WO2020261511A1 - アンテナシステム - Google Patents

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WO2020261511A1
WO2020261511A1 PCT/JP2019/025713 JP2019025713W WO2020261511A1 WO 2020261511 A1 WO2020261511 A1 WO 2020261511A1 JP 2019025713 W JP2019025713 W JP 2019025713W WO 2020261511 A1 WO2020261511 A1 WO 2020261511A1
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antenna
housing
antenna system
thickness
reflected
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Inventor
一政 千種
Original Assignee
株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome

Definitions

  • the present invention relates to an antenna system.
  • Mobile devices and game devices that have a wireless communication function include an antenna system that includes an antenna and a housing that covers the antenna.
  • the radio waves radiated from the antenna are reflected on the surface of the housing, so that reflected waves are generated.
  • the reflected wave returned to the inside of the housing deteriorates the radiation characteristics of the antenna system. Therefore, it is a problem to reduce the reflected wave as much as possible.
  • the frequency shift of the S-parameter of the antenna is increased by increasing the distance between the antenna and the housing. It can be suppressed, and thus deterioration of antenna characteristics can be suppressed.
  • the wavelength is the same as the thickness of the housing, so the combined wave between the reflected waves generated on the upper and lower surfaces of the housing has an effect on the antenna characteristics. growing. Therefore, it is not possible to sufficiently suppress the reflected wave only by increasing the distance between the antenna and the housing.
  • the present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to suppress reflected waves generated in a housing and to improve the radiation characteristics of an antenna system.
  • the antenna system of a certain aspect of the present invention includes an antenna and a housing that covers the antenna.
  • the reflected wave on the upper surface of the housing and the reflected wave on the lower surface of the radio wave radiated from the antenna are substantially in opposite phase.
  • the present invention it is possible to suppress the reflected wave generated in the housing and improve the radiation characteristics of the antenna system.
  • FIG. 1C It is a figure which shows the structure of the antenna system which concerns on 1st Embodiment.
  • A is a perspective view
  • (b) is a cross-sectional view taken along the line AA'of (a)
  • (c) is an enlarged view of (b).
  • A is a view in which the housing is removed from FIG. 1 (a)
  • (b) is an enlarged view of (a). It is an enlarged view of the part of the housing of FIG. 1C.
  • FIG. 6 (a), and (b) is an enlarged view of (a).
  • It is a graph of the cumulative distribution function (CDF) of the gain of the antenna system when there is no housing, when the thickness of the housing is 1.3 mm, and when the thickness of the housing is 0.7 mm.
  • CDF cumulative distribution function
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing of the antenna system of another example of 3rd Embodiment. It is a top view of the antenna system which concerns on 4th Embodiment. It is sectional drawing of FIG. It is sectional drawing of the antenna system of another example of 4th Embodiment. It is sectional drawing of FIG. It is sectional drawing of the antenna system of another example of 4th Embodiment. It is sectional drawing of the modification of the antenna system of FIG. It is sectional drawing of the modification of the antenna system of FIG. It is sectional drawing of the modification of the antenna system of FIG.
  • FIG. 1 shows the configuration of the antenna system 1.
  • FIG. 2 shows the configuration of the antenna 10.
  • FIG. 2 shows the configuration of the antenna 10.
  • FIG. 2 (a) is a view in which the housing 11 is removed from FIG. 1 (a), and (b) is an enlarged view of (a).
  • the antenna system 1 includes an antenna 10 and a housing 11 that covers the antenna 10.
  • the antenna 10 is a planar patch antenna and has a frequency characteristic of 60.48 GHz.
  • the antenna 10 is configured on the surface of the printed circuit board 12.
  • the antenna 10 is provided with a feeding point 14 at the center of the front side of the antenna 10 in FIG. 2B.
  • the ground side of the printed circuit board 12 is connected to the metal heat radiating component 13.
  • the heat radiating component 13 is connected to a heat sink 15 extending under the antenna 10.
  • the housing 11 is made of ABS resin and has a relative permittivity of 3.7.
  • the housing 11 includes a lower surface 11d closer to the antenna 10 and an upper surface 11u farther from the antenna 10.
  • the thickness of the housing 11, that is, the distance between the upper surface 11u and the lower surface 11d is defined as D1.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion of the housing 11 in FIG. 1 (c).
  • a part of the radio wave radiated from the antenna 10 is reflected by the lower surface 11d of the housing 11, becomes a reflected wave W1, and returns to the inside of the housing.
  • a part of the radio waves radiated from the antenna 10 that has passed through the housing is reflected by the upper surface 11u of the housing 11 and becomes reflected waves W2 to return to the inside of the housing.
  • these two reflected waves strengthen or weaken each other. Specifically, the two reflected waves strengthen each other most when they are in phase with each other, and weaken most when they are out of phase with each other.
  • the difference ⁇ ⁇ 2- ⁇ 1 between the phase ⁇ 2 of the reflected wave W2 and the phase ⁇ 1 of the reflected wave W1 is It is represented by.
  • D1 is the distance between the upper surface 11u and the lower surface 11d
  • ⁇ r is the relative permittivity of the housing 11
  • ⁇ 0 is the wavelength of the radio wave radiated from the antenna 10.
  • CDF Cumulative Distribution Function
  • the curve when the thickness of the housing is 0.7 mm
  • the characteristics when the two reflected waves are in phase are the most deteriorated.
  • the curve of the CDF changes between the curve when the thickness is 0.7 mm and the curve when the thickness is 1.3 mm.
