JP2011045036A - 通信装置及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパスの影響を抑えると共に、基板上に複数の平面アンテナを自由に配置することができるようにする
【解決手段】基板１０９と、基板１０９の一方の面の中央に設置されるアンテナパターン１０３と、アンテナパターン１０３の周縁との間に間隙１０２をあけて形成される電波吸収体層１０１とから構成される平面アンテナ１００である。間隙１０２の外周端から電波吸収体層１０１の外周端までの距離を平面アンテナ１００で送信又は受信に用いる通信波長をλとした場合にλ／４以上とした平面アンテナ１００で、パルス信号を直接に給電するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、近接非接触通信機能を有している一対のアンテナ間で、マルチパスノイズを適切に排除した送受信が行える通信装置及び通信方法に関する。

従来から、アンテナは携帯性を必要とする電子機器や、通信ケーブルを配線し難い宅内、構内及びビルといった遠隔間の通信機器等に使用されることを想定して設計開発される場合が多い。つまり、如何に効率的に電波を遠方へ放射するかを目的にしてアンテナ開発設計される場合が多く、基本的な設計では、遠方界への電波の放射を考えるものである。このようなアンテナ開発の中で、広帯域性を有する設計として広い周波数に渡って定インピーダンス性を示すものが広帯域性を有したアンテナとなることがあり、自己相似アンテナや自己補対アンテナ等が開発されるに至っている。
なお、自己補対アンテナとは、無限に広い完全導体板の２分の１で構成された任意形状のアンテナである。その構造の穴に相当する部分の形状が、板の部分の形状と完全に同形であるようなアンテナのことを言い、使用周波数およびその形状に無関係に入力インピーダンスが一定である。

一般に、平面アンテナは、誘電体多層基板上に、接地層（ＧＮＤ層）をアンテナ背面に持つので、狭帯域性を有するようになる。従って、大量の広帯域情報を送受信できる広帯域性を確保するためには、ＧＮＤ層をアンテナ背面に持たない構造が一般的に採られる。

図１６は、一般的な多層基板上に構成される平面アンテナの構成例を示す上面図である。この平面アンテナは長方形で左右が対称である。図１６に示す平面アンテナ１０は、図示しない接地層（以下ＧＮＤ層という）及び絶縁体が積層された基板２上に長方形状のアンテナパターン１を有して構成される。平面アンテナ１０は、アンテナパターン１の下層に絶縁層を介してＧＮＤ層を有しているので、狭帯域性を示すものである。アンテナパターン１は、使用周波数の波長をλとしたとき、長手方向の長さがλ／２を有している。給電線５の中心を基準にして左右λ／４に区分したとき、左側のλ／４の形状と、右側のλ／４の形状とが同じになるものである。

この平面アンテナを用いて２つの電子機器間で信号処理では、平面アンテナ同士を対面近接させ、近傍にて無線通信を行っている。例えば、図１７に示すように、アンテナパターン４ａを備えた基板３ａ及びアンテナパターン４ｂを備えた基板３ｂを離隔距離ｄ１で保持、かつ、面対称となるように配置する。つまり、アンテナパターン４ａは基板３ａの上面に備えられており、アンテナパターン４ｂは基板３ｂの下面に備えられている。なお、平面アンテナ１１ａはアンテナパターン４ａと基板３ａとで構成しており、平面アンテナ１１ｂはアンテナパターン４ｂと基板３ｂとで構成している。なお、平面アンテナ１１ａ及び１１ｂの大きさは、所定の奥行きａ１、所定の横幅ｂ１である。

そして、一方の平面アンテナ１１ｂに任意の使用周波数（例えば、３ＧＨｚ〜７ＧＨｚ）の搬送波を給電して信号を送信し、他方の平面アンテナ１１ａでその信号を受信することができる。

ところで、同一基板上に複数台の平面アンテナを装備している基板同士が対面に配置され、その基板間での無線通信が行われる場合、複数個の平面アンテナから放射された電波は二つの基板間で電波の多重反射を引き起こし、マルチパスを形成している。このようなマルチパスにおいて入力される電波と直接到来する電波とを受信アンテナで見れば、その波形がどの波形が所望のものかわからないために、信号品質を劣化させる要因となっている。

その問題解決の従来の手段として、同一基板上に装備されている平面アンテナ同士との間に、所定の幅をもつ金属層を設ける手段がある。

この金属層を設けた構成例について、図１８及び図１９を用いて説明する。図１８に示すように、離隔距離ｄ１で保持、かつ、面対称となるように配置している２つの基板４０ａ及び４０ｂがある。一方の基板４０ａには、アンテナパターン４ｃ〜４ｇのそれぞれを備えた各平面アンテナ１１ｃ〜１１ｇと４個の金属層４１ａ〜４１ｄを交互に隙間なく配置している。他方の基板４０ｂには、基板１１ｃ〜１１ｇ及び金属層４１ａ〜４１ｄと対面になる位置に、アンテナパターン４ｈ〜４ｋ及び４ｍのそれぞれを備えた各平面アンテナ１１ｈ〜１１ｋ及び１１ｍと４個の金属層４１ｅ〜４１ｈを交互に隙間なく配置している。なお、平面アンテナを備えた基板の横幅を所定の横幅ｂ１とし、金属層の横幅を所定の横幅ｃ１としており、所定の横幅ｃ１は横幅ｂ１の４倍以上の幅をもっていることとする。図１９は、図１８のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図１８に示すような配置構成において、基板４０ｂから基板４０ａへの送信が行われる。つまり、基板の面対称の位置にある平行アンテナ１１ｃから１１ｈへ、１１ｄから１１ｉへ、１１ｅから１１ｊへ、１１ｆから１１ｋへ、１１ｇから１１ｍへとの間で送信が行われる。

