JP4929390B1 - 電子機器およびアンテナユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ミリ波を用いた近接無線通信と誘導電界を用いた近接無線通信とを同一タッチポイントを利用して実行することができる電子機器を実現する。
【解決手段】実施形態によれば、電子機器は、第１の面を有する筐体と、誘導電界アンテナと、ミリ波アンテナと、近接無線通信部とを含む。誘導電界アンテナは前記筐体内に設けられ、前記第１の面内の第１領域に対向して配置された結合電極を含む。前記ミリ波アンテナは前記筐体内に設けられ、前記誘導電界アンテナに関して前記第１領域とは反対側に配置されている。前記ミリ波アンテナは、前記第１領域の近傍の空間が前記ミリ波アンテナのカバーエリアに含まれるように、前記誘導電界アンテナの底面の外周縁よりも外側の位置に配置されている複数のミリ波アンテナ素子を含む。前記近接無線通信部は、前記誘導電界アンテナを介して第１の周波数帯域の無線信号を送受信すると共に、前記ミリ波アンテナを介して前記第１の周波数帯域よりも高いミリ波帯域の無線信号を送受信する。
【選択図】図９

Description

本発明の実施形態は、近接無線通信を実行するための電子機器およびアンテナユニットに関する。

近年、ＩＣカード、携帯電話機等においては、ＮＦＣのような無線通信が利用され始めている。ユーザは、ＩＣカードまたは携帯電話をホスト装置のリーダ／ライタ部にかざすといった操作を行うだけで、認証処理、課金等のための通信を容易に行うことが出来る。

最近では、誘導電界を用いた新たな近接無線通信技術が利用され始めている。この新たな近接無線通信技術は、認証、課金サービスのみならず、文書データ、画像データ、オーディオデータといった大容量のデータファイルをそれらデバイス間で交換することを可能にする。

この近接無線通信技術は、カプラと称される電界誘導アンテナを用いて、ＵＷＢ帯域（４ＧＨｚ付近）の信号を送受信する。これにより、この近接無線通信技術は、高速で快適、かつ非常に短い通信距離によるセキュリティーの高い通信を実現している。ユーザは、近接無線通信技術に対応したデバイスを、近接無線通信技術に対応した他のデバイスのタッチポイントにタッチするだけで、それらデバイス間のデータ転送等を実行することができる。

しかし、ＵＷＢ帯域を用いる近接無線通信技術では、１Ｇｂｐｓ程度の通信速度が限界である。高精細（ＨＤ）画像の非圧縮転送などを実現するためには、さらに高速（４Ｇｂｐｓ程度）の通信を実現することが要求される。高精細（ＨＤ）画像の非圧縮転送等のためのさらに高速の近接通信を実現するための技術としては、ミリ波の採用が検討され始めている。

ＵＷＢ帯域を用いる現行の近接無線通信とミリ波を用いる次世代の近接超高速無線通信とを共存させるためには、２つの異なるアンテナ、つまり電界誘導アンテナとミリ波アンテナとが必要となる。しかし、ユーザの立場からは、現行の近接無線通信と次世代の近接超高速無線通信のどちらを使用する場合であっても、同一のタッチポイントを利用してデバイス間の通信を実行できることが望ましい。

２種類のアンテナを含む複合アンテナの構造としては、例えば、現行の近接無線通信用の誘導電界アンテナの結合電極と、ＮＦＣ用のループアンテナとが同一面上に配置されたアンテナ構造が知られている。

特開２０１０−１３０５３４号公報

しかし、ミリ波の周波数は光に近い周波数であるため、その指向性および直進性は高い。したがって、もしミリ波アンテナとタッチポイントとの間の距離が近すぎると、タッチポイント近傍の範囲はミリ波アンテナによってカバーされないかもしれない。よって、もしミリ波アンテナと誘導電界アンテナの結合電極とを同一面上に配置したならば、現行の近接無線通信と次世代の近接超高速無線通信との間で同一のタッチポイントを共用することが困難になるかもしれない。

本発明の目的は、ミリ波を用いた近接無線通信と誘導電界を用いた近接無線通信とを同一タッチポイントを利用して実行することができる電子機器およびアンテナユニットを提供することである。

実施形態によれば、電子機器は、第１の面を備える筐体と、前記筐体内にあり且つ前記第１の面内の第１領域に対向するミリ波アンテナであって、複数のミリ波アンテナ素子を備えるミリ波アンテナと、前記筐体内で且つ前記第１領域と前記ミリ波アンテナとの間にある誘導電界アンテナであって、前記第１領域に対向する結合電極を備える誘導電界アンテナと、前記筐体内にあり、前記誘導電界アンテナを介して第１の周波数帯域の無線信号を送受信すると共に、前記ミリ波アンテナを介して前記第１の周波数帯域よりも高いミリ波帯域の無線信号を送受信する近接無線通信部とを具備し、前記複数のミリ波アンテナ素子は、前記ミリ波アンテナのカバーエリアが前記第１領域を含むように前記誘導電界アンテナの底面の外周縁の外側にある。

