JP5088273B2 - アンテナモジュール - Google Patents
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Description
この構成によれば、アンテナコイルにより磁界結合のための磁界(つまり磁束)を発生させることができる。また、電界結合用電極により電界結合のための電界を発生させることができる。この際、平板状の電界結合用電極は、一の面からその面と垂直な方向に振動する電界を少なくとも発生させることができる。更に、この電界結合用電極には、アンテナコイルが発生させる磁束の少なくとも一部が垂直に交差する。よって、電界結合用電極が発生させる電界の振動方向と上記磁束の方向とは、電界結合用電極近傍では平行になる。なお、ここでいう垂直とは、完全な垂直ではなく、非接触通信において電界結合の電界と磁界結合の磁界との間の干渉を無視しうる程度の垂直、つまり、非接触通信において垂直とみなせる程度の垂直を意味する(以下同じ。)。
この構成によれば、アンテナコイルが発生させる磁界が電界結合用電極を交差する位置におけるその磁界の振動方向と、電界結合用電極が発生させる電界の振動方向とを平行にすることができる。なお、ここでいう同一平面とは、完全に同一な平面ではなく、非接触通信において電界結合の電界と磁界結合の磁界との間の干渉を無視しうる程度に同一な平面、つまり、非接触通信において同一平面とみなせる程度の同一平面を意味する(以下同じ。)。
なお、アンテナコイルが発生させる磁界は、アンテナコイルの中心に行くほど弱くなる。よって、電界結合用電極を、アンテナコイルが発生させる磁界が弱くなったアンテナコイルの中心に配置することにより、アンテナコイルが発生する磁界の電界結合用電極に対する影響を更に低減させることができる。また、アンテナコイルのループの中に電界結合用電極を収容することができるので、アンテナモジュールを小型化することができる。
この構成によれば、電界結合用電極を交差する磁束による渦電流を発生し難くすることができる。
この構成によれば、通信相手の通信装置に対する通信のセキュリティを高め、かつ、効率よくデータを転送することができる。
1)2系統の非接触通信において、磁界結合を使用していること
2)2系統のそれぞれの非接触通信が、平行な磁界を使用していること
などに起因する。
まず、図1及び図2を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る通信装置の構成について説明する。
第1通信部10は、第1系統の非接触通信として磁界結合を行う。この第1通信部10は、例えばアンテナコイル11を有する。
第2通信部20は、第2系統の非接触通信として電界結合を行う。この第2通信部20は電界結合により非接触通信を行うので「電界カプラ」ともいう。第2通信部20は、電界結合用電極(以下単に「結合用電極」ともいう。)21と、接続信号線22と、スタブ(Stub)23と、入出力信号線24と、基板25とを有する。
結合用電極21は、平板状に形成され、その平板の中心下方に接続信号線22が接続される。接続信号線22は、結合用電極21とスタブ23とを電気的に接続する。スタブ23は、入出力信号線24と接続信号線22との間に配置される。そして、入出力信号線24は、端子26を介して信号処理回路(図示せず)に接続され、この信号処理回路から出力される第2系統の送信信号(電圧又は電流)が印加される。つまり、信号処理回路から出力された第2系統の送信信号は、端子26を介して入出力信号線24に入力し、入出力信号線24により伝達されてスタブ23に入力する。そして、スタブ23に入力した送信信号は、接続信号線22を介して結合用電極21に伝達され、この結合用電極21において電界Eを発生させる。なお、受信側の通信装置2の場合、受信信号は、これと逆の経路をたどって信号処理回路に伝達される。一方、基板25は、絶縁体などにより形成され、その表面にスタブ23が形成され、かつ、第2通信部20における各構成を支持する。なお、第2通信部20は、結合用電極21等を支持するために別途の支持部材(図示せず)を備えてもよいが、この支持部材は、例えば絶縁体で形成されることが好ましい。
一般にアンテナから放出される電界としては、例えばアンテナからの距離に反比例して減衰する「放射電界」と、アンテナからの距離の2乗に反比例して減衰する「誘導電界」と、アンテナからの距離の3乗に反比例して減衰する「準静電界」とがある。一方、任意の電流分布は、微小ダイポールを流れる電流分布の集まりと考えられ、それによって誘導される電界も同様の性質がある(例えば、虫明康人著「アンテナ・電波伝搬」(コロナ社、16頁〜18頁)を参照。)。そこで、図4に示すように、第2通信部20を、通信を行いたい方向、つまりz軸方向(接続信号線22の形成方向)に延長形成された微小ダイポール30として近似する。すると、微小ダイポール30から放出される電界Eは、以下の(数式1)及び(数式2)により表される。
