JP5234998B2

JP5234998B2 - 高効率な電磁波インターフェース装置と電磁波伝送システム

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Publication number: JP5234998B2
Application number: JP2009148158A
Authority: JP
Inventors: 謙一手塚
Original assignee: Cell Cross Corp
Current assignee: Cell Cross Corp
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-06-23
Also published as: JP2011009801A

Description

本発明は、電磁波を伝送するシート状の電磁波伝送媒体に電磁波を入出力する高効率な電磁波インターフェース装置とその電磁波伝送システムとに関する。

従来、対向する導電性シート体に挟まれる狭間領域に電磁場を存在させ、２つの導電性シート体の間の電圧を変化させて電磁場を変化させたり、また電磁場の変化によって導電性シート体の間の電圧を変化させたりして、電磁場を所望の方向に進行させることで、電磁波伝送を行う技術が提案されている。このような電磁波の伝送技術により、電磁波を媒体とする通信や電力伝送が可能となる。

例えば、下記特許文献１には、メッシュ状の導体部と、シート状の導体部と、に挟まれる狭間領域とメッシュ状の導体部側外側の浸出領域とにおいて電磁場を変化させて、電磁波インターフェース装置を介して信号を伝送する電磁波伝送シートを備える信号伝送システムが提案されている。

これによれば、メッシュ状の第１導体部の外面側近傍の電磁場の変化を介して電磁波インターフェース装置と通信する。また、電磁波伝送シートの第１導体部の外側近傍の電磁場は、第１導体部と第２導体部との間の電磁場にともなって変化する。また、第一導体部の上に載置された電磁波インターフェース装置において、その第１電極と第２電極との間の電圧は、第１導体部の外側近傍の電磁場にともなって変化する。従って、通信装置における当該電圧の変化と、電磁波伝送シートにおける当該電磁場の変化とによって、両者の間で電磁波インターフェース装置を介した通信が可能な電磁波伝送シートとできる。

また、特許文献１には、シート状の電磁波伝送シートに電磁波を入出力するインターフェースとして、電磁波伝送シートの上面に載置する円盤形の形状を有する電磁波インターフェース装置が開示されている。

特開２００７−８２１７８

従来の電磁波インターフェース装置は、電磁波の漏洩低減や損失低減の観点から充分であるとはいえず、電磁波伝送シートとの間で高効率に電磁波を入出力するために改善の余地が残されていた。

電磁波インターフェース装置と電磁波伝送シートとの入出力時に電磁波の漏洩が増大すると、他の電子機器や人体への悪影響が懸念される。また、電磁波インターフェース装置と電磁波伝送シートとの入出力時に電磁波の損失が増大すると、無駄な電力消費や予期せぬ発熱を生じる一因となる。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、高効率かつ安全に電磁波伝送シートとの間で電磁波の入出力をすることが可能な電磁波インターフェース装置と、それを用いた電磁波伝送システムとを提供することを目的とする。

本発明にかかる電磁波インターフェース装置は、第一電極と、第一電極と対向する第二電極と、第一電極と第二電極との間に配置された誘電体と、を備える給電部と、第二電極と、第一電極の第二電極と異なる側に対向して配置された第三電極と、の間に電磁波伝送シートの辺縁部を挟むクリップ部とを備え、給電部において、第一電極と第二電極とに給電されることを特徴とする。

また、本発明にかかる電磁波インターフェース装置は、好ましくはクリップ部で電磁波伝送シートの辺縁部を挟んだ場合に、クリップ部における第二電極と第三電極との間隔が、給電部における第一電極と第二電極との間隔よりも、電磁波伝送シートの二つの導電体層の厚さ合計と、導電体層の外面側の保護層の厚さ合計と、の和に相当する間隔だけ大きいことを特徴とする。

また、本発明にかかる電磁波インターフェース装置は、さらに好ましくはクリップ部で電磁波伝送シートの辺縁部を挟んだ場合に、電磁波伝送シートと電磁波インターフェース装置の誘電体との当接部において、第一電極と、電磁波伝送シートの二つの導電体層のうちいずれか一方の導電体層と、が内面側において一平面であり、第一電極と第二電極との間隔は、電磁波伝送シートの二つの導電体層の間隔に略等しくてもよい。

また、本発明にかかる電磁波インターフェース装置は、さらに好ましくは第二電極が、給電部とクリップ部との間に、電磁波伝送シートの二つの導電体層のうち少なくともいずれか一方の導電体層の厚さと、該一方の導電体層に設けられた保護層の厚さと、の和に相当する段差を有してもよい。

また、本発明にかかる電磁波インターフェース装置は、さらに好ましくはクリップ部で電磁波伝送シートの辺縁部を挟んだ状態で誘電体が露出しないように、電磁波インターフェース装置の端面は、誘電体を被覆する被覆導電体で覆われるとともに、電磁波インターフェース装置の端面において電磁波が反射されるように、被覆導電体は、第二電極と第三電極とに電気的に接続されてもよい。

また、本発明にかかる電磁波インターフェース装置は、さらに好ましくは給電部において、給電方向に垂直な方向における第二電極の幅と第三電極の幅とは、給電部から給電される電磁波の波長の略１／２の長さであってもよい。

また、本発明にかかる電磁波伝送システムは、上述の電磁波インターフェース装置と、該電磁波インターフェース装置を嵌合させた場合に、その誘電体と厚さ及び配置において整合する誘電体層を備える電磁波伝送シートと、を嵌合させたことを特徴とする。

