(57)【要約】【課題】送信用アンテナとして使用する場合、同程度の性能のアンテナを配置し、お互いに逆位相の信号を送信してヌルポイントを発生させることで近接の電子回路への電磁的影響から保護する機器内蔵用アンテナを提供する。【解決手段】小型アンテナと電子回路が近接して搭載される小型アンテナ搭載の基板において、電子回路のアンテナ出力端子を、２つの小型アンテナの入力端子に接続し、第２のアンテナからは第１のアンテナのサイドローブと逆位相のサイドローブを発生させ、互いのサイドローブを消すように配置する小型アンテナ搭載の基板である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
小型アンテナと電子回路が近接して搭載される小型アンテナ搭載の基板において、
前記電子回路のアンテナ出力端子を、２つの前記小型アンテナの入力端子に接続し、第２のアンテナからは第１のアンテナのサイドローブと逆位相のサイドローブを発生させ、互いのサイドローブを消すように配置することを特徴とする小型アンテナ搭載の基板。
【請求項２】
小型アンテナと電子回路が近接して搭載される小型アンテナ搭載の基板において、
前記電子回路のアンテナ出力端子を、２つの前記小型アンテナの入力端子に接続し、第２のアンテナからは第１のアンテナのサイドローブと逆位相のメインローブを発生させ、前記メインローブと前記第１のアンテナのサイドローブを消すように配置することを特徴とする小型アンテナ搭載の基板。
【請求項３】
前記電子回路のアンテナ出力端子を、分配器により分配し、分配した一方を前記第１のアンテナの入力端子に接続し、他方を移相器を介して前記第２のアンテナに接続し、前記第１のアンテナのサイドローブと逆位相のサイドローブを発生させ、互いのサイドローブを消すように配置することを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナ搭載の基板。
【請求項４】
前記電子回路のアンテナ出力端子を差動出力にし、前記差動出力の一方を前記第１の小型アンテナの入力端子に接続し、他方を前記第２のアンテナに接続し、前記第１のアンテナのサイドローブと逆位相のサイドローブを発生させ、互いのサイドローブを消すように配置することを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナ搭載の基板。
【請求項５】
前記電子回路のアンテナ出力端子を、前記第１の小型アンテナの入力端子に接続し、カプラから移相器を経て前記第２のアンテナに接続し、第１のアンテナのサイドローブと逆位相のメインローブを発生させ、前記メインローブとサイドローブを打ち消すように配置することを特徴とする請求項２に記載の小型アンテナ搭載の基板。
【請求項６】
小型無指向性アンテナと電子回路が近接して搭載される小型アンテナ搭載の基板において、
前記電子回路のアンテナ出力端子を、２つの前記小型無指向性アンテナの入力端子に接続し、第２の無指向性アンテナからは第１の無指向性アンテナの放射電力と逆位相の放射電力を発生させ、アンテナ間の放射電力を打ち消すように配置することを特徴とする小型アンテナ搭載の基板。
【請求項７】
前記電子回路のアンテナ出力端子を、分配器により分配し、分配した一方を前記第１の無指向性アンテナの入力端子に接続し、他方を移相器を介して前記第２の無指向性アンテナに接続し、前記第１の無指向性アンテナの放射電力と逆位相の放射電力を発生させ、アンテナ間の放射電力を打ち消すように配置することを特徴とする請求項６に記載の小型アンテナ搭載の基板。
【請求項８】
