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Die Erfindung betrifft ein WLAN-Funkmodul gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Solche WLAN-Funkmodule sind für Anwendungen im privaten Bereich oder im Bürobereich bekannt. So stellt beispielsweise die Firma AVM WLAN-Router oder Access-Points, die mit einer WLAN-Funktionalität ausgerüstet sind, unter der Bezeichnung „FritzBox” her. In diesen privaten Bereichen herrschen definierte Umgebungsbedingungen, wie z. B. Temperaturen, die im Regelfall 15 Grad nicht unterschreiten bzw. 35 Grad nicht überschreiten. Außerdem gibt es in diesen Bereichen keine Störsignale, die die von dem WLAN-Funkmodul empfangenen hochfrequenten Signale nennenswert stören. Im privaten Bereich sind beispielsweise als Störsignale die elektromagnetischen Ausstrahlungen von Mikrowellen zu nennen, die hinsichtlich ihres Pegels jedoch so gering sind, dass dadurch der Betrieb des WLAN-Funkmodules nicht gestört wird und die eigentlich zu übertragenden Nutzsignale nicht beeinträchtigt und folglich die Performance des WLAN-Funkmodules bei der Verarbeitung der empfangenen Signale nicht oder nicht nennenswert beeinträchtigt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein WLAN-Funkmodul derart zu verbessern, dass sein Einsatzbereich deutlich erweitert wird.
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Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das WLAN-Funkmodul dazu geeignet und ausgebildet ist, in einer industriellen Umgebung zur Anwendung zu kommen, und der zumindest einen Antenne eine Filtereinrichtung nachgeschaltet ist, die derart ausgestaltet ist, dass sie hochfrequente Signale mit einer Frequenz gemäß dem IEEE 802.11-Standard, insbesondere 2,4 GHz oder 5 GHz, passieren lässt und Signale mit davon abweichenden Frequenzen sperrt oder zumindest unterdrückt Zu der Filtereinricht kommt noch in Weiterbildung der Erfindung hinzu, dass die elektrischen und elektronischen Bauteile, die die Filtereinrichtung realisieren, dazu geeignet und ausgebildet sind, einen Überspannungsschutz zu bilden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Funkmodul und das gesamte Endgerät vor von ausserhalb des Gerätes kommenden Spannungsentladungen geschützt ist, die zur Beeinträchtigung oder Zerstörung des Moduls oder Gerätes führen können.
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Diese beiden vorstehend genannten Einzelmassnahmen haben alleine oder in Kombination den Vorteil, dass das WLAN-Funkmodul auch in größeren Temperaturbereichen und unter rauen Umgebungsbedingungen, wie sie im privaten Bereich oder im Bürobereich nicht gegeben sind, arbeiten kann.
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Das Funkmodul kann in einem erweitertem Temperaturbereich betrieben werden, weil die Auswahl der eingesetzten elektrischen und elektronischen Bauteile in dem Modul sowie das eingesetzte Platinen- und Leitungsmaterial auf diese Temperaturanforderungen ausgelegt sind. Die eingesetzten Antennenstecker sind standfester gegen Erschütterungen und haben einen geringeren Übergangswiderstand bzw. HF-Dämpfung. Der Filter und der Entladungsschutz sorgen dafür, dass das Modul auch im Außenbereich eingesetzt werden kann, ohne zusätzliche Blitzschutzmaßnahmen zu ergreifen.
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Zusätzlich dazu ist jeder Antenne des WLAN-Funkmodules eine für hohe Frequenzen, insbesondere im Bereich von 2,4 GHz (+/–10%) und/oder 5 GHz (+/–20%) wirksame Filtereinrichtung zugeordnet, die bewirkt, dass die Signale mit Nutzinhalt in den genannten Frequenzen bzw. Frequenzbereichen die Filtereinrichtung passieren und zu den nachfolgenden Datenverarbeitungsmitteln gelangen können, wohingegen Frequenzen in anderen Frequenzbereichen, die nicht mit dem WLAN-Funkmodul empfangen werden sollen, abgeblockt, d. h. gesperrt oder zumindest deutlich unterdrückt werden. Dies hat den Vorteil, dass nur diejenigen Frequenzen mit den entsprechenden Nutzsignalen zu den Datenverarbeitungsmitteln gelangen, die auch tatsächlich gewünscht sind und verarbeitet werden sollen, so dass die Kapazitäten, insbesondere die Verarbeitungskapazitäten der Datenverarbeitungsmittel, nicht von den Störsignalen beeinträchtigt werden. Dies führt zu einer wesentlich besseren Performance des gesamten WLAN-Funkmodules, so dass dadurch die Schnelligkeit und Zuverlässigkeit der Datenverarbeitung solcher Daten mit Nutzsignalen, die von der zumindest einen Antenne empfangen werden, erhöht wird.
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Ausserdem ist das Funkmodul gegen elektrische Entladungen oder Ströme, die über das Antennenkabel an das Modul gelangen, gesichert und leitet diese ab, so dass keine Schädigung des Moduls und des Gerätes entsteht.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, aus denen sich entsprechende Vorteile ergeben. Außerdem werden die Merkmale dieser Unteransprüche im Folgenden näher erläutert und anhand der Figuren beschrieben.
