JP7266197B2

JP7266197B2 - 通信端末

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Publication number: JP7266197B2
Application number: JP2020064358A
Authority: JP
Inventors: 太一濱邉
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: JP2021164070A; US20210305701A1

Description

本開示は、無線通信が可能な通信端末に関する。

特許文献１には、パッチが設けられたアンテナ面と、アンテナ面に対向し、接地導体が設けられたグランド面と、線路幅がそれぞれ異なり同一の線路長を有する複数の伝送線路がそれぞれ直列に接続されたスタブと、を備えるアンテナ装置が開示されている。スタブは、アンテナ面と略同一平面上、またはアンテナ面とグランド面との間に位置する。これにより、アンテナ装置自体の全体的な厚みを増大すること無く、共振周波数特性のピークの鋭さを示すＱ値を低減し、通信周波数の広帯域化とアンテナとしての利得の向上を図れる。

国際公開第２０１９／１３２０３４号

本開示は、上述した従来の状況に鑑みて案出され、アンテナ基板の配置スペースの周囲に存在する金属物の影響によらず、通信周波数帯での所望方向へのアンテナ利得の安定化および向上を図る通信端末を提供することを目的とする。

本開示は、筐体と、略長方形状に形成され、アンテナ導体が配置されたアンテナ基板と、前記筐体に配置され、かつ前記アンテナ基板と同じ方向の長方形状に形成され、前記アンテナ基板のうち前記アンテナ導体が設けられたアンテナ面を包囲する金属製のアンテナ包囲部と、を備え、前記アンテナ導体は、前記アンテナ基板の長手方向に平行な短辺と、前記長手方向に直交する方向に平行な長辺とを有して略長方形状に形成される、通信端末を提供する。

本開示によれば、通信端末において、アンテナ基板の配置スペースの周囲に存在する金属物の影響によらず、通信周波数帯での所望方向へのアンテナ利得の安定化および向上を図ることができる。

実施の形態１に係る通信端末に搭載されるパッチアンテナの積層構造を示す断面図アンテナ面を示す斜視図給電面を示す斜視図第１のアンテナ基板の平面図第１のアンテナ基板からの水平偏波の放射特性の一例を示すグラフ第１のアンテナ基板からの垂直偏波の放射特性の一例を示すグラフ第１のアンテナ基板が収容された組込み筐体の背面平面図組込み筐体の配置位置を模式的に示す背面平面図組込み筐体の配置位置を模式的に示す斜視図図５Ａに対応する第１のアンテナ基板からの水平偏波の放射特性の一例を示すグラフ図５Ａに対応する第１のアンテナ基板からの垂直偏波の放射特性の一例を示すグラフ図５Ａの組込み筐体の背面にねじ止めされたリアカバーの背面平面図図７Ａに対応する第１のアンテナ基板からの水平偏波の放射特性の一例を示すグラフ図７Ａに対応する第１のアンテナ基板からの垂直偏波の放射特性の一例を示すグラフ第２のアンテナ基板の平面図第２のアンテナ基板からの水平偏波の放射特性の一例を示すグラフ第２のアンテナ基板からの垂直偏波の放射特性の一例を示すグラフ第２のアンテナ基板が収容された組込み筐体の背面平面図図９Ａに対応する第２のアンテナ基板からの水平偏波の放射特性の一例を示すグラフ図９Ａに対応する第２のアンテナ基板からの垂直偏波の放射特性の一例を示すグラフ図５Ａ，図７Ａ，図９Ａのそれぞれに対応するアンテナ基板からの水平偏波の通信周波数ごとのピーク利得特性の一例を示すグラフ図５Ａ，図７Ａ，図９Ａのそれぞれに対応するアンテナ基板からの垂直偏波の通信周波数ごとのピーク利得特性の一例を示すグラフ

（本開示に至る経緯）
特許文献１に開示されている従来のパッチアンテナは、最終的には無線通信（例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、あるいはＷｉ－Ｆｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ））が可能な通信端末の筐体内に収容される。パッチアンテナの配置スペースの周囲には筐体内の金属物が存在すると、パッチアンテナが金属物の影響を受けて利得特性の劣化が生じる。特許文献１では、パッチアンテナが最終的に通信端末内に搭載された後の利得特性が劣化することに鑑みた技術的方策については考慮されていない。また、上述した通信端末は航空機等の閉空間で使用されることがあるが、閉空間内では電波の反射が発生しやすく電波が縦揺れの波になりやすくため、水平偏波の利得特性だけでなく垂直偏波の利得特性が高いことが望ましいと考えられる。特に通信端末の前方にはユーザ（例えば航空機内の乗客）がいることがあるので、通信端末から見たユーザの方向への水平偏波、垂直偏波の利得特性が高く安定化するとユーザビリティの向上にも貢献すると考えられる。

