JP3835288B2 - 高周波無線機用アンテナ装置、高周波無線機器およびウオッチ型無線機器 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、高周波無線機器に用いられる高周波無線機用アンテナ装置及びそれを用いた小型の高周波無線機器に関する。特にウオッチ型高周波無線機器のごとく、きわめて小型の高周波無線機器およびこれに用いられる高周波無線機用アンテナ装置に関する。
【０００２】
従来、携帯電話などの高周波無線機器である携帯機器用のアンテナとして、ヘリカルダイポールアンテナが一般的に用いられている。
このヘリカルダイポールアンテナは、携帯機器のケースから引き出して使用したり、ケースに収めたまま用いるように構成されていた。
【０００３】
また、特開平３−１７５８２６号公報に開示されているように、携帯機器のケース内にさらに他のアンテナを設けて、ヘリカルダイポールアンテナとダイバーシチを構成するものもある。このようなケース内に設けられる高周波無線機用アンテナとしては、逆Ｆアンテナが用いられていた。
また、２．４［ＧＨｚ］帯カードタイプの薄形携帯機器には、セラミックを用いたチップアンテナが用いられていた。
【０００４】
しかしながら、これらヘリカルダイポールアンテナはウオッチサイズの携帯機器など更に小型化の求められる機器に対してはサイズが大きい。したがって、単純に携帯機器のケース内に収めることが困難であった。
また、逆Ｆアンテナは、アンテナエレメントとグランド板（地板）とが一体となって形成されており配置上の自由度に乏しかった。この結果、逆Ｆアンテナとして小型化を困難にしていた。
【０００５】
一方、セラミックのチップアンテナは、チップアンテナ自身は面実装可能である。しかしながら、周辺回路を含むアンテナ部品としては大きい。またチップアンテナは高価である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、高周波無線機用アンテナを有する無線機において機器の小型化および感度向上を図ることができ、さらに静電気による破壊の防止を図ることが可能な高周波無線機用アンテナ装置、高周波無線機器およびウオッチ型無線機器を提供することにある。
【０００７】
発明の開示
本発明の第１の態様は、回路基板上に形成された接地パターンおよび給電点に接続される高周波無線用アンテナ装置において、一端が接地パターンに接続され、断面Ｌ字状に折り曲げられた金属性のアンテナエレメントと、一端が給電点に接続され、他端が当該高周波無線用アンテナ装置のインピーダンスがあらかじめ定めた所定のインピーダンスに相当するアンテナエレメント上の位置に電気的に接続固定された給電線と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様において、接地パターンを投影面とするアンテナエレメントの正射影が接地パターンに含まれるように構成したことを特徴としている。
【０００９】
本発明の第３の態様は、本発明の第１の態様において、接地パターンを投影面とするアンテナエレメントの正射影の面積が接地パターンの面積より小さくなるように構成したことを特徴としている。
【００１０】
本発明の第４の態様は、本発明の第１の態様において、アンテナエレメントは、導線形状を有していることを特徴としている。
【００１１】
本発明の第５の態様は、本発明の第１の態様において、当該高周波無線機用アンテナ装置の共振周波数をあらかじめ定めた所定の共振周波数とすべく、アンテナエレメント近傍に誘電体部材を配置したことを特徴としている。
【００１２】
本発明の第６の態様は、本発明の第５の態様において、共振周波数に対応させて誘電体部材の誘電率を設定することを特徴としている。
【００１３】
本発明の第７の態様は、本発明の第５の態様において、誘電体部材をアンテナエレメントに対して近接配置するとともに、近接配置状態を共振周波数に対応させて設定することを特徴としている。
【００１４】
本発明の第８の態様は、本発明の第５の態様において、ディスプレイ装置あるいは基板、電池、その他構造部品を固定する為の誘電体部材をアンテナエレメントの近傍に配置したことを特徴としている。
【００１５】
本発明の第９の態様は、本発明の第１の態様において、アンテナエレメントのエレメント長は、用いる無線周波数の波長の概略４分の１波長相当の長さに設定することを特徴としている。
【００１６】
本発明の第１０の態様は、本発明の第１の態様のアンテナ装置を備えた高周波無線機器であって、各種電機回路が構成された回路基板と、回路基板の一方の面側に配置され、各種情報を表示するディスプレイ装置と、を有し、アンテナ装置は、回路基板のディスプレイ側に配置されていることを特徴としている。
【００１７】
本発明の第１１の態様は、本発明の第１０の態様において、アンテナ装置、ディスプレイ装置および回路基板を収納するケース本体と、ケース本体とケースを構成する導電性材料で形成された裏ブタと、高周波無線機器を駆動するための電源を供給する電池と、を備え、裏ブタは、回路基板上の接地電位あるいは接地電位と交流的に接続された電池の一方の極と導通状態にされていることを特徴としている。
【００１８】
本発明の第１２の態様は、多層回路基板を構成する各層のうちの少なくともいずれか一つの層のほぼ全域にわたって形成された接地パターンおよび給電点に接続される高周波無線用アンテナ装置であって、一端が接地パターンに接続され、断面Ｌ字状に折り曲げられた金属性のアンテナエレメントと、端が給電点に接続され、他端が当該高周波無線用アンテナ装置のインピーダンスがあらかじめ定めた所定のインピーダンスに相当するアンテナエレメント上の位置に電気的に接続固定された給電線と、を備えたことを特徴としている。
【００１９】
本発明の第１３の態様は、本発明の第１２の態様において、接地パターンを投影面とするアンテナエレメントの正射影が接地パターンに含まれるように構成したことを特徴としている。
【００２０】
