アンテナ装置、及び、通信装置
【課題】高い生産効率を実現しながら、良好な接続性を維持した送受信回路の配置位置によって制限されることなく、結合用電極を自由に配置することが可能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】ベース材４を介して、一方の面にグランド２が形成され、他方の面に信号が伝送される信号線３が形成されたプリント基板と、略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された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８と、プリント基板に形成された信号線３と結合用電極８とを、プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱７とを備え、信号線３の一端には、信号の送受信処理を行う送受信装置と電気的に接続可能な接続用端子部９が形成されており、プリント基板のうち、少なくとも接続用端子部９が形成された端子形成部１ａが可撓性を有することを特徴とする。
【解決手段】ベース材４を介して、一方の面にグランド２が形成され、他方の面に信号が伝送される信号線３が形成されたプリント基板と、略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された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８と、プリント基板に形成された信号線３と結合用電極８とを、プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱７とを備え、信号線３の一端には、信号の送受信処理を行う送受信装置と電気的に接続可能な接続用端子部９が形成されており、プリント基板のうち、少なくとも接続用端子部９が形成された端子形成部１ａが可撓性を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、一方の面にグランドを形成したプリント基板と、プリント基板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と、結合用電極と、この結合用電極とスタブを接続する金属線からなる。また、特許文献１に記載された通信装置では、高周波結合器を構成するプリント基板上に、送受信回路も形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３１１８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された通信装置のように、表面実装により組み立てられる送受信回路と３次元的に構成された高周波結合器を同一プリント基板上に配置するのは、実装プロセスの観点から、工程が複雑で取り扱いにも注意を要するなど生産効率が悪くなってしまうという問題がある。また、特許文献１に記載された通信装置において、高周波結合器を別に作成し、送受信回路の配置位置によって制限されることなく結合用電極をより自由に配置して、送受信回路に接続する場合には、高周波結合器を送受信回路に接続するために、プリント基板以外に接続用のケーブル等の接続手段が新たに必要となり、部品や工程が増加してしまうという問題がある。
【０００６】
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、高い生産効率を実現しながら、送受信処理を行う送受信回路と良好な接続性を維持するとともに送受信回路の配置位置によって制限されることなく、結合用電極を自由に配置することが可能な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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、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において、誘電体を介して、一方の面の導電層にグランド層が形成され、他方の面の導電層に信号が伝送される信号線が形成されたプリント基板と、略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された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、上記プリント基板に形成された信号線と上記結合用電極とを、上記プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱とを備え、上記信号線の一端には、信号の送受信処理を行う送受信装置と電気的に接続可能な接続用端子部が形成されており、上記プリント基板のうち、少なくとも上記接続用端子部が形成された端子形成部が、可撓性を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る通信装置は、対向する位置に配置された他の通信装置の電極間での電磁界結合により情報通信を行う通信装置において、誘電体を介して、一方の面の導電層にグランド層が形成され、他方の面の導電層に信号が伝送される信号線が形成されたプリント基板と、略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された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、上記プリント基板に形成された信号線と上記結合用電極とを、上記プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱と、上記信号線の一端に形成された接続用端子を介して電気的に接続され、信号の送受信処理を行う送受信処理部とを備え、上記プリント基板のうち、少なくとも上記接続用端子部が形成された端子形成部が、可撓性を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、電極柱により信号線と結合用電極とが電気的に接続され、プリント基板のうち、少なくとも接続用端子部が形成された端子形成部が可撓性を有するので、高い生産効率を実現しながら、送受信処理を行う送受信回路と良好な接続性を維持するとともに送受信回路の配置位置によって制限されることなく、結合用電極を自由に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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】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】第１の実施形態に係る高周波結合器の端子構造を示す図である。
【図４】高周波結合器を送受信回路にコネクタを介して接続した配置を表す簡略図である。
【図５】高周波結合器を送受信回路にコネクタを介して接続した他の配置を表す簡略図である。
【図６】高周波結合器を送受信回路に導電性接着剤により接続した配置を表す簡略図である。
【図７】第１の実施形態に係る高周波結合器の他の端子構造を示す図である。
【図８】高周波結合器を送受信回路に導電性接着剤により接続した別の配置を表す簡略図である。
【図９】高周波結合器間での通信状態を示す斜視図である。
【図１０】高周波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１１】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１２】第２の実施形態に係る高周波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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
