EP2907945A1 - Kommunikationseinrichtung - Google Patents
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- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
Definitions
- the invention relates to a communication device according to the preamble of claim 1.
- a stationary communication device is preferably housed in existing components of a handle or a strike plate of a door to be secured in order to use in a cavity of the existing components, these as a housing for attachment to a door and for protection against external influences.
- the invention has for its object to design a communication device to the effect that, taking into account the mechanical dimensions and the metallic material of the housing, a good antenna efficiency is achieved.
- This task is at a communication device. solved according to the preamble of claim 1 by the features of this claim.
- radiator elements consist of already existing electrically conductive components.
- conductive components of the printed circuit board of the transceiver are simultaneously used as radiator elements of a dipole or monopole.
- Conductive components are printed conductors, passive and active electrical and electronic components and conductive assembly parts contacted with them.
- Another emitter element of the dipole or counterweight of the monopole are similarly conductive components of at least one further printed circuit board and / or a housing or housing part.
- the radiator element By compared to a wire-shaped version of the radiator element larger capacitance of the conductive components of the circuit boards and / or the housing or housing part with the same length dimensions, the radiator element is already electrically extended by its larger areal extent, so that for tuning to the resonant frequency then lower additional measures for an impedance matching is required. In addition, it can be dispensed with to keep separate radiator elements at a distance from the conductive components of the circuit board in order to avoid excessive attenuation and detuning of the antenna.
- the poles of the antenna output and input of the transceiver are at least high-frequency coupled to the respective conductive components.
- the high-frequency coupling is necessary to transmit high-frequency electrical energy between the transceiver and the antenna. This does not necessarily require a mechanical or galvanic connection.
- the dimensions of the antenna may be less than 1/4 of the wavelength and the transceiver may be coupled to the antenna via impedance matching.
- the impedance matching comprises an inductance
- the impedance matching can be arranged directly on the printed circuit board on which the transceiver is located, and / or on the printed circuit board on which the further radiating element or the counterweight are arranged.
- the transceiver can be arranged on a standardized printed circuit board with a uniform design of the impedance matching component and by an additional impedance matching arrangement on the second printed circuit board, different geometries of the second printed circuit board and the housing can be compensated.
- the printed circuit board can be pluggable connected to another circuit board or a radiator or a counterweight.
- the further radiator element can be galvanically or capacitively connected to the conductive housing.
- the housing with its large capacity coating is included as a further radiating component in one of the radiator elements.
- the components connected or connected to conductive components of the printed circuit board are both electronic and electrical as well as mechanical electrically conductive components and thus components of the radiator elements.
- the circuit board of the transceiver and the other circuit board may be mounted in a knob of a door fitting, wherein the circuit board of the transceiver is disposed near an inner side of an end face of the knob at the free end facing away from the door lock, and the further printed circuit board, which carries an electronic circuit for controlling the door lock, is arranged between the printed circuit board of the transceiver and the door lock, wherein the end face of the knob consists of an electromagnetic wave permeable window and the remaining part of the knob is the electrically conductive housing part.
- the circuit board of the transceiver and the further circuit board may be mounted in a shield or rosette of a door fitting, wherein the circuit board of the transceiver is located near an inside of an electromagnetic wave transmissive window in the shield or in the rosette and the remainder of the sign or the rosette is the electrically conductive housing part.
- an electric antenna is realized whose radiator elements are integrated in the knob, in the shield or in the rosette of a door fitting. Since, in contrast to a magnetic antenna, the electrical field components of the electromagnetic field predominate in the vicinity of the radiator elements in the case of an electrical antenna, complete shielding must not be present. By means of a permeable window, a mechanical protection is combined with an interruption of the shield, so that the radiating element can radiate and receive high-frequency electrical energy.
- FIG. 1 an equivalent circuit diagram of a communication device according to the invention is shown.
- a UHF transceiver 10 is connected with its one antenna connection pole, the ground connection to a radiator element element 16 and with its other AntennenanQuerypol 12 via an impedance matching of a first inductor 14 and a second inductor 15 to a counterweight 18 of a monopole antenna.
- the transceiver with its first inductor 14 can be arranged on a standardized first printed circuit board 20 and by an additional inductor 15 on the second printed circuit board 22 different geometries of the second printed circuit board 22 and the housing 24 can be compensated become.
