JP2015195426A - 電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】相手のデバイスと結合し易くすることができるアンテナを実現する。
【解決手段】実施形態によれば、電子機器は、筐体と、アンテナと、通信モジュールとを具備する。前記筐体は、外部デバイスが載置可能な第1領域を含む面を備える。前記アンテナは、前記第1領域に配置される。前記アンテナは、第1アンテナ部分と第2アンテナ部分とを少なくとも含む。前記第1アンテナ部分は、前記第1領域の第1辺に沿った前記第1領域内の第1外縁領域に配置される。前記第2アンテナ部分は、前記第1辺に対向する前記第1領域の第2辺に沿った前記第1領域内の第2外縁領域に配置される。前記通信モジュールは、前記アンテナを使用して近接無線通信を実行する。
【選択図】図1
【解決手段】実施形態によれば、電子機器は、筐体と、アンテナと、通信モジュールとを具備する。前記筐体は、外部デバイスが載置可能な第1領域を含む面を備える。前記アンテナは、前記第1領域に配置される。前記アンテナは、第1アンテナ部分と第2アンテナ部分とを少なくとも含む。前記第1アンテナ部分は、前記第1領域の第1辺に沿った前記第1領域内の第1外縁領域に配置される。前記第2アンテナ部分は、前記第1辺に対向する前記第1領域の第2辺に沿った前記第1領域内の第2外縁領域に配置される。前記通信モジュールは、前記アンテナを使用して近接無線通信を実行する。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、近接無線技術に関する。
近年、高速無線データ転送が可能な近接無線技術の開発が進められている。この近接無線技術は、互いに近接された2つのデバイス間の高速無線データ転送を可能にする。近接無線通信機能を有するデバイスそれぞれはアンテナ(カプラ)を含む。
ユーザは、デバイス同士を互いに近接させることにより、動画、静止画、音楽のようなデジタルコンテンツをそれらデバイス間で交換することができる。
しかし、通常、近接無線用のアンテナ(カプラ)のサイズは小さいので、近接されるデバイス同士の向きによってはそれらデバイスのアンテナ同士が対向しない場合がある。この場合、それらデバイスのアンテナ間が電磁気的に結合せず、これによってデバイス間の高速無線データ転送を実行することができなくなる。
本発明の目的は、デバイス間の位置合わせに関する制約を低減することができる電子機器を提供することである。
実施形態によれば、電子機器は、筐体と、アンテナと、通信モジュールとを具備する。前記筐体は、外部デバイスが載置可能な第1領域を含む面を備える。前記アンテナは、前記第1領域に配置される。前記アンテナは、第1アンテナ部分と第2アンテナ部分とを少なくとも含む。前記第1アンテナ部分は、前記第1領域の第1辺に沿った前記第1領域内の第1外縁領域に配置される。前記第2アンテナ部分は、前記第1辺に対向する前記第1領域の第2辺に沿った前記第1領域内の第2外縁領域に配置される。前記通信モジュールは、前記アンテナを使用して近接無線通信を実行する。
以下、図面を参照して、実施形態を説明する。
まず、図1を参照して、実施形態に係る電子機器の構成例について説明する。
まず、図1を参照して、実施形態に係る電子機器の構成例について説明する。
この電子機器100は近接無線通信を実行するように構成されている。近接無線通信は、互いに近接されたデバイス間の高速無線データ転送を実行する。近接無線通信方式としては、例えばTransferJet(登録商標)を使用し得る。TransferJetは、UWB(Ultra Wide Band)を利用した近接無線通信方式である。2つのデバイスが通信範囲(例えば3cm)内に接近した場合、それらデバイスそれぞれに設けられたアンテナ間が電磁気的に結合される。この結合により、それらデバイスはピア・ツー・ピアで無線通信することができる。
この電子機器100は、スマートホンのようなモバイルデバイス(外部デバイス)に対して様々なサービスを提供するように構成されたデバイスとして実現されている。これらサービスは近接無線通信を使用することによって実行される。例えば、電子機器100は、近接無線通信機能が組み込まれたNAS(NETWORK−ATTACHED STORAGE)として実現されていても良い。
電子機器100が近接無線通信機能が組み込まれたNAS(ワイヤレスNAS)である場合には、電子機器100は、スマートホンとの近接無線通信を実行することができる。この近接無線通信により、電子機器100は、スマートホンに保存された動画、音楽、電子書籍等のデジタルコンテンツをスマートホンから受信することができる。そして、電子機器100は、そのデジタルコンテンツを電子機器100内にそれらデジタルコンテンツのバックアップファイルとして保存することができる。
またさらに、電子機器100は、電子機器100内に保存されているデジタルコンテンツを近接無線通信によってスマートホンに送信することもできる。
以下では、電子機器100がワイヤレスNASである場合を想定して、電子機器100の構成を説明する。
電子機器100は、ボックス(本体)101とディスプレイ102とを備えていてもよい。ディスプレイ102はボックス101に物理的に取り付けられていても良い。あるいは、ディスプレイ102とボックス101とが、無線LAN(802.11a/b/g/n)などによって無線接続される構成であってもよい。後者の場合、ディスプレイ102とボックス101とは必ずしも近くにある必要性は無く、ディスプレイ102の設置場所は自由である。従って、例えば、大画面のTV、タブレット端末、デジタルサイネージなどを電子機器100のディスプレイとして使用することもできる。
ボックス101の筐体の上面102は、スマートホンのようなモバイルデバイス(外部デバイス)との近接無線通信を実行するための通信面として機能する。上面102は、ボックス101の筐体の上壁の表面である。上面102は、スマートホンのようなモバイルデバイスが載置可能な領域103を含む。この領域103は、領域103上に置かれたモバイルデバイスと電子機器100との間で近接無線通信を実行するための通信領域として機能する。
