JP2016039443A - 無線通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成でグランドが安定したアンテナを組み込んだ無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線通信装置100は、パターンが表面に形成された回路基板11と、回路基板11の一面に配設された無線通信本体31と、無線通信本体31を覆うシールドカバー21と、無線通信本体31と接続されたアンテナ51と、を備え、シールドカバー21とアンテナ51とは一枚の金属板で構成されており、シールドカバー21には適用される製品に取り付けるための取り付け部25が設けられ、アンテナ51がアンテナ本体部51Aと給電部51Bと短絡部51Cとを有した逆F型アンテナであり、アンテナ51の一端側に設けられた短絡部51Cと無線通信本体31に対向するシールドカバー21の天板部21Aとは短絡板部21Cで接続され、給電部51Bが回路基板11の表面に形成された給電ランド11Aと接続されていることを特徴としている。
【選択図】図2

Description

本発明は、無線通信システム等に適用される無線通信装置に関する。
近年、無線通信技術の発達に伴い、アンテナを組み込んだ無線通信装置が各種提案されている。これらの無線通信装置は、回路基板の一面に高周波回路が配設される所定領域を金属製のシールドカバーで覆い、回路基板の一面の別領域にパターンアンテナ等を設ける構成が一般的である。
このような無線通信装置として、特許文献1では、無線装置900が提案されている。図7は、従来例の無線装置900を説明する図であって、図7(a)は、無線装置900を示す斜視図であり、図7(b)は、一枚の金属板を示す平面図であり、図7(c)は、加工された金属板を基板901に実装した状態の斜視図である。
無線装置900は、図示しない無線本体を基板901の一面に実装し、図7(a)に示すように、無線本体を覆うシールドケース903と板金アンテナ902とを互いに間隔を介して基板901の一面に配設している。また、シールドケース903と板金アンテナ902は、図7(b)に示す一枚の金属板を加工することによって形成される。つまり、一枚の金属板から、板金アンテナ902とシールドケース903とが連結部904を介して連結された連結体905を形成して折り曲げ、その連結体905の形態で、図7(c)に示すように、板金アンテナ902の部位とシールドケース903の部位を共に基板901に実装する。そして、その後に、連結部904を切断して、図7(a)のような状態とする。
また、無線装置900の板金アンテナ902は、いわゆる、逆F型アンテナを構成しており、短絡部を形成する接地導体板912が基板901の表面に形成されたパターン(図示しない)を介して、シールドケース903と接続されている。
特開2010−258789号公報
しかしながら、従来例の無線装置900では、逆F型アンテナ(板金アンテナ902)の接地導体板912(短絡部)が基板901に配設されたパターンを介して基板901のグランドに接続されると共に、シールドケース903に接続されているので、グランドが安定せずアンテナ性能が劣化するという課題があった。
本発明は、上述した課題を解決するもので、簡単な構成でグランドが安定したアンテナを組み込んだ無線通信装置を提供することを目的とする。
この課題を解決するために、本発明の無線通信装置は、パターンが表面に形成された回路基板と、該回路基板の一面に配設された無線通信を行うための無線通信本体と、前記回路基板の前記一面に配設された前記無線通信本体を覆いシールドするシールドカバーと、前記無線通信本体と接続されたアンテナと、を備えた無線通信装置であって、前記シールドカバーと前記アンテナとは、一枚の金属板で構成されており、前記シールドカバーには、適用される製品に取り付けるための取り付け部が設けられ、前記アンテナは、アンテナ本体部と給電部と短絡部とを有した逆F型アンテナであり、前記アンテナの一端側に設けられた前記短絡部と前記無線通信本体に対向する前記シールドカバーの天板部とは、短絡板部で接続され、前記給電部は、前記回路基板の表面に形成された給電ランドと接続されていることを特徴としている。