高効率かつ安全に、電磁波伝送シートとの間で電磁波の入出力をすることが可能な電磁波インターフェース装置と、それを用いた電磁波伝送システムとを提供できる。

本発明の第一の実施形態にかかる電磁波インターフェース装置の概要を説明する模式図である。本発明の第一の実施形態にかかる電磁波インターフェース装置の概要を説明する側面図である。電磁波伝送シートの概要構成を説明する模式図である。本発明の第二の実施形態にかかる電磁波インターフェース装置の概要を説明する模式図である。図５（ａ）が電磁波インターフェース装置の正面図であり、図５（ｂ）が電磁波インターフェース装置の平面図であり、図５（ｃ）が電磁波インターフェース装置の側面図である。シミュレーションで使用した電磁波伝送シートに電磁波インターフェース装置を嵌合させた状態を説明する平面図である。シミュレーションに用いた電磁波インターフェース装置と電磁波伝送シートとの各パラメータを示す図である。５．８ギガヘルツ帯における電磁波インターフェース装置の給電点からみたリターンロスＳ１１の計算結果を示す図である。

実施形態で説明する電磁波インターフェース装置は、電磁波伝送シートの辺縁部を挟み込んで固定されるクリップ部と、同軸ケーブル等から給電される給電部とを備える。電磁波インターフェース装置の給電部は、対向するシート状の電極間に挟持された誘電体を備える。対向するシート状の電極間に挟持された誘電体は、電磁波の伝送を実質的に担うものである。

また、電磁波インターフェース装置における対向するシート状の電極間に挟持された誘電体の厚さと、電磁波伝送シートにおける電磁波の伝送を実質的に担う誘電体層の厚さと、は略等しい。すなわち、電磁波インターフェース装置の誘電体を挟んで対向するシート状の一対の電極間の距離は、電磁波伝送シートの一対の導電体層、典型的にはメッシュ層と導電体層、との間の距離に略等しい。

また、電磁波インターフェース装置と電磁波伝送シートとが嵌合した場合に、電磁波インターフェース装置の対向するシート状の一対の電極の内側面は、各々電磁波伝送シートのメッシュ層の内側面と導電体層の内側面と面一（一平面）となる。これにより、電磁波インターフェース装置内の電磁波は、反射や損失が低減されてスムースに電磁波伝送シートへと伝送されることとなる。

また、電磁波インターフェース装置は、上述した対向するシート状の一対の電極に加え、電磁波伝送シートにより定まる所定の距離だけ、対向するシート状の一対の電極のいずれか一方から外側に設けられた他の電極を備える。電磁波伝送シートにより定まる所定の距離とは、電磁波伝送シートのメッシュ層の厚みとメッシュ層の外側面に設けられた保護層の厚さとの和に相当する距離である。また、他の電極は、クリップ部において電磁波伝送シートを挟み込む場合の一つの電極となる。

また、電磁波インターフェース装置が備える対向するシート状の一対の電極のうち外側面側に他の電極が設けられていない一方の電極は、クリップ部において、電磁波伝送シートにより定まる所定の長さだけ、給電部より外側に広がるような段差を有する。電磁波伝送シートにより定まる所定の長さとは、電磁波伝送シートの導電体層の厚みと導電体層の外側面に設けられた保護層の厚さとの和に相当する長さである。

これにより、電磁波伝送シートのメッシュ層と導電体層とが無視できない厚さを有する場合や、それらに各々保護層が設けられている場合であっても、電磁波インターフェース装置と電磁波伝送シートとが嵌合した場合に、電磁波インターフェース装置の誘電体が電磁波伝送シートの誘電体層と整合することが可能となる。電磁波インターフェース装置の誘電体が電磁波伝送シートの誘電体層と整合することで、低損失な電磁波伝送が可能な電磁波インターフェース装置とできる。

また、電磁波インターフェース装置は、電磁波伝送シートに嵌合した場合に誘電体が露出しないように（典型的には外側から誘電体が見えないように）、電磁波インターフェース装置の端面に電磁波を反射する処理が施されている。より具体的には、電磁波インターフェース装置は、その端面において、外側面に位置する二つの電極が電気的に接続される。このため、端部からの電磁波の漏洩が低減された電磁波インターフェース装置とできる。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる電磁波インターフェース装置１００の概要を説明する模式図である。図１において、電磁波インターフェース装置１００は、不図示の同軸ケーブルやＳＭＡコネクタ等から電磁波が給電される給電部１６０と、不図示の電磁波伝送シートを挟み込むクリップ部１５０とを備える。

電磁波インターフェース装置１００は、クリップ部１５０と給電部１６０との図１における上面全体を覆う薄い板状の第三電極１１０を備える。また、電磁波インターフェース装置１００は、クリップ部１５０と給電部１６０との図１における下面全体を覆う薄い板状の第二電極１２０を備える。

また、給電部１６０において、第三電極１１０と第二電極１２０との間に配置された誘電体１４０を備える。また、誘電体１４０の中には、第三電極１１０に近接してシート状の第一電極２７０が埋め込むように配置されている。

電磁波インターフェース装置１００の第一電極２７０と第二電極１２０と第三電極１１０とは、互いに対向しておりかつ互いに略平行である。また、電磁波インターフェース装置１００は、不図示の同軸ケーブルやＳＭＡコネクタ等から、給電部１６０の第一電極２７０と第二電極１２０とに電磁波が給電される。給電に用いるコネクタは、同軸ケーブルやＳＭＡコネクタに限られず、他の高周波コネクタを用いてもよい。

