DE102017122600A1 - Verlustarme Steckverbindungsanordnung und System mit mindestens einer derartigen Steckverbindungsanordnung - Google Patents

Verlustarme Steckverbindungsanordnung und System mit mindestens einer derartigen Steckverbindungsanordnung Download PDF

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Abstract

Offenbart ist eine Steckverbindungsanordnung zum mechanischen und elektromagnetischen Koppeln von mindestens einer Strahlenquelle mit mindestens einem dielektrischen Wellenleiter, mit mindestens einem auf einer Leiterplatte montierbaren Gehäuse, mit der mindestens einen Strahlenquelle zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen und mit dem mindestens einem dielektrischen Wellenleiter, wobei die mindestens eine Strahlenquelle durch das Gehäuse in einem auf der Leiterplatte montierten Zustand zumindest bereichsweise umschlossen ist und mindestens eine Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen und Ausrichten des mindestens einen dielektrischen Wellenleiters mit dem Gehäuse verbunden ist und wobei ein durch die mindestens eine Aufnahmeeinheit aufnehmbare dielektrische Wellenleiter im aufgenommenen Zustand elektromagnetisch mit der mindestens einen Strahlenquelle koppelbar ist. Des Weiteren ist ein System zum Übertragen von Daten durch elektromagnetische Strahlung offenbart.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steckverbindungsanordnung zum mechanischen und elektromagnetischen Koppeln von mindestens einer Strahlenquelle mit mindestens einem dielektrischen Wellenleiter, mit mindestens einem auf einer Leiterplatte montierbaren Gehäuse, mit der mindestens einen Strahlenquelle zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen und mit mindestens einem dielektrischen Wellenleiter. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System zum Übertragen von Daten durch elektromagnetische Strahlung zwischen mindestens zwei Steuergeräten.
  • Systeme mit Hochfrequenz-Trägersignalen können für zukünftige Kommunikationsverfahren mit hohen Datenübertragungsraten verwendet werden. Derartige Hochfrequenz-Trägersignale sind elektromagnetische Strahlen mit einer Wellenlänge im Millimeter- oder Mikrometerbereich. Hierfür vorgesehene Strahlenquellen weisen jedoch eine begrenzte verfügbare Leistung in dem für eine Datenübertragung begrenzten Frequenzbereich auf. Damit eine Datenübertragung gewährleistet werden kann benötigen Empfangseinheiten eine definierte Mindestsignalstärke.
  • Insbesondere im automobilen Bereich werden Übertragungslängen für elektromagnetische Strahlung von 10 bis 15 m benötigt. Mit dielektrischen Wellenleitern können die elektromagnetischen Strahlen über diese Übertragungslängen geführt werden. Aufgrund von Verlusten innerhalb der dielektrischen Wellenleiter und in den Steckverbindungen bzw. Kupplungen der dielektrischen Wellenleiter kann es problematisch sein die definierte Mindestsignalstärke zu gewährleisten. Somit müssen die dielektrischen Wellenleiter eine möglichst geringe Dämpfung der übertragenen elektromagnetischen Strahlung aufweisen. Die dielektrischen Wellenleiter können jedoch im Hinblick auf eine Materialwahl, Länge und Anordnung festgelegt sein. Des Weiteren sind Optimierungen der Ansteuerungen oder der Strahlenquellen und der dielektrischen Wellenleiter oftmals nur unter einem hohen Aufwand möglich.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, eine verbesserte Steckverbindungsanordnung mit reduzierten elektromagnetischen Verlusten zum Koppeln von mindestens einer Strahlenquelle mit mindestens einem dielektrischen Wellenleiter vorzuschlagen.
  • Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Steckverbindungsanordnung zum mechanischen und elektromagnetischen Koppeln von mindestens einer Strahlenquelle mit mindestens einem dielektrischen Wellenleiter bereitgestellt. Die Steckverbindungsanordnung weist mindestens ein auf einer Leiterplatte montierbares Gehäuse, mindestens eine Strahlenquelle zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen und mindestens einen dielektrischen Wellenleiter auf. Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Strahlenquelle durch das Gehäuse in einem auf der Leiterplatte montierten Zustand zumindest bereichsweise umschlossen, wobei mindestens eine Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen und Ausrichten des mindestens einen dielektrischen Wellenleiters mit dem Gehäuse verbunden ist. Dabei ist ein durch die mindestens eine Aufnahmeeinheit aufnehmbare dielektrische Wellenleiter im aufgenommenen Zustand elektromagnetisch mit der mindestens einen Strahlenquelle koppelbar.
