JP4645727B2 - アンテナ装置、受信装置および電波時計 - Google Patents

Description

この発明は、電波信号を受信するアンテナ装置および受信装置、ならびに、タイムコードが含まれる標準電波の受信を行う電波時計に関する。

一般に、線状アンテナ、巻線型のバーアンテナ、平面アンテナなど、様々なアンテナが知られている。また、標準電波を受信する電波時計などでは、小さな時計本体にアンテナを搭載する必要があることから巻線型のバーアンテナが用いられている。

また、本発明に関連する従来技術として、特許文献１，２には、磁気抵抗効果素子によって電波の磁界成分に反応することで電波信号を受信するアンテナ装置が開示されている。また、特許文献３には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）作製技術により形成した振動板に磁性体の薄膜を形成し、この振動板を振動させつつ、この振動板の共振周波数の変化を検出して外部磁場の測定を行う共振型磁気センサが開示されている。
特開２０００−１８８５５８号公報 特開２００７−１２４３３５号公報 特開２００５−２０１７７５号公報

線状アンテナや巻線型のバーアンテナなど、一般的なアンテナには小型化に限界がある。線状アンテナでは受信周波数帯に応じた長さが必要となるし、巻線型のバーアンテナではコアが短くなると反磁界の影響によって実効Ｑ値（共振ピークの鋭度）や感度が低下する。

また、巻線型のバーアンテナでは、巻線コイルとコアに生じる磁束の変化によって、金属が近接していると、そこに渦電流を発生させ、この渦電流の発生によって感度が著しく低下するという課題がある。

また、上記従来の磁気抵抗効果素子を用いたアンテナ装置では、受信素子自体が周波数特性を持たないため帯域外の電波による妨害に対して非常に弱いという課題がある。例えば、磁気抵抗効果素子によって受信された信号を増幅した後、フィルタ回路によって所定の周波数帯域の信号を抽出する構成では、帯域外の電波による妨害があった場合に、この電波受信によって増幅回路の動作が飽和してしまい、それにより所望の特性が得られなくなるという現象が生じる。また、受信信号を増幅する前に通過帯域の狭いフィルタ回路を設けると小型化が難しくなる。

この発明の目的は、アンテナの小型化、高感度化、耐妨害性の向上を図れるアンテナ装置、受信装置ならびに電波時計を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
所定の固有振動数で振動する特性を有するとともに外部磁界を受けて変位する振動体と、
該振動体の運動を電気信号に変換する変換手段と、
を備え、
前記振動体を共振させる周波数帯の電波信号が到来したときに、当該電波信号の磁界成分によって前記振動体が共振し、この共振が前記変換手段により電気信号に変換されることで、当該周波数帯の電波信号が電気信号となって取り込まれることを特徴とするアンテナ装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のアンテナ装置において、
前記振動体および前記変換手段は、１チップの基板上に形成されていることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のアンテナ装置において、
前記振動体は、
１又は複数の箇所が支持された梁部と、
該梁部の変位する箇所に固着された磁性体と、
を有し、
前記磁性体に磁力を及ぼす磁石を更に備えていることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項３記載のアンテナ装置において、
前記梁部は、長手方向が基板に沿った向きで前記基板より浮いた状態でスペーサーを介して前記基板に固定され、
前記磁石は、永久磁石であり、前記梁部と前記基板との間で前記基板上に固定されていることを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項３記載のアンテナ装置において、
前記磁石は、前記振動体が形成されたモジュールに対して、後付けされる構成であることを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項３記載のアンテナ装置において、
前記梁部は、長手方向が基板に沿った向きで前記基板より浮いた状態でスペーサーを介して前記基板に固定され、
前記磁石は、コイル磁石であり、前記梁部の上方、下方、或いは周囲に形成されていることを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項１記載のアンテナ装置において、
前記変換手段は、
前記振動体と共用または前記振動体に形成された第１電極と、
該第１電極と対向して形成された第２電極とを有し、
前記振動体の変位によって、前記第１電極と前記第２電極との間隔が変化することで、当該第１電極と第２電極とからなる電気容量の大きさが変化して、この電気容量の変化に対応する電気信号を出力する構成であることを特徴としている。

