JP3941504B2 - 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高周波無線機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
［背景技術］
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高周波無線機器およびウオッチ型高周波無線機器に関する。特にウオッチタイプのごとききわめて小型の無線機器に用いられる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、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、単純に小型の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。
さらに携帯電話などの小型無線機器をさらに小型にする場合、あるいは、外形デザインを曲線を多用してデザイン性を高める場合には、アンテナ形状の自由度が高いことが望まれる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、小型化が可能な高周波無線機用アンテナ装置およびそれを用いた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］
上述の課題を解決するため、本発明は、外周に曲線部分を有する多層回路基板と、前記多層回路基板のうち一の層において、前記外周に沿ってパターン形成され、略円弧形状を有するアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントに接続され、前記多層回路基板のうち一の内層において、前記アンテナエレメントが占める部分と対応する領域以外の略全面に形成されたグランドパターンとを有し、前記円弧に対応する円の中心と前記アンテナエレメントが前記グランドパターンに接続される点とを通る直線を第１直線とし、前記円の中心と前記アンテナエレメントの先端部分とを通る直線を第２直線とした場合、第１直線と第２直線のなす角度が１８０°以下であることを特徴とする高周波無線機用アンテナ装置を提供する。
【０００８】
好ましい態様において、この高周波無線機用アンテナ装置は、前記グランドパターンが、前記アンテナエレメントから一定の間隔をおいて配置されていてもよい。
別の好ましい態様において、この高周波無線機用アンテナ装置は、前記アンテナエレメントがグランドパターンに接続される点近傍での前記アンテナエレメントの延在方向と、前記アンテナエレメントが前記グランドパターンに接続される点でのグランドパターンの外縁の接線は略直交していてもよい。
さらに別の好ましい態様において、この高周波無線機用アンテナ装置は、前記アンテナエレメントが逆Ｆ型アンテナエレメントであり、その長さは使用される無線周波数の略４分の１波長であってもよい。
【０００９】
また、本発明は、多層回路基板と、前記多層回路基板の一の層においてパターン形成されたアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントに接続され、前記多層回路基板のうち一の内層において、前記アンテナエレメントが占める部分と対応する領域以外の略全面に形成されたグランドパターンとを有する高周波無線機用アンテナ装置を提供する。
【００１０】
さらに、本発明は、多層回路基板と、前記多層回路基板の一の層においてパターン形成されたアンテナエレメントと、前記多層回路基板の一の層において、前記アンテナエレメントと一定の間隔をおいて配置され、前記アンテナエレメントに接続された第１のグランドパターンと、前記多層回路基板の一の内層において、前記アンテナエレメントが占める部分に相当する領域を除く略全面に形成され、前記第１のグランドパターンと接続された第２のグランドパターンとを有する高周波無線機用アンテナ装置を提供する。
【００１１】
好ましい態様において、これらの高周波無線機用アンテナは、前記アンテナエレメントが逆Ｆ型アンテナエレメントであり、その長さは使用される無線周波数の略４分の１波長であってもよい。
【００１２】
また、本発明は、上記いずれか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を介して無線通信を行う無線通信部とを有する高周波無線機器を提供する。
好ましい態様において、この高周波無線機器は、前記高周波無線機用アンテナ部と前記無線通信部とを収納するウォッチ型ケースをさらに有してもよい。
【００１３】
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。
［１］ 第１実施形態
［１．１］ 第１実施形態のアンテナ装置の構成
図１Ａは、第１実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の平面図である。また、図１Ｂは第１実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の正面図である。さらに、図１Ｃは、第１実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の側面図である。
【００１４】
回路基板１は、多層基板として形成されている。回路基板１の外形は曲線部分を有している。
回路基板１を構成する複数の層のうち最上位層上（表面層上）には、アンテナエレメント２が緩やかな曲線を描いたパターンとして形成されている。
回路基板１のアンテナエレメント２が形成された層と同一層には、アンテナエレメント２に沿ってグランドパターン３が形成されている。
また、回路基板１のアンテナエレメント２が形成された層と異なる他の層（内層）には、グランドパターン３とスルーホール６を介して導通接続された第２のグランドパターン４が形成されている。
さらに回路基板１のアンテナエレメント２が形成されている面（以下、便宜上、上面という。）の裏面（以下、便宜上、下面という。）側には、無線回路５が形成されている。図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃにおいては、図示の簡略化のため、無線回路５をモジュールとして配置しているが、回路基板１の下面に配線パターンを形成して部品を実装するように構成することも可能である。
【００１５】
この場合において、回路基板１の上面側にはアンテナエレメント２およびグランドパターン３のみを図示している。しかしながら、実際には、各種情報を表示する液晶ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置を駆動するためのディスプレドライバＩＣ、各部を制御するためのマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）およびマイクロプロセッサ用の周辺部品が配置されている。これらのウオッチ型無線機器を構成する各部品は回路基板１上の配線パターンによって接続されている。
【００１６】
アンテナエレメント２は、図１Ａに示すように回路基板１の外形に沿って曲線部分を有するように構成されている。そしてアンテナエレメント２の一端において直角に曲げられ、グランドパターン３に対して接続されている。
グランドパターン３は、アンテナエレメント２の形状に沿って一定の間隔を保つように設計されている。アンテナエレメント２とグランドパターン３の間隔はアンテナ特性、基板サイズを考慮して決められる。具体的には、約２［ｍｍ］程度とされる。
【００１７】
アンテナエレメント２の長さは、回路基板１の誘電率およびアンテナエレメント２の近傍に配置される誘電体（プラスチック部材など）による波長短縮効果を見込んで無線周波数の４分の１波長相当になるように設定される。具体的には、ＩＳＭバンドなどの２．４［ＧＨｚ］帯の場合、２０数［ｍｍ］程度に設定される。
