以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
<通信システム>
<Communication system>
本発明が適用されたアンテナ装置は、対向する一対の電極間での電磁界結合により情報通信を行う装置であって、例えば図1に示すような、560Mbps程度の高速転送を可能とする通信システム100に組み込まれて使用されるものである。
An antenna device to which the present invention is applied is a device that performs information communication by electromagnetic coupling between a pair of opposed electrodes, and is a communication system that enables high-speed transfer of about 560 Mbps, for example, as shown in FIG. 100 is used by being incorporated.
通信システム100は、2つのデータ通信を行う通信装置101、105から構成される。ここで、通信装置101は、電極103を有する高周波結合器102と、送受信回路104とを備える。また、通信装置105は、電極107を有する高周波結合器106と、送受信回路108とを備える。
The communication system 100 includes communication devices 101 and 105 that perform two data communications. Here, the communication apparatus 101 includes a high-frequency coupler 102 having an electrode 103 and a transmission / reception circuit 104. The communication device 105 includes a high frequency coupler 106 having an electrode 107 and a transmission / reception circuit 108.
図1に示すように通信装置101、105のそれぞれが備える高周波結合器102、106を向かい合わせて配置すると、2つの電極103、107が1つのコンデンサとして動作し、全体としてバンドパスフィルタのように動作することによって、2つの高周波結合器102、106の間で、例えば560Mbps程度の高速転送を実現するための4~5GHz帯域の高周波信号を効率よく伝達することができる。
As shown in FIG. 1, when the high frequency couplers 102 and 106 provided in each of the communication devices 101 and 105 are arranged facing each other, the two electrodes 103 and 107 operate as one capacitor, and as a whole a band-pass filter. By operating, a high frequency signal in a 4 to 5 GHz band for realizing high-speed transfer of about 560 Mbps can be efficiently transmitted between the two high frequency couplers 102 and 106, for example.
ここで、高周波結合器102、106がそれぞれ持つ送受信用の電極103、107は、例えば3cm程度離間して対向して配置され、電界結合が可能である。
Here, the transmitting and receiving electrodes 103 and 107 included in the high- frequency couplers 102 and 106 are arranged to face each other with a spacing of, for example, about 3 cm, and can be coupled to each other.
通信システム100において、例えば、高周波結合器102に接続された送受信回路部104は、上位アプリケーションから送信要求が生じると、送信データに基づいて高周波送信信号を生成し、電極103から電極107へ信号を伝搬する。そして、受信側の高周波結合器106に接続された送受信回路部108は、受信した高周波信号を復調及び復号処理して、再現したデータを上位アプリケーションへ渡す。
In the communication system 100, for example, the transmission / reception circuit unit 104 connected to the high-frequency coupler 102 generates a high-frequency transmission signal based on the transmission data when a transmission request is issued from a host application, and sends a signal from the electrode 103 to the electrode 107. Propagate. Then, the transmission / reception circuit unit 108 connected to the reception-side high-frequency coupler 106 demodulates and decodes the received high-frequency signal, and passes the reproduced data to the higher-level application.
なお、本発明が適用されるアンテナ装置は、上述した4~5GHz帯域の高周波信号を伝達するものに限定されず、他の周波数帯の信号伝達にも適用可能であるが、以下の具体例では、4~5GHz帯域の高周波信号を伝達対象として説明する。
The antenna device to which the present invention is applied is not limited to the above-described one that transmits a high frequency signal in the 4 to 5 GHz band, and can be applied to signal transmission in other frequency bands, but in the following specific examples, A high frequency signal in the 4 to 5 GHz band will be described as a transmission target.
<第1の実施形態>
<First embodiment>
このような通信システム100に組み込まれるアンテナ装置として、図2Aに示すような第1の実施形態に係る高周波結合器110について説明する。
As an antenna device incorporated in such a communication system 100, a high-frequency coupler 110 according to the first embodiment as shown in FIG. 2A will be described.
すなわち、高周波結合器110は、フレキシブルプリント基板1と、結合用電極8と、フレキシブルプリント基板1上に形成された信号線3と結合用電極8とを電気的に接続する電極柱7とを備える。
That is, the high-frequency coupler 110 includes a flexible printed circuit board 1, a coupling electrode 8, and an electrode column 7 that electrically connects the signal line 3 formed on the flexible printed circuit board 1 and the coupling electrode 8. .
フレキシブルプリント基板1は、誘電体として機能するベース材4の両面に銅箔を配した可撓性を有する両面プリント基板で、一方の面の導電層をグランド2とし、もう一方の面の導線層にパターニング処理により信号線3が形成されたものである。
The flexible printed circuit board 1 is a flexible double-sided printed circuit board in which copper foils are disposed on both surfaces of a base material 4 functioning as a dielectric. The conductive layer on one surface is a ground 2 and the conductive layer on the other surface. The signal line 3 is formed by patterning.
