JP4861462B2

JP4861462B2 - 無線通信機

Info

Publication number: JP4861462B2
Application number: JP2009227688A
Authority: JP
Inventors: 慶一小倉; 晴彦近藤
Original assignee: SMK Corp
Current assignee: SMK Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP2011077857A; EP2306655A2

Description

本発明は、小型化、薄型化のニーズに応えつつ高利得で、幅広い周波数帯域に対応可能なアンテナ素子を有する無線通信機に関するものである。

近年、コンピュータ等のモバイル機器においてインターネット通信を行うための規格として、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格、いわゆるＷｉＭＡＸ通信が普及しつつある。このＷｉＭＡＸ通信は、内部にＩＣ基板、アンテナ等が組み込まれた無線通信機（ドングル）をモバイル機器に接続して行う。

このような無線通信機として、例えば特許文献１が挙げられる。特許文献１に記載のドングルは、ワイヤレス・ホームネットワークへのゲスト機器のアクセスに対するドングルに係るものであり、アンテナ及びコンフィギュレーションフリー・インタフェースを用いてゲスト機器に対して接続されるメモリ及び処理ユニットを有してなるものである。このドングルを介して、ゲスト機器のアクセスが実現される。
特表２００７−５２８０５７号公報

ところで、前記無線通信機（ドングル）において無線通信を行うためのアンテナの一種類として、ダイポールアンテナが存在する。このダイポールアンテナは、通信する周波数に合わせて各エレメントを１／４波長とし全体で１／２波長となる幅でアンテナ素子を形成する必要がある。よって、ある程度の面積を必要とするアンテナであるといえる。

しかし、従来の無線通信機においては、図６に示すように、ドングル本体２７の端部にアンテナ素子２８を設けているため、有効面積が小さくなってしまっていた。端部に設けたアンテナ素子２８の有効面積を大きくするためにはドングル全体２７を大きくしなければならず、小型化のニーズに対応できなかった。また、このような有効面積が小さいアンテナ構造の場合、特定の周波数に特化した製品であれば対応可能であるが、幅広い周波数帯域に対応可能な製品を作るためには、アンテナ素子の形状を工夫する必要があり、そのためにはある程度の面積的な余裕が必要となる。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、小型化、薄型化のニーズに応えつつ高利得で、幅広い周波数帯域に対応可能なアンテナ素子を有する無線通信機を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１は、天板にアンテナ素子を該天板に対して略平行な面状に形成した上ケースと、内側にモバイル機器と接続するためのコネクタ及び通信用の電子部品を備えた基板を設けた中空の下ケースとを、前記下ケースに対して前記上ケースの姿勢を変化させることが可能な連結部材によって接続し、前記アンテナ素子と前記基板とを接続するケーブルを前記連結部材の内部を通し、前記下ケースに対して前記上ケースを姿勢変化可能に取り付けてなり、前記アンテナ素子は、メッキ加工処理によって形成し、かつ、天板の外面から側板の外面に一部を延伸させて側板にもアンテナ素子を形成したことを特徴とする無線通信機である。

本発明の請求項２は、ケースが概略直方体形状でこの直方体の最も面積が広い天板にアンテナ素子を該天板に対して略平行な面状に形成した上ケースと、内側にモバイル機器と接続するためのコネクタ及び通信用の電子部品を備えた基板を設けた概略直方体形状からなる下ケースとを、前記下ケースに対して前記上ケースの姿勢を変化させることが可能な連結部材によって接続し、前記アンテナ素子と前記基板とを接続するケーブルを前記連結部材の内部を通し、前記下ケースに対して前記上ケースを姿勢変化可能に取り付けてなり、前記アンテナ素子は、メッキ加工処理によって形成し、かつ、天板の外面から側板の外面に一部を延伸させて側板にもアンテナ素子を形成したことを特徴とする無線通信機である。

本発明の請求項３は、天板にアンテナ素子を該天板に対して略平行な面状に形成した上ケースと、内側にモバイル機器と接続するためのコネクタ及び通信用の電子部品を備えた基板を設けた中空の下ケースとを、前記下ケースに対して前記上ケースの姿勢を変化させることが可能な連結部材によって接続し、前記アンテナ素子と前記基板とを接続するケーブルを前記連結部材の内部を通し、前記下ケースに対して前記上ケースを姿勢変化可能に取り付けてなり、前記アンテナ素子は、メッキ加工処理によって形成し、かつ、天板の内面から側板の内面に一部を延伸させて側板にもアンテナ素子を形成したことを特徴とする無線通信機である。

