WO2012140943A1 - 電界通信用電極構造 - Google Patents

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WO2012140943A1
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electric field
field communication
transmission medium
electrode structure
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四方　勝
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アルプス電気株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/005—Transmission systems in which the medium consists of the human body

Definitions

  • the present invention relates to an electrode structure for electric field communication applicable to electric field communication for transmitting and receiving information through a transmission medium such as a human body.
  • This electric field communication system includes a transmission medium such as a human body, a transmitter that generates an electric field corresponding to an information signal, and a receiver that detects a potential variation of the transmission medium and demodulates the information signal.
  • the transmitter electrode and the transmission medium, and the receiver electrode and the transmission medium are capacitively coupled, and communication is performed between the transmitter and the receiver by this capacitive coupling.
  • a parallel plate structure has been proposed as an electrode (electrode structure for electric field communication) of a transceiver used for electric field communication (see, for example, Patent Document 1).
  • This electrode structure for electric field communication has two flat conductors arranged substantially in parallel and an insulator arranged between them, and a ground potential is applied to one flat conductor and a signal potential is applied to the other flat conductor. Is to be given.
  • a transmission medium such as a human body comes close to a flat conductor to which a signal potential is applied, a potential fluctuation corresponding to the signal potential occurs in the transmission medium, and communication becomes possible.
  • the electric field between the flat conductors is very large, so even if a human body is close to the other flat conductor, almost no electric field is generated on the transmission medium side, and the potential fluctuation of the transmission medium occurs. Becomes extremely small.
  • the signal intensity received by the receiving electrode is also reduced, and communication errors frequently occur.
  • communication errors can be reduced by providing a matching circuit on the transmission side, in this case, the matching circuit increases the size of the transmission-side device and increases the manufacturing cost.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide an electrode structure for electric field communication capable of electric field communication without a matching circuit.
  • the electric field communication electrode of the present invention extends in a two-dimensional manner within a predetermined range, and is arranged so as to be spaced apart in the vertical direction from the first electrode connected to a fixed potential and the main surface of the first electrode, A transmission medium for propagating an electric field, and a second electrode adjacent thereto, wherein the first electrode is disposed so as to surround the second electrode, and an electrode pattern is not formed in a region facing the second electrode It has the adjustment part.
  • the first electrode substantially surrounds the outer periphery of the second electrode and has the coupling adjusting portion in the region facing the second electrode, the potential fluctuation induced in the transmission medium is increased.
  • the signal strength can be increased and the influence of external noise can be reduced.
  • the second electrode may be configured by a fine line pattern arranged so that a gap is generated between the lines. According to this configuration, since the second electrode has a thin line pattern, the impedance of the second electrode can be increased. As a result, the second electrode functions as a pseudo matching circuit and communication characteristics can be further improved.
  • the one end point of the second electrode may be a feeding point, and the first electrode and the second electrode may be short-circuited at an end point opposite to the one end point. According to this configuration, since the impedance of the second electrode is further increased, the communication characteristics can be further improved.
  • the second electrode is placed on the upper surface so that the transmission medium carrying the electric field communication device that communicates via the electric field propagating through the medium is placed on the second electrode surface. It may be installed on the floor.
  • an electrode structure for electric field communication capable of electric field communication without a matching circuit.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an electric field communication electrode according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the electric field communication electrode according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the electric field strength between the 1st electrode of the electrode for electric field communication which concerns on Embodiment 1, and a 2nd electrode.
  • FIG. It is a perspective view which shows the structure of the electrode for electric field communication of a parallel plate structure.
  • 6 is a perspective view showing a configuration of an electric field communication electrode according to Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of an electric field communication system in which the electric field communication electrode structure according to the present embodiment is used.
  • the electric field communication system shown in FIG. 1 includes a transmitter 1 that modulates an information signal to generate an electric field corresponding to the information signal, and a transmission medium 2 such as a human body that transmits the information signal by the electric field generated by the transmitter 1. And a receiver 3 that demodulates an information signal by detecting a potential fluctuation that becomes an electric field propagating through the transmission medium 2.
