JP4929381B2 - カプラ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、離間して配置された別のカプラ装置との間で電磁波を送受信するカプラ装置に関する。

従来のカプラ装置は、それぞれ導電材料を平板状に形成した結合素子と地板とを互いに対向する状態で配置して構成される。そして、送信側のカプラ装置においては、結合素子と地板との間に信号を給電させて結合素子に電流を生じさせることによってカプラ装置の周囲に電磁場を生じさせ、受信側のカプラ装置との間に電磁的結合を生じさせる。受信側のカプラ装置では、上記のように生じた電磁的結合により結合素子に電流が生じた際の結合素子と地板との間の電位差として上記の信号を取り出すことができる。

特開２００８−０９９２３６号公報

カプラ装置は、以上のような原理のために結合素子と地板とが互いに近接して配置される。このため、結合素子に生じた電流の一部が空間を介して地板に流れ、給電したエネルギの一部が電磁的結合に利用されずに損失となってしまう。

このような事情から、結合素子から地板への電流の漏れを低減し、結合度を効率的に改善することが望まれていた。

実施形態のカプラ装置は、モノポールタイプの結合素子、無給電素子、地板および誘電体を備える。結合素子は、導電材料により構成され、給電点へ給電される。無給電素子は、導電材料により構成され、結合素子に離間して配置されるとともに接地される。地板は、結合素子および無給電素子と対向し、導電材料により構成される。誘電体は、結合素子と地板との間に位置し、結合素子および地板に対向する。そして地板は、結合素子のうちで給電点以外の部分の少なくとも一部に対向する位置またはその位置の近傍に切欠部を有する。誘電体は、結合素子の全てに対向するとともに、結合素子に対向しない位置に切欠部を有する。

第１の実施形態に係るカプラ装置の斜視図。 図１に示すカプラ装置の分解斜視図。 図１に示すカプラ装置の平面図。 図３中のＡ−Ａ矢視断面図。 図３中のＢ−Ｂ矢視断面図。 図１に示すカプラ装置が搭載される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６に示す情報処理装置のブロック図。 通信時における２つのカプラ装置の対向状態の一例を示す図。 図１に示すカプラ装置を図８に示す状態で対向させる条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す図。 図１に示すカプラ装置の比較例としてのカプラ装置の分解斜視図。 図１０に示すカプラ装置を図８に示すのと同様な状態で対向させる条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す図。 第２の実施形態に係るカプラ装置の分解斜視図。 図１２に示すカプラ装置を図８に示すのと同様な状態で対向させる条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す図。 第３の実施形態に係るカプラ装置の分解斜視図。 図１４に示すカプラ装置の回転性能を示す図。 図１に示すカプラ装置の回転性能を示す図。 第４の実施形態に係るカプラ装置の斜視図。 図１７に示すカプラ装置の分解斜視図。 図１７に示すカプラ装置を図８に示すのと同様な状態で対向させる条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す図。 図１７に示すカプラ装置の比較例としてのカプラ装置を図８に示すのと同様な状態で対向させる条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す図。 第５の実施形態に係るカプラ装置の分解斜視図。 図２１に示すカプラ装置を図８に示すのと同様な状態で対向させる条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す図。 第６の実施形態に係るカプラ装置の分解斜視図。

以下、いくつかの実施の形態を図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係るカプラ装置１の斜視図である。図２はカプラ装置１の分解斜視図である。図３はカプラ装置１の平面図である。図４は図３中のＡ−Ａ矢視断面図である。図５は図３中のＢ−Ｂ矢視断面図である。

これら図１乃至図５に示すようにカプラ装置１は、結合素子１１、無給電素子１２、短絡素子１３，１４、地板１５および誘電体１６を含む。また図４および図５に示すように、カプラ装置１は給電線１７およびコネクタ１８をさらに含む。なお、図１乃至図４においては給電線１７およびコネクタ１８の図示を省略している。また図２は、結合素子１１、無給電素子１２、地板１５および誘電体１６の概略構造と位置関係とを示し、構造の細部の図示は省略している。

結合素子１１、地板１５および誘電体１６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１６および地板１５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１６および地板１５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は誘電体１６の表側に位置し、かつ地板１５は誘電体１６の裏側に位置することになる。

結合素子１１は、導電材料を薄い円板状に形成してなる。

無給電素子１２は、導電材料を薄いリング状に形成してなる。無給電素子１２の内径は、結合素子１１の径よりも若干大きくなっている。無給電素子１２は、その内側に結合素子１１が互いに接触しない状態で位置するように、誘電体１６の表側に配置されている。無給電素子１２の厚みは、結合素子１１の厚みにほぼ等しい。ただし、結合素子１１の厚みと無給電素子１２の厚みとが互いに異なっていても良い。

短絡素子１３，１４は、導電材料により形成されている。短絡素子１３，１４は、それぞれ異なる位置にて無給電素子１２の裏側面に接合されている。短絡素子１３，１４は、無給電素子１２に一体的であっても良いし、別体であっても良い。短絡素子１３，１４は、誘電体１６の内部を通過する状態で配置されている。短絡素子１３，１４は、スルーホールや半田付けなどによって地板１５に対して電気的に接続されている。

