JP2005109895A

JP2005109895A - 無線通信装置

Info

Publication number: JP2005109895A
Application number: JP2003340837A
Authority: JP
Inventors: Hironori Okado; 広則岡戸
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】指向性が液晶画面と平行方向であるダイバーシティアンテナを備えた無線通信装置を提供する。
【解決手段】ダイバーシティアンテナを構成する１対のアンテナ実装基板（１，１´）の各々の実装面（５，５´）上には、所定の共振波長に共振可能なチップアンテナ（１１，１１´）と導電性フレーム（１０９）と直流的に非接触、かつ、共振波長の１／４の長さのグランド部（７，７´）と、を設けてあり、当該アンテナ実装基板（１，１´）が、当該導電性フレーム（１０９）上面の終端と当該チップアンテナ（１１，１１´）との距離が当該共振波長の１／２の長さとほぼ等しい長さ、となる位置に配してある。
【選択図】図１

Description

この発明は、アンテナ実装基板を備えるパーソナルコンピューター等の無線通信装置に関するものである。

パーソナルコンピューター等の無線通信装置を用いた無線データ送受信システムがある。その典型例が、無線通信機能を持たせたパーソナルコンピューター同士を結ぶ無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）である。無線ＬＡＮでは、たとえば、５ＧＨｚ帯の電波が使用されており、その送受信用のアンテナとしてダイバーシティアンテナが知られている。このダイバーシティアンテナは、無指向性の放射特性を実現させようとするものであって、ダイバーシティを構成する両アンテナが１波長と等しい長さを持つループ状の接地導体を有し、両アンテナ間の距離を少なくとも３／４波長と等しい長さにすることが必要であるとされている（特許文献１参照）。
特開２００２−１５１９２８号公報（段落番号０００８，００５３参照）

しかしながら、無線ＬＡＮを使用する環境は様々であり、無指向性ではなく特定方向への指向性が求められる場合がある。特に、無線通信装置の液晶画面と平行な方向への指向性の需要が高まりつつある。これは、無線通信装置の向きに関わらず通信を行えるようにするためには無指向性が好ましいとの考え方もあるが、他方で、無指向性であると不要な雑音をも受信しかねないし人体に向けて電波を放射する必要がないとの考え方もあるからである。本発明が解決しようとする課題は、上記の需要に応えることであり、具体的には、液晶画面と平行な方向への指向性を持つダイバーシティアンテナを備えた無線通信装置を提供することにある。

（請求項１記載の発明の特徴）
請求項１記載の発明に係る無線通信装置は、一対のチップアンテナと、当該各チップアンテナに併置されたＧＮＤパターンと、当該各チップアンテナに接続された通信回路と、当該通信回路の筐体骨格となる導電性フレームと、を具備する通信装置であって、当該一対のチップアンテナと当該ＧＮＤパターンは、当該導電性フレームの長手方向に沿って互いに併置され、当該ＧＮＤパターンは、当該導電性フレームから絶縁して設けられ、当該一対のチップアンテナは、当該導電性フレームの中心線に対して線対称に配置されていることを特徴とする。

（請求項２記載の発明の特徴）
請求項２記載の発明に係る無線通信装置は、請求項１の無線通信装置であって、前記導電性フレームは、前記筐体に対して水平方向に伸びる水平フレームと、垂直方向に伸びる垂直フレームとを具備し、前記一対のチップアンテナと前記ＧＮＤパターンは、当該水平フレームに沿って対称配置されていることを特徴とする。

（請求項３記載の発明の特徴）
請求項３記載の発明に係る無線通信装置は、請求項１の無線通信装置であって、前記導電性フレームは、前記筐体に対して水平方向に伸びる水平フレームと、垂直方向に伸びる垂直フレームとを具備し、前記一対のチップアンテナと前記ＧＮＤパターンは、当該垂直フレームに沿って対称配置されていることを特徴とする。

