JP2007150256A - 電子機器とマルチパスフェージング軽減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつ効率良くマルチパスフェージングを軽減する。
【解決手段】内面が複数面で構成されている筐体１１内に、複数の実装基板２１a〜２１fを収納して、基板間で無線通信を行う。筐体１１の内面で面積が最大である一つの面、すなわち天板１１aの内面に電波吸収体５０を設ける。筐体内で無線通信を行ったときに、天板１１aの内面に設けた電波吸収体５０によって電波が吸収されて反射波が少なくなり、マルチパスフェージングを軽減できる。筐体の一つの内面にのみ電波吸収体を設けるものであることから、内面全体に電波吸収体を設ける場合に比べて安価となる。また、電波吸収体を容易に設けることもできる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電子機器とマルチパスフェージング軽減方法に関する。詳しくは、内面が複数面で構成されている筐体内に収納された構成ユニット間で無線通信を行う際に、面積が最大である一つの面に電波吸収体を設けるものである。

従来の電子機器は、筐体内に設けられている基板間をケーブルで接続するものとしたり、基板間や基板上に設けられている回路素子を配線パターンで接続することが行われている。

ここで、ケーブルや配線パターンを用いた場合、スプリアス放射や電磁誘導等による配線間の干渉や、各配線での遅延量のバラツキ等により、伝送速度の高速化が困難となってきている。また、電子機器を小型化する場合、ケーブルや配線パターンの占有するスペースを小さくすると、配線間の干渉が大きくなってしまう。また、電子機器の内部構造によって、ケーブルを設ける位置が固定されてしまう場合があり、電子機器の設計における自由度が低下して、設計が困難となる。

そこで、特許文献１の発明では、ケーブル等を用いることなく高速なデータ伝送を行うことができるように、電子機器の内部で無線通信を行うことが開示されている。

特開２００４−２２０２６４号公報

ところで、電子機器の内部で無線通信を行う場合、筐体内面や筐体内に設けられている種々の部品等による電波の反射によって、マルチパスフェージングを生じてしまう。このマルチパスフェージングとは、ある信号周期内にある元信号に対して、別周期の元信号に非常に似通った信号が重なり元信号の波形を歪ませることである。このため、電子機器の内部で無線通信を行うと、受信された信号は、反射や回折および散乱等によって歪みを生じた信号となり、スループットの低下を招いてしまう。

また、特許文献１の発明に記載されているように、筐体内で電波の反射が生じないように、電波吸収体を筐体内全面に設けるものとすると、安価に電子機器を提供することが困難となる。さらに、電磁波を吸収させるのに効果的な部位に電波吸収体を設けるものとした場合、電波吸収体の設置位置を変更して、その都度伝送特性を測定しないと、効果的な部位を検出することができない。したがって、短期間で効率良く電子機器の設定を行うことができなくなってしまう。

そこで、この発明では、簡単かつ効率良くマルチパスフェージングを軽減できる電子機器とマルチパスフェージング軽減方法を提供するものである。

この発明では、内面が複数面で構成されている筐体内に複数の構成ユニットを収納して、構成ユニット間で無線通信を行う場合、筐体の内面で面積が最大である一つの面に電波吸収体が設けられる。また、面積が最大である一つの面として、内部空間に露出している部分の面積が最大である一つの面や、筐体の幅・高さ・奥行きのいずれかにおいて、少なくとも長さが最小となる一辺に垂直な面が用いられる。

この発明によれば、筐体の内面で面積が最大である一つの面に電波吸収体が設けられる。このため、筐体内で無線通信を行ったときに、反射波を少なくしてマルチパスフェージングを軽減できる。また、筐体の一つの内面にのみ電波吸収体を設けるものであることから、例えば筐体の内面全体に電波吸収体を設ける場合に比べて、安価かつ電波吸収体を容易に設けることができる。

