專利名稱：高頻耦合器和通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過使用高頻率的大帶寬的微弱UWB通信系統(tǒng)在鄰域距離內(nèi)執(zhí) 行批量傳輸?shù)耐ㄐ艡C(jī)器的高頻耦合器和通信設(shè)備，尤其涉及具有兩個(gè)或更多個(gè)低成本和小 空間的通信點(diǎn)的高頻耦合器和通信設(shè)備。
背景技術(shù)：
非接觸通信已經(jīng)廣泛地用作驗(yàn)證信息、電子貨幣和其他價(jià)值信息的媒介。最近，隨 著這種非接觸通信的進(jìn)一步應(yīng)用，檢驗(yàn)了對(duì)批量數(shù)據(jù)傳輸(bulk data transmission)的應(yīng) 用(比如視頻圖像、音樂等的流或下載)。可應(yīng)用到高速通信的鄰域無線傳輸技術(shù)可以包括使用微弱UWB(超寬帶)信號(hào)的 “TransferJet ”(例如，參照日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 2008-99236和 transferjet.org/en/index. html (截至2009年6月23日))。這種鄰域無線傳輸技術(shù) (TransferJet)基本上是利用感應(yīng)電場(chǎng)的耦合作用的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，并且其通信設(shè)備被構(gòu) 造為具有處理高頻信號(hào)的通信電路單元，距離接地某一高度的分開布置的耦合電極，和高 效地向耦合電極供應(yīng)高頻信號(hào)的諧振器單元。包括耦合電極或包括耦合電極和諧振器單元 的部件這里還可以叫做“高頻耦合器”。類似于過去的NFC (近場(chǎng)通信)通信等(NFC標(biāo)準(zhǔn)化為IS0/IECIS 18092)，鄰域無 線傳輸系統(tǒng)也可以構(gòu)造為一對(duì)發(fā)送請(qǐng)求命令的讀寫器(發(fā)起者)和返回響應(yīng)命令的應(yīng)答器 (目標(biāo))。這里，這種鄰域無線傳輸系統(tǒng)通過使用微弱無線而不必得到無線電臺(tái)許可，且通 信距離是大約3cm(等于所用頻帶的一半波長(zhǎng))。因而，當(dāng)在分別裝配有高頻耦合器的兩個(gè) 儀器之間執(zhí)行鄰域無線傳輸時(shí)，希望把互相耦合的電極充分地靠近布置。鄰域無線傳輸系統(tǒng)的典型的利用形式之一可以包括，如圖23中所示，通過把宿主 儀器(比如內(nèi)置有高頻耦合器的數(shù)碼相機(jī))放置在讀寫器(比如個(gè)人電腦或托架)的讀取 表面為移動(dòng)儀器讀取和寫入信息。然而，由于在殼體的形狀和儀器中高頻耦合器的安裝位 置上沒有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，還要考慮一個(gè)情形，依靠?jī)x器的組合，在圖示的利用形式中找不到能夠 領(lǐng)域無線傳輸?shù)陌惭b方法，也就是變成不能通信。當(dāng)在高頻耦合器中只有一個(gè)通信點(diǎn)時(shí)，容易處于不能通信的情形。例如，為了易 于在兩個(gè)耦合電極之間取得最佳通信的狀況，有人建議多個(gè)高頻耦合器以陣列布置的構(gòu)造 (例如，參照日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 2008-131372)。然而，在設(shè)計(jì)上在儀器內(nèi)很 難找到用于多個(gè)高頻耦合器的殼體空間，并且成本根據(jù)要用的高頻耦合器的個(gè)數(shù)而增加。

發(fā)明內(nèi)容
希望提供用于通過使用高頻大帶寬的微弱UWB通信系統(tǒng)在鄰域距離內(nèi)執(zhí)行批量 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艡C(jī)器的優(yōu)質(zhì)的高頻耦合器和通信設(shè)備。進(jìn)一步希望提供具有兩個(gè)或更多個(gè)低成本和小空間的通信點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)高頻耦合器和通信設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了高頻耦合器，包括接地；經(jīng)由第一諧振器單元連接 到通信電路的輸入和輸出端子的第一耦合電極；和一個(gè)或更多個(gè)經(jīng)由利用接地而設(shè)計(jì)的第 二諧振器單元連接到通信電路的接地端子的第二耦合電極。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了高頻耦合器，根據(jù)首先描述的實(shí)施例的高頻 耦合器以這種方式構(gòu)造，在輸入和輸出端子中流動(dòng)的高頻信號(hào)的某一相位狀態(tài)中，電荷符 號(hào)與集中在第一耦合電極中電荷的符號(hào)不同的電荷集中在第二耦合電極中。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，提供了根據(jù)首先描述的實(shí)施例的高頻耦合器，其中 用于第一諧振器的接地設(shè)計(jì)為第二諧振器單元，并且第二耦合電極放置于與第一耦合電極 大致對(duì)稱的位置。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了根據(jù)首先描述的實(shí)施例的高頻耦合器，其中 基于接地面的形狀構(gòu)造第二耦合電極。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了根據(jù)首先描述的實(shí)施例的高頻耦合器，其中 基于實(shí)現(xiàn)在印刷板上的導(dǎo)體圖案構(gòu)造第一和第二耦合電極中的至少一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了根據(jù)首先描述的實(shí)施例的高頻耦合器，其中 使用內(nèi)置有高頻耦合器的移動(dòng)儀器的基座或金屬殼體構(gòu)造第二耦合電極。另外，根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了通信設(shè)備，包括處理通信信號(hào)的通信 電路；接地；經(jīng)由第一諧振器單元連接到通信電路的輸入和輸出端子的第一耦合電極；和 一個(gè)或更多個(gè)經(jīng)由利用接地而設(shè)計(jì)的第二諧振器單元連接到通信電路的接地端子的第二 耦合電極。通信電路依照輸入和輸出端子與接地端子之間的端子電壓處理通信信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可能提供具有能夠在多個(gè)方向上電場(chǎng)耦合的低成本和小空 間的通信點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)的高頻耦合器和通信設(shè)備。