フレキシブルプリント基板1のベース材4は、導電層よりも誘電性が優位な物質であり、例えば、25~125μm厚の可撓性を有する誘電性材料で、特に、ポリイミド、液晶ポリマー、テフロン(登録商標)等の低誘電率で、誘電損失の小さい材料からなるものが好ましい。
The base material 4 of the flexible printed circuit board 1 is a substance having a dielectric property superior to that of the conductive layer. For example, it is a flexible dielectric material having a thickness of 25 to 125 μm, and in particular, polyimide, liquid crystal polymer, Teflon (registered) A material having a low dielectric constant and a low dielectric loss, such as a trademark, is preferable.
結合用電極8は、略平面状の導体からなり、対向する位置に配置された他のアンテナ装置の電極と電磁界結合されて通信可能となるものである。このような結合用電極8は、上述したように略平面状の導体で、円形、四角形、多角形等の形状とすることができ、材料としては銅、黄銅、ステンレス等の剛性を有する良導体を用いることが好ましい。
The coupling electrode 8 is made of a substantially planar conductor, and is electromagnetically coupled to electrodes of other antenna devices arranged at opposing positions so that communication is possible. Such a coupling electrode 8 is a substantially planar conductor as described above, and can have a circular, square, polygonal shape, etc., and the material is a good conductor having rigidity such as copper, brass, and stainless steel. It is preferable to use it.
電極柱7は、フレキシブルプリント基板1の厚み方向Hに所定距離離間させて、フレキシブルプリント基板1に形成された信号線3と、結合用電極8とを電気的に接続する。このような電極柱7は、結合用電極8と同様な剛性を有する良導体で、結合用電極8と信号線3とそれぞれ半田等の導電性を有する接合材で接合される。
The electrode column 7 is electrically spaced from the signal line 3 formed on the flexible printed circuit board 1 and the coupling electrode 8 by being separated by a predetermined distance in the thickness direction H of the flexible printed circuit board 1. Such an electrode column 7 is a good conductor having the same rigidity as the coupling electrode 8, and is joined to the coupling electrode 8 and the signal line 3 by a bonding material having conductivity such as solder.
このような接続材による電気的信頼性、機械的強度を向上させるために、信号線3のライン幅を被接合部分で電極柱7の径よりも広げて導電性材料で十分な接合強度が得られるようにすることが好ましく、更に接合された部分の周りを有機接着剤等で補強する等の処置を施すようにすることも好ましい。
In order to improve the electrical reliability and mechanical strength due to such a connecting material, the line width of the signal line 3 is made wider than the diameter of the electrode column 7 at the bonded portion, and a sufficient bonding strength is obtained with a conductive material. It is also preferable to take measures such as reinforcing the periphery of the joined portion with an organic adhesive or the like.
電極柱7は、結合用電極8と別々に作製して接続しても、結合用電極8の一部を加工して結合用電極8と一体物として作製してもよい。また、図2A中で示される高周波結合器110において、電極柱7は一本としているが、結合用電極8を支える役割も担うので強度を向上させるために複数本としてもよい。また、電極柱7は結合用電極8の中心付近に接合するが、複数本で用いる場合も結合用電極8の中心付近に接合することが好ましい。例えば、図2Bに示すように、電極柱を複数本、具体的には2本用いるとき、電極柱71、72と信号線3との接続状態を考慮すると、信号線3の線幅が狭く線幅内に収まらない場合があるが、この場合は信号線3のうち、接合部3bの線幅を部分的に広くして接合する。
The electrode column 7 may be produced and connected separately from the coupling electrode 8, or a part of the coupling electrode 8 may be processed and produced as an integral body with the coupling electrode 8. Further, in the high-frequency coupler 110 shown in FIG. 2A, the number of electrode columns 7 is one. However, since the role of supporting the coupling electrode 8 is also fulfilled, a plurality of electrodes may be used to improve the strength. In addition, the electrode column 7 is bonded to the vicinity of the center of the coupling electrode 8, but it is preferable to bond the electrode column 7 to the vicinity of the center of the coupling electrode 8 even when a plurality of the electrode columns 7 are used. For example, as shown in FIG. 2B, when a plurality of electrode columns, specifically two, are used, the connection width between the electrode columns 71 and 72 and the signal line 3 is considered and the line width of the signal line 3 is narrow. In some cases, the width of the joint 3b of the signal lines 3 is partially increased to join them.
