JP2009239675A - 通信モジュールおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ指向性の制御可能な通信モジュールの小型化を実現する。
【解決手段】本発明に係る通信モジュール２１は、基板としてのシリコンウエハ２３と、平面型アンテナ２４と、支持手段としての軸部材２５とを有する。また、通信モジュール２１はさらに、シリコンウエハ２３、平面型アンテナ２４および軸部材２５を覆う筐体２６と、筐体２６の底部外側面に設けられた複数の外部接続端子２７と、外部接続端子２７を介して筐体２６を載置するモジュール基板２８とを有する。平面型アンテナ２４は、ＭＥＭＳにより形成された受信デバイスであり、平面に垂直な方向を指向方向とする指向性を有する。軸部材２５は、シリコンウエハ２３に設けられ、シリコンウエハ２３の面（凹部３１底面）に対する平面型アンテナ２４の平面の角度を可変に平面型アンテナ２４を支持するとともに、シリコンウエハ２３と平面型アンテナ２４とを電気的に接続する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、指向性を有するアンテナを用いた通信モジュールおよび電子機器に関する。

従来、アンテナの指向方向を可変とする技術に、特開平９−８３２４０号公報（特許文献１）および特開２００７−２６６８１８号公報（特許文献２）に開示された技術がある。

特許文献１に開示された通信モジュールは、多層構造アンテナを備え、多層構造アンテナの一部のアンテナ層と残りのアンテナ層とを離間して配設し、互いのアンテナ層の相対位置を可変に構成することにより、アンテナの指向方向を可変とすることができるようになっている。

また、特許文献２に開示されたアンテナ装置は、平面アンテナ素子と、平面アンテナ素子を平面と平行な平行軸を中心として少なくとも９０度回動可能に保持する保持部と、平面アンテナ素子をこの平面に並行でなく、かつ、平行軸に直角な方向の直角方向軸を中心として３６０度回動可能に保持部を保持するベース部と、を備えることにより、アンテナの指向方向を平面上の半球表面の全方向において可変とすることができるようになっている。
特開平９−８３２４０号公報 特開２００７−２６６８１８号公報

一方、この種の指向性を有するアンテナを用いた通信モジュールは、携帯電話機やノート型パーソナルコンピュータなどの携帯型の電子機器に用いられるようになってきた。携帯型の電子機器は、近年、より小型のものが開発されてきており、これらの小型の電子機器に用いられる通信モジュールもまた、電子機器全体のサイズを小さく保つように設けられる必要がある。

しかし、従来の技術では、アンテナの指向方向を可変とするために大きなスペースを必要とするため、通信モジュールのサイズを十分に小さくすることが難しい。このため、従来の技術を適用した通信モジュールを電子機器に用いる場合には、大きな実装面積が必要となってしまう。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、アンテナ指向性の制御可能な通信モジュールおよびこの通信モジュールを用いた電子機器において、小型化を実現することを目的とする。

本発明に係る通信モジュールは、上述した課題を解決するために、底面と、開口部より凹部が形成された基板と、前記凹部内に収容された指向性のアンテナであって、平面部を有しＭＥＭＳによって形成されたアンテナと、前記底面に対する前記平面部の角度を可変支持するとともに、前記基板と前記アンテナとを電気的に接続する支持手段と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明に係る通信モジュールは、上述した課題を解決するために、基板と、前記基板上にＭＥＭＳによって形成され、形状可変に構成された支持手段と、前記支持手段により保持され、平面部を有する指向性のアンテナと、前記平面型アンテナと前記基板とを電気的に接続するワイヤと、前記基板とは別体であって、前記支持手段の形状変化を制御する制御手段と、を備え、前記支持手段は、前記形状変化に応じて前記基板の面に対する前平面部の角度を可変に前記アンテナを保持したことを特徴とするものである。

一方、本発明に係る電子機器は、上述した課題を解決するために、底面と、開口部より凹部が形成された基板と、前記凹部内に収容された指向性のアンテナであって、平面部を有しＭＥＭＳによって形成されたアンテナと、前記底面に対する前記平面部の角度を可変支持するとともに、前記基板と前記アンテナとを電気的に接続する支持手段と、を備えたことを特徴とするものである。

