專利名稱：天線裝置及通信裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用既定的通信波長、通過在對置的一對電極間的電磁場耦合而進行信息通信的天線裝置以及裝入有該天線裝置的通信裝置。本申請以在日本國于2010年9月15日申請的日本專利申請?zhí)柎a特愿2010-206930、以及日本專利申請?zhí)柎a特愿2010-206931為基礎而主張優(yōu)先權，通過參照而在本申請中引用這些申請。
背景技術：
近年來，在計算機、小型便攜終端等電子設備間，不經由電纜、媒介而通過無線傳輸音樂、圖像等數(shù)據的系統(tǒng)被開發(fā)出來。在這樣的無線傳輸系統(tǒng)中，存在著在數(shù)cm的近距離能達到最大560Mbps程度的高速轉送的技術。在這樣的能高速轉送的傳輸系統(tǒng)中，TransferJet (注冊商標)雖然通信距離短但具有被竊聽的可能性低、傳輸速度快這些優(yōu)點。TransferJet (注冊商標)是隔開超近距離通過對應的高頻耦合器的電磁場耦合而實現(xiàn)的技術，其信號質量依賴于高頻耦合器的性能。例如，如圖21所示，專利文獻I所記載的高頻耦合器具備:在一個面形成有接地202的印刷基板201、形成于印刷基板201的另一個面的微帶(microstrip)構造的短截線(stub)203、稱合用電極208、以及連接該稱合用電極208和短截線203的金屬線207。另外，在專利文獻I所記載的高頻耦合器中，在印刷基板201上還形成有收發(fā)電路205。另外，在專利文獻I中，記載有作為未在印刷基板201上形成收發(fā)電路205的變形例的結構，如圖22所示，該變形例具備:在一個面形成有接地202的印刷基板201、形成于印刷基板201的另一個面的微帶構造的短截線203、耦合用電極208、以及連接該耦合用電極208和短截線203的金屬線207?，F(xiàn)有技術文獻 專利文獻
專利文獻1:日本特開2008-311816號公報。

發(fā)明內容
然而，如圖21所示，在專利文獻I所記載的高頻耦合器中，為了進行良好的通信，需要增大板狀的耦合用電極208的面積。這是因為:由于依賴于通信波長的一定的長度是必要的，以及為了增強耦合強度，必須增大耦合用電極208。另外，因為需要金屬線207在既定的位置連接耦合用電極208和短截線203，所以也將產生在制作時要求對位精度等工序上的問題。本發(fā)明是鑒于這樣的實際情況而提出的，其目的在于提供能實現(xiàn)良好的通信特性和機械強度的兼顧，并且具有有利于耦合用電極的小型化的構造的天線裝置。另外，本發(fā)明的目的在于提供裝入有該天線裝置的通信裝置。作為用于解決上述課題的方案，本發(fā)明所涉及的天線裝置是利用既定的通信波長、通過在對置的一對電極間進行電磁場耦合而進行信息通信的天線裝置，其特征在于，包括形成于電介質基板、與其他天線裝置的電極進行電磁場耦合而能進行通信的耦合用電極，耦合用電極由長度為通信波長的大致一半的第I布線以及與第I布線電連接的導體構成，第I布線的中央部和導體形成于沿誘導體基板的厚度方向對置的位置，與配置于連結第I布線的中央部和導體的延長線上的其他天線裝置的電極進行電磁場耦合。另外，本發(fā)明所涉及的通信裝置是利用既定的通信波長、通過在對置的一對電極間進行電磁場耦合而進行信息通信的通信裝置，其特征在于，包括:形成于電介質基板、與其他天線裝置的電極進行電磁場耦合而能進行通信的耦合用電極；以及與耦合用電極電連接，進行信號的收發(fā)處理的收發(fā)處理部，耦合用電極由長度為通信波長的大致一半的第I布線以及與第I布線電連接的導體構成，第I布線的中央部和導體形成于沿誘導體基板的厚度方向對置的位置，與配置于連結第I布線的中央部和導體的延長線上的其他天線裝置的電極進行電磁場耦合。因為本發(fā)明的由長度為通信波長的大致一半的第I布線以及與第I布線電連接的導體構成的耦合用電極形成于電介質基板，所以能夠實現(xiàn)良好的機械強度和天線裝置整體的小型化。另外，因為本發(fā)明與配置于連結第I布線的中央部和導體的延長線上的其他天線裝置的電極進行電磁場耦合，所以在第I布線的中央部信號電平處于較高的狀態(tài)，由此效率良好地沿基板的厚度方向發(fā)射電場的縱波，由此與配置于對置的位置的其他耦合用電極之間的耦合強度變強，能夠實現(xiàn)良好的通信特性。如上，本發(fā)明能實現(xiàn)良好的通信特性和機械強度的兼顧，能夠謀求裝置整體的小型化。


圖1是示出裝入有應用了本發(fā)明的天線裝置的通信系統(tǒng)的結構的 圖2是示出作為應用了本發(fā)明的天線裝置的第I實施方式所涉及的高頻耦合器的結構的 圖3是示出在第I實施方式所涉及的高頻耦合器中，在高頻耦合器之間的通信狀態(tài)的立體 圖4是示出在第I實施方式所涉及的高頻耦合器的中心截面上的電場解析結果的電場分布 圖5是示出在第I實施方式所涉及的高頻耦合器的電極面上Imm處的電場解析結果的電場分布 圖6是示出第I實施方式所涉及的高頻耦合器和基準耦合器之間的耦合強度的解析結果的頻率特性 圖7是示出作為應用了本發(fā)明的天線裝置的變形例所涉及的高頻耦合器的結構的圖；圖8是示出變形例所涉及的高頻耦合器和基準耦合器之間的耦合強度的解析結果的頻率特性 圖9是示出作為應用了本發(fā)明的天線裝置的第2實施方式所涉及的高頻耦合器的結構的 圖10是示出在第2實施方式所涉及的高頻耦合器中，在高頻耦合器之間的通信狀態(tài)的立體圖； 圖11是示出在第2實施方式所涉及的高頻耦合器的中心截面上的電場解析結果的電場分布 圖12是示出在第2實施方式所涉及的高頻耦合器的電極面上Imm處的電場解析結果的電場分布 圖13是示出第2實施方式所涉及的高頻耦合器和基準耦合器之間的耦合強度的解析結果的頻率特性 圖14是示出作為應用了本發(fā)明的天線裝置的第3實施方式所涉及的高頻耦合器的結構的 圖15是示出作為應用了本發(fā)明的天線裝置的第3實施方式所涉及的高頻耦合器的結構的 圖16是示出，在第3實施方式所涉及的高頻耦合器中，在高頻耦合器之間的通信狀態(tài)的立體 圖17是示出在第3實施方式所涉及的高頻耦合器中的電場向量的解析截面的立體
