天线装置及通信装置技术领域
本发明涉及通过在相向的一对电极之间的电磁场耦合来进行信息通信的天线装置及装入有该天线装置的通信装置。
本发明以2010年2月2日在日本国申请的日本专利申请号特愿2010-021518为基础而要求优先权，并通过参照该申请来引用于本申请中。
背景技术
近年来，在计算机或小型移动终端等电子设备之间，将音乐、图像等数据不经由电缆或媒体而进行无线传送的系统已被开发。在这样的无线传送系统中，有在数厘米的近距离可以最大560Mbps左右的高速传送的无线传送系统。在这样的可以高速传送的传送系统之中，Transferjet（注册商标）存在这样的优点：通信距离短但被窃听可能性低，且传送速度快。
Transferjet（注册商标）通过隔着超近距离并利用对应的高频耦合器的电磁场耦合来实现，且其信号质量取决于高频耦合器的性能。例如，在专利文献1所记载的高频耦合器是由以下部件构成：在一个表面形成接地的印刷基板，在印刷基板的另一个表面形成的微带构造的截线（スタブ），耦合用电极，以及连接该耦合用电极和截线的金属线。另外，在专利文献1所记载的通信装置中，在构成高频耦合器的印刷基板上也形成有收发电路。
专利文献
专利文献1：特开2008-311816号公报。
然而，如专利文献1所记载的通信装置那样，由表面安装而组装的收发电路和三维地构成的高频耦合器配置在同一个印刷基板上，从安装过程的角度来看，存在工序复杂而在操作上也需要注意等生产效率恶化这一问题。另外，对专利文献1所记载的通信装置，另行制作高频耦合器，以不受收发电路的配置位置限制的方式更加自由配置耦合用电极，在连接到收发电路时，为了将高频耦合器连接到收发电路，除了印刷基板以外新需要连接用线缆等连接装置，从而存在增加部件或工序这一问题。
发明内容
本发明是鉴于这样的实际情况而提出的，其目的在于：提供一种天线装置，其实现高生产效率并维持与进行收发处理的收发电路良好连接性的同时，可以以不受收发电路的配置位置限制的方式自由配置耦合用电极。另外，本发明以提供装入该天线装置的通信装置作为目的。
作为解决上述课题的单元，本发明的天线装置，通过相向的一对电极之间的电磁场耦合来进行信息通信，其具备：印刷基板，隔着电介质而在一个表面的导电层形成接地层，在另一个表面的导电层形成传送信号的信号线；耦合用电极，由大致平面状的导体构成并与配置在相向位置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合而可通信；以及电极柱，使形成于上述印刷基板的信号线和上述耦合用电极，在上述印刷基板的厚度方向间隔既定距离并电连接。所述天线装置的特征在于，在上述信号线的一端形成有可以与进行信号的收发处理的收发装置电连接的连接用端子部，在上述印刷基板之中，至少形成上述连接用端子部的端子形成部具有柔韧性。
另外，本发明中的通信装置，通过在相向位置配置的其他通信装置的电极之间的电磁场耦合来进行信息通信，具备：印刷基板，隔着电介质而在一个表面的导电层形成接地层，在另一个表面的导电层形成传送信号的信号线；耦合用电极，由大致平面状的导体构成并与配置在相向位置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合而可通信；电极柱，使形成于上述印刷基板的信号线和上述耦合用电极，在上述印刷基板的厚度方向间隔既定距离并电连接；以及收发处理部，经由形成于上述信号线的一端的连接用端子而电连接，并进行信号的收发处理。所述通信装置的特征在于，在上述印刷基板之中，至少形成上述连接用端子部的端子形成部具有柔韧性。
本发明信号线和耦合用电极通过电极柱电连接，在印刷基板之中，至少形成了连接用端子部的端子形成部具有柔韧性，因此，能够在实现高生产效率并与进行收发处理的收发电路维持良好的连接性的同时，以不受收发电路的配置位置限制的方式自由地配置耦合用电极。
附图说明
图1是示出装入有适用本发明的天线装置的通信系统的结构的图；
图2A是示出作为适用本发明的天线装置的第一实施方式中的高频耦合器的结构的图，图2B是示出作为适用了本发明的天线装置的第一实施方式的变换例的高频耦合器的结构的图；
