EP0954051A1 - Antenne à fente, notamment pour pièce d'horlogerie - Google Patents

Antenne à fente, notamment pour pièce d'horlogerie Download PDF

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EP0954051A1
EP0954051A1 EP98107713A EP98107713A EP0954051A1 EP 0954051 A1 EP0954051 A1 EP 0954051A1 EP 98107713 A EP98107713 A EP 98107713A EP 98107713 A EP98107713 A EP 98107713A EP 0954051 A1 EP0954051 A1 EP 0954051A1
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EP
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antenna
slot
conductive element
central line
aerial
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Jean-François Zürcher
Olivier Staub
Anja Skrivervik
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Asulab AG
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Asulab AG
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    • G04G21/04Input or output devices integrated in time-pieces using radio waves
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04RRADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • G04R60/00Constructional details
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/273Adaptation for carrying or wearing by persons or animals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10Resonant slot antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10Resonant slot antennas
    • H01Q13/106Microstrip slot antennas

Definitions

  • the present invention relates to a slot antenna intended to be connected to an unbalanced output of a antenna circuit, and more particularly, the adaptation and the excitement of such a slot antenna in horological applications.
  • the invention is not limited to these applications.
  • This type of antenna includes a conductive element disposed on a dielectric substrate and defining a radiant slot with parallel edges.
  • a conductive element disposed on a dielectric substrate and defining a radiant slot with parallel edges.
  • This slot antenna 11 consists of an element printed circuit conductor 12 fixed on a substrate dielectric 13.
  • This substrate is preferably of a flexible material allowing the housing of this antenna in a mounting groove of a watchmaker's case so that it is wrapped around the housing.
  • a slit radiant 14 is formed in the conductive element.
  • This antenna is connected to an antenna circuit comprising a micro receiver-transmitter 15 located in the housing watchmaker.
  • connection between antenna 11 and the microphone receiver-transmitter 15 is assigned at two points excitation 16 and 17, normally by a line of transmission such as a coaxial cable.
  • This coaxial cable can be considered as the output of the antenna circuit.
  • the antenna circuit output is asymmetrical, it is necessary to adapt the symmetrical antenna to this exit.
  • Such a device is known to the person skilled in the art. trade under the English term “balun” (for balanced-to-unbalanced). This "balun” is usually done using discrete elements, such as a capacitor and / or a line section.
  • a line 18 connects an excitation point 16 via an adaptation capacitor C (see figure 1) at the microphone receiver-transmitter 15 of the antenna circuit, and the other excitation point 17 is connected to ground.
  • the value of capacitor obviously depends on the frequency used, but may be of the order of several pico-farads in the applications described in this document. We understand as well as such a "balun" is impractical, bulky and expensive.
  • the object of the invention is to provide an antenna slot which avoids the use of discrete components for excitement and adaptation by proposing an antenna with slot having an integrated excitation, which serves at the same time "balun" time realizing the transition between the exit of the micro receiver-transmitter and the antenna.
  • the invention therefore relates to a slot antenna according to claim 1.
  • antenna structure optimized for excitation in a timepiece Thanks to these characteristics, antenna structure optimized for excitation in a timepiece.
  • this antenna allows obtain a gain / bandwidth ratio at least equal to that of known antennas, but with great simplification, saving space and eliminating components while being cheaper to manufacture.
  • FIGS 2 and 3 show a first mode of realization of the slot antenna according to the invention and suitable for a timepiece.
  • the structure general of the antenna according to the invention is similar to that of the antenna of the aforementioned document EP 0 766 152.