  • Die mindestens eine Aufnahmeeinheit kann mit dem Gehäuse verbunden sein. Insbesondere kann die mindestens eine Aufnahmeeinheit mit dem Gehäuse verrastet oder in das Gehäuse hineingeschoben werden. Das Gehäuse kann somit als ein Schutz oder eine Abdeckung für die mindestens eine Strahlenquelle und als eine mechanische Befestigung der Aufnahmeeinheit auf der Leiterplatte dienen. Die mindestens eine Strahlenquelle kann eine oder mehrere Antennen aufweisen. Insbesondere kann die mindestens eine Strahlenquelle auch ein Antennen-Array sein. Die Aufnahmeeinheit kann einen dielektrischen Wellenleiter aufnehmen und ausrichten. Hierfür kann die Aufnahmeeinheit beispielsweise eine gemäß einem Querschnitt des dielektrischen Wellenleiters geformte Aufnahmeöffnung aufweisen. Beispielsweise kann die Aufnahmeeinheit eine zylinderförmige Öffnung aufweisen. Der dielektrische Wellenleiter kann bis zu einer definierten Tiefe in die Aufnahmeeinheit eingelegt werden. Hierfür kann die Aufnahmeeinheit Begrenzungselemente oder Rastnasen zum Zusammenwirken mit entsprechenden endseitig auf dem dielektrischen Wellenleiter angeordneten Ausnehmungen aufweisen. Der mindestens eine dielektrische Wellenleiter kann endseitig auch Endhülsen aufweisen. Die Endhülsen können dabei von der Aufnahmeeinheit aufgenommen und somit indirekt zum Positionieren oder Ausrichten der dielektrischen Wellenleiter verwendet werden. Die Aufnahmeeinheit kann zum präzisen Ausrichten und Positionieren mindestens eines dielektrischen Wellenleiters verwendet werden. Der mindestens eine dielektrische Wellenleiter kann durch die Aufnahmeeinheit relativ zu der mindestens einen Strahlenquelle ausgerichtet und positioniert werden. Vorzugsweise kann der mindestens eine dielektrische Wellenleiter derart ausgerichtet werden, dass die mindestens eine Strahlenquelle ohne einen Abstand die elektromagnetische Strahlung in den dielektrischen Wellenleiter einkoppeln kann. Die elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise ein Radiowellensignal, ein Radarwellensignal oder dergleichen sein. Des Weiteren kann der mindestens eine dielektrische Wellenleiter endseitig senkrecht zu einer Hauptkeule der mindestens einen Strahlenquelle von der Aufnahmeeinheit ausgerichtet sein, sodass Verluste bei einem Übergang der elektromagnetischen Strahlung in den dielektrischen Wellenleiter minimiert werden können. Vorzugsweise kann die gesamte von der mindestens einen Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung in den mindestens einen dielektrischen Wellenleiter eingebracht und somit eingekoppelt werden. Hierdurch kann eine Steckverbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter mit minimalen Kopplungsverlusten zwischen einer Strahlenquelle und einem dielektrischen Wellenleiter realisiert werden. Insbesondere kann durch die Aufnahmeeinheit der mindestens eine dielektrische Wellenleiter optimal an unterschiedliche Abstrahlmuster der mindestens einen Strahlenquelle ausgerichtet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Gehäuse auf einem Rand der Leiterplatte montierbar wobei die mindestens eine Strahlenquelle im Gehäuse oder auf der Leiterplatte angeordnet ist. Durch ein Anordnen des Gehäuses auf einem Rand der Leiterplatte kann eine Übertragungslänge des dielektrischen Wellenleiters reduziert und damit auch die Übertragungsverluste minimiert werden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine durch die mindestens eine Aufnahmeeinheit aufnehmbare dielektrische Wellenleiter parallel zu einer flächigen Ausdehnung der Leiterplatte ausgerichtet. Die mindestens eine Strahlenquelle kann dabei eine sogenannte „end-fire“-Antenne mit einer parallel zu der flächigen Ausdehnung der Leiterplatte gerichteten Abstrahlcharakteristik sein. Durch eine entsprechend ausgerichtete an der Kante der Leiterplatte angeordnete Aufnahmeeinheit kann der mindestens eine dielektrische Wellenleiter verlustarm mit der Strahlenquelle strahlenleitend verbunden werden. Durch ein Anordnen der Steckverbindung in einem Randbereich der Leiterplatte kann eine Übertragungslänge des mindestens einen dielektrischen Wellenleiters reduziert werden. Die Dämpfung der elektromagnetischen Strahlung im Wellenleiter ist dabei längenabhängig und kann somit ebenfalls reduziert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine durch die mindestens eine Aufnahmeeinheit aufnehmbare dielektrische Wellenleiter senkrecht zu einer flächigen Ausdehnung der Leiterplatte ausgerichtet. Hierbei können vorzugsweise sogenannte „broadside“-Antennen mit einer senkrecht zu der flächigen Ausdehnung der Leiterplatte gerichteten Hauptkeule als Strahlenquellen verwendet werden. Beispielsweise können Patchantennen oder Patchantennen-Arrays als Strahlenquellen verwendet werden. Durch eine Kombination des Gehäuses und der Aufnahmeeinheit kann der mindestens eine dielektrische Wellenleiter optimal an ein Abstrahlmuster der mindestens einen Strahlenquelle angepasst ausgerichtet und positioniert werden. Hierdurch kann die elektromagnetische Strahlung effizient und störungsfrei in den mindestens einen dielektrischen Wellenleiter eingekoppelt werden. Vorzugsweise kann das Gehäuse die mindestens eine Strahlenquelle und die Ansteuerung der Strahlenquelle zumindest bereichsweise im auf der Leiterplatte montierten Zustand überdecken. Dies ermöglicht einen mechanischen Schutz der mindestens einen Strahlenquelle und der Ansteuerung der mindestens einen Strahlenquelle. Das Gehäuse kann hierbei auch eine elektromagnetisch durchlässige Barriere zwischen dem mindestens einen dielektrischen Wellenleiter und der mindestens einen Strahlenquelle aufweisen, da die elektromagnetische Strahlung auch durch ein Material des Gehäuses hindurch in den mindestens einen dielektrischen Wellenleiter eingekoppelt werden kann.