JP2011066829A

JP2011066829A - 通信モジュール、通信装置

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Publication number: JP2011066829A
Application number: JP2009217654A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Matsuoka; 保治松岡
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-31
Also published as: US20110068994A1

Abstract

【課題】複数のアンテナ素子間のアイソレーションの劣化を抑制、および送受信特性の劣化を抑制する通信モジュール、通信装置を実現する。
【解決手段】無線信号を送受信する第１のアンテナ素子１２及び第２のアンテナ素子１３と、第１のアンテナ素子１２と第２のアンテナ素子１３との間に配置され、互いの電気的干渉を抑制する接地電位のグランド部１４とを備えている。これにより、第１のアンテナ素子１２及び第２のアンテナ素子１３から漏洩する不要電波が接地され、アイソレーションの劣化を抑制することができる。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、通信モジュールに関する。また、本発明は、通信モジュールを備えた通信装置に関する。

近年、ノートパソコンなどの情報機器は、ＬＡＮ（Local Area Network）などのネットワーク網に無線で接続するシステムや、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのようにアクセスポイントと無線で接続するシステムなどの無線通信システムを備えたものが主流となりつつある。特に、複数種類の無線通信システムを備え、選択的に無線通信が可能な情報機器が登場している。情報機器に搭載される無線通信システムは、例えば無線ＬＡＮ、無線ＷＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどがある。これらの無線通信システムを１台の情報機器に搭載する場合は、電波の送信周波数帯域及び受信周波数帯域を無線通信システムの種類毎に異ならせていることが多いが、同一の周波数帯域を採用している無線通信システムもある。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した無線ＬＡＮと、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈは、いずれも２．４ＧＨｚ帯を利用したシステムである。

情報機器に同一周波数帯域の電波を送受信する複数のアンテナ素子を配置する場合、アンテナ素子同士を近づけて配置するとアンテナ素子間のアイソレーションが劣化し、それぞれのアンテナ素子における送受信特性が劣化する。アイソレーションの劣化を抑えるためにアンテナ素子同士を離して配置すればよいが、それでは情報機器が大型化してしまう。情報機器を大型化せずに複数のアンテナ素子におけるアイソレーションを向上させるための手法として、アンテナ素子の近傍にグランドパターンを備える構成が提案されている。

特許文献１は、複数のアンテナ素子を面状に配列した基板及び当該複数のアンテナ素子を切り換えるハイブリッドパターンを配列した基板が、グランドレベルのパターンを配列した基板を介して積層されたダイバーシティアンテナを開示している。

特開２００４−３２８７１７号公報

しかしながら、特許文献１が開示しているグランドパターンは、ハイブリッドパターンを配した基板とアンテナ素子を配した基板との間に介在する基板に備わる。このようなグランドパターンでは、基板上に面状に配列した複数のアンテナ素子それぞれが備える送受信面の相互干渉を抑制する効果が少なく、アンテナ素子が備える送受信面間におけるアイソレーションの向上があまり期待できない。

本発明の目的は、複数のアンテナ素子間のアイソレーションの劣化を抑制、および送受信特性の劣化を抑制できる通信モジュール、通信装置を実現することである。

本発明の通信モジュール及び通信装置は、無線信号を送受信する送受信面を備える複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子間に配置され、前記複数のアンテナ素子それぞれに備える前記送受信面における互いの電気的干渉を抑制する接地電位の分離手段とを備えたものである。

本発明によれば、アンテナ配置の制約により、同一周波数のアンテナを近接設置する場合に、アンテナ間の距離を大きくせずに、アイソレーションを確保することが可能になり、設置スペースの小型化が可能となる。

実施の形態にかかる通信装置の一例であるノートパソコンの斜視図ノートパソコンにおける第１の筐体の平面図実施の形態にかかる通信モジュールの平面図図３ＡにおけるＺ−Ｚ部の断面図実施の形態にかかる通信モジュールを搭載した通信装置の要部平面図図４ＡにおけるＺ−Ｚ部の断面図通信モジュールの変形例を示す平面図図５ＡにおけるＺ−Ｚ部の断面図通信モジュールの変形例を示す平面図図６ＡにおけるＺ−Ｚ部の断面図