【００１８】
給電点７は、アンテナエレメント２に対する給電を行うものである。この給電点７は、アンテナエレメント２と図示しない給電回路のインピーダンスマッチングを考慮して接続点が決定される。なお、図１Ａにおいては、図示の簡略化のため、給電点７と給電回路との接続線などは省略している。また、アンテナエレメント２への給電は、回路基板１内部からスルーホールを介して行うように構成することも可能である。
この場合において、アンテナエレメント２、グランドパターン３、グランドパターン４および給電点７は４分の１波長逆Ｆアンテナを構成している。
ここで、グランドパターン３は前述の回路部品実装上の制約があるため、大きさが制限されることとなる。しかしながら、グランドパターン４については、図１Ａに示したように、少なくとも回路基板１のいずれか一層において、最上位層においてアンテナエレメント２が形成されている部分に相当する部分を除く領域の全域にわたって形成されるのが好ましい。
【００１９】
［１．２］ 第１実施形態の効果
図２Ａに従来の腕時計型無線機器用の回路基板の上面図を示す。また、図２Ｂに従来の腕時計型無線機器用の回路基板の正面図を示す。
図２Ａに逆Ｆアンテナのパターンの一例を示すように、従来の逆Ｆアンテナのアンテナエレメント２ａは、主要部分が直線的に形成されている。また、グランドパターン４ａも矩形形状を有している。このため、基板サイズは４分の１波長相当の長さよりも通常大きくなってしまうという問題点があった。
またグランドパターン４ａをアンテナエレメント２ａと同一の層である基板面（最上位層）に形成しているため、基板面に他の部品を実装したりすることはできない。したがって、基板面の面積を有効に利用できなかった。
これに対し第１実施形態の構成によれば、アンテナエレメント２を回路基板１の外周に沿って非直線的に形成している。このため、回路基板１の基板サイズを小さくすることができる。
【００２０】
また、第２グランドパターン４をアンテナエレメント２とは異なる回路基板１の内層に構成している。このため、基板表面に形成される第１グランドパターン３の面積を小さくできる。また、基板表面に部品を配置することも可能となる。従って、基板面の面積の有効利用が図れ、より一層の小型化も図れることとなる。
【００２１】
図３Ａに第１実施形態の腕装着型無線機器における逆Ｆアンテナを図３Ｂに示した方向に配置して測定を行った場合の水平面内における水平偏波方向の放射指向特性（radiation pattern）例を示す。また、図３Ｃに第１実施形態の腕装着型無線機器における逆Ｆアンテナを図３Ｄに示した方向に配置して測定を行った場合の垂直面内における垂直偏波方向の放射指向特性（radiation pattern）例を示す。また、図４Ａに従来の腕装着型無線機器における逆Ｆアンテナを図４Ｂに示した方向に配置して測定を行った場合の水平面内における水平偏波方向の放射指向特性（radiation pattern）例を示す。また、図４Ｃに従来の腕装着型無線機器における逆Ｆアンテナを図４Ｄに示した方向に配置して測定を行った場合の垂直平面内における垂直偏波方向の放射指向特性（radiation pattern）例を示す。なお、図３Ａ、図３Ｃ、図４Ａ、図４Ｃの各図においては比較のため、同一周波数における２分の１波長ダイポールアンテナの特性を併せて示してあり、単位はダイポール比ゲイン（ｄＢｄ）となっている。
【００２２】
図３Ａを見ればわかるとおり、第１実施形態の逆Ｆアンテナは、同一周波数における２分の１波長ダイポールアンテナの最大ゲイン方向に対して、最大ゲイン方向をほぼ９０［゜］回転させた放射指向特性を有している。また、第１実施形態の逆Ｆアンテナは、２分の１波長ダイポールアンテナにおいて最大ゲイン方向から９０［゜］付近に現れているヌルポイント（ゲインが著しく小さくなる点）と比較して、ゲイン低下が緩和されているのがわかる。
【００２３】
これに対し、図４Ａに示した従来の逆Ｆアンテナでは、放射指向特性図の形状がややいびつに２７０［゜］方向におけるゲインが小さい。
また、図３Ｃと図４Ｃとを比較すればわかるとおり、垂直面内垂直偏波の放射指向特性がアンテナゲインが高く、優れた特性を有している。
従って、総合的にみて第１実施形態の逆Ｆアンテナの方が従来の逆Ｆアンテナと比較して、２分の１波長ダイポールアンテナに近い特性を有しており、アンテナとして扱いやすいことがわかる。
【００２４】
［２］ 第２実施形態
本第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、回路基板が第１実施形態と比較してより矩形形状に近い点である。また、アンテナエレメント形成面には、グランドパターンのみを形成している点も異なっている。
【００２５】
図５Ａは、第２実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の平面図である。また、図５Ｂは第２実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の正面図である。さらに、図５Ｃは、第２実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の側面図である。
回路基板１ｂは、多層基板として形成されている。回路基板１ｂの外形は曲線部分を有している。
回路基板１ｂ上には、アンテナエレメント２ｂがパターンとして形成され、その先端側は、緩やかな曲線を描いている。
回路基板１ｂの同一層には、アンテナエレメント２ｂに沿ってグランドパターン３ｂが形成されている。
さらに回路基板１ｂの下面側には、無線回路５ｂが形成されている。
【００２６】
給電点７ｂは、アンテナエレメント２ｂに対する給電を行うものである。この給電点７ｂは、アンテナエレメント２ｂと図示しない給電回路のインピーダンスマッチングを考慮して接続点が決定されている。なお、図５Ａにおいても、図示の簡略化のため、給電点７ｂと給電回路との接続線などは省略している。なお、アンテナエレメント２への給電は、回路基板１ｂ内部からスルーホールを介して行うように構成することも可能である。
【００２７】
［３］ 第３実施形態
本第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、回路基板が第１実施形態と比較してより小型となり、かつ楕円形状に近くなっている点である。また、アンテナエレメント形成面には、グランドパターンのみを形成している点が異なっている。
【００２８】
図６Ａは、第３実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の平面図である。また、図６Ｂは第３実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の正面図である。さらに、図６Ｃは、第３実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の側面図である。
回路基板１ｃは、多層基板として形成されている。回路基板１ｃの外形は略楕円形状を有している。
回路基板１ｃ上には、アンテナエレメント２ｃが第１実施形態と同様に、緩やかな曲線を描いたパターンとして形成されている。
回路基板１ｃの同一層には、アンテナエレメント２ｃに沿ってグランドパターン４ｃが形成されている。
さらに回路基板１ｃの下面側には、無線回路５ｃが形成されている。
【００２９】
給電点７ｃは、アンテナエレメント２ｃに対する給電を行うものである。この給電点７ｃは、アンテナエレメント２ｃと図示しない給電回路のインピーダンスマッチングを考慮して接続点が決定される。なお、図６Ａにおいては、図示の簡略化のため、給電点７ｃと給電回路との接続線などは省略している。
