(57)【要約】【課題】本発明の一実施形態に係る無線装置は、特定信号に対する集束効果を維持しつつ、不要信号に対する集束効果を抑える。【解決手段】本発明の一態様としての無線装置は、ＲＦ信号回路と、アンテナと、集束部と、を備える。集束部は、一方が電波を透過し、他方が電波を遮蔽するまたは電波の位相を変える、第１領域および第２領域を少なくとも有する。第１領域の形状は、アンテナからの平面視において、円形である。第２領域の形状は、アンテナからの平面視において、第１領域の直径を内径とする円環である。アンテナは、第１領域の円形の中心軸上にある。ＲＦ信号回路は、第１領域からの平面視において、第１領域の中心軸に対して非点対称である。ＲＦ信号回路の少なくとも一部は、中心軸に垂直であってＲＦ信号回路が存在する平面に対する第１領域の正射影内に含まれる。【選択図】図１
2018121126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号回路と、
アンテナと、
一方が電波を透過し、他方が電波を遮蔽するまたは電波の位相を変える、第１領域および第２領域を少なくとも有する集束部と、
を備え、
前記第１領域の形状が、前記アンテナからの平面視において、円形であり、
前記第２領域の形状が、前記アンテナからの平面視において、前記第１領域の直径を内径とする円環であり、
前記アンテナが、前記第１領域の前記円形の中心軸上にあり、
前記ＲＦ信号回路が、前記第１領域からの平面視において、前記中心軸に対して非点対称であり、
前記中心軸に垂直であって前記ＲＦ信号回路が存在する平面に対する前記第１領域の正射影内に、前記ＲＦ信号回路の少なくとも一部が含まれる
無線装置。
【請求項２】
前記アンテナと前記ＲＦ信号回路との間でＲＦ信号を伝送する伝送線路
をさらに備え、
前記第１領域からの平面視において、前記伝送線路が前記中心軸に対して非点対称である
請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
前記アンテナから前記第１領域へ向かう方向とは逆の方向に位置し、前記アンテナと対向するグランド面を有するグランド
をさらに備え、
前記第１領域および前記第２領域のうち、電波を遮蔽するまたは電波の位相を変える方の領域から前記グランド面へ向けた正射影が前記グランド面に含まれる
請求項１または２に記載の無線装置。
【請求項４】
前記アンテナから前記第１領域へ向かう方向とは逆の方向に位置し、前記アンテナと対向するグランド面を有するグランド
をさらに備え、
前記第１領域および前記第２領域のうち、電波を遮蔽するまたは電波の位相を変える方の領域と前記グランド面との、前記中心軸の方向における距離が、前記アンテナが送信または受信する電波の波長の半分の整数倍ではない
請求項１または２に記載の無線装置。
【請求項５】
前記第１領域と前記アンテナとの、前記中心軸の方向における距離が、前記アンテナが送信または受信する電波の波長の半分の整数倍ではない
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の無線装置。
【請求項６】
前記第１領域および前記第２領域のうち、電波を遮蔽するまたは電波の位相を変える方の領域を通過する電波に通過される前記集束部の領域が、誘電体により形成された１つの構造体である
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の無線装置。
【請求項７】
前記集束部において電波位相変化素材で形成された電波位相変化領域の、前記中心軸の方向における長さが、前記アンテナが送信または受信する電波の前記電波位相変化領域の内部における実効波長の１／４よりも短い
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の無線装置。
【請求項８】
前記第２領域の前記円環が存在する平面において、前記円環の内周が第１フレネルゾーンと第２フレネルゾーンとの境界に位置し、前記円環の外周が第２フレネルゾーンと第３フレネルゾーンとの境界に位置する
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の無線装置。
【請求項９】
前記集束部が、第３領域をさらに有し、
前記第１領域が電波を透過する場合は前記第３領域が電波を透過し、前記第１領域が電波を遮蔽するまたは電波の位相を変える場合は、前記第３領域が電波を遮蔽するまたは電波の位相を変え、
前記第３領域の形状が、前記アンテナからの平面視において、前記第２領域の外径を内径とする円環である
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フレネルゾーンプレートは、電波を集束させてエネルギー密度を増大するという集束効果を有する。ゆえに、フレネルゾーンプレートを正面方向に備えるアンテナ装置は、正面方向のアンテナ利得を向上することが知られている。これにより、フレネルゾーンプレートを備えるアンテナ装置は、フレネルゾーンプレートを備えないアンテナ装置に比べ、電波に含まれるＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号をより遠くまで送信することができる。
