特許 6820071 無線通信装置及び無線通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6820071

(24)【登録日】2021年1月6日

(45)【発行日】2021年1月27日

(54)【発明の名称】無線通信装置及び無線通信方法

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/24 20060101AFI20210114BHJP

【ＦＩ】

   H01Q1/24 Z

【請求項の数】10

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2019-174873(P2019-174873)

(22)【出願日】2019年9月26日

【審査請求日】2019年9月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000227205

【氏名又は名称】ＮＥＣプラットフォームズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】三浦 健

【審査官】 岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１８／１８０８７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／１０８１４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１６６２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８８７３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板面を有するプリント基板と、
前記基板面上に配置され、グランド電位に接続され、前記基板面に平行な板状のグランドプレーンと、
前記基板面上において、前記基板面に平行な面内の一方向に、前記グランドプレーンと並んで配置され、給電されることにより電波を放射する無指向性アンテナと、
前記グランドプレーンに対して、前記基板面に直交する方向に間隔を空けて配置され、給電された前記無指向性アンテナと共振する無給電アンテナと、
を備え、
前記無給電アンテナは、板状であり、
前記無給電アンテナの板面は、前記基板面に平行であり、前記基板面に対向した、
無線通信装置。

【請求項2】

前記無指向性アンテナは、逆Ｌ字状であり、前記一方向に延びた第１延在部分と、前記基板面に平行な面内における前記一方向に直交した他方向に延びた第２延在部分と、を有し、
前記第１延在部分の前記一方向における一端は、給電点に接続され、
前記第１延在部分の前記一方向における他端は、前記第２延在部分の前記他方向における一端に接続された、
請求項１に記載の無線通信装置。

【請求項3】

前記無指向性アンテナの前記一方向における前記グランドプレーン側と反対側の端部と、前記無給電アンテナの前記一方向における端部とは、前記一方向において一致した、
請求項１または２に記載の無線通信装置。

【請求項4】

前記無給電アンテナは、前記一方向に延び、
前記無給電アンテナの前記一方向の長さは、前記無指向性アンテナが放射する電波の波長の（１／２）である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信装置。

【請求項5】

前記無給電アンテナは、逆Ｌ字状であり、前記一方向に延びた第３延在部分と、前記基板面に平行な面内における前記一方向に直交した他方向に延びた第４延在部分と、を有し、
前記第３延在部分の前記一方向における一端は、前記第４延在部分の他方向における一端に接続された、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信装置。

【請求項6】

前記第３延在部分の前記一方向の長さは、前記無指向性アンテナが放射する電波の波長の（１／２）であり、
前記第４延在部分の前記他方向の長さは、前記無指向性アンテナが放射する電波の波長の（１／２）である、
請求項５に記載の無線通信装置。

【請求項7】

前記第３延在部分の前記一方向の長さは、前記無指向性アンテナが放射する電波の波長の（１／４）であり、
前記第４延在部分の前記他方向の長さは、前記無指向性アンテナが放射する電波の波長の（１／４）である、
請求項５に記載の無線通信装置。

【請求項8】

基板面を有するプリント基板と、
前記基板面上に配置され、グランド電位に接続され、前記基板面に平行な板状のグランドプレーンと、
前記基板面上において、前記基板面に平行な面内の一方向に、前記グランドプレーンと並んで配置され、給電されることにより電波を放射する無指向性アンテナと、
前記無指向性アンテナの前記一方向における前記グランドプレーン側と反対側に間隔を空けて配置され、給電された前記無指向性アンテナと共振する無給電アンテナと、
を備え、
前記無給電アンテナは、前記基板面に平行な面内における前記一方向に直交した他方向に延びており、
前記無給電アンテナは、板状であり、
前記無給電アンテナの板面は、前記基板面に直交し、前記基板面に対向し、
前記無給電アンテナの前記他方向の長さは、前記無指向性アンテナが放射する電波の波長の（１／２）であり、
前記無給電アンテナの前記他方向の長さは、前記グランドプレーンの前記他方向の長さよりも小さい、
無線通信装置。

【請求項9】

前記電波の周波数は、２．４ＧＨｚ帯であり、
前記グランドプレーンと前記無給電アンテナとの間の間隔は、調整可能である、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の無線通信装置。

【請求項10】

基板面を有するプリント基板と、
前記基板面上に配置され、前記基板面に平行な板状のグランドプレーンと、
前記基板面上において、前記基板面に平行な面内の一方向に、前記グランドプレーンと並んで配置された無指向性アンテナと、
前記グランドプレーンに対して、前記基板面に直交する方向に間隔を空けて配置された無給電アンテナと、
を備え、
前記無給電アンテナは、板状であり、
前記無給電アンテナの板面は、前記基板面に平行であり、前記基板面に対向した、無線通信装置を準備するステップと、
前記グランドプレーンをグランド電位に接続するステップと、
前記無指向性アンテナに給電し、前記無指向性アンテナに電波を放射させるステップと、
前記無給電アンテナと、給電された前記無指向性アンテナとを共振させるステップと、
共振させた前記無給電アンテナから放射された電波を前記グランドプレーンに反射させて放射するステップと、
を備えた無線通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信装置及び無線通信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、無線通信の高速化に伴い、より無線通信特性の良好な無線通信装置が求められるようになってきている。かかる無線通信装置の一例として、例えば、ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）規格やＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）規格に準拠したホームルータの需要が増加している。

【0003】

このような規格に準拠したホームルータにおいて、無指向性アンテナを用いて快適な無線通信を行うためには、少しでも電波強度が強い場所に、該ホームルータを設置することが必要である。特に、ＷｉＭＡＸ規格における通信周波数帯は、ＧＨｚ帯であり周波数が高く、伝搬損失が大きい。したがって、無線電波の届き難い部屋の中央等にＷｉＭＡＸ規格準拠のホームルータを設置している場合には、快適な無線通信を実現することが困難な場合が生じる。

