JP2005086685A - Ｕｗｂ通信を利用した電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 パソコンなどの電子機器において、筐体内部に配置された装置同士が筐体内部の構造の影響を受けずにＵＷＢ技術による通信を行なえるようにする。
【解決手段】 電子機器は、第１のアンテナ３１２を含む第１のＵＷＢ通信チップセット３１と、第２のアンテナ３２２を含む第２のＵＷＢ通信チップセット３２と、内部空間を周辺から電磁気的に隔離された状態に保つことのできる筐体であるＵＷＢ通信用筐体６とを備える。第１のアンテナ３１２および第２のアンテナ３２２は、ＵＷＢ通信用筐体６の内部空間を介して互いにＵＷＢ通信を行なうように配置されている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、パーソナルコンピュータ、ビデオデッキなどといった電子機器に関するものである。

電子機器の一例としてパーソナルコンピュータについて説明する。雑誌「ＡＳＣＩＩ．ＰＣ」２００１年１月号Ｎｏ．３２，第４０〜４２頁に示されるように、パーソナルコンピュータの筐体内部には、マザーボードがあり、さらにこのマザーボードと接続される内蔵タイプのハードディスク装置が収納されている。マザーボードとハードディスク装置との間は、ＡＴＡ（AT Attachment）（ＩＤＥ（Integrated Device Electronics））規格のケーブル（以下、「ＡＴＡケーブル」という。）で接続されていた。
ＡＳＣＩＩ．ＰＣ ２００１年１月号Ｎｏ．３２，第４０〜４２頁

ケーブルを用いて接続する場合、スプリアス放射による配線間干渉のため伝送速度の向上が困難である。近年、接続に用いられるケーブルも配線間干渉を低減させるためパラレル方式からシリアル方式に移行しつつある。しかし、ケーブルを用いる限り伝送速度の向上のためにはケーブル内を通す信号の周波数を高くする必要があり、パラレル方式と同様に配線間干渉の問題が生じる。

そこで、データ伝送をケーブルによるのではなく無線によるものとすると、それらの課題が解消される。しかし、ＡＴＡ規格の伝送速度はパラレル方式でも１０６４Ｍｂｐｓ、シリアル方式では１．５Ｇｂｐｓ以上と規定されている。たとえばＩＥＥＥ ８０２．１１ａ，ｂ，ｇなど２．４ＧＨｚ帯や５．２ＧＨｚ帯の搬送波を用いる従来の無線技術では伝送速度がたかだか５４Ｍｂｐｓ程度しか実現できないので、ＡＴＡケーブルの代替としての無線化には採用できない。

一方、近年、１０ｍ程度の近距離で１００Ｍｂｐｓ以上の通信速度を実現する技術として、ＵＷＢ（Ultra Wideband）技術による無線通信の研究開発が活発である。この技術は動画伝送などＩＥＥＥ ８０２．１１ａ，ｂ，ｇなどよりも高速な伝送が必要な用途に向けて期待されている。

ＵＷＢ技術は、搬送波を用いる代わりにパルスを用いた通信技術であり、５０ｃｍ以下の近距離では理論上数Ｇｂｐｓ以上の伝送速度の実現が可能である。

しかし、ＡＴＡケーブルの無線化に適用するためには、高いＳ／Ｎ比の実現が不可欠であるにもかかわらず、ＵＷＢ技術をパーソナルコンピュータの筐体内部で用いるには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの周辺機器やボードなどの配線からのノイズ混入が問題となる。さらに、筐体内部では、限られた狭い空間で通信を行なうこととなるため、周辺からのマルチパス干渉が顕著になる。この干渉は一般的に周辺の構造などレイアウトに依存するものであるので、筐体内部の構造の影響を受ける。しかも、パーソナルコンピュータの筐体内部の構造の条件は、ボードなどの抜き差しによっても随時変化しうる。通信を安定して行なうには、そのような条件変化によっても影響を受けない構造が必要である。

そこで、本発明は、パーソナルコンピュータなどの電子機器において、筐体内部の構造の影響を受けずにＵＷＢ技術による通信を行なえるようにした電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づく電子機器は、第１のアンテナを含む第１のＵＷＢ通信チップセットと、第２のアンテナを含む第２のＵＷＢ通信チップセットと、内部空間を周辺から電磁気的に隔離された状態に保つことのできる筐体であるＵＷＢ通信用筐体とを備える。上記第１のアンテナおよび上記第２のアンテナは、ＵＷＢ通信用筐体の内部空間を介して互いにＵＷＢ通信を行なうように配置されている。