【０００３】
しかし、ＲＦ信号を処理するＲＦ信号回路とアンテナとの間の伝送損失を低減するために、ＲＦ信号回路とアンテナとの距離を近づけると、ＲＦ信号回路から発生してしまう電波についても、フレネルゾーンプレートにより集束される可能性がある。これにより、ＲＦ信号回路からの不要信号が増幅され、アンテナ周辺における干渉が増大されてしまうという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８５２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一実施形態に係る無線装置は、特定信号に対する集束効果を維持しつつ、不要信号に対する集束効果を抑える。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様としての無線装置は、ＲＦ信号回路と、アンテナと、集束部と、を備える。集束部は、一方が電波を透過し、他方が電波を遮蔽するまたは電波の位相を変える、第１領域および第２領域を少なくとも有する。第１領域の形状は、アンテナからの平面視において、円形である。第２領域の形状は、アンテナからの平面視において、第１領域の直径を内径とする円環である。アンテナは、第１領域の円形の中心軸上にある。ＲＦ信号回路は、第１領域からの平面視において、第１領域の中心軸に対して非点対称である。ＲＦ信号回路の少なくとも一部は、中心軸に垂直であってＲＦ信号回路が存在する平面に対する第１領域の正射影内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る無線装置の一例の斜視図。
【図２】図１の無線装置の平面図。
【図３】フレネルゾーンについて説明する図。
【図４】図１の無線装置の端面図。
【図５】集束部の他の一例を示す平面図。
【図６】不要な電波が集束部により集束される無線装置の構成の一例を示す図。
【図７】１つの構造体として誘電体により形成された集束部の一例を示す図。
【図８】第２の実施形態に係る無線装置のグランドの一例を示す図。
【図９】第２の実施形態に係る無線装置のグランドの変形例を示す図。
【図１０】第２の実施形態に係る無線装置のグランドの他の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る無線装置の一例の斜視図である。第１の実施形態に係る無線装置は、ＲＦ信号回路１１と、伝送線路１２と、アンテナ１３と、集束部１４と、を備える。集束部１４は、少なくとも第１領域１４１および第２領域１４２を有する。
【００１０】
また、図１の無線装置１は基板１５を備え、基板１５の上面に、ＲＦ信号回路１１と、伝送線路１２と、アンテナ１３と、が設置されているとする。しかし、基板１５は、第１の実施形態の構成要素の位置を説明するために便宜上示したでものあって、基板１５はなくともよい。例えば、基板１５が集束部１４の一部であってもよい。また、その他の構成要素が無線装置１に含まれていてもよい。
【００１１】
なお、第１領域１４１の円形の中心軸（図１の点線）と平行の方向を鉛直方向とする。また、直交座標系のＺ軸が鉛直方向を示す。ゆえに、ＸＹ平面は中心軸に垂直な水平面である。また、アンテナ１３から第１領域１４１へ向かう方向を上とする。
【００１２】
ＲＦ信号回路１１は、ＲＦ信号の送信、受信、または両方の処理を行う回路である。ＲＦ信号回路１１は、ＲＦ信号の処理を行うように構成されていればよく、公知の回路でよい。例えば、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：集積回路）により構成されていてもよい。
【００１３】
伝送線路１２は、ＲＦ信号を伝送する配線である。伝送線路１２は、ＲＦ信号回路１１とアンテナ１３との間でＲＦ信号を伝送するように構成されていればよい。
【００１４】
アンテナ１３は、ＲＦ信号に係る電波の送信、受信、または両方を行う。電波を送信する場合は、アンテナ１３は、ＲＦ信号回路１１から受け取ったＲＦ信号を電波に変換して、電波を空間に放射する。電波を受信した場合は、アンテナ１３は、受信された電波をＲＦ信号に変換し、伝送線路１２を介してＲＦ信号をＲＦ信号回路１１に送る。
【００１５】
アンテナ１３の種類は、特に限られるものではない。アンテナ１３が平面アンテナの場合は、例えば、パッチアンテナ、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、逆Ｆアンテナなどでもよい。アンテナ１３が平面アンテナ以外の場合では、例えば、チップアンテナ、誘電体アンテナ、導波管アンテナなどでもよい。なお、これらは例であり、アンテナ１３がこれらのアンテナに限定されるものではない。
【００１６】