  • the transmitter 1 may be a transceiver having a reception function
  • the receiver 3 may be a transceiver having a transmission function.
  • the present invention can be easily applied to two-way communication.
  • the transmitter 1 is a control unit 11 such as a computer that performs signal transmission control, a transmission unit 12 that modulates an information signal from the control unit 11 to generate an RF signal, and an RF signal from the transmission unit 12 And an electric field communication electrode structure 13 for generating an electric field.
  • the transmitter 12 and the electric field communication electrode structure 13 are connected via a coaxial cable L.
  • the control unit 11 is configured to supply the information signal in the intermediate frequency band to the transmission unit 12 and to supply the power supply potential Vdd and the ground GND that is a fixed potential.
  • the transmission unit 12 includes a modulation circuit (not shown) and the like, and is configured to be able to generate an RF signal by modulating an information signal (IF) from the control unit 11.
  • the electrode structure 13 for electric field communication includes a first electrode 131 to which a fixed potential such as a ground potential (GND) is applied, a second electrode 132 to which a signal potential by an RF signal from the control unit 11 is applied, and a first electrode 131. It is configured to include an insulator 133 interposed between the second electrode 132 and an electric field corresponding to the RF signal from the transmitter 12 can be generated.
  • a fixed potential such as a ground potential (GND)
  • GND ground potential
  • the transmission medium 2 is a medium having predetermined conductivity such as a human body.
  • an electrostatic capacity is generated between the second electrode 132 and the transmission medium 2, and the second electrode 132 and the transmission medium 2 Are capacitively coupled. For this reason, when the RF signal is applied to the second electrode 132, the potential of the transmission medium 2 varies according to the signal potential of the RF signal.
  • the receiver 3 includes an electrode 31 for forming a capacitance with the transmission medium 2.
  • an electrostatic capacitance is generated between the transmission medium 2 and the electrode 31, and the transmission medium 2 and the electrode 31 are capacitively coupled. If the potential of the transmission medium 2 fluctuates according to the signal potential of the RF signal, the potential of the electrode 31 that is capacitively coupled also fluctuates in the same way. Therefore, by detecting the potential fluctuation of the electrode 31 and demodulating it with a demodulation circuit (not shown) or the like. The information signal can be received.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the electrode structure 13 for electric field communication according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the electric field communication electrode structure 13 according to the present embodiment.
  • 3A mainly shows a configuration of the first electrode 131
  • FIG. 3B mainly shows a configuration of the second electrode 132
  • FIG. 3C shows a cross section taken along the arrow AA in FIGS.
  • the electric field communication electrode structure 13 is composed of a flat electrode conductor having a predetermined pattern and is disposed apart from the first electrode 131 and functions as a cold electrode.
  • the second electrode 132 functions as a hot electrode
  • the insulator 133 is disposed between the first electrode 131 and the second electrode 132.
  • the first electrode 131 has an opening a serving as a coupling adjustment portion that does not form a conductor pattern in a region overlapping with the second electrode 132, and the first electrode 131 and the second electrode 132 are compared with the case where the opening a is not provided. Is configured so that the electrostatic capacity thereof becomes small. More specifically, as shown in FIG. 3, an opening a is provided so that the first electrode 131 and the second electrode 132 do not overlap each other when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the first electrode 131. . As described above, since the opening a is provided to completely eliminate the overlap between the first electrode 131 and the second electrode 132, the capacitance of the first electrode 131 and the second electrode 132 is sufficiently reduced.
  • the electric field generated by the electrode 132 is likely to be induced on the transmission medium 2 side. As a result, the potential fluctuation of the transmission medium 2 becomes large and the signal strength of electric field communication can be increased, so that communication errors can be reduced.
  • the electrostatic capacitance by the 1st electrode 131 and the 2nd electrode 132 can be made small enough to achieve the required communication probability, the 1st electrode 131 and the 2nd electrode 132 will overlap. In this way, the opening a serving as a coupling adjustment portion may be adjusted.
  • the first electrode 131 and the second electrode 132 may overlap at the edge portion of the second electrode 132.