＜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。
【００１３】
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、電極１０３を有する高周波結合器１０２と、送受信回路１０４とを備える。また、通信装置１０５は、電極１０７を有する高周波結合器１０６と、送受信回路１０８とを備える。
【００１４】
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。
【００１５】
ここで、高周波結合器１０２、１０６がそれぞれ持つ送受信用の電極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。
【００１６】
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、電極１０３から電極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。
【００１７】
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。
【００１８】
＜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（Ａ）に示すような第１の実施形態に係る高周波結合器１１０について説明する。
【００１９】
すなわち、高周波結合器１１０は、フレキシブルプリント基板１と、結合用電極８と、フレキシブルプリント基板１上に形成された信号線３と結合用電極８とを電気的に接続する電極柱７とを備える。
【００２０】
フレキシブルプリント基板１は、誘電体として機能するベース材４の両面に銅箔を配した可撓性を有する両面プリント基板で、一方の面の導電層をグランド２とし、もう一方の面の導線層にパターニング処理により信号線３が形成されたものである。
【００２１】
フレキシブルプリント基板１のベース材４は、導電層よりも誘電性が優位な物質であり、例えば、２５〜１２５μｍ厚の可撓性を有する誘電性材料で、特に、ポリイミド、液晶ポリマー、テフロン（登録商標）等の低誘電率で、誘電損失の小さい材料からなるものが好ましい。
【００２２】
結合用電極８は、略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された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ものである。このような結合用電極８は、上述したように略平面状の導体で、円形、四角形、多角形等の形状とすることができ、材料としては銅、黄銅、ステンレス等の剛性を有する良導体を用いることが好ましい。
【００２３】
電極柱７は、フレキシブルプリント基板１の厚み方向Ｈに所定距離離間させて、フレキシブルプリント基板１に形成された信号線３と、結合用電極８とを電気的に接続する。このような電極柱７は、結合用電極８と同様な剛性を有する良導体で、結合用電極８と信号線３とそれぞれ半田等の導電性を有する接合材で接合される。
【００２４】
このような接続材による電気的信頼性、機械的強度を向上させるために、信号線３のライン幅を被接合部分で電極柱７の径よりも広げて導電性材料で十分な接合強度が得られるようにすることが好ましく、更に接合された部分の周りを有機接着剤等で補強する等の処置を施すようにすることも好ましい。
【００２５】
電極柱７は、結合用電極８と別々に作製して接続しても、結合用電極８の一部を加工して結合用電極８と一体物として作製してもよい。また、図２（Ａ）中で示される高周波結合器１１０において、電極柱７は一本としているが、結合用電極８を支える役割も担うので強度を向上させるために複数本としてもよい。また、電極柱７は結合用電極８の中心付近に接合するが、複数本で用いる場合も結合用電極８の中心付近に接合することが好ましい。例えば、図２（Ｂ）に示すように、電極柱を複数本、具体的には２本用いるとき、電極柱７１、７２と信号線３との接続状態を考慮すると、信号線３の線幅が狭く線幅内に収まらない場合があるが、この場合は信号線３のうち、接合部３ｂの線幅を部分的に広くして接合する。
【００２６】
以上のような構成からなる高周波結合器１１０において、フレキシブルプリント基板１上に形成された信号線３の構成について具体的に説明する。信号線３は、その一端には、信号の送受信処理を行う送受信回路部と電気的に接続可能な接続用端子部９が、フレキシブルプリント基板１の端子形成部１ａに形成されており、他端が、スルーホール５によりグランド２と短絡処理されている。例えば、信号線３は、スルーホール５に設けた導電性メッキ膜あるいは導電性ペースト等によりベース材４を貫通してグランド２に接合されることで、短絡処理がなされる。なお、グランド２との接続は電気的に短絡するためのものであり、貫通バンプ等の導電性の柱により信号線３とグランド２とを接続してもよい。
【００２７】
また、図２中に示す高周波結合器１１０では、通信感度を高めるため、信号線３のうち、スルーホール５により短絡処理されている端部から電極柱７との接続点までの距離が、通信周波数の略４分の１波長の整数倍離れるようにした共振ライン３ａとして機能する。
【００２８】
このように、共振ライン３ａは、他の高周波結合器が備える結合用電極と、当該高周波結合器１１０の結合用電極８との結合効率を上げるために用いるもので、上述したようにグランド２に接続することでショートスタブとなり、この部分では電圧が０となるため、この部分からライン上で通信周波数の略４分の１波長の距離に電極柱７が接続されると、その接続点で電圧が最大となり結合効率が良好となる。このようにして、共振ライン３ａは、高周波結合器間の結合効率を上げる役割を担う。
【００２９】
なお、図２に示す高周波結合器１１０では、信号線３の共振ライン３ａ側の端部をスルーホール５を介したショートスタブとしているが、開放端としたオープンスタブとしてもよい。但し、このオープンスタブの場合も共振ライン３ａと電極柱７の接合部で電圧が最大となるように、共振ライン３ａの長さを、上述したように調整する必要がある。また、図２に示す高周波結合器１１０では、スルーホール５を介してショートスタブされた共振ライン３ａがフレキシブルプリント基板１上に１つ形成されているが、複数用いるようにしてもよく、これによりより強い共振を起こすことができる。
【００３０】
また、信号線３のライン形状は、必ずしも直線状にする必要はなく曲率を持たせた曲線状としたり、図２に示されるように折り曲げて用いることもできる。
【００３１】
接続用端子部９は、上述したように、信号線３の一方の端部に形成されており、可撓性を有するフレキシブルプリント基板１上の端子形成部１ａに形成されているので、高周波結合器１１０に接続される送受信回路の基板との接続が容易となる。
【００３２】
ここで、接続用端子部９の端子形状は、送受信回路部との接続方法に合わせて設計される。接続用端子部９の端子形状は、良好な接続性を実現する観点から、例えば図３に示すような、コネクタによる接続に対応した端子構造が好ましい。
【００３３】
図３（Ａ）に示す具体例に係る接続用端子部２９は、ＧＳＧ（グランド／シグナル／グランド）配置のコネクタに対応したもので、グランドと信号線を同一平面に配置するため、コネクタとの電気的嵌合用に信号端子５０とグランド端子５１と、補強板２０を設けている。
【００３４】
信号端子５０は、フレキシブルプリント基板２１の片面に構成された信号線２３の端部に、線幅をコネクタ接続用に調整することで形成される。
【００３５】
グランド端子５１は、フレキシブルプリント基板２１の一方の面に形成されたグランド２２から、スルーホール２５の内側に形成された導電性材料を介して、電気的に接続されている。
【００３６】
補強板２０は、接続用端子部２９に機械的強度を持たせるためにグランド２２に接着されたもので、コネクタへの抜き差しを容易にするとともに、嵌合の安定性、信頼性を保つことができる。補強板２０の材料としては、一般に硬質の樹脂、セラミクス等が用いられる。