  • the housing 11 of the antenna system 1 in the present embodiment is adjusted to have a thickness of 1.3 mm. That is, the antenna system 1 is characterized in that the reflected wave on the upper surface 11u and the reflected wave on the lower surface 11d of the housing 11 of the radio wave radiated from the antenna 10 are substantially out of phase.
  • FIG. 6 shows the configuration of the antenna system 2 including the dipole antenna 16.
  • (a) is a perspective view
  • (b) is a sectional view taken along the line AA'of (a)
  • (c) is an enlarged view of (b).
  • FIG. 7 shows the configuration of the dipole antenna 16.
  • 7A is an enlarged view of FIG. 6A with the housing 11 removed from FIG. 6A
  • FIG. 7B is an enlarged view of FIG. 6A.
  • the antenna system 2 includes a dipole antenna 16 and a housing 11 that covers the antenna.
  • the other configurations of the antenna system 2 are the same as those of the antenna system 1 of FIG.
  • the dipole antenna 16 is composed of a linear conducting wire.
  • the dipole antenna 16 is connected to a feeding point 17 provided at the center of the right side of the printed circuit board 12 in FIG. 7B.
  • the dipole antenna 16 extends symmetrically from the feeding point 17 to the front side and the back side of FIG. 7B in parallel with the right side of the printed circuit board 12.
  • FIG. 8 shows the millimeter wave of FIG. 4 when there is no housing (short broken line), when the housing thickness is 1.3 mm (long broken line), and when the housing thickness is 0.7 mm (solid line). ),
  • the characteristics when the thickness of the housing is 1.3 mm and the two reflected waves are in opposite phase are close to the characteristics when there is no housing and are the best.
  • the thickness of the housing is 0.7 mm and the two reflected waves are in phase, the characteristics with a gain of ⁇ 10 dBi or more are particularly deteriorated.
  • the curve of the CDF is the curve when the thickness is 0.7 mm and the curve when the thickness is 1.3 mm. Changes between and.
  • the thickness of the housing 11 is adjusted to 1.3 mm, and the radio waves radiated from the dipole antenna 16 are reflected on the upper surface 11u of the housing 11 and reflected on the lower surface 11d.
  • the characteristics can be optimized by making the phases substantially opposite to each other.
  • the difference ⁇ between the phase ⁇ 1 of the reflected wave W1 and the phase ⁇ 2 of the reflected wave W2 is determined by the thickness D1 of the housing 11 and the relative permittivity ⁇ r . Therefore, by adjusting either one or both of the thickness D1 of the housing 11 and the relative permittivity ⁇ r , the reflected wave W1 and the reflected wave W2 can be substantially out of phase.
  • the antenna system according to the second embodiment includes an antenna and a housing covering the antenna, and the thickness or dielectric constant of the housing is a reflected wave of radio waves radiated from the antenna on the upper surface of the housing. And the reflected wave on the lower surface are adjusted so that they are substantially out of phase.
  • the thickness or dielectric constant of the housing which is a parameter, it is possible to suppress the reflected wave generated in the housing and improve the radiation characteristics of the antenna system.
  • FIG. 9 shows the configuration of the antenna 18 used in the antenna system 3.
  • the antenna 18 includes a plurality of patch antennas 10a, a plurality of dipole antennas 16, an antenna substrate 19, and an RF module 20.
  • the patch antenna 10a is configured in an array at the center of the surface of the antenna substrate 19.
  • the dipole antenna 16 is arranged at the end of the antenna substrate 19 in parallel with each side of the antenna substrate 19.
  • the RF module 20 is integrally configured with the antenna board 19 under the antenna board 19. Such antenna modules are widely used in the millimeter wave band.
  • Antenna 18 has directivity. That is, the radio wave radiated from the patch antenna 10a configured on the antenna 18 is most strongly propagated upward in the direction perpendicular to the antenna substrate 19 (the positive direction of the z-axis shown in FIG. 9B). The intensity decreases as the angle ⁇ formed by the propagation direction and the positive direction of the z-axis increases.
  • the radio wave radiated from the dipole antenna 16 arranged on the antenna 18 has a donut-shaped radiation pattern that is rotationally symmetric with respect to the axis of the antenna element. Therefore, the radio wave radiated from the dipole antenna 16 is strongest in the direction perpendicular to the axis of the antenna element in the substantially xy plane shown in FIG. 9A, and the propagation direction and the antenna element. It attenuates as the angle between the shaft and the shaft decreases.
  • FIG. 10 is a top view of the antenna system 3.
  • the antenna system 3 includes an antenna 18 and a housing 11 that covers the antenna 18.
  • the antenna 18 is installed inside the housing 11 near the center of the left and right sides of the antenna system 3.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG.
  • the antenna 18 is installed on a heat sink 15 provided inside the housing 11.
  • the housing 11 includes a first portion 11a having a thickness of D1 and a second portion 11b having a thickness of D2. D1> D2, and the first portion 11a protrudes from the second portion 11b inside the housing 11.
  • the first portion 11a is defined as a range in which the angle ⁇ formed by the propagation direction of the radio wave radiated from the antenna 18 and the positive direction of the z-axis satisfies 0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 0 .
  • the second part 11b is another part.
  • the first portion 11a is a portion in the direction in which the radio wave radiated from the antenna 18 has an intensity equal to or higher than the predetermined value.
