JP2015091075A - 無線通信装置及びその測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナに接続されたインピーダンス整合回路と無線通信回路との間を電気的に切り離す回路を最小面積で構成できる無線通信装置及びその測定装置を提供する。
【解決手段】無線通信装置１において無線通信回路２４の入出力端２４ａとインピーダンス整合回路２２との間にリアクタンス素子２３を直列接続して設ける。さらに測定装置３において、測定用リアクタンス素子３２を設け、電力測定時にはリアクタンス素子２３と測定用リアクタンス素子３２を並列接続して、無線通信回路２４から出力される周波数の信号を遮断する帯域阻止フィルタ回路４を形成するように各素子の種類及び定数を設定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、無線通信回路に接続されたアンテナが実装されている無線通信装置及びその無線通信回路の出力電力を測定する測定装置に関する。特に、無線通信回路からアンテナを電気的に切り離して電力測定を行える無線通信装置及びその測定装置に関する。

携帯電話などに使用される無線通信装置は、小型化を達成するためにアンテナを回路基板上に組み込むことが一般的である。このような無線通信装置は、すべての回路を実装した後に、特性評価をする必要があり、特に出力電力の測定においてはアンテナから放射されるアンテナ放射電力ではなく無線通信回路の出力電力を測定する規定がある。

アンテナと無線通信回路とを切り離す機構を設けない場合、無線通信回路の出力端にアンテナが接続されたままとなるので、アンテナやインピーダンス整合回路のばらつきあるいは検査環境たとえば検査ジグの構造の違いによる影響を受ける。そのため、検査測定値が不正確となり歩留まりが悪化し、ひいてはコストが上昇する結果となる。

このため、アンテナやインピーダンス整合回路を切り離して特性評価をすることが必要になる。

アンテナ及びインピーダンス整合回路を無線通信回路から切り離すことができる無線通信装置として、無線通信回路とアンテナ及びインピーダンス整合回路とを機械的に切断する切り替えスイッチを設けた無線通信装置が特開２００２−３５３８４１号公報（特許文献１）に提案されている。しかし、このように切り替えスイッチを設けることは、ミリメートル単位で小型化を要求される昨今では採用することはできない。

さらに、特許文献１に開示されるように、無線通信装置における無線通信回路の出力電力を検査するために、コネクタを用いてアンテナを切り離す機構を設けるとコストが高くなる。

一方、アンテナ及びインピーダンス整合回路を無線通信回路から機械的な切り離しをしないで、高周波的に切り離しを行う疑似的回路の提案がある。例えば、特許第４２３９３９１号公報（特許文献２）に開示されている無線通信装置がある。この発明は、無線通信回路の入出力端とアンテナの間に、所定の特性インピーダンスを有する１／４波長の伝送線路を設け、特性評価時に無線通信回路の入出力端における位相に対して９０°遅れた点となる前記伝送線路のアンテナ側をグランドと接続し、アンテナの高周波的な切り離しを実現している。

しかし、１／４波長の伝送線路を配置するためのスペースが大きくなるという問題がある。

この問題を解決する方法として、パイ型ローパスフィルタ回路を設け、このローパスフィルタと無線通信回路側との接続点における位相に対して９０°遅れるようにして、高周波的に切り離しを行って特性評価をする無線通信装置が、特開２０１３−１３１７９７号公報（特許文献３）で提案されている。

特開２００２−３５３８４１号公報 特許第４２３９３９１号公報 特開２０１３−１３１７９７号公報

しかしながら、特許文献３に開示された無線通信装置においても、パイ型ローパスフィルタ回路に加えて、アンテナと無線通信回路との間のインピーダンス整合を取るためのインピーダンス整合回路が別途必要であることは周知のことである。通常の回路構成に加えて上記切り離し用のパイ型ローパスフィルタ回路を構成する少なくとも３つのリアクタンス素子を配置するためのスペースが必要になるため、この分の配置スペースが増大する。

