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GEBIET DER ERFINDUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine elektronische Steuermodulanordnung und insbesondere eine elektronische Steuermodulanordnung mit mehreren Übertragungsschaltungen für Hochfrequenzenergie (HF-Energie).
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HINTERGRUND
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Merkmale mit drahtloser Kommunikation wie zum Beispiel globale Positionierungssysteme (GPS) oder Satellitenradio sind häufig bei Kraftfahrzeug-, Flugzeug- und anderen Transportanwendungen sowie bei stationären Anwendungen verfügbar. Ein oder mehrere Steuermodule mit Hochfrequenz-Kommunikationsfähigkeiten (HF-Kommunikationsfähigkeiten) werden verwendet, um Merkmale mit drahtloser Kommunikation bereitzustellen. Die Steuermodule sind typischerweise in das System eingebaut. Beispielsweise kann das Steuermodul in ein Kraftfahrzeug an einer Vielfalt von Stellen eingebaut sein, etwa hinter dem Handschuhfach oder benachbart zu der HVAC-Luftbehandlungseinheit. Beim Versuch, den speziellen Ort und die spezielle Orientierung des Steuermoduls in einem Fahrzeug oder einer anderen Anwendung zu bestimmen, können jedoch mehrere Probleme auftreten.
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Das Steuermodul enthält typischerweise ein Antennenelement, das entweder in oder am Steuermodul starr angeordnet ist. Insbesondere kann das Antennenelement entweder an der Außenoberfläche des Gehäuses des Steuermoduls oder alternativ an einer Platine (PCB), die im Gehäuse angeordnet ist, angeordnet sein. Das Steuermodul enthält außerdem eine oder mehrere spezielle Schutzzonen. Die Schutzzonen sind Bereiche des Steuermoduls, die Sende- und Empfangsantennen zum Empfang anderer Arten von HF-Kommunikationssignalen aufweisen, wie etwa von Bluetooth® oder WiFi®-Signalen. Diese Schutzzonen stellen Bereiche dar, bei denen der Empfang des Antennenelements die anderen Arten von HF-Kommunikationssignalen nicht wesentlich stören soll. Manchmal treten Integrations- und Layoutkonflikte auf, wenn die spezifische Stelle des Antennenelements im Verhältnis zu Schutzzonen am Steuermodul bestimmt wird.
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Das Problem der Antennenelementplatzierung entsteht ferner, wenn das Steuermodul in mehreren verschiedenen Anwendungen verwendet wird. Bei einem Beispiel wird ein spezieller Typ von Steuermodul in mehreren verschiedenen Fahrzeugmodellen oder Anwendungstypen verwendet. Die Verfügbarkeit eines gemeinsamen Steuermoduls für verschiedene Anwendungstypen erhöht typischerweise die Integrationseffizienz, während die Kosten verringert werden. Jedoch wird jede Anwendung eigene Einbaubeschränkungen aufweisen. Daher wird das Bestimmen der speziellen Stelle des Antennenelements am Steuermodul besonders schwierig, wenn mehrere Anwendungen betroffen sind. Folglich ist es wünschenswert, ein Steuermodul mit einer Platzierung des Antennenelements bereitzustellen, die flexibel ist und zur Anpassung an eine Vielfalt verschiedener Anwendungen verändert werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine elektronische Steuermodulanordnung bereitgestellt. Die elektronische Steuermodulanordnung enthält mehrere Antennenelemente und eine Platine (PCB). Jedes Antennenelement übermittelt ein Hochfrequenzsignal (HF-Signal). Die PCB weist mehrere Übertragungsschaltungen für Hochfrequenzenergie (HF-Energie) und eine Basisbandvorrichtung auf. Die mehreren Übertragungsschaltungen für HF-Energie sind jeweils zum Empfang des HF-Signals ausgestaltet. Mindestens zwei der Übertragungsschaltungen für HF-Energie empfangen das HF-Signal von den Antennenelementen. Die Basisband-HF-Vorrichtung steht mit den mindestens zwei der mehreren Übertragungsschaltungen für HF-Energie, welche das HF-Signal empfangen, in Verbindung. Der Basisbandprozessor ist zum Demodulieren des HF-Signals ausgestaltet.