JPH08213819A - 特に時計への適用として用いられる、交流電圧のマイクロ波への変換およびその逆変換用の極小形アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流電圧をマイクロ波に変換し、およびその
逆の変換を行う極小形のアンテナ装置であって共振周波
数の簡単な調整が可能であり時計における使用に適切で
あるものを実現する。 【解決手段】 直線状または円形状に偏波されたアンテ
ナが誘電体基板（２）およびそれに固定された導電要素
（３）を有し、該導電要素は縁部により周縁において境
界づけられ、該縁部は２つの垂直軸に沿い二重の平面対
称性を導電要素に与えるようになっている。導電要素
（３）は第１の軸（９）上にある励起点（８）および一
対のスロット（５），（６）を包含し、該スロットは第
２の軸（７）に沿い導電要素の周縁から中心へ向って延
びている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は交番電圧をマイクロ
波に変換し、およびその逆の変換を行うことが意図され
るアンテナ装置に関し、より特定的には、該電体基板に
より隔離される導電要素と接地プレートを具備する形式
のアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】これらのアンテナ装置は、マイクロスト
リップのパッチのアンテナとして知られている。本発明
によるアンテナ装置は、ＧＰＳ（地球的位置ぎめシステ
ム、Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔ
ｅｍ）の信号を送出しおよび／または受理するのに用い
られることが可能であり、さらに、時計またはその他の
時間計測用製品に組込まれることが可能である。したが
って本発明は、以下において、この例示的な応用に関連
して記述される。しかし、もちろん本発明はこの応用に
限定されないことが理解されるであろう。

【０００３】前記の形式のアンテナの極小形化は一般的
には極めて高い誘電率をもつ基板を用いることにより達
成される。このことは必然的にセラミックの基板を用い
ることを意味する。このような基板の製造原価は多くの
場合高価である。

【０００４】さらに、この形式の極小形化されたアンテ
ナは極めて狹い帯域幅を有する。その結果として、製造
における許容限度のために、これらのアンテナの設計と
製造は困難な作業である。導電要素の縁部の機械的調整
は、アンテナの所望の共振周波数を得るため長い期間に
わたり用いられてきた技術である。しかし、そのような
解決策は破壊的であり煩わしいものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、前記に規定される形式の極小形化されたアンテナで
あって、知られているアンテナの不便さを少くとも部分
的に救済するもの、を提供することにある。

【０００６】本発明の他の１つの目的は、前記に規定さ
れる形式の極小形化されたアンテナであって、コンパク
トであり製造が比較的簡単であり低原価であるもの、を
提供することにある。

【０００７】本発明の他の１つの目的は、前記に規定さ
れる形式の、極小形化されたアンテナであって、共振周
波数を簡単に調整することが可能であるもの、を提供す
ることにある。

【０００８】本発明の他の１つの目的は、前記に規定さ
れる形式の極小形化されたアンテナであって、時計にお
ける使用に適しているもの、を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の事項を念頭におい
て、本発明の１つの形態においては、アンテナ回路から
の交流電圧を直線状に偏波されたマイクロ波へ変換す
る、およびその逆の変換を行うアンテナ装置であって、
該装置は、２つの対抗する側面をもつ第１の誘電体基
板、該第１の誘電体基板の第１の側に固定された導電要
素であって、周縁においてこの要素に２つの垂直軸によ
る２重の平面対称性を与える縁部により境界づけられる
もの、および、該第１の誘電体基板の第２の側に固定さ
れる接地プレート、を具備し、該導電要素は該導電性要
素を該アンテナ回路に接続する励起点を包含し、該アン
テナ回路は該励起点と該接地プレートの間に該交番電圧
を生成させるものであり、該励起点は該垂直軸の一方の
上に位置している、アンテナ装置において、該導電要素
は、スロットの第１の対を包含し、該スロットは該導電
要素の周縁から中心に向い該垂直軸の他方に沿い延びる
ものである、ことを特徴とするアンテナ装置の構成が提
供される。

【００１０】本発明の他の形態においては、アンテナ回
路からの交番電圧を直線状にまたは円形状に偏波された
マイクロ波へ変換する、およびその逆の変換を行うアン
テナ装置であって、該装置は、２つの対抗する側面をも
つ第１の誘電体基板、該第１の誘電体基板の第１の側に
固定された導電要素であって、周辺においてこの要素に
２つの垂直軸による２重の平面対称性を与える縁部によ
り境界づけられるもの、および、該第１の誘電体基板の
第２の側に固定される接地プレート、を具備し、該導電
要素は該導電要素を該アンテナ回路に接続する励起点を
包含し、該アンテナ回路は、該励起点と該接地プレート
の間に該交番電圧を生成させるものであり、該励起点は
該第１と第２の軸の間に形成される角度を、２等分す
る、第３の軸上に位置している、アンテナ装置におい
て、該導電要素は、該導電要素の周縁から中心へ向って
該第１の軸に沿い延びているスロットの第１の対、およ
び、該導電要素の周縁から中心へ向って該第２の軸に沿
い延びているスロットの第２の対、を包含する、ことを
特徴とするアンテナ装置の構成が提供される。

【００１１】これらの構成における特徴により、本発明
によるアンテナ装置は、高誘電率をもつ基板の使用を必
要とすることなく、極小形のアンテナ装置を実現するこ
とを可能にする。