图3A是示出第一实施方式的高频耦合器的端子构造的图，图3B是示出第一实施方式的高频耦合器的端子构造的图；
图4是表示将高频耦合器经由连接器连接到收发电路的配置的简略图；
图5是表示将高频耦合器经由连接器连接到收发电路的其他配置的简略图；
图6是表示将高频耦合器通过导电性粘合剂连接到收发电路的配置的简略图；
图7A是示出第一实施方式的高频耦合器的其他端子构造的图，图7B是示出第一实施方式的高频耦合器的其他端子构造的图；
图8是表示将高频耦合器通过导电性粘合剂连接到收发电路的其他配置的简略图；
图9是示出高频耦合器之间的通信状态的斜视图；
图10是示出高频耦合器之间的耦合强度的解析结果的频率特性图；
图11是示出作为适用本发明的天线装置的第二实施方式的高频耦合器的结构的图；
图12是示出第二实施方式的高频耦合器之间的耦合强度的解析结果的频率特性图。
具体实施方式
下面，参照图纸详细说明用于实施本发明的方式。另外，本发明不仅限制在于下面的实施方式，当然在不脱离本发明的宗旨范围内可以种种改变。
<通信系统>
适用本发明的天线装置是通过相向的一对电极之间的电磁场耦合来进行信息通信的装置，例如如图1所示，装入到可以560Mbps左右高速传送的通信系统100而使用。
通信系统100由两个进行数据通信的通信装置101、105构成。这里，通信装置101具备具有电极103的高频耦合器102和收发电路104。另外，通信装置105具备具有电极107的高频耦合器106和收发电路108。
如图1所示，通信装置101、105分别具备的高频耦合器102、106相对而配置时，两个电极103、107作为一个电容动作，通过全体作为带通滤波器的方式工作，在两个高频耦合器102、106之间，例如能够将用于实现560Mbps左右的高速传送的4～5GHz频带的高频信号有效率地传送。
这里，高频耦合器102、106分别持有的收发用的电极103、107为例如间隔3cm左右相向配置而可以电场耦合。
在通信系统100中，例如，连接在高频耦合器102的收发电路104，在从主应用程序产生发信要求时，依据发信数据生成高频发信信号并从电极103向电极107传送信号。然后，连接在接受侧的高频耦合器106的收发电路108，将接受到的高频信号进行解调及解码处理并将再生数据传递给主应用程序。
另外，适用本发明的天线装置非限制在传送上述4～5GHz频带的高频信号，也可以适用于其他频带的信号传送，但是在下面的具体例中以4～5GHz频带的高频信号作为传送对象而说明。
<第一实施方式>
作为装入这样的通信系统100的天线装置，对如图2所示的第一实施方式的高频耦合器110进行说明。
即，高频耦合器110具备：柔性印刷基板1；耦合用电极8；电连接形成于柔性印刷基板1上的信号线3和耦合电极8的电极柱7。
柔性印刷基板1是在作为电介质而起作用的基材4的双面配置铜箔的、具有柔韧性的双面印刷基板，一个表面的导电层设为接地2，在另一个表面的导电层通过构图处理形成信号线3。
柔性印刷基板1的基材4是电介质性比导电层优良的物质，例如是厚度25～125μm的具有柔韧性的电介质性材料，特别是优选由聚酰亚胺、液晶聚合物及特氟隆（Teflon，注册商标）等低介电常数且介电损失小的材料构成的物质。
耦合用电极8由大致平面状的导体构成，并与配置在相向位置的其他天线装置的电极进行电磁场耦合而可通信。这样的耦合用电极8能够使用如上所述大致平面状的导体，做成圆形、四角形及多角形等形状，并作为材料优选使用铜、黄铜及不锈钢等具有刚性的良好导体。
电极柱7将在柔性印刷基板1的厚度方向H上间隔既定距离而电连接形成于柔性基板1的信号线3和耦合用电极8。这样的电极柱7是与耦合电极8同样具有刚性的良好导体，且使用焊锡等具有导电性的接合材料分别与耦合用电极8和信号线3接合。
为了提高这样的连接材料的电可靠性和机械强度，优选使得在被接合部分使信号线3的线宽度比电极柱7的直径更大并通过导电性材料得到充分的接合强度，进而优选对接合部分的周围实施使用有机粘合剂等加强等的处理。
