JP2008271074A - 高周波結合器 - Google Patents

Abstract

【課題】壁等に孔を開けることなく、窓ガラスを介して、屋外に設置されたアンテナと屋内機器との間で高周波信号を伝送する。
【解決手段】窓ガラスの両側に配置される第１の結合素子と第２の結合素子とを備え、第１の結合素子は、第１誘電体基板と、第１誘電体基板の一方の面上に形成される両端開放の第１ストリップ導体と、第１誘電体基板の他方の面上に形成される第１接地導体とを有し、第２の結合素子は、第２誘電体基板と、第２誘電体基板の一方の面上に形成される両端開放の第２ストリップ導体と、第２誘電体基板の他方の面上に形成される第２接地導体とを有し、第１ストリップ導体と第２ストリップ導体とは、前記窓ガラスを挟んで互いに対向するとともに、給電点が互いに対向しないように窓ガラスの両側に配置される。高周波結合器を介して伝送される高周波の中心周波数の波長をλｏとするとき、第１および第２ストリップ導体の長さＬａは、２λｏ／５≦Ｌａ≦３λｏ／５を満足する。
【選択図】図２

Description

本発明は、高周波結合器に係り、特に、窓ガラスを介して屋内機器と屋外機器との間で高周波信号を伝送する高周波結合器に関する。

電波の方向や壁や窓ガラスの影響で電波の強度が減衰するので、室内で電波を受信することが困難な場合がある。このような場合には、屋外にアンテナを設置し、屋内機器との間でケーブルなど接続することにより、電波を受信することが可能である。
一方、同軸コネクタのように接触による手段でなく非接触の状態で高周波信号を伝達し、しかも、着脱が容易で、かつ接触に起因する相互変調歪のない高周波結合器が知られている。（下記特許文献１参照）

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
特開２００４−２２１９３１号公報

前述したように、室内で電波を受信する場合に、電波の方向や壁や窓ガラスの影響で電波を受信できないときには、屋外にアンテナを設置し、屋内機器との間でケーブルなど接続することにより、電波を受信することが可能である。
しかしながら、屋外にアンテナを設置する場合には、屋外に設置されたアンテナと屋内機器とをケーブルなどで接続する必要があるため、壁などに、ケーブルを通すための孔を開ける必要があった。そのため、壁などに孔を開けられない場合には、例えば、窓ガラスを介して高周波信号を伝達する高周波結合器などが必要とされる。
前述の特許文献１には、同軸コネクタのように接触による手段でなく非接触の状態で高周波信号を伝達し、しかも、着脱が容易で、かつ接触に起因する相互変調歪のない高周波結合器が開示されているが、この特許文献１には、窓ガラスを介して、屋外に設置されたアンテナと屋内機器との間で高周波信号を伝送するための構成は開示されていない。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、壁等に孔を開けることなく、窓ガラスを介して、屋外に設置されたアンテナと屋内機器との間で高周波信号を伝送することが可能となる高周波結合器を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）窓ガラスの両側に配置される第１の結合素子と第２の結合素子とを備える高周波結合器であって、前記第１の結合素子は、第１誘電体基板と、前記第１誘電体基板の一方の面上に形成される両端開放の第１ストリップ導体と、前記第１誘電体基板の他方の面上に形成される第１接地導体とを有し、前記第２の結合素子は、第２誘電体基板と、前記第２誘電体基板の一方の面上に形成される両端開放の第２ストリップ導体と、前記第２誘電体基板の他方の面上に形成される第２接地導体とを有し、前記第１ストリップ導体と前記第２ストリップ導体とは、前記窓ガラスを挟んで互いに対向するとともに、給電点が互いに対向しないように、前記窓ガラスの両側に配置されることを特徴とする。
（２）（１）において、高周波結合器を介して伝送される高周波の中心周波数の波長をλｏとするとき、前記第１ストリップ導体および前記第２ストリップ導体の長さＬａは、２λｏ／５≦Ｌａ≦３λｏ／５を満足する。

