無線モジュールおよび無線モジュールを搭載する無線端末器
【課題】搭載されるべき携帯電子機器が安定して良好な自由空間との電磁波の送信・受信を実現可能なような、小型の無線モジュールを提供することである。
【解決手段】回路基板と、平面構造のアンテナと、前記回路基板と前記アンテナを電気的に結合する高周波ケーブルとを備えた無線モジュールであって、前記アンテナは平板状導体からなるグランド部とストリップ線状導体で形成されるパタン部とを有し、前記グランド部に前記高周波ケーブルの一端の外導体を結合し、前記パタン部に前記高周波ケーブルの同じ一端の内導体を結合し、前記高周波ケーブルの他の一端の内導体を前記回路基板の信号線に結合し、前記高周波ケーブルの他の一端の外導体を回路基板のアース電位に結合し、前記回路基板が前記グランド部の対向する隣接部に電気的に絶縁されて設置される。
【解決手段】回路基板と、平面構造のアンテナと、前記回路基板と前記アンテナを電気的に結合する高周波ケーブルとを備えた無線モジュールであって、前記アンテナは平板状導体からなるグランド部とストリップ線状導体で形成されるパタン部とを有し、前記グランド部に前記高周波ケーブルの一端の外導体を結合し、前記パタン部に前記高周波ケーブルの同じ一端の内導体を結合し、前記高周波ケーブルの他の一端の内導体を前記回路基板の信号線に結合し、前記高周波ケーブルの他の一端の外導体を回路基板のアース電位に結合し、前記回路基板が前記グランド部の対向する隣接部に電気的に絶縁されて設置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナを備えて無線により外部機器と通信を行う無線モジュールと、この無線モジュールを搭載する無線端末器に係る。特に無線通信手段を持たない電気・電子機器に無線通信手段を提供する小型・薄型の形状を有する無線モジュールに係る。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信手段を備えた電気・電子機器の有用性が高まっている。また、産業振興を目的とした周波数開放の流れに呼応して、各種の無線サービスを提供する無線システムが実現されている。
このような無線通信手段における重要な要素として、無線機能を有する小型の電子回路と、アンテナがある。
【０００３】
無線機能を有する小型の電子回路は、半導体微細加工技術の進展に伴う半導体素子の遮断周波数の向上にともない、半導体集積回路で実現することが可能となっている。そして、半導体集積回路の備える小型、量産製造可能性に起因する低コストという性質によって、無線機能を有する小型の電子回路を安価に提供できるまでになっている。
【０００４】
また、前記無線機能を有する電子回路が発生する電磁波を、この電磁波の伝送路である空間に放射するためには、アンテナが必要である。
一般に無線通信の伝送媒体は唯一の電磁波であり、伝送路は自由空間であるので、異なる無線サービスを提供するためには、異なる周波数の電磁波を使う必要がある。
自由空間を効率よく伝達可能な電磁波の周波数は、現実的に３００ＭＨｚから３ＧＨｚに限られる。
これより高い周波数では、電磁波の直進性が顕著になり、通信を行う送信機と受信機との直線距離上に障害物があると、電磁波の到達効率が著しく低下する。
また、これより低い周波数では、電子回路が送信・受信する電磁波のアンテナを介しての自由空間への伝達効率が大きく低下する。
【０００５】
電磁波を送受信する際に用いるアンテナは、自由空間が有する固有の媒質定数で決定される周波数と反比例の関係にある有限の範囲の寸法が必要で、アンテナの長さや体積の小型化には限界がある。
アンテナは、その寸法が伝送する電磁波の波長λの１／２近傍のとき、伝送効率が概ね最大となる。また、電磁波の波長λは光速Ｃ／周波数ｆで表される。
たとえば、ｆ＝３００ＭＨｚにおける適切なアンテナの寸法（長さ）は、略１／２ｍ（メートル）である。電磁波がそれより低い周波数では、アンテナが最大の電磁波放射効率を実現するために必要な寸法は、ユーザが可搬可能な機器の寸法を大きく上回ってしまう。
したがって、３００ＭＨｚより小さい周波数を用いる場合には、前記した理由から略１／２ｍ以上の寸法の大きなアンテナが適している。にもかかわらず、実際には、ユーザが可搬可能な機器の寸法範囲内でのアンテナの長さを用いることを優先するので、所望のアンテナ長が得られず、その結果として、電子回路の送信・受信すべき電磁波が、効率よく自由空間に伝達されない状況となる。
【０００６】
このような制約がある状況の下では、各ユーザの要請に合わせて、それに適した電子回路（半導体集積回路）とアンテナとを主要構成要素とする無線機をモジュール化し、前記各ユーザが携帯する電子機器に搭載することが、可搬の利便性と無線サービスの付加コストの低減に効果的となる。
このような無線機は、無線モジュールと呼ばれている。無線モジュールは、電磁波の送信・受信の機能を有する電子回路と電磁波の放射・吸収を司るアンテナの外に、無線通信機能とは直接関係のない信号処理を行う携帯電子機器との電気信号の送受を行うためのインターフェースを、主要構成要素として含む。
なお、前記したインターフェースにおける電気信号は、今日においては一般にデジタル信号であり、ユーザが持ち運ぶ各種携帯電子機器のマイコンにより、汎用的に信号処理が可能である。
また、無線モジュールは、各種の携帯電子機器内部に目立たないように搭載可能であることが、ユーザの利便性向上にとって重要である。したがって、無線モジュールは小型であるほど好ましいが、電磁波を効率よく空間に放射するためには、前記したように、電磁波の波長λの１／２になるべく近い寸法を持つアンテナを併せて搭載することが望ましい。そのような無線モジュールの実現を目標とした従来技術が、例えば特許文献１に述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１５３８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記した特許文献１では、チップアンテナを、電磁波の送信・受信を行う電子回路（半導体集積回路）とともに、プリント基板（多層プリント基板）に実装して、前記チップアンテナおよび前記電子回路を搭載したプリント基板を電磁波の放射体として用いる技術が開示されている。
そして、携帯電子機器に搭載される無線モジュールは、小型化を実現するために該無線モジュールが必要とする電源を、前記携帯電子機器から電気的インターフェースを通じて確保する。このため、無線モジュールのプリント基板と該無線モジュールを搭載する携帯電子機器のプリント基板とは電気的に直接結合されるので、無線モジュールが電磁波の放射体とするプリント基板の電気的寸法は、無線モジュールを搭載する携帯電子機器の寸法・形状によって変化する。
したがって、様々の寸法・形状を有する各種の携帯電子機器に対して、効率よい電磁波の送信・受信を安定して実現することに問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、前記の事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、搭載されるべき携帯電子機器が安定して良好な自由空間との電磁波の送信・受信を実現可能なような、小型の無線モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明の無線モジュールは、回路基板と、平面構造のアンテナと、前記回路基板と前記アンテナを電気的に結合する高周波ケーブルとを備えた無線モジュールであって、前記アンテナは平板状導体からなるグランド部とストリップ線状導体で形成されるパタン部とを有し、前記グランド部に前記高周波ケーブルの一端の外導体が結合され、前記パタン部に前記高周波ケーブルの同じ一端の内導体が結合され、前記高周波ケーブルの他の一端の内導体が前記回路基板の信号線に結合され、前記高周波ケーブルの他の一端の外導体が回路基板のアース電位に結合され、前記回路基板が前記グランド部の対向する隣接部に電気的に絶縁されて設置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上、本発明によれば、搭載されるべき携帯電子機器が安定して良好な自由空間との電磁波の送信・受信を実現可能なような、小型の無線モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第１実施形態の構成を示す図であり、（ａ）はアンテナの構成を示す図、（ｂ）は無線モジュールの構成を示す図、（ｃ）はアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
【図２】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第２実施形態の構成を示す図であり、（ａ）はアンテナの構成を示す図、（ｂ）は無線モジュールの構成を示す図、（ｃ）はアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
【図３】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第３実施形態の構成を示す図であり、（ａ）はアンテナの構成を示す図、（ｂ）は無線モジュールの構成を示す図、（ｃ）はアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
【図４】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第４実施形態の構成を示す図であり、（ａ）はアンテナの構成を示す図、（ｂ）は無線モジュールの構成を示す図、（ｃ）はアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
【図５】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第５実施形態の構成を示す図であり、（ａ）はアンテナの構成を示す図、（ｂ）は無線モジュールの構成を示す図、（ｃ）はアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
【図６】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第６実施形態の構成を示す図であり、（ａ）はアンテナの構成を示す図、（ｂ）は無線モジュールの構成を示す図、（ｃ）はアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
【図７】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第７実施形態の構成と組み立てを示す図である。
【図８】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第８実施形態の構成と組み立てを示す図である。
【図９】本発明の第９実施形態を示し、第１〜第８実施形態のいずれかのアンテナ内蔵無線モジュールを搭載した携帯電話の構成を示す透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の無線モジュール（以下においては「アンテナ内蔵無線モジュール」と表記する）の第１実施形態の構成を示す図である。
図１（ａ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナの構成を示す図であり、図１（ｂ）はアンテナ内蔵無線モジュールの無線モジュール（無線モジュールの本体）の構成を示す図であり、図１（ｃ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
なお、アンテナ内蔵無線モジュール（無線モジュール）は、アンテナ１０と無線基板（無線モジュールの本体）２０とを含んで構成される。
【００１５】
＜アンテナ＞
図１（ａ）において、一体の二次元平板構造（一体平面構造）を示す薄板平面アンテナ（適宜「アンテナ」とも表記する）１０は、パタン部１１とグランド部１２とを備えて構成される。
このパタン部１１は、ストリップ線状導体で平面状に構成され、かつアンテナ１０の長手方向に対して直角の方向に蛇行するメアンダ構造を有している。また、直列に続くストリップ線状導体の長さの合計値がアンテナ長としてのλ／２に概ね相当するように構成する。
以上の構成は、小さな面積のパタン部１１において、必要なアンテナのλ／２の長さを得るために、前記した蛇行するメアンダ構造を採用したものである。
また、グランド部１２は、平板状導体（ベタ平面導体）で平面状に形成（平板状導体構造、ベタ平面導体構造）される。グランド部１２としてのアンテナ長は、最も長い部分、つまり平面状に形成された長方形としての対角線が相当し、この対角線の長さがλ／２に近づくことが望ましい。
なお、図１における前記した形状のパタン部１１は、適宜「平面状パタン部」とも表記する。また、前記した形状のグランド部１２は、適宜「平面状グランド部」とも表記する。
【００１６】
