KR20080046079A - 통신 시스템 및 통신 장치 - Google Patents

Abstract

송수신기의 결합기간에 고주파수대에 있어서 정전 결합을 일으키게 하는 것과 동시에 광대역에 있어서 유효하게 동작시켜서, 정전 결합 작용에 의한 대용량 전송을 실현한다. 절연체로 이루어진 스페이서의 상하의 각 표면에, 결합용 전극과 폴더형의 스터브가 도금에 의해 형성되고, 결합용 전극은 스페이서내의 스루홀을 거쳐서 스터브의 중앙 부분에 접속되고 있다. 인쇄 기판상에는, 송수신 회로 모듈로부터 나타난 신호선 패턴과, 인쇄 기판내의 스루홀을 거쳐서 그라운드 도체와 접속한 도체 패턴이 형성되어 있다. 스페이서를 인쇄 기판상에 실장하면, 스터브의 양단은 신호선 패턴과 도체 패턴에 각각 접속한다.

Description

통신 시스템 및 통신 장치{Communication system and communication apparatus}

본 발명은 정보 기기간에서 대용량의 데이터 통신을 행하는 통신 시스템 및 통신 장치에 관한 것으로, 특히, 정보 기기간에서 정전계 혹은 유도전계를 이용하여 다른 통신 시스템과의 간섭이 없는 데이터 통신을 행하는 통신 시스템 및 통신 장치에 관한 것이다.

더 상세하게는, 본 발명은 초근거리에 배치된 정보 기기간에서 정전계 혹은 유도전계를 이용하여 UWB 통신 신호를 전송하는 통신 시스템 및 통신 장치에 관한 것으로, 특히, 각 정보 기기에 탑재된 결합기간에 효율적으로 고주파 신호를 전달하고, 초근거리에 있어서 정전계 혹은 유도전계를 이용한 대용량 전송이 가능해지는 통신 시스템 및 통신 장치에 관한 것이다.

최근, 화상이나 음악 등의 데이터를 PC와의 사이에 교환하는 등, 소형의 정보 기기간에서 데이터를 이동할 때, AV(Audio Visual) 케이블이나 USB(Universal Serial Bus) 케이블 등의 범용 케이블로 상호 접속한 데이터 통신이나 메모리 카드등의 미디어를 매개로 하는 방법에 대신하여, 무선 인터페이스를 이용하는 것이 많 아지고 있다. 후자에 의하면, 데이터 전송할 때 연결기를 갈아 끼우는 작업을 하여 케이블을 끌고 다닐 필요가 없고, 사용자의 편리성이 높다. 각종의 케이블 통신 기능을 탑재한 정보 기기도 많이 출현하고 있다.

소형기기간에 케이블이 없는 것에 의해 데이터 전송을 행하는 방법으로서 IEEE802.11으로 대표되는 무선 LAN(Local Area Network)나 블루투스(Bluetooth(등록상표)) 통신을 시작으로 하여, 안테나를 이용하여 무선 신호의 송수신을 행하는 전파 통신 방식이 개발되고 있다.

또, 근년 주목받고 있는 「울트라 와이드 밴드(UWB)」라고 불리는 통신 방식은 3.1GHz ~ 10.6GHz라고 하는 매우 넓은 주파수대역을 사용하고, 근거리면서 1 00Mbps 정도의 대용량의 무선 데이터 전송을 실현하는 무선통신 기술이기 때문에, 예를 들면 동화상이나 CD 1개분의 음악 데이터라고 하는 대용량의 데이터를 고속 또한 단시간에 전송할 수 있다.

UWB 통신은 송신 전력의 관계로부터 통신 거리가 10m정도이며, PAN(Perso nal Area Network)등의 근거리 전용의 무선통신 방식이 상정된다. 예를 들면, IEEE802.15.3 등에 있어서, UWB 통신의 액세스 제어 방식으로서 프리엠블(preamble)을 포함한 패킷 구조의 데이터 전송 방식이 고안되고 있다. 또, 미 인텔사는 UWB의 애플리케이션으로서, PC전용의 범용 인터페이스로서 보급되어 있는 USB(Universal Serial Bus)의 무선판을 검토하고 있다.

또, UWB 통신은 3.1GHz ~ 10.6GHz라고 하는 전송 대역을 점유하지 않아도 100Mbps를 넘는 데이터 전송이 가능한 것이나 RF회로의 만들기 쉬움를 고려하여, 3.1 ~ 4.9GHz의 UWB로 밴드를 사용한 전송 시스템도 개발이 번성한다. 본 발명자들은 UWB로 밴드를 이용한 데이터 전송 시스템을 모바일 기기에 탑재하는 유효한 무선통신 기술의 하나로 생각하고 있다. 예를 들면, 저장장치를 포함한 초고속인 근거리용의 DAN(Device Area Network) 등, 근거리 영역에 있어서의 고속 데이터 전송을 실현하는 것이 가능하다.

여기서, 무선설비로부터 3미터의 거리로의 전계 강도(전파의 힘)가 소정 레벨 이하, 즉 근린에 존재하는 다른 무선 시스템에 있어서 노이즈·레벨 정도로 된 미약 무선이면, 무선국의 면허를 받을 필요는 없고(예를 들면, 비특허 문헌 1을 참조), 무선 시스템의 개발·제조 비용을 삭감할 수 있다. 상술한 UWB 통신은 송신 전력의 관계로부터, 비교적 낮은 전계 레벨로 근거리 전용의 무선통신 시스템을 구성할 수 있다. 그렇지만, 안테나를 이용하여 무선 신호의 송수신을 행하는 전파 통신 방식에 의해 UWB 통신 시스템을 구성한 경우, 발생 전계를 이러한 미약 레벨로 억제하는 것은 곤란하다.

종래의 무선통신 시스템의 상당수는 전파 통신 방식을 채용한 것이고, 공중선(안테나)에 전류를 흘렸을 때에 발생하는 방사 전계를 이용하여 신호를 전반(轉搬)시키는 것이다. 이 경우, 송신기측으로부터는 통신 상대가 있는지 없는지에 상관없이 전파를 방출하므로, 근린의 통신 시스템에 대한 방해 전파의 발생원이 되어 버린다고 하는 문제가 있다. 또, 수신기측의 안테나는, 송신기로부터의 소망파 뿐만이 아니라, 먼 곳으로부터 도래한 전파도 수신하므로, 주위의 방해 전파의 영향을 받기 쉽고, 수신 감도 저하의 원인이 된다. 또, 통신 상대가 복수 존재 하는 경우에는, 그 중에서 소망의 통신 상대를 선택하기 위해서 복잡한 설정을 행할 필요가 있다. 예를 들면, 좁은 범위에서 복수의 조의 무선기가 무선통신을 행하는 경우는, 서로의 간섭을 회피하기 위해서, 주파수 선택 등의 분할 다중을 행하고 통신을 행할 필요가 있다. 또, 전파는 편파의 방향이 직교하면 통신할 수 없기 때문에, 송수신기간에서는 서로의 안테나의 편파 방향이 갖추어져 있을 필요가 있다.

예를 들면, 수밀리 ~ 수센티미터라고 하는 지근(至近) 거리에서의 비접촉 데이터 통신시스템을 생각한 경우, 근거리에서는 송수신기가 강하게 결합하는 한편, 다른 시스템에의 간섭을 회피하기 위해서 원거리까지 신호가 도래하지 않는 것이 바람직하다. 또, 데이터 통신하는 기기끼리를 지근 거리에 접근시킬 때의 서로의 자세(방향)에 의존하지 않고, 결합하는 것, 즉 지향성이 없는 것이 바람직하다. 또, 대용량 데이터 통신을 행하려면, 광대역 통신이 가능한 것이 바람직하다.

무선통신에는, 상기의 방사 전계를 이용한 전파 통신 이외에도, 정전계나 유도전계 등을 이용한 통신 방식을 들 수 있다. 예를 들면, 주로 RFID(Radio Frequency IDentification)에 이용되고 있는 기존의 비접촉 통신 시스템에서는 전계 결합 방식이나 전자 유도 방식이 적용되고 있다. 정전계나 유도전계는 발생원으로부터의 거리에 대해, 각각 거리의 3승 및 2승에 반비례하기 때문에, 무선설비로부터 3미터의 거리로의 전계 강도(전파의 힘)가 소정 레벨 이하로 되는 미약 무선이 가능하고, 무선국의 면허를 받을 필요는 없다. 또, 이런 종류의 비접촉 통신 시스템은, 전송 신호는 거리에 따라 급준하게 감쇠하므로, 통신 상대가 근처 에 존재하지 않을 때에는 결합 관계가 생기지 않기 때문에, 다른 통신 시스템을 방해하지 않는다. 또, 먼 곳으로부터 전파가 도래해 와도, 결합기(커플러)가 전파를 수신하지 않기 때문에, 다른 통신 시스템으로부터의 간섭을 받지 않아도 된다. 즉, 유도전계나 정전계를 이용한 전계 결합에 의한 비접촉·초근거리 통신은 미약 무선의 실현에 적절하다고 말할 수 있다.

비접촉에 의한 초근거리 통신 시스템은 통상의 무선통신 시스템에 대해, 몇개의 이점이 있다. 예를 들면, 비교적 거리가 떨어진 기기끼리 무선 신호의 교환을 행하는 경우, 주변의 반사물의 존재나 통신 거리의 확대에 따라 무선 구간의 신호의 질이 저하해 버리지만, 근거리 통신에 의하면 주변 환경의 의존은 없고, 높은 전송 레이트를 이용하여 오차율이 적은 고품질의 전송이 가능하다. 또, 초근거리 통신 시스템에서는 전송 데이터를 감청하는 부정한 기기가 개재하는 여지는 없고, 전송로상에서 해킹의 방지나 은닉성의 확보를 고려할 필요가 없다.

또, 전파 통신에서는 안테나는 사용 파장(λ)의 2분의 1 또는 4분의 1정도의 크기를 가질 필요가 있기 때문에, 장치는 필연적으로 대형화하여 버린다. 이것에 대해, 유도 전자계나 정전 자계를 이용한 초근거리 통신 시스템에서는, 이러한 제약은 없다.

예를 들면, 복수의 통신 보조체간에 RFID 태그가 위치하도록 배치한 통신 보조체조를 형성하고, 통신 보조체간에 끼우도록 복수의 상품에 부착된 RFID 태그를 배치함으로써, RFID 태그가 서로 겹친 상태여도, 정보의 안정한 독해·기입이 가능해지는 RFID 태그·시스템에 대해서 제안이 이루어지고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조).

또, 장치 본체와 이 장치 본체를 신체에 장착하기 위한 장착 수단을 갖추는 것과 동시에, 안테나·코일과 이 안테나·코일을 거쳐서 외부의 통신 장치와 비접촉으로 데이터 통신을 실시하는 데이터 통신 수단을 갖추고, 장치 본체의 상부에 설치된 외부 케이스에 안테나·코일과 데이터 통신 수단을 배치하고, 유도 자계를 이용한 데이터 통신 장치에 대해서 제안이 이루어지고 있다(예를 들면, 특허 문헌 2를 참조).

또, 휴대 정보 기기에 삽입되는 메모리 카드에 외부 기기와 데이터 통신을 행하기 위한 안테나·코일을 탑재하고, 휴대 정보 기기의 메모리 카드 삽입구의 외측에 RFID의 안테나·코일이 배치되는 구조로서, 휴대성을 해치지 않고 통신 거리를 확보한 RFID를 가지는 휴대 전화기에 대해서 제안이 이루어지고 있다(예를 들면, 특허 문헌 3을 참조).

정전계나 유도전계를 이용한 종래의 RFID 시스템은 저주파수 신호를 이용하고 있기 때문에 통신 속도가 늦고, 대량의 데이터 전송에는 적합하지 않았다. 또, 안테나·코일에 의한 유도 전자계를 이용하여 통신하는 방식의 경우에는, 코일의 배면에 금속판이 있으면 통신을 행할 수 없고, 코일을 배치하는 평면상에 큰 면적이 필요한 등, 실장상의 문제도 있다. 또, 전송로에 있어서의 손실이 크고, 신호의 전송 효율이 좋지 않다.

이것에 대해, 본 발명자들은, 고주파 신호를 전계 결합으로 전송하는 것, 즉, 정전계 혹은 유도 전자계를 이용하여 상기 UWB 통신 신호를 전송하는 초근거리 통신 시스템에 의해, 무선국으로서 면허 취득이 불필요한 미약 전계에 의해, 은닉성을 고려한 고속 데이터 전송을 실현할 수 있다고 생각한다. 정전계 혹은 유도전계를 이용한 UWB 통신 시스템에서는 예를 들면 동화상이나 CD 1개분의 음악 데이터라고 하는 대용량의 데이터를 고속 또한 단시간에 전송할 수 있다고 본 발명자들은 생각하고 있다.

여기서, 종래의 RFID 시스템에서는, 송신기와 수신기의 전극(결합기) 간을 밀착시키는 것이 일반적이고, 사용자가 사용하기 편리하지 않다. 이 때문에, 전극간을 3cm정도 떨어진 근거리 통신을 행하는 형태가 바람직하다고 생각된다.

