WO2020183876A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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WO2020183876A1
WO2020183876A1 PCT/JP2020/000026 JP2020000026W WO2020183876A1 WO 2020183876 A1 WO2020183876 A1 WO 2020183876A1 JP 2020000026 W JP2020000026 W JP 2020000026W WO 2020183876 A1 WO2020183876 A1 WO 2020183876A1
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antenna
antenna element
reactance
vertical
horizontal
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PCT/JP2020/000026
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French (fr)
Inventor
宜明 橋口
修 小堺
Original Assignee
ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/273—Adaptation for carrying or wearing by persons or animals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/328—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors between a radiating element and ground
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • This technology relates to antenna devices. More specifically, the present invention relates to an antenna device used in a state close to the human body.
  • antennas of various shapes have been used in wireless devices and the like for wireless communication.
  • a loop antenna, a monopole antenna, a dipole antenna, or the like is used because of its simple structure.
  • a wireless device in which a substrate that functions as a reflector when it is located close to the human body and a loop antenna whose loop surface is perpendicular to the substrate are arranged (see, for example, Patent Document 1).
  • the gain of the loop antenna can be improved as compared with the case where the reflector is not used.
  • the antenna size must be limited to a small size due to the limitation of the device size. Therefore, there is a problem that the antenna performance is deteriorated due to the reduction of the antenna size, although the characteristic deterioration due to the absorption of radio waves of the human body can be reduced.
  • This technology was created in view of this situation, and reduces the effects on the human body while maximizing the size of the antenna in a wireless communication device equipped with a board and an antenna that is used near the human body. With the goal.
  • the first side surface thereof is one end to a ground substrate connected to the ground terminal of the high-frequency signal source and a feeding point of the high-frequency signal source.
  • a vertical antenna element that is connected and extends in a direction perpendicular to the substrate plane of the ground substrate, and a horizontal antenna element that is connected to the other end of the vertical antenna element and extends in a horizontal direction parallel to the substrate plane. It is an antenna device provided with. This has the effect of increasing the actual size of the antenna.
  • a housing including a conductive member having a surface parallel to the ground substrate is further provided, and the ground substrate may be connected to the conductive member.
  • an electric current flows through the ground substrate and the conductive member arranged in the vicinity of the human body.
  • a reactance element connected to the one end of the vertical antenna element may be further provided. This has the effect of impedance matching and resonance frequency adjustment.
  • a control unit for controlling the reactance value of the reactance element may be further provided. This has the effect of dynamically matching the impedance and adjusting the resonance frequency.
  • a reactance element connected in series to the one end of the vertical antenna element may be further provided. This has the effect of impedance matching and resonance frequency adjustment.
  • a control unit for controlling the reactance inductance value of the reactance element may be further provided. This has the effect of dynamically matching the impedance and adjusting the resonance frequency.
  • the vertical antenna element includes the first and second vertical antenna elements, and one end of the horizontal antenna element is connected to the other end of the first vertical antenna element.
  • the other end of the horizontal antenna element may be connected to one end of the second vertical antenna element.
  • the vertical antenna element is connected to a predetermined position of the ground substrate in a predetermined direction perpendicular to the vertical direction and the horizontal direction, and a predetermined range including the predetermined position in the predetermined direction.
  • the thickness of the ground substrate may be larger than the range not corresponding to the predetermined range.
  • the vertical antenna element includes first and second vertical antenna elements
  • the horizontal antenna element includes first and second horizontal antenna elements having different lengths.
  • One end of the first vertical antenna element may be connected to one end of the first horizontal antenna element, and one end of the second vertical antenna element may be connected to one end of the second horizontal antenna element. This has the effect of transmitting and receiving radio waves of a plurality of frequencies.
  • Embodiment Example of arranging elements in the direction perpendicular to the ground substrate
  • Second embodiment example in which elements are arranged vertically on the ground substrate and reactances are connected
  • Third embodiment example in which elements are arranged vertically on the ground substrate and variable reactance is connected
  • Fourth embodiment example in which elements are arranged vertically on the ground substrate and variable reactance is connected
  • Fifth Embodiment Example in which two elements are arranged vertically on the ground substrate
  • FIG. 1 is an example of an external view of the antenna device 100 according to the first embodiment of the present technology.
  • the antenna device 100 is a device that performs wireless communication using an antenna.
  • a wearable device such as a smart watch is used as the antenna device 100.
  • a band-shaped wristwatch band 192 is attached to the antenna device 100.
  • the user can wear the antenna device 100 like a wristwatch by wrapping the wristwatch band 192 around the wrist of the human body 500.
  • various information such as the time and the number of steps are displayed on the predetermined display surface 191 of the housing of the antenna device 100. Assuming that the surface of the housing facing the display surface 191 is the back surface, the back surface of the housing comes into contact with the human body 500 when the antenna device 100 is attached.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the antenna device 100 according to the first embodiment of the present technology.
  • the antenna device 100 includes an antenna 110, an RF circuit 131, a baseband circuit 132, and a control unit 133.
  • the antenna 110 mutually converts radio waves and RF (Radio Frequency) signals.
  • the antenna 110 supplies the RF signal converted from the radio wave to the RF circuit 131. Further, when the RF signal is supplied from the RF circuit 131, the antenna 110 converts it into a radio wave and outputs it.
  • the RF circuit 131 converts the baseband signal and the RF signal into each other.
  • the RF circuit 131 converts the baseband signal from the baseband circuit 132 into an RF signal by modulation and supplies it to the antenna 110. Further, the RF circuit 131 converts the RF signal from the antenna 110 into a baseband signal by demodulation and supplies the RF signal to the baseband circuit 132.
  • the baseband circuit 132 generates or processes a baseband signal.
  • the baseband circuit 132 generates a baseband signal from the transmission data and supplies it to the RF circuit 131. Further, the baseband circuit 132 processes the baseband signal from the RF circuit 131 to acquire the received data.
  • the control unit 133 controls the operation of the baseband circuit 132.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of the antenna 110 according to the first embodiment of the present technology.
  • the antenna 110 includes a ground substrate 111, a vertical antenna element 112, and a horizontal antenna element 113.
  • the ground board 111 is a plate-shaped board that functions as a ground element for the antenna 110.
  • Various circuits such as an RF circuit 131 and a baseband circuit 132 are mounted on the ground board 111. Further, it is assumed that the thickness of the ground substrate 111 is uniform.
  • the predetermined direction parallel to the substrate plane of the ground substrate 111 is defined as the X direction
  • the direction perpendicular to the substrate plane is defined as the Z direction
  • the direction perpendicular to the X direction and the Z direction is defined as the Y direction.
  • the vertical antenna element 112 is an antenna element that extends along a direction perpendicular to the substrate plane (that is, the Z direction).
  • a feeding point 119 is connected to one end of the vertical antenna element 112, and an RF signal is supplied from a circuit (RF circuit 131 or the like) on the ground board 111 via the feeding point.
  • the horizontal antenna element 113 is an element that extends along the Y direction parallel to the substrate plane.
  • the horizontal antenna element 113 is connected to the other end of the vertical antenna element 112.
  • the antenna 110 having the above configuration is generally called a monopole antenna.
  • FIG. 4 is an example of a cross-sectional view of the antenna device 100 according to the first embodiment of the present technology.
  • the antenna 110 including the ground substrate 111, the vertical antenna element 112, and the horizontal antenna element 113 is housed in a housing including a metal-plated member 181 and a plastic member 182.
  • the metal-plated member 181 has a back surface that comes into contact with the human body 500, and this back surface is parallel to the ground substrate 111.
  • the ground substrate 111 is electrically connected to the metal-plated member 181.
  • the shape of the antenna 110 is a left-right inverted U-shape.
  • the entire housing can also be a metal-plated member.
  • the metal-plated member 181 is an example of the conductive member described in the claims.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the antenna device 100 according to the first embodiment of the present technology.
