JP2015216520A

JP2015216520A - アンテナ装置

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Publication number: JP2015216520A
Application number: JP2014098639A
Authority: JP
Inventors: 藤田　卓; Taku Fujita; 卓藤田; 祐一樫野; Yuichi Kashino
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2034-05-12
Also published as: JP6340688B2

Abstract

【課題】安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができるアンテナ装置を提供する。
【解決手段】上面にミリ波で動作するアンテナ素子１１が配置された無線モジュール１０と、無線モジュール１０が実装された多層配線のモジュール基板１２と、動作波長の１／１０以上の長さを有し、アンテナ素子１１の近傍に垂直方向に配置された金属板１３とを備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、ミリ波にて通信を行う情報機器に用いて好適なアンテナ装置に関する。

ミリ波は光に近い波長であることから直進性が高いため、この波長を用いた通信で使用するアンテナの指向性設定は重要である。当該アンテナの指向性を任意に設定できるようにした従来技術として、例えば特許文献１に記載されているものがある。この特許文献には、レンズを用いて指向性の設定を行う技術が開示されている。

米国特許出願公開第２０１２／０２４９３８８号明細書

しかしながら、電波の指向性の変更にレンズを用いる場合、コストが高くつくという課題がある。特に、複数の指向性を持たせるには、それぞれの方向に電波が放射されるようにレンズの形状を決めなければならず、高価なレンズになってしまう。また、レンズの取り付け精度が指向性の特性に大きく影響することから、簡単に指向性を変更することが困難である。

本開示は、係る事情に鑑みてなされたものであり、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができるアンテナ装置を提供する。

本開示のアンテナ装置は、アンテナ素子と、動作波長の１／１０以上の長さを有し、前記アンテナ素子の近傍に垂直方向に設けられた金属板と、を備える。

本開示によれば、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができる。

実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す断面図実施の形態１に係るアンテナ装置において、金属板のアンテナ素子に対する位置関係を示す図実施の形態１に係るアンテナ装置を備えたノートパソコンとドッキングステーション及びスマートフォンの双方との間における通信を説明するための図実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す断面図実施の形態２に係るアンテナ装置の外観を示す斜視図実施の形態２に係るアンテナ装置の金属板の寸法を示す図実施の形態２に係るアンテナ装置において、金属板を設けた場合と設けなかった場合の指向性の違いを示す図実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す断面図実施の形態３に係るアンテナ装置を上方から見た鳥瞰図実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示す断面図実施の形態４に係るアンテナ装置を上方から見た鳥瞰図実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示す断面図従来のアンテナ装置を備えたノートパソコンとドッキングステーション及びスマートフォンの双方との間における通信を説明するための図従来のアンテナ装置の構成を示す図従来のアンテナ装置の構成を示す図

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（本開示の一形態を得るに至った経緯）
ミリ波は直進性が強いことから、この電波を使用して２台の情報機器間で通信を行う場合、互いに指向性が向き合う方向に配置することで問題なく通信を行うことができる。しかし、例えば３台の情報機器間で通信を行う場合、それぞれの情報機器が他の２台の情報機器に対して電波を放射できる指向性変更手段を有する必要がある。

例えば、図１３に示すように、互いに無線通信が可能なノートパソコン（情報機器）１００及びドッキングステーション（情報機器）１１０において、互いに指向性が向き合うように配置することで、ノートパソコン１００はドッキングステーション１１０と通信を行うことができるが、指向性が合っていないスマートフォン（情報機器）１２０とは通信を行うことはできない。即ち、ノートパソコン１００は、ドッキングステーション１１０と通信を行うことはできるが、スマートフォン１２０と通信を行うことはできない。

なお、図１３において、ノートパソコン１００は、無線モジュール１０２が実装されたマザー基板１０１を有し、ドッキングステーション１１０は、無線モジュール１１２が実装されたマザー基板１１１を有し、スマートフォン１２０は、無線モジュール１２２が実装されたマザー基板１２１を有する。また、図中符号Ｒｐ１で示すものは、ノートパソコン１００の無線モジュール１０２の放射パターンであり、符号Ｒｐ２で示すものは、ドッキングステーション１１０の無線モジュール１１２の放射パターンである。また、符号Ｒｐ３で示すものは、スマートフォン１２０の無線モジュール１２２の放射パターンである。