- the antenna forms a complex load, which can be considered as the series connection of an ohmic input resistance RE and a capacitive load CE.
- the capacitive load CE is formed by a capacitance C1 between two printed circuit boards 20, 22, and in each case a capacitive load C2, C3 between the respective printed circuit board 20, 22 and a housing 24.
- a directly on a permeable for high-frequency electromagnetic fields window of the housing 24 lying circuit board 20 has over the housing 24, the capacitance C2 on and a lower in the housing 24 located circuit board 22 has relative to the housing 24, the capacitance C3.
- C3 is both larger than C1 and larger than C2. Instead of the capacitance C3 and a galvanic connection 23 is possible.
- the transceiver with its active and passive components is located on a first printed circuit board 20 near a window 26 in the housing 24 and an evaluation circuit with active and passive components on a second printed circuit board 22.
- the first printed circuit board 20 with interconnects, active and passive components and conductive fasteners forms a radiator 16 and the second circuit board 22 also with tracks, active and passive components and conductive fasteners forms a counterweight 18. This counterweight is capacitively increased by C3 or by a galvanic connection 23 still through the housing 24 itself.
- the printed circuit boards 20, 22 are coupled to one another in terms of frequency in terms of frequency by means of plug connections 28, conductors 30 and passive components, but are decoupled in terms of high frequency. An exception is the output of the transceiver, which is low-frequency decoupled and high-frequency coupled.
Landscapes
- Transceivers (AREA)
- Support Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kommunikationseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Kommunikationseinrichtungen als Bestandteil einer Zugangskontrolle übertragen u. a. Identinformationen über kurze Entfernungen. Eine stationäre Kommunikationseinrichtung wird bevorzugt in vorhandenen Komponenten einer Handhabe oder einem Schließblech einer zu sichernden Tür untergebracht, um in einem Hohlraum der vorhandenen Komponenten diese als Gehäuse zur Befestigung an einer Tür und zum Schutz gegen äußere Einwirkungen zu nutzen.
- Aufgrund der geringen mechanischen Abmessungen und des üblicherweise metallischen Werkstoffes des Gehäuses ist eine Integration von Antennen für den UHF-Frequenzbereich, vornehmlich in einem Frequenzbereich über 400 MHz, schwer auszuführen und lässt nur einen geringen Antennenwirkungsgrad erwarten.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kommunikationseinrichtung dahingehend auszugestalten, dass unter Berücksichtigung der mechanischen Abmessungen und des metallischen Werkstoffes des Gehäuses ein guter Antennenwirkungsgrad erzielt wird.
- Diese Aufgabe wird bei einer Kommunikationseinrichtung. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale dieses Anspruchs gelöst.
- Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Während üblicherweise an Antennenanschlüsse eines Transceivers eine Antenne mit separaten Strahlerelementen angeschlossen wird, werden bei der erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung keine separaten Strahlerelemente benötigt. Vielmehr bestehen die Strahlerelemente aus ohnehin vorhandenen elektrisch leitfähigen Komponenten. Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden daher leitfähige Komponenten der Leiterplatte des Transceivers gleichzeitig als Strahlerelemente eines Dipols oder Monopols genutzt. Leitfähige Komponenten sind Leiterbahnen, damit kontaktierte passive und aktive elektrische und elektronische Bauelemente sowie leitende Montageteile. Ein weiteres Strahlerelement des Dipols oder Gegengewicht des Monopols sind analog leitfähige Komponenten wenigstens einer weiteren Leiterplatte und/oder eines Gehäuses oder Gehäuseteils. Durch den gegenüber einer drahtförmigen Ausführung des Strahlerelements größeren Kapazitätsbelag der leitfähigen Komponenten der Leiterplatten und/oder des Gehäuses oder Gehäuseteils bei gleichen Längenabmessungen wird das Strahlerelement bereits durch seine größere flächige Ausdehnung elektrisch verlängert, so dass für eine Abstimmung auf die Resonanzfrequenz dann geringere zusätzliche Maßnahmen für eine Impedanzanpassung erforderlich sind. Darüber hinaus kann darauf verzichtet werden, gesonderte Strahlerelemente nachmals auf Abstand von den leitfähigen Komponenten der Leiterplatte zu halten, um eine zu große Dämpfung und Verstimmung der Antenne zu vermeiden.
