DE10045634A1 - Steuereinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Steuereinrichtung für ein KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für Kraftfahrzeuge zur Datenübertragung über eine hochfrequente Funkverbindung, die eine elektromagnetische Hochfrequenz-Übertragungseinrichtung umfasst, die zumindest teilweise auf einer flächigen Leiterplatte (2) mit Leiterbahnanordnungen (3) aufgebaut ist, wobei an diese Leiterbahnanordnungen (3) eine resonante Antenne (4) angeschlossen ist. Um die Abstrahleigenschaften zu verbessern und dennoch eine kompakte, gut in einen Leiterplattenaufbau zu integrierende Anordnung zur Verfügung zu stellen, schlägt die Erfindung vor, dass die Antenne (1) einen mit Abstand von der Leiterplatte (2) angeordneten, langgestreckten lambda/2-Antennenbügel (4) umfasst, von dem beide Enden mit der Leiteranordnung (3) verbunden sind.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für
ein Kraftfahrzeug zur Datenübertragung über eine
hochfrequente Funkverbindung, die eine elektromagnetische
Hochfrequenz-Übertragungseinrichtung umfasst, die zumindest
teilweise auf einer flächigen Leiterplatte mit
Leiterbahnanordnungen aufgebaut ist, wobei an diese
Leiterbahnanordnungen eine resonante Antenne angeschlossen .
ist.
Ein Datenaustausch über eine drahtlose Verbindung ist
beispielsweise bei sogenannten Keyless Entry-/Keyless Go-
Systemen von Kraftfahrzeugen erforderlich, dabei handelt es
sich um automatisierte Zugangsberechtigungssysteme, bei denen
eine im Kraftfahrzeug integrierte Steuereinheit über eine
drahtlose Verbindung mit Authentifizierungseinrichtungen
kommunizieren kann, die ein befugter Benutzer mit sich führt,
beispielsweise in Forme eines elektronischen
Identifizierungsmoduls. Registriert die Kraftfahrzeug-
Steuereinrichtung die Annäherung einer Person mit einem
Identifizierungsmodul, erfolgt eine wechselseitige
Datenübertragung zur Authentifizierung. Ist diese positiv,
gibt die Steuereinrichtung die Fahrzeugtüren ohne Benutzung
eines Schlüssels frei (Keyless Entry) und erteilt eine
Startfreigabe für das Fahrzeug ebenfalls ohne manuelle
Betätigung eines Schlüssels (Keyless Go).
Der Datenaustausch zwischen der Steuereinrichtungen und dem
Identifizierungsmodul erfolgt über hochfrequente
elektromagnetische Signale. Diese werden von einer
Hochfrequenz-Übertragungseinrichtung über eine Antenne
empfangen bzw. abgestrahlt. Während bekannte Hochfrequenz-
Übertragungseinrichtung in Kraftfahrzeugen, wie
Radioempfänger, Navigationssystem, Funksprechgeräte,
Mobiltelefone und dergleichen gut mit auf der Außenseite der
Fahrzeuge angebrachten Antennen betrieben werden können,
welche zumeist als Monopol- oder Dipol-Antennenanordnungen
ausgeführt sind, ist dies bei Keyless Entry-/Keyless Go-
Systemen nicht ohne Probleme möglich. Dabei muß nämlich eine
sichere Funk-Datenübertragung sowohl dann gewährleistet sein,
wenn sich ein Benutzer mit einer Identifizierungseinheit
außerhalb des Fahrzeugs befindet, als auch, wenn die Person
sich im Fahrzeuginnenraum aufhält. Wegen der Abschirmwirkung
der Fahrzeugkarosserie wäre dies mit außen angebrachten
Monopol- und Dipol-Antennen nicht ohne weiteres realisierbar,
zumal diese relativ empfindlich bezüglich elektrischer
Störfeldstärken sind. Eine Integration derartiger
Antennenanordnungen im Fahrzeuginnenraum wird auch dadurch
erschwert, dass die Eigenresonanz und der Fußpunktwiderstand
je nach Anwesenheit von Dielektrika oder Leitern in
Antennennähe erheblich variieren.