本発明の目的は上記の問題点に鑑み、アンテナに接続されたインピーダンス整合回路と無線通信回路との間を電気的に切り離す回路を最小面積で構成できる無線通信装置及びその測定装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために、回路基板と、前記回路基板に設けられたアンテナ素子と、前記アンテナ素子を通じて送受信する信号を処理するように配線されて前記回路基板に設けられた無線通信回路と、前記アンテナ素子と前記無線通信回路の入出力端との間に配線されるように前記回路基板に設けられたインピーダンス整合回路と、を備えた無線通信装置において、前記インピーダンス整合回路と前記無線通信回路の入出力端との間のラインに介在して直列接続されるように前記回路基板に設けられ、帯域阻止フィルタの一方の素子を構成するリアクタンス素子と、を設けた無線通信装置を提案する。

このような無線通信装置によれば、前記リアクタンス素子に対して外部から前記無線通信回路の通信周波数を遮断する帯域阻止フィルタを構成するように前記接続用端子電極に測定用リアクタンス素子を並列接続することにより、アンテナに接続されたインピーダンス整合回路と無線通信回路との間を電気的に切り離すことができる。この状態で、前記測定用端子電極において無線通信回路の入出力端における電力測定を行うことが可能になる。

したがって、本発明の無線通信装置によれば、前記リアクタンス素子を搭載するのみであり、これに要する面積は極微少であり、配置スペースの増大を従来に比較し軽減することができる。また、アンテナ特性のばらつきや周囲環境のばらつきの影響を受けずに精度の高い出力電力測定が可能になり、歩留まりが改善されるとともにコストが低減される。さらに、回路基板における変更は、１つのリアクタンス素子を追加して設けるだけでよいので、コスト増は歩留まり改善によるコスト低減効果に比べて小さい。

また、本発明は上記の目的を達成するために、回路基板と、前記回路基板に設けられたアンテナ素子と、前記アンテナ素子を通じて送受信する信号を処理するように配線されて前記回路基板に設けられた無線通信回路と、前記アンテナ素子と前記無線通信回路との間に配線されるように前記回路基板に設けられたインピーダンス整合回路と、前記インピーダンス整合回路と前記無線通信回路の入出力端との間のラインに介在して直列接続されるように前記回路基板に設けられ、帯域阻止フィルタの一方の素子を構成するリアクタンス素子と、を備えた無線通信装置の前記無線通信回路の入出力端における出力電力を電力測定回路によって測定する測定装置であって、前記無線通信装置のリアクタンス素子の両端に対して並列接続されたとき前記無線通信装置のリアクタンス素子と共に前記無線通信回路から出力される周波数の信号を遮断する前記帯域阻止フィルタの他方の素子を構成する測定用リアクタンス素子を備えている測定装置を提案する。

このような測定装置によれば、無線装置のリアクタンス素子に対して測定装置の測定用リアクタンス素子が並列接続されることになり、無線通信回路から出力される周波数の信号を遮断する帯域阻止フィルタが構成される。これにより、無線通信装置においては、アンテナに接続されたインピーダンス整合回路と無線通信回路との間が電気的に切り離されて、電力測定回路によって無線通信回路の入出力端における電力測定が行われる。

したがって、測定装置においては、１つの測定用リアクタンス素子を追加して設けるだけでよいので、測定装置のコスト増大を軽減することができる。

本発明の無線通信装置によれば、前記リアクタンス素子に対して外部から帯域阻止フィルタを構成するように前記接続用端子電極に測定用リアクタンス素子を並列接続することにより、アンテナに接続されたインピーダンス整合回路と無線通信回路との間が電気的に切り離される。この状態で、前記測定用端子電極において無線通信回路の入出力端における電力測定を行うことが可能になる。

また、本発明の測定装置によれば、アンテナに接続されたインピーダンス整合回路と無線通信回路との間に帯域阻止フィルタを構成して電気的に切り離され、電力測定回路によって無線通信回路の入出力端における電力測定を行うことができる。