本発明の請求項４は、ケースが概略直方体形状でこの直方体の最も面積が広い天板にアンテナ素子を該天板に対して略平行な面状に形成した上ケースと、内側にモバイル機器と接続するためのコネクタ及び通信用の電子部品を備えた基板を設けた概略直方体形状からなる下ケースとを、前記下ケースに対して前記上ケースの姿勢を変化させることが可能な連結部材によって接続し、前記アンテナ素子と前記基板とを接続するケーブルを前記連結部材の内部を通し、前記下ケースに対して前記上ケースを姿勢変化可能に取り付けてなり、前記アンテナ素子は、メッキ加工処理によって形成し、かつ、天板の内面から側板の内面に一部を延伸させて側板にもアンテナ素子を形成したことを特徴とする無線通信機である。

請求項１乃至４記載の発明によれば、天板にアンテナ素子を該天板に対して略平行な面状に形成した上ケースを前記下ケースに対して前記上ケースの姿勢を変化させることが可能な連結部材によって取り付けたので、有効面積が広く、小型化、薄型化のニーズに応えつつ高利得で、幅広い周波数帯域に対応可能なアンテナ素子を有する無線通信機を提供することができ、上ケースの角度を調整して最も電波受信状況の良い角度に設定することが可能となる。
また、アンテナ素子は、メッキ加工処理によって形成し、かつ、天板の外面から側板の外面に一部を延伸させて側板にもアンテナ素子を形成、若しくは、天板の内面から側板の内面に一部を延伸させて側板にもアンテナ素子を形成したので、側板もアンテナの有効面積として利用することができ、全体のより一層の小型化が可能となる。

本発明の実施例１における無線通信機１０を示した斜視図である。本発明の実施例１における無線通信機１０を側面から見た場合の図１のＡ−Ａ断面図である。組立前の上ケース１１を内側から見た底面図である。本発明の実施例２における無線通信機１０を側面から見た場合の断面図（図５のＢ−Ｂ断面と同様の位置で上ケース１１を切断した断面図）である。（ａ）は、アンテナ素子１８を上ケース１１の内部に配置した場合の上ケース１１の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。従来の無線通信機（ドングル）を表した斜視図である。

本発明による無線通信機は、ケースが概略直方体形状でこの直方体の最も面積が広い天板にアンテナ素子を面状に形成した上ケースと、内側にモバイル機器と接続するためのコネクタ及び通信用の電子部品を備えた基板を設けた概略直方体形状からなる下ケースとを、前記下ケースに対して前記上ケースの姿勢を変化させることが可能な連結部材によって接続し、前記アンテナ素子と前記基板とを接続するケーブルを前記連結部材の内部を通してなり、前記下ケースに対して前記上ケースを姿勢変化可能に取り付けてなることを特徴とするものである。以下、詳細に説明を行う。

図１に示すのは、本発明の実施例１における無線通信機１０を示した斜視図である。図２に示すのは、無線通信機１０を側面から見た場合の断面図であり、図３に示すのは、組立前の上ケース１１を内側から見た平面図である。この上ケース１１は、ケース部分とアンテナ素子を搭載したアンテナ体とを兼用した例を示している。

本発明による無線通信機１０は、概略直方体形状からなり天板１４が最も面積が広い中空の上ケース１１と、前記上ケース１１の天板１４と同一面積の底板部１７を有し直方体形状からなる下ケース１２とで構成されており、この上ケース１１と下ケース１２とが一方の短手側板１５において連結部材としてヒンジ構造２３を用いて接続され、上ケース１１を開閉自在に取り付けてなるものである。

下ケース１２は、図２に示すように、内側に、ＷｉＭＡＸ通信等の無線通信を可能とするための通信用の電子部品を備えた基板１３が設けてあり、また、モバイル機器と接続するためのコネクタ２２が他方の短手側板１５に現れるようにして設けてある。上ケース１１の天板１４部分内面には、図１乃至図３に示すように、アンテナ素子１８が面状に形成してある。上ケース１１及び下ケース１２は、例えば、樹脂を成形したものであり、アンテナ素子１８は、導電性金属からなるものである。なお、アンテナ素子１８という場合には、アンテナ素子部１８ａとアンテナ素子グランド部１８ｂの両者を指すものとする。

