JP4598939B2 - アンテナを形成するとともに、特に小型携帯用ユニットの電子回路の全部または一部を収納可能なシールドハウジングを持つ構造 - Google Patents

アンテナを形成するとともに、特に小型携帯用ユニットの電子回路の全部または一部を収納可能なシールドハウジングを持つ構造 Download PDF

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    • H01Q9/0471Non-planar, stepped or wedge-shaped patch

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、電磁信号の送受信用アンテナの分野に関する。特に、本発明は、時計のような小型の携帯用ユニットと協働するPIFAすなわち「平面逆F型アンテナ」として知られる構造から派生するアンテナを形成する小型構造に関する。本発明によるアンテナ構造は、移動電話網で確実な無線電話通信を可能にするような、高周波電磁信号の送受信を特に意図している。しかし、本発明によるアンテナ構造は、携帯用ユニットと遠隔送信局との間の無線通信を必要とする他のシステムにも適用できる。
【0002】
また、本発明は、前記アンテナ構造を組み込んで、例えば移動電話網の他のユーザーとの間で確実な無線電話通信が可能になるような、高周波電磁信号の送受信に適する腕時計のような時計に関する。
【0003】
【従来技術】
無線周波数通信システム、特に移動電話システムが拡張し続けるにつれ、ますます、コンパクトかつ軽量な携帯型通信機器の需要が高まってきている。小型の電子回路や無線回路の開発、そして高性能電源の開発を可能にした技術の進歩に平行して、携帯電話といった携帯用通信ユニットに装着される小型アンテナも提案されている。こうした構造の1つは、平面逆F型アンテナすなわちPIFAとして知られている。
【0004】
図1に、符号1で包括的に示す公知のPIFA構造を示す。該PIFA構造1は、接地面2、この接地面2に実質的に並行に配置され、λをアンテナの送受信波長とした時、λ/4にほぼ等しい長さを持つ矩形のラジエーティング部材6、及び、接地面2にラジエーティング部材6を接続し、接地面2に対して所定の距離で前記ラジエーティング部材を保持する短絡プレート4を含む。
【0005】
アンテナ1は、接地面2の背後から、同軸線8のような伝送線により電力を供給される。短絡プレート4から所定の距離に配置される同軸線8は、接地面2を通り抜け、ラジエーティング部材6に接続する内部導線8a、及び内部導線8aから距離△d離れて接地面2に接続される外部導線8bを含む。
【0006】
図1に示したPIFA構造の詳しい解説は、本発明で参照するKazuhiro Hirasawa、及び、Misao Haneishiの文献「Analysis, Design and Measurement of Small and Low−Profile Antennas」、 Artech House、Norwood、MA、1992、Ch.5、pages161−180に記載されている。
【0007】
その小さな形状のため、PIFA構造は、携帯電話のような小型通信ユニットに装着するのに十分適している。すなわち、PIFA構造は、携帯電話の導電性本体の表面に通常装着され、また、その導電性本体は、アンテナの接地面を形成している。注目すべきは、ラジエーティング部材の寸法やその接地面からの距離だけでなく、アンテナの接地面を形成する導電本体の寸法によってもアンテナの特性(共振周波数、バンド幅等)が、左右されることである。導電本体の形状及び寸法は、非常に小型であることを特徴とする時計のような携帯用ユニットに比べて、携帯電話は比較的大型であるので、特に後者については影響を及ぼす要素とはならない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
腕時計のような小型の携帯用ユニットにこうしたアンテナを組み込むために、コンパクトさと、最高の状態で確実な無線通信ができる性能とを兼ね備えた解決策を見つけることが必要になる。
すなわち本発明の1つの目的は、例えば時計のような小型の携帯用通信ユニット内に、簡単に配置装着できるアンテナを実現することである。