  • the antenna device 100 includes an antenna 110 and a high frequency signal source 139. Further, the antenna 110 includes a ground substrate 111, a vertical antenna element 112, and a horizontal antenna element 113.
  • the high frequency signal source 139 supplies the RF signal to the feeding point 119.
  • the high frequency signal source 139 is composed of, for example, an RF circuit 131 or the like.
  • the ground board 111 is connected to the ground terminal of the high frequency signal source 139.
  • One end of the vertical antenna element 112 is connected to the feeding point 119 and extends in the direction perpendicular to the substrate plane of the ground substrate (that is, in the Z direction).
  • the horizontal antenna element 113 is connected to the other end of the vertical antenna element 112 and extends in the horizontal direction (for example, the Y direction) parallel to the substrate plane of the ground substrate 111.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a mirror image effect in the first embodiment of the present technology.
  • the ground substrate 111 of the antenna 110 is connected to the metal-plated member 181 that is in contact with or in close proximity to the human body 500.
  • a high frequency signal source 139 is connected to the vertical antenna element 112 and the ground substrate 111. Therefore, the current flowing in the horizontal direction is canceled by the currents flowing in the horizontal antenna element 113 and the ground substrate 111 in opposite directions, and the radiation caused by the current flowing in the vertical antenna element becomes dominant.
  • the current flowing through the vertical antenna element induces a mirror image current in the human body in the same direction.
  • a monopole antenna having a length of 1/4 wavelength functions as a dipole antenna having a length of 1/2 wavelength due to a mirror image current.
  • the effect of creating a mirror image on the ground in this way is called the mirror image effect.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the distance from the ground substrate 111 to the human body and the gain.
  • the vertical axis of the figure is the gain of the antenna 110, and the horizontal axis is the distance from the ground substrate 111 to the human body in the Z direction.
  • the high frequency signal source 139 by connecting the high frequency signal source 139 between the ground substrate 111 close to the human body and the vertical antenna element 112, a mirror image effect of the current in the vertical direction is obtained.
  • the radiation characteristics in the vicinity of the human body can be improved, and the antenna does not need to be separated (independent) from the ground substrate, so that the antenna can be configured as large as possible.
  • the vertical antenna element 112 and the horizontal antenna element 113 are arranged one by one, but in this configuration, radio waves of a plurality of frequencies cannot be transmitted and received.
  • the antenna device 100 of the modified example of the first embodiment is different from the first embodiment in that a plurality of vertical antenna elements and a plurality of horizontal antenna elements having different lengths are arranged.
  • a in FIG. 8 is an example of a perspective view of the antenna 110 in a modified example of the first embodiment of the present technology.
  • the antenna 110 of the modification of the first embodiment is different from the first embodiment in that it further includes a vertical antenna element 115 and a horizontal antenna element 116.
  • the vertical antenna element 115 extends in the direction perpendicular to the ground substrate 111 and is connected to a high frequency signal source 139 (not shown). Further, the horizontal antenna element 116 extends parallel to the ground substrate 111 in a direction different from that of the horizontal antenna element 113, and one end thereof is connected to the vertical antenna element 115. Further, the length of the horizontal antenna element 116 is different from that of the horizontal antenna element 113.
  • the total length of the set of the vertical antenna element 115 and the horizontal antenna element 116 is different from the set of the vertical antenna element 112 and the horizontal antenna element 113. Therefore, the impedances of these sets are different, and their resonance frequencies are different. Therefore, the antenna 110 can transmit and receive two radio waves having different frequencies.
  • a reactance such as a reactance element 120 can be further connected.
  • the vertical antenna element 112 and the horizontal antenna element 113 are further provided with the vertical antenna element 115 and the horizontal antenna element 116 having different lengths. As a result, two radio waves having different frequencies can be transmitted and received.
  • Second Embodiment> In the first embodiment described above, only the antenna 110 is connected to the high frequency signal source 139, but in this configuration, it becomes difficult to match the impedance and adjust the resonance frequency in the antenna 110 due to insufficient capacitance component or the like. There is a risk.
  • the antenna device 100 of the second embodiment is different from the first embodiment in that a reactance element is added.
  • the reactance may be either a capacitive reactance or an inductive reactance.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the antenna device 100 according to the second embodiment of the present technology.
  • the antenna device 100 of the second embodiment is different from the first embodiment in that the reactance element 120 is further provided.
  • the reactance element 120 is connected in parallel to the antenna 110.
  • a capacitive element is used as the reactance element 120.
  • FIG. 10 is an example of a perspective view of the antenna 110 according to the second embodiment of the present technology.
  • Reactance elements 121 to 124 are connected in parallel to the horizontal antenna element 113.
  • As the reactance elements 121 to 124 for example, a capacitive element is used.
  • the combined capacitance of these capacitive elements corresponds to the reactance element 120.
  • FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration example of the antenna device 100 according to the second embodiment of the present technology.
  • the reactance element 120 is inserted between the horizontal antenna element 113 and the ground substrate 111. By changing the reactance value of the reactance element 120, impedance matching and resonance frequency adjustment can be performed. However, the reactance value of the reactance element 120 is statically changed, and the reactance value is fixed during the operation of the antenna device 100.
  • the reactance element 120 is connected to the antenna 110, impedance matching and resonance frequency adjustment can be performed by changing the reactance value.
  • the reactance element 120 having a fixed value is arranged, but in this configuration, the resonance frequency cannot be changed during the operation of the antenna device 100.
  • the antenna device 100 of the third embodiment is different from the second embodiment in that a variable reactance element is provided and the reactance value thereof is dynamically controlled.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of the antenna device 100 according to the third embodiment of the present technology.
  • This antenna device 100 differs from the second embodiment in that a variable reactance element 137 is arranged instead of the reactance element 120.
  • variable reactance element 137 for example, a variable inductance element (such as a varactor diode) is used. Further, the control unit 133 can dynamically control the reactance value of the variable reactance element 137 by the control signal. As a result, the resonance frequency can be changed dynamically.
  • the variable reactance element 137 is an example of the reactance described in the claims.
  • the control signal to the variable reactance element 137 is transmitted by an interface such as MIPI (Mobile Industry Processor Interface).
  • MIPI Mobile Industry Processor Interface
  • the control signal is transmitted by an SPI (Serial Peripheral Interface) or GPIO (General-Purpose Input / Output) interface or an analog voltage.
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • GPIO General-Purpose Input / Output
  • the resonance frequency can be dynamically changed.
  • the reactance element value is controlled by the variable reactance element 137, but the reactance value control method is not limited to this configuration.
  • the antenna device 100 of the modified example of the third embodiment is different from the third embodiment in that the reactance value is controlled by changing the connection configuration of the plurality of reactance elements.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration example of the antenna device 100 in the modified example of the third embodiment of the present technology.
  • the antenna device 100 of the modified example of the third embodiment is different from the third embodiment in that the variable reactance circuit 140 and the control unit 134 are provided instead of the variable reactance element 137 and the control unit 133.
  • the control unit 134 includes an MCU (MicroControlUnit) 135 and a frequency state correspondence table 136.
  • the variable reactance circuit 140 is an example of the reactance described in the claims.
  • FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration example of the variable reactance circuit 140 in the modified example of the third embodiment of the present technology.
  • the variable reactance circuit 140 includes reactance elements 141 to 144 and a switching circuit 145.
  • the reactance elements 141 to 144 are connected in parallel between the horizontal antenna element 113 of the antenna 110 and the switching circuit 145. As illustrated in the figure, for example, a capacitive element is used as the reactance elements 141 to 144. These reactance values may be different from each other or may be the same.
  • the switching circuit 145 connects the reactance elements 141 to 144 to the reference potential (that is, the ground substrate 111) under the control of the control unit 134. A plurality of reactance elements 141 to 144 may be connected, or none of them may be connected.
  • variable reactance circuit 140 is connected in parallel to the antenna 110, and the method of connecting a variable element such as the variable reactance circuit 140 in parallel to the antenna is sometimes called aperture tuning.
