DE102012004384A1

DE102012004384A1 - Signalmodul für eine Antenne und Antennenmodul

Info

Publication number: DE102012004384A1
Application number: DE201210004384
Authority: DE
Inventors: Matthias Reinhardt; Dennis Kortus
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-03-03
Filing date: 2012-03-03
Publication date: 2012-09-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Signalmodul (13) für eine Antenne (11), umfassend – einen Antennenanschluss (14), der an einen Fußpunkt (12) der Antenne gekoppelt werden kann; – einen integrierten Schaltkreis (15) zum Senden und/oder Empfangen von Signalen, der einen Prozessor (18) und einen Signalanschluss (19) umfasst; – eine Antennenanpassungsschaltung (16), die an den Signalanschluss gekoppelt ist und einen Anpassungsanschluss (20) umfasst; – eine Feinanpassungsschaltung (17), die an Anpassungsanschluss und Antennenanschluss gekoppelt ist, umfassend • eine Induktivität (21) mit festem Induktivitätswert; • einen Varaktor (22); • zwei Kapazitäten (23, 24) mit variablem Kapazitätswert, die massebezogen und im Schaltkreis integriert sind; wobei – der Varaktor an Anpassungsanschluss und Antennenanschluss gekoppelt ist; – die Induktivität an Antennenanschluss und zweite Kapazität gekoppelt ist; – die erste Kapazität an den Anpassungsanschluss gekoppelt ist; – beide Kapazitäten an einen Steueranschluss des Prozessors gekoppelt sind. Die Erfindung betrifft auch ein Antennenmodul (10), umfassend – eine Antenne; – ein vorgeschlagenes Signalmodul, das an die Antenne gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Signalmodul für eine Antenne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Antennenmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
Die Kraftfahrzeuge der Marke Mercedes-Benz sind mit Fahrzeugsicherungssystemen in Form von so genannten Keyless-Go-Systemen oder von Funkfernbedienungen ausgerüstet. Diese Fahrzeugsicherungssysteme umfassen eine fahrzeugseitige Zugangsberechtigungseinheit und ein tragbares nutzerseitiges Authentikationselement, die per Funk in einem vorgegebenen Frequenzband im UHF-Bereich miteinander kommunizieren. Dieses Frequenzband liegt in Europa beispielsweise bei 433 MHz und in Japan und den USA beispielsweise bei 315 MHz. Die fahrzeugseitige Zugangsberechtigungseinheit nutzt für diese Funkkommunikation beispielsweise die Scheibenantenne des Kraftfahrzeugs, deren Impedanz, die auch als Fußpunktwiderstand bezeichnet wird, nicht immer den idealen Wert von beispielsweise 50 Ω hat und unter anderem von dem verwendeten Frequenzband, dem jeweiligen Fahrzeugtyp, also insbesondere der Baureihe und dem Modell, und etwaigen Herstellungstoleranzen abhängt. Diese Abhängigkeiten haben in der Vergangenheit dazu geführt, dass die zu einem bestimmten Fahrzeugtyp gehörende Zugangsberechtigungseinheit, die als integrierter Schaltkreis zum Senden und/oder Empfangen von Signalen realisiert ist, der einen Prozessor für Steuerungsaufgaben und die Signalverarbeitung umfasst, über eine geeignete Antennenanpassungsschaltung an die jeweilige Scheibenantenne angeschlossen wurde. Die Anzahl an Varianten von Antennenanpassungsschaltungen für die unterschiedlichen Fahrzeugtypen wurde folglich sehr groß. Allein in der C-Klasse von Mercedes-Benz gibt es vier Modelle, nämlich das Modell Limousine, das Modell Kombi, das Modell CL und das Modell GLK, und für jeden dieser Fahrzeugtypen gibt es drei Varianten von Antennenanpassungsschaltungen, nämlich je eine für Europa, Japan und die USA, sodass die C-Klasse insgesamt zwölf Varianten umfasst. Die E-Klasse von Mercedes-Benz umfasst fünf Modelle, nämlich das Modell Limousine, das Modell Kombi, das Modell Coupé, das Modell Roadster und das Modell CLF, woraus sich dann insgesamt fünfzehn Varianten von Antennenanpassungsschaltungen ergeben. Die Fahrzeugtypen der Baureihen der A-Klasse, B-Klasse, C-Klasse, E-Klasse, F-Klasse und M-Klasse von Mercedes-Benz ergeben insgesamt mehr als 100 Varianten von Antennenanpassungsschaltungen, was mit hohen Kosten verbunden ist.
