-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Schlitzantenne, die dazu bestimmt ist, mit einem asymmetrischen
Ausgang einer Antennenschaltung verbunden zu werden, und insbesondere
die Anpassung und die Erregung einer derartigen Schlitzantenne in
zeitmesstechnischen Anwendungen. Es ist jedoch selbstverständlich,
dass die Erfindung nicht auf diese Anwendungen beschränkt ist.
-
Dieser Antennentyp umfasst ein Leiterelement,
das auf einem dielektrischen Substrat angeordnet ist und einen Strahlenschlitz
mit parallelen Rändern
definiert. Eine derartige Antenne ist bereits in dem Dokument
EP 0 766 152 auf den Namen
des Anmelders beschrieben. Weitere Beispiele für Schlitzantennen sind außerdem in
den Dokumenten GB 2 304 465 und
EP
0 643 437 beschrieben.
1 zeigt
die in dem Dokument
EP 0 766
152 beschriebene Antenne. Diese Schlitzantenne
11 ist
aus einem Leiterelement in Form einer gedruckten Schaltung
12 gebildet,
das auf einem dielektrischen Substrat
13 befestigt ist.
Dieses Substrat ist vorzugsweise aus einem flexiblen Material, das
die Aufnahme dieser Antenne in einer Montagerille eines Gehäuses eines Zeitmessgeräts so ermöglicht,
dass sie um das Gehäuse
gewickelt ist. In dem Leiterelement ist ein Strahlerschlitz
14 ausgebildet.
Diese Antenne ist mit einer Antennenschaltung verbunden, die einen
Mikro-Sender-Empfänger
15 umfasst,
der sich in dem Gehäuse
des Zeitmessgeräts
befindet. Die Verbindung zwischen der Antenne
11 und dem
Mikro-Sender-Empfänger
15 wird
an zwei Erregungspunkten
16 und
17 normalerweise über eine Übertragungsleitung
wie etwa ein Koaxialkabel hergestellt. Dieses Koaxialkabel kann
als Ausgang der Antennenschaltung angesehen werden. Da der Ausgang
der Antennenschaltung asymmetrisch ist, ist es erforderlich, die
symmetrische Antenne an diesen Ausgang anzupassen. So ist unvermeidlich
eine Umformungsvorrichtung erforderlich, die zwischen die symmetrische Antenne
und den asymmetrischen Ausgang geschaltet wird. Eine solche Vorrichtung
ist dem Fachmann unter dem englischen Ausdruck Balun (für balanced-to-unbalanced)
bekannt. Dieser Balun wird im Allgemeinen mit Hilfe von diskreten
Elementen wie etwa einem Kondensator und/oder einem Blindschwanz
verwirklicht. In dem oben erwähnten
Dokument
EP 0 766 152 verbindet
eine Übertragungsleitung
18 einen Erregungspunkt
16 über einen
Anpassungskondensator C (siehe
1)
mit dem Mikro-Sender-Empfänger
15 der
Antennenschaltung, während
der andere Erregungspunkt
17 mit Masse verbunden ist. Die
Kapazität
des Kondensators hängt selbstverständlich von
der verwendeten Frequenz ab, wobei sie jedoch bei den Anwendungen,
die in diesem Dokument beschrieben sind, in der Größenordnung
von mehreren Picofarad sein kann. Es ist folglich nachzuvollziehen,
dass ein derartiger Balun unpraktisch, Platz beanspruchend und teuer
ist.
-
Nun wird aber aus Gründen der Ästhetik,
der Platzeinsparung, des Preises usw. (Kriterien die für die Technologie
zur Fertigung von Zeitmessgeräten entscheidend
sind) nach Lösungen
gesucht, die ermöglichen,
die Kosten zu senken und die Montage, die Erregung sowie die Anpassung
einer solchen Antenne zu vereinfachen.
-
Folglich hat die Erfindung zum Ziel,
eine Schlitzantenne zu liefern, die die Verwendung von diskreten
Bauelementen für
die Erregung und Anpassung vermeidet, indem eine Schlitzantenne
mit integrierter Erregung geschaffen wird, die als Balun dient und
gleichzeitig den Übergang
zwischen dem Ausgang des Mikro-Empfängers-Senders
und der Antenne herstellt.
-
Die Erfindung hat folglich eine Schlitzantenne
gemäß Anspruch
1 zum Gegenstand.
