JP7386697B2 - 無線ユニット - Google Patents

Description

本発明は、アンテナと電源部品とを備えた無線ユニットに関する。

アンテナと信号処理ＩＣ（Integrated Circuit）を有し、コイン電池等で単独で動作する無線機として、Bluetooth（登録商標）を代表とする小型で低消費電力の無線デバイスが知られている。例えば特許文献１には、複数のアンテナと、複数のアンテナに接続される回路の電源として用いられる電池を備えた通信機器が記載されている。特許文献１に記載される通信機器は、機器の小型化を阻むことなく、アンテナと周辺回路との相互干渉やアンテナ同士の干渉が抑制されるように、電池が電池の主面に対する垂直方向から視て複数のアンテナ間に配置され、電池の主面に沿って平行に視て複数のアンテナが電池と重なっているように構成される。

国際公開第２０１８／１６８５４８号

アンテナ、周辺回路及び電池を有する通信機器において、アンテナと電池とを隣接させて設置すると、共振周波数の移動やアンテナ効率の低下が生じて無線の飛距離などの無線特性が劣化するため、両者を離して設置することが望ましい。また、アンテナや電池等を一枚の基板に実装する場合には、設置面積が広くなるため小型化が難しい。一方、特許文献１に記載のようにアンテナと電池をそれぞれ異なる基板に実装した場合には、アンテナと電池が互いに対向する関係は回避できても、両者が近接する位置関係になるため良好な無線の飛距離などの無線特性を確保することが困難である。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、無線の飛距離などの無線特性を維持しつつ小型化に最適な構成を有する無線ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に関わる無線ユニットは、無線デバイスと、電源デバイスと、部品デバイスと、支持体とを具備する。
上記無線デバイスは、アンテナと、上記アンテナが設置されるアンテナ設置面とを有する。
上記電源デバイスは、電源部品と、上記アンテナ設置面に対向して配置され上記電源部品が設置される電源設置面とを有する。
上記部品デバイスは、電子部品と、上記アンテナ設置面と上記電源設置面との間に配置され上記電子部品が設置される部品設置面とを有する。
上記支持体は、上記無線デバイス、上記電源デバイスおよび上記部品デバイスを支持する。

上記無線ユニットにおいては、無線デバイスと電源デバイスとの間に部品デバイスが配置される。これにより、アンテナと電源部品とが部品デバイスを配置する分だけ離間して配置されるため、無線の飛距離などの無線特性の劣化を抑制しつつ、小型化が可能となる。

上記無線デバイスは、上記アンテナ設置面である第１の主面を有するアンテナ基板を含み、上記電源デバイスは、上記電源設置面を有する電源基板を含み、上記部品デバイスは、上記部品設置面を有する部品基板を含んでもよい。
これにより、無線デバイス、電源デバイスおよび部品デバイスをそれぞれ、配線基板とその上に実装されたアンテナ、電源部品あるいは電子部品とを含む基板実装体で構成することができる。

上記アンテナ設置面である第１の主面は、上記アンテナが設置される第１の領域と、上記第１の領域に隣接する第２の領域とを有し、上記無線デバイスは、上記アンテナと電気的に接続され上記第２の領域に設置された上記アンテナの信号を処理する回路をさらに有してもよい。
これにより、無線デバイスの構成の簡素化を図ることができるとともに、アンテナとアンテナの信号を処理する回路との間の配線長が短くなるため、ノイズの重畳などの回路特性の劣化を抑えることができる。

上記アンテナ設置面である第１の主面は、上記部品基板と対向する上記アンテナ基板の主面とは反対側の主面であってもよい。
これにより、アンテナ設置面を電源部品からより遠ざけることができるため、アンテナ効率の劣化をより抑制することができる。

上記部品設置面は、上記アンテナ基板に対向する上記部品基板の主面である第１の部品設置面と、上記第１の部品設置面と対向する上記アンテナ基板の主面である第２の部品設置面とを有してもよい。
このように部品設置面は、部品基板だけでなく、アンテナ基板のアンテナ設置面とは反対側の面にも設けられることで、電子部品の実装密度が高まり、無線ユニットの高機能化あるいは機能の拡張化を図ることができる。

この場合、上記第２の部品設置面に設置される上記電子部品は、上記第２の領域に対応する領域に偏って設置されてもよい。
これにより、アンテナの直下に電子部品が位置することを排除できるため、アンテナの特性の劣化を抑制することができる。

一方、上記電源設置面は、上記部品基板に対向する上記電源基板の主面である第１の電源設置面と、上記第１の電源設置面と対向する上記部品基板の主面である第２の電源設置面とを有してもよい。
このように電源設置面は、電源基板だけでなく、部品基板にも設けられることで、電源の高容量化を図ることができる。

あるいは、上記無線デバイスは、上記アンテナ設置面である第１の主面と、上記部品設置面である第２の主面とを有するアンテナ基板を含み、上記電源デバイスは、上記第２の主面に対向して配置され前記電源設置面を有する電源基板を含んでもよい。
電源基板は、単数に限られず、複数の電源を搭載した基板の積層体であってもよい。

一方、上記支持体は、上記アンテナ設置面に対して垂直な方向に延び上記アンテナ設置面と上記電源設置面との間に所定の間隙を形成する複数の柱状体を有してもよい。
この場合、複数の柱状体は、上記各設置面との間に所定の間隙を形成するスペーサとして機能させることができる。

前記複数の柱状体のうち少なくとも一部は、導電性材料で構成されてもよい。
これにより、上記柱状体を配線の一部として構成することができるため、無線ユニットの小型化、部品点数の削減等を図ることができる。