（３）（１）または（２）において、前記第１接地導体を囲むように、前記第１接地導体の周囲に設けられる第１隔壁と、前記第２接地導体を囲むように、前記第２接地導体の周囲に設けられる第２隔壁とを有し、前記第１隔壁と前記第２隔壁の高さＬｂは、λｏ／５≦Ｌｂ≦１３λｏ／１０を満足する。
（４）（３）において、前記第１接地導体と前記第１隔壁とは一体に形成され、前記第２接地導体と前記第２隔壁と一体に形成される。
（５）（１）ないし（３）の何れかにおいて、前記第１接地導体の周囲で、前記窓ガラス上に設けられる第１帯状導体と、前記第２接地導体の周囲で、前記窓ガラス上に設けられる第２帯状導体とを有し、前記第１帯状導体と前記第２帯状導体の長さＬｃは、λｏ／５≦Ｌｃ≦１３λｏ／１０を満足する。
（６）（５）において、前記第１接地導体と前記第１隔壁と前記第１帯状導体とは一体に形成され、前記第２接地導体と前記第２隔壁と前記第２帯状導体とは一体に形成される。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、壁等に穴を開けることなく、窓ガラスを介して、屋外に設置されたアンテナと屋内機器との間で高周波信号を伝送することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の実施例の高周波結合器を構成する結合素子の概略構成を示す模式図である。
図１において、１はストリップ導体、２は誘電体基板、３は接地導体、４は給電点を示す。図１に示すように、本実施例の結合素子３０は、マイクロストリップアンテナと類似した構造を有する。
図１に示すストリップ導体１は、両端が開放端とされ、長さＬａは約λｏ／２とされる。ここで、λｏは、本実施例の高周波結合器を介して伝送される高周波の中心周波数の波長である。なお、両端開放のストリップ導体１の長さＬａは、必ずしも約λｏ／２である必要はなく、両端開放のストリップ導体１の長さＬａは、２λｏ／５≦Ｌａ≦３λｏ／５を満足すればよい。

図２は、本実施例の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図である。図２において、１０は窓ガラス、３０Ａは第１の結合素子、３０Ｂは第２の結合素子であり、第１の結合素子３０Ａと、第２の結合素子３０Ｂは、図１に示す結合素子と同様な構造を有する。
図２に示すように、本実施例では、第１の結合素子３０Ａのストリップ導体１と、第２の結合素子３０Ｂのストリップ導体１とが、窓ガラス１０を挟んで対向するように、第１の結合素子３０Ａと第２の結合素子３０Ｂとを窓ガラス１０の両側に配置して構成される。この場合に、第１の結合素子３０Ａのストリップ導体１と、第２の結合素子３０Ｂの第２ストリップ導体とは、給電点が互いに対向しないように、窓ガラス１０の両側に配置される。
ここで、第１の結合素子３０Ａおよび第２の結合素子３０Ｂにおける、両端開放のストリップ導体１の幅は、高周波結合器を介して伝送される高周波の帯域幅、高周波結合器を介して伝送される高周波の通過損失、両端開放のストリップ導体１の入力（または、出力）インピーダンスなどに応じて適宜設定される。
図２において、１１は同軸コネクタであり、同軸コネクタ１１に接続される同軸ケーブルを介して、第１の結合素子３０Ａの給電点４（あるいは第２の結合素子３０Ｂの給電点４）に高周波信号を入力し、第２の結合素子３０Ｂの給電点４（あるいは第１の結合素子３０Ａの給電点４）から高周波信号を出力する。
なお、給電点４の位置は、同軸コネクタ１１に接続される同軸ケーブルのインピーダンスに応じて決定される。

本実施例の高周波結合器では、同軸ケーブル（図示せず）および同軸コネクタ１１を介して、第１の結合素子３０Ａの給電点４に高周波信号（マイクロ波）が入力されると、第１の結合素子３０Ａのストリップ導体１を励振する。これにより、第２の結合素子３０Ｂのストリップ導体１に高周波信号が励起され、この高周波信号は、第２の結合素子３０Ｂの給電点４から同軸コネクタ１１および同軸ケーブル（図示せず）介して外部に出力される。
このように、本実施例の高周波結合器によれば、窓ガラス１０を介して高周波信号が伝送されるので、壁などにケーブルを通すための孔を開ける必要がない。なお、第１の結合素子３０Ａと、第２の結合素子３０Ｂは、接着により窓ガラス１０に固定される。例えば、誘電体基板２のストリップ導体１側の面で、ストリップ導体１が形成されない位置に貼り付けた両面テープなどにより窓ガラス１０に固定される。

