RFモジュールを選択される時に先ず最初に優先されているのは、『アンテナ内蔵』である事❗ですよね。

これは一般的な流れですが、『アンテナ内蔵モジュール』を選択するのか？『アンテナ外付けモジュール』を選択するのか？
は技術者1個人の選択なので自由です。

しかし明確に言っておかねばならない事があるんです。
『アンテナ内蔵モジュール』を選択すれば、開発は（一見)容易になる一方で、完成機器の性能は犠牲にするという事に成ります。

アンテナを内蔵したRFモジュールであれば、難しい『アンテナマッチング』が不要（※私の見解では、不可能）となります。
そして、アンテナの理論や理屈やチューニングから、完全に開放される❗のですが、トレードオフとして性能は犠牲にしていると言うこと。

これは、逆も真なりです。
無線特性を最重視するのであれば（飛びを重視）、『アンテナ内蔵モジュール』は使ってはならない。
と言うことも真実です。

弊社でも、最初にRFモジュールを開発した際には、アンテナを内蔵していました。
現在、弊社のRFモジュールは全て『アンテナ外付けモジュール』にしています。
これは、利便性ではなく、完成品の無線特性を最重要としている為です。

しかし世の中では『アンテナ内蔵モジュール』が支配的です。これはユーザーとしての技術者の選択です。

この原因というか根拠は明白でして、
「アンテナと電波を考慮した設計は超難解で（自信もなくｗ）面倒クサイ」という理由のみだと思います。
これ、痛いところ突いてるんですが、真実でしょうね～ｗ

だから弊社も他社のライバル企業も含めて、私が代表して明確に言っておきたいことがあるんです。
「利便性を優先して『アンテナ内蔵モジュール』を選択したのだから、性能の優先度を下げたわけたワケです。
なので、完成品性能としての飛びに関してクレームするのはスジ違いです。基本的に飛びは改善しません。諦めて下さい❗」

これ真実です。

頑なに徹底的にｗ 『アンテナ外付け(非内蔵)モジュール』のみしか販売してないのは、弊社のみだと思います。
理由は、「利便性と性能の両方を求める方が居られますが、両方を満たすアンテナ内蔵モジュールは出来ない」んです。

弊社としては、、完成品の無線性能を最優先している為に、『アンテナ外付けモジュール』のみ開発・リリースしています。

需要の多い利便性の高い『アンテナ内蔵モジュール』の販売こそが、モジュールメーカーの使命です。
一方、完成品の性能を第一優先としているので、当然『アンテナ外付けモジュール』しか作らないのが弊社の使命です。

これらの違いとは、目的・目標が違うだけなんです。

使命が違いますので、どちらが正しい・間違っているという話では有りません。
※ただ、市場の要求とは異なるモジュールしか作らない弊社は会社としては失格ですけどね～ｗ
　性格と自分のポリシーから、出来ないんですよ。性ですね。。。経営者としては失格ですｗ

ここは『無線設計道場』でありますから、理論と現実論に即して、解説を進めるのが目的です。
アンテナ内蔵モジュールを使用される方々にも参考になると思いますので、最後まで理解して下さい。

皆さんも『アンテナマッチング』という言葉は聞いたことがあると思います。
《ネットワークアナライザー》という計測器で、直交していないグルグル座標で合わせて行く特殊なアレです。

無線エンジニアでも、この《ネットワークアナライザー》を駆使し使いこなせる人は非常に少ないです。
これで、アンテナマッチングをしているエンジニアをみると「凄いな～」と思われますｗ

ただ、あまり使いこなせる技術者が居ない為に、誤解されている所が有るんです。

「アンテナマッチングさえ合わせれば、アンテナのチューニングは完成する」というのが、実は正しくないし、実はその段階で完成品としては、完全にマッチングがズレているんです。
いや、「マッチング済みのアンテナ内蔵モジュールのアンテナの同調を壊しているのはユーザー自身が原因」と言った方が正確かもしれません。

これは、殆ど知られていないと思います。

何度か、「Bluetooth LEの飛びは5~10mです❗」とかいうエンジニアは信じないで下さい的な書込を繰り返してますが、そんな事に成ってしまっているのもこの謝ったアンテナマッチングの理解が原因でもあるのです。