Aus dem Amateurfunkbereich sind Anpassungsschaltungen und Antennenmodule bekannt, die verstellbare Spulen und verstellbare Kondensatoren umfassen, deren Induktivitätswerte bzw. Kapazitätswerte mechanisch, beispielsweise mithilfe von Stellmotoren geändert werden kann. Diese verstellbaren Spulen und verstellbaren Kondensatoren sind jedoch ziemlich groß, sodass diese bekannten Anpassungsschaltungen und Antennenmodule einen großen Platzbedarf haben und insbesondere für den eingangs erwähnten Einsatz in Kraftfahrzeugen nicht geeignet sind.
Die DE 695 31 804 T2 betrifft ein adaptives Antenneanpassungsnetzwerk und bildet die Basis für die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 4.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Signalmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einem Antennenmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 die Einsatzmöglichkeiten zu erweitern.
Diese Aufgabe wird durch ein Signalmodul gemäß Anspruch 1 und ein Antennenmodul gemäß Anspruch 4 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt ein Signalmodul für eine Antenne vor, umfassend

– einen Antennenanschluss, der an einen Fußpunkt der Antenne gekoppelt werden kann;
– einen integrierten Schaltkreis zum Senden und/oder Empfangen von Signalen, der einen Prozessor und einen Signalanschluss umfasst;
– eine Antennenanpassungsschaltung, die an den Signalanschluss gekoppelt ist und einen Anpassungsanschluss umfasst, der an den Antennenanschluss gekoppelt ist;
– eine Feinanpassungsschaltung, die an den Anpassungsanschluss und an den Antennenanschluss gekoppelt ist, umfassend
• eine Induktivität mit festem Induktivitätswert;
• einen Varaktor;
• zwei Kapazitäten mit variablem Kapazitätswert, die massebezogen und in dem Schaltkreis integriert sind; wobei
– der Varaktor an den Anpassungsanschluss und den Antennenanschluss gekoppelt ist;
– die Induktivität an den Antennenanschluss und die zweite Kapazität gekoppelt ist;
– die erste Kapazität an den Anpassungsanschluss gekoppelt ist;
– beide Kapazitäten jeweils an einen Steueranschluss des Prozessors gekoppelt sind.

Die Feinanpassungsschaltung ermöglicht eine Vergrößerung der Einstellungs- und Anpassungsbereiche des Signalmoduls und somit eine Erweiterung seiner Einsatzmöglichkeiten.
Die Antennenanpassung, die auch als Antennentuning bezeichnet wird, erfolgt vorzugsweise in zwei Schritten, nämlich in einem ersten Schritt der Justierung nach der Fertigung und in einem zweiten Schritt der, vorzugsweise kontinuierlichen oder periodischen, Anpassung während des Betriebs.
Massebezogene Kapazitäten mit variablem Kapazitätswert können leicht in einen integrierten Schaltkreis oder Chip integriert werden, wie beispielsweise der HF-IC mit der Bezeichnung ATA5830 zeigt. Falls in einem Chip bereits eine derartige Kapazität vorhanden sein sollte, so wäre dann auf Seiten des Chipherstellers lediglich eine Duplizierung dieser vorhandenen Kapazität notwendig, um die beiden Kapazitäten für die Feinanpassungsschaltung des vorgeschlagenen Signalmoduls zu schaffen.
Die beiden jeweils an einen Steueranschluss des Prozessors gekoppelten Kapazitäten sind bevorzugt digital von dem Prozessor einstellbar.
Der Varaktor ist bevorzugt massefrei.
Induktivitäten mit festem Induktivitätswert, wie die in der Feinanpassungsschaltung enthaltene Induktivität, werden auch als Festwertinduktitivtäten bezeichnet und haben im Unterschied zu den verstellbaren Spulen der aus dem Amateurfunkbereich bekannten Anpassungsschaltungen einen deutlich geringeren Platzbedarf und sind beispielsweise problemlos als so genannte Chipinduktivitäten, also als Spulen in SMD-Bauform für die Oberflächenmontage, erhältlich. Auch Varaktoren, wie der in der Feinanpassungsschaltung enthaltene Varaktor, sind im Unterschied zu den verstellbaren Kondensatoren der aus dem Amateurfunkbereich bekannten Anpassungsschaltungen deutlich kleiner. Hierdurch kann der Platzbedarf der Feinanpassungsschaltung und somit des Signalmoduls sehr klein gehalten werden.
