JP2008160784A

JP2008160784A - 無線通信機器

Info

Publication number: JP2008160784A
Application number: JP2007045794A
Authority: JP
Inventors: Akira Nanba; 晃難波
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2008-07-10
Also published as: US20100073245A1

Abstract

【課題】ノイズを低減して受信感度を維持する無線通信機器を提供する。
【解決手段】ＲＦ回路４の近傍にあるグランド結合部７に、基端部５１が電気接続され先端部５２が開放されたスタブ５を、回路基板１の表層１０Ｓに形成した。また、前記スタブ５は前記回路基板１のグランド１０の一部を半島状に形成した１／４λ電気長グランドパターン５で形成され、前記ＲＦ回路４からチップアンテナ３までの間および前記１／４λ電気長グランドパターン５の前記基端部５１から前記グランド結合部７までの間を最短距離で配線した。さらに、前記スタブ５として、異なる波長に共振する複数の１／４λ電気長グランドパターンを備え、複数の前記１／４λ電気長グランドパターンの基端部を前記グランド結合部７に最短距離で接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信機器に関する。

「ＰＣカード規格（PC Card Standard）」に準拠し、特にノートＰＣのＰＣＭＣＩＡ（Personal Computer Memory Card International Association）カードスロット等に挿入して使われるカード型無線通信端末（以下、「無線通信機器」または、「通信端末」ともいう）が普及している。

この無線通信機器は、ノートＰＣから放射されるノイズの影響を受けることにより、受信感度が劣化するという問題があり、このノイズの影響を低減する必要がある。

詳しくは、前記ノートＰＣのデジタル回路から発生するノイズが、無線通信機器のアンテナに飛び込む経路、あるいは、無線通信機器の回路基板のグランドからの経路をたどってＲＦ（Radio Frequency）回路へ侵入することにより、無線通信機器の感度抑圧、すなわち受信性能を低下させるという欠点があった。

これに対し、前記ノイズを除去することにより通信品質を向上する技術として、パソコンのカードインタフェース手段と変復調処理手段と、スペクトル拡散逆拡散手段と、周波数変換手段をＬＳＩ化し、カードスロットに実装できる無線通信機器が知られている（例えば、特許文献１）。
特開平９−２８９４７１号公報（段落０００７、第１図）

しかし、前記スペクトル拡散逆拡散手段は必ずしも簡素でなくコストがかかるという欠点がある。本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、従来技術によるコストアップ要因を排除し、かつ、ノイズ低減を可能にした無線通信機器を提供することを目的とする。

本発明に係る無線通信機器では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

第１の発明は、ＲＦ回路の近傍にあるグランド結合部に、基端部が電気接続され先端部が開放されたスタブを、回路基板の表層に形成したことを特徴とする。

第２の発明は、前記スタブは前記回路基板のグランドの一部を半島状に形成した１／４λ電気長グランドパターンで形成され、前記ＲＦ回路からチップアンテナまでの間および前記１／４λ電気長グランドパターンの前記基端部から前記グランド結合部までの間を最短距離で配線したことを特徴とする。

第３の発明は、前記スタブとして、異なる波長に共振する複数の１／４λ電気長グランドパターンを備え、複数の前記１／４λ電気長グランドパターンの基端部を前記グランド結合部に最短距離で接続したことを特徴とする。

第４の発明は、前記スタブは前記回路基板のグランドから０．５〜２．０ｍｍ幅の絶縁部を隔てて高周波的に独立するように形成されたことを特徴とする。

第５の発明は、前記スタブは直線、屈曲線状または渦巻き線状であることを特徴とする。

第６の発明は、前記スタブは複数の直線、複数の屈曲線状または複数の渦巻き線状であることを特徴とする。

第7の発明は、前記スタブは直線、屈曲線状または渦巻き線状であり、かつ、回路基板の表層および内層へ亘り、複数のビアを介して電気的に結合されたパターンであることを特徴とする。

本発明によれば以下の効果を得ることができる。

第１の発明によれば、グランドをたどって伝播するノイズがあれば、スタブによりそのノイズをキャンセルするのでＳ／Ｎ比が向上し、無線通信機器の受信感度を良好に維持できる。

第２の発明によれば、グランドから伝播するノイズに、無線通信機器で用いる搬送周波数と同じ周波数成分が含まれていれば、１／４λ電気長グランドパターンによりその周波数成分を効率良くキャンセルするのでＳ／Ｎ比を改善させることが可能である。

