JP2016005178A - アンテナ装置、情報処理装置及び記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナ特性が向上したアンテナ装置を提供する。
【解決手段】 一実施形態に係るアンテナ装置は、第１の誘電体及び第２の誘電体を備える。第１の誘電体の内部に波源が設けられている。第２の誘電体は、前記第１の誘電体の対向面に対向する第１面と該第１面に対向する第２面とを備え、前記第１面に、開口を有する導体面が設けられ、前記第２面に放射素子が設けられている。前記第２の誘電体の前記第１面は、前記第１の誘電体の前記対向面より大きく、前記第１の誘電体と前記第２の誘電体との間の距離が使用周波数の２波長以内である。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置、並びに、それを用いた情報処理装置及び記憶装置に関する。

導体層に形成されたスロットを利用して電磁波を送受信するアンテナ装置が知られている。このようなアンテナ装置では、スロット周辺に誘起された高周波電流が導体層の端部に漏洩し、それにより導体層の端部から不要な回折波が発生する。この回折波はアンテナ特性を劣化させる。アンテナ装置においては、アンテナ特性の劣化を抑制できることが求められている。

特開平１０−９２９８１号公報 特開２０１０−１０９４３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、アンテナ特性が向上したアンテナ装置、並びに、それを用いた情報処理装置及び記憶装置を提供することである。

一実施形態に係るアンテナ装置は、第１の誘電体及び第２の誘電体を備える。第１の誘電体の内部に波源が設けられている。第２の誘電体は、前記第１の誘電体の対向面に対向する第１面と該第１面に対向する第２面とを備え、前記第１面に、開口を有する導体面が設けられ、前記第２面に放射素子が設けられている。前記第２の誘電体の前記第１面は、前記第１の誘電体の前記対向面より大きく、前記第１の誘電体と前記第２の誘電体との間の距離が使用周波数の２波長以内である。

第１の実施形態に係るアンテナ装置を示す斜視図。 図１に示したアンテナ装置の断面図。 誘電体同士が接触する場合における第１の実施形態に係るアンテナ装置を示す断面図。 第２の実施形態に係るアンテナ装置を示す斜視図。 図４に示したアンテナ装置の断面図。 第３の実施形態に係るアンテナ装置を示す斜視図。 図６に示したアンテナ装置の断面図。 第４の実施形態に係るアンテナ装置を示す斜視図。 図８に示したアンテナ装置の断面図。 モールド樹脂と誘電体が接触する場合における第４の実施形態に係るアンテナ装置を示す断面図。 アンテナ装置を搭載した情報処理装置の一例を示すブロック図。 図１１に示した情報処理装置の具体例を示す図。 図１１に示した情報処理装置の具体例を示す図。 アンテナ装置を搭載した情報処理装置の他の例を示すブロック図。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１及び図２は、第１の実施形態に係るアンテナ装置を概略的に示す斜視図及び断面図である。このアンテナ装置は、図１に示されるように、波源１を内蔵した誘電体２と、第１面に導体面（導体層ともいう）４が設けられ、第１面に対向する第２面に放射素子５が設けられた誘電体３と、を備える。

波源１は、誘電体２の内部に設けられている。誘電体２は、例えば、略直方体状のモールド樹脂である。誘電体２は、図示しない実装基板に実装される。高周波（radio frequency；ＲＦ）信号が波源１に給電される。波源１は、ＲＦ信号に応じた電磁波を放射する。図１に示される例では、波源１はダイポールアンテナである。なお、波源１は、ダイポールアンテナに限らず、他のアンテナ、例えば、パッチアンテナやループアンテナなどであってもよい。

図２に示されるように、誘電体３は、誘電体２に対向して配置されている。誘電体３の第２面、すなわち、導体面４が、誘電体２に対向する。誘電体３に対向する誘電体２の面を対向面と称する。誘電体３は、例えば、略直方体状のプリント基板樹脂である。導体面４の中央部には、スロット６が設けられている。誘電体３の第１面の中央部は露出され、第１面の残りの部分は導体面４で覆われている。