前記電子回路のアンテナ出力端子を差動出力にし、前記差動出力の一方を前記第１の無指向性アンテナの入力端子に接続し、他方を前記第２の無指向性アンテナに接続し、前記第１の無指向性アンテナの放射電力と逆位相の放射電力を発生させ、アンテナ間の放射電力を打ち消すように配置することを特徴とする請求項６に記載の小型アンテナ搭載の基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小型アンテナ搭載の基板に係わり、特には電磁的に減衰領域を発生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信技術を利用する各種の移動体機器に内蔵するアンテナが進歩し、小型アンテナが採用されるようになっている。ところが、アンテナを機器に内蔵する場合、電子回路の近辺にアンテナが設置されると、メインローブとともにサイドローブなどが発生し、電子回路に影響を電磁的な影響を与えてしまう。特に、ＲＦ（Radio Frequency）回路や制御回路や電源回路などにもサイドローブの影響により電気的特性が悪くなることがある。
【０００３】
例えば、ＲＦ信号と携帯機器などのセット内部で駆動する周波数は、近いのでアンテナから放射される電磁波信号により基板内部で誤動作が生じたり、基板からのノイズがＲＦ信号に重畳しＳＮ比低下等の不都合が生じる。
【０００４】
また、アンテナとＲＦ回路距離が短いと、十分なアイソレーションが取れないため正帰還ループが形成され、アンプが発振するなどの不都合が生じる。
特許文献１によれば、互いに補対の関係にある２つの自己補対型のアンテナ素子を、所定の方向を軸として一方のアンテナ素子を９０度回転させた状態で組み合わせる。それとともに、重ね合わせた状態のときに重なる位置に各アンテナ素子の給電点を設けることで、アンテナの周りにはほぼ放射に寄与する電界あるいは磁界成分のみが存在するようになる。
【０００５】
そのため放射されずにアンテナの周りに蓄えられる電界あるいは磁界エネルギーに寄与する電界あるいは磁界成分が最小となるので、全体としてアンテナの周りの電界あるいは磁界成分の総和が最小となる。
【０００６】
また、互いのアンテナ素子による前記所定の方向における電界ベクトルおよび磁界ベクトルが逆相となるように所定の位相差で給電することから、所定の方向を指向特性におけるヌルポイントとすることができる。そのため、その方向におけるアンテナ周りの電界あるいは磁界成分をほとんどゼロとすることができる提案がされている。
【０００７】
特許文献２によれば、２つの直行する直線軸に対してそれぞれの直線軸に対し軸対称な同一の導体パターンの２つの自己補対型の平面アンテナ素子を所定の関係で対向させて配置する。アンテナ素子の周りにほぼ放射に寄与する電界および磁界成分のみが存在するように動作させることができ、放射に寄与しない電界および磁界成分を最小化できる提案がされている。
【０００８】
また、２つのアンテナ素子への給電点を第１の直線軸上において対称な関係に設定し、所定の給電方法により給電することによって、アンテナからの第１の直線軸の方向に鋭いヌルポイントを設けることができる。そのため、その方向への放射に寄与する電界および磁界成分をゼロとすることができる。また、その放射方向においてさらに電界および磁界成分を減少させることができる。
【０００９】
さらに、２つの自己補対型のアンテナ素子を位置的に逆向きに配置した給電点に対して、各アンテナ素子の放射電界の位相が互いに電界を打ち消しあうような所定の位相差となるように給電することにより、第１の直線軸の方向にヌルポイントを設けることができる。そのため、アンテナ素子の周りのその特定の方向における電界および磁界成分をほとんどゼロとする提案がされている。
【００１０】
さらに、上記特許文献１、２によれば、実質的な性能劣化を伴うことなく、携帯通信機器の発する電磁波が人体の頭部に与える悪影響を最小限に抑えることができる提案がされている。
【特許文献１】特開２０００−２７８０３８号公報
【特許文献２】特開２０００−０７７９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、チップＩＣのような小型のパッケージに、アンテナ部品を搭載する場合、チップ形状の小型アンテナ等に、アンテナの種類が限定されてくる。また、パッケージを小さくするためアンテナ付近に変複調回路や制御回路などを設けて、ワンチップ化を効率よくしなければならない。
【００１２】