圖18是示出在第3實施方式所涉及的高頻耦合器的中心截面上的電場解析結果的電場分布 圖19是示出在第3實施方式所涉及的高頻耦合器的電極面上Imm處的電場解析結果的電場分布 圖20是示出第3實施方式所涉及的高頻耦合器和基準耦合器之間的耦合強度的解析結果的頻率特性 圖21是示出現(xiàn)有例所涉及的高頻耦合器的結構的 圖22是示出現(xiàn)有例所涉及的高頻耦合器的結構的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對用于實施本發(fā)明的方式詳細地進行說明。此外，本發(fā)明并不限于以下的實施方式，不言而喻可以在不脫離本發(fā)明的要點的范圍內進行各種變更?！赐ㄐ畔到y(tǒng)〉
應用了本發(fā)明的天線裝置是通過在對置的一對電極間的電磁場耦合而進行信息通信的裝置，是裝入例如圖1所示的、能進行560Mbps程度的高速轉送的通信系統(tǒng)100而被使用的裝置。通信系統(tǒng)100由2個進行數(shù)據通信的通信裝置101、105構成。在此，通信裝置101包括:具有耦合用電極103的高頻耦合器102 ;以及收發(fā)電路部104。另外，通信裝置105包括:具有耦合用電極107的高頻耦合器106 ;以及收發(fā)電路部108。當如圖1所示使通信裝置101、105各自具備的高頻耦合器102、105相對地配置時,2個稱合用電極103、107作為一個電容器而動作，作為整體以帶通濾波器的方式動作，因此能夠在2個高頻耦合器102、106之間，效率良好地傳遞用于實現(xiàn)例如560Mbps程度的高速轉送的4飛GHz頻帶的高頻信號。在此，高頻耦合器102、106各自所具有的收發(fā)用的耦合用電極103、107離開例如3cm左右對置地配置，能進行電場耦合。
在通信系統(tǒng)100中，例如，當從上位應用產生發(fā)送要求時，與高頻耦合器102連接的收發(fā)電路部104基于發(fā)送數(shù)據生成高頻發(fā)送信號，并從耦合用電極103向耦合用電極107傳播信號。然后，與接收側的高頻耦合器106連接的收發(fā)電路部108對接收的高頻信號進行解調及解碼處理，并將再現(xiàn)的數(shù)據移交給上位應用。此外，雖然適用本發(fā)明的天線裝置不限于傳遞上述的4 5GHz頻帶的高頻信號，也能適用于其他頻帶的信號傳遞，但在以下的具體示例中，將4 5GHz頻帶的高頻信號作為傳遞對象進行說明。<第I實施方式>
作為裝入這樣的通信系統(tǒng)100的天線裝置，對如圖2所示的第I實施方式所涉及的高頻耦合器I進行說明。在圖2中，為了容易理解布線15的連接狀態(tài)，透視地示出了電介質基板11。如圖2所不，聞頻I禹合器I具有如下構造:在電介質基板11的一個面Ila形成有作為耦合用電極18起作用的布線15 ;在與面Ila對置的另一個面Ilb形成有接地12。另外，關于耦合用電極18，其布線15的一端是成為與上述的收發(fā)電路部104的連接部的連接端子部19，布線15的另一端經由連接用通孔14與接地12連接。耦合用電極18由具有多個折回部的形狀、所謂的曲折(九十九折>9 )形狀或蛇曲(meander)形狀的布線15形成，布線15的布線長調整為通信波長的大致一半的長度。在包含這樣的結構的耦合用電極18中，從下述評價可以清楚地看出，在從連接端子部19離開通信波長的1/4的位置，即布線15的中央部15a處，信號電平處于較高的狀態(tài)，該部分的電荷和隔著接地12的相反側的鏡像電荷作為電偶極子起作用。因此，在耦合用電極18中，能夠效率良好地沿基板的厚度方向發(fā)射電場的縱波，其結果是:該耦合用電極18與配置于對置的位置的其他耦合用電極之間的耦合強度變強，能夠實現(xiàn)良好的通信特性。通過如下的制造工序制造包含這樣的結構的高頻耦合器I。首先，在電介質基板11的兩個面，作為導電部件，在例如貼上銅箔的兩面銅箔基板之中，將一個面Ilb作為接地12使用，并通過蝕刻處理除掉另一個面Ila的銅箔的一部分，形成由蛇曲形狀的布線15構成的耦合用電極18。接著，在布線15的一端利用鉆或者激光加工形成孔，通過對該孔進行鍍敷處理，或者填充導電性膏等導電性材料而完成連接用通孔14。通過該工序，構成形成于電介質基板11的面Ila的耦合用電極18的布線15與電介質基板11的另一個面Ilb的接地12電連接。而且，在構成耦合用電極18的布線15之中，未與接地12連接的另一端成為連接端子部19，通過將其加工成適合于與上述的收發(fā)電路部104的連接單元的形狀，完成高頻耦合器I。