DE102015105610B3

DE102015105610B3 - Frequency-selective mass structures

Info

Publication number: DE102015105610B3
Application number: DE102015105610.0A
Authority: DE
Inventors: Christos Oikonomopoulos-Zachos; Winfried Bilgic; Andreas Wien; Matthias Arnold; Edlira Stavrou
Original assignee: IMST GmbH
Current assignee: IMST GmbH
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2035-04-14

Abstract

Es werden eine Vorrichtung zum drahtlosen Laden eines Mobilfunkgeräts (5) und zur Funkkopplung desselben, sowie ein fahrzeuggebundenes Lade- und Funkkopplungssystem mit einer Vorrichtung zum drahtlosen Laden eines Mobilfunkgeräts (5) und zu dessen Funkkopplung angegeben. Die Vorrichtung weist eine drahtlose Niederfrequenz-Ladeeinrichtung (1) und eine Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung (2) auf. Mit dem Ziel, die drahtlose Niederfrequenz-Ladeeinrichtung (1) und die Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung (2) auf möglichst einfache Weise kombinierbar auszuführen, sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, dass die Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung eine Hochfrequenz-Kopplungsstruktur (20) zur drahtlosen Kopplung eines Hochfrequenzsignals von oder zu dem Mobilfunkgerät sowie eine frequenzselektive Struktur (30) aufweist, wobei die frequenzselektive Struktur (30) zwischen der Niederfrequenz-Ladeeinrichtung und der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur (20) angeordnet ist, wobei die frequenzselektive Struktur (30) für die Niederfrequenz im Wesentlichen durchlässig ist und für die Hochfrequenz im Wesentlichen reflektierend ist. The invention relates to a device for wireless charging of a mobile radio device (5) and to the radio coupling thereof, as well as to a vehicle-mounted charging and radio-coupling system with a device for wireless charging of a mobile radio device (5) and to its radio coupling. The device comprises a wireless low-frequency charging device (1) and a high-frequency signal coupling device (2). With the aim of making the wireless low-frequency charging device (1) and the high-frequency signal coupling device (2) combinable in the simplest possible way, the solution according to the invention provides that the high-frequency signal coupling device is a high-frequency coupling structure (20) for the wireless coupling of a high-frequency signal from or to the mobile and a frequency selective structure (30), wherein the frequency selective structure (30) is disposed between the low frequency charger and the high frequency coupling structure (20), the low frequency frequency selective structure (30) being substantially transmissive is and is substantially reflective for the radio frequency.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Vorrichtung zum drahtlosen Laden eines Mobilfunkgeräts und zur Funkkopplung desselben. Weitere Ausführungsformen betreffen ein fahrzeuggebundenes Lade- und Funkkopplungssystem für ein Mobilfunkgerät. Embodiments of the present invention relate to a device for wireless charging of a mobile device and the radio coupling thereof. Further embodiments relate to a vehicle-mounted charging and radio-coupling system for a mobile radio device.

Technischer Hintergrund Technical background

Mobilfunkgeräte wie z. B. Mobiltelefone sind mit einer Vielzahl von Bauteilen mit vergleichsweise großem Energiebedarf ausgestattet. Im Zuge immer weiter steigender Anforderungen an die Leistungsfähigkeit geht insbesondere im Smartphone-Bereich die Tendenz zu leistungsfähigen Mikroprozessoren, hochauflösenden Displays und Funkmodulen, welche in einer Vielzahl von Frequenzbereichen unter Verwendung von verschiedenartigen Verbindungsprotokollen leistungsfähige und stabile Funkverbindungen aufrechterhalten müssen. Gleichzeitig wird an die Mobilfunkgeräte die Anforderung gestellt, möglichst handlich und portabel zu sein. Eine die Handlichkeit einschränkende Komponente ist beispielsweise der Akkumulator zur mobilen Energieversorgung. Mobile devices such. B. Mobile phones are equipped with a variety of components with relatively high energy requirements. In the course of ever-increasing demands on performance, there is a tendency in particular in the field of smartphones to powerful microprocessors, high-resolution displays and radio modules, which must maintain efficient and stable radio links in a variety of frequency ranges using various connection protocols. At the same time, the requirement is placed on the mobile devices to be as handy and portable as possible. A hand-limiting component is, for example, the accumulator for mobile power supply.

Ein Mobilfunkgerät, das einem typischen Nutzungsverhalten im Tagesablauf unterliegt, befindet sich häufig in Umgebungen, in welchen eine Ladeinfrastruktur zur Verfügung gestellt werden kann, z. B. an Bord eines Kraftfahrzeugs. Herkömmliche drahtlose Ladevorrichtungen sind als Ladeablage oder Ladeschale ausgebildet und ermöglichen eine einfache Anbindung des Mobilfunkgeräts zum Laden. A mobile device, which is subject to a typical usage behavior in the daily routine, is often in environments in which a charging infrastructure can be provided, for. B. on board a motor vehicle. Conventional wireless charging devices are designed as a charging station or charging cradle and allow easy connection of the mobile device for charging.

Im Einbau- bzw. Betriebszustand herkömmlicher drahtloser Ladevorrichtungen ist oberhalb von einer Ladeeinrichtung mit deren zugehöriger Ladestruktur eine Fläche ausgebildet, auf welcher das Mobilfunkgerät zum Durchführen eines Ladevorganges oder Teilladevorganges abgelegt werden kann. Die Ladestruktur ist z. B. eine Spule, und die Energieübertragung erfolgt für gewöhnlich über ein niederfrequentes Wechselfeld. In the installation or operating state of conventional wireless charging devices, a surface is formed above a charging device with its associated charging structure on which the mobile device can be stored for performing a charging or partial charging. The loading structure is z. B. a coil, and the energy transfer usually takes place via a low-frequency alternating field.

Um unnötige Verluste oder Schäden zu vermeiden, weisen herkömmliche drahtlose Ladevorrichtungen eine Einrichtung zum Erkennen von nicht-ladefähigen Objekten auf (englisch: foreign object detection device), welche detektieren, ob ein Fremdobjekt auf der Fläche abgelegt wurde, insbesondere ein metallisches Fremdobjekt. In diesem Fall wird die Energieübertragung unterbunden. In order to avoid unnecessary losses or damage, conventional wireless charging devices have a device for detecting non-loadable objects (English: foreign object detection device), which detect whether a foreign object has been deposited on the surface, in particular a metallic foreign object. In this case, the energy transfer is prevented.

Auch während eines drahtlosen Ladevorgangs ist eine stabile Funkverbindung zwischen dem zu ladenden Mobilfunkgerät und einer Gegenstelle wünschenswert. Insbesondere im Bereich der Smartphones geht die Nutzererwartung hin zu einer stets unterbrechungsfreien Verbindung („always-on“). Unter einer Vielzahl von Bedingungen ist die Abstrahlung eines Hochfrequenzsignals von den im oder am Mobilfunkgerät befindlichen Antennen eingeschränkt. Dies kann z. B. bei der Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug der Fall sein, welches durch seine großflächigen Metallstrukturen dämpfend auf das Hochfrequenzfeld bzw. die abzustrahlende oder zu empfangende elektromagnetische Welle wirkt. Even during a wireless charging process, a stable radio connection between the mobile device to be loaded and a remote station is desirable. In the area of smartphones in particular, user expectations are becoming ever more uninterrupted ("always-on"). Under a variety of conditions, the radiation of a high-frequency signal is limited by the antennas located in or on the mobile device. This can be z. B. when used in a vehicle, in particular motor vehicle be the case, which acts by its large-area metal structures damping the high-frequency field or the radiated or to be received electromagnetic wave.