請求項８記載の発明は、請求項７記載のアンテナ装置において、
前記変換手段は、
更に前記第２電極の逆側で前記第１電極と対向して形成された第３電極を有し、
前記振動体の変位によって、前記第１電極と前記第２電極との間隔と、前記第１電極と前記第３電極との間隔とが、互いに正負逆向きに変化することで、前記第１電極と前記第２電極とからなる電気容量と前記第１電極と前記第３電極とからなる電気容量の大きさが逆向きに変化して、これら電気容量の変化に対応する電気信号を出力する構成であることを特徴としている。

請求項９記載の発明は、
請求項１〜８の何れか１項に記載のアンテナ装置と、
前記アンテナ装置から出力される電気信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器により増幅された信号に対して復調処理を行う復調器と、
を備え、
前記アンテナ装置により前記振動体を共振させる周波数帯の搬送波を受信して、前記復調器により当該搬送波から情報信号を復調することを特徴とする受信装置である。

請求項１０記載の発明は、
請求項９記載の受信装置により標準電波を受信して、該標準電波に含まれるタイムコードを復調して時刻修正を行うことを特徴とする電波時計である。

本発明に従うと、アンテナの小型化、高感度化、耐妨害性の向上が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の実施形態の電波時計の全体を示す構成図である。

本発明の実施形態の電波時計１は、タイムコードを含む標準電波の受信を行うＭＥＭＳアンテナ１０と、受信信号を増幅する増幅器１０１と、受信信号からタイムコードの検波を行う復調器としての検波器１０２と、時計の全体制御を行うマイクロコンピュータ１０３と、時刻の表示出力を行う時刻表示器１０４と、計時を行う計時カウンタ１０５等から構成される。これらの構成のうち、ＭＥＭＳアンテナ１０、増幅器１０１および検波器１０２によって受信装置としての電波受信部１００が構成される。

電波受信部１００は、例えば、ＭＥＭＳアンテナ１０を含めて、１個の半導体基板上に形成されたものである。また、この電波受信部１００とともに、マイクロコンピュータ１０３や計時カウンタ１０５も含めて１個の半導体基板上に形成することも可能である。

この実施形態の電波時計１は次のように動作する。先ず、マイクロコンピュータ１０３は、計時カウンタ１０５の計時データに同期させて時刻表示器１０４の出力を更新していくことで現在時刻の表示制御を行う。さらに、マイクロコンピュータ１０３は、所定の時刻になった場合に、電波受信の制御プログラムを実行して、電波受信部１００を作動させる。それにより、所定周波数帯（例えば６０ｋＨｚ）の搬送波により送信されている標準電波が電波受信部１００で受信されてタイムコードが検波される。マイクロコンピュータ１０３は、検波されたタイムコードを入力し、このタイムコードから正確な現在時刻を求める。そして、計時カウンタ１０５の計時時刻にずれがある場合に、これを自動的に修正する。このような制御動作によって、常に正確な時刻表示が行われるようになっている。

図２は、本発明に係るＭＥＭＳアンテナの第１実施形態を示す斜視図、図３は、第１実施形態のＭＥＭＳアンテナを示す縦断面図、図４は、第１実施形態のＭＥＭＳアンテナの電気的な接続構成を示す回路図である。

第１実施形態のＭＥＭＳアンテナ１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）作製技術を用いて半導体基板上に形成された極めて小さな（例えば数ミリメートル以下、或いは、ミクロンオーダーの大きさの）アンテナであり、電波信号の磁界成分を受けてこの受信電波を電気信号に変換するものである。

このＭＥＭＳアンテナ１０は、図２や図３に示すように、基板１１上に形成された梁部１２と、梁部１２の一部を固定している絶縁体からなるスペーサー１５，１５と、梁部１２の可動範囲に形成された磁性体１３と、梁部１２の下側に固定された永久磁石１４と、梁部１２と共用または当該梁部１２に形成された面状の電極（第１電極）１６と、梁部１２に対向する基板１１上の部位に形成された面状の電極１７（第２電極）等から構成される。そして、梁部１２の周囲に空間を設けて梁部１２が上下に変位可能な状態で樹脂１９等により周囲が封止されてなる。