비교적 저주파수대의 신호를 이용하는 정전 결합 방식으로는, 3cm라고 하는 송신기와 수신기의 전극간 거리는 파장과 비교해 무시할 수 있는 길이이기 때문에, 송수신기간에서의 전반손은 큰 문제는 되지 않는다. 그런데, UWB 신호와 같이 고주파수의 광대역 신호를 전송하는 것을 생각할 경우, 3cm라고 하는 거리는 사용 주파수대 4GHz에 있어서 약 2분의 1 파장에 상당한다. 파장에 대한 전반 거리의 크기에 따라 전반손이 생기기 때문에, 송신기와 수신기의 전극간 거리는 파장과 비교하여 무시할 수 없는 길이이다. 이 때문에, 정전 결합에 의해 UWB 신호를 전송시킬 때는, 전반손을 충분히 낮게 억제해 넣을 필요가 있다.

또, 무선 기술의 기술 분야에서는, 무선 신호를 송출할 때에 넓은 대역에 주파수 변조를 거는 것이 일반적이다. UWB 전송 방식으로는, DS(Direct Spread：직접 확산)의 정보 신호의 확산 속도를 극한까지 높게 한 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum：직접 시퀀스·스펙트럼 확산)－UWB방식이나, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：직교 주파수 분할 다중) 변조 방식을 채용한 OFDM＿UWB 방식이 정의되고 있다. DSSS 방식에 의하면, 특정의 주파수가 노이즈로 통신할 수 없어도 다른 주파수를 사용한 통신이 가능하고 전파가 중단되기 어렵다고 하는 이점이 있다. 또, OFDM 변조 방식에 의하면, 복수의 채널을 사용해도 혼신이나 노이즈에 강하다고 하는 이점이 있다.

상술한 바와 같은 정전계 혹은 유도전계에 의한 전계 결합을 이용하여 UWB 통신 신호를 전송하는 초근거리 통신 시스템에 있어서도, DSSS와 같은 주파수 확산 방식을 적용하는 경우에는, 송수신기의 결합기간에 고주파수대에 있어서 정전 결합을 일으키게 할 뿐만 아니라, 결합기가 광대역에 있어서 유효하게 동작하도록 설계할 필요가 있다.

또, 결합기를 기기의 케이스내에 수용하는 경우, 주변의 금속 부품으로부터의 영향에 의해 중심 주파수가 어긋나는 것이 상정된다. 이러한 관점으로부터도, 전계 결합용의 결합기가 미리 넓은 주파수로 유효하게 동작하도록 설계할 필요가 있다.

[특허 문헌 1] 특개 2006－60283호 공보

[특허 문헌 2] 특개 2004－214879호 공보

[특허 문헌 3] 특개 2005－18671호 공보

[비특허 문헌 1]전파법 시행 규칙(소화(昭和) 25년 전파 감리 위원회 규칙 제 14호) 제6조제 1항 제일호

본 발명의 목적은 고주파수의 광대역 신호를 이용하는 UWB 통신 방식에 의해 정보 기기간에서 대용량의 데이터 통신을 행할 수 있는, 뛰어난 통신 시스템 및 통신 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 새로운 목적은 초근거리에 배치된 정보 기기간에서 정전계( 준정전계) 혹은 유도전계를 이용하여 UWB 통신 신호를 전송할 수 있는, 뛰어난 통신 시스템 및 통신 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 새로운 목적은 각 정보 기기에 탑재된 결합기간에 효율적으로 고주파 신호를 전달하고, 초근거리에 있어서 정전계 혹은 유도전계를 이용한 대용량 전송이 가능해지는, 뛰어난 통신 시스템 및 통신 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 새로운 목적은 송수신기의 결합기간에 고주파수대에 있어서 전계 결합을 일으키게 하는 것과 동시에 광대역에 있어서 유효하게 동작하고, 노이즈에 강한 전계 결합 전송로를 형성하여 대용량 전송이 가능해지는, 뛰어난 통신 시스템 및 통신 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기 과제를 참작하여 이루어진 것으로, 그 제 1의 측면은 데이터를 전송하는 고주파 신호를 생성하는 송신 회로부와, 이 고주파 신호를 정전계 혹은 유도전계로서 송출하는 고주파 결합기를 갖춘 송신기와,

고주파 결합기와, 이 고주파 결합기로 수신한 고주파 신호를 수신 처리하는 수신 회로부를 갖춘 수신기로 구성되고,

상기 송신기 및 수신기의 고주파 결합기는 결합용 전극과, 서로의 결합용 전극간에 있어서의 전기적 결합을 강하게 하기 위한, 분포 정수 회로로 이루어지는 공진부를 갖추고,

상기 송신기 및 수신기의 대향하는 고주파 결합기간에 있어서의 전계 결합에 의해 상기 고주파 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템이다.

단, 여기서 말하는 「시스템」이란, 복수의 장치(또는 특정의 기능을 실현하는 기능 모듈)가 논리적으로 집합한 것을 말하고, 각 장치나 기능 모듈이 단일의 케이스내에 있는지 아닌지는 특별히 문제삼지 않는다(이하, 동일).

화상이나 음악 등의 데이터를 PC와의 사이에 교환하는 등, 소형의 정보 기기간에서의 데이터 전송을 케이블 없이 행할 수 있으면, 사용자의 편리성이 높아진다. 그렇지만, 무선 LAN으로 대표되는 많은 무선통신 시스템에서는, 안테나에 전류를 흘렸을 때에 발생하는 방사 전계를 이용하므로, 통신 상대가 있는지 없는지에 상관없이 전파가 방출되어 버린다. 또 , 방사 전계는 안테나로부터의 거리에 반비례하여 완만하게 감쇠하므로, 비교적 먼 곳까지 신호가 도달해 버린다. 이 때문에, 근린의 통신 시스템에 대한 방해 전파의 발생원이 되는 동시에, 수신기측의 안테나도 주위의 방해 전파의 영향으로 수신 감도가 저하한다. 요컨대, 전파 통신 방식으로는, 지근 거리의 통신 상대에게 제한한 무선통신을 실현하는 것은 곤란하다 .

한편, 정전계나 유도전계를 이용한 통신 시스템에서는, 통신 상대가 근처에 존재하지 않을 때에는, 결합 관계가 생기지 않는다. 또, 유도전계나 정전계의 전계 강도는 각각 거리의 2승 및 3승에 반비례하여 급준하게 감쇠한다. 즉, 불필요한 전계가 발생하지 않고, 또한, 전계가 먼 곳까지 도달하지 않기 때문에, 다른 통신 시스템을 방해하지 않는다. 또, 먼 곳으로부터 전파가 도래해 와도, 결합용 전극은 전파를 수신하지 않기 때문에, 다른 통신 시스템으로부터의 간섭을 받지 않아도 된다. 그렇지만, 종래의 이런 종류의 통신 시스템은 저주파수 신호를 이용하고 있기 위해 통신 속도가 늦고, 대량의 데이터 전송에는 적합하지 않다. 또, 유도 전자계를 이용한 통신 방식의 경우, 코일을 배치하는 평면상에 큰 면적이 필요한 등, 실장상의 문제도 있다.

이것에 대해, 본 발명과 관련되는 통신 시스템은 데이터를 전송하는 UWB 신호를 생성하는 송신기와, UWB 신호를 수신 처리하는 수신기간을 송수신기가 각각 가지는 고주파 결합기로 전계 결합시켜 UWB 신호를 전송하도록 구성되어 있다. 정전계 및 유도전계는 각각 거리의 3승 및 2승에 반비례하여 감쇠하기 때문에, 무선국의 면허가 불필요한 미약 무선이 가능함과 동시에, 전송로상에서 해킹의 방지나 은닉성의 확보를 고려할 필요가 없다. 또, UWB 통신이기 때문에, 초근거리의 대용량 통신이 가능하고, 예를 들면 동화상이나 CD 1개분의 음악 데이터라고 하는 대용량의 데이터를 고속 또한 단시간에 전송할 수 있다.

여기서, 고주파 회로에서는, 파장에 대한 전반 거리의 크기에 따라 전반손이 생기기 때문에, UWB등의 고주파 신호를 전송시킬 때는, 전반손을 충분히 낮게 억제하여 넣을 필요가 있다.

그래서, 본 발명과 관련되는 통신 시스템에서는, 상기 송신기는, 상기 송신 회로부가 생성하는 고주파 신호를 전송하는 고주파 신호 전송로를, 임피던스 정합부나 공진부를 거쳐서 상기 고주파 결합기의 전극의 거의 중앙에 접속하고, 한쪽의 상기 수신기는, 상기 고주파 결합기의 전극의 거의 중앙에 있어서, 임피던스 정합부나 공진부를 거쳐서 상기 수신 회로부에 고주파 신호를 전송하는 고주파 신호 전송로를 접속하도록 구성되어 있다. 그리고, 임피던스 정합부가 상기 송신기 및 수신기의 고주파 결합기간에 있어서의 임피던스의 정합을 취하고, 결합기간에 있어서의 반사파를 억제하여 전반손을 저감하도록 하고 있다.

이 임피던스 정합부나 공진부는, 송신기와 수신기의 전극간 즉 결합 부분에 있어서, 임피던스·매칭을 취하고, 반사파를 억제하는 것을 목적으로 하고 있고, 상기 송신기 및 수신기의 고주파 결합기간에 있어 소망한 고주파 대역을 통과하는 밴드 패스·필터로서 동작하도록 구성되어 있다.

임피던스 정합부나 공진부는, 예를 들면, 직렬 인덕터, 병렬 인덕터를 고주파 신호 전송로에 접속한 집중 정수 회로로 구성할 수 있다. 그렇지만, 집중 정수 회로는 인덕턴스(L)나 커패시턴스(C) 등의 정수를 중심 주파수에 근거하여 결정하기 때문에, 상정하는 중심 주파수로부터 빗나간 대역에서는 임피던스의 정합이 취해지지 않고, 설계 그대로의 동작은 하지 않는다. 바꾸어 말하면, 협대지역에서 밖에 유효하게 동작하지 않는다. 특히 높은 주파수대에서는 집중 정수 회로 부분의 미세한 구조, 값이 작은 인덕터나 콘덴서의 격차에 의해서 공진 주파수가 좌우되기 때문에, 주파수의 조정이 어렵다. 또, 임피던스 정합부나 공진부를 집 중 정수로 구성한 경우, 인덕터로서 소형의 칩·인덕터를 이용하면, 칩·인덕터 내부에서의 손실이 있고, 고주파 결합기간의 전반손이 커진다고 하는 문제도 있다.

또, 결합기를 기기의 케이스내에 수용하는 경우에는, 주변의 금속 부품으로부터의 영향에 의해 중심 주파수가 어긋나는 것이 상정된다. 이 때문에, 결합기를 미리 넓은 주파수로 유효하게 동작하도록 설계할 필요가 있다. 대역의 좁은 디바이스를 복수 배치한 경우, 전체의 시스템으로서의 대역은 더 좁아지기 때문에, 고주파 결합기를 광대역의 통신 시스템으로 동시에 복수 이용하는 것은 어려워진다.

또, 정전 자계를 이용하여 UWB 통신 신호를 전송하는 초근거리 통신 시스템에 대해 DSSS와 같은 주파수 확산 방식을 적용하는 경우, 고주파 결합기의 광대역화를 실현할 필요가 있다.

그래서, 본 발명과 관련되는 통신 시스템에서는, 정전 결합에 의한 근거리 통신을 행하는 고주파 결합기는 결합용 전극과, 서로의 결합용 전극간에 있어서의 임피던스의 정합을 취하기 위한 임피던스 정합부나 공진부를 집중 정수 회로로부터 분포 정수 회로에 대신하여 구성하는 것으로, 광대역화를 실현하도록 했다.

상기 고주파 결합기는 데이터를 전송하는 고주파 신호의 처리를 행하는 상기 통신 회로부를 구성하는 회로 모듈과 동일하게, 실장 부품의 1개로서 프린트 기판상에 탑재된다.

이러한 경우, 상기 분포 정수 회로는 상기 프린트 기판상에 배치된 도체 패턴으로 이루어진 스터브(stub)로서 구성할 수 있다. 그리고, 상기 프린트 기판 의 다른 쪽 면에는 그라운드가 형성되고, 상기 스터브의 선단 부분은 상기 프린트 기판내의 스루홀(through hole)을 거쳐서 상기 그라운드에 접속하면 좋다.

상기 스터브는 사용 주파수의 파장의 거의 2분의 1의 길이를 가진다. 그리고, 정재파의 최대 진폭 위치가 되는 상기 스터브의 거의 중앙의 위치에 상기 결합용 전극을 배치하면 좋다.

상기 결합용 전극은, 절연체로 이루어진 스페이서의 표면에 증착된 도체 패턴으로서 구성할 수 있다. 이 스페이서(spacer)는 프린트 기판상에 표면 실장되는 회로 구성요소이지만, 상기 스페이서를 상기 프린트 기판상에 탑재한 때에, 상기 결합용 전극의 도체 패턴은 상기 스페이서내의 스루홀을 거쳐서 상기 스터브의 거의 중앙의 위치에 접속된다. 또, 유전율의 높은 절연체를 스페이서로서 이용하는 것으로, 파장 단축 효과에 의해 스터브의 길이를 2분의 1 파장보다 짧게 할 수 있다.

