(57)【要約】  本発明は、アンテナの分野に関し、特に、トランシーバを担持するように構成されたプリント回路基板、ＰＣＢを備えたアンテナ装置に関する。ＰＣＢは、導電性外壁内に配置されてそれにより導電性外壁とＰＣＢの間にアンテナギャップを形成するように構成される。
2020512790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランシーバ（３０）を担持するように構成されたプリント回路基板、ＰＣＢ（２０）を備え、
当該ＰＣＢ（２０）が導電性外壁（１０）内に配置されてそれにより前記導電性外壁（１０）と前記ＰＣＢ（２０）との間にアンテナギャップ（５０）を形成するように構成されている、アンテナ装置（１００）。
【請求項２】
さらに、前記トランシーバ（３０）を前記導電性外壁（１０）に接続するように配置されたフィード（４０）を備えている、請求項１に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項３】
前記フィード（４０）の接続要素が導電性シート（９０）により具現化される、請求項２に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項４】
前記導電性外壁（１０）を備えている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項５】
前記導電性外壁（１０）が金属製である、請求項４に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項６】
前記アンテナ装置（１００）が蓋（７０）を備え、前記蓋（７０）と前記導電性外壁（１０）との間に蓋ギャップ（８０）が存在する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項７】
前記蓋（７０）が金属製である、請求項６に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項８】
前記蓋（７０）が文字盤である、請求項６又は７に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項９】
前記アンテナ装置（１００）が裏蓋（６０）を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項１０】
前記裏蓋（６０）が金属製である、請求項９に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項１１】
前記ＰＣＢ（２０）が接地面を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項１２】
前記アンテナギャップ（５０）の周長が共振周波数の波長の半分である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項１３】
前記トランシーバ（３０）と無線周波数フィード（４０）との間に整合回路が配置されている、請求項１〜１２のいずれかに記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項１４】
さらに、少なくとも２つの接地ばねを備え、
当該接地ばねが、前記ＰＣＢ（２０）を前記導電性外壁（１０）に接続し、それにより、少なくとも１つのアクティブ領域及び少なくとも１つの非アクティブ領域を前記アンテナギャップ（５０）内に提供するように配置されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項１５】
前記アンテナ装置（１００）がスマートウォッチ内に封入されるべきものである、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００）を備えたスマートウォッチ。
【請求項１７】
プリント回路基板、ＰＣＢ（２０）を提供するステップを含み、
前記プリント回路基板、ＰＣＢ（２０）が、トランシーバ（３０）を担持するように構成され、且つ、前記プリント回路基板、ＰＣＢ（２０）が、導電性外壁（１０）内に配置されてそれにより前記導電性外壁（１０）と前記ＰＣＢ（２０）との間にアンテナギャップ（５０）を形成するように構成されている、アンテナ装置（１００）を提供する方法。
【請求項１８】
トランシーバ（３０）を担持するように構成されたプリント回路基板、ＰＣＢ（２０）を導電性外壁（１０）内に配置して、それにより前記導電性外壁（１０）と前記ＰＣＢ（２０）との間にアンテナギャップ（５０）を形成するステップを含む、アンテナ装置（１００）を提供する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年３月３０日に出願されたスウェーデン国特許出願第１７５０３７７−２号の利益を主張し、この出願を援用して本明細書の記載の一部とする、
【０００２】