アンテナ指向性の制御可能な通信モジュールの小型化を実現できる。

本発明に係る通信モジュールおよび電子機器の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、ミリ波通信回路を内蔵したノートブック型のパーソナルコンピュータを電子機器の一例として示す。

図１は、本発明に係る電子機器１０の一実施形態を示す概略的な外観図である。

電子機器１０は、第１の筐体１１により覆われたコンピュータ本体および第２の筐体１２により覆われたディスプレイユニットを備える。

コンピュータ本体は、第１の筐体１１の上面中央部に入力部としてのキーボード１３を有する。ディスプレイユニットは、表示部としてのＬＣＤ１４を有する。ディスプレイユニットは、コンピュータ本体に対して、開閉軸１５を中心として矢印Ｘの方向に開閉自在となるように、連結部１６（ヒンジ）を介して連結される。

第１の筐体１１の内部には、図１に示すように、制御手段としてのミリ波通信制御部２０が配設される。ミリ波通信制御部２０は、通信モジュール２１の動作を制御する。ミリ波通信制御部２０は、ミリ波通信を実行可能に構成されたミリ波通信回路を有する。ミリ波通信回路は、システム基板１７上に設けられたＣＰＵに制御されてミリ波通信を実行する。

第２の筐体１２の内部には、図１に示すように、通信モジュール２１が配設される。また、通信モジュール２１は、同軸ケーブル２２を介してミリ波通信制御部２０と接続される。

図２は、通信モジュール２１の一例を示す断面図である。図２には、平面型アンテナ２４の平面が、シリコンウエハ２３の面と並行である場合について示した。

図２に示すように、通信モジュール２１は、基板としてのシリコンウエハ２３と、平面型アンテナ２４と、支持手段としての軸部材２５とを有する。

また、通信モジュール２１はさらに、図２に示すようにシリコンウエハ２３、平面型アンテナ２４および軸部材２５を覆う筐体２６と、筐体２６の底部外側面に設けられた複数の外部接続端子２７と、外部接続端子２７を介して筐体２６を載置するモジュール基板２８とを有する。

筐体２６は、蓋を有する箱形状を有し、必要に応じて蓋を着脱可能に構成される。この蓋により、異物の進入による平面型アンテナ２４の故障などの弊害を防ぐことができる。

外部接続端子２７は、シリコンウエハ２３の所要の箇所と必要に応じて電気的に接続されるＢＧＡ（Ball Grid Array）である。この外部接続端子２７は、少なくとも、平面型アンテナ２４の出力信号を取得可能となるように平面型アンテナ２４と電気的に接続される。

モジュール基板２８は、同軸ケーブル２２と接続される。また、モジュール基板２８は、外部接続端子２７を介して平面型アンテナ２４と電気的に接続される。このため、本実施形態においては、同軸ケーブル２２はモジュール基板２８を介して平面型アンテナ２４と電気的に接続されることになる。

図３は、図２に示す通信モジュール２１について、シリコンウエハ２３、平面型アンテナ２４および軸部材２５の構成例を示す平面図である。また、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、図５は図３のＶ−Ｖ線断面図である。

シリコンウエハ２３には、図３ないし図５に示すように、凹部３１が形成される。

平面型アンテナ２４は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）により形成された平面部を有するミリ波受信デバイスであり、平面部の１の平面に垂直な方向を指向方向とする指向性を有する。この平面の面積は、凹部３１の開口面積より小さく、平面型アンテナ２４の少なくとも１部がシリコンウエハ２３の凹部３１に収容される。平面型アンテナ２４は、シリコンウエハ２３に対して、回動軸を中心として図４の矢印Ｙの方向に回動自在となるように、軸部材２５を介して連結される。

軸部材２５は、図３ないし図５に示すように、シリコンウエハ２３に設けられ、シリコンウエハ２３の面（たとえば凹部３１底面）に対する平面型アンテナ２４の平面の角度を可変に平面型アンテナ２４を支持するとともに、シリコンウエハ２３と平面型アンテナ２４とを電気的に接続する。