  • the first electrode 131 surrounds the periphery of the second electrode 132 and is configured such that the first electrode 131 and the second electrode 132 are weakly capacitively coupled at the outer peripheral portion of the second electrode 132.
  • the first electrode 131 does not need to completely surround the second electrode 132.
  • the first electrode 131 may be substantially U-shaped such as having a notch in a part thereof so as to substantially surround the second electrode 132.
  • the shape of the outer periphery of the first electrode 131 is not limited to a substantially rectangular shape, and may be various shapes such as a substantially circular shape and a substantially polygonal shape.
  • the first electrode 131 is configured to receive a fixed potential such as a ground potential (GND) from the transmission unit 12.
  • a fixed potential such as a ground potential (GND) from the transmission unit 12.
  • GND ground potential
  • the potential applied to the first electrode 131 is not limited to the ground potential (GND) as long as it is a fixed potential.
  • the second electrode 132 is configured by a substantially rectangular flat conductor that is spaced apart from the first electrode 131 in a direction (vertical direction) perpendicular to the main surface of the first electrode 131, and at the feeding point b, the transmission unit A signal potential corresponding to the RF signal from 12 is applied.
  • the shape of the second electrode 132 is not limited to a substantially rectangular shape, and may be a substantially circular shape, a substantially polygonal shape, or the like.
  • the insulator 133 functions as a support member that insulates the first electrode 131 and the second electrode 132 and supports the first electrode 131 and the second electrode 132 so that the distance between the first electrode 131 and the second electrode 132 is maintained substantially constant. .
  • the thickness of the insulator 133 is about 3 mm
  • the distance between the first electrode 131 and the second electrode 132 can be kept at about 3 mm.
  • the insulator 133 may be omitted as long as the first electrode 131 and the second electrode 132 can be separated and insulated.
  • a spacer may be disposed below the second electrode 132 to achieve insulation by air.
  • FIG. 4 is a diagram showing an electric field distribution between the first electrode 131 and the second electrode 132.
  • the electric field strength between the electrodes is the first electrode 131 and the second electrode. It becomes larger only at the edge portion of the second electrode 132 adjacent to the second electrode 132 and becomes smaller in the region inside the edge of the second electrode 132.
  • the signal strength of electric field communication can be reduced. The communication error can be reduced.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of an electrode structure 14 for electric field communication having a parallel plate structure as a comparative example.
  • FIG. 6 is a diagram showing the electric field strength between the two electrodes (first electrode 141 and second electrode 142) of the electrode structure 14 for electric field communication.
  • the electric field communication electrode 14 has a flat first electrode 141 and a flat second electrode 142, so that the electric field strength is large on the entire surface of the electrode. In this case, the electric field propagating to the transmission medium 2 side is hardly generated, and the potential fluctuation of the transmission medium 2 becomes extremely small, so that normal communication becomes difficult due to a communication error.
  • FIG. 7 is a table showing the relationship between the electrode structure for electric field communication and the electric field communication success probability.
  • the electric field communication electrode structure 13 of the present embodiment when used, electric field communication succeeded with a probability of 94%.
  • the electric field communication electrode structure 14 of the comparative example when used, the electric field communication success probability without the matching circuit was 0%, and the electric field communication success probability with the matching circuit was 92%.
  • the electric field communication electrode structure 14 of the comparative example requires a matching circuit in order to perform electric field communication, but the electric field communication electrode structure 13 of the present embodiment can sufficiently perform electric field communication without a matching circuit.
  • the opening a serving as the coupling adjustment portion is not limited to a configuration in which no electrode pattern is formed, but may be an opening defined by an effective aperture ratio such as forming a grid-like electrode pattern.
  • the electrode structure 13 for electric field communication is configured such that the first electrode 131 surrounds the outer periphery of the second electrode 132 and has an opening a in a region facing the second electrode 132.
  • the potential fluctuation induced in the transmission medium 2 can be increased to increase the signal intensity, and the influence of external noise can be reduced.
  • an electrode structure for electric field communication capable of electric field communication can be realized without a matching circuit.
