JP7468585B2 - アンテナ受信装置及び電子時計 - Google Patents

Description

この発明は、アンテナ受信装置及び電子時計に関する。

無線通信を行う電子機器、特に小型の携帯型電子機器では、多くの場合、筐体内部にアンテナが配置されている。複数の波長の電波を受信する場合には、各々の波長に応じた複数のアンテナが配置される場合がある（例えば、特許文献１）。

特開２０１９－１２４６４１号公報

しかしながら、ＧＨｚ帯域などの無線電波の送受信を行う場合に筐体内部に収容されて多く用いられるモノポールアンテナや、パッチ型のアンテナなどでは、アンテナは、接地面が必要とされる。アンテナ受信装置における筐体接地面が当該アンテナ受信装置の広い範囲を含む状況では、複数のアンテナ動作を併存させようとすると、一方のアンテナの動作に応じて接地面上に生じる電場パターンが他方のアンテナによる電波受信に悪影響を与える場合があるという課題がある。

この発明の目的は、より適切に複数のアンテナによる受信動作を並行して行うことが可能なアンテナ受信装置及び電子時計を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のアンテナ受信装置は、
第１アンテナと、
前記第１アンテナとは異なる周波数帯域に同調する第２アンテナと、
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナがそれぞれ接続される通信回路を有する基板と、
少なくとも一部が導体である裏蓋と、
を備え、
前記第１アンテナは、前記基板の接地面に接続されており、
前記第２アンテナは、前記裏蓋の前記導体に電気的に接続されて接地されており、
前記基板の接地面と、前記裏蓋の導体部分と、は電気的に分離されるように配置されている。

本発明に従うと、より適切に複数のアンテナによる受信動作を並行して行うことができるという効果がある。

電子時計の外観を示す平面図である。 アンテナの位置関係を説明する図である。 電子時計の断面の一部を示す図である。 アンテナ素子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のアンテナ受信装置を含む電子時計１の外観を示す平面図である。

電子時計１の上面は、中央に表示部１１を有し、その周囲にベゼル１３が位置している。また、電子時計１は、ベゼル１３の一部を被覆する外装部材１４と、本体にベルトを接続するための接続部１６などを備える。電子時計１の側面には、押しボタンスイッチＢ１～Ｂ４とりゅうずＣ１とが設けられている。外装部材１４は、ねじ１５により筐体１２（図２参照）に固定される。これに伴い、外装部材１４と筐体１２との間でベゼル１３も固定されている。

外装部材１４は、その凹凸により押しボタンスイッチＢ１～Ｂ４及びりゅうずＣ１を含む電子時計１の本体を保護する他、デザイン装飾としての機能も有する。外装部材１４の材質は、例えば、樹脂などであってもよい。

ベゼル１３は、環状の構造を有する導体部材（通常では金属部材）である。ベゼル１３は、電子時計１において第１アンテナとして動作する。ここでは、第１アンテナは、測位衛星（主にＧＰＳ（Global Positioning Satellite System）に係る衛星）からの電波（右旋円偏波）を受信する。

押しボタンスイッチＢ１～Ｂ４及びりゅうずＣ１は、筐体１２の側面を貫通して外側に突出しており、押しボタンスイッチＢ１～Ｂ４の押下操作、並びにりゅうずＣ１の引き出し操作及び回転操作が受け付け可能となっている。

表示部１１は、デジタル表示ディスプレイを有し、デジタル表示を行う。

図２は、アンテナの位置関係を説明する図である。この図は、図１と同様に上方から平面視したものである。
筐体１２は、内部に基板２１などの動作モジュール及びバッテリ３０（図３参照）を内包して保護する筒状、特には限られないが、例えば円筒状の構造を有する。筐体１２の側面に上述の接続部１６の各貫通孔が設けられている。

