線路１と差動結合器２の組み合わせで構成される。

なお、図１では、送信カプラが差動伝送線路１により、受信カプラが差動結合器２により構成された近接通信システムを示しており、差動伝送線路１の方が差動結合器２よりも大きい構成となっている。しかしながら、差動伝送線路１と差動結合器２の大小関係はこれに限られるものではなく、差動伝送線路１の方が差動結合器２よりも小さい構成であってもよい。すなわち、差動信号線２１，２２に差動信号が印加され、差動信号線１１，１２がこれを受信する構成であってもよい。

差動伝送線路１は、フラットケーブルやフレキシブル基板やプリント回路基板等で形成される。例えば、差動伝送線路１では、ＦＲ−４などの絶縁部材上に、マイクロストリップ構造やコンプレーナ構造の１対の差動信号線１１，１２が形成されている。１対の差動信号線１１，１２には、送信回路３から差動信号が印加される。すなわち、１対の差動信号線１１、１２は、無線で差動信号を送信するためのアンテナとして機能する１対の電極である。差動信号線１１，１２は、多層基板の内層に形成されてもよいし、表層に形成されてもよい。差動信号線１１，１２が表層に形成される場合は、保護部材としてレジスト材などで差動信号線を覆う等の処理が施されているのが好ましい。差動伝送線路１の差動信号線１１，１２が配置された面の反対側の面には、ＧＮＤ層１０が形成されている。

差動伝送線路１において、所望の特性インピーダンスになるように差動信号線１１，１２の幅（差動信号線幅）や差動信号線１１，１２間の距離（信号線間距離（電極間距離））が決定されている。差動信号線１１，１２の一端は終端回路５で終端され、他端には送信回路３が接続される。例えば、差動インピーダンスが１００Ωとなるように差動信号線幅と信号線間距離が決定される。但し、差動信号線幅と信号線間距離は、送信回路３および終端回路５と整合していれば良く、特に限定されない。また、差動伝送線路１を長く形成したい場合は、図１に示されるような基板を複数接続することで実現できる。このとき、接続される各基板については、差動信号線が略等しい差動特性インピーダンスを有し、電気的に接続されていれば良く、電気的材料定数や基板の層構成について何等制限はない。

差動結合器２も、差動伝送線路１と同様にプリント回路基板等で形成され得る。差動結合器２では、差動信号線２１，２２の両端が電気的に開放された状態で配置されている。差動信号線２１，２２は、差動伝送線路１の差動信号線１１，１２に印加された差動信号を、電磁界結合により受信し、受信回路４に供給する。差動結合器２の差動信号線２１，２２が配置された面の反対側の面には、ＧＮＤ層２０（図２（ａ）参照）が形成されている。図１では、差動信号線２１，２２のそれぞれの長さ方向の略中央において受信回路４が電気的に接続された構成が示されているがこれに限られるものではない。例えば、差動信号線２１，２２の一端が終端回路にて終端され、他端に受信回路４が接続される、いわゆる方向性結合器であっても良い。差動結合器２の長さは、差動伝送線路１の長さより短く、差動信号の伝送速度により調整される。また、差動伝送線路１と差動結合器２は、少なくとも一部対向する位置関係を保ちながら、所定方向（例えば差動信号線２１と差動信号線２２が並ぶ方向に略垂直な方向、すなわち図１の左右方向）に相対的に移動可能に配置される。例えば、差動伝送線路１は、移動／回転側に配置され、差動結合器２は固定側に配置される。もしくは、差動伝送線路１が固定側に配置され、差動結合器２が移動／回転側に配置される。好適な例としては、ＣＴ装置の回転部（ガントリ）側に差動伝送線路１が、固定部側に差動結合器２が配置され、回転部から固定部へＸ線情報を送信する構成があげられる。ただし、差動伝送線路１と差動伝送線路２の両方が移動してもよい。近接通信システムは、差動伝送線路１と差動伝送線路２の少なくとも何れか（少なくとも一方）を所定方向に移動させるためのモータ等の駆動部（移動制御部）を有する。