そこで、以下の実施の形態では、アンテナ基板の配置スペースの周囲に存在する金属物の影響によらず、通信周波数帯での所望方向へのアンテナ利得の安定化および向上を図る通信端末の例を説明する。

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る通信端末を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
実施の形態１に係る通信端末として、例えば航空機等の閉空間内に配置される座席の背面側に設けられるシートモニタを挙げ、通信端末に搭載されるアンテナの一例としてパッチアンテナ（言い換えると、マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ：ＭｉｃｒｏｓｔｒｉｐＡｎｔｅｎｎａ）を例示して説明する。但し、通信端末は、閉空間内に配置されるものであれば上述したシートモニタに限定されなくてよい。

図１は、実施の形態１に係る通信端末１に搭載されるパッチアンテナ５の積層構造を示す断面図である。図１には、図２における矢印Ｅ－Ｅ線方向、ならびに図３における矢印Ｆ－Ｆ線方向から見た断面が示される。パッチアンテナ５は、下位層にグランド面１０、中間層に給電面２０、上位層にアンテナ面４０が積層された３層構造の基板８を有する。パッチアンテナ５は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に代表される２．４ＧＨｚ帯の電波（無線信号）を放射（送信）する。なお、パッチアンテナ５は、２．４ＧＨｚの帯域に限らず、例えば無線ＬＡＮに代表される５ＧＨｚ帯の電波（無線信号）を放射（送信）してもよい。

基板８は、ＰＰＯ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｏｘｉｄｅ）等の比誘電率の高い誘電体で成形された誘電体基板であり、基板８ａと基板８ｂとが積層された多層構造を有する。グランド面１０は、基板８ａの裏面（背面）に設けられる。アンテナ面４０は、基板８ｂの表面に設けられる。給電面２０は、基板８ａの表面と基板８ｂの裏面との間に設けられる。従って、実施の形態１に係るパッチアンテナ５は、アンテナ面４０を給電面２０からの下面励振によって給電する。基板８全体の厚さは、例えば３ｍｍ、基板８ａの厚さは２．９ｍｍ、基板８ｂの厚さは０．１ｍｍである。また、基板８の裏側（つまり、グランド面１０の裏面側）には、パッチアンテナ５に給電する無線通信回路（図示略）が設けられる。

基板８の表面（つまり、アンテナ面４０）から裏面（つまり、グランド面１０）にかけて貫通する貫通孔８６，８３には、それぞれビア導体５４，５６が設けられる。ビア導体５４，５６は、貫通孔８６，８３に導電材を充填することで円柱形状に成形される。ビア導体５４は、アンテナ面４０に形成された接点４１（つまり、ビア導体５４の上端面）と、給電面２０に形成された給電点２１（つまり、ビア導体５４の中間断面）と、グランド面１０に形成された接点１１（つまり、ビア導体５４の下端面）とを導通させる１本の導体である。ビア導体５４は、アンテナ面４０をパッチアンテナとして駆動するための給電導体である。接点１１は、基板８の裏面側に配置された無線通信回路（図示略）の給電端子（図示略）に接続される。

ビア導体５６は、アンテナ面４０に形成されたパッチ４５（アンテナ導体の一例）と、グランド面１０に設けられた接地導体１５とを導通させる導体であり、複数のビア導体５６が一列に並ぶように等間隔に設けられる（図２参照）。給電面２０では、ビア導体５６が導通せず、挿通される。給電面２０に形成された複数の貫通孔８３は、いわゆるスルーホールである。

図２は、アンテナ面４０を示す斜視図である。アンテナ面４０には、例えば２．４ＧＨｚ帯用のアンテナ導体の一例としてのパッチ４５が設けられる。パッチ４５は、長方形状の銅箔で形成される。パッチ４５の面の１箇所には、開口部４４が形成され、その中央に接点４１（つまり、ビア導体５４の先端面）が露出する。言い換えると、パッチ４５と接点４１とは非導通であり、ショートしていない。パッチ４５は、並列共振回路の特性を有し、スタブ２５の給電点２１に供給される無線通信回路（図示略）からの励起信号に従って、２．４ＧＨｚ帯の電波（無線信号）を放射（送信）する。なお、パッチ４５と接点４１とが導通して（つまり、ショートして）してもよい。

パッチ４５が長方形状に成形されることで、シートモニタ等の通信端末１に搭載された際にパッチ４５の長手方向が通信端末１の長手方向と平行になるようにパッチアンテナ５が配置され（図５Ｂ、図５Ｃ参照）、パッチアンテナ５の長手方向の長さに合わせて通信周波数（言い換えると、波長λ）が設定された場合、水平偏波の電波が垂直偏波の電波に対して相対的に強く放射される（図４Ｂ、図４Ｃ参照）。波長λは、パッチアンテナ５の共振周波数に対応する波長の長さである。