또, 상기 스터브는 상술한 바와 같이 사용 주파수에 있어서의 2분의 1 파장의 길이를 가지지만, 폴더 형상으로 하는 것으로, 상기 스페이서를 상기 프린트 기판상에 실장한 때의 점유 면적내에 넣을 수 있다.

또, 상기 스터브는 상기 스페이서의 다른 표면에 증착된 도체 패턴으로서 구성할 수 있다.

여기서, 정전 결합을 이용한 통신 방식으로는, 송수신기 쌍방의 결합용 전극끼리 정전 결합을 일으키게 하려면 , 결합용 전극간에 미묘한 위치 맞춤을 행할 필요가 있고, 데이터 통신 중은 그 위치를 보관 유지해야 한다. 이런 종류의 문제 에 대한 해결 방법으로서, 송수신기의 적어도 한쪽에 있어서, 복수의 고주파 결합기를 어레이형으로 배치한다고 하는 구성이 생각된다. 본 발명과 관련되는 고주파 결합기는 개개의 고주파 결합기가 광대역이기 때문에, 광대역의 통신 시스템에 있어서 고주파 결합기를 어레이형으로 배치하여 복수의 고주파 결합기를 동시에 이용하여도, 광대역인 채 유효하게 동작할 수 있다.

이러한 경우, 통신 상대측의 고주파 결합기와 결합 관계에 없는 고주파 결합기는 거의 개방단이라고 간주할 수 있도록 설계할 수 있기 때문에, 고주파 신호의 일부는 걸리는 개방단에서 반사하고, 결합 관계에 있는 고주파 결합기에 다시 공급되고, 통신 상대측의 고주파 결합기와 결합 관계에 있는 고주파 결합기에만 통신 회로부로부터 출력되는 고주파 신호가 공급되는 것이다. 이때, 원래의 신호와 개방단에서 반사하여 돌아오는 신호의 간섭을 막기 위해서는, 각 고주파 결합기간을 잇는 신호선의 길이는 2분의 1 파장의 정수배인 것, 혹은, 송수신 회로 모듈과 각 고주파 결합기의 사이의 신호 선로의 길이의 차이가 2분의 1 파장의 정수배인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 고주파수의 광대역 신호를 이용하는 UWB 통신 방식에 의해 정보 기기간에서 대용량의 데이터 통신을 행할 수 있는, 뛰어난 통신 시스템 및 통신 장치를 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 초근거리에 배치된 정보 기기간에서 정전계 혹은 유도전계를 이용하여 UWB 통신 신호를 전송할 수 있는, 뛰어난 통신 시스템 및 통신 장치를 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 각 정보 기기에 탑재된 결합기간에 효율적으로 고주파 신호를 전달하고, 초근거리에 있어서 정전계 혹은 유도전계를 이용한 대용량 전송이 가능해지는, 뛰어난 통신 시스템 및 통신 장치를 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 송수신기의 결합기간에 고주파수대에 있어서 전계 결합을 일으키게 하는 동시에 광대역에 있어서 유효하게 동작하고, 노이즈에 강한 전계 결합 전송로를 형성하여 대용량 전송이 가능해지는, 뛰어난 통신 시스템 및 통신 장치를 제공할 수 있다.

본 발명과 관련되는 통신 장치는, 고주파 결합기의 임피던스 정합부나 공진부를 분포 정수 회로인 프린트 기판상의 패턴 즉 스터브로서 구성할 수 있고, 넓은 대역에서 매우 적합하게 동작할 수 있다.

본 발명과 관련되는 고주파 결합기는, 개개의 고주파 결합기가 광대역이기 때문에, 고주파 결합기를 어레이형으로 배치하여 복수의 고주파 결합기를 동시에 이용하여도, 통신 시스템은 광대역인 채 유효하게 동작할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 고주파 결합기의 임피던스 정합부나 공진부를 분포 정수 회로인 프린트 기판상의 패턴 즉 스터브로서 구성할 수 있지만, 프린트 기판상의 도체 패턴의 직류 저항이 작기 때문에, 고주파 신호에서도 손실이 적고, 고주파 결합기간의 전반손을 작게 할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 분포 정수 회로를 구성하는 스터브의 사이즈는 고주파 신호의 2 분의 1 파장 정도로 크기 때문에, 제조시의 공차(公差)에 의한 치수의 오차는 전체의 길이와 비교하면 미량이며, 특성의 불균형이 생기기 어렵다. 프린트 기판상의 패턴 즉 스터브의 사이즈가 길어지는 만큼에 대해서는, 스터브를 결합용 전극하에서 폴더 형상으로 하는 것으로, 종래의 고주파 결합기의 사이즈보다 소형으로 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적, 특징이나 이점은, 후술하는 본 발명의 실시 형태나 첨부하는 도면에 근거하여 상세한 설명에 의해서 밝혀질 것이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 풀이한다.

본 발명은 정전계 혹은 유도전계를 이용하여 정보 기기간에서 데이터 전송을 행하는 통신 시스템에 관한 것이다.

정전계 혹은 유도전계에 근거하는 통신 방식에 의하면, 통신 상대가 근처에 존재하지 않을 때에는 결합 관계가 없는 전파를 방사하지 않기 때문에, 다른 통신 시스템을 방해하지 않는다. 또, 먼 곳으로부터 전파가 도래해 와도, 결합기가 전파를 수신하지 않기 때문에, 다른 통신 시스템으로부터의 간섭을 받지 않아도 된다.

또, 안테나를 이용한 종래의 전파 통신에서는 방사 전계의 전계 강도가 거리에 반비례하는데 대해, 유도전계에서는 전계 강도가 거리의 2승에, 정전계에서는 전계 강도가 거리의 3승에 반비례하여 감쇠하기 때문에, 전계 결합에 근거하는 통신 방식에 의하면, 근린에 존재하는 다른 무선 시스템에 있어서 노이즈·레벨 정도로 되는 미약 무선을 구성할 수 있고, 무선국의 면허를 받을 필요는 없어진다.

또한, 시간적으로 변동하는 정전계를 「준정전계」라고 부르기도 하지만, 본 명세서에서는 이것을 포함하여 「정전계」로 통일하여 부르기로 한다.

종래의 정전계 혹은 유도전계를 이용한 통신에서는, 저주파 신호를 이용하기 때문에 대량의 데이터 전송에는 적합하지 않다. 이것에 대해, 본 발명과 관련되는 통신 시스템에서는, 고주파 신호를 전계 결합으로 전송함으로써, 대용량 전송이 가능하다. 구체적으로는, UWB(Ultra Wide Band) 통신과 같이 고주파, 광대역을 사용하는 통신 방식을 전계 결합에 적용하는 것으로, 미약 무선인 것과 동시에, 대용량 데이터 통신을 실현할 수 있다.

UWB 통신은 3.1GHz ~ 10.6GHz라고 하는 매우 넓은 주파수대역을 사용하고, 근거리면서 100Mbps 정도의 대용량의 무선 데이터 전송을 실현할 수 있다. UWB통신은 본래, 안테나를 이용한 전파 통신 방식으로서 개발된 통신기술이며, 예를 들면, IEEE802.15.3 등에 있어서, UWB 통신의 액세스 제어 방식으로서 프리앰블을 포함한 패킷 구조의 데이터 전송 방식이 고안되어 있다. 또, 미 인텔사는 UWB의 애플리케이션으로서 PC 전용의 범용 인터페이스로서 보급되고 있는 USB의 무선판을 검토하고 있다.

또, UWB 통신은 3.1GHz ~ 10.6GHz라고 하는 전송 대역을 점유하지 않아도 100Mbps를 넘는 데이터 전송이 가능한 것이나 RF회로의 만들기 쉬움을 고려하여, 3.1 ~ 4.9GHz의 UWB로 밴드를 사용한 전송 시스템도 개발이 번성하다. 본 발명자들은, UWB로 밴드를 이용한 데이터 전송 시스템을, 모바일 기기에 탑재하는 유효한 무선통신 기술의 하나로 생각하고 있다. 예를 들면, 저장·장치를 포함한 초 고속인 근거리용의 DAN(Device Area Network) 등, 근거리 영역에 있어서의 고속 데이터 전송을 실현하는 것이 가능하다.

본 발명자들은 정전계 혹은 유도전계를 이용한 UWB 통신 시스템에 의하면, 미약 전계에 의한 데이터 통신이 가능함과 동시에, 예를 들면 동화상이나 CD 1개분의 음악 데이터라고 하는 대용량의 데이터를 고속 또한 단시간에 전송할 수 있다, 라고 생각하고 있다.

도 14에는, 정전계 혹은 유도전계를 이용한 비접촉 통신 시스템의 구성예를 나타내고 있다. 도시의 통신 시스템은, 데이터 송신을 행하는 송신기(10)와 데이터 수신을 행하는 수신기(20)로 구성된다. 동일한 도에 나타낸 바와 같이 송수신기 각각의 고주파 결합기를 서로 마주보게 배치하면, 2개의 전극이 1개의 콘덴서로서 동작하고, 전체적으로 밴드 패스·필터와 같이 동작하기 때문에, 2개의 고주파 결합기의 사이에서 효율적으로 고주파 신호를 전달할 수 있다. 도시의 통신 시스템에 있어서, 전계 결합에 의한 전송로를 매우 적합하게 형성하려면, 송수신기의 고주파 결합기간에 있어서, 충분한 임피던스 정합이 취해지고 있는 것으로, 고주파수대로 또한 광대역에 있어 유효하게 동작하는 것이 필요하다.

송신기(10) 및 수신기(20)가 각각 가지는 송수신용의 전극(14 및 24)은 예를 들면 3cm정도 이간하여 대향해서 배치되고, 전계 결합이 가능하다. 송신기측의 송신 회로부(11)는 상위 애플리케이션으로부터 송신 요구가 생기면, 송신 데이터에 근거하여 UWB 신호 등의 고주파 송신 신호를 생성하고, 송신용 전극(14)으로부터 수신용 전극(24)에 신호가 전반한다. 그리고 수신기(20)측의 수신 회로부(21)는 수신한 고주파 신호를 복조 및 복호 처리하고, 재현한 데이터를 상위 애플리케이션에 건네준다.

UWB 통신과 같이 고주파, 광대역을 사용하는 통신 방식에 의하면, 근거리에 있어서 100Mbps 정도의 초고속 데이터 전송을 실현할 수 있다. 또, 전파 통신은 아닌 전계 결합에 의해 UWB 통신을 행하는 경우, 그 전계 강도는 거리의 3승 혹은 2승에 반비례하기 때문에, 무선설비로부터 3미터의 거리로의 전계 강도(전파의 힘)가 소정 레벨 이하에 억제하는 것으로 무선국의 면허가 불필요해지는 미약 무선으로 하는 것이 가능하고, 염가로 통신 시스템을 구성할 수 있다. 또, 전계 결합 방식에 의해 초근거리로 데이터 통신을 행하는 경우, 주변에 존재하는 반사물에 의해 신호의 질이 저하되지 않고, 전송로상에서 해킹의 방지나 은닉성의 확보를 고려할 필요가 없다는 이점이 있다.

한편, 파장에 대한 전반거리의 크기에 따라 전반손이 커지기 때문에, 전계 결합에 의해 고주파 신호를 전반할 때, 전반손을 충분히 낮게 억제할 필요가 있다. UWB 신호와 같이 고주파수의 광대역 신호를 전계 결합으로 전송하는 통신 방식으로는, 3cm정도의 초근거리 통신이어도, 사용 주파수대 4GHz에 있어서는 약 2분의 1 파장에 상당하기 때문에, 무시할 수 없는 길이이다. 특히, 고주파 회로에서는, 저주파 회로에 비하면 특성 임피던스의 문제는 보다 심각하고, 송수신기의 전극간의 결합점에 있어서 임피던스 부정합에 의한 영향은 표면화한다.

kHz 혹은 MHz대의 주파수를 사용한 통신에서는, 공간에서의 전반손이 작기 때문에, 도 17에 나타낸 바와 같이 송신기 및 수신기가 전극만으로 이루어진 결합 기를 갖추고, 결합 부분이 단순하게 평행 평판 콘덴서로서 동작하는 경우여도, 소망의 데이터 전송을 행할 수 있다. 그렇지만, GHz대의 고주파를 사용한 통신에서는, 공간에서의 전반손이 크기 때문에, 신호의 반사를 억제하고, 전송 효율을 향상시킬 필요가 있다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 송신기 및 수신기의 각각에 있어서 고주파 신호 전송로가 소정의 특성 임피던스(Z₀)로 조정되어 있다고 해도, 평행 평판 콘덴서로 결합한 것만으로는, 결합부에 있어서 임피던스·매칭을 취할 수 없다. 이 때문에, 결합부에 있어서의 임피던스 부정합 부분에 있어서, 신호가 반사함으로써 전반손이 생겨 버리고, 효율이 저하한다.

예를 들면, 송신 회로부(11)와 송신용 전극(14)을 묶는 고주파 신호 전송로는 50Ω의 임피던스 정합이 취해진 동축 선로이었다고 해도, 송신용 전극(14)과 수신용 전극(24)간의 결합부에 있어서의 임피던스가 부정합이라면, 신호는 반사하여 전반손을 일으킨다.

