高周波結合器及び通信システム
【課題】効率よくかつ広帯域で近距離での大容量のデータ通信が可能な高周波結合器及び通信システムを得る。
【解決手段】送信側の高周波結合器１０Ａと受信側の高周波結合器１０Ｂとで構成した通信システム。それぞれの高周波結合器１０Ａ，１０Ｂは、外部に高周波信号を送受信する放射板１１と、整合回路１５と、高周波信号を処理する通信回路２０と、で構成されている。整合回路１５は、放射板１１と通信回路２０とに結合し、放射板１１と通信回路２０との間を所定の周波数帯域でインピーダンス整合をとる。放射板１１の共振周波数は送受信される高周波信号の周波数よりも高く設定されている。
【解決手段】送信側の高周波結合器１０Ａと受信側の高周波結合器１０Ｂとで構成した通信システム。それぞれの高周波結合器１０Ａ，１０Ｂは、外部に高周波信号を送受信する放射板１１と、整合回路１５と、高周波信号を処理する通信回路２０と、で構成されている。整合回路１５は、放射板１１と通信回路２０とに結合し、放射板１１と通信回路２０との間を所定の周波数帯域でインピーダンス整合をとる。放射板１１の共振周波数は送受信される高周波信号の周波数よりも高く設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波結合器、特に、近距離での大容量データ通信に好適に用いることのできる高周波結合器及び通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像や音楽などの大容量データを無線信号の送受によって転送する広帯域周波数を使った通信方式が注目されている。この通信方式によれば、近距離（３０ｍｍ程度）であるが、１ＧＨｚ以上の広い周波数帯域を使用し、５００Ｍｂｐｓ程度の大容量のデータを送受することができる。
【０００３】
一般的に、高周波信号で通信する場合の結合器（アンテナ）として、電界結合方式や電磁誘導方式を用いると、通信距離に比例してエネルギーが減衰する。電界結合は距離の３乗に比例して減衰することが知られている。これに対して、磁界結合は距離の２乗に比例して減衰する。このことは、他の通信装置からの干渉を受けずに近距離での通信を可能としている。しかし、１ＧＨｚ以上の高周波信号を用いて通信する場合、高周波信号の波長が短いので、距離に応じて伝搬損が生じる。そこで、効率よく高周波信号を伝達する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、広帯域周波数を使った通信方式により情報機器間で大容量のデータ通信を行うために、主に電界結合でエネルギーの伝達を行う高周波結合器が記載されている。しかし、電界結合は距離の３乗に比例して減衰するので、小型化すると通信距離がかなり短くなってしまい、結合器の小型化が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−９９２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、効率よくかつ広帯域で近距離での大容量のデータ通信が可能な高周波結合器及び通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の第１の形態である高周波結合器は、
外部に高周波信号を送信する、及び／又は、外部から高周波信号を受信する放射板と、
整合回路と、
高周波信号を処理する通信回路と、
を備え、
前記整合回路は、前記放射板と前記通信回路とに結合し、前記放射板と前記通信回路との間を所定の周波数帯域でインピーダンス整合をとり、
前記放射板の共振周波数は送信及び／又は受信される高周波信号の周波数よりも高いこと、
を特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の形態である通信システムは、
少なくとも二つの前記高周波結合器を備え、
前記少なくとも二つの高周波結合器がそれぞれ備える前記放射板によって高周波信号を送信及び／又は受信することによりデータを伝送すること、
を特徴とする。
【０００９】
前記高周波結合器及び通信システムにおいては、放射板と通信回路との間をインピーダンス整合させる整合回路を備えているため、整合回路が決定する所定の周波数で放射板が高周波信号を送信／受信する。放射板自体は伝送される高周波信号の周波数で共振していないので、広い周波数帯域での通信が可能であり、放射板の共振周波数が通信周波数よりも高いために、放射板からは磁界が放射され結合器どうしが減衰比率の小さい磁界で結合する。このような磁界結合によって効率よく高周波信号を伝達でき機器の小型化が可能であり、特に、近距離での大容量のデータ通信に好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、広帯域での高周波信号による通信を近距離で効率よく実現することができ、特に、近距離での大容量のデータ通信に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る一組（送信側、受信側）の高周波結合器を示すブロック図である。
