JP6593202B2 - 電子部品および腕時計 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品および電子機器に関する。

腕時計など小型の筐体にＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を組込む場合、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と共に、時計組込みに最適な形状にする必要がある。このため、従来は、平面アンテナの接地平面および／または１つ以上の放射素子（パッチ）上にスタッドを配列することで波長を短縮し、コンパクトな平面アンテナを得ていた（例えば、特許文献１）。

特表２００７−５３５８５１号公報

しかしながら、特許文献１では、波長の短縮量が限られていた。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、大幅に波長を短縮することが可能な電子部品および電子機器を提供することを解決課題とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る電子部品は、第１の電極板と、前記第１の電極板に対向する第１面と、接地部と、前記第１面に配置された導電性の構造体と、前記構造体と前記接地部とを接続する配線と、を含む第２の電極板と、前記第１の電極板と前記第２の電極板とを電気的に接続する接続部と、を含む。

本適用例は、例えば、板状逆Ｆ型アンテナに本発明を適用した例である。本適用例によれば、第１の電極板と第２の電極板の間には寄生容量Ｃ１が存在する。また、第２の電極板の第１面に配置された導電性の構造体と、第１の電極板との間にも寄生容量Ｃ２が存在する。第１の電極板と第２の電極板との間隔よりも、構造体と第１の電極板との間隔の方が短いので、単位面積当たりの容量は、寄生容量Ｃ１よりも寄生容量Ｃ２の方が大きくなる。その結果、寄生容量Ｃ２には大きな電流が流れるが、この電流を補充するために、構造体と接地部とを接続する配線には、大きな電流が流れる。したがって、このような配線がない場合に比べて、第２の電極板上における電流経路が長くなり、誘電体を用いることなく波長短縮効果が得られる。

［適用例２］本適用例に係る電子部品は、第１の電極板と、第２の電極板と、前記第２の電極板に設けられた給電部分と、を備え、前記第２の電極板は、前記第１の電極板に対向する第１面と、接地部と、前記第１面に配置された導電性の構造体と、前記構造体と前記接地部とを接続する配線と、を含む。

本適用例は、例えば、パッチ型アンテナに本発明を適用した例である。本適用例によれば、第１の電極板と第２の電極板の間には寄生容量Ｃ１が存在する。また、第２の電極板の第１面に配置された導電性の構造体と、第１の電極板との間にも寄生容量Ｃ２が存在する。第１の電極板と第２の電極板との間隔よりも、構造体と第１の電極板との間隔の方が短いので、単位面積当たりの容量は、寄生容量Ｃ１よりも寄生容量Ｃ２の方が大きくなる。その結果、寄生容量Ｃ２には大きな電流が流れるが、この電流を補充するために、構造体と接地部とを接続する配線には、大きな電流が流れる。したがって、このような配線がない場合に比べて、第２の電極板上における電流経路が長くなり、誘電体を用いることなく波長短縮効果が得られる。

［適用例３］本適用例においては、前記第２の電極板は、回路基板である。

本適用例によれば、回路基板を第２の電極板として兼用するので、部品点数を減らし、電子部品の小型化にも寄与する。

［適用例４］本適用例においては、前記回路基板は、導電体と絶縁体とが積層された基板である。

本適用例によれば、回路基板が、導電体と絶縁体とが積層された基板なので、配線の長さ等を適宜調整することが容易である。

［適用例５]本適用例においては、前記構造体は、回路部品である。

本適用例によれば、構造体が回路部品なので、その個数を適宜変更することができ、その結果、構造体に接続される配線の本数も変更することができ、波長短縮効果の大小の調整が容易となる。

［適用例６]本適用例においては、前記回路部品は、集積回路、スタッド、導体ブロック、またはシールドケースである。

本適用例によれば、回路部品は、集積回路、スタッド、導体ブロックまたはシールドケースなので、その個数を適宜変更することができ、その結果、構造体に接続される配線の本数も変更することができ、波長短縮効果の大小の調整が容易となる。

［適用例７］本適用例においては、前記接続部は、前記第１の電極板と前記第２の電極板とを短絡させる。

本適用例によれば、接続部は、第１の電極板と第２の電極板とを短絡させるので、例えば、板状逆Ｆ型アンテナとして機能させることが可能となる。

［適用例８］本適用例においては、配線のインダクタンスＬに対して、アンテナ共振周波数＝１／２π（ＬＣ）^１／２の関係を満たすように、容量Ｃのコンデンサーを前記配線に接続する。

本適用例によれば、アンテナ共振周波数＝１／２π（ＬＣ）^１／２の関係を満たす容量ＣのコンデンサーをインダクタンスＬの配線に接続するので、所望のアンテナ共振周波数が得られる。

［適用例９]本適用例においては、前記構造体と前記接地部とを直接またはコンデンサーを介して接続する配線の幅を、前記構造体または前記コンデンサー以外に接続される他の配線より大きくなるように設定する。

本適用例によれば、構造体と接地部を直接接続する配線、および容量を介して構造体と接地部を接続する配線の幅を、構造体またはコンデンサー以外に接続される他の配線より大きくすることにより、配線のインダクタンスが小さくなり、かつ、寄生抵抗が削減されるので、波長短縮効果が緩和され、かつ、放射効率が改善される。

