JP4003687B2 - アンテナモジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮなどの無線通信を行う電子機器等に好適に用いられるアンテナモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話や無線ＬＡＮなどの電子機器において、電波の送受信に用いるアンテナは、送受信利得や指向性の向上などの性能向上が望まれる。一方で、近年は電子機器の小型化が進んでいるため、アンテナの小型化も同様に望まれる。
【０００３】
このような要望の中、電子機器に組み込むアンテナの利得や指向性の向上のために、スロットアンテナが検討されることがある（例えば特許文献１、特許文献２）。
【０００４】
図９は従来の技術におけるアンテナモジュールの斜視図である。１００はスロットアンテナであり、１０１は導体基板であり、１０２は開口部であり、１０３はマイクロストリップ線路であり、１０４はアンテナ素子であり、マイクロストリップ線路の先に設けられた一次放射器としての役割を有する。１０５は放射電波であり、開口部１０２から放射される。開口部１０２は二次放射器になっている。アンテナ素子１０４は開口部１０２内部に設置されている。
【０００５】
マイクロストリップ１０３に送信する信号が供給され、アンテナ素子１０４が電界を発生し、開口部１０２内部で電界が発生する。電界が発生することで、開口部１０２内部で共振が発生する。このように開口部１０２で共振が発生することで、開口部１０２から電波１０５が放射される。開口部１０２から電波が放射されることで、マイクロストリップ線路１０３の先端にあるアンテナ素子１０４から電波が放射される場合に比べて放射強度が増加し、送信利得が向上する。受信の場合は送信の逆の動作になるため、同様に受信利得が向上する。
【０００６】
さらに、図９に示すように開口部１０２を水平面とした場合、この水平面の上下方向に指向性を有することになるため、送受信で対応する基地局との位置関係をこの指向性に合せることで、送受信性能を向上させることができる場合がある。
【０００７】
以上のように、電子機器に組み込むアンテナの性能向上を達成するために、このようなスロットアンテナを用いることが検討されていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２２６９２６号公報
【特許文献２】
特開平９−７４３１２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスロットアンテナ方式のアンテナモジュールでは、一次放射器に用いるアンテナ素子が大型化に伴って大型化する問題があった。すなわち、一次放射器として用いるマイクロストリップ線路によるアンテナや、パッチアンテナなどは広帯域化などに対応するため、大型化する傾向がある。アンテナ素子が大きくなれば、これが設置される開口部も大きくせざるを得ず、結果としてアンテナモジュール全体が非常に大きくなる問題があった。
【００１０】
さらに、開口部での共振を効率的に発生させるためには、開口部の長辺に対して略垂直に電界を発生させる必要があるが、このためには一次放射器として用いるアンテナ素子を長辺に対して略垂直に設置する必要がある。通常、アンテナ素子は棒状の形状をとる必要があるため、ますます開口部を大きくする必要が生じ、アンテナモジュール全体が大型化する問題があった。
【００１１】
これを回避するために、開口部の長辺に対して略平行にアンテナ素子を設置した場合には、導体部に発生するイメージ電流がアンテナ素子を流れる電流を打ち消して、利得を低下あるいは消滅させるなどの問題もあった。
【００１２】
このようにアンテナモジュールが大型化すると、これを電子機器に実装するときに、巨大な面積を占めることになり、電子機器の小型化という目的を阻害する問題もある。また電子機器の実装の中での割合が高くなるために、他の電子部品への影響が大きくなり、電子機器全体の性能低下の原因にもつながる問題があった。
【００１３】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、小型化を維持しつつ、利得や指向性を向上させたアンテナモジュールを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
基体にスパイラル部が構成されたヘリカルアンテナと、開口部を有する導体部を有し、ヘリカルアンテナの一方の端部が給電端部とされ、且つ基体が該給電端部より段落ちして形成され、開口部には、ヘリカルアンテナが、導体内のイメージ電流によってヘリカルアンテナを流れる電流が妨げられずに利得が上がる向きに設置されると共に、開口部内部の位置、または開口部の作る上下方向の領域内であってヘリカルアンテナと開口部との共振によるエネルギー損失を抑えることができる一定の距離内の位置に設置されたことを特徴とするアンテナモジュール