- Die Pole des Antennenaus- und -eingangs des Transceivers sind mit den jeweiligen leitfähigen Komponenten wenigstens hochfrequent gekoppelt. Die hochfrequente Kopplung ist nötig, um hochfrequente elektrische Energie zwischen dem Transceiver und der Antenne zu übertragen. Dazu bedarf es nicht zwingend einer mechanischen oder galvanischen Verbindung.
- Die Abmessungen der Antenne können kleiner als ¼ der Wellenlänge sein und der Transceiver mit der Antenne über eine Impedanzanpassung gekoppelt sein.
- Dadurch lässt sich der Transceiver reflexionsfrei an die Antenne anpassen.
- Vorzugsweise umfasst die Impedanzanpassung eine Induktivität.
- Diese ermöglicht, eine niedrige Eingangs- und Ausgangsimpedanz des Transceivers an eine mechanisch gegenüber der Resonanzwellenlänge kurze Antenne anzupassen. Außerdem wird ein kapazitiver Anteil der Antenne kompensiert und durch die Tiefpasseigenschaft ein Oberwellenanteil gedämpft.
- Die Impedanzanpassung kann unmittelbar auf der Leiterplatte angeordnet sein, auf der sich der Transceiver befindet, und/oder auf der Leiterplatte, auf der das weitere Strahlerelement oder das Gegengewicht angeordnet sind.
- Durch die Anordnungsmöglichkeiten kann die für einen maximalen Antennenwirkungsgrad günstigste Position und Bemessung der Komponenten der Impedanzanpassung gewählt werden. Ferner kann der Transceiver auf einer standardisierten Leiterplatte mit einheitlicher Auslegung der Impedanzanpassungskomponente angeordnet werden und durch eine zusätzliche Impedanzanpassanordnung auf der zweiten Leiterplatte können unterschiedliche Geometrien der zweiten Leiterplatte und des Gehäuses kompensiert werden.
- Gemäß einer Weiterbildung kann die Leiterplatte steckbar mit einer weiteren Leiterplatte oder einem Strahler oder einem Gegengewicht verbunden sein.
- Dadurch werden Montage-, Reparatur- und Wartungsarbeiten erleichtert.
- Das weitere Strahlerelement kann galvanisch oder kapazitiv mit dem leitfähigen Gehäuse verbunden sein.
- Dadurch wird das Gehäuse mit seinem großen Kapazitätsbelag als weitere strahlende Komponente mit in eines der Strahlerelemente einbezogen.
- Die mit leitfähigen Komponenten der Leiterplatte verbundenen oder gekoppelten Bauteile sind sowohl elektronische und elektrische als auch mechanische elektrisch leitende Bauteile sind und damit Bestandteilen der Strahlerelemente.
- Bei einer elektronischen Steuerung eines Türschlosses können die Leiterplatte des Transceivers und die weitere Leiterplatte in einem Knauf eines Türbeschlags befestigt sein, wobei die Leiterplatte des Transceivers nahe einer Innenseite einer Stirnfläche des Knaufs an dessen dem Türschloss abgewandten freien Ende angeordnet ist, und die weitere Leiterplatte, die eine elektronische Schaltung zur Steuerung des Türschlosses trägt, zwischen der Leiterplatte des Transceivers und dem Türschloss angeordnet ist, wobei die Stirnfläche des Knaufs aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Fenster besteht und der übrige Teil des Knaufs das elektrisch leitfähige Gehäuseteil ist.
- Alternativ kann die Leiterplatte des Transceivers und die weitere Leiterplatte in einem Schild oder einer Rosette eines Türbeschlags befestigt sein, wobei die Leiterplatte des Transceivers nahe einer Innenseite eines für elektromagnetische Wellen durchlässigen Fensters im Schild oder in der Rosette angeordnet ist und der übrige Teil des Schilds oder der Rosette das elektrisch leitfähige Gehäuseteil ist.