Robuster gegenüber elektrisch Störfeldstärken sind
magnetische Loopantennen. Diese sind allerdings in den
Frequenzbereichen von Keyless Go-Systemen, wie beispielsweise
im Bereich von 868 Mhz liegen, relativ schwierig zu
handhaben. Die Abstimmung ist nämlich maßgeblich von einer
Zusatzkapazität abhängig, die bereits durch ihre
Temperaturabhängigkeit die Eigenresonanz der Antenne
beeinträchtigen kann. Mechanische Deformationen bewirken
ebenfalls eine unerwünschte Verschiebung der Eigenresonanz.
Diese Nachteile können durch sogenannte
Ganzwellenschleifenantennen vermieden werden, die sich durch
eine geschlossene elektrische Schleife mit einer Länge von
k × λ (k = 1, 2, 3 . . .; λ = Wellenlänge), und die nach der
geometrischen Form der Schleife als quad, oblong, delta loop
oder ring-beam bezeichnet werden. Allerdings sind diese
Antennen bei einer Wellenlänge λ von 34,6 cm bei 868 MHz
deutlich zu groß für eine Integration in das Steuergerät, in
Kraftfahrzeugen.
Angesichts dessen liegt der Erfindung die Aufgabenstellung
zugrunde, eine Ausgestaltung für eine Antenne anzubieten,
welche gute Übertragungseigenschaften hat, relativ
störunempfindlich ist und sich unproblematisch in die
Steuereinrichtung eines Kraftfahrzeugs integrieren lässt.
Dabei ist von einem elektrischen Aufbau auszugehen, bei dem
die Schaltungselemente auf einer Leiterplatte aus
Isolierstoff aufgebaut sind, welche in Form von
Leiterbahnanordnungen ausgebildete Leitschichten umfasst.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, dass die Antenne einen mit Abstand von der
Leiterplatte angeordneten λ/2-Antennenbügel umfasst, von dem
beide Enden mit der Leiteranordnung verbunden sind.
Durch den erfindungsgemäßen Antennenbügel wird eine
Halbwellenschleifenantenne realisiert, welche hinsichtlich
ihrer Übertragungseigenschaften mit einer
Ganzwellenschleifenantenne vergleichbar ist. Der
Antennenbügel hat dabei eine elektrische Länge l = λ/2.
Ein besonderer Vorteil gegenüber anderen Antennenbauformen
sind die relativ kompakten Abmessungen. Dadurch lässt sich
die Antenne ohne Probleme in den elektrischen Aufbau einer
Kraftfahrzeug-Steuereinheit räumlich integrieren. Dies gilt
insbesondere für einen Schaltungsaufbau auf einer
Leiterplatte. Der erfindungsgemäße Antennenbügel kann dabei
nämlich auf die prinzipiell gleiche Weise wie die übrigen
elektronischen Bauelemente (integrierte Schaltkreise,
Widerstände, Kondensatoren, etc.) elektrisch und mechanisch
angeschlossen werden. Hierzu werden die in Form von
Lötstiften ausgestalteten Enden des Antennenbügels mit der
Leiteranordnung verlötet. Über die auf der Leiterplatte
entlang laufenden Leiterbahnen wird die Halbwellenschleife
dadurch elektrisch geschlossen, dass die von den Enden des
Antennenbügels abgehenden Leiterbahnen so nahe beieinander
enden, dass hochfrequenztechnisch eine offene Ringstruktur
gebildet wird.
Dadurch, dass sich der erfindungsgemäße Antennenbügel wie die
übrigen Schaltelemente in den Leiterplattenaufbau integrieren
lässt, wird die Herstellung gegenüber separat zu anbringenden
und anzuschließenden Antennen erheblich vereinfacht.
Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Steuereinrichtung kann
samt der Antenne äußerst kompakt gestaltet werden. Dadurch,
dass diese Bauform der Antenne relativ störunempfindlich ist
und gute Übertragungseigenschaften aufweist, ist es
problemlos möglich, die Steuereinrichtung als Bestandteil
eines Keyless Entry-/Keyless Go-Systems im Fahrzeuginnenraum
zu installieren, beispielsweise in einer Art
Karosserieausbuchtung im Fahrer- oder Beifahrerfußraum. Dort
ist gewährleistet, dass eine Identifizierungseinrichtung,
welche von einer zur Fahrzeugbenutzung befugten Person mit
sich geführt wird, von der Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung
zur Authentifizierung sicher erkannt werden kann, wenn sich
die Person von außen dem Fahrzeug nähert und insbesondere
auch innerhalb der Fahrgastzelle. Günstig ist in diesem
Zusammenhang die gute Rundstrahlcharakteristik der
erfindungsgemäßen Antennenanordnung.