Varaktoren, die auch als Kapazitätsdioden bezeichnet werden, können außerdem einfach in einen integrierten Schaltkreis integriert werden und lassen sich leicht durch beispielsweise einen Mikrocontroller, wie den Prozessor des Schaltkreises, ansteuern.
Die Festwertinduktivität ermöglicht im Zusammenspiel mit dem Varaktor eine Anpassung der Impedanz sowohl in kapazitiver Richtung als auch in induktiver Richtung. Weiter kann die Antennenentwicklung vereinfacht und verkürzt werden, da nicht mehr auf zwei Parameter, nämlich auf „Anpassung” und „Empfangspegel”, hin optimiert werden muss, sondern die Optimierung auf lediglich einen Parameter, beispielsweise den Empfangspegel genügt. Darüber hinaus ermöglicht das vorgeschlagene Signalmodul eine drastische Reduzierung der Anzahl von Varianten, da eines der vorgeschlagenen Signalmodule für mehrere Fahrzeugtypen verwendet werden kann.
Der Induktivitätswerts der Festwertinduktivität wird vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Bereich des Kapazitätswerts des Varaktors und von der Betriebsfrequenz der Antenne sowie in Hinblick auf eine symmetrische Gesamtimpedanz der Feinanpassungsschaltung zur induktiven und kapazitiven Seite oder auf eine symmetrische Gesamtimpedanz der Feinanpassungsschaltung und der Antennenanpassungsschaltung zur induktiven und kapazitiven Seite oder auf eine symmetrische Gesamtimpedanz des Signalmoduls zur induktiven und kapazitiven Seite bestimmt.
Das vorgeschlagene Signalmodul wird mit seinem Antennenanschluss an den Fußpunkt der Antenne gekoppelt oder angeschlossen, so dass die Antenne mit dem Schaltkreis verbunden ist, welcher die Antenne zur Funkkommunikation nutzen soll. Die Feinanpassungsschaltung ermöglicht nicht nur die Kompensation von Einflüssen der Verbindungsleitung zwischen Antenne und Signalmodul, sondern auch die Kompensation von Toleranzen der Bauelemente des Signalmoduls, insbesondere der Bauelemente der Antennenanpassungsschaltung, des Schaltkreises und der Feinanpassungsschaltung selbst, sowie die Kompensation von Umwelteinflüssen auf die Impedanz, wie etwa Schnee auf derjenigen Scheibe, in der eine Scheibenantenne integriert ist, Regen, Gegenstände auf der Hutablage, welche sich im Einflussbereich der Antenne befinden, usw.
Der integrierte Schaltkreis erzeugt und verarbeitet die über die Antenne zu sendenden und/oder die von der Antenne empfangenen Signale. Vorzugsweise steuert er auch die Antennenanpassungsschaltung an.
Der Prozessor dient zur Steuerung des Varaktors und der Kapazitäten mit variablem Kapazitätswert zwecks Anpassung und ist hierfür bevorzugt dazu ausgebildet, ein Programm zur automatischen Anpassung auszuführen und dementsprechend den Varaktor und die Kapazitäten mit variablem Kapazitätswert zwecks Anpassung geeignet anzusteuern und einzustellen. Vorzugsweise dient er auch zur Steuerung der Antennenanpassungsschaltung.
Außerdem ermöglicht das vorgeschlagene Signalmodul eine Antennendiagnose: Falls sich die Antennenimpedanz, die über die für eine ausreichende Anpassung notwendigen Einstellwerte der Varaktoren festgestellt werden kann, in einem unerwarteten Bereich befindet, so kann von einer nicht kontaktierten Antenne ausgegangen werden. Dies ermöglicht beispielsweise in der Fertigung die Prüfung, ob die Antenne gesteckt oder nicht gesteckt ist, und im Fahrzeugbetrieb beim Kunden eine Prüfung, um hierüber die Reparatur in den Werkstätten zu unterstützen und kostengünstiger zu gestalten.