그래서, 송신기(10) 및 수신기(20)의 각각 배치되는 고주파 결합기를 도 13에 나타낸 바와 같이, 평판 모양의 전극(14, 24)과, 직렬 인덕터(12, 22), 병렬 인덕터(13, 23)를 고주파 신호 전송로에 접속하여 구성하고 있다. 이러한 고주파 결합기를 도 19에 나타낸 바와 같이 서로 마주보게 배치하면, 2개의 전극이 1개의 콘덴서로서 동작하고, 전체적으로 밴드 패스·필터와 같이 동작하기 때문에, 2개의 고주파 결합기의 사이에 효율적으로 고주파 신호를 전달할 수 있다. 여기서 말하는 고주파 신호 전송로란 동축 케이블, 마이크로스트립(microstrip) 선로, 코프 레이너(coplanar) 선로 등을 나타낸다.

여기서, 송신기(10)와 수신기(20)의 전극간 즉 결합 부분에 있어서, 단지 임피던스·매칭을 취하고, 반사파를 억제하는 것만을 목적으로 한다면, 도 20a에 나타낸 바와 같이, 각 결합기를 평판 모양의 전극(14, 24)과 직렬 인덕터(12, 22), 병렬 인덕터(13, 23)를 고주파 신호 전송로에 접속하여 구성할 필요는 없고, 도 20b에 나타낸 바와 같이, 각 결합기를 평판 모양의 전극(14, 24)과 직렬 인덕터를 고주파 신호 전송로에 접속한다고 하는 간소한 구조여도 좋다. 즉, 고주파 신호 전송로상에 직렬 인덕터를 삽입하는 것만으로도, 송신기측의 결합기에 대향하여 초근거리로 수신기측의 결합기가 존재하는 경우에 있어서, 결합 부분에 있어서의 임피던스가 연속적이 되도록 설계하는 것은 가능하다.

단, 도 20b에 나타내는 구성예에서는, 결합 부분의 전후에 있어서의 특성 임피던스에 변화는 없기 때문에 전류의 크기도 변함없다. 이것에 대해, 도 20a에 나타낸 바와 같이, 고주파 신호 전송로 말단의 전극 앞에서 병렬 인덕턴스를 거쳐서 그라운드에 접속한 경우, 결합기 단일체(單體)로서는, 결합기의 앞측의 특성 임피던스(Z₀)에 대해, 결합기의 끝의 특성 임피던스(Z₁)는 저하한다(즉 Z₀＞Z₁)고 하는 임피던스 변환 회로로서의 기능을 갖추게 되고, 결합기로의 입력 전류(I₀)에 대하여 결합기의 출력 전류(I₁)를 증폭할 수 있다.(즉 I₀＜I₁)

도 21a 및 도 21b에는, 병렬 인덕턴스를 설치한 경우와 설치하지 않는 경우의 결합기의 각각에 있어서, 전극간의 전계 결합에 의해서 전계가 야기되는 모습을 나타내고 있다. 동일한 도면으로부터도 결합기는 직렬 인덕터에 더하여 병렬 인덕터를 설치함으로써, 보다 큰 전계를 야기하고, 전극간에 강하게 결합시키는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또, 도 21a에 나타낸 바와 같이 하여 전계 근방에 큰 전계를 야기할 때, 발생한 전계는 진행 방향으로 진동하는 종파로서 전극면의 정면 방향으로 전반한다. 이 전계의 물결에 의해, 전극간의 거리가 비교적 큰 경우여도 전극간에 신호를 전반하는 것이 가능하게 된다.

따라서, UWB 신호등의 고주파 신호를 전계 결합에 의해 전송하는 통신 시스템에서는 고주파 결합기로서 필수의 조건은 이하와 같이 된다.

(1) 전계에서 결합하기 위한 전극이 있는 것.

(2) 보다 강한 전계에서 결합시키기 위한 병렬 인덕터가 있는 것.

(3) 통신에 사용하는 주파수대에 있어서, 결합기를 서로 마주보게 두었을 때에 임피던스·매칭이 취해지도록 인덕터 및 전극에 의한 콘덴서의 정수가 설정되어 있는 것.

도 19에 나타낸 바와 같이, 전극이 대향하는 1조의 고주파 결합기로 이루어진 밴드 패스·필터는 직렬 인덕터와 병렬 인덕터의 인덕턴스, 전극에 의해서 구성되는 콘덴서의 커패시턴스에 의해서, 그 통과 주파수(f₀)를 결정할 수 있다. 도 15에는 1조의 고주파 결합기로 이루어진 밴드 패스·필터의 등가 회로를 나타내고 있다. 특성 임피던스(R［Ω］), 중심 주파수((f₀［Hz］), 입력 신호와 통과 신호의 위상차이를(α［라디안］(π＜α＜2π), 전극에 의해서 구성되는 콘덴서의 커패 시턴스를 C／2로 하면, 밴드 패스·필터를 구성하는 병렬 및 직렬 인덕턴스의 각 정수(L₁, L₂)는 사용 주파수(f₀)에 따라 아래식에서 구할 수 있다.

또, 결합기 단일체로서 임피던스 변환 회로로서 기능하는 경우, 그 등가 회로는 도 22에 나타내는 바와 같다. 도시의 회로도에 있어서, 아래식을 만족하도록 사용 주파수(f₀)에 따라 병렬 인덕턴스(L₁) 및 직렬 인덕턴스(L₂)를 각각 선택함으로써, 특성 임피던스를 R₁에서 R₂로 변환하는 임피던스 변환 회로를 구성할 수 있다.

이와 같이, 도 14에 나타낸 비접촉 통신 시스템에서는, UWB 통신을 행하는 통신기는 종래의 전파 통신 방식의 무선통신기에 있어서 안테나를 사용하는 대신에, 도 13에 나타낸 고주파 결합기를 이용하는 것으로, 종래에 없는 특징을 가진 초근거리 데이터 전송을 실현할 수 있다.

도 19에 나타낸 바와 같이, 초근거리를 멀리하여 서로의 전극이 대향하는 2개의 고주파 결합기는 소망의 주파수대의 신호를 통과하는 밴드 패스·필터로서 동작하는 동시에, 단일체의 고주파 결합기로서는 전류를 증폭하는 임피던스 변환 회로로서 작용한다. 한편, 고주파 결합기가 자유 공간에 단독으로 놓여질 때, 고주파 결합기의 입력 임피던스는 고주파 신호 전송로의 특성 임피던스와 일치하지 않기 때문에, 고주파 신호 전송로로부터 들어간 신호는 고주파 결합기내에서 반사되어 외부로 방사되지 않는다.

따라서, 도 14에 나타낸 비접촉 통신 시스템에서는, 송신기측에서는, 통신을 행해야 할 상대가 없을 때에는, 안테나와 같이 전파를 흘려 보내지 않고, 통신을 행해야 할 상대가 가까워져 각각의 전극이 콘덴서를 구성한 때에만, 도 19에 나타낸 바와 같이 임피던스 정합을 취함으로써, 고주파 신호의 전달이 행해진다.

여기서, 송신기측의 결합용 전극에 대해 발생하는 전자계에 대해서 고찰하여 본다. 도 23에는 미소 다이폴에 의한 전자계를 나타내고 있다. 또, 도 24에는 이 전자계를 결합용 전극상에 매핑(mapping)하고 있다. 도시된 바와 같이 전 자계는 전반 방향과 수직인 방향으로 진동하는 전계 성분(횡파 성분)(E_θ)과 전반 방향과 평행한 방향으로 진동하는 전계 성분(종파 성분)(E_R)로 크게 나누어진다. 또, 미소 다이폴 회전에는 자계(H_φ)가 발생한다. 아래식은 미소 다이폴에 의한 전자계를 나타내고 있지만, 임의의 전류 분포는 이러한 미소 다이폴의 연속적인 집합으로서 생각되므로, 그것에 따라 유도되는 전자계에도 동일한 성질이 있다(예를 들면, 무시아케 야스토저 「안테나·전파 전반」(코로나사, 16페이지 ~ 18페이지)을 참조).

위 수학식에서 알 수 있는 바와 같이, 전계의 횡파 성분은 거리에 반비례하는 성분(방사 전계)과 거리의 2승에 반비례하는 성분(유도전계)과 거리의 3승에 반비례하는 성분(정전계)으로 구성된다. 또, 전계의 종파 성분은 거리의 2승에 반비례하는 성분(유도전계)과 거리의 3승에 반비례하는 성분(정전계)만으로 구성되 고, 방사 전자계의 성분을 포함하지 않는다. 또, 전계(E_R)는 ｜cosθ｜=1이 되는 방향, 즉 도 23내의 화살표 방향으로 최대가 된다.

무선통신에 있어서 널리 이용되고 있는 전파 통신에서는 안테나로부터 방사되는 전파는 그 진행 방향과 직교 방향으로 진동하는 횡파(E_θ)이며, 전파는 편파의 방향이 직교하면 통신할 수 없다. 이것에 대해, 정전계나 유도전계를 이용한 통신 방식에 있어서 결합 전극으로부터 방사되는 전자파는, 횡파(E_θ)외에, 진행 방향으로 진동하는 종파(E_R)를 포함한다. 종파(E_R)는 「표면파」라고도 불린다. 덧붙여서, 표면파는 도체나, 유전체, 자성체등의 매체의 내부를 통해서 전반할 수도 있다.

전자계를 이용한 전송파 중 위상 속도(ｖ)가 광속(c)보다 작은 것을 지파(遲波), 큰 것을 속파(速波)라고 한다. 표면파는 전자의 지파에 상당한다.

비접촉 통신 시스템에서는 방사 전계, 정전계, 유도전계의 어느 것의 성분을 매개로서 신호를 전달할 수도 있다. 그렇지만, 거리에 반비례하는 방사 전계는 비교적 멀리 있는 다른 시스템으로의 방해파가 될 우려가 있다. 이 때문에, 방사 전계의 성분을 억제하는 것, 바꾸어 말하면, 방사 전계의 성분을 포함한 횡파(E_θ)를 억제하면서, 방사 전계의 성분을 포함하지 않는 종파(E_R)를 이용한 비접촉 통신이 바람직하다.

또한, 상술한 관점으로부터, 본 실시 형태와 관련되는 고주파 결합기에서는 이하와 같은 궁리를 하고 있다. 우선, 전자계를 나타낸 상기의 수학식 3에서, θ=0˚이라고 하는 관계를 가지는 경우에, E_θ=0이 되고, 또, E_R성분이 극대값을 취하는 것을 알 수 있다. 즉, E_θ는 전류가 흐르는 방향에 대하여 수직인 방향으로 최대가 되고, E_R은 전류가 흐르는 방향과 평행한 방향으로 최대가 된다. 따라서, 전극면에 대하여 수직인 정면 방향의 E_R를 최대로 하려면, 전극에 대하여 수직인 방향의 전류 성분을 크게 하는 것이 바람직하다. 한편, 전극의 중심으로부터 급전점을 오프셋 시켰을 경우에는, 이 오프셋에 기인하여, 전극에 대하여 평행한 방향에 대한 전류 성분이 증가한다. 그리고, 이 전류 성분에 따라 전극의 정면 방향의 E_θ성분이 증가해 버린다. 이 때문에, 본 실시 형태와 관련되는 고주파 결합기에서는 도 16a에 나타낸 바와 같이 전극의 대략 중심 위치에 급전점을 설치하고(후술), E_R성분이 최대가 되도록 하고 있다.

물론, 종래의 안테나에서도 방사 전계 뿐만이 아니라, 정전계나 유도전계가 발생하고, 송수신 안테나를 근접시키면 전계 결합이 일어나지만, 에너지의 상당수는 방사 전계로서 방출되어, 비접촉 통신으로서는 효율적이지 않다. 이것에 대해, 도 13에 나타낸 고주파 결합기는 소정의 주파수에 있어서 보다 강한 전계(E_R)를 만들어 전송 효율을 높이도록 결합용 전극 및 공진부가 구성되어 있다.

도 13에 나타낸 고주파 결합기를 송신기측에서 단독으로 사용한 경우, 결합용 전극의 표면에는 종파의 전계 성분(E_R)이 발생하지만, 방사 전계를 포함한 횡파 성분(E_θ)은 E_R에 비해 작기 때문에, 전파는 거의 방사되지 않는다. 즉, 근린의 타시스템으로의 방해파를 발생하지 않는다. 또, 고주파 결합기에 입력된 신호의 대부분이 전극에서 반사해 입력단으로 돌아온다.

이것에 대해, 1조의 고주파 결합기를 사용한 경우, 즉 송수신기간에 고주파 결합기를 근거리에 배치된 때에는, 결합용 전극끼리가 주로 준정전계 성분에 의해서 결합하여 1 개의 콘덴서와 같이 작용하고, 밴드 패스·필터와 같이 동작하고, 임피던스·매칭이 취해진 상태가 되어 있다. 따라서, 통과 주파수대에서는 신호·전력의 대부분은 상대방에게 전송되어, 입력단으로의 반사는 적다. 여기서 말하는 「근거리」는 파장(λ)에 의해서 정의되고, 결합용 전극간의 거리(d)가 d≪λ／2π인 것에 상당한다. 예를 들면, 사용 주파수(f₀)가 4GHz이면 전극간 거리가 10mm이하 때이다.