これによれば、本発明の無線通信装置は、アンテナの一端側に設けられた短絡部とシールドカバーの天板部とは、短絡板部で接続され、更に、シールドカバーには適用される製品に取り付けるための取り付け部を有して構成されている。このため、アンテナの短絡部がシールドカバーの天板部および取り付け部を介して、適用される製品のグランドに接続されるようになる。このことにより、従来例の基板(回路基板)を介してグランドに接続する場合と比較して、アンテナのグランドが強化される。従って、簡単な構成でありながらアンテナのグランドが安定し、アンテナ性能の向上を図ることができる。
また、本発明の無線通信装置は、前記シールドカバーは、前記天板部と一体に設けられた複数の側板を有し、前記シールドカバーの側面は、前記短絡板部の設けられた箇所を除いて、前記複数の側板で形成されていることを特徴としている。
これによれば、本発明の無線通信装置は、シールドカバーの側面が、短絡板部の設けられた箇所を除いて、天板部と一体に設けられた複数の側板で形成されているので、無線通信本体の側方および上方をつなぎ目無しで覆うことができる。これにより、シールド効果を向上させることができ、且つ、外部からの干渉電波を防ぎ、外部への不要輻射を防ぐことができる。
また、本発明の無線通信装置は、前記取り付け部が、前記側板の先端側に設けられ、前記取り付け部には、金属製のねじが挿入される孔部が設けられていることを特徴としている。
これによれば、本発明の無線通信装置は、取り付け部には金属製のねじが挿入される孔部が設けられているので、金属製のねじにより、簡単に製品本体に取り付けることができ、確実に製品のグランドに接続することができる。更に、側板と取り付け部との接続角度や取り付け部の折り曲げ角度等を調整することで、本発明の無線通信装置の製品本体への取り付け角度を自由にすることができ、製品への適用性の向上を図ることができる。
また、本発明の無線通信装置は、前記アンテナ本体部が折り曲げられていることを特徴としている。
これによれば、本発明の無線通信装置は、アンテナ本体部が折り曲げられることで、アンテナのアンテナ指向性を変化させることができ、アンテナ性能をより向上させることができる。例えば、無線通信装置の設置場所が当初予定から変更され、通信性能が劣化しても、アンテナを折り曲げてアンテナ指向性を変化させることで、通信性能を確保することができるということである。
また、本発明の無線通信装置は、前記アンテナ本体部と前記天板部とは、同一面に配設されていることを特徴としている。
これによれば、本発明の無線通信装置は、アンテナ本体部と天板部とが同一面に配設されているので、無線通信装置の全体の厚みを増やすこと無しに、アンテナ本体部と回路基板との距離を最大限離間させることができる。このため、アンテナ指向性に影響をおよぼす虞のある誘電体材料(エポキシ樹脂等)で形成される回路基板の影響が少なくなるため、アンテナ特性を向上させることができる。
本発明の無線通信装置は、簡単な構成でグランドが安定したアンテナを構成することができる。
本発明の第1実施形態の無線通信装置を説明する斜視図である。 本発明の第1実施形態の無線通信装置を説明する図であって、図2(a)は、図1に示すZ1側から見た平面図であり、図2(b)は、図1に示すY2側から見た側面図である。 本発明の第1実施形態に係わる無線通信装置の使用方法の一例を示した斜視図である。 本発明の第1実施形態に係わる無線通信装置の製造に用いた金属板を説明する平面図である。 本発明の第1実施形態に係わる無線通信装置の使用方法の他の例を示した斜視図である。 本発明の第1実施形態に係わる無線通信装置の変形例を説明する図であって、変形例4の無線通信装置の製造に用いた金属板の平面図である。 従来例の無線装置を説明する図であって、(a)は、無線装置を示す斜視図で、(b)は、一枚の金属板を示す平面図で、(c)は、加工された金属板を基板に実装した状態の斜視図である。
[第1実施形態]
以下に、第1実施形態における無線通信装置100について、図1から図5までを用いて説明する。
第1実施形態における無線通信装置100は、図1に示すような長方体の形状をして、図1および図2に示すように、パターン(図示しない)が表面に形成された回路基板11と、回路基板11の一面に配設された無線通信を行うための無線通信本体31と、回路基板11の一面に配設された無線通信本体31を覆いシールドするシールドカバー21と、無線通信本体31と接続されたアンテナ51と、を備えて構成されている。
先ず、無線通信装置100の回路基板11は、図1に示すように長方形で厚みのある板状の形状である。また、回路基板11は銅の薄い電極(銅箔)により形成されるパターンと、基材として電気的に絶縁性の良いガラスエポキシ樹脂層等が交互に何層か折り重なった多層板、または、ガラスエポキシ樹脂層等の一面と他面に銅箔により形成されるパターンが設けられた両面板で構成されている。