図３は、給電面２０を示す斜視図である。給電面２０には、給電線の一例としてのスタブ２５が設けられる。スタブ２５は、動作対象とする通信周波数帯に適合したパッチアンテナ５のインピーダンス整合（つまり、インピーダンスマッチング）をとるために、パッチ４５と直列に接続される直列共振回路の特性を有する。つまり、スタブ２５は、パッチ４５と電気的に直列に結合することで、パッチアンテナ５の放射リアクタンス成分をゼロに近づけることが可能である。

スタブ２５は、給電点２１、第１の伝送線路２７、第２の伝送線路２８、および第３の伝送線路２９が直列に接続された形状を有する。第１の伝送線路２７、第２の伝送線路２８、および第３の伝送線路２９の長さは、いずれもλ／４であり、スタブ２５の全長は３λ／４である。第１の伝送線路２７、第２の伝送線路２８、および第３の伝送線路２９の長さ（線路長）は、それぞれ必ずしも同一でなくてもよい。

第１の伝送線路２７は、給電点２１を始点として、３箇所の折り返し部２７ｚ，２７ｙ，２７ｘで略直角もしくは直角に折れ曲がった４つの線路２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを有する。４つの線路２７ａ～２７ｄは、それぞれ線路幅が同一である。

第２の伝送線路２８は、２箇所の折り返し部２８ｚ，２８ｙで略直角もしくは直角に折れ曲がった３つの線路２８ａ，２８ｂ，２８ｃを有し、第１の伝送線路２７および第３の伝送線路２９と比べ、線路幅の大きい直線状の線路２８ｂを含む。２つの線路２８ａ，２８ｃと４つの線路２７ａ～２７ｄとは、それぞれ線路幅が同一である。

第３の伝送線路２９は、端部を終点とし、１箇所の折り返し部２９ｚで略直角もしくは直角に折れ曲がった２つの線路２９ａ，２９ｂを有する。２つの線路２９ａ，２９ｂは、それぞれ線路幅が同一である。

なお、第１の伝送線路２７が、４つの線路２７ａ～２７ｄの他に、折り返し部２８ｚを含む線路２８ａをさらに有してもよい。また同様に、第３の伝送線路２９が、２つの線路
２９，２９ｂの他に、折り返し部２８ｙを含む線路２８ｃをさらに有してもよい。この場合には、スタブ２５は、線路幅がそれぞれ異なり線路長が同一の３つの伝送線路により構成される。線路長は、それぞれ必ずしも同一でなくてもよい。

グランド面１０には、接地導体１５が形成される（図１参照）。接地導体１５は、銅箔の材質で、基板８の裏面ほぼ全体に亘って長方形状に形成される。接地導体１５の全周の長さは、パッチ４５の全周の長さよりも数波長分、長く設定される。接地導体１５の全周が長くなると、パッチ４５が共振し易くなり、またパッチ４５の全周の長さも接地導体１５に合わせて長くできる。

次に、実施の形態１に係るパッチアンテナ５のアンテナ特性（性能）を説明する。

ここでは、パッチアンテナ５の構成例として、長方形状を有するパッチ４５の長手方向が長方形状を有するアンテナ基板（後述参照）の長手方向と平行な第１パターン（図４Ａ参照）と、パッチ４５の長手方向に直交する方向がアンテナ基板（後述参照）の長手方向と平行な第２パターン（図８Ａ参照）とを例示して説明する。

［第１パターンのアンテナ基板］
図４Ａは、第１のアンテナ基板５Ａの平面図である。図４Ｂは、第１のアンテナ基板５Ａからの水平偏波の放射特性ＰＹＨ１の一例を示すグラフである。図４Ｃは、第１のアンテナ基板５Ａからの垂直偏波の放射特性ＰＹＶ１の一例を示すグラフである。図４Ａの説明において、図１～図３に示す構成と同一の構成については同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。

第１のアンテナ基板５Ａは、図１のパッチアンテナ５を実現した一つの具体例である。第１のアンテナ基板５Ａには、パッチアンテナ５を構成するアンテナ部ＡＴ１の他に、複数のタッチセンサＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３，ＳＳ４，ＳＳ５を有するタッチセンサ部ＴＳ１がさらに配置される。なお、タッチセンサの配置数は５つに限定されないことは言うまでもない。これにより、第１のアンテナ基板５Ａは、単にアンテナ部ＡＴ１だけでなくタッチセンサ部ＴＳ１も配置可能なグランド長を確保できるので、パッチ４５が共振し易くなり、アンテナ利得の低下を抑制可能となる。

