JP5344640B2 - アンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明はアンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置に関し、特にマルチバンド対応の無線通信装置に用いるアンテナ構造に関するものである。

最近、無線ＬＡＮルータなどの無線通信装置においては、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信方式や、ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）通信方式などに対応するために、これら複数の通信方式（マルチバンド）に対応するアンテナの数が増加して、これら複数のアンテナを装置に内蔵する場合に工夫が必要になってきている。

無線通信装置は小型化が進むにつれて、これら複数のアンテナを装置に内蔵するための領域もそれに伴って狭くなっている。そして、無線ＬＡＮルータでは、今後サービスが開始されるマルチメディア放送にも対応することが必要になる可能性があり、よって、更なるアンテナの小型化が必要になっている。

なお、関連する技術として、特許文献１〜３に開示の技術があげられる。特許文献１に開示の技術は、見かけ上一つのアンテナで複数の通信サービスに対応可能な複合平面アンテナの形状を提供するものである。

また、特許文献２に開示の技術は、無線通信装置に設けられている金属部品の一部をアンテナとして利用することにより、装置の小型化を図るものである。更に、特許文献３の技術は、モノポールアンテナとループアンテナとを回路基板上に形成して、両アンテナを組み合わせて動作周波数を広い範囲に亘って調整可能とするものである。

特開平０８−２３７０２５号公報 特開２００８−１２４７９７号公報 特開２０１０−２３９２４６号公報

上述したように、無線ＬＡＮルータなどの無線通信装置においては、複数種類の通信方式に対応すべく、これら通信方式にそれぞれに対応したアンテナを内蔵することが必要となっているが、装置の小型化により、アンテナを内蔵する領域が狭くなって限定されるようになっている。そこで、アンテナの更なる小型化などの工夫が要求される。

なお、上記の特許文献１の技術では、見かけ上一つのアンテナで複数の通信方式に対応可能とすべく、複合平面アンテナの形状を工夫しているが、モノポールアンテナとパッチアンテナとを見かけ上一つのアンテナとみなすようになっており、構造が複雑となっている。

また、特許文献２の技術では、金属部品の一部を逆Ｆアンテナやループアンテナとして利用するようになっているが、複数の通信方式に対応可能としたマルチバンド対応ではない。更に、特許文献３の技術では、モノポールアンテナとループアンテナとの２つのアンテナ素子を回路基板上に組み込んで、これらを組み合わせることにより、マルチバンド対応としたものであり、アンテナ素子は複数となっており、素子数の減少とはならない。

そこで、本発明の目的は、アンテナ素子を複数設けることなく、極めて簡単な構成でマルチバンド対応のアンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置を提供することである。

本発明によるアンテナ装置は、
所定周波数帯域用のアンテナを固定金具により回路基板へ固定するようにした無線通信装置におけるアンテナ装置であって、
前記固定金具を前記アンテナの周波数帯域とは異なる帯域で、かつ給電点も異なる別のアンテナとして利用し、
前記固定金具は、前記所定周波数帯域用のアンテナのグランドと前記回路基板のグランドとを接続するものであることを特徴とするアンテナ装置。

本発明による無線通信装置は、上記のアンテナ装置を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、所定周波数帯域用のアンテナを固定するための固定金具を、他の周波数帯域用のアンテナとして利用することにより、アンテナ部品点数を削減することが可能となるという効果がある。

本発明の一実施の形態の構造を示す図であり、（Ａ）はその平面斜視図、（Ｂ）は一部拡大図を含む正面図である。 本発明に関連するモノポールアンテナを有する無線ＬＡＮルータのアンテナ部分の構造の例を示す図であり、（Ａ）はその平面斜視図、（Ｂ）は一部拡大図を含む正面図である。 図１に示したアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の一実施の形態の変形例を示す図であり、一部拡大図を含む正面図である。 図４に示したアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の一実施の形態の他の変形例を示す図であり、一部拡大図を含む正面図である。 図６に示したアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の他の実施の形態を示す図であり、一部拡大図を含む正面図である。 図８に示したアンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。