【００３７】
以上のような構成からなる接続用端子部２９は、コネクタピンとの良好な接続性を実現するため、信号端子５０とグランド端子５１の線幅を一定にすると、接続用端子部２９で特性インピーダンスが信号線２３と大きく異なり、インピーダンスミスマッチにより高周波結合器の結合効率を著しく低下してしまう場合がある。このような場合には、図３（Ｂ）に示すように、必要に応じて、信号端子５０直下のグランド２２に切欠き２７を適切な割合で設けることで、接続用端子部２９の特性インピーダンスを調整し高周波結合器の効率低下を防ぐことができる。このようにして作製された高周波結合器１１０は、送受信回路部に配置されたコネクタを介して送受信回路部と接続される。具体的な接続例を図４、及び、図５に示す。
【００３８】
図４は、高周波結合器１１０と、コネクタ１１１を介して高周波結合器１１０と接続された送受信回路基板１１２とが同一方向を向いて配置される場合を示している。また、図５は、高周波結合器１１０と、コネクタ１１１を介して高周波結合器１１０と接続された送受信回路基板１１２とが、背中合わせに配置される場合を示している。これら２つの配置から明らかなように、高周波結合器１１０は、可撓性を有するフレキシブルプリント基板１を用いて構成されているため、自由に折り曲げて使うことができ、設置場所に対する自由度が極めて高い。
【００３９】
このように、本発明が適用された高周波結合器１１０は、電極柱７により、フレキシブルプリント基板１の一方の面に形成された信号線３と、結合用電極８とが電気的に接続され、接続用端子部９が可撓性を有するフレキシブルプリント基板１に形成されているので、高い生産効率を実現しながら、送受信処理を行う送受信回路と良好な接続性を維持するとともに送受信回路の配置位置によって制限されることなく、結合用電極を自由に配置することができる。
【００４０】
なお、高周波結合器１１０において、上述したように自由に折り曲げて使うことができ、設置場所に対する自由度を高めることを実現するには、信号線が実装されるプリント基板のうち、少なくとも接続用端子部９が形成された端子形成部１ａが、可撓性を有する基板上に形成されていればよい。例えば、リジットフレキシブル基板のように、エポキシ樹脂などの硬質な材料とフレキシブルな材料とを複合した基板を用いて、リジット基板上に電極柱などを実装して、フレキシブル基板上に接続端子部を実装するようにしてもよい。このようにリジットフレキシブル基板も用いることができるが、高周波結合器１１０は、プリント基板として、全て可撓性を有するフレキシブルプリント基板１を用いることで、部材を共通化して製造工程を簡略化することができる点で特に好ましい。
【００４１】
また、高周波結合器１１０では、上述したように接続用端子部９をコネクタ接続用の端子構造とする以外にも、例えば異方性導電フィルム（ＡＣＦ）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）等の導電性ペーストを用いた手法により接合することができる。特に、このような導電性ペーストを用いた場合は、端子の剛性を確保する必要がないので補強板２０を省いて薄型化を図ることができる点で好ましい。
【００４２】
このような導電性ペーストを用いた接合方法では、一般に接合面を対向させて接続するため、上述した図４に示した配置と同様に、送受信回路基板１１２と高周波結合器１１０を同一方向を向いて配置させる場合は、図６に示すように、送受信回路基板１１２の実装面１１２ａと反対の底面１１２ｂを接合部１１３として接続する必要がある。
【００４３】
また、送受信回路基板１１２側で、その実装面と反対の面に接続用端子を実装できない、あるいは高周波結合器１１０の配置の問題から接合部１１３を、送受信回路基板１１２の実装面１１２ａにしたい場合は、図７に示すような接続用端子部３９を用いることで、端子面の表裏切り替えを行なうことができる。
【００４４】
接続用端子部３９は、次のような端子構造を有する。すなわち、接続用端子部３９は、図７（Ａ）及び、図７（Ｂ）に示すように、信号端子６０とグランド端子６１をグランド３２をパターニングすることで作製し、信号端子６０はスルーホール３５内の導体により、グランド３２に対向する面に形成された信号線３３と繋がっている。接続用端子部３９においても、高周波結合器１１０の結合効率をあげるためには特性インピーダンスを合わせるのが好ましく、信号端子６０とグランド端子６１の間隔は、この特性インピーダンスを考慮して決める。特に、接続用端子部３９は、コプレナー構造の端子構造であり、端子間の間隔が狭くなるので特性インピーダンスの整合が困難な場合は、信号線３３と同一面にグランド３２とスルーホールにより接合されるグランド端子を設けて特性インピーダンスを調整することができる。また、端子間の間隔が信号端子６０及びグランド端子６１の端子幅に比べて狭すぎる場合は、ＡＣＦ等での接続では接着材の埋設部分が少なくなり十分な接続強度を確保できなくなるので、信号端子６０及びグランド端子６１を二股構造等にして、接着材の埋設部分を増すようにすることが好ましい。
【００４５】
このような端子構造を有する接続用端子部３９は、図８に示すように、送受信回路基板１１２の実装面１１２ａに用意される接続部１１３と対向した接続を可能とし、コネクタを用いた場合と同様な配置をなすことができる。
【００４６】
次に、第１の実施形態に係る高周波結合器１１０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を用いて通信特性の解析を行なった。
【００４７】
解析モデルは、図２（Ａ）の構成の高周波結合器１１０として、具体的な条件は、次のようなものを用いた。すなわち、フレキシブルプリント基板１は、ベース材４に５０μｍの液晶ポリマーを用いた両面銅箔基板、結合用電極８は直径１０ｍｍの薄銅板、電極柱７は直径０．４ｍｍ、高さ２．４ｍｍの鉄製柱を想定している。なお、接続用端子部９は０．５ｍｍピッチの低背コネクタに嵌合する構造としている。
【００４８】
このように構成された２つの高周波結合器１１０ａ、１１０ｂを、図９に示すように対向させて、一方の高周波結合器１１０ａの端子に入力信号を加え、他方の高周波結合器１１０ｂの端子で信号を受けた場合の結合強度を解析した。ここで、結合強度は、Ｓパラメータの透過特性Ｓ２１を用いて評価した。
【００４９】
図１０は、図９の対向する高周波結合器の結合用電極間の対向距離を、それぞれ１５ｍｍ、１００ｍｍとした場合の結合強度Ｓ２１の周波数特性を示したものである。
【００５０】
例えば、TransferJet（登録商標）の通信では４．４８ＧＨｚを中心とした周波数が用いられるが、この周波数帯において、対向距離１５ｍｍの結合状態ではＳ２１が−１８ｄＢから−２０ｄＢであり通信周波数近傍での平坦な周波数特性が得られている。また、対向距離１００ｍｍの非結合状態では、Ｓ２１が−４２ｄＢであり通信遮断性が得られている。
【００５１】
この周波数特性から明らかなように、第１の実施形態に係る高周波結合器１１０は、１００ｍｍ程度離れた状態で混信することがないようにしつつ、１５ｍｍ程度の近距離で電磁界結合を利用した情報通信が可能である。
【００５２】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明が適用されたアンテナ装置の他の実施形態として、図１１に示すような第２の実施形態に係る高周波結合器１２０の構成について説明する。
【００５３】
高周波結合器１２０は、上述した第１の実施形態に係る高周波結合器１１０と同様に、フレキシブルプリント基板１と、結合用電極８と、フレキシブルプリント基板１上に形成された信号線３と結合用電極８とを電気的に接続する電極柱７とを備える。これに加えて、高周波結合器１２０は、結合用電極８を保持する固定部材として上部基板１６を備える。