【0004】

かかる事態を防ぐために、現状の技術においては、ホームルータを無線電波が放射し易くなる窓際に設置する、あるいは、特許文献１のように、無線電波の到来すべき方向にアンテナの指向性を向けさせるための反射板を付けたりする対策が取られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−５１４６号公報

【特許文献2】国際公開第２０１６／０９２８０１号

【特許文献3】特開２００９−１３０４５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、逆Ｌアンテナ等の無指向性アンテナを用いて構成する現状の無線通信装置においては、無線電波の放射特性の向上には限界がある。例えば、現状の無線通信装置の一例として前述したようなホームルータの対応策を適用しようとしても、次のような問題がある。

【0007】

例えば、開口部が大きな窓際にホームルータを設置したとしても、アンテナの指向性が窓の外側に向いていない場合には、大きな効果が得られず、快適な無線通信を実現することはできない。

【0008】

また、無線電波に指向性を与えるように反射板を設置する特許文献１等に記載された現状の技術に関しては、ホームルータのサイズ以上の大きさの反射板が必要になる。

【0009】

さらに、特許文献１に記載されたような反射板を用いると、ホームルータと配下の無線通信端末（無線ＬＡＮ端末）との間の通信を行う無線電波に関しても、ＷｉＭＡＸ規格やＬＴＥ規格の無線電波と同じ指向性になってしまうというデメリットが発生する。

【0010】

すなわち、例えば、ＷｉＭＡＸ規格に準拠したホームルータを窓際に設置する場合には、ＷｉＭＡＸ用アンテナは、窓の外側に向かうように無線電波の指向性を付与することが必要になる。一方、配下の無線通信端末との間の無線通信を行うための無線ＬＡＮ用アンテナは、逆に、配下の無線通信端末が存在する部屋、すなわち、窓の内側に向かって無線電波の指向性を付与することを要求される。したがって、特許文献１等に記載されているような反射板を用いても、目的とする指向性には対応することができない。

【0011】

本開発の目的は、かかる事情に鑑み、所望する方向へのアンテナの指向性を低コストで向上させることができる無線通信装置及び無線通信方法の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

一実施の形態に係る無線通信装置は、基板面を有するプリント基板と、前記基板面上に配置され、グランド電位に接続され、前記基板面に平行な板状のグランドプレーンと、前記基板面上において、前記基板面に平行な面内の一方向に、前記グランドプレーンと並んで配置され、給電されることにより電波を放射する無指向性アンテナと、前記グランドプレーンに対して、前記基板面に直交する方向に間隔を空けて配置され、給電された前記無指向性アンテナと共振する無給電アンテナと、を備える。

【0013】

一実施の形態に係る無線通信方法は、基板面を有するプリント基板と、前記基板面上に配置され、前記基板面に平行な板状のグランドプレーンと、前記基板面上において、前記基板面に平行な面内の一方向に、前記グランドプレーンと並んで配置された無指向性アンテナと、前記グランドプレーンに対して、前記基板面に直交する方向に間隔を空けて配置された無給電アンテナと、を備えた無線通信装置を準備するステップと、前記グランドプレーンをグランド電位に接続するステップと、前記無指向性アンテナに給電し、前記無指向性アンテナに電波を放射させるステップと、前記無給電アンテナと、給電された前記無指向性アンテナとを共振させるステップと、共振させた前記無給電アンテナから放射された電波を前記グランドプレーンに反射させて放射するステップと、を備える。

【発明の効果】

【0014】

一実施の形態によれば、所望する方向へのアンテナの指向性を低コストで向上させることができる無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態１に係る無線通信装置において、無給電アンテナを省いた構成を例示した斜視図である。

【図2】実施形態１に係る無線通信装置において、無給電アンテナを省いた構成を例示した正面図である。

【図3】実施形態１に係る無線通信装置において、無給電アンテナを省いた構成を例示した上面図である。

【図4】実施形態１に係る無線通信装置を例示した斜視図である。

【図5】実施形態１に係る無線通信装置を例示した正面図である。

【図6】実施形態１に係る無線通信装置を例示した上面図である。

【図7】実施形態１に係る無線通信装置の動作を例示した図である。

【図8】実施形態１に係る無線通信装置の動作を例示した図である。

【図9】実施形態１に係る無給電アンテナを省いた無線通信装置において、無指向性アンテナに給電した場合のＸＹ面における垂直偏波の放射パターンを例示した特性図である。

【図10】実施形態１に係る無線通信装置において、無指向性アンテナに給電した場合のＸＹ面における垂直偏波の放射パターンを例示した特性図である。

【図11】実施形態１に係る無線通信装置を用いた無線通信方法を例示したフローチャート図である。

【図12】実施形態１に係る無線通信装置において、ＸＹ面における垂直偏波及び水平偏波の放射パターンを例示した特性図である。

【図13】実施形態２に係る無線通信装置を例示した斜視図である。

【図14】実施形態２に係る無線通信装置を例示した正面図である。

【図15】実施形態２に係る無線通信装置を例示した上面図である。

【図16】実施形態２に係る無線通信装置の動作を例示した図である。

【図17】実施形態２に係る無線通信装置において、ＸＹ面における垂直偏波及び水平偏波の放射パターンを例示した特性図である。

【図18】実施形態３に係る無線通信装置を例示した斜視図である。

【図19】実施形態３に係る無線通信装置を例示した正面図である。

【図20】実施形態３に係る無線通信装置を例示した上面図である。

【図21】実施形態３に係る無線通信装置において、ＸＹ面における垂直偏波及び水平偏波の放射パターンを例示した特性図である。

【図22】実施形態４に係る無線通信装置を例示した斜視図である。

【図23】実施形態４に係る無線通信装置を例示した正面図である。

【図24】実施形態４に係る無線通信装置を例示した側面図である。

【図25】実施形態４に係る無線通信装置の動作を例示した図である。

【図26】比較のために、実施形態１に係る無線通信装置において、ＸＺ面における水平偏波の放射パターンを例示した特性図である。

【図27】実施形態４に係る無線通信装置において、ＸＺ面における水平偏波の放射パターンを例示した特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、実施形態に係る無線通信装置及び無線通信方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面に付した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、図示の態様に限定することを意図するものではないことは言うまでもない。

