(57)【要約】【課題】実装スペースを狭小化することができるとともに、設計上の制約を抑制しつつ、電磁波の送受信特性に優れたアンテナ装置、及び、当該アンテナ装置を備えた電子機器を提供する。【解決手段】電子機器１００Ａは、筐体１１１に内蔵された本体アンテナ１１３と磁界結合する、電気的に独立した（無給電素子である）パッチタイプアンテナからなる外部アンテナ１２２を、筐体１１１の外方であって、本体アンテナ１１３に対向し、かつ、近接する領域に設けた構成を有している。そして、本体アンテナ１１３によって生じた近傍磁界を外部アンテナ１２２と磁界結合させて、強制的に外部アンテナ１２２を励振し、特定の方向に放射される偏波を発生させる。【選択図】図１
2015179928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力が供給されて特定の周波数の電磁波を送信又は受信する第１のアンテナ素子と、
前記第１のアンテナ素子と離間し、導電性を有する材料により形成されて電気的に独立して設けられて、前記電磁波を送信又は受信する第２のアンテナ素子と、
内部に密閉された空間を有する筐体と、
前記筐体に付設された、該筐体を対象物に装着するための装着帯と、
を備え、
前記第１のアンテナ素子は、前記筐体の内部に設けられ、
前記第２のアンテナ素子は、前記筐体の外部又は前記装着帯に設けられ、
前記第２のアンテナ素子はパッチタイプアンテナであり、前記第１のアンテナ素子によって生じた近傍磁界によって前記第１のアンテナ素子と磁界結合して、前記電磁波を送信又は受信することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記筐体の、前記第１のアンテナ素子に対向する領域の部材が、絶縁性を有する材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記筐体又は前記装着部材の、前記第２のアンテナ素子に接している領域の部材が、絶縁性を有する部材により形成され、
前記第２のアンテナ素子は、前記特定の周波数で共振する形状及び寸法を有していることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第２のアンテナ素子は、前記筐体の外部又は前記装着部材に対して、着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第２のアンテナ素子は、接地用の第１の金属層と、前記第１の金属層に対向して設けられて放射パッチをなす第２の金属層と、前記第１の金属層と前記第２の金属層とに挟まれた誘電体と、を有し、
前記筐体は、少なくとも一部に導電性部材を有して構成され、
前記第１の金属層は前記筐体の前記導電性部材に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記装着帯は、前記筐体に対する角度が可変に付設されており、
前記第１の金属層は、可撓性を有し、前記装着帯の前記筐体に対する角度の変化に追従して屈曲することを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第２のアンテナ素子は、可撓性を有する接地用の第１の導電性薄膜と、前記第１の導電性薄膜に対向して設けられ、可撓性を有する金属薄膜からなり放射パッチをなす第２の導電性薄膜と、前記第１の金属層と前記第２の金属層とに挟まれ、所定の誘電率を有して可撓性を有する薄膜誘電体と、有し、
前記装着帯は湾曲するように変形可能であり、
前記第２のアンテナ素子は、前記装着帯の変形に追従して変形することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記筐体は、少なくとも一部に導電性部材を有して構成され、
前記第１の導電性薄膜は前記筐体の前記導電性部材に電気的に接続されていることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
外部の機器との通信を制御する通信制御機能を有する電子機器本体部と、
前記請求項１乃至８のいずれかに記載のアンテナ装置と、
を備え、
前記第１のアンテナ素子に前記電子機器本体部から前記電力が供給されていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置及び電子機器に関し、特に、小型の筐体を有し、かつ、無線通信機能を備えた携帯型の電子機器に適用されるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォン（高機能携帯電話機）やタブレット型端末、デジタルカメラ、スポーツウォッチ（ランニングウォッチ）、登山用ＧＰＳ機器等のように、各種の無線通信機能を備えた携帯型の電子機器の普及が著しい。これらの電子機器においては、例えば公衆の無線通信回線（携帯電話回線、高速データ通信回線等）への接続機能や、無線ＬＡＮ（Local Area Network）やブルートゥース（Bluetooth（登録商標））等の近距離無線通信機能、ＧＰＳ（Global Positioning System；全地球測位システム）衛星からの電磁波を利用した測位機能等が搭載されている。
【０００３】
特に、近年の健康志向の高まりや趣味の多様化により、日常的にウォーキングやランニング、サイクリング等の運動を行って健康状態を維持、増進する人々や、登山やトレッキング等により自然の中で過ごす人々が増えている。このような場面で利用されるスポーツウォッチやアウトドア用の電子機器においては、近年益々高機能化が進んでおり、小型軽量であることに加え、例えば無線ＬＡＮやブルートゥース（Bluetooth（登録商標））等の近距離無線通信機能や、ＧＰＳ衛星からの電磁波の受信機能等を利用した様々な機能やサービスが提供されるようになっている。例えば特許文献１には、筐体内に配置された方形状のパッチアンテナにより、ＧＰＳ衛星からの電磁波を受信して時刻を修正する腕時計型端末（電波腕時計）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０８９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載されている腕時計型端末のような携帯型の電子機器においては、小型の筐体に多くの電子部品を内蔵する必要があるため、ＧＰＳや各種の無線通信のためのアンテナとして、小型のものを適用せざるを得ないという制約がある。そのため、電磁波の送受信効率の劣化や電磁波の狭帯域化等の、無線通信機能の性能劣化を招くという問題を有していた。
