JP4908576B2 - 結合器及びこれを用いた無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、超近距離無線通信のための高周波結合器に関する。

近年、Bluetooth（登録商標）などの近距離無線通信手段に比べて通信距離の更に短い、超近距離無線通信手段が提案されている。このような超近距離無線通信手段の１つとして、TransferJet（登録商標）が挙げられる。TransferJetは、送受用の結合器対を互いに近接させることにより、通信を実現する。TransferJetは、数cm程度の通信距離が想定されており、セキュリティ面などにおいて様々なメリットを持つ。TransferJetは、伝送速度が高く（最大数百Mbps）、コンテンツなどの大容量データの伝送にも適している。

特許文献１には、電界結合型の結合器が提案されている。この電界結合型の結合器は、電極とインピーダンス調整用のスタブとを備える。この結合器を介して無線通信を行う場合には、送受用の結合器対を例えば数cm程度まで近接させる必要がある。この結合器を介した無線通信は、電波を遠くへ飛ばさないので、他のシステムへの妨害及び他のシステムとの干渉が生じにくい。

特開２００８−９９２３６号公報

特許文献１の電界結合型の結合器は、スタブを備えるための厚みを必要とするので低背化（薄型化）が困難である。また、この結合器を薄型化すると、スタブと電極との間の距離が必然的に短くなるため、両者の間に電磁界結合が発生する。この電磁界結合は、結合器の性能を劣化させる。また、この結合器は、スタブを備えているため全体の外形が大きくなりがちである。結合器全体の外形が大き過ぎると、無線通信装置（例えば、携帯電話機）に内蔵できないおそれがある。

従って、本発明は、軽薄短小化に適し、かつ、性能の良好な結合器を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る結合器は、所定形状の第１の導電素子と、前記第１の導電素子において、前記第１の導電素子の外縁よりも前記第１の導電素子の幾何学的な重心に近い位置に設けられる短絡部と、前記第１の導電素子において、前記短絡部から所定距離離れた位置に設けられる給電部と、一端が前記第１の導電素子の外縁に電気的に接続される複数の第２の導電素子とを具備する。

本発明の他の態様に係る結合器は、外縁よりも幾何学的な重心に近い位置にある第１の点から前記外縁にある第２の点までの経路長が搬送波の１／４波長の奇数倍に略等しい形状の結合電極素子と、前記結合電極素子において、前記第１の点に設けられる短絡部と、前記結合電極素子において、前記短絡部から所定距離離れた位置に設けられる給電部とを具備する。

本発明の他の態様に係る結合器は、所定形状の第１の導電素子と、前記第１の導電素子において、前記第１の導電素子の外縁よりも前記第１の導電素子の幾何学的な重心に近い位置に設けられる給電部と、前記第１の導電素子において、前記給電部から所定距離離れた位置に設けられる複数の短絡部と、一端が前記第１の導電素子の外縁に電気的に接続される複数の第２の導電素子とを具備する。

本発明によれば、軽薄短小化に適し、かつ、性能の良好な結合器を提供できる。

第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 図１の結合器の直列共振モードの説明図。 図１の結合器の並列共振モードの説明図。 第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 図４の結合器のＳ１１パラメータを示すグラフ。 図５の結合器のＳ１１パラメータを示すグラフ。 図６の結合器のＳ１１パラメータを示すグラフ。 図７の結合器のＳ１１パラメータを示すグラフ。 図１の結合器の電流分布を概念的に示す図。 結合器の回転の説明図。 図１の結合器の回転時におけるＳ２１パラメータを示すグラフ。 第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 第１の実施形態に係る結合器の一例を示す図。 第２の実施形態に係る結合器を示す図。 第３の実施形態に係る結合器を示す図。 各実施形態に係る結合器を用いた無線通信装置を示すブロック図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る結合器１００は、結合電極素子１１０、結合素子１１１，・・・，１１４、給電部１２０、短絡部１３０及びグランド地板１４０を有する。尚、以降の説明において結合電極素子１１０及び結合素子１１１，・・・，１１４を併せて結合電極と称することもある。