放射素子５は、スロット６を介して波源１と空間結合されており、波源１からの電磁波を受けて、通信に用いる電磁波を放射する。スロット６は、波源１と放射素子５を隔てる導体面４に設けられた開口である。放射素子５と波源１との空間結合の強さは、両者間の距離が短いほど強い。具体的には、波源１とスロット６との間の距離が短いほど、波源１と放射素子５との結合は強く、さらに、スロット６と放射素子５との間の距離が短いほど、波源１と放射素子５との結合は強くなる。なお、波源１は、誘電体２の内部に設けられているため、スロット６に接触することはない。また、スロット６は誘電体３の第１面に設けられ、放射素子５は誘電体３の第２面に設けられるため、放射素子５がスロット６に接触することはない。

放射素子５は、波源１の近傍界に配置されるのが望ましい。これは、遠方界では空間結合が弱くなるためである。波源１と放射素子５が半波長で共振すると仮定すると、近傍界と遠方界との境界は例えば下記式（１）によって表すことができる。

ここで、ｄ_１は波源１の寸法を表し、ｄ_２は放射素子５の寸法を表し、λは使用周波数（通信に用いる電磁波）の波長を表す。例えば、ｄ_１＝λ／２、ｄ_２＝λ／２であり、この場合、ｒ＝２λとなる。波源１と放射素子５との間の距離が使用周波数の２波長以上であると、放射素子５は波源１の遠方界に位置することになる。このことから、誘電体２と誘電体３との間の距離は使用周波数の２波長以内とすることが望ましい。具体的には、誘電体２と誘電体３との間の距離は、誘電体２の対向面と誘電体３の第１面との間の距離を指す。

なお、誘電体２と誘電体３との間の距離は、ゼロであってもよい。この場合、図３に示すように、誘電体２と誘電体３とが接触する。具体的には、誘電体２の対向面と誘電体３の第１面に設けられた導体面４とが接触する。

図１に示されるように、誘電体３は誘電体２より大きい。具体的には、誘電体３の第１面は、誘電体２の対向面より大きい。図１に示される例では、誘電体３の第１面及び誘電体２の対向面はともに矩形であり、誘電体３の第１面の短辺及び長辺の長さが誘電体２の対向面の短辺及び長辺の長さよりもそれぞれ大きい。上から見ると、誘電体２全体が誘電体３の後ろに隠れる。誘電体３を誘電体２より大きくすることで、導体面４も大きくすることが可能となる。それにより、導体面４の端部に至る漏洩電流が小さくなる。その結果、導体面４の端部で発生する不要な回折波を削減することができる。

図１に示される例では、放射素子５は、矩形パッチ素子である。スロット６の直上に放射素子５を設置することで、放射素子５の周辺にエネルギーが集中し、導体面４の端部に至る漏洩電流が小さくなる。その結果、不要な回折波を削減することができる。なお、パッチの形状は矩形に限らず、放射素子５は、例えば、円形パッチ素子であってもよい。

波源１は導体面４に遮蔽されるため、放射パターンは放射素子５からの放射によって決定される。すなわち、誘電体３、導体面４、及び放射素子５によって形成される外付けアンテナ基板の設計によって、波源１にかかわらず放射パターンを設計することができる。

以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置では、導体面４が誘電体２の対向面より大きい。それにより、導体端部の回折点に至る電流量が減少し、不要な回折波が削減される。その結果、アンテナ特性が向上する。

（第２の実施形態）
図４及び図５は、第２の実施形態に係るアンテナ装置を概略的に示す斜視図及び断面図である。図４及び図５において、図１乃至図３に示した要素と同じ要素には同じ符号を付し、それらの要素についての説明は省略する。

図４に示されるアンテナ装置では、誘電体３の第２面にパッチアレイ素子７が設けられている。パッチアレイ素子７は、複数の（図４の例では３つの）矩形パッチ素子が直列に配列されたものである。パッチ素子をアレイ化することによって、所望の方向への放射エネルギーが収束される。そのため、回折波の影響を相対的に削減することができる。その結果、アンテナ特性が向上する。

