WO2012105702A1 - アンテナ装置、及び、通信装置 - Google Patents

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WO2012105702A1
WO2012105702A1 PCT/JP2012/052548 JP2012052548W WO2012105702A1 WO 2012105702 A1 WO2012105702 A1 WO 2012105702A1 JP 2012052548 W JP2012052548 W JP 2012052548W WO 2012105702 A1 WO2012105702 A1 WO 2012105702A1
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wiring
dielectric substrate
communication
antenna device
coupling
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PCT/JP2012/052548
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Inventor
久村　達雄
Original Assignee
ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/22—Capacitive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/04—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna with parts bent, folded, shaped, screened or electrically loaded to obtain desired phase relation of radiation from selected sections of the antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device that performs information communication by electromagnetic field coupling between a pair of electrodes facing each other at a predetermined communication wavelength, and a communication device in which the antenna device is incorporated.
  • This application is prioritized in Japan based on Japanese Patent Application No. 2011-023048 filed on Feb. 4, 2011 and Japanese Patent Application No. 2011-148666 filed on Jul. 4, 2011. And claims are hereby incorporated by reference into the present application.
  • TransferJet (registered trademark) can be achieved by electromagnetic coupling of the corresponding high-frequency couplers at very short distances, and the signal quality depends on the performance of the high-frequency coupler.
  • a high-frequency coupler described in Patent Document 1 has a printed circuit board 201 in which a ground 202 is formed on one surface and a microstrip structure formed on the other surface of the printed circuit board 201.
  • the stub 203 includes a coupling electrode 208 and a metal wire 207 that connects the coupling electrode 208 and the stub 203.
  • a transmission / reception circuit 205 is also formed on the printed circuit board 201.
  • Patent Document 1 as a modified example in which the transmission / reception circuit 205 is not formed on the printed circuit board 201, a printed circuit board 201 in which a ground 202 is formed on one surface as shown in FIG. A configuration including a microstrip structure stub 203 formed on the other surface, a coupling electrode 208, and a metal wire 207 connecting the coupling electrode 208 and the stub 203 is described.
  • the high-frequency coupler described in Patent Document 1 needs to increase the area of the plate-like coupling electrode 208 in order to perform good communication. This is because a certain length depending on the communication wavelength is necessary, and in order to increase the coupling strength, the coupling electrode 208 must be enlarged.
  • the metal wire 207 needs to connect the coupling electrode 208 and the stub 203 at a predetermined position, there is a problem in process such that alignment accuracy is required at the time of manufacture.
  • Non-Patent Document 1 discloses an antenna device having a structure in which electromagnetic coupling is performed in a direction perpendicular to the end face of the antenna device (hereinafter referred to as an end radiation type).
  • the three-dimensional orthogonal coordinate system is XYZ
  • the end face of the antenna device 300 published from Non-Patent Document 1 is the XY plane.
  • the outer dimensions defined by the XYZ axes are 25 [mm], 0.1 to 0.3 [mm], and 10 [mm], respectively. In this case, as shown in FIG.
  • the antenna device 300 includes a ground 313 formed on the surface XZ of the dielectric substrate 311, a line 312 formed at a predetermined interval from the ground 313,
  • the power supply unit 314 is located at the approximate center and supplies power to the ground 313. If the line 312 is designed to be about half the wavelength of the communication wavelength, both ends of the line 312 become open stubs having a length of 1 ⁇ 4 wavelength from the power feeding unit 314, and strong electric field radiation is centered around both ends of the line 312. Occur. As a result, the antenna device 300 can obtain strong electromagnetic coupling between the line 312 and the electrode disposed in a plane-symmetric position with respect to the plane XY of the dielectric substrate 311.
  • the length of the line 312 it is necessary to design the length of the line 312 to be approximately a half wavelength of the communication wavelength as illustrated in FIG.
  • a certain length, a length of 12.5 [mm] from the center position defined in the X-axis direction, and a total length of 25 [mm] is required, and the thickness can be reduced.
  • the present invention has been proposed in view of such circumstances, and has a structure that is advantageous for both miniaturization and low profile while realizing both good communication characteristics and mechanical strength.
  • An object is to provide an antenna device.
  • Another object of the present invention is to provide a communication device in which this antenna device is incorporated.
  • an antenna device is an antenna device that performs information communication by electromagnetic coupling between a pair of electrodes facing each other at a predetermined communication wavelength.
  • a coupling electrode that is formed and electromagnetically coupled to electrodes of other antenna devices to enable communication, and the coupling electrode is formed on one surface of the dielectric substrate and has a length that is 1 ⁇ 2 of the communication wavelength.
  • the communication device is a communication device that performs information communication by electromagnetic coupling between a pair of electrodes facing each other at a predetermined communication wavelength. And a coupling electrode that is electromagnetically coupled to enable communication, and a transmission / reception processing unit that is electrically connected to the coupling electrode and performs signal transmission / reception processing.
  • a first wiring having a length and formed on one surface of the dielectric substrate, and a conductor that is opposed to the first wiring in the surface direction of the dielectric substrate and is electrically connected to the first wiring. And having an electromagnetic field coupling with an electrode of another antenna device arranged on an extension line connecting the central portion of the first wiring and the conductor.
  • the mechanical strength can be realized.
  • the present invention provides an extension line connecting the central portion of the first wiring having a length of 1 ⁇ 2 of the communication wavelength and the central portion of the first wiring and the conductor facing the surface direction of the dielectric substrate.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a communication system in which an antenna device to which the present invention is applied is incorporated.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the high-frequency coupler according to the first embodiment which is an antenna device to which the present invention is applied.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a communication state between the high-frequency couplers in the high-frequency coupler according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is an electric field distribution diagram showing a result of electric field analysis in the central cross section of the high frequency coupler according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a frequency characteristic diagram showing an analysis result of the coupling strength between the high frequency coupler and the reference coupler according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a high frequency coupler according to the second embodiment which is an antenna device to which the present invention is applied.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a communication state between the high-frequency couplers in the high-frequency coupler according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is an electric field distribution diagram showing a result of electric field analysis in the central cross section of the high frequency coupler according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a frequency characteristic diagram showing the analysis result of the coupling strength between the high frequency coupler and the reference coupler according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a high-frequency coupler according to a modification of the second embodiment which is an antenna device to which the present invention is applied.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a high-frequency coupler according to a modification of the second embodiment which is an antenna device to which the present invention is applied.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a communication state between the high-frequency couplers in the high-frequency coupler according to the modification of the second embodiment.
  • FIG. 12 is a frequency characteristic diagram showing an analysis result of the coupling strength between the high frequency coupler and the reference coupler according to the modification of the second embodiment.
  • FIG. 13 is an electric field distribution diagram showing an electric field analysis result in a central section in a high-frequency coupler according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an analysis result of the magnetic field vector distribution of the high-frequency coupler according to the modification of the second embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram for describing a specific example of an electronic device in which an antenna device to which the present invention is applied is incorporated.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a high-frequency coupler according to a conventional example.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a high-frequency coupler according to a conventional example.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a high-frequency coupler according to a conventional example.
  • An antenna device to which the present invention is applied is a device that performs information communication by electromagnetic coupling between a pair of opposed electrodes, and is a communication system that enables high-speed transfer of about 560 Mbps, for example, as shown in FIG. 100 is used by being incorporated.
  • the communication system 100 includes communication devices 101 and 105 that perform two data communications.
  • the communication apparatus 101 includes a high-frequency coupler 102 having a coupling electrode 103 and a transmission / reception circuit unit 104.
  • the communication device 105 includes a high-frequency coupler 106 having a coupling electrode 107 and a transmission / reception circuit unit 108.
  • the two coupling electrodes 103 and 107 operate as one capacitor, and the band-pass filter as a whole.
  • a high frequency signal in the 4 to 5 GHz band for realizing high-speed transfer of about 560 Mbps can be efficiently transmitted between the two high frequency couplers 102 and 106, for example.
  • the transmitting and receiving coupling electrodes 103 and 107 included in the high-frequency couplers 102 and 106 are arranged to face each other with a spacing of, for example, about 3 cm, and can be electrically coupled.
  • the transmission / reception circuit unit 104 connected to the high-frequency coupler 102 generates a high-frequency transmission signal based on the transmission data when a transmission request is generated from a higher-level application, and the coupling electrode 103 generates a coupling electrode.
  • the signal is propagated to 107.
  • the transmission / reception circuit unit 108 connected to the reception-side high-frequency coupler 106 demodulates and decodes the received high-frequency signal, and passes the reproduced data to the higher-level application.
  • the antenna device to which the present invention is applied is not limited to the above-described one that transmits a high frequency signal in the 4 to 5 GHz band, and can be applied to signal transmission in other frequency bands, but in the following specific examples, A high frequency signal in the 4 to 5 GHz band will be described as a transmission target.
  • the protective film 15 is shown in a transparent manner for easy understanding of the connection state of the line 12 and the ground 13 described later.
  • the high-frequency coupler 10 has a structure in which a ground 13 is formed on one surface of a dielectric substrate 11 and a loop-shaped line 12 is formed on the outer periphery thereof at a predetermined distance.
  • the line 12 functions as a coupling electrode 17, and one end of the line 12 is opposed to the ground 13 to serve as a power feeding unit 14 that is a connection unit with the transmission / reception circuit unit 104 described above. Connected. Further, the line 12 functioning as the coupling electrode 17 has its wiring length adjusted to be approximately half the communication wavelength.
  • the high-frequency coupler 10 having such a configuration has a line 12 functioning as the coupling electrode 17 at a position away from the power feeding unit 1 ⁇ 4 of the communication wavelength, that is, the line
  • the signal level is high at the line center portion 12a, which is the center portion of the twelve.