电极柱7可以独立于耦合用电极8制作并连接，也可以加工耦合用电极8的一部分而与耦合用电极8制作成为一体。另外，在图2A中所示的高频耦合器110中，电极柱7设为一个，但也要承担支撑耦合用电极8的作用，因此，为了提高强度也可以设为多个。另外，电极柱7接合在耦合电极8的中心附近，但使用多个的情况下也优选接合在耦合用电极8的中心附近。例如，如图2B所示，在使用多个电极柱，具体而言使用两个时，考虑到电极柱71、72和信号线3的连接状态时，存在信号线3的线宽度窄而不能收纳于线宽度内的情况，但在此情况，局部扩大信号线3之中的接合部3b的线宽度而接合。
在由以上结构构成的高频耦合器110中，对形成于柔性印刷基板1的信号线3的结构进行具体的说明。在信号线3的一端，可以将与进行信号的收发处理的收发电路部可电连接的连接用端子部9，形成于柔性印刷基板1的端子形成部1a，在信号线3的另一端，通过通孔5实现与接地2的短路处理。例如，信号线3通过利用设置于通孔5的导电性镀膜或导电性膏等来贯通基材4而与接地2接合，实现短路处理。另外，与接地2的连接用于电短路，也可以通过贯通凸点等导电性柱子连接信号线3和接地2。
另外，在图2A和图2B所示的高频耦合器110中，为了提高通信灵敏度，在信号线3之中，从通过通孔5实现短路处理的端部到与电极柱7的连接点的距离，作为离开通信频率的大致四分之一波长的整数倍的共振线3a而起作用。
这样，共振线3a用于提高其他高频耦合器所具备的耦合用电极和该高频耦合器110的耦合用电极8的耦合效率，因而如上所述，通过连接到接地2而成为短截线，在该部分电压成为零，因此，从该部分开始沿线上在通信频率的大致四分之一波长的距离处连接电极柱7时，在其连接点上电压达到最大，耦合效率成为良好。这样地，共振线3a担当提高高频耦合器之间的耦合效率的作用。
另外，在图2A和图2B所示的高频耦合器110中，虽然使信号线3的共振线3a侧的端部作为经由通孔5的短截线，但是也可以设为作为开放端的开放截线。但是，对该开放截线而言，也需要如上述调整共振线3a的长度，而使电压在共振线3a和电极柱7的接合部达到最大。另外，在图2A和图2B所示的高频耦合器110中，经由通孔5而被设为短截线的共振线3a在柔性印刷基板1上形成一个，但也可以是使用多个，因此，能够产生更强的共振。
另外，信号线3的线形状不一定必须设为直线状，也能够设为具有曲率的曲线状或如图2A和图2B所示那样地弯折而使用。
如上所述，连接用端子部9形成于信号线3的一个端部，形成于具有柔韧性的柔性印刷基板1上的端子形成部1a，因此，与连接于高频耦合器110的收发电路的基板的连接变得容易。
这里，连接用端子部9的端子形状根据与收发电路的连接方法而设计。连接用端子部9的端子形状，从实现良好连接性的观点来看，例如优选如图3A和图3B所示那样的对应于采用连接器的连接的端子构造。
如图3A所示的具体例涉及的连接用端子部29对应于GSG（接地/信号/接地）配置的连接器，因为接地和信号线配置在同一平面，所以设置有信号端子50、接地端子51及加强板20以用于与连接器电配合。
信号端子50通过在构成于柔性印刷基板21的单个面的信号线23的端部调整线宽度以用于连接器连接而形成。
接地端子51从形成于柔性印刷基板21的一个表面的接地22，经由形成于通孔25的内侧的导电性材料而电连接。
加强板20为了使连接用端子部29具有机械强度而粘合于接地22，使向连接器的连接与断开变为容易的同时，能够保持配合的稳定性、可靠性。作为加强板20的材料，一般使用硬质的树脂、陶瓷等。
如以上结构构成的连接用端子部29，为了实现与连接器插销的良好连接性，固定信号端子50和接地端子51的线宽度时，特性阻抗在连接用端子29与信号线23差别很大，存在因阻抗失配而显著降低高频耦合器的耦合效率的情况。在这样的情况下，如图3B所示，根据需要通过在信号端子50正下方的接地22以适当比例设置缺口27来调整连接用端子部29的特性阻抗，从而能够防止高频耦合器的效率降低。这样制作的高频耦合器110，经由配置在收发电路部的连接器与收发电路连接。在图4及图5示出具体的连接例。
