JPWO2014087748A1 - 電界結合用電極、通信装置、並びに通信システム - Google Patents

Abstract

電極同士の電界結合を高効率化し、装置の小型化を実現した、電界結合方式の優れた通信装置、通信システム、並びに電極を提供する。通信装置１００は、２枚の導体平板からなる電極部１１０に対して、直列に接続される第１の共振回路１２１と、直列接続された電極部１１０及び第１の共振回路１２１に対して並列に接続される第２の共振回路１２２を備えている。電極部１１０に印加される電圧Ｖ２が直列接続された電極部１１０及び第１の共振回路１２１に印加される電圧Ｖ１よりも大きくなるように、共振回路の定数が決定され、目的の周波数で非常に結合強度の大きい電界結合用電極を得る。

Description

本明細書で開示する技術は、人体通信や非接触通信、ワイヤレス電力伝送などに利用される電界結合用電極、並びに、電界結合により人体通信や非接触通信、ワイヤレス電力伝送などを行なう通信装置、通信システム、並びに、人体通信や非接触通信、ワイヤレス電力伝送などに用いる電極に関する。

現在、人体通信や非接触通信など、短い距離で無線データ伝送を行なう通信システムについて開発が進められている。この種の通信システムは、ワイヤレスで簡易に通信を行なえることや、傍受される危険が極めて少ないなどの特徴がある。

このうち、人体通信は、人体を通信経路の媒体とするので、ユーザーがタッチするという分かり易いインターフェースで通信が可能になる。また、人体通信は、人体近傍における通信を目的としていることから、遠方まで電波を飛ばす必要がなく、消費電力が小さいというメリットもある。

従来の人体通信は主に、人体内で電流信号を伝送する電流方式と、人体に印加した電界により信号を伝送する電界方式の２方式に大別される。前者の電流方式では、送信機及び受信機それぞれの電極を人体に直接接触させる必要がある。このため、ユーザーに不快感を与える、発汗などにより皮膚と電極の接触状態が変化し、通信が安定しない、などの欠点がある。一方、後者の電界方式の場合、人体と送信機及び受信機の電極の間を非接触にしても、人体に電界を励起して通信を行なうことが可能であり、用途の幅が広がるという利点がある。

例えば、第１通信装置と第２通信装置の電極間以外にはほとんど電界が生じないように構成して、人体通信が意に反して開始される可能性を低減した人体通信システムについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

また、電子機器が人体側電極と外側電極を有し、人体側電極と外側電極間のインピーダンスが電界結合で用いる周波数において極大となるように構成して、静電気で帯電した状態でも静電気による影響を受け難く、且つ十分な性能を維持できるようにした人体通信システムについて提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。

電界方式の人体通信システムにおいて、さらなる品質向上を考えると、送信機及び受信機の電極同士で、人体を介してもさらに高効率の電界結合を実現する必要がある、と本出願人は思料する。また、人体を介した電極同士の電界結合が大きくなれば、その分、送信機及び受信機の電極を小型化することができる、という利点がある。

高効率の電界結合が要求されることや、電界結合を大きくすることで装置を小型化できるという考え方は、人体通信に限らず、電界結合方式の非接触通信システムやワイヤレス電力伝送システムにも当てはまる。

本明細書で開示する技術の目的は、人体通信や非接触通信、ワイヤレス電力伝送などに好適に利用することができる、優れた電界結合用電極、並びに電界結合により人体通信や非接触通信、ワイヤレス電力伝送などを実現することができる、優れた通信装置、通信システムを提供することにある。

本明細書で開示する技術のさらなる目的は、電極同士の電界結合を高効率化し、装置の小型化を実現することができる、優れた電界結合用電極、電界結合方式の優れた通信装置、並びに通信システムを提供することにある。

本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の技術は、
一対の電極端子からなる電極部と、
入力電圧Ｖ１よりも前記電極部に印加される電圧Ｖ２を大きくする共振回路部と、
を具備する電界結合用電極である。

本願の請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載の電界結合用電極の前記共振回路部は、前記電極部に直列に接続された第１の共振回路と、直列接続された前記電極部及び前記第１の共振回路に対して並列に接続された第２の共振回路を備えている。

本願の請求項３に記載の技術によれば、請求項２に記載の電界結合用電極の前記第１の共振回路は少なくとも１つのインダクターを含んでいる。また、前記第２の共振回路は少なくとも１つのインダクター又はコンデンサーを含んでいる。そして、目的の周波数でＶ２＞Ｖ１を保つように、前記第１の共振回路及び前記第２の共振回路に含まれるインダクター又はコンデンサーの定数が設定されている

本願の請求項４に記載の技術によれば、請求項２に記載の電界結合用電極の前記共振回路部は、前記電極部に直列に接続されたコンデンサーをさらに備え、直列共振構造を有している。

また、本願の請求項５に記載の技術は、
一対の電極端子からなる電極部と、
通信信号を処理する通信処理部と、
前記通信処理部からの出力電圧又は前記通信処理部への入力電圧Ｖ１よりも前記電極部に印加される電圧Ｖ２を大きくする共振回路部と、
を具備する通信装置である。

また、本願の請求項６に記載の技術は、
請求項５に記載の２台の通信装置の前記電極部同士を通信経路の媒体を介して対向させて、電界結合方式により通信を行なう通信システムである。

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。

本願の請求項７に記載の技術によれば、請求項６に記載の通信システムにおいて、前記通信経路の媒体は、人体、誘電体、又は導電体である。

また、本願の請求項８に記載の技術は、
請求項５に記載の２台の通信装置の前記電極部同士を近距離で配置して、電界結合方式により通信を行なう通信システムである。

本願の請求項９に記載の技術によれば、請求項６又は８に記載の通信システムは、ワイヤレス電力伝送に利用される。

本明細書で開示する技術によれば、電極同士の電界結合を高効率化し、装置の小型化を実現することができる、優れた電界結合用電極、電界結合方式の優れた通信装置、並びに通信システムを提供することができる。

