DE112009003563B4

DE112009003563B4 - Hochfrequenzkoppler und kommunikationsvorrichtung

Info

Publication number: DE112009003563B4
Application number: DE112009003563.9T
Authority: DE
Inventors: Noboru Kato; Jun Sasaki; Teppei MIURA
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2029-12-04
Also published as: WO2010071027A1; US8400231B2; JPWO2010071027A1; KR101230416B1; KR20110086590A; CN102246348A; US8193873B2; US20110241804A1; JP5257452B2; US20120218071A1; DE112009003563T5; CN102246348B

Abstract

Hochfrequenzkoppler, der folgende Merkmale aufweist: eine Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b), die ein Magnetfeld in einer bestimmten Richtung bildet; und eine umliegende Struktur (2), die um den Umfang der Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) angeordnet ist und die einen Teil des Magnetfeldes blockiert, das durch die Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) erzeugt wird, wobei sich der Teil des Magnetfeldes lateral in einer Ebene der Strukturen erstreckt, wobei die umliegende Struktur (2) eine Schleife mit einer Mehrzahl von Windungen bildet, wobei benachbarte Abschnitte der Schleife, die durch zurückgefaltete Abschnitte (2a, 2b) verbunden sind, entgegengesetzte Windungsrichtungen aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenzkoppler und insbesondere bezieht sie sich auf Hochfrequenzkoppler und Kommunikationsvorrichtungen, die in der Lage sind, geeignet bei der Kommunikation von großen Datenvolumen über kurze Distanzen verwendet zu werden.
In den letzten Jahren haben Kommunikationssysteme, bei denen Breitbandfrequenzen verwendet werden, um große Datenvolumen zu übertragen, wie z. B. Bilder oder Musik, durch Senden und Empfangen von Funksignalen, Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Durch Verwenden eines solchen Kommunikationssystems kann ein großes Datenvolumen im Bereich von 500 Mbps über eine kurze Distanz (im Bereich von 30 mm) unter Verwendung eines breiten Frequenzbandes von 1 GHz und höher gesendet und empfangen werden.
Im Allgemeinen, wenn ein Kopplungssystem eines elektrischen Feldes oder ein elektromagnetisches Induktionssystem für Koppler (Antennen) zum Ausführen einer Kommunikation unter Verwendung von Hochfrequenzsignalen verwendet wird, nimmt die Energie im Verhältnis zu der Kommunikationsdistanz ab. Es ist bekannt, dass die Energie im Verhältnis zu der dritten Potenz der Distanz bei der Elektrisches-Feld-Kopplung abnimmt. Im Gegensatz dazu nimmt die Energie im Verhältnis zu dem Quadrat der Distanz bei der Magnetfeldkopplung ab. Dies macht es möglich, eine Kommunikation über eine kurze Distanz auszuführen, ohne eine Interferenz von anderen Kommunikationsvorrichtungen zu empfangen. Wenn die Kommunikation unter Verwendung von Hochfrequenzsignalen von 1 GHz oder höher ausgeführt wird, da die Wellenlänge der Hochfrequenzsignale kurz ist, wird ein Übertragungsverlust gemäß der Distanz erzeugt. Folglich besteht ein Bedarf zum effizienten Übertragen von Hochfrequenzsignalen.
In der JP 2008-99236 A ist ein Hochfrequenzkoppler beschrieben, der, um ein großes Datenvolumen zwischen Informationsgeräten unter Verwendung eines Kommunikationssystems zu kommunizieren, bei dem Breitbandfrequenzen verwendet werden, Energie hauptsächlich durch Kopplung eines elektrischen Feldes überträgt. Die Energie nimmt jedoch im Verhältnis zu der dritten Potenz der Distanz bei der Kopplung des elektrischen Feldes ab und daher, da die Kommunikationsdistanz auch wesentlich verringert wird, wenn die Größe der Koppler reduziert wird, war es schwierig, die Größe der Koppler zu reduzieren. Ferner ist ein paralleler Induktor in dem Hochfrequenzkoppler der JP 2008-99236 A gebildet, um die Übertragungseffizienz zu verbessern. Es bestanden jedoch insofern Probleme, als eine bestimmte Dicke benötigt wird, um einen parallelen Induktor zu bilden, und ferner ist es ebenfalls notwendig, eine Masseelektrode zu bilden, um den parallelen Induktor mit der Masse zu verbinden, was dazu führt, dass die Größe des Kopplers selbst erhöht wird.
Die US 7,417,599 B2 beschreibt eine Antennenelektrode, die zum Formen des abgestrahlten Magnetfeldes von einer Schildelektrode umgeben ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochfrequenzkoppler und eine Kommunikationsvorrichtung zu schaffen, die von geringer Größe sind und mit denen ein großes Datenvolumen effizient über eine kurze Distanz kommuniziert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Hochfrequenzkoppler gemäß Anspruch 1, und durch eine Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 17 gelöst.
Die Erfindung schafft einen Hochfrequenzkoppler und eine Kommunikationsvorrichtung, die in Kombination mit einer Nichtkontakt-IC-Karte verwendet werden können.