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur als Beispiele in der folgenden genauen Beschreibung von Ausführungsformen, wobei sich die genaue Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
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1 eine Ansicht einer Steuermodulanordnung mit einem Gehäuse und einer Platine (PCB) in einem zerlegten Zustand ist;
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2 eine vergrößerte Teilansicht der PCB, eines Verbinders und eines Antennenelements ist;
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3 eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte PCB ist;
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4 eine perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten Steuermodulanordnung ist; und
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5 eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform der PCB ist.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist ein rein beispielhaft und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken. Es versteht sich, dass in den Zeichnungen einander entsprechende Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist 1 eine Darstellung einer elektronischen Steuermodulanordnung 10. Bei der Verwendung hierin beziehen sich die Begriffe ”Modul” und ”Teilmodul” auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Die Steuermodulanordnung 10 umfasst ein Gehäuse 20 und eine Platine (PCB) 22. Das Gehäuse 20 enthält einen Hohlraum 30 zur Aufnahme der PCB 22 und einen Gehäusedeckel 32, der den Hohlraum 30 verschließt. Bei einer Ausführungsform wird die Steuermodulanordnung 10 in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, es versteht sich jedoch, dass die Steuermodulanordnung 10 in anderen Anwendungen ebenfalls verwendet werden kann, wie zum Beispiel in Flugzeug- oder anderen Arten von Transportanwendungen.
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Die Steuermodulanordnung 10 enthält Hochfrequenzfähigkeiten (HF-Fähigkeiten) zum Senden und Empfangen von HF-Signalen. Bei einer Ausführungsform kann die Steuermodulanordnung 10 beispielsweise eine OnStar®-Steuermodulanordnung mit Mobilfunk-HF-Signalfähigkeiten sein. Die Steuermodulanordnung 10 enthält mehrere Antennenelemente 36 zur Übermittlung von HF-Signalen. Bei einer Ausführungsform sind die mehreren Antennenelemente 36 entlang einer Außenfläche 38 des Gehäuses 20, die in 4 dargestellt ist, extern positioniert, es versteht sich jedoch, dass die Antennenelemente 36 bei einer alternativen Ausführungsform auch innerhalb und bündig mit dem Gehäuse 20 angeordnet sein können. Das Anordnen der Antennenelemente 36 im Gehäuse 20 kann zu einer größeren Flexibilität beim Einbauen führen. Ein Verbinder 42 korrespondiert mit jedem Antennenelement 36, wobei die Verbinder 42 verwendet werden, um jedes der Antennenelemente 36 mit der PCB-Leiterplatte 22 zu verbinden. Jeder der Verbinder 42 ist in einer korrespondierenden Öffnung 40 aufgenommen, die im Gehäuse 20 angeordnet ist.