Das vorgeschlagene Signalmodul sowie die durch sie ermöglichte automatische Antennenanpassung bzw. Impedanzanpassung ist nicht nur für Schmalbandfunkdienste hilfreich, sondern auch für Funkdienste, welche über größere Frequenzbereiche verfügen, wie das beispielsweise bei Radiosignalen und Fernsehsignalen der Fall ist. Es ist nämlich nicht einfach, eine Antenne zu entwerfen, welche in einem breiten Frequenzbereich eine sinnvolle Anpassung bezogen auf die Vorgaben und Verhältnisse in einem Fahrzeug bietet. Dort könnte das vorgeschlagene Signalmodul und die durch sie ermöglichte automatische Antennenanpassung eine Hilfe sein, um die Antenne auf die aktuell genutzte Frequenz, beispielsweise den eingestellten Radiosender oder Fernsehsender, auf eine optimale Anpassung zu trimmen. Dies bedeutet, dass, falls der Nutzer den Sender wechselt, das Signalmodul automatisch nach einer neuen optimalen Anpassungseinstellung sucht. Hierdurch wird das Antennendesign erleichtert und der Empfangspegel solcher Breitbandantennen im Fahrzeug maximiert.
Das vorgeschlagene Signalmodul kann nach Bedarf wenigstens einen weiteren Antennenanschluss und/oder wenigstens einen weiteren integrierten Schaltkreis zum Senden und/oder Empfangen von Signalen und/oder wenigstens eine weitere Antennenanpassungsschaltung und/oder wenigstens eine weitere Feinanpassungsschaltung umfassen.
Jeder der integrierten Schaltkreise kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet sein und/oder wenigstens einen weiteren Prozessor und/oder wenigstens einen weiteren Signalanschluss und/oder wenigstens eine weitere Kapazität mit variablem Kapazitätswert umfassen.
Jeder der Feinanpassungsschaltungen kann nach Bedarf wenigstens eine weitere Induktivität mit festem Induktivitätswert und/oder wenigstens einen weiteren Varaktor und/oder wenigstens eine weitere Kapazität mit variablem Kapazitätswert umfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kopplung des Anpassungsanschlusses an den Antennenanschluss über die Feinanpassungsschaltung erfolgt. Hierzu können bevorzugt die Antennenanpassungsschaltung und die Feinanpassungsschaltung in Reihe geschaltet sein.
Die Induktivitäten, Kapazitäten mit variablem Kapazitätswert und Varaktoren der Feinanpassungsschaltungen können nach Bedarf auf beliebige Art und Weise verschaltet sein, beispielsweise derart, dass wenigstens eine der Induktivitäten und wenigstens einer der Varaktoren in Parallelschaltung oder Reihenschaltung oder in Bezug auf wenigstens eine der Antennen und/oder wenigstens eine der Antennenanpassungsschaltungen als Saugkreis geschaltet sind. Diese Parallelschaltungen und/oder Reihenschaltungen und/oder Saugkreise können nach Bedarf auch beliebig kombiniert werden.
Jede Induktivität mit festem Induktivitätswert kann nach Bedarf beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als Festwertspule. Eine Reihenschaltung aus einer Spule mit Induktivitätswert L und einem Varaktor mit Kapazitätswert C hat für eine vorgegebene Frequenz f und die entsprechende Kreisfrequenz ω = 2·π·f, falls ohmsche Widerstände vernachlässigt werden, die Impedanz Z_R = j·X_R = j·(X_L + X_C) = j·(ω·L – 1/ω·C), wobei X_R der Blindwiderstand der Reihenschaltung, X_L der Blindwiderstand der Spule und X_C der Blindwiderstand des Varaktors ist. Diese Reihenschaltung kann sich also kapazitiv oder induktiv oder neutral bzw. ohmsch verhalten, je nachdem ob X_R < 0 (kapazitiv) oder X_R > 0 (induktiv) oder X_R = 0 (neutral bzw. ohmsch) gilt. Falls nun, wie bei der Feinanpassungsschaltung, der Induktivitätswert L vorgegeben ist, so kann durch geeignetes Ändern des Kapazitätswerts C eine kapazitive oder induktive oder neutrale Impedanz der Reihenschaltung für die vorgegebene Frequenz f eingestellt werden.