  • the first portion 11a of the housing 11 includes a lower surface 11ad closer to the antenna 18 and an upper surface 11au farther from the antenna 18.
  • the thickness D1 is the distance between the upper surface 11au and the lower surface 11ad.
  • the thickness D1 is adjusted so that the reflected wave on the upper surface 11au and the reflected wave on the lower surface 11ad are substantially in opposite phase.
  • the thickness D2 is set to any suitable value.
  • the radiation characteristics of the antenna system 3 can be improved by adjusting the thickness of only the first portion 11a without adjusting the thickness of the entire housing 11. ..
  • the portion for adjusting the thickness of the housing to a part in this way, it is possible to obtain an advantage that the processing complexity and material cost associated with the adjustment of the thickness can be suppressed.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the antenna system 4, which is another example of the third embodiment. Similar to the antenna system 3 of FIG. 11, the antenna system 4 includes an antenna 18 and a housing 11 that covers the antenna 18.
  • the housing 11 includes a first portion 11c made of a material having a relative permittivity of ⁇ r 1 and a second portion 11d made of a material having a relative permittivity of ⁇ r 2.
  • the first portion 11c of the housing 11 includes a lower surface 11cd closer to the antenna 18 and an upper surface 11cu farther from the antenna 18.
  • the relative permittivity ⁇ r 1 is adjusted so that the reflected wave on the upper surface 11 cu and the reflected wave on the lower surface 11 cd have substantially opposite phases.
  • the relative permittivity ⁇ r 2 is set to any suitable value. Similar to the antenna system 3 of FIG. 11, the first portion 11c is defined as a portion in the direction in which the radio wave radiated from the antenna 18 has an intensity equal to or higher than a predetermined value. Other configurations of the antenna system 4 are the same as those of the antenna system 3.
  • the antenna system 4 also adjusts the relative permittivity ⁇ r 1 only in the first portion 11c without adjusting the dielectric constant of the entire housing 11 by taking a predetermined value sufficiently large to improve the radiation characteristics. Can be improved.
  • This embodiment is particularly effective when a material having a relative permittivity ⁇ r 1 is expensive.
  • the antenna system is adjusted by adjusting the thickness and dielectric constant of the housing in the direction in which the radio waves radiated from the antenna have an intensity equal to or higher than a predetermined value, not the entire housing. Radiation characteristics can be improved.
  • FIG. 13 is a top view of the antenna system 5 according to the fourth embodiment.
  • the antenna system 5 includes an antenna 18 and a housing 11 that covers the antenna 18.
  • the antenna 18 is installed inside the housing 11 near the upper left corner 22 of the antenna system 5.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG.
  • the antenna 18 is the same as the antenna 18 shown in FIG.
  • the antenna 18 is installed on a heat sink 15 provided inside the housing 11.
  • the housing 11 includes a first portion 11a having a thickness of D1 and a second portion 11b having a thickness of D2. D1> D2, and the first portion 11a protrudes from the second portion 11b inside the housing 11.
  • the first portion 11a is a portion near the antenna 18.
  • the second portion 11b is a portion far from the antenna 18. That is, the first portion 11a is the upper left surface, the left side surface, and the left lower surface of the housing 11 in FIG.
  • the second portion 11b is a right upper surface, a right side surface and a right lower surface of the housing 11 in FIG.
  • the patch antenna 10a has a directivity in the positive direction of the z-axis
  • the dipole antenna 16 has a directivity in the direction orthogonal to the antenna element axis. Therefore, the radio wave radiated from the antenna 18 is stronger on the left side of the housing 11 than on the right side. Therefore, the first portion 11a corresponds to the portion of the housing 11 where the radio wave radiated from the antenna 18 is strong.
  • the first portion 11a of the housing 11 includes a lower surface 11ad closer to the antenna 18 and an upper surface 11au farther from the antenna 18.
  • the thickness D1 is the distance between the upper surface 11au and the lower surface 11ad.
  • the thickness D1 is adjusted so that the reflected wave on the upper surface 11au and the reflected wave on the lower surface 11ad are substantially in opposite phase.
  • the thickness D2 is set to any suitable value.
  • the radiation characteristics of the antenna system 5 can be improved by adjusting only the thickness of the first portion 11a without adjusting the thickness of the entire housing 11. can do.
  • the portion for adjusting the thickness of the housing to a part in this way, it is possible to obtain an advantage that the processing complexity and material cost associated with the adjustment of the thickness can be suppressed.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the antenna system 6, which is another example of the fourth embodiment. Similar to the antenna system 5 of FIG. 14, the antenna system 6 includes an antenna 18 and a housing 11 that covers the antenna 18.
  • the housing 11 includes a first portion 11c made of a material having a relative permittivity of ⁇ r 1 and a second portion 11d made of a material having a relative permittivity of ⁇ r 2.
  • the first portion 11c of the housing 11 includes a lower surface 11cd closer to the antenna 18 and an upper surface 11cu farther from the antenna 18.
  • the relative permittivity ⁇ r 1 is adjusted so that the reflected wave on the upper surface 11 cu and the reflected wave on the lower surface 11 cd have substantially opposite phases.
  • the relative permittivity ⁇ r 2 is set to any suitable value.
  • the first portion 11c is defined as a portion in the vicinity of the antenna 18, similar to the antenna system 5 of FIG. Other configurations of the antenna system 6 are the same as those of the antenna system 5.