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、基体にスパイラル部が構成されたヘリカルアンテナと、開口部を有する導体部を有し、ヘリカルアンテナの一方の端部が給電端部とされ、且つ基体が該給電端部より段落ちして形成され、開口部には、ヘリカルアンテナが、導体内のイメージ電流によってヘリカルアンテナを流れる電流が妨げられずに利得が上がる向きに設置されると共に、開口部内部の位置、または開口部の作る上下方向の領域内であってヘリカルアンテナと開口部との共振によるエネルギー損失を抑えることができる一定の距離内の位置に設置されたことを特徴とするアンテナモジュールであって、小型化が可能なヘリカルアンテナを用いることでアンテナモジュールの小型化を維持でき、ヘリカルアンテナを一次放射器とし、開口部を二次放射器とする利得性能と指向性性能の高いアンテナモジュールを実現できる。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、ヘリカルアンテナが開口部内部に設置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュールであって、小型化を維持してヘリカルアンテナを一次放射器とし、開口部を二次放射器とする利得性能と指向性性能の高いアンテナを実現できる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、開口部にスリットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュールであって、導体部の強度と耐久性を向上させ、小型化を維持してヘリカルアンテナを一次放射器とし、開口部を二次放射器とする利得性能と指向性性能の高いアンテナを実現できる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の発明は、ヘリカルアンテナの一部のみが開口部の領域内にあることを特徴とする請求項１〜３いずれか１記載のアンテナモジュールであって、小型化を維持してヘリカルアンテナを一次放射器とし、開口部を二次放射器とする利得性能と指向性性能の高いアンテナを実現できる。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の発明は、導体部の開口部が略方形であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１記載のアンテナモジュールであって、小型化を維持してヘリカルアンテナを一次放射器とし、開口部を二次放射器とする利得性能と指向性性能の高いアンテナを実現できる。
【００２０】
本発明の請求項６に記載の発明は、略方形である開口部の長辺が、送受信電波の半波長もしくは半波長の奇数倍であることを特徴とする請求項１〜５いずれか１記載のアンテナモジュールであって、開口部での共振条件を適切にすることができる。
【００２１】
本発明の請求項７に記載の発明は、ヘリカルアンテナが略方形の開口部の長辺と略垂直に設置されることを特徴とする請求項１〜６いずれか１記載のアンテナモジュールであって、開口部での共振を容易にすることができる。
【００２２】
本発明の請求項８に記載の発明は、ヘリカルアンテナが、略方形の開口部の長辺方向のほぼ中央に設置されることを特徴とする請求項１〜７いずれか１記載のアンテナモジュールであって、エネルギー損失を最小限にして共振を発生させることができる。
【００２３】
小型化を維持してヘリカルアンテナを一次放射器とし、開口部を二次放射器とする利得性能と指向性性能の高いアンテナを実現できる。
【００２４】
本発明の請求項９に記載の発明は、ヘリカルアンテナが、略方形の開口部の長辺方向の中央から左右いずれか一方に所定量はなれた場所に設置されることを特徴とする請求項８に記載のアンテナモジュールであって、インピーダンス整合のとれたアンテナモジュールを提供することができる。
【００２５】
本発明の請求項１０に記載の発明は、所定量がインピーダンス整合に必要となるインピーダンスを生じるオフセット量とほぼ等価であることを特徴とする請求項９に記載のアンテナモジュールであって、インピーダンス整合のとれたアンテナモジュールを提供することができる。
【００２６】
本発明の請求項１１に記載の発明は、体部の開口部が略楕円形であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１記載のアンテナモジュールであって、アンテナモジュールの強度と耐久性を確保することができる。
【００２７】
本発明の請求項１２に記載の発明は、ヘリカルアンテナが略楕円形の開口部の長径と略垂直に設置されることを特徴とする請求項１１に記載のアンテナモジュールであって、開口部での共振を容易にすることができる。
【００２８】
本発明の請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１１いずれか１記載のアンテナモジュールの給電端部が、ＲＦ回路の無線部に接続されることを特徴とする基板モジュールであって、アンテナモジュールを電気的に接続して送受信を実現する。