地板１５は、誘電体１６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。この地板１５は、カプラ装置１が搭載される通信機器の金属筐体などに電気的に接続される場合もある。この場合には、地板１５は、接地電極として機能する。地板１５は、結合素子１１との間で直接的な導通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１５には、切欠部１５ａ，１５ｂが形成されている。切欠部１５ａ，１５ｂは、互いに平行した矩形状をなし、表裏方向に貫通している。この切欠部１５ａ，１５ｂによって地板１５には、その中央を通る状態で桟１５ｃが形成されている。

誘電体１６は、誘電材料を板状に形成してなる。誘電体１６は、結合素子１１と地板１５との間隙に配置される。第１の実施形態において誘電体１６は、結合素子１１と地板１５との間隔にほぼ等しい厚みを有し、結合素子１１と地板１５との間隙をほぼ埋める。このため短絡素子１３，１４は、その大半が誘電体１６の内部に位置している。ただし誘電体１６の厚みは、結合素子１１と地板１５との間隔よりも小さくても良い。誘電体１６は、その厚みが結合素子１１と地板１５との間隔よりも小さい場合には、典型的には地板１５に接し、かつ結合素子１１から離間する状態で誘電体１６を配置する。しかしながら、結合素子１１に接し、かつ地板１５から離間する状態で誘電体１６を配置しても良い。あるいは、結合素子１１および地板１５のいずれからも離間した状態で誘電体１６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１５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１６には、切欠部１６ａ，１６ｂが形成されている。この切欠部１６ａ，１６ｂによって誘電体１６には、その中央に位置する円形の支持部１６ｃと、支持部１６ｃの両端に延びる桟１６ｄ，１６ｅが形成されている。支持部１６ｃは、その表側に位置する結合素子１１および無給電素子１２を支持する。桟１６ｄ，１６ｅは、支持部１６ｃの中心を通る直線上に位置する。桟１６ｄ，１６ｅはさらに、桟１５ｃに平行している。

給電線１７は、地板１５および誘電体１６を通過する状態で配置されている。給電線１７は、一端が結合素子１１の中心点の近傍の点Ｐ１に、他端がコネクタ１８にそれぞれ接続されている。給電線１７は、地板１５に対しては絶縁されている。

コネクタ１８は、地板１５に面して配置され、誘電体１６に固定される。このコネクタ１８には、カプラ装置１が通信機器に搭載された状態においては、コネクタ２が結合される。コネクタ２は、上記の通信機器に搭載された送受信回路３とケーブルを介して接続されている。そしてコネクタ１８は、コネクタ２とともに、給電線１７とケーブルとを電気的に接続する。かくして、点Ｐ１が給電点となる。

なお、この第１の実施形態においては、カプラ装置１は、地板１５側に設けられたコネクタ１８を介して給電点Ｐ１へ給電する構成としているが、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。例えば、送受信回路３と一体的な基板としてカプラ装置１を実装し、当該基板のパターンとして、結合素子１１側の給電点Ｐ１へ給電するように実装することも可能である。また、送受信回路３に接続された給電線を直接的に結合素子に接合する構成とすることも可能である。

地板１５の表側面に対して表裏方向に結合素子１１および無給電素子１２を投影した場合の投影領域（結合素子１１および無給電素子１２に対向する領域）は図２に二点鎖線で示す領域Ａ１，Ａ２となる。この図２において、領域Ａ１の一部が切欠部１５ａ，１５ｂに重なることから、結合素子１１の一部に対向して切欠部１５ａ，１５ｂが設けられていること、すなわち結合素子１１に対向する領域の近傍（隣接する領域）に切欠部１５ａ，１５ｂが設けられていることわかる。また領域Ａ１のうちの中心部近傍には桟１５ｃが位置していて、切欠部１５ａ，１５ｂが給電点Ｐ１の近傍には対向していないことがわかる。

誘電体１６の表面側に対して表裏方向に結合素子１１および無給電素子１２を投影した場合の投影領域（結合素子１１および無給電素子１２に対向する領域）は図２に二点鎖線で示す領域Ａ３，Ａ４となる。この図２において、領域Ａ３，Ａ４の周囲に切欠部１６ａ，１６ｂが位置していることから、結合素子１１および無給電素子１２に対向する領域の周辺に切欠部１６ａ，１６ｂが設けられていることがわかる。

図６はカプラ装置１が搭載される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、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、ＬＣＤ（liquid crystal display）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。本体３００には、その筐体の上面より筐体の外部に露出する状態で、キーボード３０１、タッチパッド３０２および電源スイッチ３０３等が配置されている。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１５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のみ可能となる。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６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（以下、パームレスト領域と称する）の下に配置されている。かくしてパームレスト領域の一部は、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領域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７は情報処理装置３０のブロック図である。なお、図６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、ＢＩＯＳ（basic input/output system）−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。この近接無線通信デバイス３１４は、図４における送受信回路３に相当する。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。