Es können drahtgebundene Verbindungseinrichtungen für das Hochfrequenzsignal zum Einsatz kommen, welche jedoch unpraktisch und schwierig zu handhaben sind. Eine Kopplungsstruktur zur drahtlosen Ankopplung des Hochfrequenzsignals von bzw. zu dem Mobilfunkgerät weist insbesondere dann, wenn sie kompakt ausgebildet sein soll, eine homogene Massefläche in definiertem Abstand auf. Wired high frequency signal connectors may be used, but these are impractical and difficult to handle. A coupling structure for the wireless coupling of the high-frequency signal from or to the mobile device, in particular if it is to be compact, has a homogeneous ground surface at a defined distance.

Um gleichzeitig den Akkumulator des Mobilfunkgeräts drahtlos zu laden und ein Hochfrequenzsignal von bzw. zu dem Mobilfunksystem drahtlos anzukoppeln, können eine geeignete Niederfrequenz-Ladeeinrichtung und eine geeignete Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung zusammen vorgesehen werden. In der oben beschriebenen homogenen Massefläche der Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung werden jedoch durch die Niederfrequenz-Ladeeinrichtung große Verluste erzeugt, beispielsweise in Form von Wirbelströmen. Die Einrichtung zum Erkennen von nicht-ladefähigen Objekten wird die Massefläche als Fremdkörper erkennen und einen Ladevorgang nicht initiieren bzw. unterbrechen. In order to simultaneously charge the accumulator of the mobile device wirelessly and wirelessly couple a high-frequency signal from or to the mobile radio system, a suitable low-frequency charging device and a suitable high-frequency signal coupling device may be provided together. However, in the above-described homogeneous ground plane of the high-frequency signal coupling device, large losses are generated by the low-frequency charger, for example, in the form of eddy currents. The device for detecting non-chargeable objects will recognize the ground surface as a foreign object and not initiate or interrupt a charging process.

Es besteht daher ein Bedarf nach einer möglichst einfachen Kombinierbarkeit von drahtlosen Ladeeinrichtungen und drahtlosen Hochfrequenz-Kopplungseinrichtungen. There is therefore a need for the simplest possible combinability of wireless charging devices and wireless high-frequency coupling devices.

Zusammenfassung Summary

Im Hinblick auf die oben erläuterten Gegebenheiten wird eine Vorrichtung zum drahtlosen Laden eines Mobilfunkgeräts und zur Funkkopplung desselben gemäß Anspruch 1 angegeben. In view of the circumstances explained above, a device for wireless charging of a mobile device and the radio coupling thereof according to claim 1 is given.

Außerdem wird ein fahrzeuggebundenes Lade- und Funkkopplungssystem für ein Mobilfunkgerät gemäß Anspruch 9 angegeben. In addition, a vehicle-mounted charging and Funkkopplungssystem for a mobile device according to claim 9 is given.

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum drahtlosen Laden eines Mobilfunkgeräts und zur Funkkopplung desselben angegeben. Die Vorrichtung weist eine drahtlose Niederfrequenz-Ladeeinrichtung und eine Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung auf. Die Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung weist ihrerseits eine Hochfrequenz-Kopplungsstruktur zur drahtlosen Kopplung eines Hochfrequenzsignals von oder zu dem Mobilfunkgerät auf. Des Weiteren weist die Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung eine frequenzselektive Struktur auf, die zwischen der Niederfrequenz-Ladeeinrichtung und der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur angeordnet ist. Die frequenzselektive Struktur ist für die Niederfrequenz im Wesentlichen durchlässig und für die Hochfrequenz im Wesentlichen reflektierend. Die frequenzselektive Struktur ist zumindest bereichsweise als Gitterstruktur ausgebildet.According to one embodiment, an apparatus for wireless charging of a mobile device and the radio coupling thereof is specified. The device comprises a low frequency wireless charging device and a high frequency signal coupling device. The high-frequency Signal coupling device in turn has a high-frequency coupling structure for wireless coupling of a high-frequency signal from or to the mobile device. Furthermore, the high-frequency signal coupling device has a frequency-selective structure which is arranged between the low-frequency charging device and the high-frequency coupling structure. The frequency selective structure is substantially transparent to the low frequency and substantially reflective to the high frequency. The frequency-selective structure is at least partially formed as a lattice structure.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein fahrzeuggebundenes Lade- und Funkkopplungssystem für ein Mobilfunkgerät angegeben. Das Lade- und Funkkopplungssystem weist die Vorrichtung zum drahtlosen Laden eines Mobilfunkgeräts und zu dessen Funkkopplung nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen auf, die bei dieser Ausführungsform als Lade- und Kopplungsablage ausgebildet ist. Die Lade- und Kopplungsablage ist bei dieser Ausführungsform im Fahrzeuginneren anordenbar. Die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur weist eine Verbindung zu einer externen Fahrzeugantenne auf.According to another embodiment, a vehicle-mounted charging and radio coupling system for a mobile device is specified. The charging and radio coupling system comprises the device for wireless charging of a mobile device and its radio coupling according to one of the embodiments described herein, which is formed in this embodiment as a loading and docking tray. The loading and docking tray can be arranged in the vehicle interior in this embodiment. The high-frequency coupling structure has a connection to an external vehicle antenna.

Vorteilhafte Weiterbildungen, Merkmale und Details von Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung angegeben.Advantageous developments, features and details of embodiments are given in the dependent claims, the drawings and the description.

In dieser Beschreibung werden die Begriffe „Niederfrequenz“ (abgekürzt: NF) und „Hochfrequenz“ (abgekürzt: HF) in einer für die Elektrotechnik allgemein üblichen Form verwendet. In this description, the terms "low frequency" (abbreviated to NF) and "high frequency" (abbreviated to RF) are used in a form commonly used in electrical engineering.

Hierin beschriebene NF-Signale, die für die drahtlose Ladetechnik zum Einsatz kommen, weisen im Allgemeinen Frequenzen im Längstwellen- oder Langwellenbereich auf. Der magnetische Feldanteil der NF-Signale überwiegt in Bezug auf die hierin betrachteten Entfernungen stark. Beispielsweise liegen die Frequenzen der NF-Signale im Bereich zwischen einigen zehn und einigen hundert Kilohertz. Typischerweise erfolgt eine Energieübertragung von der Niederfrequenz-Ladeeinrichtung zu einem zu ladenden Mobilfunkgerät induktiv. Low-frequency signals used for wireless charging technology described herein generally have frequencies in the long-wave or long-wave range. The magnetic field component of the LF signals greatly outweighs the distances considered herein. For example, the frequencies of the LF signals are in the range between a few tens and a few hundred kilohertz. Typically, energy is transmitted inductively from the low-frequency charger to a mobile device to be charged.