【００２９】
本発明の請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１１いずれか１記載のアンテナモジュールの給電端部が、同軸ケーブルに接続されることを特徴とする基板モジュールであって、アンテナモジュールを電気的に接続して送受信を実現する。
【００３０】
本発明の請求項１５に記載の発明は、請求項１３乃至１４に記載の基板モジュールと、送信用信号の処理を行う信号送信部と、受信信号の復調を行う信号復調部と、動作制御部を有することを特徴とする無線モジュールであって、小型化を維持した利得性能と指向性性能の高い無線モジュールを実現することができる。
【００３１】
本発明の請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の無線モジュールと、マンマシンインターフェースと、これらを格納する筺体を有することを特徴とする電子機器であって、電子機器の小型化を損なうことなく送受信性能の高い無線通信機能を搭載することができる。
【００３２】
本発明の請求項１７に記載の発明は、電子機器がノートブック型パソコンであることを特徴とする請求項１６に記載の電子機器であって、ノートブック型パソコンの小型化を損なうことなく、送受信性能の高い無線通信機能を搭載することができる。
【００３３】
本発明の請求項１８に記載の発明は、電子機器が携帯電話であることを特徴とする請求項１６に記載の電子機器であって、携帯電話の小型化を損なうことなく、送受信性能の高い無線通信機能を搭載することができる。
【００３４】
以下、実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるアンテナモジュールの構成図である。
【００３６】
１はアンテナモジュールであり、２はヘリカルアンテナであり、３は導体部であり、４は開口部である。５は基体であり、６はスパイラル部であり、６ｂは平坦部であり、７は端部であり、８は給電端子であり、９は開口部４の長辺である。１０は基板であり、ヘリカルアンテナ２と導体部３を固定してモジュール化する基礎となる。導体部３は開口部４を囲うように形成され、図１では方形に表されているが、平行四辺形や菱形、楕円形などであっても良い。開口部４は図１では方形で表されているが、楕円形や一部にテーパー部と曲線部を有する多角形でもよい。なお、後で述べるが開口部４の長辺９の長さは、送受信する電波の半波長の整数倍、望ましくは半波長もしくはこれの奇数倍であることが望ましい。ただし、実寸上での微小な差異は許容される。また、開口部４の角部は面取りされていても良い。面取りされることで、強度や耐久性が向上する効果がある。導体部３は金属などで形成され、グランド面に接地される。
【００３７】
なお、給電端子８から端部７に信号が給電されるが、電子基板上の配線パターンにより、信号を送出するＲＦ回路と接続されてもよく、同軸ケーブルにより接続されてもよい。
【００３８】
ヘリカルアンテナ２は、基体５にスパイラル部６が形成されることで構成される。基体５は、アルミナもしくはアルミナを主成分とするセラミック材料等の絶縁体もしくは誘電体などをプレス加工，押し出し法等を施して形成される。なお、基体５の構成材料としては、フォルステライト，チタン酸マグネシウム系、チタン酸カルシウム系、ジルコニア・スズ・チタン系、チタン酸バリウム系、鉛・カルシウム・チタン系などのセラミック材料を用いてもよく、エポキシ樹脂などの樹脂材料を用いても良い。実施の形態１では、強度や絶縁性或いは加工の容易性の面からアルミナもしくはアルミナを主成分としたセラミック材料が用いられている。更に基体５には全体に銅，銀，金，ニッケル等の導電材料で構成された導電膜を単層乃至複数積層され、導電性を有する表面が形成される。
【００３９】
なお、基体５の各角部に面取りが施されてもよい。この面取りを設けることで、基体５の欠けが防止される。
【００４０】
端部７は基体５の一端に形成される。基体５は端部７と同一の大きさの断面を有していてもよいが、段落ちされてもよく、基体５の断面積は端部７の断面積よりも小さくされてもよい。基体５の外周が段落ちされることで、ヘリカルアンテナを基板１０に実装する際に、基体５が電子基板の表面からの距離を持つことが可能となり、特性の劣化を防ぐことが可能になる。あるいは実装時の損傷を防止することもできる。このとき段落ちを基体５の一部の面に対してのみおこなってもよく、全面に渡って段落ちさせてもよい。全面に渡って段落ちさせた場合には、実装時に電子基板との接する面を選択する留意が不要となり、実装時のコストを低下させることができる。更に、段落ちさせた後の基体５の断面を方形としてもよく、三角形や五角形などの多角形としてもよく、略円形や楕円形としてもよい。
【００４１】