以下に、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明するが、それに先立って、本発明に関連する、モノポールアンテナを有する無線ＬＡＮルータのアンテナ部分の構造について、図２を参照して説明する。図２はそのアンテナ構造の例を示す図であり、（Ａ）はその平面斜視図、（Ｂ）は一部拡大図を含む正面図である。

例えば、２００ＭＨｚ帯を使用するマルチメディア放送のアンテナを、無線ＬＡＮルータの装置に実装する場合には、このアンテナを内蔵化することは困難なために、図２に示すように、モノポールアンテナ１を装置外部に実装することが考えられる。図２において、同軸ケーブル３付きのモノポールアンテナ１を使用する場合、このモノポールアンテナ１と装置の回路基板２のＧＮＤ（接地）とを接続するために、固定金具５が必要となる。

なお、図２において、モノポールアンテナ１は、同軸ケーブル３を介して、回路基板２上に設けられている同軸コネクタ４に接続されている。回路基板２の上隅部分には、固定金具５を介してモノポールアンテナ１が回路基板２に固定されている。この固定金具５は、一端が回路基板２に固定された一対の脚部５２，５３と、これら脚部５２，５３の他端に取り付けられたアンテナ取り付け板部５１とからなっている。

本発明では、この図２に示したモノポールアンテナ１の固定金具５を無線ＬＡＮなどのアンテナとして利用するものである。すなわち、この固定金具５の形状を、図１に示すように修正を加えることで、無線ＬＡＮなどのアンテナとして利用することが可能となり、アンテナ部品点数の削減及びアンテナ領域の小型化が可能となる。

図１は本発明の一実施の形態の構造を示す図であり、（Ａ）はその平面斜視図、（Ｂ）は一部拡大図を含む正面図である。図１において、図２と同等部分は同一符号により示している。

図１を参照すると、モノポールアンテナ１を有する無線ＬＡＮルータ装置のアンテナ部分が示されている。２００ＭＨｚ帯を利用するマルチメディア放送のアンテナの場合、無線ＬＡＮルータの大きさを考慮すると、装置外部にモノポールアンテナを実装する可能性が高いことは前述した如くである。

このような無線ＬＡＮルータ装置は、モノポールアンテナ１と、回路基板２と、図示せぬマルチメディア放送用無線回路とモノポールアンテナ１とを接続する同軸コネクタ４と、アンテナＧＮＤと基板ＧＮＤとを接続しかつモノポールアンテナ１を固定する固定金具５と、無線ＬＡＮ用の無線回路７との整合を取るための整合回路６とから構成されている。

そして、固定金具５は、図２において説明した一対の脚部５２，５３と、アンテナ取り付け板部５１とからなる他に、これら脚部５２，５３に平行でかつ一端が回路基板２のＧＮＤに接続され、他端がアンテナ取り付け板部５１に接続された第三の脚部５４とを有して構成されている。

無線ＬＡＮ用の無線回路７からの信号は、整合回路６を介して固定金具５の右端の脚部５３から入力するようになっており、固定金具５の他の脚部５２，５４は、回路基板２のＧＮＤと接続されている。なお、ここでの無線ＬＡＮ用の無線回路７は、当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その説明は省略するものとする。

次に、アンテナとしての動作について説明する。無線ＬＡＮ用の無線回路７からの信号は、整合回路６を介して固定金具５の右端の脚部５３から給電される。ここで、固定金具５の板部５１及びその中央の（第三の）脚部５４、更には回路基板２を介してループ状に１波長となるように設定しておくものとすると、所望の周波数でループ状アンテナとして動作することになる。

同軸ケーブル３や固定金具５の左端の脚部５２側にもアンテナ電流が流れるため、理想的な動作は期待できないものの、全体に対するその影響は少ないものである。よって、これにより、必要とする無線ＬＡＮ用のアンテナの特性が得られることになるのである。

このようなループ状アンテナの動作について、シミュレーションした結果を図３に示している。図３に示すように、無線ＬＡＮとして必要な帯域（２．４〜２．５ＧＨｚ）の特性が確保されていることが確認できる。

