DE8815378U1 - Rahmen-Antenne - Google Patents

Description

Rahmen-Antenne

Die Erfindung betrifft eine Rahmen-Antenne gemäß dem Oberbegriff dee Anspruches \_t also insbesondere für den Funkempfänger einer Funkuhr, wie sie in der EP 0 242 717 A2 näher beschrieben ist.

Bei kleinen Uhren, etwa kleinen Stiluhren, ist es problematisch, in dem verwinkelten Raum geringen Durchmessers, der zwischen dem eingebauten Uhrwerk und der Innenwandung des Uhrengehäuses zur Verfügung steht, eine Langwellen-Antenne ausreichender Leistung für den Empfang der über Funk übermittelten Zeitinformation unterzubringen. Gleiche Einbauprobleme bestehen hinsichtlich der relativ sperrigen Ferritkern-Antennen bei kleinen, etwa transportablen, Funk-Empfängern.

Die Realisierung einer Funkuhr als Armbanduhr wurde von der Fachwelt bisher srhon wegen des Fiatzaedarfes für den Aufbau des Fynkempfängers als nicht realisierbar angesehen (vgl. R. Bermbach und M. Lobjinski "Neue Funk'jhren aus dem Institut für Datentechnik" in FUNKUHREN, herausgegeben von W. Hilberg, Mitte von Seite 170); wobei dort die Problematik der Unterbringung eines ausreichenden Ferritantennen-Volumens noch nicht einmal berücksichtigt ist. Der Platzbedarf für den Empfänger ist unterdessen gelöst, seit es auf einem Chip integrierte, fest abgestimmte Langwellenempfänger für Funkuhren gibt (vgl. DE 35 16 810 A1). Ungelöst ist jedoch das Problem der Minia- -turisierung hinreichend leistungsfähiger passiver Antennen für Langwellenempfanger, die, wie im Falle moderner Konsum-Funkuhren, aus einer einzelligen Batterie betrieben werden sollen.

lh Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe Zugrunde, eine Antenne gattungsgsmäßer Art derart auszugestalten, daß sie sich auch bei engen und verwinkelten Umgebungsverhältnissen einbauen läßt bzw. als leistungsstarke Langwellen-Antenne für tragbare Geräte wie insbesondere eine Funk-Armbanduhr einsetzen läßt«

Die Aufgabe ist erfindungsgemäG im wesentlichen dadurch gelöst, daG die gattungsgemäGe Antenne gemäß dem Kennzeichnungstell des Anspruches 1 ausgelegt ist.

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Diese Lösung beruht auf der Überlegung, daß das wesentliche Hindernis für die Realisierung einer für beengte Raumverhältnisse geeigneten Rahmen-Antenne weniger das Volumen des die Rahmenspule durchsetzenden (Ferrit-) Kernes ist, als vielmehr der Raumbedarf für einen starren zylindrischen Kern oder für die Gruppierung mehrerer in definierter geometrischer Orientierung zueinander anzuordnender Kerne. Deshalb wird die Lösung in einem flexiblen Kern für eine Rahmenantenne gesehen, wie sie sich durch den Schichtenaufbau mehrerer gegeneinander verlagerbarer flexibler Streifen aus weichmagnetischen Materialien hoher Permeabilität realisieren läQt. Eine solche Antenne kann je nach den vorliegenden Einbaugegebenheiten etwa L-, U- oder Z-förmig abgewinkelt werden, um die vorhandenen Freiräume zum Antenneneinbau optimal zu nutzen und dabei zugleich unterscniediic-ne räumliche Empfar.gs-Orientierungen zu realisieren. Ein solcher flexibler Kern-Stapel aus einzelnen magnetisch wirksamen Streifen läßt sich aber auch, zu einem fast geschlossenen Ring gebogen, als ein Armband ausgestalten, das die Antenne für einen beispielsweise unter der Kleidung oder unmittelbar auf dem Handgelenk getragenen Empfänger darstellt und somit unmittelbar als die Antenne einer Funk-Armbanduhr dienen

kann.

Dabei kann die Kapazität für eine Schwingkreis-Abstimmung der Antenne gleich mit in diesen Schichtenaufbau integriert sein, indem beispielsweise die einzelnen - schon zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten elektrisch gegeneinander isolierten Schichten als wechselseitige Elektfödengfuppen zum Kondensator zusammengeschaltet und der Antennenspule parallelgeschaltet werden.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen ur.äf such untsr Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche abstrahiert, nämlich nicht-maGstabsgerecht stark vergrößert, skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäGsn Lösung im Falle einer Ausführung als abgestimmte Antenne für eine Armbanduhr.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in unterbrochener Axial-Längsschnittdarstellung eine flexible Rahmenantenne in der Ausgestaltung als Armband für eine funkgesteuerte Armbanduhr.