この領域(通信領域)103は、例えば、通常のスマートホンの外形に対応する長方形形状を有していてもよい。通常のスマートホンの外形としては、典型的な幾つかの種類のスマートホンの外形の平均を使用しても良い。通信領域103の面積は、通常のスマートホンの外形の面積と同等の面積に、例えば、通常のスマートホンの外形の面積よりも少し大きい面積に設定されていてもよい。通常のスマートホンの外形の面積としては、典型的な幾つかの種類のスマートホンの外形の面積の平均を使用しても良い。
この通信領域103には、近接無線通信のために使用されるアンテナ(カプラ)が配置されている。この場合、このアンテナ(カプラ)は、例えば、ボックス101の筐体の上壁の内面に配置されていても良い。あるいは、このアンテナ(カプラ)がボックス101の筐体の上壁の表面上に配置され、さらにこの上壁の表面上が、外装ケース、被覆部といった部材によって覆われる構造を採用しても良い。
ユーザは、自身のスマートホン(モバイルデバイス)を上面102の通信領域103上に置くだけで、例えば、デジタルコンテンツの転送といったといった所望のサービスを利用することができる。
筐体の上面102上のマーク201は、通信領域103の中心(中心位置)を指示するための位置決めマークとして機能する。マーク201は、通信領域103の中心に位置する。マーク201は上面102に印刷されていてもよい。
さらに、通信領域103の中央部には、非接触充電用コイルが配置されていても良い。通信領域103の中央部に非接触充電用コイルが設けられている場合には、上述のマーク201は非接触充電ポートの位置(非接触充電用コイルの位置)を指示するための位置決めマークであってもよい。
さらに、上面102にはガイド202が存在しても良い。このガイド202は、スマートホンの置き場所を指示するための位置決めマークとして機能する。ガイド202は、通常のスマートホンの外形を表す枠であってもよいいし、あるいは通常のスマートホンの外形の4隅の位置を指示するための4つのコーナーマークであってもよい。枠線またはコーナーマークは上面102に印刷されていてもよい。
図2は、上面102上に置かれるスマートホン40の向きの例を示す。
近接無線通信(TransferJet)で使用される周波数は4.48GHzと高い。このため、スマートホン40においては、スマートホン40内の他のコンポーネントによる近接無線通信への影響を低減することが要求される。したがって、スマートホン40においては、アンテナ(カプラ)はスマートホン40の筐体の一端部(例えば、上端部または下端部)の近傍に配置される場合がある。さらに、スマートホン40の種類に応じてアンテナが配置される端部の位置が異なる場合もある。
近接無線通信(TransferJet)で使用される周波数は4.48GHzと高い。このため、スマートホン40においては、スマートホン40内の他のコンポーネントによる近接無線通信への影響を低減することが要求される。したがって、スマートホン40においては、アンテナ(カプラ)はスマートホン40の筐体の一端部(例えば、上端部または下端部)の近傍に配置される場合がある。さらに、スマートホン40の種類に応じてアンテナが配置される端部の位置が異なる場合もある。
いま、スマートホン40の筐体の例えば下端部にアンテナ(カプラ)が存在する場合を想定する。図2の左部に示すような向きでスマートホン40が上面102の通信領域103上に置かれた場合と、図2の右部に示すような向きでスマートホン40が上面102の通信領域103上に置かれた場合とで、スマートホン40のアンテナが対向される上面102上の位置は異なる。したがって、ボックス101の上面102上にアンテナを配置する場合には、上面102上に置かれるスマートホン40の向きによらずに、スマートホン40とボックス101との間の安定したデータ通信を実行することが可能なアンテナ配置が要求される。
次に、図3を参照して、電子機器100内のボックス101の動作を説明する。
ボックス101は、例えば、コネクタ100aに接続される有線LANケーブルまたは光ケーブルを介してネットワークに接続されている。ボックス101はネットワークを介して受信される様々なデジタルコンテンツをボックス101内のストレージデバイスに保存することができる。またボックス101は、ストレージデバイスに保存されているデジタルコンテンツの一覧(例えばコンテンツ名の一覧)を示す情報をディスプレイ102に送信することもできる。
ボックス101の上面102上にスマートホン40が置かれると、ボックス101とスマートホン40との間の近接無線通信が開始される。そして、例えば、ボックス101の中に保存されていないデジタルコンテンツが、近接無線通信によってスマートホン40からボックス101に自動的に転送される。そして、このデジタルコンテンツがボックス101内のストレージデバイスに保存される。また、ユーザは、ディスプレイ102に表示されるボックス101内のコンテンツ名の一覧から任意のデジタルコンテンツを選択することによって、この選択されたデジタルコンテンツをスマートホン40に格納することも出来る。
図4は、上面102上におけるアンテナ200の配置例を示す。
このアンテナ200は、アンテナ200と他のアンテナとの間の電磁的結合によって電磁波を送受信する。このアンテナ200は、近接無線通信のために使用されるアンテナ(カプラ)として機能する。
このアンテナ200は、アンテナ200と他のアンテナとの間の電磁的結合によって電磁波を送受信する。このアンテナ200は、近接無線通信のために使用されるアンテナ(カプラ)として機能する。
スマートホン40においては、近接無線通信用のアンテナはスマートホン40の筐体に内蔵されていても良い。あるいは、図4に示されているように、近接無線通信を実行するように構成された小型アダプタ(ドングル)41がスマートホン40に取り付けられていてもよい。ドングル41は、アンテナおよび近接無線通信モジュールを備えるアダプタである。このドングル41(アダプタ)は、例えば、マイクロUSBインタフェースを有するマイクロUSBドングル(アダプタ)であってもよい。この場合、ドングル41は、スマートホン40のマイクロUSBコネクタに挿入される。