  • a slot antenna 21 which consists of a conductive element in printed circuit 22, for example copper, fixed on a dielectric substrate 23.
  • This substrate is preferably of a thin flexible material, for example example of perstorp or kapton epoxy, allowing housing of this antenna in a mounting groove of a clock case so that it is wrapped around of the case, as explained in more detail in the above document.
  • this substrate 23 has a thickness of the order of 0.1 mm.
  • the conductive element 22 is rectangular in shape and defines a radiating slot 24 with parallel edges.
  • the conductive element 22 has, in this example, two long parallel edges 22a and 22b, and two short edges parallel 22c, 22d.
  • the slot 24 is therefore also of rectangular shape.
  • the element conductor 22 does not completely close slot 24, but leaves a central opening 26 on a 22b of its edges long.
  • the other edge 22a could remain open instead of this edge 22b.
  • the antenna also has a central line printed 27 which is arranged in the slot 24 at the place of the opening 26.
  • This central line 27 is of the same material and is attached to substrate 23 in the same way as the conductive element 22.
  • the line central 27 has a rectangular shape having a width "d", but such a form is not mandatory.
  • the side bottom of the center line is aligned with the edge long 22b, and the upper side advances in the slot in approaching the other long edge 22a.
  • the line central 27 does not touch this edge 22a, but is distant there from a distance ⁇ .
  • the central line 27 is also distant by a distance s from each of the two ends of the long edge 22b of the conductive element 22.
  • the antenna 21 is connected to an output 29 of a circuit antenna comprising a micro receiver-transmitter 25 which is found for example in a watch case.
  • the connection between antenna 21 and micro receiver-transmitter 15 made by a transmission line 31 such as a cable coaxial or a microstrip line having a conductor of excitement and mass.
  • the antenna is excited by means of a signal applied to the central line 27.
  • the line excitation conductor transmission 31 is connected to an excitation point 28 located on the center line 27.
  • the ground conductor and the conductive element 22 are grounded, by example by means of a connection point, not referenced, on the long edge 22b. In the example shown, each of the two ends of this edge 22b are connected to the mass.
  • this structure of the antenna according to the invention can be compared to a coaxial cable which has also a central line (the conductor) surrounded by a grounded item. This structure provides an antenna with very good gain / bandwidth ratios compared to the antennas of the prior art.
  • the shape of the antenna 21 allows optimal use of the available space, and that miniaturization of the antenna is possible while keeping an optimal gain / size ratio. This therefore allows to use this antenna, which has a structure suitable for optimizing excitement, in a portable device such than a wristwatch.
  • Figure 4 shows a second embodiment of the antenna according to the invention.
  • the conductive element 22 ' is closed and completely surrounds the slot 24 '.
  • Line central 27 ' is inside the slot 24' and is arranged in the same way as in the first mode, that is to say that it is at a distance ⁇ from the edge long 22a 'of the conductive element 22'.
  • the central line 27 ' is not completely rectangular here, but it has, at its side near the long edge 22b 'a projection 30 which advance towards this edge 22b '.
  • the long edge 22b ' is continuous, but it has a notch to receive at least partially the projection 30 of the central line 27 '.
  • the antenna according to this second mode can also be directly connected via transmission line 31 to antenna circuit including micro receiver-transmitter 25 without the need for discrete components.
  • the antenna according to the invention it is possible to incorporate it into a timepiece likely to be worn on the wrist.
  • the antenna is therefore able to receive and / or emit electromagnetic fields carrying radio messages.
  • the piece watchmaking has organs for displaying the time, for example hands or a display digital, and an antenna circuit including the microphone receiver-transmitter to review messages received by the antenna,
  • the antenna may be shielded according to the invention, that is to say it is possible to provide a ground plane placed behind the substrate such that described in more detail in the European patent application mentioned above.