  • the frequency state correspondence table 136 is a table in which the connection state of the switching circuit 145 and the resonance frequency at that time are associated with each other.
  • the MCU 135 controls the switching circuit 145 with reference to the frequency state correspondence table 136, and connects the reactance element corresponding to the target resonance frequency.
  • the switching circuit 145 switches the reactance element of the connection destination, so that the resonance frequency can be dynamically changed.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a configuration example of the antenna device 100 according to the fourth embodiment of the present technology.
  • the antenna device 100 of the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the variable reactance element 138 is further provided.
  • a variable inductance element is used as the variable reactance element 138.
  • the variable reactance element 138 is inserted between the antenna 110 and the RF circuit 131. In other words, the variable reactance element 138 is connected in series with the antenna 110.
  • control unit 133 can dynamically control the reactance value of the variable reactance element 138 by the control signal. As a result, the resonance frequency can be changed dynamically.
  • the variable reactance element 138 is an example of the reactance described in the claims.
  • the second and third embodiments can also be applied to the antenna device 100 of the fourth embodiment.
  • a reactance element having a fixed reactance value can be connected.
  • the resonance frequency can be dynamically changed.
  • the reactance value is controlled by the variable reactance element 138, but the reactance value control method is not limited to this configuration.
  • the antenna device 100 of the modified example of the fourth embodiment is different from the fourth embodiment in that the reactance value is controlled by changing the connection configuration of the plurality of reactance elements.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a configuration example of the antenna device 100 in the modified example of the fourth embodiment of the present technology.
  • the antenna device 100 of the modification of the fourth embodiment is different from the fourth embodiment in that the variable reactance circuit 150 and the control unit 134 are provided instead of the variable reactance element 138 and the control unit 133.
  • the variable reactance circuit 150 is an example of the reactance described in the claims.
  • FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration example of the variable reactance circuit 150 in the modified example of the fourth embodiment of the present technology.
  • the variable reactance circuit 150 includes reactance elements 151 and 152 and a switching circuit 153.
  • the switching circuit 153 includes switches 154 and 155.
  • the reactance elements 151 and 152 are connected in series between the antenna 110 and the RF circuit 131. As illustrated in the figure, for example, an inductance element is used as the reactance elements 151 and 152. These reactance values may be different from each other or may be the same.
  • the switch 154 short-circuits both ends of the reactance element 151 according to the control unit 134.
  • the switch 155 short-circuits both ends of the reactance element 152 according to the control unit 134.
  • the control unit 134 controls the switching circuit 153 and connects a variable reactance element corresponding to the target resonance frequency.
  • reactance elements 151 and 152 are connected, three or more reactance elements can also be connected. Three or more switches can be arranged depending on the number of reactance elements to be connected.
  • the switching circuit 153 switches the reactance element of the connection destination, so that the resonance frequency can be dynamically changed.
  • the antenna device 100 of the fifth embodiment is different from the first embodiment in that two vertical antenna elements are provided.
  • FIG. 18 is a block diagram showing a configuration example of the antenna device 100 according to the fifth embodiment of the present technology.
  • the antenna device 100 of the fifth embodiment is different from the first embodiment in that the antenna 160 is arranged instead of the antenna 110.
  • FIG. 19 is an example of a cross-sectional view of the antenna device 100 according to the fifth embodiment of the present technology.
  • the antenna 160 includes a ground substrate 161, vertical antenna elements 162 and 164, and a horizontal antenna element 163.
  • connection configuration of each of the ground board 161 and the vertical antenna element 162 and the horizontal antenna element 163 is the same as the connection configuration of the ground board 111, the vertical antenna element 112, and the horizontal antenna element 113 of the first embodiment.
  • One end of the horizontal antenna element 163 is connected to one end of the vertical antenna element 162, and the other end is connected to one end of the vertical antenna element 164.
  • the other end of the vertical antenna element 162 is connected to the high frequency signal source 139 via a feeding point (not shown), and the other end of the vertical antenna element 164 is connected to the ground substrate 161. ..
  • the vertical antenna element 162 is an example of the first vertical antenna element described in the claims
  • the vertical antenna element 164 is an example of the second vertical antenna element described in the claims.
  • each of the second to fourth embodiments can be applied to the antenna device 100 of the fifth embodiment.
  • the antenna device 100 of the sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that reactance is added.
  • the reactance may be either a capacitive reactance or an inductive reactance.
  • FIG. 20 is a block diagram showing a configuration example of the antenna device 100 according to the sixth embodiment of the present technology.
  • the antenna device 100 of the sixth embodiment is different from the first embodiment in that the variable reactance element 137 is further provided.
  • variable reactance circuit 140 illustrated in FIG. 14 can be provided instead of the variable reactance element 137. Further, instead of the variable reactance element 137 and the variable reactance circuit 140, a fixed value reactance element 120 can be connected.
  • variable reactance element 137 is connected to the antenna 160, impedance matching and resonance frequency adjustment can be performed by changing the capacitance value thereof.
  • the antenna 160 is connected to the high frequency signal source 139, but in this configuration, it becomes difficult to match the impedance and adjust the resonance frequency in the antenna 160 due to insufficient inductance component and the like. There is a risk.
  • the antenna device 100 of the seventh embodiment is different from the fifth embodiment in that reactance is added.
  • the reactance may be either a capacitive reactance or an inductive reactance.
  • FIG. 21 is a block diagram showing a configuration example of the antenna device 100 according to the seventh embodiment of the present technology.
  • the antenna device 100 of the seventh embodiment is different from the fifth embodiment in that the variable reactance element 138 is further provided.
  • variable reactance circuit 150 illustrated in FIG. 17 can be provided instead of the variable reactance element 138. Further, instead of the variable reactance element 138 and the variable reactance circuit 150, a reactance having a fixed reactance value can be connected.
  • variable reactance element 138 is connected to the antenna 160, impedance matching and resonance frequency adjustment can be performed by changing the reactance value.
  • the ground substrate 111 having a uniform thickness is arranged in the antenna device 100, but in this configuration, the ground substrate is not sufficiently close to the human body depending on the structure of the device, and is a mirror image. It is assumed that the effect of the current may not be sufficient.
  • the antenna device 100 of the eighth embodiment is different from the first embodiment in that the thickness of a part of the ground substrate 111 is changed so that the antenna device 100 is sufficiently close to the human body to improve the gain.
  • FIG. 22 is an example of a perspective view of the antenna 110 according to the eighth embodiment of the present technology.
  • the antenna 110 of the eighth embodiment is different from the first embodiment in that the thickness of the ground substrate 111 is not uniform.
  • the representative point of the vertical antenna element 112 (for example, the left end when viewed from the Y direction) is arranged at the coordinates X2 of the left end of the ground substrate 111. It is assumed that the thickness of the ground substrate 111 within the predetermined range from the predetermined coordinates X1 to X2 in the X direction is larger than the other ranges.
  • the ground substrate 111 In the ground substrate 111, the current density in the vicinity immediately below the vertical antenna element 112 is higher than the current density in the location away from the vertical antenna element 112. Therefore, by increasing the thickness of the coordinates X1 to X2 directly under the vertical antenna element 112, the ground substrate can be brought closer to the human body and a mirror image current can be easily generated, thereby improving the gain of the antenna 110. it can.
  • the gain of the antenna 110 can also be improved by making the entire ground substrate 111 uniformly thick and close to the human body, but in this case, the weight of the antenna device 100 may increase, and peripheral circuits and members may increase. And the ground board 111 may interfere with each other. Therefore, when it is difficult to uniformly thicken the entire ground substrate 111, it is preferable to partially thicken the ground substrate 111 to improve the gain of the antenna 110.
  • each of the second to seventh embodiments can be applied to the antenna device 100 of the eighth embodiment.
  • the ground substrate 111 is partially thickened, the ground substrate is brought closer to the human body by that amount, and the gain of the antenna 110 is improved by increasing the mirror image current. be able to.
