JP4152840B2

JP4152840B2 - 通信装置

Info

Publication number: JP4152840B2
Application number: JP2003320110A
Authority: JP
Inventors: 達也今泉; 淳一池田
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: US20050057407A1; JP2005086780A; KR20050027004A; CN1595720A; US7088293B2; KR100709335B1

Description

この発明は、通信装置、特に、異なる通信システムで使用する２個のアンテナを混載した通信装置に関するものである。

通信装置の典型として、携帯に便利なＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｉｄ）やノート型のパーソナルコンピューター（以下、適宜「パソコン等」という）がある。パソコン等には、ブルートゥースや無線ＬＡＮなどを搭載することが多い。それは、たとえば、ブルートゥースをマウスやキーボードを無線接続するために用い、無線ＬＡＮをプリンターや他のパソコン等と無線接続するために用いるためである。このようなブルートゥースや現在主流のＩＥＥＥ８０２．１１ｂ方式の無線ＬＡＮ通信には、ともに２．４ＧＨｚ帯の電話を利用する。また、今後普及が予想される高速型の８０２．１１ｇ方式も、同様に２．４ＧＨｚ帯を使用する。したがって、ブルートゥースと無線ＬＡＮとを同時に使用すると電波干渉が生じる場合があり、その対策が重要となる。

このような電波干渉の対策として米国法人Ｅｔｅｎｎａが開発したＡＭＣ（ＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＭａｇｎｅｔｉｃＣｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ばれる人工磁気導体がある。この人工磁気導体は、従来の磁気導体に、その表面波を遮断するための加工を施したものである（非特許文献１）。
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｔｅｎｎａ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／ｐｒｅｓｓ／２００３−０２−０１．ｈｔｍｌ参照

しかしながら、前記した人工導体は、前記した通り従来の磁気導体に新たな加工を施したものであるから、大掛かりで重い、さらに、コストがかかる、という欠点がある。本発明が解決しようとする課題は、極めて軽量な、かつ、シンプルな構造であり、さらに、安価でありながら、ブルートゥースと無線ＬＡＮのような複数の通信回路やアンテナを混載しても電波干渉の極めて少ない通信装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために鋭意研究を重ねた発明者は、ヌル点同士が対向関係にある１対のアンテナ素子の各々に導波型の無給電素子を設けることにより各々のヌル点を強調可能であること、さらに、ヌル点の強調が、アンテナ素子間の電波干渉抑制に極めて有効であることを見出した。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。その詳しい構造については、項を改めて説明する。なお、何れかの請求項に記載の発明を説明するに当たって行う用語の定義等は、その性質上可能な範囲において他の請求項に記載の発明にも適用があるものとする。

（請求項１記載の発明の特徴）
請求項１記載の発明に係る通信装置は、第１通信回路に接続した第１アンテナ素子及び第１アンテナグランドと、当該第１通信回路の使用周波数帯と同じ周波数帯において当該第１通信回路の通信システムと異なる通信システムを使用する第２通信回路に接続した第２アンテナ素子及び第２アンテナグランドと、を備え、当該第１アンテナ素子と当該第２アンテナ素子とが、それぞれのヌルの方向を互いのアンテナ素子方向に向くように配してあり、当該第１アンテナ素子には、当該第１アンテナ素子と放射結合する導波型の第１無給電素子を設けてあり、当該第２アンテナ素子には、当該第２アンテナ素子と放射結合する導波型の第２無給電素子を設けてあり、前記第１無給電素子が、長尺部と短尺部とを有する略逆Ｌ字状に形成してあり、当該第１無給電素子の長尺部が前記第１アンテナ素子のヌルの方向とほぼ直交するように、かつ、当該第１無給電素子の当該短尺部が当該第１アンテナ素子のヌルの方向に延びるように、それぞれ配してあり、当該第２無給電素子が、長尺部と短尺部とを有する略逆Ｌ字状に形成してあり、当該第２無給電素子の長尺部が前記第２アンテナ素子のヌルの方向とほぼ直交するように、かつ、当該第２無給電素子の当該短尺部が当該第２アンテナ素子のヌルの方向に延びるように、それぞれ配してあることを特徴とする。

