TWI539668B - Antenna device and communication device - Google Patents

Description

天線裝置及通訊裝置

本發明係關於一種利用既定通訊波長並藉由在對向之一對電極間之電磁場耦合以進行資訊通訊的天線裝置、以及組裝有此天線裝置的通訊裝置。

本申請案係以2011年2月4日在日本提出之日本專利申請號特願2011-023048、以及2011年7月4日提出之日本專利申請號特願2011-148566為基礎主張優先權，藉由參照此等申請案而援用於本申請案。

近年來，已開發一種系統，用以在電腦或小型可攜式終端機等電子機器間，不透過纜線或媒體而以無線進行音樂、圖像等資料的傳送。此種無線傳送系統中，有可在數cm之近距離進行最大560Mbps左右的高速傳送者。此種可高速傳送之傳送系統中，TransferJet(註冊商標)雖通訊距離較短但具有被竊聽之可能性低且傳送速度快的優點。

TransferJet(註冊商標)，係一種藉由隔著超近距離相對應之高頻耦合器的電磁場耦合而成者，其訊號品質取決於高頻耦合器之性能。例如，專利文獻1所記述之高頻耦合器，如圖16所示，具備在一面形成有接地202之印刷基板201、形成在印刷基板201之另一面之微帶(microstrip)構造的截線(stub)203、耦合用電極208、以及連接此耦合用電極208與截線(stub)203的金屬線207。又，專利文獻1所記述 之高頻耦合器中，在印刷基板201上，亦形成有收發訊電路205。又，於專利文獻1，作為在印刷基板201上未形成有收發訊電路205之變形例，係記述有一種如圖17所示之具備在一面形成有接地202之印刷基板201、形成在印刷基板201之另一面之微帶(microstrip)構造的截線(stub)203、耦合用電極208、以及連接此耦合用電極208與截線(stub)203之金屬線207的構成。

然而，如圖16所示，專利文獻1所記述之高頻耦合器中，為了進行良好之通訊，必須擴大板狀之耦合用電極208的面積。此係因必須有取決於通訊波長之一定長度、以及為了增強耦合強度而必須擴大耦合用電極208的緣故。又，由於金屬線207係必須在既定位置連接耦合用電極208與截線203，因此製作時會要求對準精度等而亦產生製程上之問題。

為了解決此等問題，在非專利文獻1公開有對天線裝置之端面在垂直方向電磁場耦合之構造(以下稱為端部放射型)之天線裝置。此處，如圖18A所示，以三維正交座標系作為XYZ，設非專利文獻1所公開之天線裝置300之端面為XY平面。此圖18A中，以XYZ軸規定之外形尺寸分別為25[mm]、0.1~0.3[mm]、10[mm]。此情形，天線裝置300，如圖18B所示，係由構成在電介質基板311之面XZ上之接地313、與接地313相隔一定間隔形成之線312、位於線312之大致中央且對與接地313之間供應電力之供電部314構成。線312若設計成通訊波長之大約半波長之長度，則線 312之兩端成為從供電部314起1/4波長之長度之開截線，以線312之兩端為中心引起強的電場放射。藉此，天線裝置300，能在線312與配置在和電介質基板311之面XY面對稱位置之電極之間獲得強的電磁場耦合。

專利文獻1：日本特開2008-311816號公報

非專利文獻1：日立電線news release 2010.9.17、日立電線股份有限公司、2010.10.5、CEATEC展示會、http：//www.hitachi-cable.co.jp/products/news/20100917.html

然而，在上述非專利文獻1記載之天線裝置300，如圖18B所示，必須將線312之長度設計成通訊波長之大致半波長，因此在線312之方向需要一定長度，圖18A所示之例中，從在X軸方向規定之中心位置12.5[mm]之長度、整體上25[mm]之長度，雖可薄型化，但面XZ之小型化、尤其是在配置線312之方向之短縮化不易，因此會有可適用之用途受到限制之問題。

本發明係有鑑於上述問題而構成，其目的在於提供一種可同時實現良好通訊特性與機械強度且具有有利於小型化與低高度化兩者之構造之天線裝置。又，本發明之目的在於提供一種組裝有該天線裝置之通訊裝置。

作為解決上述問題之手段，本發明之天線裝置，係藉由既定通訊波長在對向之一對電極間進行電磁場耦合以進行資訊通訊，其特徵在於：具備形成在電介質基板且與另 一天線裝置之電極電磁場耦合而成為可通訊之耦合用電極；耦合用電極具有由通訊波長之1/2長度構成且形成在電介質基板之一面之第1配線、及與第1配線在電介質基板之面方向對向且電氣連接於第1配線之導體；與配置在連結第1配線中央部與導體之延伸線上之另一天線裝置之電極電磁場耦合。