この金属層の設置により、基板上にある平面アンテナの間に基板の横幅ｂ１の４倍以上の幅ｃ１をもつ金属層を設けることにより、平面アンテナからの電波が反射や回折を起こしてくる複数の電波から構成されるマルチパスを軽減することができる。

特許文献１には、複数の平面アンテナを配置した平面の外縁部分に電波吸収体部を備えることで、不要な放射の影響によるサイドローブレベルの上昇のない優れた指向特性を有する平面アンテナについての記載がある。

特許文献２には、基板上に形成される給電線やバンドパスフィルタの上部に、電波吸収体を備えることについての記載がある。

特平０６−６９７２５号公報 特開２００７−１６６１１７号公報

しかし、図１８に示す金属層４１ａ〜４１ｈを設けたとしても、他の平面アンテナから形成されるマルチパスを十分に軽減することができない。例えば、平面アンテナ１１ｊ及び１１ｅ間の通信と平面アンテナ１１ｉ及び１１ｄ間の通信を同時に行った場合、平面アンテナ１１ｊ及び１１ｅ間の通信は、平面アンテナ１１ｉ及び１１ｄ間の通信からの反射、回折、透過されてくる信号に影響を受けることになる。その信号は、図１９に示すような、平面アンテナ１１ｉから回折されてくる信号ｅ１と、平面アンテナ１１ｉからの信号が平面アンテナ１１ｄと金属層４１ｆで反射されてくる信号ｅ２がある。さらに、平面アンテナ１１ｄが受けた信号が基板４０ａ内を通して透過されてくる信号ｅ３がある。

なお、図２０には、図１８で示す従来の平面アンテナの複数個間での構成で無線通信を行った場合の特性を示している。これは、図１９が示すアンテナパターン１１ｅが、図１９に示すアンテナパターン１１ｉからアンテナパターン１１ｄへの送信からの影響を受けた場合の波形を示している。

また、このようなマルチパスの軽減手段では平面アンテナとの間に必ず金属層を設ける必要があるため、平面アンテナを実装するときの制約となってしまう問題がある。例えば、複数の平面アンテナを実装する場合、複数の平面アンテナと共に金属層をも隣接して設けるために実装する領域を大きくなることである。さらに、平面アンテナのレイアウトの自由度が、制限されてしまうことである。
また、基板に金属層を設ける工程があるために、コスト高になってしまう問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、マルチパスの影響を抑えると共に、基板上に複数の平面アンテナを自由に配置することができるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、基板と、基板の一方の面の中央に設置されるアンテナパターンと、アンテナパターンの周縁との間に間隙をあけて形成される電波吸収体層とから構成される平面アンテナである。間隙の外周端から電波吸収体層の外周端までの距離を平面アンテナで送信又は受信に用いる通信波長をλとした場合にλ／４以上とした平面アンテナで、パルス信号を直接に給電するものである。

このようにしたことで、パルス信号は、反射、回折、透過の影響を受けずに、無線通信を行うことができる。

本発明により、アンテナパターンの周囲に電波吸収体層を形成することで、自身が送信する信号又は他のアンテナからの信号で反射、回折、透過することで発生するマルチパスを軽減させる効果をより得られる。

本発明の一実施の形態の例の通信装置が備えている平面アンテナの構造を示す斜面図である。 本発明の一実施の形態の例の通信装置が備えている平面アンテナを対向して配置した構成を示した斜視図である。 本発明の一実施の形態の例の通信装置の内部構成を示したブロック図である。 本発明の一実施の形態の例の通信装置間の各部位での信号波形の例を示した波形図である。 本発明の一実施の形態の例の従来の通信装置の複数台同士を対向配置した構成例を示した斜視図である。 図５で示す本発明の一実施の形態の例の通信装置の構成において、受信する波形の例を示す図である。 本発明の一実施の形態の例の通信装置を適用した親モジュール及び子モジュールの例を示した斜視図（ａ）と、親モジュール及び子モジュールが接続している状態の例を示した斜視図（ｂ）である。 本発明の一実施の形態の例の通信装置を適用した子モジュールの変形例を示した斜視図（例１）である。 本発明の一実施の形態の例の通信装置を適用した子モジュールの変形例を示した斜視図（例２）である。 本発明の一実施の形態の例の通信装置を適用した親モジュール及び子モジュール２台の例を示した斜視図（ａ）と、親モジュール及び子モジュール２台が接続している状態の例を示した斜視図（ｂ）である。 本発明の一実施の形態の例の通信装置が備える平面アンテナの複数台を同一基板上に並べた場合の例を示した斜視図である。 本発明の一実施の形態の通信装置が備える平面アンテナの変形例を示す斜視図（例１）である。 本発明の一実施の形態の通信装置が備える平面アンテナの変形例を示す斜視図（例２）である。 本発明の一実施の形態の通信装置が備える平面アンテナの変形例を示す斜視図（例３）である。 本発明の一実施の形態の通信装置が備える平面アンテナの変形例を示す斜視図（例４）である。 従来の通信装置が備える平面アンテナの構造例を示す上面図である。 従来の通信装置が備える平面アンテナ同士を対向して配置した構成例を示した斜視図である。 従来の通信装置の複数台同士を対向配置した構成例を示した斜視図である。 図１８のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１８で示す従来の通信装置の構成において、受信する波形の例を示す波形図である。