【００３０】
［４］ 第４実施形態
図７に第４実施形態のアンテナ装置を用いた腕装着型無線機モジュールの平面図を示す。また、図８に図７の腕装着型無線機モジュールの略断面図を示す。
図７および図８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すものとする。
腕装着型無線機モジュールＥ４を構成する回路基板１上には、アンテナエレメント２が緩やかな曲線を描いたパターンとして形成されている。
回路基板１の同一層には、アンテナエレメント２に沿ってグランドパターン３が形成されている。
【００３１】
図９に腕装着型無線機モジュールＥ４の側面図を示す。
図９に示すように、回路基板１の内層の他の層には、グランドパターン３とスルーホールＴＨを介して導通接続された第２のグランドパターン４が形成されている。
さらに回路基板１の上面側には液晶表示装置駆動回路を含む制御ＩＣ１０が実装されている。また、制御ＩＣ１０に駆動用信号を供給するための配線パターンも配置されている。
制御ＩＣ１０の上方側には、導電ゴム９を介して制御ＩＣ１０からの駆動用信号が供給され、駆動される液晶表示装置（ＬＣＤ）８が設けられている。
【００３２】
また、腕装着型無線機モジュールの回路基板１の下面側には、回路モジュール５および駆動電源を供給するためのボタン型電池１１が配置されている。この場合において、ボタン型電池１１の回路基板１への投影面積がグランドパターン４の面積よりも小さくするのが好ましい。また、ボタン型電池１１の回路基板１への投影図がグランドパターン４内に含まれるようにボタン型電池１１のサイズおよび配置を考慮するのが好ましい。
【００３３】
より一般的には、上述したボタン型電池１１、回路モジュールなどの電源を含む複数の素子のうちアンテナエレメントに近接して配置することにより高周波無線機用アンテナの特性に影響を与える素子について、以下の用に取り扱うのが好ましい。すなわち、グランドパターン（上述の例の場合、グランドパターン４）を射影面とする。そして、素子を射影面に垂直な方向から平面視した場合の素子の外周形状の正射影が射影面に含まれるようにアンテナ特性に影響を与える素子を回路基板上で配置するようにするのが好ましいのである。
【００３４】
これは、ダイポールアンテナなどの線状アンテナにおいてアンテナエレメントに平行に近接して配置された導体面は感度を劣化させるからである。従って、金属などの導電性の部材を配置する場合には、アンテナエレメントからできる限り遠ざける配置とするのが好ましいからである。
【００３５】
このようにボタン型電池１１のサイズおよび配置を選択することによりアンテナエレメント２に対応する位置には、金属などの導電性の部材が配置されない構造となる。従ってアンテナ特性を向上させることができるのである。
【００３６】
図１０に本第４実施形態の腕装着型無線機モジュールをケースに組み込んで腕装着型無線機器を構成した場合の平面透視図を示す。また、図１１に本第４実施形態の腕装着型無線機モジュールをケースに組み込んだ場合の断面図を示す。
【００３７】
腕装着型無線機モジュールＥ４は、回路基板１がプラスチック製の固定部材１４によって上下方向から挟み込まれた状態で、プラスチック製あるいは無機ガラス製のカバーガラス１６を有するプラスチック製のケース本体１５内に微小ネジ１８および固定用ナット１３により固定されている。さらに腕装着型無線機モジュールＥ４の裏面側には、裏蓋１２がケース本体１５に固定されることとなる。
【００３８】
この場合において、図１０に示すように、固定用ナット１３は、アンテナエレメント２とグランドパターン３との間の非パターン形成部分に設けられている。このような位置に固定用ナット１３を配置することにより、アンテナエレメント２およびグランドパターン３の形状を変更する必要はない。従って、簡単に構造部品である腕装着型無線機モジュールＥ４の固定が可能となっている。
【００３９】
ところで、固定用部材１４およびケース本体１５は、回路基板１上のアンテナエレメント２に近接して配置されるため、誘電体としてアンテナエレメントの共振周波数に影響を与える。
このため、アンテナエレメントのエレメント長の設定にあたっては、これらの誘電体の影響を考慮した最適化が必要である。実際、これらの誘電体部材をアンテナエレメント近傍に配置することによりアンテナエレメント長は短縮され、より小型のアンテナ装置を実現することができる。
【００４０】
また、回路モジュール５およびボタン型電池１１は、回路基板１のグランドパターン４に対向する位置に配置、すなわち、グランドパターン４に相当する投影面の領域内に配置する。これにより、アンテナエレメント２への影響を少なくすることができる。
【００４１】
さらに裏蓋１２は、上述した回路モジュール５およびボタン型電池１１の配置理由と同様の理由により金属ではない部材で構成するのが望ましい。しかしながら機器の厚み、防水性などを考慮して適当な部材を選択できる。この場合においても、アンテナエレメントのエレメント長の設定にあたっては、必要に応じて裏蓋１２の材質の影響を考慮した最適化が必要である。
【００４２】
図１２に第４実施形態の腕装着型無線機器における逆Ｆアンテナの放射指向特性（radiation pattern）例を示す。図１２においては比較のため、同一周波数における２分の１波長ダイポールアンテナの特性を併せて示しており、単位はダイポール比ゲイン（ｄＢｄ）となっている。
図１２に示すように、ダイポール比ゲインは、ほぼ全方向において−７ｄＢｄ以上となっており、本第４実施形態のプリントアンテナが十分に良好な特性を有していることがわかる。
【００４３】
［５］ 第５実施形態
上記各実施形態は、回路基板上にプリントアンテナを形成する場合のものであった。しかしながら、本第５実施形態は、フレキシブル基板にプリントアンテナを形成し、このフレキシブル基板を回路基板に垂直に載置する構成を採っている。
【００４４】
図１３Ａに第５実施形態の腕装着型無線機モジュールの上面図を示す。また、図１３Ｂに第５実施形態の腕装着型無線機モジュールの斜視図を示す。
腕装着型無線機モジュール５Ｅを構成する回路基板１上には、フレキシブル基板２０が垂直に載置固定されている。このフレキシブル基板２０は、回路基板１の外形形状に沿って回路基板１上で緩やかな曲線（弧）を描くように固定されている。
【００４５】
フレキシブル基板２０には、図１３Ｃに示すように、アンテナエレメント２Ａおよびグランドパターン３Ａが形成されている。
また、アンテナエレメントの配線パターンには、回路基板１上のグランドパターン３Ｂに接続される第１グランド端子２１Ａおよび回路基板１上の図示しない給電点に接続される給電端子２１Ｂが設けられている。
さらにグランドパターン３Ａには、回路基板１上のグランドパターン３Ｂに接続される第２グランド端子２１Ｃが設けられている。
【００４６】
このように回路基板１に対し、垂直な方向へアンテナエレメント２Ａを配置しているため、回路基板１の基板面の面積を有効に利用することができる。
【００４７】
［６］ 実施形態の変形例
第１変形例
図２Ａに示した従来の腕時計型アンテナモジュールあるいはダイポールアンテナでは、指向性の変更はできなかった。しかしながら、本変形例は、これを解決するものである。
【００４８】
図１４に実施形態の第１変形例の説明図を示す。
以上の各実施形態においては、図１４に示すように、アンテナエレメント２Ｘの接地点ＰEからアンテナエレメント２Ｘの先端位置までのグランドパターン３Ｘに沿った角度θについては、詳細に述べていなかった。
【００４９】
アンテナエレメント２Ｘの平面視曲線形状部分を略円弧であると見なしたとする。このとき、円弧に対応する円の中点ＯＸおよびアンテナエレメント２Ｘがグランドパターン３Ｘに接地される接地点ＰEを通る直線Ｌ１と、円の中点ＯＸおよびアンテナエレメントの先端部分を通る直線Ｌ２とのなす角度θを受信感度などの観点から、１８０［゜］以下とするのが好ましい。この理由は、角度θを１８０［゜］以上とした場合には、アンテナエレメント２Ｘ内で受信電力が相殺され、損失が大きくなるからである。