- In beiden Ausführungsformen ist eine elektrische Antenne realisiert, deren Strahlerelemente im Knauf, im Schild oder in der Rosette eines Türbeschlags integriert sind. Da bei einer elektrischen Antenne im Gegensatz zu einer magnetischen Antenne die elektrischen Feldanteile des elektromagnetischen Feldes in der Nähe der Strahlerelemente überwiegen, darf keine vollständige Abschirmung vorhanden sein. Mittels eines durchlässigen Fensters wird ein mechanischer Schutz mit einer Unterbrechung der Abschirmung kombiniert, so dass das Strahlerelement hochfrequente elektrische Energie abstrahlen und empfangen kann.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, dass in der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:
-
Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltbild der Erfindung, -
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine zylindrische Handhabe und -
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Schließblech. - In
Fig. 1 ist ein Ersatzschaltbild einer Kommunikationseinrichtung nach der Erfindung dargestellt. Ein UHF-Transceiver 10 ist mit seinem einen Antennenanschlusspol, dem Masseanschluss an ein Strahler Elementelement 16 und mit seinem anderen Antennenanschlusspol 12 über eine Impedanzanpassung aus einer ersten Induktivität 14 und einer zweite Induktivität 15 an ein Gegengewicht 18 einer Monopolantenne angeschlossen. Durch die Aufteilung der Impedanzanpassung in zwei Induktivitäten 14 und 15 kann der Transceiver mit seiner ersten Induktivität 14 auf einer standardisierten ersten Leiterplatte 20 angeordnet werden und durch eine zusätzliche Induktivität 15 auf der zweiten Leiterplatte 22 können unterschiedliche Geometrien der zweiten Leiterplatte 22 und des Gehäuses 24 kompensiert werden. Die Antenne bildet eine komplexe Last, die als der Serienschaltung eines ohmschen Eingangswiderstandes RE und einer kapazitiven Last CE aufgefasst werden kann. - Die kapazitive Last CE ist dabei durch eine Kapazität C1 zwischen zwei Leiterplatten 20, 22 gebildet, und jeweils einer kapazitiven Last C2, C3 zwischen der jeweiligen Leiterplatte 20, 22 und einem Gehäuse 24. Eine unmittelbar an einem für hochfrequente elektromagnetische Felder durchlässigen Fenster des Gehäuses 24 liegende Leiterplatte 20 weist gegenüber dem Gehäuse 24 die Kapazität C2 auf und eine tiefer im Gehäuse 24 befindliche Leiterplatte 22 weist gegenüber dem Gehäuse 24 die Kapazität C3 auf. Dabei ist C3 sowohl größer als C1 als auch größer als C2. Anstelle der Kapazität C3 ist auch eine galvanische Verbindung 23 möglich.
- Bei der Ausführung nach
Fig. 2 handelt es sich um eine Handhabe zur Betätigung einer Schließung und bei der Ausführung nachFig. 3 um ein flaches Gehäuse, z. B. ein Schild. In beiden Ausführungen befindet sich der Transceiver mit seinen aktiven und passiven Bauelementen auf einer ersten Leiterplatte 20 nahe einem Fenster 26 im Gehäuse 24 und eine Auswerteschaltung mit aktiven und passiven Bauelementen auf einer zweiten Leiterplatte 22. Die erste Leiterplatte 20 mit Leiterbahnen, aktiven und passiven Bauelementen und leitenden Befestigungsmitteln bildet einen Strahler 16 und die zweite Leiterplatte 22 mit ebenfalls Leiterbahnen, aktiven und passiven Bauelementen und leitenden Befestigungsmitteln bildet ein Gegengewicht 18. Dieses Gegengewicht wird kapazitiv durch C3 oder durch eine galvanische Verbindung 23 noch durch das Gehäuse 24 selbst vergrößert. - Untereinander sind die Leiterplatten 20, 22 durch Steckverbindungen 28, Leiter 30 und passive Bauelemente miteinander niederfrequenzmäßig gekoppelt, aber hochfrequenzmäßig entkoppelt. Eine Ausnahme bildet der Ausgang des Transceivers, der niederfrequenzmäßig entkoppelt und hochfrequenzmäßig gekoppelt ist.
