통신 시스템, 통신 장치 및 고주파 결합기 document_id A220623034526

최근, 화상이나 음악 등의 데이터를 PC와의 사이에서 교환하는 등, 소형의 정보 기기 사이에서 데이터를 이동할 때, AV(Audio Visual) 케이블이나 USB(Universal Serial Bus) 케이블 등의 범용 케이블에서 상호 접속한 데이터 통신이나 메모리 카드 등의 미디어를 매개로 하는 방법에 대신하여, 무선 인터페이스를 이용하는 것이 늘어나고 있다. 후자에 의하면, 데이터 전송 때에 커넥터를 갈아끼우는 작업을 하여 케이블을 가지고 다닐 필요가 없고, 사용자의 편리성이 높다. 각종의 케이블 레스(cableless) 통신 기능을 탑재한 정보 기기도 많이 출현하고 있다. 소형기기 사이에서 케이블 레스에 의하여 데이터 전송을 실시하는 방법으로서, IEEE 802.11에 대표되는 무선 LAN(Local Area Network)이나 Bluetooth(등록상표) 통신을 비롯하여, 안테나를 이용하여 무선 신호의 송수신을 실시하는 전파 통신 방식이 개발되고 있다. 예를 들면, 그립부를 파지한 손에 의하여 덮인 것을 피한 위치에 내장 안테나가 내장되며, 내장 안테나가 손으로 덮이지 않고 올바른 화상 데이터가 수신되기 때문에, 장치 내부에 무선 통신용의 안테나를 배치했다고 해도, 안테나가 본래 가지는 특성이 그대로 발휘되는 휴대용 화상 기록 장치에 대하여 제안이 이루어지고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조). 또, 근년 주목받고 있는 「울트라 와이드 밴드(UWB)」라고 불리는 통신 방식은, 3.1GHz ~ 10.6GHz라고 하는 매우 넓은 주파수대역을 사용하고, 근거리면서 100 Mbps정도의 대용량의 무선 데이터 전송을 실현하는 무선통신 기술이기 때문에, 예를 들면 동영상이나 CD 1장 분의 음악 데이터라고 하는 대용량의 데이터를 고속이면서 단시간에 전송할 수 있다. UWB통신은, 송신 전력의 관계로부터 통신 거리가 10m정도이며, PAN(Perso nal Area Network)등의 근거리용의 무선통신 방식이 상정된다. 예를 들면, IEEE 802.15.3 등에 있어서, UWB통신의 액세스 제어 방식으로서, 프리엠블(preamble)을 포함한 패킷 구조의 데이터 전송 방식이 고안되고 있다. 또, 미 인텔사는, UWB의 어플리케이션으로서, PC전용의 범용 인터페이스로서 보급되고 있는 USB(Universal Serial Bus)의 무선판을 검토하고 있다. 또, UWB통신은, 3.1GHz ~ 10.6GHz라고 하는 전송 대역을 점유하지 않아도 100Mbps를 넘는 데이터 전송이 가능한 것이나 RF회로의 만들기 쉬움을 고려하여, 3.1 ~ 4.9GHz의 UWB로우 밴드(low-band)를 사용한 전송 시스템도 개발이 번성하다. 본 발명자들은, UWB로우 밴드를 이용한 데이터 전송 시스템을, 모바일 기기에 탑재한 유효한 무선통신 기술의 하나로 생각하고 있다. 예를 들면, 스토리지·디바이스를 포함한 초고속인 근거리용의 DAN(Device Area Network) 등, 근거리 지역에 있어서의 고속 데이터 전송을 실현하는 것이 가능하다. 여기에서, 무선설비로부터 3미터의 거리에서의 전계 강도(전파의 힘)가 소정 레벨 이하, 즉 근린에 존재하는 다른 무선 시스템에 있어서 노이즈·레벨 정도로 되는 미약 무선이라면, 무선국의 면허를 받을 필요는 없고(예를 들면, 비특허 문헌 1을 참조), 무선 시스템의 개발·제조 코스트를 삭감할 수 있다. 상술한 UWB통신은, 송신 전력의 관계로부터, 비교적 낮은 전계 레벨에서 근거리 전용의 무선통신 시스템을 구성할 수 있다. 