Eine besonders vorteilhafte Bauform sieht vor, dass der
Antennenbügel sich flächig gefaltet erstreckt, bevorzugt
mäanderartig. Durch die Faltung, beispielsweise in Form eines
Mäanders, lässt sich bei einer gegebenen elektrischen Länge
die Baulänge der Antenne erheblich verkürzen. Dies kommt
einem besonders kompakten Aufbau zugute.
Dadurch, dass der Antennenbügel, der beispielsweise die Form
eines flächigen Mäanders hat, in einer Ebene senkrecht zur
Leiterplatte steht, hat er eine besonders gute Empfangs- oder
Abstrahlcharakteristik. Anders als bei einer in der Ebene der
Leiterschicht der Leiterplatte liegenden Anordnung ist dabei
die Abschirmwirkung durch die Leiterplatte geringer. Außerdem
können dabei die Abmessungen der Leiterplatte kleiner
ausfallen.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass
der Antennenbügel aus Blech besteht. Dies kann beispielsweise
ein Zuschnitt aus Kupferblech oder versilbertem Kupferblech
sein, der mäanderförmig ausgeschnitten ist. Ein derartiger
Blechzuschnitt lässt sich als Stanz- bzw. Feinschneidteil mit
hoher Präzision rationell fertigen.
Der Antennenbügel ist, wenn er beispielsweise aus einem
Blechstreifen besteht, bevorzugt entlang einer Längskante
abgewinkelt. Diese Abkantung sorgt für eine Erhöhung der
mechanischen Stabilität. Bei einem flächigen Mäander wird die
Biegesteifigkeit in der Mäanderebene dadurch erheblich
erhöht, dass die äußeren Mäanderbiegungen abgekantet werden.
Die erhöhte mechanische Stabilität ist insofern vorteilhaft,
als dass die Gefahr einer Verstimmung der Antenne durch
mechanische Deformierung verringert wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Leiterplatte im
Bereich des Antennenbügels eine flächige Leiterschicht
aufweist. Durch diese flächig ausgeweitete Leiterbahn wird
eine Massefläche ausgebildet. Der Schleifenanfang des
Antennenbügels ist mit einem Antennenanschluss in der Nähe
dieser Massefläche verbunden. Das Schleifenende wird direkt
mit der Massefläche verbunden. Das hat den Vorteil, dass beim
Betrieb als Halbwellenschleife sich der Spannungsbauch bzw.
der Stromknoten in der elektrischen Mitte des Antennenbügels
befindet und entsprechend Spannungsknoten und Strombäuche am
Antennenbügelanfang- und ende. Dies führt zu einer relativ
niederohmigen Anschlussimpedanz der Halbwellenschleife, so
dass eine Leistungsanpassung an gängige Sender Ausgangs- bzw.
Empfängereingangsimpedanzen problemlos möglich ist.
Vorzugsweise ist diese Massefläche auf der Leiterplatte
möglichst großflächig ausgeführt, so dass sich auf ihr keine
wesentlichen Spannungsbäuche ausbilden können.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Abbildungen. Im einzelnen zeigen darin
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Antenne
in Querrichtung;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Antenne gemäß Fig. 1 in
Längsrichtung;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Antenne gemäß Fig. 1 bzw.
Fig. 2.
In den Darstellungen von Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 ist
jeweils eine erfindungsgemäße Antennenanordnung als ganzes
mit dem Bezugszeichen 1 versehen.
Die Antennenanordnung 1 ist in eine Steuereinrichtung eines
Kraftfahrzeugs integriert, welche auf einer flächig
ausgedehnten Leiterplatte 2 aufgebaut ist. Dabei handelt es
sich um eine Isolierstoffplatte, in der Regel
faserverstärktes Epoxidharz oder dergleichen, welche auf
ihrer Unterseite und/oder Oberseite mit aus einer
Leiterschicht gebildeten Leiterbahnanordnungen 3 versehen
ist. Damit sind elektronische Bauteile, wie integrierte
Schaltkreise, Widerstände und Kondensatoren, die hier im
einzelnen nicht dargestellt sind, gemäß der
Schaltungsanordnung miteinander verbunden.