前記電子部品は、センサ部品、音響部品、発光部品、駆動部品または発熱部品の少なくとも１つを含んでもよい。
これにより、例えば、外部機器を通じて無線ユニットの姿勢や動きなど検出し、あるいは、無線ユニットの発光や音響などの制御が可能となる。

本発明によれば、無線の飛距離などの無線特性を維持しつつ小型化が可能な無線ユニットを構成することができる。

本発明の第１実施形態に係る無線ユニットを示す外観斜視図である。 上記無線ユニットの概略断面図である。 上記無線ユニットのユニット本体の概略斜視図である。 第２実施形態に係る無線ユニットの概略斜視図である。 第２実施形態に係る無線ユニットの概略断面図である。 第３実施形態に係る無線ユニットの概略断面図である。 第４実施形態に係る無線ユニットの概略断面図である。 第５実施形態に係る無線ユニットの概略断面図である。 第６実施形態に係る無線ユニットの概略断面図である。 第７実施形態に係る無線ユニットの概略断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１～図３に、本発明の第１の実施形態に係る無線ユニット１００を示す。図１は無線ユニット１００の外観斜視図である。図２は無線ユニット１００の概略断面図である。図３は筐体を除いた無線ユニット１００の概略斜視図である。
以下、図において、後述するアンテナ設置面８１と平行な面をＸＹ平面とし、当該アンテナ設置面８１に直交する方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向は、複数の基板を備える無線ユニット１００の基板の積層方向に相当し、高さ方向に相当する。以下では、Ｚ軸方向からみる場合を平面視といい、Ｚ軸方向から透視する場合を平面透視という。

図１及び２に示すように、無線ユニット１００は、一辺が１０ｍｍ程度の略立方体形状を有する。なお、本明細書においてあげる数値はあくまで一例であり、これに限定されるものではない。

無線ユニット１００は、筐体２と、筐体２内に保持されたユニット本体１０とを有する。筐体２は、全体の外形が略立方体形状のユニット本体１０を覆う箱状を有する。ユニット本体１０を筐体２に収納した状態で、無線デバイス１００は構成される。なお、筐体２は、図２に示すように、上面に開口を有する本体部２Ａと上記開口を閉塞する蓋部２Ｂとを有する。筐体２は、典型的には、合成樹脂等の非導電性材料で構成され、その形状は特に限定されず、図示するような立方体あるいは直方体形状でもよいし、あるいは球体形状であってもよい。

図２及３に示すように、ユニット本体１０は、無線デバイスＭ１と、電源デバイスＭ２と、部品デバイスＭ３と、支持体６とを備える。

（無線デバイス）
無線デバイスＭ１は、アンテナ３と、アンテナ３が設置されるアンテナ設置面８１とを有する。無線デバイスＭ１は、アンテナ基板７１と、アンテナの信号を処理する回路４とを含む。無線デバイスＭ１は、アンテナ３を用いて図示しない外部機器（例えば、スマートホン）との間で電波を送受信可能に構成される。

アンテナ基板７１は、典型的には、ガラスエポキシ基板等のリジッド基板で構成される。これにより、アンテナ３がＸＹ平面に平行に安定に支持される。アンテナ基板７１は、両面配線基板で構成されてもよいし、片面配線基板で構成されてもよい。

アンテナ設置面８１は、アンテナ基板７１の第１の主面である。本実施形態においてアンテナ基板７１の第１の主面は、アンテナ基板７１の表面（図２において上面）である。アンテナ設置面８１は、第１の領域８１１と、第２の領域８１２とを有する。図１～３に示す例では、第１の領域８１１と第２の領域８１２はＸ軸方向に隣接する。第１の領域８１１には、アンテナ３が配置される。第２の領域８１２には、アンテナ３の信号を処理する回路４が配置される。

アンテナ３は、典型的には、平面アンテナであり、例えば、ループアンテナ、マイクロストリップアンテナ、板状逆Ｆアンテナなどが採用可能である。アンテナ３は、アンテナ基板７１の表面の銅箔を所定形状にパターニングすることで形成される。

アンテナ３の信号を処理する回路４は、アンテナ３と電気的に接続され、アンテナ３を介して送受信される信号を処理する。アンテナ３の信号を処理する回路４は、典型的には、ＩＣ部品で構成される。アンテナ３の信号を処理する回路４は、ＩＣ部品以外にも、コイル、コンデンサ、抵抗などのアンテナの感度をマッチングさせるための受動部品のほか、フィルタ素子、ＩＣへパルス信号を供給するための振動子等を含んでもよい。アンテナ３の信号を処理する回路４がアンテナ３と同一平面（アンテナ設置面８１）上に搭載されることにより、アンテナ３との間の配線長を短くできるので、所望とする高周波特性を確保できるとともにノイズの重畳を極力抑えることができる。

なお、図示の例に限られず、アンテナ基板７１の第２の主面である裏面（図２において下面）にも部品が搭載されてもよい。

（電源デバイス）
電源デバイスＭ２は、電源部品５と、電源部品５が設置される電源設置面８２を有する。電源設置面８２は、アンテナ設置面８１にＺ軸方向に対向して配置される。電源デバイスＭ２は、無線デバイスＭ１および部品デバイスＭ３へ電力を供給する。

本実施形態において、電源デバイスＭ２は、電源基板７２を含む。電源基板７２は、アンテナ基板７１と同様に、ガラスエポキシ基板等のリジッド基板で構成される。これにより、電源部品５がＸＹ平面に平行に安定に支持される。電源基板７２は、両面配線基板で構成されてもよいし、片面配線基板で構成されてもよい。