【０００６】
また、無線通信のためのアンテナとして、特許文献１に記載されているようなパッチアンテナ等を適用した場合、良好な送受信効率を実現するためには、アンテナのサイズ（面積と厚み）を考慮する必要がある。ここで、アンテナの性能を向上させるために、アンテナを大型化した場合には、アンテナ周辺の電子部品のレイアウト設計や、電子機器の筐体のサイズやデザインに影響を与える場合があるという問題を有していた。一方、筐体を小型化、薄型化しようとすると、アンテナの構造設計やアンテナの性能に制約が生じる場合があるという問題を有していた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、実装スペースを狭小化することができるとともに、設計上の制約を抑制しつつ、電磁波の送受信特性に優れたアンテナ装置、及び、当該アンテナ装置を備えた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るアンテナ装置は、
電力が供給されて特定の周波数の電磁波を送信又は受信する第１のアンテナ素子と、
前記第１のアンテナ素子と離間し、導電性を有する材料により形成されて電気的に独立して設けられて、前記電磁波を送信又は受信する第２のアンテナ素子と、
内部に密閉された空間を有する筐体と、
前記筐体に付設された、該筐体を対象物に装着するための装着帯と、
を備え、
前記第１のアンテナ素子は、前記筐体の内部に設けられ、
前記第２のアンテナ素子は、前記筐体の外部又は前記装着帯に設けられ、
前記第２のアンテナ素子はパッチタイプアンテナであり、前記第１のアンテナ素子によって生じた近傍磁界によって前記第１のアンテナ素子と磁界結合して、前記電磁波を送信又は受信することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る電子機器は、
外部の機器との通信を制御する通信制御機能を有する電子機器本体部と、
上記のアンテナ装置と、
を備え、
前記第１のアンテナ素子に前記電子機器本体部から前記電力が供給されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、各種の無線通信やＧＰＳ等に適用されるアンテナ装置において、実装スペースを狭小化することができるとともに、設計上の制約を抑制しつつ、優れた電磁波の送受信特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るアンテナ装置を適用した電子機器の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る電子機器の他の例を示す概略構成図である。
【図３】第１の実施形態に係る電子機器のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図４】第１の実施形態に係るアンテナ装置における外部アンテナの有無と電磁波の放射効率との関係を示すシミュレーション結果である。
【図５】第１の実施形態に係るアンテナ装置における右旋偏波利得のシミュレーション結果である。
【図６】本発明に係るアンテナ装置を適用した電子機器の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図７】本発明に係るアンテナ装置を適用した電子機器の第３の実施形態を示す概略構成図である。
【図８】本発明に係るアンテナ装置を適用した電子機器の第４の実施形態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るアンテナ装置及び電子機器について、実施形態を示して詳しく説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明に係るアンテナ装置を適用した電子機器の第１の実施形態を示す概略構成図である。ここで、図１（ａ）は、本実施形態に係る電子機器の外観構成の一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、本実施形態に係る電子機器の要部の拡大断面図であり、図１（ｃ）は、本実施形態に係る電子機器に適用される外部アンテナの概略構成を示す図である。なお、外部アンテナ１２２は、後述する図２に示すように、例えばベルト部１２０に設けられるものであるが、図１においては、図示を明瞭にするために、ベルト部１２０等を省略して外部アンテナ１２２のみを示し、外部アンテナ１２２に便宜的にハッチングを施して示した。
【００１３】
また、図２は、本実施形態に係る電子機器の他の例を示す概略構成図である。ここで、図２（ａ）は、本実施形態に係る電子機器の他の例の外観構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した電子機器をベルト部側から見た側面を示す図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示した電子機器におけるIIＣ−IIＣ線（本明細書においては図２中に示したローマ数字の「２」に対応する記号として便宜的に「II」を用いる。）に沿った断面構造を示す概略図である。なお、図２においても、図示を明瞭にするために、外部アンテナ１２２に便宜的にハッチングを施して示した。
【００１４】
