JP5349652B2 - カプラを備えたカード装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、一般に、電磁波を送受信するためのカプラに関し、例えば近接無線通信に使用されるカプラに関する。

近年、近接無線通信技術の開発が進められている。近接無線通信技術は、互いに近接された２つのデバイス間の通信を可能にする。近接無線通信機能を有するデバイスそれぞれはカプラを含む。２つのデバイスが通信範囲内に近接された時、それら２つのデバイスのカプラは互いに電磁気的に結合される。この結合により、それらデバイスは互いに信号を無線で送受信することができる。

通常のカプラは、例えば、結合電極、直列インダクタ、並列インダクタ、グランド板等から構成される。直列インダクタ、並列インダクタは共振部として機能する。この通常のカプラにおいては、結合電極の電荷とグランド板のイメージ電荷とによって微小ダイポールが形成される。

特開２０１０−２３３１３０号公報

グランド板のイメージ電荷を用いる微小ダイポール構造は、微小モノポールアンテナと等価である。したがって、微小ダイポール構造のカプラにおいては、グランド板に多くの高周波電流が流れる。

ところで、カプラを電子機器に内蔵した場合には、カプラは、機器内の周辺部品（周辺金属）に近接された状態で配置されるか、あるいはそれら周辺金属によって囲まれる可能性がある。もしカプラに周辺金属が近接されると、グランド板からの電界放射が大幅に抑制される。したがって、グランド板に多くの高周波電流が流れる微小ダイポール構造のカプラは、周辺金属による影響を受けやすく、周辺金属による影響によってカプラの放射効率が低下される可能性がある。

本発明の目的は、グランド板への高周波電流の流入を低減できる構造のカプラを提供することである。

実施形態によれば、電子機器のカードスロットに取り外し自在に挿入されるカード装置はカプラを具備する。カプラは、他のカプラとの電磁気的結合によって電磁波を送受信し、近接無線通信に使用される。前記カプラは、グランド板と、前記グランド板に接続される給電点と、一筆書きパターンを有する素子であって、前記給電点に接続される第１端と、前記グランド板上の短絡点に接続される第２端とを有する素子とを具備する。前記素子の電気長は所望周波数帯域の中心周波数に対応する波長以上で且つ前記波長の２倍以下である。前記グランド板上における前記給電点と前記短絡点との間の電気長は前記波長の５分の１以下である。前記素子は、第１平面上に配置された第１線分と、前記第１平面上に配置され、または前記第１平面に対して隙間を置いて対向し且つ前記第１平面と平行な第２平面上に配置され、前記第１線分と平行に延在する第２線分とを含む。前記第１線分および前記第２線分の各々の電気長は、前記波長の２分の１以上で且つ前記波長以下である。

実施形態に係るカプラの構成例を示す図。 同実施形態に係るカプラに流れる高周波電流の向きを説明するための図。 同実施形態に係るカプラの線状導体の電気長と当該線状導体内の平行線分部分部の電気長を説明するための図。 同実施形態に係るカプラを３次元構造によって実現した場合の構成を示す斜視図。 図４のカプラに流れる高周波電流の向きを説明するための図。 図４のカプラの線状導体の電気長と当該線状導体内の平行線分部分部の電気長を説明するための図。 同実施形態に係るカプラを基板の片側表面に実装するための構造の例を示す図。 同実施形態に係るカプラを基板の片側表面に実装するための他の実装構造の例を示す図。 同実施形態に係るカプラを基板の片側表面に実装するためのさらに他の実装構造の例を示す図。 同実施形態に係るカプラを基板の両面を用いて実装する場合における基板表面側の構成を示す図。 図１０の基板表面側の構成例に対応する基板裏面側の構成例を示す図。 同実施形態に係るカプラを基板の両面を用いて実装する場合における基板表面側の他の構成例を示す図。 図１２の基板表面側の構成例に対応する基板裏面側の構成例を示す図。 同実施形態に係るカプラを基板の両面を用いて実装する場合における基板表面側のさらに他の構成例を示す図。 図１４の基板表面側の構成例に対応する基板裏面側の構成例を示す図。 同実施形態に係るカプラを基板の両面を用いて実装する場合における基板表面側のさらに他の構成例を示す図。 図１６の基板表面側の構成例に対応する基板裏面側の構成例を示す図。 同実施形態に係るカプラを基板の両面を用いて実装する場合における基板表面側のさらに他の構成例を示す図。 図１８の基板表面側の構成例に対応する基板裏面側の構成例を示す図。 同実施形態に係るカプラを基板の両面を用いて実装する場合における同カプラの構造を示す斜視図。 図２０のカプラ内の電界分布の解析結果を示す図。 図２０のカプラカプラの電界強度特性を示す図。 基板の片側表面に実装された同実施形態に係るカプラの電界強度特性を示す図。 同実施形態に係るカプラを内蔵したカード装置の構成例を示す図。

