JP4200808B2

JP4200808B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4200808B2
Application number: JP2003125975A
Authority: JP
Inventors: 剛博杉山; 智之小川; 勇揮山本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: JP2004334345A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に、アンテナと回路を接続する同軸ケーブルで接続するに際し、その接続作業が簡易になるようにしたアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、パーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」という。）の利用形態の１つにインターネットがある。インターネットを利用するには、パソコンをネットワークに接続する必要がある。ネットワークに接続する場合、従来、パソコンにモデムを内蔵させ、或いはモデムを外付けにより接続し、このモデムをケーブルにより電話回線に接続していた。また、２台以上のパソコンにより家庭内やオフィス内でＬＡＮ（Local Area Network）を構築する場合、それぞれのパソコンを専用のケーブル（１００ＢＡＳＥ−Ｔ等）によりハブ（ Hub）に接続している。
【０００３】
しかし、ケーブルによる接続は、パソコンがデスクトップ型が標準の時代には設置場所を移動することが殆どないため、特に不都合はなかったが、近年のようにノート型パソコン（以下、「ノートパソコン」という。）が主流になってくると、ケーブルで接続するのは煩わしいばかりでなく、ケーブル接続が可能な場所や範囲内でしか利用できず、どこでも使用できるというノートパソコンの特長が生かせなくなる。
【０００４】
そこで、ノートパソコンに無線ＬＡＮカード（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１規格）を装着できるようにし、無線によりルータ（router）に接続してケーブル接続を不要にした無線ＬＡＮが注目されている。この無線ＬＡＮにより、ケーブル接続が不要になり、ルータから数十メートルの範囲であれば、どの場所からもノートパソコンをネットワークや他のパソコンに接続することが可能になるため、使い勝手が向上する。
【０００５】
ノートパソコンに無線ＬＡＮの機能を内蔵させた場合、ノートパソコンは小型化及び軽量化を極限まで追求して設計されており、内部には空間が殆ど無いことから、アンテナ（平板アンテナ等）を高能率に動作させるためには、搭載場所を吟味する必要がある。
【０００６】
ノートパソコンの場合、ＬＣＤ（液晶表示器）等の表示器が蓋部の内側に設けられており、この蓋部の上端部のケース（又はフレーム部、筐体等）内部にアンテナを設置しておくことにより、本体から蓋部を開いたとき、アンテナはノートパソコンの最上部に位置し、電波の送受信を良好にすることができる。また、ロッドアンテナ、ヘリカルアンテナ等のように本体の外部にアンテナが突出しないため、折損を招いたり、移動中に他のものにアンテナを引っ掛かたりすることがない。そして、アンテナに接続される送受信モジュール（送受信回路を金属ケースに収めた部品）は、本体内に設置されたマザーボード（mother board）に実装されるため、蓋部に設けられたアンテナとの接続は同軸ケーブルによって行われる（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図３は、携帯型電子機器に搭載した従来のアンテナ装置を示す。ここでは、携帯型電子機器として、ノートパソコンを示している。ノートパソコン１００は、本体１０１と、この本体１０１にヒンジ部１０２ａ，１０２ｂにより開閉自在に取り付けられた蓋部１０３とを主体に構成されている。
【０００８】
本体１０１内には、１枚のマザーボード１０４が設置されており、このマザーボード１０４の所定位置に送受信モジュール１０５が実装されている。なお、マザーボード１０４上には、不図示のキーボード及び不図示の表面パネルが搭載される。また、蓋部１０３の内側には、９〜１５インチ程度の表示サイズを有するＬＣＤ１０６が実装され、その上端縁の両側には平板アンテナ１０７ａ，１０７ｂが装着されている。アンテナを複数にすることで、二方向又は広範囲の指向性が得られ、或いは送信用と受信用に分けた使い方が可能になる。平板アンテナ１０７ａ，１０７ｂは蓋部１０３のＬＣＤ１０６の取付枠の内側に取り付けることにより、その装着を外部から見えない様にすることができ、見栄えが悪くなるのを防止することができる。
