JP5951361B2

JP5951361B2 - 無線通信装置

Info

Publication number: JP5951361B2
Application number: JP2012125243A
Authority: JP
Inventors: 岡野　資睦; 資睦岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: US9236654B2; US20130321238A1; JP2013251747A

Description

本発明の実施形態は、アンテナが容量結合された無線通信装置に関する。

内部空間を有する外装ケースと、この内部空間に収納され第１の高周波回路及び第２の高周波回路を備える回路基板とを備える無線通信装置がある。外装ケースは、互いに向き合った一対の内壁に第１のアンテナ電極及び第２のアンテナ電極を配置している。第１の高周波回路は、第１のアンテナ電極に対面して配置され電磁結合される第１の結合電極を有し。第２の高周波回路は、第２のアンテナ電極に対面して配置され電磁結合される第２の結合電極を有している。

特開２０１１−１９３２４４号公報

ところで、携帯される電子機器が小型化されるとともに、電子機器の無線通信の規格も多様化してきた。最新の機種であれば多彩な無線通信の規格のそれぞれに対応して作ることができるが、すべての無線通信の規格に対応しているとは限らない。対応していない無線通信規格を利用するためには、拡張部品によってその機能を補うことになる。携帯型の電子機器の場合、拡張部品を装着するために用意できるスペースは限られる。したがって、限られたスペースに収納できる小型の無線通信装置が求められている。ただし、電子機器の内側に装着されることによって通信性能が低下するようであってはならない。

本発明では、通信性能を維持しつつ小型化することができる無線通信装置を提供する。

一実施形態に係る無線通信装置は、プリント配線板と電子素子と第１の電極と第２の電極とアンテナと成形部材とを備える。電子素子は、プリント配線板に実装されて通信回路の少なくとも一部を構成する。第１の電極は、プリント配線板に導体接続される。第２の電極は、第１の電極と同じ大きさで平行に配置されて容量結合される。アンテナは、第２の電極にのみ導体接続される。成形部材は、プリント配線板、電子素子、第１の電極、第２の電極、アンテナを埋設した状態に、アンテナを外表面の近傍に配置する。

第１の実施形態の無線通信装置の斜視図。図１の無線通信装置の断面図。図１の無線通信装置の第１の電極及び第２の電極の配置を示す平面図。第２の実施形態の無線通信装置の斜視図。図４の無線通信装置の断面図。図４の無線通信装置の第１の電極及び第２の電極の配置を示す平面図。第３の実施形態の無線通信装置の斜視図。図７の無線通信装置の断面図。図７の無線通信装置の第１の電極及び第２の電極の配置を示す平面図。第４の実施形態の無線通信装置の斜視図。図１０の無線通信装置の断面図。図１０の無線通信装置の第１の電極及び第２の電極の配置を示す平面図。第５の実施形態の無線通信装置の斜視図。図１３の無線通信装置の断面図。図１３の無線通信装置の第１の電極及び第２の電極の配置を示す平面図。第６の実施形態の無線通信装置の斜視図。図１６の無線通信装置の断面図。図１６の無線通信装置の第１の電極及び第２の電極の配置を示す平面図。第７の実施形態の無線通信装置の斜視図。図１９の無線通信装置の断面図。図１９の無線通信装置の第１の電極及び第２の電極の配置を示す平面図。

第１の実施形態の無線通信装置１について、図１から図３を参照して説明する。図１に示す無線通信装置１は、規格化されたメモリデバイス、例えばｍｉｃｒｏＳＤカード（登録商標）と同じ大きさに作られている。無線通信装置１の大きさは、ｍｉｃｏｒＳＤカードの大きさに限らず、ＳＤカード（登録商標）、ｍｉｎｉＳＤカード（登録商標）のほか、携帯電話やスマートフォンに装着されるＳＩＭカード、その他の規格のメモリデバイス、あるいはｍｉｃｒｏＳＤカードよりも小さいメモリデバイスなどの大きさに形成されていてもよい。無線通信装置１は、対応する規格のソケットに差し込まれ、外部に露出する端子１７を介して電力が供給されるとともに、信号の入出力が行われる。

図１に示す無線通信装置１は、プリント配線板１１と電子素子１２と第１の電極１３と第２の電極１４とアンテナ１５と成形部材１６とを備える。プリント配線板１１は、配線パターンが形成された層を複数積層して構成されている。電子素子１２は、プリント配線板１１に実装されており、通信回路の少なくとも一部を構成している。電子素子１２は、大規模集積回路（ＬＳＩ）、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ、周波数−電圧変換回路などを含む。本実施形態の場合、電子素子１２は、プリント配線板１１の第１の面１１Ａに実装されている。プリント配線板１１の厚み方向へ十分な寸法が確保できる場合、電子素子１２は、プリント配線板１１の第１の面１１Ａのみならず、第１の面１１Ａに対して反対側の第２の面１１Ｂにも実装してもよい。