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2 ist eine vergrößerte Teilansicht der PCB 22, eines der Verbinder 42 und eines der Antennenelemente 36. Die PCB-Leiterplatte enthält einen Satz von Verbindungsmerkmalen 46, die mit einem Paar korrespondierender reziproker Verbindungsmerkmale 48 verbunden sind, welche am Verbinder 42 angeordnet sind, und das Antennenelement 36 enthält eine Öffnung 45, die den Verbinder 42 aufnimmt. Bei der gezeigten beispielhaften Ausführungsform sind die Verbindungsmerkmale 46 der PCB 22 ein Paar erhöhter Erhebungen, die jeweils eine Öffnung 52 aufweisen, und die reziproken Verbindungsmerkmale 48 des Verbinders 42 sind ein Paar Ausstülpungen. Die Verbindungsmerkmale 48 des Verbinders 42 werden von den in der PCB 22 angeordneten Öffnungen 52 aufgenommen, um die PCB 22 mit dem Verbinder 42 zu verbinden. Obwohl 2 Verbindungsmerkmale 46 und 48 darstellt, versteht es sich, dass der Verbinder 42 mit der PCB 22 mit einer Vielfalt verschiedener Ansätze verbunden werden kann, wie zum Beispiel einer Schnappverbindung, Löten oder einem anderen geeigneten Befestigungsverfahren. Obwohl 2 veranschaulicht, dass die Antenne 36 eine Öffnung 45 zur Aufnahme des Verbinders 42 aufweist, versteht es sich außerdem, dass andere Ansätze ebenfalls verwendet werden können, um die Antenne 36 mit der PCB 22 zu verbinden. Beispielsweise können bei einer alternativen Ausführungsform der Verbinder 42 und die Antenne 36 zu einem einzigen integrierten Teil kombiniert sein, wobei die kombinierte Anordnung aus Verbinder und Antenne direkt mit der PCB 22 verbunden ist.
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Mit Bezug nun auf 1 und 2 ist die Steuermodulanordnung 10 derart ausgestaltet, dass die Antennenelemente 35 in Abhängigkeit vom Einbau bei der speziellen Anwendung und den Layoutanforderungen der Steuermodulanordnung 10 jeweils selektiv zu dieser hinzugefügt werden können. Beim Zusammenbau der Steuermodulanordnung 10 kann entweder ein Antennenelement 36 oder ein nicht funktionsfähiges Blindstück 54 mit dem Verbinder 42 gekoppelt werden. Insbesondere nimmt dann, wenn die Platzierung eines Antennenelements 36 nicht notwendig ist, der korrespondierende Verbinder 44 in Abhängigkeit von den Einbauanforderungen der Steuermodulanordnung 10 ein Blindstück 54 anstelle eines Antennenelements 36 auf. Das Blindstück 54 kann aus einem auf Metall beruhendem Material geformt sein und wirkt wie ein Dummy-Widerstand, der anstelle des Antennenelements 36 eingesetzt wird.
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Wieder mit Bezug auf 1 umfasst eine obere Oberfläche 56 (wie in der Figur zu sehen) der PCB 22 mehrere Übertragungsschaltungen 58 für Hochfrequenzenergie. Obwohl 1 die mehreren Übertragungsschaltungen 58 für Hochfrequenzenergie auf der oberen Oberfläche 56 angeordnet zeigt, versteht es sich, dass die mehreren Übertragungsschaltungen 58 für Hochfrequenzenergie nicht ortsspezifisch sind und auch an einer oder mehreren Seitenoberflächen 60 oder einer unteren Oberfläche 61 der PCB 22 angeordnet sein können. Mindestens zwei der Übertragungsschaltungen für HF-Energie 58 empfangen das HF-Signal. Insbesondere empfangen mindestens zwei der Übertragungsschaltungen 58 für HF-Energie das HF-Signal von einem der Antennenelemente 36. Bei der gezeigten Ausführungsform steht ein Teil der Übertragungsschaltungen 58 für HF-Energie in Verbindung mit einem korrespondierenden Antennenelement 36 zum Empfangen von HF-Signalen, während die verbleibenden Übertragungsschaltungen 44 für HF-Energie wie Platzhalter wirken und mit einem der Blindstücke 54 korrespondieren. Obwohl nicht alle Übertragungsschaltungen 44 für HF-Energie HF-Signale von einem korrespondierenden Antennenelement 36 empfangen, enthält jede Übertragungsschaltung 44 für HF-Energie eine Schaltung, die zum Empfangen von HF-Signalen ausgestaltet ist. Die PCB 22 enthält außerdem eine HF-Basisbandvorrichtung 62, welche bei der gezeigten Ausführungsform an der oberen Oberfläche 56 angeordnet ist. Die HF-Basisbandvorrichtung 62 ist eine beliebige Vorrichtung, die das von den Übertragungsschaltungen 58 für HF-Energie empfangene HF-Signal demoduliert. Die HF-Basisbandvorrichtung 62 kann Schaltungen und Komponenten, wie zum Beispiel einen Mikroprozessor oder einen Sender/Empfänger, umfassen. Die HF-Basisbandvorrichtung steht mit zwei oder mehr der Übertragungsschaltungen 58 für HF-Energie durch leitende Leiterbahnen 64 in Verbindung. Insbesondere steht die HF-Basisbandvorrichtung 62 mit jeder Übertragungsschaltung 58 für HF-Energie in Verbindung, die HF-Signale von einem korrespondierenden Antennenelement 36 empfängt.
