DE60101378T2

DE60101378T2 - Antenne für mehrere frequenzen für kleine instrumente

Info

Publication number: DE60101378T2
Application number: DE60101378T
Authority: DE
Inventors: Jean-François Zürcher; Anja Skrivervik; Olivier Staub
Original assignee: Asulab AG
Current assignee: Asulab AG
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2021-02-24
Also published as: CN1225057C; US20030030589A1; WO2001069716A1; JP2003527015A; CN1418389A; DE60101378D1; EP1266425B1; US6642895B2; EP1266425A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antenne mit länglicher Form für ein kleinvolumiges Instrument, insbesondere für eine Telephonuhr, die über Funk auf wenigstens zwei Frequenzen mit hohem Wert und niedrigem Wert Nachrichten empfangen und aussenden kann, wobei diese Antenne, beginnend bei einem Einspeisungspunkt, gebildet ist aus einem ersten Strahlenelement, dessen Länge auf die hohe Frequenz abgestimmt ist, und aus wenigstens einem zweiten Strahlerelement, das dem ersten folgt, wobei die Länge dieses zweiten Elements zusammen mit jener des ersten Elements eine Gesamtlänge bildet, die auf die niedrige Frequenz abgestimmt ist, wobei das erste und das zweite Strahlerelement durch eine Resonanzschaltung miteinander verbunden sind, deren Resonanzfrequenz so gewählt ist, dass die Länge der Antenne auf ihr erstes Element begrenzt ist, wenn die hohe Frequenz aktiv ist, und dass die Gesamtlänge der Antenne genutzt wird, wenn die niedrige Frequenz aktiv ist.
Eine Antenne, die auf die obige Definition der Gattung eine Antwort darstellt, ist im Stand der Technik bekannt. Sie ist insbesondere auf Seite 17–6 von "ARRL Handbook", 1989, beschrieben und in 1, die die vorliegende Beschreibung begleitet, veranschaulicht. Ein weiteres Beispiel einer solchen Antenne ist beispielsweise in dem Patent US 2.282.292 beschrieben. Es handelt sich um eine Dipolantenne, die von einer Speiseleitung 25 gespeist wird. Beginnend bei einem Einspeisungspunkt 2 umfasst jedes Strahlungselement der Antenne ein erstes Strahlerelement 3, dann eine Resonanzschaltung 5 und schließlich ein zweites Strahlerelement 4. Die Antenne ist dazu vorgesehen, auf zwei unterschiedliche Frequenzen abgestimmt zu werden, beispielsweise auf 28 und 21 MHz. Die Länge L1 des ersten Strahlerelements 3 ist an die Frequenz von 28 MHz (oder genauer auf eine Viertelwellenlänge dieser Frequenz) angepasst. Die Länge L2 des zweiten Strahlerelements 4 führt, wenn sie zu der Länge L1 des ersten Elements hinzugefügt wird, zu einem Strahlerelement der Länge L3, die an die Frequenz von 21 MHz (oder wie weiter oben an eine Viertelwellenlänge dieser Frequenz) angepasst ist. Die Resonanzschaltung 5 ist eine Oszillatorschaltung, die eine Spule 6 und einen Kondensator 7 umfasst, die parallel geschaltet sind. Die Werte dieser Bauelemente sind so gewählt, dass bei 28 MHz eine Resonanz auftritt. Da die Impedanz der Resonanzschaltung bei dieser Frequenz maximal ist, dient diese Resonanzschaltung als Sperre für diese Frequenz und begrenzt somit die Länge des Strahlungselements des ersten Strahlerelements 3. Hingegen weist die Resonanzschaltung bei 21 MHz eine sehr geringe Impedanz auf, so dass die Gesamtlänge des Strahlungselements genutzt wird. Somit wird mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine Resonanz eines Teilstücks L1 oder der Gesamtheit L3 der Antenne erreicht.
Bei den oben betrachteten Frequenzen (Kurzwellenbereich) ist die Antenne durch Rohre hergestellt, die die Strahlerelemente 3 und 4 bilden, wobei diese Rohre durch eine Hülse miteinander verbunden sind, die die Resonanzschaltung 5 enthält, die aus diskreten Bauelementen verwirklicht ist, etwa aus einer Spule oder Induktivität 6 und aus einem Kondensator 7.
Die Frequenzen, die in den kleinvolumigen Instrumenten, beispielsweise in einem Mobiltelephon oder aber in einer Telephonuhr, verwendet werden, sind viel höher als jene, die oben erwähnt worden sind. Wenn das Prinzip der Anpassung der Antenne an wenigstens zwei verschiedene Frequenzen das Gleiche wie oben beschrieben bleiben soll, muss die für diese kurzen Wellenlängen verwendete Technik an die verwendete Antenne angepasst werden. Diese Antenne muss wenigstens bei den amtlichen Frequenzen, die beispielsweise durch das GSM-System (GSM = Groupe Special Mobile) genormt sind, das eine hohe Frequenz f_h von 1,9 GHz und eine niedrige Frequenz f_b von 900 MHz vorsieht, arbeiten können.