また、回路基板11の一面には、図1に示すように、破線で示す無線通信本体31と、無線通信本体31を覆うシールドカバー21と、無線通信本体31と接続されたアンテナ51と、が配設されている。そして、回路基板11の一面には、無線通信本体31とシールドカバー21とアンテナ51のそれぞれと電気的に接続するためのパターン(図示しない)が形成されている。尚、図2(a)には、このパターンの内、アンテナ51の一部(後述する給電部51B)と半田等で接続された給電ランド11Aのみ図示している。また、この給電ランド11Aを介して、無線通信本体31とアンテナ51が電気的に接続されている。
次に、無線通信装置100の無線通信本体31は、前述したように、回路基板11の一面に配設され、アンテナ51を介して無線通信を行うための電子部品等で回路を構成している。この回路は、主に無線信号を送信するための送信回路と、無線信号を受信するための受信回路と、から構成されている。そして、この回路では、給電ランド11A側から見た無線通信本体31のインピーダンスは、50Ωに整合されて構成されていると共に、アンテナ51の給電部51Bもインピーダンスが50Ωに整合されて形成されている。これにより、無線通信本体31と、アンテナ51と、の間で無線信号を効率的にやり取りすることができる。
無線通信本体31の送信回路は、送信データを無線信号に変換してアンテナ51へ送る。このとき、無線信号を遠くへ送るために無線信号のレベルを大きくする。このため、無線通信本体31から発生する電磁波(電波)が外部の電子機器へ漏洩する(外部への不要輻射)虞がある。
無線通信本体31の受信回路は、通信相手からの微弱な電波がアンテナ51を介して受信し、受信した無線信号を受信データに変換する。このとき、受信回路は外部の電子機器から侵入する電磁波(電波)によって妨害を受ける(外部からの干渉電波)虞がある。
次に、無線通信装置100のシールドカバー21は、図1および図2(b)に示すように、箱形形状で、無線通信本体31と対向する天板部21Aと、天板部21Aと一体に設けられた4つの側板21Bと、天板部21Aから同一面に延設された短絡板部21Cと、から構成されている。そして、シールドカバー21は、無線通信本体31から発生する電磁波が外部の電子機器へ漏洩(外部への不要輻射)することを防止し、あるいは外部の電子機器から無線通信本体31へ侵入する電磁波(外部からの干渉電波)を遮蔽するように、無線通信本体31の全域を覆うように配設されている。尚、詳細な図示はしていないが、シールドカバー21の側板21Bと、回路基板11のグランドに接続するためのパターンと、が半田付け等で接続されて、無線通信本体31のシールドが確実なものとなっている。
シールドカバー21の天板部21Aは、図1に示すように、長方形の形状で形成され、無線通信本体31の全域を覆うようして、図2(b)に示すように回路基板11の一面に配設された無線通信本体31と対向して配設されている。
シールドカバー21の側板21Bは、シールドカバー21の側面を構成しており、図1および図2(b)に示すように、天板部21Aの四方端からそれぞれ下方(図1に示すZ2方向)に延設されており、短絡板部21Cが設けられた箇所を除いて、それぞれ天板部21Aと一体に形成されている。また、4つの側板21Bの高さは、無線通信本体31を構成する電子部品の中で、一番高さが高い電子部品よりも少しだけ高く形成され、無線通信装置100の薄型化を図っている。従って、本発明の無線通信装置100は、シールドカバー21の側面が、短絡板部21Cの設けられた箇所を除いて、天板部21Aと一体に設けられた4つの側板21Bで形成されているので、無線通信本体31の側方および上方をつなぎ目無しで覆うことができる。これにより、シールド効果を向上させることができ、外部からの干渉電波を防ぎ、外部への不要輻射を防ぐことができる。
シールドカバー21の短絡板部21Cは、図2(a)および図2(b)に示すように、アンテナ51(後述する短絡部51C)とシールドカバー21の天板部21Aとを接続している。また、短絡板部21Cは、アンテナ51(後述する短絡部51C)と同じ幅に形成されている。
