JP2012075091A - 小型電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導電体で形成された小型の筐体にアンテナを収納すると共に、当該アンテナを小型化する。
【解決手段】時計装置１は、金属製の凹状容器で構成された筐体２を有しており、筐体２の凹部１０には、時計動作部２１のほか、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するための逆Ｆアンテナ部３が配設されている。逆Ｆアンテナ部３は、文字盤１１の背面にあるが、文字盤１１は、誘電体であるため、逆Ｆアンテナ部３は、ガラス板１２、文字盤１１を透過した電波を受信することができる。また、励起導電板４の形状により励起導電板４に複数の電気長部分を形成して逆Ｆアンテナ部３を多周波数化することができる。更に、凹部１０の内周面と励起導電板４の外周部の少なくとも一部を所定距離以下に近接させると、逆Ｆアンテナ部３の共振周波数を低くすることができる。これにより、逆Ｆアンテナ部３を小型化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型電子装置に関し、例えば、逆Ｆアンテナを用いるものである。

近年、腕時計、携帯端末、センサなどの小型の電子装置に内蔵できる高性能なアンテナの要望が高まっている。
このような技術として、特許文献１に、腕時計にアンテナを設ける技術が開示されている。
この技術は、時計の動作機構を収納する金属容器の外周面に、当該円筒筐体に接地する逆Ｆアンテナを設けたものである。

しかし、金属容器の外周面にアンテナを設ける場合、更に、その外周を覆う誘電体の筐体を要するため、時計が大型化するという問題があった。
また、時計の筐体を金属製としたいとの要望もあり、金属筐体の内部にアンテナを設置する場合、金属容器の影響により十分なアンテナの性能が得られない、時計機構の設置スペースが制限される、という問題があった。

特開２００１−１８５９２７号公報

本発明は、導電体で形成された小型の筐体にアンテナを収納すると共に、当該アンテナを小型化することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、接地部として機能する第１の導電板と、前記第１の導電板と平行に配置された励起用の第２の導電板と、一端が前記第１の導電板に接続し、他端が前記２の導電板に接続した短絡部材と、前記短絡部材と所定の距離を隔てて前記第２の導電板に接続し、前記第１の導電板を貫通する伝送部材と、電波送信元より送信された電波によって前記第２の導電板に生じた励起を、前記伝送部材を介して検出して前記電波による信号を受信する受信部と、前記第１の導電板、前記第２の導電板、前記短絡部材、前記伝送部材、及び前記受信部を収納する凹部が形成された導電性の筐体と、を具備し、前記凹部の内周部と、前記第２の導電板の外周部の少なくとも一部は、前記第２の導電板の共振周波数が低周波数側にシフトする所定距離以下に配設されていることを特徴とする小型電子装置を提供する。
請求項２に記載の発明では、前記第１の導電板は、前記凹部の底面と平行に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の小型電子装置を提供する。
請求項３に記載の発明では、前記所定距離以下となる部分は、前記凹部の内周部と、前記第２の導電板の外周部の少なくとも一方に形成された突起部によって構成されていることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の小型電子装置を提供する。
請求項４に記載の発明では、前記突起部は、前記第２の導電板と同一平面内に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の小型電子装置を提供する。
請求項５に記載の発明では、前記第２の導電板は、前記凹部の内周に沿って湾曲又は屈曲していることを特徴とする請求項１から請求項４までのうちの何れか１つの請求項に記載の小型電子装置を提供する。

本発明によれば、逆Ｆアンテナに導体を近接させることにより、導電体で形成された小型の筐体にアンテナを収納すると共に、当該アンテナを小型化することができる。

時計装置の構成を説明するための図である。 励起導電板と接地導電板の幅の関係について説明するための図である。 励起導電板の各種形状について説明するための図である。 励起導電板に容量を装荷する例を説明するための図である。 励起導電板をパラスティック構造とする例を説明するための図である。 励起導電板をスタック構造とする例を説明するための図である。 スタック構造で多周波数対応を可能とした逆Ｆアンテナ部の説明図である。 アンテナの周波数特性を変化させた逆Ｆアンテナ部３の説明図である。 実験結果を説明するための図である。 シミュレーション結果を説明するための図である。

（１）実施形態の概要
時計装置１（図１（ｂ））は、金属製の凹状容器で構成された筐体２を有しており、筐体２の凹部１０には、時計動作部２１のほか、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するための逆Ｆアンテナ部３が配設されている。
逆Ｆアンテナ部３は、文字盤１１の背面にあるが、文字盤１１は、誘電体であるため、逆Ｆアンテナ部３は、ガラス板１２、文字盤１１を透過した電波を受信することができる。

逆Ｆアンテナ部３は、金属で形成された筐体２の影響を受けにくいことが本願発明者によって実験より明らかになっており、時計動作部２１は、逆Ｆアンテナ部３で受信した電波から時刻情報を取得して時刻補正を行う。
また、励起導電板４の形状により励起導電板４に複数の電気長部分を形成して逆Ｆアンテナ部３を多周波数化することができる。
更に、凹部１０の内周面と励起導電板４の外周部の少なくとも一部を所定距離以下に近接させると、逆Ｆアンテナ部３の共振周波数を低くすることができる。これにより、逆Ｆアンテナ部３を小型化することができる。