請求項１の通信装置によれば、第１通信回路は第１アンテナ素子及び第１アンテナグランドにより通信を行い、第２通信回路は第２アンテナ素子及び第２アンテナグランドにより通信を行う。第１無給電素子及び第２無給電素子の作用により、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子との間の電波干渉が有効に抑制される。このため、たとえば、第１アンテナ素子の共振周波数帯と第２アンテナ素子の共振周波数帯とが近接していても、両共振周波数帯を同時に使用することができる。

（請求項２記載の発明の特徴）
請求項２記載の発明に係る通信装置は、第１通信回路に接続した第１アンテナ素子及び第１アンテナグランドと、当該第１通信回路の使用周波数帯と同じ周波数帯において当該第１通信回路の通信システムと異なる通信システムを使用する第２通信回路に接続した第２アンテナ素子及び第２アンテナグランドと、を備え、当該第１アンテナ素子と当該第２アンテナ素子とが、それぞれのヌルの方向を互いのアンテナ素子方向に向くように配してあり、当該第１アンテナ素子には、当該第１アンテナ素子と放射結合する導波型の第１無給電素子を設けてあり、当該第２アンテナ素子には、当該第２アンテナ素子と放射結合する導波型の第２無給電素子を設けてあり、当該第１無給電素子が、対向する長尺部と短尺部とを有する略逆さＪ字状に形成してあり、当該長尺部と当該短尺部とにより挟まれる空間内に前記第１アンテナ素子を配してあり、前記第２無給電素子が、長尺部と短尺部とを有する略逆さＪ字状に形成してあり、当該長尺部と当該短尺部とにより挟まれる空間内に前記第２アンテナ素子を配してあることを特徴とする。

請求項２の通信装置によれば、第１通信回路は第１アンテナ素子及び第１アンテナグランドにより通信を行い、第２通信回路は第２アンテナ素子及び第２アンテナグランドにより通信を行う。第１無給電素子及び第２無給電素子の作用により、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子との間の電波干渉が有効に抑制される。このため、たとえば、第１アンテナ素子の共振周波数帯と第２アンテナ素子の共振周波数帯とが近接していても、両共振周波数帯を同時に使用することができる。

（請求項３記載の発明の特徴）
請求項３記載の発明に係る通信装置は、請求項２の通信装置であって、前記第１無給電素子の長尺部側から前記第１アンテナ素子を見たときに、前記長尺部と前記第１アンテナ素子とが略直交するように前記第１無給電素子を配してあり、前記第２無給電素子の長尺部側から前記第２アンテナ素子を見たときに、前記長尺部と前記第２アンテナ素子とが略直交するように前記第１無給電素子を配してあることを特徴とする。

請求項３の通信装置によれば、請求項２の作用効果に加え、さらに、顕著な電波干渉の抑制効果を得ることができた。その因果関係は、現在解明中である。

本発明に係る通信装置によれば、極めて軽量な、かつ、シンプルな構造であり、さらに、安価でありながら、複数の通信回路やアンテナを混載しても相互の電波干渉が極めて少ない。したがって、快適な通信を期待することができる。

次に、各図を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、通信装置であるＰＤＡの正面図である。図２は、図１に示すＰＤＡの変形例を示す正面図である。図３は、図２に示すＰＤＡの右側面図である。図４乃至１１は、実験に用いたＰＤＡとその特性図である。

（通信装置の概略構造）
図１に基づいて説明する。通信装置であるＰＤＡ１は、合成樹脂製のケース３を有しており、ケース３内には、マザーボード５を内蔵させてある。マザーボード５には、ＧＮＤ７、第１通信回路２１、第１アンテナ基板２２、第２通信回路３１、第２アンテナ基板３２のほか、ＰＤＡとしての機能を司るための各種電子部品等（図示を省略）を搭載してある。本実施形態における第１通信回路２１及び第１アンテナ基板２２はブルートゥース用に、同じく第２通信回路３１及び第２アンテナ基板３２は無線ＬＡＮ用に、それぞれ構成してあり、何れも２．４ＧＨｚ帯の周波数を使用する。