Hierin beschriebene HF-Signale kommen für Funkverbindungen zum Einsatz, typischerweise für Mobilfunkverbindungen verschiedener Standards wie beispielsweise GSM, UMTS oder LTE. Beispielsweise liegen die Frequenzen der HF-Signale im Bereich von einigen hundert Megahertz bis einigen Gigahertz. RF signals described herein are used for radio links, typically for cellular connections of various standards such as GSM, UMTS or LTE. For example, the frequencies of the RF signals are in the range of a few hundred megahertz to a few gigahertz.

Die Frequenzen der HF-Signale können zum Beispiel im GSM 900-Band (P-GSM, E-GSM, R-GSM) oder im GSM 1800-Band (DCS 1800) liegen. Die Frequenzen der HF-Signale können beispielsweise auch im UMTS 2100-Band (Band I) liegen. Die Frequenzen der HF-Signale können beispielsweise auch im 2,6 GHz-LTE-Band (E-UTRA 7) oder im 800 MHz-LTE-Band (E-UTRA 20) liegen. The frequencies of the RF signals may, for example, be in the GSM 900 band (P-GSM, E-GSM, R-GSM) or in the GSM 1800 band (DCS 1800). The frequencies of the RF signals can also be in the UMTS 2100 band (band I), for example. The frequencies of the RF signals can also be in the 2.6 GHz LTE band (E-UTRA 7) or in the 800 MHz LTE band (E-UTRA 20), for example.

Die Frequenzbereiche der hierin beschriebenen NF-Signale und der hierin beschriebenen HF-Signale überschneiden sich im Allgemeinen also nicht. Typischerweise sind die NF-Frequenzbereiche und die HF-Frequenzbereiche um mindestens einen Faktor 1000 voneinander beabstandet. The frequency ranges of the LF signals described herein and the RF signals described herein therefore generally do not overlap. Typically, the LF frequency ranges and the RF frequency ranges are spaced apart by at least a factor of 1000.

Bei Ausführungsformen weist das Niederfrequenzsignal aus der Niederfrequenz-Ladeeinrichtung Frequenzanteile aus einem ersten Frequenzbereich auf, und das Hochfrequenzsignal von und zu der Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung weist Frequenzanteile aus einem zweiten Frequenzbereich auf. Das Hochfrequenzsignal ist typischerweise ein moduliertes Signal, das um eine Mittenfrequenz eine gewisse Bandbreite belegt. Der zweite Frequenzbereich umfasst die Bandbreite bezogen auf die Mittenfrequenz, d. h. die Mittenfrequenz des zweiten Frequenzbereichs ist die Mittenfrequenz des Hochfrequenzsignals. Der zweite Frequenzbereich ist höher als der erste Frequenzbereich und typischerweise ohne Überlappungen mit diesem. In embodiments, the low frequency signal from the low frequency charging device has frequency components from a first frequency range, and the high frequency signal from and to the high frequency signal coupling device has frequency components from a second frequency range. The high frequency signal is typically a modulated signal occupying some bandwidth around a center frequency. The second frequency range includes the bandwidth with respect to the center frequency, i. H. the center frequency of the second frequency range is the center frequency of the high frequency signal. The second frequency range is higher than the first frequency range and typically without overlaps with it.

In dieser Beschreibung ist der Begriff „fahrzeuggebunden“ so zu verstehen, dass sich das so bezeichnete Lade- und Funkkopplungssystem in einem Fahrzeug verwenden lässt, beispielsweise in einem Fahrzeug einbauen lässt. Der Betrieb des Lade- und Funkkopplungssystems verläuft dann unter Verwendung von Fahrzeugstrukturen, insbesondere Halte- und Befestigungsstrukturen, Einrichtungen zur Energieversorgung oder am Fahrzeug vorgesehenen Leitungen, Antennen und dergleichen. Mit „fahrzeuggebunden“ ist nicht notwendigerweise gemeint, dass das so bezeichnete Lade- und Funkkopplungssystem fest und nicht-entfernbar mit dem Fahrzeug verbunden ist. Das fahrzeuggebundene Lade- und Funkkopplungssystem kann aber fest mit dem Fahrzeug verbunden sein. Auch ist es nicht notwendigerweise in das Fahrzeug integriert, kann aber durchaus in das Fahrzeug integriert sein. In this description, the term "vehicle-bound" is to be understood as meaning that the so-called charging and radio-coupling system can be used in a vehicle, for example, installed in a vehicle. The operation of the charging and radio-coupling system then proceeds using vehicle structures, in particular holding and fastening structures, devices for supplying energy or lines provided on the vehicle, antennas and the like. By "vehicle-bound" is not necessarily meant that the so-called charging and radio-coupling system is firmly and non-removably connected to the vehicle. However, the vehicle-mounted charging and radio coupling system can be firmly connected to the vehicle. Also, it is not necessarily integrated into the vehicle, but may well be integrated into the vehicle.

Für die drahtlose Ladefunktion des Mobilfunkgeräts können standardisierte Verfahren zum Einsatz kommen. Die Niederfrequenz-Ladeeinrichtung kann mit einer Vielzahl von Mobilfunkgeräten unterschiedlichen Typs kompatibel sein. Dahingegen kommen möglicherweise in verschiedenen Mobilfunkgerätetypen verschiedenartige Antennenstrukturen für die HF-Kommunikation zum Einsatz, d. h. die Antennenstrukturen eines Mobilfunkgerätetyps können sich von denjenigen in anderen Mobilfunkgerätetypen unterscheiden. Während der Entwurfsphase wird daher das entsprechende HF-Abstrahlverhalten des jeweiligen Mobilfunkgeräts berücksichtigt, an welches die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur angepasst werden soll. Beispielsweise wird die Geometrie der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur, die relative Lage, die Form usw. an das jeweilige Mobilfunkgerät angepasst. For the wireless charging function of the mobile device standardized methods can be used. The low frequency charger may be compatible with a variety of mobile phones of different types. On the other hand, various types of antenna structures for HF communication may be used in different mobile device types, ie the antenna structures of a mobile device type may differ from those in other mobile device types. During the design phase, therefore, the corresponding RF radiation behavior of the respective mobile device is taken into account which the high-frequency coupling structure is to be adapted. For example, the geometry of the high-frequency coupling structure, the relative position, the shape, etc. adapted to the respective mobile device.

Es kann die gleiche frequenzselektive Struktur für verschiedene Hochfrequenz-Kopplungsstrukturen verwendet werden, insbesondere für verschiedene Geometrien von Hochfrequenz-Kopplungsstrukturen. Die frequenzselektive Struktur und/oder die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur können in Streifenleitungstechnik auf bzw. in einer Leiterplatte ausgebildet sein. Die frequenzselektive Struktur kann näherungsweise als Groundplane wirken. Der Begriff „Groundplane“ ist hierbei nicht notwendigerweise so zu verstehen, dass eine exakte Ebene ausgebildet wird. Die Groundplane bzw. die näherungsweise als Groundplane wirkende frequenzselektive Struktur stellt eine Spiegelebene (eine näherungsweise Spiegelstruktur endlicher Ausdehnung) für die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur dar. Bei Ausführungsformen ist die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur als Antennenstruktur ausgebildet, insbesondere als planare invertierte F-Antenne. Die Groundplane wirkt z. B. als elektrisches HF-Gegengewicht für den beispielhaften Fall, dass die Antennenstruktur als Viertelwellenstrahler ausgebildet ist. The same frequency-selective structure can be used for different high-frequency coupling structures, in particular for different geometries of high-frequency coupling structures. The frequency-selective structure and / or the high-frequency coupling structure may be formed in stripline technology on or in a printed circuit board. The frequency-selective structure can act approximately as a ground plane. The term "ground plane" here is not necessarily to be understood as an exact plane is formed. The ground plane or the frequency-selective structure acting approximately as a ground plane represents a mirror plane (an approximately mirror structure of finite extent) for the radio-frequency coupling structure. In embodiments, the radio-frequency coupling structure is designed as an antenna structure, in particular as a planar inverted-F antenna. The ground plane acts z. B. as electrical RF counterweight for the exemplary case that the antenna structure is designed as a quarter-wave radiator.