図３は、本実施例の高周波結合器の反射減衰量特性の一例を示すグラフであり、図３において、縦軸は反射減衰量（ｄＢ）、横軸は周波数（ＧＨｚ）である。
図３は、２．２ＧＨｚ、２．３ＧＨｚ、２．４５ＧＨｚ、２．６ＧＨｚ、２．７ＧＨｚのそれぞれの周波数において、窓ガラス１０の厚さ（ｔ）が、４ｍｍ（図３の実線）、６ｍｍ（図３の破線）、８ｍｍ（図３の一点鎖線）、１０ｍｍ（図３の長破線）のそれぞれの場合の反射減衰量を示すグラフである。
また、図４は、本実施例の高周波結合器の通過損失特性の一例を示すグラフであり、図４において、縦軸は通過損失（ｄＢ）、横軸は周波数（ＧＨｚ）である。
図４は、２．２ＧＨｚ、２．３ＧＨｚ、２．４５ＧＨｚ、２．６ＧＨｚ、２．７ＧＨｚのそれぞれの周波数において、窓ガラス１０の厚さ（ｔ）が、４ｍｍ（図３の実線）、６ｍｍ（図３の破線）、８ｍｍ（図３の一点鎖線）、１０ｍｍ（図３の長破線）のそれぞれの場合の通過損失を示すグラフである。
周波数が、２．４５ＧＨｚのときの反射減衰量（ｄＢ）と、通過損失（ｄＢ）の値は下記表１の通りである。

図４に示すように、最小の通過損失は、周波数が、２．６ＧＨｚで、窓ガラス１０の厚さ（ｔ）が４ｍｍのときの、−０．６ｄＢであった。
さらに、窓ガラス１０の厚さ（ｔ）が４ｍｍときの（１ｄＢ帯域幅／中心周波数）、窓ガラス１０の厚さ（ｔ）が６ｍｍときの（２ｄＢ帯域幅／中心周波数）、窓ガラス１０の厚さ（ｔ）が８ｍｍときの（３ｄＢ帯域幅／中心周波数）、および窓ガラス１０の厚さ（ｔ）が１０ｍｍときの（５ｄＢ帯域幅／中心周波数）は、それぞれ８％であった。
図３、図４のグラフから分かるように、本実施例の高周波結合器では、窓ガラス１０の厚さ（ｔ）が増えるにつれ損失が増大し、さらに帯域幅が減少するが、本実施例の高周波結合器は、窓ガラス１０の厚さ（ｔ）が、４ｍｍから１０ｍｍのときに効果がある。特に、窓ガラス１０の厚さ（ｔ）が、４ｍｍときには、通過損失が極めて少なく、一般家庭での仕様に有効である。
また、本実施例の高周波結合器において、窓ガラス１０の厚さ（ｔ）が、１０ｍｍの場合は、通過損失が２．５ｄＢ程度になるが、本実施例の高周波結合器を使用しない場合に比較して大幅に通過損失を減少させることができる。
なお、前述の特許文献１に記載されている高周波結合器は、一端が短絡され先端が開放端である、約λｏ／４のストリップ導体を使用しているが、本実施例の高周波結合器は、帯域幅の増大と通過損失の減少のために、両端開放の約λｏ／２のストリップ導体１を使用している点で、本願の高周波結合器は、前述の特許文献１に記載されている高周波結合器と異なっている。
前述の特許文献１に記載されている高周波結合器の、一端が短絡され先端が開放端である約λｏ／４のストリップ導体の場合、窓ガラスの影響が大きく、窓ガラスの暑さが増すに従い通過損失が増大する。
これは主として側面への放射損失が原因と考えられ、前述の特許文献１の、一端が短絡され先端が開放端である約λｏ／４のストリップ導体では、最小損失は１．５ｄＢ以下にならなかった。