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3 ist eine vergrößerte Ansicht der in 1 dargestellten PCB 22. Jede der leitenden Leiterbahnen 64 verbindet die HF-Basisbandvorrichtung 62 selektiv mit einer der Übertragungsschaltungen 58 für HF-Energie. Jede leitende Leiterbahn 64 enthält ein Schalterelement 70, das sich entweder in einer geöffneten Position, die durch Bezugszeichen 72 angegeben ist, oder in einer geschlossenen Position, die durch das Bezugszeichen 74 angegeben ist, befindet. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Schalterelemente 70 einpolige Ein/Ausschalter. Das Schalterelement 70 befindet sich in der geöffneten Position, wenn die korrespondierende Übertragungsschaltung 58 für HF-Energie keine HF-Signale von einem korrespondierenden Antennenelement 36 empfängt und der korrespondierende Verbinder 42 stattdessen ein Blindstück 54 (in 1 gezeigt) aufnimmt. Das Schalterelement 70 befindet sich in der geschlossenen Position, wenn die korrespondierende Übertragungsschaltung 58 für HF-Energie HF-Signale von einem korrespondierenden Antennenelement 36 (in 1 gezeigt) empfängt, und ermöglicht die Kommunikation zwischen der HF-Basisbandvorrichtung 62 und der korrespondierenden Übertragungsschaltung 58 für HF-Energie. Obwohl 3 Schalter darstellt, versteht es sich, dass auch andere Vorrichtungen verwendet werden können, um die HF-Basisbandvorrichtung 62 selektiv mit den Übertragungsschaltungen 58 für HF-Energie zu verbinden. Beispielsweise wird bei einer anderen alternativen Ausführungsform eine Null-Ohm-Brücke verwendet, um die Verbindung zwischen der HF-Basisbandvorrichtung 62 und der korrespondierenden Übertragungsschaltung 58 für HF-Energie herzustellen.
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4 ist eine Darstellung einer zusammengebauten Steuermodulanordnung 10, bei der die Antennenelemente 36 außerhalb des Gehäuses 20 angeordnet sind. Das Gehäuse 20 der Steuermodulanordnung 10 enthält mehrere Außenflächen 76. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst das Gehäuse 20 eine allgemein rechteckige Form und enthält sechs verschiedene Außenflächen 76, jedoch versteht es sich, dass das Gehäuse auch andere Ausgestaltungen aufweisen kann. Beispielsweise kann das Gehäuse 20 eine andere Anzahl von Außenflächen 76 aufweisen oder es kann eine quadratische oder runde Form enthalten. 4 stellt die Antennenelemente 36 so dar, dass sie an drei verschiedenen Außenflächen 76 der Steuermodulanordnung 10 angeordnet sind, jedoch versteht es sich, dass die Antennenelemente 36 auch anderen Stellen der Steuermodulanordnung 10 platziert sein können. Die Antennenelemente 36 sind so positioniert, dass sie HF-Signale in mindestens zwei Richtungen übermitteln. Das Positionieren der Antennenelemente 36 in mindestens zwei Richtungen stellt im Vergleich zu einem einzigen Antennenelement einen weiteren Bereich an Antennenverstärkung bereit. Eine erhöhte Antennenverstärkung stellt im Allgemeinen einen verbesserten HF-Signalempfang bereit. Die Außenflächen 76 entsprechen jeweils einer Richtung, wobei eine obere Oberfläche 75 einer Richtung D1 entspricht, eine untere Oberfläche 77 einer Richtung D2 entspricht, und vier Seitenoberflächen 79 jeweils einer Richtung D3, D4, D5 und D6 entsprechen. Bei der gezeigten Ausführungsform übermitteln die Antennenelemente 36 das HF-Signal in drei verschiedene Richtungen D3, D5 und D6. Es versteht sich jedoch, dass Antennenelemente 136 in jede der Richtungen D1, D2, D3, D4, D5 oder D6 platziert sein können.