Abstract

L'antenne à fente (21) est destinée à être connectée à une sortie asymétrique (29) d'un circuit d'antenne (25). Elle comprend un substrat diélectrique (23), et un élément conducteur (22; 22') en circuit imprimé fixé sur ledit substrat et définissant une fente rayonnante (24; 24') à bords parallèles de ladite antenne.
Selon l'invention, l'antenne est caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une ligne centrale imprimée (27; 27') disposée dans ladite fente (24; 24') et permettant la connexion directe à ladite sortie (29) de telle manière que cette ligne centrale (27; 27') réalise la transition entre ladite sortie et l'antenne.

Description

La présente invention concerne une antenne à fente destinée à être connectée à une sortie asymétrique d'un circuit d'antenne, et plus particulièrement, l'adaptation et l'excitation d'une telle antenne à fente dans les applications horlogères. Toutefois, on comprendra que l'invention n'est pas limitée à ces applications.
Ce type d'antenne comprend un élément conducteur disposé sur un substrat diélectrique et définissant une fente rayonnante à bords parallèles. Une telle antenne est déjà décrite dans le document EP 0 766 152 au nom de la Demanderesse. La figure 1 montre l'antenne décrite dans ce document. Cette antenne à fente 11 consiste en un élément conducteur en circuit imprimé 12 fixé sur un substrat diélectrique 13. Ce substrat est de préférence d'une matière flexible permettant le logement de cette antenne dans une rainure de montage d'un boítier horloger de manière qu'elle soit enroulée autour du boítier. Une fente rayonnante 14 est formée dans l'élément conducteur. Cette antenne est reliée à un circuit d'antenne comportant un micro récepteur-émetteur 15 se trouvant dans le boítier horloger. La connexion entre l'antenne 11 et le micro récepteur-émetteur 15 est affectée en deux points d'excitation 16 et 17, normalement par une ligne de transmission telle qu'un câble coaxial. Ce câble coaxial peut être considéré comme la sortie du circuit d'antenne. Comme la sortie du circuit d'antenne est asymétrique, il est nécessaire d'adapter l'antenne symétrique à cette sortie. Ainsi, il faut obligatoirement un dispositif de conversion monté entre l'antenne symétrique et la sortie asymétrique. Un tel dispositif est connu de l'homme du métier sous le terme anglais "balun" (pour balanced-to-unbalanced). Ce "balun" est généralement réalisé à l'aide d'éléments discrets, tels qu'un condensateur et/ou un tronçon de ligne. Dans le document susmentionné, une ligne de transmission 18 connecte un point d'excitation 16 via un condensateur d'adaptation C (voir figure 1) au micro récepteur-émetteur 15 du circuit d'antenne, et l'autre point d'excitation 17 est relié à la masse. La valeur du condensateur dépend évidement de la fréquence utilisée, mais peut être de l'ordre de plusieurs pico-farads dans les applications décrites dans ce document. On comprend ainsi qu'un tel "balun" est peu pratique, encombrant et coûteux.
Or, pour des raisons d'esthétique, d'encombrement, de prix etc., (critères qui sont particulièrement cruciaux dans la technologie horlogère), on cherche des solutions qui permettent de réduire les coûts et de simplifier le montage, l'excitation ainsi que l'adaptation d'une telle antenne.
Ainsi, l'invention a pour but de fournir une antenne à fente qui évite l'utilisation des composants discrets pour l'excitation et l'adaptation en proposant une antenne à fente ayant une excitation intégrée, qui sert en même temps de "balun" réalisant la transition entre la sortie du micro récepteur-émetteur et l'antenne.
L'invention a donc pour objet une antenne à fente selon la revendication 1.
Grâce à ces caractéristiques, on obtient une structure d'antenne optimisée pour l'excitation dans une pièce d'horlogerie. De plus, cette antenne permet d'obtenir un rapport gain/bande-passante au moins égal à celui des antennes connues, mais avec une grande simplification, amenant un gain de place et la suppression de composants tout en étant moins cher à fabriquer.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 déjà décrite est une antenne à fente de l'art antérieur,
  • la figure 2 est une vue de dessus d'un premier mode de réalisation d'une antenne à fente selon l'invention,
  • la figure 3 est une vue de coupe de l'antenne de la figure 2, et
  • la figure 4 montre une vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'une antenne à fente selon l'invention.
Les figures 2 et 3 représentent un premier mode de réalisation de l'antenne à fente selon l'invention et convenant pour une pièce d'horlogerie. La structure générale de l'antenne selon l'invention est similaire à celle de l'antenne du document EP 0 766 152 susmentionné. Ainsi, on voit une antenne à fente 21 qui consiste en un élément conducteur en circuit imprimé 22, par exemple du cuivre, fixé sur un substrat diélectrique 23. Ce substrat est de préférence d'une matière flexible mince, par exemple d'époxy perstorp ou de kapton, permettant le logement de cette antenne dans une rainure de montage d'un boítier horloger de manière qu'elle soit enroulée autour du boítier, comme cela est expliqué plus en détail dans le document susmentionné. De préférence, ce substrat 23 a une épaisseur de l'ordre de 0,1 mm.
L'élément conducteur 22 est de forme rectangulaire et définit une fente rayonnante 24 à bords parallèles. En effet, l'élément conducteur 22 a, dans cet exemple, deux bords longs parallèles 22a et 22b, et deux bords courts parallèles 22c, 22d. La fente 24 est donc également de forme rectangulaire.
