JP2004534467A - 腕時計バンド・アンテナ - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、一般に、小型の携帯型電子機器用、特に時計用のパッチ型アンテナに関する。より詳細には、このアンテナは、衛星測位およびナビゲーション(positioning and navigation)信号を受信でき、したがって、アメリカのGPS測位システム、ロシアのGLONASS測位システム、さらには未来の欧州衛星測位システムGALILEOと互換性のある受信器など、測位およびナビゲーション信号受信器に組み込まれるものである。また本発明は、そのようなパッチ・アンテナを含む携帯型電子機器にも関する。
【背景技術】
【0002】
パッチ・アンテナ(マイクロストリップ・アンテナとも呼ばれる)には、通常、接地プレーンと、セラミック材料などの誘電体によって接地プレーンから隔てられた放射素子とが含まれる。このタイプのアンテナの全体的な形状は、一般に平行六面体である。この放射素子および接地プレーンには、それぞれ給電導体および接地導体が接続されている。これらの導体は、通常、同軸コネクタの形に作製されており、内導体は給電導体を形成し、外導体は接地導体を形成する。このタイプのアンテナは、特にGPSまたは衛星を介して測位信号を受信する同様の受信器で使用される。
【0003】
欧州特許第0982639号は、たとえば、ユーザの手首に着用されるように意図された電子機器を記載しており、その機器は、特にGPS信号を受信するパッチ型アンテナに対応している。この文書には様々な変形形態が提示されており、そのそれぞれで、パッチ・アンテナが直接に表示デバイスに近接してプリント回路基板の表面上に置かれている。
【0004】
2000年9月28〜29日ジュネーブでのEuropean Chronometry Congress、CEC2000、セッション7、コミュニケーション19の、P.−A.Farineら(Asulab S.A.)による文書「GPS watch−Une montre a quartz analogique equipee d’un recepteur GPS a tres faible consommation」は、GPS受信器とパッチ・アンテナとを含む、腕時計形をした電子機器の他の例を提示している。この例では、パッチ・アンテナが時計の12時の領域でその接地プレーン上に置かれており、この接地プレーン自体が時計の主要なプリント回路基板上に配置されている。このアンテナの寸法は、約13×13×4mm3程度である。
【0005】
前述した解決策の欠点の1つは、アンテナとその接地プレーンとが、直接にプリント回路基板面上に、機器の電子構成部品に近接して置かれているという事実にあり、この近接性により、アンテナと、電子構成部品、特に表示デバイスおよび電子モジュールとの間の相互干渉を軽減または防止するために、構成部品を特殊な配置にし、比較的複雑なシールドを精巧に形成する必要がある。このシールドが、電子機器の様々な要素および構成部品の組立て操作を著しく複雑なものにしている。
【0006】
前述した解決策の他の欠点は、機器の外装を、アンテナの機能に干渉しない材料、特に非金属材料で作製しなければならないという事実にある。また、機器の美的外観も、機器の外装を作製するのに使用できる限られた材料選択に左右される。
【特許文献1】
欧州特許第0982639号
【非特許文献1】
European Chronometry Congress、CEC2000、セッション7、コミュニケーション19の、P.−A.Farineら(Asulab S.A.)による文書GPS watch−Une montre a quartz analogique equipee d’un recepteur GPS a tres faible consommation
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の主な目的は、電子機器の設計に高い自由度を与え、その構造が、望むなら機器の外装に金属材料の利用が可能になる小型の携帯型電子機器用のアンテナ構成を提案することである。
【0008】
本発明の他の目的は、アンテナのための堅固な機械的支持を保証し、同時に携帯型機器の電子モジュールへの電気的接続を容易かつ単純なものにする解決策を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
したがって、本発明は、独立請求項1にその特徴が記載されているパッチ型アンテナに関する。
【0010】
本発明は、また、独立請求項7にその特徴が記載されている腕時計などの小型の携帯型電子機器に関する。
【0011】
本発明の有利な実施形態は従属請求項の主題を成す。
【0012】
本発明によれば、アンテナの接地プレーンが、有利には、接地プレーンの外側に曲がって接地プレーンを電子モジュールに直接接続させる少なくとも1つの足部を含むスタンピング金属板から形成され、この足部がアンテナの接地導体を形成する。
