TWI536759B - Antenna device and communication device - Google Patents

Description

天線裝置及通訊裝置

本發明係關於一種利用既定通訊波長並藉由相對向之一對電極間之電磁場耦合以進行資訊通訊的天線裝置、以及組裝有此天線裝置的通訊裝置。

本申請案係以在日本於2010年9月15日提出之日本專利申請號特願2010-206930、以及日本專利申請號特願2010-206931為基礎主張優先權，藉由參照此等申請案而援用於本申請案。

近年來，已開發一種系統，用以在電腦或小型可攜式終端機等電子機器間，不透過纜線或媒介而以無線進行音樂、圖像等資料的傳送。在此種無線傳送系統，係有可在數cm之近距離進行最大560Mbps左右的高速傳送者。在此種可高速傳送之傳送系統中，TransferJet(註冊商標)係具有通訊距離雖較短不過被竊聽之可能性低且傳送速度快的優點。

TransferJet(註冊商標)，係一種藉由隔著超近距離相對應之高頻耦合器的電磁場耦合而成者，其訊號品質則取決於高頻耦合器之性能。例如，專利文獻1所記述之高頻耦合器，如圖21所示，係具備在一面形成有地202之印刷基板201、形成在印刷基板201之另一面之微帶(microstrip)構造的截線(stub)203、耦合用電極208、以及連接此耦合用電極208與截線(stub)203的金屬線207。又，專利文獻1所記述之高頻耦合器中，在印刷基板201上，亦形成有收發訊電路205。又，於專利文獻1，作為在印刷基板201上未形成有收發訊電路205之變形例，係記述有一種如圖22所示之具備在一面形成有地202之印刷基板201、形成在印刷基板201之另一面之微帶(microstrip)構造的截線(stub)203、耦合用電極208、以及連接此耦合用電極208與截線(stub)203之金屬線207的構成。

專利文獻1：日本特開2008-311816號公報

然而，如圖21所示，專利文獻1所記述之高頻耦合器中，為了進行良好之通訊，必須擴大板狀之耦合用電極208的面積。此係因必須有取決於通訊波長之一定長度、以及為了增強耦合強度而必須擴大耦合用電極208的緣故。又，由於金屬線207係必須在既定位置連接耦合用電極208與截線203，因此製作時會要求對準精度等而亦產生製程上之問題。

本發明係有鑑於此種情形而提出，以提供一種天線裝置為目的，其可實現良好通訊特性與機械強度之兼顧，同時亦具有對耦合用電極之小型化有利的構造。又，本發明係以提供一種組裝有此天線裝置的通訊裝置為目的。

作為用以解決上述課題之手段，本發明之天線裝置，係利用既定通訊波長在相對向之一對電極間電磁場耦合以進行資訊通訊，其特徵在於，具備：耦合用電極，係形成於介電體基板，並與其他天線裝置之電極電磁場耦合而可進行通訊；耦合用電極，係以由通訊波長之大致一半長度構成的第1配線、以及電氣連接於第1配線的導體所構成；第1配線之中央部與導體，係形成在相對向於介電體基板之厚度方向的位置，並和配置在連結第1配線之中央部與導體之延長線上之其他天線裝置的電極電磁場耦合。

又，本發明之通訊裝置，係利用既定通訊波長在相對向之一對電極間電磁場耦合以進行資訊通訊，其特徵在於，具備：耦合用電極，係形成於介電體基板，並與其他天線裝置之電極電磁場耦合而可進行通訊；以及收發訊處理部，係與耦合用電極電氣連接，以進行訊號之收發訊處理；耦合用電極，係以由通訊波長之大致一半長度構成的第1配線、以及電氣連接於第1配線的導體所構成；第1配線之中央部與導體，係形成在相對向於介電體基板之厚度方向的位置，並和配置在連結第1配線之中央部與導體之延長線上之其他天線裝置的電極電磁場耦合。

本發明，由於以由通訊波長之大致一半長度構成的第1配線、以及電氣連接於第1配線之導體所構成的耦合用電極係形成在介電體基板，因此可實現良好之機械強度與天線整體之小型化。又，本發明，係和配置在連結第1配線之中央部與導體之延長線上之其他天線裝置的電極電磁場耦合，因此在第1配線之中央部訊號位準呈較高之狀態，以良好效率將電場之縱波釋出至基板之厚度方向，藉此與配置在相對向位置之其他耦合用電極之間的耦合強度即變強，而可實現良好之通訊特性。

如以上般，本發明可實現良好通訊特性與機械強度之兼顧，並可謀求裝置整體之小型化。

以下，針對用以實施本發明之形態，一邊參照圖式一邊詳細地加以說明。此外，本發明並非僅限制於以下之實施形態，在不超出本發明之要旨的範圍內，當然可作各種變更。

＜通訊系統＞

應用本發明之天線裝置，係一種藉由在相對向之一對電極間之電磁場耦合以進行資訊通訊的裝置，例如如圖1所示之組裝並使用於可進行560Mbps左右之高速傳送的通訊系統100者。

通訊系統100係由2個進行資料通訊之通訊裝置101,105所構成。此處，通訊裝置101係具備具有耦合用電極103之高頻耦合器102、以及收發訊電路部104。又，通訊裝置105係具備具有耦合用電極107之高頻耦合器106、以及收發訊電路部108。

若如圖1所示般使通訊裝置101,105各自所具備之高頻耦合器102,106相向配置，則2個耦合用電極103,107即作為1個電容器動作，整體係如帶通濾波器般地動作，藉此在2個高頻耦合器102,106之間，便可高效率地傳達用以實現例如560Mbps左右高速傳送之4～5GHz頻帶的高頻訊號。