Bei dem Hochfrequenzkoppler und der Kommunikationsvorrichtung wird ein Magnetfeld radial durch die Magnetfeldbildungsstruktur erzeugt und der Teil des Magnetfeldes, der sich lateral in der Ebene der Strukturen erstreckt, wird durch die umliegende Struktur blockiert. Somit wird das Magnetfeld in einer bestimmten Richtung verlängert, im Wesentlichen orthogonal zu der Ebene der Strukturen, und kann verwendet werden, um ein Hochfrequenzsignal effizient über eine kurze Distanz zu übertragen, und kann insbesondere geeignet verwendet werden, um ein großes Datenvolumen über eine kurze Distanz zu kommunizieren. Zusätzlich dazu, da die Übertragung von Energie durch Magnetkopplung ausgeführt wird, ist die Verringerung der Energie proportional zu dem Quadrat der Distanz und daher klein im Vergleich zu der Kopplung des elektrischen Feldes, bei der die Energie im Verhältnis zu der dritten Potenz der Distanz abnimmt. Ferner, da weder ein paralleler Induktor noch eine Masseelektrode notwendig sind, die bei der Kopplung des elektrischen Feldes notwendig sind, können der Hochfrequenzkoppler und die Kommunikationsvorrichtung entsprechend kompakter hergestellt sein.
Ferner kann bei dem Hochfrequenzkoppler und der Kommunikationsvorrichtung die Magnetfeldantennenstruktur ferner vorgesehen sein und es ist bevorzugt, dass die Magnetfeldbildungsstruktur und die umliegende bzw. Umgebungsstruktur innerhalb der Magnetfeldantennenstruktur angeordnet sind, insbesondere in einem Mittelabschnitt der Magnetfeldantennenstruktur. Parallel zu dem Kommunizieren eines großen Datenvolumens unter Verwendung der Magnetfeldbildungsstruktur kann eine Kommunikation ferner mit einem Nichtkontakt-IC-Kartensystem ausgeführt werden, bei dem die Magnetfeldantennenstruktur verwendet wird.
Bei der vorliegenden Erfindung kann ein Koppler in seiner Größe reduziert werden und der Koppler kann effizient ein Hochfrequenzsignal über eine kurze Distanz übertragen und kann insbesondere geeignet zum Kommunizieren eines großen Datenvolumens über eine kurze Distanz verwendet werden. Ferner kann eine Kommunikation unter Verwendung eines Nichtkontakt-IC-Kartensystems ausgeführt werden, bei dem die Magnetfeldantennenstruktur eingesetzt wird, parallel zu einer Kommunikation eines großen Datenvolumens unter Verwendung der Magnetfeldbildungsstruktur.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1(A) ein erklärendes Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem ein Magnetfeld durch eine einzelne Magnetfeldbildungsstruktur erzeugt wird.
1(B) ein erklärendes Diagramm, das den Zustand der Magnetfelderzeugung darstellt, in dem Fall, in dem eine umliegende Struktur um den Umfang der Magnetfeldbildungsstruktur angeordnet ist.
1(C) ein erklärendes Diagramm, das den Zustand der Magnetfelderzeugung in dem Fall darstellt, in dem eine Magnetlage vorgesehen wurde.
2 ein erklärendes Diagramm, das den Zustand der Magnetfelderzeugung in dem Fall darstellt, in dem zwei Magnetfeldbildungsstrukturen bereitgestellt wurden, wo (A) den Fall darstellt, in dem die Magnetfelder gleichphasig zueinander sind, und (B) den Fall darstellt, in dem die Magnetfelder gegenphasig zueinander sind.
3 ein Blockdiagramm, das Grundrissstrukturen von Kommunikationsvorrichtungen darstellt.
4 einen Hochfrequenzkoppler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wo (A) eine Draufsicht ist und (B) eine Rückoberflächenansicht ist.
5 eine Draufsicht, die einen Hochfrequenzkoppler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt.
6 eine perspektivische Ansicht, die einen Hochfrequenzkoppler gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel darstellt.
7 eine perspektivische Ansicht, die einen Hochfrequenzkoppler gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel darstellt.
8 einen Hochfrequenzkoppler gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, wobei (A) eine Draufsicht einer ersten Schicht ist, (B) eine Draufsicht einer zweiten Schicht ist und (C) eine Rückoberflächenansicht einer dritten Schicht ist.
9 eine perspektivische Ansicht, die einen Hochfrequenzkoppler gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel darstellt.
10 eine Draufsicht, die einen Hochfrequenzkoppler gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel darstellt.
11 eine Frontansicht, die einen Zustand darstellt, in dem der Hochfrequenzkoppler gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel auf einer gedruckten Schaltungsleiterplatine befestigt wurde.
12 eine perspektivische Ansicht, die einen Hochfrequenzkoppler gemäß einem achten Ausführungsbeispiel darstellt.
Hierin nachfolgend werden Hochfrequenzkoppler und Kommunikationsvorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In jeder der Zeichnungen werden gleiche Komponenten und Teile durch dieselben Symbole bezeichnet und eine wiederholte Beschreibung derselben ist weggelassen.
