WO2011099083A1

WO2011099083A1 - 無線装置

Info

Publication number: WO2011099083A1
Application number: PCT/JP2010/000897
Authority: WO
Inventors: 伊藤敬義; 桧垣誠; 庄木裕樹; 尾林秀一
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2011-08-18
Also published as: US20130027255A1; JPWO2011099083A1

Abstract

　本発明の一つの態様に係る無線装置は、電磁波を放射する電磁波放射源を含む高周波回路が形成された基板と、電磁波の偏波と直交する方向の長さが電磁波の２分の１波長である複数の開口を、該開口の中心間の距離が電磁波の１波長よりも短くなるように設けた、基板を収容するシールド筐体とを具備している。

Description

無線装置

　本発明は、所定の周波数の電磁波を放射する電磁波放射源を含む高周波回路基板および当該高周波回路基板を収容するシールド筐体を備えた無線装置に関する。

　パソコン等電子機器の動作時に意図せず発生する雑音電磁波（放射ノイズ）を不要輻射と呼ぶ。不要輻射の発生は電磁干渉（ＥＭＩ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）の原因となる。このような放射ノイズに対して、国際規格であるＣＩＳＰＲ　２２では、３０ＭＨｚ～６ＧＨｚの周波数帯において放射限度値を定めている。

　従来、放射ノイズなどの不要輻射を抑制する手段として、電子機器の筐体内壁面に導体層を設けることが広く行われている（例えば、特許文献１）。筐体内壁面に形成される導体層は、たとえば、金属プレートの配設、導電性塗料の塗布、無電界めっき、真空蒸着など、用途に応じた方法で形成される。このように筐体内壁面に形成された導体層は、筐体内に配置される回路基板から放射されるノイズを遮断する電磁波シールドとして機能する。

特開２００２―３５９４８９公報（第５頁、第１図）

　しかしながら、導体層を設けた筐体内部に高周波無線通信用アンテナを内蔵した場合、当該導体層により、通信に使用する電波までもが遮断されてしまうため、本来の通信ができなくなるという問題がある。この場合、通信用電波の放射方向のみ導体層を取り除いて電磁シールドを部分的に除去することも考えられるが、除去された領域に対して新たな放射ノイズ対策が必要となるという問題が生じてしまう。

　本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、放射ノイズ等不要輻射の抑制効果を十分維持しながら高周波無線通信を可能とした無線装置を提供することを目的とする。

　上記した目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る無線装置は、電磁波を放射する電磁波放射源を含む高周波回路が形成された基板と、電磁波の偏波と直交する方向の長さが電磁波の２分の１波長である複数の開口を、該開口の中心間の距離が電磁波の１波長よりも短くなるように設けた、基板を収容するシールド筐体とを具備している。

　本発明によれば、放射ノイズ抑制効果を十分維持しながら高周波無線通信を可能とした無線装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る無線装置の全体構成を示す断面図である。第１の実施形態に係る無線装置におけるシールド筐体の電磁波放射部周辺を拡大して示す図である。第１の実施形態に係る無線装置におけるシールド筐体の開口部の一例を示す図である。第１の実施形態に係る無線装置におけるシールド筐体の開口部の計算モデルを示す図である。図４に示すシールド筐体の開口部の計算モデルによる計算結果を示す図である。第１の実施形態に係る無線装置におけるシールド筐体の開口部の他の例を示す図である。第１の実施形態に係る無線装置におけるシールド筐体の開口部の他の例を示す図である。第２の実施形態に係る無線装置の全体構成を示す断面図である。第２の実施形態に係る無線装置におけるシールド筐体の電磁波放射部周辺を拡大して示す図である。

　（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１に示すように、この実施形態の無線装置１は、誘電体材料を有する本体１５および本体１５の内壁面に形成された導体層２０を有するシールド筐体１０を具備している。シールド筐体１０は、電子部品３２や電磁波放射部品３４などの回路モジュールが配設された基板３０を収容する。本体１５は、箱状の形状を有しており、内部に基板３０を収容する空間および固定する突起部が形成されている。基板３０は、図示しないねじなどにより本体１５に固定される。