上面102の通信領域103上においては、アンテナ200が配置されている。このアンテナ200は、2つのアンテナ部分1a、1bを含む。アンテナ部分1a、1bの各々は、独立したアンテナ素子であってもよい。あるいは、アンテナ部分1a、1bは、1つのアンテナ素子内の互いに異なるアンテナ部分であってもよい。アンテナ部分1a、1bは、通信領域103の対向する2辺(対向する2つの短辺)に沿って配置されている。
より詳しくは、アンテナ部分1aは、通信領域103の第1辺(紙面から見て通信領域103の左辺)に沿った通信領域103内の外縁領域に配置されている。この外縁領域(アンテナ部分1aが配置される領域)は、第1辺に近い部分から第1辺にかけての端部領域である。アンテナ部分1bは、通信領域103の第2辺(紙面から見て通信領域103の右辺)に沿った通信領域103内の外縁領域に配置されている。この外縁領域(アンテナ部分1bが配置される領域)は、第2辺に近い部分から第2辺にかけての端部領域である。
このように、2つのアンテナ部分1a、1bは、通信領域103の中心(マーク201)から離れ、且つこのマーク201の両側に存在する。
上述したように、スマートホン40の内蔵アンテナはスマートホン40の筐体の端部に配置されることが多く、またドングル41もスマートホン40の筐体の端部(上端部または下端部)に接続されることが多い。
この図4のアンテナ配置においては、上面102の通信領域103上に置かれるスマートホン40の向きが図4に示される向き、あるいは図4に示される向きに対して180度回転された向きのいずれであっても、スマートホン40のアンテナとボックス101のアンテナ200(アンテナ部分1aまたは1b)とを向かい合わせることができる。したがって、この図4のアンテナ配置は、上面102上に置かれるスマートホン40の向きによらずに、スマートホン40とボックス101との間の安定したデータ通信を実行することを可能にする。
スマートホン40にアンテナが内蔵される場合においては、そのアンテナは、スマートホン40の筐体の端部のやや内側の領域に位置することが予想される。一方、スマートホン40のコネクタにドングル41が挿入される場合には、アンテナの位置は、スマートホン40の筐体の端部よりも外側に位置する。
このことから、本実施形態では、アンテナ部分1aが配置される外縁領域の内縁(アンテナ部分1aの内縁401)とアンテナ部分1bが配置される外縁領域の内縁(アンテナ部分1bの内縁501)との間の距離L2は、通常のスマートホンの外形の長手方向の長さに対応する第1距離(図4においてはスマートホン40の長さL)よりも短く設定されていてもよい。例えば、L2は、Lよりも約20mm短く設定されていてもよい。
さらに、アンテナ部分1aが配置される外縁領域の外縁(アンテナ部分1aの外縁402)とアンテナ部分1bが配置される外縁領域の外縁(アンテナ部分1bの外縁502)との間の距離L1、つまり通信領域103の長さは、通常のスマートホンの外形の長手方向の長さに対応する第1距離(図4においてはスマートホン40の長さL)よりも長く設定されていてもよい。例えば、L1は、Lよりも約20mm長く設定されていてもよい。
さらに、通信領域103の幅W1も、スマートホン40の外形の幅Wよりも例えば約20mmだけ長く設定されていてもよい。
ガイド202によって示される外形の枠の長さおよび幅は、スマートホン40の長さLおよび幅Wにほぼ等しい。したがって、図4のアンテナ配置によれば、たとえスマートホン40が置かれる位置がガイド202によって示される位置から多少ずれても、スマートホン40のアンテナとアンテナ部分1aまたは1bとを対向させることができる。また、図4のアンテナ配置によれば、スマートホン40のアンテナが内蔵アンテナまたはドングル41のいずれの場合であっても、スマートホン40のアンテナとアンテナ部分1aまたは1bとを十分に対向させることができる。よって、スマートホン40のアンテナの種類(内蔵アンテナ/アダプタ)によらずに、安定した近接無線通信を実行することが可能となる。
図5は、上面102の通信領域103上におけるアンテナ200の別の配置例を示す。図5のアンテナ配置においては、アンテナ200は、アンテナ部分1a、1bに加え、アンテナ部分1c、1dをさらに含んでいる。
アンテナ部分1a、1b、1c、1dの各々は独立したアンテナ素子であってもよい。あるいは、アンテナ部分1a、1b、1c、1dは1以上のアンテナ素子内の互いに異なるアンテナ部分であってもよい。アンテナ部分1c、1dは、通信領域103の対向する別の2辺(対向する2つの長辺)に沿って配置されている。
より詳しくは、アンテナ部分1cは、通信領域103の第3辺(紙面から見て通信領域103の上辺)に沿った通信領域103内の外縁領域に配置されている。この外縁領域(アンテナ部分1cが配置される領域)は、第3辺に近い部分から第3辺にかけての端部領域である。アンテナ部分1cは、アンテナ部分1a、1bの間に位置する。
アンテナ部分1dは、通信領域103の第4辺(紙面から見て通信領域103の下辺)に沿った通信領域103内の外縁領域に配置されている。この外縁領域(アンテナ部分1dが配置される領域)は、第4辺に近い部分から第4辺にかけての端部領域である。アンテナ部分1dも、アンテナ部分1a、1bの間に位置する。
このように、アンテナ部分1a、1bと同様に、アンテナ部分1c、1dも、通信領域103の中心(マーク201)から離れ、且つこのマーク201の両側に存在する。
スマートホン40の種類によっては、ドングル41を挿入するためのコネクタがスマートホン40の筐体の右端部または左端部に配置されている場合がある。したがって、図5に示されているように、通信領域103の4辺に沿った4つの端部領域にアンテナ部分1a、1b、1c、1dをそれぞれ配置することにより、スマートホン40が置かれる位置および向きに関する制約をより緩和することができる。