(Grundrissstruktur des Hochfrequenzkopplers, Bezug nehmend auf Fig. 1 und Fig. 2)
Wie in 1(A) dargestellt ist, wird ein Magnetfeld radial von einer spulenförmigen Magnetfeldbildungsstruktur 1 durch einen Strom erzeugt, der durch dieselbe fließt. Dieses Magnetfeld erstreckt sich lateral in der Ebene der Struktur. Dementsprechend ist bei einem Hochfrequenzkoppler gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 1(B) dargestellt ist, eine umliegende Struktur 2, die vor und zurück in Zickzack angeordnet ist, um den Umfang der Magnetfeldbildungsstruktur 1 angeordnet. Aufgrund des Stroms, der durch die umliegende Struktur 2 fließt, wird der Teil des Magnetfeldes, der sich lateral in der Ebene der Strukturen aus dem Magnetfeld heraus erstreckt, das von der Magnetfeldbildungsstruktur 1 abgestrahlt wird, blockiert. Somit wird das Magnetfeld in bestimmten Richtungen verlängert, die im Wesentlichen orthogonal zu der Ebene der Strukturen sind. Folglich ist die Richtwirkung desselben fest, es besteht keine Interferenz mit anderen Kommunikationsvorrichtungen, eine Übertragung eines Hochfrequenzsignals kann effizient über eine kurze Distanz ausgeführt werden, und insbesondere kann das Magnetfeld geeignet zum Kommunizieren eines großen Datenvolumens über eine kurze Distanz verwendet werden, z. B. in einem Kommunikationssystem, in dem Breitbandfrequenzen verwendet werden.
Ein Magnetfeld wird von der Magnetfeldbildungsstruktur 1 abgestrahlt, aber da die Magnetfeldbildungsstruktur 1 selbst nicht bei der Kommunikationsfrequenz schwingt, wird das Magnetfeld über ein breites Frequenzband abgestrahlt. Die Kommunikationsdistanz kann länger gemacht werden durch Erhöhen der Anzahl von Windungen oder Vergrößern des Bereichs der Magnetfeldbildungsstruktur 1.
Wie in 1(B) dargestellt ist, ist es bevorzugt, dass die umliegende Struktur 2 in der Nähe der Magnetfeldbildungsstruktur 1 angeordnet ist und dass benachbarte Teile der Magnetfeldbildungsstruktur 1 und der umliegenden Struktur 2 eine Schleife in entgegengesetzten Richtungen bilden. Ströme fließen in entgegengesetzten Richtungen durch die benachbarten Teile der Magnetfeldbildungsstruktur 1 und der umliegenden Struktur 2, wodurch Magnetfelder in unterschiedlichen Richtungen gebildet werden und die Magnetfeldblockierwirkung verbessert wird. Ferner ist es bevorzugt, dass die umliegende Struktur 2 eine Schleife durch eine Mehrzahl von Windungen bildet und dass benachbarte Teile der umliegenden Struktur 2 eine Schleife in entgegengesetzten Richtungen bilden. Ströme fließen durch die benachbarten Teile der umliegenden Struktur 2 in entgegengesetzten Richtungen, die benachbarten Teile der umliegenden Struktur 2 bilden Magnetfelder in unterschiedlichen Richtungen und diese Magnetfelder heben einander auf. Somit wird insgesamt kein Magnetfeld in der Region gebildet, in der das Magnetfeld der umliegenden Struktur 2 gebildet ist. Folglich wird das Magnetfeld, das von der Magnetfeldbildungsstruktur 1 abgestrahlt wird, durch die umliegende Struktur 2 blockiert, die eine Mehrzahl von Windungen aufweist und insgesamt kein Magnetfeld bildet. Das heißt, das Magnetfeld, das von der Magnetfeldbildungsstruktur 1 abgestrahlt wird, kann sicher durch die umliegende Struktur 2 blockiert werden, die eine Mehrzahl von Windungen aufweist.
Wenn die Distanz zwischen der Magnetfeldbildungsstruktur 1 und der umliegenden Struktur 2 kurz ist, ist es notwendig, dass die umliegende Struktur 2 eine größere Anzahl von Windungen aufweist, aber eine starke Wirkung zum lateralen Blockieren des Magnetfeldes vorliegt. Im Gegensatz dazu, wenn die Distanz zwischen der Magnetfeldbildungsstruktur 1 und der umliegenden Struktur 2 lang ist, kann die umliegende Struktur 2 eine geringe Anzahl von Windungen aufweisen, aber das Magnetfeld erstreckt sich ebenfalls in diagonalen Richtungen, nicht nur in Richtungen orthogonal zu der Ebene der Strukturen. Daher kann der Winkel, in dem das Magnetfeld abgestrahlt wird, gesteuert werden durch Einstellen der Distanz zwischen der Magnetfeldbildungsstruktur 1 und der umliegenden Struktur 2.
Wenn die umliegende Struktur 2 in der Nähe der Magnetfeldbildungsstruktur 1 angeordnet ist, sind die Strukturen magnetisch derart gekoppelt, dass der Induktivitätswert der Magnetfeldbildungsstruktur 1 verringert ist. Aus diesem Grund, um einen bestimmten Induktivitätswert zu erhalten, ist es notwendig, den Induktivitätswert der Magnetfeldbildungsstruktur 1 zu erhöhen. Durch Erhöhen der Anzahl von Windungen oder des Bereichs der Magnetfeldbildungsstruktur 1 kann z. B. die Strahlung des Magnetfeldes bedeutend in Richtungen orthogonal zu der Ebene der Strukturen verlängert werden und die Kommunikationsdistanz kann vergrößert werden.