Eine Parallelschaltung aus dieser Festwertspule und diesem Varaktor hat, falls ohmsche Widerstände vernachlässigt werden, die Impedanz Z_P = j·X_P = j/(1/X_L + 1/X_C) = j/(1/ω·L – ω·C), wobei X_P der Blindwiderstand der Parallelschaltung ist. Auch diese Parallelschaltung kann sich kapazitiv oder induktiv oder neutral bzw. ohmsch verhalten, je nachdem ob X_P < 0 (kapazitiv) oder X_P > Q induktiv oder X_P = 0 (neutral bzw. ohmsch) gilt, und wieder kann durch geeignetes Ändern des Kapazitätswerts C eine kapazitive oder induktive oder neutrale Impedanz der Parallelschaltung für die vorgegebene Frequenz f eingestellt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Kapazitätswert des Varaktors zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert verändert werden kann, und dass der Induktivitätswert derart gewählt ist, dass die Impedanz der Feinanpassungsschaltung oder die Impedanz der Antennenanpassungsschaltung und der Feinanpassungsschaltung oder die Impedanz des Signalmoduls symmetrisch zwischen einem kapazitiven Grenzwert und einem induktiven Grenzwert verläuft, wenn der Kapazitätswert zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert verändert wird.
Hierdurch kann erreicht werden, dass in gleichem Ausmaß eine Anpassung sowohl in kapazitiver Richtung als auch in induktiver Richtung durch Verstellen des Varaktors erreicht werden kann.
Bei der oben beschriebenen Reihenschaltung aus Festwertspule und Varaktor kann dieser symmetrische Impedanzverlauf dadurch erreicht werden, dass bei einem Varaktor, dessen Kapazitätswert C zwischen einem Minimalwert C_min und einem Maximalwert C_max = F·C_min, wobei der Veränderungsfaktor F bei typischen Varaktoren 10 beträgt, verändert werden kann, der feste Induktivitätswert L = (1 + F)/2·ω²·C_max gewählt wird. Bei der oben beschriebenen Parallelschaltung kann dieser symmetrische Impedanzverlauf dadurch erreicht werden, dass bei einem derartigen Varaktor der feste Induktivitätswert L = 2/(1 + F)·ω²·C_min gewählt wird.
Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt ein Antennenmodul vor, umfassend

– eine Antenne mit einem Fußpunkt;
– eines der vorgeschlagenen Signalmodule, das an den Fußpunkt gekoppelt ist.

Durch die Verwendung des vorgeschlagenen Signalmoduls können die Einsatzmöglichkeiten des vorgeschlagenen Antennenmoduls erweitert werden.
Das vorgeschlagene Antennenmodul kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens eine weitere Antenne und/oder wenigstens ein weiteres der vorgeschlagenen Signalmodule umfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Feinanpassungsschaltung und der Schaltkreis dazu ausgebildet sind, einen Pegel an dem Fußpunkt zu messen und den Kapazitätswert des Varaktors solange zu ändern, bis der gemessene Pegel ein Maximum erreicht hat.
Zur Pegelmessung kann bevorzugt ein Sendesignal erzeugt werden, das von der Antenne empfangen wird und den Pegel erzeugt. Dieses Sendesignal kann vorzugsweise durch einen HF-Transmitter erzeugt werden, der beispielsweise ohnehin oft in einem Schaltkreis zum Senden und/oder Empfangen von Signalen, der an die Antenne angeschlossen ist, bereits vorhanden ist. Mithilfe dieser Pegelmessung kann die optimale Anpassung erreicht werden. Wenn nämlich der Pegel maximal ist, dann ist auch der Stromfluss durch den Strahlungswiderstand der Antenne maximal und damit auch deren Abstrahlungs- bzw. Empfangsleistung.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Feinanpassungsschaltung und der Schaltkreis dazu ausgebildet sind, die Phasenlage von Strom und Spannung im Antennenmodul zu messen und den Kapazitätswert des Varaktors solange zu ändern, bis der Absolutwert der gemessenen Phasenlage ein Minimum erreicht hat.