電波の指向性を変更する手段として、例えば図１４及び図１５に示すようなものが知られている。いずれも特許文献１に記載されたものである。
図１４は、反射板を用いて電波の指向性を変更するようにしたアンテナ装置の構成を示す図である。同図において、モジュール基板２００の上面には１次放射器となる平面アンテナ２０２が実装されており、下面には無線用ＩＣ２１０が実装されている。モジュール基板２００は、ボール２０３によってセット基板（図示略）に実装される。モジュール基板２００の上空には２次放射器となる反射板３００が配置されており、この反射板３００によって、平面アンテナ２０２から放射された電波が、図中矢印３０１，３０２で示す方向に反射する。即ち、下方に放射方向が変更される。

図１５は、レンズを用いて電波の指向性を変更するようにしたアンテナ装置の構成を示す図である。同図において、モジュール基板２００の上空には２次放射器となるレンズ４００が配置されており、このレンズ４００によって、平面アンテナ２０２から放射された電波が、図中矢印４０１，４０２で示す方向に反射する。即ち、上斜め方向に放射方向が変更される。

しかしながら、モジュール基板２００の上空に該モジュール基板２００を覆うように反射板３００を配置して指向性を変更する場合、その指向性は横方向又はモジュール基板２００側に向いてしまい、モジュール基板２００の直上方向にある情報機器と通信ができなくなってしまう。

また、レンズ４００を用いて電波の指向性を変更する場合、モジュール基板２００の直上方向にある情報機器との通信は可能であるものの、レンズ自体が高価であるため、それがアンテナ装置の価格に反映されてしまう。特に、複数の指向性を持たせるには、それぞれの方向へ同時に電波が放射されるようにレンズの形状を決めなければならず、加工に手間がかかり、さらに高価なレンズになってしまう。また、レンズの取り付け精度が指向性の特性に大きく影響することから、簡単に指向性を変えることは難しい。

以下、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができるアンテナ装置について説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。同図において、本実施の形態に係るアンテナ装置１は、上面にミリ波で動作するアンテナ素子１１が配置された無線モジュール１０と、無線モジュール１０が実装された多層配線のモジュール基板（セット基板）１２と、アンテナ素子１１の近傍に垂直方向に配置された金属板１３とを備える。

アンテナ素子１１は送信用と受信用とがあり、図１では例えば受信用のアンテナ素子１１が見えているものとする。無線モジュール１０には、無線通信用のＩＣ（Integrated Circuit、図示略）が搭載されており、このＩＣがアンテナ素子１１より電波の送信（放射）と受信を行う。金属板１３は、動作波長の１／１０以上の長さとなっている。ここで、金属板１３の具体的な長さは、例えば６０ＧＨｚで使用する場合、波長λが５ｍｍであることから、その１／１０の０．５ｍｍとなる。

図２は、金属板１３のアンテナ素子１１との位置関係を示す図である。同図において、金属板１３とアンテナ素子１１の位置関係は、アンテナ素子１１から金属板１３までの距離を「Ａ」、アンテナ素子１１の平面から金属板１３の長さを「Ｂ」とした場合、Ｂ≧Ａとなるのが好ましい。例えばＡは１ｍｍ、Ｂは５ｍｍである。金属板１３を配置することで、アンテナ素子１１から放射された電波を反射するので、電波の指向性が少し横向きになる。図１に示す配置では、指向性は右斜め向きになる。電波の指向性が斜め向きになることで、例えば図３において、本実施の形態に係るアンテナ装置１を備えたノートパソコン１００Ａは、ドッキングステーション１１０とスマートフォン１２０の双方との間で通信を行うことが可能となる。

金属板１３は、その「高さ」、「位置」、「形状」を変更することで、各アンテナ素子１１からの電波の送信及び受信における指向性を任意に変更することができる。

このように、本実施の形態に係るアンテナ装置１によれば、動作波長の１／１０以上の長さを有し、アンテナ素子１１の近傍に垂直方向に配置する金属板１３を備えたので、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができる。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。また、図５は、実施の形態２に係るアンテナ装置の外観を示す斜視図である。なお、図４及び図５において前述した図１と共通する部分には同一の符号を付けて、その説明を省略する。本実施の形態に係るアンテナ装置２は、アンテナ素子１１の上方の一部を覆うように先端部１４ａを直角に折り曲げた金属板１４を備えたものである。図５に示すように、無線モジュール１０に配置されるアンテナ素子１１には送信用と受信用とがあり、同図では、受信用のアンテナ素子に符号１１ａを付しており、送信用のアンテナ素子に符号１１ｂを付している。金属板１４は、アンテナ素子１１ａ，１１ｂから１ｍｍ離れた位置に配置される。