Wie in 1(C) dargestellt ist, kann eine Magnetlage 3 auf einer Seite in den Richtungen vorgesehen sein, in denen das Magnetfeld durch die Magnetfeldbildungsstruktur 1 gebildet wird. Die Magnetlage 3 ist z. B. aus einem Ferrit gebildet. Das Magnetfeld strahlt von der Magnetfeldbildungsstruktur 1 in beiden Richtungen orthogonal zu der Ebene der Strukturen. Da das Magnetfeld in einer Richtung durch die Magnetlage 3 absorbiert wird, wird das Magnetfeld nur in der anderen Richtung abgestrahlt und die Übertragungseffizienz der Hochfrequenzsignale wird verbessert. Ferner, sogar wenn ein Metallmaterial oder ähnliches auf der Seite des Kopplers der Magnetlage 3 angeordnet ist, ist der Einfluss von derselben auf den Hochfrequenzkoppler sehr gering. Es ist bevorzugt, dass die Magnetlage 3 mit der Magnetfeldbildungsstruktur 1, betrachtet im Grundriss, und mit der umliegenden Struktur 2, betrachtet im Grundriss überlagert ist.
Wie in 2 dargestellt ist, kann die Magnetfeldbildungsstruktur aus zwei Schleifenstrukturen 1A und 1B gebildet sein. In diesem Fall können die zwei Strukturen 1A und 1B eine Schleife in derselben Richtung bilden (siehe 2(A), Magnetfelder gleichphasig), oder können eine Schleife in entgegengesetzten Richtungen bilden (siehe 2(B), Magnetfelder gegenphasig). In jedem Fall sind die Magnetfelder in derselben Richtung gebildet und ein Magnetfeld kann effizient in einer bestimmten Richtung gebildet sein.
(Grundrissstruktur des Kommunikationsvorrichtung, siehe Fig. 3)
Bei Kommunikationsvorrichtungen gemäß 3 sind Hochfrequenzkoppler 10, die jeweils mit der Magnetfeldbildungsstruktur 1 und der umliegenden Struktur 2 versehen wurden, mit Kommunikationsschaltungseinheiten verbunden (Senderschaltung 11, Empfängerschaltung 12), und das Senden und Empfangen von großen Datenvolumen in einer kurzen Zeit ist möglich durch Verwenden eines Kommunikationssystems, bei dem Breitbandsignale mit einer hohen Frequenz von 1 GHz oder höher verwendet werden, durch Bringen des Hochfrequenzkopplers 10, der mit der Empfängerschaltung 12 verbunden ist, in einem Bereich um 30 mm des Hochfrequenzkopplers 10, der mit der Senderschaltung 11 verbunden ist.
(Erstes Ausführungsbeispiel, siehe Fig. 4)
Bei einem Hochfrequenzkoppler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wie in 4 dargestellt ist, sind die Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B so angeordnet, um nahe beieinander auf der vorderen Oberfläche einer Lage 20 zu sein, die aus einem Harz hergestellt ist; die umliegende Struktur 2 ist um den Umfang der Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B angeordnet; und Elektroden 15A und 15B sind auf der Rückoberfläche der Lage 20 angeordnet. Die Strukturen 1A, 1B und 2 und die Elektroden 15A und 15B werden gebildet durch Befestigen einer dünnen Metallplatte, die aus einem leitfähigen Material besteht, wie z. B. Aluminiumfolie oder Kupferfolie, an der Lage 20, und dann Unterziehen der dünnen Metallplatte einer Strukturierung oder durch Aufbringen einer leitfähigen Paste, wie z. B. Al, Cu oder Ag, auf die Lage 20, und Unterziehen des Films, der durch eine Plattenverarbeitung geliefert wird, einer Strukturierung.
Elektrodenabschnitte 25a und 25b sind an jeweiligen einen Enden der Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B gebildet und die anderen Enden derselben sind mit einer Leitung 26 verbunden (Verbindungspunkt 26a). Die umliegende Struktur 2 bildet eine Schleife rückwärts und vorwärts in entgegengesetzten Richtungen für eine Mehrzahl von Windungen über zurückgefaltete Abschnitte 2a und 2b. Das andere Ende der Leitung 26 ist elektrisch mit dem umliegenden Abschnitt 2 durch einen Mittelabschnitt 2c verbunden, der in der Mitte der umliegenden Struktur 2 in der Längsrichtung derselben vorliegt. Die Elektrodenabschnitte 25a und 25b sind zu den Elektrodenabschnitten 16a und 16b der Elektroden 15A und 15B gegenüberliegend, die auf der Rückoberfläche der Lage 20 vorgesehen sind, und Kondensatoren sind zwischen denselben gebildet. Die Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B sind kapazitiv durch die Elektrodenabschnitte 25a und 16a bzw. 25b und 16b gekoppelt. Zusätzlich dazu ist ein Ende der Elektrode 15A oder 15B elektrisch mit einer Kommunikationsschaltungseinheit verbunden (Senderschaltung 11 oder Empfängerschaltung 12).
Zusätzlich dazu ist das Ende, das nicht elektrisch mit einer Kommunikationsschaltungseinheit verbunden ist (Senderschaltung 11 oder Empfängerschaltung 12), ein offenes Ende bzw. Leerlaufende. Wenn z. B. das Ende der Elektrode 15B nicht mit einer Kommunikationsschaltungseinheit verbunden ist und als ein offenes Ende dient, dient das Ende der Elektrode 15B als ein führendes Ende der Magnetfeldbildungsstruktur 1B. Ferner ist an dem Ende der Elektrode 15B eine elektrostatische Kapazität durch den Elektrodenabschnitt 16b und den Elektrodenabschnitt 25b gebildet, und das Ende der Elektrode 15B ist mit dem Mittelabschnitt 2c der umliegenden Struktur 2 verbunden. Hier ist der Mittelabschnitt 2c der umliegenden Struktur 2 ein Teil, an dem die Spannung minimal ist und dient als eine virtuelle Masse in der Schaltungsterminologie und daher wird eine elektrostatische Kapazität zwischen der Elektrode 15B und der Masse gebildet.