また、不図示の電磁波伝送シートは、クリップ部１５０に挟み込まれて誘電体１４０に当接するまで挿入される。すなわち、不図示の電磁波伝送シートは、電磁波インターフェース装置１００の第三電極１１０と第二電極１２０との間に嵌合される。この場合に、クリップ部１５０が適度な嵌合保持強度を生じるように、電磁波伝送シートが、第三電極１１０と第二電極１２０との間を押し広げながら挟み込まれるようにしてもよい。

また、不図示の電磁波伝送シートを誘電体１４０に当接するまで第三電極１１０と第二電極１２０との間に挿入した場合に、誘電体１４０は不図示の電磁波伝送シートの誘電体層と厚さ及び配置において整合する。これにより、誘電体１４０と、不図示の電磁波伝送シートの誘電体層と、は電磁波の波長からみて一つの連続したいわば導波路を形成する。

ところで、不図示の電磁波伝送シートは、二つの導電体層を備えるとともに、各導電体層の外側に配置される保護層を備える場合がある。電磁波インターフェース装置１００の第二電極１２０は、給電部１６０とクリップ部１５０との間に、電磁波伝送シートにより定まる所定の高さの段差１８０を備える。段差１８０の高さは、第二電極１２０に対応する導電体層の厚さと、その保護層の厚さと、の和に相当する。段差１８０により、電磁波伝送シートの底面側に電磁波が漏れることを抑制できる。また、導電体層の厚さを実質的に無視できる程度とすれば、段差１８０の高さは保護層の厚さと同一としてもよい。

このため、導電体層の厚さと保護層の厚さとの和が無視できない程度の厚さである場合でも、クリップ部１５０において電磁波伝送シートの保護層の外側面と当接する第二電極１２０は、給電部１６０においてその内側面が導電体層の内側面と面一となる。

すなわち、段差１８０により、電磁波伝送シートが電磁波インターフェース装置１００に嵌め込まれた場合に、電磁波伝送シートが誘電体１４０に当接する箇所において、誘電体１４０と第二電極１２０との境界面と、不図示の電磁波伝送シートの第二電極１２０に対応する導電体層と誘電体層との境界面と、が面一に揃うこととなる。

また、第三電極１１０に近接して誘電体１４０の中に埋め込まれた第一電極２７０により、不図示の電磁波伝送シートが電磁波インターフェース装置１００に嵌め込まれた場合に、電磁波伝送シートが誘電体１４０に当接する箇所において、誘電体１４０と第一電極２７０との境界面と、不図示の電磁波伝送シートの第一電極２７０に対応する導電体層と誘電体層との境界面と、が面一に揃うこととなる。

また、電磁波インターフェース装置１００の給電部１６０の三つの端面は、被覆導電体１３０で完全に覆われている。このため、被覆導電体１３０として例えば金属を用いると、不図示の電磁波伝送シートが電磁波インターフェース装置１００に嵌合する場合に、誘電体１４０を外部から視認することはできない。

すなわち、不図示の電磁波伝送シートが電磁波インターフェース装置１００に嵌合する場合に、誘電体１４０は外部への露出が完全に遮断されて、電磁波が電磁波インターフェース装置１００の端部から漏洩することが抑制される。これにより、誘電体１４０内を伝送される電磁波は、不図示の電磁波伝送シートへの導波路を除いてその進路が制限される。

また、被覆導電体１３０は、第三電極１１０と第二電極１２０とに電気的に接続される一方、第一電極２７０とは電気的に接続されない。このため、第一電極２７０と第二電極１２０とに給電された誘電体１４０内の電磁波は、電磁波インターフェース装置１００の端部に設けられた被覆導電体１３０で反射されることとなり、端部からの電磁波の漏洩や損失を低減できることとなる。

図２は、電磁波インターフェース装置１００の概要を説明する側面図である。図２においては、図１と同一の部位には同一の符号を伏して、説明の重複を避けるためにその説明を省略する。図２に示すように、同軸ケーブル２１０の外部導体２２０は、電磁波インターフェース装置１００の給電部１６０において、第二電極１２０に電気的に接続される。また、同軸ケーブル２１０の内部導体２３０は、電磁波インターフェース装置１００の給電部１６０において、第一電極２７０に電気的に接続される。なお、２３５は給電点であり、給電は図２における下方からに限定されず、右側や上方等任意の方向から電磁波インターフェース装置１００にコネクタを接続してもよい。

電磁波インターフェース装置１００は、第一電極２７０と第二電極１２０との間に配置された厚さＤ_２の誘電体１４０が、電磁波を伝送する機能を有する。誘電体１４０の厚さＤ_２は、クリップ部１５０において不図示の電磁波伝送シートを挟み込んだ場合に、電磁波伝送シートの二つの導電体層間の距離、すなわち電磁波伝送シートの誘電体層の厚さ、と同一である。また、電磁波インターフェース装置１００における誘電体１４０の配置（図２における上下方向配置位置）は、クリップ部１５０において不図示の電磁波伝送シートを挟み込んだ場合に、電磁波伝送シートの誘電体層の配置と一致する。

また、図２において第一電極２７０は、その内側面（図２における下側面）と第三電極１１０とが、電磁波伝送シートにより定まる距離Ｄ_１だけ離間するように、第三電極１１０に対向して給電部１６０に配置される。第三電極１１０と第一電極２７０との間は、誘電体１４０と同一の物質であってもよい。また、第三電極１１０と第一電極２７０との間に、距離Ｄ_１に対応する厚さを有する樹脂性のスペーサを配置してもよい。