結合電極素子１１０は、所定面積を持つ任意の導電素子によって構成される。結合電極素子１１０は、例えば矩形状またはその他の多角形状であってもよいし、円形状であってもよい。また、結合電極素子１１０は、結合電極及びグランド地板１４０を接続できるのであれば線状であってもよい。結合電極素子１１０の幾何学的な重心付近には、結合電極を短絡するための短絡部１３０が設けられる。種々の形状の幾何学的な重心は、公知の手法により導出可能である。本願において重心付近とは、重心からの距離が例えば搬送波の波長に所定の比率（この比率は、経験的または実験的に導出可能である）を乗じた値以下である領域を指していると理解されてよい。また、重心付近とは、外縁よりも重心に近い領域を指していると理解されてもよい。尚、以降の説明において、簡単化のために短絡部１３０の位置は結合電極素子１１０の幾何学的な重心に一致しているものと仮定する。結合電極素子１１０において、短絡部１３０から所定距離離れた位置に、結合電極に給電するための給電部１２０が設けられる。両者の間隔の技術的意義は、後述する。

グランド地板１４０は、結合電極に対向して設けられる。一般的には、グランド地板１４０は、結合電極に対して略平行に設けられる。但し、結合電極が２次元的でなく３次元的に（例えば球面状に）構成される場合などには、グランド地板１４０は結合電極に対して必ずしも略平行に設けられない。グランド地板１４０のサイズは、少なくとも結合電極よりも大きい。例えば、結合電極及びグランド地板１４０が共に正方形状であるならば、グランド地板１４０の各辺は結合電極の各辺よりも大きい。また、結合電極は、有効に作用する（結合器１００が相手の結合器と結合できる）サイズであればよい。このサイズは、経験的または実験的に導出可能である。

結合素子１１１，・・・，１１４は、例えば結合電極素子１１０と同じ導電素子によって構成される。結合素子１１１及び結合素子１１２は、一端を含む一部の構成を共有し、他端側が共に開放されている。結合素子１１１及び結合素子１１２の一端は、結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続される。結合素子１１３及び結合素子１１４は、一端を含む一部の構成を共有し、他端側が共に開放されている。結合素子１１３及び結合素子１１４の一端は、結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続される。但し、結合素子１１１，・・・，１１４と結合電極素子１１０との間の区別は観念的なものである。従って、実際には、結合電極の外形に合致するように単一の導電素材を加工する（配線パターンを印刷する、導電素材を削るなど）ことにより、結合素子１１１，・・・，１１４及び結合電極素子１１０の両方を一緒に形成可能である。

結合素子１１１，・・・，１１４は互いに対称な形状である。具体的には、結合素子１１１は、結合電極素子１１０の幾何学的な重心を通る軸に関して結合素子１１２と線対称である。また、結合素子１１１は、結合電極素子の幾何学的な重心を通る軸に関して結合素子１１３と線対称である。また、結合素子１１１は、結合電極素子の幾何学的な重心に関して結合素子１１４と点対称である。但し、後述するように、複数の結合素子が互いに対称な形状であることは、本実施形態に係る結合器の例示的構成に過ぎない。結合素子１１１，・・・，１１４の他端（開放端）から短絡部１３０までの間の経路長は、搬送波の１／４波長の奇数倍に略等しい。

以下、図２及び図３を用いて図１の結合器１００の共振モードを説明する。
給電部１２０から結合素子１１２の他端までの間には、図２の塗りつぶし部分に示される電流経路が存在する。尚、給電部１２０から結合素子１１１，１１３，１１４までの間にも同様の電流経路が存在する。この経路の長さは、搬送波の１／４波長の奇数倍に略等しい。結合器１００は、この搬送波に対応する周波数において共振する。この経路は、直列共振モードに対応する。

短絡部１３０から結合素子１１２の他端までの間には、図３の塗りつぶし部分に示される電流経路が存在する。尚、短絡部１３０から結合素子１１１，１１３，１１４までの間にも同様の電流経路が存在する。この経路の長さは、搬送波の１／４波長の奇数倍に略等しい。結合器１００は、この搬送波に対応する周波数において共振する。この経路は、並列共振モードに対応する。