平面型アンテナ２４は、軸部材２５が図４の矢印Ｙの方向に回動すると、この回動に連動して回動するよう支持される。このため、回動軸を中心として軸部材２５を回動させると、平面型アンテナ２４を回動させることができ、平面型アンテナ２４の指向方向を変化させることができる。

支持部材によって平面型アンテナ２４の指向方向を変化させる機構には、様々な機構が考えられる。平面型アンテナ２４の指向方向を動的かつ適応的に変化させるためには、支持手段がアクチュエータなどの駆動部を備えていることが好ましい。小型の平面型アンテナ２４を高い制御で動作させる駆動部は、たとえば、ＭＥＭＳによって好適に作成されうる。

図６は、図５に示す通信モジュール２１において、軸部材２５がＭＥＭＳによって形成された静電マイクロモータ３２を備える場合の例について示す断面図である。

ミリ波通信制御部２０は、静電マイクロモータ３２に対して所定の時に所定の電力を印加し、平面型アンテナ２４を所定の指向方向に向かせるよう、静電マイクロモータ３２を制御する。

この制御方法としては、たとえば、平面型アンテナ２４で受信した電波信号の強弱をミリ波通信回路で検出し、検出した信号強度にもとづいて静電マイクロモータ３２を制御して平面型アンテナ２４の指向方向を変化させ、平面型アンテナ２４の可動範囲で信号強度が最大となる方向を検出する方法が挙げられる。この方法によれば、常に最も送受信状況の最適な方向に平面型アンテナ２４の指向方向を向けることができるため、電子機器１０の通信環境を常に最適に保つことができる。

また、ミリ波通信制御部２０は、ミリ波通信回路で検知される電波があらかじめ定めた所定の強度よりも弱くなると上記制御を実行し、平面型アンテナ２４の可動範囲で信号強度が最大となる方向を検出すると平面型アンテナ２４の回動を停止させるよう静電マイクロモータ３２を制御してもよい。

図７は、支持手段としてＭＥＭＳによって形成された圧電アクチュエータ３３を用いる場合の例を示す通信モジュール２１の平面図である。

図７に示すように、支持手段は軸部材２５である必要はなく、たとえば圧電アクチュエータ３３により構成されてもよい。

支持手段を圧電アクチュエータ３３により構成する場合、ミリ波通信制御部２０は、直流電圧を印加することにより圧電アクチュエータ３３の変形量を制御して、平面型アンテナ２４の指向方向を変化させることができる。

図８は、支持手段としてＭＥＭＳによって形成された形状可変部材３４を用いる場合の例を示す通信モジュール２１の断面図である。

支持手段としてＭＥＭＳによって形成された形状可変部材３４を用いる場合、シリコンウエハ２３には凹部３１を形成しなくてもよい。また、平面型アンテナ２４は、ＭＥＭＳにより形成されなくてもよい。

図８に示すように、形状可変部材３４は、シリコンウエハ２３上に配設され、ミリ波通信制御部２０により制御されて形状を変化させる。平面型アンテナ２４は、形状可変部材３４により保持されて、形状可変部材３４の形状変化に合わせて指向方向を変化させる。

また、平面型アンテナ２４には平面型アンテナ２４の出力信号を取得するために一対の導電性のボンディングワイヤー３５一端が接続される。このボンディングワイヤー３５の他端は、基板に接続される。このため、平面型アンテナ２４は、ボンディングワイヤー３５、基板および外部接続端子２７を介してミリ波通信制御部２０のミリ波通信回路と電気的に接続可能である。

なお、平面型アンテナ２４は、たとえば接着材料を用いて形状可変部材３４と接着されることによって形状可変部材３４に保持されうる。接着材料を用いる場合、この接着材料として導電性の接着材料を用いると、平面型アンテナ２４の接地をより安定させることができる。

続いて、通信モジュール２１およびミリ波通信制御部２０の配設位置の変形例について図９ないし図１１を用いて説明する。

図９は、図１に示すモジュール基板２８上にミリ波通信制御部２０を設ける場合の例について説明するための図である。

図９に示すようにモジュール基板２８上にミリ波通信制御部２０を設ける場合、同軸ケーブル２２による信号の損失を極力抑えることができる。なお、この場合、ミリ波通信制御部２０のミリ波通信回路は、配線を介してシステム基板１７上のＣＰＵによる制御を受ける。