以下、図面を参照して、実施形態を説明する。
まず、図１を参照して、実施形態に係るカプラ１の構成について説明する。このカプラ１は、カプラ１と他のカプラとの間の電磁的結合によって電磁波を送受信する。カプラ１は、近接無線通信において使用される。近接無線通信は、互いに近接されたデバイス間のデータ転送を実行する。近接無線通信方式としては、例えばTransferJet（登録商標）を使用し得る。TransferJetは、UWB（Ultra Wide Band）を利用した近接無線通信方式である。

図１に示されるように、カプラ１は、グランド板１１と、給電点１２と、一筆書きパターンを有する素子（以下一筆書き線状導体と云う）１３と、短絡点１４とを備える。グランド板１１は平板状であり、略矩形形状を有している。このグランド板１１の一辺には給電点１２が接続される。

給電点１２の一端（低電位側）はグランド板１１に接続される。一筆書き線状導体１３は細長い素子であり、一筆書きパターンを有している。すなわち、一筆書き線状導体１３は、１ストローク（一筆書き）で描かれる連続するラインによって規定されるパターンである一筆書きパターンを有する素子である。この一筆書き線状導体１３は線状導体から構成される。この一筆書き線状導体１３の一端（始点）は給電点１２に接続されている。一筆書き線状導体１３の他端（終点）はグランド板１１の一辺上の短絡点１４に接続されている。短絡点１４は、一筆書き線状導体１３とグランド板１１との間の接続点（接地点）である。グランド板１１、給電点１２、一筆書き線状導体１３、および短絡点１４は、同一平面（Ｘ−Ｙ平面）上に配置されている。さらに、給電点１２と短絡点１４は、グランド板１１の一辺の中央部に互いに隣接して配置される。

なお、図１では、給電点１２が短絡点１４の左側に位置している例を示しているが、給電点１２が短絡点１４の右側に位置していてもよい。

本実施形態においては、カプラ１は、グランド板１１への高周波電流の流入を低減できるカプラ構造を実現するために、一筆書き線状導体１３の平行線分部分が主たる放射素子として機能するように構成されている。

一筆書き線状導体１３は、互いに略平行に延在する線分部分（以下、平行線分部分と称する）を有している。一筆書き線状導体１３は、平行線分部分に同じ向きの高周波電流が流れるモード（同相モード）で動作するように構成されている。図２の各矢印は一筆書き線状導体１３に流れる高周波電流の向きを示している。図２において、破線で囲まれた部分が平行線分部分である。平行線分部分はグランド板１１の一辺と平行なＸ方向に延在している。

カプラ１が同相モードで動作した場合、図２に示されているように、平行線分部分の２つの平行線路には互いに同じ方向の高周波電流が流れる。よって、Ｘ方向に多くの高周波電流を流すことができ、所望の電界放射パターンを生成することができる。

同相モードにおいては、さらに、一筆書き線状導体１３の平行線分部分とグランド板１１との間には、互いに逆向きの高周波電流が流れる。すなわち、給電点１２と一筆書き線状導体１３との間に流れる高周波電流と、一筆書き線状導体１３と短絡点１４との間に流れる高周波電流とは、互いに逆向きである。したがって、グランド板１１から平行線分部分に向かう高周波電流と平行線分部分からグランド板１１とが相殺される。グランド板のイメージ電荷を用いる微小ダイポール構造では、主として、結合電極からグランド板に向かう向きの高周波電流が流れる。したがって、本実施形態のカプラ構造は、微小ダイポール構造に比し、グランド板１１への高周波電流の流入を低減することができる。