［適用例１０］本適用例は、上述のような電子部品を備える電子機器である。

本適用例によれば、誘電体ブロックを用いることなく、小型であっても所望の共振周波数が得られる電子機器が提供される。

本発明の第１実施形態に係る電子機器の一例としてのアンテナ内蔵式ランニングウォッチを含むＧＰＳシステムの一例を示す全体図である。 電子機器の平面図である。 電子機器の一部断面図である。 電子機器の回路構成例を示すブロック図である。 電子部品としてのアンテナの一例の斜視図である。 板状逆Ｆ型アンテナの一例の一部を示す模式図である。 図６の板状逆Ｆ型アンテナの一部断面図である。 図６に示す状態から回路部品と配線パターンを取り除いた場合のＳパラメーターを示すグラフである。 図６に示す板状逆Ｆ型アンテナのＳパラメーターを示すグラフである。 配線パターンの位置を変更した板状逆Ｆ型アンテナの一例の一部を示す模式図である。 図１０に示す板状逆Ｆ型アンテナのＳパラメーターを示すグラフである。 回路部品と配線パターンを増設した場合の板状逆Ｆ型アンテナの一例の一部を示す模式図である。 図１２に示す板状逆Ｆ型アンテナのＳパラメーターを示すグラフである。 配線パターンを増設した場合の板状逆Ｆ型アンテナの一例の一部を示す模式図である。 図１４に示す板状逆Ｆ型アンテナのＳパラメーターを示すグラフである。 板状逆Ｆ型アンテナの一例における電流経路を説明する図である。 板状逆Ｆ型アンテナの一例の一部を示す斜視図である。 比較例のアンテナにおける電流の流れを示す模式図である。 第１実施形態のアンテナにおける電流の流れを示す模式図である。 周波数調整用の短絡部を示す斜視図である。 パッチアンテナの一例を示す斜視図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態を説明する。図面において、各部の寸法および縮尺は、実際のものと適宜に異なる。また、以下に述べる実施の形態は、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＞
Ａ：アンテナ内蔵式電子機器の機構的な構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子機器を含む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、本実施形態の電子機器１は、ユーザーの手首または腕に装着される腕装着型のランニングウォッチであ。このランニングウォッチは、上空にある数個のＧＰＳ衛星１００から送信される衛星信号（ＧＰＳ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。電子機器１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２は、図１に示す電子機器１の平面図である。電子機器１は、図２にも示すように、ケース２と、バンド３とを備える。バンド３は、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が、図２においては波線を用いてバンド３の一部を省略して描いている。なお、電子機器１において、時刻や測定データをユーザーが視認する側を表面側、手首または腕に装着される側を裏面側とする。また、本実施形態においては、表示部２０に垂直な方向から、かつ、表示部２０の側からケース２を平面視した場合において、次のように角度を定義する。図２に示すバンド３の長手方向に平行な線ＰＱに沿う方向を上下方向とすると、表示部２０に表示した文字または数字の上方向を０度とする。そして、右回りの方向をプラス、１周を３６０度とする。図２においては、線ＰＱに沿う方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向に垂直な方向をＸ軸方向とする。

図３は、図２に示す表示部２０の中心を通りＸ軸に平行な平面で電子機器１を切った場合の断面図である。ケース２は、図３に示すように、ケース本体１１と裏蓋１２とを備える。ケース本体１１は、ポリカーボネート樹脂などのプラスチック製であり、略円筒状に形成されている。裏蓋１２は、ケース本体１１において、電子機器１が装着される腕側である裏面側に取り付けられ、当該裏面側の開口を塞いでいる。裏蓋１２は、ケース本体１１と同様のプラスチック製でもよいし、ステンレススチールなどの金属製でもよい。
また、ケース２としては、ケース本体１１と裏蓋１２とを一体に形成したワンピース タイプのものを利用してもよい。ケース本体１１と裏蓋１２とが一体である場合も、別体である場合にケース本体１１に相当する部分をケース本体、裏蓋１２に相当する部分を裏蓋と称する。

ケース本体１１の表面側の開口には、透光性部材であるガラス（風防）１３が取り付けられている。なお、ガラス１３はＩＴＯ(indium tin oxide、酸化インジウムスズ)で形成されていてもよいし、ＩＴＯがパターニングされていてもよい。
なお、透光性部材としては、ガラス製に限らず、プラスチック製でもよく、ユーザーが透光性部材の表面側から透光性部材よりも裏面側（表示部２０）を視認できる板状の部材であればよい。

ケース本体１１の表面側には、環状の導体としてのベゼル１６が取り付けられている。ベゼル１６は、ステンレススチール、チタン、アルミニウム、銅、銀などの金属製であり、環状に形成されている。ベゼル１６には、メッキを施した部材も使用可能である。さらに、ベゼル１６は、ＩＴＯを含むようにしてもよい。ベゼル１６は、ガラス１３をケース本体１１に圧入固定することを補強する機能も有する。

ケース本体１１および裏蓋１２間の内部空間（ケース２の内部空間）には、図３に示すように、ガラス１３側（表面側）から裏蓋１２側（裏面側）に向かって順に、表示部２０と、アンテナ３０とが配置されている。アンテナ３０は、放射板（第１の電極板）としてのアンテナ電極３４と、導電板（第２の電極板）としての回路基板２６を備えるアンテナ３０が配置されている。アンテナ３０の詳しい構成については後述する。

表示部２０は、電子制御式の表示装置であるバックライト付きの液晶パネル２１と、液晶パネル２１を保持するパネル枠（図示せず）とを備えている。液晶パネル２１は、フレキシブル基板を介して回路基板２６に接続されている。パネル枠は、プラスチックなどの非導電性部材で構成されている。

回路基板２６は、表示部２０の表示を制御し、また、アンテナ３０で受信した衛星信号を処理する各種ＩＣ等が実装されている。また、本実施形態においては、回路基板２６は、アンテナ３０の第２の電極板であり、グラウンド（ＧＮＤ）板としても機能する。