Die Kondensatoren, die zwischen den Elektrodenabschnitten 16a und 16b und den Elektrodenabschnitten 25a und 25b gebildet sind, sind zum Erreichen einer Impedanzanpassung zwischen der Kommunikationsschaltungseinheit und den Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B vorgesehen.
Die grundlegenden Betriebsvorteile des ersten Ausführungsbeispiels wurden oben Bezug nehmend auf 1 und 2 beschrieben. Diese Betriebsvorteile sind, dass Teile der Magnetfelder, die von den Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B abgestrahlt werden, die sich lateral in der Ebene der Strukturen erstrecken, durch die umliegende Struktur 2 blockiert werden; die Magnetfelder sind in bestimmten Richtungen orthogonal zu der Ebene der Strukturen verlängert; und es ist möglich, effizient Hochfrequenzsignale über eine kurze Distanz im Bereich von 30 mm zu übertragen. Genauer gesagt bilden bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B eine Schleife in derselben Richtung. Somit werden Magnetfelder in derselben Richtung kombiniert und die Kommunikationsdistanz wird verbessert.
Ferner ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel die umliegende Struktur 2 als eine gefaltete Dipolantenne gebildet. Ein breiter Durchlassbereich kann mit einer Dipolantenne erreicht werden. In dem Fall, in dem die umliegende Struktur 2 eine Dipolantenne ist, ist es bevorzugt, dass die Länge der umliegenden Struktur 2 ein ganzzahliges Mehrfaches von λ/2 ist (λ: vorbestimmte Frequenz). Die umliegende Struktur 2 schwingt und daher wird die Übertragungseffizienz der Energie verbessert. Zusätzlich dazu sind die Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B und die umliegende Struktur 2 elektrisch miteinander durch den Mittelabschnitt 2c verbunden, der in der Mitte der umliegenden Struktur 2 in der Längsrichtung derselben ist, und daher wird die Übertragungseffizienz der Signale maximiert. Anders ausgedrückt fließen innerhalb des Durchlassbereichs der umliegenden Struktur 2 Ströme durch die Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B und Magnetfelder werden gebildet. Der Strom ist maximal und die Spannung ist minimal an dem Mittelabschnitt 2c, der in der Mitte der umliegenden Struktur 2 in der Längsrichtung derselben ist, und da der Punkt, wo der Strom maximal ist, dort ist, wo die Stärke des Magnetfeldes, das durch den Strom erzeugt wird, maximal ist, ist die Effizienz der Übertragung eines Signals an diesem Punkt ebenfalls maximal.
Die umliegende Struktur 2 funktioniert ferner als eine Elektrisches-Feld-Antenne. Wenn die Resonanzfrequenz der umliegenden Struktur 2 hergestellt ist, um mit der Frequenz übereinzustimmen, die in einem Kommunikationssystem verwendet wird, in dem Breitbandfrequenzen verwendet werden, wird ein Breitbandresonator realisiert. Die Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B bilden Magnetfelder innerhalb des Durchlassfrequenzbandes der umliegenden Struktur 2 (Elektrisches-Feld-Antenne), da die Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B und die umliegende Struktur 2 miteinander an dem Mittelteil 2c gekoppelt sind. Wenn die umliegende Struktur 2 eine Dipolantenne ist, kann eine Bandbreite von 500 MHz und höher erreicht werden, und dieselbe Bandbreite kann sogar erreicht werden, wenn die umliegende Struktur 2 eine gefaltete Dipolantenne ist, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Ferner ist der Hochfrequenzkoppler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nur aus den Strukturen 1A, 1B und 2 und den Elektroden 15A und 15B auf der vorderen und hinteren Oberfläche der Lage 20 gebildet, und die Dicke derselben ist klein bei ungefähr 0,15 bis 0,6 mm, der Bereich derselben ist die Größe der Form der umliegenden Struktur 2 und weist vier Seiten von 5 bis 7 mm auf und ist daher von einer sehr geringen Größe.
(Zweites Ausführungsbeispiel, siehe Fig. 5)
Ein Hochfrequenzkoppler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in 5 dargestellt ist, weist im Wesentlichen dieselbe Struktur auf wie die des ersten Ausführungsbeispiels. Die Charakteristik der Struktur des zweiten Ausführungsbeispiels ist, dass die zurückgefalteten Teile bzw. Abschnitte 2b der umliegenden Struktur 2 an unterschiedlichen umliegenden Positionen angeordnet sind, betrachtet in Draufsicht. Der Weg, entlang dem die Magnetfelder, die von den Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B abgestrahlt werden, in lateralen Richtungen verlaufen, ist kurz und die Magnetfelder können zuverlässig blockiert werden. Andere Betriebsvorteile sind dieselben wie jene des ersten Ausführungsbeispiels.
(Drittes Ausführungsbeispiel, siehe Fig. 6)
Ein Hochfrequenzkoppler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in 6 dargestellt ist, weist im Wesentlichen dieselbe Struktur auf wie die des ersten Ausführungsbeispiels. Die Charakteristik der Struktur des dritten Ausführungsbeispiels ist, dass der Verbindungspunkt 26a zwischen den Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B und der Leitung 26 zwischen den Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B angeordnet ist. Der Grad einer magnetischen Kopplung zwischen den Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B ändert sich gemäß der Position des Verbindungspunkts 26a, wodurch die Reflexionscharakteristik bei hohen Frequenzen gesteuert werden kann. Wenn der Verbindungspunkt 26a gut zwischen den Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B positioniert ist, wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel, wird das Durchlassband verschmälert. Die anderen Betriebsvorteile sind dieselben wie jene des ersten Ausführungsbeispiels.