よって、本実施形態のカプラ１においては、一筆書き線状導体１３の平行線分部分が主たる放射素子として機能し、グランド板１１はほとんど電界放射に用いられない。このことは、たとえ周辺金属によってグランド板１１の電界放射が抑制されても、カプラ１の電界放射効率にはほとんど影響がないことを意味する。したがって、周辺金属が存在する状況においても十分な放射効率を実現することができる。また、平行線分部分はグランド板１１の一辺と平行なＸ方向に延在しているので、高周波電流はＸ方向に流れる。したがって、通信方向（＋Ｙ方向）に対する電界強度が十分に高い所望の電界放射パターンを得ることができる。

以下、上述の同相モードを実現するための一筆書き線状導体１３の構成例について説明する。

図１に示すように、一筆書き線状導体１３は、線分１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅを備える。グランド板１１の一辺上の中央部には、給電点１２と短絡点１４が所定の間隔を置いて配置されている。ここでは、給電点１２から見て右側に短絡点１４が配置されている。線分１３ａの一端は給電点１２に接続されており、線分１３ａは＋Ｙ方向、つまりグランド板１１の一辺と直交する方向に延在している。線分１３ｅの一端は短絡点１４に接続されており、線分１３ｅは＋Ｙ方向、つまりグランド板１１の一辺と直交する方向に延在している。

線分１３ｂの一端は線分１３ａの他端に接続されており、この線分１３ｂは、＋Ｘ方向、つまりグランド板１１の一辺の中央部から左端部に向かう第１方向に延在している。線分１３ｄの一端は線分１３ｅの他端に接続されており、この線分１３ｄは、−Ｘ方向、つまり第１方向とは逆の第２方向（グランド板１１の一辺の中央部から右端部に向かう方向）に延在している。

線分１３ｃは、線分１３ｂの他端と線分１３ｄの他端との間を接続する折り返し線分である。この線分１３ｃは、線分１３ｂ，線分１３ｄとそれぞれと平行に延在する平行線分部を有している。

一筆書き線状導体１３の線路長、つまり一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１はλ以上且つ２λ以下である。λは、所望周波数帯域の中心周波数に対応する波長である。換言すれば、一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１の最小値はλであり、一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１の最大値は2λである。所望周波数帯域はカプラ１を用いた無線通信（近接無線通信）に使用すべき周波数帯域である。

給電点１２と短絡点１４との間の距離、つまりグランド板１２上における給電点１２と短絡点１４との間の電気長Ｌ３は、波長λの５分の１以下である。給電点１２と短絡点１４との間の電気長Ｌ３を波長λの５分の１以下に設定するのは、上述の同相モードを実現し、且つカプラ１の入力インピーダンスを高めるためである。

一筆書き線状導体１３内の平行線分部分の電気長Ｌ２、つまり、主として放射に寄与する平行な線路長は、λ／２以上でλ以下である。換言すれば、平行線分部分の電気長Ｌ２の最小値はλ／２であり、平行線分部分の電気長Ｌ２の最大値はλである。これは、次の理由による。

平行線分部分の電気長Ｌ２の最大値がλである理由は、もし平行線分部分の電気長Ｌ２がλよりも長いと、平行線分部分に逆相電流が流れる可能性があるためである。また、平行線分部分の電気長Ｌ２の最小値がλ／２である理由は、もし平行線分部分の電気長Ｌ２がλ／２よりも短いと、同相モードが発生しにくくなるためである。

線分１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは上述の平行線分部分として機能する。平行線分部分は、グランド板１１の一辺と平行に延在する第１線分と、この第１線分と平行に延在する第２線分とから構成される。給電点１２と短絡点１４との間の電気長Ｌ３は十分に短いので、線分１３ｂと線分１３ｄとの間の隙間はほとんど無視することができる。よって、線分１３ｂ、１３ｄが上述の第１線分として機能する。また線分１３ｃが上述の第２線分として機能する。これら第１線分および第２線分の各々の電気長が、上述の平行線分部分の電気長Ｌ２である。