本発明は、アンテナの分野に関し、特には、アンテナ装置、及び、改善されたアンテナを提供する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
アンテナは、１つの場所から別の場所に情報を送信及び／又は受信するための一種のインタフェースである。アンテナは、情報を送信するときに電力を電磁放射に変換し、情報を受信するときには電磁放射を電力に変換する電気デバイスである。電磁放射とは、電磁放射エネルギーを運ぶ空間を伝搬（放射）する電磁場の波のことである。電磁波は電場及び磁場の同期振動であり、真空中を光の速度で伝搬する。電磁波は、特には、３００ＧＨｚの高さから３ｋＨｚの低さまでの周波数を有する電波を含む。この範囲内の電磁波周波数はいずれも無線周波数と称される。電波は信号を空中で、ほぼ伝送損失を生じずに伝送できるため、所定距離で情報を送信するための良好な方法である。
【０００４】
アンテナは、無線を使用して別のエンティティと通信（情報／データの送信及び／又は受信）を行うための全ての機器の重要なコンポーネントである。アンテナは、ラジオ放送、モバイル端末、双方向ラジオ、及び放送テレビなどのシステム、並びにその他のデバイス、例えば、ガレージのドアの開閉装置、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）対応デバイス、スマートウォッチ、ワイヤレスコンピュータネットワーク、及び、商品のＲＦＩＤタグなどで使用されている。
【０００５】
アンテナは、目的とされる波長に合わせて寸法が設計される。アンテナは、特定用途のための特定のアンテナを選択又は設計する際に重要な多数の性能尺度により特徴付けられる。最も重要な因子は、指向特性、及び、これにより得られるゲインである。
【０００６】
指向性は、アンテナの放射パターンの「指向」(“directional”)性の尺度であり、放射が単一方向に集中される程度を測定する。アンテナゲインは、アンテナの指向性と電気効率とを組み合わせたものであり、アンテナの放射パターンの指向性及び電力密度の程度を示す。指向性が高いアンテナは、その電力の大部分を特定の方向に放射するが、指向性が低いアンテナは、より広い角度にわたり放射する。方向の関数としてのゲインのプロットを、放射パターンと称する。従って、放射パターンは、アンテナから放射される電力の変動を、アンテナから離れる方向の関数として画定する。さらに、アンテナ効率は、アンテナから放射される電力の、アンテナの入力電力に対する測定値である。
【０００７】
アンテナを機械的に設計する場合、アンテナの目的を最初に特定する必要がある。なぜなら、特定用途には、より適したタイプのアンテナがあるからである。また、アンテナの全体的な環境は、性能尺度にも影響を与えるため、周囲のコンポーネント及び材料特性に関して特定されるべきである。例えば、金属は電気及び磁気の伝導体であるため、電波を吸収して放射パターンを変える。従って、多くの金属を含む周囲環境は、重大な影響をアンテナに与えるため、アンテナを設計する際には、考慮し、対処する必要がある。
【０００８】
１９７０年代に最初のデジタル時計が発売された。それ以降、腕時計の開発は続いている。初期のシンプルなデジタルディスプレイ（場合により計算機も）を含むものから、１９９０年代後半に最初に発売されたスマートウォッチまでである。スマートウォッチは、計時を超えた機能と、他のエンティティとの通信機能とを備えた、コンピューター化された腕時計である。
【０００９】
しかし、腕時計（又はスマートウォッチ）、或いはその他の任意の通信デバイス内に通信機能を含めるためには、少なくとも１つのアンテナが含まれなければならない。最適な通信条件を得るために、時計（又はデバイス）の設計は、アンテナの種類及び設計が望ましい性能尺度に関連して選択されるアンテナの設計の後に行わねばならない。従って、目標の通信結果を得るために、第１にアンテナの設計及び性能を確実にする必要がある。アンテナを優先させる必要があるため、時計又はデバイスの設計は、アンテナに応じて行わねばならない。これは、最終製品（時計又はデバイス）の設計の可能性を制限することになる。これらの制限は、デバイスの形状及び寸法、並びに、デバイスの構成材料の両方に関連するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
アンテナの使用は近年劇的に増加している。１９００年代の初めには、世界中で数本のアンテナしか存在しなかったが、今日では人口よりも多数のアンテナが存在する。アンテナの使用は増え続けているようであり、将来的には、対象物（例えば、家庭、職場、店舗における全ての電子機器を含む）よりも多数のアンテナの使用が予測される。ほとんど全ての種類の対象物に、少なくとも１つの、おそらくはそれより多数のアンテナが含まれることが予想される。
【００１１】
上記に関して、本発明の発明者は、既存のアンテナには問題があり、所望の性能の全てにわたり無線信号を送受信可能なほど十分に効率的で、尚且つ部品数が最小限で非常に単純な、融通性のあるアンテナは存在しないと認識した。