本明細書で開示する技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

図１は、本明細書で開示する技術の一実施形態に係る通信装置１００の構成を示した図である。 図２は、同様の構成となる通信装置１００及び通信装置２００の組み合わせで構成される通信システム１を示した図である。 図３は、通信装置１００の電極部１１０が単体で電界ベクトルを形成する様子を示した図である。 図４は、通信装置１００の電極部１１０と通信装置２００の電極部２１０間で電界ベクトルを形成する様子を示した図である。 図５は、電極部１１０に印加される電圧Ｖ２と、通信処理部１３０から入力される電圧Ｖ１の電圧比Ｖ２／Ｖ１を、回路シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．６７μＨ、Ｌ２＝０．３μＨ）。 図６は、電極部１１０に印加される電圧Ｖ２と、通信処理部１３０から入力される電圧Ｖ１の電圧比Ｖ２／Ｖ１を、回路シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．６７μＨ、Ｌ２＝０．２μＨ）。 図７は、電極部１１０に印加される電圧Ｖ２と、通信処理部１３０から入力される電圧Ｖ１の電圧比Ｖ２／Ｖ１を、回路シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．７０μＨ、Ｌ２＝０．１μＨ）。 図８は、電極部１１０に印加される電圧Ｖ２と、通信処理部１３０から入力される電圧Ｖ１の電圧比Ｖ２／Ｖ１を、回路シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．７３μＨ、Ｌ２＝０．０５μＨ）。 図９は、共振構造を有する２つの電極部１１０を人体モデル上に設置したときの送信側及び受信側の電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を３次元電磁界シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．６７μＨ、Ｌ２＝０．３μＨ）。 図１０は、共振構造を有する２つの電極部１１０を人体モデル上に設置したときの送信側及び受信側の電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を３次元電磁界シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．６７μＨ、Ｌ２＝０．２μＨ）。 図１１は、共振構造を有する２つの電極部１１０を人体モデル上に設置したときの送信側及び受信側の電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を３次元電磁界シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．７０μＨ、Ｌ２＝０．１μＨ）。 図１２は、共振構造を有する２つの電極部１１０を人体モデル上に設置したときの送信側及び受信側の電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を３次元電磁界シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．７３μＨ、Ｌ２＝０．０５μＨ）。 図１３は、電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の３次元電磁界シミュレーションに用いた解析モデルを示した図である。 図１４は、電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の３次元電磁界シミュレーションに用いた解析モデルを示した図である。 図１５は、図５〜図８に示した電圧比Ｖ２／Ｖ１と図９〜図１２に示した結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の関係を示した図である。 図１６は、本明細書で開示する技術の他の実施形態に係る通信装置１６００の構成を示した図である。 図１７は、電極部１６１０に印加される電圧Ｖ２と、通信処理部１３０から入力される電圧Ｖ１の電圧比Ｖ２／Ｖ１を、回路シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．７６μＨ、Ｃ１＝０．１ｐＦ）。 図１８は、電極部１６１０に印加される電圧Ｖ２と、通信処理部１３０から入力される電圧Ｖ１の電圧比Ｖ２／Ｖ１を、回路シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．８８μＨ、Ｃ１＝１００ｐＦ）。 図１９は、電極部１６１０に印加される電圧Ｖ２と、通信処理部１３０から入力される電圧Ｖ１の電圧比Ｖ２／Ｖ１を、回路シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．８５μＨ、Ｃ１＝２００ｐＦ）。 図２０は、電極部１６１０に印加される電圧Ｖ２と、通信処理部１３０から入力される電圧Ｖ１の電圧比Ｖ２／Ｖ１を、回路シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．８３μＨ、Ｃ１＝３００ｐＦ）。 図２１は、共振構造を有する２つの電極部１６１０を人体モデル上に設置したときの送信側及び受信側の電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を３次元電磁界シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．７６μＨ、Ｃ１＝０．１ｐＦ）。 図２２は、共振構造を有する２つの電極部１６１０を人体モデル上に設置したときの送信側及び受信側の電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を３次元電磁界シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．８８μＨ、Ｃ１＝１００ｐＦ）。 図２３は、共振構造を有する２つの電極部１６１０を人体モデル上に設置したときの送信側及び受信側の電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を３次元電磁界シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．８５μＨ、Ｃ１＝２００ｐＦ）。 図２４は、共振構造を有する２つの電極部１６１０を人体モデル上に設置したときの送信側及び受信側の電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を３次元電磁界シミュレーションした結果を示した図である（但し、Ｌ１＝０．８３μＨ、Ｃ１＝３００ｐＦ）。 図２５は、電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の３次元電磁界シミュレーションに用いた解析モデルを示した図である。 図２６は、図１７〜図２０に示した電圧比Ｖ２／Ｖ１と図２１〜図２４に示した結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の関係を示した図である。 図２７は、直列共振を生じる共振回路を用いた通信装置２７００の構成を示した図である。 図２８は、直列共振構造を有する２つの電極部２７１０を人体モデル上に設置したときの送信側及び受信側の電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を３次元電磁界シミュレーションした結果を示した図である。 図２９は、並列共振構造を有する２つの電極部１６１０を用いて構成される通信システムにおける、人体の有無に対する送信側及び受信側の電極間の電界分布の３次元電磁界シミュレーション結果を示した図（人体なしの場合）である。 図３０は、並列共振構造を有する２つの電極部１６１０を用いて構成される通信システムにおける、人体の有無に対する送信側及び受信側の電極間の電界分布の３次元電磁界シミュレーション結果を示した図（人体ありの場合）である。 図３１は、並列共振構造を有する２つの電極部１６１０を用いて構成される通信システムにおける、人体の有無に対する２つの電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を示した図である。 図３２は、図２５に示した電極モデルからなる２つの電極を２０ｍｍ間隔で左右に配置して構成される近距離通信システムを例示した図である。 図３３Ａは、図３２に示した近距離通信システムにおける、２つの電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の３次元電磁界シミュレーション結果を示した図である。 図３３Ｂは、図３２に示した近距離通信システムにおける、２つの電極間の電界分布の回路シミュレーション結果を示した図である。 図３４は、図２５に示した電極モデルからなる２つの電極を２０ｍｍ間隔で上下に配置して構成される近距離通信システムを例示した図である。 図３５Ａは、図３４に示した近距離通信システムにおける、２つの電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の３次元電磁界シミュレーション結果を示した図である。 図３５Ｂは、図３４に示した近距離通信システムにおける、２つの電極間の電界分布の回路シミュレーション結果を示した図である。 図３６は、共振構造の電極を利用した電磁界プローブ３６００を備えたノイズ測定装置の構成例を模式的に示した図である。 図３７は、マイクロストリップ・ライン構造の電磁界プローブ３６００のモデル全体の外観を示した図である。 図３８は、図３７に示した電磁界プローブ３６００のプローブ検出端の金属パターンのみを抽出した図である。 図３９は、図３７及び図３８に示した電磁界プローブ３６００の特性解析のモデルを示した図である。 図４０は、図３９に示した特性解析モデルにおける各ポートＰｏｒｔ１〜３の特性結果を示した図である。 図４１Ａは、電磁界プローブ３６００の共振周波数である１．５８ＧＨｚのマイクロストリップ・ライン３９００と電磁界プローブ３６００（全体）の電界強度分布を示した図である。 図４１Ｂは、電磁界プローブ３６００の共振周波数である１．５８ＧＨｚのマイクロストリップ・ライン３９００と電磁界プローブ３６００（プローブ検出端付近）の電界強度分布を示した図である。 図４２は、図３７及び図３８に示した電磁界プローブ３６００の他の特性解析のモデルを示した図である。 図４３は、図４２に示した特性解析における各ポートＰｏｒｔ１〜２の特性結果を示した図である。 図４４は、電磁界プローブ３６００と、インダクター部分をショートさせるとともにコンデンサー部分をオープンとした電磁界プローブと、ループ構造とした電磁界プローブとの、Ｓ２１特性の比較を示した図である。 図４５は、電磁界プローブの検出端の他の構成例を示した図である。 図４６は、電磁界プローブの検出端の他の構成例を示した図である。 図４７は、従来の人体通信システムの構成を模式的に示した図である。 図４８は、本明細書で開示する技術に係る通信システムを人体通信に適用した様子を示した図である。 図４９は、本明細書で開示する技術に係る通信システムを近距離通信に適用した様子を示した図である。 図５０は、送信側及び受信側の電極と人体との間隔ｄを変化させながら結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の３次元電磁界シミュレーションを行なった結果を示した図である。

