(57)【要約】【課題】収納スペースを有効に活用して配置することができるパッチアンテナ及び無線通信機器を提供する。【解決手段】平面視四角形状で平行する長方形の側面を一端及び他端に有し、一端から他端に向かって断面積が大きくなり、断面積の大きい側の比誘電率が断面積の小さい側の比誘電率よりも小さくなるように比誘電率を変えることで実効誘電率が調整された誘電体１１１と、この誘電体１１１の表面に設けられ、受信すべき電波の周波数と誘電体１１１の実効誘電率とに基づいて各辺Ｌａ，Ｌｂの長さが調整された放射素子１１２と、誘電体１１１の下面に配置された接地導体１１３と、放射素子１１２に電気的に接続された同軸ケーブル１２０とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視四角形状で平行する長方形の側面を一端及び他端に有し、一端から他端に向かって断面積が大きくなり、断面積の大きい側の比誘電率が断面積の小さい側の比誘電率よりも小さくなるように比誘電率を変えることで実効誘電率が調整された誘電体と、
この誘電体の表面に設けられ、受信すべき電波の周波数と前記誘電体の実効誘電率とに基づいて各辺の長さが調整された放射素子と、
前記誘電体の下面に配置された接地導体と、
前記放射素子に電気的に接続された給電部材と、
を備えていることを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項２】
前記誘電体は、比誘電率の異なる複数の単位誘電体を接合することにより、実効誘電率が調整されていることを特徴とする請求項１に記載のパッチアンテナ。
【請求項３】
前記誘電体は、前記平行する２辺のうちの一方側の辺から他方側の辺に向かって前記平行する２辺に沿う幅方向の長さが長くなる平面視台形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパッチアンテナ。
【請求項４】
前記誘電体は、前記平行する２辺のうちの一方側の辺から他方側の辺に向かって厚みが厚くなる側面視台形状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパッチアンテナと、
このパッチアンテナを収納する収納部と、を備え、
前記収納部は、平面視及び／又は側面視で前記パッチアンテナの形状に沿う形状に形成されていることを特徴とする無線通信機器。
【請求項６】
本体ケースと、
前記本体ケースにバンドを取り付けるためのバンド取付部と、を備え、
前記収納部は、前記バンド取付部、又は前記バンド取付部及びこれに連設される前記本体ケースの一部に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の無線通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッチアンテナ及び無線通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＰＳ受信機能等の無線通信機能を持った無線通信機器に搭載されるアンテナとしてパッチアンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。
パッチアンテナは、誘電体の上面に放射素子を配置し、誘電体の下面に接地導体を配置するとともに、この誘電体と接地導体とを貫通して放射素子に電気的に接続される給電部材を設けたものである。
このようなパッチアンテナは、誘電体により実効誘電率を調整することで小型化することができるため、小型の無線通信機器に搭載する場合のように広い収納スペースを確保できない場合でも、無線通信機器のデザイン性を損なうことなく組み込むことができる。
【０００３】
また、パッチアンテナは、ＧＮＤ面（接地導体が形成されている面）に対して天頂方向に指向性を持ち、無線通信機器の裏蓋や無線通信機器が載置される面からの影響を受けにくい性質を有している。
無線通信機器を腕等に装着する場合には、当該腕等からの影響によりアンテナ特性が劣化するおそれがあるが、載置面側からの影響を受けにくいパッチアンテナであれば、例えば、腕時計型の無線通信機器等に適用した場合にもアンテナ特性の劣化を抑えることができる。
【０００４】
図１３（Ａ）は従来の腕時計型の無線通信機器（以下、単に「腕時計」という）の平面図であり、図１３（Ｂ）は従来の腕時計の側面図である。
この腕時計８００は、バンド取付部８０１ａ，８０１ｂが付設された本体ケース８０１と、バンド取付部８０１ａ，８０１ｂに取り付けられたバンド８０２ａ，８０２ｂとを備えている。このうち本体ケース８０１とバンド取付部８０１ａ，８０１ｂは樹脂によって一体的に形成されている。そして、本体ケース８０１にはＧＰＳモジュールが組み込まれている。
バンド取付部８０１ａ，８０１ｂは、平面視で、本体ケース８０１側からバンド８０２ａ又は８０２ｂ側に向けて幅が狭窄するように等脚台形状に形成されている。また、このバンド取付部８０１ａ，８０１ｂは、下面が本体ケース８０１と面一に形成され、上面の高さサイズがバンド８０２ａ，８０２ｂ側から本体ケース８０１側に向けて増加するように、側面視において台形状に形成されている。そして、腕時計８００の６時側（指針式時計における６時側）のバンド取付部８０１ａ及びこれに連設されている本体ケース８０１の端部にかけてのスペースにはパッチアンテナを収納する収納部８０５が形成されており、この収納部８０５にはパッチアンテナ８１０が収納されている。
【０００５】
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示す腕時計８００の場合、収納部８０５は、バンド取付部８０１ａ及び本体ケース８０１端部の形状に沿って、平面視で、バンド８０２ａ又は８０２ｂ側から本体ケース８０１側に向けて幅が拡開する等脚台形状であり、側面視で、バンド８０２ａ，８０２ｂ側から本体ケース８０１側に向けて高さが増加する台形状に形成することができる。