【００１２】
本発明により解決すべき又は少なくとも軽減すべき１つの問題は、部品数が最小限で及びアンテナ実装のための多くの融通性を備えた非常に単純な効率的なアンテナを作製することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この問題は、第１の態様、すなわち、アンテナ装置であって、トランシーバを担持するように構成されたプリント回路基板、ＰＣＢを備え、当該ＰＣＢが導電性外壁内に配置されてそれにより前記導電性外壁と前記ＰＣＢとの間にアンテナギャップを形成するように構成されているアンテナ装置を提供することにより解決される。
【００１４】
一実施形態において、前記アンテナ装置は、さらに、前記トランシーバを前記導電性外壁に接続するように構成されたフィードを備えている。一実施形態において、前記フィードの接続要素が導電性シートにより具現化される。
【００１５】
一実施形態において、前記アンテナ装置は前記導電性外壁を備えている。一実施形態において、前記導電性外壁は金属製である。
【００１６】
一実施形態において、前記アンテナ装置は蓋を備え、前記蓋と前記導電性外壁との間に蓋ギャップが存在する。一実施形態において、前記蓋は金属製である。一実施形態において、前記蓋は文字盤である。
【００１７】
一実施形態において、前記アンテナ装置は裏蓋を含む。一実施形態において、前記裏蓋は金属製である。
【００１８】
一実施形態において、前記ＰＣＢは接地面を含む。
【００１９】
一実施形態において、前記アンテナギャップの周長は共振周波数の波長の半分である。
【００２０】
一実施形態において、前記トランシーバと無線周波数フィードとの間に整合回路が配置されている。
【００２１】
一実施形態において、前記アンテナ装置は、さらに、少なくとも２つの接地ばねを備え、これらの接地ばねは、前記ＰＣＢを前記導電性外壁に接続して、それにより、少なくとも１つのアクティブ領域及び少なくとも１つの非アクティブ領域を前記アンテナギャップ内に提供するように配置されている。
【００２２】
一実施形態において、前記アンテナ装置はスマートウォッチ内に封入されるべきものである。
【００２３】
本出願は、さらに、上記の実施形態によるアンテナ装置を備えたスマートウォッチを提供する。
【００２４】
また、本出願は、トランシーバを担持するように構成されたＰＣＢを提供するステップを含む、アンテナ装置を提供する方法も提供する。前記ＰＣＢは、導電性外壁内に配置されてそれにより前記導電性外壁と前記ＰＣＢとの間にアンテナギャップを形成するように構成されている。
【００２５】
また、本出願は、アンテナ装置を提供する方法であって、トランシーバを担持するように構成されたＰＣＢを導電性外壁内に配置して、それにより、前記導電性外壁と前記ＰＣＢとの間にアンテナギャップを形成するステップを含む方法も提供する。
【００２６】
本発明の発明者は、さらに、先行技術のスロットアンテナの設計を有用に改変してアンテナを構築することにより、効率的で融通性のあるアンテナを提供可能なことを、発明的で洞察的な推論を経て認識した。この設計改変は、スロットを伸長させ、２つのスロット端を接続させて複合ギャップを形成し、当該ギャップがアンテを形成することにより行われる。このアンテナも設計が単純である。このアンテナ装置には、内面及び外壁が設けられ、外壁は、アンテナ自体を含む製品のシールドもするケーシングとして使用され得る。このアンテナ装置は軽量で、最小限のスペースしか必要とせず、安価に製造できる。提案されるこの装置は、また、身体に装着された装置にとって非常に有益な衝撃吸収特性も提供する。
【００２７】
本明細書に教示された本発明は、データを送受信するためのアンテナを使用する任意のデバイスにおいて使用され得る。これらのデバイスは、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）対応デバイス、懐中時計、卓上時計、金属ケース付きスピーカーボックス、ウェアラブルデバイス（例えば、腕時計、ブレスレット、ペンダント型など）である。
【００２８】
開示される実施形態のその他の特徴及び利点は、以下の詳細な開示、添付の従属請求項、及び図面から明らかになるであろう。概して、特許請求の範囲で使用される全ての用語は、本明細書で明示的に定義されていない限り、当技術分野での通常の意味に従って解釈されるものとする。
【００２９】
用語「アンテナ」(“antenna”)、「アンテナシステム」(“antenna system”)、及び「アンテナ装置」(“antenna arrangement”)への全ての言及は、単一の要素、複数の要素、又は、１以上の周波数帯域の電磁放射を受信及び／若しくは送信並びに／又は伝搬する要素の１以上のアレイが組み込まれた任意のデバイス又はシステムを示すものとして公に解釈されるべきである。
【００３０】