【0017】

（実施形態１）
実施形態１に係る無線通信装置を説明する。まず、実施形態１に係る無線通信装置の構成を説明する。その後、実施形態１に係る無線通信装置の動作及び無線通信方法を説明する。

【0018】

図１は、実施形態１に係る無線通信装置において、無給電アンテナを省いた構成を例示した斜視図である。図２は、実施形態１に係る無線通信装置において、無給電アンテナを省いた構成を例示した正面図である。図３は、実施形態１に係る無線通信装置において、無給電アンテナを省いた構成を例示した上面図である。図１〜図３に示すように、無線通信装置１は、プリント基板１０、グランドプレーン２０、無指向性アンテナ３０を備えている。無線通信装置１は、例えば、Ｗｉ−Ｆｉで用いられる２．４ＧＨｚの周波数帯、ＷｉＭＡＸで用いられる２．６ＧＨｚの周波数帯等の無線電波を放射または受信する。

【0019】

ここで、無線通信装置１の説明の便宜のために、ＸＹＺ直交座標軸系を導入する。例えば、プリント基板１０の一方の面に平行な面内における一方向をＺ軸方向とする。一方の面に平行な面内におけるＺ軸方向に直交する方向をＸ軸方向とする。よって、一方の面に平行な面を、ＸＺ平面とする。一方の面に直交する方向をＹ軸方向とする。以下、無線通信装置１の各構成を説明する。

【0020】

＜プリント基板＞
プリント基板１０は、板状またはシート状であり、一方の面及び一方の面と反対側の他方の面を有する。一方の面を基板面１１と呼び、他方の面を裏面１２と呼ぶ。プリント基板１０は、絶縁材料を含む。プリント基板１０の基板面１１には、例えば、金属導体により回路パターンが形成されている。

【0021】

＜グランドプレーン＞
グランドプレーン２０は、プリント基板１０の基板面１１上に配置されている。グランドプレーン２０は、基板面１１に平行な板状である。グランドプレーン２０は、例えば、金属導体を含んでいる。グランドプレーン２０は、例えば、Ｙ軸方向から見て矩形でもよい。グランドプレーン２０の＋Ｚ軸方向側の端縁は、Ｘ軸方向に延びた辺となっている。グランドプレーン２０は、無線通信装置１のグランド電位に接続されている。グランドプレーン２０は、例えば、プリント基板１０の回路パターン以外の部分を覆っている。

【0022】

＜無指向性アンテナ＞
無指向性アンテナ３０は、基板面１１上において、Ｚ軸方向にグランドプレーン２０と並んで配置されている。無指向性アンテナ３０は、グランドプレーン２０に対して、＋Ｚ軸方向側に配置されている。無指向性アンテナ３０は、例えば、金属導体を含む。無指向性アンテナ３０は、例えば、逆Ｌ字状である。なお、無指向性アンテナ３０の形状は、逆Ｌ字状に限らない。無指向性アンテナ３０は、放射する電波が無指向性であれば、Ｌ字状でもよいし、逆Ｆ字状でもよい。また、無指向性アンテナ３０は、プリント基板１０の基板面１１に描画されてもよいし、チップアンテナ等を用いて配置されてもよい。また、プリント基板１０上に、複数の無指向性アンテナ３０が配置されてもよい。

【0023】

無指向性アンテナ３０が逆Ｌ字状の場合には、無指向性アンテナ３０は、Ｚ軸方向に延びた延在部分３１と、Ｘ軸方向に延びた延在部分３２とを有している。延在部分３１のＺ軸方向の長さは、延在部分３１のＸ軸方向の幅よりも大きい。延在部分３２のＸ軸方向の長さは、延在部分３２のＺ軸方向の幅よりも大きい。例えば、延在部分３２のＸ軸方向の長さは、延在部分３１のＺ軸方向の長さよりも大きい。延在部分３２のＺ軸方向の幅は、延在部分３１のＸ軸方向の幅と等しい。

【0024】

延在部分３１のＺ軸方向における一端は、給電点３３に接続されている。例えば、延在部分３１の−Ｚ軸方向側の端部は給電点３３に接続されている。延在部分３１のＺ軸方向における他端は、延在部分３２のＸ軸方向の一端に接続されている。例えば、延在部分３１の＋Ｚ軸方向側の端部は、延在部分３２の−Ｘ軸方向側の端部に接続されている。

【0025】

無指向性アンテナ３０は、給電点３３から給電されることにより電波を放射する。電波は、例えば、無線電波である。無指向性アンテナ３０が放射する電波の周波数は、例えば、２．４ＧＨｚ帯である。なお、無指向性アンテナ３０が放射する電波の周波数は、２．４ＧＨｚ帯に限らない。

【0026】

＜無給電アンテナ＞
図４は、実施形態１に係る無線通信装置を例示した斜視図である。図５は、実施形態１に係る無線通信装置を例示した正面図である。図６は、実施形態１に係る無線通信装置を例示した上面図である。

【0027】

図４〜図６に示すように、無線通信装置１は、さらに、無給電アンテナ４０を備えている。無給電アンテナ４０は、例えば、Ｚ軸方向に延びた板状である。無給電アンテナ４０の板面は、ＸＺ面に平行である。無給電アンテナ４０は、例えば、金属導体を含む。無給電アンテナ４０は、グランドプレーン２０に対して、基板面１１に直交するＹ軸方向に間隔を空けて配置されている。例えば、無指向性アンテナ３０が放射する電波の周波数が、２．４ＧＨｚ帯の場合には、グランドプレーン２０と無給電アンテナ４０との間の間隔は５ｍｍである。間隔が小さく、グランドプレーン２０と無給電アンテナ４０との間が近すぎると、放射性特性は劣化する傾向がある。間隔が大きく、グランドプレーン２０と無給電アンテナ４０との間が遠すぎると、無給電アンテナ４０による指向性が弱くなる。グランドプレーン２０と無給電アンテナ４０との間の間隔は、無線通信装置１の指向性に合わせて調整可能である。