以下、図を参照しながら、この発明の実施の一形態について説明する。図１は、本発明の電子機器の概略構成を示したものである。電子機器１０において、筐体１１の内部には、複数の構成ユニット、例えば能動素子や受動素子等が実装されている実装基板、記録媒体を用いて信号の記録や再生を行う記録再生装置、信号の入出力装置、チューナ等が設けられている。なお、図１では、構成ユニットとして、実装基板２１a〜２１fを設けた場合を図示している。

筐体１１の内部に設けられた構成ユニットは、ケーブルや配線基板等を介することなく無線通信で他の構成ユニットと信号の伝送を行うことができるようにアンテナを有している。例えば、実装基板２１aはアンテナ３１aを有している。同様に、実装基板２１b〜２１fはアンテナ３１b〜３１fを有している。このアンテナは、構成ユニットと独立して設けるものとしても良く、構成ユニットと一体に形成するものとしても良い。さらに、構成ユニットで用いられている部品に作り込んでおくものとしても良い。例えばアンテナ３１aを部品として構成して、実装基板２１aに取り付ける。あるいは実装基板２１aにアンテナ３１aのパターンを設けることで一体に形成する。または、実装基板２１aに載置される半導体素子のパッケージ内部にアンテナ３１aを設けるものとする。

ここで、筐体内に設けた構成ユニット間で無線通信を行う場合、筐体内面等での電波の反射によってマルチパスフェージングが生ずる。図２はマルチパスフェージングを説明するための図である。

図２において、例えばアンテナ３０tとアンテナ３０r間で無線通信を行う場合、アンテナ３０tから放射された電波は、アンテナ３０rに直接入射されるだけでなく、筐体１１の内面等で反射されてからアンテナ３０rに入射される。このため、アンテナ３０rで電波を受信して得られる受信信号は、反射波の影響を受けたものとなってしまう。

図３は、マルチパスフェージングの影響を模式的に示している。ここで、図３Ａは直接波に基づいた信号ＳＡra、図３Ｂは反射波に基づいた信号ＳＡrbを示している。なお、反射波は直接波よりも伝送経路が長いため、反射波に基づいた信号ＳＡrbは、直接波に基づいた信号ＳＡraよりも時間ｔdだけ遅延した信号となる。また、反射により反射波のレベルは直接波よりも減衰されているので、反射波に基づいた信号ＳＡrbは、直接波に基づいた信号ＳＡraよりもレベルが小さい信号となる。従って、マルチパスフェージングが生ずると、アンテナ３０rで電波を受信して得られる受信信号ＳＡrは、直接波に基づいた信号ＳＡraに反射波に基づいた信号ＳＡrbが重畳されて、図３Ｃに示すように波形歪みを生じたものとなり、受信信号品質の劣化を招く。

このため、電子機器１０において、筐体１１の内部に設けられた構成ユニット間で無線通信を行う場合、マルチパスフェージングの影響を安価で容易かつ効率良く軽減するため、筐体の内面で面積が最大である一つの面に、無線通信で用いる電波を吸収する電波吸収体を設ける。ここで、面積は内部空間に露出している部分の面積とすると、面積が最大であっても構成ユニットが密着して設けられているため内部空間に露出している部分の面積が他の面よりも小さいときには、内部空間に露出している部分の面積が最大である他の面に電波吸収体が設けられる。すなわち、電波の反射を生ずる部分の面積が最大である一つの内面に電波吸収体が設けられることとなり、反射波を少なくすることができる。また、筐体の幅・高さ・奥行きのいずれかにおいて、少なくとも長さが最小となる一辺に垂直な筐体内部面に対して電波吸収体を設けるものとすれば、図１に示す電子機器１０のように筐体１１が直方体形状で高さが最小であるとき、高さ方向に対して垂直となる天板１１aの内面に電波吸収体５０が設けられることとなる。

このように、面積が最大である一つの面に電波吸収体を設けるものとすると、アンテナの設置位置や設置方向によらず効率良く反射波を吸収することが可能となる。このため、不要な反射波が少なくなりマルチパスフェージングを抑圧して、良好な通信を行うことが可能となる。

