JP6117615B2

JP6117615B2 - アンテナ装置

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Publication number: JP6117615B2
Application number: JP2013111242A
Authority: JP
Inventors: 政宏柳
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2033-05-27
Also published as: JP2014230260A; US20140347250A1; US9590295B2

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

従来より、無線通信を行うための無線部と、前記無線部の制御を行うための制御部を有する無線通信モジュールの構造であって、該無線通信モジュールが構成されるプリント配線基板上の前記無線部の送受信出入力部からスイッチ付きコネクタを介してアンテナを接続するためのアンテナ給電部を設けた無線通信モジュールの構造がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３６４０２３号公報

ところで、従来の無線通信モジュールの構造では、アンテナ給電部はスイッチ付きコネクタを介して無線部の送受信出入力部に接続されるため、無線部とアンテナとの間において伝送損失が生じる。

そこで、伝送損失を低減したアンテナ装置を提供することを目的とする。

アンテナ装置は、給電点に接続されるアンテナエレメントと、平面視で前記アンテナエレメントと重ねて配置され、前記アンテナエレメントと結合する無給電素子と、前記無給電素子に接続され、前記無給電素子の接続先を基準電位点又は試験用端子に切り替えるスイッチとを含む。

伝送損失を低減したアンテナ装置を提供することができる。

前提技術のアンテナ装置１０を示す図である。実施の形態のアンテナ装置１００を示す図である。電子装置にアンテナ装置を内蔵して用いる場合にアンテナ装置が発生する電界の方向を示す図である。実施の形態のアンテナ装置１００に含まれるアンテナエレメント１１０と無給電素子１２０との位置関係を示す図である。図４に示すアンテナエレメント１１０と無給電素子１２０との間に生じる電界の向きを示す図である。実施の形態のアンテナ装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを示す図である。

本発明のアンテナ装置を適用した実施の形態について説明する前に、前提技術のアンテナ装置について説明する。

図１は、前提技術のアンテナ装置１０を示す図であり、（Ａ）は無線通信時のアンテナ装置１０を示し、（Ｂ）は試験時のアンテナ装置１０を示す図である。

図１（Ａ）に示すように、前提技術のアンテナ装置１０は、アンテナエレメント１１、無給電素子１２、及びスイッチ１３を含む。アンテナ装置１０は、アンテナエレメント１１と無給電素子１２を含むダイポール型のアンテナ装置であるとともに、アンテナエレメント１１は、図示しないグランドエレメント（地板）と結合してモノポールアンテナとして振る舞う。

アンテナエレメント１１は、スイッチ１３を介してＲＦ回路２０に接続されている。アンテナエレメント１１は、スイッチ１３によってＲＦ回路２０に接続されているときに、ＲＦ回路２０から給電され、通信を行う。

無給電素子１２は、アンテナエレメント１１の近傍に配置され、アンテナエレメント１１と結合されている。無給電素子１２は、ＲＦ回路２０には接続されておらず、接地電位点に接続されている。無給電素子１２は、アンテナエレメント１１がスイッチ１３を介してＲＦ回路２０に接続されているときに、アンテナエレメント１１と共振する。アンテナエレメント１１と無給電素子１２の共振周波数は、例えば、２．４５ＧＨｚ等の所定の周波数に設定されている。

ＲＦ回路２０は、スイッチ１３を介してアンテナエレメント１１に接続されており、アンテナエレメント１１に給電を行う。

スイッチ１３は、３つの端子１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを有する３端子型のスイッチである。端子１３ＡはＲＦ回路２０に接続され、端子１３Ｂはアンテナエレメント１１に接続され、端子１３Ｃは試験用の端子である。スイッチ１３は、ＲＦ回路２０の接続先を端子１３Ｂ、又は、試験用の端子１３Ｃのいずれかに切り替える。

このようなアンテナ装置１０において、無線通信時には、図１（Ａ）に示すように、スイッチ１３の端子１３Ａは端子１３Ｂと接続される。これにより、アンテナエレメント１１がＲＦ回路２０に接続され、アンテナ装置１０はアンテナエレメント１１及び無給電素子１２を介して無線通信を行うことができる状態になる。

また、このようなアンテナ装置１０において、試験時には、図１（Ｂ）に示すように、スイッチ１３の端子１３Ａは端子１３Ｃと接続される。また、端子１３Ｃには測定器１５が接続される。これにより、測定器１５を用いて、ＲＦ回路２０の入力又は出力を測定する無線試験を行うことができる状態になる。