上記の構成のうち、梁部１２と磁性体１３によって振動体が構成され、電極１６，１７により梁部１２の変位を電気信号に変換する変換手段が構成される。

梁部１２は、例えば、多結晶シリコンなどを用いて薄膜堆積により形成されたものである。梁部１２は、板状の構成であり、その長手方向が基板１１に沿った向きで、一部の箇所（例えば両端部）がスペーサー１５，１５を介して基板１１に固定され、他の部位が空間をあけて基板１１上に浮いた状態になっている。梁部１２の下側の空間は犠牲層エッチングなどにより形成することができる。そして、この固定されていない部位が基板１１に対して上下に振動するようになっている。

梁部１２の固有振動数は、梁部１２の長さや厚みなどから所望の振動数に設定することが可能になっており、この実施の形態では標準電波の搬送波の周波数（例えば６０ｋＨｚ）と同一になるように設定されている。また、梁部１２にＳｉＧｅ（シリコン・ゲルマニウム）やその他の材料を適宜組み合わせることで、このような振動特性の温度補償を行うことも可能である。

梁部１２に形成される面状の電極１６や、基板１１に形成される面状の電極１７は、対向配置されて電気容量を構成するものであり、例えば、金属材料を蒸着して形成されるものである。この金属材料は磁化しないアルミなどを使用すると好ましい。なお、梁部１２に電極１６を形成する換わりに、梁部１２を形成している材料自体をドーピング等することで導電性を付加した構成とし、この梁部１２自体を電極としても良い。

電極１６，１７には、通常の半導体製造プロセスによって配線ｈ１，ｈ２が接続され、これらの配線ｈ１，ｈ２が基板１１上に引き出された構成となっている。図３では、配線ｈ１，ｈ２を略して示しているが、実際には、基板１１側の配線ｈ２はそのまま基板１１上のＭＥＭＳアンテナ１０の外部まで引き出され、梁部１６側の配線ｈ１はスペーサー１５にコンタクトホールを形成して基板１１上まで導いた後、基板１１上のＭＥＭＳアンテナ１０の外部まで引き出されている。

スペーサー１５，１５は、例えば、絶縁性を持たせるためにシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などにより形成されたものである。

基板１１上の永久磁石１４は、梁部１２の磁性体１３に磁力を及ぼすためのものであり、例えば、スパッタリングにより強磁性体の薄膜堆積により強磁性体のブロックを形成した後、この強磁性体のブロックに強い磁界を加えて該強磁性体を特定の方向に磁化させることで形成することができる。

梁部１２上の磁性体１３は、電波信号の磁界成分を受けて磁化することで、永久磁石１４に対して斥力や引力を発生させて梁部１２を変位させるように作用するものであり、例えば、スパッタリングを使用した磁性体（例えば軟磁性体）の薄膜堆積により形成することができる。

図４に示すように、ＭＥＭＳアンテナ１０の電極１６，１７は、梁部１２が変位することで電気容量の大きさを変化させる可変容量Ｃｖを構成するものである。半導体基板上には、この可変容量Ｃｖと直列に容量素子Ｃ１が接続され、これらの直列回路に電圧Ｅ１が印加された構成になっている。このような構成により、梁部１２が変位して可変容量Ｃｖの容量値が変化することで、可変容量Ｃｖの端子間に梁部１２の変位に応じた電気信号（電圧）が出力されるようになっている。

なお、図４の容量素子Ｃ１の換わりに抵抗素子を可変容量Ｃｖに直列接続しても同様の作用を得ることができる。

次に、上記構成のＭＥＭＳアンテナ１０および電波受信部１００の動作について説明する。

この実施形態のＭＥＭＳアンテナ１０によれば、梁部１２の固有振動数に対応した周波数帯（例えば６０ｋＨｚ）の標準電波が到来したときには、この電波信号の磁界成分が梁部１２に作用力を及ぼして梁部１２が共振するとともに、梁部１２が電波信号の磁界成分の大きさに応じた変位を行う。

