CN110301098A - 补偿器，用于运行一天线的电子电路装置，和天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在一天线和一电子控制单元之间传输一通信信号的一信号传输路径的线路或耦合损耗补偿的补偿器，它包括至少一个用于与天线连接的第一接口和一个用于与一电子控制单元连接的第二接口，其中，补偿器设置用于，除了通信信号外，还输出一用于定位的位置信号。本发明还涉及一运行至少一天线以及一天线装置的电子电路装置。

Description

补偿器，用于运行一天线的电子电路装置，和天线装置
技术领域
本发明涉及一种用于补偿信号传输路径的线路或耦合损耗的补偿器，一种用于运行一天线的电子电路装置，和一天线装置。
背景技术
基于IEEE 802.11p的车对外界信息交互(V2X)的通信目前处于引进市场阶段。已知借助全球导航卫星系统(GNSS)进行位置识别。通常，一车对外界信息交互的通信用电子控制单元(V2X-ECU)与一例如Flexray或以太网等车辆总线相连接，常可获得一全球导航卫星系统(GNSS)的绝对位置(全球导航卫星系统(GNSS)位置)，以及可实施一时间同步。
该现有技术的缺点是，不能在所有车型的总线上提供绝对位置(GNSS位置)的信息。然而，却有需求在尽可能多的不同车型中使用相同的车对外界信息交互的通信用电子控制单元(V2X-ECU)。
发明内容
本发明的任务是提供一种解决方案，籍此可获得有关一绝对位置的信息，并能使用尽可能相同的电子控制单元以满足不同要求。
该任务通过独立权利要求的主题解决。在从属权利要求中阐述了例如有益的设计方案。明确摘录的权利要求内容构成了说明的内容。
本发明说明一种用于补偿在一天线和一电子控制装置之间传输通信信号的一信号传输路径的线路或耦合损耗的补偿器，它包括至少一个用于与一天线连接的第一接口和一个用于与一电子控制单元连接的第二接口，其中，补偿器设置用于，除了通信信号之外，还输出一用于定位的位置信号和/或一用于时间同步的同步信号。
本发明的基本思想是，在一天线和一电子控制单元之间的信号传输路径中置入一补偿器，除了输出要传输的通信信号外，还发送位置信号，由此，即使无法通过例如一车辆总线等其他方式获取位置信息，也有位置信息可供使用。在不同部件相对较少的情况下，通过本发明可以有益的方式为在不同车型中的使用提供支持，其中，对不同车型必要时只须进行参数和/或软件的调整匹配。要传输的通信信号优选是指一车对外界信息交互(V2X)的通信信号或尤其是指一高频信号，也被称为HF(高频)信号或RF(射频)信号。与此相应，第一接口和/或第二接口优选是指高频插接式连接器或同轴插接式连接器。
特别优选的是，补偿器配置用于通过第二接口输出位置信号和/或同步信号。由此，对传输位置信号和通信信号，尤其是将其传输给一电子控制单元进行进一步处理，只需提供一接口以及线路。作为替代选择或补充，为此可配置一单独的接口，用于传输位置信号，尤其是传输给一电子控制单元和/或一车辆的数据总线。
补偿器优选具有一调制装置，它设置用于，将位置信号和/或同步信号调制到一载波上以用于输出。尤其是，在通过第二接口输出位置信号和/或同步信号时，补偿器设置用于，将位置信号和/或同步信号调制到一待通过第二接口传输的载波上。作为载波，可优选考虑在补偿器中存在和/或在补偿器中生成的适宜的电振荡。优选预先规定一补偿器所包含时钟，其信号可用作载波。在此预先规定，为了实现所涉及调制，补偿器包括至少一个调制装置，尤其是一个远距离馈电模块或偏置器。
根据另一结构形式，补偿器设置用于，用位置信号调制一时钟信号和/或用位置信号调制通信信号和/或用位置信号调制一补偿器供电装置的供电电压和/或用时钟信号和/或通信信号调制位置信号。由此，位置信号和所涉及其他信号可以有益的方式同时通过第二接口传输。此外，要输出的调制信号可共同同时借助一单根同轴电缆或借助一双绞线的线对尤其可传输给一电子控制单元。