第１のアンテナ基板５Ａは長方形状に形成され、長手方向の長さは第１のアンテナ基板５Ａから放射される電波の波長λ（１波長）と一致する。λは例えば１２５ｍｍである。一方で、第１のアンテナ基板５Ａの幅方向（つまり長手方向に直交する方向）の長さは、λに比べると十分に短い。これにより、後述する組込み筐体ＢＤ１内に配置されたとしても、周囲の金属物の影響を受けずに高利得な偏波を放射可能となる。

また、第１のアンテナ基板５Ａの長手方向と、長方形状を有するパッチ４５の長手方向とは同方向（言い換えると、平行）であるため、パッチ４５の長手方向（言い換えると、長さ方向）に対応するグランド面１０の長手方向と第１のアンテナ基板５Ａの長手方向とが同方向となり、アンテナ面４０のパッチ４５と給電面２０のスタブ２５とが電磁結合し易くなる。これにより、図４Ｂおよび図４Ｃに示されるように、第１のアンテナ基板５Ａからは、垂直偏波よりも水平偏波が強く放射され易くなる。つまり、第１のアンテナ基板５Ａ単独では、放射される水平偏波は所望方向（後述参照）において高利得に安定して推移していると言える。

図４Ｂおよび図４Ｃにおいて、３３０度から３０度までの約６０度の方向は、例えば第１のアンテナ基板５Ａが搭載される通信端末１の前方にユーザ（例えば航空機の乗客）が存在する方向であり、第１のアンテナ基板５Ａが放射される電波として高利得の特性が望まれる所望方向を示す。しかし、図４Ｃに示されるように、第１のアンテナ基板５Ａ単独（言い換えると、第１のアンテナ基板５Ａが通信端末１に搭載されていない状態）では、垂直偏波の高利得の特性が得られず、所望方向（上述参照）において一様に利得が推移しないため安定しているとは言いづらい。

図５Ａは、第１のアンテナ基板５Ａが収容された組込み筐体ＢＤ１の背面平面図である。図５Ｂは、組込み筐体ＢＤ１の配置位置を模式的に示す背面平面図である。図５Ｃは、組込み筐体ＢＤ１の配置位置を模式的に示す斜視図である。図５Ａ～図５Ｃの説明において、図１～図３あるいは図４Ａに示す構成と同一の構成については同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。

組込み筐体ＢＤ１は、例えば軽量の金属（例えばアルミニウム）で形成され、第１のアンテナ基板５Ａを包囲可能な収容空間を有する。言い換えると、第１のアンテナ基板５Ａは、最終的に通信端末１に搭載される際に組込み筐体ＢＤ１の収容空間内に配置されるので、通信端末１の使用時には組込み筐体ＢＤ１を形成する金属物（例えばアルミニウム）により包囲されることになる。アンテナ包囲部（例えば組込み筐体ＢＤ１）は、アンテナ基板（例えば第１のアンテナ基板５Ａ）を包囲するために、アンテナ基板（例えば第１のアンテナ基板５Ａ）に沿って形成されている。また、アンテナ包囲部（例えば組込み筐体ＢＤ１）は、アンテナ基板（例えば第１のアンテナ基板５Ａ）と同じ方向の長方形状に形成されている。図５Ａには、組込み筐体ＢＤ１の収容空間内に第１のアンテナ基板５Ａが図４Ａの向きとは左右反転した状態で配置されている。つまり、図５Ａと図４Ａとでは、アンテナ部ＡＮ１とタッチセンサ部ＴＳ１とが左右反転して図示されている。

組込み筐体ＢＤ１は、図５Ｂに示されるように、シートモニタ等の通信端末１の金属製の筐体（例えばメイン筐体ＭＢＤ１）の背面（背面筐体）の一端側（例えば下端側）に組み込んで配置される。なお、組込み筐体ＢＤ１の配置位置は、図５Ｂに示されるメイン筐体ＭＢＤ１の背面の下端側に限定されなくてよい。つまり、通信端末１においては、パッチアンテナ５（つまり第１のアンテナ基板５Ａ）の配置スペースは限られている。図５Ｃに示されるように、組込み筐体ＢＤ１内に配置された第１のアンテナ基板５Ａは、通信端末１の表示パネルＰＮＬ１が設けられた前面側（言い換えると、ユーザから見た手前側）からユーザのいる方向に向かって水平偏波や垂直偏波を放射する。

図６Ａは、図５Ａに対応する第１のアンテナ基板５Ａからの水平偏波の放射特性ＰＹＨ２の一例を示すグラフである。図６Ｂは、図５Ａに対応する第１のアンテナ基板５Ａからの垂直偏波の放射特性ＰＹＶ２の一例を示すグラフである。

図６Ａに示されるように、水平偏波に関しては、第１のアンテナ基板５Ａ単独と比べて、第１のアンテナ基板５Ａが組込み筐体ＢＤ１内に配置されると周囲の金属物の影響を受ける。このため、水平偏波による無線通信に適する程度の一定のアンテナ利得は得られるものの、例えば３０度および３３０度の方向に電界の節が生じる等、所望方向における利得の特性が劣化してしまう。