  • the coupling electrode 17 efficiently emits a longitudinal wave of the electric field in the surface direction E of the dielectric substrate 11 shown in FIG. 2, specifically, in the direction of the extension line connecting the line center portion 12 a and the ground 13. can do.
  • the high-frequency coupler 10 has a strong coupling strength between the other coupling electrodes arranged so as to be plane-symmetric with the end face 11a of the dielectric substrate 11, and realizes good communication characteristics. Can do.
  • the high frequency coupler 10 having such a configuration is manufactured by the following manufacturing process.
  • a line 12 is formed on the outside of the substrate at a predetermined interval.
  • the line 12 is routed so as to surround the outer periphery of the ground 13 from the viewpoint of reducing the area in the surface direction. At the time of this formation, one end 12 b of the line 12 is kept connected to the ground 13.
  • the high frequency coupler 10 is completed by sticking the protective film 15 on the copper foil surface from which the power feeding unit 14 is omitted.
  • the protective film 15 is for protecting a copper foil surface, and a resist etc. can be substituted and should just be installed as needed.
  • a portion between the other end portion 12c of the line 12 functioning as the coupling electrode 17 and the ground 13 functions as a power feeding portion 14, and the power feeding portion 14 is a transmission / reception circuit. It becomes a connection part with the part 104.
  • the shape of the power supply unit 14 is a connection method with the transmission / reception circuit unit 104, such as a coaxial cable, an ACF (anisotropic conductive film) with a flexible printed circuit board FPC, or an ACP (anisotropic conductive paste). It is preferable to adjust according to the use of the connection used.
  • the high-frequency coupler 10 can be manufactured by processing a single-sided copper foil substrate, and does not require processing such as alignment of complex patterns or inter-surface connection by through-holes. Can be manufactured by a simple process.
  • the high frequency coupler 10 can be completed by etching the copper foil on one side of the single dielectric substrate 11, it is excellent in mechanical strength.
  • the high frequency coupler 10 radiates such that the electric field is distributed in the plane direction of the dielectric substrate 11, for example, the high frequency coupler 10 is radiated so that the electric field is distributed in the thickness direction of the dielectric substrate. In comparison, it is not necessary to increase the thickness of the dielectric substrate in order to improve communication performance, and the overall height can be reduced.
  • the high frequency coupler 10 as a material of the dielectric substrate 11, glass, a paper base material, or a glass fiber woven fabric is hardened with an epoxy resin, a phenol resin, etc.
  • Dielectric constant polyimide, liquid crystal polymer, polytetrafluoroethylene, polystyrene, polyethylene, polypropylene, or the like, or a material obtained by making them porous can be used as a material of the dielectric substrate 11, glass, a paper base material, or a glass fiber woven fabric is hardened with an epoxy resin, a phenol resin, etc.
  • Dielectric constant polyimide, liquid crystal polymer, polytetrafluoroethylene, polystyrene, polyethylene, polypropylene, or the like, or a material obtained by making them porous can be used.
  • the line 12 is formed as the coupling electrode 17 by the etching process using the single-sided substrate on which the copper foil is bonded, but the surface of the dielectric substrate 11 is plated and vacuumed. It may be formed directly by a masking state by vapor deposition or the like, or may be formed by a patterning process such as etching after formation, or may be formed by a printing method using a conductive paint.
  • a good conductor such as aluminum, gold, silver, or the like can be used as the material for the line 12 and the ground 13 that function as the coupling electrode 17. Any conductor can be used.
  • the coupling electrode 17 has the line 12 formed in a loop shape, the surface space of the dielectric substrate 11 can be used effectively, and the area of the high-frequency coupler 10 itself can be reduced. .
  • the high-frequency coupler 10 including such a coupling electrode 17 has a structure in which an electromagnetic field is radiated from the surface direction E of the dielectric substrate 11 as described above, that is, from the end portion of the substrate. Compared with a structure that radiates an electromagnetic field in the vertical direction, it is not necessary to increase the thickness of the dielectric substrate in order to improve communication performance, and the height can be reduced.
  • the coupling strength was analyzed using a three-dimensional electromagnetic field simulator HFSS manufactured by Ansoft.
  • HFSS three-dimensional electromagnetic field simulator
  • an analysis model of the high-frequency coupler 10 was used under the following conditions. That is, a glass epoxy substrate having a dielectric constant of 4.3 was set as the material of the dielectric substrate 11, and copper having a thickness of 40 ⁇ m was set as the conductor material of the coupling electrode 17.
  • the size of the high-frequency coupler 10 was 15 mm ⁇ 10.2 mm, and the thicknesses of the dielectric substrate 11 and the protective film 15 were 0.3 mm and 0.05 mm, respectively.
  • the coupling strength is evaluated by the S-parameter transmission characteristic S21 used for evaluating the high-frequency transmission characteristic, and a pair of high-frequency couplers using the power feeding unit 14 serving as a signal input / output terminal of the high-frequency coupler 10 as an input port.
  • the bond strength S21 between the ports was calculated.
  • FIG. 3 shows a relative arrangement between the high-frequency couplers used for the analysis of the coupling strength S21.
  • one high-frequency coupler has a plate-like electrode 150a as shown in FIG. 3, and a reference high-frequency coupler 150 serving as a reference machine for evaluation was used.
  • the evaluation of the coupling strength is such that the direction E of the extension line connecting the line center portion 12a and the ground 13 and the surface of the electrode 150a of the reference high frequency coupler 150 are orthogonal to each other.
  • the frequency characteristics of the coupling strength S21 were examined in a state where the coupling electrode 17 and the electrode 150a were opposed to each other with the center axes of the electrodes coincided with each other and 15 mm and 100 mm apart from each other.
  • FIG. 4 is an analysis of the electric field distribution at 4 GHz of the high frequency coupler 10, and shows the electric field distribution on the formation surface of the coupling electrode 17 on the dielectric substrate 11 of the high frequency coupler 10. As is apparent from this result, the electric field is distributed on the arc from the center of the coupling electrode 17, that is, the line center 12 a in FIG. 4 to the outside, and is in a good coupling state with the reference high-frequency coupler 150. You can see that
  • the length of the line 12 constituting the coupling electrode 17 is substantially half of the communication wavelength, and one end of the line 12 is connected to the ground 13, so-called a short stub. This is because the electric field is maximized at the line center portion 12a corresponding to the / 4 portion. Thus, in the high frequency coupler 10, it was confirmed by analysis that a strong electric field is generated around the central portion of the coupling electrode 17.
  • FIG. 5 shows an analysis result of the coupling strength S21 between the high-frequency coupler 10 and the reference high-frequency coupler 150, and ⁇ 21.6 to ⁇ 20 in a band of 4 to 6 GHz at a communication distance of 15 mm facing. .6 dB, strong coupling strength and flat frequency characteristics.
  • TransferJet registered trademark
  • the center frequency shifts due to variations in high-frequency couplers and impedance matching with the circuit board. Since it has a sufficiently wide bandwidth, it can be satisfactorily communicated without being affected by these variations.
  • a communication cutoff of 4 to 5 GHz-42 dB or less is obtained at a non-communication distance of 100 mm facing distance.
  • the high-frequency coupler 10 realizes good communication characteristics as is apparent from the above simulation. Moreover, in the high frequency coupler 10, since the line 12 and the ground 13 are formed in the same planar shape of the dielectric substrate 11, mechanical strength can be realized. Further, in the high frequency coupler 10, the line center portion 12 a of the line 12 having a length of 1 ⁇ 2 of the communication wavelength and the extension line connecting the line center portion 12 a and the ground 13 facing the surface direction of the dielectric substrate 11.
  • the size adjustment for realizing desired communication characteristics by electromagnetic coupling with electrodes of other antenna devices arranged in the antenna that is, the adjustment of the aspect ratio defined by the surface direction of the dielectric substrate 11 It is possible to achieve good communication characteristics while achieving both a reduction in size and a reduction in height of the entire apparatus.
  • a high-frequency coupler 20 according to the second embodiment as shown in FIG. 6 will be described as an antenna device incorporated in such a communication system 100.
  • the high frequency coupler 20 includes a dielectric substrate 21 and a coil 26 electrically connected to coils 26a and 26b each having a length approximately equal to a half of the communication wavelength.
  • a connection terminal 28 for connection with the transmission / reception circuit unit 104 is formed.
  • the signal levels of the coils 26a and 26b are reversed in polarity at the line center portions 26a1 and 26b1 of the coils 26a, that is, at one-fourth and three-fourths of the communication wavelength from one end of the coil 26. By becoming high, it functions as the coupling electrode 27.
  • the line center portions 26a1 and 26b1 have a substantially symmetrical electric field distribution.
  • the coupling electrode 27 having such a structure efficiently emits a longitudinal wave of an electric field in the plane direction E of the dielectric substrate 21 shown in FIG. 6, specifically, in the direction of the extension line connecting the line center portions 26a1 and 26b1. can do.
  • the high-frequency coupler 20 has high coupling strength with other coupling electrodes arranged on the extension line connecting the line center portions 26a1 and 26b1, and can realize good communication characteristics.
  • the coupling electrode 27 can effectively utilize the space of the dielectric substrate 21 and can reduce the area of the high-frequency coupler 20 itself.
  • the high-frequency coupler 20 including such a coupling electrode 27 has a structure in which an electromagnetic field is radiated from the surface direction E of the dielectric substrate 21 as described above, that is, from the end portion of the substrate. Compared with a structure that radiates an electromagnetic field in the vertical direction, the dielectric substrate does not need to be thick in order to improve communication performance, and the height can be reduced.
