DE19811489B4

DE19811489B4 - Portabler Hochfrequenzsender

Info

Publication number: DE19811489B4
Application number: DE1998111489
Authority: DE
Inventors: Günther Dr. Bergmann; Hans-Joachim Dipl.-Ing. Golberg
Original assignee: Atmel Germany GmbH
Current assignee: Microchip Technology Munich GmbH
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2018-03-18
Also published as: DE19811489A1

Abstract

Sendevorrichtung mit einer Antenne (10) zum Aussenden eines Funksignals (S_HF), wobei eine Phasenregelschleife (1, 2, 3, 4) mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (1) zur Regelung der Frequenz des Funksignals (S_HF) auf eine Sollfrequenz (f_HF) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (10) als Teil des spannungsgesteuerten Oszillators (1) in die Phasenregelschleife (1, 2, 3, 4) eingebunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sendevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Sendevorrichtung ist aus der DE 196 19 715 A1 bekannt. wird die Frequenz eines von einer Antenne ausgesendeten Funksignals mittels einer Phasenregelschleife, die einen spannungsgesteuerten Oszillator aufweist, auf eine durch ein Referenzelement, beispielsweise durch einen Schwingquarz, vorgegebene Sollfrequenz geregelt.

Der wesentliche Nachteil einer derartigen Sendevorrichtung liegt in der hohen Frequenzselektivität der Antenne, was dazu führt, daß bei der Herstellung der Sendevorrichtung, insbesondere bei einer Antenne mit hoher Güte, sehr geringe Fertigungstoleranzen eingehalten werden müssen, so daß ein Abgleich der Resonanzfrequenz der Antenne auf die Sollfrequenz erforderlich ist. Darüber hinaus ist das Funksignal stark von der Antennenumgebung abhängig, da in das Antennenfeld gebrachte Materialien eine Verstimmung der Antenne und infolgedessen eine Reduzierung des Antennenwirkungsgrads bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sendevorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 anzugeben, die kostengünstig herstellbar ist und bei der das Funksignal durch die Antennenumgebung möglichst wenig gestört wird.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Antenne in die mit der Phasenregelschleife durchgeführte Frequenzregelung mit einzubeziehen, so daß eine durch Fertigungstoleranzen oder durch äußere kapazitive oder induktive Störeinflüsse bedingte Antennenverstimmung ausgeregelt wird. Dies erreicht man erfindungsgemäß dadurch, daß die Antenne als Teil des spannungsgesteuerten Oszillators dessen Schwingfrequenz mitbestimmt. Die Schwingfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators ist folglich gleichzeitig auch die Resonanzfrequenz der Antenne, d. h. diejenige Frequenz, bei der der in der Antenne fließende Strom maximal ist, so daß mit dem Einrasten der Phasenregelschleife auf die Sollfrequenz automatisch auch die Antenne auf die Sollfrequenz und damit auf maximalen Antennenwirkungsgrad abgeglichen wird.

Die erfindungsgemäße Sendevorrichtung vereinigt folgende Vorteile in sich:

– sie ist kostengünstig herstellbar, da sie in wesentlichen Teilen monolithisch integrierbar ist und da zudem keine geringen Fertigungstoleranzen eingehalten werden müssen und auch kein Antennenabgleich erforderlich ist;
– sie ist bestens für den Einsatz in tragbaren Hochfrequenzsendern geeignet, da der Einfluß der Umgebung, insbesondere des Benutzers, auf die Sendeleistung gering ist; bevorzugte Einsatzgebiete sind die Bedienung von funkgesteuerten Zugangssystemen, insbesondere die Bedienung von Schließsystemen und/oder elektronischen Wegfahrsperrvorrichtungen in Kraftfahrzeugen, und die Fernbedienung von Geräten;
– ihre Leistungsaufnahme kann durch den Einsatz einer Antenne mit hoher Güte, d. h. mit hohem Antennenwirkungsgrad, gering gehalten werden, was insbesondere bei einem Batteriebetrieb wichtig ist;
– sie weist bezüglich des abgestrahlten Funksignals eine hohe Frequenzgenauigkeit auf;
– das Funksignal ist mit einfachen Mitteln in der Frequenz oder in der Amplitude modulierbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben.
Die Figur zeigt das Blockschaltbild eines tragbaren Hochfrequenzsenders mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 1, einem Schleifenfilter 2, einem Phasendetektor 3, einem Frequenzteiler 4, einem Referenzoszillator 5 und einem beispielsweise als Schwingquarz oder Oberflächenwellenfilter ausgeführten Referenzelement 6.
Mit dem Referenzoszillator 5 wird ein Referenzsignal u_Ref mit einer präzisen, durch Referenzelement 6 vorgegebenen Referenzfrequenz f_Ref erzeugt. Der spannungsgesteuerte Oszillator 1, das Schleifenfilter 2, der Phasendetektor 3 und der Frequenzteiler 4 bilden eine Phasenregelschleife (phase locked loop) zur Regelung der Frequenz f_HF des vom spannungsgesteuerten Oszillators 1 erzeugten Oszillatorsignals U_HF. Der Phasendetektor 3 weist hierzu einen ersten Eingang 31 für das Referenzsignal U_Ref und einen zweiten Eingang 32 für ein Rückkopplungssignal U_R sowie einen Ausgang 33 für ein Detektorsignal U_PD auf. Der Ausgang 33 des Phasendetektors 3 ist über das Schleifenfilter 2 mit einem Steuereingang 11 des spannungsgesteuerten Oszillators 1 verbunden; letzterer weist einen über den Frequenzteiler 4 mit dem zweiten Eingang 32 des Phasendetektors 3 verbundenen Ausgang 12 auf, an dem das Oszillatorsignal U_HF ansteht.
Der Phasendetektor 3 ist als Phasen-Frequenz-Detektor wirksam, so daß das von ihm erzeugte Detektorsignal U_PD ein Maß der Phasen- und Frequenzdifferenz zwischen den Phasen bzw. Frequenzen des Referenzsignals U_Ref und Rückkopplungssignals U_R ist. Das Schleifenfilter 2 ist als Integrator ausgeführt; es erzeugt aus dem Detektorsignal U_PD die am Steuereingang 11 des spannungsgesteuerten Oszillators 1 anstehende und die Schwingfrequenz f_HF des Oszillatorsignals U_HF steuernde Steuerspannung U_C. Der Frequenzteiler 4 erzeugt aus dem Oszillatorsignal U_HF das Rückkopplungssignal U_R, dessen Frequenz f_R um den Faktor R kleiner ist als die Frequenz f_HF des Oszillatorsignals U_HF. Durch die Rückkopplung über den Frequenzteiler 4 wird die Steuerspannung U_C und infolgedessen die Frequenz f_HF des Oszillatorsignals U_HF derart variiert, daß die Frequenz f_R des Rückkopplungssignals U_R der Referenfrequenz f_Ref nachgeführt wird, so daß zunächst die Frequenzdifferenz zwischen dem Referenzsignal U_Ref und Rückkopplungssignal U_R Null wird und anschließend die Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal U_Ref und Rückkopplungssignal U_R ebenfalls Null wird oder zumindest einen konstanten Wert annimmt. Hierdurch erreicht man, daß bei eingerasteter Phasenregelschleife, d. h. im eingeschwungenen Zustand, die Frequenz f_HF des Oszillatorsignals U_HF um den Faktor R kleiner ist als die Referenzfrequenz f_Ref.
