EP4005024B1 - Kommunikationsvorrichtung mit einer magnetischen antenne - Google Patents

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EP4005024B1
EP4005024B1 EP20745179.0A EP20745179A EP4005024B1 EP 4005024 B1 EP4005024 B1 EP 4005024B1 EP 20745179 A EP20745179 A EP 20745179A EP 4005024 B1 EP4005024 B1 EP 4005024B1
Authority
EP
European Patent Office
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signal
tuning
magnetic antenna
antenna
loop
Prior art date
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Active
Application number
EP20745179.0A
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English (en)
French (fr)
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EP4005024A2 (de
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Gerald Ulbricht
Josef Bernhard
Alexej JARRESCH
Günter ROHMER
Ralph Oppelt
Gerd Kilian
Martin KEPPELER
Michael Schlicht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Publication of EP4005024B1 publication Critical patent/EP4005024B1/de
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/005—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with variable reactance for tuning the antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a communication device having a magnetic antenna, and in particular, to a subscriber or base station of a communication system having a magnetic antenna. Some embodiments relate to a receiver having a magnetic antenna.
  • electrical antennas or electrically short antennas are used, especially in the area of sensor nodes. For example, if a conventional electrical antenna is used at 868 MHz, a length of around 15 cm is required as a 1 ⁇ 2 lambda radiator. If shorter antennas are used, the antenna gain decreases. The handling of devices with antennas is also restricted, as the antennas used become detuned when approaching electrically conductive or dielectric objects, thus further reducing their gain. This places requirements on the environment of, for example, sensor nodes. With electrical antennas, it is still not possible to transmit from electrically shielded environments (Faraday cage).
  • Magnetic antennas are also known. Due to their high quality, however, magnetic antennas have a very narrow band. Therefore, magnetic antennas must be tuned to the desired frequency when approaching metallic or dielectric objects, for example.
  • Magnetic antennas are usually detuned by the surrounding materials. This means that the resonance tuning is no longer optimal at the operating frequency or the adjustment to the feed resistance is no longer optimal. Both are usually impaired, but can be corrected by retuning the antenna (e.g. by changing the resonance capacitor or changing the coupling). However, this requires user intervention and a measurement value with which an optimal setting can be determined.
  • the loop antenna is simply interrupted and connected to a capacitor bank of a tuning circuit for tuning, whereby the tuning circuit contains a control loop.
  • ESA Electrically-Small Antennas
  • the US 2007/091006 A1 describes a self-tuning antenna that automatically adjusts its input impedance to compensate for externally induced impedance changes.
  • a variable impedance is adjusted by a control circuit to reconfigure the antenna input impedance to compensate for different environmental situations and different transponder mismatch situations.
  • a negative feedback signal is used to determine or infer impedance mismatches and reconfigure the antenna input impedance until a desired balance of antenna input impedance is achieved.
  • a reference measurement is automatically made by an antenna tuning circuit that adjusts the antenna impedance matching circuit to compensate for object interference.
  • the antenna impedance matching circuit includes a variable capacitor circuit with multiple individually controlled parallel plate capacitors that can be added to or removed from the variable capacitor circuit as needed.
  • the US 5,483,688 A describes an automatic tuning of an antenna.
  • the antenna tuning is based on a current radio reception frequency and on previous antenna tuning cycles to establish a predictor value.
  • the predictor value establishes a subrange of the antenna tuning voltage that most likely contains the optimal antenna tuning voltage, but is a smaller range than the entire antenna tuning voltage range.
  • the subrange of the antenna tuning voltage is then cycled through while monitoring a signal strength indicator to identify an antenna tuning voltage that provides optimal tuning conditions.
  • the US 2014/197832 A1 describes an antenna that is designed to excite and/or detect a magnetic resonance in an object to be examined.
  • the antenna comprises a conductor loop with an inner conductor and a primary shield conductor, which form at least one waveguide, wherein the primary shield conductor is interrupted by at least one gap, wherein a secondary shield conductor surrounds the primary shield conductor, wherein a dielectric is arranged between the primary shield conductor and the secondary shield conductor and at least the at least one gap is covered by the secondary shield conductor, wherein the secondary shield conductor comprises at least two shield conductor sections which are electrically conductively connected to one another and are displaceable relative to one another, so that the length of the secondary shield conductor is variable.
  • the DE 42 36 087 A1 describes a loop antenna coupled to a controllable reactive element having a variable reactance for tuning the antenna in a resonant circuit to the frequency of a desired signal in the frequency domain.
  • An antenna tuning circuit responsive to the frequency to which the antenna is tuned provides an antenna tuning signal to the controllable reactive element to control the reactance of that element so that the antenna remains tuned to the frequency of the desired signal.
  • the antenna tuning signal includes three components: a frequency approximation component to roughly tune the antenna to the frequency of the desired signal, an error component to finely tune the antenna to the frequency of the desired signal, and a dither component to change the tuning of the antenna around the frequency of the desired signal.
  • the voltage at the output of the compensator circuit describes the percentage change in the carrier signal strength at the receiving end, whereby the voltage Vlog and the tuning dither signal are combined via the multiplier, and the tuning signal is then generated from this via the integrator and the signal summer.
  • the present invention is based on the object of improving the automatic tuning of a magnetic antenna.
  • Embodiments provide a device with a magnetic antenna and a tuning device.
  • the magnetic antenna has a loop with one or more interruptions and at least one tuning element [e.g. actuator] for tuning the magnetic antenna.
  • the tuning device has a control loop that is configured to provide a tuning signal [e.g. manipulated variable] for tuning the magnetic antenna and to control the tuning element with the tuning signal in order to tune the magnetic antenna.
  • the device is configured to switch the control loop [e.g. measuring element and controller] or a component of the control loop [e.g. measuring element or controller] from a sleep mode [e.g. energy saving mode or power-down mode] to a normal operating mode only when required [e.g. when sending a signal; e.g. shortly before the signal is sent until shortly after the signal is sent or until the magnetic antenna has been tuned].
  • a sleep mode e.g. energy saving mode or power-down mode
  • a loop circumference of the single or multiple interrupted loop can be 1/2 to 1/10 of a wavelength of the signal leading into the magnetic antenna or of a transmission signal to be sent or received with the magnetic antenna.
  • the wavelength can be less than or equal to 1.999 m (e.g. at frequencies greater than or equal to 149 MHz), or less than or equal to 0.749 m (e.g. at frequencies greater than or equal to 400 MHz), or less than or equal to 0.375 m (e.g. at frequencies greater than or equal to 800 MHz).
  • a frequency of the signal leading into the magnetic antenna or of a transmission signal to be transmitted or received with the magnetic antenna can be greater than or equal to 149 MHz, 400 MHz or 800 MHz or can be in the range from 149 MHz to 930 MHz.
  • ISM Industrial, Scientific and Medical Band
  • the magnetic antenna can be narrowband. In embodiments, the magnetic antenna can have a quality of 20 to 500. (Note: In magnetic antennas, the bandwidth is defined by the quality).
  • the tuning device is configured to hold and continue to provide the tuning signal in response to a tuning of the magnetic antenna [e.g., from or shortly before a change of the control loop or the component of the control loop from the normal operating mode to the idle mode] by means of a holding element.
  • the transmitting device is configured to provide an activation signal synchronized in time with the transmission of the signal, wherein the tuning device is configured to switch the control loop or a component of the control loop [eg a part of the control loop; eg the controller of the control loop] from the idle mode to the normal operating mode in response to the activation signal.
  • the tuning device is configured to switch the control loop or a component of the control loop [eg a part of the control loop; eg the controller of the control loop] from the idle mode to the normal operating mode in response to the activation signal.
  • the tuning device is configured to hold and continue to provide the tuning signal by means of a holding element after the magnetic antenna has been tuned [e.g. from or shortly before a change of the control loop or the component of the control loop from the normal operating mode to the idle mode].
  • the holding element is a sample-and-hold element or a control amplifier of a controller [e.g. I, PI or PID controller] of the control loop together with at least one capacitance of this controller.
  • a controller e.g. I, PI or PID controller
  • the transmitting device is configured to provide a holding signal, wherein the tuning device is configured to hold and continue to provide the tuning signal in response to the holding signal by means of the holding member.
  • the tuning device comprises a control unit [e.g., microcontroller or ASIC], wherein the controller of the control loop is implemented in the control unit [e.g., microcontroller or ASIC].
  • a control unit e.g., microcontroller or ASIC
  • the controller of the control loop is implemented in the control unit [e.g., microcontroller or ASIC].
  • control unit e.g. microcontroller or ASIC
  • ASIC application specific integrated circuit
  • the reference value is based on a previous value of the tuning signal to which the tuning signal was regulated in a previous control.
  • the starting value [e.g. in the simplest case] can be equal to the value to which the tuning signal was previously regulated or [e.g. in the mean, average, mean] previously regulated.
  • the tuning device is configured to provide the tuning signal for tuning the magnetic antenna in dependence on a phase relationship between the signal leading into the magnetic antenna and a phase signal.
  • the phase signal is based on a magnetic field generated by the loop.
  • the phase signal is a signal coupled out of the magnetic antenna.
  • the tuning device comprises a coupling loop configured to couple a signal from the magnetic antenna to obtain the signal coupled from the magnetic antenna.
  • the tuning device is configured to drive the tuning element with the tuning signal in order to regulate a phase difference between the signal leading into the magnetic antenna and the phase signal to a predetermined target value.
  • the tuning device is configured to effect control of the phase difference between the signal leading into the magnetic antenna and the phase signal to the predetermined target value using the control loop.
  • the device is configured to transmit a signal to tune the magnetic antenna prior to receiving a receive signal with the magnetic antenna.
  • the transmitted signal is a transmit signal having payload data that precedes the reception of the receive signal.
  • the transmitted signal is a test signal that is transmitted prior to receiving the receive signal to tune the magnetic antenna.
  • the tuning device is configured to hold and continue to provide the tuning signal in response to a tuning of the magnetic antenna [e.g. from or shortly before the change of the control loop or the component of the control loop from the normal operating mode to the idle mode] by means of a holding element at least until the end of the reception of the received signal.
  • the transmitting device of the control unit e.g. microcontroller or ASIC
  • the control unit can signal the frequency of the received signal, e.g. by means of a signaling signal.
  • the at least one reference value is based on a respective value of the tuning signal to which the tuning signal was regulated in a previous control or [e.g., in the mean, average, mean] in a plurality of previous controls when transmitting a signal at the respective reference frequency.
  • the tuning device is configured to generate the tuning signal for tuning the magnetic antenna in dependence on a phase relationship between the signal leading into the coupling loop and a phase signal wherein the phase signal is a signal coupled out of the coupling loop by means of the magnetic antenna.
  • the device is configured to transmit the signal with the magnetic antenna to tune the magnetic antenna, wherein the device is configured to transmit the signal with reduced transmit power.
  • the tuning device comprises a control unit [e.g. microcontroller or ASIC], wherein the controller in the control unit [e.g. microcontroller or ASIC], wherein the control unit [e.g. microcontroller or ASIC] is configured to start a regulation of a value [e.g. an (analog) voltage value or a digital value] of the tuning signal starting from a start value, wherein the control unit [e.g. microcontroller or ASIC] is configured to determine the start value as a function of a reference value stored in a memory [e.g. memory of the control unit [e.g. microcontroller or ASIC] or external memory [e.g. EEPROM]], wherein the reference value is based on a previous value of the tuning signal to which the tuning signal was regulated in a previous regulation when transmitting a signal at a frequency corresponding to a center of a band in which the received signal is transmitted.
  • a control unit e.g. microcontroller or ASIC
  • the device is configured to send and/or receive data based on a time and/or frequency hopping method.
  • the device is configured to communicate in the ISM band.
  • the device is a participant of a communication system.
  • the participant is a sensor node.
  • the device is a base station of a communication system.
  • a loop circumference of the single or multiple interrupted loop can be 1/2 to 1/10 of a wavelength of the signal leading into the magnetic antenna or of a transmission signal to be sent or received with the magnetic antenna.
  • the wavelength can be less than or equal to 1.999 m (e.g. at frequencies greater than or equal to 149 MHz), or less than or equal to 0.749 m (e.g. at frequencies greater than or equal to 400 MHz), or less than or equal to 0.375 m (e.g. at frequencies greater than or equal to 800 MHz).
  • a frequency of the signal leading into the magnetic antenna or of a transmission signal to be transmitted or received with the magnetic antenna can be greater than or equal to 149 MHz, 400 MHz or 800 MHz or can be in the range from 149 MHz to 930 MHz.
  • ISM Industrial, Scientific and Medical Band
  • the tuning device is configured to adjust a value of the tuning signal to control the resonant frequency of the magnetic antenna to a predetermined value.
  • the reception parameter is a reception power or reception quality.
  • the tuning device comprises a control unit [e.g., microcontroller or ASIC], wherein a controller of the control loop is implemented in the control unit [e.g., microcontroller or ASIC], wherein the control unit [e.g., microcontroller or ASIC] is configured to start a control of a value [e.g., an (analog) voltage value or a digital value] of the tuning signal starting from a start value.
  • a control unit e.g., microcontroller or ASIC
  • a controller of the control loop is implemented in the control unit [e.g., microcontroller or ASIC]
  • the control unit [e.g., microcontroller or ASIC] is configured to start a control of a value [e.g., an (analog) voltage value or a digital value] of the tuning signal starting from a start value.
  • control unit e.g. microcontroller or ASIC
  • ASIC application specific integrated circuit
  • reference values e.g. reference voltages or digital reference values of the tuning signal or values derived therefrom or related thereto
  • reference values are stored in the memory of the control unit [e.g. microcontroller or ASIC], wherein the control unit [e.g. microcontroller or ASIC] is configured to determine the starting value based on at least one of the reference values depending on a frequency of the received signal.
  • the tuning device is configured to determine a value of the auxiliary signal at which the reception power or reception quality is maximum and to set one or both of the two adjustable end values of the further auxiliary signal to this value.
  • the device is configured to communicate in the ISM band.
  • the device is a base station of a communication system.
  • the magnetic antenna can be implemented in a participant of a communication system.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 may be interrupted by capacitance elements 110, such as resonance capacitors.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 such as this in Fig. 1b shown for illustration purposes, can be interrupted twice (e.g. capacitively shortened) by two capacitance elements 110.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 can also be interrupted several times by a different number of capacitance elements 110.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 can be divided into n segments (or parts, or sections) by n capacitance elements 110, where n is a natural number greater than or equal to two. The parts or sections of the loop between the respective capacitance elements 110 are referred to as segments here.
  • the segments of the multi-interrupted loop 108 may be connected by the capacitance elements 110.
  • two segments of the multi-interrupted loop may be connected by a capacitance element connected in series between the two segments.
  • the segments of the loop 108 of the magnetic antenna 106 and the capacitance elements 110 are alternately connected in series to form a loop.
  • the antenna arrangement 104 can therefore have a second magnetic antenna, as described below with reference to Fig. 5 is explained in more detail, or an additional electrical antenna.
  • the second magnetic antenna and/or the additional electrical antenna can be arranged such that the zero points of the magnetic antenna 106 are compensated.
  • the subscriber 100 (or the subscriber's communication system) can be configured to transmit data based on the telegram splitting method.
  • data such as a telegram or data packet
  • the telegram splitting method data, such as a telegram or data packet, is split into a plurality of sub-data packets (or partial data packets, or partial packets) and the sub-data packets are transmitted using a time and/or frequency hopping pattern distributed in time and/or frequency (i.e., not contiguously) from one subscriber to another subscriber (e.g., from the base station to the endpoint, or from the endpoint to the base station) of the communication system, wherein the subscriber who receives the sub-data packets reassembles (or combines) them to obtain the data packet.
  • Each of the sub-data packets contains only a part of the data packet.
  • the data packet can also be channel-coded so that not all sub-data packets but only a part of the sub-data packets are required for error-
  • the communication system may be a personal area network (PAN) or a low power wide area network (LPWAN).
  • PAN personal area network
  • LPWAN low power wide area network
  • Fig. 1c a schematic view of a subscriber 100 of the communication system, wherein the subscriber 100 is an endpoint, according to an embodiment of the present invention.
  • the endpoint 100 may be a sensor node in embodiments.
  • the endpoint 100 may comprise a sensor 114, such as a temperature sensor, pressure sensor, humidity sensor or any other sensor, wherein the signals sent by the sensor node 100 are dependent on a sensor signal provided by the sensor.
  • the sensor may comprise a microprocessor 112 that processes the sensor signal provided by the sensor to generate data to be transmitted based on the sensor signal, which is sent by the transmitting device (eg transmitting and receiving device) 102, eg based on the telegram splitting transmission method.
  • the endpoint 100 may be battery-operated. Alternatively or additionally, the endpoint 100 may have an energy harvesting element for generating electrical energy.
  • the magnetic antenna 106 has the advantage of a high antenna quality with a small design.
  • the magnetic antenna 106 has the advantage that it can be adapted to different environmental conditions, e.g. by automatic tuning.
  • the lower electric fields or the multiple capacitive shortening have the advantage that the voltage at the resonance capacitances is correspondingly lower (e.g. half the voltage with double shortening, but then also double the capacitance value). This is particularly advantageous if one or more of the resonance capacitances are to be designed to be tunable, since the tuning elements can then have a lower dielectric strength
  • the magnetic antenna 106 (or the loop 108 of the magnetic antenna 106) can be capacitively shortened several times.
  • capacitors 110 are arranged in series in the magnetic loop.
  • Loops 108 with a round shape have the best ratio of conductor track length to spanned (or enclosed) area. However, the use of space on a usually rectangular board (conductor tracks) is not optimal.
  • Fig. 4 shows a symmetrical design (of loop 108) of the magnetic antenna 106, but asymmetrical designs (of the loop 108) are also conceivable, in which, for example, the upper and lower sections (eg segments of the loop 108) are longer.
  • FIG. 4 a schematic view of a magnetic antenna 106 with a multiply interrupted loop 108, wherein the loop 108 is octagonal in shape.
  • the loop 108 may be divided into eight segments by (eg eight) capacitance elements 110, wherein the eight segments may be square, so that the loop 108 has an octagonal shape.
  • the loop 108 may also be divided into a different number of segments and/or may have a different shape.
  • the loop 108 of the magnetic antenna may be m-corner-shaped, where m is a natural number greater than or equal to three, such as 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11 or 12.
  • a routing of the segments of the magnetic antenna 106 can be straight in the areas (or in the locations) with components.
  • the magnetic antenna 106 (or the loop 108 of the magnetic antenna 106) may have a polygonal shape or more than four corners.
  • Such a magnetic antenna 106 has the advantage that the layout can be more easily transferred to different layout programs.
  • such a magnetic antenna 106 has the advantage that placement of the components is easier, since the cable routing (of the loop 108 of the magnetic antenna 106) is straight at the locations with the components.
  • antenna arrangement 104 has a magnetic antenna 106 with a multiply interrupted loop 108
  • the described embodiments also apply to an antenna arrangement 104 with a magnetic antenna 106 with a single interrupted loop 108 (cf. Fig. 1a ) are applicable.
  • the loop is implemented on a circuit board
  • the loop can be realized on a printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the tuning circuit can be realized on the same circuit board (printed circuit board).
  • the antenna assembly 104 may include multiple magnetic antennas.
  • two magnetic antennas may be used, wherein the two magnetic antennas are preferably (e.g. substantially) orthogonal.
  • the second magnetic antenna (or the loop of the second magnetic antenna) can be "flattened".
  • the resistance of the winding increases in comparison to the spanned (or enclosed) area, which reduces the quality. Since a smaller area is spanned in the flattened loop, its radiation efficiency is reduced. This increases the quality again somewhat, but does not contribute to the radiation.
  • a wider conductor (less losses) can be used.
  • Fig. 5 shows a schematic view of an antenna arrangement 104 with a first magnetic antenna 106 and a second magnetic antenna 112, according to an embodiment of the present invention.
  • the first magnetic antenna 106 comprises a multiply interrupted loop 108. As in Fig. 5 As shown by way of example, the loop 108 of the first magnetic antenna can be divided into four segments by four capacitance elements 110. However, it should be noted that the loop 108 of the first magnetic antenna 106 can also be divided into a different number of segments. Thus, in embodiments, the loop 108 of the first magnetic antenna 106 can be divided into n segments by n capacitance elements 110, where n is a natural number greater than or equal to two.
  • the second magnetic antenna 112 also includes a loop 114, wherein the loop 108 of the first magnetic antenna 106 and the loop 114 of the second magnetic antenna 112 may be arranged substantially orthogonal to each other.
  • a surface spanned by the loop 114 of the second magnetic antenna 112 runs orthogonally to a surface spanned by the loop 108 of the first magnetic antenna 106.
  • the area spanned by the loop 108 of the first magnetic antenna 106 is parallel to the xy-plane defined by the coordinate system, while the area spanned by the loop 114 of the second magnetic antenna 112 is parallel to or in the z-axis of the coordinate system.
  • a spanned (or enclosed) area of the loop 114 of the second magnetic antenna 112 may be smaller by at least a factor of two (e.g., by a factor of three, four, five, or ten) than a spanned (or enclosed) area of the loop 108 of the first magnetic antenna 106.
  • the loop 114 of the second magnetic antenna 112 may be "flattened".
  • a conductor of the loop 114 of the second magnetic antenna 112 can be thicker or wider by at least a factor of two (eg, by a factor of three, four or five) than a conductor of the loop 108 of the first magnetic antenna 106.
  • loop 114 of the second magnetic antenna 112 can also be interrupted several times, for example by at least two capacitance elements.
  • the antenna arrangement 104 may have a second, preferably orthogonal loop 114.