【0028】

無給電アンテナ４０は、給電された無指向性アンテナ３０と共振するように形成されている。具体的には、無給電アンテナ４０は、例えば、Ｚ軸方向に延びている。無給電アンテナ４０のＺ軸方向の長さは、無指向性アンテナ３０が放射する電波の波長λの（１／２）、すなわち、λ／２である。よって、無指向性アンテナ３０に給電されることにより、無指向性アンテナ３０に高周波電流が流れると、無給電アンテナ４０は励振する。これにより、無給電アンテナ４０にも高周波電流が流れる。そして、無給電アンテナ４０は、電波を放射する。

【0029】

無給電アンテナ４０は、無指向性アンテナ３０の近傍に配置されている。よって、無給電アンテナ４０を、給電された無指向性アンテナ３０と共振させることができる。無指向性アンテナ３０のＺ軸方向におけるグランドプレーン２０側と反対側の端部と、無給電アンテナ４０のＺ軸方向における端部とは、Ｚ軸方向において一致している。具体的には、無指向性アンテナ３０の＋Ｚ軸方向側の端部と、無給電アンテナ４０の＋Ｚ軸方向側の端部とは、Ｚ軸方向において一致している。また、無給電アンテナ４０と、無指向性アンテナ３０の延在部分３１とは平行である。無指向性アンテナ３０の延在部分３２の一部と、無給電アンテナ４０の＋Ｚ軸方向側の端部を含む一部とは、Ｙ軸方向において対向している。このようにして、無給電アンテナ４０を、無指向性アンテナ３０の近傍に配置させ、無給電アンテナ４０を、給電された無指向性アンテナ３０と共振させる。また、無給電アンテナ４０は、無指向性アンテナ３０の先端側、具体的には、延在部分３２における延在部分３１の反対側（延在部分３２の中央よりも＋Ｘ軸方向側）に配置されてもよい。これにより、無給電アンテナ４０を、給電された無指向性アンテナ３０とさらに共振しやすくすることができる。

【0030】

無給電アンテナ４０は、プリント基板１０の基板面１１に対向する範囲内に配置させている。よって、無給電アンテナ４０から放射された電波を、プリント基板１０及びグランドプレーン２０で反射させることができる。無給電アンテナ４０の長さ方向の中央部分において、無給電アンテナ４０に流れる高周波電流は最も大きい。よって、当該中央部分において、無給電アンテナ４０から放射される無線電波も最も大きい。したがって、当該中央部分を、グランドプレーン２０に対向するようにする。これにより、当該中央部から放射された電波を、グランドプレーン２０に反射させ、＋Ｙ軸方向側に放射される電波の強度を大きくすることができる。

【0031】

＜動作＞
次に、無線通信装置１の動作を説明する。図７及び図８は、実施形態１に係る無線通信装置の動作を例示した図である。図７に示すように、無指向性アンテナ３０に、例えば、周波数２．４ＧＨｚ等の高周波電流Ｉ１が流れる。具体的には、高周波電流Ｉ１は、給電点３３から延在部分３１及び延在部分３２に供給される。そうすると、無指向性アンテナ３０の近傍に配置された無給電アンテナ４０にも励振した周波数２．４ＧＨｚの高周波電流Ｉ２が流れる。

【0032】

無給電アンテナ４０は、周波数２．４ＧＨｚの通信波長λの（１／２）の長さである。それとともに、無給電アンテナ４０は、無指向性アンテナ３０の近傍に配置され、延在部分３１に平行である。よって、無給電アンテナ４０には、励振した周波数２．４ＧＨｚの高周波電流Ｉ２が流れる。

【0033】

無給電アンテナ４０に高周波電流Ｉ２が流れると、無給電アンテナ４０を中心にして、放射状に電波が放射される。すなわち、Ｚ軸方向に延びた無給電アンテナ４０から、Ｚ軸方向と垂直な方向に放射状に電波が放射される。無給電アンテナ４０は、グランドプレーン２０の＋Ｙ軸方向側に間隔を空けて配置されている。したがって、無給電アンテナ４０から−Ｙ軸方向側に放射された電波は、グランドプレーン２０及びプリント基板１０によって反射される。

【0034】

図８に示すように、グランドプレーン２０及びプリント基板１０によって反射された電波Ｗ１は、＋Ｙ軸方向側に放射される。したがって、＋Ｙ軸方向には、より強い電波が放射される。これにより、無給電アンテナ４０から放射される電波は、＋Ｙ軸方向の指向性を有するようになる。無給電アンテナ４０から放射される電波は、ＸＹ面において、垂直偏波が発生している。

【0035】

図９は、実施形態１に係る無給電アンテナを省いた無線通信装置において、無指向性アンテナに給電した場合のＸＹ面における垂直偏波の放射パターンを例示した特性図である。図１０は、実施形態１に係る無線通信装置において、無指向性アンテナに給電した場合のＸＹ面における垂直偏波の放射パターンを例示した特性図である。

【0036】

図９に示すように、無給電アンテナ４０を実装する前の状態において、放射パターンは、ＸＹ平面のすべての方向に向かっている。放射パターンは、ＸＹ平面のすべての方向において、ほぼ均等の強度となっている。無給電アンテナ４０を実装する前の状態では、無線通信装置１は、無指向性アンテナ３０のみ、電波を放射している。よって、無給電アンテナ４０を実装しない無線通信装置１は、指向性を有していない。

