CN102356512B - 高频耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明有关于高频信号的通信使用的高频耦合器，其目的是提供满足一定的通信质量和薄型化二者的高频耦合器，在具有电路基板(100)以及环形线圈(220)的高频耦合器(1)中，环形线圈(220)在电路基板(100)的表面(110)和背面(120)之间，在表面(110)上延伸、通过通孔(222)连接到背面(120)，在该背面(120)上延伸、通过通孔(222)连接到表面(110)，再次在表面(110)上延伸，如此重复，整体上边跨越表面(110)和背面(120)绕行边以在电路基板(100)面画圆的方式环绕一圈；而且，在电路基板(100)上环绕一圈的途中，使跨越表面(110)和背面(120)的绕行方向反转。

Description

高频耦合器
技术领域
本发明涉及高频信号的通信中使用的高频耦合器。
背景技术
近年来，基于宽带无线技术的近距无线传输技术被提案，且在今后的普及为人所期待。该近距无线传输技术是经由利用感应电场的天线非接触地进行通信的技术。该近距无线传输技术，是能够高速且在短时间传输大容量数据的技术，例如适宜于音乐数据或动画数据等大容量数据的传输。另外，该近距无线传输技术假设通信距离为3cm以内，具有通信时数据泄露的可能性较低的优点。
作为实现这样的近距无线传输技术的天线，例如提出一种高频耦合器，具有：在第一电路基板背面形成的接地，在第一电路基板的表面形成、通过贯通该第一电路基板的通孔连接到接地的谐振部(微带线(microstrip line))，以及形成于在第一电路基板的表面侧层叠的第二电路基板的表面、通过贯通该第二电路基板的通孔连接到谐振部的耦合用电极；产生从接地看在耦合用电极方向与传播方向平行的方向振动的电场的纵波，通过该电场的纵波向通信对象侧发出高频信号(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2008-271606号公报(图19)
发明内容
在专利文献1提案的高频耦合器中，为确保一定的通信质量，需要在利用第一电路基板及第二电路基板隔开的接地与耦合用电极之间确保既定的距离，所以高频耦合器的薄型化较困难。
本发明有鉴于所述情况构思而成，目的是提供满足一定的通信质量和薄型化二者的高频耦合器。
为达到所述目的，本发明的高频耦合器的特征在于，具有：电路基板；以及环形线圈(toroidal coil)，在所述电路基板的第一面与第二面之间，在第一面上延伸、通过通孔连接到第二面，在该第二面上延伸、通过通孔连接到第一面，再次在第一面上延伸，如此重复，整体上边跨越第一面和第二面绕行、边以在电路基板面画圆的方式环绕一圈；
所述环形线圈，在所述电路基板上环绕一圈的途中，至少包含一个使跨越所述第一面和所述第二面的绕行方向反转的部位。
此外，本发明所述的“电路基板的第一面和第二面”也可以是“电路基板的表面和背面”，或者也可以是“电路基板的表面和内层面”，或者也可以是“电路基板的内层面和背面”。
依据本发明的高频耦合器，利用边跨越电路基板的第一面和第二面绕行、边以在电路基板面画圆的方式环绕的环形线圈，能够沿着该圆产生磁场。另外，依据本发明的高频耦合器，使环形线圈的绕行方向在途中反转，所以使其磁场的方向一致，通过该磁场，能够在对于电路基板正交的方向产生电场。其结果是，本发明的高频耦合器通过该电场向通信对象侧发出高频信号。这样构成的环形线圈容易薄型化，所以根据本发明的高频耦合器，在确保一定通信质量的基础上，实现比现有的高频耦合器大幅薄型化。而且，本发明的高频耦合器，可以利用现有的公知的基板制作技术实现，所以不需要个别元器件的组装工序，有助于降低成本。
这里，本发明的高频耦合器优选所述环形线圈具有在利用该高频耦合器的通信中使用的信号的波长的1/2长度，且在该环形线圈的全长1/2的位置，使绕行方向反转。
依据这样的优选方式，环形线圈的开始端及结束端中的电流成为最大，因此较佳。
另外，本发明的高频耦合器的优选方式是在所述电路基板具有微带线，所述微带线与该电路基板面平行地延伸，且连接到所述环形线圈的一端。
依据进一步具有这样的微带线的高频耦合器，能够选择微带线的与环形线圈连接的一端的位置，且能够使该位置是有效地为环形线圈供电的位置。
另外，本发明的高频耦合器之中的具备所述微带线的高频耦合器还优选该微带线具有在利用该高频耦合器的通信中使用的信号的波长的1/2长度，该微带线的中点连接到所述环形线圈的一端。
依据这样的优选方式，施加在微带线的中点的电压成为最大，所以能够有效地为一端连接到该中点的环形线圈供电。
而且，本发明的高频耦合器优选在所述电路基板具有天线元件的方式，该天线元件与该电路基板面平行地延伸，且绕行所述环形线圈。
