JP6340688B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本開示は、ミリ波にて通信を行う情報機器に用いて好適なアンテナ装置に関する。 The present disclosure relates to an antenna device suitable for use in information equipment that performs communication using millimeter waves.
ミリ波は光に近い波長であることから直進性が高いため、この波長を用いた通信で使用するアンテナの指向性設定は重要である。当該アンテナの指向性を任意に設定できるようにした従来技術として、例えば特許文献1に記載されているものがある。この特許文献には、レンズを用いて指向性の設定を行う技術が開示されている。
Since the millimeter wave has a wavelength close to that of light and has high straightness, setting the directivity of the antenna used for communication using this wavelength is important. For example,
しかしながら、電波の指向性の変更にレンズを用いる場合、コストが高くつくという課題がある。特に、複数の指向性を持たせるには、それぞれの方向に電波が放射されるようにレンズの形状を決めなければならず、高価なレンズになってしまう。また、レンズの取り付け精度が指向性の特性に大きく影響することから、簡単に指向性を変更することが困難である。 However, when a lens is used for changing the directivity of radio waves, there is a problem that the cost is high. In particular, in order to have a plurality of directivities, the shape of the lens must be determined so that radio waves are emitted in each direction, resulting in an expensive lens. In addition, since the lens mounting accuracy greatly affects the directivity characteristics, it is difficult to easily change the directivity.
本開示は、係る事情に鑑みてなされたものであり、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができるアンテナ装置を提供する。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and provides an antenna device that can easily change the directivity of radio waves with an inexpensive configuration.
本開示のアンテナ装置は、アンテナ素子と、動作波長の1/10以上の長さを有し、前記アンテナ素子の近傍に垂直方向に設けられた金属板と、を備え、前記アンテナ素子を挟んで前記金属板の反対側には他の金属板を有さず、前記金属板は、先端部が前記アンテナ素子の上方の全面を覆うように折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部は、前記アンテナ素子の一部に対応する位置に開口部を有する。 An antenna device of the present disclosure includes an antenna element and a metal plate having a length of 1/10 or more of an operating wavelength and provided in the vertical direction in the vicinity of the antenna element, with the antenna element sandwiched therebetween on the opposite side of the metal plate without being closed and another metal plate, the metal plate has a bent portion which distal end is bent so as to cover the upper side of the entire surface of the antenna element, wherein the bent portion includes An opening is provided at a position corresponding to a part of the antenna element .
本開示によれば、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができる。 According to the present disclosure, the directivity of radio waves can be easily changed with an inexpensive configuration.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
(本開示の一形態を得るに至った経緯)
ミリ波は直進性が強いことから、この電波を使用して2台の情報機器間で通信を行う場合、互いに指向性が向き合う方向に配置することで問題なく通信を行うことができる。しかし、例えば3台の情報機器間で通信を行う場合、それぞれの情報機器が他の2台の情報機器に対して電波を放射できる指向性変更手段を有する必要がある。
(Background to obtaining one form of the present disclosure)
Since millimeter waves have strong straightness, when communication is performed between two information devices using this radio wave, communication can be performed without problems by arranging them in directions in which directivities face each other. However, for example, when communication is performed between three information devices, each information device needs to have directivity changing means that can emit radio waves to the other two information devices.