【0013】
本発明によれば、アンテナが電子モジュールからある距離だけ離れているが、アンテナの組立ておよび接続が大幅に容易になる。実際、接地導体が有利にはアンテナの接地プレーンの一体部分を形成しているので、アンテナに給電するために同軸導体などの別個の1対の導体を機器に設ける必要がない。さらに、機器の様々な電子/電気構成部品がアンテナの接地プレーンの実質的に背後に位置するようにアンテナが配置されているので、アンテナとの干渉を軽減する利点がもたらされる。
【0014】
本発明の他の特徴および利点は、単に非限定的な例として添付の図面に示す本発明の好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を読めばより明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
図1は、全体的に参照番号1で示される、有利には腕時計の形態をした本発明による携帯型電子機器の平面図を示す。この腕時計1は、腕時計の内部に配置された電子モジュール(図2の6)に電気的に接続されたアンテナ20が取り付けられている。この例では、このアンテナ20は、1つまたはいくつかの遠隔発信源から発信された高周波信号を受け取るものである。より詳細には、このアンテナは、アメリカのNAVSTARシステムから発せられるGPS(全地球測位システム:Global Positioning System)信号などの衛星測位およびナビゲーション信号、あるいはロシアのGLONASSシステムや未来の欧州衛星測位GALILEOシステムなどの同様のシステムから発せられる他の衛星測位信号を受け取るものである。
【0016】
腕時計1は、従来の腕時計と同様の全体的外観を有し、アンテナ20に加えて、全体が参照番号2で表されているケースと、ケース2に取り付けられたリストバンド(図示せず)と、ガラス3と、その下に配置され、ケース2内に収容された表示デバイス5(液晶表示など)と、制御部材12〜16、すなわち5つの押しボタンとを含んでおり、押しボタンの1つ(16)が6時の位置に置かれ、他の4つ(12〜15)がケース2の外周部にある。
【0017】
図2は、図1に示す腕時計1の、6時〜12時の軸に平行に腕時計の中心を通過する線A−A’に沿った断面を示す。やはり、ケース2と、ガラス3と、表示デバイス5と、パッチ・アンテナ20と、6時の位置に置かれた押しボタン16とを見ることができる。腕時計1は、さらに、ケース2の内部に配置された電子モジュール6を含んでおり、これには特に、機器の様々な電子/電気構成部品が実装されたプリント回路基板60と、特に電子モジュール6および表示デバイス5に電力を供給する電源10とが含まれる。この例では、電源10はケース2の底部に置かれた充電式蓄電池である。ただし、この電源10は、従来のバッテリとすることができ(その場合、交換できるように好ましくはケース底部にバッテリ・ハッチを設けなければならない)、あるいは十分な電力を供給できる他のいずれかの供給源とすることができる。
【0018】
図2に示すように、表示デバイス5すなわち液晶表示は、電子モジュール6の上に重ねて、電子モジュール6の上面の上に置かれている。表示デバイス5は、可撓性コネクタ50によって電子モジュール6に電気的に接続されている。表示デバイス5と電子モジュール6との間に、参照番号56で表されるエレクトロ・ルミネッセント・シートが挿入されている。このエレクトロ・ルミネッセント・シート56は、57で表される1対のコネクタによって電子モジュール6に電気的に接続されている。ただし図2では、説明のために一方のコネクタしか示されていない。各コネクタ57には、スタッドと接点バネとが含まれる。
【0019】
図2では、参照番号100、102、104、106が、モジュール6の電子回路をシールドする金属板を示していることに留意されたい。
【0020】
ケース2には、底部4aと側壁4bとを有する外装本体4と、外装本体4上に嵌合したベゼル7を形成する要素とが含まれる。底部4aおよび側壁4bが一体品に作製されることが好ましいが、別個の2個の部品を合わせて組み立てることも想定でき、この例ではそれらが一体となって、通常はリストバンド(図示せず)がその上に取り付けられる、腕時計1の裏面カバーの中央部を形成する。
【0021】
ベゼル要素7は、外装本体4に、あるいはより正確には外装本体4の側壁4bに嵌合して、ガラス3を支持しており、ガラス3が要素7に接着または溶着されていることが好ましい。
【0022】
有利には、このベゼル要素7がプラスチック材料製であり、ガラス3が、たとえば公知の超音波方法によって溶着されている。
【0023】
ベゼル要素7が、たとえば、要素7の外周に形成されたショルダと、外装本体4の側壁4bに形成された同様のショルダとの間に置かれたOリング・ジョイント30によって、外装本体に耐水的に嵌合することが好ましい。
【0024】
