专利名称：电磁耦合器及装载了该电磁耦合器的信息通信设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于使用静电场或感应电场在近距离地配置的信息通信设备间传送信息的无线通信系统的电磁耦合器及装载了该电磁耦合器的信息通信设备。
背景技术：
作为现有的电磁耦合器，有在专利文献1中记载的电磁耦合器。该电磁耦合器 (高频耦合器)利用高频信号传送路径连接平板上的电极、串联感应器及并联感应器而构成。另外，电磁耦合器配置在发信机及接收机等信息通信设备上。若以各个电磁耦合器的电极彼此相对的方式配置该发信机及接收机，在两个电极间的距离为使用的频率的波长的 2 λ/15以下的场合，两个电极利用纵波的静电场成分耦合，作为一个电容进行动作，作为整体像带通滤波器那样进行动作，因此能够有效地在两个电磁耦合器间传送信息。另外，在两个电极间的距离为使用的频率的波长的2 λ /15 8 λ/15的场合，可利用纵波的感应电场来传送信息。另一方面，在电磁耦合器间为一定值以上的远距离的场合，无法传送信息。因此， 具有不会由从电磁耦合器产生的电磁波妨碍其他无线通信系统，并且使用具备电磁耦合器的信息通信设备的无线通信系统不会受到其他无线通信系统的干涉的特征。基于这些特征，通过使用现有的电磁耦合器的无线通信系统，可在近距离使用纵波的静电场或感应电场，并利用使用宽带信号的UWB(Ultra Wide Band)通信方式在信息通信设备间进行大容量的数据通信。现有技术文献专利文献1 日本专利第4345851号公报专利文献2 日本特开2006-121315号公报非专利文献1 羽石操，外2名，“小型、平面天线”，社团法人电子信息通信学会， P. 23如此，在电磁耦合器间，在两个电极间的距离为所使用的频率的波长的2λ/15以下的场合，通过实现带通滤波器而有效地传送信息，但在与对方的电磁耦合器的匹配不好的场合，存在信号传送的效率劣化之类的问题。即，在现有的电磁耦合器中，两个电磁耦合器的电极间利用纵波的静电场成分耦合，作为一个电容进行动作，并利用串联感应器和并联感应器实现带通滤波器。但是，例如在将该电磁耦合器装载在装置内部而进行无线通信的场合，在电磁耦合器间具有包括电介体的装置的罩等，由此，电磁耦合器间的电容率变化。这样，两个电磁耦合器的电极间的电容值变化，带通滤波器的频率特性变化，根据情况，有在期望的频带间的信息传送特性劣化之类的问题。在该场合，即使以这些电容率的变化为依据进行电磁耦合器的设计，在进行无线通信的装置是其他装置的场合，电磁耦合器间的电容率变为其他值，同样导致无线通信的信息传送特性劣化。另外，在两个电磁耦合器的电极间的距离为使用的频率的波长的2λ/15 8 λ /15的场合，利用纵波的感应电场成分进行信息的传送。此时，在使两个电磁耦合器的配置和周围环境一定的场合，信息传送特性依赖于电磁耦合器和供电系统之间的匹配条件。 即，在匹配条件好的场合，从电磁耦合器向包括供电系统的通信模块的信号强度大，相反， 在匹配条件差的场合，从电磁耦合器向包括供电系统的模块的信号强度小。但是，在现有技术中，在设计电磁耦合器时，在电磁耦合器间的距离为使用的频率的波长的2 λ/15以下的场合设计为实现带通滤波器，并且，需要考虑在电磁耦合器间的距离为使用的频率的波长的2 λ /15 8 λ /15的场合的匹配条件。因此，例如在电磁耦合器间的距离为使用的频率的波长的2 λ/15 8λ/15时信号强度不充足的场合，也包含在电磁耦合器间的距离为使用的频率的波长的2 λ/15以下的场合下的带通滤波器的实现，需要重新设计，因而在电磁耦合器的设计上花费劳力和时间。另外，在使用的频带为宽带的场合，需要较多地实现匹配条件合适的频率，且在设计上花费劳力和时间。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供维持与现有技术相同的信息传送特性、且信息传送特性几乎不依赖电磁耦合器间的电容率的变化的电磁耦合器。