図１０は、図１に示すシステム基板１７上に通信モジュール２１を設ける場合の例について説明するための図である。

図１０に示すように、システム基板１７上に通信モジュール２１を設けてもよい。この場合、通信モジュール２１は、モジュール基板２８を備えなくても構わない。

図１１は、図１に示すシステム基板１７上に通信モジュール２１を設ける場合の他の例について説明するための図である。

図１１に示すように、システム基板１７上に通信モジュール２１を設ける場合には、図９に示すように、モジュール基板２８上にミリ波通信制御部２０を設け、同軸ケーブル２２による信号の損失を極力抑えるようにしてもよい。なお、通信モジュール２１がモジュール基板２８を備えない場合は、通信モジュール２１およびミリ波通信制御部２０をシステム基板１７上に互いに隣接するように設けるとよい。

続いて、通信モジュール２１が平面型アンテナ２４を複数備えた場合の例について説明する。

図１２は、通信モジュール２１が平面型アンテナ２４を複数備えた場合の例を示す通信モジュール２１の平面図であり、図１３は図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。

図１２および図１３に示すように、通信モジュール２１は、平面型アンテナ２４を複数備えてもよい。図１２および図１３には、通信モジュール２１が９個の平面型アンテナ２４を有し、３個の平面型アンテナ２４により１つのアンテナ群が構成され、各アンテナ群はそれぞれ一列に連結され、各アンテナ群は、互いの列が平行となるよう配設される場合の例について示した。

この場合、各アンテナ群の両端の平面型アンテナ２４のそれぞれは、シリコンウエハ２３に対して軸部材２５により支持され、平面型アンテナ２４同士は、導電性の連結部材３６により連結される。この連結部材３６は、アンテナ群を構成する平面型アンテナ２４について、平面が互いに平行を保って連動するように（指向方向が常に同一となるように）各平面型アンテナ２４を一列に連結する。また、平面型アンテナ２４は、全ての平面型アンテナ２４の平面の合計面積がシリコンウエハ２３の凹部３１の開口面積より小さくなるよう構成する。

本実施形態に係る通信モジュール２１はＭＥＭＳによって形成した駆動部により、小型の平面型アンテナ２４を高い制御で動作させる。このため、通信モジュール２１のサイズを小型および薄型に保ちつつ、指向性を有するアンテナの指向方向を制御することができる。したがって、この通信モジュール２１を用いた電子機器１０のサイズもまた、小型および薄型を保つことができる。また、平面型アンテナ２４をＭＥＭＳにより形成する場合、通信モジュール２１のサイズはさらに小型および薄型にすることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

たとえば、平面型アンテナ２４が受信可能な電磁波はミリ波に限られない。平面型アンテナ２４がミリ波以外の波長を有する電磁波を受信する場合は、ミリ波通信回路は平面型アンテナ２４が受信する電磁波の波長に応じた無線通信回路とすればよい。

また、通信モジュール２１が平面型アンテナ２４を複数有する場合、各平面型アンテナ２４の指向方向を独立に制御可能に通信モジュール２１を構成してもよい。

さらに、本発明は、本実施形態で説明したノートブック型のパーソナルコンピュータの他にも、無線通信機能を有する様々な電子機器に対して適用することができ、たとえば、携帯型ゲーム機、携帯電話機および携帯型動画再生機などの携帯型の電子機器に適用することが可能である。

本発明に係る電子機器の一実施形態を示す概略的な外観図。 通信モジュールの一例を示す断面図。 図２に示す通信モジュールについて、シリコンウエハ、平面型アンテナおよび軸部材の構成例を示す平面図。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。 図３のＶ−Ｖ線断面図。 図５に示す通信モジュールにおいて、軸部材がＭＥＭＳによって形成された静電マイクロモータを備える場合の例について示す断面図。 支持手段としてＭＥＭＳによって形成された圧電アクチュエータを用いる場合の例を示す通信モジュールの平面図。 支持手段としてＭＥＭＳによって形成された形状可変部材を用いる場合の例を示す通信モジュールの断面図。 図１に示すモジュール基板上にミリ波通信制御部を設ける場合の例について説明するための図。 図１に示すシステム基板上に通信モジュールを設ける場合の例について説明するための図。 図１に示すシステム基板上に通信モジュールを設ける場合の他の例について説明するための図。 通信モジュールが平面型アンテナを複数備えた場合の例を示す通信モジュールの平面図。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図。