電源設置面８２は、電源基板７２の第１の主面である。本実施形態において電源基板７２の第１の主面は、電源基板７２の表面（図２において上面）である。電源部品５は、電源基板７２の表面の面積の半分以上の面積を占める。なお、電源設置面８２は、電源基板７２の第２の主面である裏面（図２において下面）に設けられてもよい。電源部品５は、電源基板７２の表面および裏面にそれぞれ搭載されてもよい。

電源部品５は、単数であってもよいし、複数であってもよい。電源部品５は、全体が金属部品を主体として構成される部品であってもよく、例えば、充放電可能な二次電池、キャパシタ、コイン電池（一次電池）を含む。二次電池は充放電可能であるため、コイン電池よりも無線ユニット１００の寿命を延ばすことができる。キャパシタは、二次電池、コイン電池よりも構造が簡素で低コストであるため、無線ユニット１００の製造コストを抑えることができる。また、キャパシタは、二次電池やコイン電池よりも構造が簡素であり故障が生じにくいことから、二次電池、コイン電池よりも不良率を下げることができる。一方、コイン電池は、二次電池よりも安価であるという点で、無線ユニット１００の低コスト化を図ることができる。

（部品デバイス）
部品デバイスＭ３は、所定機能を有する各種の電子部品１１と、これら電子部品１１が設置される部品設置面８３とを有する。部品設置面８３は、アンテナ設置面８１と電源設置面８２との間に配置される。

本実施形態において、部品デバイスＭ３は、部品基板７３を含む。部品基板７３は、アンテナ基板７１と同様に、ガラスエポキシ基板等のリジッド基板で構成される。これにより、電子部品１１がＸＹ平面に平行に安定に支持される。部品基板７３は、両面配線基板で構成されてもよいし、片面配線基板で構成されてもよい。

部品設置面８３は、部品基板７３の第１の主面である。本実施形態において部品基板７３の第１の主面は、部品基板７３の表面（図２において上面）である。部品設置面８３は、図示するように部品基板７３の表面だけでなく、部品基板７３の第２の主面である裏面（図２において下面）に設けられてもよい。電子部品１１は、部品基板７３の表面および裏面にそれぞれ搭載されてもよい。

電子部品１１は、単数であってもよいし、複数であってもよい。電子部品１１は、電源部品５と比較して小型であり、その表面を構成する材料が主としてプラスチックやセラミックなどの非導電性材料であるものをいう。このような電子部品１１としては、加速度センサや角速度センサ、地磁気センサなどのセンサ部品が挙げられる。また、電子部品１１は、マイクロフォンやスピーカなどの音響部品、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光部品、モータなどの駆動部品、または、ヒータなどの発熱部品、あるいは、これら電子部品の組み合わせであってもよい。なお、電子部品１１は、アンテナ３の信号を処理する回路４の一部を構成する電子部品でもよいし、アンテナ３の信号を処理する回路４以外の電子部品であってもよい。

アンテナ基板７１、電源基板７２および部品基板７３は、互いに所定の間隙をもって離間して平行に配置される。アンテナ基板７１、電源基板７２および部品基板７３は、ほぼ同じ大きさの外形を有し、平面透視ですべて重なり合っている。換言すると、アンテナ設置面８１及び部品設置面８３は、それぞれを電源設置面８２に投影したときの投影領域が電源設置面８２と完全に重なり合っている。

アンテナ基板７１、電源基板７２および部品基板７３は、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿う４つの辺を有する略正方形状の板である。アンテナ基板７１、電源基板７２および部品基板７３の一辺は１０ｍｍ以下であり、本実施形態では例えば８ｍｍ程度である。アンテナ基板７１、電源基板７２および部品基板７３の板厚（Ｚ軸方向における寸法）は例えば１ｍｍ以下であり、本実施形態では例えば０．３ｍｍ程度である。本実施形態においてはアンテナ基板７１、電源基板７２および部品基板７３は略正方形の外形を有するが、これに限定されず、所望の形状としてもよい。

（支持体）
支持体６は、無線デバイスＭ１、電源デバイスＭ２および部品デバイスＭ３を支持するためのものである。支持体６は、無線デバイスＭ１と部品デバイスＭ３との間、および、電源デバイスＭ２と部品デバイスＭ３との間に所定の間隙を形成できる構成であれば特に限定されず、本実施形態では図２および図３に示すように複数本の支柱で構成される。

支持体６は、無線デバイスＭ１と部品デバイスＭ３との間を接続する第１の支柱６１と、電源デバイスＭ２と部品デバイスＭ３との間を接続する第２の支柱６２とを有する。第１および第２の支柱６１，６２は、典型的には、アンテナ基板７１、電源基板７２および部品基板７３の四隅に取り付けられる。

第１および第２の支柱６１，６２は、Ｚ軸方向に延びる軸状あるいは棒状の複数の柱状体で構成される。第１および第２の支柱６１，６２は相互に同軸上に設けられるが、これに限られず、相互に軸心位置がオフセットした位置に設けられてもよい。本実施形態において第１および第２の支柱６１，６２は、共通の柱状体からなり、当該柱状体の上部が第１の支柱６１として構成され、当該柱状体の下部が第２の支柱６２として構成される。