  • a wire gauge/width of the second loop 114 may be larger (than a wire gauge/width of the first loop 108), but the second loop 114 may be flatter (than the first loop 108).
  • antenna arrangement 104 has magnetic antennas with multiple interrupted loops, it should be noted that the described embodiments are equally applicable to an antenna arrangement with magnetic antennas with single interrupted loops.
  • an electrical antenna can be integrated on the circuit board (e.g. PCB) in addition to the magnetic antenna 106, e.g. in the form of a PCB F antenna, as an "extension" of the loop 108 (e.g. the magnetic ring/octagon).
  • PCB circuit board
  • an electrical and a magnetic antenna e.g. on a printed circuit board (e.g. PCB) can be combined.
  • the current flow of the unwanted magnetic antenna can be interrupted, for example, by means of a switch.
  • every switch has a certain residual capacitance, this ultimately amounts to a strong detuning of the resonance frequency.
  • one or more resonance capacitors can be provided with a coil in parallel. These form a parallel resonant circuit at the original resonance frequency of the loop, which interrupts the flow of current in it.
  • a slight detuning of the natural resonance of one of the two loops can shift the tuning of the loops and thus the main radiation direction and thus the zero point, since the loops then radiate with different intensity at unchanged high control power.
  • the non-radiated portion of the slightly detuned loop is reflected back and absorbed in the transmitter.
  • the zero point of a loop depends on its structure in three-dimensional space. This does not change if, for example, only the capacity of a resonance capacity is changed. With planar loops there is always a position in which no B field lines penetrate, namely when these run in the plane of the loop. But even with a three-dimensional loop (or curved B lines), for example with a slightly bent circular ring that does not run exactly in a plane, there is always a position in which field lines that penetrate from one side and the other side of the loop balance each other out. This leads to compensation, i.e. a zero point. Even orthogonal loops would have a zero point below 45° if their signals only directly are connected together. To avoid this, their received signals can be combined with a 90° phase offset, because then geometric cancellation of the time signals is no longer possible.
  • several magnetic loops can be controlled in a phase-shifted manner.
  • several self-tuned magnetic loops can be controlled in a phase-shifted manner.
  • transmission diversity i.e. transmission with different antennas
  • transmission diversity can be carried out per telegram, since the Telegram Splitting transmission method allows each sub-data packet (hop) to be transmitted on a different antenna / with different strengths on the antennas.
  • different sub-data packets can therefore be radiated with different intensities on different antennas, so that different sub-data packets are sent with different antenna zeros.
  • more or less orthogonal loops with different resonance frequencies whose signals are combined, for example, using a decoupled combiner, can be used. If the resonance frequencies are close to each other, the loops must already have good geometric orthogonality (ie magnetic decoupling). Otherwise, there will be losses in quality and resonance distortions. Therefore, the resonance frequency is intentionally slightly detuned. Different sub-data packets (hops) are at different frequencies and are therefore transmitted by the loops with different resonances to different degrees, which means that the zero point of the magnetic antenna is shifted in each case.
  • hops sub-data packets
  • the radiation ratio of the magnetic antennas changes over frequency.
  • the zero point of the antenna shifts over the frequency.
  • Fig. 6a shows a schematic block diagram of an antenna arrangement 104 according to an embodiment of the present invention.
  • the antenna arrangement 104 comprises a magnetic antenna 104 with a single (i.e., only once) interrupted loop 108 and a tuning element 111 for tuning the magnetic antenna 104.
  • the tuning device 120 is designed to provide a tuning signal (e.g. a control signal) 122 for tuning the magnetic antenna 106 and to control the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to tune the magnetic antenna 106.
  • a tuning signal e.g. a control signal
  • the magnetic antenna loop 108 may be interrupted by the tuning element 111, where the tuning element 111 may be a variable (or adjustable) capacitance (e.g., variable resonant capacitance).
  • the tuning element 111 may be a variable capacitor or a capacitance diode.
  • Fig. 6b shows a schematic block diagram of an antenna arrangement 104 according to an embodiment of the present invention.
  • the antenna arrangement 104 comprises a magnetic antenna 104 with a multiply interrupted loop 108 and at least one tuning element 111 for tuning the magnetic antenna 104.
  • the tuning device 120 is designed to provide a tuning signal (e.g. control signal) 122 for tuning the magnetic antenna 106 and to control the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to tune the magnetic antenna 106.
  • a tuning signal e.g. control signal
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 can be interrupted several times by capacitance elements 110, such as resonance capacitors.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 such as this in Fig. 6b shown for illustration purposes, can be interrupted twice (e.g. capacitively shortened) by two capacitance elements 110.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 can also be interrupted several times by a different number of capacitance elements 110.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 can be divided into n segments (or parts, or sections) by n capacitance elements 110, where n is a natural number greater than or equal to two. The parts or sections of the loop 108 between the respective capacitance elements 110 are referred to as segments here.
  • the at least one tuning element 111 can be one of the capacitance elements 110, wherein the tuning element 111 can be designed as a variable capacitance element, e.g. as a variable resonance capacitance.
  • the tuning element 111 can be a variable capacitor or a capacitance diode.
  • a real subset or all of the capacitance elements 110 can also be tuning elements 111, such as variable capacitance elements (e.g. variable capacitors or capacitance diodes).
  • the antenna arrangement 104 can be connected to a source and/or sink 102, such as a transmitting and/or receiving device (eg of a subscriber 100 of a communication system).
  • a source and/or sink 102 such as a transmitting and/or receiving device (eg of a subscriber 100 of a communication system).
  • a transmitting and/or receiving device eg of a subscriber 100 of a communication system.
  • embodiments of the present invention primarily relate to the antenna arrangement 104, which can be implemented in a variety of different application areas.
  • tuning signal 122 e.g. tuning control variable or tuning voltage
  • Fig. 7 shows a schematic block diagram of an antenna arrangement 104 according to an embodiment of the present invention.
  • the antenna arrangement 104 comprises the magnetic antenna 106 with the tuning element 111 and the tuning device 120 for tuning the magnetic antenna 106.
  • the tuning device 120 is designed to provide the tuning signal 122 for tuning the magnetic antenna 106 as a function of a phase position of a signal 124 leading into the magnetic antenna 106 (e.g. leading power or leading wave), and to control the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to tune the magnetic antenna 106.
  • a signal 124 leading into the magnetic antenna 106 e.g. leading power or leading wave
  • the tuning device 120 may be configured to provide the tuning signal 122 for tuning the magnetic antenna 106 depending on a phase relationship between the signal 124 leading into the magnetic antenna (e.g., leading power) and a phase signal 126.
  • the phase signal 126 may be based on a current flowing in at least a portion of the loop 108 and/or on a magnetic field generated by the loop 108 or magnetic antenna 106 (e.g., in the near field).
  • the phase signal 126 may be a power coupled out of the magnetic antenna 106 (e.g. inductively).
  • the antenna assembly 104 may include a coupling loop 128 configured to couple power out of the magnetic antenna 106 to receive the power coupled out of the magnetic antenna (e.g., inductively).
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 and the coupling loop 128 may be arranged or implemented on the same circuit board.
  • the tuning device 120 can be designed to control the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to regulate a phase difference between the signal 124 leading into the magnetic antenna (e.g. leading power or leading wave) and the phase signal 126 to a predetermined target value.
  • the tuning device can be designed to control the phase difference between the magnetic field and the Antenna leading signal 124 (e.g. leading power) and the phase signal to the specified target value.
  • the Antenna leading signal 124 e.g. leading power
  • the tuning device can be designed to track the control signal in order to counteract a deviation of the phase difference between the signal 124 leading into the magnetic antenna (e.g. leading power) and the phase signal from the predetermined target value.
  • the tuning device may be configured to effect control of the phase difference between the signal 124 leading into the magnetic antenna (e.g. leading power) and the phase signal to the predetermined target value using a control loop or a feed-forward control.
  • the transmission measurement of a resonant circuit shows a maximum magnitude and a phase inflection point at the resonance point. Depending on the degree of coupling of the feeding source with the circuit, this can be between 90° (loose coupling, see [1]) and 0° (tight coupling, see [2] or [3]. Fig. 8 ) lay.
  • Fig. 8 in a diagram phase responses of a resonant circuit from [1] with low damping and high damping.
  • the ordinate is the phase shift in degrees and the abscissa is the frequency.
  • the phase is counted with a negative sign, then the above applies accordingly (from monotonically increasing to monotonically decreasing, etc. (see [2]).
  • Embodiments use this situation for automatic frequency adjustment by comparing the phase position of the signal 124 (e.g. leading power) running into the loop 108 with a power inductively coupled out of the loop 108, for example via a small coupling loop 128.
  • a directional coupler can be used, for example, to determine the phase position of the leading signal 124 (e.g. leading power).
  • Different line lengths up to the location where the phase comparator is located on the circuit board result in a further phase offset.
  • a phase shifter ⁇ ⁇ 0 is therefore inserted into one of the two lines running to the phase comparator, so that when there is resonance there, the two signals have exactly a phase difference of 90°, for example.
  • Phase comparators are well known from literature.
  • the Gilbert cell (see [4]) which is often used for this purpose works in principle like a multiplier.
  • the component with double the frequency 2 ⁇ t can easily be suppressed with a low-pass filter, so that the DC component ⁇ sin( ⁇ ⁇ ) remains. Since the sine function is an odd function, the result is a controlled variable that changes sign around the operating point 90° and only results in zero at exactly 90°.
  • Fig. 9 shows a block diagram of the arrangement described.
  • the phase shifter is shown here in the coupling path of the directional coupler. As already mentioned, it can also be looped into the path of the coupling loop. This can preferably be selected so that the smaller phase shift is required in each case.
  • FIG. 9 a schematic block diagram of an antenna arrangement 108 according to an embodiment of the present invention.
  • the antenna arrangement 108 comprises the magnetic antenna 106 and the tuning device 120.
  • the tuning device 120 can be designed to derive (eg branch off) a signal from the signal 124 (eg leading power) leading into the magnetic antenna 106 in order to obtain a derived (eg branched) signal 132.
  • the tuning device 120 can be designed to provide the tuning signal 122 for tuning the magnetic antenna 106 depending on a phase relationship between the derived signal 132 and the phase signal 126.
  • the tuning device 120 can be designed to control the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to regulate the phase difference between the derived signal 132 and the phase signal 126 to a predetermined target value.
  • the tuning device 120 may further comprise a signal combiner 136 (e.g., multiplier or subtractor) configured to combine (1) the phase signal 126 or a phase-shifted version of the phase signal, and (2) the derived signal 132 or a phase-shifted version 138 of the derived signal 132, to obtain a combined signal 140.
  • the tuning device 120 may be configured to drive the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to regulate (1) a DC component of the combined signal 140 or (2) a low-pass filtered version 146 of the combined signal 140 to a predetermined target value.
  • the tuner 120 may further comprise a phase shifter 134 that may be configured to phase shift one of the derived signal 132 and the phase signal 126 to obtain a phase-shifted signal 138.
  • the signal combiner (e.g., multiplier or subtractor) 136 may be configured to combine the phase-shifted signal 138 and the other of the derived signal 132 and the phase signal 126 to obtain a combined signal 140.
  • the phase shifter 134 can be designed to phase-shift one of the derived signal 132 or the phase signal 126 such that, in the case of resonance of the magnetic antenna 106, the phase-shifted signal 138 and the other of the derived signal 132 and the phase signal 126 at the signal combiner 136 have a predefined phase difference (e.g. 90° ⁇ 3° or ⁇ 1° or 0.1°).
  • the phase shifter 134 is designed, for example, to phase-shift the derived signal 132 in order to obtain the phase-shifted signal 138, wherein the signal combiner 136 in this case can be designed to combine the phase-shifted signal 138 and the phase signal 126 in order to obtain the combined signal 140.
  • the phase shifter 134 can be designed to phase-shift the phase signal 126 in order to obtain the phase-shifted signal 138, wherein the signal combiner 136 in this case can be designed to combine the phase-shifted signal 138 and the derived signal 132 to obtain the combined signal 140.
  • the tuner may further include an energy extractor 130 (e.g., a directional coupler or other energy extracting device) that may be configured to extract a portion of the signal 124 (e.g., power) input to the magnetic antenna 106 to obtain the derived signal 132.
  • an energy extractor 130 e.g., a directional coupler or other energy extracting device
  • the tuning device 120 may further comprise a control amplifier 144 configured to provide the tuning signal 122 (e.g. control signal) for tuning the magnetic antenna 106, wherein the control amplifier 144 may be configured to drive the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to control (1) a DC component of the combined signal 140 or (2) a low-pass filtered version 146 of the combined signal 140 to a predetermined target value.
  • a control amplifier 144 configured to provide the tuning signal 122 (e.g. control signal) for tuning the magnetic antenna 106, wherein the control amplifier 144 may be configured to drive the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to control (1) a DC component of the combined signal 140 or (2) a low-pass filtered version 146 of the combined signal 140 to a predetermined target value.
  • the tuner 120 may further comprise a low-pass filter 142 that may be configured to low-pass filter the combined signal 140 to obtain a low-pass filtered signal 146 comprising the DC component of the combined signal 140.
  • a low-pass filter 142 may be configured to low-pass filter the combined signal 140 to obtain a low-pass filtered signal 146 comprising the DC component of the combined signal 140.
  • Fig. 9 shows a block diagram for automatic frequency control using evaluation of the transmitted phase.
  • the control amplifier 144 can generally be designed as an I controller or PI controller.
  • care must be taken to ensure that its settling time is short enough. This can be achieved by selecting a suitably short control time constant (e.g. ⁇ 10 ⁇ s).
  • Fig. 9 Various versions of the directional coupler 130 shown are known in the literature. One of them can be found in [5, page 88, Figure 7.3] in a special embodiment. It is shown here in Fig. 10a presented in general form.
  • Fig. 10a a schematic block diagram of a conventional directional coupler 130.
  • the directional coupler 130 comprises a first terminal 150, a second terminal 151, a third terminal 152 and a fourth terminal 153.
  • the directional coupler 130 comprises a first resistor 154 (eg of size Z0/N) connected between the first terminal 150 and the second terminal 151, and a second resistor 155 connected between an intermediate node between two transformers 157_1 and 157_2 and ground.
  • the first transformer 157_1 includes a first coil 158_1 connected between the first terminal 150 and the third terminal 152, and a second coil 159_1 connected between the intermediate node and ground.
  • the second transformer 157_2 includes a first coil 158_2 connected between the second terminal 151 and the fourth terminal 153, and a second coil 159_2 connected between the intermediate node and ground.
  • embodiments of the present invention provide a directional coupler 130 with only one transformer (reduced number of transformers). Embodiments of the directional coupler 130 with only one transformer are shown in the Fig. 10b and 10c shown.
  • Fig. 10b shows a schematic block diagram of a directional coupler 130 according to an embodiment of the present invention.
  • the directional coupler 130 comprises a first terminal 150, a second terminal 151, a third terminal 152 and a fourth terminal 153.
  • the directional coupler 130 further comprises a first resistor 154 (e.g. of size Z0/N) connected between the first terminal 150 and the second terminal 151, a second resistor 155 (e.g. of size 2N*Z0) connected between the first terminal 150 and the third terminal 152, and a third resistor 156 (e.g. of size 2N*Z0) connected between the second terminal 151 and the fourth terminal 153.
  • a first resistor 154 e.g. of size Z0/N
  • second resistor 155 e.g. of size 2N*Z0
  • a third resistor 156 e.g. of size 2N*Z0
  • the directional coupler 130 further comprises a transformer 157, wherein a first coil 158 of the transformer 157 is connected between the first terminal 150 and the third terminal 152, and wherein a second coil 159 of the transformer 157 is connected between the second terminal 151 and the fourth terminal 153.
  • the first coil 158 and the second coil 159 can have the same number of windings.
  • Fig. 10c shows a schematic block diagram of a directional coupler 130 according to an embodiment of the present invention.
  • the directional coupler 130 comprises a first terminal 150, a second terminal 151, a third terminal 152 and a fourth terminal 153.
  • the directional coupler 130 further comprises a first resistor 154 (e.g. of size Z0/N) connected between the first terminal 150 and the second terminal 151, a second resistor 155 (e.g. of size 2N*Z0) connected between the first terminal 150 and the third terminal 152, and a third resistor 156 (e.g. of size 2N*Z0) connected between the second terminal 151 and the fourth terminal 153.
  • a first resistor 154 e.g. of size Z0/N
  • second resistor 155 e.g. of size 2N*Z0
  • a third resistor 156 e.g. of size 2N*Z0
  • the directional coupler 130 further comprises a transformer 157, wherein a first coil 158 of the transformer 157 is connected between the first terminal 150 and the second terminal 151, and wherein a second coil 159 of the transformer 157 is connected between the third terminal 152 and the fourth terminal 153.
  • the first coil 158 and the second coil 159 can have the same number of windings.
  • the in Fig. 10b The directional coupler 130 shown is derived from the Fig. 10a shown directional coupler, in that the two tightly coupled transformers 157_1 and 157_2 of Fig. 10a are combined into one and the resistor 155 of size N Z_0 in the middle is distributed equally on both sides of the remaining transformer 157 in Fig. 10b is shifted, resulting in two resistors 155 and 156 with the value 2N ⁇ Z_0. Since resistors are less expensive than transformers, neither in terms of their volume nor in terms of their size, this minimal additional effort is irrelevant.
  • the shift in the internal resistance can also be carried out in unequal parts, as long as the value of an imaginary parallel connection of these two resistors always results in the value N ⁇ Z_0.
  • only one resistor with the value N Z_0 would be sufficient, which is placed on the left or right side of the transformer 157 of Fig. 10b
  • real transformers never have 100% coupling factor, so the strictly symmetrical version of Fig. 10b also leads to a directional coupler behavior that is as symmetrical as possible (ie the two outputs for forward and reverse power then have as similar properties as possible when fed forward or backward).
  • Fig. 10c shows a modification of the Fig. 10b shown directional coupler 130, in which the transformer 157 is arranged rotated by 90°. It can be shown that this is always possible with ideal transformers with a transformation ratio of 1:1, as long as galvanic isolation does not play a role. For proof, see Fig. 11a and 11b .
  • the fourth voltage which is determined by the circuit constraint, therefore results in the same value in both cases, so the networks are equivalent. qed.
  • an evaluation of the phase position of the signal 124 (e.g. leading power) leading into the magnetic loop 108 is carried out, for example by means of a comparison between the phase position of the signal 124 (e.g. leading power) leading into the magnetic loop 108 and the power inductively coupled out of the loop 108, for example via a small coupling loop 128.
  • Embodiments create a directional coupler version with a reduced number of transformers.
  • Fig. 12 shows a schematic block diagram of an antenna arrangement 104 according to an embodiment of the present invention.
  • the antenna arrangement 104 comprises the magnetic antenna 106 with the tuning element 111 and the tuning device 120 for tuning the magnetic antenna 106.
  • the tuning device 120 is designed to provide the tuning signal 122 (e.g. tuning voltage) for tuning the magnetic antenna 106 as a function of an amplitude of a signal 160 based on a magnetic field generated by the loop 108 or by the magnetic antenna 106 (e.g. in the near field), and to control the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to tune the magnetic antenna 106.
  • the tuning signal 122 e.g. tuning voltage
  • the antenna assembly 104 may include an induction loop 162 (or induction coil) configured to provide the signal 160 based on the magnetic field generated by the loop.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 and the induction loop 162 (or induction coil) may be arranged (e.g., implemented) on the same circuit board.
  • the tuning device 120 can be designed to control the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to regulate the amplitude of the signal 160 to a predetermined target value, for example such that the amplitude is greater than or equal to the predetermined (e.g. predefined) target value (e.g. reference value).
  • a predetermined target value for example such that the amplitude is greater than or equal to the predetermined (e.g. predefined) target value (e.g. reference value).
  • the tuning device 120 can be designed to control the amplitude of the signal, which is based on the magnetic field generated by the loop, to the predetermined target value by controlling the tuning element 111 with the tuning signal 122 (e.g. control signal).
  • the tuning signal 122 e.g. control signal
  • the tuning device 120 may be configured to track the tuning signal 122 (e.g. control signal) to counteract a deviation of the amplitude of the signal based on the magnetic field generated by the loop from the predetermined target value.
  • the tuning signal 122 e.g. control signal
  • the specified target value can be determined in advance (e.g. during a factory calibration) by a reference measurement in the undisturbed case of the magnetic antenna 106 and/or in the resonance case of the magnetic antenna 106.
  • the tuning device can be designed to determine the predetermined target value by a reference measurement in the undisturbed case of the magnetic antenna 106 and/or in the resonance case of the magnetic antenna 106.
  • a predetermined signal can be transmitted using the magnetic antenna 106.
  • the predetermined signal can have a predetermined signal shape, predetermined transmission frequency, predetermined bandwidth, predetermined amplitude and/or predetermined modulation type.
  • the predetermined signal can be a sinusoidal signal with a standardized transmission voltage.
  • Magnetic receiving antennas are usually tuned to the maximum reception level (resonance frequency) or adjusted (power adjustment). Magnetic transmitting antennas are tuned to the maximum radiated power.
  • the tuning information or adjustment information can be obtained as described in detail below in sections 2.2.1 and 2.2.2, whereby the tuning or adjustment of the magnetic antenna 106 can also be automatically adjusted in embodiments.
  • a small induction loop 162 or a small SMD coil 162 can be placed next to the actual magnetic antenna 106 on the circuit board. If the magnetic antenna 106 is well adjusted, a voltage with a certain amplitude is induced in this loop 162. If the magnetic antenna 106 is then no longer resonant and adjusted at the required frequency by a body in the vicinity, the amplitude of the induced voltage decreases. This voltage difference can then be detected accordingly. After tapping and rectification, an analog control variable can be obtained from it, for example, or a corresponding digital control can be set up by A/D conversion.