以下、本発明の一実施の形態の例の通信装置について、図１〜１５を参照して、以下の順序で説明する。
１．平面アンテナの構成（図１−２）
２．通信装置の内部構成例（図３）
３．通信装置の各部位の波形例（図４）
４．複数の通信装置の対向構成（図５−６）
５．通信装置を適用したモジュールの実装例及び接続例（図７−１０）
６．通信装置の平面アンテナを同一基板上に複数台配置した配置例（図１１−１２）
７．一実施の形態の外形形状の変形例（図１３−１５）

＜１．平面アンテナの構成＞
以下、本発明の一実施の形態の例の通信装置に備えられている平面アンテナの構成を、図１及び図２を用いて説明する。図１は、平面アンテナの構造を示した斜面図で、図２は図１で示す平面アンテナを対向配置し、無線通信を行う形での構成を示した斜視図である。

図１に示す平面アンテナ１００は、近距離にて単一指向性かつ広帯域性を有し、遠距離にて狭帯域性を有する２周波の共振型アンテナ動作をするものである。

平面アンテナ１００は、下層を基板として導体層１０９に、上層を周縁導体層として電波吸収体層１０１とした二層基板で形成されている。なお、この場合の導体層は、例えば、多層リジットプリント基板、多層フレキシブルプリント基板、多層セラミック基板であってよいとする。

導体層１０９の電波吸収体層１０１が重ね合わされる一方の面の中央には周縁の接地導体層の間に形設された環状スロット１０２を有するアンテナパターン１０３を備え、他方の面上には通信ＩＣ１０５などの回路コンポーネントが実装されている。アンテナパターン１０３の形状としては、正八角形である他、正六角形などの正多角形や円形であることが好ましい。

アンテナパターン１０３には、環状スロット１０２の中央を挟むように２つの給電点１０６及び１０７が設けられている。給電線及びアンテナパターンは、例えば金、銀、銅、黄銅、青銅、白銅等の金属箔又は金属板、これらの金属層から構成される。

一方の給電点１０６は、スルーホールを介して導体層１０９の他方の面で、通信ＩＣ１０５から出る給電線１０４に接続されている。給電線１０４は、導体層１０９の他方の面に形成された線状の導体パターンからなるマイクロストリップ伝送線路として構成される。マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスは、その線路幅と導体層１０９の厚さにより調整することができる。

また、他方の給電点１０７は、アンテナパターン１０３の中央を挟んで給電点１０６とはほぼ反対側となる場所に配置されているが、スルーホールを介して導体層１０９の他方の面で、終端抵抗１０８に接続されている。図１に示すように、給電点１０６及び１０７間のスロット線路長は時計回りと反時計回りでほぼ等しく、送受信アンテナ間の信号伝送にとって等しい役割を果たしている。

上層基板である電波吸収体層１０１には、電波吸収体層１０１の中心にアンテナパターン１０３を露出させる貫通孔が設けられている。この場合の電波吸収体層は、例えば２０［ｄＢ］以上の電波吸収がある層である。電波吸収体層は、例えばフェライトなどの電波吸収体で構成される。

図１に示す平面アンテナ１００においては、アンテナパターン１０３の直径をａとし、環状スロット１０２の溝幅（間隙の幅）をｂとし、環状スロット１０２の外周端から電波吸収体層１０１の外周端（外縁）までの距離をｃとしている。なお、所定の距離ｃは、通信波長をλとした場合にλ／４以上であればよい。そして、本発明の一実施の形態の例において、電波吸収体層１０１及び導体層１０９の形状は、縦横の所定の幅ｅをもつ正方形としている。しかしながら、電波吸収体層１０１の形状は、環状スロット１０２の外周端から電波吸収体層１０１の外周端（外縁）までの距離がｃ以上であればよいため、例えば、その形状が正八角形や正六角形などの正多角形や円形であってもよい。
電波吸収体層１０１の中心にアンテナパターン１０３を露出させる貫通孔は、一辺の長さが（ａ+ｂ+ｂ）の正方形に形成されている。