以下、図面を参照しながら本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。

図１には、本明細書で開示する技術の一実施形態に係る通信装置１００の構成を示している。図示の通信装置１００は、電極部１１０と、共振回路部１２０と、通信処理部１３０を備えている。

電極部１１０は、対向して配置される第１の電極端子１１１と第２の電極端子１１２の組み合わせで構成される。図示の例では、２枚の導体平板で第１の電極端子１１１及び第２の電極端子１１２の組み合わせが構成されている。電極部１１０をコンデンサーとして捉えることができ、その容量をＣとおく。

共振回路部１２０は、電極部１１０に対して直列に接続される第１の共振回路１２１を含んでいる。図示の例では、第１の共振回路１２１は１つのインダクターで構成されるが、その他の共振回路を含む場合もある。

また、共振回路部１２０は、直列接続された電極部１１０及び第１の共振回路１２１に対して並列に接続される第２の共振回路１２２をさらに備えている。図示の例では、第２の共振回路１２２は１つのインダクターで構成されるが、その他の共振回路を含む場合や、インダクターに代えてコンデンサーで構成される場合もある（後述）。

電極部１１０に印加される電圧Ｖ２が、電極部１１０へ入力される電圧Ｖ１よりも大きくなるように（すなわち、Ｖ２／Ｖ１＞１）、第１の共振回路１２１としてのインダクターの定数Ｌ１、及び、第２の共振回路１２２としてのインダクターの定数Ｌ２が決定される。

通信処理部１３０は、通信信号の処理を行なう。ここで、通信装置１００から送信するときには、Ｖ１は通信処理部１３０からの出力電圧、Ｖ２は電極部１２０から放出される送信電圧となる。また、通信装置１００が受信するときには、Ｖ２は電極部１２０における受信電圧、Ｖ１は通信処理部１３０に取り込まれる入力電圧となる。Ｖ２／Ｖ１＞１の関係を保つことにより、目的の周波数において、通信相手側の電極（図１には図示しない）との間で非常に結合強度の大きい電界結合用電極を得ることができる。

図２には、同様の構成となる通信装置１００及び通信装置２００の組み合わせで構成される通信システム１を示している。

一方の通信装置１００の電極部１１０と他方の通信装置２００の電極部２１０間は、例えば通信経路の媒体としての人体（若しくは誘電体、導電体）が介在する。そして、通信装置１００において、電極部１１０に印加される電圧Ｖ２が、通信処理部１３０から電極部１１０に入力される電圧Ｖ１よりも大きくなるように、共振回路部１２０の各素子の定数Ｌ１、Ｌ２を設定する。また、他方の通信装置２００においても、電極部２１０に印加される電圧Ｖ２が、通信処理部２３０に取り込まれる入力電圧Ｖ１よりも大きくなるように、共振回路部２２０の各素子の定数Ｌ１、Ｌ２を設定する。これによって、目的の周波数において、電極部１１０と電極部２１０は非常に結合強度の大きい電界結合用電極となることができる。

あるいは、一方の通信装置１００の電極部１１０と他方の通信装置２００の電極部２１０間は、人体のような誘電体に代えて、電極部１１０と電極部２１０が近接して配置され、空気のみが介在する場合もある。前者の場合、通信システム１は人体通信を行ない、後者の場合、通信システム１は非接触の近距離通信を行なうことになる。図４８には、それぞれ電界結合用の電極部４８１１、４８１２を有するヘッドフォン４８０１と携帯音楽プレーヤー４８０２間で人体通信を行なう様子を示している。また、図４９には、ノートブック・コンピューター４９０１の本体内部と、本体に接近させた携帯端末４９０２の各々に埋設された電界結合用の電極部４９１１、４９１２間で近距離通信を行なう様子を示している。また、人体通信並びに近距離通信のいずれの通信方式においても、一方の通信装置１００から送出される電界信号を、他方の通信装置２００で整流して電力を得ることで、ワイヤレス電力伝送を行なうこともできる。

図３には、通信装置１００の電極部１１０が単体で電界ベクトルを形成する様子を示している。また、図４には、通信装置１００の電極部１１０と通信装置２００の電極部２１０間で目的の周波数において、非常に結合強度の大きい電界結合用電極を得ることによって電界ベクトルを形成する様子を示している。電極部１１０と電極部２１０間に通信経路の媒体としての人体４００が介在する場合、人体４００が電界を誘導することによって、非常に大きい結合強度を得ることができる。

参考のため、図４７には、従来の人体通信システム（例えば、特許文献１、特許文献２を参照のこと）の構成を模式的に示している。この通信システムは、対向する１対の電極４７０１、４７０２間に通信経路の媒体としての人体４７０３が介在する構成であり、２枚の導体平板を用いた電極に対してインダクターを並列に接続した並列共振回路ということもできる。これに対し、本実施形態に係る通信システムは、通信装置１００、２００毎に、２枚の電極の組み合わせからなる電極部１１０、２１０を備え、これら電極部１１０、２１０を人体４００などの通信経路の媒体越しに対向させるものであり、図４７に示した通信システムの構成とは明らかに相違する。また、図４７に示した通信システムは、一対の電極４７０１、４７０２の間に人体４７０３が挿設されたコンデンサーとグランド４７０４を含めた閉じた線路で構成されるが、電極４７０１、４７０２間に印加される電圧Ｖ２は、入力電圧Ｖ１以下となることは明らかであり（Ｖ２／Ｖ１≦１）、結合強度を大きくするという効果を期待できない。

図５〜図８には、図１に示した通信装置１００の、電極部１１０に印加される電圧Ｖ２と、通信処理部１３０から入力される電圧Ｖ１の電圧比Ｖ２／Ｖ１を、回路シミュレーションした結果を示している。

ここでの解析モデルは、電極部１１０としての２枚の導体平板からなるコンデンサーＣに直列に、第１の共振回路１２１としての１つのインダクターＬ１を接続し、また、コンデンサーＣ及びインダクターＬ１に対し並列に、第２の共振回路１２２として１つのインダクターＬ２を接続している。そして、電極部１１０の静電容量Ｃを２０．２ｐＦで一定、共振周波数を４０ＭＨｚで一定にして、各インダクターＬ１、Ｌ２のインダクタンスを変えながら、電圧比Ｖ２／Ｖ１をシミュレーションした。図５は、Ｌ１＝０．６７μＨ、Ｌ２＝０．３μＨに設定したときのシミュレーション結果、図６は、Ｌ１＝０．６７μＨ、Ｌ２＝０．２μＨに設定したときのシミュレーション結果、図７は、Ｌ１＝０．７０μＨ、Ｌ２＝０．１μＨに設定したときのシミュレーション結果、図８は、Ｌ１＝０．７３μＨ、Ｌ２＝０．０５μＨに設定したときのシミュレーション結果である。

図５〜図８に示した結果から、電極部１１０及び第１の共振回路１２１に対し並列に接続したインダクターＬ２のインダクタンスの値が小さければ小さいほど、電圧比Ｖ２／Ｖ１のピーク値が増大する、すなわち、結合強度が大きくなることが分かる。