例えば、図13に示すように、互いに無線通信が可能なノートパソコン(情報機器)100及びドッキングステーション(情報機器)110において、互いに指向性が向き合うように配置することで、ノートパソコン100はドッキングステーション110と通信を行うことができるが、指向性が合っていないスマートフォン(情報機器)120とは通信を行うことはできない。即ち、ノートパソコン100は、ドッキングステーション110と通信を行うことはできるが、スマートフォン120と通信を行うことはできない。
For example, as shown in FIG. 13, in a notebook personal computer (information device) 100 and a docking station (information device) 110 capable of wireless communication with each other, the notebook
なお、図13において、ノートパソコン100は、無線モジュール102が実装されたマザー基板101を有し、ドッキングステーション110は、無線モジュール112が実装されたマザー基板111を有し、スマートフォン120は、無線モジュール122が実装されたマザー基板121を有する。また、図中符号Rp1で示すものは、ノートパソコン100の無線モジュール102の放射パターンであり、符号Rp2で示すものは、ドッキングステーション110の無線モジュール112の放射パターンである。また、符号Rp3で示すものは、スマートフォン120の無線モジュール122の放射パターンである。
In FIG. 13, the
電波の指向性を変更する手段として、例えば図14及び図15に示すようなものが知られている。いずれも特許文献1に記載されたものである。
図14は、反射板を用いて電波の指向性を変更するようにしたアンテナ装置の構成を示す図である。同図において、モジュール基板200の上面には1次放射器となる平面アンテナ202が実装されており、下面には無線用IC210が実装されている。モジュール基板200は、ボール203によってセット基板(図示略)に実装される。モジュール基板200の上空には2次放射器となる反射板300が配置されており、この反射板300によって、平面アンテナ202から放射された電波が、図中矢印301,302で示す方向に反射する。即ち、下方に放射方向が変更される。
As means for changing the directivity of radio waves, for example, those shown in FIGS. 14 and 15 are known. Both are described in
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of an antenna device in which the directivity of radio waves is changed using a reflector. In the figure, a
図15は、レンズを用いて電波の指向性を変更するようにしたアンテナ装置の構成を示す図である。同図において、モジュール基板200の上空には2次放射器となるレンズ400が配置されており、このレンズ400によって、平面アンテナ202から放射された電波が、図中矢印401,402で示す方向に反射する。即ち、上斜め方向に放射方向が変更される。
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of an antenna device in which the directivity of radio waves is changed using a lens. In the figure, a
しかしながら、モジュール基板200の上空に該モジュール基板200を覆うように反射板300を配置して指向性を変更する場合、その指向性は横方向又はモジュール基板200側に向いてしまい、モジュール基板200の直上方向にある情報機器と通信ができなくなってしまう。
However, when the directivity is changed by disposing the
また、レンズ400を用いて電波の指向性を変更する場合、モジュール基板200の直上方向にある情報機器との通信は可能であるものの、レンズ自体が高価であるため、それがアンテナ装置の価格に反映されてしまう。特に、複数の指向性を持たせるには、それぞれの方向へ同時に電波が放射されるようにレンズの形状を決めなければならず、加工に手間がかかり、さらに高価なレンズになってしまう。また、レンズの取り付け精度が指向性の特性に大きく影響することから、簡単に指向性を変えることは難しい。
Further, when the directivity of radio waves is changed using the
以下、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができるアンテナ装置について説明する。 Hereinafter, an antenna device that can easily change the directivity of radio waves with an inexpensive configuration will be described.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。同図において、本実施の形態に係るアンテナ装置1は、上面にミリ波で動作するアンテナ素子11が配置された無線モジュール10と、無線モジュール10が実装された多層配線のモジュール基板(セット基板)12と、アンテナ素子11の近傍に垂直方向に配置された金属板13とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the antenna device according to the first embodiment. In the figure, an
アンテナ素子11は送信用と受信用とがあり、図1では例えば受信用のアンテナ素子11が見えているものとする。無線モジュール10には、無線通信用のIC(Integrated Circuit、図示略)が搭載されており、このICがアンテナ素子11より電波の送信(放射)と受信を行う。金属板13は、動作波長の1/10以上の長さとなっている。ここで、金属板13の具体的な長さは、例えば60GHzで使用する場合、波長λが5mmであることから、その1/10の0.5mmとなる。
There are two types of
図2は、金属板13のアンテナ素子11との位置関係を示す図である。同図において、金属板13とアンテナ素子11の位置関係は、アンテナ素子11から金属板13までの距離を「A」、アンテナ素子11の平面から金属板13の長さを「B」とした場合、B≧Aとなるのが好ましい。例えばAは1mm、Bは5mmである。金属板13を配置することで、アンテナ素子11から放射された電波を反射するので、電波の指向性が少し横向きになる。図1に示す配置では、指向性は右斜め向きになる。電波の指向性が斜め向きになることで、例えば図3において、本実施の形態に係るアンテナ装置1を備えたノートパソコン100Aは、ドッキングステーション110とスマートフォン120の双方との間で通信を行うことが可能となる。
FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between the
金属板13は、その「高さ」、「位置」、「形状」を変更することで、各アンテナ素子11からの電波の送信及び受信における指向性を任意に変更することができる。
By changing the “height”, “position”, and “shape” of the
このように、本実施の形態に係るアンテナ装置1によれば、動作波長の1/10以上の長さを有し、アンテナ素子11の近傍に垂直方向に配置する金属板13を備えたので、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができる。
Thus, according to the
(実施の形態2)
図4は、実施の形態2に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。また、図5は、実施の形態2に係るアンテナ装置の外観を示す斜視図である。なお、図4及び図5において前述した図1と共通する部分には同一の符号を付けて、その説明を省略する。本実施の形態に係るアンテナ装置2は、アンテナ素子11の上方の一部を覆うように先端部14aを直角に折り曲げた金属板14を備えたものである。図5に示すように、無線モジュール10に配置されるアンテナ素子11には送信用と受信用とがあり、同図では、受信用のアンテナ素子に符号11aを付しており、送信用のアンテナ素子に符号11bを付している。金属板14は、アンテナ素子11a,11bから1mm離れた位置に配置される。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the antenna device according to the second embodiment. FIG. 5 is a perspective view showing an external appearance of the antenna device according to the second embodiment. 4 and 5, the same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. 1 described above, and the description thereof is omitted. The
図6は、本実施の形態に係るアンテナ装置2の金属板14の寸法を示す図である。同図に示すように、金属板14の高さZは、例えば波長λとほぼ等しい5mmであり、折り曲げられた先端部14aの長さXは波長λの半分より短い2mmである。なお、これらの寸法は一例であり、その他の値も当然取り得る。図7は、金属板14を設けなかった場合((a))と、設けた場合((b))の指向性(電波の周波数は61.36GHz)の違いを示す図である。なお、同図は金属板14を無線モジュール10の右側に配置した場合である(図4及び図5では、金属板14は無線モジュール10の左側に配置されている)。図7に示すように、金属板14が無い場合の利得のピークは略0度方向であるのに対し、金属板14が有る場合の利得のピークは略40度方向となっており、指向性を変更できていることが分かる。このように、金属板14の折り曲げられた先端部14aがアンテナ素子11の上方の一部を覆い、その部分にて、上方への電波を阻止するので、指向性は斜め方向になる。しかも、電波の指向性に、より大きな影響を与えることから、実施の形態1に係るアンテナ装置1の金属板13よりも大きく指向性を変更することができる。
FIG. 6 is a diagram showing dimensions of the
このように、本実施の形態に係るアンテナ装置2によれば、アンテナ素子11の上方の一部を覆うように先端部14aを直角に折り曲げた金属板14を備えたので、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができる。
As described above, according to the
(実施の形態3)
図8は、実施の形態3に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。また、図9は、実施の形態3に係るアンテナ装置を上方から見た鳥瞰図である。なお、図8及び図9において前述した図1と共通する部分には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the antenna device according to the third embodiment. FIG. 9 is a bird's-eye view of the antenna device according to Embodiment 3 as viewed from above. 8 and FIG. 9 that are the same as those in FIG. 1 described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図8及び図9において、本実施の形態に係るアンテナ装置3は、実施の形態2に係るアンテナ装置2と同様に折り曲げ部を有する金属板17を備えたものであり、実施の形態2に係るアンテナ装置2の金属板14と異なるのは、折り曲げ部17aを無線モジュール10と並行とせずに無線モジュール10の上方全面に広げるとともに、折り曲げ部17aのアンテナ素子11の上方に開口部17bを設けた点である。このような金属板17を配置することで、例えば送信時であれば、アンテナ素子11から放射された電波は、その一部が金属板17の開口部17bを抜けて無線モジュール10から垂直方向に出て行き、残りの一部が折り曲げ部17aで反射し、その折り曲げ角度に応じた角度で横方向に出て行く。金属板17の開口部17bの大きさとしては、例えば波長λの1/10以上とすればよい。
8 and 9, the antenna device 3 according to the present embodiment includes a
このように、本実施の形態に係るアンテナ装置3によれば、先端部がアンテナ素子11の上方の全面を覆うように折り曲げられた折り曲げ部17aを有するとともに、折り曲げ部17aのアンテナ素子11の一部に対応する位置に開口部17bを有する金属板17を備えたので、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができる。
As described above, according to the antenna device 3 according to the present embodiment, the front end portion has the