  • a plurality of upper surface lines 23 a and lower surface lines 23 b made of a conductive metal such as copper or aluminum are formed on the upper surface 21 a and the lower surface 21 b of the dielectric substrate 21.
  • a conductive metal such as copper or aluminum
  • one end of the upper surface line 23a and one end of the lower surface line 23b and another end of the upper surface line 23a are sequentially overlapped with the lower surface line 23b adjacent to the toroidal direction sandwiching the dielectric substrate 21.
  • the arrangement is such that the entire coil 26 has a toroidal shape when completed.
  • a plurality of through holes 24 are formed by a drill, a laser, or the like at a position where the upper surface line 23a and the lower surface line 23b overlap each other.
  • metal plating or conductive paste By filling these through holes 24 with metal plating or conductive paste, all the upper surface lines 23a and lower surface lines 23b formed on both surfaces of the dielectric substrate 21 are electrically connected through the through holes 24.
  • the toroidal coil 26 is completed.
  • Both ends of the coil 26 serve as connection terminals 28 for connection to the transmission / reception circuit unit 104, and are preferably manufactured in a predetermined shape adjusted according to impedance matching.
  • glass, paper base material, or glass fiber woven fabric is hardened with epoxy resin, phenol resin, etc.
  • epoxy resin for example, glass epoxy, glass composite substrate, low dielectric constant polyimide, liquid crystal polymer , Teflon (registered trademark), polystyrene, polyethylene, polypropylene and the like
  • glass epoxy, glass composite substrate, low dielectric constant polyimide, liquid crystal polymer , Teflon (registered trademark), polystyrene, polyethylene, polypropylene and the like can be used.
  • a material having a low dielectric constant from the viewpoint of electrical characteristics.
  • the coupling strength was analyzed using a three-dimensional electromagnetic field simulator HFSS manufactured by Ansoft.
  • HFSS three-dimensional electromagnetic field simulator
  • an analysis model of the high frequency coupler 20 was used under the following conditions. That is, a glass epoxy substrate having a dielectric constant of 4.3 was set as the material of the dielectric substrate 21, and copper having a thickness of 40 ⁇ m was set as the material of the coil 26 functioning as the coupling electrode 27.
  • the size of the high frequency coupler 20 was 10 mm ⁇ 10 mm and the thickness was 1 mm.
  • the coupling strength is evaluated by the transmission characteristic S21 of the S parameter used for evaluating the high frequency transmission characteristic, and the input / output of power is made between both ends of the connection terminals 28 and 28 which are the signal input / output ends of the high frequency coupler 20. Port.
  • FIG. 7 shows a relative arrangement between the high-frequency couplers used for the analysis of the coupling strength S21.
  • one high-frequency coupler has a plate-like electrode 150a as shown in FIG. 7, and a reference high-frequency coupler 150 serving as a reference machine for evaluation was used.
  • the evaluation of the coupling strength is performed such that the direction E of the extension line connecting the line center portions 26a1 and 26b1 is orthogonal to the surface of the electrode 150a of the reference high frequency coupler 150 and the center of each electrode.
  • the coupling electrode 27 and the electrode 150a are opposed to each other, and the frequency characteristic of the coupling strength S21 is examined in a state where the spacing is 15 mm and 100 mm apart.
  • the central axis of the high-frequency coupler 20 is a position having a length of approximately 1/4 with respect to the connection terminal 28 of the coil 26a, that is, a position having a length corresponding to a quarter wavelength of the communication frequency
  • FIG. 8 shows the analysis result of the electric field distribution at 4.5 GHz which is the resonance frequency of the high-frequency coupler 20, and there are two places where the electric field is strong in the central axis direction connecting the line center portions 26a1 and 26b1, as if By acting like an electric dipole, it can be seen that the opposing high frequency coupler 150 is electromagnetically coupled.
  • FIG. 9 shows the analysis result of the coupling strength S21 between the high-frequency coupler 20 and the reference high-frequency coupler 150.
  • a communication distance of 15 mm facing With a communication distance of 15 mm facing, a favorable coupling strength of ⁇ 18 dB at around 4.5 GHz.
  • the non-communication distance with a facing distance of 100 mm has a communication blocking property of ⁇ 40 dB or less.
  • the high-frequency coupler 20 realizes good communication characteristics as is apparent from the above simulation. Further, in the high frequency coupler 20, since the coil 26 functioning as the coupling electrode 27 is formed in the dielectric substrate 21, mechanical strength such as impact resistance can be realized. Further, in the high-frequency coupler 20, an extension connecting the line center portion 26a1 of the coil 26a having a length of 1 ⁇ 2 of the communication wavelength and the line center portion 26b1 of the coil 26b having a length of 1 ⁇ 2 of the communication wavelength.
  • a dielectric substrate is used to improve communication performance compared to a structure that radiates an electromagnetic field in a direction perpendicular to the substrate surface. It is not necessary to increase the thickness, and the entire apparatus can be reduced in size and reduced in height.
  • the high frequency coupler 30 includes a dielectric substrate 31 and a coil 36 electrically connected to coils 36a and 36b each having a length approximately half of the communication wavelength.
  • a connection terminal 38 for connection with the transmission / reception circuit unit 104 is formed.
  • the connection terminal 38 includes a terminal 38a that contacts the end of the coil 36a and a terminal 38b that contacts the end of the coil 36b.
  • the coil 36 is in a state in which the polarities of the signal levels are reversed from each other at the center of the line 36a1 and 36b1 of each of the coils 36a and 36b, that is, at a position 1/4 or 3/4 of the communication wavelength from one end of the coil 36. By becoming high, it functions as the coupling electrode 37. Thereby, in the line center portions 36a1 and 36b1, a substantially symmetrical electric field distribution is obtained.
  • the coil 36 is a winding direction reversal portion where the winding direction is reversed at the line center portions 36a1 and 36b1, respectively.
  • the coil 36 is wound in the clockwise direction from the terminal 38a to the central part 36a1, and from the central part 36a1 to the central part 36b1 counterclockwise.
  • the structure is such that the portion 36b1 to the terminal 38b are clockwise.
  • the winding direction of the coil 36 rotates clockwise to a distance corresponding to 0 to 1/4 communication wavelength, and counterclockwise to a distance corresponding to 1/4 to 3/4 communication wavelength. Up to a distance corresponding to one communication wavelength is clockwise.
  • the coupling electrode 37 having such a configuration efficiently emits a longitudinal wave of an electric field in the plane direction E of the dielectric substrate 31 shown in FIG. 10, specifically, in the direction of the extension line connecting the line center portions 36a1 and 36b1. can do.
  • the high-frequency coupler 30 has a strong coupling strength with other coupling electrodes arranged on an extension line connecting the line center portions 36a1 and 36b1, and can realize good communication characteristics.
  • the coupling electrode 37 can effectively utilize the space of the dielectric substrate 31, and the area of the high frequency coupler 30 itself can be reduced.
  • the high-frequency coupler 30 including such a coupling electrode 37 has a structure in which an electromagnetic field is radiated from the surface direction E of the dielectric substrate 31 as described above, that is, from the end portion of the substrate. As compared with a structure that radiates an electromagnetic field in the vertical direction, it is not necessary to increase the thickness of the dielectric substrate in order to improve communication performance, and the height can be reduced.
  • a plurality of upper surface lines 33 a and lower surface lines 33 b made of a conductive metal such as copper or aluminum are formed on the upper surface 31 a and the lower surface 31 b of the dielectric substrate 31.
  • one end of the upper surface line 33a and one end of the lower surface line 33b are sequentially overlapped with the other end of the upper surface line 33a sandwiching the dielectric substrate 31 with the lower surface line 33b adjacent in the toroidal direction.
  • the coil 36 is arranged in a toroidal shape when completed.
  • the winding direction of the coil 36 is determined at the line center portions 36a1 and 36b1 corresponding to the 1/4 communication wavelength and the 3/4 communication wavelength, respectively.
  • An upper surface line 33a and a lower surface line 33b are arranged so as to be reversed.
  • a plurality of through holes 34 are formed by a drill, a laser, or the like at a position where the upper surface line 33a and the lower surface line 33b overlap each other.
  • a metal plating process or a conductive paste By filling these through holes 34 with a metal plating process or a conductive paste, all the upper surface lines 33a and lower surface lines 33b formed on both surfaces of the dielectric substrate 31 are electrically connected via the through holes 34.
  • a toroidal coil 36 is completed.
  • the winding direction is reversed at the line center portions 36a1 and 36b1, and the coil 36 rotates clockwise to a distance corresponding to 0 to 1/4 communication wavelength, and 1/4 to 3/4 communication.
  • the coil structure rotates counterclockwise to a distance corresponding to the wavelength and clockwise to a distance corresponding to 3/4 to 1 communication wavelength.
  • Both ends of the coil 36 serve as connection terminals 38 for connection with the transmission / reception circuit unit 104, and are preferably manufactured in a predetermined shape adjusted according to impedance matching.
  • the dielectric substrate 31 for example, a glass epoxy, a glass composite substrate, a low dielectric constant polyimide, a liquid crystal polymer, a glass, a paper base material, or a glass fiber woven fabric solidified with an epoxy resin, a phenol resin, or the like. , Teflon, polystyrene, polyethylene, polypropylene and the like can be used.
  • a material of the dielectric substrate 31 it is preferable to use a material having a low dielectric constant in terms of electrical characteristics.
  • the coil 36 is formed by the upper surface line 33 a and the lower surface line 33 b of the dielectric substrate 31 and the through hole 34 penetrating the dielectric substrate 31 to complete the high frequency coupler 30.
  • the high frequency coupler 30 may be completed by forming a coil 36 by processing a rigid wire and molding the coil 36 with a resin material.