【００５０】
なお、受信電力の損失が無視できる場合であれば、θを１８０［゜］以上とすることは可能である。いずれの場合においても、アンテナエレメント２Ｘのエレメント長は、当該アンテナエレメント２Ｘが対応する使用周波数に基づいて定められる。より具体的には、小型化の観点、実用感度の観点から使用周波数に対応する波長の１／４波長相当となるのが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００５１】
また、アンテナエレメント２Ｘの接地点ＰEにおけるグランドパターン３Ｘの接線Ｌの方向ＤＬと接地点近傍のアンテナエレメントの延在方向ＤＲとは略直交状態となるのが好ましい。
【００５２】
この結果、上記構成を採る本変形例によれば、アンテナの指向性を任意の方向に設定することができる。例えば、図３Ａにおいて、２７０［゜］〜９０［゜］の放射指向特性グラフを回転させることが可能となる。
【００５３】
第２変形例
以上の説明においては、腕時計型アンテナモジュールを構成するアンテナエレメントは、回路基板の外周形状に沿って曲線部分を有するものとなっていた。しかしながら、アンテナエレメントが直線形状を有する場合であっても、図１５に示すように、グランドパターン３Ｙを多層の回路基板１Ｙの内層に形成するように構成すればよい。これにより、アンテナエレメント２Ｙとグランドパターン３Ｙとの間に誘電体である基板材が介在することとなり、回路基板１Ｙの誘電率が大きい場合、あるいは、基板誘電率の影響により、アンテナエレメント２Ｙとグランドパターン３Ｙとの距離を短くすることができる。ひいては、アンテナ自体の小型化を図ることができる。
【００５４】
第３変形例
図１６に示すように、グランドパターン３Ｚを射影面とし、アンテナ特性に影響を及ぼす電池１１、回路モジュール５などの素子をグランドパターン３Ｚに垂直な方向から平面視した場合の各素子の外周形状の正射影が射影面であるグランドパターン３Ｚ内に含まれるように各素子を配置すればよい。これによりアンテナエレメントが直線形状あるいは曲線部分を有する形状のいずれであっても、アンテナの特性劣化を防止することができる。
【００５５】
第４変形例
以上の説明においては、第２グランドパターンが回路基板の一つの層に設けられている場合について説明した。しかしながら、複数の層にグランドパターンを設け、それら複数のグランドパターンを第２グランドパターンとみなすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 第１実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の上面図である。
【図１Ｂ】 第１実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の正面図である。
【図１Ｃ】 第１実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の側面図である。
【図２Ａ】 従来の腕時計型無線機器用の回路基板の上面図である。
【図２Ｂ】 従来の腕時計型無線機器用の回路基板の正面図である。
【図３Ａ】 第１実施形態の逆Ｆ型アンテナの水平面内の水平偏波方向における放射指向特性例の説明図である。
【図３Ｂ】 図３Ａにおける放射指向特性測定時における腕時計型無線機器用の回路基板の配置状態説明図である。
【図３Ｃ】 第１実施形態の逆Ｆ型アンテナの垂直平面内の垂直偏波方向における放射指向特性例の説明図である。
【図３Ｄ】 図３Ｃにおける放射指向特性測定時における腕時計型無線機器用の回路基板の配置状態説明図である。
【図４Ａ】 従来の逆Ｆ型アンテナの水平面内の水平偏波方向における放射指向特性例の説明図である。
【図４Ｂ】 図４Ａにおける放射指向特性測定時における腕時計型無線機器用の回路基板の配置状態説明図である。
【図４Ｃ】 従来の逆Ｆ型アンテナの垂直平面内の垂直偏波方向における放射指向特性例の説明図である。
【図４Ｄ】 図４Ｃにおける放射指向特性測定時における腕時計型無線機器用の回路基板の配置状態説明図である。
【図５Ａ】 第２実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の上面図である。
【図５Ｂ】 第２実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の正面図である。
【図５Ｃ】 第２実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の側面図である。
【図６Ａ】 第３実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の上面図である。
【図６Ｂ】 第３実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の正面図である。
【図６Ｃ】 第３実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の側面図である。
【図７】 第４実施形態の腕時計型無線機器用のモジュールの平面図である。
【図８】 第４実施形態の腕時計型無線機器用のモジュールの略断面図である。
【図９】 第４実施形態の腕時計型無線機器用のモジュールの正面透視図である。
【図１０】 第４実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板をケースに収納した場合の透視図である。
【図１１】 第４実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板をケースに収納した場合の部分断面図である。
【図１２】 第４実施形態の逆Ｆアンテナの放射指向特性例の説明図である。
【図１３Ａ】 第５実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の上面図である。
【図１３Ｂ】 第５実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の斜視図である。
【図１３Ｃ】 第５実施形態のフレキシブル基板の説明図である。
【図１４】 実施形態の第１変形例の説明図である。
【図１５】 実施形態の第２変形例の説明図である。
【図１６】 実施形態の第３変形例の説明図である。
［背景技術］
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高周波無線機器およびウオッチ型高周波無線機器に関する。特にウオッチタイプのごとききわめて小型の無線機器に用いられる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、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、単純に小型の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。
さらに携帯電話などの小型無線機器をさらに小型にする場合、あるいは、外形デザインを曲線を多用してデザイン性を高める場合には、アンテナ形状の自由度が高いことが望まれる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、小型化が可能な高周波無線機用アンテナ装置およびそれを用いた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］