例えば腕時計型の無線通信機器等においては、このようにバンド取付部８０１ａ，８０１ｂ等にパッチアンテナの収納部８０５を設けた方が、電子部品が密集し実装スペースが少ない本体ケース８０１に設けるよりも広い実装スペースを確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１９８７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
パッチアンテナ８１０はアンテナ体積が大きいほどアンテナ利得（感度）が向上するため、収納部８０５として確保できるスペースぎりぎりに収まる程度の大きさとすることが好ましい。
しかしながら、バンド取付部８０１ａ，８０１ｂ等に収納部８０５を設けた場合、収納部８０５の形状が立方体形状等ではない場合がある。このような構造の場合、パッチアンテナ８１０の辺サイズと高さ（厚さ）サイズは、収納部８０５が形成されているバンド取付部８０１ａ及び本体ケース８０１端部のスペース内で最も小さい制約条件で決定される。
【０００８】
すなわち、例えば図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、パッチアンテナ８１０が、上面の高さサイズが一定の正四角柱の立体形状であり、平面視で正方形なるように形成されている場合、パッチアンテナ８１０の辺サイズは、収納部８０５の最小幅サイズに比べてより小さい奥行きサイズに合わせて決定され、厚みは、収納部８０５の最小高さサイズに合わせて決定される。
このため、収納部８０５を、バンド取付部８０１ａ及び本体ケース８０１端部の形状に合わせてそのスペースぎりぎりまで設けても、この収納部８０５にパッチアンテナ８１０を収納した場合に、収納部８０５内において、収納部８０５の上面とパッチアンテナ８１０の上面との間に生じる空きスペース及び収納部８０５の側面とパッチアンテナ８１０の両側部との間に生じる空きスペースを有効に活用できないという問題があった。
【０００９】
また、パッチアンテナにおいて、そのアンテナ利得を向上させるためには、パッチアンテナの放射面（放射素子が形成されている面）に対して、放射素子の面積をできるだけ大きくすることが望ましい。
しかし、放射素子のサイズや形状は、受信周波数と誘電体の実効誘電率によって規定されるため、仮にパッチアンテナ８１０全体の形状を収納部８０５の形状に合わせたとしても、必ずしも放射素子の面積は大きくならず、アンテナ利得の向上に資するとは限らないという問題もある。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、収納スペースを有効に活用して配置することができるパッチアンテナ及び無線通信機器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のパッチアンテナは、
平面視四角形状で平行する長方形の側面を一端及び他端に有し、一端から他端に向かって断面積が大きくなり、断面積の大きい側の比誘電率が断面積の小さい側の比誘電率よりも小さくなるように比誘電率を変えることで実効誘電率が調整された誘電体と、
この誘電体の表面に設けられ、受信すべき電波の周波数と前記誘電体の実効誘電率とに基づいて各辺の長さが調整された放射素子と、
前記誘電体の下面に配置された接地導体と、
前記放射素子に電気的に接続された給電部材と、
を備えていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の無線通信機器は、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパッチアンテナと、
このパッチアンテナを収納する収納部と、を備え、
前記収納部は、平面視及び／又は側面視で前記パッチアンテナの形状に沿う形状に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、収納スペースの形状に合わせて誘電体及び放射素子の形状を調整することができ、収納スペースを無駄にすることなくパッチアンテナを配置することができる。これにより、腕時計等の無線通信機器の外観、デザイン性を損なうことなく、通信性能に優れたパッチアンテナ及び無線通信機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（Ａ）は第１の実施形態の腕時計の平面図であり、図１（Ｂ）は第１の実施形態の腕時計の側面図である。
【図２】図２（Ａ）は図１に示す腕時計に搭載されるパッチアンテナの平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示すパッチアンテナのII−II線に沿った側断面図であり、図２（Ｃ）は図２（Ａ）に示すパッチアンテナの斜視図である。
【図３】図２のパッチアンテナの一変形例を示す斜視図である。
【図４】図４（Ａ）は本実施形態のパッチアンテナのシミュレーションモデルを示す平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示すパッチアンテナの放射パターンを示す図である。
【図５】図５（Ａ）は比較例のパッチアンテナの一例を示す平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示すパッチアンテナの斜視図である。
【図６】図６（Ａ）は比較例のパッチアンテナのシミュレーションモデルを示す平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のパッチアンテナの放射パターンを示す図である。
【図７】図７（Ａ）は第１の実施形態の一変形例のパッチアンテナの平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示すパッチアンテナの斜視図である。
【図８】図８（Ａ）は第２の実施形態のパッチアンテナの平面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）に示すパッチアンテナを矢視VIIIから見た側面図であり、図８（Ｃ）は図８（Ａ）に示すパッチアンテナの斜視図である。