  • the coupling strength was analyzed using a 3D electromagnetic field simulator HFSS manufactured by Ansoft.
  • HFSS 3D electromagnetic field simulator
  • an analysis model of the high frequency coupler 30 was used under the following conditions. That is, the dielectric substrate 31 is a glass epoxy substrate FR4 (Flame Retardant Type 4) frequently used for printed boards, and the material of the coil 36 functioning as the coupling electrode 37 is copper.
  • the size of the high frequency coupler 30 was 10.4 mm ⁇ 10.4 mm and the thickness was 1 mm.
  • the coupling strength is evaluated by the transmission characteristic S21 of the S parameter used for evaluating the high frequency transmission characteristic, and the power between the two terminals 38a and 38b of the connection terminal 38 serving as the signal input / output terminal of the high frequency coupler 30 is measured. I / O port.
  • FIG. 11 shows a relative arrangement between the high-frequency couplers used for the analysis of the coupling strength S21.
  • one high-frequency coupler has a plate-like electrode 150a as shown in FIG. 11, and a reference high-frequency coupler 150 serving as a reference machine for evaluation was used.
  • the evaluation of the coupling strength is performed such that the direction E of the extension line connecting the line center portions 36a1 and 36b1 is orthogonal to the surface of the electrode 150a of the reference high frequency coupler 150, and the center of each electrode.
  • the coupling electrode 37 and the electrode 150a are opposed to each other, and the frequency characteristic of the coupling strength S21 is examined in a state where the distance is 15 mm or 100 mm.
  • the center axis of the high-frequency coupler 30 is a position having a length of approximately 1/4 with respect to the terminal 38a of the connection terminal 38, that is, a position having a length corresponding to a quarter wavelength of the communication frequency, At a position where a position having a length of approximately 3/4 with respect to the terminal 38a, that is, a position corresponding to 3/4 wavelength of the communication frequency, is projected onto the half-thickness surface of the dielectric substrate 31. It is a direction that penetrates in the in-plane direction.
  • FIG. 12 shows an analysis result of the coupling strength S21 between the high-frequency coupler 30 and the reference high-frequency coupler 150, and a favorable coupling strength of ⁇ 18 dB is obtained around 4.5 GHz at a communication distance of 15 mm facing distance. In addition, it has a communication blocking property of ⁇ 40 dB or less at a non-communication distance with a facing distance of 100 mm.
  • FIG. 13 shows the analysis result of the electric field distribution at 4.48 GHz, which is the resonance frequency of the high frequency coupler 30, and there are two places where the electric field is strong in the central axis direction connecting the line center portions 36a1 and 36b1, as if By acting like an electric dipole, it can be seen that the opposing high frequency coupler 150 is electromagnetically coupled.
  • the position where the electric field becomes stronger is the position of the length of approximately 1/4 of the coil 36 from the terminal 38a of the connection terminal 38, that is, the position corresponding to the 1/4 communication wavelength. Further, strong electromagnetic field coupling can be obtained by penetrating these positions in the in-plane direction from the other terminal 38b to a position that is approximately 1 ⁇ 4 of the length of the coil 36.
  • the high-frequency coupler 30 realizes good communication characteristics. Further, in the high frequency coupler 30, since the coil 36 functioning as the coupling electrode 37 is formed in the dielectric substrate 31, mechanical strength such as impact resistance can be realized. Further, in the high frequency coupler 30, an extension connecting the line center portion 36a1 of the coil 36a having a length of 1/2 of the communication wavelength and the line center portion 36b1 of the coil 36b having a length of 1/2 of the communication wavelength.
  • a dielectric substrate is used to improve communication performance compared to a structure that radiates an electromagnetic field in a direction perpendicular to the substrate surface. It is not necessary to increase the thickness, and the entire apparatus can be reduced in size and reduced in height.
  • the high frequency coupler 30 can improve the effective inductance of the coil 36, and as a result, the coupling efficiency of the high frequency coupler 30 itself can be improved. it can.
  • FIG. 14 shows the analysis result of the magnetic field vector distribution at 4.48 GHz, which is the resonance frequency of the high frequency coupler 30, and is in a plane parallel to the central substrate in the thickness direction of the dielectric substrate 31, that is, the coil 36.
  • the magnetic field vector distribution in a cross section parallel to the substrate is shown on the central axis.
  • FIG. 14 shows that the magnetic field penetrating the inside of the coil 36 is in the same direction.