結合器１００は、給電点１２０及び短絡部１３０を共有した複数の単位結合器の集合と見なすことができる。例えば、結合素子１１１、結合電極素子１１０の一部、給電点１２０及び短絡部１３０は第１の単位結合器を形成する。結合素子１１２、結合電極素子１１０の一部、給電点１２０及び短絡部１３０は第２の単位結合器を形成する。結合素子１１３、結合電極素子１１０の一部、給電点１２０及び短絡部１３０は第３の単位結合器を形成する。結合素子１１４、結合電極素子１１０の一部、給電点１２０及び短絡部１３０は第４の単位結合器を形成する。結合器１００は、給電部１２０と短絡部１３０との間隔によってインピーダンスを調整できる。具体的には、結合電極及びグランド地板１４０の間の距離を短く（即ち、結合器１００を薄型化）する場合には、給電部１２０を短絡部１３０に近接させることにより、インピーダンスの低下を抑制することが望ましい。また、給電部１２０と短絡部１３０との間隔の上限値として、搬送波の波長の例えば１／１０倍が定められてよい。この搬送波の波長の１／１０倍という値は、結合器１００を有効に作用させるための上限値として経験的に導出された値である。

以上説明したように、結合器１００は、給電部１２０と短絡部１３０との間隔によってインピーダンスを調整できる。従って、結合器１００はスタブを必要としないため軽薄短小化に適し、かつ、性能が良好である。
前述のように、結合器１００が有する結合素子は４つである。しかしながら、本実施形態に係る結合器は、３以下または５以上の結合素子を有してもよい。以下、図４乃至図１１を用いて結合素子の数が２，４，６，８の場合のＳ１１パラメータを説明する。

図４は、２つの結合素子２１１，２１２を有する結合器を示している。結合器２１１，２１２は、例えば結合電極素子１１０と同じ導電素子によって構成される。結合素子２１１の一端は、結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続される。結合素子２１２の一端は、結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続される。結合素子２１１及び結合素子２１２は、他端同士が電気的に接続される。また、結合素子２１１は、結合電極素子１１０の幾何学的な重心を通る軸に関して結合素子２１１と線対称である。図４の結合器は、２つの単位結合器の集合と見なすことができる。

図５は、図４に示される例に２つの結合素子２１５，２１６を更に追加した結合器を示している。結合器２１５，２１６は、例えば結合電極素子１１０と同じ導電素子によって構成される。結合素子２１５の一端は、結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続される。結合素子２１６の一端は、結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続される。結合素子２１５及び結合素子２１６は、他端同士が電気的に接続される。また、結合素子２１５は、結合電極素子１１０の幾何学的な重心に関して結合素子２１１と点対称である。結合素子２１６は、結合電極素子１１０の幾何学的な重心に関して結合素子２１２と点対称である。図５の結合器は、４つの単位結合器の集合と見なすことができる。

図６は、図４に示される例に４つの結合素子２１３，２１４，２１７，２１８を更に追加した結合器を示している。結合素子２１３，２１４，２１７，２１８は、例えば結合電極素子１１０と同じ導電素子によって構成される。結合素子２１２及び結合素子２１３は、一端を含む一部の構成を共有している。結合素子２１１及び結合素子２１８は、一端を含む一部の構成を共有している。結合素子２１４の一端は、結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続される。結合素子２１７の一端は、結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続される。結合素子２１３及び結合素子２１４は、他端同士が電気的に接続される。結合素子２１７及び結合素子２１８は、他端同士が電気的に接続される。また、結合素子２１３は、結合電極素子１１０の幾何学的な重心を通る軸に関して結合素子２１２と線対称である。結合素子２１４は、結合電極素子１１０の幾何学的な重心に関して結合素子２１２と点対称である。結合素子２１７は、結合電極素子１１０の幾何学的な重心に関して結合素子２１１と点対称である。結合素子２１８は、結合電極素子１１０の幾何学的な重心を通る軸に関して結合素子２１１と線対称である。図６の結合器は、６つの単位結合器の集合と見なすことができる。

図７は、図６に示される例に図５に示される２つの結合素子２１５，２１６を更に追加した結合器を示している。結合素子２１４及び結合素子２１５は、一端を含む一部の構成を共有している。結合素子２１６及び結合素子２１７は、一端を含む一部の構成を共有している。図７の結合器は、８つの単位結合器の集合と見なすことができる。