ところで、平面アンテナ１００を受信アンテナ側として使用する場合では、終端抵抗１０８の値は０Ωに設定することも可能である。この場合、給電点１０７において、スルーホールを介さず、アンテナパターン１０３を接地導体層（この場合、導体層１０９となる）に直接ショートする構成としてもよい。

図２は、図１で示す平面アンテナ１００を対向で近接対向して配置させ、無線通信を行う構成と示している。即ち、図２では、平面アンテナ１１０ａ並びに１１０ｂは、離隔距離ｄで、かつ、面対称となるように配置されている。なお、離隔距離ｄは、通信波長より短い距離であれば、よいものとする。

平面アンテナ１１０ａ並びに１１０ｂはともに、一方の層には電波吸収体層１１１ａ及び１１１ｂ、他方の層に導体層１１９ａ及び１１９ｂで形成されている二層基板である。なお、両方の平面アンテナ１１０ａ及び１１０ｂの他方の層である導体層１１９ａ及び１１９ｂには、図１に示す平面アンテナ１００と同様に回路コンポーネントが実装されているが、ここでは省略する。

平面アンテナ１１０ａは、平面アンテナ１１０ｂと向き合う一方の層である電波吸収体層１１１ａの中央部分が所定の距離（ａ+ｂ+ｂ）の正方形部分が除かれている口形の形状を備えている。そして、その口形の形状の底部には、導体層１１９ａの面上にある環状スロット１１２ａを有するアンテナパターン１１３ａを備えている。

同様に、平面アンテナ１１０ｂは、平面アンテナ１１０ａと向き合う一方の層である電波吸収体層１１１ｂの中央部分が所定の距離（ａ+ｂ+ｂ）の正方形部分が除かれている口形の形状を備えている。そして、その口形の形状の底部には、導体層１１９ｂの面上にある環状スロット１１２ｂを有するアンテナパターン１１３ｂを備えている。

この構成により、平面アンテナ１１０ａ及び１１０ｂは、一方を受信用とし、他の一方を送信用として、アンテナ間での無線通信が行われている。

＜２．通信装置の内部構成例＞
以下、本発明の一実施の形態の例の通信装置の内部構成例を、図３を用いて説明する。

この図３に示したシステムは、搬送波を用いずに、パルスにより無線通信するシステムであり、送信部１２０と受信部１３０とから構成される。

送信部１２０は、送信データ部１２４と、エンコーダ１２３と、アンプ１２２と、送信アンテナ１２１とで構成される。

送信データ部１２４で図示しない内部機器から送信対象のデータを受けて、その受けたデータをエンコーダ１２３へ出力する。そして、エンコーダ１２３で符号化を行い、アンプ１２２で全長１ｎ秒以下のパルス（インパルス）信号を生成する。そのパルス信号は、送信アンテナ１２１で出力している。

一方の受信部１３０は、受信アンテナ１３１と、コンパレータ１３２と、デコーダ１３３と、受信データ部１３４とで構成されている。

受信アンテナ１３１は、対面にある送信アンテナ１２１から送信されるパルス波を受信する。受信したパルス波は、信号はコンパレータ１３２に入力される。コンパレータ１３２は、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路を備えて、最適な振幅になるように増幅され、その増幅された信号は所定の閾値とで比較して、パルスの有無を判定する。この判定により、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルの信号で出力されて、パルス波が復元される。次に、復元されたパルス波は、デコーダ１３３で複合化を行うことで、元のデータとなって受信データ部１３４に入力される。

なお、送信アンテナ１２１は、図２で示す平面アンテナ１１０ａ及び１１０ｂのいずれか一方とし、残った他方の平面アンテナを受信アンテナ１３１とする。

＜３．通信装置の各部位の波形例＞
ここで、本発明の一実施の形態の例の通信装置において、図３における各部位における波形の例を図４に示す。

図４（ａ）では、図示しない内部機器から送信対象のデータを受けて、送信データ部１２４が送信するデータを示している。この場合の例として、デジタル信号「１０１０」としている。

図４（ｂ）では、図４（ａ）の信号を、エンコーダ１２３及びアンプ１２２を介して、送信アンテナ１２１で出力する２つの信号を示している。なお、この場合の２つの信号は、差動信号としているが、シングルエンド信号であってもよい。

図４（ｃ）では、受信アンテナ１３１が、送信アンテナ１２１からの信号を受信した場合の信号を示している。つまり、デジタル信号の立ち上がりまたは立下り部分で微分されたパルス信号になっている。

図４（ｄ）では、コンパレータ１３２において、図４（ｃ）が示すデジタル信号の立ち上がりまたは立下り部分で微分されたパルス信号がＡＧＣ回路で最適な振幅になるように増幅された波形を示している。この増幅された波形は、コンパレータ１３２で所定の閾値ｄ１及びｄ２と比較され、パルスの有無が判定される。その判定によって、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルのパルス波に変換される。

