JP2019092115A - アンテナモジュールおよび無線機器 - Google Patents
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Abstract
Description
これにより、第1アンテナが通信で用いる第1周波数帯域と、第2アンテナが通信で用いる第2周波数帯域で無線信号の送信と受信を行うアンテナモジュールを小型化することができる。
これにより、アンテナモジュールを小型化でき、アンテナ素子を配置する領域を確保することができる。
これにより、アンテナパターンとアンテナ素子との離間距離が確保できるため、アンテナパターンによるアンテナ素子のアンテナ特性の劣化を低減することができる。なお、アンテナパターンの中心近傍とは、ループパターンの内側領域の中点を含み、ループパターンの内側の縁からアンテナ素子の外側の縁までの上下左右の距離それぞれが所定値以上となる領域を含む。
これにより、アンテナモジュールを小型化でき、アンテナ素子を配置する領域を確保することができる。
これにより、第1アンテナが通信で用いる第1周波数帯域と、第2アンテナが通信で用いる第2周波数帯域で無線信号の送信と受信を行い小型化することができる。
これにより、電池によるチップアンテナ素子のアンテナ特性の劣化を低減することができる。
これにより、一方の通信中に他方の通信を行わないように制御するため、アンテナ素子およびアンテナパターンそれぞれのアンテナ特性の通信時の劣化を防ぐことができる。
これにより、第1アンテナが通信で用いる第1周波数帯域と、第2アンテナが通信で用いる第2周波数帯域で無線信号の送信と受信を行うアンテナモジュールを小型化でき、このアンテナモジュールを備える無線通信機器を小型化できる。
図1に示すように、無線機器100は、アンテナモジュール1、RFスイッチ2(電気回路)、トランシーバ部3(電気回路)、RFIDタグ制御部4(電気回路)、センサ5、制御部6(電気回路)、および電池7を備える。アンテナモジュール1は、チップアンテナ素子21、およびループアンテナ31(アンテナパターン)を備える。
図2に示すように、アンテナモジュール1は、基板11のy軸方向の一端にアンテナ形成領域41を備え、アンテナ形成領域41以外の領域に部品配置領域12を備える。なお、基板11は、少なくとも2層を有する多層基板である。
なお、給電パターン24は、ループアンテナ31が形成されていない他の層に形成されている。
図3は、本実施形態に係るループアンテナ31の構成例を示す平面図である。図4は、本実施形態に係るループアンテナ31の構成例を示す斜視図である。
図3、図4において、ループアンテナ31の長手方向をx軸方向、短手方向をy軸方向、厚み方向をz軸方向とする。
図5に示すように、基板11は、z軸方向に対して、第1の層111aの下層に絶縁層111bが形成され、絶縁層111bの下層に第2の層111cが形成されている。
また、第1の層111aに1ターン目のアンテナパターン311が形成され、第2の層111cに2ターン目のアンテナパターン312が形成されている。このように、アンテナパターン311とアンテナパターン312とは、z軸方向(z軸方向から見て)に少なくとも一部が重なるように形成されている。
このように構成することで、本実施形態によれば、アンテナモジュール1を小型化でき、チップアンテナ素子21を配置する領域を確保することができる。
図6は、本実施形態に係るループアンテナ31の内側の例を示す図である。なお、図6では、チップアンテナ素子21を除いて図示している。図6において、ループアンテナ31の長手方向をx軸方向とし、短手方向をy軸方向とする。上述したように、ループアンテナ31の2ターンが、アンテナ形成領域41の2層に形成されている。
ここで、ループアンテナ31のx軸方向、y軸方向それぞれの幅がL3であるとする。ループアンテナ31の内側領域41aにおけるx軸方向の長さがL1であるとする。ループアンテナ31の内側領域41aにおけるy軸方向の長さがL2であるとする。
この結果、ループアンテナ931の内側領域941aにおけるx軸方向の長さL901は、L1−(L3+L4)×2である。また、ループアンテナ931の内側領域941aにおけるy軸方向の長さL902は、L2−(L3+L4)×2である。
図8は、本実施形態に係るループアンテナ31の内側領域41aにおけるチップアンテナ素子21の配置例を示す図である。図8の座標は、図6と同様である。なお、チップアンテナ素子21の大きさは、x軸方向の長さが3mm、y軸方向の長さが10.5mmである。また、ループアンテナ31のx軸方向の幅、y軸方向の幅それぞれは、0.7mmである。
このように構成することにより、本実施形態によれば、アンテナパターンによるチップアンテナ素子のアンテナ特性の劣化を低減することができる。
チップアンテナ素子21の上側とループアンテナ31との幅L921は、2.55mmである。チップアンテナ素子21の下側とループアンテナ931との幅L922は、9.55mmである。また、チップアンテナ素子21の側面とループアンテナ931と左右の幅L911それぞれは、6mmである。
図10は、本実施形態に係るアンテナモジュール1を有する無線機器100の部品配置例を示す正面図と側面図である。図10(A)は、無線機器100の正面図である。図10(B)は、無線機器100の側面図である。
次に、特性をシミュレーションした結果を説明する。比較例として、図11に示すチップアンテナ素子のみを有するアンテナモジュールについてもシミュレーションを行った。
図11は、比較例のチップアンテナ素子を有する無線機器の構成例を示す図である。
図11に示すように、比較例の無線機器のアンテナモジュール911は、アンテナ形成領域にチップアンテナ素子912が配置されている。
なお、チップアンテナ素子に供給する周波数は、LoRa通信方式で用いる924MHzである。
一方、符号g12が示すグラフのように、本実施形態のアンテナモジュール1では、周波数924MHzにおけるS11の大きさが、−21.60dBであった。