【００５４】
ここで、第１の実施形態に係る高周波結合器１１０では、結合用電極８が細い電極柱７を介して保持されるために強度が弱く、完成品を移動させる際に注意が必要であったのに対して、本実施形態に係る高周波結合器１２０は、上部基板１６により結合用電極８が強固に保持されるので、結合用電極８の物理的な強度を高めて、衝撃や加圧などによる変形を防止することができる。すなわち、高周波結合器１２０の移動にかかわる取扱が容易となる。
【００５５】
なお、本実施形態に係る高周波結合器１２０は、上部基板１６を有する以外は、上述した第１の実施形態に係る高周波結合器１１０が備える構成と同様なので、図１１中において同様の符号を付し、各要素についての説明を省略するものとする。
【００５６】
このような構成からなる高周波結合器１２０では、上部基板１６により結合用電極８が保持されるので、結合用電極８と信号線３とが例えば、次のような接続方法によって接続される。
【００５７】
すなわち、高周波結合器１２０では、結合用電極８を、上部基板１６の片面、すなわち、図１１に示す上面１６ａにメッキ処理等を施すことにより形成する。続いて、高周波結合器１２０では、結合用電極８の中心を上部基板１６と共に貫通穴あけ処理によりスルーホール７ａを形成する。このスルーホール７ａが、信号線３の所定の位置に合わさるようにして、上部基板１６のもう一方の面、すなわち図１１の下面１６ｂをフレキシブルプリント基板１に接着させる。そして、このスルーホール７ａを介したメッキ処理あるいは導電性ペースト等により形成された電極柱７が、結合用電極８と信号線３を電気的に接続する。
【００５８】
なお、上記の接続方法は、電気的接続方法の一例であって、例えばメッキ処理されたスルーホール７ａを有する上部基板１６のスルーホール部に、結合用電極８と接続された針状の電極柱７を挿入しハンダあるいは導電性ペーストにより信号線３と接続するなどの方法を用いるようにしてもよい。また、図１１に示す高周波結合器１２０では、結合用電極８が上部基板１６の上面１６ａに直接形成しているが、片面に銅箔などの導電層が形成されたフレキシブル基板の導電層に結合用電極８を形成して上面１６ａに貼り付ける構造としてもよいし、上述した図２に示すように、導電性金属薄板を結合用電極８として上面１６ａに貼り付ける構造としてもよい。すなわち、高周波結合器１２０では、結合用電極８と信号線３と、誘電体基板である上部基板１６を挟んで所定距離離間させた状態で電気的に接続できれば、いずれの接続方法を用いてもよい。
【００５９】
上部基板１６の材料としては、特に比誘電率の低い材料を用いることが好ましい。例えば、図１２は、上部基板１６の比誘電率を１．５、２．０に設定して、それ以外の条件は図１１で得られた結果と同様にして、解析した場合の結合強度Ｓ２１の周波数特性を表したものである。この解析結果から、上部基板１６の比誘電率を高くすると、波長短縮効果により、結合強度がピークを示す周波数が低周波側にシフトするとともに結合強度Ｓ２１が小さくなることがわかる。ピーク周波数は共振ライン３ａや他の寸法を変更することで、４．４８ＧＨｚ付近となるように調整可能であるが、上部基板１６の比誘電率が高い場合の結合強度Ｓ２１のレベルを、上部基板１６の比誘電率が低い場合のレベルと同等まで高めることはできない。
【００６０】
この結果から明らかなように、上部基板１６には、できるだけ比誘電率の低い材料を用いるのが好ましく、例えば比誘電率が有効数字１桁で２台のテフロン、液晶ポリマー等が候補と挙げられるが、特に結合強度を向上させたい場合は、低誘電材料であるフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリイミド等を発泡させて作製する比誘電率が有効数字１桁で１台の多孔質材料を用いるのが好ましい。
【００６１】
以上のように、第２の実施形態に係る高周波結合器１２０では、結合用電極８と信号線３とが、上部基板１６を挟んで所定距離離間されて電気的に接続されるので、通信特性を保持しつつ、結合用電極８の物理的な強度を高めて、衝撃や加圧などによる変形を防止することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１、２１ フレキシブルプリント基板、１ａ 端子形成部、２、２２、３２ グランド、３、２３、３３ 信号線、３ａ 共振ライン、４ ベース材、５、７ａ、２５、３５ スルーホール、７ 電極柱、８ 結合用電極、９、２９ 接続用端子部、１６ 上部基板、１６ａ 上面、１６ｂ 下面、２０ 補強板、５０、６０ 信号端子、５１、６１ グランド端子、１００ 通信システム、１０１、１０５ 通信装置、１０２、１０６、１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１２０ 高周波結合器、１０３、１０７ 電極、１０４、１０８ 送受信回路、１１１ コネクタ、１１２ 送受信回路基板、１１２ａ 実装面、１１２ｂ 底面、１１３ 接合部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、一方の面にグランドを形成したプリント基板と、プリント基板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と、結合用電極と、この結合用電極とスタブを接続する金属線からなる。また、特許文献１に記載された通信装置では、高周波結合器を構成するプリント基板上に、送受信回路も形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３１１８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された通信装置のように、表面実装により組み立てられる送受信回路と３次元的に構成された高周波結合器を同一プリント基板上に配置するのは、実装プロセスの観点から、工程が複雑で取り扱いにも注意を要するなど生産効率が悪くなってしまうという問題がある。また、特許文献１に記載された通信装置において、高周波結合器を別に作成し、送受信回路の配置位置によって制限されることなく結合用電極をより自由に配置して、送受信回路に接続する場合には、高周波結合器を送受信回路に接続するために、プリント基板以外に接続用のケーブル等の接続手段が新たに必要となり、部品や工程が増加してしまうという問題がある。
【０００６】
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、高い生産効率を実現しながら、送受信処理を行う送受信回路と良好な接続性を維持するとともに送受信回路の配置位置によって制限されることなく、結合用電極を自由に配置することが可能な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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、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において、誘電体を介して、一方の面の導電層にグランド層が形成され、他方の面の導電層に信号が伝送される信号線が形成されたプリント基板と、略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された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、上記プリント基板に形成された信号線と上記結合用電極とを、上記プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱とを備え、上記信号線の一端には、信号の送受信処理を行う送受信装置と電気的に接続可能な接続用端子部が形成されており、上記プリント基板のうち、少なくとも上記接続用端子部が形成された端子形成部が、可撓性を