此處，高頻耦合器102,106各自所具有之收發訊用的耦合用電極103,107，例如係分離3cm左右且相對向配置而可進行電場耦合。

通訊系統100中，例如，從高階應用程式產生發訊要求時，連接於高頻耦合器102之收發訊電路部104，即根據發訊資料生成高頻發訊訊號，並將訊號從耦合用電極103傳輸往耦合用電極107。接著，連接於收訊側之高頻耦合器106的收發訊電路部108，即對所接收之高頻訊號進行解調及解碼處理，並將重現後之資料交付給高階應用程式。

此外，應用本發明之天線裝置並不限制於上述之傳達4～5GHz頻帶的高頻訊號者，亦可應用於其他頻帶之訊號傳達，不過以下之具體例中，係以4～5GHz頻帶之高頻訊號作為傳達對象加以說明。

＜第1實施形態＞

作為組裝於此種通訊系統100之天線裝置，針對圖2所示之第1實施形態的高頻耦合器1加以說明。

圖2中，為了易於了解配線15之連接狀態，係透視介電體基板11來表示。

如圖2所示，高頻耦合器1係呈下述構造，亦即於介電體基板11之一面11a，形成有具有耦合用電極18之功能的配線15、以及於與面11a相對向之另一面11b形成有地12。

又，耦合用電極18其配線15之一端係成為構成與上述收發訊電路部104之連接部的連接端子部19，配線15之另一端則透過連接用通孔14與地12連接。耦合用電極18係以具有複數個反折部之形狀，即所謂曲折形狀或蜿蜒(meander)形狀的配線15所形成，配線15之配線長則調整成通訊波長之大致一半的長度。

由此種構成所形成之耦合用電極18中，從下述之評估可知，自連接端子部19起離開通訊波長之1/4的位置，亦即在配線15之中央部15a，係訊號位準呈較高之狀態，此部分之電荷與隔著地12相反側之鏡像電荷係具有電偶極的功能。因此，以耦合用電極18，便能以良好效率將電場之縱波釋出至基板之厚度方向，結果而言，與配置在相對向位置之其他耦合用電極之間的耦合強度即變強，而可實現良好之通訊特性。

由此種構成所形成之高頻耦合器1，係藉由以下製程所製造。首先，於介電體基板11之兩面，作為導電構件，例如貼附有銅箔之雙面銅箔基板之中，將一面11b作為地12使用，利用蝕刻處理除去另一面11a之銅箔的一部分，以形成由蜿蜒形狀之配線15所構成的耦合用電極18。

接著，於配線15之一端，利用鑽孔器(drill)或雷射加工形成開孔(hole)，再對該開孔進行敷鍍處理或者填充導電性糊等導電性材料，藉此完成連接用通孔14。藉由此步驟，電氣連接構成形成於介電體基板11之面11a之耦合用電極18的配線15與介電體基板11之另一面11a的地12。再者，構成耦合用電極18之配線15之中，未與地12連接之另一端則成為連接端子部19，加工成適合於與上述收發訊電路部104之連接手段的形狀，藉此完成高頻耦合器1。

藉由上述之製程，由於高頻耦合器11能以對一片雙面銅箔基板進行處理來製作，且一面11b整面係成為地12，因此在連接配線15與地12時，無須進行兩面之圖案的對準，藉由接觸配線15之一端設置連接用通孔14，即可容易地連接，而能以簡易之製程來製作。

以此方式，高頻耦合器1，由於耦合用電極18係在與形成有地12之面11b相對向的面11a，由形成為蜿蜒形狀般的配線15所構成，配線15之中，一端部係透過屬訊號之輸出入端的連接端子部19與收發訊電路部104連接，另一端部則與地12電氣連接，因此可實現良好之機械強度與高頻耦合器整體之小型化。

如上述，機械強度較強，係因與例如圖21所示之習知例之高頻耦合器相較，不使用會因外力而有變形之虞的金屬線207，即可在介電體基板11上構裝耦合用電極18之故。又，可謀求高頻耦合器整體之小型化，係由於並不一定要擴大電極之面積，藉由調整配線15之長度亦可增強耦合強度之故。

又，高頻耦合器1中，作為介電體基板11之材料，可使用以環氧樹脂、酚樹脂(phenol resin)等固化玻璃、紙之基材、或玻璃纖維之織布的例如玻璃環氧(glass epoxy)、玻璃複合(glass composite)基板、或低介電係數之聚醯亞胺(polyimide)、液晶聚合物、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚乙烯(polyethylene)、及聚丙烯(polypropylene)等、或進一步將此等多孔質化的材料。尤其，介電體基板11，基於電氣特性，較佳為使用低介電係數之材料。

又，在上述製程中，高頻耦合器1雖係使用貼附有銅箔之雙面基板，並利用蝕刻處理來形成配線15以作為耦合用電極18，不過亦可於介電體基板11之面11a,11b利用敷鍍、真空蒸鍍法等，以遮罩(masking)狀態直接形成、或者在形成後進行蝕刻等施以圖案化處理來形成。

又，就耦合用電極18之配線15、及地12之材料而言，除了銅以外雖亦可使用鋁、金、銀等良導體，不過並不特別侷限於此等材料，只要是導電率高之導電體皆可予以使用。

又，由於耦合用電極18係以蜿蜒形狀形成配線15，因此可有效地運用介電體基板11之面11a的空間，而可謀求高頻耦合器1本身之小型化。

如上述般，此係因耦合用電極18之長度雖設為通訊頻率的大致1/2波長，不過藉由將此等配線使其細密地密集予以形成，即可縮小耦合用電極18之形成空間，而可謀求高頻耦合器之小型化之故。

此外，如上述般構成耦合用電極18之配線15的配線圖案，基於有效地運用介電體基板11之空間的觀點，可接合複數個形狀不同之蜿蜒形狀的圖案，或者亦可使用L字、圓弧狀之重複圖案等。