又，本發明之通訊裝置，係藉由既定通訊波長在對向之一對電極間進行電磁場耦合以進行資訊通訊，其特徵在於，具備：耦合用電極，形成在電介質基板且與另一天線裝置之電極電磁場耦合而成為可通訊；以及收發訊處理部，與耦合用電極電氣連接，進行訊號之收發訊處理；耦合用電極具有由通訊波長之1/2長度構成且形成在電介質基板之一面之第1配線、及與第1配線在電介質基板之面方向對向且電氣連接於第1配線之導體；與配置在連結第1配線中央部與導體之延伸線上之另一天線裝置之電極電磁場耦合。

本發明，由於在電介質基板之一面形成有第1配線與導體，因此可實現機械強度。

又，本發明，與配置在連結由通訊波長之1/2長度構成之第1配線中央部與和第1配線中央部在電介質基板之面方向對向之導體之延伸線上之另一天線裝置之電極電磁場耦合，藉此在電介質基板之面方向規定之縱橫比之調整之自由度高，可同時實現天線裝置之小型化與低高度化且實現良好通訊特性。

是以，本發明可謀求可同時實現良好通訊特性與機械強度且可同時實現天線裝置本身之小型化與低高度化。

以下，針對用以實施本發明之形態，一邊參照圖式一邊詳細接地加以說明。此外，本發明並非僅限制於以下之實施形態，在不超出本發明之要旨的範圍內，當然可作各種變更。

<通訊系統>

應用本發明之天線裝置，係一種藉由在相對向之一對電極間之電磁場耦合以進行資訊通訊的裝置，例如如圖1所示之組裝於可進行560Mbps左右之高速傳送的通訊系統100並使用者。

通訊系統100係由2個進行資料通訊之通訊裝置101,105所構成。此處，通訊裝置101係具備具有耦合用電極103之高頻耦合器102、以及收發訊電路部104。又，通訊裝置105係具備具有耦合用電極107之高頻耦合器106、以及收發訊電路部108。

若如圖1所示般使通訊裝置101,105各自所具備之高頻耦合器102,106相向配置，則2個耦合用電極103,107即作為1個電容器動作，整體係如帶通濾波器般接地動作，藉此在2個高頻耦合器102,106之間，便可高效率接地傳達用以實現例如560Mbps左右高速傳送之4~5GHz頻帶的高頻訊號。

此處，高頻耦合器102,106各自所具有之收發訊用的耦合用電極103,107，例如係分離3cm左右且相對向配置而可進行電場耦合。

通訊系統100中，例如，從高階應用程式產生發訊要求時，連接於高頻耦合器102之收發訊電路部104，即根據發訊資料生成高頻發訊訊號，並將訊號從耦合用電極103傳輸往耦合用電極107。接著，連接於收訊側之高頻耦合器106的收發訊電路部108，即對所接收之高頻訊號進行解調及解碼處理，並將重現後之資料交付給高階應用程式。

此外，應用本發明之天線裝置並不限於上述傳達4~5GHz頻帶的高頻訊號者，亦可應用於其他頻帶之訊號傳達，不過以下之具體例中，係以4~5GHz頻帶之高頻訊號作為傳達對象加以說明。

<第1實施形態>

作為組裝於此種通訊系統100之天線裝置，針對圖2所示之第1實施形態的高頻耦合器10加以說明。

圖2中，為了易於理解後述線12、接地13之連接狀態，係穿透保護膜15顯示。

如圖2所示，高頻耦合器10為在電介質基板之一面形成有接地13與在其外周相隔一定距離之環狀之線12之構造。

線12用作為耦合用電極17，其一端與接地13對向，成為與上述收發訊電路部104之連接部之供電部14，線12之另一端與接地13電氣連接。又，用作為耦合用電極17 之線12，其配線長度調整成通訊波長之大致一半長度。

上述構成之高頻耦合器10，從接下來之評估可知，用作為耦合用電極17之線12中從供電部14離開通訊波長之1/4之位置、亦即線12之中央部即線中央部12a成為訊號位準高之狀態。藉此，在線中央部12a，相對接地13之形成面成為大致對稱之電場分布。藉此，在耦合用電極17，在圖2所示之電介質基板11之面方向E、具體而言在連結線中央部12a與接地13之延伸線之方向可高效率接地放出電場之縱波。其結果，高頻耦合器10與配置成和電介質基板11之端面11a面對稱之另一耦合用電極之間之耦合強度變強，可實現良好之通訊特性。