【図２】図１に示した一組の高周波結合器の放射板を対向させた状態を示す斜視図である。
【図３】前記放射板を磁界遮蔽部材にとり付けた状態を示す斜視図である。
【図４】図３に示した放射板と磁界遮蔽部材を示す分解斜視図である。
【図５】整合回路の一例を示すブロック図である。
【図６】放射板の反射特性を示すグラフである。
【図７】放射板の放射状態を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る高周波結合器及び通信システムの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１に示すように、通信システムは送信側の高周波結合器１０Ａと受信側の高周波結合器１０Ｂとで構成されている。それぞれの高周波結合器１０Ａ，１０Ｂは、外部に高周波信号を送受信する放射板１１と、整合回路１５と、高周波信号を処理する通信回路２０と、で構成されている。
【００１４】
放射板１１は、金属材からなるループ状アンテナであり、該ループ状アンテナの両端部が導線１２を介して整合回路１５と結合している。また、整合回路１５は、通信回路２０と導線１９を介して結合しており、放射板１５と通信回路２０との間を所定の周波数帯域でインピーダンス整合をとっている。そして、放射板１１の共振周波数は放射板１１，１１の間で送受信される高周波信号の周波数よりも高く設定されている。
【００１５】
整合回路１５は、例えば、図５に示すように、互いに磁気結合する二つのインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２にて形成されており、所定周波数の高周波信号を通信回路２０から放射板１１に伝達し、また、放射板１１から通信回路２０に伝達する。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２からなる整合回路１５は、図６に示すように、４ＧＨz帯域で６００ＭＨｚ帯域Ｘ（−５ｄＢの帯域幅）で、放射板１１と通信回路２０とのインピーダンスを整合させる。
【００１６】
従って、送信側の高周波結合器１０Ａにおいては、通信回路２０から供給されるエネルギーでループ状の放射板１１に高周波電流が流れて放射板１１から高周波磁界が放射される。放射された高周波磁界は受信側の高周波結合器１０Ｂの放射板１１で受信され、整合回路１５を介して通信回路２０に供給される。放射板１１自体は伝送される高周波信号の周波数で共振していないので、広い周波数帯域（図６参照）で高周波信号の伝達が可能である。この通信時において、それぞれの放射板１１，１１は図２に示すように近接対向させる必要がある。しかし、磁界は放射板１１から広がるように放射されるので、それぞれの放射板１１，１１の相対位置関係は比較的自由である。
【００１７】
ところで、図７に示すように、放射板１１はその共振周波数ｆ0が通信周波数帯域ｆ1よりも高いと磁界を発生し、通信周波数帯域ｆ2よりも低いと電界を発生する。従って、放射板１１の共振周波数ｆ0を送受信する高周波信号の周波数よりも高く設定することにより、放射板１１からは常に磁界が放射／受信され、二つの放射板１１，１１が磁界結合する。これにて、近接した距離で他の通信機器からの干渉を排除して効率的な高周波信号の送受信が可能になる。また、距離の２乗に比例して減衰する磁界エネルギーを使用しているため、結合器を小型にしても必要な通信距離を確保することができる。
【００１８】
使用される高周波信号は１ＧＨｚ以上であることが好ましく、このような高周波結合器は高周波の広帯域信号を用いるＵＷＢ通信方式における近距離での大容量のデータ通信に好適に用いることができる。放射板１１がループ形状であることは、磁界がループ内を通過することで結合効率が向上する。そして、放射板１１の利得はループ状の形状やその大きさに比例する。
【００１９】
本高周波結合器は、図３及び図４に示すように、放射板１１の正面（磁界の放射方向）を除く周囲に、磁界を遮蔽する箱状の金属部材３０を配置してもよい。放射板１１を背面部３０ａ、上下面部３０ｂ，３０ｃ及び左右面部３０ｄ，３０ｅで閉止することにより、磁界を正面部分にのみ放射させることができる。この場合、金属部材３０は、効率よく磁界を遮蔽するために、放射板１１からλ／４（λは高周波信号の中心周波数）だけ離間して配置されることが好ましい。なお、磁界を遮蔽するための金属部材３０として、背面部３０ａのみを設けてもよい。
【００２０】
なお、本発明に係る高周波結合器及び通信システムは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００２１】
例えば、放射板は、金属線で構成したり、あるいは基板上に金属パターンや金属膜で形成したものであってもよく、その構成や形状は任意である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上のように、本発明は、高周波結合器及び通信システムに有用であり、特に、効率よくかつ広帯域で近距離での大容量のデータ通信が可能である点で優れている。