支持体６（第１および第２の支柱６１，６２）の高さは特に限定されず、電源部品５の高さ（厚み）や電子部品１１の高さ（厚み）に応じて適宜設定される。無線ユニット１００の小型化の観点からでは、支持体６の高さは小さいほど好ましいが、アンテナ３と電源部品５との接近により、共振周波数の移動やアンテナ効率の低下が生じて無線の飛距離などの無線特性（アンテナ特性）が劣化しやすくなる。アンテナ３と電源部品５との間隙Ｈ（図２参照）が大きいほどアンテナ３の通信距離や通信パワーなどの通信特性は良好となるが、無線ユニット１００の大型化が避けられない。そこで本実施形態では、アンテナ３と電源部品５との間隙Ｈ内に部品デバイスＭ３を配置して無線ユニット１００の小型化を図りつつ、アンテナ３と電源部品５とに一定の間隙Ｈを形成することで、アンテナ３の通信距離や通信パワーなどの通信特性の劣化を抑制するようにしている。

支持体６の構成材料は特に限定されず、本実施形態では鉄、ステンレス、銅、アルミニウムなどの金属材料で構成される。支持体６を金属製とすることにより、無線デバイスＭ１、電源デバイスＭ２および部品デバイスＭ３の間を、支持体６を介してそれぞれ電気的に接続することができるため、これら各デバイスＭ１～Ｍ３間を電気的に接続する別途の配線材料が不要となる。

支持体６は、アンテナ基板７１、電源基板７２および部品基板７３に対し、例えば、はんだ付けなどにより電気的に接続される。接続方法は特に限定されず、例えば、挿入実装法が適用可能である。この場合、アンテナ基板７１、電源基板７２および部品基板７３の四隅には層間接続用のスルーホールがそれぞれ設けられ、支持体６がこれら各基板のスルーホールに挿入された状態ではんだ付けされる。なお、第１および第２の支柱６１，６２が別部材で構成される場合には、各支柱６１，６２をアンテナ基板７１、電源基板７２および部品基板７３へ表面実装法によりはんだ付けすることができる。

４つの支持体６のうち、少なくとも１つ（支持体６Ａ）は、電源部品５からの電源電圧を無線デバイスＭ１のアンテナ３の信号を処理する回路４および部品デバイスＭ３の各電子部品１１に供給する供給接続部として機能する。残りの３つの支持体６のうち、少なくとも１つ（支持体６Ｂ）は、アンテナ３の信号を処理する回路４および各電子部品１１をグランドに接続するグランド接続部として機能する。他の２つの支持体は、電気的にフローティング状態であってもよい。つまり、供給接続部とグランド接続部がそれぞれ少なくとも１つずつあればよい。

（本実施形態の作用）
上述した構成の無線ユニット１００において、アンテナ３、アンテナ３の信号を処理する回路４、電源部品５及び電子部品１１のうち、平面視で最も面積の大きいものは電源部品５である。本実施形態においては、最も大きい平面面積を有する電源部品５を基準として、平面視でのユニット本体１０の大きさが、電源部品５が設置される電源基板７２よりも大きくならないように、アンテナ３およびアンテナ３の信号を処理する回路４が設置されるアンテナ基板７１、および、電子部品１１が設置される部品基板７３が配置される。これにより、無線ユニット１００をコンパクトな形状とすることができる。

電源部品５は、体積のある金属製のデバイスであり、アンテナ３と電源部品５とを近接させると、共振周波数の移動やアンテナ効率の低下が生じて無線の飛距離などの無線特性が劣化する。電子部品１１は電源部品５よりも体積が小さく、金属製の表面割合は電源部品５に比べて小さい。このため、無線デバイスＭ１の近傍に部品デバイスＭ２が配置されたとしても、アンテナ３の無線の飛距離などの無線特性への影響は、電源デバイスＭ２が近接配置される場合と比較して小さい。

本実施形態の無線ユニット１００では、電源部品５がアンテナ３と平面透視で重なるように配置され、更に、アンテナ設置面８１と電源設置面８２との間に、電子部品１１が設けられる部品設置面８３が位置するように構成される。このように、アンテナ３と電源部品５とを平面透視で重なるように対向配置することにより無線ユニット１００を小型化することが可能となる。更に、アンテナ３と電源部品５が平面透視で重なるように対向配置されていても、積層方向に沿って、アンテナ３と電源部品５との間に電子部品１１を配置するため、アンテナ３と電源部品５との間に所定の間隙Ｈを形成でき、これにより共振周波数の移動やアンテナ効率の低下を抑えて無線の飛距離などの無線特性の劣化が抑制される。加えて、アンテナ３と電源部品５との間に電子部品１１を配置することにより、無線ユニット１００の体積の最小化が可能となり、これにより無線ユニット１００の適用範囲を広げることができる。例えば、サイコロや鈴等を模した小型のサイズや立体的な形状の無線デバイス１００を構成することができる。本実施形態においては、略立方体形状の無線ユニットとすることができ、無線ユニットの全ての面を最小面積とすることができる。

また、本実施形態においては、アンテナ基板７１において、アンテナ３が配置される第１の領域８１１の裏面側には電子部品は設けられていない。このように、アンテナ基板７１を挟んでアンテナ３に近接する金属製品の存在を極力排除することで、アンテナ３への悪影響を低減させることができる。

また、本実施形態においては、支持体は各デバイスＭ１～Ｍ３間を接続する接続部としての機能と各デバイスＭ１～Ｍ３の間に間隙を形成するスペーサとしての機能の双方を有しており、接続部とスペーサを別々に設ける場合と比較して部品点数を削減することができる。