集束部１４は、アンテナ１３が送信または受信する電波を集束させることにより、エネルギー密度を増大させるという集束効果を得るためのものである。そのため、集束部１４には、集束効果を得る領域があり、アンテナ１３から当該集束効果を得る領域への方向において、無線装置１のアンテナ利得が向上する。
【００１７】
集束部１４の第１領域１４１および第２領域１４２は、集束効果を得る領域である。第１領域１４１および第２領域１４２は、電波を透過する領域（電波透過領域）であるか電波を透過しない領域（電波非透過領域）であるかにより区別される。あるいは、電波透過領域であるか電波の位相を変化する領域（電波位相変化領域）であるかにより区別される。つまり、第１領域１４１および第２領域１４２のいずれか一方の領域は電波を透過する。そして、他方の領域が電波を遮蔽するまたは電波の位相を変える。
【００１８】
電波透過領域は、誘電体などの電波を透過する素材（電波透過素材）により構成されてもよい。あるいは、電波透過領域は、空気で構成されてもよい。つまり、電波透過領域は、集束部１４に設けられた貫通穴であってもよい。電波非透過領域は、金属などの電波を透過しない素材（電波非透過素材）で構成されればよい。電波非透過素材として金属を用いれば、信号が遮蔽される割合が高くなり、集束効果を高くすることができる。電波位相変化領域は、誘電体などの電波を透過しつつ電波の位相を変えることができる素材（電波位相変化素材）で構成されればよい。電波位相変化素材として誘電体を用いれば、電波非透過素材として金属を用いる場合よりも、集束部１４を軽量にすることができる。
【００１９】
第１領域１４１の形状は、アンテナ１３からの平面視において、円形である。第２領域１４２の形状は、アンテナ１３からの平面視において、第１領域１４１の直径を内径とする円環である。なお、平面視とあるが、実際には視認できなくてもよい。そして、アンテナ１３は、第１領域１４１の円形の中心軸上にある。
【００２０】
上記の特徴により、集束部１４の第１領域１４１および第２領域１４２はフレネルゾーンプレートと同様に機能する。フレネルゾーンプレートは、一般的に電波を透過する円環と、電波を遮蔽する円環とが交互に配置された構成を有する。但し、フレネルゾーンプレートの最も内側の領域の形状は円環ではなく円形である。
【００２１】
フレネルゾーンプレートにおいて、電波を透過する円環および電波を遮蔽する円環は、それぞれ第ｎ（ｎは１以上の整数）フレネルゾーンと第ｎ＋１フレネルゾーンに対応している。これにより、フレネルゾーンプレートは、自身を透過する電波とは逆位相である電波をブロックし、透過する電波を焦点（電波を受信する他の無線装置の位置）にて、無線電波を互いに強め合わせ、集束効果を得ることができる。
【００２２】
集束部１４は、集束効果を得る領域ではないその他の領域を有してもよく、集束部１４のその他の領域は、任意の構造であってよい。そのため、無線装置１の構造、用途などに応じて集束部１４は様々な構造を取り得る。例えば、図１では、集束部１４の上面の形状は円であるが、多角形でもよい。また、図１では、第２領域１４２の外周は、集束部１４の上面の外周よりも内側に存在するが、第２領域１４２の外周が集束部１４の上面の外周と一致していてもよい。
【００２３】
集束部１４の構造を、図１の例で説明する。図１に示された集束部１４は、中空の円柱と、円環状のプレート（円環プレート）と、により構成されている。当該円柱は、上面を有するが下面はなく、当該中空内にアンテナ１３が含まれるように設置されている。また、円柱の上面が円環プレートを有している。ここでは、円柱は電波透過素材で作られているとし、円環プレートは金属等の電波非透過素材で作られているとする。これにより、図１の例では、円環プレートの内円が第１領域１４１となり、円環プレート自身が第２領域１４２となる。そして、第１領域１４１が電波を透過し、第２領域１４２が電波を遮蔽（反射）する。
【００２４】
なお、アンテナ１３からの平面視において、第２領域１４２が第１領域１４１の直径を内径とする円環状であれば、第２領域１４２の鉛直方向の位置は特に限られない。円環プレートが円柱の上面の上側にあってもよいし、上面の下側にあってもよいし、上面の内部に含まれていてもよい。
【００２５】
図２は、図１の無線装置の平面図である。第１領域１４１の中心軸はアンテナ１３を通過するため、図２において、アンテナ１３は第１領域１４１の中心に存在する。また、図２に示すように、ＲＦ信号回路１１は、第１領域１４１からの平面視において、第１領域１４１の中心軸に対して非点対称となる。ＲＦ信号回路１１が中心軸に対して非点対称であると、ＲＦ信号回路１１からの不要な信号が集束効果を得ることを防ぐことができる。
【００２６】
上記の理由について、集束部１４による集束効果の原理とともに説明する。なお、以後では、アンテナ１３から電波を送信する場合を説明するが、アンテナ１３から電波を受信する場合の説明は同様であるため省略する。
【００２７】