上述構成之高頻耦合器10，係藉由下述製程製造。首先，藉由蝕刻處理除去在電介質基板11之單面作為導電構件黏貼有例如銅箔之單面銅箔基板之中銅箔面之一部分，形成圖2所示之接地13與在接地13之外側相隔一定間隔之線12。本實施形態中，在電介質基板11，從謀求其面方向之小面積化之觀點觀之，以圍繞接地13之外周之方式捲繞線12。在其形成時，線12之一端部12b預先為與接地13連接之狀態。接著，藉由將保護膜15黏貼在省略供電部14之銅箔面，完成高頻耦合器10。此外，保護膜15為保護銅箔面者，能以光阻等代用，視需要設置即可。

以上述方式製造之高頻耦合器10，作為耦合用電極17作用之線12之另一端部12c與接地13之間作為供電部14作用，此供電部14成為與收發訊電路部104之連接部。

此外，供電部14之形狀係依據與收發訊電路部104之連接方式、例如與同軸纜線、可撓性印刷基板FPC之使用ACF(異向性導電膜)或ACP(異向性導電糊)之連接之用途調整較佳。

藉由上述製程，高頻耦合器10可藉由處理一片單面銅箔基板製作，不需要複雜圖案之對準或貫通孔之面間連接等處理，能以簡單之程序製作。

如上述，高頻耦合器10可藉由對一片電介質基板11之單面之銅箔進行蝕刻處理完成，因此機械強度優異。此外，高頻耦合器10，由於以電場在電介質基板11之面方向分布之方式放射，因此相較於例如以電場在電介質基板之厚度方向分布之方式放射之高頻耦合器，為了提升通訊性能不需使電介質基板變厚，可實現整體之低高度化。

又，高頻耦合器10中，作為電介質基板11之材料，可使用以環氧樹脂、酚樹脂(phenol resin)等固化玻璃、紙之基材、或玻璃纖維之織布的例如玻璃環氧(glass epoxy)、玻璃複合(glass composite)基板、或低介電係數之聚醯亞胺(polyimide)、液晶聚合物、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚乙烯(polyethylene)、及聚丙烯(polypropylene)等、或進一步將此等多孔質化的材料。

又，在上述製程中，高頻耦合器10雖使用黏貼有銅箔之單面基板，並利用蝕刻處理來形成線12以作為耦合用電極17，不過亦可於電介質基板11之面利用敷鍍、真空蒸鍍法等，以遮罩(masking)狀態直接形成、或者在形成後進行 蝕刻等施以圖案化處理來形成，藉由使用導電性塗料之印刷法形成亦可。

又，作為耦合用電極17之線12、及接地13之材料，除了銅以外雖亦可使用鋁、金、銀等良導體，不過並不特別侷限於此等材料，只要是導電率高之導電體皆可予以使用。

又，耦合用電極17係將線12以環形狀形成，因此能有效活用電介質基板11之面空間，可謀求高頻耦合器10本身之小面積化。

具備上述耦合用電極17之高頻耦合器10，由於為從上述電介質基板11之面方向E、亦即從基板之端部放射電磁場之構造，因此相較於在與基板面垂直方向放射電磁場之構造，為了提升通訊性能不需使電介質基板變厚，可實現低高度化。

其次，為了調查第1實施形態之高頻耦合器10之性能，使用ANSOFT公司製之三維電磁場模擬器HFSS，進行了耦合強度之解析。此處，作為高頻耦合器10之解析模型，使用了以下條件者。亦即，對電介質基板11之材料係設定介電係數4.3之玻璃環氧基板，又，對耦合用電極17之導電體的材質則設定厚度40μm之銅。又，高頻耦合器10之大小係15mm×10.2mm，電介質基板11、保護膜15之厚度分別為0.3mm、0.05mm。

耦合強度係以評估高頻傳送特性所使用之S參數(S parameter)的透射特性S21來評估，以成為高頻耦合器10 之訊號輸出入端的供電部14為輸入埠，算出一對高頻耦合器之埠間的耦合強度S21。

圖3係表示耦合強度S21之解析所使用之高頻耦合器間的相對配置。此例估中，於一方之高頻耦合器，係使用圖3所示之具有板狀之電極150a且屬評估之基準機的基準高頻耦合器150。耦合強度之評估，如圖3所示，在連結線中央部12a與接地13之延伸線之方向E與基準高頻耦合器150之電極150a之面正交且分別之電極的中心軸一致的狀態下，使耦合用電極17與電極150a對向，並以隔著15mm、100mm間隔之狀態，調查了耦合強度S21之頻率特性。

又，為了評估在高頻耦合器10之電場的產生狀態，亦調查了對向距離15mm之高頻耦合器10附近之電場向量分布。

圖4係解析高頻耦合器10在4GHz之電場分布，並表示在高頻耦合器10之電介質基板11之耦合用電極17之形成面上之電場分布。從此結果可知，電場係從耦合用電極17中心部、亦即圖4之配中央部12a朝向外側圓弧狀分布，與基準高頻耦合器150為良好耦合狀態。