本実施の形態にかかる通信モジュールまたは通信装置は、無線信号を送受信する送受信面を面状に備える複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子の送受信面間に面状に配置され、前記複数のアンテナ素子における互いの電気的干渉を抑制する接地電位の分離手段とを備えたものである。

本実施の形態にかかる通信モジュールまたは通信装置において、前記複数のアンテナは、送受信する前記無線信号の周波数帯域が同一である構成とすることができる。このような構成とすることにより、アイソレーションが比較的大きく劣化する同一周波数帯域の電波を送受信可能なアンテナ素子において、アイソレーションの劣化を抑えることができる。

本実施の形態にかかる通信モジュールまたは通信装置において、前記アンテナ素子と前記分離手段とを備えた基板を、さらに備え、前記アンテナ素子と前記分離手段とは、前記基板における同一平面上に配されている構成とすることができる。このような構成とすることにより、複数のアンテナ素子間におけるアイソレーションの劣化を抑えることができる。また、基板の枚数を減らすことができるので、コストダウンを図ることができるとともに、通信装置に組み込む際の工数を減らすことができる。また、通信モジュール、通信装置を小型化することができる。

本実施の形態にかかる通信モジュールまたは通信装置において、前記アンテナ素子と前記分離手段とが実装された基板を、さらに備え、前記分離手段は、前記基板における前記アンテナ素子が実装された第１面、前記第１面の裏側である第２面、または前記第１面と前記第２面との間の領域のうち、少なくともいずれか一カ所に実装されている構成とすることができる。このような構成とすることにより、通信モジュールを大型化せずに、グランドパターンを増やすことができる。グランドパターンを増やすことができるので、アイソレーション劣化抑制の効果をさらに高めることができる。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態の通信装置の外観を示す斜視図である。図１は、通信装置の一例であるノートパソコンを示す。図２は、本実施の形態におけるノートパソコンの第１の筐体の平面図である。なお、本実施の形態では、通信装置の一例として無線通信システムを備えたノートパソコンを挙げたが、携帯電話端末、電子ゲーム機、医療機器などのように、少なくとも複数の無線通信システムを備えた装置であればよい。

図１に示すように、ノートパソコンは、第１の筐体１と第２の筐体２とを備えている。第１の筐体１は、各種電気素子が実装された回路基板やハードディスクドライブなどを内蔵している。第２の筐体２は、液晶ディスプレイ４を備えている。第１の筐体１と第２の筐体２とは、ヒンジ部３によって互いに回動自在に支持されている。ヒンジ部３は、第１の筐体１と第２の筐体２とを回動自在に支持する回動軸を備えている。第１の筐体１の上面１ａにはキーボード５とポインティングデバイス６とを備えている。キーボード５は、ユーザによる各種文字の入力操作を受け付ける。ポインティングデバイス６は、第１の筐体１内に固定され、操作面が第１の筐体１の表面に露出している。ポインティングデバイス６は、その操作面においてユーザによる接触操作を受け付け、液晶ディスプレイ２ａに表示されるカーソルを所望の位置へ移動する操作が可能なデバイスである。

図２に示すように、本実施の形態のノートパソコンは、無線通信を行うことが可能な通信モジュール１０を備えている。通信モジュール１０は、第１の筐体１に内蔵されている。通信モジュール１０は、第１の筐体１の厚さ方向に、ポインティングデバイス６に重なる位置に配されている。

なお、通信モジュール１０の図２に示す配置位置は一例であるが、ノートパソコンの大型化を抑制する観点、および送受信特性を確保する観点から、ポインティングデバイス６に重なる位置に配置することが好ましい。第１の筐体１内には、マザーボードなどの電気回路基板、ハードディスクドライブ、バッテリーなど比較的大きな部材が内蔵され、さらに近年のノートパソコンは小型化及び薄型化が進んでいるため、第１の筐体１内に通信モジュール１０を配置するスペースを確保することが難しくなってきている。さらには、通信モジュール１０における良好な送受信特性を確保するために、通信モジュール１０をできるだけ第１の筐体１の側面１ｂ、１ｃ、または１ｄに近い位置に配置することが好ましい。しかし、側面１ｃ及び１ｄには、ＰＣカードスロットや入出力端子が配置されていることが多いため，通信モジュール１０を配置するスペースを確保しにくい。そこで本実施の形態では、通信モジュール１０をポインティングデバイス６の下側の空間に配置することで、第１の筐体１を大型化せず、かつ側面１ｂに近い位置であるため送受信特性を確保している。