図４（ｅ）では、図４（ｄ）で示す波形がコンパレータ１３２及びデコーダ１３３を介して、元の波形に復元されている波形を示している。

＜４．複数の通信装置の対向構成＞
ここで、図１が示す平面アンテナ１００を同一基板上に複数個を配置した基板同士を近接対向させた場合の構成例について、説明する。

例えば、図５が示すように、離隔距離ｄで、かつ、面対称となるように配置されている長方形型の基板１４０ａ及び１４０ｂがある。基板１４０ａ及び１４０ｂはともに、一方の層には電波吸収体層１４１ａ及び１４１ｂ、他方の層に導体層１４９ａ及び１４９ｂが形成されている二層基板である。なお、両方の基板１４０ａ及び１４０ｂの他方の層である導体層１４９ａ及び１４９ｂには、図１が示す平面アンテナ１００と同様に回路コンポーネントが実装されているが、ここでは省略する。なお、離隔距離ｄは、通信波長より短い距離であれば、よいものとする。

基板１４０ａは、基板１４０ｂと向き合う一方の層である電波吸収体層１４１ａを設けた面の中央に、環状スロット１４２ａ〜１４２ｅを持つアンテナパターン１４３ａ〜１４３ｅが、所定の距離ｃを離して備えられている。なお、アンテナパターン１４３ａから基板１４０ａの近傍端までの幅と、アンテナパターン１４３ｅから基板１４０ａの近傍端までの幅は、所定の距離ｃとしている。なお、通信波長をλとした場合、所定の距離ｃはλ／４以上であればよいものとする。

同様に、基板１４０ｂは、基板１４０あと向き合う一方の面である電波吸収体層１４１ｂの面の中央に、環状スロット１４２ｆ〜１４２ｊを持つアンテナパターン１４３ｆ〜１４３ｊが、所定の距離ｃを離して備えられている。なお、アンテナパターン１４３ｆから基板１４０ｂの近傍端までの幅と、アンテナパターン１４３ｊから基板１４０ｂの近傍端までの幅は、所定の距離ｃとしている。なお、通信波長をλとした場合、所定の距離ｃはλ／４以上であればよいものとする。

ところで、アンテナパターン１４３ａから基板１４０ａの端までの電波吸収体層を要した基板部分と、アンテナパターン１４３ｅから基板１４０ａの端までの電波吸収体層を要した基板部分はなくてもよい。つまり、アンテナパターンの外縁から所定の距離ｃの範囲内にアンテナパターン設置がない場合には、電波吸収体層を備えた基板は必要がないということである。基板１４０ｂに関しても同様に、アンテナパターン１４３ｆから基板１４０ｂの端までの電波吸収体層を要した基板部分と、アンテナパターン１４３ｊから基板１４０ｂの端までの電波吸収体層を要した基板部分はなくてもよい。

このような構成において、基板１４０ｂ及び基板１４０ａとの間で送受信が行われる。つまり、基板の面対称の位置にあるアンテナパターン間、１４３ａ及び１４３ｆと、１４３ｂ及び１４３ｇと、１４３ｃ及び１４３ｈと、１４３ｄ及び１４３ｉと、１４３ｅ及び１４３ｊとのそれぞれで、送信又は受信が行われる。

このように本実施の形態によると、他の平面アンテナもしくは自身の平面アンテナから回析、反射、透過してくる信号を電波吸収体で吸収することとなり、マルチパス発生をより軽減させることができる。

次に、図５で示す本発明の一実施の形態の通信装置が備える平面アンテナを用いた構成で通信を行った場合の例を、図６を用いて説明する。

図６は、図５で示す本発明の一実施の形態を用いて複数個での構成での通信を行った場合での波形を示している。これは、図５に示すアンテナパターン１４３ｃが、図５が示すアンテナパターン１４３ｇからアンテナパターン１４３ｂへの送信からの影響を受けた場合の波形を示している。

図６及び図２０の波形の結果によれば、図２０に示す従来の波形の平均値１９．９ｍｖに比べて、図６が示す波形の平均値９．６ｍｖとなっており、ノイズ量が減少しているのがわかる。このアンテナパターンの周囲を所定の距離を持つ電波吸収体で形成させることは、マルチパスの軽減に対して良好な特性をもつことを示している。

また、アンテナパターンの周囲を所定の距離を持つ電波吸収体で形成させることは、従来の方法で必要だった金属層が不必要となり、複数の平面アンテナのレイアウトが自由に行うことができる。さらに、金属層を設ける工程が必要でなくなったため。その分がコスト安になる効果を有する。

なお、この本発明の一実施の形態においてマルチパスの軽減の効果を得るのに、対面する基板の両方に電波吸収体層を備わっていることとしたが、片面であっても同様な効果が得られる。
＜５．通信装置を適用したモジュールの実装例及び接続例＞
本発明の一実施の形態の例の通信装置を適用した例として、親モジュール及び子モジュールの実装例及び接続例について、図７−１０を用いて説明する。