なお、２枚の導体平板からなる電極部に対して、インダクターが装荷されない並列共振回路（図４７を参照のこと）の場合、静電容量が２０．２ｐＦの電極部１１０と並列共振を得るには、並列に接続する第２の共振回路１２２として０．７８μＨのインダクターＬ２を接続する必要がある。この場合の電圧比Ｖ２／Ｖ１の最大値は１となり、結合強度が大きくなる効果はない。言い換えれば、図１に示したように第１の共振回路１２１を電極部１１０に直列に接続することで、電圧比Ｖ２／Ｖ１のピーク値は、１．０よりも非常に大きい値を示すことになり、非常に結合強度の大きい電界結合用電極を得ることができる。

また、図９〜図１２には、共振構造を有する２つの電極部１１０を人体モデル上に設置したときの送信側及び受信側の電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を３次元電磁界シミュレーションした結果を示している。

ここでの３次元電磁界シミュレーションで使用される解析モデルを図１３及び図１４に示した。図１３には、送信側及び受信側で使用される電極モデルの具体的構造を示している（但し、通信処理部１３０からは特性インピーダンス５０Ωで給電がなされるものとする）。一対の電極１１１、１１２はともに３０×３０×０．０４ｍｍの完全導体とし、厚さ１．０ｍｍで比誘電率ε_r´＝２．２、ｔａｎδ＝０．００１の基板１３００の上下面にそれぞれ配置されている。共振回路部１２０を構成する各インダクターＬ１、Ｌ２は、基板１３００の上面の線幅１．０ｍｍの完全導体からなる配線パターンとしてモデリングした。また、図１４には、人体モデル１４００上に送信側及び受信側の電極１４０１、１４０２を配置した様子を示している。図示の人体モデル１４００は、人の腕の大きさを想定して、７０×７０×６００ｍｍのサイズとし、材料物性値として、共振周波数４０［ＭＨｚ］における筋肉物性値の３分の２の値である比誘電率ε_r´＝５５．０５、導電率σ＝０．４４６Ｓ／ｍで設定した。ちなみに、周波数４０［ＭＨｚ］における近人の材料物性値として、比誘電率ε_r´＝８２．５７５２４１、導電率σ＝０．６６９１９９Ｓ／ｍを参考にした。そして、送信側及び受信側の各電極１４０１、１４０２を、人体モデル１４００の長端から３５ｍｍ離した位置にそれぞれ配置し、電極間距離を４７０ｍｍとしている。また、各電極１４０１、１４０２は、人体モデル１４００に密接させず、１．０ｍｍの空気層の間隔を設けている。そして、電極部１１０の静電容量Ｃを２０．２ｐＦで一定、共振周波数を４０ＭＨｚで一定にして、各インダクターＬ１、Ｌ２のインダクタンスを変えながら、人体モデル１４００の長手方向の両端に配置した電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］をシミュレーションした。図９は、Ｌ１＝０．６７μＨ、Ｌ２＝０．３μＨに設定したときのシミュレーション結果、図１０は、Ｌ１＝０．６７μＨ、Ｌ２＝０．２μＨに設定したときのシミュレーション結果、図１１は、Ｌ１＝０．７０μＨ、Ｌ２＝０．１μＨに設定したときのシミュレーション結果、図１２は、Ｌ１＝０．７３μＨ、Ｌ２＝０．０５μＨに設定したときのシミュレーション結果である。

図９〜図１２に示した結果から、電極部１１０及び第１の共振回路１２１に対し並列に接続したインダクターＬ２のインダクタンスの値が小さければ小さいほど、２つの電極間における結合強度Ｓ２１［ｄＢ］のピーク値が増大することが分かる。また、結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の波形も、図５〜図８にそれぞれ示した電圧比Ｖ２／Ｖ１の波形と同様の傾向を示していることが分かる。

図１５には、図５〜図８に示した電圧比Ｖ２／Ｖ１と図９〜図１２に示した結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の関係を示している。同図から、電圧比Ｖ２／Ｖ１が大きくなるに従い、電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］も増加傾向を示すことが分かる。また、２枚の導体平板を用いた電極に対してインダクターを並列に接続した並列共振回路の構造（図４７を参照のこと）の電圧比がＶ２／Ｖ１＝１であるのに対し、図１に示した共振回路構成によれば、電圧比Ｖ２／Ｖ１＝５．０となる構造では、２つの電極間の結合強度Ｓ２１は約３０ｄＢも増加することが分かる。

図１６には、本明細書で開示する技術の他の実施形態に係る通信装置１６００の構成を示している。図示の通信装置１６００は、第１の電極端子１６１１及び第２の電極端子１６１２からなる電極部１６１０と、共振回路部１６２０と、通信処理部１６３０を備えている。

通信装置１６００は、共振回路部１６２０の構成が、図１に示した通信装置１００とは相違する。すなわち、電極部１６１０に対して直列にインダクターＬ１からなる第１の共振回路１６２１が接続される点では同じであるが、直列接続された電極部１１０及び第１の共振回路１６２１に対して、インダクターではなくコンデンサーＣ１からなる第２の共振回路１６２２が並列に接続される点で相違している。

そして、電極部１６１０に印加される電圧Ｖ２が、電極部１６１０へ入力される電圧Ｖ１よりも大きくなるように（すなわち、Ｖ２／Ｖ１＞１）、第１の共振回路１６２１としてのインダクターの定数Ｌ１、及び、第２の共振回路１２２としてのコンデンサーの定数Ｃ１が決定される。

図示を省略するが、２つの通信装置１６００の電極部１６１０を、人体などの通信経路の媒体を介して対向させると、この媒体が電界を誘導することによって、目的の周波数において、非常に大きな結合強度を得ることができ、電界結合に基づく通信を行なうことができる。

図１７〜図２０には、図１６に示した通信装置１６００の、電極部１６１０に印加される電圧Ｖ２と、通信処理部１６３０から入力される電圧Ｖ１の電圧比Ｖ２／Ｖ１を、回路シミュレーションした結果を示している。

ここでの解析モデルは、電極部１６１０としての２枚の導体平板からなるコンデンサーＣに直列に、第１の共振回路１２１としての１つのインダクターＬ１を接続し、また、コンデンサーＣ及びインダクターＬ１に対し並列に、第２の共振回路１６２２として１つのコンデンサーＣ１を接続している。そして、電極部１６１０の静電容量Ｃを２０．２ｐＦで一定、共振周波数を４０ＭＨｚで一定にして、インダクターＬ１並びにコンデンサーＣ１の各定数を変えながら、電圧比Ｖ２／Ｖ１をシミュレーションした。図１７は、Ｌ１＝０．７６μＨ、Ｃ１＝０．１ｐＦに設定したときのシミュレーション結果、図１８は、Ｌ１＝０．８８μＨ、Ｃ１＝１００ｐＦに設定したときのシミュレーション結果、図１９は、Ｌ１＝０．８５μＨ、Ｃ１＝２００ｐＦに設定したときのシミュレーション結果、図２０は、Ｌ１＝０．８３μＨ、Ｃ１＝３００ｐＦに設定したときのシミュレーション結果である。