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Die spezielle Stelle jedes Antennenelements 36 hängt von einer Vielfalt verschiedener Faktoren ab. Erstens enthält die Steuermodulanordnung 10 typischerweise eine oder mehrere spezielle Schutzzonen 78. Die Schutzzonen 78 sind Bereiche der Steuermodulanordnung 10, die innerhalb des Gehäuses 20 angeordnete Sende- und Empfangsantennen (nicht gezeigt) aufweisen, um HF-Signalarten zu empfangen, die sich von den HF-Signalen unterscheiden, die von den Antennenelementen 36 gesendet und empfangen werden. Beispielsweise dienen die Antennenelemente 36 bei einer Ausführungsform zur Übermittlung von HF-Mobilfunksignalen und die Antennen in der Schutzzone 78 dienen zum Senden und Empfangen von Bluetooth®-HF-Signalen. Die Antennenelemente 36 sind in Bezug auf die Steuermodulanordnung 10 derart positioniert, dass die Übermittlungen von HF-Signalen der Antennenelemente 36 den HF-Empfang der Antennen in den Schutzzonen 78 nicht wesentlich stören sollten. Außerdem wird die Steuermodulanordnung 10 typischerweise in einer Vielfalt verschiedener Anwendungen verwendet. Bei einer Ausführungsform kann die Steuermodulanordnung 10 über mehrere verschiedene Fahrzeuglinien hinweg verwendet werden. Jede Fahrzeuglinie umfasst jedoch einzigartige Einbaubeschränkungen, die manchmal schwer zu erfüllen sind, wenn ein einziger Typ von Steuermodul verwendet wird. Zum Beispiel kann ein Antennenelement 36, das an einer speziellen Stelle an der Steuermodulanordnung 10 angeordnet ist, um sich beispielsweise an das Layout eines speziellen Fahrzeugtyps anzupassen, möglicherweise eine physikalische Störung erzeugen, wenn es in einen anderen Fahrzeugtyp eingebaut wird. Zusätzlich zu dem Störungsproblem kann ein Antennenelement 36, das an einer speziellen Stelle des Steuermoduls angeordnet ist, bei einem Fahrzeugtyp einen angemessenen Empfang bereitstellen, aber aufgrund von Unterschieden beim Einbau in das Fahrzeug und beim Fahrzeuglayout kann es sein, dass das Antennenelement 36 bei einem anderen Fahrzeugtyp keinen adäquaten Empfang liefert.