端部７は給電端部になっており、端部７には導電性のメッキ膜，蒸着膜，スパッタ膜等の薄膜や、銀ペーストなどを塗布して焼き付けなどを行ったものなどの少なくとも一つが用いられる。端部７が半田付けなどにより給電端子８に電気接続される。これにより端部７を通じてヘリカルアンテナ２への電流の供給が可能となっている。
【００４２】
スパイラル部６は、基体５の表面にレーザーなどを用いてトリミングしてスパイラル溝を形成し、あるいは導電性を有する線例えば銅線などを巻きつけることで形成される。平坦部６ｂは、基体５上にスパイラル部６が設けられていない部分である。このように、基体５上にスパイラル部６と平坦部６ｂが設けられることで、スパイラル部６はインダクタ成分となり、平坦部６ｂは容量成分となる。ここで端部７を介して給電端子８から電圧が印加されると共振周波数「１／√ＬＣ」が発生し、この共振周波数に従って電波の送受信が可能となる。このようにヘリカルアンテナの送受信周波数はインダクタ成分Ｌにより定まり、インダクタ成分Ｌは巻き数Ｎにより定まるため、ヘリカルアンテナは基体上に形成されるスパイラル部の巻き数で、その送受信周波数が決定される。この結果、通常のマイクロストリップ線路を用いたアンテナやロッドアンテナなどに比べて、同一送受信周波数では非常に小型にすることができる。ヘリカルアンテナ２は開口部４の内部に設置されるため、開口部４も小型とすることが可能となり、結果としてアンテナモジュール１自体の小型化も可能となるメリットがある。
【００４３】
次に、ヘリカルアンテナ２は開口部４内部および開口部４の作る上下方向の領域内のいずれかの位置に設置される。設置においては図１には表していないが支柱などが基板１０とヘリカルアンテナ２の間に設けられる。また、ヘリカルアンテナ２は開口部４の長辺９と略垂直になるように設置される必要がある。略平行に設置されると、導体部３で発生するイメージ電流によりヘリカルアンテナ２を流れる電流が妨げられ、利得が低下もしくは消滅するからである。さらに後で述べるとおり、長辺９に略垂直に電界を発生させるのがもっとも共振条件がよく、開口部４からの二次放射の性能が向上するからである。ただし、実装上の都合などで、長辺９に対して斜め方向に設置されてもよい。
【００４４】
ここで、ヘリカルアンテナ２は開口部４内部に設置されてもよく、開口部４の３次元的に上方もしくは下方に設置されてもよい。ただし、あまりに開口部４とヘリカルアンテナ２の距離が大きくなると、ヘリカルアンテナ２と開口部４との共振においてエネルギー損失が大きくなるため、一定の距離に納める必要がある。
【００４５】
また、ヘリカルアンテナ２の全部が開口部４内部もしくは開口部４の作る上下方向の領域内のいずれかの位置に設置されてもよいが、ヘリカルアンテナ２の一部がこれらの開口部４の領域内から外れてもよい。例えば、開口部４の数ｍｍ上方にヘリカルアンテナ２が設置された場合に、開口部４の上方から見たときにヘリカルアンテナ２が開口部４の面内に存在するよう設置されても良く、ヘリカルアンテナの一端や両端が開口部４の面内を外れて、一部が導体部３にかかるように設置されても良い。ヘリカルアンテナ２の一部が開口部４の領域を超えて導体部３に非接触に重なる場合には、ヘリカルアンテナ２と導体部３の間に容量成分が発生し、この容量成分を活用してインピーダンス整合を調整することも可能である。
【００４６】
ここで、開口部４は後で説明するとおり、ヘリカルアンテナ２と略垂直となる長辺９の長さが、ほぼ半波長もしくはその奇数倍であることが望ましい。半波長、もしくは半波長の奇数倍となる場合には、開口部４のほぼ中央部で電界が最大となり、開口部４の端面で電界が最小となるため、後に述べる共振条件に優れるからである。
【００４７】
なお、ヘリカルアンテナ２は開口部４の長辺９方向のほぼ中央付近に設置されることが望ましい。ヘリカルアンテナ２付近で最も電界が大きくなるからであり、この場合に後で述べる共振が最も条件よく発生するからである。また、インピーダンス整合を考慮して、中央付近からいずれかの方向に一定のオフセット量をもつ位置に設置することで、更に性能が向上する。例えば、５０オームでインピーダンス整合をとる場合には、中央付近からいずれか一方に一定量の場所に設置する。半波長の長さでスロットが共振している場合、長辺の中央部付近ではインピーダンスが最小で、長辺の端面でインピーダンスが最大となる。このようにオフセットすることにより５０オームのインピーダンス整合との合致を実現することができることになる。また、中央部に配置した場合でも、整合素子などを用いて整合を取ることは可能である。
【００４８】
また、ヘリカルアンテナ２は開口部４の長辺９と接することなく設置されるべきであるが、その距離は数１０ｍｍ程度以下、望ましくは１０ｍｍ以下にしておくべきである。開口部４とヘリカルアンテナ２との距離が大きくなりすぎると、ヘリカルアンテナ２から開口部４への電波伝達時の損失が大きくなるためである。
【００４９】