本実施形態における電磁界結合には、電界結合と磁界結合の両方が含まれる。すなわち、カプラ間における無線通信は、電界結合によって行われてもよいし、磁界結合によって行われてもよいし、電界結合と磁界結合の両方によって行われてもよい。磁界結合には電磁誘導及び磁界共鳴が含まれる。なお本実施形態では、主に電界結合による無線通信が行われる場合を中心に説明する。本実施形態では、差動信号線２１の重心と差動信号線２２の重心とを結ぶ方向は、差動信号線１１の重心と差動信号線２２の重心とを結ぶ方向と略一致する。また、差動信号線１１と差動信号線２２の大きさ及び形状は略同一であり、差動信号線１１と差動信号線２２の大きさ及び形状は略同一である。ただし、各差動信号線の大きさ及び形状の関係はこれに限定されるものではない。

次に、図２を用いて、第一実施形態に係る近接通信システムと従来の近接通信システムの構成の違いについて説明する。図２（ａ）は、特許文献１に開示されているような、従来の差動伝送線路１と差動結合器２の断面図である。図２（ａ）に示されるように、差動伝送線路１と差動結合器２における差動信号線幅（ｗ）と信号線間距離（ｇ）の和が等しく、ともにｗ１となっている。なお、差動信号線１１，１２と差動信号線２１，２２の信号線幅はすべて等しい。また、差動信号線１１，１２と差動信号線２１，２２の間の距離（間隙）はＧとなっている。

図２（ｂ）は、第１実施形態による差動伝送線路１と差動結合器２の断面図である。差動伝送線路１の差動信号線幅と信号線間距離の和ｗ１に対して、差動結合器２の差動信号線幅と信号線間距離の和ｗ２が小さくなっている。なお、１対の差動信号線１１，１２の線幅、１対の差動信号線２１，２２の線幅はそれぞれ等しく、本例では、差動信号線２１，２２の線幅が差動信号線１１，１２の線幅よりも狭い。差動結合器２は、差動伝送線路１に対して、差動信号線間の間隙Ｇを空けて差動信号線間の中心軸がなるべく一致するように配置される。差動伝送線路１には、非反転信号が伝送される差動信号線１１と反転信号が伝送される差動信号線１２が形成される。差動結合器２上に形成された差動信号線２１と差動信号線２２には、差動伝送線路１の差動信号線１１，１２により非反転信号と反転信号がそれぞれ誘起される。

図３Ａ、図３Ｂを参照して第一実施形態の近接通信システムが横ずれに強い原理を説明する。図３Ａ、図３Ｂでは、図２に示した差動伝送線路１と差動結合器２の間に横ずれを生じさせた場合の受信電圧について説明する図である。なお、横ずれとは、差動信号の伝送方向（差動伝送線路１から差動結合器２に向かう方向）に対して垂直、且つ、差動結合器２の移動方向（差動信号線１１、１２の長尺方向）に直交する方向のずれである。

まず、図２（ａ）に示したように、差動伝送線路１と差動結合器２における差動信号線幅と信号線間距離との和が等しい、従来の近接通信システムの場合を説明する。図３Ａの左側に示されるように、差動伝送線路１と差動結合器２における差動信号線幅と信号線間距離との和の中央が一致している場合（横ずれが生じていない場合）、最大結合状態となる。この場合、差動結合器２が受信できる反転信号と非反転信号の振幅は、同じ大きさで、最大となる。以下、この状態の反転信号と非反転信号の振幅の差である差動電圧を１とする。

図３Ａの左側の状態から、差動信号の伝送方向に対して垂直な方向のずれである横ずれＹが生じた様子を図３Ａの右側に示す。この場合、２つの差動信号線が、ともに対向する差動信号線から遠ざかってしまう。その結果、差動結合器２において受信できる反転信号と非反転信号の振幅はともに小さくなり（図示の例では３０％減少している）、それらの振幅の差である差動電圧も小さくなってしまう。なお、より厳密には、図３Ａの右側に示されるように、非反転信号が誘起される差動信号線２１が、反転信号が伝送される差動信号線１２に近づくため、差動信号線２１に生じる電圧が一部相殺され、差動信号線２１に誘起される非反転信号はより小さくなる。

