(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
腕時計本体の内部に内蔵して設置されるヘリカルアンテナであって、前記腕時計を腕に装着して人体の正面に構えた状態において前記ヘリカルアンテナを人体から遠ざかる正面方向寄りに配置し、
前記ヘリカルアンテナの軸方向が前記腕に対して略平行に配置された主プリント基板と垂直になるよう配置し接続する手段を備え、
前記ヘリカルアンテナに対して前記腕を接地導体と見なし、前記腕に対して前記ヘリカルアンテナの主偏波方向が垂直となるように動作させたことを特徴とする腕時計型無線機用アンテナ装置。
【請求項２】
前記ヘリカルアンテナの軸方向が前記腕に対して略平行に配置された主プリント基板と垂直になるよう配置し接続する手段は、
前記ヘリカルアンテナが実装されたアンテナ用プリント基板と前記主プリント基板とをヘリカルアンテナの給電線を電気的に接続するコネクタが兼用するものであることを特徴とする請求項１記載の腕時計型無線機用アンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナ用プリント基板上に、ヘリカルアンテナ用の整合回路を実装したことを特徴とする請求項２記載の腕時計型無線機用アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にＰＨＳなどの腕時計型無線機用アンテナ装置に関し、特に腕に装着した状態において安定した無線性能を確保できるよう構成したものである。
【０００２】
【従来の技術】
腕に装着して使用する腕時計型無線機用アンテナ装置としては、小型または携帯性を確保するために、バンド内部に実装する方法や筺体内部に内蔵する方法が提案されている。バンド内部に構成される例としては、特開昭６１−１８１２０３号公報、特開平７−３２１６８９号公報、特開平８−３０７１２９号公報に示されるように、モノポールアンテナ、半波長ダイポールアンテナ、さらに、特開平３−１８１２０８号公報、特開平５−３４４６号公報、特開平５−２７６０５６号公報に示されるように、スロットアンテナ、ループアンテナをバンド内部に実装する方法が提案されている。このモノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、ループアンテナは、一般には、薄い板状金属片などの可塑性を有する導電体で構成され、バンド内部を介して腕時計本体内部の無線部に接続されている。
【０００３】
また、筺体内部に構成される例としては、特開平６−３３８８１９号公報、特開平８−３２１７０９号公報、特開平９−１２７２６７号公報に示されるように、ダイポールアンテナ、ループアンテナ、スロットアンテナを筺体内部に実装する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のバンド内蔵型のアンテナ装置では、腕に装着した場合、腕の影響によるアンテナ利得の劣化が大きく、かつインピーダンス変動が大きいという問題があった。例えばλ／２モノポールアンテナでは腕装着で約１５ｄＢの利得劣化が生じていた。また、アンテナ接続部が可動式であるために、複雑な構造になり、かつ可動部の断線など信頼性が低くなるという問題があった。また、構造が複雑なために組み立て性が悪いという問題があった。また、構造が複雑なために無線部の無線性能評価に繁雑な作業を必要とするという問題があった。
【０００５】
また、上記従来の筺体内蔵型のアンテナ装置では、内部無線回路への影響が大きく、かつアンテナの指向性を腕時計型として最適にできないという問題があった。また、アンテナ部は筺体に埋め込む構造や無線回路基板と筺体との隙間に配置される構造となるために、アンテナの給電部と無線回路基板とを電気的に接続するための構造が複雑になり、組み立て性が悪く、組み立てばらつきを抑え安定したアンテナ性能を得ることが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、腕装着時において高いアンテナ利得と良好なアンテナ指向性を確保することができ、かつ信頼性が高いアンテナ装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明のアンテナ装置では、腕時計本体の内部に内蔵して設置されるヘリカルアンテナであって、前記腕時計を腕に装着して人体の正面に構えた状態において前記ヘリカルアンテナを人体から遠ざかる正面方向寄りに配置し、前記ヘリカルアンテナの軸方向が前記腕に対して略平行に配置された主プリント基板と垂直になるよう配置し接続する手段を備え、前記ヘリカルアンテナに対して前記腕を接地導体と見なし、前記腕に対して前記ヘリカルアンテナの主偏波方向が垂直となるように動作させるように構成している。こうすることにより、腕に装着したときの利得劣化を防ぎ、インピーダンス変動が少なく、アンテナ実装に関する組み立て性を改善し、高い利得と良好なアンテナ指向性を確保することができる。