第一電極２７０が第三電極１１０と距離Ｄ_１だけ離間して給電部１６０に配置されることにより、不図示の電磁波伝送シートをクリップ部１５０で挟み込んだ場合に、第一電極２７０の内側面と、第一電極２７０に対応する電磁波伝送シートの導電体層の下側面と、の間での段差がなく面一に整合することとなる。すなわち、クリップ部１５０に嵌合する電磁波伝送シートにより定まる距離Ｄ_１は、電磁波伝送シートの上面から上面側導電体層の底面までの距離に対応する。

また、図２に示すように第二電極１２０は、給電部１６０とクリップ部１５０との間に、段差１８０を有する。段差１８０の高さＤ_３は、不図示の電磁波伝送シートの底面から底面側導電体層の上面までの距離に対応する。

図２に示すように高さＤ_３の段差１８０により、不図示の電磁波伝送シートをクリップ部１５０で挟み込んだ場合に、給電部１６０における第二電極１２０の上面と、電磁波伝送シートの第二電極１２０に対応する導電体層の上面と、の間での段差がなく面一に整合することとなる。また、段差１８０は、第二電極１２０の内面側（誘電体１４０側）にあればよく、第二電極１２０の底面側（図２の下面側）の形状を限定するものではない。

なお、電磁波インターフェース装置１００の段差１８０は、矩形状であってもよいしスロープ状や階段状等任意の形状に形成してもよい。また、電磁波インターフェース装置１００の段差１８０は、電磁波インターフェース装置１００に嵌合させる電磁波伝送シートの嵌合部形状に整合する任意形状としてもよい。

電磁波インターフェース装置１００は、電磁波伝送シートをクリップ部１５０で挟み込んだ場合に、電磁波インターフェース装置１００と電磁波伝送シートとの接続部分において電磁波を伝送する導波路に段差や空隙がなく、滑らかかつ連続した導波路となる。また、電磁波インターフェース装置１００の端部は第一電極２７０と電気的に絶縁された被覆導電体１３０で覆われているので、誘電体１４０が大気に暴露されることがなく、誘電体１４０から大気中への電磁波の漏洩を抑制できる。

被覆導電体１３０は、第二電極１２０と第三電極１１０と電気的に接続されるので、電磁波インターフェース装置１００の端部において電磁波を反射する。従って、電磁波インターフェース装置１００は、高効率かつ安全に電磁波伝送シートと電磁波の入出力をすることが可能である。

ここで、電磁波インターフェース装置１００と嵌合する電磁波伝送シートについて簡略に説明する。図３は、電磁波伝送シート３０１の概要構成を説明する模式図である。図３（ａ）が電磁波伝送シート３０１の平面図であり、図３（ｂ）が電磁波伝送シート３０１のＸ−Ｘ´断面図である。図３に示すように、電磁波伝送シート３０１は、メッシュ状の導電体３１１を含む第一導電体層３７０と、これに略平行な平板状の第二導電体層３２１と、を備えている。

電磁波伝送シート３０１は、第一導電体層３７０と第二導電体層３２１との間に、狭間領域３３１を備え、第一導電体層３７０の外側（図３（ｂ）において上側）に、第一保護層３６０を備える。なお、第一保護層３６０の外側には電磁波が進出する浸出領域３４１があってもよい。第一保護層３６０は必ずしも必要ではないが、第一保護層３６０を備えることにより、第一導電体層３７０が大気や水分等に暴露されることを防止するので、電磁波伝送シート３０１の耐久性や信頼性を向上させることができる。

また、電磁波伝送シート３０１は、第二導電体層３２１の外側（図３（ｂ）において下側）に、第二保護層３５０を備える。第二保護層３５０は必ずしも必要ではないが、第二保護層３５０を備えることにより、第二導電体層３２１が大気や水分等に暴露されることを防止するので、電磁波伝送シート３０１の耐久性や信頼性を向上させることができる。

また、メッシュ状の導電体３１１のメッシュ間隔を小さくすれば、浸出領域３４１を低減させて電磁波伝送シート３０１からの漏洩電磁波を抑制することが可能である。一方で、メッシュ状の導電体３１１のメッシュ間隔を小さくすれば、第一保護層３６０の上部に載置するタイプの電磁波インターフェース装置との間で、電磁波の入出力効率が低下することとなる。このため、全体として損失を低減した電磁波伝送を実現する電磁波伝送システムとするためには、メッシュ状の導電体３１１のメッシュ間隔を比較的小さくすると共に、クリップタイプの電磁波インターフェース装置を用いることが好ましい。

なお、図３において、第一導電体層３７０は、正方形のメッシュ状の導電体３１１で形成されており、狭間領域３３１に充填される誘電体が透明である場合には、導電体３１１の正方形空間部から第二導電体層３２１が透けて見える。また、第一導電体層３７０において、メッシュ状の導電体３１１が存在する部分（すなわち配線部分）を除く正方形のメッシュ空間部には、狭間領域３３１に充填される誘電体と同一の誘電体を充填してもよいし、第一保護層３６０と同一の樹脂等を充填してもよい。

また、メッシュ状の導電体３１１において、メッシュの繰り返し単位（すなわちメッシュ間隔）は、横に隣り合う正方形の中心同士の距離に等しい。狭間領域３３１と浸出領域３４１とは、いずれも気体としてもよく、いずれか一方もしくは両方もしくはそれらの一部分を、各種の誘電体としたり液体としたり真空としたりしてもよい。

第一導電体層３７０と第二導電体層３２１の外形は、いずれもシート状（布状、紙状、箔状、板状、膜状、フィルム状、メッシュ状など、面として一定の広がりを有し厚さが薄いもの）である。