(Viertes Ausführungsbeispiel, siehe Fig. 7)
Ein Hochfrequenzkoppler gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, wie in 7 dargestellt ist, weist eine Struktur auf, die im Wesentlichen dieselbe ist wie die des ersten Ausführungsbeispiels. Die Charakteristik der Struktur des vierten Ausführungsbeispiels ist, dass die Anzahl der Windungen der umliegenden Struktur 2 verringert wurde. Die Betriebsvorteile sind dieselben wie jene des ersten Ausführungsbeispiels. Die umliegende Struktur weist jedoch eine kürzere Leitungslänge auf als bei dem ersten Ausführungsbeispiel, was nicht λ/2 ist, und ist keine Dipolantenne.
(Fünftes Ausführungsbeispiel, siehe Fig. 8)
Ein Hochfrequenzkoppler gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, wie in 8 dargestellt ist, weist eine Mehrschichtstruktur auf, bei der die umliegende Struktur 2 auf der vorderen Oberfläche einer Harzlage 20A gebildet ist, die Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B auf der vorderen Oberfläche einer Harzlage 20b gebildet sind, die unter derselben positioniert ist, und die Elektroden 15A und 15B auf der hinteren Oberfläche der Harzlage 20b gebildet sind.
Ein Ende 26b der Leitung 26, die mit den Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B verbunden ist, und der Mittelabschnitt 2c der umliegenden Struktur 2 sind miteinander durch einen Durchgangslochleiter 30 verbunden. Ferner ist die umliegende Struktur 2 eine Dipolantenne mit zwei offenen Enden. Die Betriebsvorteile des fünften Ausführungsbeispiels sind im Wesentlichen dieselben wie jene von jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele. Genauer gesagt bilden die Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B eine Schleife in entgegengesetzten Richtungen bei dem fünften Ausführungsbeispiel. Die Magnetfelder in unterschiedlichen Richtungen heben einander auf und eine einzelne magnetische Schleife wird gebildet. Somit, da der Teil des Magnetfeldes, der lateral in der Ebene der Strukturen abgestrahlt wird, klein ist, kann die Anzahl von Windungen der umliegenden Struktur 2 reduziert werden.
(Sechstes Ausführungsbeispiel, siehe Fig. 9)
Ein Hochfrequenzkoppler gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, wie in 9 dargestellt ist, weist eine Mehrschichtstruktur auf ähnlich zu der des fünften Ausführungsbeispiels, und die umliegende Struktur 2 ist in einer ersten Schicht gebildet, die Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B sind in einer zweiten Schicht gebildet und die Elektroden 15A und 15B sind in einer dritten Schicht gebildet. Eine Darstellung der Harzschichten ist in 9 weggelassen.
Die umliegende Struktur 2 ist mit der Leitung 26 durch den Durchgangslochleiter 30 verbunden und ist eine Dipolantenne mit zwei offenen Enden. Die Betriebsvorteile des sechsten Ausführungsbeispiels sind im Wesentlichen dieselben wie jene von jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.
(Siebtes Ausführungsbeispiel, siehe Fig. 10 und Fig. 11)
Bei einem Hochfrequenzkoppler gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel, wie in 10 dargestellt ist, ist eine Magnetfeldantennenstruktur 50 auf der vorderen Oberfläche einer Harzlage 40 gebildet und ein Hochfrequenzkoppler 10 (z. B. der Hochfrequenzkoppler gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel), der aus einer Magnetfeldbildungsstruktur und einer umliegenden Struktur besteht, ist innerhalb der Struktur 50 angeordnet (vorzugsweise in dem Mittelabschnitt). Die Magnetfeldantennenstruktur 50 bildet eine Schleife in einer schleifenartigen Form und ein Ende 50a derselben ist mit einem Ende einer Leitungselektrode 56 verbunden, gebildet auf der Rückoberfläche der Lage 40, durch einen Durchgangslochleiter 55, und ein anderes Ende der Leitungselektrode 56 ist mit einer Elektrode 51 verbunden, gebildet auf der vorderen Oberfläche der Lage 40, durch einen Durchgangslochleiter 57. Das andere Ende 50b der Magnetfeldantennenstruktur 50 und die Elektrode 51, die benachbart zueinander sind, sind mit einer Kommunikationsschaltungseinheit eines Nichtkontakt-IC-Kartensystems verbunden (nicht dargestellt). Somit funktioniert die Magnetfeldantennenstruktur 50 als eine Kommunikationsantenne in einem Nichtkontakt-IC-Kartensystem. Die Resonanzfrequenz der Magnetfeldantennenstruktur 50 ist niedriger als die Kommunikationsfrequenz der Magnetfeldbildungsstruktur und entspricht 13,56 MHz, was die Kommunikationsfrequenz ist, die in dem Nichtkontakttyp-IC-Kartensystem verwendet wird.
Zusätzlich dazu kann eine herkömmliche, bekannte drahtlose IC an dem anderen Ende 50b der Magnetfeldantennenstruktur 50 und der Elektrode 51 befestigt sein, die benachbart zueinander sind.