Der Erfindungsgedanke besteht darin, eine Antenne vorzuschlagen, die wenigstens an die beiden genannten Frequenzen angepasst werden kann. Hierzu erfüllt die Antenne nicht nur die im einleitenden Abschnitt dieser Beschreibung gegebene Definition, sondern ist außerdem dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Strahlerelement jeweils einen Leiterstreifen mit im Wesentlichen rechtwinkliger Form aufweisen und dass die Resonanzschaltung die Kombination aus einer Induktivität und aus einer Kapazität aufweist, wobei die Induktivität ein im Wesentlichen geradliniger, schmaler Streifen ist, der einteilig mit wenigstens einem der Bänder ausgebildet ist und mit diesem Band über eines seiner Enden verbunden ist.
Es sei angemerkt, dass das Dokument EP 0 470 797 eine Antenne beschreibt, die an mehrere Frequenzen angepasst werden kann. Alle in diesem Dokument in Betracht gezogenen Ausführungen nehmen jedoch auf Induktivitäten Bezug, die aus diskreten Bauelementen gebildet sind, die daher mit ihren Enden mit den verschiedenen Strahlerelementen der Antenne verlötet werden müssen. Es sei außerdem angemerkt, dass das Dokument WO 99/03168 eine kompakte Antenne beschreibt, die wenigstens an eine niedrige Frequenz und eine hohe Frequenz angepasst werden kann, wobei diese Antenne insbesondere dazu bestimmt ist, mobile Telephonapparate auszurüsten. Gemäß einer Ausführungsform, die mit Bezug auf 1 dieses Dokuments beschrieben wird, weist die Antenne zwei Strahlerelemente auf, die über eine Resonanzschaltung miteinander verbunden sind, die schematisch als Parallelschaltung eines Kondensators und einer Induktivität dargestellt werden kann. Es wird vorgeschlagen, diese Resonanzschaltung und insbesondere die Induktivität in Form eines verhältnismäßig breiten, gedruckten Streifens zu verwirklichen, das mäanderförmig ist. Der Wert der Kapazität der Resonanzschaltung ist hier durch die parasitäre Kapazität bestimmt, die zwischen den "Windungen" oder Mäandern der Induktivität vorhanden ist.
Ein Nachteil dieser Lösung besteht in der Tatsache, dass die Einstellung der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung schwer auszuführen ist. Wenn nämlich gewünscht ist, den Wert der Induktivität der Resonanzschaltung zu modifizieren, muss die Breite und/oder die Länge des Mäanders modifiziert werden. Wenn ein solcher Vorgang ausgeführt wird, wird hierdurch der Wert der parasitären Kapazität der Resonanzschaltung beeinflusst.
Die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung weist den Vorteil auf, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung einfach eingestellt werden kann, indem unabhängig entweder auf den Wert der Induktivität oder auf den Wert des Kondensators eingewirkt wird. Insbesondere beeinflusst die aus einem im Wesentlichen geradlinigen, schmalen Leiterstreifen gebildete Induktivität den Wert der Kapazität der Resonanzschaltung im Wesentlichen nicht. Außerdem besitzt ein schmaler Leiterstreifen für die Induktivität im Vergleich zu der im Dokument WO 99/03168 in Betracht gezogenen Lösung den Vorteil eines höheren Induktivitätswerts bei gleicher Abmessung.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung mehrerer vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung hervor, die mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung als erläuterndes Beispiel gegeben wird, wobei in der Zeichnung:
1 ein Schema ist, das eine Doppelfrequenzantenne erläutert, wie sie im Stand der Technik ausgeführt ist,
2 eine erste Ausführungsform der Antenne gemäß der Erfindung zeigt, wobei diese Antenne selbsttragend ist,
3 eine zweite Ausführungsform der Antenne gemäß der Erfindung veranschaulicht, wobei diese Antenne selbsttragend ist und beispielsweise in eine Telephonuhr integriert ist,
4 eine dritte Ausführungsform der Antenne gemäß der Erfindung zeigt, wobei diese Antenne einen integralen Bestandteil einer gedruckten Schaltung bildet,
5 eine vierte Ausführungsform der Antenne gemäß der Erfindung zeigt,
6 ein Schnitt längs der Linie VI–VI in 5 ist,
7 eine fünfte Ausführungsform der Antenne gemäß der Erfindung zeigt, wobei diese Ausführung eine Variante der in 5 gezeigten Antenne ist,
8 ein Schnitt längs der Linie VIII–VIII in 7 ist,
9 eine sechste Ausführungsform der Antenne der Erfindung zeigt,
10 eine Draufsicht der Antenne gemäß der Erfindung ist, in der die Höhenkurven der elektrischen Komponente des elektromagnetischen Feldes dargestellt sind, wenn die Antenne mit der niedrigen Frequenz f_b arbeitet, und
11 eine Draufsicht der Antenne gemäß der Erfindung ist, in der die Höhenkurven der elektrischen Komponente des elektromagnetischen Feldes dargestellt sind, wenn die Antenne mit der hohen Frequenz f_h arbeitet.
