JP3244527U - 機器接続ポートの金属部を無線アンテナとして使用する信号放射装置およびその機器 - Google Patents

Abstract

【課題】機器接続ポートの金属部を無線アンテナとして使用する信号放射装置の提供。【解決手段】機器接続ポートと共振コンデンサＣと特定の回路条件下で必要な高周波絶縁インダクタとを備える信号放射装置が、機器接続ポートの金属部１０を無線アンテナとして使用する。機器接続ポートが、金属部を有して配置され、共振コンデンサの一端が、金属部に接続され、共振コンデンサの他端が、無線機器の一部の無線チップ２０に電気的に接続され、金属部と共振コンデンサとが、共にＬＣ共振回路を形成する。機器接続ポートに接続されている金属部の形状を調整し、共振コンデンサの静電容量を調整することで、ＬＣ共振回路が無線動作周波数に等しいＬＣ共振周波数を有し、機器接続ポートの金属部を介して無線信号を放射することができ、非常に小型の機器接続ポートを備えた無線機器に適している。【選択図】図１

Description

本考案は、無線技術に関し、特に、機器接続ポートの金属部を無線アンテナとして使用する信号放射装置に関する。

関連技術の説明

現在、Ｗｉ－Ｆｉ装置などの無線通信装置は、全て、主に下記の２つの条件を満たす無線アンテナを必要としている。

１、アンテナが、プリント回路基板（本明細書ではＰＣＢと略す）で構成され、占有するＰＣＢの正味面積が、１．０ｃｍ×２．５ｃｍである。
同時に、非金属のケーシングが、ＰＣＢアンテナの近くに必要である。
非金属のケーシングを設けると、ＰＣＢには大きい面積が必要になり、非金属の信号窓が必要になる。

２、アンテナは、通常、約１．０ｃｍ×２．５ｃｍ×１．０ｃｍの体積の特定の３次元空間を占める専用の外部アンテナであり、信号を放射するためにアンテナの近くに非金属の信号窓が必要である。

上述の２つのアンテナ構造は、どちらも機器の大きさとケーシングの材質とに関する要件があり、多くの超小型無線装置は、アンテナ構造に関する上述の２つの要件を満たすことができない。
その結果、多くの超小型無線装置は、無線信号を効果的に放射できない。
そのため、正常な無線信号の送受信を実現可能な、非常に小型な装置に対する需要が存在する。
したがって、本考案は、上述の欠点を解決する新しい技術的な解決策を開示して、その需要を満たす。

特許文献１には、「８分の１波長のオープンエンドスロットアンテナ」が開示されている。

台湾特許第Ｉ３９６３３０号

上述した従来技術の欠点に関して、本考案は、機器接続ポートの金属部を無線アンテナとして使用し、機器の一部の機器接続ポートの金属部を介して無線信号を放射する信号放射装置を開示し、この信号放射装置は、機器接続ポートを有する非常に小型の無線機器に適している。
本考案の信号放射装置は、機器の内部空間およびその中のＰＣＢの面積を大きく占有しない、単純な全体構造を有する。

上述の目的を達成するために、本考案は、以下の技術的解決策を開示する。

本考案は、機器接続ポートの金属部を無線アンテナとして使用する、機器接続ポートと共振コンデンサと特定の回路条件下で必要な高周波絶縁インダクタとを備える信号放射装置であって、機器接続ポートが、金属部を有して配置され、共振コンデンサの一端が、金属部に接続され、共振コンデンサの他端が、無線機器のアンテナピンに電気的に接続され、金属部と共振コンデンサとが、共にＬＣ共振回路を形成し、ＬＣ共振回路が、無線アンテナの動作周波数に等しいＬＣ共振周波数を有する、信号放射装置である。

好ましくは、金属部が、アースから絶縁されている、浮いている金属部である。

好ましくは、金属部が、機器の内部回路と接続している直流接続ポートの正極であり、正極が、高周波絶縁インダクタを介して機器の内部回路に接続されている。

好ましくは、金属部が、機器の内部回路と接続している直流接続ポートの負極であり、負極が、高周波絶縁インダクタを介して機器の内部回路に接続されている。

本考案は、機器本体とこの機器本体内に配置されている無線チップと前述の信号放射装置とを備える無線機器の一部であって、無線チップが、共振コンデンサを介して機器接続ポートの金属部に接続されている、無線機器の一部である。

既存の技術と比較すると、本考案は、明らかな利点と有益な効果とを有する。
具体的には、次のとおりである。

機器接続ポートの金属部と無線チップとの間に共振コンデンサを直列に接続することで、ＬＣ共振回路を形成する。
ＬＣ共振回路のＬＣ共振周波数が無線アンテナの動作周波数に等しい場合、機器接続ポートの金属部を介して無線信号を放射することができ、非常に小型の機器接続ポートを備えた無線機器に適している。
その結果、全体の構造が単純になり、機器の内部空間や対応するＰＣＢ基板の面積をあまり占有しない。