Ｂ：アンテナ内蔵式電子機器の回路構成
次に、本実施形態の電子機器１における回路構成について図４を参照して説明する。本実施形態の電子機器１は、ＧＰＳ衛星１００からの電波による測位用信号等を受信して利用するように構成されている。

図１に示すＧＰＳ衛星１００は、地球の上空の所定の軌道上を周回している位置情報衛星であり、例えば１．５７５４２ＧＨｚのマイクロ波に航法メッセージ等を重畳させた、衛星信号を地上に送信している。ＧＰＳ衛星１００は原子時計を搭載しており、衛星信号には原子時計で計時された極めて正確な時刻情報であるＧＰＳ時刻情報が含まれている。したがって、ＧＰＳ受信機としての機能を備えた電子機器１は、少なくとも１つの衛星信号を受信して、内部時刻の進み又は遅れを修正することにより、正確な時刻を表示することができる。当該修正は、測時モードとして行われる。

また、衛星信号にはＧＰＳ衛星１００の軌道上の位置を示す軌道情報等も含まれている。つまり、電子機器１は、測位計算を行うこともでき、通常、４つ以上のＧＰＳ衛星１００からそれぞれ送信された衛星信号を受信することによって、それら中に含まれる軌道情報およびＧＰＳ時刻情報を使用して測位計算を行う機能等を有している。測位計算により、電子機器１は、現在位置に合わせて時差を修正すること等が容易にでき、当該修正は、測位モードとして行われる。ＧＰＳ衛星１００の発する電波は右旋円偏波であり、受信アンテナの姿勢による受信感度の変動や、ビルの谷間などにおけるマルチパスの影響による測時や測位の誤差を最小にする。

以上に加え、衛星信号を利用すれば、現在位置表示、移動距離測定、移動速度計測を行う等の各種応用が可能であり、電子機器１では、これらの情報を、表示部２０の液晶パネル２１によりデジタル表示することが可能である。図１および図２に示すように、電子機器１は押しボタン４０、４１、４２、４３を備えており、これらの押しボタン４０、４１、４２、４３を操作して液晶パネル２１に表示する情報の切り替えや他の様々な制御を行う。

次に、ＧＰＳ受信機能を備えたランニングウォッチである電子機器１の回路構成について説明する。図４は本実施形態に係る電子機器１を説明するブロック図である。図４に示すように、電子機器１は、アンテナ部９１０と、受信モジュール（受信部）９４０と、制御部（処理部）９５５を含む表示部９５０と、二次電池２８と、を含んで構成されている。

受信モジュール９４０は、アンテナ部９１０が接続されており、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルター９２１と、ＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）部９２０と、ベースバンド部９３０と、を含んで構成されている。ＳＡＷフィルター９２１は、アンテナ部９１０が受信した電波から衛星信号を抽出する処理を行う。ＲＦ部９２０は、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）９２２と、ミキサー９２３と、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）９２７とを含んでいる。さらに、ＲＦ部９２０は、、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）制御回路９２８と、ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）アンプ９２４と、ＩＦフィルター９２５と、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）９２６と、を含んで構成されている。

ＳＡＷフィルター９２１が抽出した衛星信号は、ＬＮＡ９２２で増幅され、ミキサー９２３でＶＣＯ９２７が出力する局所信号とミキシングされて中間周波数帯の信号にダウンコンバートされる。ＰＬＬ制御回路９２８とＶＣＯ９２７とは位相固定ループを形成している。そして、ＶＣＯ９２７の出力する局所信号を分周した信号と安定な基準クロック信号とを位相比較しフィードバックにより局所信号と基準クロック信号を同期させて、正確な周波数の局所信号の発生と安定化を図る。ミキサー９２３でミキシングされた信号は、ＩＦアンプ９２４で増幅され、ＩＦフィルター９２５で不要信号が除去される。ＩＦフィルター９２５を通過した信号は、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）９２６でデジタル信号に変換される。

ベースバンド部９３０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）９３１と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９３２と、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）９３４と、ＲＴＣ（Real Time Clock）９３３と、を含んで構成されている。また、ベースバンド部９３０には、温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）９３５やフラッシュメモリー９３６等が接続されている。

温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ）９３５は、温度に関係なくほぼ一定の周波数の基準クロック信号を生成し、フラッシュメモリー９３６には、現在位置情報や時差情報等が記憶されている。ベースバンド部９３０は、測時モードや測位モードに設定されると、ＲＦ部９２０のＡＤＣ９２６が変換したデジタル信号からベースバンド信号を復調する処理を行う。また、ベースバンド部９３０は、捕捉したＧＰＳ衛星１００の航法メッセージに含まれる軌道情報やＧＰＳ時刻情報等の衛星情報を取得してＳＲＡＭ９３４に記憶する。

表示部９５０は、制御部９５５および水晶振動子９５１等を含んで構成されている。制御部９５５は、記憶部９５３と、発振回路９５２と、駆動回路９５４とを備え、各種制御を行う。制御部９５５は、受信モジュール９４０を制御し、制御信号を受信モジュール９４０に送り、受信モジュール９４０の受信動作を制御するとともに、制御部９５５内の駆動回路９５４を介して液晶パネル２１の表示を制御する。記憶部９５３には内部時刻情報をはじめ各種情報が記憶されている。二次電池２８は、回路の動作や表示に必要なエネルギーを供給する。

制御部９５５、ＣＰＵ９３２、ＤＳＰ９３１は、協働して測時や測位情報を算出し、それらの情報に基づいて時刻、現在位置、移動距離、移動速度などの情報を割り出す。また制御部９５５は、これらの情報の液晶パネル２１への表示の制御や、図１および図２に示す押しボタン４０，４１，４２，４３の操作にしたがって電子機器１の動作モードや表示モードの設定等の制御を行う。現在位置を地図上に表示するナビゲーションなどの高度な機能を持たせることも可能である。