次に、本実施形態による近接通信システムの場合を説明する。ここでは、図２（ｂ）に示したように、差動結合器２の差動信号線幅と信号線間距離との和ｗ２が、差動伝送線路１の差動信号線幅と信号線間距離の和ｗ１より狭い場合について説明する。図３Ｂの左側に示されるように、差動伝送線路１と差動結合器２を、中心軸が一致（ｗ１とｗ２の中央が一致）するように対向配置させた状態では、反転信号同士と非反転信号同士は、それぞれ最大結合状態ではない。そのため、差動結合器２が受信できる差動電圧レベルは、図３Ａの左側に示した状態よりも小さくなる。しかしながら、各差動信号線同士の結合度は同じであるため反転信号と非反転信号の受信電圧は同じ大きさとなりバランスが保たれた状態となる。図３Ｂでは、非反転信号と反転信号の振幅がともに０．３５であり、差動電圧が０．７となっている。

図３Ｂの左側の状態から信号伝送方向に対して垂直な方向なずれである横ずれＹが発生した場合を図３Ｂの右側に示す。差動伝送線路１上の差動信号線１１と差動結合器２上の差動信号線２１は離れる方向へ変化するため、差動信号線２１に誘起される非反転信号はより小さくなる。図３Ｂの例では、振幅値が０．３５から０．２５へ減少している。しかしながら、差動伝送線路１上の差動信号線１２と差動結合器２上の差動信号線２２は、互いに近づく方向へ変化する（最大結合状態へ近づく）ため、差動信号線２２に誘起される反転信号は大きくなる。図３Ｂの例では振幅値が０．３５から０．４へ増大している。よって、差動結合器２で受信できる差動電圧の変動（０．７→０．６５）は、図３Ａにおいて横ずれが発生した場合（１．０→０．７）よりも小さくなる。

以上のような原理により、差動伝送線路１の差動信号線幅と信号線間距離の和ｗ１に対して差動結合器２の差動信号線幅と信号線間距離の和ｗ２を小さくすることにより、横ずれに対する差動電圧の変動を小さくすることができる。

以下、第一実施形態の効果を検証するための実際の測定結果を示す。差動伝送線路１と差動結合器２は、基材として日本ピラー工業社のフッ素樹脂基板ＮＰＣ−Ｈ２２０Ａ、呼び厚さ１．６ｍｍを使用した。また、差動伝送線路１と差動結合器２において、銅箔厚は３５μ、ＧＮＤの幅は３０ｍｍである。差動伝送線路１の差動信号線幅は５ｍｍ、信号線間距離は４．８ｍｍである。したがって、差動伝送線路１の差動信号線幅と信号線間距離の和と、差動結合器２の差動信号線幅と信号線間距離の和は、それぞれ１４．８ｍｍとなる。差動伝送線路１の差動信号線１１，１２の一端にＦＰＧＡよりＣＭＬ形式の差動信号を、ＲＦアンプを経由して給電した。なお、送信信号パターンはＰＲＢＳ７、送信データレートは２Ｇｂｐｓである。差動信号線１１，１２の他端は、５１Ωのチップ抵抗を介してＧＮＤに接続した。

上述した差動伝送線路１と、以下に述べる２種類の差動結合器２により、評価サンプルとして２種類の近接通信システムを用意した。以下、評価サンプル１、評価サンプル２と記載する。

図４（ａ）は、評価サンプル１による差動伝送線路１と差動結合器２の断面図を示す。評価サンプル１の差動結合器２の差動信号線２１，２２の差動信号線幅は５ｍｍ、信号線間距離は４.８ｍｍであり、差動伝送線路１の差動信号線１１，１２と同じ寸法である。また、差動結合器２の長さは３０ｍｍで、中央よりビアを介して差動信号線２１，２２の反対側の面に信号を引き出し、Ｕ．ＦＬ（ヒロセ電機社製）コネクタに接続し、ＳＭＡコネクタへ変換してオシロスコープで波形を測定した。この測定結果を表１に示す。表１より、横ずれなしの状態から１.２ｍｍ横ずれさせた場合、振幅が概ね８割弱程度に減衰した。