次に、2つのアンテナ(チップアンテナ素子21、ループアンテナ31)を用いた通信タイミングの例を、図14から図16を用いて説明する。図14から図16において、横軸は時間、縦軸は電圧である。なお、無線機器100の構成は、図1に示した構成である。なお、第1周波数帯は、チップアンテナ素子21が通信に用いる周波数帯である。また、第2周波数帯は、ループアンテナ31が通信に用いる周波数帯である。また、図14から図16において、符号g101は、第1周波数帯での無線通信状態を表し、符号g102は、第2周波数帯での無線通信状態を表す。
また、ループアンテナ31による通信は、利用者がループアンテナ31に不図示の端末を近づけたときに行われる。
チップアンテナ素子21は、時刻t1〜t2、時刻t5〜t6、時刻t9〜t10、時刻t11〜t12それぞれの期間に情報を送信する。
ループアンテナ31は、時刻t3〜t4、時刻t7〜t8それぞれの期間に、第2周波数帯での無線通信を行う。
このように、図14に示した例では、チップアンテナ素子21の通信期間と、ループアンテナ31の通信期間とが重なっていない。このため、チップアンテナ素子21による通信も、ループアンテナ31による通信も図14のタイミングで行われる。
図15に示す例では、まず、チップアンテナ素子21が時刻t101〜t102の期間に第1周波数帯によって情報を送信し、ループアンテナ31が時刻t103〜t104の期間に第2周波数帯での無線通信を行う。
利用者がループアンテナ31に不図示の端末を近づけたため、ループアンテナ31は、時刻t105〜t108の期間に第2周波数帯での無線通信を行う。時刻t105〜t108は、チップアンテナ素子21が通信を行う予定の時刻t106〜t107を含んでいる。この場合、制御部6は、予定の時刻にチップアンテナ素子21を用いた通信を行わず、ループアンテナ31を用いた通信が終わった後、所定の期間T2の後、時刻t109〜t110の期間にチップアンテナ素子21によって情報を送信するように制御する。
さらに制御部6は、次回のチップアンテナ素子21を用いた通信を、時刻t109から期間T1後の時刻t111〜t112の期間に行うように制御する。
図16に示す例では、まず、チップアンテナ素子21が時刻t201〜t202の期間に第1周波数帯によって情報を送信し、ループアンテナ31が時刻t203〜t204の期間に第2周波数帯での無線通信を行う。制御部6は、時刻t201から期間T1後の時刻t205〜t206の期間に行うように制御する。
時刻t205〜t206の期間(期間T3)に、利用者がループアンテナ31に不図示の端末を近づけた場合、制御部6は、チップアンテナ素子21による通信が終了した後の時刻t206〜t207の期間にループアンテナ31による通信を行うように制御する。
これにより、本実施形態によれば、一方の通信中に他方の通信を行わないため、チップアンテナ素子21およびループアンテナ31それぞれのアンテナ特性の通信時の劣化を防ぐことができる。
また、ループアンテナ31のアンテナパターンが2ターン構成を例に説明したが、これに限らない。ループアンテナ31は、RFIDタグの通信特性を改善させるために、多層基板を利用し3ターン、4ターンと巻き数を増やしインダクタンスL値を増加させてもよい。この場合であっても、各層のアンテナパターンは、対応して重なるように形成されている。
Claims (10)
- 基板と、
前記基板に搭載された第1周波数帯域の無線信号を用いた無線通信を行うアンテナ素子と、
前記基板に形成され、前記アンテナ素子の周囲に形成された第2周波数帯域の無線信号を用いた無線通信を行うアンテナパターンと、
を備えるアンテナモジュール。 - 前記基板は、前記アンテナパターンを形成可能な少なくとも二層を有しており、
前記アンテナパターンは、前記二層のうちの一層目にループ状に形成された第1のループパターンと、
前記二層のうちの二層目にループ状に形成され、前記基板の厚み方向において前記第1のループパターンと少なくとも一部が重なるように形成された第2のループパターンと、
前記第1のループパターンと、前記第2のループパターンと、を接続する接続部と、
を有する、請求項1に記載のアンテナモジュール。 - 前記アンテナ素子は、前記アンテナパターンの中心近傍に配置される、請求項1または請求項2に記載のアンテナモジュール。
- 前記基板は、前記アンテナ素子への給電導体以外の導体、及び受動部品で構成されるインピーダンスマッチング回路以外の回路が形成されていないアンテナ形成領域を有し、
前記アンテナ素子および前記アンテナパターンは、前記アンテナ形成領域に形成されている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。 - 前記アンテナ素子は、前記給電導体を介して供給される電力により動作し、
前記アンテナパターンは、外部から非接触で供給される電力により動作する、請求項4に記載のアンテナモジュール。 - 前記アンテナパターンは、少なくとも二重に巻回されたループパターンである、請求項1に記載のアンテナモジュール。
- 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のアンテナモジュールと、
前記アンテナモジュールに電源を給電する電池と、
前記アンテナモジュールを用いて外部と無線通信を行う電気回路と、
を備える無線機器。 - 前記電池は、前記基板の周囲に配置され、前記アンテナ素子の通信方向と重なり合わない位置に配置される、請求項7に記載の無線機器。
- 前記電気回路は、制御部を備え、
前記制御部は、前記アンテナ素子および前記アンテナパターンそれぞれによる送信する期間が重なり合わないように制御する、請求項7または請求項8に記載の無線機器。 - センサと、
前記電池を収容する電池ケースと、
前記センサ、前記電池ケースを支持する本体シャーシと、
前記本体シャーシに取り付けられ、前記センサ、前記電池ケースを覆う本体カバーと、
をさらに備える、請求項7から請求項9のいずれか1項に記載の無線機器。
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