アンテナ部分1cが配置される外縁領域の内縁(アンテナ部分1cの内縁601)とアンテナ部分1dが配置される外縁領域の内縁(アンテナ部分1dの内縁701)との間の距離W2は、通常のスマートホンの外形の幅(図4のスマートホン40の幅W)よりも短く設定されている。例えば、W2は、Wよりも約20mm短く設定されていてもよい。
さらに、アンテナ部分1cが配置される外縁領域の外縁(アンテナ部分1cの外縁602)とアンテナ部分1dが配置される外縁領域の外縁(アンテナ部分1dの外縁702)との間の距離W1、つまり通信領域103の幅は、通常のスマートホンの外形の幅(図4のスマートホン40の幅W)よりも長く設定されている。例えば、例えば、W1は、Wよりも約20mm長く設定されていてもよい。
図5のアンテナ配置においては、アンテナ200内の4つアンテナ部分1a、1b、1c、1dが、通信領域103の外形に沿った外周領域に沿って配置される。
上述の長さL1および幅W1はこの外周領域の外周の長さおよび幅に対応する。上述の長さL2および幅W2はこの外周領域の内周の長さおよび幅に対応する。W1,W2、L1、L2は、例えば、以下の条件が満たされるように設定されてもよい。
W1=W−20mm
W2=W+20mm
L1=L−20mm
L2=L+20mm
図6は、上面102上におけるアンテナ200のさらに別の配置例を示す。
図6においては、図4のアンテナ部分1aおよび1bの各々に2つの追加のアンテナ部分が追加されている。
W2=W+20mm
L1=L−20mm
L2=L+20mm
図6は、上面102上におけるアンテナ200のさらに別の配置例を示す。
図6においては、図4のアンテナ部分1aおよび1bの各々に2つの追加のアンテナ部分が追加されている。
すなわち、アンテナ部分1aは、2つの追加のアンテナ部分1a’、1a”を含む。追加のアンテナ部分1a’は、通信領域103の第3辺(紙面から見て通信領域103の上辺)に沿ってアンテナ部分1aの一端部から通信領域103の中央部に向けて延在している。追加のアンテナ部分1a”は、通信領域103の第4辺(紙面から見て通信領域103の下辺)に沿ってアンテナ部分1aの他端部から通信領域103の中央部に向けて延在している。アンテナ部分1a、追加のアンテナ部分1a’、1a”は、1つのアンテナ素子によって実現されてもよい。
アンテナ部分1bも、2つの追加のアンテナ部分1b’、1b”を含む。追加のアンテナ部分1b’は、通信領域103の第3辺(紙面から見て通信領域103の上辺)に沿ってアンテナ部分1bの一端部から通信領域103の中央部に向けて延在している。追加のアンテナ部分1b”は、通信領域103の第4辺(紙面から見て通信領域103の下辺)に沿ってアンテナ部分1bの他端部から通信領域103の中央部に向けて延在している。アンテナ部分1b、追加のアンテナ部分1b’、1b”は、1つのアンテナ素子によって実現されてもよい。
この図6のアンテナ配置においても、通信領域103の4辺に沿った4つの端部領域にアンテナ部分がそれぞれ配置される。したがって、図6のアンテナ配置は、図5のアンテナ配置と同様の効果を得ることができる。
図7は、上面102上におけるアンテナ200と非接触充電用コイル801の配置例を示す。
図7においては、アンテナ200は図4で説明したアンテナ配置を有している。つまり、アンテナ200は2つのアンテナ部分1a、1bを備える。これらアンテナ部分1a、1bは、通信領域103の左右の2つの辺に沿った2つの外縁領域にそれぞれ配置されている。非接触充電用コイル801は、通信領域103の中心領域、つまりアンテナ部分1a、1bの間の空き領域に配置されている。
スマートホン40が非接触充電用コイルを内蔵している場合には、ユーザは、スマートホン40を通信領域103上に置くだけで、近接無線通信とスマートホン40の非接触充電とを同時に行うことができる。
なお、図5で説明したアンテナ配置においても、アンテナ部分1a〜1d間の空き領域に非接触充電用コイル801を配置しても良い。また、図6で説明したアンテナ配置においても、アンテナ部分1a、1b間の空き領域に非接触充電用コイル801を配置しても良い。
図8は、ボックス101の構成例を示す。ここでは、通信領域103に図7で説明した配置でアンテナ200と接触充電用コイル801とが配置されている場合を想定して、ボックス101の構成を説明する。
ボックス101の筐体内には、上述のアンテナ部分1a、1bおよび非接触充電用コイル801に加え、プロセッサ51、近接無線通信モジュール52、ストレージデバイス53、周辺インタフェース54、電源回路55、および充電回路56などが設けられている。
プロセッサ51は、近接無線通信モジュール52、ストレージデバイス53、および周辺インタフェース54を制御する。近接無線通信モジュール52は、アンテナ部分1a、1bを使用して相手デバイスとの近接無線通信を実行する。図8では、アンテナ部分1aが同軸ケーブル112を介して近接無線通信モジュール52に接続され、アンテナ部分1bが同軸ケーブル111を介して近接無線通信モジュール52に接続されている場合が例示されている。
近接無線通信モジュール52は、高周波回路(RF回路)とホストインタフェースとを含む。ホストインタフェースは、USBのようなインタフェースであってもよい。近接無線通信においては、例えば、ストレージデバイス53内に格納されたデジタルコンテンツを相手デバイスに転送するサービス、相手デバイスから受信されるデジタルコンテンツをストレージデバイス53に保存するサービスなどが実行される。
周辺インタフェース54はLANコントローラであってもよい。電源回路55は、電源端子100bに接続される外部電源からの電力を使用してボックス101内の各コンポーネントに動作電源を供給する。充電回路56は、電源線113を介して非接触充電用コイル801に電力を供給する。
次に、アンテナ200のアンテナ部分として使用可能なアンテナ素子の構造について説明する。
図9は、このアンテナ素子1を上面から見た図である。図9に示すアンテナ素子1の構造は、アンテナ200の大型化に好適なアンテナ構造である。