カプラ１は、カプラ１から１０λ以下の範囲内に存在する他のカプラに電磁気的に結合し、他のカプラとの通信を実行する。

次に、図３を参照して、図１のカプラ１の一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１，Ｌ２の長さの例について説明する。

ここでは、線分１３ａと線分１３ｂの合計電気長はλ／４である。線分１３ａ，１３ｄの各々の電気長はβである。線分１３ａと線分１３ｃとの間に存在する微小線分の電気長はαである。同様に、線分１３ｃと線分１３ｄとの間に存在する微小線分の電気長はαである。

αは、以下の範囲内の値に設定される。

(λ/100)＜α＜(λ/10)
この(λ/100)＜α＜(λ/10)の範囲は、同相モードが発生することが可能なαの値の範囲である。

βは、以下の範囲内の値に設定される。

(λ/50)＜β＜(λ/5)
この(λ/50)＜β＜(λ/5)の範囲は、同相モードが発生し、且つ実用的なβの長さの範囲である。

一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１の最小値は以下のように求められる。

L1＝4((λ/4)-(α/2))+2α+2β
＝λ-2α+2α+2β
＝λ+2β
＝λ+(λ/50)
≒λ
一筆書き線状導体１３の平行線分部分の電気長Ｌ２は以下のように求められる。

L2＝(λ/4)-β+(λ/4)-(α/2)
＝(λ/2)-β-(α/2)
＝(λ/2)-(λ/50)-(λ/100)/2
≒λ/2
このように、本実施形態のカプラ１においては、一筆書き線状導体１３の平行線分部分が主に放射に寄与する部分として機能することによって、グランド板１１への高周波電流の流入を低減できる構造となっている。したがって、グランド板１１の近傍に存在する周辺金属による影響を低減でき、カプラ１を電子機器内に実装した状態においてもカプラ１の高い放射効率を維持することができる。

なお、カプラ１の構造は、図１に示したような平面型構造に限られない。たとえばカプラ１を３次元構造によって実現してもよい。

図４は３次元構造を有するカプラ１の構成例を示している。グランド板１１はＸ−Ｙ平面上に配置されている。一筆書き線状導体１３の平行線分部分（線分１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）は、グランド板１１の表面に隙間を置いて対向する平面上に配置されている。平行線分部分（線分１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）は、Ｚ方向に伸びる線分１３ａを介してグランド板１１上の給電点１２に接続されると共に、Ｚ方向に伸びる線分１３ｄを介してグランド板１１上の短絡点１４に接続される。

図５は図４のカプラ１に流れる高周波電流を示している。図５の各矢印は高周波電流の向きを示している。

次に、図６を参照して、図４に示した３次元構造カプラ１の一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１，Ｌ２の長さの例について説明する。

一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１の最大値は以下のように求められる。

L1＝4((λ/4)-(α/2))+4((λ/4)-β)+2α+2β
＝λ-2α+λ-4β+2α+2β
＝2λ-2β
＝2λ-2(λ/50)
≒2λ
一筆書き線状導体１３の平行線分部分の電気長Ｌ２は以下のように求められる。

L2＝2((λ/4)-β+(λ/4)-(α/2))
＝2((λ/2)-β-(α/2))
＝λ-2β-α
＝λ-2(λ/50)-2(λ/100)
≒λ
次に、図７乃至図９を参照して、図１の２次元構造のカプラ１を実現するための実装構造の例を説明する。ここでは、基板（誘電体基板）の表面上にカプラ１を実装する場合について説明する。

図７は、図１の２次元構造のカプラ１を実現するための実装構造の第１の例を示している。図７に示されているように、カプラ１は、基板（誘電体基板）１０を備えている。基板１０は直方体形状を有している。基板１０は薄型基板である。基板２０の第１表面１０ａ上においては、グランド板１１、給電点１２、一筆書き線状導体１３、および短絡点１４が配置されている。

