JP2019158445A - 電子機器 - Google Patents

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直 相澤
征司 大澤
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征司 大澤
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Abstract

【課題】電子機器の厚さを維持する場合であってもアンテナの感度の向上を図る電子機器を提供する。【解決手段】回路部品が配置された回路基板と、第１電極と、前記回路基板の前記回路部品が配置された面と向かい合う第２電極とを含むアンテナと、を含み、前記第２電極は、第２電極から前記回路基板に向かう方向に突出する凸部を有し、前記回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記凸部の頂部は、前記回路部品と重ならない。第１電極と第２電極とを含むアンテナでは、アンテナの面に凹凸形状であってもアンテナの厚さの平均が厚いほど、アンテナの感度は向上する。従って、回路基板の回路部品が配置された面上の空間を、アンテナの凸部が占めることにより、電子機器の厚さを維持しつつ、アンテナの感度を向上させることが可能になる。【選択図】図８

Description

本発明は、電子機器に関する。
腕時計など小型の筐体にＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を組込む場合、筐体を小さくするため、当該受信機に用いられるアンテナについても体積を極力小さくする必要がある。特許文献１に記載の電子機器では、第１電極と第２電極とを含むアンテナが、回路基板と表示部との間に設けられている。このアンテナは、板状のアンテナである。
特開２０１３−２４７５９８号公報
上述した従来の電子機器において、アンテナを厚くすることにより、アンテナの感度を向上させることができる。しかしながら、アンテナを厚くすると、アンテナの厚さの増加に伴って電子機器も厚くなってしまう。従って、電子機器の厚さを維持する場合であってもアンテナの感度の向上を図ることを解決課題の一つとする。
本発明の好適な態様（第１態様）に係る電子機器は、回路部品が配置された回路基板と、第１電極と、前記回路基板の前記回路部品が配置された面と向かい合う第２電極とを含むアンテナと、を含み、前記第２電極は、前記第２電極から前記回路基板に向かう方向に突出する凸部を有し、前記回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記凸部の頂部は、前記回路部品と重ならない。
第１電極と第２電極とを含むアンテナでは、アンテナの面に凹凸の形状があってもアンテナの厚さの平均が厚いほど、アンテナの感度は向上する。従って、上述の態様では、回路基板の回路部品が配置された面上の空間を、アンテナの凸部が占めることにより、電子機器の厚さを維持しつつ、アンテナの感度を向上させることが可能になる。
第１態様の好適例（第２態様）において、前記平面視において、前記凸部は、前記回路部品を囲み、前記凸部は、前記回路基板と接する。
上述の態様では、回路部品は、凸部によって囲われており、凸部の頂部が回路基板と接することから、外部と隔離されている。このため、外部からのノイズを遮断することが可能になる。
第１態様の好適例（第３態様）において、前記第２電極は前記回路部品を覆う。
上述の態様では、回路部品は、第２電極によって覆われているため、外部と隔離されている。このため、外部からのノイズを遮断することが可能になる。
第１態様の好適例（第４態様）において、前記第２電極は電磁シールドとして機能する。
上述の態様によれば、第２電極が電磁シールドとして機能するため、回路部品に対するノイズを遮断することが可能になる。
第１態様から第４態様の好適例（第５態様）において、前記アンテナは、前記第１電極と前記第２電極とを短絡する短絡部を含み、前記平面視において前記短絡部の一端と他端とを結ぶ仮想直線の中心を通り、前記アンテナの面積を２等分する仮想直線によって前記アンテナを第１部分と第２部分に分割した場合に、前記第１部分の体積が前記第２部分の体積と異なる。
第１部分の体積が第２部分の体積と同一であると、右旋円偏波と左旋円偏波とが１：１の割合で放射される。上述した態様によれば、第１部分の体積が第２部分との体積と異なることにより、右旋円偏波と左旋円偏波との放射の割合が変化し、右旋円偏波または左旋円偏波に対するアンテナの感度を向上させることが可能になる。
第１態様から第５態様の好適例（第６態様）において、前記回路基板は、前記第１電極と信号線によって接続され、前記回路基板は、前記第２電極とグランド線によって接続される。
以上の態様では、回路基板をグランド板とし、第２電極と回路基板とから形成される２枚の導体板が対向する構造を第２のアンテナとして使用することが可能になる。以下、この第２のアンテナを「寄生アンテナ」と称する。従って、以上の態様における電子機器は、寄生アンテナの共振周波数の電波と、第１電極および第２電極を含むアンテナの共振周波数の電波とを受信することが可能になる。または、寄生アンテナの共振周波数と、第１電極および第２電極を含むアンテナの共振周波数とが互いに同一でもよく、この場合、寄生アンテナがない場合と比較して、感度を上昇させ、さらにはアンテナ帯域を広げることが可能になる。