Bei Ausführungsformen ist die Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung modular ausgebildet, so dass die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur austauschbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist bei Ausführungsformen die Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung modular ausgebildet, so dass die frequenzselektive Struktur austauschbar ist. Unter Beibehaltung der Niederfrequenz-Ladeeinrichtung kann bei Ausführungsformen ein modularer Aufbau die Austauschbarkeit der HF-Komponenten der Vorrichtung erleichtern. Eine einfache Austauschbarkeit ergibt sich typischerweise auch bei der Umrüstung von einer Vorrichtung zum drahtlosen Laden und zur Funkkopplung von der Kompatibilität mit einem Mobilfunkgerät zur Kompatibilität mit einem anderen Mobilfunkgerät. In embodiments, the high frequency signal coupling device is modular, such that the high frequency coupling structure is replaceable. Alternatively or additionally, in embodiments, the high-frequency signal coupling device is modular, so that the frequency-selective structure is exchangeable. While maintaining the low frequency charger, in embodiments, a modular design can facilitate the interchangeability of the RF components of the device. Simple interchangeability also typically results from the retrofitting of a wireless charging and wireless coupling device to compatibility with a mobile device for compatibility with another mobile device.

Bei Ausführungsformen weist die Niederfrequenz-Ladeeinrichtung eine flächige Ladestruktur zur Niederfrequenz-Energieübertragung auf. Typischerweise ist die flächige Ladestruktur eine flächige Spulenstruktur. Bei Ausführungsformen ist die flächige Ladestruktur eine als Streifenleitung ausgebildete flächige Spulenstruktur. In embodiments, the low-frequency charging device has a planar charging structure for low-frequency energy transmission. Typically, the planar charging structure is a flat coil structure. In embodiments, the flat charging structure is formed as a strip line flat coil structure.

Bei Ausführungsformen sind die frequenzselektive Struktur und die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur in oder auf ein- und derselben Leiterplatte ausgebildet. Typischerweise sind die frequenzselektive Struktur und die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur in unterschiedlichen Ebenen ausgebildet, bevorzugt in oder auf unterschiedlichen Leiterplattenebenen ein- und derselben Leiterplatte. Die jeweilige Leiterplattenebene kann eine auf der Oberfläche der Leiterplatte verlaufende Ebene sein. Sie kann aber auch eine innerhalb der Leiterplatte verlaufende Ebene sein, insbesondere bei Verwendung einer mehrlagigen Leiterplatte. Verbindungen können als Leiterplatten-Durchführungen (Vias) ausgebildet sein. In embodiments, the frequency-selective structure and the high-frequency coupling structure are formed in or on one and the same circuit board. Typically, the frequency-selective structure and the high-frequency coupling structure are formed in different planes, preferably in or on different circuit board levels of the same printed circuit board. The respective circuit board plane may be a plane running on the surface of the circuit board. But it can also be a running within the circuit board level, especially when using a multilayer printed circuit board. Connections can be designed as printed circuit board feedthroughs (vias).

Insbesondere dann, wenn die frequenzselektive Struktur und die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur in Streifenleitungstechnik ausgebildet sind, bietet sich eine derartige Kombination von frequenzselektiver Struktur und Hochfrequenz-Kopplungsstruktur in oder auf ein- und derselben Leiterplatte an. Eine derartige Kombination kann aber auch vorgesehen werden, wenn die frequenzselektive Struktur und die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur nicht in Streifenleitungstechnik ausgebildet sind. Es kann sich eine verbesserte Modularität oder Austauschbarkeit ergeben. In particular, when the frequency-selective structure and the high-frequency coupling structure are formed in stripline technology, such a combination of frequency-selective structure and high-frequency coupling structure in or on one and the same circuit board offers. However, such a combination can also be provided if the frequency-selective structure and the high-frequency coupling structure are not formed in stripline technology. It may result in improved modularity or interchangeability.

Bei Ausführungsformen ist die frequenzselektive Struktur in mehreren Ebenen ausgebildet. Die frequenzselektive Struktur ist typischerweise in oder auf unterschiedlichen Leiterplattenebenen ein- und derselben Leiterplatte ausgebildet. Auf ähnliche Weise kann auch die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur in mehreren Ebenen ausgebildet sein, typischerweise in oder auf unterschiedlichen Leiterplattenebenen ein- und derselben Leiterplatte. Es kann sich eine Vereinfachung bei der Herstellung der frequenzselektiven Struktur bzw. der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur ergeben, insbesondere bei der Herstellung einer vergleichsweise feinen frequenzselektiven Struktur bzw. Hochfrequenz-Kopplungsstruktur unter Verwendung eines Belichtungs- und Ätzvorganges oder dergleichen. In embodiments, the frequency selective structure is formed in multiple levels. The frequency-selective structure is typically formed in or on different circuit board levels of one and the same circuit board. Similarly, the high frequency coupling structure may also be formed in multiple levels, typically in or on different board levels of the same circuit board. There may be a simplification in the production of the frequency-selective structure or the high-frequency coupling structure, in particular in the production of a comparatively fine frequency-selective structure or high-frequency coupling structure using an exposure and etching process or the like.

Bei Ausführungsformen ist die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur mit einem elektromagnetischen Strahler verbindbar oder verbunden. Typischerweise ist der elektromagnetische Strahler eine Antenne, insbesondere eine externe Antenne wie z. B. eine externe Fahrzeugantenne. Die Verbindbarkeit oder die Verbindung sind unabhängig davon gegeben, ob die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur selbst als Antennenstruktur oder als Leitungsresonator wirkt, wie unten noch näher beschrieben. Die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur dient der HF-Kopplung zu dem zu ladenden Mobilfunkgerät in unmittelbarer Nähe zu der Vorrichtung, während die Verbindbarkeit oder die Verbindung zu dem elektromagnetischen Strahler typischerweise nach extern in Bezug auf die Umgebung oder das elektromagnetische Nahfeld der Vorrichtung erfolgt, d. h. bei einer Anordnung der Vorrichtung in einem Fahrzeug z. B. zu einer externen Fahrzeugantenne. In embodiments, the high frequency coupling structure is connectable or connected to an electromagnetic radiator. Typically, the electromagnetic radiator is an antenna, in particular an external antenna such. B. an external vehicle antenna. The connectivity or connection is independent of whether the radio frequency coupling structure itself acts as an antenna structure or as a line resonator, as described in more detail below. The radio frequency coupling structure is for RF coupling to the mobile device to be charged in close proximity to the device, while the connectivity or connection to the electromagnetic emitter is typically external to the environment or near electromagnetic field of the device, i. H. in an arrangement of the device in a vehicle z. B. to an external vehicle antenna.