-
Auf Grund dieser Merkmale wird eine
für die Erregung
in einem Zeitmessgerät
optimierte Antennenstruktur erhalten. Außerdem ermöglicht diese Antenne, ein Verstärkungs-/Bandbreiten-Verhältnis zu erzielen,
das jenem bekannter Antennen wenigstens gleich ist, jedoch bei einer
starken Vereinfachung, die zu einer örtlich begrenzten Verstärkung und
zum Wegfall von Bauelementen führt,
während
sie gleichzeitig preiswerter herzustellen ist.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden im Laufe der folgenden Beschreibung deutlich, die
lediglich als nicht einschränkendes
Beispiel und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung gegeben ist,
worin
-
1,
die bereits erwähnt
wurde, eine Schlitzantenne des Standes der Technik zeigt;
-
2 eine
Draufsicht einer ersten Ausführungsform
einer Schlitzantenne gemäß der Erfindung ist;
-
3 eine
Schnittansicht der Antenne von 2 ist,
und
-
4 eine
Draufsicht einer zweiten Ausführungsform
einer Schlitzantenne gemäß der Erfindung zeigt.
-
Die
2 und
3 zeigen eine erste Ausführungsform
der Schlitzantenne gemäß der Erfindung, die
für ein
Zeitmessgerät
geeignet ist. Die Grundstruktur der Antenne gemäß der Erfindung ist jener der
Antenne des weiter oben erwähnten
Dokuments
EP 0 766 152 ähnlich.
So ist eine Schlitzantenne
21 zu sehen, die aus einem Leiterelement
in Form einer gedruckten Schaltung
22, beispielsweise aus
Kupfer, besteht, das an dem dielektrischen Substrat
23 befestigt
ist. Dieses Substrat ist vorzugsweise aus einem dünnen flexiblen
Werkstoff wie beispielsweise Perstorp-Epoxidharz oder Kapton, der
die Aufnahme dieser Antenne in einer Montagerille eines Gehäuses eines
Zeitmessgeräts
so ermöglicht,
dass sie um das Gehäuse
gewickelt wird, wie in dem weiter oben erwähnten Dokument ausführlich erläutert ist.
Vorzugsweise hat dieses Substrat
23 eine Dicke in der Größenordnung
von 0,1 mm.
-
Das Leiterelement 22 ist
von rechteckiger Form und definiert einen Strahlerschlitz 24 mit
parallelen Rändern.
Das Leiterelement 22 hat nämlich in diesem Beispiel zwei
parallele lange Kanten 22a und 22b sowie zwei
parallele kurze Kanten 22c, 22d. Der Schlitz 24 hat
folglich ebenfalls Rechteckform.
-
Es ist zu sehen, dass das Leiterelement 22 bei
dieser Ausführungsform
den Schlitz 24 nicht vollständig verschließt, sondern
eine mittige Öffnung 26 auf
einem, 22b, seiner langen Ränder lässt. Selbstverständlich könnte anstelle
dieses Rands 22b auch der andere Rand 22a offen
bleiben.
-
Außerdem umfasst die Antenne
eine gedruckte Mittelleitung 27, die in dem Schlitz 24 am
Ort der Öffnung 26 angeordnet
ist. Diese Mittelleitung 27 ist aus dem gleichen Werkstoff
wie das Leiterelement 22 und genauso wie dieses am Substrat 23 befestigt. In
diesem Beispiel hat die Mittelleitung 27 eine Rechteckform
mit einer Breite "d", wobei eine solche
Form jedoch nicht zwangsläufig
ist. Die Unterseite der Mittelleitung ist zu dem langen Rand 22b ausgerichtet und
die Oberseite steht in den Schlitz über, wobei sie sich dem anderen
langen Rand 22a nähert.
Die Mittelleitung 27 berührt jedoch diesen Rand 22a nicht, sondern
bleibt in einem Abstand a von ihm entfernt. Außerdem ist die Mittelleitung 27 jeweils
in einem Abstand s von den beiden Enden des langen Rands 22b des
Leiterelements 22 entfernt.
-
Die Antenne 21 ist an einen
Ausgang 29 einer Antennenschaltung angeschlossen, die einen Mikro-Empfänger-Sender 25 umfasst,
der sich beispielsweise in einem Gehäuse eines Zeitmessgeräts befindet.
Die Verbindung zwischen der Antenne 21 und dem Mikro-Empfänger-Sender 15 erfolgt über eine Übertra gungsleitung 31 wie
etwa ein Koaxialkabel oder über
einen Mikrostreifenleiter, der einen Erregungsleiter und einen Masseleiter
umfasst. Die Antenne wird mittels eines Signals erregt, das an die Mittelleitung 27 angelegt
wird. Dazu ist der Erregungsleiter der Übertragungsleitung 31 mit
einem Erregungspunkt 28 verbunden, der sich auf der Mittelleitung 27 befindet.
Der Masseleiter und das Leiterelement 22 werden beispielsweise über einen
nicht bezeichneten Anschlusspunkt auf dem langen Rand 22b auf
Masse gelegt. In dem dargestellten Beispiel ist jedes der beiden
Enden dieses Rands 22b mit Masse verbunden.
-
Durch die Mittelleitung 27 ist
die Erregung in die Antenne und in die gleiche Ebene integriert.