补偿器还可优选设置用于，用同步信号调制时钟信号和/或用同步信号调制通信信号和/或用同步信号调制一补偿器供电装置的供电电压和/或用时钟信号和/或通信信号调制同步信号。
此外，可优选预先规定，补偿器设置用于，用位置信号调制同步信号或用同步信号调制位置信号。
补偿器优选设置用于，分别利用各相应的所定义频率和/或所定义脉冲参数，尤其是利用一脉冲的最小或最大上升时间和/或一最小或最大脉冲高度，传输位置信号和/或同步信号。
根据一优选实施方式，补偿器包括全球导航卫星系统(GNSS)接收器的至少一个功能组件，用于从一全球导航卫星系统接收导航卫星信号，并输出一用于定位的全球导航卫星系统(GNSS)信号和/或用于时间同步的同步信号。全球导航卫星系统(GNSS)接收器常包括例如至少一个全球导航卫星系统(GNSS)天线以及预处理电子设备和处理电子设备。根据本发明所述，全球导航卫星系统(GNSS)接收器的功能组件中的至少一个被包括在补偿器中。根据一优选实施方式，补偿器包括用于实现一全球导航卫星系统(GNSS)接收器的所有功能组件，与此相应地也包括一全球导航卫星系统(GNSS)天线。
根据本发明一优选实施方式，包括用于连接全球导航卫星系统(GNSS)接收器的至少一个功能组件的一第三接口，该接口用于接收一全球卫星导航系统的导航卫星信号。特别是，如果补偿器不包括用于实现一全球导航卫星系统(GNSS)接收器的所有功能组件，则根据其他结构形式预先规定，用于实现全球导航卫星系统(GNSS)接收器的其他功能组件借助第三接口连接到补偿器上。这尤其涉及一全球导航卫星系统(GNSS)天线以及必要时涉及例如放大电子器件和/或滤波器电子器件等预处理电子器件。也可预先规定，通过第三接口将包括用于实现GNSS接收器的基本上所有功能组件的全球导航卫星系统(GNSS)接收器连接到补偿器上。与此相应，第三接口优选是一高频插接式连接器或一同轴插接式连接器。
可以合适的方式预先规定的是，补偿器设置用于，在通过第二接口输出一位置信号前，对一由全球导航卫星系统(GNSS)接收器提供的全球导航卫星系统(GNSS)信号进行一预处理。位置信号优选从通过预处理，例如通过全球导航卫星系统(GNSS)接收器预处理的全球导航卫星系统(GNSS)信号中导出。这一预处理例如可是简化数据和/或数据过滤。如果预先规定，这类处理应由一与第二接口连接的电子控制单元实施，则补偿器设置用于将全球导航卫星系统(GNSS)信号作为位置信号通过第二接口输出。
补偿器优选设置用于，通过第二接口以一供电装置的供电电压供电。根据其他结构形式，补偿器包括一用于向补偿器提供电源电压的模块，换句话说，即一用于补偿器的远距离馈电模块，尤其是偏置器。特别是基于一很大程度上一致的功能原理，远距离馈电模块和调制装置可预先规定为共同的功能组件。
全球导航卫星系统(GNSS)接收器优选设置用于，提供一用于时间同步的同步信号，尤其是一1PPS信号，其中，补偿器设置用于，通过第二接口输出同步信号。此外，作为替代选择或补充，可预先规定单独的接口用于位置信号的传输，尤其是传输给一车辆的电子控制单元和/或车辆的一数据总线。
为了通过第二接口进行传输，补偿器优选设置用于，将1PPS信号调制到一载波上。换句话说，用1PPS信号调制载波。作为载波，可使用电子电路上存在的所有振荡，尤其是一时钟信号。补偿器优选设置用于，使用一经定义的频率或频带传输同步信号。
作为替代选择，在供电装置上位置信号和/或同步信号的调制优选通过触发一相对而言被短时间提高的补偿器电流需用量(电流脉冲)来实施。由此，补偿器包括至少一个功能组件，用于触发提高补偿器的电流需用量。