또, 송수신기간에 고주파 결합기를 중거리에 배치한 때에는, 송신기측의 결합용 전극의 주위에는, 정전계는 감쇠하고, 주로 유도전계로 이루어진 전계(E_R)의 종파가 발생한다. 전계(E_R)의 종파는 수신기측의 결합용 전극으로 수취되어 신호가 전송된다. 단, 양결합기를 근거리에 배치한 경우와 비교하면, 송신기측의 고주파 결합기에서는, 입력된 신호가 전극에서 반사하여 입력단으로 돌아오는 비율이 높아진다. 여기서 말하는 「중거리」는 파장(λ)에 의해서 정의되고, 결합용 전극간의 거리(d)가 λ／2π의 1 ~ 수배정도이며, 사용 주파수(f₀)가 4GHz이면 전극간 거리가 10 ~ 40mm 때이다.

이미 말한 바와 같이, 도 13에 나타낸 고주파 결합기에서는, 임피던스 정합부는 병렬 인덕터 및 직렬 인덕터의 정수(L₁, L₂)에 의해 동작 주파수(f₀)가 결정된다. 이들 직렬 인덕터(12, 22), 병렬 인덕터(13, 23)를 집중 정수 회로로 간주되는 회로 소자로 구성하는 것이 일반적인 회로 제작 방법이다. 그런데, 고주파 회로에서는 집중 정수 회로는 분포 정수 회로보다 대역이 좁은 것이 알려져 있고, 또 주파수가 높을 때 인덕터의 정수는 작아지므로, 정수의 격차에 의해서 공진 주파수가 어긋난다고 하는 문제가 있다.

그래서, 본 발명에서는 임피던스 정합부나 공진부를 집중 정수 회로로부터 분포 정수 회로에 대신하여 고주파 결합기를 구성하는 것으로, 광대역화를 실현하도록 했다.

도 1에는 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고주파 결합기의 구성예를 나타내고 있다.

도시의 예에서는, 아래쪽 면에 그라운드 도체(102)가 형성되는 동시에, 표면에 인쇄 패턴이 형성된 프린트 기판상(101)에, 고주파 결합기가 배치되고 있다. 고주파 결합기의 임피던스 정합부 및 공진부로서, 병렬 인덕터와 직렬 인덕터 대신에, 분포 정수 회로로서의 도체 패턴 즉 스터브(103)가 형성되고, 신호선 패턴(104)을 거쳐서 송수신 회로 모듈(105)로 결선하고 있다. 스터브(103)는 선단에 있어서 프린트 기판(101)을 관통하여 삽입하는 스루홀(106)을 거쳐서 아래쪽 면 의 그라운드(102)에 접속하여 쇼트되고, 또 스터브(103)의 중앙 부근에 있어서 금속선(107)을 거쳐서 결합용 전극(108)에 접속된다.

또한, 전자 공학의 기술 분야에서 말하는 「스터브(stub)」는, 일단을 접속, 타단을 미접속 또는 그라운드 접속한 전선의 총칭이며, 조정, 측정, 임피던스 정합, 필터등의 용도로 회로의 도중에 설치된다.

스터브(103)의 길이는 고주파 신호의 2분의 1 파장 정도로 하고, 신호선(104)과 스터브(103)는 프린트 기판(101)상의 마이크로스트립 선로, 코프레이너 선로등으로 형성된다 . 스터브(103)의 길이가 2분의 1 파장으로 선단이 쇼트하고 있을 때, 스터브(103)내에 발생하는 정재파의 전압 진폭은 스터브의 선단에서 0이 되고, 스터브의 중앙, 즉 스터브(103)의 선단으로부터 4분의 1 파장의 곳에서 최대가 된다(도 2를 참조). 전압 진폭이 최대가 되는 스터브(103)의 중앙에 결합용 전극(108)을 금속선(107)으로 접속하는 것으로, 전반 효율이 좋은 고주파 결합기를 만들 수 있다.

임피던스 정합부를 스터브(103) 즉 프린트 기판(101)상의 도체 패턴으로 이루어진 분포 정수 회로로 구성함으로써, 넓은 대역에 걸쳐서 균일한 특성을 얻을 수 있기 때문에, DSSS나 OFDM라고 하는 광대역 신호에 주파수 확산하는 변조 방식을 적용하는 것이 가능하게 된다. 스터브(103)는 프린트 기판(101)상의 도체 패턴이며, 그 직류 저항이 작기 때문에, 고주파 신호에서도 손실이 적고, 고주파 결합기간의 전반손을 작게 할 수 있다.

분포 정수 회로를 구성하는 스터브(103)의 사이즈는 고주파 신호의 2분의 1 파장 정도로 크기 때문에, 제조시의 공차에 의한 치수의 오차는 전체의 길이와 비교하면 미량이며, 특성의 불균형이 생기기 어렵다.

도 8에는 임피던스 정합부를 집중 정수 회로 및 분포 정수 회로로 각각 구성한 경우의 고주파 결합기의 주파수 특성의 비교를 나타내고 있다. 단, 집중 정수 회로에서 임피던스 정합부를 구성한 고주파 결합기는 도 6에 나타낸 바와 같이, 프린트 기판상의 신호선 패턴의 선단에 금속선을 거쳐서 결합용 전극을 배치하는 동시에, 신호선 패턴의 선단에 병렬 인덕터 부품을 실장하고, 병렬 인덕터의 타단을 프린트 기판내의 스루홀을 거쳐서 그라운드 도체에 접속한 것을 상정하고 있다. 또, 분포 정수 회로로 임피던스 정합부를 구성한 고주파 결합기는 도 7에 나타낸 바와 같이, 프린트 기판상에 형성된 2분의 1 파장의 길이로 이루어진 스터브의 중앙에 금속선을 거쳐서 결합용 전극을 배치하고, 스터브를 그 선단에 있어서 프린트 기판내의 스루홀을 거쳐서 그라운드 도체에 접속한 것을 상정하고 있다. 어느 고주파 결합기도 각각 동작 주파수가 3.8GHz 부근이 되도록 조정되고 있는 것으로 한다. 또, 도 6, 도 7의 어느 것에 있어서도, 마이크로스트립 선로에 의해 포토(10에서 포토(2)로 향해 고주파 신호가 전달되고, 마이크로스트립 선로의 도중에 각각의 고주파 결합기가 배치되어 있다. 그리고, 주파수 특성은 포토(1)에서 포토(2)로의 전달 특성으로서 측정하고, 그 결과가 도 8에 나타나고 있다.

고주파 결합기는, 다른 고주파 결합기와 결합 관계에 없을 때는 개방단으로 간주할 수 있으므로, 포토(1)로부터 입력된 고주파 신호는 고주파 결합기에는 공급되지 않고, 그대로 포토(2)로 전송된다. 따라서, 고주파 결합기의 동작 주파수 인 3.8GHz 부근에서는 어느 쪽의 고주파 결합기의 경우도 포토(1)에서 포토(2)로 전송되는 신호 강도를 나타내는 전반손(S₂₁)이 큰 값으로 되어 있다. 그러나, 도 6에 나타내는 고주파 결합기의 경우, 동작 주파수로부터 전후에 빗나간 주파수에서는 S₂₁의 값이 크게 침체되어 있다. 이것에 대해, 도 7에 나타낸 고주파 결합기에서는 동작 주파수를 중심으로 한 넓은 주파수대역에 건너 S₂₁의 값이 큰 양호한 특성을 유지하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 임피던스 정합부를 분포 정수 회로로 구성하는 것으로, 고주파 결합기가 광대역에 있어서 유효하게 동작한다고 할 수 있다.

스터브(103)의 중앙 부근에 있어서 금속선(107)을 거쳐서 결합용 전극(108)이 접속되지만, 이 금속선은 결합용 전극(108)의 거의 중앙에서 접속하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 결합용 전극의 중심에 고주파 전송 선로를 접속함으로써, 전극내에 균등하게 전류가 흘러 전극 정면으로 전극면과 거의 수직인 방향으로 불필요한 전파를 방사하지 않지만(도 16a를 참조), 결합용 전극의 중심으로부터 오프셋이 있는 위치에 고주파 전송 선로를 접속하면, 결어용(結語用) 전극내에 불균등인 전류가 흘러 마이크로스트립·안테나와 같이 동작하여 불필요한 전파를 방사해 버리기 때문이다(도 16b를 참조).

또, 전파 통신의 분야에서는, 도 36에 나타낸 바와 같이 안테나 소자의 선단에 금속을 부착하여 정전 용량을 갖게 하고, 안테나의 높이를 단축시키는 「용량장하형」의 안테나가 널리 알려져 있고, 언뜻 봐 도 13에 나타낸 결합기와 구조가 유 사한다. 여기서, 본 실시 형태로 송수신기에 있어서 이용되는 결합기와 용량장하형 안테나와의 상위에 대해서 설명해 둔다.

도 36에 나타낸 용량장하형 안테나는 안테나의 방사 엘리먼트(element)의 주위(B₁ 및 B₂) 방향으로 전파를 방사하지만, A방향은 전파를 방사하지 않는 널(null)점이 된다. 안테나의 주위에 발생하는 전계를 상세하게 검토하면, 안테나로부터의 거리에 반비례하여 감쇠하는 방사 전계와, 안테나로부터의 거리의 2승에 반비례하여 감쇠하는 유도전계와, 안테나로부터의 거리의 3승에 반비례하여 감쇠하는 정전계가 발생한다. 그리고, 유도전계와 정전계는 방사 전계에 비해 거리에 따라 급격하게 감쇠하기 때문에, 통상의 무선 시스템에서는 방사 전계에 대해서만 논의되고, 유도전계와 정전계는 무시되는 것이 많다. 따라서, 도 36에 나타내는 용량장하형 안테나여도, A의 방향으로 유도전계와 정전계를 발생시키고 있지만, 공기중에서 신속하게 감쇠하기 때문에, 전파 통신에서는 적극적으로는 이용되고 있지 않다.

도 1에 나타낸 고주파 결합기에 있어서, 프린트 기판(101)의 회로 실장면의 스터브(103)로부터 금속선(107)을 거쳐서 접속되는 결합용 전극(108)까지 충분한 높이를 취함으로써, 그라운드 도체(102)와 결합용 전극(108)과의 정전 결합을 회피하고, 고주파 결합기로서의 기능(즉, 도시하지 않은 수신기측의 고주파 결합기와의 정전 결합 작용)을 확보한다. 단, 회로 실장면으로부터 결합용 전극(108)까지의 높이가 너무 크면, 프린트 기판(101)과 결합용 전극(108)간을 접속하는 금속 선(107)이 안테나로서 작용하고, 그 내부를 흐르는 전류에 의해 불필요한 전파를 방출한다고 하는 폐해가 있다. 이 경우, 고주파 결합기의 공진부에 있어서의 안테나로서의 행동에 의한 방사 전파는 거리에 대한 감쇠가 정전계나 유도전계보다 작기 때문에, 무선설비로부터 3미터의 거리로의 전계 강도가 소정 레벨 이하로 되는 미약 무선에 억제하는 것이 곤란하게 된다. 따라서, 금속선(107)의 길이는 그라운드 도체(102)와의 결합을 회피하여 고주파 결합기로서의 특성을 충분히 얻는 것으로, 이 금속선(107)에 흐르는 전류에 의한 불필요 전파의 방사가 커지지 않는(즉 금속선(107)으로 이루어진 공진부의 안테나로서의 작용이 커지지 않는다) 정도인 것이 조건이 된다.

병렬 인덕터 및 직렬 인덕터를 분포 정수 회로로 구성한 고주파 결합기의 경우, 그 성능에 영향을 미친다고 생각되는 치수 파라미터로서, 스터브의 폭(W), 스터브의 길이(L₁) 및 스터브의 선단(혹은 스루홀(106)의 위치)으로부터 결합용 전극(108)(혹은 금속선(107))의 설치 위치까지의 거리(L₂)를 들 수 있다.

이미 말한 바와 같이, 스터브(103)의 길이는 사용하는 고주파 신호의 2분의 1 파장의 크기이며, 또, 결합용 전극(108)의 설치 위치(L₂)는 정재파의 최대 진폭이 얻어진 4분의 1 파장의 위치인 것이 바람직하다(도 2를 참조).

여기서, 본 발명자들은 송수신기의 결합용 전극간의 거리를 변화시키면서, 결합용 전극(108)의 설치 위치(L₂)마다의 전반손(S₂₁)을 실측하여 보았다. 단, 고주파 결합기의 결합용 전극의 사이즈를 8mm×8mm로 하고, 전극 높이(금속선 길 이)를 3mm로 하고, 기판 치수를 20mm×20mm, 그 두께를 0.8mm로 하고, 기판 유전율을 3.4로 가정했다. 또 , 스터브의 길이(L1)는 사용 주파수에 있어서의 파장의 2분의 1로 하고, 그 폭(W)을 1.8mm로 설정했다. 도 26에는, 그 결과를 나타내고 있다.

도 26으로부터, 결합용 전극(108)의 설치 위치(L₂)가 4분의 1 파장일 때, 즉, 2분의 1 파장의 쇼트·스터브에 정재파가 상승할 때에 전압 진폭이 최대가 되는 위치에 결합용 전극(108)을 달았을 때에, 고주파 결합기끼리의 결합이 강해지는 것을 알 수 있다.

