JP2004159029A - 無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線装置全体の小型化を図ると共に、アンテナ装置の特性の向上を図る無線装置を提供する。
【解決手段】プリント配線基板２上に設けられた高周波無線回路３を内部に収納するように覆う導電性材料からなるシールドケース４に切り欠き部６を形成し、この切り欠き部６に給電を行うことによって、当該シールドケース４をスロットアンテナとして動作させると同時に、高周波無線回路３から放射される不要な電磁波をこのシールドケース４で遮蔽する。または、シールドケース４に形成した切り欠き部６の一部を開放させてノッチアンテナを形成する。このように、シールドケース４を、電磁波遮蔽部材として機能させると共にスロットアンテナ又はノッチアンテナとして機能させることによって、無線装置全体の小型化を図る。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線装置に関し、詳細には小型化及びアンテナ特性の向上が図れる無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無線装置を小型化するには、それぞれ高周波無線回路（ＲＦ回路）とアンテナとを別々に小型化していた。しかしながら、ＲＦ回路とアンテナ回路とを別々に小型化していたのでは、無線装置全体の小型化に限界がある。
【０００３】
そこで、さらに従来では、無線回路に使用されるモジュールや半導体と、アンテナを一体化させることによって無線装置全体の小型化を図る試みがなされている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【０００４】
特許文献１に記載される受信モジュールユニットでは、アンテナと、磁気的にシールドを行うシールドパターンで保護された回路とを同一平面に構成することによって、受信モジュール全体の小型化を図り、さらに回路相互間の影響を除去している。
【０００５】
特許文献２に記載の半導体パッケージでは、ＩＣチップの周囲に１ループ状のアンテナパターンを回路基板に設けることで小型化を図っている。
【０００６】
特許文献３に記載のアンテナモジュール及びこのアンテナモジュールを用いた無線通信装置では、回路基板上に誘電体基体を介してアンテナを積層する構造とし、さらにアンテナ素子中の周波数帯域幅への寄与が大きい部位への影響を避けるように内部部品のレイアウトを最適化して小型化を図っている。
【０００７】
特許文献４に記載のコンピュータ端末に内蔵したアンテナでは、無線回路とアンテナを一体化したものではないが、薄板状のステーを使用してスロットアンテナを構成し、そのスロットアンテナをコンピュータの筐体周壁部の隙間に設置して小型化を図っている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１１６２４０号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平７−１７６６４６号公報（第２頁及び第３頁、第１図）
【特許文献３】
特開２００１−２９８３２１号公報（第３頁及び第４頁、第１図）
【特許文献４】
特開２００２−８４１１７号公報（第５頁及び第６頁、第２図及び第５図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１の受信モジュールユニット及び特許文献２の半導体パッケージでは、アンテナパターンの近傍に基板のグランドパターンが近接すると著しくアンテナ効率が劣化し、同時に狭帯域化する問題がある。
【００１０】
また、特許文献３のアンテナモジュール及び無線通信装置では、線状アンテナや板状アンテナの周波数帯域幅及びアンテナ効率は、一般にアンテナ素子と基板のグランドからの距離の２乗に比例して放射抵抗及び周波数帯域などの特性が決定されることが知られており、要求仕様によってはこれらの構成では充分な小型化が困難である場合がある。
【００１１】
また、特許文献４のコンピュータ端末に内蔵したアンテナでは、スロットアンテナを構成しているが、このスロットアンテナは波長に対して充分に広い地板が必要であり、また無線回路との電磁結合を避けるためにアンテナを無線回路と距離を離して設置させたり、それぞれ独立した基板で使用されることが多く、小型化が困難である。
【００１２】
そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、小型化を図ることができると共に、アンテナ特性の向上が図れる無線装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プリント配線基板上に設けられた回路部品を覆って導電性部材を設け、その導電性部材の少なくとも一部に切り欠き部を形成することによってスロットアンテナを構成する。
【００１４】
本発明の無線装置によれば、プリント配線基板上の回路部品を覆って設けられた導電性部材が、当該回路部品から放射される不要な電磁波を遮蔽する。また、一部に切り欠き部を有した導電性部材が、スロットアンテナとして機能する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態は、本発明に係る無線装置を携帯電話機に適用した例である。