【図９】図９（Ａ）は第２の実施形態の一変形例のパッチアンテナの側面図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）に示すパッチアンテナの斜視図である。
【図１０】図１０（Ａ）は第２の実施形態の一変形例のパッチアンテナの側面図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）に示すパッチアンテナの斜視図である。
【図１１】図１１（Ａ）は一変形例の腕時計の平面図であり、図１１（Ｂ）は一変形例の腕時計の側面図である。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ａ）は図１１に示す腕時計に搭載されるパッチアンテナの一例を示す斜視図である。
【図１３】図１３（Ａ）は従来の腕時計の平面図、図１３（Ｂ）は従来の腕時計の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて、本発明を実施するための形態を具体的に説明する。なお、本実施形態では、無線通信機器が通信機能を備える腕時計である場合を例として説明するが、無線通信機器は、腕時計に限定されない。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１から図６を参照しつつ、本発明に係るパッチアンテナ及び無線通信機器である腕時計の第１の実施形態について説明する。
図１（Ａ）は、本実施形態における無線通信機器である腕時計の平面図であり、図１（Ｂ）は、本実施形態の腕時計の側面図である。なお、外観に現れない内部の構成については破線で示している。
この腕時計１００は、指針式時計における６時及び１２時の方向にバンド取付部１０１ａ，１０１ｂが付設された本体ケース１０１と、バンド取付部１０１ａ，１０１ｂに取り付けられたバンド１０２ａ，１０２ｂとを備えている。このうち本体ケース１０１とバンド取付部１０１ａ，１０１ｂとは樹脂によって一体的に形成されている。そして、本体ケース１０１には図示しない通信モジュール等が組み込まれている。通信モジュールは、例えばＧＰＳ等の円偏波の電波を受信するものである。
【００１７】
図１（Ａ）に示すように、この腕時計１００のバンド取付部１０１ａ，１０１ｂは、平面視で、本体ケース１０１側からバンド１０２ａ，１０２ｂ側に向けて幅が狭窄するように等脚台形状に形成されている。
また、図１（Ｂ）に示すように、このバンド取付部１０１ａ，１０１ｂは、下面が本体ケース１０１の下面とほぼ面一に形成され、上面の高さサイズがバンド１０２ａ，１０２ｂ側から本体ケース１０１側に向けて増加するように形成されている。つまり、バンド取付部１０１ａ，１０１ｂの上面は、バンド１０２ａ，１０２ｂ側から本体ケース１０１側に向けて上向き傾斜を有する傾斜面となっており、バンド取付部１０１ａ，１０１ｂは、側面視において台形状となっている。
そして、この２つのバンド取付部１０１ａ，１０１ｂのうち腕時計１００の６時側（指針式時計における６時側）のバンド取付部１０１ａ及びこれに連設されている本体ケース１０１の一部（バンド取付部１０１ａ側の端部）にかけてのスペースにはパッチアンテナ１１０を収納する収納部１０５が形成されており、この収納部１０５にはパッチアンテナ７１０が収納されている。
【００１８】
本実施形態では、図１（Ａ）に示すように、収納部１０５は、平面視における形状が、バンド取付部１０１ａ及びこれに連設されている本体ケース１０１の端部にかけてのスペースの形状に沿う等脚台形状となっている。また、収納部１０５の高さ（厚さ）サイズは、バンド取付部１０１ａ及び本体ケース１０１の端部の高さ（厚さ）サイズのうち最も小さいサイズに合わせたサイズとなっている。すなわち、本実施形態では、バンド取付部１０１ａにおけるバンド１０２ａ側が最も高さ（厚さ）サイズが小さくなっているため、収納部１０５は、これよりも僅かに小さい高さ（厚さ）サイズに形成されている。
【００１９】
図２（Ａ）は、本実施形態におけるパッチアンテナを平面視した平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のII−II線に沿った側断面図であり、図２（Ｃ）は、パッチアンテナの斜視図である。
【００２０】
パッチアンテナ１１０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、平面視における全体形状が収納部１０５の形状に沿う等脚台形状となっている。また、パッチアンテナ１１０の側面視における全体形状は、収納部１０５の形状に沿う長方形となっている。
パッチアンテナ１１０は、図２（Ａ）から図２（Ｃ）に示すように、誘電体１１１と、誘電体１１１の上面に形成された放射素子１１２と、誘電体１１１の下面に形成された接地導体１１３とを備えている。なお、パッチアンテナ１１０において、放射素子１１２が形成されている面（図２（Ｂ）における誘電体１１１の上側の面）を放射面という。
【００２１】
本実施形態では、誘電体１１１は、平面視した場合に四角形状であって、平行する長方形の側面を一端及び他端に有し、一端から他端に向かって断面積が大きくなる形状となっている。具体的には、この誘電体１１１は、平行する２つの辺（図２（Ａ）において辺Ｗａ及び辺Ｗｂ）を備え、当該平行する２辺のうちの一方側の辺（図２（Ａ）において辺Ｗａ）から他方側の辺（図２（Ａ）において辺Ｗｂ）に向かって（図２（Ａ）における太矢印方向に向かって）当該平行する２辺に沿う幅方向の長さサイズが長くなる平面視台形状（本実施形態では等脚台形状）に形成されており、当該平行する２辺のうちの一方側の辺から他方側の辺に向かって縦断面の面積が大きくなるようになっている。なお、本実施形態では、誘電体１１１の高さ（厚さ）サイズは一定である。
また、本実施形態の誘電体１１１は、比誘電率の異なる複数の単位誘電体１１１ａ、１１１ｂを接合することにより構成されている。
誘電体１１１は、例えばセラミックを材料に構成されており、各単位誘電体１１１ａ、１１１ｂは、セラミックの組成原料を変えることでその比誘電率が異なるものとなっている。
誘電体１１１は、断面積の大きい側に配置される単位誘電体１１１ｂの比誘電率を断面積の小さい側に配置される単位誘電体１１１ａの比誘電率よりも小さくなるように比誘電率を変えることで実効誘電率が調整されている。