このように、本実施の形態では、キャビティ（筐体２）内に逆Ｆアンテナを入れ、電子装置の小型化を図ると共に、多周波にも対応するエレメント（励起導電板４）を有する。 また、逆ＦアンテナにキャビティによりＣ（容量）を装荷することで、共振周波数をコントロールし更なる小型化を図る。

（２）実施形態の詳細
本実施の形態では、時計装置の内部に逆Ｆアンテナを設置し、一例として、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ）衛星からの電波を受信する。
ＧＰＳ衛星は時刻情報を送信しており、時計装置は、これを用いて表示している時刻を自動補正する。
これにより、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できる場所であれば、世界中どこでも時刻を自動補正することができる。

腕時計の筐体のように、金属製の凹状容器内にアンテナを設置する場合、逆Ｆアンテナが有効であることが、本願発明者の実験により明らかになった。実験結果については後ほど説明する。
また、逆Ｆアンテナは、小型化性、軽量性、占有率（腕時計の筐体内で占める領域の割合）、側面性（腕時計の筐体に合わせて湾曲できる性質）、背面性（文字盤の背面に収納できる収納性）が優れているため、腕時計や、その他の小型電子装置への実装に適している。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る時計装置１を上面から見たところを示した図である。
なお、煩雑化を避けるため、筐体２と逆Ｆアンテナ部３を図示し、他の構成は省略してある。
時計装置１は、腕時計用として構成されているが、据置型の時計であってもよい。

筐体２は、円筒部分と底面部分によって凹部１０が形成された凹状容器（キャビティ）であって、例えば、ステンレスなどの金属によって構成されている。円筒部分の内径は４０［ｍｍ］程度、またはそれ以下の寸法でよい。
なお、本実施の形態では、筐体２は、円筒形に形成するが、矩形の底面と矩形の側面を有する形状など、凹状の容器であればよい。
逆Ｆアンテナ部３は、接地導電板７、励起導電板４、短絡ピン５、伝送ピン６から構成されており、本実施の形態では、キャビティ装荷型逆Ｆアンテナを構成している。

接地導電板７は、筐体２の内周面に沿って湾曲しており、板面が凹部１０の底面と平行になるように、外周側が筐体２の内周面に接合している。接地導電板７は、筐体２と電気的に接続しているが、絶縁されていてもよい。

励起導電板（放射導電板）４は、接地導電板７の形状に対応して湾曲しており、励起導電板４の一端に設けられた短絡ピン５によって、接地導電板７の上側の空間に接地導電板７と平行に支持されている。但し、励起導電板４は、接地導電板７に対して電気的に接触しない範囲で支持されていればよく、必ずしも完全な平行状態である必要はなく、例えば、多少ずれた平行状態であってもよい。
励起導電板４の他端は開放端となっている。
このように、励起導電板４の外周部は、湾曲する外周側の辺、湾曲する内周側の辺、及び両端部から構成されている。

励起導電板４の長さは、ＧＰＳ衛星から送信される電波の波長の４分の１程度、または、４分の１以下の寸法に設定されている。ＧＰＳ衛星から送信される電波の周波数は１．５［ＧＨｚ］であるため、励起導電板４の長さは、５０［ｍｍ］程度、または、５０［ｍｍ］以下の寸法となり、これを湾曲させると腕時計に収納できる程度の大きさとなる。
また、励起導電板４と接地導電板７の間に誘電体を配置して電波の波長を縮めることにより、励起導電板４や接地導電板７の長さを短くし、逆Ｆアンテナ部３を更に小型化することも可能である。

短絡ピン５は、一端が接地導電板７の端部に接合し、他端が励起導電板４の端部に接合し、励起導電板４を物理的に支持すると共に、励起導電板４を接地導電板７に短絡させることにより接地している。
伝送ピン（給電ピン）６は、同軸線路等の中心導体（心線）によって構成されており、短絡ピン５よりも励起導電板４の開放端側に、短絡ピン５から所定距離の位置に設けられている。
伝送ピン６の一端は、励起導電板４に接合し、他端は、接地導電板７に設けられた貫通孔８を貫通して図示しない時計動作部に接続している。
励起導電板４が電波によって励起されると、励起導電板４の電位の変化が伝送ピン６によって伝送される。
上述の通り、伝送ピン６を構成する同軸線路等の中心導体は励起導電板４に接続され、一方、同軸線の外部導体は貫通孔８部分で接地導電板７に接続されている。

励起導電板４、短絡ピン５、接地導電板７は、何れも真鍮などの金属を用いた導電性部材によって形成されているが、導電性樹脂などを用いたり、誘電体基板上に形成することも可能である。
受信電波が凹部１０で共振すると逆Ｆアンテナ部３の性能が低下するため、凹部１０の共振周波数が逆Ｆアンテナ部３の受信周波数と異なるように凹部１０の形状や大きさが設計されている。
より好ましくは、凹部１０の共振周波数が逆Ｆアンテナ部３のバンド幅の外側となるように、凹部１０の形状や逆Ｆアンテナ部３の寸法が設計されている。なお、バンド幅は、励起導電板４と接地導電板７の距離などにより調整することができる。