本発明の第１４の態様は、本発明の第１２の態様において、接地パターンを投影面とするアンテナエレメントの正射影の面積が接地パターンの面積より小さくなるように構成したことを特徴としている。
【００２１】
本発明の第１５の態様は、本発明の第１２の態様において、アンテナエレメントは、導線形状を有していることを特徴としている。
【００２２】
本発明の第１６の態様は、本発明の第１２の態様において、当該高周波無線機用アンテナ装置の共振周波数をあらかじめ定めた所定の共振周波数とすべく、アンテナエレメント近傍に誘電体部材を配置したことを特徴としている。
【００２３】
本発明の第１７の態様は、本発明の第１６の態様において、共振周波数に対応させて誘電体部材の誘電率を設定することを特徴としている。
【００２４】
本発明の第１８の態様は、本発明の第１６の態様において、誘電体部材をアンテナエレメントに対して近接配置するとともに、近接配置状態を共振周波数に対応させて設定することを特徴としている。
【００２５】
本発明の第１９の態様は、本発明の第１２の態様において、誘電体部材は、ディスプレイ装置あるいは基板、電池、その他構造部品を固定する為のものであることを特徴としている。
【００２６】
本発明の第２０の態様は、本発明の第１２の態様において、アンテナエレメントのエレメント長は、用いる無線周波数の波長の概略４分の１波長相当の長さに設定することを特徴としている。
【００２７】
本発明の第２１の態様は、本発明の第１２の態様のアンテナ装置を備えた高周波無線機器であって、各種電機回路が構成された回路基板と、回路基板の一方の面側に配置され、各種情報を表示するディスプレイ装置と、を有し、アンテナ装置は、回路基板のディスプレイ側に配置されていることを特徴としている。
【００２８】
本発明の第２２の態様は、本発明の第２１の態様において、アンテナ装置、ディスプレイ装置および回路基板を収納するケース本体と、ケース本体とケースを構成する導電性材料で形成された裏ブタと、高周波無線機器を駆動するための電源を供給する電池と、を備え、裏ブタは、回路基板上の接地電位あるいは接地電位と交流的に接続された電池の一方の極と導通状態にされていることを特徴としている。
【００２９】
本発明の第２３の態様は、回路基板上に形成された接地パターンおよび給電点に接続される高周波無線用アンテナ装置において、一端が接地パターンに接続され、断面Ｌ字状に折り曲げられた金属性のアンテナエレメントと、一端が給電点に接続され、他端が接地パターンに接続固定された給電線と、を備えたことを特徴としている。
【００３０】
本発明の第２４の態様は、本発明の第２３の態様において、接地パターンは、回路基板上の電極パターンによって形成されることを特徴としている。
【００３１】
本発明の第２５の態様は、本発明の第２４の態様において、接地パターンは、アンテナエレメントの下部ほぼ全面にわたって形成されていることを特徴としている。
【００３２】
本発明の第２６の態様は、本発明の第２３の態様において、アンテナエレメントのエレメント長は、用いる無線周波数の波長の概略４分の１波長相当の長さに設定することを特徴としている。
【００３３】
本発明の第２７の態様は、腕時計型ケースと、本発明の第２３の態様の高周波無線機用アンテナ装置と、を有し、腕時計型ケース内に高周波無線機用アンテナ装置を配置したことを特徴としている。
【００３４】
本発明の第２８の態様は、ケースと、ケース内に配置された接地パターンを有する回路基板と、接地パターンに一端が電気的に接続され、回路基板に対して立体的に配置され、かつ、ケース上面に一部が配置されたアンテナエレメントと、一端が接地パターン接続され、他端が給電点に接続されるとともに、アンテナエレメントの一端側と他端側を結ぶ方向と平行に回路基板に対して立体的に配置された給電線と、を備えたことを特徴としている。
【００３５】
本発明の第２９の態様は、本発明の第２８の態様において、アンテナエレメントは、金属部材で構成され、導電部材を介して、接地パターンに接続され、導電部材は、アンテナエレメントと同一の金属部材で形成され、アンテナエレメントと導電部材とは、一体としてＬ字状に形成されていることを特徴としている。
【００３６】
本発明の第３０の態様は、本発明の第２８の態様の高周波無線機用アンテナ装置と、高周波無線機用アンテナ装置が接続される無線回路が形成された回路基板と、高周波無線機用アンテナ装置および回路基板を内蔵する腕時計型ケーシングと、を備えたことを特徴としている。
【００３７】
発明の好適な実施の態様 以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００３８】
［１］第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態のウオッチ型無線機器の断面略図である。
図１において、ウオッチ型無線機器１００内の高周波無線機用アンテナ装置として逆Ｆアンテナ１が立体的に構成されている。
【００３９】
この逆Ｆアンテナ１は、アンテナエレメント１Ａおよび給電線１Ｂを備えて構成されている。
アンテナエレメント１Ａは、断面Ｌ字形の金属製である。そして回路基板２に設けられたグランドパターン（接地パターン）に接続固定されている。アンテナエレメント１Ａの回路基板２に対する接続方法としては、はんだ付けが一般的である。
【００４０】
また、給電線１Ｂは、アンテナエレメント１Ａに対し、所定の位置に導通固定されている。
ウオッチ型無線機器１００の回路基板２は、プラスチック部材３及びプラスチック部材５により上下から挟み込まれている。
この場合において、あらかじめプラスチック部材３には、微小ナット１３がインサート成形されている。従って、回路基板２の固定は、微小ナット１３に対し、プラスチック部材３の下面方向よりプラスチック部材５を介して微小ネジ１４を挿入、螺合することによってなされる。
【００４１】
導通ゴム１２は、プラスチック部材３が回路基板２に固定されることによって回路基板２に圧接される。これにより、導通ゴム１２は、ＬＣＤ（液晶表示）パネル１０を回路基板２上のＬＣＤ駆動用パターンと導通させる。