特許文献１、２に示されるようなアンテナの設置によれば、携帯機器などの装置レベルでの外界に対する余計な電磁波を低減できる。しかし、パッケージ内におけるチップ部品などに、近接する回路への影響を考慮した構成ではない。また、パッケージ内に設置したアンテナのサイドローブの影響を、同じチップ内に設けた他のアンテナのサイドローブを利用して、打消してヌルポイントを発生させるような構成ではない。
【００１３】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、送信用アンテナとして使用する場合、同程度の性能のアンテナを配置し、お互いに逆位相の信号を送信してヌルポイントを発生させることで近接の電子回路への電磁的影響から保護する機器内蔵用アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の態様のひとつである小型アンテナと電子回路が近接して搭載される小型アンテナ搭載の基板において、上記電子回路のアンテナ出力端子を、２つの上記小型アンテナの入力端子に接続し、第２のアンテナからは第１のアンテナのサイドローブと逆位相のサイドローブを発生させ、互いのサイドローブを消すように配置する構成とする。
【００１５】
本発明の態様のひとつである小型アンテナと電子回路が近接して搭載される小型アンテナ搭載の基板において、上記電子回路のアンテナ出力端子を、２つの上記小型アンテナの入力端子に接続し、第２のアンテナからは第１のアンテナのサイドローブと逆位相のメインローブを発生させ、上記メインローブと前記第１のアンテナのサイドローブを消すように配置する構成とする。
【００１６】
好適には、上記電子回路のアンテナ出力端子を、分配器により分配し、分配した一方を上記第１の小型アンテナの入力端子に接続し、他方を移相器を介して上記第２のアンテナに接続し、上記第１のアンテナのサイドローブと逆位相のサイドローブを発生させ、互いのサイドローブを消すように配置する構成としてもよい。
【００１７】
また、上記電子回路のアンテナ出力端子を差動出力にし、上記差動出力の一方を上記第１の小型アンテナの入力端子に接続し、他方を上記第２のアンテナに接続し、上記第１のアンテナのサイドローブと逆位相のサイドローブを発生させ、互いのサイドローブを消すように配置する構成としてもよい。
【００１８】
また好適には、上記電子回路のアンテナ出力端子を、上記第１の小型アンテナの入力端子に接続し、カプラから移相器を経て上記第２のアンテナに接続し、第１のアンテナのサイドローブと逆位相のメインローブを発生させ、上記メインローブとサイドローブを打ち消すように配置する構成としてもよい。
【００１９】
本発明の態様のひとつである小型無指向性アンテナと電子回路が近接して搭載される小型アンテナ搭載の基板において、上記電子回路のアンテナ出力端子を、２つの上記小型無指向性アンテナの入力端子に接続し、第２の無指向性アンテナからは第１の無指向性アンテナの放射電力と逆位相の放射電力を発生させ、アンテナ間の放射電力を打ち消すように配置する構成とする。
【００２０】
好ましくは、上記電子回路のアンテナ出力端子を、分配器により分配し、分配した一方を上記第１の無指向性アンテナの入力端子に接続し、他方を移相器を介して上記第２の無指向性アンテナに接続し、上記第１の無指向性アンテナの放射電力と逆位相の放射電力を発生させ、互いのサイドローブを消すように配置してもよい。
【００２１】
好ましくは、上記電子回路のアンテナ出力端子を差動出力にし、上記差動出力の一方を上記第１の無指向性アンテナの入力端子に接続し、他方を上記第２の無指向性アンテナに接続し、上記第１の無指向性アンテナの放射電力と逆位相の放射電力を発生させ、アンテナ間の放射電力を消すように配置してもよい。
【００２２】
上記構成により、送信用アンテナとして使用する場合、同じ性能のアンテナを対向配置し、お互いに逆位相のＲＦ信号を送信してヌルポイントを発生させることで各回路を電磁的に保護する。
【００２３】
また、逆位相信号生成方法としては送信信号処理を差動回路で行えば逆位相信号を得ることができる。