  • the influence of the materials on the antenna properties can be qualitatively assessed using the induced measurement voltage.
  • a value determined in an undisturbed case with a standardized transmission voltage serves as a reference.
  • This reference measurement can also be repeated in the case of use by sending out a sine tone on one or more frequencies through the magnetic transmission antenna 106 and receiving it on the induction loop 162. This makes it possible to re-measure and check the resonance curve of the installed magnetic antenna 106 at the place of use. If the induction loop 162 obtained, e.g. after rectification and A/D conversion, is compared with corresponding tables or guide values in a microcontroller, strategies for optimizing the antenna properties (tuning, adaptation) can be implemented specifically for the current application situation.
  • a tuning signal (e.g. tuning information or matching information) is generated by self-reception.
  • a small induction loop 162 or a small SMD coil 160 can be placed on the same (or the same) printed circuit board (PCB) as the magnetic transmitting antenna 106.
  • PCB printed circuit board
  • a statement about the tuning or adaptation can be generated from the reception power of the induction loop 162 or the SMD coil 162, for example by comparing it with stored calibration information.
  • Section 2.2.1 showed how the degree of current alignment or adjustment can be measured.
  • This problem can be solved by transmitting at different frequencies and taking one or more measurements. This information can be used to create a measurement curve that shows the fit over frequency (or by selecting the best point).
  • a "calibration tone" or a transmission signal can be transmitted on several frequencies.
  • a measurement of a self-received power can be carried out on several frequencies.
  • the "tuning direction or adaptation direction" can be generated by evaluating the course of the received power on the various frequencies.
  • An antenna 106 is best tuned when no power is reflected ( P reflect ), or when the ratio of the power transmitted into the antenna 106 ( P out ) to the reflected power ( P reflect ) is maximum.
  • Matching means both matching to a desired impedance and tuning to the desired transmission frequency.
  • the impedance can be changed using a matching network. This changes the matched frequency of the antenna and the efficiency of the amplifiers.
  • With magnetic antennas the reception frequency and the matching are detuned equally. This can be done, for example, by switching capacitors.
  • electrical antennas the electrical length and thus the frequency can be detuned using switches, for example. This chapter describes how a tuning signal can be determined to reduce the reflected power.
  • a directional coupler 172 and two power meters 174 and 176 can be used, as shown in Fig. 13 shown.
  • the measuring setup includes an ammeter 178, which measures the input current of the transmitting device 102 (eg transmitter circuit), a power meter 180, which measures the output power, and a coaxial tuner 182.
  • the coaxial tuner 182 can be used to simulate all desired impedances for the required frequency. To achieve this, the tuner 182 can be calibrated using a vector network analyzer (VNA), for example, and then connected to the test object.
  • VNA vector network analyzer
  • the current consumed by the transmitting device 102 (eg transmitting system) and the transmitted power can be determined for all set complex impedances using the measurement setup shown. As in Fig. 14 As shown, the transmitting device 102 (eg front end) can now be measured and the curve between output power and input current can be plotted.
  • the transmitting device 102 eg front end
  • Fig. 15 in a Smith diagram the current consumption of the transmitting device 102 is plotted against the antenna impedance.
  • the lower area of the Smith diagram shows a higher current consumption, while the upper area of the Smith diagram shows a lower current consumption.
  • the transmitting device 102 consumes approximately 100 mA.
  • Fig. 16 shows the output power plotted against the antenna impedance in a Smith chart.
  • the middle area of the Smith chart shows an output power of approximately 18 dBm, with the power decreasing towards the edge of the Smith chart.
  • Fig. 17a in a diagram a curve of a real part R and an imaginary part X of the antenna impedance plotted against the input current of the transmitting device 102.
  • the ordinate describes the impedance in ohms and the abscissa the input current of the transmitting device 102 in mA.
  • Fig. 17b shows a diagram of the output power plotted against the input current of the transmitting device 102.
  • the ordinate describes the power and the abscissa the input current of the transmitting device 102 in mA.
  • Fig. 18 shows in a diagram a curve of a real part R and an imaginary part X of the antenna impedance as well as a curve of the output power plotted against the input current of the transmitter device 102.
  • the ordinate is the impedance in ohms or the power in dBm and the abscissa is the input current of the transmitting device 102 in mA.
  • the measurement setup thus shows that it is possible to make a statement about the quality of the antenna matching by measuring the input current (of the transmitting device 102).
  • Fig. 19 shows a schematic block diagram of an antenna arrangement 104 according to an embodiment of the present invention.
  • the antenna arrangement 104 comprises an antenna 106 with a tuning element 111, and the tuning device 120 for tuning the antenna 106.
  • the tuning device 120 is designed to provide the tuning signal 122 for tuning the antenna 106 depending on a power or current consumption of a transmitting device 102 connected to the antenna 106, and to control the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to tune the antenna 106.
  • the antenna 106 may be a magnetic antenna 106 with a single or multiple interrupted loop 108. However, in embodiments, the antenna 106 may also be an electrical antenna.
  • the antenna 106 is a magnetic antenna.
  • transmitting device 102 or from a power or current consumption of an active component of the transmitting device can also be applied to an electrical antenna.
  • the current consumption of the transmitting device can be determined, for example, by means of a current meter 186 (e.g. ammeter).
  • the power consumption of the transmitting device 102 can also be determined, for example by means of a power meter (e.g. power meter).
  • the tuning device 102 can be designed to control the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to regulate the power or current consumption of the transmitting device 102 to a predetermined (e.g. predefined) target value range.
  • the tuning device 120 can be designed to regulate the power or current consumption of the transmitting device 102 to the predetermined target value range by controlling the tuning element 111 with the tuning signal 122 (e.g. control signal).
  • the tuning signal 122 e.g. control signal
  • the tuning device 120 can be designed to track the tuning signal 122 (e.g. control signal) in order to counteract a deviation of the power or current consumption of the transmitting device 102 from the predetermined value range.
  • the tuning signal 122 e.g. control signal
  • Fig. 20 shows a measurement setup for determining the ideal antenna matching, according to an embodiment of the present invention.
  • the measurement setup comprises a transmitting device 102, a magnetic antenna 106 with the tuning element 111, a matching network 113 between the transmitting device 102 and the magnetic antenna 106 and an ammeter 186 for measuring the current consumption of the transmitting device 102, wherein the tuning signal 122 for tuning the magnetic antenna 106 is generated depending on the measured current consumption of the transmitting device 102.
  • the Fig. 20 The measurement setup shown can be implemented, for example, in a device such as a subscriber 100 of a communication system.
  • the device can now be used in contrast to the structure Fig. 13 be greatly simplified because instead of a directional coupler 172 and two power meters 174 and 176, only one ammeter 186 is required in embodiments.
  • the current measurement can be used for tuning the transmitting antenna 106.
  • the (magnetic) antenna 106 can be adjusted based on the calibrated current values.
  • G-MSK Global System for Mobile Communications
  • the (magnetic) antenna 106 can be adjusted using a test signal (CW), whereby the useful signal is only sent under optimized conditions, for example.
  • CW test signal
  • the system is operated at an optimal level of efficiency. This can reduce the energy requirement.
  • the adaptation network used can, for example, have N states that can be directly linked to corresponding current values. This makes it possible to adapt the (magnetic) antenna 106 in just a few steps using a table. This minimizes the programming effort.
  • the (magnetic) antenna 106 can be additionally adjusted.
  • the system e.g. the participant 100 or the tuning device 120 of the participant 100
  • the system can interrupt the transmission process and check the adjustment again at a later time. This can save energy because the participant (e.g. node) always transmits with optimal efficiency.
  • Embodiments have the advantage of saving hardware costs, since no RF coupler and no power meter are required.
  • Embodiments have the advantage that there is no attenuation of the output power by the RF coupler.
  • Embodiments have the advantage that an increasing current indicates the direction of the required adjustment. No minimum search is required, which means that the ideal value can be found more quickly.
  • Embodiments have the advantage that, in the case of a digital or software-based implementation, it is easy to program using an assignment table.
  • Embodiments have the advantage that they can be applied to different transmission systems.
  • Examples of implementation have the advantage of energy efficiency.
  • the device e.g., the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device can determine (e.g., measure) the power consumption of the transmitting device 102 (e.g., transmitting IC or transmitting system).
  • the device e.g., the subscriber 100
  • the device may include a tunable (magnetic) antenna 106.
  • the device eg the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • can detune the (magnetic) antenna 106 possibly special case “short circuit” and “open", 50 ⁇ ).
  • the device e.g., the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the current information can use the current information to find an ideal antenna setting (see procedure above).
  • the device e.g., the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the variable e.g., tunable
  • the transmitting device 102 e.g., transmitting IC
  • the device e.g. the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device can detect a deviation from the adaptation due to deviations in the current consumption at ideal adaptation (50 ⁇ ).
  • the system e.g. the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the system can be given information about the current consumption with ideal adaptation.
  • the input current (of the transmitting device 102) can be determined in different ways. In principle, each method can be carried out at any stage.
  • the input current (of the transmitting device 102) with ideal adaptation (of the magnetic antenna 106) can be determined using a system simulation, e.g. in ADS. If sufficiently good models are available, the simulation can provide a dependency of power consumption on adaptation of the (magnetic) antenna 106.
  • the desired input current (of the transmitting device 102) can be made with maximum output power, e.g. during commissioning by storing the current current value at a 50 ohm terminated output.
  • a structure as in Fig. 14 Using an antenna tuner 182 each point can be measured and the maximum power found.
  • the ideal point can also be reached by connecting (e.g. screwing) different calibration standards.
  • a 50 ohm termination can be used, which directly indicates the ideal current.
  • a termination e.g. plug with an "open” end or “short” can also be used to determine the direction of the impedance curve.
  • the ideal current can be assumed to be the average between the two (e.g. "open” and "short”).
  • a radio link can be set up for calibration, whereby the signal emitted by the transmitter with a (magnetic) antenna 106 can be received by another antenna and the reception power can be evaluated.
  • the tuning elements 111 of the (magnetic) antenna 106 can be changed manually and the corresponding reception power and power consumption can be noted.
  • the power consumption at maximum reception power is the value to which the device is tuned during operation.
  • the measurement can be carried out in a shielded and low-reflection environment, such as in an antenna test hall.
  • external calibration plugs can also be implemented directly on the circuit board and switched, for example, via an RF switch. This makes it possible to determine the ideal current even under different operating modes or environmental conditions, such as temperature (cold, warm).
  • a statement can be made about the ideal current consumption of the transmitting device 102 (e.g. transmitting system) for the respective impedance curve by prior knowledge of the impedance behavior when the (magnetic) antenna 106 used is detuned.
  • a function can be determined that can give the ideal point between the "short circuit” and “open” cases for the (magnetic) antenna 106 used. This is only necessary if the curve deviates from a straight line (case: middle between "short circuit” and "open” is ideal).
  • the transmitted signal can be received by another participant, which can report back to the transmitting participant how good the received signal was, whereby the transmitting participant can generate a tuning voltage.
  • Embodiments have the advantage that the device (e.g. the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100) can contain adaptation information through prior calibration.
  • Embodiments have the advantage that the device (e.g. the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100) can perform a calibration with fewer standards (e.g. only "short circuit” and "open"), whereby the center can be assumed to be ideal.
  • the device e.g. the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • fewer standards e.g. only "short circuit” and "open
  • Embodiments have the advantage that the device (e.g. the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100) can simplify/optimize the calibration through known antenna behavior.
  • the device e.g. the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device e.g., the subscriber 100
  • the device may include a tunable (magnetic) antenna 106.
  • the device e.g. the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • can detune the (magnetic) antenna 106 possibly special case short circuit and open, 50 ⁇ ).
  • the device e.g., the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device can use the current information to find ideal antenna settings (see procedure above).
  • the device e.g., the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the variable e.g., tunable
  • the transmitting device 102 e.g., transmitting IC
  • the device e.g., the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device may contain the adaptation information through prior calibration.
  • the device e.g. the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device can perform a calibration during operation ("short circuit", “open”, “50 ohms").
  • the device e.g. the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device can detect a deviation from the adaptation due to deviations in the current consumption at ideal adaptation (50 ⁇ ).
  • the device eg the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device can perform a calibration, eg in operation with fewer standards (eg only "short circuit” and "open"), whereby the middle can be assumed to be ideal.
  • the device e.g., the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • can perform a calibration e.g., in operation with 50 ohms as a reference for an ideal adaptation of the antenna 106.
  • the device e.g. the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • can use adaptation information current consumption
  • transmission can only take place when the optimal efficiency is achieved.
  • the device e.g., the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device can use the antenna matching to save energy.
  • the device e.g., the subscriber 100 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device e.g., the subscriber 100
  • the device can receive feedback about the transmitted signal from another subscriber in the radio network.
  • the tuning (of the magnetic antenna 106) by measuring the power consumption of the transmitting device 102 was described.
  • the transmitting device 102 usually has a power amplifier that provides the transmission power required for radiation with an antenna 106.
  • the power amplifier is usually made up of several active and passive electronic components. These can be used to record electrical measurement variables that allow conclusions to be drawn about the antenna adaptation and can thus be used to generate the tuning signal 122 (e.g. tuning voltage).
  • the measurement of the supply current of the active component(s) (e.g. power transistors) of the power amplifier (the transmitting device 102) is equivalent to the measurement of the power consumption of the transmitting device (e.g. transmitting IC) and allows a more precise acquisition of the adaptation information.
  • Other consumers in the transmitting device 102 eg transmitting IC do not interfere with the measurement.
  • Metal-semiconductor field-effect transistors have a Schottky contact at the gate, which has a rectifying effect at higher RF input powers P in, a gate current I bias flows (see Fig. 21 ). Via the parasitic gate-drain capacitance (C GD ) 192 (of the transistor 194), this rectification effect is also dependent on the output power P out . If there is circuit access to the gate connection, a voltage V meas can be tapped at the transistor R Bias depending on the gate current; for a given input power P in, this voltage is dependent on the output power P out and thus on the adaptation of the load. It is therefore possible to make a statement about the adaptation of the load, i.e. the antenna 106, via the measurement voltage V meas . V meas can, if necessary, be tapped directly via an analog-digital converter and used to control the antenna tuner for tuning, as shown in Fig. 21 shown.
  • Fig. 21 a schematic block diagram of a transmitting device with a power amplifier 190, according to an embodiment of the present invention.
  • a tuning voltage for controlling the antenna tuner can be generated based on (eg by) a measurement of the bias current I_Bias of the active components 194.
  • the antenna loop 108 of a magnetic antenna 106 is a differential load. Using a transformer (balun), this two-pole differential load can be driven by a single-pole source, as shown in Fig. 23 shown.
  • FIG. 22 a schematic block diagram of an antenna arrangement 104 according to an embodiment of the present invention.
  • the antenna arrangement 104 comprises the magnetic antenna 106 with the loop 108 and the tuning element 111, wherein the magnetic antenna 106 is connected to a source 102, such as a transmitting device, via a transformer 196 (balun).
  • the antenna loop 108 can be controlled differentially so that the common mode Z cc11 is no longer visible in front of the balun 196.
  • the source 102 "sees" the load impedance Z L .
  • the magnetic antenna 106 comprising antenna loop 108 and matching element 111 has the differential impedance Z d .
  • the magnetic antenna 106 is coupled to the impedance Z c via the environment 197. This parasitic coupling leads to the detuning of the (magnetic) antenna 106 and can be compensated using the matching element 111.
  • the differential mode impedance Z dd11 describes the differential mode operation (normal operation of the magnetic antenna 106).
  • the common mode impedance Z cc 11 describes the common mode operation, which is caused by undesirable coupling with the environment. At the input of the balun 196, only the impedance Z L can be measured.
  • the generation of a tuning signal (e.g. tuning voltage) 122 for controlling the matching element 111 can be achieved by accessing the common mode resulting from the common mode impedance Z cc 11 .
  • the (magnetic) antenna 106 can be supplied with a differential or common mode signal and a statement about the detuning can be made via the power consumption.
  • the common mode can be measured or injected using two methods, which are described below.
  • Special baluns 196 allow access to the common mode of the differential port.
  • One example is the so-called ring coupler (also known as rat-race coupler) in Fig. 23
  • the common mode properties of the magnetic antenna can then be determined either via an active measurement using a measuring signal or via the reflected power and a tuning voltage can be derived from this.
  • balun 196 In order to optimize the size of the Balun 196, especially at low frequencies, magnetic cores with a permeability number that differs from vacuum (or air) are used. These magnetic cores exhibit non-linear behavior.
  • FIG. 24 a schematic view of a magnetic core 198 of a balun 196 and a measuring winding 199 around the magnetic core 198 for detecting the common mode properties of the balun via the nonlinear properties of the magnetic core 198 using the measuring winding.
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device can measure the power consumption of the power transistor(s) (active components) (e.g., to generate the tuning signal (e.g., tuning voltage)).
  • the tuning signal e.g., tuning voltage
  • the device eg, the subscriber 102 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device can determine the difference in the supply currents of two power transistors to generate a tuning voltage.
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • the device can detect (e.g., measure) a bias current of the power transistor(s) (e.g., the transmitting device 102) to generate a tuning voltage 122.
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • can determine e.g., determine) a bias current of the power transistor(s) (e.g., the transmitting device 102) by measuring a voltage across a resistor in the bias branch.
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • can determine e.g., determine) a difference in the bias currents of two power transistors (e.g., the transmitting device 102) to generate a tuning signal 122 (e.g., tuning voltage).
  • a tuning signal 122 e.g., tuning voltage
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • can determine e.g., determine) a difference in the currents of an amplifier in balanced operation for generating a tuning signal 122 (e.g., tuning voltage).
  • a tuning signal 122 e.g., tuning voltage
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • can determine e.g., determine) a difference in the currents of an amplifier in Doherty mode for generating a tuning signal 122 (e.g., tuning voltage).
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • can determine e.g., determine) a difference in the currents of an amplifier in push-pull operation for generating a tuning signal 122 (e.g., tuning voltage).
  • a tuning signal 122 e.g., tuning voltage
  • the device eg, the subscriber 102 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • can determine eg, determine) a common mode impedance of a magnetic antenna 106 for generating a tuning signal (eg, tuning voltage).
  • a tuning signal eg, tuning voltage
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • can determine e.g., determine) a common mode impedance (e.g., of the magnetic antenna 106) using a measurement signal.
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • a tuning signal 122 e.g., tuning voltage
  • the device e.g., subscriber 102 or tuner 120 of subscriber 100
  • may inject a common mode signal e.g., into magnetic antenna 106 using a balun 196 that provides access to the common mode.
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuning device 120 of the subscriber 100
  • a tuning signal e.g., tuning voltage
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuner 120 of the subscriber 100
  • a common mode signal e.g., the magnetic antenna 106
  • the device e.g., subscriber 102 or tuner 120 of subscriber 100
  • the common mode e.g., magnetic antenna
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuner 120 of the subscriber 100
  • the common mode e.g., the magnetic antenna
  • the device eg, the subscriber 102 or the tuner 120 of the subscriber 100
  • may use nonlinear properties of a magnetic core eg, a balun 196 to measure a magnetic direct current using a Hall sensor.
  • the device e.g., the subscriber 102 or the tuner 120 of the subscriber 100
  • may utilize nonlinear properties of a magnetic core e.g., a balun 196 to measure a direct magnetic current using a measuring winding on the magnetic core.
  • a tuning device 120 for tuning the magnetic antenna 106 was described, which tunes the magnetic antenna 106 during a transmission process.
  • the signal to be tuned to is present in the transmitter directly and at a sufficient level and can be used for tuning.
  • the desired reception signal there may be signals in neighboring channels with a higher signal level. If the antenna is not correctly tuned to the desired reception channel, the gain at the desired frequency may be so small that it can no longer be detected.
  • Fig. 25 shows a schematic block diagram of a device 100 (eg transmitter or transceiver; eg subscriber or base station), according to an embodiment of the present invention.
  • the device 100 comprises a magnetic antenna 106 and a tuning device 120.
  • the magnetic antenna 106 has a single or multiple interrupted loop 108 and at least one tuning element 111 for tuning the magnetic antenna 106.
  • the magnetic antenna 106 may be interrupted by one or more capacitance elements 110, as explained in detail in section 1 above, wherein the tuning element 111 may be one of the capacitance elements 110.
  • the tuning element 111 may also be connected to one of the capacitance elements 110, e.g., connected in parallel to one of the capacitance elements 110.
  • the tuning element 111 may comprise a variable capacitance, such as a capacitance diode or an antiparallel-connected capacitance diode pair, and/or a switchable capacitance, such as a capacitor bank or digitally controllable capacitors.
  • a variable capacitance such as a capacitance diode or an antiparallel-connected capacitance diode pair
  • a switchable capacitance such as a capacitor bank or digitally controllable capacitors.
  • the tuning device 120 has a control loop 121 (eg with a controller and a measuring element), wherein the control loop 121 is configured to provide a tuning signal 122 for tuning the magnetic antenna 106, and to control the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to tune the magnetic antenna 106.
  • a control loop 121 eg with a controller and a measuring element
  • the device 100 is configured to activate the control loop 121 (e.g. measuring element and controller) or a component of the control loop 121 (e.g. measuring element or controller) only when required (e.g. when sending a signal 124; e.g. shortly before sending the signal 124 until shortly after sending the signal 124 or until the magnetic antenna 106 has been tuned), i.e. to switch from a sleep mode (e.g. energy saving mode or power-down mode) to a normal operating mode, and otherwise to deactivate it, i.e. to switch from the normal operating mode to the sleep mode.
  • a sleep mode e.g. energy saving mode or power-down mode
  • the device 100 may include a transmitter 102 (or transceiver) that may be configured to provide the signal 124 forwarded to the magnetic antenna 106.