図５（ａ）は、本実施例の高周波結合器の変形例の概略構成を示す要部断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す放射損失低減用の導体の概略構成を示す斜視図である。
図５（ａ）に示す高周波結合器は、放射損失低減用の導体５を有する点で、図１に示す高周波結合器と相違する。
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、放射損失低減用の導体５は、第１の結合素子３０Ａの接地導体３、あるいは、第２の結合素子３０Ｂの接地導体３上に配置される。そのため、放射損失低減用の導体５は、第１の結合素子３０Ａ、あるいは、第２の結合素子３０Ｂを収納するための凹部を有する。
さらに、放射損失低減用の導体５は、第１の結合素子３０Ａの接地導体３を囲むように、第１の結合素子３０Ａの接地導体３の周囲に設けられる隔壁５１、並びに、第２の結合素子３０Ｂの接地導体３を囲むように、第２の結合素子３０Ｂの接地導体３の周囲に設けられる隔壁５１を有する。
ここで、放射損失低減用の導体５は接着等により、第１の結合素子３０Ａの接地導体３、あるいは、第２の結合素子３０Ｂの接地導体３上に固定される。また、隔壁５１の高さ（Ｌｂ）は、約λｏ／４、即ち、λｏ／５≦Ｌｂ≦１３λｏ／１０を満足するようにされる。
一端が開放端とされ、長さがλｏ／４の線路は、他端が接地電位となるので、図５（ａ）に示す高周波結合器では、第１の結合素子３０Ａの接地導体３と、第２の結合素子３０Ｂの接地導体３の周囲に設けた隔壁５１の他端（開放端の反対側）が接地電位となるので、電波の周囲への放射を減少させることができる。これにより、外部への電波の漏れを減少させて、通過損失を低減させることが可能となる。
なお、図６に示すように、放射損失低減用の導体５と第１の結合素子３０Ａの接地導体３、あるいは、放射損失低減用の導体５と第２の結合素子３０Ｂの接地導体３とを一体に形成するようにしてもよい。即ち、第１の結合素子３０Ａの接地導体３、および第２の結合素子３０Ｂの接地導体３を、放射損失低減用の導体５で兼用するようにしてもよい。

図７（ａ）は、本実施例の高周波結合器の変形例の概略構成を示す要部断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す放射損失低減用の導体の概略構成を示す斜視図である。
図７（ａ）に示す高周波結合器も、放射損失低減用の導体５を有する点で、図１に示す高周波結合器と相違する。
図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、放射損失低減用の導体５は、第１の結合素子３０Ａの接地導体３、あるいは、第２の結合素子３０Ｂの接地導体３上に配置される。そのため、放射損失低減用の導体５は、第１の結合素子３０Ａ、あるいは、第２の結合素子３０Ｂを収納するための凹部を有する。
さらに、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）に示す高周波結合器は、放射損失低減用の導体５が、第１の結合素子３０Ａの接地導体３の周囲で窓ガラス上に設けられる帯状導体５２、並びに、第２の結合素子３０Ｂの接地導体３の周囲で窓ガラス上に設けられる帯状導体５２を有する点で、図５（ａ）に示す高周波結合器と相違する。
ここで、帯状導体５２の長さ（Ｌｃ）は、約λｏ／４、即ち、λｏ／５≦Ｌｃ≦１３λｏ／１０を満足するようにされる。
一端が開放端とされ、長さがλｏ／４の線路は、他端が接地電位となるので、図７（ａ）に示す高周波結合器では、第１の結合素子３０Ａの接地導体３と、第２の結合素子３０Ｂの接地導体３の周囲に設けた隔壁５１と帯状導体５２との他端（開放端の反対側）が接地電位となるので、電波の周囲への放射を減少させることができる。これにより、外部への電波の漏れを減少させて、通過損失を低減させることが可能となる。