本発明のもう1つの目的は、製作費低減のため、できるだけ構造を簡単にすることが可能で、同時に前述の要求に応えられるアンテナを実現することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
従って本発明は、接地面から所定の距離に配置された実質的に矩形のラジエーティング部材を含み、前記ラジエーティング部材の端の一端は前記接地面に短絡し、他端は自由であるような、時計などの小型の携帯ユニットのためのアンテナ構造であって、前記携帯用ユニットの電子回路及び/または他の部品の全部または一部を収納可能なシールドハウジングを形成する容器を含み、該容器は前記接地面の大部分を形成し、且つ少なくとも、カバー、底部、及び、前記ラジエーティング部材が対向して配置されるような側壁を含むことを特徴とするアンテナ構造に関する。
【0010】
また、本発明は、このようなアンテナ構造を組み込む時計に関する。
本発明の1つの利点は、コンパクトさ、剛性、及び美的価値を兼ね備えた小型構造として完全に一体化され、そのラジエーティング部材は、アンテナの接地面を形成する容器の重要な部分を形成することである。サイズ、接続、及びアンテナの特性(周波数、 バンド幅、インピーダンス等)の融通性も向上する。
【0011】
また、アンテナの接地面を形成する容器は、携帯用通信ユニットの電子部品の全部あるいは一部を、アンテナ構造の内部に収納することができ、すなわちその容器はシールドハウジングを構成し、内部の電子回路を保護し、電子回路がアンテナの性能に全く影響を与えることがないよう構成している。従って、本アンテナには、このように形成されたハウジング内から、電力が非常に有利に供給される。
【0012】
また、本構造は、アンテナの接地面と覆いとを結合し、携帯用ユニットの電子回路だけでなく、前記ユニットが持っている他の部品をも収納できるようにしている。すなわち、本発明によるこの構造は、時計の作動機構も収納できるような時計用容器についても形成することができる。
【0013】
美的価値が強く要求される場合には、外部プラスチック部材で囲ったり、外部プラスチック部材に埋め込んだりすることも容易である。すなわち、この外部部材としては、様々な部材、例えば腕時計のミドルパートなどがある。
【0014】
アンテナのラジエーティング部材は電気的には小さいが、その全体構造(容器を含む)がアンテナの放射特性を決定する。ラジエーティング部材と接地面との間に誘電体が存在しない、すなわちより正確に言えば、空気独自によって形成された誘電体があるための小さな損失に関連して、著しいアンテナの利得及び効率が得られる。
【0015】
本発明の他の特徴や利点は、非制限的な例として示された添付図面の参照、及び以下の詳しい説明でより明らかになる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明について、いくつかの異なった実施形態を参照しながら以下説明する。しかしながら、当業者には、本発明の請求項で規定される本発明の範囲から外れることなく、必要に応じてあるいは設計上の制限に応じて変更したり、適応させたりすることは問題なく可能である。
【0017】
図2のa及びbを参照すると、以下に解説される構造は、アンテナ構造の好ましい実施形態を構成し、そのアンテナ構造は、無線電話機能が内蔵された時計に組み込むことができる。例えば、図2a及びbに示した構造を組み込んだ時計は図4に示されており、その詳細は後述する。
【0018】
図2a及びbは各々、本発明の好ましい実施形態を構成するアンテナの正面図及び拡大斜視図を示す。符号10により一般的に参照されるアンテナ構造は、導電材料で作られ、この例のように、実質的に筒状の外輪Aと、図2bに点線で示されている筒の対称軸線と実質的に垂直な第1の平面Bと第2の平面Cとにより定められた、実質的に筒状の外観を持つ。
【0019】
本発明によれば、アンテナ構造10は、アンテナの接地面の重要な部分を形成する容器11に固定される実質的に矩形の形状つまり矩形表面をしたラジエーティング部材20を含む。図からわかるように、容器11は、好ましくは2つの部分12と13から構成され、一方の部分12は実質的に容器11のカバーを形成し、もう一方の部分13は実質的に容器11の本体を形成し、ラジエーティング部材20を支えている。容器11の本体13は、底部14と一組の側壁13aと13dを含み、更にカバー12により、アンテナの作動に必要な電子回路などの様々な部品を収納するシールドハウジングを形成する。特に、電磁信号の送受信に必要な無線周波数電子回路や、これらの電磁信号の送信または受信により、潜在的に影響する或いは影響される可能性のある全ての電子部材は容器11に配置する。この場合、他の電子部品や非電子部品、例えば時計の作動機構、携帯ユニット用電源などを容器内に配置することもできる。