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine durch die mindestens eine Aufnahmeeinheit aufnehmbare dielektrische Wellenleiter in einem Winkel zwischen 0° und 90° relativ zu einer flächigen Ausdehnung der Leiterplatte ausgerichtet. Abhängig von einer Anordnung der mindestens einen Strahlenquelle und von weiteren Randbedingungen und geometrischen Gegebenheiten kann es vorteilhaft sein mindestens einen dielektrischen Wellenleiter unter einem Winkel mit mindestens einer Strahlenquelle koppeln zu können. Hierfür kann die mindestens eine Strahlenquelle eine entsprechend der Ausrichtung des dielektrischen Wellenleiters angepasste Neigung der Hauptkeule aufweisen. Die Strahlenquelle kann dabei eine „tilted slot“-Antenne, wie beispielsweise eine Vivaldi-Antenne, oder eine „tapered slot“-Antenne mit einem Reflektor sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der mindestens eine durch die mindestens eine Aufnahmeeinheit aufnehmbare dielektrische Wellenleiter im Gehäuse über die mindestens eine Aufnahmeeinheit hinaus bis zu der mindestens einen Strahlenquelle. Hierdurch kann ein Abstand zwischen der mindestens einen auf der Leiterplatte angeordneten Strahlenquelle und einer von der Leiterplatte beabstandet angeordneten Aufnahmeeinheit minimiert werden. Der Abstand kann hierbei abhängig von einem Abstrahlmuster der mindestens einen Strahlenquelle gewählt sein. Hierdurch können die Verluste bei einem Einkoppeln der elektromagnetischen von der mindestens einen Strahlenquelle erzeugten Strahlung in den mindestens einen dielektrischen Wellenleiter minimiert werden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der mindestens einen Strahlenquelle und dem mindestens einen dielektrischen Wellenleiter mindestens ein Verbindungselement zum elektromagnetischen Koppeln der mindestens einen Strahlenquelle mit dem mindestens einen dielektrischen Wellenleiter angeordnet. Das Verbindungselement kann als eine Zwischenverbindung zwischen der mindestens einen Strahlenquelle und dem mindestens einen dielektrischen Wellenleiter verwendet werden. Hierdurch kann eine elektromagnetische Kopplung zwischen der mindestens einen Strahlenquelle und dem mindestens einem dielektrischen Wellenleiter verbessert und mögliche Verluste reduziert werden. Insbesondere kann die elektromagnetische Kopplung optimiert werden, wenn der mindestens eine dielektrische Wellenleiter nicht optimal gegenüber der mindestens einen Strahlenquelle ausgerichtet werden kann oder einen zu großen Abstand zu der mindestens einen Strahlenquelle aufweist. Durch das Verbindungselement kann die Steckverbindungsanordnung flexibel an unterschiedliche Leiterplatten-Layouts anpassbar sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verbindungselement rohrförmig ausgebildet und weist eine Wandung aus Metall oder aus einer Metallbeschichtung auf. Hierbei kann das Verbindungselement beispielsweise aus einem Metall bestehen oder in Form einer metallbeschichteten Bohrung in einem Trägerobjekt ausgebildet sein. Eine der mindestens einen Strahlenquelle zugewandte Seite und eine dem mindestens einem dielektrischen Wellenleiter zugewandte Seite bleiben hierbei ohne metallische Beschichtungen zum optimalen Leiten der elektromagnetischen Strahlung. Alternativ kann das Verbindungselement aus einem Material bestehen, welches die elektromagnetische Strahlung der Strahlenquelle transmittieren kann und umfangsseitig metallisch beschichtet sein. Durch die metallische Beschichtung kann das Verbindungselement verlustarm die elektromagnetische Strahlung führen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungselement einen rechteckigen Querschnitt und ein luftgefülltes oder kunststoffgefülltes Innenvolumen auf. Das Verbindungselement kann beispielsweise aus einem Polymer, wie beispielsweise PE, PTEE, PFA, PP oder dergleichen, bestehen und mit einer metallischen Beschichtung versehen sein. Alternativ kann das Verbindungselement in Form einer innenseitig metallisierten Bohrung oder in Form eines Metallrohrs oder Metallprofils ausgestaltet sein. Hierdurch kann das Verbindungselement technisch einfach herstellbar sein, wobei auch eine nachträgliche Anpassung, wie beispielsweise durch Einwirken von Wärme und Druck, an unterschiedliche Abstände zwischen der Strahlenquelle und dem dielektrischen Wellenleiter möglich ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungselement endseitig jeweils einen Bereich mit einem konisch aufgeweiteten Querschnitt aufweist. Hierdurch kann abhängig von einem Abstrahlmuster und einer Ausdehnung der mindestens einen Strahlenquelle eine maximale Abstrahlleistung in das Verbindungselement eingekoppelt werden. Analog hierzu kann durch ein entsprechendes Vergrößern des Querschnitts des Verbindungselements in einem Übergangsbereich zu dem mindestens einen dielektrischen Wellenleiter die Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung in den mindestens einen dielektrischen Wellenleiter optimiert werden. Insbesondere kann in dem Übergangsbereich das Verbindungselement senkrecht zu einer Endfläche des dielektrischen Wellenleiters ausgerichtet sein, sodass Reflektionen an Grenzflächen und damit auch Übergangsverluste minimiert werden können.