図１７〜図２０に示した結果から、電極部１６１０及び第１の共振回路１６２１に対し並列に接続したコンデンサーＣ１の静電容量の値が小さければ小さいほど、電圧比Ｖ２／Ｖ１のピーク値が増大する、すなわち、結合強度が大きくなることが分かる。

また、図２１〜図２４には、共振構造を有する２つの電極部１６１０を人体モデル上に設置したときの送信側及び受信側の電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を３次元電磁界シミュレーションした結果を示している。図２５には、ここでの３次元電磁界シミュレーションにおいて、送信側及び受信側で使用される電極モデルの具体的構造を図２５に示した（但し、通信処理部１６３０からは特性インピーダンス５０Ωで給電がなされるものとする）。一対の電極１６２１、１６２２はともに３０×３０×０．０４ｍｍの完全導体とし、厚さ１．０ｍｍで比誘電率ε_r´＝２．２、ｔａｎδ＝０．００１の基板２５００の上下面に配置されている。共振回路部１２０を構成するインダクターＬ１並びにコンデンサーＣ１は、基板１３００の上面の線幅１．０ｍｍの完全導体からなる配線パターンとしてモデリングした。また、人体モデルは図１４に示したものと同様とする。図２１は、Ｌ１＝０．７６μＨ、Ｃ１＝０．１ｐＦに設定したときのシミュレーション結果、図２２は、Ｌ１＝０．８８μＨ、Ｃ１＝１００ｐＦに設定したときのシミュレーション結果、図２３は、Ｌ１＝０．８５μＨ、Ｃ１＝２００ｐＦに設定したときのシミュレーション結果、図２４は、Ｌ１＝０．８３μＨ、Ｃ１＝３００ｐＦに設定したときのシミュレーション結果である。

図２１〜図２４に示した結果から、電極部１６１０及び第１の共振回路１６２１に対し並列に接続したコンデンサーＣ１の静電容量の値が大きければ大きいほど、２つの電極間における結合強度Ｓ２１［ｄＢ］のピーク値が増大することが分かる。また、結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の波形も、図１７〜図２０にそれぞれ示した電圧比Ｖ２／Ｖ１の波形と同様の傾向を示していることが分かる。付言すると、Ｌ１＝０．８８［μＨ］、Ｃ１＝２００［ｐＦ］に固定して、送信側及び受信側の電極と人体との間隔ｄを１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で変化させながら結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の３次元電磁界シミュレーションを行なった結果、人体が近づいたときの共振周波数の変化がほとんどないことが分かった（図５０を参照のこと）。これは、平行平板からなる電極端子１６１１、１６１２をコンデンサーとして用いた共振回路構造のためである。

図２６には、図１７〜図２０に示した電圧比Ｖ２／Ｖ１と図２１〜図２４に示した結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の関係を示している。同図から、電圧比Ｖ２／Ｖ１が大きくなるに従い、電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］も増加傾向を示すことが分かる。また、２枚の導体平板を用いた電極に対してインダクターを並列に接続した並列共振回路の構造（図４７を参照のこと）の電圧比がＶ２／Ｖ１＝１であるのに対し、図１６に示した共振回路構成によれば、電圧比Ｖ２／Ｖ１＝５．０となる構造では、２つの電極間の結合強度Ｓ２１は約３０ｄＢも増加することが分かる。に

図１及び図１６には、並列共振を生じる共振回路を用いた通信装置の構成例を示したが、本明細書で開示する技術において利用可能な共振回路はこれに限定されるものではない。図２７には、直列共振を生じる共振回路を用いた通信装置２７００の構成を示している。

電極部２７１０は、対向して配置される第１の電極端子２７１１と第２の電極端子２７１２の組み合わせで構成され、その容量をＣとおく。

共振回路部２７２０は、電極部２７１０に対して直列に接続される、１つのインダクターで構成される第１の共振回路２７２１を含んでいる。また、共振回路部２７２０は、直列接続された電極部２７１０及び第１の共振回路２７２１に対して並列に接続される、１つのインダクターで構成される第２の共振回路２７２２も備えている。

さらに、共振回路部２７２０は、直列接続された電極部２７１０及び第１の共振回路２７２１、及びこれと並列接続された第２の共振回路２７２２を励振源として、目的の周波数（例えば、４０ＭＨｚ）における直列共振回路を構成するために、この励振源に対して直列接続された第３の共振回路２７２３を備えている。図示の例では、第３の共振回路２７２３は１つのコンデンサーＣ２で構成されるが、その他の共振回路を含む場合もある。

図２８には、直列共振構造を有する２つの電極部２７１０を人体モデル上に設置したときの送信側及び受信側の電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を３次元電磁界シミュレーションした結果を示している。但し、静電容量Ｃの電極部２７１０に対して０．３μＨのインダクターＬ１を直列に接続するとともに、電極部２７１０に対して０．３７μＨインダクターＬ２を並列に接続し、さらにこの励振源に対して、直列共振回路とするための１０ｐＦのコンデンサーＣ２を直列に接続するものとする。また、電極モデル、人体モデル、並びに２つの電極部２７１０の配置は、それぞれ図１３、図１４に示したものと同じ条件とする。

図２８より、２枚の導体平板からなる電極部に対して、インダクターが装荷されない並列共振回路（図４７を参照のこと）の場合（この場合の電圧比Ｖ２／Ｖ１の最大値は１）と比較して、直列共振構造を有する電極部２７１０を用いた場合、２つの電極間における結合強度Ｓ２１は約４０ｄＢも増大している。したがって、図１並びに図１６に示した並列共振構造を有する電極部１１０、１６１０を用いる場合と同様に、目的周波数４０ＭＨｚにて大きな結合強度Ｓ２１［ｄＢ］が得られていることが分かる。なお、直列共振構造の電極部２７１０を用いた通信装置２７００について、電圧比Ｖ２／Ｖ１を回路シミュレーションした結果は、Ｖ２／Ｖ１＞１０である。

図２９、図３０は、並列共振構造を有する２つの電極部１６１０を用いて構成される通信システムにおける、人体の有無に対する送信側及び受信側の電極間の電界分布の３次元電磁界シミュレーション結果をそれぞれ示している。但し、静電容量Ｃの電極部１６１０に対して０．０８μＨのインダクターＬ１を直列に接続し、且つ、直列接続された電極部１６１０及びインダクターＬ１に対して２００ｐＦのコンデンサーＣ１を並列に接続し、目的の周波数４０ＭＨｚで共振させている。電極モデルは図２５と同じである。また、人体ありの場合の人体モデルは図１４と同じであり、電極部１６１０と人体との間隔は送受信側ともに５ｍｍとする。

図２９は人体なしの場合の電界分布、図３０は人体ありの場合の電界分布をそれぞれ示している。但し、各図中において、矢印の向きは、４０ＭＨｚにおけるある位相のときの電界の向き（電界ベクトル）を示し、矢印の太さは電界強度を表している。

図２９を参照すると、送信側と受信側の電極の間に通信経路の媒体として人体が介在しない場合、すなわち、２つの電極のみで通信を行なおうとすると、片方（送信側）の電極の近傍には電界が生じているものの、これ電界が空間を伝搬しておらず（すなわち、アンテナのように放射されておらず）、他方（受信側）の電極との電界結合は弱くなっていることが分かる。