また、図３は、本実施形態に係る電子機器のさらに他の例を示す概略構成図である。ここで、図３（ａ）は、本実施形態に係る電子機器のさらに他の例の外観構成を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した電子機器をベルト部側から見た側面を示す図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示した電子機器におけるIIIＢ部（本明細書においては図２中に示したローマ数字の「３」に対応する記号として便宜的に「III」を用いる。）に沿った断面構造を示す概略図である。なお、図３においても、図示を明瞭にするために、外部アンテナ１２２に便宜的にハッチングを施して示した。
【００１５】
第１の実施形態に係る電子機器の一例（電子機器１００Ａ）は、例えば図１（ａ）に示すように、矩形状の平面形状を有する一対の面（図面上面及び下面）が対向して配置された平板状（又は、タブレット形状）の筐体１１１を有している。筐体１１１の一面側（図面上面側）には、例えば表示部１１２が設けられ、電子機器１００Ａの動作や機能に応じた種々の情報が表示される。また、筐体１１１の一面側や側面には、例えば操作スイッチやタッチパネル等の入力操作部（図示を省略）が設けられ、ユーザにより電子機器１００Ａの動作や機能、表示部１１２に表示される情報を操作、設定する際に使用される。また、筐体１１１は、内部に密閉された空間を有し、例えば図１（ｂ）に示すように、電磁波の放射器となるアンテナ素子（以下、便宜的に「本体アンテナ」と記す；第１のアンテナ素子）１１３や絶縁性の回路基板１１４等が設けられている。本体アンテナ１１３は、回路基板１１４上に、通信回路（図示を省略）とともに搭載された構成を有している。また、本体アンテナ１１３に対向する筐体１１１の外部（図１（ａ）手前側又は図１（ｂ）左側の側面の外方）には、いずれの金属部品や導電性部材とも接触しておらず、電気的に独立した、外部から電力が供給されない無給電素子であるアンテナ素子（以下、便宜的に「外部アンテナ」と記す；第２のアンテナ素子）１２２が設けられている。
【００１６】
電子機器１００Ａの筐体１１１は、少なくとも筐体１１１の内部に設けられた本体アンテナ１１３と対向し、かつ、外部アンテナ１２２が設けられる側の側面部分及びその近傍が、樹脂材料等の絶縁性部材（具体的には、磁界を遮蔽しない部材）により形成されている。
【００１７】
筐体１１１に内蔵される本体アンテナ１１３及び通信回路は、例えば無線ＬＡＮやブルートゥース（Bluetooth（登録商標））等の近距離無線通信技術を用いて、電子機器１００Ａと外部の通信機器（パーソナルコンピュータやスマートフォン、ネットワーク機器等）との間で各種データを送受信する機能や、ＧＰＳ衛星からの電磁波を受信して、電子機器１００Ａを携帯するユーザの現在位置を測定する機能等を実現する。通信回路は、所望の通信機能を実現するために、本体アンテナ１１３に電力を供給し、当該本体アンテナ１１３を介して、所定の周波数の電磁波を送受信する。ここで、本体アンテナ１１３は、送受信する電磁波やその通信方式等に応じて、直線偏波用や円偏波用の各種のアンテナ素子が適用される。また、電子機器１００Ａにより実現される通信機能に応じて、回路基板１１４上には１乃至複数のアンテナ素子が搭載される。なお、図１（ａ）においては、本体アンテナ１１３として、小型かつ薄型の筐体１１１であっても内蔵が可能なチップアンテナを適用した場合の構成を示す。
【００１８】
外部アンテナ１２２は、例えば図１（ａ）（ｂ）に示すように、パッチタイプアンテナ（又はマイクロストリップアンテナ）が適用され、筐体１１１に内蔵された本体アンテナ１１３に対向する、筐体１１１の外方の所定の位置に設けられている。ここで、外部アンテナ１２２の設置方法は、特に限定するもではないが、例えば筐体１１１の表面に直接取り付けられているものであってもよいし、筐体１１１の一部分を延在させて、その表面に取り付けるものであってもよいし、外部アンテナ１２２の一部が筐体１１１に埋め込まれているものであってもよい。外部アンテナ１２２を筐体１１１に埋め込んだ構成においては、電子機器１００Ａの落下時や衝突時等の衝撃を和らげることができる。
【００１９】
外部アンテナ１２２は、具体的には、例えば図１（ｃ）に示すように、接地用の金属板（以下、「ＧＮＤ板」と記す；第１の金属層）１２２ｃ上に、セラミックス系の誘電率εの高い材料からなる誘電体１２２ｂと、金属板からなる放射パッチ（第２の金属層）１２２ａとが順次積層された構成を有している。ここで、外部アンテナ１２２を用いて、ＧＰＳの電磁波を受信する場合には、誘電体１２２ｂが比誘電率ε＝５０〜１００程度で厚み２〜６ｍｍを有した小形のパッチタイプアンテナを適用することができる。
【００２０】
このような電気的に独立した無給電素子である外部アンテナ１２２は、筐体１１１に内蔵された本体アンテナ１１３及びその周辺から放射される特定の周波数の電磁波に対して共振する磁界結合型の放射器として機能する。また、外部アンテナ１２２に適用されるパッチタイプアンテナは、放射パッチ１２２ａの上方（図１（ｃ）の上方）側の特定方向に強い電磁波（偏波）を放射する特性を有している。すなわち、本実施形態に係る電子機器１００Ａに適用されるアンテナ装置においては、本体アンテナ１１３によって生じた近傍磁界を、パッチタイプアンテナからなる外部アンテナ１２２と磁界結合させ、可逆定理から強制的に外部アンテナ１２２を励振し、目的に応じた特定の方向に放射される偏波を発生させることができる。したがって、本実施形態のアンテナ装置によれば、外部アンテナ１２２（特に、伝送線路である放射パッチ１２２ａや誘電体１２２ｂの誘電率ε）を適切に設計し、本体アンテナ１１３に対向する適切な位置に設置することにより、円偏波に対応したアンテナ装置や、指向性制御が可能なアンテナ装置を実現することができる。
【００２１】