【０００９】
図３に示すように、送受信モジュール１０５と平板アンテナ１０７ａ，１０７ｂとは、２本の同軸ケーブル１０８ａ，１０８ｂにより接続される。本体１０１と蓋部１０３の組み付けに際しては、例えば、最初に同軸ケーブル１０８ａと１０８ｂの一端を平板アンテナ１０７ａ，１０７ｂに接続する。平板アンテナ１０７ａ，１０７ｂからの同軸ケーブル８ａ，８ｂは、蓋部３の枠部の内側を這うように布線された後、ヒンジ部１０２ａ，１０２ｂ内を通し、本体１０１側に引き出される。これにより、同軸ケーブル１０８ａ，１０８ｂが外部から見えることはない。ついで、同軸ケーブル１０８ａと１０８ｂの他端が、送受信モジュール１０５に接続される。最後に、同軸ケーブル１０８ａ，１０８ｂの他端が接続されているマザーボード１０４は、本体１内の所定の位置に実装される。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００３−３７４３１公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のアンテナ装置によると、送受信モジュールと平板アンテナとを長い同軸ケーブルで接続するため、本体又は蓋部の製造工程において同軸ケーブルの組み付けが煩雑となる。このため、同軸ケーブルを引回し、さらに、半田付け作業を行ったりすることは現場作業員の作業効率を低下させ、量産性を向上させることができない。
【００１２】
この問題は、同軸ケーブルを短い２本に分割し、それぞれの同軸コネクタを本体側と蓋部側に別々に実装した後に同軸コネクタを用いて結合することで解消することが考えられる。しかし、同軸コネクタを用いた場合、同軸ケーブルが高価で、１本のケーブルにオスとメスの２個が必要になるためにコストアップになり、また、接続に際しては両手を使わざるをえないため、作業性が悪い。さらに、同軸コネクタの金属部が他の電子部品に接触してショートしないようにしたり、同軸コネクタが筐体に当たって音を発生しないように固定する処置等が必要になる。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、アンテナと回路を接続する同軸ケーブルで接続するに際し、その接続作業を簡易に行えるようにしたアンテナ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、送信部、受信部、又は送受信部を構成する高周波回路と、該高周波回路が設置される回路基板と、複数のアンテナとを備え、前記複数のアンテナと前記高周波回路とが複数の同軸ケーブルによって接続されるアンテナ装置において、前記回路基板の表面側に帯状及び直線状に形成され前記複数のアンテナに対応して設けられ該複数のアンテナそれぞれに接続される複数の線路パターンと、該複数の線路パターンに対応して設けられ該複数の線路パターンそれぞれを取り囲むように前記回路基板の前記表面側に形成された複数の第一グランドパターンと、該複数の第一グランドパターンそれぞれと対向し前記回路基板の裏面側に形成された複数の第二グランドパターンとを有する中継部を備え、前記複数の第一グランドパターンは互いに分離されて電気的に非接続とされ、前記複数の第二グランドパターンは互いに分離されて電気的に非接続とされ、前記複数の第一グランドパターンと前記回路基板に設けられた第三グランドパターンとの間及び前記複数の第二グランドパターンと前記第三グランドパターンとの間は分離されて電気的に非接続にされ、それぞれ対向する前記第一グランドパターンと前記第二グランドパターンとの間はスルーホールを介して電気的に接続され、前記同軸ケーブルは、前記アンテナ側からの複数の第１の同軸ケーブルと、前記高周波回路側からの複数の第２の同軸ケーブルとに分割され、前記複数の第１の同軸ケーブルは前記複数の線路パターンの一端に接続され、前記複数の第２の同軸ケーブルは前記複数の線路パターンの他端に接続されることを特徴とするアンテナ装置を提供する。
【００１５】