以上のように、前提技術のアンテナ装置１０では、無線通信を行うときと、ＲＦ回路２０の試験を行うときとで、スイッチ１３を切り替える。

次に、本発明のアンテナ装置を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図２は、実施の形態のアンテナ装置１００を示す図である。

実施の形態のアンテナ装置１００は、アンテナエレメント１１０、無給電素子１２０、及びスイッチ１３０を含む。アンテナ装置１００は、アンテナエレメント１１と無給電素子１２を含むダイポール型のアンテナ装置であるとともに、アンテナエレメント１１０は、図示しないグランドエレメント（地板）と結合してモノポールアンテナとして振る舞う。

アンテナエレメント１１０は、ＲＦ回路２０に直接的に接続されている。アンテナエレメント１１０は、ＲＦ回路２０から給電され、通信を行う。ＲＦ回路２０は、図１に示すＲＦ回路２０と同様である。

無給電素子１２０は、アンテナエレメント１１０の近傍に配置され、アンテナエレメント１１０と結合されている。また、無給電素子１２０は、スイッチ１３０の端子１３０Ａに接続されている。

アンテナ装置１００が無線通信を行うときには、図２（Ａ）に示すように、スイッチ１３０の端子１３０Ａと端子１３０Ｂとが接続され、無給電素子１２０は接地される。アンテナ装置１００の試験を行うときには、図２（Ｂ）に示すように、スイッチ１３０が端子１３０Ａと端子１３０Ｃとが接続される。この状態で、端子１３０Ｃに測定器１５を接続すれば、無給電素子１２０は、測定器１５に接続される。

無給電素子１２０は、アンテナエレメント１１０が通信を行う際に、アンテナエレメント１１０と共振する。アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０の共振周波数は、例えば、２．４５ＧＨｚ等の所定の周波数に設定されている。

スイッチ１３０は、３つの端子１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃを有する３端子型のスイッチである。スイッチ１３０としては、例えば、同軸スイッチを用いることができる。端子１３０Ａは、無給電素子１２０に接続される。端子１３０Ｂは、接地電位点に接続される。端子１３０Ｂが接続される接地電位点は、ＲＦ回路２０のグランド端子が接続される接地電位点と共通である。端子１３０Ｃは、試験用の端子である。

スイッチ１３０は、制御部５０によって切替制御が行われ、端子１３０Ａの接続先を端子１３０Ｂ又は１３０Ｃに切り替える。制御部５０は、アンテナ装置１００を含む無線装置の制御部である。

このような実施の形態のアンテナ装置１００において、無線通信を行うときには、図２（Ａ）に示すように、スイッチ１３０の端子１３０Ａと１３０Ｂを接続し、無給電素子１２０を接地させる。無給電素子１２０は、ＲＦ回路２０のグランド端子と共通の接地電位点に接続される。

この状態で、アンテナエレメント１１０は、ＲＦ回路２０から給電され、通信を行う。また、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０は結合しているため、無給電素子１２０は、アンテナエレメント１１０を介して、通信を行う。

一方、実施の形態のアンテナ装置１００でＲＦ回路２０の試験を行うときには、スイッチ１３０の端子１３０Ａと１３０Ｃとを接続し、かつ、端子１３０Ｃに測定器１５を接続する。これにより、無給電素子１２０は、測定器１５に接続される。アンテナエレメント１１０は無給電素子１２０と結合されているため、測定器１５では、無給電素子１２０とアンテナエレメント１１０とを介して、ＲＦ回路２０の出力を測定することができる。

このように、実施の形態のアンテナ装置１００では、無線通信を行う際に、アンテナエレメント１１０とＲＦ回路２０との間において、スイッチ１３０による伝送損失が生じない。このため、実施の形態によれば、伝送損失を低減したアンテナ装置１００を提供することができる。

これは、前提技術のアンテナ装置１０のように、無線通信時にアンテナエレメント１１とＲＦ回路２０との間にスイッチ１４が存在する回路構成に比べると、伝送損失が大幅に低減されることを意味する。

また、アンテナ装置１００が無線通信を行う際に、無給電素子１２０にはＲＦ回路２０から直接は電力が供給されないため、伝送損失は無視できる。

また、無給電素子１２０はアンテナエレメント１１０の近傍に配置されることによってアンテナエレメント１１０に結合されているため、ＲＦ回路２０の試験を行う際に、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０との間で生じる損失は微小である。また、ＲＦ回路２０の試験を行う際に、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０との間で生じる損失は、測定器１５側で補正すれば試験結果に影響は生じないため、問題にはならない。