筐体１２の１時方向及び１１時方向付近には、２つの貫通孔１２１が位置している。これらの貫通孔１２１には、それぞれ接続ピン２４１、２４２が挿入されている。接続ピン２４１、２４２は、アンテナとしてのベゼル１３と基板２１上とを各々電気的に接続する。接続ピン２４１、２４２は、筐体１２や他の部分と接合（固着）されている必要はない。接続ピン２４１は、ベゼル１３と接触する一端が給電点となり、他端から信号線を経由して接続される受信回路（ここでいう受信回路には、受信のみを行う回路、及び送受信両方を行う回路のいずれも含んでよい）に受信信号を送る。接続ピン２４２は、基板２１上の接地面につながる。

なお、筐体１２は、貫通孔１２１よりも外縁側にＯリングの挿入溝１２２を有し、Ｏリングが挿入された状態でベゼル１３や外装部材１４と接触固定されることで、防水構造とされる。

基板２１の裏側、すなわち、基板２１に対してベゼル１３と反対側の４時方向付近には、アンテナ素子２１４（第２アンテナ）が位置している。アンテナ素子２１４は、外部機器との近距離での無線電波通信、ここでは、ブルートゥース（登録商標）による通信（電波送受信）を行うアンテナであり、すなわち、ベゼル１３とは同調する周波数帯域が異なる。ここでは、アンテナ素子２１４は、モノポールアンテナであるが、直線状に限られず、折れ曲がり形状（ミアンダ）を有していてもよい。アンテナ素子２１４は、基板２１上で当該アンテナ素子２１４の近傍に位置する通信回路２１３（図３参照）に電気的に接続される。また、アンテナ素子２１４は、後述のように、基板２１上の接地端子から裏蓋１７（図３参照）に電気的に接続されて接地される。

図３は、電子時計１の接続ピン２４２を含む断面の一部（ａ）と、アンテナ素子２１４を含む断面の一部（ｂ）とをそれぞれ示す図である。すなわち、図３（ａ）の断面は、図２における断面線ＡＡに示された部分であり、図３（ｂ）の断面は、図２における断面線ＢＢに示された部分である。また、図４は、アンテナ素子２１４を示す図である。

基板２１に対し、上側には、表示画面１１１と、表示画面を覆う光透過性（通常は透明）の保護層１１２（コンタクトガラス）が位置し、筐体１２の上端面を覆っている。基板２１の下側には、フレーム２２（導体支持部材、収容部）と、当該フレーム２２に固定又は支持されているバッテリ３０が位置する。筐体１２の下端面は、裏蓋１７により覆われている。裏蓋１７は、ここでは全てが導体部材であるが、接地面として適切な一部範囲が導体であれば、残りの部分が絶縁体であってもよい。

基板２１上の一部の回路、例えば、電波の送受信に係る通信回路や、制御部として動作し、日時の計数、表示及び修正などの各種制御動作を行うＣＰＵなどは、シールドケース２１１などにより覆われている。シールドケース２１１は、内部の素子などを電磁波や静電気から保護するためのものであり、例えば、導体の箱型構造である。その他の基板２１上の構成、例えば、発振回路、現在日時（現在時刻）を計数する計時部や不揮発性メモリなどは、シールドケース２１１などの外側に位置していてもよい。

図３（ａ）に示すように、測位衛星からの電波を受信して処理する衛星電波受信モジュール２１２は、基板上面側で接続ピン２４１、２４２付近のシールドケース２１１内に位置している。衛星電波受信モジュール２１２は、受信した電波を復調して信号を解読し、現在日時や現在位置を特定する処理を行う。

表示画面１１１は、例えば、液晶表示画面であるが、これに限られるものではなく、また、液晶の種別などを問わない。表示画面１１１には、基板２１上の制御部からの制御信号に基づいて各種表示がなされる。