第３の発明によれば、異なる複数の搬送波に対するＳ／Ｎ改善効果が高くなり、無線通信機器の効果的な利用範囲を異なる複数の周波数に広げることができる。

第４の発明によれば、０．５〜２．０ｍｍ幅の帯状絶縁部を隔てて高周波的に独立した導電パターンを形成することは容易であり、追加部品等によるコストアップ負担がない。

第５の発明によれば、寸法制約の厳しい無線通信機器においても、筐体、基板、または部品配置上の制約を迂回しながら、ノイズに対するキャンセル効果を発揮させることが可能である。

第６の発明によれば、第３の発明と同様の作用効果がある。

第７の発明によれば、寸法制約の厳しい無線通信機器においても、筐体、基板、または部品配置上の制約を迂回しながら、ノイズに対するキャンセル効果を発揮させることが可能である。

以下、本発明の無線通信機器の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る無線通信機器（通信端末）１１の内部概観図である。図１に示す長方形の回路基板１は、完成品としての無線通信機器Ｅから外殻をはずした本体主要部である。回路基板１は、ほとんどの電子機器に用いられるプリント基板であって、絶縁板に銅箔等の印刷配線回路が形成され、無線通信可能な通信端末として電子回路を構成するように各種部品が適切に載置されハンダ付等により配線されている。

回路基板１は、これを平面視した長方形の短い一辺に配設されたＰＣＭＣＩＡスロット２のほか、一角に配設されたチップアンテナ３、ＲＦ回路４、およびデジタル回路６を実装して構成されている。そして、回路基板１の短片方向に平行かつ細長い半島状に形成されたスタブ５が、ＲＦ回路４に隣接して形成されている。

このスタブ５のことを後記説明により「１／４λの電気長パターン５」、「１／４λ電気長グランドパターン５」または「１／４λパターン５」という。そして、このスタブ５は回路基板１のグランド１０のなかから相当部分を高周波的に絶縁するように０．５〜２．０ｍｍ幅、好ましくは１．０ｍｍ幅の絶縁部９を隔てて囲いながら、他のグランドとは独立に１／４λパターン５を設けている。つまり、グランド１０から高周波的に独立するように形成されている。

図１に示すスタブ５は代表例であり、回路基板１のグランド１０の一部を半島状にして形成された１／４λ電気長グランドパターン５（スタブと同一符号）で形成され、その基端部５１がＲＦ回路４の近傍にあるグランド結合部７に電気接続され、先端部５２が開放端となるように回路基板１の表層１０Ｓに形成されている。すなわち、銅箔により１／４λ電気長のスタブ５がパターン形成されている。

そして、ＲＦ回路４からチップアンテナ３までの間、および１／４λパターン５の基端部５１からグランド結合部７までの間を、それぞれ最短距離で配線するように構成されている。

ＰＣＭＣＩＡインターフェースコネクタ２は、無線通信機器Ｅの利用時に図示せぬノートＰＣの所定穴へ挿入され、ノートＰＣの回路基板上にある高周波回路に電気接続するためのコネクタである。チップアンテナ３はＲＦ回路４で増幅その他の信号処理される信号が搬送波に重畳された電波を携帯電話用基地局（以下、「基地局」と略す）との間で送受信する。デジタル回路６はノートＰＣに対してデジタル信号を受け渡すために介在している。

チップアンテナ３は前記基地局から受信される電波以外の高周波ノイズ成分（以下、「ノイズ」ともいう）を拾わずに高いＳ／Ｎ比を維持することが理想的である。しかしながら、ノートＰＣの回路基板上にある高周波回路、もしくは無線通信機器Ｅ自身のデジタル回路６から発生する高周波ノイズが、無線通信機器Ｅのグランド１０を介してある程度混入するため、希望する受信信号に悪影響を及ぼすことになる。

この高周波ノイズのノイズレベルが、ＲＦ回路４の通常のノイズレベルよりも高い場合には、基地局から受信する希望波とノイズレベルの比を示すＳ／Ｎ比を悪化させることになる。つまり、基地局の信号を受信する感度の低下（感度抑圧）が発生することになる。

ここで、チップアンテナ３について詳しく説明する。チップアンテナ３は１／４λの電気長を有しており、無線通信機器Ｅの搬送周波数を１．８０ＧＨｚ帯としたとき、１／４λの電気長パターン５の長手寸法は、（3・10^１１）／（4・1.8・10^９）＝約４２ｍｍである。これはダイポールアンテナを基本とするほとんどのアンテナにおける片方の１／４λ電気長グランドパターン長さとして標準採用されている。

