CN106450672A - 通信装置、电子钟表以及天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通信装置、电子钟表以及天线装置。电子钟表(1)的天线(3)具备：环状的天线图案(31)，其设置于玻璃罩(2)；以及天线图案(32)，其配置于天线图案(31)的下方，并与天线图案(31)进行电容耦合。天线(3)的谐振频率由天线图案(31)和天线图案(32)来决定。

Description

通信装置、电子钟表以及天线装置
技术领域
本发明涉及通信装置、电子钟表以及天线装置。
背景技术
在用手表与其他设备通过电波来进行信息的收发的情况、为了取得时刻、时区而接收卫星电波的情况下，天线的接收灵敏度存在课题。虽然为了提高天线的接收灵敏度只要利用尺寸大的天线即可，但无法使手表变得太大。对于手表而言，期望的是对设计性的影响小的天线。
例如在接收GPS(Global Positioning System；全球定位系统)等的卫星电波的情况下，在现有的手表中，通过采用立方体形状的贴片天线或者采用在边框的内侧由环状的介电体构成的环形天线等，从而确保了天线增益、圆偏振波特性。但是，贴片天线和环形天线均会招致手表的直径、厚度的增加，对设计性造成了较大的影响。
作为日本专利文献的特开2015-8513号公报所记载的发明是采用了由介电体构成的环形天线的例子。在该专利文献的摘要的解决方案中，记载了如下内容：“电子设备1具备：接收从外部发送的无线电波的GPS天线11；至少一部分由非导电性构件形成的外设壳体101；收纳在外设壳体101内并由非导电性构件形成为板状的表盘2；安装于外设壳体101并由导电性构件形成的后盖102；以及在外设壳体101内收纳于表盘2以及后盖102之间的位置，并对基于由GPS天线11接收到的无线电波的接收信号进行处理的接收部。GPS天线11具有沿着表盘2的周围配置并形成为线状的天线电极112。后盖102与接收部的接地电位连接并作为反射无线电波的反射板而发挥作用。”。
根据上述专利文献所记载的发明，能够在玻璃罩下构成环形天线。但是，有可能会招致手表的直径、厚度的增加，对设计性造成影响。
发明内容
因此，本发明的目的在于，针对通信装置、电子钟表以及天线装置，不会招致外壳的尺寸、厚度的增大地构成性能良好的天线。
为了达成上述目的，本发明是一种具备天线的通信装置，其特征在于，所述天线具备：环状的第1天线图案(Antenna Pattern)，其设置于玻璃罩；以及第2天线图案，其设置于所述第1天线图案的下方，并与所述第1天线图案进行电容耦合，所述天线的谐振频率由所述第1天线图案和所述第2天线图案来决定。
附图说明
图1A是表示本实施方式中的电子钟表及其天线的构成图。
图1B是表示本实施方式中的电子钟表及其天线的构成图。
图2是表示本实施方式中的电子钟表的分解立体图。
图3A是天线部分的放大剖面图和分隔件的立体图。
图3B是天线部分的放大剖面图和分隔件的立体图。
图4是电子钟表的天线和电路的简要的构成图。
图5是第1变形例的天线部分的放大剖面图。
图6是第2变形例的天线部分的放大剖面图。
图7A是第3变形例的天线部分的放大剖面图和分隔件的立体图。
图7B是第3变形例的天线部分的放大剖面图和分隔件的立体图。
图8A是将天线调整为圆偏振波时的说明图。
图8B是将天线调整为圆偏振波时的说明图。
图9A是第1变形例的玻璃天线中的圆偏振波化的方法的说明图。
图9B是第1变形例的玻璃天线中的圆偏振波化的方法的说明图。
图10是表示第1变形例的RHCP辐射增益特性的图。
图11A是第2变形例的玻璃天线中的圆偏振波化的方法的说明图。
图11B是第2变形例的玻璃天线中的圆偏振波化的方法的说明图。
图12是表示第2变形例的RHCP辐射增益特性的图。
图13A是第3变形例的玻璃天线中的圆偏振波化的方法的说明图。
图13B是第3变形例的玻璃天线中的圆偏振波化的方法的说明图。
图14是表示第3变形例的RHCP辐射增益特性的图。
具体实施方式
以后，参照各图来详细说明用于实施本发明的方式。
本实施方式通过利用电子钟表的玻璃罩来作为天线的介电体，从而不会招致天线的尺寸、厚度的增大而提供一种性能良好的天线。