これに対し、図３０を参照すると、送信側と受信側の電極の間に通信経路の媒体として人体が介在する場合には、片方（送信側）の電極の近傍に生じた電界が、人体に引きつけられることによって、空間を伝搬し、その結果、他方（受信側）の電極との電界結合を高めていることが分かる。

また、図３１には、並列共振構造を有する２つの電極部１６１０を用いて構成される通信システムにおける、人体の有無に対する２つの電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］を示している。但し、人体ありの場合は、送信側及び受信側の電極と人体との間隔ｄを５ｍｍとした。同図から、通信経路に人体が介在することにより、電極間の結合強度Ｓ２１が約４０ｄＢも高まることが分かる。また、人体の有無により、２つの電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］のピークが目的周波数４０ＭＨｚからほとんど変化しないことも分かる。これが、２枚の平板導体を用いた電極部１６１０と共振回路部１６２０を有し、電極部１６１０に印加される電圧Ｖ２が入力電圧Ｖ１よりも大きくなるように構成した通信装置１６００における人体通信の原理である。

本明細書で開示する技術を適用した通信システム（例えば、図２を参照のこと）を、通信経路に人体が介在しない、近距離通信にも利用できることは既に述べた。

図３２には、図２５に示した電極モデルからなる２つの電極３２０１、３２０２を２０ｍｍ間隔で左右に配置して構成される近距離通信システムを例示している。図３３Ａには、図３２に示した近距離通信システムにおける、２つの電極３２０１、３２０２間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の３次元電磁界シミュレーション結果を示している。図３３Ａから、目的の周波数４０ＭＨｚ付近で結合強度Ｓ２１がピーク（−３２ｄＢ）を示していることが分かる。また、図３３Ｂには、そのときの２つの電極３２０１、３２０２間の電界分布の３次元電磁界シミュレーション結果を示している。

また、図３４には、図２５に示した電極モデルからなる２つの電極３４０１、３４０２を２０ｍｍ間隔で上下に配置して構成される近距離通信システムを例示している。図３５Ａには、図３３に示した近距離通信システムにおける、２つの電極３４０１、３４０２間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］の３次元電磁界シミュレーション結果を示している。図３５から、目的の周波数４０ＭＨｚ付近で結合強度Ｓ２１がピーク（−１６ｄＢ）を示していることが分かる。また、図３５Ｂには、そのときの２つの電極３４０１、３４０２間の電界分布の３次元電磁界シミュレーション結果を示している。

共振構造を持つ電極の近傍では強い電界強度が得られることから、このような２つの電極を近傍に配置することで、図３３Ａ及び図３５Ａに示すように２つの電極間の結合強度Ｓ２１［ｄＢ］は大きくなる。したがって、共振構造を持つ電極を備えた機器同士を近距離に配置して、電界結合を用いた近距離無線通信やワイヤレス電力伝送を行なうことができる。

上記の実施例１は、共振構造を持つ電極の近傍では強い電界強度が得られ、このような２つの電極を、人体を介在させ又は近距離に配置することで結合強度Ｓ２１が高まるという点に着目して、人体通信や近距離通信を行なうものである。

これに対し、（通信システムの受信側に相当する）単一の電極においても、結合強度Ｓ２１が高まり受信感度が向上することに着目すると、共振構造を持つ電極を電界検出用のプローブに適用するという実施例も考えられる。

近年のネットワーク利用傾向として、携帯電話やスマートフォンなどのモバイル端末を始めとして、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）など複数の通信機能を搭載する電子機器が普及してきている。このような背景から、電子機器から周囲への不要電磁界（ノイズ）を規制しているＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）への対応のみならず、電子機器内の不要電磁界が機器内部の他のワイヤレス特性への影響を与える機内妨害（自家中毒、ＲＦＩ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）とも呼ばれる）問題への対応も急務である。

ＥＭＩや機内妨害の対策として、ノイズ発生源、ノイズ伝達源、並びにノイズ放射源を特定し、ノイズ発生減へのシールド対策や、ノイズ伝達源にてコンデンサーやインダクターなどを使用してノイズをカットする方法が一般的である。

従来、ノイズ発生源、ノイズ伝達源、ノイズ放射源の特定には、信号線とＧＮＤ線をループ状に接続した磁界プローブが主に利用されている。ノイズを有する電流に磁界プローブを近接させることで、このループ内に垂直に入射する磁界強度を検出し、ノイズの周波数特性や強度を分析することができる。

一般的なＥＭＩ対策では、およそ−１００ｄＢｍ以上のノイズを検出できれば、対応可能である。また、このレベルのノイズであれば、アンプと磁界プローブを用いて十分測定することができる。ところが、機内妨害の観点では、−１００ｄＢＭ以下の微小ノイズでも特性に大きく影響してしまうワイヤレス・デバイス（例えば、ＧＰＳ）も存在し、より高感度な測定技術が必要である。

例えば、ある特定の周波数にて共振構造を有し、その周波数にて感度を高めた磁界プローブ技術について提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。磁界プローブは、電流から生じる磁界方向とプローブのループ面が垂直状態であるときに高感度で測定でき、ノイズ電流の特定に優れている。しかしながら、磁界プローブの配線パターンでインダクターとコンデンサーを形成した共振構造を用いているため、目的の周波数やプローブのサイズ毎にプローブ構造を最適設計しなければならない。また、プローブ検出端がループ構造であることから、磁界を検出できても、電界主成分のノイズを検出することが難しい。ワイヤレス・デバイスのアンテナが主に電界放射型であることを考慮すると、電界を高感度で測定可能なプローブも必要である。

図３６には、本明細書で開示する技術を適用し、共振構造の電極を利用した電磁界プローブ３６００を備えたノイズ測定装置の構成例を模式的に示している。

電磁界プローブ３６００は、第１の電極端子３６１１と第２の電極端子３６１２の組み合わせで構成される電極部３６１０を備えている。第１の電極端子３６１１と第２の電極端子３６１２はそれぞれ導体平板からなり、プローブ検出端にて対向して配置される。図３６に示すように、プローブ検出端を測定物３６５０に接近させたとき、測定物から放射される垂直方向の電界が第１の電極端子３６１１と第２の電極端子３６１２を通過すると、そのときに電極端子３６１１、３６１２間で印加される電圧に基づいて、ノイズ・レベルを検出することができる。

共振構造により検出感度を向上させるために、電磁界プローブ３６００は、共振回路部３６２０を備えていてもよい。

共振回路部３６２０は、電極部３６１０に対して直列に接続される第１の共振回路３６２１を含んでいる。第１の共振回路３６２１は、例えば１以上のインダクターで構成され、目的の周波数で共振回路となるようにインダクターの定数が決定される。

また、並列共振構造を利用して検出感度をさらに向上するために、共振回路部３６２０は、直列接続された電極部３６１０及び第１の共振回路部３６２１に対して並列に接続される第２の共振回路３６２２をさらに備えていてもよい。第２の共振回路３６２２は、１以上のインダクター又はコンデンサーで構成され、目的の周波数で共振回路となるようにインダクター又はコンデンサーの定数が決定される。