第１の電極１３は、プリント配線板１１に導体接続されている。本実施形態の場合、第１の電極１３は、図１及び図２に示すようにプリント配線板１１上であって、電子素子１２などが搭載された第１の面１１Ａに配置されている。第２の電極１４は、図１及び図３に示すように第１の電極１３と同じ大きさに形成されており、図２に示すように第１の電極１３に対して平行に配置されている。第１の電極１３と第２の電極１４は、容量結合され、信号を伝達することができる。なお、図３は、説明の便宜上、第２の電極１４及びアンテナ１５をそれ以外のものと分けて、並べて示している。図３中の各構成は、図１及び図２に示すようにプリント配線板１１の厚み方向にオーバーラップするように配置されている。

アンテナ１５は、第２の電極１４に導体接続されている。アンテナ１５は、図３に示すように、第２の電極１４に対して導体接続されている位置を中心に対称に形成されている。このアンテナ１５は、プリント配線板１１に対して平行な平面に沿って曲がっている。アンテナ１５の少なくとも一部は、図２及び図３に示すようにプリント配線板１１の厚み方向の投影領域Ｐよりも外側まで延びている。アンテナ１５は、第１の部分１５１と第２の部分１５２と第３の部分１５３と第４の部分１５４とを備える。

第１の部分１５１は、第２の電極１４に導体接続された部分である。第２の部分１５２は、プリント配線板１１に対してほぼ平行に配置され、第１の部分１５１に対して交差する方向へ、この実施形態では直行する方向へ、延びている。第３の部分１５３は、プリント配線板１１に対してほぼ平行であり、第２の電極１４に対して交差する方向へ第２の部分１５２から連続して延びている。第４の部分１５４は、プリント配線板１１に対してほぼ平行であり、第３の部分１５３に対して交差する方向、かつ、第１の部分に向かって第３の部分の端部から連続して延びている。本実施形態の場合、第１の部分１５１から第４の部分１５４は、同一平面上に配置され、第１の部分１５１と第３の部分１５３、第２の部分１５２と第４の部分１５４は、それぞれほぼ平行に配置されている。

第２の電極１４に導体接続された位置から先端となる第４の部分１５４までのアンテナ１５の長さは、この無線通信装置１に適用される無線の周波数λ及び整数ｎとすると、例えばλ（２ｎ−１）／４の長さに設定される。無線通信装置１は、近距離無線通信、例えば、ＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔ（登録商標）の規格に応じた無線通信を行う。ＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔ以外の規格に対応させる場合、アンテナ１５は、その無線通信周波数に応じた長さに形成される。適用される無線通信規格は、ＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔに限らず、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、あるいはその他の通信規格であってもよい。

成形部材１６は、プリント配線板１１、電子素子１２、第１の電極１３、第２の電極１４、アンテナ１５をすべて埋設するように射出成形される。成形部材１６は、第１の電極１３及び第２の電極１４の間にも充填され、この部分において誘電体として機能する。また、成形部材１６は、アンテナ１５を外表面の近傍に配置する。したがってアンテナ１５は、通信回路から出力された信号を送信しやすい。アンテナ１５は、第１の電極１３及び第２の電極１４が容量結合されることによって、プリント配線板１１上の通信回路に接続される。アンテナ１５を外表面の近傍に配置するために、第２の電極１４及びアンテナ１５は、例えば、プリント配線板１１などを成形部材１６の中に埋設するときよりも先に、射出成型によって成形部材１６の中に埋設される。なお、製造方法および製造工程は、上記構成及び構造となるように、適宜最善の方法によって行われ、上述の製造方法および製造工程に限定されない。

上述のようにアンテナ１５が構成された無線通信装置１は、アンテナ１５を成形部材１６の外表面の近傍に配置しているので、アンテナ１５から出力される電波は、プリント配線板１１上の電子素子１２に影響を与えないし影響を受けることも少ない。つまり、この無線通信装置１は、電波の質が良く、通信する相手側の無線通信装置との通信感度が向上する。また、成形部材１６中のプリント配線板１１上ではない位置にアンテナ１５を配置しているので、アンテナ１５の大きさやアンテナ１５としての有効断面積をプリント配線板１１の領域や電子素子１２の配置に制限されず、成形部材１６の範囲内においていかような形にもアンテナ１５を形成することができる。さらに、本実施形態の無線通信装置１の場合、第１の電極１３と第２の電極１４が容量結合される。したがって、従来の通信回路を構成する電子素子の出力端にはＡＣカップリングを組み込む必要があったのに対し、本実施形態の無線通信装置１の場合、ＡＣカップリングが不要になる。