ここで、図３を用いて、例えば、デジタルカメラのように金属製の直方体状の筐体を有する電子装置にアンテナ装置１００を内蔵して用いる場合について説明する。

図３は、電子装置にアンテナ装置を内蔵して用いる場合にアンテナ装置が発生する電界の方向を示す図である。図３には、直方体状の筐体８０と、前提技術のアンテナ装置１０Ａを示す。図３では、説明の便宜上、本来であれば筐体８０の内部に収納されるアンテナ装置１０Ａを筐体８０から取り出し、筐体８０の右隣に置いた状態を示す。筐体８０は、直方体状で内部が空洞であるため、導波管のように振る舞う。

前提技術のアンテナ装置１０Ａは、基板１１の一方の面に、平面視でＬ字型のアンテナエレメント１２と、平面視で長方形のグランドエレメント１３とを形成したものである。

このような前提技術のアンテナ装置１０Ａのアンテナエレメント１２を給電すると、電界は、アンテナ装置１０Ａの上に実線で示す矢印の方向に生じる。これは、筐体８０では、実線で示す矢印の方向に相当する。

このように、実線で示す矢印の方向に生じる電界は、導波管として振舞っている筺体８０の内部で電波が進行せず、筐体８０の開口面に電波が到着しないため、開口面から放射されない。

しかし、破線で示す矢印の方向のように、実線で示す矢印に対して直交する方向（筐体８０の厚さ方向）の電界は、筺体８０の内部で電波が進行し、筐体８０の開口面から放射される。これは、破線で示す矢印の方向が、ＴＥ１０モードにおける励振方向に近いからである。

このため、実施の形態のアンテナ装置１００（図２参照）は、破線で示す矢印の方向の励振方向を有する電界を発生するように、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０とを配置する。

図４は、実施の形態のアンテナ装置１００に含まれるアンテナエレメント１１０と無給電素子１２０との位置関係を示す図である。なお、図４では、直交座標系の一例であるＸＹＺ座標系を定義する。

図４（Ａ）に示すように、アンテナエレメント１１０及び無給電素子１２０は、例えば、それぞれ、プリント基板１５０Ａの表面（図４中の上側の面）及び裏面（図４中の下側の面）に接続される。

アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０とは、ともに平面視でＬ字型であり、平面視（ＸＹ平面視）で重なるようにプリント基板１５０Ａの表面と裏面に形成される。アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０とは、ともに、平面視で長方形のプリント基板１５０Ａの短辺と長辺に沿って、Ｌ字型に形成されている。

なお、図４（Ａ）には、アンテナエレメント１１０の給電点を交流電源の記号で示す。給電点はアンテナエレメント１１０の一端に接続されており、無給電素子１２０には接続されていない。

プリント基板１５０Ａは、例えば、ＦＲ−４(Flame Retardant type 4)規格の基板であり、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０とは、例えば、ＦＲ−４基板の表面及び裏面の銅箔をパターニングすることによって形成すればよい。

また、図４（Ｂ）に示すように、アンテナエレメント１１０及び無給電素子１２０を形成したプリント基板１５０Ａを、別のプリント基板１５０Ｂに実装してもよい。プリント基板１５０Ｂは、プリント基板１５０Ａと同一の幅（Ｘ軸方向の長さ）を有し、長さ（Ｙ軸方向の長さ）はプリント基板１５０Ａよりも長く、厚さ（Ｚ軸方向の長さ）はプリント基板１５０Ａと等しい基板である。また、プリント基板１５０Ｂの表面のうち、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０とが形成されたプリント基板１５０Ｂが実装される領域以外の領域には、グランドエレメント１５１が形成されている。

このようなグランドエレメント１５１は、無給電素子１２０と接続すればよい。また、アンテナエレメント１１０は、グランドエレメント１５１と結合してモノポールアンテナとして振る舞う。

なお、ＲＦ回路２０及び制御部５０は、例えば、プリント基板１５０Ｂのグランドエレメント１５１の上に実装すればよい。グランドエレメント１５１には、ＲＦ回路２０及び制御部５０の他に、アンテナ装置１００を含む無線装置の回路が実装されていてもよい。

図５は、図４に示すアンテナエレメント１１０と無給電素子１２０との間に生じる電界の向きを示す図である。

図５（Ａ）に示すように、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０との間に生じる電界は、Ｚ軸方向である。