其次，為了調查高頻耦合器1之性能，使用ANSOFT公司製之三維電磁場模擬器HFSS，進行了耦合強度之解析。此處，作為高頻耦合器1之解析模型，使用了以下條件者。對介電體基板11之材料係設定聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)，又，對耦合用電極18之導電體的材質則設定銅。又，高頻耦合器1之大小，係將形成配線圖案之面11a設為6.5mm×6.5mm，將基板厚度設為1.67mm。

耦合強度係以評估高頻傳送特性所使用之S參數(S parameter)的透射特性S21來評估，以成為高頻耦合器1之訊號輸出入端的連接端子部19與地12之間為輸入埠，算出一對高頻耦合器之埠間的耦合強度S21。圖3係表示耦合強度S21之解析所使用之高頻耦合器間的相對配置。此處，以構成高頻耦合器1之耦合用電極18的配線15與高頻耦合器150之電極150a的中心軸一致的方式，使其相對向，並以隔著15mm、100mm間隔之狀態，調查了耦合強度S21之頻率特性。此外，此例中，於一方之高頻耦合器150，係使用具有板狀之電極150a且屬評估之基準機的基準高頻耦合器。

又，為了評估在高頻耦合器1之電場的產生狀態，亦調查了高頻耦合器1附近之電場向量分布。

圖4係解析高頻耦合器1在4.5GHz之電場分布，並表示將圖2之虛線Y-Y’截斷於厚度方向之剖面的電場分布。從此圖4可知，在耦合用電極18與地12間可觀察到較強之電場分布，電場係從構成耦合用電極18之配線15的中央部15a朝向外側圓弧狀分布。

圖5係表示在從高頻耦合器1中形成有耦合用電極18之面11a往垂直上方向離開1mm之面的電場分布。從此圖5可知，電場係從構成耦合用電極18之配線15的中央部15a以大致同心圓狀分布。

此係由於構成耦合用電極18之配線15的長度為通訊波長的大致一半，且此配線15之一端為與地12連接的構成，而呈所謂短路截線(short stub)，因此在相當於通訊波長之1/4之部分的中央部15a電場為最大之故。以此方式，高頻耦合器1中，便能以解析來確認以耦合用電極18之中央部15a為中心會產生較強之電場。

圖6係表示高頻耦合器1與基準高頻耦合器150之間之耦合強度S21的解析結果，對向距離15mm之通訊距離中係在4.5GHz附近具有-22.5dB的耦合強度，而且在表示從最大強度衰減3dB之強度的頻帶即-3dB頻寬可獲得0.69GHz之寬頻特性。例如，TransferJet(註冊商標)中，必須有560MHz之頻寬，一般依高頻耦合器之偏差或與電路基板之阻抗匹配的程度，中心頻率雖會偏移，不過由於高頻耦合器1中具有較所須頻寬更充分寬之頻寬，因此不會受此等偏差之影響而可進行良好之通訊。又，對向距離100mm之非通訊距離中係可獲得-48Db以下的通訊阻斷性。

如以上般，第1實施形態之高頻耦合器1中，從上述模擬亦可知，可實現良好之通訊特性，再者亦可實現與機械強度之兼顧，而可謀求裝置整體之小型化。

＜第1實施形態之變形例＞

其次，作為組裝於通訊系統100之天線裝置，針對圖7所示之變形例的高頻耦合器2加以說明。

為了易於了解配線25之連接狀態，圖7係透視介電體基板21來表示。

如圖7所示，高頻耦合器2係呈下述構造，亦即於介電體基板21之一面21a形成有具有耦合用電極28之功能的配線25、以及與配線25連接之截線(stub)27，並於與面21a相對向之另一面21b形成有地22。

又，前述耦合用電極28，其配線25之一端係成為構成與收發訊電路部104之連接部的連接端子部29，配線25之另一端則透過連接用通孔24a與地22連接。耦合用電極28係以具有複數個反折部之形狀，即所謂曲折形狀或蜿蜒(meander)形狀的配線25所形成，配線25之配線長則調整成通訊波長之大致一半的長度。

由此種構成所形成之耦合用電極28中，從下述之評估可知，在從連接端子部29起離開通訊波長之1/4的位置，亦即配線25之中央部25a，係訊號位準呈較高之狀態，此部分之電荷與隔著地22相反側之鏡像電荷係具有電偶極的功能。因此，以耦合用電極28，便能以良好效率將電場之縱波釋出至基板之厚度方向，結果而言，與配置在相對向位置之其他耦合用電極之間的耦合強度即變強，而可實現良好之通訊特性。

截線27，其一端係以連接端子部29與耦合用電極28連接，另一端則透過連接用通孔24b與地22連接。又，截線27係藉由使用其長度經調整者，在耦合用電極28與其他電極電磁場耦合時，耦合強度與頻寬即可滿足所欲之條件。

由此種構成所形成之高頻耦合器2，係藉由以下製程所製造。首先，於介電體基板21之兩面，作為導電構件，例如貼附有銅箔之雙面銅箔基板之中，將一面21b作為地22使用，利用蝕刻處理除去另一面21a之銅箔的一部分，以分別形成由蜿蜒形狀之配線25所構成的耦合用電極28、以及截線27。

接著，於配線25之一端、以及截線27之一端，利用鑽孔器(drill)或雷射加工分別形成開孔(hole)，再對各開孔進行敷鍍處理或者填充導電性糊等導電性材料，藉此完成連接用通孔24a,24b。藉由此步驟，電氣連接構成形成於介電體基板21之面21a之耦合用電極28的配線25與介電體基板21之另一面21b的地22。以同樣方式，電氣連接截線27與地22。再者，構成耦合用電極28之配線25之中，未與地22連接之另一端則成為與截線27連接之連接端子部29，加工成適合於與上述收發訊電路部104之連接手段的形狀，藉此完成高頻耦合器。

