(57)【要約】【課題】所定方向に指向性を持ちながらも、コストを抑え、また、複雑な調整の不要な無線通信装置を提供する。【解決手段】無線通信装置（１０１）が備えるチップアンテナ（１１）とＧＮＤパターン（７）を、いずれも使用波長の略１／４の長さと等しい長さに形成する。ＧＮＤパターン（７）が、チップアンテナ（１１）よりも導電性フレーム（１０９）の角部側に、かつ、使用波長の略１／２の長さと等しい距離だけ当該角部から導電性フレーム（１０９）の長手方向に離間した位置に配し、さらに、導電性フレーム（１０９）から絶縁する。上記構成により、特定方向に指向性を持たせることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップアンテナと、
当該チップアンテナに併置されたＧＮＤパターンと、
当該チップアンテナに接続された通信回路と、
角部を有する導電性フレームと、を備え、
当該チップアンテナと当該ＧＮＤパターンが、いずれも使用波長の略１／４の長さと等しい長さに形成してあり、
当該ＧＮＤパターンが、当該チップアンテナよりも当該角部側に、かつ、当該使用波長の略１／２の長さと等しい距離だけ前記角部から前記導電性フレームの長手方向に離間した位置に配してあり、さらに、当該導電性フレームから絶縁してある
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記チップアンテナと前記導電性フレームとの間に介在し、前記ＧＮＤパターンと導通する線状ＧＮＤが設けてある
ことを特徴とする請求項１に記載した無線通信装置。
【請求項３】
前記線状ＧＮＤが、前記チップアンテナの長手方向全長に渡って設けてある
ことを特徴とする請求項２に記載した無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パーソナルコンピューターやＰＤＡ等の無線通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピューター等の無線通信装置を用いた無線データー送受信システムがある。その典型例が、パーソナルコンピューター同士を結ぶ無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）である。無線ＬＡＮでは、たとえば、５ＧＨｚ帯の電波が使用されており、その送受信用のアンテナがパーソナルコンピューター等の無線通信装置に搭載されている。搭載されるアンテナは、一般にチップアンテナであってアンテナ実装基板に実装されている。
【０００３】
上記のアンテナ実装基板（チップアンテナ）を使って特定方向に強く電波を輻射したい場合、逆に、特定方向から来る電波だけを特に受信したい場合がある。すなわち、チップアンテナに指向性を持たせたい場合があり、そのような場合にこれまではアレイアンテナ（配列アンテナ）を用いていた。アレイアンテナとは、複数のチップアンテナを組合せて１組のアンテナとし、各チップアンテナの指向性を合成してアンテナ全体として特定方向への指向性を得ようとするアンテナのことである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数のチップアンテナを必要とするアレイアンテナは、単独のチップアンテナに比べて部品点数が多くコスト高であること、求める指向性を得る等のためのチップアンテナ間の調整が複雑であること等に問題がある。したがって、そのようなチップアンテナを搭載した無線通信装置も、コスト高になり、また、複雑な調整が必要となる。本発明が解決しようとする課題は、所定方向に指向性を持ちながらも、コストを抑えた、また、複雑な調整のいらないアンテナ実装基板を搭載した無線通信装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的達成のために鋭意研究を重ねた発明者は、単独のアンテナ実装基板（チップアンテナ）により、所定方向への指向性を持たせることに成功した。単独のアンテナ実装基板であれば、複数のアンテナ実装基板を必要とする場合に比べ、コスト高を抑え、また、複雑な調整を避けることができる。その詳しい構成については、項を改めて説明する。なお、何れかの請求項に係る発明の説明に当たって行う用語の定義等は、その性質上可能な範囲において他の請求項に係る発明にも適用されるものとする。
【０００６】
（請求項１に記載した発明の特徴）