Zur Messung der Phasenlage kann auch hier bevorzugt ein Sendesignal von einem HF-Transmitter erzeugt werden, der bereits in einem an die Antenne angeschlossenen Schaltkreis zum Senden und/oder Empfangen von Signalen vorhanden ist. Durch diese Messung der Phasenlage von Strom und Spannung des Sendesignals kann die optimale Anpassung erreicht werden. Wenn nämlich Strom und Spannung phasengleich sind, kann von einer guten Anpassung ausgegangen werden. Ein direktes Messen am Fußpunkt der Antenne ist hierbei nicht unbedingt erforderlich. Selbst ein zwischengeschaltetes SAW-Filter wird dies nicht unmöglich machen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Feinanpassungsschaltung und der Schaltkreis dazu ausgebildet sind, ein Signal-Rausch-Verhältnis eines von dem Antennenmodul empfangenen Signals zu messen und den Kapazitätswert des Varaktors solange zu ändern, bis das gemessene Signal-Rausch-Verhältnis ein Maximum erreicht hat.
Für diese Messung des Signal-Rausch-Verhältnisses kann ebenfalls bevorzugt ein Sendesignal verwendet werden, das von einem HF-Transmitter, der beispielsweise bereits in einem Schaltkreis zum Senden und/oder Empfangen von Signalen vorhanden ist, erzeugt wird, dies ist jedoch nicht erforderlich. Als Sensorsignal können auch Signale in Schaltkreis herangezogen werden, wie z. B. das ZF-Signal oder das demodulierte Signal im Basisband. Diese Signale könnten auf optimales Signal-Rausch-Verhältnis untersucht werden. Bei einem Maximum des Signal-Rausch-Verhältnisses kann von einer optimalen Anpassung ausgegangen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Feinanpassungsschaltung und der Schaltkreis dazu ausgebildet sind, den Kapazitätswert des Varaktors auf einen vorgegebenen Wert einzustellen.
Vorzugsweise wird dieser vorgegebene Wert aus einer Gruppe von mehreren Werten ausgewählt, die geeignet abgespeichert ist, beispielsweise in einem Kennfeld.
In den Frequenzbändern vieler Funkdienste, beispielsweise in den Frequenzbändern für Radio und Fernsehen, ist das Absenden von Signalen Privatpersonen meist nicht erlaubt. Hier besteht die Möglichkeit, bereits in der Fertigung für alle relevanten Frequenzen im entsprechenden Frequenzbereich die automatische Anpassung durchzuführen und die dort gefundenen Kapazitätswerte der Varaktoren in geeigneter Form, beispielsweise in Kennlinien oder Kennfeldern, abzuspeichern. Sobald dann später der Kunde einen bestimmten Sender wählt, werden für die jeweilige Frequenz die zugehörigen vorgegebenen Kapazitätswerte für die Varaktoren aus dem Speicher ausgelesen und die Varaktoren entsprechend eingestellt.
Die Ausführungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspektes, gelten entsprechend auch analog für die anderen Aspekte der Erfindung.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen verbunden werden. Die Einzelheiten in den Zeichnungen sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen sollen den Schutzbereich der Erfindung in keiner Weise beschränken, sondern verweisen lediglich auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen.
Dabei zeigen:
1 ein prinzipielles Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Antennenmoduls mit einer bevorzugten Ausführungsform eines Signalmoduls; und
2 ein prinzipielles Schaltbild einer bevorzugt Ausführungsform einer Antennenanpassungsschaltung für das Signalmodul der 1.
In der 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Antennenmoduls 10 schematisch dargestellt, das zu einer nicht weiter dargestellten fahrzeugseitigen Zugangsberechtigungseinheit eines Fahrzeugssicherungssystems gehört oder eine derartige Zugangsberechtigungseinheit bildet. Dieses Antennemodul 10 umfasst eine Antenne 11 mit einem Fußpunkt 12 und ein Signalmodul 13 in einer bevorzugten Ausführungsform. Das Signalmodul 13 einen Antennenanschluss 14, der mit dem Fußpunkt 13 verbunden ist.
Das Signalmodul 13 umfasst weiter einen integrierten Schaltkreis 15 zum Senden und Empfangen von Signalen, eine Antennenanpassungsschaltung 16 und eine Feinanpassungsschaltung 17 in einer bevorzugten Ausführungsform.
Der Schaltkreis 15 umfasst einen Prozessor 18 und einen Signalanschluss 19. Die Antennenanpassungsschaltung 16 ist mit dem Signalanschluss 19 verbunden und umfasst einen Anpassungsanschluss 20. Die Feinanpassungsschaltung 17 ist mit dem Anpassungsanschluss 20 und dem Antennenanschluss 14 verbunden, so dass die Antennenanpassungsschaltung 16 über die Feinanpassungsschaltung 17 an den Antennenanschluss 14 gekoppelt ist und der Schaltkreis 15 über die Antennenanpassungsschaltung 16 und die Feinanpassungsschaltung 17 an den Antennenanschluss 14 gekoppelt ist.