実施形態に係る電子機器のシステム構成を示すブロック図。 同実施形態の電子機器の外観を示す斜視図。 同実施形態の電子機器と外部デバイスとの間で実行される近接無線通信の例を示す図。 同実施形態の電子機器に適用される、近接無線通信を制御するためのソフトエアアーキテクチャの例を示す図。 同実施形態の電子機器で用いられる誘導電界アンテナ（カプラ）の構成例を示す斜視図。 同実施形態の電子機器で用いられるミリ波アレーアンテナの構成例を示す斜視図。 図６のミリ波アレーアンテナを示す平面図。 図６のミリ波アレーアンテナを示す正面図。 同実施形態の電子機器の断面図。 図５の誘導電界アンテナと図６のミリ波アレーアンテナの配置位置を示す図。 図６のミリ波アレーアンテナによってカバーされる通信範囲を説明するための図。 図５の誘導電界アンテナのケーブル配線を示す図。

以下、図面を参照して、実施形態を説明する。
まず、図１を参照して、実施形態に係る電子機器の構成を説明する。この電子機器１０は、例えば、ポータブルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ、オーディオプレーヤ、ＴＶ等として実現される。この電子機器１０は、システム制御部１１、メモリ１２、ストレージデバイス１３、入力部１４、液晶表示装置（ＬＣＤ）１５、サウンドコントローラ１６、スピーカ１７、インジケータ１８、電源制御部１９、および近接無線通信モジュール２０を備える。

システム制御部１１は、電子機器１０内の各部の動作を制御する。システム制御部１１は、メモリ１２、ストレージデバイス１３、入力部１４、ＬＣＤ１５、サウンドコントローラ１６、インジケータ１８、電源制御部１９、および近接無線通信モジュール２０に接続されている。システム制御部１１は、ＣＰＵ１０１ａを備えている。

ＣＰＵ１０１ａは、ストレージデバイス１３からメモリ１２にロードされる、オペレーティングシステムおよび各種アプリケーションプログラムおよびユーティリティプログラムを実行するプロセッサである。アプリケーションプログラムおよびユーティリティプログラムの中には、近接無線通信モジュール２０の通信動作を制御する通信制御プログラム１２ａ等が含まれている。

通信制御プログラム１２ａは、近接無線通信機能を有する任意の電子デバイス（外部デバイス）と近接無線通信モジュール２０との間の近接無線通信を制御する。ストレージデバイス１３は、例えば、ハードディスクドライブや不揮発性半導体メモリから構成されている。入力部１４は、ＣＰＵ１１１に与えるべきデータ及び指示を入力するための入力デバイスである。この入力部１４は、例えば、キーボード、複数のボタンスイッチ、またはポインティングデバイス等によって実現される。

ＬＣＤ１５は、電子機器１０のディスプレイとして使用される表示装置である。サウンドコントローラ１６はＣＰＵ１０１ａから送信されるオーディオデータに対応する音を出力するための音源回路である。サウンドコントローラ１６はＣＰＵ１０１ａから送信されるオーディオデータをデジタルオーディオ信号からアナログオーディオ信号に変換し、そのアナログオーディオ信号をスピーカ１７に出力する。スピーカ１７はアナログオーディオ信号に対応する音を出力する。

インジケータ１８は近接無線通信モジュール２０によって実行される近接無線通信の状態（データ転送の開始、データ転送の終了等）を提示する。このインジケータ１８として、ＬＥＤのような発光部を用いてもよい。

電源制御部１９は、ＡＣアダプタ３０を介して外部から供給される電力、または電子機器１０内に設けられたバッテリ１９ｂから供給される電力を用いて、電子機器１０内の各部に電力を供給する。換言すれば、電子機器１０は、ＡＣ商用電源のような外部電源、またはバッテリ１９ｂによって駆動される。ＡＣアダプタ３０は、電子機器１０内に設けることも出来る。電源制御部１９は、ユーザによる電源スイッチ（Ｐ−ＳＷ）１９ａの操作に応じて、電子機器１０をパワーオンまたはパワーオフする。

近接無線通信モジュール２０は、近接無線通信を実行する近接無線通信部である。この近接無線通信モジュール２０は、近接無線通信モジュール２０から所定の通信距離（通信範囲）内に存在する、近接無線通信機能を有する別のデバイス（外部デバイス）と通信することができる。近接無線通信モジュール２０と外部デバイスとの間の無線通信は、近接無線通信モジュール２０と外部デバイスとが近接状態である場合、つまり近接無線通信モジュール２０と外部デバイスとの間の距離が通信距離（例えば３ｃｍ）内に接近された場合にのみ可能となる。近接無線通信モジュール２０と外部デバイスとが通信範囲以内に接近した時、近接無線通信モジュール２０と外部デバイスとの間の接続（無線接続）を確立する動作が開始される。そして、デバイス間の接続（無線接続）が確立された後に、例えば、ＳＣＳＩ，ＯＢＥＸ、または他の汎用プロトコルを用いたデータ転送といったサービスが、近接無線通信モジュール２０と外部デバイスとの間の近接無線通信によって実行される。