以下に、第２から第７の実施形態の無線通信装置１について説明する。第２から第７の実施形態の無線通信装置１において、第１の実施形態の無線通信装置１と同じ機能を有する第２から第７の実施形態の無線通信装置１の各構成は、第１の実施形態の構成と同じ符号を付しそれらの説明は第１の実施形態の記載を参酌することとする。第２から第７の実施形態の無線通信装置１は、第１の電極１３及び第２の電極１４の配置及び形状、並びにアンテナ１５の形状及び配置が第１の実施形態と異なっている。

第２の実施形態の無線通信装置１について、図４から図６を参照して説明する。図４に示す無線通信装置１において、第１の電極１３は、成形部材１６の外周部に近いプリント配線板１１の縁に設けられている。これに伴い、第２の電極１４も成形部材１６の外周部に配置され、アンテナ１５は、プリント配線板１１に対して厚み方向へ重なる側へ広がっている。第２の実施形態における無線通信装置１のアンテナ１５の形状は、図４及び図６に示すように第１の実施形態におけるアンテナ１５の形状と同じであり、配置される向きが異なっている。アンテナ１５は、図５に示すように、プリント配線板１１上に無いため、プリント配線板１１に実装された電子素子１２に一部が重なるように配置することができる。つまり、プリント配線板１１の面積や電子素子１２の配置に影響を受けることなく、成形部材１６の範囲内で理想的な形状にアンテナ１５を形成することができる。

第３の実施形態の無線通信装置１について、図７から図９を参照して説明する。図７に示す無線通信装置１において、図７及び図９に示すように、アンテナ１５は、第１の部分１５１と第２の部分１５２と第３の部分１５３を含んでいる。通信回路に対して導体接続された基部１３Ａから対称に延びた端部１３Ｂまでの第１の電極１３の長さは、第２の電極１４に対して導体接続された基部１５Ａから対称に延びた端部１５Ｂまでの長さと同じである。第２の電極１４は、第１の電極１３と同じ形状に作られるので、第２の電極１４の基部１４Ａから端部１４Ｂまでの長さもアンテナ１５と同じ長さである。第３の実施形態の場合、図９に示すように、第１の電極１３及び第２の電極１４は、アンテナ１５と同じ形状である。

アンテナ１５の形状は、無線帯域の通過特性が最大になるように形成されている。第１の電極１３及び第２の電極１４の形状は、アンテナ１５と同じ形状であるので、プリント配線板１１及び成形部材１６の間の通過特性も最大になる。容量結合された第１の電極１３及び第２の電極１４の間、および、第２の電極１４とアンテナ１５の間において、信号が共振され易く、効率よく伝達され、無線通信装置１としての無線の送信および受信の性能が向上する。

第４の実施形態の無線通信装置１について、図１０から図１２を参照して説明する。図１０に示す無線通信装置１において、第１の電極１３は、プリント配線板１１に実装された電子素子１２の外表面に配置される。第４の実施形態の場合、第１の電極１３は、図１１に示すようにプリント配線板１１に接続される面と反対側になる外表面に形成されている。第４の実施形態における第１の電極１３及び第２の電極１４は、アンテナ１５の第１の部分１５１に対して交差する方向、ここでは直交する方向に沿って配置されている。

第１の電極１３及び第２の電極１４の大きさは、図１２に示すように第１の電極１３が配置される電子素子１２の大きさに制限される。しかし、図１１に示すように、第１の電極１３をプリント配線板１１上に配置した場合に比べて、第１の電極１３と第２の電極１４の距離は、接近している。第１の電極１３及び第２の電極１４が容量結合されるので、互いの距離が接近するほど、電極として必要な面積は小さくてもよい。第１の電極１３をプリント配線板１１上に配置しないので、電子素子１２や配線を効率良く配置できる。

第５の実施形態の無線通信装置１について、図１３から図１５を参照して説明する。図１３に示す無線通信装置１において、第１の電極１３は、第４の実施形態と同様に、電子素子１２の外表面に配置される。第５の実施形態における第１の電極１３及び第２の電極１４は、アンテナ１５の第１の部分１５１に沿う方向に配置される。この場合、第２の電極１４は、アンテナ１５の第１の部分１５１の延長上に位置している。