Die Feinanpassungsschaltung 17 umfasst eine Induktivität 21 mit festem Induktivitätswert L in Gestalt einer Festwertspule, einen Varaktor 22 mit variablem Kapazitätswert C und zwei Kapazitäten 23, 24 mit variablem Kapazitätswert, die massebezogen und in dem Schaltkreis 15 integriert sind. Der Varaktor 22 ist mit dem Anpassungsanschluss 20 und dem Antennenanschluss 14 verbunden und somit massefrei, wobei seine Durchlassrichtung zum Antennenanschluss 14 weist. Der Schaltkreis 15 weist zusätzlich zu dem Signalanschluss 19 noch einen ersten Anschluss 25, der an die eine Elektrode der ersten Kapazität 23 gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss 26 auf, der an die eine Elektrode der zweiten Kapazität 24 gekoppelt ist. Die beiden Kapazitäten 23, 24 liegen mit ihren anderen Elektroden auf Masse, so dass sie massebezogen sind. Die Induktivität 21 ist mit dem Antennenanschluss 14 und dem zweiten Anschluss 26 verbunden und somit an die zweite Kapazität 24 gekoppelt. Der erste Anschluss 25 ist mit dem Anpassungsanschluss 20 verbunden, so dass die erste Kapazität 23 an den Anpassungsanschluss 20 gekoppelt ist. Beide Kapazitäten 23, 24 sind jeweils an einen Steueranschluss 27, 28 des Prozessors 18 gekoppelt.
Der Prozessor 18 steuert den Varaktor 22, um dessen Kapazitätswert C einzustellen. Hierzu ändert er durch entsprechende Steuersignale an den Steueranschlüssen 27, 28 und über die Induktivität 21 und die Kapazitäten 23, 24 die Sperrspannung am Varaktor 22 und somit dessen Kapazitätswert C. Außerdem misst und wertet der Prozessor 18 einen für die Anpassung erforderlichen Parameter aus, der hier der Pegel am Fußpunkt 12 ist. Dies erfolgt auf bekannte Art und Weise und wird hier nicht weiter erläutert. Der Prozessor 18 kann dann die Steuersignale an den Steueranschlüssen 27, 28 geeignet einstellen und so den Varaktor 22 entsprechend ansteuern, um die Anpassung zu optimieren.
In der 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Antennenanpassungsschaltung 16 für das Signalmodul 13 schematisch dargestellt.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antennenanpassungsschaltung 16 ein Vorfilter, das hier ein SAW-Filter 29 umfasst, vier Induktivitäten mit fester Induktivitätswert in Gestalt von Festwertspulen 30, 31, 32, 33 und zwei Kapazitäten mit festem Kapazitätswert in Gestalt von Festwertkondensatoren 34, 35. Der Festwertkondensator 34, die Festwertspule 30, das SAW-Filter 29, die Festwertspule 31 und der Festwertkondensator 35 sind in dieser Reihenfolge in Reihe zwischen den Signalanschluss 19 und den Anpassungsanschluss 20 geschaltet. Die Festwertspule 32 zweigt zwischen Festwertspule 30 und SAW-Filter 29 ab und ist auf Masse gelegt. Die Festwertspule 33 zweigt zwischen SAW-Filter 29 und Festwertspule 31 ab und ist auf Masse gelegt. Das SAW-Filter 31 bildet somit zusammen mit den Festwertspulen 30, 31, 32, 33 und den Festwertkondensatoren 34, 35 ein so genanntes Pi-Filter bzw. eine Pi-Anpassstruktur.
Nach Bedarf kann jeder der Festwertkondensatoren 34, 35 auch durch einen Varaktor ersetzt werden, der zur Einstellung seines Kapazitätswert auf geeignete Art und Weise an den Schaltkreis 15 angeschlossen ist.