近接無線通信モジュール２０は、誘導電界を用いた近接無線通信と、ミリ波を用いた近接超高速無線通信の双方をサポートするように構成されている。近接無線通信モジュール２０は誘導電界アンテナ２２ａおよびミリ波アンテナ２２ｂにそれぞれ接続される。

誘導電界アンテナ２２ａはカプラと称されるアンテナであり、ＵＷＢ帯域（４ＧＨｚ付近）をカバーするように構成されている。近接無線通信モジュール２０は、誘導電界アンテナ２２ａを介して第１の周波数帯域（例えば、４ＧＨｚ付近のＵＷＢ帯域）の無線信号を送受信することができる。外部デバイスが誘導電界アンテナ２２ａから通信距離（例えば３ｃｍ）以内に接近した時、近接無線通信モジュール２０および外部デバイスそれぞれの誘導電界アンテナ（カプラ）間が誘導電界によって結合され、これによって近接無線通信モジュール２０と外部デバイスとの間の無線通信が実行可能となる。誘導電界アンテナ２２ａは、例えば、結合電極と、この結合電極の下面側に配置されたグランド板、等を含む。誘導電界は結合電極から放出される。グランド板は、そのグランド板の上面が結合電極の下面に対向するよう配置される。

ミリ波アンテナ２２ｂは、第１の周波数帯域（ＵＷＢ帯域）よりも高いミリ波帯域（例えば、６０ＧＨｚ帯域）をカバーするように構成されている。このミリ波アンテナ２２ｂはミリ波帯の信号（電波）を送受信するために用いられる。ミリ波アンテナ２２ｂも、誘導電界アンテナ２２ａと同様に、外部デバイスとの近接無線通信のために用いられる。ミリ波アンテナ２２ｂは、通常、ミリ波帯の電波、つまり、ミリ波帯の放射電界、を使用する。このため、原理的には、ミリ波アンテナ２２ｂは、ミリ波アンテナ２２ｂから１０ｍ程度のエリアをカバーすることができる。しかし、本実施形態では、ミリ波アンテナ２２ｂは近接無線通信用に設計されているので、例えばミリ波の送信信号の電力を低く抑えることによって、ミリ波アンテナ２２ｂの通信距離は比較的狭く設定されている。ミリ波アンテナ２２ｂの通信距離は、誘導電界アンテナ２２ａの通信距離よりも長い、例えば、５ｃｍ程度に設定してもよい。近接無線通信モジュール２０は、ミリ波アンテナ２２ｂを介してミリ波帯域の無線信号を送受信する。

近接無線通信モジュール２０と誘導電界アンテナ２２ａとの間は同軸ケーブルのようなアンテナケーブルを介して接続される。

ミリ波の信号は減衰しやすい。このため、もし同軸ケーブルを介して近接無線通信モジュール２０とミリ波アンテナ２２ｂとを接続すると、送信信号および受信信号の減衰によって通信性能が低下する可能性がある。送信信号および受信信号の減衰をできるだけ少なくするために、ミリ波アンテナ２２ｂは、ミリ波用のＲＦアンプのようなミリ波無線回路を含むチップ（送受信チップ）のパッケージに取り付けてもよい。ミリ波無線回路はミリ波を送受するためのＲＦ回路である。ミリ波アンテナ２２ｂとチップとの間はボンディング配線等を介して電気的に接続してもよい。近接無線通信モジュール２０は、ミリ波アンテナ２２ｂが形成されたチップに１本以上の信号線を介して接続される。

もちろん、ミリ波アンテナ２２ｂは、上述の構成に限定されるものではなく、他の任意の構成を採用してもよい。

誘導電界を用いた近接無線通信方式としては、例えばTransferJet^TMを使用し得る。TransferJet^TMは、UWBを利用した近接無線通信方式であり、３７３Ｍｂｐｓ程度の実効通信速度でデータ転送を実行することができる。ミリ波を用いた近接超高速無線通信も、誘導電界を用いた近接無線通信方式と同じ、または同様の無線通信方式を用いて実行してもよい。

近接無線通信モジュール２０はＰＨＹ部２１ａとＰＨＹ部２１ｂとを含む。ＰＨＹ部２１ａは、誘導電界を用いて信号を物理的に送受信するための無線回路である。ＰＨＹ部２１ｂはミリ波を用いて信号を物理的に送受信するための無線回路である。上述したように、ミリ波アンテナ２２ｂの各アンテナ素子がミリ波無線回路を含むチップのパッケージ表面上またはそのチップのパッケージ内に設けられている場合には、ＰＨＹ部２１ｂの機能の一部またはすべては、チップ内にミリ波無線回路として実装してもよい。

次に、図２を参照して、電子機器１０がポータブルパーソナルコンピュータとして実現されている場合を想定して、電子機器１０の外観の例を説明する。

図２は、電子機器１０の外観を示す斜視図である。電子機器１０は、本体４１と、ディスプレイユニット４２とを備えている。ディスプレイユニット４２は、本体４１の上面が露出される開放位置と本体４１の上面がディスプレイユニット４２によって覆われる閉塞位置との間を回動可能に本体４１に取り付けられている。ディスプレイユニット４２内には、上述のＬＣＤ１５が設けられている。