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。

カプラ装置１は、別のカプラ装置１または別種のカプラ装置と対向された状態で使用される。

図４および図５に示すようにカプラ装置１が接続された送受信回路３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、コネクタ２、コネクタ１８および給電線１７を介して結合素子１１の給電点Ｐ１へと供給される。そうすると結合素子１１には、給電点Ｐ１から辺縁部に向かう電流経路で高周波信号に応じた電流が生じる。すなわち結合素子１１は、モノポールタイプの空中線素子と同様に振る舞う。

一方、無給電素子１２は結合素子１１とは離間しており、高周波信号の給電はなされず、さらに短絡素子１３，１４を介して地板１５に導通されている。そして地板１５は接地されているから、結合素子１１に上記のように電流が生じた結果、結合素子１１と無給電素子１２および地板１５との間に電位差が生じ、対向しているカプラ装置に高周波信号が誘起される。つまり、高周波信号がカプラ装置１から別のカプラ装置に無線伝送される。

なお、以上のように結合素子１１はモノポールタイプであるから、給電点Ｐ１から結合素子の辺縁までの電気長が、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ことが望ましい。

さて、上記のような使用状態においては、地板１５は接地されており、かつ結合素子１１と地板１５とが近接しているので、結合素子１１に生じた電流のエネルギの一部が地板１５に漏れる。しかしながら、カプラ装置１においては、切欠部１５ａ，１５ｂが形成されているから、結合素子１１の一部に対しては、地板１５は表裏方向に並んではいない。このため、切欠部１５ａ，１５ｂが形成されていない場合に比べて、結合素子１１における電流経路と地板１５との距離が大きくなっており、結合素子１１から地板１５へと漏れるエネルギの量が低減されることになる。

また誘電体１６を地板１５と結合素子１１との間に配置すると、当該誘電体１６が挟まっている部分に地板１５と結合素子１１との間の電界が集中し、誘電体１６から放射されるエネルギーが地板１５側へと引き寄せられる。そこで、誘電体１６に切欠部１６ａ，１６ｂを設けることで、地板１５と結合素子１１との間の電界の集中を避けることができる。そしてこれらの結果として、通信相手のカプラ装置との電磁的結合に利用されるエネルギ量が増加し、透過係数（Ｓ２１）が向上する。

特に、結合素子１１の周囲に関しては、切欠部１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂの面積を広くすると、通信相手のカプラ装置との透過係数（Ｓ２１）を向上させることができる。

ところで、地板の全体としての面積が広い方が接地特性が向上し、結果として、通信相手のカプラ装置との電磁的結合に利用されるエネルギー量を増加させることができる。地板１５は、切欠部１５ａ，１５ｂが形成されているものの、全体としての大きさは切欠部１５ａ，１５ｂを形成しない場合と変わらない。従って、切欠部１５ａ，１５ｂを設けない場合と同程度の接地特性を維持でき、電磁的結合に利用されるエネルギー量を低下させてしまうことがない。更に、地板１５の下部（結合素子１１とは反対側）で結合素子１１に対向する位置に、金属筐体や電気基板、金属塗装を施した部材等を配置すると、更に接地特性を向上させることが可能である。

このような結合素子１１近傍の切欠部の面積が広い方が特性が向上する点、および地板の面積が広い方が特性が向上する点については、後述する第２の実施形態以降でも同様である。

図９は２つのカプラ装置１を図８に示す状態で対向させる条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す図である。

図１０は比較例としてのカプラ装置４の分解斜視図である。なお、図１０において図１乃至図５と同一部分には同一符号を付している。

このカプラ装置４は、結合素子１１、無給電素子１２、地板４１および誘電体４２を含む。また、図１０では図示を省略しているが、カプラ装置４は短絡素子１３，１４を含む。すなわちカプラ装置４は、カプラ装置１における地板１５および誘電体１６に代えて地板４１および誘電体４２を含んでいる。

地板４１および誘電体４２は、切欠部１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂが形成されておらず、単純な平板状となっている点のみが地板１５および誘電体１６との相違点である。

図１１は２つのカプラ装置４を図８に示すのと同様な状態で対向させる条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す図である。

図９と図１１とを比較して明らかなように、カプラ装置１は切欠部１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂの存在により、広い周波数範囲において透過係数が向上することが明らかである。

（第２の実施形態）
図１２は第２の実施形態に係るカプラ装置５の分解斜視図である。なお、図１乃至図５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。

図１２に示すようにカプラ装置５は、結合素子１１、無給電素子１２、地板５１および誘電体５２を含む。またカプラ装置５は、図１乃至図５に示すような短絡素子１３，１４、給電線１７およびコネクタ１８をさらに含むが、これらは図１２においては図示を省略している。また図１２は、結合素子１１、無給電素子１２、地板５１および誘電体５２の概略構造と位置関係とを示し、構造の細部の図示は省略している。