　本体１５は、シールド筐体１０の外観を形作るとともに、基板３０を保持する。導体層２０は、たとえば銅などの導体材料で構成され、基板３０および基板３０上の電子部品３２や電磁波放射部品３４などを包囲するように形成されている。すなわち、導体層２０は、基板３０上の電子部品３２や電磁波放射部品３４から放射される不要輻射を遮断するシールドとして機能する。加えて、導体層２０は、電磁波放射部品３４に対応する位置（電磁波放射部品３４が放射する電磁波の放射方向に対応する位置）に、複数のスリットや穴などが設けられている。以下、導体層２０に設けられた複数のスリットや穴などを電磁波放射部２２と呼ぶ。

　電磁波放射部２２は、シールド筐体１０の内壁をなす導体層２０に複数のスリットや穴などを形成してなり、電磁波放射部品３４が放射する所定の周波数の電磁波を通過させる。すなわち、導体層２０は、電磁波放射部品３４が放射する所定の周波数の電磁波（たとえば通信などに用いる所望の電磁波）を、電磁波放射部２２を介してシールド筐体１０の外部に放射するとともに外部から取り込み、当該所定の周波数の電磁波以外の不要輻射を遮断する。

　基板３０には、表面に電子回路を構成する導体層が形成されており、主面上に配置された電子部品３２や電磁波放射部品３４などと電気的に接続されている。電子部品３２は、たとえば集積回路部品や抵抗器、キャパシタなど電子回路を構成する機能要素である。電磁波放射部品３４は、たとえば、アンテナ素子、アンテナが内装された積層素子、アンテナ機能を有する集積回路素子などの機能要素である。基板３０は、これら電子部品３２や電磁波放射部品３４などにより、無線装置１の無線通信機能を発揮するように構成されている。

　図２に示すように、この実施形態の電磁波放射部２２は、シールド筐体１０の内壁をなす導体層２０上に、矩形形状に形成された複数のスリットを有している。電磁波放射部２２をなすスリットは、並行して配列され、電磁波放射部品３４が配置される位置に対応する導体層２０上の位置に形成される。スリットは、電磁波放射部品３４が放射する所望の周波数の電磁波を通過させる開口部として機能する。

　次に、図３を参照して、この実施形態の電磁波放射部２２について詳細に説明する。図３に示すように、この実施形態の電磁波放射部２２は、長さＡ１を所望の周波数の２分の１波長、幅を任意長とした矩形のスリット（スリット２２ａ～２２ｃ）を有している。スリット２２ａ～２２ｃは、それぞれ並行で周期的に形成されている。そして、電磁波放射部品３４が放射する電磁波の偏波が、スリットの長手方向（所望の周波数の２分の１波長としたＡ１方向）と直交する方向になるように、電磁波放射部２２および電磁波放射部品３４の位置を決定する。図３に示す例では、スリット２２ａ～２２ｃの垂直方向の長さＡ１を、通過させる電磁波の２分の１波長の長さとした場合、当該通過させる電磁波は水平偏波となる。すなわち、電磁波放射部品３４が放射する電磁波を水平偏波とする。

　開口部たるスリットの長さをこのような長さかつ位置関係に形成すると、開口部上で半波長基本モードの電磁界が励振されるため、所望の周波数を中心とした電磁波がシールド筐体を通過できるようになる。したがって、所望周波数前後の周波数帯において当該スリットを通過する電磁波の損失を抑えることができる。

　また、各スリットの長手方向の間隔Ｂ１（スリット２２ａおよび２２ｂそれぞれの中央を基準とした中心間の間隔）、および、各スリットの短辺方向の間隔Ｃ１（スリット２２ｂおよび２２ｃそれぞれの中央を基準とした中心間の間隔）は、いずれも１波長以下の長さとする。隣接するスリットの中心間隔Ｂ１、Ｃ１が１波長より長くなると、各スリット上の電磁界が打ち消し合う周波数が繰り返し現れ、電磁波放射部２２から放射される所望周波数の電磁波が減衰してしまう。そのため、各スリットの間隔Ｂ１、Ｃ１を所望周波数の１波長以下の間隔とすることが望ましい。

　（第１の実施形態のシミュレーション）
ここで、図４に示すように、導電面２０ａが無限の広さを持つものと仮定し、幅Ａｘ・長さＡｙのスリット２３ａ～２３ｄが周期的に当該導電面２０ａ上に形成されたモデルについて計算機シミュレーションを行った。所望の周波数における波長をλとすると、スリットの大きさはＡｘ＝０．２λ、Ａｙ＝０．５λ、隣接するスリットの中心距離Ｏｘは０．５λ、同じく中心距離Ｏｙは０．７λである。