図８乃至図１１は、図４乃至図７の結合器のＳ１１パラメータを夫々示している。尚、短絡部１３０から結合素子２１１，・・・，２１８の他端までの経路長は夫々約１３ｍｍである。結合器は、いずれも約１３ｍｍ角であり、グランド地板１４０との間隔は約１ｍｍである。図４の結合器の共振周波数は、約５．９ＧＨｚである。図５の結合器の共振周波数は、約５．４ＧＨｚである。図６の結合器の共振周波数は、約４．８ＧＨｚである。図７の結合器の共振周波数は約４．５ＧＨｚである。

図８乃至図１１から明らかなように、結合素子の数が増えるに従って結合器の共振周波数が低下している。ここで、図４の結合器の共振周波数である約５．９ＧＨｚに対応する１／４波長は約１３ｍｍなので、短絡部１３０から結合素子２１１，・・・，２１８の他端までの経路長に概ね等しい。しかしながら、図５乃至図７の結合器は、図４の結合器と同じ経路長を持つにも関わらず、共振周波数が低化している。この現象の原因として、一部の単位結合器に注目した場合に、他の結合素子（結合電極素子１１０を含む）及びグランド地板１４０がキャパシタとして作用することが考えられる。即ち、図７の例であれば、結合素子２１１、結合電極素子１１０の一部、給電部１２０及び短絡部１３０が形成する単位結合器に注目した場合に、結合電極素子１１０の他の部分及び結合素子２１２，・・・，２１８とグランド地板１４０とがキャパシタとして作用すると考えられる。以下、このキャパシタによる共振周波数への影響を評価する。

図７の結合器は、結合素子２１３，・・・，２１８及び結合電極素子１１０の一部が形成するＬ字型の領域（図７の結合器の略３／４を覆う領域）に対応するキャパシタを図４の結合器に対して追加した構成に相当すると推定できる。このＬ字型の領域に対応するキャパシタのキャパシタンスは、次の通りである。

図４の結合器に対して、約１ｐＦのキャパシタを並列に接続したところ、約４．４ＧＨｚの共振周波数が確認できた。この共振周波数は、図７の結合器の共振周波数と同等である。以上のように、本実施形態に係る結合器において、結合素子の数を増やすほど共振周波数（即ち、使用帯域）を低下させることが可能である。一方、結合素子の数を増やすほど結合器の外形が大きくなりがちである。従って、結合器に要求されるサイズ、使用帯域などに応じて結合素子の数を適宜決定することが望ましい。

結合器１００などによる超近距離無線通信の利用時には、送受用の結合器対を互いに近接させる必要がある。通常、使用者は、一方または両方の結合器を手動で位置決めする。故に、送受用の結合器対は常に理想的な位置関係で結合できるとは限らない。例えば、一方の結合器が他方の結合器に対して回転またはオフセットした（中心からずれた）状態で配置されることもある。故に、超近距離無線通信のための結合器には、回転時またはオフセット時においても安定的に強く結合することが要求される。以下の説明では、結合器１００の回転時の性能について主に考察する。

図１２は、結合器１００の共振時の電流分布を概念的に示している。図１２において矢印の太さは電流の振幅、矢印の方向は電流の向きを夫々表している。本実施形態に係る結合器は、いずれも短絡部１３０に電流が集中し（電流の振幅が大きく）、短絡部１３０から離れるに従って電流の振幅が小さくなる。即ち、本実施形態に係る結合器は放射状の電流分布を持つ。本実施形態は、結合電極素子１１０の幾何学的な重心付近に短絡部１３０を設けているので、結合電極素子１１０の幾何学的な重心付近に電流が集中する。故に、図１３に示されるように、結合器対の一方が他方に対して回転したとしても通信品質の劣化が生じにくい。一方の結合器１００を他方の結合器１００に対して０度（回転無し）、９０度、１８０度、２７０度だけ夫々回転させた場合には、図１４に示されるように略一致したＳ２１パラメータが得られた。尚、図１４のシミュレーションにおいて、結合器１００同士の間隔は１０ｍｍ、結合器１００の外形は１０ｍｍ×１０ｍｍ、結合器１００の厚さは１ｍｍ、グランド地板１４０の外形は３０ｍｍ×３０ｍｍである。