図２、図３、図４は本発明の実施の形態１におけるアンテナモジュールの構成図である。図２では、開口部４が楕円形状であり、図３では、開口部４が一部にテーパー部と曲線部を含む多角形状であるアンテナモジュール１である。開口部４が楕円形状であることで、導体部３の強度と耐久性が向上するメリットがある。開口部４が一部にテーパー部と曲線部を含む多角形状であることで、やはり同様に強度と耐久性の向上のメリットがある。図４では、開口部４の一部にスリットが入っている場合であり、このような場合であっても同様の効果を生じる。また、開口部４が楕円形の場合には、その長径方向と略垂直になるようにヘリカルアンテナ２が設置されることが望ましく、長径の長さが半波長の奇数倍であることが望ましい。テーパー部と曲線部を含む多角形の場合であっても、対称線に略垂直になるようにヘリカルアンテナ２が設置され、長辺の長さが半波長の奇数倍であることが望ましい。
【００５０】
次に、アンテナモジュール１の動作について説明する。
【００５１】
図１に示されるとおり、開口部４内部にヘリカルアンテナ２が設置されているアンテナモジュールにおいては、ヘリカルアンテナ２が一次放射器、開口部４が二次放射器とされる、効果的なアンテナモジュールが構成される。すなわち、開口部４は電波の送受信の出入り口の役割を有し、送信時にはヘリカルアンテナ２からの電波を外部空間に放出し、受信時には外部空間からの電波をヘリカルアンテナ２に伝達する役割を有している。
【００５２】
図５は本発明の実施の形態１におけるアンテナモジュールの構成図である。図５では、ヘリカルアンテナ２により開口部４内部に電界が発生している様子が示されている。Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３電界である。電界Ｅ１は先端部の電界であり、電界Ｅ２は給電端部７側の電界であり、ヘリカルアンテナはλ／４垂直アンテナと同一動作をするため、電界Ｅ１が最大、電界Ｅ２が最小になる電界の状態が生じている。従って開口部４の長辺９に対して略垂直方向に電界が発生する。また長辺９は送受信電波の半波長であるため、ヘリカルアンテナ２部分で電界Ｅ３の大きさは最大になり、端面において最小になる。図５での電界Ｅ３を表す矢印の長さの違いは、その電界Ｅ３の大きさの違いを表している。このような開口部４内部で発生する電界Ｅ３によって、開口部４内部でヘリカルアンテナ２の送受信電波の共振が発生する。すなわち、ヘリカルアンテナ２から放射される電波が、開口部４に伝導されることになる。このとき、長辺９の長さが送受信電波の半波長であるため、送受信電波と同一周波数の電波の全エネルギーが効率よく伝達されることになる。開口部４内部で共振が生じることで、開口部４から共振周波数と同一周波数の電波が放射される。結果として、ヘリカルアンテナ２に給電された信号と同一の周波数の電波が開口部４から外部空間へ放射されることになり、ヘリカルアンテナ２を一次放射器、開口部４を二次放射器として、効率よく電波が放射されることになる。ここで、ヘリカルアンテナ２単体に比較して開口部４の面積が大きいため、放射電波の電力は大きくなり、送信利得が向上する。
【００５３】
受信においては送信の反対であり、外部空間から導体部３に伝達された電波により、開口部４内部で共振が発生し、発生した共振により外部空間からの電波がヘリカルアンテナ２へ伝達する。送信の場合と同様に、ヘリカルアンテナ２単体に比較して開口部４の面積は大きく、受信面が大きくなり受信利得が向上する。すなわち、アンテナモジュール１は、その送受信利得が向上するメリットがある。
【００５４】
更に、導体部３を平面座標としてみなしたときに、開口部４からの放射電波は平面座標に対して上下方向に放射されることになり、開口部４の上下方向の指向性を有することになる。受信の場合も同様である。これにより、指向性の高いアンテナモジュール１を構成することが可能となる上、アンテナモジュール１を電子機器に組み込む場合には、この指向性を利用した設置とすることで、アンテナでの送受信性能を高めることが可能となる。
【００５５】
さらに、ヘリカルアンテナ２と開口部４の短辺が略平行の関係にあるため、これらの間で容量成分が生じ、この容量成分を用いることで余分なコンデンサ素子などを追加することなくインピーダンス整合を取ることができ、アンテナモジュール１の小型化や低コスト化も図られる。
【００５６】
なお、開口部４の長辺９の長さが、送受信電波の半波長から大きくずれると、共振周波数が本来の送受信周波数と相違することになり、エネルギーの損失も大きくなる問題があるため、開口部４の長辺９の長さが半波長もしくはこれの奇数倍であることが好適である。
【００５７】
以上のように、開口部４内部にヘリカルアンテナを長辺９と略垂直に設置したアンテナモジュール１を構成することで、従来のロッドアンテナやパッチアンテナを用いたスロットアンテナに比較して非常に小型、低コストで、送受信利得が高く指向性に優れたスロットアンテナの実現が可能となる。
【００５８】
次に、本発明に関するアンテナモジュールの従来技術と比較した小型化について説明する。