【0020】
ラジエーティング部材20は、円弧形状を持ち、容器11の側面つまりより詳細には筒状外輪Aに配置される。このラジエーティング部材20は、その一端20bで容器11の本体13に接続され、従って、容器11により形成されるアンテナの接地面と、その同じ端20bにより短絡されるが、ラジエーティング部材20のもう一端20aは自由端になっている。自由端20aと短絡した端20bとの間のラジエーティング部材20の長さは、アンテナの送受信波長λのほぼ4分の1に等しい。
【0021】
ラジエーティング部材20と容器11との間に、円弧形状の放射状凹部18が設けられる。この放射状凹部18は筒状外輪Aと同心の円弧状表面18aを容器11上に定め、2つの実質的に平らなプレート18b及び18cは表面18aと筒状外輪Aとの間を半径方向に延びて連結している。このように容器11は、筒状外輪Aと放射状凹部18の円弧表面18aとで定められた2つの筒状側壁13aと13b及び連結プレート18bと18cとにより定められた2つの側壁13cと13dを有する。
【0022】
ラジエーティング部材20は、このように、筒状側壁13bに対向する筒状外輪Aに取り付けられている。ラジエーティング部材20の短絡した端20bは、筒状側壁13aと側壁13cにより形成される角に接続される。ラジエーティング部材20の自由端20aは、筒状側壁13a及び側壁13dにより形成される角の方向に向く。
【0023】
このように本実施形態では、アンテナ構造10は、一般に筒状の外観を持ち、更にその外輪は、ラジエーティング部材の自由端20aと、筒状の側壁13a及び容器11の本体13の平面側壁13dにより形成される角との間の空間部分でのみ解放されている。すなわち、筒状外輪は、腕時計のミドルパートなど携帯用ユニットの外部部材(アンテナ構造以外の携帯用ユニット部材)内にアンテナ構造を簡単に挿入できるように、環状枠の作用を有効に果たす。
【0024】
アンテナは、容器11の内部の同軸線などの伝送線を用いる従来の方法で使用される。例えば図2aのように、アンテナは同軸線28により励起される。接地面から絶縁されているその内部導線28aは、筒状側壁に配置されたオリフィス16を通ってその筒状側壁13bを通り抜け、短絡した端20bから所定距離離れた位置21でラジエーティング部材20に接触する。一方、その外部導線28bは、筒状側壁13bの内面と接触している。
【0025】
アンテナ構造の寸法を変更することで、アンテナの特性を変えることができる。特に、ラジエーティング部材20と円弧表面18aとの間の距離、同じく容器11の全体寸法を変えることで、アンテナのバンド幅を変更できるし、ラジエーティング部材20の長さや幅を変えることで、共振周波数も変更できる。
【0026】
本発明のこの実施形態によるアンテナ構造は、周波数が1.8Ghzの電磁信号の送受信用に適しており、また、完全に時計構造内に組み込むことができるよう外部直径が約35mm、全体の厚さが約10mmの寸法を持つ。前記実施形態によれば、アンテナのラジエーティング部材20はその筒状外輪Aの上方に約136°の円弧となるよう形成され、容器11の本体13の筒状側壁13bと約3mm離れて配置されている。
【0027】
アンテナ構造は真鍮のような金属材料で作られることが好ましいが、例えば導電材料で被覆したプラスチックのような誘電性材料で形成しても良い。このような構造は、例えば鋳造、引き抜き加工または穿孔のような当業者に知られた製造及び機械技術を利用して製造できる。
【0028】
図3a及びbは、それぞれ、符号100で一般的に参照されるアンテナ構造の正面図及び拡大斜視図で、本発明の別の実施形態を構成している。この実施形態では、アンテナ構造100は、アンテナの接地面の大部分を形成する容器111に固定された実質的に矩形の形状つまり矩形表面のラジエーティング部材120を有する。この例では、この容器111は、実質的に筒状の外輪A*と、図3aの平面に垂直で、図3bに点線で示す筒の対称軸線と実質的に垂直である第1の平面B*と第2の平面C*とにより定められる実質的に筒状の外観を持つ。