Ｃ：アンテナの構造
次に、本実施形態の電子機器１におけるアンテナ３０の構造について図５乃至図１９を参照して説明する。
本実施形態のアンテナ３０は、板状逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ（Plate Inverted F AntennaまたはPlanar Inverted F Antenna））を応用したアンテナである。一般的な板状逆Ｆ型アンテナは、第２の電極板としての導体板と、第１の電極板としての放射板とを互いに対向するように配置し、接続部を用いて導体板と放射板を接続して短絡すると共に、給電素子により放射板に給電して電波放射を得る構造となっている。

図５ないし図７は、本実施形態のアンテナ３０の基本構造を示す図である。図５は、図２に示す電子機器１に用いられるアンテナ３０の斜視図であり、図６は、シミュレーションの結果を判り易く示すために、矩形の第１の電極板と、矩形の第２の電極板を用いた板状逆Ｆ型アンテナ３００を示す斜視図である。図７は、図６に示すＹ軸およびＺ軸に平行な平面で配線パターン３０４ｂと回路部品３０２Ａを通るように板状逆Ｆ型アンテナ３００を切った断面図である。
図５においては、短絡部３２が第１の電極板としてのアンテナ電極３４に接続する位置と、短絡部３２が第２の電極板としての回路基板２６に接続する位置とを結ぶ線分に交差する方向に沿う方向をＸ軸方向とする。また、図５において、第１の電極板としてのアンテナ電極３４の表面または第２の電極板としての回路基板２６の表面に垂直な方向であって、Ｘ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向とする。そして、図５において、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に垂直な方向をＹ軸方向とする。以下、板状逆Ｆ型アンテナを説明する図において、短絡部が第１の電極板に接続する位置と、短絡部が第２の電極板に接続する位置とを結ぶ線分に交差する方向に沿う方向をＸ軸方向とする。また、第１の電極板の表面または第２の電極板の表面に垂直な方向であってＸ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向とする。さらに、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に垂直な方向をＹ軸方向として説明する。
図２に示す電子機器１に用いられるアンテナ３０は、円筒形状の内壁を有するケース２内に配置する必要がある。そこで、図５に示すように、円形部２６ｂ，３４ｂと矩形部２６ａ，３４ａが一体となった形状の第１の電極板および第２の電極板を用いた板状逆Ｆ型アンテナを用いている。なお、図６のような矩形の電極版を用いたアンテナ３００をケース２に配置することも可能であるが、後述するように、一方の電極板を回路基板として利用する場合には、ケースの内壁の形状に電極板の形状を近づけると、ケース内の空間の利用効率が向上する。

図５に示すように、本実施形態のアンテナ３０は、板状逆Ｆ型アンテナにおける第２の電極板として、回路基板２６を用いており、板状逆Ｆ型アンテナにおける第１の電極板として、液晶パネル２１のシールドも兼ねたアンテナ電極３４を用いている。回路基板２６とアンテナ電極３４は、接続部としての短絡部３２で接続されている。アンテナ電極３４には、給電素子３１が接続されており、アンテナ電極３４および回路基板２６により受信した信号を回路基板２６上の回路に供給する。なお、図５においては、理解を容易にするために、回路基板２６上の部品がアンテナ電極３４を透過するように描いている。

回路基板２６は、回路基板２６と短絡部３２との接続部である矩形部２６ａと、円形部２６ｂとが一体に形成されている。アンテナ電極３４は、アンテナ電極３４と短絡部３２との接続部である矩形部３４ａと、円形部３４ｂとが一体に形成されている。
短絡部３２の幅Ｗ１は、円形部２６ｂ，３４ｂの最大幅である直径Ｗ２に対して狭くなっている。アンテナ３０は、例えば図２に点線で示すように、ケース２内に配置される。図２に示すように、アンテナ３０の円形部２６ｂ，３４ｂの最大幅である直径Ｗ２と、矩形部２６ａ，３４ａの幅と等しい短絡部３２の幅Ｗ１とを比較すると、短絡部３２の幅Ｗ１の方が、円形部２６ｂ，３４ｂの最大幅である直径Ｗ２よりも狭くなっている。また、図２に示すように、第１の電極板としてのアンテナ電極３４を平面視した場合の形状と、表示部２０を平面視した場合の形状とは実質的に合同であり、アンテナ電極３４は、表示部２０に近い位置に配置されており、シールドとしての機能を果たしている。
例えば、円形部２６ｂ，３４ｂの直径Ｗ２を３６ｍｍとした場合には、短絡部３２の幅Ｗ１は１５ｍｍに設定されている。短絡部３２の幅Ｗ１は、１５ｍｍ以下であればよく、適宜変更可能である。本実施形態では、短絡部３２の幅Ｗ１を、回路基板２６とアンテナ電極３４の円形部２６ｂ，３４ｂの直径Ｗ２よりも狭く設定している。したがって、電流経路を長くすることができ、誘電体を用いることなく、λ／４のアンテナのサイズを縮小することができる。なお、円形部２６ｂ，３４ｂの直径Ｗ２は２０ｍｍから５０ｍｍの範囲で適宜変更が可能である。
短絡部３２の幅Ｗ１は、アンテナ電極３４の最大幅より狭く、且つ回路基板２６の両方の最大幅よりも狭い必要がある。例えば、アンテナ電極３４あるいは回路基板２６の一方の最大幅が、短絡部３２の幅Ｗ１以下である場合には、アンテナ電極３４あるいは回路基板２６の他方（幅が広い方）も、一方（幅が狭い方）の最大幅だけしかアンテナとして有効に機能しない。その結果、上述したような電流の経路が変化する現象が発生しなくなるからである。