  • This embodiment can be implemented in combination with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.
  • Electrode structure 13a is equivalent to the electric field communication electrode structure 13 according to the above-described embodiment in which the configuration of the second electrode 132 is changed.
  • symbol is used about the same structure as embodiment mentioned above.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the electrode structure for electric field communication 13a according to the present embodiment.
  • the electrode structure for electric field communication 13a includes a first electrode 131 made of a flat conductor having a predetermined pattern, a second electrode 132a spaced apart from the first electrode 131, and a first electrode 131a.
  • the insulator 133 is disposed between the first electrode 131 and the second electrode 132.
  • the second electrode 132a of the present embodiment is configured by a meander pattern that is spaced apart from the first electrode 131 in a direction (vertical direction) perpendicular to the main surface of the first electrode 131.
  • a meander pattern that is spaced apart from the first electrode 131 in a direction (vertical direction) perpendicular to the main surface of the first electrode 131.
  • the thin line pattern is not limited to the meander pattern, and other patterns such as a spiral pattern may be used.
  • the length of the fine line pattern can be appropriately set according to a desired impedance value or the like.
  • the second electrode 132a of the present embodiment is short-circuited with the first electrode 131 at the end point c opposite to the feeding point b.
  • This increases the impedance of the electric field communication electrode structure 13a.
  • the impedance of the electrode structure for electric field communication that is not short-circuited is 12.28 ⁇
  • the impedance of the electrode structure for electric field communication that is short-circuited is 15.4 ⁇ .
  • the electrode structure for electric field communication 13a of the present embodiment can further improve the communication characteristics by making the second electrode 132a into a thin line pattern.
  • the communication characteristics can be further enhanced by short-circuiting the first electrode 131 at the end point c opposite to the feeding point b.