本発明のこの実施形態によれば、アンテナ20は、ベゼル要素7によって機械的に支持され、7aで表されるその外面上に置かれている。このアンテナ20は、必要ならば、外面7a上に接着させ、あるいは他の適切な固定手段によって保持させることができる。アンテナ20は、有利には、12時のところで、表示デバイス5および電子モジュール6が配置されているIIで表されている平面に対して傾いた位置に配置される。したがって、アンテナは、ユーザが表示デバイス5上のデータを読むときの手首の自然な位置についてGPS信号の受信が最適化されるように、有利にはほぼ上方を向いている。また要素7は、アンテナ20に加え、腕時計の制御部材12〜16も支えていることに留意すべきである。
【0025】
腕時計1がまた、ケース2内でベゼル要素7と外装本体4の底部4aとの間に配置された、ケーシング・リングを形成する追加要素8を含むことが好ましい。要素7と8は、一面では、表示デバイス5と電子モジュール6とが内部に収容された容器の上側部分と底側部分とを形成している。ケーシング・リング要素8と外装本体4の底部4aとの間には、電源10が配置されている。この蓄電池を、代替的に、表示デバイス5と電子モジュール6と共に要素7と8との間に収容できることが容易に理解できるであろう。
【0026】
外装本体4が金属材料製で、ベゼル要素7(および要素8)がプラスチック材料製であることが好ましい。また、参照番号11(図1参照)で表される本質的に環状の外装要素も、たとえばスナップ嵌めによって要素7に嵌合されてその要素7を覆っている。この例では、外装の環状要素11は、外装本体4を作製するのに使用される材料と同様の材料で作製されることが好ましく、アンテナ20を格納する開口11a(図1に示す)を有する。また、アンテナ20を外部環境から保護するために、誘電性材料製の保護蓋9もベゼル要素7に追加される。あるいは、外装の環状要素11と保護蓋9とを、アンテナ20の機能を妨害しない1個の材料片で作製できることが容易に理解できるであろう。
【0027】
図2を再度より詳細に参照すると、パッチ・アンテナ20が、本質的に平行六面形であり、セラミック要素などの誘電体22によって大きな寸法の接地プレーン23から隔てられた放射素子21を含むことがわかるであろう。放射素子21は、接地プレーン23から絶縁され、誘電体22を通過して電子モジュール6に接続される給電導体25によって給電されており、要素7に給電導体25を通すための開口7cが設けられている。接地プレーン23自体は、やはり開口7cを通過する別個の接地導体26によって電子モジュールに電気的に接続されている。
【0028】
したがって本発明によれば、アンテナ20が、その接地プレーン23を介してベゼル要素7の外面7a上に置かれる。従来技術の解決策では、このタイプのアンテナは、一般に電子モジュールの表面上に並べられており、これには前述した欠点、すなわち、時計の電子回路との干渉が大きいので特殊なシールドが必要であり、望ましい場合でも金属材料製のケースを作製できないという欠点があった。アンテナ20の接地プレーン23がベゼル要素7の外面7aに接着されることが好ましいことに留意する必要がある。
【0029】
ここで、図3a、3b、4a、4bを参照すると、パッチ・アンテナ20の特定の構造と特にその接地プレーン23とがより詳細に示されている。図3aおよび3bは、それぞれ、本発明の第1の実施形態の範囲内で使用されるパッチ・アンテナ20の断面図および平面図を示す。やはり、放射素子21、誘電体22、および接地プレーン23、ならびに給電導体25および接地導体26を見ることができる。
【0030】
図3bに示されているように、特にアンテナ20が円形のタイプの偏波を有するように、給電導体25の中心が放射素子21の対称中心に対してずれている。またこの中心がずれた位置が、アンテナのインピーダンスの規定に寄与することに留意されたい。また、給電導体25が接地導体26から隔てられている距離は、従来のように、適切なやり方でアンテナを関連受信回路に整合させるように選択される。コネクタ25、26の具体的な形状が、アンテナの特性インピーダンスを規定することに留意されたい。
【0031】
より詳細には、本発明によれば、接地プレーン23には、接地プレーン23の外に延びて接地導体26を形成する2つの足部26aおよび26bが含まれる。これらの足部26a、26bが、給電導体25の両側に対称的に並ぶように配置されていることに留意されたい。図4aおよび4bは、接地プレーン23の構造をより詳細に示している。この接地プレーン23は、有利には、従来のスタンピング方法によって形成された金属板で作製される。この板は、初めに中央開口部23aを有するように切り抜かれ、その開口部に、中央開口部23aが形成されて本質的に「U」字形とされた突出部23bが突き出ており、、最終的にはそこから足部26a、26bが形成される。切断操作が終わったときの接地プレーン23の構造が図4bに破線で示されており、この段階の足部が参照番号26a*および26b*によって表されている。次いで、突出部23bが折り曲げられて、図のように接地プレーン23の外へ延びる足部26a、26bが形成される。給電導管25が、図3aおよび3bに示されているのと同様の外形を有するように形成されることに留意されたい。この例では、足部26a、26bおよび給電導体25の外形は、アンテナが接続される電子モジュールに対して、このアンテナが傾いた位置にくるように選択される。