なお、ここで、比誘電率とは、媒質（本実施形態ではセラミック）の誘電率と真空の誘電率との比、すなわち、空気中を１としたときの誘電率を意味し、誘電体１１１の体積は考慮せず、誘電体１１１の材料によって決まるものである。誘電体１１１がセラミックを材料としている場合、誘電体１１１の比誘電率は、当該誘電体１１１を構成するセラミックに含まれる誘電材の含有量によって決定される。また、実効誘電率（実効誘電率ε）とは、誘電体１１１の端部効果（空気を含めた周辺電界）を考慮した場合の誘電率を意味する。比誘電率が同じ誘電体１１１を用いる場合には、誘電体１１１の放射素子１１２周辺の体積が小さいほど実効誘電率が小さくなる。
【００２２】
放射素子１１２は、誘電体１１１の平行する２辺（図２（Ａ）において辺Ｗａ及び辺Ｗｂ）にそれぞれ対応する一端側の辺Ｌａの長さＬ１と他端側の辺Ｌｂの長さＬ２とがほぼ等しい平面視長方形状に形成されている。
なお、放射素子１１２は平面視長方形状に形成されているものに限定されない。例えば、図３に示すように、放射素子１１２ａは、Ｌｂの長さＬ２がＬａの長さＬ１よりも僅かに長い（すなわち、図３において、Ｌ２＝Ｌ１＋ΔＬ１）平面視等脚台形状に形成されていてもよい。
【００２３】
この放射素子１１２（又は１１２ａ）は、例えば所定厚さの銀箔、金属板又は金属膜等で構成されている。この放射素子１１２は、厚さが一定で、誘電体１１１の表面（上面、放射面）に沿って形成されている。
その際、放射素子１１２は、誘電体１１１の幅方向（図２（Ａ）において横方向）のほぼ中央に配置され、少なくとも平行する２つの辺（すなわち、図２（Ａ）において一端側の辺Ｌａ及び他端側の辺Ｌｂ）が、誘電体１１１の平行する２つの辺（すなわち、図２（Ａ）において一端側の辺Ｗａ及び他端側の辺Ｗｂ）とそれぞれと１対１で対向し、この対向する辺同士が互いに平行となるように誘電体１１１の表面（上面、放射面）に配置される。
なお、図３に示すように放射素子１１２が等脚台形状に形成されている場合には、放射素子１１２の４辺全てがそれぞれ誘電体１１１の４辺と対向し、この対向する辺同士が全て互いに平行となるように放射素子１１２を誘電体１１１の表面（上面、放射面）に配置してもよい。
【００２４】
この放射素子１１２の各辺の長さは、パッチアンテナ１１０によって受信すべき電波の周波数と誘電体１１１の実効誘電率εとに基づいて調整されている。
すなわち、仮に誘電体１１１を設けない場合には、放射素子１１２の一辺の長さ（放射素子１１２の直径）は、受信電波の波長λに対して１／２となっている必要がある。
しかし、電波は、誘電体１１１を通ると、その波長λが１／√εだけ短縮される。このように、波長λは誘電体１１１の実効誘電率εが高いほど当該実効誘電率εに応じて短縮されるため、放射素子１１２を誘電体１１１の表面に配置した場合には、放射素子１１２の一辺の長さは、誘電体１１１の実効誘電率εの低いところほど長く、実効誘電率εの高いところほど短くすることができる。
【００２５】
一方、パッチアンテナ１１０のアンテナ利得は、放射面に占める放射素子１１２の面積が大きいほど向上する。
このため、誘電体１１１が、平面視した場合に等脚台形状に形成されている場合には、放射素子１１２も放射面における余白部分（すなわち放射素子１１２の設けられていない部分）の面積を小さくすることがアンテナ利得の点で好ましい。
【００２６】
この点、前述のように、放射素子１１２の一辺の長さは誘電体１１１の実効誘電率εによる波長短縮効果を考慮した波長λの１／２に対応している。
すなわち、円偏波特性を有するパッチアンテナ１１０においては、放射素子１１２の辺Ｌａ、Ｌｂの長さをそれぞれＬ１、Ｌ２とし、放射素子１１２の辺Ｌａ、Ｌｂそれぞれの位置における誘電体１１１の実効誘電率εをε１、ε２とすると、受信する周波数の波長λに対してλ／２≒Ｌ１／（１／√(ε１)）≒Ｌ２／（１／√(ε２)）との関係がある。この場合の実効誘電率ε１、ε２は、電界周辺の誘電体１１１の体積によって規定される。
【００２７】
本実施形態では、図２（Ａ）から図２（Ｃ）に示すように、誘電体１１１を比誘電率の異なる複数の単位誘電体１１１ａ，１１１ｂで構成することにより、誘電体１１１における断面積の大きい側に配置される単位誘電体１１１ｂの比誘電率を断面積の小さい側に配置される単位誘電体１１１ａの比誘電率よりも小さくなるように調整している。
これにより、単位誘電体１１１ｂで構成される部分の実効誘電率εと単位誘電体１１１ａで構成される部分の実効誘電率εとがほぼ等しくなるように調整した場合、すなわち、誘電体１１１における平行する２辺の一端側の辺Ｗａの長さＷ１と他端側の辺Ｗｂの長さＷ２が、Ｗ１＜Ｗ２の大小関係にある場合に、単位誘電体１１１ａの実効誘電率ε１と単位誘電体１１１ｂの実効誘電率ε２を、ε１≒ε２となるように構成した場合には、Ｌ１＝λ／２×(１／√(ε１))≒Ｌ２＝λ／２×(１／√(ε２))となり、放射素子１１２の形状を、誘電体１１１における平行する２辺の一端側の辺Ｌａと他端側の辺Ｌｂとがほぼ等しい平面視長方形状とすることができる。
また、単位誘電体１１１ｂで構成される部分の実効誘電率εが単位誘電体１１１ａで構成される部分の実効誘電率εよりも小さくなるように調整した場合、すなわち、誘電体１１１における平行する２辺の一端側の辺Ｗａの長さＷ１と他端側の辺Ｗｂの長さＷ２が、Ｗ１＜Ｗ２の大小関係にある場合に、単位誘電体１１１ａの実効誘電率ε１と単位誘電体１１１ｂの実効誘電率ε２を、ε１＞ε２となるように構成した場合には、Ｌ１＝λ／２×(１／√(ε１))＜Ｌ２＝λ／２×(１／√(ε２))となり、図３に示すように、放射素子１１２ａの形状を、辺Ｌｂの長さＬ２が辺Ｌａの長さＬ１よりも大きい平面視台形状に形成し、放射面における余白部分を極力小さくすることができる。
【００２８】
これに対して、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は比較例であり、誘電体７１１の形状を、平行する２辺のうち一端側の辺（図５（Ａ）において辺Ｗａ）の長さＷ１が他端側の辺（図５（Ａ）において辺Ｗｂ）の長さＷ２よりも短い平面視台形状とした場合であって、誘電体７１１全体を同じ比誘電率の媒質で構成した単一構成とした場合を示している。