なお、本実施形態に係る電子機器１００Ａにおいては、図１（ａ）に示したように、筐体１１１が平板状（又は、タブレット形状）の外観形状を有し、その外方の所定の位置に、外部アンテナ１２２を設けた構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る電子機器は、例えば図２、図３に示すように、筐体１１１を有する機器本体１１０にベルト部１２０が付設された腕時計型（又はリストバンド型）の電子機器１００Ｂ、１００Ｂにおいて、筐体１１１の外方であって、本体アンテナ１１３に対向する所定の位置に外部アンテナ１２２を設けた構成を有するものであってもよい。
【００２２】
具体的には、図２に示す電子機器１００Ｂは、上述した実施形態（図１（ａ）、（ｂ））に示した電子機器１００Ａと同等の筐体１１１を有する機器本体１１０と、機器本体１１０を手首等の人体（対象物）に装着するためのベルト部（装着帯）１２０と、を備えた腕時計型の形状を有している。
【００２３】
ベルト部１２０は、ウレタン樹脂等の絶縁性材料からなる帯状部材１２１を有し、例えば図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、機器本体１１０の他面側（図面下面側）であって、かつ、筐体１１１の対向する一対の側面（図２（ｃ）の左右両側の側面）近傍に、それぞれ取り付けられている。帯状部材１２１には、筐体１１１に内蔵された本体アンテナ１１３に対向し、かつ、本体アンテナ１１３と近接する領域に、図１（ｃ）に示した外部アンテナ１２２が設けられている。ここで、外部アンテナ１２２は、例えば帯状部材１２１の表面に直接取り付けられているものであってもよいし、外部アンテナ１２２の一部又は全部が帯状部材１２１に埋め込まれているものであってもよい。外部アンテナ１２２を帯状部材１２１に埋め込んだ構成においては、電子機器１００Ｂの落下時や衝突時等での外部アンテナ１２２に対する衝撃を和らげることができる。
【００２４】
また、図３に示す電子機器１００Ｃは、図２に示した電子機器１００Ｂと同様に、腕時計型の形状を有し、特に、機器本体１１０の装着面（人体への密着面）が、手首等の人体に装着する際の密着感や装着感を向上させるために湾曲した形状を有している。具体的には、機器本体１１０は、表示部１１２や回路基板１１４等が設けられた筐体１１１の主要部１１１ａから対向する２方向（図３（ｃ）の左右両方向）に、それぞれ装着される人体に沿って延在する延長部１１１ｂを有している。この延長部１１１ｂの端部には、機器本体１１０を人体に装着するためのベルト部１２０が取り付けられている。
【００２５】
筐体１１１の延長部１１１ｂには、例えば図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、電磁波の放射器となる本体アンテナ１１３が設けられている。この本体アンテナ１１３は、主要部１１１ａに設けられた回路基板１１４に搭載された通信回路（図示を省略）に電気的に接続されている。そして、筐体１１１の延長部１１１ｂに内蔵された本体アンテナ１１３に対向し、かつ、近接する領域に、図１（ｃ）に示した外部アンテナ１２２が設けられている。ここで、外部アンテナ１２２は、例えば延長部１１１ｂの表面に直接取り付けられているものであってもよいし、外部アンテナ１２２の一部又は全部が延長部１１１ｂに埋め込まれているものであってもよい。外部アンテナ１２２を筐体１１１の延長部１１１ｂに埋め込んだ構成においては、電子機器１００Ｃの落下時や衝突時等での外部アンテナ１２２に対する衝撃を和らげることができる。
【００２６】
上述したように、本実施形態に係るアンテナ装置は、図１〜図３に示すように、機器本体１１０の筐体１１１の内部に設けられた本体アンテナ１１３に対向し、かつ、近接する領域であって、筐体１１１又は帯状部材１２１の外方や表面に、電気的に独立した（無給電素子である）外部アンテナ１２２が設けられた構成を有している。ここで、外部アンテナ１２２は、筐体１１１の内部に設けられた本体アンテナ１１３により送受信される電磁波の周波数で共振する所定の形状や寸法を有し、所定の位置に配置されている。
【００２７】
このような構成を有するアンテナ装置によれば、本体アンテナ１１３と磁界結合するパッチタイプアンテナからなる外部アンテナ１２２を、本体アンテナ１１３が内蔵された筐体１１１の外方に設けた簡易な構成により、外部アンテナ１２２の上面側の半球の特定方向の偏波に対する送受信特性（アンテナ特性）を改善することができ、ＧＰＳ等の衛星から送信される電磁波を良好に受信することができる。したがって、筐体１１１に内蔵される本体アンテナ１１３として、小型や薄型のアンテナを適用することができるので、本体アンテナ１１３周辺の電子部品のレイアウト設計や、筐体１１１や機器本体１１０のデザインに与える影響を抑制することができ、筐体１１１や機器本体１１０を小型化しつつ、電磁波の送受信特性に優れたアンテナ装置を実現することができる。
【００２８】
（作用効果の検証）
次に、本実施形態における効果（電磁波の送受信特性の改善効果）について、シミュレーション実験の結果を示して具体的に説明する。ここでは、本実施形態に係るアンテナ装置における外部アンテナ１２２の有無と電磁波の送受信特性（アンテナ特性）との関係について説明する。
【００２９】
図４は、本実施形態に係るアンテナ装置における外部アンテナの有無と電磁波の放射効率との関係を示すシミュレーション結果である。ここで、図４（ａ）は、電子機器を人体に装着していない場合（自由空間）のシミュレーション結果であり、図４（ｂ）は、電子機器を人体に装着した場合（疑似腕あり）のシミュレーション結果である。また、図５は、本実施形態に係るアンテナ装置における右旋偏波利得のシミュレーション結果である。ここで、図５（ａ）は、電子機器を人体に装着していない場合（自由空間）のシミュレーション結果であり、図５（ｂ）は、電子機器を人体に装着した場合（疑似腕あり）のシミュレーション結果である。
【００３０】