図３は、フレネルゾーンについて説明する図である。アンテナ１３から図３の鉛直方向に放射された電波は波面状に進行する。この信号が進む範囲が複数の領域にて区別される。この各領域は、フレネルゾーンと称される。電波が直線に進んだ場合と比べて、焦点での光路差が電波の半波長以下である領域を第１フレネルゾーンと称する。つまり、光路差を記号Ｌ、電波の波長を記号λで表すと、Ｌ≦λを満たす領域が第１フレネルゾーンである。同様に、ｎを１以上の整数としたとき、光路差が当該波長の（ｎ−１）倍より大きく、当該波長のｎ倍以下となる範囲を第ｎフレネルゾーンと称する。つまり、（ｎ−１）×λ＜Ｌ≦ｎ×λを満たす領域が第ｎフレネルゾーンである。なお、フレネルゾーンは電波の放射方向を軸とした軸対称の領域である。
【００２８】
奇数番号のフレネルゾーン（ｎが奇数のフレネルゾーン）を進む信号と、偶数番号のフレネルゾーンを進む信号とは、位相が反転した関係であり相互に打ち消しあう関係である。そのため、奇数番号または偶数番号のフレネルゾーンに進行する電波を遮ることができれば、電波を打ち消す成分が減るため、集束効果を得ることができる。
【００２９】
例えば、第２フレネルゾーンを遮蔽すると、第２フレネルゾーンを進む電波による打消し成分が減るため、集束効果が得られる。同様に、第２と第４のフレネルゾーンを遮蔽すると、さらに集束効果が高まる。奇数番号のフレネルゾーンを遮蔽しても、同様の効果は得られる。例えば、第１と第３のフレネルゾーンを遮蔽すると、集束効果が得られる。
【００３０】
なお、集束効果は遮られた電波に応じて得られる。ゆえに、遮蔽対象とするフレネルゾーンを通過する電波を完全に遮らなくとも一部が遮られれば、遮られた電波に応じた集束効果は得られる。
【００３１】
図４は、図１の無線装置の端面図である。実線の矢印で示された電波２は、第２領域により反射される電波を示している。円環プレートの内円である第１領域１４１は、第１フレネルゾーンを通る電波を透過する。一方、円環プレート自身である第２領域１４２は第２フレネルゾーン内に含まれているため、第２フレネルゾーンを通過する電波が第２領域１４２により反射される。これにより、第２フレネルゾーンを通る電波の少なくとも一部が遮蔽される。したがって、図１の集束部１４は集束効果を得る領域を有し、図１の無線装置１は上方向のアンテナ利得を向上することができる。
【００３２】
なお、第２領域１４２が存在する水平面において、第２領域１４２の円環の内周が第１フレネルゾーンと第２フレネルゾーンとの境界に位置し、円環の外周が第２フレネルゾーンと第３フレネルゾーンとの境界に位置する場合、第２フレネルゾーンを通る電波全てが遮蔽されるため、集束効果が高くなる。
【００３３】
水平面において、フレネルゾーンの径方向の長さは、アンテナ１３との距離と、ＲＦ信号の波長とに基づく。したがって、対象とするＲＦ信号の波長に応じて、第２領域１４２のサイズおよび位置を定めればよい。例えば、ＲＦ信号の波長と、第２領域１４２の鉛直方向の位置とが定まれば、第２領域１４２の円環の幅（内径と外径との間の長さ）の許容範囲が定まる。
【００３４】
例えば、ＲＦ信号がマイクロ波であって第２領域１４２の円環の外径が２０ｃｍ程度の場合において、ＲＦ信号をミリ波に変えると、第２領域１４２の円環の外径は１０ｍｍ程度になる。したがって、ＲＦ信号がミリ波の場合のほうが、マイクロ波の場合よりも、第１領域１４１および第２領域１４２は小さくすることができる。
【００３５】
また、第１領域１４１および第２領域１４２の電波非透過領域のほうの領域と、アンテナ１３と、の鉛直方向における距離が、ＲＦ信号の波長の半分の整数倍ではないことが好ましい。当該距離がＲＦ信号の波長の半分の整数倍の場合、アンテナ１３からの電波が電波非透過領域により反射されることにより、アンテナ１３からの電波に対する定在波が発生する。したがって、電波非透過領域とアンテナ１３との距離が、ＲＦ信号の波長の半分の整数倍にはならない位置に、集束部１４を設置するとよい。これにより、定在波により集束効果が低減してしまう現象を回避することができる。
【００３６】
なお、上述の説明では、円柱が電波透過素材で作られ、円環プレートが電波非透過素材で作られていたという前提であったため、第１領域１４１が電波を透過し、第２領域１４２が電波を遮蔽した。しかし、第１領域１４１が電波を遮蔽し、第２領域１４２が電波を透過してもよい。例えば、円柱が電波非透過素材で作られているが、円柱の上面の円環の領域が電波透過素材で作られているとすると、第１領域１４１が電波を遮蔽し、第２領域１４２が電波を透過する。この場合においては、第２フレネルゾーンを通過する電波が受信先に到達する。そして、第１フレネルゾーンを通過する電波は遮蔽されているため、第２フレネルゾーンを通過する電波が集束効果を得られる。
【００３７】
このように、所望のフレネルゾーンを遮蔽するために、集束部１４は少なくとも第１領域１４１および第２領域１４２を有し、第１領域１４１および第２領域１４２のいずれか一方の領域が電波を透過し、他方の領域が電波を遮蔽する。
【００３８】