図9に示されているように、アンテナ素子1は、結合素子11、給電素子12、短絡素子13、グランド板14、およびコネクタ10を含む。
結合素子11は、アンテナ素子1と他のアンテナとの間を電磁気的に結合するために用いられる素子である。この結合素子11は細長い素子であり、開放端E1と開放端E2とを有する。開放端E1は結合素子11の一端であり、ここにはどの導電体も接続されない。開放端E2は結合素子11の他端であり、ここにもどの導電体も接続されない。結合素子11は、グランド板14の上辺と平行に延在している。
この結合素子11の2つの開放端E1、E2間の中点A1には給電点(正側給電点)10aが電気的に接続される。結合素子11の中点A1は、結合素子11の長手方向の中間点に位置する。開放端E1と中点A1との間の距離は、開放端E2と中点A1との間の距離に等しい。
結合素子11の中点A1と2つの開放端E1、E2の各々との間の電気長は、L1(第1電気長)である。このL1は、n×λ/4に設定されている。λは上述の近接無線通信で使用される周波数に対応する波長である。より詳しくは、近接無線通信で使用される周波数帯域内の中心周波端数に対応する波長がλである。nは1以上の奇数であればよい。換言すれば、結合素子11の中点A1と2つの開放端E1、E2の各々との間の電気長は、波長λの1/4の奇数倍である。アンテナ素子1の大型化を図る場合には、nの値を3以上の奇数に設定すれば良い。
結合素子11の中点A1と開放端E1との間の電気長はn×λ/4であるので、結合素子11の中点A1と開放端E1との間の素子部分は一つの共振アンテナ部(共振部)として機能する。同様に、結合素子11の中点A1と開放端E2との間の電気長もn×λ/4であるので、結合素子11の中点A1と開放端E2との間の素子部分は別の一つの共振アンテナ部(共振部)として機能する。このように、結合素子11自体が共振部として機能する。
したがって、アンテナ素子1においては、専用の共振回路を設けることなく、所望周波数帯域の信号に対応する多くの電流を結合素子11に流すことができる。この結果、アンテナ素子1は、他のアンテナとの結合が可能なカプラとして機能する。上述したように、結合素子11の中点A1に給電点(正側給電点)10aが電気的に接続されるので、結合素子11の中点A1と開放端E1との間の素子部分における電流分布は、結合素子11の中点A1と開放端E2との間の素子部分における電流分布と対称となる。よって、結合素子11の中点A1と開放端E1との間の素子部分、または結合素子11の中点A1と開放端E2との間の素子部分のどちらに相手のアンテナが近接された場合でも、これらアンテナ間の電磁気的な結合の強さを同等にすることができる。
上述のアンテナ部分1aまたは1bとして使用されるアンテナ素子1を実現する場合においては、結合素子11の全長の1/2であるL1は、例えば、L1=5×λ/4(=40mm)に設定されても良い。このように結合素子11の全長の1/2が5×λ/4に設定されている場合には、他のデバイスのアンテナ(例えば小型アンテナ)が結合素子11の長手方向内のどの部分に対向してもアンテナ間の結合が可能となる。よって、安定した近接無線通信を実行することが出来る。
上述のアンテナ部分1cまたは1dとして使用されるアンテナ素子1を実現する場合においては、結合素子11の全長の1/2であるL1は、例えば、L1=7×λ/4(=56mm)に設定されても良い。
給電素子12は、結合素子11への給電のために、コネクタ(給電端子)10の給電点(正側給電点)10aと結合素子11の中点A1との間を接続する。給電素子12の一端は給電点(正側給電点)10aに接続される。給電素子12の他端は結合素子11の中点A1に接続される。給電素子12の電気長d1は波長λに関して無視し得る程度の微小な値であってもよい。
給電点10aは、コネクタ10の正側端子である。コネクタ10は、同軸ケーブルの内部導体に接続される正側端子と、同軸ケーブルの外部導体に接続されるグランド側端子とを含む。正側端子が給電点10aとして使用され、グランド側端子がグランド側給電点として使用される。グランド側給電点はグランド板14に接続される。
短絡素子13は、結合素子11の中点A1とグランド板14上の短絡点との間を接続する。短絡素子13の一端は、グランド板14上の短絡点に接続される。短絡素子13の他端は、結合素子11の中点A1に接続される。
短絡素子13の電気長は、m×λ/4に設定されていてもよい。この場合、mは1以上の奇数であればよい。換言すれば、短絡素子13の電気長は、波長λの1/4の奇数倍である第2の電気長である。アンテナ素子1の大型化を図る場合には、mの値を3以上の奇数に設定すれば良い。
結合素子11においては、L1の長さがλ/4よりも長くなるほど、信号が減衰しやすくなる。つまり、L1の長さがλ/4よりも長くなるほど、結合素子11と他のアンテナとが結合可能な空間面積は広がるが、結合素子11周囲の電界強度は低下する可能性がある。
上述したように、短絡素子13の電気長が波長λの1/4の奇数倍に設定されている場合には、短絡素子13も共振部および結合部として機能することができる。このため、結合素子11の全長の1/2が波長λの1/4の奇数倍に設定され、且つ短絡素子13の電気長も波長λの1/4の奇数倍に設定されているアンテナ構造は、アンテナ素子1の大型化に起因する電界強度の低下を抑制することが可能となり、十分な結合特性を得ることが可能となる。よって、このアンテナ構造は、アンテナ素子1の大型化に好適である。通信領域103の各辺に配置されるべきアンテナ部分のサイズは比較的大きく設定することが必要となる。よって、このアンテナ構造は、通信領域103の各辺に配置されるべきアンテナ部分の実現に好適である。
次に、図10を参照して、図9のアンテナ素子1を実現するための実装構造例を説明する。
アンテナ素子1はプリント回路基板20を備えている。プリント回路基板20は、硬質プリント回路基板またはフレキシブル回路基板のいずれであってもよい。プリント回路基板20の第1表面20a上においては、結合素子11、給電素子12、短絡素子13、グランド板14、およびコネクタ10が配置されている。