依據上述制造工序，高頻耦合器I能通過處理一塊兩面銅箔基板而制作，因為一個面Ilb的整個面成為接地12，所以在布線15與接地12連接時，不需要進行兩個面的圖案的對位，而能夠通過與布線15的一端連接地設置連接用通孔14而容易地連接，能夠通過簡易的工序進行制作。這樣，關于高頻耦合器I，耦合用電極18由在與形成有接地12的面Ilb對置的面Ila形成為蛇曲形狀的布線15構成,在布線15之中，一個端部經由作為信號的輸入輸出端的連接端子部19與收發(fā)電路部104連接，另一個端部與接地12電連接，因此能夠實現(xiàn)良好的機械強度和高頻耦合器整體的小型化。這樣，機械強度較強是因為:與例如圖21所示的現(xiàn)有例所涉及的高頻耦合器比較，不使用存在因外力而變形的擔憂的金屬線207而將耦合用電極18安裝在電介質基板11上。另外，能謀求高頻耦合器整體的小型化是因為:即使未必增大電極的面積，也能夠通過調整布線15的長度而增強耦合強度。另外，在高頻耦合器I中，作為電介質基板11的材料，能夠使用:用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等加固玻璃、紙的基體材料、或者玻璃纖維的織布，例如玻璃環(huán)氧、玻璃復合基板，或低介電常數(shù)的聚酰亞胺、液晶聚合物、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等，或進一步將這些多孔化的材料。特別地，關于電介質基板11，出于電特性的方面考慮，優(yōu)選使用低介電常數(shù)的材料。另外，在上述的制作工序中，在高頻耦合器I中，雖然使用貼上銅箔的兩面基板通過蝕刻處理形成了作為耦合用電極18的布線15，但也可以在電介質基板11的面lla、llb，通過鍍敷、真空蒸鍍法等，在使用掩膜遮蓋(masking)的狀態(tài)下直接形成、或者在形成后施加蝕刻等構圖處理而形成。另外，作為耦合用電極18的布線15及接地12的材料，除了銅以外，能夠使用鋁、金、銀等良導體，并不特別限于這些材料，只要是高電導率的導電體全都能夠使用。另外，由于耦合用電極18以蛇曲形狀形成布線15，能夠有效地活用電介質基板11的面Ila的空間，能夠謀求高頻耦合器I自身的小型化。這是因為:如上所述，雖然耦合用電極18的長度為通信頻率的大致1/2波長，但通過較細地密集地形成這些布線，能夠減少耦合用電極18的形成空間，能夠謀求高頻耦合器的小型化。此外，如上所述，從有效地活用電介質基板11的空間的觀點出發(fā)，構成耦合用電極18的布線15的布線圖案也可以接合多個形狀不同的蛇曲形狀的圖案，另外也可以使用L字、圓弧狀的重復圖案等。接著，為了調查高頻耦合器I的性能，使用Ansoft公司制造的3維電磁場模擬器HFSS進行了耦合強度的解析。在此，使用如下條件的模型作為高頻耦合器I的解析模型。將聚四氟乙烯設定為電介質基板11的材料，另外，將銅設定為耦合用電極18的導電體的材質。另外，關于高頻稱合器I的大小，形成有布線圖案的面Ila為6.5mmX 6.5mm,基板厚度為 1.67mm。耦合強度以用于評價高頻傳輸特性的S參數(shù)的透射特性S21進行評價，將成為高頻耦合器I的信號輸入輸出端的連接端子部19和接地12之間作為輸入端口，算出了一對高頻耦合器的端口間的耦合強度S21。圖3是示出用于耦合強度S21的解析的高頻耦合器間的相對的配置的圖。在此，使構成高頻耦合器I的耦合用電極18的布線15和高頻耦合器150的電極150a以中心軸一致的方式對置，在兩者隔開15mm、IOOmm間隔的狀態(tài)下調查了耦合強度S21的頻率特性。此外，在該例中，在一方的高頻耦合器150中，具有板狀的電極150a，并且使用了作為評價的基準機的基準高頻耦合器。另外，為了評價高頻耦合器I中的電場的產生狀態(tài)，也調查了高頻耦合器I附近的電場向量分布。圖4是解析高頻耦合器I的在4.5GHz下的電場分布的圖，圖中示出了在將圖2的虛線Y-Y'沿厚度方向分開的截面上的電場分布。從該圖4可以清楚地看出，在耦合用電極18和接地12之間存在較強的電場分布，且電場分布在從構成耦合用電極18的布線15的中央部15a向著外側的圓弧上。圖5是示出在從高頻耦合器I中的形成有耦合用電極18的面Ila沿垂直向上的方向離開Imm的面上的電場分布的圖。從該圖5可以清楚地看出，電場從構成耦合用電極18的布線15的中央部15a大致分布為同心圓狀。這是因為:構成耦合用電極18的布線15的長度是通信波長的大致一半，且該布線15的一端與接地12連接的結構成為所謂的短路短截線(short stub),因此在相當于通信波長的1/4的部分的中央部15a處電場最大。這樣，通過解析能夠確認:在高頻耦合器I中，以耦合用電極18的中央部15a為中心產生強電場。圖6是示出高頻耦合器I和基準高頻耦合器150之間的耦合強度S21的解析結果的圖，在對置距離15mm的通信距離在4.5GHz附近具有一 22.5dB的耦合強度，而且作為示出從最大強度衰減3dB的強度的頻帶，在一 3dB帶寬上能獲得0.69GHz的寬帶寬特性。例如，在TransferJet (注冊商標)中，需要560MHz的帶寬，一般地由于高頻耦合器的偏差和與電路基板的阻抗匹配的情況，中心頻率偏離，但因為在高頻耦合器I中具有相對必要帶寬足夠大的帶寬，所以能不受這些偏差的影響進行良好的通信。另外，在對置距離IOOmm的非通信距離能獲得一 48dB以下的通信遮斷性。如上所述，在第I實施方式所涉及的高頻耦合器I中，從上述模擬可以清楚地看出，能實現(xiàn)良好的通信特性，而且，能實現(xiàn)與機械強度的兼顧，能夠謀求裝置整體的小型化。<第I實施方式的變形例>