請求項１に記載した発明に係る無線通信装置（以下、「請求項１の無線通信装置」という）は、チップアンテナと、当該チップアンテナに併置されたＧＮＤパターンと、当該チップアンテナに接続された通信回路と、角部を有する導電性フレームと、を備え、当該チップアンテナと当該ＧＮＤパターンが、いずれも使用波長の略１／４の長さと等しい長さに形成してあり、当該ＧＮＤパターンが、当該チップアンテナよりも当該角部側に、かつ、当該使用波長の略１／２の長さと等しい距離だけ前記角部から前記導電性フレームの長手方向に離間した位置に配してあり、さらに、当該導電性フレームから絶縁してある。チップアンテナのアンテナ構造に制限はないが、たとえば、ホイップアンテナ、逆Ｌアンテナ、逆Ｆアンテナ、その他の線状アンテナや面状アンテナが挙げられる。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ用アンテナ等も好適に用いることができる。
【０００７】
請求項１の無線通信装置を用いた発明者らの実験によれば、導電性フレームとチップアンテナ（アンテナ実装基板）との関係を、上記に示す関係にすることにより、その因果関係は解明中であるが導電性フレームの長さ方向（液晶画面とほぼ平行な方向）に指向性を認めることができた。単一のアンテナ実装基板（チップアンテナ）の導電性フレームへの取付位置を調整するだけで済むので、コストを抑え、複雑な調整をしなくても効率のよい通信を行うことができる。
【０００８】
（請求項２に記載した発明の特徴）
請求項２に記載した発明に係る無線通信装置（以下、「請求項２の無線通信装置」という）は、請求項１の無線通信装置であって、前記チップアンテナと前記導電性フレームとの間に介在し、前記ＧＮＤパターンと導通する線状ＧＮＤが設けてある。線状ＧＮＤはＧＮＤパターンと一体のものであってもよいし、別体のものであってもよい。前者の場合、たとえば、導電ペースト等を用いてＧＮＤパターンとともにパターン形成することができる。線状ＧＮＤの厚み（幅）寸法に制限はない。チップアンテナの厚みより薄くてもよいし厚くてもよい。
【０００９】
請求項２の無線通信装置によれば、線状ＧＮＤの働きにより、その因果関係は解明中であるが、チップアンテナが導電性フレームからの影響を減らすことができる。このため、チップアンテナと導電性フレームとの距離を短くすることができ、これがアンテナ実装基板の小型化に貢献する。さらに、導電性フレームの影響が少ないため、取付環境の変化があっても、安定した性能を出すことができる。
【００１０】
（請求項３に記載した発明の特徴）
請求項３に記載した発明に係る無線通信装置は、請求項２の無線通信装置であって、前記線状ＧＮＤが、前記チップアンテナの長手方向全長に渡って設けてある。
【００１１】
請求項３の無線通信装置によれば、請求項２の無線通信装置の作用効果に加え、チップアンテナと導電性フレームとの間に、長手方向において不足なく線状ＧＮＤが位置するので、導電性フレームから受ける影響をより確実に阻止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、各図を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図１は、パーソナルコンピューターの正面図である。図２は、図１に示すアンテナ実装基板の部分拡大図である。図３は、図２に示すアンテナ実装基板の斜視図である。図４は、図２に示すアンテナ実装基板の取付方向を変えたときの正面図である。図５乃至７は、アンテナの指向性を示す図である。
【００１３】
（無線通信装置の概略構造）
図１に基づいて、無線通信装置の一例であるパーソナルコンピューターについて説明する。パーソナルコンピューター１０１は、コンピューター本体１０３と、コンピューター本体１０３に対して開閉する表示部１０５と、を備えている。表示部１０５は、矩形の液晶画面１０７と、液晶画面１０７を包囲する金属フレーム（導電性フレーム）１０９と、を有している。導電性フレーム１０９は、アルミニウムのような金属により構成するのが一般的であるが、それ以外の導電性素材により構成することもできる。パーソナルコンピューター１０１は無線通信装置の一例であって、これ以外にも、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｉｄ）のような各種の無線通信装置がある。導電性フレーム１０９上面には、次に述べるアンテナ実装基板を取り付けてあり、この取付位置については、後述する。