本発明によれば、電子機器に含まれる機器同士の間でのデータ伝送のための通信は、第１，第２のＵＷＢ無線通信チップセットの各アンテナから放射されたＵＷＢ信号が両アンテナ間を伝播することで行なうことができる。ＵＷＢ通信用筐体は、その内部空間を周辺から電磁気的に隔離された状態に保つことのできる筐体であるので、周辺機器からのスプリアス放射などをアンテナで受信することはなくなり、したがって、Ｓ／Ｎ比を大きくすることが可能となる。

電子機器としてパーソナルコンピュータを例に説明する。従来、パーソナルコンピュータの筐体内部では、マザーボードとハードディスクなどの周辺機器との接続ケーブルに適用されていたＡＴＡ（ＩＤＥ）規格は、パラレル伝送に代わるシリアル伝送の規格が標準化され、このシリアル規格に適合した製品も市場に登場しつつある。このＡＴＡ規格のシリアル伝送は伝送速度が数Ｇｂｐｓ程度である。

一方、図９に、ＵＷＢ技術による伝送速度の距離依存性をシャノンの定理によって導き出したグラフを示す。このグラフから、ＵＷＢ技術を適用すると、近距離においてはＡＴＡ規格のシリアル伝送速度以上での通信が可能であることがわかる。この計算において、ノイズレベルは信号レベルより３ｄＢ低いと仮定している。シャノンの定理によると、伝送速度を向上させるには使用周波数帯域を広くするか、あるいはＳ／Ｎ比を大きくすればよいことがわかる。Ｓ／Ｎ比を大きくするには、送信出力を大きくするかあるいはノイズレベルを低減すればよい。

近年のパーソナルコンピュータはクロック周波数が３ＧＨｚを超え、ＣＰＵや配線からのスプリアス放射によるノイズの増加が予想される。このような状況下でＵＷＢ技術による無線通信を行なうと、アンテナでノイズを拾い、Ｓ／Ｎ比が低下し、十分な伝送速度が得られないという問題が生じる。

このようなことを考慮した上で、発明者らは、本発明をなすに至った。

（実施の形態１）
（構成）
図１、図２を参照して、本発明に基づく実施の形態１における電子機器について説明する。この電子機器は、ＵＷＢ通信を利用した電子機器である。この電子機器は、パーソナルコンピュータである。図１は部分的に透視した斜視図であり、図２は、断面図である。

この電子機器の外側筐体１の内部には、マザーボード２と、ハードディスク４と、ＵＷＢ通信用筐体６とが収納されている。ハードディスク４には、第１のＵＷＢ通信チップセット３１が接続されている。マザーボード２には、第２のＵＷＢ通信チップセット３２が接続されている。第１のＵＷＢ通信チップセット３１には、第１のアンテナが備えられている。第２のＵＷＢ通信チップセット３２には、第２のアンテナが備えられている。図１、図２の例では、第１，第２のアンテナは突出しない形で各ＵＷＢ通信チップセットの内部に内蔵されている。第１，第２のＵＷＢ通信チップセット３１，３２は、第１，第２のアンテナの部分がそれぞれＵＷＢ通信用筐体６の内部に入った状態になるように配置されている。すなわち、第１，第２のアンテナは、ＵＷＢ通信用筐体６の内部空間を介してＵＷＢ通信を行なうように配置されている。

ＵＷＢ通信用筐体６は、その内部空間を周辺から電磁気的に隔離された状態に保つことのできる筐体である。すなわち、ＵＷＢ通信用筐体６においては、第１，第２のアンテナの出力が外部に漏れないようにすることおよび外部からの電磁波を遮断できることが必要とされる。そのため、ＵＷＢ通信用筐体６は、金属によって構成されており、０電位に固定されている。もっとも、ＵＷＢ通信用筐体６はその全部が必ずしも金属からなる必要はなく、電位固定が可能でありさえすればよい。たとえば、非金属の材料で構成したものの表面に導電性材料を貼り付けるなどしたものであってもよい。

ここで、本実施の形態における電子機器が備えるＵＷＢ通信チップセットの構成の詳細を図１０に示す。アンテナ送受信共通に用いるものであり、このＵＷＢ通信チップセット本体内部に集積化してもよい。送信側は、変調器、パルス発生器およびクロック発生器を備える送信機と、不要周波数成分を取り除くためのフィルタとから構成される。送信出力によってはフィルタの手前にパワーアンプを配置してもよい。一方、受信側は、アンテナで受信した信号から不要周波数成分を取り除くためのフィルタと、信号を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）、復調器およびクロック発生器を備える受信機とから構成される。送信側と受信側との間には、送受信を切り替えるためのスイッチが配置されている。送信側と受信側とのいずれを作動させるかは、このスイッチによって選択することができる。