この梁部１２の変位は可変容量Ｃｖの容量変化となって、この容量変化に応じた電気信号がＭＥＭＳアンテナ１０から増幅器１０１に出力される。この電気信号は到来した標準電波をほぼそのまま電気信号に変換した信号となる。そして、この電気信号が増幅器１０１で増幅され、その後、検波器１０２に送られてタイムコードが検波される。

一方、梁部１２の固有振動数から外れた周波数帯の電波が到来したときには、この電波信号の磁界成分が梁部１２に作用力を及ぼすが、梁部１２の固有振動数から外れた周波数で振動する作用力なので、梁部１２において吸収および打ち消されて梁部１２は振動しない。従って、可変容量Ｃｖの容量変化も生じず、ＭＥＭＳアンテナ１０の信号出力はほぼゼロとなる。

また、上記の標準電波とそれ以外の周波数帯の電波が入り混じって到来したときには、両者による作用がそれぞれ重なるように動作するので、梁部１２の固有振動数から外れた周波数帯の電波はカットされ、標準電波のみがＭＥＭＳアンテナ１０で抽出されて受信される。そして、標準電波の信号のみが増幅器１０１と検波器１０２に送られることとなる。

図５には、ＭＥＭＳアンテナと従来のコイル型アンテナとの周波数特性を表わしたグラフを示す。

ＭＥＭＳ技術により形成される振動体は、帯域の狭い固有振動数の範囲でのみ大きな共振を行うといった周波数特性が得られる。そのため、上記構成のＭＥＭＳアンテナ１０によれば、図５の実線に示すように、非常に高いＱ値で、特定の周波数ｆ０の電波のみを受信し、特定周波数ｆ０から外れた電波を大幅にカットする特性を得ることができる。図５の点線にコイル型アンテナの周波数特性を比較用に示す。図５の実線と点線の特性線の比較から分かるように、ＭＥＭＳアンテナ１０のアンテナ自体の受信利得のＱ値は、コイル型アンテナよりも非常に高いものとなる。

以上のように、この実施形態のＭＥＭＳアンテナ１０によれば、ＭＥＭＳ技術を用いてアンテナの顕著な小型化を図ることができる。また、ＭＥＭＳアンテナ１０自体が狭帯域フィルタのように特定の周波数帯の電波信号のみを受信し、特定周波数帯から外れた電波の入力をカットするので、帯域外の信号入力を電波受信の段階で除去することができる。それにより、帯域外の電波の入力によって増幅段の動作が飽和し、この飽和によって受信感度が低下するといった不都合も生じない。

また、コイル型アンテナでは、電波受信に伴ってコイルやコアに比較的大きな磁束の変化が生じるため、周囲の金属に渦電流を発生させて、この渦電流の発生により受信感度が大幅に低下するという問題があったが、ＭＥＭＳアンテナ１０ではこのような渦電流を発生させないので、それによる受信感度が低下することもない。従って、周囲に金属があっても電波の入力を遮断することがなければ高い受信感度を実現できる。

また、ＭＥＭＳアンテナ１０として、梁部１２に磁性体１３を設け、梁部１２の下方に永久磁石１４を設けて、梁部１２を振動させる構成を採用しているので、製造プロセスの単純化や製造コストの低減が図られている。また、永久磁石１４が梁部１２の磁性体１３に磁力を及ぼすことにより、電波信号の磁界成分の作用による梁部１２の変位を大きくとることができる。

また、基板１１と梁部１２とに互いに対向する面状の電極１６，１７を形成して、これら電極１６，１７からなる可変容量Ｃｖにより梁部１２の変位に応じた電気信号を出力する構成を採用しているので、比較的単純な構成により梁部１２の変位を確実に電気信号へ変換することができる。

また、この実施形態の電波受信部１００によれば、ＭＥＭＳアンテナ１０自体に帯域の狭いフィルタ特性が付与されているので、別途、狭帯域のフィルタなどを設ける必要がなく、回路の単純化や実装面積の削減を図ることができる。

また、この実施形態の電波時計１によれば、ＭＥＭＳアンテナ１０を含めて電波受信部１００を極めて小型に構成できることから、腕時計本体など小さな装置にも余裕をもってアンテナや受信回路を搭載することができる。また、ＭＥＭＳアンテナ１０はコイル型アンテナのように周囲の金属に渦電流を発生させることがないので、時計内部に搭載する場合にアンテナの配置箇所の自由度が増すという効果が得られる。