図１（ｂ）は、時計装置１を側面から見た断面図である。
凹部１０の開口部側には、時刻表示用の文字盤１１が嵌めてあり、更に、凹部１０の開口部端部には、文字盤１１などを保護するためのガラス板１２が嵌めてある。
文字盤１１の背面には逆Ｆアンテナ部３が配置されている。文字盤１１は、誘電体で形成されており、ＧＰＳ衛星からの電波は、ガラス板１２、文字盤１１を透過して逆Ｆアンテナ部３に到達する。

凹部１０の文字盤１１の下で、逆Ｆアンテナ部３が形成されていない領域、即ち、逆Ｆアンテナ部３の下側の空間、及び、逆Ｆアンテナ部３の湾曲の内周側の空間には、時計動作部２１が設置されている。
逆Ｆアンテナ部３は、筐体２の内周面に沿って湾曲しているため、凹部１０に時計動作部２１を設置する空間を十分に確保することができる。

時計動作部２１は、時針駆動用モータ、水晶振動子、などを備えており、図示しない内蔵電池により駆動する。
時計動作部２１は、水晶振動子の振動に合わせて、短針２２、長針２３、秒針（図示せず）などをモータによって駆動する。
時計装置１のユーザは、文字盤１１における短針２２、長針２３により現在時刻を認識することができる。なお、時計装置１を、アナログ式時計でなくデジタル式時計としてもよい。

また、時計動作部２１は、伝送ピン６によって、ＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ信号に含まれる時刻情報によって、現在の日時刻を検出する。そして、時計動作部２１は、検出した現在日時刻と一致するようにモータを駆動して、短針２２、長針２３、秒針の位置を調節する。
このように、時計装置１は、逆Ｆアンテナ部３によってＧＰＳ信号を受信し、時刻補正を自動的に行うことができる。

図２は、励起導電板４と接地導電板７の幅の関係を説明するための図である。
接地導電板７の幅Ｗ２は、好ましくは、励起導電板４の幅Ｗ１以上であり、より好ましくは、Ｗ２≧２Ｗ１である。接地導電板７の長さは、励起導電板４の長さ以上が好ましい。

図３の各図は、励起導電板の各種形状について説明するための図である。
図３（ａ）は、励起導電板４を内周側と外周側を円弧により形成した例である。この場合、短絡ピン５を対象線に対し、内周側の電気長３１が外周側の電気長３２よりも短くなる。このため、共振周波数が電気長３１に対応するものと電気長３２に対応するものの２つが存在し、逆Ｆアンテナ部３の多周波化を図ることができる。なお、内周側に凸部を形成したり凹凸を形成して電気長３１と電気長３２を等しくしてもよい。

図３（ｂ）は、励起導電板４の内周側に凹部４１、４１、４１を設けることにより、内周側の電気長３１と外周側の電気長３２を等しく形成した例である。
逆Ｆアンテナ部３を多周波数化する必要がない場合は、電気長３１、３２が等しくなるように形成する。一方、図３（ａ）のように電気長３１、３２が異なっていても、短絡ピン５と伝送ピン６との間の間隔、または、それらの素子形状等を調整することにより単周波数化することもできる。

図３（ｃ）は、励起導電板４にくの字型のスリット４３ａ、４３ｂ、４３ｃを設けることにより、更なる多周波数化を図った例である。
スリット４３ａ、４３ｂ、４３ｃは、くの字型が励起導電板４の中心線に対して対称となるように、短絡ピン５から励起導電板４の先端に向かってこの順に形成されている。
励起導電板４の内周側に関しては、全内周側に対応する電気長３１ｄの他、スリット４３ａ、４３ｂ、４３ｃに対応する電気長３１ａ、３１ｂ、３１ｃが存在する。
同様に、励起導電板４の外周側に関しては、電気長３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが存在する。このため、逆Ｆアンテナ部３において、多周波数化が可能となる。

図３（ｄ）は、励起導電板４の外周側に凹部４５、４５、４５を設けて、内外周の電気長の差をより大きくした例である。
これにより、内周側と外周側の共振周波数の差をより大きくすることができる。なお、外周側に凸部を形成したり凹凸を形成して電気長差を大きくしてもよい。

次に、励起導電板４に容量を装荷することにより、逆Ｆアンテナ部３を小型化する例について説明する。
本発明者の実験によると、励起導電板４の外周部の近傍に導電部材を設置すると、逆Ｆアンテナ部３の共振周波数が低下することが見出された。
これは、同じ周波数に対して、導電部材を設置しない場合よりも、導電部材を設置した場合は、逆Ｆアンテナ部３を小型化できることを意味する。
そこで、以下では、励起導電板４の近傍に導電部材として金属部材を設置する例について説明する。

図４（ａ）は、励起導電板４の開放端の外周面に対向して、筐体２に形成された凹部１０の内周面に突起部５１（スタブ）を設けた例である。なお、以下では、接地導電板７は、図の煩雑化を避けるため、図示していない。
突起部５１は、金属板によって形成されており、励起導電板４と同一平面、もしくは、励起導電板４の上面または下面に形成されている。
突起部５１の外周側は、凹部１０の内周面に接地されており、内周側は、開放端となっている。

このように突起部５１を形成すると、突起部５１と励起導電板４の対向する部分が容量により結合するため、励起導電板４に容量が装荷されて励起導電板４の共振周波数が低下し、励起導電板４を小型化してもＧＰＳ衛星からの電波を受信することができる。
また、接地導電板７と励起導電板４の間に誘電体を設け、更に小型化を図ることもできる。