【符号の説明】
【００２３】
１０Ａ，１０Ｂ…高周波結合器
１１…放射板（ループ状アンテナ）
１５…整合回路
２０…通信回路
３０…金属部材（磁界遮蔽部材）
Ｌ１，Ｌ２…インダクタンス素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波結合器、特に、近距離での大容量データ通信に好適に用いることのできる高周波結合器及び通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像や音楽などの大容量データを無線信号の送受によって転送する広帯域周波数を使った通信方式が注目されている。この通信方式によれば、近距離（３０ｍｍ程度）であるが、１ＧＨｚ以上の広い周波数帯域を使用し、５００Ｍｂｐｓ程度の大容量のデータを送受することができる。
【０００３】
一般的に、高周波信号で通信する場合の結合器（アンテナ）として、電界結合方式や電磁誘導方式を用いると、通信距離に比例してエネルギーが減衰する。電界結合は距離の３乗に比例して減衰することが知られている。これに対して、磁界結合は距離の２乗に比例して減衰する。このことは、他の通信装置からの干渉を受けずに近距離での通信を可能としている。しかし、１ＧＨｚ以上の高周波信号を用いて通信する場合、高周波信号の波長が短いので、距離に応じて伝搬損が生じる。そこで、効率よく高周波信号を伝達する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、広帯域周波数を使った通信方式により情報機器間で大容量のデータ通信を行うために、主に電界結合でエネルギーの伝達を行う高周波結合器が記載されている。しかし、電界結合は距離の３乗に比例して減衰するので、小型化すると通信距離がかなり短くなってしまい、結合器の小型化が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−９９２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、効率よくかつ広帯域で近距離での大容量のデータ通信が可能な高周波結合器及び通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の第１の形態である高周波結合器は、
外部に高周波信号を送信する、及び／又は、外部から高周波信号を受信する放射板と、
整合回路と、
高周波信号を処理する通信回路と、
を備え、
前記整合回路は、前記放射板と前記通信回路とに結合し、前記放射板と前記通信回路との間を所定の周波数帯域でインピーダンス整合をとり、
前記放射板の共振周波数は送信及び／又は受信される高周波信号の周波数よりも高いこと、
を特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の形態である通信システムは、
少なくとも二つの前記高周波結合器を備え、
前記少なくとも二つの高周波結合器がそれぞれ備える前記放射板によって高周波信号を送信及び／又は受信することによりデータを伝送すること、
を特徴とする。
【０００９】
前記高周波結合器及び通信システムにおいては、放射板と通信回路との間をインピーダンス整合させる整合回路を備えているため、整合回路が決定する所定の周波数で放射板が高周波信号を送信／受信する。放射板自体は伝送される高周波信号の周波数で共振していないので、広い周波数帯域での通信が可能であり、放射板の共振周波数が通信周波数よりも高いために、放射板からは磁界が放射され結合器どうしが減衰比率の小さい磁界で結合する。このような磁界結合によって効率よく高周波信号を伝達でき機器の小型化が可能であり、特に、近距離での大容量のデータ通信に好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、広帯域での高周波信号による通信を近距離で効率よく実現することができ、特に、近距離での大容量のデータ通信に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る一組（送信側、受信側）の高周波結合器を示すブロック図である。
【図２】図１に示した一組の高周波結合器の放射板を対向させた状態を示す斜視図である。
【図３】前記放射板を磁界遮蔽部材にとり付けた状態を示す斜視図である。
【図４】図３に示した放射板と磁界遮蔽部材を示す分解斜視図である。
【図５】整合回路の一例を示すブロック図である。
【図６】放射板の反射特性を示すグラフである。
【図７】放射板の放射状態を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る高周波結合器及び通信システムの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１に示すように、通信システムは送信側の高周波結合器１０Ａと受信側の高周波結合器１０Ｂとで構成されている。それぞれの高周波結合器１０Ａ，１０Ｂは、外部に高周波信号を送受信する放射板１１と、整合回路１５と、高周波信号を処理する通信回路２０と、で構成されている。