그렇지만, 안테나를 이용하여 무선 신호의 송수신을 실시하는 전파 통신 방식에 의하여 UWB통신 시스템을 구성했을 경우, 발생 전계를 이러한 미약 레벨로 억제하는 것은 곤란하다. 종래의 무선통신 시스템의 상당수는 전파 통신 방식을 채용한 것이며, 공중선(안테나)에 전류를 흘렸을 때에 발생하는 방사 전계를 이용하여 신호를 전파시키는 것이다. 이 경우, 송신기 측에서는 통신 상대가 있는지 없는지에 관계없이 전파를 방출하기 때문에, 근린의 통신 시스템에 대한 방해 전파의 발생원이 되어 버린다고 하는 문제가 있다. 또, 수신기 측의 안테나는, 송신기로부터의 소망의 전파뿐만 아니라, 먼 곳으로부터 도래한 전파도 수신하기 때문에, 주위의 방해 전파의 영향을 받아 쉽고, 수신감도 저하의 원인이 된다. 또, 통신 상대가 복수 존재하는 경우에는, 그 중에서 소망한 통신 상대를 선택하기 위하여 복잡한 설정을 실시할 필요가 있다. 예를 들면, 좁은 범위에서 복수 그룹의 무선기가 무선통신을 실시하는 경우는, 서로의 간섭을 회피하기 위하여, 주파수 선택 등의 분할 다중을 실시하여 통신을 실시할 필요가 있다. 또, 전파는 편파(polarization)의 방향이 직교하면 통신할 수 없기 때문에, 송수신기 사이에서는 서로의 안테나의 편파방향이 갖추어져 있을 필요가 있다. 예를 들면, 수 밀리~수 센티미터라고 하는 지근거리에서의 비접촉 데이터 통신시스템을 생각했을 경우, 근거리에서는 송수신기가 강하게 결합하는 한편, 다른 시스템으로의 간섭을 회피하기 위해서 원거리까지 신호가 도래하지 않는 것이 바람직하다. 또, 데이터 통신하는 기기끼리를 지근거리에 접근시켰을 때의 서로의 자세(방향)에 의존하지 않고, 결합하는 것, 즉 지향성이 없는 것이 바람직하다. 또, 대용량 데이터 통신을 실시하려면, 광대역 통신이 가능하다 라는 것이 바람직하다. 무선 통신에는, 상기의 방사 전계를 이용한 전파 통신 이외에도, 정전계나 유도 전계 등을 이용한 통신 방식을 들 수 있다. 예를 들면, 주로 RFID(Radio Frequency IDentification)에 이용되고 있는 기존의 비접촉 통신 시스템에서는, 전계 결합 방식이나 전자 유도 방식이 적용되어 있다. 정전계나 유도 전계는 발생원으로부터의 거리에 대하여, 각각 거리의 3승 및 2승에 반비례하는 것으로부터, 무선설비부터 3미터의 거리로의 전계 강도(전파의 힘)가 소정 레벨 이하가 되는 미약 무선이 가능하고, 무선국의 면허를 받을 필요는 없다. 또, 이런 종류의 비접촉 통신 시스템은, 전송 신호는 거리에 따라서 험난하게 감쇠하기 때문에, 통신 상대가 근처에 존재하지 않을 때에는 결합 관계가 생기지 않기 때문에, 다른 통신 시스템을 방해할 필요는 없다. 또, 먼 곳으로부터 전파가 도래해 와도, 결합기(커플러)가 전파를 수신하지 않기 때문에, 다른 통신 시스템으로부터의 간섭을 받지 않아도 된다. 즉, 유도 전계나 정전계를 이용한 전계 결합에 의한 비접촉·초 근거리 통신은 미약 무선의 실현에 적절하다고 말할 수 있다. 비접촉에 의한 초 근거리 통신 시스템은, 통상의 무선통신 시스템에 대하여, 몇개의 이점이 있다. 예를 들면, 비교적 거리가 떨어진 기기끼리로 무선 신호의 교환을 실시하는 경우, 주변의 반사물의 존재나 통신 거리의 확대에 따라서 무선 구간의 신호의 질이 저하해 버리지만, 근거리 통신에 의하면 주변 환경의 의존은 없고, 높은 전송 레이트를 이용하여 오류율이 적은 고품질의 전송이 가능하다. 또, 초 근거리 통신 시스템에서는, 전송 데이터를 감청하는 부정한 기기가 개재하는 여지는 없고, 전송로 상에서 해킹의 방지나 은닉성의 확보를 고려할 필요가 없다. 또, 전파 통신에서는, 안테나는 사용 파장(λ)의 2분의 1 또는 4분의 1 정도의 크기를 가질 필요가 있기 때문에, 장치는 필연적으로 대형화해 버린다. 