電子回路８は、回路基板２の下面に実装される電子部品からなる無線回路を含む回路である。
【００４２】
図１において、電子回路８は、図示の簡略化のため、矩形のモジュールとして示してある。これは実際にモジュール化しても良いし、直接基板２に部品を実装しても良い。
【００４３】
ボタン型電池６は、ウオッチ型無線機に電源として用いられる。ボタン型電池６は、部材５に固定されている。さらにボタン型電池６は、ケース裏ブタ７と図示しない導通板により接続されている。
ウオッチケース４には、カバーガラス９が固定されている。従って、カバーグラス９を介してＬＣＤ１０の表示を目視できる。また、ウオッチケース４とケース裏ブタ７とは、通常ネジ留め固定される。
【００４４】
図２にウオッチ型無線機器１００の上面からの略透視図を示す。
図２に示すように、回路基板２上には、グランドパターン１５が設けられている。
【００４５】
ところで、デザイン上、ウオッチケース自身が曲線形状を有するものが多いため、回路基板２は必ずしも矩形とならず曲線、折れ線状の外形を有することが多い。従って、回路基板２上の部品配置、グランドパターン１５のような電極パターンも回路基板２の形状に則して設けることが小型化の為の基板面積の有効利用となる。
【００４６】
図３Ａは、第１実施形態の逆Ｆアンテナ１の上面図である。また、図３Ｂは、第１実施形態の逆Ｆアンテナ１の正面図である。
逆Ｆアンテナ１は、上述したように、Ｌ字状に一端を折り曲げた帯状のアンテナエレメント１Ａと給電線１Ｂとを備えて構成されている。
アンテナエレメント１Ａは、銅などの導伝性の高い材料が望ましい。しかしながら、表面のめっきに導電性の高い材料を用いることも可能である。
【００４７】
給電線１Ｂは、固定後の当該逆Ｆアンテナ１Ａのインピーダンスが所定の値となる位置に導通固定されている。インピーダンスの値としては、例えば、５０［Ω］とされる。このとき、給電線１Ｂは、アンテナエレメント１Ａに対し、垂直に接続される。
アンテナエレメント１Ａと給電線１Ｂとの接続は、電気抵抗を小さく保つ為、ろう付け、あるいは、はんだ付けが望ましい。
【００４８】
［２］第２実施形態
図４Ａおよび図４Ｂに本発明の第２実施形態を示す。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、図１ないし図３と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
図４Ａは、第２実施形態の逆Ｆアンテナ１の実装状態の上面図である。また、図４Ｂは、第２実施形態の逆Ｆアンテナ１の実装状態の正面図である。
回路基板２１の上面側には、導体パターン（平面電極）２２が設けられている。
この導体パターン２２には、アンテナエレメント１Ａの一端が導通固定されている。
【００４９】
また、給電線１Ｂは、回路基板２１上に設けられた給電端子パターン２３に導通接続される。この場合において、給電端子パターン２３として回路基板２１にスルーホールを形成した穴パターンを用い、給電線１Ｂを挿入後、はんだ付けするように構成することも可能である。
この場合において、給電端子パターン２３は逆Ｆアンテナ１から入力される信号に対し、直流的にグランド（接地）電位に接続される。
【００５０】
図４Ａ及び図４Ｂにおいては、理解を容易にするため、回路基板２１上に実装される回路部品、他の構造部品を図示せず、アンテナ部分のみ示してある。
逆Ｆアンテナ１を構成するアンテナエレメント１Ａの長さは、折り曲げ部を含めて使用周波数の略４分の１波長、例えば２．５［ＧＨｚ］のとき約３［ｃｍ］である。
【００５１】
また、給電線１Ｂがアンテナエレメント１Ａに接続される位置は給電端子パターン２３の近傍のグランド電位に対するインピーダンスが所定の値（例えば、５０［Ω］）となるように設定されている。
そして給電端子パターン２３に図示しない回路側から接続される信号線のインピーダンスも同様の値（例えば、５０［Ω］）となるよう回路端子のインピーダンス及び配線のインピーダンスを設定する。
【００５２】
より詳細には、給電端子パターン２３に接続される信号線は、回路基板２１の裏面（図示せず）に所定インピーダンスを有するストリップラインで形成されることが逆Ｆアンテナ１と信号線のマッチング上望ましい。
【００５３】
回路基板２１上の逆Ｆアンテナ１の配置位置は回路基板２１上のグランドパターンの中央が理論上最良である。しかしながら、機器の設計に当たってアンテナを回路基板２１の中央に設けることは、機器の小型化のため他の部品の配置上困難である。
【００５４】
従って、グランドパターンを投影面とするアンテナエレメント１Ａの正射影がグランドパターンに含まれるように構成すればよい。
あるいは、グランドパターンを投影面とするアンテナエレメント１Ａの正射影の面積がグランドパターンの面積より小さくなるように構成すればよい。
【００５５】
以下、グランドパターンを投影面とするアンテナエレメント１Ａの正射影がグランドパターンに含まれるように構成し、あるいは、グランドパターン投影面とするアンテナエレメント１Ａの正射影の面積がグランドパターンの面積より小さくなるように構成する場合の具体例について説明する。
図５に逆Ｆアンテナの実装状態の説明図を示す。
回路基板２の上面側には、アンテナエレメント１Ａに対向するような位置にグランドパターン１５が設けられている。
【００５６】
さらに、回路基板２の上面側には、ＬＣＤ１０を駆動するための駆動信号用の駆動信号電極パターン１６が設けられている。
通常ＬＣＤパネルを有する小型機器のＬＣＤ１０への配線は、ＬＣＤ１０自身に設けられた駆動信号電極および回路基板２の上面に設けられた駆動信号電極パターン１６を導通ゴム１２（図１参照）により接続し、導通させる。