  • the antenna system 6 also adjusts the relative permittivity ⁇ r 1 only by the first portion 11c by setting the first portion 11c in a range sufficiently close to the antenna 18 so that the dielectric constant of the entire housing 11 is not adjusted. Therefore, the radiation characteristics can be improved.
  • This embodiment is particularly effective when a material having a relative permittivity ⁇ r 1 is expensive.
  • the radiation characteristics of the antenna system can be improved by adjusting the thickness and the dielectric constant of the housing in the vicinity of the antenna instead of the entire housing.
  • the antenna system according to the fifth embodiment includes an antenna and a housing covering the antenna, and the reflected wave of the radio wave radiated from the antenna on the upper surface and the lower surface of the housing. It is substantially out of phase with the reflected wave in.
  • the radio waves radiated from the antenna are millimeter waves.
  • Millimeter waves are radio waves used in 5th generation mobile communication systems (5G) and IEEE802.11ad, and are expected to be used more and more in the future.
  • the deterioration of the antenna characteristics can be suppressed by suppressing the frequency deviation of the S parameter of the antenna by increasing the distance between the antenna and the housing.
  • the combined wave between the reflected waves generated on the upper and lower surfaces of the housing has a large effect on the antenna characteristics, so it is sufficient to separate the antenna from the housing. Waves cannot be suppressed.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the antenna system 7, which is a modification of the antenna system 3 of FIG.
  • the first portion 11a having a thickness of D1 protrudes from the second portion 11b inside the housing 11.
  • the first portion 11a having a thickness of D1 protrudes from the second portion 11b outside the housing 11.
  • the first portion 11a can be formed by, for example, cutting out the housing 11 from the outside while improving the radiation characteristics, so that the processing can be facilitated.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the antenna system 8 which is a modification of the antenna system 5 of FIG.
  • the first portion 11a having a thickness of D1 protrudes from the second portion 11b inside the housing 11.
  • the first portion 11a having a thickness of D1 protrudes from the second portion 11b outside the housing 11.
  • the first portion 11a can be formed by, for example, cutting out the housing 11 from the outside while improving the radiation characteristics, so that the processing can be facilitated.