此係由於構成耦合用電極17之線12的長度為通訊波長的大致一半，且此線12之一端為與接地13連接的構成，而呈所謂短路截線(short stub)，因此在相當於通訊波長之1/4之部分的線中央部12a電場為最大之故。以此方式，高頻耦合器10中，便能以解析來確認以耦合用電極17之中央部為中心會產生較強之電場。

圖5係表示高頻耦合器10與基準高頻耦合器150之間之耦合強度S21的解析結果，對向距離15mm之通訊距離中係在4~6GHz之頻帶具有-21.6~-20.6dB的較強耦合強度與平坦的頻率特性。例如，TransferJet(註冊商標)中，必須有560MHz之頻寬，一般依高頻耦合器之偏差或與電路基板之阻抗匹配的程度，中心頻率雖會偏移，不過由於高頻耦合器10中具有較所須頻寬更充分寬之頻寬，因此不會受此等偏差之影響而可進行良好之通訊。又，對向距離100mm之非通訊距離中係可獲得4~5GHz-42dB以下的通訊阻斷性。

如以上般，第1實施形態之高頻耦合器10中，從上述模擬亦可知，可實現良好之通訊特性。又，高頻耦合器10中，由於線12與接地13形成在相同電介質基板11之平面上，因此可實現機械強度。又，高頻耦合器10中，與配置在連結由通訊波長之1/2長度構成之線12之線中央部12a與和線中央部12a在電介質基板11之面方向對向之接地13之延伸線上之另一天線裝置之電極電磁場耦合，藉此用以實現所欲通訊特性之尺寸調整、亦即在電介質基板11之面方向規定之縱橫比之調整之自由度高，可同時實現裝置整體之小型化與低高度化且實現良好通訊特性。

<第2實施形態>

接著，作為組裝於此種通訊系統100之天線裝置，針對圖6所示之第2實施形態的高頻耦合器20加以說明。

圖6中，為了易於了解後述線圈26之捲繞狀態，使電 介質基板21透過來顯示。

高頻耦合器20係由電介質基板21與分別具有和通訊波長大致1/2相同之波長之線圈26a,26b電氣連接之線圈26構成，在線圈26之兩端形成有用以與收發訊電路部104連接之連接端子28。線圈26，在各線圈26a,26b之線中央部26a1,26b1、亦即從線圈26之一端部離開通訊波長之1/4、3/4之位置，使訊號位準在極性彼此反轉之狀態下變高，藉此作為耦合用電極27作用。藉此，在線中央部26a1,26b1，成為大致對稱之電場分布。

在上述構成之耦合用電極27，在圖6所示之電介質基板21之面方向E、具體而言在連結線中央部26a1,26b1之延伸線之方向可高效率接地放出電場之縱波。其結果，高頻耦合器20與配置在連結線中央部26a1,26b1之延伸線上之另一耦合用電極之間之耦合強度變強，可實現良好之通訊特性。

又，耦合用電極27能有效活用電介質基板21之空間，可謀求高頻耦合器20本身之小面積化。

又，具備上述耦合用電極27之高頻耦合器20，由於為從上述電介質基板21之面方向E、亦即從基板之端部放射電磁場之構造，因此相較於在與基板面垂直方向放射電磁場之構造，為了提升通訊性能不需使電介質基板變厚，可實現低高度化。

針對上述構成之高頻耦合器20之具體構造，舉下述製程之一例進行說明。

首先，在電介質基板21之上面21a、下面21b形成由銅、鋁等導電性金屬構成之複數個上面線23a、下面線23b。在其形成時，預先使上面線23a之一端與下面線23b之一端、該上面線23a之另一端與在環方向相鄰之下面線23b夾著電介質基板21依序重疊，同時在完成時預先使線圈26整體成為環形狀之配置。

此外，關於形成複數個上面線23a、下面線23b之處理，藉由鍍敷、蒸鍍等處理形成在電介質基板21之兩面亦可，使用兩面銅箔黏貼電介質基板21進行蝕刻處理形成亦可。

接著，在形成有上面線23a、下面線23b之電介質基板21，在上面線23a與下面線23b彼此重疊之位置藉由鑽孔機、雷射等形成複數個貫通孔24。藉由以金屬鍍敷處理或導電糊等填埋該等貫通孔24，形成在電介質基板21兩面之所有上面線23a、下面線23b透過貫通孔24電氣連接，完成環形狀之線圈26。