Die Antennenanordnung weist einen Antennenbügel 4 auf,
welcher durch einen mäanderförmig ausgeschnittenen
Blechstreifen gebildet wird, beispielsweise aus Kupferblech.
Die konkrete Ausformung dieses Mäanders ist besonders gut in
Fig. 1 erkennbar, wobei Fig. 2 und Fig. 2 deutlich zeigen,
dass dieser im wesentlichen in einer Ebene liegt, die im
folgenden als Meander- oder Antennenebene bezeichnet wird
An seinen Enden läuft der Antennenbügel 4 in stiftförmige
Lötfahnen 5 aus, welche durch Bohrungen in der Leiterplatte 2
hindurchgesteckt sind und auf der Unterseite mit der
Leiterbahnanordnung 3 verlötet sind.
Die Ausgestaltung des aus einem ebenen Blechstreifen
gebildeten Antennenbügels 4 ist dadurch mechanisch
stabilisiert, dass der Mäander oben und unten mit einer in
Längsrichtung durchgehenden Abkantung 6 versehen ist, wie
dies besonders deutlich in Fig. 2 erkennbar ist. Dadurch,
dass diese Abkantungen räumlich quer zur Erstreckung des
Mäanders stehen, ergibt sich eine deutlich verbesserte
Biegesteifigkeit und damit mechanische Stabilität des
Antennenbügels 4.
Die mit den Enden des Antennenbügels 4 verbundenen
Leiterbahnanordnungen 3 enden in nahe beieinander liegenden
Antennenanschlüssen 7.
In Fig. 3 ist anhand der gestrichelt eingezeichneten
Leiterbahnanordnung 3 deutlich erkennbar, wie diese im
Bereich des Antennenbügels 4 mit einer flächigen
Verbreiterung 3a versehen ist. Diese ist geerdet und bildet
eine Massefläche.
Das beispielhaft dargestellte Antennensystem ist
beispielsweise einsetzbar für ein Funk-Übertragungssystem
eines Kraftfahrzeug-Steuergeräts, welches im Frequenzbereich
von 868 Mhz arbeitet. Durch den Antennenbügel 4 und die damit
verbundenen Leiterbahnanordnungen 3 wird eine λ/2-Antenne
gebildet für die Wellenlänge λ = 34,6 cm. Dank der
erfindungsgemäßen mäanderförmigen Faltung des Antennenbügels
4 ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung, deren Länge
kleiner ist als λ/4. Dadurch, dass der mäanderförmige
Antennenbügel mit Abstand entlang der Leiterplatte 2 bzw. der
Leiterbahnanordnung 3 erstreckt, wobei die Mäanderebene
senkrecht zur Leiterplattenebene steht, wird eine besonders
günstige Abstrahl- bzw. Empfangscharakteristik erreicht.
Damit ist eine derartige Antennenanordnung 1 besonders gut
für die Datenübertragung per Funk in einem Keyless Entry-/
Keyless Go-System eines Kraftfahrzeugs geeignet, wobei der
Antennenbügel 4 sich fertigungstechnisch besonders rationell
in einen leiterplattenbasierten Schaltungsaufbau integrieren
lässt.
Claims (8)
1. Steuereinrichtung für Kraftfahrzeug zur Datenübertragung
über eine hochfrequente Funkverbindung, welche eine
elektromagnetische Hochfrequenz-Übertragungseinrichtung
umfasst, die zumindest teilweise auf einer flächigen
Leiterplatte mit Leiterbahnanordnungen aufgebaut ist,
wobei an diese Leiterbahnanordnungen eine resonante
Antenne angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Antenne (1) einen mit Abstand von der Leiterplatte
(2) angeordneten, langgestreckten λ/2-Antennenbügel (4)
umfasst, von dem beide Enden mit der Leiteranordnung (3)
verbunden sind.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass sich der Antennenbügel (4) im
wesentlichen außerhalb der Ebene der Leiterplatte (2)
erstreckt.
3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Antennenbügel (4) sich flächig
gefaltet erstreckt.
4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenbügel (4)
mäanderartig gefaltet ist.
5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenbügel (4) im
wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Leiterplatte
(2) steht.
6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenbügel (4) aus
Blech besteht.
7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenbügel (4)
zumindest entlang einer Längskante (6) abgewinkelt ist.
8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) im
Bereich des Antennenbügels (4) eine flächige
Leiterschicht (3a) aufweist.
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