(実施の形態4)
図10は、実施の形態4に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。また、図11は、実施の形態4に係るアンテナ装置を上方から見た鳥瞰図である。なお、図10及び図11において前述した図1と共通する部分には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the antenna device according to the fourth embodiment. FIG. 11 is a bird's-eye view of the antenna device according to the fourth embodiment as viewed from above. 10 and FIG. 11 that are the same as those in FIG. 1 described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図10及び図11において、本実施の形態に係るアンテナ装置4は、実施の形態3に係るアンテナ装置3と同様に折り曲げ部を有する金属板18を備えたものであり、実施の形態3に係るアンテナ装置3の金属板17と異なるのは、折り曲げ部18aをメッシュ状にしている点である。このような金属板18を配置することで、例えば送信時であれば、アンテナ素子11から放射された電波は、その一部が金属板18の折り曲げ部18aのメッシュの目を抜けてモジュールから垂直方向に出て行き、残りの一部が折り曲げ部18aのメッシュの金属部分で反射し、その折り曲げ角度に応じた角度で横方向に出て行く。金属板18の折り曲げ部18aのメッシュの目としては、例えば波長λの1/10以上とすればよい。
10 and 11, the antenna device 4 according to the present embodiment is provided with a
このように、本実施の形態に係るアンテナ装置4によれば、先端部がアンテナ素子11の上方の全面を覆うように折り曲げられたメッシュ状の折り曲げ部18aを有する金属板18を備えたので、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができる。
As described above, according to the antenna device 4 according to the present embodiment, the
(実施の形態5)
図12は、実施の形態5に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。なお、図12において前述した図1と共通する部分には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Embodiment 5)
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the antenna device according to the fifth embodiment. 12 that are the same as those in FIG. 1 described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図12において、本実施の形態に係るアンテナ装置5は、前述した実施の形態1〜4に係るアンテナ装置1〜4と異なるのは金属板ではなくモジュールの上方に断面多角形状の誘電体部品20を配置している点である。誘電体部品20を配置する際には、その頂点20aが無線モジュール10上のアンテナ素子11の真上にならないようにする。このような誘電体部品20を配置することで、例えば送信時にはアンテナ素子11から放射された電波は第1の方向と第2の方向に分かれて放射され、無線モジュール10の上方と横方向ともに通信することができるようになる。
In FIG. 12, the
このように、本実施の形態に係るアンテナ装置5によれば、アンテナ素子11の上方の少なくとも一部を覆うように設けられた断面多角形状の誘電体部品20を備えたので、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができる。
As described above, according to the
以上、図面を参照しながら実施の形態1〜5について説明したが、本開示はかかる例に限定されものではないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 While the first to fifth embodiments have been described above with reference to the drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present disclosure. Understood.
(本開示の一態様の概要)
本開示の第1のアンテナ装置は、アンテナ素子と、動作波長の1/10以上の長さを有し、前記アンテナ素子の近傍に垂直方向に設けられた金属板と、を備える。
(Overview of one aspect of the present disclosure)
A first antenna device of the present disclosure includes an antenna element and a metal plate having a length of 1/10 or more of an operating wavelength and provided in the vertical direction in the vicinity of the antenna element.
また、本開示の第2のアンテナ装置は、第1のアンテナ装置であって、前記金属板は、先端部が前記アンテナ素子の上方の一部を覆うように折り曲げられた折り曲げ部を有する。 Moreover, the 2nd antenna apparatus of this indication is a 1st antenna apparatus, Comprising: The said metal plate has the bending part bent so that the front-end | tip part might cover a part above the said antenna element.
また、本開示の第3のアンテナ装置は、第2のアンテナ装置であって、前記折り曲げ部は、前記金属板の本体に対して直交するように設けられた。 The third antenna device of the present disclosure is a second antenna device, and the bent portion is provided so as to be orthogonal to the main body of the metal plate.