線圈26之兩端成為用以與收發訊電路部104連接之連接端子28，較佳為，以依據阻抗匹配調整後之既定形狀製作。

作為電介質基板21之材料，可使用以環氧樹脂、酚樹脂(phenol resin)等固化玻璃、紙之基材、或玻璃纖維之織布的例如玻璃環氧(glass epoxy)、玻璃複合(glass composite)基板、或低介電係數之聚醯亞胺(polyimide)、液晶聚合物、鐵氟龍、聚苯乙烯(polystyrene)、聚乙烯(polyethylene)、及聚丙烯(polypropylene)等。尤其是，作為電介質基板21之 材料，從電氣特性之觀點觀之，較佳為，使用低介電係數之材料。

接著，為了調查第2實施形態之高頻耦合器20之性能，使用ANSOFT公司製之三維電磁場模擬器HFSS，進行了耦合強度之解析。此處，作為高頻耦合器20之解析模型，使用了以下條件者。亦即，對電介質基板21之材料係設定介電係數4.3之玻璃環氧基板，又，對作為耦合用電極27作用之線圈26的材質則設定厚度40μm之銅。又，高頻耦合器20之大小係10mm×10mm，厚度為1mm。

耦合強度係以評估高頻傳送特性所使用之S參數(S parameter)的透射特性S21來評估，以成為高頻耦合器20之訊號輸出入端的連接端子28,28之兩端間為電力之輸出入埠。

圖7係表示耦合強度S21之解析所使用之高頻耦合器間的相對配置。此例估中，於一方之高頻耦合器，係使用圖7所示之具有板狀之電極150a且屬評估之基準機的基準高頻耦合器150。耦合強度之評估，如圖7所示，在連結線中央部26a1,26b1之延伸線之方向E與基準高頻耦合器150之電極150a之面正交且分別之電極的中心軸一致的狀態下，使耦合用電極27與電極150a對向，並以隔著15mm、100mm間隔之狀態，調查了耦合強度S21之頻率特性。

如上述，高頻耦合器20之中心軸，係在使以線圈26a之連接端子28為基準之大致1/4長度之位置、亦即相當於通訊頻率之1/4波長之長度之位置與以另一線圈26b之連接 端子28為基準之大致1/4長度之位置、亦即相當於通訊頻率之3/4波長之長度之位置投影在電介質基板21之一半厚度之面之位置貫通面內方向之方向。

又，為了觀察在高頻耦合器20之電場的產生狀態，亦調查了對向距離15mm之高頻耦合器20附近之電場分布。

圖8係顯示高頻耦合器20在諧振頻率4.5GHz之電場分布之解析結果，可知在連結線中央部26a1,26b1之中心軸方向產生二處電場強之部位，如同電氣雙極子般動作，與對向之高頻耦合器150電磁場耦合。

圖9係表示高頻耦合器20與基準高頻耦合器150之間之耦合強度S21的解析結果，對向距離15mm之通訊距離中係在4.5GHz附近具有-18dB的良好耦合強度，又，對向距離100mm之非通訊距離中具有-40dB以下的通訊阻斷性。

如以上般，第2實施形態之高頻耦合器20中，從上述模擬亦可知，可實現良好之通訊特性。又，高頻耦合器20中，由於作為耦合用電極27作用之線圈26形成在電介質基板21內，因此可實現例如耐衝擊性等機械強度。又，高頻耦合器20中，與配置在連結由通訊波長之1/2長度構成之線圈26a之線中央部26a1與由通訊波長之1/2長度構成之線圈26b之線中央部26b1之延伸線上之另一天線裝置之電極電磁場耦合，藉此相較於例如在與基板面垂直方向放射電磁場之構造，為了提升通訊性能不需使電介質基板變厚，可同時實現裝置整體之小型化與低高度化。

<第2實施形態之變形例>

接著，作為組裝於此種通訊系統100之天線裝置，針對圖10所示之第2實施形態之變形例的高頻耦合器30加以說明。

圖10中，為了易於了解後述線圈36之捲繞狀態，使電介質基板31透過來顯示。

高頻耦合器30係由電介質基板31與分別具有通訊波長之大致1/2長度之線圈36a,36b電氣連接之線圈36構成，在線圈36之兩端形成有用以與收發訊電路部104連接之連接端子38。此處，連接端子38係由相當於線圈36a之端部之端子38a與相當於線圈36b之端部之端子38b構成。

線圈36，在各線圈36a,36b之線中央部36a1,36b1、亦即從線圈36之一端部離開通訊波長之1/4、3/4之位置，使訊號位準在極性彼此反轉之狀態下變高，藉此作為耦合用電極37作用。藉此，在線中央部36a1,36b1，成為大致對稱之電場分布。

