DE69816269T2

DE69816269T2 - Schlitzantenne, insbesondere für eine Uhr

Info

Publication number: DE69816269T2
Application number: DE69816269T
Authority: DE
Inventors: Jean-François Zürcher; Olivier Staub; Anja Skrivervik
Original assignee: Asulab AG
Current assignee: Asulab AG
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2018-04-29
Also published as: JP2000022435A; DE69816269D1; CN1139147C; EP0954051A1; EP0954051B1; JP4226725B2; CN1234629A; HK1023656A1; US6130647A

Description

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.

Claims

Schlitzantenne (21), die dazu bestimmt ist, mit einem asymmetrischen Ausgang (29) einer Antennenschaltung (25) verbunden zu werden, umfassend: – ein dielektrisches Substrat (23), – ein Leiterelement (22; 22') in Form einer gedruckten Schaltung, das an dem Substrat befestigt ist und einen Strahlerschlitz (24; 24') mit parallelen Rändern der Antenne definiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne außerdem eine gedruckte Mittelleitung (27; 27') umfaßt, die in dem Schlitz (24; 24') angeordnet ist, um die Antenne zu erregen und um gleichzeitig als Balun zu dienen, der eine direkte Verbindung mit dem Ausgang (29) ermöglicht, derart, daß diese Mittelleitung (27; 27') den Übergang zwischen dem Ausgang und der Antenne bildet, wobei die Mittelleitung (27; 27') in einem Abstand δ von einem ersten langen Rand (22a; 22a') des Leiterelements (22; 22') angeordnet ist, wobei dieser Abstand δ die Anpassung der Antenne an den Ausgang (29) repräsentiert.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (23) aus einem flexiblen Werkstoff hergestellt ist.
Antenne (21) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterelement (22) rechtwinklig und unterbrochen ist und daß es in einem zweiten langen Rand (22b) eine Öffnung (26), die mit dem Schlitz (24) verbunden ist, aufweist.
Antenne (21) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelleitung (27) in der Öffnung angeordnet ist und in den Schlitz (24) vorsteht, indem sie sich dem Leiterelement (22) annähert, wobei jedoch die Mittelleitung um den Abstand δ von dem ersten langen Rand (22a) des Leiterelements (22) beabstandet bleibt.
Antenne (21) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterelement (22') rechtwinklig und zusammenhängend ist und den Schlitz (24') vollständig umgibt.
Antenne (21) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelleitung (27') einen Vorsprung (30) umfaßt und daß ein zweiter langer Rand (22B') des Leiterelements eine Nut für die Aufnahme des Vorsprungs (30) umfaßt.
Zeitmeßgerät, das am Handgelenk getragen werden kann und Organe zum Anzeigen der Uhrzeit, eine Antenne, die ein elektromagnetisches Feld, das Rundfunknachrichten transportiert, einfangen und/oder aussenden kann, und eine Antennenschaltung zum Nachbessern von von der Antenne eingefangenen Nachrichten umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne eine Schlitzantenne (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.