此外，如圖7所示，在2個連接用通孔24a,24b為接近之圖案形狀的情況下，亦可調整構成耦合用電極28之配線25或截線27之端部位置，而共用1個連接用通孔以連接於地22。

以此方式，由於高頻耦合器2可藉由處理一片雙面銅箔基板來製作耦合用電極28，一面21b之整面則成為地22，因此在連接配線25與地22時，無須進行兩面之圖案的對準，藉由分別接觸於構成耦合用電極28之配線的一端與截線27之一端，設置連接用通孔24a,24b，即可容易地連接，而能以簡易之製程製作。

其次，為了調查高頻耦合器2之性能，使用ANSOFT公司製之三維電磁場模擬器HFSS，進行了耦合強度之解析。此處，作為高頻耦合器2之解析模型，使用了以下條件者。對介電體基板21之材料係設定聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)，又，對耦合用電極28與截線27所使用之導電體的材質則設定銅。又，高頻耦合器2之大小，係將形成配線圖案之面21a設為6.5mm×6.5mm，將基板厚度設為1.67mm，再者截線27之長度則設為5.2mm。

耦合強度係以評估高頻傳送特性所使用之S參數(S parameter)的透射特性S21來評估，以成為高頻耦合器2之訊號輸出入端的連接端子部29與地22之間為輸入埠，算出一對高頻耦合器之埠間的耦合強度S21。使用於解析之高頻耦合器間的相對配置，係與上述圖3所示之條件相同。

圖8係表示將高頻耦合器間之對向距離設為15mm時耦合強度S21之頻率特性的解析結果。為了比較，並同時表示不具截線27之高頻耦合器1的特性即圖6所示之對向距離15mm時的耦合強度。

此外，此例中，亦於一方之高頻耦合器，使用屬評估之基準機的基準高頻耦合器150。

從圖8可知，具有截線27之高頻耦合器2中，雖可提高耦合強度，不過可獲得較強耦合強度之頻帶卻變窄。一般而言，耦合強度之強度與-3dB之頻寬係處於一種取捨(trade-off)關係，故在相對於要求規格此等均衡不充分的情況下，則可如高頻耦合器2般設置截線27，主要改變其長度，以調整兩者之均衡。

＜第2實施形態＞

其次，作為組裝於通訊系統100之天線裝置，針對圖9所示之第2實施形態的高頻耦合器3加以說明。

圖9中，為了易於了解配線32a,32b之連接狀態，係透視介電體基板31來表示。

如圖9所示，高頻耦合器3係呈下述構造，亦即於介電體基板31之上下之面31a,31b分別形成有具有複數個反折部之形狀，即所謂曲折形狀或蜿蜒(meander)形狀的配線32a,32b。此蜿蜒形狀之配線32a,32b的一端，係透過形成於介電體基板31之厚度方向的連接用通孔34a電氣連接，具有耦合用電極38之功能，以與配置在相對向之位置之其他天線裝置的電極電磁場耦合而可進行通訊。

又，耦合用電極38係於同一面31b上形成有連接端子部39，該連接端子部39則由未與連接用通孔34a連接之配線32a的端部39a、以及未與連接用通孔34a連接之配線32b的另一端部透過連接用通孔34b延長至面31b的端部39b所構成。

連接端子部39係用以與上述收發訊電路部104連接的端子，例如，成為一種透過異向性導電膜之撓性印刷基板的連接，或透過表面構裝插座之以細線同軸纜線之連接等的連接手段。因此，連接端子部39亦可調整其形狀，而採用下述構成，亦即依連接方法省略連接用通孔34b，而分成介電體基板31之兩面，分別配置有端部39a,39b。

又，耦合用電極38係連接形成於介電體基板31之兩面之蜿蜒形狀的配線32a,32b而構成，連接配線32a,32b之配線長，亦即耦合用電極38之長度係調整成通訊頻率的大致1波長。再者，耦合用電極38係從未連接於連接用通孔34a之配線32a,32b的端部39a,39b起離開通訊波長之1/4的位置為隔著介電體基板31相對向。

作為具體例，耦合用電極38中，從未連接於連接用通孔34a之配線32a,32b的端部39a,39b起離開通訊波長之1/4的位置，係分別成為面31a,31b之中央部35a,35b。

以此方式，耦合用電極38中，從下述評估可知般，由於從未連接於連接用通孔34a之配線32a,32b的端部39a,39b起離開通訊波長之1/4的中央部35a,35b，係隔著介電體基板31相對向，因此在此等相對向之位置，極性相反且彼此訊號位準呈較高之狀態，而具有電偶極的功能。因此，耦合用電極38中，能以良好效率將電場之縱波釋出至基板之厚度方向，結果而言，與配置在相對中位置之其他耦合用電極之間的耦合強度即變強，而可實現良好之通訊特性。

由此種構成所形成之高頻耦合器3，係藉由以下製程所製造。首先，於介電體基板31之兩面，作為導電層對貼附有銅箔之雙面銅箔基板，利用蝕刻處理除去銅箔之一部分，以形成具有複數個反折部之蜿蜒形狀的配線32a,32b。其次，於配線32a之一端與配線32b之一端重疊的部分、以及配線32b之另一端，分別利用鑽孔器(drill)或雷射加工形成開孔(hole)，對該開孔進行敷鍍處理或者填充導電性糊等導電性材料，藉此分別完成連接用通孔34a,34b。

藉由上述步驟，電氣連接形成於介電體基板31之面31a的配線32a與另一面31b的配線32b，而具有耦合用電極38的功能，同時耦合用電極38之兩端部39a,39b則具有連接端子部39的功能。

以此方式，高頻耦合器3，由於耦合用電極38係透過連接用通孔34a連接形成於介電體基板31兩面之配線32a,32b的各一端，因此可實現良好之機械強度與高頻耦合器3整體之小型化。又，藉由上述步驟，高頻耦合器3係對一片雙面銅箔基板進行圖案處理藉此即可簡單地製造。