ところが、図６Ｂに示されるように、垂直偏波に関しては、第１のアンテナ基板５Ａ単独と比べて、第１のアンテナ基板５Ａが組込み筐体ＢＤ１内に配置されると所望方向において高利得かつ安定に推移していることが分かる。これは、第１のアンテナ基板５Ａが組込み筐体ＢＤ１内に配置されて包囲されることで、λの長さを有する第１のアンテナ基板５Ａが励振源となって組込み筐体ＢＤ１内で縦揺れの二次共振が起きるために、周囲の金属物の影響により特性が劣化するよりも相当の高利得な垂直偏波の特性が得られるからであると考えられる。従って、通信端末１によれば、図６Ａに示す特性の水平偏波も放射可能でありながら、通信端末１から放射される垂直偏波をユーザのいる方向（例えば３３０度から３０度の範囲）に向かって高利得に放射できるので、通信端末１を利用するユーザの利便性（つまりユーザビリティ）が向上可能となる。

図７Ａは、図５Ａの組込み筐体ＢＤ１の背面にねじ止めされたリアカバーＩＮＣＶ１の背面平面図である。図７Ｂは、図７Ａに対応する第１のアンテナ基板５Ａからの水平偏波の放射特性ＰＹＨ３の一例を示すグラフである。図７Ｃは、図７Ａに対応する第１のアンテナ基板５Ａからの垂直偏波の放射特性ＰＹＶ３の一例を示すグラフである。図７Ａの説明において、図５Ａに示す構成と同一の構成については同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。

図７Ａに示されるように、通信端末１のメイン筐体ＭＢＤ１の背面において、組込み筐体ＢＤ１のさらに背面側には第１のアンテナ基板５Ａを包囲するためにリアカバーＩＮＣＶ１が２箇所のねじＮＪ１，ＮＪ２により螺合される。これにより、第１のアンテナ基板５Ａはほぼ全方位が組込み筐体ＢＤ１およびリアカバーＩＮＣＶ１により包囲されて配置可能となる。従って、上述したように、λの長さを有する第１のアンテナ基板５Ａが励振源となって組込み筐体ＢＤ１およびリアカバーＩＮＣＶ１内で縦揺れの二次共振がより起き易くなることで、より高利得な垂直偏波の特性が得られる（図７Ｃ参照）。水平偏波については、リアカバーＩＮＣＶ１が設けられた場合（図７Ａ参照）とリアカバーＩＮＣＶ１が設けられていない場合（図５Ａ参照）とでそれほど大きな特性上の差異は見られない。

［第２パターンのアンテナ基板］
図８Ａは、第２のアンテナ基板５Ｂの平面図である。図８Ｂは、第２のアンテナ基板５Ｂからの水平偏波の放射特性ＰＹＨ４の一例を示すグラフである。図８Ｃは、第２のアンテナ基板５Ｂからの垂直偏波の放射特性ＰＹＶ４の一例を示すグラフである。図８Ａの説明において、図１～図３に示す構成と同一の構成については同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。

第２のアンテナ基板５Ｂは、図１のパッチアンテナ５を実現した一つの具体例である。第２のアンテナ基板５Ｂには、パッチアンテナ５を構成するアンテナ部ＡＴ２の他に、複数のタッチセンサＳＳ１～ＳＳ５を有するタッチセンサ部ＴＳ１がさらに配置される。アンテナ部ＡＴ２の構成は、平面視においてアンテナ部ＡＴ１（図４Ａ参照）が反時計回りに９０度回転された構成となっていること以外は、パッチ４５Ａが設けられるアンテナ面４０、給電面２０およびグランド面１０からなる断面構造（図１参照）も含めてアンテナ部ＡＴ１の構成と同一であるため、詳細な説明は省略する。例えば、アンテナ部ＡＴ２では、複数のビア導体５６Ａのそれぞれは第２のアンテナ基板５Ｂの長手方向と同方向に設けられており、接点４１Ａもビア導体５６Ａに対向するように配置されている（図２および図８Ａ参照）。なお、タッチセンサの配置数は５つに限定されないことは言うまでもない。これにより、第２のアンテナ基板５Ｂは、単にアンテナ部ＡＴ２だけでなくタッチセンサ部ＴＳ１も配置可能なグランド長を確保できるので、パッチ４５Ａが共振し易くなり、アンテナ利得の低下を抑制可能となる。

第２のアンテナ基板５Ｂは長方形状に形成され、長手方向の長さは第２のアンテナ基板５Ｂから放射される電波の波長λ（１波長）よりも長く、例えば１５０ｍｍである。一方で、第２のアンテナ基板５Ｂの幅方向（つまり長手方向に直交する方向）の長さは、λに比べると十分に短い。これにより、後述する組込み筐体ＢＤ１内に配置されたとしても、周囲の金属物の影響を受けずに高利得な偏波を放射可能となる。