【００１０】
また、前記ヘリカルアンテナの軸方向が前記腕に対して略平行に配置された主プリント基板と垂直になるよう配置し接続する手段は、前記ヘリカルアンテナが実装されたアンテナ用プリント基板と前記主プリント基板とをヘリカルアンテナの給電線を電気的に接続するコネクタが兼用するように構成している。こうすることにより、構造が簡単で組み立て性が良く、常に安定したアンテナ性能を確保できる。
【００１１】
また、アンテナ用プリント基板上に、ヘリカルアンテナ用の整合回路を実装するように構成している。こうすることにより、プリント基板にはアンテナ用の整合回路が必要なくなるので、プリント基板単体での無線性能評価を容易に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、腕時計本体の内部に内蔵して設置されるヘリカルアンテナであって、前記腕時計を腕に装着して人体の正面に構えた状態において前記ヘリカルアンテナを人体から遠ざかる正面方向寄りに配置し、前記ヘリカルアンテナの軸方向が前記腕に対して略平行に配置された主プリント基板と垂直になるよう配置し接続する手段を備え、前記ヘリカルアンテナに対して前記腕を接地導体と見なし、前記腕に対して前記ヘリカルアンテナの主偏波方向が垂直となるように動作させたことを特徴とする腕時計型無線機のアンテナ装置としたものであり、腕に装着したときの利得劣化を防ぎ、インピーダンス変動が少なく、アンテナ実装に関する組み立て性を改善し、高い利得と良好なアンテナ指向性を確保することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記ヘリカルアンテナの軸方向が前記腕に対して略平行に配置された主プリント基板と垂直になるよう配置し接続する手段は、前記ヘリカルアンテナが実装されたアンテナ用プリント基板と前記主プリント基板とをヘリカルアンテナの給電線を電気的に接続するコネクタが兼用するものであることを特徴とする請求項１記載の腕時計型無線機のアンテナ装置としたものであり、構造が簡単で組み立て性が良く、常に安定したアンテナ性能を確保できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記アンテナ用プリント基板上に、ヘリカルアンテナ用の整合回路を実装したことを特徴とする請求項２記載の腕時計型無線機のアンテナ装置としたものであり、プリント基板にはアンテナ用の整合回路が必要となくなるので、プリント基板単体での無線性能評価を容易に行うことができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
第１の実施形態のアンテナ装置を実装した腕時計型無線機は、図１に示すように、腕４にバンド３によって装着された腕時計本体２と、その上部面に配置されたヘリカルアンテナ部１と、それの送受信信号を伝送する伝送線路５と、無線回路が実装された主プリント基板６を備えている。
【００１９】
ヘリカルアンテナ部１は、一般には、誘電体内部に形成されたチップ型ヘリカルアンテナが使用され、アンテナケース７によって保護されて、腕時計本体２の上部面に配置されている。ヘリカルアンテナ部１は、ノーマルモードヘリカルアンテナとして動作し、主偏波方向はヘリカルアンテナの軸方向、即ちＺ軸方向となり、アンテナ指向性はＸ−Ｙ平面で無指向性となる。また、ヘリカルアンテナ部１は無線回路が実装された主プリント基板６や腕４からある程度間隔を隔てて配置されているので、内部無線回路に与える影響を少なくでき、かつ内部無線回路や腕の近接効果によるアンテナ性能の劣化を抑えることができる。また、ヘリカルアンテナ部１を図１では腕４に垂直に立てているが、これに傾角を与えることでアンテナ指向性を変化することができる。
【００２０】
例えば、ＰＨＳなどの１．９ＧＨｚ帯の無線機においては、ヘリカルアンテナ部１の高さは約６ｍｍ程度と小型にできる。腕時計本体２の高さは一般に約１５ｍｍ程度であるため、ヘリカルアンテナ部１が腕時計本体２の上部面に突出する寸法は腕時計本体２の高さの半分以下となり、構造的にもデザイン的に機能的にも大きな問題とはならない。また、腕に装着した場合のアンテナ利得は、最大放射方向で約１ｄＢｉ程度となる。