以上のような構成からなる高周波結合器110において、フレキシブルプリント基板1上に形成された信号線3の構成について具体的に説明する。信号線3は、その一端には、信号の送受信処理を行う送受信回路部と電気的に接続可能な接続用端子部9が、フレキシブルプリント基板1の端子形成部1aに形成されており、他端が、スルーホール5によりグランド2と短絡処理されている。例えば、信号線3は、スルーホール5に設けた導電性メッキ膜あるいは導電性ペースト等によりベース材4を貫通してグランド2に接合されることで、短絡処理がなされる。なお、グランド2との接続は電気的に短絡するためのものであり、貫通バンプ等の導電性の柱により信号線3とグランド2とを接続してもよい。
In the high-frequency coupler 110 configured as described above, the configuration of the signal line 3 formed on the flexible printed circuit board 1 will be specifically described. One end of the signal line 3 is formed with a connection terminal portion 9 that can be electrically connected to a transmission / reception circuit portion that performs signal transmission / reception processing on the terminal formation portion 1a of the flexible printed circuit board 1, and the other end. Is short-circuited with the ground 2 by the through hole 5. For example, the signal line 3 is short-circuited by passing through the base material 4 and joining to the ground 2 with a conductive plating film or conductive paste provided in the through hole 5. The connection to the ground 2 is for electrical short-circuiting, and the signal line 3 and the ground 2 may be connected by a conductive column such as a through bump.
また、図2A及び図2B中に示す高周波結合器110では、通信感度を高めるため、信号線3のうち、スルーホール5により短絡処理されている端部から電極柱7との接続点までの距離が、通信周波数の略4分の1波長の整数倍離れるようにした共振ライン3aとして機能する。
Moreover, in the high frequency coupler 110 shown in FIGS. 2A and 2B, the distance from the end of the signal line 3 that is short-circuited by the through hole 5 to the connection point with the electrode column 7 in order to increase the communication sensitivity. However, it functions as a resonance line 3a that is separated by an integral multiple of approximately a quarter wavelength of the communication frequency.
このように、共振ライン3aは、他の高周波結合器が備える結合用電極と、当該高周波結合器110の結合用電極8との結合効率を上げるために用いるもので、上述したようにグランド2に接続することでショートスタブとなり、この部分では電圧が0となるため、この部分からライン上で通信周波数の略4分の1波長の距離に電極柱7が接続されると、その接続点で電圧が最大となり結合効率が良好となる。このようにして、共振ライン3aは、高周波結合器間の結合効率を上げる役割を担う。
As described above, the resonance line 3a is used to increase the coupling efficiency between the coupling electrode provided in another high-frequency coupler and the coupling electrode 8 of the high-frequency coupler 110, and is connected to the ground 2 as described above. By connecting it, it becomes a short stub, and the voltage becomes 0 in this part. Therefore, when the electrode column 7 is connected to the distance of about a quarter wavelength of the communication frequency on the line from this part, the voltage at the connection point Is maximized and the coupling efficiency is improved. In this way, the resonance line 3a plays a role of increasing the coupling efficiency between the high frequency couplers.
なお、図2A及び図2Bに示す高周波結合器110では、信号線3の共振ライン3a側の端部をスルーホール5を介したショートスタブとしているが、開放端としたオープンスタブとしてもよい。但し、このオープンスタブの場合も共振ライン3aと電極柱7の接合部で電圧が最大となるように、共振ライン3aの長さを、上述したように調整する必要がある。また、図2A及び図2Bに示す高周波結合器110では、スルーホール5を介してショートスタブされた共振ライン3aがフレキシブルプリント基板1上に1つ形成されているが、複数用いるようにしてもよく、これにより、より強い共振を起こすことができる。
In the high-frequency coupler 110 shown in FIGS. 2A and 2B, the end of the signal line 3 on the resonance line 3a side is a short stub via the through hole 5, but may be an open stub having an open end. However, also in the case of this open stub, it is necessary to adjust the length of the resonance line 3a as described above so that the voltage is maximized at the junction between the resonance line 3a and the electrode column 7. Further, in the high frequency coupler 110 shown in FIGS. 2A and 2B, one resonance line 3a short-stubbed via the through hole 5 is formed on the flexible printed board 1, but a plurality of resonance lines 3a may be used. Thereby, a stronger resonance can be caused.
また、信号線3のライン形状は、必ずしも直線状にする必要はなく曲率を持たせた曲線状としたり、図2A及び図2Bに示されるように折り曲げて用いることもできる。
Also, the line shape of the signal line 3 does not necessarily need to be a straight line, and may be a curved line with a curvature, or may be bent as shown in FIGS. 2A and 2B.
接続用端子部9は、上述したように、信号線3の一方の端部に形成されており、可撓性を有するフレキシブルプリント基板1上の端子形成部1aに形成されているので、高周波結合器110に接続される送受信回路の基板との接続が容易となる。
As described above, the connection terminal portion 9 is formed at one end portion of the signal line 3 and is formed at the terminal formation portion 1a on the flexible printed board 1 having flexibility. Connection with the substrate of the transmission / reception circuit connected to the device 110 is facilitated.
ここで、接続用端子部9の端子形状は、送受信回路部との接続方法に合わせて設計される。接続用端子部9の端子形状は、良好な接続性を実現する観点から、例えば図3A及び図3Bに示すような、コネクタによる接続に対応した端子構造が好ましい。
Here, the terminal shape of the connection terminal portion 9 is designed in accordance with the connection method with the transmission / reception circuit portion. The terminal shape of the connecting terminal portion 9 is preferably a terminal structure corresponding to connection by a connector as shown in FIGS. 3A and 3B, for example, from the viewpoint of realizing good connectivity.