根據(jù)上面首先和最后描述的本發(fā)明的實(shí)施例，第一和第二耦合電極具有在互不相 同方向上的電場(chǎng)耦合的通信點(diǎn)，從而高頻耦合器可以總的具有多個(gè)通信點(diǎn)。根據(jù)上面第二描述的本發(fā)明的實(shí)施例，由于通過在彼此相反的方位上的電荷形成 的電場(chǎng)，第一和第二耦合電極具有在互不相同方向上的通信點(diǎn)，從而高頻耦合器可以總的 具有多個(gè)通信點(diǎn)。根據(jù)上面第三描述的本發(fā)明的實(shí)施例，用于第一諧振器單元的接地設(shè)計(jì)為第二諧 振器單元，且經(jīng)由第二諧振器單元連接到第二耦合電極。然后，第二耦合電極放置在與第一 耦合電極對(duì)稱的位置，并且第一和第二耦合電極具有在互不相同的方向上的電場(chǎng)耦合的通 信點(diǎn)，使得高頻耦合器可以總的具有多個(gè)通信點(diǎn)。根據(jù)上面第四描述的本發(fā)明的實(shí)施例，可以基于接地面的形狀構(gòu)造第二耦合電 極。根據(jù)上面第五描述的本發(fā)明的實(shí)施例，可以基于實(shí)現(xiàn)在印刷板上的導(dǎo)體圖案構(gòu)造 第一和第二耦合電極中的至少一個(gè)。根據(jù)上面第六描述的本發(fā)明的實(shí)施例，可以使用內(nèi)置有高頻耦合器的移動(dòng)儀器的 基座或金屬殼體構(gòu)造第二耦合電極。從本發(fā)明的實(shí)施例和基于后面描述的附圖的更加詳細(xì)的描述，本發(fā)明的實(shí)施例的 進(jìn)一步應(yīng)用、特性和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。


圖1示意性地示出了通過利用電場(chǎng)耦合作用的微弱UWB通信系統(tǒng)的鄰域無線傳輸 系統(tǒng)的構(gòu)造；圖2A示出了使用用于諧振器單元的分布式常數(shù)電路的高頻耦合器的構(gòu)造示例；圖2B示出了在圖2A中所示的高頻耦合器中短截線上的駐波生成的狀況；圖3示出了使用用于諧振器單元的分布式常數(shù)電路的高頻耦合器的另一個(gè)構(gòu)造 示例和在短截線上生成的駐波；圖4示出了小偶極子的電場(chǎng)；圖5示出了負(fù)載電容天線的構(gòu)造示例；圖6A是示出了使用用于諧振器單元的分布式常數(shù)電路的高頻耦合器模型的立體 圖；圖6B是示出了使用用于諧振器單元的分布式常數(shù)電路的高頻耦合器模型的截面 圖；圖6C示出了圖6A和6B中所示的高頻耦合器的仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布；圖7示出了在圖6A和6B所示的高頻耦合器的仿真分析的某一相位時(shí)金屬表面上 的電流矢量分布；圖8概念性地示出了高頻耦合器中生成的電荷和電力線的分布；圖9示出了具有設(shè)計(jì)為第二諧振器單元的用于第一諧振器單元的接地和裝備有 第一耦合電極和第二耦合電極的高頻耦合器的構(gòu)造示例(使用用于諧振器單元的集總常 數(shù)電路時(shí))；圖10示出了具有設(shè)計(jì)為第二諧振器單元的用于第一諧振器單元的接地和裝備有 第一耦合電極和第二耦合電極的高頻耦合器的構(gòu)造示例(使用用于諧振器單元的分布式 常數(shù)電路時(shí))；圖IlA示出了圖10中所示的高頻耦合器的改進(jìn)；圖IlB示出了圖10中所示的高頻耦合器的另一個(gè)改進(jìn)；圖12示出了裝備有第一和第二耦合電極的高頻耦合器；圖13A示出了圖12中所示的高頻耦合器的仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布(關(guān)于圖12 中的XZ平面)；圖13B示出了在圖12中所示的高頻耦合器的仿真分析的某一相位時(shí)在第一和第 二耦合電極的每一個(gè)的金屬表面上的電流矢量分布；圖14示出了裝備有第一和第二耦合電極的高頻耦合器的另一個(gè)構(gòu)造示例；圖15示出了圖14中所示的高頻耦合器的仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布(關(guān)于圖14 中的XZ和XY平面)；圖16示出了其中配備有圖14中所示的高頻耦合器的儀器的殼體的狀況；圖17示出了圖14中所示的高頻耦合器的改進(jìn)以及仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布(關(guān) 于圖14中的XY平面)；圖18示出了圖17中所示的高頻耦合器的仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布(關(guān)于圖17 中的XZ和XY平面)；
圖19A是示出了在同一印刷板上作為導(dǎo)體圖案形成所有的高頻信號(hào)傳輸路徑、諧 振器單元以及第一和第二耦合電極的構(gòu)造示例的立體圖；圖19B是示出了在同一印刷板上作為導(dǎo)體圖案形成所有的高頻信號(hào)傳輸路徑、諧 振器單元以及第一和第二耦合電極的構(gòu)造示例的截面圖；圖20示出了圖19A和19B中所示的高頻耦合器的仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布(關(guān) 于圖19A中的XY平面)；圖21A是示出了其中高頻信號(hào)傳輸路徑、諧振器單元和第一耦合電極作為導(dǎo)體圖 案形成在同一印刷板上，并且第二耦合電極與印刷板的接地面分開布置的構(gòu)造示例的俯視 圖；圖21B是示出了其中高頻信號(hào)傳輸路徑、諧振器單元和第一耦合電極作為導(dǎo)體圖 案形成在同一印刷板上，并且第二耦合電極與印刷板的接地面分開布置的構(gòu)造示例的仰視 圖；圖21C是示出了其中高頻信號(hào)傳輸路徑、諧振器單元和第一耦合電極作為導(dǎo)體圖 案形成在同一印刷板上，并且第二耦合電極與印刷板的接地面分開布置的構(gòu)造示例的截面 圖；圖22示出了圖21A、21B和21C中所示的高頻耦合器的仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布 (關(guān)于圖21A和21B中的XY平面)；圖23示出了鄰域無線傳輸系統(tǒng)的典型的利用形式。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖給出本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述。首先，描述通過微弱UWB通信系統(tǒng)的鄰域無線傳輸?shù)牟僮髟怼D1示意性地示出了通過利用電場(chǎng)耦合作用的微弱UWB通信系統(tǒng)的鄰域無線傳輸 系統(tǒng)的構(gòu)造。在圖1中，傳輸器10和接收器20分別具有的且用于傳輸和接收的耦合電極 14和24布置成彼此面對(duì)地分開例如大約3cm (或者大約所用的頻帶的一半波長(zhǎng))并且能夠 進(jìn)行電場(chǎng)耦合。