如上述，機械強度較強，係因與例如圖21所示之習知例之高頻耦合器相較，不使用會因外力而有變形之虞的金屬線207，即可在介電體基板31上構裝耦合用電極38之故。又，可謀求高頻耦合器整體之小型化，係由於並不一定要擴大電極之面積，藉由調整配線35之長度亦可增強耦合強度之故。

又，高頻耦合器3中，作為介電體基板31之材料，可使用以環氧樹脂、酚樹脂(phenol resin)等固化玻璃、紙之基材、或玻璃纖維之織布的例如玻璃環氧(glass epoxy)、玻璃複合(glass composite)基板、或低介電係數之聚醯亞胺(polyimide)、液晶聚合物、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚乙烯(polyethylene)、及聚丙烯(polypropylene)等、或進一步將此等多孔質化的材料。尤其，介電體基板31，基於電氣特性，較佳為使用低介電係數之材料。

又，上述製程中，高頻耦合器3雖係使用貼附有銅箔之雙面基板，利用蝕刻處理形成配線32a,32b，不過亦可於介電體基板31之兩面31a,31b利用敷鍍、真空蒸鍍法等，以遮罩(masking)狀態直接形成、或者在形成後進行蝕刻等施以圖案化處理來形成。

又，就配線32a,32b之材料而言，除了銅以外雖亦可使用鋁、金、銀等良導體，不過並不特別侷限於此等材料，只要是導電率高之導電體皆可予以使用。

又，由於耦合用電極38係以具有複數個反折部之蜿蜒形狀形成配線32a,32b，因此可有效地運用介電體基板31之各面31a,31b的空間，而可謀求耦合用電極38本身之小型化。

此係，如後述般，耦合用電極38之長度雖設為通訊頻率的大致1波長，不過藉由將此等配線使其細密地密集予以形成，即可縮小耦合用電極38之形成空間，而可謀求高頻耦合器3之小面積化。

此外，如上述般耦合用電極38之配線32a,32b的配線圖案，基於有效地運用介電體基板31之空間的觀點，可接合複數個形狀不同之具有反折部之蜿蜒形狀的圖案，或者亦可使用L字、圓弧狀之重複圖案等。

其次，為了調查高頻耦合器3之性能，使用ANSOFT公司製之三維電磁場模擬器HFSS，進行了耦合強度之解析。此處，作為高頻耦合器3之解析模型，使用了以下條件者。亦即，對介電體基板31之材料係設定聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)，又，對耦合用電極38之導電體的材質則設定銅。又，高頻耦合器3之大小，係將形成配線圖案之面設為6.5mm×6.5mm，將基板厚度設為1.67mm。

耦合強度係以評估高頻傳送特性所使用之S參數(S parameter)的透射特性S21來評估，以成為高頻耦合器之訊號輸出入端的連接端子部39的兩端部39a,39b間為輸入埠，算出一對高頻耦合器之埠間的耦合強度S21。圖10係表示耦合強度S21之解析所使用之高頻耦合器3,150間的相對配置。此處，以高頻耦合器3之耦合用電極38的配線32a與高頻耦合器150之電極150a的中心軸一致的方式使其相對向，並以隔著15mm、100mm間隔之狀態，調查了耦合強度S21之頻率特性。此外，此例中，於一方之高頻耦合器150，係使用具有板狀之電極150a且屬評估之基準機的基準高頻耦合器。

又，為了觀察在高頻耦合器3之電場的產生狀態，亦調查了高頻耦合器3附近之電場向量分布。

圖11係解析高頻耦合器3在4.5GHz之電場分布，並表示將圖9之虛線Y-Y’截斷於厚度方向之剖面的電場分布。從此圖11可知，在構成耦合用電極38之介電體基板31兩面31a,31b之蜿蜒形狀的配線32a,32b間可觀察到較強之電場分布，電場係從耦合用電極38朝向外側圓弧狀分布。

圖12係表示在從高頻耦合器3之中形成有配線32a之面31a往垂直上方向離開1mm之面的電場分布。從此圖12可知，電場係從耦合用電極38之中央部35a,35b以大致同心圓狀分布。因此，共振時將較強電場之縱波放射至高頻耦合器3之厚度方向。

此係由於耦合用電極38之長度為大致1波長，因此從耦合用電極38之端部起在相當於大致波長1/4之部分之部分之配線32a的中央部35a電位差為最大之故。以此方式，高頻耦合器3中，便能以解析來確認以基板面中央部為中心會產生較強之電場。

圖13係表示高頻耦合器3與基準耦合器150間之耦合強度S21的解析結果，對向距離15mm之通訊距離中係在4.5GHz附近具有-25dB的耦合強度，而且在表示從最大強度衰減3dB之強度的頻帶即-3dB頻寬可獲得0.86GHz之寬頻特性。例如，TransferJet(註冊商標)中，必須有560MHz之頻寬，一般依高頻耦合器之偏差或與電路基板之阻抗匹配的程度，中心頻率雖會偏移，不過由於高頻耦合器3中具有所須頻寬之約1.5倍的頻寬，因此不會受此等偏差之影響而可進行良好之通訊。又，對向距離100mm之非通訊距離中係可獲得-60dB以下的通訊阻斷性。

如以上般，第2實施形態之高頻耦合器3中，從上述模擬亦可知，可實現良好之通訊特性，再者亦可實現與機械強度之兼顧，同時可謀求裝置整體之小型化。

＜第3實施形態＞

其次，作為組裝於通訊系統100之天線裝置，針對圖14及圖15所示之第3實施形態的高頻耦合器4加以說明。

圖14及圖15係改變視點來表示高頻耦合器4，為了易於了解後述線圈48之捲繞狀態，係透視介電體基板41,42a,42b來表示。

如圖14及圖15所示，高頻耦合器4係具備介電體基板41,42a,42b、以及具有與通訊波長大致同等之長度的線圈48，於線圈48之兩端則形成有用以與電路基板連接的連接端子部49。