补偿器优选具有用于连接一负载的开关装置，用于提高补偿器的电流需用量，其中，电流需用量可根据一待通过第二接口传输的信号来调制。在有益的方式中，由此可实现通信信号和/或位置信号和/或同步信号在电源电压上的调制。负载尤其是一种电阻或电容负载。开关装置例如是一晶体管，例如双极性晶体管。优选预先规定，借助开关装置触发补偿器一相对而言被短时间提高的电流需用量(电流脉冲)。在此，要生成的电流脉冲以合适的方式设置，使其能明显与补偿器操作的其他电流特性曲线区分开。例如，这可通过调节电流脉冲高度和/或脉冲的上升时间来完成。负载优选同样包括在补偿器中。
根据一实施方式，开关装置基于电源路径设置在补偿器的远距离馈电模块的上游或下游。
补偿器以合适的方式具有一极性反转保护二极管。开关装置的连接以及用于电源电压调制的相应负载优选设置在极性反转保护二极管的正极与补偿器的远距离馈电模块之间。由此，实现补偿器其余供电电源与备用电容器的去耦，并可生成一具有一相对较短上升时间的电流脉冲。
根据一有益的设计方案，补偿器可包括至少一个分离器/组合器。分离器例如可实现为威尔金森分离器或微带定向耦合器，组合器也类似，只不过，在这种情况下，信号的推挽分量相互抵消，这在独立信号源的情况下是可以接受的。由此，可借助一补偿器操作多个天线，如果一相关电子控制单元没有足够的连接装置用于所需数量的天线，则这特别有益。反之，这又能使根据本发明所述补偿器用于各种完全不同的车型。
根据本发明所述补偿器的至少一种实施方式的至少第一接口和/或第二接口优选配置为支持至少一IEEE 802.11标准，优选IEEE802.11p标准。
本发明还描述一种用于操作至少一天线的电子电路装置，尤其是用于车对外界信息交互(V2X)通信的电子电路装置，这类电子电路装置具有根据本发明所述补偿器的至少一个实施例，以及一通过第二接口与补偿器相连接的电子控制单元，用于处理借助一天线发射和接收的无线电通信信息，尤其是车对外界信息交互的通信(V2X)信息。电子控制单元优选通过至少一高频线路，例如同轴电缆与补偿器的第二接口相连接。与此相应，第一接口和/或第二接口和/或第三接口优选是高频插接式连接器，例如同轴插接式连接器。在此，第一接口与天线和/或第二接口与电子控制单元和/或必要时第三接口与全球导航卫星系统(GNSS)接收器的至少一个功能组件的连接可优选配置成直接或间接地实现，即例如通过其他模块进行。
根据本发明还可预先规定，补偿器和电子控制单元通过一共同壳体或分别各通过一单独壳体包装，其中，可预先规定它们在空间上分离或彼此相邻。
如果补偿器通过第二接口与一供电电源相连接，并相应具有一电压供应模块，则以合理的方式预先规定，除了补偿器的远距离馈电模块外，电路装置还包括一分配给电子控制单元的模块或一由电子控制单元包含的模块，用于通过第二接口以一供电电压，尤其是一偏置电压向补偿器供电(远距离供电)。分配给电子控制单元的模块优选由电子控制单元所包含，并因此可在相同壳体中或在相同印刷电路板上实现。作为替代选择，可预先规定，该模块可实现为与电子控制单元在空间上分离。
电子控制单元被设置为接收和处理位置信号和/或同步信号和/或通信信号。电子控制单元尤其设置用于，可对各相应有效信号和载波信号加以分离，如果有效信号和载波信号通过第二接口同时传输时尤其如此。例如，如果预先规定，将位置信号作为有效信号对作为载波信号的时钟信号进行调制，换句话说，预先规定将位置信号调制到时钟信号上，则电子控制单元具有用于分离和单独处理公共信号的功能组件。电子控制单元还可具有用于实现调制的功能组件。
电路装置和/或补偿器，尤其是电子控制单元，优选包括至少一个脉冲检测器。同轴电缆的使用需要一相对较大的线路容量，由此，所生成的电流脉冲再次被平滑到有限程度。通过一合适的脉冲检测器，可识别被调制到电源电压上的信号。
作为脉冲检测器，优选设置一比例鉴别器(恒比鉴别器，Constant FractionDiscriminator；缩写CFD)，用于从不同信号幅度的脉冲生成基本上精确的时间标记。这实现了时间分辨率的改善或降低抖动。尤其是对相对短的线路，作为替代选择或补充，可使用阈值鉴别器或滤波器和阈值鉴别器组合。