なお、パッチ素子の形状は、矩形に限らず、他の形状、例えば、円形であってもよい。また、アレイ構成は、直列アレイに限らず、並列アレイ、直並列アレイであってもよい。さらに、パッチ素子は分配線路を介して直接接続されているが、空間結合されてもよい。

（第３の実施形態）
図６及び図７は、第３の実施形態に係るアンテナ装置を概略的に示す斜視図及び断面図である。図６及び図７において、図１乃至図５に示した要素と同じ要素には同じ符号を付し、それらの要素についての説明は省略する。

第３の実施形態は、第１の実施形態に係る誘電体２（図１）が半導体パッケージである態様に対応する。図６に示されるアンテナ装置では、モールド樹脂８の内部に半導体９及び波源１０が封止されている。半導体９には、給電回路などを内蔵したＲＦＩＣ（radio-frequency integrated circuit）９が実装されている。波源１０は、半導体９によって給電される。本実施形態では、モールド樹脂８の外部からＲＦ信号を給電する必要がなく、給電配線によって誘起される不要電流による回折波を削減することができる。

図７に示されるように、誘電体３は、モールド樹脂８に対向して配置されている。誘電体３の第１面、すなわち、導体面４が、モールド樹脂８の対向面に対向する。放射素子５は、スロット６を介して波源１０と空間結合されている。モールド樹脂８と誘電体３との間の距離は使用周波数の２波長以内とすることが望ましい。

図６に示されるように、誘電体３はモールド樹脂８より大きい。具体的には、誘電体３の第１面は、モールド樹脂８の対向面より大きい。誘電体３を誘電体２より大きくすることで、導体面４も大きくすることが可能となる。それにより、導体面４の端部に至る漏洩電流が小さくなる。その結果、導体面４の端部で発生する不要な回折波を削減することができる。

図６に示される例では、波源１０はボンディングワイヤを利用したループアンテナである。なお、波源１０は、ループアンテナに限らず、他のアンテナ、例えば、ダイポールアンテナなどであってもよい。また、波源１０は、半導体９の上に形成されていてもよい。

（第４の実施形態）
図８及び図９は、第４の実施形態に係るアンテナ装置を概略的に示す斜視図及び断面図である。図８及び図９において、図１乃至図７に示した要素と同じ要素には同じ符号を付し、それらの要素についての説明は省略する。

図８及び図９に示されるアンテナ装置では、半導体９がモールド樹脂８の端部に寄って配置されている。この場合、波源１０の主たる放射方向は側面方向になる。誘電体３は、波源１０の主放射方向に配置されている。すなわち、モールド樹脂８の対向面は、波源１０の主放射方向に位置する面である。誘電体３を波源１０の主放射方向に配置することによって、波源１０とパッチアレイ素子７中のパッチ素子との空間結合が最も強くなる。このとき、所望方向への放射エネルギーが大きくなるため、回折波の影響を相対的に削減することができる。その結果、アンテナ特性を向上することができる。

なお、モールド樹脂８の側面が誘電体３に対向する第４の実施形態においても、図１０に示すように、モールド樹脂８と導体面４とが接触してもよい。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、第１から第４の実施形態において説明したアンテナ装置のいずれか又はその変形を搭載した情報処理装置及び記憶装置について説明する。

図１１は、第５の実施形態に係る情報処理装置としての無線機器２０を概略的に示している。無線機器２０は、アンテナ装置２１、プロセッサ２２、及びメモリ２３を含む。
アンテナ装置２１は、外部とのデータの送受信を行うために使用される。アンテナ装置２１は、上述した第１から第４の実施形態において説明したアンテナ装置のいずれか又はその変形であり得る。
プロセッサ（制御部ともいう）２２は、アンテナ装置２１から受け取ったデータ又はアンテナ装置２１へ送信するデータを処理する。
メモリ２３は、データを保存し、プロセッサ２２からデータを受け取って保存したり、プロセッサ２２へデータを提供したりする。