【００１４】
（アンテナ実装基板の概略構造）
図１乃至３に示すように、アンテナ実装基板１は、矩形横長のセラミック又は合成樹脂製の基板３を備えている。基板３の一方の面（実装面５）上には、ＧＮＤパターン７とチップアンテナ１１とを金属フレーム１０９の長手方向に沿って併置してある。チップアンテナ１１の長さ（図２の横方向の長さ）は、共振周波数の波長（使用波長）のほぼ１／４の長さと等しい長さに設定してある。本実施形態ではチップアンテナ１１として誘電体アンテナを採用した。誘電体アンテナを採用したのは誘電体の持つ比誘電率の関係から比較的小型化に有利だからであるが、これ以外の形式のアンテナであってもよい。基板３の底辺６とチップアンテナ１１との間（底辺６に沿って）には、ＧＮＤパターン７と導通する線状ＧＮＤ９を形成することが好ましい。線状ＧＮＤ９の長さは、チップアンテナ１１の長さより長くするのが効果的である。チップアンテナ１１の全長に渡って線状ＧＮＤ９を介在させることにより、チップアンテナ１１が金属フレーム１０９の影響を受けにくくするためである。この点については、別項にて改めて説明する。ＧＮＤパターン７は、金属フレーム１０９とは直流的に接続しない、すなわち金属フレーム１０９から絶縁してある。接続すると、電気的に一体化した金属フレーム１０９の影響によりＧＮＤパターン７の電気的長さが変化してしまうからである。チップアンテナ１１は、同軸ケーブル１５を介してコンピューター本体１０３内に内蔵した通信回路（図示を省略）に接続してある。
【００１５】
ＧＮＤパターン７と線状ＧＮＤ９とは、実装面５上に導電ペーストを塗布することにより両者を一体に形成してあるが、この導電パターン以外の方法、たとえば、エッチング等の化学的な方法により形成してもよい。一体に形成した結果、線状ＧＮＤ９は、その一端（図２の右端）がＧＮＤパターン７に接続され、他端は実装面５の縁まで延びている。線状ＧＮＤ９は、上述した方法により一体に形成するのが製造の手間を少なくする点から便利であるが、事情に合わせて別体に構成してもよい。別体に構成する場合は、その一端をＧＮＤパターン７に接続して他端を開放しておく。さらに、線状ＧＮＤ９は、これを導電パターン以外の方法で形成してもよい。導電パターンの代わりに、たとえば、銅線のような線状ＧＮＤを実装面５上に設ける方法もある。金属フレーム１０９上面の長さ方向に沿う方向のＧＮＤパターン７の長さは、チップアンテナ１１の長さと同様に使用波長の４分の１の長さとほぼ等しい長さに設定してある。共振周波数の選定に何ら制限はないが、本実施形態では、無線ＬＡＮに使用可能な５ＧＨｚ帯を使用している。
【００１６】
チップアンテナ１１は、ＧＮＤパターン７側に位置する一方の端面１１ａと、この一方の端面１１ａの反対側に位置する他方の端面１１ｂと、を含む矩形に形成してあり、線状ＧＮＤ９の一端と反対側の他端９ａが、他方の端面１１ｂを通って底辺６に下ろした垂線Ｌ（図２、４参照）を横切るように形成してある。すなわち、チップアンテナ１１と底辺６との間には線状ＧＮＤ９しか存在しない状態に構成してある。因果関係は解明中であるが、線状ＧＮＤ９を設けることにより、チップアンテナ１１と金属フレーム１０９との結合を遮断し、これによりチップアンテナ１１（アンテナ実装基板１）を金属フレーム１０９上に設置した際の不安定さを取り除くことができる。すなわち、線状ＧＮＤ９を設けることにより、おそらく、金属フレーム１０９からチップアンテナ１１が孤立し、この孤立が、同じチップアンテナ１１を使用したときの金属フレームとの相対位置のズレによる特性変化を可及的に食い止めるからであると考えられる。
【００１７】
（アンテナ実装基板の取付位置）
次に、図２及び４を参照しながら、アンテナ実装基板１の取付位置について説明する。アンテナ実装基板１は、金属フレーム１０９の上面に、その実装面５を起立させた状態で設けてある。実装面５を起立させたのは、チップアンテナ１１と金属フレーム１０９との間に線状ＧＮＤ９を介在させるためである。図２に示すように金属フレーム１０９の水平部分の上面に取り付けてもよいし、図４に示すように垂直部分の上面（側面）に取り付けてもよい。このとき、アンテナ実装基板１が、金属フレーム１０９の上面終端、すなわち、角部とチップアンテナ１１との距離が使用波長の１／２の長さとほぼ等しくなる位置に配してある。アンテナ実装基板１の金属フレーム１０９への取付は、図示を省略した取付部材を介して行う。ただし、ＧＮＤパターン７と金属フレーム１０９とが直流的に接続されないようにする。チップアンテナ１１の金属フレーム１０９からの孤立を徹底するためである。