  • the high frequency coupler 30 considers the characteristic that the polarity of the high frequency current changes at half wavelength due to the phase relationship, and the winding direction of the coil 36 whose total length corresponds to one communication wavelength is set to 1/4 communication wavelength, 3 / By reversing at the central portions 36a1 and 36b1 corresponding to the lengths of the four communication wavelengths, the magnetic field penetrating the inside of the coil 36 can be in the same direction.
  • the high frequency coupler 30 can prevent a phenomenon in which magnetic fields generated by currents having locally different polarities cancel each other out inside the coil. Thereby, the high frequency coupler 30 can improve the effective inductance of the coil 36, and as a result, the coupling efficiency of the high frequency coupler 30 itself can be improved.
  • the high-frequency couplers 10, 20, and 30 according to the first embodiment and the second embodiment achieve both a reduction in size and a reduction in the height of the entire apparatus.
  • a memory card 62 or the like for communication by being inserted into a slot 61 or the like provided on an end surface 60a of a portable electronic device 60 such as a cellular phone.
  • the high frequency coupler 10 is provided in the memory card 62 due to the positional relationship with the high frequency coupler provided in the slot 61, the positional relationship is restricted, but the first embodiment and the second embodiment are limited.
  • the high-frequency couplers 10, 20, and 30 according to the embodiment have an advantage that they can be easily incorporated because both the downsizing and the low profile of the entire apparatus are compatible.

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Abstract

　良好な通信特性と機械的強度との両立を実現可能にしつつ、小型と低背化との両方に有利な構造を有するアンテナ装置を提供する。所定の通信波長により、対向する一対の電極間で電磁界結合することで情報通信を行うアンテナ装置において、誘電体基板（１１）に形成され、他のアンテナ装置の電極と電磁界結合されて通信可能となる結合用電極（１７）を備え、結合用電極（１７）は、通信波長の１／２の長さからなり、誘電体基板に形成されたライン（１２）と、ライン（１２）のライン中央部（１２ａ）と誘電体基板（１１）の面方向に対向するとともにライン（１２）に電気的に接続されたグランド（１３）とを有し、ライン中央部（１２ａ）とグランド（１３）とを結ぶ延長線上に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合する。

Description

アンテナ装置、及び、通信装置
　本発明は、所定の通信波長により、対向する一対の電極間での電磁界結合により情報通信を行うアンテナ装置、及び、このアンテナ装置が組み込まれた通信装置に関する。
　本出願は、日本国において２０１１年２月４日に出願された日本特許出願番号特願２０１１－０２３０４８及び２０１１年７月４日に出願された日本特許出願番号特願２０１１－１４８５６６を基礎として優先権を主張するものであり、これらの出願は参照されることにより、本出願に援用される。
　近年、コンピュータや小型携帯端末等の電子機器間で、音楽、画像等のデータを、ケーブルやメディアを介さずに無線伝送にて行うシステムが開発されている。このような無線伝送システムには、数ｃｍの近距離で最大５６０Ｍｂｐｓ程度の高速転送が可能なものがある。このような高速転送可能な伝送システムの中で、TransferJet（登録商標）は、通信距離が短いが盗聴される可能性が低く、伝送速度が速いという利点がある。
　TransferJet（登録商標）では、超近距離を隔てて対応する高周波結合器の電磁界結合によりなしえるもので、その信号品質が高周波結合器の性能に依存する。例えば、特許文献１に記載された高周波結合器は、図１６に示すように、一方の面にグランド２０２を形成したプリント基板２０１と、プリント基板２０１のもう一方の面に形成したマイクロストリップ構造のスタブ２０３と、結合用電極２０８と、この結合用電極２０８とスタブ２０３を接続する金属線２０７とを備える。また、特許文献１に記載された高周波結合器では、プリント基板２０１上に、送受信回路２０５も形成している。また、特許文献１には、プリント基板２０１上に送受信回路２０５が形成されていない変形例として、図１７に示すような、一方の面にグランド２０２を形成したプリント基板２０１と、プリント基板２０１のもう一方の面に形成したマイクロストリップ構造のスタブ２０３と、結合用電極２０８と、この結合用電極２０８とスタブ２０３を接続する金属線２０７とを備える構成が記載されている。
　しかしながら、図１６のように、特許文献１に記載された高周波結合器では、良好な通信を行うため、板状の結合用電極２０８の面積を大きくする必要があった。これは通信波長に依存した一定の長さが必要であるためと、結合強度を強くするためには結合用電極２０８を大きくしなければならないからである。また、金属線２０７は結合用電極２０８とスタブ２０３を所定の位置で接続する必要があるため、作製時に位置合わせ精度が要求される等、プロセス上の問題も生じる。
　これらの問題を解決すべく、非特許文献１には、アンテナ装置の端面に対して、垂直な方向に電磁界結合する構造（以下、端部放射型と呼ぶ）のアンテナ装置が公表されている。ここで、図１８Ａに示すように、三次元直交座標系をＸＹＺとして、非特許文献１より公表されたアンテナ装置３００の端面をＸＹ平面とする。この図１８Ａでは、ＸＹＺ軸で規定される外寸がそれぞれ、２５［ｍｍ］、０．１～０．３［ｍｍ］、１０［ｍｍ］とする。この場合、アンテナ装置３００は、図１８Ｂに示すように、誘電体基板３１１の面ＸＺ上に構成されたグランド３１３と、グランド３１３から一定の間隔をあけて形成されたライン３１２と、ライン３１２の略中央にあって、グランド３１３との間に電力を供給する給電部３１４とから構成される。ライン３１２は、通信波長の約半波長の長さに設計すると、ライン３１２の両端が、給電部３１４から１／４波長の長さのオープンスタブとなり、ライン３１２の両端を中心に強い電界放射が起こる。これにより、アンテナ装置３００は、ライン３１２と、誘電体基板３１１の面ＸＹと面対称の位置に配置された電極との間で、強い電磁界結合を得ることができる。
特開２００８－３１１８１６号公報
日立電線ニュースリリース２０１０．９．１７、日立電線株式会社、２０１０．１０．５、ＣＥＡＴＥＣ展示会、http://www.hitachi-cable.co.jp/products/news/20100917.html
　しかしながら、上述した非特許文献１に記載されたアンテナ装置３００では、図１８Ｂに示したように、ライン３１２の長さを通信波長の略半波長に設計する必要があるため、ライン３１２の方向に一定の長さ、図１８Ａに示す例では、Ｘ軸方向で規定される中心位置から１２．５［ｍｍ］の長さ、全体では２５［ｍｍ］の長さが必要となり、薄型化が可能であるが、面ＸＺの小型化、特に、ライン３１２が配線される方向での短縮化が困難で、このため適用できる用途が制約されるという問題があった。
　本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、良好な通信特性と機械的強度との両立を実現可能にしつつ、小型化と低背化との両方に有利な構造を有するアンテナ装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このアンテナ装置が組み込まれた通信装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するための手段として、本発明に係るアンテナ装置は、所定の通信波長により、対向する一対の電極間で電磁界結合することで情報通信を行うアンテナ装置において、誘電体基板に形成され、他のアンテナ装置の電極と電磁界結合されて通信可能となる結合用電極を備え、結合用電極は、通信波長の１／２の長さからなり誘電体基板の一方の面に形成された第１の配線と、第１の配線と誘電体基板の面方向に対向するとともに第１の配線に電気的に接続された導体とを有し、第１の配線の中央部と導体とを結ぶ延長線上に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合することを特徴とする。
　また、本発明に係る通信装置は、所定の通信波長により、対向する一対の電極間で電磁界結合することで情報通信を行う通信装置において、誘電体基板に形成され、他のアンテナ装置の電極と電磁界結合されて通信可能となる結合用電極と、結合用電極と電気的に接続され、信号の送受信処理を行う送受信処理部とを備え、結合用電極は、通信波長の１／２の長さからなり誘電体基板の一方の面に形成された第１の配線と、第１の配線と誘電体基板の面方向に対向するとともに第１の配線に電気的に接続された導体とを有し、第１の配線の中央部と導体とを結ぶ延長線上に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合することを特徴とする。
　本発明は、誘電体基板の一方の面に、第１の配線と導体とが形成されているので、機械的強度を実現することができる。
　また、本発明は、通信波長の１／２の長さからなる第１の配線の中央部と、第１の配線の中央部と誘電体基板の面方向に対向する導体とを結ぶ延長線上に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合することで、誘電体基板の面方向で規定される縦横比の調整の自由度が高く、アンテナ装置の小型化と低背化とを両立しながら、良好な通信特性を実現することができる。
　したがって、本発明は、良好な通信特性と機械的強度との両立を実現可能にしつつ、アンテナ装置自体の小型化と低背化との両立を図ることができる。