アンテナ１０は、後記する給電点１５において、同軸ケーブル（高周波ケーブル）１３とインピーダンス整合をとるように接続される。一般的にインピーダンス整合は純抵抗に合わせることが多いが、アンテナ１０の長さが略（１／２）λにおいても、アンテナのインピーダンスは虚数成分を持つこともあり、インピーダンス整合をとるために調整する必要がある。また、アンテナ１０の長さが（１／２）λに達しないときには、さらに大きな虚数成分のインピーダンスを有して、より調整する必要がある。
【００１７】
アンテナ１０のパタン部１１は、前記したようにメアンダ構造であって、ストリップ線状導体が蛇行しているので、アンテナ１０のインピーダンスとしての容量（静電容量）成分や誘導（電磁誘導）成分、および抵抗成分が生ずる。
これらの容量成分や誘導成分の電磁気的成分の存在により、アンテナ１０が自由空間と同軸ケーブル１３との間の電磁波エネルギーの入射と放射の両者における整合状態の調整機能を担うことが可能となる。なお、抵抗成分については小さい方が望ましい。
また、容量成分や誘導成分がアンテナ１０のインピーダンスの虚数成分（虚成分）を構成する。
【００１８】
アンテナ１０のグランド部１２は、前記したようにベタ平面導体構造であるので、アンテナ１０の構成要素としては、大きな容量成分および大きな誘導成分を引き起こす構造体はなく、主に空間と電磁波の実エネルギーのやり取りを行うため、グランド部１２の近傍には虚のエネルギー（電磁波エネルギーの虚成分）に相当する蓄積エネルギーの存在が極めて小さい。
なお、蓄積エネルギーの存在が少ないと、後記する無線基板２０（もしくは多層プリント基板２１）と近接しても無線基板２０（もしくは多層プリント基板２１）のアンテナ１０への影響は小さい。
また、アンテナ１０のグランド部１２の平板状導体の面積が大きいほど、グランド（アース）としての電位が安定する。
【００１９】
アンテナ１０のパタン部１１は、メアンダ構造の一部において、グランド部１２と電気的な接続部１６を持つ。接続部１６を形成することによって、アンテナ１０としての容量成分や誘導成分を適正に調整できることがある。
図１における接続部１６は、後記する給電点１５に比較的近いので主として容量成分の調整に寄与する。また、後記するように、接続部１６によって、給電点１５を介する電流のループが生じる場合には、誘導成分も有する。
【００２０】
図１において表記上の都合により、細部は示していないが、給電点１５において、パタン部１１とグランド部１２は離れて（略、数１００μｍ）構成されている。そして、パタン部１１とグランド部１２との境界に形成される給電点１５において、同軸ケーブル１３の一端の内導体とパタン部１１は接続される。また、同軸ケーブル１３の一端の外導体とグランド部１２は接続される。
また、同軸ケーブル１３の内導体と外導体によって、パタン部１１とグランド部１２が逆相で給電（逆相励振）されるので、この給電点１５が局所的ゼロアース点となる。
なお、後記するように、同軸ケーブル１３の外導体は、無線基板（回路基板）２０のアース電位に結合され、内導体は無線基板２０の信号線に結合される。
また、同軸ケーブル１３の他端にはアンテナコネクタ１４が実装されている。なお、後記するように、アンテナコネクタ１４は、無線基板２０における高周波コネクタ２２に結合する。
【００２１】
＜無線基板の回路＞
図１（ｂ）は、無線モジュールの回路構成を示す図である。
図１（ｂ）において、無線基板２０は、多層プリント基板２１を備えて構成（多層基板構造）され、裏面がグランド層である。また、無線基板２０の表層には、高周波コネクタ２２、分波器２３、電力増幅器２４、低雑音増幅器２５、周波数シンセサイザ２６、送信回路２７、受信回路２８、変復調回路２９、デジタルコネクタ３０が実装されている。
アンテナ１０から同軸ケーブル１３を介して高周波コネクタ２２から供給される受信波は、分波器２３を介して低雑音増幅器２５に入力して増幅される。
増幅された受信波は、受信回路２８に入力する。受信回路２８には、周波数シンセサイザ２６によってローカル信号が供給されていて、受信波は受信回路２８において、ベースバンド信号に変換される。
ベースバンド信号に変換された受信波は、変復調回路２９の復調機能により復調される。復調された信号は、デジタルコネクタ３０を介してアンテナ内蔵無線モジュールが結合する電子機器（不図示）へと伝達される。
以上が受信波の信号の概略の流れである。
【００２２】
次に、送信波の信号の概略の流れを説明する。
電子機器（不図示）が発生した無線伝送用信号は、デジタルコネクタ３０を介して変復調回路２９の変調機能により変調される。
変調された無線伝送用信号は、送信回路２７に入力する。送信回路２７には、周波数シンセサイザ２６によってローカル信号が供給されていて、無線伝送用信号は送信回路２７において、無線周波数に周波数変換される。
無線周波数に周波数変換された信号は、電力増幅器２４で増幅される。増幅された信号は、分波器２３を通り、高周波コネクタ２２によって同軸ケーブル１３を介してアンテナ１０に伝送される。
【００２３】
＜アンテナと無線基板の組み立て構成＞
図１（ｃ）は、アンテナ内蔵無線モジュールのアンテナ１０と無線モジュールの本体となる無線基板２０を組み立てた構成を示す図である。アンテナ１０の上に無線基板２０を配置している様子を示している。
図１（ｃ）において、アンテナ内蔵無線モジュールを構成するアンテナ１０と無線基板２０とは、アンテナコネクタ１４と高周波コネクタ２２によって電気的に結合する。また、無線基板２０の裏面のグランド層とアンテナ１０のグランド部１２とが、電気的に絶縁された状態で、対向して近接位置に配置されている。
【００２４】
前記した構造によれば、無線基板２０は、アンテナ１０のグランド部１２と対向するものの、アンテナ１０のパタン部１１には対向していない。したがって、パタン部１１近傍に蓄積され、伝送には寄与しないいわば虚のエネルギー（電磁波エネルギーの虚成分）に対する影響を小さくできる。
また、無線基板２０と対向しているのはアンテナ１０のグランド部１２である。前記したように、アンテナのグランド部１２は、平板状導体構造であるので、大きな容量成分および大きな誘導成分を引き起こす構造体はなく、主に空間と電磁波の実エネルギーのやり取りを行うため、グランド部１２の近傍には虚のエネルギーに相当する蓄積エネルギーの存在が極めて小さい。
【００２５】
したがって、無線基板２０における同軸ケーブル１３を含む入出力部の回路（分波器２３、低雑音増幅器２５、電力増幅器２４等）とアンテナの間の良好なインピーダンス整合状態を実現できるとともに、無線基板２０上に形成された各回路（受信回路２８、送信回路２７、周波数シンセサイザ２６、変復調回路２９等）とアンテナ１０の間の不適当な干渉を防止できる。したがって、無線モジュールから自由空間への高効率な電磁波の放射と入射が実現する。
【００２６】
また、パタン部１１の形状がアンテナ１０の長手方向と直角方向に長い直線部を持つメアンダ構造のため、このメアンダ構造の部分に発生する電流の方向が、前記長手方向と直交することとなり、このメアンダ構造の変化がアンテナの放射（および入射）効率に与える変化を抑制することができる。
また、同軸ケーブル１３の敷線方向（同軸ケーブルを敷く方向）をアンテナの長手方向と直角の方向にすることにより、アンテナ１０の最大利得を示す方向への同軸ケーブル１３からの不要輻射の影響を低減できて、無線モジュールの電波放射（および入射）効率を向上させることができる。
また、図１（ｃ）に示すように、無線モジュールの構成要素の無線基板２０とアンテナ１０を薄板形状で一体化できる。したがって、本発明の実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールの小型化が実現できる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図２を参照して説明する。
図２は、本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第２実施形態の構成を示す図である。
図２（ａ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナの構成を示す図であり、図２（ｂ）はアンテナ内蔵無線モジュールの無線モジュール（無線モジュールの本体）の構成を示す図であり、図２（ｃ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
図２の第２実施形態が、図１の第１実施形態と異なる点は、アンテナ１１０がステップ状に折り曲げられた一体の薄板の構造（一体薄板構造）を持つことである。さらに、このアンテナ１１０が、側面視してＬ字型に曲げられた折面構造部１１７を有するＬ字面状のグランド部１１２と、ストリップ線状導体で平面状に構成され、かつアンテナ１０の長手方向に直角の方向に蛇行するメアンダ構造のパタン部１１で形成されていることである。
なお、前記したＬ字型に曲げられた折面構造部１１７を有するＬ字面状のグランド部１１２は適宜「Ｌ字面状グランド部」とも表記する。
また、折面構造部１１７の面積は、グランド部１１２から折面構造部１１７を除いた残りのグランド部の面積より小さい。
【００２８】
第２実施形態のアンテナ１１０のＬ字面状グランド部１１２は、Ｌ字型に曲げられた折面構造部１１７を有しているので、第２実施形態は第１実施形態に比べて、アンテナ１１０のパタン部（平面状パタン部）１１と無線基板２０との距離を大きくとれる。
なお、無線基板２０は多層プリント基板２１を用いて構成され、多層プリント基板２１は薄く狭い空間に多数の配線や素子が稠密に形成されているので、前記したＬ字型に曲げられた折面構造部１１７によって獲得されるパタン部１１と無線基板２０とのさらなる距離が特性の改善に大きく貢献する。
したがって、図１の第１実施形態で説明した効果を保ったまま、無線基板２０における入出力部の回路とアンテナの間のさらなる良好なインピーダンス整合状態を実現できるとともに、無線基板２０上に形成された各回路とアンテナの間の不適当な干渉を防止できる。そして、無線モジュールの電波放射効率をさらに向上させることができる。
【００２９】
なお、図２において、図１とはグランド部１１２とパタン部１１との位置関係を変えて表記したのは、Ｌ字型に曲げられた折面構造部１１７、つまり折り曲げられた一体薄板構造を見やすく表記するためである。
また、図２（ａ）において、アンテナコネクタ１４は、グランド部１１２の上に表記されているが、グランド部１１２とは直接の接続関係はなく、図２（ｃ）に示すように高周波コネクタ２２と結合している。
なお、前記したように、図２と図１との相違は、アンテナ１１０の構造のみであり、他の要素、構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００３０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図３を参照して説明する。
図３は、本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第３実施形態の構成を示す図である。
図３（ａ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナの構成を示す図であり、図３（ｂ）はアンテナ内蔵無線モジュールの無線モジュールの構成を示す図であり、図３（ｃ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
図３で示す第３実施形態が、図２で示す第２実施形態と異なる点は、アンテナ２１０がステップ状に折り曲げられた一体薄板構造を持ち、このアンテナ２１０がＬ字面状パタン部２１１と平面状グランド部１２で形成されていることである。また、接続部２１６、２１８を有して、ループ構造（細隙ループ構造）が増加していることである。なお、立上構造部２１７は、Ｌ字面状パタン部２１１に含まれている。
Ｌ字面状パタン部２１１は、立上構造部２１７に細隙ループ構造（［接続部２１８→グランド部１２→給電点１５→パタン部２１１］、［接続部２１８→グランド部１２→接続部２１６→パタン部２１１］、［接続部２１６→グランド部１２→給電点１５→パタン部２１１］）を有している。この結果、給電点１５におけるリアクタンス成分（誘導性および容量性）が増加、もしくは変化する。また、折り曲げ部の機械的強度が向上する。
【００３１】
この第３実施形態によれば、立上構造部２１７に細隙ループ構造を備えているので、アンテナ２１０のパタン部２１１の導体パタン形成可能エリアを図２の実施形態に比べて大きくとるができる。
つまり、パタン部２１１のアンテナとしての長さを大きくして、理想のλ／２に近づけることができる。もしくはパタン部２１１のストリップ線状導体の幅を大きく（太く）して抵抗値を小さくすることができる。
したがって、図２に示した実施形態と同一のモジュール寸法においては、無線基板２０における入力部の回路とアンテナの間のさらなる良好なインピーダンス整合状態を実現できるとともに、無線基板２０上に形成された各回路とアンテナの間の不適当な干渉を防止できる。そして、無線モジュールの電波放射効率をさらに向上させることができる。
なお、前記したように、図３と図２との相違は、アンテナ２１０の構造のみであり、他の要素、構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００３２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について、図４を参照して説明する。