次に、無線通信装置100のアンテナ51は、図2(a)に示すように、アンテナ本体部51Aと給電部51Bと短絡部51Cとを有した逆F型アンテナである。この逆F型アンテナは、アルファベットのF文字の逆形状で形成され、アンテナ51のエレメントの片方をグランドにすることにより動作する接地アンテナの一つである。
また、アンテナ51の一端側に設けられた短絡部51Cと、無線通信本体31に対向するシールドカバー21の天板部21Aと、は短絡板部21Cで接続され、アンテナ51の給電部51Bは、回路基板11の表面に形成された給電ランド11Aと接続されている。また、図1および図2(b)に示すように、アンテナ本体部51Aと、天板部21Aと、は同一面に配設されている。従って、本発明の無線通信装置100は、アンテナ本体部51Aと天板部21Aとが同一面に配設されているので、無線通信装置100の全体の厚みを増やすこと無しに、アンテナ本体部51Aと回路基板11との距離を最大限離間させることができる。このため、アンテナ51の指向性に影響をおよぼす虞のある誘電体材料(エポキシ樹脂等)で形成される回路基板11からの影響が少なくなるため、アンテナ特性を向上させることができる。
アンテナ51のアンテナ本体部51Aは、アンテナ特性を左右する主要なエレメントである。また、アンテナ本体部51Aは、無線通信本体31からの無線信号が給電部51Bを介して効率的に電波に変換(送信)する。また、アンテナ本体部51Aは、外部から送信された微弱な電波を効率的に無線信号に変換(受信)して、無線通信本体31へ送る。つまり、アンテナ本体部51Aは可逆性があり、送信と受信を兼用している。
また、アンテナ本体部51Aは、図3に示す一例のように、折り曲げることができる。これにより、アンテナ特性の一つであるアンテナ指向性を変化させることができ、アンテナ性能を向上させることができる。例えば、無線通信装置100の設置場所が当初予定から変更され、通信性能が劣化しても、アンテナ51を折り曲げてアンテナ指向性を変化させることで、通信性能を確保することができる。また、このような使用方法ができるので、本発明の無線通信装置100は、使い勝手が良いものである。
アンテナ51の給電部51Bは、インピーダンスが50Ωに整合されて形成され、回路基板11の一面に形成された給電ランド11Aを介して無線通信本体31と接続されて、無線通信本体31との間で無線信号を効率的にやり取りする。
アンテナ51の短絡部51Cは、グランドと接続されて形成され、アンテナ51をアンテナ動作させる。アンテナ51は接地アンテナであるため、短絡部51Cを強いグランドに接続させる無線通信装置100の構成にするほど、アンテナ特性の向上と安定化が図られる。
ここで、無線通信装置100のシールドカバー21とアンテナ51の作製方法について、図4を用いて簡単に説明する。図4は、本発明の第1実施形態に係わる無線通信装置100に用いた金属板を説明する平面図である。
シールドカバー21とアンテナ51の作製方法は、先ず、図4に示すような外形形状になるように、金型を用いて一枚の金属板に打ち抜き加工を行い、加工シート70を作製する。ここでの金属板として、導電率が高い銅系の金属材料(例えば洋白等)を使用している。また、この金属材料として導電率が高い材質を用いているのは、シールドカバー21のシールド性能の向上と、アンテナ51のアンテナ性能の向上と、を図るためである。
次に、この加工シート70に対して、図4に示す山折り線(破線)および谷折り線(一点鎖線)に沿って曲げ加工を行い、図1に示すような立体的なシールドカバー21およびアンテナ51を形成している。以上のようにして、簡単な工程でシールドカバー21およびアンテナ51を作製することができる。
また、前述したように、シールドカバー21とアンテナ51とが一枚の金属板で構成されており、アンテナ51の給電部51Bが折り曲げられて、回路基板11の給電ランド11Aと接続されているので、シールドカバー21とアンテナ51とを一つの部品として回路基板11に取り付けることができる。このため、基板901に取り付けてからシールドケース903と板金アンテナ902とを切断する従来例のような方法を用いる必要が無い。このように、本発明の第1実施形態では、より簡単な工程で、シールドカバー21とアンテナ51とを作製することができる。
また、本発明の第1実施形態では、シールドカバー21とアンテナ51とを切断する必要が無く、シールドカバー21とアンテナ51とを一つの部品として回路基板11に取り付けることができる。このため、切断時におけるアンテナ51の変形によるアンテナ性能の劣化を防止することができる。