一般的に機器のユーザーインタフェイスであるＬＣＤ１０を中央に配置する。このような配置では、ＬＣＤ１０の裏面側には、駆動信号電極パターン１６及び駆動信号を発生する図示しないディスプレイドライバ、あるいはディスプレイドライバを含むＣＰＵが配置される。従って、回路基板２上のＬＣＤ１０に対応する位置には、駆動信号電極パターン１６およびＣＰＵの両者を接続する為の配線により占められることになる。
【００５７】
この場合に多層基板を用い、この配線部分をスルーホールを駆使して別の層に配置することも可能である。
しかしながら、少なくとも多層基板を用いない場合と比較して少なくとも同一の基板面積が必要となる。このことは、基板面積利用の効率化にはつながらないことを意味する。
【００５８】
結局、回路基板２の上面中央部分はＬＣＤ１０の駆動信号電極パターン１６により占められることとなる。このため、逆Ｆアンテナ１およびグランドパターン１５は、回路基板２のいずれか一方の端部に設けざるを得ないという制約を有することになる。
そこで、図５に示すように、グランドパターン１５を回路基板２の上面の一端に必ずしも矩形とはならない形状として設ける。
このとき、グランドパターン１５を投影面とするアンテナエレメント１Ａの正射影がグランドパターン１５に含まれるようになっている。あるいは、グランドパターン１５を投影面とするアンテナエレメント１Ａの正射影の面積がグランドパターン１５の面積より小さくなるようにされている。
【００５９】
具体的には、使用周波数を２．５［ＧＨｚ］とすると、アンテナエレメント１Ａの長手方向の長さを約２８［ｍｍ］、回路基板２からの高さを２［ｍｍ］とする。このときのアンテナエレメント１Ａの幅は２［ｍｍ］程度として本アンテナ装置を構成することができる。
またアンテナエレメント１Ａの厚さは部材強度を考慮し、０．２［ｍｍ］程度とする。
【００６０】
なお、アンテナエレメント幅および厚みは、アンテナエレメント１Ａを構成する材料の物理的な強度、回路基板２上において許されるスペースあるいは必要とされるアンテナゲインなどの条件に基づいて最適な条件に設定することが可能である。この場合において、アンテナエレメント１Ａをウレタン皮膜銅線にて構成すれば、サイズ、加工性、コストにおいて有利となる。
【００６１】
［３］第１実施形態及び第２実施形態におけるアンテナの保持機構
次に第１実施形態及び第２実施形態におけるアンテナの保持機構について説明する。
図６に図１におけるアンテナエレメント１Ａの周辺部分のみを示す断面図を示す。
回路基板２の上面側に配置したアンテナエレメント１Ａは、上面側よりＬＣＤ１０の固定枠を兼ねるプラスチック部材３（斜線部分）に支持され、回路基板２に対して垂直上方への位置変形が押さえられている。
【００６２】
従ってアンテナエレメント１Ａの回路基板２に略平行な部分が、回路基板２に対して平行を保つようになされている。このようになされた逆Ｆアンテナ１は、はアンテナ実装時の回路基板２に対する平行度のばらつきが押さえられる。この結果、逆Ｆアンテナ１の特性上のばらつきを小さくすることができる。
【００６３】
図７に保持機構の他の例の説明図を示す。
本例では、図７に示すように、図６に示したプラスチック部材に代えて、アンテナエレメント下面にもプラスチックの充填されたプラスチック部材３Ｂを用いる。なお、構造に配慮すれば、ウオッチケースの一部を同様の機能を有するプラスチックの部材として用いることも可能である。
【００６４】
これにより、プラスチック部材３Ｂは、アンテナエレメント１Ａの上部及び下部を支持することとなる。
これにより、アンテナエレメント１Ａの上面及び下面からアンテナエレメント１Ａの変形を防止するようになされている。
従って、アンテナの変形を更に防止することができる。
【００６５】
ところで、高周波信号においては、伝播する空間のインピーダンスにより波長が短縮されることは、公知の事実である。
この結果、アンテナ周辺に誘電部材を配置すれば、使用周波数に対する波長がアンテナ周辺の誘電部材の誘電率に応じて短縮される。
従って、ＬＣＤ１０の固定枠を兼ねるプラスチック部材３あるいはプラスチック部材３Ｂのアンテナエレメント１Ａの上部（あるいはさらに下部）に近接する部分の面積を適当な値とすることにより所望の周波数に共振するエレメント長を空気中における長さよりも適当に短く調整することができる。
【００６６】
また、プラスチック部材３あるいはプラスチック部材３Ｂの材質をより高誘電率の部材へと変更することにより、より積極的にアンテナの小型化を図ることができる。
このように、上記保持機構を採用することにより、セラミックチップアンテナのように特殊な工程を採用することなく、小型のアンテナを提供することができる。特にウオッチ型無線機器１００に通常用いられているプラスチック等の誘電体の特長を利用して、製造コストを不必要に増大させることなくアンテナサイズを実用的に小型化することができる。
【００６７】
また、デジタルウオッチ、小型情報機器などの内部に用いられる固定部材としてはプラスチック部材が一般的である。しかしながら、プラスチック部材に限らず、各種誘電率を有する部材がアンテナの短縮化の為に使用可能である。従って、加工性の良さ、難燃性、コスト等を考慮して選択することが望ましい。
【００６８】
［４］グランドパターンの形成
次にグランドパターンの形成方法について説明する。
図８は、多層基板におけるグランドパターンの形成例の説明図である。また、図９は図８の多層基板の断面図である。
図８において、回路基板２Ａは多層基板であり、図９に示すように、その表面のみならず内層へも回路パターンを形成することが可能である。
より詳細には、グランドパターン１７は内層基板のうち、少なくとも一層にほぼ全面にわたって形成されている。
【００６９】
グランドパターン１７は、複数のスルーホール１８により回路基板２Ａの表面に形成されたグランドパターン１５と接続されている。