　図５は、シミュレーション結果を示す図である。図５に示すように、６０ＧＨｚ～７５ＧＨｚの周波数帯において通過損失が１ｄＢ以下となっており、この周波数帯の電波が十分に通過可能であることがわかる。一方、６ＧＨｚ以下の周波数帯では、通過損失が２７ｄＢ以上となっており、低い周波数帯を中心とする放射ノイズなどの不要輻射を効果的に抑制できることがわかる。

　ＩＥＣ（国際電気標準会議）の特別委員会の一つであり、ＥＭＣ（電磁環境適合性：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）関連を扱うＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）が規定する国際規格ＣＩＳＰＲ２２では、情報技術装置からの放射ノイズ許容値を、最高６ＧＨｚまでと規定している。同様に、国内についても一般財団法人ＶＣＣＩ協会によってＣＩＳＰＲ２２とほぼ同様の規定が定められている。したがって、電磁波をシールドするシールド筐体の性能として、６ＧＨｚ以下の放射ノイズをいかに抑制するかが重要となる。

　図５に示す計算機シミュレーション結果によれば、例えば、電磁波放射部品３４が放射する電磁波の周波数を６０ＧＨｚとすると、電磁波放射部２２を介して所望の電磁波を十分に通過させながら、６ＧＨｚ以下の放射ノイズを十分に抑制可能であることを示しており、電磁波を選択的にシールドできることがわかる。

　（開口部の形状）
図２および図３に示す実施形態では、電磁波放射部２２は、矩形のスリット状の開口部を備え、電磁波放射部品３４が放射する所望の周波数の電磁波を選択的に通過させている。この開口部の形状は、通過させたい電磁波の偏波に応じて異なる形状とすることができる。

　前述の通り、図３に示す実施形態のスリット形状の開口部では、一辺の長さを電磁波放射部品３４が放射する所望の周波数の電磁波の波長の２分の１とし、当該所望の周波数の電磁波の偏波と直交する方向に形成している。すなわち、シールド筐体から外に放射する電磁波の偏波と直交方向に、２分の１波長の長さの開口部を形成すれば、所望の周波数の電磁波を選択的に通過させることが可能になる。

　たとえば、所望の電磁波の偏波が水平もしくは垂直偏波の場合、スリット２２の形状を、所望の周波数の２分の１波長の長さをもつ正方形形状とすれば、どちらの偏波の電磁波であっても通過させることができる。すなわち、それぞれ矩形形状の開口部の垂直もしくは水平の辺の長さを所望の周波数の波長の２分の１とすることで、その周波数を中心とした電磁波が通過できるようになる。なお、隣接する開口部の中心距離Ｂ１、Ｃ１を所望の周波数の波長より短くすることが望ましい。

　図６に示すのは、電磁波放射部品３４が互いに偏波が直交する二つの電磁波を放射する場合に好適な電磁波放射部１２２の例を示す図である。図６に示すように、この例の電磁波放射部１２２では、開口部１２２ａ～１２２ｃが十字形状を有している。すなわち、一辺が長さＡ２の矩形形状と一辺が長さＢ２の矩形形状を組み合わせた十字形状が導体層２０に形成される。

　たとえば、図６に示す電磁波放射部１２２を電磁波放射部品３４の対応位置の導体層２０上に形成しておく。長さＡ２およびＢ２を電磁波放射部品３４の放射する所望の電磁波の２分の１波長とし、電磁波放射部品３４が、水平偏波（Ａ２と直交方向）および垂直偏波（Ｂ２と直交方向）で放射可能であるものとすると、水平偏波・垂直偏波いずれの電磁波とも電磁波放射部１２２を通過させることができる。このとき、隣接する開口の中心距離Ｃ２、Ｄ２を所望の周波数の波長より短くすることが望ましい。

　図７に示すのは、電磁波放射部品３４が互いに偏波が直交する二つの電磁波を放射する場合に加えて、円偏波の電磁波をも放射する場合に好適な電磁波放射部２２２の例を示す図である。図７に示すように、この例の電磁波放射部２２２は、長軸がＡ３、短軸がＢ３の楕円形状２２２ａ～２２２ｃを持つ開口部を有している。