アンテナ素子1はプリント回路基板20を備えている。プリント回路基板20は、硬質プリント回路基板またはフレキシブル回路基板のいずれであってもよい。プリント回路基板20の第1表面20a上においては、結合素子11、給電素子12、短絡素子13、グランド板14、およびコネクタ10が配置されている。
結合素子11は、その結合素子11の長手方向がプリント回路基板20の一辺20cと平行に延在するように第1表面20a上に配置される。この場合、結合素子11は、結合素子11の長辺がプリント回路基板20の第1表面20aの一辺20cと面一となるように、プリント回路基板20の第1表面20a上の縁部に配置してもよい。給電素子12は、結合素子11の中点A1とコネクタ10の給電点(正側給電点)10aとの間に延在される。
コネクタ10はプリント回路基板20の裏面側に設けられても良い。この場合、コネクタ10の給電点(正側給電点)10aはビア(スルーホール)を介して給電素子12に接続されてもよく、コネクタ10のグランド側給電点はビアを介してグランド板14に接続されてもよい。短絡素子13は、結合素子11の中点A1とグランド板14上の短絡点との間に延在される。グランド板14上の短絡点の位置は、グランド板14の上辺の端部(ここでは右端部)であってもよい。これにより、短絡素子13の長さを結合素子11の全長の1/2と同じ長さに容易に設定することができる。
次に、図11および図12を参照して、アンテナ素子1を実現するための別の実装構造例を説明する。
ここでは、プリント回路基板の表面及び裏面の2つの面を用いてアンテナ素子1が実現される。図11に示されているように、アンテナ素子1はプリント回路基板20を備えている。プリント回路基板20は、上述したように硬質プリント回路基板またはフレキシブル回路基板のいずれであってもよい。プリント回路基板20の第1表面20a上においては、結合素子11、給電素子12、グランド板14、およびコネクタ10が配置されている。
ここでは、プリント回路基板の表面及び裏面の2つの面を用いてアンテナ素子1が実現される。図11に示されているように、アンテナ素子1はプリント回路基板20を備えている。プリント回路基板20は、上述したように硬質プリント回路基板またはフレキシブル回路基板のいずれであってもよい。プリント回路基板20の第1表面20a上においては、結合素子11、給電素子12、グランド板14、およびコネクタ10が配置されている。
結合素子11は、図10で説明した実装構造例と同様に、その結合素子11の長手方向がプリント回路基板20の一辺20cと平行に延在するように、第1表面20a上に配置される。この場合、結合素子11は、この結合素子11の長辺がプリント回路基板20の第1表面20aの一辺20cと面一となるように第1表面20a上の縁部に配置されてもよい。
図12に示されているように、プリント回路基板20の第2表面20b上においては、短絡素子13が配置されている。短絡素子13の一端はビア(スルーホール)P1を介して第1表面20a上の結合素子11の中点A1に接続される。また、短絡素子13の他端はビア(スルーホール)P2を介して第1表面20a上のグランド板14に接続される。
図13は、支持板30上に配置されたアンテナ200の側面図である。支持板30は、アンテナ200を構成するアンテナ部分1a、1bを固定するためのプレート(例えばプラスチック板)である。アンテナ部分1a、1bの各々は、図10で説明した構造を有するアンテナ素子1によって実現され得る。あるいは、アンテナ部分1a、1bの各々は、図11および図12で説明した構造を有するアンテナ素子1によって実現してもよい。
図14は、図11および図12で説明した構造を有するアンテナ素子1のS21特性を示している。図14の横軸は周波数を表し、図14の縦軸はS21[dB]を表している。図14から、所望周波数4.48GHz近傍の周波数領域において十分な特性が得られことが分かる。
次に、図15〜図18を参照して、通信領域103上の1以上のアンテナ素子1の配置例について説明する。図15〜図18では、図示の簡単化のために、アンテナ素子1内の上述の短絡素子13については図示が省略されている。
図15のアンテナ配置は、図4で説明したアンテナ配置に対応している。通信領域103の左右の2つの短辺に沿って配置される2つのアンテナ部分1a、1bの各々は、上述のアンテナ素子1に対応する構造を有している。2つのアンテナ部分1a、1bの各々においては、結合素子11の全長の1/2は、例えば、5×λ/4(=40mm)に設定されている。さらに、2つのアンテナ部分1a、1bの各々においては、短絡素子13の長さも、例えば、5×λ/4(=40mm)に設定されていてもよい。
図16のアンテナ配置は、図5で説明したアンテナ配置に対応している。4つのアンテナ部分1a、1b、1c、1dの各々は、上述のアンテナ素子1に対応する構造を有している。
通信領域103の2つの短辺に沿って配置される2つのアンテナ部分1a、1bの各々においては、結合素子11の全長の1/2は、例えば、5×λ/4(=40mm)に設定されている。さらに、2つのアンテナ部分1a、1bの各々においては、短絡素子13の長さも、例えば、5×λ/4(=40mm)に設定されていてもよい。
通信領域103の長辺(紙面から見て上辺)に沿って配置されるアンテナ部分1cは、2つのアンテナ部分1a、1b間に位置する。したがって、アンテナ部分1cの長手方向の長さを通信領域103の長辺よりも短くすることができる。図16の例では、アンテナ部分1cの結合素子11の全長の1/2は、例えば、7×λ/4(=56mm)に設定されている。さらに、アンテナ部分1cの短絡素子13の長さも、例えば、7×λ/4(=40mm)に設定されていてもよい。
通信領域103の長辺(紙面から見て下辺)に沿って配置されるアンテナ部分1dも、2つのアンテナ部分1a、1b間に位置する。したがって、アンテナ部分1dの長手方向の長さも通信領域103の長辺よりも短くすることができる。図16の例では、アンテナ部分1dの結合素子11の全長の1/2は、例えば、7×λ/4(=56mm)に設定されている。さらに、アンテナ部分1dの短絡素子13の長さも、例えば、7×λ/4(=40mm)に設定されていてもよい。