また、回路基板２６を板状逆Ｆ型アンテナにおける第２の電極板として用いた場合には、回路基板２６に回路部品を実装し、配線パターンを設けた方が、回路部品を実装せず、配線パターンを設けない場合よりも大幅に共振周波数が低くなる。本実施形態では、このような回路部品と配線パターンによる波長短縮効果により、アンテナを小型化することが可能になる。以下、回路部品および配線パターンと波長短縮効果について説明する。

本実施形態の回路基板２６は、３層基板であり、ＩＣ等の回路部品が配置される第１層と、当該第１層を表面とした場合に裏面に相当する第３層とには、接地部としてのＧＮＤパターンが形成されている。また、第１層と第３層に挟まれる第２層は、配線層として用いられる。以下、本実施形態におけるアンテナ３０の波長短縮効果を、モデル化したアンテナを用いて説明する。

図６にモデル化したアンテナ３００を示す。図６に示すように、アンテナ３００は、長方形の回路基板３０１上に、構造体の一例としてＩＣを想定した回路部品３０２Ａが実装されている。回路部品３０２Ａの多数ある端子のうち２本の端子３０３は、配線パターン３０４ａ，３０４ｂを介して回路基板３０１のプラス電源パターンと接地部としてのＧＮＤパターンに接続されている。プラス電源パターンに接続される配線パターン３０４ａは、大容量のバイパスコンデンサー（図示せず）を介してＧＮＤパターンに接続される。

図６の断面図を図７に示す。図７は、図６に示すＹ軸およびＺ軸に平行な平面で配線パターン３０４ｂと回路部品３０２Ａを通るように板状逆Ｆ型アンテナ３００を切った断面図である。
図７に示すように、回路基板３０１は３層基板であり、第１層３０１ａと第３層３０１ｃにはＧＮＤパターンが形成されており、第２層３０１ｂが配線層になっている。回路部品３０２の端子３０３は、第２層３０１ｂに形成された配線パターン３０４ａ，３０４ｂに接続され、当該配線パターンは第１層３０１ａのＧＮＤパターンに接続されている。また、第１層３０１ａの第１面としての表面は、第１の電極板としてのアンテナ電極（図示せず）に対向している。

図８は、図６のアンテナ３００において、回路部品３０２Ａと第２層３０１ｂの配線パターン３０４ａ，３０４ｂがない場合のＳパラメーター（Scattering parameter、電磁界シミュレーションの結果）による周波数シフトの実例を示すグラフである。また、図９は、図６に示すように、回路基板３０１に回路部品３０２Ａと第２層３０１ｂの配線パターン３０４ａ，３０４ｂを設けた場合のＳパラメーターによる周波数シフトの実例を示すグラフである。

なお、Ｓパラメーター（Scattering parameter）とは、アンテナ等の高周波電子回路や高周波電子部品の特性を表すために使用される回路網パラメーターの一つである。散乱行列（S行列）または散乱パラメーターとも呼ばれる。回路網の通過・反射電力特性を表現する。

図８のグラフと図９のグラフを比較すると明らかなように、回路部品３０２Ａと配線パターン３０４ａ，３０４ｂがない場合には共振周波数が２．０２ＧＨｚである。しかし、回路部品３０２Ａと配線パターン３０４ａ，３０４ｂを設けた場合には、共振周波数が２．０２ＧＨｚから１．９０ＧＨｚに変動し、０．１２ＧＨｚの周波数シフトがあることが分かる。

次に、配線の向きと周波数シフトの関係について検討する。図１０に図６のアンテナ３００に関して、配線の位置を変えた例を示す。図１０に示す例では、配線パターン３０４ａの位置は図６に示すアンテナ３００と変わらないが、配線パターン３０４ｂの位置が、図６に示すアンテナ３００とは異なる位置に設けられている。図１１のグラフに、図１０に示すアンテナ３００のＳパラメーター（Scattering parameter、電磁界シミュレーションの結果）を示す。
図９のグラフと図１１のグラフを比較すると明らかなように、共振周波数の差は、０．０１ＧＨｚ程度であり、配線パターン位置の影響は小さいことが分かる。

次に図１２に、図６に示す回路部品３０２Ａと図１０に示す回路部品３０２Ｂとを併設し、回路基板３０１上に複数の回路部品を設置した例を示す。この場合の共振周波数の変動量の一例を図１３に示す。
図１３に示すグラフと図９に示すグラフとを比較すると、部品が１セットの場合には共振周波数は１．９ＧＨｚであり、部品が２セットの場合には共振周波数は１．８４ＧＨｚになることが分かる。また、図６に示す例からのシフト量は、１セットの場合には０．１ＧＨｚであり、２セットの場合には０．１６ＧＨｚであることが分かる。

実機による共振周波数実測でも部品点数にほぼ比例して共振周波数が変動しており、上記シミュレーション結果とも傾向は一致すると考えられる。

次に図１４に配線パターンの数を４本に増やした場合の配置例を示す。図１５にこの場合の周波数シフト量を示す。図１４の例は、図６の例の２本の配線パターン３０４ａ，３０４ｂに、さらに配線パターン３０４ｃ，３０４ｄを追加し、合計で４本の配線パターンを設けている。

図９に示すグラフと、図１５に示すグラフを比較すると、共振周波数に関して以下のことが言える。図６に示すように配線パターンが２本の場合の共振周波数は１．９０ＧＨｚであり、図１４に示すように配線パターンが４本の場合の共振周波数は１．９５ＧＨｚである。部品と配線パターンがない場合の共振周波数は２．００ＧＨｚなので、配線パターンの数が増えると、並列になるインダクタンスが増え、合成されたインダクタンスは減り周波数シフトも小さくなる事が分かる。