「１つの／１つの／その（要素、装置、構成要素、手段など）」(“a/an/the[element, device, component, means, etc.]への全ての言及は、特に別様に述べられていない限り、要素、装置、構成要素、手段などの少なくとも１つの例を示すものとして公然と解釈されるべきである。
【００３１】
本発明を、添付図面を参照しつつ以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるアンテナ装置を単純化して示す。
【図２】２つの通信アンテナ装置の実施形態を簡略化して示す。
【図３Ａ】本発明によるアンテナ装置の実施形態を示す。
【図３Ｂ】本発明によるアンテナ装置の実施形態を示す。
【図４】フィードが導電性シートで具現化されたアンテナ装置を示す。
【図５】フィードが導電性シートで具現化され、アンテナ装置がケーシング内に配置されるアンテナ装置を示す。
【図６】蓋を有するアンテナ装置を示す。
【図７】両端に放射窓を有するアンテナ装置を示す。
【図８】アンテナ装置を備えたスマートウォッチなどのウェアラブルデバイスを示す。
【図９】アンテナ装置を提供する一般的な方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
ここで、付属の実施形態を、添付図面を参照しつつ、以下により詳細に説明する。添付図面に本発明の幾つかの実施形態が示されている。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施されることができ、本明細書に記載する実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的で完全であるように、また、本発明の範囲を当業者に完全に伝達するように、例として提供される。図面全体を通じて、類似の番号は類似の要素を示す。
【００３４】
図１は、導電性外壁（１０）に配置される、本明細書の一実施形態によるアンテナ装置（１００）の全体を簡略化して示している。アンテナ装置（１００）は、電磁放射を送信若しくは受信及び／又は伝搬するトランシーバ（送受信機）（３０）を含む。トランシーバは、送信機と受信機の両方として機能でき、従って、信号の受信又は送信の両方を行い得る。トランシーバ（３０）は、必要な要件に応じて幾つかの方法で設計され得る。一実施形態において、トランシーバ（３０）は、受信機能のみを有する要素に置き換えられる。一実施形態において、トランシーバ（３０）は、送信機能のみを有する要素に置き換えられる。トランシーバを、受信又は送信のみの要素に置き換えることにより、単一の目的（送信機能又は受信機能）を有するアンテナ装置が得られる。
【００３５】
トランシーバ（３０）は、送信時に、無線周波数で振動する電流、すなわち、高周波交流（ＡＣ）を供給し、アンテナは、電流からエネルギーを電磁波として放射する。アンテナは、受信時に電磁波の電力の一部を遮断する。これは、トランシーバ（３０）に印加された弱い信号を、増幅及び処理して再生するためである。
【００３６】
アンテナ装置（１００）からの及びアンテナ装置（１００）への放射は、赤外光よりも長い電磁スペクトルの波長を有する。波の周波数は最低３ｋＨｚから最高３００ＧＨｚの範囲にあり、アンテナ装置はＧＰＳ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷＩＦＩ、ＡＮＴ、携帯電話などの様々な無線アプリケーションに対して動作する。電波は１つの場所から別の場所に送信されてもよく、これらの場所の１以上が、可動、不動であり得、且つ／又は、所定の場所（例えば、おそらく地上に固定された基地局）に固定される。図２は、アンテナ装置（１０１，１０２）を含む２つのモバイルデバイスが互いにどのように通信するかの実施形態を簡略化して示している。図２において、アンテナ装置（１０１）は信号／情報をアンテナ装置（１０２）に送信し、アンテナ装置（１０２）は信号／情報を受信する。
【００３７】
アンテナ装置（１００）のトランシーバ（３０）は、接地面を含むプリント回路基板、ＰＣＢ（２０）に接続されている。プリント基板、ＰＣＢは、電子機器で使用される基板であり、全ての電子製品に含まれている。ＰＣＢ（２０）は、電子部品を、伝送線、パッド、及びその他の特徴物を使用して機械的に支持し且つ電気的に接続する。これらの特徴物は、例えば、非導電性基板（例えば、テフロン（登録商標）、セラミック、ファイバーグラス、特殊ポリマー）の上に積層された銅シートからエッチングされる。ＰＣＢ（２０）は、１つ又は幾つかのコンポーネントのみを搭載した非常に単純な設計であっても、或いは、複数のコンポーネントを備えた、より複雑な設計であってもよい。ＰＣＢ（２０）は、用途とコンポーネントの個数に応じて、片面（１つの銅層）、両面（２つの銅層）、又は多層（外側層及び内側層）に存在し得る。ＰＣＢ（２０）上に、回路の接地点（通常は電源の１つの端子）に接続された大きい領域又は層の銅箔が接地面を形成している。接地面は、多くの異なるコンポーネントからの電流のためのリターンパスとして機能する。