  • the present technology can have the following configurations.
  • a ground board connected to the ground terminal of a high-frequency signal source,
  • a vertical antenna element whose one end is connected to the feeding point of the high-frequency signal source and extends in the direction perpendicular to the substrate plane of the ground substrate.
  • An antenna device including a horizontal antenna element connected to the other end of the vertical antenna element and extending in a horizontal direction parallel to the substrate plane.
  • a housing including a conductive member having a surface parallel to the ground substrate is further provided.
  • the antenna device according to (3) above further comprising a control unit for controlling the reactance value of the reactance.
  • the antenna device according to any one of (1) to (4) further comprising a reactance element connected in series to the one end of the vertical antenna element.
  • the vertical antenna element includes first and second vertical antenna elements. One end of the horizontal antenna element is connected to the other end of the first vertical antenna element.
  • the vertical antenna element is connected to a predetermined position on the ground substrate in a predetermined direction perpendicular to the vertical direction and the horizontal direction.
  • the antenna device according to any one of (1) to (7), wherein the thickness of the ground substrate in a predetermined range including the predetermined position in the predetermined direction is larger than a range not corresponding to the predetermined range.
  • the vertical antenna element includes first and second vertical antenna elements.
  • the horizontal antenna element includes first and second horizontal antenna elements of different lengths. One end of the first vertical antenna element is connected to one end of the first horizontal antenna element.

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Abstract

人体近傍で使用される、基板およびアンテナを設けた無線通信装置において、アンテナのサイズを最大限大きく構成しつつ、人体影響の軽減を目的とする。　アンテナ装置は、グランド基板、垂直アンテナエレメントおよび水平アンテナエレメントを具備する。グランド基板は、高周波信号源に接続される。垂直アンテナエレメントは、高周波信号源からの信号が供給される給電点に一端が接続されて前記グランド基板の基板平面に対して垂直方向に延伸する。水平アンテナエレメントは、垂直アンテナエレメントの他端に接続されて基板平面に平行な水平方向に延伸する。

Description

アンテナ装置
　本技術は、アンテナ装置に関する。詳しくは、人体に近接した状態で使用されるアンテナ装置に関する。
　従来より、無線通信を行うために、様々な形状のアンテナが無線装置などにおいて用いられている。特に小型の装置においては、構造が簡易であることから、ループアンテナ、モノポールアンテナやダイポールアンテナなどが用いられている。例えば、人体に近接した箇所に位置する状態で反射板として機能する基板と、ループ面が基板に垂直なループアンテナとを配置した無線装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１－１３６０２０号公報
　上述の従来技術では、反射板により、人体の方向への電波が遮られるため、反射板を用いない場合よりもループアンテナの利得を向上させることができる。しかしながら、この無線装置では、反射板とループアンテナを一定間隔隔離して配置する必要があり、機器サイズの制約からアンテナサイズを小さく制限しなければならない。そのため、人体の電波吸収による特性低下を軽減できる代わりに、アンテナサイズの縮小によるアンテナ性能の低下が生ずるという問題がある。
　本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、人体近傍で使用される、基板およびアンテナを設けた無線通信装置において、アンテナのサイズを最大限大きく構成しつつ、人体影響の軽減を目的とする。
　本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、高周波信号源の接地端子に接続されたグランド基板と、上記高周波信号源の給電点に一端が接続されて上記グランド基板の基板平面に対して垂直方向に延伸する垂直アンテナエレメントと、上記垂直アンテナエレメントの他端に接続されて上記基板平面に対して平行な水平方向に延伸する水平アンテナエレメントとを具備するアンテナ装置である。これにより、実質的なアンテナのサイズが大きくなるという作用をもたらす。
　また、この第１の側面において、上記グランド基板と平行な面が形成された導電部材を含む筐体をさらに具備し、上記グランド基板は、上記導電部材に接続されてもよい。これにより、人体近傍に配置されるグランド基板および導電部材に電流が流れるという作用をもたらす。
　また、この第１の側面において、上記垂直アンテナエレメントの上記一端に接続されたリアクタンス素子をさらに具備してもよい。これにより、インピーダンス整合や共振周波数の調整が行われるという作用をもたらす。
　また、この第１の側面において、上記リアクタンス素子のリアクタンス値を制御する制御部をさらに具備してもよい。これにより、動的にインピーダンス整合や共振周波数の調整が行われるという作用をもたらす。
　
　また、この第１の側面において、上記垂直アンテナエレメントの上記一端に直列に接続されたリアクタンス素子をさらに具備してもよい。これにより、インピーダンス整合や共振周波数の調整が行われるという作用をもたらす。
　また、この第１の側面において、上記リアクタンス素子のリアクタンスインダクタンス値を制御する制御部をさらに具備してもよい。これにより、動的にインピーダンス整合や共振周波数の調整が行われるという作用をもたらす。
　また、この第１の側面において、上記垂直アンテナエレメントは、第１および第２の垂直アンテナエレメントを含み、上記水平アンテナエレメントの一端は、上記第１の垂直アンテナエレメントの上記他端に接続され、上記水平アンテナエレメントの他端は、上記第２の垂直アンテナエレメントの一端に接続されてもよい。
　また、この第１の側面において、上記垂直アンテナエレメントは、上記垂直方向および上記水平方向に垂直な所定方向において上記グランド基板の所定位置に接続され、上記所定方向において、上記所定位置を含む所定範囲の上記グランド基板の厚みが、上記所定範囲に該当しない範囲よりも大きくてもよい。