當(dāng)從上層應(yīng)用生成發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，基于從發(fā)送電極14向接收電極24發(fā)送作 為電場(chǎng)信號(hào)的數(shù)據(jù)傳播，傳輸器側(cè)上的發(fā)送電路單元11生成高頻發(fā)送信號(hào)，比如UWB信號(hào)。 然后，接收器20側(cè)上的接收電路單元21處理用于解調(diào)和解碼的接收的高頻電場(chǎng)信號(hào)以向 上層應(yīng)用傳送再現(xiàn)的數(shù)據(jù)。通過在這種鄰域無線傳輸中使用UWB，可以提供大約IOOMbps的超高速數(shù)據(jù)傳輸。 另外，這種鄰域無線傳輸利用如后面描述的靜電場(chǎng)或感應(yīng)電場(chǎng)的耦合作用，而不是輻射電 場(chǎng)的耦合作用，并且其電場(chǎng)強(qiáng)度是與距離的立方或平方成反比的。因此，通過在離無線裝備 3米的距離內(nèi)把電場(chǎng)強(qiáng)度抑制到預(yù)定水平以下，鄰域無線傳輸系統(tǒng)可以是微弱無線而不必 得到無線站點(diǎn)許可(wireless station license)并且可以低成本構(gòu)造。另外，由于這種鄰 域無線傳輸通過電場(chǎng)耦合系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)通信，其具有優(yōu)點(diǎn)，比如由于來自周邊反射物體的 小的反射波的更少的干擾影響，和不必考慮預(yù)防駭客入侵及在傳輸路徑上的保密安全。另一方面，在無線通信中，傳播損失依照相對(duì)于波長(zhǎng)的傳播距離的大小而變得較 大。在利用高頻的寬帶信號(hào)作為UWB信號(hào)的鄰域無線傳輸中，大約3cm的通信距離大致等 于一半波長(zhǎng)。那就是，雖然通信距離是鄰近的，但是其是不可忽略的長(zhǎng)度和希望將傳輸損失
6抑制到足夠低。尤其地，相比低頻電路，在高頻電路中特征阻抗的問題更加嚴(yán)重，并且由于 阻抗不匹配的影響暴露在傳輸器的電極和接收器的電極之間的耦合點(diǎn)上。例如，甚至當(dāng)連 接發(fā)送電路單元11和發(fā)送電極14的高頻電場(chǎng)信號(hào)的傳輸路徑是匹配在，例如50 Ω的阻抗 的同軸線時(shí)，如果在對(duì)發(fā)送電極14和接收電極24進(jìn)行耦合的部份中阻抗不匹配，就反射電 場(chǎng)信號(hào)而產(chǎn)生傳播損失，使得通信效率降低。因此，通過連接由平板電極14和24形成的諧振器單元、串聯(lián)感應(yīng)器12和22以及 并聯(lián)感應(yīng)器13和23，布置在傳輸器10和接收器20中的每個(gè)高頻耦合器具有匹配到高頻信 號(hào)傳輸路徑的阻抗。在本文中高頻信號(hào)傳輸路徑可以同軸電纜、微帶線、共面線等來構(gòu)造。 當(dāng)這種高頻耦合器布置成彼此面對(duì)時(shí)，耦合部份在準(zhǔn)靜電場(chǎng)為主的非常靠近的距離內(nèi)充當(dāng) 帶通濾波器，且可以傳輸高頻信號(hào)。另外，甚至在感應(yīng)電場(chǎng)為主的和相對(duì)于波長(zhǎng)是不可忽略 的距離內(nèi)，經(jīng)由在耦合電極和接地中分別積聚的電荷和從由鏡像電荷形成的小偶極子(后 面描述的)生成的感應(yīng)電場(chǎng)，在兩個(gè)高頻耦合器之間可以高效地傳輸高頻信號(hào)。這里，當(dāng)在傳輸器10和接收器20的電極(即在耦合部份)之間簡(jiǎn)單的阻抗匹配 意圖抑制反射波時(shí)，可能設(shè)計(jì)每個(gè)耦合器以便即使在平板電極14和24以及串聯(lián)感應(yīng)器12 和22在高頻信號(hào)傳輸路徑上串聯(lián)連接的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)中的耦合部分中也使阻抗連續(xù)。然而，由 于在耦合部分的前和后中特征阻抗不變，所以電流的幅值也不變。相反，通過配備有并聯(lián)感 應(yīng)器13和23，更多的電荷可以發(fā)送到耦合電極14，以在耦合電極14和24之間生成強(qiáng)電場(chǎng) 耦合作用。另外，當(dāng)在耦合電極14的表面的周圍感生大電場(chǎng)時(shí)，生成的電場(chǎng)作為在(后面 描述的)小偶極子的方向上振蕩的縱波的電場(chǎng)信號(hào)從耦合電極14的表面?zhèn)鞑ァｋ妶?chǎng)波使 電場(chǎng)信號(hào)即使在耦合電極14和24之間相對(duì)大距離(相位長(zhǎng)度)時(shí)也能夠傳播。為了概括上面的描述，在通過微弱UWB通信系統(tǒng)的鄰域無線傳輸系統(tǒng)中，希望高 頻耦合器滿足下述條件(1)具有在面對(duì)接地、分開相對(duì)于高頻信號(hào)的波長(zhǎng)可忽略的高度的位置的用于電 場(chǎng)耦合的耦合電極；(2)具有用于與更強(qiáng)的電場(chǎng)耦合的諧振器單元；和(3)設(shè)置諧振器單元的常數(shù)以便當(dāng)在用于通信的頻帶中布置互相面對(duì)的耦合電極 時(shí)匹配阻抗。在圖1中所示的鄰域無線傳輸系統(tǒng)中，隨著傳輸器10和接收器20的各自的耦合 電極14和24彼此面對(duì)分離適當(dāng)?shù)木嚯x，兩個(gè)高頻耦合器充當(dāng)帶通濾波器以傳遞期望的高 頻帶的電場(chǎng)信號(hào)，還作為獨(dú)立式高頻耦合器，它們充當(dāng)阻抗轉(zhuǎn)換電路以放大電流，并且具有 大幅值的電流流入耦合電極中。另一方面，當(dāng)高頻耦合器獨(dú)自放置在自由空間時(shí)，由于高頻 耦合器的輸入阻抗與高頻信號(hào)傳輸路徑的特征阻抗不匹配，所以輸入到高頻信號(hào)傳輸路徑 的信號(hào)在高頻耦合器中被反射和不向外輻射，使得對(duì)其他鄰近的通信系統(tǒng)沒有影響。那就 是，當(dāng)沒有通信的另一個(gè)端點(diǎn)時(shí)，與過去的天線慣常釋放無線電波不同，傳輸器側(cè)不釋放無 線電波，但是只當(dāng)另一個(gè)通信端點(diǎn)靠得更近時(shí)通過匹配阻抗傳輸高頻電場(chǎng)信號(hào)。在圖1中所示的高頻耦合器中，通過并聯(lián)感應(yīng)器和串聯(lián)感應(yīng)器的每個(gè)常數(shù)確定阻 抗匹配部份的工作頻率。然而，集總常數(shù)電路的帶寬一般在高頻電路中比在分布式常數(shù)電 路中要窄，還有當(dāng)頻率高時(shí)感應(yīng)器的常數(shù)變小，使得由于在這些常數(shù)中的變化而存在工作 頻率中的漂移問題。為了解決該問題，考慮通過以阻抗匹配部份和使用分布式常數(shù)電路替代集總常數(shù)電路的諧振器單元構(gòu)造高頻耦合器來提供更大帶寬的方法。圖2A示出了使用用于諧振器單元的分布式常數(shù)電路的高頻耦合器的構(gòu)造示例。 在圖示的示例中，高頻耦合器設(shè)置在具有形成在下表面的接地導(dǎo)體32和形成在上表面的 印刷圖案的印刷板31上。