  • This embodiment can be implemented in combination with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.
  • the electrode structure for electric field communication according to the present invention is configured so that the first electrode substantially surrounds the outer periphery of the second electrode and has an opening in a region facing the second electrode.
  • the induced potential fluctuation can be increased to increase the signal intensity, and the influence of external noise can be reduced.
  • an electrode structure for electric field communication capable of electric field communication can be realized without a matching circuit.
  • this invention is not limited to description of the said embodiment, It can change suitably in the aspect in which the effect is exhibited, and can be implemented.
  • the structures, methods, and the like described in the above embodiments can be combined as appropriate.
  • the present invention can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention.
  • the electrode structure for electric field communication of the present invention is useful as an electrode for a transceiver used in an electric field communication system.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

　整合回路がなくとも電界通信可能な電界通信用電極構造を提供すること。所定範囲に二次元状に延在し、固定電位に接続される第１電極（１３１）と、第１電極（１３１）の主表面に対して垂直方向に離間して配置され、電界を伝搬させる伝送媒体（２）が近接する第２電極（１３２）と、を有し、第１電極（１３１）は、第２電極（１３２）を囲むように配置され、第２電極（１３２）との対向領域に電極パターンが形成されない結合調整部を有することを特徴とする。

Description

電界通信用電極構造
　本発明は、人体などの伝送媒体を介して情報を送受信する電界通信に適用可能な電界通信用電極構造に関する。
　近年、人体などの媒体を介して情報を送受信する電界通信システムが提案されている。この電界通信システムは、人体等の伝送媒体と、情報信号に対応する電界を発生させる送信機と、伝送媒体の電位変動を検出して情報信号を復調する受信機とで構成されている。送信機電極と伝送媒体、及び受信機電極と伝送媒体とは容量結合されており、この容量結合によって送信機と受信機との間で通信が行われる。
　電界通信に用いられる送受信機の電極（電界通信用電極構造）として、平行平板構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電界通信用電極構造は、略平行に配置された２つ平板導体と、その間に配置された絶縁体とを有し、一方の平板導体に接地電位が与えられ、他方の平板導体に信号電位が与えられるようになっている。信号電位が与えられる平板導体に人体などの伝送媒体が近接すると、伝送媒体には信号電位に応じた電位変動が生じて通信可能になる。
特開２００７－１７４５７０号公報
　ところで、上述した平行平板構造の電極では平板導体間の電界が非常に大きいため、他方の平板導体に人体が近接しても、伝送媒体側への電界が殆ど発生せず、伝送媒体の電位変動は極めて小さくなってしまう。伝送媒体の電位変動が小さくなると受信側の電極が受ける信号強度も小さくなり、通信エラーが頻発する。送信側に整合回路を設けることで通信エラーを低減可能だが、この場合、整合回路によって送信側の装置が大型化し、また、その製造コストが増大してしまう。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、整合回路がなくとも電界通信可能な電界通信用電極構造を提供することを目的とする。