图1A、图1B是表示本实施方式中的电子钟表1及其天线3的构成图。
图1A是电子钟表1的I-I剖面图。
该电子钟表1佩戴于手腕，具备作为时刻显示部4的表盘51以及包含长针42、短针41等的时刻显示部4。
电子钟表1由圆筒形的环状框61和后盖64构成金属壳体6，进而将玻璃罩2嵌入于环状框61的上表面开口部来构成外壳。环状框61、后盖64由黄铜、不锈钢、钛合金等导电性构件的金属材料构成。而且环状框61、后盖64与后述的钟表模块7的接地端子连接。
在电子钟表1的外壳内部，设置钟表模块7。在钟表模块7的上侧，与玻璃罩2对置设置包含表盘51、长针42、短针41、环状的分隔件53(环状构件)等的时刻显示部4。
钟表模块7进行基于长针42、短针41的时刻显示，并且接收来自GPS卫星8(参照后记的图4)的卫星信号。并且，钟表模块7具备：安装了用于处理时刻显示以及GPS功能的电路元件的电路基板(未图示)、对长针42、短针41等进行驱动的包含步进电机以及齿轮系的驱动机构(未图示)、向它们提供电力的电池(未图示)等。
在本实施方式中，在玻璃罩2的下表面并且沿着外周附近而设置形成天线3(参照后记的图3A)的一部分的环状的天线图案31(第1天线图案)。在该天线图案31的正下方的分隔件53，以给定长度设置直径与天线图案31相同的天线图案32(第2天线图案)。由此，天线图案32与天线图案31进行电容耦合。
电子钟表1构成为能够由天线3接收来自GPS卫星8的卫星信号并对卫星时刻信息进行解码来修正内部时刻信息。
图1B是电子钟表1的俯视图。
在电子钟表1的上表面，在中央部设置圆形的表盘51。该表盘51由非导电性构件例如合成树脂或可获得更高级的质感的陶瓷等形成为圆板状。在该表盘51上设置长针42、短针41、小针44等。长针42、短针41、小针44等指针经由包含步进电机以及齿轮系的驱动机构而被驱动。
在表盘51的周缘部的上方，设置环状的分隔件53。在该分隔件53，沿着绕周方向以给定长度设置天线图案32，在该天线图案32的上侧且玻璃罩2的下表面，设置了圆形的天线图案31。
在本实施方式中，在电子钟表1的玻璃罩2的下表面的比周缘部稍靠向内侧，呈环状形成作为电极的天线图案31。在该天线图案31的电极的下侧(例如分隔件53)，与天线图案31对置地形成给定长度的天线图案32，并对其一端进行电容供电。由此，天线图案31作为天线3(参照后记的图3)的供电部而进行动作。电子钟表1的金属壳体6作为天线3的GND平面而发挥作用。由此，电子钟表1能够构成环形贴片天线来接收电波。
天线图案31的圆周长度构成为与玻璃罩2内的接收电波的1波长量大致相等。即，天线图案31由玻璃罩2的介电常数和接收电波的频率来大致决定，从而决定天线3的谐振频率。
天线图案31和天线图案32进行电容设定，以使阻抗匹配至50Ω。例如，天线图案32的圆周长度设为30度程度为宜。此外，若将天线图案31、32的图案宽度设为20um以下，则变得无法视觉辨识天线图案31，不会影响到电子钟表1的设计性。
图2是表示本实施方式中的电子钟表1的简要的分解立体图。
电子钟表1构成为从上方起按顺序将玻璃罩2、分隔件53、钟表模块7嵌入于环状框61的上表面开口部，在环状框61的背面开口部嵌入后盖64。另外，在该分解立体图中，省略表盘51(参照图1)等来进行了表示。
在玻璃罩2的下表面，天线图案31被设置为圆形。在该天线图案31的下侧设置了分隔件53，在该分隔件53的上表面设置了给定长度的天线图案32。天线图案32的一端与供电销73连接，从而与钟表模块7的内部连接。
图3A是天线3的放大剖面图。
天线图案31沿着玻璃罩2的下表面的端部附近而设置。天线图案32设置于分隔件53的上表面以使得与该天线图案31对置，其一部分也设置于分隔件53的下表面。另外，如双点划线所示，在玻璃罩2与天线图案32之间，也可以构成为例如夹持由介电体形成的非导电性环54。
设置于分隔件53的下表面的天线图案32的一端经由贯通孔611而与供电销73连接，从而与钟表模块7内部的通信部71连接。供电销73设置于钟表模块7，经由贯通孔611而与天线图案32连接。该供电销73的侧面被绝缘，该侧面即使与环状框61接触也不导通。