グランドパターン１５の面積は、先に延べたようにＬＣＤ１０の駆動信号電極パターン１６によりその面積が制約を受ける。このため、グランドパターン１５の面積を、図８のごとく少なくともアンテナエレメント１Ａのグランドパターン１５への正射影の面積より大きくしてある。しかしながら、内層のグランドパターン１７と導通させることによりより大きいグランドパターン面積を得ることができる。内層のグランドパターン１７の面積は、アンテナエレメント１Ａに対するグランド面積を十分に得る為、内層基板のほぼ全面にわたって設けることが望ましい。しかしながら、ウオッチ型無線機器１００のシステム構成上、アンテナゲインに余裕がある場合等には、内層基板の一部を他の配線パターン等に用いることもできる。
【００７０】
このように構成された逆Ｆアンテナ装置の感度の指向性特性例を図１０に示す。
実際にウオッチ型無線機器１００を構成する場合には、ケースの形状により特性も変化する。従って、図１０においては、ケース裏ブタ７（図１参照）を含まない内部回路モジュールのみの特性例を示す。アンテナ以外の部品の影響がある為、最大ゲイン方向はダイポールアンテナとは異なった結果になっている。
しかしながら、実用上問題の無い指向性特性を有していることがわかる。
【００７１】
［５］ウオッチ型無線機器の装着時について
さて、本発明の実施例における腕時計型無線機器を腕に装着する場合について説明する。
図１において、本発明の実施例におけるウオッチ型無線機器下面にはステンレス等の金属からなるケース裏ブタ７が位置している。
このケース裏ブタ７は電池６の正極と端子板等で導通させられている。また、電池負極は端子板等で回路基板２のグランドパターンに接続され、同様にボタン電池６の正極も端子板等で回路基板２の電源に接続されている。通常電源端子と、グランド端子との間にはバイパスコンデンサが挿入され、電源のインピーダンスを下げ回路の安定化が図られている。このような高周波機器においては、交流的にグランド及び電源のパターンを同電位とみなすことができる。
【００７２】
ところで、図８のように構成されたウオッチ型無線機器１００においては、ウオッチ型無線機器１００を腕に装着した場合、逆Ｆアンテナ１が腕から離間した側である上面側に有る。そして、逆Ｆアンテナ１の下面方向に回路基板２Ａの上面に設けられたグランドパターン１５が位置している。
【００７３】
さらに回路基板２Ａの内層のグランドパターン１７が配置される。さらにその下側には、電池６を介して、さらに面積の大きいケース裏ブタ７が配置されることになる。金属製のケース裏ブタ７は、先に述べたように回路基板２Ａのグランドパターンと交流的に同電位とみなすことができる。すなわち金属製のケース裏ブタ７は、逆Ｆアンテナ１に対するグランド面積を広げる効果を有する。
【００７４】
同様に、人体（腕）は、裏ブタ７を介して結果的にアンテナのグランド電位に接続されることになり、人体装着時には、ユーザの人体そのものもグランドと考えることができ、アンテナに対してさらにグランド面積が広がった構成となる。
【００７５】
［６］第１実施形態および第２実施形態の効果
以上述べたように第１実施形態および第２実施形態明によれば、以下のような効果をえることができる。
１）逆Ｆアンテナを有する小型無線機器において、アンテナを回路基板と一体に形成した小型無線機器を提供することができる。
２）アンテナエレメントのサイズを、周辺に誘電体部材を設けることにより空間におけるより短縮し、小型の無線機器を提供することができる。
３）さらに、アンテナ近傍に配置される誘電体として、機器の固定部材を用いることにより効率的な空間構造による小型化、アンテナ保持機構によるアンテナ特性のばらつきが補正された特性上安定した無線機器を提供することができる。
４）基板上面にアンテナを設け、その下部にグランドパターン、電池、金属よりなる裏ブタを設け、人体装着時人体を含む基板下面部分をグランド電位とすることにより、人体装着時アンテナエレメントに対しより大きなグランド面積を形成した小型無線機器を提供することができる。
５）無線機器の小型化については、アンテナの小型化が必須であり、その為に動作周波数を高くすることが考えられる。しかし、動作周波数はすでに規格等で割り付けられており、自由に選択できない。
【００７６】
従って、あらかじめ与えられた規格の中においてより小型のアンテナを形成し、かつ、アンテナゲインを高めるには、以下の点を考慮する必要がある。
考慮するものとしては、アンテナ自身の構成、グランドの形成方法およびアンテナ周辺に位置する部材との関係である。
さらに機器が人体に装着される場合には人体との関係を考慮し最適化を図る必要がある。
【００７７】
以上の説明のように、アンテナを各構成要素との関係において最適化し、小型で人体装着時にも安定した特性の無線機器を提供することができる。
【００７８】
［７］第３実施形態
上記第１実施形態あるいは第２実施形態の逆Ｆ型アンテナ１は立体的な構造を有しており、かつ、給電線がアンテナと垂直に接続されなければならない。
従って、アンテナエレメントと基板との距離が大きくなるとともに給電線も長くなる。このため、アンテナそのものの強度及びアンテナをグランドに対して平行に保つ事が難しくなってくる。
また、アンテナをケース外に形成しようとする場合、給電線とアンテナとの接続部分もケース外に配置しなければならないため構造が複雑になる可能性を有している。
【００７９】
従って、給電線がアンテナと無線回路とを接続したものである場合に、アンテナに静電気が印加された場合、給電線を介して静電気が無線回路に到達し無線回路を損傷する可能性がある。
そこで、本第３実施形態は、第１実施形態あるいは第２実施形態の給電線１Ｂに代えて、アンテナエレメント１Ａと平行に配置された給電線１Ｃ（図１１参照）を備えるように構成している。
図１１は、本発明の第３実施形態のウオッチ型無線機器の断面略図である。図１１において、図１の第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。
【００８０】
図１１において、ウオッチ型無線機器１００Ａ内の高周波無線機用アンテナ装置として逆Ｌアンテナ５１が立体的に構成されている。
図１２にウオッチ型無線機器１００Ａの上面からの略透視図を示す。