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る通信装置は、対向する位置に配置された他の通信装置の電極間での電磁界結合により情報通信を行う通信装置において、誘電体を介して、一方の面の導電層にグランド層が形成され、他方の面の導電層に信号が伝送される信号線が形成されたプリント基板と、略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された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、上記プリント基板に形成された信号線と上記結合用電極とを、上記プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱と、上記信号線の一端に形成された接続用端子を介して電気的に接続され、信号の送受信処理を行う送受信処理部とを備え、上記プリント基板のうち、少なくとも上記接続用端子部が形成された端子形成部が、可撓性を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、電極柱により信号線と結合用電極とが電気的に接続され、プリント基板のうち、少なくとも接続用端子部が形成された端子形成部が可撓性を有するので、高い生産効率を実現しながら、送受信処理を行う送受信回路と良好な接続性を維持するとともに送受信回路の配置位置によって制限されることなく、結合用電極を自由に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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】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】第１の実施形態に係る高周波結合器の端子構造を示す図である。
【図４】高周波結合器を送受信回路にコネクタを介して接続した配置を表す簡略図である。
【図５】高周波結合器を送受信回路にコネクタを介して接続した他の配置を表す簡略図である。
【図６】高周波結合器を送受信回路に導電性接着剤により接続した配置を表す簡略図である。
【図７】第１の実施形態に係る高周波結合器の他の端子構造を示す図である。
【図８】高周波結合器を送受信回路に導電性接着剤により接続した別の配置を表す簡略図である。
【図９】高周波結合器間での通信状態を示す斜視図である。
【図１０】高周波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１１】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１２】第２の実施形態に係る高周波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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
＜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。
【００１３】
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、電極１０３を有する高周波結合器１０２と、送受信回路１０４とを備える。また、通信装置１０５は、電極１０７を有する高周波結合器１０６と、送受信回路１０８とを備える。
【００１４】
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。
【００１５】
ここで、高周波結合器１０２、１０６がそれぞれ持つ送受信用の電極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。
【００１６】
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、電極１０３から電極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。
【００１７】
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。
【００１８】
＜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（Ａ）に示すような第１の実施形態に係る高周波結合器１１０について説明する。
【００１９】
すなわち、高周波結合器１１０は、フレキシブルプリント基板１と、結合用電極８と、フレキシブルプリント基板１上に形成された信号線３と結合用電極８とを電気的に接続する電極柱７とを備える。
【００２０】
フレキシブルプリント基板１は、誘電体として機能するベース材４の両面に銅箔を配した可撓性を有する両面プリント基板で、一方の面の導電層をグランド２とし、もう一方の面の導線層にパターニング処理により信号線３が形成されたものである。
【００２１】
フレキシブルプリント基板１のベース材４は、導電層よりも誘電性が優位な物質であり、例えば、２５〜１２５μｍ厚の可撓性を有する誘電性材料で、特に、ポリイミド、液晶ポリマー、テフロン（登録商標）等の低誘電率で、誘電損失の小さい材料からなるものが好ましい。
【００２２】
結合用電極８は、略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された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ものである。このような結合用電極８は、上述したように略平面状の導体で、円形、四角形、多角形等の形状とすることができ、材料としては銅、黄銅、ステンレス等の剛性を有する良導体を用いることが好ましい。
【００２３】
電極柱７は、フレキシブルプリント基板１の厚み方向Ｈに所定距離離間させて、フレキシブルプリント基板１に形成された信号線３と、結合用電極８とを電気的に接続する。このような電極柱７は、結合用電極８と同様な剛性を有する良導体で、結合用電極８と信号線３とそれぞれ半田等の導電性を有する接合材で接合される。
【００２４】
このような接続材による電気的信頼性、機械的強度を向上させるために、信号線３のライン幅を被接合部分で電極柱７の径よりも広げて導電性材料で十分な接合強度が得られるようにすることが好ましく、更に接合された部分の周りを有機接着剤等で補強する等の処置を施すようにすることも好ましい。
【００２５】
電極柱７は、結合用電極８と別々に作製して接続しても、結合用電極８の一部を加工して結合用電極８と一体物として作製してもよい。また、図２（Ａ）中で示される高周波結合器１１０において、電極柱７は一本としているが、結合用電極８を支える役割も担うので強度を向上させるために複数本としてもよい。また、電極柱７は結合用電極８の中心付近に接合するが、複数本で用いる場合も結合用電極８の中心付近に接合することが好ましい。例えば、図２（Ｂ）に示すように、電極柱を複数本、具体的には２本用いるとき、電極柱７１、７２と信号線３との接続状態を考慮すると、信号線３の線幅が狭く線幅内に収まらない場合があるが、この場合は信号線３のうち、接合部３ｂの線幅を部分的に広くして接合する。
【００２６】
以上のような構成からなる高周波結合器１１０において、フレキシブルプリント基板１上に形成された信号線３の構成について具体的に説明する。信号線３は、その一端には、信号の送受信処理を行う送受信回路部と電気的に接続可能な接続用端子部９が、フレキシブルプリント基板１の端子形成部１ａに形成されており、他端が、スルーホール５によりグランド２と短絡処理されている。例えば、信号線３は、スルーホール５に設けた導電性メッキ膜あるいは導電性ペースト等によりベース材４を貫通してグランド２に接合されることで、短絡処理がなされる。なお、グランド２との接続は電気的に短絡するためのものであり、貫通バンプ等の導電性の柱により信号線３とグランド２とを接続してもよい。
