DE102014216539B4

DE102014216539B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben von mindestens zwei Antennen für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014216539B4
Application number: DE102014216539.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Zölle
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2034-08-21
Also published as: CN105391475A; US9680443B2; US20160056788A1; CN105391475B; DE102014216539A1

Abstract

Vorrichtung (1) zum Betreiben von mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung (1) umfasst:
- eine Schalteinrichtung (10), welche dazu ausgebildet ist, mit den mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) gekoppelt zu werden und mindestens einen Schaltvorgang durchzuführen und mittels des Schaltvorgangs eine jeweilige Eingangskapazität einer Antenne der mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) zu ändern;
- eine Multiplexeinrichtung (20), welche dazu ausgebildet ist, eine der mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) für eine Nahfeldkommunikation auszuwählen und an einen Ausgang (40) durchzuschalten; und wobei die Multiplexeinrichtung (20) und die Schalteinrichtung (10) dazu ausgebildet sind, bei einem Umschalten von einer ersten Antenne (110, 120, 130) mit einer ersten Eingangskapazität zu einer zweiten Antenne (110, 120, 130) mit einer zweiten Eingangskapazität die zweite Eingangskapazität an die erste Eingangskapazität durch ein Durchführen des Schaltvorgangs anzupassen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben von mindestens zwei Antennen für ein Kraftfahrzeug.
Technischer Hintergrund
Die Nahfeldkommunikation, Near Field Communication, kurz NFC, ist ein Übertragungsstandard zum kontaktlosen Austausch von Daten per Funktechnik über Strecken im Bereich von Zentimetern mit einer Datenübertragungsrate von beispielsweise bis zum 424 kbit/s.
Es ist allgemein bekannt, dass diese Technik vor allem in Lösungen für Mikropayment - bargeldlose Zahlung kleiner Beträge - zum Einsatz kommt.
Die Übertragung erfolgt entweder verbindungslos, mit passiven HF-RFID-Tags, Hochfrequenz-RFID, RFID für engl. radiofrequency identification „Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen“, nach ISO 14443 oder ISO 15693, oder verbindungsbehaftet zwischen gleichwertigen aktiven Transmittern.
WO 2013/ 087 198 A1 , US 2014/ 0 320 375 A1 und US 5 047 674 A beschreiben Verfahren zum Betreiben von Antennen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum verbesserten Betrieb von Antennen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Antennen für ein Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Schalteinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, mit den mindestens zwei Antennen gekoppelt zu werden und mindestens einen Schaltvorgang durchzuführen und mittels des Schaltvorgangs eine jeweilige Eingangskapazität einer Antenne der mindestens zwei Antennen zu ändern; und eine Multiplexeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine der mindestens zwei Antennen für eine Nahfeldkommunikation auszuwählen und an einen Ausgang der Vorrichtung durchzuschalten; wobei die Multiplexeinrichtung und die Schalteinrichtung dazu ausgebildet sind, bei einem Umschalten von einer ersten Antenne mit einer ersten Eingangskapazität zu einer zweiten Antenne mit einer zweiten Eingangskapazität die zweite Eingangskapazität an die erste Eingangskapazität durch ein Durchführen des Schaltvorgangs anzupassen.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Nahfeldkommunikationsnetzwerk für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei das Nahfeldkommunikationsnetzwerk mindestens zwei Antennen und eine Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung oder nach einer beliebigen Ausführungsform des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben von mindestens zwei Antennen für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: Bereitstellen einer ersten Antenne aus den mindestens zwei Antennen als derzeit durchgeschaltete Antenne, wobei die erste Antenne eine erste Eingangskapazität aufweist; Auswählen einer zweiten Antenne aus den mindestens zwei Antennen als bevorstehend durchgeschaltete Antenne; und Durchführen eines Schaltvorgangs, wobei eine zweite Eingangskapazität der zweiten Antenne an die erste Eingangskapazität der ersten Antenne angepasst wird und ein Umschalten von der ersten Antenne zu der zweiten Antenne vorgenommen wird.
Der Begriff erste Eingangskapazität oder zweite Eingangskapazität oder dritte Eingangskapazität einer ersten, zweiten oder dritten Antenne, wie von der vorliegenden Erfindung verwendet, bedeutet eine derzeit oder aktuell vorherrschende Eingangskapazität der jeweiligen Antenne.