일반적으로, 금속은 안테나의 효율적인 전파의 방사를 방해하기 때문에, 테나의 방사 엘리먼트의 근방에 그라운드 등의 금속을 배치할 수 없다. 이것에 대해, 본 실시 형태와 관련되는 통신 시스템에서는, 고주파 결합기는 결합용 전극(108)의 이면 측에 금속을 배치하여도 특성이 악화되지 않는다. 또, 스터브를 접곡하여 기판상에 배치하는 것으로, 종래의 안테나보다 소형으로 만들 수 있다. 또, 전반 방향과 평행한 방향으로 진동하는 전계 성분(종파 성분)(E_R)은 편파를 가지지 않기 때문에, 방향이 바뀌어도 일정한 통신 품질을 확보할 수 있다 .

또, 안테나는 거리에 반비례하여 감쇠하는 방사 전계를 거쳐서 신호의 전달을 행한다. 이것에 대해, 본 실시 형태와 관련되는 고주파 결합기는, 주로 거리의 2승에 반비례하여 감쇠하는 유도전계 및 거리의 3승에 반비례하여 감쇠하는 정전계를 거쳐서 신호의 전달을 행한다. 특히 정전계는 전극간의 거리가 크게 되 면 급격하게 전기적인 결합이 저하하여 통신을 행할 수 없게 되지만, 이것은 초근거리에 있어서 미약 전계를 이용한 통신에 적절하다는 것을 의미한다.

도 27 및 도 28에는 도 25에 나타낸 2개의 고주파 결합기를 대향시켜서 배치하고, 결합용 전극간의 거리를 바꿀 때의 S파라미터의 실측치를 나타내고 있다. S파라미터는 송신측으로부터 방사된 신호가 수신측에서 반사하여 돌아오는 반사 특성(S₁₁)에 상당하는 VSWR(Voltage Standing wave Ratio)와, 송신측으로부터 방사된 신호가 수신 측에 도달할 때까지의 전반손(S₂₁)으로 이루어지고, 도 27 및 도 28에 각각을 나타내고 있다.

일반적으로, VSWR는 2 이하인 것이 추천된다. 도 27로부터, 4GHz로 동작하는 고주파 결합기에 대해서, 송수신간 거리가 10mm이하 때 VSWR이 작은 값으로 되어 임피던스·매칭을 취하고 있다. 이 때, 고주파 결합기의 결합용 전극끼리가 주로 준정전계에 의해서 결합하여 1개의 콘덴서와 같이 동작하고 있다고 생각된다. 한편, 송수신간 거리가 10mm이상 때, VSWR는 비교적 큰 값을 취하고, 임피던스·매칭은 취하지 않는다. 이 때, 2개의 고주파 결합기는 주로 종파의 유도전계에 의해서 신호를 전달하여 결합하고 있다고 생각된다.

또, 도 28로부터, 송수신간 거리가 커지는 것에 따라 전반손(S₂₁)이 작은 값으로 되는 것을 알 수 있다.

고주파 결합기는 안테나와 같이 편파를 가지지 않기 때문에, 고주파 결합기끼리의 방향이 바뀌어도 일정한 통신 품질을 확보할 수 있다(상술). 본 발명자 들은 고주파 결합기의 방향이나 상대적인 위치 관계를 바꾸면서, 전반손(S₂₁)을 실측해 보았다. 구체적으로는, 송신측의 고주파 결합기를(0, 0)의 위치에 두고, 주지의 네트워크·애널라이저(analyzer)의 한쪽의 포토에 접속하고, 수신측의 고주파 결합기를 동일한 네트워크·애널라이저의 다른 쪽의 포토에 접속한다. 그리고, 수신측의 고주파 결합기의 위치를 바꿀 때의 고주파 결합기간의 전반손(S₂₁)을 측정한다. 또, 측정 주파수는 4GHz로 한다.

도 29에는, 송신측의 고주파 결합기와 수신측의 고주파 결합기는 방향이 동일(즉 0도)하게 되도록 두었을 때의 고주파 결합기간의 전반손(S21)의 실측치를 나타내고 있다. 또, 도 30에는 수신측의 고주파 결합기의 방향을 90도만 회전시키고, 동일하게 고주파 결합기간의 전반손(S₂₁)을 실측한 결과를 나타내고 있다. 양도면을 비교하면, 측정 결과는 회전의 전후에서 거의 차이가 없다. 즉, 고주파 결합기에 의해서 생기는 전계는 편파를 가지지 않는 것을 알 수 있다.

또한 비교를 위해, 종래의 직선편파 안테나를 이용한 방향을 바꾸면서, 전반손(S₂₁)을 실측해 보았다. 구체적으로는, 송신측의 직선편파 안테나를(0, 0)의 위치에 두고, 주지의 네트워크·애널라이저의 한쪽의 포토에 접속하고, 수신측의 직선편파 안테나를 동일한 네트워크·애널라이저의 다른 쪽의 포토에 접속한다. 그리고, 수신측의 직선편파 안테나의 위치를 바꿀 때의 직선편파 안테나간의 전반손(S₂₁)을 측정한다. 또, 측정 주파수는 4GHz로 한다.

도 31에는, 송수신간에 직선편파 안테나는 방향이 동일(즉 0도)하게 되도록 두었을 때의 전반손(S₂₁)의 실측치를 나타내고 있다. 또, 도 32에는 수신측의 직선편파 안테나의 방향을 90도만 회전시켜서 동일하게 전반손(S₂₁)을 실측한 결과를 나타내고 있다. 양도면을 비교하면, 수신측의 직선편파 안테나의 방향이 90도일 때, 즉 송수신의 편파가 직교할 경우에는, 안테나간의 전반손은 크게 신호의 전달 강도는 약하다. 즉, 직선편파 안테나에 있어서는 방향이 바뀌면 통신 품질을 보증할 수 없게 된다.

도 33에는 고주파 결합기간과 직선편파 안테나간(편파의 방향이 동일함)의 송수신간 거리와 전반손(S₂₁)의 관계의 실측치를 나타내고 있다. 단, 측정 주파수는 4GHz이다. 방사 전계는 거리에 반비례하여 완만하게 감쇠하는데 대해, 유도전계나 정전계의 전계 강도는 각각 거리의 2승 및 3승에 반비례하여 급준하게 감쇠한다(상술). 따라서, 도시와 같이, 고주파 결합기간이 근거리에서는 강하게 결합하지만, 거리에 의한 감쇠가 크다.

또, 도 34에는 도 33에 나타낸 측정 결과로부터 수신 전력의 평방근(즉 전계 강도)의 대수(對數)를 세로축으로, 송수신간 거리의 대수를 횡축으로 그래프를 그리고, 각각의 측정치를 최소 2 곱셈으로 1차 근사한 직선을 나타내고 있다. 각 직선의 기울기로부터, 주파수 4GHz, 송수신간 거리 1 ~ 5cm의 범위에서는, 고주파 결합기에 의해서 생기는 전계는 거리의 거의 -2승에 비례하는 유도전계가 지배적이며, 다른 쪽의 직선편파 안테나에 의해서 생기는 전계는 거리의 거의 -1승에 비례 하는 방사 전계가 지배적인 것을 알 수 있다.

안테나의 방사 엘리먼트의 근방에 그라운드 등의 금속을 배치할 수 없는 것에 대해, 고주파 결합기는 전극(108)의 이면 측에 그라운드가 되는 금속을 배치하여도 특성이 악화되지 않는다. 도 35에는, 고주파 결합기의 배면의 그라운드의 사이즈를 바꿀 때의 고주파 결합기간의 전반손(S21)의 측정 결과를 나타내고 있다. 단, 측정 주파수는 4GHz이며, 결합용 전극의 사이즈는 8mm×8mm로 한다. 고주파 결합기의 배면의 그라운드 사이즈가 큰 만큼 배면 방향으로의 전계의 누락이 적게 되기 때문이, 정면 방향의 전반손(S₂₁)이 커진다고 생각된다. 그라운드는 무한하게 크게 할 필요는 없고, 실질적으로는 1변이 결합용 전극의 크기의 2배 이상, 면적으로 하여 4배 이상 이면 거의 충분하다.

이미 기술한 바와 같이, 스터브(103)의 치수는 정재파의 최대 진폭이 얻어진 4분의 1 파장의 위치에 결합용 전극을 배치하는 것이 바람직하다.

여기서, 사용 주파수대로서 3.1 ~ 4.9GHz의 UWB로 밴드(상술)를 상정한 경우, 자유 공간에서의 파장의 길이는 75mm정도가 되고, 기판의 유전율에 의해서 파장 단축된다고 해도 도 1에 나타낸 바와 같이 스터브(103)를 직선 모양으로 형성하면, 스터브(103)가 결합용 전극(108)의 점유 면적내에 들어가지 않기 때문에, 프린트 기판(101)상의 실장 효율을 해치는 경우가 있다. 또한, 결합용 전극(108)의 치수는 10×10mm정도인 것을 고려하면, 스터브(103)의 치수와 균형이 맞지 않는다.

그래서, 스터브(103)의 패턴을 절곡 형상으로 하고, 2분의 1 파장이라고 하 는 치수를 유지하면서 결합용 전극(108)의 점유 면적내에 수용하도록 해도 좋다. 즉, 프린트 기판(101)상의 패턴 즉 스터브(103)의 사이즈가 길어지는 만큼에 대해서는 스터브(103)를 결합용 전극(108)의 아래에서 절곡 형상으로 하는 것으로, 종래의 고주파 결합기의 사이즈보다 소형으로 받아들여 질 수 있다.

고주파 결합기의 실제의 구성예에 대해서, 도 3 ~ 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 3에는 스터브(103)를 결합용 전극(108)의 아래에서 절곡된 고주파 결합기를 나타내고 있다. 고주파 결합기로서 동작하려면 스터브(103)의 길이가 2분의 1 파장 정도이면 좋고, 스터브(103)는 반드시 직선일 필요는 없기 때문에, 동일한 도에 나타낸 바와 같이 접는 것으로, 고주파 결합기 전체적로서의 치수를 턴(112) 할 수 있다.

상술한 것처럼, 그라운드 도체(102)와 결합용 전극(108)과의 전계 결합을 회피라고 하는 관점으로부터, 프린트 기판(101)의 회로 실장면으로부터 결합용 전극(108)까지의 높이는 중요하다.

예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 적절한 높이를 가지는 스페이서(109)의 표면에 결합용 전극(108)을 배치하고, 스페이서(109)내를 관통하여 삽입하는 스루홀(110)을 거쳐서 스터브(103)의 중앙 부분에 접속하도록 구성되어 있다. 이 스페이서(109)는 절연체로 제작되어 결합용 전극(108)을 소망의 높이에서 지지하는 역할을 가진다. 소망의 높이를 가지는 기둥 모양의 유전체에 스루홀을 형성한 후, 이 스루홀 속에 도체를 충전시키는 동시에, 상단면에 결합용 전극이 되어야 할 도체 패턴을 증착함으로써, 스페이서(109)를 제작할 수 있다. 결합용 전극이 형 성된 스페이서(109)는 예를 들면 리플로우 땜납 등의 공정에 의해, 프린트 기판(101)상에 실장된다.

또, 도 5에는 결합용 전극(108) 및 금속선으로서의 스루홀(110)이 형성된 스페이서(109)를 표면 실장 부품으로서 프린트 기판(101)상에 탑재하는 모습을 나타내고 있다.

도시의 예에서는, 절연체로 이루어진 스페이서(109)의 상하의 각 표면에, 결합용 전극(108)으로 폴더형의 스터브(103)가 형성되어 있다. 예를 들면, 소망의 높이를 가지는 기둥 모양의 유전체에 스루홀을 형성한 후, 이 스루홀속에 도체를 충전시키는 동시에, 도금 기술에 의해 결합용 전극(108) 및 스터브(103)의 도체 패턴을 유전체의 상하의 각 단면에 증착함으로써, 스페이서(109)를 제작할 수 있다. 이 때, 상단면의 결합용 전극(108)은 스페이서(109)내를 관삽하는 스루홀(110)을 거쳐서, 하단면측의 스터브(103)의 중앙 부분에 접속되어 있다.

또, 프린트 기판(101)상에는 스페이서(109)의 양단과 각각 접합하는 도체 패턴(111및 112)이 형성되어 있다. 한쪽 도체 패턴(111)은 송수신 회로 모듈(105)로부터 나타낸 신호선이며, 다른 쪽의 도체 패턴(112)은 프린트 기판(101)을 관통하여 삽입하는 스루홀(106)을 거쳐서 그라운드 도체(102)에 접속하고 있다. 결합용 전극과 폴더형의 스터브가 형성된 스페이서(109)는 예를 들면 리플로우 땜납 등의 공정에 의해, 프린트 기판(101)상에 실장된다.

또한, 도 5에 나타낸 예에서는, 스페이서(109)의 상단면 및 하단면에 결합용 전극(108)과 스터브(103)가 각각 증착되어 있지만, 그 변형예로서 결합용 전 극(108)만을 스페이서(109)에 증착하고, 스터브(103)는 프린트 기판(101)상에 도체 패턴으로서 배치하고, 스페이서(109)를 표면 실장한 때에 스페이서(109)내의 스루홀(110)을 거쳐서 결합용 전극(108)과 스터브(103)를 접속하도록 구성할 수도 있다.