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Im Bemühen, die besonderen Einbauanforderungen einer speziellen Anwendung zu erfüllen, können die Antennenelemente 36 jeweils selektiv zu der Steuermodulanordnung 10 hinzugefügt werden. Mit jedem Verbinder 42 (in 1 gezeigt) wird entweder ein Antennenelement 36 oder ein Blindstück 54 gekoppelt. Dann werden mit Bezug auf 3 die Schalterelemente 70 in die geschlossene Position gestellt, wenn die korrespondierende Übertragungsschaltung 58 für HF-Energie HF-Signale von einem korrespondierenden Antennenelement 36 empfängt. Bei einer Ausführungsform kann die HF-Basisbandvorrichtung 62 oder ein anderer Prozessor (nicht gezeigt) eine Steuerlogik zum automatischen Schalten der Schalterelemente 70 in die geschlossene Position in Abhängigkeit von der Sollkonfiguration der Steuermodulanordnung 10 enthalten. Das Bereitstellen von Antennenelementen 36 in Abhängigkeit von der Anwendung, die zu der Steuermodulanordnung 10 selektiv hinzugefügt werden können, ermöglicht, dass gemeinsame Teile für das Gehäuse 20 und die PCB-Leiterplatte 22 über eine Vielfalt verschiedener Anwendungen hinweg verwendet werden. Das Bereitstellen gemeinsamer Teile für Anwendungen erhöht allgemein die Integrationseffizienz, während Kosten verringert werden.
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Obwohl 1 ein externes Antennenelement darstellt, versteht es sich, dass die Antennenelemente außerdem innerhalb des Hohlraums 30 des Gehäuses 20 angeordnet sein können. 5 ist eine alternative Ausführungsform einer PCB 122, bei der die Antennenelemente 136 an der PCB 122 angeordnet sind. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Antennenelemente 136 Chipantennen, die so dimensioniert sind, dass sie auf die PCB 122 passen. Die Antennenelemente 136 stehen jeweils in Verbindung mit einer Übertragungsschaltung 158 für HF-Energie. Wenn eine der Übertragungsschaltungen 158 für Energie nicht mit einem Antennenelement 136 zur Übermittlung von HF-Signalen versehen wird, dann kann eine Dummy-Lastvorrichtung oder eine Abschlussvorrichtung anstelle des Antennenelements 136 ähnlich wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform verwendet werden. Eine leitende Leiterbahn 164 verbindet eine HF-Basisbandvorrichtung 162 selektiv mit einer der Übertragungsschaltungen 158 für HF-Energie. Jede leitende Leiterbahn 164 enthält ein Schalterelement 170, das sich entweder in einer geöffneten Position, die durch Bezugszeichen 172 angezeigt ist, oder in einer geschlossenen Position, die durch Bezugszeichen 174 angezeigt ist, befindet.
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Die Antennenelemente 136 können an der PCB 122 an einer Vielfalt verschiedener Stellen positioniert sein, wie etwa an einer Außenoberfläche 190 der PCB 122. Beispielsweise sind bei der gezeigten Ausführungsform die Antennenelemente 136 in den Ecken 192 der PCB 122 platziert, eines der Antennenelemente 136 ist an einer zentralen Stelle 194 der PCB 122 positioniert, und mehrere der Antennenelemente 136 sind entlang einer Außenkanten 196 der PCB 122 platziert. Die Antennenelemente 136 sind so positioniert, dass sie HF-Signale in mehr als eine Richtung übermitteln, was für einen weiteren Bereich an Antennenverstärkung im Vergleich zu einem einzigen Antennenelement sorgt. Bei der gezeigten Ausführungsform übermitteln die Antennenelemente 136 das HF-Signal in fünf Richtungen D1, D2, D3, D4 und D5, wobei jede der fünf Richtungen D1, D2, D3, D4 und D5 von der zentralen Stelle 194 der PCB 122 aus nach außen strahlt. Obwohl 5 jedes der Antennenelemente 136 an der Oberfläche 190 der PCB 122 positioniert zeigt, versteht es sich, dass die Antennenelemente 136 auch entlang einer beliebigen anderen Oberfläche der PCB 122 positioniert sein können. Beispielsweise können die Antennenelemente 136 entlang einer Seitenfläche oder Kante 160 der PCB 122 oder an einer Rückfläche der PCB 122 (in 1 als Bezugszeichen 61 gezeigt) positioniert sein.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Elemente durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Zudem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Umfang derselben zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen enthalten wird, die in den Umfang der Anmeldung fallen.