図４（ｂ）は、励起導電板４の短絡ピン５側に突起部５１を設けた例である。このように、突起部５１は、短絡ピン５側に形成してもよい。
図４（ｃ）は、励起導電板４の開放端側と短絡ピン５側の両方に突起部５１を設けた例である。このように、突起部５１を複数設けると、より共振周波数を低周波数側にシフトさせることができる。

図４（ｄ）は、励起導電板４を矩形形状の金属板によって形成し、凹部１０の中央に配置した例である。長手方向の中心線は、筐体２の中心に位置している。
励起導電板４の短絡ピン５側には、励起導電板４の端部と対向する突起部５１が凹部１０の内周面に設けてある。このように、励起導電板４を矩形形状に形成することも可能である。

図４（ｅ）は、矩形形状を有する励起導電板４の自由端側に突起部５１を設けた例である。
図４（ｆ）は、励起導電板４の短絡ピン５側、及び自由端側の両方に突起部５１を設けた例である。

図４（ｇ）は、凹部１０の内周面に沿って湾曲する励起導電板４の外周側を凹部１０の内周面に近接させることにより、励起導電板４に容量を装荷し、励起導電板４の共振周波数を低減した例である。
この場合、突起部５１を設けずとも、励起導電板４の共振周波数を低周波数側にシフトさせることができる。

図４（ｈ）は、矩形形状の励起導電板４の短絡ピン５側を凹部１０の内周面に近接させることにより、励起導電板４と筐体２の間に生じる容量を励起導電板４に装荷し、励起導電板４の共振周波数を低減した例である。励起導電板４の短絡ピン５側の端部は、凹部１０の内周面に沿って円弧状に形成されている。

図４（ｉ）は、励起導電板４を楕円状に形成した例である。このように、励起導電板４を楕円形状や円形状に形成することもできる。この場合、励起導電板４に特定のモードを誘起するために、励起導電板４の外周に切り込み部を設けてもよい。
短絡ピン５は、長軸状の端部側に設けられ、当該端部は、筐体２の内周面に近接して設けられている。
励起導電板４の外周と凹部１０の内周の距離は、短絡ピン５から遠ざかるほど大きくなり、短絡ピン５に近いほど、小さくなる。このため、短絡ピン５付近では容量が装荷され、励起導電板４の共振周波数を低周波数側にシフトさせることができる。

図４（ｊ）は、励起導電板４の自由端の外周側に突起部５１を設けた例である。突起部５１と凹部１０の内周面が容量によって結合し、励起導電板４の共振周波数が低周波数側にシフトする。このように、励起導電板４に突起部５１を設けてもよい。
このように、励起導電板４の外周部に突起部５１を設け、当該突起部５１と凹部１０の内周面が所定値以下となることによっても、励起導電板４の共振周波数を低周波数側にシフトさせることができる。

図４（ｋ）は、筐体２を矩形形状に形成し、励起導電板４を凹部１０の内周に沿って屈曲させた例である。
自由端の外周側に、凹部１０の内周面と近接する突起部５１が設けられている。突起部５１は、凹部１０の内周の方に設けてもよい。
このように、励起導電板４を屈曲して形成してもよい。
なお、図４（ａ）から（ｆ）、図４（ｊ）および（ｋ）では、突起部５１は、励起導電板４の端部に相当する位置に設けられたが、中間点などに設けても良く、その位置は限定されることは無い。

図５の各図は、複数の励起導電板４を励起導電板４の平面内で複数配置するパラスティック構造とした場合を説明するための図である。
複数の励起導電板４が容量によって結合することにより共振周波数が低周波数側にシフトすると共に、励起導電板４が湾曲しているため、共振周波数の多周波数化を実現することができる。
なお、図の煩雑化を避けるため、筐体２、接地導電板７などは図示していない。

図５（ａ）〜（ｃ）は、励起導電板４ａの内周側に所定距離を隔てて励起導電板４ｂを設けた例である。
図５（ａ）では、励起導電板４ａは、短絡ピン５ａで接地されると共に、伝送ピン６ａが設けられている。一方、励起導電板４ｂは、短絡ピン５ｂが設けられている。
この場合、励起導電板４ａで電波を受信する。励起導電板４ａ、４ｂが容量により結合するため、励起導電板４ａの共振周波数は、シフトする。

図５（ｂ）は、励起導電板４ｂに伝送ピン６ｂを設け、伝送ピン６ａと伝送ピン６ｂを伝送線で結合している。
この場合、励起導電板４ａ、４ｂの双方を電波の受信に用いることができ、共振周波数のシフトと多周波数化を図ることができる。

図５（ｃ）は、励起導電板４ａには、短絡ピン５ａを設け、励起導電板４ｂには、短絡ピン５ｂと伝送ピン６ｂを設けた例である。
この場合、励起導電板４ｂで電波を受信する。励起導電板４ａ、４ｂが容量により結合するため、励起導電板４ｂの共振周波数は、低周波数側にシフトする。