従って、たとえば、部屋の壁を本実施形態の電磁波伝送シート３０１とする場合には、まず第二導電体層３２１として金属箔を壁に貼り付け、つぎに絶縁体を吹き付けてから、第一導電体層３７０として金属の網を貼り付け、さらに絶縁体の壁紙を貼り付ければよい。このように形成した電磁波伝送シート３０１は、電磁波伝送シート３０１に開けたスルーホールの辺縁部に電磁波インターフェース装置をクリップ固定して、電磁波の入出力を可能としてもよい。

また、導電性インクや導電性ゴムを利用し、必要に応じて適宜模様を描きながらこれらを塗装したり吹き付けたりすることによって、第一導電体層３７０や第二導電体層３２１を形成することができる。

上述のように、電磁波伝送シート３０１において、第一導電体層３７０と第二導電体層３２１とに挟まれる狭間領域３３１を伝播する電磁波モードについて以下簡単に説明する。仮に、第一導電体層３７０がメッシュ状の導電体３１１ではなく、薄い板状の導電体等から形成されており開孔がない構造である場合には、電磁波は狭間領域３３１内に完全に閉じ込められる。

一方、図３に示す第一導電体層３７０は、メッシュ状の導電体３１１を有するので、導電体３１１の開孔部分がある。このようなメッシュ形状では、メッシュの間隔と同程度の高さにまで、電磁場が染み出すことが知られている。

ここで、メッシュの繰り返しの単位寸法、すなわちメッシュ間隔は、狭間領域３３１における電磁波の波長より十分に短いことが好ましい。典型的には、電磁波の波長λに対して、λ／５以下、好ましくはλ／１０〜λ／１００、さらに好ましくはλ／１００〜λ／１０００などのメッシュ間隔を有する導電体３１１を利用することができる。

しかし、電磁波伝送シート３０１の適用分野に応じて、適宜メッシュ間隔を変更してもよい。また、現実の素材を適宜組み合わせて実験やシミュレーションを行い、所望の電磁波の強度や効率となるようにメッシュ間隔を適宜設計してもよい。浸出領域３４１においては、第一導電体層３７０の表面から外側（図３（ｂ）における上方）への距離に応じて、指数関数的に電磁波の強度が減衰する。

また、電磁波伝送シート３０１を２つ用意して、それぞれ浸出領域３４１が重なるように配置すれば、２つの電磁波伝送シート３０１の間で、電磁場を介した電力や情報の伝送を行うことが可能となる。たとえば、一方の電磁波伝送シート３０１を、部屋の壁紙として壁面に貼り付け、他方の電磁波伝送シート３０１を、この「壁紙」を介した電磁波伝送を行うためのインターフェース装置やコネクタの一種として利用してもよい。

この場合、それぞれの電磁波伝送シート３０１のメッシュの間隔や形状は、互いに異なるものとしてもよいし、同一としてもよい。このほか、一方の電磁波伝送シート３０１には第１の電磁波インターフェース装置や通信機器を有線結合もしくは近接結合により接続し、他方の電磁波伝送シート３０１には第２の電磁波インターフェース装置や通信機器を有線結合もしくは近接結合により接続してもよい。

そして、２つの電磁波伝送シート３０１の浸出領域３４１を重ねれば、第１の電磁波インターフェース装置や通信機器と、第２の電磁波インターフェース装置や通信機器と、の間で、電力や情報を伝送することが可能となる。なお、電磁波による電力伝送をする場合には、比較的大きなエネルギーが伝送されることとなるので、特に電磁波の漏洩や安全性、損失の低減に対する配慮や施策が必要となる。

図３（ｂ）において、電磁波伝送シート３０１の上面と、狭間領域３３１と第一導電体層３７０との境界面と、の距離をｄ_１とする。この場合に、距離をｄ_１は、図２に説明する距離Ｄ_１に相当する。

また、図３（ｂ）において、狭間領域３３１と第一導電体層３７０との境界面と、狭間領域３３１と第二導電体層３２１との境界面と、の距離をｄ_２とする。この場合に、距離ｄ_２は、図２に説明する厚さＤ_２に相当する。

また、図３（ｂ）において、狭間領域３３１と第二導電体層３２１との境界面と、電磁波伝送シート３０１の底面（図３（ｂ）の下面）と、の距離をｄ_３とする。この場合に、距離ｄ_３は、図２に説明する距離Ｄ_３に相当する。

なお、電磁波インターフェース装置１００は、誘電体１４０と狭間領域３３１とが厚さと配置とにおいて整合するとの上述した関係を充足する限り、電磁波伝送シート３０１の表裏に拘わらず挟み込み嵌合することが可能である。この場合においても、電磁波インターフェース装置１００は、高効率かつ安全に電磁波の入出力をすることが可能となる。

また、電磁波インターフェース装置１００は、自然状態において上述した電磁波伝送シート３０１との関係を充足する必要はなく、電磁波伝送シート３０１と嵌合した状態で上述した関係を充足すればよい。例えば、クリップ部１５０は、自然状態において二つの電極間の間隔を比較的狭くしてもよい。これにより、電磁波伝送シート３０１と嵌合した状態で、クリップ部１５０が所望の保持力を発揮することが可能となる。

また、電磁波伝送シート３０１と誘電体１４０との当接箇所において、誘電体１４０と電磁波伝送シート３０１の誘電体層（狭間領域３３１に相当）とが、厚さと配置とにおいて整合するとは、必ずしも物理的に一体的に接合することに限定されない。電磁波の波長との関係において、電磁波の伝搬上損失が顕在化しない程度の位置ずれや厚さ相違は許容される。