また、本発明の第1実施形態では、シールドカバー21の天板部21Aと、アンテナ51のアンテナ本体部51Aおよび短絡部51Cと、が同一面であるので、余計に折り曲げることが無いので、容易にシールドカバー21およびアンテナ51を作製することができる。
最後に、無線通信装置100の取り付け部25は、適用される製品に取り付けるために設けられ、図2(b)に示すように、シールドカバー21の側板21Bの先端側に連続して形成され、図4に示すように、シールドカバー21と一体にして作製されている。
また、取り付け部25の中央部分には、図1および図2(a)に示すように、円形形状の孔部25Aが設けられ、無線通信装置100が製品に適用された際には、この孔部25Aに金属製のねじが挿入されて、簡単にして確実に製品に取り付けることができる。
また、取り付け部25は、この金属製のねじを介して、適用される製品のグランドに接続されている。つまり、アンテナ51は、シールドカバー21の短絡板部21Cと接続されて、シールドカバー21および取り付け部25を介して、適用される製品のグランドに接続されるようになる。このため、従来例の基板901を介してグランドに接続する場合と比較して、アンテナ51のグランドが強化される。これにより、簡単な構成でありながらアンテナ51のグランドが安定し、アンテナ性能の向上を図ることができる。
また、前述したように、取り付け部25と一体に形成されたシールドカバー21の側板21Bが回路基板11のパターンに半田付けされているため、無線通信装置100と適用される製品との間の取り付け強度が強いものとなっている。
また、取り付け部25は、図5に示す一例のように、折り曲げることができる。これにより、無線通信装置100の製品本体への取り付け角度を自由に変更することができ、例えば、通信性能を確保するためにアンテナ51の向きを変化させたり、他の部品との干渉を避けたりすることができる。このことにより、製品への適用性の向上を図ることができ、このような使用方法ができるので、本発明の無線通信装置100は、使い勝手が良いものである。
以上のように構成された本発明の第1実施形態の無線通信装置100における、効果について、以下にまとめて説明する。
本発明の第1実施形態の無線通信装置100は、アンテナ51の一端側に設けられた短絡部51Cとシールドカバー21の天板部21Aとは、短絡板部21Cで接続され、更に、シールドカバー21には適用される製品に取り付けるための取り付け部25を有して構成されている。このため、アンテナ51の短絡部51Cがシールドカバー21の天板部21Aおよび取り付け部25を介して、適用される製品のグランドに接続されるようになる。このことにより、従来例の基板901(回路基板11)を介してグランドに接続する場合と比較して、アンテナ51のグランドが強化される。従って、簡単な構成でありながらアンテナ51のグランドが安定し、アンテナ性能の向上を図ることができる。
また、シールドカバー21の側面が、短絡板部21Cの設けられた箇所を除いて、天板部21Aと一体に設けられた複数の側板21Bで形成されているので、無線通信本体31の側方および上方をつなぎ目無しで覆うことができる。これにより、シールド効果を向上させることができ、且つ、外部からの(干渉)電磁波を遮蔽し、外部へ(妨害)電磁波の漏洩を防ぐことができる。
また、取り付け部25には、金属製のねじが挿入される孔部25Aが設けられているので、金属製のねじにより、簡単に製品本体に取り付けることができ、確実に製品のグランドに接続することができる。更に、側板21Bと、取り付け部25と、の接続角度や取り付け部25の折り曲げ角度等を調整することで、本発明の無線通信装置100の製品本体への取り付け角度を自由にすることができ、製品への適用性の向上を図ることができる。
また、アンテナ本体部51Aが折り曲げられることで、アンテナ51のアンテナ指向性を変化させることができ、アンテナ性能をより向上させることができる。例えば、無線通信装置100の設置場所が当初予定から変更され、通信性能が劣化しても、アンテナ51を折り曲げてアンテナ指向性を変化させることで、通信性能を確保することができるということである。
また、アンテナ本体部51Aと天板部21Aとが同一面に配設されているので、無線通信装置100の全体の厚みを増やすこと無しに、アンテナ本体部51Aと回路基板11との距離を最大限離間させることができる。このため、アンテナ指向性に影響をおよぼす虞のある誘電体材料(エポキシ樹脂等)で形成される回路基板11の影響が少なくなるため、アンテナ特性を向上させることができる。