Wie in den 2 bis 9 gezeigt ist, weist die fragliche Antenne 1 eine längliche Form auf. Sie ist für ein kleinvolumiges Instrument, insbesondere für ein in einer Uhr untergebrachtes Telephon, bestimmt, wobei dieses Telephon über Funk Nachrichten empfangen und aussenden kann. Die Antenne 1 kann außerdem auf wenigstens zwei Frequenzen mit hohem Wert f_h bzw. niedrigem Wert f_b arbeiten und ist, ausgehend von einem Einspeisungspunkt 2, gebildet aus einem ersten Strahlerelement 3, dessen Länge L1 auf die hohe Frequenz f_h abgestimmt ist, und aus wenigstens einem zweiten Strahlerelement 4, das dem ersten folgt, wobei die Länge L2 dieses zweiten Elements 4, wenn sie zu der ersten hinzugefügt wird, eine Gesamtlänge L3 ergibt, die auf die niedrige Frequenz f_b abgestimmt ist. Diese 2 bis 9 zeigen auch, dass das erste Strahlerelement 3 und das zweite Strahlerelement 4 über eine Resonanzschaltung 5 miteinander verbunden sind. Die Resonanzfrequenz f_r dieser Resonanzschaltung 5 ist so gewählt, dass die Länge der Antenne 1 auf ihr erstes Strahlerelement 3 begrenzt ist, wenn die hohe Frequenz fn aktiv ist, und dass die Gesamtlänge L3 der Antenne genutzt wird, wenn die niedrige Frequenz f_b aktiv ist.
Unter dieser Voraussetzung und wie die 2 bis 9 zeigen, ist die Erfindung vor allem dadurch ausgezeichnet, dass das erste Strahlerelement 3 und das zweite Strahlerelement 4 jeweils einen Leiterstreifen mit im Wesentlichen geradliniger Form aufweisen, wobei diese Streifen hintereinander angeordnet sind. Dann ist die Erfindung durch die Tatsache ausgezeichnet, dass die Resonanzschaltung 5 die Kombination aus einer Induktivität 6 und aus einem Kondensator 7, 7' umfasst, wobei diese Induktivität 6 ein im Wesentlichen geradliniges schmales Band ist, das einteilig mit wenigstens einem der Streifen ausgebildet ist und mit diesem Streifen mit einem seiner Enden 8, 8' verbunden ist. Hierbei zeigen alle 2 bis 9, dass das Ende 8 der Induktivität 6 mit dem Streifen 3 verbunden ist und dass die Induktivität 6 einteilig mit einem der Streifen, im vorliegenden Fall mit dem Streifen 3, ausgebildet ist.
Nachdem nun oben die Grundlagen der Erfindung erläutert worden sind, werden jetzt die verschiedenen Ausführungsformen vorgestellt, indem nacheinander auf die beigefügten Figuren dieser Beschreibung Bezug genommen wird.
Die 2 bis 8 zeigen, dass die Induktivität 6 und der Kondensator 7, 7' parallel geschaltet sind. Unter diesen Bedingungen ist klar, dass der Wert jedes dieser Bauelemente so gewählt wird, dass die Resonanzschaltung eine Resonanzfrequenz f_r aufweist, die im Wesentlichen gleich der hohen Betriebsfrequenz f_h der Antenne ist. Wie bereits in der Einleitung dieser Beschreibung angegeben worden ist, weist nämlich die Impedanz der Resonanzschaltung bei der Resonanz ein Maximum auf, wobei sie dann, wenn die Resonanzschaltung auf die hohe Frequenz f_h abgestimmt ist, wie ein Stopfen oder eine Sperre wirkt, die die hohe Frequenz nicht durchlässt. Da das erste Strahlerelement 3 eine auf diese hohe Frequenz abgestimmte Länge besitzt, ist die Antenne auf dieses erste Strahlerelement oder den ersten Streifen 3 begrenzt, wenn die hohe Frequenz aktiv ist. Hingegen weist die Resonanzschaltung 5 dann, wenn die niedrige Frequenz zum Senden oder Empfangen der Nachrichten aktiv ist, bei dieser Frequenz eine minimale Impedanz auf, die die niedrige Frequenz durchlässt. Da die Summe der Längen L1 und L2 der Streifen 3 und 4 auf die niedrige Frequenz f_b abgestimmt ist, ist die Antenne mit ihrer gesamten Länge L3 an diese Frequenz angepasst.