また、図５（Ｂ）に示すように、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０とをＸＹ平面方向において、少し位置をずらしてもよい。位置をずらす範囲は、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０とが平面視（ＸＹ平面視）で重複する部分を有する範囲内で位置をずらせばよい。すなわち、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０とは、平面視（ＸＹ平面視）で互いの一部が重なるように位置がずらされていればよい。

このようにアンテナエレメント１１０と無給電素子１２０との位置を平面視（ＸＹ平面視）で互いの一部が重なるように位置がずらすことにより、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０との間からＸＹ平面方向に放射する電波を増大させることができる。

図６は、実施の形態のアンテナ装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを示す図である。図６（Ａ），（Ｂ）には、アンテナ装置１００Ａ、１００Ｂの構成を分かり易くするために、プリント基板１５０Ａと１５０Ｂとを分離した状態を示す。

図６（Ａ）に示すアンテナ装置１００Ａは、図４（Ｂ）に示すものと同様であり、アンテナエレメント１１０及び無給電素子１２０を形成したプリント基板１５０Ａを、別のプリント基板１５０Ｂに実装したものである。アンテナエレメント１１０は、プリント基板１５０Ａの表面（Ｚ軸正方向側の面）に形成されており、無給電素子１２０は、プリント基板１５０Ａの裏面（Ｚ軸負方向側の面）に形成されている。また、プリント基板１５０Ｂの表面（Ｚ軸正方向側の面）にはグランドエレメント１５１が形成されている。

また、図６（Ｂ）に示すアンテナ装置１００Ｂは、無給電素子１２０をプリント基板１５０Ｂの表面に形成したものである。アンテナエレメント１１０は、プリント基板１５０Ａの表面（Ｚ軸正方向側の面）に形成されており、無給電素子１２０は、プリント基板１５０Ｂの表面（Ｚ軸正方向側の面）にグランドエレメント１５１とともに形成されている。

また、図６（Ｃ）に示すアンテナ装置１００Ｃは、プリント基板１５０Ｃが多層基板であり、アンテナエレメント１１０とグランドエレメント１５１は、プリント基板１５０Ｃの表面（Ｚ軸正方向側の面）に形成されており、無給電素子１２０は、プリント基板１５０Ｃの内層に形成されている。

なお、ここでは、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０とが、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、プリント基板１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃに形成される形態について説明したが、アンテナエレメント１１０と無給電素子１２０とが形成される位置は、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示す位置に限られるものではない。

以上、実施の形態によれば、無線通信を行う際に、アンテナエレメント１１０とＲＦ回路２０との間においてスイッチ１３０による伝送損失が生じず、伝送損失を低減したアンテナ装置１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを提供することができる。

なお、以上では、一例として、アンテナエレメント１１０及び無給電素子１２０の共振周波数が無線ＬＡＮ(Local Area Network)用の２．４５ＧＨｚである形態について説明したが、アンテナエレメント１１０及び無給電素子１２０の共振周波数は、他の周波数であってもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態のアンテナ装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃアンテナ装置
１１０アンテナエレメント
１２０無給電素子
１３０スイッチ
１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃプリント基板
２０ＲＦ回路
５０制御部

Claims

給電点に接続されるアンテナエレメントと、
平面視で前記アンテナエレメントと重ねて配置され、前記アンテナエレメントと結合する無給電素子と、
前記無給電素子に接続され、前記無給電素子の接続先を基準電位点又は試験用端子に切り替えるスイッチと
を含む、アンテナ装置。
前記アンテナエレメント及び前記無給電素子は、それぞれ、誘電体層の一方の面及び他方の面に設けられている、請求項１記載のアンテナ装置。
基板をさらに含み、
前記アンテナエレメント及び前記無給電素子は、それぞれ、前記基板の一方の面及び他方の面に形成される、請求項１記載のアンテナ装置。
第１基板と、
前記第１基板に重ねて配置される第２基板と
をさらに含み、
前記アンテナエレメント及び前記無給電素子は、それぞれ、前記第１基板及び前記第２基板に形成される、又は、前記アンテナエレメント及び前記無給電素子は、それぞれ、前記第１基板の一方の面及び他方の面、あるいは、前記第２基板の一方の面及び他方の面に形成される、請求項１記載のアンテナ装置。
前記アンテナエレメントと前記無給電素子は、平面視で互いの一部が重なるように位置がずらされている、請求項１乃至４のいずれか一項記載のアンテナ装置。
前記スイッチは、同軸スイッチである、請求項１乃至５のいずれか一項記載のアンテナ装置。
前記スイッチは、ＩＣチップに含まれる、請求項１乃至５のいずれか一項記載のアンテナ装置。