図１２に示すように、回路基板２上には、グランドパターン１５が設けられている。
図１３Ａは、第３実施形態の逆Ｌアンテナ５１の上面図である。また、図１３Ｂは、第３実施形態の逆Ｌアンテナ５１の正面図である。
【００８１】
逆Ｌアンテナ５１は、上述したように、Ｌ字状に一端を折り曲げた帯状のアンテナエレメント１Ａと、アンテナエレメント１Ａと所定の間隔を取った位置にアンテナエレメント１Ａと長手部分が平行になるよう配置された給電線１Ｃとを備えて構成されている。
給電線１Ｃは、固定後の当該逆Ｌアンテナ５１のインピーダンスが所定の値となる位置に固定されている。インピーダンスの値としては、例えば、５０［Ω］とされる。
【００８２】
［８］第４実施形態
図１４Ａおよび図１４Ｂに本発明の第４実施形態を示す。図１４Ａおよび図１４Ｂにおいて、図１１、図１２、図１３Ａあるいは図１３Ｂと同様の部分には同一の符号を付すものとする。
図１４Ａは、第４実施形態の逆Ｌアンテナ５１の実装状態の上面図である。また、図１４Ｂは、第４実施形態の逆Ｌアンテナ５１の実装状態の正面図である。
【００８３】
回路基板２１の上面側には、導体パターン（平面電極）２２が設けられている。
この導体パターン２２には、アンテナエレメント１Ａの一端が導通固定されている。
また、給電線１Ｃは、回路基板２１上に設けられた給電端子パターン２３に導通接続される。この場合において、給電端子パターン２３として回路基板２１にスルーホールを形成した穴パターンを用い、給電線１Ｂを挿入後、はんだ付けするように構成することも可能である。
【００８４】
この場合において、給電端子パターン２３は逆Ｌアンテナ５１から入力される信号に対し、直流的にはグランド（接地）電位に接続される。
図１４Ａ及び図１４Ｂにおいては、理解を容易にするため、回路基板２１上に実装される回路部品、他の構造部品を図示せず、アンテナ部分のみ示してある。
【００８５】
逆Ｌアンテナ５１を構成するアンテナエレメント１Ａの長さは、折り曲げ部を含めて使用周波数の略４分の１波長、例えば２．５［ＧＨｚ］のとき約３［ｃｍ］である。
また、給電線１Ｃがアンテナエレメント１Ａに接続される位置は給電端子パターン２３の近傍のグランド電位に対するインピーダンスが所定の値（例えば、５０［Ω］）となるように設定されている。
そして給電端子パターン２３に図示しない回路側から接続される信号線のインピーダンスも同様の値（例えば、５０［Ω］）となるよう回路端子のインピーダンス及び配線のインピーダンスを設定する。
【００８６】
より詳細には、給電端子パターン２３に接続される信号線は、回路基板２１の裏面（図示せず）に所定インピーダンスを有するストリップラインで形成されることが逆Ｌアンテナ５１と信号線のマッチング上望ましい。
回路基板２１上の逆Ｌアンテナ５１の配置位置は回路基板２１上のグランドパターンの中央が理論上最良である。しかしながら、機器の設計に当たってアンテナを回路基板２１の中央に設けることは、機器の小型化のため他の部品の配置上困難である。
【００８７】
従って、グランドパターンを投影面とするアンテナエレメント１Ａの正射影がグランドパターンに含まれるように構成すればよい。
あるいは、グランドパターンを投影面とするアンテナエレメント１Ａの正射影の面積がグランドパターンの面積より小さくなるように構成すればよい。
以下、グランドパターンを投影面とするアンテナエレメント１Ａの正射影がグランドパターンに含まれるように構成し、あるいは、グランドパターン投影面とするアンテナエレメント１Ａの正射影の面積がグランドパターンの面積より小さくなるように構成する場合の具体例について説明する。
【００８８】
図１５に逆Ｌアンテナの実装状態の説明図を示す。
回路基板２の上面側には、アンテナエレメント１Ａに対向するような位置にグランドパターン１５が設けられている。
さらに、回路基板２の上面側には、ＬＣＤ１０を駆動するための駆動信号用の駆動信号電極パターン１６が設けられている。
【００８９】
通常ＬＣＤパネルを有する小型機器のＬＣＤ１０への配線は、ＬＣＤ１０自身に設けられた駆動信号電極と、回路基板２の上面に設けられた駆動信号電極パターン１６を導通ゴム１２（図１参照）により接続し、導通させる。
一般的に機器のユーザーインタフェイスであるＬＣＤ１０を中央に配置する。このような配置では、ＬＣＤ１０の裏面側には、駆動信号電極パターン１６及び駆動信号を発生する図示しないディスプレイドライバ、あるいはディスプレイドライバを含むＣＰＵが配置される。従って、回路基板２上のＬＣＤ１０に対応する位置には、駆動信号電極パターン１６およびＣＰＵの両者を接続する為の配線により占められることになる。
【００９０】
また、図１５に示すように、グランドパターン１５を回路基板２の上面の一端に必ずしも矩形とはならない形状として設ける。
このとき、グランドパターン１５を投影面とするアンテナエレメント１Ａの正射影がグランドパターン１５に含まれるようになっている。あるいは、グランドパターン１５を投影面とするアンテナエレメント１Ａの正射影の面積がグランドパターン１５の面積より小さくなるようにされている。
【００９１】
［９］第５実施形態
図１６Ａおよび図１６Ｂに本発明の第５実施形態を示す。図１６Ａおよび図１６Ｂにおいて、図１１、図１２、図１３Ａあるいは図１３Ｂと同様の部分には同一の符号を付すものとする。
図１６Ａにおいて、逆Ｌアンテナ７１は、Ｌ字状のワイヤーから構成されたアンテナエレメント１Ｄと、コの字状のワイヤーから構成された給電線１Ｃと、を備えて構成されている。
【００９２】
この場合において、アンテナエレメント１Ｄおよび給電線１Ｃは、ウレタン皮膜銅線のようなワイヤー（線材）を曲げ加工するなどによって容易に形成することができる。
図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、給電線１Ｃは、アンテナエレメント１Ｄの側面に沿って、長手方向がアンテナエレメント１Ｄと平行になるように配置されている。
【００９３】