　たとえば、長軸Ａ３および短軸Ｂ３の長さを、電磁波放射部品３４が放射する所望の周波数の２分の１波長とすることで、任意の偏波、特に円偏波の電波が通過できるようになる。このとき、隣接する開口の中心距離Ｃ３、Ｄ３を所望の周波数の波長より短くすることが望ましい。

　なお、上記説明においては、同一周波数で異なる偏波をもつ複数の電磁波を通過させるものとして説明したが、これには限定されない。たとえば、スリットの長辺・短辺の長さを、それぞれ二つの周波数の電磁波の２分の１波長とし、電磁波放射部品３４が対応する長さのスリットと直交する偏波で二つの電磁波を放射するように構成すれば、異なる周波数の電磁波それぞれについて開口部を通過させることができる。図６に示す十字型や図７に示す楕円型の開口部の場合も同様であり、長さＡ２・Ｂ２や長軸Ａ３・短軸Ｂ３をそれぞれ対応する電磁波の２分の１波長とし、電磁波放射部品３４が対応する長さの矩形・軸方向と直交する偏波で二つの電磁波を放射するように構成すれば、異なる周波数について開口部を通過させることができる。

　（第２の実施形態）
次に、図８および図９を参照して、本発明の他の実施形態を説明する。この実施形態に係る無線装置２では、図１および図２に示す実施形態のシールド筐体の電磁波放射部を、導体層の複数の内壁面に形成している。そこで、図１および図２に示す実施形態と共通する要素について共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

　図８および図９に示すように、この実施形態の無線装置２は、誘電体材料などからなる本体１５および本体１５の内壁面に形成された導体層２１からなるシールド筐体１１を具備している。シールド筐体１１の内壁面をなす導体層２１は、電磁波放射部品３４に対応する位置に、電磁波放射部２２および２４を有している。

　電磁波放射部２２および２４は、導体層２１に複数のスリットや穴などを形成してなり、いずれも共通する構成・機能を有している。また、電磁波放射部２２および２４は、電磁波放射部品３４を包囲するように、シールド筐体１１の複数の主面上（壁上）に形成されている。すなわち、この実施形態に係るシールド筐体１１では、電磁波放射部２２および２４が、電磁波放射部品３４を包囲するように形成されるので、電磁波放射部品３４が放射する所望の電磁波の減衰と不要輻射とを抑えることができる。

　なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記実施形態では、シールド筐体が高周波回路要素を実装した基板を収容するものとして説明したが、これには限定されない。すなわち、シールド筐体は、コイル素子やキャパシタなどの高周波回路要素そのものを収容するものであってもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

　本発明は、電子機器製造業などにおいて利用することができる。

　１…無線装置、１０…シールド筐体、１５…本体、２０…導体層、２２…電磁波放射部、３０…基板、３２…電子部品、３４…電磁波放射部品。

Claims

　電磁波を放射する電磁波放射源を含む高周波回路が形成された基板と、
　前記電磁波の偏波と直交する方向の長さが前記電磁波の２分の１波長である複数の開口を、該開口の中心間の距離が前記電磁波の１波長よりも短くなるように設けた、前記基板を収容するシールド筐体と
を具備したことを特徴とする無線装置。
　前記シールド筐体は、前記電磁波の偏波と直交する方向の長さが前記電磁波の２分の１波長である矩形形状の複数の開口を設けたことを特徴とする請求項１記載の無線装置。
　前記シールド筐体は、前記電磁波の偏波と直交する方向の長さが前記電磁波の２分の１波長の長さを有する矩形の形状と、前記電磁波の偏波と同一の方向の長さが前記電磁波の２分の１波長の長さを有する矩形の形状とを直交させてなる十字型形状の複数の開口を設けたことを特徴とする請求項１記載の無線装置。
　前記シールド筐体は、前記電磁波の偏波と直交する方向の長さが前記電磁波の２分の１波長の長径または短径をもつ楕円形形状の複数の開口を設けたことを特徴とする請求項１記載の無線装置。
　前記シールド筐体は、前記電磁波放射源を囲うように配設された複数の壁部材を備え、
　前記複数の壁部材は、前記電磁波の偏波と直交する方向の長さが前記電磁波の２分の１波長である複数の開口を、該開口の中心間の距離が前記電磁波の１波長よりも短くなるようにそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１記載の無線装置。