また、図２に示すように、本実施例１においては、予めアンテナ素子部１８ａとアンテナ素子グランド部１８ｂをフレキシブルプリント配線板（以下、ＦＰＣ）１９上に形成してシート状にし、これを接着剤２０によって上ケース１１の天板１４の内面に接着している。この接着後のアンテナ素子１８にアンテナケーブル２１を接続するが、このとき、アンテナ素子部１８ａに対してアンテナケーブルの中心線２１ａを半田付けし、アンテナ素子グランド部１８ｂに対してアンテナケーブルの網線部２１ｂを半田付けする。このアンテナケーブル２１は、基板１３からヒンジ構造２３の内部を通して上ケース１１側に延長されたものであり、ヒンジ構造２３の内部を通すことで、上ケース１１の開閉動作に対応可能となっている。なお、アンテナケーブル２１は、フラットケーブルを用いることもできる。

アンテナ素子１８の形状としては、例えば、図３に示すように、Ｌ字形で対称に配置された２つのアンテナ素子部１８ａと、概略Ｉ字形で対称に配置された２つのアンテナ素子グランド部１８ｂとからなり、このような形状からなるアンテナ素子部１８ａとアンテナ素子グランド部１８ｂからなる一対のダイポールアンテナは、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）技術を用いた高速通信において、送受信を同時に行い、受信時に合成することで広帯域化を実現するものである。更に、一対のダイポールアンテナを面状に構成することにより、高利得で幅広い周波数帯域に対応することができ、この形状を最も面積の広い天板１４部分に形成することで、小型化、薄型化を可能としている。
なお、使用する際は、モバイル機器の、例えばＵＳＢ端末に接続されたＵＳＢケーブルを、無線通信機のコネクタに接続し、下ケース１２の天板を下方に向け平面な場所に置き、上ケース１１の天板を水平にして上方に向けて使用するので、上ケース１１を閉じて使用する際アンテナ素子１８は、水平に配置される。

以上のように、上ケース１１と下ケース１２とを短手側板１５においてヒンジ構造２３によって接続して、アンテナ素子１８を形成した上ケース１１を開閉自在に取り付けたので、図２に示す二点鎖線のように、上ケース１１の角度を調整して最も電波受信状況の良い角度に設定することが可能となる。

尚、上ケース１１を所定の角度で設定させるのは、ヒンジ構造２３内部にあるヒンジ構造２３の回転状態を維持する内部機構（図示せず）によって、所定角度における上ケース１１の自重による負荷によってヒンジ構造が回転してしまうことが無いためである。
この様に上ケース１１を閉じた状態（水平、０度）から開いた状態（垂直、９０度）まで、所定の段階を踏んで角度を変位させることができるので、アンテナ素子１８を水平に寝かせた状態から垂直に立てた状態まで徐々に変化させることができるので、アンテナ感度の調整機能を持たせている。原理的にはアンテナ素子１８は垂直が好ましいがこれに限らない。例えば、無線通信機の接続先であるコンピュータ等の影響を受けた場合、このヒンジ構造によって適宜アンテナ素子１８の姿勢を変えることで、アンテナ性能を改善することができる。また、例えば、上ケース１１を９０度より大きく回転させて上ケース１１をわずかに倒した姿勢にすれば、下ケース１２の基板に設けられた電子部品やグランドから更に離す事ができるので、アンテナ性能（ＧＡＩＮ）が更に良くなる場合がある。

また、このような回転状態を維持する内部機構が無くとも、９０度もしくはやや大きい角度を回転するヒンジ構造であれば、上ケースを、閉じた状態（水平、０度）と開いた状態（約垂直、約９０度）の二つの状態にすることができ、アンテナを水平にした場合と立てた場合の二つの感度調整が少なくとも可能となる。

最も良好な状態としては、アンテナ素子１８を垂直に立てる様に上ケース１１を垂直にしたときであって、アンテナ素子部１８ａまたはアンテナ素子グランド部１８ｂの一方の端部（アンテナ素子部とアンテナ素子グランド部の、相手方から最も離れた部位）を高く位置させることもでき、アンテナの感度を良くすることができる。

この図１乃至図３においては天板１４を完全な平面として説明したが、ＦＰＣ１９にアンテナ素子１８を形成したシートを上ケース１１の天板１４の内側に接着する工法を採用することで、例えば、天板１４が湾曲した形状の上ケース１１であっても、アンテナ素子１８を形成したＦＰＣ１９のシートを湾曲させて接着でき、設計の自由度が高まる。

前記実施例１においては、ＦＰＣ１９にアンテナ素子１８を形成したシートを上ケース１１の天板１４の内面に接着していたが、図４に示すように、ＦＰＣ１９にアンテナ素子１８を形成したシートを上ケース１１の天板１４の外面に接着してもよい。なお、この実施例２は、基本的実施態様は実施例１と同様であるので、重複する部分については同一符号を付して説明は省略する。