Bei Ausführungsformen ist die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur als Antennenstruktur ausgebildet. Zumindest teilweise kann die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur als planare invertierte F-Antenne ausgebildet sein. Bei Ausführungsformen kann die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur auch als Leitungsresonator-Struktur ausgebildet sein. In embodiments, the high frequency coupling structure is an antenna structure educated. At least partially, the high-frequency coupling structure may be formed as a planar inverted F antenna. In embodiments, the high frequency coupling structure may also be formed as a line resonator structure.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Bereiche, Teile, Bauelemente und/oder Strukturen angeben. Embodiments of the present invention will be explained below with reference to the drawings, wherein like reference numerals indicate the same or similar regions, parts, components and / or structures.

In den Zeichnungen zeigen: In the drawings show:

1 eine schematische Darstellung einer Ladeablage mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 a schematic representation of a charging tray with a device according to an embodiment of the invention;

2 eine schematische Darstellung einer Hochfrequenz-Kopplungsstruktur, einer frequenzselektiven Struktur und einer Ladestruktur einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, in Draufsicht; 2 a schematic representation of a high-frequency coupling structure, a frequency-selective structure and a charging structure of a device according to an embodiment of the invention, in plan view;

3 die Darstellung aus 2 in einer perspektivischen Explosionsansicht; 3 the presentation 2 in an exploded perspective view;

4 eine in mehreren Ebenen ausgebildete frequenzselektive Struktur einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht; und 4 a multi-level trained frequency-selective structure of a device according to an embodiment of the invention in a perspective view; and

5 die Darstellung aus 4 in einer perspektivischen Explosionsansicht. 5 the presentation 4 in a perspective exploded view.

Beschreibung der Ausführungsformen Description of the embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladeablage 6 mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Ladeablage 6 ist in 1 lediglich schematisch dargestellt und kann beispielsweise als Ladeschale oder dergleichen ausgestaltet sein. Sie weist ein Gehäuse 7 aus einem wenig wellendämpfenden Material auf, auf dessen oberer Gehäusefläche 8 eine Ablagemöglichkeit für ein Mobilfunkgerät 5 vorgesehen ist. Ein Ablegevorgang des beispielhaft und schematisch gezeigten Mobilfunkgeräts 5, insbesondere eines Smartphones, ist in 1 durch einen Pfeil angedeutet. 1 shows a schematic representation of a charging tray 6 with a device according to an embodiment of the invention. The charging station 6 is in 1 shown only schematically and can be configured for example as a charging tray or the like. It has a housing 7 from a little wave dampening material, on the upper housing surface 8th a storage facility for a mobile device 5 is provided. A deposit process of the exemplary and schematically shown mobile device 5 , especially a smartphone, is in 1 indicated by an arrow.

Innerhalb des Gehäuses 7 ist eine Vorrichtung zum drahtlosen Laden des Mobilfunkgeräts 5 und zur Funkkopplung des Mobilfunkgeräts 5 angeordnet. Die Vorrichtung weist ihrerseits eine Niederfrequenz-Ladeeinrichtung 1 und eine Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung 2 auf. Die Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung 2 liegt dabei in der in 1 gezeigten Betriebslage bzw. Betriebsausrichtung der Ladeablage oberhalb der Niederfrequenz-Ladeeinrichtung 1. Die Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung 2 ist so angeordnet, dass der Abstand ihrer oberen Kante zur oberen Gehäusefläche 8 gering ist, um eine direkte oder dämpfungsarme Funkkopplung des Mobilfunkgeräts 5 zu erlauben. Inside the case 7 is a device for wireless charging of the mobile device 5 and for radio coupling of the mobile device 5 arranged. The device in turn has a low frequency charger 1 and a high-frequency signal coupling device 2 on. The high frequency signal coupling device 2 lies in the in 1 shown operating position or operating orientation of the charging tray above the low-frequency charger 1 , The high frequency signal coupling device 2 is arranged so that the distance of its upper edge to the upper housing surface 8th is low to a direct or low-attenuation radio coupling of the mobile device 5 to allow.

In der Draufsicht auf die in der Ladeablage 6 aus 1 angeordnete Kombination aus Niederfrequenz-Ladeeinrichtung 1 und Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung 2 ergibt sich die schematische Darstellung aus 2. Eine Ladestruktur 10, eine frequenzselektive Struktur 30 sowie eine Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 liegen in der Draufsicht in teilweiser Überdeckung und stellen eine kombinierte Funktionalität bereit, also eine drahtlose Ladefunktion für das Mobilfunkgerät 5 und eine Kopplungsfunktion zur Herstellung der Funkkopplung mit dem Mobilfunkgerät 5. In the plan view of the in the loading tray 6 out 1 arranged combination of low-frequency charger 1 and high frequency signal coupling means 2 the schematic representation results 2 , A loading structure 10 , a frequency-selective structure 30 and a high frequency coupling structure 20 lie in plan view in partial coverage and provide a combined functionality, ie a wireless charging function for the mobile device 5 and a coupling function for establishing the radio coupling with the mobile device 5 ,

Der Aufbau und die Anordnung der einzelnen Komponenten, also der Ladestruktur 10, der frequenzselektiven Struktur 30 und der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20, geht aus der schematischen perspektivischen Explosionsdarstellung in 3 noch deutlicher hervor. In dieser Darstellung sind die vertikalen Abstände der Ladestruktur 10, der frequenzselektiven Struktur 30 sowie der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 erweitert dargestellt, um die Erläuterung zu vereinfachen. In der fertig konfigurierten Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform betragen die vertikalen Abstände zwischen den Strukturen 10, 20 und 30 wenige Millimeter bis wenige Zentimeter. The structure and arrangement of the individual components, ie the charging structure 10 , the frequency-selective structure 30 and the high frequency coupling structure 20 , goes from the schematic perspective exploded view in 3 even clearer. In this illustration, the vertical distances of the charging structure 10 , the frequency-selective structure 30 and the high frequency coupling structure 20 expanded to simplify the explanation. In the finished configured device according to this embodiment, the vertical distances between the structures are 10 . 20 and 30 a few millimeters to a few centimeters.

Am weitesten untenliegend ist eine Ladestruktur 10 angeordnet, welche in der gezeigten Ausführungsform eine erste Spule 11, eine zweite Spule 12 und eine dritte Spule 13 aufweist. Die Spulen 11, 12 und 13 sind jeweils in Streifenleitungstechnik auf oder in einer in 3 nicht dargestellten Leiterplatte ausgebildet. Die außenliegenden Spulen 11 und 13 überlappen sich jeweils teilweise mit der innenliegenden Spule 12; dieser Aufbau ist jedoch nur beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen. Die Spulen 11, 12 und 13 der Ladestruktur 10 sind ihrerseits mit nicht dargestellten weiteren Komponenten der in 3 ebenfalls nicht dargestellten Niederfrequenz-Ladeeinrichtung 1 verbunden. At the very bottom is a loading structure 10 arranged, which in the embodiment shown, a first coil 11 , a second coil 12 and a third coil 13 having. The spools 11 . 12 and 13 are each in stripline technology on or in an in 3 not shown printed circuit board formed. The outer coils 11 and 13 partially overlap each other with the inner coil 12 ; However, this structure is only to be understood as illustrative and not restrictive. The spools 11 . 12 and 13 the charging structure 10 are in turn with not shown further components of in 3 also not shown low-frequency charger 1 connected.