接著，作為裝入通信系統(tǒng)100的天線裝置，對如圖7所示的變形例所涉及的高頻耦合器2進行說明。為了容易理解布線25的連接狀態(tài)，圖7透視地示出了電介質基板21。如圖7所不，聞頻I禹合器2具有如下構造:在電介質基板21的一個面21a形成有作為耦合用電極28起作用的布線25以及與布線25連接的短截線27，在與面21a對置的另一個面21b形成有接地22。另外，關于所述耦合用電極28，其布線25的一端是成為與收發(fā)電路部104的連接部的連接端子部29，布線25的另一端經由連接用通孔24a與接地22連接。耦合用電極28由具有多個折回部的形狀、曲折形狀或蛇曲形狀的布線25形成，布線25的布線長調整為通信波長的大致一半的長度。在包含這樣的結構的耦合用電極28中，從下述評價可以清楚地看出，在從連接端子部29離開通信波長的1/4的位置，即布線25的中央部25a處，信號電平處于較高的狀態(tài)，該部分的電荷和隔著接地22的相反側的鏡像電荷作為電偶極子起作用。因此，在耦合用電極28中，能夠效率良好地沿基板的厚度方向發(fā)射電場的縱波，其結果是:與配置于對置的位置的其他耦合用電極之間的耦合強度變強，能夠實現(xiàn)良好的通信特性。關于短截線27，其一端通過連接端子部29與耦合用電極28連接，另一端經由連接用通孔24b與接地22連接。另外，通過使用調整了長度的短截線27，能夠在耦合用電極28與其他電極進行電磁場耦合時，使耦合強度和帶寬滿足期望的條件。通過如下制造工序制造包含這樣的結構的高頻耦合器2。首先，在電介質基板21的兩個面，作為導電部件，在例如貼上銅箔的兩面銅箔基板之中，將一個面21b作為接地22使用，并通過蝕刻處理除掉另一個面21a的銅箔的一部分，分別形成由蛇曲形狀的布線25構成的耦合用電極28和短截線27。接著，在布線25的一端和短截線27的一端，利用鉆或者激光加工分別形成孔，通過對各孔進行鍍敷處理，或者填充導電性膏等導電性材料而完成連接用通孔24a、24b。通過該工序，構成形成于電介質基板21的面21a的耦合用電極28的布線25，與電介質基板21的另一個面21b的接地22電連接。同樣地，短截線27與接地22電連接。而且，構成耦合用電極28的布線25的、未與接地22連接的另一端成為與短截線27連接的連接端子部29，通過將其加工成適合于與上述的收發(fā)電路部104的連接單元的形狀，完成高頻耦合器。此外，如圖7所示，在成為2個連接用通孔24a、24b接近的圖案形狀的情況下，也能夠調整構成耦合用電極28的布線25、或者短截線27的端部位置，兼用一個連接用通孔與接地22連接。這樣，耦合用電極28能通過處理一塊兩面銅箔基板而制作，因為一個面21b的整體成為接地22，所以在布線25與接地22連接時，不需要進行兩個面的圖案的對位，而能夠通過分別與構成耦合用電極28的布線的一端和短截線27的一端相接，并設置連接用通孔24a、24b而容易地連接，能夠通過簡易的工序制作高頻耦合器2。接著，為了調查高頻耦合器2的性能，使用Ansoft公司制造的3維電磁場模擬器HFSS進行了耦合強度的解析。在此，使用如下條件的模型作為高頻耦合器2的解析模型。將聚四氟乙烯設定為電介質基板21的材料，另外，將銅設定為作為耦合用電極28和短截線27使用的導電體的材質。另外，關于高頻耦合器2的大小，形成有布線圖案的面21a為
6.5mmX 6.5mm,基板厚度為1.67mm,而且,短截線27的長度為5.2mm。耦合強度以用于評價高頻傳輸特性的S參數(shù)的透射特性S21進行評價，將成為高頻耦合器2的信號輸入輸出端的連接端子部29和接地22之間作為輸入端口，算出了一對高頻耦合器的端口間的耦合強度S21。用于解析的高頻耦合器間的相對的配置與上述的圖3所示的條件相同。圖8是示出高頻耦合器間的對置距離為15mm時的耦合強度S21的頻率特性的解析結果的圖。為了比較，也對照地示出了作為不具有短截線27的高頻耦合器I的特性的圖6所示的對置距離15mm時的耦合強度。此外，在該例中，在一方的高頻耦合器中，也使用了作為評價的基準機的基準高頻率禹合器150。從圖8可以清楚地看出，在具有短截線27的高頻耦合器2中，雖然能夠提高耦合強度，但高耦合強度所能獲得的頻帶變窄。一般地，耦合強度的強度和一 3dB帶寬處于權衡(trade-off)的關系，因此在兩者的平衡相對要求規(guī)格不充分的情況下，能夠如高頻耦合器2那樣設置短截線27，并通過主要改變其長度，調整兩者的平衡。〈第2實施方式>
接著，作為裝入通信系統(tǒng)100的天線裝置，對如圖9所示的第2實施方式所涉及的高頻耦合器3進行說明。在圖9中，為了容易理解布線32a、32b的連接狀態(tài)，透視地示出了電介質基板31。如圖9所不，聞頻I禹合器3具有如下構造:在電介質基板31的上下兩個面31a、31b，分別形成有具有多個折回部的形狀、所謂的曲折形狀或蛇曲形狀的布線32a、32b。該蛇曲形狀的布線32a、32b的一端經由沿電介質基板31的厚度方向形成的連接用通孔34a電連接，作為與配置于對置的位置的其他天線裝置的電極進行電磁場耦合而能進行通信的耦合用電極38起作用。另外，關于耦合用電極38，由未與連接用通孔34a連接的布線32a的端部39a、以及未與連接用通孔34a連接的布線32b的另一個端部經由連接用通孔34b延長至面31b的端部39b的連接端子部39，形成于相同的面31b上。