また、アンテナ同士の通信に対してノイズやマルチパス干渉を抑制するためにＵＷＢ通信用筐体６の内部に配置された電波吸収体７は、反射、回折波を直接波に対して１０ｄＢ程度低くすることが可能な程度の性能であればよい。電波吸収体７は、たとえば、ウレタンなどで形成することとしてよい。このＵＷＢ通信チップセットの構成は、以下の実施の形態においても、原則として同様である。

（作用・効果）
このような構成によれば、マザーボード２とハードディスク４との間のデータ伝送のための通信は、第１，第２のＵＷＢ無線通信チップセット３１，３２の各アンテナから放射されたＵＷＢ信号が両アンテナ間を伝播することで行なうことができる。この通信は、ＵＷＢ通信用筐体６の内部空間を介して行なわれ、なおかつ、ＵＷＢ通信用筐体６は、その内部空間を周辺から電磁気的に隔離された状態に保つことのできる筐体であるので、マザーボード２をはじめとする周辺機器からのスプリアス放射などをアンテナで受信することはなくなる。したがって、Ｓ／Ｎ比を大きくすることが可能となる。

なお、直接波の信号強度を強くし、反射や回折波による信号強度を弱くするためには、アンテナと筐体６の内壁面との間の距離をアンテナ間距離に比べて数ｃｍ程度大きくすることが好ましい。このようにすれば、電磁波の吸収性能が低い電波吸収体であっても足りることとなる。したがって、吸収性能が低い安価な電波吸収体を使用することも可能となる。

なお、第１，第２のアンテナは、ダイポールアンテナ、ホイップアンテナ、スロットアンテナなど、どのような方式でもよく、ＵＷＢ通信用筐体６の内部に収納可能であればよい。

（実施の形態２）
（構成）
実施の形態１の例（図１、図２参照）では、第１，第２のアンテナは突出しない形で各ＵＷＢ通信チップセットの内部に内蔵されているものを示したが、図３に示すように、第１，第２のアンテナが本体の外側に突出する形であってもよい。

図３を参照して本発明に基づく実施の形態２における電子機器について説明する。この電子機器においては、第１のＵＷＢ通信チップセット３１は、第１の本体３１１と、第１のアンテナ３１２とを備える。第２のＵＷＢ通信チップセット３２は、第２の本体３２１と、第２のアンテナ３２２とを備える。第１，第２の本体３１１，３２１は、ＵＷＢ通信用筐体６の外側に配置されており、第１，第２のアンテナ３１２，３２２は、ＵＷＢ通信用筐体６の内側に配置されている。この電子機器の他の構成要素は、基本的に実施の形態１におけるものと同様である。

（作用・効果）
本実施の形態では、各ＵＷＢ通信チップセットのうち、送受信時に外界と遮蔽する必要のある最小限の部分、すなわち、第１，第２のアンテナ３１２，３２２の部分のみをＵＷＢ通信用筐体６の内側に配置することとしているので、ＵＷＢ通信用筐体６の大きさが小さくても構成することができ、実施の形態１で述べたような効果を得ることができる。また、マザーボード２やハードディスク４とＵＷＢ通信用筐体６との間の距離が離れている場合でも採用可能である。

これまでの例では、データ伝送を行なうＵＷＢ通信チップセットが２つのみの場合を示しているが、２つの場合に限らず、図４に示すように、ＵＷＢ通信チップセットがより多くの数だけ配置されていてもよい。図４に示す例では、ハードディスク４には、第１のＵＷＢ通信チップセット３１以外に第３のＵＷＢ通信チップセット３３、第４のＵＷＢ通信チップセット３４も接続されている。第３のＵＷＢ通信チップセット３３は、第３の本体３３１と、第３のアンテナ３３２とを備える。第４のＵＷＢ通信チップセット３４は、第４の本体３４１と、第４のアンテナ３４２とを備える。第１〜４の本体３１１，３２１，３３１，３４１は、ＵＷＢ通信用筐体６の外側に配置されており、第１〜４のアンテナ３１２，３２２，３３２，３４２は、ＵＷＢ通信用筐体６の内側に配置されている。第１〜４のアンテナ３１２，３２２，３３２，３４２は、ＵＷＢ通信用筐体６の内部空間を介してＵＷＢ通信を行なうことができる。