In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist oberhalb der Ladestruktur 10 eine frequenzselektive Struktur 30 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform weist die frequenzselektive Struktur eine Vielzahl von streifenförmigen Leitern 31 auf. Die einzelnen streifenförmigen Leiter sind auf oder in einer in 3 nicht dargestellten Leiterplatte ausgebildet und voneinander galvanisch getrennt. In der dargestellten Ausführungsform sind in Längsrichtung n streifenförmige Leiter 31 vorgesehen, in der Querrichtung sind m streifenförmige Leiter 31 vorgesehen. Die genaue Anzahl streifenförmiger Leiter 31 pro Reihe und pro Spalte hängt mit der gewünschten und weiter unten noch beschriebenen Wellenreflexionswirkung der frequenzselektiven Struktur 30 zusammen und ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. In the in 3 shown embodiment is above the charging structure 10 a frequency-selective structure 30 arranged. In the illustrated embodiment, the frequency-selective structure comprises a plurality of strip-shaped conductors 31 on. The individual strip-shaped conductors are on or in one 3 not shown printed circuit board formed and electrically isolated from each other. In the illustrated embodiment, n are in the longitudinal direction strip-shaped conductor 31 provided, in the transverse direction are m strip-shaped conductors 31 intended. The exact number of strip-shaped conductors 31 per row and per column depends on the desired wave reflection effect of the frequency-selective structure described below 30 together and is not limited to the illustrated embodiment.

Oberhalb der frequenzselektiven Struktur 30 ist eine Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 vorgesehen. Die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 weist einen ersten Teil 21 und einen zweiten Teil 22 auf, welche mittels eines Verbindungsteils 23 verbunden sind. Die genaue Geometrie der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 hängt von der Antennencharakteristik des zu koppelnden Mobilfunkgeräts 5 ab und wird beispielsweise während des Entwurfs- und Designprozesses festgelegt. In der dargestellten Ausführungsform verläuft der zweite Teil 22 beispielsweise ausgehend von dem Verbindungsteil 23 um eine bestimmte Länge in Längsrichtung vorwärts, um dann über ein kurzes Querrichtungsstück über die gleiche Länge in Längsrichtung wieder zurückzuverlaufen. Der vorwärts und der rückwärts verlaufende Bereich des zweiten Teils verlaufen damit parallel zueinander und sind um die Ausdehnung des Querrichtungsstücks voneinander beabstandet. Der erste Teil 21 verläuft in der dargestellten Ausführungsform ausgehend von dem Verbindungsteil 23 in Längsrichtung in der Rückwärtsrichtung des ersten Längsrichtungsabschnitts des ersten Teils, also gegenläufig zu dem dem Verbindungsteil 23 gegenüberliegenden Bereich des zweiten Teils 22, erstreckt sich anschließend senkrecht zu dieser Richtung in die entgegengesetzte Richtung zu dem Querrichtungsstück des zweiten Teils 22, und verläuft anschließend in Längsrichtung weiter vorwärts, um in einem kurzen abgewinkelten Endstück zu enden. Above the frequency-selective structure 30 is a high-frequency coupling structure 20 intended. The high-frequency coupling structure 20 has a first part 21 and a second part 22 on, which by means of a connecting part 23 are connected. The exact geometry of the high-frequency coupling structure 20 depends on the antenna characteristics of the mobile device to be connected 5 for example, during the design and design process. In the illustrated embodiment, the second part runs 22 for example, starting from the connecting part 23 for a certain length in the longitudinal direction forward, and then run back over a short transverse piece over the same length in the longitudinal direction again. The forward and rearward portions of the second portion are thus parallel to each other and spaced apart about the extent of the transverse portion. The first part 21 runs in the illustrated embodiment, starting from the connecting part 23 in the longitudinal direction in the backward direction of the first longitudinal direction portion of the first part, that is, opposite to that of the connecting part 23 opposite region of the second part 22 , then extends perpendicular to this direction in the opposite direction to the transverse direction piece of the second part 22 , and then proceeds longitudinally further forward to terminate in a short angled tail.

Diese beispielhaft beschriebene Geometrie der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 ist zur HF-Ankopplung bestimmter Mobilfunkgerätetypen angepasst. Eine an andere Mobilfunkgerätetypen angepasste Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 kann auch eine von der beschriebenen abweichende Geometrie notwendig machen. Die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 kann unabhängig von der frequenzselektiven Struktur 30 angepasst werden. Diese Anpassung der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 unabhängig von der frequenzselektiven Struktur 30 kann während des Entwurfs- oder Designvorgangs vorgenommen werden. This geometry of the high-frequency coupling structure described by way of example 20 is adapted for the RF coupling of certain mobile device types. A high frequency coupling structure adapted to other types of mobile devices 20 may also require one of the deviating geometry described. The high-frequency coupling structure 20 can be independent of the frequency-selective structure 30 be adjusted. This adaptation of the high-frequency coupling structure 20 independent of the frequency-selective structure 30 can be done during the design or design process.

Beispielsweise kann der Verlauf des ersten Teils 21 und/oder der Verlauf des zweiten Teils 22 der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Breite der Bereiche des ersten Teils 21 und/oder die Breite der Bereiche des zweiten Teils 22 angepasst werden. For example, the course of the first part 21 and / or the course of the second part 22 the high-frequency coupling structure 20 be adjusted. Alternatively or additionally, the width of the regions of the first part can also be used 21 and / or the width of the areas of the second part 22 be adjusted.

Obwohl in der Darstellung in 3 nicht gezeigt, sind bei der dargestellten Ausführungsform die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 und die frequenzselektive Struktur 30 auf verschiedenen Leiterplattenebenen ein- und derselben (nicht dargestellten) Leiterplatte ausgebildet; hier ist die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 auf der oberen Oberfläche ausgebildet, und die frequenzselektive Struktur 30 ist auf der unteren Oberfläche ausgebildet. Although in the presentation in 3 not shown, are the high frequency coupling structure in the illustrated embodiment 20 and the frequency-selective structure 30 formed on different circuit board levels one and the same (not shown) printed circuit board; Here is the high frequency coupling structure 20 formed on the upper surface, and the frequency-selective structure 30 is formed on the lower surface.

Im Zuge einer Anpassung der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 kann ein bestehendes Design einer frequenzselektiven Struktur 30 wiederverwendet werden. Auch dann, wenn die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 und die frequenzselektive Struktur 30 auf verschiedenen Leiterplattenebenen ein- und derselben Leiterplatte ausgebildet sind, kann während des Entwurfs- oder Designvorgangs eine Anpassung der Geometrie und/oder der Anordnung der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 vorgenommen werden, wobei die Anordnung und/oder die Geometrie der frequenzselektiven Struktur 30 wiederverwendet wird. Ein Wiederverwenden kann bedeuten, den Entwurf oder das Design einer bestehenden frequenzselektiven Struktur 30 im Entwurfs- oder Designvorgang zu übernehmen. As part of an adaptation of the high-frequency coupling structure 20 can be an existing design of a frequency-selective structure 30 be reused. Even if the high-frequency coupling structure 20 and the frequency-selective structure 30 may be formed on different circuit board levels of the same circuit board, during the design or design process, an adaptation of the geometry and / or the arrangement of the high-frequency coupling structure 20 be made, the arrangement and / or the geometry of the frequency-selective structure 30 is reused. Reusing may mean the design or design of an existing frequency-selective structure 30 in the design or design process.