この構成によれば、アンテナ側の同軸ケーブルと回路側の同軸ケーブルの中継接続を行うための中継部を他の用途の回路基板に実装し、かつ高価な同軸コネクタによる接続を不要にしたのでコストダウンが可能になり、更に、中継接続を中継部により行うことにより同軸ケーブルの接続作業が簡便になる。さらに、同軸ケーブルがアンテナ側と回路側に分離されるため、それぞれにおける同軸ケーブルの接続処理を先行して行えるようになり、量産性が向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置を示す。
以下においては、アンテナ装置を携帯型電子機器の１つであるノートパソコンに適用した場合について説明する。また、一部については、実際には見えない部分を露出させた状態で示している。
【００１７】
ノートパソコン１０は、キーボード（図示せず）、及びキーボードのほか、電源オン／オフキー、機能キー、指操作型のマウス部等が実装された表面パネルが装着される本体１（第１の筐体部）と、この本体１にヒンジ部２ａ，２ｂにより開閉自在に取り付けられた蓋部３（第２の筐体部）とを主体に構成されている。本体１及び蓋部３は、樹脂成型、アルミ、マグネシウム合金等により作られている。
【００１８】
本体１内には、ＣＰＵ、半導体メモリ、その他の電子回路等が実装された１枚のマザーボード４が設置されており、このマザーボード４の所定位置には金属ケース等によりシールドの施された送受信モジュール５が実装されている。なお、マザーボード４上には、このマザーボード４を覆うようにして、不図示のキーボード及び不図示の表面パネルが搭載される。また、蓋部３の内側には、９〜１５インチ程度の表示サイズを有するフルカラー表示のＬＣＤ６が実装され、その上端縁の両側には平板アンテナ７ａ，７ｂが装着されている。平板アンテナ７ａ，７ｂは蓋部３のＬＣＤ６の取付枠（図示せず）の内側に取り付けられるので、外部から見えることはない。
【００１９】
マザーボード４の所定位置には、送受信モジュール５が搭載されるほか、中継部２０が実装されている。中継部２０に対してはマザーボード４の一部が割り当てられ、ノートパソコンを形成する回路配線の形成（エッチング等による）と同時に中継部２０の回路配線が作られる。この中継部２０には、同軸ケーブル８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが接続される。同軸ケーブル８ａ，８ｂの他端は送受信モジュール５に接続され、同軸ケーブル８ｃ，８ｄの他端は平板アンテナ７ａ，７ｂに接続される。同軸ケーブル８ａ〜８ｄは同一仕様であり、そのインピーダンスは５０Ωである。マザーボード４に中継部２０が設けられていることにより、ケーブル長を短くすることができる。更に、中継部２０と同軸ケーブル８ａ〜８ｄの接続が片手で行えるので、組立作業や接続作業が容易になり、作業性は格段に向上する。
【００２０】
図２は、中継部２０の構成を示す。
マザーボード４はエポキシ樹脂等により作られており、マザーボード４の所定部位には中継部２０の実装領域が確保されている。この実装領域の表面には、縦長の第一グランドパターン２２ａ，２２ｂが並行するように設けられている。この第一グランドパターン２２ａ，２２ｂは、マザーボード４の第三グランドパターン４ａとは分離され、非接続とする。これは、グランドに迂回路やループが形成されないようにするためである。第一グランドパターン２２ａ，２２ｂに対向させて、同様のパターンによる第二グランドパターンが裏面にも形成されている。この第二グランドパターンも、第三グランドパターン４ａには接続されていない。
【００２１】
第一グランドパターン２２ａ，２２ｂの中央部には、縦長に線路パターン２３ａ，２３ｂが銅箔により形成されており、その周囲は第一グランドパターン２２ａ，２２ｂに対して所定の間隔をもって銅箔部分の無いパターン無し部２４ａ，２４ｂが形成されている。線路パターン２３ａの両端にはレセプタクル２５ａ，２５ｂが配設され、線路パターン２３ｂの両端にはレセプタクル２５ｃ，２５ｄが配設されている。レセプタクル２５ａ〜２５ｄ（接続具）は、同軸ケーブル８ａ〜８ｄの端部に接続されたコネクタ（図示せず）と嵌合することにより、同軸ケーブル８ａ〜８ｄとの接続が行われる。
【００２２】
レセプタクル２５ａ〜２５ｄのそれぞれは信号端子２６を備えている。線路パターン２３ａにはレセプタクル２５ａ，２５ｂの信号端子２６が半田等により接続され、線路パターン２３ｂにはレセプタクル２５ｃ，２５ｄの信号端子２６が半田等により接続される。また、レセプタクル２５ａ〜２５ｄはグランド端子２７を備えている。レセプタクル２５ａ，２５ｂのグランド端子２７は第一グランドパターン２２ａに半田等により接続され、レセプタクル２５ｃ，２５ｄのグランド端子２７は第一グランドパターン２２ｂに接続される。
