JP5967630B2 - 情報通信装置及びアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、情報を無線信号によって送受信する情報通信装置、及びこれに用いられるアンテナに関する。

Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格やＩＥＥＥ８０２．１１規格などの規格に基づいて無線通信を行う情報通信装置がある。このような情報通信装置は、様々な方向の偏波を一定以上の強度で送受信することが求められる場合がある。例えば情報通信装置が家庭用ゲーム機である場合、アンテナが水平方向に配置されたゲーム機のコントローラや、垂直方向に配置されたヘッドセットなど、送受信可能な主偏波の向きが異なる各種の周辺機器との間で無線通信を行う必要がある。そこで、このような情報通信装置の一種として、偏波ダイバーシティ方式によって無線信号を送受信する情報通信装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。偏波ダイバーシティ方式の情報通信装置は、垂直偏波及び水平偏波のそれぞれに対応する２つのアンテナを備えており、これによって、垂直偏波及び水平偏波のいずれも十分な強度で送受信することを可能にしている。

米国特許出願公開第２００９／００２１４３０号明細書

本発明の目的の一つは、垂直偏波及び水平偏波の双方について十分な強度での送受信を単体で行うことのできるアンテナ、及び当該アンテナを搭載した情報通信装置を提供することにある。

本発明に係る情報通信装置は、筐体と、前記筐体内に配置されるアンテナと、を含む情報通信装置であって、前記アンテナは給電点を備える板状の平面部を含み、前記平面部は、前記筐体の底面に対して斜交する方向に延伸する導電部と、前記導電部の一端と接続されるグランド部と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係るアンテナは、給電点を備える板状の平面部を含み、前記平面部は、水平面に対して斜交する方向に延伸する導電部と、前記導電部の一端と接続されるグランド部と、を含むことを特徴とする。

本発明の実施の形態に係る情報通信装置を横置きした様子を示す外観図である。 本発明の実施の形態に係る情報通信装置を縦置きした様子を示す外観図である。 本発明の実施の形態に係る情報通信装置の筐体内部の様子を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る情報通信装置に実装される回路の概略構成を示す構成ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る情報通信装置が備えるアンテナの形状を示す斜視図である。 アンテナの正面図である。 アンテナの右側面図である。 アンテナの平面図である。 アンテナの底面図である。 アンテナの背面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る情報通信装置１は、例えば家庭用ゲーム機やパーソナルコンピュータなどであって、図１Ａ、及び図１Ｂに示すように、薄型箱状の筐体１０を有しており、周辺機器などの外部デバイスとの間で無線通信により情報の送受信を行う。なお、本実施形態では情報通信装置１は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格による無線通信、及びＩＥＥＥ８０２．１１規格による無線通信のそれぞれに対応しているものとする。

筐体１０は、主として６つの外面から構成されている。以下では、これらの外面のうち、最も面積の広い２つの面の一方を第１底面１０ａといい、第１底面１０ａに対向する他方の面を第１上面１０ｂという。他の４つの外面は、第１底面１０ａ及び第１上面１０ｂの双方と交差する側面になっており、以下ではそのうちの１つの面を第２底面１０ｃという。また、この第２底面１０ｃに対向する面を第２上面１０ｄといい、残る２つの外面の一方を前面１０ｅ、他方を背面１０ｆという。さらに以下では、図１Ａ、及び図１Ｂに示されるように、第１底面１０ａに平行で背面１０ｆから前面１０ｅに向かう方向をＸ軸正方向、第１底面１０ａに平行で第２上面１０ｄから第２底面１０ｃに向かう方向をＹ軸正方向、第２底面１０ｃに平行（第１底面１０ａに垂直）で第１底面１０ａから第１上面１０ｂに向かう方向をＺ軸正方向とする。すなわち、第１底面１０ａはＸＹ平面に平行な面であって、第２底面１０ｃはＺＸ平面に平行な面になっている。

この情報通信装置１の筐体１０は、第１底面１０ａ及び第２底面１０ｃのいずれもが底面（床面に相対する面）として設置されうるよう構成されている。すなわち、筐体１０は、図１Ａに示されるように第１底面１０ａを下向きにして設置（横置き）されてもよいし、図１Ｂに示されるように第２底面１０ｃを下向きにして設置（縦置き）されても使用可能になっている。なお、第１底面１０ａと比較して面積の小さい第２底面１０ｃを下向きにして設置する場合には、筐体１０は、床面に直接設置されるのではなく、支持台（スタンド）に支えられて設置されることとしてもよい。