つまりカプラ装置５は、カプラ装置１における地板１５および誘電体１６に代えて地板５１および誘電体５２を備える。

地板５１は、地板１５と同様に導電材料を板状に形成してなるが、切欠部５１ａ，５１ｂの形状が切欠部１５ａ，１５ｂとは異なっている。切欠部５１ａ，５１ｂは、それらの配列方向に沿った向きで地板５１の端部まで及び、地板５１の外側へと開放される状態で形成されている。この結果として地板５１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。すなわち地板５１は、いずれも矩形状をなした７つの導電部５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇ，５１ｈ，５１ｉを有する。導電部５１ｃ，５１ｄは、互いにほぼ平行する。導電部５１ｅは、導電部５１ｃ，５１ｄのそれぞれの中間部に両端が接する。導電部５１ｆ，５１ｇは、導電部５１ｃの両端から導電部５１ｄに向かって延出する。導電部５１ｈ，５１ｉは、導電部５１ｄの両端から導電部５１ｃに向かって延出する。導電部５１ｆ，５１ｇの導電部５１ｃからの突出量および導電部５１ｈ，５１ｉの導電部５１ｄからの突出量は、導電部５１ｆおよび導電部５１ｈと、導電部５１ｇおよび導電部５１ｉとが互いに接することがないように設定される。

誘電体５２は、誘電体１６と同様に誘電材料を板状に形成してなるが、切欠部１６ａ，１６ｂを形成していない点が誘電体１６とは異なる。誘電体５２は、誘電体１６と同様に配置されている。

このようなカプラ装置５においても、切欠部５１ａ，５１ｂが形成されているから、結合素子１１における電流経路と地板５１との距離が大きくなっており、結合素子１１から地板５１へと漏れるエネルギの量が低減されることになる。そしてこの結果として、電磁的結合に利用されるエネルギ量が増加し、結合度が向上する。

図１３は２つのカプラ装置５を図８に示すのと同様な状態で対向させる条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す図である。

図１１と図１３とを比較して明らかなように、カプラ装置１は切欠部１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂの存在により、広い周波数範囲において透過係数が向上することが明らかである。

（第３の実施形態）
図１４は第３の実施形態に係るカプラ装置６の分解斜視図である。なお、図１乃至図５および図１２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。

図１４に示すようにカプラ装置６は、結合素子１１、無給電素子１２、地板５１および誘電体６１を含む。またカプラ装置６は、図１乃至図５に示すような短絡素子１３，１４、給電線１７およびコネクタ１８をさらに含むが、これらは図１４においては図示を省略している。また図１４は、結合素子１１、無給電素子１２、地板５１および誘電体６１の概略構造と位置関係とを示し、構造の細部の図示は省略している。

つまりカプラ装置６は、カプラ装置１における地板１５および誘電体１６に代えて地板５１および誘電体６１を備える。

誘電体６１は、誘電体１６と同様に誘電材料を板状に形成してなるが、切欠部６１ａ，６１ｂの形状が切欠部１６ａ，１６ｂとは異なっている。切欠部６１ａ，６１ｂは、それらの配列方向に沿った向きで誘電体６１の端部まで及び、誘電体６１の外側へと開放される状態で形成されている。この結果として誘電体６１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。すなわち誘電体６１は、支持部１６ｃおよび桟１６ｄ，１６ｅの他に、いずれも矩形状をなした６つの矩形部６１ｄ，６１ｅ，６１ｆ，６１ｇ，６１ｈ，６１ｉを有する。矩形部６１ｄ，６１ｅは、互いにほぼ平行する。矩形部６１ｄは、その中間部に桟１６ｄの端部がほぼ直角に接する。矩形部６１ｅは、その中間部に桟１６ｅの端部がほぼ直角に接する。矩形部６１ｆ，６１ｇは、矩形部６１ｄの両端から矩形部６１ｅに向かって延出する。矩形部６１ｈ，６１ｉは、矩形部６１ｅの両端から矩形部６１ｄに向かって延出する。矩形部６１ｆ，６１ｇの矩形部６１ｄからの突出量および矩形部６１ｈ，６１ｉの矩形部６１ｅからの突出量は、矩形部６１ｆおよび矩形部６１ｈと、矩形部６１ｇおよび矩形部６１ｉとが互いに接することがないように設定される。

このようなカプラ装置６においても、切欠部５１ａ，５１ｂ，６１ａ，６１ｂが形成されているから、結合素子１１における電流経路と地板５１との距離が大きくなっており、結合素子１１から地板５１へと漏れるエネルギの量が低減されることになる。そしてこの結果として、電磁的結合に利用されるエネルギ量が増加し、結合度が向上する。