（アンテナ基板の構造）
図１に基づいて説明する。第１アンテナ基板２２は、矩形横長のセラミック又は合成樹脂製の基板であって、その一方の面上には、第１アンテナグランド２３と、誘電体アンテナである第１チップアンテナ２４と、を設けてある。チップアンテナに誘電体アンテナを採用したのは、誘電体の持つ高誘電率との関係から比較的小型化に有利だからであるが、誘電体アンテナ以外の形式のアンテナであってもよい。第１チップアンテナ２４には、使用波長の略１／４の長さと同じ長さの第１アンテナ素子２５及びインピーダンス整合用の第１線状導体２６からなる、逆Ｆ型アンテナを設けてある。第１アンテナ素子２５の先端を略直角に屈曲させてあるのは、第１チップアンテナ２４自体を小型化するためである。また、第１アンテナ素子２５の開放端側を、第２アンテナ素子３５から離反する方向に配してある。これは、第１アンテナ素子２５の共振方向（励振方向）を第２アンテナ素子３５から離反する方向に向けること、すなわち、第１アンテナ素子２５のヌル点を第２アンテナ素子３５方向に向けることにより電波干渉をできるだけ少なくするためである。

本実施形態で逆Ｆ型アンテナを採用したのは、第１アンテナグランド２３と第１アンテナ素子２５とを短絡させる第１線状導体２６の長さ等を変更するだけで簡単にインピーダンス整合を行いうるなどの理由による。電波干渉をできるだけ抑制するために、ヌルの方向を第２アンテナ基板３２の方向に向けることができるアンテナであれば、逆Ｆ型アンテナ以外の形式のアンテナ、たとえば、逆Ｌ型アンテナを採用しても構わない。

第１アンテナグランド２３は、ほぼＬ字状に形成してある。そのように形成した理由は、第１チップアンテナ２４とＧＮＤ７との間に第１アンテナグランド２３の一部又はこれと電気的に接続した部分を介在させることにより、第１チップアンテナ２４とＧＮＤ７との間の結合を可及的に遮断する点にある。結合遮断することにより、第１チップアンテナ２４（第１アンテナ素子２５）がＧＮＤ７から影響を受けづらくすることができ、影響を受けなければ、その分、第１チップアンテナ２４を安定して機能させることができる。第１チップアンテナ２４と第１通信回路２１との接続は、高周波ケーブル等の伝送線路（図示を省略）により行う。

第２アンテナ基板３２は、第１アンテナ基板２２と基本的に同じ構造を備えている。すなわち、第２アンテナ基板３２は、矩形横長のセラミック又は合成樹脂製の基板であって、その一方の面上には、第２アンテナグランド３３と、誘電体アンテナである第２チップアンテナ３４と、を設けてある。第２チップアンテナ３４には、使用波長の略１／４の長さと同じ長さの第２アンテナ素子３５及びインピーダンス整合用の第２線状導体３６からなる（図１参照）、逆Ｆ型アンテナを設けてある。逆Ｆ型アンテナを採用した理由や、他の形式のアンテナを採用できることは、第１アンテナ基板２２の場合と異ならない。第２アンテナ基板３２が第１アンテナ基板２２と異なる点は、次の点である。第１に異なる点は、第２アンテナ基板３２が有する第２アンテナ素子３５の開放端が図１の左側に位置するのに対し、第１のアンテナ基板２２が有する第１アンテナ素子２５の開放端が同じく右側に位置する点である。これは、第２アンテナ素子３５のヌルの方向と、第１アンテナ素子２５のヌルの方向と、がそれぞれ互いのアンテナ素子２５，３５の方向に向くことを意味する。第２に異なる点は、一方が無線ＬＡＮ用であるのに対し、他方がブルートゥース用である点である。前述したように本実施形態では、第１アンテナ基板２２はブルートゥース用に、第２アンテナ基板３２は無線ＬＡＮ用に、それぞれ構成してあるが、逆でも構わない。

（無給電素子の構造）
図１に基づいて説明する。第１無給電素子２７は、長尺部２７ａと短尺部２７ｂとを含むほぼ逆Ｌ字状に形成してあり、第１アンテナ素子２５と放射結合する導波型の素子である。具体的な第１無給電素子２７は、それが組み込まれている合成樹脂製のケース３の角部内壁面に貼り付けた導電テープにより構成してある。長尺部２７ａが第１アンテナグランド２３の面の方向と平行方向に延びるとともに、短尺部２７ｂが第２アンテナ素子３５の方向（ヌルの方向と同方向）に延びている。さらに、長尺部２７ａが第１アンテナ素子２５のヌルの方向とほぼ直交する。第１無給電素子２７を導電テープにより構成したのは、導電テープは極めて薄いため占有面積が小さく設置が比較的容易であるとともに、ケース３の内壁面を利用できるので特別な支持部材を要しない、からである。通信装置の形態や設置環境等に応じて設置個所を変更したり、導電テープ以外の形態のもの（金属板や金属線など）を用いたりしてもよい。第２無給電素子３７も、長尺部３７ａと短尺部３７ｂとを含む逆Ｌ字状に形成してあり、導電テープを用いケース３の角部内壁面に貼り付けてある。第２無給電素子３７と第２アンテナ素子３５との位置関係は、第１無給電素子２７と第２アンテナ素子２５との位置関係と同じである。