图4示出了高频耦合器110以及经由连接器111连接到高频耦合器110的收发电路基板112面向同一个方向而配置的情况。另外，图5示出了高频耦合器110以及经由连接器111连接到高频耦合器110的收发电路基板112相背对而配置的情况。如从这两个配置显而易见的那样，因为高频耦合器110是使用具有柔韧性的柔性印刷基板1而构成，所以能够自由弯折使用，从而对于设置场所的自由度极高。
这样，在适用了本发明的高频耦合器110中，通过电极柱7来电连接形成于柔性印刷基板1的一个表面的信号线3以及耦合用电极8，且连接用端子部9形成于具有柔韧性的柔性印刷基板1，因此实现高生产效率并维持与进行收发处理的收发电路的良好连接性的同时，能够以不受收发电路的配置位置限制的方式自由配置耦合用电极。
另外，在高频耦合器110中，为了能够实现如上所述的自由弯折而使用并提高对设置场所的自由度，只要安装有信号线的印刷基板之中，至少形成了连接用端子部9的端子形成部1a形成在具有柔韧性的极板上即可。例如，也可以如刚柔基板一样，使用复合了环氧树脂等硬质材料和柔性材料的基板，并在刚性基板上安装电极柱等而在柔性基板上安装连接端子部。这样也能够使用刚柔基板，但是对于高频耦合器110，作为印刷基板，通过全部使用具有柔韧性的柔性基板1，在能够同一化部件并简化制造工序这点上特别优选。
另外，在高频耦合器110中，除了如上所述的连接用端子部9为连接器连接用的端子构造以外，例如，也能够通过使用各向异性导电膜（ACF）、各向异性导电膏（ACP）等的导电性膏的方法而接合。特别是，在使用了这样的导电性膏的情况下，无需确保端子的刚性，因此，在能够省去加强板20而谋求薄型化这点上优选。
在使用这样的导电性膏接合的方法中，一般使接合面相向而接合，因此，与如上述图4所示的配置一样，在使收发电路极板112和高频耦合器110面向同一方向而配置时，如图6所示，需要将与收发电路基板112的安装面112a相反的底面112b作为接合部113而连接。
另外，在收发电路基板112侧，当在与安装面相反的表面无法安装连接用端子或由于高频耦合器110的配置问题而想要将接合部113设置在收发电路基板112的安装面112a时，能够通过使用如图7A及图7B所示的连接用端子部39来进行端子面的表面和背面的切换。
连接用端子部39具有如下的端子构造。即，如图7A及图7B所示，在连接用端子部39中，通过对接地32构图而制作信号端子60和接地端子61，信号端子60利用通孔35内的导体与形成于与接地32相向的表面的信号线33相连。在连接用端子部39中，为了提高高频耦合器110的耦合效率，优选使特性阻抗匹配，并考虑该特性阻抗而决定信号端子60和接地端子61的间隔。特别是，连接用端子部39是共面构造，且端子之间的间隔变窄，因此，在特性阻抗的调整困难时，能够在与信号线33的相同的表面设置由接地32和通孔接合的接地端子来调整特性阻抗。另外，在端子之间的间隔比起信号端子60及接地端子61的端子宽度过于窄时，在ACF等的连接中粘合剂的埋设部分变少而无法确保充分的连接强度，因此，优选将信号端子60及接地端子61设为两股构造等，从而增加粘合剂的埋设部分。
如图8所示，具有这样的端子构造的连接用端子部39，能够与可在收发电路基板112的安装面112a制备的连接部113相向地连接，并能够形成与使用连接器的情况同样的配置。
接着，为了查验第一实施方式中的高频耦合器110的性能，使用アンソフト公司制造的三维电磁场模拟HFSS进行了通信特性的解析。
解析模型是图2A的结构的高频耦合器110，具体条件是使用以下的条件。即，假定柔性印刷基板1是在基材4使用50μm的液晶聚合物的双面铜箔基板，耦合电极8是直径10mm的薄铜板，电极柱7是直径0.4mm、高度2.4mm的铁制柱子。另外，连接用端子部9为与0.5mm间距的薄型连接器配合的构造。
如图9所示，使这样构成的2个高频耦合器110a及110b相向，解析了在一个高频耦合器110a的端子施加输入信号，在另一个高频耦合器110b的端子接受信号时的耦合强度。这里，耦合强度利用S参数的透射特性S21来评价。
图10示出了图9的相向的高频耦合器的耦合用电极之间的相向距离分别为15mm、100mm时的耦合强度S21的频率特性。