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungselement zwischen den endseitigen Bereichen einen Mittelbereich auf, wobei ein rechteckiger Querschnitt des Mittelbereichs eine größere Höhe als eine halbe Ausbreitungswellenlänge der elektromagnetischen Strahlung und eine kleinere Breite als die Höhe aufweist. Das Verbindungselement kann in drei Teile unterteilt werden. Der zu der Strahlenquelle gerichtete Bereich ist in einer Höhe und einer Breite und damit auch im Querschnitt zum Verbessern der Einkopplung vergrößert. Die Dimensionen sind vorzugsweise von der Art der mindestens einen Strahlenquelle und der Trägerfrequenz der elektromagnetischen Strahlung abhängig. Der Mittelbereich weist vorzugsweise einen konstanten rechteckigen Querschnitt zum Führen der elektromagnetischen Strahlung auf. Bevorzugterweise weist der Mittelbereich derartige Höhe und Breite auf, dass eine Einzelmoden-Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung und dadurch eine möglichst verlustarme Übertragung der elektromagnetischen Strahlung realisierbar sind. Der dritte Bereich des Verbindungselements ist ebenfalls in seinem Querschnitt vergrößert. Der dritte Bereich ist hierbei an das Material des dielektrischen Wellenleiters und an die Trägerfrequenz der elektromagnetischen Strahlung angepasst. Der erste und der dritte Bereich sind bevorzugterweise konisch in ihrem Querschnitt endseitig aufgeweitet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verbindungselement geradlinig oder gebogen ausgeführt. Insbesondere kann der Mittelbereich derart anpassbar sein, dass beispielsweise Höhenunterschiede durch eine gebogene Form ausgeglichen werden können. So kann der mindestens eine dielektrische Wellenleiter von der Leiterplatte beabstandet in der Aufnahmeeinheit angeordnet sein und die mindestens eine Strahlenquelle auf der Leiterplatte ausgebildet sein.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Verbindungselement einteilig oder mehrteilig ausgeführt und in das Gehäuse formschlüssig oder stoffschlüssig einsetzbar. Alternativ zu einem einteilig ausgeführten Verbindungselement kann das Verbindungselement auch mehrteilig geformt sein. Insbesondere kann das Verbindungselement beispielsweise durch zwei oder mehrere metallisch beschichtete Schalen zu einem elektromagnetisch leitfähigen Kanal zusammengesetzt werden. Die elektromagnetische Strahlung wird durch die Luft im leitfähigen Kanal weniger geschwächt bzw. gedämpft als durch ein Kunststoffmaterial. Vorzugsweise kann das Verbindungselement zweiteilig ausgeführt sein, wobei in jedem teil eine metallisch beschichtete Kanalhälfte als eine Nut ausgestaltet sein kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Ansteuerung der mindestens einen Strahlenquelle auf der Leiterplatte oder im Gehäuse angeordnet. Hierdurch kann die Ansteuerung und/oder die mindestens eine Strahlenquelle von äußeren Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Schmutz, Staub oder Feuchtigkeit, geschützt werden. Insbesondere können alle oder ein Teil der elektronischen Komponenten, wie beispielsweise Strahlenquelle oder Ansteuerung der Strahlenquelle, im Gehäuse eingekapselt oder eingegossen sein, da die erzeugten elektromagnetischen Strahlen insbesondere durch ein Kunststoffmaterial des Gehäuses transmittieren können.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zum Übertragen von Daten durch elektromagnetische Strahlung zwischen mindestens einem ersten Steuergerät und mindestens einem zweiten Steuergerät bereitgestellt. Erfindungsgemäß weist jedes Steuergerät des Systems ein Steuergerätgehäuse mit mindestens einer Steckverbindungsanordnung nach einem Aspekt der Erfindung auf. Des Weiteren sind die mindestens zwei Steuergeräte über mindestens einen außerhalb der Steuergerätgehäuse angeordneten dielektrischen Wellenleiter elektromagnetisch miteinander verbunden.
  • Durch eine derartige Anordnung der Steckverbindungen kann eine Übertragungslänge durch die dielektrischen Wellenleiter verringert werden. Hierdurch können die Übertragungsverluste im dielektrischen Wellenleiter reduziert werden. Eine Kombination von „end-fire“-Antennen mit an Randbereichen der Steuergerätegehäusen angeordneten Steckverbindungen zum Aufnehmen der dielektrischen Wellenleiter ermöglicht eine effiziente und robuste elektromagnetische Verbindung zwischen einer Strahlenquelle und dem dielektrischen Wellenleiter. Durch die Verwendung von Aufnahmeeinheiten können dielektrische Wellenleiter optimal an die Strahlenquellen oder Strahlenempfänger angepasst ausgerichtet und fixiert werden. Das System verringert eine Anzahl an notwendigen elektromagnetischen Kupplungen zwischen einer elektromagnetischen Strahlenquelle und einem Strahlenempfänger bzw. zwischen einem Sender und einem Empfänger. Es ist somit möglich Übertragungsverluste zu reduzieren und eine erforderliche Mindestsignalstärke für eine Signalübertragung bei gleichbleibender oder größerer Übertragungslänge zu gewährleisten.
  • Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
    • 1a eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Steckverbindungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 1b eine Draufsicht auf eine Steckverbindungsanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 2 Schnittdarstellungen von unterschiedlichen Anordnungen einer Signalquelle in einer Steckverbindungsanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 3 eine perspektivische Darstellung einer Steckverbindungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
    • 4 Schnittdarstellungen von unterschiedlichen Anordnungen einer Signalquelle in einer Steckverbindungsanordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
    • 5 eine perspektivische Darstellung einer Steckverbindungsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
    • 6a eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Steckverbindungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
    • 6b eine perspektivische Darstellung eines einteiligen Verbindungselements der Steckverbindungsanordnung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel,
    • 7a eine perspektivische Darstellung einer Steckverbindungsanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
    • 7b eine perspektivische Darstellung eines einteiligen Verbindungselements der Steckverbindungsanordnung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel,
    • 8a eine perspektivische Darstellung einer Steckverbindungsanordnung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel,
    • 8b eine perspektivische Darstellung eines mehrteiligen Verbindungselements der Steckverbindungsanordnung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel,
    • 9 eine schematische Darstellung eines Systems zum Übertragen von Daten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
  • 1a zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Steckverbindungsanordnung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Steckverbindungsanordnung 1 weist ein auf einer Leiterplatte 2 angeordnetes Gehäuse 4 auf. Das Gehäuse 4 ist dabei auf einer Kante der Leiterplatte 2 montiert und ragt über die Kante der Leiterplatte 2 hinaus. In das Gehäuse 4 kann eine Aufnahmeeinheit 6 formschlüssig eingesetzt werden. Die Aufnahmeeinheit 6 kann gemäß dem Ausführungsbeispiel in dem Gehäuse 4 lösbar einrasten. Die Aufnahmeeinheit 6 weist eine zylinderförmige Öffnung 8 zum endseitigen Aufnehmen eines dielektrischen Wellenleiters 10. Der dielektrische Wellenleiter 10 weist hierbei endseitig eine Hülse 12 mit einer umfangsseitigen Ausnehmung 14 auf. Durch die Ausnehmung 14 kann der Wellenleiter 10 von der Aufnahmeeinheit 6 einrastbar in einer definierten Einstecktiefe aufgenommen werden. Die Aufnahmeeinheit 6 ragt hierbei in einem im Gehäuse 4 angeordneten Zustand derart in das Gehäuse 4 hinein, dass der eingesetzte Wellenleiter 10 endseitig mit einem minimalen Abstand zu einer im Gehäuse 4 positionierten Strahlenquelle 16 beabstandet sein kann. Vorteilhafterweise weist der Wellenleiter 10 endseitig keinen Abstand zu der Strahlenquelle 16 auf. Durch die Aufnahmeeinheit 6 wird der Wellenleiter 10 parallel zu einer flächigen Ausdehnung der Leiterplatte 2 zu der Strahlenquelle 16 ausgerichtet.
  • In der 1b ist eine Draufsicht auf eine Steckverbindungsanordnung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus 1a dargestellt. Zur Verdeutlichung ist das Gehäuse 4 im Bereich der Leiterplatte 2 nicht abgebildet, sodass ein integrierter Schaltkreis 18 und eine auf dem integrierten Schaltkreis 18 angeordnete Strahlenquelle 16 sichtbar sind. Die Aufnahmeeinheit 6 und der von der Aufnahmeeinheit 6 aufgenommene Wellenleiter 10 sind im eingesetzten Zustand unmittelbar zu der Strahlenquelle 16 benachbart angeordnet. Hierdurch kann die Strahlenquelle 16 die erzeugten elektromagnetischen Strahlen in den Wellenleiter 10 einkoppeln. Durch die Aufnahmeeinheit 6 kann der Wellenleiter 10 präzise zu der Strahlenquelle 16 ausgerichtet werden. Die Strahlenquelle 16 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel eine sogenannte „end-fire“-Antenne. Insbesondere kann die Strahlenquelle eine Vivaldi-Antenne, eine Yagi-Antenne, eine Hornstrahler-Antenne oder eine sogenannte „tapered substrate integrated waveguide“-Antenne sein. Der integrierte Schaltkreis als Ansteuerung 18 der Strahlenquelle 16 und die Strahlenquelle 16 sind hierbei in dem Gehäuse 4 angeordnet und werden durch eine Oberflächenmontage des Gehäuses 4 mit der Leiterplatte 2 elektrisch leitend verbunden. Der Pfeil veranschaulicht hierbei eine Hauptabstrahlrichtung der Strahlenquelle 16 bzw. eine Richtung einer Hauptkeule der Strahlenquelle 16.