この場合、例えば、アンテナケーブル２１とアンテナ素子１８とを接続するために、上ケース１１とＦＰＣ１９を貫通させた貫通孔２４を形成してケーブル２１を通して半田付けを行う。

この実施例２のように、上ケース１１の天板１４の外側にアンテナ素子１８を形成することにより、上ケース１１を閉じた状態においてもアンテナ素子１８を基板からの距離が遠い位置に形成できるため、アンテナとしての効果が高まる。

前記実施例１及び２においては、ＦＰＣ１９にアンテナ素子１８を形成したシートを上ケース１１の天板１４の内面又は外面に接着していたが、これに限らず、アンテナ素子の一部を上ケースに埋め込むことで上ケース１１に固定し、アンテナ素子１８を上ケース１１と共に一体成形することで、上記実施例のように、アンテナ素子１８を上ケース１１の内面または外面に配置させることもできる。
また、一体成形とすることによって、アンテナ素子１８の一部を上ケース１１の内面に形成し、残りの部分を上ケース１１の外面に形成するなど、上ケース１１の内面と外面の両面を用いることで配置の自由度が増す。

前記実施例においては、上ケース１１を下面が開口したケース状のものとして説明したが、この下面の開口を閉じた空洞を含んだ箱状体もしくは空洞のない板状体の上ケース１１であってもよい。この箱状体又は板状体となる天板１４の上面、内面又は内部にアンテナ素子を形成し、前記実施例同様に、ヒンジ構造２３によって下ケースと接続して開閉自在に取り付けることで、前記実施例と同様の効果が得られる。

前記実施例１及び２においては、ＦＰＣ１９にアンテナ素子１８を形成したシートを上ケース１１の天板１４の内面又は外面に接着していたが、図５に示すように、アンテナ素子１８を上ケース１１の内部に配置して一体成形して内包するようにしてもよい。図５（ａ）に示すのは、アンテナ素子１８を上ケース１１の内部に配置した場合の上ケース１１の平面図であり、図５（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
例えば、アンテナ素子部１８ａとアンテナ素子グランド部１８ｂを予め金型によって作成しておき、このアンテナ素子部１８ａとアンテナ素子グランド部１８ｂにアンテナケーブル２１を半田付けした状態で、上ケース１１の成形時に一体成形する。このようにすれば、上ケース１１の姿勢に関わらず、アンテナ素子１８及びアンテナケーブル２１を露出させずに構成することができる。
なお、一体成形する工法として、一度で成形することが困難な場合には、１次成形した部分加工品を２次成形で完成させることもできる。

また、アンテナ素子部１８ａとアンテナ素子グランド部１８ｂとの間に誘電体層を形成するようにしてもよい。誘電体層を設けることで、誘電体の波長短縮効果によって、アンテナ素子１８に必要な有効面積を小さくし、全体のより一層の小型化が可能となる。

また、アンテナ素子部１８ａ及びアンテナ素子グランド部１８ｂは、メッキ処理によって上ケース１１の天板１４の内側又は外側に形成するようにしてもよい。具体的な処理方法としては、例えば、マスキングによるメッキ処理やレーザメッキが挙げられる。また、アンテナ素子１８を延伸させて短手側板１５又は長手側板１６側に折り曲げたようにして構成することもでき、これにより、側板もアンテナの有効面積として利用することができ、全体のより一層の小型化が可能となる。

前記実施例においては、上ケース１１と下ケース１２とを短手側板１５においてヒンジ構造２３によって接続する構成として説明したが、上ケース１１と下ケース１２とを長手側板１６においてヒンジ構造２３によって接続して、上ケース１１を開閉自在に取り付けるようにしてもよい。

前記実施例においては、直方体形状のハウジングを用いて説明を行ったが、これに限定されるものではなく、例えば、天板１４が円形の円柱形状のハウジングにおいても本発明を適用することが可能である。この他にも、天板１４が最も面積が広いハウジングにおいて天板１４にアンテナ素子１８を形成することで、高利得で幅広い周波数帯域に対応しつつ、小型化、薄型化を実現することができる。