図１５はカプラ装置６の回転性能を示す図である。

図１５における曲線Ｃ１は、２つのカプラ装置６を図８に示すのと同様な状態で、すなわち桟１６ｄ，１６ｅが２つのカプラ装置６で互いに直交する状態で対向させた条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す。また図１５における曲線Ｃ２は、２つのカプラ装置６の位置関係は図８に示す通りであるが、桟１６ｄ，１６ｅが２つのカプラ装置６で互いに平行する状態で対向させた条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す。

図１６はカプラ装置１の回転性能を示す図である。

図１６における曲線Ｃ３は、２つのカプラ装置１を図８に状態で、すなわち桟１６ｄ，１６ｅが２つのカプラ装置１で互いに直交する状態で対向させた条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す。また図１６における曲線Ｃ４は、２つのカプラ装置１の位置関係は図８に示す通りであるが、桟１６ｄ，１６ｅが２つのカプラ装置１で互いに平行する状態で対向させた条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す。

図１５と図１６とを比較して明らかなように、対向する２つのカプラ装置の相対的な向きが変化した場合の透過係数の変化は、カプラ装置１に比べてカプラ装置６において小さい。このことから、カプラ装置６は、カプラ装置１よりも回転性能が向上していることが分かる。ただし、最大の透過係数はカプラ装置６よりもカプラ装置１のほうが大きいのであり、結合度に関してはカプラ装置１のほうがカプラ装置６よりも優れる。

（第４の実施形態）
図１７は第４の実施形態に係るカプラ装置７の斜視図である。図１８は図１７に示すカプラ装置７の分解斜視図である。

図１７および図１８に示すようにカプラ装置７は、結合素子７１、短絡素子７２，７３、地板７４および誘電体７５を含む。またカプラ装置７は、図１乃至図５に示すような給電線１７およびコネクタ１８をさらに含むが、これらは図１７および図１８においては図示を省略している。また図１８は、結合素子７１、地板７４および誘電体７４の概略構造と位置関係とを示し、構造の細部の図示は省略している。

結合素子７１、地板７４および誘電体７５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（表裏方向）に沿って結合素子７１、誘電体７５および地板７４の順番で配列されている。つまり、結合素子７１は誘電体７５の表側に位置し、かつ地板７４は誘電体７５の裏側に位置する。

結合素子７１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。すなわち結合素子７１は、ループ部７１ａ，７１ｂおよび凸部７１ｃ，７１ｄを有する。ループ部７１ａ，７１ｂは、一部を互いに共用する。凸部７１ｃ，７１ｄは、ループ部７１ａ，７１ｂのそれぞれの中間部から互いに逆方向に延出している。

図示されない給電線１７は、一端が結合素子７１のループ部７１ａ，７１ｂの共用部分の中間部の点Ｐ２に接続されていて、当該点Ｐ２が給電点となる。

短絡素子７２，７３は、導電材料により形成されている。短絡素子７２，７３は、凸部７１ｃ，７１ｄの先端部の近傍にて凸部７１ｃ，７１ｄの裏側面にそれぞれ接合されている。短絡素子７２，７３は、結合素子７１に一体的であっても良いし、別体であっても良い。短絡素子７２，７３は、誘電体７５の内部を通過する状態で配置されている。短絡素子７２，７３は、スルーホールや半田付けなどによって地板７４に対して電気的に接続されている。

地板７４は、誘電体７５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。この地板７４は、カプラ装置７が搭載される通信機器の金属筐体などに電気的に接続される。このため地板７４は、接地電極として機能する。地板７４は、結合素子７１との間で短絡素子７２，７３を介さない直接的な導通が生じることがない程度に結合素子７１に対して離間される。地板７４には、切欠部７４ａ，７４ｂが形成されている。切欠部７４ａ，７４ｂは、互いに平行した矩形状をなし表裏方向に貫通している孔を、切欠部７４ａ，７４ｂの配列方向に沿った向きで地板７４の端部まで及び、地板７４の外側へとそれぞれ開放した状態で形成されている。この結果として地板７４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。すなわち地板７４は、いずれも矩形状をなした７つの導電部７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ，７４ｇ，７４ｈ，７４ｉを有する。導電部７４ｃ，７４ｄは、互いにほぼ平行する。導電部７４ｃは、その中間部に導電部７４ｅの端部がほぼ直角に接する。導電部７４ｄは、その中間部に導電部７４ｅの端部がほぼ直角に接する。導電部７４ｆ，７４ｇは、導電部７４ｃの両端から導電部７４ｄに向かって延出する。導電部７４ｈ，７４ｉは、導電部７４ｄの両端から導電部７４ｃに向かって延出する。導電部７４ｆ，７４ｇの導電部７４ｃからの突出量および導電部７４ｈ，７４ｉの導電部７４ｄからの突出量は、導電部７４ｆおよび導電部７４ｈと、導電部７４ｇおよび導電部７４ｉとが互いに接することがないように設定される。