なお、上述の説明では、第１領域１４１または第２領域１４２が電波を遮蔽した。しかし、電波を遮蔽するのではなく、電波の位相を変化させてもよい。例えば、円柱が電波透過素材で作られ、円環プレートが電波位相変化素材で作られていてもよい。この場合では、第１領域１４１および第２領域１４２ともに電波を透過する。しかし、第１領域１４１を通過した電波および第２領域１４２を通過した電波の位相が反転の関係にはならないように、第１領域１４１および第２領域１４２の鉛直方向の長さを調整する。このように調整することにより、電波を打消す成分が減るため、電波が集束効果を得られる。
【００３９】
また、上記の場合、第１領域１４１を通過した電波と、第２領域１４２を通過した電波とが同じ位相になるように、第１領域１４１および第２領域１４２の電波が透過する方向の長さ（厚さ）を調節することが好ましい。これにより、第１領域１４１を通過した電波と、第２領域１４２を通過した電波と強め合う関係となり、集束効果をさらに強めることができる。
【００４０】
また、電波位相変化領域の角を丸くするように構成してもよい。電波位相変化領域の角が丸いことにより、角による電波の散乱を防ぐことができ、散乱により集束効果が弱まるという問題を低減することができる。
【００４１】
電波位相変化領域の鉛直方向の長さは、アンテナ１３が送信または受信する電波の電波位相変化領域内部における実効波長の１／４よりも短いことが好ましい。当該長さが実効波長の１／４となった場合、電波位相変化領域を通過する電波と、電波位相変化領域の境界面で反射してから通過する電波とが、逆相の関係となる。これにより、焦点において両電波が弱め合うため、集束効果が減少してしまう。また、電波位相変化素材を通過する距離が長いほど、通過する際の減衰が多くなり、ＲＦ信号の強度が弱くなる。したがって、当該長さを実効波長の１／４よりも短くすることにより、電波の強度の低減を防ぐことができる。
【００４２】
例えば、図４では、アンテナ１３からの電波は、第１領域１４１である貫通穴を通過する前に、集束部１４の一部分（円柱の上面）を通過するが、当該一部分が誘電体で形成されている場合、当該一部分の鉛直方向の長さが、ＲＦ信号の誘電体内部の実効波長の１／４よりも短いほうが好ましい。
【００４３】
なお、図４では第１領域１４１および第２領域１４２は、第１および第２のフレネルゾーンの電波の通過を調整したが、第１領域１４１および第２領域１４２のサイズを調整することにより、第３以降のフレネルゾーンの電波の通過を調整してもよい。例えば、第１領域１４１が第１から第３のフレネルゾーンの電波を透過し、第２領域１４２が第４フレネルゾーンの電波を遮蔽してもよい。この場合でも、第４フレネルゾーンの電波が第１および第３のフレネルゾーンの電波に与える影響を抑えるため、集束効果を得ることができる。
【００４４】
また、集束部１４が複数の円環状の領域を有してもよい。つまり、集束部１４は、集束効果を得る領域として、第１領域１４１および第２領域１４２以外の領域を有していてもよい。図５は、集束部の他の一例を示す平面図である。図５では、第１領域１４１および第２領域１４２に加えて、第３領域１４３および第４領域１４４が示されている。第３領域１４３の形状は、アンテナ１３からの平面視において、第２領域１４２の外径を内径とする円環である。第４領域１４４の形状は、アンテナ１３からの平面視において、第３領域１４３の外径を内径とする円環である。第３領域１４３および第４領域１４４も、電波透過領域、電波非透過領域、または電波位相変化領域であるかにより区別される。
【００４５】
集束効果を高めるために、第１領域１４１の径方向において、電波透過領域と、電波非透過領域または電波位相変化領域と、が交互に現れる。図５の例では、第１領域１４１および第３領域１４３は電波透過領域であり、第２領域１４２および第４領域１４４は電波非透過領域である。そして、第１領域１４１および第３領域１４３は奇数のフレネルゾーンの電波を透過し、第２領域１４２および第４領域１４４は偶数のフレネルゾーンの電波を遮蔽また位相を変えるようにする。
【００４６】
例えば、円環プレートＡが第２フレネルゾーンを通る電波を遮り、円環プレートＢが第４フレネルゾーンを通る電波を遮り、円環プレートＡと円環プレートＢとの間の隙間が第３フレネルゾーンを通る電波を通過させるように、円環プレートＡ、円環プレートＢおよび当該隙間のサイズを調整する。これにより、円環プレートが１つの場合よりも、上方向のアンテナ利得をより高くすることができる。
【００４７】
また、これまでの説明では、便宜上、ｎは１以上の整数としてきた。しかし、より一般化して、ｎを小数としてもよい。例えばｎが１．５の小数とすると、第１．５フレネルゾーンとは、光路差が波長×０．５から波長×１．５までの範囲を指すことになる。例えば第１．５フレネルゾーンだけを遮蔽する集束部１４をつくると、第０．５フレネルゾーン（光路差０から０．５波長までの成分）と、第２．５フレネルゾーンとが相互に強め合うことによって集束効果を得る。
【００４８】