図１に示すような、コンピュータのカードスロットに挿入して用いられる無線通信機器Ｅにおいて、ＲＦ回路４のグランド結合部７の近傍から尺状に形成された１／４λ電気長グランドパターン５を備えている。また、ＲＦ回路４のアンテナ端子（図示せず）からチップアンテナ３までの配線と、１／４λ電気長グランドパターン５の一端からグランド結合部７までの配線とを、それぞれ最短距離で配線している。

また、回路基板１上に、グランド結合部７からのパターン長が１／４λの電気長となるような１／４λの電気長パターン５を設けることにより、１／４λ電気長のチップアンテナ３に対して鏡像される１／４λ電気長グランドパターンが形成されている。

そして、グランドパターン１０から伝播するノイズに、無線通信機器Ｅで用いる搬送周波数と同じ周波数成分のノイズが含まれていれば、スタブ５が逆相誘起して、そのノイズをキャンセルし、ＲＦ回路４のアンテナ端子（以下、「入力部」ともいう）に侵入させないように遮蔽するのでＳ／Ｎ比が向上し、無線通信機器Ｅの受信感度を良好に維持できる。

詳しくは、オープンスタブを構成する１／４λパターン５を設けたことにより、デジタル回路６からチップアンテナ３へと伝わる高周波ノイズ成分は、１／４λパターン５により全反射されるので逆相成分として誘起される。一方、グランド結合部７から入力部へ侵入しようとする正相成分ノイズは、前記逆相成分と打ち消しあってノイズキャンセラー効果を発揮し、Ｓ／Ｎ比が改善されることにより受信感度を維持できるものと考えられる。

なお、グランド結合部７は、回路基板１のグランドと１／４λパターン５の一端が電気的に接続される箇所であり、隣接して形成されているＲＦ回路４の入出力端子に、広い面積のパターンにより最短距離で配線されることが望ましい。なぜならば、ＲＦ回路４の入力部のグランド（図示せず）と１／４λパターン５の接続箇所が離れている場合、その区間で拾うノイズについては必ずしも相殺されないからである。したがって、グランド結合部７に１点集約するようにパターン配置することにより、ノイズキャンセルの効果を良好にすることが可能となる。

このような構成と作用により、無線通信機器Ｅを挿入接続したノートＰＣ、その他のデジタル回路６が発生する高周波ノイズから、チップアンテナ３が受ける悪影響を低減し、基地局から受信する希望の信号に対する受信感度低下を最小限に抑える効果を発揮することができる。

ここで、１／４λの電気長パターン５の長手方向の寸法とＳ／Ｎ比改善効果の関係について説明する。図１に示した１／４λの電気長パターン５の長手方向の寸法を４２ｍｍに設定するのは、通信端末Ｅにおける周波数１．８０ＧＨｚ帯の搬送波がノイズ源である場合の対策である。スタブ５を見かけ上、短縮することができ、開いたスペースに電子部品等を実装することが可能となる。

他方、ノイズ源がノートＰＣにあってノイズレベルが数ｄＢ悪化するような感度抑圧の場合、１／４λの電気長パターン５による改善効果の数値は、当然ながらノートＰＣの種類によって変わってくる。放射される高周波ノイズの周波数や強度感がノートＰＣ毎に異なるからである。したがって、ノイズ対策もノイズ源に合わせることが必要である。

図２は１／４λ電気長パターンの平面図であり、（ａ）異なる長さの直線パターン、（ｂ）屈曲パターン、（ｃ）図１の配置に対する変形配置である。同図（ａ）に示すように異なる長さの直線パターンの片側端をグランド結合部７で結合することにより、複数の周波数に共振する１／４λ電気長グランドパターン５ａ，５ｂ，５ｃを有する１／４λの電気長パターン５が形成されている。１／４λ電気長グランドパターン５ａは短いので短い波長に共振し、１／４λ電気長グランドパターン５ｃは長いので長い波長に共振し、１／４λ電気長グランドパターン５ｂはその中間に相当する。また、同図（ｂ）に示す屈曲パターンは渦巻き状の１／４λ電気長グランドパターン５ｄ，５ｅが前記短縮コイルを形成している。ここでも、複数の１／４λ電気長グランドパターン５ａ〜５ｅの基端部５１´はグランド結合部７に最短距離で接続されている。