在为电路装置使用多个补偿器时，可预先规定，设置至少一个带有根据本发明所述全球导航卫星系统(GNSS)接收器的补偿器以及至少另一个不带全球导航卫星系统(GNSS)接收器的补偿器，其中，至少另一个补偿器可设置用作具有一个输入端和一个输出端的单补偿器，和/或带有分离器/组合器、具有两个输入端和一个输出端的双补偿器。
电子控制单元优选设置用于在操作期间实施关于是否和/或通过哪个信号输入端获得位置信号和/或同步信号的检查。例如，由此可确定这些信号是否是通过一车辆总线或通过一通过根据本发明所述补偿器获取的。
因此，可以合理的方式对一不带全球导航卫星系统(GNSS)接收器的补偿器进行如此设置，使其根据本发明所述调制一通知位置信号无法被传输并由此无法提供给电子控制单元使用的信号。
本发明还描述一种用于无线电通信，尤其是用于车对外界信息交互(V2X)通信的天线装置，该天线装置包括根据至少一上述实施方式的电子电路装置以及至少一个通过第一接口与补偿器相连接的天线。
在从属权利要求中规定了本发明的一些特别有益的设计方案。根据参考附图实施例的以下描述还可得出其他优选的实施方式。本发明的设计方案可实现一有效接触。
附图说明
在示意图中显示：
图1展示根据本发明所述用于操作一天线的电子电路装置的一实施例，它包括根据本发明所述补偿器的一实施方式，以及
图2展示利用1PPS信号的示例实现根据本发明所述电子电路装置的电源电压调制的实施例。
具体实施方式
图1展示根据本发明所述用于操作一天线的电子电路装置10的一实施例。该电路装置包括根据本发明所述补偿器1的一优选实施方式以及一电子控制单元2。补偿器1和电子控制单元2借助同轴电缆3和相应的同轴插接式连接器1-1或2-1相连接。补偿器1和电子控制单元2分别各有一相应的远距离馈电模块1-2或2-2，即所谓的偏置器。借助该模块，可实现一要通过同轴电缆3传输和借助天线(未展示)接收或发射的通信信号在一电源电压上的叠加，由此同轴电缆3同时可用于补偿器1的电压供应。电子控制单元的远距离馈电模块2-2与一电压供电装置，例如一车载电池相连接，其借助方框2-4图示。此外，根据该实施例，配置有一交变电压滤波器2-3，籍此可通过将通信信号的高频叠加到电源电压上来避免倒摄干扰。在补偿器一侧，同样配置有类似的交变电压滤波器1-3。方框1-4说明了借助供电电压，实现补偿器1功能组件的供电。
连接在远距离馈电模块1-2上，用于借助一天线接收或发送补偿器1的通信信号的信号路径包括用于选择一发送或接收路径的转换开关1-5，其中，发射路径具有例如一功率放大器PA，而接收路径具有一低噪声放大器LNA(Low Noise Amplifier)。滤波器1-6还配置有例如一带通滤波器，用于滤除频率在通信信号频率范围外的潜在干扰电压。例如，籍此可滤除电源电压的直流电压分量。一同轴插接式连接器1-7构成一用于将天线连接到补偿器2上的接口，其中，天线可借助一同轴电缆(未展示)相应连接。为处理待被发射和接收的通信信号，电子控制单元2具有一相应的处理装置2-5以及电子计算单元2-6。
此外，根据示例所述补偿器具有一GNSS(全球导航卫星系统)接收器的处理电子设备1-8，其中，一全球导航卫星系统(GNSS)天线(未展示)可通过同轴插接式连接器1-9连接。通过方框1-10展示用于预处理从一全球导航卫星系统(GNSS)天线所获全球导航卫星系统(GNSS)信号的其他可能的功能组件，例如放大器或滤波器。