【００２７】
また、図２中に示す高周波結合器１１０では、通信感度を高めるため、信号線３のうち、スルーホール５により短絡処理されている端部から電極柱７との接続点までの距離が、通信周波数の略４分の１波長の整数倍離れるようにした共振ライン３ａとして機能する。
【００２８】
このように、共振ライン３ａは、他の高周波結合器が備える結合用電極と、当該高周波結合器１１０の結合用電極８との結合効率を上げるために用いるもので、上述したようにグランド２に接続することでショートスタブとなり、この部分では電圧が０となるため、この部分からライン上で通信周波数の略４分の１波長の距離に電極柱７が接続されると、その接続点で電圧が最大となり結合効率が良好となる。このようにして、共振ライン３ａは、高周波結合器間の結合効率を上げる役割を担う。
【００２９】
なお、図２に示す高周波結合器１１０では、信号線３の共振ライン３ａ側の端部をスルーホール５を介したショートスタブとしているが、開放端としたオープンスタブとしてもよい。但し、このオープンスタブの場合も共振ライン３ａと電極柱７の接合部で電圧が最大となるように、共振ライン３ａの長さを、上述したように調整する必要がある。また、図２に示す高周波結合器１１０では、スルーホール５を介してショートスタブされた共振ライン３ａがフレキシブルプリント基板１上に１つ形成されているが、複数用いるようにしてもよく、これによりより強い共振を起こすことができる。
【００３０】
また、信号線３のライン形状は、必ずしも直線状にする必要はなく曲率を持たせた曲線状としたり、図２に示されるように折り曲げて用いることもできる。
【００３１】
接続用端子部９は、上述したように、信号線３の一方の端部に形成されており、可撓性を有するフレキシブルプリント基板１上の端子形成部１ａに形成されているので、高周波結合器１１０に接続される送受信回路の基板との接続が容易となる。
【００３２】
ここで、接続用端子部９の端子形状は、送受信回路部との接続方法に合わせて設計される。接続用端子部９の端子形状は、良好な接続性を実現する観点から、例えば図３に示すような、コネクタによる接続に対応した端子構造が好ましい。
【００３３】
図３（Ａ）に示す具体例に係る接続用端子部２９は、ＧＳＧ（グランド／シグナル／グランド）配置のコネクタに対応したもので、グランドと信号線を同一平面に配置するため、コネクタとの電気的嵌合用に信号端子５０とグランド端子５１と、補強板２０を設けている。
【００３４】
信号端子５０は、フレキシブルプリント基板２１の片面に構成された信号線２３の端部に、線幅をコネクタ接続用に調整することで形成される。
【００３５】
グランド端子５１は、フレキシブルプリント基板２１の一方の面に形成されたグランド２２から、スルーホール２５の内側に形成された導電性材料を介して、電気的に接続されている。
【００３６】
補強板２０は、接続用端子部２９に機械的強度を持たせるためにグランド２２に接着されたもので、コネクタへの抜き差しを容易にするとともに、嵌合の安定性、信頼性を保つことができる。補強板２０の材料としては、一般に硬質の樹脂、セラミクス等が用いられる。
【００３７】
以上のような構成からなる接続用端子部２９は、コネクタピンとの良好な接続性を実現するため、信号端子５０とグランド端子５１の線幅を一定にすると、接続用端子部２９で特性インピーダンスが信号線２３と大きく異なり、インピーダンスミスマッチにより高周波結合器の結合効率を著しく低下してしまう場合がある。このような場合には、図３（Ｂ）に示すように、必要に応じて、信号端子５０直下のグランド２２に切欠き２７を適切な割合で設けることで、接続用端子部２９の特性インピーダンスを調整し高周波結合器の効率低下を防ぐことができる。このようにして作製された高周波結合器１１０は、送受信回路部に配置されたコネクタを介して送受信回路部と接続される。具体的な接続例を図４、及び、図５に示す。
【００３８】
図４は、高周波結合器１１０と、コネクタ１１１を介して高周波結合器１１０と接続された送受信回路基板１１２とが同一方向を向いて配置される場合を示している。また、図５は、高周波結合器１１０と、コネクタ１１１を介して高周波結合器１１０と接続された送受信回路基板１１２とが、背中合わせに配置される場合を示している。これら２つの配置から明らかなように、高周波結合器１１０は、可撓性を有するフレキシブルプリント基板１を用いて構成されているため、自由に折り曲げて使うことができ、設置場所に対する自由度が極めて高い。
【００３９】
このように、本発明が適用された高周波結合器１１０は、電極柱７により、フレキシブルプリント基板１の一方の面に形成された信号線３と、結合用電極８とが電気的に接続され、接続用端子部９が可撓性を有するフレキシブルプリント基板１に形成されているので、高い生産効率を実現しながら、送受信処理を行う送受信回路と良好な接続性を維持するとともに送受信回路の配置位置によって制限されることなく、結合用電極を自由に配置することができる。
【００４０】
なお、高周波結合器１１０において、上述したように自由に折り曲げて使うことができ、設置場所に対する自由度を高めることを実現するには、信号線が実装されるプリント基板のうち、少なくとも接続用端子部９が形成された端子形成部１ａが、可撓性を有する基板上に形成されていればよい。例えば、リジットフレキシブル基板のように、エポキシ樹脂などの硬質な材料とフレキシブルな材料とを複合した基板を用いて、リジット基板上に電極柱などを実装して、フレキシブル基板上に接続端子部を実装するようにしてもよい。このようにリジットフレキシブル基板も用いることができるが、高周波結合器１１０は、プリント基板として、全て可撓性を有するフレキシブルプリント基板１を用いることで、部材を共通化して製造工程を簡略化することができる点で特に好ましい。
【００４１】
また、高周波結合器１１０では、上述したように接続用端子部９をコネクタ接続用の端子構造とする以外にも、例えば異方性導電フィルム（ＡＣＦ）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）等の導電性ペーストを用いた手法により接合することができる。特に、このような導電性ペーストを用いた場合は、端子の剛性を確保する必要がないので補強板２０を省いて薄型化を図ることができる点で好ましい。
【００４２】
このような導電性ペーストを用いた接合方法では、一般に接合面を対向させて接続するため、上述した図４に示した配置と同様に、送受信回路基板１１２と高周波結合器１１０を同一方向を向いて配置させる場合は、図６に示すように、送受信回路基板１１２の実装面１１２ａと反対の底面１１２ｂを接合部１１３として接続する必要がある。
【００４３】
また、送受信回路基板１１２側で、その実装面と反対の面に接続用端子を実装できない、あるいは高周波結合器１１０の配置の問題から接合部１１３を、送受信回路基板１１２の実装面１１２ａにしたい場合は、図７に示すような接続用端子部３９を用いることで、端子面の表裏切り替えを行なうことができる。
【００４４】
接続用端子部３９は、次のような端子構造を有する。すなわち、接続用端子部３９は、図７（Ａ）及び、図７（Ｂ）に示すように、信号端子６０とグランド端子６１をグランド３２をパターニングすることで作製し、信号端子６０はスルーホール３５内の導体により、グランド３２に対向する面に形成された信号線３３と繋がっている。接続用端子部３９においても、高周波結合器１１０の結合効率をあげるためには特性インピーダンスを合わせるのが好ましく、信号端子６０とグランド端子６１の間隔は、この特性インピーダンスを考慮して決める。特に、接続用端子部３９は、コプレナー構造の端子構造であり、端子間の間隔が狭くなるので特性インピーダンスの整合が困難な場合は、信号線３３と同一面にグランド３２とスルーホールにより接合されるグランド端子を設けて特性インピーダンスを調整することができる。また、端子間の間隔が信号端子６０及びグランド端子６１の端子幅に比べて狭すぎる場合は、ＡＣＦ等での接続では接着材の埋設部分が少なくなり十分な接続強度を確保できなくなるので、信号端子６０及びグランド端子６１を二股構造等にして、接着材の埋設部分を増すようにすることが好ましい。