第Ｍ（Ｍは１以上の整数）フレネルゾーンと、第（Ｍ＋２ｎ）フレネルゾーンといったように、２の整数倍を加えたフレネルゾーンを遮蔽することにより、さらに集束効果が得てもよい。前述の説明では、２つの円環プレートにより、第２のフレネルゾーンと、第４のフレネルゾーンを遮蔽するとした。しかし、第２のフレネルゾーンと、第６のフレネルゾーンを遮蔽するとしてもよい。
【００４９】
このように、光路差により、奇数番号のフレネルゾーンを進む信号と、偶数番号のフレネルゾーンを進む信号とが相互に打ち消しあう関係にあるため、集束効果が発生する。ゆえに、送信された電波が第１領域１４１の円形の中心軸上に対して対称であるとき、集束効果が最大になる。逆に、送信された電波が第１領域１４１の円形の中心軸に対して非対称であるときは、フレネルゾーンの位置がずれるため、集束効果は減少する。本実施形態では、この現象を利用し、アンテナ１３が中心軸上にあり、ＲＦ信号回路が中心軸に対して非点対称であるように配置する。
【００５０】
無線装置１はアンテナ１３から電波を発信するが、電流が流れるＲＦ信号回路１１からも微量の電波が発生する。このような集束不要な電波も集束効果を得てしまう可能性がある。
【００５１】
ＲＦ信号の波長が短い場合、例えばＧＨｚ単位のミリ波などでは、伝送線路１２における信号損失が大きくなるため、伝送線路１２が短い方が好ましい。しかし、伝送線路１２が短い、つまりＲＦ信号回路１１がアンテナ１３に近いと、不要な電波が集束部１４により集束される可能性がある。
【００５２】
図６は、不要な電波が集束部により集束される無線装置の構成の一例を示す図である。図６の例のように、ＲＦ信号回路１１がアンテナ１３と重なるように設置された場合、ＲＦ信号回路１１からの電波が第１領域１４１の円形の中心軸上に対して対称に送信される。したがって、ＲＦ信号回路１１からの電波が集束部１４により集束される。
【００５３】
しかし、本実施形態のＲＦ信号回路１１は、集束部１４の中心軸に対して非点対称である。ゆえに、ＲＦ信号回路１１からの電波が第１領域１４１の円形の中心軸上に対して対称に送信されない。したがって、ＲＦ信号回路１１からの電波が第１領域１４１および第２領域１４２により集束効果を得ることができない。
【００５４】
特に、図２に示すように、無線装置１の平面図においてＲＦ信号回路１１の少なくとも一部が第１領域１４１と重なっている場合、言い換えると、ＲＦ信号回路１１が存在する水平面に対する第１領域の正射影内にＲＦ信号回路１１の少なくとも一部が含まれる場合は、第１領域１４１を通過するＲＦ信号回路１１からの電波が多くなる。しかし、当該場合でも、ＲＦ信号回路１１からの電波は集束効果を得ることができないため、本実施形態はより有益である。
【００５５】
また、伝送線路１２からも電波が発信される。ゆえに、伝送線路１２も、第１領域からの平面視において、中心軸に対して非点対称であってもよい。これにより、伝送線路１２から放射される不要な電波についても、集約効果が得られるのを防ぐことができる。特に、図２に示すように、無線装置１の平面図において伝送線路１２の少なくとも一部が第１領域１４１と重なっている場合、言い換えると、伝送線路１２が存在する水平面に対する第１領域の正射影内に伝送線路１２の少なくとも一部が含まれる場合は、第１領域１４１を通過する伝送線路１２からの電波が多くなる。しかし、しかし、当該場合でも、伝送線路１２からの電波は集束効果を得ることができないため、本実施形態はより有益である。
【００５６】
以上のことから、アンテナ１３と、ＲＦ信号回路１１と、伝送線路１２とが、同一平面上に置かれている場合であっても、本実施形態の無線装置１は、アンテナ１３の電波を集束しつつ、ＲＦ信号回路１１または伝送線路１２からの不要電波の集束を防ぐことができる。
【００５７】
電波透過領域と、電波非透過領域、および電波移相領域の形成方法は、特に限られるものではない。例えば、電波透過素材と電波非透過素材とを接合して、第１領域１４１および第２領域１４２を形成してもよい。電波透過素材の表面に、電波非透過素材を被膜させることにより、第１領域１４１および第２領域１４２を形成してもよい。
【００５８】
集束部１４は、前述の通り、様々な構造をとり得る。例えば、図１において集束部１４の外形は円でなくともよく、多角形でもよい。また、図１の円柱と円環プレートのように、集束部１４が複数の構造体により構成されていてもよい。例えば、無線装置１に複数の柱が備えられており、当該柱に円環プレートが取り付けられていてもよい。また、第１領域１４１および第２領域１４２も複数の構造体により構成されていてもよい。例えば、２つのＵ字型のプレートが組み合わされて、１つの円環プレートが形成されてもよい。
【００５９】
集束部１４の無線装置１への固定方法は、特に限られるものではない。接着剤により固定されていてもよい。ねじ等で固定されていてもよい。集束部１４の一部を挟み込むまたはフックすることにより集束部１４を取付ける取付け部を無線装置１が備えていてもよい。集束部１４を取り外すことができる取付け部であれば、集束部１４の交換が可能となる。したがって、無線装置１の用途に応じて、アンテナ１３の特性を簡易に変えることができる。例えば、近傍の無線装置と無線通信を行う場合と、遠方の無線装置と無線通信を行う場合とで、用いられる集束部１４を変更してもよい。
