DE19842705C2

DE19842705C2 - Antenna, in particular for an anti-theft protection system of a motor vehicle

Info

Publication number: DE19842705C2
Application number: DE1998142705
Authority: DE
Inventors: Henryk Frenzel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2018-09-18
Also published as: DE19842705A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne, insbesondere für ein Diebstahlschutzsystem eines Kraftfahrzeugs, gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an antenna, in particular for a Anti-theft protection system of a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.

Eine bekannte Antenne (DE 196 14 362 C1) ist in Form von Lei terbahnen sowohl auf der Oberseite als auch auf der Untersei te einer Leiterplatte ausgebildet. Die Leiterplatte weist entlang der Leiterbahnen Durchkontaktierungen auf, durch die die Leiterbahnen auf der Oberseite mit denen auf der Unter seite elektrisch verbunden sind. Dadurch wird die effektive Strahlungsfläche der Antenne erhöht.A known antenna (DE 196 14 362 C1) is in the form of lei tracks on both the top and bottom te a printed circuit board. The circuit board faces Vias along the conductor tracks through which the tracks on the top with those on the bottom side are electrically connected. This will make the effective Radiation area of the antenna increased.

Eine weitere bekannte Antenne (GB 2 280 789 A) ist als wen delförmige Antenne in Form von Leiterbahnen auf einer Leiter platte ausgebildet. Die Enden der Leiterbahnen auf jeweils einer Seite der Leiterplatte werden auf die andere Seite zu der dortigen Leiterbahn durchgeführt um eine Art von Spule zu bilden.Another known antenna (GB 2 280 789 A) is as whom del-shaped antenna in the form of conductor tracks on a ladder plate trained. The ends of the traces on each one side of the circuit board will be facing the other side the conductor track there to make a kind of coil form.

Außerdem ist noch eine Antenne (DE 91 15 582 U1) bekannt, die eine mehrlagige Leiterplatte mit jeweils einer Teilspule in je einer Lage aufweist. Die Teilspulen sind über Durchkontak tierungen derart miteinander verbunden, daß die Teilspulen in Reihe zusammengeschaltet sind.In addition, an antenna (DE 91 15 582 U1) is also known a multilayer printed circuit board with one coil each each has a layer. The sub-coils are via contact tations connected to each other in such a way that the partial coils in Series are interconnected.

Durch Befestigen der Leiterplatten, wie z. B. durch Klemmhal terungen im Bereich der Leiterbahnen, können die Leiterbahnen von den bekannten Antennen im Laufe der Zeit und infolge von Rüttelbeanspruchung durch die auf den Leiterplatten auflie genden Leiterplattenbefestigungen oder -halterungen mecha nisch abgenutzt werden. Die Leiterbahnen werden dann abge schürft und die Antennen sind dann nicht mehr wirksam oder aufgrund ihrer verkürzten elektrischen Länge nur noch einge schränkt nutzbar.By attaching the circuit boards, such as. B. by Klemmhal The conductor tracks can be changed in the area of the conductor tracks from the known antennas over time and as a result of Vibration stress caused by the on the printed circuit boards mecha niche are worn out. The conductor tracks are then abge prospects and the antennas are no longer effective or due to their shortened electrical length only on limited usability.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Antenne zu schaffen, die kompakt auf einer Leiterplatte ausgebildet ist und die Schutz gegen mechanische Abnutzung bietet.The invention is based on the problem of an antenna create that is compact on a circuit board and provides protection against mechanical wear.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Pa tentanspruch 1 gelöst. Dabei ist zumindest je eine Leiterbahn sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite einer Leiterplatte angeordnet, die jeweils über Durchkontaktierung miteinander elektrisch verbunden sind. Die Leiterbahn auf der Oberseite weist eine Lücke in einem Bereich auf, in dem ein Gegenstand auf der Leiterplatte und somit auf der Leiterbahn mechanisch aufliegt. Die Lücke wird auf der Unterseite durch eine Leiterbahn "überbrückt", die über Durchkontaktierungen mit der Oberseite elektrisch verbunden ist. Dadurch bleibt die Antenne durchgängig und elektrisch gleich lang.The problem is solved according to the invention by the features of Pa Claim 1 solved. There is at least one conductor track on both the top and bottom of one Printed circuit board arranged, each via via are electrically connected to each other. The conductor track on the Top has a gap in an area where a Object on the circuit board and thus on the conductor track rests mechanically. The gap is shown on the bottom "bridged" a conductor track via vias is electrically connected to the top. This leaves the antenna is continuous and electrically the same length.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are the Subclaims described.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zei gen:An embodiment of the invention will follow hand of the schematic drawings explained in more detail. It shows gene:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Leiterplatte mit einer er findungsgemäßen Antenne, Fig. 1 shows a section through a printed circuit board with a he inventive antenna,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Oberseite der Leiterplatte (Leiterbahnseite) nach Fig. 1 und Fig. 2 is a plan view of the top of the circuit board (conductor side) according to Fig. 1 and