電波吸収体としては、入射波と反射波の両波を相殺させることで電波を吸収する電波吸収体、誘電損失や磁性損失等を利用して電波を熱に変換することで電波を吸収する電波吸収体等を用いる。例えば、磁性材料を樹脂に混合してシート状とした電波吸収体、鉄粉を合成ゴムに混合してシート状とした電波吸収体、磁性材料と金属粉末等を樹脂に混合して液体状とした塗布型の電波吸収体、ウレタンフォームやスチロール等の樹脂にカーボンを含浸してピラミッド状とした電波吸収体等を用いるものとする。なお、シート状の電波吸収体や塗布型の電波吸収体を用いるものとすれば、電波の反射を生じる部分の面積が最も広い一つの内面に、容易に電波吸収体を設けることができる。また、スペースが少ない場所であっても電波吸収体を設けることが可能となる。

電子機器１０の筐体の構造は、図１に示すような構造に限られるものではなく、例えば図４に示すような構造であっても良い。図４Ａは、底面１１bが大きな面とされている筐体において、第１の実装基板６０aを底面１１bに設置して、第１の実装基板６０a上に第２の実装基板６０bを設けるものとし、実装基板６０aに設けられたアンテナ７０aと実装基板６０bに設けられたアンテナ７０b間で無線通信を行う場合を示している。このような場合、面積が最大である一つの面、例えば底面１１bと対応する面である天板１１aの内面に電波吸収体５０を設ける。図４Ｂは、筐体が縦置き型として構成されているものであり、側面１１sa,１１sbが大きな面とされている。このような筐体において、第１の実装基板６１aを例えば側面１１saに設置して、第１の実装基板６１aと対向するように第２の実装基板６１bを設けるものとし、実装基板６１aに設けられたアンテナ７１aと実装基板６１bに設けられたアンテナ７１b間で無線通信を行う。このような場合、面積が最大である一つの面、例えば側面１１saと対向している側面１１sbの内面に電波吸収体５０を設ける。

また、図４Ｃに示すように、底面１１bが大きな面とされている筐体において、底面１１bに対して垂直に複数の実装基板、例えば実装基板６２a〜６２dを設置して、実装基板６２a〜６２dに設けられたアンテナ７２a〜７２d間で無線通信を行う場合にも、面積が最大である一つの面、例えば底面１１bと対応する面である天板１１aの内面に電波吸収体５０を設ける。

また、図４Ｄに示すように、側面１１sa,１１sbが大きな面とされている筐体において、側面１１saに対して垂直に複数の実装基板、例えば実装基板６３a〜６３dを設置して、実装基板６３a〜６３dに設けられたアンテナ７３a〜７３d間で無線通信を行う場合にも、面積が最大である一つの面、例えば側面１１saと対向している側面１１sbの内面に電波吸収体５０を設ける。

さらに筐体の形状が、図４Ｅに示すように平面と曲面を組み合わせた形状とされている場合や、図４Ｆに示すように、複数の曲面を組み合わせた形状等とされている場合にも、電波吸収体は、面積が最大である一つの面に設けるものとする。

次に、電波吸収体を設けたことによる特性の違いについて説明する。図１に示すように電子機器１０が構成されている場合には、上述のように、天板１１aの内面に電波吸収体５０を設けるものとする。

図５は、図１の実装基板２１aに設けられたアンテナ３１aと、実装基板２１aに対向する実装基板２１bに設けられたアンテナ３１b間で、ＡＳＫ(Amplitude Shift Keying)変調を用いて通信を行った場合の特性を示している。なお、図５における縦軸は信号レベル、横軸は時間である。

ここで、アンテナ３１aから送信する送信信号ＳＢtの波形が図５Ａに示すものである場合、アンテナ３１bで電波を受信して得られた受信信号ＳＢrの波形は、電波吸収体５０を設けていないとき、例えば図５Ｂに示すように歪みを生じた波形となってしまう。しかし、筐体１１における天板１１aの内面に電波吸収体５０を設けると、受信信号ＳＢrの波形は、例えば図５Ｃに示すように歪みの少ない良好な波形となる。すなわち、面積が最大である一つの筐体内面に電波吸収体を設けることで、マルチパスフェージングの影響を軽減して、良好な通信を行うことが可能となる。