共振回路部３６２０を電極部３６１０とともに基板実装部品として構成することで、電磁界プローブ３６００を目的の周波数にて共振回路となるように容易に可変することができ、目的周波数やプローブ・サイズにおける再設計は不要となる。

なお、共振回路部３６２０の、電極部３６１０に直列接続される第１の共振回路３６２１のみならず、並列接続される第２の共振回路３６２２の接続、並びにその場合における基板実装部品を利用するという構成は、磁界プローブにも適用することができる。

図３７には、マイクロストリップ・ライン構造の電磁界プローブ３６００のモデル全体の外観を示している。また、図３８には、図３７に示した電磁界プローブ３６００のプローブ検出端の金属パターンのみを抽出して描いている。図３７に示すように、誘電体基板上に、金属パターンとして電極部３６１０及び共振回路部３６２０が形成されている。電磁界プローブの検出端のサイズは３ｍｍ幅とした。

図３８に示すように、電磁界プローブ３６００の検出端には、測定対象面に対して水平になるように、２枚の櫛状の金属パターンからなる電極端子３６１１、３６１２を、重なることなく配置した。図３８には、等価回路も併記している。櫛状をなす片方の電極端子３６１１は、９ｎＨのインダクターＬを第１の共振回路３６２１として直列に接続し、さらに４０ｍｍの長さを有するマイクロストリップ・ラインの信号線に接続している。また、他方の電極端子３６１２は、基板の裏面のＧＮＤパターン（図示しない）の間には５ｐＦのコンデンサーを第２の共振回路３６２２として接続した。なお、誘電体基板の厚みは０．８ｍｍであり、誘電率は４．２としている。

図３９には、図３７及び図３８に示した電磁界プローブ３６００の特性解析のモデルを示している。図示のように、測定対象であるマイクロストリップ・ライン３９００上に、電磁界プローブ３６００のプローブ検出端を配置して、マイクロストリップ・ライン３９００から発生する電磁界を電磁界プローブ３６００で検出する。図示の例では、電磁界プローブ３６００のブ検出端がマイクロストリップ・ライン３９００の長手方向と平行をなしている。マイクロストリップ・ライン３９００と電磁界プローブ３６００の検出端との間隔は２ｍｍとした。また、電磁界プローブ３６００の上端のＰｏｒｔ１、並びに、マイクロストリップ・ライン３９００の両端Ｐｏｒｔ２、Ｐｏｒｔ３は、それぞれ５０Ωとした。

図４０には、図３９に示した特性解析モデルにおける各ポートＰｏｒｔ１〜３の特性結果を示している。Ｐｏｒｔ１における反射特性は、電磁界プローブ３６００のＳ１１特性である。図４０から、特性解析モデルの電磁界プローブ３６００は１．５８ＧＨｚ付近で共振を有していることが分かる。また、Ｐｏｒｔ２における反射特性は、電磁界プローブ３６００のＳ２２特性である。図４０から、特性解析モデルのマイクロストリップ・ライン３９００の特性インピーダンスも５０Ωとなっていることが分かる。また、Ｐｏｒｔ１とＰｏｒｔ２間の伝達特性は、マイクロストリップ・ライン３９００と電磁界プローブ３６００間の結合強度Ｓ２１特性である。図４０では、電磁界プローブ３６００の共振周波数にてＳ２１特性が大きく増加しており、マイクロストリップ・ライン３９００と電磁界プローブ３６００間の電磁界結合が大きくなっていることが確認できる。つまり、Ｓ２１特性が大きいほど、電磁界プローブ３６００の感度が増加することを意味しており、電磁界プローブ３６００により高感度な電磁界検出が可能であることが分かる。マイクロストリップ・ライン３９００の反射特性の１０００分の１しか反射しておらず、マイクロストリップ・ライン３９００で発生した電磁界は、電磁界プローブ３６００側にほぼ伝達できているということができる。

図４１には、電磁界プローブ３６００の共振周波数である１．５８ＧＨｚのマイクロストリップ・ライン３９００と電磁界プローブ３６００の電界強度分布を示している。但し、図４１Ａは全体の電界強度分布を示し、図４１Ｂは電磁界プローブ３６００のプローブ検出端付近の電界強度分布を拡大して示している。また、図４１Ａでは、信号線を流れる電流の方向を矢印で示している。各図において、電界強度の高い部分を濃く表示し、電界強度が低下するにつれて淡く表示している。

図４１Ｂを参照すると、２枚の櫛状の電極端子３６１１、３６１２付近で電界強度が大きくなっていることを示している。したがって、マイクロストリップ・ライン３９００から生じる電界成分を、電磁界プローブ３６００の検出端で感知していることが分かる。

図４２には、図３７及び図３８に示した電磁界プローブ３６００の他の特性解析のモデルを示している。図示の例では、電磁界プローブ３６００の検出端がマイクロストリップ・ライン３９００の長手方向と直交するように（言い換えれば、図３９に示したモデルから、電磁界プローブ３６００の向きを９０度回転させて）、配置している。

図４３には、図４２に示した特性解析における各ポートＰｏｒｔ１〜２の特性結果を示している。図４３から、特性解析モデルの電磁界プローブ３６００は１．５８ＧＨｚ付近で共振を有していることが分かる。また、Ｐｏｒｔ１とＰｏｒｔ２間の伝達特性は、マイクロストリップ・ライン３９００と電磁界プローブ３６００間の結合強度Ｓ２１特性である。図４３では、電磁界プローブ３６００の共振周波数にてＳ２１特性が大きく増加しており、マイクロストリップ・ライン３９００と電磁界プローブ３６００間の電磁界結合が大きくなっていることが確認できる。つまり、Ｓ２１特性が大きいほど、電磁界プローブ３６００の感度が増加することを意味しており、電磁界プローブ３６００により高感度な電磁界検出が可能であることが分かる。

検出端がループ構造である磁界プローブ（例えば、特許文献３を参照のこと）を用いたノイズ検出装置の場合、検出端がマイクロストリップ・ライン３６００の長手方向と平行となるように配置すると、ループ面と電流から生じる磁界方向とが平行となってしまうため、ノイズ成分を検出することは難しくなってしまう。これに対し、本実施形態に係る電磁界プローブ３６００の場合、検出端をマイクロストリップ・ライン３９００の長手方向に対し平行又は垂直のいずれに配置しても、図４０並びに図４３に示したように、大きなＳ２１特性が得られており、マイクロストリップ・ライン３９００から生じる電界成分を検出していることが分かる。

図４４には、図３８に示した電磁界プローブ３６００と、インダクター部分をショートさせるとともにコンデンサー部分をオープンとした電磁界プローブ（ＬＣ無し）と、さらに２枚の櫛状の電極３６１１、３６１２を接続してループ構造とした電磁界プローブ（ＬＣ無し（Ｌｏｏｐ））との、Ｓ２１特性の解析結果の比較を示している。同図から、それぞれ電界成分、磁界成分を検出するとされる「ＬＣ無し」、「ＬＣ無し（Ｌｏｏｐ）」と比較して、電磁界プローブ３６００は、目的の周波数にて、Ｓ２１特性が１５ｄＢ以上も増加していることが分かる。