【００３８】
従って、ＰＣＢ（２０）の可変で融通性のある設計及び機能性により、アンテナ装置（１００）にてＰＣＢ（２０）の機能を使用することが有利である。ＰＣＢ（２０）を、アンテナ以外にも、幾つかのその他の目的のためにも同時に使用できる。従って、本発明によるアンテナ装置（１００）は、その他の機能を有する装置と組み合わせる場合でも何らかの余分な部品を必要とせずに、単純なアンテナ装置（１００）を作製する課題への解決策を提供できる。
【００３９】
一実施形態において、導電性外壁（１０）がＰＣＢ（２０）を取り囲んでおり、これは図３Ａ及び図３Ｂに示されている。図３Ａ又は図３Ｂに見られるように、導電性外壁（１０）はＰＣＢ（２０）を取り囲み、従って、ＰＣＢ（２０）は導電性外壁（１０）内に収容されている。従って、導電性外壁（１０）は、ＰＣＢ（２０）を外部環境に対して保護する。導電性外壁（１０）の材料により、導電性外壁（１０）が提供する保護の種類が決まる。
【００４０】
導電性外壁（１０）は、例えば、外乱に対する保護を提供し得る。導電性外壁（１０）は、アンテナ装置（１００）が、例えば衝撃、水、汚れなどの外乱の影響を受けるのを防ぐ物理的シールドとして機能する。
【００４１】
導電性外壁（１０）は金属からつくられるが、任意の導電性材料を含み得る。導電性外壁（１０）は、例えば、ステンレス鋼、銀、金、及びチタンなどの金属からつくられ得る。導電性外壁（１０）の外側に追加の材料（複数可）の層（複数可）が加えられ得る。こうして導電性外壁（１０）の外側は別の材料により取り囲まれる。その材料は別の金属であってもよいが、その他の任意の材料、例えばプラスチック又は織物などを含んでもよい。
【００４２】
図３Ａ及び３Ｂにおいて、導電性外壁（１０）及びＰＣＢ（２０）は円形であるが、導電性外壁（１０）及びＰＣＢ（２０）の形状は、例えば、三角形、矩形、又は不規則な形状であってもよい。導電性外壁（１０）及びＰＣＢ（２０）は、ＰＣＢ（２０）が本発明のアンテナ装置（１００）の内側にフィットし、従って十分に適応可能である限り、任意の形状を有し得る。一実施形態において、導電性外壁（１０）はケーシングである。本発明は、アンテナ装置（１００）のための材料及び形状を多くの材料及び形状の中から選択することを可能にするので、本発明は、様々な設計基準及び要件を満たすための高い融通性を有するアンテナ装置を作製する方法の問題の解決策を提供する。
【００４３】
導電性外壁（１０）とＰＣＢ（２０）の間にはギャップ（間隙）（５０）がある。ギャップは、空気又は非導電性材料、ガス、若しくは真空で満たされている。ＰＣＢ（２０）と導電性外壁（１０）との間のギャップ（５０）は、放射を生成し、アンテナを形成する。アンテナギャップ（５０）の大きさ及び寸法を制御することにより、アンテナ装置（１００）が共振する周波数が制御又は決定される。
【００４４】
一実施形態において、ＰＣＢ（２０）の延在部（例えば、直径、幅及び／又は長さ）は、導電性外壁（１０）の対応する延在部よりも小さい。延在部のこの差が、ＰＣＢ（２０）が導電性外壁（１０）に挿入されるか又はその他の方法で導電性外壁（１０）内に配置されたときに得られるアンテナギャップ（５０）の寸法となる。
【００４５】
アンテナの波長λ、導電性外壁（１０）、及びアンテナギャップ（５０）の関係は以下のように示される。すなわち、
λ=（Ｃ＋Ｗ）／２
式中、Ｃは導電性外壁（１０）の内面の周長、Ｗはアンテナギャップ（５０）の寸法である。従って、アンテナギャップ（５０）が大きい場合、波長及び共振周波数の計算を考慮する必要があるが、アンテナギャップ（５０）が小さい場合は無視できる。
【００４６】
さらに、アンテナギャップ（５０）の幅はアンテナ装置（１００）の帯域幅に関連している。アンテナギャップ（５０）が広いほど帯域幅は大きくなる。帯域幅の要件はアプリケーションにより異なる。例えば。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の無線帯域幅は約２４５ＭＨＺであるが、ＧＰＳの場合、帯域幅は２ＭＨｚ未満である。
【００４７】
ギャップの真上又は真下の（ＰＣＢ（２０）と同一高さから見た）スペースは、適切な放射効率を維持するために、鉛直方向の所定の距離内に十分なクリアランスを有することが必要である。アンテナギャップ（５０）の内側、上又は下にある何らかの金属又は損失物体が、物体の寸法及び電気的特性に応じて、アンテナ装置（１００）に損失及び離調を生じさせ得る。従って、アンテナ装置（１００）内の放射経路を遮断し又はアンテナギャップ（５０）に突出する金属又は損失物体は、放射効率及び放射パターンに潜在的に影響を与え得る。ＰＣＢ（２０）及びアンテナギャップ（５０）から見ると、装置の上部と下部とは対称である。導電性外壁（１０）の高さはアンテナ装置（１００）の共振には影響を与えないが、放射パターンの指向性に関連する。導電性外壁（１０）の高さが高い／背が高いほど、アンテナ装置（１００）の指向性が高くなる。