第１態様から第４態様の好適例（第７態様）において、前記回路基板は、前記第１電極と信号線によって接続され、前記回路基板は、前記第２電極とグランド線によって接続される。
以上の態様でも、第６態様と同様に、寄生アンテナを形成することが可能になる。従って、以上の態様における電子機器は、寄生アンテナの共振周波数の電波と、第１電極および第２電極を含むアンテナの共振周波数の電波とを受信することが可能になる。または、寄生アンテナの共振周波数と、第１電極および第２電極を含むアンテナの共振周波数とが互いに同一でもよく、この場合、寄生アンテナがない場合と比較して、感度を上昇させ、さらにはアンテナ帯域を広げることも可能になる。
第１態様から第７態様の好適例（第８態様）において、表示部を含み、前記アンテナは、前記表示部と前記回路基板との間に位置する。
以上の態様では、第２電極の凸部は、回路基板に対向する面にある。従って、以上の態様によれば、アンテナの表示部に対向する面を平らにすることができ、電子機器の厚さを維持しつつ、アンテナの感度を向上させ、表示部を容易に配置することが可能になる。
第１態様から第８態様の好適例（第９態様）において、前記電子機器は、電子時計であって、開口部、底面、および側面を有し、前記回路基板、前記アンテナ、および前記表示部を収容する筐体と、前記開口部を覆う透光性部材と、を含む。
以上の態様によれば、電子機器の厚さを維持しつつ、アンテナの感度を向上させた電子時計を提供することが可能になる。
ＧＰＳシステムの一例を模式的に示す全体図。 電子時計１００の表側から見た斜視図。 電子時計１００の裏側から見た斜視図。 電子時計１００をＡ１−Ａ１線で破断した場合の断面図。 ＧＰＳアンテナ６０の裏側の斜視図。 ＧＰＳアンテナ６０の表側の斜視図。 ＧＰＳアンテナ６０および回路基板５の位置関係を示す図。 平面視における凸部６０２１と回路部品との関係を示す図。 第２実施形態におけるＧＰＳアンテナ６０の裏側の斜視図。 第２実施形態におけるＧＰＳアンテナ６０の表側の斜視図。 電子時計１００をＡ１−Ａ１線で破断した場合の断面の一部を示す図。 平面視におけるＧＰＳアンテナ６０および回路基板５の位置関係を示す図。 ＧＰＳアンテナ６０の第１形状を示す図。 ＧＰＳアンテナ６０の第２形状を示す図。 ＧＰＳアンテナ６０の第３形状を示す図。 ＧＰＳアンテナ６０の第４形状を示す図。 ＧＰＳアンテナ６０の形状と円偏波の優勢との関係を示す図。 ＧＰＳアンテナ６０の凹凸と円偏波の優勢との関係を示す図。 ＧＰＳアンテナ６０と回路基板５との関係を示す図。 ＧＰＳアンテナ６０と回路基板５との配線状態を簡略化した図。 ＧＰＳアンテナ６０の周波数とリターンロスとの関係を示す図。 グランド線６０５の設置位置と共振周波数との関係を示す図。 第５実施形態における配線状態を簡略化した図。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。ただし、各図において、各部の寸法および縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
＜第１実施形態＞
図１は、ＧＰＳシステムの一例を模式的に示す全体図である。図１に示すように、第１実施形態の電子機器は、ユーザーの手首または腕に装着される腕装着型の電子時計１００である。電子時計１００は、上空にある数個のＧＰＳ衛星ｇｓｔから送信される衛星信号をＧＰＳ受信機で受信し、現在の位置を算出することが可能なＧＰＳ機能を内蔵する。電子時計１００は、ＧＰＳ信号を用いて算出される位置情報と時刻情報により、例えばランニング時に走った距離・速度や経路を測定することができ、ユーザーの運動を支援できる。
図１に示すように、電子時計１００は、表示部４と、複数の太陽電池３１と、第１バンド部９１と、第２バンド部９２と、複数の操作ボタン２０１と、を含む。第１バンド部９１および第２バンド部９２は、それぞれ、ユーザーの手首または腕に巻き付け可能なように長手方向に延びて形成される。表示部４は、時刻または測定データを表す画像を表示する。複数の操作ボタン２０１は、ユーザーに押下されることにより、電子時計１００に対するユーザーの指示を受け付けることができる。複数の操作ボタン２０１は、電子時計１００の側面に設けられる。電子時計１００において、時刻等の情報をユーザーが視認する側を表示部４の表面側、手首または腕に装着される側を表示部４の裏面側とする。
図１において、表示部４の表示面における裏面から表面へと向かう方向をｚ軸正方向とする。そして、ｚ軸に直交する２軸をｘｙ軸とし、表示面の中心から第１バンド部９１または第２バンド部９２への方向をｙ軸、ｚ軸およびｙ軸と直交する軸をｘ軸とする。第２バンド部９２から第１バンド部９１に向かう方向、すなわち、ｙ軸正方向を、「１２時方向」と定義する。従って、ｙ軸負方向が「６時方向」となり、ｘ軸正方向が「３時方向」となる。また、説明の簡略化のため、ｚ軸正方向側を「表側」と称し、ｚ軸正方向側を「裏側」と称する。
図２は、電子時計１００の表側から見た斜視図である。図３は、電子時計１００の裏側から見た斜視図である。図４は、電子時計１００を図２のＡ１−Ａ１線で破断した場合の断面図である。
図２〜図４に示すように、電子時計１００は、図１で示した部材およびデバイスに加えて、回路基板５と、筐体１１と、透光性部材１２と、ベゼル１３と、二次電池３２と、ＧＰＳアンテナ６０と、脈拍センサー６１とを含む。
＜筐体＞