  • antenna system 1 antenna system, 2 antenna system, 3 antenna system, 4 antenna system, 5 antenna system, 6 antenna system, 7 antenna system, 8 antenna system, 10 antenna, 11 housing, 11u housing upper surface, 11d housing lower surface , W1 reflected wave, W2 reflected wave.
  • the present invention can be used for mobile devices and game devices equipped with an antenna covered with a housing, an access point of IEEE802.11ad, an antenna for a base station, and the like.

Abstract

アンテナシステム１は、アンテナ１０とアンテナ１０を覆う筐体１１とを備え、アンテナ１０から放射される電波の筐体１１の上面１１ｕでの反射波と下面１１ｄでの反射波とは実質的に逆位相である。筐体１１の厚みまたは誘電率は、アンテナ１０から放射される電波の筐体１１の上面１１ｕでの反射波と下面１１ｄでの反射波とが実質的に逆位相となるように調整されていてよい。アンテナ１０から放射される電波が所定の値以上の強度を持つ方向の筐体１１の厚みまたは誘電率は、アンテナ１０から放射される電波の筐体１１の上面１１ｕでの反射波と下面１１ｄでの反射波とが実質的に逆位相となるように調整されていてよい。アンテナ１０から放射される電波はミリ波であってよい。

Description

アンテナシステム
　本発明は、アンテナシステムに関する。
　無線通信機能を持ったモバイル機器やゲーム機器は、アンテナと当該アンテナを覆う筐体とを備えたアンテナシステムを含んでいる。
　このようなアンテナシステムでは、アンテナから放射された電波が筐体の表面で反射されることにより、反射波が発生する。筐体の内部に戻った反射波は、アンテナシステムの放射特性を悪化させる。従って反射波をできる限り低減することが課題となる。
　従来モバイル機器等で使用されてきた、筐体の厚さに比べて十分長い波長を用いるマイクロ波帯のアンテナシステムでは、アンテナと筐体との距離を離すことによってアンテナのＳパラメータの周波数ずれを抑えることができ、これによってアンテナ特性の劣化を抑制することができる。これに対し、今後活用が見込まれるミリ波等のアンテナシステムでは、波長が筐体の厚さと同等であるため、筐体の上面と下面で発生する反射波間の合成波がアンテナ特性に及ぼす影響が大きくなる。このため、アンテナと筐体との距離を離すだけでは十分な反射波の抑制ができない。
　本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、筐体で発生する反射波を抑制し、アンテナシステムの放射特性を改善することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様のアンテナシステムは、アンテナとアンテナを覆う筐体とを備える。アンテナから放射される電波の筐体の上面での反射波と下面での反射波とは実質的に逆位相である。
　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明によれば、筐体で発生する反射波を抑制し、アンテナシステムの放射特性を改善することができる。
第１実施形態に係るアンテナシステムの構成を示す図である。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ’断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の拡大図である。 第１実施形態のアンテナシステムに備えられるアンテナの構成を示す図である。（ａ）は図１（ａ）から筐体を取り外した図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 図１（ｃ）の筐体の部分を拡大した図である。 筐体の上面での反射波と下面での反射波の位相差のコサインの値を、筐体の厚みの関数としてプロットしたグラフである。 筐体がないとき、筐体の厚みが１．３ｍｍのときおよび筐体の厚みが０．７ｍｍのときの、アンテナシステムのゲインの累積分布関数（ＣＤＦ）のグラフである。 ダイポールアンテナを備えるアンテナシステムの構成を示す図である。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の拡大図である。 ダイポールアンテナ１６の構成を示す図である。（ａ）は図６（ａ）から筐体を取り外した図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 筐体がないとき、筐体の厚みが１．３ｍｍのときおよび筐体の厚みが０．７ｍｍのときの、アンテナシステムのゲインの累積分布関数（ＣＤＦ）のグラフである。 第３実施形態に使用するアンテナの構成を示す図である。（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 第３実施形態に係るアンテナシステムの上面図である。 図１０の断面図である。 第３実施形態の別の例のアンテナシステムの断面図である。 第４実施形態に係るアンテナシステムの上面図である。 図１３の断面図である。 第４実施形態の別の例のアンテナシステムの断面図である。 図１１のアンテナシステムの変形例の断面図である。 図１４のアンテナシステムの変形例の断面図である。
［第１実施形態］
　図１および２を参照して、第１実施形態に係るアンテナシステム１を説明する。図１に、アンテナシステム１の構成を示す。図１において、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ’断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の拡大図である。図２に、アンテナ１０の構成を示す。図２において、（ａ）は図１（ａ）から筐体１１を取り外した図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。アンテナシステム１は、アンテナ１０と、アンテナ１０を覆う筐体１１とを備える。アンテナ１０は平面状のパッチアンテナであり、６０．４８ＧＨｚの周波数特性を持つ。アンテナ１０は、プリント基板１２の表面上に構成される。アンテナ１０は、図２（ｂ）におけるアンテナ１０の手前側の辺の中央部に給電点１４が設けられる。プリント基板１２のグランド側は、金属製の放熱部品１３に接続される。放熱部品１３は、アンテナ１０の下に広がるヒートシンク１５に接続される。これにより、アンテナ１０で発生した熱は、ヒートシンク１５を通して放熱される。筐体１１はＡＢＳ樹脂で形成され、その比誘電率は３．７である。筐体１１は、アンテナ１０に近い方の下面１１ｄと、アンテナ１０から遠い方の上面１１ｕとを備える。ここで筐体１１の厚み、すなわち上面１１ｕと下面１１ｄとの間隔をＤ１とする。