アンテナマッチングの正しい理解は、
①アンテナ内蔵RFモジュールをメイン基板に実装したら、その時点で《アンテナマッチング》は、かなりズレている。
②メイン基板を含めて《アンテナマッチング済み》でも、筐体ケースに入れると更に、《アンテナマッチング》はズレてしまう。
③《アンテナマッチング》を施しても、《アンテナ放射（輻射）効率》を無視した設計をすると、全く飛ばない。

これら3つの現実を無視しては成らないという事なんです。

アンテナの特性は下図の様に山型となります。
この①では未だ、基板だけの状態の話です。
2.4GHz帯域で説明するのが一番イメージが捉えやすいので、採用し説明します。

青線に注目：
アンテナの同調点を帯域の中心周波数:fC=2.442GHzに合わせわせますと、その中心でも少々の損失が有ります。
帯域最低周波数:fL=2.400GHz：中心よりも損失があります。　※➡最高周波数と同程度
帯域最高周波数:fH=2.483GHz：中心よりも損失があります。　※⬅最低周波数と同程度

これが、製品としてベストな状態です。
波形はイメージなので、このイメージほど下がっているワケではありません。充分に使えるレベルです。

紫線に注目：
アンテナの同調点を帯域最大周波数：ｆH=2.483GHzに合わせわせますと
帯域中心周波数:fC=2.442GHz：ピークよりも損失があります。
帯域最低周波数:fL=2.400GHz：ちょっとアンテナというには損失が大きすぎます。

これですと、帯域内の〔最低周波数：ｆL～中心周波数：ｆC〕は全くアンテナとして機能していません。

緑線に注目：
アンテナの同調点を帯域最大周波数：ｆH=2.483GHzに合わせわせますと
帯域中心周波数:fC=2.442GHz：ピークよりも損失があります。
帯域最高周波数:fH=2.483GHz：ちょっとアンテナというには損失が大きすぎます。

これですと、帯域内の〔中心周波数：ｆC～最高周波数：ｆH〕は全くアンテナとして機能していません。

このアンテナの特性からしますと、当然ですが、完成品としては青線に合わせる必要があります。

紫線や緑線の様に片方に偏っていると、その反対側では全くアンテナとしては機能して居らず、無線でなくなります。

Beaconなんかでも、「スマホ側で受信が取れる時と取れない時がある」なんて現象の相談を受けますが、
だいたいこの状態です。特に高い方のアドバタイジング周波数ではアンテナとして機能してないのでBeaconが弱いと思われます。

Beaconでなく、Connectionを張ってのBluetoothLE通信ともなると、帯域の1/3~1/4（だいたい高い方の帯域）に当たるチャンネルの飛びが悪いなんて事は良く有ります。
これは、周波数ホッピングするBluetooth LEでは、現象の特定もできず、単に「飛びが悪い」とだけ認識されます。

ここまでが、基本的理論の話です。

そして、『アンテナ付モジュール』としては、アンテナの調整を青線のようなfc（帯域中心周波数）に合わせて電波法の申請に提出します。
このモジュールを顧客側が自身で設計した基板に実装すると、必ずより低い周波数（⬅）へ、シフト（ズレて）してしまいます。
 

これだと、『アンテナ付モジュール』でアンテナの調整点周波数をfcにしてしまうと、fLの方へズレますから都合が悪いですね。
しかし、このズレは基板によっても違いますので、『使う側のエンジニア次第』って事に成ります。

こうなると、モジュールメーカーに「評価ボードでは良かったのに、実装したら飛ばないじゃ無いか！モジュールの問題だ！治せ❗」と成ってしまいます。
実際、とても多いはずです。

こうなると、モジュールメーカーとしては、やってられませんよね。
だって、アンテナ付きモジュールを使ってるエンジニアの問題でこうなってるのですから。
しかも、人によって、基板のレイアウトによってゴロゴロと状況は様々ですので、共通の対策はモジュール側としては打てません。

では、アンテナ付モジュールメーカーとしてはどう対処するのか？というのが下図

『アンテナ付モジュール』を自ら選択して、利便性を優先したにも関わらず、モジュールの電波特性が悪いと騒ぐ人が多いので、こんな事しています。
だいたい傾向的にですが、帯域の下から3/4辺りを目標調整周波数ポイントにします。
※この周波数は各モジュールメーカーによって違います。だいたい3/4付近を狙ってる例が多いです。