Herkömmlicherweise wird eine Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 und eine zugehörige Groundplane gemeinsam entworfen, und es erfolgt bei Bedarf ein gemeinsamer Austausch derselben. Gemäß den beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann bereits im Design- oder Entwurfsstadium eine Trennung der Entwürfe erfolgen. Außerdem kann eine bestehende Struktur, insbesondere eine bestehende frequenzselektive Struktur 30, im Design- oder Entwurfsstadium wiederverwendet werden. Conventionally, a high-frequency coupling structure 20 and an associated groundplane are designed together and, if necessary, sharing them together. According to the described embodiments of the present invention, the designs may be separated at design or design stage. In addition, an existing structure, in particular an existing frequency-selective structure 30 to be reused in the design or draft stage.

Mit anderen Worten: Auch dann, wenn eine derartige Anpassung während des Entwurfs- oder Designvorgangs vorgenommen wird, ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, eine bewährte frequenzselektive Struktur 30 wiederzuverwenden und mit einer veränderten Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 zu kombinieren. Dies unterscheidet eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung beispielsweise von einer herkömmlichen Vorrichtung, wie sie z. B. aus der DE 103 13 498 A1 bekannt ist. Dort ist eine modulare Austauschbarkeit bereits während des Entwurfs- oder Designprozesses nicht vorgesehen. In other words, even if such an adaptation is made during the design or design process, it is possible with the device according to the invention, a proven frequency-selective structure 30 reuse and with an altered radio frequency coupling structure 20 to combine. This distinguishes a device of the present invention, for example, from a conventional device, such as. B. from the DE 103 13 498 A1 is known. There is a modular interchangeability already during the design or design process is not provided.

Es ist im Unterschied zu herkömmlichen Vorrichtungen, die z. B. aus der DE 10 2010 027 620 A1 bekannt sind, erfindungsgemäß möglich, die frequenzselektive Struktur 30 und die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 unabhängig voneinander zu entwerfen und bedarfsweise zu kombinieren. Während die herkömmliche Vorrichtung der DE 10 2010 027 620 A1 einen gemeinsamen Entwurf und ein gemeinsames Ausbilden der dort erwähnten planar ausgedehnten Antennenstruktur und der unmittelbar zugehörigen wirbelstromunterbrechenden Aussparungen in der planaren Struktur vorsieht, ist es erfindungsgemäß möglich, die frequenzselektive Struktur 30 und die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 getrennt zu entwerfen und unabhängig voneinander auszubilden, beispielsweise auf unterschiedlichen Leiterplatten. Dies erhöht die Flexibilität und senkt die Kosten. It is in contrast to conventional devices, the z. B. from the DE 10 2010 027 620 A1 are known, according to the invention possible, the frequency-selective structure 30 and the high frequency coupling structure 20 independently design and combine as needed. While the conventional device of the DE 10 2010 027 620 A1 a joint design and providing a common formation of the planar extended antenna structure mentioned there and the directly associated eddy current-interrupting recesses in the planar structure, it is possible according to the invention, the frequency-selective structure 30 and the high frequency coupling structure 20 to design separately and form independently, for example on different circuit boards. This increases flexibility and reduces costs.

Die Spulen 11, 12 und 13 können mit einem NF-Signal beaufschlagt werden, welches der induktiven Energieübertragung zu dem Mobilfunkgerät 5 aus 1 dient und dazu imstande ist, einen im Mobilfunkgerät 5 enthaltenen Akkumulator zu laden. The spools 11 . 12 and 13 can be acted upon with a low-frequency signal, which is the inductive energy transfer to the mobile device 5 out 1 serves and is capable of, in the mobile device 5 to load the accumulator.

Die einzelnen streifenförmigen Leiter 31 der frequenzselektiven Struktur 30 sind voneinander geringfügig beabstandet, d. h. es besteht keine galvanische Verbindung zwischen einander benachbarten streifenförmigen Leitern 31. Der Abstand ist so gewählt, dass das NF-Signal mit seinen im Vergleich zu dem HF-Signal sehr langen Wellenlängen keine oder nur sehr geringfügige Verluste wie z. B. Wirbelströme in den streifenförmigen Leitern 31 erzeugt. Gleichzeitig ist der Abstand zwischen den einzelnen streifenförmigen Leitern 31 klein genug, um in Bezug auf die Wellenlänge oder die Wellenlängen des HF-Signals reflektierend zu wirken. Die frequenzselektive Struktur 30 liegt zwischen der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 und der Ladestruktur 10 und dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel als elektrische Spiegelebene für die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 bzw. deren elektromagnetische Feldwirkung. The individual strip-shaped ladder 31 the frequency-selective structure 30 are slightly spaced from each other, ie there is no galvanic connection between adjacent strip-shaped conductors 31 , The distance is chosen so that the LF signal with its compared to the RF signal very long wavelengths no or very small losses such. As eddy currents in the strip-shaped conductors 31 generated. At the same time, the distance between the individual strip-shaped conductors 31 small enough to be reflective with respect to the wavelength or wavelengths of the RF signal. The frequency-selective structure 30 lies between the high-frequency coupling structure 20 and the charging structure 10 and serves in the present embodiment as an electrical mirror plane for the high-frequency coupling structure 20 or their electromagnetic field effect.

Die oben diskutierte Ausführungsform der frequenzselektiven Struktur 30 ist für die in 3 gezeigte Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 geeignet. Beim Einsatz anderer Geometrien für die Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 kann aber auch eine veränderte Geometrie der frequenzselektiven Struktur 30 erwünscht sein. Es kann auch eine veränderte Geometrie der frequenzselektiven Struktur 30 erwünscht sein, wenn die Geometrie der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20 nicht verändert wird, beispielsweise um die Wirkung der frequenzselektiven Struktur 30 zu verbessern. The embodiment of the frequency selective structure discussed above 30 is for the in 3 shown high-frequency coupling structure 20 suitable. When using other geometries for the high-frequency coupling structure 20 but also a changed geometry of the frequency-selective structure 30 be desired. It can also be a modified geometry of the frequency-selective structure 30 be desirable if the geometry of the high-frequency coupling structure 20 is not changed, for example, the effect of the frequency-selective structure 30 to improve.

In 4 ist in einer perspektivischen Ansicht eine in mehreren Ebenen ausgebildete frequenzselektive Struktur 30 einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die in 4 gezeigte frequenzselektive Struktur 30 weist ein relativ dichtes Gitter aus mäanderartig verlaufenden Teilsträngen von Streifenleitungen auf, welche untereinander in Querrichtung jeweils an den Enden verbunden sind. Wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen ist in 4 eine Leiterplatte, auf welcher die frequenzselektive Struktur 30 ausgebildet ist, nicht dargestellt. In 4 is a perspective view of a multi-level trained frequency-selective structure 30 a device according to another embodiment of the invention shown. In the 4 shown frequency-selective structure 30 has a relatively dense grid of meandering strands of strip lines, which are interconnected in the transverse direction at the ends. As in the embodiments described above, FIG 4 a circuit board on which the frequency-selective structure 30 is formed, not shown.