介電體基板42a,42b，係例如藉由後述貼合步驟，而積層於介電體基板41之兩面的介電體構件。此外，介電體基板41,42a,42b，就材料而言，係可使用以環氧樹脂、酚樹脂(phenol resin)等固化玻璃、紙之基材、或玻璃纖維之織布的例如玻璃環氧(glass epoxy)、玻璃複合(glass composite)基板、或低介電係數之聚醯亞胺(polyimide)、液晶聚合物、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚乙烯(polyethylene)、及聚丙烯(polypropylene)等、或進一步將此等多孔質化的材料。尤其，介電體基板41,42a,42b，基於電氣特性，較佳為使用低介電係數之材料。

連接端子部49，係用以與上述收發訊電路部104連接的端子，例如，成為一種透過異向性導電膜之撓性印刷基板的連接，或透過表面構裝插座之以細線同軸纜線之連接等的連接手段。因此，連接端子部49亦可調整其形狀，而採用下述構成，亦即依連接方法省略後述連接用通孔45a，而分成介電體基板41之兩面，分別配置有端子。

線圈48係具有耦合用電極的功能，以與配置在相對向之位置之其他天線裝置之電極電磁場耦合而可進行通訊。線圈48，係構成為連接後述上面線圈47a與下面線圈47b，故連接上面線圈47a與下面線圈47b之配線長，亦即線圈48之長度係調整成通訊頻率之大致1波長。再者，線圈48係從未連接於後述連接用通孔45b之上面線圈47a與下面線圈47b的端部即連接端子部49起離開通訊波長之1/4的位置為隔著介電體基板41,42a,42b相對向。

作為具體例，線圈48中，從連接端子部49之2個端部起離開通訊波長之1/4的位置，係分別成為介電體基板41,42a,42b之中央部46a,46b。

以此方式，線圈48中，從下述評估可知般，由於從連接端子部49之2個端部起離開通訊波長之1/4的位置，係隔著介電體基板41,42a,42b相對向，因此在此等相對向之位置，極性相反且彼此訊號位準呈較高之狀態，而具有電偶極的功能。因此，線圈48中，能以良好效率將電場之縱波釋出至基板之厚度方向，結果而言，與配置在相對向位置之其他耦合用電極之間的耦合強度即變強，而可實現良好之通訊特性。

由此種構成所形成之高頻耦合器4，係藉由以下製程所製造。首先，預先於介電體基板42a之兩面，形成由銅、鋁等導電性金屬構成之複數個上面線43a與下面線43b，上面線43a之一端與下面線43b之一端，此上面線43a之另一端則與相鄰之其他下面線43b，分別隔著介電體基板42a依序重疊。

此外，複數個上面線43a、下面線43b之形成，係可於介電體基板42a之兩面，利用敷鍍、蒸鍍等處理而形成，或者使用兩面貼有銅箔之介電體基板42a進行蝕刻處理來形成。

對形成有上面線43a、下面線43b之介電體基板42a，於上面線43a、下面線43b重疊之位置，利用鑽孔器(drill)、雷射等形成複數個通孔44。藉由對此等通孔44進行金屬敷鍍處理或者以導電性糊等填埋，透過通孔44電氣連接形成於介電體基板42a兩面之所有上面線43a、下面線43b，而完成螺線(solenoid)狀之上面線圈47a。與上述上面線圈47a同樣地，於介電體基板42b形成下面線圈47b。此外，上面線圈47a之一端亦在上述製程，透過通孔44連接於連接端子部49之一方。

其次，於介電體基板41形成連接用通孔45a,45b。此係於以鑽孔器(drill)、雷射等開孔之部分進行金屬敷鍍處理、或者填埋導電性糊、金屬棒所形成。接著，於介電體基板41之兩面，以上面線圈47a之一端重疊於連接用通孔45b的方式貼合介電體基板42a，以下面線圈47b之一端重疊於連接用通孔45b，下面線圈47b之另一端重疊於連接用通孔45a的方式貼合而電氣連接。藉此連接所有金屬部分，並於介電體基板41,42a,42b之中形成連接端子部49成為兩端的一個線圈48。

此外，如上述般，基板之貼合係依介電體基板之材質而可熱壓接，不過基於防止變形等之觀點，較佳為使用接著劑來進行。必須電氣連接之連接用通孔45a,45b的兩端，若預先設置成對介電體基板41呈凸，則可貫通接著劑以與上面線圈47a、下面線圈47b確實地連接。再者，為了使連接確實，前述連接部之周邊較佳為預先省去接著材，或者使用摻合有異向性導電粒子之異向性導電膜。

又，形成於介電體基板42a之上面線圈47a與形成於介電體基板42b之下面線圈47b的連接，亦可使用下述之方法。首先，於介電體基板41之兩面，藉由接著劑等貼附形成有上面線圈47a之介電體基板42a與形成有下面線圈47b之介電體基板42b。然後，於上面線圈47a、下面線圈47b之兩端，以鑽孔器(drill)等形成開孔，以連接用通孔45b連接上面線圈47a、下面線圈47b之一端，將下面線圈47b之另一端，以連接用通孔45a，與預先在上面線43a形成時製作之連接端子部49連接，藉此即可形成線圈48。此線圈48係具有耦合用電極之功能，以與配置在相對向之位置之其他天線裝置的電極電磁場耦合而可進行通訊。

以此方式，由於線圈48係在積層於介電體基板41兩面之介電體基板42a,42b各自的上下面，透過通孔44捲繞成線圈狀，並透過連接用通孔45b連接捲繞在介電體基板42a,42b兩面之配線的各一端，因此可實現良好之機械強度與高頻耦合器1整體之小型化。