以上のような本発明におけるアンテナ３００による波長短縮の原理について説明する。図１６に示すように、本発明においては、インダクタンスＬと、寄生容量Ｃ２と、寄生容量Ｃ１との直列共振回路が挿入されることになる。インダクタンスＬは、アンテナ３００に並列に配置された配線パターン３０４（３０４ａ,３０４ｂ）により生じるインダクタンスである。寄生容量Ｃ２は、回路部品３０２（３０２Ａ，３０２Ｂ）とアンテナ電極３４とにより構成される寄生容量である。寄生容量Ｃ１は、回路基板２６と回路部品３０２（３０２Ａ，３０２Ｂ）とにより構成される寄生容量である。なお、図１６は、図１７における点線の円Ａで囲まれた部分の断面に対応している。

そして、アンテナ電極３４と回路基板２６との間隔よりも、回路部品３０２とアンテナ電極３４の間隔の方が短いので、単位面積当たりの容量は、寄生容量Ｃ１よりも寄生容量Ｃ２の方が大きくなる。その結果、寄生容量Ｃ２には大きな電流が流れるが、この電流を補充するために、回路部品３０２とＧＮＤパターンとを接続する配線パターン３０４には、図１６に矢印で示すように、大電流が流れることになる。即ち、この配線パターン３０４の寄生インダクタンスＬにより、波長短縮効果が発生することになる。

本実施形態においては、トータルの共振周波数は、アンテナ固有の周波数とＬＣ直列共振回路の中間になる。ここで、ＬＣ共振回路はアンテナ３００の電力放射には寄与し難い場合があり、寄生インダクタンスＬを構成する配線パターン３０４の幅を広くするなどの方法で、ＬＣ共振周波数を無害な周波数にシフトさせることで感度向上が可能となる。あるいはインダクタンスＬに寄生する抵抗Ｒを小さくすることで感度向上が可能となる。

本実施形態においては、アンテナ共振周波数＝１／２π（ＬＣ）^１／２の関係を満たすように、配線パターン３０４の長さ、幅、あるいは、短絡部３２の幅、もしくは、アンテナ電極３４と回路基板２６の電極長が設定されている。

以上のように、本発明のアンテナは、プリント基板をアンテナの平行導体板として用い、配線パターンによって生じるインダクタンス成分に部品によりアンテナ共振電流を流し、これによる波長短縮効果でアンテナの共振周波数を下げることができる。つまり、本発明は、誘電体ブロックを用いることなく波長短縮効果を得ることができ、アンテナのサイズを小さくすることが可能である。

さらに、本発明では、板状逆Ｆ型アンテナにおいて、短絡部の幅を狭くすることのみによって、必要なアンテナの小型化が達成できる。したがって、部品実装プリント基板の波長短縮効果により、必要以上に共振周波数が下がっている場合には、短絡部の幅を調整することによってアンテナの感度を向上することができる。

図１８は、比較例の板状逆Ｆ型アンテナ４００における電流の流れを示す模式図である。図１９は、本実施形態の板状逆Ｆ型アンテナ３００における電流の流れを示す模式図である。図１８において、第１の電極板としてのアンテナ電極４０２と、短絡部４０３とは接続されている。また、図１９において、第１の電極板としてのアンテナ電極３０７と、短絡部３０６とは接続されている。
図１８および図１９において、アンテナ電極上に示されている矢印（矢印Ｂおよび矢印Ｄを除く）は、シミュレーションにより求めた電流の流れを示しており、矢印の向きは電流の向きを、矢印の大きさは電流の大きさいを示している。以下、図１８および図１９を用いて比較例の板状逆Ｆ型アンテナと本実施形態の板状逆Ｆ型アンテナにおける電流の流れについて説明する。
図１８に示す比較例の板状逆Ｆ型アンテナ４００は、回路基板４０１と同じ大きさの放射板４０２を用いると共に、Ｚ軸方向から見た時の回路基板４０１とアンテナ電極４０２のＸ軸方向の位置およびＹ軸方向の位置が一致するように重ね合わされて配置される。また、比較例の板状逆Ｆ型アンテナ４００は、回路基板４０１のＸ軸方向の幅およびアンテナ電極４０２のＸ軸方向の幅と等しい幅の短絡部４０３を用いている。給電素子４０４は短絡部４０３の近くに設けられる。板状逆Ｆ型アンテナ４００においては、図１８に多数の矢印で示すように、短絡部４０３のＹ軸方向に延びた辺４０２ａに平行な電流が流れる。したがって、矢印Ｂに示すように電流経路の長さは辺４０２ａの長さとなる。比較例の板状逆Ｆ型アンテナ３００において、λを受信する信号の波長として、電流経路の長さがλ／４に設定されているとする。この場合、例えば、辺４０２ａの長さを３６ｍｍとすると、λ／４が３６ｍｍとなる。したがって、比較例の板状逆Ｆ型アンテナ４００の共振周波数は２．０７７ＧＨｚとなる。