なお、基板２０の第１表面１０ａ上に無給電素子をさらに設けても良い。無給電素子は、例えば、一筆書き線状導体１３の平行線分部分と平行に、且つ平行線分部分からλ／４以下の範囲内に配置される。無給電素子は直流的には給電点１２の高電位側に接続されないが、高周波的には給電点１２の高電位側に電気的に結合される。この無給電素子により、電子機器内の周辺金属による影響をさらに低減することができる。

図８は、図１の２次元構造のカプラ１を実現するための実装構造の第２の例を示している。

ここでは、平行線路部分内の一方の線分の幅（ここでは、線分１３ｃの幅）が、平行線路部分内の他方の線分の幅（ここでは、線分１３ｂ，１３ｄの各々の幅）よりも広く設定されている。これにより、カプラ１の入力インピーダンスを高めることができる。

図９は、図１の２次元構造のカプラ１を実現するための実装構造の第３の例を示している。図９においては、一筆書き線状導体１３に複数の間隙が配置されている。これら間隙はインダクタのような集中定数部品（チップ部品）を一筆書き線状導体１３内に配置するために用いられる。

次に、図１０乃至図１９を参照して、基板（誘電体基板）の両面を用いて２次元構造のカプラ１を実現するための実装構造の例を説明する。

図１０、図１１は基板両面を用いたカプラ実装構造の第１の例を示している。図１０は基板（誘電体基板）１０の第１の表面１０ａ上に配置されるカプラ１の構成を示し、図１１は基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上に配置されるカプラ１の構成を示している。

基板１０の第１の表面１０ａ上には、グランド板１１、給電点１２、一筆書き線状導体１３の一部（線分１３ａ，１３ｂ，１３ｄ，１３ｅ）、および短絡点１４が配置される。基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上には、一筆書き線状導体１３の残りの一部（線分１３ｃ）が配置される。基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上の線分１３ｃは、基板１０の第１の表面１０ａ上の線分１３ｂ，１３ｄの延在方向と平行に延在している。

換言すれば、平行線分部分の第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）は第１平面（表面１０ａ）上に配置される。平行線分部分の第２線分（線分１３ｃ）は、第２の表面１０ｂ上に配置される。第２の表面１０ｂは、第１平面に対して隙間を置いて対向し且つ第１平面と平行な第２平面である。この第２線分（線分１３ｃ）は、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）と対向し、且つ第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）と平行に延在する。

線分１３ｂの一端（図１０においては線分１３ｂの右端）は、基板１０内のバイアホール（スルーホール）を介して第２の表面（裏面）１０ｂ上の線分１３ｃに接続される。同様に、線分１３ｄの一端（図１０においては線分１３ｄの左端）は、基板１０内の別のバイアホール（スルーホール）を介して第２の表面（裏面）１０ｂ上の線分１３ｃに接続される。

もちろん、これらバイアホールを使用する代わりに、基板１０の右側面上の配線パターンを介して線分１３ｂと線分１３ｃとを接続し、基板１０の左側面上の配線パターンを介して線分１３ｄと線分１３ｃとを接続してもよい。

図１２、図１３は基板両面を用いたカプラ実装構造の第２の例を示している。図１２は基板１０の第１の表面１０ａ上に配置されるカプラ１の構成を示し、図１３は基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上に配置されるカプラ１の構成を示している。

このカプラ実装構造の第２の例においては、平行線分部分の第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）および第２線分（線分１３ｃ）のいずれか一方は、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）および第２線分（線分１３ｃ）の他方の線分に対して非対向の部分を含んでいる。

図１２の例においては、線分１３ｂの一部分（ここでは、線分１３ｂの略左半分の部分）は、第２の表面１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の配置位置に対向する第１の表面１０ａ上の配置位置よりも下方側に存在する位置に、つまり第２線分（線分１３ｃ）の配置位置よりもグランド板１１に近寄った位置に配置されている。同様に、線分１３ｄの一部分（ここでは、線分１３ｄの略右半分の部分）も、第２の表面（裏面）１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の配置位置に対向する第１の表面１０ａ上の配置位置よりも下方側に存在する位置に、つまり第２線分（線分１３ｃ）の配置位置よりもグランド板１１に近寄った位置に配置されている。よって、線分１３ｂの略左半分の部分と線分１３ｄの略右半分の部分は、第２の表面１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）と非対向な部分である。