Bei dem siebten Ausführungsbeispiel können sowohl eine Kommunikation, bei der Breitbandfrequenzen verwendet werden, die die Magnetfeldbildungsstruktur einsetzen, als auch eine Kommunikation unter Verwendung des Nichtkontakt-IC-Kartensystems, das die Magnetfeldantennenstruktur 50 einsetzt, miteinander implementiert sein. Zum Beispiel kann ein großes Datenvolumen, wie z. B. Bilder oder Musik, gleichzeitig zu der Ausführung einer Finanztransaktion empfangen werden, an einem Bedarfsartikelgeschäft oder ähnlichem.
Die Magnetfeldantennenstruktur 50 ist als eine vergleichsweise große Schleife gebildet und daher, vorausgesetzt, dass die Magnetfeldbildungsstruktur und die umliegende Struktur darin angeordnet sind, können die Strukturen kombiniert werden, um kompakt hergestellt zu werden. Bei herkömmlichen Kopplern eines Kopplungssystems eines elektrischen Feldes, da eine Magnetfelderzeugung notwendig ist, ist die kombinierte Verwendung der Magnetfeldantennenstruktur 50 nicht möglich.
Es ist bevorzugt, die Magnetfeldbildungsstruktur in dem Mittelabschnitt der Magnetfeldantennenstruktur 50 anzuordnen. Die Magnetfeldbildungsstruktur ist von sehr geringer Größe und es ist schwierig, ihre Position mit der der anderen Antenne abzugleichen. Es ist jedoch einfach, die Position der Magnetfeldantennenstruktur 50, was eine vergleichsweise große Schleife ist, mit der der anderen Antenne zur Zeit der Kommunikation abzugleichen, und dadurch wird die Position der Magnetfeldbildungsstruktur auch genau mit der der anderen Struktur abgeglichen. Zum Beispiel vorausgesetzt, dass eine Markierung oder ähnliches derart erzeugt ist, dass der Mittelabschnitt der Magnetfeldantennenstruktur 50 von außen erkennbar ist, kann auch der Positionsabgleich für die Magnetfeldbildungsstruktur genau ausgeführt werden durch Ausführen einer Positionsanpassung unter Verwendung der Markierung oder ähnlichem.
In 11 ist ein Verbindungszustand zwischen dem Hochfrequenzkoppler und einer Kommunikationsschaltungseinheit, die auf einer gedruckten Verdrahtungsschaltungsplatine 60 befestigt ist, die in eine Kommunikationsvorrichtung eingebaut ist, wie z. B. eine Mobiltelefonvorrichtung, dargestellt. Der Elektrodenabschnitt 16a (siehe 4) des Hochfrequenzkopplers 10 ist elektrisch mit einer Kommunikationsschaltungseinheit eines Kommunikationssystems verbunden, in dem Breitbandfrequenzen verwendet werden, durch einen Verbindungsstift 61 und einen Steg 62. Ferner ist die Magnetfeldantennenstruktur 50 elektrisch mit einer Kommunikationsschaltungseinheit eines Nichtkontakt-IC-Kartensystems durch einen Verbindungsstift 63 und einen Steg 64 verbunden. Als Verbindungsstift 61 des Hochfrequenzkopplers 10 ist es nicht notwendig, einen teuren Stift für Hochfrequenzen zu verwenden und stattdessen kann ein günstiger Stift für niedrige Frequenzen so wie der Stift 63 verwendet werden.
Das Symbol 3 in 11 bezeichnet eine ungefähr 500 μm dicke Magnetlage, und die Magnetlage 3 ist mit dem Hochfrequenzkoppler 10 überlagert, der aus der Magnetfeldbildungsstruktur und der umliegenden Struktur besteht und der Magnetfeldantennenstruktur 50, betrachtet in Draufsicht. Die dadurch erreichten Betriebsvorteile wurden bezugnehmend auf 1(C) erklärt. Nämlich wird das Magnetfeld in beiden Richtungen orthogonal zu der Ebene der Strukturen abgestrahlt. Eine der Richtungen des Magnetfelds wird absorbiert und nur das Magnetfeld in der anderen Richtung wird aufgrund dieser Struktur abgestrahlt. Und daher kann der Einfluss von Metallkomponenten darauf, wie z. B. Batterien, die in die Mobiltelefonvorrichtung eingebaut sind, beseitigt werden.
(Achtes Ausführungsbeispiel, siehe Fig. 12)
Ein Hochfrequenzkoppler gemäß einem achtes Ausführungsbeispiel, wie in 12 dargestellt ist, hat im Wesentlichen dieselbe Struktur wie die des dritten Ausführungsbeispiels (siehe 6), bei der die Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B nahe beieinander auf der vorderen Oberfläche der Lage 20 angeordnet sind, die umliegende Struktur 2 um den Umfang der Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B angeordnet ist und ferner die Elektroden 15A und 15B auf der Rückoberfläche der Lage 20 angeordnet sind. Bei dem achtes Ausführungsbeispiel ist ferner ein Verbindungsabschnitt 2d in dem Mittelabschnitt 2c der umliegenden Struktur 2 in der Mitte in der Längsrichtung derselben gebildet und eine Metallplatte 70 ist elektrisch mit dem Verbindungsabschnitt 2d durch einen säulenartigen Abschnitt 71 verbunden. Die Metallplatte 70 ist auf der Lage 20 durch Stützsäulen 72 an den vier Ecken derselben angeordnet, um die Magnetfeldbildungsstrukturen 1A und 1B und die umliegende Struktur 2 abzudecken.