【００１２】本発明の一実施例によれば、本発明による
アンテナ装置は周波数調整用プレートをさらに具備し、
該第２の軸に沿う該プレートの周縁と中心の距離は、該
導電要素に関し、該プレートの面に垂直な中心を通る軸
のまわりの周波数調整用プレートの角度回転の関数とし
て変化するようになっている。

【００１３】前記の構成の結果として、第３の軸のまわ
りの周波数調整用プレートの回転は、アンテナ装置の共
振周波数の簡単かつ精密な調整を行い、そしてこのこと
を導電要素の帯域幅より大なる帯域幅において行う、こ
とを可能にする。

【００１４】本発明のその他の特徴と利点は、例示とし
てのみ提供される、以下に記述され添付の図面を参照す
る説明中に表現されている。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１および図２にあらわされる本
発明による極小形のアンテナ装置１のアセンブリは、誘
電体基板２、導電要素３、および接地面４を具備する。
導電要素は円板の一般的な形式を有し、「放射用パッ
チ」と称される。導電要素３と接地面４は誘電体基板２
の対抗する表面に付着される。アンテナ１は放射される
直線状に極性化された電磁波を受理するに適切な幾何学
的配置を有する。

【００１６】導電要素３は、軸７に沿い直径上で対抗す
るスロット５および６を包含する。スロット５および６
に導電要素３の周縁から中心に向って延びている。励起
点８が、導電要素３の面内において軸７に垂直な軸９上
に位置している。励起は同軸ケーブルにより供給され、
該同軸ケーブルの中心導体１０は基板２を貫通し励起点
８の位置において導電要素２にはんだ付けされる。

【００１７】図３は導電要素３の幾何学的配置をより精
密に示す。図３においては、スロット５および６は長さ
ｒ_x を有し、導電要素３は直径２Ｒを有し、ここにＲは
導電要素３の半径であること、を了解することができ
る。

【００１８】スロット５および６はアンテナ１のための
容量性電荷を構成する。理論的考察は、本発明の文脈に
は関係がないからここでは考慮されないが、それによれ
ば、アンテナ１の共振周波数がスロット５および６の長
さｒ_x に強く依存することが示される。これらの考察に
よれば、ｒ_x が零のとき、アンテナ１は周波数ｆ_c にお
いて共振する。しかしｒ_x の値がＲに接近すると、共振
周波数はｆ_c ／２に接近する。さらに、アンテナの直径
２Ｒが共振周波数ｆ_c の逆数の関数であることが知られ
ている。

【００１９】或る長さ２Ｒについて共振周波数ｆ_c がｆ
_c ／２に近づくにつれ、或る共振周波数ｆ_c について長
さ２Ｒを半分に減少することが選択される可能性があ
る。換言すれば、導電性要素の周縁を中心から隔離する
全距離に実質的に沿ってスロットが延びるとき、アンテ
ナ１の最大の寸法が比率２で縮小されることが可能であ
る。これに関して、導電要素３をレーザビームにより切
断することにより実現することが可能であることに注意
すべきである。もちろん、スロット５および６を、導電
要素３のエッチングその他の化学的または機械的処理に
より実現することが可能である。

【００２０】図２および図３の導電要素の円形の形状は
本発明の導電要素の形式の一例をあらわすに過ぎないこ
とに注意すべきである。正方形の形状を用いることも可
能であり、また、その他のあらゆる導電要素であって周
縁において縁部により境界づけられ該縁部が２つの垂直
軸に沿う２重の平面の対称性をこれらの要素に付与する
ものを用いることも可能である。

【００２１】直線状に偏波されるアンテナの場合は、励
起点は導電要素の２つの対称軸の一方の上に位置し、ス
ロット５および６は他方の対称軸に沿って延びている。

【００２２】図４は円形状に偏波された信号および直線
状に偏波された信号を受理しおよび放出する導電要素２
０の幾何学的配置を示す。導電要素２０はスロット２１
および２２を包含し、該スロットは周縁から中心へ向っ
て延び、同じ軸２３上に整列している。同様に導電要素
２０はスロット２４および２５を包含し、該スロットは
周縁から中心へ向って延び、軸２３に垂直な同じ軸２６
上に整列している。励起点２７は、２つの軸２３および
２４に対し４５°偏位した軸上に位置している。

【００２３】アンテナが直線状の偏波を有するようにす
るため、スロット２１および２２の長さｒ_X およびスロ
ット２４および２５の長さｒ_y は等しくなければなら
ぬ。しかし、前記に記述されたような励起点について、
もしｒ_x がｒ_y より適切な量だけ大であると、右手にお
ける円形状の偏波が得られる。図４の導電要素２０の円
形形式は本発明の導電要素の特定の形式をあらわすに過
ぎないことが理解されるであろう。言うまでもないこと
であるが、導電性要素の正方形の形状または任意の他の
形状を用いることが可能であり、これらの形状のものは
周縁において縁部により境界づけられ、該縁部は２つの
垂直な軸に従う２重の平面対称性を実現する。

【００２４】例えば図４の導電要素２０を包含するアン
テナのように、円形状または直線状に偏波されたアンテ
ナの場合には、導電要素の励起点２７は２つの対称軸の
間の角度を２等分する軸の上に位置する。この場合にお
いては、スロット２１，２２，２３、および２４の対は
２つの対称軸に沿って延びている。