【００６０】
また、集束部１４が１つの構造体により構成されていてもよい。例えば、電波位相変化素材として誘電体が用いられる場合に、集束部１４が誘電体により形成された１つの構造体でもよい。図７は、１つの構造体として誘電体により形成された集束部の一例を示す図である。
【００６１】
仮に、図４で示した集束部１４の円柱と円環プレートの両方が誘電体から形成されていても、円柱と円環プレートとの間に境界面が生じる。境界面では、同一素材であっても反射波が生じる可能性が高い。しかし、集束部１４が図７のような１つの立体構造体で構成されている場合、境界面がなく、境界面で生じる反射をなくすことができる。このように境界面がなくなることにより、効率的に信号を前方に送信することができ、集束効果を高めることができる。なお、この場合、第1領域および第２領域の鉛直方向の長さを調整することにより、第1領域を通過する電波と、第２領域を通過する電波との位相差を調整する。
【００６２】
なお、上記では、集束部１４の全体を誘電体で構成した。しかし、必ずしも集束部全てが誘電体により形成される必要はない。例えば、図７の集束部１４の側面は誘電体により形成される必要はない。第２領域を通過する電波に通過される集束部１４の領域が、誘電体により形成された１つの構造体であれば、第２領域を通過する電波が境界面に反射されることがない。ゆえに、図７の構造のときと同一の効果を得られる。そして、第２領域を通過する電波に通過されない集束部１４の領域は、誘電体である必要はない。
【００６３】
また、集束部１４の側面の一部に貫通穴が設けられてもよい。図７には、集束部１４の側面に設けられた貫通穴１４５が示されている。図７のように、貫通穴が透過対象であるフレネルゾーンに通じる場合、側面に貫通穴が設けられていない場合よりも、アンテナ利得を高めることができる。図７では、第１領域１４１は電波透過領域であり、奇数番号のフレネルゾーンの電波を透過させるとする。そして、貫通穴１４５が第５フレネルゾーンに通じている。ゆえに、図７に示された集束部１４は、側面に貫通穴を有していない集束部１４よりも集束効果が高い。このように、透過対象のフレネルゾーンに通じる貫通穴を有する構造体は、信号の減衰を減らし得る。
【００６４】
以上のように、本実施形態によれば、不要な電波を発生するＲＦ信号回路１１または伝送線路１２が第１領域１４１の中心軸に対して非点対称である。これにより、アンテナ利得が集束部１４により向上するが、不要な電波は集束部１４による集束効果を得ることができない。これにより、所望のＲＦ信号に対する集束効果を維持しつつ、無線装置１の周辺における不要な干渉を低減することができる。
【００６５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、無線装置が備えるグランドを考慮する。第１の実施形態と同様の点は、説明を省略する。
【００６６】
グランド１６は、アンテナ１３から第１領域１４１へ向かう方向とは逆の方向に存在する。つまり、グランド１６は、アンテナ１３よりも下に存在する。グランド１６のアンテナ１３と対向する面、つまり上面をグランド面と記載する。
【００６７】
グランドとはＲＦ信号の電位の基準であり、金属等の導体により形成される。そのため、グランドを伝わる電流により、電波が生じる場合もあり得る。また、集束部１４の電波非透過領域により反射された電波が、さらにグランド面により反射され得る。このように、グランド１６を備えた無線装置１は、グランド面からの電波が集束部１４により集束される可能性がある。
【００６８】
ゆえに、グランド面からの電波が集束部１４により集束されることを防ぐために、第２の実施形態のグランド１６は、ＲＦ信号回路１１と同様、第１領域からの平面視において、中心軸に対して非点対称とする。グランド面からの電波が、第１領域１４１の円形の中心軸上に対して非点対称に送信されるため、得られる集束効果が減少する。特に、第１領域１４１からグランド面へ向けた正射影の内部にグランド１６が含まれる場合は、第１領域１４１を通過するグランド１６からの電波が多くなるが、グランド１６からの電波は集束効果を得ることができず、有効である。
【００６９】
また、グランド１６は、第１領域１４１および第２領域１４２のうちの電波非透過領域のほうの領域からグランド面へ向けた正射影がグランド面に含まれるほどの大きさであってもよい。図８は、第２の実施形態に係る無線装置のグランドの一例を示す図である。図８は、無線装置１のグランド１６と円環プレート以外の構成要素を省略した平面図である。図８では、グランド面の内側に、第２領域１４２を示す黒色の円環が示されている。ゆえに、電波非透過領域からグランドへ向けた正射影はグランド面に含まれる。
【００７０】