Bei dem achten Ausführungsbeispiel, da die Metallplatte 70 elektrisch mit dem Mittelabschnitt 2c der umliegenden Struktur 2 verbunden ist, können elektrische Felder über ein Breitband gesendet und empfangen werden und die Energieübertragungseffizienz kann verbessert werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird die vorliegende Erfindung bei Hochfrequenzkopplern und Kommunikationsvorrichtungen verwendet und ist insbesondere deshalb ausgezeichnet, da sie kompakt ist und in der Lage ist, effizient ein großes Datenvolumen über eine kurze Distanz zu kommunizieren.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B: Magnetfeldbildungsstruktur
2: umliegende Struktur
2a, 2b: zurückgefalteter Abschnitt
2c: Mittelabschnitt
3: Magnetlage
10: Hochfrequenzkoppler
11: Senderschaltung
12: Empfängerschaltung
50: Magnetfeldantennenstruktur
60: gedruckte Schaltungsleitungsplatine
61: Verbindungsstift
62: Steg
70: Metallplatte

Claims

Hochfrequenzkoppler, der folgende Merkmale aufweist: eine Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b), die ein Magnetfeld in einer bestimmten Richtung bildet; und eine umliegende Struktur (2), die um den Umfang der Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) angeordnet ist und die einen Teil des Magnetfeldes blockiert, das durch die Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) erzeugt wird, wobei sich der Teil des Magnetfeldes lateral in einer Ebene der Strukturen erstreckt, wobei die umliegende Struktur (2) eine Schleife mit einer Mehrzahl von Windungen bildet, wobei benachbarte Abschnitte der Schleife, die durch zurückgefaltete Abschnitte (2a, 2b) verbunden sind, entgegengesetzte Windungsrichtungen aufweisen.
Hochfrequenzkoppler gemäß Anspruch 1, bei dem die umliegende Struktur (2) in der Nähe der Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) angeordnet ist und benachbarte Abschnitte der Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) und der umliegenden Struktur (2) in Schleifen mit entgegengesetzten Windungsrichtungen bilden.
Hochfrequenzkoppler gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die zurückgefalteten Abschnitte (2a, 2b) an unterschiedlichen umliegenden Positionen angeordnet sind, wenn sie in Draufsicht betrachtet werden.
Hochfrequenzkoppler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) und die umliegende Struktur (2) elektrisch miteinander durch einen Längsrichtungsmittelabschnitt (2c) der umliegenden Struktur (2) verbunden sind.
Hochfrequenzkoppler gemäß Anspruch 4, bei dem eine Metallplatte (70) elektrisch mit dem Längsrichtungsmittelabschnitt (2c) der umliegenden Struktur (2) verbunden ist.
Hochfrequenzkoppler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die umliegende Struktur (2) eine Dipolantenne ist.
Hochfrequenzkoppler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Länge der umliegenden Struktur (2) ein ganzzahliges Mehrfaches von λ/2 ist.
Hochfrequenzkoppler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein magnetisches Bauglied auf einer Seite in der Richtung vorgesehen ist, in der das Magnetfeld durch die Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) erzeugt wird.
Hochfrequenzkoppler gemäß Anspruch 8, bei dem das magnetische Bauglied mit der Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) überlagert ist, betrachtet in Draufsicht.
Hochfrequenzkoppler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) aus zwei Schleifenbildungsstrukturen gebildet ist.
Hochfrequenzkoppler gemäß Anspruch 10, bei dem die zwei Strukturen (1a, 1b) eine Schleife mit derselben Windungsrichtung bilden.
Hochfrequenzkoppler gemäß Anspruch 10, bei dem die zwei Strukturen (1a, 1b) eine Schleife mit entgegengesetzter Windungsrichtungen bilden.
Hochfrequenzkoppler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, der ferner eine Magnetfeldantennenstruktur (50) aufweist, wobei die Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) und die umliegende Struktur (2) innerhalb der Magnetfeldantennenstruktur (50) angeordnet sind.
Hochfrequenzkoppler gemäß Anspruch 13, bei dem eine Resonanzfrequenz der Magnetfeldantennenstruktur (50) niedriger ist als eine Kommunikationsfrequenz der Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b).
Hochfrequenzkoppler gemäß Anspruch 13 oder Anspruch 14, bei dem die Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) in einem Mittelabschnitt der Magnetfeldantennenstruktur (50) angeordnet ist.
Hochfrequenzkoppler gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem ein magnetisches Bauglied auf einer Seite in der Richtung vorgesehen ist, in der das Magnetfeld durch die Magnetfeldbildungsstruktur gebildet ist und das magnetische Bauglied mit der Magnetfeldbildungsstruktur und der Magnetfeldantennenstruktur überlagert ist, in Draufsicht betrachtet.
Kommunikationsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen Hochfrequenzkoppler (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16; und eine Kommunikationsschaltungseinheit (11, 12), die Hochfrequenzsignale verarbeitet, die zum Übertragen von Daten verwendet werden.
Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 17, bei der eine Elektrode (16a, 16b), die kapazitiv mit einem Ende der Magnetfeldbildungsstruktur (1a, 1b) gekoppelt ist, elektrisch mit der Kommunikationsschaltungseinheit (11, 12) verbunden ist.
Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 18, bei der die Elektrode (16a, 16b) elektrisch mit einem Steg (15a, 15b) auf einer gedruckten Schaltungsleitungsplatine (20) der Kommunikationsschaltungseinheit (11, 12) verbunden ist.