さらに、シングルエンド出力の回路の場合、位相回路を用いて逆位相信号を作りだすことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、複数設置されたアンテナの不要な放射電力を、打ち消すように各アンテナへ送る信号の位相を制御することにより、機器内部または外部への不要放射の影響を低減させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
（実施例１）
図１はＲＦ回路の出力がシングルエンドの場合の構成例を示した図である。基板１（携帯電話などに使用するＩＣパッケージ）には、ＲＦ回路２、移相器３、分配器４、アンテナＡ５（第１のアンテナ）、アンテナＢ６（第２のアンテナ）などの部品が実装されている。ＲＦ回路２の出力はシングルエンド出力であり、その出力は分配器４に接続される。分配器４の出力は、アンテナＡ５、アンテナＢ６に接続され、どちらか一方のアンテナと分配器４の間には移相器３が接続されている。
【００２６】
移相器３は、位相制御をするために、可変移相器などを用いる。例えば、低周波数では集中定数型（チップ部品等）、高周波数では線路長やランゲカプラを使用することができる。ここで、送信波形が複雑な場合、移相器３を通る経路と、移相器３を通らない経路で、各アンテナ入力までの遅延を調整する必要がある。そのとき遅延を同じにするには、例えば、受動素子（Ｌ、Ｃ）フィルタ、または遅延線路を用いる。
【００２７】
次に、各アンテナは動作時に、メインローブ７、８とメインローブ７、８の各サイドローブ９（同図では略同じサイドローブの場合である）を発生する。送信用アンテナとして使用する場合、同じ性能のアンテナを対向配置し、お互いに逆位相のＲＦ信号を送信し、互いのサイドローブにより減衰領域（ヌルポイントなど）を発生させることで、各回路を電磁的に保護する。
【００２８】
図２はそのときの波形を示した図である。図２の縦軸に振幅、横軸に位相角を示している。アンテナＡ５のサイドローブ（バックローブを含む）とアンテナＢ６のサイドローブ（バックローブを含む）が移相器によって１８０度反転している。そのため、サイドローブは互いに打ち消しあい、合成波（グラフ上の△）は約０振幅になる。
（実施例２）
図３は、ＲＦ回路２出力が差動出力の場合の構成例を示した図である。基板１には、ＲＦ回路２、アンテナＡ５（第１のアンテナ）、アンテナＢ６（第２のアンテナ）などの部品が実装されている。ＲＦ回路２の出力は差動出力１０、１１であり、その出力の一方（差動出力１０）をアンテナＡ５、その他（差動出力１１）をアンテナＢ６に接続する（差動出力はＦＥＴ（トランジスタなど）の出力）。
【００２９】
このように接続することで逆位相の信号を移相器３なしで供給することができる。つまり、自動的に１８０度位相シフトした信号が取り出せる。また、完璧に位相差を補償できなくてもアンテナからアンプへのフィードバックが利得０ｄＢ以下になれば異常発振させないという目的は達せられる。
【００３０】
次に、各アンテナは動作時に、メインローブ７、８とメインローブ７、８の各サイドローブ９（同図では略同じサイドローブの場合である）を発生する。送信用アンテナとして使用する場合、同じ性能のアンテナを対向配置し、お互いに逆位相のＲＦ信号を送信し、互いのサイドローブにより減衰領域（ヌルポイントなど）を発生させることで、各回路を電磁的に保護する。
（実施例３）
図４はアンテナの指向性を片側からのみとする場合の構成例を示した図である。基板１には、ＲＦ回路２、移相器３、アンテナＡ５（第１のアンテナ）、アンテナＢ６（第２のアンテナ）、カプラ１２などの部品が実装されている。
【００３１】
カプラ１２は、主線路の一部から信号を拾い出し、指向性のある主アンテナ５に対してサイドローブ９は信号レベルが小さいため、このサイドローブ９を打ち消すためには主アンテナ５への給電電力のごく一部が得られれば十分である。また、この方式を採用することで主アンテナＡ５へ送信電力の大部分を割り当てることができる。
【００３２】
また、高周波回路であれば、方向性結合器やハイブリッドなどを使用する。低周波数の場合は抵抗分圧で入力部を構成する。