［第２実施形態］
図６は、本発明に係るＭＥＭＳアンテナの第２実施形態を示す縦断面図である。

第２実施形態のＭＥＭＳアンテナ１０Ａは、梁部１２の上方（基板１１の逆側）にも電極を設けて、ＭＥＭＳアンテナ１０Ａから比較的に大きな電気信号を取り出せるようにしたものであり、基本的な構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

この実施形態のＭＥＭＳアンテナ１０Ａでは、梁部１２の上方を覆うように板状の覆い板２０を設け、この覆い板２０に面状の電極（第３電極）２１を形成している。覆い板２０は、梁部１２の自由な変位を妨げないように、例えば、スペーサー２２，２２を介して梁部１２から浮いた状態に形成されている。

このような覆い板２０は、例えば梁部１２と同様の材料および製造プロセスによって形成することができる。また、覆い板２０は、梁部１２のように振動することがないように、例えば厚みを増したり硬度を増したりして形成されている。

電極２１は梁部１２の電極１６と同様の材料および製造プロセスによって形成することができ、スペーサー２２，２２は梁部１２を支持するスペーサー１５，１５と同様の材料および製造プロセスにより形成することができる。スペーサー２２，２２は、例えば、梁部１２を支持するスペーサー１５，１５と重なる配置で形成されている。

図７は、第２実施形態のＭＥＭＳアンテナの電気的な接続構成を示す回路図である。

図７に示すように、上記の３つの電極１７，１６，２１は、梁部１２が変位することで各々の電気容量を変化させる２つの可変容量Ｃｖ，Ｃｖ２を構成するものである。詳細には、梁部１２の電極１６と基板１１側の電極１７によって一方の可変容量Ｃｖが構成され、梁部１２の電極１６と覆い板２０の電極２１によってもう一方の可変容量Ｃｖ２が構成される。また、これら２つの可変容量Ｃｖ，Ｃｖ２は直列に接続され、これらの直列回路に定電圧Ｅ１が印加された構成にされる。

このような構成により、梁部１２が変位すると、２つの可変容量Ｃｖ，Ｃｖ２の容量値が互いに正負逆向きに変化する。それにより、可変容量Ｃｖの端子間に梁部１２の変位に応じた電気信号が出力される。この構成によれば、図４に示した第１実施形態の回路と比較して、出力電圧の振幅をほぼ二倍近く大きくすることができる。

［磁石の配置構成の第１変形例］
図８は、ＭＥＭＳアンテナにおける磁石の配置構成の第１変形例を示す斜視図である。なお、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

この変形例のＭＥＭＳアンテナ１０Ｂは、永久磁石１４Ｂから磁性体１３に及ぼす磁力の大きさを増加させた構成例を示すものである。図８に示すように、この変形例のＭＥＭＳアンテナ１０Ｂは、永久磁石１４Ｂを一方に長い形態とし、その長手方向を梁部１２と交差する向きにして、永久磁石１４Ｂの一端を梁部１２の下方に位置させ、他端を梁部１２から離れた位置に配置したものである。そして、永久磁石１４Ｂの長手方向の一端側と他端側とにそれぞれ磁極が現われるように磁化させている。

このような永久磁石１４Ｂの構成によれば、永久磁石１４Ｂの一端側から他端側にかけて空間を通して閉じた経路で磁束が生じ、この閉じた経路の磁束が梁部１２の磁性体１３を貫く構成とすることができる。このような磁界によって、比較的大きな磁力を永久磁石１４Ｂから磁性体１３へ及ぼすことができる。

［磁石の配置構成の第２変形例］
図９は、ＭＥＭＳアンテナにおける磁石の配置構成の第２変形例を示す斜視図である。第１実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

この変形例のＭＥＭＳアンテナ１０Ｃは、永久磁石１４Ｃを一方に長く且つカーブした形態とし、その一端を梁部１２の下方に位置させ、一端から他端にかけて一旦梁部１２から離れる方向に伸びたのちにカーブして再び梁部１２に近接する形態に形成したものである。そして、永久磁石１４Ｃの長手方向の一端側と他端側とにそれぞれ磁極が現れるように磁化させる。