【００２５】本発明によるアンテナの共振周波数は、図
３の導電要素３のことを考えるならば、距離ｒの関数と
して、または、図４の導電要素のことを考えるならば、
距離ｒ_x およびｒ_y の関数として変化する。下記から了
解されるように、上部の層として特定の形状の周波数調
整用プレートを用いることにより、距離ｒを効果的に変
化させることができ、また、プレートの単純な回転によ
り距離ｒ_x およびｒ_yを効果的に変化させることができ
る。

【００２６】図５、図６、図７、および図８は、そのよ
うな周波数調整用プレートの例３０，３１，３２、およ
び３３を示し、導電要素のスロットにより規定される軸
の少くとも１つに沿う該プレートの周縁と中心の距離
は、導電要素に関し、プレートの面に垂直でプレートの
中心を通る軸Ａのまわりのプレートの回転の角度の関数
として変化する。図５ないし図８に示される構造は、幾
つかの方法で実現することが可能である。例えば、それ
らは誘電体上に印刷され、または、金属のブロックから
機械工作されることが可能である。プレートの幾つかの
形状を思い浮かべることが可能であり、該形状の選定は
必要な同調の帯域および同調の分解能に依存する。

【００２７】導電要素の表面との電気的接触は必要がな
いのであり、その理由はプレートと導電要素が相互に絶
縁されているときスロットを通しての容量を変化させる
原理がはたらくからである。したがって、電気的接触を
維持することが希望される場合には電気的接触はこれら
のすべてのスロットについて均一であらねばならず、こ
のことは周波数調整用プレートの設計を複雑にする。そ
の結果として、周波数調整用プレートと導電要素のスロ
ットの間に誘電体プレートまたは空隙を用いることによ
り適切な絶縁を得ることは比較的簡単である。それに加
えて、この場合において、共振周波数のｒ_x およびｒ_y
の変動に対する感度はより小である。

【００２８】図９および図１０は、誘電体基板４１、接
地面４２、導電要素４３および周波数調整用プレート４
０を包含するアンテナ装置を示すが、該周波数調整用プ
レートは、他の誘電体基板４５により導電要素から隔離
されている。導電要素は直交するスロット４６，４７，
４８、および４９を包含する。導電要素４３について
の、軸Ａのまわりの周波数調整用プレート４４の回転は
スロット４６ないし４９の実効的長さを修正し、その結
果としてアンテナ４０の共振周波数を修正する。

【００２９】アンテナ４０は同軸状コネクタを包含し、
該コネクタの中心導体５０は基板４１を貫通する。中心
導体５０は導電要素４３にはんだ付けされ、外側導体は
接地面４２にはんだ付けされる。同軸状コネクタの２つ
の導体はまたアンテナ回路に接続される。アンテナ４０
は、同軸状コネクタの２つの導体間のアンテナ回路から
の交流電圧をマイクロ波に変換し、およびその逆の変換
を行う。

【００３０】さらに、アンテナ４０は中央支持体５１を
包含し、該中央支持体は図９に示される構造の中心にお
ける開口５２，５３、および５４を通り、アンテナ４０
の他の要素との整列を維持する。中央支持体５１は絶縁
材料により、または導電材料により実現されることが可
能であり、これら２つの材料の一方または他方の使用に
もとづく相違は共振周波数における小さい相違である。
いずれにせよ、この相違は、周波数調整用プレート４４
の回転により補償されることが可能である。

【００３１】導電要素４３の中心が零の電圧の点である
こと、この点が開かれた回路内にあるか接地面と短絡状
態にあるかの事実は、アンテナの特性に影響を及ぼさな
い。好適には、金属製の中央支持体を使用することが可
能であるが、その理由は、その場合には導電要素４３の
静電的電位および周波数調整用プレート４４の静電的電
位は接地電位であるからである。このことは、アンテナ
４０の電磁的両立性の見地からみて有利である可能性が
ある。

【００３２】図４の、スロット２１および２２の長さｒ
_x とスロット２４および２５の長さｒ_y が等しいと、導
電要素２０は、導電要素２０の中心と励起点２７を通る
ラインに沿って直線状に偏波される。図７または図９に
示されるような周波数調整用プレートを用いることによ
り、この直線状の偏波は調整されることが可能である。

【００３３】しかしながら、単一の励起点を有するアン
テナの円形状偏波は、導電要素２０へ非対称性が導入さ
れ、それにより共振の２つの直交のモードが確立され得
るようになることを必要とする。このことが行われる１
つの態様は、導電要素２０へ摂動セグメントを導入する
ことにある。これらの摂動セグメントの形状の幾つかの
例は図１１および図１２の導電要素６４および６５の参
照数字６０，６１，６２、および６３により示される。
次いでこれらの摂動セグメント６０ないし６３は切除さ
れて所望の対称性を導入することが可能である。

【００３４】或る応用においては、アンテナの共振周波
数の調整は、基板の誘電率の値の不確定性を克服するた
めにのみ必要である。これらの場合においては、アンテ
ナは、いますぐ前記された摂動セグメントを用いること
により調整されることが可能である。単一の狹帯域幅の
周波数調整用のプレートが使用されそれによりアンテナ
が所望の周波数に同調され得ることが可能である。