도 4 및 도 5에 나타낸 고주파 결합기의 구성예에 있어서, 스페이서(109)는 절연체로 제작되지만(상술), 유전율이 높은 재질을 이용한 경우에는, 파장 단축 효과에 의해 실질적으로 파장에 상당하는 길이가 짧아지기 때문에, 스터브(103) 및 결합용 전극(108)의 치수를 작게 할 수 있다.

스페이서(109)의 높이(즉 스루홀(110)의 길이)는 프린트 기판(101)의 회로 실장면에서 결합용 전극(14)까지의 높이에 상당하고, 결합용 전극(108)과 그라운드(102)와의 전계 결합을 회피하는 역할과, 스루홀(110)에 의한 직렬 인덕터를 형성하는 역할을 겸비하고 있다. 스페이서(109)의 높이를 사용 파장에 따라 적당하게 조정하는 것으로, 스루홀(110)이 직렬 인덕터를 구성하고, 그라운드(102)와 결합용 전극(108)과의 전계 결합을 회피하고, 고주파 결합기로서의 기능을 확보한다. 사용 파장에 따라 적당하게 조정하는 것으로, 스루홀(110)이 인덕턴스를 가지고, 도 13에 나타낸 직렬 인덕터(12)로 대용할 수 있다. 단, 스페이서(109)의 높이가 크고, 즉 프린트 기판(101)의 회로 실장면에서 결합용 전극(108)까지의 거리가 사용 파장에 대하여 무시할 수 없는 길이가 되면, 스루홀(110)은 안테나로서 작용하고, 그 내부를 흐르는 전류에 의해 불필요한 전파를 방출한다고 하는 폐해가 있다.

여기서, 정전계 혹은 유도전계에 의한 전계 결합을 이용한 통신 방식으로는, 결합용 전극끼리로 정전 결합을 일으키게 하려면, 송수신기간에 서로의 결합용 전극의 미묘한 위치 맞춤을 행할 필요가 있고, 데이터 통신중은 그 위치를 보관 유지해야 한다. 기기내의 어느 부분에 결합용 전극이 배치되고, 어느 개소를 접촉시키면 좋은 것인지, 혹은 어떠한 각도로 전극 부위끼리를 서로 마주보게 하면 최적인 통신 상황이 되는지, 사용자에게 있어서는 알기 어려운 것이 많고, 이 때문에 최대의 통신 속도를 얻을 수 없을 가능성이 있다.

이런 종류의 문제에 대한 해결 방법으로서 복수의 고주파 결합기를 어레이형으로 배치한다고 하는 구성이 생각된다. 전파 통신의 경우, 복수의 송신 안테나를 병렬로 설치하면, 송신 전력은 각 안테나에 분산해 버리는 개개의 안테나의 출력은 저하하기 때문에, 통신에 기여하지 않는 안테나는 송신 전력을 헛되이 낭비해 버린다. 이것에 대해, 전계 결합에 의한 통신 방식에 있어서는, 다른 고주파 결합기와 결합 관계에 있는 것만이 고주파 신호의 전달을 행하고, 그 외의 고주파 결합기는 거의 개방단으로 간주하도록 설계할 수 있다. 즉, 복수의 고주파 결합기를 어레이형으로 늘어놓아도, 통신 상대측의 고주파 결합기와 전계 결합하지 않는 고주파 결합기는 송신 전력을 낭비한다고 하는 문제는 심각하지 않다. 또, 본 실시 형태와 관련되는 고주파 결합기는 개개의 고주파 결합기가 광대역이기 때문에, 광대역의 통신 시스템에 있어서 고주파 결합기를 어레이형으로 배치하여 복수의 고주파 결합기를 동시에 이용하여도, 광대역인 채 유효하게 동작할 수 있다.

도 9에는, 도 1에 나타낸 고주파 결합기를 프린트 기판상에서 복수 배치한 모습을 나타내고 있다. 각 고주파 결합기의 스터브의 일단은 신호 선로를 거쳐서 1개의 송수신 회로 모듈에 병렬 접속되어 있다. 또, 도 10에는, 도 4 또는 도 5에 나타낸 고주파 결합기를 프린트 기판상에서 복수 배치한 모습을 나타내고 있다.

도시의 3개의 고주파 결합기(1 ~ 3)가운데, 다른 고주파 결합기와 결합 관계에 있는 것만이 고주파 신호의 전달을 행하고, 그 외의 고주파 결합기는 개방단이 된다. 예를 들면, 동일한 도중의 고주파 결합기(2)만이 통신 상대측의 고주파 결합기(도시하지 않는다)와 결합 관계에 있을 때는, 송수신 회로 모듈로부터의 출력 신호는 고주파 결합기(1)에는 공급되지 않고, 고주파 결합기(2)를 통하여, 통신 상대측의 고주파 결합기에 신호를 전달한다.

또, 송수신 회로부로부터의 출력 신호의 일부는 고주파 결합기(2)를 통과하고 또한 신호선을 전달하여 고주파 결합기(3)까지 도달한 후, 고주파 결합기(3)의 앞에서 반사하고, 다시 고주파 결합기(2)에 공급된다. 여기서, 원래의 신호와 반사해 돌아오는 신호의 간섭을 막기 위해서는 각 고주파 결합기간을 잇는 신호선의 길이는 2분의 1 파장의 정수배인 것, 혹은 송수신 회로 모듈과 각 고주파 결합기간의 신호 선로의 길이의 차이가 2분의 1 파장의 정수배인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 단지 송수신 회로 모듈로부터의 신호를 분배기에 의해 복수로 분배하고, 각각의 고주파 결합기에 공급하는데 비교하여, 다른 고주파 결합기와 결합 관계에 있는 고주파 결합기 만큼 신호를 공급할 수 있기 때문에, 선택적 또한 효과적으로 신호를 전달할 수 있다.

또, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이 고주파 결합기를 일렬로 늘어놓는 것이 아니라, 도 11에 나타낸 바와 같이 1점으로부터 복수의 고주파 결합기에 스타(star)형으로 신호선을 분기하고, 그 전에 고주파 결합기를 배치할 수도 있다. 도 11에 나타낸 배치예에 있어서는 분기점에서 각각의 고주파 결합기까지를 잇는 신호선의 길이를 2분의 1 파장의 정수배로 함으로써, 송수신 회로 모듈과 각 고주파 결합기간의 신호 선로의 길이의 차이는 2분의 1 파장의 정수배가 되기 때문에 정전 결합하는 고주파 결합기에 공급되는 원래의 신호와 반사파와의 간섭을 억제할 수 있다.

또, 게다가 도 12에 나타낸 바와 같이 도 10에 나타내는 일렬의 배치와 도 11에 나타내는 분기의 배치를 조합하여 이용한다고 하는 배치예를 이용하여도, 원래의 신호와 반사파와의 간섭을 방지하는 효과를 동일하게 얻을 수 있다. 또, 사용하는 고주파 결합기의 개수가 증가하는 분만큼, 통신 상대와의 전극의 위치 결정의 문제는 완화된다.

기기의 케이스내에 대역이 좁은 디바이스를 복수 배치한 경우, 전체의 시스템으로서의 대역은 또한 좁아지기 때문에, 고주파 결합기를 광대역의 통신 시스템으로 동시에 복수 이용하는 것은 어려워지는 것이 예상된다. 이것에 대해, 본 실시 형태에 의하면, 개개의 고주파 결합기가 광대역이기 때문에, 광대역의 통신 시스템에 있어서 고주파 결합기를 도 9 ~ 도 12에 나타낸 바와 같이 어레이형으로 배치하고, 복수의 고주파 결합기를 동시에 이용하여도, 광대역인 채 유효하게 동작할 수 있다.

도 4 및 도 5에는, 도 14에 나타낸 전계 결합 방식의 비접촉 통신 시스템에 적용할 수 있는 고주파 결합기의 구성예를 나타냈다. 단, 고주파 결합기의 구성 방법은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 고주파 결합기의 전극 부분을 예를 들면 금속판 가공에 의해서, 간이 또한 염가로 제작할 수 있다. 도 37 ~ 도 39에는 그 제작 방법을 도해하고 있다.

각 도에 있어서, 동 등으로 이루어진 금속판에 우선 구멍을 뚫어 가공을 하고, 결합용 전극이 되는 부분과, 결합용 전극과 고주파 신호선을 접속하는 다리가 되는 부분을 형성한다.

계속하여, 절곡 가공을 하여, 결합용 전극 부분에 대해 각부를 거의 수직으로 굴곡시켜서 소망의 높이를 형성한다. 여기서 말하는 소망의 높이란, 결합용 전극 부분과 그라운드와의 결합을 회피하는 역할과, 이 각부가 직렬 인덕터를 형성하는 역할을 겸비할 수 있는 치수에 상당한다.

이와 같이 하여 완성된 결합용 전극을, 예를 들면 프린트 기판상의 해당하는 장소에 지그(도시하지 않는다) 등으로 고정하고, 리플로우 땜납 등에 의해 고정하면 좋다. 도 40에는 도 39에 나타낸 결합용 전극을 프린트 기판의 도체 패턴으로서 형성된 스터브에 부착한 모습을 나타내고 있다.

또한, 직렬 인덕터로서 작용하는 각부의 개수는 예를 들면, 도 37 및 도 39에 나타낸 바와 같이 2개여도, 도 38에 나타낸 바와 같이 1개여도, 혹은 3개 이상이어도 좋다.

혹은, 신호선, 공진부 및 결합용 전극을 동일 기판상의 배선 패턴으로서 형성함으로써, 고주파 결합기를 간단하고 쉽게 제작할 수 있다. 도 41에는 그 일예를 나타내고 있다. 단, 결합용 전극의 뒤에 그라운드가 겹치지 않도록 배치한다. 도시의 고주파 결합기는 결합이 약하고, 대역이 좁다고 하는 바와 같이, 입체형의 고주파 결합기에 비하면 특성에서 뒤떨어지는 점도 있지만, 제조 비용이나 소형화(박형화)라고 하는 점에서 장점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태와 관련되는 통신 시스템에 의하면, 정전계 혹은 유도전계의 특징을 이용하여, UWB 신호의 고속 통신을 행할 수 있다. 또, 통신 거리에 따라 정전계 혹은 유도전계의 결합력이 현저하게 감쇠하기 때문에, 상정외의 통신 상대에게 정보를 해킹되는 것을 막아 은닉성을 확보할 수 있다. 또, 접속하고 싶은 통신 상대에게 물리적으로 가까워져 정보의 교환을 행하는 것으로, 사용자에게 있어서 직감적으로 통신 상대를 선택할 수 있다. 본 실시 형태와 관련되는 통신 시스템은 외부에 전파를 방사하지 않기 때문에, 다른 무선 시스템에 영향을 주지 않는다. 또, 외부로부터 날아오는 전파를 받지 않기 때문에, 외부에서 들어오는 노이즈의 영향을 받아 수신 감도가 저하할 것도 없다.

지금까지는, 도 14에 나타낸 전계 결합 방식의 비접촉 통신 시스템에 있어서, 1조의 고주파 결합기간에 신호를 전송하는 구조에 대해서 설명하여 왔다. 여기서, 2개의 기기간에 신호를 전송할 때에는 필연적으로 에너지의 이동을 수반하기 때문에, 이런 종류의 통신 시스템을 전력 전송에 응용하는 것도 가능하다. 상술한 바와 같이, 송신기측의 고주파 결합기에서 발생한 전계(E_R)는 표면파로서 공중을 전반하고, 수신기측에서는 고주파 결합기에서 받은 신호를 정류·안정화 하고 전력을 추출할 수 있다.

도 42에는 도 1에 나타낸 고주파 결합기를 이용한 통신 시스템을 전력 전송에 응용한 때의 구성예를 나타내고 있다.

도시의 시스템에서는, AC전원에 접속된 충전기와 무선통신기를 접근함으로써, 그들에 내장하는 고주파 결합기를 거쳐서 비접촉으로 무선통신기에의 송전 및 충전을 행한다. 단, 고주파 결합기는 전력 전송의 용도만으로 사용된다.

수전하는 고주파 결합기가 송전하는 고주파 결합기의 근처에 없을 때, 송전용의 고주파 결합기에 입력된 전력의 대부분은 반사하여 DC／AC인버터 측에 돌아오기 때문에, 외부에 불필요한 전파를 방사하거나 필요 이상으로 전력을 소비하거나 하는 것을 억제할 수 있다.

또, 동일한 도면에서는 무선통신기에의 충전을 행하는 예를 들었지만, 충전되는 측은 무선기에 한정하지 않고 예를 들면 음악 플레이어나 디지털 카메라로의 비접촉 전력 전송을 행하도록 해도 좋다.

또, 도 43에는 도 1에 나타낸 고주파 결합기를 이용한 통신 시스템을 전력 전송에 응용한 다른 구성예를 나타내고 있다. 도시의 시스템은 고주파 결합기와 표면파 전송 선로를 전력 전송과 통신에 겸용하여 사용하도록 구성되어 있다.

통신 및 송전을 행하는 타이밍의 변환은 송신 회로부로부터 보내지는 통신· 송(수)전 변환 신호에 의하여 행한다. 예를 들면, 통신과 송전은 미리 결정된 주기에서 변환을 행하도록 해도 좋다. 이 때, 충전 상태를 통신 신호에 더하여 충전기 측에 피드백하는 것으로 송전 출력을 최적으로 유지할 수 있다. 예를 들면, 충전이 완료하면 그 정보를 충전기 측에 보내고, 송전의 출력을 0으로 하도록 해도 좋다.