接続ピン２４２は、基板２１上の接地端子２１０に電気的に接続されて、基板２１上に広がる接地面Ｇにつながっている（ここでは、接地面Ｇは、接地端子２１０との接続部分付近のみ表示）。なお、基板２１が積層基板などの場合には、露出されない中間層に接地面が広がっていてもよい。また、ここでは、説明のために接地端子２１０及び接地面Ｇを明示しているが、接地端子２１０及び接地面Ｇの実際の厚さは、基板２１の厚さに比して十分に薄くてよい。

筐体１２の貫通孔１２１に挿入された接続ピン２４は、延在方向に伸縮可能にばね構造などを有していてよい。電子時計１が組み立てられ、封止された状態では、接続ピン２４は、ばねが縮んだ状態で両端がそれぞれ基板２１及びベゼル１３に接する。これにより、電子時計１に多少の衝撃などがかかった場合でも、ばねの張力により両側への接触が維持される。また、貫通孔１２１は、幅が二段階になっており、接続ピン２４は、これらと嵌り合う頭部形状を有することで、左右方向についての位置ずれを防ぐことができる。

このように、２か所で接続ピン２４に接続しているベゼル１３は、接続されている基板２１上の接地面Ｇと平行な面内に位置し、対になってマイクロストリップアンテナのように動作する。

図３（ｂ）に示すように、基板２１の下面にもシールドケース２１１が設けられており、このシールドケース２１１内には、ブルートゥースに係る通信回路２１３が位置している。

フレーム２２は、少なくとも一部が導体部材であり、バッテリ３０をその内部空間に収容して保持し、保護するとともに、基板２１の接地面Ｇと裏蓋１７（その導体部分）とに接触して接地面の範囲を裏蓋１７まで拡張している。フレーム２２は、バッテリ３０の側面全体を覆っている必要はないが、上下方向に延びる各部分は板状又は柱状の構造を有し、基板２１上の配線などに比して十分に大きな導体表面積を有する。また、フレーム２２と裏蓋１７との間は、導体部材（金属など）の板ばね２５などを介して電気的により安定かつ低抵抗（低インピーダンス）で接続されていてもよい。

バッテリ３０は、基板２１の電力供給端子に接続されて、基板２１の各回路などに電力を供給する。バッテリ３０は、着脱交換可能であってもよいし、フレーム２２に固定されたものであってもよい。後者の場合には、バッテリ３０は、図示略のソーラパネルにより発電された電力に応じて、又は外部接続端子と接続されて外部から供給される電力に応じて充電可能であってよい。

図３（ｂ）及び図４に示すように、フレーム２２の側面には、アンテナ素子２１４が取り付けられている。アンテナ素子２１４は、上述のように、ブルートゥースによる通信を行う際に通信電波を送受信するためのアンテナ（ここではＳ字状に折り曲げたモノポールアンテナ）であり、ベゼル１３とは同調周波数（受信周波数）が異なる。アンテナ素子２１４は、配線２１４１を介して受信信号を基板２１上の通信回路２１３に送り、通信回路２１３から取得された送信内容に係る信号を送信する。

また、アンテナ素子２１４は、配線２１４２を介して基板２１の裏面にある接地端子２１５に接続される。接地端子２１５を含む図示略の接地面は、その近傍（モノポールアンテナのアンテナ長に比して十分に短い、例えば、１／４波長の１／２以下又は１／４以下などの距離範囲内）でフレーム２２の導体部分に接している。上述のように、フレーム２２は、板ばね２５を介して裏蓋１７に電気的に接続している。なお、ベゼル１３（接地端子２１０）が接続する接地面Ｇと、アンテナ素子２１４（接地端子２１５）が接続する接地面とは、つながっていてもよいし、互いに分離していてもよい。

このように、ベゼル１３と裏蓋１７との間の筐体１２内部の空間にアンテナ素子２１４と基板２１とが位置している。このような構成では、モノポールアンテナであるアンテナ素子２１４の接地面に投影される電場成分が主にフレーム２２から裏蓋１７にかけて広がるので、基板２１上の接地面Ｇの電位を接地電位から大きく乱さない。これにより、ベゼル１３による基板２１上の接地面Ｇが適切に機能し、測位衛星からの電波を良好な感度で受信することが可能になる。