図４は、本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第４実施形態の構成を示す図である。
図４（ａ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナの構成を示す図であり、図４（ｂ）はアンテナ内蔵無線モジュールの無線モジュール（無線モジュールの本体）の構成を示す図であり、図４（ｃ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
図４に示す第４実施形態が、図１の第１実施形態と異なる点は、二次元形状の平面状パタン部４１１がアンテナの長手方向に対して平行の方向に蛇行するメアンダ構造を持ち、かつ、このメアンダ構造の複数の一部（接続部４１６、４１８）がグランド部１２と電気的に結合する構造を持つことである。
【００３３】
第４実施形態によれば、アンテナ４１０の平面状パタン部４１１は、例えば接続部４１８、グランド部１２、給電点１５とともにループ構造を実現できるので、パタン部４１１が形成する前記ループ構造により、対向する平面に対して直角方向の磁界によって電磁波の放射を強めることができる。この効果は、本実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールを電子機器（不図示）に内蔵する際に、同無線モジュールに平面的に対向する導体あるいは誘電体がパタン部４１１近傍に存在する場合は有効となる。
したがって、図１の第１実施形態に比べて第４実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールを搭載する電子機器（不図示）のアンテナ内蔵無線モジュールの電磁波放射に対する影響を削減することができる。
なお、前記したように、図４と図１との相違は、アンテナ４１０の構造のみであり、他の要素、構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００３４】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について、図５を参照して説明する。
図５は、本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第５実施形態の構成を示す図である。
図５（ａ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナの構成を示す図であり、図５（ｂ）はアンテナ内蔵無線モジュールの無線モジュール（無線モジュールの本体）の構成を示す図であり、図５（ｃ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
図５に示した第５実施形態が、図４に示した第４実施形態と異なる点は、アンテナ５１０がステップ状に折り曲げられた一体薄板構造を持ち、このアンテナ５１０が、Ｌ字型に曲げられた折面構造部５１７を有するＬ字面状グランド部５１２と、ストリップ線状導体で平面状に構成され、かつアンテナ５１０の長手方向に対して平行の方向に蛇行するメアンダ構造の平面状パタン部５１１とで形成されていることである。
【００３５】
第５実施形態によれば、折面構造部５１７によって、アンテナ５１０のパタン部５１１と無線基板２０との距離を図４の第４実施形態に比べて大きくとれる。
そのため、無線基板２０における入力部の回路とアンテナの間のさらなる良好なインピーダンス整合状態を実現できるとともに、無線基板２０上に形成された各回路とアンテナの間の不適当な干渉を防止できる。したがって、図４の第４実施形態で説明した効果を保ったまま、無線モジュールの電波放射効率をさらに向上させることができる。
なお、図５において、図４（グランド部１２とパタン部４１１）とは、グランド部５１２とパタン部５１１との位置関係を変えて表記したのは、Ｌ字型に曲げられた折面構造部５１７、つまり折り曲げられた一体薄板構造を見やすく表記するためである。
【００３６】
また、アンテナ５１０におけるＬ字面状グランド部５１２は、図２に示したアンテナ１１０におけるＬ字面状グランド部１１２と実質的には同一の構成であるが、アンテナ５１０とアンテナ１１０とは異なる構成であるので、アンテナ５１０のＬ字面状グランド部であることを明確にするために、「Ｌ字面状グランド部５１２」とＬ字面状グランド部１１２とは異なる符合を付している。
なお、前記したように、図５と図４との相違は、アンテナ５１０の構造のみであり、他の要素、構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００３７】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について、図６を参照して説明する。
図６は、本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第６実施形態の構成を示す図である。
図６（ａ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナの構成を示す図であり、図６（ｂ）はアンテナ内蔵無線モジュールの無線モジュール（無線モジュールの本体）の構成を示す図であり、図６（ｃ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
図６に示した第６実施形態が、図５に示した第５実施形態と異なる点は、ステップ状に折り曲げられたアンテナ６１０が、立上構造部６１７を有するＬ字面上パタン部６１１と、二次元形状の平面状グランド部１２で形成されていることである。
【００３８】
そして、Ｌ字面上パタン部６１１は、ストリップ線状導体でアンテナ６１０の長手方向に対して平行の方向に蛇行するメアンダ構造であり、かつ前記したように立上構造部６１７を有していることである。
つまり、図５においては、段差を形成するＬ字型に曲げられた折面構造部５１７はＬ字面状グランド部５１２が有しているのに対し、図６の本実施形態では、段差を形成する立上構造部６１７はＬ字面上パタン部６１１が有していることである。
【００３９】
第６実施形態によれば、ステップ状に折り曲げられた立上構造部６１７がＬ字面上パタン部６１１にあるので、アンテナ６１０のパタン部６１１の導体パタン形成可能エリアを図５の第５実施形態に比べて大きくとれる。
つまり、パタン部６１１のアンテナとしての長さを大きくして理想のλ／２に近づけることができる。もしくはパタン部６１１のストリップ線状導体の幅を大きく（太く）して抵抗値を小さくすることができる。
したがって、この第６実施形態によれば、図５の第５実施形態と同一のモジュール寸法において、無線基板２０における入力部の回路とアンテナの間のさらなる良好なインピーダンス整合状態を実現できるとともに、無線基板２０上に形成された各回路とアンテナの間の不適当な干渉を防止できる。そして、無線モジュールの電波放射効率をさらに向上させることができる。
なお、前記したように、図６と図５との相違は、アンテナ６１０の構造のみであり、他の要素、構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００４０】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について、図７を参照して説明する。
図７は、本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第７実施形態の構成と組み立てを示す図である。また、図７は、図１の第１実施形態で示したアンテナ１０と無線基板２０の一体構造を、ケース箱７０１（図７）とケース蓋７０２（図７）で上下から挟み支持する構造を示している。
ケース箱７０１は、薄型直方体構造を備えていて、無線基板２０と対向し、この無線基板２０上に搭載される三次元的部品と対向する部分には浅いくぼみを形成している。なお、この浅いくぼみを図７のケース箱７０１において、破線で示した複数の直方体で表している。
【００４１】
この浅いくぼみを有する構造によって、本実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールの体積の増加を抑制している。
ケース蓋７０２は、アンテナ１０と対向し、無線基板２０とアンテナ１０との位置関係を固定する。なお、ケース蓋７０２は薄い板状で形成しているので、図７においてはケース蓋７０２に係る厚みについての表記は省略している。
なお、ケース箱７０１とケース蓋７０２は、電気的に絶縁性を示す誘電体で製作され、ケース箱７０１とケース蓋７０２を併せて誘電体ケースとも表記する。
本実施形態によれば、アンテナ１０のパタン部１１に対向する空間を確保することができるので、パタン部１１の近傍に蓄積エネルギーとして蓄えられる虚のエネルギーに対する外部からの干渉を防げる。したがって、本実施形態からなるアンテナ内蔵無線モジュールの動作を安定させる効果がある。
【００４２】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について、図８を参照して説明する。
図８は、本発明の第８実施形態であるアンテナ内蔵無線モジュールの構成と組み立てを示す図である。また、図８は、図５の第５実施形態で示したアンテナ５１０と無線基板２０の一体構造を、ケース箱８０１（図８）とケース蓋８０２（図８）で上下から挟み支持する構造となっている。
なお、図５に示した第５実施形態においては、アンテナ５１０のＬ字面状グランド部１１２は、Ｌ字型に曲げられた折面構造部５１７を有している。
図８では、アンテナ５１０がＬ字型に曲げられた折面構造部５１７を有していることに対応して、ケース箱８０１とケース蓋８０２が、それぞれＬ字型に曲げられた構造を備えている。
【００４３】
また、ケース箱８０１は、薄型直方体の突起部を持つ薄型直方体構造を持ち、無線基板２０と対向し、この無線基板２０上に搭載される三次元的部品と対向する部分には浅いくぼみを形成している。なお、この浅いくぼみを図８のケース箱８０１において、破線で示した複数の直方体で表している。
この浅いくぼみを有する構造によって、本実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールの体積の増加を抑制している。
ケース蓋８０２は、アンテナ５１０と対向し、無線基板２０とアンテナ５１０との位置関係を固定する。なお、ケース蓋８０２は薄い板状で形成しているので、図８においてはケース蓋８０２に係る厚みについての表記は省略している。
なお、ケース箱８０１とケース蓋８０２は、電気的に絶縁性を示す誘電体で製作され、ケース箱８０１とケース蓋８０２を併せて誘電体ケースとも表記する。
【００４４】
本実施形態によれば、図７の第７実施形態と比べて、アンテナ５１０のパタン部５１１に対向する空間を増大させることができる。これは図７の第７実施形態で用いる第１実施形態のアンテナ１０には前述した部分構造（５１７、図５）がないのに対して、本実施形態で用いる第５実施形態においては前記したようにＬ字型に曲げられた折面構造部５１７ があるのでアンテナ５１０のパタン部５１１に対向する空間を増大させることができるのである。
この構造によって、Ｌ字型に曲げられた折面構造部５１７を有するアンテナ５１０のＬ字面状グランド部５１２の第５実施形態を用いることができるので、本実施形態（第８実施形態）からなるアンテナ内蔵無線モジュールの放射効率を増加させる効果がある。
【００４５】
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態について、図９を参照して説明する。
図９は、本発明の第９実施形態を示し、前記した第１〜第８実施形態のいずれかの実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールを搭載した携帯電話器（無線端末器）の構成を示す透視図である。
図９において、携帯電話器９００は、ケース９０１の表面に液晶ディスプレイ９０５とキーパッド９０７を配置している。また、内部の回路基板９０２に、電池９０６と、インターフェースコネクタ９０４と、アンテナ内蔵無線モジュール９０３が実装されている。
なお、電池９０６は液晶ディスプレイ９０５の反対側に内蔵されている。
また、インターフェースコネクタ９０４を介して、アンテナ内蔵無線モジュール９０３が前記した回路基板９０２に電気的に結合する。
【００４６】
このアンテナ内蔵無線モジュール９０３は、前記した図７または図８の構造を有している。
携帯電話器９００が図９に示した構造であれば、アンテナ内蔵無線モジュール９０３のパタン部は、電気・電子部品に遮蔽されることなく、アンテナ内蔵無線モジュール９０３及び携帯電話器の筺体ケースを透過して、外部自由空間との間で電磁波エネルギーのやりとりを効率よく行える。
したがって、アンテナ内蔵無線モジュール９０３がモジュール動作に必要な電源および信号を、該インターフェースコネクタを介して授受出来るので、携帯電話器９００に新たな無線機能を、この携帯電話器９００の体積を増加させることなく、付加することが出来る。