尚、上ケースと下ケースを繋ぎ、所定の姿勢を維持する連結部材については、上述の実施形態にあるようなヒンジ形状に限らず、例えば、プラスチックで形成され、伸縮自在で屈曲自在かつこれらの変形を維持可能な蛇腹のホースのようなもので繋いでもよい。この様にすれば、ホース内部の空洞にケーブルを通すことができ、蛇腹ホースの下ケースから上ケースに伸びる方向の軸に対して蛇腹ホースを伸縮、屈曲させることができ、上ケースを下ケースに対して接離自在にしたり、所定の角度に自在に位置させたりすることで、姿勢を維持することができる。この場合、蛇腹ホースが伸縮自在になっているので、例えば、上ケースを垂直にして更に上方に引きあげた場合、実施例１において垂直にするよりも蛇腹ホースが延びた分、上方に位置させることができるので、アンテナ性能が更によくなる。
尚、ホースの断面形状は円形に限らず、上ケースと下ケースの端部形状に連続させるように成る長方形状のものでも良い。また、蛇腹ホースは環状の金属材を重ね合わせて連ねたものでも良く、この場合は、連なった環状の金属材の各々の間の遊びや摺動、弾性変形等によって、蛇腹ホースは屈曲自在となり、この屈曲を維持させることができる。
他の連結部材としては、金属や絶縁性樹脂で形成されたもので、ケーブルを引き回す部位が切り欠かかれた中空の球状の軸と、その軸を覆う同様の球面を内面に有し、ケーブルを引き回す部位が同様に切り欠かれた軸受によって構成されたものでもよい。この場合、軸を基準にして上ケースを更に自由に傾斜させることができるので、更に調整しやすくなる。
この場合更に、軸受の内面を球状軸より若干小さくして、弾性摩擦を持たせると姿勢を維持させることも可能となる。

１０…無線通信機、１１…上ケース、１２…下ケース、１３…基板、１４…天板、１５…短手側板、１６…長手側板、１７…底面、１８…アンテナ素子、１８ａ…アンテナ素子部、１８ｂ…アンテナ素子グランド部、１９…フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）、２０…接着剤、２１…アンテナケーブル、２１ａ…中心線、２１ｂ…網線、２２…コネクタ、２３…ヒンジ構造（連結部材）、２４…貫通孔、２７…ドングル本体、２８…アンテナ素子。

Claims

天板にアンテナ素子を該天板に対して略平行な面状に形成した上ケースと、内側にモバイル機器と接続するためのコネクタ及び通信用の電子部品を備えた基板を設けた中空の下ケースとを、前記下ケースに対して前記上ケースの姿勢を変化させることが可能な連結部材によって接続し、前記アンテナ素子と前記基板とを接続するケーブルを前記連結部材の内部を通し、前記下ケースに対して前記上ケースを姿勢変化可能に取り付けてなり、前記アンテナ素子は、メッキ加工処理によって形成し、かつ、天板の外面から側板の外面に一部を延伸させて側板にもアンテナ素子を形成したことを特徴とする無線通信機。
ケースが概略直方体形状でこの直方体の最も面積が広い天板にアンテナ素子を該天板に対して略平行な面状に形成した上ケースと、内側にモバイル機器と接続するためのコネクタ及び通信用の電子部品を備えた基板を設けた概略直方体形状からなる下ケースとを、前記下ケースに対して前記上ケースの姿勢を変化させることが可能な連結部材によって接続し、前記アンテナ素子と前記基板とを接続するケーブルを前記連結部材の内部を通し、前記下ケースに対して前記上ケースを姿勢変化可能に取り付けてなり、前記アンテナ素子は、メッキ加工処理によって形成し、かつ、天板の外面から側板の外面に一部を延伸させて側板にもアンテナ素子を形成したことを特徴とする無線通信機。
天板にアンテナ素子を該天板に対して略平行な面状に形成した上ケースと、内側にモバイル機器と接続するためのコネクタ及び通信用の電子部品を備えた基板を設けた中空の下ケースとを、前記下ケースに対して前記上ケースの姿勢を変化させることが可能な連結部材によって接続し、前記アンテナ素子と前記基板とを接続するケーブルを前記連結部材の内部を通し、前記下ケースに対して前記上ケースを姿勢変化可能に取り付けてなり、前記アンテナ素子は、メッキ加工処理によって形成し、かつ、天板の内面から側板の内面に一部を延伸させて側板にもアンテナ素子を形成したことを特徴とする無線通信機。
ケースが概略直方体形状でこの直方体の最も面積が広い天板にアンテナ素子を該天板に対して略平行な面状に形成した上ケースと、内側にモバイル機器と接続するためのコネクタ及び通信用の電子部品を備えた基板を設けた概略直方体形状からなる下ケースとを、前記下ケースに対して前記上ケースの姿勢を変化させることが可能な連結部材によって接続し、前記アンテナ素子と前記基板とを接続するケーブルを前記連結部材の内部を通し、前記下ケースに対して前記上ケースを姿勢変化可能に取り付けてなり、前記アンテナ素子は、メッキ加工処理によって形成し、かつ、天板の内面から側板の内面に一部を延伸させて側板にもアンテナ素子を形成したことを特徴とする無線通信機。