【００４５】
このような端子構造を有する接続用端子部３９は、図８に示すように、送受信回路基板１１２の実装面１１２ａに用意される接続部１１３と対向した接続を可能とし、コネクタを用いた場合と同様な配置をなすことができる。
【００４６】
次に、第１の実施形態に係る高周波結合器１１０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を用いて通信特性の解析を行なった。
【００４７】
解析モデルは、図２（Ａ）の構成の高周波結合器１１０として、具体的な条件は、次のようなものを用いた。すなわち、フレキシブルプリント基板１は、ベース材４に５０μｍの液晶ポリマーを用いた両面銅箔基板、結合用電極８は直径１０ｍｍの薄銅板、電極柱７は直径０．４ｍｍ、高さ２．４ｍｍの鉄製柱を想定している。なお、接続用端子部９は０．５ｍｍピッチの低背コネクタに嵌合する構造としている。
【００４８】
このように構成された２つの高周波結合器１１０ａ、１１０ｂを、図９に示すように対向させて、一方の高周波結合器１１０ａの端子に入力信号を加え、他方の高周波結合器１１０ｂの端子で信号を受けた場合の結合強度を解析した。ここで、結合強度は、Ｓパラメータの透過特性Ｓ２１を用いて評価した。
【００４９】
図１０は、図９の対向する高周波結合器の結合用電極間の対向距離を、それぞれ１５ｍｍ、１００ｍｍとした場合の結合強度Ｓ２１の周波数特性を示したものである。
【００５０】
例えば、TransferJet（登録商標）の通信では４．４８ＧＨｚを中心とした周波数が用いられるが、この周波数帯において、対向距離１５ｍｍの結合状態ではＳ２１が−１８ｄＢから−２０ｄＢであり通信周波数近傍での平坦な周波数特性が得られている。また、対向距離１００ｍｍの非結合状態では、Ｓ２１が−４２ｄＢであり通信遮断性が得られている。
【００５１】
この周波数特性から明らかなように、第１の実施形態に係る高周波結合器１１０は、１００ｍｍ程度離れた状態で混信することがないようにしつつ、１５ｍｍ程度の近距離で電磁界結合を利用した情報通信が可能である。
【００５２】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明が適用されたアンテナ装置の他の実施形態として、図１１に示すような第２の実施形態に係る高周波結合器１２０の構成について説明する。
【００５３】
高周波結合器１２０は、上述した第１の実施形態に係る高周波結合器１１０と同様に、フレキシブルプリント基板１と、結合用電極８と、フレキシブルプリント基板１上に形成された信号線３と結合用電極８とを電気的に接続する電極柱７とを備える。これに加えて、高周波結合器１２０は、結合用電極８を保持する固定部材として上部基板１６を備える。
【００５４】
ここで、第１の実施形態に係る高周波結合器１１０では、結合用電極８が細い電極柱７を介して保持されるために強度が弱く、完成品を移動させる際に注意が必要であったのに対して、本実施形態に係る高周波結合器１２０は、上部基板１６により結合用電極８が強固に保持されるので、結合用電極８の物理的な強度を高めて、衝撃や加圧などによる変形を防止することができる。すなわち、高周波結合器１２０の移動にかかわる取扱が容易となる。
【００５５】
なお、本実施形態に係る高周波結合器１２０は、上部基板１６を有する以外は、上述した第１の実施形態に係る高周波結合器１１０が備える構成と同様なので、図１１中において同様の符号を付し、各要素についての説明を省略するものとする。
【００５６】
このような構成からなる高周波結合器１２０では、上部基板１６により結合用電極８が保持されるので、結合用電極８と信号線３とが例えば、次のような接続方法によって接続される。
【００５７】
すなわち、高周波結合器１２０では、結合用電極８を、上部基板１６の片面、すなわち、図１１に示す上面１６ａにメッキ処理等を施すことにより形成する。続いて、高周波結合器１２０では、結合用電極８の中心を上部基板１６と共に貫通穴あけ処理によりスルーホール７ａを形成する。このスルーホール７ａが、信号線３の所定の位置に合わさるようにして、上部基板１６のもう一方の面、すなわち図１１の下面１６ｂをフレキシブルプリント基板１に接着させる。そして、このスルーホール７ａを介したメッキ処理あるいは導電性ペースト等により形成された電極柱７が、結合用電極８と信号線３を電気的に接続する。
【００５８】
なお、上記の接続方法は、電気的接続方法の一例であって、例えばメッキ処理されたスルーホール７ａを有する上部基板１６のスルーホール部に、結合用電極８と接続された針状の電極柱７を挿入しハンダあるいは導電性ペーストにより信号線３と接続するなどの方法を用いるようにしてもよい。また、図１１に示す高周波結合器１２０では、結合用電極８が上部基板１６の上面１６ａに直接形成しているが、片面に銅箔などの導電層が形成されたフレキシブル基板の導電層に結合用電極８を形成して上面１６ａに貼り付ける構造としてもよいし、上述した図２に示すように、導電性金属薄板を結合用電極８として上面１６ａに貼り付ける構造としてもよい。すなわち、高周波結合器１２０では、結合用電極８と信号線３と、誘電体基板である上部基板１６を挟んで所定距離離間させた状態で電気的に接続できれば、いずれの接続方法を用いてもよい。
【００５９】
上部基板１６の材料としては、特に比誘電率の低い材料を用いることが好ましい。例えば、図１２は、上部基板１６の比誘電率を１．５、２．０に設定して、それ以外の条件は図１１で得られた結果と同様にして、解析した場合の結合強度Ｓ２１の周波数特性を表したものである。この解析結果から、上部基板１６の比誘電率を高くすると、波長短縮効果により、結合強度がピークを示す周波数が低周波側にシフトするとともに結合強度Ｓ２１が小さくなることがわかる。ピーク周波数は共振ライン３ａや他の寸法を変更することで、４．４８ＧＨｚ付近となるように調整可能であるが、上部基板１６の比誘電率が高い場合の結合強度Ｓ２１のレベルを、上部基板１６の比誘電率が低い場合のレベルと同等まで高めることはできない。
【００６０】
この結果から明らかなように、上部基板１６には、できるだけ比誘電率の低い材料を用いるのが好ましく、例えば比誘電率が有効数字１桁で２台のテフロン、液晶ポリマー等が候補と挙げられるが、特に結合強度を向上させたい場合は、低誘電材料であるフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリイミド等を発泡させて作製する比誘電率が有効数字１桁で１台の多孔質材料を用いるのが好ましい。
【００６１】
以上のように、第２の実施形態に係る高周波結合器１２０では、結合用電極８と信号線３とが、上部基板１６を挟んで所定距離離間されて電気的に接続されるので、通信特性を保持しつつ、結合用電極８の物理的な強度を高めて、衝撃や加圧などによる変形を防止することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１、２１ フレキシブルプリント基板、１ａ 端子形成部、２、２２、３２ グランド、３、２３、３３ 信号線、３ａ 共振ライン、４ ベース材、５、７ａ、２５、３５ スルーホール、７ 電極柱、８ 結合用電極、９、２９ 接続用端子部、１６ 上部基板、１６ａ 上面、１６ｂ 下面、２０ 補強板、５０、６０ 信号端子、５１、６１ グランド端子、１００ 通信システム、１０１、１０５ 通信装置、１０２、１０６、１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１２０ 高周波結合器、１０３、１０７ 電極、１０４、１０８ 送受信回路、１１１ コネクタ、１１２ 送受信回路基板、１１２ａ 実装面、１１２ｂ 底面、１１３ 接合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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において、