筐体１１は、回路基板５、二次電池３２、ＧＰＳアンテナ６０、太陽電池３１、および表示部４を収容する。さらに、筐体１１は、側面部１１２、および底面部１１１を含む。筐体１１は、側面部１１２および底面部１１１により、凹部１１４と、開口部１１５とを形成する。
側面部１１２の表面側の部分には、ｚ軸正方向に向かって突出した突条部１１２１が形成される。突条部１１２１は、回路基板５の厚さ方向からの平面視で円環状をなしており、透光性部材１２を支持するために用いられる。以下、単に「平面視」と記載した場合、回路基板５の厚さ方向、すなわち、ｚ軸正方向からの平面視であるとする。なお、回路基板５の厚さとは、回路基板５の回路部品が配置される面に対して垂直な方向、すなわち、ｚ軸方向の長さである。
底面部１１１は、電子時計１００をユーザーの手首に装着したときに接触する。また、底面部１１１の中央部には、中央部の周囲よりも裏面側に向かって突出しており、脈拍センサー６１の光の出入りを可能とする透光性を有する窓部１１１２が形成される。
側面部１１２および底面部１１１の構成材料は、ＧＰＳアンテナ６０の特性への影響を低減するために、絶縁性を有する材料であればよい。側面部１１２および底面部１１１の構成材料としては、例えば、ガラス材料、アクリル樹脂、またはポリカーボネート樹脂等のプラスチックを含む各種樹脂材料等を用いることができる。これらの中でも、プラスチックを用いることが好ましい。これにより、筐体１１の軽量化を図ることができる。
＜二次電池＞
二次電池３２は、回路基板５の裏側に設けられる。二次電池３２は、回路基板５に配置された回路部品、および脈拍センサー６１に電力を供給する。二次電池３２の具体例としては、例えば、リチウムイオン二次電池等が挙げられる。
＜透光性部材＞
透光性部材１２は、筐体１１に対してパッキン等によって形成された円環状のシール部材１２０を介して接続される。透光性部材１２は、外部から筐体１１の内部への埃等の侵入を防ぐ風防性を有するとともに、外部から内部を視認し得る透過性を有する。また、透光性部材１２は、外部の光を内部に入射させることが可能な透光性を有する。透光性部材１２は、開口部１１５を塞ぐ。透光性部材１２の構成材料としては、例えば、ガラス、アクリル樹脂、またはポリカーボネート等を用いることができる。
＜ベゼル＞
ベゼル１３は、円環状をなしており、突条部１１２１に嵌合する。ベゼル１３は、透光性部材１２を側面部１１２に対して固定するための固定部材である。具体的には、ベゼル１３の裏面側の内径は、突条部１１２１の外径とほぼ同等の寸法で形成されており、突条部１１２１が外周側に向かって変形することを抑制する。これにより、透光性部材１２を筐体１１に対して安定して固定することができる。
＜回路基板＞
回路基板５は、電子時計１００のｚ軸方向におけるほぼ中央に位置し、表示部４に対してほぼ平行に設けられる。回路基板５の表側の面上には、回路部品として、例えば、ＭＣＵ５１（Micro Controller Unit）等が配置される。回路基板５には、ＭＣＵ５１以外の回路部品も配置されるが、図面の煩雑化を避けるために、図４では、ＭＣＵ５１のみを描いている。ＭＣＵ５１は、電子時計１００が有する各部の駆動を制御する。
＜表示部＞
表示部４は、例えば、液晶パネル、電子ペーパーパネルおよび有機エレクトロルミネッセンスパネル等の表示パネルで形成されており、図示しない配線等を介して回路基板５に電気的に接続されている。また、表示部４は、板状をなしていて、回路基板５と透光性部材１２との間でこれらに対してほぼ平行に配置される。表示部４は、例えば、ＧＰＳアンテナ６０で受信した衛星信号に基づく電子時計１００の位置情報等の各種データ等を表示することができる。
＜ＧＰＳアンテナ＞
ＧＰＳアンテナ６０は、回路基板５の表側に搭載される。ＧＰＳアンテナ６０は、ＧＰＳ衛星ｇｓｔから送信された衛星信号を受信する機能を有する。
図５は、ＧＰＳアンテナ６０の裏側の斜視図である。図６は、ＧＰＳアンテナ６０の表側の斜視図である。図７は、ＧＰＳアンテナ６０および回路基板５の位置関係を示す図である。
ＧＰＳアンテナ６０は、板状逆Ｆ型アンテナを応用したアンテナである。ＧＰＳアンテナ６０は、第１電極６０１、第２電極６０２、および、短絡部６０３を含む。第１電極６０１は、表側の面であり、第２電極６０２は、裏側の面である。短絡部６０３は、第１電極６０１と第２電極６０２とを短絡する。ＧＰＳアンテナ６０には、給電部６０４から電力が給電される。
ＧＰＳアンテナ６０は、例えば、誘電正接の低い樹脂で成形されたコア材に、メッキにて金属電極を形成した構成をしている。コア材となる樹脂の誘電正接は、例えば、０．０００７であり、比誘電率が２．６である。電極として用いられる金属は、例えば、銅である。図５、図６、および図７で示すＧＰＳアンテナ６０では、網掛けを付与していない部分が、金属によりメッキされている部分であり、網掛けを付与している部分が、金属によりメッキされていない部分である。
さらに、図４に示すように、第２電極６０２は、第２電極６０２から回路基板５に向かう方向に突出する凸部６０２１を有する。凸部６０２１の詳細について、図４、図７および図８を用いて説明する。
図４に示すＧＰＳアンテナ６０は、凸部６０２１として、凸部６０２１＿１および凸部６０２１＿２を含む。以下の説明では、同種の要素を区別する場合には、「凸部６０２１＿１」、「凸部６０２１＿２」のように参照符号を使用し、同種の要素を区別しない場合には、「凸部６０２１」のように参照符号のうちの共通番号だけを使用することがある。凸部６０２１＿１は、頂部６０２１＿１Ｔを含む。同様に、凸部６０２１＿２は、頂部６０２１＿２Ｔを含む。頂部６０２１Ｔは、凸部６０２１のうち、第１電極６０１からの直線距離が最も長い箇所である。頂部６０２１Ｔは、点状となる場合もあるし、線状になる場合もあるし、面状となる場合もある。