Claims (10)
- Kommunikationseinrichtung, umfassend einen Transceiver (10) und eine Antenne, wobei der Transceiver (10) eine erste Leiterplatte (20) umfasst, auf der Leiterbahnen und elektronische Bauelemente angeordnet sind, und die Antenne eine elektrische Antenne ist, die als Dipol mit zwei Strahlerelementen oder als Monopol mit einem Strahlerelement und einem Gegengewicht ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlerelement (16) des Dipol oder das Strahlerelement (16) des Monopols aus leitfähigen Komponenten des Transceivers (10) selbst, nämlich dessen Leiterbahnen und elektronischen Bauelementen auf der ersten Leiterplatte (20) besteht, und dass ein weiteres Strahlerelement (18) des Dipols oder das Gegengewicht (18) des Monopols aus leitfähigen Komponenten einer weiteren elektronischen Schaltung besteht, die auf einer weiteren separaten Leiterplatte (22) angeordnet ist und ebenfalls Leiterbahnen und elektronische Bauelemente umfasst, und/oder aus einem leitfähigen Gehäuse (24) oder Gehäuseteil besteht, wobei ein erster Pol des Antennenausgangs des Transceivers (10) mit dessen leitfähigen Komponenten und ein zweiter Pol (12) des Antennenausgangs des Transceivers (10) mit den leitfähigen Komponenten der weiteren elektronischen Schaltung auf der weiteren Leiterplatte (22) bzw. dem Gehäuse (24) oder Gehäuseteil jeweils wenigstens hochfrequent gekoppelt ist.
- Kommunikationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Strahlerelemente (16,18) der Antenne kleiner als ¼ der Wellenlänge sind und dass der Transceiver (10) mit den Strahlerelementen (16, 18) und /oder dem Gegengewicht (18) der Antenne über eine Impedanzanpassung gekoppelt ist.
- Kommunikationseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzanpassung eine Induktivität (14) umfasst.
- Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzanpassung entweder unmittelbar auf der Leiterplatte (20) angeordnet ist, auf der sich der Transceiver (10) befindet, oder auf der Leiterplatte (22), auf der das weitere Strahlerelement (18) oder das Gegengewicht (18) angeordnet sind.
- Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzanpassung teils unmittelbar auf der Leiterplatte (20) angeordnet ist, auf der sich der Transceiver (10) befindet, und zusätzlich auf der Leiterplatte (22), auf der das weitere Strahlerelement (18) oder das Gegengewicht (18) angeordnet sind.
- Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte (20) steckbar mit einer weiteren Leiterplatte (22) oder einem Strahler oder einem Gegengewicht verbunden ist.
- Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Strahlerelement galvanisch oder kapazitiv mit dem leitfähigen Gehäuse verbunden ist.
- Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mit leitfähigen Komponenten der Leiterplatte (20, 22) verbundene oder gekoppelte Bauteile sowohl elektronische und elektrische als auch mechanische elektrisch leitende Bauteile sind und damit Bestandteilen der Strahlerelemente sind.
- Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche Bestandteil einer elektronischen Steuerung eines Türschlosses ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (20) des Transceivers und die weitere Leiterplatte (22) in einem Knauf eines Türbeschlags befestigt sind, wobei die Leiterplatte (20) des Transceivers nahe einer Innenseite einer Stirnfläche des Knaufs an dessen dem Türschloss abgewandten freien Ende angeordnet ist, und die weitere Leiterplatte (22), die eine elektronische Schaltung zur Steuerung des Türschlosses trägt, zwischen der Leiterplatte (20) des Transceivers (10) und dem Türschloss angeordnet ist, wobei die Stirnfläche des Knaufs aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Fenster (26) besteht und der übrige Teil des Knaufs das elektrisch leitfähige Gehäuseteil (24) ist.
- Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche Bestandteil einer elektronischen Steuerung eines Türschlosses ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (20) des Transceivers und die weitere Leiterplatte (22) in einem Schild oder einer Rosette eines Türbeschlags befestigt sind, wobei die Leiterplatte (20) des Transceivers nahe einer Innenseite eines für elektromagnetische Wellen durchlässigen Fensters (26) im Schild oder in der Rosette angeordnet ist und der übrige Teil des Schilds oder der Rosette das elektrisch leitfähige Gehäuseteil (24) ist.
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