図１９に示す本実施形態の板状逆Ｆ型アンテナ３００においても、導体板としての回路基板３０１と同じ大きさの放射板としてのアンテナ電極３０７を用いると共に、Ｚ軸方向から見た時の導体板としての回路基板３０１と放射板としてのアンテナ電極３０７のＸ軸方向の位置およびＹ軸方向の位置が一致するように重ね合わされて配置される。しかし、短絡部３０６のＸ軸方向の幅は、導体板としての回路基板３０１のＸ軸方向の最大幅、および放射板としてのアンテナ電極３０７のＸ軸方向の最大幅よりも狭くしたところが図１８に示す比較例の板状逆Ｆ型アンテナ４００と異なっている。本実施形態の板状逆Ｆ型アンテナ３００においても給電素子３０５は短絡部３０６の近くに設けられる。本実施形態の板状逆Ｆ型アンテナ３００の場合には、図１９に多数の矢印で示すように、短絡部３０６の位置から放射状に電流が流れる。したがって、矢印Ｄで示す電流経路は、短絡部３０６の位置から、Ｘ軸方向に延びた辺３０７ｂに沿った後に、Ｙ軸方向に延びた辺３０７ａに沿う経路となり、比較例の板状逆Ｆ型アンテナ４００の電流経路よりも長くなる。本実施形態の板状逆Ｆ型アンテナ４００において、電流経路の長さがλ／４に設定されているとする。この場合、辺３０７ａの長さを３６ｍｍとし、辺３０７ｂの幅を２８ｍｍとすると、矢印Ｄで示す電流経路は、５０ｍｍとなる。つまり、λ／４が５０ｍｍなので、本実施形態の板状逆Ｆ型アンテナ３００の共振周波数は１．５１４ＧＨｚとなり、本実施形態の電子機器１のように、ＧＰＳ衛星１００からの電波による測位用信号等を受信するアンテナとして用いることが可能になっている。

本実施形態は、以上のように短絡部の幅を狭くすることにより電流経路を長くすると共に、上述したような配線パターンによって生じるインダクタンス成分に回路部品よりアンテナ共振電流を流すことにより、周波数を低減することができる。実機実測例としては、図６に示したようなアンテナ３００の基板を均一な金属板で構成した場合と比較すると、１．５ＧＨｚから１．１ＧＨｚに周波数を低減する効果が観測されている。

また、ＧＰＳの電波（１．５７５４２ＧＨｚ）を受信するアンテナとしては、従来は直径３５ｍｍのアンテナが必要であったが、本発明の場合には、直径２５ｍｍまで小型化することできる。
さらに、図６のアンテナ３００を用いた電磁界シミュレーションによると、デフォルトで０．１ｍｍ幅とした配線パターンを、０．５ｍｍに拡大することで、放射効率を２０％から３５％へ改善することができることが分かった。

＜第２実施形態＞
第１実施形態においては、短絡部の幅を狭くすることにより電流経路の長さを増大させると共に、配線パターンによって生じるインダクタンス成分に回路部品よりアンテナ共振電流を流すことによって、波形短縮の効果を生じさせた。
しかし、波形短縮の効果が大き過ぎる場合には、短絡部の幅、配線パターンの長さまたは幅等を調整することにより、波形短縮の効果を抑えて、所望の共振周波数を得るようにしてもよい。

また、配線パターンのインダクタンスＬに対して、アンテナ共振周波数＝１／２π（ＬＣ）^１／２の関係を満たすように、容量Ｃのコンデンサーを新たに配線パターンに接続することにより、波形短縮の効果を抑えて、所望の共振周波数を得るようにしてもよい。

さらに、共振周波数の調整用としてではなく、他の目的で設けられたコンデンサーと並列に、共振周波数の調整用の新たなコンデンサーを接続するようにしてもよい。共振周波数の調整用の新たなコンデンサーと、配線パターンのインダクタンスＬとで直列共振させることができ、所望の共振周波数を得ることができる。

また、回路部品３０２とＧＮＤパターンを直接接続する配線パターン、およびコンデンサーを介して回路部品３０２とＧＮＤパターンを接続する配線パターンの幅を、回路部品３０２以外の部品等に接続される配線パターンより大きくなるように設定してもよい。このようにして波長短縮の効果を抑えて、所望の共振周波数を得るようにしてもよい。

＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば次に述べるような各種の変形が可能である。また、次に述べる変形の態様は、任意に選択された一または複数を、適宜に組み合わせることもできる。

（変形例１）
図２０に示すように、短絡部３２とは別に、調整用短絡部としての周波数調整バー３２ａを、アンテナ電極３４と回路基板２６との間に取付けることにより、周波数の調整を行うようにしてもよい。この場合には、周波数調整バー３２ａの本数と取り付け位置を変えることにより、周波数の調整が可能となっている。これは、周波数調整バー３２ａを設けることにより、短絡部３２の幅を変化させたのと同等の効果が得られるためである。周波数を調整する場合には、周波数調整バー３２ａの本数と取り付け位置を変えた場合の共振周波数をシミュレーションに算出して行えばよい。

（変形例２）
図２１に本発明をパッチ型のアンテナに適用した一例を示す。図２１に示すパッチ型アンテナ５０は、図５に示すアンテナ３０と比較すると、短絡部３２が存在せず、給電素子３１の給電位置も回路基板２６のほぼ中央となる。ここで、「ほぼ中央」とは、短絡部３２よりも、回路基板２６の円形部の中心に近い位置のことを言う。このようなパッチ型アンテナ５０でも、回路部品３０２とＧＮＤパターンを直接接続する配線パターン、およびコンデンサーを介して回路部品３０２とＧＮＤパターンを接続する配線パターンの長さや幅、アンテナ電極３４および回路基板２６の電極長を設定してもよい。このように設定することにより、波長短縮の大小を調整して、所望の共振周波数を得ることが可能である。

（変形例３）
上述した実施形態においては、回路基板の一例として、セラミック多層基板を用いたが、ＬＤＳ(Laser Direct Structuring)により形成したＬＤＳ基板を用いてもよい。導電体と絶縁体とが積層された基板であれば、回路基板として用いることが可能である。多層基板を用いて板状逆Ｆ型アンテナを構成する場合には、多層基板の導電体のうち、少なくとも１層に短絡部３２が接続されていればよい。
また、回路部品の一例として、集積回路を用いが、本発明はこのような構成に限定されず、回路部品として、スタッド、導体ブロック、またはシールドケース等を用いてもよい。