また、電磁波インターフェース装置１００の段差１８０は、第二電極１２０の内面側、すなわち誘電体１４０側において設けられていればよい。従って、第二電極１２０の外面側、すなわち誘電体１４０と異なる側において、第二電極１２０の形状は任意であり、例えば給電部１６０において、段差１８０に相当する厚さだけ第二電極１２０の厚さが増大する構成としてもよい。

（第二の実施形態）
図４は、本発明の第二の実施形態にかかる電磁波インターフェース装置４００の概要を説明する模式図である。図４においては、図１と図２とに対応する部位には対応する符号を伏して、説明の重複を避けるために簡略に説明することとする。

図４に示すように、電磁波インターフェース装置４００は、ＳＭＡコネクタ４９０により電磁波が給電される。ＳＭＡコネクタ４９０の芯線は、第一電極４７０に電気的に接続される。

また、ＳＭＡコネクタ４９０の外部導体は、第二電極４２０と第三電極４１０とに電気的に接続される。また、第一電極４７０は、第二電極４２０と第三電極４１０とは電気的に絶縁される。

電磁波インターフェース装置４００は、給電部１６０において、第一電極４７０と第二電極４２０との間に、厚さＤ_２の誘電体４４０を備える。また、電磁波インターフェース装置４００は、給電部１６０とクリップ部１５０との境界付近に、クリップ部１５０に向けてスロープ状の高さＤ_３の段差４８０を備える。

また、電磁波インターフェース装置４００の端部においては、電磁波伝送シート４０１が嵌め込まれた状態で誘電体４４０が外部に暴露されないように、誘電体４４０が不図示の被覆導電体で覆われている。また、不図示の被覆導電体は、第二電極４２０と第三電極４１０と電気的に接続される一方で、第一電極４７０とは絶縁されているので電磁波を反射する。

また、電磁波インターフェース装置４００に嵌め込まれる電磁波伝送シート４０１は、スロープ状の段差４８０に整合する形状の第二保護層４５０と第二導電体層４２１とを備える。また、電磁波伝送シート４０１は、メッシュ状の導電体４１１が埋め込まれた第一保護層４６０を備える。

図４に示すように、電磁波伝送シート４０１の第一導電体層４１１を含めた第一保護層４６０の厚さｄ_１と、電磁波インターフェース装置４００の誘電体４４０上面と第三電極４１０底面との距離Ｄ_１と、が等しい。

また、図４に示すように、電磁波伝送シート４０１の誘電体層４３１の厚さｄ_２と、電磁波インターフェース装置４００の誘電体４４０の厚さＤ_２と、が等しい。

また、図４に示すように、電磁波伝送シート４０１の第二導電体層４２１と第二保護層４５０との合計厚さｄ_３と、電磁波インターフェース装置４００の誘電体４４０底面とクリップ部１５０における第二電極４２０上面との距離Ｄ_３と、が等しい。

このため、電磁波インターフェース装置４００に、電磁波伝送シート４０１を嵌め込んだ場合に、電磁波伝送シート４０１と誘電体４４０との当接箇所において、誘電体４４０と誘電体層４３１とが、厚さと配置とにおいて整合する。従って、電磁波インターフェース装置４００から電磁波伝送シート４０１へと伝送される電磁波は、両者の接合部分において漏洩や損失等が低減されるので、スムースかつ低損失に電磁波が伝送されることとなる。特に、電磁波伝送シート４０１の保護層の厚さが比較的大きな場合、すなわちｄ_１やｄ_３が比較的大きな場合、においても、電磁波は、両者の接合部分において漏洩や損失等が低減され、スムースかつ低損失に電磁波が伝送される。

なお、電磁波インターフェース装置４００は、自然状態において上述した電磁波伝送シート４０１との関係を充足する必要はなく、電磁波伝送シート４０１と嵌合した状態において上述した関係を充足すればよい。さらには、電磁波インターフェース装置４００は、電磁波伝送シート４０１と嵌合した状態で電磁波を現実に伝送する場合において、上述した関係を充足すれば足りる。

また、電磁波伝送シート４０１と誘電体４４０との当接箇所において、誘電体４４０と誘電体層４３１とが、厚さと配置とにおいて整合するとは、必ずしも物理的に一体的に接合することに限定されない。電磁波の波長との関係において、電磁波の伝搬上損失が顕在化しない程度の位置ずれや厚さ相違は許容される。

また、電磁波インターフェース装置４００の段差４８０は、第二電極４２０の内面側、すなわち誘電体４４０側において設けられていればよい。従って、段差４８０は、第二電極４２０の外面側、すなわち誘電体４４０と異なる側における、第二電極１２０の形状を限定するものではない。

（シミュレーション結果）
次に、シミュレーションにより高効率かつ低損失な電磁波インターフェース装置のリターンロスＳ１１を算出した。図５は、シミュレーションに用いた電磁波インターフェース装置５００の概要を説明する図である。

図５（ａ）が電磁波インターフェース装置５００の正面図であり、図５（ｂ）が電磁波インターフェース装置５００の平面図であり、図５（ｃ）が電磁波インターフェース装置５００の側面図である。なお、図５（ａ）は、電磁波伝送シート５０１の嵌合側から見た図である。また、図５（ｃ）では説明の便宜上、電磁波伝送シート５０１の側面図も併記している。