図１は、本発明が適用されたアンテナ装置が組み込まれる通信システムの構成を示す図である。 図２は、本発明が適用されたアンテナ装置である第１の実施形態に係る高周波結合器の構成を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る高周波結合器において、高周波結合器間での通信状態を示す斜視図である。 図４は、第１の実施形態に係る高周波結合器での中心断面での電界解析結果を示す電界分布図である。 図５は、第１の実施形態に係る高周波結合器と基準結合器間の結合強度の解析結果を示す周波数特性図である。 図６は、本発明が適用されたアンテナ装置である第２の実施形態に係る高周波結合器の構成を示す図である。 図７は、第２の実施形態に係る高周波結合器において、高周波結合器間での通信状態を示す斜視図である。 図８は、第２の実施形態に係る高周波結合器での中心断面での電界解析結果を示す電界分布図である。 図９は、第２の実施形態に係る高周波結合器と基準結合器間の結合強度の解析結果を示す周波数特性図である。 図１０は、本発明が適用されたアンテナ装置である第２の実施形態の変形例に係る高周波結合器の構成を示す図である。 図１１は、第２の実施形態の変形例に係る高周波結合器において、高周波結合器間での通信状態を示す斜視図である。 図１２は、第２の実施形態の変形例に係る高周波結合器と基準結合器間の結合強度の解析結果を示す周波数特性図である。 図１３は、第２の実施形態の変形例に係る高周波結合器での中心断面での電界解析結果を示す電界分布図である。 図１４は、第２の実施形態の変形例に係る高周波結合器の磁界ベクトル分布の解析結果を示す図である。 図１５は、本発明が適用されたアンテナ装置が組み込まれた電子機器の具体例について説明するための図である。 図１６は、従来例に係る高周波結合器の構成を示す図である。 図１７は、従来例に係る高周波結合器の構成を示す図である。 図１８は、従来例に係る高周波結合器の構成を示す図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。
　＜通信システム＞
　本発明が適用されたアンテナ装置は、対向する一対の電極間での電磁界結合により情報通信を行う装置であって、例えば図１に示すような、５６０Ｍｂｐｓ程度の高速転送を可能とする通信システム１００に組み込まれて使用されるものである。
　通信システム１００は、２つのデータ通信を行う通信装置１０１、１０５から構成される。ここで、通信装置１０１は、結合用電極１０３を有する高周波結合器１０２と、送受信回路部１０４とを備える。また、通信装置１０５は、結合用電極１０７を有する高周波結合器１０６と、送受信回路部１０８とを備える。
　図１に示すように通信装置１０１、１０５のそれぞれが備える高周波結合器１０２、１０６を向かい合わせて配置すると、２つの結合用電極１０３、１０７が１つのコンデンサとして動作し、全体としてバンドパスフィルタのように動作することによって、２つの高周波結合器１０２、１０６の間で、例えば５６０Ｍｂｐｓ程度の高速転送を実現するための４～５ＧＨｚ帯域の高周波信号を効率よく伝達することができる。
　ここで、高周波結合器１０２、１０６がそれぞれ持つ送受信用の結合用電極１０３、１０７は、例えば３ｃｍ程度離間して対向して配置され、電界結合が可能である。
　通信システム１００において、例えば、高周波結合器１０２に接続された送受信回路部１０４は、上位アプリケーションから送信要求が生じると、送信データに基づいて高周波送信信号を生成し、結合用電極１０３から結合用電極１０７へ信号を伝搬する。そして、受信側の高周波結合器１０６に接続された送受信回路部１０８は、受信した高周波信号を復調及び復号処理して、再現したデータを上位アプリケーションへ渡す。
　なお、本発明が適用されるアンテナ装置は、上述した４～５ＧＨｚ帯域の高周波信号を伝達するものに限定されず、他の周波数帯の信号伝達にも適用可能であるが、以下の具体例では、４～５ＧＨｚ帯域の高周波信号を伝達対象として説明する。
　＜第１の実施形態＞
　このような通信システム１００に組み込まれるアンテナ装置として、図２に示すような第１の実施形態に係る高周波結合器１０について説明する。
　図２では、後述するライン１２、グランド１３の接続状態をわかりやすくするために保護フィルム１５を透過させて示している。
　図２に示すように、高周波結合器１０は、誘電体基板１１の一方の面にグランド１３と、その外周に一定距離を隔ててループ状のライン１２が形成された構造となっている。
　ライン１２は、結合用電極１７として機能し、その一端がグランド１３と対峙して、上述した送受信回路部１０４との接続部となる給電部１４となり、ライン１２の他端は、グランド１３と電気的に接続される。また、結合用電極１７として機能するライン１２は、その配線長が、通信波長の略半分の長さに調整されている。
　このような構成からなる高周波結合器１０は、次の評価から明らかなように、結合用電極１７として機能するライン１２のうち、給電部１４から通信波長の１／４離れた位置、すなわち、ライン１２の中央部であるライン中央部１２ａで信号レベルが高い状態となる。これにより、ライン中央部１２ａでは、グランド１３の形成面に対し略対称的な電界分布となる。これにより、結合用電極１７では、図２に示す誘電体基板１１の面方向Ｅ、具体的にはライン中央部１２ａと、グランド１３とを結ぶ延長線の方向に効率よく電界の縦波を放出することができる。この結果として、高周波結合器１０は、誘電体基板１１の端面１１ａと面対称となるように配置された他の結合用電極との間の結合強度が強くなり、良好な通信特性を実現することができる。
　このような構成からなる高周波結合器１０は、次のような製造工程によって製造される。まず、誘電体基板１１の片面に導電部材として例えば銅箔を貼り付けた片面銅箔基板のうち、銅箔面の一部をエッチング処理により取り除き、図２に示すようなグランド１３と、グランド１３の外側に一定間隔を隔てたライン１２を形成する。本実施形態において、誘電体基板１１では、その面方向の小面積化を図る観点から、グランド１３の外周を囲むようにライン１２を引き回している。この形成時において、ライン１２の一方の端部１２ｂは、グランド１３と接続した状態としておく。続いて、保護フィルム１５を、給電部１４を省いた銅箔面に貼り付けることで、高周波結合器１０は完成する。なお、保護フィルム１５は、銅箔面を保護するためのもので、レジスト等でも代用でき必要に応じて設置すればよい。
　以上のようにして製造される高周波結合器１０では、結合用電極１７として機能するライン１２の他方の端部１２ｃとグランド１３との間が給電部１４として機能し、この給電部１４が送受信回路部１０４との接続部となる。
　なお、給電部１４は、その形状を、送受信回路部１０４との接続方式、例えば同軸ケーブル、フレキシブルプリント基板ＦＰＣとのＡＣＦ（異方性導電フィルム）、あるいは、ＡＣＰ（異方性導電ペースト）を用いた接続の用途に応じて調整することが好ましい。
　上記の製造工程により、高周波結合器１０は、一枚の片面銅箔基板を処理することで作製可能であり、複雑なパターンの位置合わせやスルーホールによる面間接続等の処理が不要で、簡易なプロセスにて作製することができる。
　このように、高周波結合器１０は、一枚の誘電体基板１１の片面の銅箔をエッチング処理することで完成できるので、機械的強度に優れる。加えて、高周波結合器１０は、誘電体基板１１の面方向に電界が分布するようにして放射するため、例えば、誘電体基板の厚み方向に電界が分布するようにして放射する高周波結合器に比べて、通信性能を向上させるために誘電体基板を厚くする必要がなく、全体の低背化を実現することができる。
　また、高周波結合器１０では、誘電体基板１１の材料として、ガラス、紙の基材、あるいはグラスファイバの織布をエポキシ樹脂、フェノール樹脂等で固めた、例えばガラスエポキシ、ガラスコンポジット基板や、低誘電率のポリイミド、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等や、更にそれらを多孔質化した材料を用いることができる。
　また、上述した製造工程において、高周波結合器１０では、銅箔を貼り付けた片面基板を用いてエッチング処理により結合用電極１７としてライン１２を形成したが、誘電体基板１１の面にメッキ、真空蒸着法等により、マスキングした状態で直接形成する、あるいは形成後にエッチングするなどのパターニング処理を施して形成するようにしても良いし、導電性塗料を用いた印刷法により形成しても良い。
　また、結合用電極１７として機能するライン１２、及びグランド１３の材料としては、銅の他に、アルミニウム、金、銀等の良導体を用いることができるが、特にこれら材料に限らず導電率の高い導電体であればいずれも使用することができる。
　また、結合用電極１７は、ライン１２をループ形状で形成しているので、誘電体基板１１の面スペースを有効に活用することができ、高周波結合器１０自体の小面積化を図ることができる。
　このような結合用電極１７を備える高周波結合器１０は、上記のような誘電体基板１１の面方向Ｅ、すなわち、基板の端部から電磁界を放射する構造としていることで、基板面に対して垂直方向に電磁界を放射する構造に比べて、通信性能を向上させるために誘電体基板を厚くする必要がなく低背化できる。
　次に、第１の実施形態に係る高周波結合器１０の性能を調べるために、アンソフト社製の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて結合強度の解析を行なった。ここで、高周波結合器１０の解析モデルとして、次のような条件のものを用いた。すなわち、誘電体基板１１の材料には、誘電率が４．３のガラスエポキシ基板を、また、結合用電極１７の導電体の材質には厚み４０μｍの銅を設定した。また、高周波結合器１０の大きさは、１５ｍｍ×１０．２ｍｍとし、誘電体基板１１、保護フィルム１５の厚みはそれぞれ、０．３ｍｍ、０．０５ｍｍとした。
　結合強度は、高周波伝送特性を評価するのに用いられるＳパラメータの透過特性Ｓ２１で評価しており、高周波結合器１０の信号入出力端となる給電部１４を入力ポートとして、一対の高周波結合器のポート間の結合強度Ｓ２１を算出した。
　図３は、結合強度Ｓ２１の解析に用いた高周波結合器間の相対的配置を示したものである。この評価では一方の高周波結合器には図３に示されるような板状の電極１５０ａを有し、評価の基準機となる基準高周波結合器１５０を用いた。結合強度の評価は、図３に示すように、ライン中央部１２ａと、グランド１３とを結ぶ延長線の方向Ｅと、基準高周波結合器１５０の電極１５０ａの面とが直交し、かつ、それぞれの電極の中心軸が一致する状態で、結合用電極１７と電極１５０ａとを対向させ、１５ｍｍ、１００ｍｍ間隔をあけた状態で結合強度Ｓ２１の周波数特性を調べた。
　また、高周波結合器１０での電界の発生状態を評価するために、対向距離１５ｍｍでの高周波結合器１０近傍の電界ベクトル分布も調べた。
　図４は、高周波結合器１０の４ＧＨｚでの電界分布を解析したもので、高周波結合器１０の誘電体基板１１における結合用電極１７の形成面上の電界分布を示している。この結果から明らかなように、結合用電極１７の中心部、つまり図４のライン中央部１２ａから外側に向かって円弧上に電界が分布しており、基準高周波結合器１５０と良好な結合状態になっていることがわかる。
　これは、結合用電極１７を構成するライン１２の長さが通信波長の略半分で、このライン１２の一端がグランド１３と接続された構成、いわゆるショートスタブとなっているので、通信波長の１／４の部分に相当するライン中央部１２ａで電界が最大となるからである。このように、高周波結合器１０では、結合用電極１７の中央部を中心に強い電界を発生することを解析にて確認することができた。