誘電体７５は、誘電材料を板状に形成してなる。誘電体７５は、結合素子７１と地板７４との間隙に配置される。誘電体７５は、結合素子７１と地板７４との間隔にほぼ等しい厚みを有し、結合素子７１と地板７４との間隙をほぼ埋める。このため短絡素子７２，７３は、その大半が誘電体７５の内部に位置している。ただし誘電体７５の厚みは、結合素子７１と地板７４との間隔よりも小さくても良い。誘電体７５は、その厚みが結合素子７１と地板７４との間隔よりも小さい場合には、典型的には地板７４に接し、かつ結合素子７１から離間する状態で誘電体７５を配置する。しかしながら、結合素子７１に接し、かつ地板７４から離間する状態で誘電体７５を配置しても良い。あるいは、結合素子７１および地板７４のいずれからも離間した状態で誘電体７５を配置しても良い。さらには、結合素子７１に接する第１の誘電体と地板７４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７５には、切欠部７５ａ，７５ｂが形成されている。切欠部７５ａ，７５ｂは、表裏方向に貫通している孔を、切欠部７５ａ，７５ｂの配列方向に沿った向きで誘電体７５の端部まで及び、誘電体７５の外側へとそれぞれ開放した状態で形成されている。この結果として誘電体７５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。すなわち誘電体７５は、支持部７５ｅおよびいずれも矩形状をなした８つの矩形部７５ｃ，７５ｄ，７５ｆ，７５ｇ，７５ｈ，７５ｉ，７５ｊ，７５ｋを有する。支持部７５ｅは、その表側に位置する結合素子７１を支持する。矩形部７５ｊ，７５ｋは、支持部７５ｅから互いに逆方向に延出している。矩形部７５ｃ，７５ｄは、互いにほぼ平行する。矩形部７５ｃは、その中間部に矩形部７５ｋの端部がほぼ直角に接する。矩形部７５ｄは、その中間部に矩形部７５ｊの端部がほぼ直角に接する。矩形部７５ｆ，７５ｇは、矩形部７５ｃの両端から矩形部７５ｄに向かって延出する。矩形部７５ｈ，７５ｉは、矩形部７５ｄの両端から矩形部７５ｃに向かって延出する。矩形部７５ｆ，７５ｇの矩形部７５ｃからの突出量および矩形部７５ｈ，７５ｉの矩形部７５ｄからの突出量は、矩形部７５ｆおよび矩形部７５ｇと、矩形部７５ｈおよび矩形部７５ｉとが互いに接することがないように設定される。

地板７４の表側面に対して表裏方向に結合素子７１を投影した場合の投影領域（結合素子７１に対向する領域）は図１８に二点鎖線で示す領域Ａ１１となる。この図１８において、領域Ａ１１の一部が切欠部７４ａ，７４ｂに重なることから、結合素子７１の一部に対向して切欠部７４ａ，７４ｂが設けられていること、すなわち結合素子７１に対向する領域の近傍（隣接する領域）に切欠部７４ａ，７４ｂが設けられていることわかる。また領域Ａ１１のうちの中心部近傍には支持部７５ｅが位置していて、切欠部７４ａ，７４ｂが給電点Ｐ２の近傍には対向していないことがわかる。

誘電体７５の表面側に対して表裏方向に結合素子７１を投影した場合の投影領域（結合素子７１に対向する領域）は図１８に二点鎖線で示す領域Ａ１２となる。この図１８において、領域Ａ１２の周囲に切欠部７５ａ，７５ｂが位置していることから、結合素子７１に対向する領域の周辺に切欠部７５ａ，７５ｂが設けられていることがわかる。

以上のように構成されたカプラ装置７は、カプラ装置１と同様に情報処理装置３０などの機器に搭載される。

次に以上のように構成されたカプラ装置７の動作について説明する。

カプラ装置７は、別のカプラ装置７または別種のカプラ装置と対向された状態で使用される。

高周波信号が結合素子７１の給電点Ｐ２へと供給されると、結合素子７１に給電点Ｐ２から凸部７１ｃ，７１ｄの先端に向かって高周波信号に応じた電流が生じる。すなわち結合素子７１は、折り返しタイプの空中線素子と同様に振る舞い、対向しているカプラ装置に高周波信号が誘起される。つまり、高周波信号がカプラ装置７から別のカプラ装置に無線伝送される。

なお、以上のように結合素子７１は折り返しタイプであるから、給電点Ｐ２から短絡素子７２，７３までの電気長が、高周波信号の中心周波数の波長λの１／２の整数倍にほぼ相当することが望ましい。

さて、上記のような使用状態においては、地板７４は接地されており、かつ結合素子７１と地板７４とが近接しているので、結合素子７１に生じた電流のエネルギの一部が短絡素子７２，７３を介することなく直接的に地板７４に漏れる。しかしながら、カプラ装置７においては、切欠部７４ａ，７４ｂが形成されているから、結合素子７１の一部に対しては、地板７４は表裏方向に並んではいない。このため、切欠部７４ａ，７４ｂが形成されていない場合に比べて、結合素子７における電流経路と地板７４との距離が大きくなっており、結合素子７１から地板７４へと漏れるエネルギの量が低減されることになる。