【００５９】
図６は本発明の実施の形態１における比較例としてのアンテナの構成図である。図６ではパッチアンテナを一次放射器として用いる場合が示されている。
【００６０】
１１はパッチアンテナであり、１２は基体、１３は電極パターンであり、１４はパッチアンテナの一辺である。パッチアンテナ１１は略方形の基体の上面に電極パターン１３が形成され、電極パターン１３に信号が給電されることで、送受信が実行される。パッチアンテナ１１の一辺１４の長さは、送受信周波数の半波長の長さが必要であり、一例として無線ＬＡＮの周波数２．５ＧＨｚの場合には６０ｍｍ四方の大きさが必要となる。更に、開口部４の長辺９は半波長の整数倍、特に奇数倍であることが望ましいが、内部に設置されるパッチアンテナの一辺がすでに半波長分あるため、開口部４の長辺９は半波長の３倍である必要がある。結果としてスロットアンテナであるアンテナモジュールを構成するためには非常に大きなサイズが必要となってしまう。
【００６１】
一方、本発明のように、一次放射器にヘリカルアンテナ２を用いた場合には、そのスパイラル部６の巻き数により周波数を決定することが可能となる。このため、同一周波数であれば、ヘリカルアンテナはパッチアンテナよりも小型ですむ。本実施の形態では、縦が２．２ｍｍ、横が２．２ｍｍ、長さが１０ｍｍの大きさのヘリカルアンテナを用いている。更に開口部の長辺９も半波長のままで済むので、非常に小型のアンテナモジュールを実現することが可能となる。
【００６２】
以上より、従来のパッチアンテナなどを用いる場合に比較して、ヘリカルアンテナを用いた本発明に関するアンテナモジュールの方が、非常に小型とすることができる。これはロッドアンテナを用いる場合であっても同様であり、他のアンテナを用いる場合であっても同様である。
【００６３】
次に本発明に関するアンテナモジュールの性能向上について、シミュレーション結果を元に説明する。
【００６４】
（表１）は送信利得を比較したシミュレーション結果である。
【００６５】
【表１】

【００６６】
従来方式は、ヘリカルアンテナ２のみで構成されたアンテナモジュールの場合であり、本発明方式は、実施の形態１で説明されたヘリカルアンテナ２が開口部４を有する導体部３の開口部４の長辺９に略垂直に設置されたアンテナモジュールの場合である。それぞれに同電力の信号を給電し、３次元解析シミュレーターを用いて放射電力を計算した。前者の放射電力は０．６３Ｗであり、後者は０．６８Ｗであり、本発明に関するアンテナモジュールの利得が向上していることが分かる。特に、開口部４の短辺方向を大きくすると、開口部４の面積が増加して、利得の向上がさらに図られることも確かめられた。
【００６７】
以上から明らかな通り、従来の単一素子で構成されたアンテナに比較して、送受信利得が向上している。
【００６８】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２における無線モジュールのブロック図である。
【００６９】
２０は無線モジュールであり、２１は切り替え器、２２は信号送信部、２３は信号復調部、２４は動作制御部、２５は信号給電線である。
【００７０】
無線モジュール２０が含まれる電子機器は、例えば無線ＬＡＮの通信を行うノートブック型パソコンや、携帯電話や、無線機能を搭載したＰＤＡなどであり、電子機器毎に必要となる他の部位（例えば表示装置と表示制御など）が含まれる。
【００７１】
切り替え器２１はアンテナモジュール１に対して信号を送信する送信の場合と、アンテナモジュール１から受信した信号を信号復調部２３に伝送する場合の、信号方向を切り替える動作を行う。
【００７２】
信号送信部２２は送信するためのデータを無線通信可能な状態の信号に変換する動作を行う。例えば、まず「１、０」で表されるデジタルデータをＦＳＫ（周波数シフトキーイング）やＰＳＫ（位相シフトキーイング）といった変調方式で変調を行う。次いで、送信周波数と同一周波数の搬送波を乗算して、周波数アップコンバージョンを行って、変調されたデータが送信可能な状態に変換される。このとき、ノイズ低減のために低域通過フィルタなどを必要に応じて用い、周波数アップコンバージョンを２段にわたって行うなどもなされる。あるいは、アナログデータ通信であれば、アナログ信号に直接搬送波を乗算して送信可能な信号が構成される。
【００７３】
信号復調部２３は受信した電波信号から必要なデータを復調する動作を行う。受信電波に対してまず周波数ダウンコンバージョンが実行される。次いで、ＦＳＫやＰＳＫで変調されている信号に対して、これと逆の処理を行い、「１、０」で表されるデジタルデータが抽出される。抽出されたデジタルデータは、更に、音声再生やデータ再生の再生処理が実行される。復調においては、信号のノイズ低減のために、低域通過フィルタなどを必要に応じて用い、周波数ダウンコンバージョンを数段に渡って行うこともなされる。あるいはアナログデータ通信では、周波数ダウンコンバージョンに次いで、その電力変化を検出する包絡線検波などにより復調が実現される。