处理电子设备1-8输出一1PPS信号，用于电子控制单元2的时间同步。为借助同轴电缆3将1PPS信号传输到电子控制单元2，借助转换模块1-12和滤波器模块1-13将其转换成要传输的形式，例如作为被调制到补偿器一时钟发生器的时钟信号上的定义频率的信号。为分析评估1PPS信号，电子控制单元2具有用于对所定义频率信号进行滤波的滤波器模块2-7以及转换装置2-8。基于所定义频率或脉冲高度或脉冲上升时间，经调制的1PPS信号可借助滤波器模块2-7提取，并在通过转换装置2-8转换为可由电子计算单元2-6处理的信号之后，通过电子计算单元2-6进行处理。
分析处理电子设备1-8将一位置信号输出到一电子计算单元1-11。通过已对1PPS信号描述的类似方式，优选通过分析处理电子设备1-8的一串行数字接口对位置信号进行输出，为了传输到电子控制单元2，首先借助转换模块1-14和滤波器模块1-15将位置信号转换成定义频率的信号，并将信号调制到一载波上，尤其是一时钟发生器(未展示)的现有信号载体上。以此方式传输的信号可在电子控制单元2侧借助模块2-9提取，并借助转换模块2-10转换成一可通过电子计算单元2-6处理的形式。根据所述实施例，还可通过该路径向电子计算单元1-11提供电子控制单元2的数据。为此目的，滤波器模块1-15设置用于，从电子控制单元2提取一定义频率的相应信号，并借助转换模块1-14将所述信号转换成电子计算单元1-11可处理的形式。
电子计算单元1-11还输出一用于控制转换开关1-5对发射或接收路径加以选择的信号，其中，转换模块1-16从电子计算单元1-11所提供的信号生成相应的控制信号。这种用于控制转换开关1-5的信号可通过电子控制单元2的处理装置2-5输出，借助转换模块2-12和滤波器模块2-11转换成一定义频率的信号，并借助相应装置调制到一时钟信号上。借助滤波器模块1-17实施所述信号的提取并传输到转换模块1-16上。优选在远距离馈电模块中执行待借助线路3进行传输的信号的累加。
图2以局部方式展示以1PPS信号为例在补偿器1侧实现根据本发明所述电子电路装置10的电源电压调制的一实施例。借助这样一种实现方式，可以有益的方式生成具有相对较短的上升时间，同时还有相对较高电流值的电流脉冲。这种电子电路装置可被包括在电子控制单元中。
如已根据图1实施例所作的描述，补偿器包括一远距离馈电模块1-2以及同轴插接式连接器1-1。根据本实施例所述，在电源电压路径中设置有一用于接通一下拉电阻R1以提高补偿器1电流需用量的双极性晶体管T1。作为输入信号，由转换模块1-12输出的1PPS信号被馈送至晶体管T1的基极。由此，可以有益的方式实现供电电压与通信信号和/或与位置信号和/或与1PPS信号的调制，以用于通过线路3进行传输。
通过在晶体管T1或电阻R1与备用电容器C1之间的电压供应路径中使用一极性反转保护二极管D1，可实现补偿器1的其余供电电源与备用电容器C1的去耦，并可生成具有一相对较短上升时间的电流脉冲。
只要在对专利申请进行处理的过程中，发现某项特征或某组特征已无必要，则须由申请人立即重新编写某个不再包含该特征或该组特征的、独立的权利要求。这可能会涉及例如在申报日呈交的权利要求的一从属组合，或申报日呈交的权利要求被其他特征限定的一从属组合。这类重新编写的权利要求或特征组合属于专利申请发布内容的范畴。
此外还须注意，本发明在不同设计方案或实施例中所述的和/或图示中描述的设计方案、特征和变异应可彼此任意组合。单项或多项特征可彼此任意替换。由此构成的特征组合属于本专利申请公布内容的范畴。
在关联的权利要求中参照的内容并不放弃对所参照从属权利要求的特征进行保护。这些特征也可与其他特征任意组合。
仅在说明部分公布，并在说明中或某项权利要求中只与其他特征一起联合公布的特征，原则上都拥有自身的发明意义。因此也可单一收录到权利要求中，以作为现有技术的界定。