次に、無線機器の具体例について図１２及び図１３を参照して説明する。
無線機器は、例えば、図１２に示すノートＰＣ（personal computer）２５及び携帯端末２８である。ノートＰＣ２５及び携帯端末２８はそれぞれ、表示部２６、２９を有し、静止画像、動画像を閲覧することができる。他にこれらのノートＰＣ２５及び携帯端末２８は、ＣＰＵ（central processing unit）（制御部ともいう）、メモリなども含んでいる。ノートＰＣ２５及び携帯端末２８はそれぞれ、内部又は外部にアンテナ装置２１を搭載し、例えば、ミリ波帯の周波数を用いてアンテナ装置２１を介したデータ通信を行う。

図１３は、データセンターに設置されるラックサーバ群を概略的に示している。図１３に示されるように、ラック３０Ａ及びラック３０Ｂの各々に、複数のラックサーバが設けられている。複数のラックサーバの１つであるラックサーバ３１Ａは、支持部材３２によってラック３０Ａの内壁に支持固定されている。ラックサーバ３１Ａは、アンテナ装置２１、ＣＰＵ、及びメモリを備える。アンテナ装置２１は、下方に配置されたラックサーバ３１Ｂへのデータ送信のために、ラックサーバ３１Ａの筐体の下部に取り付けられる。また、ラック３０Ａの側壁に他のアンテナ装置２１が取り付けられ、ラックサーバ３１Ａは、このアンテナ装置２１を使用して、隣接するラック３０Ｂのラックサーバへデータを送信することができる。

次に、アンテナ装置を搭載した記憶装置について図１４を参照して説明する。

図１４は、記憶装置の一例としてのＳＳＤ（solid state drive）４０を概略的に示している。図１４に示されるように、ＳＳＤ４０は、アンテナ装置２１と、情報を記憶するメモリ４１と、全体を制御するコントローラ（制御部ともいう）４２と、を含む。ＳＳＤ４０は、アンテナ装置２１を介して外部機器と無線通信を行うことができる。

以上のように、第５の実施形態によれば、第１から第４の実施形態で説明したアンテナ装置のいずれか又はその変形をノートＰＣ、携帯端末、ＳＳＤなどの無線によりデータ通信を行う情報処理装置及び記憶装置に搭載することで、データなどの送受信を効率よく行うことができる。

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。

１…波源、２…誘電体、３…誘電体、４…導体面、５…放射素子、６…スロット、７…パッチアレイ素子、８…モールド樹脂、９…半導体、１０…波源、２０…無線機器、２１…アンテナ装置、２２…プロセッサ、２３…メモリ、２５…ノートＰＣ、２６…表示部、２８…携帯端末、２９…表示部、３０Ａ，３０Ｂ…ラック、３１Ａ，３１Ｂ…ラックサーバ、３２…支持部材、４１…メモリ、４２…コントローラ。

Claims (8)

1. 内部に波源が設けられた第１の誘電体と、
   前記第１の誘電体の対向面に対向する第１面と該第１面に対向する第２面とを備え、前記第１面に開口を有する導体面が設けられ、前記第２面に放射素子が設けられた第２の誘電体と、
   を具備し、前記第２の誘電体の前記第１面は、前記第１の誘電体の前記対向面より大きく、前記第１の誘電体と前記第２の誘電体との間の距離が使用周波数の２波長以内であるアンテナ装置。
2. 前記放射素子はパッチ素子である請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第２面に、アレイ化された複数の前記放射素子が設けられている請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１の誘電体は、半導体パッケージである請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１の誘電体の前記対向面は、前記波源の主放射方向に位置する面である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１の誘電体の前記対向面は前記導体面に接触している請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ装置と、
   前記アンテナ装置との間でやり取りするデータを処理する制御部と、
   前記データを保存するメモリと、
   を具備する情報処理装置。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ装置と、
   前記アンテナ装置との間でやり取りするデータを処理する制御部と、
   前記データを保存するメモリと、
   を具備する記憶装置。

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