図７（ａ）は、親モジュール２１０と子モジュール２２０に平面アンテナを実装した例を示す斜視図で、図７（ｂ）は親モジュール２１０と子モジュール２２０が無線接続した例を示す斜視図である。この実施例は、親モジュール２１０の一面の所定の位置に設置してある平面アンテナ２１１と、子モジュール２２０の一面の所定の位置に設置してある平面アンテナ２２１とをあわせることで、モジュール間の無線通信ができることを示している。なお、平面アンテナ２１１及び２２１は、本実施の形態の例の通信装置が備える平面アンテナを適用したものである。

図８及び図９は、子モジュールの別形態を示した斜視図である。図８は、三角錐の形をした子モジュール２３０であり、その底面を平面アンテナのアンテナ設置面２３１としている。図９は、円柱の形をした子モジュール２４０であり、その上面を平面アンテナのアンテナ設置面２４１としている。なお、アンテナ設置面２３１とアンテナ設置面２４１とは、本実施の形態の例の通信装置が備える平面アンテナが設置できる箇所である。

図１０（ａ）は、親モジュール３１０と子モジュール３２０と子モジュール３３０に平面アンテナを実装した例を示す斜視図である。そして、図１０（ｂ）には、親モジュール３１０の上に子モジュール３２０と子モジュール３３０をひな壇のように重ねることで、無線接続ができることを示した例の斜視図である。親モジュール３１０には、モジュールの上面の所定の位置に平面アンテナ３１１が設置してある。平面アンテナ３２２には、下面の所定の位置に平面アンテナ３２１と、上面の所定の位置に平面アンテナ３２２が設置してある。子モジュール３３０には、下面の所定の位置に平面アンテナ３３１が設置してある。

まず、平面アンテナ３１１と平面アンテナ３２１が合わさるように親モジュール３１０の上に子モジュール３２０を設置する。次に、子モジュール３２０の上に平面アンテナ３２２と平面アンテナ３３１が合わさるように子モジュール３３０を設置する。つまり、親モジュール３１０は子モジュール３２０を介して、子モジュール３３０と接続できることを示している。なお、平面アンテナ３１１、３２１、３２２、３３１は、本実施の形態の例の通信装置が備える平面アンテナを適用したものである。

このように、図７−１０のようなモジュールの形態であっても、本実施の形態の例の通信装置が備える平面アンテナを使って、モジュール間の無線接続を行うことができる。

なお、このモジュールの形態は図７−１０のような６面体以外の多面体であってもよく、並びに、その多面体の一面以上に平面アンテナを設置してもよい。そのようにすることで、多段に積み重ねや平行に並べることのような様々な無線接続を行うことが可能となる。

＜６．通信装置の平面アンテナを同一基板上に複数台配置した配置例＞
本発明の一実施の形態の例の通信装置が備える平面アンテナの設置手段の例として、図１１を用いて説明する。

図１１は、図５が示すアンテナパターン５個を横一列に並べた構成を縦に２列として、計１０個のアンテナパターンを配置した構成の斜視図を示している。つまり、基板４１０の同一面上に、下の列に環状スロット４１２ａ〜４１２ｅを有するアンテナパターン４１３ａ〜４１３ｅが配置され、上の列に環状スロット４１２ｆ〜４１２ｊを有するアンテナパターン４１３ｆ〜４１３ｊが配置してある。ただし、アンテナパターン４１２ａ〜４１２ｊのそれぞれの間は、所定の距離ｃ以上の距離がある。なお、通信波長をλとした場合、所定の距離ｃはλ／４以上であればよいものとする。

なお、図５の箇所で説明したと同様に、アンテナパターンの外縁から所定の距離ｃの範囲内にアンテナパターン設置がない場合には、電波吸収体層を備えた基板は必要がないということである。つまり、基板４１０の外縁にある電波吸収体を要した基板は削除してもよいこととなる。

図１１のような構成であっても、アンテナパターンの周囲を所定の距離ｃを持つ電波吸収体で形成させることで、同様にマルチパスの軽減の効果を得られる。

また、図１１が示すような配置構成は一例であり、同一基板上に複数の平面アンテナをどのような配置構成にしてもよい。

＜７．一実施の形態の外形形状の変形例＞
本発明の一実施の形態の例の通信装置で使用する平面アンテナの変形例について、図１２−１５を用いて説明する。

図１２の平面アンテナ５００は、図１で示した平面アンテナと同様の構成となっている。ただし、電波吸収体層５０１が、環状スロット１０２からなるアンテナパターン１０３を除く導体層１０９上に、形成されている点で相違する。

図１３の平面アンテナ５１０と図１４の平面アンテナ５２０はともに、一方の層には電波吸収体層５１１及び５２１が、他方の層には導体層５１９及び５２９が形成されている。そして、他方の層の面上には、通信ＩＣ５１５若しくは通信ＩＣ５２５などの回路コンポーネントが実装されている。図１に示した平面アンテナ１００と同様にデジタル・データ転送を行なうが、差動伝送を行なう点で相違する。