図８に示すように、回路基板５とＧＰＳアンテナ６０とは、凸部６０２１が回路基板５に接するか、または近接して配置される。凸部６０２１は、回路基板５に実装されたＭＣＵ５１等の回路部品が凸部６０２１によって周囲に形成される凹部に嵌合するように形状設計される。言い換えれば、ＧＰＳアンテナ６０は、回路基板５と接するまで厚くし、回路部品と接触する箇所のみ掘り込む。具体的な形状の一例として、図８を用いて説明する。
図８は、平面視における凸部６０２１と回路部品との関係を示す図である。図８では、図面の煩雑化を避けるために、ＧＰＳアンテナ６０の輪郭を一点鎖線として示す。また、図８では、説明の簡略化のため、凸部６０２１＿１の頂部６０２１＿１Ｔ、凸部６０２１＿２の頂部６０２１＿２Ｔ、および、回路部品としてＭＣＵ５１との関係のみを示す。平面視において、頂部６０２１＿１Ｔおよび頂部６０２１＿２Ｔは、それぞれ、ＭＣＵ５１と重ならない。
＜第１実施形態の効果＞
板状逆Ｆ型アンテナでは、アンテナが凹凸形状であってもアンテナの厚さの平均が厚いほど、アンテナの感度は向上する。アンテナが厚いほど感度が向上する理由は、第１電極には、第２電極を流れる電流と逆方向の電流が流れるため、アンテナが薄いと第１電極を流れる電流と第２電極を流れる電流とが打ち消しあい、アンテナが厚くなると、打ち消しあう電流の量が減少するためである。
本実施形態では、図４、図７および図８で示したように、第２電極６０２が、回路基板５に向かう凸部６０２１を有し、平面視において、頂部６０２１Ｔは、回路部品と重ならない。言い換えれば、図４に示したように、回路基板５において回路部品が配置された領域の第２電極６０２から回路基板５までの最短距離ｄ１は、頂部６０２１Ｔから回路基板５までの最短距離ｄ２より長い。さらに言い換えれば、図４に示したように、回路基板５において回路部品が配置された領域の第１電極６０１から第２電極６０２までの最短距離ｄ３は、頂部６０２１Ｔから第１電極６０１までの最短距離ｄ４より短い。
以上により、回路基板５のＭＣＵ５１等の回路部品が配置された面上の空間を、凸部６０２１が占めるので、電子時計１００の厚さを維持しつつ、ＧＰＳアンテナ６０の感度を向上させることが可能になる。また、凸部６０２１がない場合、回路基板５のＭＣＵ５１等の回路部品が配置された面上の空間は、他の構成要素を配置することが困難で無駄な空間となっていたが、当該空間を凸部６０２１が占めることより、無駄な空間を有効利用することが可能になる。
具体的な効果として、最大の厚さを２．２５ｍｍ、最小の厚さを０．７５ｍｍとしたＧＰＳアンテナ６０と、比較例として凸部６０２１なしとするＧＰＳアンテナ６０との感度を実機によって計測したところ、１．３ｄＢの感度向上量が得られた。
また、上述したように、電子時計１００は、回路基板５、ＧＰＳアンテナ６０、および表示部４を収容する筐体１１と、透光性部材１２とを含む。このように、第１実施形態では、電子時計１００の厚さを維持しつつ、ＧＰＳアンテナ６０の感度を向上させた電子時計１００を提供することが可能になる。
＜第２実施形態＞
第２実施形態では、ＧＰＳアンテナ６０に、回路基板５のシールドケースとしての役割を兼用させる。言い換えると、ＧＰＳアンテナ６０を、回路基板５の電磁シールドとして機能させる。以下、第２実施形態について説明する。なお、以下に例示する各形態および各変形例において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。さらに、以下に示す要素については、説明の省略のため、特に記載がない場合、第２実施形態に関する要素であるとする。
図９は、ＧＰＳアンテナ６０の裏側の斜視図である。図１０は、ＧＰＳアンテナ６０の表側の斜視図である。図１１は、電子時計１００を図２のＡ１−Ａ１線で破断した場合の断面の一部を示す図である。図１２は、平面視におけるＧＰＳアンテナ６０および回路基板５の位置関係を示す図である。第１実施形態と同様に、図９および図１０で示すＧＰＳアンテナ６０では、網掛けを付与していない部分が、金属によりメッキされている部分であり、網掛けを付与している部分が、金属によりメッキされていない部分である。また、図１２では、図面の煩雑化を避けるために、ＧＰＳアンテナ６０の輪郭を一点鎖線として示す。
図９および図１１に示すように、ＧＰＳアンテナ６０は、回路基板５と接する対向面をお盆形状とし、お盆のへり、すなわち凸部６０２１によって、凹部６０２２を形成する。そして、凸部６０２１の頂部６０２１Ｔは、回路基板５に接する。また、図１２に示すように、平面視において、ＧＰＳアンテナ６０の凸部６０２１の頂部６０２１Ｔは、ＭＣＵ５１等の回路部品を囲う。言い換えると、ＧＰＳアンテナ６０は凹部６０２２でＭＣＵ５１等の回路部品を囲っている。
さらに、ＧＰＳアンテナ６０の凸部６０２１を回路基板５の金属層と接触させることで、ＧＰＳアンテナ６０をより好適にシールドケースとして作用させることができる。なお、回路基板５の金属層は、配線とは別の金属層として回路基板５に形成してもよい。このような構成とすることで、ＧＰＳアンテナ６０のシールドケースとしての役割を、ＧＰＳアンテナ６０を回路基板５の金属層と接触させない場合と比較して、高めることができる。
＜第２実施形態の効果＞