上記の無線通信装置を用いた実験によれば、導電性フレームとチップアンテナ等を、上記のとおり設けることにより、その因果関係は解明中であるが導電性フレームの左右方向に指向性を認めることができた。この結果、左右方向にある通信の相手方と効率のよい無線通信を行うことができた。

本発明に係る無線通信装置によれば、内蔵するダイバーシティアンテナが、液晶画面と平行な方向への指向性を持っているので、同方向への指向性を求める使用者の需要を満足することができる。

次に、各図を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図１は、パーソナルコンピューターの正面図である。図２は、図１に示すパーソナルコンピューターの部分拡大図である。図３は、アンテナ実装基板の斜視図である。図４は、図２に示すアンテナ実装基板の取付方向を変えたときの正面図である。図５乃至７は、アンテナの指向性を示す図である。

（無線通信装置の概略構造）
図１に基づいて、無線通信装置の一例であるパーソナルコンピューターについて説明する。パーソナルコンピューター１０１は、コンピューター本体１０３と、コンピューター本体１０３に対して開閉する表示部１０５と、を備えている。表示部１０５は、矩形の液晶画面１０７と、液晶画面１０７を包囲する金属フレーム（導電性フレーム）１０９と、を有している。導電性フレーム１０９は、アルミニウムのような金属により構成するのが一般的であるが、それ以外の導電性素材により構成することもできる。パーソナルコンピューター１０１は無線通信装置の一例であって、これ以外にも、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｉｄ）のような各種の通信機能を持った無線通信装置がある。金属フレーム１０９上面には、１対のアンテナ実装基板１，１´を、１点鎖線で示す中心線を境にして左右対称に取り付けてある。アンテナ実装基板１及びアンテナ実装基板１´により、本実施形態におけるダイバーシティアンテナを構成してある。

（アンテナ実装基板の概略構造）
図１に示すアンテナ実装基板１とアンテナ実装基板１´とは、中心線を境にして線対称の関係にあることを除き、同じ構造を備えている。したがって、以下の説明は、アンテナ実装基板１についてだけ行い、アンテナ実装基板１´についての説明は、必要な場合に必要な限りにおいて行う。また、同じ理由から、アンテナ実装基板１´が備える部材（部位）であってアンテナ実装基板１が備える部材（部位）と同じものについては、当該部材（部位）を示す部材番号にダッシュ（´）を付したものをそれぞれの部材番号として使用する。

図１乃至３に示すように、アンテナ実装基板１は、矩形横長のセラミック又は合成樹脂製の基板３を備えている。基板３の一方の面（実装面５）上には、グランド部７と線状導体９とを形成してある。符合１１はチップアンテナを示している。本実施形態におけるチップアンテナ１１は、誘電体アンテナである。誘電体アンテナを採用したのは誘電体が比較的高い比誘電率を持つため小型化に有利だからであるが、これ以外の形式のアンテナであってもよい。基板３の底辺６とチップアンテナ１１との間に、線状導体９を形成することが好ましい。グランド部７と線状導体９とは、底辺６に沿って、すなわち図２の横方向に隣接させてある。グランド部７は、金属フレーム１０９とは直流的に接続しない。接続するとグランド部７の電気的長さが変化してしまうからである。チップアンテナ１１は、同軸ケーブル１５を介してコンピューター本体１０３内が内蔵する無線モジュール（通信手段）１１１に接続してある。