　図５は、高周波結合器１０と基準高周波結合器１５０との間の結合強度Ｓ２１の解析結果を示したもので、対向距離１５ｍｍの通信距離では４～６ＧＨｚの帯域で－２1．６～－２０．６ｄＢと、強い結合強度と平坦な周波数特性を有している。例えば、TransferJet（登録商標）では、５６０ＭＨｚの帯域幅が必要で、一般に高周波結合器のばらつきや回路基板とのインピーダンス整合の具合により、中心周波数がずれるが、高周波結合器１０では、必要帯域幅よりも十分に広い帯域幅を有しているので、これらのばらつきの影響を受けず良好な通信が行える。また対向距離１００ｍｍの非通信距離では、４～５ＧＨｚ－４２ｄＢ以下の通信遮断性が得られている。
　以上のように、第１の実施形態に係る高周波結合器１０では、上記のシミュレーションからも明らかなように、良好な通信特性を実現する。また、高周波結合器１０では、ライン１２とグランド１３とが同一の誘電体基板１１の平面状に形成されているので、機械的強度を実現することができる。また、高周波結合器１０では、通信波長の１／２の長さからなるライン１２のライン中央部１２ａと、ライン中央部１２ａと誘電体基板１１の面方向に対向するグランド１３とを結ぶ延長線上に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合することで、所望とする通信特性を実現するためのサイズ調整、すなわち、誘電体基板１１の面方向で規定される縦横比の調整の自由度が高く、装置全体の小型化と低背化とを両立しながら、良好な通信特性を実現することができる。
　＜第２の実施形態＞
　次に、このような通信システム１００に組み込まれるアンテナ装置として、図６に示すような第２の実施形態に係る高周波結合器２０について説明する。
　図６では、後述するコイル２６の巻回状態をわかりやすくするために、誘電体基板２１を透過させて示している。
　高周波結合器２０は、誘電体基板２１と、それぞれ通信波長と略１／２同等の長さを有するコイル２６ａ、２６ｂが電気的に接続されたコイル２６からなるもので、コイル２６の両端には、送受信回路部１０４との接続のための接続端子２８が形成されている。コイル２６は、各コイル２６ａ、２６ｂのライン中央部２６ａ１、２６ｂ１、すなわちコイル２６の一方の端部から通信波長の１／４、３／４離れた位置で信号レベルが極性が互いに反転した状態で高くなることによって、結合用電極２７として機能する。これにより、ライン中央部２６ａ１、２６ｂ１では、略対称的な電界分布となる。
　このような構成からなる結合用電極２７では、図６に示す誘電体基板２１の面方向Ｅ、具体的にはライン中央部２６ａ１、２６ｂ１を結ぶ延長線の方向に効率よく電界の縦波を放出することができる。この結果として、高周波結合器２０は、ライン中央部２６ａ１、２６ｂ１を結ぶ延長線上に配置された他の結合用電極との間の結合強度が強くなり、良好な通信特性を実現することができる。
　また、結合用電極２７は、誘電体基板２１のスペースを有効に活用することができ、高周波結合器２０自体の小面積化を図ることができる。
　また、このような結合用電極２７を備える高周波結合器２０は、上記のような誘電体基板２１の面方向Ｅ、すなわち、基板の端部から電磁界を放射する構造としていることで、基板面に対して垂直方向に電磁界を放射する構造に比べて、通信性能を向上させるために誘電体基板を厚くする必要がなく低背化できる。
　このような構成からなる高周波結合器２０の具体的な構造について、次のような作製プロセスの一例を挙げながら説明する。
　まず、誘電体基板２１の上面２１ａ、下面２１ｂに銅、アルミニウム等の導電性金属からなる複数の上面ライン２３ａ、下面ライン２３ｂを形成する。この形成時において、上面ライン２３ａの一端が下面ライン２３ｂの一端と、更にこの上面ライン２３ａの別の一端が、トロイダル方向に隣接する下面ライン２３ｂと誘電体基板２１を挟んで、順次重なるようにしておくと同時に、完成時にコイル２６全体がトロイダル形状となるような配置としておく。
　なお、複数の上面ライン２３ａ、下面ライン２３ｂを形成する処理については、誘電体基板２１の両面にメッキ、蒸着等の処理により形成しても良いし、両面銅箔張りされた誘電体基板２１を用いてエッチング処理して形成しても良い。
　次に、上面ライン２３ａ、下面ライン２３ｂが形成された誘電体基板２１において、上面ライン２３ａと下面ライン２３ｂとが互いに重畳した位置にドリル、レーザー等により複数のスルーホール２４を形成する。これらスルーホール２４を金属メッキ処理あるいは導電ペースト等で埋めることで、誘電体基板２１の両面に形成された全ての上面ライン２３ａ、下面ライン２３ｂが、スルーホール２４を介して電気的に接続され、トロイダル形状のコイル２６が完成する。
　コイル２６の両端は、送受信回路部１０４との接続のための接続端子２８となり、インピーダンス整合に応じて調整された所定の形状で作製することが好ましい。
　誘電体基板２１の材料としては、ガラス、紙の基材、あるいはグラスファイバの織布をエポキシ樹脂、フェノール樹脂等で固めた、例えばガラスエポキシ、ガラスコンポジット基板や、低誘電率のポリイミド、液晶ポリマー、テフロン（登録商標）、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等を用いることができる。特に、誘電体基板２１の材料としては、電気的特性の面からは低誘電率の材料を用いるのが好ましい。
　次に、第２の実施形態に係る高周波結合器２０の性能を調べるために、アンソフト社製の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて結合強度の解析を行なった。ここで、高周波結合器２０の解析モデルとして、次のような条件のものを用いた。すなわち、誘電体基板２１の材料には誘電率が４．３のガラスエポキシ基板を、また、結合用電極２７として機能するコイル２６の材質には厚み４０μｍの銅を設定した。また、高周波結合器２０の大きさは１０ｍｍ×１０ｍｍとし、厚みを１ｍｍとした。
　結合強度は、高周波伝送特性を評価するのに用いられるＳパラメータの透過特性Ｓ２１で評価しており、高周波結合器２０の信号入出力端となる接続端子２８、２８の両端間を電力の入出力ポートとしている。
　図７は、結合強度Ｓ２１の解析に用いた高周波結合器間の相対的配置を示したものである。この評価では一方の高周波結合器には図７に示されるような板状の電極１５０ａを有し、評価の基準機となる基準高周波結合器１５０を用いた。結合強度の評価は、図７に示すように、ライン中央部２６ａ１、２６ｂ１を結ぶ延長線の方向Ｅと、基準高周波結合器１５０の電極１５０ａの面とが直交し、かつ、それぞれの電極の中心軸が一致する状態で、結合用電極２７と電極１５０ａとを対向させ、１５ｍｍ、１００ｍｍ間隔をあけた状態で結合強度Ｓ２１の周波数特性を調べた。
　このように、高周波結合器２０の中心軸は、コイル２６ａの接続端子２８を基準とした略１／４の長さの位置、すなわち通信周波数の１／４波長に相当する長さの位置と、もう一方のコイル２６ｂの接続端子２８を基準とした略１／４の長さの位置、すなわち通信周波数の３／４波長に相当する長さの位置とを、誘電体基板２１の半分の厚みの面に投影させた位置で面内方向に貫く方向である。
　また、高周波結合器２０での電界の発生状態をみるために、対向距離１５ｍｍでの高周波結合器２０近傍の電界分布も調べた。
　図８は、高周波結合器２０の共振周波数である４．５ＧＨｚでの電界分布の解析結果を示すもので、ライン中央部２６ａ１、２６ｂ１を結んだ中心軸方向に電界の強いところが２箇所でき、あたかも電気双極子のように振舞うことで、対向する高周波結合器１５０と電磁界結合していることがわかる。
　図９は、高周波結合器２０と基準高周波結合器１５０との間の結合強度Ｓ２１の解析結果を示したもので、対向距離１５ｍｍの通信距離では、４．５ＧＨｚ付近で－１８ｄＢと良好な結合強度を有し、また対向距離１００ｍｍの非通信距離では－４０ｄＢ以下の通信遮断性を有している。
　以上のように、第２の実施形態に係る高周波結合器２０では、上記のシミュレーションからも明らかなように、良好な通信特性を実現する。また、高周波結合器２０では、結合用電極２７として機能するコイル２６が誘電体基板２１内に形成されているので、例えば耐衝撃性などといった機械的強度を実現することができる。また、高周波結合器２０では、通信波長の１／２の長さからなるコイル２６ａのライン中央部２６ａ１と、通信波長の１／２の長さからなるコイル２６ｂのライン中央部２６ｂ１とを結ぶ延長線上に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合することで、例えば、基板面に対して垂直方向に電磁界を放射する構造に比べて、通信性能を向上させるために誘電体基板を厚くする必要がなく、装置全体の小型化と低背化とを両立することができる。
　＜第２の実施形態の変形例＞
　次に、このような通信システム１００に組み込まれるアンテナ装置として、図１０に示すような第２の実施形態の変形例に係る高周波結合器３０について説明する。
　図１０では、後述するコイル３６の巻回状態をわかりやすくするために、誘電体基板３１を透過させて示している。
　高周波結合器３０は、誘電体基板３１と、それぞれ通信波長の略１／２の長さを有するコイル３６ａ、３６ｂが電気的に接続されたコイル３６からなるもので、コイル３６の両端には、送受信回路部１０４との接続のための接続端子３８が形成されている。ここで、接続端子３８は、コイル３６ａの端部に当たる端子３８ａと、コイル３６ｂの端部に当たる端子３８ｂとから構成されている。
　コイル３６は、各コイル３６ａ、３６ｂのライン中央部３６ａ１、３６ｂ１、すなわちコイル３６の一方の端部から通信波長の１／４、３／４離れた位置で信号レベルが極性が互いに反転した状態で高くなることによって、結合用電極３７として機能する。これにより、ライン中央部３６ａ１、３６ｂ１では、略対称的な電界分布となる。
　また、コイル３６は、ライン中央部３６ａ１、３６ｂ１において、それぞれ、巻回方向が反転する巻回方向反転箇所となっている。例えば図１０に示すように、本変形例において、コイル３６は、その巻回方向が、端子３８ａから中央部３６ａ１までが時計方向回り、中央部３６ａ１から中央部３６ｂ１までが反時計方向回り、中央部３６ｂ１から端子３８ｂまでが時計方向回りとなるような構造となっている。換言すれば、コイル３６の巻回方向は、０～１／４通信波長に相当する距離まで時計方向回り、１／４～３／４通信波長に相当する距離まで反時計方向回り、３／４～１通信波長に相当する距離まで時計方向回りとなっている。
　このような構成からなる結合用電極３７では、図１０に示す誘電体基板３１の面方向Ｅ、具体的にはライン中央部３６ａ１、３６ｂ１を結ぶ延長線の方向に効率よく電界の縦波を放出することができる。この結果として、高周波結合器３０は、ライン中央部３６ａ１、３６ｂ１を結ぶ延長線上に配置された他の結合用電極との間の結合強度が強くなり、良好な通信特性を実現することができる。
　また、結合用電極３７は、誘電体基板３１のスペースを有効に活用することができ、高周波結合器３０自体の小面積化を図ることができる。
　また、このような結合用電極３７を備える高周波結合器３０は、上記のような誘電体基板３１の面方向Ｅ、すなわち、基板の端部から電磁界を放射する構造としていることで、基板面に対して垂直方向に電磁界を放射する構造に比べて、通信性能を向上させるために誘電体基板を厚くする必要がなく低背化できる。
　このような構成からなる高周波結合器３０の具体的な構造について、次のような作製プロセスの一例を挙げながら説明する。
　まず、誘電体基板３１の上面３１ａ、下面３１ｂに銅、アルミニウム等の導電性金属からなる複数の上面ライン３３ａ、下面ライン３３ｂを形成する。この形成時において、上面ライン３３ａの一端が下面ライン３３ｂの一端と、更にこの上面ライン３３ａの別の一端が、トロイダル方向に隣接する下面ライン３３ｂと誘電体基板３１を挟んで、順次重なるようにしておくと同時に、完成時にコイル３６全体がトロイダル形状となるような配置としておく。