【００１４】
放射板１１は、金属材からなるループ状アンテナであり、該ループ状アンテナの両端部が導線１２を介して整合回路１５と結合している。また、整合回路１５は、通信回路２０と導線１９を介して結合しており、放射板１５と通信回路２０との間を所定の周波数帯域でインピーダンス整合をとっている。そして、放射板１１の共振周波数は放射板１１，１１の間で送受信される高周波信号の周波数よりも高く設定されている。
【００１５】
整合回路１５は、例えば、図５に示すように、互いに磁気結合する二つのインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２にて形成されており、所定周波数の高周波信号を通信回路２０から放射板１１に伝達し、また、放射板１１から通信回路２０に伝達する。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２からなる整合回路１５は、図６に示すように、４ＧＨz帯域で６００ＭＨｚ帯域Ｘ（−５ｄＢの帯域幅）で、放射板１１と通信回路２０とのインピーダンスを整合させる。
【００１６】
従って、送信側の高周波結合器１０Ａにおいては、通信回路２０から供給されるエネルギーでループ状の放射板１１に高周波電流が流れて放射板１１から高周波磁界が放射される。放射された高周波磁界は受信側の高周波結合器１０Ｂの放射板１１で受信され、整合回路１５を介して通信回路２０に供給される。放射板１１自体は伝送される高周波信号の周波数で共振していないので、広い周波数帯域（図６参照）で高周波信号の伝達が可能である。この通信時において、それぞれの放射板１１，１１は図２に示すように近接対向させる必要がある。しかし、磁界は放射板１１から広がるように放射されるので、それぞれの放射板１１，１１の相対位置関係は比較的自由である。
【００１７】
ところで、図７に示すように、放射板１１はその共振周波数ｆ0が通信周波数帯域ｆ1よりも高いと磁界を発生し、通信周波数帯域ｆ2よりも低いと電界を発生する。従って、放射板１１の共振周波数ｆ0を送受信する高周波信号の周波数よりも高く設定することにより、放射板１１からは常に磁界が放射／受信され、二つの放射板１１，１１が磁界結合する。これにて、近接した距離で他の通信機器からの干渉を排除して効率的な高周波信号の送受信が可能になる。また、距離の２乗に比例して減衰する磁界エネルギーを使用しているため、結合器を小型にしても必要な通信距離を確保することができる。
【００１８】
使用される高周波信号は１ＧＨｚ以上であることが好ましく、このような高周波結合器は高周波の広帯域信号を用いるＵＷＢ通信方式における近距離での大容量のデータ通信に好適に用いることができる。放射板１１がループ形状であることは、磁界がループ内を通過することで結合効率が向上する。そして、放射板１１の利得はループ状の形状やその大きさに比例する。
【００１９】
本高周波結合器は、図３及び図４に示すように、放射板１１の正面（磁界の放射方向）を除く周囲に、磁界を遮蔽する箱状の金属部材３０を配置してもよい。放射板１１を背面部３０ａ、上下面部３０ｂ，３０ｃ及び左右面部３０ｄ，３０ｅで閉止することにより、磁界を正面部分にのみ放射させることができる。この場合、金属部材３０は、効率よく磁界を遮蔽するために、放射板１１からλ／４（λは高周波信号の中心周波数）だけ離間して配置されることが好ましい。なお、磁界を遮蔽するための金属部材３０として、背面部３０ａのみを設けてもよい。
【００２０】
なお、本発明に係る高周波結合器及び通信システムは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００２１】
例えば、放射板は、金属線で構成したり、あるいは基板上に金属パターンや金属膜で形成したものであってもよく、その構成や形状は任意である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上のように、本発明は、高周波結合器及び通信システムに有用であり、特に、効率よくかつ広帯域で近距離での大容量のデータ通信が可能である点で優れている。
【符号の説明】
【００２３】
１０Ａ，１０Ｂ…高周波結合器
１１…放射板（ループ状アンテナ）
１５…整合回路
２０…通信回路
３０…金属部材（磁界遮蔽部材）
Ｌ１，Ｌ２…インダクタンス素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に高周波信号を送信する、及び／又は、外部から高周波信号を受信する放射板と、
整合回路と、
高周波信号を処理する通信回路と、
を備え、
前記整合回路は、前記放射板と前記通信回路とに結合し、前記放射板と前記通信回路との間を所定の周波数帯域でインピーダンス整合をとり、