次に、異なる通信方式で無線通信を行った場合の特性について説明する。図６は、図１の実装基板２１cに設けられたアンテナ３１cと、実装基板２１cに対向する実装基板２１eに設けられたアンテナ３１e間で、ＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)変調を用いて通信を行った場合の特性を示している。なお、図６における縦軸は電力値、横軸は周波数である。

ここで、実装基板２１cに設けたアンテナ３１cから信号ＳＣtの送信を行い、アンテナ３１cから送信された電波を実装基板２１eに設けたアンテナ３１eで受信する場合、アンテナ３１eで電波を受信して得られた受信信号ＳＣreのスペクトラムは、電波吸収体５０を設けていないとき、例えば図６の特性曲線Ｃv1に示すものとなり、周波数の違いによるレベル変動が大きくなってしまう。しかし、筐体１１における天板１１aの内面に電波吸収体５０を設けると、受信信号ＳＣreのスペクトラムは、例えば図６の特性曲線Ｃv2に示すものとなり、周波数の違いによるレベル変動が少なくなる。すなわち、電波吸収体５０を天板１１aの内面に設けることで、マルチパスフェージングの影響を軽減して、良好な通信を行うことが可能となる。

さらに、筐体１１の高さを僅かに（例えば数ｍｍ程度）変えた場合、電波吸収体５０を設けていないときの受信信号ＳＣreのスペクトラムは、例えば図６の特性曲線Ｃv3に示すように、周波数の違いによるレベル変動が大きい。しかし、筐体１１の高さを変動させた場合でも、天板１１aの内面に電波吸収体５０を設けると、このときの受信信号ＳＣreのスペクトラムは、特性曲線Ｃv2と同等となり、マルチパスフェージングの影響を軽減して、良好な通信を行うことが可能となる。

さらに、通信方式だけでなく通信方向を変えても、マルチパスフェージングの影響を軽減できる。図７は、図６に対して通信方向を変えたときの特性を示しており、図１の実装基板２１eに設けられたアンテナ３１eと、実装基板２１eに対向する実装基板２１fに設けられたアンテナ３１f間で、ＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)変調を用いて通信を行った場合である。なお、図７における縦軸は電力値、横軸は周波数である。

ここで、実装基板２１eに設けたアンテナ３１eから信号ＳＣtの送信を行い、アンテナ３１eから送信された電波を実装基板２１fに設けたアンテナ３１fで受信する場合、アンテナ３１fで電波を受信して得られた受信信号ＳＣrfのスペクトラムは、電波吸収体５０を設けていないとき、例えば図７の特性曲線Ｃv4に示すものとなり、周波数の違いによるレベル変動が大きくなってしまう。しかし、筐体１１における天板１１aの内面に電波吸収体５０を設けると、受信信号ＳＣrfのスペクトラムは、例えば図７の特性曲線Ｃv5に示すものとなり、周波数の違いによるレベル変動が少なくなる。すなわち、電波吸収体５０を天板１１aの内面に設けることで、マルチパスフェージングの影響を軽減して、良好な通信を行うことが可能となる。

次に、通信方向を逆として、実装基板２１fに設けたアンテナ３１fから信号ＳＣtの送信を行い、アンテナ３１fから送信された電波を実装基板２１eに設けたアンテナ３１eで受信する場合について説明する。この場合、アンテナ３１eで電波を受信して得られた受信信号ＳＣreのスペクトラムは、電波吸収体５０を設けていないとき、例えば図７の特性曲線Ｃv6に示すものとなり、周波数の違いによるレベル変動が大きくなってしまう。しかし、筐体１１における天板１１aの内面に電波吸収体５０を設けると、受信信号ＳＣreのスペクトラムは、例えば図７の特性曲線Ｃv5に示すものと同等となり、周波数の違いによるレベル変動が少なくなる。すなわち、電波吸収体５０を天板１１aの内面に設けることで、マルチパスフェージングの影響を軽減して、良好な通信を行うことが可能となる。