【００２３】
さらに、レセプタクル２５ａ〜２５ｄのそれぞれの両側には、複数（ここでは２個）のスルーホール２８が設けられている。第一グランドパターン２２ａ側のスルーホール２８のそれぞれは、第一グランドパターン２２ａと、これに対向させて裏面に設けられた第二グランドパターンとを導通させ、第一グランドパターン２２ｂ側のスルーホール２８のそれぞれは、第一グランドパターン２２ｂと、これに対向させて裏面に設けられた第二グランドパターンとを導通させている。
【００２４】
第一グランドパターン２２ａと２２ｂによって２本の線路パターン２３ａ，２３ｂのグランド部が分離し、かつ、レセプタクル２５ａ〜２５ｄのそれぞれの両側がスルーホール２８によって両面の第一及び第二グランドパターンを接続していることにより、線路パターン２３ａと２３ｂの間のクロストークを低減できる。レセプタクル２５ａ〜２５ｄの両側に設けられたスルーホール２７は、レセプタクル２５ａ〜２５ｄのグランド端子から０．０５〜０．２λ（λは波長）の距離ｄに設けることにより、クロストークの低減が顕著に表れるが、好ましくは０．１λである。
【００２５】
なお、線路パターン２３ａ，２３ｂと第一グランドパターン２２ａ，２２ｂによる伝送路は、同軸ケーブル８ａ，８ｂのインピーダンス（ここでは、５０Ω）に合致している必要がある。インピーダンスが不整合であると、挿入損失が増えると共にＶＳＷＲ（電圧定在波比）が悪くなる。そこで、中継部２０でインピーダンス整合をとる必要がある。インピーダンス整合をとるには、線路パターン２３ａ，２３ｂの幅Ｗ、線路パターン２３ａ，２３ｂと第一グランドパターン２２ａ，２２ｂの間の間隔ｇ、又はマザーボード４の厚みｔを適宜設定すればよい。具体的にはカットアンドトライで最適値を割り出せばよい。
【００２６】
以上のように、上記実施の形態によれば、中継部２０をマザーボード４に実装し、送受信モジュール５及び平板アンテナ７ａ，７ｂのそれぞれに同軸ケーブル８ａ〜８ｄを予め接続しておき、本体１と蓋部３を組み付ける段階で、同軸ケーブル８ａ〜８ｄの端部に装着済みのコネクタのそれぞれをレセプタクル２５ａ〜２５ｄに装着することにより、同軸ケーブル８ａ〜８ｄの接続が完了する。レセプタクル２５ａ〜２５ｄへの同軸ケーブル８ａ〜８ｄのコネクタの装着は、片手で行えるため、作業者に負担を強いることがない。
【００２７】
したがって、ケーブル接続の作業は極めて簡単に且つ短時間に行え、量産性を低下させることがない。また、同軸ケーブル８ａ〜８ｄの接続に高価な同軸コネクタを用いずに済むため、アンテナ装置のローコスト化を図ることができる。さらに、複数の平板アンテナに対応して複数の線路パターンを形成した場合には、第一及び第二グランドパターンを線路パターン２３ａ，２３ｂ毎に設けるほか、スルーホール２８を設けたことによって、クロストークを低減することができる。そして、中継部２０をマザーボード４に実装したことにより、中継部２０のために専用のプリント基板を用いる必要がないので、部品点数の低減及びコストダウンが可能になる。また、設計に際して、中継部２０の設置スペースを確保するために苦労する必要がなくなる。
【００２８】
なお、図２においては、同軸ケーブル８ａ〜８ｄをレセプタクル２５ａ〜２５ｄを介して線路パターン２３ａ，２３ｂに接続するものとしたが、同軸ケーブル８ａ，８ｂ又は同軸ケーブル８ｃ，８ｄの一方、或いは同軸ケーブル８ａ〜８ｄの全てを線路パターン２３ａ，２３ｂに半田付けにより接続するようにしてもよい。また、図２においては、２つの平板アンテナ７ａ，７ｂを用いるものとしたが、１つであってもよい。この場合、図２の「線路パターン２３ａ＋第一グランドパターン２２ａ」の組み合わせか、「線路パターン２３ｂ＋第一グランドパターン２２ｂ」の組み合わせの何れかを用いて中継部２０を構成すればよい。
【００２９】
また、図２においては、線路パターン２３ａと２３ｂの間のクロストークを低減するために、グランドパターンを第一グランドパターン２２ａと２２ｂに分割したが、クロストークが無視できるレベルである場合には、第一グランドパターン２２ａと２２ｂを連結して１つにしてもよい。この場合、裏面の第二グランドパターンも分割せずに１つのグランドパターンにする。
【００３０】
上記の説明では、アンテナ装置をノートパソコンに適用した場合について述べたが、本発明はノートパソコンに限定されるものではなく、アンテナを搭載し、その接続に同軸ケーブルを用いる全ての携帯型電子機器、移動電子機器に適用できることは勿論のこと、固定機器に対しても適用可能である。