【００３５】図１３、図１４、および図１５はプレート
７０，７１、および７２の形状の例を示す。図１６は図
１３の周波数調整用プレート７０と図１２の導電要素６
５のアセンブリを示す。図１７は図１５の周波数調整用
要素７２と図１１の導電要素６４のアセンブリを示す。
対応する導電要素について、周波数調整用プレート７
０，７１、および７２の形状の寸法は、プレート７０，
７１、および７２の周縁から中心までの距離が回転の角
度の関数として僅かにだけ変化するものであると表現さ
れることに注意すべきである。

【００３６】アンテナの構造がスロットの長さｒ_x とｒ
_y が同じ値をもつというものである場合には、この対称
性はまた、２つの周波数調整用プレートの組合せを用い
ることにより導入されることが可能である。図１８はプ
レートのそのような組合せの例を示す。この例において
は、図７および図８に示される周波数調整用プレート３
２および３３は図４の導電要素２０の上方で支持され
る。

【００３７】最初に、周波数調整用プレート３２を回転
して直線状偏波と所望の周波数を確立させることが可能
である。次いで、周波数調整用プレート３３が回転され
長さｒ_x とｒ_y の間の制御の差が導入され、アンテナが
円形状に偏波された作動へ導びかれることが可能であ
る。有利なことであるが、２つの周波数調整用プレート
を使用することが、アンテナ製造のより大なる許容範囲
の使用を可能にする。

【００３８】この説明は、以下において、本発明による
アンテナの製造の実際の例を参照することにより完成さ
れるであろう。アンテナは、導電要素の表面を正方形の
セルに分割するデジタル面を用いることにより想定され
るので、これらの例において表現される寸法は「セルの
寸法のΔ」であらわされるものである。

【００３９】例１：直線状の偏波および大なる帯域幅の
調整について以下に述べられる。図３にあらわされる形
状をもつ導電要素は商品名ＵＬＴＲＡＬＡＭ（登録商
標）で販売される材料からなる基板に境界づけを行った
ものである。基板の当初の寸法は１４４×１４４×１．
５mm³ であり、誘電率は２．５であった。基板の中心を
通り直径１mmの円形開口が穿孔された。アンテナは、標
準の５０ΩのＳＭＡ形の同軸ケーブルを通して印加され
る信号により励起される。

【００４０】導電要素の寸法はΔ＝４０／６１mm，２Ｒ
＝３０．５Δ，ｒ＝１９Δ，ｗ＝０．５Δ，ｙｆ＝７Δ
である。さらに、導電要素の中心に３Δに等しい直径を
もつ開口が形成される。

【００４１】図５に示される形状をもつ周波数調整用プ
レートが用いられた。アンテナのアセンブリは図１９に
示される。周波数調整用プレートは円形のエポキシ樹脂
の板体からエッチングで作られる。この材料は高い剛性
をもつために選定された。円形の板体は厚さ０．８mm、
直径６０mmのものである。図９に参照番号４５で示され
るような他のエポキシ樹脂の円板も用いられた。この円
板は、導電要素と周波数調整用プレートの間の間隔保持
用円板としてはたらく。この間隔保持用円板は厚さ０．
１mm、直径２５mmのものである。

【００４２】アンテナの共振周波数が測定され、このア
ンテナの共振周波数は２．１１８GHz （角度φ１＝９０
°のとき）と２．４４８GHz （角度φ１＝０°のとき）
の間に変動することが観測された。この変動は周波数調
整幅１４．５％に対応する。共振周波数において測定さ
れた定在波比は帯域の全体の２倍より良好である。放射
パターンは反響室において３つの相異なる周波数すなわ
ち２．１１８GHz ，２．２９６GHz 、および２．４４８
GHz において測定されたが、これらの３つの周波数は周
波数調整用構造の３つの相異なる角度位置に対応する。

【００４３】これらの場合における共同偏波の線図は円
形の導電要素についての共同偏波の線図と同じである。
さらに、交差偏波のレベルは−２０dBより小であり、こ
のことは、周波数調整用の構造はいかなる受容不可能の
交差偏波放射のいかなるレベルをも導入しないことをあ
らわす。

【００４４】図１９にあらわされるアンテナの周波数調
整用プレート３３の回転の角度が値９０°に制限される
ことに注意すべきである。しかし、図６にあらわされる
周波数調整用プレートの使用は、角度１８０°の回転を
可能にし、その結果として同じ周波数範囲における周波
数の最終的調整を可能にする。

【００４５】例２：円形状の偏波および広帯域の調整に
ついて以下に述べられる。図１８に示されるようなアセ
ンブリをもつアンテナが製造される。このアンテナは、
導電要素のスロットの２つの直交軸間に形成される角度
を２等分する軸上に位置する単一の点において励起され
る。この励起の技術が知られている他の技術と比較して
極めて敏感であること、またこの励起の技術が、アンテ
ナの２つの退化モードの間の精密な隔離を必要とするこ
と、は知られている。特に、２つの共振周波数が、αが
α＝２βｆ／（β＋ｆ・２^1/2 ）であり、、βが、電圧
定在波比が２に等しい場合に、円形状に偏波した信号の
処理の間の共振周波数ｆ_c における導電要素の帯域幅で
あるとき、周波数αにより隔離されねばならぬ。