【００２１】
このように、第１の実施形態のアンテナ装置では、内部無線回路へ与える影響が少なく、高い利得と良好な指向性を確保することができる。
【００２２】
（第２の実施の形態）
第２の実施形態のアンテナ装置を実装した腕時計型無線機は、図２に示すように、腕４にバンド３によって装着された腕時計本体２と、その内部に配置されたヘリカルアンテナ部１と、送受信信号を伝送する伝送線路５と、無線回路が実装された主プリント基板６を備えている。
【００２３】
この第２の実施形態は、図１の第１の実施形態において、ヘリカルアンテナ部１を、腕時計本体２の内部に内蔵し、腕４に対して軸方向が垂直になるように配置したものである。また、ヘリカルアンテナ部１が配置される腕時計本体２内部の位置は、腕４を人体８の正面に構えた状態において、人体８の正面方向（Ｘ方向）寄りに配置されている。ヘリカルアンテナ部１は、ノーマルモードヘリカルアンテナとして動作し、主偏波方向はヘリカルアンテナの軸方向、即ちＺ軸方向となる。この第２の実施形態においては、ヘリカルアンテナ部１と腕４の距離は比較的近くなるために、仮に、ヘリカルアンテナ部１の軸方向を腕４に対して水平に配置した場合、腕４のイメージ効果によリアンテナ利得が大きく劣化する。そこで、ヘリカルアンテナ部１に対して腕４を接地導体と見なし、それに対して軸方向を垂直に設置することで、腕装着時のアンテナ利得の劣化を抑圧し、安定したアンテナ性能が得られる。また、ヘリカルアンテナ部１は人体８の正面方向（Ｘ方向）寄りに配置されるので、ヘリカルアンテナ部１から見た人体８側に存在する腕時計内部の回路部品などの影響を受けることなく、人体８の正面方向に最大放射方向を向けることができる。
【００２４】
例えば、ＰＨＳなどの１．９ＧＨｚ帯の無線機においては、ヘリカルアンテナ部１の高さは約６ｍｍ程度と小型であるために腕時計本体２の内部に納まり、内蔵化することができる。また、腕に装着した場合のアンテナ利得は、最大放射方向で約−２ｄＢｉ程度となる。
【００２５】
このように、第２の実施形態のアンテナ装置では、腕装置時にアンテナ利得劣化が少なく、高い利得と良好な指向性を確保することができる。
【００２６】
（第３の実施の形態）
第３の実施形態のアンテナ装置を実装した腕時計型無線機は、図３に示すように、表面実装部品で構成されたヘリカルアンテナ部１が実装されたアンテナ用プリント基板９と、無線回路が実装された主プリント基板６とを垂直に接続するように構成されている。
【００２７】
ヘリカルアンテナ部１は、誘電体内部に形成されたチップ型ヘリカルアンテナを表面実装可能な構造にしたもので、給電端子１０と給電パターン１１が半田付けされる（一般にはリフロー）ことによってアンテナ用プリント基板９に実装される。また、アンテナ用プリント基板９は、給電パターン１１と給電パターン１２が半田付けされることによって主プリント基板６に垂直に接続される。したがって、ヘリカルアンテナ部１は、ケーブルなどを介さず直接主プリント基板６に取り付けられるとともに、主プリント基板６に対する取り付け位置の誤差を少なくすることができる。上記のように構成することで、従来のバンド内蔵型のアンテナ装置の課題であった、アンテナ接続部が可動式であるために複雑で信頼性が低く組み立て性が悪いという問題を根本的に解決することができる。また、従来の筺体内蔵型のアンテナ装置の課題であった、給電部の構造が複雑になり、組み立て性が悪く、組み立てばらつきが大きいという問題を根本的に解決することができる。
【００２８】
このように、第３の実施形態のアンテナ装置では、アンテナ実装に関する組み立て性が改善され、高い信頼性と安定したアンテナ特性を確保することができる。
【００２９】
（第４の実施の形態）
第４の実施形態のアンテナ装置を実装した腕時計型無線機は、図４に示すように、表面実装部品で構成されたヘリカルアンテナ部１と雄型高周波コネクタ１３が実装されたアンテナ用プリント基板９と、無線回路と雌型高周波コネクタ１４が実装された主プリント基板６が垂直に接続されている。
【００３０】
雄型高周波コネクタ１３及び雌型高周波コネクタ１４は高周波（例えば１．９ＧＨｚ帯）において損失が少なく、ある程度の機械的強度を保有した脱着可能なコネクタであり、ヘリカルアンテナ部１の給電部と無線回路を電気的に接続させ、かつプリント基板間の位置決めを兼ねているため、構造がきわめて簡単で組み立て性を良くすることができる。
【００３１】