ここで、供給接続部として機能する支持体６Ａおよびグランド接続部として機能する支持体６Ｂは、アンテナ３が形成される領域である第１の領域８１１からなるべく遠くに位置するように配置することが好ましい。これにより、支持体６Ａ，６Ｂによる無線の飛距離などの無線特性の劣化が抑制される。この場合、フローティング状態の支持体６は、電気接続部としては機能しないダミー接続部であり、第１の領域８１１に位置していても、無線の飛距離などの無線特性への影響はほとんどない。本実施形態においては、接続部として機能する支持体６Ａ，６Ｂは、矩形状の第２の領域８１２のうち第１の領域８１１と接する辺と対向する辺の両側に位置する。これにより支持体６Ａ，６Ｂを、平面透視で第１の領域８１１と重なる領域から離れるように配置することができる。この場合、フローティング状態の支持体６は、配線基板７１～７３間を所定の間隙に離間させて対向配置させるスペーサとしてのみ機能する。

本実施形態では、４つの支持体６を設ける例を挙げたが、支持体６の数はこれに限定されない。例えば、スペーサ機能および接続部の機能の観点から、支持体６は少なくとも２つあればよい。この場合においても、接続部として機能する２つの支持体６Ａ，６Ｂは、それぞれ、平面透視で少なくとも一部が第２の領域８１２と重なる領域に位置することが好ましい。これにより、支持体６Ａ，６Ｂによる無線の飛距離などの無線特性の劣化を、第１の領域８１１と重なる領域内に配置する場合と比較して低減することができる。

さらに本実施形態によれば、電子部品１１として所定機能を有する各種電子部品が採用されているため、以下のような機能をさらに有する。

例えば、電子部品１１として、３軸加速度センサ、３軸角速度センサ及び３軸地磁気センサを組み合わせた９軸センサを用いて、無線ユニット１００を構成することができる。当該無線ユニット１００を鈴型にして例えば飼い猫の首輪に取り付けることにより、９軸センサで取得された猫の動き情報が無線ユニット１００から送信可能となる。これにより、飼い主は、無線ユニット１００から送信される情報を受信可能な電子機器（例えば、スマートホン）を通じて、目の届かない遠方にいる猫の様子を確認することが可能となる。

また、本実施形態の無線ユニット１００は立方体形状に構成することができるので、９軸センサを用いた無線ユニット１００を用いてサイコロを構成することができる。このような構成のサイコロでは、９軸センサで取得されたサイコロの姿勢情報が無線ユニット１００から電子機器に送信可能となる。そして、例えばサイコロの姿勢情報から得られるサイコロの目の情報を用いて電子機器の表示部上でゲーム等をすることができる。また、スピーカを更に設け、９軸センサを用いて取得されるサイコロの目の情報をスピーカから音声出力するようにすることもできる。

以下、他の実施形態について説明するが、前に記載される実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する場合がある。以下に説明する各実施形態の無線ユニットにおいても、第１の実施形態と同様に、アンテナ３と電源部品５とが対向配置され、アンテナ３が設けられるアンテナ設置面８１と電源部品５が設けられる電源設置面８２との間に、電子部品１１が設けられる部品設置面８３が位置するように構成される。これにより設置面の積層方向に沿って、アンテナ３と電源部品５との間に電子部品１１が位置することとなり、アンテナ３と電源部５とを離間して配置することができ、無線の飛距離などの無線特性を維持しつつ小型化が可能となる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、アンテナ基板７１の裏面側に電子部品や電源が設置されない例をあげたが、アンテナ基板７１の裏面側に電子部品や電源が設置されてもよい。図４及び図５は、それぞれ、本発明の第２の実施形態にかかわる無線ユニット２００の概略斜視図及び概略断面図である。第２の実施形態以降の各実施形態では筐体の図示を省略する。

図４及び５に示すように、本実施形態の無線ユニット２００は、ユニット本体２０を有する。ユニット本体２０は、無線デバイスＭ１（アンテナ基板７１、アンテナ３、アンテナ３の信号を処理する回路４、電子部品１１）と、電源デバイスＭ２（電源基板７２、第１の電源部品５１、電子部品１１）と、部品デバイスＭ３（部品基板７３、電子部品１１、第２の電源部品５２）と、支持体６とを有する。

本実施形態の無線ユニット２００は、電源設置面８２および部品設置面８３がそれぞれ複数設けられる。電源設置面８２は、部品基板７３に対向する電源基板７２の主面（表面）である第１の電源設置面８２Ａと、第１の電源設置面８２Ａと対向する部品基板７３の主面（裏面）である第２の電源設置面８２Ｂとを有する。第１の電源設置面８２Ａには電源部品５を構成する第１の電源部品５１が搭載され、第２の電源設置面８２Ｂには電源部品５を構成する第２の電源部品５２が搭載される。第１の電源部品５１および第２の電源部品５２には、それぞれ同型の電源部品が用いられるが、異種の電源部品が採用されてもよい。

一方、部品設置面８３は、アンテナ基板７１に対向する部品基板７３の主面（表面）である第１の部品設置面８３Ａと、第１の部品設置面８３Ａと対向するアンテナ基板７１の主面（裏面）である第２の部品設置面８３Ｂと、第１の電源設置面８２Ａとは反対側の電源基板７２の主面（裏面）である第３の部品設置面８３Ｃとを有する。第１～第３の部品設置面８３にはそれぞれ適宜の電子部品１１が搭載される。

アンテナ基板７１側の第２の部品設置面８３Ｂは、アンテナ設置面８１の反対側の面である。第２の部品設置面８３Ｂにおいて、平面透視でアンテナ設置面８１の第２の領域８１２と重なる領域（第２の領域８１２と対応する領域）に電子部品１１が偏って配置され、第１の領域８１１と重なる領域には電子部品１１は配置されていない。すなわち、アンテナ基板７１においてアンテナ３の裏面側には電子部品１１は配置されていない。