　本発明の電界通信用電極は、所定範囲に二次元状に延在し、固定電位に接続される第１電極と、前記第１電極の主表面に対して垂直方向に離間して配置され、電界を伝搬させる伝送媒体が近接する第２電極と、を有し、前記第１電極は、前記第２電極を囲むように配置され、前記第２電極との対向領域に電極パターンが形成されない結合調整部を有することを特徴とする。
　この構成によれば、第１電極が第２電極の外周を略囲むと共に第２電極との対向領域に結合調整部を有するよう構成されているため、伝送媒体に誘起される電位変動を大きくして信号強度を大きくできると共に、外部ノイズの影響を低減できる。これにより、整合回路がなくとも電界通信可能な電界通信用電極を実現できる。
　本発明の電界通信用電極において、前記第２電極は、線間に隙間が生じるように配置された細線パターンで構成されても良い。この構成によれば、第２電極が細線パターンとなっているため、第２電極のインピーダンスが高められる。これにより、第２電極が疑似的な整合回路として機能して通信特性をより高めることができる。
　本発明の電界通信用電極において、前記第２電極の一方の端点を給電点とし、前記一方の端点とは反対側の端点において前記第１電極と前記第２電極とを短絡しても良い。この構成によれば、第２電極のインピーダンスがさらに高まるため、通信特性をさらに高めることができる。
　本発明の電界通信用電極において、前記媒体を伝搬する電界を介して通信する電界通信機を携帯した前記伝送媒体が、前記第２電極面上に載るように、当該第２電極を上面にして床部に設置されても良い。
　本発明によれば、整合回路がなくとも電界通信可能な電界通信用電極構造を提供することができる。
実施の形態１に係る電界通信用電極が用いられる電界通信システムの構成例を示す模式図である。 実施の形態１に係る電界通信用電極の構成を示す斜視図である。 実施の形態１に係る電界通信用電極の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る電界通信用電極の第１電極と第２電極との間の電界強度を示す図である。 平行平板構造の電界通信用電極の構成を示す斜視図である。 平行平板構造の電界通信用電極の第１電極と第２電極との間の電界強度を示す図である。 電界通信用電極と通信確率との関係を示す表である。 実施の形態２に係る電界通信用電極の構成を示す斜視図である。
　以下、図面を参照して、本発明の電界通信用電極構造について説明する。
（実施の形態１）
　図１は、本実施の形態に係る電界通信用電極構造が用いられる電界通信システムの構成例を示す模式図である。図１に示される電界通信システムは、情報信号を変調して情報信号に対応する電界を発生する送信機１と、送信機１が発生する電界によって情報信号を伝送する人体などの伝送媒体２と、伝送媒体２を伝搬する電界となる電位変動を検出して情報信号を復調する受信機３とを備える。なお、送信機１は受信機能を備える送受信機であっても良く、受信機３は送信機能を備える送受信機であっても良い。ここでは、説明を簡略化するために一方向通信のみ説明するが、双方向通信にも容易に適用可能である。
　送信機１は、信号の送信制御を行うコンピュータなどの制御部１１と、制御部１１からの情報信号を変調してＲＦ信号を生成する送信部１２と、送信部１２からのＲＦ信号に応じた電界を発生する電界通信用電極構造１３とを備える。送信部１２と電界通信用電極構造１３との間は同軸ケーブルＬを介して接続する。制御部１１は、送信部１２に中間周波数帯域の情報信号を供給すると共に、電源電位Ｖｄｄと固定電位となるグランドＧＮＤとを供給するように構成されている。送信部１２は、不図示の変調回路などを含み、制御部１１からの情報信号（ＩＦ）を変調してＲＦ信号を生成可能に構成されている。送信部１２は、ＲＦ信号を生成すると同軸ケーブルＬを介して電界通信用電極構造１３に供給する。電界通信用電極構造１３は、接地電位（ＧＮＤ）などの固定電位が与えられる第１電極１３１と、制御部１１からのＲＦ信号による信号電位が与えられる第２電極１３２と、第１電極１３１と第２電極１３２との間に介在させた絶縁体１３３とを含んで構成されており、送信部１２からのＲＦ信号に対応する電界を発生可能になっている。
　伝送媒体２は、人体などの所定の導電性を有する媒体である。伝送媒体２が電界通信用電極構造１３の第２電極１３２に近接（又は接触）すると、第２電極１３２と伝送媒体２との間に静電容量が生じ、第２電極１３２と伝送媒体２とは容量結合する。このため、第２電極１３２にＲＦ信号が与えられると、伝送媒体２の電位はＲＦ信号の信号電位に応じて変動する。
　受信機３は、伝送媒体２との間で静電容量を形成するための電極３１を含んで構成されている。電極３１が伝送媒体２と近接（又は接触）すると、伝送媒体２と電極３１との間に静電容量が生じ、伝送媒体２と電極３１とは容量結合する。伝送媒体２の電位がＲＦ信号の信号電位に応じて変動すると容量結合する電極３１の電位も同様に変動するため、電極３１の電位変動を検出して不図示の復調回路などで復調することで、情報信号を受信できる。
　図２は、本実施の形態に係る電界通信用電極構造１３の構成を示す斜視図である。図３は、本実施の形態に係る電界通信用電極構造１３の構成を示す平面図である。図３Ａは主に第１電極１３１の構成を示し、図３Ｂは主に第２電極１３２の構成を示し、図３Ｃは図３Ａ、ＢのＡＡ矢視断面を示す。図２及び図３に示されるように、電界通信用電極構造１３は、所定パターンを有する平板導体で構成されコールド電極として機能する第１電極１３１と、第１電極１３１と離間して配置されたホット電極として機能する第２電極１３２と、第１電極１３１と第２電極１３２との間に配置された絶縁体１３３とで構成されている。