このように、第４の実施形態のアンテナ装置では、構造が簡単で組み立て性が良く、常に安定したアンテナ特性を確保することができる。
【００３２】
（第５の実施の形態）
第５の実施形態のアンテナ装置を実装した腕時計型無線機は、図５に示すように、表面実装部品で構成されたヘリカルアンテナ部１と雄型高周波コネクタ１３とアンテナ用の整合回路１５が実装されたアンテナ用プリント基板９と、無線回路と雌型高周波コネクタ１４が実装された主プリント基板６から構成される。組み立て完成時には、雄型高周波コネクタ１３と雌型高周波コネクタ１４が接続されるが、組み立て前の主プリント基板６単体の動作チェック時には、雌型高周波コネクタ１４にケーブル１６及び無線性能測定器１７を接続することができる。
【００３３】
ヘリカルアンテナ部１の給電インピーダンスは一般に５０オーム系として設計されるが、実際の腕時計本体内部における実装状態や近接部品の影響により５０オームからずれることが多い。一方、無線回路側の給電系インピーダンスは５０オームで設計されるために、無線回路とアンテナ給電部の間に整合回路が必要となる。上記の整合回路を、例えば、主プリント基板６上に実装した場合、雌型高周波コネクタ１４端でのインピーダンスが５０オームからずれることになり、主プリント基板６単体の動作チェック時において測定系（一般に５０オーム系）を直接接続できないという不具合が生ずる。そこで第５の実施形態においては、整合回路１５をアンテナ用プリント基板９に実装し、雄型高周波コネクタ１３端でのインピーダンスを５０オーム系することで、主プリント基板６単体の動作チェック時において５０オーム系の測定系を直接接続できるように構成している。
【００３４】
このように、第５の実施形態のアンテナ装置では、主プリント基板６単体の無線性能評価を極めて容易に行なうことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、腕時計本体の内部に内蔵して設置されるヘリカルアンテナであって、前記腕時計を腕に装着して人体の正面に構えた状態において前記ヘリカルアンテナを人体から遠ざかる正面方向寄りに配置し、前記ヘリカルアンテナの軸方向が前記腕に対して略平行に配置された主プリント基板と垂直になるよう配置し接続する手段を備え、前記ヘリカルアンテナに対して前記腕を接地導体と見なし、前記腕に対して前記ヘリカルアンテナの主偏波方向が垂直となるように動作させたアンテナ装置は、腕に装着したときの利得劣化を防ぎ、インピーダンス変動が少なく、アンテナ実装に関する組み立て性を改善し、高い利得と良好なアンテナ指向性を確保することができる。
【００３８】
また、前記ヘリカルアンテナの軸方向が前記腕に対して略平行に配置された主プリント基板と垂直になるよう配置し接続する手段は、前記ヘリカルアンテナが実装されたアンテナ用プリント基板と前記主プリント基板とをヘリカルアンテナの給電線を電気的に接続するコネクタが兼用するように構成されたアンテナ装置は、構造が簡単で組み立て性が良く、常に安定したアンテナ性能を確保できる。
【００３９】
また、アンテナ用プリント基板上に、ヘリカルアンテナ用の整合回路を実装するアンテナ装置は、主プリント基板単体での無線性能評価を容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるアンテナ装置を装着した腕時計型無線機を示す構成図、
【図２】第２の実施の形熊におけるアンテナ装置を装着した腕時計型無線機を示す構成図、
【図３】第３の実施の形熊におけるアンテナ装置を装着した腕時計型無線機を示す構成図、
【図４】第４の実施の形態におけるアンテナ装置を装着した腕時計型無線機を示す構成図、
【図５】第５の実施の形態におけるアンテナ装置を装着した腕時計型無線機を示す構成図である。
【符号の説明】
１  ヘリカルアンテナ部
２  腕時計本体
３  バンド
４  腕
５  伝送線路
６  主プリント基板
７  アンテナケース
８  人体
９  アンテナ用プリント基板
１０  給電端子
１１  給電パターン
１２  給電パターン
１３  雄型高周波コネクタ
１４  雌型高周波コネクタ
１５  整合回路
１６  ケーブル
１７  無線性能測定器
【図１】
0003560455.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003560455.tif 000005
【図５】
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