【0029】
図によると、容器111は112と113との2つの部分から作られ、一方の部分112は実質的に容器111のカバーを形成し、もう一方の部分113は実質的に容器111の本体を形成し、またラジエーティング部材120を支えている。容器111の本体113は、底部114と筒状側壁113aとを含み、前記実施形態と同様に、カバー112とにより、携帯用ユニットの各種部品を収納可能なシールドハウジングを形成している。
【0030】
前記の実施形態とは異なり、ラジエーティング部材120は、容器の本体113の筒状側壁113aを超えて、筒状外輪A*の同心円上に配置される。筒状側壁113aとラジエーティング部材120の一端120bとの間で実質的に半径方向に延長してこれらを連結する部材115は、ラジエーティング部材と容器により形成される接地面との短絡を確実にする。ラジエーティング部材120のもう一端120aは、自由端である。
【0031】
アンテナは、図2a及びbに示される実施形態と同様に、同軸線を経由して励起され、その内部導線は、接地面から絶縁されており、筒状側壁に配置されるオリフィス116によってこの筒状側壁113を通り抜け、短絡した端120bから離れた所定位置121でラジエーティング部材120に接触する。一方、その外部導線は、容器111の筒状側壁113の内面に接触する。
【0032】
前記実施形態は、一般的には、時計の使用に特に適した筒状の外観を持つが、この構造が組み込まれる携帯用ユニットにスペースの制約がある場合は、本発明によるアンテナ構造は変形された形状をとることができる。すなわち、アンテナ構造は実質的に楕円、多角形、または矩形の形状を問題なくとることができる。
【0033】
図4は、図2a及びbで示したアンテナ構造10が組み込めることを説明するアナログ表示腕時計型の時計の概略斜視図である。すなわち、アンテナ構造10は、時計のミドルパート部分を保持するプラスチック材などの非導電材料からなる図中符号30で示された外部部材によって取り巻かれるよう組み込まれている。図示しないが、時計の作動機構全体は、アンテナ構造10の内部に有効に配置される。
【0034】
直径の小さいオリフィスは、実質的にアンテナ構造の特性に影響を及ぼすことなくアンテナ構造10の容器11に問題なく配置できる。必要ならば、絶縁され、表示あるいは制御部品の構成部材を通過させるようにもできる。図4の例のように、短針と長針32の軸またはパイプは、アンテナ構造の容器11のカバー12の中央を通り抜ける。同様に、様々な制御部材の軸、特に時間設定竜頭34及び2つの押しボタン35と36に装着された回転軸は容器の本体13の筒状側壁(図2a及びbの筒状側壁13a)を通って横方向に貫通する。
【0035】
アンテナ構造10は、好ましくは、ラジエーティング部材20が制御エレメント34、35または36と反対側に存在するように、つまり、一般にアンテナ構造10の容器内部を貫通する部材の反対側となるように、腕時計のミドルパート30に配置される。
【0036】
すなわち、本発明によれば、アンテナを形成する構造は、腕時計のような時計に組み込まれ、また、シールドハウジング内部に無線周波数電子回路、時計の電子回路あるいは時計の作動機構の全部または一部を収納できるように作ることが可能である。
【0037】
添付の請求項に規定される本発明の範囲から外れることなく、アンテナ構造に対して別の変更、及び/又は、適用が可能である。特に、目標とするアンテナの特性に応じて、ラジエーティング部材は、構造の全体の厚さに亘って延長できたり、できなかったりするし、また、容器に連結するラジエーティング部材の端の全体の長さに亘って接地面に短絡できたり、できなかったりする。
【図面の簡単な説明】
【図1】既知のPIFA構造を説明している。
【図2】本発明によるアンテナ構造の好ましい実施形態の正面図及び拡大斜視図である。
【図3】本発明によるアンテナ構造の別の実施形態の正面図及び拡大斜視図である。
【図4】図2で示すアンテナを形成するアンテナ構造を組み込んだ時計の概略斜視図である。
【符号の説明】
A 筒状輪郭
B 第1平面
C 第2平面
10 アンテナ構造
11 容器
12 容器の蓋
13 容器の本体
13a 筒状側壁
13b 筒状側壁
13c 平面側壁
13d 平面側壁