図１１および図１２で示すように、ＭＣＵ５１等の回路部品は、凸部６０２１によって囲われており、凸部６０２１の頂部６０２１Ｔが回路基板５と接することから、外部と隔離されているため、外部からのノイズを低減することが可能になる。このように、ＧＰＳアンテナ６０に、回路基板５のシールドケースとしての役割を兼用させることが可能になる。特に、ＧＰＳアンテナ６０は、ノイズ源である回路部品と近接するため、シールドケースの役割が重要である。シールドケースの役割が重要な第１の理由は、回路基板５には、デジタル回路のクロック信号を含む様々な電磁波ノイズが発生し、この電磁波ノイズがＧＰＳアンテナ６０に入射されると感度劣化を誘発するためである。シールドケースの役割が重要な第２の理由は、ＧＰＳアンテナ６０が受信した信号を増幅した電力が回路基板５から放射された場合、ＧＰＳアンテナ６０がこの電力が受信すると、受信アンプが発振し、ＧＰＳアンテナ６０の感度が大幅に劣化するためである。
ＭＣＵ５１等の回路部品を第２実施形態のＧＰＳアンテナ６０で完全に覆うことにより、回路ノイズの影響を理論的にはゼロにすることが可能になる。ＧＰＳアンテナ６０と回路基板５との間に隙間があると、スロットアンテナの原理で外部ノイズがＧＰＳアンテナ６０と回路基板５とで区画された領域に侵入する恐れがある。もしくは内部のＭＣＵ５１等の回路部品等による電子回路ノイズ（例えば電磁波）が外部に漏れ、これがＧＰＳアンテナ６０に受信され、受信時の感度劣化の原因になることがある。
＜第３実施形態＞
板状逆Ｆ型アンテナでは、右旋円偏波と左旋円偏波とが１：１の割合で放射される。ＧＰＳアンテナ６０を掘り込むことによって、短絡部６０３の中心と表示部４の中心とを結ぶ仮想直線に対して、ＧＰＳアンテナ６０の形状を左右非対称とすると、右旋円偏波と左旋円偏波との放射の割合を変化させることが可能になる。以下、第３実施形態について説明する。なお、以下に例示する各形態および各変形例において作用や機能が第１実施形態または第２実施形態と同様である要素については、第１実施形態または第２実施形態で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。さらに、以下に示す要素については、説明の省略のため、特に記載がない場合、第３実施形態に関する要素であるとする。
以下、第３実施形態では、図１３〜図１６を用いて、ＧＰＳアンテナ６０の第１の形状から第４の形状までを示し、それぞれの形状が、右旋円偏波が優勢なのか、左旋円偏波が優勢なのかを説明する。右旋円偏波が優勢とは、右旋円偏波が左旋円偏波より放射が大きいことを示し、左旋円偏波が優勢とは、左旋円偏波が右旋円偏波より放射が大きいことを示す。以下の説明では、右旋円偏波が優勢であることを、単に、「右旋優勢」と記載し、左旋円偏波が優勢であることを、単に、「左旋優勢」と記載する。図１３、図１４、図１５、および図１６で示すＧＰＳアンテナ６０では、網掛けを付与していない部分が、金属によりメッキされている部分であり、網掛けを付与している部分が、金属によりメッキされていない部分である。
図１３は、ＧＰＳアンテナ６０の第１形状を示す図である。ＧＰＳアンテナ６０の第１形状は、ＧＰＳアンテナ６０の裏側の９時位置に凸部６０２１を有する。ＧＰＳアンテナ６０の第１の形状は、右旋優勢となる。
図１４は、ＧＰＳアンテナ６０の第２形状を示す図である。ＧＰＳアンテナ６０の第２形状は、ＧＰＳアンテナ６０の裏側の３時位置に凹部６０２２を有する。凹部６０２２を言い換えると、凹部６０２２以外の位置が凸部であるとも言える。ＧＰＳアンテナ６０の第２の形状は、右旋優勢となる。
図１５は、ＧＰＳアンテナ６０の第３形状を示す図である。ＧＰＳアンテナ６０の第３形状は、ＧＰＳアンテナ６０の裏側の３時位置に凸部６０２１を有する。ＧＰＳアンテナ６０の第３の形状は、左旋優勢となる。
図１６は、ＧＰＳアンテナ６０の第４形状を示す図である。ＧＰＳアンテナ６０の第４形状は、ＧＰＳアンテナ６０の裏側の９時位置に凹部６０２２を有する。ＧＰＳアンテナ６０の第４の形状は、左旋優勢となる。
＜第３実施形態の効果＞
図１７は、ＧＰＳアンテナ６０の形状と円偏波の優勢との関係を示す図である。図１７では、平面視におけるＧＰＳアンテナ６０を示す。図１７に示すように、ＧＰＳアンテナ６０は、弧を含む形状である。図１７に示す線分Ｌｓは、ＧＰＳアンテナ６０の弧の両端、すなわち端部Ｅｄ１および端部Ｅｄ２を結ぶ線分である。言い換えると、端部Ｅｄ１が短絡部６０３の一端であり、端部Ｅｄ２が短絡部６０３の他端である。平面視において、ＧＰＳアンテナ６０の面積が２等分となるように、線分Ｌｓの中心を通る仮想直線ＬｎによってＧＰＳアンテナ６０を第１部分Ｐｔ１と第２部分Ｐｔ２とに２等分する。第１部分Ｐｔ１は、９時方向を含む部分であり、第２部分Ｐｔ２は、３時方向を含む部分である。ＧＰＳアンテナ６０の凸部６０２１または凹部６０２２の存在によって、第１部分Ｐｔ１の体積は、第２部分Ｐｔ２の体積とは異なる。例えば、図１３に示したＧＰＳアンテナ６０では、第１部分Ｐｔ１の体積は、凸部６０２１の存在によって、第２部分Ｐｔ２の体積より大きい。
図１８は、ＧＰＳアンテナ６０の凹凸と円偏波の優勢との関係を示す図である。図１８に示すＧＰＳアンテナ６０は、凹凸がない例を示す。凹凸がない場合、右旋円偏波と左旋円偏波とが１：１の割合で放射される。図１８に示すように、ＧＰＳアンテナ６０をｘｚ平面の第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３、および第４象限Ｑ４に分割して、円偏波の優勢を説明する。第１象限Ｑ１および第３象限Ｑ３におけるＧＰＳアンテナ６０は、右旋円偏波を放射し、第２象限Ｑ２および第４象限Ｑ４におけるＧＰＳアンテナ６０は、左旋円偏波を放射する。ＧＰＳアンテナ６０は、厚い部分の電界が大きくなる結果、厚い部分の円偏波が優勢となる。