また、第２のアンテナ基板５Ｂの長手方向と、長方形状を有するパッチ４５Ａの長手方向に直交する方向とが同方向（言い換えると、平行）であるため、第１のアンテナ基板５Ａ単独に比べて、アンテナ面４０のパッチ４５Ａと給電面２０のスタブ２５との電磁結合は強くない。このため、図８Ｂに示されるように、第２のアンテナ基板５Ｂからは、第１のアンテナ基板５Ａと比べて水平偏波の放射特性は劣化している。しかし、第２のアンテナ基板５Ｂの長手方向とパッチ４５Ａの長さ方向とが垂直であるため、図８Ｃに示されるように、第２のアンテナ基板５Ｂからは、第１のアンテナ基板５Ａと比べて垂直偏波の放射特性はかなり改善している。

図８Ｂおよび図８Ｃにおいて、３３０度から３０度までの約６０度の方向は、例えば第２のアンテナ基板５Ｂが搭載される通信端末１の前方にユーザ（例えば航空機の乗客）が存在する方向であり、第２のアンテナ基板５Ｂが放射される電波として高利得の特性が望まれる所望方向を示す。しかし、図８Ｂや図８Ｃに示されるように、第２のアンテナ基板５Ｂ単独（言い換えると、第２のアンテナ基板５Ｂが通信端末１に搭載されていない状態）では、第１のアンテナ基板５Ａ単独に比べると垂直偏波の高利得の特性は得られたものの、所望方向（上述参照）において一様に利得が推移しないため安定しているとは言いづらい。

図９Ａは、第２のアンテナ基板５Ｂが収容された組込み筐体ＢＤ２の背面平面図である。図９Ｂは、図９Ａに対応する第２のアンテナ基板５Ｂからの水平偏波の放射特性ＰＹＨ５の一例を示すグラフである。図９Ｃは、図９Ａに対応する第２のアンテナ基板５Ｂからの垂直偏波の放射特性ＰＹＶ５の一例を示すグラフである。図９Ａの説明において、図７Ａあるいは図８Ａに示す構成と同一の構成については同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。

組込み筐体ＢＤ２は、例えば軽量の金属（例えばアルミニウム）で形成され、第２のアンテナ基板５Ｂを包囲可能な収容空間を有する。言い換えると、第２のアンテナ基板５Ｂは、最終的に通信端末１に搭載される際に組込み筐体ＢＤ２の収容空間内に配置されるので、通信端末１の使用時には組込み筐体ＢＤ２を形成する金属物（例えばアルミニウム）により包囲されることになる。図９Ａには、組込み筐体ＢＤ２の収容空間内に第２のアンテナ基板５Ｂが図８Ａの向きとは左右反転した状態で配置されている。つまり、図９Ａと図８Ａとでは、アンテナ部ＡＮ２とタッチセンサ部ＴＳ１とが左右反転して図示されている。

図９Ｂに示されるように、水平偏波に関しては、第２のアンテナ基板５Ｂ単独と比べて、第２のアンテナ基板５Ｂが組込み筐体ＢＤ２内に配置されると周囲の金属物の影響を受ける。このため、水平偏波による無線通信に適する程度の一定のアンテナ利得は得られるものの、例えば３０度および３３０度の方向に電界の節が生じる等、所望方向における利得の特性が劣化してしまう。

ところが、図９Ｃに示されるように、垂直偏波に関しては、第２のアンテナ基板５Ｂ単独と比べて、第２のアンテナ基板５Ｂが組込み筐体ＢＤ２内に配置されると所望方向において高利得かつ安定に推移していることが分かる。これは、第２のアンテナ基板５Ｂが組込み筐体ＢＤ２内に配置されて包囲されることで、第２のアンテナ基板５Ｂが励振源となって組込み筐体ＢＤ２内で縦揺れの二次共振が起きるために、周囲の金属物の影響により特性が劣化するよりも相当の高利得な垂直偏波の特性が得られるからであると考えられる。従って、通信端末１によれば、図９Ｂに示す特性の水平偏波も放射可能でありながら、通信端末１から放射される垂直偏波をユーザのいる方向（例えば３３０度から３０度の範囲）に向かって高利得に放射できるので、通信端末１を利用するユーザの利便性（つまりユーザビリティ）が向上可能となる。

図１０Ａは、図５Ａ，図７Ａ，図９Ａのそれぞれに対応するアンテナ基板からの水平偏波の通信周波数ごとのピーク利得特性の一例を示すグラフである。図１０Ｂは、図５Ａ，図７Ａ，図９Ａのそれぞれに対応するアンテナ基板からの垂直偏波の通信周波数ごとのピーク利得特性の一例を示すグラフである。