【００４７】
（その他の実施形態）
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではない。
図２、図３、図５、図６において、グランド部とパタン部によるＬ字型構造は、回路基板の部品搭載面の方向に折り曲げられて形成されている実施形態を示したが、回路基板の部品搭載面の逆方向に折り曲げて形成してもよい。アンテナとしての電気的特性をより重視する場合には、前記のように回路基板の部品搭載面の逆方向に折り曲げた方がよくなる場合がある。
【００４８】
また、図１〜図８に示した第１〜第８実施形態の回路基板（無線基板）に、さらにインターフェースコネクタを備え、このインターフェースコネクタにアンテナ内蔵無線モジュールの外部から電源を供給し、かつ、前記インターフェースコネクタと前記アンテナ内蔵無線モジュールの外部と信号のやりとりをする構成をとってもよい。
この構成をとることにより、アンテナ内蔵無線モジュールの外部と信号のやりとりをする機能が増大し、かつアンテナ内蔵無線モジュールの電源の確保が容易となる。
【００４９】
また、図１〜図６に示した第１〜第６実施形態において、平面状グランド部やＬ字面状グランド部において、グランド部を構成する平面の部分における形状は、長方形の実施形態を示したが、必ずしも長方形である必要はない。実装上の都合により、長方形の一部の形状に欠損や付加に相当する部分があってもよい。また、円形や多角形や無定形の形状であってもよい。
【００５０】
また、図１〜図６に示した第１〜第６実施形態において、パタン部とグランド部を接続する接続部が１個〜２個の場合を示したが、接続部は３個以上であってもよく、またループを構成する形状が位相幾何学的に異なる位相や、より複雑な形状で構成してもよい。
【００５１】
また、図２、図３、図５、図６に示した各実施形態におけるアンテナのＬ字面状グランド部やＬ字面状パタン部のＬ字部分における折り曲げられた角度、つまり折面構造部、もしくは立上構造部と、グランド部やパタン部の平面部分との角度については、特定の角度を示さなかったが、アンテナと無線基板との組み立ての構造上の都合と、アンテナとしての特性の許容される範囲において、任意の角度でよい。
また、折面構造部、もしくは立上構造部の面の形状としては、必ずしも平面には限定されない。曲面で構成してもよい。
【００５２】
また、図１（ｂ）における無線基板２０に実装された各回路（分波器２３、電力増幅器２４、低雑音増幅器２５、周波数シンセサイザ２６、送信回路２７、受信回路２８、変復調回路２９等）はアナログ回路で構成してもデジタル回路で構成してもよい。またアナログ回路とデジタル回路を混載してもよい。
【００５３】
また、図９で示した第９実施形態においては、第１〜第８実施形態のいずれかのアンテナ内蔵無線モジュールを搭載した携帯電話器の例を示したが、本願発明のアンテナ内蔵無線モジュールを搭載して効果があるのは携帯電話器に限らない。無線通信手段を備えた電気・電子機器の無線端末器に広く採用できる。
【００５４】
（本発明、本実施形態の補足）
以下に本発明、本実施形態に係る補足説明をする。
＜アンテナの構造について＞
本発明、本実施形態の大きな特徴は、アンテナの構造であり、またこのアンテナと無線機の構成要素である電子回路を実装した多層プリント基板との位置関係にある。
本実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールの代表的な構成は、多層プリント基板の部品実装面である片面に、無線機の構成要素の一つである電子回路を半導体集積回路および電子・電気部品を実装する。また、他の電子機器との間で電気信号をやり取りするためのインターフェース部を前記多層プリント基板の一端に形成する。また、前記電子回路と前記アンテナとの間で電気信号のやり取りを行うための接続部品（コネクタ）を実装する。
また、多層プリント基板の非部品実装面である他の面に、平板状導体で構成されるグランド部とストリップ線状導体の集合体で形成されるパタン部を持つ一体薄板構造のアンテナを実装し、さらに該アンテナのグランド部とパタン部を電気的に逆相励振する同軸ケーブルの一端が結合する。また、前記同軸ケーブルの他端には前記多層プリント基板上の接続部品と電気的に結合するための他の接続部品（コネクタ）が実装される。
そして、前記アンテナのグランド部と前記多層プリント基板の非部品実装面が電気的に絶縁されて近接対向する構造を有している。
【００５５】
＜アンテナと基板の影響について＞
本実施形態においては、グランド部とパタン部を持つアンテナは、同軸ケーブルによって唯一一点で電子回路と電気的に結合している。この一点において、グランド部とパタン部が逆相で給電されるので、この一点の給電点が局所的ゼロアース点となり、前記アンテナは、無線モジュールを構成するプリント基板（もしくは無線基板）の影響を受けにくい。
また、無線モジュールが内蔵される携帯電子機器のプリント基板とこの無線モジュールのプリント基板は電気的に接続するので、結果として前記アンテナは、携帯無線機器のプリント基板の影響も受けにくい。
【００５６】
これらの理由により本実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナ動作は、従来技術の無線モジュールのアンテナと比べて電気特性が安定する。
また、アンテナは一体の薄板構造であるため、プリント基板とアンテナの組み合わせであるアンテナ内蔵無線モジュールの構造は、長手方向に無線モジュールが使用する電磁波の波長オーダーの寸法を有するが、厚さ方向の寸法は極めて小さいので、無線モジュールとしての体積は小さくなる。そのために、結果として小型のアンテナ内蔵無線モジュールが実現できる。
【００５７】
＜アンテナのグランド部とパタン部について＞
アンテナのグランド部は、平板状導体構造（ベタ平面導体構造）であるので、大きな容量成分および大きな誘導成分を引き起こす構造体はなく、主に空間と電磁波の実エネルギーのやり取りを行うため、グランド部近傍には虚のエネルギー（電磁波エネルギーの虚成分）である蓄積エネルギーの存在が極めて小さい。したがって、アンテナのグランド部は、モジュール内部でプリント基板と近接しているが、該プリント基板のアンテナ動作に対する影響は小さい。
一方、アンテナのパタン部には大きな容量成分および大きな誘導成分が引き起こされ、自由空間と同軸ケーブルで伝送される電磁波のエネルギーの整合状態の調整と、同電磁波エネルギーの自由空間への放射の両者の機能を担う。また、パタン部近傍の空間には該容量成分と該誘導成分による蓄積エネルギーが存在する。
【００５８】
図１で示したメアンダ構造のパタン部１１と接続部１６、また、図３で示したパタン部２１１の接続部２１６、接続部２１８、あるいは、図４で示したパタン部４１１の接続部４１６、接続部４１８によって、容量成分や誘導成分が形成される。また、接続部をどの位置に配置するかによって、容量成分や誘導成分の大きさや割合が調整できる。これらの図１、図３、図４に示した実施形態のパタン部の形状例は、シミュレーションおよび実験で、アンテナとしての良好な特性が確認されている。
【００５９】
＜アンテナのλ／２長について＞
小さな面積のパタン部１１によって必要なλ／２の長さを得るために、蛇行するメアンダ構造を採用している。このときにストリップ線状導体を細くすれば、小さな面積でλ／２の長さが得られるが、細くするにしたがってアンテナの抵抗値が高くなる。
また、あまりにもストリップ線状導体を細くすれば、加工精度の低下やそれによるアンテナ性能のバラツキが生ずる可能性が高くなる。また、加工精度の低下を避けることに注力をすると加工コストの上昇を招きやすい。
また、細くしたストリップ線状導体の抵抗値を下げるために金メッキを施すような手法もあるが、コスト上昇がともなう。
【００６０】
また、電波の波長λとアンテナの長さの関係において、アンテナはλ／２が望ましいとして説明した。それ以外のアンテナ長として（λ／４）に調整したアンテナもあるが、（λ／４）のアンテナの場合は、グランドの長さが無限（膨大）に大きい必要がある。
したがって、グランドの面積を膨大にとれる用途には（λ／４）の方式を採用可能であるが、携帯用の小型モジュールではグランド面積に限りがあるので、無線モジュールとしてはλ／２の方式のアンテナが実用的である。
【符号の説明】
【００６１】
１０、１１０、２１０、４１０、５１０、６１０ アンテナ、薄板平面アンテナ
１１、４１１、５１１ パタン部、平面状パタン部
１２、５１２ グランド部、平面状グランド部
１３ 同軸ケーブル（高周波ケーブル）
１４ アンテナコネクタ
１５ 給電点
１６、１８、２１６、２１８、４１６、４１８、５１６、５１８ 接続部
１１２ グランド部、Ｌ字面状グランド部
１１７、５１７、 折面構造部
２０ 無線基板、無線モジュールの本体（回路基板）
２１ プリント基板、多層プリント基板
２２ 高周波コネクタ
２３ 分波器
２４ 電力増幅器
２５ 低雑音増幅器
２６ 周波数シンセサイザ
２７ 送信回路
２８ 受信回路
２９ 変復調回路
２１１、６１１ パタン部、Ｌ字面状パタン部
２１７、６１７ 立上構造部
３０ デジタルコネクタ
７０１、８０１ ケース箱（誘電体ケース）
７０２、８０２ ケース蓋（誘電体ケース）
９００ 携帯電話器（無線端末器）
９０１ ケース
９０２ 回路基板
９０３ アンテナ内蔵無線モジュール
９０４ インターフェースコネクタ
９０５ 液晶ディスプレイ
９０６ 電池
９０７ キーパッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナを備えて無線により外部機器と通信を行う無線モジュールと、この無線モジュールを搭載する無線端末器に係る。特に無線通信手段を持たない電気・電子機器に無線通信手段を提供する小型・薄型の形状を有する無線モジュールに係る。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信手段を備えた電気・電子機器の有用性が高まっている。また、産業振興を目的とした周波数開放の流れに呼応して、各種の無線サービスを提供する無線システムが実現されている。
このような無線通信手段における重要な要素として、無線機能を有する小型の電子回路と、アンテナがある。
【０００３】
無線機能を有する小型の電子回路は、半導体微細加工技術の進展に伴う半導体素子の遮断周波数の向上にともない、半導体集積回路で実現することが可能となっている。そして、半導体集積回路の備える小型、量産製造可能性に起因する低コストという性質によって、無線機能を有する小型の電子回路を安価に提供できるまでになっている。
【０００４】
また、前記無線機能を有する電子回路が発生する電磁波を、この電磁波の伝送路である空間に放射するためには、アンテナが必要である。
一般に無線通信の伝送媒体は唯一の電磁波であり、伝送路は自由空間であるので、異なる無線サービスを提供するためには、異なる周波数の電磁波を使う必要がある。
自由空間を効率よく伝達可能な電磁波の周波数は、現実的に３００ＭＨｚから３ＧＨｚに限られる。
これより高い周波数では、電磁波の直進性が顕著になり、通信を行う送信機と受信機との直線距離上に障害物があると、電磁波の到達効率が著しく低下する。
また、これより低い周波数では、電子回路が送信・受信する電磁波のアンテナを介しての自由空間への伝達効率が大きく低下する。
【０００５】
電磁波を送受信する際に用いるアンテナは、自由空間が有する固有の媒質定数で決定される周波数と反比例の関係にある有限の範囲の寸法が必要で、アンテナの長さや体積の小型化には限界がある。
アンテナは、その寸法が伝送する電磁波の波長λの１／２近傍のとき、伝送効率が概ね最大となる。また、電磁波の波長λは光速Ｃ／周波数ｆで表される。
たとえば、ｆ＝３００ＭＨｚにおける適切なアンテナの寸法（長さ）は、略１／２ｍ（メートル）である。電磁波がそれより低い周波数では、アンテナが最大の電磁波放射効率を実現するために必要な寸法は、ユーザが可搬可能な機器の寸法を大きく上回ってしまう。
したがって、３００ＭＨｚより小さい周波数を用いる場合には、前記した理由から略１／２ｍ以上の寸法の大きなアンテナが適している。にもかかわらず、実際には、ユーザが可搬可能な機器の寸法範囲内でのアンテナの長さを用いることを優先するので、所望のアンテナ長が得られず、その結果として、電子回路の送信・受信すべき電磁波が、効率よく自由空間に伝達されない状況となる。
【０００６】
このような制約がある状況の下では、各ユーザの要請に合わせて、それに適した電子回路（半導体集積回路）とアンテナとを主要構成要素とする無線機をモジュール化し、前記各ユーザが携帯する電子機器に搭載することが、可搬の利便性と無線サービスの付加コストの低減に効果的となる。
このような無線機は、無線モジュールと呼ばれている。無線モジュールは、電磁波の送信・受信の機能を有する電子回路と電磁波の放射・吸収を司るアンテナの外に、無線通信機能とは直接関係のない信号処理を行う携帯電子機器との電気信号の送受を行うためのインターフェースを、主要構成要素として含む。
なお、前記したインターフェースにおける電気信号は、今日においては一般にデジタル信号であり、ユーザが持ち運ぶ各種携帯電子機器のマイコンにより、汎用的に信号処理が可能である。