【００１８】
（実験結果）
図５乃至７に基づいて、金属フレーム１０９に取り付けたアンテナ実装基板１（チップアンテナ１１）の指向性について説明する。図５は、共振周波数５．４０ＧＨｚであって、ＧＮＤパターン７の長さを１５ｍｍ（λ／４）に設定し、チップアンテナ１１から金属フレーム１０９の角部までの距離が３０ｍｍ（λ／２）となるようにアンテナ実装基板１を取り付けたときの指向性の実測結果である。図６は、共振周波数５．３５ＧＨｚであって、ＧＮＤパターン７の長さを、同じく１５ｍｍ（λ／４）に設定し、チップアンテナ１１から金属フレーム１０９の角部までの距離をλ／２よりも短い２０ｍｍとしたときの指向性の実測結果である。図７は、共振周波数５．２ＧＨｚであって、ＧＮＤパターン７の長さをλ／４より長い２５ｍｍに設定し、チップアンテナ１１から金属フレーム１０９の角部までの距離が３０ｍｍとなるように取り付けたときの指向性の実測結果である。なお、各図において、１８０（ｄｅｇ）はパーソナルコンピューター１０１の液晶画面１０７の背面から垂直に離れる方向（図２の裏面から垂直に離れる方向）を示し、０（ｄｅｇ）は液晶画面１０７の表面から垂直に近づく方向（図２の表面から垂直手前方向）を示している。さらに、＋９０（ｄｅｇ）が図２の左方向（矢印Ｂ方向）を、−９０（ｄｅｇ）が同図の右方向（矢印Ｆ方向）を、それぞれ示している。なお、図５乃至７に示す何れの場合も、点線で示すパターン（ＴＸ−Ｖ）が垂直偏波の指向パターンであり、実線で示すパターン（ＴＸ−Ｈ）が水平偏波の指向パターンである。
【００１９】
まず、図５に示す指向性を比較検討すると、Ｆ方向の利得はＢ方向の利得に比べて１０ｄＢ以上大きくなっており、Ｆ方向の利得と、１８０（ｄｅｇ）方向及び０（ｄｅｇ）方向の利得と比べると、前者の方が８〜１０ｄＢ程度、後者より大きくなっている。図６に示す指向性には、図５に示す指向性に比べてＦ方向の指向性が２〜３ｄＢだけ窪んだ部分がある。したがって、図５に示す指向性のほうが、図６に示す指向性よりも好ましいものであることがわかる。図７に示す指向性は、ほぼ無指向性となっており、図５に示す指向性と比べると１０ｄＢ以上もフロントゲインが劣っていることがわかる。以上の比較検討から、図５に示す指向性を作り出す構成、すなわち、図２及び４に示すように、ＧＮＤパターン７の長さを共振波長のほぼλ／４に設定し、チップアンテナ１１と金属フレーム１０９との距離を共振波長のほぼλ／２となるようにアンテナ実装基板１を金属フレーム１０９に取り付けることが、特定方向への指向性を得る上で好ましいことがわかる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明に係る無線通信装置によれば、所定方向に指向性を持ちながらも、コストを抑え、また、複雑な調整を不要とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】パーソナルコンピューター（無線通信装置）の正面図である。
【図２】図１に示すアンテナ実装基板の部分拡大図である。
【図３】図２に示すアンテナ実装基板の斜視図である。
【図４】図２に示すアンテナ実装基板の取付方向を変えたときの正面図である。
【図５】アンテナの指向性を示す図である。
【図６】アンテナの指向性を示す図である。
【図７】アンテナの指向性を示す図である。
【符号の説明】
１              アンテナ実装基板
３              基板
５              実装面
６              底辺
７              ＧＮＤパターン
９              線状ＧＮＤ
１１              チップアンテナ
１０１              パーソナルコンピューター（無線通信装置）
１０３              コンピューター本体
１０５              表示部
１０７              液晶画面
１０９              金属フレーム（導電性フレーム）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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