另外，本发明的目的在于提供维持与现有技术相同的信息传送特性、且能够容易地进行与供电系统的匹配调整及频带调整的电磁耦合器。为了实现上述目的，就本发明的电磁耦合器而言，在第一平面上形成有第一导体图案、和与该第一导体图案相离的至少一个第二导体图案，在第二平面上形成有由导体构成并与供电系统连接的供电图案、和由导体构成并与上述供电图案相离的地线图案，在上述第一平面和上述第二平面之间形成有电连接上述第一导体图案和上述供电图案之间、及上述第二导体图案和上述地线图案之间的多条线状导体，上述第一平面与上述第二平面平行。在上述电磁耦合器中，上述多条线状导体可以形成为与上述第二平面垂直。在上述电磁耦合器中，在上述第一平面和上述第二平面之间形成有印刷电路板， 上述线状导体可以是在形成于上述印刷电路板的通孔内部形成的导体。在上述电磁耦合器中，上述第二导体图案可以形成在与上述地线图案相对的位置上。在上述电磁耦合器中，上述第一导体图案形成为向上述第二导体图案延伸，上述第二导体图案可以形成为至少包围上述第一导体图案的前端部。在上述电磁耦合器中，上述第一导体图案的前端部可以形成为宽幅。在上述电磁耦合器中，上述第二导体图案由多个导体图案构成，上述第一导体图案可以形成为向构成上述第二导体图案的多个导体图案的每个导体图案放射状地延伸。在上述电磁耦合器中，构成上述第二导体图案的多个导体图案可以分别利用上述线状导体与上述地线图案连接。在上述电磁耦合器中，上述第一导体图案和上述第二导体图案可以分别形成为矩形状。在上述电磁耦合器中，上述第二导体图案由四个矩形状的导体图案构成，该矩形状的导体图案可以以分别与上述第一导体图案的外周的各边相对的方式形成为放射状。
在上述电磁耦合器中，上述第二导体图案和上述线状导体可以形成为相对于上述第一导体图案和上述线状导体的连接点成为点对称。在上述电磁耦合器中，对于电磁耦合器作为对象的频带的中心频率的波长λ，上述第一导体图案和上述第二导体图案间的最短距离可以为λ/8以下。另外，本发明的信息通信设备装载了上述电磁耦合器，并使用静电场或感应电场来传送信息。本发明的效果如下。本发明能够实现维持与现有技术相同的信息传送特性、且信息传送特性几乎不依赖电磁耦合器间的电容率的变化的电磁耦合器。另外，本发明能够实现维持与现有技术相同的信息传送特性、且可容易地进行与供电系统的匹配调整及频带调整的电磁耦合器。
图1是表示本发明的电磁耦合器的模型的图。图2是表示本发明的第一实施方式的电磁耦合器的图。图3是表示本发明的第二实施方式的电磁耦合器的图。图4是表示本发明的电磁耦合器的模型的图。图5是说明电场的纵波和横波的图。图6是表示以式(5)、式(6)为基础计算的电场的波长和距离的比(r/λ)与电场强度的关系的坐标图。图7是表示本发明的第三实施方式的电磁耦合器的图。图8是表示本发明的第四实施方式的电磁耦合器的图。图9是表示关于第四实施方式的电磁耦合器的频率和反射系数的绝对值的关系的实验结果的坐标图。图10表示相对于第四实施方式的电磁耦合器间及单极天线间的距离，向电磁耦合器或单极天线的输入电力和输出电力的比的实验结果的坐标图。图11是表示用于图9和图10的实验的第四实施方式的电磁耦合器的尺寸的图。图12是表示用于图10的实验的单极天线的尺寸的图。图13是表示图10的实验的实验方法的图。图14是表示本发明的第五实施方式的电磁耦合器的图。图15是表示本发明的第六实施方式的电磁耦合器的图。图16是表示本发明的第七实施方式的电磁耦合器的图。图中1 4、7、8、14 16-电磁耦合器，Ia-电容，Ib-传送线路，Ic-供电系统，4a,4c-电容，4b、4d-传送线路，4e-供电系统，12-单极天线，13a、i;3b-被测定物，13c、13d-同轴电缆， 13e-网络分析器。