図3Aに示す具体例に係る接続用端子部29は、GSG(グランド/シグナル/グランド)配置のコネクタに対応したもので、グランドと信号線を同一平面に配置するため、コネクタとの電気的嵌合用に信号端子50とグランド端子51と、補強板20を設けている。
The connection terminal portion 29 according to the specific example shown in FIG. 3A corresponds to a connector having a GSG (ground / signal / ground) arrangement, and the ground and the signal line are arranged on the same plane. The signal terminal 50, the ground terminal 51, and the reinforcing plate 20 are provided for the purpose of use.
信号端子50は、フレキシブルプリント基板21の片面に構成された信号線23の端部に、線幅をコネクタ接続用に調整することで形成される。
The signal terminal 50 is formed at the end of the signal line 23 formed on one side of the flexible printed circuit board 21 by adjusting the line width for connector connection.
グランド端子51は、フレキシブルプリント基板21の一方の面に形成されたグランド22から、スルーホール25の内側に形成された導電性材料を介して、電気的に接続されている。
The ground terminal 51 is electrically connected from a ground 22 formed on one surface of the flexible printed board 21 via a conductive material formed inside the through hole 25.
補強板20は、接続用端子部29に機械的強度を持たせるためにグランド22に接着されたもので、コネクタへの抜き差しを容易にするとともに、嵌合の安定性、信頼性を保つことができる。補強板20の材料としては、一般に硬質の樹脂、セラミクス等が用いられる。
The reinforcing plate 20 is bonded to the ground 22 in order to give the connecting terminal portion 29 mechanical strength, facilitating insertion / removal to / from the connector and maintaining stability and reliability of fitting. it can. As a material of the reinforcing plate 20, a hard resin, ceramics, or the like is generally used.
以上のような構成からなる接続用端子部29は、コネクタピンとの良好な接続性を実現するため、信号端子50とグランド端子51の線幅を一定にすると、接続用端子部29で特性インピーダンスが信号線23と大きく異なり、インピーダンスミスマッチにより高周波結合器の結合効率を著しく低下してしまう場合がある。このような場合には、図3Bに示すように、必要に応じて、信号端子50直下のグランド22に切欠き27を適切な割合で設けることで、接続用端子部29の特性インピーダンスを調整し高周波結合器の効率低下を防ぐことができる。このようにして作製された高周波結合器110は、送受信回路部に配置されたコネクタを介して送受信回路部と接続される。具体的な接続例を図4、及び、図5に示す。
The connection terminal portion 29 configured as described above has a characteristic impedance at the connection terminal portion 29 when the line widths of the signal terminal 50 and the ground terminal 51 are constant in order to achieve good connection with the connector pin. Unlike the signal line 23, there is a case where the coupling efficiency of the high-frequency coupler is significantly lowered due to impedance mismatch. In such a case, as shown in FIG. 3B, if necessary, the characteristic impedance of the connection terminal portion 29 is adjusted by providing notches 27 at an appropriate ratio in the ground 22 immediately below the signal terminal 50. A reduction in efficiency of the high-frequency coupler can be prevented. The high-frequency coupler 110 thus manufactured is connected to the transmission / reception circuit unit via a connector arranged in the transmission / reception circuit unit. Specific connection examples are shown in FIGS. 4 and 5. FIG.
図4は、高周波結合器110と、コネクタ111を介して高周波結合器110と接続された送受信回路基板112とが同一方向を向いて配置される場合を示している。また、図5は、高周波結合器110と、コネクタ111を介して高周波結合器110と接続された送受信回路基板112とが、背中合わせに配置される場合を示している。これら2つの配置から明らかなように、高周波結合器110は、可撓性を有するフレキシブルプリント基板1を用いて構成されているため、自由に折り曲げて使うことができ、設置場所に対する自由度が極めて高い。
FIG. 4 shows a case where the high-frequency coupler 110 and the transmission / reception circuit board 112 connected to the high-frequency coupler 110 via the connector 111 are arranged in the same direction. FIG. 5 shows a case where the high frequency coupler 110 and the transmission / reception circuit board 112 connected to the high frequency coupler 110 via the connector 111 are arranged back to back. As is clear from these two arrangements, the high-frequency coupler 110 is configured using the flexible printed circuit board 1 having flexibility, so that it can be freely bent and used, and the degree of freedom with respect to the installation location is extremely high. high.