这里，一直以来，已知经由利用放射电磁场的无线天线非接触地进行通信的近距离无线技术，即被称为所谓的“RFID”(射频识别，Radio Frequency Identification)的技术，例如，利用“RFID”的电子车票或电子货币等被实用化。
这样的优选方式中的天线元件，例如通过用作“RFID”的无线天线，例如能够同时进行通过环形线圈的大容量数据的收发、通过天线元件的扣款。即，依据这样的优选方式，能够同时进行通过不同技术实现的非接触通信。
依据本发明，能够提供满足一定的通信质量和薄型化二者的高频耦合器。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的高频耦合器的俯视图。
图2是图1所示的高频耦合器的仰视图。
图3是从前面斜上方观察图1、图2所示的高频耦合器的外观立体图。
图4是图3所示的A部的放大立体图。
图5是图4所示的B部的放大立体图。
图6是图4所示的B部的放大俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是本发明的一个实施方式的高频耦合器1的俯视图。另外，图2是图1所示的高频耦合器1的仰视图；图3是从前面斜上方观察图1、图2所示的高频耦合器1的外观立体图。另外，图4是图3所示的A部的放大立体图，是透视电路基板100的图。
如图1～图3所示，高频耦合器1具有电路基板100、电场型高频耦合器200、环形天线元件300。另外，电场型高频耦合器200具有微带线210和环形线圈220。
电路基板100由电绝缘性材料构成。
电场型高频耦合器200的微带线210在电路基板100的表面110上延伸，具有在利用电场型高频耦合器200的通信中使用的高频信号的波长的1/2长度(例如18mm～19mm)。该微带线210的一端212通过通孔211连接到在电路基板100的背面120上形成的供电部213。另外，环形线圈220的一端连接到微带线210的中点214。再者，连接到该中点214的环形线圈220的一端，相当于环形线圈220的开始端221。
这里，在电路基板100的背面120的、至少包含电场型高频耦合器200的区域，形成有平板状导体图案400。然后，与微带线210的一端212相对的另一端215，通过通孔211，连接到起着接地的作用的平板状导体图案400。
通过使电场型高频耦合器200具有微带线210，能够选择微带线210的、连接到环形线圈220的开始端221的位置，能够设该位置为对环形线圈220有效供电的位置。在本实施方式中，使该位置为微带线210的中点214。即，使该位置为从连接到供电部213的微带线210的一端212，远离在利用电场型高频耦合器200的通信中使用的高频信号的波长的1/4长度的位置。因此，微带线210的中点214处的电压成为最大，能够有效地对开始端221连接到该中点214的环形线圈220供电。
电场型高频耦合器200的环形线圈220跨越电路基板100的表面110与背面120而形成。
参照图4～图6具体说明该环形线圈220。
图5是图4所示的B部的放大立体图，与图4同样，是透视电路基板100的图。另外，图6是图4所示的B部的放大俯视图。此外，图6中用虚线示出在电路基板100的背面120上延伸的背面侧导电图案。
如图5、图6所示，环形线圈220将相当于环形线圈220的开始端221的一端连接到微带线210的中点214，且将在电路基板100的表面110上延伸的表面侧导电图案223a的、与该一端相对的另一端，通过通孔222连接到在背面120延伸的背面侧导电图案224a的一端。然后，环形线圈220将与在电路基板100的背面120上延伸的该背面侧导电图案224a的一端相对的另一端通过通孔222连接到在表面110上延伸的另一面侧导电图案223b的一端。而且，环形线圈220将与在电路基板100的表面110上延伸的该另一面侧导电图案223b的一端相对的另一端通过通孔222连接到在背面120延伸的又一背面侧导电图案224b的一端。重复这样的连接，环形线圈220整体边跨越表面110与背面120绕行，边以在电路基板100面画圆的方式环绕一圈。再者，以在电路基板100面画圆的方式环绕一圈的环形线圈220的结束端225，通过通孔222连接到起着接地的作用的平板状导体图案400。
该环形线圈220具有在利用电场型高频耦合器200的通信中使用的高频信号的波长的1/2长度(例如18mm～19mm)。另外，该环形线圈220在电路基板100上环绕一圈的途中，在环形线圈220的全长的1/2位置226处，使绕行方向反转。
依据这样的电场型高频耦合器200，通过边跨越电路基板100的表面110与背面120绕行，边以在电路基板100面画圆的方式环绕一圈的环形线圈220，沿着该圆产生磁场。