実効誘電率εは、電界周辺の誘電体の体積が大きい方が大きな値になるため、このような構成の場合、長さの長い辺Ｗｂの側の実効誘電率εが長さの短い辺Ｗａの側の実効誘電率εよりも大きくなる。
このため、放射素子１１２の各辺の長さは、誘電体１１１の長さの長い側（すなわち、誘電体１１１の断面積の大きい辺Ｗｂの側）に配置されるＬｂの長さＬ２の方が、誘電体の長さの短い側（すなわち、誘電体１１１の断面積の小さい辺Ｗａの側）に配置されるＬａの長さＬ１よりも短くなってしまう(Ｌ１＞Ｌ２)。
すなわち、この場合には、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、放射素子１１２は、平面視において誘電体１１１の形状とは逆向きの台形状となり、放射面に占める放射素子の面積が小さくなるため、放射面上に余白部分が多く生じてしまう。
【００２９】
接地導体１１３は、平面視で誘電体１１１よりも大きな形状となっている。この接地導体１１３は、例えば所定厚さの銀箔、金属板又は金属膜等で構成されるが、ここでは金属板によって構成されている場合を例とする。
なお、この接地導体１１３は、誘電体１１１よりも大きな形状である必要はなく、誘電体１１１の同軸ケーブル１２０の設置場所を除く誘電体１１１の下面全面だけに形成されていてもよい。また、接地導体１１３の下側に他の接地導体をさらに配置し、当該他の接地導体を介して接地する構成としてもよい。
【００３０】
また、パッチアンテナ１１０には、この接地導体１１３と誘電体１１１とを貫通するように給電部材である同軸ケーブル１２０が配置されている。この同軸ケーブル１２０の芯線（内部導体）１２１は放射素子１１２に半田（図示せず）を介して電気的に接続されている。この放射素子１１２への給電位置は、円偏波特性を有する位置、すなわち、インピーダンス整合が図れる位置である。なお、給電位置は、図示例に限定されない。
一方、同軸ケーブル１２０の外部導体１２２は接地導体１１３に半田（図示せず）を介して電気的に接続されている。
なお、この実施形態では、１点給電方式を採用しているが、２点給電方式を採用してもよい。また、同軸ケーブル１２０に代えて、同じく給電部材である給電ピンによって放射素子１１２に給電するようにしてもよい。
【００３１】
このように構成されたパッチアンテナ１１０は、バンド取付部１０１ａ及び本体ケース１０１にかけて設けられている収納部１０５内に、収納部１０５の形状に沿うように収納されている。なお、パッチアンテナ１１０の保護のために、バンド取付部１０１ａ及び本体ケース１０１におけるパッチアンテナ１１０の上方位置は、電波透過性の樹脂によって被覆されていることが好ましい。
【００３２】
本実施形態におけるパッチアンテナ１１０によれば、円偏波特性を有する位置において放射素子１１２に給電しているため、ＧＰＳ衛星からの電波等の円偏波受信用のアンテナとして適用することができ、このようなパッチアンテナ１１０を備える腕時計１００では、ＧＰＳ受信機能等を備えることができる。
そして、本実施形態のパッチアンテナ１１０では、比較例のパッチアンテナと比べて放射面に占める放射素子１１２の面積を広くすることができるため、アンテナ利得特性に優れている。
【００３３】
ここで、図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図６（Ａ）、図６（Ｂ）を参照しつつ、本実施形態のパッチアンテナ１１０及び比較例のパッチアンテナ７１０について、アンテナ利得特性の向上の効果を確認するため、電磁界シミュレーションでＧＰＳ受信アンテナとしての性能評価を行った結果について説明する。
なお、以下では、周波数が１．５７５ＧＨｚである場合の指向性特性（放射パターン）についてシミュレーションを行った結果を示している。
【００３４】
図４（Ａ）は本シミュレーションに用いた本実施形態のパッチアンテナ１１０’の平面図であり、図６（Ａ）は本シミュレーションに用いた比較例のパッチアンテナ７１０’ の平面図である。なお、図４（Ａ）及び図６（Ａ）では、本実施形態におけるパッチアンテナを、基準となるスケールとともに示している。
本シミュレーションに用いた本実施形態のパッチアンテナ１１０’は、図４（Ａ）に示すように、全体としての形状が、Ｗ１＜Ｗ２である台形状である誘電体１１１’を備えている。そして、この誘電体１１１’のうち、断面積の小さい辺Ｗａの側は比誘電率ε１’＝８０である単位誘電体１１１’ａで構成されており、断面積の大きい辺Ｗｂの側は比誘電率ε２’＝７６である単位誘電体１１１’ｂで構成されている。これにより、誘電体１１１’は、断面積の小さい辺Ｗａの側の実効誘電率ε１と断面積の大きい辺Ｗｂの側の実効誘電率ε２とはほぼ等しくなっており、この誘電体１１１’の表面に形成されている放射素子１１２’は、誘電体１１１’の辺Ｗｂの側に配置される辺Ｌｂの長さＬ２の方が誘電体１１１’の辺Ｗａの側に配置される辺Ｌａの長さＬ１とが等しい長さの長方形状となっている。
これに対して、本シミュレーションに用いた比較例のパッチアンテナ７１０’は、図６（Ａ）に示すように、全体としての形状が、Ｗ１＜Ｗ２である台形状であり、全体が比誘電率ε’＝８０である単一の媒質で構成された誘電体７１１’を備えている。このような誘電体７１１’では、断面積の小さい辺Ｗａの側の実効誘電率ε１よりも断面積の大きい辺Ｗｂの側の実効誘電率ε２の方が大きくなっている。また、この誘電体７１１’の表面に形成されている放射素子７１２’は、誘電体７１１’の辺Ｗａの側に配置される辺Ｌａと誘電体７１１の辺Ｗａの側に配置される辺Ｌｂとが等しい長さの長方形状となっている。
【００３５】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す本実施形態のパッチアンテナ１１０’の円偏波（本実施形態では右旋偏波）のアンテナ利得（dBic）を示すシミュレーション結果である。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す比較例のパッチアンテナ７１０’の円偏波（本実施形態では右旋偏波）のアンテナ利得（dBic）を示すシミュレーション結果である。