ＲＦ回路２の出力はシングルエンド出力で、アンテナＡ５に接続される。アンテナＢ６にはカプラ１２から信号を受信し、移相器３で位相反転をした信号が供給される。
【００３３】
次に、各アンテナは動作時に、メインローブ７、サイドローブ９を発生する。本例の場合は、アンテナＡ５のサイドローブを、アンテナＢ６のメインローブで、打消し合うように、減衰領域（ヌルポイントなど）を発生させることで、各回路を電磁的に保護する。  
（実施例４）
図５（ａ）はセット内部のアンテナによるサイドローブキャンセルを示した図である。基板１には、ＲＦ回路２、移相器３、主アンテナＡ５（第１のアンテナ）、妨害アンテナＢ６（第２のアンテナ）、カプラ１２などが実装されている。
【００３４】
実施例３と同様に主アンテナＡ５のサイドローブ１３を妨害アンテナＢのメインローブ１４（キャンセル波）でキャンセルする。
上記実施例３を利用して、図５（ｂ）に示すように、人体へ影響する電磁波をキャンセルする。
【００３５】
また、受信用アンテナとして使用する場合は、相互に切替を行いダイバーシチアンテナとして機能させることで信号品質の良い条件で受信を行う。
また、小型アンテナ以外ではパターンアンテナ（基板上にレイアウトするアンテナ）が適用できる。あるいは、位相合成により、セット内部で発生するノイズ源にヌルポイントを向くようにアンテナ指向性を調整する。
（実施例５）
上記実施例の効果確認を行うためのシミュレーションモデルについて説明する。図６にシミュレーションモデルの寸法を示す。パターンはＣｕ相当の導電体（σ＝５８ＭＳ／ｍ）を設定した。基板７１はアルミナ相当の比誘電率（εr＝１０）を設定している。
【００３６】
本例ではメインローブとサイドローブの相互の影響について考慮していないようであるが、出力される電波の方向と電力を決めることで上記実施例の効果を確認している。
図７にシミュレーションモデルとして基板上に搭載した２個のアンテナ７２、７３に同相給電を実施した場合を図７（a）に示す。図７（b）にはインプットポート７４（Input Port）からアンテナ７３までのパターンをアンテナ７２までのパターンより長くし、アンテナ７２と７３の出力位相差が１８０°になるようにした場合（逆相給電モデル）の例である。同図の点線範囲７５のパターンにより位相が１８０°ずれる。
【００３７】
なお、今回のシミュレーションでは解析リソース節約のため、パッチアンテナを用いて解析を行った。
給電方法の違いによるアンテナ間リーク電力の変化の効果を図８に示す。図７（ａ）、（ｂ）のインプットポート（Input Port）からアンテナ（ANT）へ給電を行い、プローブ（Probe）にてアンテナ間への信号リーク量を計算した結果である。実際にはプローブを中心として回路（ＲＦ回路など）が設置されている。
【００３８】
図８より、同じ信号レベルでも給電電力に位相差を持たせることでアンテナ間の信号リーク量を低減することができる。シミュレーション結果では、逆相給電を行うことで４．６５〜４．８５ＧＨｚにおいて約１０（ｄＢ）のリーク量低減が確認された。なお、同図のグラフには縦軸にリーク量（ｄＢ）を、横軸に周波数（ＧＨｚ）を示している。
【００３９】
本発明により小型パッケージに納められた送信モジュール（送受信モジュール）へのアンテナ搭載が可能となる。設計上の利点としては下記が挙げられる。小型送信機器内部へのアンテナ搭載自由度向上送信出力向上する。
【００４０】
また、１チップ送信ＩＣやＳＩＰなどの小型モジュールに対し本発明で提案する逆相給電アンテナ構造を適用することで、アンテナ間のリーク電力を低減させることが可能となり従来より送信出力を向上させることが可能となる。
【００４１】
またアイソレーション向上にともない電磁シールドの簡略化、削除により高密度配置が可能となるため伝送線路短縮による損失の低減、外部とのカップリング低減、ＲＦブロックの切り分け、高密度実装等の利点が生じることで設計自由度が向上する。
【００４２】
以下実施例では平面アンテナを利用しているが、高誘電率、透磁率材料を利用したチップタイプアンテナを用いることでさらに周波数の低いアプリケーションへの適用も可能である。
（実施例６）