동일한 도면에 나타낸 시스템에서는, 충전기를 AC전원에 접속하도록 하여 구성되어 있지만, 그 밖에도 예를 들면, 전지의 작게 된 휴대 전화에 다른 휴대 전화로부터 전력을 나누어 주는 바와 같은 용도로 이용하여도 좋다.

이상, 특정의 실시 형태를 참조하면서, 본 발명에 대해서 상세하게 풀이하여 왔다. 그렇지만, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 이 실시 형태의 수정이나 대용을 해낼 수 있는 것은 자명하다.

본 명세서에서는, UWB 신호를 전계 결합에 의해 케이블 없이 데이터 전송하는 통신 시스템에 적용한 실시 형태를 중심으로 설명해 왔지만, 본 발명의 요지는 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, UWB 통신 방식 이외의 고주파 신호를 사용하는 통신 시스템이나, 비교적 낮은 주파수 신호를 이용하여 전계 결합에 의해 데이터 전송을 행하는 통신 시스템에 대하여도, 동일하게 본 발명을 적용할 수 있다.

또, 본 명세서에서는 1조의 고주파 결합기간에 데이터 통신을 행하는 시스템에 대하여 본 발명을 적용한 실시 형태를 중심으로 설명하여 왔지만, 2개의 기기간 에 신호를 전송할 때에 필연적으로 에너지의 이동을 수반함으로써, 이런 종류의 통신 시스템을 전력 전송에 응용하는 것도 당연하게 하여 가능하다.

요컨데, 예시라고 하는 형태로 본 발명을 개시해 왔으며, 본 명세서의 기재 내용을 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 요지를 판단하기 위해서는, 특허 청구의 범위를 참작해야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고주파 결합기의 구성예를 나타낸 도이다.

도 2는 스터브(103)에 정재파가 발생하고 있는 모습을 나타낸 도이다.

도 3은 스터브(103)를 결합용 전극(108)의 아래에서 절곡된 고주파 결합기를 나타낸 도면이다.

도 4는 스페이서(109)를 이용하여 결합용 전극(108)을 지지하는 모습을 나타낸 도면이다.

도 5는 스페이서(109)를 프린트 기판(101)의 표면 실장 부품으로서 구성한 예를 나타낸 도면이다.

도 6은 집중 정수 회로로 임피던스 정합부를 구성한 고주파 결합기를 나타낸 도면이다.

도 7은 분포 정수 회로로 임피던스 정합부를 구성한 고주파 결합기를 나타낸 도면이다.

도 8은 임피던스 정합부를 집중 정수 회로 및 분포 정수 회로로 각각 구성한 경우의 고주파 결합기의 주파수 특성의 비교를 나타낸 도면이다.

도 9는 도 1에 나타낸 고주파 결합기를 프린트 기판상에서 복수 배치한 모습을 나타낸 도면이다.

도 10은 도 4및 도 5에 나타낸 고주파 결합기를 프린트 기판상에서 복수 배치한 모습을 나타낸 도면이다.

도 11은 본 발명과 관련되는 고주파 결합기를 프린트 기판상에 실장한 배치예를 나타낸 도면이다.

도 12는 본 발명과 관련되는 고주파 결합기를 프린트 기판상에 실장한 배치예를 나타낸 도면이다.

도 13은 임피던스 정합부나 공진부를 집중 정수 회로로 구성한 고주파 결합 회로의 등가 회로를 나타낸 도면이다.

도 14는 도 13에 나타낸 고주파 결합기를 갖춘 송신기 및 수신기로 구성되는 통신 시스템의 구성예를 나타낸 도면이다.

도 15는 도 13에 나타낸 2개의 고주파 결합기를 대향해 배치함으로써 구성되는 밴드 패스·필터의 등가 회로를 나타낸 도면이다.

도 16a는 결합용 전극의 중심으로 고주파 전송 선로를 접속한 모습을 나타낸 도면이다.

도 16b는 결합용 전극의 중심으로부터 오프셋이 있는 위치에 고주파 전송 선로를 접속하고, 결어(結語)용 전극내에 불균등인 전류가 흐르는 모습을 나타낸 도면이다.

도 17은 kHz 혹은 MHz대의 주파수를 사용한 통신에 있어서, 송신기 및 수신기가 전극만으로 이루어진 결합기를 갖추고, 결합 부분이 단순하게 평행 평판 콘덴서로서 동작하는 구성예를 나타낸 도면이다.

도 18은 GHz대의 고주파를 사용한 통신에 있어서, 결합부에 있어서의 임피던스 부정합 부분에 있어서, 신호가 반사함으로써 전반손이 생기는 모습을 나타낸 도 면이다.

도 19는 도 13에 나타낸 고주파 결합기의 전극끼리를 서로 마주보게 배치한 모습을 나타낸 도면이다.

도 20a는 도 13에 나타낸 고주파 결합기의 단일체로의 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 20b는 도 13에 나타낸 고주파 결합기의 단일체로의 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 21a는 임피던스 변환기로서의 기능에 의해 고주파 결합기가 전계를 야기하는 모습을 나타낸 도면이다.

도 21b는 임피던스 변환기로서의 기능에 의해 고주파 결합기가 전계를 야기하는 모습을 나타낸 도면이다.

도 22는 고주파 결합기 단일체로서 구성되는 임피던스 변환 회로의 등가 회로를 나타낸 도면이다.

도 23은 전반 방향과 평행한 향해에 진동하는 전계 성분(종파 성분) E_R을 나타낸 도면이다.

도 24는 미소 다이폴에 의한 전자계를 결합용 전극상에 매핑한 모습을 나타낸 도면이다.

도 25는 병렬 인덕터 및 직렬 인덕터를 분포 정수 회로로 구성한 고주파 결합기에 있어서의 치수 파라미터를 나타낸 도면이다.

도 26은 송수신기의 결합용 전극간의 거리를 변화시키면서 결합용 전극(108)의 설치 위치(L₂) 마다의 전반손의 실측치를 나타낸 도면이다.

도 27은 2개의 고주파 결합기를 대향시켜 배치하고, 결합용 전극간의 거리를 바꿀 때의 S파라미터(반사 특성：VSWR)의 실측치를 나타낸 도면이다.

도 28은 2개의 고주파 결합기를 대향시켜 배치하고, 결합용 전극간의 거리를 바꿀 때의 S파라미터(전반손(S₂₁))의 실측치를 나타낸 도면이다.

도 29는 송신측의 고주파 결합기와 수신측의 고주파 결합기는 방향이 동일(즉 0도)하게 되도록 두었을 때의 고주파 결합기간의 전반손(S₂₁)의 실측치를 나타낸 도면이다.

도 30은 송신측의 고주파 결합기와 수신측의 고주파 결합기는 방향이 90도가 되도록 두었을 때의 고주파 결합기간의 전반손(S₂₁)의 실측치를 나타낸 도면이다.

도 31은 송수신간에 직선편파 안테나의 향해 동일(즉 0도)하게 되도록 두었을 때의 전반손(S₂₁)의 실측치를 나타낸 도면이다.

도 32는 송수신간에 직선편파 안테나의 방향 90도가 되도록 두었을 때의 전반손(S₂₁)의 실측치를 나타낸 도면이다.

도 33은 고주파 결합기간과 직선편파 안테나간(편파의 방향이 동일할 때)의 송수신간 거리와 전반손(S₂₁)의 관계의 실측치를 나타낸 도면이다.

도 34는 도 33에 나타낸 측정 결과로부터 수신 전력의 평방근(즉 전계 강도) 의 대수를 세로축으로, 송수신간 거리의 대수를 횡축으로 그래프를 그리고, 각각의 측정치를 최소 2 곱셈으로 1차 근사한 직선을 나타낸 도면이다.

도 35는 고주파 결합기의 배면의 그라운드의 사이즈를 바꿀 때의 고주파 결합기간의 전반손(S₂₁)의 측정 결과를 나타낸 도면이다.

도 36은 안테나 소자의 선단에 금속을 달고 정전 용량을 갖게 하고, 안테나의 높이를 단축시키는 「용량장하형」의 안테나의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 37은 고주파 결합기의 전극 부분을 금속판 가공에 의해서 제작하는 방법의 일예를 나타낸 도면이다.

도 38은 고주파 결합기의 전극 부분을 금속판 가공에 의해서 제작하는 방법의 일예를 나타낸 도면이다.

도 39는 고주파 결합기의 전극 부분을 금속판 가공에 의해서 제작하는 방법의 일예를 나타낸 도면이다.

도 40은 도 37에 나타낸 결합용 전극을 프린트 기판의 도체 패턴으로서 형성된 스터브에 단 모습을 나타낸 도면이다.

도 41은 신호선, 공진부 및 결합용 전극을 동일 기판상의 배선 패턴으로서 형성하는 것에 의해서 제작된 고주파 결합기의 구성예를 나타낸 도면이다.

도 42는 도 1에 나타낸 고주파 결합기를 이용한 통신 시스템을 전력 전송에 응용한 때의 구성예를 나타낸 도면이다.

도 43은 도 1에 나타낸 고주파 결합기를 이용한 통신 시스템을 전력 전송에 응용한 다른 구성예를 나타낸 도면이다.

*도면 부호에 대한 설명

101. 프린트 기판 102. 그라운드

103. 스터브 104. 신호선

105. 송수신 회로 106. 스루홀

107. 금속선 108. 결합용 전극

109. 스페이서 110. 스루홀

111, 112. 도체 패턴

Claims (15)

1. 데이터를 전송하는 고주파 신호를 생성하는 송신 회로부와, 이 고주파 신호를 정전계 혹은 유도전계로서 송출하는 고주파 결합기를 갖춘 송신기와,

   고주파 결합기와 이 고주파 결합기로 수신한 고주파 신호를 수신 처리하는 수신 회로부를 갖춘 수신기로 구성되고,

   상기 송신기 및 수신기의 고주파 결합기는 결합용 전극과, 서로의 결합용 전극간에 있어서의 전기적 결합을 강하게 하기 위해, 분포 정수 회로로 이루어진 공진부를 구비하고,

   상기 송신기 및 수신기의 대향하는 고주파 결합기간에 있어서의 전계 결합에 의해 상기 고주파 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 고주파 신호는 초광대역을 사용하는 UWB 신호인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 공진부는 상기 송신기 및 수신기의 고주파 결합기간에 있어서 소망한 고주파 대역을 통과하는 밴드 패스·필터를 구성하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
4. 데이터를 전송하는 고주파 신호의 처리를 행하는 통신 회로부와,

   초근거리를 멀리하여 대향하는 통신 상대와의 전계 결합하기 위한 고주파 결합기를 구비하고,

   상기 고주파 결합기는 결합용 전극과, 서로의 결합용 전극간에 있어서의 전기적 결합을 강하게 하기 위해, 분포 정수 회로로 이루어진 공진부를 구비하고,

   통신 상대측의 고주파 결합기와의 사이에 있어서의 전계 결합에 의해 상기 고주파 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 고주파 신호는 초광대역을 사용하는 UWB 신호인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 공진부는 통신 상대의 고주파 결합기와의 사이에 있어서 소망한 고주파 대역을 통과하는 밴드 패스·필터를 구성하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 고주파 결합기는 데이터를 전송하는 고주파 신호의 처리를 행하는 상기 통신 회로부를 구성하는 회로 모듈이 탑재된 인쇄 기판상에 실장되는 것을 특징으 로 하는 통신 장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 분포 정수 회로는 상기 인쇄 기판상에 배치된 도체 패턴으로 이루어진 스터브로서 구성되고,

   상기 인쇄 기판의 다른 쪽의 면에는 그라운드가 형성되고, 상기 스터브의 선단 부분은 상기 인쇄 기판내의 스루홀을 거쳐서 상기 그라운드에 접속되는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 스터브는 사용 주파수의 파장의 거의 2분의 1의 길이를 가지고, 상기 결합용 전극은 상기 스터브의 중앙의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 결합용 전극은 절연체로 이루어진 스페이서의 표면에 증착된 도체 패턴으로 이루어지고, 상기 스페이서를 상기 인쇄 기판상에 탑재한 때에, 상기 결합용 전극의 도체 패턴은 상기 스페이서내의 스루홀을 거쳐서 상기 스터브의 중앙의 위치에 접속되는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 스터브는 상기 스페이서를 상기 인쇄 기판상에 실장한 때의 점유 면적내에 들어가는 절곡 형상으로 이루어지고, 사용 주파수의 파장의 거의 2분의 1의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 스터브는 상기 스페이서의 다른 표면에 증착된 도체 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 통신 장치.
13. 제 7항에 있어서,

    상기 인쇄 기판상에 있어서, 상기 통신 회로부에 대해 복수의 고주파 결합기가 접속되는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
14. 제 13항에 있어서,

    각 고주파 결합기간을 잇는 신호선의 길이는 2분의 1 파장의 정수배인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
15. 제 4항에 있어서,

    상기 고주파 결합기간에 의해 전송된 상기 고주파 신호를 정류하고, 전력을 생성하는 전력 생성 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.

Images