例如，在TransferJet（注册商标）的通信中使用以4.48GHz为中心的频率，但在该频带中，在相向距离15mm的耦合状态下S21为从－18dB到－20dB，得到在通信频率附近平坦的频率特性。另外，在相向距离100mm的非耦合状态下S21为－42dB，得到通信切断特性。
如从该频率特性显而易见的那样，第一实施方式的高频耦合器110在离开100mm左右的状态下没有干扰，并且可以在15mm左右的近距离进行利用电磁场耦合的信息通信。
<第二实施方式>
接着，作为适用本发明的天线装置的其他实施方式，对如图11所示的第二实施方式中的高频耦合器120的结构进行说明。
高频耦合器120与上述的第一实施方式中的高频耦合器110同样，具备柔性印刷基板1、耦合用电极8以及电连接形成于柔性基板1上的信号线3和耦合用电极8的电极柱7。除此之外，高频耦合器120作为保持耦合用电极8的固定部件而具备上部基板16。
这里，在第一实施方式中的高频耦合器110中，因为耦合用电极8经由电极柱7保持所以强度弱，移动成品时需要注意，与此相对，本实施方式中的高频耦合器120通过上部基板16强有力地保持耦合用电极8，因此，能够加强耦合用电极8的物理强度，防止由碰撞或加压等导致的变形。即，与高频耦合器120的移动相关的处理变得容易。
此外，本实施方式的高频耦合器120除了具有上部基板16以外，与上述的第一实施方式的高频耦合器110具备的结构同样，因此，在图11中标记同样的标号而省略对各要素的说明。
在以这样的结构组成的高频耦合器120中，由上部基板16保持耦合用电极8，因此，耦合用电极8和信号线3例如由如下的连接方法连接。
即，在高频耦合器120中，将耦合用电极8形成在上部基板16的单个面，即，通过在如图11所示的上表面16a实施电镀处理等而形成。接着，在高频耦合器120中，将耦合用电极8的中心和上部基板16一起通过打开贯通孔处理而形成通孔7a。以使该通孔7a对准信号线3的既定位置的方式，将上部基板16的另一个表面、即图11的下表面16b粘合于柔性印刷基板1。然后，经由该通孔7a并通过电镀处理或导电性膏等形成的电极柱7，电连接耦合用电极8和信号线3。
另外，上述的连接方法是电连接方法的一例，例如也可以使用以下的方法：在具备被镀膜处理的通孔7a的上部基板16的通孔部，插入与耦合用电极8连接的针状电极柱7，并通过焊锡或导电性膏连接信号线3，等等。另外，在如图11所示的高频耦合器120中，耦合用电极8直接形成在上部基板16的上表面16a，但可以是在单个面形成铜箔等导电层的柔性基板的导电层形成耦合电极8，并粘贴在上表面16a的构造，也可以是如上述的图2A及图2B所示，将导电性金属薄板作为耦合用电极8而粘贴在上表面16a的构造。即，在高频耦合器120中，只要将耦合用电极8、信号线3夹着作为电介质基板的上部基板16且使其在间隔既定距离的状态下电连接，使用任何连接方法均可。
作为上部基板16的材料，特别优选使用相对介电常数低的材料。例如，图12是表示上部基板16的相对介电常数设定为1.5、2.0、除此之外的条件为与图11所得的结果同样来进行解析时的耦合强度S21的频率特性。从该解析结果可知，提高上部基板16的相对介电常数时，由于波长缩短效应，耦合强度示出峰值的频率向低频侧移动的同时，耦合强度S21变小。峰值频率可以通过改变共振线3a或其他尺寸调整为4.48GHz附近，但是不能使上部基板16的相对介电常数高时的耦合强度S21的级别，提高到与上部基板16的相对介电常数低时的级别相同。
如从该结果显而易见的那样，在上部基板16尽量优选使用相对介电常数低的材料，例如，作为候选举出相对介电常数为2（取1位有效数字）的特氟隆（注册商标）、液晶聚合物等，但是特别想提高耦合强度时，优选使用使作为低介电材料的氟树脂、聚乙烯及聚酰亚胺等起泡而制作的相对介电常数为1（取1位有效数字）的多孔质材料。
如上，在第二实施方式的高频耦合器120中，耦合用电极8和信号线3夹着上部基板16且间隔既定距离电连接，因此，能够在保持通信特性的同时提高耦合用电极8的物理强度，并防止由碰撞或加压等导致的变形。