Beispielsweise kann die erste Eingangskapazität je nach vorgenommenem Schaltvorgang unterschiedliche Werte annehmen. Beispielsweise kann eine Eingangskapazität, etwa die erste Eingangskapazität oder die zweite Eingangskapazität, aus einer Summe von zwei Serienkapazitäten gebildet werden, wobei durch einen Schaltvorgang eine der Serienkapazitäten auf 0 F gesetzt werden kann, wodurch sich die zugehörige Eingangskapazität der jeweiligen Antenne entsprechend ändert.
Vorteilhaft ermöglicht die vorliegende Erfindung ein durch einen externen Schaltvorgang ausgelöstes Ändern der Eingangskapazität und somit ein vorteilhaftes Anpassen der Eingangskapazität einer Antenne im Falle eines Umschaltens von einer Antenne zu einer nächsten Antenne in einem Multiplexbetrieb der Antennen.
Vorteilhaft ermöglicht die vorliegende Erfindung, die Abstrahlung oder den Empfang elektromagnetischer Wellen bei einem Kraftfahrzeug, d.h. beispielsweise während der Fahrt oder einer Bewegung von beispielsweise 50 km/h zu verbessern, wobei die Abstrahlung oder der Empfang der elektromagnetischen Wellen durch den Betrieb von mehreren - mindestens zwei - Antennen erfolgen kann.
Dabei können die beispielsweise zur drahtlosen Kommunikation zum Kraftfahrzeug oder vom Kraftfahrzeug eingesetzten Antennen von einer elektronischen Zusatzeinrichtung im Kraftfahrzeug gesteuert werden.
Beispielsweise kann eine Türöffnung oder -schließung einer Fahrzeugtür eines Kraftfahrzeuges durch ein Nahfeldkommunikationsnetzwerk für ein Kraftfahrzeug realsiert werden.
Sende- oder Empfangseinrichtungen des Nahfeldkommunikationsnetzwerks können mindestens zwei Antennen aufweisen. Dabei kann eine Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Antennen für ein Kraftfahrzeug verwendet werden.
Mit Hilfe der über das Nahfeldkommunikationsnetzwerk ausgetauschten Daten erfolgt beispielsweise eine Authentisierung einer Person, beispielsweise des Fahrers, das System zur Türöffnung oder -schließung gibt das Schloss der Fahrzeugtür frei, und ein Ziehen des Griffes öffnet die Fahrzeugtür.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung einen Bipolar-Transistor aufweist.
Dies ermöglicht vorteilhaft, einen sicheren und einfachen Aufbau der Schaltvorrichtung bereitzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, als den durchzuführenden Schaltvorgang eine Serienkapazität von einer der mindestens zwei Antennen gegen Masse zu schalten.
Dies ermöglicht vorteilhaft auf einfache Weise, eine Eingangskapazität einer Antenne zu ändern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner eine Nahfeldkommunikations-Basisstation aufweist, welche dazu ausgebildet ist, die mindestens zwei Antennen an einem Transceiver zu betrieben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die mindestens zwei Antennen für eine Nahfeldkommunikation in einem Frequenzbereich von 10 bis 20 MHz, bevorzugt von 12 bis 17 MHz, besonders bevorzugt von 13, 56 bis 15, 5 MHz zu betreiben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, wobei die Vorrichtung ferner ein Anpassungsnetzwerk aufweist, welches dazu ausgebildet ist, mit den mindestens zwei Antennen gekoppelt zu werden.
Dies ermöglicht vorteilhaft auf einfache Weise, eine Eingangskapazität einer Antenne zu ändern.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vermitteln. Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Konzepten der Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Antennen für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Antennen für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Betreiben von mindestens zwei Antennen für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Antennen für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile, Komponenten oder Verfahrensschritte, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Die 1 zeigt eine Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Antennen für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Vorrichtung 1 zum Betreiben von mindestens zwei Antennen 110, 120, 130 umfasst beispielsweise eine Schalteinrichtung 10 und eine Multiplexeinrichtung 20.