図５（ｄ）は、外周側より内周側へ、励起導電板４ａ、４ｂ、４ｃを順に配置し、励起導電板４ａには、短絡ピン５ａを設け、励起導電板４ｂには、短絡ピン５ｂ、伝送ピン６ｂを設け、励起導電板４ｃには、短絡ピン５ｃを設けた例である。
この場合、励起導電板４ｂで電波を受信する。励起導電板４ｂは、励起導電板４ａ、４ｃと容量により結合するため励起導電板４ｂの共振周波数はシフトする。
励起導電板４ａの外周側、及び励起導電板４ｃの内周側に、更に、多くの励起導電板４を配置してもよい。

図５（ｅ）は、励起導電板４ａの自由端側に、当該自由端と対向する端部を有する励起導電板４ｂを設置した例である。励起導電板４ａには、短絡ピン５ａ、伝送ピン６ａが設けてあり、励起導電板４ｂには、短絡ピン５ｂが設けてある。この場合、励起導電板４ａで電波を受信する。励起導電板４ａの自由端側は、励起導電板４ｂの自由端側と容量により結合しており、励起導電板４ａの共振周波数は低周波数側にシフトする。
なお、図５（ａ）から（ｄ）では、各々の励起導電板は同じ開き角であったが、各々異なった開き角、長さであってもよい。

図６から図８に示した各図は、励起導電板４を板面に垂直な方向に積層するスタック構造とした場合の逆Ｆアンテナ部３を側面から表した図である。
何れも、接地導電板７から所定距離を隔てて励起導電板４ａを接地導電板７に平行に設け、励起導電板４ａの上側に励起導電板４ａから所定距離を隔てて励起導電板４ｂを励起導電板４ａに平行に設けたものである。ここで平行の意味は、完全なる平行でなくても良く、電気的に接触しない範囲で支持された状態であれば良く、例えば、多少ずれた平行状態であってもよい。
励起導電板４ａ、４ｂの形状は、湾曲しているものとするが、矩形であってもよい。

図６は、励起導電板４ａの長さをａ１とし、これと同じ長さａ１の励起導電板４ｂを上方に配置した逆Ｆアンテナ部３の各例を表したものである。
このように図６の各例で示した逆Ｆアンテナ部３によれば、励起導電板４ａと励起導電板４ｂを備え、一方に伝送ピン６を接続することで給電アンテナとし、他方を給電アンテナと結合する無給電アンテナとして機能させることができる。そして、励起導電板４ａと励起導電板４ｂの長さを同じａ１とすることで、周波数帯域を広げ、広帯域対応を可能とすることができる。

図６（ａ）は、励起導電板４ａに短絡ピン５ａと伝送ピン６を設け、励起導電板４ｂに短絡ピン５ｂを設けた逆Ｆアンテナ部３の例である。
この例では、短絡ピン５ａと短絡ピン５ｂは、それぞれ励起導電板４ａと励起導電板４ｂ同一位置（図の例では端部）に配置されている。
そして励起導電板４ａは、短絡ピン５ａにより接地導電板７に接地している。
一方、励起導電板４ｂは、短絡ピン５ｂを励起導電板４ａと励起導電板４ｂ間に配置することで、短絡ピン５ａ、励起導電板４ａの端部、短絡ピン５ｂを介して接地導電板７に短絡されている。

図６（ｂ）は、励起導電板４ａに短絡ピン５ａと伝送ピン６を設け、励起導電板４ｂに短絡ピン５ｂを設けて励起導電板４ａと共に接地導電板７に接地した逆Ｆアンテナ部３の例である。
この逆Ｆアンテナ部３では、図６（ａ）の例とは異なり、励起導電板４ｂと接地導電板７を短絡ピン５ｂで直接短絡している。

図６（ｃ）は、励起導電板４ａに短絡ピン５ａを設け、励起導電板４ｂに短絡ピン５ｂと伝送ピン６を設けた逆Ｆアンテナ部３の例である。
上述した図６（ａ）、（ｂ）の逆Ｆアンテナ部３では、下側の励起導電板４ａを給電アンテナ、上側の励起導電板４ｂを無給電アンテナとしたのに対し、図６（ｃ）、（ｄ）の逆Ｆアンテナ部３では上側の励起導電板４ｂを給電アンテナとし、下側の励起導電板４ａを無給電アンテナとして、電波を受信するように構成したものである。
図６（ｃ）、（ｄ）に示されるように、上側の励起導電板４ｂに伝送ピン６を接続するため、下側にある励起導電板４ａには、接地導電板７に設けられた貫通孔とほぼ同位置に伝送ピン６を貫通させる貫通孔が設けられる。

図６（ｄ）は、励起導電板４ａに短絡ピン５ａを設け、励起導電板４ｂに短絡ピン５ｂと伝送ピン６を設けた逆Ｆアンテナ部３の例である。
図６（ｄ）に示すように、上側の励起導電板４ｂを給電アンテナとすると共に、短絡ピン５ｂにより直接接地導電板７に直接短絡している。

図７は、スタック構造により広帯域対応、又は多周波数対応を可能とした逆Ｆアンテナ部３を表したものである。
図７（ａ）〜（ｄ）に示した各逆Ｆアンテナ部３における、励起導電板４ａ、短絡ピン５ａ、励起導電板４ｂ、短絡ピン５ｂ、伝送ピン６、接地導電板７の配置関係は、図６（ａ）〜（ｄ）に示したものと同じである。
図６に示した各逆Ｆアンテナ部３では、励起導電板４ａと励起導電板４ｂの長さが共に同じ長さａ１であったのに対し、図７に示した逆Ｆアンテナ部３では、励起導電板４ａの長さａ２と、励起導電板４ｂの長さａ１とを異なる長さにしている。
このように、励起導電板４ａの長さと、励起導電板４ｂの長さとを変えることで、広帯域に、又は多周波数に対応させることができる。
長さａ１、ａ２の値については、受信する周波数により適宜選択することになる。