【0032】
本発明によれば、接地導体26が接地プレーン23の一体部分を形成しているので、アンテナ20が直接電子モジュール6上には置かれていないが、アンテナ20の電子モジュール6への接続が大幅に単純化されることに留意されたい。図2に示されているように、接地導体26すなわち接地プレーン23の足部26aおよび26bと、給電導体25とが、溶接、はんだによって電子モジュール6のプリント回路基板60に直接接続されており、それぞれの対応する接点オリフィスがプリント回路基板60内に配置されていることに留意されたい。
【0033】
また、ここに提案する、導体25、26で形成されるアンテナ・コネクタが、アンテナとプリント回路基板60上のライン(図示せず)との間でそのインピーダンスが適合されているラインを規定するので、不整合損失(ミスマッチ・ロス)が最小限に抑えられることに留意されたい。
【0034】
図1および図2の例では、アンテナが、外装本体4上に嵌合したベゼル要素7によって機械的に支持されていることに留意されたい。この構築は、金属製の外装本体を含む携帯型機器を作製するのに特に有利である。この独特の構築に関するさらなる詳細については、2001年7月5日に本出願人の名称で出願された欧州特許出願第01202593.8号を参照することができる。なお、その優先権をここに主張する。
【0035】
本発明の主題を成すアンテナおよびその接地プレーンの特定の構造が、図1および図2の具体的な例だけに限定されないことに留意されたい。したがって、同様の構造を異なる構築で使用することも完全に想定可能である。たとえば、図5は、想定できる本発明の他の実施形態を示しており、アンテナの接地プレーンが携帯型電子機器のシールド板の一体部分を形成している。図1および図2の実施形態とは異なり、アンテナの接地プレーン23が、追加要素(ベゼル要素7など)にはもはや置かれておらず、機器の電子回路のシールドに固定されていることに留意されたい。図5の構築が、非金属製(たとえばプラスチック製)の外装、あるいは一般的に、アンテナの機能を妨害しない材料製の外装が設けられた携帯型機器の作製に適していることは言うまでもない。
【0036】
図5の例では、本発明による携帯型電子機器の他の実施形態を成す腕時計が、全体を参照番号1*で表されている。図示された断面(時計の6時〜12時の軸に沿った断面)では、本質的に、やはり図2の断面図と同じ要素、すなわち、ガラス3、可撓性コネクタ50によって電子モジュール6のプリント回路基板60に接続された表示デバイス5、表示デバイス5の下方に置かれたエレクトロルミネッセント・シート、電源10、ならびにパッチ・アンテナ20と、その放射素子21、その誘電体22、その接地プレーン23、その給電導体25および接地導体26とが見られる。これらの要素5、6、10、20は、ここでは参照番号2*によって表される、2つの組み合わされた部品4a*および4b*で形成されたケース内に収容されている。この例では、底側部品4a*が機器の裏面カバーの中央部を形成し、上側に追加された要素4b*が、一面では、機器1*のケースのためのカバーを形成している。
【0037】
図5に概略的に示されているように、この機器は、また、プリント回路基板60の上面および底面上にそれぞれ配置されたシールド要素100*および102*を含む。より詳細には、上部シールド要素100*がスタンピング金属板で形成されており、その端部がアンテナ20の接地プレーン23を形成している。したがってこの例では、前述の実施形態とは異なり、アンテナ23の接地プレーンがアンテナのシールド構造の一体部分を形成する。アンテナが、常にプリント回路基板60からある距離をあけて置かれ、前記プリント回路基板60の面上に直接には置かれないことに留意すべきである。この構成によって、電子モジュール6上の空間が解放され、機器の電気/電子構成部品のほとんどをアンテナの背後に配置してその操作特徴を改善することができる。さらに、必然的に、機器の外装設計について高い自由度が得られる。最後に、アンテナの接地導体26が接地プレーン23の一体部分を形成するという事実から、アンテナ20の電子モジュール6への電気的接続がやはり容易なままである。
【0038】
この第2の実施形態では、接地プレーン23全体がシールド板100*によって形成されるという事実を除き、アンテナ20の接地プレーン23の構成が、図3a、3b、4a、4bに示した構成に対してほとんど変わっていないことに留意されたい。したがって、それについて再度説明はしない。
【0039】
また、表示デバイス5によって表示されるデータを普通に読むときの測位信号を受信するアンテナの向きを最適化するために、やはりアンテナ20が、表示デバイス5および電子モジュール6が位置する平面に対して傾いた平面内に配置されていることにも留意されたい。