図５において、電磁波インターフェース装置５００には、上述した電磁波インターフェース装置１００，４００と対応する部位には対応する符号を付す。また、電磁波インターフェース装置５００は、上述した電磁波インターフェース装置１００，４００が各々備える電磁波伝送シート３０１，４０１との関係を全て備えている。そこで、以下に電磁波インターフェース５００について図５を参照しながら簡略に説明する。

電磁波インターフェース装置５００は、第一電極５７０と第二電極５２０と第三電極５１０とを備える。第一電極５７０は、第二電極５２０と第三電極５１０とから絶縁されている。

同軸ケーブルの内部導体５３７は第一電極５７０に電気的に接続され、同軸ケーブルの外部導体５３６は第二電極５２０に電気的に接続される。なお、５３５は給電点である。

また、誘電体５４０の周囲は、電磁波伝送シート５０１と当接する部位を除いて、電磁波インターフェース装置５００の端部において、被覆導電体５３０により覆われている。被覆導電体５３０は、金属角棒を配置した外側をハンダで被覆するものでもよい。

また、給電点５３５は給電部１６０に設けられ、電磁波伝送シート５０１はクリップ部１５０に嵌合される。図５（ｂ）と図５（ｃ）とにアルファベット等で示した電磁波インターフェース装置５００の各寸法は、それぞれ図７（ｂ）に説明している。図７は、シミュレーションに用いた電磁波インターフェース装置５００と電磁波伝送シート５０１との各パラメータを示す図である。

図５（ｃ）に示すように、第二電極５２０の内面側には、段差５８０が設けられている。また、誘電体５４０は、電磁波伝送シート５０１と当接する部位において、誘電体層５３１と、位置関係と厚さとにおいて実質的に一致して整合する。このため、誘電体５４０から誘電体層５３１へと電磁波が伝送される場合に、誘電体５４０と誘電体層５３１とが、電磁波の波長の観点から連続的ないわば導波路を形成することとなる。

また、図６は、シミュレーションで使用した電磁波伝送シート５０１に電磁波インターフェース装置５００を嵌合させた状態を説明する平面図である。図６に示すように、電磁波伝送シート５０１は９１ミリメートル四方であり、メッシュ周期が３ミリメートルで線幅が１ミリメートのメッシュ状の導電体５１１を備える。また、図７（ａ）には、電磁波伝送シート５０１の各パラメータを説明している。

図６において、電磁波伝送シート５０１の３つの辺縁部５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃには、電磁波の反射を低減するように終端処理をした。終端処理は、例えば、導体板と抵抗とを組み合わせた電磁波吸収部材を辺縁部に設ければよい。また、例えば導体板をメッシュ状の導電体層６１１（メッシュ状の導電体５１１が存在する層）の辺縁部上に載置するのみでもよい。また、電磁波吸収部材は、電磁波伝送シート５０１の辺縁部に電磁波を吸収する材料を埋め込んでその上下を導体板で被覆する構造としてもよい。

終端処理により、電磁波伝送シート５０１の３つの辺縁部５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃにおける電磁波の反射が抑制されるので、電磁波伝送シート５０１内において予期せぬ定在波の発生を抑制することが可能である。終端処理により、電磁波伝送シート５０１は、安定した電磁波の伝送が可能となる。

また、電磁波伝送シート５０１の辺縁部５０１ｄには、電磁波インターフェース装置５００が嵌合する部位を除いて、電磁波を反射するシールドを設けてある。電磁波を反射するシールドは、例えば一対の対向した導電体層のうちの一方の導電体と電気的に接続された導体板を、他方の導電体と絶縁された状態で、該他方の導電体の外側面（例えば他方の導電体の保護層の外側面等）に載置することとできる。具体的には、例えば第二導電体層５２１と電気的に接続された金属板を、電磁波伝送シート５０１の上面に載置こととしてもよい。また、電磁波を反射するシールドは、例えば一対の対向した導電体層の両方の導電体と電気的に接続された導体板を、いずれか一方の導電体の外側面（例えば導電体の保護層の外側面等）に載置してもよい。

電磁波伝送シート５０１の辺縁部５０１ｄに設けられた電磁波を反射するシールドにより、電磁波インターフェース装置５００から電磁波伝送シート５０１に入力される電磁波が、辺縁部５０１ｄで吸収されることがなく、伝送されることとなる。従って、電磁波伝送シート５０１の辺縁部５０１ｄに設けられたシールドにより、電磁波伝送シート５０１内の電磁波の不要輻射を抑制することが可能となるので、低損失で高効率な電磁波の伝送が可能となる。

また、図７（ａ）に示すように、電磁波伝送シート５０１の第二導電体層５２１の外側面（底面）に設けられた第二保護層５５０の厚さは、２５０ミクロンである。一方で、電磁波インターフェース装置５００の第二電極５２０の段差５８０（ｈ_３）は、２５０ミクロンである。

このシミュレーションでは、第二導電体層５２１の厚さは、実質的に無視できる程度の厚さであるとしたことから、電磁波伝送シート５０１と電磁波インターフェース装置５００とを嵌合させた場合に、誘電体層５３１の底面と誘電体５４０の底面とが面一に一致することとなる。

また、シミュレーションでは、第一電極５７０の厚さ（ｈ_１）は２００ミクロンとした。第一電極５７０の厚さ（ｈ_１）は、電磁波伝送シート５０１の第一導電体５１１を含む第一保護層５６０の厚さ２５０ミクロンより小さい。このため、第三電極５１０が平板状である場合に、第一電極５７０と第三電極５１０との間隔をスペーサ等で適宜調整すれば、誘電体５４０の上面と誘電体層５３１の上面とを一致させることが可能となる。
シミュレーションにおいては、スペーサは厚さ５０ミクロン（２５０−２００ミクロン）としており、第一導電体５１１の厚さ（メッシュ状の導電体層６１１の厚さに相当）は、第一保護層５６０の厚さに含まれるものとした。また、図５（ｃ）に示すように、誘電体５４０の厚さと誘電体層５３１の厚さとは、共にｈ_２であり同一である。