したがって、本発明の測定装置では、１つの測定用リアクタンス素子を追加して設けるだけでよいので、測定装置のコスト増大を軽減することができる。

本発明の一実施形態における無線通信装置を示す外観斜視図 図１におけるＡ−Ａ線矢視方向の要部断面図 本発明の一実施形態における無線通信装置を示す回路図 本発明の一実施形態における測定装置を示す回路図 本発明の一実施形態における電力測定時の無線通信装置と測定装置の接続関係を示す断面図 本発明の一実施形態における電力測定時の無線通信装置と測定装置の接続関係を示す回路図 本発明の他の実施形態における無線通信装置と測定装置を示す回路図 本発明の他の実施形態における測定素子定数を変化させたときの通過損失特性を示す図 本発明に他の実施形態において測定用リアクタンス素子を接続せずに電力測定を行う場合の回路図 本発明に他の実施形態において測定用リアクタンス素子を接続せずに測定素子定数を変化させたときの通過損失特性を示す図

本発明は、スマートフォンなどの携帯電話の中枢を担うアンテナと一体化した無線通信回路を含む回路基板を組みあげた後に、アンテナに接続されたインピーダンス整合回路と無線通信回路を切り離して無線通信回路の入出力端における出力電力の測定が必要になる。このような背景において、無線通信装置のコストを引き下げることが可能になり、量産体制の一役を担う発明となる。

具体的には、本発明は、アンテナと無線通信回路側の整合を取るためのインピーダンス整合回路と無線通信回路との間に新たに１つのインダクタンス素子もしくはキャパシタンス素子を直列に設けた無線通信装置とその測定装置に関するものである。無線通信装置の入出力端子は通常インピーダンス値が５０オームに設定される。それに対し、アンテナ素子の入力インピーダンスは、アンテナ形式や寸法、形状あるいは設置環境により変動し、５０オームに整合しないため、インピーダンス整合回路を用いてアンテナ素子と無線通信装置のインピーダンスを整合させるのが通例である。ここで、インピーダンス整合回路と無線通信回路との間に設けるインダクタンス素子もしくはキャパシタンス素子は、測定装置の測定用リアクタンス素子すなわちキャパシタンス素子もしくはインダクタンス素子と並列接続されて帯域阻止フィルタを構成する。この構成において、無線通信回路から出力される周波数の信号を遮断するようにそれぞれの素子定数が設定されている。これにより、無線通信装置の回路基板には、帯域阻止フィルタの一方を構成するリアクタンス素子を設けるだけでよく、微小面積で必要な回路基板とすることができ、小型化かつコストも引き下げられる。

以下、本発明の一実施形態について図１ないし図１０を参照してその詳細を説明する。

図１および図２に示すように、無線通信装置１は回路基板１０を有し、回路基板１０の一方の面にはアンテナ素子２１が搭載されている。さらに、回路基板１０の一方の面にはインピーダンス整合回路２２、リアクタンス素子２３、無線通信回路２４が設けられている。また、回路基板１０の一方の面の前記回路及び素子以外の部分にはグランド電極１１が設けられている。

図３に示すように、インピーダンス整合回路２２は３つのリアクタンス素子２２ａ〜２２ｃがπ型に接続されて形成されており、リアクタンス素子２２ａの一端は伝送線路１２を介してアンテナ素子２１の給電点に接続され、他端は伝送線路１３を介してリアクタンス素子２３の一端に接続されている。また、リアクタンス素子２２ｂの一端はリアクタンス素子２２ａの一端に接続され、他端はグランド電極１１に接続されている。リアクタンス素子２２ｃの一端はリアクタンス素子２２ａの他端に接続され、他端はグランド電極１１に接続されている。

リアクタンス素子２３の他端は伝送線路１４を介して無線通信回路２４の入出力端２４ａに接続されている。

また、リアクタンス素子２３の一端はビア導体１５ａを介して回路基板１０の他の面に形成された接続用端子電極１６ａに接続され、リアクタンス素子２３の他端はビア導体１５ｂを介して回路基板１０の他の面に形成された接続用端子電極１６ｂに接続されている。さらに、無線通信回路２４の入出力端２４ａはビア導体１５ｃを介して回路基板１０の他の面に形成された測定用端子電極１７に接続されている。また、回路基板１０の端面にはグランド電極１１が形成されている。