このように、本発明が適用された高周波結合器110は、電極柱7により、フレキシブルプリント基板1の一方の面に形成された信号線3と、結合用電極8とが電気的に接続され、接続用端子部9が可撓性を有するフレキシブルプリント基板1に形成されているので、高い生産効率を実現しながら、送受信処理を行う送受信回路と良好な接続性を維持するとともに送受信回路の配置位置によって制限されることなく、結合用電極を自由に配置することができる。
Thus, in the high frequency coupler 110 to which the present invention is applied, the signal line 3 formed on one surface of the flexible printed circuit board 1 and the coupling electrode 8 are electrically connected by the electrode pillar 7, Since the connecting terminal portion 9 is formed on the flexible printed circuit board 1 having flexibility, the transmission / reception circuit for performing transmission / reception processing and the good connection with the transmission / reception circuit are maintained while realizing high production efficiency. The coupling electrode can be freely arranged without being limited by the above.
なお、高周波結合器110において、上述したように自由に折り曲げて使うことができ、設置場所に対する自由度を高めることを実現するには、信号線が実装されるプリント基板のうち、少なくとも接続用端子部9が形成された端子形成部1aが、可撓性を有する基板上に形成されていればよい。例えば、リジットフレキシブル基板のように、エポキシ樹脂などの硬質な材料とフレキシブルな材料とを複合した基板を用いて、リジット基板上に電極柱などを実装して、フレキシブル基板上に接続端子部を実装するようにしてもよい。このようにリジットフレキシブル基板も用いることができるが、高周波結合器110は、プリント基板として、全て可撓性を有するフレキシブルプリント基板1を用いることで、部材を共通化して製造工程を簡略化することができる点で特に好ましい。
Note that in the high-frequency coupler 110, as described above, it can be freely bent and used, and in order to realize a high degree of freedom with respect to the installation location, at least a connection terminal of the printed circuit board on which the signal line is mounted. The terminal forming portion 1a on which the portion 9 is formed only needs to be formed on a flexible substrate. For example, like a rigid flexible board, using a board that is a composite of a hard material such as epoxy resin and a flexible material, mount electrode columns on the rigid board and mount the connection terminal on the flexible board. You may make it do. Although a rigid flexible board can be used in this way, the high-frequency coupler 110 uses the flexible printed board 1 having flexibility as a printed board, thereby simplifying the manufacturing process by sharing the members. It is particularly preferable in that
また、高周波結合器110では、上述したように接続用端子部9をコネクタ接続用の端子構造とする以外にも、例えば異方性導電フィルム(ACF)、異方性導電ペースト(ACP)等の導電性ペーストを用いた手法により接合することができる。特に、このような導電性ペーストを用いた場合は、端子の剛性を確保する必要がないので補強板20を省いて薄型化を図ることができる点で好ましい。
Further, in the high frequency coupler 110, in addition to the connection terminal portion 9 having a connector connection terminal structure as described above, for example, an anisotropic conductive film (ACF), an anisotropic conductive paste (ACP), or the like is used. It can join by the method using an electrically conductive paste. In particular, the use of such a conductive paste is preferable because it is not necessary to ensure the rigidity of the terminals, and the thickness can be reduced by omitting the reinforcing plate 20.
このような導電性ペーストを用いた接合方法では、一般に接合面を対向させて接続するため、上述した図4に示した配置と同様に、送受信回路基板112と高周波結合器110を同一方向を向いて配置させる場合は、図6に示すように、送受信回路基板112の実装面112aと反対の底面112bを接合部113として接続する必要がある。
In such a bonding method using a conductive paste, since the bonding surfaces are generally connected to face each other, the transmission / reception circuit board 112 and the high-frequency coupler 110 are oriented in the same direction as in the arrangement shown in FIG. 6, it is necessary to connect the bottom surface 112 b opposite to the mounting surface 112 a of the transmission / reception circuit board 112 as a joint portion 113 as shown in FIG. 6.
また、送受信回路基板112側で、その実装面と反対の面に接続用端子を実装できない、あるいは高周波結合器110の配置の問題から接合部113を、送受信回路基板112の実装面112aにしたい場合は、図7A及び図7Bに示すような接続用端子部39を用いることで、端子面の表裏切り替えを行なうことができる。
Also, on the side of the transmission / reception circuit board 112, the connection terminal cannot be mounted on the surface opposite to the mounting surface, or the joint 113 is desired to be the mounting surface 112a of the transmission / reception circuit board 112 due to the problem of the arrangement of the high frequency coupler 110. 7A and 7B can be used to switch the front and back of the terminal surface by using the connection terminal portion 39 as shown in FIGS.