　また、この第１の側面において、上記垂直アンテナエレメントは、第１および第２の垂直アンテナエレメントを含み、上記水平アンテナエレメントは、長さの異なる第１および第２の水平アンテナエレメントを含み、上記第１の垂直アンテナエレメントの一端が、上記第１の水平アンテナエレメントの一端に接続され、上記第２の垂直アンテナエレメントの一端が、上記第２の水平アンテナエレメントの一端に接続されてもよい。これにより、複数の周波数の電波が送受信されるという作用をもたらす。
本技術の第１の実施の形態におけるアンテナ装置の外観図の一例である。 本技術の第１の実施の形態におけるアンテナ装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第１の実施の形態におけるアンテナの斜視図の一例である。 本技術の第１の実施の形態におけるアンテナ装置の断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態におけるアンテナ装置の一構成例を示す回路図である。 本技術の第１の実施の形態における鏡像効果を説明するための図である。 本技術の第１の実施の形態におけるアンテナ特性の一例を示すグラフである。 本技術の第１の実施の形態の変形例におけるアンテナの斜視図の一例である。 本技術の第２の実施の形態におけるアンテナ装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第２の実施の形態におけるアンテナの斜視図の一例である。 本技術の第２の実施の形態におけるアンテナ装置の一構成例を示す回路図である。 本技術の第３の実施の形態におけるアンテナ装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第３の実施の形態の変形例におけるアンテナ装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第３の実施の形態の変形例における可変容量回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第４の実施の形態におけるアンテナ装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第４の実施の形態の変形例におけるアンテナ装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第４の実施の形態の変形例における可変インダクタ回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第５の実施の形態におけるアンテナ装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第５の実施の形態におけるアンテナ装置の断面図の一例である。 本技術の第６の実施の形態におけるアンテナ装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第７の実施の形態におけるアンテナ装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第８の実施の形態の変形例におけるアンテナの斜視図の一例である。
　以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
　１．第１の実施の形態（グランド基板に垂直方向にエレメントを配置した例）
　２．第２の実施の形態（グランド基板に垂直方向にエレメントを配置し、リアクタンスを接続した例）
　３．第３の実施の形態（グランド基板に垂直方向にエレメントを配置し、可変リアクタンスを接続した例）
　４．第４の実施の形態（グランド基板に垂直方向にエレメントを配置し、可変リアクタンスを接続した例）
　５．第５の実施の形態（グランド基板に垂直方向に２つのエレメントを配置した例）
　６．第６の実施の形態（グランド基板に垂直方向に２つのエレメントを配置し、可変リアクタンスを接続した例）
　７．第７の実施の形態（グランド基板に垂直方向に２つのエレメントを配置し、可変リアクタンスを接続した例）
　８．第８の実施の形態（厚さが不均一のグランド基板に垂直方向にエレメントを配置した例）
　＜１．第１の実施の形態＞
　［アンテナ装置の構成例］
　図１は、本技術の第１の実施の形態におけるアンテナ装置１００の外観図の一例である。このアンテナ装置１００は、アンテナを用いて無線通信を行う装置である。例えば、スマートウォッチなどのウェアラブル機器がアンテナ装置１００として用いられる。
　アンテナ装置１００には、例えば、帯状の腕時計バンド１９２が取り付けられる。ユーザは、その腕時計バンド１９２を人体５００の手首に巻きつけることにより、アンテナ装置１００を腕時計のように装着することができる。また、アンテナ装置１００の筐体の所定の表示面１９１には、時刻や歩数などの様々な情報が表示される。筐体において表示面１９１に対向する面を背面とすると、アンテナ装置１００を装着した状態において、その背面が人体５００に接触する。
　図２は、本技術の第１の実施の形態におけるアンテナ装置１００の一構成例を示すブロック図である。このアンテナ装置１００は、アンテナ１１０、ＲＦ回路１３１、ベースバンド回路１３２および制御部１３３を備える。
　アンテナ１１０は、電波とＲＦ（Radio Frequency）信号とを相互に変換するものである。このアンテナ１１０は、電波から変換したＲＦ信号をＲＦ回路１３１に供給する。また、アンテナ１１０は、ＲＦ回路１３１からＲＦ信号が供給されると電波に変換して出力する。
　ＲＦ回路１３１は、ベースバンド信号とＲＦ信号とを相互に変換するものである。このＲＦ回路１３１は、ベースバンド回路１３２からのベースバンド信号を変調によりＲＦ信号に変換してアンテナ１１０に供給する。また、ＲＦ回路１３１は、アンテナ１１０からのＲＦ信号を復調によりベースバンド信号に変換してベースバンド回路１３２に供給する。
　ベースバンド回路１３２は、ベースバンド信号を生成または処理するものである。このベースバンド回路１３２は、送信データからベースバンド信号を生成してＲＦ回路１３１へ供給する。また、ベースバンド回路１３２は、ＲＦ回路１３１からのベースバンド信号を処理して受信データを取得する。
　制御部１３３は、ベースバンド回路１３２の動作を制御するものである。
　［アンテナの構成例］
　図３は、本技術の第１の実施の形態におけるアンテナ１１０の一構成例を示す斜視図である。このアンテナ１１０は、グランド基板１１１、垂直アンテナエレメント１１２、および、水平アンテナエレメント１１３を備える。
　グランド基板１１１は、アンテナ１１０のグランドエレメントとして機能する板状の基板である。このグランド基板１１１には、ＲＦ回路１３１やベースバンド回路１３２などの様々な回路が実装される。また、グランド基板１１１の厚さは、均一であるものとする。
　以下、グランド基板１１１の基板平面に平行な所定方向をＸ方向とし、基板平面に垂直な方向をＺ方向とする。また、Ｘ方向およびＺ方向に垂直な方向をＹ方向とする。
　垂直アンテナエレメント１１２は、基板平面に垂直な方向（すなわち、Ｚ方向）に沿って延伸するアンテナエレメントである。この垂直アンテナエレメント１１２の一端には給電点１１９が接続され、その給電点を介して、グランド基板１１１上の回路（ＲＦ回路１３１など）からＲＦ信号が供給される。
　水平アンテナエレメント１１３は、基板平面に平行なＹ方向に沿って延伸するエレメントである。この水平アンテナエレメント１１３は、垂直アンテナエレメント１１２の他端に接続される。
　上述の構成のアンテナ１１０は、一般にモノポールアンテナと呼ばれる。
　図４は、本技術の第１の実施の形態におけるアンテナ装置１００の断面図の一例である。グランド基板１１１、垂直アンテナエレメント１１２および水平アンテナエレメント１１３からなるアンテナ１１０は、金属メッキ部材１８１およびプラスチック部材１８２を含む筐体に格納されている。
　金属メッキ部材１８１には、人体５００に接触する背面を形成し、この背面は、グランド基板１１１に平行である。この金属メッキ部材１８１にグランド基板１１１が電気的に接続される。
　また、Ｘ方向から見て、アンテナ１１０の形状は、コの字を左右反転した形状である。
　なお、筐体の一部を金属メッキ部材１８１としているが、筐体の全てを金属メッキ部材とすることもできる。また、金属メッキ部材１８１は、特許請求の範囲に記載の導電部材の一例である。
　図５は、本技術の第１の実施の形態におけるアンテナ装置１００の一構成例を示す回路図である。アンテナ装置１００は、アンテナ１１０および高周波信号源１３９を備える。また、アンテナ１１０は、グランド基板１１１、垂直アンテナエレメント１１２および水平アンテナエレメント１１３からなる。
