JP4680109B2 - 通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置に関する。

従来、基地局等の外部装置と無線通信を行う通信装置には様々な形態のものがあり、例えば、携帯端末機や、ノート型パーソナルコンピュータ（以後ノートパソコンとする）の拡張スロットに挿し込んで用いるＰＣカード型のもの等がある。
これらの通信装置は、基地局等との間で無線通信回線を確立して電波の授受を行うアンテナを備えているが、このアンテナとして、近年は、見た目やコストの観点から、従来の外部に突出する形状のアンテナに代えて、筐体に内蔵するチップアンテナが用いられるようになってきている。
しかし、チップアンテナを用いると、その特性により、チップアンテナに近接配置された装置が発するノイズをチップアンテナが拾い易くなり、その結果、チップアンテナの所望周波数の電波の受信性能が低下するという問題がある。

そこで、本出願人は、チップアンテナとノイズ発生源であるデジタル回路との間に、プリント基板のグランド導体に接続する導体を、所定の条件を満たす形状及び位置に設けたところ、デジタル回路等が発するノイズによるチップアンテナの受信性能低下が抑えられることを確認した。

しかしながら、導体を設けることによって送信用パワーアンプが発振して送信状態が不安定になるという新たな問題が発生した。送信信号は、ＲＦ回路において高周波化された後に送信用パワーアンプによって電力増幅されてチップアンテナに供給され、送信電波として空中に放射されるが、導体が存在することによって、上記送信電波が導体を介して送信用パワーアンプと電磁的に結合して正帰還ループが形成され、以って送信用パワーアンプが発振するものと考えられる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、導体を設けることにより発生する新たな問題であるパワーアンプの発振を防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る通信装置は、所望周波数の電波を捕捉するとともに電波を送信するチップアンテナと、ＲＦ回路と、デジタル回路と、がプリント配線板上に実装され、当該ＲＦ回路は、当該チップアンテナから入力された受信信号を低周波数化して当該デジタル回路に出力するとともに、当該デジタル回路から入力された信号を高周波数化して当該チップアンテナに出力し、当該デジタル回路は、当該ＲＦ回路から入力された低周波化受信信号を復調処理するとともに、当該ＲＦ回路に変調処理した信号を出力する通信装置であって、前記チップアンテナと、前記ＲＦ回路と、前記デジタル回路と、は前記プリント配線板の長手方向に並んで実装されており、前記チップアンテナと前記デジタル回路との間にある前記ＲＦ回路の上、且つ、前記プリント配線板から所定高さとなる位置に延在し、且つ、一端がプリント配線板のグランド導体に接続された導体と、前記ＲＦ回路に含まれる、前記チップアンテナに出力する信号を増幅するパワーアンプと対向するよう前記導体に付加された電波吸収体と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る通信装置は、所望周波数の電波の１／４波長に相当する電気長を有し前記電波を捕捉とともに電波を送信するチップアンテナと、ＲＦ回路と、デジタル回路と、がプリント配線板上に実装され、当該ＲＦ回路は、当該チップアンテナから入力された受信信号を低周波数化して当該デジタル回路に出力するとともに、当該デジタル回路から入力された信号を高周波数化して当該チップアンテナに出力し、当該デジタル回路は、当該ＲＦ回路から入力された低周波化受信信号を復調処理するとともに、当該ＲＦ回路に変調処理した信号を出力する通信装置であって、前記チップアンテナと、前記ＲＦ回路と、前記デジタル回路と、は前記プリント配線板の長手方向に並んで実装されており、前記チップアンテナとデジタル回路との間にある前記ＲＦ回路の上、且つ、前記プリント配線板から所定高さとなる位置に延在し、且つ、前記電波の１／４波長に相当する電気長を有すると共に一端がプリント配線板のグランド導体に接続された導体と、前記ＲＦ回路に含まれる、前記チップアンテナに出力する信号を増幅するパワーアンプと対向するよう前記導体に付加された電波吸収体と、を備えることを特徴とする。

前記導体は、長尺状の板金により形成されていて、前記電波吸収体は、前記導体の長手方向に沿って２ｍｍ以上の長さを有すると共に、前記導体の幅方向に沿って前記導体の幅と略同じ長さを有する。

本発明によれば、導体に電波吸収体を取り付けることにより、パワーアンプが発振することが回避されたため、チップアンテナへのノイズの影響を抑える機能を損なうことなく、導体を設けることにより発生する新たな問題であるパワーアンプの発振を防止することができる。

以下、本発明の通信装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、パワーアンプ発振対策を施す以前の状態の通信装置の外観を示す斜視図である。この通信装置は、ＰＣカードの筐体内に収納されて用いられるものであって、プリント配線板１と、チップアンテナ２と、ＲＦ回路部３と、デジタル回路部４と、Ｌ字型板金５（導体）と、を備えている。ＲＦ回路部３は、送信部６と、受信部７とを有し、送信部６は、ＲＦＳＡＷフィルタ８、パワーアンプ９、アイソレータ１０、ＲＦスイッチ１１、誘電体フィルタ１２により構成されている。