なお、インピーダンス整合回路２２、リアクタンス素子２３、及び無線通信回路２４のそれぞれは回路基板１０の表面に実装されたＩＣやチップ部品で構成されていても良いし、或いは回路基板１０の内部に設けられた導電体やチップ部品などによって形成されていても良い。

さらには、図１及び図２に図示していないが、グランド電極１１および伝送線路１２，１３，１４の上面には、これらを保護するために絶縁塗料などで絶縁膜が構成されるのが一般的である。

図４および図５に示すように、測定装置３は筐体３１に設けられた測定用リアクタンス素子３２と電力測定回路３４とから構成されている。測定用リアクタンス素子３２の一端は開放端が筐体３１の上面から外部に突出した接続端子３３ａに接続され、測定用リアクタンス素子３２の他端は開放端が筐体３１の上面から外部に突出した接続端子３３ｂに接続されている。

また、電力測定回路３４の一方の測定端は開放端が筐体３１の上面から外部に突出した測定端子３５に接続され、電力測定回路３４の他方の測定端（グランド）は開放端が筐体３１の上面から外部に突出した接続端子３６に接続されている。

無線通信回路２４の電力測定時には、図５に示すように、測定装置３の上面と無線通信装置１の回路基板１０の他方の面を対向させる。その上で、接続用端子電極１６ａに接続端子３３ａを当接させ、接続用端子電極１６ｂに接続端子３３ｂを当接させ、測定用端子電極１７に測定端子３５を当接させ、グランド電極１１に接続端子３６を当接させる。これにより、図６に示すように、無線通信装置１と測定装置３が電気的に接続される。

また、上記構成において、図６に示すように、無線通信装置１のリアクタンス素子２３と測定装置３の測定用リアクタンス素子３２は、並列接続することによって無線通信装置２４から出力される周波数の信号を遮断する帯域阻止フィルタ回路４を構成するように設定されている。例えば、リアクタンス素子２３と測定用リアクタンス素子３２の一方がインダクタンス素子の場合、他方がキャパシタンス素子であるように素子の種類が設定さる。無線通信回路２４の出力周波数がｆであるとき、リアクタンス素子２３と測定用リアクタンス素子３２によって形成される帯域阻止フィルタ回路４の共振周波数がｆになるように、帯域阻止フィルタ回路４におけるインダクタンスをＬ（Ｈ）としキャパシタンスをＣ（Ｆ）としたとき、次の（１）式は実効的に、
ｆ＝１／｛２π（ＬＣ）^1/2｝ …(1)
を満たすようにインダクタンスＬとキャパシタンスＣが設定されている。

図６に示す回路構成は、リアクタンス素子２３をキャパシタンス素子とし、測定用リアクタンス素子３２をインダクタンス素子とした場合を表している。これに対して、図７に示す回路構成は、リアクタンス素子２３をインダクタンス素子とし、測定用リアクタンス素子３２をキャパシタンス素子とした場合を表している。どちらの場合にもリアクタンス素子２３と測定用リアクタンス素子３２を並列接続することによって、無線通信回路２４から出力される周波数の信号を遮断する帯域阻止フィルタ回路４が形成される。これにより、電力測定時には、帯域阻止フィルタ回路４によって無線通信回路２４の入出力端２４ａとインピーダンス整合回路２２との間は電気的に切り離される。したがって、アンテナ２１やインピーダンス整合回路２２或いはそれらの周囲環境の影響を受けることなく電力測定を行うことができる。