そして、同図（ｃ）に示す図１の配置に対する変形配置は、チップアンテナ３に対するＲＦ回路４と１／４λの電気長パターン５との配置を入れ換えた配置である。ここでも、グランド結合部７に１点集約するようにパターン配置することにより、ノイズキャンセルの効果を良好にすることが可能となる。

図３はノイズフロアの改善効果を示す測定データであり、１／４λの電気長パターンの有無の別による結果の違いを示している。これらによれば、１／４λの電気長パターンを設けることにより、ほぼ１ｄＢの改善効果のあることが確認できた。ただし、改善効果はノイズ源であるノートＰＣの種類によって、周波数やノイズレベルが変わるので、図３に示したデータは一例に過ぎない。

図４は基端部５１の表層（Ｌ１層）とＬ２層とを複数のビア７２で電気的に結合し、さらに、Ｌ２層とＬ１層とを複数のビア７３で電気的に接続し、さらに、Ｌ１層とＬ２層とを複数のビア７４で電気的に接続したものである。ビア７５とビア７６も同様である。各層（導体層）の間は誘電体層が充填されている。また、Ｌ１層は島状の導体部５３、５４を有する。また島状の導体同士はビアによりＬ２層と電気的に接続されている。つまり、ＡからＡ‘方向へＬ１層とＬ２層が順番に交互に接続される。このように層をビアにより、３次元的にジグザグ接続することで、回路基板１のスペースを有効利用することが可能となる。

なお、前述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

本発明に係る無線通信機器の内部概観図である。１／４λの電気長パターンの平面図であり、（ａ）異なる長さの直線パターン、（ｂ）屈曲パターン、（ｃ）図１の配置に対する変形配置である。ノイズフロアの改善効果を示す測定データであり、１／４λの電気長パターンの有無の別による結果の違いを示している。基板の表層と内層とをビアで電気的に接続した１／４λの電気長パターンの平面図であり、（ａ）表面のパターン、（ｂ）Ａ−Ａ‘の断面図である。

符号の説明

１回路基板
２ＰＣＭＣＩＡインターフェースコネクタ
３チップアンテナ
４ＲＦ回路
５スタブ（１／４λ電気長グランドパターン）、（１／４λの電気長グランドパターン）、（１／４λパターン）
５ａ〜５ｅ１／４λ電気長グランドパターン
６デジタル回路
７グランド結合部
９絶縁部
１０（回路基板１の）グランド
１０Ｓ（回路基板１の）表層
１１無線通信機器
５１基端部
５１´ （１／４λ電気長グランドパターン５ａ〜５ｅの）基端部
５２先端部
５３Ｌ１層の第１の島状導体部
５４Ｌ１層の第２の島状導体部
５５Ｌ２層の基端部
５６Ｌ２層の第１の島状導体部
５７Ｌ２層の第２の島状導体部
７１Ｌ１層とＬ２層の基端部を電気的に結合するビア
７２〜７６Ｌ１層とＬ２層とを交互に電気敵に結合するビア
８０Ｌ１層とＬ２層との間の誘電体層
８１〜８４各層（導体層）との間の誘電体層
Ｅ無線通信機器

Claims

ＲＦ回路の近傍にあるグランド結合部に、
基端部が電気接続され、先端部が開放されたスタブを、
回路基板の表層に形成したことを特徴とする無線通信機器。
前記スタブは前記回路基板のグランドの一部を半島状に形成した１／４λ電気長グランドパターンで形成され、
前記ＲＦ回路からチップアンテナまでの間および前記１／４λ電気長グランドパターンの前記基端部から前記グランド結合部までの間を最短距離で配線したことを特徴とする請求項１に記載の無線通信機器。
前記スタブとして、
異なる波長に共振する複数の１／４λ電気長グランドパターンを備え、
複数の前記１／４λ電気長グランドパターンの基端部を前記グランド結合部に最短距離で接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信機器。
前記スタブは前記回路基板のグランドから０．５〜２．０ｍｍ幅の絶縁部を隔てて高周波的に独立するように形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の無線通信機器。
前記スタブは直線、屈曲線状または渦巻き線状であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の無線通信機器。
前記スタブは複数の直線、複数の屈曲線状または複数の渦巻き線状であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の無線通信機器。
前記スタブは直線、屈曲線状または渦巻き線状であり、かつ、回路基板の表層および内層へ亘り、複数のビアを介して、電気的に結合されたパターンであることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の無線通信機器。