　高周波信号源１３９は、ＲＦ信号を給電点１１９に供給するものである。高周波信号源１３９は、例えば、ＲＦ回路１３１などにより構成される。
　グランド基板１１１は、高周波信号源１３９の接地端子に接続される。垂直アンテナエレメント１１２は、給電点１１９に一端が接続され、グランド基板の基板平面に対して垂直方向（すなわち、Ｚ方向）に延伸する。また、水平アンテナエレメント１１３は、垂直アンテナエレメント１１２の他端に接続され、グランド基板１１１の基板平面に対して平行な水平方向（例えば、Ｙ方向）に延伸する。
　図６は、本技術の第１の実施の形態における鏡像効果を説明するための図である。図４に例示したように、アンテナ１１０のグランド基板１１１は、人体５００に接触又は近接する金属メッキ部材１８１に接続される。また、図５に例示したように、垂直アンテナエレメント１１２およびグランド基板１１１には高周波信号源１３９が接続される。このため、水平方向に流れる電流は水平アンテナエレメント１１３とグランド基板１１１に流れる互いに逆向きの電流によって相殺され、垂直アンテナエレメントに流れる電流による放射が優位になる。垂直アンテナエレメントに流れる電流は、人体内に同じ向きの鏡像電流を誘起する。
　良く知られた事例として、例えば、１／４波長の長さのモノポールアンテナは、鏡像電流により１／２波長の長さのダイポールアンテナとして機能する。このようにグランドに鏡像が生じる効果は、鏡像効果と呼ばれる。
　図７は、グランド基板１１１から人体までの距離と利得との関係の一例を示すグラフである。同図の縦軸は、アンテナ１１０の利得であり、横軸は、Ｚ方向におけるグランド基板１１１から人体までの距離である。
　同図に例示するように、人体までの距離が近いほど、人体に流れる電流が多くなり、鏡像効果によって利得が向上する。
　このように、本技術の第１の実施の形態では、人体に近接させたグランド基板１１１と、垂直アンテナエレメント１１２との間に高周波信号源１３９を接続することにより、垂直方向の電流の鏡像効果が生じ、人体近傍での放射特性を改善でき、かつグランド基板とアンテナを隔離（独立）する必要が無い為、アンテナを最大限大きく構成する事ができる。
　［変形例］
　上述の第１の実施の形態では、垂直アンテナエレメント１１２および水平アンテナエレメント１１３を１つずつ配置していたが、この構成では、複数の周波数の電波を送受信することができない。この第１の実施の形態の変形例のアンテナ装置１００は、複数の垂直アンテナエレメントと、長さの異なる複数の水平アンテナエレメントとを配置した点において第１の実施の形態と異なる。
　図８におけるａは、本技術の第１の実施の形態の変形例におけるアンテナ１１０の斜視図の一例である。この第１の実施の形態の変形例のアンテナ１１０は、垂直アンテナエレメント１１５および水平アンテナエレメント１１６をさらに備える点において第１の実施の形態と異なる。
　垂直アンテナエレメント１１５は、垂直アンテナエレメント１１２と同様に、グランド基板１１１に対して垂直方向に延伸し、高周波信号源１３９（不図示）に接続される。また、水平アンテナエレメント１１６は、グランド基板１１１に平行で、水平アンテナエレメント１１３と異なる方向に延伸し、垂直アンテナエレメント１１５に一端が接続される。また、水平アンテナエレメント１１６の長さは、水平アンテナエレメント１１３と異なる。
　垂直アンテナエレメント１１５および水平アンテナエレメント１１６の組の長さの合計は、垂直アンテナエレメント１１２および水平アンテナエレメント１１３の組と異なる。このため、これらの組のインピーダンスは異なり、それぞれの共振周波数が異なる。したがって、アンテナ１１０は、周波数の異なる２つの電波を送受信することができる。
　なお、垂直アンテナエレメントおよび水平アンテナエレメントの組を２組配置しているが、垂直アンテナエレメントおよび水平アンテナエレメントの組を３組以上配置し、３つ以上の周波数を送受信することもできる。また、同図におけるｂに例示するように、リアクタンス素子１２０などのリアクタンスをさらに接続することもできる。
　このように、本技術の第１の実施の形態の変形例では、垂直アンテナエレメント１１２および水平アンテナエレメント１１３と長さの異なる垂直アンテナエレメント１１５および水平アンテナエレメント１１６がさらに設けられる。これにより、周波数の異なる２つの電波を送受信することができる。
　　＜２．第２の実施の形態＞
　上述の第１の実施の形態では、アンテナ１１０のみを高周波信号源１３９に接続していたが、この構成では、容量成分の不足などにより、アンテナ１１０におけるインピーダンス整合や共振周波数の調整が困難になるおそれがある。この第２の実施の形態のアンテナ装置１００は、リアクタンス素子を追加した点において第１の実施の形態と異なる。ここで、リアクタンスは、容量性リアクタンス、誘導性リアクタンスのいずれであってもよい。
　図９は、本技術の第２の実施の形態におけるアンテナ装置１００の一構成例を示すブロック図である。この第２の実施の形態のアンテナ装置１００は、リアクタンス素子１２０をさらに備える点において第１の実施の形態と異なる。このリアクタンス素子１２０は、アンテナ１１０に並列に接続される。同図に例示するように、リアクタンス素子１２０として、例えば、容量素子が用いられる。
　図１０は、本技術の第２の実施の形態におけるアンテナ１１０の斜視図の一例である。水平アンテナエレメント１１３には、リアクタンス素子１２１乃至１２４が並列に接続される。リアクタンス素子１２１乃至１２４として、例えば、容量素子が用いられる。これらの容量素子の合成容量が、リアクタンス素子１２０に該当する。
　図１１は、本技術の第２の実施の形態におけるアンテナ装置１００の一構成例を示す回路図である。リアクタンス素子１２０は、水平アンテナエレメント１１３とグランド基板１１１との間に挿入される。このリアクタンス素子１２０のリアクタンス値の変更により、インピーダンス整合や共振周波数の調整を行うことができる。ただし、リアクタンス素子１２０のリアクタンス値の変更は静的に行われ、アンテナ装置１００の動作中において、リアクタンス値は固定される。
　このように、本技術の第２の実施の形態によれば、リアクタンス素子１２０をアンテナ１１０に接続したため、そのリアクタンス値の変更により、インピーダンス整合や共振周波数の調整を行うことができる。
　　＜３．第３の実施の形態＞
　上述の第２の実施の形態では、固定値のリアクタンス素子１２０を配置していたが、この構成では、アンテナ装置１００の動作中に共振周波数を変更することができない。この第３の実施の形態のアンテナ装置１００は、可変リアクタンス素子を設け、そのリアクタンス値を動的に制御する点において第２の実施の形態と異なる。
　図１２は、本技術の第３の実施の形態におけるアンテナ装置１００の一構成例を示すブロック図である。このアンテナ装置１００は、リアクタンス素子１２０の代わりに可変リアクタンス素子１３７を配置した点において第２の実施の形態と異なる。
　可変リアクタンス素子１３７として、例えば、可変インダクタンス素子（バラクタダイオードなど）が用いられる。また、制御部１３３は、制御信号により、可変リアクタンス素子１３７のリアクタンス値を動的に制御することができる。これにより、動的に共振周波数を変更することができる。なお、可変リアクタンス素子１３７は、特許請求の範囲に記載のリアクタンスの一例である。
　可変リアクタンス素子１３７への制御信号は、ＭＩＰＩ（Mobile Industry Processor Interface）などのインターフェースにより送信される。あるいは、制御信号は、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）やＧＰＩＯ（General-Purpose Input/Output）のインターフェースや、アナログ電圧により送信される。
　このように、本技術の第３の実施の形態によれば、制御部１３３が可変リアクタンス素子１３７のリアクタンス素子値を制御するため、動的に共振周波数を変更することができる。
　［変形例］
　上述の第３の実施の形態では、可変リアクタンス素子１３７によりリアクタンス素子値を制御していたが、リアクタンス値の制御方法は、この構成に限定されない。この第３の実施の形態の変形例のアンテナ装置１００は、複数のリアクタンス素子の接続構成を変更することによりリアクタンス値を制御する点において第３の実施の形態と異なる。
　図１３は、本技術の第３の実施の形態の変形例におけるアンテナ装置１００の一構成例を示すブロック図である。この第３の実施の形態の変形例のアンテナ装置１００は、可変リアクタンス素子１３７および制御部１３３の代わりに可変リアクタンス回路１４０および制御部１３４を備える点において第３の実施の形態と異なる。また、制御部１３４は、ＭＣＵ（Micro Control Unit）１３５および周波数ステート対応テーブル１３６を備える。なお、可変リアクタンス回路１４０は、特許請求の範囲に記載のリアクタンスの一例である。