Dans ce mode de réalisation, on voit que l'élément conducteur 22 ne ferme pas complètement la fente 24, mais laisse une ouverture centrale 26 sur un 22b de ses bords longs. Bien entendu, l'autre bord 22a pourrait rester ouvert au lieu de ce bord 22b.
L'antenne comporte en outre une ligne centrale imprimée 27 qui est disposée dans la fente 24 à l'endroit de l'ouverture 26. Cette ligne centrale 27 est d'une même matière et est fixé au substrat 23 de la même façon que l'élément conducteur 22. Dans cet exemple, la ligne centrale 27 a une forme rectangulaire ayant une largeur "d", mais une telle forme n'est pas obligatoire. Le côté inférieur de la ligne centrale est aligné avec le bord long 22b, et le côté supérieur avance dans la fente en s'approchant de l'autre bord long 22a. Toutefois, la ligne centrale 27 ne touche pas ce bord 22a, mais y est éloigne d'une distance ∂. La ligne centrale 27 est également éloignée d'une distance s de chacun des deux extrémités du bord long 22b de l'élément conducteur 22.
L'antenne 21 est reliée à une sortie 29 d'un circuit d'antenne comportant un micro récepteur-émetteur 25 qui se trouve par exemple dans un boítier horloger. La connexion entre l'antenne 21 et le micro récepteur-émetteur 15 se fait par une ligne de transmission 31 telle qu'un câble coaxial ou une ligne micro-ruban ayant un conducteur d'excitation et de masse. L'antenne est excitée au moyen d'un signal appliqué sur la ligne centrale 27. A cet effet, le conducteur d'excitation de la ligne de transmission 31 est connecté à un point d'excitation 28 se trouvant sur la ligne centrale 27. Le conducteur de masse et l'élément conducteur 22 sont mis à la masse, par exemple au moyen d'un point de connexion, non référencé, sur le bord long 22b. Dans l'exemple représenté, chacune des deux extrémités de ce bord 22b sont connectées à la masse.
Grâce a la ligne centrale 27, l'excitation est intégrée à l'antenne et dans le même plan. Cette ligne centrale sert en même temps de "balun", c'est-à-dire cette ligne centrale permet une connexion directe avec le micro récepteur-émetteur sans avoir besoin d'éléments d'adaptation tels qu'une capacité d'adaptation. C'est donc la ligne centrale 27 qui réalise la transition entre la sortie asymétrique 29 du circuit d'antenne et l'antenne 21. En fait, cette structure de l'antenne selon l'invention peut être comparé à un câble coaxial qui a aussi une ligne centrale (le conducteur) entourée d'un élément mis à la masse. Cette structure permet d'obtenir une antenne avec des très bons rapports gain/bande-passante par rapport aux antennes de l'art antérieur.
En effet, la Demanderesse a constaté qu'en variant la distance ∂, l'on peut modifier l'adaptation de l'antenne 21. Ainsi, en jouant sur la distance ∂, on peut obtenir une adaptation correcte de l'antenne à la sortie 29 du circuit d'antenne. La valeur de cette distance correspond donc à la valeur d'une capacité d'adaptation d'une antenne selon l'art antérieur.
A titre d'exemple, l'antenne peut être utilisée pour fonctionner à 1,9 GHz. Les dimensions approximatives pour cette fréquence sont les suivantes :
  • la longueur totale de l'élément conducteur 22, c'est-à-dire d'un bord long 22a, 22b est environ 45 mm, sa largueur est autour de 2 mm, la longueur de la fente est de l'ordre de 36,4 mm, et sa largeur est autour de 4 mm, la distance s est environ 0,27 mm, la largeur d de la ligne 27 est autour de 12 mm, et la distance ∂ est environ 0.1 mm.
  • Bien entendu, ces dimensions dépendent de la fréquence, et peuvent être modifiées selon les besoins.
    On comprend ainsi que la forme de l'antenne 21 permet une utilisation optimale de la surface disponible, et qu'une miniaturisation de l'antenne est possible tout en gardant un rapport gain/taille optimal. Ceci permet donc d'utiliser cette antenne, qui a une structure adaptée pour optimiser l'excitation, dans un dispositif portable tel qu'une montre-bracelet.
    La figure 4 montre un deuxième mode de réalisation de l'antenne selon l'invention. On voit que, par rapport au premier mode des figures 2 et 3, l'élément conducteur 22' est fermé et entoure complètement la fente 24'. La ligne centrale 27' se trouve à l'intérieur de la fente 24' et est disposée d'une même façon que dans le premier mode, c'est-à-dire qu'elle se trouve à une distance ∂ du bord long 22a' de l'élément conducteur 22'. La ligne centrale 27' n'est pas complètement rectangulaire ici, mais elle a, à son côté proche du bord long 22b' une saillie 30 qui avance vers ce bord 22b'. Le bord long 22b' est continu, mais il a une encoche pour recevoir au moins partiellement la saillie 30 de la ligne centrale 27'.
    L'antenne selon ce deuxième mode peut également être connectée directement via la ligne de transmission 31 au circuit d'antenne comprenant le micro récepteur-émetteur 25 sans avoir besoin de composants discrets.
    Grâce à l'antenne selon l'invention, il est possible de l'incorporer dans une pièce d'horlogerie susceptible d'être portée au poignet. L'antenne est donc apte à capter et/ou émettre des champs électromagnétiques porteur des messages radiodiffusés. D'une façon connue, la pièce d'horlogerie comporte des organes pour l'affichage de l'heure, par exemple des aiguilles ou un affichage numérique, et un circuit d'antenne comprenant le micro récepteur-émetteur pour revoir des messages captés par l'antenne,
    Il est à noter que plusieurs modifications et/ou améliorations peuvent être apportées à l'antenne selon l'invention sans sortir du cadre de celle-ci.
    Par exemple, on peut prévoir un blindage de l'antenne selon l'invention, c'est-à-dire qu'il est possible de prévoir un plan de masse posé derrière le substrat tel que décrit plus en détail dans la demande de brevet européen susmentionnée.