連接端子部39是用于與上述的收發(fā)電路部104連接的端子，例如為，用經由各向異性導電膜的柔性印刷基板的連接、或者用經由表面安裝插座的細線同軸電纜的連接等的連接單元。因此，連接端子部39調整其形狀，依據連接手法也可以采用省略連接用通孔34b,分電介質基板31的兩個面而分別配置端部39a、39b的結構。另外，耦合用電極38為連接形成于電介質基板31的兩個面的蛇曲形狀的布線32a、32b而構成，因此連接布線32a、32b的布線長，即耦合用電極38的長度調整為通信頻率的大致I個波長。而且，耦合用電極38的從未與連接用通孔34a連接的布線32a、32b的端部39a、39b離開通信波長的1/4的位置,夾著電介質基板31而相對置。作為具體示例，在耦合用電極38中，從未與連接用通孔34a連接的布線32a、32b的端部39a、39b尚開通信波長的1/4的位置，分別是面31a、31b的中央部35a、35b。這樣地，在耦合用電極38中，從下述評價可以清楚地看出，因為從未與連接用通孔34a連接的布線32a、32b的端部39a、39b離開通信波長的1/4的中央部35a、35b，夾著電介質基板31而相對置，所以在這些對置的位置，極性相反且彼此信號電平變?yōu)檩^高的狀態(tài)，作為電偶極子起作用。因此，在耦合用電極38中，能夠效率良好地沿基板的厚度方向發(fā)射電場的縱波，其結果是:與配置于對置的位置的其他耦合用電極之間的耦合強度變強，能夠實現(xiàn)良好的通信特性。通過如下的制造工序制造包含這樣的結構的高頻耦合器3。首先，在電介質基板31的兩個面，相對作為導電層貼上銅箔的兩面銅箔基板，通過蝕刻處理除掉銅箔的一部分，形成具有多個折回部的蛇曲形狀的布線32a、32b。接著，分別在布線32a的一端和布線32b的一端重疊的部分、以及布線32b的另一端，利用鉆或者激光加工形成孔，并對該孔進行鍍敷處理，或者填充導電性膏等導電性材料，由此完成各個連接用通孔34a、34b。通過上述工序，形成于電介質基板31的面31a的布線32a和另一個面31b的布線32b電連接并作為耦合用電極38起作用，并且耦合用電極38的兩個端部39a、39b作為連接端子部39起作用。這樣，關于高頻稱合器3,因為稱合用電極38形成于電介質基板31的兩個面的布線32a、32b的一端彼此經由連接用通孔34a連接，所以能夠實現(xiàn)良好的機械強度和高頻耦合器3整體的小型化。另外，依據上述工序，通過對一塊兩面銅箔基板進行構圖處理，能簡單地制造高頻耦合器3。這樣，機械強度較強是因為:與例如圖21所示的現(xiàn)有例所涉及的高頻耦合器比較，不使用存在因外力而變形的擔憂的金屬線207而將耦合用電極38安裝在電介質基板31上。另外，能謀求高頻耦合器整體的小型化是因為:即使未必增大電極的面積，也能夠通過調整布線35的長度而增強耦合強度。
另外，在高頻耦合器3中，作為電介質基板31的材料，能夠使用:用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等加固玻璃、紙的基體材料、或者玻璃纖維的織布，例如玻璃環(huán)氧、玻璃復合基板，或低介電常數(shù)的聚酰亞胺、液晶聚合物、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等，或進一步將這些多孔化的材料。特別地，關于電介質基板31，出于電特性的方面考慮優(yōu)選使用低介電常數(shù)的材料。另外，在上述的制作工序中，在高頻耦合器3中，雖然使用貼上銅箔的兩面基板通過蝕刻處理形成了布線32a、32b,但也可以在電介質基板31的兩個面3la、3Ib通過鍍敷、真空蒸鍍法等，在使用掩膜遮蓋的狀態(tài)下直接形成，或者在形成后施加蝕刻等構圖處理而形成。另外，作為布線32a、32b的材料，除了銅以外，能夠使用鋁、金、銀等良導體，并不特別限于這些材料，只要是電導率高的導電體全都能夠使用。另外，因為耦合用電極38以具有多個折回部的蛇曲形狀形成布線32a、32b，所以能夠有效地活用電介質基板31的各個面31a、31b的空間，能夠謀求耦合用電極38自身的小型化。這是因為:如后所述，雖然耦合用電極38的長度是通信頻率的大致I個波長，但通過較細地密集地形成這些布線，能夠減少耦合用電極38的形成空間，能夠謀求高頻耦合器3的小面積化。此外，如上所述，從有效地活用電介質基板31的空間的觀點出發(fā)，耦合用電極38中的布線32a、32b的布線圖案也可以接合多個具有形狀不同的折回部的蛇曲形狀的圖案，另外也可以使用L字、圓弧狀的重復圖案等。接著，為了調查高頻耦合器3的性能，使用Ansoft公司制的3維電磁場模擬器HFSS進行了耦合強度的解析。在此，使用如下條件的模型作為高頻耦合器3的解析模型。即，將聚四氟乙烯設定為電介質基板31的材料，另外，將銅設定為耦合用電極38的導電體的材質。另外，關于高頻稱合器3的大小,形成有布線圖案的面為6.5_X6.5mm,基板厚度為 1.67mm。耦合強度以用于評價高頻傳輸特性的S參數(shù)的透射特性S21進行評價，將成為高頻耦合器的信號輸入輸出端的連接端子部39的兩個端部39a、39b間作為輸入端口，算出了一對高頻耦合器的端口間的耦合強度S21。圖10是示出用于耦合強度S21的解析的高頻耦合器3、150間的相對的配置的圖。在此，使高頻耦合器3的耦合用電極38的布線32a和高頻耦合器150的電極150a以中心軸一致的方式對置，在兩者隔開15mm、100mm間隔的狀態(tài)下調查了耦合強度S21的頻率特性。