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Unterseite der Leiterplatte (Bauteileseite) nach Fig. 1. Fig. 3 is a plan view of the underside of the board (component side) of FIG. 1.

Antennen strahlen elektromagnetische Energie infolge von hochfrequenten Schwingungen in der Antenne ab (Sendeantenne) und nehmen elektromagnetische Energie auf (Empfangsantenne) Antennen, insbesondere für ein Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug, sind üblicherweise zum einen in tragbaren Sen dern, zum Beispiel auf einem Schlüssel oder auf einer Karte, und zum anderen in Sende- und/oder Empfangseinheiten im Kraftfahrzeug angeordnet. Dabei sind die Antennen als soge nannte "On-Board-Antennen" in Form von Leiterbahnen 1, 2 (Fig. 1) auf Leiterplatten 3 ausgebildet.Antennas radiate electromagnetic energy as a result of high-frequency vibrations in the antenna (transmitting antenna) and absorb electromagnetic energy (receiving antenna). Antennas, in particular for an anti-theft protection system for a motor vehicle, are usually on the one hand in portable transmitters, for example on a key or on a key Card, and on the other hand arranged in transmitting and / or receiving units in the motor vehicle. The antennas are designed as so-called "on-board antennas" in the form of conductor tracks 1 , 2 ( FIG. 1) on printed circuit boards 3 .

Die Antennen sind mit den Sende- oder Empfangseinheiten ver bunden, die eine zu sendende hochfrequente Schwingung erzeu gen bzw. denen eine empfangene hochfrequente Schwingung zuge führt wird. Die Leiterbahnen 1, 2 wirken dabei als Schwing kreise oder Resonatoren, durch die die elektrische Schwingung in eine elektromagnetische Strahlung und umgekehrt umgesetzt wird. The antennas are connected to the transmitting or receiving units, which generate a high-frequency oscillation to be transmitted or which receive a received high-frequency oscillation. The conductor tracks 1 , 2 act as resonant circuits or resonators through which the electrical vibration is converted into electromagnetic radiation and vice versa.

Die Leiterbahnen 1, 2 auf der Leiterplatte 3 sind dabei als Metallschichten sowohl auf der Oberseite 4 als auch auf der Unterseite 5 eines Leiterplattensubstrats 6 aufkaschiert. Vorzugsweise wird Kupfer, Aluminium, Gold oder Silber als Ma terial für die Leiterbahnen 1, 2 verwendet.The conductor tracks 1 , 2 on the circuit board 3 are laminated as metal layers both on the top 4 and on the bottom 5 of a circuit board substrate 6 . Copper, aluminum, gold or silver is preferably used as material for the conductor tracks 1 , 2 .