このような永久磁石１４Ｃの構成によれば、永久磁石１４Ｃの一端側から他端側にかけて空間を通じて閉じた経路で磁束が生じ、且つ、永久磁石１４Ｃの一端部と他端部の距離が短くなっているので、より多くの磁束が磁性体１３を貫くこととなって、永久磁石１４Ｃから磁性体１３へ大きな磁力を及ぼすことが可能となる。

［磁石の配置構成の第３変形例］
図１０と図１１には、ＭＥＭＳアンテナにおける磁石の配置構成の第３変形例を示す斜視図と縦断面図とを示す。なお、図１０の斜視図において図１１の覆い板２０やスペーサー２２，２２の図示を省略している。また、第１実施形態や第２実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

この変形例のＭＥＭＳアンテナ１０Ｄは、梁部１２の磁性体１３に磁力を与える永久磁石１４Ｄを、基板１１上にＭＥＭＳ技術によって形成するのではなく、他の構成をＭＥＭＳ技術により基板１１上に形成してモジュール化した後、外から後付けしたものである。

例えば、図１０や図１１に示すように、梁部１２や磁性体１３が樹脂等で覆われて封止された上に、永久磁石１４Ｄを固定する構成とする。永久磁石１４Ｄの一方の磁極を磁性体１３の近傍に配置することで、効率的に多くの磁束が磁性体１３を貫くようにすることができる。

なお、梁部１２の磁性体１３に適宜な磁力を及ぼすことができれば、永久磁石１４Ｄの配置は制限されるものではない。例えば、梁部１２の横側に永久磁石を固定したり、梁部１２が形成された基板１１やモジュールから離間した箇所に永久磁石を固定するようにしても良い。

このような構成によれば、ＭＥＭＳアンテナ１０Ｄの半導体製造プロセスから永久磁石１４Ｄを形成する工程を省くことができるので、ＭＥＭＳアンテナ１０Ｄの製造プロセスの単純化を図ることができる。また、磁石の大きさ、形状、配置の自由度が増すという効果も奏される。

［第３実施形態］
図１２は、本発明に係るＭＥＭＳアンテナの第３実施形態を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は基板面の平面図である。

第３実施形態のＭＥＭＳアンテナ１０Ｅは、梁部１２の磁性体１３に磁力を与える構成として、永久磁石の替わりにコイル磁石（電磁石）２５を適用したものである。その他の構成は第１実施形態のものとほぼ同様であり、同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。

コイル磁石２５は、図１２（ｂ）に示すように、配線を複数回巻回してなり、この巻回された配線に定電流を流すことで所定の磁力を磁性体１３に及ぼすものである。この実施形態においては、コイル磁石２５は、基板１１上の磁性体１３の下方に配置されている。

このコイル磁石２５は、例えば、基板１１上の電極１７Ｅを形成する蒸着工程においてマスクパターンにコイル磁石２５の配線パターンを付加することで、電極１７Ｅと同時に形成されたものである。図１２（ｂ）に示すように、電極１７Ｅの中央部位に隙間１７１が設けられ、この部位にコイル磁石２５の巻回配線が形成されている。巻回された配線は多層配線により内側の配線が外側に引き出されている。

また、電極１７Ｅの中央部位から一方の端部にかけてスリット１７２が形成され、このスリット１７２の部位に、コイル磁石２５の巻回配線から外部の端子Ｔ２５ａ，Ｔ２５ｂまで伸びる引き出し線が形成されている。このように電極１７Ｅにスリット１７２を設けて、電極１７Ｅがコイル磁石２５の巻回配線の全周を取り囲まないようにすることで、コイル磁石２５に電流を流すときや停止させるときに、電極１７Ｅの巻回配線の周りで、巻回配線を周回するような渦電流が生じることを回避して、この渦電流によりコイル磁石２５に影響が生じないようにされている。

この第３実施形態のＭＥＭＳアンテナ１０Ｅによれば、電波受信時にコイル磁石２５に定電流を流すことでコイル磁石２５から磁性体１３に所定の磁力を及ぼすことができる。そして、第１実施形態と同様の動作によって所定周波数帯の電波受信を行うことができる。