『アンテナ付モジュール』をメイン基板に実装すると、概ねアンテナの同調点周波数が低くズレやすいので、それをみこして居るんです。
すると、ど真ん中に来る事は無いでしょうが、帯域の中心付近辺りには来る（だろう）という予測です。

よく考えてありますね。
しかし、顧客毎・設計毎に個別にこのアンテナの調整周波数:fsのズレ具合は変わります。
ビシッと真ん中に来ることは先ず無いと思って下さい。

この位で、だいたい納得してもらう事になるって話です。

勿論、再マッチングは出来なくも無いですが、個別ではしてくれません。無理です。
で、発注ロットの多い案件のみ、量産で対応してくれている筈です。
※ここは、各社方針が違いますし、クリティカルな内容なので、その情報は絶対に表に出てきません。出しません❗

また、アンテナ内蔵モジュールは、アンテナ＋マッチング回路＋RF部を合わせて認証されています。
認証を取得しているのはモジュールメーカーですので、勝手にマッチング回路を変更して、再マッチングをしても、それは電波法違反に成ります。
 

これが超面倒クサイ影響になります。

仮に、『アンテナ付モジュール』と『メイン基板』とを上手いこと合わせ込み、fc(帯域内中心周波数)に合わせたとします。
所が、筐体に入れると、アンテナの同調点は更に低い周波数へ移動します。

①の説明と全く同じ傾向ですが、完成品の形が小型の物ほど影響が大きいような経験があります。

当然ですが、金属ネジなんかをアンテナの近くに置いたらトンでも無いです。
所が、ABSプラスティックのボスなんかでも影響を受けることがあります。
私が経験した値で言いますと、ABSのプラスティックボス軸がアンテナの近くにあった某設計で、250MHｚもズレたことが有ります。
この状況を先程の絵で再現してみます。

この状況の凄まじさはだいたいイメージして頂けるかと思います。
2.4GHz-ISMバンドでは、アンテナが全くアンテナとして機能してないほどにズレたことがあるんです。
基板状態ではfcのど真ん中に合わせているのに、2.2GHzにまでズレていた経験です。
これでは飛ぶワケもありません。

しかも、アンテナの近傍には金属等は一切無く、電池も遠ざけており、ABSのプラスティックのみの影響です。
ここまで酷いのは滅多に観ませんが、気を付けて設計している弊社でもこんな経験があるのです。

もし、筐体側で調整済みのアンテナ内蔵モジュールへの影響を回避する方法やノウハウがあれば、それは実行しても電波法違反には成りません。
ただ、「それはどうやったら良いのか？」というノウハウが無いんです。
有れば良いのですが、無いんです。

《アンテナマッチング》という言葉はご存知の方が沢山居られると思います。
しかし、《輻射効率》という言葉は聞いたことが無いと思います。
下図を観て下さい。これはLoRaWANテクニカルセミナー（5時間コース無料ｗ）というのをやった時の資料から抜粋です。
まず、左半分の絵を参照ください。

《アンテナマッチング》
モジュールの送信機能とアンテナとの接点部分を『給電点』と呼びます。
所謂、境界線です。
大抵の無線に関与する技術者はここまではご存知と思います。所謂、マッチングです。

解説しますと、モジュールが送出する電力：X[dBm]を損失無くアンテナが受ける電力：Y[dBm]に伝送する事。
これがアンテナマッチングです。
目標は、X[dBm]≒Y[dBm]です。
マッチングするとこうなります。
※勿論、上述の通り、中心周波数fcでの話です。fLやfHではfcよりも損失はあります。

《輻射効率》とは、
アンテナがマッチングにより、X[dBm]≒Y[dBm]となるように合わせ込みは終わっています。
しかしアンテナはまだ基板上です。
このアンテナ➡空間に電波として放出する時の《効率》ってのがあります。
これを輻射効率と呼びます。