図１０Ａにおいて、特性Ｈ１は、組込み筐体ＢＤ１およびリアカバーＩＮＣＶ１内に収容された第１のアンテナ基板５Ａに対応する水平偏波の通信周波数ごとのピーク利得特性を示す。特性Ｈ２は、組込み筐体ＢＤ１内に収容された第１のアンテナ基板５Ａに対応する水平偏波の通信周波数ごとのピーク利得特性を示す。特性Ｈ３は、組込み筐体ＢＤ２内に収容された第２のアンテナ基板５Ｂに対応する水平偏波の通信周波数ごとのピーク利得特性を示す。

図１０Ａによれば、組込み筐体ＢＤ１およびリアカバーＩＮＣＶ１の両方により包囲された（つまり、より全方位が包囲された）第１のアンテナ基板５Ａが通信周波数帯において最もピーク利得特性が高利得かつ安定化している。これは、波長λの長さを有する第１のアンテナ基板５Ａが組込み筐体ＢＤ１およびリアカバーＩＮＣＶ１内で二次共振（上述参照）が発生し易い環境が実現されているためである。また、リアカバーＩＮＣＶ１が設けられていなくても組込み筐体ＢＤ１内に配置された第１のアンテナ基板５Ａからは、高利得かつ安定したピーク利得が得られている。一方、第２のアンテナ基板５Ｂは組込み筐体ＢＤ２内に配置されていても、第１のアンテナ基板５Ａほどの高利得な特性が得られていない。これは、第２のアンテナ基板５Ｂでは、長手方向とパッチ４５Ａの長さ方向とが平行でなく垂直であるために第１のアンテナ基板５Ａに比べて共振の強度が弱いためであると考えられる。

図１０Ｂにおいて、特性Ｖ１は、組込み筐体ＢＤ１およびリアカバーＩＮＣＶ１内に収容された第１のアンテナ基板５Ａに対応する垂直偏波の通信周波数ごとのピーク利得特性を示す。特性Ｖ２は、組込み筐体ＢＤ１内に収容された第１のアンテナ基板５Ａに対応する垂直偏波の通信周波数ごとのピーク利得特性を示す。特性Ｖ３は、組込み筐体ＢＤ２内に収容された第２のアンテナ基板５Ｂに対応する垂直偏波の通信周波数ごとのピーク利得特性を示す。

また、図１０Ｂによれば、組込み筐体ＢＤ１およびリアカバーＩＮＣＶ１の両方により包囲された（つまり、より全方位が包囲された）第１のアンテナ基板５Ａが通信周波数帯において最もピーク利得特性が高利得かつ安定化している。これは、水平偏波と同様に、波長λの長さを有する第１のアンテナ基板５Ａが組込み筐体ＢＤ１およびリアカバーＩＮＣＶ１内で二次共振（上述参照）が発生し易い環境が実現されているためである。また、リアカバーＩＮＣＶ１が設けられていなくても組込み筐体ＢＤ１内に配置された第１のアンテナ基板５Ａからは、通信周波数帯において高利得なピーク利得が得られている。第２のアンテナ基板５Ｂは組込み筐体ＢＤ２内に配置されているので、第１のアンテナ基板５Ａと同様な高利得な特性が得られている。

以上により、実施の形態１に係る通信端末１は、メイン筐体ＭＢＤ１と、略長方形状に形成され、アンテナ導体（例えばパッチ４５）が配置されたアンテナ基板（例えば第１のアンテナ基板５Ａ）と、アンテナ基板を包囲する金属製のアンテナ包囲部（例えば組込み筐体ＢＤ１）と、を備える。

これにより、通信端末１は、アンテナ基板の配置スペースの周囲に存在する金属物の影響によらず、動作対象となる通信周波数帯での所望方向（例えばユーザがいる方向）へのアンテナ利得の安定化および向上を図ることができる。

また、アンテナ導体（例えばパッチ４５）は、アンテナ基板（例えば第１のアンテナ基板５Ａ）の長手方向に平行な長辺と、長手方向に直交する方向に平行な短辺とを有して略長方形状に形成される（例えば図４Ａ参照）。これにより、第１のアンテナ基板５Ａの長手方向と、長方形状を有するパッチ４５の長手方向とは同方向（言い換えると、平行）であるため、パッチ４５の長手方向（言い換えると、長さ方向）に対応するグランド面１０の長手方向と第１のアンテナ基板５Ａの長手方向とが同方向となり、アンテナ面４０のパッチ４５と給電面２０のスタブ２５とが電磁結合し易くなる。従って、第１のアンテナ基板５Ａからは、水平偏波が強く放射され易くなる。