Eine in der Zeichnung nur symbolisch skizzierte autonome (Armband-) Funkuhr 11 oben näher erläuterter Art ist mit einem Funkempfänger 12 für Empfang und Dekodierung von Zeitinformäliönen, die erforderlichenfalls zur Korrektur der von der Funkuhr 11 aktuell angezeigten Zeit dienen, ausgestattet. Der Empfänger 12 wird aus einer als L-C-Schwingkreis ausgelegten Antenne 13 gespeist. Diese ist als Schichtkern-Rahmenantenne aufgebaut, also aus einer Spule 14, die von einem flexiblen Kern 15 durchsetzt ist.

Der Kern 15 ist als gestreckter Stapel aus sehr dünnen Streifen •16 von amorphem weichmagnetischem hoch-permeablem Material geschichtet, wie sie etwa unter der Handelsbezeichnung VITROVAC &ugr;&ogr;&eegr; der Firma Vacuumschmelze GmbH (D-645Q Hanau) als extrem dünne und federhartflexible Bleche insbesondere für den Aufbau verlustarmer Übertragen in Schaltnetzteilen und für magnetische Schalter von Impulsstromversorgungen auf den Markt gebracht werden und die sich durch geringe Empfindlichkeit gegen mechanische Spannungen auszeichnen.

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Dieser Stapel 15 ist quer zu der Flädhenerstreckung seiner Streifen 16 von einer Einfassung *7 eingespannt, wie in der Zeichnung durch die Spannrichtungs-^Dreiecke symbolisiert* Diese Einfassung 17, bei-* spielsweise ausgeführt als um den Stapel 15 herumgespritzte Kunststoffhülle_} bedeckt zweckmäßigerweise auch die Spule 14, um sie lagemäQig auf dem Stapel 15 zu fixieren und gegen Umgebungseinflüsse mechanisch zu schützen. Wenn die Einfassung 17 flexibel ist, um der Antenne 13 unterschiedliche geometrische Formen zu geben - beispielsweise zum Einbau in beschränkte Raumverhältnisse oder zur Ausgestaltung als Armband - ist die axiale Länge 18 der Spule 14 relativ beschränkt, Min den Bereich des nicht-biegsamen Stapels 15 möglichst klein zu halten, der durch die aufgebrachte Spule 14 versteift ist. Andererseits ist eine radial möglichst wenig über den Kern-Stapel 15 auftragende Spule 14 schon aus elektromagnetischen Gründen anzustreben, weil die Feldstärke quadratisch über der Entfernung vom Stapel 15 abnimmt, also weiter entfernt liegende Wicklungslagen der Spule 14 nur noch sehr geringe Beiträge aus der feldverstärkenden Wirkung des Kernes (Stapels 15) erfahren.

Ebenfalls im Interesse der Flexibilität des Kern-Stapels 15 ist vor den beiderseitigen Stirnenden der Streifen 16, gegenüber der diese umschließenden Einfassung 17, ein Freiraum 19 ausgespart. Dadurch ist sins Lingsverschiebung der einzelnen Streifen 1$ gegeneinander ermöglicht, wenn der Stapel 15 um seine Längsachse gebogen wird.

Um bei solcher gegenseitiger Verlagerung der Streifen 16 Abrieberscheinungen möglichst zu vermeiden, und um zugleich elektromagnetische Wirbelstromverluste in dem Ferritkern-Stapel 15 zu reduzieren, sind die ein7elnen Lagen der Streifen 16 durch zwischengelegte Isolierschichten 20, etwa Folien oder Lack-Schichten, voneinander mechanisch und elektrisch getrennt.

Für diese Isolierung 20 wird zweckmäßigerweise ein flexibles Material mit groQer Dielektrizitätskonstanter eingesetzt, wie es etwa als die sogenannte X7R-Keramik für den Aufbau von kleinen Schicht-Kondensatoren hoher Kapazität am Markt verfügbar ist. Wenn der Kern 15 auch mit kleinen Radien gebogen werden soll, sind gängige Dielektrika wie Glimmer oder Folien uon Polyester bzw. Polycarbonat und dergleichen vorteilhafter. Dies Isoliermaterial kann mit elektrisch leitenden Elektroden beschichtet oder belegt sein, um die Abstimm-Kapazität 21 gleich mit in die Streifenstapel-Antenne 13 zu integrieren und innerhalb der schützenden Einfassung 17 beispielsweise über Schweiß-Ver-bindungen 22 an die Enden der Spule 14 elektrisch anzuschlieQen. Das verkleinert den Kapazitätswert und damit den Einbau-Raumbedarf eines externen Abstimmkondensators 23, sofern dieser nicht durch die integrierte Kapazität 21 sogar ganz entfallen kann.

Als die Kondensatorelektroden beiderseits von Dielektrikum-Isolierfolien 20 können sogar die elektrisch leitenden Kern-Streifen 16 selbst dienen, so daß sich das zusätzliche Einschichten gesonderter

Kondensatorelektroden beiderseits der Isolierfolien 20 erübrigt.