本実施形態において、アンテナ１５は、第１の部分１５１と第２の部分１５２と第３の部分１５３によって構成されている。このアンテナ１５は、第４の部分１５４を有していないが、第１の部分１５１、第２の部分１５２及び第３の部分１５３を足し合わせた長さは、無線通信装置１が適用される無線帯域の周波数に適合した長さに作られる。また、第１の電極１３が電子素子１２の外表面に配置されているため、図１４に示すように第１の電極１３と第２電極の距離が近い。図１３及び図１５に示すように、容量結合される第１の電極１３と第２の電極１４が対峙する部分の面積を小さくすることができる。

第６の実施形態の無線通信装置１について、図１６から図１８を参照して説明する。図１６に示す無線通信装置１において、第１の電極１３は、第１から第３の実施形態の場合と同様に、プリント配線板１１の第１の面１１Ａに形成されている。第１の電極１３及び第２の電極１４の形状は、アンテナ１５と異なっているが、第１の電極１３の基部１３Ａから端部１３Ｂまでの長さ及び第２の電極１４の基部１４Ａから端部１４Ｂまでの長さは、アンテナ１５の基部１５Ａから端部１５Ｂまでの長さと同じになるように形成されている。

図１６及び図１８に示すように、アンテナ１５の第２の部分１５２及び第３の部分１５３は、プリント配線板１１の厚み方向に沿って形成された成形部材１６の外周壁１６１に沿って配置される。第６の実施形態の場合、図１６及び図１７に示すように、アンテナ１５の第２の部分１５２及び第３の部分１５３は、第１の部分１５１よりもプリント配線板１１の厚み方向へプリント配線板１１に近い位置に配置されている。

アンテナ１５が成形部材１６の外表面の近傍、本実施形態の場合、外周壁１６１に沿って配置されている。図１６及び図１７に示すアンテナ１５の第２の部分１５２及び第３の部分１５３は、プリント配線板１１の第１の面１１Ａに沿う方向の寸法よりも、プリント配線板１１の厚み方向に沿う寸法の方が大きい。また、アンテナ１５の第２の部分１５２及び第３の部分１５３が全てプリント配線板１１の厚み方向の投影領域Ｐの外側に配置されている。通信相手となる他の電子機器の無線通信装置が外周壁１６１に隣り合うように配置される場合、第６の実施形態の無線通信装置１は、第１から第５の実施形態に比べて通信感度が向上する。

第７の実施形態の無線通信装置１について、図１９から図２１を参照して説明する。図１９及び図２１は、プリント配線板１１の第２の面１１Ｂ側から見た無線通信装置１を示す。図１９に示す無線通信装置１において、第１の電極１３は、第１から第３及び第６の実施形態の無線通信装置１と同じくプリント配線板１１に配置されているが、先の実施形態の場合と異なり、プリント配線板１１の第２の面１１Ｂ上に形成されている。第２の電極１４は、第１の電極１３と向き合うように、プリント配線板１１の第２の面１１Ｂに面して配置される。第１の電極１３は、プリント配線板１１の第１の面１１Ａ側に実装された通信回路を構成する電子素子１２の出力端にスルーホールなどを介して接続される。

アンテナ１５は、第１の部分１５１と第２の部分１５２と第３の部分１５３及び連結部分１５５を含む。第１の部分１５１は、プリント配線板１１の厚み方向の投影領域Ｐよりも外側に延びている。したがって、図１９及び図２１に示すように第２の部分１５２及び第３の部分１５３は、プリント配線板１１の厚み方向の投影領域Ｐの外側に配置されている。

連結部分１５５は、図１９及び図２０に示すように第２の部分１５２と第３の部分１５３をプリント配線板１１の厚み方向へ連続するように繋いでいる。第２の部分１５２は、プリント配線板１１の第２の面１１Ｂ側に位置するのに対し、第３の部分１５３は連結部分１５５によってプリント配線板１１の第１の面１１Ａ側に位置する。連結部分１５５を第１の部分１５１と第２の部分１５２の間に設け、第２の部分１５２及び第３の部分１５３を両方ともプリント配線板１１の第１の面１１Ａ側に配置してもよい。

また、第３及び第６の実施形態と同様に、通信回路に導体接続された位置から対称に延びた端部までの第２の電極１４の長さは、第２の電極１４に対して導体接続された位置から対称に延びた端部までのアンテナの長さと同じである。これにより、第７の実施形態の無線通信装置１は、第３及び第６の実施形態の無線通信装置１と同様の効果を得る。