　第１電極１３１は、第２電極１３２と重なる領域に導体パターンを形成しない結合調整部となる開口ａを有し、開口ａを設けない場合と比較して第１電極１３１と第２電極１３２との静電容量が小さくなるように構成されている。より具体的には、図３に示されるように、第１電極１３１の主表面に垂直な方向から見て第１電極１３１と第２電極１３２とが重ならないように開口ａが設けられている。このように、開口ａを設けて第１電極１３１と第２電極１３２との重なりを完全に無くすことで第１電極１３１と第２電極１３２とによる静電容量が十分に小さくなるので、第２電極１３２による電界は伝送媒体２側に誘起されやすくなる。これにより、伝送媒体２の電位変動が大きくなり電界通信の信号強度を高めることができるため、通信エラーを低減できる。なお、第１電極１３１と第２電極１３２とによる静電容量を、所要の通信確率を達成できる程度まで十分に小さくできるのであれば、第１電極１３１と第２電極１３２とは一部が重なるように結合調整部となる開口ａを調整しても良い。例えば、第２電極１３２の縁の部分において第１電極１３１と第２電極１３２とが重なっていても良い。
　第１電極１３１は、第２電極１３２の周囲を囲んでおり、第１電極１３１と第２電極１３２とが第２電極１３２の外周部分で弱く容量結合するように構成されている。第１電極１３１に接地電位（ＧＮＤ）を、第２電極１３２に信号電位を接続することにより、第１電極と第２電極に流れる電流はほぼ同レベルの逆相となるため、ノイズの影響を緩和でき、電界通信を安定化し通信エラーを低減できる。なお、第１電極１３１は第２電極１３２の周囲を完全に囲んでいる必要はない。例えば、第１電極１３１を略Ｕ字型など一部に切り欠きを有する形状として第２電極１３２を略囲むようにしても良い。また、第１電極１３１の外周の形状も略長方形に限られず、略円形、略多角形などの各種形状とすることができる。
　第１電極１３１は、送信部１２から接地電位（ＧＮＤ）などの固定電位が与えられるように構成されている。なお、第１電極１３１に与えられる電位は、固定電位であれば接地電位（ＧＮＤ）に限られない。
　第２電極１３２は、第１電極１３１の主表面に垂直な方向（上下方向）に第１電極１３１から離間して配置された略長方形の平板導体で構成されており、給電点ｂにおいて送信部１２からのＲＦ信号に対応する信号電位が与えられるようになっている。第２電極１３２の形状は略長方形に限られず、略円形、略多角形などでも良い。
　絶縁体１３３は、第１電極１３１と第２電極１３２とを絶縁すると共に、第１電極１３１と第２電極１３２との間隔が略一定に保たれるように支持する支持部材として機能している。例えば、絶縁体１３３の厚みを約３ｍｍとした場合、第１電極１３１と第２電極１３２との間隔を約３ｍｍに保つことができる。なお、第１電極１３１と第２電極１３２とを離間して絶縁可能であれば、絶縁体１３３は省略しても良い。例えば、第２電極１３２が十分な強度を有する導体板で構成される場合、第２電極１３２の下部にスペーサを配置し、空気によって絶縁を実現しても良い。
　図４は、第１電極１３１と第２電極１３２との間の電界分布を示す図である。図４に示されるように、本実施の形態の電界通信用電極構造１３は第１電極１３１と第２電極１３２とが重なっていないため、電極間の電界強度は第１電極１３１と第２電極１３２とが近接する第２電極１３２の縁の部分においてのみ大きくなり、第２電極１３２の縁より内側の領域では小さくなる。このように、第１電極１３１と第２電極１３２との容量結合を十分に抑制して第１電極１３１と第２電極１３２との間の電界強度を小さくすることで、電界通信の信号強度を高めることができ通信エラーを低減できる。
　図５は、比較例である平行平板構造の電界通信用電極構造１４の構成を示す斜視図である。図６は、電界通信用電極構造１４の２つの電極（第１電極１４１、第２電極１４２）間の電界強度を示す図である。図５及び図６に示されるように、電界通信用電極１４は平板状の第１電極１４１と平板状の第２電極１４２とが重なっているため、電極全面において電界強度が大きくなっている。この場合、伝送媒体２側へ伝搬する電界が殆ど発生せず伝送媒体２の電位変動が極めて小さくなるため、通信エラーにより正常な通信が困難になる。
　図７は、電界通信用電極構造と電界通信成功確率との関係を示す表である。図７に示されるように、本実施の形態の電界通信用電極構造１３を用いる場合、９４％の確率で電界通信が成功した。一方、比較例の電界通信用電極構造１４を用いる場合、整合回路なしでの電界通信成功確率は０％であり、整合回路ありでの電界通信成功確率は９２％であった。このように、比較例の電界通信用電極構造１４では電界通信を行うために整合回路が必要だが、本実施の形態の電界通信用電極構造１３では整合回路がなくとも十分に電界通信可能であることが分かる。なお、結合調整部となる開口ａは、電極パターンが一切形成されない構成だけでなく、格子状の電極パターンを形成するなど実効的な開口率で規定される開口であっても良い。