一般に、無線通信機能を搭載した電子機器を人体に装着した状態や、携帯した状態で使用する場合、導電体である人体は伝送線路として機能したり、雑音源となったりすることがある。そこで、本実施形態においては、アンテナ装置を搭載した電子機器を、人体に装着していない場合（人体の影響を受けない非装着の状態；自由空間）と、人体に装着した場合（人体の影響を受ける装着状態；疑似腕あり）とについて、電磁波の放射効率、及び、右旋偏波利得を導出する各シミュレーション実験を行った。ここでは、本体アンテナ１１３により送受信される電磁波として、ＧＰＳに適用される１．５７５４２ＧＨｚの周波数を有する電磁波（右旋偏波）を用い、外部アンテナ１２２の有無と電磁波の放射効率との関係、及び、外部アンテナ１２２の有無と右旋偏波利得との関係を検証した。また、電子機器を人体に装着した状態においては、人体と同等の誘電率を有する疑似腕に装着した状態（疑似腕あり）における電磁波の放射効率及び右旋偏波利得を検証した。また、電子機器を人体に装着していない状態においては、疑似腕を用いず、自由空間での電磁波の放射効率及び右旋偏波利得を検証した。なお、図４（ａ）、（ｂ）において、ＳＦ１、ＳＣ１は、本実施形態に係る外部アンテナ１２２が設けられていない場合の電磁波の放射効率の変化特性であり、ＳＦ２、ＳＣ２は、外部アンテナ１２２が設けられている場合の電磁波の放射効率の変化特性である。また、ＳＦ３、ＳＣ３は、外部アンテナ１２２が設けられている場合の電磁波の放射効率の変化特性ＳＦ２、ＳＣ２について、ＧＰＳに適用される１．５７５４２ＧＨｚの周波数で放射効率が最大になるように調整処理（チューニング）を行った後の変化特性である。また、図５（ａ）、（ｂ）において、「液晶面上」とは、電子機器の筐体１１１の上面（又は表示部１１２）を天頂方向に向けてユーザが上方から表示部１１２を見ている状態を意味する。また、「起立姿勢」とは、例えばユーザが電子機器を左手首に装着して立っている（若しくは歩いている）状態であって、時計の文字盤を想定した場合に９時方向が天頂方向に向いた状態を意味する。また、「ランニング」とは、ユーザがランニングをしている状態であって、時計の文字盤を想定した場合に６時方向が天頂方向を向いた状態を意味する。
【００３１】
これによれば、電子機器を人体に装着していない状態（自由空間）における電磁波の放射効率は、図４（ａ）に示すように、本実施形態に係る外部アンテナ１２２が設けられていない場合には、ＧＰＳに適用される１．５７５４２ＧＨｚの周波数で−７．４ｄＢの放射効率を示した。これに対して（図中、放射効率の変化特性ＳＦ１）、外部アンテナ１２２が設けられている場合には、−４．６ｄＢの高い放射効率を示した（図中、放射効率の変化特性ＳＦ３）。すなわち、本実施形態に係る外部アンテナ１２２を設けることにより、放射効率が２．８ｄＢ程度、大幅に改善することが判明した。
【００３２】
また、電子機器を人体に装着した状態（疑似腕あり）における電磁波の放射効率は、図４（ｂ）に示すように、本実施形態に係る外部アンテナ１２２が設けられていない場合には、ＧＰＳに適用される１．５７５４２ＧＨｚの周波数で−１１．４ｄＢの放射効率を示した。これに対して（図中、放射効率の変化特性ＳＣ１）、外部アンテナ１２２が設けられている場合には、−６．７ｄＢの高い放射効率を示した（図中、放射効率の変化特性ＳＣ３）。すなわち、本実施形態に係る外部アンテナ１２２を設けることにより、放射効率が４．７ｄＢ程度、大幅に改善することが判明した。
【００３３】
ここで、図４（ｂ）に示したように、電子機器を疑似腕に装着した状態で特に改善効果が大きい結果が得られたのは、本実施形態における外部アンテナ１２２としてパッチタイプアンテナを適用したことにより、電磁波の指向特性が片半球方向に強く放射することによるものと考えられる。
【００３４】
また、電子機器を人体に装着していない状態（自由空間）における右旋偏波利得は、図５（ａ）に示すように、「液晶面上」、「起立姿勢」、「ランニング」のいずれの状態においても、本実施形態に係る外部アンテナ１２２が設けられていない場合に比較して、外部アンテナ１２２が設けられている場合の方が概ね１．０〜２．０ｄＢ程度、高い数値を示した。
【００３５】
また、電子機器を人体に装着した状態（疑似腕あり）における右旋偏波利得は、図５（ｂ）に示すように、「液晶面上」、「起立姿勢」、「ランニング」のいずれの状態においても、本実施形態に係る外部アンテナ１２２が設けられていない場合に比較して、外部アンテナ１２２が設けられている場合の方が概ね３．０ｄＢ程度、高い数値を示した。すなわち、本実施形態に係る外部アンテナ１２２を設けることにより、電子機器の実際の使用状態を想定した特性の検証においても右旋偏波特性が大幅に改善することが判明した。
【００３６】
これらのシミュレーション実験の結果によれば、本体アンテナ１１３と磁界結合する外部アンテナ１２２として、電磁波の放射方向が半球側に偏っているパッチタイプアンテナを適用することにより、人体に装着したときに生じる損失を抑制することができるので、電磁波の送受信特性を大幅に改善することができる。また、外部アンテナ１２２としてパッチタイプアンテナを適用することにより、回転偏波を受信することができるので、ＧＰＳ等の衛星からの電磁波を良好に受信することができる。
【００３７】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る電子機器の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態においては、平板状（又は、タブレット形状）の筐体１１１を有する電子機器１００Ａや、腕時計型の形状を有する電子機器１００Ｂ、１００Ｃにおいて、筐体１１１の外方の所定の位置に、外部アンテナ１２２を固定的に設置（筐体１１１やベルト部１２０の表面に直接取り付け、又は、埋め込みした）構成を示した。第２の実施形態においては、第１の実施形態に示した外部アンテナ１２２が、筐体１１１やベルト部１２０に対して着脱可能なように構成されている。
【００３８】