また、無線モジュールは、各種の携帯電子機器内部に目立たないように搭載可能であることが、ユーザの利便性向上にとって重要である。したがって、無線モジュールは小型であるほど好ましいが、電磁波を効率よく空間に放射するためには、前記したように、電磁波の波長λの１／２になるべく近い寸法を持つアンテナを併せて搭載することが望ましい。そのような無線モジュールの実現を目標とした従来技術が、例えば特許文献１に述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１５３８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記した特許文献１では、チップアンテナを、電磁波の送信・受信を行う電子回路（半導体集積回路）とともに、プリント基板（多層プリント基板）に実装して、前記チップアンテナおよび前記電子回路を搭載したプリント基板を電磁波の放射体として用いる技術が開示されている。
そして、携帯電子機器に搭載される無線モジュールは、小型化を実現するために該無線モジュールが必要とする電源を、前記携帯電子機器から電気的インターフェースを通じて確保する。このため、無線モジュールのプリント基板と該無線モジュールを搭載する携帯電子機器のプリント基板とは電気的に直接結合されるので、無線モジュールが電磁波の放射体とするプリント基板の電気的寸法は、無線モジュールを搭載する携帯電子機器の寸法・形状によって変化する。
したがって、様々の寸法・形状を有する各種の携帯電子機器に対して、効率よい電磁波の送信・受信を安定して実現することに問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、前記の事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、搭載されるべき携帯電子機器が安定して良好な自由空間との電磁波の送信・受信を実現可能なような、小型の無線モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明の無線モジュールは、回路基板と、平面構造のアンテナと、前記回路基板と前記アンテナを電気的に結合する高周波ケーブルとを備えた無線モジュールであって、前記アンテナは平板状導体からなるグランド部とストリップ線状導体で形成されるパタン部とを有し、前記グランド部に前記高周波ケーブルの一端の外導体が結合され、前記パタン部に前記高周波ケーブルの同じ一端の内導体が結合され、前記高周波ケーブルの他の一端の内導体が前記回路基板の信号線に結合され、前記高周波ケーブルの他の一端の外導体が回路基板のアース電位に結合され、前記回路基板が前記グランド部の対向する隣接部に電気的に絶縁されて設置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上、本発明によれば、搭載されるべき携帯電子機器が安定して良好な自由空間との電磁波の送信・受信を実現可能なような、小型の無線モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第１実施形態の構成を示す図であり、（ａ）はアンテナの構成を示す図、（ｂ）は無線モジュールの構成を示す図、（ｃ）はアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
【図２】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第２実施形態の構成を示す図であり、（ａ）はアンテナの構成を示す図、（ｂ）は無線モジュールの構成を示す図、（ｃ）はアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
【図３】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第３実施形態の構成を示す図であり、（ａ）はアンテナの構成を示す図、（ｂ）は無線モジュールの構成を示す図、（ｃ）はアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
【図４】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第４実施形態の構成を示す図であり、（ａ）はアンテナの構成を示す図、（ｂ）は無線モジュールの構成を示す図、（ｃ）はアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
【図５】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第５実施形態の構成を示す図であり、（ａ）はアンテナの構成を示す図、（ｂ）は無線モジュールの構成を示す図、（ｃ）はアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
【図６】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第６実施形態の構成を示す図であり、（ａ）はアンテナの構成を示す図、（ｂ）は無線モジュールの構成を示す図、（ｃ）はアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
【図７】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第７実施形態の構成と組み立てを示す図である。
【図８】本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第８実施形態の構成と組み立てを示す図である。
【図９】本発明の第９実施形態を示し、第１〜第８実施形態のいずれかのアンテナ内蔵無線モジュールを搭載した携帯電話の構成を示す透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の無線モジュール（以下においては「アンテナ内蔵無線モジュール」と表記する）の第１実施形態の構成を示す図である。
図１（ａ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナの構成を示す図であり、図１（ｂ）はアンテナ内蔵無線モジュールの無線モジュール（無線モジュールの本体）の構成を示す図であり、図１（ｃ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
なお、アンテナ内蔵無線モジュール（無線モジュール）は、アンテナ１０と無線基板（無線モジュールの本体）２０とを含んで構成される。
【００１５】
＜アンテナ＞
図１（ａ）において、一体の二次元平板構造（一体平面構造）を示す薄板平面アンテナ（適宜「アンテナ」とも表記する）１０は、パタン部１１とグランド部１２とを備えて構成される。
このパタン部１１は、ストリップ線状導体で平面状に構成され、かつアンテナ１０の長手方向に対して直角の方向に蛇行するメアンダ構造を有している。また、直列に続くストリップ線状導体の長さの合計値がアンテナ長としてのλ／２に概ね相当するように構成する。
以上の構成は、小さな面積のパタン部１１において、必要なアンテナのλ／２の長さを得るために、前記した蛇行するメアンダ構造を採用したものである。
また、グランド部１２は、平板状導体（ベタ平面導体）で平面状に形成（平板状導体構造、ベタ平面導体構造）される。グランド部１２としてのアンテナ長は、最も長い部分、つまり平面状に形成された長方形としての対角線が相当し、この対角線の長さがλ／２に近づくことが望ましい。
なお、図１における前記した形状のパタン部１１は、適宜「平面状パタン部」とも表記する。また、前記した形状のグランド部１２は、適宜「平面状グランド部」とも表記する。
【００１６】
アンテナ１０は、後記する給電点１５において、同軸ケーブル（高周波ケーブル）１３とインピーダンス整合をとるように接続される。一般的にインピーダンス整合は純抵抗に合わせることが多いが、アンテナ１０の長さが略（１／２）λにおいても、アンテナのインピーダンスは虚数成分を持つこともあり、インピーダンス整合をとるために調整する必要がある。また、アンテナ１０の長さが（１／２）λに達しないときには、さらに大きな虚数成分のインピーダンスを有して、より調整する必要がある。
【００１７】
アンテナ１０のパタン部１１は、前記したようにメアンダ構造であって、ストリップ線状導体が蛇行しているので、アンテナ１０のインピーダンスとしての容量（静電容量）成分や誘導（電磁誘導）成分、および抵抗成分が生ずる。
これらの容量成分や誘導成分の電磁気的成分の存在により、アンテナ１０が自由空間と同軸ケーブル１３との間の電磁波エネルギーの入射と放射の両者における整合状態の調整機能を担うことが可能となる。なお、抵抗成分については小さい方が望ましい。
また、容量成分や誘導成分がアンテナ１０のインピーダンスの虚数成分（虚成分）を構成する。
【００１８】
アンテナ１０のグランド部１２は、前記したようにベタ平面導体構造であるので、アンテナ１０の構成要素としては、大きな容量成分および大きな誘導成分を引き起こす構造体はなく、主に空間と電磁波の実エネルギーのやり取りを行うため、グランド部１２の近傍には虚のエネルギー（電磁波エネルギーの虚成分）に相当する蓄積エネルギーの存在が極めて小さい。
なお、蓄積エネルギーの存在が少ないと、後記する無線基板２０（もしくは多層プリント基板２１）と近接しても無線基板２０（もしくは多層プリント基板２１）のアンテナ１０への影響は小さい。
また、アンテナ１０のグランド部１２の平板状導体の面積が大きいほど、グランド（アース）としての電位が安定する。
【００１９】
アンテナ１０のパタン部１１は、メアンダ構造の一部において、グランド部１２と電気的な接続部１６を持つ。接続部１６を形成することによって、アンテナ１０としての容量成分や誘導成分を適正に調整できることがある。
図１における接続部１６は、後記する給電点１５に比較的近いので主として容量成分の調整に寄与する。また、後記するように、接続部１６によって、給電点１５を介する電流のループが生じる場合には、誘導成分も有する。
【００２０】
図１において表記上の都合により、細部は示していないが、給電点１５において、パタン部１１とグランド部１２は離れて（略、数１００μｍ）構成されている。そして、パタン部１１とグランド部１２との境界に形成される給電点１５において、同軸ケーブル１３の一端の内導体とパタン部１１は接続される。また、同軸ケーブル１３の一端の外導体とグランド部１２は接続される。
また、同軸ケーブル１３の内導体と外導体によって、パタン部１１とグランド部１２が逆相で給電（逆相励振）されるので、この給電点１５が局所的ゼロアース点となる。
なお、後記するように、同軸ケーブル１３の外導体は、無線基板（回路基板）２０のアース電位に結合され、内導体は無線基板２０の信号線に結合される。
また、同軸ケーブル１３の他端にはアンテナコネクタ１４が実装されている。なお、後記するように、アンテナコネクタ１４は、無線基板２０における高周波コネクタ２２に結合する。
【００２１】
＜無線基板の回路＞
図１（ｂ）は、無線モジュールの回路構成を示す図である。
図１（ｂ）において、無線基板２０は、多層プリント基板２１を備えて構成（多層基板構造）され、裏面がグランド層である。また、無線基板２０の表層には、高周波コネクタ２２、分波器２３、電力増幅器２４、低雑音増幅器２５、周波数シンセサイザ２６、送信回路２７、受信回路２８、変復調回路２９、デジタルコネクタ３０が実装されている。
アンテナ１０から同軸ケーブル１３を介して高周波コネクタ２２から供給される受信波は、分波器２３を介して低雑音増幅器２５に入力して増幅される。
増幅された受信波は、受信回路２８に入力する。受信回路２８には、周波数シンセサイザ２６によってローカル信号が供給されていて、受信波は受信回路２８において、ベースバンド信号に変換される。
ベースバンド信号に変換された受信波は、変復調回路２９の復調機能により復調される。復調された信号は、デジタルコネクタ３０を介してアンテナ内蔵無線モジュールが結合する電子機器（不図示）へと伝達される。
以上が受信波の信号の概略の流れである。
【００２２】
次に、送信波の信号の概略の流れを説明する。
電子機器（不図示）が発生した無線伝送用信号は、デジタルコネクタ３０を介して変復調回路２９の変調機能により変調される。
変調された無線伝送用信号は、送信回路２７に入力する。送信回路２７には、周波数シンセサイザ２６によってローカル信号が供給されていて、無線伝送用信号は送信回路２７において、無線周波数に周波数変換される。
無線周波数に周波数変換された信号は、電力増幅器２４で増幅される。増幅された信号は、分波器２３を通り、高周波コネクタ２２によって同軸ケーブル１３を介してアンテナ１０に伝送される。
【００２３】
＜アンテナと無線基板の組み立て構成＞
図１（ｃ）は、アンテナ内蔵無線モジュールのアンテナ１０と無線モジュールの本体となる無線基板２０を組み立てた構成を示す図である。アンテナ１０の上に無線基板２０を配置している様子を示している。