【0037】

これに対して、図１０に示すように、無給電アンテナ４０を備えた無線通信装置１において、放射パターンは、ＸＹ平面における＋Ｙ軸方向側の強度が大きくなっている。無給電アンテナ４０を実装した後の状態では、無指向性アンテナ３０の他、無指向性アンテナ３０に励振した無給電アンテナ４０からも電波が放射される。そして、無給電アンテナ４０から放射された電波は、グランドプレーン２０及びプリント基板１０によって、＋Ｙ軸方向側に反射される。これにより、無線通信装置１は、＋Ｙ軸方向側に指向性を有している。

【0038】

（無線通信方法）
次に、本実施形態の無線通信装置１を用いた無線通信方法を説明する。図１１は、実施形態１に係る無線通信装置を用いた無線通信方法を例示したフローチャート図である。

【0039】

図１１のステップＳ１１に示すように、無線通信装置１を準備する。具体的には、プリント基板１０、グランドプレーン２０、無指向性アンテナ３０、及び、無給電アンテナ４０を備えた無線通信装置１を準備する。プリント基板１０は、基板面１１を有する。グランドプレーン２０は、基板面１１上に配置され、基板面１１に平行な板状である。無指向性アンテナ３０は、基板面１１上において、Ｚ軸方向にグランドプレーン２０と並んで配置されている。無給電アンテナ４０は、グランドプレーン２０に対して、＋Ｙ軸方向に間隔を空けて配置されている。

【0040】

次に、ステップＳ１２に示すように、グランドプレーン２０をグランド電位に接続する。次に、ステップＳ１３に示すように、無指向性アンテナ３０に給電し、無指向性アンテナ３０に電波を放射させる。次に、ステップＳ１４に示すように、無給電アンテナ４０と、給電された無指向性アンテナ３０とを共振させる。そして、ステップＳ１５に示すように、共振させた無給電アンテナ４０から放射された電波をグランドプレーン２０及びプリント基板１０に反射させて放射する。このようにして、無線通信装置１を用いて無線通信を行うことができる。

【0041】

次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態の無線通信装置１は、グランドプレーン２０に対して間隔を空けて配置され、給電された無指向性アンテナ３０と共振する無給電アンテナ４０を備えている。そして、無指向性アンテナ３０に励振して無給電アンテナ４０から放射された電波は、グランドプレーン２０及びプリント基板１０に反射して、＋Ｙ軸方向側に放射される。これにより、所望する方向へのアンテナの指向性を向上させることができる。

【0042】

無指向性アンテナ３０は、例えば、逆Ｌ字状であり、無給電アンテナ４０は、例えば、一方向に延びた板状であるので、低コストでアンテナの指向性を向上させることができる。

【0043】

無給電アンテナ４０のＺ軸方向の長さを、無指向性アンテナ３０が放射する電波の波長λの（１／２）とすることにより、無給電アンテナ４０を、給電された無指向性アンテナ３０に共振させることができる。また、無指向性アンテナ３０の＋Ｚ軸方向側の端部と、無給電アンテナ４０の＋Ｚ軸方向側の端部とは、Ｚ軸方向において一致させているので、無給電アンテナ４０から放射される電波は、グランドプレーン２０及びプリント基板１０で反射させることができる。これにより、アンテナの指向性を向上させることができる。

【0044】

無指向性アンテナ３０を複数設けるとともに、各無指向性アンテナ３０に対応した無給電アンテナ４０を複数設けることにより、例えば、２×２ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ ＆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）等の様々の通信規格に対応させることができる。

【0045】

また、各無指向性アンテナ３０に対応させる各無給電アンテナ４０を、プリント基板１０の基板面１１側または裏面１２側等、異なる位置に配置させることにより、無線通信装置１に複数の指向性を有するようにすることができる。例えば、ＷｉＭＡＸ規格に準拠したホームルータを窓際に設置する場合には、ＷｉＭＡＸ用アンテナは、窓の外側に向かように電波の指向性を付与する。それとともに、配下の無線通信端末との間の無線通信を行うための無線ＬＡＮ用アンテナは、逆に、配下の無線通信端末が存在する部屋、すなわち、窓の内側に向かって電波の指向性を付与することができる。

【0046】

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る無線通信装置を説明するが、その前に、実施形態１の無線通信装置１の課題を説明する。図１２は、実施形態１に係る無線通信装置において、ＸＹ面における垂直偏波及び水平偏波の放射パターンを例示した特性図である。図１２に示すように、実施形態１の無線通信装置１において、前述したように、垂直偏波は指向性を有している。一方、水平偏波は、十分な指向性を有していない。

【0047】

次に、実施形態２に係る無線通信装置を説明する。本実施形態の無線通信装置は、無給電アンテナを途中で折り曲げ、水平方向の高周波電流を発生させる。これにより、水平偏波についても、指向性を有するようにする。

【0048】

図１３は、実施形態２に係る無線通信装置を例示した斜視図である。図１４は、実施形態２に係る無線通信装置を例示した正面図である。図１５は、実施形態２に係る無線通信装置を例示した上面図である。

【0049】

図１３〜図１５に示すように、無線通信装置２の無給電アンテナ４０ａは、Ｙ軸方向から見て、逆Ｌ字状である。無給電アンテナ４０ａは、Ｚ軸方向に延びた延在部分４１と、Ｘ軸方向に延びた延在部分４２とを有している。延在部分４１のＺ軸方向における一端は、延在部分４２のＸ軸方向における一端に接続されている。具体的には、延在部分４１の−Ｚ軸方向側の端部は、延在部分４２の−Ｘ軸方向側の端部に接続されている。

【0050】

延在部分４１のＺ軸方向の長さは、無指向性アンテナ３０が放射する電波の波長λの（１／２）、すなわち、λ／２である。延在部分４２のＸ軸方向の長さは、無指向性アンテナ３０が放射する電波の波長λの（１／２）、すなわち、λ／２である。したがって、無給電アンテナ４０ａの全長は、λである。