例えば、図１３に示したＧＰＳアンテナ６０は、第３象限Ｑ３の部分が厚くなる形状である。従って、右旋円偏波の放射量が大きくなるため、ＧＰＳアンテナ６０全体では、右旋優勢となる。図１３に示したＧＰＳアンテナ６０を、第１部分Ｐｔ１および第２部分Ｐｔ２に分割すると、第１部分Ｐｔ１の体積が、第２部分Ｐｔ２の体積より大きくなる。
図１４に示したＧＰＳアンテナ６０は、第４象限Ｑ４の部分が薄くなる形状である。従って、左旋円偏波の放射量が小さくなるため、ＧＰＳアンテナ６０全体では、右旋優勢となる。図１４に示したＧＰＳアンテナ６０を、第１部分Ｐｔ１および第２部分Ｐｔ２に分割すると、第１部分Ｐｔ１の体積が、第２部分Ｐｔ２の体積より大きくなる。
図１５に示したＧＰＳアンテナ６０は、第４象限Ｑ４の部分が厚くなる形状である。従って、左旋円偏波の放射量が大きくなるため、ＧＰＳアンテナ６０全体では、左旋優勢となる。図１５に示したＧＰＳアンテナ６０を、第１部分Ｐｔ１および第２部分Ｐｔ２に分割すると、第２部分Ｐｔ２の体積が、第１部分Ｐｔ１の体積より大きくなる。
図１６に示したＧＰＳアンテナ６０は、第３象限Ｑ３の部分が薄くなる形状である。従って、右旋円偏波の放射量が小さくなるため、ＧＰＳアンテナ６０全体では、左旋優勢となる。図１６に示したＧＰＳアンテナ６０を、第１部分Ｐｔ１および第２部分Ｐｔ２に分割すると、第２部分Ｐｔ２の体積が、第１部分Ｐｔ１の体積より大きくなる。以上により、第２電極６０２に凹凸を設けることによって、第１部分Ｐｔ１の体積が第２部分Ｐｔ２の体積より大きくなる場合右旋優勢となり、第２部分Ｐｔ２の体積が第１部分Ｐｔ１の体積より大きくなる場合左旋優勢となる。
例えば、図１３に示したＧＰＳアンテナ６０は、右旋円偏波と左旋円偏波とが１００：９６の割合で放射される。右旋優勢となることにより、右旋円偏波を受信しやすくすることが可能になる。ＧＰＳ信号は右旋円偏波であるから、図１３に示したＧＰＳアンテナ６０および図１４に示したＧＰＳアンテナ６０は、ＧＰＳ信号を受信しやすくすることが可能になる。
＜第４実施形態＞
第４実施形態では、回路基板５のＧＰＳアンテナ６０との対向面と、ＧＰＳアンテナ６０の回路基板５との対向面とにより形成されるアンテナの共振周波数の送受信を可能にする。以下、回路基板５のＧＰＳアンテナ６０との対向面と、ＧＰＳアンテナ６０の回路基板５との対向面とにより形成されるアンテナを、「寄生アンテナ」と称する。以下、第４実施形態について説明する。なお、以下に例示する各形態および各変形例において作用や機能が第１実施形態、第２実施形態、または第３実施形態と同様である要素については、第１実施形態、第２実施形態、または第３実施形態で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。さらに、以下に示す要素については、説明の省略のため、特に記載がない場合、第４実施形態に関する要素であるとする。
図１９は、ＧＰＳアンテナ６０と回路基板５との関係を示す図である。ＧＰＳアンテナ６０は、グランド線６０５および信号線６０６によって回路基板５と接続する。グランド線６０５は、グランド（ＧＮＤ）に接続する導体である。信号線６０６は、信号が送受信される導体である。
図２０は、ＧＰＳアンテナ６０と回路基板５との配線状態を簡略化した図である。図２０に示すように、回路基板５は、第１電極６０１と信号線６０６によって接続される。さらに、回路基板５は、第２電極６０２とグランド線６０５によって接続される。
図２１は、ＧＰＳアンテナ６０の周波数とリターンロスとの関係を示す図である。図２１に示すグラフの横軸は周波数を示し、縦軸はリターンロスを示す。反射が少ない、すなわち共振周波数であると、リターンロスは、マイナスの方に大きくなる。ＧＰＳアンテナ６０の共振周波数は、１．５ＧＨｚに設計されており、図２１に示すグラフでは、プロットｐｌ１により、ＧＰＳアンテナ６０の共振周波数が１．５ＧＨｚであることが示される。さらに、プロットｐｌ２により、寄生アンテナの共振周波数が１．２ＧＨｚであることが示される。このように、第４実施形態では、２つの周波数（２バンド）の受信に対応することが可能になる。寄生アンテナの周波数は、グランド線６０５および信号線６０６の設置位置を変更することにより調整することが可能である。
図２２は、グランド線６０５の設置位置と共振周波数との関係を示す図である。図２２では、グランド線６０５の設置位置に応じた寄生アンテナの共振周波数のシミュレーションの結果を示す。具体例には、信号線６０６の設置位置が位置ｓｐ１であり、グランド線６０５の設置位置が位置ｇｐ１、位置ｇｐ２、位置ｇｐ３、位置ｇｐ４、位置ｇｐ５、または位置ｇｐ６である場合の寄生アンテナの周波数をシミュレーションした。さらに、ＧＰＳアンテナ６０のコア材の誘電率を２．３とし、ＧＰＳアンテナ６０と回路基板５との間隔を１．５ｍｍとした。以下に、表示部４の中心ｐ０を原点として、位置ｇｐ１、位置ｇｐ２、位置ｇｐ３、位置ｇｐ４、位置ｇｐ５、および位置ｇｐ６のそれぞれの座標と、シミュレーション結果となる、それぞれの位置における寄生アンテナの周波数とを示す。
位置ｇｐ１：座標（０，−１０）：共振周波数１．９ＧＨｚ
位置ｇｐ２：座標（１０，−６）：共振周波数１．７４７ＧＨｚ