此外，在該例中，在一方的高頻耦合器150中，具有板狀的電極150a，并使用了作為評價的基準機的基準高頻耦合器。另外，為了觀察高頻耦合器3中的電場的產生狀態(tài)，也調查了高頻耦合器3附近的電場向量分布。圖11是解析高頻耦合器3的在4.5GHz下的電場分布的圖，圖中示出了在將圖9的虛線Y-Y'沿厚度方向分開的截面上的電場分布。從該圖11可以清楚地看出，在構成耦合用電極38的電介質基板31的兩個面31a、31b的蛇曲形狀的布線32a、32b之間存在較強的電場分布，且電場分布在從耦合用電極38向著外側的圓弧上。圖12是示出在從形成有高頻耦合器3的布線32a的面31a沿垂直方向離開Imm的面上的電場分布的圖。從該圖12可以清楚地看出，電場從耦合用電極38的中央部35a、35b大致分布為同心圓狀。因此，在諧振時沿高頻耦合器3的厚度方向發(fā)射強電場的縱波。這是因為:耦合用電極38的長度大致是I個波長，因此在成為相當于從耦合用電極38的端部大致波長1/4的部分的部分的布線32a的中央部35a處電位差最大。這樣，通過解析能夠確認:在高頻耦合器3中，以基板表面中央部為中心產生強電場。圖13是示出高頻耦合器3和基準高頻耦合器150之間的耦合強度S21的解析結果的圖，在對置距離15mm的通信距離在4.5GHz附近具有一 25dB的耦合強度，而且作為示出從最大強度衰減3dB的強度的頻帶，在一 3dB帶寬中能獲得0.86GHz的寬帶寬特性。例如，在TransferJet (注冊商標)中，需要560MHz的帶寬，一般地由于高頻耦合器的偏差和與電路基板的阻抗匹配的情況，中心頻率偏離，但因為在高頻耦合器3中具有必要帶寬的約1.5倍的帶寬，所以能不受這些偏差的影響進行良好的通信。另外在對置距離IOOmm的非通信距離能獲得一 60dB以下的通信遮斷性。如上，在第2實施方式所涉及的高頻耦合器3中，從上述模擬可以清楚地看出，能實現(xiàn)良好的通信特性，而且，能實現(xiàn)與機械強度的兼顧，能夠謀求裝置整體的小型化?！吹?實施方式>
接著，作為裝入通信系統(tǒng)100的天線裝置，對如圖14及圖15所示的第3實施方式所涉及的高頻耦合器4進行說明。圖14及圖15是改變視點不出聞頻稱合器4的圖，為了容易理解后述的線圈48的卷繞狀態(tài)，圖中透視地示出了電介質基板41、42a、42b。如圖14及圖15所不，聞頻I禹合器4具備電介質基板41、42a、42b、以及具有與通/[目波長大致相等的長度的線圈48，在線圈48的兩端形成有用于與電路基板連接的連接端子部49。電介質基板42a、42b是通過例如后述的粘合工序，層疊于電介質基板41的兩個面的電介質部件。此外,作為材料，電介質基板41、42a、42b能夠使用:用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等加固玻璃、紙的基體材料、或者玻璃纖維的織布，例如玻璃環(huán)氧、玻璃復合基板，或低介電常數(shù)的聚酰亞胺、液晶聚合物、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等，或進一步將這些多孔化的材料。特別地，關于電介質基板41、42a、42b，出于電特性的方面考慮優(yōu)選使用低介電常數(shù)的材料。連接端子部49是用于與上述的收發(fā)電路部104連接的端子，例如為，用經由各向異性導電膜的柔性印刷基板的連接、或者用經由表面安裝容器的細線同軸電纜的連接等的連接單元。因此，連接端子部49調整其形狀，依據連接手法也可以采用省略后述的連接用通孔45a，分電介質基板41的兩個面而分別配置端子的結構。線圈48作為與配置于對置的位置的其他天線裝置的電極進行電磁場耦合而能進行通信的稱合用電極起作用。線圈48為連接后述的上表面線圈47a和下表面線圈47b而構成，連接上表面線圈47a和下表面線圈47b的布線長，即線圈48的長度調整為通信頻率的大致I個波長。而且，線圈48從作為未與后述的連接用通孔45b連接的上表面線圈47a和下表面線圈47b的端部的連接端子部49離開通信波長的1/4的位置，夾著電介質基板41、42a、42b而相對置。作為具體示例，在線圈48中，從連接端子部49的2個端部離開通信波長的1/4的位置，分別是電介質基板41、42a、42b的中央部46a、46b。這樣地，在線圈48中，從下述評價可以清楚地看出，因為從連接端子部49的2個端部離開通信波長的1/4的位置，夾著電介質基板41、42a、42b而相對置，所以在這些對置的位置，極性相反且彼此信號電平處于較高的狀態(tài)，作為電偶極子起作用。因此，在線圈48中，能夠效率良好地沿基板的厚度方向發(fā)射電場的縱波，其結果是:與配置于對置的位置的其他耦合用電極之間的耦合強度變強，能夠實現(xiàn)良好的通信特性。通過如下的制造工序制造包含這樣的結構的高頻耦合器4。首先，在電介質基板42a的兩個面形成由銅、鋁等導電性金屬構成的多個上表面線43a和下表面線43b，上表面線43a的一端與下表面線43b的一端、該上表面線43a的另一端與鄰接的其他下表面線43b,分別夾著電介質基板42a,并依次重疊。此外，關于多個上表面線43a、下表面線43b的形成，可以在電介質基板42a的兩個面通過鍍敷、蒸鍍等處理形成，也可以使用兩面粘有銅箔的電介質基板42a通過蝕刻處理而形成。