図４（ｂ）に、評価サンプル２による差動伝送線路１と差動結合器２の断面図を示す。評価サンプル２の差動結合器２の差動信号線２１，２２の差動信号線幅は４ｍｍ、信号線間距離は１．６ｍｍであり、差動伝送線路１の差動信号線１１，１２より狭い寸法となっている。すなわち、差動伝送線路１の差動信号線幅と信号線間距離の和ｗ１（＝１４．８ｍｍ）に対して差動結合器２の差動信号線幅と信号線間距離の和ｗ２（＝９．６ｍｍ）が小さくなっている。評価サンプル１と同様に、評価サンプル２における受信差動電圧の変動をオシロスコープで測定した結果を表２に示す。表２より横ずれなしの状態から１.２ｍｍ横ずれさせた場合でも、受信信号の振幅減少は２％程度に抑制されることが分かる。

以上の測定結果より、差動伝送線路１と差動結合器２の差動信号線幅と信号線間距離の和が等しい場合に比べ、差動伝送線路１の上記和に対して差動結合器２の上記和が小さい場合の方が、横ずれに対して受信信号の変動が抑制できることがわかる。

以上のように、第１実施形態の近接通信システムによれば、横ずれ時の差動信号電圧の変動を抑制でき、近接無線通信における通信品質を向上したシステムを提供することができる。また、差動結合器２の信号線間距離を狭くすることで外来ノイズの影響を受けにくくする効果も得られる。また、図１に示されるように差動信号線２１，２２の線路長の略中央において受信回路４と電気的に接続された構成にすれば、差動結合器の長さが半分になるので伝送を高速化でき、かつ、差動伝送線路の給電方向に関係なく信号を受信できる。

＜第二実施形態＞
第一実施形態では、２つの評価サンプルを用いて実際に受信電圧レベルの変動をオシロスコープで測定し効果を検証した。第二実施形態では、３Ｄ電磁界シミュレートを用いて、差動結合器の差動信号線幅と信号配線間距離をパラメータに受信電圧の変動を計算した。表３に評価サンプルのパラメータの一覧を記載する。表３において、評価サンプル１では、差動伝送線路１と差動結合器２の差動信号線幅と信号線間距離の和が同じである。評価サンプル２〜４では、差動結合器２の差動信号線幅と信号線間距離が、それぞれ差動伝送線路１よりも小さくなっている。すなわち、評価サンプル２〜４では、差動結合器２の差動信号線幅と信号線間距離の和が、差動伝送線路１の差動信号線幅と信号線間距離の和よりも小さくなっている。以下、ｗ１、ｗ２を差動信号線対の幅ともいう。

表３に示した評価サンプル１〜４について、横ずれの発生による受信電圧の変動をシミュレーションした結果を、図５に示す。横軸は、横ずれ量を示しており、差動伝送線路１の差動信号線幅と信号配線間距離の和の半分、つまり７．４ｍｍで割った値で正規化している。縦軸は、受信電圧を示しており、正対している時の受信電圧で割った値で正規化している。差動伝送線路と差動結合器間の間隙は、１ｍｍである。近接通信システムで発生する横ずれが、差動伝送線路１における差動信号線対の幅の２０％程度（本実施形態でいうと３ｍｍ程度）までであれば、評価サンプル２と評価サンプル３が評価サンプル１より横ずれに対して強いことがわかる。また、評価サンプル３のパラメータより差動結合器２の差動信号線対の幅は、差動伝送線路１の差動信号線対の幅の半分程度までが、横ずれに対して効果があることがわかる。すなわち、差動伝送線路１の差動信号線対の幅が差動結合器２の差動信号線対の幅の半分以上であることが好ましい。

＜第三実施形態＞
図６に第三実施形態に係る近接通信システムの差動伝送線路１と差動結合器２の断面図を示す。第三実施形態では、差動結合器２の差動信号線２１，２２から信号を取り出すためのビア３１，３２の接続位置について検討する。差動伝送線路１と差動結合器２の差動信号線に関する寸法は、第二実施形態の評価サンプル２と同じである。第三実施形態では、差動結合器２の差動信号線２１，２２における信号を裏面に引き出すビア３１，３２の、差動信号線２１，２２における位置をパラメータとしている。図６（ａ）は、差動信号線２１，２２の中央にビアを配置した例であり、ビア間距離は５．６ｍｍである。図６（ｂ）は、差動信号線２１，２２の内側にビアを配置した例であり、ビア間距離は、１．６ｍｍである。図６（ｃ）は、差動信号線２１，２２の外側にビアを配置した例であり、ビア間距離は９．６ｍｍである。横ずれは１．５ｍｍである。その他は、第二実施形態と同様である。