図１（ｃ）において、アンテナ内蔵無線モジュールを構成するアンテナ１０と無線基板２０とは、アンテナコネクタ１４と高周波コネクタ２２によって電気的に結合する。また、無線基板２０の裏面のグランド層とアンテナ１０のグランド部１２とが、電気的に絶縁された状態で、対向して近接位置に配置されている。
【００２４】
前記した構造によれば、無線基板２０は、アンテナ１０のグランド部１２と対向するものの、アンテナ１０のパタン部１１には対向していない。したがって、パタン部１１近傍に蓄積され、伝送には寄与しないいわば虚のエネルギー（電磁波エネルギーの虚成分）に対する影響を小さくできる。
また、無線基板２０と対向しているのはアンテナ１０のグランド部１２である。前記したように、アンテナのグランド部１２は、平板状導体構造であるので、大きな容量成分および大きな誘導成分を引き起こす構造体はなく、主に空間と電磁波の実エネルギーのやり取りを行うため、グランド部１２の近傍には虚のエネルギーに相当する蓄積エネルギーの存在が極めて小さい。
【００２５】
したがって、無線基板２０における同軸ケーブル１３を含む入出力部の回路（分波器２３、低雑音増幅器２５、電力増幅器２４等）とアンテナの間の良好なインピーダンス整合状態を実現できるとともに、無線基板２０上に形成された各回路（受信回路２８、送信回路２７、周波数シンセサイザ２６、変復調回路２９等）とアンテナ１０の間の不適当な干渉を防止できる。したがって、無線モジュールから自由空間への高効率な電磁波の放射と入射が実現する。
【００２６】
また、パタン部１１の形状がアンテナ１０の長手方向と直角方向に長い直線部を持つメアンダ構造のため、このメアンダ構造の部分に発生する電流の方向が、前記長手方向と直交することとなり、このメアンダ構造の変化がアンテナの放射（および入射）効率に与える変化を抑制することができる。
また、同軸ケーブル１３の敷線方向（同軸ケーブルを敷く方向）をアンテナの長手方向と直角の方向にすることにより、アンテナ１０の最大利得を示す方向への同軸ケーブル１３からの不要輻射の影響を低減できて、無線モジュールの電波放射（および入射）効率を向上させることができる。
また、図１（ｃ）に示すように、無線モジュールの構成要素の無線基板２０とアンテナ１０を薄板形状で一体化できる。したがって、本発明の実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールの小型化が実現できる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図２を参照して説明する。
図２は、本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第２実施形態の構成を示す図である。
図２（ａ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナの構成を示す図であり、図２（ｂ）はアンテナ内蔵無線モジュールの無線モジュール（無線モジュールの本体）の構成を示す図であり、図２（ｃ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
図２の第２実施形態が、図１の第１実施形態と異なる点は、アンテナ１１０がステップ状に折り曲げられた一体の薄板の構造（一体薄板構造）を持つことである。さらに、このアンテナ１１０が、側面視してＬ字型に曲げられた折面構造部１１７を有するＬ字面状のグランド部１１２と、ストリップ線状導体で平面状に構成され、かつアンテナ１０の長手方向に直角の方向に蛇行するメアンダ構造のパタン部１１で形成されていることである。
なお、前記したＬ字型に曲げられた折面構造部１１７を有するＬ字面状のグランド部１１２は適宜「Ｌ字面状グランド部」とも表記する。
また、折面構造部１１７の面積は、グランド部１１２から折面構造部１１７を除いた残りのグランド部の面積より小さい。
【００２８】
第２実施形態のアンテナ１１０のＬ字面状グランド部１１２は、Ｌ字型に曲げられた折面構造部１１７を有しているので、第２実施形態は第１実施形態に比べて、アンテナ１１０のパタン部（平面状パタン部）１１と無線基板２０との距離を大きくとれる。
なお、無線基板２０は多層プリント基板２１を用いて構成され、多層プリント基板２１は薄く狭い空間に多数の配線や素子が稠密に形成されているので、前記したＬ字型に曲げられた折面構造部１１７によって獲得されるパタン部１１と無線基板２０とのさらなる距離が特性の改善に大きく貢献する。
したがって、図１の第１実施形態で説明した効果を保ったまま、無線基板２０における入出力部の回路とアンテナの間のさらなる良好なインピーダンス整合状態を実現できるとともに、無線基板２０上に形成された各回路とアンテナの間の不適当な干渉を防止できる。そして、無線モジュールの電波放射効率をさらに向上させることができる。
【００２９】
なお、図２において、図１とはグランド部１１２とパタン部１１との位置関係を変えて表記したのは、Ｌ字型に曲げられた折面構造部１１７、つまり折り曲げられた一体薄板構造を見やすく表記するためである。
また、図２（ａ）において、アンテナコネクタ１４は、グランド部１１２の上に表記されているが、グランド部１１２とは直接の接続関係はなく、図２（ｃ）に示すように高周波コネクタ２２と結合している。
なお、前記したように、図２と図１との相違は、アンテナ１１０の構造のみであり、他の要素、構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００３０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図３を参照して説明する。
図３は、本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第３実施形態の構成を示す図である。
図３（ａ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナの構成を示す図であり、図３（ｂ）はアンテナ内蔵無線モジュールの無線モジュールの構成を示す図であり、図３（ｃ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
図３で示す第３実施形態が、図２で示す第２実施形態と異なる点は、アンテナ２１０がステップ状に折り曲げられた一体薄板構造を持ち、このアンテナ２１０がＬ字面状パタン部２１１と平面状グランド部１２で形成されていることである。また、接続部２１６、２１８を有して、ループ構造（細隙ループ構造）が増加していることである。なお、立上構造部２１７は、Ｌ字面状パタン部２１１に含まれている。
Ｌ字面状パタン部２１１は、立上構造部２１７に細隙ループ構造（［接続部２１８→グランド部１２→給電点１５→パタン部２１１］、［接続部２１８→グランド部１２→接続部２１６→パタン部２１１］、［接続部２１６→グランド部１２→給電点１５→パタン部２１１］）を有している。この結果、給電点１５におけるリアクタンス成分（誘導性および容量性）が増加、もしくは変化する。また、折り曲げ部の機械的強度が向上する。
【００３１】
この第３実施形態によれば、立上構造部２１７に細隙ループ構造を備えているので、アンテナ２１０のパタン部２１１の導体パタン形成可能エリアを図２の実施形態に比べて大きくとるができる。
つまり、パタン部２１１のアンテナとしての長さを大きくして、理想のλ／２に近づけることができる。もしくはパタン部２１１のストリップ線状導体の幅を大きく（太く）して抵抗値を小さくすることができる。
したがって、図２に示した実施形態と同一のモジュール寸法においては、無線基板２０における入力部の回路とアンテナの間のさらなる良好なインピーダンス整合状態を実現できるとともに、無線基板２０上に形成された各回路とアンテナの間の不適当な干渉を防止できる。そして、無線モジュールの電波放射効率をさらに向上させることができる。
なお、前記したように、図３と図２との相違は、アンテナ２１０の構造のみであり、他の要素、構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００３２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について、図４を参照して説明する。
図４は、本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第４実施形態の構成を示す図である。
図４（ａ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナの構成を示す図であり、図４（ｂ）はアンテナ内蔵無線モジュールの無線モジュール（無線モジュールの本体）の構成を示す図であり、図４（ｃ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
図４に示す第４実施形態が、図１の第１実施形態と異なる点は、二次元形状の平面状パタン部４１１がアンテナの長手方向に対して平行の方向に蛇行するメアンダ構造を持ち、かつ、このメアンダ構造の複数の一部（接続部４１６、４１８）がグランド部１２と電気的に結合する構造を持つことである。
【００３３】
第４実施形態によれば、アンテナ４１０の平面状パタン部４１１は、例えば接続部４１８、グランド部１２、給電点１５とともにループ構造を実現できるので、パタン部４１１が形成する前記ループ構造により、対向する平面に対して直角方向の磁界によって電磁波の放射を強めることができる。この効果は、本実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールを電子機器（不図示）に内蔵する際に、同無線モジュールに平面的に対向する導体あるいは誘電体がパタン部４１１近傍に存在する場合は有効となる。
したがって、図１の第１実施形態に比べて第４実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールを搭載する電子機器（不図示）のアンテナ内蔵無線モジュールの電磁波放射に対する影響を削減することができる。
なお、前記したように、図４と図１との相違は、アンテナ４１０の構造のみであり、他の要素、構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００３４】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について、図５を参照して説明する。
図５は、本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第５実施形態の構成を示す図である。
図５（ａ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナの構成を示す図であり、図５（ｂ）はアンテナ内蔵無線モジュールの無線モジュール（無線モジュールの本体）の構成を示す図であり、図５（ｃ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
図５に示した第５実施形態が、図４に示した第４実施形態と異なる点は、アンテナ５１０がステップ状に折り曲げられた一体薄板構造を持ち、このアンテナ５１０が、Ｌ字型に曲げられた折面構造部５１７を有するＬ字面状グランド部５１２と、ストリップ線状導体で平面状に構成され、かつアンテナ５１０の長手方向に対して平行の方向に蛇行するメアンダ構造の平面状パタン部５１１とで形成されていることである。
【００３５】
第５実施形態によれば、折面構造部５１７によって、アンテナ５１０のパタン部５１１と無線基板２０との距離を図４の第４実施形態に比べて大きくとれる。
そのため、無線基板２０における入力部の回路とアンテナの間のさらなる良好なインピーダンス整合状態を実現できるとともに、無線基板２０上に形成された各回路とアンテナの間の不適当な干渉を防止できる。したがって、図４の第４実施形態で説明した効果を保ったまま、無線モジュールの電波放射効率をさらに向上させることができる。
なお、図５において、図４（グランド部１２とパタン部４１１）とは、グランド部５１２とパタン部５１１との位置関係を変えて表記したのは、Ｌ字型に曲げられた折面構造部５１７、つまり折り曲げられた一体薄板構造を見やすく表記するためである。
【００３６】
また、アンテナ５１０におけるＬ字面状グランド部５１２は、図２に示したアンテナ１１０におけるＬ字面状グランド部１１２と実質的には同一の構成であるが、アンテナ５１０とアンテナ１１０とは異なる構成であるので、アンテナ５１０のＬ字面状グランド部であることを明確にするために、「Ｌ字面状グランド部５１２」とＬ字面状グランド部１１２とは異なる符合を付している。
なお、前記したように、図５と図４との相違は、アンテナ５１０の構造のみであり、他の要素、構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００３７】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について、図６を参照して説明する。
図６は、本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第６実施形態の構成を示す図である。