　図３は、図１（ｃ）の筐体１１の部分を拡大した図である。アンテナ１０から放射された電波は、その一部が筐体１１の下面１１ｄで反射され、反射波Ｗ１となって筐体の内部に戻る。一方、アンテナ１０から放射された電波のうち筐体を透過したものは、その一部が筐体１１の上面１１ｕで反射され、反射波Ｗ２となって筐体の内部に戻る。反射波Ｗ１と反射波Ｗ２の位相差に応じて、これら２つの反射波は強め合ったり弱め合ったりする。具体的には２つの反射波は、互いに同位相のとき最も強め合い、互いに逆位相のとき最も弱め合う。反射波Ｗ２の位相Φ２と反射波Ｗ１の位相Φ１との差ΔΦ＝Φ２－Φ１は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 で表される。ここで、Ｄ１は上面１１ｕと下面１１ｄとの間隔、εｒは筐体１１の比誘電率、λ０はアンテナ１０から放射された電波の波長である。ｎを整数としたとき、式（１）で表されたΔΦが２ｎπを満たすとき、反射波Ｗ１と反射波Ｗ２とは同位相となる。一方、ΔΦが（２ｎ＋１）πを満たすとき、反射波Ｗ１と反射波Ｗ２とは逆位相となる。
　図４は、周波数６０．４８ＧＨｚ（波長４．９５７ｍｍ）のミリ波に関し、本実施形態の筐体（εｒ＝３．７）を用いたとき、式（１）で表される位相差のコサインの値を筐体の厚みＤ１の関数としてプロットしたグラフである。図示される通り、Ｄ１＝０．７ｍｍのときの点ａで２つの反射波は同位相となり、反射波の合成波は最大となる。一方、Ｄ１＝１．３ｍｍのときの点ｂで２つの反射波は逆位相となり、反射波の合成波は最小となる。すなわち、Ｄ１＝１．３ｍｍで２つの反射波が逆位相となるとき、筐体で発生する反射波は最も抑制される。
　図５は、図４のミリ波に関し、それぞれ、筐体がないとき（短い破線）、筐体の厚みが１．３ｍｍのとき（長い破線）および筐体の厚みが０．７ｍｍのとき（実線）の、アンテナシステム１のθ＝０°～６０°、φ＝０°～３６０°の範囲におけるゲインの累積分布関数（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ、以下「ＣＤＦ」という）のグラフである。筐体がないときの曲線は、アンテナ１０自体の基本特性を表している。筐体の厚みが１．３ｍｍのときの曲線で示されるように、２つの反射波が逆位相のときの特性は、基本特性に近く最も良好である。一方、筐体の厚みが０．７ｍｍのときの曲線で示されるように、２つの反射波が同位相のときの特性は最も劣化する。筐体の厚みを０．７ｍｍと１．３ｍｍとの間で変化させると、ＣＤＦの曲線は、厚み０．７ｍｍのときの曲線と厚み１．３ｍｍのときの曲線との間で変化する。
　以上の知見に基づき、本実施形態におけるアンテナシステム１の筐体１１は、厚みが１．３ｍｍとなるように調整されている。すなわち、アンテナシステム１は、アンテナ１０から放射される電波の筐体１１の上面１１ｕでの反射波と下面１１ｄでの反射波とが実質的に逆位相であることを特徴とする。
　アンテナは前述のパッチアンテナに限らず、他のタイプのアンテナ、例えばダイポールアンテナであってもよい。図６に、ダイポールアンテナ１６を備えるアンテナシステム２の構成を示す。図６において、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ’断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の拡大図である。図７に、ダイポールアンテナ１６の構成を示す。図７において、（ａ）は図６（ａ）から筐体１１を取り外した図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。アンテナシステム２は、ダイポールアンテナ１６と、当該アンテナを覆う筐体１１とを備える。アンテナシステム２のその他の構成は、図１のアンテナシステム１の構成を共通である。ダイポールアンテナ１６は、直線状の導線で構成される。ダイポールアンテナ１６は、図７（ｂ）におけるプリント基板１２の右側の辺の中央部に設けられた給電点１７に接続される。ダイポールアンテナ１６は、上記給電点１７から、上記プリント基板１２の右側の辺と平行に、図７（ｂ）の手前側と奥側に対称に延びる。
　図８は、図４のミリ波に関し、それぞれ、筐体がないとき（短い破線）、筐体の厚みが１．３ｍｍのとき（長い破線）および筐体の厚みが０．７ｍｍのとき（実線）の、アンテナシステム２のθ＝０°～９０°、φ＝０°～１８０°の範囲におけるゲインのＣＤＦのグラフである。図８でも、筐体の厚みが１．３ｍｍで２つの反射波が逆位相のときの特性は、筐体がないときの特性に近く最も良好である。一方、筐体の厚みが０．７ｍｍで２つの反射波が同位相のときは、特にゲインが－１０ｄＢｉ以上の特性が大きく劣化する。図５の場合と同様に、筐体の厚みを０．７ｍｍと１．３ｍｍの間で変化させると、ＣＤＦの曲線は、厚み０．７ｍｍのときの曲線と厚み１．３ｍｍとのときの曲線との間で変化する。
　従って図６のアンテナシステム２でも、筐体１１の厚みを１．３ｍｍに調整して、ダイポールアンテナ１６から放射される電波の筐体１１の上面１１ｕでの反射波と下面１１ｄでの反射波とを実質的に逆位相にすることにより、特性を最適化することができる。
　以上述べたように本実施形態によれば、筐体で発生する反射波を抑制し、アンテナシステムの放射特性を改善することができる。
［第２実施形態］
　式（１）に示されるように、反射波Ｗ１の位相Φ１と反射波Ｗ２の位相Φ２との差ΔΦは、筐体１１の厚みＤ１と比誘電率εｒとによって定まる。従って、筐体１１の厚みＤ１もしくは比誘電率εｒのいずれか一方、または両方を調整することにより、反射波Ｗ１と反射波Ｗ２とを実質的に逆位相にすることができる。これに基づき、第２実施形態に係るアンテナシステムは、アンテナと当該アンテナを覆う筐体とを備え、筐体の厚みまたは誘電率は、アンテナから放射される電波の筐体の上面での反射波と下面での反射波とが実質的に逆位相となるように調整されている。