また、情報通信装置１は、通常、前面１０ｅがユーザのいる方向を向くように設置される。このため、前面１０ｅには、ユーザに機器の動作状態を示すためのインジケータや、比較的ユーザが頻繁に使用するスイッチ等が設けられてもよい。また、背面１０ｆには、電源ケーブル等の各種ケーブルを接続するためのコネクタが設けられてもよい。このように、ユーザに各種情報を提示する提示部や、ユーザの操作を受け付ける操作部、コネクタ類を、第１底面１０ａ、及び第２底面１０ｃ以外の外面に設けることによって、第１底面１０ａ、及び第２底面１０ｃのいずれを下向きにして筐体１０を設置しても、情報通信装置１を使用することが可能になる。

図２は、筐体１０内部の様子を示す平面図である。同図に示されるように、筐体１０内には、第１アンテナ１１、第２アンテナ１２、冷却ファン１３、光ディスクドライブ１４、及び電源ユニット１５が配置されている。ここで第１アンテナ１１は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格の無線通信に用いられるアンテナであって、第２アンテナ１２は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線通信に用いられるアンテナである。この図に示されるように、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２は、筐体１０の前面１０ｅ近傍（すなわち、冷却ファン１３や電源ユニット１５等の構造物よりも前面１０ｅに近い側）に配置されている。これにより、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２から前面１０ｅ側に放射される無線信号は、冷却ファン１３等に阻害されずにユーザがいると想定される方向に伝搬する。また、背面１０ｆ側に放射される無線信号の少なくとも一部は、冷却ファン１３等によって反射されて、やはり前面１０ｅ側に伝搬する。なお、本実施形態において第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２は、後述するように冷却ファン１３に固定されている。

図３は、本実施形態に係る情報通信装置１に実装される回路の概略構成を示す構成ブロック図である。同図に示されるように、第１アンテナ１１は、給電線２１ａを介して通信制御回路２２ａと接続されている。同様に、第２アンテナ１２は、給電線２１ｂを介して通信制御回路２２ｂと接続されている。また、通信制御回路２２ａ及び２２ｂは、いずれも中央制御回路２３に接続され、中央制御回路２３はさらに記憶素子２４及び入出力回路２５と接続されている。

通信制御回路２２ａ及び２２ｂは、それぞれ対応する無線通信の規格に従って信号処理を行うことにより、無線通信の制御を行う。具体的に、通信制御回路２２ａ及び２２ｂは、それぞれ対応する第１アンテナ１１又は第２アンテナ１２に対して給電線２１ａ又は２１ｂを介して給電する。そして、中央制御回路２３から送信の対象となる情報の入力を受けると、この情報を変調し、変調信号を得る。通信制御回路２２ａ及び２２ｂは、この変調信号を対応するアンテナに供給して、無線にて放射させる。また、対応するアンテナに到来した信号を受信して、受信した信号を復調し、中央制御回路２３に出力する。なお、通信制御回路２２ａ及び２２ｂは単一の集積回路によって実現されてもよい。

中央制御回路２３は、ＣＰＵなどのプログラム制御デバイスである。この中央制御回路２３は、記憶素子２４に格納されたプログラムに従って動作する。この中央制御回路２３は、記憶素子２４に格納されているプログラムによって、無線通信によって接続される外部デバイスに対して情報を送信するべき旨の指示を受けると、通信制御回路２２ａ又は２２ｂに対して、当該送信するべき情報を出力する。また、この中央制御回路２３は、通信制御回路２２ａ及び２２ｂにて受信された情報の入力を受けて、当該情報を利用した処理を行う。

記憶素子２４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）や、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含む。この記憶素子２４は、図示しない記録媒体などから複写されたプログラムを格納している。また、記憶素子２４は、中央制御回路２３の処理に用いる情報を保持するワークメモリとしても動作する。

入出力回路２５は、中央制御回路２３と、外部の入出力デバイスとしてのディスプレイ（家庭用テレビジョンなどを含む）などとに接続されている。この入出力回路２５は、中央制御回路２３から入力される指示に従って、ディスプレイなどに映像信号を出力する。