図６（ａ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナの構成を示す図であり、図６（ｂ）はアンテナ内蔵無線モジュールの無線モジュール（無線モジュールの本体）の構成を示す図であり、図６（ｃ）はアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナと無線モジュールを組み立てた構成を示す図である。
図６に示した第６実施形態が、図５に示した第５実施形態と異なる点は、ステップ状に折り曲げられたアンテナ６１０が、立上構造部６１７を有するＬ字面上パタン部６１１と、二次元形状の平面状グランド部１２で形成されていることである。
【００３８】
そして、Ｌ字面上パタン部６１１は、ストリップ線状導体でアンテナ６１０の長手方向に対して平行の方向に蛇行するメアンダ構造であり、かつ前記したように立上構造部６１７を有していることである。
つまり、図５においては、段差を形成するＬ字型に曲げられた折面構造部５１７はＬ字面状グランド部５１２が有しているのに対し、図６の本実施形態では、段差を形成する立上構造部６１７はＬ字面上パタン部６１１が有していることである。
【００３９】
第６実施形態によれば、ステップ状に折り曲げられた立上構造部６１７がＬ字面上パタン部６１１にあるので、アンテナ６１０のパタン部６１１の導体パタン形成可能エリアを図５の第５実施形態に比べて大きくとれる。
つまり、パタン部６１１のアンテナとしての長さを大きくして理想のλ／２に近づけることができる。もしくはパタン部６１１のストリップ線状導体の幅を大きく（太く）して抵抗値を小さくすることができる。
したがって、この第６実施形態によれば、図５の第５実施形態と同一のモジュール寸法において、無線基板２０における入力部の回路とアンテナの間のさらなる良好なインピーダンス整合状態を実現できるとともに、無線基板２０上に形成された各回路とアンテナの間の不適当な干渉を防止できる。そして、無線モジュールの電波放射効率をさらに向上させることができる。
なお、前記したように、図６と図５との相違は、アンテナ６１０の構造のみであり、他の要素、構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００４０】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について、図７を参照して説明する。
図７は、本発明のアンテナ内蔵無線モジュールの第７実施形態の構成と組み立てを示す図である。また、図７は、図１の第１実施形態で示したアンテナ１０と無線基板２０の一体構造を、ケース箱７０１（図７）とケース蓋７０２（図７）で上下から挟み支持する構造を示している。
ケース箱７０１は、薄型直方体構造を備えていて、無線基板２０と対向し、この無線基板２０上に搭載される三次元的部品と対向する部分には浅いくぼみを形成している。なお、この浅いくぼみを図７のケース箱７０１において、破線で示した複数の直方体で表している。
【００４１】
この浅いくぼみを有する構造によって、本実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールの体積の増加を抑制している。
ケース蓋７０２は、アンテナ１０と対向し、無線基板２０とアンテナ１０との位置関係を固定する。なお、ケース蓋７０２は薄い板状で形成しているので、図７においてはケース蓋７０２に係る厚みについての表記は省略している。
なお、ケース箱７０１とケース蓋７０２は、電気的に絶縁性を示す誘電体で製作され、ケース箱７０１とケース蓋７０２を併せて誘電体ケースとも表記する。
本実施形態によれば、アンテナ１０のパタン部１１に対向する空間を確保することができるので、パタン部１１の近傍に蓄積エネルギーとして蓄えられる虚のエネルギーに対する外部からの干渉を防げる。したがって、本実施形態からなるアンテナ内蔵無線モジュールの動作を安定させる効果がある。
【００４２】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について、図８を参照して説明する。
図８は、本発明の第８実施形態であるアンテナ内蔵無線モジュールの構成と組み立てを示す図である。また、図８は、図５の第５実施形態で示したアンテナ５１０と無線基板２０の一体構造を、ケース箱８０１（図８）とケース蓋８０２（図８）で上下から挟み支持する構造となっている。
なお、図５に示した第５実施形態においては、アンテナ５１０のＬ字面状グランド部１１２は、Ｌ字型に曲げられた折面構造部５１７を有している。
図８では、アンテナ５１０がＬ字型に曲げられた折面構造部５１７を有していることに対応して、ケース箱８０１とケース蓋８０２が、それぞれＬ字型に曲げられた構造を備えている。
【００４３】
また、ケース箱８０１は、薄型直方体の突起部を持つ薄型直方体構造を持ち、無線基板２０と対向し、この無線基板２０上に搭載される三次元的部品と対向する部分には浅いくぼみを形成している。なお、この浅いくぼみを図８のケース箱８０１において、破線で示した複数の直方体で表している。
この浅いくぼみを有する構造によって、本実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールの体積の増加を抑制している。
ケース蓋８０２は、アンテナ５１０と対向し、無線基板２０とアンテナ５１０との位置関係を固定する。なお、ケース蓋８０２は薄い板状で形成しているので、図８においてはケース蓋８０２に係る厚みについての表記は省略している。
なお、ケース箱８０１とケース蓋８０２は、電気的に絶縁性を示す誘電体で製作され、ケース箱８０１とケース蓋８０２を併せて誘電体ケースとも表記する。
【００４４】
本実施形態によれば、図７の第７実施形態と比べて、アンテナ５１０のパタン部５１１に対向する空間を増大させることができる。これは図７の第７実施形態で用いる第１実施形態のアンテナ１０には前述した部分構造（５１７、図５）がないのに対して、本実施形態で用いる第５実施形態においては前記したようにＬ字型に曲げられた折面構造部５１７ があるのでアンテナ５１０のパタン部５１１に対向する空間を増大させることができるのである。
この構造によって、Ｌ字型に曲げられた折面構造部５１７を有するアンテナ５１０のＬ字面状グランド部５１２の第５実施形態を用いることができるので、本実施形態（第８実施形態）からなるアンテナ内蔵無線モジュールの放射効率を増加させる効果がある。
【００４５】
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態について、図９を参照して説明する。
図９は、本発明の第９実施形態を示し、前記した第１〜第８実施形態のいずれかの実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールを搭載した携帯電話器（無線端末器）の構成を示す透視図である。
図９において、携帯電話器９００は、ケース９０１の表面に液晶ディスプレイ９０５とキーパッド９０７を配置している。また、内部の回路基板９０２に、電池９０６と、インターフェースコネクタ９０４と、アンテナ内蔵無線モジュール９０３が実装されている。
なお、電池９０６は液晶ディスプレイ９０５の反対側に内蔵されている。
また、インターフェースコネクタ９０４を介して、アンテナ内蔵無線モジュール９０３が前記した回路基板９０２に電気的に結合する。
【００４６】
このアンテナ内蔵無線モジュール９０３は、前記した図７または図８の構造を有している。
携帯電話器９００が図９に示した構造であれば、アンテナ内蔵無線モジュール９０３のパタン部は、電気・電子部品に遮蔽されることなく、アンテナ内蔵無線モジュール９０３及び携帯電話器の筺体ケースを透過して、外部自由空間との間で電磁波エネルギーのやりとりを効率よく行える。
したがって、アンテナ内蔵無線モジュール９０３がモジュール動作に必要な電源および信号を、該インターフェースコネクタを介して授受出来るので、携帯電話器９００に新たな無線機能を、この携帯電話器９００の体積を増加させることなく、付加することが出来る。
【００４７】
（その他の実施形態）
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではない。
図２、図３、図５、図６において、グランド部とパタン部によるＬ字型構造は、回路基板の部品搭載面の方向に折り曲げられて形成されている実施形態を示したが、回路基板の部品搭載面の逆方向に折り曲げて形成してもよい。アンテナとしての電気的特性をより重視する場合には、前記のように回路基板の部品搭載面の逆方向に折り曲げた方がよくなる場合がある。
【００４８】
また、図１〜図８に示した第１〜第８実施形態の回路基板（無線基板）に、さらにインターフェースコネクタを備え、このインターフェースコネクタにアンテナ内蔵無線モジュールの外部から電源を供給し、かつ、前記インターフェースコネクタと前記アンテナ内蔵無線モジュールの外部と信号のやりとりをする構成をとってもよい。
この構成をとることにより、アンテナ内蔵無線モジュールの外部と信号のやりとりをする機能が増大し、かつアンテナ内蔵無線モジュールの電源の確保が容易となる。
【００４９】
また、図１〜図６に示した第１〜第６実施形態において、平面状グランド部やＬ字面状グランド部において、グランド部を構成する平面の部分における形状は、長方形の実施形態を示したが、必ずしも長方形である必要はない。実装上の都合により、長方形の一部の形状に欠損や付加に相当する部分があってもよい。また、円形や多角形や無定形の形状であってもよい。
【００５０】
また、図１〜図６に示した第１〜第６実施形態において、パタン部とグランド部を接続する接続部が１個〜２個の場合を示したが、接続部は３個以上であってもよく、またループを構成する形状が位相幾何学的に異なる位相や、より複雑な形状で構成してもよい。
【００５１】
また、図２、図３、図５、図６に示した各実施形態におけるアンテナのＬ字面状グランド部やＬ字面状パタン部のＬ字部分における折り曲げられた角度、つまり折面構造部、もしくは立上構造部と、グランド部やパタン部の平面部分との角度については、特定の角度を示さなかったが、アンテナと無線基板との組み立ての構造上の都合と、アンテナとしての特性の許容される範囲において、任意の角度でよい。
また、折面構造部、もしくは立上構造部の面の形状としては、必ずしも平面には限定されない。曲面で構成してもよい。
【００５２】
また、図１（ｂ）における無線基板２０に実装された各回路（分波器２３、電力増幅器２４、低雑音増幅器２５、周波数シンセサイザ２６、送信回路２７、受信回路２８、変復調回路２９等）はアナログ回路で構成してもデジタル回路で構成してもよい。またアナログ回路とデジタル回路を混載してもよい。
【００５３】
また、図９で示した第９実施形態においては、第１〜第８実施形態のいずれかのアンテナ内蔵無線モジュールを搭載した携帯電話器の例を示したが、本願発明のアンテナ内蔵無線モジュールを搭載して効果があるのは携帯電話器に限らない。無線通信手段を備えた電気・電子機器の無線端末器に広く採用できる。
【００５４】
（本発明、本実施形態の補足）
以下に本発明、本実施形態に係る補足説明をする。
＜アンテナの構造について＞
本発明、本実施形態の大きな特徴は、アンテナの構造であり、またこのアンテナと無線機の構成要素である電子回路を実装した多層プリント基板との位置関係にある。
本実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールの代表的な構成は、多層プリント基板の部品実装面である片面に、無線機の構成要素の一つである電子回路を半導体集積回路および電子・電気部品を実装する。また、他の電子機器との間で電気信号をやり取りするためのインターフェース部を前記多層プリント基板の一端に形成する。また、前記電子回路と前記アンテナとの間で電気信号のやり取りを行うための接続部品（コネクタ）を実装する。
また、多層プリント基板の非部品実装面である他の面に、平板状導体で構成されるグランド部とストリップ線状導体の集合体で形成されるパタン部を持つ一体薄板構造のアンテナを実装し、さらに該アンテナのグランド部とパタン部を電気的に逆相励振する同軸ケーブルの一端が結合する。また、前記同軸ケーブルの他端には前記多層プリント基板上の接続部品と電気的に結合するための他の接続部品（コネクタ）が実装される。
そして、前記アンテナのグランド部と前記多層プリント基板の非部品実装面が電気的に絶縁されて近接対向する構造を有している。
【００５５】
＜アンテナと基板の影響について＞
本実施形態においては、グランド部とパタン部を持つアンテナは、同軸ケーブルによって唯一一点で電子回路と電気的に結合している。この一点において、グランド部とパタン部が逆相で給電されるので、この一点の給電点が局所的ゼロアース点となり、前記アンテナは、無線モジュールを構成するプリント基板（もしくは無線基板）の影響を受けにくい。
また、無線モジュールが内蔵される携帯電子機器のプリント基板とこの無線モジュールのプリント基板は電気的に接続するので、結果として前記アンテナは、携帯無線機器のプリント基板の影響も受けにくい。
【００５６】
これらの理由により本実施形態のアンテナ内蔵無線モジュールのアンテナ動作は、従来技術の無線モジュールのアンテナと比べて電気特性が安定する。