14 底部
16 オフィリス
18 放射状凹部
18a 円弧表面
18b 表面
18c 表面
20 ラジエーティング部材
20a 自由端
20b 短絡した端
21 所定位置
28 同軸線
28a 内部導線
28b 外部導線

Claims (8)

  1. 接地面から所定の距離に配置された実質的に矩形表面をしたラジエーティング部材(20;120)を含み、前記ラジエーティング部材の端(20a,20b;120a、120b)の一端(20b;120b)は前記接地面に短絡し、他端(20a;120a)は自由であるような、時計などの小型の携帯ユニットのためのアンテナ構造(10;100)であって、
    前記携帯用ユニットの電子回路及び/または他の部品の全部または一部を収納可能なシールドハウジングを形成する容器(11;111)を含み、該容器は前記接地面の大部分を形成し、且つ少なくとも、カバー(12;112)、底部(14;114)及び側壁(13b;113a)を含み、
    前記ラジエーティング部材(20;120)が、その表面を前記側壁(13b;113a)に面して、前記カバー(12;112)と前記底部(14;114)の間の前記ケース(11,111)の側面に配置されることを特徴とするアンテナ構造(10;100)。
  2. 前記アンテナ構造が、前記容器(111)の筒状側壁(13a;113a)を定める実質的に筒状の外輪(A;A*)と、前記容器(111)の前記カバー(12;112)及び前記底部(14;114)の各々を定める第1及び第2平面(B、C;B*、C*)とにより定められる実質的に筒形状を有し、
    前記ラジエーティング部材(20;120)は、実質的に、前記筒状外輪(A;A*)と同心の円弧に形成され、且つ、前記第1及び第2平面(B、C;B*、C*)の間の前記筒状外輪の近くに配置されることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ構造(10;100)。
  3. 放射状部材(18)は、前記容器(11)の2つの筒状側壁(13a、13b)の間に実質的に半径方向に延びる2つの結合側壁(13c、13d)が挿入されるよう前記筒状側壁(13b)を前記筒状外輪(A)より小さい半径に形成し、
    前記ラジエーティング部材(20)は前記筒状側壁(13b)と所定の距離をおいて対向配置されるよう、前記ラジエーティング部材(20)の短絡した端(20b)が前記筒状側壁(13a)と前記結合側壁(13c、13d)の1つにより形成される角に接続されて前記筒状外輪(A)に取り付けられて、
    前記容器(11)から前記ラジエーティング部材(20)を分離するものであることを特徴とする請求項2に記載のアンテナ構造(10)。
  4. 前記ラジエーティング部材(120)は、前記容器(111)の前記筒状側壁(113a)と所定の距離をおいて面するように、前記筒状外輪(A*)を超えて配置され、
    該ラジエーティング部材(120)の該短絡した端(120b)は、前記容器(111)の前記筒状側壁(113a)から実質的に半径方向に延長した部材(115)に接続される
    ことを特徴とする請求項2に記載のアンテナ構造(100)。
  5. 該アンテナの励起は、前記容器(11;111)の内部から同軸線(28)などの伝送線により行われ、
    該同軸線(28)は、該短絡した端(20b;120b)から離れた所定の位置(21;121)で前記ラジエーティング部材(20;120)と接触するような、該接地面から絶縁された内部導線(28a)と、該接地面と接触する外部導線(28b)とを含む
    ことを特徴とする前記請求項1から4のいずれかに記載のアンテナ構造(10;100)。
  6. 前記アンテナ構造は、金属材料で作られること特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のアンテナ構造(10;100)。
  7. 前記アンテナ構造は、導電層で被覆された誘電材料で作られることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のアンテナ構造(10;100)。
  8. 前記請求項1から7のいずれかに記載のアンテナ構造を含むことを特徴とする時計。
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