  • the transmitting device 102 may be capacitively coupled to the magnetic antenna 106, e.g., via one of the capacitance elements 110.
  • Fig. 26 shows a schematic block diagram of the device 100 (eg transmitter or transceiver; eg subscriber or base station), according to a further embodiment of the present invention.
  • the device 100 comprises the transmitting device 102 (eg transmitter; eg transceiver device), the magnetic antenna 106 and the tuning device 120 with the control loop 121 for tuning the magnetic antenna 106.
  • control loop 121 can have a controller 222, an actuator 224 and a measuring element 226, wherein the actuator 224 of the control loop 121 can be implemented by the tuning element 111, as indicated by the arrow 228.
  • the transmitting device 102 may be configured to provide an activation signal 230 synchronized in time with the transmission of the signal 124, wherein the tuning device 120 may be configured to control the control loop 121 or a component of the control loop 121, such as the controller 222 and/or the measuring element 226. to activate in response to the activation signal 230, ie to switch from the sleep mode to the normal operating mode, eg by switching on the power supply of the control loop 121 or the component of the control loop 121.
  • Time courses of the signal 124 provided by the transmitting device 124 (eg the signal 124 leading into the magnetic antenna 106) and the activation signal 230 are shown in the Fig. 26 shown diagrams 250 and 252.
  • the signal 124 can be, for example, a frequency hopping based signal, as shown in the diagram 250 in Fig. 26 is indicated.
  • the activation signal 230 is provided by the transmitting device 102 when the activation signal 230 has a first value (e.g. a first voltage value (e.g. x V, with x > 0) or a first logical value (e.g. logical "1")).
  • a first voltage value e.g. x V, with x > 0
  • a first logical value e.g. logical "1"
  • the tuning device 120 may be configured to activate the control loop 121 or the component of the control loop 121, i.e., to switch from the sleep mode (e.g., energy saving mode or power-down mode) to the normal operating mode, when the activation signal 230 has the first value, and to deactivate the control loop 121 or the component of the control loop 121, i.e., to switch from the normal operating mode to the sleep mode, when the activation signal 230 has a second value (e.g., a second voltage value (e.g., 0 V) or a second logical value (e.g., logical "0")).
  • a second value e.g., a second voltage value (e.g., 0 V) or a second logical value (e.g., logical "0"
  • the control loop 121 or the component of the control loop 121 can be activated or deactivated, for example, by switching on (activating) or switching off (deactivating) a voltage supply to the control loop 121 or the component of the control loop 121.
  • control loop 121 may be configured to provide the tuning signal for tuning the magnetic antenna 106 depending on a phase relationship between the signal 124 leading into the magnetic antenna and a phase signal, as explained in detail in Section 2 above.
  • the measuring element 226 can be configured to compare a signal (phase signal) coupled out of the magnetic antenna 106 by means of a coupling loop 128 and the signal 124 leading into the magnetic antenna 106.
  • the measuring element 226 can, for example, use the multiplier 136 from Fig. 9 and optionally the components connected upstream and/or downstream of the multiplier 136, such as the phase shifter 134 and/or the low-pass filter 142.
  • Fig. 26 It can thus be seen that the power supply of the control loop 121 (or a component of the control loop 121) can be controlled via an activation signal 230.
  • control loop 121 If the control loop 121 is continuously connected to the operating voltage, the control loop 121 continuously consumes power. In embodiments, the control loop 121 (or a component of the control loop 121) is therefore only activated when required.
  • the transmitting device 102 e.g. the transmitter
  • can signal each transmission whereby in frequency hopping-based methods, such as telegram splitting [6], [7], the transmission of each sub-data packet (e.g. hop) can be signaled.
  • frequency hopping-based methods such as telegram splitting [6], [7]
  • an activation signal 230 of the transmitting device 102 may indicate the transmitting activity.
  • the power supply of the control loop 121 (or the component of the control loop 121) may be switched based on the activation signal 230.
  • the activation signal 230 may end a predetermined time D before transmission (of the signal 124) and a predetermined time E after transmission (of the signal 124).
  • Fig. 27 shows a schematic block diagram of the device 100 (eg transmitter or transceiver; eg subscriber or base station), according to a further embodiment of the present invention.
  • the device 100 comprises the transmitting device 102 (eg transmitter; eg transceiver device), the magnetic antenna 106 and the tuning device 120 with the control loop 121 for tuning the magnetic antenna 106.
  • the tuning device 120 is in the embodiment shown in FIG. Fig. 27 shown embodiment is configured to hold and continue to provide the tuning signal 122 by means of a holding element after the magnetic antenna 106 has been tuned (eg from or shortly before a change of the control loop 121 or the component of the control loop 121 from the normal operating mode to the idle mode).
  • the time required to tune the magnetic antenna 106 (typically a few hundred ⁇ s, e.g. 100 ⁇ s to 300 ⁇ s) is generally significantly shorter than a duration of the transmission of the signal 124 (typically several hundred ms, e.g. 100 ms and more), so that the control loop 121 or the component thereof in embodiments is only activated at the beginning of the transmission of the signal 124 in order to tune the magnetic antenna 106, wherein a value of the tuning signal 122 is held by means of a holding element for the remaining duration of the transmission of the signal 124 after the magnetic antenna 106 has been tuned.
  • the transmitting device 102 may be configured to provide a hold signal, wherein the tuning device 120 may be configured to hold and continue to provide a value of the tuning signal 122 in response to the hold signal by means of the holding element.
  • a sample-hold element or a control amplifier of the controller 222 of the control loop 121 can be used as the holding element, whereby the controller 222 can be, for example, an I, PI or PID controller 222, as shown in Fig. 27 shown.
  • Section 4 describes how a transmission preceding a reception cycle can tune the magnetic antenna 106 during transmission (of the signal 124) and maintain the value of the tuning signal 122 (e.g., the tuning voltage) (e.g., during the reception cycle).
  • the control loop 121 or the component of the control loop 121 can be switched off so that the tuning is still valid during the reception period.
  • the required voltage can be determined by the tuning voltage (e.g. control voltage) on the tuning element 111 (e.g. tuning capacitors) according to section 2 and then stored.
  • the tuning voltage e.g. control voltage
  • the tuning voltage can be stored, for example, by the I, PI or PID controller 222 of the control loop 121.
  • a value of the tuning signal 122 may be held by a sample-and-hold element.
  • a value of the tuning signal 122 may be maintained by an I, PI, or PID controller.
  • Fig. 28a shows an example of a schematic block diagram of a controller (I-controller) with a switch for a hold function (of the tuning signal) with an asymmetrical sensor signal
  • Fig. 28b shows, as an example, a schematic block diagram of a controller (I-controller) with a switch for a holding function (of the tuning signal) with a symmetrical sensor signal.
  • the time constant ⁇ RC determines the settling time of the controller 222.
  • the same time constant ⁇ can also be achieved with a 10 k ⁇ resistor and a 1 nF capacitor.
  • a higher value for the capacitor C has the advantage that in hold mode the input quiescent current of the operational amplifier of the regulator (see Fig. 27a and 27b) is less important.
  • a type with a low input quiescent current I in and a high input resistance R in can be selected, such as a CMOS type.
  • the switch in front of it should also have a correspondingly low leakage current, which can be achieved with CMOS switches, for example.
  • Fig. 29 shows a schematic block diagram of the device 100 (eg transmitter or transceiver; eg subscriber or base station), according to a further embodiment of the present invention.
  • the device 100 comprises the transmitting device 102 (eg transmitter; eg transceiver device), the magnetic antenna 106 and the tuning device 120 with the control loop 121 for tuning the magnetic antenna 106.
  • a microcontroller 123 acts as a control unit, with the regulator 222 being implemented in the microcontroller 123.
  • an ASIC can also be used as a control unit instead of the microcontroller 123.
  • the microcontroller 123 may be configured to maintain and continue to provide a value of the tuning signal 122 after the magnetic antenna 106 has been tuned.
  • the microcontroller 123 can be configured to provide an analog voltage value, e.g. for controlling a variable capacitance (e.g. a capacitance diode) or a digital value, e.g. for controlling a switchable capacitance (e.g. a capacitor bank or digitally controllable capacitors) of the tuning signal 122 and to continue to provide it.
  • a variable capacitance e.g. a capacitance diode
  • a digital value e.g. for controlling a switchable capacitance (e.g. a capacitor bank or digitally controllable capacitors) of the tuning signal 122 and to continue to provide it.
  • the transmitting device 102 may be configured to provide a hold signal, wherein the microcontroller 123 may be configured to hold and continue to provide a value of the tuning signal 122 in response to the hold signal.
  • the microcontroller 123 may be configured to begin regulating a value (e.g., an (analog) voltage value or a digital value) of the tuning signal 122 starting from a starting value in response to the activation signal 230.
  • a value e.g., an (analog) voltage value or a digital value
  • the starting value can be equal to the value to which the tuning signal 122 was regulated in a previous control or on average in a plurality of previous controls.
  • the microcontroller 123 can be configured to determine the starting value based on a reference value stored in a memory of the microcontroller 123 or in an external memory (e.g. EEPROM).
  • the reference value can thus be based on a previous value of the tuning signal 122 to which the tuning signal 122 was regulated in a previous control, or on previous values of the tuning signal 122 to which the tuning signal 122 was regulated (e.g. on average, average, mean) in a plurality of previous controls.
  • the reference value can also be based on a reference measurement with which manufacturing tolerances of the device 100 (e.g. the magnetic antenna 106 and/or the tuning device 120 and/or the transmitting device 102) are compensated.
  • the storage of the value of the tuning signal 122 can be carried out analogously by a sample-and-hold element (see section 3.2), or digitally by means of a microcontroller 123, as shown in Fig. 29 shown.
  • the tuning value from the previous transmission process can be saved in order to restart the control from this value during the next transmission process.
  • This stored value can only be adjusted very slowly during further transmissions of signal 124 in order to compensate for aging phenomena. This value can take up the largest part of the control.
  • the compensation of the environmental effects can be adapted to the "mobility" of the device 100 (e.g. participants, such as sensor nodes) (how quickly it approaches or moves away from a metallic or dielectric object, for example); in most cases, time constants in the range of seconds are sufficient. Short-term changes to compensate for the tuning to the different frequencies of the frequency hopping method used are often limited to only a small contribution to the manipulated variable.
  • a tuning triggered by secondary sensors would also be conceivable. As soon as measured values recorded by secondary sensors that may already be present exceed If the values change beyond a defined level and could be relevant for a tuning (temperature, location/movement, etc.), a tuning cycle (e.g. calibration cycle) is triggered.
  • a tuning cycle e.g. calibration cycle
  • a digital controller 222 may be used.
  • control loop 121 there may be multiple paths in the control loop 121 for different speeds.
  • the microcontroller 123 can learn from parameters.
  • the microcontroller can store 123 parameters.
  • Fig. 30 shows a schematic block diagram of the device 100 (eg transmitter or transceiver; eg subscriber or base station), according to a further embodiment of the present invention.
  • the device 100 comprises the transmitting device 102 (eg transmitter; eg transceiver device), the magnetic antenna 106 and the tuning device 120 with the control loop 121 for tuning the magnetic antenna 106.
  • the microcontroller 123 is in the Fig. 30 shown embodiment is configured to determine the starting value, starting from which a control of a value of the tuning signal 124 begins, depending on a frequency of the signal 124 of the transmitting device 102 (or transceiver device).
  • the frequency of the signal 124 can be signaled to the microcontroller 123 by the transmitting device 120, e.g. by means of a signaling signal 232, as shown in Fig. 30 is shown as an example.
  • reference values e.g. reference voltages or digital reference values of the tuning signal 122
  • reference values can be stored in a memory 229 (e.g. database) of the microcontroller 123 (or alternatively in an external memory (e.g. EEPROM)), wherein the microcontroller 123 can be configured to determine the start value based on at least one of the reference values stored in the memory 229 as a function of a frequency of the signal 124 of the transmitting device 102.
  • a first reference value for a first frequency, a second reference value for a second frequency, a third reference value for a third frequency, etc. can be stored in the memory 229 of the microcontroller 123.
  • the starting value can then be determined as a function of the frequency of the signal 124 based on the reference value of the reference frequency that corresponds to or is closest to the frequency of the signal 124.
  • the starting value can be equal to the respective reference value or can be adjusted as a function of an environmental parameter (e.g. temperature) and/or a hardware parameter (e.g. age-related drift).
  • the starting value can also be determined based on an interpolation or extrapolation between two reference values, for example if a frequency of the signal 124 to be transmitted lies between the reference frequencies of two stored reference values.
  • the reference values may be based on respective values of the tuning signal 122 to which the tuning signal 122 was controlled in a previous control or (e.g., in average, mean) in a plurality of previous controls when transmitting the signal 124 at the respective frequency.
  • a first reference value for a first frequency may be based on the value of the tuning signal 122 to which the tuning signal 122 was controlled in a previous control or on average over a plurality of previous controls when transmitting the signal 124 at the first frequency
  • a second reference value for a second frequency may be based on the value of the tuning signal 122 to which the tuning signal 122 was controlled in a previous control or on average over a plurality of previous controls when transmitting the signal 124 at the second frequency.
  • interpolation can be carried out between frequencies at which tuning (e.g. calibrated) has already taken place.
  • reference values e.g. calibration values
  • the reference values can each be provided with temporal information that allows a conclusion to be drawn about at least one of the creation time, update time, or age, with reference values whose temporal information reaches a predetermined value being discarded.
  • a tuning for the selected frequency can be preloaded.
  • the tuning e.g. calibration
  • the tuning can be accelerated.
  • the embodiments of the device 100 described below can be based on the device 100 described in section 3, which is primarily designed as a transmitter, and can be expanded to include a reception mode.
  • the embodiments of the device 100 described below, which is primarily designed as a receiver, can also be used on their own.
  • the functioning of the control loop 121 is also based on the embodiments described in section 2 above.
  • Fig. 31 shows a schematic block diagram of a device 100 (eg receiver or transceiver; eg subscriber or base station), according to an embodiment of the present invention.
  • the device 100 comprises a magnetic antenna 106 and a tuning device 120.
  • the magnetic antenna 106 has a single or multiple interrupted loop 108 and at least one tuning element 111 for tuning the magnetic antenna 106.
  • the magnetic antenna 106 may be interrupted by one or more capacitance elements 110, as explained in detail in section 1 above, wherein the tuning element 111 may be one of the capacitance elements 110.
  • the tuning element 111 may also be connected to one of the capacitance elements 110, e.g., connected in parallel to one of the capacitance elements 110.
  • the tuning element 111 may comprise a variable capacitance, such as a capacitance diode or an antiparallel-connected capacitance diode pair, and/or a switchable capacitance, such as a capacitor bank or digitally controllable capacitors.
  • a variable capacitance such as a capacitance diode or an antiparallel-connected capacitance diode pair
  • a switchable capacitance such as a capacitor bank or digitally controllable capacitors.
  • the tuning device 120 has a control loop 121 (e.g. with a controller and a measuring element), wherein the control loop 121 is configured to provide a tuning signal 122 for tuning the magnetic antenna 106 and to control the tuning element 111 with the tuning signal 122 in order to tune the magnetic antenna 106.
  • a control loop 121 e.g. with a controller and a measuring element
  • the device 100 is configured to transmit a signal 124 to tune the magnetic antenna 106 before receiving a receive signal 125 with the magnetic antenna 106.
  • the tuning device 120 can be configured to hold and continue to provide the tuning signal 122 (e.g., a value of the tuning signal 122) in response to a tuning of the magnetic antenna 106 (e.g., from or shortly before the change of the control loop 121 or the component of the control loop 121 from the normal operating mode to the idle mode) by means of a holding element at least until the end of the reception of the received signal 125.
  • the tuning signal 122 e.g., a value of the tuning signal 122
  • a tuning of the magnetic antenna 106 e.g., from or shortly before the change of the control loop 121 or the component of the control loop 121 from the normal operating mode to the idle mode
  • the device may comprise a transceiver 102 connected to the magnetic antenna 106, wherein the transceiver 102 may be configured to transmit the signal 124 (e.g., transmit signal and/or test signal) with the magnetic antenna 106, and wherein the transceiver 102 may be configured to receive the receive signal 125 with the magnetic antenna 106.
  • the signal 124 e.g., transmit signal and/or test signal
  • the transceiver 102 may be capacitively coupled to the magnetic antenna 106, i.e. via one of the capacitance elements 110.
  • Tuning eg calibrating the magnetic antenna 106 (receiving antenna) by noise or received signals is difficult because a lot of signal power can also be present in adjacent channels. Therefore, in embodiments, the magnetic antenna 106 can be calibrated by sending payload or test data.
  • noise matching is generally desirable, which can certainly result in a power mismatch. Only if the noise input impedance of the receiver also happens to be 50 ⁇ real would the power matching of the transmission case be optimal. However, this is certainly helpful so that different tuning of the magnetic antenna 106 is not required when transmitting and receiving, but rather the stored values (e.g. reference values) can be adopted.
  • the goal is therefore a receiver that has a matching network at the input that has as little loss as possible, which transforms the 50 ⁇ real of the tuned magnetic antenna 106 to the noise input impedance of the receiver. At 868 MHz, for example, this is generally no longer purely real, but rather complex.
  • the magnetic antenna 106 may be tuned by at least one transmit cycle prior to one or more receive cycles.
  • a power adjustment for reception (of the received signal 125) can be carried out.
  • noise adaptation for reception (of the received signal 125) can be performed.
  • an adjustment can be made in such a way that interference signals are well suppressed.
  • Fig. 32 shows a schematic block diagram of the device 100 (eg receiver or transceiver; eg subscriber or base station), according to a further embodiment of the present invention.
  • the device 100 comprises the transceiver device 102, the magnetic antenna 106 and the tuning device 120 with the control loop 121 for tuning the magnetic antenna 106.
  • control loop 121 can have a controller 222, an actuator 224 and a measuring element 226, wherein the actuator 224 of the control loop 121 can be implemented by the tuning element 111, as indicated by the arrow 228.
  • the transceiver device 102 may be configured to provide an activation signal 230 synchronized in time with the transmission of the signal 124, wherein the tuning device 120 may be configured to activate the control loop 121 or a component of the control loop 121, such as the controller 222 and/or the measuring element 226, in response to the activation signal 230, i.e. to switch it from the idle mode to the normal operating mode.
  • the transceiver device 102 may be configured to provide a hold signal 234 at least until the end of reception of the receive signal 125 after tuning of the magnetic antenna 106, wherein the tuning device 120 may be configured to hold and continue to provide the tuning signal 122 (e.g., a value of the tuning signal 122) in response to the hold signal 234 by means of the hold element 223.
  • the tuning device 120 may be configured to hold and continue to provide the tuning signal 122 (e.g., a value of the tuning signal 122) in response to the hold signal 234 by means of the hold element 223.
  • Time courses of the signal 124 provided by the transmitting device 124 (eg the signal 124 leading into the magnetic antenna 106) and the received signal 125 are shown in the Fig. 32 shown diagram 250, while time courses of the activation signal 230 and the stop signal 234 in the Fig. 32 shown diagrams 252 and 254 respectively.
  • a signal 124 can be sent at regular intervals to calibrate the magnetic antenna 106 and then the value of the tuning signal 122 (e.g. calibration value) can be maintained.
  • an update rate of the tuning (e.g. calibration) (of the magnetic antenna 106) must be adapted both to the received signal (e.g. received waveform; e.g. time and/or frequency hopping pattern) (preferably with little or no interference with reception) and to the speed at which the environment changes.
  • cyclic transmission (of a signal 124) may be performed to tune the magnetic antenna 106 (e.g., to calibrate the receiver) at a frequency.
  • the tuning times can be adapted to the received signal (e.g. waveform of the received signal; e.g. time and/or frequency hopping pattern).
  • the tuning frequency (e.g. caliber frequency) can be adapted to the variability of the environment.
  • the device 100 may be configured to dynamically adjust a rate of transmission of the signal 124 (e.g., test signal) for tuning the magnetic antenna 106 to changes in environmental conditions.
  • the signal 124 e.g., test signal
  • the receiver cannot be used during the tuning phases (e.g. calibration phases). It is therefore sensible to reduce (or even minimize) the tuning time (e.g. calibration time). If only small adjustments to the value of the tuning signal 122 (e.g. control voltage) are necessary for a while, the tuning rate (e.g. calibration rate) can be reduced. If, on the other hand, large adjustments to the value of the tuning signal 122 (e.g. control voltage) are necessary, the tuning rate (e.g. calibration rate) can be increased.
  • the tuning time e.g. calibration time
  • a tuning rate (e.g. calibration rate) can be dynamically adapted to the extent of the environmental change.
  • Fig. 33 shows a schematic block diagram of the device 100 (eg transmitter or transceiver; eg subscriber or base station), according to a further embodiment of the present invention.
  • the device 100 comprises the transmitting device 102 (eg transmitter; eg transceiver device), the magnetic Antenna 106 and the tuning device 120 with the control loop 121 for tuning the magnetic antenna 106.
  • the device 100 In contrast to the Fig. 32 In the embodiment shown in FIG. 1, in which the device 100 receives the received signal 125 at certain intervals on (only) one frequency, the device 100 is in the embodiment shown in FIG. Fig. 33 embodiment shown to receive a frequency hopping based receive signal 125 (see diagram 250 in Fig. 33 ).
  • the device 100 may therefore be configured to transmit a signal 124 (e.g., transmit signal or test signal) with the magnetic antenna 106 at the other frequency prior to receiving the receive signal 125 at a different frequency in order to tune the magnetic antenna 106 to the other frequency.