【００１６】
「第１の実施の形態」
本実施の形態の無線装置１は、図１及び図２に示すように、主としてプリント配線基板２上に設けられた回路部品、例えば高周波無線回路（ＲＦ回路）３と、この高周波無線回路３を内部に覆うようにしてプリント配線基板２上に配置された（設けられた）導電性部材であるシールドケース４とを有している。
【００１７】
プリント配線基板２には、高周波無線回路３の他に、図３に示すように、信号処理を行う制御部などを構成するＬＳＩなどの各種電子部品５が実装されている。高周波無線回路３は、一般的な携帯電話機で使用されているＲＦ回路であり、アンテナを介して高周波信号を送信又は受信するための回路である。
【００１８】
シールドケース４は、高周波無線回路３及び各種電子部品５をその内部に収納し得る大きさとされた箱型形状とされている。このシールドケース４は、導電性材料によって形成されており、プリント配線基板２と対向する下面を開放している。このシールドケース４を構成する導電性材料としては、例えば銅や銀などのメッキを行った（メッキを施した）樹脂や錆止めの処理を行った銅などが挙げられる。そして、このシールドケース４は、高周波無線回路３から放射される不要な電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽部材として機能する。また、このシールドケース４は、特に天面４ａの表皮部分がスロットアンテナの地導体として機能する。
【００１９】
すなわち、このシールドケース４には、図１〜図３に示すように、スロットアンテナとして動作する切り欠き部（スロット部）６が形成されている。切り欠き部６は、シールドケース４の天面４ａから下面４ｂに亘ってその厚み方向に平面形状を細長い矩形形状とした貫通孔として形成されている。切り欠き部６の長手方向の長さＬ１は、例えばこの携帯電話機で使用する周波数の波長λの１／２波長（λ）に設定されている。また、切り欠き部６の幅Ｗは、例えばこの携帯電話機で使用する周波数の波長λのλ／１５０程度以上とすることが好ましい。
【００２０】
そして、前記切り欠き部６の底部分７、すなわち切り欠き部６と対向するプリント配線基板２の表面は、前記切り欠き部６をスロットアンテナとして機能させるために絶縁部とされている。この例では、切り欠き部６の底部分７は、導電性を無くすためにプリント配線基板２のグランド面が取り除かれている。具体的には、切り欠き部６と対向するプリント配線基板２の表面部分は、導体パターンなどが取り除かれてガラスエポキシよりなる誘電体とされている。
【００２１】
また、この切り欠き部６には、プリント配線基板２上に設けられた給電手段（図示は省略する）から給電を受けるための給電部８が設けられている。給電部８は、例えば切り欠き部６のほぼ中央位置を給電点としている。この切り欠き部６に給電をすることによって、当該切り欠き部６間に電界が発生するため、当該切り欠き部６を備えたシールドケース４がスロットアンテナとして機能する。
【００２２】
このように、シールドケース４は、高周波無線回路３から放射される不要な電磁波を遮蔽する機能の他に、スロットアンテナとしても機能するようになっている。したがって、シールドケース４は、電磁波遮蔽部材として機能すると共にスロットアンテナとしても機能することから、不要な電磁波を遮蔽でき且つアンテナとしても充分機能できる程度の厚みが必要となる。
【００２３】
一般に、アンテナの地板（地導体）上に発生する高周波電流は波長に対して充分な厚みのある導体を用いた場合、地板の表面にしか流れないことが知れている。特に、次世代携帯電話機で使用される２ＧＨｚ帯のような高周波になると、地板表面から厚み方向におよそ２μｍ程度の部分にしか電流が流れない。これを図示すると、図３のハッチングで示す厚みｔ１の表皮部分のみに電流が流れる。残りの部分（ハッチングを除いた部分）は、高周波無線回路３から放射される不要な電磁波を遮蔽するに足る厚みｔ２となる。このように、使用する周波数を考慮に入れてシールドケース４の厚みを決定すれば、アンテナ特性の向上及び不要電磁波の遮蔽という二つの面を両立させることができる。
【００２４】
本実施の形態では、シールドケース４と高周波無線回路３のグランド面を充分に接触させていれば、ケース内部の高周波無線回路３側への電流の漏洩は問題にならない程度に小さい。可逆として、高周波無線回路３から発生される高調波などの不要電磁波はシールドケース４内部で電磁界が閉じているため、外部に漏洩してしまうことやスロットアンテナに悪影響を及ぼすことはない。
【００２５】
したがって、シールドケース４の厚みを挟んで高周波無線回路３とスロットアンテナの電磁界が隔離されそれぞれ独立して動作するため、シールドケース４内部の高周波無線回路３を構成する電子部品などはスロットアンテナの近傍にも実装することが可能となる。このことにより、スロットアンテナが占有するエリアは切り欠き部６のみとなり、無線装置全体として小型化が可能となる。