以上説明したように、結合器１００は、給電素子１１０の幾何学的な重心に短絡部１３０を設けることにより放射状の電流分布を実現している。従って、結合器１００によれば、回転時においても安定的に強く結合できる。

本実施形態に係る結合器は、図１、図４、図５、図６及び図７の例に限られない。以下、図１５乃至図２２を用いて本実施形態に係る結合器の変形例を説明する。
図１の結合器１００は、結合素子１１１，・・・，１１４の間に対称関係が成立する。しかしながら、本実施形態に係る結合器において上記対称関係は必ずしも成立しなくてよい。図１５に示す結合器は、結合器１００において結合素子１１１，・・・，１１４を結合素子３０１，・・・，３０４に置き換えた構成に相当する。図１５の結合器は、短絡部１３０から各結合素子３０１，・・・，３０４の先端までの経路長が非一様であるので、多くの共振周波数を持つ。故に、図１５の結合器は広帯域化に適している。

図１の結合器１００では、結合素子１１１，・・・，１１４の間に対称関係が成立し、かつ、短絡部１３０が結合電極素子１１０の幾何学的な重心に設けられる。従って、短絡部１３０から各結合素子１１１，・・・，１１４の他端までの経路長が略一致する。図１６に示す結合器では、短絡部１３０が結合電極素子１１０の幾何学的な重心からずれた位置に設けられる。但し、図１６における短絡部１３０の位置は、結合電極素子１１０の幾何学的な重心付近に含まれる。図１６の結合器は、短絡部１３０から各結合素子１１１，・・・，１１４の他端までの経路長が非一様となるので、多くの共振周波数を持つ。故に、図１６の結合器は広帯域化に適している。

図１７に示す結合器は、結合器１００において結合素子１１１，・・・，１１４を結合素子３１１，・・・，３１４に置き換えた構成に相当する。結合素子３１１及び結合素子３１４は、結合素子１１１及び結合素子１１４の他端同士を電気的に接続した構成に相当する。結合素子３１２及び結合素子３１３は、結合素子１１２及び結合素子１１３の他端同士を電気的に接続した構成に相当する。図１７の結合器は、結合器１００に比べて、結合素子３１１及び結合素子３１４の接続部分と結合素子３１２及び結合素子３１３の接続部分とに応じた容量性の結合が追加される。故に、図１７の結合器は、結合器１００に比べて共振周波数が低下する。即ち、図１７の結合器によれば、結合器１００と同じ共振周波数を持つために必要な外形を等価的に小さくできる。

図１８に示す結合器は、結合器１００において結合素子１１１，・・・，１１４を結合素子３２１，・・・，３２４に置き換えた構成に相当する。結合素子３２１，・・・，３２４は、先端がグランド地板１４０に向かって折り曲げられている。結合素子をグランド地板１４０側に折り曲げるとグランド地板１４０との間の距離が短くなるので、容量性の結合が増大する。故に、図１８の結合器は、共振周波数を低下させて結合器の外形を等価的に小型化するために有用である。

図１９に示す結合器は、結合器１００において結合素子１１１，・・・，１１４を結合素子３３１，・・・，３３４に置き換えた構成に相当する。結合素子３３１，・・・，３３４は、先端部分の幅が広い形状である。結合素子の面積を大きくすると、グランド地板１４０との容量性の結合が増大する。故に、図１９の結合器は、共振周波数を低下させて結合器の外形を等価的に小型化するために有用である。

図２０に示す結合器は、結合器１００において結合素子１１１，・・・，１１４を結合素子３４１，・・・，３４４に置き換えた構成に相当する。結合素子３４１，・・・，３４４は、先端部分がミアンダ状である。結合素子を直線状でなくミアンダ状に形成すると、短絡部１３０から各結合素子の先端までの経路長が増大する。故に、図２０の結合器は、共振周波数を低下させて結合器の外形を等価的に小型化するために有用である。

図２１に示す結合器は、結合器１００において結合素子１１２及び結合素子１１４を除去した構成に相当する。結合素子１１２及び結合素子１１４を除去したとしても、短絡部１３０を中心とする放射状の電流分布は概ね維持される。図２１の結合器は、結合器１００に比べると、結合素子の一部が除去されるのでより小さなスペースに実装できる。