又，線圈36，在線中央部36a1,36b1，分別為捲繞方向反轉之捲繞方向反轉部位。例如圖10所示，本變形例中，線圈36之捲繞方向從端子38a順時針方向轉至中央部36a1，從中央部36a1逆時針方向轉至中央部36b1，從中央部36b1順時針方向轉至端子38b。亦即，線圈36之捲繞方向，在相當於0~1/4通訊波長之距離為止為順時針方向旋轉，在相當於1/4~3/4通訊波長之距離為止為逆時針方向旋轉，在相當於3/4~1通訊波長之距離為止為順時針方向旋轉。

在上述構成之耦合用電極37，在圖10所示之電介質基板31之面方向E、具體而言在連結線中央部36a1,36b1之延伸線之方向可高效率接地放出電場之縱波。其結果，高頻耦合器30與配置在連結線中央部36a1,36b1之延伸線上之另一耦合用電極之間之耦合強度變強，可實現良好之通訊特性。

又，耦合用電極37能有效活用電介質基板31之空間，可謀求高頻耦合器30本身之小面積化。

又，具備上述耦合用電極37之高頻耦合器30，由於為從上述電介質基板31之面方向E、亦即從基板之端部放射電磁場之構造，因此相較於在與基板面垂直方向放射電磁場之構造，為了提升通訊性能不需使電介質基板變厚，可實現低高度化。

針對上述構成之高頻耦合器30之具體構造，舉下述製程之一例進行說明。

首先，在電介質基板31之上面31a、下面31b形成由銅、鋁等導電性金屬構成之複數個上面線33a、下面線33b。在其形成時，預先使上面線33a之一端與下面線33b之一端、該上面線33a之另一端與在環方向相鄰之下面線33b夾著電介質基板31依序重疊，同時在完成時預先使線圈36整體成為環形狀之配置。

具體而言，以連接端子38之一端部、例如端部38a為基準，在分別相當於1/4通訊波長、3/4通訊波長之線中央部36a1,36b1線圈36之捲繞方向反轉般接地分別預先配置 上面線33a與下面線33b。

接著，在形成有上面線33a、下面線33b之電介質基板31，在上面線33a與下面線33b彼此重疊之位置藉由鑽孔機、雷射等形成複數個貫通孔34。藉由以金屬鍍敷處理或導電糊等填埋該等貫通孔34，形成在電介質基板31兩面之所有上面線33a、下面線33b透過貫通孔34電氣連接，完成環形狀之線圈36。

以上述方式完成之線圈36，在線中央部36a1,36b1捲繞方向反轉，在相當於0~1/4通訊波長之距離為止為順時針方向旋轉，在相當於1/4~3/4通訊波長之距離為止為逆時針方向旋轉，在相當於3/4~1通訊波長之距離為止為順時針方向旋轉。

線圈36之兩端成為用以與收發訊電路部104連接之連接端子38，較佳為，以依據阻抗匹配調整後之既定形狀製作。

關於形成複數個上面線33a、下面線33b之處理，藉由鍍敷、蒸鍍等處理形成在電介質基板31之兩面亦可，使用兩面銅箔黏貼電介質基板31進行蝕刻處理形成亦可。

作為電介質基板31之材料，可使用以環氧樹脂、酚樹脂(phenol resin)等固化玻璃、紙之基材、或玻璃纖維之織布的例如玻璃環氧(glass epoxy)、玻璃複合(glass composite)基板、或低介電係數之聚醯亞胺(polyimide)、液晶聚合物、鐵氟龍、聚苯乙烯(polystyrene)、聚乙烯(polyethylene)、及聚丙烯(polypropylene)等。尤其是，作為電介質基板31之 材料，從電氣特性之觀點觀之，較佳為，使用低介電係數之材料。

此外，圖10中，藉由電介質基板31之上面線33a、下面線33b與貫通電介質基板31之貫通孔34形成線圈36完成高頻耦合器30，但並不限於此例，例如藉由加工具有剛性之引線形成線圈36，藉由樹脂材料成型完成高頻耦合器30亦可。

接著，為了調查第2實施形態之變形例之高頻耦合器30之性能，使用ANSOFT公司製之三維電磁場模擬器HFSS，進行了耦合強度之解析。此處，作為高頻耦合器30之解析模型，使用了以下條件者。亦即，對電介質基板31係設定在印刷基板多用之玻璃環氧基板FR4(Flame Retardant Type 4)，又，對作為耦合用電極37作用之線圈36的材質則設定銅。又，高頻耦合器30之大小係10.4mm×10.4mm，厚度為1mm。

耦合強度係以評估高頻傳送特性所使用之S參數(S parameter)的透射特性S21來評估，以成為高頻耦合器30之訊號輸出入端的連接端子38之兩端子38a,38b間為電力之輸出入埠。