【００４８】
本発明をよりよく理解するために、導電性外壁（１０）、ＰＣＢ（２０）、及びアンテナギャップ（５０）を備えたアンテナ装置を、高度に改変されたスロットアンテナと見なすことができよう。スロットアンテナは、アンテナギャップ（５０）（アンテナギャップ（５０）に対応し、アンテナギャップ（５０）として機能する）と、導電性外壁（１０）（スロットアンテナの本体に対応し、スロットアンテナの本体として機能する）とにより形成される。
【００４９】
一実施形態において、アンテナ装置（１００）は、フィード（給電部）（４０）をさらに含む。アンテナフィード（４０）とは、アンテナ装置のその他の部分に電波を供給するか、又は、受信モードで着信電波を収集し、これを電流に変換して受信機に送信する、アンテナの全ての構成要素を示す。従って、フィードとは、エネルギーを伝達し、インピーダンスを変換し、性能特性を向上させ、入力又は出力無線周波数信号間のインピーダンス特性を１以上の接続要素のインピーダンス特性に適合させ得るエネルギー導体及び接続要素（複数可）、例えばラジエータを示す。フィードはトランシーバ（３０）を導電性外壁（１０）に接続する。
【００５０】
一実施形態において、フィード（４０）は、導電性外壁（１０）に物理的に接触しているダイレクトフィードである。
【００５１】
一実施形態において、フィード（４０）の接続要素は、導電性材料のシート、導電性シート（９０）（図４を参照）により具現化される。導電性シート（９０）は、導電性外壁（１０）の付近に配置されるが、導電性外壁（１０）に物理的に接触していない。このアンテナ装置（１００）により、導電性シート（９０）をフィード接続のために導電性外壁（１０）に、専用の機械的特徴物（ばね又はその他の物理的接触部品）を用いずに使用できる。これにより、製造コストが低減し、また、様々な異なるケース設計において、内部寸法が同一であれば、アンテナ装置（１００）との互換性が容易に得られる。従って、トランシーバ（３０）を搭載したＰＣＢ（２０）を備えたアンテナ装置（１００）は、図５に見られるように、内部構造が同一であるならば、いずれのケース設計、又は導電性外壁（１０）設計（任意の寸法及び形状を有する）内にも配置され得る。
【００５２】
本明細書に記載する、本発明のアンテナ装置（１００）の要素により、提供されるアンテナ装置（１００）は、最小限の部品数で非常に簡単に作製され、尚且つ、アンテナ実装のための多くの融通性を有する。アンテナ装置（１００）の形状、すなわちアンテナギャップ（５０）及び導電性外壁（１０）は変更可能であるため、アンテナ装置（１００）を任意の望ましい寸法及び形態で作製できる。従って、アンテナ装置（１００）を使用するデバイスを任意の望ましい寸法及び形態で作製でき、アンテナ装置（１００）の複雑さ、寸法及びクリアランス要件は、デバイスを望ましい寸法及び形態で設計する可能性を制限しない。また、アンテナ装置は、幅広い設計要件を満たし得る。
【００５３】
さらに、アンテナ装置（１００）は単純で柔軟であるが、アンテナは、所望の性能の全てにわたり無線信号を送信及び受信可能なほど十分に効率的である。表面電流が、フィード（４０）と、ＰＣＢ（２０）接地面の縁に沿った斜め領域と、ＰＣＢ（２０）に平行な外周の内面とに集中される。導電性外壁（１０）の深さ又は高さにより、アンテナ装置全体の放射パターンは、比較的高い指向性を有する、垂直偏波されたビームに調整される。
【００５４】
本発明者は、さらに、本発明のアンテナ装置（１００）により、金属蓋（７０）でアンテナ装置（１００）を、アンテナ効率を損なわず且つ低減せずに覆うことも可能であることを確認した。これにより、アンテナ装置（１００）を、時計、スピーカ、アクティビティブレスレットなどのデバイス内に収容する方法に関する問題が解決される。蓋（７０）を備えたアンテナ装置（１００）が図６に示されている。
【００５５】
本発明によるアンテナ装置（１００）をＰＣＢ（２０）の周囲に構築することにより、この特定のアンテナ装置（１００）は、ＰＣＢ（２０）の上部を所定の距離及び領域内で覆う金属又は損失物体に対して鈍感になり、これが、アンテナ装置（１００）をデバイス内に封入することを可能にする。
【００５６】
蓋（７０）は、蓋（７０）が蓋と導電性外壁（１０）との間に１以上の開口部又は放射窓を残す限り、任意の形状又は寸法であってよい。放射窓は、放射線がアンテナ装置（１００）に出入りする場所である。従って、蓋（７０）と導電性外壁（１０）との間に、１以上の開いたスロット、又は蓋の隙間（８０）が維持され得る。蓋の隙間（８０）の一例が図６に示されている。蓋の隙間（８０）の寸法は、共振周波数に応じて変更され得るが、少なくとも０.５ｍｍになる。
【００５７】