図２２に示す結合器は、結合電極素子１１０の外縁に結合素子３５１，・・・，３５８を電気的に接続して構成される。結合素子３５１，・・・，３５８は、例えば結合電極素子１１０と同じ導電素子によって構成される。結合素子３５１及び結合素子３５８は、一端を含む一部の構成を共有し、他端側が共に開放されている。結合素子３５１及び結合素子３５８の一端は、結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続される。結合素子３５２及び結合素子３５３は、一端を含む一部の構成を共有し、他端側が共に開放されている。結合素子３５２及び結合素子３５３の一端は、結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続される。結合素子３５４及び結合素子３５５は、一端を含む一部の構成を共有し、他端側が共に開放されている。結合素子３５４及び結合素子３５５の一端は、結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続される。結合素子３５６及び結合素子３５７は、一端を含む一部の構成を共有し、他端側が共に開放されている。結合素子３５６及び結合素子３５７の一端は、結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続される。図２２の結合器のように、結合素子を多く設けることにより短絡部１３０から結合素子の先端までの経路長が多様化するので、広帯域化が容易となる。また、結合素子を多く設けることにより電流分布が良好になるので、回転による性能差も小さく抑えられる。

尚、以上の各変形例に関して説明された要素は、矛盾の生じない限り適宜組み合わせられてよい。例えば、図２１の結合器において、結合素子１１１及び１１３の先端部分をミアンダ状に形成したり、幅広に形成したり、グランド基板１４０側に折り曲げたりしてもよい。

（第２の実施形態）
図２３に示すように、本発明の第２の実施形態に係る結合器４００は、結合電極素子４１０、給電部４２０、短絡部４３０及びグランド地板４４０を有する。尚、以降の説明において、結合電極素子４１０、給電部４２０、短絡部４３０及びグランド地板４４０と結合電極素子１１０、給電部１２０、短絡部１３０及びグランド地板１４０との間で同一または類似の部分を省略し、異なる部分を中心に述べる。

結合電極素子４１０は、前述の結合電極素子１１０及び各結合素子（結合素子１１１，・・・，１１４など）を一体化させた構成に相当する。例えば、結合電極素子４１０は、各結合素子が結合電極素子１１０の外縁を隙間なく取り囲んだ状態で結合電極素子１１０の外縁に電気的に接続されていると理解されてよい。即ち、結合電極素子４１０の外縁は、前述の各結合素子の先端を含んでいると理解されてよい。故に、第１の実施形態と同様に、短絡部４３０から各結合素子の先端に相当する結合電極素子４１０の外縁までの経路長は、搬送波の１／４波長の奇数倍に略等しい。更に、短絡部４３０から結合電極素子４１０の外縁までの経路は他にも多数存在するので、結合器４００は広帯域化に適している。

一方、結合電極素子４１０は結合電極素子１１０及び各結合素子を一体化させた構成としてではなく、単一の導電素子として理解されても勿論よい。短絡部４３０は、この導電素子（結合電極素子４１０）の幾何学的な重心付近にある第１の点に設けられる。第１の点からこの導電素子の外縁にある第２の点までの経路長は、搬送波の１／４波長の奇数倍に略等しい。

以上説明したように、本実施形態に係る結合器は、前述の結合電極素子１１０及び各結合素子を一体化した構成に相当する。従って、本実施形態に係る結合器は、第１の実施形態に係る結合器に比べて形状が単純であるため、加工が容易であり製造コストの削減に寄与する。また、本実施形態に係る結合器は、多様な経路を含むため広帯域化に適している。

（第３の実施形態）
図２４に示すように、本発明の第３の実施形態に係る結合器５００は、結合電極素子５１０、結合素子５１１，・・・，５１４、給電部５２０、短絡部５３１，５３２及びグランド地板５４０を有する。尚、以降の説明において、結合電極素子５１０、結合素子５１１，・・・，５１４、給電部５２０、短絡部５３１，５３２及びグランド地板５４０と結合電極素子１１０、結合素子１１１，・・・，１１４、給電部１２０、短絡部１３０及びグランド地板１４０との間で同一または類似の部分を省略し、異なる部分を中心に述べる。