相對形成有上表面線43a、下表面線43b的電介質基板42a,在上表面線43a、下表面線43b重疊的位置利用鉆、激光等形成多個通孔44。用金屬鍍敷處理或者導電膏等填充這些通孔44，由此形成于電介質基板42a的兩個面的全部上表面線43a、下表面線43b經由通孔44電連接，螺線管狀的上表面線圈47a完成。與上述上表面線圈47a同樣地，在電介質基板42b形成下表面線圈47b。此外，上表面線圈47a的一端也在上述工序中經由通孔44與連接端子部49的一方連接。接著,在電介質基板41形成連接用通孔45a、45b。這是對用鉆、激光等開孔的部分進行金屬鍍敷處理，或者埋入導電性膏、金屬棒而形成的。然后，在電介質基板41的兩個面，以上表面線圈47a的一端與連接用通孔45b重疊的方式粘上電介質基板42a，以下表面線圈47b的一端與連接用通孔45b、下表面線圈47b的另一端與連接用通孔45a重疊的方式粘上并電連接。由此金屬部分全部被連接，連接端子部49成為兩端的一個線圈48形成于電介質基板41、42a、42b之中。此外，如上所述，雖然依據電介質基板的材質，基板的粘合也可以使用熱壓接，但從防止變形等觀點優(yōu)選使用粘接劑進行的方式。如果電連接所必需的連接用通孔45a、45b的兩端相對電介質基板41突出，則能夠貫通粘接劑與上表面線圈47a、下表面線圈47b可靠地連接。進一步，為了使連接可靠，優(yōu)選所述連接部的周邊省略粘接劑，或者使用混合了各向異性導電粒子的各向異性導電膜。另外，形成于電介質基板42a的上表面線圈47a和形成于電介質基板42b的下表面線圈47b的連接也可以使用下述方法。首先，在電介質基板41的兩個面，通過粘接劑粘上形成有上表面線圈47a的電介質基板42a和形成有下表面線圈47b的電介質基板42b。此后，在上表面線圈47a、下表面線圈47b的兩端，利用鉆等形成孔，通過連接用通孔45b連接上表面線圈47a、下表面線圈47b的一端，通過連接用通孔45a將下表面線圈47b的另一端與預先在形成上表面線43a時制作的連接端子部49連接，由此能夠形成線圈48。該線圈48作為與配置于對置的位置的其他天線裝置的電極進行電磁場耦合而能進行通信的耦合用電極起作用。這樣地，線圈48在層疊于電介質基板41的兩個面的電介質基板42a、42b各自的上下表面經由通孔44卷繞成線圈狀，卷繞于電介質基板42a、42b的兩個面的布線的一端彼此經由連接用通孔45b連接，因此能夠實現(xiàn)良好的機械強度和高頻耦合器I整體的小型化。這樣，機械強度較強是因為:與例如圖21所示的現(xiàn)有例所涉及的高頻耦合器比較，不使用存在因外力而變形的擔憂的金屬線207而將作為耦合用電極起作用的線圈48安裝在電介質基板41上。另外，能謀求高頻耦合器整體的小型化是因為:即使未必增大電極的面積，也能夠通過調整線圈48整體的長度而增強耦合強度。接著，為了調查高頻耦合器4的性能，使用Ansoft公司制造的3維電磁場模擬器HFSS進行了耦合強度的解析。在此，使用如下條件的模型作為高頻耦合器4的解析模型。即，在電介質基板41中將聚四氟乙烯設定為電介質的材料，在電介質基板42a、42b中將液晶聚合物設定為電介質的材料。另外，將銅設定為線圈48的材質。關于高頻耦合器4的大小，形成有布線圖案的面為6.5mmX6.5mm,基板厚度為2mm。耦合強度以用于評價高頻傳輸特性的S參數(shù)的透射特性S21進行評價，將成為高頻耦合器的信號輸入輸出端的連接端子部49的兩端之間作為電力的輸入端口。圖16是示出用于解析耦合強度S21的高頻耦合器間的相對的配置的圖。在此，使高頻耦合器4的上表面線圈47a和高頻耦合器150的電極150a以中心軸一致的方式對置，在兩者隔開15_、IOOmm間隔的狀態(tài)下調查了耦合強度S21的頻率特性。此外，在該例中，在一方的高頻耦合器150中，具有板狀的電極150a，并使用了作為評價的基準機的基準高頻耦合器。另外，為了觀察高頻耦合器4中的電場的產生狀態(tài)，也調查了高頻耦合器4附近的電場向量分布。圖17是不出電場向量分布的解析部分的圖,將貫通圖中用虛線XX'不出的部分，即高頻耦合器4的中央部46a、46b，沿作為基板的寬度方向的X-Y軸和作為厚度方向的Z軸擴展的面作為解析面。在此，將相對長方體的高頻耦合器4從中心向著連接端子部49的方向作為長度方向的Y軸。圖18及圖19是分別示出在YZ面、XY面上的在作為高頻耦合器4的諧振頻率的
4.5GHz下的電場向量分布的解析結果的圖。在此，圖19是示出在從形成有高頻耦合器4的上表面線圈47a的面沿垂直方向離開Imm的面上的電場分布的圖。從這2個圖可以清楚地看出，在上表面線圈47a和下表面線圈47b形成極性不同的電極，在其間產生強電場分布。因此，在諧振時沿作為高頻耦合器4的厚度方向的Z軸方向放射強電場的縱波。圖20是示出高頻耦合器4和基準高頻耦合器150之間的耦合強度S21的解析結果的圖，在對置距離15mm的通信距離在4.5GHz附近具有一 25dB的耦合強度，而且在一 3dB帶寬中能獲得1.1GHz以上的寬帶寬特性。例如，在TransferJet (注冊商標)中，需要560MHz的帶寬，一般地由于高頻耦合器的偏差和與電路基板的阻抗匹配的情況，中心頻率偏離，但因為在高頻耦合器4中具有必要帶寬的約2倍的帶寬，所以能不受這些偏差的影響進行良好的通信。另外，在對置距離IOOmm的非通信距離能獲得一 47dB以下的通信遮斷性。如上，在第3實施方式所涉及的高頻耦合器4中，從上述模擬可以清楚地看出，能實現(xiàn)良好的通信特性，而且，能實現(xiàn)與機械強度的兼顧，能夠謀求裝置整體的小型化?！吹贗至第3實施方式所涉及的高頻耦合器>