作為用于高頻耦合器的諧振器單元，形成取代并聯(lián)感應(yīng)器和串聯(lián) 感應(yīng)器的、充當(dāng)分布式常數(shù)電路的微帶線或共面波導(dǎo)(即短截線33)，且短截線33經(jīng)由成為 高頻信號(hào)傳輸路徑的信號(hào)線圖案34線路連接到發(fā)送和接收電路模塊35。短截線33具有經(jīng) 由穿透將被短路的印刷板31的過孔36連接到下表面上的接地32的尖端。短截線33在中 心附近，經(jīng)由細(xì)金屬線形成的端子37連接到耦合電極38。電子工程技術(shù)領(lǐng)域中的“短截線”是具有一個(gè)被連接的端點(diǎn)和另一個(gè)未被連接或 接地的端點(diǎn)的電線的統(tǒng)稱，并且配備在用于應(yīng)用(比如調(diào)節(jié)、測(cè)量、阻抗匹配和過濾)的電 路中間。這里，經(jīng)由信號(hào)線圖案34從發(fā)送和接收電路35輸入的信號(hào)在短截線33的尖端反 射并且在短截線33中出現(xiàn)駐波。短截線33的相位長(zhǎng)度大約是高頻信號(hào)的一半波長(zhǎng)(在 180度相位)，并且在印刷板31上信號(hào)線圖案34和短截線33由微帶線、共面線等形成。如 圖2B中所示，當(dāng)短截線33具有一半波長(zhǎng)的相位長(zhǎng)度和尖端被短路時(shí)，在短截線33中生成 的駐波的電壓幅值在短截線33的尖端變?yōu)?，并且在短截線33的中心(即，在離短截線33 的尖端的四分之一波長(zhǎng)(90度)處)變?yōu)樽畲?。通過把耦合電極38連接到駐波的電壓幅 值變?yōu)樽畲蟮亩探鼐€33的中心附近，借助一個(gè)端子37，可以做出高效傳播的高頻耦合器。圖2A中所示的短截線33是印刷板31上的微帶線或共面波導(dǎo)，由于直流電流的電 阻很小，高頻信號(hào)的損失平衡較少并且在高頻耦合器之間的傳播損失可以較少。另外，由于 構(gòu)造分布式常數(shù)電路的短截線33的尺寸大約為高頻信號(hào)的一半波長(zhǎng)，與總的相位長(zhǎng)度相 比，由于對(duì)制造的容差，尺度的誤差是輕微的，并且特性是不易變化的。圖3示出了使用用于諧振器單元的分布式常數(shù)電路的高頻耦合器的另一個(gè)構(gòu)造 示例。在圖示的示例中，諧振短截線被切割成兩段且通過連接各自的短截線33A和33B而 構(gòu)造諧振短截線，其中以分別在前面和后面支持耦合電極38的兩個(gè)連接端子37A和37B跨 越切割部份的方式連接各自的短截線33A和33B。兩個(gè)切割部份之一的短截線33B的尖端 側(cè)是開口端。類似于圖2A中所示的構(gòu)造示例，耦合電極38希望地布置在電壓駐波的較大 幅值的位置附近。另外，圖3示出了短截線33A和33B內(nèi)的電壓駐波和電流駐波的各自幅值。如圖 所示，電壓駐波分別在位于短截線33B的尖端的開口端(位于被切成兩半的短截線的尖端 側(cè))和根部側(cè)上的短截線33A的輸入端上升變成最大值，并且電流駐波具有相對(duì)于這種電 壓駐波的η/4的相位差。因此，當(dāng)如圖所示切割的短截線33Α和33Β、兩個(gè)連接端子37Α和 37Β，以及耦合電極38的總長(zhǎng)度(相位長(zhǎng)度)被總地設(shè)置為大約360度(即按照諧振頻率 的相位長(zhǎng)度的大約一個(gè)波長(zhǎng))時(shí)，電壓駐波的幅值大約在其中心變大，使得優(yōu)選在大約中 心處把短截線33切割成兩段，并且裝配耦合電極38以便將切割部份和兩個(gè)端子37Α和37Β 相連接。這里，考慮了在高頻耦合器的耦合電極中生成的電磁場(chǎng)。如圖1中所示，耦合電極14連接到高頻信號(hào)傳輸路徑的一端，從發(fā)送電路單元11 輸出的高頻信號(hào)流入以積聚電荷。在這點(diǎn)上，經(jīng)由傳輸路徑流入耦合電極14的電流由于串聯(lián)感應(yīng)器12和并聯(lián)感應(yīng)器13形成的諧振器單元的諧振作用而被放大，以積聚更多電荷。另外，布置接地18，使得面對(duì)耦合電極14且分開相對(duì)于高頻信號(hào)的波長(zhǎng)的可忽略 的高度(相位長(zhǎng)度)。然后，隨著如上所述電荷積聚在耦合電極14內(nèi)，鏡像電荷積聚在接地 18內(nèi)。因?yàn)辄c(diǎn)電荷Q位于平面導(dǎo)體外，鏡像電荷-Q(就是虛擬的和具有替換的表面電荷分 布)布置在平面導(dǎo)體內(nèi)，如例如Tadashi Mizoguchi所寫的“電磁學(xué)”(Shokabo出版，54_57 頁)中所述，其在業(yè)內(nèi)被廣泛地理解。作為如上所述積聚點(diǎn)電荷Q和鏡像電荷-Q的結(jié)果，形成由連接在耦合電極14內(nèi) 積聚的電荷的中心和在接地18內(nèi)積聚的鏡像電荷-Q的中心的線段組成的小偶極子。嚴(yán)格 來說，電荷Q和鏡像電荷-Q具有體積并且形成小偶極子，以便連接電荷的中心和鏡像電荷 的中心。在本文中“小偶極子”表示“具有在很短的距離的電荷之間的電偶極子”。例如，在 Yasuto Mushiake PJf ^^ "Antenna/Radio Wave Propagation" (Corona16 M 18頁)中描述了這種“小偶極子”。然后，由于小偶極子，生成電場(chǎng)的橫波分量E0,電場(chǎng)的縱 波分量Ek和圍繞小偶極子的磁場(chǎng)H41。如圖2A、2B和3中所示，即使在以分布式常數(shù)電路(比如短截線)構(gòu)造諧振器單 元時(shí)，與積聚在耦合電極中的電荷成鏡像映像關(guān)系的電荷積聚在接地內(nèi)，并且類似地形成 小偶極子。圖4示出了小偶極子的電場(chǎng)。如圖所示，電場(chǎng)的橫波分量E0在垂直于傳播方向的 方向內(nèi)振蕩，電場(chǎng)的縱波分量&在平行于傳播方向的定向上振蕩。另外，圍繞小偶極子生成 磁場(chǎng)I。下面表達(dá)式(1)到(3)表示由小偶極子生成的電磁場(chǎng)。在表達(dá)式中，與距離R的 立方成反比的分量是靜電場(chǎng)，與距離R的平方成反比的分量是感應(yīng)電場(chǎng)，與距離R成反比的 分量是輻射電場(chǎng)。
pe-M f ι jk Ji1 Λ
En=—--r + ^--sin<9…⑴
θ 4πε [K3 R2 R JΚ )
Γ pe~JkR 1 jk、,,、
ER =---τ + ^ cos<9…(2)
R 2πε U R2Jκ J
Hrh =^---τ + — sm <9"彳3)