図４（Ｂ）に示すように、本実施形態のパッチアンテナ１１０’の天頂方向（０°の方向）の円偏波（本実施形態では右旋偏波）のアンテナ利得は、−3.8dBicとなっている。
また、図６（Ｂ）に示すように、従来のパッチアンテナ７１０’の天頂方向（０°の方向）の円偏波（本実施形態では右旋偏波）のアンテナ利得は、−4.8dBicとなっている。
このように、本実施形態のパッチアンテナ１１０’では、比較例のパッチアンテナ７１０’と比べて、天頂方向（０°の方向）の円偏波のアンテナ利得において、約1.0dBの利得の向上を確認することができた。
【００３６】
以上のシミュレーション結果からもわかるように、本実施形態のパッチアンテナ１１０及びこのようなパッチアンテナ１１０を備える腕時計１００によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、誘電体１１１の平行する２辺のうちの一辺側から他辺側に向かって断面積が大きくなっている場合に、比誘電率の異なる複数の単位誘電体１１１ａ，１１１ｂを接合することにより、断面積の大きい側の比誘電率が断面積の小さい側の比誘電率よりも小さくなるように比誘電率を変えることで実効誘電率εを調整しているため、誘電体１１１の平面形状（放射面の形状）に応じて放射素子１１２の各辺の長さを調整することができる。このため、放射面に占める放射素子１１２の面積を大きくすることができ、放射面の面積を最大限に活用することが可能となる。これにより、パッチアンテナ１１０のアンテナ利得を向上させることができる。
そして、誘電体１１１の形状を四角柱の立体形状等ではない台形状等とした場合でも放射面の面積を最大限に活用して優れたアンテナ利得特性を維持することができるため、例えば、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すようなバンド取付部１０１ａ等に四角柱の立体形状等ではない特殊な形状の収納部１０５を設けた場合でも、実効誘電率εの調整具合によって、パッチアンテナ１１０のアンテナ利得を最大限に向上させることができる。これにより、各種電子機器が配置される本体ケース１０１内よりも比較的収納スペースを広く確保しやすいバンド取付部１０１ａ等に、スペースを無駄にすることなくパッチアンテナ１１０を配置することができ、腕時計１００等の無線通信機器の外観、デザイン性を損なうことなく、通信性能に優れたパッチアンテナ１１０及び腕時計１００等の無線通信機器を実現することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、図２（Ａ）から図２（Ｃ）に示すように、誘電体１１１を比誘電率の異なる２つの単位誘電体１１１ａ，１１１ｂで構成する場合を例示したが、誘電体１１１を構成する単位誘電体の数は２つに限定されない。
例えば、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、パッチアンテナ２１０の誘電体２１１を３つの単位誘電体２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃで構成してもよい。
この場合には、最も断面積の小さい辺Ｗａの側の実効誘電率εが最も大きく、最も断面積の大きい辺Ｗｂの側の実効誘電率εが最も小さくなるように単位誘電体２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃの比誘電率を調整する。すなわち、最も断面積の小さい辺Ｗａの側に配置される単位誘電体２１１ａの実効誘電率ε１、最も断面積の大きい辺Ｗｂの側に配置される単位誘電体２１１ｃの実効誘電率ε３、単位誘電体２１１ａ，２１１ｃの間に配置される単位誘電体２１１ｂの実効誘電率ε２とした場合、ε１＞ε２＞ε３となるようにする。
これにより、放射素子２１２を最も断面積の小さい辺Ｗａの側の配置される辺Ｌａの長さＬ１と最も断面積の大きい辺Ｗｂの側の配置される辺Ｌｂの長さＬ２とをほぼ等しい長さか、Ｌ１＜Ｌ２となる長さにすることができ、放射面に占める放射素子２１２の面積を大きくすることができる。
なお、誘電体２１１を４つ以上の単位誘電体で構成した場合も同様である。
【００３８】
［第２の実施形態］
次に、図８（Ａ）から図８（Ｃ）を参照しつつ、本発明に係るパッチアンテナ及び無線通信機器の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態は、パッチアンテナの構成のみが第１の実施形態と異なるものであるため、以下においては、特に第１の実施形態と異なる点について説明する。
【００３９】
図８（Ａ）は、本実施形態におけるパッチアンテナを平面視した平面図であり、図８（Ｂ）は、パッチアンテナの側面図であり、図８（Ｃ）は、パッチアンテナの斜視図である。
【００４０】
パッチアンテナ３１０は、図８（Ａ）から図８（Ｃ）に示すように、平面視における全体形状が長方形状となっている。また、パッチアンテナ３１０の側面視における全体形状は、腕時計に組み込んだ場合における上面の高さサイズがバンド１０２ａ側から本体ケース１０１側に向けて増加するように形成されている。つまり、パッチアンテナ３１０の上面は、バンド１０２ａ側から本体ケース１０１側に向けて上向き傾斜を有する傾斜面となっており、パッチアンテナ３１０は、側面視において台形状となっている。
【００４１】
本実施形態において、誘電体３１１は、平行する２辺（図８（Ａ）辺Ｗａ及び辺Ｗｂ）のうちの一方側の辺（図８（Ａ）において辺Ｗａ）から他方側の辺（図８（Ａ）において辺Ｗｂ）に向かって厚みが厚くなる側面視台形状に形成されている。
誘電体３１１は、断面積の大きい側に配置される単位誘電体３１１ｂの比誘電率を断面積の小さい側に配置される単位誘電体３１１ａの比誘電率よりも小さくなるように比誘電率を変えることにより実効誘電率が調整されている。
【００４２】