本実施形態におけるグランド部７と線状導体９とは、実装面５上に導電ペーストを塗布することにより両者一体に形成してあるが、この導電ペーストの塗布以外の方法、たとえば、エッチング等の化学的な方法により形成してもよい。両者を一体に形成した結果、線状導体９は、その一端（図２の右端）がグランド部７にのみ接続され、他端はどこにも接続されず実装面５の縦辺まで延びている。線状導体９は、上述した方法により一体に形成するのが手間を少なくする点から便利であるが、これを別体に構成してもよい。別体に構成する場合は、その一端をグランド部７に接続して他端を開放しておく。さらに、線状導体９は、これを導電パターン以外の方法で形成してもよい。導電パターンの代わりに、たとえば、銅線のような線状導体を実装面５上に設ける方法もある。金属フレーム１０９上面の長さ方向に見たグランド部７の長さは、チップアンテナ１１の共振周波数の４分の１波長（λ／４）とほぼ等しい長さに設定してある。共振周波数は、その選定に何ら制限はないが、本実施形態では、無線ＬＡＮに使用可能な５ＧＨｚ帯を選定してある。

チップアンテナ１１は、グランド部７側に位置する一方の端面１１ａと、この一方の端面１１ａの反対側に位置する他方の端面１１ｂと、を含む矩形に形成してあり、グランド部７に接続された線状導体９の一端とは反対側の他端９ａが、チップアンテナ１１の他方の端面１１ｂを通って底辺６に下りた垂線Ｌ（図２、４参照）を横切るように形成してある。すなわち、チップアンテナ１１と底辺６との間には線状導体９しか存在しない、状態に構成してある。線状導体９を設けたのは、この線状導体９によりチップアンテナ１１と金属フレーム１０９との結合を遮断することにより、チップアンテナ１１が金属フレーム１０９から影響を受けづらくして設置の際の不安定さを取り除くためである。つまり、線状導体９を設けることにより金属フレーム１０９からチップアンテナ１１を孤立させ、その孤立により両者間の相対位置のズレによる指向性等の特性の変化を可及的に食い止めるためである。

（アンテナ実装基板の取付位置）
次に、図２及び４を参照しながら、アンテナ実装基板１の取付位置について説明する。アンテナ実装基板１，１´は、金属フレーム１０９の上面に、その実装面５を起立させた状態で設けてある。実装面５，５´を起立させたのは、チップアンテナ１１と金属フレーム１０９との間に線状導体９を介在させるためである。線状導体を設けないアンテナ実装基板を設ける場合には、起立させてもよいし寝かせてもよい。図２に示すように金属フレーム１０９の水平部分の上面に取り付けてもよいし、図４に示すように垂直部分の上面（側面）に取り付けてもよい。このとき、アンテナ実装基板１，１´が、金属フレーム１０９の上面終端、すなわち、角部とチップアンテナ１１，１１´との距離が共振波長の１／２の長さとほぼ等しくなる位置に配してある。アンテナ実装基板１の金属フレーム１０９への取付は、図示を省略した取付部材を介して行う。ただし、グランド部７，７´と金属フレーム１０９とが直流的に接続されないようにする。チップアンテナ１１，１１´の金属フレーム１０９からの孤立を徹底して、前者が後者から影響を受けないようにするためである。

（実験結果）
図５乃至７に基づいて、金属フレーム１０９に取り付けたアンテナ実装基板１、（チップアンテナ１１）の指向性について説明する。図５は、共振周波数５．４０ＧＨｚであって、グランド部７の長さを１５ｍｍ（λ／４）に設定し、チップアンテナ１１から金属フレーム１０９の角部までの距離が３０ｍｍ（λ／２）となるようにアンテナ実装基板１を取り付けたときの指向性の実測結果を示している。図６は、共振周波数５．３５ＧＨｚであって、グランド部７の長さを、同じく１５ｍｍ（λ／４）に設定し、チップアンテナ１１から金属フレーム１０９の角部までの距離をλ／２よりも短い２０ｍｍとしたときの指向性の実測結果を示している。図７は、共振周波数５．２ＧＨｚであって、グランド部７の長さをλ／４より長い２５ｍｍに設定し、チップアンテナ１１から金属フレーム１０９の角部までの距離が３０ｍｍとなるように取り付けたときの指向性の実測結果を示している。なお、各図において、１８０（ｄｅｇ）はパーソナルコンピューター１０１の液晶画面１０７の背面から垂直に離れる方向（図２の裏面から垂直に離れる方向）を示し、０（ｄｅｇ）は液晶画面１０７の表面から垂直に近づく方向（図２の表面から垂直手前方向）を示している。さらに、＋９０（ｄｅｇ）が図２の左方向（矢印Ｂ方向）を、−９０（ｄｅｇ）が同図の右方向（矢印Ｆ方向）を、それぞれ示している。