【００４６】図４にあらわされる導電要素の幾何学的配
置は非対称の周波数調整用構造を用いることによりこの
目標に適合させられることが可能である。円形状の偏波
は導電要素のスロットの長さにおける非対称性を必要と
する。特に、図１８の場合のように、第３のセクタに位
置する点において励起される導電要素の場合には、長さ
ｒ_x が長さｒ_y より大である事実は、右手式の円形状の
偏波をみちびく。

【００４７】実際の経験によれば、アンテナの帯域が周
波数調整の関数として変動することが判明した。この変
動は、作用の精密な知識が必要であるから、単純な周波
数調整用プレートの設計を複雑にする可能性がある。図
１８に示される２つのプレートのような２つの周波数調
整用プレートを使用することは、この問題を少くとも部
分的に克服する可能性がある。さらに、周波数調整用プ
レートを使用することはアンテナ製造のより大なる許容
限度が用いられることを可能にする。

【００４８】この例において、導電要素は商品名ＵＬＴ
ＲＡＬＡＭ（登録商標）をもって販売される材料からな
る基板からエッチングにより製造される。基板の当初の
寸法は１４４×１４４×１．５mm³ であり、相対誘電率
は２．５であった。基板の中心に直径１mmの円形開口が
貫通された。アンテナは、標準の５０ΩのＳＭＡ同軸ケ
ーブルを通して導電要素３に印加される信号により励起
される。

【００４９】導電要素の寸法は、Δ＝４０／６６mm，２
Ｒ＝３０．５Δ，ｒ_x ＝ｒ_y ＝１９Δ，ｗ＝０．５Δ，
ｘｆ＝ｙｆ＝７Δ、である。さらに、３Δに等しい直径
をもつ開口が導電要素の中心に設けられる。

【００５０】図７および図８に示される形式をもつ周波
数調整用プレートが用いられる。アンテナのアセンブリ
が図１８に示される。図７の周波数調整用プレートは円
形のエポキシ樹脂の円板からエッチングにより製造され
る。円板は厚さ０．１mm、直径６０mmを有する。図８の
周波数調整用プレートもまた円形のエポキシ樹脂の円板
からエッチングにより製造される。円板は厚さ０．８m
m、直径５０mmを有する。図９の参照数字４５で示され
るような、他のエポキシ樹脂の円板が間隔保持用円板と
して用いられ導電要素と周波数調整用プレートの間に位
置づけられる。間隔保持用円板は厚さ０．１mm、直径２
５mmを有する。２つの周波数調整用プレートの間には間
隔保持用円板は用いられない。

【００５１】アンテナの共振周波数の調整範囲は、第２
の例におけるアンテナの２つの退化モードの間の差によ
り、前出の例の調整範囲より僅かに小である。この差は
１０％のオーダーである。共振において測定される電圧
定在波比は、周波数２．３０６MHz として、２より良好
である。

【００５２】図１８に示されるアセンブリが右手式の円
形の偏波を作り出すときに、プレート３３の角度９０°
の回転は左手式の円形の偏波を作り出すことに注意すべ
きである。

【００５３】例３：円形状の偏波および狹帯域の調整に
ついて以下に述べられる。図１１にあらわされる形式を
もつ導電要素は商品名ＴＭＭ−１０（登録商標）で販売
される材料の基板を境界づけることにより製造され、該
導電要素は右手式の円形状の偏波作用を可能にする摂動
用セグメントを包含する。基板は円形であり、直径３
４．５mmを有する。基板の厚さは０．６３５mm、相対誘
電率は９．２である。直径１．４mmの円形の開口が基板
の中心に貫通される。アンテナは標準の５０ΩのＳＭＡ
同軸ケーブルを通して導電要素に印加される信号により
励起される。

【００５４】導電要素の寸法は、２Ｒ＝１４．７５mm、
ｒ_x ＝ｒ_y ＝９．５mm，ｗ＝０．２５mm，ｘｆ＝ｙｆ＝
３．５mmである。さらに、１．６９３mmに等しい直径を
もつ開口が導電要素の中心に貫通される。

【００５５】図１５に示される形状をもつ周波数調整用
プレートが用いられる。アンテナのアセンブリは図１７
に示される。周波数調整用プレートは円形のエポキシ樹
脂を境界づけして製造される。この材料は大なる剛性を
有するから、この場合には好適なものである。円板は厚
さ０．８mm、直径２５mmを有する。商品名ＴＥＦＬＯＮ
（登録商標）で作られた誘電体円板が間隔保持用円板と
して用いられ、導電要素と周波数調整用プレートの間に
位置づけられる。この間隔保持用円板は厚さ０．２５４
mm、直径２５mmを有する。この構造は２％のオーダーの
周波数調整範囲を得ることを可能にする。

【００５６】アンテナは、周波数調整用プレートの回転
によりＧＰＳ信号（１．５７５４２GHz ）の周波数に調
整される。測定された軸比は２．５４dBであり、帯域幅
は、電圧定在波比が２に等しいとして、１２MHz であ
る。測定された増幅率は−６dBi である。