図17のアンテナ配置は、図6で説明したアンテナ配置に対応している。アンテナ部分1aは上述のアンテナ素子1に対応する構造を有している。アンテナ部分1aの両端部の各々は折り曲げられている。
すなわち、アンテナ部分1aにおいては、結合素子11は、素子部分11a、11b、11cを含む。素子部分11aは、通信領域103の第1辺(紙面から見て通信領域103の左辺)に沿って延びる。素子部分11bは、通信領域103の第3辺(紙面から見て通信領域103の上辺)に沿って素子部分11aの一端部から通信領域103の中央部に向けて延在している。素子部分11cは、通信領域103の第4辺(紙面から見て通信領域103の下辺)に沿って素子部分11aの他端部から通信領域103の中央部に向けて延在している。
アンテナ部分1aの結合素子11の全長の1/2は、例えば、15×λ/4(=120mm)に設定されている。さらに、アンテナ部分1aの短絡素子13の長さも、例えば、15×λ/4(=120mm)に設定されていてもよい。
アンテナ部分1aにおいては、グランド板14の両端部の各々も折り曲げられている。すなわち、アンテナ部分1aのグランド板14は、上述の素子部分11a、11b、11cにそれぞれ対向するグランド板部14a、14b、14cを含む。
アンテナ部分1aにおいては、素子部分11bとグランド板部14bは図6で説明した追加のアンテナ部分1a’として機能する。また、素子部分11cとグランド板部14cは図6で説明した追加のアンテナ部分1a”として機能する。
アンテナ部分1bも上述のアンテナ素子1に対応する構造を有している。アンテナ部分1bは通信領域103の縦方向の中心線に関してアンテナ部分1bと対称の形状を有している。アンテナ部分1bの結合素子11の全長の1/2も、例えば、15×λ/4(=120mm)に設定されている。さらに、さらに、アンテナ部分1bの短絡素子13の長さも、例えば、15×λ/4(=120mm)に設定されていてもよい。
図18は、1つのアンテナ部分1aによって通信領域103の外周領域のほぼ全てを取り囲むアンテナ配置例を示している。アンテナ部分1aは、上述のアンテナ素子1に対応する構造を有している。
すなわち、アンテナ部分1aにおいては、結合素子11は、素子部分11a、11b、11c、11d、11eを含む。素子部分11aは、通信領域103の上辺に沿って延びる。素子部分11bは、通信領域103の左辺に沿って素子部分11aの一端部から通信領域103の下辺に向けて延在している。素子部分11cは、通信領域103の下辺に沿って素子部分11bの端部から通信領域103の中央部に向けて延在している。
素子部分11dは、通信領域103の右辺に沿って素子部分11aの他端部から通信領域103の下辺に向けて延在している。素子部分11eは、通信領域103の下辺に沿って素子部分11dの端部から通信領域103の中央部に向けて延在している。
アンテナ部分1aの結合素子11の全長の1/2は、例えば、29×λ/4に設定されている。さらに、アンテナ部分1aの短絡素子13の長さも、例えば、29×λ/4に設定されていてもよい。
グランド板14は、素子部分11a、11b、11c、11d、11eにそれぞれ対向するグランド板部14a、14b、14c、14d、14eを含む。
図19は、電子機器100に適用されるアンテナ切り換え部の構成例を示す。
図19においては、アンテナ200が、各々がアンテナ素子1に対応する構造を有する2のアンテナ部分1a、1bによって実現されている場合が想定されている、
アンテナ切り換え部は、RFスイッチ(RFSW)500と、RF回路300とによって実現される。RF回路300は、ホストインタフェース(ホストI/F)400と協同して、上述の近接無線通信モジュール52として機能する。
アンテナ切り換え部は、RFスイッチ(RFSW)500と、RF回路300とによって実現される。RF回路300は、ホストインタフェース(ホストI/F)400と協同して、上述の近接無線通信モジュール52として機能する。
RFスイッチ(RFSW)500は、アンテナ部分1aの給電点10aまたはアンテナ部分1bの給電点10aのいずれか一方をRF回路300に接続する。RF回路300は、RFスイッチ(RFSW)500を使用してアンテナ部分1aとアンテナ部分1bとを交互に選択しながら、アンテナ部分1aからの受信信号のレベルとアンテナ部分1bからの受信信号のレベルとを比較する。そして、RF回路300は、受信信号のレベルの高い方のアンテナ部分(アンテナ部分1aまたはアンテナ部分1b)からの受信信号をホストインタフェース(ホストI/F)400に送る。
RF回路300は、例えば、RF受信部301、A/Dコンバータ(ADC)302、および信号レベル比較回路303から構成される。RFスイッチ(RFSW)500によって現在選択されているアンテナ部分からの受信信号は、RF受信部301によって受信される。この受信信号はA/Dコンバータ(ADC)302によってデジタル信号に変換される。このデジタル信号は信号レベル比較回路303に送られる。
信号レベル比較回路303は、RFスイッチ(RFSW)500を使用してアンテナ部分1aとアンテナ部分1bとを交互に選択する。信号レベル比較回路303は、アンテナ部分1aからの受信信号のレベルとアンテナ部分1bからの受信信号のレベルとを比較する。そして、信号レベル比較回路303は、RFスイッチ(RFSW)500の接続先を、受信信号のレベルの高い方のアンテナ部分に設定する。
図20の左部は、さらに別のアンテナ配置例を示す。
図20の左部に示されるアンテナ配置においては、円形形状を有する1つのアンテナ部分1aが円形の通信領域103上に配置されている。アンテナ部分1aは、上述のアンテナ素子1に対応する構造を有している。アンテナ部分1aとして使用されるアンテナ素子1の結合素子11は円形に曲げられている。この円形に曲げられた結合素子11の中点Aと結合素子11の2つの開放端E1,E2の各々との間の電気長は、波長λの4/1の奇数倍に設定されている。結合素子11に対向するグランド板14も、結合素子1と同様に、円形に曲げられている。図20においては図辞されていないが、アンテナ部分1aは、上述の短絡素子13も含む。短絡素子13は、結合素子1と同様に、円形に曲げられていてもよい。この短絡素子13の電気長も、波長λの4/1の奇数倍に設定されている。