本実施の形態に係る情報通信装置１では、例えば中央制御回路２３がゲームプログラムなどのプログラムを実行する。そして外部デバイスとしてのゲームコントローラから、利用者の操作内容を示す情報をＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格に基づく無線通信によって受信する。また、音声信号をＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格に基づく無線通信によりヘッドセットやヘッドフォンなどの音声再生デバイスに対して送信する。さらに、情報通信装置１は、他の情報通信装置との間で、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に基づく無線通信により情報の授受を行う。

ゲームコントローラは、利用者が両手で持った状態で操作がしやすいように、横長の形状をしているのが一般的である。従ってゲームコントローラに内蔵されるアンテナは、地面に水平な方向に沿って配置されており、送受信する無線信号は水平偏波となる。一方、ヘッドセットなどの場合は、地面に垂直な方向に沿ってアンテナが配置されており、送受信する無線信号は垂直偏波となる。本実施形態では、このような様々な向きの偏波の無線信号を十分な強度で送受信できるように、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２それぞれの形状及び筐体１０内における配置が決定されている。なお、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格とＩＥＥＥ８０２．１１規格では、周波数帯として同じ２．４ＧＨｚ帯を使用する。そのため、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２は、互いに略同じ形状をしている。そこで、以下では第１アンテナ１１を例として、その形状について、詳細に説明する。

図４は、第１アンテナ１１の外観を示す斜視図であり、図５は正面から見た様子を示す正面図であり、図６は右側面から見た様子を示す右側面図である。また、図７は第１アンテナ１１を上方から見た様子を示す平面図であり、図８は下方から見た様子を示す底面図であり、図９は背面から見た様子を示す背面図である。なお、ここでは図２に示すように筐体１０内に第１アンテナ１１を配置した状態において、筐体１０の前面１０ｅ側（Ｙ軸負方向側）を第１アンテナ１１の正面としている。

第１アンテナ１１は、１枚の板状の金属を加工して形成された放射板によって構成されている。具体的に、全体として第１アンテナ１１は、縦方向に伸びる切れ込みが中央に設けられた略矩形の金属板を３箇所で折り曲げられてなる形状をしている。これにより第１アンテナ１１は、図６に示されるように、正面側から見て上方に位置する第１斜面部Ｓ１、下方に位置する第２斜面部Ｓ２、第１斜面部Ｓ１と第２斜面部Ｓ２とを接続する正面部Ｓ３、及び第１斜面部Ｓ１に接続される上面部Ｓ４の４つの板状の平面部を含んで構成される。第１斜面部Ｓ１の上端は、上面部Ｓ４の手前側（Ｘ軸正方向側）の端縁と下側（Ｚ軸負方向側）に鈍角を形成するように連接されている。また、第１斜面部Ｓ１の下端は正面部Ｓ３の上端と、第２斜面部Ｓ２の上端は正面部Ｓ３の下端と、それぞれ背面側（Ｘ軸負方向側）に鈍角を形成するように連接されている。

第１アンテナ１１は図２に示すように筐体１０内に配置されるので、上面部Ｓ４は筐体１０の第１底面１０ａと平行になり、正面部Ｓ３は筐体１０の前面１０ｅ及び背面１０ｆと平行になる。一方、第１斜面部Ｓ１及び第２斜面部Ｓ２は、図１Ａに示す向きに筐体１０を設置したときに床面（水平面）に相対する面となる第１底面１０ａに対して斜交している。また、第１斜面部Ｓ１と第２斜面部Ｓ２とは、第１底面１０ａに対して互いに逆向きに傾いており、正面部Ｓ３を介して互いに鋭角をなすように交差する向きに向けられている。

本実施形態では、給電線２１ａは同軸ケーブルであって、この給電線２１ａが接続される給電点は、第１斜面部Ｓ１の背面側に位置している。具体的に、第１斜面部Ｓ１内には導電部Ｐ１及びグランド部Ｐ２が形成されており、導電部Ｐ１の接続点Ｆ１には給電線２１ａの内部導体が、グランド部Ｐ２の接続点Ｆ２には給電線２１ａの外部導体が、それぞれ接続される。