位置ｇｐ３：座標（−５，−３）：共振周波数２．０ＧＨｚ
位置ｇｐ４：座標（ ５， ３）：共振周波数１．８０９ＧＨｚ
位置ｇｐ５：座標（１０， ６）：共振周波数１．６１８ＧＨｚ
位置ｇｐ６：座標（ ３，１０）：共振周波数１．６５２ＧＨｚ
以上のシミュレーションの結果より、信号線６０６の設置位置からグランド線６０５の設置位置が遠いほど、寄生アンテナの共振周波数は高くなる傾向にある。このように、寄生アンテナの周波数は、グランド線６０５の設置位置および信号線６０６の設置位置を変更することにより調整することが可能である。このとき、ＧＰＳアンテナ６０の共振周波数は、グランド線６０５および信号線６０６の設置位置に影響されずに固定であるため、ＧＰＳアンテナ６０の共振周波数および寄生アンテナの共振周波数の調整は容易である。
＜第４実施形態の効果＞
以上のように、第４実施形態では、回路基板５をグランド板とし、第２電極６０２と回路基板５とから形成される２枚の導体板が対向する構造を、寄生アンテナとして使用することが可能になる。従って、電子時計１００は、ＧＰＳアンテナ６０の共振周波数と、寄生アンテナの共振周波数とによる２バンドの受信に対応することが可能になる。
実機による感度計測では、ＧＰＳアンテナ６０の共振周波数１．５ＧＨｚと、寄生アンテナの共振周波数９００ＭＨｚとを得ることができた。より具体的には、９００ＭＨｚにおいて、ＧＰＳアンテナ６０の共振周波数のピークゲインの−３ｄＢ程のピークゲインを得ることができた。
＜第５実施形態＞
第１実施形態から第４実施形態では、短絡部６０３によって第１電極６０１と第２電極６０２とが短絡されていたが、第５実施形態では、ＧＰＳアンテナ６０が短絡部６０３を有さない構成である。以下、第５実施形態について説明する。なお、以下に例示する各形態および各変形例において作用や機能が第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、または第４実施形態と同様である要素については、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、または第４実施形態で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
図２３は、第５実施形態における配線状態を簡略化した図である。以下に示す要素については、説明の省略のため、特に記載がない場合、第５実施形態に関する要素であるとする。
図２３に示すように、ＧＰＳアンテナ６０と回路基板５との配線状態は、第４実施形態におけるＧＰＳアンテナ６０と回路基板５とほぼ変わらず、回路基板５は、第１電極６０１と信号線６０６によって接続される。さらに、回路基板５は、第２電極６０２とグランド線６０５によって接続される。しかし、ＧＰＳアンテナ６０は、短絡部６０３を有さない。
＜第５実施形態の効果＞
第５実施形態においても、ＧＰＳアンテナ６０の共振周波数と、寄生アンテナの共振周波数とによる２バンドの受信に対応することが可能になる。
＜変形例＞
以上の各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲内で適宜に併合され得る。なお、以下に例示する変形例において作用や機能が実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
第２実施形態では、１つの凹部６０２２を有したが、ＧＰＳアンテナ６０は、凹部６０２２を複数有してもよいし、回路基板５の特定の箇所のみを囲うような形状でもよい。
第２実施形態において、頂部６０２１Ｔは、回路基板５に密着すると記載したが、頂部６０２１Ｔは、単に、回路基板５に接していればよい。ただし、電子時計１００を地面に落とした等の電子時計１００への衝撃によって頂部６０２１Ｔが回路基板５から離れることを抑制するため、頂部６０２１Ｔは、回路基板５に密着することが好ましい。
第４実施形態および第５実施形態において、ＧＰＳアンテナ６０の共振周波数は、寄生アンテナの共振周波数と同一でもよいし、異なってもよい。ＧＰＳアンテナ６０の共振周波数と、寄生アンテナの共振周波数とが互いに同一である場合、寄生アンテナがない場合と比較して、感度を上昇させることが可能になる。
以上の各形態において、凸部６０２１は、回路基板５に向かって先細りするテーパー状でもよい。この場合、平面視において、凸部６０２１の頂部６０２１Ｔ以外の裾の部分は、回路部品と重なってもよい。
以上の各形態において、ＧＰＳアンテナ６０のコア材は、誘電正接の低い樹脂で成形されると記載したが、これに限らなく、例えば、不導体でもよい。
以上の各形態において、ＧＰＳアンテナ６０は、ＧＰＳ衛星から送信された衛星信号を受信したが、ＧＮＳＳの測位用衛星やＧＮＳＳ以外の測位用衛星からの衛星信号を用いてもよい。例えば、情報処理装置は、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＥＧＮＯＳ(European
Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal
NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、またはＢｅｉＤｏｕ（BeiDou
Navigation Satellite System）等の衛星測位システムのうち１つ、あるいは２つ以上のシステムの衛星からの衛星信号を受信してもよい。