図20の左部に示されるアンテナ配置によれば、図20の右部に示されているように、通信領域103上に置かれるスマートホン40の向きによらずに、スマートホン40のアンテナ(ドングル41またはスマートホン40の内蔵アンテナ)とアンテナ部分1aとが対向される。
図20の左部に示されるアンテナ配置は、筐体101の上面102が円形である場合に好適である。
以上説明したように、本実施形態においては、上面102の通信領域103に配置されるアンテナ200は、少なくとも、通信領域103の2つの辺に沿った2つの外縁領域にそれぞれ配置される2つのアンテナ部分を含む。したがって、上面102上に置かれるスマートホン40が図2の左部に示す向きまたは図2の右部に示す向きのいずれ向きで上面102の通信領域103上に置かれた場合でも、スマートホン40の端部近傍を2つのアンテナ部分の一方上に位置させることができる。よって、アンテナ200とスマートホン40のアンテナ(内蔵アンテナまたはドングル41)とを対向させることができる。
したがって、本実施形態のアンテナ配置によれば、デバイス間の位置合わせに関する制約を低減することが可能となり、スマートホン40のような外部デバイスと結合し易くすることができる。これにより、外部デバイスとボックス101との間の安定したデータ通信を実行することが可能となる。
また、本実施形態では、電子機器100がワイヤレスNASである場合を想定したが、本実施形態のアンテナ配置は、通信領域103を含む面を含む筐体と近接無線通信モジュールとを備える任意の種類の電子機器に適用可能である。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1a、1b、1c、1d…アンテナ部分、11…結合素子、12…給電素子、13…短絡素子、14…グランド板、100…電子機器、101…ボックス、102…上面、103…領域(通信領域)、200…アンテナ
Claims (12)
- 外部デバイスが載置可能な第1領域を含む面を備える筐体と、
前記第1領域の第1辺に沿った前記第1領域内の第1外縁領域に配置される第1アンテナ部分と、前記第1辺に対向する前記第1領域の第2辺に沿った前記第1領域内の第2外縁領域に配置される第2アンテナ部分とを少なくとも含むアンテナと、
前記アンテナを使用して近接無線通信を実行する通信モジュールとを具備する電子機器。 - 前記アンテナは、
前記第1領域の第3辺に沿った前記第1領域内の第3外縁領域に配置される第3アンテナ部分と、
前記第3辺に対向する前記第1領域内の第4辺に沿った前記第1領域内の第4外縁領域に配置される第4アンテナ部分とをさらに含む請求項1記載の電子機器。 - 前記第1アンテナ部分および第2アンテナ部分の各々は、
第1および第2の開放端を有し且つ前記第1および第2の開放端の間の中点に給電点が電気的に接続される第1結合素子を具備し、
前記第1結合素子の中点と前記第1および第2の開放端の各々との間の電気長は、前記近接無線通信で使用される周波数に対応する波長λの1/4の奇数倍の第1電気長である請求項1記載の電子機器。 - 前記第1アンテナ部分および第2アンテナ部分の各々は、
第1グランド板と、
前記第1結合素子の中点と前記第1グランド板との間を接続する第1短絡素子とをさらに具備し、
前記第1短絡素子の電気長は、前記波長λの1/4の奇数倍の第2電気長である請求項3記載の電子機器。 - 前記第1電気長はn×λ/4であり、
前記第2電気長はm×λ/4であり、
nは3以上の奇数であり、
mは3以上の奇数である請求項4記載の電子機器。 - 前記アンテナは、
前記第1領域の第3辺に沿った前記第1領域内の第3外縁領域に配置される第3アンテナ部分と、
前記第3辺に対向する前記第1領域内の第4辺に沿った前記第1領域内の第4外縁領域に配置される第4アンテナ部分とをさらに含み、
前記第3アンテナ部分および第4アンテナ部分の各々は、
第3および第4の開放端を有し且つ前記第3および第4の開放端の間の中点に給電点が電気的に接続される第2結合素子を具備し、
前記第2結合素子の中点と前記第3および第4の開放端の各々との間の電気長は、前記波長λの1/4の奇数倍の第3電気長である請求項3記載の電子機器。 - 前記第1領域は長方形形状を有し、
前記第1辺および前記第2辺は前記第1領域の第1短辺および第2短辺である請求項1記載の電子機器。 - 前記第1外縁領域の内縁と前記第2外縁領域の内縁との間の距離は、前記外部デバイスの外形の長手方向の長さに対応する第1距離よりも短く、
前記第1外縁領域の外縁と前記第2外縁領域の外縁との間の距離は、前記第1距離よりも長い請求項1記載の電子機器。 - 前記第1アンテナ部分は、
前記第1領域の第3辺に沿って前記第1アンテナ部分の一端部から前記第1領域の中央部に向けて延在する第1の追加のアンテナ部分と、
前記第3辺に対向する前記第1領域の第4辺に沿って前記第1アンテナ部分の他端部から前記第1領域の中央部に向けて延在する第2の追加のアンテナ部分とをさらに含む請求項1記載の電子機器。 - 前記第2アンテナ部分は、
前記第3辺に沿って前記第2アンテナ部分の一端部から前記第1領域の中央部に向けて延在する第3の追加のアンテナ部分と、
前記第4辺に沿って前記第2アンテナ部分の他端部から前記第1領域の中央部に向けて延在する第4の追加のアンテナ部分とをさらに含む請求項9記載の電子機器。 - 前記第1アンテナ部分および前記第2アンテナ部分は、前記第1領域の中心を指示する前記面上の位置決めマークから離され且つ前記位置決めマークの両側に配置されている請求項1記載の電子機器。
- 前記第1領域の中心部に配置された非接触充電用コイルをさらに具備する請求項1記載の電子機器。
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