また、アンテナ導体（例えばパッチ４５Ａ）は、アンテナ基板（例えば第２のアンテナ基板５Ｂ）の長手方向に平行な短辺と、長手方向に直交する方向に平行な長辺とを有して略長方形状に形成される（例えば図８Ａ参照）。これにより、第２のアンテナ基板５Ｂの長手方向と、長方形状を有するパッチ４５Ａの長手方向とは直交するため、第２のアンテナ基板５Ｂからは、垂直偏波が強く放射され易くなる。

また、アンテナ包囲部（例えば組込み筐体ＢＤ１）は、アンテナ基板と対向するメイン筐体の背面側に配置されるリアカバーＩＮＣＶ１を介して螺合される。これにより、アンテナ基板はほぼ全方位が組込み筐体ＢＤ１およびリアカバーＩＮＣＶ１により包囲されて配置可能となる。従って、波長λの長さを有するアンテナ基板が励振源となって組込み筐体ＢＤ１およびリアカバーＩＮＣＶ１内で縦揺れの二次共振がより起き易くなることで、より高利得な垂直偏波の特性が得られる。

また、アンテナ基板の長手方向の長さは、アンテナ導体から放射される電波の１波長である。これにより、グランド面を十分に確保可能となるので、アンテナ基板（例えば第１のアンテナ基板５Ａ）に対応するパッチ４５とスタブ２５とが電磁結合することで、アンテナの広帯域化が図れる。

また、アンテナ基板（例えば第１のアンテナ基板５Ａ）は、アンテナ導体が設けられたアンテナ面４０と、アンテナ面４０に対向し、接地導体１５が設けられたグランド面１０と、線路幅がそれぞれ異なる複数の伝送線路がそれぞれ直列に接続して構成されたスタブ２５を有する給電面２０と、を備える。スタブ２５は、アンテナ面４０とグランド面１０との間に位置する。アンテナ導体（例えばパッチ４５）は、複数の伝送線路のうち一端側の伝送線路に接続される給電点２１を介して、スタブ２５と電気的に導通している。これにより、パッチアンテナ５あるいは通信端末１は、パッチアンテナ５自体の全体的な厚みを増大することなく、アンテナ面４０とグランド面１０との間隔を広げることが可能となる。従って、パッチアンテナ５において、共振周波数特性のピークの鋭さを示すＱ値を低減でき、つまり通信周波数のＱ値を小さくできる。言い換えると、パッチアンテナ５が動作可能な電波の周波数帯を広帯域化できる。また、広帯域化によって、電波の反射が少なくなり、アンテナとしての利得（つまり通信電力の利得）が向上できる。

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

例えば、上述した実施の形態１に係るパッチアンテナ５は、電波を送信する送信装置のアンテナに適用されるユースケースを例示して説明したが、電波を受信する受信装置のアンテナに適用されてもよい。

本開示は、アンテナ基板の配置スペースの周囲に存在する金属物の影響によらず、通信周波数帯での所望方向へのアンテナ利得の安定化および向上を図る通信端末として有用である。

１通信端末
５パッチアンテナ
５Ａ第１のアンテナ基板
５Ｂ第２のアンテナ基板
１０グランド面
１５接地導体
２０給電面
２１給電点
２５スタブ
４０アンテナ面
４１接点
４２導電部材
４５、４５Ａパッチ
５４、５６ビア導体
ＡＴ１アンテナ部
ＢＤ１、ＢＤ２組込み筐体
ＩＮＣＶ１リアカバー
ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ４、ＳＳ５タッチセンサ
ＴＳ１タッチセンサ部

Claims

筐体と、
略長方形状に形成され、アンテナ導体が配置されたアンテナ基板と、
前記筐体に配置され、かつ前記アンテナ基板と同じ方向の長方形状に形成され、前記アンテナ基板のうち前記アンテナ導体が設けられたアンテナ面を包囲する金属製のアンテナ包囲部と、を備え、
前記アンテナ導体は、前記アンテナ基板の長手方向に平行な短辺と、前記長手方向に直交する方向に平行な長辺とを有して略長方形状に形成される、
通信端末。
前記アンテナ包囲部は、前記アンテナ基板と対向する前記筐体の背面側に配置されるリアカバーを介して螺合される、
請求項１に記載の通信端末。
前記アンテナ基板の長手方向の長さは、前記アンテナ導体から放射される電波の１波長である、
請求項１に記載の通信端末。
前記アンテナ基板は、
前記アンテナ導体が設けられたアンテナ面と、
前記アンテナ面に対向し、接地導体が設けられたグランド面と、
線路幅がそれぞれ異なる複数の伝送線路がそれぞれ直列に接続して構成されたスタブを有する給電面と、を備え、
前記スタブは、前記アンテナ面と前記グランド面との間に位置し、
前記アンテナ導体は、前記複数の伝送線路のうち一端側の伝送線路に接続される給電点を介して、前記スタブと電気的に導通している、
請求項１に記載の通信端末。