【００２６】
また、スロットアンテナは、地板であるグランドを利用したアンテナであり、線状アンテナ、板状アンテナのようにグランドがアンテナに近接することにより特性が劣化することがなく、小型化を図りながら充分なアンテナ特性を確保することができる。また、シールドケース４の厚み方向に流れる電流は微少であり、アンテナ特性へ与える寄与は小さい。これらのことからも、また、本実施の形態の無線装置としての小型化が可能となる。
【００２７】
「第２の実施の形態」
第２の実施の形態の無線装置は、切り欠き部６の少なくとも一部を屈曲させた例である。この無線装置は、切り欠き部９の形状を、図４及び図５に示すように、平面略逆Ｌ字状としている。詳細には、第１の実施の形態の切り欠き部６と同じくストレート部９ａと、このストレート部９ａとほぼ直交し且つこのストレート部９ａの基端部に連続して設けられる屈曲部９ｂとによって、平面略逆Ｌ字状をなす切り欠き部９とされている。
【００２８】
この無線装置では、第１の実施の形態と同様に、切り欠き部９のストレート部９ａにおけるほぼ中央位置が給電部８とされている。このような逆Ｌ字状とされた切り欠き部９は、ストレート部９ａと屈曲部９ｂを合わせた全体の長さが、使用する周波数の波長のおよそ１／２波長とされる。
【００２９】
前記したように、切り欠き部９の形状を単なるストレート形状とするのではなく、その一部を屈曲させた形状とすることで、プリント配線基板２上に配置された電子部品５を避けることができる。別の見方をすれば、プリント配線基板２上に設けられた電子部品５を避けて切り欠き部９を形成することができるため、プリント配線基板２に対する電子部品５の実装効率を高めることができる。したがって、プリント配線基板２上に実装される電子部品５の配置位置に応じたアンテナ設計ができる。
【００３０】
図６は、切り欠き部１０の形状を、プリント配線基板２に配置される電子部品５の配置に応じてジグザグ形状としたものである。図７は、切り欠き部１１の形状を、やはりプリント配線基板２に配置される電子部品５の配置に応じて櫛歯形状をなすメアンダ形状としたものである。このジグザグ形状及びメアンダ形状とされた切り欠き部１０、１１の全長は、やはり使用する周波数の波長のおよそ１／２波長とされる。図８は、切り欠き部１２の形状を、やはりプリント配線基板２に配置される電子部品５の配置に応じてテーパ形状としたものである。
【００３１】
このテーパ形状の切り欠き部１２は、開口近傍部が矩形状であるものの厚み方向（プリント配線基板２に向かう方向）に行くに従って次第にその開口幅が狭くなる形状とされている。別の方向から見ると、切り欠き部１２は、ほぼ四角錘をなす形状とされている。
【００３２】
「第３の実施の形態」
第３の実施の形態の無線装置は、第１の実施の形態の切り欠き部６の一端を開放させてノッチアンテナとした例である。この無線装置は、図９及び図１０に示すように、第１の実施の形態のスロットアンテナの一端を開放することによってノッチアンテナとしたものである。具体的には、シールドケース４の前端面４ｃから後方に向けて細長い溝をストレートに形成することによって、一端を開放した切り欠き部１３をシールドケース４に形成している。
【００３３】
この一端を開放した切り欠き部１３のほぼ中央位置に給電部８を設けることで、このシールドケース４がノッチアンテナとして動作することになる。このノッチアンテナもスロットアンテナと同様に、地板であるグランドを利用したアンテナであるため、線状アンテナや板状アンテナのようにグランドがアンテナに近接することにより特性が劣化することなく、小型化を図りながら充分なアンテナ特性を確保することができる。
【００３４】
「第４の実施の形態」
第４の実施の形態の無線装置は、前記した図４及び図５に示した逆Ｌ字形状をなす切り欠き部９の中に誘電体物質を設けたスロットアンテナの例である。
【００３５】
この無線装置は、図１１及び図１２に示すように、平面略逆Ｌ字状をなす切り欠き部９の屈曲部９ｂの中に誘電体材料からなる誘電体物質１４を設けている。誘電体材料としては、例えばセラミックやテフロン（登録商標）などが挙げられる。
【００３６】
このように、切り欠き部９の中に誘電体物質１４を設ければ、誘電体材料は波長短縮効果を有するため、切り欠き部９の長さを短くすることができる。このため、スロットアンテナを小さくすることができ、無線装置の小型化が望める。また、この誘電体物質１４を使用する量を調整することで、必要に応じてアンテナ特性を調整することが可能となる。
【００３７】
なお、図１１及び図１２では、切り欠き部９の中に誘電体物質１４を設けたが、切り欠き部９の近傍部に誘電体物質１４を設けるようにしてよい。例えば、シールドケース４の天面４ａであって切り欠き部９の開口周縁部に誘電体物質１４を設ける。
【００３８】
「第５の実施の形態」
第５の実施の形態の無線装置は、前記した図９及び図１０に示したノッチアンテナを構成する切り欠き部１３の開放された一端近傍部に、導電性材料からなる導電体物質１５を設けた例である。
【００３９】