図１３の平面アンテナ５１０について説明する。図１３に示す平面アンテナ５１０では、電波吸収対層５１１と接する導体層５１９の一方の面のほぼ中央部分においてスロットで分離されたアンテナパターンが配置されている。しかし、導体層５１９の一方の面に、アンテナパターンの中央を挟むように設けられた２つの給電点５１６、５１７を結ぶ線を直交する線にほぼ沿って分割された２つのアンテナパターン５１３ａ及び５１３ｂを備えている。そして、各アンテナパターン５１３ａ、５１３ｂを分割した間隙の両端部分において、アンテナパターン５１３ａ、５１３ｂ間は終端抵抗５１８ａ、５１８ｂで接続されている。さらに、アンテナパターン５１３ａ及び５１３ｂを除いた導体層５１９上に、電波吸収体層５１１を設けている。

なお、各アンテナパターン５１３ａ、５１３ｂの終端方法は図１３に限定されるものではない。例えば、各アンテナパターン５１３ａ及び５１３ｂと導体層５１９との間、若しくは電源端子との間に、４つの終端抵抗を配置するという変形例も考えられる。

また、平面アンテナ５１０の他方の面には、通信ＩＣ５１５を始めとする回路コンポーネントが実装されている。通信ＩＣ５１５からは、デジタル・ベースバンド信号がＬＶＤＳやＣＭＬなどの差動電気信号として２つに分岐された差動伝送線路５１４ａ、５１４ｂに出力される。各差動伝送線路５１４ａ、５１４ｂは、マイクロストリップ伝送線路からなるが、スルーホールを介してそれぞれ給電点５１６、５１７において各アンテナパターン５１３ａ、５１３ｂに接続されている。

通信ＩＣ５１５から出力された電気信号は、インピーダンス整合された、マイクロストリップ伝送線路５１４ａ及び５１４ｂ、スルーホール、及びアンテナパターン５１３ａ及び５１３ｂを通る。この経路を通ったあとに、そのほとんどが、終端抵抗において熱変換されるので、反射の少ない良好な伝送特性を得ることができる。

図１４の平面アンテナ５２０について説明する。図１４に示す平面アンテナ５２０では、電波吸収対層５２１と接する導体層５２９の一方の面のほぼ中央部分において、接地導体層の間に形成された環状スロット５２２からなるアンテナパターン５２３を備えている。そして、アンテナパターン５２３には、その中央を挟むように２つの給電点５２６、５２７が配設され、それぞれスルーホールを介して他方の面のマイクロストリップ伝送線路５２４ａ、５２４ｂに接続されている。２本のマイクロストリップ伝送線路５２４ａ、５２４ｂはアンテナの近くで交わり、差動伝送線路５２４として通信ＩＣ５２５に接続されている。２本のマイクロストリップ伝送線路５２４ａ、５２４ｂはアンテナの近くで交わり、差動伝送線路５２４として通信ＩＣ５２５に接続されている。さらに、アンテナパターン５２３を除いた導体層５２９上に、電波吸収体層５２１を設けている。

図１５の平面アンテナ５３０について説明する。平面アンテナ５３０は、下層を導体層５３９に、上層を電波吸収体層５３１とした二層基板で形成されている。電波吸収体層５３１と接する導体層５３９の一方の面上には、中央に直角扇形のアンテナパターン５３３ａ〜５３３ｄが円陣状に近接配設している。そして、それぞれのアンテナパターン５３３ａ〜５３３ｄの外縁部の給電点５３６ａ〜５３６ｄは、スルーホールを介して、導体層５３９の他方の面にある給電線５３４ａ〜５３４ｄと接続している。そして、給電線５３４ａ〜５３４ｄのそれぞれは、導体層５３９の近傍の端まで配設してある。なお、この給電線は、例えば、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路や内層コプレーナ線路等、その他の給電線路でもあっても良いとする。

そして、スロットを有したアンテナパターン５３３ａ〜５３３ｄを除いた導体層５３９上に、電波吸収体層５３１を設けている。

図１２−１５が示すような平面アンテナの外形形状であっても、アンテナパターンの周囲を所定の距離ｃを持つ電波吸収体で形成させることで、同様にマルチパスの軽減の効果を得られる。