2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Der erste Streifen 3 und der zweite Streifen 4 sind selbsttragend und liegen daher auf keinerlei Sub strat auf, so dass Befestigungsmittel 9 vorgesehen sind, um die Antenne an dem Instrument zu befestigen, in dem sie implantiert ist. Hierbei wird selbstverständlich angenommen, dass die Streifen eine gewisse Dicke aufweisen, um eine bestimmte, mechanische Steifigkeit der gesamten Baueinheit sicherzustellen. In dieser Ausführungsform ist die Induktivität 6 ein im Wesentlichen geradliniges, schmales Band, das mit seinem ersten Ende 8 mit dem ersten Streifen 3 verbunden ist und mit dem zweiten Ende 8' mit dem zweiten Streifen 4 verbunden ist. Hier ist die Induktivität 6 einteilig mit den zwei Streifen 3 und 4 ausgebildet. Es ist klar, dass die Gesamtheit der Streifen 3 und 4 und der Induktivität 6 in einem einzigen Vorgang durch einen einfachen Prägedruck hergestellt werden kann, was die Herstellung der Antenne stark vereinfacht. Der Kondensator 7 ist hingegen ein diskretes Bauelement, das getrennt von den die Antenne bildenden Streifen hergestellt wird und einen ersten Anschluss 10 sowie einen zweiten Anschluss 10' aufweist, die mit dem ersten Streifen 3 bzw. mit dem zweiten Streifen 4 verlötet sind. Die Antenne wird von einem (nicht gezeigten) Draht gespeist, der in einen in dem ersten Streifen 3 ausgebildeten Durchlass 2 gelötet ist.
Was 2 betrifft, können im Fall von f_b = 900 MHz und f_h = 1,9 GHz die folgenden praktischen Entwurfswerte angegeben werden. Die Länge L1 des ersten Streifens 3 ist gleich 3,4 cm (äquivalent mit einem Viertel der Wellenlänge von f_h). Die Länge L3 (die einem Viertel der Wellenlänge von f_b entspricht) beträgt 8,3 cm, woraus sich die Länge L2 = 4,9 cm ergibt. Es wird hier beobachtet, dass die gegebenen Werte theoretisch sind, sofern sie von bestimmten Faktoren, insbesondere der Breite der Streifen sowie dem zwischen diesen Streifen vorhandenen Zwischenraum, beeinflusst werden. Da die Position der Resonanzschaltung 5 den Wert von f_h bestimmt, ermöglicht die zusätzliche Länge L2 die Einstellung von f_b. Daher sind die zwei Frequenzen einzeln sehr leicht einstellbar. Sobald die Position der Resonanzschaltung 5 festgelegt ist, kann schließlich f_h eingestellt werden, indem der Wert des Kondensators 7 eingestellt wird.
Was die Werte betrifft, die der Induktivität 6 und dem Kondensator 7 zu verleihen sind, kann die Formel f_h = 1/2π(LC)^1/2 angewendet werden. Für f_h = 1,9 MHz ist die Formel erfüllt, wenn C = 0,7 pF und L = 10 nHy. Die Induktivität 6 ist hier ein schmales Band, dessen Wert etwa 10 nHy pro cm beträgt. In dem hier angegebenen Beispiel beträgt der Abstand zwischen den Streifen 3 und 4 folglich 1 cm.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Hier sind wieder der erste Streifen 3 und der zweite Streifen 4 vorhanden, die selbsttragend sind und durch eine Induktivität 5 sowie durch ein den Kondensator 7 bildendes, diskretes Bauelement getrennt sind. Hier ist die Antenne jedoch um ein Gehäuse 26 gewickelt, das die für die Funktion des Instruments notwendigen, elektronischen Schaltungen abschirmt. Auf diese Ausführungsform wird später wieder Bezug genommen, weil sie andere nützliche Besonderheiten besitzt, die erwähnenswert sind.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. In Bezug auf die erste und die zweite Ausführungsform ist diese dritte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass der erste Streifen 3 und der zweite Streifen 4 auf einem isolierenden Substrat 11, beispielsweise aus Kapton (eingetragenes Warenzeichen), aufliegen, um eine gedruckte Schaltung zu bilden. Die Induktivität 6 ist eine auf das Substrat 11 gedruckte, schmale Bahn. Sie ist mit ihrem ersten Ende 8 mit dem ersten Streifen 3 verbunden und mit ihrem zweiten Ende 8' mit dem zweiten Streifen 4 verbunden. Sie bildet daher einen integralen Bestandteil der Streifen 3 und 4. Um die Resonanzschaltung 5 zu bilden, kann der Kondensator 7, 7', der der Induktivität 6 zugeordnet ist, verschiedene Formen annehmen.