  • In 2 sind Schnittdarstellungen von unterschiedlichen Anordnungen einer Signalquelle 16 in einer Steckverbindungsanordnung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel abgebildet. Es sind einige beispielhafte Möglichkeiten zum Anordnen der Signalquelle 16 und der Ansteuerung 18 der Signalquelle 16 sowie des entsprechend der Signalquelle 16 ausgerichteten Wellenleiters 10 dargestellt. Die Ansteuerung 18 kann hierbei auch außerhalb des Gehäuses 4 angeordnet sein. Die Signalquelle 16 kann beispielsweise auf der Ansteuerung 18 bzw. einer integrierten Schaltung 18 der Ansteuerung angeordnet sein. Insbesondere kann die Signalquelle 16 auch in die integrierte Schaltung 18 integriert sein. Als eine weitere Alternative, kann die mindestens eine Strahlenquelle 16 auf die Leiterplatte 2 aufgedruckt oder durch Materialabtrag auf der Leiterplatte 2 gebildet werden. Eine Verbindung zur Ansteuerung 18 kann beispielsweise über ein oder mehrere Bonddrähte 20 erfolgen. Gemäß einer weiteren Alternative kann eine Ansteuerung 18 auf mindestens eine auf der Leiterplatte 2 angeordnete Strahlenquelle 16 aufgebracht werden. Hierbei kann die Ansteuerung 18 oder eine integrierte Schaltung 18 beispielsweise durch eine Kugelgitteranordnung mit der mindestens einen Strahlenquelle 16 verlötet werden. Abhängig von Anforderungen an eine benötigte Bandbreite und Frequenz der elektromagnetischen Strahlung können die unterschiedlichen Möglichkeiten zum Anordnen der mindestens einen Strahlenquelle 16 und der Ansteuerung 18 realisiert werden.
  • Die 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Steckverbindungsanordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Auf der Leiterplatte 2 ist die Ansteuerung 18 der Strahlenquelle 16 in Form einer integrierten Schaltung 18 durch Oberflächenmontage positioniert. Die Strahlenquelle 16 ist in der Ansteuerung 18 integriert. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Strahlenquelle 16 eine sogenannte „broadside“-Antenne, welche eine Richtwirkung orthogonal zu ihrer flächigen Ausdehnung aufweist. Die Strahlenquelle 16 kann beispielsweise eine Patchantenne oder ein Patchantennen-Array sein. Über der Strahlenquelle 16 ist das Gehäuse 4 zum zumindest bereichsweisen Umschließen und Abdecken der Strahlenquelle 16 positioniert. Das Gehäuse ist mechanisch mit der Leiterplatte 2 verbunden und dient als Positionierungshilfe und formschlüssige Aufnahme der Aufnahmeeinheit 6. Die Aufnahmeeinheit 6 ist hierbei vertikal auf das Gehäuse 4 steckbar und einrastbar. Die Aufnahmeeinheit 6 weist eine vertikal ausgerichtete Öffnung 8 zum Aufnehmen und Positionieren des dielektrischen Wellenleiters 10. Der Wellenleiter 10 wird hier senkrecht zu der flächigen Ausdehnung der Leiterplatte 2 durch die Aufnahmeeinheit 6 ausgerichtet. Der dielektrische Wellenleiter 10 ist in dem ausgerichteten Zustand mit der Strahlenquelle 16 elektromagnetisch gekoppelt und kann die erzeugte elektromagnetische Strahlung aufnehmen und führen. Der Pfeil verdeutlicht die Abstrahlrichtung der Strahlenquelle 16.
  • Die 4 zeigt Schnittdarstellungen von unterschiedlichen Anordnungen einer Signalquelle 16 in einer Steckverbindungsanordnung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den in 2 gezeigten Anordnungsmöglichkeiten, sind gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel Strahlenquellen mit einer Abstrahlrichtung senkrecht zu der flächigen Ausdehnung der Leiterplatte 2 angeordnet.
  • In der 5 ist eine perspektivische Darstellung einer Steckverbindungsanordnung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Unterschied zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die Steckverbindungsanordnung eine Strahlenquelle 16 mit einer in einem Winkel von 45° gegenüber der Leiterplatte 2 gekippten Abstrahlrichtung auf. Der Pfeil veranschaulicht die Ausbreitungsrichtung einer Hauptkeule der Strahlenquelle. Die mindestens eine Strahlenquelle 16 kann beispielsweise eine „endfire“-Antenne mit einem nachfolgenden Reflektor, einer nachfolgenden Linse oder einem nachfolgenden Leiter sein. Des Weiteren kann die mindestens eine Strahlenquelle 16 eine Phased-Array-Antenne aus Patchantennen oder Dipolantennen sein. Die Aufnahmeeinheit 6 ist in dem Gehäuse 4 angeordnet und kann den dielektrischen Wellenleiter 10 entsprechend der Abstrahlrichtung der mindestens einen Strahlenquelle 16 ausgerichtet aufnehmen. Hierbei wird der dielektrische Wellenleiter 10 unter einem Winkel von 45° relativ zu dem Hauptkegel der mindestens einen Strahlenquelle 16 ausgerichtet von der Aufnahmeeinheit 6 positioniert. Damit der Abstand zwischen der mindestens einen Strahlenquelle 16 und dem dielektrischen Wellenleiter 10 minimal ist, endet der dielektrische Wellenleiter 10 nicht mit der Endhülse 12, sondern ragt in das Gehäuse 4 über die Endhülse 12 mit einem Verlängerungsabschnitt 22 hinein bis zu der Strahlenquelle 16.