Diese Mittelleitung dient gleichzeitig als Balun, d. h. dass diese
Mittelleitung eine direkte Verbindung mit dem Mikro-Empfänger-Sender
ermöglicht,
ohne Anpassungselemente wie etwa eine Anpassungskapazität zu benötigen. Folglich
schafft die Mittelleitung 27 den Übergang vom asymmetrischen
Ausgang 29 der Antennenschaltung zur Antenne 21.
In der Tat kann diese Struktur der Antenne gemäß der Erfindung mit einem Koaxialkabel
verglichen werden, das ebenfalls eine Mittelleitung (den Leiter)
aufweist, die von einem Element umgeben ist, das auf Masse liegt.
Dieser Aufbau ermöglicht,
eine Antenne mit im Vergleich zu den Antennen des Standes der Technik
sehr guten Verstärkungs/Bandbreiten-Verhältnissen
zu erzielen.
-
Der Anwender hat nämlich festgestellt,
dass die Anpassung der Antenne 21 durch Verändern des Abstands δ modifiziert
werden kann. Folglich kann durch Einstellen des Abstands δ eine korrekte
Anpassung der Antenne an den Ausgang 29 der Antennenschaltung
erhalten werden. Der Wert dieses Abstands entspricht folglich dem
Wert einer Anpassungskapazität
einer Antenne gemäß dem Stand
der Technik.
-
Beispielsweise kann die Antenne für einen Betrieb
bei 1,9 GHz eingesetzt werden. Für
diese Frequenz ergeben sich folgende ungefähren Abmessungen: Die Gesamtlänge des
Leiterelements 22, d. h. ein langer Rand 22a, 22b,
ist ungefähr
45 mm, seine Breite ist rund 2 mm, die Länge des Schlitzes ist in der
Größenordnung
von 36,4 mm und seine Breite ist rund 4 mm, der Abstand s ist ungefähr 0,27
mm, die Breite d der Leitung 27 ist rund 12 mm und der Abstand δ ist ungefähr 0,1 mm.
-
Selbstverständlich hängen diese Abmessungen von
der Frequenz ab und können
je nach Bedarf modifiziert werden.
-
Es ist dann also verständlich,
dass die Form der Antenne 21 eine optimale Nutzung der
verfügbaren
Oberfläche
ermöglicht
und dass eine Miniaturisierung der Antenne möglich ist, während gleichzeitig ein
optimales Verhältnis
zwischen Verstärkung
und Größe erhalten
bleibt. Dies ermöglicht
folglich, diese Antenne, die eine Struktur aufweist, die so beschaffen
ist, dass die Erregung optimiert ist, in einer tragbaren Vorrichtung
wie etwa einer Armbanduhr zu verwenden.
-
4 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Antenne gemäß der Erfindung.
Es ist ersichtlich, dass im Vergleich zur ersten Ausführungsform
der 2 und 3 das Leiterelement 22' geschlossen
ist und den Schlitz 24' vollständig umgibt.
Die Mittelleitung 27' befindet
sich im Inneren des Schlitzes 24' und ist auf gleiche Weise wie
in der ersten Ausführungsform
angeordnet, d. h. sie befindet sich in einem Abstand δ vom langen
Rand 22a' des
Leiterelements 22'.
Die Mittelleitung 27' ist
hier nicht völlig rechtwinklig,
sondern sie hat an derjenigen ihrer Seiten, die sich nahe des langen
Rands 22b' befindet, einen
Vorsprung 30, der in Richtung dieses Rands 22b' vorsteht. Der
lange Rand 22b' ist
zusammenhängend,
hat aber eine Nut, um wenigstens teilweise den Vorsprung 30 der
Mittelleitung 27' aufzunehmen.
-
Die Antenne gemäß dieser zweiten Ausführungsform
kann außerdem über die Übertragungsleitung 31 direkt
an die den Mikro-Empfänger-Sender 25 umfassende
Antennenschaltung angeschlossen werden, ohne diskrete Bauelemente
zu benötigen.
-
Die Antenne gemäß der Erfindung ist so beschaffen,
dass sie in ein Zeitmessgerät
eingegliedert werden kann, das am Handgelenk getragen werden kann.
Die Antenne ist folglich im Stande, elektromagnetische Felder, die
Rundfunknachrichten transportieren, einzufangen und/oder auszusenden.
In bekannter Art umfasst das Zeitmessgerät Organe für die Anzeige der Uhrzeit,
beispielsweise Zeiger oder eine digitale Anzeige, und eine Antennenschaltung, die
den Mikro-Sender-Empfänger umfasst,
um die von der Antenne eingefangenen Nachrichten nachzubearbeiten.
-
Es kann eine Abschirmung der Antenne
gemäß der Erfindung
vorgesehen werden, d. h. es ist möglich, eine Masseebene vorzusehen,
die hinter dem Substrat angeordnet ist, derart, wie in dem weiter
oben erwähnten
europäischen
Patent
EP 0 766 152 ausführlich beschrieben
ist.