空間に放出された電力：Z[dBm]≒Y[dBm]となるように設計しなければ成りません。
これは、良く見れば、三段論法にも成っていますよね。

つまり、
X[dBm]≒Y[dBm]≒Z[dBm]
　　➡X[dBm]≒Z[dBm]です。

これは、RFモジュールが送出する電力を如何に、空間に伝達できたか？ってことこそが、無線の設計なんだと理解して頂けるかと思います。

《アンテナのマッチング》というのは、X[dBm]≒Z[dBm]を実現するための、伝送経路のマッチングなだけとも言えますね。

「アンテナマッチングなんか、だいたいのテキトーでいいんすよ」と弊社のエンジニアがいうのはこれが根拠なんです。

輻射効率の重要性が最も高いと言うことになります。

この輻射効率を測定するのは、電波暗室でないと出来ません。
良く、「アンテナの放射特性を示してくれ」とか言われるんですが、ここで測定します。

基本的には弊社は、理想ダイポール構成で設計しますので、理想的放射特性になるもんです。
右側に、輻射効率の良い特性（上図）と、輻射効率の悪い特性（下図）で実例を挙げてます。

弊社では全て《アンテナ外付けモジュール》だと書きましたが、まず電波法の法解釈の説明が必要に成ります。

無線モジュールは電波法の解釈では、アンテナ・マッチング回路・モジュール部の3つのブロック構成になります。
この時、〔マッチング回路〕とは〔アンテナの一部〕という解釈なのです。
つまり、モジュールの一部という解釈ではないのです。これは当たり前と言えば当たり前なんです。
※アンテナ内蔵モジュールにしますと、全てを含んだ『認証』となります。

アンテナは単なる棒みたいなもんで、それに〔マッチング回路〕を負荷して、50Ωで目標周波数に合わせ込んで、初めてアンテナなのです。
なので、外付けの秋葉原で売ってるアンテナを解体しますと、中にマッチング回路が入っています。
このアンテナの中（根元付近）に入っている、マッチング回路の目的は、目標とする周波数帯域の中心に合わせ込むだけの部品です。
なので、このマッチング回路（LとCで構成）で、これらも含めた完成品のアンテナとして、ゲイン（増幅率）が上がるわけではないです。
なので、総務省側としては、「マッチング部品の変更は、アンテナとしてのゲインを変えるものではないので、変えても何も問題無い」という見解です。

また、その代わりに、《アンテナ外付けモジュール》の電波法認証時には、そもそもアンテナが内蔵されていませんので、アンテナリストなるものを提出します。

この電波法申請の状況を再度整理しますと、
・モジュール（アンテナ無し）：アンテナのマッチング回路は非内蔵で50Ωインターフェース入出力点としているのみ。
・アンテナ：アンテナリストに載ってるアンテナ（マッチング内蔵）はアンテナなので、別にマッチング弄っても、電波法の関与は無し。

これは、アンテナに内蔵されているマッチング回路はどんだけ変更しても、全くもって電波法違反には当たらない❗というモノ。

これを利用しますと、アンテナ非内蔵モジュールとして電波法申請をし、設計毎にアンテナ側のマッチング変更修正調整は合法。
日本電波法に合致しており、性能・特性重視で最高性能を探求が可能という事になるわけです。

こう言う理由から、弊社では《アンテナ内蔵モジュール》は作らない。全て《アンテナ非内蔵モジュール》で申請する。
と言うことに成っているわけです。

しかしアンテナ内蔵モジュールの利便性も確かにあります。そこで、最終結論は、

◎利便性を優先し、完成品の無線特性を犠牲にしても良い設計➡《アンテナ内蔵モジュール》
◎完成品の無線特性を最優先とし、利便性は諦めて面倒だけど完成品毎にアンテナ設計➡《アンテナ外付けモジュール》

改めて言いますが、
アンテナ内蔵モジュールを選択した以上は、メーカー様に「飛ばないじゃないか❗治せ❗」とクレームしない様にして下さい。
それは、御自身のメイン基板設計が原因かもしれませんし、筐体のプラスティックの影響かもしれませんし、電池などの影響かもしれません。
《アンテナ内蔵モジュール》メーカーの設計品質や量産品質の問題ではないのです。
モジュールメーカーが何故、ユーザーが作ったメイン基板や筐体による影響まで責任を取らないとイケないのか？無いですよね。
スジ違いです。
しかし、結構こういうユーザーは多いんです。困ったもんです。

私は、無線特性を最優先にして、製品毎に調整をしていますので、
BT4.2：150~250ｍ程の通信距離
BT5.x-LongRange：1.1km程の通信距離
　（※見通し通信距離測定。DUT:1ｍ高さ)
となるんです。これが目的ですので、アンテナ内蔵モジュールは作らないのです。