また誘電体７５を地板７４と結合素子７１との間に配置すると、当該誘電体７５が挟まっている部分に地板７４と結合素子７１との間の電界が集中し、エネルギーが地板７４側へと引き寄せられる。そこで、誘電体７５に切欠部７５ａ，７５ｂを設けることで、地板７４と結合素子７１との間の電界の集中を避けることができる。そしてこれらの結果として、通信相手のカプラ装置との電磁的結合に利用されるエネルギ量が増加し、透過係数（Ｓ２１）が向上する。

図１９は２つのカプラ装置７を図８に示すのと同様な状態で対向させる条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す図である。

図２０は２つの比較例のカプラ装置を図８に示すのと同様な状態で対向させる条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す図である。なお比較例のカプラ装置は、カプラ装置７における地板７４および誘電体７５を切欠部が形成されない単純な平板状の地板および誘電体に代えたものである。

図１９と図２０とを比較して明らかなように、カプラ装置７は切欠部７４ａ，７４ｂ，７５ａ，７５ｂの存在により、広い周波数範囲において透過係数が向上することが明らかである。

（第５の実施形態）
図２１は第５の実施形態に係るカプラ装置８の分解斜視図である。なお、図１７および図１８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。

図２１に示すようにカプラ装置８は、結合素子７１、地板７４および誘電体８１を含む。またカプラ装置８は、図１乃至図５に示すような給電線１７およびコネクタ１８と、図１７に示すような短絡素子７２，７３をさらに含むが、これらは図２１においては図示を省略している。また図２１は、結合素子７１、地板７４および誘電体８１の概略構造と位置関係とを示し、構造の細部の図示は省略している。

つまりカプラ装置８は、カプラ装置７における誘電体７５に代えて誘電体８１を備える。

誘電体８１は、誘電体７５と同様に誘電材料を板状に形成してなるが、切欠部を形成していない単純な平板状に形成されている点が誘電体７５とは異なる。誘電体８１は、誘電体７５と同様に配置されている。

このようなカプラ装置８においても、切欠部７４ａ，７４ｂが形成されているから、結合素子７１における電流経路と地板７４との距離が大きくなっており、結合素子７１から地板７４へと漏れるエネルギの量が低減されることになる。そしてこの結果として、電磁的結合に利用されるエネルギ量が増加し、結合度が向上する。

図２２は２つのカプラ装置８を図８に示すのと同様な状態で対向させる条件における周波数と透過係数（Ｓ２１）との関係を示す図である。

図２０と図２２とを比較して明らかなように、カプラ装置８は切欠部７４ａ，７４ｂの存在により、広い周波数範囲において透過係数が向上することが明らかである。

（第６の実施形態）
図２３は第６の実施形態に係るカプラ装置９の分解斜視図である。なお、図１乃至図５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。

図２３に示すようにカプラ装置９は、結合素子１１、地板１５および誘電体９１を含む。またカプラ装置９は、図１乃至図５に示すような給電線１７およびコネクタ１８をさらに含むが、これらは図２３においては図示を省略している。また図２３は、結合素子１１、地板１５および誘電体９１の概略構造と位置関係とを示し、構造の細部の図示は省略している。

つまりカプラ装置９は、カプラ装置１における無給電素子１２および短絡素子１３，１４を省略するとともに、誘電体１６に代えて誘電体９１を備える。

誘電体９１は、誘電体１６と同様に誘電材料を板状に形成してなるが、切欠部９１ａ，９１ｂの形状が切欠部１６ａ，１６ｂとは異なっている。すなわち切欠部９１ａ，９１ｂは、結合素子１１のみを支持するように支持部１６ｃよりも小さな支持部９１ｃと、この支持部９１ｃから延出する桟１６ｄ、１６ｅよりも長い桟９１ｄ，９１ｅを形成する。誘電体５２は、誘電体１６と同様に配置されている。

このようなカプラ装置９においても、結合素子１１から地板１５へと漏れるエネルギの量が低減されることになる。そしてこの結果として、電磁的結合に利用されるエネルギ量が増加し、結合度が向上する。

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。

(1) 上記のいずれの実施形態においても、誘電体１６，６１，７５，８１，９１は省略可能である。

(2) カプラ装置１，９における地板１５に代えて地板５１を備えたカプラ装置として実施可能である。

(3) カプラ装置５における地板５１に代えて地板１５を備えたカプラ装置として実施可能である。

(4) カプラ装置７，８における地板７４に代えて地板１５を備えたカプラ装置として実施可能である。

(5) カプラ装置９における誘電体９１に代えて誘電体５２を備えたカプラ装置として実施可能である。

(6) カプラ装置９における地板１５に代えて地板５１を備え、かつ誘電体９１に代えて誘電体５２を備えたカプラ装置として実施可能である。

(7) カプラ装置９における地板１５に代えて地板５１を備え、かつ誘電体９１における切欠部９１ａ，９１ｂを切欠部６１ａ，６１ｂのように誘電体９１の端部まで及び、誘電体９１の外側へと開放したものとしたカプラ装置として実施可能である。