Die Schalteinrichtung 10 kann beispielsweise mit den mindestens zwei Antennen 110, 120, 130 gekoppelt werden und mindestens einen Schaltvorgang durchführen und mittels des Schaltvorgangs eine jeweilige Eingangskapazität einer der mindestens zwei Antennen 110, 120, 130 ändern.
Die Schalteinrichtung 10 kann beispielsweise mit einem EMC-Filter 310 und über Anpassungsnetzwerke 210, 220, 230 mit einer Mehrzahl von Antennen 110, 120, 130 gekoppelt werden.
Die Antennen 110, 120, 130 weisen somit jeweils mindestens zwei von dem Anpassungsnetzwerken ermöglichte Eingangskapazitäten auf, zwischen den zwei Eingangskapazitäten kann vorteilhaft durch einen Schaltvorgang der Schalteinrichtung 10 hin- und hergewechselt werden.
Dieser Schaltvorgang zum Ändern der Eingangskapazität einer Antenne kann dabei unabhängig, jedoch vorteilhafterweise im Vorfeld eines Umschalten von einer ersten Antenne 110, 120, 130 mit einer ersten Eingangskapazität zu einer zweiten Antenne 110, 120, 130 mit einer zweiten Eingangskapazität erfolgen.
Ferner kann beispielsweise durch ein Ändern der ersten Eingangskapazität und/oder der zweiten Eingangskapazität bei dem Umschalten der Antennen eine Änderung der Kapazität der verwendeten Antenne verringert werden.
Ferner kann die Multiplexeinrichtung 20 beispielsweise dazu ausgebildet sein, eine der mindestens zwei Antennen für eine Nahfeldkommunikation auszuwählen und an einen Ausgang 40 der Vorrichtung 1 durchzuschalten.
Ferner können die Multiplexeinrichtung 20 und die Schalteinrichtung 10 dazu ausgebildet sein, bei einem Umschalten von einer ersten Antenne 110, 120, 130 mit einer ersten Eingangskapazität zu einer zweiten Antenne 110, 120, 130 mit einer zweiten Eingangskapazität die zweite Eingangskapazität an die erste Eingangskapazität durch ein Durchführen des Schaltvorgangs anzupassen.
Beispielsweise kann die Antenne 110, in der 1 auch als NFC Antenne A bezeichnet, aktiv sein - zum Senden und/oder Empfangen von Signalen verwendet werden - und durch Anlegen einer Spannung an der Basis von T2 der Schalteinrichtung 10 werden die Serienkapazitäten C2b gegen Masse geschaltet. Die Kapazität von C2b wird dabei beispielsweise zu C1 addiert. Die Basis des Transistors T1 liegt beispielsweise auf Massepotential.
Beispielsweise kann die Antenne 120, in der 1 auch als NFC Antenne B bezeichnet, aktiv sein - zum Senden und/oder Empfangen von Signalen verwendet werden - und durch Anlegen einer Spannung an der Basis von T1 werden nun die Serienkapazitäten C2a des Antennenpfads A gegen Masse geschaltet. Die Kapazität von C2a wird beispielsweise zu C1 addiert. Die Basis des Transistors T2 liegt beispielsweise auf Massepotential.
Die 2 zeigt eine Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Antennen für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Vorrichtung 1 zum Betreiben von mindestens zwei Antennen umfasst beispielsweise eine Schalteinrichtung 10 und eine Multiplexeinrichtung 20.
Die 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben von mindestens zwei Antennen für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Als ein erster Schritt des Verfahrens erfolgt beispielsweise ein Bereitstellen S1 einer ersten Antenne aus den mindestens zwei Antennen als derzeit durchgeschaltete Antenne, wobei die erste Antenne eine erste Eingangskapazität aufweist.
Als ein zweiter Schritt des Verfahrens erfolgt beispielsweise ein Auswählen S2 einer zweiten Antenne aus den mindestens zwei Antennen als bevorstehend durchgeschaltete Antenne.
Als ein dritter Schritt des Verfahrens erfolgt beispielsweise ein Durchführen S3 eines Schaltvorgangs, wobei eine zweite Eingangskapazität der zweiten Antenne an die erste Eingangskapazität der ersten Antenne angepasst wird und ein Umschalten von der ersten Antenne zu der zweiten Antenne erfolgt.