第７の実施形態の無線通信装置１は、電子素子１２が実装されていないプリント配線板１１の第２の面１１Ｂに第１の電極１３を配置している。したがって、通信回路を構成する電子素子１２やその配線の配置と競合することなく、自由に配置することができる。また、周囲に電子素子１２が無いため、第１の電極１３と第２の電極１４を接近させて配置することができる。その結果、第１の電極１３と第２の電極１４の間の容量結合における通信機能は安定する。

第７の実施形態において、アンテナ１５の第３の部分１５３を連結部分１５５によってプリント配線板１１の第１の面１１Ａ側へ配置していることに対し、第１から第５の実施形態のように、アンテナ１５の第１の部分１５１から第３の部分１５３までを同一平面上に形成し、プリント配線板１１の第２の面１１Ｂ側に配置してもよい。

以上のように第１の実施形態から第７の実施形態において、アンテナ１５は、無線通信装置１の成形部材１６から露出している端子１７に対して反対側に位置している。しかし、いずれの実施形態の場合においても、アンテナ１５を配置する場所は、各図に示す位置に限定されない。図３，６，９，１２，１５，１８，２１において示した第１の電極１３、第２の電極１４及びアンテナ１５が各図中において、成形部材１６の外形に対して時計回りに９０°又は反時計回りに９０°回転した配置であってもよい。また、上述の無線通信装置１がＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔのような近接無線通信に使用される場合、アンテナ１５は、「カプラ」と呼ばれることもある。

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を意図していない。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。

１…無線通信装置、１１…プリント配線板、１１Ａ…第１の面、１１Ｂ…第２の面、１２…電子素子、１３…第１の電極、１４…第２の電極、１５…アンテナ、１５１…第１の部分、１５２…第２の部分、１５３…第３の部分、１５５…連結部分、１６…成形部材、１６１…外周壁、Ｐ…投影領域。

Claims

プリント配線板と、
前記プリント配線板に実装されて通信回路の少なくとも一部を構成する電子素子と、
前記プリント配線板に導体接続された第１の電極と、
前記第１の電極と同じ大きさで平行に配置されて容量結合された第２の電極と、
前記第２の電極にのみ導体接続されたアンテナと、
前記プリント配線板、前記電子素子、前記第１の電極、前記第２の電極、前記アンテナを埋設した状態に前記アンテナを外表面の近傍に配置した成形部材と、
を備える無線通信装置。
請求項１に記載された無線通信装置において、
前記アンテナは、前記第２の電極に対して導体接続されている位置を中心に対称に形成されている。
請求項２に記載された無線通信装置において、
前記アンテナは、前記プリント配線板に対して平行な平面に沿って曲がっている。
請求項３に記載された無線通信装置において、
前記アンテナの少なくとも一部は、前記プリント配線板の厚み方向の投影領域よりも外側へ延びている。
請求項３に記載された無線通信装置において、
前記アンテナは、前記第２の電極に導体接続された第１の部分と、前記プリント配線板に対して平行で前記第１の部分に対して交差する方向へ延びた第２の部分と、を備える。
請求項５に記載された無線通信装置において、
前記アンテナは、前記プリント配線板に対して平行で前記第２の部分に対して交差する方向へ前記第２の部分から連続して延びた第３の部分を備える。
請求項５に記載された無線通信装置において、
前記アンテナは、前記第２の部分と前記第３の部分を前記プリント配線板の厚み方向へ連続させる連結部分と、を備える。
請求項５に記載された無線通信装置において、
前記第２の部分及び前記第３の部分は、前記プリント配線板の厚み方向に形成された前記成形部材の外周壁に沿って配置される。
請求項３に記載された無線通信装置において、
前記第１の電極は、前記プリント配線板に配置される。
請求項９に記載された無線通信装置において、
前記電子素子は、前記プリント配線板の第１の面に実装され、
前記第１の電極は、前記第１の面に配置される。
請求項９に記載された無線通信装置において、
前記電子素子は、前記プリント配線板の第１の面に実装され、
前記第１の電極は、前記第１の面と反対側の前記プリント配線板の第２の面に配置される。
請求項３に記載された無線通信装置において、
前記第１の電極は、前記プリント配線板に対して反対側の前記電子素子の外表面に配置される。
請求項３に記載された無線通信装置において、
前記通信回路に対して導体接続された基部から対称に延びた端部までの前記第１の電極の長さは、前記第２の電極に対して導体接続された基部から対称に延びた端部までの前記アンテナの長さと同じである。
請求項１３に記載された無線通信装置において、
前記第２の電極は、前記アンテナと同じ形状である。