Die effektive elektrische Gesamtlänge der Leiterbahnen 1, 2 ist dabei auf die Wellenlänge λ (oder ganzzahlige Teile λ/n oder ganzzahlige Vielfache n . λ) der abzustrahlenden oder zu empfangenden Signale abgestimmt, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Bei der Verwendung in einem Kraftfahrzeug sind in Deutschland/Europa als Frequenz etwa 433 MHz zugelassen. In anderen Ländern ist beispielsweise die Frequenz 315 MHz zugelassen. Durch ihre Länge ist die Antenne bezüglich der Frequenz weitgehend festgelegt.The effective total electrical length of the conductor tracks 1 , 2 is matched to the wavelength λ (or integer parts λ / n or integer multiples n. Λ) of the signals to be radiated or received in order to achieve high efficiency. When used in a motor vehicle, about 433 MHz is permitted as frequency in Germany / Europe. In other countries, for example, the frequency 315 MHz is permitted. The length of the antenna largely determines its frequency.

Wenn die Antenne als Leiterbahn 1 und/oder 2 auf einer Lei terplatte 3 ausgebildet ist, so sollten die Leiterbahnen 1, 2 möglichst einstückig ausgebildet sein. Auch dürfen im Laufe der Zeit keine mechanischen Abnutzungen oder Abschürfungen der Leiterbahnen 1, 2 vorkommen, die die elektrische Länge verändern würden.If the antenna is formed as a conductor track 1 and / or 2 on a Lei terplatte 3 , the conductor tracks 1 , 2 should be formed as one piece as possible. Also, no mechanical wear or abrasion of the conductor tracks 1 , 2 may occur in the course of time, which would change the electrical length.

Da die Leiterplatte 3 mit Klemmhalterungen 7 auf beiden Sei ten 4, 5 der Leiterplatte 3 an einem Gehäuse 8 befestigt ist, wird die Gestaltung der Antenne erfindungsgemäß an diese Hal terungen 7 angepaßt. Die Leiterbahnen 1, 2 weisen daher in dem Bereich, wo eine Halterung 7 auf der Leiterplatte 3 auf liegt, jeweils eine Unterbrechung 9 oder eine Lücke mit einem vorgegebenen Abstand auf. Der Abstand ist so bemessen, daß die Halterung 7 auch unter ungünstigen Bedingungen (z. B. Rüt telbeanspruchung) die Leiterbahn 1 nicht berührt. Somit wer den Abschürfungen der Leiterbahnen 1, 2 in diesem Bereich der Halterung 7 verhindert. Since the circuit board 3 with clamping brackets 7 on both Be 4 , 5 of the circuit board 3 is attached to a housing 8 , the design of the antenna according to the invention is adapted to this Hal 7 . The conductor tracks 1 , 2 therefore each have an interruption 9 or a gap with a predetermined distance in the area where a holder 7 is located on the printed circuit board 3 . The distance is dimensioned such that the holder 7 does not touch the conductor track 1 even under unfavorable conditions (eg vibrating stress). Thus, who prevents the abrasion of the conductor tracks 1 , 2 in this area of the bracket 7 .

Die Leiterbahn 1 wird vor der Unterbrechung 9 von der Ober seite 4 über eine elektrisch leitende Durchkontaktierung 10 auf kürzestem auf die Unterseite 5 geführt. Im Bereich der Unterbrechung 9 ist eine Leiterbahn 2 auf der Unterseite 5 angeordnet. Anschließend wird eine elektrische Verbindung über eine weitere Durchkontaktierung 10 auf die Oberseite 4 hergestellt. Die Unterbrechung 9 der Leiterbahn 1 ist somit "überbrückt". Die Leiterbahn 1 ist zwar auf der Oberseite 4 unterbrochen, wird jedoch auf der Unterseite 5 durch die dor tige Leiterbahn 2 weitergeführt und vervollständigt somit die Antenne. Daher wirkt sich dies auf die Strahlungseigenschaf ten der Antenne nicht oder nur unmerklich aus.The interconnect 1 is guided before the interruption 9 from the top side 4 via an electrically conductive via 10 to the bottom 5 on the shortest. In the area of the interruption 9 , a conductor track 2 is arranged on the underside 5 . An electrical connection is then made to the upper side 4 via a further plated-through hole 10 . The interruption 9 of the conductor track 1 is thus "bridged". The conductor 1 is interrupted on the top 4 , but is continued on the bottom 5 through the dor term conductor 2 and thus completes the antenna. Therefore, this does not affect the radiation properties of the antenna, or only has an imperceptible effect.