プリント配線板１は、一端にコネクタ１ａを備えている。コネクタ１ａは、ノートパソコンの拡張スロット内のコネクタに接続される。
プリント配線板１には、コネクタ１ａに遠い方の端から順に、チップアンテナ２、ＲＦ回路部３、デジタル回路部４が実装されている。また、プリント配線板１は、グランド導体を有し、ここにＬ字型板金５が接続されている。

チップアンテナ２は、その長手方向を、プリント配線板１上におけるチップアンテナ２、ＲＦ回路部３、デジタル回路部４の並び方向に、略直交させて実装されている。
チップアンテナ２は、受信電波を補足し、これを受信信号として、ＲＦ回路部３の受信部７へ出力する一方、ＲＦ回路部３の送信部６から入力された送信信号を送信電波として空中に放射する。
チップアンテナ２は、上記受信電波或いは送信電波の１／４波長に相当する電気長を有している。

ＲＦ回路部３の受信部７は、チップアンテナ２から入力された信号（ＲＦ信号）を低周波化してデジタル回路部４へ出力する。ＲＦ回路部３の送信部６は、デジタル回路部４から入力された信号を高周波化（ＲＦ信号化）してチップアンテナ２へ出力する。
ＲＦ回路部３の送信部６の動作についてより詳細に説明すると、デジタル回路部４から入力された変調信号は、ＲＦＳＡＷフィルタ８に入力されて帯域制限をかけられ、続いてパワーアンプ９に入力されて増幅され、アイソレータ１０及びＲＦスイッチ１１を介して誘電体フィルタ１２に入力されて再度帯域制限をかけられた後に、チップアンテナ２に入力される。
デジタル回路部４は、ＲＦ回路部３の受信部７から入力された信号を復調し、コネクタ１ａへ出力する一方、コネクタ１ａから入力された信号を変調し、ＲＦ回路部３の送信部６へ出力する。

Ｌ字型板金５は、長尺状の板金を一方の端部に近い位置で略直角に屈曲させたものであって、屈曲部５ａに遠い方の端部５ｂから屈曲部５ａまでの部分５ｃがプリント配線板１に略平行となるよう、屈曲部５ａに近い方の端部５ｄがグランド導体に接続され、他方の端部５ｂが開放端とされている。
Ｌ字型板金５は、送受信周波数の電波の１／４波長に相当する電気長を有している。チップアンテナ２の送受信周波数を１．７９ＧＨｚ帯としたとき、Ｌ字型板金５の適正寸法は、例えば、幅が６ｍｍ、開放端である端部５ｂから屈曲部５ａまでの部分５ｃの長さが３３ｍｍ、屈曲部５ａから端部５ｄまでの長さが５ｍｍである。
そして、Ｌ字型板金５は、開放端である端部５ｂから屈曲部５ａまでの部分５ｃが、チップアンテナ２とデジタル回路部４との間、且つ、プリント配線板１から高さ５ｍｍとなる位置に延在するように、更に、部分５ｃの長手方向をチップアンテナ２の長手方向に略平行とされて、設けられている。

上記のＬ字型板金５を設けることにより、チップアンテナ２に近接配置された装置が発するノイズによるチップアンテナ２の受信性能低下が抑えられるが、この状態では、パワーアンプ９によっては、発振することがある。
図２は、パワーアンプ９が発振しているときの送信スペクトラムを示すグラフである。ここに示すように、１．７９ＧＨｚ帯で送信を行う上記構成において、１．７ＧＨｚ付近で発振が生じる。
図３は、チップアンテナ−Ｌ字型板金−パワーアンプ間の安定化指数を示すグラフである。安定化指数は、Ｋファクタとも呼ばれ、増幅器等の安定した動作を示す指標であって、回路の伝達特性を表すＳパラメータを用いて、以下の式(１)で求められる。
Ｋ＝(１＋|Ｓ₁₁Ｓ₂₂−Ｓ₁₂Ｓ₂₁|^２−|Ｓ₁₁|^２−|Ｓ₂₂|^２)／(２|Ｓ₁₂Ｓ₂₁|) …(１)
Ｋ＞１のとき、回路は安定した動作を行う。
グラフに示すように、安定化指数は、パワーアンプ９の発振により、１．７ＧＨｚ付近で劣化している。

上記問題を解決する構成が、図４に示すものである。図４の構成では、Ｌ字型板金５に、電波吸収体１３を付加している。図４では、電波吸収体１３をＬ字型板金５のプリント配線板１に対抗する面上であってパワーアンプ９に対向する位置に貼付しているが、実施にあたっては、Ｌ字型板金５上であれば、他の位置でも構わず、同様の結果が得られる。
電波吸収体１３の適正な大きさは、例えば、縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ０．２５ｍｍである。また、電波吸収体としては様々な材質のものが利用可能であるが、例えば、合成ゴムと金属磁性粉末を混ぜてシート状にした電波吸収体は、取り扱いが容易であり、所望の形状に形成してＬ字型板金５へ付加するのに簡便である。