換言すれば、線分１３ｂの略左半分の部分の幅方向の中心位置は、第２の表面（裏面）１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の幅の外側（下方側）に位置する。同様に、線分１３ｄの略右半分の部分の幅方向の中心位置も、第２の表面（裏面）１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の幅の外側（下方側）に位置する。

これにより、線分１３ｂの略左半分の部分と線分１３ｄの略右半分の部分は、第２の表面１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）と重ならない。上述したように基板１０は薄い。このため、もし第１線分の全てと第２線分の全てが互いに基板１０を介して対向する位置に配置されたならば、第１線分に流れる高周波電流によって、第２線分においては、その高周波電流とは逆向きの電流が誘起される可能性がある。

本実施形態では、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）は、その第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）の少なくとも一部分が第２線分（線分１３ｃ）と対向しないようにレイアウトされたパターンを有している。したがって、逆向き電流の誘起を防止することができ、平行線分部分上において所望の電流分布を実現しやすくなる。

なお、図１３に示すように、第２の表面１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の中央部分の幅（線幅）を、第２線分（線分１３ｃ）の両端部における線幅よりも狭くしてもよい。これにより、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）の配置位置を少しシフトするだけで、平行線分部分に、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）と第２線分（線分１３ｃ）とが重ならない部分を設けることができる。

図１４、図１５は基板両面を用いたカプラ実装構造の第３の例を示している。図１４は基板１０の第１の表面１０ａ上に配置されるカプラ１の構成を示し、図１５は基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上に配置されるカプラ１の構成を示している。

図１４、図１５の構成例においては、図１２、図１３で説明した構成と同様に、平行線分部分に、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）と第２線分（線分１３ｃ）とが重ならない部分が設けられており、さらに、一筆書き線状導体１３に複数の間隙が設けられている。 図１６、図１７は基板両面を用いたカプラ実装構造の第４の例を示している。図１１６は基板１０の第１の表面１０ａ上に配置されるカプラ１の構成を示し、図１７は基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上に配置されるカプラ１の構成を示している。

図１７に示すように、第２の表面（裏面）１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の幅は、第１の表面１０ａ上の第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）の幅よりも広い。これにより、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）と第２線分（線分１３ｃ）は互いに対向してしまうものの、カプラ１の入力ピーダンスを高めることができる。

図１８、図１９は基板両面を用いたカプラ実装構造の第５の例を示している。図１１８は基板１０の第１の表面１０ａ上に配置されるカプラ１の構成を示し、図１９は基板１０の第２の表面（裏面）１０ｂ上に配置されるカプラ１の構成を示している。

図１８、図１９に示されているように、第１の表面１０ａ上の第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）は、第２の表面（裏面）１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）の幅よりも狭い幅を有している。第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）の幅は、第２線分（線分１３ｃ）の幅の例えば１／３以下、好ましくは、１／４以下である。さらに、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）は、基板１０を介して第２の表面（裏面）１０ｂ上の第２線分（線分１３ｃ）に対向し、且つ第２線分（線分１３ｃ）の長さ方向の中心線に沿って延在されている。一般に、線路の幅の中心位置における電界は、その線路の両側部分それぞれにおける電界に比べ低い。このため、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）を第２線分（線分１３ｃ）の長さ方向の中心線に沿って延在させることにより、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）と第２線分とが基板１０を介して対向している状態であっても、逆相電流が誘起されにくくすることができる。

なお、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）の幅を第２線分（線分１３ｃ）の幅よりも広くし、第２線分（線分１３ｃ）を、第１線分（線分１３ｂ，１３ｄ）の長さ方向の中心線に沿って延在させてもよい。

次に、図２０乃至図２２を参照して、基板両面を用いたカプラ実装構造の特性について説明する。

図２０は特性解析に用いたカプラ１の実装構造を示す斜視図である。グランド板１１、給電点１２、および一筆書き線状導体１３の線分１３ａ、１３ｂ、１３ｄ、１３ｅは、薄型誘電体基板１０の表面１０ａ上に配置されている。線分１３ａ、１３ｅはＹ方向に延在し、線分１３ｂ、１３ｄはＸ方向に延在している。