図４にて示したように、アンテナ１３が第１領域１４１の中心軸上に存在するため、アンテナ１３の電波が電波非透過領域にて反射された場合、反射波は第１領域１４１の中心軸から離れる方向に進む可能性が高い。ゆえに、グランド面は電波非透過領域からグランド面へ向けた正射影よりも大きいほうが、反射波がグランド面よりも下に進行することをより防ぐことができる。
【００７１】
無線装置１は、複数のグランドを備えていてもよい。例えば、アンテナ１３、ＲＦ信号回路１１、伝送線路１２といった各構成要素に対し、グランドがそれぞれ設けられてもよい。なお、それぞれにグランドが設けられた場合、各グランドが電気的に接続されていてもよい。また、１つのグランドが分断されて複数のグランドに分けられているような構成でもよい。
【００７２】
図９は、第２の実施形態に係る無線装置のグランドの変形例を示す図である。図９では、第１グランド１６１と第２グランド１６２の２つのグランドが示されている。複数のグランドを備えている場合、複数のグランド面により構成された１つの集合面をグランド面とみなしてよい。つまり、第１領域１４１および第２領域１４２のうちの電波非透過領域から集合面へ向けた正射影が集合面に含まれていることがと好ましい。図６では、第１グランド１６１と第２グランド１６２の２つのグランドを合わせた領域に、第２領域１４２を示す黒色の円環が含まれているため、反射波がグランド面よりも下に進行することをより防ぐことができる。但し、グランド同士間の隙間は小さい方が好ましい。当該隙間が小さいほうが、集合面が一枚のグランド面で構成されている場合に近い効果が得られる。
【００７３】
グランド面は、アンテナ１３からグランド面の外周までの距離が一様ではないことが好ましい。言い換えると、グランド面の外形は、第１領域１４１の中心軸を中心とした円形ではないことが好ましい。例えば、グランド面の外形が多角形であってもよい。
【００７４】
アンテナ１３からグランド面の外周までの距離が一様であると、グランド面に特定の信号分布が生じてしまう。この信号分布により、集束部１４による集束効果が弱められる場合がある。このような問題を避けるためには、中心から外周までの距離がばらついているグランド面であることが好ましい。なお、無線装置１が複数のグランドを備えている場合は、複数のグランドにより構成された集合面が、第１領域１４１の中心軸を中心とした円形でないことが好ましい。
【００７５】
図１０は、第２の実施形態に係る無線装置のグランドの他の変形例を示す図である。図１０も、無線装置１が第１グランド１６１と第２グランド１６２の２つのグランドを備えている。無線装置１が第１グランド１６１と第２グランド１６２の間に円環状の隙間３がある。第１グランド１６１の外形は円形であるが、第２グランド１６２よりも外側にある第１グランド１６１の外形が六角形であるため、集合面の外形は六角形である。ゆえに、図１０に示す場合も、グランド面からの信号分布により、集束効果が弱められることを防ぐことができる。
【００７６】
また、第２の実施形態では、第１領域１４１および第２領域１４２のうちの電波非透過領域のほうの領域とグラント面との鉛直方向における距離が、ＲＦ信号の波長の半分の整数倍ではないことが好ましい。グラント面と電波非透過領域との距離がＲＦ信号の波長の半分の整数倍の場合、グラント面からの電波が電波非透過領域により反射されることにより、電波に対する定在波が発生する。したがって、電波非透過領域とグラント面との距離が、ＲＦ信号の波長の半分の整数倍ではない位置に、集束部１４があればよい。これにより、グラント面からの反射波がさらに電波非透過領域により反射されることにより、集束効果が低減してしまう現象を回避することができる。
【００７７】
以上のように、本実施形態によれば、グランド１６からの電波が集束部１４による集束効果を得ることができない。これにより、グランド１６からの電波による不要な干渉を低減することができる。これにより、所望のＲＦ信号に対する集束効果を維持しつつ、無線装置１の周辺における不要な干渉を低減することができる。
【００７８】
上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１  無線装置
１１  ＲＦ信号回路
１２  伝送線路
１３  アンテナ
１４  集束部（構造体）
１４１  第１領域
１４２  第２領域
１４３  第３領域
１４４  第４領域
１４５  貫通穴
１５  基板
１６  グランド
１６１  第１グランド
１６２  第２グランド
２  電波
３  隙間
【図１】
2018121126.tif 000003
【図２】
2018121126.tif 000004
【図３】
2018121126.tif 000005
【図４】
2018121126.tif 000006
【図５】
2018121126.tif 000007
【図６】
2018121126.tif 000008
【図７】
2018121126.tif 000009
【図８】
2018121126.tif 000010
【図９】
2018121126.tif 000011
【図１０】
2018121126.tif 000012