図７（ａ）、（ｃ）では、短絡ピン５ａと短絡ピン５ｂを同位置に配置位置した逆Ｆアンテナ部３において、上側の励起導電板４ｂの長さａ１よりも、下側の励起導電板４ａの長さａ２を長く（ａ１＜ａ２）したものである。
これにより、図７（ａ）では給電アンテナが無給電アンテナよりも長くなり、図７（ｃ）では給電アンテナ側が無給電アンテナよりも短くなる。
なお、図７（ａ）、（ｃ）において、上側の励起導電板４ｂの長さａ１よりも、下側の励起導電板４ａの長さａ２を短くする（ａ１＞ａ２）構成としてもよい。

図７（ｂ）、（ｄ）では、短絡ピン５ｂを励起導電板４ｂから接地導電板７に直接短絡し、励起導電板４ａ、励起導電板４ｂの短絡ピン５ａ、５ｂの反対側の位置を揃えることで、上側の励起導電板４ｂの長さａ１を下側の励起導電板４ａの長さａ２よりも長く（ａ１＞ａ２）したものである。
なお、図７（ｂ）、（ｄ）において、上側の励起導電板４ｂの長さａ１を、下側の励起導電板４ａの長さａ２よりも短くする（ａ１＜ａ２）構成としてもよい。

図８は、アンテナの周波数特性を変化させた逆Ｆアンテナ部３の構造を表したものである。
図８の逆Ｆアンテナ部３では、給電アンテナ側の励起導電板において、伝送ピン６が接続されている給電点に対する短絡ピンの位置を変更することで、アンテナの特性を変化させている。
図８（ａ）〜（ｄ）に示した各逆Ｆアンテナ部３における、励起導電板４ａ、短絡ピン５ａ、励起導電板４ｂ、短絡ピン５ｂ、伝送ピン６、接地導電板７の配置関係は、伝送ピン６に対する給電アンテナ側の短絡ピン５ａ、又は５ｂの位置が異なる点を除き、図６（ａ）〜（ｄ）に示したものと同じである。

図８（ａ）、（ｂ）の逆Ｆアンテナ部３では、励起導電板４ａの短絡ピン５ａを伝送ピン６に近づけている。また、図８（ｃ）、（ｄ）の逆Ｆアンテナ部３では、励起導電板４ｂの短絡ピン５ｂを伝送ピン６に近づけている。
このように、給電アンテナ側の短絡ピン５ａ、又は短絡ピン５ｂを、伝送ピン６に近づけることにより、アンテナのインピーダンスが減少し、アンテナの周波数特性などの各種特性を変化させることが可能になる。
各短絡ピン５ａ、５ｂと伝送ピン６との距離は、要求される逆Ｆアンテナ部３の特性に応じて決定される。
なお、無給電アンテナとなる側の励起導電板４ａ又は４ｂに接続される短絡ピン５ａ又は５ｂの伝送ピン６に対する位置を変更しても、アンテナの特性に大きな変化はないので、図８の各状態でもよく、給電アンテナ側の短絡ピンにあわせて移動するようにしてもよい。

次に、実験結果について説明する。
図９（ａ）は、逆Ｆアンテナ部３に対する筐体２の影響を調べる実験に用いた装置を説明するための図である。
本実験では、実験設備の関係上、時計装置１の３分の１程度の大きさで装置を作成した。このため、周波数は、実験値をほぼ３分の１倍したものが時計装置１での値となる。

筐体２の寸法は、内径ｐ＝１４［ｍｍ］、厚さｄ＝０．５［ｍｍ］、高さｔ＝２．０［ｍｍ］である。
筐体２の底面に設置された誘電体は、厚さｈが０．６［ｍｍ］で、比誘電率εｒが２．６である。
励起導電板４は、誘電体の上面に筐体２と同心に設置されており、曲率半径ｒが２．６３［ｍｍ］、幅がｗ＝２．０［ｍｍ］である。
そして、短絡ピン５と伝送ピン６の距離ｓは、０．２８［ｍｍ］である。

図９（ｂ）は、実験結果を説明するための図である。
グラフの縦軸はリターンロスを表し、横軸は周波数を表している。
グラフの破線は、励起導電板４を筐体２に収納して計測した結果で、実線は、筐体２の円筒部を取り払った状態で計測した結果である。
即ち、破線は、逆Ｆアンテナ部３を筐体２に収納した状態に対応し、実線は、逆Ｆアンテナ部３を筐体２に入れない状態に対応している。

グラフから明らかなように、破線と実線は、ほとんど重なっており、何れも４．５［ＧＨｚ］で共振している。即ち、逆Ｆアンテナ部３の特性は、筐体２の有無にほとんど影響されていない。
時計装置１のサイズでは、４．５÷３＝１．５［ＧＨｚ］で共振し、ＧＰＳ衛星が送信する電波の周波数となっている。