（実施の形態３）
（構成）
図５を参照して、本発明に基づく実施の形態３における電子機器について説明する。この電子機器は、基本的に実施の形態２におけるものと同様であるが、異なる点として、各ＵＷＢ通信チップセットにおける本体とアンテナとが離れていて、ケーブルを介して接続されているという点が挙げられる。すなわち、第１のＵＷＢ通信チップセット３１は、第１の本体３１１と、第１のアンテナ３１２と、第１のケーブル３１３とを備える。第１の本体３１１と、第１のアンテナ３１２とは、第１のケーブル３１３によって接続されている。一方、第２のＵＷＢ通信チップセット３２は、第２の本体３２１と、第２のアンテナ３２２と、第２のケーブル３２３とを備える。第２の本体３２１と、第２のアンテナ３２２とは、第２のケーブル３２３によって接続されている。

（作用・効果）
本実施の形態では、実施の形態２におけるのと同様の効果を得ることができる。さらに、本実施の形態では、各ＵＷＢ通信チップセットにおける本体とアンテナとの位置関係をより高い自由度で決めることができるので、外側筐体１内の使用できる空間の形状に制約がある場合や、各ＵＷＢ通信チップセットにおける本体とアンテナとが遠く離れざるを得ないような場合にも対処できる。必要に応じて各ケーブルの長さを延長することにより、ＵＷＢ通信用筐体６の大きさを小さくせざるを得ない場合にも対処することができる。あるいは、省スペースのために、ＵＷＢ通信用筐体６の大きさを小さくすることもできる。

実際にＵＷＢ通信用筐体６の大きさを小さくした例を図６に示す。このようにＵＷＢ通信用筐体６がコンパクトになれば、外側筐体１内に少ししか空間的余裕がない場合にも対処しやすくなる。また、外側筐体１内の余った空間を他の機器の配置に活用することが可能となる。

なお、本実施の形態においては、ケーブルの部分でノイズを拾わないようにするために、アンテナと本体とを接続するケーブルとしては、シールドされた同軸状のケーブルを用いることが好ましい。

（実施の形態４）
（構成）
図５に示した例では、各ＵＷＢ通信チップセットごとにアンテナと本体とは１対１の対応関係にあり、ケーブルは１対１の対応関係にあるアンテナと本体とを単につなぐだけでのものであったが、１つのＵＷＢ通信チップセットの中で１つのアンテナに対して複数の本体が対応付けられていてもよい。その例を本発明に基づく実施の形態４における電子機器として図７に示す。

図７に示す例では、第１のＵＷＢ通信チップセット３１は、第１のアンテナ３１２と、第１の並列体３１１１と、第２の並列体３１１２と、共通ケーブル３１３０とを含む。共通ケーブル３１３０は途中で分岐した構造をしている。第１の並列体３１１１と第２の並列体３１１２とは、いずれも共通ケーブル３１３０を介して第１のアンテナ３１２に対して接続されている。すなわち、共通ケーブル３１３０の分岐した枝の先に各並列体が接続されている。

図７に示した例では、第１の並列体３１１１と第２の並列体３１１２とは、いずれもハードディスク４に接続している例を示しているが、必ずしもこの通りでなくてもよく、各並列体は、外側筐体内に配置されたハードディスクやＣＤ−ＲＯＭドライブなどの複数の機器に分かれて配置されている場合であってもよい。

このように１つのアンテナを１つの本体ではなく複数の並列体で共有する場合は、たとえば、タイムホッピング技術を用いることによって並列体同士を識別することができる。

（作用・効果）
本実施の形態においても、実施の形態３におけるのと同様の効果を得ることができる。さらに、本実施の形態では、通信を行ないたい機器の数に比べてアンテナの数を少なくすることができ、省スペースと部品数低減とを実現することができる。

（実施の形態５）
（構成）
図８を参照して、本発明に基づく実施の形態５における電子機器について説明する。この電子機器では、ＵＷＢ通信用筐体６が外側筐体１の外側に配置されている。そのため、ハードディスク４やマザーボード２自体は、外側筐体１の内側にあるが、これらに接続されている第１，第２のＵＷＢ通信チップセット３１，３２の、少なくとも第１，第２のアンテナ３１２，３２２の部分は、外側筐体１から外向きに突出するように配置されることによって、ＵＷＢ通信用筐体６の内部に挿入されている。