　図１４は、本技術の第３の実施の形態の変形例における可変リアクタンス回路１４０の一構成例を示す回路図である。この可変リアクタンス回路１４０は、リアクタンス素子１４１乃至１４４と、切替回路１４５とを備える。
　リアクタンス素子１４１乃至１４４は、アンテナ１１０の水平アンテナエレメント１１３と切替回路１４５との間に並列に接続される。同図に例示するように、リアクタンス素子１４１乃至１４４として、例えば、容量素子が用いられる。これらのリアクタンス値は互いに異なるものであってもよいし、同一であってもよい。切替回路１４５は、制御部１３４の制御に従って、リアクタンス素子１４１乃至１４４を基準電位（すなわち、グランド基板１１１）に接続するものである。リアクタンス素子１４１乃至１４４は、複数を接続してもよいし、１つも接続しなくてもよい。
　なお、可変リアクタンス回路１４０はアンテナ１１０に並列に接続されており、このように可変リアクタンス回路１４０などの可変素子をアンテナに並列に接続する方式は、アパーチャチューニングと呼ばれる事がある。
　周波数ステート対応テーブル１３６は、切替回路１４５の接続状態と、そのときの共振周波数とを対応付けたテーブルである。
　ＭＣＵ１３５は、周波数ステート対応テーブル１３６を参照して切替回路１４５を制御し、目標の共振周波数に対応するリアクタンス素子を接続させる。
　このように、本技術の第３の実施の形態の変形例によれば、切替回路１４５が、接続先のリアクタンス素子を切り替えるため、動的に共振周波数を変更することができる。
　　＜４．第４の実施の形態＞
　上述の第１の実施の形態では、アンテナ１１０のみを高周波信号源１３９に接続していたが、この構成では、インダクタ成分の不足などにより、アンテナ１１０におけるインピーダンス整合や共振周波数の調整が困難になるおそれがある。この第４の実施の形態のアンテナ装置１００は、可変リアクタンス素子を追加した点において第１の実施の形態と異なる。
　図１５は、本技術の第４の実施の形態におけるアンテナ装置１００の一構成例を示すブロック図である。この第４の実施の形態のアンテナ装置１００は、可変リアクタンス素子１３８をさらに備える点において第１の実施の形態と異なる。同図に例示するように、可変リアクタンス素子１３８として、例えば、可変インダクタンス素子が用いられる。この可変リアクタンス素子１３８は、アンテナ１１０とＲＦ回路１３１との間に挿入される。言い換えれば、可変リアクタンス素子１３８は、アンテナ１１０に直列に接続される。
　また、制御部１３３は、制御信号により、可変リアクタンス素子１３８のリアクタンス値を動的に制御することができる。これにより、動的に共振周波数を変更することができる。なお、可変リアクタンス素子１３８は、特許請求の範囲に記載のリアクタンスの一例である。
　なお、第４の実施の形態のアンテナ装置１００に第２、第３の実施の形態を適用することもできる。また、可変リアクタンス素子１３８の代わりに、リアクタンス値が固定値のリアクタンス素子を接続することもできる。
　このように、本技術の第４の実施の形態によれば、制御部１３３が可変リアクタンス素子１３８のリアクタンス値を制御するため、動的に共振周波数を変更することができる。
　［変形例］
　上述の第４の実施の形態では、可変リアクタンス素子１３８によりリアクタンス値を制御していたが、リアクタンス値の制御方法は、この構成に限定されない。この第４の実施の形態の変形例のアンテナ装置１００は、複数のリアクタンス素子の接続構成を変更することによりリアクタンス値を制御する点において第４の実施の形態と異なる。
　図１６は、本技術の第４の実施の形態の変形例におけるアンテナ装置１００の一構成例を示すブロック図である。この第４の実施の形態の変形例のアンテナ装置１００は、可変リアクタンス素子１３８および制御部１３３の代わりに可変リアクタンス回路１５０および制御部１３４を備える点において第４の実施の形態と異なる。なお、可変リアクタンス回路１５０は、特許請求の範囲に記載のリアクタンスの一例である。
　図１７は、本技術の第４の実施の形態の変形例における可変リアクタンス回路１５０の一構成例を示す回路図である。この可変リアクタンス回路１５０は、リアクタンス素子１５１および１５２と、切替回路１５３とを備える。切替回路１５３は、スイッチ１５４および１５５を備える。
　リアクタンス素子１５１および１５２は、アンテナ１１０とＲＦ回路１３１との間において直列に接続される。同図に例示するように、リアクタンス素子１５１および１５２として、例えば、インダクタンス素子が用いられる。これらのリアクタンス値は、互いに異なるものであってもよいし、同一であってもよい。スイッチ１５４は、制御部１３４に従って、リアクタンス素子１５１の両端を短絡するものである。スイッチ１５５は、制御部１３４に従って、リアクタンス素子１５２の両端を短絡するものである。
　制御部１３４は、切替回路１５３を制御し、目標の共振周波数に対応する可変リアクタンス素子を接続させる。
　なお、リアクタンス素子１５１および１５２の２つを接続しているが、３つ以上のリアクタンス素子を接続することもできる。接続するリアクタンス素子の個数に応じて、３つ以上のスイッチを配置することもできる。
　このように、本技術の第４の実施の形態の変形例によれば、切替回路１５３が、接続先のリアクタンス素子を切り替えるため、動的に共振周波数を変更することができる。
　　＜５．第５の実施の形態＞
　上述の第１の実施の形態では、垂直アンテナエレメントを１つのみ配置していたが、１つに限定されることはない。この第５の実施の形態のアンテナ装置１００は、垂直アンテナエレメントを２つ設けた点において第１の実施の形態と異なる。
　図１８は、本技術の第５の実施の形態におけるアンテナ装置１００の一構成例を示すブロック図である。この第５の実施の形態のアンテナ装置１００は、アンテナ１１０の代わりにアンテナ１６０を配置した点において第１の実施の形態と異なる。
　図１９は、本技術の第５の実施の形態におけるアンテナ装置１００の断面図の一例である。アンテナ１６０は、グランド基板１６１と、垂直アンテナエレメント１６２および１６４と、水平アンテナエレメント１６３とを備える。
　グランド基板１６１、垂直アンテナエレメント１６２および水平アンテナエレメント１６３のそれぞれの接続構成は、第１の実施の形態のグランド基板１１１、垂直アンテナエレメント１１２および水平アンテナエレメント１１３の接続構成と同様である。
　水平アンテナエレメント１６３の一端は、垂直アンテナエレメント１６２の一端に接続され、他端は、垂直アンテナエレメント１６４の一端に接続される。そして、垂直アンテナエレメント１６２の他端は、給電点（不図示）を介して高周波信号源１３９に接続され、垂直アンテナエレメント１６４の他端はグランド基板１６１に接続される。。
　なお、垂直アンテナエレメント１６２は、特許請求の範囲に記載の第１の垂直アンテナエレメントの一例であり、垂直アンテナエレメント１６４は、特許請求の範囲に記載の第２の垂直アンテナエレメントの一例である。
　なお、第５の実施の形態のアンテナ装置１００に、第２乃至第４の実施の形態のそれぞれを適用することもできる。
　　＜６．第６の実施の形態＞
　上述の第５の実施の形態では、アンテナ１６０のみを高周波信号源１３９に接続していたが、この構成では、容量成分の不足などにより、アンテナ１６０におけるインピーダンス整合や共振周波数の調整が困難になるおそれがある。この第６の実施の形態のアンテナ装置１００は、リアクタンスを追加した点において第５の実施の形態と異なる。ここで、リアクタンスは、容量性リアクタンス、誘導性リアクタンスのいずれであってもよい。
　図２０は、本技術の第６の実施の形態におけるアンテナ装置１００の一構成例を示すブロック図である。この第６の実施の形態のアンテナ装置１００は、可変リアクタンス素子１３７をさらに備える点において第１の実施の形態と異なる。
　なお、可変リアクタンス素子１３７の代わりに、図１４に例示した可変リアクタンス回路１４０を設けることもできる。また、可変リアクタンス素子１３７や可変リアクタンス回路１４０の代わりに、固定値のリアクタンス素子１２０を接続することもできる。
　このように、本技術の第６の実施の形態によれば、可変リアクタンス素子１３７をアンテナ１６０に接続したため、その容量値の変更により、インピーダンス整合や共振周波数の調整を行うことができる。
　　＜７．第７の実施の形態＞
　上述の第５の実施の形態では、アンテナ１６０のみを高周波信号源１３９に接続していたが、この構成では、インダクタンス成分の不足などにより、アンテナ１６０におけるインピーダンス整合や共振周波数の調整が困難になるおそれがある。この第７の実施の形態のアンテナ装置１００は、リアクタンスを追加した点において第５の実施の形態と異なる。ここで、リアクタンスは、容量性リアクタンス、誘導性リアクタンスのいずれであってもよい。