Eine erste Form des Kondensators ist in 4 veranschaulicht. Dieser Kondensator umfasst in Wirklichkeit zwei Kondensatoren 7 und 7', die sich beiderseits der Induktivität 6 befinden. Diese zwei Kondensatoren sind parallel geschaltet und schaffen für die Gesamtheit der Resonanzschaltung eine Symmetrie. Diese Symmetrie ist im Allgemeinen wünschenswert und wird gegenüber einer nicht-symmetrischen Montage, die in 2 gezeigt ist, bevorzugt. Der Kondensator 7, 7' weist eine erste Belegung 12, 12' auf, die auf das Substrat 11 gedruckt ist und mit dem ersten Streifen 3 verbunden ist. Sie umfasst außerdem eine zweite Belegung 13, 13', die ebenfalls auf das Substrat 11 gedruckt ist und mit dem zweiten Streifen 4 verbunden ist. Wie 4 gut zeigt, weisen sowohl diese erste Belegung als auch diese zweite Belegung die Form eines Kamms auf, dessen Zähne sich gegenseitig durchdringen, ohne sich zu berühren. Die Kapazität wird hier in dem Raum erzeugt, der zwischen den Zähnen vorhanden ist. Es wird auch von einer interdigitalen Kapazität gesprochen. Außerdem wird der erste Streifen 3 von einem (nicht gezeigten) Leiter gespeist, der mit dem Einspeisungspunkt 2 verlötet ist.
Diese dritte Ausführungsform, die in 4 veranschaulicht ist, zeigt, wie gemäß der Erfindung eine Doppelfrequenzantenne einfach und vor allem wirt schaftlich hergestellt werden kann. Diese Antenne ist nämlich vollständig in einer einzigen, gedruckten Schaltung verwirklicht, wobei die wohl bekannte, chemische Ätzung auf einmal die Streifen 3 und 4, die Induktivität 6 und den Kondensator 7, 7' verwirklicht. Diese Antenne kann daher bei äußerst niedrigen Kosten hergestellt werden, weil keinerlei diskretes Bauelement für die Erzeugung der Resonanzschaltung 5 notwendig ist.
Eine zweite Form des Kondensators, der einer gedruckten Induktivität 6 zugeordnet ist, ist in den 5 und 6 gezeigt, wobei 5 eine Draufsicht der Antenne ist und 6 ein Schnitt längs der Linie VI-VI in 5 ist. Diese 5 und 6 erläutern eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Der Kondensator umfasst die Parallelschaltung zweier Kondensatoren 7 und 7', die sich beiderseits der Induktivität 6 befinden und jeweils aus einem diskreten Bauelement gebildet sind, die einen ersten Anschluss 14 und 14', der mit dem ersten Streifen 3 verlötet ist, und einen zweiten Anschluss 15 und 15', der mit dem zweiten Streifen 4 verlötet ist, aufweist. Diese vierte Ausführungsform weist eine weitere Besonderheit auf, die später besprochen wird.
Eine dritte Form des Kondensators, der einer gedruckten Induktivität zugeordnet ist, ist in den 7 und 8 gezeigt, wobei 7 eine Draufsicht der Antenne ist und 8 ein Schnitt längs der Linie VIII–VIII in 7 ist. Diese 7 und 8 erläutern eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. Der Kondensator umfasst die Parallelschaltung zweier Kondensatoren 7 und 7', die sich beiderseits der Induktivität 6 befinden. Der Kondensator 7 umfasst seinerseits die Reihenschaltung aus einem ersten Kondensator 16 und aus einem zweiten Kondensator 17, die jeweils eine gemeinsame Belegung 18 umfassen, die unter das isolierende Substrat 11 gedruckt ist, wobei diese Belegung 18 sich teilweise einerseits unter dem ersten Streifen 3 erstreckt, um den ersten Kondensator 16 zu bilden, und andererseits unter dem zweiten Streifen 4 erstreckt, um den zweiten Kondensator 17 zu bilden. Der Kondensator 7' weist ebenfalls die Reihenschaltung aus einem ersten Kondensator 16' und aus einem zweiten Kondensator 17' auf, die jeweils eine gemeinsame Belegung 18' besitzen, die unter das isolierende Substrat 11 gedruckt ist, wobei sich diese Belegung 18' teilweise einerseits unter dem ersten Streifen 3 erstreckt, um den ersten Kondensator 16' zu bilden, und andererseits unter dem zweiten Streifen 4 erstreckt, um den zweiten Kondensator 18' zu bilden. In dieser Ausführungsform wird verständlich, dass das Substrat 11 als Dielektrikum für jeden der genannten Kondensatoren dient. Diese fünfte Ausführungsform ist nahezu ebenso wirtschaftlich wie jene, die in Verbindung mit 4 beschrieben worden ist, weil sowohl die Antenne 1 als auch die Resonanzschaltung 5 durch chemische Ätzung einer doppelseitigen, gedruckten Schaltung ohne Hinzufügung von diskreten Bauelementen, die auf die Streifen gelötet sind, verwirklicht werden können.