表４に、受信電圧変動をシミュレーションした結果を示す。表４では、図６（ａ）を評価サンプル１、図６（ｂ）を評価サンプル２、図６（ｃ）を評価サンプル３としてシミュレーション結果を示している。表４より、ビア位置は、１対の差動信号線の線幅の中央よりも他方の信号線側の位置に配置するのが好ましく、１対の差動信号線の内側の端部（図６（ｂ））がより好ましいことが分かる。すなわち、ビア（受信回路）は、１対の電極それぞれの重心よりも他方の電極側の位置に接続されていることが好ましい。

＜第四実施形態＞
図７（ａ）に第四実施形態に係る近接通信システムの斜視図を、図７（ｂ）に第四実施形態に係る差動伝送線路１と差動結合器２の断面図を示す。第四実施形態では、差動伝送線路１の差動信号線対の幅ｗ１よりも差動結合器２の差動信号線対の幅ｗ６の方が広くなっている。原理的に、差動伝送線路１の差動信号線対の幅より差動結合器２の差動信号線対の幅の方が狭い構成（例えば、第１実施形態の構成）と同様な効果がある。さらには、第四実施形態の構成では、差動伝送線路１における信号線間距離が近くなるので、差動信号ペア間の結合が強くでき、放射ノイズを抑制可能となる。

以上のように、第四実施形態の近接通信システムによれば、差動伝送線路の信号線間距離が狭くなるので、横ずれに強く、且つ、差動伝送線路からの放射ノイズを抑制することができる。なお、第四実施形態で説明した構成（差動伝送線路の差動信号線対の幅が差動結合器の差動信号線対の幅よりも小さい構成）に関して、第一実施形態から第三実施形態で説明した内容を適用することができる。すなわち、第一実施形態から第三実施形態で説明した、差動伝送線路の差動信号線対と差動結合器の差動信号線対の大きさの関係について、差動伝送線路を差動結合器に、差動結合器を差動伝送線路にそれぞれ読み替えた構成であってもよい。

＜第五実施形態＞
図８は、第五実施形態に係る近接通信システムの斜視図を示す。図８に示されるように、差動伝送線路１に対して複数の差動結合器２、２'を設けることも可能である。このような構成は、バス配線の非接触化に適している。また、複数の差動結合器２の各々に周波数特性を持たせて受信回路で加算することにより、高帯域化を実現することが可能となる。

以上のように、第五実施形態の近接通信システムによれば、複数の差動結合器２で差動伝送線路１の信号を受信できるようになる。さらには、各差動結合器の周波数特性をずらして、信号を合成するように構成することで、通信の広帯域化を実現することが可能となる。

＜第六実施形態＞
図９は、第六実施形態による差動伝送線路１と差動結合器２の断面図である。差動伝送線路１の差動信号線幅と信号線間距離の和ｗ１は略等しい。差動伝送線路１の差動信号線幅１１、１２は、差動結合器２の差動信号線幅２１、２２より広い。差動伝送線路１の差動信号線間幅ｗ４は、差動結合器２の差動信号線間幅ｗ３より狭い。

図９の左側の状態から差動信号の伝送方向に対して垂直な方向のずれである横ずれＹが生じた様子を図９の右側に示す。差動結合器２が距離Ｙだけ横にずれたことにより、差動電素線路１の差動信号線１１、１２と差動結合器２の差動信号線間２１、２２間の結合度が変化する。９ａ、９ｂは、差動伝送線路１と差動結合器２の差動信号線間の結合度を電圧で示している。電圧が高い方が結合度は高い。図９の左側に示されている横ずれのない状態において、差動信号線１１と差動信号線２１の間の結合度９１と、差動信号線１２と差動信号線２２の間の結合度９２は等しく０．４Ｖであり、差動電圧は０．８Ｖとなる。ここで差動電圧のマイナスは表記しない。