また、この第３実施形態のＭＥＭＳアンテナ１０Ｅによれば、ＭＥＭＳアンテナ１０Ｅの半導体製造プロセスから永久磁石を形成する工程を省くことができるので、ＭＥＭＳアンテナ１０Ｅの製造プロセスの単純化を図ることができる。

また、コイル磁石２５に流す電流を調整することで、コイル磁石２５から梁部１２の磁性体１３に及ぼされる磁力の大きさを変化させることもできるという効果が得られる。

［コイル磁石の配置構成の第１変形例］
図１３には、ＭＥＭＳアンテナにおけるコイル磁石の配置構成の第１変形例を表わした縦断面図を示す。なお、第１実施形態〜第３実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

この変形例のＭＥＭＳアンテナ１０Ｆは、コイル磁石２５Ｆを覆い板２０に形成して、コイル磁石２５Ｆの配置を梁部１２の上方（基板１１の反対側）としたものである。この変形例においても、コイル磁石２５Ｆの巻回配線や引き出し線は、覆い板２０の電極２１を形成する半導体製造プロセスにおいてマスクパターンにコイル磁石２５の配線パターンを付加することで形成されたものである。

このようなコイル磁石２５Ｆの配置としても、電波受信時にコイル磁石２５Ｆに定電流を流すことで、コイル磁石２５Ｆから磁性体１３に所定の磁力を及ぼして、第１〜第３実施形態と同様の作用によって電波受信を行うことができる。また、第３実施形態と比較して、基板１１の電極１７と梁部１２の電極１６とからなる可変容量の電極面積を大きくとることができるので、梁部１２の変位によって大きな容量変化を発生させて振幅の大きな電気信号を出力させることができる。

［コイル磁石の配置構成の第２変形例］
図１４には、ＭＥＭＳアンテナにおけるコイル磁石の配置構成の第２変形例を表わした斜視図を示す。なお、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

この変形例のＭＥＭＳアンテナ１０Ｇは、梁部１２の磁性体１３に磁力を及ぼすコイル磁石２５Ｇを、梁部１２の周囲に設けたものである。具体的には、基板１１上に配線を形成する通常の半導体製造プロセスによって、梁部１２を取り巻くように巻回配線を形成してこれをコイル磁石２５Ｇとしている。

このようなコイル磁石２５Ｇによっても、電波受信時にコイル磁石２５Ｇに定電流を流すことで、コイル磁石２５Ｇから磁性体１３に所定の磁力を及ぼして、第１実施形態と同様の作用で電波受信を行うことができる。

以上のように、本発明の実施形態のＭＥＭＳアンテナ１０，１０Ａ〜１０Ｇによれば、アンテナの顕著な小型化、高感度化、並びに、耐妨害性の向上を図ることが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ＭＥＭＳアンテナをシリコン基板上に形成した例を示したが、シリコン基板に限られず、例えば、ガラス基板や有機材料などの上に集積化することもできる。また、振動体として両端が支持され中央部位が上下に振動する梁部１２を例示したが、例えば、片持支持されたカンチレバー型の振動体を適用したり、音叉構造の振動体を適用したりしても良い。

また、上記実施形態では、梁部１２の一部に磁性体１３を形成した例を示したが、梁部１２の全体に磁性体を薄く形成するようにしても良い。また、梁部１２自体を磁性体から構成するようにしても良い。また、電波信号の磁界成分を受けて磁性体のみで変位する大きさの電波信号を受信する構成であれば、磁性体に磁力を及ぼす磁石を省略しても良い。