以上のように、本発明の実施形態に係わる無線通信装置100を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでは無く、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。
<変形例1>
第1実施形態では、取り付け部25も一枚の金属板で、シールドカバー21およびアンテナ51と一体にして好適に作製したが、これに限るものでは無く、例えば、取り付け部25がシールドカバー21の天板部21Aに半田付けされて構成されていても良い。
<変形例2>
第1実施形態では、無線通信装置100にアンテナ51を1個設けたが、複数個設けても良い。
<変形例3>
第1実施形態では、取り付け部25の孔部25Aは丸穴加工を施した構成を示したが、孔部25Aにタップ加工(丸穴の内側にネジを刻む)を施しても良い。
<変形例4>
第1実施形態では、シールドカバー21が短絡板部21Cの設けられた箇所を除いて複数の側板21Bで形成されていたが(図4参照)、これに限るものでは無く、例えば、図6に示すように、短絡板部21Cの設けられた箇所以外に、側板21Bが形成されていない部分があっても良い。
<変形例5>
第1実施形態では、シールドカバー21の天板部21Aと、アンテナ51のアンテナ本体部51Aと、が同一面に配設されるように構成したが、これに限るものでは無く、例えば、誘電体材料である回路基板11からの影響を更に少なくするため、アンテナ51を回路基板11から更に離して配設した構成でも良い。
<変形例6>
第1実施形態では、回路基板11は銅箔により形成されるパターンと、ガラスエポキシ樹脂層と、で構成されているが、銀ペーストを印刷、焼成して形成されるパターンと、LTCC(LOW TEMPERATURE CO−FIRED CERAMICS)と、で構成しても良い。
11 回路基板
11A 給電ランド
21 シールドカバー
21A 天板部
21B 側板
21C 短絡板部
25 取り付け部
25A 孔部
31 無線通信本体
51 アンテナ
51A アンテナ本体部
51B 給電部
51C 短絡部
70 加工シート
100 無線通信装置
900 無線装置
901 基板
902 板金アンテナ
903 シールドケース
904 連結部
905 連結体
912 接地導体板

Claims (5)

  1. パターンが表面に形成された回路基板と、
    該回路基板の一面に配設された無線通信を行うための無線通信本体と、
    前記回路基板の前記一面に配設された前記無線通信本体を覆いシールドするシールドカバーと、
    前記無線通信本体と接続されたアンテナと、を備えた無線通信装置であって、
    前記シールドカバーと前記アンテナとは、一枚の金属板で構成されており、
    前記シールドカバーには、適用される製品に取り付けるための取り付け部が設けられ、
    前記アンテナは、アンテナ本体部と給電部と短絡部とを有した逆F型アンテナであり、
    前記アンテナの一端側に設けられた前記短絡部と前記無線通信本体に対向する前記シールドカバーの天板部とは、短絡板部で接続され、
    前記給電部は、前記回路基板の表面に形成された給電ランドと接続されていることを特徴とする無線通信装置。
  2. 前記シールドカバーは、前記天板部と一体に設けられた複数の側板を有し、
    前記シールドカバーの側面は、前記短絡板部の設けられた箇所を除いて、前記複数の側板で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
  3. 前記取り付け部は、前記側板の先端側に設けられ、
    前記取り付け部には、金属製のねじが挿入される孔部が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の無線通信装置。
  4. 前記アンテナ本体部が折り曲げられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の無線通信装置。
  5. 前記アンテナ本体部と前記天板部とは、同一面に配設されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の無線通信装置。
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