φ 4π U R Jy }在圖1、2Α、2Β和3中所示的鄰域無線傳輸系統(tǒng)中，為了抑制對(duì)周邊系統(tǒng)的干擾波， 考慮最好當(dāng)利用不包括輻射電場(chǎng)分量的縱波Ek時(shí)抑制包括輻射電場(chǎng)分量的橫波E0。這是 因?yàn)?，如從上面表達(dá)式(1)和(2)所見，電場(chǎng)的橫波E0包括與距離成反比(即，在距離衰減 上較小)的輻射電場(chǎng)，然而縱波Ek不包括輻射電場(chǎng)。首先，為了不生成電場(chǎng)的橫波E θ，希望高頻耦合器不表現(xiàn)為天線。由一個(gè)端子支持 的耦合電極在結(jié)構(gòu)上看起來類似于其中金屬裝配在天線元件的尖端以給出電容并減小天線的高度的“負(fù)載電容”天線。因此，希望高頻耦合器不表現(xiàn)為負(fù)載電容天線。圖5示出了 負(fù)載電容天線的構(gòu)造示例，并且在圖5中，主要在箭頭A的方向上生成電場(chǎng)的縱波分量Εκ， 并且還在箭頭B1和B2的方向上生成電場(chǎng)的橫波分量E0。在圖2A和2B中所示的耦合電極的構(gòu)造示例中，端子37具有避免耦合電極38與 接地導(dǎo)體32的耦合以及形成串聯(lián)感應(yīng)器的雙重作用。通過保證從接地導(dǎo)體32到耦合電極 38的足夠高度，避免了接地導(dǎo)體32和耦合電極38的電場(chǎng)耦合以保證對(duì)接收器側(cè)高頻耦合 器的電場(chǎng)耦合作用。在這方面，隨著耦合電極38的高度變高，即，端子37變成相對(duì)于所用 的波長(zhǎng)不可忽略的長(zhǎng)度，端子37充當(dāng)負(fù)載電容天線并且生成如圖5中箭頭B1和B2的方向 上所示的橫波分量E0。所以，耦合電極38的高度具有條件，長(zhǎng)到足夠用于構(gòu)造希望的串聯(lián) 反應(yīng)器以通過避免耦合電極38和接地導(dǎo)體32的耦合來獲得作為高頻耦合器的特征，并且 還充當(dāng)阻抗匹配電路，以及短到不會(huì)使由于流入串聯(lián)感應(yīng)器的電流產(chǎn)生的不想要的無線電 波。的輻射變大的程度。另一方面，從上面的表達(dá)式(2)，縱波分量Ek理解為在相對(duì)于小偶極子方向角度 θ =0度上最大。因此，為了利用電場(chǎng)的縱波Ek高效地執(zhí)行非接觸通信，優(yōu)選在將要面對(duì) 的通信的另一端上布置高頻耦合器以便使相對(duì)于小偶極子的方向的角度θ為大約0度并 用于高頻電場(chǎng)信號(hào)的傳輸。另外，通過諧振器單元，可以使流入耦合電極14的高頻信號(hào)電流更大。結(jié)果，可以 使通過在耦合電極14內(nèi)積聚的電荷和在接地18側(cè)上的鏡像電荷形成的小偶極子的偶極矩 (moment)變得更大，并且可以使縱波Ek形成的高頻電場(chǎng)信號(hào)朝向具有相對(duì)于小偶極子方向 的大約0度的角度θ的傳播方向高效地放電。圖6Α和6Β示出了使用用于諧振器單元的分布式常數(shù)電路的高頻耦合器模型。 圖6Α是立體圖，而圖6Β是截面圖。耦合電極61實(shí)現(xiàn)在電介質(zhì)形成的印刷板62上，印刷 板62具有0. 56mm的厚度和4. 5的相對(duì)介電常數(shù)，并且印刷板62的下表面上形成有具有 40X20X0. 05mm大小的接地圖案，上表面上具有由分布式常數(shù)電路(短截線)形成的、表現(xiàn) 為諧振器單元的微帶線64。微帶線64具有0. 05mm的厚度，1. Omm的寬度和18mm的長(zhǎng)度， 并且在一端配備有具有50 Ω特征阻抗的饋入點(diǎn)65和另一端經(jīng)由具有0. 5mm的半徑的過孔 66連接到下表面?zhèn)鹊慕拥貓D案63。耦合電極61是具有4. 75mm的半徑、0. 5mm的厚度的圓 形模型，并且借助具有0. 5毫米半徑和2. 5毫米高度的圓柱形端子裝配在大約微帶線64的 中心。圖6C示出了圖6A和6B中所示的高頻耦合器上的仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布(關(guān) 于圖6A的XZ平面)。圖7示出了在圖6A和圖6B中所示的高頻耦合器上的仿真分析的某 一相位時(shí)在金屬表面上電流的矢量分布。在這方面，分析頻率假定為在4. 5GHz。從圖6C中發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)集中在耦合電極61的Z軸方向上。雖然這些電場(chǎng)集中在耦合 電極61的周圍，但是它們不作為天線高效地輻射。那就是說，顯示了靜電場(chǎng)或感應(yīng)電場(chǎng)的 分布，這表明該設(shè)計(jì)是作為基本高頻耦合器。從圖7還發(fā)現(xiàn)電流分布也分布為聚在耦合電極61的中心。另外，散布在接地圖案 63中的電流分布也類似地朝向中心的定向分布。在相反相位時(shí)，這些電流的定向自然地分 布在相反定向中。這里，給出了對(duì)散布在接地中的電荷分布的考慮。圖6C和7中所示的分析結(jié)果表
10示電荷積聚在耦合電極61中。在這種情景中，如參照?qǐng)D4所述，可以認(rèn)為鏡像電荷積聚在 接地側(cè)上。圖8概念性地示出了在高頻耦合器中生成的電荷分布和電力線。如圖所示，當(dāng)具 有正號(hào)(+)的電荷積聚在耦合電極81中時(shí)，來自正電荷的電力線垂直地到達(dá)接地面82。然 后，可以假設(shè)虛電極83關(guān)于接地面82與耦合電極81對(duì)稱地存在，且具有負(fù)號(hào)(-)的鏡像 電荷積聚在虛電極83中。因此，到達(dá)接地面82的電力線指向負(fù)電荷。那就是說，具有正電 荷的耦合電極81的出現(xiàn)能夠生成具有如圖8中虛線所示的負(fù)電荷的虛電極83。自然地，取 決于相位，可以出現(xiàn)與圖8中所示的耦合電極81和虛電極83的電荷符號(hào)(+/_)相反的情
旦
ο借助作為工作原理的圖8中所示的鏡像電荷，高頻耦合器除了設(shè)置有連接到高頻 信號(hào)傳輸路徑的第一耦合電極之外，還設(shè)置有其中集中有相反符號(hào)的電荷的第二耦合電 極。雖然第二耦合電極形成在與第一耦合電極對(duì)稱的位置，但是其設(shè)計(jì)為使用用于第一諧 振器單元的接地作為不同于圖8中的虛電極的第二諧振器單元。其也是連接到第二諧振器 單元的實(shí)電極。第二耦合電極的通信點(diǎn)關(guān)于接地面與第一耦合電極的通信點(diǎn)對(duì)稱。換句話 說，這種高頻耦合器可以具有用于每個(gè)耦合電極的多個(gè)通信點(diǎn)。圖9示出了設(shè)置有第一耦合電極91和第二耦合電極92的高頻耦合器的構(gòu)造示 例。在圖示的示例中，使用成為集總常數(shù)電路的串聯(lián)感應(yīng)器和并聯(lián)感應(yīng)器構(gòu)造諧振器單元。第一耦合電極91經(jīng)由高頻信號(hào)傳輸路徑連接到通信電路單元94的輸入和輸出 (I/O)端子。在本文中的高頻信號(hào)傳輸路徑可以使用同軸電纜、微帶線、共面線等構(gòu)造。另 外，該高頻信號(hào)傳輸路徑連接到第一串聯(lián)感應(yīng)器95和第一并聯(lián)感應(yīng)器96。與上面類似，通 過第一串聯(lián)感應(yīng)器95和第一并聯(lián)感應(yīng)器96匹配阻抗。另外，第二耦合電極92經(jīng)由高頻信號(hào)傳輸路徑連接到通信電路單元94的接地端 子。另外，該高頻信號(hào)傳輸路徑連接到第二串聯(lián)感應(yīng)器97和第二并聯(lián)感應(yīng)器98。