上述の課題を解決するため、本発明は、外周に曲線部分を有する多層回路基板と、前記多層回路基板のうち一の層において、前記外周に沿ってパターン形成され、略円弧形状を有するアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントに接続され、前記多層回路基板のうち一の内層において、前記アンテナエレメントが占める部分と対応する領域以外の略全面に形成されたグランドパターンとを有し、前記円弧に対応する円の中心と前記アンテナエレメントが前記グランドパターンに接続される点とを通る直線を第１直線とし、前記円の中心と前記アンテナエレメントの先端部分とを通る直線を第２直線とした場合、第１直線と第２直線のなす角度が１８０°以下であることを特徴とする高周波無線機用アンテナ装置を提供する。
【０００８】
好ましい態様において、この高周波無線機用アンテナ装置は、前記グランドパターンが、前記アンテナエレメントから一定の間隔をおいて配置されていてもよい。
別の好ましい態様において、この高周波無線機用アンテナ装置は、前記アンテナエレメントがグランドパターンに接続される点近傍での前記アンテナエレメントの延在方向と、前記アンテナエレメントが前記グランドパターンに接続される点でのグランドパターンの外縁の接線は略直交していてもよい。
さらに別の好ましい態様において、この高周波無線機用アンテナ装置は、前記アンテナエレメントが逆Ｆ型アンテナエレメントであり、その長さは使用される無線周波数の略４分の１波長であってもよい。
【０００９】
また、本発明は、多層回路基板と、前記多層回路基板の一の層においてパターン形成されたアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントに接続され、前記多層回路基板のうち一の内層において、前記アンテナエレメントが占める部分と対応する領域以外の略全面に形成されたグランドパターンとを有する高周波無線機用アンテナ装置を提供する。
【００１０】
さらに、本発明は、多層回路基板と、前記多層回路基板の一の層においてパターン形成されたアンテナエレメントと、前記多層回路基板の一の層において、前記アンテナエレメントと一定の間隔をおいて配置され、前記アンテナエレメントに接続された第１のグランドパターンと、前記多層回路基板の一の内層において、前記アンテナエレメントが占める部分に相当する領域を除く略全面に形成され、前記第１のグランドパターンと接続された第２のグランドパターンとを有する高周波無線機用アンテナ装置を提供する。
【００１１】
好ましい態様において、これらの高周波無線機用アンテナは、前記アンテナエレメントが逆Ｆ型アンテナエレメントであり、その長さは使用される無線周波数の略４分の１波長であってもよい。
【００１２】
また、本発明は、上記いずれか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を介して無線通信を行う無線通信部とを有する高周波無線機器を提供する。
好ましい態様において、この高周波無線機器は、前記高周波無線機用アンテナ部と前記無線通信部とを収納するウォッチ型ケースをさらに有してもよい。
【００１３】
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。
［１］ 第１実施形態
［１．１］ 第１実施形態のアンテナ装置の構成
図１Ａは、第１実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の平面図である。また、図１Ｂは第１実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の正面図である。さらに、図１Ｃは、第１実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の側面図である。
【００１４】
回路基板１は、多層基板として形成されている。回路基板１の外形は曲線部分を有している。
回路基板１を構成する複数の層のうち最上位層上（表面層上）には、アンテナエレメント２が緩やかな曲線を描いたパターンとして形成されている。
回路基板１のアンテナエレメント２が形成された層と同一層には、アンテナエレメント２に沿ってグランドパターン３が形成されている。
また、回路基板１のアンテナエレメント２が形成された層と異なる他の層（内層）には、グランドパターン３とスルーホール６を介して導通接続された第２のグランドパターン４が形成されている。
さらに回路基板１のアンテナエレメント２が形成されている面（以下、便宜上、上面という。）の裏面（以下、便宜上、下面という。）側には、無線回路５が形成されている。図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃにおいては、図示の簡略化のため、無線回路５をモジュールとして配置しているが、回路基板１の下面に配線パターンを形成して部品を実装するように構成することも可能である。
【００１５】
この場合において、回路基板１の上面側にはアンテナエレメント２およびグランドパターン３のみを図示している。しかしながら、実際には、各種情報を表示する液晶ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置を駆動するためのディスプレドライバＩＣ、各部を制御するためのマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）およびマイクロプロセッサ用の周辺部品が配置されている。これらのウオッチ型無線機器を構成する各部品は回路基板１上の配線パターンによって接続されている。
【００１６】
アンテナエレメント２は、図１Ａに示すように回路基板１の外形に沿って曲線部分を有するように構成されている。そしてアンテナエレメント２の一端において直角に曲げられ、グランドパターン３に対して接続されている。
グランドパターン３は、アンテナエレメント２の形状に沿って一定の間隔を保つように設計されている。アンテナエレメント２とグランドパターン３の間隔はアンテナ特性、基板サイズを考慮して決められる。具体的には、約２［ｍｍ］程度とされる。
【００１７】
アンテナエレメント２の長さは、回路基板１の誘電率およびアンテナエレメント２の近傍に配置される誘電体（プラスチック部材など）による波長短縮効果を見込んで無線周波数の４分の１波長相当になるように設定される。具体的には、ＩＳＭバンドなどの２．４［ＧＨｚ］帯の場合、２０数［ｍｍ］程度に設定される。
【００１８】
給電点７は、アンテナエレメント２に対する給電を行うものである。この給電点７は、アンテナエレメント２と図示しない給電回路のインピーダンスマッチングを考慮して接続点が決定される。なお、図１Ａにおいては、図示の簡略化のため、給電点７と給電回路との接続線などは省略している。また、アンテナエレメント２への給電は、回路基板１内部からスルーホールを介して行うように構成することも可能である。
この場合において、アンテナエレメント２、グランドパターン３、グランドパターン４および給電点７は４分の１波長逆Ｆアンテナを構成している。
ここで、グランドパターン３は前述の回路部品実装上の制約があるため、大きさが制限されることとなる。しかしながら、グランドパターン４については、図１Ａに示したように、少なくとも回路基板１のいずれか一層において、最上位層においてアンテナエレメント２が形成されている部分に相当する部分を除く領域の全域にわたって形成されるのが好ましい。
【００１９】
［１．２］ 第１実施形態の効果
図２Ａに従来の腕時計型無線機器用の回路基板の上面図を示す。また、図２Ｂに従来の腕時計型無線機器用の回路基板の正面図を示す。
図２Ａに逆Ｆアンテナのパターンの一例を示すように、従来の逆Ｆアンテナのアンテナエレメント２ａは、主要部分が直線的に形成されている。また、グランドパターン４ａも矩形形状を有している。このため、基板サイズは４分の１波長相当の長さよりも通常大きくなってしまうという問題点があった。