(8) 結合素子１１は、モノポールタイプの素子として振る舞うものであれば、その形状は任意であって良い。

(9) 無給電素子１２の形状は任意であって良い。

(10) 結合素子７１は、折り返しタイプの素子として振る舞うものであれば、その形状は任意であって良い。

(11) 切欠部５１ａ，５１ｂ，６１ａ，６１ｂ，７４ａ，７４ｂ，７５ａ，７５ｂ，９１ａ，９１ｂの形状は、例えば大きさを変更したり、直線状の辺の一部を曲線状とするなどのように任意に変更が可能である。

(12) 上記各実施形態におけるカプラ装置１，５，６，７，８，９は、いずれも給電点を含み表裏方向に沿った平面を挟んで対称となる構造を有している。しかしながら、このような対称性は必須ではなく、上記の平面を挟んで非対称となる構造であっても良い。ただし、上記各実施形態の構造であると、非対称とした構造よりも回転性能を高めるためには有利である。

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
。
［付記１］
導電材料により構成され、給電点へ給電されるモノポールタイプの結合素子と、
導電材料により構成され、前記結合素子に離間して配置されるとともに接地された無給電素子と、
前記結合素子および前記無給電素子と対向し、導電材料により構成される地板とを有し、
前記地板は、前記結合素子のうちで前記給電点以外の部分の少なくとも一部に対向する位置またはその位置の近傍に切欠部を有するカプラ装置。
［付記２］
導電材料により構成され、給電点へ給電されるとともに前記給電点とは異なる接地点で接地される折り返しタイプの結合素子と、
前記結合素子と対向し、導電材料により構成される地板とを有し、
前記地板は、前記結合素子のうちで前記給電点以外の部分の少なくとも一部に対向する位置またはその位置の近傍に切欠部を有するカプラ装置。
［付記３］
導電材料により構成され、給電点へ給電されるとともに接地されないモノポールタイプの結合素子と、
前記結合素子と対向し、導電材料により構成される地板とを有し、
前記地板は、前記結合素子のうちで前記給電点以外の部分の少なくとも一部に対向する位置またはその位置の近傍に切欠部を有するカプラ装置。
［付記４］
前記結合素子と前記地板との間に、前記結合素子および前記地板に対向する誘電体を備える請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のカプラ装置。
［付記５］
前記誘電体は、前記結合素子に対向する位置またはその位置の近傍の一部に切欠部を有する請求項４に記載のカプラ装置。
［付記６］
前記地板に設けられた前記切欠部は、前記地板の端部に及ぶ状態で形成されている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のカプラ装置。

１，４，５，６，７，８，９…カプラ装置、１１，７１…結合素子、１２…無給電素子、１３，１４，７２，７３…短絡素子、１５，４１，７４…地板、１６，４２，６１，７５，８１，９１…誘電体、５１ａ，５１ｂ，６１ａ，６１ｂ，７４ａ，７４ｂ，７５ａ，７５ｂ，９１ａ，９１ｂ…切欠部。

Claims (4)

1. 導電材料により構成され、給電点へ給電されるモノポールタイプの結合素子と、
   導電材料により構成され、前記結合素子に離間して配置されるとともに接地された無給電素子と、
   前記結合素子および前記無給電素子と対向し、導電材料により構成される地板と、
   前記結合素子と前記地板との間に位置し、前記結合素子および前記地板に対向する誘電体とを有し、
   前記地板は、前記結合素子のうちで前記給電点以外の部分の少なくとも一部に対向する位置に切欠部を有し、
   前記誘電体は、前記結合素子の全てに対向するとともに、前記結合素子に対向しない位置に切欠部を有するカプラ装置。
2. 導電材料により構成され、給電点へ給電されるとともに前記給電点とは異なる接地点で接地される折り返しタイプの結合素子と、
   前記結合素子と対向し、導電材料により構成される地板と、
   前記結合素子と前記地板との間に位置し、前記結合素子および前記地板に対向する誘電体とを有し、
   前記地板は、前記結合素子のうちで前記給電点以外の部分の少なくとも一部に対向する位置に切欠部を有し、
   前記誘電体は、前記結合素子の全てに対向するとともに、前記結合素子に対向しない位置に切欠部を有するカプラ装置。
3. 導電材料により構成され、給電点へ給電されるとともに接地されないモノポールタイプの結合素子と、
   前記結合素子と対向し、導電材料により構成される地板と、
   前記結合素子と前記地板との間に位置し、前記結合素子および前記地板に対向する誘電体とを有し、
   前記地板は、前記結合素子のうちで前記給電点以外の部分の少なくとも一部に対向する位置に切欠部を有し、
   前記誘電体は、前記結合素子の全てに対向するとともに、前記結合素子に対向しない位置に切欠部を有するカプラ装置。
4. 前記地板に設けられた前記切欠部は、前記地板の端部に及ぶ状態で形成されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のカプラ装置。

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