結合電極素子５１０の幾何学的な重心付近には、給電部５２０が設けられる。尚、以降の説明において、簡単化のために給電部５２０の位置は結合電極素子５１０の幾何学的な重心に一致しているものと仮定する。結合電極素子５１０において、給電部５２０から所定距離離れた位置に、短絡部５３１，５３２が夫々設けられる。給電部５２０と短絡部５３１，５３２との間隔は、主にインピーダンス調整の観点に基づいて決定される。各結合素子５１１，・・・，５１４の先端から短絡部５３１，５３２の少なくとも１つまでの経路の長さは、搬送波の１／４波長の奇数倍に略等しい。

２つの短絡部５３１，５３２を設けると、電流源が等価的に２つに増える。尚、電流分布の対称性の観点から、短絡部５３１及び短絡部５３２の中点に給電部５２０が設けられることが望ましい。また、３以上の短絡部が結合電極素子５１０に設けられてもよい。短絡部の数の増加に応じて、電流源が増加する。この場合にも、電流分布の対称性の観点から、各短絡部と給電部５２０との間隔が一致していることが望ましい。特に、複数の短絡部が、給電部５２０の位置を中心とし所定距離を半径とする円周上に略等間隔に設けられることが望ましい。尚、複数の短絡部及び給電部５２０の配置において、電流分布の対称性は必ずしも重視されなくてよい。このような配置からずれた状態で複数の短絡部及び給電部５２０を設けたとしても、短絡部の数の増加に応じて電流源が等価的に増加するという効果は維持される。

以上説明したように、本実施形態に係る結合器は結合電極素子の幾何学的な重心付近に設けられる給電点の周囲に複数の短絡部を設けることにより電流源を等価的に増やしている。従って、本実施形態に係る結合器によれば、これら複数の短絡部の周辺の電流振幅が大きくなるため、電流振幅の大きな領域が広くなる。即ち、結合器のオフセット時における通信品質の劣化を抑えられる。

本発明の各実施形態に係る結合器は、例えば図２５に示すような無線通信装置（例えば、携帯電話機、ＰＣなど）において無線信号の送受信のために使用可能である。図２５の無線通信装置は、結合器６００、無線部６０１、信号処理部６０２、制御部６０５、表示制御部６０６、表示部６０７、記憶部６０８、入力部６０９、Ｉ／Ｆ６１０、リムーバブルメディア６１１を有する。

結合器６００は、本発明の各実施形態のいずれかに係る結合器によって構成される。結合器６００は、例えばTransferJetなどの超近距離無線通信を行う。無線部６０１は、制御部６０５からの指示に従って動作し、信号処理部６０２から出力される送信信号を無線周波数帯にアップコンバートし、結合器６００を介して相手の結合器に送信したり、上記相手の結合器から送信された無線信号を結合器６００を介して受信してベースバンド信号にダウンコンバートしたりする。

信号処理部６０２は、制御部６０５からの送信データに基づいて搬送波を変調して上記送信信号を生成したり、無線部６０１から入力される上記ベースバンド信号を復調して受信データを得て制御部６０５に入力したりする。制御部６０５は、例えばＣＰＵなどのプロセッサを備え、図２５の無線通信装置の各構成要素を統括制御する。

記憶部６０８には、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスクなどの記憶媒体であって、制御部６０５の制御プログラムや制御データ、ユーザが作成した種々のデータ、リムーバブルメディア６１１に関わる制御データなどを記憶する。表示制御部６０６は、制御部６０５からの指示に従って、表示部６０７を駆動制御し、制御部６０５から与えられる表示データに基づく画像信号を表示部６０７に表示させる。入力部６０９は、複数のキースイッチ（例えば、いわゆるテンキー(numeric keypad)）やタッチパネルなどの入力デバイスを用いて、ユーザからの要求を受理するユーザインタフェースを含む。インタフェース（Ｉ／Ｆ）６１０は、リムーバブルメディア６１１を物理的及び電気的に接続して、データ交換を行うためのインタフェースであって、制御部６０５によって制御される。

図２５の無線通信装置は、例えば記憶部６０８またはリムーバブルメディア６１１に保存されたコンテンツを超近距離無線通信手段によって相手に送信したり、相手から超近距離無線通信手段によって受信したコンテンツを記憶部６０８またはリムーバブルメディア６１１に保存させたり、表示部６０７に表示させたりする。