本体４１は薄い箱状の筐体を有している。本体４１の筐体の上面には、キーボード１４ａ、タッチパッド１４ｂ、インジケータ１８、電源スイッチ１９ａ等が配置されている。

本体４１の筐体の第１の面の一部分、換言すれば、筐体の上面４１ａ内の第１領域は、デバイス間の近接無線通信のためのタッチポイントとして機能する。外部デバイスが筐体の上面４１ａ内の第１領域（タッチポイント）付近に近接されたこと（以下、タッチという）をトリガに、電子機器１０と外部デバイスとの間の近接無線通信が実行される。

もし外部デバイスが誘導電界を用いた近接無線通信のみをサポートしているならば、電子機器１０（近接無線通信モジュール２０）は誘導電界を用いて外部デバイスとの近接無線通信を実行する。もし外部デバイスがミリ波を用いた近接無線通信のみをサポートしているならば、電子機器１０（近接無線通信モジュール２０）はミリ波を用いて外部デバイスとの近接無線通信を実行する。もし外部デバイスが誘導電界を用いた近接無線通信とミリ波を用いた近接無線通信の双方をサポートしているならば、電子機器１０（近接無線通信モジュール２０）は、ミリ波を用いて外部デバイスとの近接無線通信を実行するか、または誘導電界とミリ波との組み合わせを用いて外部デバイスとの近接無線通信を実行する。この場合、デバイス間の接続確立および接続解除のための通信を誘導電界を用いた近接無線通信によって実行し、デバイス間のデータ転送をミリ波を用いた近接超高速無線通信によって実行してもよい。さらに、データ転送についても、誘導電界を用いた近接無線通信とミリ波を用いた近接超高速無線通信とを選択的使用してもよい。例えば、デバイス間のデータ転送に使用する通信プロトコルの種類に応じて、あるいは転送対象のデータの種類。または転送対象のデータのデータ量に応じて、誘導電界を用いた近接無線通信とミリ波を用いた近接超高速無線通信とを選択的に実行してもよい。例えば、ＨＤ画像の非圧縮転送のような、高速のデータレートが必要なデータ転送を行う場合には、ミリ波を用いた近接超高速無線通信を利用してもよい。誘導電界を用いた近接無線通信とミリ波を用いた近接超高速無線通信のどちらを使用するかは、デバイス間のネゴシエーションによって決定してもよい。

本体４１の筐体内には、図１に示したシステムコンポーネントが内蔵されている。本実施形態では、誘導電界を用いた近接無線通信とミリ波を用いた近接無線通信（近接超高速無線通信）の双方が同一のタッチポイントを介して実行できるようにするために、誘導電界アンテナ２２ａおよびミリ波アンテナ２２ｂは、筐体の上面４１ａ上のタッチポイントの下部に対応する、筐体内の位置に配置されている。

すなわち、誘導電界アンテナ２２ａは、筐体の上面４１ａに対向するように筐体内に設けられている。誘導電界アンテナ２２ａの通信距離（通信範囲）はミリ波アンテナ２２ｂの通信距離（通信範囲）よりも狭い。したがって、本実施形態では、誘導電界アンテナ２２ａは筐体の上面４１ａに近接した位置に配置される。

誘導電界アンテナ２２ａは上述したように結合電極を含む。誘導電界アンテナ２２ａは、結合電極の上面が筐体の上面４１ａの第１領域に対向するように配置される。結合電極が対向する筐体の上面４１ａ内の小領域、つまり上述の第１領域は、タッチポイントとして用いられる。誘導電界アンテナ２２ａのカバーエリアは、上面４１ａ内の第１領域の近傍の空間、つまりタッチポイントの近傍の範囲である。

ミリ波アンテナ２２ｂは、誘導電界アンテナ２２ａの底面（グランド板）よりも下方側に位置するように本体４１の筐体内に配置される。ミリ波アンテナ２２ｂの指向性および直進性は高く、さらに誘導電界アンテナ２２ａは上述したように筐体の上面４１ａに近接して配置されているので、もしミリ波アンテナ２２ｂを誘導電界アンテナ２２ａと同一面上に配置したならば、上面４１ａの近傍の空間のほとんどはミリ波アンテナ２２ｂの非カバーエリアに含まれてしまうかもしれない。つまり、第１領域（タッチポイント）の近傍の空間のほとんどすべてはミリ波アンテナ２２ｂによってカバーされないかもしれない。このことは、上述のタッチポイントを誘導電界を用いた近接無線通信とミリ波を用いた近接無線通信との間で共用できないことを意味する。