  • a signal 124 e.g., transmit signal or test signal
  • the tuning signal 122 e.g. tuning voltage
  • the transceiver device 102 can generate a signal 124 (e.g. transmission signal or test signal) at the reception frequency.
  • the value of the tuning signal 122 e.g. tuning voltage
  • it can be held by the sample-and-hold element 223. (The reception signal 125) can then be received.
  • a signal 124 (e.g. test signal) may be transmitted (i.e. a calibration transmission may be performed) prior to reception (of the received signal 125) on a new frequency.
  • test signal can be transmitted in addition to the actual system frequencies (i.e., the calibration transmission can be performed on (e.g. dedicated) calibration frequencies).
  • the tuning device 120 (e.g., "controller") can be signaled when (the signal 124) is transmitted, wherein a value of the tuning signal 122 can be held in response to a successful tuning of the magnetic antenna 106 by means of a sample and hold element 223.
  • the device 100 may know the time and/or frequency hopping pattern based on which the received signal 125 is transmitted.
  • the time and/or frequency hopping pattern can be fixed.
  • the received signal 125 can also be transmitted in time and/or frequency synchronized to a previous signal 124 (e.g. transmission signal).
  • Fig. 34 shows a schematic block diagram of the device 100 (eg receiver or transceiver; eg subscriber or base station), according to a further embodiment of the present invention.
  • the device 100 comprises the transceiver device 102, the magnetic antenna 106 and the tuning device 120 with the control loop 121 for tuning the magnetic antenna 106.
  • the reference values may be based on respective values of the tuning signal 122 to which the tuning signal 122 was controlled in a previous control or (e.g., in average, mean) in a plurality of previous controls when transmitting a signal 124 at the respective reference frequency.
  • a first reference value for a first frequency may be based on the value of the tuning signal 122 to which the tuning signal 122 was controlled in a previous control or (e.g., on average, mean) in a plurality of previous controls when transmitting a signal 124 at the first frequency
  • a second reference value for a second frequency may be based on the value of the tuning signal 122 to which the tuning signal 122 was controlled in a previous control or (e.g., on average, mean) in a plurality of previous controls when transmitting a signal 124 at the second frequency.
  • the transmission periods can be used to tune (e.g. calibrate) the magnetic antenna 106. If the required value of the tuning signal 122 (e.g. tuning voltage) is known due to a previous transmission process, the determined value (e.g. the determined voltage) can be set during the reception phase.
  • the techniques for determining the tuning signal 122 described above in Section 3 can be used for this purpose.
  • the magnetic antenna 106 is used for receiving in the frequency-hopping-based communication system or in a non-frequency-hopping-based communication system, a wider-band reception may be required, e.g. to receive signals from multiple transmitters simultaneously or because the receiver does not know on which frequency a (e.g. frequency-hopping-based) transmitter is currently sending a signal to the receiver.
  • a wider-band reception may be required, e.g. to receive signals from multiple transmitters simultaneously or because the receiver does not know on which frequency a (e.g. frequency-hopping-based) transmitter is currently sending a signal to the receiver.
  • the loop 108 of the magnetic antenna can have a resistor 270 in order to reduce a quality factor of the loop 108 of the magnetic antenna 106.
  • the resistor 270 can be, for example, a variable resistor, wherein a resistance value of the variable resistor can be controlled by the tuning device 120.
  • the resistor in the loop 108 of the magnetic antenna 106 By means of a resistor in the loop 108 of the magnetic antenna 106, its quality can be limited and the bandwidth increased.
  • the resistor in the loop 108 of the magnetic antenna 106 makes its resonance curve broader, but would also require a different load adjustment.
  • the two capacitors (e.g. matching capacitors) at the feed point of the loop 108 of the magnetic antenna 106 should not be designed to be variable (note: the capacitive coupling of the magnetic antenna 106 takes place via the matching capacitors.
  • the matching capacitors can each be connected between an antenna connection of the magnetic antenna 106 (or different conductors of an antenna cable) and a connection of one of the capacitance elements 110).
  • a low-noise 50 ⁇ sump can be implemented, which externally represents 50 ⁇ , but produces significantly less smoke power than a 50 ⁇ resistor.
  • the quality of the magnetic antenna 106 can be reduced by a resistor in the loop 108 of the magnetic antenna 106.
  • the quality of the magnetic antenna 106 can be reduced by an active resistor (sump) in the loop 108 of the magnetic antenna 106.
  • the magnetic antenna 106 may not be ideally matched, so that the matching of the magnetic antenna 106 changes less over frequency than with an ideal match.
  • the magnetic antenna 106 When transmitting, the magnetic antenna 106 can be tuned (e.g., precisely matched) to the respective transmit frequency, and when receiving, the magnetic antenna can be tuned to the center of the band. For example, by transmitting a test signal (e.g., calibration tone) at the center of the receive spectrum and holding the resulting value of the tuning signal (e.g., tuning voltage), as described above, for reception.
  • a test signal e.g., calibration tone
  • tuning signal e.g., tuning voltage
  • the transmission of a signal 124 (e.g. transmission signal or test signal) is required in order to tune the magnetic antenna 106.
  • a signal 124 e.g. transmission signal or test signal
  • the embodiments described below enable the magnetic antenna 106 to be tuned for pure reception without the transmission of a signal 124 being required.
  • the receiving device 102 is connected to the magnetic antenna 106 and configured to receive a received signal 125 with the magnetic antenna 106.
  • the receiving device 102 may be capacitively coupled to the magnetic antenna 106, ie via one of the capacitance elements 110.
  • the tuning device 120 has a control loop 121 configured to provide a tuning signal 122 for tuning the magnetic antenna 106 and to control the tuning element 111 with the tuning signal 122 to tune the magnetic antenna 106.
  • the tuning device is configured to apply an auxiliary signal 240 (e.g. wobble signal) to the tuning signal 122 (e.g. manipulated variable) and/or an input signal 146 (e.g. feedback) of a controller 222 of the control loop 121, wherein the auxiliary signal 240 varies cyclically (e.g. between two adjustable end values), wherein the tuning device 120 is configured to adapt a value of the tuning signal 122 depending on a relationship between a value of the auxiliary signal 240 and a reception parameter signal 242 that describes a parameter (e.g. reception power or reception quality) of the reception signal 125.
  • the tuning signal 122 and the input signal 146 of the controller 222 can of course also be applied with slightly different auxiliary signals 146.
  • the tuning signal 122 can thus be supplied with a first auxiliary signal, while the input signal 146 can be supplied with a second auxiliary signal, wherein the first auxiliary signal and the second auxiliary signal are (slightly) different.
  • the auxiliary signal 240 can be provided, for example, by a signal generator 241 of the tuning device 120, as shown in Fig. 38 is indicated.
  • Fig. 39 shows a schematic block diagram of the device 100 (eg receiver; eg subscriber or base station), according to a further embodiment of the present invention.
  • the device 100 comprises the receiving device 102, the magnetic antenna 106 and the tuning device 120 with the control loop 121 for tuning the magnetic antenna 106.
  • the control loop 121 comprises the controller 222 and an actuator 224, wherein the actuator 224 of the control loop 121 is implemented by the tuning element 111, as indicated by the arrow 228 in Fig. 39 is indicated.
  • the input signal 146 of the controller 222 and/or the tuning signal 122 provided by the controller 222 can be supplemented with an auxiliary signal (eg wobble signal) which can be provided for example by a signal generator 241 (eg wobble generator) of the tuning device 120.
  • the tuning signal 122 and the input signal 146 of the controller 222 can of course also be supplied with slightly different auxiliary signals 146.
  • the tuning signal 122 can thus be supplied with a first auxiliary signal, while the input signal 146 can be supplied with a second auxiliary signal, wherein the first auxiliary signal and the second auxiliary signal are (slightly) different.
  • the tuning device 120 can be configured to combine the auxiliary signal 240 and the reception parameter signal 242 provided by the receiving device 102 as a function of the reception signal 125, which describes a course of the reception parameter (e.g. by means of a combiner 245, e.g. correlator or multiplier) to obtain a combined signal 244, wherein the tuning device 120 can be configured to adapt a value of the tuning signal 122 as a function of the combined signal 244 or a filtered version of the combined signal 244 (e.g. by means of a low-pass filter 246) in order to regulate the resonance frequency of the magnetic antenna 106 to a predetermined value.
  • a combiner 245 e.g. correlator or multiplier
  • the input signal 146 of the controller can be the combined signal 244 or the filtered version of the combined signal 244.
  • a wobble signal 240 can be applied to the tuning voltage 122 (or alternatively to the input signal 146 of the controller 222) by adding the wobble signal 240 to the voltage of the actuator 224. This detunes the loop 108 of the magnetic antenna 106 with the timing of the wobble signal 240.
  • the receiving device 102 e.g. receiver
  • the SNR signal-to-noise ratio
  • the received signal 125 can alternatively be used.
  • This signal 242 is combined (eg correlated) with the wobble signal 240 in a module 244, eg by multiplying the wobble signal 240 with the reception parameter signal 242 of the receiving device 102 (eg receiver).
  • the combined signal 244 eg correlation signal
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the signal power is evaluated after the channel filter.
  • the tuning table can also be created at the factory and adapted regularly.
  • interpolation or extrapolation can be used.
  • the precise tuning of the magnetic antenna 106 can take place.
  • a control strategy is required that enables the magnetic antenna 106 to be tuned. For example, by slightly tuning the tuning voltage back and forth (wobbling), it can be found out in which direction the tuning should take place.
  • sensitivity is lost, so that signals that can still be received with an (e.g. optimally) tuned antenna 106 do not provide a sufficient level for tuning.
  • This sensitivity can be partially regained if a known preamble is placed in front of a transmission signal, which can be detected by correlation (e.g. with an optimal filter).
  • the tuning voltage can also be tuned cyclically over the entire (usable) range and then the signal power or the SNR (if possible) can be evaluated within the channel filter. If a signal level is detected in the channel that is above a certain threshold and is sufficient for reception, this can be used as a tuning value and kept constant. If necessary, tuning can be carried out repeatedly in a narrower tuning range in order to find a better tuning or the optimum. The beginning of the signal - until sufficient tuning has been achieved - may be lost, which can be a problem with fast wobbling compared to the symbol duration, with good Error protection or a short preamble would not be a problem. In embodiments, it is also possible to set the maximum value of the signal power or the SNR.
  • predefined pilot tones/pilot tone sequences/pilot signals can be transmitted in time sequence and frequency from a counterpart (another transmitter).
  • the exact position of the pilot signals can be derived, for example, via an ID of the transmitter or the device 100.
  • the tuning signal can be supplied with an auxiliary signal (e.g. wobble signal).
  • a correlation of the auxiliary signal with a reception parameter, such as the reception power of the receiver can be carried out.
  • the power can be calculated as the power in the desired reception range of the receiver.
  • a correlation may be performed on a preamble in the received signal in order to improve detection when the magnetic antenna 106 is not yet tuned.
  • multiplication can be used as correlation.
  • the correlation signal can be filtered and used as a feedback signal in a control loop.
  • Fig. 40 shows a flow chart of a method 300 for tuning a magnetic antenna, wherein the magnetic antenna has a single or multiple interrupted loop and at least one tuning element for tuning the magnetic antenna.
  • the method 300 comprises a step 302 of generating a tuning signal for
  • the method 300 further comprises a step 304 of controlling the magnetic antenna with the tuning signal in order to tune the magnetic antenna, wherein the control loop or a component of the control loop is only switched from a sleep mode to a normal operating mode when required.
  • Fig. 41 shows a flow chart of a method 310 for tuning a magnetic antenna, wherein the magnetic antenna has a single or multiple interrupted loop and at least one tuning element for tuning the magnetic antenna.
  • the method 310 comprises a step 312 of receiving a received signal with the magnetic antenna.
  • the method 310 further comprises a step 314 of determining a received parameter of the received signal.
  • the method 310 further comprises a step 316 of generating a tuning signal for tuning the magnetic antenna by means of a control loop.
  • the method 310 further comprises a step 318 of controlling the magnetic antenna with the tuning signal in order to tune the magnetic antenna.
  • the method 310 comprises a step 320 of applying an auxiliary signal to the tuning signal or an input signal of a controller of the control loop, wherein the auxiliary signal varies cyclically, wherein a value of the tuning signal is adjusted depending on a relationship between a value of the auxiliary signal and the reception parameter.
  • Embodiments of the present invention create (e.g. self-tuning) magnetic antennas for e.g. sensor nodes.
  • IoT the Internet of Things
  • the number of wirelessly communicating sensor nodes is growing. This also places ever greater demands on a small form factor and easy handling. These requirements can only be met with difficulty with existing electrical antennas.
  • Embodiments of the present invention make it possible to use magnetic antennas in sensor nodes and thus meet the aforementioned requirements.
  • the embodiments described herein can be used in a communication system as specified, for example, in the ETSI standard TS 103 357 [7]. Of course, the embodiments described herein can also be used in other communication systems, such as WLAN, Bluetooth, ZigBee, etc.
  • Embodiments provide a subscriber of a wireless communication system, wherein the subscriber has a transmitting and/or receiving device [e.g. a transmitter, receiver or transceiver] and an antenna arrangement connected to the transmitting and/or receiving device, wherein the antenna arrangement has a magnetic antenna with a loop [e.g. current loop] that is interrupted once or multiple times [e.g. at least twice] [e.g. divided].
  • a transmitting and/or receiving device e.g. a transmitter, receiver or transceiver
  • an antenna arrangement connected to the transmitting and/or receiving device, wherein the antenna arrangement has a magnetic antenna with a loop [e.g. current loop] that is interrupted once or multiple times [e.g. at least twice] [e.g. divided].
  • the at least two segments of the multiply interrupted loop may be connected by the capacitance elements.
  • a main radiation direction/main reception direction of the first magnetic antenna and a main radiation direction/main reception direction of the second magnetic antenna may be orthogonal to each other.
  • a zero point of the first magnetic antenna and a zero point of the second magnetic antenna may be different.
  • a spanned area of the loop of the second magnetic antenna may be at least a factor of two [e.g., a factor of three, four, five, or ten] smaller than a spanned area of the loop of the first magnetic antenna.
  • the loop of the second magnetic antenna may be "flattened".
  • the loop of the second magnetic antenna may be non-round in order to conform to a shape of the subscriber's housing.
  • the loop of the second magnetic antenna may be substantially rectangular.
  • the first magnetic antenna and the second magnetic antenna may be arranged adjacent to each other.
  • a conductor of the loop of the second magnetic antenna may be at least a factor of two [e.g., a factor of three, four, or five] thicker or wider than a conductor of the loop of the first magnetic antenna.
  • the loop of the second magnetic antenna can be interrupted several times.
  • the loop of the second magnetic antenna may be interrupted by at least two capacitance elements [at least twice].
  • the subscriber may be configured to deactivate one of the magnetic antennas of the antenna arrangement [e.g., the first magnetic antenna or the second magnetic antenna] in order to change a radiation characteristic [e.g., radiation direction or reception direction; e.g., main lobe] of the antenna arrangement.
  • a radiation characteristic e.g., radiation direction or reception direction; e.g., main lobe
  • the subscriber may be trained to determine a radiation characteristic [e.g. radiation direction or reception direction; e.g. main lobe] of the antenna arrangement by Disabling one of the magnetic antennas of the antenna array [e.g. the first magnetic antenna or the second magnetic antenna].
  • a radiation characteristic e.g. radiation direction or reception direction; e.g. main lobe
  • one of the magnetic antennas of the antenna arrangement can be deactivated by detuning the respective magnetic antenna [e.g., the first magnetic antenna or the second magnetic antenna].
  • one of the magnetic antennas of the antenna arrangement can be deactivated by connecting a coil in parallel to one of the capacitance elements of the loop of the respective magnetic antenna [e.g., the first magnetic antenna or the second magnetic antenna].
  • the subscriber may be configured to change a radiation ratio of the antenna arrangement by detuning the natural resonance of at least one of the two magnetic antennas [e.g., the first magnetic antenna or the second magnetic antenna].
  • the first magnetic antenna and the second magnetic antenna can be controlled in a phase-shifted manner [e.g. by 90°].
  • the subscriber can be designed to divide a data packet to be transmitted [e.g., of the physical layer] into a plurality of sub-data packets and to send the plurality of sub-data packets non-contiguously [e.g., using a time and/or frequency hopping method), wherein the subscriber can be designed to change the radiation characteristic of the antenna arrangement at least once between the transmission of two sub-data packets.
  • the subscriber can be designed to change the radiation characteristics of the antenna arrangement after each transmitted sub-data packet or after a predetermined number of sub-data packets [e.g. by deactivating the other magnetic antenna of the antenna arrangement].
  • the subscriber may be configured to divide a data packet to be transmitted [eg, the physical layer] into a plurality of sub-data packets and to send the plurality of sub-data packets non-contiguously using a frequency hopping method [eg, and time hopping method], wherein the resonance frequencies of the first magnetic antenna and the second magnetic antenna may be intentionally slightly detuned so that when the majority of sub-data packets are transmitted, a radiation characteristic [e.g. radiation direction; e.g. main lobe] of the antenna arrangement varies due to the frequencies defined by the frequency hopping pattern.
  • a radiation characteristic e.g. radiation direction; e.g. main lobe
  • the resonance frequency of the first magnetic antenna and/or the second magnetic antenna can be detuned in a range that corresponds to the reciprocal Q.
  • the detuning can take place in a window of no more than +/- 1%, because with even greater detuning, hardly any more power is output.
  • the antenna arrangement may comprise a tuning device for tuning the magnetic antenna, wherein the antenna arrangement is configured to automatically tune the antenna.
  • the antenna arrangement may further comprise an electrical antenna.
  • the transmitting and/or receiving device can be a transmitting device [e.g. transmitter], a receiving device [e.g. receiver] or a transceiver.
  • the subscriber may be configured to communicate in the ISM band.
  • the participant may be an endpoint of the communication system.
  • the endpoint may be a sensor node or actuator node.
  • the endpoint may be battery powered.
  • the endpoint may comprise an energy harvesting element for generating electrical energy.
  • the subscriber may be a base station of the communication system.
  • Embodiments of the present invention provide a participant (e.g., an endpoint) of a communications system with a magnetic antenna.
  • Embodiments provide an antenna arrangement with a magnetic antenna and a tuning device.
  • the magnetic antenna comprises a single or multiple interrupted loop and at least one tuning element [e.g. a variable capacitor or a capacitance diode] for tuning the magnetic antenna.
  • the tuning device is connected to the tuning element, wherein the tuning device is designed to provide a control signal [e.g. tuning voltage] for tuning the magnetic antenna depending on a phase position of a signal leading into the magnetic antenna, and to control the tuning element with the control signal in order to tune the magnetic antenna.
  • a control signal e.g. tuning voltage
  • the tuning device may be configured to provide the control signal for tuning the magnetic antenna depending on a phase relationship between the signal leading into the magnetic antenna and a phase signal.
  • the phase signal may be based on a current flowing in at least a portion of the loop.
  • the phase signal may be based on a magnetic field [e.g. in the near field] generated by the loop [or magnetic antenna].
  • the antenna arrangement or the tuning device may comprise a coupling loop configured to provide the phase signal.
  • the tuning device may comprise a coupling loop configured to couple power out of the magnetic antenna to receive the power coupled out of the magnetic antenna [e.g., inductively].
  • the tuning device can be designed to control the tuning element with the control signal in order to regulate a phase difference between the signal leading into the magnetic antenna and the phase signal to a predetermined target value.
  • the tuning device can be designed to regulate the phase difference between the signal leading into the magnetic antenna and the phase signal to the predetermined target value by controlling the tuning element with the control signal.
  • the tuning device can be designed to track the control signal in order to counteract a deviation of the phase difference between the signal leading into the magnetic antenna and the phase signal from the predetermined target value.
  • the tuning device can be designed to control the phase difference between the signal leading into the magnetic antenna and the phase signal towards the specified setpoint using a control loop or feed-forward control.
  • the tuning device may be configured to derive a signal from the signal preceding the magnetic antenna to obtain a derived signal, wherein the tuning device is configured to provide the control signal for tuning the magnetic antenna in dependence on a phase relationship between the derived signal and the phase signal.
  • the tuning device can be designed to control the tuning element with the control signal in order to regulate the phase difference between the derived signal and the phase signal to a predetermined target value.
  • the tuning device may comprise a phase shifter configured to phase-shift one of the derived signal and the phase signal to obtain a phase-shifted signal
  • the signal combiner e.g. multiplier
  • the phase shifter is configured to phase-shift one of the derived signal or the phase signal such that, in the case of resonance of the magnetic antenna, the phase-shifted signal and the other of the derived signal and the phase signal at the signal combiner have a predefined phase difference [e.g. 90°].
  • the tuning device may comprise an energy output coupler [e.g. a directional coupler or other device for outputting energy] which designed to extract a portion of the signal leading into the magnetic antenna in order to obtain the derived signal.
  • an energy output coupler e.g. a directional coupler or other device for outputting energy
  • the tuning device may comprise a control amplifier configured to provide the control signal for tuning the magnetic antenna, wherein the control amplifier is configured to control the tuning element with the control signal in order to control a DC component of the combined signal or a low-pass filtered version of the combined signal to a predetermined target value.
  • the directional coupler may have a first port, a second port, a third port, and a fourth port, wherein the directional coupler has a first resistor [e.g., of magnitude Z0/N] connected between the first port and the second port, wherein the directional coupler has a second resistor [e.g., of magnitude 2N*Z0] connected between the first port and the third port, wherein the directional coupler has a third resistor [e.g., of magnitude 2N*Z0] connected between the second port and the fourth port, wherein the directional coupler has a transformer, wherein a first coil of the transformer is connected between the first port and the third port, and wherein a second coil of the transformer is connected between the second port and the fourth port [e.g., wherein the first coil and the second coil have the same number of windings].