【００７４】
動作制御部２４は、信号送信部２２と信号復調部２３の動作を制御する。動作制御部２４には中央演算処理装置（以下「ＣＰＵ」という）が含まれることが多く、信号送信部２２、信号復調部２３の時系列同期保持や、処理の命令実行や検算などが行われる。動作制御部２４には、動作制御のためのＣＰＵに加えて、キャッシュメモリや主記憶装置となるＤＲＡＭなどのメモリも含まれることがある。
【００７５】
信号給電線２５は同軸ケーブルや銅線、あるいは基板上の配線パターンにより実現されるが、配線パターンによる場合がもっとも容易かつ低コストで実現される。
【００７６】
なお、切り替え部２１、信号送信部２２、信号復調部２３、動作制御部２４はその全部、もしくは一部が集積回路（ＩＣ）により構成されてもよく、その場合には、アンテナモジュール１の小型化とあいまって、無線通信機能を搭載する電子機器の小型化が更に促進されるメリットがある。更に、無線モジュール２０を構成することで、携帯電話やノートブック型パソコンのような高密度実装が要求される電子機器への組み込みが容易になる。
【００７７】
また、図７に表されるアンテナモジュール１、切り替え器２１、信号送信部２２、信号復調部２３、動作制御部２４、信号給電線２５の一部のみを取り出してモジュール化することで、電子機器への組み込みのフレキシビリティを高めることも好適である。当然ながら、すべてを個別部品として供給してもよく、すべてをモジュール化した部品として供給してもよい。
【００７８】
図８は本発明の実施の形態２における電子機器の外観図であり、無線モジュール２０が実装される電子機器の一例として携帯電話が表されている。
【００７９】
２６は携帯電話であり、２７はメインアンテナ、２８は表示面、２９はキースイッチ、３０は筺体である。表示面２８とキースイッチ２９が、使用する際に必要な命令を与えるマンマシンインターフェースになっている。
【００８０】
無線モジュール２０は携帯電話の上部に配置されているが、実装と電波通信の容易性に対応していずれの場所に実装されても良い。携帯電話で、通常の音声通信に加えて、データ通信を別の周波数や変復調を用いて処理する場合には、無線モジュール２０においてこれを実現する。
【００８１】
以上のように、無線モジュール２０を電子機器に組み込むことで、電子機器に無線通信機能を搭載することが可能となる。電子機器がノートブック型パソコンの場合であっても、無線モジュール２０を組み込んだり外部に実装したりすることで、無線ＬＡＮなどの無線通信機能を搭載することが可能となる。
【００８２】
無線モジュール２０をこれらの電子機器に組み込んだ場合には、単一のヘリカルアンテナを組み込む場合に比べて、その送受信利得が向上するメリットがある。また、開口部を水平面としてその上下に指向性が生じることを利用して電子機器に組み込むことで、指向性調整も容易になるメリットがある。例えばノートブック型パソコンの表示面をもつ筺体に搭載することで、筺体の向きを変えることで、指向性を調整することが可能となるなどのメリットである。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように、本発明では導体部に設けられた開口部の長辺に略垂直にヘリカルアンテナを設置するアンテナモジュールを構成することで、長辺方向に略垂直な電界を発生させることができる。さらに、開口部の長辺の長さを半波長、もしくは半波長の奇数倍とすることで、開口部内部で送受信周波数と同一周波数での共振を発生させることが可能となる。
【００８４】
更に、共振を発生させることで、ヘリカルアンテナからの電波放射を一次放射とし、開口部からの電波放射を二次放射として送信利得を向上することができる。同様に受信利得も向上させることが可能となる。
【００８５】
また、開口部を平面座標としたときに、この平面座標の上下方向に指向性を生じさせることが可能となり、指向性に優れたアンテナモジュールを構成することが可能となる。
【００８６】
また、一次放射器となるアンテナ素子にヘリカルアンテナを用いることで、従来のロッドアンテナやパッチアンテナなどに比較して、非常に小型かつ低コストのスロットアンテナの役割を果たすアンテナモジュールを構成することが可能となる。
【００８７】
さらに、導体部とヘリカルアンテナの間に容量成分を発生させることが可能となり、他にコンデンサなどを実装することなくインピーダンス整合の調整を容易に行うことが可能となる。
【００８８】
アンテナモジュールにより、結果として電子機器への実装や実装後の調整を容易とし、組み立てコストや調整コストを低減することが可能となる。
【００８９】
更に、信号送信部、信号復調部、動作制御部を含めた無線モジュールを構成することで、電子機器への実装を容易にし、一つの無線モジュールで多種多様な電子機器への共通に用いることが可能となり、電子機器の小型化や生産コストの低下が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアンテナモジュールの構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるアンテナモジュールの構成図