図６は、本実施の形態に係るアンテナ装置２の金属板１４の寸法を示す図である。同図に示すように、金属板１４の高さＺは、例えば波長λとほぼ等しい５ｍｍであり、折り曲げられた先端部１４ａの長さＸは波長λの半分より短い２ｍｍである。なお、これらの寸法は一例であり、その他の値も当然取り得る。図７は、金属板１４を設けなかった場合（（ａ））と、設けた場合（（ｂ））の指向性（電波の周波数は６１．３６ＧＨｚ）の違いを示す図である。なお、同図は金属板１４を無線モジュール１０の右側に配置した場合である（図４及び図５では、金属板１４は無線モジュール１０の左側に配置されている）。図７に示すように、金属板１４が無い場合の利得のピークは略０度方向であるのに対し、金属板１４が有る場合の利得のピークは略４０度方向となっており、指向性を変更できていることが分かる。このように、金属板１４の折り曲げられた先端部１４ａがアンテナ素子１１の上方の一部を覆い、その部分にて、上方への電波を阻止するので、指向性は斜め方向になる。しかも、電波の指向性に、より大きな影響を与えることから、実施の形態１に係るアンテナ装置１の金属板１３よりも大きく指向性を変更することができる。

このように、本実施の形態に係るアンテナ装置２によれば、アンテナ素子１１の上方の一部を覆うように先端部１４ａを直角に折り曲げた金属板１４を備えたので、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができる。

（実施の形態３）
図８は、実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。また、図９は、実施の形態３に係るアンテナ装置を上方から見た鳥瞰図である。なお、図８及び図９において前述した図１と共通する部分には同一の符号を付けて、その説明を省略する。

図８及び図９において、本実施の形態に係るアンテナ装置３は、実施の形態２に係るアンテナ装置２と同様に折り曲げ部を有する金属板１７を備えたものであり、実施の形態２に係るアンテナ装置２の金属板１４と異なるのは、折り曲げ部１７ａを無線モジュール１０と並行とせずに無線モジュール１０の上方全面に広げるとともに、折り曲げ部１７ａのアンテナ素子１１の上方に開口部１７ｂを設けた点である。このような金属板１７を配置することで、例えば送信時であれば、アンテナ素子１１から放射された電波は、その一部が金属板１７の開口部１７ｂを抜けて無線モジュール１０から垂直方向に出て行き、残りの一部が折り曲げ部１７ａで反射し、その折り曲げ角度に応じた角度で横方向に出て行く。金属板１７の開口部１７ｂの大きさとしては、例えば波長λの１／１０以上とすればよい。

このように、本実施の形態に係るアンテナ装置３によれば、先端部がアンテナ素子１１の上方の全面を覆うように折り曲げられた折り曲げ部１７ａを有するとともに、折り曲げ部１７ａのアンテナ素子１１の一部に対応する位置に開口部１７ｂを有する金属板１７を備えたので、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができる。

（実施の形態４）
図１０は、実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。また、図１１は、実施の形態４に係るアンテナ装置を上方から見た鳥瞰図である。なお、図１０及び図１１において前述した図１と共通する部分には同一の符号を付けて、その説明を省略する。

図１０及び図１１において、本実施の形態に係るアンテナ装置４は、実施の形態３に係るアンテナ装置３と同様に折り曲げ部を有する金属板１８を備えたものであり、実施の形態３に係るアンテナ装置３の金属板１７と異なるのは、折り曲げ部１８ａをメッシュ状にしている点である。このような金属板１８を配置することで、例えば送信時であれば、アンテナ素子１１から放射された電波は、その一部が金属板１８の折り曲げ部１８ａのメッシュの目を抜けてモジュールから垂直方向に出て行き、残りの一部が折り曲げ部１８ａのメッシュの金属部分で反射し、その折り曲げ角度に応じた角度で横方向に出て行く。金属板１８の折り曲げ部１８ａのメッシュの目としては、例えば波長λの１／１０以上とすればよい。

このように、本実施の形態に係るアンテナ装置４によれば、先端部がアンテナ素子１１の上方の全面を覆うように折り曲げられたメッシュ状の折り曲げ部１８ａを有する金属板１８を備えたので、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができる。

（実施の形態５）
図１２は、実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。なお、図１２において前述した図１と共通する部分には同一の符号を付けて、その説明を省略する。