　本実施形態によれば、パラメータである筐体の厚みまたは誘電率を調整することにより、筐体で発生する反射波を抑制し、アンテナシステムの放射特性を改善することができる。
［第３実施形態］
　図９および１０を参照して、第３実施形態に係るアンテナシステム３を説明する。図９に、アンテナシステム３に使用するアンテナ１８の構成を示す。図９において、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ’断面図である。アンテナ１８は、複数のパッチアンテナ１０ａと、複数のダイポールアンテナ１６と、アンテナ基板１９と、ＲＦモジュール２０とを備える。パッチアンテナ１０ａは、アンテナ基板１９の表面中央部にアレイ状に構成される。ダイポールアンテナ１６は、アンテナ基板１９の端部に、アンテナ基板１９の各辺と平行に配置される。ＲＦモジュール２０は、アンテナ基板１９の下部に、アンテナ基板１９と一体に構成される。このようなアンテナモジュールは、ミリ波帯で広く使われる。
　アンテナ１８は指向性を持つ。すなわち、アンテナ１８に構成されたパッチアンテナ１０ａから放射される電波は、アンテナ基板１９と直行する方向で上向き（図９（ｂ）に示されるｚ軸の正方向）に伝播するものが最も強く、伝播方向とｚ軸の正方向とのなす角θが増えるほど強度が減衰する。一方、アンテナ１８に配置されたダイポールアンテナ１６から放射される電波は、アンテナエレメントの軸に対して回転対称なドーナツ状の放射パターンを持つ。従って、ダイポールアンテナ１６から放射される電波は、図９（ａ）に示される略ｘ－ｙ平面内で、アンテナエレメントの軸と直行する方向に伝播するものが最も強く、伝搬方向とアンテナエレメントの軸とのなす角が減るほど減衰する。
　図１０は、アンテナシステム３の上面図である。アンテナシステム３は、アンテナ１８と、アンテナ１８を覆う筐体１１とを備える。アンテナ１８は、アンテナシステム３の左右中央付近２１で筐体１１の内部に設置される。
　図１１は、図１０のＡ－Ａ’断面図である。アンテナ１８は、筐体１１の内部に設けられたヒートシンク１５の上に設置される。筐体１１は、厚みがＤ１の第１部分１１ａと、厚みがＤ２の第２部分１１ｂとを備える。Ｄ１＞Ｄ２であり、第１部分１１ａは、筐体１１の内部で第２部分１１ｂから突出している。第１部分１１ａは、アンテナ１８から放射される電波の伝播方向とｚ軸の正方向とのなす角θが０≦θ≦θ０を満たす範囲として定められる。第２部分１１ｂは、その他の部分である。θ０は、アンテナ１８から放射される電波の強度が所定の値を持つ方向として定められる。例えば所定の値を最大強度（ｚ軸の正方向に伝播する電波の強度）の８０％としたとき、θ＝θ０の方向に伝播する電波は最大強度に対して８０％の強度を持つ。このとき第１部分１１ａは、アンテナ１８から放射される電波が当該所定の値以上の強度を持つ方向の部分となる。筐体１１の第１部分１１ａは、アンテナ１８に近い方の下面１１ａｄと、アンテナ１８から遠い方の上面１１ａｕとを備える。すなわち厚みＤ１は、上面１１ａｕと下面１１ａｄとの間隔である。ここで厚みＤ１は、上面１１ａｕでの反射波と下面１１ａｄでの反射波とが実質的に逆位相となるように調整されている。厚みＤ２は任意の好適な値に設定される。
　前述の所定の値を十分大きく取ることにより、筐体１１全体の厚みを調整しなくても、第１部分１１ａだけの厚みを調整することで、アンテナシステム３の放射特性を改善することができる。このように筐体の厚みを調整する部分を一部に限ることにより、厚みの調整に伴う加工の複雑さや材料コストを抑えることができるというメリットが得られる。
　図１２は、第３実施形態の別の例であるアンテナシステム４の断面図である。アンテナシステム４は、図１１のアンテナシステム３と同様に、アンテナ１８と、アンテナ１８を覆う筐体１１とを備える。筐体１１は、比誘電率がεｒ１の材料で構成される第１部分１１ｃと、比誘電率がεｒ２の材料で構成される第２部分１１ｄとを備える。筐体１１の第１部分１１ｃは、アンテナ１８に近い方の下面１１ｃｄと、アンテナ１８から遠い方の上面１１ｃｕとを備える。ここで比誘電率εｒ１は、上面１１ｃｕでの反射波と下面１１ｃｄでの反射波とが実質的に逆位相となるように調整されている。比誘電率εｒ２は任意の好適な値に設定される。第１部分１１ｃは、図１１のアンテナシステム３と同様に、アンテナ１８から放射される電波が所定の値以上の強度を持つ方向の部分として定められる。アンテナシステム４のその他の構成は、アンテナシステム３の構成と同様である。
　アンテナシステム４も、所定の値を十分大きく取ることにより、筐体１１全体の誘電率を調整しなくても、第１部分１１ｃだけで比誘電率εｒ１を調整することで、放射特性を改善することができる。この実施形態は、比誘電率εｒ１を持つ材料が高価な場合などに特に有効である。
　以上述べたように本実施形態によれば、筐体全体でなく、アンテナから放射される電波が所定の値以上の強度を持つ方向の筐体の厚みや誘電率を調整することにより、アンテナシステムの放射特性を改善することができる。
［第４実施形態］
　図１３は、第４実施形態に係るアンテナシステム５の上面図である。アンテナシステム５は、アンテナ１８と、アンテナ１８を覆う筐体１１とを備える。アンテナ１８は、アンテナシステム５の左上隅付近２２で筐体１１の内部に設置される。
　図１４は、図１３のＡ－Ａ’断面図である。アンテナ１８は、図９に示すアンテナ１８と同じものである。アンテナ１８は、筐体１１の内部に設けられたヒートシンク１５の上に設置される。筐体１１は、厚みがＤ１の第１部分１１ａと、厚みがＤ２の第２部分１１ｂとを備える。Ｄ１＞Ｄ２であり、第１部分１１ａは、筐体１１の内部で第２部分１１ｂから突出している。第１部分１１ａは、アンテナ１８の近辺の部分である。第２部分１１ｂは、アンテナ１８から遠方の部分である。すなわち第１部分１１ａは、図１４において、筐体１１の左上面、左側面および左下面である。一方第２部分１１ｂは、図１４において、筐体１１の右上面、右側面および右下面である。前述のようにアンテナ１８を構成するアンテナのうち、パッチアンテナ１０ａはｚ軸の正方向の指向性を持ち、ダイポールアンテナ１６はアンテナエレメント軸と直行する方向の指向性を持つ。従って、アンテナ１８から放射される電波は、筐体１１の左側の方が右側より強い。従って第１部分１１ａは、アンテナ１８から放射される電波が強いところにある筐体１１の部分に相当する。筐体１１の第１部分１１ａは、アンテナ１８に近い方の下面１１ａｄと、アンテナ１８から遠い方の上面１１ａｕとを備える。すなわち厚みＤ１は、上面１１ａｕと下面１１ａｄとの間隔である。ここで厚みＤ１は、上面１１ａｕでの反射波と下面１１ａｄでの反射波とが実質的に逆位相となるように調整されている。厚みＤ２は任意の好適な値に設定される。