まず、図５に示す指向性を比較検討すると、Ｆ方向の利得はＢ方向の利得に比べて１０ｄＢ以上大きくなっており、Ｆ方向の利得と、１８０（ｄｅｇ）方向及び０（ｄｅｇ）方向の利得と比べると、前者の方が８〜１０ｄＢ程度、後者より大きくなっている。図６に示す指向性には、図５に示す指向性に比べてＦ方向の指向性が２〜３ｄＢだけ窪んだ部分がある。したがって、図５に示す指向性のほうが、図６に示す指向性よりも好ましいものであることがわかる。図７に示す指向性は、ほぼ無指向性となっており、図５に示す指向性と比べると１０ｄＢ以上もフロントゲインが劣っていることがわかる。以上の比較検討から、図５に示す指向性を作り出す構成、すなわち、図２及び４に示すように、グランド部７の長さを共振波長のほぼλ／４に設定し、チップアンテナ１１と金属フレーム１０９との距離を共振波長のほぼλ／２となるようにアンテナ実装基板１を金属フレーム１０９に取り付けることが、特定方向への指向性を得る上で好ましいことがわかる。アンテナ実装基板１´（チップアンテナ１１´）についても、左右が入れ替わるだけで上記と同じ特性が得られた。したがって、コンピューター本体１０３内に内蔵した無線モジュール１１１が有するダイバーシティ機能を使ってアンテナ実装基板１（チップアンテナ１１）とアンテナ実装基板１´（チップアンテナ１１´）とを適宜切りかえることにより、液晶画面１０７とほぼ平行な左右方向に指向性を得ることができた。

アンテナ実装基板を備えるパーソナルコンピューターの正面図である。図１に示すアンテナ実装基板の部分拡大図である。図２に示すアンテナ実装基板の斜視図である。図２に示すアンテナ実装基板の取付方向を変えたときの正面図である。アンテナの指向性を示す図である。アンテナの指向性を示す図である。アンテナの指向性を示す図である。

符号の説明

１，１´ アンテナ実装基板
３，３´ 基板
５，５´ 実装面
６，６´ 底辺
７，７´ グランド部
９，９´ 線状導体
１１，１１´ チップアンテナ
１０１パーソナルコンピューター（無線通信装置）
１０３コンピューター本体
１０５表示部
１０７液晶画面
１０９金属フレーム（導電性フレーム）
１１１無線モジュール（通信手段）

Claims

一対のチップアンテナと、当該各チップアンテナに併置されたＧＮＤパターンと、当該各チップアンテナに接続された通信回路と、当該通信回路の筐体骨格となる導電性フレームと、を具備する通信装置であって、
当該一対のチップアンテナと当該ＧＮＤパターンは、当該導電性フレームの長手方向に沿って互いに併置され、
当該ＧＮＤパターンは、当該導電性フレームから絶縁して設けられ、
当該一対のチップアンテナは、当該導電性フレームの中心線に対して線対称に配置されている
ことを特徴とする無線通信装置。
前記導電性フレームは、前記筐体に対して水平方向に伸びる水平フレームと、垂直方向に伸びる垂直フレームとを具備し、前記一対のチップアンテナと前記ＧＮＤパターンは、当該水平フレームに沿って対称配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記導電性フレームは、前記筐体に対して水平方向に伸びる水平フレームと、垂直方向に伸びる垂直フレームとを具備し、前記一対のチップアンテナと前記ＧＮＤパターンは、当該垂直フレームに沿って対称配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。