Der spannungsgesteuerte Oszillator 1 weist einen Schwingkreis mit der Antenne 10 als frequenzbestimmendes Bauteil sowie mit einem weiteren frequenzbestimmende Bauteil auf, dessen Reaktanz durch die Steuerspannung U_C variierbar ist. Das weitere frequenzbestimmende Bauteil kann beispielsweise als Kapazitätsdiode oder Gyratoranordnung ausgeführt sein.
Die Frequenz f_HF des von der Antenne 10 abgestrahlten Funksignals S_HF und die Frequenz f_HF des Oszillatorsignals U_HF sind gleich, da es sich hierbei um die Resonanzfrequenz des spannungsgesteuerte Oszillator 1 handelt. Diese Resonanzfrequenz ist gleichzeitig auch die Resonanzfrequenz der Antenne 10, d. h. diejenige Frequenz, bei der der Antennenwirkungsgrad seinen maximalen wert annimmt. Daher wird mit dem Einrasten der Phasenregelschleife auf die Sollfrequenz f_HF gleichzeitig auch die Antenne 10 auf maximalen Antennenwirkungsgrad abgeglichen. Störende kapazitive oder induktive Einkopplungen sowie fertigungsbedingte Streuungen der Antennenparameter werden infolgedessen automatisch ausgeregelt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Antenne als Schleifenantenne ausgebildet, d. h. sie weist eine Leitungsschleife mit einer oder mehreren Windungen auf, wobei die Schleifenlänge wesentlich kleiner als die Wellenlänge des abgestrahlten Funksignals ist. Denkbar sind jedoch auch Sendevorrichtungen mit anderen Antennenarten, beispielsweise mit Stabantennen.
Um die geometrischen Abmessungen und die Herstellungskosten des Hochfrequenzsenders gering zu halten, sind der Phasendetektor 3, das gesamte Schleifenfilter 2 oder Teile davon, der Frequenzteiler 4 und der Referenzoszillator 5 als monolithisch integrierter Schaltkreis ausgeführt, d. h. auf einen Halbleiterchip integriert. Mit Ausnahme der Antenne 10 können auch Teile des spannungsgesteuerten Oszillators 1 auf dem gleichen Halbleiterchip integriert sein.
Der Referenzoszillator 5 kann zur Reduzierung der Referenzfrequenz f_Ref einen Frequenzvorteiler enthalten, sowie Mittel zur Frequenzmodulation des Referenzsignals U_Ref. Aufgrund der durch die Phasenregelschleife bewirkten Frequenzregelung wird durch die Frequenzmodulation des Referenzsignals U_Ref auch das Funksignals U_HF in der Frequenz moduliert.
Des weiteren kann das Funksignal S_HF im spannungsgesteuerten Oszillator 1 mit einfachen Mitteln, beispielsweise durch Variation einer in der Figur nicht eingezeichneten Versorgungsspannung des spannungsgesteuerten Oszillators 1, in der Amplitude moduliert werden. Diese Vorgehensweise ist insbesondere für eine Modulation durch Amplitudenumtastung (amplitude shift keying) bestens geeignet. Dabei ist es vorteilhaft, die Amplitude des Funksignals S_HF lediglich soweit zu modulieren, daß die Amplitude des Oszillatorsignals U_HF einen Mindestwert nicht unterschreitet. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Frequenzinformation im Oszillatorsignal U_HF dauernd enthalten ist, so daß ein Ausrasten der Phasenregelschleife verhindert wird.

Claims

Sendevorrichtung mit einer Antenne (10) zum Aussenden eines Funksignals (S_HF), wobei eine Phasenregelschleife (1, 2, 3, 4) mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (1) zur Regelung der Frequenz des Funksignals (S_HF) auf eine Sollfrequenz (f_HF) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (10) als Teil des spannungsgesteuerten Oszillators (1) in die Phasenregelschleife (1, 2, 3, 4) eingebunden ist.
Sendevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (10) als Schleifenantenne ausgebildet ist.
Sendevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte Oszillator (1) Mittel zur Amplitudenmodulation des Funksignals (S_HF) aufweist.
Sendevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß ein Referenzoszillator (5) zur Erzeugung eines die Sollfrequenz (f_HF) des Funksignals (S_HF) vorgebenden Referenzsignals (U_Ref) vorgesehen ist und daß der Referenzoszillator (5) Mittel zur Frequenzmodulation des Referenzsignals (U_Ref) aufweist.