なお、図７（ａ）に示す高周波結合器では、帯状導体５２に両面テープなどを貼り付けることにより、第１の結合素子３０Ａと第２の結合素子３０Ｂを窓ガラス１０に固定する。
また、図７（ａ）に示す高周波結合器においても、図６に示すように、放射損失低減用の導体５と第１の結合素子３０Ａの接地導体３、あるいは、放射損失低減用の導体５と第２の結合素子３０Ｂの接地導体３とを一体に形成するようにしてもよい。即ち、第１の結合素子３０Ａの接地導体３、および第２の結合素子３０Ｂの接地導体３を、放射損失低減用の導体５で兼用するようにしてもよい。
さらに、第１の結合素子３０Ａの接地導体３と、第２の結合素子３０Ｂの接地導体３の周囲に隔壁５１と、帯状導体５２とを設ける代わりに、第１の結合素子３０Ａの接地導体３と、第２の結合素子３０Ｂの接地導体３の周囲に帯状導体５２のみを設けるようにしてもよい。
このように、本実施例の高周波結合器は、壁等に穴を開けることなく、窓ガラスを介して、屋外に設置されたアンテナと屋内機器との間で高周波信号を伝送することが可能となり、無線ＬＡＮ、携帯電話の屋内外対策、中継器の屋内外信号伝送などに使用して効果がある。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の実施例の高周波結合器を構成する結合素子の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施例の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図である。 本発明の実施例の高周波結合器の反射減衰量の一例を示すグラフである。 本発明の実施例の高周波結合器の通過損失の一例を示すグラフである。 本発明の実施例の高周波結合器の変形例の概略構成を示す要部断面図である。 図５（ａ）に示す放射損失低減用の導体の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施例の高周波結合器の変形例の概略構成を示す要部断面図である。 本発明の実施例の高周波結合器の変形例の概略構成を示す要部断面図である。 図７（ａ）に示す放射損失低減用の導体の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ ストリップ導体
２ 誘電体基板
３ 接地導体
４ 給電点
５ 放射損失低減用の導体
１０ 窓ガラス
１１ 同軸コネクタ
３０，３０Ａ，３０Ｂ 結合素子
５１ 隔壁
５２ 帯状導体

Claims (6)

1. 窓ガラスの両側に配置される第１の結合素子と第２の結合素子とを備える高周波結合器であって、
   前記第１の結合素子は、第１誘電体基板と、
   前記第１誘電体基板の一方の面上に形成される両端開放の第１ストリップ導体と、
   前記第１誘電体基板の他方の面上に形成される第１接地導体とを有し、
   前記第２の結合素子は、第２誘電体基板と、
   前記第２誘電体基板の一方の面上に形成される両端開放の第２ストリップ導体と、
   前記第２誘電体基板の他方の面上に形成される第２接地導体とを有し、
   前記第１ストリップ導体と前記第２ストリップ導体とは、前記窓ガラスを挟んで互いに対向するとともに、給電点が互いに対向しないように、前記窓ガラスの両側に配置されることを特徴とする高周波結合器。
2. 高周波結合器を介して伝送される高周波の中心周波数の波長をλｏとするとき、前記第１ストリップ導体および前記第２ストリップ導体の長さＬａは、２λｏ／５≦Ｌａ≦３λｏ／５を満足することを特徴とする請求項１に記載の高周波結合器。
3. 前記第１接地導体を囲むように、前記第１接地導体の周囲に設けられる第１隔壁と、
   前記第２接地導体を囲むように、前記第２接地導体の周囲に設けられる第２隔壁とを有し、
   前記第１隔壁と前記第２隔壁の高さＬｂは、λｏ／５≦Ｌｂ≦１３λｏ／１０を満足することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波結合器。
4. 前記第１接地導体と前記第１隔壁とは一体に形成され、
   前記第２接地導体と前記第２隔壁と一体に形成されることを特徴とする請求項３に記載の高周波結合器。
5. 前記第１接地導体の周囲で、前記窓ガラス上に設けられる第１帯状導体と、
   前記第２接地導体の周囲で、前記窓ガラス上に設けられる第２帯状導体とを有し、
   前記第１帯状導体と前記第２帯状導体の長さＬｃは、λｏ／５≦Ｌｃ≦１３λｏ／１０を満足することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の高周波結合器。
6. 前記第１接地導体と前記第１隔壁と前記第１帯状導体とは一体に形成され、
   前記第２接地導体と前記第２隔壁と前記第２帯状導体とは一体に形成されることを特徴とする請求項５に記載の高周波結合器。

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