이것에 대하여, 유도 전자계나 정전계를 이용한 초 근거리 통신 시스템에서는, 이러한 제약은 없다. 예를 들면, 복수의 통신 보조체간에 RFID 태그가 위치하도록 배치한 통신 보조체 그룹을 형성하고, 통신 보조체간에 끼우도록 복수의 상품에 부착된 RFID 태그를 배치함으로써, RFID 태그가 서로 겹친 상태여도, 정보의 안정된 독해·기입이 가능해지는 RFID 태그·시스템에 대하여 제안이 이루어지고 있다(예를 들면, 특허 문헌 2를 참조). 또, 장치 본체와 이 장치 본체를 신체에 장착하기 위한 장착 수단을 갖춤과 동시에, 안테나·코일과 이 안테나·코일을 통하여 외부의 통신 장치와 비접촉으로 데이터 통신을 실시하는 데이터 통신 수단을 갖추고, 장치 본체의 상부에 설치된 아우터 케이스에 안테나·코일과 데이터 통신 수단을 배치하여, 유도 자계를 이용한 데이터 통신 장치에 대하여 제안이 이루어지고 있다(예를 들면, 특허 문헌 3을 참조). 또, 휴대 정보 기기에 삽입되는 메모리 카드에 외부 기기와 데이터 통신을 실시하기 위한 안테나·코일을 탑재하고, 휴대 정보 기기의 메모리 카드 삽입구의 외측에 RFID의 안테나·코일이 배치되는 구조로서, 휴대성을 파손하지 않고 통신 거리를 확보한 RFID를 가지는 휴대 전화기에 대하여 제안이 이루어지고 있다(예를 들면, 특허 문헌 4를 참조). 정전계나 유도 전계를 이용한 종래의 RFID 시스템은, 저주파수신호를 이용하고 있기 때문에 통신 속도가 늦고, 대량의 데이터 전송에는 적합하지 않았다. 또, 안테나·코일에 의한 유도 전자계를 이용하여 통신하는 방식의 경우에는, 코일의 배면에 금속판이 있으면 통신을 실시하지 못하고, 코일을 배치하는 평면상에 큰 면적이 필요하게 되는 등, 실장 상의 문제도 있다. 또, 전송로에 있어서의 손실이 크고, 신호의 전송 효율이 좋지 않다. 이것에 대하여, 본 발명자들은, 고주파 신호를 전계 결합에서 전송하는 것, 즉, 정전계 혹은 유도 전자계를 이용하여 상기의 UWB통신 신호를 전송하는 초 근거리 통신 시스템에 의하여, 무선국으로서 면허 취득이 불필요한 미약 전계에 의하여, 은닉성을 고려한 고속 데이터 전송을 실현할 수 있다, 라고 생각하고 있다. 정전계 혹은 유도 전계를 이용한 UWB통신 시스템에서는, 예를 들면 동화상이나 CD 1장 분의 음악 데이터라고 하는 대용량의 데이터를 고속 또는 단시간에 전송할 수 있다, 라고 본 발명자들은 생각하고 있다. 여기에서, 종래의 RFID 시스템에서는, 송신기와 수신기의 전극(결합기) 간을 밀착시키는 것이 일반적이고, 사용자의 사용이 편리하지 않다. 이 때문에, 전극 간을 3cm정도 떼어 놓아 근거리 통신을 실시한다고 하는 형태가 바람직하다고 생각된다. 비교적 저주파수대의 신호를 이용하는 전계 결합 방식에서는, 3cm라고 하는 송신기와 수신기의 전극간 거리는 파장과 비교하여 무시할 수 있는 길이이기 때문에, 송수신기 사이에서의 전파손실은 크게 문제되지 않는다. 그런데, UWB신호와 같이 고주파수의 광대역 신호를 전송하는 것을 생각한 경우, 3cm라고 하는 거리는 사용 주파수대 4GHz에 있어서 약 2분의 1 파장에 상당한다. 파장에 대한 전파거리의 크기에 따라서 전파손실이 생기기 때문에, 송신기와 수신기의 전극간 거리는 파장과 비교하여 무시할 수 없는 길이이다. 이 때문에, 전계 결합에 의하여 UWB신호를 전송시킬 때에는, 전파손실을 충분히 낮게 억제할 필요가 있다. [특허 문헌 1] 특개 2006－106612호 공보 [특허 문헌 2] 특개 2006－60283호 공보 [특허 문헌 3] 특개 2004－214879호 공보 [특허 문헌 4] 특개 2005－18671호 공보 [비특허 문헌 1] 전파법 시행 규칙(쇼와 25년 전파 감리 위원회 규칙 제 14호) 제 6조 제 1항 제 1호