また、アンテナは一体の薄板構造であるため、プリント基板とアンテナの組み合わせであるアンテナ内蔵無線モジュールの構造は、長手方向に無線モジュールが使用する電磁波の波長オーダーの寸法を有するが、厚さ方向の寸法は極めて小さいので、無線モジュールとしての体積は小さくなる。そのために、結果として小型のアンテナ内蔵無線モジュールが実現できる。
【００５７】
＜アンテナのグランド部とパタン部について＞
アンテナのグランド部は、平板状導体構造（ベタ平面導体構造）であるので、大きな容量成分および大きな誘導成分を引き起こす構造体はなく、主に空間と電磁波の実エネルギーのやり取りを行うため、グランド部近傍には虚のエネルギー（電磁波エネルギーの虚成分）である蓄積エネルギーの存在が極めて小さい。したがって、アンテナのグランド部は、モジュール内部でプリント基板と近接しているが、該プリント基板のアンテナ動作に対する影響は小さい。
一方、アンテナのパタン部には大きな容量成分および大きな誘導成分が引き起こされ、自由空間と同軸ケーブルで伝送される電磁波のエネルギーの整合状態の調整と、同電磁波エネルギーの自由空間への放射の両者の機能を担う。また、パタン部近傍の空間には該容量成分と該誘導成分による蓄積エネルギーが存在する。
【００５８】
図１で示したメアンダ構造のパタン部１１と接続部１６、また、図３で示したパタン部２１１の接続部２１６、接続部２１８、あるいは、図４で示したパタン部４１１の接続部４１６、接続部４１８によって、容量成分や誘導成分が形成される。また、接続部をどの位置に配置するかによって、容量成分や誘導成分の大きさや割合が調整できる。これらの図１、図３、図４に示した実施形態のパタン部の形状例は、シミュレーションおよび実験で、アンテナとしての良好な特性が確認されている。
【００５９】
＜アンテナのλ／２長について＞
小さな面積のパタン部１１によって必要なλ／２の長さを得るために、蛇行するメアンダ構造を採用している。このときにストリップ線状導体を細くすれば、小さな面積でλ／２の長さが得られるが、細くするにしたがってアンテナの抵抗値が高くなる。
また、あまりにもストリップ線状導体を細くすれば、加工精度の低下やそれによるアンテナ性能のバラツキが生ずる可能性が高くなる。また、加工精度の低下を避けることに注力をすると加工コストの上昇を招きやすい。
また、細くしたストリップ線状導体の抵抗値を下げるために金メッキを施すような手法もあるが、コスト上昇がともなう。
【００６０】
また、電波の波長λとアンテナの長さの関係において、アンテナはλ／２が望ましいとして説明した。それ以外のアンテナ長として（λ／４）に調整したアンテナもあるが、（λ／４）のアンテナの場合は、グランドの長さが無限（膨大）に大きい必要がある。
したがって、グランドの面積を膨大にとれる用途には（λ／４）の方式を採用可能であるが、携帯用の小型モジュールではグランド面積に限りがあるので、無線モジュールとしてはλ／２の方式のアンテナが実用的である。
【符号の説明】
【００６１】
１０、１１０、２１０、４１０、５１０、６１０ アンテナ、薄板平面アンテナ
１１、４１１、５１１ パタン部、平面状パタン部
１２、５１２ グランド部、平面状グランド部
１３ 同軸ケーブル（高周波ケーブル）
１４ アンテナコネクタ
１５ 給電点
１６、１８、２１６、２１８、４１６、４１８、５１６、５１８ 接続部
１１２ グランド部、Ｌ字面状グランド部
１１７、５１７、 折面構造部
２０ 無線基板、無線モジュールの本体（回路基板）
２１ プリント基板、多層プリント基板
２２ 高周波コネクタ
２３ 分波器
２４ 電力増幅器
２５ 低雑音増幅器
２６ 周波数シンセサイザ
２７ 送信回路
２８ 受信回路
２９ 変復調回路
２１１、６１１ パタン部、Ｌ字面状パタン部
２１７、６１７ 立上構造部
３０ デジタルコネクタ
７０１、８０１ ケース箱（誘電体ケース）
７０２、８０２ ケース蓋（誘電体ケース）
９００ 携帯電話器（無線端末器）
９０１ ケース
９０２ 回路基板
９０３ アンテナ内蔵無線モジュール
９０４ インターフェースコネクタ
９０５ 液晶ディスプレイ
９０６ 電池
９０７ キーパッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、平面構造のアンテナと、前記回路基板と前記アンテナを電気的に結合する高周波ケーブルとを備えた無線モジュールであって、
前記アンテナは平板状導体からなるグランド部とストリップ線状導体で形成されるパタン部とを有し、
前記グランド部に前記高周波ケーブルの一端の外導体が結合され、
前記パタン部に前記高周波ケーブルの同じ一端の内導体が結合され、
前記高周波ケーブルの他の一端の内導体が前記回路基板の信号線に結合され、
前記高周波ケーブルの他の一端の外導体が回路基板のアース電位に結合され、
前記回路基板が前記グランド部の対向する隣接部に電気的に絶縁されて設置されることを特徴とする無線モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の無線モジュールであって、
前記回路基板が多層基板構造を有し、第１の面を部品搭載面とし、第２の面に平面状の前記グランド部が配置され、
該第２の面と、前記アンテナとが電気的に絶縁され対向することを特徴とする無線モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の無線モジュールであって、
前記アンテナのパタン部が該アンテナの形状の長手方向に対して直角の方向に蛇行するメアンダ構造を有し、
該メアンダ構造のパタン部を構成するストリップ線状導体の複数の点と、前記グランド部の複数の点とが電気的に結合する複数の接続部を有することを特徴とするアンテナ内蔵無線モジュール。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の無線モジュールであって、
前記アンテナのパタン部が該アンテナの形状の長手方向に対して平行の方向に蛇行するメアンダ構造を有し、
該メアンダ構造のパタン部を構成するストリップ線状導体の複数の点と、前記グランド部の複数の点とが電気的に結合する複数の接続部を有することを特徴とする無線モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の無線モジュールであって、
前記アンテナが、面をＬ字型に折り曲げられ二つの平板形状部を有するように形成されたＬ字面状グランド部と、平面状に形成された平面状パタン部とで構成され、
前記Ｌ字面状グランド部を構成する二つの平板形状部のうち前記平面状パタン部と隣接する平板形状部の面積が、他の平板形状部の面積より小さいことを特徴とする無線モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の無線モジュールであって、
前記Ｌ字面状グランド部のＬ字型に折り曲げられる構造が前記回路基板の部品搭載面とは逆方向に折り曲げられて形成されることを特徴とする無線モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の無線モジュールであって、
さらに、前記回路基板がインターフェースコネクタを具備し、
該インターフェースコネクタに前記無線モジュールの外部から電源を供給し、
加えて、前記インターフェースコネクタと前記無線モジュール外部と信号の授受をすることを特徴とする無線モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の無線モジュールであって、
前記アンテナおよび前記回路基板が誘電体ケースで収納され、
該誘電体ケースが前記回路基板に搭載される部品と対向する部分に窪みが形成されることを特徴とする無線モジュール。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の無線モジュールを搭載することを特徴とする無線端末器。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線端末器であって、
該無線端末器内部の回路基板に、前記無線モジュールとの信号伝送および電源供給用のインターフェースコネクタを備えたことを特徴とする無線端末器。
【請求項１】
回路基板と、平面構造のアンテナと、前記回路基板と前記アンテナを電気的に結合する高周波ケーブルとを備えた無線モジュールであって、
前記アンテナは平板状導体からなるグランド部とストリップ線状導体で形成されるパタン部とを有し、
前記グランド部に前記高周波ケーブルの一端の外導体が結合され、
前記パタン部に前記高周波ケーブルの同じ一端の内導体が結合され、
前記高周波ケーブルの他の一端の内導体が前記回路基板の信号線に結合され、
前記高周波ケーブルの他の一端の外導体が回路基板のアース電位に結合され、
前記回路基板が前記グランド部の対向する隣接部に電気的に絶縁されて設置されることを特徴とする無線モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の無線モジュールであって、
前記回路基板が多層基板構造を有し、第１の面を部品搭載面とし、第２の面に平面状の前記グランド部が配置され、
該第２の面と、前記アンテナとが電気的に絶縁され対向することを特徴とする無線モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の無線モジュールであって、
前記アンテナのパタン部が該アンテナの形状の長手方向に対して直角の方向に蛇行するメアンダ構造を有し、
該メアンダ構造のパタン部を構成するストリップ線状導体の複数の点と、前記グランド部の複数の点とが電気的に結合する複数の接続部を有することを特徴とするアンテナ内蔵無線モジュール。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の無線モジュールであって、
前記アンテナのパタン部が該アンテナの形状の長手方向に対して平行の方向に蛇行するメアンダ構造を有し、
該メアンダ構造のパタン部を構成するストリップ線状導体の複数の点と、前記グランド部の複数の点とが電気的に結合する複数の接続部を有することを特徴とする無線モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の無線モジュールであって、
前記アンテナが、面をＬ字型に折り曲げられ二つの平板形状部を有するように形成されたＬ字面状グランド部と、平面状に形成された平面状パタン部とで構成され、
前記Ｌ字面状グランド部を構成する二つの平板形状部のうち前記平面状パタン部と隣接する平板形状部の面積が、他の平板形状部の面積より小さいことを特徴とする無線モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の無線モジュールであって、
前記Ｌ字面状グランド部のＬ字型に折り曲げられる構造が前記回路基板の部品搭載面とは逆方向に折り曲げられて形成されることを特徴とする無線モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の無線モジュールであって、
さらに、前記回路基板がインターフェースコネクタを具備し、
該インターフェースコネクタに前記無線モジュールの外部から電源を供給し、
加えて、前記インターフェースコネクタと前記無線モジュール外部と信号の授受をすることを特徴とする無線モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の無線モジュールであって、
前記アンテナおよび前記回路基板が誘電体ケースで収納され、
該誘電体ケースが前記回路基板に搭載される部品と対向する部分に窪みが形成されることを特徴とする無線モジュール。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の無線モジュールを搭載することを特徴とする無線端末器。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線端末器であって、
該無線端末器内部の回路基板に、前記無線モジュールとの信号伝送および電源供給用のインターフェースコネクタを備えたことを特徴とする無線端末器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１７０２３（Ｐ２０１３−１７０２３Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８２７０（Ｐ２０１１−１４８２７０）
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度 総務省「ユビキタス・プラットフォーム技術の研究開発（ユビキタス端末技術）に関する研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度 総務省「ユビキタス・プラットフォーム技術の研究開発（ユビキタス端末技術）に関する研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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