図９の右側に示される状態では、差動結合器２がＹ分横ずれしたことにより、差動信号線１１と差動信号線２１が正対し、その結合度９３は強まっている。逆に、差動信号線１２と差動信号線２２は、差動結合器２がＹ分横ずれしたことにより両者間の距離が大きくなるため、その結合度９４が弱まる。９ｂでは、差動信号線１１と差動信号線２１間の結合度９３は０．５Ｖ、差動信号線１２と差動信号線２２間の結合度９４は０．２５Ｖとなっている。結果、差動電圧は０．７５Ｖとなり、横ずれしない場合（本例では０．８Ｖ）と比較しても結合度はそれほど大きく低下していない。従って図９に示す差動信号線の配置は差動結合器１が横ずれした時にも通信を維持できる。

＜第七実施形態＞
図１０は、第七実施形態による差動伝送線路１と差動結合器２の断面図である。差動伝送線路１の差動信号線幅と信号線間距離の和ｗ１より差動結合器２の差動信号線幅と信号線間距離の和ｗ１１は広い配置になっている。ただし、図９と同様に、差動伝送線路１の差動信号線幅１１、１２は、差動結合器２の差動信号線幅２１、２２より広く、差動伝送線路１の差動信号線間距離ｗ４は、差動結合器２の差動信号線間距離ｗ３より狭い。

図１０の右側は、図１０の左側の状態から、差動信号の伝送方向に対して垂直な方向のずれである横ずれＹが生じた様子を示す。差動結合器２が距離Ｙだけ横にずれたことにより、差動伝送線路１の差動信号線１１、１２と差動結合器２の差動信号線間２１、２２との間の結合度が変化する。

１０ａ、１０ｂは各差動結合器間の差動信号線間の結合度を電圧で示している。電圧が高い方が結合度は高い。１０ａにおいて、差動信号線１１と差動信号線２１の間の結合度１０１、差動信号線１２と差動信号線２２の間の結合度１０２は等しく０．３５Ｖであり、差動電圧は０．７Ｖとなる。ここで差動電圧のマイナスは表記しない。

図９の結合度と比較して、図１０の構成では差動信号線２１、２２が差動伝送線路１の差動信号線１１、１２よりも外側に配置されているため、結合度が弱まっている。１０ａは差動結合器２がずれる前の結合度を、１０ｂは差動結合器２がＹ分横ずれした場合の結合度を表している。結合度１０３は差動結合器２がＹ分横ずれした事により、差動信号線１１と差動信号線２１が正対するようになるため、結合度が強まる。逆に結合度１０４は差動結合器２がＹ分横ずれした事により、差動信号線１２と差動信号線２２の間の距離が大きくなり、結合度が弱まっている。本例では、差動信号線１１と差動信号線２１の間の結合度１０３は０．５Ｖ、差動信号線１２と差動信号線２２の間の結合度１０４は０．２Ｖとなっている。結果、差動電圧は０．７Ｖとなり、横ずれしない場合の結合度０．７Ｖと比較して結合度は等しい。従って図１０に示す差動信号線の配置は差動結合器１が横ずれした時にも通信を維持できることがわかる。

図３Ｂでは、差動信号線２１、２２間の距離が差動信号線１１、１２間の距離より狭い場合を説明している。これに対して図９、図１０の差動結合器の差動信号線の配置はｗ４＜ｗ３である。この場合、図９、図１０の差動信号線２１、２２間の距離が離れているため線間の容量結合が低くなり、高周波特性が良好になる。差動結合器の実装スペースを鑑みて、差動信号線の配置を考慮することができる。

以上説明したように、上記各実施形態の通信システムにおいて、差動信号線２１の重心と差動信号線２２の重心との距離は、差動信号線１１の重心と差動信号線２２の重心との距離と異なる。このような構成により、差動伝送線路１と差動結合器２との間で横ずれが生じても差動電圧の変化が小さく、電磁界結合により無線通信を行う機器間の位置ずれによる通信品質の低下が抑制される。