給電点１２はグランド板１１の一辺の中央部（長さ方向の中央部）に接続される。一筆書き線状導体１３は給電点１２を始点として一筆書き状に延在し、そして一筆書き線状導体１３の終点がグランド板１１の一辺の中央部上に存在する短絡点１４に接続される。 線分１３ａの一端は給電点１２に接続され、この線分１３ａは給電点１２から、グランド板１１の一辺の延在方向に対して垂直方向に延在する。線分１３ａの他端には線分１３ｂの一端が接続される。この線分１３ｂは、基板１０の中央付近から右側面に向かって、グランド板１１の一辺と平行に延在する。

線分１３ｅの一端は短絡点１４に接続され、この線分１３ｅは短絡点１４から、グランド板１１の一辺の延在方向に対して垂直方向に延在する。線分１３ｅの他端には線分１３ｄの一端が接続される。この線分１３ｄは、基板１０の中央付近から左側面に向かって、グランド板１１の一辺と平行に延在する。

一筆書き線状導体１３の線分の線分１３ｃは、基板１０を介して線分１３ｂ、１３ｄに対向するように、基板１０の裏面１０ｂ上に配置されている。線分１３ｃは、線分１３ｂ、１３ｄと平行に延在している。線分１３ｂの右端部は基板１０内のバイアホール１３１を介して裏面１０ｂ上の線分１３ｃに接続される。線分１３ｄの左端部は基板１０内のバイアホール１３２を介して裏面１０ｂ上の線分１３ｃに接続される。

なお、図２０では、基板１０の表面１０ａ側からみて、給電点１２が短絡点１４の右側に配置されているが、給電点１２を短絡点１４の左側に配置してもよい。

図２１は、図２０のカプラ１の電界分布の解析結果を示している。図２１においては、電界の高い部分ほど濃い色で示されている。また、図２１の各矢印は高周波電流の向きを示している。図２１から、一筆書き線状導体１３の平行線分部分に高い電界が発生しており、グランド板１１の電界は低いことが理解されよう。平行線分部分には同相の電流成分のみが流れる。一筆書き線状導体１３の線分１３ａ、１３ｅには互いに逆向きの電流が流れる。したがって、一筆書き線状導体１３の平行線分部分が主として電界放射に寄与し、所望の電界放射パターンを生成することができる。

図２２は、図２０のカプラ１の電界放射特性を示している。図２２においては、カプラ１が通信に使用する周波数帯域内の中心周波数（５．９ＧＨｚ）と当該周波数帯域内の両端それぞれの周波数（５．６ＧＨｚ、６．２ＧＨｚ）との３つの周波数に対応する電界放射特性（Ｅφ、Ｅθ）が示されている。５．６ＧＨｚに対応する電界放射特性は実線で示され、５．９ＧＨｚに対応する電界放射特性は破線で示され、６．２ＧＨｚに対応する電界放射特性は点線で示されている。

図２２から、通信方向（＋Ｙ方向）つまり９０度の方向においては、３つの周波数のいずれに対しても、−９．０〜−１１．３ｄＢの範囲内の安定した電界放射強度が得られていることがわかる。また、図２２から、機器内部側（−Ｙ方向）つまり２７０度の方向においては、３つの周波数のいずれについても、−１３．０〜−１５．５ｄＢの範囲内の電界放射強度であり、機器内部側（−Ｙ方向）への電界放射通信方向（＋Ｙ方向）に比べ、３〜５ｄＢだけ電界放射強度が低い。このような指向性は、機器内蔵カプラにとって好適である。

図２３は、基板片面上に実装した図７の構成を有するカプラ１の電界放射特性を示している。図２３では、周波数５ＧＨｚに対応する電界放射特性（Ｅφ、Ｅθ）が示されている。周波数が５ＧＨｚ未満の場合には、カプラ１の平行線分部分には逆相電流が流れるが、周波数が５ＧＨｚ以上になると、カプラ１は同相モードで動作し始め、通信方向（＋Ｙ方向）つまり９０度の方向においては安定した電界放射強度が得られる。