蓋（７０）は任意の機能又は設計を有し、任意の材料からつくられ得る。一実施形態において、蓋（７０）は、金属、例えばステンレス鋼、銀、金又はチタンからつくられ得る。蓋（７０）は、アンテナ装置（１００）を覆うこと以外の機能を有さないプレーンな蓋であっても、或いは、情報の表示、ユーザ入力の受信の機能を有し、又は、センサ（例えば太陽電池）を提供してもよい。一実施形態によれば、蓋（７０）は、アンテナ装置（１００）を時計（例えば懐中時計又は卓上時計）内に封入することを可能にする文字盤である。別の実施形態によれば、蓋（７０）は、アンテナ装置をスピーカーボックス内に封入する金属面である。さらに別の実施形態において、蓋（７０）は、出力デバイス、例えば、デジタルディスプレイ、タッチパネル、ドライバ／ＦＰＣモジュール（ＬＣＤ、ＯＬＥＤ）又は、Ｅインクディスプレイなどを含む。
【００５８】
本発明者は、アンテナ装置がユーザにより装着されるように構成される場合の別の問題を本発明により解決可能なことをさらに認識した。
【００５９】
アンテナ装置が人体に近づくと、電波は吸収の影響を受け、アンテナの共振周波数が人体への結合によりシフトし、その結果、アンテナの効率及び放射レベルが低下する。これらの問題は、人体損失及び人体離調として知られている。多くの人々が、ウェアラブルデバイス、例えば、ケーシング内でアンテナが接続された腕時計の作製を試みてきた。しかし、これらの試みはほぼ失敗しているか、少なくとも効率及び消費電力に限界がある。その理由の１つは、既存のアンテナ設計の複雑さ、寸法、及びクリアランス要件が、審美的に快適なハウジングの望ましい寸法及び形態での設計の可能性を損ない、制限することである。
【００６０】
アンテナ装置（１００）の両端に放射窓（５０）がある場合（図７を参照）、放射／信号は、装置の上側及び底側の両方から送受信される。これにより、多方向の放射パターンが形成される。しかし、ユーザがアンテナ装置を、アンテナ底側を身体に当てて装着する場合、底側の窓が封止されるという大きな利点がある。これは、無線信号が底側から出て身体による影響を受けることを防止することになる。そしてその代わりに、無線信号は装置（１００）の上側のみから出力される。本発明によるアンテナ装置（１００）は、本明細書に開示された独創的な方法で配置されるため、アンテナ装置の性能に影響を与えることなく裏蓋（６０）を設けることができ、人体損失の問題が軽減される。裏蓋（６０）は導電性外壁（１０）に直接接続される。
【００６１】
一実施形態において、裏蓋（６０）は、金属、例えば、ステンレス鋼、銀、金、及びチタンからつくられる。金属製の裏蓋（６０）は、一定の基準面をアンテナ装置の下部に提供する。これにより、アンテナの装着（手首に装着されたアンテナ）による離調及び性能の変動がなくなり、人体損失の問題が解決される。これにより、本発明のアンテナ装置（１００）は、大量の金属材料を有するウェアラブルデバイスにおいて、所望の性能（接続品質及び動作距離など）の全てにわたり無線信号を送受信可能な効率的なアンテナを設計することを可能にする。
【００６２】
一実施形態において、アンテナ装置（１００）は、導電性外壁（１０）内でトランシーバ（３０）を担持するＰＣＢ（２０）を備えている。フィード（４０）がトランシーバを導電性外壁（１０）に接続している。アンテナ装置（１００）は、例えば図５又は図６に示されているように、蓋（７０）及び裏蓋（６０）の両方をさらに備え、ウェアラブルデバイス内に封入されている。ウェアラブルデバイスは、ハウジング内でアンテナに接続された腕時計又はスマートウォッチであり得る（図８を参照）。一実施形態において、ウェアラブルデバイスは、ディスプレイとディスプレイ下のアンテナとを備えたスマートブレスレットである。本明細書に記載した実施形態のアンテナは、導電性外壁（１０）の内側に配置されて周囲環境から隔離されているため、例えばリストバンドの表面仕上げ及び取り付け配置はアンテナ性能に影響を与えない。さらに、リストバンドの材料もアンテナの性能に影響を与えない。
【００６３】
一実施形態において、損失を最小化又は低減して、より効率的な放射を達成するために、金属製の裏蓋（６０）は、アンテナギャップ（５０）から数ミリメートル、例えば１ｍｍ（２ｍｍと比較して、約数ｄＢの効率低下）離して配置されることが好ましい。
【００６４】
一実施形態において、アンテナ装置（１００）は、導電性外壁（１０）内でトランシーバ（３０）を担持するＰＣＢ（２０）を備えている。フィード（４０）はトランシーバを導電性外壁（１０）に接続している。アンテナ装置（１００）は、導電性外壁（１０）、蓋（７０）及び裏蓋（６０）（全て金属製）をさらに含む。金属は、例えば、ステンレス鋼、金、銀又はチタンであり得る。導電性外壁（１０）及び裏蓋（６０）はねじ込み式で、電気的に短絡されており、この構造により、アンテナ装置（１００）は、１つの導電要素として機能する金属ハウジングを有する。従って、アンテナ装置（１００）は、デバイスの下部周囲の環境から隔離され、装着による損失及び離調の影響を受けず、尚且つ、安定した高いピークゲインを有する向上されたアンテナ効率と、当技術分野で公知の他のアンテナ装置よりも集中されたビームとを有する。開示されたアンテナ装置（１００）により、金属構造物内にアンテナ装置を設置する方法の問題が解決される。