與上面類 似，通過第二串聯(lián)感應(yīng)器97和第二并聯(lián)感應(yīng)器98匹配阻抗。第二耦合電極92設(shè)置在與第一耦合電極91對(duì)稱的位置。然后，符號(hào)與積聚在第 一耦合電極91中的電荷的符號(hào)相反的電荷積聚在第二耦合電極92中。結(jié)果，第二耦合電 極92的通信點(diǎn)與第一耦合電極91的通信點(diǎn)對(duì)稱。因此，所示的高頻耦合器可以具有兩個(gè) fflfn 點(diǎn)。通信電路單元94處理在連接到第一耦合電極91的輸入和輸出端子與連接到的第 二耦合電極92的接地端子之間的端子電壓的信號(hào)的通信，作為鄰域無線傳輸中的傳輸和 接收信號(hào)。圖10示出了設(shè)置有對(duì)稱的第一耦合電極和第二耦合電極的高頻耦合器的另一個(gè) 構(gòu)造示例。圖示的示例與圖9的不同在于圖10使用成為分布式常數(shù)電路的短截線來構(gòu)造 諧振器單元。通信電路單元104的輸入和輸出(I/O)端子連接到充當(dāng)分布式常數(shù)電路的第一短 截線105。第一短截線105由實(shí)現(xiàn)在印刷板(未示出)上的例如微帶線、共面波導(dǎo)等形成。 從通信電路單元104輸入的信號(hào)在第一短截線105的尖端反射，并且在第一短截線105中 產(chǎn)生駐波(參照?qǐng)D3)。然后，第一耦合電極101連接到第一短截線105的一個(gè)區(qū)域，在該區(qū) 域中駐波的電壓幅值變?yōu)樽畲蟆?br> 另一方面，通信電路單元104的接地(GND)端子連接到充當(dāng)分布式常數(shù)電路的第 二短截線106。類似于第一短截線105，在第二短截線106中產(chǎn)生駐波，并且第二耦合電極 102連接到第二短截線106的一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域中駐波的電壓幅值變?yōu)樽畲蟆５诙詈想姌O102設(shè)置在與第一耦合電極101對(duì)稱的位置。然后，符號(hào)與積聚在 第一耦合電極101中的電荷相反的電荷積聚在第二耦合電極102中。結(jié)果，第二耦合電極 102的通信點(diǎn)對(duì)稱于第一耦合電極101的通信點(diǎn)。因此，圖示的高頻耦合器可以具有兩個(gè)通
/=占 IH ΛΛ。通信電路單元104處理連接到第一耦合電極101的輸入和輸出端子與連接到第二 耦合電極102的接地端子之間的端子電壓的信號(hào)的通信，作為鄰域無線傳輸中的傳輸和接 收信號(hào)。雖然在圖10中示出了使用圖2中所示的諧振器單元的高頻耦合器的構(gòu)造示例，但 是自然還可以是使用圖3中所示的切割成兩個(gè)的諧振器單元的高頻耦合器。另外，如圖IlA和IlB中所示，圖10的改進(jìn)可以包括其中多個(gè)(η個(gè))第二耦合電 極112-1、112-2、...和112-η分別經(jīng)由第二短截線116并聯(lián)連接到通信電路單元114的接 地端子的構(gòu)造。根據(jù)這種改進(jìn)，各個(gè)第二耦合電極112-1、112-2、...和112-η能夠取得η 個(gè)幾乎與第一耦合電極111對(duì)稱的通信點(diǎn)，且高頻耦合器成為總的具有(n+1)個(gè)通信點(diǎn)。圖12示出了具有分別實(shí)現(xiàn)在由電介質(zhì)形成的印刷板的各自的上和下表面上的 具有第一和第二耦合電極的高頻耦合器的構(gòu)造示例。印刷板121具有兩片電介質(zhì)互相粘 接的結(jié)構(gòu)，其中每片電介質(zhì)具有0. 56mm的厚度和4. 5的介電常數(shù)，印刷板121總的具有 0. 56 X 2mm的厚度。在印刷板121的上表面，形成充當(dāng)由分布式常數(shù)電路(短截線)形成的 諧振器單元的微帶線122。微帶線122具有0. 05mm的厚度、1. Omm的寬度和18mm的長(zhǎng)度。 另外，在印刷板121的下表面，還形成在形狀上和在上表面形成的微帶線一樣的微帶線。形 成在印刷板121的上和下表面上的兩個(gè)微帶線的一端配備有具有50 Ω的特征阻抗的饋入 點(diǎn)(feeding point) 123，并且另一端經(jīng)由具有0. 5mm半徑的過孔124連接到兩個(gè)微帶線。 第一耦合電極126是具有4. 75mm半徑和0. 5mm厚度的圓形模型，且通過具有0. 5mm半徑和 2. 5mm高度的圓柱形端子裝配在形成在印刷板121的上表面的微帶線122的大約中心處。 另外，雖然第二耦合電極127在形狀上和第一耦合電極126的形狀相同，但是其裝配在形成 在印刷板121的下表面上的微帶線的大約中心上(與第一耦合電極126對(duì)稱位置處)。圖13A示出了對(duì)圖12中所示的高頻耦合器的仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布(關(guān)于圖 12中的XZ平面)。圖13B示出了在對(duì)圖12中所示的高頻耦合器的仿真分析的某一相位時(shí) 在第一耦合電極126和第二耦合電極127各自的金屬表面上的電流矢量分布。在這方面， 分析頻率假定為在4. 5GHz。從圖13A發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)分別集中在第一耦合電極126和第二耦合電極127的Z軸上。 雖然這些電場(chǎng)集中在耦合電極周圍，但是它們不作為天線高效地輻射。那就是說，顯示了靜 電場(chǎng)或感應(yīng)電場(chǎng)的分布，其表示該設(shè)計(jì)是作為基本高頻耦合器。還從圖13B發(fā)現(xiàn)電流分布也分布為聚在第一耦合電極126和第二耦合電極127的 各自中心。在這方面，電流的定向變?yōu)樵诘谝获詈想姌O126和第二耦合電極127中彼此相 反。從圖13B中所示的電流分布發(fā)現(xiàn)相反符號(hào)的電荷積聚在第一耦合電極126和第二耦合 電極127中。因此，在相反相位時(shí)，這些電流的定向分布在相反的定向中。