ここで、同軸ケーブル３の引き回しの仕方を図４のように変更した場合におけるシミュレーションの結果を図５に示している。また、同軸ケーブル３の引き回しの仕方を図６のよう変更した場合におけるシミュレーションの結果を図７に示している。図４では、同軸ケーブル３を、図１のように直線状とする代わりに、回路基板２の外側に引き回した場合の例であり、図６では、回路基板２の内側に引き回した場合の例である。

図５や図７のシミュレーション結果からも明白な如く、図４や図６に示すように、同軸ケーブル３の引き回しを多少変化させても、ループ状アンテナ特性への影響は少ないことが確認できることになる。

以上説明したように、本発明においては、モノポールアンテナの固定金具５を他の周波数帯域用のループアンテナとして使用することにより、アンテナ部品点数を削減することが可能となる。

また、無線ＬＡＮアンテナとして別にアンテナを実装した場合を考えると、当該アンテナからは固定金具５は回路基板２のＧＮＤと同じとして見なされるために、当該アンテナと固定金具５とは距離を離して実装する必要があり、広い領域が必要となるが、本発明ではその領域を必要としない。よって、本発明によりアンテナ領域の削減、装置自体の小型化が可能となる。

次に、本発明の他の実施の形態について、図８を参照して説明する。図８は本発明の他の実施の形態の構成を示す一部拡大図を含む正面図であり、図１と同等部分は同一符号により示している。

図８に示すように、図１に示した固定金具５の形状に変形を施して、ループ状のアンテナを更に一つ加えるようにしたものである。すなわち、固定金具５の脚部５３と５４との間に、板部５１に平行に平行部材５５を追加している。これにより、脚部５３と、板部５１と、脚部５４と、この追加した平行部材５５とにより、５ＧＨｚ帯の１波長となるような第二のループ状のアンテナが追加されることになる。

なお、２．４ＧＨｚ帯の第一のループ状のアンテナは、先の実施の形態と同じく、脚部５３、板部５１、脚部５４，回路基板２によるものであることは勿論である。

この場合の実施の形態におけるシミュレーション結果を図９に示している。図９からも明らかなように、本例では、２．４ＧＨｚ帯のみならず、５ＧＨｚ帯にも対応可能なデュアルバンドアンテナが、固定金具５を利用することにより、形成することが可能となり、極めて有効なアンテナが得られることになるのである。

上記の実施の形態においては、無線通信装置として無線ＬＡＮ用ルータを例にとって説明したが、本発明は、これに限らず、マルチバンド対応の無線通信装置に適用可能である。また、無線通信装置に対して固定金具で固定するアンテナ素子としては、モノポールアンテナを例としているが、これまた、当該モノポールアンテナに限定されることなく、固定金具で固定されるアンテナであれば、種々の変形が可能であることは明白である。

１ モノポールアンテナ
２ 回路基板
３ 同軸ケーブル
４ 同軸コネクタ
５ 固定金具
６ 整合回路
７ 無線ＬＡＮ用無線回路
５１ アンテナ取り付け板部
５２，５３，５４ 脚部
５５ 平行部材

Claims (6)

1. 所定周波数帯域用のアンテナを固定金具により回路基板へ固定するようにした無線通信装置におけるアンテナ装置であって、
   前記固定金具を前記アンテナの周波数帯域とは異なる帯域で、かつ給電点も異なる別のアンテナとして利用し、
   前記固定金具は、前記所定周波数帯域用のアンテナのグランドと前記回路基板のグランドとを接続するものであることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記別のアンテナは、前記固定金具と前記回路基板とにより形成されたループ状アンテナであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記別のアンテナは、前記固定金具と前記回路基板とにより形成された第一のループ状アンテナの他に、前記固定金具のみでループを形成することによる第二のループ状アンテナであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 請求項１〜３いずれかに記載のアンテナ装置を用いたことを特徴とする無線通信装置。
5. 前記無線通信装置は無線ＬＡＮルータであり、前記ループ状アンテナは無線ＬＡＮ用のアンテナであることを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記所定周波数帯域用のアンテナはマルチメディア用のモノポールアンテナであることを特徴とする請求項４または５に記載の無線通信装置。

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