接続用端子部39は、次のような端子構造を有する。すなわち、接続用端子部39は、図7A及び、図7Bに示すように、信号端子60とグランド端子61をグランド32をパターニングすることで作製し、信号端子60はスルーホール35内の導体により、グランド32に対向する面に形成された信号線33と繋がっている。接続用端子部39においても、高周波結合器110の結合効率をあげるためには特性インピーダンスを合わせるのが好ましく、信号端子60とグランド端子61の間隔は、この特性インピーダンスを考慮して決める。特に、接続用端子部39は、コプレナー構造の端子構造であり、端子間の間隔が狭くなるので特性インピーダンスの整合が困難な場合は、信号線33と同一面にグランド32とスルーホールにより接合されるグランド端子を設けて特性インピーダンスを調整することができる。また、端子間の間隔が信号端子60及びグランド端子61の端子幅に比べて狭すぎる場合は、ACF等での接続では接着材の埋設部分が少なくなり十分な接続強度を確保できなくなるので、信号端子60及びグランド端子61を二股構造等にして、接着材の埋設部分を増すようにすることが好ましい。
The connection terminal portion 39 has the following terminal structure. That is, as shown in FIGS. 7A and 7B, the connection terminal portion 39 is produced by patterning the signal terminal 60 and the ground terminal 61 with the ground 32, and the signal terminal 60 is formed by the conductor in the through hole 35. It is connected to a signal line 33 formed on the surface facing the ground 32. Also in the connection terminal portion 39, it is preferable to match the characteristic impedance in order to increase the coupling efficiency of the high-frequency coupler 110, and the distance between the signal terminal 60 and the ground terminal 61 is determined in consideration of this characteristic impedance. In particular, the connection terminal portion 39 has a coplanar terminal structure, and when the characteristic impedance matching is difficult because the distance between the terminals is narrowed, it is joined to the same surface as the signal line 33 by the ground 32 and the through hole. The characteristic impedance can be adjusted by providing a ground terminal. In addition, when the distance between the terminals is too narrow compared to the terminal width of the signal terminal 60 and the ground terminal 61, the connection with ACF or the like reduces the buried portion of the adhesive material and cannot secure sufficient connection strength. It is preferable that the terminal 60 and the ground terminal 61 have a bifurcated structure or the like so as to increase the embedded portion of the adhesive material.
このような端子構造を有する接続用端子部39は、図8に示すように、送受信回路基板112の実装面112aに用意される接続部113と対向した接続を可能とし、コネクタを用いた場合と同様な配置をなすことができる。
As shown in FIG. 8, the connection terminal portion 39 having such a terminal structure enables connection facing the connection portion 113 prepared on the mounting surface 112a of the transmission / reception circuit board 112, and a case where a connector is used. A similar arrangement can be made.
次に、第1の実施形態に係る高周波結合器110の性能を調べるために、アンソフト社製の3次元電磁界シミュレータHFSSを用いて通信特性の解析を行なった。
Next, in order to investigate the performance of the high-frequency coupler 110 according to the first embodiment, the communication characteristics were analyzed using a three-dimensional electromagnetic field simulator HFSS manufactured by Ansoft.
解析モデルは、図2Aの構成の高周波結合器110として、具体的な条件は、次のようなものを用いた。すなわち、フレキシブルプリント基板1は、ベース材4に50μmの液晶ポリマーを用いた両面銅箔基板、結合用電極8は直径10mmの薄銅板、電極柱7は直径0.4mm、高さ2.4mmの鉄製柱を想定している。なお、接続用端子部9は0.5mmピッチの低背コネクタに嵌合する構造としている。
As the analysis model, the following conditions were used as the high-frequency coupler 110 having the configuration shown in FIG. 2A. That is, the flexible printed circuit board 1 is a double-sided copper foil substrate using a liquid crystal polymer of 50 μm for the base material 4, the coupling electrode 8 is a thin copper plate having a diameter of 10 mm, the electrode pillar 7 is 0.4 mm in diameter and 2.4 mm in height. An iron pillar is assumed. The connection terminal portion 9 is structured to be fitted to a low profile connector with a pitch of 0.5 mm.
このように構成された2つの高周波結合器110a、110bを、図9に示すように対向させて、一方の高周波結合器110aの端子に入力信号を加え、他方の高周波結合器110bの端子で信号を受けた場合の結合強度を解析した。ここで、結合強度は、Sパラメータの透過特性S21を用いて評価した。
The two high-frequency couplers 110a and 110b configured as described above are opposed to each other as shown in FIG. 9, an input signal is applied to the terminal of one high-frequency coupler 110a, and a signal is output from the terminal of the other high-frequency coupler 110b. The bond strength in the case of receiving was analyzed. Here, the bond strength was evaluated using the transmission characteristic S21 of the S parameter.
図10は、図9の対向する高周波結合器の結合用電極間の対向距離を、それぞれ15mm、100mmとした場合の結合強度S21の周波数特性を示したものである。
FIG. 10 shows the frequency characteristics of the coupling strength S21 when the opposing distances between the coupling electrodes of the opposing high frequency coupler of FIG. 9 are 15 mm and 100 mm, respectively.
例えば、TransferJet(登録商標)の通信では4.48GHzを中心とした周波数が用いられるが、この周波数帯において、対向距離15mmの結合状態ではS21が-18dBから-20dBであり通信周波数近傍での平坦な周波数特性が得られている。また、対向距離100mmの非結合状態では、S21が-42dBであり通信遮断性が得られている。
For example, in TransferJet (registered trademark) communication, a frequency centered on 4.48 GHz is used, but in this frequency band, S21 is −18 dB to −20 dB in a coupled state with a facing distance of 15 mm, and is flat in the vicinity of the communication frequency. Frequency characteristics are obtained. Further, in a non-coupled state with a facing distance of 100 mm, S21 is −42 dB, and communication blocking is obtained.