図３Ａは、通信モジュール１０の平面図である。図３Ｂは、図３ＡにおけるＺ−Ｚ部の断面図である。通信モジュール１０は、基板１１、第１のアンテナ素子１２、第２のアンテナ素子１３，グランド部１４を備えている。第１のアンテナ素子１２、第２のアンテナ素子１３、グランド部１４は、基板１１の表面１１ａに配されている。第１のアンテナ素子１２、第２のアンテナ素子１３、グランド部１４は、基板１１の表面１１ａに例えばパターニング法を用いて形成することができる。

第１のアンテナ素子１２と第２のアンテナ素子１３は、同一の周波数帯域の電波を送受信可能なアンテナ素子である。第１のアンテナ素子１２及び第２のアンテナ素子１３は、無線信号を送受信する送受信面を面状に備える。第１のアンテナ素子１２は、本実施の形態ではＩＥＥＥ８０２．１１規格（無線ＬＡＮ）に準拠した電波を送受信可能なアンテナ素子とした。第２のアンテナ素子１３は、本実施の形態ではＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格に準拠した電波を送受信可能なアンテナ素子とした。ＩＥＥＥ８０２．１１規格とＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格は、いずれも２．４ＧＨｚ帯を利用した通信規格である。第１のアンテナ素子１２及び第２のアンテナ素子１３は、いずれもアンテナ、受信回路、送信回路などを備えている。第１のアンテナ素子１２は、孔部内パターン１２ａ、孔部１２ｂを備えている。第２のアンテナ素子１３は、孔部内パターン１３ａ、孔部１３ｂを備えている。孔部内パターン１２ａは、第１のアンテナ素子１２を電気的に接地するためのパターンである。孔部内パターン１３ａは、第２のアンテナ素子１３を電気的に接地するためのパターンである。孔部１２ｂ及び１３ｂは、通信モジュール１０をノートパソコンに固定するためのネジ１５ａ及び１５ｂ（後述）が挿通される孔部であり、第１のアンテナ素子１２、第２のアンテナ素子１３、基板１１を貫通している。孔部内パターン１２ａ及び１３ａは、孔部１２ｂ及び１３ｂを介して、基板１１の裏面１１ｂに至るまで形成されている。

グランド部１４は、接地電位である。グランド部１４は、第１のアンテナ素子１２と第２のアンテナ素子１３との間に面状に配されている。グランド部１４は、孔部内パターン１４ａ、孔部１４ｂ、グランドパターン１４ｃを備えている。グランドパターン１４ｃは、基板１１の表面１１ａに配されている。グランドパターン１４ｃは、金属などの導体で形成され、銅などの導電性に優れた材料で形成することが好ましい。孔部１４ｂは、通信モジュール１０をノートパソコンに固定するためのネジ１５ｃ（後述）が挿通される孔部であり、グランドパターン１４ｃ、および基板１１を貫通している。孔部内パターン１４ａは、孔部１４ｂの内壁に配され、グランドパターン１４ｃに電気的に接続されている。

図４Ａは、通信モジュール１０を図１に示すノートパソコンに組み込んだ際の要部平面図である。図４Ａは、ノートパソコンにおけるポインティングデバイス６の近傍の第１の筐体１内の構造を示し、図示を明瞭にするためにポインティングデバイス６の図示は省略した。図４Ｂは、図４ＡにおけるＺ−Ｚ部の断面図である。図４Ｂでは、第１の筐体１、ポインティングデバイス６、通信モジュール１０の位置関係を明瞭にするために、第１の筐体１、ポインティングデバイス６、通信モジュール１０を図示した。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、通信モジュール１０は、ネジ１５ａ〜１５ｃにより、第１の筐体１内のフレーム１７に固定されている。フレーム１７は、金属鍍金層１６を備えている。これにより、通信モジュール１０をフレーム１７に固定している状態において、第１のアンテナ素子１２の孔部内パターン１２ａ、第２のアンテナ素子１３の孔部内パターン１３ａ、およびグランド部１４の孔部内パターン１４ａが金属鍍金層１６に接触している。これにより、第１のアンテナ素子１２、第２のアンテナ素子１３、およびグランド部１４を接地することができる。なお、本実施の形態では、フレーム１７を樹脂などの絶縁体で形成したので金属鍍金層１６を備えたが、フレーム１７を金属などの導体で形成すれば金属鍍金層１６は省略することができる。また、フレーム１７が導体で、ネジ１５ａ〜１５ｃが金属などの導体の場合には、孔部内パターン１２ａ、１３ａおよび１４ａは必ずしも必要ではない。