共振構造の電極を利用した電磁界プローブ３６００の検出端の形状は、図３８に示した、２枚の櫛状の金属パターンに限定されるものではない。図４５、図４６には、電磁界プローブの検出端の他の構成性をそれぞれ示している（但し、電極構造以外の説明を省略する）。図４５に示す例では、２枚の平板の電極が検出端に配置されている。また、図４６に示す例では、２枚の平板の電極のうち、先端側の電極にさらに金属製のパッドを突設させており、局所電界をより検知し易くしている。つまり、電磁界プローブの検出端は、測定物から放射される垂直方向の電界を感知するために、測定対象面に対して水平に２枚の電極を備える構造であればよい。

なお、本明細書の開示の技術は、以下のような構成をとることも可能である。
（１）一対の電極端子からなる電極部と、入力電圧Ｖ１よりも前記電極部に印加される電圧Ｖ２を大きくする共振回路部と、を具備する電界結合用電極。
（２）前記共振回路部は、前記電極部に直列に接続された第１の共振回路と、直列接続された前記電極部及び前記第１の共振回路に対して並列に接続された第２の共振回路を備える、上記（１）に記載の電界結合用電極。
（３）前記第１の共振回路は少なくとも１つのインダクターを含み、前記第２の共振回路は少なくとも１つのインダクター又はコンデンサーを含み、目的の周波数でＶ２＞Ｖ１を保つように、前記第１の共振回路及び前記第２の共振回路に含まれるインダクター又はコンデンサーの定数が設定されている、上記（２）に記載の電界結合用電極。
（４）前記共振回路部は、前記電極部に直列に接続されたコンデンサーをさらに備え、直列共振構造を有する、上記（２）に記載の電界結合用電極。
（５）一対の電極端子からなる電極部と、通信信号を処理する通信処理部と、前記通信処理部からの出力電圧又は前記通信処理部への入力電圧Ｖ１よりも前記電極部に印加される電圧Ｖ２を大きくする共振回路部と、を具備する通信装置。
（６）上記（５）に記載の２台の通信装置の前記電極部同士を通信経路の媒体を介して対向させて、電界結合方式により通信を行なう通信システム。
（７）前記通信経路の媒体は、人体、誘電体、又は導電体である、上記（６）に記載の通信システム。
（８）上記（５）に記載の２台の通信装置の前記電極部同士を近距離で配置して、電界結合方式により通信を行なう通信システム。
（９）ワイヤレス電力伝送に利用する、上記（６）又は（８）のいずれかに記載の通信システム。
（１０）測定物に近接する検出端と、前記検出端に形成された２枚の電極からなる電極部と、を具備する電磁界プローブ。
（１１）前記電極部に対して直列に接続された少なくとも１つのインダクターをさらに備え、目的の周波数において共振回路を構成する、上記（１０）に記載の電磁界プローブ。
（１２）前記電極部に対して直列に接続された少なくとも１つのインダクターと、直列接続された前記電極部及び前記少なくとも１つのコンデンサーに対して並列に接続された少なくとも１つのインダクター又はコンデンサーをさらに備え、目的の周波数において共振回路を構成する、上記（１０）に記載の電磁界プローブ。
（１３）前記インダクター又は前記コンデンサーを基板実装部品に手構成して、前記目的の周波数を容易に可変できる、上記（１１）又は（１２）のいずれかに記載の電磁界プローブ。
（１４）上記（１０）乃至（１３）のいずれかに記載の電磁界プローブを有し、前記測定物の測定対象面に対して前記検出端の前記２枚の電極を水平にして接近させて、前記測定対象面から生じる電磁界を測定する測定装置。

特開２００７−１７４５７０号公報 国際公開第２００９／１２３０８７号公報 特開２０１２−１３６０８号公報

以上、特定の実施形態を参照しながら、本明細書で開示する技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、電界結合用電極を人体通信用の通信装置に適用した実施形態を中心に説明してきたが、電界結合方式による近距離通信システムやワイヤレス電力伝送システムにも同様に適用することができる。また、電界結合用電極を、ＥＭＩや機内妨害の対策に、ノイズ発生源、ノイズ伝達源、ノイズ放射源を特定するための電磁界プローブとしても利用することができる。

要するに、例示という形態により本明細書で開示する技術について説明してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本明細書で開示する技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

１００、２００…通信装置
１１０、２１０…電極部
１１１、２１１…第１の電極端子、１１２、２１２…第２の電極端子
１２０、２２０…共振回路部
１２１、２２１…第１の共振回路、１２２、２２２…第２の共振回路
１３０、２３０…通信処理部
１３００、２５００…基板
１６００…通信装置
１６１０…電極部
１６１１…第１の電極端子、１６１２…第２の電極端子
１６２０…共振回路部
１６２１…第１の共振回路、１６２２…第２の共振回路
１６３０…通信処理部
２７００…通信装置
２７１０…電極部
２７１１…第１の電極端子、２７１２…第２の電極端子
２７２０…共振回路部
２７２１…第１の共振回路、２７２２…第２の共振回路
２７３０…通信処理部
３６００…電磁界プローブ
３６１０…電極部、３６１１…第１の電極端子、３６１２…第２の電極端子
３６２０…共振回路部
３６２１…第１の共振回路、３６２２…第２の共振回路
４８０１…ヘッドフォン、４８０２…携帯音楽プレーヤー
４８１１、４８１２…電極部
４９０１…ノートブック・コンピューター、４９０２…携帯端末
４９１１、４９１２…電極部

Claims (9)

1. 一対の電極端子からなる電極部と、
   入力電圧Ｖ１よりも前記電極部に印加される電圧Ｖ２を大きくする共振回路部と、
   を具備する電界結合用電極。
2. 前記共振回路部は、前記電極部に直列に接続された第１の共振回路と、直列接続された前記電極部及び前記第１の共振回路に対して並列に接続された第２の共振回路を備える、
   請求項１に記載の電界結合用電極。
3. 前記第１の共振回路は少なくとも１つのインダクターを含み、
   前記第２の共振回路は少なくとも１つのインダクター又はコンデンサーを含み、
   目的の周波数でＶ２＞Ｖ１を保つように、前記第１の共振回路及び前記第２の共振回路に含まれるインダクター又はコンデンサーの定数が設定されている、
   請求項２に記載の電界結合用電極。
4. 前記共振回路部は、前記電極部に直列に接続されたコンデンサーをさらに備え、直列共振構造を有する、
   請求項２に記載の電界結合用電極。
5. 一対の電極端子からなる電極部と、
   通信信号を処理する通信処理部と、
   前記通信処理部からの出力電圧又は前記通信処理部への入力電圧Ｖ１よりも前記電極部に印加される電圧Ｖ２を大きくする共振回路部と、
   を具備する通信装置。
6. 請求項５に記載の２台の通信装置の前記電極部同士を通信経路の媒体を介して対向させて、電界結合方式により通信を行なう通信システム。
7. 前記通信経路の媒体は、人体、誘電体、又は導電体である、
   請求項６に記載の通信システム。
8. 請求項５に記載の２台の通信装置の前記電極部同士を近距離で配置して、電界結合方式により通信を行なう通信システム。
9. ワイヤレス電力伝送に利用する、
   請求項６又は８のいずれかに記載の通信システム。