【００５７】例４：円形状の偏波および狹帯域の調整に
ついて以下に述べられる。この例は、右手式の円形状偏
波作用のための摂動セグメントを具備する導電要素を用
いる。図１２に示される形式をもつ導電要素は商品名Ｔ
ＭＭ−１０（登録商標）からなる基板を境界づけするこ
とにより製造される。基板は円形であり、直径３４．５
mmを有する。基板の厚さは１．２７mm、相対誘電率は
９．２である。直径１．４mmの円形の開口が基板の中心
に貫通される。アンテナは、標準の５０ΩのＳＭＡ同軸
ケーブルを通して導電要素に印加される信号により励起
される。導電要素の寸法は、２Ｒ＝１４．７mm，ｒ_x ＝
ｒ_y ＝１０．１２mm，ｗ＝０．２５，ｘｆ＝ｙｆ＝１．
９３mmである。さらに、１．６３１mmに等しい直径をも
つ開口が導電要素の中心に貫通される。

【００５８】図１３に示される形式をもつ周波数調整用
プレートは、銅のブロックから機械工作により作られ
る。間隔保持用円板は用いられないが、中央支持要素に
より、周波数調整用プレートを導電要素の０．２mm上方
に支持することにより空隙が作り出される。アンテナの
アセンブリは図１６に示される。

【００５９】この例においては、周波数調整用プレート
は９０°回転され６％の周波数調整範囲を得ることが可
能である。周波数調整用プレート７０の幾何学的配置
は、周縁と原点の距離が回転の角度の関数として４．５
mmと８．７５mmの間で直線状に変動するという配置であ
る。

【００６０】この例のアンテナはプラスチックのケース
内に装着され、周波数調整用プレートの回転によりＧＰ
Ｓ信号（１．５７５４２GHz ）に同調している。ケース
がアンテナの接地プレートに固定されている状態で、測
定された軸比は１．７８dBであり、電圧定在波比が２に
等しいときの帯域幅は１１MHz である。測定された利得
は−４．０dBである。

【００６１】この実施例の変形によれば、周波数調整用
プレート７０は図１４の周波数調整用プレート７１で置
換されることが可能である。この周波数調整用プレート
は製造が容易であるが、その理由は、該周波数調整用プ
レートは産業界において現在利用可能な平行６面体の棒
から作ることが可能であるからである。この場合の調整
範囲は３％のオーダーであり、最大の回転角度は４５°
である。

【００６２】本発明は幾つかの興味ある応用を可能にす
る。まず、導電要素の幾何学的配置は、導電要素の寸法
を適切に制御することを可能にする。円形または矩形の
形状のような現在の形状は所望の共振周波数に従い、お
よび使用される基板の特徴に従い、固定の寸法を有す
る。可変のスロット形成を用いることにより、アンテナ
の寸法は比率２をもって修正されることが可能である。
さらに、導電要素の形状は利用可能な表面の最適の使用
を可能にするが、その理由は極めて小なる非金属化表面
が存在するのみであるからである。その結果として、本
発明は、最適の増幅率対寸法の比を維持しつつアンテナ
の極小形化を可能にする。

【００６３】アンテナについての前記の例３および例４
は人工衛星から送出されたＧＰＳ波を受信することを意
図するものである。アンテナの寸法は腕時計のケース内
に装着されることが可能である程度である。腕時計内で
は、アンテナは例えば電動機と時計針の間に位置づけら
れることが可能である。

【００６４】図２０は時計ケース８１、背面８２、およ
びクリスタルガラス８３を具備する腕時計８０の断面図
である。腕時計８０は、誘電体基板８５、時計ケースに
接続された接地プレート８６、導電要素８７、および周
波数調整用プレート８８を包含し、該周波数調整用プレ
ートは他の誘電体基板８９により導電要素８７から隔離
されている。導電要素は直交するスロットの２対を包含
する。スロットの該２対のうちの一方の対の長さは他方
の対の長さより大であり、それによりアンテナ８７の偏
波の円形が確保される。導電要素８７に関する、周波数
調整用プレート８８の回転は、直交するスロットの２対
の長さを知らせ、その結果としてアンテナ８４の共振周
波数を修正する。

【００６５】腕時計８０は同軸ケーブル９０をさらに包
含し、該同軸ケーブルの中心導体は誘電体基板８５を貫
通する。この中心導体は導電要素８７にはんだ付けさ
れ、一方、外側導体は接地プレート８６にはんだ付けさ
れる。同軸ケーブルの２つの導体はまた、腕時計８０内
において背面８２と接地プレート８６の間に位置するア
ンテナ回路９１に接続される。

【００６６】さらに、腕時計８０は中心支持体９２を包
含し、該中心支持体上に時計、分針、および秒針９３，
９４、および９５が装着される。中心支持体９２は時計
の機械装置９６に接続され、該時計の機械装置はまた、
背面と接地プレートの間に位置づけられる。時計の機械
装置９６は時計８０の針９３ないし９５を駆動し、それ
により標準の時間が表示される。さらに、中心支持体９
２はアンテナ８０の種々の要素８５ないし８８の整列を
維持するようにはたらく。

【００６７】アンテナ８０の付近の環境はアンテナの共
振周波数に或る影響を及ぼす。この点につき、導電要素
８７のスロットに関する針９３ないし９５の角度位置は
アンテナの共振周波数に或る影響を及ぼす。アンテナ８
０による信号の受信または送信の期間に、この影響を補
償するために、針９３ないし９５は、時計の機械装置に
より、アンテナ８０の共振周波数にほとんど影響を及ぼ
さない角度位置へみちびかれる。

【００６８】好適には、角度位置は、針９３ないし９５
のいずれもが導電要素８７のスロットに重畳しないよう
な位置である。さらに、アンテナ８０の共振周波数に対
する針９３ないし９５の影響を常に同じにするため、各
受信または送信の期間に、針９３ないし９５は同じ角度
位置へみちびかれることが可能である。