部品基板７３側についても同様に、第１の部品設置面８３Ａにおいて、平面透視でアンテナ設置面８１の第２の領域８１２と重なる領域に電子部品１１が偏って配置され、アンテナ設置面８１の第１の領域８１１と重なる領域には電子部品１１は配置されていない。

本実施形態の無線デバイス２００では、アンテナ設置面８１と第２の部品設置面８３Ｂとを有するアンテナ基板７１と、第１の部品設置面８３Ａと第２の電源設置面８２Ｂとを有する電源基板７２とは、それぞれの部品設置面８３Ａ，８３Ｂが対向するように位置している。これにより、アンテナ３と、２つの電源部品５１，５２のうちアンテナ３寄りに位置する第２の電源部品５２との間に、Ｚ軸方向に２層分の電子部品１１（部品デバイス）が位置することになる。このため、部品基板７３に電源部品が搭載される本実施形態の無線ユニット２００においても、アンテナ３と電源部品５との間に上記２層分の電子部品１１が介在するため、アンテナ３と電源５との間に所定の間隙を形成できることになる結果、共振周波数の移動やアンテナ効率の低下を抑えて無線の飛距離などの無線特性の劣化を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、第１の部品設置面８３Ａと第２の部品設置面８３Ｂとの間に配置される電子部品１１は、平面透視でアンテナ設置面８１の第２の領域８１２に偏って配置され、アンテナ３が設置される第１の領域８１１には電子部品１１が配置されない。これにより、電子部品１１がアンテナ３に近接して配置され、共振周波数の移動やアンテナ効率の低下が生じることによる無線の飛距離などの無線特性の劣化が抑制される。

以上のように構成される本実施形態の無線ユニット２００においても、上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、電源設置面８２および部品設置面８３がそれぞれ複数設けられているため、電子部品の搭載数の増加による無線ユニット２００の高機能化が容易となる。また、複数の電源部品を搭載できるため、十分な電力を確保することができる。

＜第３の実施形態＞
図６は本発明の第３の実施形態に係る無線ユニット３００の概略断面図である。

図６に示すように、本実施形態の無線ユニット３００は、ユニット本体３０を有する。ユニット本体３０は、第２の実施形態と同様に、無線デバイスＭ１（アンテナ基板７１、アンテナ３、アンテナ３の信号を処理する回路４、電子部品１１）と、電源デバイスＭ２（電源基板７２、第１の電源部品５１、電子部品１１）と、部品デバイスＭ３（部品基板７３、電子部品１１、第２の電源部品５２）と、支持体６とを有する。

本実施形態では、第２の実施形態の構成に加え、第１の部品設置面８３Ａと第２の部品設置面８３Ｂとの間の、平面透視でアンテナ設置面８１の第１の領域８１１と重なる領域にも電子部品１１が配置されている。これにより、第２の部品設置面８３Ｂにおける部品の実装密度が高められるため、無線ユニットのさらなる高機能化を図ることができる。

なお、アンテナ３の効率劣化を抑える観点から、アンテナ３の裏面側に搭載される電子部品１１としては、例えば、全体の導電性材料の割合が低く構成されるＬＥＤ、パッケージ樹脂により覆われた電子部品等であることが好ましい。

＜第４の実施形態＞
図７は本発明の第４の実施形態に係る無線ユニット４００の概略断面図である。

図７に示すように、本実施形態の無線ユニット４００は、ユニット本体４０を有する。ユニット本体４０は、無線デバイスＭ１（アンテナ基板７１、アンテナ３、アンテナ３の信号を処理する回路４、電子部品１１）と、電源デバイスＭ２（電源基板７２、電源部品５）と、部品デバイスＭ３（部品基板７３、電子部品１１）と、支持体６とを有する。

本実施形態において、部品設置面８３は、第１の部品設置面８３Ａと、第２の部品設置面８３Ｂと、第３の部品設置面８３Ｃとを有する。
第１の部品設置面８３Ａは、アンテナ基板７１と対向する部品基板７３の主面（表面）であり、第２の部品設置面８３Ｂは、第１の部品設置面８３Ａと対向するアンテナ基板７１の主面（裏面）である。そして、第３の部品設置面８３Ｃは、第１の部品設置面８３Ａとは反対側の部品基板７３の主面（裏面）である。第１～第３の部品設置面８３Ａ～８３Ｃには、それぞれ電子部品１１が搭載される。

本実施形態の無線ユニット４００においても第２の実施形態と同様に、第２の部品設置面８３Ｂには、アンテナ設置面８１の第２の領域８１２と重なる領域に電子部品１１が偏って配置される。これにより、アンテナ３の直下に電子部品が存在することに起因するアンテナ効率の劣化を抑制することができる。

さらに、部品デバイスＭ３が部品基板７３の表面および裏面にそれぞれ設けられるため、アンテナ３と電源部品５との間の離間距離（間隙Ｈ）の拡大を図ることができる。これにより、部品搭載数の増加による無線ユニット４００の高機能化を図りつつ、アンテナ３の無線の飛距離などの無線特性の劣化をさらに抑制することが可能となる。

＜第５の実施形態＞
図８は、本発明の第５の実施形態に係る無線ユニット５００の概略断面図である。

図８に示すように、本実施形態の無線ユニット５００は、ユニット本体５０を有する。ユニット本体５０は、無線デバイスＭ１と、電源デバイスＭ２と、部品デバイスＭ３と、支持体６とを有する。