Bezugszeichenliste

10: Antennenmodul
11: Antenne
12: Fußpunkt
13: Signalmodul
14: Antennenanschluss von 13
15: Integrierter Schaltkreis
16: Antennenanpassungsschaltung
17: Feinanpassungsschaltung
18: Prozessor
19: Signalanschluss von 15
20: Anpassungsanschluss
21: Induktivität mit festem Induktivitätswert
22: Varaktor
23: erste Kapazität mit variablem Kapazitätswert
24: zweite Kapazität mit variablem Kapazitätswert
25: erster Anschluss von 15
26: zweiter Anschluss von 15
27: Steueranschluss von 18
28: Steueranschluss von 18
29: SAW-Filter
30: Festwertspule
31: Festwertspule
32: Festwertspule
33: Festwertspule
34: Festwertkondensator
35: Festwertkondensator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69531804 T2 [0004]

Claims

Signalmodul (13) für eine Antenne (11), umfassend – einen Antennenanschluss (14), der an einen Fußpunkt (12) der Antenne (11) gekoppelt werden kann; – einen integrierten Schaltkreis (15) zum Senden und/oder Empfangen von Signalen, der einen Prozessor (18) und einen Signalanschluss (19) umfasst; – eine Antennenanpassungsschaltung (16), die an den Signalanschluss (19) gekoppelt ist und einen Anpassungsanschluss (20) umfasst, der an den Antennenanschluss (14) gekoppelt ist; gekennzeichnet durch – eine Feinanpassungsschaltung (17), die an den Anpassungsanschluss (20) und an den Antennenanschluss (14) gekoppelt ist, umfassend • eine Induktivität (21) mit festem Induktivitätswert (L); • einen Varaktor (22); • zwei Kapazitäten (23, 24) mit variablem Kapazitätswert, die massebezogen und in dem Schaltkreis (15) integriert sind; wobei – der Varaktor (22) an den Anpassungsanschluss (20) und den Antennenanschluss (14) gekoppelt ist; – die Induktivität (21) an den Antennenanschluss (14) und die zweite Kapazität (24) gekoppelt ist; – die erste Kapazität (23) an den Anpassungsanschluss (20) gekoppelt ist; – beide Kapazitäten (23, 24) jeweils an einen Steueranschluss (27, 28) des Prozessors (18) gekoppelt sind.
Signalmodul (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kopplung des Anpassungsanschlusses (20) an den Antennenanschluss (14) über die Feinanpassungsschaltung (17) erfolgt.
Signalmodul (13) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Kapazitätswert (C) des Varaktors (20) zwischen einem Minimalwert (C_min) und einem Maximalwert (C_max) geändert werden kann; – der Induktivitätswert (L) derart gewählt ist, dass die Impedanz der Feinanpassungsschaltung (17) oder die Impedanz der Antennenanpassungsschaltung (16) und der Feinanpassungsschaltung (17) symmetrisch zwischen einem kapazitiven Grenzwert und einem induktiven Grenzwert verläuft, wenn der Kapazitätswert (C) zwischen dem Minimalwert (C_min) und dem Maximalwert (C_max) verändert wird.
Antennenmodul (10), umfassend – eine Antenne (11) mit einem Fußpunkt (12); gekennzeichnet durch – ein Signalmodul (13) nach einem der vorherigen Ansprüche, dessen Antennenanschluss (14) an den Fußpunkt (12) gekoppelt ist.
Antennenmodul (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Feinanpassungsschaltung (17) und der Schaltkreis (15) dazu ausgebildet sind, einen Pegel an dem Fußpunkt (12) zu messen und den Kapazitätswert (C) solange zu ändern, bis der gemessene Pegel ein Maximum erreicht hat.
Antennenmodul (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Feinanpassungsschaltung (17) und der Schaltkreis (15) dazu ausgebildet sind, die Phasenlage von Strom und Spannung im Antennenmodul (10) zu messen und den Kapazitätswert (C) solange zu ändern, bis der Absolutwert der gemessenen Phasenlage ein Minimum erreicht hat.
Antennenmodul (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die Feinanpassungsschaltung (17) und der Schaltkreis (15) dazu ausgebildet sind, ein Signal-Rausch-Verhältnis eines von dem Antennenmodul (10) empfangenen Signals zu messen und den Kapazitätswert (C) solange zu ändern, bis das gemessene Signal-Rausch-Verhältnis ein Maximum erreicht hat.
Antennenmodul (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, – die Feinanpassungsschaltung (17) und der Schaltkreis (15) dazu ausgebildet sind, den Kapazitätswert (C) auf einen vorgegebenen Wert einzustellen.