この周波数特性から明らかなように、第1の実施形態に係る高周波結合器110は、100mm程度離れた状態で混信することがないようにしつつ、15mm程度の近距離で電磁界結合を利用した情報通信が可能である。
As is clear from this frequency characteristic, the high-frequency coupler 110 according to the first embodiment is information using electromagnetic field coupling at a short distance of about 15 mm while preventing interference in a state separated by about 100 mm. Communication is possible.
<第2の実施形態>
<Second Embodiment>
次に、本発明が適用されたアンテナ装置の他の実施形態として、図11に示すような第2の実施形態に係る高周波結合器120の構成について説明する。
Next, as another embodiment of the antenna device to which the present invention is applied, a configuration of a high-frequency coupler 120 according to the second embodiment as shown in FIG. 11 will be described.
高周波結合器120は、上述した第1の実施形態に係る高周波結合器110と同様に、フレキシブルプリント基板1と、結合用電極8と、フレキシブルプリント基板1上に形成された信号線3と結合用電極8とを電気的に接続する電極柱7とを備える。これに加えて、高周波結合器120は、結合用電極8を保持する固定部材として上部基板16を備える。
The high frequency coupler 120 is coupled to the flexible printed circuit board 1, the coupling electrode 8, and the signal line 3 formed on the flexible printed circuit board 1 in the same manner as the high frequency coupler 110 according to the first embodiment described above. An electrode column 7 that electrically connects the electrode 8 is provided. In addition, the high-frequency coupler 120 includes an upper substrate 16 as a fixing member that holds the coupling electrode 8.
ここで、第1の実施形態に係る高周波結合器110では、結合用電極8が細い電極柱7を介して保持されるために強度が弱く、完成品を移動させる際に注意が必要であったのに対して、本実施形態に係る高周波結合器120は、上部基板16により結合用電極8が強固に保持されるので、結合用電極8の物理的な強度を高めて、衝撃や加圧などによる変形を防止することができる。すなわち、高周波結合器120の移動にかかわる取扱が容易となる。
Here, in the high frequency coupler 110 according to the first embodiment, since the coupling electrode 8 is held through the thin electrode column 7, the strength is weak, and care must be taken when moving the finished product. On the other hand, in the high frequency coupler 120 according to the present embodiment, the coupling electrode 8 is firmly held by the upper substrate 16, so that the physical strength of the coupling electrode 8 is increased, and impact, pressurization, and the like are performed. It is possible to prevent deformation due to. That is, handling related to the movement of the high-frequency coupler 120 is facilitated.
なお、本実施形態に係る高周波結合器120は、上部基板16を有する以外は、上述した第1の実施形態に係る高周波結合器110が備える構成と同様なので、図11中において同様の符号を付し、各要素についての説明を省略するものとする。
The high-frequency coupler 120 according to the present embodiment is the same as the configuration of the high-frequency coupler 110 according to the first embodiment described above except that the high-frequency coupler 120 includes the upper substrate 16, and thus the same reference numerals are given in FIG. The description of each element will be omitted.
このような構成からなる高周波結合器120では、上部基板16により結合用電極8が保持されるので、結合用電極8と信号線3とが例えば、次のような接続方法によって接続される。
In the high-frequency coupler 120 having such a configuration, the coupling electrode 8 is held by the upper substrate 16, so that the coupling electrode 8 and the signal line 3 are connected by, for example, the following connection method.
すなわち、高周波結合器120では、結合用電極8を、上部基板16の片面、すなわち、図11に示す上面16aにメッキ処理等を施すことにより形成する。続いて、高周波結合器120では、結合用電極8の中心を上部基板16と共に貫通穴あけ処理によりスルーホール7aを形成する。このスルーホール7aが、信号線3の所定の位置に合わさるようにして、上部基板16のもう一方の面、すなわち図11の下面16bをフレキシブルプリント基板1に接着させる。そして、このスルーホール7aを介したメッキ処理あるいは導電性ペースト等により形成された電極柱7が、結合用電極8と信号線3を電気的に接続する。
That is, in the high frequency coupler 120, the coupling electrode 8 is formed by performing plating or the like on one surface of the upper substrate 16, that is, the upper surface 16a shown in FIG. Subsequently, in the high frequency coupler 120, the through hole 7 a is formed by a through hole drilling process with the upper substrate 16 at the center of the coupling electrode 8. The other surface of the upper substrate 16, that is, the lower surface 16 b of FIG. 11 is bonded to the flexible printed circuit board 1 so that the through hole 7 a is aligned with a predetermined position of the signal line 3. The electrode columns 7 formed by plating through the through holes 7a or conductive paste or the like electrically connect the coupling electrodes 8 and the signal lines 3.