從圖13A和13B中所示的仿真分析的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)從第一耦合電極126生成的電場(chǎng) 與從第二耦合電極127生成的電場(chǎng)在彼此相反的定向上，并且高頻耦合器總的具有兩個(gè)通信點(diǎn)。另外，雖然耦合電極126和127中的一個(gè)具有集中在電極表面周圍的電場(chǎng)，但是它 們不作為天線高效地輻射。那就是說，顯示了靜電場(chǎng)或感應(yīng)電場(chǎng)的分布，其表明該設(shè)計(jì)是作 為基本高頻耦合器。圖14示出了設(shè)置有第一和第二耦合電極的高頻耦合器的另一個(gè)構(gòu)造示例。在圖 12中所示的構(gòu)造示例中，第一耦合電極126和第二耦合電極127是幾乎相同的形狀，并且第 二耦合電極127裝配在關(guān)于由電介質(zhì)形成的印刷板121與第一耦合電極126對(duì)稱的位置。 相反，在圖14中所示的示例中，第二耦合電極147被構(gòu)造為從印刷板141的接地面上的接 地圖案145凸出的大約T形的導(dǎo)體圖案。即，第二耦合電極147與第一耦合電極146關(guān)于 接地面不對(duì)稱。在圖14中，印刷板141具有0. 56mm的厚度和4. 5的相對(duì)介電常數(shù)，印刷板141具 有其上形成有40X20X0. 05mm毫米大小的接地圖案145的下表面(接地面)，還具有其上 形成有表現(xiàn)為由分布式常數(shù)電路(短截線)形成的諧振器單元的微帶線142的上表面。微 帶線具有0. 05mm的厚度、1. Omm的寬度和18mm的長(zhǎng)度，并在一端配備有具有50 Ω特征阻抗 的饋入點(diǎn)143并且另一端經(jīng)由具有0. 5mm半徑的過孔144連接到下表面上的接地圖案145。 第一耦合電極146是具有4. 75mm的半徑、0. 5mm的厚度的圓形模型，并借助具有0. 5mm的半 徑和2. 5mm的高度的圓柱形端子裝配在大約微帶線142的中心。另外，緊挨在微帶線142之 下的接地為20X6X0. 05mm。然后，1 X6X0. 05mm的接地圖案145從緊挨在微帶線之下的 接地的縱向側(cè)的大約中心連接，再進(jìn)一步形成表現(xiàn)為第二耦合電極147的10X1X0. 05mm 的接地圖案。圖15示出了對(duì)圖14中所示的高頻耦合器的仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布(關(guān)于圖14 中的XZ平面和XY平面)。從圖15，可以肯定，當(dāng)圖15的Z軸方向上的電場(chǎng)從第一耦合電 極146集中時(shí)，電場(chǎng)也從在接地面中以大約T形形成為接地圖案145 —部分的第二耦合電 極147集中在圖15中Y軸方向上。即，發(fā)現(xiàn)從第一耦合電極146生成的電場(chǎng)和從第二耦合 電極147生成的電場(chǎng)成90度角，并且圖14中所示的高頻耦合器總的具有兩個(gè)通信點(diǎn)。另外，雖然耦合電極146和147中的一個(gè)具有在電極表面的周圍集中的電場(chǎng)，但是 它們并不作為天線高效地輻射。那就是說，顯示了靜電場(chǎng)或感應(yīng)電場(chǎng)的分布，其表明該設(shè)計(jì) 是作為基本高頻耦合器。圖16示出了其中儀器在殼體中配備有圖14中所示的高頻耦合器的狀況。在本 文中的儀器是，例如，移動(dòng)儀器，比如數(shù)字相機(jī)或移動(dòng)電話。當(dāng)只有一個(gè)用于高頻耦合器的 通信點(diǎn)時(shí)，容易發(fā)生不能通信的情形。相反，由于圖14中所示的高頻耦合器具有在Y軸和 Z軸上的兩個(gè)通信點(diǎn)，易于取得與通信的另一個(gè)端點(diǎn)的最佳通信狀況，并且能夠在各種場(chǎng)合 中做批量信息通信。圖17示出了圖14中所示的高頻耦合器的改進(jìn)以及仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布(關(guān) 于圖14中XY平面)。在圖17中，在導(dǎo)體圖案上形成按照大約T形的導(dǎo)體圖案形成的多個(gè) (兩個(gè))第二耦合電極。在圖17中，兩個(gè)第二耦合電極形成為在Y軸方向上彼此相反的方 位中(即，關(guān)于XY平面中X軸對(duì)稱)的接地圖案。印刷板、第一耦合電極、接地圖案和第二耦合電極中的每個(gè)構(gòu)造都與圖14中的構(gòu)造類似。另外，圖18示出了對(duì)圖17中所示的高頻 耦合器的仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布(關(guān)于圖17中XZ平面和XY平面)。根據(jù)圖18，在圖18中Z軸方向上的電場(chǎng)從第一耦合電極集中，圖18中Y軸方向 上的電場(chǎng)從兩個(gè)第二耦合電極中的一個(gè)集中。即，可以肯定從第一耦合電極生成的電場(chǎng)和 從第二耦合電極生成的電場(chǎng)成90度角。從圖17，在圖17中Y軸方向上彼此相反的定向中 的電場(chǎng)分別從在圖17中Y軸方向上彼此相反的定向中形成為接地圖案的兩個(gè)第二耦合電 極集中。可以肯定從這兩個(gè)第二耦合電極生成的電場(chǎng)與從第一耦合電極生成的電場(chǎng)分別成 90度角。正如已經(jīng)所述的，圖IlA和IlB示出了作為圖10中所示的高頻耦合器的改進(jìn)的高 頻耦合器，其中η個(gè)第二耦合電極連接到通信電路單元的接地端子，并且其可以獲得η個(gè)關(guān) 于接地面與第一耦合電極對(duì)稱的通信點(diǎn)，并且高頻耦合器總的具有(η+1)個(gè)通信點(diǎn)。相反， 圖17中所示的高頻耦合器設(shè)置有接地面上耦合電場(chǎng)的方向不同的兩個(gè)第二耦合電極，從 而可以在這兩個(gè)方向上獲得能夠通信的通信點(diǎn)，且高頻耦合器總的具有三個(gè)通信點(diǎn)。另外，雖然三個(gè)耦合電極的任何一個(gè)都具有在電極表面周圍集中的電場(chǎng)，但是它 們并不作為天線高效地輻射。即，顯示了靜電場(chǎng)或感應(yīng)電場(chǎng)的分布，這表明該設(shè)計(jì)是作為基 本高頻耦合器。圖19Α和19Β示出了其中高頻信號(hào)傳輸路徑、諧振器單元以及第一和第二耦合電 極都形成為同一印刷板上的導(dǎo)體圖案的構(gòu)造示例。圖19Α是立體圖，圖19Β是截面圖。具有0. 56mm的厚度和4. 5的相對(duì)介電常數(shù)的電介質(zhì)191形成在具有0. 05mm的厚 度的接地面上，并且具有0. 05mm的厚度和1. Omm的寬度的微帶線192形成在電介質(zhì)191上。 微帶線192具有18mm的長(zhǎng)度且一端配備了 50 Ω特征阻抗的饋入點(diǎn)193，另一端經(jīng)由具有 0. 5mm半徑的過孔194連接到接地面。第一耦合電極195形成為該微帶線192的相同層上的 圖案。即，由IOX 1X0. 05mm的圖案形成的第一耦合電極195被布置為經(jīng)由1X5X0. 05mm 的圖案從表現(xiàn)為諧振器單元(短截線)的微帶線192的縱向側(cè)的中心朝向圖19A中Y軸方 向。由1 X 7 X 0. 05mm的圖案形成的第二耦合電極197被布置為經(jīng)由9X3X0. 05mm的圖案 也在接地面上接地圖案196的一端朝向圖19A中X軸方向。圖20示出了對(duì)圖19A和19B中所示的高頻耦合器的仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分布(關(guān) 于圖19A中XY平面)。在第一耦合電極195和第二耦合電極197中，積聚了具有彼此相反 符號(hào)的電荷。從圖20，可以肯定，當(dāng)圖20中Y軸方向上電場(chǎng)從第一耦合電極195集中時(shí)，在 圖20中X軸方向上的電場(chǎng)從在接地面中按照大約T形形成為接地圖案的第二耦合電極197 集中。