またグランドパターン４ａをアンテナエレメント２ａと同一の層である基板面（最上位層）に形成しているため、基板面に他の部品を実装したりすることはできない。したがって、基板面の面積を有効に利用できなかった。
これに対し第１実施形態の構成によれば、アンテナエレメント２を回路基板１の外周に沿って非直線的に形成している。このため、回路基板１の基板サイズを小さくすることができる。
【００２０】
また、第２グランドパターン４をアンテナエレメント２とは異なる回路基板１の内層に構成している。このため、基板表面に形成される第１グランドパターン３の面積を小さくできる。また、基板表面に部品を配置することも可能となる。従って、基板面の面積の有効利用が図れ、より一層の小型化も図れることとなる。
【００２１】
図３Ａに第１実施形態の腕装着型無線機器における逆Ｆアンテナを図３Ｂに示した方向に配置して測定を行った場合の水平面内における水平偏波方向の放射指向特性（radiation pattern）例を示す。また、図３Ｃに第１実施形態の腕装着型無線機器における逆Ｆアンテナを図３Ｄに示した方向に配置して測定を行った場合の垂直面内における垂直偏波方向の放射指向特性（radiation pattern）例を示す。また、図４Ａに従来の腕装着型無線機器における逆Ｆアンテナを図４Ｂに示した方向に配置して測定を行った場合の水平面内における水平偏波方向の放射指向特性（radiation pattern）例を示す。また、図４Ｃに従来の腕装着型無線機器における逆Ｆアンテナを図４Ｄに示した方向に配置して測定を行った場合の垂直平面内における垂直偏波方向の放射指向特性（radiation pattern）例を示す。なお、図３Ａ、図３Ｃ、図４Ａ、図４Ｃの各図においては比較のため、同一周波数における２分の１波長ダイポールアンテナの特性を併せて示してあり、単位はダイポール比ゲイン（ｄＢｄ）となっている。
【００２２】
図３Ａを見ればわかるとおり、第１実施形態の逆Ｆアンテナは、同一周波数における２分の１波長ダイポールアンテナの最大ゲイン方向に対して、最大ゲイン方向をほぼ９０［゜］回転させた放射指向特性を有している。また、第１実施形態の逆Ｆアンテナは、２分の１波長ダイポールアンテナにおいて最大ゲイン方向から９０［゜］付近に現れているヌルポイント（ゲインが著しく小さくなる点）と比較して、ゲイン低下が緩和されているのがわかる。
【００２３】
これに対し、図４Ａに示した従来の逆Ｆアンテナでは、放射指向特性図の形状がややいびつに２７０［゜］方向におけるゲインが小さい。
また、図３Ｃと図４Ｃとを比較すればわかるとおり、垂直面内垂直偏波の放射指向特性がアンテナゲインが高く、優れた特性を有している。
従って、総合的にみて第１実施形態の逆Ｆアンテナの方が従来の逆Ｆアンテナと比較して、２分の１波長ダイポールアンテナに近い特性を有しており、アンテナとして扱いやすいことがわかる。
【００２４】
［２］ 第２実施形態
本第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、回路基板が第１実施形態と比較してより矩形形状に近い点である。また、アンテナエレメント形成面には、グランドパターンのみを形成している点も異なっている。
【００２５】
図５Ａは、第２実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の平面図である。また、図５Ｂは第２実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の正面図である。さらに、図５Ｃは、第２実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の側面図である。
回路基板１ｂは、多層基板として形成されている。回路基板１ｂの外形は曲線部分を有している。
回路基板１ｂ上には、アンテナエレメント２ｂがパターンとして形成され、その先端側は、緩やかな曲線を描いている。
回路基板１ｂの同一層には、アンテナエレメント２ｂに沿ってグランドパターン３ｂが形成されている。
さらに回路基板１ｂの下面側には、無線回路５ｂが形成されている。
【００２６】
給電点７ｂは、アンテナエレメント２ｂに対する給電を行うものである。この給電点７ｂは、アンテナエレメント２ｂと図示しない給電回路のインピーダンスマッチングを考慮して接続点が決定されている。なお、図５Ａにおいても、図示の簡略化のため、給電点７ｂと給電回路との接続線などは省略している。なお、アンテナエレメント２への給電は、回路基板１ｂ内部からスルーホールを介して行うように構成することも可能である。
【００２７】
［３］ 第３実施形態
本第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、回路基板が第１実施形態と比較してより小型となり、かつ楕円形状に近くなっている点である。また、アンテナエレメント形成面には、グランドパターンのみを形成している点が異なっている。
【００２８】
図６Ａは、第３実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の平面図である。また、図６Ｂは第３実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の正面図である。さらに、図６Ｃは、第３実施形態のウオッチ型無線機器用の回路基板の側面図である。
回路基板１ｃは、多層基板として形成されている。回路基板１ｃの外形は略楕円形状を有している。
回路基板１ｃ上には、アンテナエレメント２ｃが第１実施形態と同様に、緩やかな曲線を描いたパターンとして形成されている。
回路基板１ｃの同一層には、アンテナエレメント２ｃに沿ってグランドパターン４ｃが形成されている。
さらに回路基板１ｃの下面側には、無線回路５ｃが形成されている。
【００２９】
給電点７ｃは、アンテナエレメント２ｃに対する給電を行うものである。この給電点７ｃは、アンテナエレメント２ｃと図示しない給電回路のインピーダンスマッチングを考慮して接続点が決定される。なお、図６Ａにおいては、図示の簡略化のため、給電点７ｃと給電回路との接続線などは省略している。
【００３０】
［４］ 第４実施形態
図７に第４実施形態のアンテナ装置を用いた腕装着型無線機モジュールの平面図を示す。また、図８に図７の腕装着型無線機モジュールの略断面図を示す。
図７および図８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すものとする。
腕装着型無線機モジュールＥ４を構成する回路基板１上には、アンテナエレメント２が緩やかな曲線を描いたパターンとして形成されている。
回路基板１の同一層には、アンテナエレメント２に沿ってグランドパターン３が形成されている。
【００３１】
図９に腕装着型無線機モジュールＥ４の側面図を示す。
図９に示すように、回路基板１の内層の他の層には、グランドパターン３とスルーホールＴＨを介して導通接続された第２のグランドパターン４が形成されている。
さらに回路基板１の上面側には液晶表示装置駆動回路を含む制御ＩＣ１０が実装されている。また、制御ＩＣ１０に駆動用信号を供給するための配線パターンも配置されている。
制御ＩＣ１０の上方側には、導電ゴム９を介して制御ＩＣ１０からの駆動用信号が供給され、駆動される液晶表示装置（ＬＣＤ）８が設けられている。
【００３２】
また、腕装着型無線機モジュールの回路基板１の下面側には、回路モジュール５および駆動電源を供給するためのボタン型電池１１が配置されている。この場合において、ボタン型電池１１の回路基板１への投影面積がグランドパターン４の面積よりも小さくするのが好ましい。また、ボタン型電池１１の回路基板１への投影図がグランドパターン４内に含まれるようにボタン型電池１１のサイズおよび配置を考慮するのが好ましい。