【0051】

無給電アンテナ４０ａは、グランドプレーン２０に対して、Ｙ軸方向に間隔を空けて配置されている。すなわち、延在部分４１及び延在部分４２は、ともに、グランドプレーン２０に対して、Ｙ軸方向に間隔を空けて配置されている。延在部分４１のＸ軸方向の幅、及び、延在部分４２のＺ軸方向の幅は、同じ長さである。

【0052】

無給電アンテナ４０ａにおける延在部分４１の＋Ｚ軸方向側の端部は、無指向性アンテナ３０の＋Ｚ軸方向側の端部と、Ｚ軸方向において一致している。延在部分４１及び延在部分４２の中央部分は、グランドプレーン２０とＹ軸方向に対向している。これ以外の無線通信装置２の構成は、前述の実施形態１の無線通信装置１の構成と同様である。

【0053】

次に、実施形態２に係る無線通信装置２の動作を説明する。図１６は、実施形態２に係る無線通信装置の動作を例示した図である。図１６に示すように、無指向性アンテナ３０には、例えば、周波数２．４ＧＨｚ等の高周波電流Ｉ１が流れる。具体的には、高周波電流Ｉ１は、給電点３３から延在部分３１及び延在部分３２に供給される。そうすると、無指向性アンテナ３０の近傍に配置された無給電アンテナ４０ａにも励振した周波数２．４ＧＨｚ等の高周波電流Ｉ３が流れる。

【0054】

無給電アンテナ４０ａの延在部分４１及び延在部分４２を含む全長は、周波数２．４ＧＨｚの通信波長λである。それとともに、無給電アンテナ４０ａは、無指向性アンテナ３０の近傍に配置され、延在部分３１及び延在部分３２に平行である。よって、無給電アンテナ４０ａには、励振した周波数２．４ＧＨｚの高周波電流Ｉ３が流れる。具体的には、例えば、高周波電流Ｉ３は、延在部分４１の＋Ｚ軸方向側から−Ｚ軸方向側に流れるとともに、延在部分４２の＋Ｘ軸方向側から−Ｘ軸方向側に流れる。

【0055】

無給電アンテナ４０ａに高周波電流Ｉ３が流れると、無給電アンテナ４０ａを中心にして、放射状に電波が放射される。すなわち、Ｚ軸方向に延びた延在部分４１から、Ｚ軸方向と垂直な方向に放射状に電波が放射される。また、Ｘ軸方向に延びた延在部分４２からＸ軸方向と垂直な方向に放射状に電波が放射される。無給電アンテナ４０ａは、グランドプレーン２０に対して、＋Ｙ軸方向側に間隔を空けて配置されている。したがって、無給電アンテナ４０ａから−Ｙ軸方向側に放射された電波は、グランドプレーン２０及びプリント基板１０によって反射される。

【0056】

図１７は、実施形態２に係る無線通信装置２において、ＸＹ面における垂直偏波及び水平偏波の放射パターンを例示した特性図である。図１７に示すように、垂直偏波及び水平偏波の放射パターンは、両方とも、ＸＹ平面における＋Ｙ軸方向側の強度が大きくなっている。無給電アンテナ４０ａの延在部分４１及び延在部分４２から放射された電波は、グランドプレーン２０及びプリント基板１０によって、＋Ｙ軸方向側に反射される。これにより、無線通信装置２は、垂直偏波及び水平偏波の両方について、＋Ｙ軸方向側に指向性を有している。

【0057】

本実施形態の無線通信装置２によれば、無給電アンテナ４０ａの形状を変更することにより、水平偏波及び垂直偏波の両方について、指向性を有するようにすることができる。よって、水平偏波及び垂直偏波のどちらの電波に対しても放射及び受信を向上させることができる。

【0058】

また、無給電アンテナ４０ａの形状は、例えば、折り曲げ構造にすることで変更可能である。よって、低コストで指向性を向上させることができる。さらに、折り曲げ構造とすることで、構造の自由度を向上させることができる。これ以外の効果は、実施形態１の記載に含まれている。

【0059】

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る無線通信装置を説明する。前述の実施形態２に係る無給電アンテナ４０ａの全長は、波長λである。これに対して、本実施形態に係る無線通信装置の無給電アンテナの全長は、半波長、すなわち（λ／２）である。

【0060】

図１８は、実施形態３に係る無線通信装置を例示した斜視図である。図１９は、実施形態３に係る無線通信装置を例示した正面図である。図２０は、実施形態３に係る無線通信装置を例示した上面図である。

【0061】

図１８〜図２０に示すように、無線通信装置３の無給電アンテナ４０ｂは、逆Ｌ字状である。無給電アンテナ４０ｂは、Ｚ軸方向に延びた延在部分４３と、Ｘ軸方向に延びた延在部分４４とを有している。延在部分４３の−Ｚ軸方向側の端部は、延在部分４４の−Ｘ軸方向側の端部に接続されている。延在部分４３のＺ軸方向の長さは、無指向性アンテナ３０が放射する電波の波長λの（１／４）である。延在部分４４のＸ軸方向の長さは、無指向性アンテナ３０が放射する電波の波長λの（１／４）である。無給電アンテナ４０ｂは、グランドプレーン２０に対して、基板面１１に直交するＹ軸方向に間隔を空けて配置されている。すなわち、延在部分４３及び延在部分４４は、Ｙ軸方向にグランドプレーン２０に対して間隔を空けて配置されている。例えば、延在部分４３のＸ軸方向の幅、及び、延在部分４４のＺ軸方向の幅は、同じ長さである。

【0062】

次に、実施形態３に係る無線通信装置３の動作を説明する。無指向性アンテナ３０に、例えば、周波数２．４ＧＨｚ等の高周波電流が流れる。そうすると、無指向性アンテナ３０の近傍に配置された無給電アンテナ４０ｂにも励振した周波数２．４ＧＨｚ等の高周波電流が流れる。