図９はＲＦ回路９２の出力がシングルエンドで無指向性アンテナを２個用いたの場合の構成例を示した図である。基板９１（携帯電話などに使用するＩＣパッケージ）には、ＲＦ回路９２、移相器９３、分配器９４、第１の無指向性アンテナ９５、第２の無指向性アンテナ９６などの部品が実装されている。ＲＦ回路９２の出力はシングルエンド出力であり、その出力は分配器９４に接続される。分配器９４の出力は、第１の無指向性アンテナ９５、第２の無指向性アンテナ９６に接続され、どちらか一方のアンテナと分配器９４の間には移相器９３が接続されている。
【００４３】
移相器９３は、位相制御をするために可変移相器などを用いる。例えば、低周波数では集中定数型（チップ部品等）、高周波数では線路長やランゲカプラを使用することができる。ここで、送信波形が複雑な場合、移相器９３を通る経路と、移相器９３を通らない経路で、各無指向性アンテナ入力までの遅延を調整する必要がある。そのとき遅延を同じにするには、例えば、受動素子（Ｌ、Ｃ）フィルタ、または遅延線路を用いる。
【００４４】
次に、各無指向性アンテナは動作時に、放射電力９７、９８（逆位相の放射電力）を発生する。送信用アンテナとして使用する場合、同じ性能のアンテナを配置し、お互いに逆位相のＲＦ信号を送信し、互いのサイドローブにより減衰領域（ヌルポイントなど）を発生させることで、各回路を電磁的に保護する。
【００４５】
このように、同一特性の無指向性アンテナに逆相給電を行うことでアンテナ間に分布する電力を減衰させる。その結果ＲＦ回路９２への漏れ成分を抑えることができる。なお、ＲＦ回路２の出力は差動出力としてもよい。
【００４６】
また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ＲＦ回路の出力がシングルエンド出力の場合の構成例を示した図である。
【図２】振幅と位相角を示した図である。
【図３】ＲＦ回路出力が差動出力の場合の構成例を示した図である。
【図４】アンテナの指向性を片側からのみとする場合の構成例を示した図である。
【図５】（ａ）セット内部のアンテナによるサイドローブキャンセルを示した図である。（ｂ）人体への影響を示した図である。
【図６】シミュレーションモデルの寸法を示す図である。
【図７】（ａ）同相給電モデルを示す図である。（ｂ）逆相給電モデルを示す図である。
【図８】給電方法の違いによるリーク量の差異を示す図である。
【図９】ＲＦ回路の出力がシングルエンド出力で無指向性アンテナを使用した場合の構成例を示した図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…基板（携帯電話などセット基板）、２…ＲＦ回路、３…移相器、４…分配器
５…アンテナＡ（第１のアンテナ）、６…アンテナＢ（第２のアンテナ）
７…メインローブ、８…メインローブ、９…サイドローブ
１０…差動出力、１１…差動出力、１２…カプラ
１３…サイドローブ、１４…メインローブ（キャンセル波）
１５…通信機器、１６…ヌルポイント
７１…基板、７２…アンテナ、７３…アンテナ、７４…インプットポート
９１…基板（携帯電話などセット基板）、９２…ＲＦ回路、９３…移相器
９４…分配器、９５…第１の無指向性アンテナ、９６…第２の無指向性アンテナ
９７…放射電力、９８…放射電力、９９…減衰領域
【図１】
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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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【図９】
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【図２】
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【図８】
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