図６は、本発明に係るアンテナ装置を適用した電子機器の第２の実施形態を示す概略構成図である。ここで、図６（ａ）、（ｃ）は、本実施形態に係る電子機器の外観構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、本実施形態に係る電子機器の断面構造を示す概略図である。なお、図６（ａ）、（ｃ）においては、図示を明瞭にするために、外部アンテナ１２２に便宜的にハッチングを施して示した。また、上述した第１の実施形態と同等の構成については同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００３９】
第２の実施形態に係る電子機器の一例（電子機器１００Ｂ、１００Ｃ）は、例えば図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、上述した第１の実施形態と同等の構成において、筐体１１１に内蔵された本体アンテナ１１３に対向し、かつ、近接する領域の、筐体１１１やベルト部１２０の表面に着脱可能なように、外部アンテナ１２２が取り付けられた構成を有している。ここで、外部アンテナ１２２の取り付け位置は、例えば電磁波の送受信特性が最適となる領域を予め設定して、当該領域に外部アンテナ１２２を着脱可能に取り付けるものであってもよいし、電子機器１００Ｂ、１００Ｃ周辺の電波の送受信環境に応じて、例えばユーザが任意に取り付け位置を変更することにより送受信特性を調整することができるようにしたものであってもよい。外部アンテナ１２２の取り付け構造は、具体的には、取り付け位置が予め設定されている場合には、例えば筐体１１１やベルト部１２０に予め設けられた取り付けベースに対して、アタッチメント等の取り付け部材を介して外部アンテナ１２２を所定の位置に着脱可能に取り付ける構成を適用することができる。また、取り付け位置を任意に変更、調整する場合には、例えば筐体１１１やベルト部１２０の外形に沿わせてスライドさせる取り付け部材や、着脱可能なテープ部材や粘着部材を介して外部アンテナ１２２を任意の位置に取り付ける構成を適用することができる。
【００４０】
このような構成を有するアンテナ装置によれば、ユーザは、電子機器周辺の電磁波の送受信環境や電子機器の使用用途に応じて、外部アンテナ１２２の着脱を使い分けることができる。すなわち、電子機器において無線通信やＧＰＳ測位等の電磁波の送受信を必要とする機能を使用する場合には、外部アンテナ１２２を筐体１１１やベルト部１２０の所定の位置（本体アンテナ１１３に対向し、かつ、近接する位置）に取り付ける、又は、近付ける、さらには、取り付け位置を調整することにより、電磁波の送受信特性を改善した状態で電磁波の送受信を良好に行うことができる。また、電子機器が複数の無線通信機能を備え、筐体１１１に各通信方式に対応した複数の本体アンテナ１１３を内蔵している場合には、各通信方式に対応した外部アンテナを、筐体１１１やベルト部１２０の所定の位置に複数取り付け、又は、付け替えることにより、各通信方式における電磁波の送受信特性を改善した状態で電磁波の送受信を良好に行うことができる。一方、電子機器において電磁波の送受信を必要とする機能を使用していない場合には、外部アンテナ１２２を所定の位置から取り外し、又は、遠ざけることにより、電子機器表面の凹凸をなくしたり、電子機器を軽量化したりして、使用時の利便性や快適性を向上させることができる。
【００４１】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る電子機器の第３の実施形態について説明する。
上述した第１及び第２の実施形態においては、外部アンテナ１２２として、電子機器１００Ａ〜１００Ｃを構成する、いずれの金属部品や導電性部材とも接触しておらず、電気的に独立した状態で、筐体１１１やベルト部１２０に取り付けられた構成を示した。第３の実施形態においては、第１の実施形態に示した外部アンテナ１２２のＧＮＤ板１２２ｃが、筐体１１１裏面の金属製の部材（例えば裏蓋）に電気的に接続された構成を有している。
【００４２】
図７は、本発明に係るアンテナ装置を適用した電子機器の第３の実施形態を示す概略構成図である。ここで、図７（ａ）は、本実施形態に係る電子機器の外観構成を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、本実施形態に係る電子機器の要部を示す拡大断面図である。なお、図７（ａ）においては、図示を明瞭にするために、外部アンテナ１２２に便宜的にハッチングを施して示した。また、上述した第１の実施形態と同等の構成については同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００４３】
第３の実施形態に係る電子機器の一例（電子機器１００Ｂ）は、例えば図７（ａ）、（ｂ）に示すように、上述した第１の実施形態と同等の構成において、筐体１１１やベルト部１２０の所定の位置に取り付けられた外部アンテナ１２２のＧＮＤ板１２２ｃが、筐体１１１裏面側（図面下面側）にまで延在し、筐体１１１内部の空間を閉止する金属製の裏蓋（導電性部材）１１５に電気的に接続された構成を有している。ここで、裏蓋１１５は、筐体１１１内部の空間を閉止するとともに、筐体１１１に内蔵される回路基板１１４や本体アンテナ１１３、通信回路における接地電位点や、電磁シールドや静電シールドの接地電位点として使用されている。
【００４４】
このような構成を有するアンテナ装置によれば、外部アンテナ１２２のＧＮＤ板１２２ｃが筐体１１１の裏蓋１１５に接続されて基準電位が安定するので、電磁波の送受信特性を安定化させて、より改善することができ、電磁波の送受信を良好に行うことができる。
【００４５】
なお、本実施形態に係るアンテナ装置を、図７に示したように、腕時計型の形状を有する電子機器１００Ｂに適用し、ベルト部１２０の所定の位置に外部アンテナ１２２を取り付けた場合、一般に、ベルト部１２０が筐体１１１に対して移動又は回動する（すなわち、筐体１１１とベルト部１２０との角度が変わる）ように構成されている。そこで、外部アンテナ１２２のＧＮＤ板１２２ｃとして、例えばバネ材等の可撓性（フレキシブル性）や屈曲性を有する導電性の部材を適用することにより、ベルト部１２０の移動や回動（角度の変化）に応じてＧＮＤ板１２２ｃも屈曲するようにしてもよい。また、この場合、ＧＮＤ板１２２ｃの一端側が裏蓋１１５に接続固定されているため、ベルト部１２０の移動に伴って、外部アンテナ１２２の取り付け位置が変化する場合がある。その場合には、外部アンテナ１２２がベルト部１２０上で適宜スライドするような機構を設けてもよい。