図８はビット伝送誤り特性を示している。なお、図８において、横軸はＳ／Ｎ比を示しており、縦軸はビット伝送誤り率を示している。また、○印は電波吸収体を設けた場合の特性、△印は電波吸収体を設けていない場合の特性を示している。

Ｓ／Ｎ比が低いときはノイズ成分が大きいことから、マルチパスフェージングの影響だけでなくノイズ成分の影響によっても、ビット伝送誤り率が悪化する。このため、マルチパスフェージングの影響を軽減させてもノイズ成分の影響によってビット伝送誤り率が悪化することとなり、電波吸収体を設けた場合と電波吸収体を設けていない場合とでは、ビット伝送誤り率の差が小さい。しかし、Ｓ／Ｎ比が高いときにはノイズ成分が小さくなることから、ビット伝送誤り率の悪化は主にマルチパスフェージングの影響によるものとなる。このようにＳ／Ｎ比が高いとき、電波吸収体を設けた場合のビット伝送誤り率は電波吸収体を設けていない場合のビット伝送誤り率に比べて大幅に低下している。すなわち、電波吸収体を設けたことによりマルチパスフェージングの影響が軽減されて、ビット伝送誤り率が低下したことが明らかである。したがって、電波吸収体５０を設けることで、マルチパスフェージングの影響を軽減して良好な通信を行えることが、ビット伝送誤り特性からも明らかである。

このように、筐体の一つの内面に電波吸収体を設けことで、電波吸収体を筐体内の全面に設けなくともマルチパスフェージングの影響を軽減できるので、安価に電子機器を構成できる。また、通信方式や通信方向等にかかわらずマルチパスフェージングの影響を軽減できるので、筐体内の設計を容易とすることができる。さらに、筐体内の内部ブロックを接続するためのケーブルや配線基板等を設ける必要がないことから、電子機器の小型化に有用である。

電子機器の内部構成を示す概略図である。 マルチパスフェージングを説明するための示す図である。 マルチパスフェージングの影響を説明するための図である。 筐体の他の構造を示す図である。 ＡＳＫ変調を用いて通信を行った場合の特性を示す図である。 ＱＰＳＫ変調を用いて通信を行った場合の特性を示す図である。 図６に対して通信方向を変えた場合の特性を示す図である。 ビット伝送誤り特性を示す図である。

符号の説明

１０・・・電子機器、１１・・・筐体、１１a・・・天板、１１b・・・底面、１１sa，１１sb・・・側面、２１a〜２１f，６０a，６０b，６１a，６１b，６２a〜６２d，６３a〜６３d・・・実装基板、３０r，３０t，３１a〜３１f，７０a，７０b，７１a，７１b，７２a〜７２d，７３a〜７３d・・・アンテナ、５０・・・電波吸収体

Claims (4)

1. 内面が複数面で構成されている筐体内に複数の構成ユニットを収納した電子機器において、
   前記構成ユニットには、該構成ユニット間で無線通信を行う通信部を設けるものとし、
   前記筐体の内面で面積が最大である一つの面に、前記無線通信で用いる電波を吸収する電波吸収体を設けた
   ことを特徴とする電子機器。
2. 前記面積は、内部空間に露出している部分の面積である
   ことを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記面積が最大である一つの面は、前記筐体の幅・高さ・奥行きのいずれかにおいて、少なくとも長さが最小となる一辺に垂直な面である
   ことを特徴とする請求項１記載の電子機器。
4. 内面が複数面で構成されている筐体内で無線通信を行う際に、
   前記筐体の内面で面積が最大である一つの面に電波吸収体を設けた
   ことを特徴とするマルチパスフェージング軽減方法。