無線デバイスＭ１は、アンテナ基板９１と、アンテナ基板９１のアンテナ設置面８１に設置されたアンテナ３およびアンテナ３の信号を処理する回路４とを有する。アンテナ基板９１は、上述の各実施形態におけるアンテナ基板７１に相当し、アンテナ設置面８１は、アンテナ基板９１の一方の主面（表面）である。アンテナ設置面８１は、第１の領域８１１と第２の領域８１２とを有し、第１の領域８１１にはアンテナ３が、第２の領域８１２にはアンテナ３の信号を処理する回路４がそれぞれ設置される。

電源デバイスＭ２は、電源基板９２と、電源基板９２の電源設置面８２に設置された電源部品５とを有する。電源基板９２は、アンテナ基板９１とＺ軸方向に対向して配置され、上述の各実施形態におけるアンテナ基板７２に相当する。電源設置面８２は、アンテナ基板９１と対向する電源基板９２の一方の主面（表面）である。アンテナ基板９１と電源基板９２との間は、支持体６により、所定の間隙が形成される。

部品デバイスＭ３は、電子部品１１と、電子部品１１が設置される部品設置面８３とを有する。部品設置面８３は、電源基板９２と対向するアンテナ基板９１の主面（裏面）である。すなわち本実施形態では、上述の各実施形態における部品基板７３に相当する部材を備えておらず、部品設置面８３がアンテナ基板９１の裏面に設けられる。電子部品１１は、部品設置面８３の、平面視で第２の領域８１２と重なる領域に偏って配置され、第１の領域８１１と重なる領域には電子部品１１は配置されていない。

本実施形態の無線ユニット５００においても、Ｚ軸方向に対向するアンテナ３と電源部品５との間に電子部品１１（部品デバイスＭ３）が配置されることにより、アンテナ３と電源部品５との間に一定の間隙Ｈが形成される。これにより、共振周波数の移動やアンテナ効率の低下が生じることによる無線の飛距離などの無線特性の劣化を抑制することができる。また、アンテナ３と電源部品５との間に電子部品１１を配置することにより、間隙Ｈを部品の配置スペースとして有効に活用することができるため、無線ユニット５００の小型化に貢献することができる。さらに、本実施形態では、アンテナ基板９１および電源基板９２の２枚の基板を用いて無線ユニット５００が構成されるため、上述の各実施形態の無線ユニットと比較してＺ軸方向の寸法を小さくすることができ、さらなる小型化が可能となる。

＜第６の実施形態＞
図９は、本発明の第６の実施形態に係る無線ユニット６００の概略断面図である。

図９に示すように、本実施形態の無線ユニット６００は、ユニット本体６０を有する。ユニット本体６０は、無線デバイスＭ１と、電源デバイスＭ２と、部品デバイスＭ３と、支持体６とを有する。

本実施形態は、複数の電源基板を有する点で第５の実施形態と異なる。本実施形態において、電源基板は、第１の電源基板９２１と、第２の電源基板９２２とを有する。第１の電源基板９２１は、アンテナ基板９１とＺ軸方向に対向して配置され、第２の電源基板９２２は、アンテナ基板９１と第１の電源基板９２１との間に配置される。アンテナ基板９１と第２の電源基板９２２との間、および、第１の電源基板９２１と第２の電源基板９２２との間は、支持体６により、それぞれ所定の間隙が形成される。

無線ユニット６００は、第１、第２および第３の電源設置面８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃを有する。第１の電源設置面８２Ａは、第２の電源基板９２２と対向する第１の電源基板９２１の主面（表面）である。第２の電源設置面８２Ｂは、第１の電源設置面８２Ａに対向する第２の電源基板９２２の主面（裏面）である。第３の電源設置面８２Ｃは、アンテナ基板９１と対向する第２の電源基板９２２の主面（表面）である。第１の電源設置面８２Ａには第１の電源部品５１が搭載され、第２の電源設置面８２Ｂには第２の電源部品５２が搭載され、第３の電源設置面８２Ｃには第３の電源部品５３が搭載される。

以上のように構成される本実施形態の無線ユニット６００によれば、上述の第５の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、複数の電源基板９２１，９２２を備えるため、複数の電源部品５１～５３をＺ軸方向に対向させて配置することができる。これにより、電源の高容量化を図ることができるため、高出力あるいは長寿命の無線ユニットを構成することができる。

＜第７の実施形態＞
図１０は、本発明の第７の実施形態に係る無線ユニット７００の概略断面図である。

図１０に示すように、本実施形態の無線ユニット７００は、ユニット本体７０を有する。ユニット本体７０は、無線デバイスＭ１と、電源デバイスＭ２と、部品デバイスＭ３と、支持体６とを有する。

無線デバイスＭ１は、アンテナ基板９１と、アンテナ基板９１のアンテナ設置面８１に設置されたアンテナ３とを有する。アンテナ基板９１は、第１の実施形態における第１の配線基板７１に相当し、アンテナ設置面８１は、アンテナ基板９１の一方の主面（表面）である。

電源デバイスＭ２は、電源基板９２と、電源基板９２の電源設置面８２に設置された電源部品５とを有する。電源基板９２は、アンテナ基板９１とＺ軸方向に対向して配置され、第１の実施形態における電源基板７２に相当する。電源設置面８２は、アンテナ基板９１と対向する電源基板９２の一方の主面（表面）である。アンテナ基板９１と電源基板９２との間は、支持体６により、所定の間隙が形成される。

部品デバイスＭ３は、アンテナ３の信号を処理する回路４と、アンテナ３の信号を処理する回路４が設置される部品設置面８３とを有する。部品設置面８３は、電源基板９２と対向するアンテナ基板９１の主面（裏面）である。すなわち本実施形態では、アンテナ３の信号を処理する回路４は、部品デバイスＭ３を構成する電子部品１１の一部として構成され、アンテナ設置面８１とは反対側の部品設置面８３に搭載される点で第１の実施形態と異なる。