钟表模块7构成为包含供电销73、通信部71、钟表部72等。电子钟表1通过由天线图案31、32组合而成的天线3来接收来自GPS卫星8的卫星信号，通过通信部71对卫星信号所包含的卫星时刻信息进行解码，因此能够准确地显示当前时刻。
图3B是分隔件53的放大立体图。
对于天线图案32而言，其大部分的部位都设置于分隔件53的上表面，其一部分设置于分隔件53的下表面的缺口部531。通过供电销73接触到该缺口部531，从而能够向天线图案32供电。通过该缺口部531，从而该电子钟表1的组装工作人员能够容易探测分隔件53的设置角度。此外，通过该缺口部531，从而天线图案32不会与环状框61接触而不会导通。
图4是电子钟表1的天线3和电路的简要的构成图。
该天线3是环状的贴片天线，其由天线图案31、作为决定天线图案31的谐振频率的介电体的玻璃罩2、与天线图案31电容耦合的天线图案32、对天线图案32与通信部71进行连接的供电销73、以及包含金属制的后盖64的外壳而构成。
例如在从GPS卫星8接收电波的情况下，从GPS卫星8发射的导航数据的电波在由环状的天线图案31和玻璃罩2的介电常数以及与后盖64的位置关系所决定的电波的频率下发生谐振。其电力通过天线图案31、32的电容耦合而传递至天线图案32，并经由供电销73而向通信部71传递。通信部71从所接收到的导航数据中对卫星时刻信息进行解码，并将该卫星时刻信息发送到钟表部72。钟表部72基于该卫星时刻信息来修正时刻显示部4的时刻。
在本实施方式的天线3中，由于实质上作为天线构成部件的体积没有增加，因此能够使电子钟表1变为小型、薄型的设计。
图5是第1变形例的天线3的放大剖面图。
在第1变形例中，天线图案31A设置于玻璃罩2的上表面。除此之外的构成与上述的实施方式相同。
在第1变形例中，虽然需要保护天线图案31A的电极，但天线3的特性在上述的实施方式与后述的第2、第3变形例当中为最好。
图6是第2变形例的天线3的放大剖面图。
在第2变形例中，天线图案31B设置于玻璃罩2的上表面，天线图案32B构成于玻璃罩2的下表面。在分隔件53B形成有贯通孔532，供电销73经由该贯通孔532而与天线图案32B连接。
在第2变形例中，由于天线图案31B、32B的间隔稳定，因此具有天线的特性的偏差减少这样的效果。
图7是第3变形例的天线3的放大剖面图和分隔件53C的立体图。
第3变形例是天线图案32C位于分隔件53C的下侧的情况。在分隔件53C的下侧形成有沟槽533，在该沟槽533中设置了天线图案32C。
在第3变形例中也只要调整电容即可，并且分隔件53C的结构比图3B所示的分隔件53简单，能够廉价地制作。
另外，在第1实施方式或各变形例中，钟表模块7的壳体、分隔件53基本上为绝缘体即可，但在介电常数较高的情况下，对于天线3而存在作为介电体的影响。
图8A、图8B是表示模拟式手表1A的结构的图。
图8A是手表1A的俯视图。手表1A与图1B所示的电子钟表1同样，在中央部设置圆形的表盘51，在该表盘51上设置长针42、短针41等。进而，手表1A在3点钟的方向上具备表冠65。
图8B是手表1A的VIII-VIII剖面图。
关于手表1A，后盖64被嵌入于圆筒形的环状框61的背面，进而玻璃罩2被嵌入于环状框61的上表面开口部，从而构成外壳。在电子钟表1的外壳内部，设置钟表模块7。上述的表冠65的轴部贯通到该钟表模块7的内部。
因此，图2、图3、图5～图7等所示的本天线的包含供电销73的供电部设置于至少避开表冠65的轴部的位置，使得在位置上不与表冠65的轴部发生干扰。
进而，如图8A所示，在模拟式手表1A的结构中，在2点钟的方向上存在侧面开关66，在4点钟的方向上存在侧面开关67，在8点钟的方向上存在侧面开关68。侧面开关66～68的机构部与表冠65的轴部同样地贯通到钟表模块7的内部。另外，在数字式手表上也存在同样的侧面开关。
因此，图2、图3等所示的本天线的包含供电销73的供电部设置于避开各侧面开关66～68的机构部的位置，使得不与这些机构部发生干扰。由此，能够提高电子钟表1的组装性，并且能够简化内部机构而降低成本。
图9A、图9B是第1变形例的玻璃天线中的圆偏振波化的方法的说明图。
图9A示出了第1变形例的电子钟表1d的俯视图。