　第１部分１１ａをアンテナ１８に十分近い範囲に定めることにより、筐体１１全体の厚みを調整しなくても、第１部分１１ａの厚みだけを調整することで、アンテナシステム５の放射特性を改善することができる。このように筐体の厚みを調整する部分を一部に限ることにより、厚みの調整に伴う加工の複雑さや材料コストを抑えることができるというメリットが得られる。
　図１５は、第４実施形態の別の例であるアンテナシステム６の断面図である。アンテナシステム６は、図１４のアンテナシステム５と同様に、アンテナ１８と、アンテナ１８を覆う筐体１１とを備える。筐体１１は、比誘電率がεｒ１の材料で構成される第１部分１１ｃと、比誘電率がεｒ２の材料で構成される第２部分１１ｄとを備える。筐体１１の第１部分１１ｃは、アンテナ１８に近い方の下面１１ｃｄと、アンテナ１８から遠い方の上面１１ｃｕとを備える。ここで比誘電率εｒ１は、上面１１ｃｕでの反射波と下面１１ｃｄでの反射波とが実質的に逆位相となるように調整されている。比誘電率εｒ２は任意の好適な値に設定される。第１部分１１ｃは、図１４のアンテナシステム５と同様に、アンテナ１８の近辺の部分として定められる。アンテナシステム６のその他の構成は、アンテナシステム５の構成と同様である。
　アンテナシステム６も、第１部分１１ｃをアンテナ１８に十分近い範囲に定めることにより、筐体１１全体の誘電率を調整しなくても、第１部分１１ｃだけで比誘電率εｒ１を調整することで、放射特性を改善することができる。この実施形態は、比誘電率εｒ１を持つ材料が高価な場合などに特に有効である。
　以上述べたように本実施形態によれば、筐体全体でなく、アンテナの近辺における筐体の厚みや誘電率を調整することによりアンテナシステムの放射特性を改善することができる。
［第５実施形態］
　第５実施形態に係るアンテナシステムは、第１実施形態に係るアンテナシステムと同様に、アンテナとアンテナを覆う筐体とを備え、アンテナから放射される電波の筐体の上面での反射波と下面での反射波とは実質的に逆位相である。アンテナから放射される電波はミリ波である。
　ミリ波は、第５世代移動通信システム（５Ｇ）やＩＥＥＥ８０２．１１ａｄで採用される電波であり、今後ますます利用が進むことが見込まれる。前述のように、マイクロ波帯のアンテナシステムでは、アンテナと筐体との距離を離すことによってアンテナのＳパラメータの周波数ずれを抑えることで、アンテナ特性の劣化を抑制することができた。これに対し、ミリ波帯のアンテナシステムでは、筐体の上面と下面で発生する反射波間の合成波がアンテナ特性に及ぼす影響が大きいため、アンテナと筐体との距離を離すだけでは十分な反射波の抑制ができない。本実施形態によれば、ミリ波帯のアンテナシステムの筐体で発生する反射波を抑制し、当該アンテナシステムの放射特性を改善することができる。
　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
［変形例１］
　図１６は、図１１のアンテナシステム３の変形例であるアンテナシステム７の断面図である。図１１のアンテナシステム３では、厚みがＤ１の第１部分１１ａは、筐体１１の内部で第２部分１１ｂから突出している。これに対し、図１６のアンテナシステム７では、厚みがＤ１の第１部分１１ａは、筐体１１の外部で第２部分１１ｂから突出している。本変形例によれば、放射特性の改善を実現しつつ、例えば筐体１１を外部から削り出すことにより第１部分１１ａを形成することができるので、加工を容易にすることができる。
［変形例２］
　図１７は、図１４のアンテナシステム５の変形例であるアンテナシステム８の断面図である。図１４のアンテナシステム５では、厚みがＤ１の第１部分１１ａは、筐体１１の内部で第２部分１１ｂから突出している。これに対し、図１７のアンテナシステム８では、厚みがＤ１の第１部分１１ａは、筐体１１の外部で第２部分１１ｂから突出している。本変形例によれば、放射特性の改善を実現しつつ、例えば筐体１１を外部から削り出すことにより第１部分１１ａを形成することができるので、加工を容易にすることができる。
　上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
　１　アンテナシステム、　２　アンテナシステム、　３　アンテナシステム、　４　アンテナシステム、　５　アンテナシステム、　６　アンテナシステム、　７　アンテナシステム、　８　アンテナシステム、　１０　アンテナ、　１１　筐体、　１１ｕ　筐体の上面、　１１ｄ　筐体の下面、　Ｗ１　反射波、　Ｗ２　反射波。
　以上のように本発明は、筐体で覆われたアンテナを備えたモバイル機器、ゲーム機器、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄのアクセスポイントや基地局用のアンテナなどに利用可能である。

Claims (5)

  1. 　アンテナと前記アンテナを覆う筐体とを備え、
    　前記アンテナから放射される電波の前記筐体の上面での反射波と下面での反射波とは実質的に逆位相であるアンテナシステム。
  2. 　前記筐体の厚みまたは誘電率は、前記アンテナから放射される電波の前記筐体の上面での反射波と下面での反射波とが実質的に逆位相となるように調整されている請求項１に記載のアンテナシステム。
  3. 　前記アンテナから放射される電波が所定の値以上の強度を持つ方向の前記筐体の厚みまたは誘電率は、前記アンテナから放射される電波の前記筐体の上面での反射波と下面での反射波とが実質的に逆位相となるように調整されている請求項１に記載のアンテナシステム。
  4. 　前記アンテナの近辺における前記筐体の厚みまたは誘電率は、前記アンテナから放射される電波の前記筐体の上面での反射波と下面での反射波とが実質的に逆位相となるように調整されている請求項１に記載のアンテナシステム。
  5. 　前記アンテナから放射される電波はミリ波である請求項１から４のいずれかに記載のアンテナシステム。
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