前記放射板の共振周波数は送信及び／又は受信される高周波信号の周波数よりも高いこと、
を特徴とする高周波結合器。
【請求項２】
前記放射板はループ状アンテナであること、を特徴とする請求項１に記載の高周波結合器。
【請求項３】
前記ループ状アンテナの両端部が前記整合回路と結合していること、を特徴とする請求項２に記載の高周波結合器。
【請求項４】
前記整合回路は互いに磁気結合する少なくとも二つのインダクタンス素子を有していること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の高周波結合器。
【請求項５】
さらに、前記放射板の背面部分に配置されて磁界を遮蔽する金属板を備えたこと、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の高周波結合器。
【請求項６】
さらに、前記放射板の放射部分を除く周囲に配置されて磁界を遮蔽する金属板を備えたこと、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の高周波結合器。
【請求項７】
前記金属板は前記放射板からλ／４（λは前記高周波信号の中心周波数）だけ離間して配置されていること、を特徴とする請求項５又は請求項６に記載の高周波結合器。
【請求項８】
前記高周波信号は１ＧＨｚ以上であること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の高周波結合器。
【請求項９】
前記請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の少なくとも二つの高周波結合器を備え、
前記少なくとも二つの高周波結合器がそれぞれ備える前記放射板によって高周波信号を送信及び／又は受信することによりデータを伝送すること、
を特徴とする通信システム。
【請求項１０】
前記少なくとも二つの高周波結合器がそれぞれ備える前記放射板は、同じ形状を有し、かつ、互いに対向していること、を特徴とする請求項９に記載の通信システム。
【請求項１】
外部に高周波信号を送信する、及び／又は、外部から高周波信号を受信する放射板と、
整合回路と、
高周波信号を処理する通信回路と、
を備え、
前記整合回路は、前記放射板と前記通信回路とに結合し、前記放射板と前記通信回路との間を所定の周波数帯域でインピーダンス整合をとり、
前記放射板の共振周波数は送信及び／又は受信される高周波信号の周波数よりも高いこと、
を特徴とする高周波結合器。
【請求項２】
前記放射板はループ状アンテナであること、を特徴とする請求項１に記載の高周波結合器。
【請求項３】
前記ループ状アンテナの両端部が前記整合回路と結合していること、を特徴とする請求項２に記載の高周波結合器。
【請求項４】
前記整合回路は互いに磁気結合する少なくとも二つのインダクタンス素子を有していること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の高周波結合器。
【請求項５】
さらに、前記放射板の背面部分に配置されて磁界を遮蔽する金属板を備えたこと、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の高周波結合器。
【請求項６】
さらに、前記放射板の放射部分を除く周囲に配置されて磁界を遮蔽する金属板を備えたこと、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の高周波結合器。
【請求項７】
前記金属板は前記放射板からλ／４（λは前記高周波信号の中心周波数）だけ離間して配置されていること、を特徴とする請求項５又は請求項６に記載の高周波結合器。
【請求項８】
前記高周波信号は１ＧＨｚ以上であること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の高周波結合器。
【請求項９】
前記請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の少なくとも二つの高周波結合器を備え、
前記少なくとも二つの高周波結合器がそれぞれ備える前記放射板によって高周波信号を送信及び／又は受信することによりデータを伝送すること、
を特徴とする通信システム。
【請求項１０】
前記少なくとも二つの高周波結合器がそれぞれ備える前記放射板は、同じ形状を有し、かつ、互いに対向していること、を特徴とする請求項９に記載の通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１３５１２０（Ｐ２０１１−１３５１２０Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８９９０８（Ｐ２００９−２８９９０８）
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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