図８は、周波数をパラメータとして横軸にとり、電磁波インターフェース装置５００の給電点５３５からみたリターンロスＳ１１を縦軸とした計算結果を示す図である。電磁波は、電磁波インターフェース装置５００の給電点５３５から電磁波伝送シート５０１方向へと伝送される。図８から明らかなように、電磁波伝送シート５０１に電磁波インターフェース装置５００を嵌合させた場合に、５．８ギガヘルツ付近においてリターンロスＳ１１が充分に小さいことが理解できる。

さらに、図６に示すように、電磁波伝送シート５０１に電磁波インターフェース装置５００を嵌合させた電磁波伝送システム６００から空中への漏洩電力は、５．８ギガヘルツにおいて、０．４６％であった。この値は、従来知られている漏洩電力より一桁程度小さい値であり、電磁波伝送システム６００は、極めて漏洩電力が小さく高効率かつ低損失で安全な電磁波伝送が実現できていることが判った。

また、電磁波インターフェース装置５００内部での電磁波の半波長（λ／２）は、約２０ミリメートルである一方で、第三電極５１０の横幅Ｂは２４ミリメートルである。すなわち、第三電極５１０の横幅Ｂは、電磁波インターフェース装置５００内部での電磁波の半波長（λ／２）に略等しい値ということができ、この場合には比較的低損失となる。例えば、比較的低い周波数の電磁波を伝送する場合には、第三電極５１０の横幅Ｂを比較的長くすれば高効率な伝送が行える。また、第二電極５２０も、第三電極５１０と同様に、電磁波インターフェース装置５００内部での電磁波の半波長（λ／２）に略等しい値とすることで、比較的低損失な伝送が可能となる。

上述した電磁波インターフェース装置１００，４００，５００と電磁波伝送シート３０１，５０１と電磁波伝送システム６００とは、各実施形態における説明に限定されるものではなく、自明な範囲でその構成を適宜変更し、自明な範囲で動作及び処理を適宜変更して用いることとできることは当業者に容易に理解されるところである。

本発明は、シート状の電磁波伝送媒体に電磁波を入出力する電磁波インターフェースと電磁波伝送システム等に幅広く利用できる。

１００・・電磁波インターフェース装置、１１０・・第三電極、１２０・・第二電極、１３０・・被覆導電体、１４０・・誘電体、１５０・・クリップ部、１６０・・給電部、１８０・・段差、２７０・・第一電極。

Claims

第一電極と、前記第一電極と対向する第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に配置された誘電体と、を備える給電部と、
前記第二電極と、前記第一電極の前記第二電極と異なる側に対向して配置された第三電極と、の間に電磁波伝送シートの辺縁部を挟むクリップ部とを備え、
前記給電部において、前記第一電極と前記第二電極とに給電される
ことを特徴とする電磁波インターフェース装置。
請求項１に記載の電磁波インターフェース装置において、
前記クリップ部で前記電磁波伝送シートの辺縁部を挟んだ場合に、
前記クリップ部における前記第二電極と前記第三電極との間隔は、前記給電部における前記第一電極と前記第二電極との間隔よりも、
前記電磁波伝送シートの二つの導電体層の厚さ合計と、前記導電体層の外面側の保護層の厚さ合計と、の和に相当する間隔だけ大きい
ことを特徴とする電磁波インターフェース装置。
請求項１または請求項２に記載の電磁波インターフェース装置において、
前記クリップ部で前記電磁波伝送シートの辺縁部を挟んだ場合に、
前記電磁波伝送シートと前記電磁波インターフェース装置の前記誘電体との当接部において、
前記第一電極と、前記電磁波伝送シートの二つの導電体層のうちいずれか一方の導電体層と、は内面側において一平面であり、前記第一電極と前記第二電極との間隔は、前記電磁波伝送シートの二つの導電体層の間隔に略等しい
ことを特徴とする電磁波インターフェース装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電磁波インターフェース装置において、
前記第二電極は、前記給電部と前記クリップ部との間に、前記電磁波伝送シートの二つの導電体層のうち少なくともいずれか一方の導電体層の厚さと、該一方の導電体層の外面側に設けられた保護層の厚さと、の和に相当する段差を有する
ことを特徴とする電磁波インターフェース装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電磁波インターフェース装置において、
前記クリップ部で前記電磁波伝送シートの辺縁部を挟んだ状態で前記誘電体が露出しないように、前記電磁波インターフェース装置の端面は、前記誘電体を被覆する被覆導電体で覆われるとともに、
前記電磁波インターフェース装置の端面において電磁波が反射されるように、前記被覆導電体は、前記第二電極と前記第三電極とに電気的に接続される
ことを特徴とする電磁波インターフェース装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の電磁波インターフェース装置において、
前記給電部において、給電方向に垂直な方向における前記第二電極の幅と前記第三電極の幅とは、前記給電部から給電される電磁波の波長の略１／２の長さである
ことを特徴とする電磁波インターフェース装置。
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の電磁波インターフェース装置と、
該電磁波インターフェース装置を嵌合させた場合に、前記誘電体と厚さ及び配置において整合する誘電体層を備える電磁波伝送シートと、を嵌合させた
ことを特徴とする電磁波伝送システム。