したがって、本実施形態では、ミリ波アンテナ２２ｂは、誘導電界アンテナ２２ａの底面の下方側の位置、換言すれば、筐体内において誘導電界アンテナ２２ａに関して第１領域とは反対側の位置、に設けられている。さらに、ミリ波アンテナ２２ｂは、第１領域の近傍の空間がミリ波アンテナ２２ｂのカバーエリアに含まれるように、誘導電界アンテナ２２ａの底面の外周縁よりも外側の位置に配置された複数のミリ波アンテナ素子を含んでいる。

より詳しくは、本実施形態においては、ミリ波アンテナ２２ｂを構成する複数のミリ波アンテナ素子は、第１領域の近傍の空間が複数のミリ波アンテナ素子によってカバーされるように、誘導電界アンテナ２２ａの底面（グランド板）よりも、筐体の上面４１ａから離れた位置で、且つ誘導電界アンテナ２２ａの底面の外周縁よりも外側の位置に配置されている。したがって、上面４１ａに対して垂直方向における第１領域（タッチポイント）と複数のミリ波アンテナ素子それぞれとの間の距離（垂直距離）は、上面４１ａに対して垂直方向における第１領域（タッチポイント）と誘導電界アンテナ２２ａの底面（グランド板）との間の距離（垂直距離）よりも長い。ミリ波アンテナ２２ｂのカバーエリアはミリ波アンテナ２２ｂからの距離が遠くなるほど広がるので、誘導電界アンテナ２２ａの底面（グランド板）よりも筐体の上面４１ａから離れた位置にミリ波アンテナ２２ｂを配置することにより、上面４１ａの近傍の空間をミリ波アンテナ２２ｂによって十分にカバーすることが可能となる。

さらに、複数のミリ波アンテナ素子それぞれの指向性（指向性角度）は、ミリ波アンテナ素子それぞれの電波放射エリアが誘導電界アンテナ２２ａに重ならず、且つ第１領域（タッチポイント）から所定距離だけ外方側に離れた位置においてミリ波アンテナ２２ｂの非カバーエリアが生じないように、例えば、第１領域（タッチポイント）から所定距離だけ外方側に離れた位置においてミリ波アンテナ素子それぞれの電波放射エリア（カーバーエリア）のすべてがオーバーラップするように設定されている。ここで、第１領域（タッチポイント）から所定距離だけ外方側に離れた位置とは、電子機器１０のタッチポイントに外部デバイスが近接された時における外部デバイス内のミリ波アンテナの位置（想定位置）を意味する。

なお、ミリ波アンテナ素子それぞれの電波放射エリアが誘導電界アンテナ２２ａに重ならず、且つ第１領域（タッチポイント）から所定距離だけ外方側に離れた位置においてミリ波アンテナ２２ｂの非カバーエリアが生じないようにするために、各ミリ波アンテナ素子の指向性（指向性角度）のみならず、上面４１ａに対して垂直方向における誘導電界アンテナ２２ａの底面（グランド板）とミリ波アンテナ２２ｂとの間の距離（垂直距離）を調整してもよい。

誘導電界アンテナ２２ａとミリ波アンテナ２２ｂの以上の配置により、誘導電界を用いた近接無線通信およびミリ波を用いた近接超高速無線通信の双方を、それら近接無線通信相互間で互いに影響を及ぼすことなく、同一タッチポイントを利用して実行することができる。

図３は、携帯電話５０と電子機器１０との間で実行される近接無線通信の様子が示されている。携帯電話５０の筐体内には、誘導電界アンテナとミリ波アンテナとが設けられている。携帯電話５０の筐体内における誘導電界アンテナとミリ波アンテナの配置は、電子機器１０内における誘導電界アンテナ２２ａとミリ波アンテナ２２ｂの配置と同じである。すなわち、携帯電話５０においては、誘導電界アンテナは携帯電話５０の筐体の第１の面（例えば背面）内のタッチポイントに対向するように配置され、ミリ波アンテナは誘導電界アンテナの底面よりも下方側の位置、つまり、誘導電界アンテナの底面よりも、背面から離れた位置に設けられている。

携帯電話５０の筐体の背面を電子機器２０の本体４１の上面４１ａ上のタッチポイントにかざす（または携帯電話５を上面４１ａ上に置く）ことにより、携帯電話５０と電子機器１０との間の近接無線通信（誘導電界を用いた近接無線通信、およびミリ波を用いた近接超高速無線通信）を開始することが可能となる。

次に、図４を参照して、近接無線通信モジュール２０を用いて実行される、近接無線通信および近接超高速無線通信を制御するためのソフトウェアアーキテクチャを説明する。

図４のソフトウェアアーキテクチャは通信制御のためのプロトコルスタックの階層構造を示している。プロトコルスタックは、物理層（ＰＨＹ）、コネクション層（ＣＮＬ）、プロトコル変換層（ＰＣＬ）、アプリケーション層から構成されている。

物理層（ＰＨＹ）は物理的なデータ転送を制御する層であり、ＯＳＩ参照モデル内の物理層に対応する。物理層（ＰＨＹ）の一部の機能または全ての機能は、近接無線通信モジュール２０内のハードウェアを用いて実現することもできる。物理層（ＰＨＹ）は、誘導電界を用いた物理的なデータ転送を制御するための上述のＰＨＹ部２１ａと、ミリ波を用いた物理的なデータ転送を制御するための上述のＰＨＹ部２１ｂとを含む。