Oben ist im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform (3) und mit der vierten Ausführungsform (6) erwähnt worden, dass diese Ausführungsformen eine Besonderheit aufweisen, die jetzt beschrieben wird. In diesen besonderen Ausführungsformen ist nämlich ersichtlich, dass der erste Streifen 3 und der zweite Streifen 4 in einem bestimmten Abstand A von einer Masseebene 19 angeordnet sind, dass der Anfangsteil 20 des ersten Streifens 3 mit dieser Ebene über eine Brücke 27 kurzgeschlossen ist und dass der abschließende Teil 21 des zweiten Streifens 4 freigelassen ist. Wie die 3 und 6 zeigen, ist die Speisung der Antenne durch ein Koaxialkabel 28 sichergestellt, das einen Innenleiter 29 aufweist, der von der Masseebene 19 isoliert ist und mit dem Einspeisungspunkt 2 des ersten Streifens 3 verbunden ist, wobei dieser Einspeisungspunkt von der Brücke 27, die den ersten Streifen 3 und die Masseebene 19 kurzschließt, beabstandet ist. Das Koaxialkabel umfasst außerdem einen Leiter oder eine Abschirmung 30, die mit der Masseebene 19 verbunden ist. In 3 wird der Abstand A zwischen den Streifen 3 und 4 und der Masseebene 19 durch die Tatsache aufrechterhalten, dass die Bänder selbsttragend sind und daher ausreichend starr sind, um diesen Abstand zu gewährleisten. In 6 wird der Abstand A durch einen Schaumstoff 31 aufrechterhalten, der auf das Substrat 11 und auf die Masseebene 19 geklebt ist.
Eine Antenne, wie sie in 6 gezeigt ist, die jedoch nur an eine einzige Frequenz angepasst ist und daher nur einen einzigen Leiterstreifen besitzt, ist unter der angelsächsischen Bezeichnung "Planar Inverted-F Antenna" oder PIFA bekannt. Eine genaue Analyse der PIFA-Struktur findet sich in dem Dokument "Analysis, Design and Measurement of Small and Low-Profile Antennas", Artech House, Norwood, MA, 1992, Kap. 5, Seiten 161–180, Kazuhiro Hirasawa und Misao Haneishi. Die in 3 gezeigte Antenne ist eine Variante der PIFA-Antenne, die die Anpassung der Antenne an ein Gehäuse ermöglicht, das einteilig mit der Masseebene ausgebildet ist und wenigstens einen Deckel, einen Boden und eine Seitenwand, gegenüber der der einzige Streifen angeordnet ist, umfasst. Diese Variante hat den Gegenstand der europäischen Patentanmeldung Nr. 99 120 230.0, eingereicht am 11. Oktober 1999 im Namen desselben Anmel ders wie jener der vorliegenden Erfindung, gebildet.
Die vorangehende Beschreibung ist gegeben worden, um zu zeigen, dass die Mehrfrequenzantenne der vorliegenden Erfindung sowohl auf eine PIFA-Antenne als auch auf eine Antenne angewendet werden kann, bei der keine direkte Bezugnahme auf eine Masseebene erfolgt, wie dies beispielsweise in 2 oder in 4 erläutert worden ist.
9 zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform bildet einen Teil der zweiten Antennenkategorie, die weiter oben angegeben worden ist, wo die Induktivität 6 und der Kondensator 7 in Reihe geschaltet sind. Es ist verständlich, dass der Wert jedes dieser Bauelemente so gewählt wird, dass sie eine Resonanzfrequenz f_r aufweisen, die im Wesentlichen gleich der niedrigen Betriebsfrequenz f_b der Antenne ist. Die Resonanzschaltung 5 weist hier nämlich bei der Resonanz eine minimale Impedanz auf. Daraus folgt, dass dann, wenn die niedrige Frequenz f_b aktiv ist, die Resonanzschaltung 5 dieser Frequenz keinerlei Widerstand entgegensetzt. Die Länge des Streifens 4 kommt dann zu der Länge des Streifens 3 hinzu, und die Antenne ist an die niedrige Frequenz f_b angepasst. Wenn hingegen die hohe Frequenz f_h aktiv ist, wird nur der Streifen 3, der an f_h angepasst ist, verwendet, weil die Resonanzschaltung bei der hohen Frequenz eine sehr hohe Impedanz aufweist, die die Ausbreitung von f_h über den ersten Streifen 3 hinaus verhindert.