  • a first resistor e.g., of magnitude Z0/N
  • the directional coupler has a second resistor [e.g., of magnitude
  • the directional coupler may have a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal, wherein the directional coupler has a first resistor [e.g., of magnitude Z0/N] connected between the first terminal and the second terminal, wherein the directional coupler has a second resistor [e.g., of magnitude 2N*Z0] connected between the first terminal and the third terminal, wherein the directional coupler has a third resistor [e.g., of magnitude 2N*Z0] connected between the second terminal and the fourth terminal, wherein the directional coupler has a transformer, wherein a first coil of the transformer is connected between the first terminal and the second terminal, and wherein a second coil of the transformer is connected between the third terminal and the fourth terminal [e.g., wherein the first coil and the second coil have the same number of windings].
  • a first resistor e.g., of magnitude Z0/N
  • the directional coupler has a second resistor [e.g., of magnitude
  • the tuning device may comprise an induction loop or induction coil configured to provide the signal based on the magnetic field generated by the loop.
  • the magnetic antenna loop and the induction loop or induction coil may be arranged [e.g., implemented] on the same circuit board.
  • the tuning device may be configured to drive the tuning element with the control signal to regulate the amplitude of the signal based on the magnetic field generated by the loop toward a predetermined target value [e.g., such that the amplitude is greater than or equal to a predetermined target value].
  • a predetermined target value e.g., such that the amplitude is greater than or equal to a predetermined target value.
  • the tuning device can be designed to regulate the amplitude of the signal, which is based on the magnetic field generated by the loop, to the predetermined target value by controlling the tuning element with the control signal.
  • the tuning device may be configured to track the control signal to counteract a deviation of the amplitude of the signal based on the magnetic field generated by the loop from the predetermined target value.
  • the predetermined target value can be determined in advance [e.g. during a factory calibration] by a reference measurement in the undisturbed case of the magnetic antenna and/or in the resonance case of the magnetic antenna.
  • the tuning device can be designed to determine the predetermined target value by a reference measurement in the undisturbed case of the magnetic antenna and/or in the resonance case of the magnetic antenna.
  • a predetermined signal can be transmitted with the magnetic antenna during the reference measurement.
  • the predetermined signal may have a predetermined signal shape, predetermined transmission frequency, predetermined bandwidth, predetermined amplitude and/or predetermined modulation type.
  • the specified signal can be a sine signal with a standardized transmission voltage.
  • the tuning device may be configured to select a control signal parameter from a set of stored control signal parameters associated with corresponding amplitude values depending on the amplitude of the signal based on the magnetic field generated by the loop, and to provide the control signal depending on the control signal parameter [e.g. control signal amplitude].
  • the tuning device can be designed to determine a frequency-dependent amplitude distribution of the signal based on the magnetic field generated by the loop in the case of a broadband transmission of a transmission signal or a transmission of the transmission signal at multiple frequencies, and to provide the control signal as a function of the frequency-dependent amplitude distribution.
  • the tuning device can be designed to determine, when a transmission signal is transmitted at at least two different frequencies, a tuning direction in which the tuning signal is to be adjusted based on at least two amplitudes of the signal resulting from the at least two different frequencies of the transmission signal, which amplitude is based on the magnetic field generated by the loop, and to adjust the tuning signal depending on the determined tuning direction.
  • the antenna may be an electrical antenna.
  • the antenna may be a magnetic antenna with a single or multiple interrupted loop.
  • the tuning device can be designed to control the tuning element with the control signal in order to regulate the power or current consumption of the transmitting device or of the at least one active component of the transmitting device to a predetermined target value range.
  • the tuning device can be designed to regulate the power or current consumption of the transmitting device or of at least one active component of the transmitting device to the predetermined target value range by controlling the tuning element with the control signal.
  • the tuning device can be designed to track the control signal in order to counteract a deviation of the power or current consumption of the transmitting device or of the at least one active component of the transmitting device from the predetermined value range.
  • the specified target value range [e.g. in advance / at the factory] can be determined by a system simulation assuming an ideal or nearly ideal adaptation of the antenna.
  • the specified target value range [e.g. in advance / at the factory] can be determined when the transmitting device is terminated with a predefined impedance [e.g. 50 ohms].
  • the transmitter can be terminated with a predefined impedance [e.g. 50 ohms] and the power or current consumption of the transmitter determined [e.g. measured] in order to obtain the specified setpoint range.
  • the specified setpoint range can, for example, correspond to the determined power or current consumption with a tolerance of ⁇ 10% (or ⁇ 5% or ⁇ 3%).
  • the predetermined target value range can be determined based on an antenna measurement [e.g. by means of an antenna tuner].
  • the point of maximum radiated power can be determined and the power or current consumption of the transmitting device at this point can be determined in order to obtain the specified target value range.
  • the specified target value range can, for example, correspond to the determined power or current consumption with a tolerance of ⁇ 10% (or ⁇ 5% or ⁇ 3%).
  • the specified target value range [e.g. in advance / at the factory] can be determined based on an average value of the power or current consumption with a short-circuited termination and an open termination of the transmitting device.
  • the power or current consumption of the transmitting device with a short-circuited termination and an open connection can be determined and the average value of the power or current consumption of the transmitting device with a short-circuited termination and an open connection can be calculated in order to obtain the specified target value range.
  • the specified target value range can, for example, correspond to the average value of the power or current consumption with a tolerance of ⁇ 10% (or ⁇ 5% or ⁇ 3%).
  • the predetermined target value range [e.g. in advance / at the factory] can be determined based on a measurement of a radiation power.
  • the maximum radiated power can be determined and the power or current consumption at the maximum radiated power can be determined [e.g. measured] in order to obtain the specified target value range.
  • the specified target value range can, for example, correspond to the determined power or current consumption with a tolerance of ⁇ 10% (or ⁇ 5% or ⁇ 3%).
  • the radiation power can be measured with an external antenna or by the tuning device itself with an antenna of the tuning device.
  • the antenna of the tuner may be a coupling loop arranged [e.g. implemented] on the same board as the loop of the magnetic antenna.
  • the tuning device can be designed to provide the control signal for tuning the antenna as a function of a current consumption of at least one power transistor of an amplifier of the transmitting device.
  • the tuning device can be designed to provide the control signal for tuning the antenna as a function of a difference between supply currents of two power transistors of the amplifier of the transmitting device.
  • the tuning device can be designed to provide the control signal for tuning the antenna as a function of a bias current of at least one power transistor of the amplifier of the transmitting device.
  • the tuning device can be designed to determine the bias current of the at least one power transistor by measuring a voltage across a resistor in the bias branch of the power transistor.
  • the tuning device can be designed to provide the control signal for tuning the antenna as a function of a difference between bias currents of at least two power transistors of the amplifier of the transmitting device.
  • the tuning device can be designed to provide the control signal for tuning the antenna as a function of a difference between supply currents of a balanced amplifier of the transmitting device.
  • the tuning device can be designed to provide the control signal for tuning the antenna as a function of a difference between supply currents of a Doherty amplifier of the transmitting device.
  • the tuning device can be designed to provide the control signal for tuning the antenna as a function of a difference between supply currents of a push-pull amplifier of the transmitting device.
  • the tuning device can be designed to provide the control signal for tuning the antenna depending on a common mode impedance of the antenna.
  • the tuning device can be designed to determine the common mode impedance of the antenna by means of a measurement signal.
  • the tuning device can be designed to determine the power consumption of the transmitting device when alternately feeding a differential-mode signal and a common-mode signal into the antenna.
  • the common mode signal may be fed in by means of a balun that allows access to the common mode.
  • the tuning device can be designed to provide the control signal for tuning the antenna in dependence on a reflected common-mode signal of the antenna.
  • the tuning device may be configured to determine [e.g., measure] the reflected common-mode signal by means of a balun that enables access to the common-mode mode.
  • the tuning device may be configured to determine [e.g., measure] the reflected common-mode signal via nonlinear properties of a magnetic core of the balun.
  • the tuning device can be designed to determine [e.g. measure] a magnetic direct current of the magnetic core by means of a Hall sensor.
  • the tuning device can be designed to determine [eg measure] a magnetic direct current of the magnetic core by means of a measuring winding on the magnetic core.
  • the balun may be a ring coupler.
  • the loop may simply be interrupted, wherein the loop is interrupted by the tuning element.
  • the loop may be interrupted multiple times, wherein the loop is interrupted by the tuning element and by one or more capacitance elements.
  • the tuning element may be a variable capacitor or a capacitance diode.
  • the method comprises a step of providing a control signal for tuning the antenna depending on a power or current consumption of a transmitting device connected to the antenna or at least one active component of the transmitting device.
  • the method further comprises a step of controlling a tuning element of the antenna with the control signal in order to tune the antenna.
  • aspects have been described in the context of a device, it is to be understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or component of a device can also be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously, aspects described in the context of or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps can be carried out by a hardware apparatus (or using a hardware apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the key method steps can be carried out by such an apparatus.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or other magnetic or optical storage on which electronically readable control signals are stored that can or do interact with a programmable computer system in such a way that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium may be computer readable.
  • Some embodiments according to the invention thus comprise a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is carried out.
  • embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product is run on a computer.
  • the program code can, for example, also be stored on a machine-readable medium.
  • inventions include the computer program for performing one of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium.
  • an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for carrying out one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further embodiment of the method according to the invention is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded.
  • the data carrier, the digital storage medium or the computer-readable medium are typically physical and/or non-perishable or non-transitory.
  • a further embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for carrying out one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals can be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • a further embodiment comprises a processing device, for example a computer or a programmable logic device, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
  • a processing device for example a computer or a programmable logic device, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
  • a further embodiment comprises a computer on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is installed.
  • a further embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to transmit a computer program for carrying out at least one of the methods described herein to a receiver.
  • the transmission can be carried out electronically or optically, for example.
  • the receiver can for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device.
  • the device or system may, for example, comprise a file server for transmitting the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device e.g., a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may interact with a microprocessor to perform any of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This may be general-purpose hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the method such as an ASIC.
  • the devices described herein may be implemented, for example, using a hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of a hardware apparatus and a computer.
  • the devices described herein, or any components of the devices described herein may be implemented at least partially in hardware and/or in software (computer program).
  • the methods described herein may be implemented, for example, using a hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of a hardware apparatus and a computer.

Landscapes

  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Transmitters (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Circuits Of Receivers In General (AREA)

Description

  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Kommunikationsvorrichtung mit einer magnetischen Antenne, und im speziellen, auf einen Teilnehmer oder eine Basisstation eines Kommunikationssystems mit einer magnetischen Antenne. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Empfänger mit einer magnetischen Antenne.
  • Herkömmlicherweise werden, vor allem im Bereich der Sensorknoten, elektrische Antennen bzw. elektrisch kurze Antennen eingesetzt. Wird z.B. bei 868 MHz eine heute übliche elektrische Antenne verwendet, wird als ½ Lambda Strahler eine Länge von etwa 15 cm benötigt. Werden kürzere Antennen eingesetzt, sinkt der Gewinn der Antenne. Weiterhin wird die Handhabbarkeit der Geräte mit Antennen eingeschränkt, da die verwendeten Antennen sich bei Annäherung an elektrisch leitende oder dielektrisch wirkende Gegenstände verstimmen und somit ihr Gewinn weiter sinkt. Damit gibt es Anforderungen an die Umgebung von z.B. Sensorknoten. Mit elektrischen Antennen ist es weiterhin nicht möglich, aus elektrisch abgeschirmten Umgebungen (Faraday'scher Käfig) heraus zu senden.
  • Ferner sind magnetische Antennen bekannt. Durch die hohe Güte sind magnetische Antennen aber sehr schmalbandig. Deshalb müssen magnetische Antennen z.B. bei Annäherung an metallische oder dielektrische Gegenstände auf die gewünschte Frequenz abgestimmt werden.
  • Wird eine magnetische Antenne in unmittelbarer Nähe zu Materialien betrieben, so können diese, je nach Materialeigenschaft (z.B. leitfähig, dielektrisch, isolierend), die Eigenschaften der Antenne positiv oder negativ beeinflussen. In der Regel werden die magnetischen Antennen durch die umgebenden Materialien verstimmt. D.h. die Resonanzabstimmung ist nicht mehr optimal auf der Betriebsfrequenz oder aber die Anpassung an den Speisewiderstand ist nicht mehr optimal. In der Regel wird beides beeinträchtigt, kann aber durch ein Nachstimmen der Antenne (z.B. durch Änderung des Resonanzkondensators oder Änderung der Ankopplung) korrigiert werden. Dazu ist jedoch ein Nutzereingriff notwendig sowie eine Messgröße mit der eine optimale Einstellung ermittelt werden kann.
  • Die US 7,058,372 B1 bezieht sich auf eine automatische Abstimmung einer resonanten Schleifenantenne, die beispielsweise für Telemetriesysteme zum Einsatz kommen kann, die im ISM (ISM = Industrial, Scientific and Medical) Band arbeiten. Die Schleifenantenne ist hierbei einfach unterbrochen und zur Abstimmung mit einer Kondensatorbank einer Abstimmschaltung verbunden, wobei die Abstimmschaltung eine Regelschleife enthält.
  • Die US 2016/028375 A1 bezieht sich auf die automatische Abstimmung einer Antenne eines LTE-Transceivers. Hierbei kommt eine sog. ESA Antenne (ESA= Electrically-Small Antennas) zum Einsatz, die sich dadurch auszeichnet, dass diese relative kleine Abmessungen im Vergleich zur Wellenlänge im freien Raum aufweist.
  • Die US 2007/091006 A1 beschreibt eine selbstabstimmende Antenne, die ihre Eingangsimpedanz automatisch anpasst, um extern induzierte Impedanzänderungen zu kompensieren. Eine variable Impedanz wird durch eine Steuerschaltung eingestellt, um die Eingangsimpedanz der Antenne neu zu konfigurieren, um unterschiedliche Umgebungssituationen und unterschiedliche Transponder-Fehlanpassungssituationen zu kompensieren. Ein negatives Rückkopplungssignal wird verwendet, um Impedanzfehlanpassungen zu bestimmen oder abzuleiten und die Antenneneingangsimpedanz neu zu konfigurieren, bis ein gewünschtes Gleichgewicht der Antenneneingangsimpedanz erreicht ist. Eine Referenzmessung wird automatisch von einer Antennenabstimmschaltung durchgeführt, die die Impedanzanpassungsschaltung der Antenne anpasst, um Objektinterferenzen zu kompensieren. Die Impedanzanpassungsschaltung der Antenne umfasst eine variable Kondensatorschaltung mit mehreren individuell gesteuerten Parallelplattenkondensatoren, die nach Bedarf zu der variablen Kondensatorschaltung hinzugefügt oder von ihr entfernt werden können.
  • Die US 5,483,688 A beschreibt eine automatische Abstimmung einer Antenne. Die Antennenabstimmung basiert hierbei auf einer aktuellen Funkempfangsfrequenz und auf früheren Antennenabstimmungszyklen, um einen Prädiktorwert festzulegen. Der Prädiktorwert legt einen Unterbereich der Antennenabstimmspannung fest, der höchstwahrscheinlich die optimale Antennenabstimmspannung enthält, aber ein kleinerer Bereich als der gesamte Antennenabstimmspannungsbereich ist. Der Unterbereich der Antennenabstimmspannung wird dann durchlaufen, während ein Signalstärkeindikator überwacht wird, um eine Antennenabstimmspannung zu identifizieren, die optimale Abstimmbedingungen bereitstellt.
  • Die US 2014/197832 A1 beschreibt eine Antenne, die für eine Anregung und/oder Erfassung einer Magnetresonanz in einem zu untersuchenden Objekt eingerichtet ist. Die Antenne umfasst eine Leiterschleife mit einem Innenleiter und einem primären Schirmleiter, die mindestens einen Wellenleiter bilden, wobei der primäre Schirmleiter durch mindestens einen Spalt unterbrochen ist, wobei ein sekundärer Schirmleiter, den primären Schirmleiter umgibt, wobei ein Dielektrikum zwischen dem primären Schirmleiter und dem sekundären Schirmleiter angeordnet und mindestens der mindestens eine Spalt durch den sekundären Schirmleiter abgedeckt ist, wobei der sekundären Schirmleiter mindestens zwei Schirmleiterabschnitte umfasst, die miteinander elektrisch leitend verbunden und relativ zueinander verschiebbar sind, so dass die Länge des sekundären Schirmleiters veränderlich ist.
  • Die DE 42 36 087 A1 beschreibt eine Rahmenantenne, die mit einem steuerbaren reaktiven Element gekoppelt ist, das eine variable Reaktanz hat, um die Antenne in einem Resonanzkreis auf die Frequenz eines gewünschten Signals im Frequenzbereich abzustimmen. Eine Antennen-Abstimmschaltung, die auf die Frequenz anspricht, auf welche die Antenne abgestimmt wird, liefert ein Antennenabstimmsignal an das steuerbare reaktive Element, um die Reaktanz dieses Elementes so zu steuern, dass die Antenne auf die Frequenz des gewünschten Signals abgestimmt bleibt. Das Antennenabstimmsignal enthält drei Komponenten: Eine Frequenzannäherungskomponente, um die Antenne grob auf die Frequenz des gewünschten Signals abzustimmen, eine Fehlerkomponente zur Feinabstimmung der Antenne auf die Frequenz des gewünschten Signals und eine Zitterkomponente, um die Abstimmung der Antenne um die Frequenz des gewünschten Signals herum zu ändern. Die Spannung am Ausgang der Kompensatorschaltung beschreibt die prozentuale Änderung der empfangsseitigen Trägersignalstärke, wobei über den Multiplikator eine Kombination der Spannung Vlog und dem Abstimmzittersignal erfolgt, und daraus anschließend über den Integrator und den Signalsummierer und den Signalsummierer das Abstimmsignal erzeugt wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die automatische Abstimmung einer magnetischen Antenne zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
  • Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung mit einer magnetischen Antenne und einer Abstimmeinrichtung. Die magnetische Antenne weist eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife und zumindest ein Abstimmelement [z.B. Stellglied] zur Abstimmung der magnetischen Antenne auf. Die Abstimmeinrichtung weist eine Regelschleife auf, die konfiguriert ist, um ein Abstimmsignal [z.B. Stellgröße] zur Abstimmung der magnetischen Antenne bereitzustellen, und um das Abstimmelement mit dem Abstimmsignal anzusteuern, um die magnetische Antenne abzustimmen. Die Vorrichtung ist hierbei konfiguriert, um die Regelschleife [z.B. Messglied und Regler] oder eine Komponente der Regelschleife [z.B. Messglied oder Regler] nur bei Bedarf [z.B. beim Senden eines Signals; z.B. kurz vor dem Senden des Signals bis kurz nach dem Senden des Signals oder bis erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne] von einem Ruhemodus [z.B. Energiesparmodus oder Power-Down-Modus] in einen normalen Betriebsmodus zu versetzen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann ein Schleifenumfang der einfach oder mehrfach unterbrochenen Schleife 1/2 bis 1/10 einer Wellenlänge des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals bzw. eines mit der magnetischen Antenne auszusendenden Sendesignals oder zu empfangenden Empfangssignals betragen. Beispielsweise kann die Wellenlänge kleiner gleich als 1,999 m (z.B. bei Frequenzen größer gleich 149 MHz), oder kleiner gleich 0,749 m (z.B. bei Frequenzen größer gleich 400 MHz), oder kleiner gleich 0,375 m (z.B. bei Frequenzen größer gleich 800 MHz) sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Frequenz des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals bzw. eines mit der magnetischen Antenne auszusendenden Sendesignals oder zu empfangenden Empfangssignals größer gleich 149 MHz, 400 MHz oder 800 MHz sein oder im Bereich von 149 MHz bis 930 MHz liegen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Frequenz des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals bzw. eines mit der magnetischen Antenne auszusendenden Sendesignals oder zu empfangenden Empfangssignals innerhalb eines ISM Bands (ISM = Industrial, Scientific and Medical Band) liegen, wie z.B. im Bereich von 149,995 bis 150,005 MHz, oder im Bereich von 433,05 MHz bis 434,79 MHz, oder im Bereich von 902 bis 928 MHz .
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne schmalbandig sein. So kann bei Ausführungsbeispielen die magnetische Antenne eine Güte von 20 bis 500 aufweisen. (Hinweis: Bei magnetischen Antennen wird die Bandbreite über die Güte definiert).