１：差動伝送路、２：差動結合器、１１，１２，２１，２２：差動信号線、３：送信回路、４：受信回路、５：終端回路

Claims (17)

1. 第１の１対の電極を有する第１カプラと、
   前記第１の１対の電極に少なくとも一部対向する第２の１対の電極を有する第２カプラと、
   前記第１カプラに差動信号を印加する送信回路と、
   前記第１カプラと前記第２カプラとの間での電磁界結合により前記第２カプラから出力される差動信号を受信する受信回路と、を有し、
   前記第１の１対の電極それぞれの重心の間の距離は前記第２の１対の電極それぞれの重心の間の距離と異なることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記第１の１対の電極の重心を結ぶ第１方向は、前記第２の１対の電極の重心を結ぶ第２方向と略一致することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第１の１対の電極それぞれの大きさ及び形状は略同一であり、
   前記第２の１対の電極それぞれの大きさ及び形状は略同一であることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記第１の１対の電極それぞれの前記第１方向の幅は、前記第２の１対の電極それぞれの前記第２方向の幅と異なることを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
5. 前記第１の１対の電極と前記第２の１対の電極とが少なくとも一部対向する位置関係を保ちながら、前記第１カプラと前記第２カプラとの少なくとも一方を所定方向に移動させる移動制御手段を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の無線通信システム。
6. 前記所定方向は、前記第１の１対の電極の重心を結ぶ方向に略垂直であることを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
7. 前記第１の１対の電極ぞれぞれの前記所定方向の長さは、前記第２の１対の電極それぞれの前記所定方向の長さと異なることを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
8. 前記第１の１対の電極の各々の幅と電極間距離の第１の和と、前記第２の１対の電極の各々の幅と電極間距離の第２の和とが異なることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の無線通信システム。
9. 前記第１の和と前記第２の和のうちの小さい方の和が、他方の和の半分以上であることを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
10. 前記受信回路は、前記第２の１対の電極それぞれの重心よりも他方の電極側の位置に接続されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の無線通信システム。
11. 前記受信回路は、前記第２の１対の電極のそれぞれとビアを介して接続されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の無線通信システム。
12. 前記第２の１対の電極に少なくとも一部対向する第３の１対の電極を有する第３カプラを備えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の無線通信システム。
13. 前記第１の１対の電極の各々の幅と電極間距離の第１の和と、前記第２の１対の電極の各々の幅と電極間距離の第２の和とが略等しく、
    前記第１の１対の電極の各々の幅は、前記第２の１対の電極の各々の信号線幅より狭く、
    前記第１の１対の電極の電極間距離は、前記第２の１対の電極の電極間距離より長いことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
14. 前記第１の１対の電極の各々の幅と電極間距離の第１の和よりも、前記第２の１対の電極の各々の幅と電極間距離の第２の和が大きく、
    前記第１の１対の電極の各々の幅は、前記第２の１対の電極の各々の幅より狭く、
    前記第１の１対の差動信号線の電極間距離は、前記第２の１対の電極の電極間距離より長いことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
15. 第１の１対の電極を有する第１カプラと、前記第１の１対の電極に少なくとも一部対向する第２の１対の電極を有する第２カプラと、を有する無線通信システムの制御方法であって、
    前記第１カプラに差動信号を印加する印加工程と、
    前記第１カプラと前記第２カプラとの間での電磁界結合により前記第２カプラから出力される差動信号を受信する受信工程とを有し、
    前記第１の１対の電極それぞれの重心の間の距離は前記第２の１対の電極それぞれの重心の間の距離と異なることを特徴とする制御方法。
16. 前記第１の１対の電極の重心を結ぶ第１方向は、前記第２の１対の電極の重心を結ぶ第２方向と略一致し、
    前記第１の１対の電極それぞれの大きさ及び形状は略同一であり、
    前記第２の１対の電極それぞれの大きさ及び形状は略同一であることを特徴とする請求項１５に記載の制御方法。
17. 前記第１の１対の電極と前記第２の１対の電極とが少なくとも一部対向する位置関係を保ちながら、前記第１カプラと前記第２カプラとの少なくとも一方を所定方向に移動させる移動制御工程を有することを特徴とする請求項１６に記載の制御方法。

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