如上述，機械強度較強，係因與例如圖21所示之習知例之高頻耦合器相較，不使用會因外力而有變形之虞的金屬線207，即可在介電體基板41上構裝具有耦合用電極之功能的線圈48之故。又，可謀求高頻耦合器整體之小型化，係由於並不一定要擴大電極之面積，藉由調整線圈48整體之長度亦可增強耦合強度之故。

其次，為了調查高頻耦合器4之性能，使用ANSOFT公司製之三維電磁場模擬器HFSS，進行了耦合強度之解析。此處，作為高頻耦合器4之解析模型，使用了以下條件者。亦即，介電體之材料，對介電體基板41係設定聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)，對介電體基板42a,42b係設定液晶聚合物。又，對線圈48之材質則設定銅。高頻耦合器4之大小，係將形成配線圖案之面設為6.5mm×6.5mm，將基板厚度設為2mm。

耦合強度係以評估高頻傳送特性所使用之S參數(S parameter)的透射特性S21來評估，以成為高頻耦合器之訊號輸出入端之連接端子部49的兩端間為電力之輸入埠。圖16係表示解析耦合強度S21所使用之高頻耦合器間的相對配置。此處，以高頻耦合器4之上面線圈47a與高頻耦合器150之電極150a的中心軸一致的方式使其相對向，並以隔著15mm、100mm間隔之狀態，調查了耦合強度S21之頻率特性。此外，此例中，於一方之高頻耦合器150，係使用具有板狀之電極150a且屬評估之基準機的基準高頻耦合器。

又，為了觀察在高頻耦合器4之電場的產生狀態，亦調查了高頻耦合器4附近之電場向量分布。

圖17係表示電場向量分布之解析部分，將以圖中XX’之虛線所示的部分，亦即通過高頻耦合器4之中央部46a,46b，並擴展於基板之寬度方向即X-Y軸與厚度方向即Z軸的面設為解析面。此處，相對於長方體之高頻耦合器4將從中心朝向連接端子部49之方向設為長度方向即Y軸。

圖18及圖19係分別表示YZ面、XY面中在屬高頻耦合器4之共振頻率即4.5GHz之電場向量分布的解析結果。此處，圖19係表示在從高頻耦合器4之形成有上面線圈47a之面起往垂直上方向離開1mm之面的電場分布。從此等2個圖可知，於上面線圈47a與下面線圈47b形成極性不同之電極，且在其間產生了較強之電場分布。因此共振時會將較強電場之縱波放射至高頻耦合器4之厚度方向即Z軸方向。

圖20，係表示高頻耦合器4與基準高頻耦合器150間之耦合強度S21的解析結果，對向距離15mm之通訊距離中係在4.5GHz附近具有-25dB的耦合強度，而且在-3dB頻寬可獲得1.1GHz以上之寬頻特性。例如，TransferJet(註冊商標)中，必須有560MHz之頻寬，一般依高頻耦合器之偏差或與電路基板之阻抗匹配的程度，中心頻率雖會偏移，不過由於高頻耦合器4中具有較所須頻寬之約2倍的頻寬，因此不會受此等偏差之影響而可進行良好之通訊。又，對向距離100mm之非通訊距離中係可獲得-47dB以下的通訊阻斷性。

如以上般，第3實施形態之高頻耦合器4中，從上述模擬亦可知，可實現良好之通訊特性，而且亦可實現與機械強度之兼顧，同時可謀求裝置整體之小型化。

＜第1至第3實施形態之高頻耦合器＞

上述第1至第3實施形態之高頻耦合器，由於以由通訊波長之大致一半長度構成的第1配線、以及電氣連接於第1配線之導體所構成的耦合用電極係形成於介電體基板，因此可實現良好之機械強度與天線裝置整體之小型化。又，上述第1至第3實施形態之高頻耦合器，由於係與配置在連結第1配線之中央部與導體之延長線上之其他天線裝置的電極進行電磁場耦合，因此藉由在第1配線之中央部訊號位準呈較高之狀態，以良好效率將電場之縱波釋出至基板之厚度方向，藉此與配置在相對向位置之其他耦合用電極之間的耦合強度即變強，而可實現良好之通訊特性。