圖11係表示耦合強度S21之解析所使用之高頻耦合器間的相對配置。此例估中，於一方之高頻耦合器，係使用圖11所示之具有板狀之電極150a且屬評估之基準機的基準高頻耦合器150。耦合強度之評估，如圖11所示，在連結線中央部36a1,36b1之延伸線之方向E與基準高頻耦合器 150之電極150a之面正交且分別之電極的中心軸一致的狀態下，使耦合用電極37與電極150a對向，並以隔著15mm、100mm間隔之狀態，調查了耦合強度S21之頻率特性。

如上述，高頻耦合器30之中心軸，係在使以連接端子38之端子38a為基準之大致1/4長度之位置、亦即相當於通訊頻率之1/4波長之長度之位置與以端子38a為基準之大致3/4長度之位置、亦即相當於通訊頻率之3/4波長之長度之位置投影在電介質基板31之一半厚度之面之位置貫通面內方向之方向。

又，為了觀察在高頻耦合器30之電場的產生狀態，亦調查了對向距離15mm之高頻耦合器30附近之電場分布及磁場向量。

圖12係表示高頻耦合器30與基準高頻耦合器150之間之耦合強度S21的解析結果，對向距離15mm之通訊距離中係在4.5GHz附近具有-18dB的良好耦合強度，又，對向距離100mm之非通訊距離中具有-40dB以下的通訊阻斷性。

圖13係顯示高頻耦合器30在諧振頻率4.48GHz之電場分布之解析結果，可知在連結線中央部36a1,36b1之中心軸方向產生二處電場強之部位，如同電氣雙極子般動作，與對向之高頻耦合器150電磁場耦合。

從此圖13可知，電場變強之位置，在從連接端子38之端子38a起線圈36之大致1/4長度之位置，亦即相當於1/4通訊波長之長度之位置與從另一端子38b起線圈36之 大致1/4長度之位置，在面內方向貫通該等位置而可獲得強的電磁場耦合。

如以上般，變形例之高頻耦合器30可實現良好之通訊特性。又，高頻耦合器30中，由於作為耦合用電極37作用之線圈36形成在電介質基板31內，因此可實現例如耐衝擊性等機械強度。又，高頻耦合器30中，與配置在連結由通訊波長之1/2長度構成之線圈36a之線中央部36a1與由通訊波長之1/2長度構成之線圈36b之線中央部36b1之延伸線上之另一天線裝置之電極電磁場耦合，藉此相較於例如在與基板面垂直方向放射電磁場之構造，為了提升通訊性能不需使電介質基板變厚，可同時實現裝置整體之小型化與低高度化。

再者，從圖14所示之解析結果可知，高頻耦合器30能使線圈36之實效電感提升，其結果，能改善高頻耦合器30本身之耦合效率。

圖14係顯示高頻耦合器30在諧振頻率4.48GHz之磁場向量分布之解析結果，顯示在與電介質基板31之厚度方向中央之基板平行之面內、亦即在線圈36之中心軸與基板水平之剖面之磁場向量分布。

在此圖14中，顯示貫通線圈36內部之磁場為相同方向。高頻耦合器30，考量因相位之關係在半波長高頻電流之極性改變之特性，使全長相當於一通訊波長之線圈36之捲繞方向在分別相當於1/4通訊波長、3/4通訊波長之長度之中央部36a1,36b1反轉，藉此能使貫通線圈36內部之磁 場成為相同方向。

以上述方式，高頻耦合器30，可防止在線圈內部因局部極性相異之電流產生之磁場彼此抵消之現象。藉此，高頻耦合器30能使線圈36之實效電感提升，其結果，能改善高頻耦合器30本身之耦合效率。

<適用例>

如上述，第1實施形態及第2實施形態之高頻耦合器10,20,30，由於能同時達成裝置整體之小型化與低高度化，因此能組裝於記憶卡62等，該記憶卡62係插入例如圖15所示之設在行動電話等可攜式電子機器60之端面60a之插槽61等以進行通訊。此處，因與設在插槽61內部之高頻耦合器之位置關係，在記憶卡62設置高頻耦合器10之情形，雖產生位置關係之限制，但第1實施形態及第2實施形態之高頻耦合器10,20,30，由於能同時達成裝置整體之小型化與低高度化，因此具有可容易組裝之優點。