如图9A所示，在电子钟表1d中构成辐射线的圆状的天线图案31d密接形成于玻璃罩2的下表面。天线图案31d的半径R1和宽度W1根据玻璃罩2的介电常数来进行设定，使得在所需要的频率F1下发生谐振。在第1变形例中，若假定所需要的GPS的频率＝1.57542GHz，玻璃罩2的相对介电常数εr＝10，则半径R1＝15.6mm，宽度W1＝0.2mm。
构成供电线的天线图案32d是半径R2的圆弧状，存在于图的左侧。
图9B示出了第1变形例的电子钟表1d的IX-IX剖面图。天线图案32d被形成于玻璃罩2的下侧的分隔件53的内侧面。
以下，返回到图9A进行说明。作为供电线的天线图案32d与作为辐射线的天线图案31d以适当的电容进行耦合，该电容由天线图案32d的宽度W2和与长度相当的角度β1等来决定。此外，供电点74存在于供电线的中央，从供电线通过电容耦合向辐射线提供的电力以供电点74的角度为中心而上下对称地提供。
为使该天线圆偏振波化，在右旋偏振波的情况下，在相对于供电点74而为γ1＝+45度以及/或者+225度的位置处以特定的角度增大图案宽度来提高与GND的电容。此外，在左旋偏振波的情况下，相对于供电点74而为γ1＝-45度以及/或者一225度。
进而，在第1变形例中，以从供电点74起+45度的辐射线的位置为基准，遍布整周而每隔30度设置使宽度略微增大的部分，通过调整各部的宽度及其角度来进行阻抗匹配。通过每隔30度设置使宽度略微增大的部分，从而能够使各自的位置对准钟表的12小时刻度，能够匹配钟表设计。
图10是第1变形例的RHCP(Right Hand Circular Polarization，右旋圆极化)辐射增益特性，可知以顶部方向为峰值(0dB基准)而成为充分的右旋偏振波特性。
图11A、图11B是第2变形例的玻璃天线中的圆偏振波化的方法的说明图。
如图11A所示，在电子钟表1e中构成辐射线的天线图案31e密接形成于玻璃罩2的下表面，根据该玻璃罩2的介电常数对半径R1和宽度W1进行了设定，使得在所需要的频率F1下发生谐振。
图11B示出了第2变形例的电子钟表1e的XI-XI剖面图。
作为供电线的天线图案32e是半径R2的圆弧状，被形成于玻璃罩2下的分隔件53的内侧面。
以下，返回到图11A进行说明。作为供电线的天线图案32，其半径R2和相当于线长的角度β1根据分隔件53的介电常数ε1来进行设定，使得在频率F1下发生谐振。此外，供电线和辐射线以适当的电容进行耦合，该电容由宽度W2和角度β1等来决定。
为使该天线圆偏振波化，在右旋偏振波的情况下，相对于供电点74而设为α1＜(β1/2)，此外，在左旋偏振波的情况下，相对于供电点74而设为α1＞(β1/2)。在第2变形例中，为了接收右旋偏振波，设计为α1＝100度，使得小于β1/2＝127.5度。
另外，在第2变形例中，为了圆偏振波化，利用了供电图案的谐振，因此分隔件53的相对介电常数εr需要满足下述式(1)。
【数式1】
εr≥[C0/2πF1R2]2···(1)
C0：在真空中的光速
图12是第2变形例的RHCP辐射增益特性，可知以顶部方向为峰值(0dB基准)而成为充分的右旋偏振波特性。
图13A、图13B是第3变形例的玻璃天线中的圆偏振波化的方法的说明图。
如图13A所示，在电子钟表1f中构成辐射线的天线图案31f密接形成于玻璃罩2的下表面，根据玻璃罩2的介电常数对半径R1和宽度W1进行了设定，使得在所需要的频率F1下发生谐振。
构成供电线的天线图案32f存在于图的左侧。
图13B示出了第2变形例的电子钟表1e的XIII-XIII剖面图。
作为供电线的天线图案32f是半径R2的圆弧，分断成8个而形成于玻璃罩2下的分隔件53的内侧面。
以下，返回到图13A来进行说明。作为供电线的天线图案32f和作为辐射线的天线图案31f以适当的电容进行耦合，该电容由天线图案32f的宽度W2和相当于长度的角度β1等来决定。在第3变形例中，角度β1＝50度。
此外，供电点74存在于供电线的中央，从供电线通过电容耦合向辐射线提供的电力以供电点74的角度为中心而上下对称地提供。