【0040】
特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本記載内容に記載した実施形態に当業者に自明の様々な変更および/または改善を実施できることが、全般的に理解されよう。特に、本発明は、図に示した腕時計に限定されるものではなく、手首上に装着可能/装着不可能な他の携帯型機器にも適用することができる。さらに、アンテナを常に12時のところに配置された状態で示したが、言うまでもなく、このアンテナを中心からずれた他の位置、たとえば、9時、3時、6時、あるいは対角線上までにも配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の第1の実施形態を形成する腕時計の平面図である。
【図2】図1の線A−A’に沿った腕時計の断面図である。
【図3】図1の腕時計に嵌合したパッチ型アンテナの断面図(a)と平面図(b)である。
【図4】図3aおよび3bに示したアンテナの接地プレーンの断面図(a)と平面図(b)である。
【図5】やはり腕時計の形態をした本発明の第2の実施形態を示す、図2と同一のタイプの断面図であり、アンテナの接地プレーンが機器のシールド板の一体部分を形成している図である。
Claims (10)
- 誘電体(22)によって接地プレーン(23)から隔てられた放射素子(21)を含み、さらに、前記放射素子および前記接地プレーン(23)をそれぞれ電子モジュール(6)に電気的に接続させる給電導体(25)および接地導体(26)を含む、小型の携帯型電子機器用のパッチ型アンテナ(20)であって、
前記接地プレーン(23)が、前記接地プレーンの外側に曲がって前記接地プレーン(23)を前記電子モジュール(6)に直接接続させる少なくとも1つの足部(26a、26b)を含むスタンピング金属板から形成され、前記足部(26a、26b)がアンテナの前記接地導体(26)を形成することを特徴とするアンテナ。 - 接地プレーン(23)を形成する前記スタンピング金属板が中央開口部(23a)を有しており、その中に、突出部(23b)が突出し、接地プレーン(23)の外側に曲がり、前記接地導体(26)を形成する第1および第2足部(26a、26b)を形成するように開口する、本質的に「U」字形を有することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
- 前記接地プレーン(23)が携帯型電子機器のシールド板(100*)の一体部分を形成することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
- 前記アンテナが前記電子モジュールに対して傾いた位置にくるように、前記少なくとも1つの足部(26a、26b)が前記接地プレーン(23)の外側に延びることを特徴とする請求項2または3に記載のアンテナ。
- 前記給電導体(25)の中心が、放射素子(21)の対称中心に対してずれていることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
- 前記接地プレーン(23)が、前記接地導体(26)を形成する、給電導体(25)の両側に対称的に並ぶように配置された第1および第2足部(26a、26b)を含むことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
- 電子モジュール(6)と、前記電子モジュール(6)に電気的に接続されたパッチ型アンテナ(20)とを含む、腕時計(1、1*)などの小型の携帯型電子機器において、前記アンテナ(20)が、誘電体(22)によって接地プレーン(23)から隔てられた放射素子(21)を含み、さらに、前記放射素子および前記接地プレーン(23)をそれぞれ前記電子モジュール(6)に電気的に接続させる給電導体(25)および接地導体(26)を含む機器であって、
前記接地プレーン(23)が、前記接地プレーンの外側に曲がって前記接地プレーン(23)を前記電子モジュール(6)に直接接続させる少なくとも1つの足部(26a、26b)を含むスタンピング金属板から形成され、前記足部(26a、26b)がアンテナの前記接地導体(26)を形成することを特徴とする機器。 - 接地プレーン(23)を形成する前記スタンピング金属板が中央開口部(23a)を有しており、その中に、突出部(23b)が突出し、接地プレーン(23)の外側に折れ曲がり、前記接地導体(26)を形成する第1および第2足部(26a、26b)を形成するように開口する、本質的に「U」字形を有することを特徴とする請求項7に記載の機器。
- 前記接地プレーン(23)が携帯型電子機器のシールド板(110*)の一体部分を形成することを特徴とする請求項7に記載の機器。
- 前記アンテナが、前記電子モジュール(6)が配置されている平面(II)に対して傾いた位置に配置されることを特徴とする請求項7に記載の機器。
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