上記各構成のうち、ベゼル１３、アンテナ素子２１４、衛星電波受信モジュール２１２と通信回路と接地面Ｇとを含む基板２１、及び裏蓋１７が本実施形態のアンテナ受信装置を構成する。

以上のように、本実施形態のアンテナ受信装置は、第１アンテナとしてのベゼル１３と、ベゼル１３と異なる周波数帯域に同調するアンテナ素子２１４と、ベゼル１３及びアンテナ素子２１４がそれぞれ接続される受信回路（衛星電波受信モジュール２１２及び通信回路２１３）を有する基板２１と、少なくとも一部が導体である裏蓋１７と、を備える。基板２１は、ベゼル１３の接地面Ｇを有する。ベゼル１３と裏蓋１７との間に基板２１及びアンテナ素子２１４が位置する。アンテナ素子２１４は、基板２１に対してベゼル１３と反対側に位置し、裏蓋１７の導体部分に電気的に接続されて接地されている。
このように、複数のアンテナの各動作に応じた接地面を別個に分離することで、一方の動作時に生じる接地面上の電場パターンが他方の動作に悪影響を及ぼすのを低減することができる。また、アンテナと接地面の組をそれぞれ表面側と裏面側に分けることで、それぞれの電波受信精度を低下させない。よって、このアンテナ受信装置では、より適切に複数のアンテナによる通信動作を並行して行うことが可能となる。

特に、アンテナ素子２１４の裏蓋１７への接地を基板２１の接地面を介して行うことで、製造上の難易度を低減させることができる。携帯型のアンテナ受信装置では、持ち運び時に大きな衝撃がかかる場合がしばしば想定されるが、衝撃に備えてアンテナ素子２１４を裏蓋１７に対して直接強固に接続させることは、製造工程や構造上の制約から難しい。これに対し、アンテナ装置内でサイズの大きい基板２１の接地面と裏蓋１７とを接続するのは比較的容易であり、また、アンテナ受信装置に大きな衝撃がかかった場合でも基板２１と裏蓋２１との接触が完全に外れる事態を生じにくくしやすい。したがって、基板２１の接地面を介して裏蓋１７に接地するアンテナ受信装置は、容易に製造可能であり、かつ安定して複数周波数の電波受信を並行して行うことができる。

また、アンテナ素子２１４は、基板２１のベゼル１３と反対側の面に接続されている。すなわち、基板２１の裏側に位置するアンテナ素子２１４を基板２１の裏面に直接接続することで、配線を容易かつ短くし、途中の寄生抵抗や寄生容量などの影響を低減することができる。

また、アンテナ受信装置（電子時計１）は、基板２１と裏蓋１７との間に位置するフレーム２２を備える。アンテナ素子２１４は、フレーム２２を介して裏蓋１７の導体部分に電気的に接続されている。フレーム２２のような支持部材は配線よりも幅や太さがあるので、フレーム２２自体も接地面とすることができる。よって、特にアンテナ素子２１４の近くで接地面積を増大させ、より適切にアンテナ素子２１４の接地面となる部分をベゼル１３の接地面Ｇとなる部分と分離して適切な受信を行うことができる。

また、フレーム２２は、内部にバッテリ３０が位置する空間を有する収容部である。特に電子時計などの小型の携帯機器では、バッテリ３０が占める容積も大きく、これに応じてフレーム２２も大きいので、従来構成を有効に活用して接地面積を拡大することができる。また、裏蓋１７にも低抵抗でつなぎやすく、アンテナ素子２１４による受信感度を低下させにくい。

また、ベゼル１３は環状であり、基板２１に平行な面内に位置する。この配置により、中央の表示部、特に、腕時計などの円形の表示部を有する場合に、これを阻害せずに適切に無線通信を行うことができる。