Aus der zugehörigen perspektivischen Explosionsansicht in 5 ist erkennbar, dass wiederum n × m streifenförmige Leiter 32 vorgesehen sind, welche in der dargestellten Leiterplattenebene 41 galvanisch voneinander getrennt sind. In einer weiteren Leiterplattenebene 42, welche nur zum Zweck der besseren Darstellbarkeit perspektivisch versetzt gezeigt ist, sind weitere längsverlaufende streifenförmige Leiter 33 sowie weitere querverlaufende streifenförmige Leiter 34 ausgebildet. Diese streifenförmigen Leiter 33, 34 sind an ihren jeweiligen Enden im konfigurierten Zustand mittels (nicht dargestellten) Durchkontaktierungen (Vias) mit den jeweiligen Enden der streifenförmigen Leiter 32 verbunden, so dass insgesamt die in 4 dargestellte frequenzselektive Struktur 30 ausgebildet wird. From the associated perspective exploded view in 5 is seen that again n × m strip-shaped conductors 32 are provided, which in the illustrated circuit board level 41 are galvanically separated from each other. In another circuit board level 42 , which is shown offset in perspective only for the purpose of better representability, are further longitudinal strip-shaped ladder 33 and further transverse strip-shaped conductors 34 educated. These strip-shaped ladder 33 . 34 are at their respective ends in the configured state by means of vias (not shown) with the respective ends of the strip-shaped conductors 32 connected, so that the total in 4 shown frequency-selective structure 30 is trained.

Auch für die frequenzselektive Struktur 30 gemäß den 4 und 5 gilt, dass Verluste durch Wirbelströme und dergleichen, welche von einem NF-Signal aus der (in den 4 und 5 nicht dargestellten) unterhalb angeordneten Ladestruktur 10 herrühren, durch die gitterartige Formgebung weitgehend unterbunden werden. Mit anderen Worten: Auch die frequenzselektive Struktur 30 gemäß den 4 und 5 ist durchlässig für NF-Signale. Also for the frequency-selective structure 30 according to the 4 and 5 is true that losses due to eddy currents and the like, which of a NF signal from the (in the 4 and 5 not shown) arranged below loading structure 10 originate, are largely prevented by the lattice-like shape. In other words, also the frequency-selective structure 30 according to the 4 and 5 is permeable to LF signals.

Gleichzeitig wirkt die frequenzselektive Struktur 30 gemäß den 4 und 5 wellenreflektierend für HF-Signale von und/oder zu der (in den 4 und 5 nicht dargestellten) oberhalb angeordneten Hochfrequenz-Kopplungsstruktur 20, also beispielsweise einer planaren invertierten F-Antenne oder dergleichen. At the same time, the frequency-selective structure works 30 according to the 4 and 5 wave reflecting for RF signals from and / or to (in the 4 and 5 not shown) disposed above high-frequency coupling structure 20 , So for example, a planar inverted F antenna or the like.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sich obenstehende Beschreibungsteile auf Ausführungsformen der Erfindung beziehen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und die Ausführungsformen können kombiniert werden, oder es können weitere Ausführungsformen ersonnen werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Änderungen, Ergänzungen, Modifikationen und dergleichen sind dem Fachmann geläufig. It should be noted at this point that the above description parts relate to embodiments of the invention. However, the invention is not limited to the described embodiments, and the embodiments may be combined, or other embodiments may be devised without departing from the spirit of the invention. Changes, additions, modifications and the like are familiar to the expert.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Niederfrequenz-Ladeeinrichtung Low-frequency charger
2 2: Hochfrequenz-Signalkopplungseinrichtung High-frequency signal coupling device
5 5: Mobilfunkgerät mobile device
6 6: Ladeablage charging Station
7 7: Gehäuse casing
8 8th: obere Gehäusefläche upper housing surface
10 10: Ladestruktur charging structure
11 11: erste Spule der Ladestruktur first coil of the charging structure
12 12: zweite Spule der Ladestruktur second coil of the charging structure
13 13: dritte Spule der Ladestruktur third coil of the charging structure
20 20: Hochfrequenz-Kopplungsstruktur RF coupling structure
21 21: erster Teil der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur first part of the high-frequency coupling structure
22 22: zweiter Teil der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur second part of the high-frequency coupling structure
23 23: Verbindungsteil der Hochfrequenz-Kopplungsstruktur Connecting part of the high-frequency coupling structure
30 30: frequenzselektive Struktur frequency-selective structure
31, 32, 33, 3431, 32, 33, 34: streifenförmiger Leiter strip-shaped conductor
41 41: erste Leiterplattenebene first board level
42 42: zweite Leiterplattenebene second board level

Claims

Device for wireless charging of a mobile device and the radio coupling thereof, which comprises a wireless low-frequency charging device and a high-frequency signal coupling device, wherein the high-frequency signal coupling device comprises a high-frequency coupling structure ( 20 ) for wireless coupling of a radio-frequency signal from or to the mobile radio device as well as a frequency-selective structure ( 30 ), wherein the frequency-selective structure ( 30 ) between the low frequency charger and the high frequency coupling structure ( 20 ), wherein the frequency-selective structure ( 30 ) is substantially transparent to the low frequency and substantially reflective to the high frequency, the frequency selective structure ( 30 ) at least in regions as a lattice structure, in particular as a lattice structure with galvanically separated strip-shaped conductors ( 31 ) is trained.

Device according to claim 1, wherein the high-frequency signal coupling device is modular in such a way that the high-frequency coupling structure ( 20 ) and / or the frequency-selective structure ( 30 ) is designed exchangeable or are.

Device according to claim 1 or 2, wherein the frequency-selective structure ( 30 ) acts for the high frequency at least approximately as a ground plane.

Device according to one of the preceding claims, wherein the low-frequency charging device has a flat charging structure ( 10 ) for low-frequency energy transmission, in particular designed as a strip line flat coil structure.

Device according to one of the preceding claims, wherein the frequency-selective structure ( 30 ) and the high-frequency coupling structure ( 20 ) are formed in or on one and the same circuit board, in particular in or on different circuit board levels one and the same circuit board.

Device according to one of the preceding claims, wherein the frequency-selective structure ( 30 ) is formed in several levels, in particular in or on different circuit board levels one and the same circuit board.

Device according to one of the preceding claims, wherein the high-frequency coupling structure ( 20 ) is connectable or connected to an electromagnetic radiator, in particular to an external antenna and preferably to an external vehicle antenna.

Device according to one of the preceding claims, wherein the high-frequency coupling structure ( 20 ) is designed as an antenna structure, in particular as a planar inverted F antenna or as a line resonator structure.

Vehicle-mounted charging and radio-coupling system for a mobile radio device, which has a device designed as a charging and coupling deposit according to one of claims 1 to 8, which can be arranged in the vehicle interior, wherein the radio-frequency coupling structure ( 20 ) has a connection to an external vehicle antenna.