そして、給電線１Ｃは、アンテナエレメント１Ｄと適当な電気的結合を保つように配置される。すなわち、図１７Ａおよび図１７Ｂおいて、給電線１Ｃの一端を給電点２３に接続し、他の一端をグランドパターン２２に接続する。この様に配置した結果、給電点２３から見たインピーダンスを使用周波数において所定の値（例えば５０［Ω］）になるようにすることができる。
【００９４】
このように構成された逆Ｌアンテナ７１の指向性特性例を図１８に示す。
図１８に示すように、１３５［°］〜２２５［°］方向の特性はダイポールアンテナに劣るものの、他の方向については、ダイポールアンテナより良好な特性を示していることがわかる。
【００９５】
さて、本第５実施形態に示すアンテナ装置を腕時計型無線機器に内蔵する場合の基板上のアンテナ配置の例を図１９に示す。
逆Ｌアンテナ７１のアンテナエレメント１Ｄの側面に平行に給電線１Ｃを配置し、給電線１Ｃの一端を給電点２３に接続し他方をアンテナエレメント１Ｄの下方に設けられたグランドパターン１５に接続している。
図１９には回路基板２、アンテナエレメント１Ｄ、給電線１Ｃ及びＬＣＤ駆動電極１６のみを示してあるが、アンテナエレメント１Ｄはプラスチック部材等によりグランドパターン１５に平行になるよう保持される事が望ましい。
【００９６】
［１０］第６実施形態
図２０は第６実施形態のウオッチ型無線機器を示す断面略図である。また、図２１は、第６実施形態のウオッチ型無線機器を示す上面からの略透視図である。
本第６実施形態は、逆Ｌアンテナのアンテナエレメント１Ｅの回路基板２上のグランドパターン１５と平行となる部分がケース４の上面に配置されている場合の実施形態である。
【００９７】
すなわち、Ｌ字型のアンテナエレメント１Ｅの一端がケース４を貫通してケース内のグランドパターンに接続されている。給電線１Ｆはアンテナエレメント１Ｅの下部にアンテナエレメント１Ｅと非接触状態で配置されている。そして、アンテナエレメント１Ｅと平行に配置される事により、アンテナエレメント１Ｅと非接触結合をなしている。アンテナエレメント１Ｅに誘起された信号は給電線１Ｆを介して回路基板２上の各回路へと伝達される。アンテナエレメント１Ｅは図２２Ａに示すように、ケース４外に現れるよう配置しても良いし、またケース４の上面に蒸着等で形成された導体電極を用いても良い。この場合ケース上面の導体電極であるアンテナエレメント１Ｅとケース内グランドとを図２２Ｂに示すように別体の導体１ＥＣで接続する。ケース４上面に金属板を設ける場合は金属板を固定するネジがケース４を貫通するように構成し、このネジによってケース４内のグランドパターンに接続する方法もある。
【００９８】
なお、ウオッチ型無線機器に本発明のようなアンテナ装置を形成する場合、アンテナの配置の仕方は、周囲の部材がその特性に与える影響が大きいため注意が必要である。
【００９９】
［１１］第３実施形態〜第６実施形態の効果
アンテナの特性に影響を与えるものとしては、アンテナに近接するプラスチック部材、ケース、電池、ケース裏蓋等があげられる。これらの影響を避ける為、アンテナをできるかぎり基板から遠避けて配置する事が考えられる。このように配置されたアンテナは近接する部材からの影響が小さくなる為最適化がよりしやすい。また、アンテナを覆う部材がなくなる為好感度を得やすい。
しかしながら、ケース外にアンテナを配置する場合にはアンテナへの静電気の飛び込みに十分配慮する必要が生ずる。一般的に人体によって生ずる静電気は１０ｋＶ程度と言われており場合によっては３０［ｋＶ］に達する事も起こる。
【０１００】
従って、逆Ｆアンテナのごとく回路給電点と導通している給電線がエレメントとともにケース外部に配置されている場合には、回路に静電気が印加されやすく好ましくない。
これに対して、第３〜第６実施形態のアンテナならびに給電線構造はこれらの事情に配慮してアンテナエレメントは電気的には回路基板のグランドパターンに直接導通され、グランドパターンを通じてケース外に電荷を導く構造を取るとともに、アンテナエレメントにおいて誘起された信号は非接触の給電線により回路に供給される構造となっている。
【０１０１】
従って、本第３〜第６実施形態よれば、以下のような効果を有する。
１）アンテナの構成が逆Ｆ型アンテナに比べて簡単になり製造が容易でありコストが下がる。
２）ケース外にアンテナを設ける事によりアンテナ周辺部材の影響を受け難く最適化が容易である。
３）ケース外にアンテナを設ける事で周辺部材の影響を受け難く感度向上の可能性が増す。
４）ケース外にアンテナを形成しても、エレメントをグランドに接続し、エレメントに非接触に設けられた給電線を用いて信号を伝送する為静電気による回路破壊が防止できる。
５）アンテナエレメントをケース外に配置する事により、ケース内にスペースが生まれ部品配置上自由度が増し、機器の小型化が可能である。
６）ウオッチに本発明のアンテナを形成する場合、アンテナをケース外に設ける事により人体装着時人体のアンテナへの影響を小さくする事ができ感度の向上の可能性が増す。
【０１０２】
［１２］実施形態の変形例
［１２．１］第１変形例
以上の第１実施形態および第２実施形態においては、アンテナエレメントとして板状の電極を用いていたが、図２３に示すように、アンテナエレメント１Ｇをワイヤで構成し、このアンテナエレメント１Ｇを同様にワイヤで構成された給電線１Ｈを導通接続するように構成することも可能である。
【０１０３】
［１２．２］第２変形例
以上の実施形態においては、アンテナエレメントの一端は自由端とされていたが、図２４Ａおよび図２４Ｂに示すように、あらかじめ適当な誘電体材料等で形成された保持部材１Ｋ上にアンテナエレメント１Ｉを形成し、保持部材１Ｋを貫通してアンテナエレメント１Ｉに導通接続した給電線１Ｊを設けたアンテナユニット１Ｌとして構成することも可能である。
これにより、アンテナエレメント１Ｉと図示しない回路基板上のグランドパターンとの平行度を容易に保ち、アンテナ性能の劣化を防ぐことができる。さらにアンテナユニット１Ｌは、取り扱いも容易となる。