図１０（ａ）は、突起部５１の影響を調べるシミュレーションに用いた構成を説明するための図である。
励起導電板４の自由端側の外周側に所定距離Ｗｃにて突起部５１が対向するように、筐体２の内周面に金属製の突起部５１を設ける。他の寸法は、図９（ａ）の値を３倍し、時計装置１の大きさに対応させてある。
このように構成された装置を用いて、Ｗｃと励起導電板４の共振周波数の関係を調べた。

図１０（ｂ）は、Ｗｃと励起導電板４の共振周波数の関係に関するシミュレーション結果を示した図である。
グラフから明らかなように、Ｗｃが０．５［ｍｍ］以上の領域では、突起部５１は、励起導電板４の影響はなく、Ｗｃが０．５［ｍｍ］以下の領域では、１．５９［ＧＨｚ］程度から１．５６［ＧＨｚ］程度まで、Ｗｃが小さくなるに従って共振周波数が低周波数側に移動している。
これは、励起導電板４と突起部５１が近接することにより、両者が容量として機能しているためと思われる。

以上に説明した実施の形態により、次のような効果を得ることができる。
（１）金属製の凹状容器で構成された筐体２内に逆Ｆアンテナ部３を配置し、筐体２の影響をあまり受けずに逆Ｆアンテナ部３を機能させることができる。
（２）時計装置１、特に腕時計型の時計装置１の内部に逆Ｆアンテナ部３を設置し、ＧＰＳ衛星からの電波を受信することができる。
（３）時計装置１は、ＧＰＳ衛星からの電波から時刻情報を取得して時刻補正することができる。ＧＰＳ衛星の電波が受信できる場所であれば、世界中どこでも時刻補正できる。
（４）励起導電板４が筐体２に沿った湾曲形状であっても、内周側と外周側の電気長を等しくすることにより、同一周波数の電波を内周側と外周側の両方で受信できるため、感度を向上させることができる。
（５）励起導電板４の形状により、逆Ｆアンテナ部３の多周波数化を図ることができる。
（６）ＧＰＳ衛星の電波は、円偏波であるが、従来例では、金属容器の側面に沿って励起導電板が設けられていたため、偏波面が励起導電板と平行でないときは感度が低下し、円偏波を効率よく受信することができなかったが、時計装置１は、凹部１０の底面と平行に励起導電板４が設置されているため、円偏波を効率よく受信することができる。
（７）従来例では、金属容器の側面に平行に励起導電板が設けられていたため、時計を腕に装着した状態では、励起導電板の腕側が電波の受信に寄与できなかったが、時計装置１では、接地導電板７の何れの側も電波の受信に寄与することができる。
（８）励起導電板４の近傍に導電部材を設けることにより、励起導電板４に容量を装荷し、励起導電板４の共振周波数を下げることができる。これによって、逆Ｆアンテナ部３を小型化することができる。

以上に説明した実施の形態では、逆Ｆアンテナ部３でＧＰＳ衛星からの電波を受信する場合について説明したが、他の送信元からの電波とすることもできる。
また、伝送ピン６に給電して、逆Ｆアンテナ部３から電波を送信することも可能である。
また、逆Ｆアンテナ構造を壊さない範囲で、アンテナを曲げる方向や、給電点、短絡点の位置は、適宜変更することができる。
更に、逆Ｆアンテナ部３をセンサなどの他の金属筐体のデバイスに設置し、これらデバイスと無線通信するように構成することもできる。

以上に説明した実施の形態により、次の構成を得ることができる。
接地導電板７は、励起導電板４を設置するため、接地部として機能する第１の導電板として機能している。
励起導電板４は、ＧＰＳ衛星から送信されてきた電波により励起され、また、接地導電板７と所定距離を隔てて平行に配置されているため、前記第１の導電板と平行に配置された励起用の第２の導電板として機能している。
短絡ピン５は、一端が接地導電板７に接続し、他端が励起導電板４に接続して両者を短絡しているため、一端が前記第１の導電板に接続し、他端が前記第２の導電板に接続した短絡部材として機能している。
伝送ピン６は、励起導電板４と接続して、接地導電板７の貫通孔８を貫通しているため、前記短絡部材と所定の距離を隔てて前記第２の導電板に接続し、前記第１の導電板を貫通する伝送部材として機能している。
時計動作部２１は、伝送ピン６を介してＧＰＳ衛星からの信号を受信し、これから時刻情報を取得して自動的に時刻補正するため、電波送信元より送信された電波によって前記第２の導電板に生じた励起を、前記伝送部材を介して検出して前記電波による信号を受信する受信部を備えている。
筐体２は、凹部１０を有し、上記要素から構成される逆Ｆアンテナ部３を収納しているため、前記第１の導電板、前記第２の導電板、前記短絡部材、前記伝送部材、及び前記受信部を収納する凹部が形成された導電性の筐体として機能している。
そして、時計装置１は、これらを具備した小型電子装置として機能している（第１の構成）。

接地導電板７は、それぞれ、板面が凹部１０の底面と平行となるように保持されているため、第１の構成において、前記第１の導電板は、前記凹部の底面と平行に保持されている（第２の構成）。

励起導電板４は、短絡ピン５を基準とする長手方向の中心線に対して異なる電気長３１、３２を有するため、第１の構成、又は第２の構成において、前記第２の導電板は、前記第２の導電板の長手方向の中心線に対する一方の側の電気長と他方の側の電気長が異なる形状に形成されている（第３の構成）。