【0063】

無給電アンテナ４０ｂの延在部分４３及び延在部分４４を含む全長は、周波数２．４ＧＨｚの通信波長λの（１／２）の長さである。それとともに、無給電アンテナ４０ｂは、無指向性アンテナ３０の近傍に配置され、延在部分３１及び延在部分３２に平行である。よって、無給電アンテナ４０ｂには、励振した周波数２．４ＧＨｚの高周波電流が流れる。

【0064】

無給電アンテナ４０ｂに高周波電流が流れると、無給電アンテナ４０ｂを中心にして、放射状に電波が放射される。すなわち、Ｚ軸方向に延びた延在部分４３から、Ｚ軸方向と垂直な方向に放射状に電波が放射される。また、Ｘ軸方向に延びた延在部分４４からＸ軸方向と垂直な方向に放射状に電波が放射される。無給電アンテナ４０ｂは、グランドプレーン２０に対して、＋Ｙ軸方向側に間隔を空けて配置されている。したがって、無給電アンテナ４０ｂから−Ｙ軸方向側に放射された電波は、グランドプレーン２０及びプリント基板１０によって反射される。

【0065】

図２１は、実施形態３に係る無線通信装置において、ＸＹ面における垂直偏波及び水平偏波の放射パターンを例示した特性図である。図２１に示すように、垂直偏波及び水平偏波の放射パターンは、両方とも、ＸＹ平面における＋Ｙ軸方向側の強度が大きくなっている。無給電アンテナ４０ｂの延在部分４３及び延在部分４４から放射された電波は、グランドプレーン２０及びプリント基板１０によって、＋Ｙ軸方向側に反射される。これにより、無線通信装置３は、垂直偏波及び水平偏波の両方について、＋Ｙ軸方向側に指向性を有している。

【0066】

本実施形態の無線通信装置３によれば、無給電アンテナ４０ｂのサイズを小さくすることができる。よって、無線通信装置３のサイズも小さくすることができる。この場合においても、低コストで指向性を向上させることができる。これ以外の構成、動作及び効果は、実施形態１及び２の記載に含まれている。

【0067】

（実施形態４）
次に、実施形態４に係る無線通信装置を説明する。前述の無線通信装置においては、無給電アンテナは、グランドプレーン２０及び無指向性アンテナ３０の＋Ｙ軸方向側に配置されている。これに対して、本実施形態の無線通信装置においては、無給電アンテナは、グランドプレーン２０及び無指向性アンテナ３０の＋Ｚ軸方向側に配置されている。

【0068】

図２２は、実施形態４に係る無線通信装置を例示した斜視図である。図２３は、実施形態４に係る無線通信装置を例示した正面図である。図２４は、実施形態４に係る無線通信装置を例示した側面図である。

【0069】

図２２〜図２４に示すように、本実施形態の無線通信装置４は、例えば、Ｘ軸方向に延びた板状の無給電アンテナ４０ｃを備えている。無給電アンテナ４０ｃは、無指向性アンテナ３０のＺ軸方向におけるグランドプレーン２０側と反対側に間隔を空けて配置されている。具体的には、無給電アンテナ４０は、無指向性アンテナ３０の＋Ｚ軸方向側に間隔を空けて配置されている。無給電アンテナ４０ｃは、給電された無指向性アンテナ３０と共振するように形成されている。具体的には、無給電アンテナ４０ｃは、無指向性アンテナ３０の近傍に配置されている。無給電アンテナ４０ｃのＸ軸方向の長さは、無指向性アンテナ３０が放射する電波の波長λの（１／２）、すなわち、λ／２である。

【0070】

無給電アンテナ４０ｃのＸ軸方向の長さは、グランドプレーン２０のＸ軸方向の長さよりも小さい。これにより、グランドプレーン２０に反射して、＋Ｚ軸方向側に放射する電波を大きくすることができる。よって、無線通信装置１は、指向性を向上させることができる。

【0071】

次に、無線通信装置４の動作を説明する。図２５は、実施形態４に係る無線通信装置の動作を例示した図である。図２５に示すように、無指向性アンテナ３０に、例えば、周波数２．４ＧＨｚ等の高周波電流Ｉ１が流れる。そうすると、無指向性アンテナ３０の近傍に配置された無給電アンテナ４０ｃにも励振した周波数２．４ＧＨｚの高周波電流Ｉ４が流れる。

【0072】

無給電アンテナ４０ｃは、例えば、周波数２．４ＧＨｚの通信波長λの（１／２）の長さである。それとともに、無給電アンテナ４０ｃは、無指向性アンテナ３０の近傍に配置され、延在部分３２に平行である。よって、無給電アンテナ４０ｃには、励振した周波数２．４ＧＨｚの高周波電流Ｉ４が流れる。

【0073】

無給電アンテナ４０ｃに高周波電流Ｉ４が流れると、無給電アンテナ４０ｃを中心にして、放射状に電波が放射される。すなわち、Ｘ軸方向に延びた無給電アンテナ４０ｃから、Ｘ軸方向と垂直な方向に放射状に電波が放射される。無給電アンテナ４０ｃは、グランドプレーン２０及びプリント基板１０の＋Ｚ軸方向側に間隔を空けて配置されている。したがって、無給電アンテナ４０ｃから−Ｚ軸方向側に放射された電波は、グランドプレーン２０及びプリント基板１０によって反射される。

【0074】

グランドプレーン２０及びプリント基板１０によって反射された電波Ｗ２は、＋Ｚ軸方向側に放射される。したがって、＋Ｚ軸方向には、より強い無線電波が放射される。これにより、無給電アンテナ４０ｃから放射される電波は、＋Ｚ軸方向に対する指向性を有するようになる。

【0075】

図２６は、比較のために、実施形態１に係る無線通信装置において、ＸＺ面における水平偏波の放射パターンを例示した特性図である。図２７は、実施形態４に係る無線通信装置において、ＸＺ面における水平偏波の放射パターンを例示した特性図である。