（本実施形態の変形例）
図２及び３を参照しながら説明する。本変形例に係るＰＤＡが、上述した本実施形態に係るＰＤＡと異なるのは、無給電素子の形状のみである。したがって、以下の説明では無給電素子についてのみ説明を行い、他の共通部材については本実施形態で用いた符号と同じ符号を記すにとめ、共通部材についての説明は省略する。

図２及び３に示す第１無給電素子５１は、長尺部５１ａと、長尺部５１ａと対向する短尺部５１ｂと、長尺部５１ａ上端と短尺部５１ｂ上端とを連結する連結部５１ｃと、を有する略逆さＪ字状に形成してある。前述した第１無給電素子２７と同様に第１無給電素子５１は、導電テープをケース３の内壁面に貼り付けることにより設置してある。第１アンテナ素子２５との位置関係は、長尺部５１ａと短尺部５１ｂとにより挟まれる空間内に第１アンテナ素子２５が位置するように設定してある。さらに、第１無給電素子５１の長尺部５１ａ側から第１アンテナ素子２５を見たときに、長尺部５１ａと第１アンテナ素子２５とが略直交するように第１無給電素子５１を配してある。第２無給電素子６１も、第１無給電素子５１と同じ構造を備えている。

（実験結果）
図４〜１１を参照しながら説明する。実験では、本実施形態で採用したＰＤＡのアンテナ基板はそのままで無給電素子の形状や取付方向のみ変更したときのアイソレーションレベルを観測した。アイソレーションレベルの観測は、ネットワークアナライザー（アジレント社製型名：８７５３Ｄ）を用い、第１アンテナ基板２２に給電した２．４ＧＨｚ帯の電波を第２アンテナ基板３２により受信したときの電界強度の減衰度を計測することにより行った。なお、各部材の寸法は、図４に示す通りである。すなわち、マザーボード５の幅寸法は６０ｍｍ、同じく縦寸法は１５０ｍｍに、アンテナグランドの長さは２０ｍｍに、それぞれ設定した。

図４に示すＰＤＡ１は、本実施形態で採用した構造、すなわち、縦方向に長い逆Ｌ字状の無給電素子を備えている。この構造によると、アイソレーションレベルは、図５に示すように、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚにおいて、概ね−３０ｄＢより低いレベルとなり、２．４ＧＨｚにおいて−３７ｄＢを得た。

図６に示すＰＤＡ１は、本実施形態の変形例で採用した構造、すなわち、縦方向に長い逆Ｊ字状の無給電素子を備えている。この構造によると、アイソレーションレベルは、図７に示すように、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚにおいて、概ね−３０ｄＢより低いレベルとなり、２．４ＧＨｚにおいて−３４ｄＢを得た。

図８に示すＰＤＡ１は、本実施形態で採用した構造に変形を加えた構造であって、逆Ｌ字状の無給電素子の長尺部をアンテナ素子の共振方向（ヌルの方向）、すなわち、図８の水平方向に配するとともに、同じく短尺部をケースの厚み方向に配してある。この構造によると、アイソレーションレベルは、図９に示すように、２．４ＧＨｚにおいて、−１７ｄＢのレベルまでしか下がらなかった。

図１０に示すＰＤＡ１は、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の共振方向（ヌルの方向）に沿って、１筋の無給電素子を配してある。この構造によると、アイソレーションレベルは、図１１に示すように、２．４ＧＨｚにおいて、−１８ｄＢのレベルまでしか下がらなかった。

（考察）
以上の実験から、当該第１アンテナのヌルの方向と当該第２アンテナのヌルの方向とがそれぞれ互いのアンテナ素子方向に向くように配してある通信装置において、アイソレーションレベルを−３０ｄＢ以下とするなら、本実施形態で採用した形態の無給電素子（図４参照）及び、本実施形態の変形例で採用した形態の無給電素子（図６参照）が好適であるが、それ以外の形態の無給電素子であっても少なくとも−１７ｄＢを確保可能であることがわかった。