物理層（ＰＨＹ）はコネクション層（ＣＮＬ）からのデータを無線信号に変換する。コネクション層（ＣＮＬ）はＯＳＩ参照モデル内のデータリンク層およびトランスポート層に対応しており、物理層（ＰＨＹ）を制御してデータ通信を実行する。このコネクション層（ＣＮＬ）は、プロトコル変換層（ＰＣＬ）から受信される接続要求、または外部デバイスから受信される接続要求に応じて、近接状態に設定されている近接無線通信モジュール２０と外部デバイスとの間の（物理的な）接続を確立するための処理を実行する。

プロトコル変換層（ＰＣＬ）は、ＯＳＩ参照モデル内のセッション層およびプレゼンテーション層に対応しており、アプリケーション層と、コネクション層（ＣＮＬ）との間に位置する。このプロトコル変換層（ＰＣＬ）は、上述の接続制御プログラム１２１によって実現し得る。プロトコル変換層（ＰＣＬ）は、２つのデバイス間の接続を確立するために、アプリケーション層内の各アプリケーション（通信プログラム）の制御とコネクション層（ＣＮＬ）の制御を行う。

次に、図５を参照して、誘導電界アンテナ２２ａの構成例を説明する。
図５に示す誘導電界アンテナ２２ａは、グランド板３０１ａと、結合電極３０２とを含む。グランド板（グランドプレーン）３０１ａは、例えば、プリント回路基板３０１の底面に設けられている。基板３０１の上面上には誘電体３０５を介して結合電極３０２が配置されている。したがって、グランド板３０１ａの上面は、基板３０１および誘電体３０５を介して、結合電極３０２の下面に対向する。結合電極３０２は、誘電体内３０５に挿入されたスルーホール３０３を介して、プリント回路基板３０１上の配線３０４に電気的に接続される。この配線３０４は、コネクタ等を介して同軸ケーブルのようなアンテナケーブルに接続される。

なお、図５に示した誘導電界アンテナ２２ａの構成は一例であり、誘導電界アンテナ２２ａの構成は図５の構成に限定されない。誘導電界アンテナ２２ａは、少なくとも、結合電極３０２と、この結合電極３０２の下面側に配置されたグランド板３０１ａとを含めばよく、誘導電界アンテナ２２ａの構成としては図５の構成以外の他の任意の構成を採用し得る。

次に、図６、図７および図８を参照して、ミリ波アンテナ２２ｂの構成例を説明する。

図６はミリ波アンテナ２２ｂの斜視図であり、図７はミリ波アンテナ２２ｂの平面図であり、図８はミリ波アンテナ２２ｂの正面図である。

ミリ波アンテナ２２ｂが送受信する信号の周波数は非常に高い（例えば60GHz）。このため、もし、ミリ波の送受信のための無線回路（RF回路）とミリ波アンテナ２２ｂとの間を同軸ケーブルを介して接続するという構成を採用すると、信号の減衰が大きくなり、これによって通信性能が低下する。このため、本実施形態では、ミリ波用のＲＦアンプを含む無線回路（RF回路）を実装したチップのパッケージ表面もしくはパッケージ内部に実装されたミリ波アンテナ素子を含むミリ波アンテナ２２ｂを使用する。また、ミリ波は周波数が光に近く、その指向性、直進性が高いため、チップ上に配置された一つの小さなアンテナ素子のみによってカバーできる範囲は狭い。そこで、本実施形態においては、上述したように、ミリ波アンテナ２２ｂは、複数のミリ波アンテナ素子を含んでいる。これら複数のミリ波アンテナ素子は、チップのパッケージ表面もしくはパッケージ内部に実装してもよい。この場合、ミリ波アンテナ２２ｂは、ミリ波アレーアンテナ（ミリ波オンチップアレーアンテナとも云う）として機能する。

図６に示す構成例においては、ミリ波アンテナ２２ｂは、プリント回路基板４００、チップ４０１、４つのミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄを備えている。ミリ波アンテナ素子の数は４つ限らず、例えば、数十個程度のミリ波アンテナ素子を設けてもよい。ミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄは、例えば、チップ４０１のパッケージ上面の外周縁近傍に配置してもよい。

なお、ミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄをプリント回路基板４００上に配置し、これらミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄそれぞれとチップ４０１とをプリント回路基板４００上の信号配線を介して接続してもよい。

図９には、本体４１の筐体内における、誘導電界アンテナ２２ａとミリ波アンテナ２２ｂの実装例が示されている。

もし誘導電界アンテナ２２ａの真下にミリ波アンテナ２２ｂのミリ波アンテナ素子が配置されると、誘導電界アンテナ２２ａがミリ波信号に対する遮蔽物となり、ミリ波を用いた通信が実行できなくなる。