【００６９】前記したアンテナの共振周波数の調整用の
構造は、まず、基板材料の特性の不均一性を補償するこ
と、次いで、広い帯域にわたり周波数を調整すること、
を可能にする。さらに、アンテナの寸法は最小に維持さ
れるが、その理由は周波数調整用の構造はアンテナの厚
さを極めて僅かしか増大させないからである。

【００７０】知られている円形のアンテナを用いてその
ような寸法を得るには、１５のオーダーの相対誘電率を
もつ基板を用いることが必要であることに注意すべきで
ある。そのような誘電率であることはセラミックの基板
を用いることを必要にし高価な製造原価をみちびく。こ
れらのセラミックの基板が多くの応用においてさらなる
特徴をもつことにもまた注意すべきである。例えば、ア
ンテナの付近の環境はアンテナの共振周波数に或る影響
を及ぼす。この影響はアンテナの周波数調整用プレート
を簡単に回転することにより補償されることが可能であ
る。この点につき、本発明のアンテナを包含する腕時計
の針は、この影響を低減させるために、プラスチックま
たは任意の他の非金属材料で作られることが好適であ
る。

【００７１】最後に、本発明の範囲を逸脱することなく
本発明によるアンテナ装置に多くの変形が施されること
が可能であることに注意すべきである。この点につき、
本発明が、図２０に示されるアナログの表示手段でなく
デジタルの表示手段を具備する腕時計においても用いら
れることが可能であることが評価されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアンテナ装置の断面図である。

【図２】図１のアンテナ装置の透視図である。

【図３】図１および図２のアンテナ装置の導電要素の平
面図である。

【図４】図３の導電要素の具体化の変形の平面図であ
る。

【図５】図１のアンテナ装置の共振周波数を調整するこ
とを意図する周波数調整用プレートの平面図である。

【図６】図５の周波数調整用プレートの具体化の第１の
変形の図である。

【図７】図５の周波数調整用プレートの具体化の第２の
変形の図である。

【図８】図５の周波数調整用プレートの具体化の第３の
変形の図である。

【図９】本発明による他のアンテナ装置の分解された透
視図である。

【図１０】図９のアンテナ装置の断面図である。

【図１１】本発明による導電要素の具体化の他の変形の
平面図である。

【図１２】本発明による導電要素の具体化の他の変形の
平面図である。

【図１３】図５の周波数調整用プレートの具体化の他の
変形の平面図である。

【図１４】図５の周波数調整用プレートの具体化の他の
変形の平面図である。

【図１５】図５の周波数調整用プレートの具体化の他の
変形の平面図である。

【図１６】図１３の周波数調整用プレートと図１２の導
電要素のアセンブリの平面図である。

【図１７】図１５の周波数調整用プレートと図１１の導
電要素のアセンブリの平面図である。

【図１８】図７および図８の周波数調整用プレートと図
４の導電要素のアセンブリの平面図である。

【図１９】図５の周波数調整用プレートと図３の導電要
素のアセンブリの平面図である。

【図２０】本発明によるアンテナ装置を包含する時計の
断面図である。

【符号の説明】

１…アンテナ ２…誘電体基板 ３…導電要素 ４…接地プレート ５，６…スロット ７…軸 ８…励起点 ９…軸 １０…同軸ケーブル中心導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジュアン ラモン モシグ スイス国，ツェーハー−1020 ルネン，シ ュール ラ クロワ 29 (72)発明者 フレディ ガルディオル スイス国，ツェーハー−1009 プリー，シ ュマン デ グラミネ 11