即，發(fā)現(xiàn)從第一耦合電極195生成的電場(chǎng)和從第二耦合電極197生成的電場(chǎng)在XY平 面中成90度角，并且圖19A和19B中所示的高頻耦合器作為整體能夠通過從在X軸方向和 Y軸方向上的兩個(gè)點(diǎn)的電場(chǎng)耦合來通信。耦合電極195和197中的一個(gè)具有集中在電極表面周圍的電場(chǎng)，它們不作為天線 高效地輻射。即，顯示了靜電場(chǎng)或感應(yīng)電場(chǎng)的分布，這表明該設(shè)計(jì)是作為基本高頻耦合器。圖21A、21B和21C示出了其中高頻信號(hào)傳輸路徑、諧振器單元和第一耦合電極形 成為在同一印刷板上的導(dǎo)體圖案，以及第二耦合電極與印刷板的接地面分開布置的構(gòu)造示 例。圖21A是俯視圖，圖21B是仰視圖，和圖21C是截面圖。具有0. 56mm的厚度和4. 5的相對(duì)介電常數(shù)的電介質(zhì)212形成在具有0. 05mm的厚度的接地面211上，以及具有0. 05mm的厚度和1. Omm的寬度的微帶線213形成在該電介 質(zhì)212上。微帶線213具有18mm的長(zhǎng)度，其一端配備有50 Ω特征阻抗的饋入點(diǎn)214且另 一端經(jīng)由0. 5mm半徑的過孔215連接到接地面211。第一耦合電極216形成為微帶線213 的相同層中的圖案。即，由IOX 1X0. 05mm的圖案形成的第一耦合電極216被布置為經(jīng)由 1X5X0. 05mm的圖案從表現(xiàn)為諧振器單元(短截線)的微帶線213的縱向側(cè)的中心朝向圖 21A和21B中Y軸方向。另一方面，另一個(gè)導(dǎo)電層217被布置為與接地面211分開0. 95mm。 由1 X 7 X 0. 05mm的圖案形成的第二耦合電極218被形成為經(jīng)由9 X 3 X 0. 05mm的圖案在該 導(dǎo)電層217的一端中朝向圖21A和21B中X軸方向。在不存在與電介質(zhì)分開的導(dǎo)電層的情景中，隨著電荷積聚在第一耦合電極216 中，如圖8中所示，具有相反符號(hào)的鏡像電荷關(guān)于接地面對(duì)稱地出現(xiàn)。相反，當(dāng)如圖21A、 21B、21C中所示的另一個(gè)導(dǎo)電層217與接地211分開地布置時(shí)，具有與積聚在第一耦合電 極216中的電荷相反符號(hào)的電荷生成在導(dǎo)電層的大約T形的凸出部分中，使得充當(dāng)?shù)诙?合電極218變?yōu)榭赡?。圖22示出了對(duì)圖21A、21B和21C中所示的高頻耦合器的仿真分析的電場(chǎng)強(qiáng)度分 布(關(guān)于圖21A和21B中XY平面)。在第一耦合電極216和第二耦合電極218中，積聚具 有彼此相反符號(hào)的電荷。從圖22，可以肯定，當(dāng)圖22中Y軸方向上的電場(chǎng)從第一耦合電極 216集中時(shí)，在圖22中X軸方向上電場(chǎng)從形成為接地面中大約T形的接地圖案的第二耦合 電極218集中。即，從第一耦合電極216生成的電場(chǎng)和從第二耦合電極218生成的電場(chǎng)在 XY平面成90度角，和發(fā)現(xiàn)圖21A、21B、21C中所示的高頻耦合器作為整體能夠從在X軸方向 上和Y軸方向上的兩個(gè)點(diǎn)通過電場(chǎng)耦合來通信。耦合電極216和218中的一個(gè)具有在電極表面的周圍集中的電場(chǎng)，它們不作為天 線高效地輻射。也就是說，顯示了靜電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)的分布，這表明該設(shè)計(jì)是作為基本高頻 華禹合器。應(yīng)該注意，作為圖21A、21B和21C中第二耦合電極218的導(dǎo)電層217可以利用實(shí) 現(xiàn)在印刷板或機(jī)械元件(比如基座或金屬殼體)上的導(dǎo)電區(qū)域來構(gòu)造。本申請(qǐng)含有的主題涉及2009年7月13日在日本專利局遞交的日本優(yōu)先權(quán)專利申 請(qǐng)JP 2009-164331的主題，該日本申請(qǐng)?jiān)诖巳囊?。?yīng)該被本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員理解，依靠設(shè)計(jì)要求或其他方面在所附權(quán)利要求或其等 同的范圍內(nèi)可以存在各種改進(jìn)、組合、次組合和替換。
權(quán)利要求
一種高頻耦合器，包含接地；經(jīng)由第一諧振器單元連接到通信電路的輸入和輸出端子的第一耦合電極；和經(jīng)由利用接地而設(shè)計(jì)的第二諧振器單元連接到所述通信電路的接地端子的一個(gè)或更多個(gè)第二耦合電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻耦合器，其中，在所述輸入和輸出端子中流動(dòng)的高頻信 號(hào)的某一相位狀態(tài)中，符號(hào)與集中在所述第一耦合電極中的電荷的符號(hào)不同的電荷集中在 所述第二耦合電極中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻耦合器，其中用于所述第一諧振器單元的接地被設(shè)計(jì)為所述第二諧振器單元，以及 所述第二耦合電極設(shè)置在與所述第一耦合電極大致對(duì)稱的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻耦合器，其中基于接地面的形狀構(gòu)造所述第二耦合電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻耦合器，其中基于實(shí)現(xiàn)在印刷板上的導(dǎo)體圖案構(gòu)造所述 第一和第二耦合電極中的至少一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻耦合器，其中使用內(nèi)置有所述高頻耦合器的移動(dòng)儀器的 基座或金屬殼體構(gòu)造所述第二耦合電極。
7.一種通信設(shè)備，包含 處理通信信號(hào)的通信電路； 接地；經(jīng)由第一諧振器單元連接到所述通信電路的輸入和輸出端子的第一耦合電極；和 經(jīng)由利用接地而設(shè)計(jì)的第二諧振器單元連接到所述通信電路的接地端子的一個(gè)或多 個(gè)第二耦合電極；其中所述通信電路依照所述輸入和輸出端子與所述接地端子之間的端子電壓處理所述通信信號(hào)。全文摘要
本發(fā)明涉及高頻耦合器和通信設(shè)備。一種高頻耦合器包括接地、經(jīng)由第一諧振器單元連接到通信電路的輸入和輸出端子的第一耦合電極，和經(jīng)由利用接地而設(shè)計(jì)的第二諧振器單元連接到通信電路的接地端子的一個(gè)或多個(gè)第二耦合電極。
文檔編號(hào)H04B5/00GK101958731SQ20101022422
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者加藤義寬, 和城賢典, 紺谷悟司, 西川研三 申請(qǐng)人:索尼公司