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In der 1 ist ein Frequenzspektrum dargestellt, wobei auf der X-Achse die Frequenz (hier von 109 MHz bis 6 GHz) und auf der Y-Achse der Pegel der Signale, die sich im Raum befinden und die mittels der Antenne des WLAN-Funkmodules empfangen werden kann, aufgetragen sind. Hierbei ist erkennbar, dass eine Vielzahl von pegelstarken Signalen sich im Raum befinden, die neben dem WLAN-Signal von der zumindest einen Antenne des WLAN-Funkmodules empfangen und dort von deren Datenverarbeitungsmitteln verarbeitet werden können. Aufgrund der Pegelstärke dieser Signale und der Vielzahl der Signale in dem Frequenzbereich führt dies in nachteiliger Weise bei dem Signalspektrum, was in 1 gezeigt ist und üblicherweise in einer industriellen Umgebung vorkommt, zu einer deutlichen Performancereduzierung des WLAN-Funkmodules. Daher sieht die Erfindung Maßnahmen vor, die zu einer Sperrung oder zumindest deutlichen Unterdrückung derjenigen Signale, die nicht im WLAN- oder WIFI-Bereich liegen, vor.
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Hierzu ist gemäß 2, soweit im Einzelnen dargestellt, ein WLAN-Funkmodul 1 (das insbesondere ein Netzwerkinfrastrukturgerät wie z. B. ein Switch ist) eingesetzt, welches zumindest eine Antenne 2, im Regelfall jedoch mehr als eine Antenne (im Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind es drei Antennen 2, 3 und 4 wegen Empfangs- und/oder Sendediversity und/oder MiMo (Multiple In Multiple Out) umfasst. Den hochfrequenten Signalpfaden der jeweiligen Antennen 2 bis 4 sind zur Signalaufbereitung und zur Signalverarbeitung Frontendmodule 5 bis 7 nachgeschaltet, die beispielsweise als fertig konfektionierte und programmierbare Chips auf einer Leiterplatte des WLAN-Funkmodules 1 angeordnet sind. Im einfachsten Fall werden die von den Frontendmodulen 5 bis 7 aufbereiteten Signalen über ein Sende-/Empfangsmodul 8 und entsprechende Ein- und Ausgabemittel 9 einem Ausgang 10 zugeführt. Das bedeutet, dass in an sich bekannter Weise die von den Antennen 2 bis 4 empfangenen hochfrequenten Signale durch die Frontendmodule 5 bis 7 umgewandelt (insbesondere in einen niedrigeren Frequenzbereich transformiert und aufbereitet oder auch nur verstärkt) werden und mittels des Sende-/Empfangsmoduls 8 sowie Ein- und Ausgabemitteln 9, insbesondere einer Mini PCIE-Schnittstelle, dem Ausgang 10 zugeführt werden. Die bisher beschriebenen Mittel sind jedoch nicht nur für die Signaldurchleitung und Verarbeitung in einer Richtung ausgebildet, sondern sind im Regelfall auch bidirektional gestaltet, was bedeutet, dass der Ausgang 10 auch ein Eingang ist, über den dem WLAN-Funkmodul 1 Signale zugeführt werden können, die in dem WLAN-Funkmodul 1 aufbereitet und hochfrequent über die Antennen 2 bis 4 abgestrahlt werden sollen. In einem einfachen Fall bedeutet dies, dass dem WLAN-Funkmodul 1 über den Ein-/Ausgang 10 Signale z. B. kabelgebunden über ein Netzwerk (wie beispielsweise eine kabelgebundene Ethernetverbindung oder eine vergleichbare Verbindung) zugeführt werden, die von dem WLAN-Funkmodul 1 über die Antennen 2 bis 4 an Endgerät oder auch mehrere Endgeräte (wie z. B. ein PC oder ein Notebook, aber auch Sensoren, Aktoren usw.) abgegeben werden. Umgekehrt können von diesen Geräten auch Signale über Funk an das WLAN-Funkmodul 1 gesendet werden, damit sie dort aufbereitet und über den Ausgang 10 in das Netz eingespeist werden können.
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Innerhalb des WLAN-Funkmodules 1 sind üblicherweise Signalwandler 11 (wie z. B. Sende- oder Empfangsbaluns) vorhanden, die üblicherweise eine Wandlung zwischen einem symmetrischen Signal zu einem asymmetrischen Signal und/oder umgekehrt vornehmen. Außerdem können in den Signalpfaden zusätzlich zu den Signalwandlern 11 oder auch alleine weitere Bandpassfilter 12 vorgesehen sein.