（変形例４）
回路基板２６に形成したＧＮＤパターンに穴部を設けて共振周波数の調整を行うようにしてもよい。この場合には、電流が穴部を迂回するために、電流経路が長くなり、波長短縮効果を得ることができる。
多層基板の第１の電極板に近い側の少なくとも１つの層に穴部を形成し、構造体としての回路部品に接続される配線を、穴部を通して多層基板内層に引き込むようにすれば良い。内層に形成された配線は、直接または抵抗、インダクタンス、キャパシタンス等を経由して、短絡部が接続された層に接続されている。この構成により、放射効率が劣化しにくく、かつ波長短縮の効果を得ることができる。
板状逆Ｆ型アンテナやパッチアンテナのように、平行な２枚の導体板の間に電界を発生させアンテナとして動作させる動作原理のアンテナは、導体板の面積が大きいほど高い放射効率が得られる傾向がある。導体板としての回路基板の表面（第１面）に配線を配置すると、回路基板の面積が減ってしまう。しかし、配線を別の層に配置することで、回路基板の面積減少を抑制し、かつ共振周波数を下げる事ができる。その結果、より小面積のアンテナで高い放射効率を得ることができる。

（変形例５）
上述した各実施形態および各変形例においては、本発明のアンテナにおいて１．５ＧＨｚのＧＰＳ電波を受信する場合について説明したが、本発明は当該構成に限定されるものではない。本発明のアンテナは、例えば、周波数が１００ＭＨｚから３０ＧＨｚの電波を受信に好適である。
本発明を腕時計のサイズの電子機器に適用する場合には、ＧＰＳの１．５ＧＨｚ、あるいは無線ＬＡＮの２．４ＧＨｚ付近が最適である。また、本発明を携帯電話のサイズの電子機器に適用する場合には、携帯電話で使っている７００ＭＨｚあるいは９００ＭＨｚが最適になる。
利用可能な測位用衛星の信号としては、ＧＰＳの他に、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＢｅｉＤｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）等が挙げられる。

また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、あるいは、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の規格に対応した電波を受信するようにしてもよい。

（変形例６）
上述した各実施形態および各変形例においては、第１の放射素子としての第１リボンと、第２の放射素子としての第２リボンとの等価電気長がそれぞれ１／４波長の場合について説明したが、本発明は当該構成に限定されるものではない。例えば、前記等価電気長は、１／４波長の整数倍であればよい。

（変形例７）
上述した各実施形態および各変形例においては、本発明の電子機器の例として、ランニングウォッチ、およびＧＰＳウォッチを挙げたが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、アンテナにより電波を受信して情報を表示する種々の電気機器に適用可能である。例えば、腕時計型の心拍計、イヤホン型のＧＰＳ機器、スマートフォン等の電子機器（電子端末）、ヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブルな電子機器にも適用可能である。

１…電子機器、２…ケース、３…バンド、１１…ケース本体、１２…裏蓋、１３…ガラス、１６…ベゼル、２０…表示部、２１…液晶パネル、２６…回路基板、２６ａ…矩形部、２６ｂ…円形部、２８…二次電池、３０…板状逆Ｆ型アンテナ、３１…給電素子、３２…短絡部、３４…アンテナ電極、３４ａ…矩形部、３４ｂ…円形部、５０…パッチ型アンテナ、１００…ＧＰＳ衛星、３００…板状逆Ｆ型アンテナ、３０１…回路基板、３０２，３０２ａ，３０２ｂ…回路部品、３０５…給電素子、３０６…短絡部。

Claims (10)

1. 腕時計に設けられる電子部品であって、
   ＧＰＳ信号を受信するアンテナを有し、
   前記アンテナは、
   第１の電極板と、
   前記第１の電極板に対向する第１面と、接地部と、前記第１面に配置された導電性の構造体と、前記構造体と前記接地部とを接続する配線と、を含む第２の電極板と、
   前記第１の電極板と前記第２の電極板とを電気的に接続する接続部と、を含む、
   電子部品。
2. 腕時計に設けられる電子部品であって、
   ＧＰＳ信号を受信するアンテナを有し、
   前記アンテナは、
   第１の電極板と、
   第２の電極板と、
   前記第２の電極板に設けられた給電部分と、を備え、
   前記第２の電極板は、前記第１の電極板に対向する第１面と、接地部と、前記第１面に配置された導電性の構造体と、前記構造体と前記接地部とを接続する配線と、を含む、
   電子部品。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記第２の電極板は、回路基板である、
   電子部品。
4. 請求項３において、
   前記回路基板は、導電体と絶縁体とが積層された基板である、
   電子部品。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
   前記構造体は、回路部品である、
   電子部品。
6. 請求項５において、
   前記回路部品は、集積回路、スタッド、導体ブロック、またはシールドケースである、
   電子部品。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、
   前記接続部は、前記第１の電極板と前記第２の電極板とを短絡させる、
   電子部品。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、
   前記配線のインダクタンスＬに対して、
   アンテナ共振周波数＝１／２π（ＬＣ）^１／２
   の関係を満たすように、容量Ｃのコンデンサーを前記配線に接続する、
   電子部品。
9. 請求項８において、
   前記配線は、前記構造体と前記接地部とを直接またはコンデンサーを介して接続する配線の幅を、前記構造体または前記コンデンサー以外に接続される他の配線より大きくなるように設定する、
   電子部品。
10. 請求項１ないし請求項９の電子部品を備える腕時計。

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