励起導電板４は、凹部１０の内周に沿って湾曲、又は屈曲しているため、第１〜３の構成において、前記第２の導電板は、前記凹部の内周に沿って湾曲、又は屈曲している（第４の構成）。

また、時計装置１は、上記のように、第１の導電板と、第２の導電板と、短絡部材と、伝送部材と、受信部と、前記第１の導電板、前記第２の導電板、前記短絡部材、前記伝送部材、及び前記受信部を収納する凹部が形成された導電性の筐体に対応する要素を備えると共に、凹部１０の内周部と励起導電板４の外周部の少なくとも一部を近接させることにより励起導電板４の共振周波数をシフトさせることができ、この場合、前記凹部の内周部と、前記第２の導電板の外周部の少なくとも一部は、前記第２の導電板の共振周波数がシフトする所定距離以下に配設されている（第５の構成）。

接地導電板７は、それぞれ、板面が凹部１０の底面と平行となるように保持されているため、第５の構成において、前記第１の導電板は、前記凹部の底面と平行に保持されている（第６の構成）。

励起導電板４の共振周波数が低周波数側にシフトする部分は、凹部１０の内周部に設けた突起部５１や、励起導電板４に設けた突起部５１とすることができるため、第５の構成、又は第６の構成において、前記所定距離以下となる部分は、前記凹部の内周部と、前記第２の導電板の外周部の少なくとも一方に形成された突起部によって構成することができる（第７の構成）。

突起部５１は、励起導電板４と同一平面に形成されているため、第７の構成において、前記突起部は、前記第２の導電板と同一平面内に形成されている（第８の構成）。

励起導電板４は、凹部１０の内周に沿って湾曲、又は屈曲しているため、第５〜８の構成において、前記第２の導電板は、前記凹部の内周に沿って湾曲、又は屈曲している（第９の構成）。

近年、携帯端末やセンサなどの電子装置の小型化が求められており、そのため、電子装置に内蔵するアンテナを如何に小型化するかが課題となっていた。また、小型化を図ると共に、多周波数化などの高機能化も求められていた。
そこで、本実施の形態により、逆Ｆアンテナ部３による次の構成を提供することができる。

接地部として機能する第１の導電板と、前記第１の導電板と平行に配置され、板面内で一方の方向に湾曲又は屈曲した励起用の第２の導電板と、一端が前記第１の導電板に接続し、他端が前記２の導電板に接続した短絡部材と、前記短絡部材と所定の距離を隔てて前記第２の導電板に接続し、前記第１の導電板を貫通する伝送部材と、電波送信元より送信された電波によって前記第２の導電板に生じた励起を、前記伝送部材を介して検出して前記電波による信号を受信する受信部と、を具備したことを特徴とするアンテナ装置を提供する（第１０の構成）。
第１の構成において、前記第２の導電板の外周部の少なくとも一部に対して、前記第２の導電板の共振周波数を低周波数側にシフトさせるための導電部材が所定距離以下に配設されていることを特徴とする小型電子装置を提供する（第１１の構成）。

第２の導電板の長さは、受信する電波のほぼ４分の１波長、または、それ以下の素子寸法とするが、この構成によると、第２の導電板を湾曲又は屈曲させるため、４分の１波長よりも短い空間にコンパクトに収納することができる。
また、第２の導電板の外周側と内周側の電気長の違いから多周波数化を図ることもできる。
更に、共振周波数をシフトさせることにより第２の導電板を小型化することができる。

１ 時計装置
２ 筐体
３ 逆Ｆアンテナ部
４ 励起導電板
５ 短絡ピン
６ 伝送ピン
７ 接地導電板
８ 貫通孔
１０ 凹部
１１ 文字盤
１２ ガラス板
２１ 時計動作部
２２ 短針
２３ 長針
３１、３２ 電気長
５１ 突起部

Claims (5)

1. 接地部として機能する第１の導電板と、
   前記第１の導電板と平行に配置された励起用の第２の導電板と、
   一端が前記第１の導電板に接続し、他端が前記第２の導電板に接続した短絡部材と、
   前記短絡部材と所定の距離を隔てて前記第２の導電板に接続し、前記第１の導電板を貫通する伝送部材と、
   電波送信元より送信された電波によって前記第２の導電板に生じた励起を、前記伝送部材を介して検出して前記電波による信号を受信する受信部と、
   前記第１の導電板、前記第２の導電板、前記短絡部材、前記伝送部材、及び前記受信部を収納する凹部が形成された導電性の筐体と、
   を具備し、
   前記凹部の内周部と、前記第２の導電板の外周部の少なくとも一部は、前記第２の導電板の共振周波数が低周波数側にシフトする所定距離以下に配設されていることを特徴とする小型電子装置。
2. 前記第１の導電板は、前記凹部の底面と平行に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の小型電子装置。
3. 前記所定距離以下となる部分は、前記凹部の内周部と、前記第２の導電板の外周部の少なくとも一方に形成された突起部によって構成されていることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の小型電子装置。
4. 前記突起部は、前記第２の導電板と同一平面内に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の小型電子装置。
5. 前記第２の導電板は、前記凹部の内周に沿って湾曲又は屈曲していることを特徴とする請求項１から請求項４までのうちの何れか１つの請求項に記載の小型電子装置。

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