ここでは、無線通信回路２４および電力測定回路３４が、２．４〜２．５GHｚ帯を使用する場合を例に説明する。図８は図７の回路構成において電力測定時における無線通信回路２４の入出力端２４ａと電力測定回路３４の一方の測定端との間の通過損失特性を示す図である。図８において、特性曲線５１はインピーダンス整合回路２２のリアクタンス素子２２ａを１．２ｐＦのキャパシタとしリアクタンス素子２２ｃを３．０ｎＨのインダクタとしたときのものである。特性曲線５２はインピーダンス整合回路２２のリアクタンス素子２２ａを１．２ｐＦのキャパシタとしリアクタンス素子２２ｃを４．０ｎＨのインダクタとしたときのものである。特性曲線５３はインピーダンス整合回路２２のリアクタンス素子２２ａを３．０ｐＦのキャパシタとしリアクタンス素子２２ｃを４．０ｎＨのインダクタとしたときのものである。このように、電力測定時においてインピーダンス整合回路２２の影響をほとんど受けていない。

これとの比較のため、図９に示すように測定用リアクタンス素子３２を接続せずに電力測定回路３４のみを用いたときの無線通信回路２４の入出力端２４ａと電力測定回路３４の一方の測定端との間の通過損失特性を図１０に示す。図１０において、特性曲線６１はインピーダンス整合回路２２のリアクタンス素子２２ａを１．２ｐＦのキャパシタとしリアクタンス素子２２ｃを３．０ｎＨのインダクタとしたときのものである。特性曲線６２はインピーダンス整合回路２２のリアクタンス素子２２ａを１．２ｐＦのキャパシタとしリアクタンス素子２２ｃを４．０ｎＨのインダクタとしたときのものである。特性曲線６３はインピーダンス整合回路２２のリアクタンス素子２２ａを３．０ｐＦのキャパシタとしリアクタンス素子２２ｃを４．０ｎＨのインダクタとしたときのものである。このように、電力測定時においてインピーダンス整合回路２２の影響を大きく受けていることがわかる。

上記のように、電力測定時は無線通信装置１のリアクタンス素子２３と測定装置３の測定用リアクタンス素子３２を並列接続することにより帯域阻止フィルタ回路４が形成され、無線通信回路２４から見たアンテナのインピーダンス値を上昇させて検査対象周波数の信号を遮断する。電力測定終了後は、測定用リアクタンス素子３２は取り外され、リアクタンス素子２３とインピーダンス整合回路２２を併せてアンテナ２１のインピーダンスを無線通信回路２４の入出力端インピーダンスに整合させる。

したがって、本実施形態の無線通信装置１によれば、回路基板１０にリアクタンス素子２３を設けておくだけで、測定時には、無線通信装置１のリアクタンス素子２３と測定装置３の測定用リアクタンス素子３２とが並列接続されて帯域阻止フィルタ回路４が構成される。この構成により、インピーダンス整合回路２２と無線通信回路２４との間を電気的に切り離すことができる。また、無線通信装置１において、１つのリアクタンス素子２３を追加して設けるだけでよく、その搭載に要する面積は極微少であり、配置スペースの増大を従来よりも軽減することができるとともに、コストの増大を引き起こすこともない。さらに、測定装置３においても１つの測定用リアクタンス素子３２を追加して設けるだけでよいので、測定装置３のコスト増大を軽減することができる。

なお、上記実施形態ではチップアンテナを用いた例で説明しているが、パターンアンテナ等他のアンテナでも良く、アンテナの形式の相違は本件に影響しない。

さらに、リアクタンス素子２３、リアクタンス素子３２はチップ部品に限らず、基板上の銅箔パターンにより形成された素子等、所定のリアクタンスが得られる素子であれば良く、その形態は問わない。