Die 4 zeigt ein Nahfeldkommunikationsnetzwerk für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine mit nur einem NFC Transceiver IC ausgestattet Transceiver-Basisstation 300 umfasst beispielsweise einen Transceiver 330.
Mit dem Begriff „Transceiver“ ist eine Kombination von „Sender“ und „Empfänger“ gemeint.
Die Transceiver-Basisstation 300 ist beispielsweise über einen EMC-Filter 310 und Anpassungsnetzwerke 210, 220, 230 mit einer Mehrzahl von Antennen 110, 120, 130 gekoppelt.
Die Anpassungsnetzwerke 210, 220, 230 können zur kapazitiven Anpassung oder zur Leistungs- oder Impendanzanpassung vorgesehen sein.
Beispielsweise umfasst der EMC-Filter 310 eine Spule L1 und einer Kapazität C1. Die Grenzfrequenz wird bei ungefähr fgr= 15, 5 MHz gewählt.
Die NFC Antennen 110, 120, 130 haben beispielsweise eine ähnliche Induktivität, ähnliche Induktivität bedeutet dabei beispielsweise Unterschiede von weniger als 40 % hinsichtlich der jeweiligen Induktivität von unterschiedlichen Antennen.
C1 wird beispielsweise derart gewählt, dass C1gesamt = C1 + C2 (a/b) ist. Und C2a entspricht ungefähr C2b, ungefähr entsprechen bedeutet dabei beispielsweise etwa +/- 20 % Unterschied zwischen C2a und C2b.
Die weiteren in der 4 dargestellten Bezugszeichen sind bereits in den zu den 1 und 2 zugehörigen Figurenbeschreibungen erläutert worden und werden daher nicht weiter erläutert.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Es sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.

Claims

Vorrichtung (1) zum Betreiben von mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung (1) umfasst: - eine Schalteinrichtung (10), welche dazu ausgebildet ist, mit den mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) gekoppelt zu werden und mindestens einen Schaltvorgang durchzuführen und mittels des Schaltvorgangs eine jeweilige Eingangskapazität einer Antenne der mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) zu ändern; - eine Multiplexeinrichtung (20), welche dazu ausgebildet ist, eine der mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) für eine Nahfeldkommunikation auszuwählen und an einen Ausgang (40) durchzuschalten; und wobei die Multiplexeinrichtung (20) und die Schalteinrichtung (10) dazu ausgebildet sind, bei einem Umschalten von einer ersten Antenne (110, 120, 130) mit einer ersten Eingangskapazität zu einer zweiten Antenne (110, 120, 130) mit einer zweiten Eingangskapazität die zweite Eingangskapazität an die erste Eingangskapazität durch ein Durchführen des Schaltvorgangs anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schalteinrichtung (10) einen Bipolar-Transistor aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei die Schalteinrichtung (10) dazu ausgebildet ist, als den durchzuführenden Schaltvorgang eine Serienkapazität von einer der mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) gegen Masse zu schalten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vorrichtung ferner eine Nahfeldkommunikations-Basisstation (300) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, die mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) an einem Transceiver (320) zu betrieben.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) für eine Nahfeldkommunikation in einem Frequenzbereich von 10 bis 20 MHz, bevorzugt von 12 bis 17 MHz, besonders bevorzugt von 13,56 bis 15,5 MHz zu betreiben.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung ferner ein Anpassungsnetzwerk (210, 220, 230) aufweist, welches dazu ausgebildet ist, mit den mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) gekoppelt zu werden.
Nahfeldkommunikationsnetzwerk für ein Kraftfahrzeug umfassend mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) und eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zum Betreiben von mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: - Bereitstellen (S1) einer ersten Antenne aus den mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) als derzeit durchgeschaltete Antenne, wobei die erste Antenne eine erste Eingangskapazität aufweist; - Auswählen (S2) einer zweiten Antenne aus den mindestens zwei Antennen (110, 120, 130) als bevorstehend durchgeschaltete Antenne; und - Durchführen (S3) eines Schaltvorgangs, wobei eine zweite Eingangskapazität der zweiten Antenne an die erste Eingangskapazität der ersten Antenne angepasst wird und Umschalten von der ersten Antenne (110, 120, 130) zu der zweiten Antenne (110, 120, 130).