　具体的に、接続端子３８の一方の端部、例えば端部３８ａを基準として、１／４通信波長、３／４通信波長にそれぞれ相当するライン中央部３６ａ１、３６ｂ１でコイル３６の巻回方向が反転するように、上面ライン３３ａと下面ライン３３ｂとをそれぞれ配置しておく。
　次に、上面ライン３３ａ、下面ライン３３ｂが形成された誘電体基板３１において、上面ライン３３ａと下面ライン３３ｂとが互いに重畳した位置にドリル、レーザー等により複数のスルーホール３４を形成する。これらスルーホール３４を金属メッキ処理あるいは導電ペースト等で埋めることで、誘電体基板３１の両面に形成された全ての上面ライン３３ａ、下面ライン３３ｂが、スルーホール３４を介して電気的に接続され、トロイダル形状のコイル３６が完成する。
　このようにして完成したコイル３６は、ライン中央部３６ａ１、３６ｂ１で巻回方向が反転しており、０～１／４通信波長に相当する距離まで時計方向回り、１／４～３／４通信波長に相当する距離まで反時計方向回り、３／４～１通信波長に相当する距離まで時計方向回りのコイル構造となる。
　コイル３６の両端は、送受信回路部１０４との接続のための接続端子３８となり、インピーダンス整合に応じて調整された所定の形状で作製することが好ましい。
　複数の上面ライン３３ａ、下面ライン３３ｂを形成する処理については、誘電体基板３１の両面にメッキ、蒸着等の処理により形成しても良いし、両面銅箔張りされた誘電体基板３１を用いてエッチング処理して形成しても良い。
　誘電体基板３１の材料としては、ガラス、紙の基材、あるいはグラスファイバの織布をエポキシ樹脂、フェノール樹脂等で固めた、例えばガラスエポキシ、ガラスコンポジット基板や、低誘電率のポリイミド、液晶ポリマー、テフロン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等を用いることができる。特に、誘電体基板３１の材料としては、電気的特性の面からは低誘電率の材料を用いるのが好ましい。
　なお、図１０では、誘電体基板３１の上面ライン３３ａ、下面ライン３３ｂと、誘電体基板３１を貫通するスルーホール３４によりコイル３６を形成して高周波結合器３０を完成させたが、この例に限らず、例えば剛性を有するワイヤを加工することによりコイル３６を形成し樹脂材料によって成型して高周波結合器３０を完成させても良い。
　次に、第２の実施形態の変形例に係る高周波結合器３０の性能を調べるために、アンソフト社製の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて結合強度の解析を行なった。ここで、高周波結合器３０の解析モデルとして、次のような条件のものを用いた。すなわち、誘電体基板３１は、プリント基板で多用されるガラスエポキシ基板ＦＲ４（Flame Retardant Type 4）を、また、結合用電極３７として機能するコイル３６の材質は銅を設定した。また、高周波結合器３０の大きさは１０．４ｍｍ×１０．４ｍｍとし、厚みを１ｍｍとした。
　結合強度は、高周波伝送特性を評価するのに用いられるＳパラメータの透過特性Ｓ２１で評価しており、高周波結合器３０の信号入出力端となる接続端子３８の両端子３８ａ、３８ｂ間を電力の入出力ポートとしている。
　図１１は、結合強度Ｓ２１の解析に用いた高周波結合器間の相対的配置を示したものである。この評価では一方の高周波結合器には図１１に示されるような板状の電極１５０ａを有し、評価の基準機となる基準高周波結合器１５０を用いた。結合強度の評価は、図１１に示すように、ライン中央部３６ａ１、３６ｂ１を結ぶ延長線の方向Ｅと、基準高周波結合器１５０の電極１５０ａの面とが直交し、かつ、それぞれの電極の中心軸が一致する状態で、結合用電極３７と電極１５０ａとを対向させ、１５ｍｍ、１００ｍｍ間隔をあけた状態で結合強度Ｓ２１の周波数特性を調べた。
　このように、高周波結合器３０の中心軸は、接続端子３８の端子３８ａを基準とした略１／４の長さの位置、すなわち通信周波数の１／４波長に相当する長さの位置と、端子３８ａを基準とした略３／４の長さの位置、すなわち通信周波数の３／４波長に相当する長さの位置とを、誘電体基板３１の半分の厚みの面に投影させた位置で面内方向に貫く方向である。
　また、高周波結合器３０での電界の発生状態をみるために、対向距離１５ｍｍでの高周波結合器３０近傍の電界分布、及び磁界ベクトルも調べた。
　図１２は、高周波結合器３０と基準高周波結合器１５０との間の結合強度Ｓ２１の解析結果を示したもので、対向距離１５ｍｍの通信距離では４．５ＧＨｚ付近で－１８ｄＢと良好な結合強度を有し、また対向距離１００ｍｍの非通信距離では－４０ｄＢ以下の通信遮断性を有している。
　図１３は、高周波結合器３０の共振周波数である４．４８ＧＨｚでの電界分布の解析結果を示すもので、ライン中央部３６ａ１、３６ｂ１を結んだ中心軸方向に電界の強いところが２箇所でき、あたかも電気双極子のように振舞うことで、対向する高周波結合器１５０と電磁界結合していることがわかる。
　この図１３から明らかなように、電界の強くなる位置は、接続端子３８の端子３８ａからコイル３６の略１／４の長さの位置、すなわち、１／４通信波長に相当する長さの位置と、もう一方の端子３８ｂからコイル３６の略１／４の長さの位置とで、これらの位置を面内方向に貫いて強い電磁界結合を得ることができる。
　以上のように、変形例に係る高周波結合器３０は、良好な通信特性を実現する。また、高周波結合器３０では、結合用電極３７として機能するコイル３６が誘電体基板３１内に形成されているので、例えば耐衝撃性などといった機械的強度を実現することができる。また、高周波結合器３０では、通信波長の１／２の長さからなるコイル３６ａのライン中央部３６ａ１と、通信波長の１／２の長さからなるコイル３６ｂのライン中央部３６ｂ１とを結ぶ延長線上に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合することで、例えば、基板面に対して垂直方向に電磁界を放射する構造に比べて、通信性能を向上させるために誘電体基板を厚くする必要がなく、装置全体の小型化と低背化とを両立することができる。
　さらに、図１４に示す解析結果から明らかなように、高周波結合器３０は、コイル３６の実効的なインダクタンスを向上させることができ、結果として、高周波結合器３０自体の結合効率を改善することができる。
　図１４は、高周波結合器３０の共振周波数である４．４８ＧＨｚでの磁界ベクトル分布の解析結果を示すもので、誘電体基板３１の厚み方向中央の基板に平行な面内、すなわち、コイル３６の中心軸で基板と水平な断面での磁界ベクトル分布を示している。
　この図１４では、コイル３６内部を貫く磁界が同方向となることを示している。高周波結合器３０は、位相の関係から半波長で高周波電流の極性が変わるという特性を考慮して、全長が一通信波長に相当するコイル３６の巻回方向を、１／４通信波長、３／４通信波長の長さにそれぞれ相当する中央部３６ａ１、３６ｂ１で反転させることで、コイル３６内部を貫く磁界が同方向となるようにすることができる。
　このようにして、高周波結合器３０は、コイル内部において、局部的に極性の異なる電流によって発生する磁界が互いに打ち消しあってしまうという現象を防止することができる。これにより、高周波結合器３０は、コイル３６の実効的なインダクタンスを向上させることができ、結果として、高周波結合器３０自体の結合効率を改善することができる。
　＜適用例＞
　上記のように、第１の実施形態及び第２の実施形態に係る高周波結合器１０、２０、３０は、装置全体の小型化と低背化とを両立するので、例えば図１５に示すような、携帯電話機などの携帯型電子機器６０の端面６０ａに設けられているスロット６１等に差し込んで通信を行うメモリーカード６２などに組み込むことができる。ここで、スロット６１内部に設けられた高周波結合器との位置関係よって、メモリ－カード６２に高周波結合器１０を設ける場合には、位置関係に制約が生じるが、第１の実施形態及び第２の実施形態に係る高周波結合器１０、２０、３０は、装置全体の小型化と低背化とを両立するので容易に組み込むことができるという利点がある。
　１０、２０、３０、１０２、１０６　高周波結合器、１１、２１、３１、３１１　誘電体基板、１１ａ、６０ａ　端面、１２、３１２　ライン、１２ａ、２６ａ１、２６ｂ１、３６ａ１、３６ｂ１　ライン中央部、１２ｂ、１２ｃ　端部、１３、２０２、３１３　グランド、１４、３１４　給電部、１５　保護フィルム、１７、２７、３７、１０３、１０７、２０８　結合用電極、２１ａ　上面、２１ｂ　下面、２３ａ、３３ａ　上面ライン、２３ｂ、３３ｂ　下面ライン、２４、３４　スルーホール、２６、２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂ　コイル、２８、３８　接続端子、３８ａ、３８ｂ　端子、６０　携帯型電子機器、６１　スロット、６２　メモリーカード、１００　通信システム、１０１、１０５　通信装置、１０４、１０８　送受信回路部、１５０　基準高周波結合器、１５０ａ　電極、２０１　プリント基板、２０３　スタブ、２０５　送受信回路、２０７　金属線、３００　アンテナ装置

Claims (6)

  1. 　所定の通信波長により、対向する一対の電極間で電磁界結合することで情報通信を行うアンテナ装置において、
    　誘電体基板に形成され、他のアンテナ装置の電極と電磁界結合されて通信可能となる結合用電極を備え、
    　上記結合用電極は、
    　通信波長の１／２の長さからなり上記誘電体基板に形成された第１の配線と、該第１の配線の中央部と誘電体基板の面方向に対向するとともに該第１の配線に電気的に接続された導体とを有し、
    　上記第１の配線の中央部と上記導体とを結ぶ延長線上に配置された上記他のアンテナ装置の電極と電磁界結合することを特徴とするアンテナ装置。
  2. 　上記導体は、上記第１の配線と上記誘電体基板の同一面上に形成されたグランドであり、
    　上記第１の配線は、上記グランドの外側に所定距離を隔てて形成された略ループ形状からなり、その一端が該グランドと電気的に接続されるとともに、他端が該グランドを基準とした給電電圧の入力端として電力供給されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  3. 　上記導体は、上記通信波長の１／２の長さからなる第２の配線であり、該第２の配線の一端が、上記第１の配線の一端と電気的に接続され、
    　上記結合用電極は、上記第１の配線の中央部と上記第２の配線の中央部とを結ぶ延長線上に配置された上記他のアンテナ装置の電極と電磁界結合することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  4. 　上記第１の配線、及び、上記第２の配線は、上記誘電体基板の上下面に亘ってスルーホールを介して巻回されたコイルからなることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
  5. 　上記第１の配線、及び、上記第２の配線は、それぞれの中央部において、巻回方向が反転していることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
  6. 　所定の通信波長により、対向する一対の電極間で電磁界結合することで情報通信を行う通信装置において、
    　誘電体基板に形成され、他のアンテナ装置の電極と電磁界結合されて通信可能となる結合用電極と、
    　上記結合用電極と電気的に接続され、信号の送受信処理を行う送受信処理部とを備え、
    　上記結合用電極は、
    　通信波長の１／２の長さからなり上記誘電体基板の一方の面に形成された第１の配線と、該第１の配線の中央部と誘電体基板の面方向に対向するとともに該第１の配線に電気的に接続された導体とを有し、
    　上記第１の配線の中央部と上記導体とを結ぶ延長線上に配置された上記他のアンテナ装置の電極と電磁界結合することを特徴とする通信装置。
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