【００３１】
さらに、中継部２０は、マザーボード４に実装するものとしたが、搭載スペースを確保できるのであれば、蓋部３側に搭載のプリント基板等に実装することも可能である。また、レセプタクルは、図２に示した形状に限定されるものではなく、着脱式でアンテナのインピーダンスに合致したインピーダンス（例えば５０Ω）を有し、且つ比較的安価なケーブル接続器具（又は接続部品）であれば、どのような形状及び規格のものであってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明のアンテナ装置によれば、アンテナ側の同軸ケーブルと回路側の同軸ケーブルの中継接続を行うための中継部を他の用途の回路基板に実装したので、同軸ケーブルの接続作業が簡便になる。更に、高価な同軸コネクタによる接続が不要になるため、コストダウンが可能になる。また、同軸ケーブルがアンテナ側と回路側に分離できるため、それぞれにおける同軸ケーブルの接続処理を先行して行えるので、量産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るアンテナ装置及び前記アンテナ装置が適用されたノート型パーソナルコンピュータの模式的構成図である。
【図２】図１の中継部の詳細構成を示す平面図である。
【図３】従来のアンテナ装置、及びこれを適用した携帯型電子機器（ノートパソコン）の模式的構成図である。
【符号の説明】
１本体
２ａ，２ｂヒンジ部
３蓋部
４マザーボード
４ａ第三グランドパターン
５送受信モジュール
６ＬＣＤ
７ａ，７ｂ平板アンテナ
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ同軸ケーブル
１０ノートパソコン
１１ネジ
２０中継部
２２ａ，２２ｂ第一グランドパターン
２３ａ，２３ｂ線路パターン
２４パターン無し部
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄレセプタクル
２６信号端子
２７グランド端子
２８スルーホール
１００ノートパソコン
１０１本体
１０２ａ，１０２ｂヒンジ部
１０３蓋部
１０４マザーボード
１０５送受信モジュール
１０６ＬＣＤ
１０７ａ，１０７ｂ平板アンテナ

Claims

送信部、受信部、又は送受信部を構成する高周波回路と、該高周波回路が設置される回路基板と、複数のアンテナとを備え、前記複数のアンテナと前記高周波回路とが複数の同軸ケーブルによって接続されるアンテナ装置において、前記回路基板の表面側に帯状及び直線状に形成され前記複数のアンテナに対応して設けられ該複数のアンテナそれぞれに接続される複数の線路パターンと、該複数の線路パターンに対応して設けられ該複数の線路パターンそれぞれを取り囲むように前記回路基板の前記表面側に形成された複数の第一グランドパターンと、該複数の第一グランドパターンそれぞれと対向し前記回路基板の裏面側に形成された複数の第二グランドパターンとを有する中継部を備え、前記複数の第一グランドパターンは互いに分離されて電気的に非接続とされ、前記複数の第二グランドパターンは互いに分離されて電気的に非接続とされ、前記複数の第一グランドパターンと前記回路基板に設けられた第三グランドパターンとの間及び前記複数の第二グランドパターンと前記第三グランドパターンとの間は分離されて電気的に非接続にされ、それぞれ対向する前記第一グランドパターンと前記第二グランドパターンとの間はスルーホールを介して電気的に接続され、前記同軸ケーブルは、前記アンテナ側からの複数の第１の同軸ケーブルと、前記高周波回路側からの複数の第２の同軸ケーブルとに分割され、前記複数の第１の同軸ケーブルは前記複数の線路パターンの一端に接続され、前記複数の第２の同軸ケーブルは前記複数の線路パターンの他端に接続されることを特徴とするアンテナ装置。
前記線路パターンは、その少なくとも片端に前記第１又は第２の同軸ケーブルのいずれかのコネクタ部が結合される接続具が配設されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記接続具は、レセプタクルであることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
前記スルーホールは、前記接続具のグランド端子から０．０５〜０．２λ（λは波長）離れた位置に設けることを特徴とする請求項２または３に記載のアンテナ装置。