關于上述的第I至第3實施方式所涉及的高頻耦合器，由長度為通信波長的大致一半的第I布線以及與第I布線電連接的導體構成的耦合用電極形成于電介質基板，因此能夠實現(xiàn)良好的機械強度和天線裝置整體的小型化。另外，因為上述的第I至第3實施方式所涉及的高頻耦合器與配置于連結第I布線的中央部和導體的延長線上的其他天線裝置的電極進行電磁場耦合，所以在第I布線的中央部信號電平處于較高的狀態(tài)，由此效率良好地沿基板的厚度方向發(fā)射電場的縱波，由此與配置于對置的位置的其他耦合用電極之間的耦合強度變強，能夠實現(xiàn)良好的通信特性。如上，應用了本發(fā)明的第I至第3實施方式所涉及的高頻耦合器能實現(xiàn)良好的通信特性和機械強度的兼顧，能夠謀求裝置整體的小型化。
權利要求
1.一種天線裝置，利用既定的通信波長、通過在對置的一對電極間進行電磁場耦合而進行信息通信， 其特征在于，包括: 耦合用電極，形成于電介質基板，與其他通信裝置的電極進行電磁場耦合而能進行通 目， 所述耦合用電極由長度為所述通信波長的大致一半的第I布線以及與該第I布線電連接的導體構成， 所述第I布線的中央部和所述導體形成于沿所述誘導體基板的厚度方向對置的位置，與配置于連結該第I布線的中央部和該導體的延長線上的所述其他天線裝置的電極進行電磁場f禹合。
2.按權利要求1所述的天線裝置，其特征在于， 所述導體是形成于所述電介質基板的一個面的接地層， 所述第I布線具有如下構造:以具有多個折回部的方式在與形成有所述接地層的面對置的所述電介質基板的面上形成，在該第I布線之中，在一個端部形成信號的輸入輸出端，另一個端部與該接地層電連接。
3.按權利要求2所述的天線裝置，其特征在于，在所述耦合用電極，連接有從形成于所述第I布線的輸入輸出端分支的既定長度的短截線。
4.按權利要求1所述的天線裝置，其特征在于， 所述第I布線形成于所述電介質基板的一個面， 所述導體由所述通信波長的大致一半的長度構成，在與形成有所述第I布線的面對置的所述電介質基板的面形成，是一個端部經由通孔與該第I布線連接的第2布線， 所述第I布線和所述第2布線的從未與所述通孔連接的端部離開通信波長的1/4的各位置，夾著所述電介質基板而相對置。
5.按權利要求4所述的天線裝置，其特征在于，所述第I布線和所述第2布線的具有多個折回部的蛇曲形狀的布線的一端彼此經由通孔連接。
6.按權利要求5所述的天線裝置，其特征在于， 在所述電介質基板的兩個面，層疊有第1、第2電介質層， 所述第I布線，在層疊于所述電介質基板的第I電介質層的上下表面，經由通孔卷繞成線圈狀， 所述第2布線，在層疊于所述電介質基板的第2電介質層的上下表面，經由通孔卷繞成線圈狀， 卷繞于所述電介質基板的兩個面的所述第I布線和所述第2布線的一端彼此經由通孔連接。
7.一種通信裝置，利用既定的通信波長、通過在對置的一對電極間進行電磁場耦合而進行信息通信， 其特征在于，包括: 耦合用電極，形成于電介質基板，與其他通信裝置的電極進行電磁場耦合而能進行通信；以及 收發(fā)處理部，與所述耦合用電極電連接，進行信號的收發(fā)處理，所述耦合用電極由長度為所述通信波長的大致一半的第I布線以及與該第I布線電連接的導體構成， 所述第I布線的中央部和所述導體形成于沿所述誘導體基板的厚度方向對置的位置，與配置于連結該第I布線的中央部和該導體的延長線上的所述其他天線裝置的電極進行電磁場f禹合。
8.按權利要求7所述的通信裝置，其特征在于， 所述導體是形成于所述電介質基板的一個面的接地層， 所述第I布線具有如下構造:以具有多個折回部的方式在與形成有所述接地層的面對置的所述電介質基板的面上形成，在該第I布線之中，未與所述收發(fā)處理部連接的端部與該接地層電連接。
9.按權利要求7所述的通信裝置，其特征在于， 所述第I布線形成于所述電介質基板的一個面， 所述導體由所述通信波長的大致一半的長度構成，在與形成有所述第I布線的面對置的所述電介質基板的面形成，是一個端部經由通孔與該第I布線連接的第2布線， 所述收發(fā)處理部經由分別在未與所述通孔連接的所述第I布線和所述第2布線的端部形成的連接用端子，與所述耦合用電極電連接， 所述第I布線和所述第2布線的從所述連接用端子離開通信波長的1/4的各位置，夾著所述電介質基板而相對置。
全文摘要
本發(fā)明提供能實現(xiàn)良好的通信特性和機械強度的兼顧、具有有利于耦合用電極的小型化的構造的天線裝置。耦合用電極(18)包括在電介質的一個面形成有接地(12)的電介質基板(11)；以及在與形成有電介質基板(11)的接地(12)的面對置的面形成的布線(15)。耦合用電極(18)與配置于與天線裝置對置的位置的其他天線裝置的電極進行電磁場耦合而能進行通信。耦合用電極(18)具有多個折回部，并且包含通信波長的大致一半的長度的布線(15)。在布線(15)之中，在一個端部形成作為信號的輸入輸出端的連接端子(19)，另一個端部與接地(12)電連接。
文檔編號H01Q7/00GK103098302SQ201180044629
公開日2013年5月8日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權日2010年9月15日
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