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Schließlich ist in erfindungsgemäßer Weise in dem hochfrequenten Signalpfad zwischen einer Antenne und dem zugehörigen Frontendmodul eine Filtereinrichtung vorgesehen, die derart ausgestaltet ist, dass sie hochfrequente Signale mit einer Frequenz gemäß dem IEEE 802.11-Standard, insbesondere 2,4 oder 5 GHz, passieren lässt und Signale mit davon abweichenden Frequenzen sperrt oder zumindest deutlich unterdrückt. So ist bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß 2 in dem hochfrequenten Signalpfad zwischen der Antenne 2 und ihrem zugehörigen Frontendmodul 5 die Filtereinrichtung 13 geschaltet, genauso wie Filtereinrichtungen 14 und 15 zwischen ihren zugehörigen Antennen 3, 4 und deren Frontendmodulen 6, 7.
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3 zeigt die Wirkungsweise der erfindungsgemäß vorgesehenen Filtereinrichtungen 13 bis 15, wobei entsprechend der 1 wieder über den gleichen Frequenzbereich auf der X-Achse der Pegel auf der Y-Achse dargestellt ist. Hierbei ist deutlich erkennbar, dass mittels der erfindungsgemäßen Filtereinrichtungen die unerwünschten Frequenzen gesperrt bzw. deutlich unterdrückt werden und nur der Frequenzbereich (hier beispielsweise 2,4 GHz) für Nutzsignale offen ist, so dass folglich nur diejenigen Nutzsignale in dem Frequenzbereich zu den Datenverarbeitungsmitteln des WLAN-Funkmodules 1 gelangen, die auch weiterverarbeitet werden sollen.
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Die in 2 gezeigten Elemente des WLAN-Funkmodules 1 sind üblicherweise auf einer Leiterplatte (ggf. auch mehrere Leiterplatten) angeordnet und in einem entsprechenden Gehäuse untergebracht. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Filtereinrichtung, insbesondere alle Filtereinrichtungen 13 bis 15, auf der zumindest einen Leiterplatte des WLAN-Funkmodules 1 zusammen mit den übrigen elektronischen Bauteilen, die die Datenverarbeitungsmittel (wie z. B. die Frontendmodule 5 bis 7), den Sende- und Empfangsmitteln (beispielsweise dem Sende-/Empfangsmodul 8) und den Ein-/Ausgabemitteln, insbesondere der Schnittstelle 9, bilden, auf der Leiterplatte angeordnet ist.
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Ergänzend oder alternativ dazu ist zumindest eine der Filtereinrichtungen 13 bis 15, vorzugsweise alle eingesetzten Filtereinrichtungen 13 bis 15, als zumindest eine Steckverbindung 18 aufweisendes Modul 17 ausgebildet, wie es in einer Prinzipdarstellung in 4 gezeigt ist. 4 zeigt die Filtereinrichtungen 13 bis 15, wobei hier vorgesehen ist, dass das Modul 17 an einem Halter 16 angeordnet und befestigt ist, wobei das Modul 17 über den Halter 16 in dem WLAN-Funkmodul 1, insbesondere dessen Leiterplatte, angeordnet und befestigt ist. Wiederum alternativ oder ergänzend dazu ist das Modul 17 mittels seiner Steckverbinder 18 auf der Leiterplatte des WLAN-Funkmodules 1 angeordnet und befestigt. Somit bieten sich mittels der Ausgestaltung des Moduls, wie es in 4 gezeigt ist, verschiedene Möglichkeiten. Entweder wird das Modul 17, das als Filtereinrichtungs-Chip ausgebildet ist, ohne Halter 16 über seinen zugehörigen Steckverbinder 18 (ggf. auch mehrere Steckverbinder) über zugehörige Steckverbinder auf der Leiterplatte des WLAN-Funkmodules 1 dort aufgesteckt, so dass die hochfrequente Kontaktierung und die mechanische Lagefixierung gleichzeitig mit dem Aufstecken erfolgen. Um die Steckverbindung zwischen dem Modul 17 und der Leiterplatte des WLAN-Funkmodules 1 zu entkoppeln, kommt der Halter 16, an dem das Modul 17 angeordnet und befestigt ist zum Einsatz, so dass mittels des Halters 16 das Modul 17 an der Leiterplatte befestigt ist und entkoppelt davon die hochfrequente Verbindung über den zumindest einen Steckverbinder 18 erfolgt. Der Halter 16 kann alternativ oder ergänzend auch als Temperaturleitblech ausgebildet sein. Die letztgenannte Variante ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn das WLAN-Funkmodul 1 in einer Umgebung eingesetzt wird, in der mit hohen Temperaturschwankungen (Materialausdehnungen) bzw. starken Vibrationen zu rechnen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- WLAN-Modul
- 2
- Antenne
- 3
- Antenne
- 4
- Antenne
- 5
- Frontendmodul
- 6
- Frontendmodul
- 7
- Frontendmodul
- 8
- Sende-/Empfangsmodul
- 9
- Ein-/Ausgabemittel
- 10
- Schnittstelle
- 11
- Signalwandler
- 12
- Bandpassfilter
- 13
- Filtereinrichtung
- 14
- Filtereinrichtung
- 15
- Filtereinrichtung
- 16
- Halter
- 17
- Modul, insbesondere Filtereinrichtungs-Chip
- 18
- Steckverbinder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEEE 802.11-Standard [0005]
- IEEE 802.11-Standard [0014]