9 zeigt ein praktisches Entwurfsbeispiel der Antenne mit einer Resonanzschaltung 5, die die Reihenschaltung aus einer Induktivität 6 und einem Kondensator 7 umfasst. Der erste Streifen 3 und der zweite Streifen 4 liegen auf einem isolierenden Substrat 11 auf, um eine gedruckte Schaltung zu bilden. Die Induktivität 6 ist eine schmale Bahn, die auf das Substrat gedruckt ist und mit seinem ersten Ende 8 mit dem ersten Streifen 3 verbunden ist. Das zweite Ende 8' der Induktivität 6 ist mit einer ersten Belegung 12 eines Kondensators 7 verbunden, während eine zweite Belegung 13 dieses Kondensators 7 mit dem zweiten Streifen 4 verbunden ist. Es ist ersichtlich, dass die erste Belegung 12 und die zweite Belegung 13 die Form eines Kamms aufweisen, dessen Zähne sich gegenseitig durchdringen, ohne sich zu berühren. Die gleiche Bemerkung wie in Verbindung mit 4 kann hier ebenfalls gemacht werden. Die Streifen 3 und 4 sowie die Resonanzschaltung 5 sind nämlich auf ein Substrat 11 gedruckt, ohne dass externe Bauelemente hinzugefügt werden müssten. Es handelt sich daher hier um eine äußerst marktgerechte Antenne, die durch einfache, chemische Ätzung einer gedruckten Schaltung verwirklicht ist.
Die 10 und 11 sind Draufsichten der Antenne gemäß der Erfindung für eine Länge X von ± 50 mm und eine Breite Y von ± 10 mm. Diese Figuren zeigen die Höhenkurven, ausgedrückt in dB, der elektrischen Komponente Ez des elektromagnetischen Feldes senkrecht zu der Antennenebene, gemessen in der Umgebung dieser Ebene. Die Resonanzschaltung 5 ist eine Oszillatorschaltung, die die Parallelschaltung aus einer Induktivität 6 und aus einem Kondensator 7 umfasst, wie weiter oben beschrieben worden ist. Sie tritt bei der hohen Frequenz f_h in Resonanz. Die Antenne ist aus dem ersten Streifen 3 und aus dem zweiten Streifen 4 gebildet. Diese Streifen sind durch die Resonanzschaltung 5 getrennt, die bei x = + 10 mm angeordnet ist. 10 zeigt das Verhalten der Antenne 1, wenn die niedrige Frequenz f_b aktiv ist. Die Antenne wird auf einem großen Teil ihrer Länge genutzt, wobei das Vorhandensein der Resonanzschaltung, deren Impedanz sehr niedrig ist, vernachlässigt wird. 11 zeigt das Verhalten der Antenne 1, wenn die hohe Frequenz f_h genutzt wird. Die Antenne wird auf ihrem linken Teil, dem Ort des ersten Streifens 3, genutzt. Die Resonanzschaltung 5 blockiert den Durchgang des Signals nach rechts, wo dieses Signal als sehr niedrig erscheint (von –12 bis –24 dB).
Alle oben beschriebenen Ausführungsformen der Antenne sind an eine Doppelfrequenzantenne angepasst. Es ist klar, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung von zwei Frequenzen eingeschränkt ist. Wenn beispielsweise eine zusätzliche, dritte Frequenz, die noch niedriger als die oben mit f_b bezeichnete Frequenz ist, von der Antenne abgestrahlt werden soll, ist klar, dass es ausreicht, nach dem zweiten Streifen 4 einen dritten Streifen und zwischen dem zweiten und dem dritten Streifen eine zweite Resonanzschaltung anzuordnen. Die Länge dieses dritten Streifens wird so gewählt, dass sie, wenn sie zur Länge der beiden Ersten addiert wird, eine Gesamtlänge der Antenne ergibt, die auf die neue, niedrigere Frequenz abgestimmt ist. In diesem Fall wird für die Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzschaltung f_b gewählt.

Claims

Antenne (1) mit länglicher Form für ein kleinvolumiges Instrument, insbesondere für eine Telephonuhr, die über Funk auf wenigstens zwei Frequenzen mit hohem Wert (f_h) und niedrigem Wert (f_b) Nachrichten empfangen und aussenden kann, wobei diese Antenne beginnend bei einem Einspeisungspunkt (2) gebildet ist aus einem ersten Strahlerelement (3), dessen Länge (L1) auf die hohe Frequenz (f_h) abgestimmt ist, und aus wenigstens einem zweiten Strahlerelement (4), das dem ersten (3) folgt, wobei die Länge (L2) dieses zweiten Elements zusammen mit jener des ersten Elements eine Gesamtlänge (L3) bildet, die auf die niedrige Frequenz (f_b) abgestimmt ist, wobei das erste und das zweite Strahlerelement durch eine Resonanzschaltung (5) miteinander verbunden sind, deren Resonanzfrequenz (f_r) so gewählt ist, dass die Länge der Antenne auf ihr erstes Element (3) begrenzt ist, wenn die hohe Frequenz (f_h) aktiv ist, und dass die Gesamtlänge (L3) der Antenne genutzt wird, wenn die niedrige Frequenz (f_b) aktiv ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlerelement (3) und das zweite Strahlerelement (4) jeweils einen Leiterstreifen mit im Wesentlichen rechtwinkliger Form aufweisen und dass die Resonanzschaltung (5) die Kombination aus einer Induktivität (6) und aus einer Kapazität (7, 7') aufweist, wobei die Induktivität (6) ein im Wesentlichen geradliniger, schmaler Streifen ist, der einteilig mit wenigstens einem der Bänder ausgebildet ist und mit diesem Band über eines seiner Enden (8, 8') verbunden ist.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (6) und die Kapazität (7, 7') parallelgeschaltet sind, wobei der Wert jeder dieser Komponenten so gewählt ist, dass sie eine Resonanzfrequenz (f_r) besitzen, die im Wesentlichen gleich der hohen Betriebsfrequenz (f_h) der Antenne ist.
Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Band (3) und das zweite Band (4) selbsttragend sind und in dem Instrument durch Befestigungsmittel (9) gehalten werden, dass die Induktivität (6) über ihr erstes Ende (8) mit dem ersten Band (3) und über ihr zweites Ende (8') mit dem zweiten Band (4) verbunden ist und dass die Kapazität (7) ein diskretes Bauelement ist, das einen ersten Anschluss (10) und einen zweiten Anschluss (10') aufweist, die mit dem ersten Band (3) bzw. mit dem zweiten Band (4) verlötet sind.
Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Band (3) und das zweite Band (4) auf einem isolierenden Substrat (11) aufliegen, um eine gedruckte Schaltung zu bilden, und dass die Induktivität (6) eine schmale Bahn ist, die auf das isolierende Substrat (11) gedruckt und mit ihrem ersten Ende (8) mit dem ersten Band (3) und mit ihrem zweiten Ende (8') mit dem zweiten Band (4) verbunden ist.
Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität (7, 7') eine erste Belegung (12, 12'), die auf das isolierende Substrat (11) gedruckt und mit dem ersten Band (3) verbunden ist, und eine zweite Belegung (13, 13'), die auf das isolierende Substrat (11) gedruckt und mit dem zweiten Band (4) verbunden ist, umfasst, wobei jede der ersten und zweiten Belegungen die Form eines Kamms aufweist, dessen Zähne sich gegenseitig durchdringen, ohne sich zu berühren.
Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität (7, 7') ein diskretes Bauelement ist, das einen ersten Anschluss (14, 14') und einen zweiten Anschluss (15, 15') aufweist, die mit dem ersten Band (3) bzw. mit dem zweiten Band (4) verlötet sind.
Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität (7, 7') eine Reihenschaltung aus einer ersten Kapazität (16, 16') und aus einer zweiten Kapazität (17, 17') umfasst, die jeweils eine gemeinsame Belegung (18, 18'), die unter das isolierende Substrat (11) gedruckt ist, umfassen, wobei sich diese gemeinsame Belegung einerseits teilweise unter dem ersten Band (3) erstreckt, um die erste Kapazität (16, 16') zu bilden, und andererseits teilweise unter dem zweiten Band (4) erstreckt, um die zweite Kapazität (17, 17') zu bilden, wobei das isolierende Substrat (11) für jede der ersten und zweiten Kapazitäten als Dielektrikum dient.
Antenne nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Band (3) und das zweite Band (4) in einem bestimmten Abstand (A) von einer Masseebene (19) angeordnet sind, wobei der Anfangsabschnitt (20) des ersten Bandes (3) mit dieser Masseebene (19) kurzgeschlossen ist und der Endabschnitt (21) des zweiten Bandes (4) freigelassen ist.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (6) und die Kapazität (7) in Reihe geschaltet sind, wobei der Wert jeder dieser Komponenten so gewählt ist, dass sie eine Resonanzfrequenz (f_r) besitzen, die im Wesentlichen gleich der niedrigen Betriebsfrequenz (f_b) der Antenne ist.
Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Band (3) und das zweite Band (4) auf einem isolierenden Substrat (11) aufliegen, um eine gedruckte Schaltung zu bilden, und dass die Induktivität (6) eine schmale Bahn ist, die auf das isolierende Substrat (11) gedruckt und mit ihrem ersten Ende (8) mit dem ersten Band (3) und mit ihrem zweiten Ende (8') mit einer ersten Belegung (12) einer Kapazität (7) verbunden ist, wobei die zweite Belegung (13) mit dem zweiten Band (4) verbunden ist, wobei jede der ersten und zweiten Belegungen auf das isolierende Substrat gedruckt ist, wobei die erste und die zweite Belegung die Form eines Kamms aufweisen, dessen Zähne sich gegenseitig durchdringen, ohne sich zu berühren.