その他、実施の形態で示した細部構造は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施形態の電波時計の全体を示す構成図である。 本発明に係るＭＥＭＳアンテナの第１実施形態を示す斜視図である。 第１実施形態のＭＥＭＳアンテナを示す縦断面図である。 第１実施形態のＭＥＭＳアンテナの電気的な接続構成を示す回路図である。 ＭＥＭＳアンテナと従来のコイル型アンテナとの周波数特性を示したグラフである。 本発明に係るＭＥＭＳアンテナの第２実施形態を示す縦断面図である。 第２実施形態のＭＥＭＳアンテナの電気的な接続構成を示す回路図である。 ＭＥＭＳアンテナにおける磁石の配置構成の第１変形例を示す斜視図である。 ＭＥＭＳアンテナにおける磁石の配置構成の第２変形例を示す斜視図である。 ＭＥＭＳアンテナにおける磁石の配置構成の第３変形例を示す斜視図である。 ＭＥＭＳアンテナにおける磁石の配置構成の第３変形例を示す縦断面図である。 本発明に係るＭＥＭＳアンテナの第３実施形態を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は基板面の平面図である。 ＭＥＭＳアンテナにおけるコイル磁石の配置構成の第１変形例を示す縦断面図である。 ＭＥＭＳアンテナにおけるコイル磁石の配置構成の第２変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 電波時計
１０，１０Ａ〜１０Ｇ ＭＥＭＳアンテナ（アンテナ装置）
１１ 基板
１２ 梁部
１３ 磁性体
１４，１４Ｂ〜１４Ｄ 永久磁石
１５ スペーサー
１６ 電極（第１電極）
１７ 電極（第２電極）
２０ 覆い板
２１ 電極（第３電極）
２５，２５Ｆ，２５Ｇ コイル磁石
Ｃｖ，Ｃｖ２ 可変容量
１００ 電波受信部（受信装置）
１０１ 増幅器
１０２ 検波器（復調器）
１０３ マイクロコンピュータ
１０４ 時刻表示器
１０５ 計時カウンタ

Claims (10)

1. 所定の固有振動数で振動する特性を有するとともに外部磁界を受けて変位する振動体と、
   該振動体の運動を電気信号に変換する変換手段と、
   を備え、
   前記振動体を共振させる周波数帯の電波信号が到来したときに、当該電波信号の磁界成分によって前記振動体が共振し、この共振が前記変換手段により電気信号に変換されることで、当該周波数帯の電波信号が電気信号となって取り込まれることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記振動体および前記変換手段は、１チップの基板上に形成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記振動体は、
   １又は複数の箇所が支持された梁部と、
   該梁部の変位する箇所に固着された磁性体と、
   を有し、
   前記磁性体に磁力を及ぼす磁石を更に備えていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. 前記梁部は、長手方向が基板に沿った向きで前記基板より浮いた状態でスペーサーを介して前記基板に固定され、
   前記磁石は、永久磁石であり、前記梁部と前記基板との間で前記基板上に固定されていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
5. 前記磁石は、前記振動体が形成されたモジュールに対して、後付けされる構成であることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
6. 前記梁部は、長手方向が基板に沿った向きで前記基板より浮いた状態でスペーサーを介して前記基板に固定され、
   前記磁石は、コイル磁石であり、前記梁部の上方、下方、或いは周囲に形成されていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
7. 前記変換手段は、
   前記振動体と共用または前記振動体に形成された第１電極と、
   該第１電極と対向して形成された第２電極とを有し、
   前記振動体の変位によって、前記第１電極と前記第２電極との間隔が変化することで、当該第１電極と第２電極とからなる電気容量の大きさが変化して、この電気容量の変化に対応する電気信号を出力する構成であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
8. 前記変換手段は、
   更に前記第２電極の逆側で前記第１電極と対向して形成された第３電極を有し、
   前記振動体の変位によって、前記第１電極と前記第２電極との間隔と、前記第１電極と前記第３電極との間隔とが、互いに正負逆向きに変化することで、前記第１電極と前記第２電極とからなる電気容量と前記第１電極と前記第３電極とからなる電気容量の大きさが逆向きに変化して、これら電気容量の変化に対応する電気信号を出力する構成であることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載のアンテナ装置と、
   前記アンテナ装置から出力される電気信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器により増幅された信号に対して復調処理を行う復調器と、
   を備え、
   前記アンテナ装置により前記振動体を共振させる周波数帯の搬送波を受信して、前記復調器により当該搬送波から情報信号を復調することを特徴とする受信装置。
10. 請求項９記載の受信装置により標準電波を受信して、該標準電波に含まれるタイムコードを復調して時刻修正を行うことを特徴とする電波時計。

Images