【図３】本発明の実施の形態１におけるアンテナモジュールの構成図
【図４】本発明の実施の形態１におけるアンテナモジュールの構成図
【図５】本発明の実施の形態１におけるアンテナモジュールの構成図
【図６】本発明の実施の形態１における比較例としてのアンテナの構成図
【図７】本発明の実施の形態２における無線モジュールのブロック図
【図８】本発明の実施の形態２における電子機器の外観図
【図９】従来の技術におけるアンテナモジュールの斜視図
【符号の説明】
１ アンテナモジュール
２ ヘリカルアンテナ
３ 導体部
４ 開口部
５ 基体
６ スパイラル部
６ｂ 平坦部
７ 端部
８ 給電端子
９ 長辺
１０ 基板
１１ パッチアンテナ
１２ 基体
１３ 電極パターン
１４ 一辺
２０ 無線モジュール
２１ 切り替え器
２２ 信号送信部
２３ 信号復調部
２４ 動作制御部
２５ 信号給電線
２６ 携帯電話
２７ メインアンテナ
２８ 表示面
２９ キースイッチ
３０ 筺体
１００ スロットアンテナ
１０１ 導体基板
１０２ 開口部
１０３ マイクロストリップ線路
１０４ アンテナ素子
１０５ 放射電波

Claims (18)

1. 基体にスパイラル部が構成されたヘリカルアンテナと、開口部を有する導体部を有し、
   前記ヘリカルアンテナの一方の端部が給電端部とされ、且つ前記基体が該給電端部より段落ちして形成され、
   前記開口部には、前記ヘリカルアンテナが、前記導体内のイメージ電流によって前記ヘリカルアンテナを流れる電流が妨げられずに利得が上がる向きに設置されると共に、
   前記開口部内部の位置、または前記開口部の作る上下方向の領域内であって前記ヘリカルアンテナと前記開口部との共振によるエネルギー損失を抑えることができる一定の距離内の位置に設置されたことを特徴とするアンテナモジュール。
2. 前記ヘリカルアンテナが前記開口部内部に設置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
3. 前記開口部にスリットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
4. 前記ヘリカルアンテナの一部のみが前記開口部の領域内にあることを特徴とする請求項１〜３いずれか１記載のアンテナモジュール。
5. 前記導体部の開口部が略方形であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１記載のアンテナモジュール。
6. 前記略方形である開口部の長辺が、送受信電波の半波長もしくは半波長の奇数倍であることを特徴とする請求項１〜５いずれか１記載のアンテナモジュール。
7. 前記ヘリカルアンテナが略方形の前記開口部の長辺と略垂直に設置されることを特徴とする請求項１〜６いずれか１記載のアンテナモジュール。
8. 前記ヘリカルアンテナが、略方形の前記開口部の長辺方向のほぼ中央に設置されることを特徴とする請求項１〜７いずれか１記載のアンテナモジュール。
9. 前記ヘリカルアンテナが、前記略方形の開口部の長辺方向の中央から左右いずれか一方に所定量はなれた場所に設置されることを特徴とする請求項８に記載のアンテナモジュール。
10. 前記所定量がインピーダンス整合に必要となるインピーダンスを生じるオフセット量とほぼ等価であることを特徴とする請求項９に記載のアンテナモジュール。
11. 前記導体部の開口部が略楕円形であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１記載のアンテナモジュール。
12. 前記ヘリカルアンテナが前記略楕円形の開口部の長径と略垂直に設置されることを特徴とする請求項１１に記載のアンテナモジュール。
13. 請求項１〜１２いずれか１記載のアンテナモジュールの給電端部が、ＲＦ回路の無線部に接続されることを特徴とする基板モジュール。
14. 請求項１〜１２いずれか１記載のアンテナモジュールの給電端部が、同軸ケーブルに接続されることを特徴とする基板モジュール。
15. 請求項１３乃至１４に記載の基板モジュールと、
    送信用信号の処理を行う信号送信部と、
    受信信号の復調を行う信号復調部と、
    動作制御部を有することを特徴とする無線モジュール。
16. 請求項１５に記載の無線モジュールと、
    マンマシンインターフェースと、
    これらを格納する筺体を有することを特徴とする電子機器。
17. 前記電子機器がノートブック型パソコンであることを特徴とする請求項１６に記載の電子機器。
18. 前記電子機器が携帯電話であることを特徴とする請求項１６に記載の電子機器。

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