逆に、もしミリ波アンテナ２２ｂの下に誘導電界アンテナ２２ａが配置された場合には、筐体の上面４１ａと誘導電界アンテナ２２ａとの間の距離が適正距離よりも長くなり過ぎてしまう。さらに、たとえ筐体の上面４１ａに外部デバイスが近接されても、ミリ波アンテナ２２ｂによる影響により、誘導電界アンテナ２２ａは外部デバイスの誘導電界アンテナと結合できなくなるかもしれない。

本実施形態では、図９に示されているように、ミリ波アンテナ２２ｂよりも通信距離の短い誘導電界アンテナ２２ａが、筐体の上面４１ａに一番近い位置に配置されている。誘導電界アンテナ２２ａは、金属（例えば、金属棒）を用いない取り付け構造によって、上面４１ａの近傍位置に取り付けられる。そして、誘導電界アンテナ２２ａの下にミリ波アンテナ（ミリ波オンチップアレーアンテナ）２２ｂが配置される。つまり、ミリ波アンテナ２２ｂは、誘導電界アンテナ２２ａの底面に配置されたグランド板３０１ａの下面に対向して配置される。

ミリ波アンテナ（ミリ波オンチップアレーアンテナ）２２ｂのチップ４０１のパッケージのサイズとしては、ミリ波アンテナ２２ｂの底面（グランド板３０１ａ）のサイズよりも大きなサイズを用いてもよい。この場合、チップ４０１のパッケージ表面の外縁部に沿ってミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄを配置する構成により、ミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄを誘導電界アンテナ２２ａの底面（グランド板３０１ａ）の外周縁よりも外側に位置させることができる。

なお、図９に示すように階層的に配置された誘導電界アンテナ２２ａとミリ波アンテナ（ミリ波オンチップアレーアンテナ）２２ｂとを内蔵する一つの独立したアンテナユニットを実現してもよい。この場合、このアンテナユニットの上面が本体４１の筐体上面４１ａに対向するようにこのアンテナユニットを本体４１内に設けるだけで、容易に図９に示す実装構造を実現できる。アンテナユニットは、図９において波線で示されているアンテナ筐体を含む。このアンテナ筐体は、アンテナ筐体の上面が本体４１の筐体の上面４１ａ内の第１の領域に対向するように配置される。したがって、アンテナ筐体の上面は、一種のタッチポイントとして用いられることになる。

誘導電界アンテナ２２ａは、結合電極３０２の上面がアンテナ筐体の上面に対向するようにアンテナ筐体内に配置される。ミリ波アンテナ２２ｂは誘導電界アンテナ２２ａの底面の下方側に、つまり誘導電界アンテナ２２ａに関してアンテナ筐体の上面とは反対側に配置される。

図１０には、誘導電界アンテナ２２ａとミリ波アンテナ２２ｂとの間の位置関係の例が示されている。図１０において、符号５００は、外部デバイスと電子機器１０とが物理的に接触している状態における外部デバイス内のミリ波アンテナの想定位置を示している。また、図１０において、符号６００は個々のミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄのカバーエリアを示し、符号７００はミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄの非カバーエリアを示し、符号８００は誘導電界アンテナ２２ａのカバーエリアを示している。上述したように、ミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄそれぞれの指向性（指向性角度）は、ミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄの電波放射エリア６００それぞれが誘導電界アンテナ２２ａと重ならならず、かつ相手デバイス側のミリ波アンテナの想定位置５００においては、全てのミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄのカバーエリアがオーバーラップして非カバーエリアが発生しないように調整されている。また、誘導電界アンテナ２２ａとミリ波アンテナ２２ｂとの間の距離Ｄも、ミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄの電波放射エリア６００それぞれが誘導電界アンテナ２２ａと重ならならず、かつ相手デバイス側のミリ波アンテナの想定位置５００においては、全てのミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄのカバーエリアがオーバーラップして非カバーエリアが発生しないように調整されている。

図１１は、相手デバイス側のミリ波アンテナの想定される位置（位置高さ）におけるミリ波アンテナ２２ｂのカバーエリアを示す平面図である。図１１において、９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄは、相手デバイス側のミリ波アンテナの想定される位置高さにおけるミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄそれぞれのカバーエリアを示している。

上述したように、筐体の上面４１ａ上のタッチポイントの直上の空間には図１０に示すようにミリ波アンテナ２２ｂによってカバーされない非カバーエリア７００が生じるかもしれないが、相手デバイス側のミリ波アンテナの想定される位置高さは非カバーエリア７００よりも高い位置であるので、この非カバーエリア７００はミリ波を用いた近接無線通信に影響を与えることはない。

図１２には、ミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄそれぞれに対応するカバーエリア９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄと、誘導電界アンテナ２２ａに接続されるアンテナケーブル１０００との位置関係が示されている。