为使该天线圆偏振波化，在右旋偏振波的情况下，在相对于供电点74而为γ1＝+45度以及/或者+225度的位置处以特定的角度β45和宽度W3来形成GND图案G045、G225，通过增大与作为辐射线的天线图案31f的电容，从而实现了圆偏振波化。在左旋偏振波的情况下，在相对于供电点74而为γ1＝-45度以及/或者一225度的位置处以特定的角度β45和宽度W3来形成GND图案为宜。在第3变形例中，为了接收右旋偏振波，在γ1＝+45度和+225度的位置处，设定为角度β45＝26度。
进而，在第3变形例中，以供电点74为基准，遍布整周而每隔45度对天线图案32f进行划分，形成GND图案G045、G090、G135、G180、G225、G270、G315，通过调整各部的宽度及其角度来进行阻抗匹配。通过调整这些辐射图案以及GND图案的宽度、长度，从而不变更天线图案31f，便能够进行频率的微调整、圆偏振波特性的调整、阻抗调整。
图14是第3变形例的RHCP辐射增益特性，可知以顶部方向为峰值(0dB基准)而成为充分的右旋偏振波特性。
如上所述，在现有的贴片天线、环形天线中，对外壳的尺寸、厚度造成了影响。在本发明中，由于钟表外壳本身构成了天线，因此能够提供一种天线结构所引起的钟表自身的尺寸增大为零或仅有一点并且性能良好的手表用的天线。在本发明的天线中，实质上作为天线构成部件的体积没有增加，因此能够实现小型、薄型的钟表设计。
(变形例)
本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行变更实施，例如存在如下(a)～(e)那样的变更。
(a)本发明并不限定于模拟式电子钟表，也可以应用于数字式电子钟表。在此情况下，例如在液晶面板的周边布置天线图案31和天线图案32为宜。
(b)天线图案31也可以不是圆形而是包含四边形在内的多边形，还可以是不定形。
(c)本发明并不限定于电子钟表，也可以应用于任意的通信装置。
(d)天线的通信标准、能够通信的频带并不限定于GPS和超高频，只要适用于通过通信装置而进行的各种通信即可。即，也可以是Bluetooth(注册商标)、Wi-Fi(注册商标)等通信标准和能够进行该通信的频带。
(e)天线图案31A与玻璃上表面密接即可，也可以是边框环等的已知的钟表的构成要素。

Claims (10)

1.一种通信装置，具备天线，其特征在于，
所述天线具备：
环状的第1天线图案，其设置于玻璃罩；以及
第2天线图案，其设置于所述第1天线图案的下方，并与所述第1天线图案进行电容耦合，
所述天线的谐振频率由所述第1天线图案和所述第2天线图案来决定。
2.一种电子钟表，其特征在于，具备：
权利要求1所述的通信装置；以及
显示部，其显示时刻。
3.根据权利要求2所述的电子钟表，其特征在于，
具备：环状构件，其配置于所述玻璃罩的下方，
所述第1天线图案形成于所述玻璃罩的下表面，
所述第2天线图案形成于所述环状构件。
4.根据权利要求2所述的电子钟表，其特征在于，
在所述玻璃罩的下方，配置环状构件，
所述第1天线图案形成于所述玻璃罩的上表面，
所述第2天线图案形成于所述环状构件的上表面。
5.根据权利要求2所述的电子钟表，其特征在于，
所述第1天线图案形成于所述玻璃罩的上表面，
所述第2天线图案形成于所述玻璃罩的下表面。
6.根据权利要求2所述的电子钟表，其特征在于，
在所述玻璃罩的下方，配置环状构件，
所述第1天线图案形成于所述玻璃罩的下表面，
所述第2天线图案形成于所述环状构件的下表面。
7.根据权利要求3所述的电子钟表，其特征在于，
具备与所述第2天线图案接触的销，
所述销配置于避开表冠以及侧面开关的位置。
8.根据权利要求3所述的电子钟表，其特征在于，
所述第1天线图案为圆状，并构成每隔30度重复宽幅和窄幅的图案。
9.根据权利要求3所述的电子钟表，其特征在于，
具备与所述第2天线图案接触的销，
所述第2天线图案按每大致45度进行划分，
所述销与所述第2天线图案的一部分接触。
10.一种天线装置，其特征在于，具备：
天线线，其用于接收来自卫星的电波；
供电线，其配置于所述天线线的下方，并与所述天线线进行耦合；
供电点，其与所述供电线接触；以及
接地线，其以从所述供电点向+45度或+225度方向旋转后的位置为中心而形成。
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