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンテナ回路からの交流電圧を直線状に
   偏波されたマイクロ波へ変換する、およびその逆の変換
   を行うアンテナ装置であって、該装置は、２つの対抗す
   る側面をもつ第１の誘電体基板、該第１の誘電体基板の
   第１の側に固定された導電要素であって、周縁において
   この要素に２つの垂直軸による２重の平面対称性を与え
   る縁部により境界づけられるもの、および、該第１の誘
   電体基板の第２の側に固定される接地プレート、を具備
   し、該導電要素は該導電性要素を該アンテナ回路に接続
   する励起点を包含し、該アンテナ回路は該励起点と該接
   地プレートの間に該交番電圧を生成させるものであり、
   該励起点は該垂直軸の一方の上に位置している、アンテ
   ナ装置において、該導電要素は、スロットの第１の対を
   包含し、該スロットは該導電要素の周縁から中心に向い
   該垂直軸の他方に沿い延びるものである、ことを特徴と
   するアンテナ装置。
2. 【請求項２】 該スロットは該導電要素の周縁を中心か
   ら隔離する実質的な全距離にわたり延びている、請求項
   １記載のアンテナ装置。
3. 【請求項３】 該アンテナ装置は、第１の周波数調整用
   プレートをさらに具備し、該第２の軸に沿う該プレート
   の周縁と中心の間の距離は、該導電要素に関し、該プレ
   ートの面に垂直で中心を通る軸のまわりの該プレートの
   回転の角度の関数として変化する、請求項１または２記
   載のアンテナ装置。
4. 【請求項４】 該周波数調整用プレートは金属のブロッ
   クから機械工作されたものである、請求項３記載のアン
   テナ装置。
5. 【請求項５】 該周波数調整用プレートは第２の誘電体
   基板上に印刷されている、請求項２または３記載のアン
   テナ装置。
6. 【請求項６】 該アンテナ装置は該第１の導電要素を該
   周波数調整用プレートから隔離するスペーシング用円板
   をさらに具備する、請求項３〜５のいずれかに記載のア
   ンテナ装置。
7. 【請求項７】 該周波数調整用プレートと該導電要素は
   空隙により隔離されている、請求項３〜５のいずれかに
   記載のアンテナ装置。
8. 【請求項８】 該アンテナ装置は、中心支持体であっ
   て、第１の誘電体基板および該周波数調整用プレートを
   貫通し、前記の諸要素が装着されるもの、をさらに具備
   する、請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 【請求項９】 該中心支持体は導電材料により作られた
   ものである、請求項８記載のアンテナ装置。
10. 【請求項１０】 アンテナ回路からの交番電圧を直線状
    にまたは円形状に極性化されたマイクロ波へ変換する、
    およびその逆の変換を行うアンテナ装置であって、該装
    置は、 ２つの対抗する側面をもつ第１の誘電体基板、 該第１の誘電体基板の第１の側に固定された導電要素で
    あって、周辺においてこの要素に２つの垂直軸による２
    重の平面対称性を与える縁部により境界づけられるも
    の、および、該第１の誘電体基板の第２の側に固定され
    る接地プレート、を具備し、該導電要素は該導電要素を
    該アンテナ回路に接続する励起点を包含し、該アンテナ
    回路は、該励起点と該接地プレートの間に該交番電圧を
    生成させるものであり、該励起点は該第１と第２の軸の
    間に形成される角度を、２等分する、第３の軸上に位置
    している、アンテナ装置において、該導電要素は、該導
    電要素の周縁から中心へ向って該第１の軸に沿い延びて
    いるスロットの第１の対、および、該導電要素の周縁か
    ら中心へ向って該第２の軸に沿い延びているスロットの
    第２の対、を包含する、ことを特徴とするアンテナ装
    置。
11. 【請求項１１】 該スロットは該導電要素の周縁を中心
    から隔離する実質的な全距離にわたり延びている、請求
    項１０記載のアンテナ装置。
12. 【請求項１２】 スロットの該第１の対の長さはスロッ
    トの該第２の対の長さより大であり、それにより該円形
    状に偏波されたマイクロ波が発生する、請求項１０また
    は１１記載のアンテナ装置。
13. 【請求項１３】 該アンテナ装置は、第１の周波数調整
    用のプレートをさらに具備し、該第２の軸に沿う該プレ
    ートの周縁と中心の間の距離は、該導電要素に関し、該
    プレートの面に垂直で中心を通る軸のまわりの該第１の
    周波数調整用プレートの回転の角度の関数として変化す
    る、請求項１０〜１２のいずれかに記載のアンテナ装
    置。
14. 【請求項１４】 該第２の軸に沿う該第１の周波数調整
    用のプレートの周縁と中心の間の距離は、該導電要素に
    関し、該周波数調整用プレートの回転の角度の関数とし
    て変化する、請求項１３記載のアンテナ装置。
15. 【請求項１５】 該アンテナ装置は、第２の周波数調整
    用プレートをさらに具備し、該第１の軸に沿う該第２の
    周波数調整用プレートの周縁と中心の間の距離は、該導
    電要素に関し、軸のまわりの、該第２のプレートの回転
    の角度の関数として変化する、請求項１４記載のアンテ
    ナ装置。
16. 【請求項１６】 該周波数調整用プレートの少くとも１
    つは金属のブロックから機械工作されたものである、請
    求項１３〜１５のいずれかに記載のアンテナ装置。
17. 【請求項１７】 該周波数調整用プレートの少くとも１
    つは第２の誘電体基板上に印刷されている、請求項１３
    〜１５のいずれかに記載のアンテナ装置。
18. 【請求項１８】 該アンテナ装置は、該導電要素と該周
    波数調整用プレートの少くとも１つを隔離するスペーシ
    ング用円板をさらに具備する、請求項１３〜１７のいず
    れかに記載のアンテナ装置。
19. 【請求項１９】 該周波数調整用プレートと該導電要素
    が空隙により隔離されている、請求項１３〜１７のいず
    れかに記載のアンテナ装置。
20. 【請求項２０】 該アンテナ装置は中央支持体であっ
    て、第１の誘電体基板および該周波数調整用プレートの
    少くとも１つを貫通し、前記の諸要素が装着されるも
    の、をさらに具備する、請求項１０〜１９のいずれかに
    記載のアンテナ装置。
21. 【請求項２１】 該中央支持体は導電材料により作られ
    たものである、請求項２０記載のアンテナ装置。
22. 【請求項２２】 請求項８，９，２０および２１のいず
    れかに記載のアンテナ装置を具備する時計装置であっ
    て、時計針、時計ケース、電動機、および該電動機と該
    時計針を接続する軸、を具備する時計装置において、 該アンテナは該電動機と該時計針の間に位置し、 該中央支持体は長手軸に沿い中空状であり、 該軸は該中央支持体の内部に沿い延びている、ことを特
    徴とする時計装置。
23. 【請求項２３】 該時計針はプラスチックにより作られ
    ている、請求項２２記載の時計装置。