以上の各形態において、電子時計１００が有する操作ボタンの数は、上述した実施形態における５つに限られず、５つより少なくてもよいし、５つより多くてもよい。また、電子時計１００が有する操作ボタンの配置は、上述した実施形態における位置に限られない。
以上では、衛星信号を受信するＧＰＳアンテナ６０に各形態を適用したが、他の無線信号を送受信するアンテナに各形態を適用してもよい。他の無線信号としては、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷｉ−ｆｉ（登録商標）である。また、第３実施形態では、右旋円偏波であるＧＰＳ電波を受信するため、ＧＰＳアンテナ６０は、右旋優勢となるような凹凸があることを記載したが、左旋円偏波である電波を受信する場合には、各形態を適用したアンテナは、左旋優勢となるような凹凸があることが好ましい。
以上では、電子時計に各形態を適用したが、各形態を適用する電子機器は電子時計に限らなく、アンテナおよび回路基板を含む電子機器に適用してもよい。アンテナおよび回路基板を含む電子機器は、例えば、マウスまたはキーボード等の機器と無線接続し、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）によってＰＣ（Personal
Computer）等に接続するＵＳＢトランシーバー、または、自身のＩＤ（IDentifier）およびセンサーが計測した計測結果等を、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）規格に従って送信するビーコン端末等がある。
また、以上の各形態は、表示部、アンテナ、および回路基板を含む電子機器に適用してもよい。表示部、アンテナおよび回路基板を含む電子機器は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、または、ゲーム機等がある。上述したように、各形態を適用したアンテナの凸部は、回路基板に対向する面にある。従って、各形態を適用した電子機器は、アンテナの表示部に対向する面を平らにすることにより、電子機器の厚さを維持しつつ、アンテナの感度を向上させ、表示部を容易に配置することが可能になる。
４…表示部、５…回路基板、１１…筐体、１２…透光性部材、６０…ＧＰＳアンテナ、１００…電子時計、６０１…第１電極、６０２…第２電極、６０３…短絡部、６０４…給電部、６０５…グランド線、６０６…信号線、６０２１…凸部、６０２１Ｔ…頂部、Ｅｄ１…端部、Ｅｄ２…端部、Ｌｓ…線分、Ｐｔ１…第１部分、Ｐｔ２…第２部分。

Claims (9)

  1. 回路部品が配置された回路基板と、
    第１電極と、前記回路基板の前記回路部品が配置された面と向かい合う第２電極とを含むアンテナと、を含み、
    前記第２電極は、前記第２電極から前記回路基板に向かう方向に突出する凸部を有し、
    前記回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記凸部は、前記回路部品と重ならない、
    ことを特徴とする電子機器。
  2. 請求項１に記載の電子機器において、
    前記平面視において、前記凸部は、前記回路部品を囲み、
    前記凸部は、前記回路基板と接する、
    ことを特徴とする電子機器。
  3. 請求項１に記載の電子機器において、
    前記第２電極は前記回路部品を覆う、
    ことを特徴とする電子機器。
  4. 請求項１に記載の電子機器において、
    前記第２電極は電磁シールドとして機能する、
    ことを特徴とする電子機器。
  5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の電子機器において、
    前記アンテナは、前記第１電極と前記第２電極とを短絡する短絡部を含み、
    前記平面視において前記短絡部の一端と他端とを結ぶ仮想直線の中心を通り、前記アンテナの面積を２等分する仮想直線によって前記アンテナを第１部分と第２部分に分割した場合に、前記第１部分の体積が前記第２部分の体積と異なる、
    ことを特徴とする電子機器。
  6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の電子機器において、
    前記回路基板は、前記第１電極と信号線によって接続され、
    前記回路基板は、前記第２電極とグランド線によって接続される、
    ことを特徴とする電子機器。
  7. 請求項１から４のいずれか一項に記載の電子機器において、
    前記回路基板は、前記第１電極と信号線によって接続され、
    前記回路基板は、前記第２電極とグランド線によって接続される、
    ことを特徴とする電子機器。
  8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の電子機器において、
    表示部を含み、
    前記アンテナは、前記表示部と前記回路基板との間に位置する、
    ことを特徴とする電子機器。
  9. 請求項８に記載の電子機器において、
    前記電子機器は、電子時計であって、
    開口部、底面、および側面を有し、前記回路基板、前記アンテナ、および前記表示部を収容する筐体と、
    前記開口部を覆う透光性部材と、
    を含むことを特徴とする電子機器。
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