    Claims (9)

    1. Antenne à fente (21) destinée à être connectée à une sortie asymétrique (29) d'un circuit d'antenne (25), comprenant
      un substrat diélectrique (23),
      un élément conducteur (22; 22') en circuit imprimé fixé sur ledit substrat et définissant une fente rayonnante (24; 24') à bords parallèles de ladite antenne, caractérisée en ce que l'antenne comprend en outre une ligne centrale imprimée (27; 27') disposée dans ladite fente (24; 24') et permettant la connexion directe à ladite sortie (29) de telle manière que cette ligne centrale (27; 27') réalise la transition entre ladite sortie et l'antenne.
    2. Antenne (21) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite ligne centrale (27; 27') est disposée à une distance ∂ d'un desdits bords parallèles (22a; 22a') dudit élément conducteur (22; 22'), cette distance ∂ étant représentative de l'adaptation de l'antenne à ladite sortie.
    3. Antenne (21) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit substrat (23) est d'un matériau flexible.
    4. Antenne (21) selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que ledit élément conducteur (22) est rectangulaire et est discontinu et qu'il comprend dans un premier bord long (22b) une ouverture (26) en liaison avec ladite fente (24).
    5. Antenne (21) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite ligne centrale (27) est disposée dans ladite ouverture et avance dans ladite fente (24) en s'approchant dudit élément conducteur (22), mais que ladite ligne centrale reste une distance ∂ éloignée d'un deuxième bord long (22a) dudit élément conducteur (22)
    6. Antenne (21) selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que ledit élément conducteur (22') est rectangulaire et est continu et qu'il entoure complètement ladite fente (24').
    7. Antenne (21) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite ligne centrale (27') est disposée dans ladite fente (24) à une distance ∂ d'un premier bord long (22a') dudit élément conducteur (22).
    8. Antenne (21) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite ligne centrale (27') comporte une saillie (30), et qu'un deuxième bord long (22B') dudit élément conducteur comprend une encoche pour recevoir ladite saillie (30).
    9. Pièce d'horlogerie susceptible d'être portée au poignet, et comportant des organes pour l'affichage de l'heure, une antenne apte à capter et/ou émettre un champ électromagnétique porteur des messages radiodiffusés, et un circuit d'antenne pour revoir des messages captés par l'antenne, caractérisée en ce que ladite antenne est une antenne à fente (21) selon l'une quelconques des revendications précédentes.
    EP98107713A 1998-04-28 1998-04-28 Antenne à fente, notamment pour pièce d'horlogerie Expired - Lifetime EP0954051B1 (fr)

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