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um die Regelschleife oder die Komponente der Regelschleife nur
    • während einer Aussendung eines Signals,
    • von Beginn einer Aussendung eines Signals oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals bis zu einem Ende der Aussendung des Signals oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals, oder
    • von Beginn einer Aussendung eines Signals oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals bis zu einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne
    • während einer Aussendung eines Signals [d.h. nach dem Beginn der Aussendung des Signals] bis zu dem Ende der Aussendung des Signals oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals
    von dem Ruhemodus in den normalen Betriebsmodus zu versetzen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um das Abstimmsignal ansprechend auf einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne [z.B. ab oder kurz vor einem Wechsel der Regelschleife oder der Komponente der Regelschleife von dem normalen Betriebsmodus in den Ruhemodus] mittels eines Halteglieds zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung eine Sendeeinrichtung auf, die mit der magnetischen Antenne verbunden ist, wobei die Sendeeinrichtung konfiguriert ist, um ein Signal [z.B. Sendesignal und/oder Testsignal] mit der magnetischen Antenne auszusenden.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Sendeeinrichtung konfiguriert, um zeitlich synchronisiert zu der Aussendung des Signals ein Aktivierungssignal bereitzustellen, wobei die Abstimmeinrichtung konfiguriert ist, um die Regelschleife oder eine Komponente der Regelschleife [z.B. einen Teil der Regelschleife; z.B. den Regler der Regelschleife] auf das Aktivierungssignal ansprechend von dem Ruhemodus in den normalen Betriebsmodus zu versetzen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Sendeeinrichtung konfiguriert, um das Aktivierungssignal nur
    • während der Aussendung des Signals,
    • von Beginn der Aussendung des Signals oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals bis zu einem Ende der Aussendung des Signals oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals,
    • von Beginn der Aussendung des Signals oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals bis zu einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne, oder
    • während einer Aussendung des Signals [d.h. nach dem Beginn der Aussendung des Signals] bis zu dem Ende der Aussendung des Signals oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals
    bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um das Abstimmsignal nach erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne [z.B. ab oder kurz vor einem Wechsel der Regelschleife oder der Komponente der Regelschleife von dem normalen Betriebsmodus in den Ruhemodus] mittels eines Halteglieds zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist das Halteglied ein Abtast-Halte-Glied oder ein Regelverstärker eines Reglers [z.B. I-, PI- oder PID-Reglers] der Regelschleife zusammen mit mindestens einer Kapazität dieses Reglers ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Sendeeinrichtung konfiguriert, um ein Haltesignal bereit zu stellen, wobei die Abstimmeinrichtung konfiguriert ist, um das Abstimmsignal ansprechend auf das Haltesignal mittels des Halteglieds zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen weist die Abstimmeinrichtung eine Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] auf, wobei der Regler der Regelschleife in der Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] implementiert ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert, um das Abstimmsignal [z.B. einen Wert des Abstimmsignals] nach erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Beispielsweise kann die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert sein, um einen analogen Spannungswert [z.B. zur Ansteuerung einer variablen Kapazität [z.B. Kapazitätsdiode]] oder einen digitalen Wert [z.B. zur Ansteuerung einer schaltbaren Kapazität [z.B. einer Kondensatorbank oder digital steuerbarer Kondensatoren]] des Abstimmsignals zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Sendeeinrichtung konfiguriert, um ein Haltesignal bereit zu stellen, wobei die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert ist, um das Abstimmsignal [z.B. einen Wert des Abstimmsignals] ansprechend auf das Haltesignal zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert, um ansprechend auf das Aktivierungssignal eine Regelung eines Wertes [z.B. eines (analogen) Spannungswerts oder eines digitalen Wertes] des Abstimmsignals ausgehend von einem Startwert zu beginnen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert, um den Startwert in Abhängigkeit von einem in einem Speicher [z.B. Speicher der Steuereinheit oder externer Speicher [z.B. EEPROM]] hinterlegten Referenzwert zu ermitteln.
  • Bei Ausführungsbeispielen basiert der Referenzwert auf einem vorherigen Wert des Abstimmsignals, auf den das Abstimmsignal bei einer vorherigen Regelung hin geregelt wurde.
  • Bei Ausführungsbeispielen basiert der Referenzwert auf vorherigen Werten des Abstimmsignals, auf die das Abstimmsignal [z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean] bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen hin geregelt wurde.
  • Beispielsweise kann der Startwert [z.B. im einfachsten Fall] gleich dem Wert sein, auf den das Abstimmsignal zuvor geregelt wurde oder [z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean] zuvor geregelt wurde.
  • Bei Ausführungsbeispielen basiert der Referenzwert auf einer Referenzmessung, mit der Fertigungstoleranzen der Vorrichtung ausgeglichen werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen weist die Regelschleife mehrere Pfade auf, die unterschiedlich schnell regeln.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert, um den Startwert [z.B. den basierend auf dem Referenzwert ermittelten Startwert] in Abhängigkeit von zumindest einem aus
    • einem Betriebsparameter der Sendeeinrichtung [z.B. Sendefrequenz, Sendeleistung, Frequenzsprungmuster],
    • einem Umweltparameter der Vorrichtung oder in einer Umgebung der Vorrichtung [z. B. Temperatur, Druck, Geschwindigkeit], und
    • einem Hardwareparameter der Vorrichtung [z.B. Fertigungstoleranzen, Alterung] zu ermitteln [z.B. anzupassen].
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert, um den Startwert [z.B. den basierend auf dem Referenzwert ermittelten Startwert] in Abhängigkeit von einer Frequenz des Signals der Sendeeinrichtung zu ermitteln [z.B. anzupassen].
  • Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung der Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] die Frequenz des Signals (z.B. Sendesignals oder Empfangssignals) signalisieren, z.B. mittels eines Signalisierungssignals.
  • Bei Ausführungsbeispielen sind in dem Speicher [z.B. ein Speicher der Steuereinheit oder ein externer Speicher [z.B. EEPROM]] Referenzwerte [z.B. Referenzspannungen oder digitale Referenzwerte des Abstimmsignals oder davon abgeleitete oder in Beziehung stehende Werte] für unterschiedliche Referenzfrequenzen hinterlegt, wobei die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert ist, um in Abhängigkeit von einer Frequenz des Signals der Sendeeinrichtung den Startwert basierend auf zumindest einem der Referenzwerte zu ermitteln.
  • Beispielsweise können in dem Speicher der Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] ein erster Referenzwert für eine erste Frequenz, ein zweiter Referenzwert für eine zweite Frequenz, ein dritter Referenzwert für eine dritte Frequenz, usw. hinterlegt sein. Der Startwert kann dann in Abhängigkeit von der Frequenz des Signals basierend auf dem Referenzwert der Referenzfrequenz, der der Frequenz des Signals entspricht oder am nächsten kommt, ermittelt werden, beispielsweise kann der Startwert gleich dem jeweiligen Referenzwert sein oder in Abhängigkeit eines Umweltparameters (z.B. Temperatur) und/oder eines Hardwareparameters (z.B. altersbedingter Drift) angepasst werden. Natürlich kann der Startwert auch basierend auf einer Interpolation oder Extrapolation zwischen zwei Referenzwerten ermittelt werden, beispielsweise wenn eine Frequenz des zu empfangenen Signals zwischen den Referenzfrequenzen zweier hinterlegter Referenzwerte liegt.
  • Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung der Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] die Frequenz des Signals (z.B. Sendesignals oder Empfangssignals) signalisieren, z.B. mittels eines Signalisierungssignals.
  • Bei Ausführungsbeispielen basieren die Referenzwerte auf jeweiligen Werten des Abstimmsignals, auf die das Abstimmsignal bei einer vorherigen Regelung oder [z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean] bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden eines Signals auf der jeweiligen Frequenz hin geregelt wurde.
  • Beispielsweise kann ein erster Referenzwert für eine erste Frequenz auf dem Wert des Abstimmsignals basieren, auf den das Abstimmsignal bei einer vorherigen Regelung oder [z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean] bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden eines Signals auf der ersten Frequenz geregelt wurde, während ein zweiter Referenzwert für eine zweite Frequenz auf dem Wert des Abstimmsignals basieren kann, auf den das Abstimmsignal bei einer vorherigen Regelung oder [z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean] bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden eines Signals auf der zweiten Frequenz geregelt wurde.
  • Bei Ausführungsbeispielen sind die Referenzwerte jeweils mit einer zeitlichen Information versehen, die einen Rückschluss auf zumindest einem aus Erstellungszeitpunkt, Aktualisierungszeitpunkt, oder Alter zulässt, wobei Referenzwerte, dessen zeitlich Information einen vorgegebenen Wert erreichen, verworfen werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um das Abstimmsignal zur Abstimmung der magnetischen Antenne in Abhängigkeit von einer Phasenlage eines in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals [z.B. Sendesignals oder Testsignals] bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um das Abstimmsignal zur Abstimmung der magnetischen Antenne in Abhängigkeit von einer Phasenbeziehung zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals und einem Phasensignal bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen basiert das Phasensignal auf einem in zumindest einem Abschnitt der Schleife fließenden Strom.
  • Bei Ausführungsbeispielen basiert das Phasensignal auf einem durch die Schleife erzeugten Magnetfeld.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist das Phasensignal ein aus der magnetischen Antenne ausgekoppeltes Signal.
  • Bei Ausführungsbeispielen weist die Abstimmeinrichtung eine Koppelschleife auf, die konfiguriert ist, um ein Signal aus der magnetischen Antenne auszukoppeln, um das aus der magnetischen Antenne ausgekoppelte Signal zu erhalten.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um das Abstimmelement mit dem Abstimmsignal anzusteuern, um eine Phasendifferenz zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals und dem Phasensignal auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um die Regelung der Phasendifferenz zwischen dem in die magnetische Antenne vorlaufenden Signal und dem Phasensignal auf den vorgegebenen Sollwert hin unter Verwendung der Regelschleife zu bewirken.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um vor dem Empfang eines Empfangssignals mit der magnetischen Antenne ein Signal zu senden, um die magnetische Antenne abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist das gesendete Signal ein Nutzdaten aufweisendes Sendesignal, das dem Empfang des Empfangssignals vorausgeht.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist das gesendete Signal ein Testsignal, das vor dem Empfang des Empfangssignals gesendet wird, um die magnetische Antenne abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um die magnetische Antenne leistungsangepasst abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um die magnetische Antenne rauschangepasst abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um die magnetische Antenne für den Empfang des Empfangssignals so abzustimmen, dass Störsignale unterdrückt werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um die Regelschleife oder die Komponente der Regelschleife nur
    • während der Aussendung des Signals,
    • von Beginn der Aussendung des Signals oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals bis zu einem Ende der Aussendung des Signals oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals,
    • von Beginn einer Aussendung eines Signals oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals bis zu einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne, oder
    • während einer Aussendung des Signals [d.h. nach dem Beginn der Aussendung des Signals] bis zu dem Ende der Aussendung des Signals oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals
    von dem Ruhemodus in den normalen Betriebsmodus zu versetzen,
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um das Abstimmsignal ansprechend auf einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne [z.B. ab oder kurz vor dem Wechsel der Regelschleife oder der Komponente der Regelschleife von dem normalen Betriebsmodus in den Ruhemodus] mittels eines Halteglieds zumindest bis zum Ende des Empfangs des Empfangssignals zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung eine Sende-/Empfangseinrichtung auf, die mit der magnetischen Antenne verbunden ist, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung konfiguriert ist, um das Signal [z.B. Sendesignal und/oder Testsignal] mit der magnetischen Antenne auszusenden, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung konfiguriert ist, um das Empfangssignal mit der magnetischen Antenne zu empfangen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Sende-/Empfangseinrichtung konfiguriert, um zeitlich synchronisiert zu der Aussendung des Signals ein Aktivierungssignal bereitzustellen, wobei die Abstimmeinrichtung konfiguriert ist, um die Regelschleife oder eine Komponente der Regelschleife [z.B. den Regler der Regelschleife] ansprechend auf das Aktivierungssignal von dem Ruhemodus in den normalen Betriebsmodus zu versetzen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Sende-/Empfangseinrichtung konfiguriert, um nach erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne ein Haltesignal zumindest bis zum Ende des Empfangs des Empfangssignals bereit zu stellen, wobei die Abstimmeinrichtung konfiguriert ist, um das Abstimmsignal ansprechend auf das Haltesignal mittels des Halteglieds zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung [z.B. die Sende-/Empfangseinrichtung] konfiguriert, um das Testsignal zur Abstimmung der magnetischen Antenne zyklisch zwischen Empfangszyklen des Empfangssignals zu senden.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung [z.B. die Sende-/Empfangseinrichtung] konfiguriert, um Zeitpunkte des Sendens des Testsignals zur Abstimmung der magnetischen Antenne an ein Sprungmuster des Empfangssignals anzupassen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung [z.B. die Sende-/Empfangseinrichtung] konfiguriert, um Zeitpunkte des Sendens des Testsignals zur Abstimmung der magnetischen Antenne an veränderliche Umgebungsbedingungen anzupassen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung [z.B. die Sende-/Empfangseinrichtung] konfiguriert, um eine Rate des Sendens des Testsignals zur Abstimmung der magnetischen Antenne dynamisch an Veränderungen der Umgebungsbedingungen anzupassen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung [z.B. die Sende-/Empfangseinrichtung] konfiguriert, um vor einem Empfang des Empfangssignals auf einer anderen Frequenz ein Signal [z.B. Sendesignal oder Testsignal] mit der magnetischen Antenne auf der anderen Frequenz zu senden, um die magnetische Antenne auf die andere Frequenz abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen weist die Sende-/Empfangseinrichtung eine Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] auf, wobei der Regler der Regelschleife in der Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] implementiert ist, wobei die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] einen Speicher aufweist oder mit einem Speicher verbunden ist, wobei in dem Speicher Referenzwerte [z.B. Referenzspannungen oder digitale Referenzwerte des Abstimmsignals oder davon abgeleitete oder in Beziehung stehende Werte] für unterschiedliche Referenzfrequenzen hinterlegt sind, wobei die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert ist, um in Abhängigkeit von einer Frequenz des Empfangssignals einen Abstimmwert des Abstimmsignals basierend auf zumindest einem der Referenzwerte zu ermitteln, und um das Abstimmsignal mit dem ermittelten Abstimmwert bereitzustellen, um die magnetische Antenne für den Empfang des Empfangssignals auf der Frequenz abzustimmen.
  • Beispielsweise können in dem Speicher der Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] ein erster Referenzwert für eine erste Frequenz, ein zweiter Referenzwert für eine zweite Frequenz, ein dritter Referenzwert für eine dritte Frequenz, usw. hinterlegt sein. Zum Empfang eines Empfangssignals auf einer jeweiligen Frequenz (z.B. der zweiten Frequenz) kann zur Abstimmung der magnetischen Antenne ein Abstimmsignal mit einem Abstimmwert bereitgestellt werden, der auf dem Referenzwert für die jeweilige Frequenz (z.B. zweiter Referenzwert für die zweite Frequenz) basiert, beispielsweise gleich dem Referenzwert ist oder in Abhängigkeit eines Umweltparameters (z.B. Temperatur oder bewegliche Objekte, die die Antenne beeinflussen) und/oder eines Hardwareparameters (z.B. altersbedingter Drift) angepasst wird. Natürlich kann der Abstimmwert des Abstimmsignals auch basierend auf einer Interpolation zwischen zwei Referenzwerten ermittelt werden, beispielsweise wenn eine Frequenz des zu empfangenen Empfangssignals zwischen den Referenzfrequenzen zweier hinterlegter Referenzwerte liegt.
  • Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung der Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] die Frequenz des Empfangssignals signalisieren, z.B. mittels eines Signalisierungssignals.
  • Bei Ausführungsbeispielen basieren die Referenzwerte auf jeweiligen Werten des Abstimmsignals, auf die das Abstimmsignal bei einer vorherigen Regelung oder [z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean] bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden eines Signals auf der jeweiligen Referenzfrequenz hin geregelt wurde.
  • Beispielsweise kann ein erster Referenzwert für eine erste Frequenz auf dem Wert des Abstimmsignals basieren, auf den das Abstimmsignal bei einer vorherigen Regelung oder [z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean] bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden eines Signals auf der ersten Frequenz geregelt wurde, während ein zweiter Referenzwert für eine zweite Frequenz auf dem Wert des Abstimmsignals basieren kann, auf den das Abstimmsignal bei einer vorherigen Regelung oder [z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean] bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden eines Signals auf der zweiten Frequenz geregelt wurde.]
  • Bei Ausführungsbeispielen weist die Sende-/Empfangseinrichtung eine Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] auf, wobei der Regler der Regelschleife in der Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] implementiert ist, wobei dir Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] einen Speicher aufweist oder mit einem Speicher verbunden ist, wobei in dem Speicher zumindest ein Referenzwert [z.B. zumindest eine Referenzspannung oder zumindest ein digitaler Referenzwert des Abstimmsignals oder davon abgeleitete oder in Beziehung stehende Werte] für zumindest eine Referenzfrequenz hinterlegt ist, wobei eine Frequenz des Empfangssignals und die zumindest eine Referenzfrequenz in unterschiedlichen Frequenzbändern liegen, wobei die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert ist, um einen Abstimmwert des Abstimmsignals in Abhängigkeit von der Frequenz des zu empfangenen Empfangssignals von zumindest einem des zumindest einen Referenzwerts unter Berücksichtigung der jeweiligen Referenzfrequenz abzuleiten [z.B. durch Interpolation], und um das Abstimmsignal mit dem ermittelten Abstimmwert bereitzustellen, um die magnetische Antenne für den Empfang des Empfangssignals auf der Frequenz abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen basiert der zumindest eine Referenzwert auf einem jeweiligen Wert des Abstimmsignals, auf den das Abstimmsignal bei einer vorherigen Regelung oder [z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean] bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden eines Signals auf der jeweiligen Referenzfrequenz hin geregelt wurde.
  • Bei Ausführungsbeispielen sind in dem Speicher [z.B. Speicher der Steuereinheit oder externer Speicher [z.B. EEPROM]] mehrere Referenzwerte für mehrere Referenzfrequenzen hinterlegt, wobei die Frequenz des Empfangssignals und die mehreren Referenzfrequenzen in unterschiedlichen Frequenzbändern liegen, wobei die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert ist, um den Abstimmwert des Abstimmsignals von dem zumindest einem Referenzwert in Abhängigkeit von der Frequenz des zu empfangenen Empfangssignals von zumindest zwei Referenzwerten unter Berücksichtigung der jeweiligen Referenzfrequenzen durch Interpolation abzuleiten.
  • Bei Ausführungsbeispielen weist die Antennenanordnung eine Koppelschleife auf, die mit der magnetischen Antenne gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung konfiguriert ist, um das Signal mit der Koppelschleife zu senden, um die magnetische Antenne abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um das Abstimmsignal zur Abstimmung der magnetischen Antenne in Abhängigkeit von einer Phasenbeziehung zwischen dem in die Koppelschleife vorlaufenden Signal und einem Phasensignal bereitzustellen, wobei das Phasensignal ein mittels der magnetischen Antenne aus der Koppelschleife ausgekoppeltes Signal ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um das Abstimmelement mit dem Abstimmsignal anzusteuern, um eine Phasendifferenz zwischen des in die Koppelschleife vorlaufenden Signals und dem Phasensignal auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um die Regelung der Phasendifferenz zwischen des in die Koppelschleife vorlaufenden Signals und dem Phasensignal auf den vorgegebenen Sollwert hin unter Verwendung der Regelschleife zu bewirken.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um das Signal mit der magnetischen Antenne zu senden, um die magnetische Antenne abzustimmen, wobei die Vorrichtung konfiguriert ist, um das Signal mit reduzierter Sendeleistung zu senden.
  • Bei Ausführungsbeispielen weist die Antennenanordnung einen Verstärker au, um das mittels der Koppelschleife aus der magnetischen Antenne ausgekoppelte Signal zu verstärken.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist das Empfangssignal ein frequenzsprungbasiertes oder breitbandiges Signal, wobei die Vorrichtung konfiguriert ist, um für den Empfang des Empfangssignals mit der magnetischen Antenne eine Güte der magnetischen Antenne zu reduzieren.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert ist, um die Güte der magnetischen Antenne mittels
    • einer Zuschaltung eines Widerstands in die Schleife der magnetischen Antenne, oder
    • eines steuerbaren Widerstands in der Schleife der magnetischen Antenne zu reduzieren;
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um die magnetische Antenne nicht ideal anzupassen, so dass sich die Anpassung der magnetischen Antenne über die Frequenz weniger ändert als bei einer idealen Anpassung.
  • Bei Ausführungsbeispielen weist die Abstimmeinrichtung eine Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] auf, wobei der Regler in der Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] implementiert ist, wobei die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert ist, um eine Regelung eines Wertes [z.B. eines (analogen) Spannungswerts oder eines digitalen Wertes] des Abstimmsignals ausgehend von einem Startwert zu beginnen, wobei die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert ist, um den Startwert in Abhängigkeit von einem in einem Speicher [z.B. Speicher der Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] oder externer Speicher [z.B. EEPROM]] hinterlegten Referenzwert zu ermitteln, wobei der Referenzwert auf einem vorherigen Wert des Abstimmsignals basiert, auf den das Abstimmsignal beim Senden eines Signals auf einer Frequenz, die einer Mitte eines Bandes entspricht, in dem das Empfangssignal übertragen wird, bei einer vorherigen Regelung hin geregelt wurde.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung ausgebildet, um Daten basierend auf einem Zeit- und/oder Frequenzsprungverfahren zu senden und/oder zu empfangen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um im ISM Band zu kommunizieren.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung ein Teilnehmer eines Kommunikationssystems.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist der Teilnehmer ein Sensorknoten.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung eine Basisstation eines Kommunikationssystems.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung mit einer magnetischen Antenne, einer Empfangseinrichtung und einer Abstimmeinrichtung. Die magnetische Antenne weist eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife und zumindest ein Abstimmelement [z.B. Stellglied] zur Abstimmung der magnetischen Antenne auf. Die Empfangseinrichtung ist mit der magnetischen Antenne verbunden, wobei die Empfangseinrichtung konfiguriert ist, um ein Empfangssignal mit der magnetischen Antenne zu empfangen. Die Abstimmeinrichtung weist eine Regelschleife auf, die konfiguriert ist, um ein Abstimmsignal [z.B. Stellgröße] zur Abstimmung der magnetischen Antenne bereitzustellen, und um das Abstimmelement mit dem Abstimmsignal anzusteuern, um die magnetische Antenne abzustimmen, wobei die Abstimmeinrichtung konfiguriert ist, um das Abstimmsignal oder ein Eingangssignal eines Reglers der Regelschleife mit einem Hilfssignal [z.B. Wobbelsignal] zu beaufschlagen, wobei das Hilfssignal zyklisch [z.B. zwischen zwei einstellbaren Endwerten] variiert, wobei die Abstimmeinrichtung konfiguriert ist, um einen Wert des Abstimmsignals in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen einem Wert des Hilfssignals und einem Empfangsparameter anzupassen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann ein Schleifenumfang der einfach oder mehrfach unterbrochenen Schleife 1/2 bis 1/10 einer Wellenlänge des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals bzw. eines mit der magnetischen Antenne auszusendenden Sendesignals oder zu empfangenden Empfangssignals betragen. Beispielsweise kann die Wellenlänge kleiner gleich als 1,999 m (z.B. bei Frequenzen größer gleich 149 MHz), oder kleiner gleich 0,749 m (z.B. bei Frequenzen größer gleich 400 MHz), oder kleiner gleich 0,375 m (z.B. bei Frequenzen größer gleich 800 MHz) sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Frequenz des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals bzw. eines mit der magnetischen Antenne auszusendenden Sendesignals oder zu empfangenden Empfangssignals größer gleich 149 MHz, 400 MHz oder 800 MHz sein oder im Bereich von 149 MHz bis 930 MHz liegen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Frequenz des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals bzw. eines mit der magnetischen Antenne auszusendenden Sendesignals oder zu empfangenden Empfangssignals innerhalb eines ISM Bands (ISM = Industrial, Scientific and Medical Band) liegen, wie z.B. im Bereich von 149,995 bis 150,005 MHz, oder im Bereich von 433,05 MHz bis 434,79 MHz, oder im Bereich von 902 bis 928 MHz .