Der von einer Sendeeinheit kommende hochfrequente Strom der Schwingung durchfließt dann sowohl die Leiterbahn 1 auf der Oberseite 4 als auch über die Durchkontaktierung 10 die Lei terbahn 2 auf der Unterseite 5 und wieder zurück zu der Lei terbahn 1 auf die Oberseite 4. Dadurch wird die wirksame elektrische Länge der Antenne nur unwesentlich verändert. Es wird immer noch ein genügend großes elektromagnetisches Feld möglichst effektiv abgestrahlt oder empfangen.The high-frequency current of the vibration coming from a transmitting unit then flows through both the conductor track 1 on the upper side 4 and via the via 10 the conductor track 2 on the underside 5 and back again to the conductor track 1 on the upper side 4 . As a result, the effective electrical length of the antenna is changed only slightly. A sufficiently large electromagnetic field is still radiated or received as effectively as possible.

In den Bereichen, in denen keine Halterungen 7 auf der Lei terplatte 3 aufliegen, kann eine Leiterbahn 1, 2 sowohl auf der Oberseite 4 als auch auf der Unterseite 5 der Leiterplat te 3 angeordnet sein (vgl. Fig. 2 und 3). Dadurch wird die Strahlungsleistung der Antenne gegenüber einer einzigen Lei terbahn 1 oder 2 auf nur einer Seite 4 oder 5 in etwa verdop pelt.In the areas in which no brackets 7 lie on the Lei terplatte 3 , a conductor track 1 , 2 can be arranged both on the top 4 and on the bottom 5 of the printed circuit board 3 (see. Fig. 2 and 3). As a result, the radiation power of the antenna is approximately doubled compared to a single Lei terbahn 1 or 2 on only one side 4 or 5 .

Eine solche Antenne nimmt zusammen mit der Schaltung der Sen de- und Empfangseinheit nur wenig Einbauplatz in Anspruch. Geringe Abmessungen der Leiterplatte 3 lassen sich mit einer Dicke des Substrats 6 im Bereich von etwa 1 mm erreichen. Die Dicke der Leiterbahnen 1, 2 beträgt etwa 35 µm. In Abständen von etwa 3 mm sind die Durchkontaktierungen 10 entlang der Leiterbahn 1 und 2 angeordnet (nicht jedoch im Bereich der Unterbrechungen 9). Die Länge der Leiterbahnen 1, 2 ist dabei auf die Wellenlänge λ abgestimmt. Wenn die hochfrequente Strahlung eine Frequenz von etwa 433 MHz aufweist, so führt dies zu einer Strahlung mit einer Wellenlänge λ im Dezimeter- Wellenbereich.Such an antenna, together with the circuitry of the transmitter and receiver unit, takes up little space. Small dimensions of the printed circuit board 3 can be achieved with a thickness of the substrate 6 in the range of approximately 1 mm. The thickness of the conductor tracks 1 , 2 is approximately 35 μm. The through-contacts 10 are arranged at intervals of approximately 3 mm along the conductor tracks 1 and 2 (but not in the area of the interruptions 9 ). The length of the conductor tracks 1 , 2 is matched to the wavelength λ. If the high-frequency radiation has a frequency of approximately 433 MHz, this leads to radiation with a wavelength λ in the decimeter wave range.

Die erfindungsgemäßen Antennen wirken wie Resonatoren, bei denen die Abstrahlung der elektromagnetischen Energie entlang der Oberfläche der Leiterbahnen 1, 2 erfolgt. Bei dem darge stellten Beispiel werden die elektromagnetischen Feldlinien hauptsächlich entlang der Leiterbahnen 1, 2 in Richtung des Empfängers (Senders) emittiert (empfangen). Durch die Durch kontaktierungen 10 und die Leiterbahn 1, 2 auf der anderen Seite der Leiterplatte 3 wird die wirksame Antennenfläche der Antenne in Wirkrichtung vergrößert, so daß eine größere Strahlungsdichte erzielt wird. Die Strahlungsleistung nimmt demzufolge zu.The antennas according to the invention act like resonators, in which the radiation of the electromagnetic energy takes place along the surface of the conductor tracks 1 , 2 . In the illustrated example, the electromagnetic field lines are mainly emitted (received) along the conductor tracks 1 , 2 in the direction of the receiver (transmitter). Through the contacts 10 and the conductor track 1 , 2 on the other side of the circuit board 3 , the effective antenna area of the antenna is increased in the effective direction, so that a greater radiation density is achieved. The radiant power increases accordingly.