【０１０４】
また、保持部材１Ｋの材料を誘電率などの観点から適当に選択することにより、同一の共振周波数に対し、より小型化を図ることも可能となる。
同様に図２５Ａおよび図２５Ｂに示すように、あらかじめ適当な誘電体材料等で形成された保持部材１Ｍ上にアンテナエレメント１Ｎを形成し、アンテナエレメント１Ｎと平行に給電線１Ｐを所定距離離間して配置し、給電線１Ｐの両端を保持部材１Ｍを貫通させてアンテナユニット１Ｑとして構成することも可能である。
【０１０５】
これにより、アンテナエレメント１Ｎと図示しない回路基板上のグランドパターンとの平行度を容易に保ち、アンテナ性能の劣化を防ぐことができる。さらにアンテナユニット１Ｌは、取り扱いも容易となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１実施形態のウオッチ型無線機器の断面略図である。
図２は、第１実施形態のウオッチ型無線機器の上面透視略図である。
図３Ａは、第１実施形態の逆Ｆアンテナを示す上面図である。
図３Ｂは、第１実施形態の逆Ｆアンテナを示す正面図である。
図４Ａは、第２実施形態の逆Ｆアンテナを示す上面図である。
図４Ｂは、第２実施形態の逆Ｆアンテナを示す正面図である。
図５は、逆Ｆアンテナの実装状態の説明図である。
図６は、保持機構の一例を説明するためのウオッチ型無線機器におけるアンテナ部分の断面図である。
図７は、保持機構の他の例を説明する図である。
図８は、多層基板におけるグランドパターンの形成例の説明図である。
図９は、図８の多層基板の断面図である。
図１０は、逆Ｆアンテナの特性例の説明図である。
図１１は、第３実施形態のウオッチ型無線機器の断面略図である。
図１２はウオッチ型無線機器の上面からの略透視図である。
図１３Ａは、第３実施形態の逆Ｌアンテナの上面図である。
図１３Ｂは、第３実施形態の逆Ｌアンテナの正面図である。
図１４Ａは、第４実施形態の逆Ｌアンテナの実装状態における上面図である。
図１４Ｂは、第４実施形態の逆Ｌアンテナの実装状態における正面図である。
図１５は、逆Ｌアンテナの実装状態の説明図である。
図１６Ａは、第５実施形態の逆Ｌアンテナの上面図である。
図１６Ｂは、第５実施形態の逆Ｌアンテナの正面図である。
図１７Ａは、第５実施形態の逆Ｌアンテナの実装状態における上面図である。
図１７Ｂは、第５実施形態の逆Ｌアンテナの実装状態における正面図である。
図１８は、逆Ｌアンテナの特性例の説明図である。
図１９は、第５実施形態の逆Ｌアンテナの実装状態の説明図である。
図２０は、第６実施形態のウオッチ型無線機器を示す断面図である。
図２１は、第６実施形態のウオッチ型無線機器を示す上面からの略透視図である。
図２２Ａは、アンテナエレメントをケース上面に設ける場合の外観斜視図（その１）である。
図２２Ｂは、アンテナエレメントをケース上面に設ける場合の外観斜視図（その２）である。
図２３は、実施形態の第１変形例の説明図である。
図２４Ａは、第２変形例のアンテナユニットの外観斜視図（その１）である。
図２４Ｂは、第２変形例のアンテナユニットの断面図（その１）である。
図２５Ａは、第２変形例のアンテナユニットの外観斜視図（その２）である。
図２５Ｂは、第２変形例のアンテナユニットの断面図（その２）である。

Claims (8)

1. 回路基板上に形成された接地パターンおよび給電点に接続される高周波無線用アンテナ装置において、
   一端が前記接地パターンに接続され、断面Ｌ字状に折り曲げられた金属性のアンテナエレメントと、
   一端が前記給電点に接続され、他端が前記接地パターンに接続固定された給電線と、
   を備えたことを特徴とする高周波無線機用アンテナ装置。
2. 請求の範囲第１項記載の高周波無線機用アンテナ装置において、
   前記接地パターンは、前記回路基板上の電極パターンによって形成されることを特徴とする高周波無線機用アンテナ装置。
3. 請求の範囲第２項記載の高周波無線機用アンテナ装置において、
   前記接地パターンは、前記アンテナエレメントの下部ほぼ全面にわたって形成されている事を特徴とする高周波無線機用アンテナ装置。
4. 請求の範囲第１項記載の高周波無線機用アンテナ装置において、
   前記アンテナエレメントのエレメント長は、用いる無線周波数の波長の概略４分の１波長相当の長さに設定することを特徴とする高周波無線機用アンテナ装置。
5. 腕時計型ケースと
   請求の範囲第１項記載の高周波無線機用アンテナ装置と、を有し、
   前記腕時計型ケース内に前記高周波無線機用アンテナ装置を配置したことを特徴とする高周波無線機器。
6. ケースと、
   前記ケース内に配置された接地パターンを有する回路基板と、
   前記接地パターンに一端が電気的に接続され、前記回路基板に対して立体的に配置され、かつ、前記ケース上面に一部が配置されたアンテナエレメントと、
   一端が前記接地パターン接続され、他端が給電点に接続されるとともに、前記アンテナエレメントの一端側と他端側を結ぶ方向と平行に前記回路基板に対して立体的に配置された給電線と、
   を備えたことを特徴とする高周波無線機用アンテナ装置。
7. 請求の範囲第６項記載の高周波無線機用アンテナ装置において、
   前記アンテナエレメントは、金属部材で構成され、導電部材を介して、前記接地パターンに接続され、
   前記導電部材は、前記アンテナエレメントと同一の金属部材で形成され、
   前記アンテナエレメントと前記導電部材とは、一体としてＬ字状に形成されていることを特徴とする高周波無線機用アンテナ装置。
8. 請求の範囲第６項記載の高周波無線機用アンテナ装置と、
   前記高周波無線機用アンテナ装置が接続される無線回路が形成された回路基板と、
   前記高周波無線機用アンテナ装置および前記回路基板を内蔵する腕時計型ケーシング と、
   を備えたことを特徴とするウオッチ型無線機器。

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