  • Die 6a zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Steckverbindungsanordnung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu der Steckverbindungsanordnung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Steckverbindungsanordnung 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ein Verbindungselement 24 auf. Das Verbindungselement 24 dient hierbei als Kopplung zwischen der mindestens einen Strahlenquelle 16 und dem dielektrischen Wellenleiter 10. Das Verbindungselement 24 ist hier im Gehäuse 4 zwischen der Strahlenquelle 16 und einem Ende des dielektrischen Wellenleiters 10 positioniert. Durch das Verbindungselement 24 können unterschiedliche Abstände zwischen der Strahlenquelle 16 und dem dielektrischen Wellenleiter 10 im eingesetzten Zustand überbrückt werden.
  • Das Verbindungselement 24 dient hierbei als ein metallischer Wellenleiter.
  • In der 6b ist eine perspektivische Darstellung des einteiligen Verbindungselements 24 der Steckverbindungsanordnung 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel abgebildet. Das Verbindungselement 24 ist geradlinig geformt und weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Das Verbindungselement 24 weist hier ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Innenvolumen 26 aus einem Kunststoff und eine metallisierte äußere Mantelfläche 28 auf. Das Verbindungselement 24 weist endseitig jeweils einen Bereich 30 mit einem endseitig konisch aufgeweiteten Querschnitt auf. Zum verlustarmen Übertragen von elektromagnetischen Strahlen weist das Verbindungselement 24 einen Mittelbereich 32 zwischen den endseitigen Bereichen mit konisch aufgeweiteten Querschnitten 30 auf. Der Mittelbereich 32 weist eine größere Höhe y als eine halbe Ausbreitungswellenlänge der elektromagnetischen Strahlung und eine kleinere Breite x als die Höhe y auf. Hierdurch kann im Mittelbereich 32 eine sogenannte „single-mode“-Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung realisiert werden.
  • Die 7a zeigt eine perspektivische Darstellung einer Steckverbindungsanordnung 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum vierten Ausführungsbeispiel ist der dielektrische Wellenleiter 10 endseitig von der Leiterplatte 2 beabstandet und weist somit einen Höhenversatz dy zu einer auf der Leiterplatte 2 angeordneten Strahlenquelle 16 auf. Das Verbindungselement 24 ist im Mittelbereich 32 gebogen ausgeführt, sodass der Abstand zwischen der Strahlenquelle 16 und dem dielektrischen Wellenleiter 10 verlustarm überbrückt werden kann. Insbesondere ist der Mittelbereich 32 derart gebogen ausgeführt, dass die elektromagnetische Strahlung senkrecht und unmittelbar in das Verbindungselement 24 hineingekoppelt und anschließend aus dem Verbindungselement 24 senkrecht in den dielektrischen Wellenleiter 10 hineingekoppelt werden kann. Hierdurch kann der dielektrische Wellenleiter 10 horizontal von der Aufnahmeeinheit 6 aufgenommen werden. Des Weiteren endet der dielektrische Wellenleiter 10 mit der Endhülse 12, wodurch eine Herstellung vereinfacht und eine Haltbarkeit des dielektrischen Wellenleiters 10 erhöht werden kann.
  • In der 7b ist eine perspektivische Darstellung des einteiligen Verbindungselements 24 der Steckverbindungsanordnung 1 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel aus der 7a separat dargestellt.
  • Die 8a zeigt eine perspektivische Darstellung einer Steckverbindungsanordnung 1 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen der Steckverbindungsanordnung 1 weist das Gehäuse 4 einen Zwischenraum zwischen dem dielektrischen Wellenleiter 10 und der Strahlenquelle 16 auf. In dem Zwischenraum ist ein zweiteiliges Verbindungselement 24 formschlüssig mit dem Gehäuse verbunden. Das zweiteilige Verbindungselement 24 koppelt hier analog zu einem einteiligen Verbindungselement 24 die Strahlenquelle 16 elektromagnetisch mit dem dielektrischen Wellenleiter 10.
  • In der 8b ist eine perspektivische Darstellung des mehrteiligen Verbindungselements 24 der Steckverbindungsanordnung 1 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel aus 8a abgebildet. Es ist der Aufbau des Verbindungselements 24 veranschaulicht. Jede Hälfte des Verbindungselements 24 weist eine Aussparung auf, welche das Innenvolumen 26 des Verbindungselements 24 definiert. Die Aussparung ist hierbei mit einem Metall beschichtet und bildet somit einen metallischen Wellenleiter. Die beiden Teile des Verbindungselements 24 sind miteinander formschlüssig verbindbar und zusammen als eine Einheit in das Gehäuse 4 einsetzbar. Das Innenvolumen 26 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel mit Luft gefüllt.