具体实施例方式在本发明中，通过使用由图1所示的模型构成的电磁耦合器1解决上述课题之一。图1的电磁耦合器1由一个电容Ia和一个传送线路Ib构成。根据专利文献2(日本特开 2006-121315号公报)，若求出图1所示的电磁耦合器1的输入阻抗，将传送线路的特性阻抗设为Z。，将传送线路的损失常数设为α，将传送线路的电气长度设为1，将电容设为C， 将电磁波的速度设为V，将角频率设为ω，则在ω · 1/ν << 1的条件下，该电磁耦合器的输入阻抗可与式(1)近似。
数1
权利要求
1.一种电磁耦合器，其特征在于，在第一平面上形成有第一导体图案、和与该第一导体图案相离的至少一个第二导体图案，在第二平面上形成有由导体构成并与供电系统连接的供电图案、和由导体构成并与上述供电图案相离的地线图案，在上述第一平面和上述第二平面之间形成有电连接上述第一导体图案和上述供电图案之间、及上述第二导体图案和上述地线图案之间的多条线状导体， 上述第一平面与上述第二平面平行。
2.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于， 上述多条线状导体形成为与上述第二平面垂直。
3.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，在上述第一平面和上述第二平面之间形成有印刷电路板， 上述线状导体是在形成于上述印刷电路板的通孔内部形成的导体。
4.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，上述第二导体图案形成在与上述地线图案相对的位置上。
5.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于， 上述第一导体图案形成为向上述第二导体图案延伸，上述第二导体图案形成为至少包围上述第一导体图案的前端部。
6.根据权利要求5所述的电磁耦合器，其特征在于， 上述第一导体图案的前端部形成为宽幅。
7.根据权利要求5所述的电磁耦合器，其特征在于， 上述第二导体图案由多个导体图案构成，上述第一导体图案形成为向构成上述第二导体图案的多个导体图案的每个导体图案放射状地延伸。
8.根据权利要求7所述的电磁耦合器，其特征在于，构成上述第二导体图案的多个导体图案分别利用上述线状导体与上述地线图案连接。
9.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，上述第一导体图案和上述第二导体图案分别形成为矩形状。
10.根据权利要求9所述的电磁耦合器，其特征在于，上述第二导体图案由四个矩形状的导体图案构成，该矩形状的导体图案以分别与上述第一导体图案的外周的各边相对的方式形成为放射状。
11.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，上述第二导体图案和上述线状导体形成为相对于上述第一导体图案和上述线状导体的连接点成为点对称。
12.根据权利要求1所述的电磁耦合器，其特征在于，对于电磁耦合器作为对象的频带的中心频率的波长λ，上述第一导体图案和上述第二导体图案的最短距离为λ/8以下。
13.一种信息通信设备，其特征在于，装载了权利要求1 12任一项所述的电磁耦合器，使用静电场或感应电场传送信息。
全文摘要
本发明提供一种可容易地进行与供电系统的匹配调整及频带调整的电磁耦合器。就电磁耦合器(2)而言，在由电介体构成的印刷电路板的第一层(2g)上形成第一导体图案(2a)、和与该第一导体图案(2a)相离的第二导体图案(2b)，在印刷电路板的第二层(2h)上形成由导体构成并与供电系统(2i)连接的供电图案(2e)、和由导体构成并与供电图案(2e)相离的地线图案(2f)，第一层(2g)与第二层(2h)平行。
文档编号H01Q1/38GK102332640SQ20111019564
公开日2012年1月25日 申请日期2011年7月6日 优先权日2010年7月9日
发明者寺木直人, 岸雅通, 白川洋平, 藤本一弘 申请人:日立电线精密技术株式会社