放射素子３１２の一辺の長さサイズは、誘電体３１１の実効誘電率εによる波長短縮効果を考慮した長さサイズに調整される。
【００４３】
また、本実施形態では、接地導体３１３は、平面視で誘電体３１１と同等の大きさ・形状となっている。
なお、この接地導体３１３は、誘電体３１１と同等の大きさ・形状である必要はなく、誘電体３１１よりも大きな形状となっていてもよい。
【００４４】
なお、その他の構成は、第１の実施形態と同様であることから、同一部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４５】
誘電体３１１の平面視における全体形状が長方形状であって、側面視台形状に形成されている場合、誘電体３１１全体を同じ材料で形成した単一構成とした場合には、電界周辺の誘電体３１１の体積が大きい側の方が体積小さい側よりも実効誘電率εによる波長短縮効果が大きくなるため、放射素子の一辺の長さは、断面積が大きい側の方が、断面積が小さい側の方よりも短くなる。この場合には、誘電体３１１の放射面に占める放射素子の面積が小さくなり、アンテナ利得の点で不利となる。
これに対して、誘電体３１１を本実施形態のように構成した場合には、誘電体３１１の厚みが部分により異なる場合でも、誘電体３１１の比誘電率を場所により異ならせることによって、誘電体３１１の実効誘電率εによる波長短縮効果を考慮した場合の放射素子３１２の一辺の長さを誘電体３１１の放射面の形状に合わせた長さサイズに調整することができ、誘電体３１１の放射面に占める放射素子３１２の面積を広くすることができる。
【００４６】
以上のように、本実施形態のパッチアンテナ３１０及びこのようなパッチアンテナ３１０を備える腕時計１００によれば、第１の実施形態と同様の効果を得られる他、以下の効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態では、腕時計１００等の無線通信機器に設けられている収納部が平面視において長方形状であり、バンド１０２ａ側から本体ケース１０１側に向けて増加するように側面視において台形状となっている場合でも、パッチアンテナ３１０を収納部の形状に沿う形状とすることができる。そしてこの場合でも、誘電体３１１の放射面に占める放射素子３１２の面積を広くすることができるため、アンテナ利得において有利なアンテナとすることができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、図８（Ａ）から図８（Ｃ）に示すように、誘電体３１１を比誘電率の異なる２つの単位誘電体３１１ａ，３１１ｂで構成する場合を例示したが、誘電体３１１を構成する単位誘電体の数は２つに限定されない。
例えば、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、パッチアンテナ４１０の誘電体４１１を３つの単位誘電体４１１ａ，４１１ｂ，４１１ｃで構成してもよい。
この場合には、最も断面積の小さい側の実効誘電率εが最も大きく、最も断面積の大きい側の実効誘電率εが最も小さくなるように単位誘電体４１１ａ，４１１ｂ，４１１ｃの比誘電率を調整する。すなわち、最も断面積の小さい側に配置される単位誘電体４１１ａの実効誘電率ε１、最も断面積の大きい側に配置される単位誘電体４１１ｃの実効誘電率ε３、単位誘電体４１１ａ，４１１ｃの間に配置される単位誘電体４１１ｂの実効誘電率ε２とした場合、ε１＞ε２＞ε３となるようにする。
これにより、放射素子４１２を最も断面積の小さい側の配置される辺Ｌａの長さＬ１と最も断面積の大きい側の配置される辺Ｌｂの長さＬ２とをほぼ等しい長さにすることができ、放射面に占める放射素子４１２の面積を大きくすることができる。
なお、誘電体４１１を４つ以上の単位誘電体で構成した場合も同様である。
【００４８】
また、本実施形態では、平行する２辺のうちの一方側の辺から他方側の辺に向かって比誘電率の異なる材料で形成された複数の単位誘電体３１１ａ，３１１ｂを並べて配置することで誘電体３１１を構成する場合を例示したが、誘電体の構成はこれに限定されない。
例えば、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、比誘電率の異なる材料で形成された複数の単位誘電体５１１ａ，５１１ｂを、それぞれ平行する２辺のうちの一方側の辺から他方側の辺に向かって厚さサイズが変化するように、側面視三角形状又は台形状に形成し、一方の単位誘電体５１１ａ，５１１ｂの厚みの厚い側が他方の単位誘電体５１１ａ，５１１ｂの厚みの薄い側と重なり合うように重畳配置して誘電体５１１を構成するようにしてもよい。
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）のように、単位誘電体５１１ｂの厚みの厚い側の方の高さ寸法が単位誘電体５１１ａの厚みの厚い側の方の高さ寸法よりも大きい場合、単位誘電体５１１ｂを構成する材料の比誘電率を、単位誘電体５１１ａを構成する材料の比誘電率より小さくすることで、誘電体５１１の電界周辺（すなわち、放射素子１１２の辺Ｌａ、Ｌｂ周辺）の実効誘電率をほぼ均一にすることができる。
これにより、放射素子５１２を最も断面積の小さい側の配置される辺Ｌａの長さＬ１と最も断面積の大きい側の配置される辺Ｌｂの長さＬ２とをほぼ等しい長さにすることができ、放射面に占める放射素子５１２の面積を大きくすることができる。
なお、誘電体５１１を３つ以上の単位誘電体を重畳配置して構成した場合も同様である。
【００４９】
以上、本発明の実施形態等について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものでなく、種々の変形が可能である。
【００５０】
例えば、第１の実施形態では、誘電体が、平行する２辺（図２（Ａ）等における辺Ｗａ，辺Ｗｂ）のうちの一方側の辺（図２（Ａ）等における辺Ｗａ）から他方側の辺（図２（Ａ）等における辺Ｗｂ）に向かって平行する２辺に沿う幅方向の長さが長くなる平面視台形状に形成されている場合を例とし、第２の実施形態では、誘電体が、平面視長方形状であって、平行する２辺（図８（Ａ）等における辺Ｗａ，辺Ｗｂ）のうちの一方側の辺（図８（Ａ）等における辺Ｗａ）から他方側の辺（図８（Ａ）等における辺Ｗｂ）に向かって厚みが厚くなる側面視台形状に形成されている場合を例としたが、誘電体の形状は、これに限定されない。