通常应注意的是，车对外界信息交互的通信尤其是指车辆之间和/或车辆和基础设施之间的直接通信。它可是例如车对车的通信，或车对基础设施的通信。只要在本专利申请框架内涉及的是一种车辆之间的通信，原则上例如可在车对车通信范围内实现，典型情况下不需要通过一移动无线电网络或一类似外部基础设施进行调制解调，因此可有别于例如基于一移动无线电网络的其他解决方案。例如，一车对外界信息交互的通信可根据IEEE802.11p标准或IEEE 1609.4标准实现。一车对外界信息交互的通信也可被称为C2X通信。部分范围内可被称为C2C(车对车)通信或C2I(车对基础设施)通信。然而，本发明不明确排除例如通过一带调制解调功能的移动无线电网络的车对外界信息交互的通信。

Claims (14)

1.用于补偿在一天线和一电子控制单元之间传输通信信号的信号传输路径的线路或耦合损耗的补偿器(1)，所述补偿器包括至少一用于连接天线的第一接口(1-7)和一用于连接电子控制单元的第二接口(1-1)，其特征在于，补偿器设置用于，除了通信信号之外，还输出用于定位的一位置信号和/或用于时间同步的一同步信号。
2.根据权利要求1所述的补偿器，其特征在于，补偿器设置用于，通过第二接口输出位置信号和/或同步信号。
3.根据上述权利要求中任一权利要求所述的补偿器，其特征在于，补偿器至少具有一调制装置(1-13，1-15)，所述调制装置设置用于，将位置信号和/或同步信号调制到一载波上以用于输出。
4.根据权利要求2或3所述的补偿器，其特征在于，补偿器至少具有一调制装置(1-13，1-15)，所述调制装置设置用于，将位置信号和/或同步信号调制到一需通过第二接口传输的载波上以用于通过第二接口输出。
5.根据上述权利要求中至少一项权利要求所述的补偿器，其特征在于，补偿器设置用于，用位置信号调制时钟信号，和/或用位置信号调制通信信号，和/或用位置信号调制一补偿器供电装置的供电电压，和/或用时钟信号和/或通信信号调制位置信号。
6.根据上述权利要求中至少一项权利要求所述的补偿器，其特征在于，补偿器设置用于，用同步信号调制时钟信号，和/或用同步信号调制通信信号，和/或用同步信号调制一补偿器供电装置的供电电压，和/或用时钟信号和/或通信信号调制同步信号。
7.根据上述权利要求中至少一项权利要求所述的补偿器，其特征在于，补偿器设置用于，分别利用各相应的基本上定义的频率和/或定义的脉冲参数传输位置信号和/或同步信号。
8.根据上述权利要求中至少一项权利要求所述的补偿器，其特征在于，补偿器包括至少一个全球导航卫星系统接收器的功能组件(1-8，1-10)，用于从一全球导航卫星系统接收导航卫星信号，并输出一用于定位的GNSS信号和/或用于时间同步的同步信号。
9.根据上述权利要求中至少一项权利要求所述的补偿器，其特征在于，补偿器包含用于连接至少一个全球导航卫星系统接收器的功能组件的第三接口(1-9)，该第三接口用于接收一全球卫星导航系统的导航卫星信号。
10.根据上述权利要求中至少一项权利要求所述的补偿器，其特征在于，补偿器包含一远距离馈电模块(1-2)，并设置用于通过第二接口以一供电装置的供电电压供电。
11.根据上述权利要求中至少一项权利要求所述的补偿器，其特征在于，全球导航卫星系统接收器设置用于，提供一用于时间同步的同步信号，其中，补偿器设置用于，通过第二接口输出同步信号。
12.根据权利要求3至11中至少一权利要求所述的补偿器，其特征在于，设置有至少一个用于触发提高补偿器的电流需用量的功能组件，尤其是包括一用于连接一负载的开关装置，其中，电流需用量能够根据一待通过第二接口传输的信号进行调制。
13.用于运行至少一天线的电子电路装置(10)，其包括根据至少一项上述权利要求所述的至少一个补偿器(1)以及一通过第二接口(1-1)与补偿器相连接的电子控制单元(2)。
14.用于无线电通信的天线装置，其包括根据权利要求13所述的一电子电路装置(10)以及一通过第一接口(1-7)与补偿器(1)相连接的天线。
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