  • In der 9 ist eine schematische Darstellung eines Systems 34 zum Übertragen von Daten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das System 34 weist ein erstes Steuergerät 36 und ein zweites Steuergerät 38 auf. Jedes Steuergerät 36, 38 weist jeweils eine in einem Steuergerätgehäuse 40 angeordnete Steckverbindungsanordnung 1 auf. Die Steckverbindungsanordnungen 1 der Steuergeräte 34, 36 sind hierbei derart angeordnet, dass diese jeweils auf den Kanten der Leiterplatten 2 angeordnet sind und zumindest bereichsweise aus den Steuergerätgehäusen 40 hinausragen. Hierdurch müssen die Steckverbindungsanordnungen 1 nicht in den Steuergeräten 36, 38 elektromagnetisch über weitere dielektrische Wellenleiter 10 und Kupplungen gekoppelt werden. Die beiden Steuergeräte 36, 38 sind über einen extern angeordneten dielektrischen Wellenleiter 10 miteinander elektromagnetisch gekoppelt und können mithilfe der elektromagnetischen Strahlung Informationen untereinander austauschen.

Claims (15)

  1. Steckverbindungsanordnung (1) zum mechanischen und elektromagnetischen Koppeln von mindestens einer Strahlenquelle (16) mit mindestens einem dielektrischen Wellenleiter (10), mit mindestens einem auf einer Leiterplatte (2) montierbaren Gehäuse (4), mit der mindestens einen Strahlenquelle (16) zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen und mit dem mindestens einem dielektrischen Wellenleiter (10), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlenquelle (16) durch das Gehäuse (4) in einem auf der Leiterplatte (2) montierten Zustand zumindest bereichsweise umschlossen ist, wobei mindestens eine Aufnahmeeinheit (6) zum Aufnehmen und Ausrichten des mindestens einen dielektrischen Wellenleiters (10) mit dem Gehäuse (4) verbunden ist und wobei ein durch die mindestens eine Aufnahmeeinheit (6) aufnehmbare dielektrische Wellenleiter (10) im aufgenommenen Zustand elektromagnetisch mit der mindestens einen Strahlenquelle (16) direkt oder durch ein Material des Gehäuses (4) hindurch koppelbar ist.
  2. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (4) auf einem Rand der Leiterplatte (2) montierbar ist und wobei die mindestens eine Strahlenquelle (16) im Gehäuse (4) und/oder auf der Leiterplatte (2) angeordnet ist.
  3. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine durch die mindestens eine Aufnahmeeinheit (6) aufnehmbare dielektrische Wellenleiter (10) parallel zu einer flächigen Ausdehnung der Leiterplatte (2) ausgerichtet ist.
  4. Steckverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mindestens eine durch die mindestens eine Aufnahmeeinheit (6) aufnehmbare dielektrische Wellenleiter (10) senkrecht zu einer flächigen Ausdehnung der Leiterplatte (2) ausgerichtet ist.
  5. Steckverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der mindestens eine durch die mindestens eine Aufnahmeeinheit (6) aufnehmbare dielektrische Wellenleiter (10) in einem Winkel zwischen 0° und 90° relativ zu einer flächigen Ausdehnung der Leiterplatte (2) ausgerichtet ist.
  6. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine durch die mindestens eine Aufnahmeeinheit (6) aufnehmbare dielektrische Wellenleiter (10) sich im Gehäuse (4) über die mindestens eine Aufnahmeeinheit (6) hinaus bis zu der mindestens einen Strahlenquelle (16) erstreckt.
  7. Steckverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen der mindestens einen Strahlenquelle (16) und dem mindestens einem dielektrischen Wellenleiter (10) mindestens ein Verbindungselement (24) zum elektromagnetischen Koppeln der mindestens einen Strahlenquelle (16) mit dem mindestens einen dielektrischen Wellenleiter (10) angeordnet ist.
  8. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 7, wobei das Verbindungselement (24) rohrförmig ausgebildet ist, ein luftgefülltes oder kunststoffgefülltes Innenvolumen aufweist und eine Wandung (28) aus Metall oder aus einer Metallbeschichtung aufweist.
  9. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Verbindungselement (24) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und ein luftgefülltes oder kunststoffgefülltes Innenvolumen (26) aufweist.
  10. Steckverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Verbindungselement (24) endseitig jeweils einen Bereich (30) mit einem konisch aufgeweiteten Querschnitt aufweist.
  11. Steckverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Verbindungselement (24) zwischen den endseitigen Bereichen (30) einen Mittelbereich (32) aufweist, wobei ein rechteckiger Querschnitt des Mittelbereichs (32) mindestens eine Höhe (y) einer halben Ausbreitungswellenlänge der elektromagnetischen Strahlung und eine kleinere Breite (x) als die Höhe (y) aufweist.
  12. Steckverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Verbindungselement (24) geradlinig oder gebogen ausgeführt ist.
  13. Steckverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei das Verbindungselement (24) einteilig oder mehrteilig ausgeführt ist und in das Gehäuse (4) formschlüssig oder stoffschlüssig einsetzbar.
  14. Steckverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Ansteuerung (18) der mindestens einen Strahlenquelle (16) auf der Leiterplatte (2) oder im Gehäuse (4) angeordnet ist.
  15. System (34) zum Übertragen von Daten durch elektromagnetische Strahlung zwischen mindestens einem ersten Steuergerät (36) und mindestens einem zweiten Steuergerät (38), wobei jedes Steuergerät (36, 38) ein Steuergerätgehäuse (40) mit mindestens einer Steckverbindungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist und über mindestens einen außerhalb der Steuergerätgehäuse (40) angeordneten dielektrischen Wellenleiter (10) elektromagnetisch miteinander verbunden sind.
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