図４及び図４Ｂに示す通信モジュール１０において、まず無線ＬＡＮ規格に基づいた通信を行う場合は、第１のアンテナ素子１２を起動させる。第１のアンテナ素子１２は、外部から伝搬する電波を、内部のアンテナを介して受信回路で受信することができる。また、第１のアンテナ素子１２は、内部の送信回路で生成した送信信号を、アンテナを介して外部に伝搬させることができる。一方、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格に基づいた通信を行う場合は、第２のアンテナ素子１３を起動させる。第２のアンテナ素子１３は、外部から伝搬する電波を、内部のアンテナを介して受信回路で受信することができる。また、第２のアンテナ素子１３は、内部の送信回路で生成した送信信号を、アンテナを介して外部に伝搬させることができる。

このとき、第１のアンテナ素子１２と第２のアンテナ素子１３とが同一周波数帯域の電波を送受信可能な仕様となっているため、第１のアンテナ素子１２から第２のアンテナ素子１３へ電波が漏洩、または第２のアンテナ素子１３から第１のアンテナ素子１２に電波が漏洩することがある。本実施の形態では、第１のアンテナ素子１２と第２のアンテナ素子１３との間にグランド部１４を備えたことにより、第１のアンテナ素子１２または第２のアンテナ素子１３のうちいずれか一方から他方へ漏洩する不要電波を、グランド部１４及び金属鍍金層１６を介して逃がすことができる。よって、第１のアンテナ素子１２及び第２のアンテナ素子１３との間におけるアイソレーションの劣化を抑えることができる。

本実施の形態によれば、通信モジュール１０において第１のアンテナ素子１２と第２のアンテナ素子１３との間にグランド部１４を備えたことにより、第１のアンテナ素子１２と第２のアンテナ素子１３との間におけるアイソレーションの劣化を抑えることができる。したがって、通信モジュール１０における送受信特性の劣化を抑えることができる。

また、グランド部１４を、同一周波数帯域の電波を送受信する複数のアンテナ素子の間に配置することにより、アイソレーション向上の効果をさらに大きくすることができる。すなわち、互いに同一周波数帯域の電波を利用する複数のアンテナ素子を近接配置した場合、複数のアンテナ間のアイソレーションが劣化しやすくなるが、本実施の形態のように、第１のアンテナ素子１２と第２のアンテナ素子１３との間にグランド部１４を備えることで、アイソレーションの劣化を抑えることができる。

また、第１のアンテナ素子１２、第２のアンテナ素子１３、グランド部１４を同一基板１１に集約して配置したことにより、基板内の配線を共有できるため、通信モジュールを小型化することができる。また、そのような通信モジュールを通信装置に備えることで、通信装置を小型化することができる。また、第１のアンテナ素子１２、第２のアンテナ素子１３、グランド部１４が各々独立した基板に実装されている場合は、それぞれの基板を通信装置に固定するための工数が必要となるが、１枚の基板に集約することで通信装置に固定するための工数を削減することができる。

なお、本実施の形態のグランド部１４は、図３Ｂに示すように、基板１１の表面１１ａにグランドパターン１４ｃを備えたが、基板１１の裏面１１ｂにさらにグランドパターンも備えてもよい。また、基板１１の内部にグランドパターンを備えてもよい。図５Ａは、本実施の形態の通信モジュールの変形例を示す平面図である。図５Ｂは、図５ＡにおけるＺ−Ｚ部の断面図である。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、グランド部２４は、基板１１の表面１１ａに配された第１のパターン２４ａ、基板１１の内部に配された第２のパターン２４ｂ、基板１１の裏面１１ｂに配された第３のパターン２４ｃを備えている。第１のパターン２４ａ、第２のパターン２４ｂ、第３のパターン２４ｃは、基板１１の厚さ方向に重なるように配されている。このような構成とすることにより、第１のアンテナ素子１２と第２のアンテナ素子１３との間のアイソレーションの劣化をさらに抑えることができる。また、基板１１の内部にさらにグランドパターン（第２のパターン２４ｂ）を備えることにより、基板１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂにグランドパターンを配置するためのスペースを必要としないため、通信モジュール１０を大型化せずに、アイソレーション劣化抑制の効果を大きくすることができる。なお、基板１１内に配するグランドパターンは、図５Ｂに示すように１層に限らず、複数層のパターンを備えてもよい。