【００３３】
より一般的には、上述したボタン型電池１１、回路モジュールなどの電源を含む複数の素子のうちアンテナエレメントに近接して配置することにより高周波無線機用アンテナの特性に影響を与える素子について、以下の用に取り扱うのが好ましい。すなわち、グランドパターン（上述の例の場合、グランドパターン４）を射影面とする。そして、素子を射影面に垂直な方向から平面視した場合の素子の外周形状の正射影が射影面に含まれるようにアンテナ特性に影響を与える素子を回路基板上で配置するようにするのが好ましいのである。
【００３４】
これは、ダイポールアンテナなどの線状アンテナにおいてアンテナエレメントに平行に近接して配置された導体面は感度を劣化させるからである。従って、金属などの導電性の部材を配置する場合には、アンテナエレメントからできる限り遠ざける配置とするのが好ましいからである。
【００３５】
このようにボタン型電池１１のサイズおよび配置を選択することによりアンテナエレメント２に対応する位置には、金属などの導電性の部材が配置されない構造となる。従ってアンテナ特性を向上させることができるのである。
【００３６】
図１０に本第４実施形態の腕装着型無線機モジュールをケースに組み込んで腕装着型無線機器を構成した場合の平面透視図を示す。また、図１１に本第４実施形態の腕装着型無線機モジュールをケースに組み込んだ場合の断面図を示す。
【００３７】
腕装着型無線機モジュールＥ４は、回路基板１がプラスチック製の固定部材１４によって上下方向から挟み込まれた状態で、プラスチック製あるいは無機ガラス製のカバーガラス１６を有するプラスチック製のケース本体１５内に微小ネジ１８および固定用ナット１３により固定されている。さらに腕装着型無線機モジュールＥ４の裏面側には、裏蓋１２がケース本体１５に固定されることとなる。
【００３８】
この場合において、図１０に示すように、固定用ナット１３は、アンテナエレメント２とグランドパターン３との間の非パターン形成部分に設けられている。このような位置に固定用ナット１３を配置することにより、アンテナエレメント２およびグランドパターン３の形状を変更する必要はない。従って、簡単に構造部品である腕装着型無線機モジュールＥ４の固定が可能となっている。
【００３９】
ところで、固定用部材１４およびケース本体１５は、回路基板１上のアンテナエレメント２に近接して配置されるため、誘電体としてアンテナエレメントの共振周波数に影響を与える。
このため、アンテナエレメントのエレメント長の設定にあたっては、これらの誘電体の影響を考慮した最適化が必要である。実際、これらの誘電体部材をアンテナエレメント近傍に配置することによりアンテナエレメント長は短縮され、より小型のアンテナ装置を実現することができる。
【００４０】
また、回路モジュール５およびボタン型電池１１は、回路基板１のグランドパターン４に対向する位置に配置、すなわち、グランドパターン４に相当する投影面の領域内に配置する。これにより、アンテナエレメント２への影響を少なくすることができる。
【００４１】
さらに裏蓋１２は、上述した回路モジュール５およびボタン型電池１１の配置理由と同様の理由により金属ではない部材で構成するのが望ましい。しかしながら機器の厚み、防水性などを考慮して適当な部材を選択できる。この場合においても、アンテナエレメントのエレメント長の設定にあたっては、必要に応じて裏蓋１２の材質の影響を考慮した最適化が必要である。
【００４２】
図１２に第４実施形態の腕装着型無線機器における逆Ｆアンテナの放射指向特性（radiation pattern）例を示す。図１２においては比較のため、同一周波数における２分の１波長ダイポールアンテナの特性を併せて示しており、単位はダイポール比ゲイン（ｄＢｄ）となっている。
図１２に示すように、ダイポール比ゲインは、ほぼ全方向において−７ｄＢｄ以上となっており、本第４実施形態のプリントアンテナが十分に良好な特性を有していることがわかる。
【００４３】
［５］ 第５実施形態
上記各実施形態は、回路基板上にプリントアンテナを形成する場合のものであった。しかしながら、本第５実施形態は、フレキシブル基板にプリントアンテナを形成し、このフレキシブル基板を回路基板に垂直に載置する構成を採っている。
【００４４】
図１３Ａに第５実施形態の腕装着型無線機モジュールの上面図を示す。また、図１３Ｂに第５実施形態の腕装着型無線機モジュールの斜視図を示す。
腕装着型無線機モジュール５Ｅを構成する回路基板１上には、フレキシブル基板２０が垂直に載置固定されている。このフレキシブル基板２０は、回路基板１の外形形状に沿って回路基板１上で緩やかな曲線（弧）を描くように固定されている。
【００４５】
フレキシブル基板２０には、図１３Ｃに示すように、アンテナエレメント２Ａおよびグランドパターン３Ａが形成されている。
また、アンテナエレメントの配線パターンには、回路基板１上のグランドパターン３Ｂに接続される第１グランド端子２１Ａおよび回路基板１上の図示しない給電点に接続される給電端子２１Ｂが設けられている。
さらにグランドパターン３Ａには、回路基板１上のグランドパターン３Ｂに接続される第２グランド端子２１Ｃが設けられている。
【００４６】
このように回路基板１に対し、垂直な方向へアンテナエレメント２Ａを配置しているため、回路基板１の基板面の面積を有効に利用することができる。
【００４７】
［６］ 実施形態の変形例
第１変形例
図２Ａに示した従来の腕時計型アンテナモジュールあるいはダイポールアンテナでは、指向性の変更はできなかった。しかしながら、本変形例は、これを解決するものである。
【００４８】
図１４に実施形態の第１変形例の説明図を示す。
以上の各実施形態においては、図１４に示すように、アンテナエレメント２Ｘの接地点ＰEからアンテナエレメント２Ｘの先端位置までのグランドパターン３Ｘに沿った角度θについては、詳細に述べていなかった。
【００４９】
アンテナエレメント２Ｘの平面視曲線形状部分を略円弧であると見なしたとする。このとき、円弧に対応する円の中点ＯＸおよびアンテナエレメント２Ｘがグランドパターン３Ｘに接地される接地点ＰEを通る直線Ｌ１と、円の中点ＯＸおよびアンテナエレメントの先端部分を通る直線Ｌ２とのなす角度θを受信感度などの観点から、１８０［゜］以下とするのが好ましい。この理由は、角度θを１８０［゜］以上とした場合には、アンテナエレメント２Ｘ内で受信電力が相殺され、損失が大きくなるからである。
【００５０】
なお、受信電力の損失が無視できる場合であれば、θを１８０［゜］以上とすることは可能である。いずれの場合においても、アンテナエレメント２Ｘのエレメント長は、当該アンテナエレメント２Ｘが対応する使用周波数に基づいて定められる。より具体的には、小型化の観点、実用感度の観点から使用周波数に対応する波長の１／４波長相当となるのが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００５１】
また、アンテナエレメント２Ｘの接地点ＰEにおけるグランドパターン３Ｘの接線Ｌの方向ＤＬと接地点近傍のアンテナエレメントの延在方向ＤＲとは略直交状態となるのが好ましい。
【００５２】
この結果、上記構成を採る本変形例によれば、アンテナの指向性を任意の方向に設定することができる。例えば、図３Ａにおいて、２７０［゜］〜９０［゜］の放射指向特性グラフを回転させることが可能となる。
【００５３】
第２変形例
以上の説明においては、腕時計型アンテナモジュールを構成するアンテナエレメントは、回路基板の外周形状に沿って曲線部分を有するものとなっていた。しかしながら、アンテナエレメントが直線形状を有する場合であっても、図１５に示すように、グランドパターン３Ｙを多層の回路基板１Ｙの内層に形成するように構成すればよい。これにより、アンテナエレメント２Ｙとグランドパターン３Ｙとの間に誘電体である基板材が介在することとなり、回路基板１Ｙの誘電率が大きい場合、あるいは、基板誘電率の影響により、アンテナエレメント２Ｙとグランドパターン３Ｙとの距離を短くすることができる。ひいては、アンテナ自体の小型化を図ることができる。