【００６５】
本発明によるアンテナ装置（１００）はエネルギー効率が良く、それにより、充電性能の必要性が低減される。本発明によるアンテナ装置（１００）を備えたデバイスは、その電力消費が増大せず、従って、再充電可能な電池を必要としない場合があり、これにより、例えば、かさばる充電器接触部の必要性が低減する。
【００６６】
本発明により解決されるさらなる問題は、アンテナ装置を所望の周波数範囲で動作するように簡単な方法で調整（チューニング）する方法である。電磁波はアンテナ装置の様々な部分を通過するため、インピーダンスの差に遭遇し得る。各インタフェースにて、インピーダンスマッチに応じて、波のエネルギーの一部がソースに反射する。
【００６７】
従って、各インタフェースのインピーダンスの差を最小化すること（インピーダンスの整合）により、アンテナ装置の各部分を通る電力伝送が最大化され、信号反射が最小化される。これは、トランシーバ（３０）とフィード（４０）の間に整合回路を配置することにより実現され得る。次いで、共振を調整して、要求される周波数にすることができ、こうして、上記の問題が解決される。整合回路を、別個のインダクタ及びコンデンサにより構成することが可能であり、また、アンテナに追加の共振を加えて、より広帯域にすることもできる。
【００６８】
一実施形態において、アンテナのチューニングの問題は、チューニング周波数に応じて導電性外壁（１０）とＰＣＢ（２０）接地面との間に接地接続を配置することにより解決又は軽減できよう。これは、直列要素の有無に関係なく実行され得る。この効果は、アンテナギャップの周長及び共振周波数を変更するのと同等である。微調整のために、直列のコンデンサ又はインダクタを使用できる。直列の静電放電（ＥＳＤ）コンポーネント又はインダクタ（高インダクタンス／定格）を使用することにより、導電性外壁（１０）からＰＣＢ（２０）接地への放電に関するＥＳＤ保護も提供できる。
【００６９】
一実施形態において、アンテナが共振する周波数を決定する導電性外壁（１０）及びＰＣＢ（２０）接地面の寸法を制御することにより、アンテナをチューニングする問題が解決又は軽減される。これは、アンテナギャップの最大周長を、目標とする共振周波数の波長の半分に等しく設定することにより実行される。アンテナギャップの幅は、ギャップが周長よりも著しく小さい場合、無視できる。
【００７０】
本発明により解決されるさらに別の課題は、アンテナ装置内に金属又は損失物体を、アクティブなアンテナ領域から隔離して収容する可能性を得る方法である。
【００７１】
一実施形態において、上記の課題は、アンテナギャップをアクティブ領域と非アクティブ領域とに分割するために少なくとも２つの接地ばねを適用することにより解決又は軽減される。接地ばねは、ＰＣＢ（２０）を導電性外壁（１０）に接続して、それにより少なくとも１つのアクティブ領域と少なくとも１つの非アクティブ領域とをアンテナギャップ（５０）に提供するように配置される。アンテナ装置をアクティブ領域と非アクティブ領域とに分割することにより、アンテナ装置内に金属又は損失物体を、アクティブなアンテナ領域から隔離して収容することが可能になる。さらなる効果として、接地ばねは、ＥＳＤ保護としても機能し得る。
【００７２】
本出願はまた、例えば図８に示されているように、アンテナ装置（１００）を備えたスマートウォッチも含む。スマートウォッチは、出力装置（複数可）（８０１）と入力装置（複数可）（８０４，８０５）とを備え、出力装置は、例えば、ディスプレイ、及び／又は、時計針を有する文字盤であり、入力装置は、例えばボタンである。スマートウォッチは、さらに、スマートウォッチの動作を制御するためのコントローラが搭載されたＰＣＢ（８０２）と、他のデバイスに接続するための本発明によるアンテナ装置を含む無線周波数インタフェース（８０３）とを備えている。
【００７３】
また、本出願は、本発明によるアンテナ装置（１００）を提供する方法も含む。図９は、本発明によるアンテナ装置（１００）に配置されるＰＣＢ（２０）を提供する一般的な方法、及び、前記アンテナ装置を提供する一般的な方法のフローチャートを示す。前記方法は、ＰＣＢ（２０）を提供するステップ（１２０１）と、当該ＰＣＢ（２０）を、前記導電性外壁（１０）に配置して、それによりアンテナギャップ（５０）を形成するステップ（１２０２）とを含む。
【００７４】
本発明を、幾つかの実施形態を主に参照して上述してきた。しかし、当業者には容易に理解されるように、以上に開示した実施形態以外の、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲内の実施形態も同等に可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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