第１斜面部Ｓ１は、その内部に細長いＣ字状の切れ込みが設けられた略矩形の形状をしている。導電部Ｐ１は、このＣ字状の切れ込みによって他の部分と分離されて形成された細長い棒状の形状をしており、第１斜面部Ｓ１内において正面側から見てＹ軸負方向とＺ軸正方向との間の方向に沿って延伸している。より具体的に、導電部Ｐ１は、正面側から見て第１斜面部Ｓ１内の下端やや左寄りの位置を基端として右上方向に斜めに延伸しており、接続点Ｆ１はこの導電部Ｐ１の先端部分に配置されている。また、導電部Ｐ１は基端部分でグランド部Ｐ２と接続されている。主としてこの導電部Ｐ１の長さ及び形状によって、第１アンテナ１１が送受信の対象とする無線信号の周波数が２．４ＧＨｚ帯となるよう決定されている。

本実施形態では、第１底面１０ａ及び第２底面１０ｃのいずれを下向きにして筐体１０を設置した場合であっても、導電部Ｐ１が水平面に対して斜め方向に延伸するように第１アンテナ１１が配置されている。具体的に、導電部Ｐ１を含む第１斜面部Ｓ１の全体が第１底面１０ａに対して斜交しているので、導電部Ｐ１も当然に第１底面１０ａに対して斜交する向きに延伸している。また、第１斜面部Ｓ１自体は第２底面１０ｃに対して略垂直に配置されているが、導電部Ｐ１は第１斜面部Ｓ１内において斜めに配置されているので、導電部Ｐ１は第２底面１０ｃに対して斜め方向に延伸していることになる。このように導電部Ｐ１が第１底面１０ａ及び第２底面１０ｃのいずれに対しても斜め方向に延伸することによって、筐体１０を縦置き及び横置きのいずれの向きで設置した場合であっても、第１アンテナ１１は垂直偏波及び水平偏波両方の偏波を放射するような放射特性を備えることができる。なお、導電部Ｐ１の延伸方向の水平面に対する傾きは、３０度から６０度の範囲になることが好ましい。

また、グランド部Ｐ２は、第１斜面部Ｓ１のうちの導電部Ｐ１を除いた部分によって構成されており、導電部Ｐ１を取り囲むように配置されている。ここで、導電部Ｐ１は略矩形の第１斜面部Ｓ１内において斜め方向に延伸しており、その先端部分は第１斜面部Ｓ１の一つの角（具体的には、正面から見て右上の角Ｃ）に向けられている。このように導電部Ｐ１を配置することで、導電部Ｐ１に必要な長さを確保しながら、導電部Ｐ１を先端部分（接続点Ｆ１が位置する部分）からさらに延伸させた方向に位置するグランド部Ｐ２の領域（図４及び図７において一点鎖線で囲まれた接続点Ｆ１と角Ｃとの間の領域）を広くすることができる。この部分に比較的大きな電流が流れることにより、第１アンテナ１１の全体を比較的小型にしながら、十分な電波強度を得ることができる。

正面部Ｓ３は正面側から見て左右に分断されており、二つの矩形部Ｓ３ａ及びＳ３ｂによって構成されている。なお、正面部Ｓ３を左右に分断する切れ込みは第１斜面部Ｓ１内において導電部Ｐ１を形成するＣ字状の切れ込みから連続して形成されている。矩形部Ｓ３ａの上端はグランド部Ｐ２の右側部分と接続されており、矩形部Ｓ３ｂの上端はグランド部Ｐ２の左側部分及び導電部Ｐ１の基端部分と接続されている。

第２斜面部Ｓ２は正面側から見て左右二つの部分によって形成されており、向かって右側の逆Ｌ字部Ｓ２ａと向かって左側の矩形部Ｓ２ｂとによって構成されている。逆Ｌ字部Ｓ２ａの上端は矩形部Ｓ３ａの下端と接続されており、正面側から見て逆Ｌ字状に下方に向かって伸びている。また、逆Ｌ字部Ｓ２ａの正面側から見て左下の部分は斜め切り欠かれている。矩形部Ｓ２ｂの上端は矩形部Ｓ３ｂの下端と接続されており、その幅は矩形部Ｓ３ｂの幅と一致している。矩形部Ｓ２ｂの長さは矩形部Ｓ２ａと比較してかなり短くなっている。この第２斜面部Ｓ２は導波器としての役割を果たしており、第１アンテナ１１の上下方向（すなわち、Ｙ軸方向）の偏波を強める働きをしている。