本実施形態のカプラ１は基板の片面または基板の両面に実装できるので、図２４に示すように、カプラ１は、電子機器１００のカードスロットに取り外し自在に挿入されるカード装置（たとえばＳＤカード）２００内に設けても良い。この場合、カード装置２００の一端部には、ホストとのインターフェースのためのコネクタ３０６Ａが設けられている。カプラ１は、カード装置２００の他端部側に一筆書き線状導体１３の平行線分部分が位置するように、カード装置２００内に配置される。カプラ１の基板１０としてはプリント回路基板を用いても良い。また、この基板１０上には、カプラ１のみならず、カプラ１を介して近接無線通信を実行する通信デバイスを設けても良い。

以上説明したように、本実施形態においては、一筆書き線状導体１３の電気長Ｌ１をλ〜２λの範囲内の値に設定され、一筆書き線状導体１３の平行線分部分の電気長をλ／２〜λの範囲内の値に設定され、且つ給電点１２と短絡点１４との間の電気長Ｌ３がλ／５以下に設定されているので、カプラ１の入力インピーダンスを高めることができ、且つ平行線分部分に同じ向きの多くの高周波電流を流すことができるので、グランド板への高周波電流の流入を低減できる構造となる。よって、周辺金属が存在する状況においても十分な放射効率を得ることができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…カプラ、１０…基板、１１…グランド板、１２…給電点、１３…一筆書き線状導体、１４…短絡点。

Claims (9)

1. 電子機器のカードスロットに取り外し自在に挿入されるカード装置であって、他のカプラとの電磁気的結合によって電磁波を送受信し、近接無線通信に使用されるカプラを具備し、前記カプラは、
   グランド板と、
   前記グランド板に接続される給電点と、
   一筆書きパターンを有する素子であって、前記給電点に接続される第１端と、前記グランド板上の短絡点に接続される第２端とを有する素子とを具備し、
   前記素子の電気長は所望周波数帯域の中心周波数に対応する波長以上で且つ前記波長の２倍以下であり、
   前記グランド板上における前記給電点と前記短絡点との間の電気長は前記波長の５分の１以下であり、
   前記素子は、第１平面上に配置された第１線分と、前記第１平面上に配置され、または前記第１平面に対して隙間を置いて対向し且つ前記第１平面と平行な第２平面上に配置され、前記第１線分と平行に延在する第２線分とを含み、
   前記第１線分および前記第２線分の各々の電気長は、前記波長の２分の１以上で且つ前記波長以下である、カード装置。
2. 前記給電点と前記短絡点は、前記グランド板の一辺の中央部に配置される請求項１記載のカード装置。
3. 直方体形状の誘電体をさらに具備し、
   前記第１平面は前記誘電体の第１表面であり、前記第２平面は前記第１表面に対して裏側に位置する前記誘電体の第２表面である請求項１記載のカード装置。
4. 前記第１線分および前記第２線分は前記誘電体の前記第１表面に配置される請求項３記載のカード装置。
5. 前記第１線分は前記誘電体の前記第１表面に配置され、前記第２線分は前記誘電体の前記第２表面に配置される請求項３記載のカード装置。
6. 前記第１線分および前記第２線分のいずれか一方の線分は、前記第１線分および前記第２線分の他方の線分に対して非対向の第３部分を含む請求項５記載のカード装置。
7. 前記第１線分および前記第２線分のいずれか一方は、第１の幅を有し、
   前記第１線分および前記第２線分の他方の線分は、前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有し、且つ前記他方の線分は、前記誘電体を介して前記一方の線分に対向し且つ前記一方の線分の長さ方向の中心線に沿って延在されている請求項５記載のカード装置。
8. 前記一筆書きパターンを有する素子には、集中定数部品を配置するための間隙が配置されている請求項１記載のカード装置。
9. 前記一筆書きパターンを有する素子には、集中定数部品を配置するための複数の間隙が配置されている請求項１記載のカード装置。

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