　このように、本実施の形態の電界通信用電極構造１３は、第１電極１３１が第２電極１３２の外周を囲むと共に第２電極１３２との対向領域に開口ａを有するよう構成されているため、伝送媒体２に誘起される電位変動を大きくして信号強度を大きくできると共に、外部ノイズの影響を低減できる。これにより、整合回路がなくとも電界通信可能な電界通信用電極構造を実現できる。
　本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
（実施の形態２）
　本実施の形態では、上述した実施の形態とは異なる構成の電界通信用電極構造について説明する。本実施の形態に係る電界通信用電極構造１３ａは、上述した実施の形態に係る電界通信用電極構造１３において第２電極１３２の構成を変更したものに相当する。以下において、特に相違点についてのみ説明し、繰り返しの説明は省略する。また、上述した実施の形態と同一の構成については同一の符号を用いる。
　図８は、本実施の形態に係る電界通信用電極構造１３ａの構成を示す斜視図である。図８に示されるように、電界通信用電極構造１３ａは、所定パターンを有する平板導体で構成された第１電極１３１と、第１電極１３１と離間して配置された第２電極１３２ａと、第１電極１３１と第２電極１３２との間に配置された絶縁体１３３とで構成されている。
　本実施の形態の第２電極１３２ａは、第１電極１３１の主表面に垂直な方向（上下方向）に第１電極１３１から離間して配置されたミアンダパターンで構成されている。第２電極１３２ａをこのような細線パターンとすることで、第２電極１３２ａのインピーダンスが高まる。これにより第２電極１３２ａが疑似的な整合回路として機能するため、通信特性をより高めることができる。細線パターンはミアンダパターンに限られず、スパイラルパターンなどの他のパターンを用いても良い。細線パターンの長さは、所望のインピーダンス値などに応じて適宜設定できる。
　また、本実施の形態の第２電極１３２ａは、給電点ｂとは反対側の端点ｃにおいて第１電極１３１と短絡している。これにより電界通信用電極構造１３ａのインピーダンスが高まる。例えば、使用周波数が１０．７ＭＨｚの場合、短絡していない電界通信用電極構造のインピーダンスは１２．２８Ωであり、短絡している電界通信用電極構造のインピーダンスは１５．４Ωである。このように、電界通信用電極構造のインピーダンスが高められることで整合回路の機能がさらに高まるため、通信特性をさらに高めることができる。
　図７に示されるように、本実施の形態の電界通信用電極構造１３ａを用いる場合、１００％の確率で電界通信が成功した。これは、第２電極１３２ａが疑似的な整合回路として機能することで通信特性がさらに高められているためである。
　このように、本実施の形態の電界通信用電極構造１３ａは、第２電極１３２ａを細線パターンとすることで、通信特性をより高めることができる。また、給電点ｂとは反対側の端点ｃにおいて第１電極１３１と短絡させることで、通信特性をさらに高めることができる。
　本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
　以上説明したように、本発明の電界通信用電極構造は、第１電極が第２電極の外周を略囲むと共に第２電極との対向領域に開口を有するよう構成されているため、伝送媒体に誘起される電位変動を大きくして信号強度を大きくできると共に、外部ノイズの影響を低減できる。これにより、整合回路がなくとも電界通信可能な電界通信用電極構造を実現できる。
　なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、その効果が発揮される態様で適宜変更して実施することができる。また、上記実施の形態に示す構成、方法などは、適宜組み合わせて実施可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないよう適宜変更して実施できる。
　本発明の電界通信用電極構造は、電界通信システムに用いられる送受信機用電極として有用である。
　本出願は、２０１１年４月１５日出願の特願２０１１－０９０５８３に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

Claims (4)

  1. 　所定範囲に二次元状に延在し、固定電位に接続される第１電極と、前記第１電極の主表面に対して垂直方向に離間して配置され、電界を伝搬させる伝送媒体が近接する第２電極と、を有し、
    　前記第１電極は、前記第２電極を囲むように配置され、前記第２電極との対向領域に電極パターンが形成されない結合調整部を有することを特徴とする電界通信用電極構造。
  2. 　前記第２電極は、線間に隙間が生じるように配置された細線パターンで構成されることを特徴とする請求項１記載の電界通信用電極構造。
  3. 　前記第２電極の一方の端点を給電点とし、前記一方の端点とは反対側の端点において前記第１電極と前記第２電極とを短絡したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電界通信用電極構造。
  4. 　前記媒体を伝搬する電界を介して通信する電界通信機を携帯した前記伝送媒体が、前記第２電極面上に載るように、当該第２電極を上面にして床部に設置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電界通信用電極構造。
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