上面部Ｓ４は、第１斜面部Ｓ１と同じ横幅の矩形の形状をしており、その中に３つの貫通孔が設けられている。第１アンテナ１１は、これらの貫通孔のうちの二つに冷却ファン１３の端部に設けられた位置決め用の突起を挿通させた状態で、他の貫通孔を介して冷却ファン１３にねじ止めされることによって筐体１０に固定される。このように上面部Ｓ４を筐体１０内の構造物（ここでは冷却ファン１３）に固定することによって、第１アンテナ１１の本体部分（すなわち、第１斜面部Ｓ１、正面部Ｓ３、及び第２斜面部Ｓ２によって構成される部分）が筐体１０や筐体１０内の他の部材に接触しないようにすることができ、第１アンテナ１１全体の形状が歪まないようにすることができる。

本実施形態に係る情報通信装置１によれば、筐体１０が縦置きされる場合も横置きされる場合も、給電点が存在する導電部Ｐ１が水平面に対して斜交するように第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２が配置される。これにより、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２の双方は、筐体１０が縦置きされているか横置きされているかに関わらず、また通信相手が垂直偏波及び水平偏波のいずれを主偏波とするかを問わず、実用上十分な強度で無線信号を送受信することができる。

Claims (11)

1. 筐体と、前記筐体内に配置されるアンテナと、を含む情報通信装置であって、
   前記アンテナは給電点を備える板状の平面部を含み、
   前記平面部は、
   前記筐体の底面に対して斜交するように配置され、
   当該平面部内において、当該平面部における前記筐体の底面に平行な下辺に対して斜交する方向に延伸する導電部と、
   前記導電部の一端と接続されるグランド部と、
   を含むことを特徴とする情報通信装置。
2. 請求項１に記載の情報通信装置において、
   前記アンテナは同軸ケーブルによって給電され、
   前記導電部は、前記同軸ケーブルの内部導体と接続され、
   前記グランド部は、前記同軸ケーブルの外部導体と接続される
   ことを特徴とする情報通信装置。
3. 請求項２に記載の情報通信装置であって、
   前記導電部は、前記グランド部に接続される側の端部と反対側の端部において前記内部導体と接続される
   ことを特徴とする情報通信装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の情報通信装置であって、
   前記平面部は矩形の形状をしており、
   前記導電部は、前記グランド部に接続される側の端部と反対側の端部が前記平面部の一つの角に向かう方向に延伸している
   ことを特徴とする情報通信装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の情報通信装置において、
   前記アンテナは、前記給電点を備える平面部と接続され、前記筐体に対して当該平面部と逆向きに斜交する第２の平面部をさらに含む
   ことを特徴とする情報通信装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の情報通信装置において、
   前記筐体は、前記底面だけでなく、前記底面と交差する一つの側面を床面に相対する下向きの面としても設置されうるよう構成され、
   前記アンテナは、前記導電部が前記一つの側面に対しても斜交するように、前記筐体内に配置される
   ことを特徴とする情報通信装置。
7. 給電点を備える板状の平面部を含み、
   前記平面部は、
   水平面に対して斜交するように配置され、
   当該平面部内において、当該平面部における前記水平面に平行な下辺に対して斜交する方向に延伸する導電部と、
   前記導電部の一端と接続されるグランド部と、
   を含むことを特徴とするアンテナ。
8. 請求項７に記載のアンテナであって、
   同軸ケーブルによって給電され、
   前記導電部は、前記同軸ケーブルの内部導体と接続され、
   前記グランド部は、前記同軸ケーブルの外部導体と接続される
   ことを特徴とするアンテナ。
9. 請求項８に記載のアンテナであって、
   前記導電部は、前記グランド部に接続される側の端部と反対側の端部において前記内部導体と接続される
   ことを特徴とするアンテナ。
10. 請求項７から９のいずれか一項に記載のアンテナであって、
    前記平面部は矩形の形状をしており、
    前記導電部は、前記グランド部に接続される側の端部と反対側の端部が前記平面部の一つの角に向かう方向に延伸している
    ことを特徴とするアンテナ。
11. 請求項７から１０のいずれか一項に記載のアンテナであって、
    前記給電点を備える平面部と接続され、当該平面部と鋭角をなすように交差する向きに向けられた第２の平面部をさらに含む
    ことを特徴とするアンテナ。

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