尚、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００・・・結合器
１１０・・・結合電極素子
１１１，…，１１４・・・結合素子
１２０・・・給電部
１３０・・・短絡部
１４０・・・グランド地板
２１１，…，２１８，３０１，…，３０４，３１１，…，３１４，３２１，…，３２４，３３１，…，３３４，３４１，…，３４４，３５１，…，３５８・・・結合素子
４００・・・結合器
４１０・・・結合電極素子
４２０・・・給電部
４３０・・・短絡部
４４０・・・グランド地板
５００・・・結合器
５１０・・・結合電極素子
５１１，…，５１４・・・結合素子
５２０・・・給電部
５３１，５３２・・・短絡部
５４０・・・グランド地板
６００・・・結合器
６０１・・・無線部
６０２・・・信号処理部
６０５・・・制御部
６０６・・・表示制御部
６０７・・・表示部
６０８・・・記憶部
６０９・・・入力部
６１０・・・Ｉ／Ｆ
６１１・・・リムーバブルメディア

Claims (9)

1. 所定形状の第１の導電素子と、
   前記第１の導電素子において、前記第１の導電素子の外縁よりも前記第１の導電素子の前記所定形状の重心に近い位置に設けられ、前記第１の導電素子をグランド地板に短絡する短絡部と、
   前記第１の導電素子において、前記短絡部から所定距離離れた位置に設けられ、前記第１の導電素子に給電する給電部と、
   一端が前記第１の導電素子の外縁に電気的に接続される複数の第２の導電素子と
   を具備し、
   前記第１の導電素子の一部と、前記短絡部と、前記給電部と、前記複数の第２の導電素子の１つとが単位結合器を形成する、
   結合器。
2. 前記複数の第２の導電素子の少なくとも１つの他端から前記短絡部までの経路長が搬送波の１／４波長の奇数倍に略等しい、請求項１記載の結合器。
3. 前記短絡部は、前記第１の導電素子の前記所定形状の重心に設けられる、請求項２記載の結合器。
4. 前記複数の第２の導電素子のうち少なくとも２つは、前記第１の導電素子の前記所定形状の重心に関して点対称な関係または前記第１の導電素子の前記所定形状の重心を通る軸に関して線対称な関係を持つ、請求項３記載の結合器。
5. 前記複数の第２の導電素子は、前記第１の導電素子の外縁を隙間なく取り囲んだ状態で前記第１の導電素子の外縁に電気的に接続される、請求項２記載の結合器。
6. 外縁よりも重心に近い位置にある第１の点から前記外縁にある第２の点までの経路長が搬送波の１／４波長の奇数倍に略等しい形状の結合電極素子と、
   前記結合電極素子において、前記第１の点に設けられ、前記結合電極素子をグランド地板に短絡する短絡部と、
   前記結合電極素子において、前記短絡部から所定距離離れた位置に設けられ、前記結合電極素子に給電する給電部と
   を具備し、
   前記第２の点を含む前記結合電極素子の一部と、前記短絡部と、前記給電部とが単位結合器を形成する、
   結合器。
7. 前記第１の点は、前記結合電極素子の前記所定形状の重心である、請求項６記載の結合器。
8. 所定形状の第１の導電素子と、
   前記第１の導電素子において、前記第１の導電素子の外縁よりも前記第１の導電素子の前記所定形状の重心に近い位置に設けられ、前記第１の導電素子に給電する給電部と、
   前記第１の導電素子において、前記給電部から所定距離離れた位置に設けられ、前記第１の導電素子をグランド地板に短絡する複数の短絡部と、
   一端が前記第１の導電素子の外縁に電気的に接続される複数の第２の導電素子と
   を具備し、
   前記第１の導電素子の一部と、前記給電部と、前記複数の短絡部の１つと、前記複数の第２の導電素子の１つとが単位結合器を形成する、
   結合器。
9. 請求項１記載の結合器と、
   ベースバンドの送信信号を前記結合器から送信される無線送信信号にアップコンバートし、前記結合器から受信された無線受信信号をベースバンドの受信信号にダウンコンバートする無線部と、
   前記ベースバンドの送信信号及び前記ベースバンドの受信信号に対して信号処理を行う信号処理部と
   を具備する無線通信装置。

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