なお、上記の接続方法は、電気的接続方法の一例であって、例えばメッキ処理されたスルーホール7aを有する上部基板16のスルーホール部に、結合用電極8と接続された針状の電極柱7を挿入しハンダあるいは導電性ペーストにより信号線3と接続するなどの方法を用いるようにしてもよい。また、図11に示す高周波結合器120では、結合用電極8が上部基板16の上面16aに直接形成しているが、片面に銅箔などの導電層が形成されたフレキシブル基板の導電層に結合用電極8を形成して上面16aに貼り付ける構造としてもよいし、上述した図2A及び図2Bに示すように、導電性金属薄板を結合用電極8として上面16aに貼り付ける構造としてもよい。すなわち、高周波結合器120では、結合用電極8と信号線3と、誘電体基板である上部基板16を挟んで所定距離離間させた状態で電気的に接続できれば、いずれの接続方法を用いてもよい。
The above connection method is an example of an electrical connection method. For example, a needle-like electrode column connected to the coupling electrode 8 in a through hole portion of the upper substrate 16 having a plated through hole 7a. 7 may be inserted and connected to the signal line 3 with solder or conductive paste. Further, in the high-frequency coupler 120 shown in FIG. 11, the coupling electrode 8 is directly formed on the upper surface 16a of the upper substrate 16. However, the coupling electrode 8 is coupled to the conductive layer of the flexible substrate having a conductive layer such as copper foil formed on one side. The electrode 8 for forming may be formed and attached to the upper surface 16a, or as shown in FIGS. 2A and 2B, a conductive metal thin plate may be attached to the upper surface 16a as the coupling electrode 8. That is, in the high-frequency coupler 120, any connection method can be used as long as the coupling electrode 8 and the signal line 3 can be electrically connected in a state of being separated by a predetermined distance across the upper substrate 16 that is a dielectric substrate. Good.
上部基板16の材料としては、特に比誘電率の低い材料を用いることが好ましい。例えば、図12は、上部基板16の比誘電率を1.5、2.0に設定して、それ以外の条件は図11で得られた結果と同様にして、解析した場合の結合強度S21の周波数特性を表したものである。この解析結果から、上部基板16の比誘電率を高くすると、波長短縮効果により、結合強度がピークを示す周波数が低周波側にシフトするとともに結合強度S21が小さくなることがわかる。ピーク周波数は共振ライン3aや他の寸法を変更することで、4.48GHz付近となるように調整可能であるが、上部基板16の比誘電率が高い場合の結合強度S21のレベルを、上部基板16の比誘電率が低い場合のレベルと同等まで高めることはできない。
As the material of the upper substrate 16, it is particularly preferable to use a material having a low relative dielectric constant. For example, in FIG. 12, when the relative dielectric constant of the upper substrate 16 is set to 1.5 and 2.0, and the other conditions are the same as the results obtained in FIG. The frequency characteristics of From this analysis result, it can be seen that when the relative dielectric constant of the upper substrate 16 is increased, the frequency at which the coupling intensity reaches a peak shifts to the low frequency side and the coupling intensity S21 decreases due to the wavelength shortening effect. The peak frequency can be adjusted to be around 4.48 GHz by changing the resonance line 3a and other dimensions, but the level of the coupling strength S21 when the relative permittivity of the upper substrate 16 is high is set to the upper substrate. It cannot be increased to the same level as when the relative dielectric constant of 16 is low.
この結果から明らかなように、上部基板16には、できるだけ比誘電率の低い材料を用いるのが好ましく、例えば比誘電率が有効数字1桁で2台のテフロン(登録商標)、液晶ポリマー等が候補と挙げられるが、特に結合強度を向上させたい場合は、低誘電材料であるフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリイミド等を発泡させて作製する比誘電率が有効数字1桁で1台の多孔質材料を用いるのが好ましい。
As is clear from this result, it is preferable to use a material having as low a relative dielectric constant as possible for the upper substrate 16. For example, two Teflon (registered trademark), a liquid crystal polymer, etc. having a relative dielectric constant of one significant digit are used. Candidates are listed, but especially when it is desired to improve the bond strength, a low dielectric material such as fluororesin, polyethylene, polyimide, etc. is used to produce a porous material with a single dielectric constant with a single significant digit. It is preferable to use it.
以上のように、第2の実施形態に係る高周波結合器120では、結合用電極8と信号線3とが、上部基板16を挟んで所定距離離間されて電気的に接続されるので、通信特性を保持しつつ、結合用電極8の物理的な強度を高めて、衝撃や加圧などによる変形を防止することができる。
As described above, in the high frequency coupler 120 according to the second embodiment, the coupling electrode 8 and the signal line 3 are electrically connected with a predetermined distance therebetween with the upper substrate 16 interposed therebetween. , The physical strength of the coupling electrode 8 can be increased, and deformation due to impact or pressure can be prevented.