【００４６】
また、ベルト部１２０が移動や回動した場合であっても、外部アンテナ１２２が取り付けられている領域まではベルト部１２０に変形が生じない構造となっている場合には、ＧＮＤ板１２２ｃは外部アンテナが取り付けられている所定の位置から裏蓋１１５まで一定の角度を有して延在するように形成されているものであってもよい。この場合には、ベルト部１２０の外部アンテナ１２２が取り付けられている所定の位置から先（図面下方）の部分が人体（腕等）に合わせて湾曲可能な構成を有している。さらに、この場合、電子機器１００Ｂ周辺の温度変化による外部アンテナ１２２への応力の発生を抑制するため、ＧＮＤ板１２２ｃが接続される筐体１１１やベルト部１２０の部材と、ＧＮＤ板１２２ｃの部材との熱膨張係数を合わせるようにしてもよい。
【００４７】
さらに、筐体１１１が、上記の裏蓋１１５以外の部分も金属製である場合には、外部アンテナ１２２のＧＮＤ板１２２ｃを、筐体１１１の裏蓋１１５に接続する本実施形態の構成に限定されるものではなく、裏蓋１１５以外の筐体１１１を構成する金属部分や導電性部材に接続する形態であってもよい。ここで、筐体１１１と外部アンテナ１２２のＧＮＤ板１２２ｃとの接続形態について、どの形態が現実的で好ましい形態であるかは、筐体１１１とベルト部１２０との接続構造や、筐体１１１やベルト部１２０と外部アンテナ１２２との取り付け構造等、種々の要因に依存する。特に、ＧＮＤ板１２２ｃを筐体１１１の裏蓋１１５以外の金属部分に接続する場合には、少なくとも筐体１１１に内蔵された本体アンテナ１１３から放射される電磁波を遮蔽しない部分に、ＧＮＤ板１２２ｃを形成する必要がある。このような観点に基づくと、図７に示した腕時計型の形状を有する電子機器１００Ｂにおいては、外部アンテナ１２２のＧＮＤ板１２２ｃを筐体１１１の金属製の裏蓋１１５に接続する形態が、ＧＮＤ板１２２ｃへの負荷も少なく、より現実的な形態と考えられる。
【００４８】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係る電子機器の第４の実施形態について説明する。
上述した第１乃至第３の実施形態においては、パッチタイプアンテナからなる外部アンテナ１２２を、電子機器１００Ａ〜１００Ｃの筐体１１１やベルト部１２０の表面に取り付けた構成や、一部を埋め込んだ構成を示した。第４の実施形態においては、外部アンテナ１２２として薄膜積層構造を有するアンテナ素子を用い、湾曲するベルト部１２０の帯状部材１２１内部や表面に設けた構成を有している。
【００４９】
図８は、本発明に係るアンテナ装置を適用した電子機器の第４の実施形態を示す概略構成図である。ここで、図８（ａ）は、本実施形態に係る電子機器の外観構成を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、本実施形態に係る電子機器の要部を示す拡大断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ｂ）に示したVIIIＣ部（本明細書においては図８中に示したローマ数字の「８」に対応する記号として便宜的に「VIII」を用いる。）の拡大断面図である。断面構造を示す概略図である。なお、図８（ａ）においては、図示を明瞭にするために、外部アンテナ１２２に便宜的にハッチングを施して示した。また、上述した第１の実施形態と同等の構成については同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００５０】
第４の実施形態に係る電子機器の一例（電子機器１００Ｂ）は、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すように、上述した第１の実施形態と同等の構成において、ベルト部１２０の所定の位置に取り付けられる外部アンテナ１２２が、薄膜化（又は薄型化）されて、ベルト部１２０の帯状部材１２１の内部に埋め込まれた構成を有している。ここで、外部アンテナ１２２は、具体的には、例えば図８（ｃ）に示すように、接地用の導電性薄膜からなるＧＮＤ板１２２ｃ上に、誘電率εの高い材料からなる薄膜誘電体（誘電体シート）１２２ｄと、金属薄膜からなる放射パッチ１２２ａとが順次積層された構成を有している。このような薄膜積層構造を有する外部アンテナ１２２は、高い可撓性（フレキシブル性）や屈曲性を有している。そして、外部アンテナ１２２は、例えば帯状部材１２１の所定の領域に設けられた凹状の収納部（図示を省略）に収納された状態で、例えば帯状部材１２１と同等の素材のカバー部材により閉止することにより、帯状部材１２１の内部に埋め込まれる。あるいは、外部アンテナ１２２は、ベルト部１２０の所定の領域の表面に取り付けられる。
【００５１】
このような薄膜積層構造を有する外部アンテナ１２２においては、上述した第１乃至第３の実施形態に示したパッチタイプアンテナ（図１（ｃ）参照）に適用されるセラミックス系の誘電体１２２ｂに比較して、薄膜誘電体１２２ｄの誘電率が高くないため、平面視した場合の外形寸法を大きくせざるを得ない。一方、薄膜誘電体１２２ｄは、セラミックス系の誘電体１２２ｂに比較して、極めて薄く形成することができる。具体的には、上述した各実施形態に示した外部アンテナ１２２においては、２〜６ｍｍ程度の厚みを有する誘電体１２２ｂを適用しているが、本実施形態においては、例えば１ｍｍ以下の厚みの高誘電体ナノシートを適用することができる。これにより、本実施形態においては、薄膜誘電体１２２ｄを積層した外部アンテナ１２２を、帯状部材１２１の内部に埋め込んだ場合であっても、また、帯状部材１２１の表面に取り付けた場合であっても、帯状部材１２１の湾曲や変形に対応して外部アンテナ１２２を良好に湾曲や変形させることができる。したがって、外部アンテナ１２２の配置について、設計自由度を高めることができるとともに、筐体１１１や機器本体１１０を小型化しつつ、電磁波の送受信特性に優れたアンテナ装置を実現することができる。また、外部アンテナ１２２を帯状部材１２１の内部に埋め込んだ場合には、外部アンテナ１２２によるベルト部１２０や電子機器１００Ｂ全体のデザイン等への影響を抑制することができる。一方、外部アンテナ１２２をベルト部１２０の表面に取り付けた場合には、外部アンテナ１２２の形状等を適宜設定することにより、外部アンテナ１２２を電子機器１００Ｂの装飾やデザインの一部として組み込むことができ、商品価値を高めることができる。