10,20,30,102,106‧‧‧高頻耦合器

11,21,31,311‧‧‧電介質基板

11a,60a‧‧‧端面

12,312‧‧‧線

12a,26a1,26b1,36a1,36b1‧‧‧線中央部

12b,12c‧‧‧端部

13,202,313‧‧‧接地

14,314‧‧‧供電部

15‧‧‧保護膜

17,27,37,103,107,208‧‧‧耦合用電極

21a‧‧‧上面

21b‧‧‧下面

23a,33a‧‧‧上面線

23b,33b‧‧‧下面線

24,34‧‧‧貫通孔

26,26a,26b,36a,36b‧‧‧線圈

28,38‧‧‧連接端子

38a,38b‧‧‧端子

60‧‧‧可攜式電子機器

61‧‧‧插槽

62‧‧‧記憶卡

100‧‧‧通訊系統

101,105‧‧‧通訊裝置

104,108‧‧‧收發訊電路部

150‧‧‧基準高頻耦合器

150a‧‧‧電極

201‧‧‧印刷基板

203‧‧‧截線

205‧‧‧收發訊電路

207‧‧‧金屬線

300‧‧‧天線裝置

圖1係表示組裝有應用本發明之天線裝置之通訊系統的構成的圖。

圖2係表示應用本發明之天線裝置之第1實施形態之高頻耦合器的構成的圖。

圖3係表示第1實施形態之高頻耦合器中在高頻耦合器間之通訊狀態的立體圖。

圖4係表示第1實施形態之高頻耦合器中在中心剖面 之電場解析結果的電場分布圖。

圖5係表示第1實施形態之高頻耦合器與基準耦合器間之耦合強度之解析結果的頻率特性圖。

圖6係表示應用本發明之天線裝置之第2實施形態之高頻耦合器的構成的圖。

圖7係表示第2實施形態之高頻耦合器中在高頻耦合器間之通訊狀態的立體圖。

圖8係表示第2實施形態之高頻耦合器中在中心剖面之電場解析結果的電場分布圖。

圖9係表示第2實施形態之高頻耦合器與基準耦合器間之耦合強度之解析結果的頻率特性圖。

圖10係表示應用本發明之天線裝置之第2實施形態之變形例之高頻耦合器的構成的圖。

圖11係表示第2實施形態之變形例之高頻耦合器中在高頻耦合器間之通訊狀態的立體圖。

圖12係表示第2實施形態之變形例之高頻耦合器與基準耦合器間之耦合強度之解析結果的頻率特性圖。

圖13係表示第2實施形態之變形例之高頻耦合器中在中心剖面之電場解析結果的電場分布圖。

圖14係表示第2實施形態之變形例之高頻耦合器之磁場向量分布之解析結果的圖。

圖15係用以說明組裝有應用本發明之天線裝置之電子機器之具體例的圖。

圖16係表示習知例之高頻耦合器的構成的圖。

圖17係表示習知例之高頻耦合器的構成的圖。

圖18A、B係表示習知例之高頻耦合器的構成的圖。

10‧‧‧高頻耦合器

11‧‧‧電介質基板

11a‧‧‧端面

12‧‧‧線

12a‧‧‧線中央部

12b,12c‧‧‧端部

13‧‧‧接地

14‧‧‧供電部

15‧‧‧保護膜

17‧‧‧耦合用電極

Claims (6)

1. 一種天線裝置，係藉由既定通訊波長在對向之一對電極間進行電磁場耦合以進行資訊通訊，其特徵在於：具備形成在電介質基板且與另一天線裝置之電極電磁場耦合而成為可通訊之耦合用電極；該耦合用電極具有由通訊波長之1/2長度構成且形成在該電介質基板之第1配線、及與該第1配線中央部在電介質基板之面方向對向且電氣連接於該第1配線之導體；與配置在連結該第1配線中央部與該導體之延伸線上之該另一天線裝置之電極電磁場耦合。
2. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，該導體為與該第1配線形成在該電介質基板之相同面上之接地；該第1配線係由在該接地外側相隔既定距離形成之大致環形狀構成，其一端與該接地電氣連接，且另一端作為以該接地為基準之供電電壓之輸入端而被供應電力。
3. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，該導體為由該通訊波長之1/2長度構成之第2配線，該第2配線之一端與該第1配線之一端電氣連接；該耦合用電極與配置在連結該第1配線中央部與該第2配線中央部之延伸線上之該另一天線裝置之電極電磁場耦合。
4. 如申請專利範圍第3項之天線裝置，其中，該第1配線及該第2配線係由在該電介質基板之上下面透過貫通孔捲繞之線圈構成。
5. 如申請專利範圍第4項之天線裝置，其中，該第1配線及該第2配線在各自之中央部捲繞方向反轉。
6. 一種通訊裝置，係藉由既定通訊波長在對向之一對電極間進行電磁場耦合以進行資訊通訊，其特徵在於，具備：耦合用電極，形成在電介質基板且與另一天線裝置之電極電磁場耦合而成為可通訊；以及收發訊處理部，與該耦合用電極電氣連接，進行訊號之收發訊處理；該耦合用電極具有由通訊波長之1/2長度構成且形成在該電介質基板之一面之第1配線、及與該第1配線中央部在電介質基板之面方向對向且電氣連接於該第1配線之導體；與配置在連結該第1配線中央部與該導體之延伸線上之該另一天線裝置之電極電磁場耦合。