１…アンテナパターン、２…基板、３ａ，３ｂ…基板、４ａ〜４ｋ,４ｍ…アンテナパターン、５…給電線、１０…平面アンテナ、１１ａ〜１１ｋ,１１ｍ…平面アンテナ、４０ａ，４０ｂ…基板、４１ａ〜４１ｈ…金属層、１００…平面アンテナ、１０１…電波吸収体層、１０２…環状スロット、１０３…アンテナパターン、１０４…給電線、１０５…通信ＩＣ、１０６…給電点、１０７…給電点、１０８…終端抵抗、１０９…導体層、１１０ａ，１１０ｂ…平面アンテナ、１１１ａ，１１１ｂ…電波吸収体層、１１２ａ，１１２ｂ…環状スロット、１１３ａ，１１３ｂ…アンテナパターン、１１９ａ，１１９ｂ…導体層、１２０…送信部、１２１…送信アンテナ、１２２…アンプ、１２３…エンコーダ、１２４…送信データ部、１３０…受信部、１３１…受信アンテナ、１３２…コンパレータ、１３３…デコーダ、１３４…受信データ部、１４０ａ，１４０ｂ…基板、１４１ａ,１４１ｂ〜電波吸収体層、１４２ａ〜１４２ｊ…環状スロット、１４３ａ〜１４３ｊ…アンテナパターン、１４９ａ,１４９ｂ〜導体層、２１０…親モジュール、２１１…平面アンテナ、２２０…子モジュール、２２１…平面アンテナ、２３０…子モジュール、２３１…アンテナ設置面、２４０…子モジュール、２４１…アンテナ設置面、３１０…親モジュール、３１１…平面アンテナ、３２０…子モジュール、３２１,３２２…平面アンテナ、３３０…子モジュール、３３１…平面アンテナ、４１０…基板、４１２ａ〜４１２ｊ…環状スロット、４１３ａ〜４１３ｊ…アンテナパターン、５００…平面アンテナ、５０１…電波吸収体層、５１０…平面アンテナ、５１１…電波吸収体層、５１３ａ，５１３ｂ…アンテナパターン、５１４ａ，５１４ｂ…差動伝送線路、５１５…通信ＩＣ、５１６，５１７…給電点、５１８ａ，５１８ｂ…終端抵抗、５１９…導体層、５２０…平面アンテナ、５２１…電波吸収体層、５２２…環状スロット、５２３…アンテナパターン、５２４…差動伝送線路、５２４ａ，５２４ｂ…マイクロストリップ伝送線路、５２５…通信ＩＣ、５２６，５２７…給電点、５２９…導体層、５３０…平面アンテナ、５３１…電波吸収体層、５３３ａ〜５３３ｄ…アンテナパターン、５３４ａ〜５３４ｄ…給電線、５３６ａ〜５３６ｄ…給電点、５３９…導体層

Claims (11)

1. 基板と、前記基板の一方の面の中央に設置されるアンテナパターンと、前記アンテナパターンの周縁との間に間隙をあけて形成される電波吸収体層とから構成される平面アンテナを備え、
   前記平面アンテナの前記間隙の外周端から前記電波吸収体層の外周端までの距離は、前記平面アンテナで送信又は受信に用いる通信波長をλとした場合にλ／４以上である
   通信装置。
2. 前記放射導体の形状が、円形、若しくは正多角形である
   請求項１記載の通信装置。
3. 前記放射導体の中央を挟むように２つの給電点が配設される
   請求項１記載の通信装置。
4. 前記放射導体は、前記の各給電点においてスルーホールを介して前記平面アンテナの他方の面に通じ、前記他方の面上に実装された通信回路に繋がる給電線に接続されている
   請求項１記載の通信装置。
5. 前記放射導体を送信アンテナとして用いられ、
   前記通信回路は、前記給電点の一方に対して、送信信号としてパルス信号を直接に給電する
   請求項１記載の通信装置。
6. 前記放射導体の他方の面である側に、絶縁層と誘電体層とＧＮＤ層を構成する金属層とが積層してある
   請求項１記載の通信装置。
7. 前記放射導体を送信アンテナとして用いられ、
   前記放射導体は、前記２つの給電点を結ぶ線を直交する線にほぼ沿って２つに分割され、且つ、分割した間隙の両端部分の２箇所において各放射導体は終端され、差動伝送信号が前記２つの給電点にそれぞれ供給される
   請求項３記載の通信装置。
8. 前記放射導体を受信アンテナとして用いられ、
   前記放射導体に配設された前記２つの給電点から差動信号が取り出される
   請求項３記載の通信装置。
9. 前記放射導体を送受信アンテナとして用いられ、
   前記放射導体は、４つに分割して同型状の放射導体にし、且つ、前記同形状の放射導体のそれぞれに給電線が接続され、伝達信号が前記４つの給電線を介して前記４つの同型状の放射導体に供給される
   請求項１記載の通信装置。
10. 第１の平面アンテナと前記第１の平面アンテナに対向する第２の平面アンテナを備え、
    前記第１の平面アンテナ及び前記第２の平面アンテナは、基板と、前記基板の一方の面の中央に設置されたアンテナパターンとを有し、
    前記第１の平面アンテナ及び前記第２の平面アンテナの少なくともいずれか一方に、アンテナパターンの周縁の間に間隙をあけて形成される電波吸収体層とを備え、
    前記間隙の外周端から前記電波吸収体層の外周端までの距離が、前記平面アンテナで送信又は受信に用いる通信波長をλとした場合にλ／４以上である
    通信装置。
11. 基板と、前記基板の一方の面の中央に設置されるアンテナパターンと、前記アンテナパターンの周縁との間に間隙をあけて形成される電波吸収体層とから構成される平面アンテナを備え、
    前記間隙の外周端から前記電波吸収体層の外周端までの距離は前記平面アンテナで送信又は受信に用いる通信波長をλとした場合にλ／４以上とした前記平面アンテナで、パルス信号を直接に給電する通信方法。

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