因みに、空間通信や、海上通信や、海岸線通信や、山頂～麓間通信ですと、3km以上はBT5.xｰLongRangeは通信出来ます。
勿論、ボタン電池と電波法遵守の条件です。
 

弊社でも、当初から無線関連のエンジニアリングが完璧だったワケでは無いんです。
私の旧職場から2名の無線技術者が転職してきて、一気に無線設計のノウハウが向上しました。
私が未知の理論も沢山導入できる事で、有る一定のレベルにまで達したのです。

無線技術の伝承というのは、凄く重要なのですが、世の中ではその継承・伝承が上手く行ってないと感じています。
ここまで3回に渡る《無線設計道場》ですが、ここに掲載している情報は、ネット環境では見つからないと思います。
また、書籍でも無いでしょう。
小難しい理論と理窟と数式で解説してる書籍は有るかもしれませんが、それを理解するのは至難の業です。
「人とは、直感的理解から始まり、最終的に理論的理解（数式）を追って理解していくもんだ」というのが私の経験則です。

また、伝承できる技術者が老齢な方に集中していまして、若手が居ないんです。非常に少ない。

更に言うと、無線技術を保有している老齢技術者の殆どが《超論理的思考》をされている傾向が強いです。
一般的な用語でいうと《超頑固者》が多いんですｗｗｗ
一般的な方からすると《超頑固者》に見えるんですが、私は性格的にそう言う方々が大好きです。
なぜならば、《超論理的》なので、スジが通っていて話し易いんです。
所謂「ウマが合う」んですｗ

これは、私が若い頃からそう言う傾向だな～と思っていまして、ほぼ例外無くそう言う方が多いです。
だいたい「若い時分から、アマチュア無線をやっていた方々」が殆どです。
このアマチュア無線の世界は独特で、理解する・活用するには、論理的思考が必須なんですよね。
だから、何気なく話していると、その話し方や思考パターンで「アマチュア無線やってありませんでしたか？」と問うと、100％当てますｗ

しかし、95年以降はWindows95の拡散とは逆に、アマチュア無線家が激減して行きました。
※私はやっていません。私は真空管アンプの開発と工作がメインです。

真空管アンプ工作の愛好家とアマチュア無線愛好家は何故か、ウマが合います。コレ不思議です。

私も含めてなのですが、アマチュア無線を起源とした無線技術者は、性格が「Wetな部分とDryな部分が明確」なのです。
基本はDryです。
自ら死ぬ気で必死に学ぼうとする者か？薄い知識だけ得ようとしている者か？を最初に値踏みしますｗ
そもそも前者のタイプはもの凄くマイノリティなので、大半は後者ばかり。だから基本は対応がDryなのです。

答えも分かって居る事を質問されても「さ～？分かんないですね～」とか「何でですかね～？」とか、知ってても空返事ですｗ
どうせ、『説明しても無駄❗こんな努力もしない奴に教えてやる義理なんか無いもんね～❗』です。面倒クサイわｗです。
これは本当に皆さんそうですｗ
私も基本はそう。
また、教えようものなら、自ら手を動かさず入手した頑固者からの情報を恰も自らが発案した❗学習した❗かの様に、浪々と「俺が教えてやるヨ❗」的に語り出す人に出会ったことも、皆さんも数知れずｗ
私も沢山出会いました。

なので、私が知っている無線技術者って、そう言う人達にはめっぽう冷たいんですｗｗｗ
だからDry笑

一方、必死に学ぼうとする若手技術者だと一旦認めると、徹底的に親切に丁寧に教えます。
ここは、もう徹底的にWetなんですｗ
こう言う場面も何度も観ています。
私もそう言う人ですｗ

もう、一子相伝の武術や剣術の世界みたいに成っているんです。マジで。

書籍やネットに情報化されていないというのも、理解して頂けるかと思います。
何せ、「不特定多数の知識だけ欲しい連中に、教えるなんて無駄。そんなもんで理解できると思うなよ。」って考えです。
私もそうｗ

弊社では、無線技術者を継承・伝承することが使命だと思っています。
今では、無線が分かるエンジニアが私を含めて4名居ます。

20代前半くらいの気骨ある若者が出てきませんかね～
一生食っていける技術を伝承できるんですけどね～