図1及び図2に示すように、第1通信部10と第2通信部20とは同一平面上に配置される。この際、第2通信部20は、第1通信部10が発生させる磁界H中に配置される。より具体的には、第2通信部20の結合用電極21が、第1通信部10のアンテナコイル11のコイル形成面上において、コイルの外側の第1通信部10の近傍に配置される。その結果、第1通信部10の磁界結合で使用される磁界Hの少なくとも一部は、第2通信部20の結合用電極21を交差する。この際、磁界Hの磁界振動方向DHは、結合用電極21と垂直に交差する。よって、結合用電極21の表面における磁界振動方向DHは、第2通信部20の結合用電極21が電界結合に使用する電界Eの電界振動方向DEに対して平行になる。換言すれば、磁界振動方向DHと電界振動方向DEとは、コイル形成面上において互いに平行となる(図2参照。)。振動方向が相互に平行な電界と磁界とは互いに影響を及ぼし難く、通信装置1は、第1通信系統である第1通信部10と第2通信系統である第2通信部20との間の結合による干渉(アンテナ効率の問題)を低減させて2系統の非接触通信を行うことができる。
以上、本実施形態に係る通信装置1について説明した。
上記で説明したように、この通信装置1は、磁界結合による非接触通信を行う第1通信系統と電界結合による非接触通信を行う第2通信系統とを有し、磁界結合で使用する磁界の振動方向と電界結合で使用する電界の振動方向とが平行になるように構成される。
図6は、本発明の第2実施形態に係る通信装置の構成について説明するための説明図であり、図7は、図6のB−B線における断面図を概略的に示して、同実施形態に係る一の通信装置が他の通信装置と非接触通信を行う構成について説明するための説明図である。本実施形態では、送信側を通信装置3といい、受信側を通信装置4という。なお、図6には送信側の通信装置3を図示し、以下では、送信側の通信装置3を中心に説明するが、図7に示すように受信側の通信装置4も送信側の通信装置3と同様に構成することが可能である。そして、受信側の通信装置4が送信して、送信側の通信装置3が受信することももちろん可能である。
ここで、図8を参照しつつ、上記第1実施形態及び第2実施形態に係る通信装置1,3が有する結合用電極21に発生する渦電流について説明する。図8は、結合用電極に発生する渦電流について説明するための説明図である。
図9は、本発明の第3実施形態に係る通信装置の構成について説明するための説明図である。本実施形態に係る通信装置5は、第2実施形態に係る通信装置3が有する結合用電極21に替えて結合用電極51を有する。本実施形態に係る通信装置5の他の構成は、第2実施形態に係る通信装置3と同様であるため、ここでの詳しい説明は省略する。
図10は、本発明の第4実施形態に係る通信装置の構成について説明するための説明図である。なお、図10には、送信側の通信装置6の断面図を示し、以下では、送信側の通信装置6を中心に説明するが、受信側の通信装置も送信側の通信装置6と同様に構成することが可能である。そして、受信側の通信装置が送信して、送信側の通信装置6が受信することももちろん可能である。
10 第1通信部
11 アンテナコイル
12 端子
20 第2通信部
21,51 結合用電極
22 接続信号線
23 スタブ
24 入出力信号線
25 基板
26 端子
30 微小ダイポール
61 第2基板
62 磁性体層
63 絶縁層
64 グランド層
H 磁界
E,Eθ,ER 電界
DH 磁界振動方向
DE 電界振動方向
9 通信装置
90A,90B アンテナコイル
Claims (4)
- 磁界結合により非接触通信を行うアンテナコイルと、
前記アンテナコイルが発生させる磁界中に配置され、電界結合により非接触通信を行う電界結合用電極と、
を有し、
前記電界結合用電極は、中心から放射状に形成されたスリットを有し、前記磁界が前記電界結合用電極を交差する位置における前記磁界の振動方向に対して略平行な方向に振動する電界を発生させることを特徴とする、アンテナモジュール。 - 前記電界結合用電極は、前記アンテナコイルにより発生される磁束の少なくとも一部が垂直に交差するように配置されることを特徴とする、請求項1に記載のアンテナモジュール。
- 前記アンテナコイルと前記電界結合用電極とは、略同一平面上に配置されることを特徴とする、請求項2に記載のアンテナモジュール。
- 前記電界結合用電極は、前記アンテナコイルの中心に配置される、請求項3に記載のアンテナモジュール。
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