誘電体を介して、一方の面の導電層にグランド層が形成され、他方の面の導電層に信号が伝送される信号線が形成されたプリント基板と、
略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された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、
上記プリント基板に形成された信号線と上記結合用電極とを、上記プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱とを備え、
上記信号線の一端には、信号の送受信処理を行う送受信装置と電気的に接続可能な接続用端子部が形成されており、
上記プリント基板のうち、少なくとも上記接続用端子部が形成された端子形成部が可撓性を有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記プリント基板全面が可撓性を有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
上記結合用電極は、上記プリント基板の信号線が形成された面と、該プリント基板の厚み方向に誘電体からなる固定部材を挟んで、所定距離離間されていることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
上記信号線は、上記接続用端子部が形成されていない方の端部が、上記電極柱との接続点を基準として通信周波数の略４分の１波長の整数倍離れた位置で開放又は上記グランド層と短絡処理されていることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか１項記載のアンテナ装置。
【請求項５】
上記接続用端子部の端子構造は、コネクタ接続用の端子構造であることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１項記載のアンテナ装置。
【請求項６】
上記接続用端子部の端子構造は、異方性導電フィルム、又は、異方性導電ペースト接続用の端子構造であることを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１項記載のアンテナ装置。
【請求項７】
対向する位置に配置された他の通信装置の電極間での電磁界結合により情報通信を行う通信装置において、
誘電体を介して、一方の面の導電層にグランド層が形成され、他方の面の導電層に信号が伝送される信号線が形成されたプリント基板と、
略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された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、
上記プリント基板に形成された信号線と上記結合用電極とを、上記プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱と、
上記信号線の一端に形成された接続用端子部を介して電気的に接続され、信号の送受信処理を行う送受信処理部とを備え、
上記プリント基板のうち、少なくとも上記接続用端子部が形成された端子形成部が可撓性を有することを特徴とする通信装置。
【請求項１】
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において、
誘電体を介して、一方の面の導電層にグランド層が形成され、他方の面の導電層に信号が伝送される信号線が形成されたプリント基板と、
略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された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、
上記プリント基板に形成された信号線と上記結合用電極とを、上記プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱とを備え、
上記信号線の一端には、信号の送受信処理を行う送受信装置と電気的に接続可能な接続用端子部が形成されており、
上記プリント基板のうち、少なくとも上記接続用端子部が形成された端子形成部が可撓性を有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記プリント基板全面が可撓性を有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
上記結合用電極は、上記プリント基板の信号線が形成された面と、該プリント基板の厚み方向に誘電体からなる固定部材を挟んで、所定距離離間されていることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
上記信号線は、上記接続用端子部が形成されていない方の端部が、上記電極柱との接続点を基準として通信周波数の略４分の１波長の整数倍離れた位置で開放又は上記グランド層と短絡処理されていることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか１項記載のアンテナ装置。
【請求項５】
上記接続用端子部の端子構造は、コネクタ接続用の端子構造であることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１項記載のアンテナ装置。
【請求項６】
上記接続用端子部の端子構造は、異方性導電フィルム、又は、異方性導電ペースト接続用の端子構造であることを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１項記載のアンテナ装置。
【請求項７】
対向する位置に配置された他の通信装置の電極間での電磁界結合により情報通信を行う通信装置において、
誘電体を介して、一方の面の導電層にグランド層が形成され、他方の面の導電層に信号が伝送される信号線が形成されたプリント基板と、
略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された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、
上記プリント基板に形成された信号線と上記結合用電極とを、上記プリント基板の厚み方向に所定距離離間させて、電気的に接続する電極柱と、
上記信号線の一端に形成された接続用端子部を介して電気的に接続され、信号の送受信処理を行う送受信処理部とを備え、
上記プリント基板のうち、少なくとも上記接続用端子部が形成された端子形成部が可撓性を有することを特徴とする通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１６０２９４（Ｐ２０１１−１６０２９４Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１５１８（Ｐ２０１０−２１５１８）
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（０００１０８４１０）ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 (595)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（０００１０８４１０）ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 (595)
【Ｆターム（参考）】
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