上述したように、誘導電界アンテナ２２ａは結合電極３０２に電気的に結合されたアンテナケーブル１０００を含んでおり、このアンテナケーブル１０００を介して近接無線通信モジュール２０に接続される。この場合、図１２に示すように、アンテナケーブル１０００はカバーエリア９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄに重ならないように、つまりミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄそれぞれの電波放射エリアに重ならないように誘導電界アンテナ２２ａから外部に導出されている。たとえば、アンテナケーブル１０００は、隣接する２つのミリ波アンテナ素子間の隙間を通って外部に導出されている。このように、カバーエリア９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄを避けてアンテナケーブル１０００を配線することにより、アンテナケーブル１０００が、ミリ波を用いた近接無線通信に影響を及ぼすことを防止することができる。カバーエリア９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄは、ミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄそれぞれの電波放射エリアに対応している。

以上説明したように、本実施形態によれば、誘導電界アンテナ２２ａは、結合電極が筐体の上面４１ａの第１領域に対向するように配置され、ミリ波アンテナ２２ｂに含まれる複数のミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄは、第１領域の近傍の空間がそれら複数のミリ波アンテナ素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄによってカバーされるように、誘導電界アンテナ２２ａの底面（グランド板）よりも、筐体の上面４１ａから離れた位置で、且つ誘導電界アンテナ２２ａの底面の外周縁よりも外側の位置に配置されている。したがって、第１領域上の近傍の空間内に誘導電界アンテナ２２ａのカバーエリアのみならず、ミリ波アンテナ２２ｂのカバーエリアを形成することができるように、ミリ波を用いた近接無線通信と誘導電界を用いた近接無線通信とを同一タッチポイント（第１領域）を用いて実行することができる。

なお、本実施形態では、一つの無線通信モジュール２０が誘導電界アンテナ２２ａを介して信号を送受信するともに、ミリ波アンテナ２２ｂを介して信号を送受信する構成を説明したが、誘導電界アンテナ２２ａを介して信号を送受信する通信部とミリ波アンテナ２２ｂを介して信号を送受信する通信部とが物理的に異なるユニットであってもよい。この場合、これらユニットが無線通信モジュール２０として機能する。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…電子機器、２０…近接無線通信モジュール、２２ａ…誘導電界アンテナ、２２ｂ…ミリ波アンテナ、３０２…結合電極、４０２ａ~４０２ｄ…ミリ波アンテナ素子。

Claims (7)

1. 第１の面を備える筐体と、
   前記筐体内にあり且つ前記第１の面内の第１領域に対向するミリ波アンテナであって、複数のミリ波アンテナ素子を備えるミリ波アンテナと、
   前記筐体内で且つ前記第１領域と前記ミリ波アンテナとの間にある誘導電界アンテナであって、前記第１領域に対向する結合電極を備える誘導電界アンテナと、
   前記筐体内にあり、前記誘導電界アンテナを介して第１の周波数帯域の無線信号を送受信すると共に、前記ミリ波アンテナを介して前記第１の周波数帯域よりも高いミリ波帯域の無線信号を送受信する近接無線通信部とを具備し、
   前記複数のミリ波アンテナ素子は、前記ミリ波アンテナのカバーエリアが前記第１領域を含むように前記誘導電界アンテナの底面の外周縁の外側にある電子機器。
2. 前記複数のミリ波アンテナ素子の指向性は、前記複数のミリ波アンテナ素子それぞれの電波放射エリアが前記誘導電界アンテナと重ならず、且つ前記第１領域から第１距離の位置において前記複数のミリ波アンテナ素子それぞれのカバーエリアがオーバーラップするように、設定されている請求項１記載の電子機器。
3. 前記ミリ波アンテナはプリント回路基板を具備し、前記複数のミリ波アンテナ素子は前記プリント回路基板上の送受信チップのパッケージ上またはパッケージ内にある請求項１記載の電子機器。
4. 前記誘導電界アンテナは前記結合電極に電気的に接続されたアンテナケーブルを備え、前記アンテナケーブルは、前記複数のミリ波アンテナ素子それぞれのカバーエリアを通らない請求項１記載の電子機器。
5. 前記誘導電界アンテナは、前記誘導電界アンテナの底面にあるグランド板を備え、前記グランド板は前記結合電極に対向する上面を備える請求項１記載の電子機器。
6. 第１の面を備えるアンテナ筐体と、
   前記アンテナ筐体内にあり且つ前記第１の面内の第１領域に対向するミリ波アンテナであって、複数のミリ波アンテナ素子を備えるミリ波アンテナと、
   前記アンテナ筐体内で且つ前記第１領域と前記ミリ波アンテナとの間にある誘導電界アンテナであって、前記第１領域に対向する結合電極を備える誘導電界アンテナとを具備し、
   前記複数のミリ波アンテナ素子は、前記ミリ波アンテナのカバーエリアが前記第１領域を含むように前記誘導電界アンテナの底面の外周縁の外側にあるアンテナユニット。
7. 前記複数のミリ波アンテナ素子の指向性は、前記複数のミリ波アンテナ素子それぞれの電波放射エリアが前記誘導電界アンテナと重ならず、且つ前記第１領域から第１距離の位置において前記複数のミリ波アンテナ素子それぞれのカバーエリアがオーバーラップするように、設定されている請求項６記載のアンテナユニット。

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