Wie aus der Technologie der Schichtkondensatoren als solches bekannt, werden diese Streifen-Elektroden 16, im Interesse einer großen wirksamen Elektrodenfläche und damit eines hohen Kapazitätswertes, wechselweise so miteinander zusammengeschaltet, daß sich abwechselnd kammmförmig ineinandergreifende Elektrodengruppen 24.1, 24.2 ergeben. Von denen kann jeweils der außenliegende Streifen 16.1 bzw. 16.2 als Leiterbahn für den Anschluß der Spulen-Verbindungen 22.1, 22.2 an nach außen führende Antennenanschlüsse 25.1, 25.2 dienen. Durch flexible Verschaltungen 26.1, 26.2 zwischen den Elektrodenstreifen 16 der Elektroden- gruppen 24 im Bereiche der zugeordneten Freiräume 19.1, 19.2 bleibt die wechselweise achsparallele Verschiebbarkeit der Streifen 16 gegeneinander bei Biegebeanspruchung des Ferritkern-Stapels 15 gewährleistet.

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Die Antenne 13 aus Spule 14 und flexiblem Kern-Stapel 15 sowie gegebenenfalls Resonanz-Kapazität 21 kann über Leitungen 27 an den Funkempfänger

12 der Uhr 11 angeschlossen sein, in dessen b'ehäuse diese Antenne

13 eingesetzt ist. Wenn es sich um eine tragbare Funkuhr 11 und dabei insbesondere um eine Ausbildung als Armbanduhr handelt, ist die flexible Antenne 13 durch ihre Einfassung 17 zweckmäßigerweise ebenfalls als Armband 28 ausgestaltet, wie in der Zeichnung durch Gelenkglieder 29 skizziert. Diese können unmittelbar - oder erforderlichenfalls über zwischengefügte Verlängerungsglieder - an die Hörnchen eines Armbanduhrengehäuses angeschlossen werden, wenn diese Hörnchen elektrisch gegeneinander isoliert sind, so daß sich zusätzliche Verbindungsleitungen (27) erübrigen. Jedoch genügt es schon, eine Armbandhälfte oder ein Zwischenstück eines Armbandes 28 als Antenne 13 auszulegen. Um defekte Armbänder 28 leicht und kostengünstig austauschen zu können, kann auch vorgesehen sein, die Antenne 13 als eine oder auf einer Hülle auszubilden, durch die das Ersatz-Armband 28 hindurchgefädelt wird, ohne auch die Antenne 13 auszutauschen und den Empfänger 12 neu abgleichen zu müssen.

So ist eine (Armband-) Funkuhr 11 realisierbar, bei deren Größenauslegung oder Gestaltung auf Einbauraumbedarf für eine Empfangsantenne 13 keine Rücksicht mehr genommen werden muß. Eine solche als Armband 28 ausgeführte geschichtete Antenne 13 erbringt eine erstaunlich hohe Leistung, verglichen mit herkömmlichen zylindrischen Ferritkernen als Spulenträgern, weil die Antennenspannung dem Kernquerschnitt und vor allem der (hier sehr großen) Permeabilität des Kernmaterials proportional ist, sowie etwa proportional zur Kernlänge und etwa umgekehrt proportional zur Kerndicke. Der die Spule 14 tragende Kern kann wegen der hohen Permeabilität aber von geringer Dicke sein, bei im Interesse guter Biegsamkeit des Armbandes 28, großer .axialer Länge des Stapels 15 im Verhältnis zur magnetisch wirksamen Dicke der aufeinandergestapelten Kern-Streifen 16 als solchen.

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Claims (11)

j nsprüche

1. Rahmen-Antenne (13) für einen Funk-Empfänger (12). insbesondere den Langwellen-Empfänger (12) einer Funkuhr (11), mit einer von einem Kern durchsetzten Spule (14), dadurch gekennzeichnet, daß der Kern als Stapel (15) aus dünnen-flexiblen Streifen (16) hnchpermeabien Materials erstellt ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß lange, biegsame Streifen (16) zum Kern gestapelt sind.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Stapel (15) von einer Einfassung (17) umgeben ist. 15

4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfassung (17) eine Längsverlagerung der Streifen (16) gegeneinander in einen Freiraum (19) vor den Stirnenden der Streifen (16) ermöglicht.

5. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, . dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel (15) Träger einer dünnen Antennen-Spule (14) ist.

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6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einfassung (17) um den Stapel (15) und die Spule (14) herumgespritzt ist. 05

7. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß sie als Armband (28) oder als ein Teil davon ausgestaltet ist.
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8. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen den Streifen (16) des Stapels (15) Isolierungen angeordnet sind. 15

9. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Isolierfolien (20) aus Material mit hoher Dielektrizitätskonstante beiderseits mit Elektroden einer, der Spule (14) parallelgeschalteten, Resonanz-Kapazität (21) ausgestattet sind,

10. Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der Resonanz-Kapazität (21) die Magnetmaterial-Streifen (16) selbst sind.

11. Spule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (16) der beiden äußersten Lagen des Stapels (15) elektrisch leitend mit dem Anfang bzw. dem Ende der Spule (14) und mit Antennenanschlüssen (15) verbunden sind.

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