本実施形態の無線ユニット７００においても、第５の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、アンテナ設置面８１の反対側の面にアンテナ３の信号を処理する回路４が搭載されているため、無線ユニット７００の低背化あるいは薄型化を図ることができる。

＜変形例＞
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、上述の実施形態では、導電性の支持体６（６Ａ，６Ｂ）を介して、無線デバイスＭ１、電源デバイスＭ２および部品デバイスＭ３との間の電気的接続を行うようにしたが、電気的な接続を確保できるものであれば電気的接続方法は上記の例に限定されない。例えばワイヤボンディングやフレキシブルケーブル等の配線部材を用いて、各デバイス間の電気的接続を行うようにしてもよい。

また、上述の実施形態においては、支持体が支柱６で構成されたが、基板間の間隙を保持する構成であれば支持体６の構成は特に限定されない。例えば、支持体として、基板間に充填された樹脂層であってもよい。

また、上述の実施形態においては、アンテナ３を電源部品５に投影させたときの投影領域が電源部品５の領域内に完全に収まる例をあげたが、アンテナ３の投影領域が部分的に電源部品５の領域に位置してもよい。これにより、アンテナ３の投影領域と電源部品５との領域とが全く重ならない形態と比較して、無線デバイスを平面視したときの面積を縮小することが可能となる。無線ユニットを平面視したときの面積の縮小の観点からは、アンテナ３を電源部品５に投影させたときの投影領域が電源部品５の領域内に完全に収まる形態とすることが好ましい。

また、上述の実施形態においては、各デバイスＭ１～Ｍ３をグランド電位に接続するグランド用の支持体は、２つ以上であってもよい。これにより、無線的にはシールド効果が増すことになり、不要な輻射や外乱ノイズの影響を軽減することができる。

また、上述の実施形態においては、各基板を同じ大きさの外形とし、平面透視で完全に重なり合う例をあげたが、各基板の大きさを異ならせてもよい。この場合においても、最も大きい平面面積を有する電源部を基準として、平面視でのユニット本体の大きさが、電源部品が設置される電源基板よりも大きくならないように、他の基板の大きさや配置を決定することにより、無線ユニットをコンパクトに小型化することができる。

また、上述の実施形態では、電源部品が電源基板上に設置される例をあげたが、電源基板を設けず、電源部品が支柱等によって接続固定される形態としてもよい。このような構成においても、ある一方向に沿って互いに対向して位置する電源部品とアンテナとの間に電子部品が位置するように構成することにより、無線の飛距離などの無線特性を維持しつつ小型化が可能となる。

さらに、上述の実施形態では、基板上に形成された導電パターンによってアンテナが構成される例をあげたが、基板に装着されるチップアンテナであってもよい。

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００…無線ユニット
３…アンテナ
４…アンテナ３の信号を処理する回路
５、５１、５２、５３…電源部品
６、６Ａ、６Ｂ、６１、６２…支持体
１１…電子部品
７１、９１…アンテナ基板
７２、９２、９２１、９２２…電源基板
７３…部品基板
８１…アンテナ設置面
８２、８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ…電源設置面
８３、８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃ…部品設置面
Ｍ１…無線デバイス
Ｍ２…電源デバイス
Ｍ３…部品デバイス

Claims (6)

1. アンテナが設置されるアンテナ設置面を有するアンテナ基板と、
   第１の電源部品が設置される第１の電源設置面を有する第１の電源基板と、
   前記アンテナ基板と前記第１の電源基板との間に配される、第２の電源部品が設置される第２の電源設置面を有する第２の電源基板と、
   前記アンテナ基板、前記第２の電源基板及び前記第１の電源基板を、この順に互いに所定の間隙をおいて支持する複数の柱状の支持体と
   を具備し、
   前記アンテナ基板の前記アンテナ設置面と反対側の面と前記第２の電源基板の前記第２の電源設置面と反対側の面とは対向配置され、
   前記第２の電源設置面と前記第１の電源設置面とは対向配置され、
   前記アンテナと、前記第１の電源部品と、前記第２の電源部品は平面透視で重なるように配置され、
   前記アンテナ基板の前記アンテナ設置面と反対側の面及び／又は前記第２の電源基板の前記第２の電源設置面と反対側の面は、電子部品が設置される部品設置面である
   無線ユニット。
2. 請求項１に記載の無線ユニットであって、
   前記アンテナ設置面は、前記アンテナが設置される第１の領域と、前記第１の領域に隣接する第２の領域とを有し、
   前記アンテナ基板は、前記アンテナと電気的に接続され前記第２の領域に設置された前記アンテナの信号を処理する回路をさらに有する
   無線ユニット。
3. 請求項２に記載の無線ユニットであって、
   前記アンテナ基板の前記アンテナ設置面と反対側の面は前記部品設置面であり、
   前記アンテナ基板の前記部品設置面に設置される前記電子部品は、前記第２の領域に対応する領域に偏って設置される
   無線ユニット。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載の無線ユニットであって、
   前記複数の柱状の支持体は、前記アンテナ設置面に対して垂直な方向に延びる
   無線ユニット。
5. 請求項４に記載の無線ユニットであって、
   前記複数の柱状の支持体のうち少なくとも一部は、導電性材料で構成される
   無線ユニット。
6. 請求項１～５のいずれか１つに記載の無線ユニットであって、
   前記電子部品は、センサ部品、音響部品、発光部品、駆動部品または発熱部品の少なくとも１つを含む
   無線ユニット。

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