通信装置であるＰＤＡの正面図である。図１に示すＰＤＡの変形例を示す正面図である。図２に示すＰＤＡの右側面図である。実験に用いたＰＤＡの正面図である。図４に示すＰＤＡの特性図である。実験に用いたＰＤＡの正面図である。図６に示すＰＤＡの特性図である。実験に用いたＰＤＡの正面図である。図８に示すＰＤＡの特性図である。実験に用いたＰＤＡの正面図である。図１０に示すＰＤＡの特性図である。

符号の説明

１ＰＤＡ
３ケース
５マザ−ボード
７ＧＮＤ
２１第１通信回路
２２第１アンテナ基板
２３第１アンテナグランド
２４第１チップアンテナ
２５第１アンテナ素子
２６第１線状導体
２７第１無給電素子
３１第２通信回路
３２第２アンテナ基板
３３第２アンテナグランド
３４第２チップアンテナ
３５第２アンテナ素子
３６第２線状導体
３７第２無給電素子
５１第１無給電素子
６１第２無給電素子

Claims

第１通信回路に接続した第１アンテナ素子及び第１アンテナグランドと、
当該第１通信回路の使用周波数帯と同じ周波数帯において当該第１通信回路の通信システムと異なる通信システムを使用する第２通信回路に接続した第２アンテナ素子及び第２アンテナグランドと、を備え、
当該第１アンテナ素子と当該第２アンテナ素子とが、それぞれのヌルの方向を互いのアンテナ素子方向に向くように配してあり、
当該第１アンテナ素子には、当該第１アンテナ素子と放射結合する導波型の第１無給電素子を設けてあり、
当該第２アンテナ素子には、当該第２アンテナ素子と放射結合する導波型の第２無給電素子を設けてあり、
前記第１無給電素子が、長尺部と短尺部とを有する略逆Ｌ字状に形成してあり、
当該第１無給電素子の長尺部が前記第１アンテナ素子のヌルの方向とほぼ直交するように、かつ、当該第１無給電素子の当該短尺部が当該第１アンテナ素子のヌルの方向に延びるように、それぞれ配してあり、
前記第２無給電素子が、長尺部と短尺部とを有する略逆Ｌ字状に形成してあり、
当該第２無給電素子の長尺部が前記第２アンテナ素子のヌルの方向とほぼ直交するように、かつ、当該第２無給電素子の当該短尺部が当該第２アンテナ素子のヌルの方向に延びるように、それぞれ配してある
ことを特徴とする通信装置。
第１通信回路に接続した第１アンテナ素子及び第１アンテナグランドと、
当該第１通信回路の使用周波数帯と同じ周波数帯において当該第１通信回路の通信システムと異なる通信システムを使用する第２通信回路に接続した第２アンテナ素子及び第２アンテナグランドと、を備え、
当該第１アンテナ素子と当該第２アンテナ素子とが、それぞれのヌルの方向を互いのアンテナ素子方向に向くように配してあり、
当該第１アンテナ素子には、当該第１アンテナ素子と放射結合する導波型の第１無給電素子を設けてあり、
当該第２アンテナ素子には、当該第２アンテナ素子と放射結合する導波型の第２無給電素子を設けてあり、
前記第１無給電素子が、対向する長尺部と短尺部とを有する略逆さＪ字状に形成してあり、
当該長尺部と当該短尺部とにより挟まれる空間内に前記第１アンテナ素子を配してあり、
前記第２無給電素子が、長尺部と短尺部とを有する略逆さＪ字状に形成してあり、
当該長尺部と当該短尺部とにより挟まれる空間内に前記第２アンテナ素子を配してある
ことを特徴とする通信装置。
前記第１無給電素子の長尺部側から前記第１アンテナ素子を見たときに、前記長尺部と前記第１アンテナ素子とが略直交するように前記第１無給電素子を配してあり、
前記第２無給電素子の長尺部側から前記第２アンテナ素子を見たときに、前記長尺部と前記第２アンテナ素子とが略直交するように前記第１無給電素子を配してある
ことを特徴とする請求項２記載の通信装置。