また、グランド部１４の第１のパターン１４ａの上部に、他のモジュールを配置することができる。図６Ａは、本実施の形態のノートパソコンの変形例におけるポインティングデバイス６近傍の要部平面図である。図６Ｂは、図６ＡにおけるＺ−Ｚ部の断面図である。図６Ａに示すように、本変形例のノートパソコンは、ポインティングデバイス６の近傍に指紋センサー７を備えている。指紋センサー７は、ユーザによって手の指の接触操作を受け付ける。ノートパソコンは、指紋センサー７で読み取ったユーザの指紋と、予め登録されている指紋とを照合し、両者が一致していればノートパソコンの操作を許可し、両者が不一致であればノートパソコンの操作を許可しないよう制御する。指紋センサー７は、図６Ｂに示すように、グランド部１４の上部に接合されている。このとき、指紋センサー７におけるグランド端子（不図示）とグランド部１４とを電気的に接続する構成とすることにより、指紋センサー７のグランド端子（不図示）をノートパソコン内のグランドパターンに接続するための配線等が不要となるため、コストダウン、省スペース化が可能となる。

なお、図６Ａ及び図６Ｂに示す構成では、グランド部１４の上部に指紋センサー７を備えたが、他の素子を備えてもよい。勿論、グランド部１４の上部に配置する素子は、第１のアンテナ素子１２及び第２のアンテナ素子１３間のアイソレーションに悪影響を与えない素子であることが好ましい。

また、第１のアンテナ素子１２、第２のアンテナ素子１３において対応している通信規格は一例である。少なくとも、同じ周波数帯域を利用した通信規格に対応していればよい。

また、本実施の形態の通信モジュールは、２つのアンテナ素子を備えているが、３つ以上のアンテナ素子を備えた構成としてもよい。その場合は、各アンテナ素子間にグランドパターンを配置することで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態の通信モジュールは、単体で通常使用が可能な機器（ノートパソコンやゲーム機など）に限らず、例えば周辺機器にも適用が可能である。例えば、ノートパソコンに外部接続可能なネットワークデバイスにも適用可能である。ネットワークデバイスは、例えば、ＰＣＭＣＩＡ（Personal Computer Memory Card International Association）規格に準拠した形状のコネクタを備えたネットワークカードや、ノートパソコンに搭載されたＵＳＢ（Universal Serial Bus）端子などの外部接続端子に接続可能なネットワークデバイスで実現することができる。上記周辺機器は、本発明の通信装置の範囲に含むものとする。

また、本実施の形態における第１のアンテナ素子１２、第２のアンテナ素子１３は、本発明のアンテナ素子の一例である。本実施の形態におけるグランド部１４、２４は、本発明の分離手段の一例である。

本発明は、通信モジュール、通信装置に有用である。

１２第１のアンテナ素子
１３第２のアンテナ素子
１４、２４グランド部

Claims

無線信号を送受信する送受信面を備える複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子間に配置され、前記複数のアンテナ素子それぞれに備える前記送受信面における互いの電気的干渉を抑制する接地電位の分離手段とを備えた，通信モジュール。
前記複数のアンテナ素子は、送受信する前記無線信号の周波数帯域が同一である、請求項１記載の通信モジュール。
前記アンテナ素子と前記分離手段とが実装された基板を、さらに備え、
前記アンテナ素子と前記分離手段とは、前記基板における同一平面上に実装されている、請求項１または２記載の通信モジュール。
前記アンテナ素子と前記分離手段とが実装された基板を、さらに備え、
前記分離手段は、前記基板における前記アンテナ素子が実装された第１面、前記第１面の裏側である第２面、または前記第１面と前記第２面との間の領域のうち、少なくともいずれか一カ所に実装されている、請求項１または２記載の通信モジュール。
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の通信モジュールを備えた、通信装置。