この無線装置は、図１３及び図１４に示すように、切り欠き部１３の開放された一端側のシールドケース４の前端面４ｃに導電体物質１５を設け、この導電体物質１５によって切り欠き部１３の長さＬ２を調整可能としている。導電体物質１５を前端面４ｃに形成する手法としては、導電性材料である金属を接合するか、または、導電性材料をメッキするなどの手法が採用できる。
【００４０】
このように、切り欠き部１３の開放された一端側のシールドケース４の前端面４ｃに導電体物質１５を設け、この導電体物質１５によって切り欠き部１３の長さＬ２を長くしたり短くしたりすることができるので、この導電体物質１５の長さを調整することでノッチの長さを適宜調整することができ、アンテナ特性を必要に応じて調整することが可能となる。
【００４１】
［その他の実施の形態］
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００４２】
また、上述の実施の形態では、携帯電話機を例に挙げて説明したが、本発明は携帯電話機に限られることはなく、例えばコードレス電話機やハンドヘルドＰＣや通信機能を備えたＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯端末装置に本発明を適用しても同様の作用効果がある。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、部品点数を増やさずに、しかも簡単な構造で無線装置全体の小型化を図ることができると共に、アンテナ装置の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の無線装置を示すもので、切り欠き部を細長い矩形状としたスロットアンテナを備えた無線装置の斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の無線装置を示すもので、図１の平面図である。
【図３】第１の実施の形態の無線装置を示すもので、図１のＡ−Ａ線における拡大断面図である。
【図４】第２の実施の形態の無線装置を示すもので、切り欠き部を平面略逆Ｌ形状としたスロットアンテナを備えた無線装置の斜視図である。
【図５】第２の実施の形態の無線装置を示すもので、図４の平面図である。
【図６】第２の実施の形態の無線装置を示すもので、切り欠き部をジグザグ形状としたスロットアンテナを備えた無線装置の平面図である。
【図７】第２の実施の形態の無線装置を示すもので、切り欠き部をメアンダ形状としたスロットアンテナを備えた無線装置の平面図である。
【図８】第２の実施の形態の無線装置を示すもので、切り欠き部をテーパ形状としたスロットアンテナを備えた無線装置の平面図である。
【図９】第３の実施の形態の無線装置を示すもので、切り欠き部の一端を開放させることによって形成したノッチアンテナを備えた無線装置の斜視図である。
【図１０】第３の実施の形態の無線装置を示すもので、図９の平面図である。
【図１１】第４の実施の形態の無線装置を示すもので、切り欠き部に誘電体物質を設けたスロットアンテナを備えた無線装置の斜視図である。
【図１２】第４の実施の形態の無線装置を示すもので、図１１の平面図である。
【図１３】第５の実施の形態の無線装置を示すもので、切り欠き部の開放された一端側のシールドケースの前端面に導電体物質を設けたノッチアンテナを備えた無線装置の斜視図である。
【図１４】第５の実施の形態の無線装置を示すもので、図１４の平面図である。
【符号の説明】
１…無線装置
２…プリント配線基板
３…高周波無線回路
４…シールドケース
５…電子部品
６，９，１０，１１，１２，１３…切り欠き部
８…給電部
１４…誘電体物質
１５…導電体物質

Claims (7)

1. プリント配線基板上の回路部品を覆って前記プリント配線基板上に配置された導電性部材と、この導電性部材の少なくとも一部に形成された切り欠き部と、この切り欠き部に給電する給電手段とから構成されるスロットアンテナを備えた
   ことを特徴とする無線装置。
2. 請求項１記載の無線装置であって、
   前記切り欠き部の少なくとも一部を屈曲させたことを特徴とする無線装置。
3. 請求項１記載の無線装置であって、
   前記切り欠き部の一端を開放させてノッチアンテナとしたことを特徴とする無線装置。
4. 請求項１記載の無線装置であって、
   前記切り欠き部内または切り欠き部の近傍部に誘電体物質を設けたことを特徴とする無線装置。
5. 請求項３記載の無線装置であって、
   前記切り欠き部の開放された一端近傍部に、前記切り欠き部の長さを調整可能とする導電体物質を設けたことを特徴とする無線装置。
6. 請求項１記載の無線装置であって、
   前記回路部品が高周波信号を送受信する高周波無線回路であり、前記導電性部材が前記高周波無線回路から放射される不要な電磁波を遮蔽する導電性を有したシールドケースであることを特徴とする無線装置。
7. 請求項６記載の無線装置であって、
   前記高周波無線回路を覆う前記シールドケースの内面部分が前記不要な電磁波を遮蔽する遮蔽部として機能すると共に、前記シールドケースの表面部分が前記アンテナの地導体として機能することを特徴とする無線装置。

Images