また、本開示の第4のアンテナ装置は、第1のアンテナ装置であって、前記金属板は、先端部が前記アンテナ素子の上方の全面を覆うように折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部は、前記アンテナ素子の一部に対応する位置に開口部を有する。 Further, a fourth antenna device of the present disclosure is the first antenna device, wherein the metal plate has a bent portion that is bent so that a front end portion covers the entire upper surface of the antenna element, The bent portion has an opening at a position corresponding to a part of the antenna element.
また、本開示の第5のアンテナ装置は、第4のアンテナ装置であって、前記折り曲げ部は、前記金属板の本体に対して所定の角度をもって設けられた。 The fifth antenna device of the present disclosure is a fourth antenna device, wherein the bent portion is provided at a predetermined angle with respect to the main body of the metal plate.
また、本開示の第6のアンテナ装置は、第1のアンテナ装置であって、前記金属板は、先端部が前記アンテナ素子の上方の全面を覆うように折り曲げられたメッシュ状の折り曲げ部を有する。 Further, the sixth antenna device of the present disclosure is the first antenna device, and the metal plate has a mesh-like bent portion that is bent so that a front end portion covers the entire upper surface of the antenna element. .
また、本開示の第7のアンテナ装置は、第6のアンテナ装置であって、前記メッシュ状の折り曲げ部は、前記金属板の本体に対して所定の角度をもって設けられた。 Moreover, the 7th antenna apparatus of this indication is a 6th antenna apparatus, Comprising: The said mesh-shaped bending part was provided with the predetermined angle with respect to the main body of the said metal plate.
また、本開示の第8のアンテナ装置は、アンテナ素子と、前記アンテナ素子の上方の少なくとも一部を覆うように設けられた断面多角形状の誘電体部品と、を備える。 In addition, an eighth antenna device of the present disclosure includes an antenna element and a dielectric component having a polygonal cross section provided so as to cover at least a part above the antenna element.
また、本開示の第9のアンテナ装置は、第1ないし第8のいずれか1つのアンテナ装置であって、前記アンテナ素子は、ミリ波帯で動作する。 The ninth antenna device of the present disclosure is any one of the first to eighth antenna devices, and the antenna element operates in a millimeter wave band.
また、本開示の第10のアンテナ装置は、セット基板と、前記セット基板に対して所定の角度をもって設けられたミリ波帯で動作するアンテナ素子と、を備える。 A tenth antenna device of the present disclosure includes a set substrate and an antenna element that operates in a millimeter wave band provided at a predetermined angle with respect to the set substrate.
本開示は、ミリ波を利用した無線通信を行う無線通信機能を有する情報機器などに有用である。 The present disclosure is useful for an information device having a wireless communication function for performing wireless communication using millimeter waves.
1〜5 アンテナ装置
10 無線モジュール
11 アンテナ素子
12 モジュール基板
13,14,17,18 金属板
14a 先端部
17a 折り曲げ部
17b 開口部
18a 折り曲げ部
20 誘電体部品
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-5
Claims (6)
動作波長の1/10以上の長さを有し、前記アンテナ素子の近傍に垂直方向に設けられた金属板と、
を備え、
前記アンテナ素子を挟んで前記金属板の反対側には他の金属板を有さず、
前記金属板は、先端部が前記アンテナ素子の上方の全面を覆うように折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部は、前記アンテナ素子の一部に対応する位置に開口部を有するアンテナ装置。 An antenna element;
A metal plate having a length of 1/10 or more of the operating wavelength and provided vertically in the vicinity of the antenna element;
With
There is no other metal plate on the opposite side of the metal plate across the antenna element,
The metal plate has a bent portion which distal end is bent so as to cover the upper side of the entire surface of the antenna element, wherein the bent portion includes that having a opening at a position corresponding to a portion of said antenna element antenna equipment.
前記アンテナ素子は、
前記セット基板に対して所定の角度をもって設けられた請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のアンテナ装置。 It has a set board,
The antenna element is
Antenna device according to any one of claims 1 to 5 provided at a predetermined angle with respect to the set substrate.
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