図１２において、本実施の形態に係るアンテナ装置５は、前述した実施の形態１〜４に係るアンテナ装置１〜４と異なるのは金属板ではなくモジュールの上方に断面多角形状の誘電体部品２０を配置している点である。誘電体部品２０を配置する際には、その頂点２０ａが無線モジュール１０上のアンテナ素子１１の真上にならないようにする。このような誘電体部品２０を配置することで、例えば送信時にはアンテナ素子１１から放射された電波は第１の方向と第２の方向に分かれて放射され、無線モジュール１０の上方と横方向ともに通信することができるようになる。

このように、本実施の形態に係るアンテナ装置５によれば、アンテナ素子１１の上方の少なくとも一部を覆うように設けられた断面多角形状の誘電体部品２０を備えたので、安価な構成で簡単に電波の指向性を変更することができる。

以上、図面を参照しながら実施の形態１〜５について説明したが、本開示はかかる例に限定されものではないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

（本開示の一態様の概要）
本開示の第１のアンテナ装置は、アンテナ素子と、動作波長の１／１０以上の長さを有し、前記アンテナ素子の近傍に垂直方向に設けられた金属板と、を備える。

また、本開示の第２のアンテナ装置は、第１のアンテナ装置であって、前記金属板は、先端部が前記アンテナ素子の上方の一部を覆うように折り曲げられた折り曲げ部を有する。

また、本開示の第３のアンテナ装置は、第２のアンテナ装置であって、前記折り曲げ部は、前記金属板の本体に対して直交するように設けられた。

また、本開示の第４のアンテナ装置は、第１のアンテナ装置であって、前記金属板は、先端部が前記アンテナ素子の上方の全面を覆うように折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部は、前記アンテナ素子の一部に対応する位置に開口部を有する。

また、本開示の第５のアンテナ装置は、第４のアンテナ装置であって、前記折り曲げ部は、前記金属板の本体に対して所定の角度をもって設けられた。

また、本開示の第６のアンテナ装置は、第１のアンテナ装置であって、前記金属板は、先端部が前記アンテナ素子の上方の全面を覆うように折り曲げられたメッシュ状の折り曲げ部を有する。

また、本開示の第７のアンテナ装置は、第６のアンテナ装置であって、前記メッシュ状の折り曲げ部は、前記金属板の本体に対して所定の角度をもって設けられた。

また、本開示の第８のアンテナ装置は、アンテナ素子と、前記アンテナ素子の上方の少なくとも一部を覆うように設けられた断面多角形状の誘電体部品と、を備える。

また、本開示の第９のアンテナ装置は、第１ないし第８のいずれか１つのアンテナ装置であって、前記アンテナ素子は、ミリ波帯で動作する。

また、本開示の第１０のアンテナ装置は、セット基板と、前記セット基板に対して所定の角度をもって設けられたミリ波帯で動作するアンテナ素子と、を備える。

本開示は、ミリ波を利用した無線通信を行う無線通信機能を有する情報機器などに有用である。

１〜５アンテナ装置
１０無線モジュール
１１アンテナ素子
１２モジュール基板
１３，１４，１７，１８金属板
１４ａ先端部
１７ａ折り曲げ部
１７ｂ開口部
１８ａ折り曲げ部
２０誘電体部品

Claims

アンテナ素子と、
動作波長の１／１０以上の長さを有し、前記アンテナ素子の近傍に垂直方向に設けられた金属板と、
を備えるアンテナ装置。
前記金属板は、先端部が前記アンテナ素子の上方の一部を覆うように折り曲げられた折り曲げ部を有する請求項１に記載のアンテナ装置。
前記折り曲げ部は、前記金属板の本体に対して直交するように設けられた請求項２に記載のアンテナ装置。
前記金属板は、先端部が前記アンテナ素子の上方の全面を覆うように折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部は、前記アンテナ素子の一部に対応する位置に開口部を有する請求項１に記載のアンテナ装置。
前記折り曲げ部は、前記金属板の本体に対して所定の角度をもって設けられた請求項４に記載のアンテナ装置。
前記金属板は、先端部が前記アンテナ素子の上方の全面を覆うように折り曲げられたメッシュ状の折り曲げ部を有する請求項１に記載のアンテナ装置。
前記メッシュ状の折り曲げ部は、前記金属板の本体に対して所定の角度をもって設けられた請求項６に記載のアンテナ装置。
アンテナ素子と、
前記アンテナ素子の上方の少なくとも一部を覆うように設けられた断面多角形状の誘電体部品と、
を備えるアンテナ装置。
前記アンテナ素子は、ミリ波帯で動作する請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
セット基板と、
前記セット基板に対して所定の角度をもって設けられたミリ波帯で動作するアンテナ素子と、
を備えるアンテナ装置。