　図２１は、本技術の第７の実施の形態におけるアンテナ装置１００の一構成例を示すブロック図である。この第７の実施の形態のアンテナ装置１００は、可変リアクタンス素子１３８をさらに備える点において第５の実施の形態と異なる。
　なお、可変リアクタンス素子１３８の代わりに、図１７に例示した可変リアクタンス回路１５０を設けることもできる。また、可変リアクタンス素子１３８や可変リアクタンス回路１５０の代わりに、リアクタンス値が固定値のリアクタンスを接続することもできる。
　このように、本技術の第７の実施の形態によれば、可変リアクタンス素子１３８をアンテナ１６０に接続したため、そのリアクタンス値の変更により、インピーダンス整合や共振周波数の調整を行うことができる。
　　＜８．第８の実施の形態＞
　上述の第１の実施の形態では、均一な厚さのグランド基板１１１をアンテナ装置１００内に配置していたが、この構成では、機器の構造によってはグランド基板が十分人体に近接せず、鏡像電流による効果が十分得られない場合も想定される。この第８の実施の形態のアンテナ装置１００は、グランド基板１１１の一部の厚さを変更し、人体に十分近接させることで利得を向上させた点において第１の実施の形態と異なる。
　図２２は、本技術の第８の実施の形態におけるアンテナ１１０の斜視図の一例である。この第８の実施の形態のアンテナ１１０は、グランド基板１１１の厚さが均一でない点において第１の実施の形態と異なる。
　Ｘ方向において、垂直アンテナエレメント１１２の代表点（例えば、Ｙ方向から見て左端）は、グランド基板１１１の左端の座標Ｘ２に配置されるものとする。Ｘ方向において、所定の座標Ｘ１からＸ２までの所定範囲内のグランド基板１１１の厚さは、それ以外の範囲よりも大きいものとする。
　グランド基板１１１内において、垂直アンテナエレメント１１２の直下付近の電流密度の方が、垂直アンテナエレメント１１２から離れた個所の電流密度よりも高い。このため、垂直アンテナエレメント１１２の直下の座標Ｘ１からＸ２までの厚みを大きくすることにより、グランド基板を人体に近接させ、鏡像電流を発生しやすくすることで、アンテナ１１０の利得を向上させることができる。
　グランド基板１１１全体を均一に厚くして人体に近接させる事でも、アンテナ１１０の利得を向上させることができるが、この場合には、アンテナ装置１００の重量が増大するおそれや、周辺の回路や部材とグランド基板１１１とが干渉するおそれがある。このため、グランド基板１１１全体を均一に厚くすることが困難である場合には、部分的に厚くしてアンテナ１１０の利得向上を図ることが好ましい。
　なお、第８の実施の形態のアンテナ装置１００に第２乃至第７の実施の形態のそれぞれを適用することもできる。
　このように、本技術の第８の実施の形態によれば、グランド基板１１１を部分的に厚くしたため、その分、グランド基板が人体により近接し、鏡像電流の増大によってアンテナ１１０の利得を向上させることができる。
　なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
　なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）高周波信号源の接地端子に接続されたグランド基板と、
　前記高周波信号源の給電点に一端が接続されて前記グランド基板の基板平面に対して垂直方向に延伸する垂直アンテナエレメントと、
　前記垂直アンテナエレメントの他端に接続されて前記基板平面に対して平行な水平方向に延伸する水平アンテナエレメントと
を具備するアンテナ装置。
（２）前記グランド基板と平行な面が形成された導電部材を含む筐体をさらに具備し、
　前記グランド基板は、前記導電部材に接続される
前記（１）記載のアンテナ装置。
（３）前記垂直アンテナエレメントの前記一端に接続されたリアクタンスをさらに具備する
前記（１）または（２）に記載のアンテナ装置。
（４）前記リアクタンスのリアクタンス値を制御する制御部をさらに具備する
前記（３）記載のアンテナ装置。
（５）前記垂直アンテナエレメントの前記一端に直列に接続されたリアクタンス素子をさらに具備する
前記（１）から（４）のいずれかに記載のアンテナ装置。
（６）前記リアクタンス素子のリアクタンス値を制御する制御部をさらに具備する
前記（５）記載のアンテナ装置。
（７）前記垂直アンテナエレメントは、第１および第２の垂直アンテナエレメントを含み、
　前記水平アンテナエレメントの一端は、前記第１の垂直アンテナエレメントの前記他端に接続され、
　前記水平アンテナエレメントの他端は、前記第２の垂直アンテナエレメントの一端に接続される
前記（１）から（６）のいずれかに記載のアンテナ装置。
（８）前記垂直アンテナエレメントは、前記垂直方向および前記水平方向に垂直な所定方向において前記グランド基板の所定位置に接続され、
　前記所定方向において、前記所定位置を含む所定範囲の前記グランド基板の厚みが、前記所定範囲に該当しない範囲よりも大きい
前記（１）から（７）のいずれかに記載のアンテナ装置。
（９）前記垂直アンテナエレメントは、第１および第２の垂直アンテナエレメントを含み、
　前記水平アンテナエレメントは、長さの異なる第１および第２の水平アンテナエレメントを含み、
　前記第１の垂直アンテナエレメントの一端が、前記第１の水平アンテナエレメントの一端に接続され、
　前記第２の垂直アンテナエレメントの一端が、前記第２の水平アンテナエレメントの一端に接続される
前記（１）から（８）のいずれかに記載のアンテナ装置。
　１００　アンテナ装置
　１１０、１６０　アンテナ
　１１１、１６１　グランド基板
　１１２、１１５、１６２、１６４　垂直アンテナエレメント
　１１３、１１６、１６３　水平アンテナエレメント
　１２０　リアクタンス素子
　１２１～１２４、１４１～１４４　リアクタンス素子
　１３１　ＲＦ回路
　１３２　ベースバンド回路
　１３３、１３４　制御部
　１３５　ＭＣＵ
　１３６　周波数ステート対応テーブル
　１３７　可変リアクタンス素子
　１３８　可変リアクタンス素子
　１３９　高周波信号源
　１４０　可変リアクタンス回路
　１４６～１４９　抵抗
　１４５、１５３　切替回路
　１５０　可変リアクタンス回路
　１５１、１５２　リアクタンス素子
　１５４、１５５　スイッチ
　１８１　金属メッキ部材
　１８２　プラスチック部材
　１９１　表示面
　１９２　腕時計バンド

Claims (9)

  1. 　高周波信号源の接地端子に接続されたグランド基板と、
    　前記高周波信号源の給電点に一端が接続されて前記グランド基板の基板平面に対して垂直方向に延伸する垂直アンテナエレメントと、
    　前記垂直アンテナエレメントの他端に接続されて前記基板平面に対して平行な水平方向に延伸する水平アンテナエレメントと
    を具備するアンテナ装置。
  2. 　前記グランド基板と平行な面が形成された導電部材を含む筐体をさらに具備し、
    　前記グランド基板は、前記導電部材に接続される
    請求項１記載のアンテナ装置。
  3. 　前記垂直アンテナエレメントの前記一端に接続されたリアクタンスをさらに具備する
    請求項１記載のアンテナ装置。
  4. 　前記リアクタンスのリアクタンス値を制御する制御部をさらに具備する
    請求項３記載のアンテナ装置。
  5. 　前記垂直アンテナエレメントの前記一端に直列に接続されたリアクタンス素子をさらに具備する
    請求項１記載のアンテナ装置。
  6. 　前記リアクタンス素子のリアクタンス値を制御する制御部をさらに具備する
    請求項５記載のアンテナ装置。
  7. 　前記垂直アンテナエレメントは、第１および第２の垂直アンテナエレメントを含み、
    　前記水平アンテナエレメントの一端は、前記第１の垂直アンテナエレメントの前記他端に接続され、
    　前記水平アンテナエレメントの他端は、前記第２の垂直アンテナエレメントの一端に接続される
    請求項１記載のアンテナ装置。
  8. 　前記垂直アンテナエレメントは、前記垂直方向および前記水平方向に垂直な所定方向において前記グランド基板の所定位置に接続され、
    　前記所定方向において、前記所定位置を含む所定範囲の前記グランド基板の厚みが、前記所定範囲に該当しない範囲よりも大きい
    請求項１記載のアンテナ装置。
  9. 　前記垂直アンテナエレメントは、第１および第２の垂直アンテナエレメントを含み、
    　前記水平アンテナエレメントは、長さの異なる第１および第２の水平アンテナエレメントを含み、
    　前記第１の垂直アンテナエレメントの一端が、前記第１の水平アンテナエレメントの一端に接続され、
    　前記第２の垂直アンテナエレメントの一端が、前記第２の水平アンテナエレメントの一端に接続される
    請求項１記載のアンテナ装置。
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