另外，该电场型高频耦合器200，在环形线圈220的全长的1/2位置226处，使绕行方向反转。即，使环形线圈220的绕行方向反转的位置，是从环形线圈220的开始端221或结束端225，相距在利用电场型高频耦合器200的通信中使用的高频信号的波长的1/4长度的位置。形成环形线圈220的导体的全长为高频信号的波长的1/2长度时，导体内的电流的分布，以相当于从环形线圈220的开始端221或结束端225相距高频信号的波长的1/4长度的位置的导体全长的1/2位置226为界，被认为极性反转。因此，环形线圈220的开始端221及结束端225中电流成为最大，并且，使利用该电场型高频耦合器200的环形线圈220产生的磁场的方向与例如图6所示的箭头H1的方向一致。再者，通过用该箭头H1示出的磁场，产生用图3所示的箭头E示出的、与电路基板100正交的方向的电场。其结果是，电场型高频耦合器200，通过用该箭头E示出的电场向通信对象侧发出高频信号。
回到图1～图3，接着说明高频耦合器1。
环形天线元件300以与电路基板100面平行地延伸，且绕行电场型高频耦合器200的方式形成。该环形天线元件300的端部310、320是供电部。该环形天线元件300，用作所谓的“RFID”的无线天线，在图3所示的箭头H2示出的、对于电路基板100正交的方向产生磁场。其结果是，环形天线元件300通过该箭头H2示出的磁场向通信对象侧发出信号。
以上说明的本实施方式的高频耦合器1的电场型高频耦合器200，利用电路基板100、微带线210和环形线圈220而构成，所以容易薄型化。从而，在确保一定通信质量的基础上，得到实现比现有的高频耦合器大幅薄型化的高频耦合器，而且，在本实施方式的高频耦合器1中，电场型高频耦合器200及环形天线元件300二者，都能用现有公知的基板制作技术实现，所以有助于降低成本。
另外，本实施方式的高频耦合器1，在环形天线元件300的圈的内侧具有电场型高频耦合器200，因此能够同时进行例如通过环形线圈220的大容量数据的收发、和通过环形天线元件300的扣款等通过不同技术实现的非接触通信。
此外，在上述的实施方式中，对本发明的高频耦合器具有连接到环形线圈的一端的微带线的示例进行了说明，但本发明的高频耦合器并不仅限于此，也可以是不具有微带线，而具有电路基板和环形线圈的高频耦合器。
另外，在上述的实施方式中，本发明所述的“电路基板的第一面和第二面”，是以“电路基板的表面和背面”作为示例进行说明，但本发明所述的“电路基板的第一面和第二面”，并不仅限于此，例如，也可以是“电路基板的表面和内层面”，或也可以是“电路基板的内层面和背面”。
附图标记说明
1…高频耦合器；100…电路基板；110…表面(第一面)；120…背面(第二面)；200…电场型高频耦合器；210…微带线；211…通孔；214…中点；220…环形线圈；221…开始端(一端)；222…通孔；223a、223b…表面侧导电图案；224a、224b…背面侧导电图案；226…位置；300…环形天线元件；400…平板状导体图案。

Claims (1)

1.一种高频耦合器，其特征在于，具有：
电路基板；以及
环形线圈，在所述电路基板的第一面和与该第一面相对的第二面之间，在第一面上延伸、通过所述电路基板的通孔连接到第二面，在该第二面上延伸、通过所述电路基板的通孔连接到第一面，再次在第一面上延伸，如此重复，整体上边跨越该第一面和该第二面绕行、边以在该电路基板面画圆的方式环绕一圈；
所述环形线圈，在所述电路基板上环绕一圈的途中，至少包含一个使跨越所述第一面和所述第二面的绕行方向反转的部位，
所述环形线圈具有在利用该高频耦合器的通信中使用的信号的波长的1/2长度，且在该环形线圈的全长的1/2位置，使绕行方向反转。
2. 如权利要求1所述的高频耦合器，其特征在于，所述电路基板还具有微带线，其与该电路基板面平行地延伸，且连接到所述环形线圈的一端。
3. 如权利要求1所述的高频耦合器，其特征在于，所述电路基板还具有微带线，其与该电路基板面平行地延伸，且连接到所述环形线圈的一端。
4. 如权利要求2所述的高频耦合器，其特征在于，所述微带线具有在利用该高频耦合器的通信中使用的信号的波长的1/2长度，且该微带线的中点连接到所述环形线圈的一端。
5. 如权利要求3所述的高频耦合器，其特征在于，所述微带线具有在利用该高频耦合器的通信中使用的信号的波长的1/2长度，且该微带线的中点连接到所述环形线圈的一端。
6. 如权利要求1～5的任一权利要求所述的高频耦合器，其特征在于，所述电路基板具有天线元件，与该电路基板面平行地延伸，且绕行所述环形线圈。
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