【0076】

図２６に示すように、比較の対象となる実施形態１に係る無線通信装置１において、水平偏波の放射パターンは、ＸＺ平面のすべての方向に均等に向かっている。これに対して、図２７に示すように、本実施形態の無線通信装置４において、水平偏波の放射パターンは、ＸＺ平面における＋Ｚ軸方向側の強度が大きくなっている。無給電アンテナ４０ｃから放射された電波は、グランドプレーン２０及びプリント基板１０によって、＋Ｚ軸方向側に反射される。これにより、無線通信装置４は、＋Ｚ軸方向側に指向性を有している。

【0077】

本実施形態の無線通信装置４によれば、無給電アンテナ４０ｃの位置を変更することで、指向性の方向を変更することができる。具体的には、プリント基板１０の基板面１１に沿ったＺ軸方向にも指向性を有するようにすることができる。これにより、指向性の自由度をさらに向上させることができる。

【0078】

無給電アンテナ４０ｃを、無指向性アンテナ３０の近傍に配置させ、Ｘ軸方向に延在させることにより、無指向性アンテナ３０と共振させることができる。また、無給電アンテナ４０ｃのＸ軸方向の長さを、無指向性アンテナ３０が放射する電波の波長λの（１／２）とすることにより、無指向性アンテナ３０と共振させることができる。よって、無線通信装置４の指向性を向上させることができる。

【0079】

無給電アンテナ４０ｃのＸ軸方向の長さを、グランドプレーン２０のＸ軸方向の長さよりも小さくすることにより、無給電アンテナ４０ｃから放射された電波を十分に＋Ｚ軸方向に反射させることができる。よって、無線通信装置４の指向性を向上させることができる。これ以外の構成、動作及び効果は、実施形態１〜３の記載に含まれている。

【0080】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施形態１〜４の各構成を組み合わせたものも、実施形態１〜４の技術思想の範囲に含まれる。また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限定されない。

【0081】

（付記１）
基板面を有するプリント基板と、
前記基板面上に配置され、前記基板面に平行な板状のグランドプレーンと、
前記基板面上において、前記基板面に平行な面内の一方向に、前記グランドプレーンと並んで配置された無指向性アンテナと、
前記グランドプレーンに対して、前記基板面に直交する方向に間隔を空けて配置された無給電アンテナと、
を備えた無線通信装置を準備するステップと、
前記グランドプレーンをグランド電位に接続するステップと、
前記無指向性アンテナに給電し、前記無指向性アンテナに電波を放射させるステップと、
前記無給電アンテナと、給電された前記無指向性アンテナとを共振させるステップと、
共振させた前記無給電アンテナから放射された電波を前記グランドプレーンに反射させて放射するステップと、
を備えた無線通信方法。

【0082】

（付記２）
前記無指向性アンテナは、逆Ｌ字状であり、前記一方向に延びた第１延在部分と、前記基板面に平行な面内における前記一方向に直交した他方向に延びた第２延在部分と、を有し、
前記第１延在部分の前記一方向における一端は、給電点に接続され、
前記第１延在部分の前記一方向における他端は、前記第２延在部分の前記他方向における一端に接続された、
付記１に記載の無線通信方法。

【0083】

（付記３）
前記無指向性アンテナの前記一方向における前記グランドプレーン側と反対側の端部と、前記無給電アンテナの前記一方向における端部とは、前記一方向において一致した、
付記１または２に記載の無線通信方法。

【0084】

（付記４）
前記無給電アンテナは、前記一方向に延び、
前記無給電アンテナの前記一方向の長さは、前記無指向性アンテナが放射する電波の波長の（１／２）である、
付記１〜３のいずれか１項に記載の無線通信方法。

【0085】

（付記５）
前記無給電アンテナは、逆Ｌ字状であり、前記一方向に延びた第３延在部分と、前記基板面に平行な面内における前記一方向に直交した他方向に延びた第４延在部分と、を有し、
前記第３延在部分の前記一方向における一端は、前記第４延在部分の他方向における一端に接続された、
付記１〜３のいずれか１項に記載の無線通信方法。

【0086】

（付記６）
前記第３延在部分の前記一方向の長さは、前記無指向性アンテナが放射する電波の波長の（１／２）であり、
前記第４延在部分の前記他方向の長さは、前記無指向性アンテナが放射する電波の波長の（１／２）である、
付記５に記載の無線通信方法。

【0087】

（付記７）
前記第３延在部分の前記一方向の長さは、前記無指向性アンテナが放射する電波の波長の（１／４）であり、
前記第４延在部分の前記他方向の長さは、前記無指向性アンテナが放射する電波の波長の（１／４）である、
付記５に記載の無線通信方法。

【0088】

（付記８）
前記電波の周波数は、２．４ＧＨｚ帯であり、
前記グランドプレーンと前記無給電アンテナとの間の間隔は、調整可能である、
付記１〜７のいずれか１項に記載の無線通信方法。

【符号の説明】

【0089】

１、２、３、４ 無線通信装置
１０ プリント基板
１１ 基板面
１２ 裏面
２０ グランドプレーン
３０ 無指向性アンテナ
３１、３２ 延在部分
３３ 給電点
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 無給電アンテナ
４１、４２、４３、４４ 延在部分
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４ 電流
Ｗ１、Ｗ２ 無線電波

【要約】

【課題】所望する方向へのアンテナの指向性を低コストで向上させることができる無線通信装置及び無線通信方法を提供する。
【解決手段】一実施の形態によれば、無線通信装置１は、基板面１１を有するプリント基板１０と、基板面１１上に配置され、グランド電位に接続され、基板面１１に平行な板状のグランドプレーン２０と、基板面１１上において、基板面１１に平行な面内の一方向に、グランドプレーン２０と並んで配置され、給電されることにより電波を放射する無指向性アンテナ３０と、グランドプレーン２０に対して、基板面１１に直交する方向に間隔を空けて配置され、給電された無指向性アンテナ３０と共振する無給電アンテナ４０と、を備える。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】