如以上般，應用本發明之第1至第3實施形態的高頻耦合器，係可實現良好通訊特性與機械強度之兼顧，並可謀求裝置整體之小型化。

1,2,3,4．．．高頻耦合器

11,21,31,41,42a,42b．．．介電體基板

11a,11b,21a,21b,31a,31b．．．面

12,22．．．地

14．．．連接用通孔

15,25,32a,32b．．．配線

15a,25a,35a,35b,46a,46b．．．中央部

18,28,38．．．耦合用電極

19,29,39,49．．．連接端子部

39a,39b．．．端部

24a,24b,34a,34b,45a,45b．．．連接用通孔

27．．．截線

43a．．．上面線

43b．．．下面線

44．．．通孔

47a．．．上面線圈

47b．．．下面線圈

48．．．線圈

100．．．通訊系統

101,105．．．通訊裝置

102,106．．．高頻耦合器

103,107．．．耦合用電極

104,108．．．收發訊電路部

150．．．高頻耦合器

150a．．．電極

201．．．印刷基板

202．．．地

203．．．截線

205．．．收發訊電路

207．．．金屬線

208．．．耦合用電極

圖1係表示組裝有應用本發明之天線裝置之通訊系統的構成的圖。

圖2係表示屬應用本發明之天線裝置之第1實施形態之高頻耦合器的構成的圖。

圖3係表示第1實施形態之高頻耦合器中在高頻耦合器間之通訊狀態的立體圖。

圖4係表示第1實施形態之高頻耦合器中在中心剖面之電場解析結果的電場分布圖。

圖5係表示第1實施形態之高頻耦合器之電極面上1mm處之電場解析結果的電場分布圖。

圖6係表示第1實施形態之高頻耦合器與基準耦合器間之耦合強度之解析結果的頻率特性圖。

圖7係表示屬應用本發明之天線裝置之變形例之高頻耦合器的構成的圖。

圖8係表示變形例之高頻耦合器與基準耦合器間之耦合強度之解析結果的頻率特性圖。

圖9係表示屬應用本發明之天線裝置之第2實施形態之高頻耦合器的構成的圖。

圖10係表示第2實施形態之高頻耦合器中在高頻耦合器間之通訊狀態的立體圖。

圖11係表示第2實施形態之高頻耦合器中在中心剖面之電場解析結果的電場分布圖。

圖12係表示第2實施形態之高頻耦合器之電極面上1mm處之電場解析結果的電場分布圖。

圖13係表示第2實施形態之高頻耦合器與基準耦合器間之耦合強度之解析結果的頻率特性圖。

圖14係表示屬應用本發明之天線裝置之第3實施形態之高頻耦合器的構成的圖。

圖15係表示屬應用本發明之天線裝置之第3實施形態之高頻耦合器的構成的圖。

圖16係表示第3實施形態之高頻耦合器中在高頻耦合器間之通訊狀態的立體圖。

圖17係表示在第3實施形態之高頻耦合器之電場向量之解析剖面的立體圖。

圖18係表示第3實施形態之高頻耦合器中在中心剖面之電場解析結果的電場分布圖。

圖19係表示第3實施形態之高頻耦合器之電極面上1mm處之電場解析結果的電場分布圖。

圖20係表示第3實施形態之高頻耦合器與基準耦合器間之耦合強度之解析結果的頻率特性圖。

圖21係表示習知例之高頻耦合器的構成的圖。

圖22係表示習知例之高頻耦合器的構成的圖。

1．．．高頻耦合器

11．．．介電體基板

11a,11b．．．面

12．．．地

14．．．連接用通孔

15．．．配線

15a．．．中央部

18．．．耦合用電極

19．．．連接端子部

Claims (9)

1. 一種天線裝置，係利用既定通訊波長在相對向之一對電極間電磁場耦合以進行資訊通訊，其特徵在於，具備：耦合用電極，係形成於介電體基板，並與其他天線裝置之電極電磁場耦合而可進行通訊；該耦合用電極，係以由該通訊波長之大致一半長度且二維地構成的第1配線、以及電氣連接於該第1配線的導體所構成；該第1配線之中央部與該導體，係形成在相對向於該介電體基板之厚度方向的位置，並和配置在連結該第1配線之中央部與該導體之延長線上之該其他天線裝置的電極電磁場耦合。
2. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，該導體係形成於該介電體基板之一面的地層；該第1配線，係形成為在與形成有該地層之面相對向之該介電體基板的面上具有複數個反折部，且該第1配線之中，具有於一端部形成訊號之輸出入端，另一端部則與該地層電氣連接的構造。
3. 如申請專利範圍第2項之天線裝置，其中，於該耦合用電極，係連接有從形成於該第1配線之輸出入端分支之既定長度的截線(stub)。
4. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，該第1配線係形成於該介電體基板之一面；該導體，係由該通訊波長之大致一半長度所構成，並 形成於與形成有該第1配線之面相對向之該介電體基板的面，且為透過通孔與該第1配線連接一端部的第2配線；該第1配線與該第2配線，其從未連接於該通孔之端部起離開通訊波長之1/4的各位置係隔著該介電體基板相對向。
5. 如申請專利範圍第4項之天線裝置，其中，該第1配線與該第2配線，係透過通孔連接具有複數個反折部之蜿蜒形狀之配線的各一端而成。
6. 如申請專利範圍第5項之天線裝置，其中，於該介電體基板之兩面，係積層有第1、第2介電體層；該第1配線，係在積層有該介電體基板之第1介電體層的上下面透過通孔捲繞成線圈狀；該第2配線，係在積層有該介電體基板之第2介電體層的上下面透過通孔捲繞成線圈狀；透過通孔連接捲繞在該介電體基板兩面之該第1配線與該第2配線的各一端而成。
7. 一種通訊裝置，係利用既定通訊波長在相對向之一對電極間電磁場耦合以進行資訊通訊，其特徵在於，具備：耦合用電極，係形成於介電體基板，並與其他天線裝置之電極電磁場耦合而可進行通訊；以及收發訊處理部，係與該耦合用電極電氣連接，以進行訊號之收發訊處理；該耦合用電極，係以由該通訊波長之大致一半長度且二維地構成的第1配線、以及電氣連接於該第1配線的導 體所構成；該第1配線之中央部與該導體，係形成在相對向於該介電體基板之厚度方向的位置，並和配置在連結該第1配線之中央部與該導體之延長線上之該其他天線裝置的電極電磁場耦合。
8. 如申請專利範圍第7項之通訊裝置，其中，該導體係形成於該介電體基板之一面的地層；該第1配線，係形成為在與形成有該地層之面相對向之該介電體基板的面上具有複數個反折部，且該第1配線之中，具有未與該收發訊處理部連接之端部為與該地層電氣連接的構造。
9. 如申請專利範圍第7項之通訊裝置，其中，該第1配線係形成於該介電體基板之一面；該導體，係由該通訊波長之大致一半長度所構成，並形成於與形成有該第1配線之面相對向之該介電體基板的面，且為透過通孔與該第1配線連接一端部的第2配線；該收發訊處理部，係透過分別形成於未連接於該通孔之該第1配線與該第2配線之端部的連接用端子，與該耦合用電極電氣連接；該第1配線與該第2配線，其從該連接用端子起離開通訊波長之1/4的各位置係隔著該介電體基板相對向。