図５は、図４の構成の通信装置の送信スペクトラムを示すグラフである。ここに示すように、発振が抑えられている。
図６は、図４の構成の通信装置のチップアンテナ−Ｌ字型板金−パワーアンプ間の安定化指数を示すグラフである。ここに示すように、１．７ＧＨｚ付近の安定化指数の劣化が改善されている。

以上のように、図４の構成の通信装置は、Ｌ字型板金５を設けることによりチップアンテナの受信性能を改善すると共に、Ｌ字型板金５を設けることによる悪影響即ちパワーアンプ９の発振を抑えることができた。

なお、本実施形態では、導体をＬ字型板金５により実現しているが、実施にあたっては、他の形状のものであってもよく、例えば、金属製の丸棒を屈曲させたもの等が考えられる。
また、本実施形態では、通信装置の一例として、ＰＣカードの筐体内に収納されて用いられるものについて説明したが、実施にあたっては、通信装置は、携帯端末機等、他のものであってもよい。

本発明の一実施形態における導体に電波吸収体を付加しない場合の通信装置の外観を示す斜視図である。 本発明の一実施形態における導体に電波吸収体を付加しない場合の通信装置のパワーアンプが発振しているときの送信スペクトラムを示すグラフである。 本発明の一実施形態における導体に電波吸収体を付加しない場合の通信装置のチップアンテナ−Ｌ字型板金−パワーアンプ間の安定化指数を示すグラフである。 本発明の一実施形態における導体に電波吸収体を付加した場合の通信装置の外観を示す斜視図である。 本発明の一実施形態における電波吸収体を付加した場合の通信装置の送信スペクトラムを示すグラフである。 本発明の一実施形態における電波吸収体を付加した場合の通信装置のチップアンテナ−Ｌ字型板金−パワーアンプ間の安定化指数を示すグラフである。

符号の説明

１…プリント配線板、 １ａ…コネクタ、 ２…チップアンテナ、 ３…ＲＦ回路部、 ４…デジタル回路部、 ５…Ｌ字型板金（導体） ５ａ…屈曲部、 ５ｂ…端部、 ５ｃ…部分、 ５ｄ…端部、 ６…送信部、 ７…受信部、 ８…ＲＦＳＡＷフィルタ、 ９…パワーアンプ、 １０…アイソレータ、 １１…ＲＦスイッチ、 １２…誘電体フィルタ、 １３…電波吸収体

Claims (3)

1. 所望周波数の電波を捕捉するとともに電波を送信するチップアンテナと、ＲＦ回路と、デジタル回路と、がプリント配線板上に実装され、当該ＲＦ回路は、当該チップアンテナから入力された受信信号を低周波数化して当該デジタル回路に出力するとともに、当該デジタル回路から入力された信号を高周波数化して当該チップアンテナに出力し、当該デジタル回路は、当該ＲＦ回路から入力された低周波化受信信号を復調処理するとともに、当該ＲＦ回路に変調処理した信号を出力する通信装置であって、
   前記チップアンテナと、前記ＲＦ回路と、前記デジタル回路と、は前記プリント配線板の長手方向に並んで実装されており、
   前記チップアンテナと前記デジタル回路との間にある前記ＲＦ回路の上、且つ、前記プリント配線板から所定高さとなる位置に延在し、且つ、一端がプリント配線板のグランド導体に接続された導体と、
   前記ＲＦ回路に含まれる、前記チップアンテナに出力する信号を増幅するパワーアンプと対向するよう前記導体に付加された電波吸収体と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
2. 所望周波数の電波の１／４波長に相当する電気長を有し前記電波を捕捉とともに電波を送信するチップアンテナと、ＲＦ回路と、デジタル回路と、がプリント配線板上に実装され、当該ＲＦ回路は、当該チップアンテナから入力された受信信号を低周波数化して当該デジタル回路に出力するとともに、当該デジタル回路から入力された信号を高周波数化して当該チップアンテナに出力し、当該デジタル回路は、当該ＲＦ回路から入力された低周波化受信信号を復調処理するとともに、当該ＲＦ回路に変調処理した信号を出力する通信装置であって、
   前記チップアンテナと、前記ＲＦ回路と、前記デジタル回路と、は前記プリント配線板の長手方向に並んで実装されており、
   前記チップアンテナとデジタル回路との間にある前記ＲＦ回路の上、且つ、前記プリント配線板から所定高さとなる位置に延在し、且つ、前記電波の１／４波長に相当する電気長を有すると共に一端がプリント配線板のグランド導体に接続された導体と、
   前記ＲＦ回路に含まれる、前記チップアンテナに出力する信号を増幅するパワーアンプと対向するよう前記導体に付加された電波吸収体と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
3. 前記導体は、長尺状の板金により形成されていて、
   前記電波吸収体は、前記導体の長手方向に沿って２ｍｍ以上の長さを有すると共に、前記導体の幅方向に沿って前記導体の幅と略同じ長さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。

Images