また、アンテナ素子２１４は、モノポールアンテナである。モノポールアンテナでは、１／４波長分が鏡像として接地面上に現れるので、特に限られた面積の接地面の影響が大きい。この場合に、当該接地面を基板２１から裏蓋１７などに分離することで、ベゼル１３による電波受信への影響を低減させることができる。

また、ベゼル１３は、測位衛星からの電波を受信し、アンテナ素子２１４は、外部機器とのブルートゥースによる無線電波通信に係る電波を受信する。これら、近年の携帯型電子機器で多く用いられる２波長の電波をそれぞれより適切に同時受信可能とすることで、携帯型電子機器の利便性を向上させることができる。

また、本実施形態の電子時計１は、上記のアンテナ受信装置と、現在時刻を計数する計時部と、ベゼル１３又はアンテナ素子２１４の少なくともいずれかにより受信された電波に基づいて、計時部が計数する現在時刻を修正する制御部と、を備える。このような電子時計１によれば、腕時計などでもサイズなどを増大させずとも、２種類の波長の電波を並行して送受信し、電子時計１の機能を向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、電子時計１の構造に合わせて第１アンテナとしてのベゼル１３が環状であるものとして説明したが、これに限られない。配置上の問題がなければ、平面アンテナなど、他の形状のアンテナであってもよい。あるいは、アンテナ素子２１４がモノポールアンテナであるものとして説明したが、アンテナ素子２１４が裏蓋と対になって電波を受信するパッチアンテナなどであってもよい。電子時計であっても、第１アンテナがベゼルである必要はない。

また、上記実施の形態では、基板２１の上面側のベゼル１３が測位衛星からの電波を受信し、基板２１の外面側のアンテナ素子２１４がブルートゥースによる通信を行うアンテナであるものとして説明したが、この組み合わせに限られない。各位置に適切な形状及び位置関係でアンテナを配置可能である限り、他の電波の送受信を行ってもよい。例えば、アンテナ素子２１４が無線ＬＡＮに係る通信電波を送受信してもよい。

また、アンテナ素子２１４に接続される通信回路２１３は、必ずしも基板２１の外面側に位置していなくてもよい。この場合の配線２１４１は、基板２１を貫通する貫通ビアやスルーホールなどを含んでいてもよい。

また、上記実施の形態におけるフレーム２２は、バッテリ３０を収容するためのものでなくてもよい。基板２１を支持するためのものであってもよいし、他の構成、例えば、指針などの可動部を駆動させるための構成などを内部に収容してもよい。また、バッテリ３０には、蓄電部分だけではなく、太陽光発電や振動に基づく発電で電力を得るための各種構成などが含まれていてもよい。

また、上記実施の形態では、腕装着型の電子時計１（腕時計）がアンテナ受信装置を有するものとして説明したが、腕時計以外の電子機器に用いられてもよい。例えば、活動量計や各種計測機器（センサ）などであってもよい。これらの電子機器が計時機能を有していてもよい。また、電子時計１が計時機能以外の種々の機能を有していてもよい。
その他、上記実施の形態で示した具体的な構成、形状、構造、位置関係、処理動作の内容及び手順などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。