【００５４】
第３変形例
図１６に示すように、グランドパターン３Ｚを射影面とし、アンテナ特性に影響を及ぼす電池１１、回路モジュール５などの素子をグランドパターン３Ｚに垂直な方向から平面視した場合の各素子の外周形状の正射影が射影面であるグランドパターン３Ｚ内に含まれるように各素子を配置すればよい。これによりアンテナエレメントが直線形状あるいは曲線部分を有する形状のいずれであっても、アンテナの特性劣化を防止することができる。
【００５５】
第４変形例
以上の説明においては、第２グランドパターンが回路基板の一つの層に設けられている場合について説明した。しかしながら、複数の層にグランドパターンを設け、それら複数のグランドパターンを第２グランドパターンとみなすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 第１実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の上面図である。
【図１Ｂ】 第１実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の正面図である。
【図１Ｃ】 第１実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の側面図である。
【図２Ａ】 従来の腕時計型無線機器用の回路基板の上面図である。
【図２Ｂ】 従来の腕時計型無線機器用の回路基板の正面図である。
【図３Ａ】 第１実施形態の逆Ｆ型アンテナの水平面内の水平偏波方向における放射指向特性例の説明図である。
【図３Ｂ】 図３Ａにおける放射指向特性測定時における腕時計型無線機器用の回路基板の配置状態説明図である。
【図３Ｃ】 第１実施形態の逆Ｆ型アンテナの垂直平面内の垂直偏波方向における放射指向特性例の説明図である。
【図３Ｄ】 図３Ｃにおける放射指向特性測定時における腕時計型無線機器用の回路基板の配置状態説明図である。
【図４Ａ】 従来の逆Ｆ型アンテナの水平面内の水平偏波方向における放射指向特性例の説明図である。
【図４Ｂ】 図４Ａにおける放射指向特性測定時における腕時計型無線機器用の回路基板の配置状態説明図である。
【図４Ｃ】 従来の逆Ｆ型アンテナの垂直平面内の垂直偏波方向における放射指向特性例の説明図である。
【図４Ｄ】 図４Ｃにおける放射指向特性測定時における腕時計型無線機器用の回路基板の配置状態説明図である。
【図５Ａ】 第２実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の上面図である。
【図５Ｂ】 第２実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の正面図である。
【図５Ｃ】 第２実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の側面図である。
【図６Ａ】 第３実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の上面図である。
【図６Ｂ】 第３実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の正面図である。
【図６Ｃ】 第３実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の側面図である。
【図７】 第４実施形態の腕時計型無線機器用のモジュールの平面図である。
【図８】 第４実施形態の腕時計型無線機器用のモジュールの略断面図である。
【図９】 第４実施形態の腕時計型無線機器用のモジュールの正面透視図である。
【図１０】 第４実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板をケースに収納した場合の透視図である。
【図１１】 第４実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板をケースに収納した場合の部分断面図である。
【図１２】 第４実施形態の逆Ｆアンテナの放射指向特性例の説明図である。
【図１３Ａ】 第５実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の上面図である。
【図１３Ｂ】 第５実施形態の腕時計型無線機器用の回路基板の斜視図である。
【図１３Ｃ】 第５実施形態のフレキシブル基板の説明図である。
【図１４】 実施形態の第１変形例の説明図である。
【図１５】 実施形態の第２変形例の説明図である。
【図１６】 実施形態の第３変形例の説明図である。
Claims (8)
- 外周に曲線部分を有する多層回路基板と、
前記多層回路基板のうち一の層において、前記外周に沿ってパターン形成され、略円弧形状を有するアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントに接続され、前記多層回路基板のうち一の内層において、前記アンテナエレメントが占める部分と対応する領域以外の略全面に形成されたグランドパターンと
を有し、
前記円弧に対応する円の中心と前記アンテナエレメントが前記グランドパターンに接続される点とを通る直線を第１直線とし、前記円の中心と前記アンテナエレメントの先端部分とを通る直線を第２直線とした場合、第１直線と第２直線のなす角度が１８０°以下である
ことを特徴とする高周波無線機用アンテナ装置。 - 前記グランドパターンが、前記アンテナエレメントから一定の間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波無線機用アンテナ装置。
- 前記アンテナエレメントがグランドパターンに接続される点近傍での前記アンテナエレメントの延在方向と、前記アンテナエレメントが前記グランドパターンに接続される点でのグランドパターンの外縁の接線は略直交していることを特徴とする請求項１に記載の高周波無線機用アンテナ装置。
- 多層回路基板と、
前記多層回路基板の一の層においてパターン形成されたアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントに接続され、前記多層回路基板のうち一の内層において、前記アンテナエレメントが占める部分と対応する領域以外の略全面に形成されたグランドパターンと
を有する高周波無線機用アンテナ装置。 - 多層回路基板と、
前記多層回路基板の一の層においてパターン形成されたアンテナエレメントと、
前記多層回路基板の一の層において、前記アンテナエレメントと一定の間隔をおいて配置され、前記アンテナエレメントに接続された第１のグランドパターンと、
前記多層回路基板の一の内層において、前記アンテナエレメントが占める部分に相当する領域を除く略全面に形成され、前記第１のグランドパターンと接続された第２のグランドパターンと
を有する高周波無線機用アンテナ装置。 - 前記アンテナエレメントが逆Ｆ型アンテナエレメントであり、その長さは使用される無線周波数の略４分の１波長であることを特徴とする請求項１、４または５のいずれかに記載の高周波無線機用アンテナ装置。
- 請求項１〜６のいずれかの項に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を介して無線通信を行う無線通信部と
を有する高周波無線機器。 - 前記高周波無線機用アンテナ装置と前記無線通信部とを収納するウォッチ型ケースをさらに有する請求項７に記載の高周波無線機器。
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