（作用・効果）
本実施の形態では、実施の形態２で説明したのと同様の効果が得られることに加えて、ＵＷＢ通信用筐体６が外側筐体１の外側に配置されているので、外側筐体１の内部の自由に使えるスペースが広くなる。そのため、各機器の設置の自由度が増す。さらに、たとえば、パーソナルコンピュータにおいて、ＵＷＢ通信用筐体６が外側筐体１の一方の側に隣接しているときに、これと反対側の面を開口部とすれば、この開口部から各機器を挿入して着脱することが可能となる。その場合、交換されうる各機器をＵＷＢ通信チップセットのアンテナが先端に配置された構造としておけば、各機器を奥まで挿入することによって、自ずとアンテナが外側筐体１の壁面を越えてＵＷＢ通信用筐体６内に挿入されるようにすることができる。本実施の形態では、ボードの抜き差しなどによって外側筐体の内部構造が変化したとしても、その影響を受けずに、各機器間の通信を安定して行なうことができる。

なお、上記各実施の形態では、外側筐体１内にはハードディスクが１台とマザーボードが１枚配置されているだけの状態を示して説明してきたが、これらの機器はハードディスクやマザーボードに限らず他の種類の機器であってもよい。また、その数ももっと多くてもよい。その場合、ＵＷＢ通信チップセットの数が３以上であってもよい。

また、上記各実施の形態では、ＵＷＢ通信用筐体６の配置されている数は、１つの外側筐体１に対して１つのみであったが、１つのみに限らず、複数のＵＷＢ通信用筐体が配置されていてもよい。

なお、上記各実施の形態では、電子機器がパーソナルコンピュータである例を示したが、電子機器は、たとえばビデオデッキなどのように、パーソナルコンピュータ以外の機器であってもよい。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明に基づく実施の形態１における電子機器の部分的に透視した斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１における電子機器の断面図である。 本発明に基づく実施の形態２における電子機器の断面図である。 本発明に基づく実施の形態２における電子機器の変形例の断面図である。 本発明に基づく実施の形態３における電子機器の断面図である。 本発明に基づく実施の形態３における電子機器の変形例の断面図である。 本発明に基づく実施の形態４における電子機器の断面図である。 本発明に基づく実施の形態５における電子機器の断面図である。 ＵＷＢ技術による伝送速度の距離依存性をシャノンの定理によって導き出したグラフである。 本発明に基づく各実施の形態における電子機器が備えるＵＷＢ通信チップセットの概念図である。

符号の説明

１ 外側筐体、２ マザーボード、４ ハードディスク、６ ＵＷＢ通信用筐体、７ 電波吸収体、３１ 第１のＵＷＢ通信チップセット、３２ 第２のＵＷＢ通信チップセット、３１１ 第１の本体、３１２ 第１のアンテナ、３１３ 第１のケーブル、３２１ 第２の本体、３２２ 第２のアンテナ、３２３ 第２のケーブル、３１１１ 第１の並列体、３１１２ 第２の並列体、３１３０ 共通ケーブル。

Claims (6)

1. 第１のアンテナを含む第１のＵＷＢ通信チップセットと、
   第２のアンテナを含む第２のＵＷＢ通信チップセットと、
   内部空間を周辺から電磁気的に隔離された状態に保つことのできる筐体であるＵＷＢ通信用筐体とを備え、
   前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは、前記ＵＷＢ通信用筐体の内部空間を介して互いにＵＷＢ通信を行なうように配置されている、電子機器。
2. 前記第１および第２のアンテナは前記ＵＷＢ通信用筐体の内部に配置されている、請求項１に記載の電子機器。
3. 第１のＵＷＢ通信チップセットは、第１の本体を備え、
   前記第１の本体は、前記ＵＷＢ通信用筐体の外部に配置されており、
   前記第１のアンテナと前記第１の本体とは、第１のケーブルを介して互いに接続されている、請求項２に記載の電子機器。
4. 第１の機器および第２の機器を内部に収納する外側筐体を備え、
   前記第１の機器は、前記第１のアンテナと接続されており、
   前記第２の機器は、前記第２のアンテナと接続されており、
   前記ＵＷＢ通信用筐体は、前記外側筐体の外側に配置されている、請求項１から３のいずれかに記載の電子機器。
5. 前記ＵＷＢ通信用筐体の内部に電波吸収体が配置されている、請求項１から４のいずれかに記載の電子機器。
6. 前記第１のＵＷＢ通信チップセットは、第１の並列本体と第２の並列本体とを備え、前記第１の並列本体と前記第２の並列本体とは、いずれも共通ケーブルを介して前記第１のアンテナに対して接続されている、請求項１に記載の電子機器。

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