例えば、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、無線通信機器である腕時計６００のバンド取付部６０１ａ，６０１ｂが、本体ケース１０１側からバンド１０２ａ又は１０２ｂ側に向けて幅が狭窄するように平面視等脚台形状に形成されており、上面の高さサイズがバンド１０２ａ，１０２ｂ側から本体ケース１０１側に向けて増加するように、側面視台形状に形成されている場合には、バンド取付部６０１ａ及び本体ケース１０１端部の形状に沿って、平面視で、バンド１０２ａ又は１０２ｂ側から本体ケース１０１側に向けて幅が拡開する等脚台形状であり、側面視で、バンド１０２ａ，１０２ｂ側から本体ケース１０１側に向けて高さが増加する台形状に収納部６０５を形成することができる。
この場合には、収納部６０５内に収納されるパッチアンテナ６１０もこの収納部６０５の形状に合わせて、平面視において等脚台形状であり、側面視で、バンド１０２ａ，１０２ｂ側から本体ケース１０１側に向けて高さサイズが増加する台形状としてもよい。
この場合も、接地導体６１３の上に配置される誘電体６１１を比誘電率の異なる２つの単位誘電体６１１ａ，６１１ｂで構成することで、断面積の大きい側の比誘電率が断面積の小さい側の比誘電率よりも小さくなるように比誘電率を変え、これによって誘電体６１１の実効誘電率を調整することができる。
これにより、図１２（Ａ）に示すように、放射素子６１２を最も断面積の小さい側の配置される辺Ｌａの長さＬ１と最も断面積の大きい側の配置される辺Ｌｂの長さＬ２とをほぼ等しい長さにすることができ、放射面に占める放射素子５１２の面積を大きくすることができる。
さらに、断面積の大きい側の実効誘電率が断面積の小さい側の実効誘電率よりも小さくなるように調整することにより、図１２（Ｂ）に示すように、放射素子６１２を最も断面積の小さい側の配置される辺Ｌａの長さＬ１と最も断面積の大きい側の配置される辺Ｌｂの長さＬ２とを、Ｌ１＜Ｌ２とすることができ、放射面に占める放射素子５１２の面積をより一層大きくすることができる。
なお、この場合も、誘電体６１１を３つ以上の単位誘電体で構成してもよい。また、誘電体６１１を、複数の単位誘電体を重畳配置することにより構成してもよい。
【００５１】
また、上記各実施形態では、長方形状又は台形状の放射素子を有するパッチアンテナについて説明したが、パッチアンテナは、放射素子の対向する１組の角部を切欠いたものであってもよい。
正方形の対向する１組の角部を切り欠いた形状の放射素子を備える場合でも、パッチアンテナを円偏波受信用のアンテナとして機能させることができる。
【００５２】
また、上記各実施形態では、１点給電式のパッチアンテナについて説明したが、本発明は、２点給電式のパッチアンテナにも適用することができる。
【００５３】
また、上記各実施形態では、無線通信機器としての腕時計にパッチアンテナを搭載する例について述べたが、無線通信機器は、例えば、デジタルカメラ、スマートフォン、小型のカー ナビゲーション装置（ＰＮＤ（Personal Navigation Device））等であってもよい。
【００５４】
以上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＞
平面視四角形状で平行する長方形の側面を一端及び他端に有し、一端から他端に向かって断面積が大きくなり、断面積の大きい側の比誘電率が断面積の小さい側の比誘電率よりも小さくなるように比誘電率を変えることで実効誘電率が調整された誘電体と、
この誘電体の表面に設けられ、受信すべき電波の周波数と前記誘電体の実効誘電率とに基づいて各辺の長さが調整された放射素子と、
前記誘電体の下面に配置された接地導体と、
前記放射素子に電気的に接続された給電部材と、
を備えていることを特徴とするパッチアンテナ。
＜請求項２＞
前記誘電体は、比誘電率の異なる複数の単位誘電体を接合することにより、実効誘電率が調整されていることを特徴とする請求項１に記載のパッチアンテナ。
＜請求項３＞
前記誘電体は、前記平行する２辺のうちの一方側の辺から他方側の辺に向かって前記平行する２辺に沿う幅方向の長さが長くなる平面視台形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパッチアンテナ。
＜請求項４＞
前記誘電体は、前記平行する２辺のうちの一方側の辺から他方側の辺に向かって厚みが厚くなる側面視台形状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
＜請求項５＞
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパッチアンテナと、
このパッチアンテナを収納する収納部と、を備え、
前記収納部は、平面視及び／又は側面視で前記パッチアンテナの形状に沿う形状に形成されていることを特徴とする無線通信機器。
＜請求項６＞
本体ケースと、
前記本体ケースにバンドを取り付けるためのバンド取付部と、を備え、
前記収納部は、前記バンド取付部、又は前記バンド取付部及びこれに連設される前記本体ケースの一部に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の無線通信機器。
【符号の説明】
【００５５】
１００    腕時計
１０１    バンド取付部
１０５    収納部
１１０    パッチアンテナ
１１１    誘電体
１１２    放射素子
１１３    接地導体
１２０    同軸ケーブル
【図１】
2014064095.tif 000003
【図２】
2014064095.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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