Die Leiterbahnen 1, 2 können dabei verschiedene geometrische Formen einnehmen. Die Form ist dabei abhängig von der Wirk richtung, d. h. derjenigen Richtung, in die elektromagnetische Energie hauptsächlich abgestrahlt werden soll. So können die Leiterbahnen 1, 2 linienförmig oder streifenförmig (wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt), u-förmig oder als eine son stige, geeignete Form auf der Leiterplatte 3 ausgebildet sein. Die geometrische Form der Leiterbahnen 1, 2 bestimmt dabei im wesentlichen die Richtcharakteristik (Empfangs- und Abstrahlcharakteristik) der Antenne.The conductor tracks 1 , 2 can assume various geometric shapes. The shape is dependent on the direction of action, ie the direction in which electromagnetic energy is to be mainly emitted. Thus, the conductor tracks 1 , 2 can be linear or strip-shaped (as shown in FIGS. 2 and 3), U-shaped or as a suitable form on the printed circuit board 3 . The geometric shape of the conductor tracks 1 , 2 essentially determines the directional characteristic (reception and radiation characteristics) of the antenna.

Für die Erfindung ist jedoch die Form der Leiterbahnen 1, 2 nicht wesentlich, sondern nur die Tatsache, daß die Leiter bahnen 1, 2 auf der Ober- und Unterseite 5 des Substrats 6 in Bereichen unterbrochen sind, in denen ein Gegenstand auf der Leiterplatte 3 aufliegt, um die Leiterplatte 3 am Gehäuse 8 zu befestigen. Die Leiterbahn 1 wird daher über Durchkontak tierungen 10 auf die entgegengesetzten Seite, über ein dorti ges Stück Leiterbahn 2 und über Durchkontaktierung 10 wieder zurückgeführt, wodurch die Unterbrechung 9 "überbrückt" wird.However, for the invention, the shape of the conductor tracks 1, 2 is not essential, but only the fact that the conductor tracks 1, 2 of the substrate are interrupted in areas 6 on the top and bottom 5, in which an object on the circuit board 3 rests to attach the circuit board 3 to the housing 8 . The conductor track 1 is therefore fed back through vias 10 on the opposite side, via a piece of conductor 2 and a via 10 , whereby the interruption 9 is “bridged”.

In der Fig. 1 ist eine zweilagige Leiterplatte 3 darge stellt. Es können aber auch mehrlagige Leiterplatten (Multi layer-Leiterplatten) verwendet werden, in deren Substrat ebenfalls Leiterbahnen als Überbrückungen zu Unterbrechungen 9 der Leiterbahnen 1 oder 2 auf der Ober- und Unterseite 4, 5 angeordnet sind.In Fig. 1, a two-layer circuit board 3 is Darge. However, multilayer printed circuit boards (multi-layer printed circuit boards) can also be used, in the substrate of which conductor tracks are also arranged as bridges to interruptions 9 of the conductor tracks 1 or 2 on the upper and lower sides 4 , 5 .

Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Antenne als Sendean tenne bei einem Diebstahlschutzsystem (vorzugsweise eine schlüssellose Zugangskontrolle; gegebenenfalls auch eine elektronische Wegfahrsperre) für ein Kraftfahrzeug verwendet. Dabei befindet sich die Antenne auf einer Leiterplatte 3, die in einem Steuergerät im Kraftfahrzeug zusammen mit der Sende- und Empfangseinheit angeordnet ist. Die Antenne ist dabei mit der Sende- und Empfangseinheit verbunden, über die ein Code signal zu einem Empfänger außerhalb des Kraftfahrzeugs gesen det oder von einem tragbaren Handsender empfangen wird. Die Antenne kann also sowohl als Empfangsantenne als auch als Sendeantennen dienen.The antenna according to the invention is preferably used as a transmitting antenna in an anti-theft protection system (preferably a keyless entry control; optionally also an electronic immobilizer) for a motor vehicle. The antenna is located on a printed circuit board 3 , which is arranged in a control unit in the motor vehicle together with the transmitting and receiving unit. The antenna is connected to the transmitting and receiving unit, via which a code signal is sent to a receiver outside the motor vehicle or is received by a portable hand-held transmitter. The antenna can therefore serve both as a receiving antenna and as a transmitting antenna.

Unter dem Begriff "Durchkontaktierungen" einer Leiterplatte 3 sind Metallisierungen von Löchern 11 (vgl. Fig. 1) in der Leiterplatte 3 zu verstehen, die die Leiterbahn 1 auf der Oberseite 4 mit der Leiterbahn 2 auf der Unterseite 5 auf dem kürzesten Wege elektrisch verbinden. Dabei können die Löcher 11 vollständig mit elektrisch leitendem Material gefüllt sein oder nur die Wandung der Löcher 11 als Metallschicht ausge bildet sein.The term “plated-through holes” on a printed circuit board 3 are to be understood as metallizations of holes 11 (cf. FIG. 1) in the printed circuit board 3 , which electrically connect the conductor track 1 on the upper side 4 to the conductor track 2 on the underside 5 in the shortest possible way . The holes 11 can be completely filled with electrically conductive material or only the wall of the holes 11 can be formed as a metal layer.

Die Antenne kann nicht nur als Antenne für ein Diebstahl schutzsystem eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, sondern auch überall dort, wo Leiterbahnantennen aufgrund ihrer ge ringen Abmessungen und geringem Platzbedarf benötigt werden. Die Antenne muß als Leiterbahn 1 oder 2 nicht vollständig auf einer Seite der Leiterplatte 3 verlaufen. Das Layout der Schaltung der Sende- und Empfangseinheit wird somit einfa cher.The antenna can not only be used as an antenna for an anti-theft protection system of a motor vehicle, but also wherever conductor track antennas are required due to their small dimensions and small space requirements. The antenna does not have to run completely as conductor track 1 or 2 on one side of the circuit board 3 . The layout of the circuit of the transmitter and receiver unit is thus simpler.

Claims

1. Antenna, in particular for an anti-theft system of a motor vehicle, with a printed circuit board ( 3 ) on which the antenna in the form of conductor tracks ( 1 , 2 ) both on the upper side ( 4 ) and on the underside ( 5 ) of the printed circuit board ( 3 ) is formed and the printed circuit board ( 3 ) along the conductor tracks ( 1 , 2 ) plated-through holes ( 10 ) through which the conductor tracks ( 1 , 2 ) on the top ( 4 ) with those on the bottom ( 5 ) electrically are connected, characterized by

- That the antenna in the form of the conductor track ( 1 ) on the Obersei te ( 4 ) has an interruption ( 9 ) in the areas in which fastening means ( 7 ) for a housing ( 8 ) in which the circuit board ( 3 ) is attached , are arranged, and
- That the interruption ( 9 ) via plated-through holes ( 10 ) uni a conductor track ( 2 ) on the underside ( 5 ) is bridged.

2. Antenna according to claim 1, characterized in that the conductor tracks ( 1 , 2 ) are laminated as a thin electrically conductive layer on a substrate ( 6 ) of the circuit board ( 3 ).

3. Antenna according to claim 1, characterized in that the conductor tracks ( 1 , 2 ) are linear or U-shaped on the Lei terplatte ( 3 ).

4. Antenna according to claim 1, characterized in that the circuit board ( 3 ) is designed as a multilayer circuit board.

5. Antenna according to claim 1, characterized in that it with a transmitting unit and / or a receiving unit Anti-theft system is connected in a Steuerge advises the motor vehicle are arranged.