また、上記実施形態では無線通信回路の周波数を２．４〜２．５ＧＨｚ帯として説明したが、これに制限されるものではなく、任意の周波数帯への応用が可能である。

上記図４〜図７において、回路基板１０の下面に測定装置３を置いて電力測定をおこなう説明をしたが、このような測定装置および方法以外でもよい。例えば、図５において測定装置３を、回路基板１０の上面に相当する位置に配置しても測定が可能である。要するに、回路基板１０の上面を測定装置３側に向け、リアクタンス素子２３の両端に接続端子３３ａ、３３ｂが接続できるようにすればよい。同様に、電力測定回路３４の測定端子３５、接続端子３６が、回路基板１０の上面に相当する位置の伝送線路１４とグランド電極１１とのそれぞれに接続できるようにすればよい。したがって、接続用端子電極１６ａ，１６ｂあるいは測定用端子電極１７などが、あるにこしたことはないが、特別に存在しなければならないということではない。前述の接続箇所に絶縁層が設けられる場合、該当箇所には絶縁層を設けないようにしておけば、電力測定は可能になる。

また、図６において、インピーダンス整合回路２２をπ型インピーダンス整合回路として説明したが、リアクタンス素子２３を含め、アンテナ素子２１の入力インピーダンスを無線通信回路２４の入出力端子のインピーダンス（通常５０オーム）に整合できるような回路であれば、Ｌ型やＴ型等他の形式の回路でも可能である。

本発明は、無線通信回路に接続されたアンテナが実装されている無線通信装置及びその無線通信回路の出力電力を測定する測定装置に関するものであり、特に、無線通信回路からアンテナを電気的に切り離して電力測定を行える無線通信装置及びその測定装置に関する。

１…無線通信装置、１０…回路基板、１１…グランド電極、１２，１３，１４…伝送線路、１５ａ〜１５ｃ…ビア導体、１６ａ，１６ｂ…接続用端子電極、１７…測定用端子電極、２１…アンテナ素子、２２…インピーダンス整合回路、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…リアクタンス素子、２３…リアクタンス素子、２４…無線通信回路、２４ａ…入出力端、３…測定装置、３１…筐体、３２…測定用リアクタンス素子、３３ａ，３３ｂ…接続端子、３４…電力測定回路、３５…測定端子、３６…接続端子、４…帯域阻止フィルタ回路。

Claims (6)

1. 回路基板と、
   前記回路基板に設けられたアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子を通じて送受信する信号を処理するように配線されて前記回路基板に設けられた無線通信回路と、
   前記アンテナ素子と前記無線通信回路の入出力端との間に配線されるように前記回路基板に設けられたインピーダンス整合回路と、
   を備えた無線通信装置において、
   前記インピーダンス整合回路と前記無線通信回路の入出力端との間のラインに介在して直列接続されるように前記回路基板に設けられ、帯域阻止フィルタの一方の素子を構成するリアクタンス素子を設けた
   無線通信装置。
2. 前記リアクタンス素子がインダクタンス素子である請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記リアクタンス素子がキャパシタンス素子である請求項１に記載の無線通信装置。
4. 回路基板と、
   前記回路基板に設けられたアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子を通じて送受信する信号を処理するように配線され、前記回路基板に設けられた無線通信回路と、
   前記アンテナ素子と前記無線通信回路との間に配線されるように前記回路基板に設けられたインピーダンス整合回路と、
   前記インピーダンス整合回路と前記無線通信回路の入出力端との間のラインに介在して直列接続されるように前記回路基板に設けられ、帯域阻止フィルタの一方の素子を構成するリアクタンス素子と、
   を備えた無線通信装置の前記無線通信回路の入出力端における出力電力を電力測定回路によって測定する測定装置であって、
   前記無線通信装置のリアクタンス素子の両端に対して並列接続されたとき前記無線通信装置のリアクタンス素子と共に前記無線通信回路から出力される周波数の信号を遮断する前記帯域阻止フィルタの他方の素子を構成する測定用リアクタンス素子を備えている
   測定装置。
5. 前記無線通信装置のリアクタンス素子がインダクタンス素子であり、前記測定用リアクタンス素子がキャパシタンス素子である請求項４に記載の測定装置。
6. 前記無線通信装置のリアクタンス素子がキャパシタンス素子であり、前記測定用リアクタンス素子がインダクタンス素子である請求項４に記載の測定装置。

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