符号の説明

１０ 電子機器
１１ 第１の筐体
１２ 第２の筐体
１３ キーボード
１４ ＬＣＤ
１５ 開閉軸
１６ 連結部
１７ システム基板
２０ ミリ波通信制御部
２１ 通信モジュール
２２ 同軸ケーブル
２３ シリコンウエハ
２４ 平面型アンテナ
２５ 軸部材
２６ 筐体
２７ 外部接続端子
２８ モジュール基板
３１ 凹部
３２ 静電マイクロモータ
３３ 圧電アクチュエータ
３４ 形状可変部材
３５ ボンディングワイヤー
３６ 連結部材

Claims (11)

1. 底面と、開口部より凹部が形成された基板と、
   前記凹部内に収容された指向性のアンテナであって、平面部を有しＭＥＭＳによって形成されたアンテナと、
   前記底面に対する前記平面部の角度を可変支持するとともに、前記基板と前記アンテナとを電気的に接続する支持手段と、
   を備えたことを特徴とする通信モジュール。
2. 前記平面部の１の平面の面積は、前記開口部の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の通信モジュール。
3. 前記基板とは別体であって、前記支持手段を制御することにより前記角度を制御する制御手段、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の通信モジュール。
4. 前記制御手段は、前記指示手段へ制御電力を印加し、
   前記支持手段は、印加された前記制御電力に応じた動きを行うＭＥＭＳによって形成されたアクチュエータを有すること、
   を特徴とする請求項３記載の通信モジュール。
5. 前記基板、前記アンテナおよび前記支持手段を覆う筐体、
   をさらに備え、
   前記筐体は、外部接続端子を複数備え、
   前記複数の外部接続端子のそれぞれは、
   前記基板の所要の箇所と必要に応じて電気的に接続されたこと、
   を特徴とする請求項４記載の通信モジュール。
6. 前記アンテナは、
   ミリ波により伝送される信号を受信可能に構成されたこと、
   を特徴とする請求項５記載の通信モジュール。
7. 前記アンテナを複数有するアンテナ群と、
   前記アンテナ群を構成する前記複数のアンテナについて、前記平面部の１の平面が互いに平行を保って連動するように前記複数のアンテナを一列に連結した導電性を有する複数の連結部材と、
   をさらに備え、
   前記複数のアンテナのそれぞれは、
   前記複数のアンテナの前記平面部の１の平面の面積の合計が前記開口部の面積より小さくなるよう構成され、
   前記支持手段は、
   前記アンテナ群の前記角度を可変支持すること、
   を特徴とする請求項６記載の通信モジュール。
8. 前記アンテナ群を複数有し、
   前記複数のアンテナ群のそれぞれは、
   互いの列が平行となるよう前記支持手段により支持されること、
   を特徴とする請求項７記載の通信モジュール。
9. 基板と、
   前記基板上にＭＥＭＳによって形成され、形状可変に構成された支持手段と、
   前記支持手段により保持され、平面部を有する指向性のアンテナと、
   前記平面型アンテナと前記基板とを電気的に接続するワイヤと、
   前記基板とは別体であって、前記支持手段の形状変化を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記支持手段は、
   前記形状変化に応じて前記基板の面に対する前平面部の角度を可変に前記アンテナを保持したことを特徴とする通信モジュール。
10. 底面と、開口部より凹部が形成された基板と、
    前記凹部内に収容された指向性のアンテナであって、平面部を有しＭＥＭＳによって形成されたアンテナと、
    前記底面に対する前記平面部の角度を可変支持するとともに、前記基板と前記アンテナとを電気的に接続する支持手段と、
    を備えたことを特徴とする電子機器。
11. 前記基板とは別体であって、前記支持手段を制御することにより前記角度を制御する制御手段、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１０記載の電子機器。

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