【００５２】
なお、本実施形態に係るアンテナ装置は、上述した第２及び第３の実施形態に示した構成に適用するものであってもよい。すなわち、本実施形態に係る薄膜積層構造を有する外部アンテナ１２２を、ベルト部１２０に対して着脱可能に設けるものであってもよい。また、本実施形態に係る薄膜積層構造を有する外部アンテナ１２２のＧＮＤ板１２２ｃを延在させて、筐体１１１の裏蓋１１５に電気的に接続するものであってもよい。
【００５３】
なお、上述した各実施形態においては、本発明の適用対象として腕時計型の電子機器を示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、小型の筐体を有し、かつ、無線通信機能を備えた電子機器において、本体アンテナに近接して、電気的に独立した外部アンテナを設けたアンテナ装置を適用する際に、電子機器を装着した人体（ユーザ）の影響を受けて、十分な電磁波の送受信特性が得られない場合に、本発明を良好に適用することができる。
【００５４】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
【００５５】
（付記）
［１］
電力が供給されて特定の周波数の電磁波を送信又は受信する第１のアンテナ素子と、
前記第１のアンテナ素子と離間し、導電性を有する材料により形成されて電気的に独立して設けられて、前記電磁波を送信又は受信する第２のアンテナ素子と、
内部に密閉された空間を有する筐体と、
前記筐体に付設された、該筐体を対象物に装着するための装着帯と、
を備え、
前記第１のアンテナ素子は、前記筐体の内部に設けられ、
前記第２のアンテナ素子は、前記筐体の外部又は前記装着帯に設けられ、
前記第２のアンテナ素子はパッチタイプアンテナであり、前記第１のアンテナ素子によって生じた近傍磁界によって前記第１のアンテナ素子と磁界結合して、前記電磁波を送信又は受信することを特徴とするアンテナ装置。
【００５６】
［２］
前記筐体の、前記第１のアンテナ素子に対向する領域の部材が、絶縁性を有する材料により形成されていることを特徴とする［１］に記載のアンテナ装置。
【００５７】
［３］
前記筐体又は前記装着部材の、前記第２のアンテナ素子に接している領域の部材が、絶縁性を有する部材により形成され、
前記第２のアンテナ素子は、前記特定の周波数で共振する形状及び寸法を有していることを特徴とする［２］に記載のアンテナ装置。
【００５８】
［４］
前記第２のアンテナ素子は、前記筐体の外部又は前記装着部材に対して、着脱可能に設けられていることを特徴とする［２］又は［３］に記載のアンテナ装置。
【００５９】
［５］
前記第２のアンテナ素子は、接地用の第１の金属層と、前記第１の金属層に対向して設けられて放射パッチをなす第２の金属層と、前記第１の金属層と前記第２の金属層とに挟まれた誘電体と、を有し、
前記筐体は、少なくとも一部に導電性部材を有して構成され、
前記第１の金属層は前記筐体の前記導電性部材に電気的に接続されていることを特徴とする［１］乃至［４］のいずれかに記載のアンテナ装置。
【００６０】
［６］
前記装着帯は、前記筐体に対する角度が可変に付設されており、
前記第１の金属層は、可撓性を有し、前記装着帯の前記筐体に対する角度の変化に追従して屈曲することを特徴とする［５］に記載のアンテナ装置。
【００６１】
［７］
前記第２のアンテナ素子は、可撓性を有する接地用の第１の導電性薄膜と、前記第１の導電性薄膜に対向して設けられ、可撓性を有する金属薄膜からなり放射パッチをなす第２の導電性薄膜と、前記第１の金属層と前記第２の金属層とに挟まれ、所定の誘電率を有して可撓性を有する薄膜誘電体と、有し、
前記装着帯は湾曲するように変形可能であり、
前記第２のアンテナ素子は、前記装着帯の変形に追従して変形することを特徴とする［１］乃至［４］のいずれかに記載のアンテナ装置。
【００６２】
［８］
前記筐体は、少なくとも一部に導電性部材を有して構成され、
前記第１の導電性薄膜は前記筐体の前記導電性部材に電気的に接続されていることを特徴とする［７］に記載のアンテナ装置。
【００６３】
［９］
外部の機器との通信を制御する通信制御機能を有する電子機器本体部と、
前記［１］乃至［８］のいずれかに記載のアンテナ装置と、
を備え、
前記第１のアンテナ素子に前記電子機器本体部から前記電力が供給されていることを特徴とする電子機器。
【符号の説明】
【００６４】
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ    電子機器
１１０      機器本体
１１１      筐体
１１１ａ    主要部
１１１ｂ    延長部
１１２      表示部
１１３      本体アンテナ
１１４      回路基板
１１５      裏蓋
１２０      ベルト部
１２１      帯状部材
１２２      外部アンテナ
１２２ａ    放射パッチ
１２２ｂ    誘電体
１２２ｃ    ＧＮＤ板
１２２ｄ    薄膜誘電体
【図１】
2015179928.tif 000003
【図２】
2015179928.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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