第二に、本考案は、高周波絶縁インダクタを設計することで、機器接続ポートの金属部が回路に接続されている（例えば、機器の本来の回路の正極または負極に接続されている）場合で、無線信号が機器の本来の回路に吸収されるのを避けるために無線信号を絶縁させる場合にも、適用可能である。

本考案の一実施形態の装置ブロック図を示す。 本考案の別の実施形態のブロック図を示す。 本考案の一実施形態の無線機器の構造図を示す。

以下では、本考案の実施形態を、図面を参照して明確かつ充分に説明する。
説明する実施形態は、明らかに、本考案の実施形態の全てではなく、一部にすぎない。
本考案の実施形態に基づいて、当業者が創造的な努力をすること無くなし得る他の全ての実施形態は、本考案の保護範囲内に含まれるものとする。

図１から図３に示すように、機器接続ポートの金属部を無線アンテナとして使用する本考案の信号放射装置は、機器接続ポートと共振コンデンサＣとを備えており、本考案の信号放射装置は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈアンテナ、Ｗｉ－Ｆｉアンテナ、ＺｉｇＢｅｅアンテナまたはＬｏｒａアンテナを含む、様々な種類の無線アンテナに置き換え可能である。
以下では、説明のために、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈアンテナを使用する。

機器接続ポートは、金属部を有して配置され、金属部は、通常ナノヘンリー（ｎＨ）の大きさの、低い等価インダクタンスを有する。
共振コンデンサＣの一端は、金属部に接続され、共振コンデンサＣの他端は、無線チップ２０に電気的に接続されている。
無線信号が非常に高い周波数の信号（例えば、２．４ＧＨｚから５．８ＧＨｚの間）であることを考慮して、放射回路と直列に接続されている適切な共振コンデンサＣは、通常、ピコファラド（ｐＦ）の大きさの静電容量を有する。
機器接続ポートは、ＵＳＢ接続ポート、電源接続ポート、ＨＤＭＩ接続ポート、オーディオ接続ポート等に限定されず、周囲に露出している金属部を有する機器接続ポートであれば、機器接続ポートとしては、充分である。

金属部と共振コンデンサＣとは、共にＬＣ共振回路を形成し、ＬＣ共振回路は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈアンテナの動作周波数に等しいＬＣ共振周波数を有する。
ＬＣ共振周波数がＢｌｕｅｔｏｏｔｈアンテナの動作周波数に等しいため、無線信号は、無線信号の伝送放射体として機能する機器接続ポートの金属部を介して放射可能であり、機器の金属ケーシングの遮蔽効果の影響を受けない。
もちろん、ＬＣ共振回路のＬＣ共振周波数は、それぞれ、Ｗｉ－Ｆｉ、ＺｉｇＢｅｅ、またはＬｏｒａなどの様々な無線伝送プロトコルの動作周波数と等しくなるように構成することも可能である。

図１に示すように、本実施形態では、金属部は、アースから絶縁されている金属部１０である。
一実施形態では、機器接続ポートは、ＵＳＢ接続ポート５０であり、ＵＳＢ接続ポート５０の金属部１０は、ＵＳＢ接続ポート５０の金属シェルであり、このＵＳＢ接続ポート５０の金属シェルは、約１ｎＨの等価インダクタンスを有する。
２．４ＧＨｚの共振周波数を実現するために、補助の共振コンデンサＣを５ｐＦとして選択可能であり、したがって、共振周波数は、２．２ＧＨｚから２．４ＧＨｚの範囲内に収まる。
フィールドテストにおいてＵＳＢ接続ポート５０から５メートルの距離で無線信号を安定して受信可能であることから、この構成の放射効率は、比較的高い。

図２に示すように、別の実施形態では、金属部１０は、機器の内部回路４０に接続されている直流（ＤＣ）接続ポート３０の正極または負極である。
正極または負極は、高周波絶縁インダクタＬを介して機器の内部回路４０に接続されている。
内部回路４０とは、機器の電気的機能を実現するための機器内の本来の回路をいう。
既存の直流接続ポート３０の金属部１０（すなわち、正極または負極）は、内部回路４０に直接接続されていなければならない。
したがって、金属部１０をアンテナ放射体として使用する場合には、アンテナ信号が内部回路４０に吸収されたり、アースに吸収されたりする問題を考慮する必要がある。
このため、内部回路４０に対する絶縁回路を設ける必要がある。
無線信号の高周波と、直流接続ポート３０の直流または低周波交流との周波数差を利用することで、適切な高周波絶縁インダクタＬを直列絶縁として使用する。
これにより、直流または低周波交流は、高周波絶縁インダクタＬを通過可能であるが、超高周波無線信号は、通過できない。
結果として、直流接続ポート３０の金属部１０においてのみで、高周波絶縁と外部への放射とを実現可能である。