［付記］
＜請求項１＞
第１アンテナと、
前記第１アンテナとは異なる周波数帯域に同調する第２アンテナと、
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナがそれぞれ接続される通信回路を有する基板と、
少なくとも一部が導体である裏蓋と、
を備え、
前記基板は、前記第１アンテナの接地面を有し、
前記第１アンテナと前記裏蓋との間に前記基板及び前記第２アンテナが位置し、
前記第２アンテナは、前記基板に対して前記第１アンテナと反対側に位置し、前記裏蓋の前記導体に電気的に接続されて接地されている
ことを特徴とするアンテナ受信装置。
＜請求項２＞
前記第２アンテナは、前記基板の前記第１アンテナと反対側の面に接続されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ受信装置。
＜請求項３＞
前記基板と前記裏蓋との間に位置する導体支持部材を備え、
前記第２アンテナは、前記導体支持部材を介して前記裏蓋の前記導体に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ受信装置。
＜請求項４＞
前記導体支持部材は、内部にバッテリが位置する空間を有する収容部であることを特徴とする請求項３記載のアンテナ受信装置。
＜請求項５＞
前記第１アンテナは、環状であり、前記基板に平行な面内に位置することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のアンテナ受信装置。
＜請求項６＞
前記第２アンテナは、モノポールアンテナであることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のアンテナ受信装置。
＜請求項７＞
前記第１アンテナは、測位衛星からの電波を受信し、前記第２アンテナは、外部機器との近距離での無線電波通信に係る電波を受信することを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のアンテナ受信装置。
＜請求項８＞
請求項１～７のいずれか一項に記載のアンテナ受信装置と、
現在時刻を計数する計時部と、
前記第１アンテナ又は前記第２アンテナの少なくともいずれかにより受信された電波に基づいて、前記計時部が計数する現在時刻を修正する制御部と、
を備えることを特徴とする電子時計。

１ 電子時計
１１ 表示部
１１１ 表示画面
１１２ 保護層
１２ 筐体
１２１ 貫通孔
１２２ 挿入溝
１３ ベゼル
１４ 外装部材
１５ ねじ
１６ 接続部
１７ 裏蓋
２１ 基板
２１０ 接地端子
２１１ シールドケース
２１２ 衛星電波受信モジュール
２１３ 通信回路
２１４ アンテナ素子
２１４１、２１４２ 配線
２１５ 接地端子
２２ フレーム
２４、２４１、２４２ 接続ピン
３０ バッテリ
Ｇ 接地面

Claims (10)

1. 第１アンテナと、
   前記第１アンテナとは異なる周波数帯域に同調する第２アンテナと、
   前記第１アンテナ及び前記第２アンテナがそれぞれ接続される受信回路を有する基板と、
   少なくとも一部が導体である裏蓋と、
   を備え、
   前記第１アンテナは、前記基板の接地面に接続されており、
   前記第２アンテナは、前記裏蓋の前記導体に電気的に接続されて接地されており、
   前記基板の接地面と、前記裏蓋の導体部分と、は電気的に分離されるように配置されている、
   アンテナ受信装置。
2. 前記基板及び前記第２アンテナは、前記第１アンテナと前記裏蓋との間に位置している請求項１記載のアンテナ受信装置。
3. 前記第２アンテナは、前記基板に対して前記第１アンテナと反対側に位置している請求項１又は２記載のアンテナ受信装置。
4. 前記第２アンテナは、前記基板の前記第１アンテナと反対側の面に接続されている請求項１～３のいずれか一項に記載のアンテナ受信装置。
5. 前記基板と前記裏蓋との間に位置する導体支持部材を備え、
   前記導体支持部材は、前記第２アンテナが前記導体支持部材を介して前記裏蓋の前記導体に電気的に接続される場合に、前記第２アンテナの接地面の一部として機能する請求項１～４のいずれか一項に記載のアンテナ受信装置。
6. 前記導体支持部材は、内部にバッテリが位置する空間を有する収容部である請求項５記載のアンテナ受信装置。
7. 前記第１アンテナは、環状であり、前記基板に平行な面内に位置する請求項１～６のいずれか一項に記載のアンテナ受信装置。
8. 前記第２アンテナは、モノポールアンテナである請求項１～７のいずれか一項に記載のアンテナ受信装置。
9. 前記第１アンテナは、測位衛星からの電波を受信し、前記第２アンテナは、外部機器との近距離での無線電波通信に係る電波を受信する請求項１～８のいずれか一項に記載のアンテナ受信装置。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載のアンテナ受信装置と、
    現在時刻を計数する計時部と、
    前記第１アンテナ又は前記第２アンテナの少なくともいずれかにより受信された電波に基づいて、前記計時部が計数する現在時刻を修正する制御部と、
    を備える電子時計。

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