図２および図３に示すように、本考案は、無線チップ２０と、機器本体５１と、機器接続ポートの金属部１０を無線アンテナとして使用する前述の信号放射装置とを備える、無線ロックなどの無線機器を提案する。
無線チップ２０は、機器本体５１の内部に配置され、共振コンデンサＣを介して機器接続ポートの金属部１０に接続されている。
機器接続ポートは、機器本体５１の表面に配置されているＵＳＢ接続ポート５０であり、機器接続ポートの金属部１０は、ＵＳＢ接続ポート５０の金属シェルである。

本考案の要点は、機器接続ポートの金属部１０と無線チップ２０との間に共振コンデンサＣを直列に接続してＬＣ共振回路を形成することである。
ＬＣ共振回路のＬＣ共振周波数が無線アンテナの動作周波数に等しい場合、機器接続ポートの金属部１０を介して無線信号を放射することができ、非常に小型の機器接続ポートを備えた無線機器に適している。
その結果、全体の構造が単純になり、機器の内部空間や対応するＰＣＢ基板の面積をあまり占有しない。

第２に、高周波絶縁インダクタＬを設計することで、無線信号を絶縁させ、無線信号が機器の本来の回路に吸収されるのを避けることができる。

上述の構成が、本考案の好ましい実施形態である。
当業者にとって、本考案の原理から逸脱することなく、本考案の特定の改良および修正を依然として行うことができるが、そのような改良および修正がなされても、本考案の保護範囲内にあるものとみなされることに留意されたい。

本考案の多くの特徴および利点が、考案の構造および機能の詳細とともに前述の説明で記載されてきたが、本開示は、例示にすぎない。
添付の実用新案登録請求の範囲に記載されている用語の広範かつ一般的な意味によって示される最大限の範囲の考案の原理内で、特に、部品の形状、大きさおよび配置に関して、詳細な変更を加えることが可能である。

Claims (10)

1. 機器接続ポートの金属部を無線アンテナとして使用する、機器接続ポートと共振コンデンサとを備える信号放射装置であって、
   前記機器接続ポートが、金属部を有して配置され、
   前記共振コンデンサの一端が、前記金属部に接続され、
   前記共振コンデンサの他端が、無線チップに電気的に接続され、
   前記金属部と前記共振コンデンサとが、共にＬＣ共振回路を形成し、
   該ＬＣ共振回路が、前記無線アンテナの動作周波数に等しいＬＣ共振周波数を有することを特徴とする、信号放射装置。
2. 前記金属部が、アースから絶縁されている、浮いている金属部であることを特徴とする、請求項１に記載された信号放射装置。
3. 内部回路をさらに備え、
   前記機器接続ポートが、前記内部回路と接続するための直流接続ポートであり、
   前記金属部が、前記直流接続ポートの正極であり、
   該正極が、高周波絶縁インダクタを介して前記内部回路に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載された信号放射装置。
4. 内部回路をさらに備え、
   前記機器接続ポートが、前記内部回路と接続するための直流接続ポートであり、
   前記金属部が、前記直流接続ポートの負極であり、
   該負極が、高周波絶縁インダクタを介して前記内部回路に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載された信号放射装置。
5. 前記機器接続ポートが、ＵＳＢ接続ポートであり、
   前記金属部が、前記ＵＳＢ接続ポートの金属シェルであることを特徴とする、請求項１に記載された信号放射装置。
6. 機器本体と、該機器本体内に配置されている無線チップと、機器接続ポートおよび共振コンデンサを含む信号放射装置と、を備える無線機器であって、
   前記機器接続ポートが、金属部を有して配置され、
   前記共振コンデンサの一端が、前記金属部に接続され、
   前記共振コンデンサの他端が、無線チップに電気的に接続され、
   前記金属部と前記共振コンデンサとが、共にＬＣ共振回路を形成し、
   該ＬＣ共振回路が、前記無線アンテナの動作周波数に等しいＬＣ共振周波数を有し、
   前記無線チップが、前記共振コンデンサを介して前記機器接続ポートの前記金属部に接続されていることを特徴とする、無線機器。
7. 前記金属部が、アースから絶縁されている、浮いている金属部であることを特徴とする、請求項６に記載された無線機器。
8. 前記信号放射装置が、内部回路をさらに備え、
   前記機器接続ポートが、前記内部回路と接続するための直流接続ポートであり、
   前記金属部が、前記直流接続ポートの正極であり、
   該正極が、高周波絶縁インダクタを介して前記内部回路に接続されていることを特徴とする、請求項６に記載された無線機器。
9. 前記信号放射装置が、内部回路をさらに備え、
   前記機器接続ポートが、前記内部回路と接続するための直流接続ポートであり、
   前記金属部が、前記直流接続ポートの負極であり、
   該負極が、高周波絶縁インダクタを介して前記内部回路に接続されていることを特徴とする、請求項６に記載された無線機器。
10. 前記機器接続ポートが、ＵＳＢ接続ポートであり、前記金属部が、前記ＵＳＢ接続ポートの金属シェルであることを特徴とする、請求項６に記載された無線機器。