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne schmalbandig sein. So kann bei Ausführungsbeispielen die magnetische Antenne eine Güte von 20 bis 500 aufweisen. (Hinweis: Bei magnetischen Antennen wird die Bandbreite über die Güte definiert).
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um das Hilfssignal und ein Empfangsparametersignal, das einen Verlauf des Empfangsparameters beschreibt, zu kombinieren, um ein kombiniertes Signal zu erhalten.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um einen Wert des Abstimmsignals anzupassen, um die Resonanzfrequenz der magnetischen Antenne auf einen vorgegebenen Wert hin zu regeln.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist der Regler der Regelschleife konfiguriert, um das Abstimmsignal in Abhängigkeit von dem kombinierten Signal oder einer gefilterten Version des kombinierten Signals bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfangsparameter eine Empfangsleistung oder Empfangsqualität.
  • Bei Ausführungsbeispielen weist die Abstimmeinrichtung eine Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] auf, wobei ein Regler der Regelschleife in der Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] implementiert ist, wobei die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert ist, um eine Regelung eines Wertes [z.B. eines (analogen) Spannungswerts oder eines digitalen Wertes] des Abstimmsignals ausgehend von einem Startwert zu beginnen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert, um den Startwert in Abhängigkeit von einem in einem Speicher [z.B. Speicher der Steuereinheit oder externer Speicher [z.B. EEPROM]] hinterlegten Referenzwert zu ermitteln.
  • Bei Ausführungsbeispielen basiert der Referenzwert auf einem vorherigen Wert des Abstimmsignals, auf den das Abstimmsignal bei einer vorherigen Regelung hin geregelt wurde.
  • Bei Ausführungsbeispielen basiert der Referenzwert auf vorherigen Werten des Abstimmsignals, auf die das Abstimmsignal [z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean] bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen hin geregelt wurde.
  • Bei Ausführungsbeispielen sind in dem Speicher der Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] Referenzwerte [z.B. Referenzspannungen oder digitale Referenzwerte des Abstimmsignals oder davon abgeleitete oder in Beziehung stehende Werte] für unterschiedliche Referenzfrequenzen hinterlegt, wobei die Steuereinheit [z.B. Microcontroller oder ASIC] konfiguriert ist, um in Abhängigkeit von einer Frequenz des Empfangssignals den Startwert basierend auf zumindest einem der Referenzwerte zu ermitteln.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um das Abstimmsignal mit einem weiteren Hilfssignal zu beaufschlagen, wobei das Hilfssignal [z.B. zyklisch] zwischen zwei Endwerten variiert, wobei die Abstimmeinrichtung konfiguriert ist, um die zwei einstellbaren Endwerte des weiteren Hilfssignals so einzustellen, dass sich eine Resonanzfrequenz der magnetischen Antenne über ein gesamtes Frequenzband erstreckt in dem das Empfangssignal liegen kann.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um zumindest einen der zwei einstellbaren Endwerte des weiteren Hilfssignals in Abhängigkeit von einer detektierten Empfangsleistung oder Empfangsqualität anzupassen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um einen Wert des Hilfssignals zu ermitteln, bei dem die Empfangsleistung oder Empfangsqualität maximal ist, und um einen oder beide der zwei einstellbaren Endwerte des weiteren Hilfssignals auf diesen Wert einzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Abstimmeinrichtung konfiguriert, um eine Variation des weiteren Hilfssignals zu stoppen, wenn eine detektierten Empfangsleistung oder Empfangsqualität einen vorgegebenen Wert erreichen.
  • Beispielsweise kann das weitere Hilfssignal an einem Wert stoppen, sobald eine gewisse Empfangsleistung oder Empfangsqualität vorhanden ist. Oder das Steuergerät fährt durch das ganze Band und merkt sich, an welcher Stelle die Empfangsleistung /Qualität maximal war und stellt diesen Wert danach ein. Das kann so reichen. Oder es kann danach auf die Abstimmung mit dem Hilfssignal umgeschaltet werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um ein frequenzsprungbasiertes Empfangssignal zu empfangen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um im ISM Band zu kommunizieren.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung ein Teilnehmer eines Kommunikationssystems.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist der Teilnehmer ein Sensorknoten.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung eine Basisstation eines Kommunikationssystems.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung, mit folgenden Merkmalen: einer magnetischen Antenne, wobei die magnetische Antenne eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife und zumindest ein Abstimmelement zur Abstimmung der magnetischen Antenne aufweist, und einer Abstimmeinrichtung, wobei die Abstimmeinrichtung eine Regelschleife aufweist, die konfiguriert ist, um ein Abstimmsignal zur Abstimmung der magnetischen Antenne bereitzustellen, und um das Abstimmelement mit dem Abstimmsignal anzusteuern, um die magnetische Antenne abzustimmen; wobei die Abstimmeinrichtung konfiguriert ist, um das Abstimmsignal ansprechend auf einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne mittels eines Halteglieds zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Abstimmen einer magnetischen Antenne, wobei die magnetische Antenne eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife und zumindest ein Abstimmelement [z.B. Stellglied] zur Abstimmung der magnetischen Antenne aufweist. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Erzeugens eines Abstimmsignals zur Abstimmung der magnetischen Antenne mittels einer Regelschleife. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns der magnetischen Antenne mit dem Abstimmsignal, um die magnetische Antenne abzustimmen, wobei die Regelschleife [z.B. Messglied und Regler] oder eine Komponente der Regelschleife [z.B. Messglied oder Regler] nur bei Bedarf [z.B. beim Senden eines Signals; z.B. kurz vor dem Senden des Signals bis kurz nach dem Senden des Signals oder bis erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne] von einem Ruhemodus [z.B. Energiesparmodus oder Power-Down-Modus] in einen normalen Betriebsmodus versetzt wird.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen Verfahren zum Abstimmen einer magnetischen Antenne, wobei die magnetische Antenne eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife und zumindest ein Abstimmelement [z.B. Stellglied] zur Abstimmung der magnetischen Antenne aufweist. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Empfangens eines Empfangssignals mit der magnetischen Antenne. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ermittelns eines Empfangsparameters des Empfangssignals. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Erzeugens eines Abstimmsignals zur Abstimmung der magnetischen Antenne mittels einer Regelschleife. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns der magnetischen Antenne mit dem Abstimmsignal, um die magnetische Antenne abzustimmen. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Beaufschlagens des Abstimmsignals oder eines Eingangssignals eines Reglers der Regelschleife mit einem Hilfssignal [z.B. Wobbelsignal], wobei das Hilfssignal zyklisch [z.B. zwischen zwei einstellbaren Endwerten] variiert, wobei ein Wert des Abstimmsignals in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen einem Wert des Hilfssignals und des Empfangsparameters angepasst wird.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Abstimmen einer magnetischen Antenne, wobei die magnetische Antenne eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife und zumindest ein Abstimmelement zur Abstimmung der magnetischen Antenne aufweist. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Erzeugens eines Abstimmsignals zur Abstimmung der magnetischen Antenne mittels einer Regelschleife. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns der magnetischen Antenne mit dem Abstimmsignal, um die magnetische Antenne abzustimmen, wobei das Abstimmsignal ansprechend auf einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne mittels eines Halteglieds gehalten und weiterhin bereitgestellt wird.
  • Mit den in Ausführungsbeispielen adressierten magnetischen Antennen kann (1) die Baugröße von Teilnehmern eines Kommunikationssystems, wie z.B. von Sensorknoten, verringert werden, (2) durch die automatische Abstimmung eine Unabhängigkeit von der Umgebung geschaffen werden, und/oder (3) aus (teilweise) elektrisch abgeschirmten Umgebungen (besser) herausgesendet/empfangen werden.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1a
    eine schematische Ansicht eines Teilnehmers eines Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 1b
    eine schematische Ansicht eines Teilnehmers eines Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 1c
    eine schematische Ansicht eines Endpunkts eines Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 2
    eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne,
    Fig. 3
    eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne mit einer mehrfach unterbrochenen (z.B. kapazitiv verkürzten) Schleife, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 4
    eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne mit einer mehrfach unterbrochenen Schleife, wobei die Schleife achteckförmig ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 5
    eine schematische Ansicht einer Antennenanordnung mit einer ersten magnetischen Antenne und einer zweiten magnetischen Antenne, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 6a
    ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 6b
    ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 7
    ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 8
    in einem Diagramm Phasengänge eines Resonanzkreises aus [1] bei geringer Dämpfung und starker Dämpfung,
    Fig. 9
    ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 10a
    ein schematisches Blockschaltbild eines herkömmlichen Richtkopplers,
    Fig. 10b
    ein schematisches Blockschaltbild eines Richtkopplers, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 10c
    ein schematisches Blockschaltbild eines Richtkopplers, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 11a
    ein schematisches Blockschaltbild eines Transformators gemäß einer ersten Anordnung,
    Fig. 11b
    ein schematisches Blockschaltbild eines Transformators gemäß einer zweiten Anordnung,
    Fig. 12
    ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 13
    ein schematisches Blockschaltbild eines Messaufbaus zur Bestimmung einer Ausgangsleistung und einer reflektierten Leistung einer Antenne,
    Fig. 14
    ein schematisches Blockschaltbild eines Messaufbaus zur Bestimmung einer idealen Antennenanpassung,
    Fig. 15
    in einem Smith-Diagramm die Stromaufnahme der Sendeeinrichtung aufgetragen über die Antennenimpedanz,
    Fig. 16
    in einem Smith-Diagramm die Ausgangsleistung aufgetragen über der Antennenimpedanz,
    Fig. 17a
    in einem Diagramm einen Verlauf eines Realteils R und eines Imaginärteils X der Antennenimpedanz aufgetragen über den Eingangsstrom,
    Fig. 17b
    in einem Diagramm einen Verlauf der Ausgangsleistung aufgetragen über den Eingangsstrom,
    Fig. 18
    in einem Diagramm einen Verlauf eines Realteils R und eines Imaginärteils X der Antennenimpedanz sowie einen Verlauf der Ausgangsleistung aufgetragen über den Eingangsstrom,
    Fig. 19
    ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 20
    einen Messaufbau zum Bestimmen der idealen Antennenanpassung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 21
    ein schematisches Blockschaltbild einer Sendeeinrichtung mit einem Leistungsverstärker, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 22
    ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 23
    ein schematisches Blockschaltbild eines Ringkopplers, der einen Zugriff auf eine Gleichtaktmode eines differentiellen Ports ermöglicht,
    Fig. 24
    eine schematische Ansicht eines Magnetkerns eines Baluns sowie einer Messwicklung um den Magnetkern zur Erfassung der Gleichtakteigenschaften des Baluns über die nichtlinearen Eigenschaften des Magnetkerns mithilfe der Messwicklung,
    Fig. 25
    ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung (z.B. Sender oder Sendeempfänger) mit einer Abstimmvorrichtung mit einer Regelschleife, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 26
    ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung (z.B. Sender oder Sendeempfänger) mit einer Abstimmeinrichtung mit einem analogen Regler, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 27
    ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung (z.B. Sender oder Sendeempfänger) mit einer Abstimmeinrichtung mit einem I-, PI- oder PID-Regler, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 28a
    ein schematisches Blockschaltbild eines Reglers (I-Reglers) mit einem Schalter für eine Haltefunktion des Abstimmsignals bei unsymmetrischem Sensorsignal,
    Fig. 28b
    ein schematisches Blockschaltbild eines Reglers (I-Reglers) mit einem Schalter für eine Haltefunktion (des Abstimmsignals) bei symmetrischem Sensorsignal,
    Fig. 29
    ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung (z.B. Sender oder Sendeempfänger) mit einer Abstimmeinrichtung mit einem in einem Microcontroller implementierten Regler, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 30
    ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung (z.B. Sender oder Sendeempfänger) mit einer Abstimmeinrichtung mit einem in einem Microcontroller implementierten Regler, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 31
    ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung (z.B. Empfänger oder Sendeempfänger), gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 32
    ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung (z.B. Empfänger oder Sendeempfänger) mit einer Abstimmvorrichtung mit einem analogen Regler und einem Abtast-Halte-Glied, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 33
    ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung (z.B. Empfänger oder Sendeempfänger) mit einer Abstimmvorrichtung mit einem analogen Regler und einem Abtast-Halte-Glied, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 34
    ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung (z.B. Empfänger oder Sendeempfänger) mit einer Abstimmeinrichtung mit einem in einem Microcontroller implementierten Regler, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 35
    ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung (z.B. Empfänger oder Sendeempfänger) mit einer Abstimmeinrichtung mit einem in einem Microcontroller implementierten Regler, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 36
    ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung (z.B. Empfänger oder Sendeempfänger) mit einer Abstimmeinrichtung mit einer Koppelschleife zum Senden eines Signals zur Abstimmung der magnetischen Antenne, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 37
    ein schematisches ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung (z.B. Empfänger), gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 38
    ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung (z.B. Empfänger), gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 39
    ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung (z.B. Empfänger), gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 40
    ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abstimmen einer magnetischen Antenne, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
    Fig. 41
    ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abstimmen einer magnetischen Antenne, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung untereinander austauschbar ist.
    • 1. Ausführung einer magnetischen Antenne
  • In der nachfolgenden Beschreibung wird dabei beispielhaft davon ausgegangen, dass die magnetische Antenne in einen Teilnehmer eines Kommunikationssystems implementiert werden kann.
  • Fig. 1a zeigt eine schematische Ansicht eines Teilnehmers 100 eines Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Teilnehmer 100 umfasst eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102 (z.B. einen Transmitter) und eine mit der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102 verbundene Antennenanordnung 104, wobei die Antennenanordnung 104 eine magnetische Antenne 106 mit einer einfach (d.h. nur einmal) unterbrochenen Schleife 108 aufweist.
  • Fig. 1b zeigt eine schematische Ansicht eines Teilnehmers 100 eines Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Teilnehmer 100 umfasst eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102 (z.B. einen Transmitter) und eine mit der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102 verbundene Antennenanordnung 104, wobei die Antennenanordnung 104 eine magnetische Antenne 106 mit einer mehrfach unterbrochenen Schleife 108 aufweist.
  • Im Folgenden werden primär Ausführungsbeispiele der in Fig. 1b gezeigten Antennenanordnung 104 mit der magnetischen Antenne 106 mit der mehrfach unterbrochenen Schleife beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele genauso auf die in Fig. 1a gezeigte Antennenanordnung 104 mit der magnetischen Antenne 106 mit der einfach unterbrochenen Schleife anwendbar sind.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 durch Kapazitätselemente 110, wie z.B. Resonanzkapazitäten (Resonanzkondensatoren), unterbrochen sein. Beispielsweise kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106, wie dies in Fig. 1b zur Veranschaulichung gezeigt ist, durch zwei Kapazitätselemente 110 zweifach unterbrochen (z.B. kapazitiv verkürzt) sein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass bei Ausführungsbeispielen die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 auch durch eine andere Anzahl von Kapazitätselementen 110 mehrfach unterbrochen sein kann. So kann bei Ausführungsbeispielen die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 durch n Kapazitätselemente 110 in n Segmente (oder Teile, oder Abschnitte) unterteilt sein, wobei n eine natürliche Zahl größer gleich zwei ist. Als Segmente werden dabei hierin die Teile bzw. Abschnitte der Schleife zwischen den jeweiligen Kapazitätselementen 110 bezeichnet.
  • Bei Ausführungsbeispielen können die Segmente der mehrfach unterbrochenen Schleife 108 durch die Kapazitätselemente 110 verbunden sein. Im Detail können jeweils zwei Segmente der mehrfach unterbrochenen Schleife durch jeweils ein Kapazitätselement, das in Reihe zwischen den zwei Segmenten geschaltet ist, verbunden sein. Mit anderen Worten, die Segmente der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 und die Kapazitätselemente 110 sind abwechselnd in Reihe zu einer Schleife verschaltet.
  • Die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102 kann dabei mit der magnetischen Antenne 106 über eines der Kapazitätselemente 110 verbunden sein. Das eine Kapazitätselement auf der einen Seite und die mehrfach unterbrochene Schleife 108 mit den anderen (bzw. übrigen) Kapazitätselementen auf der anderen Seite können (z.B. aus Sicht der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102) einen Parallelschwingkreis bilden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung 102 ferner eine Abstimmeinrichtung zum Abstimmen der magnetischen Antenne 106 aufweisen. Die Abstimmeinrichtung kann dabei ausgebildet sein, um die magnetische Antenne 106 automatisch abzustimmen.
  • Bedingt durch die geometrische Form der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 wird die Strahlungsenergie von der magnetischen Antenne 106 nicht gleichmäßig in alle Richtungen einer Ebene abgestrahlt. Vielmehr weist das Antennendiagramm der in Fig. 1b gezeigten magnetischen Antenne 106 Nullstellen auf, d.h. es gibt Bereiche (z.B. Punkte) im Antennendiagramm, an denen die Strahlungsenergie der magnetischen Antenne praktisch null ist. Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung 104 daher eine zweite magnetische Antenne aufweisen, wie dies unten anhand von Fig. 5 näher erläutert wird, oder aber auch eine zusätzliche elektrische Antenne. Die zweite magnetische Antenne und/oder die zusätzliche elektrische Antenne können dabei so angeordnet sein, dass die Nullstellen der magnetischen Antenne 106 kompensiert werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer 100 des Kommunikationssystems natürlich nicht nur ausgebildet sein, um Signale mittels der magnetischen Antenne 106 zu anderen Teilnehmern des Kommunikationssystems zu senden, sondern auch um Signale von anderen Teilnehmern des Kommunikationssystems mittels der magnetischen Antenne 106 zu empfangen. Hierzu kann der Teilnehmer 100 beispielsweise eine Empfangseinrichtung (z.B. einen Receiver) aufweisen, die mit der Antennenanordnung 104 verbunden ist. Natürlich kann der Teilnehmern 100 auch eine kombinierte Sendeempfangseinrichtung (z.B. ein Transceiver) 102 aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer 100 (bzw. das Kommunikationssystem des Teilnehmers) ausgebildet sein, um im ISM-Band (ISM = Industrial, Scientific and Medical Band) zu kommunizieren, d.h. um Signale im ISM-Band zu senden und/oder zu empfangen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer 100 (bzw. das Kommunikationssystem des Teilnehmers) ausgebildet sein, um Daten basierend auf dem Telegram-Splitting-Verfahren zu übertragen. Beim Telegram-Splitting-Verfahren werden Daten, wie z.B. ein Telegramm oder Datenpaket, in eine Mehrzahl von Sub-Datenpakete (oder Teildatenpakte, oder Teilpakete) aufgeteilt und die Sub-Datenpakete unter Verwendung eines Zeit- und/oder Frequenzsprungmusters in der Zeit und/oder in der Frequenz verteilt (d.h. nicht zusammenhängend) von einem Teilnehmer zu einem anderen Teilnehmer (z.B. von der Basistation zum Endpunkt, oder vom Endpunkt zur Basisstation) des Kommunikationssystems übertragen, wobei der Teilnehmer, der die Sub-Datenpakete empfängt, diese wieder zusammenfügt (oder kombiniert), um das Datenpaket zu erhalten. Jedes der Sub-Datenpakete enthält dabei nur einen Teil des Datenpakets. Das Datenpaket kann ferner kanalcodiert sein, so dass zum fehlerfreien Decodieren des Datenpakets nicht alle Sub-Datenpakete, sondern nur ein Teil der Sub-Datenpakete erforderlich ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Kommunikationssystem ein persönliches Netzwerk (engl. Personal Area Network, PAN) oder ein Niedrigenergie-Weitverkehrsnetzwerk (engl. Low Power Wide Area Network, LPWAN) sein.
  • Der in Fig. 1b gezeigte Teilnehmer 100 des Kommunikationssystems kann eine Basisstation des Kommunikationssystems sein. Alternativ kann der in Fig. 1b gezeigte Teilnehmer 100 des Kommunikationssystems auch ein Endpunkt des Kommunikationssystems sein, wie dies nachfolgend anhand von Fig. 1c erläutert wird.
  • Im Detail zeigt Fig. 1c eine schematische Ansicht eines Teilnehmers 100 des Kommunikationssystems, wobei der Teilnehmer 100 ein Endpunkt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in Fig. 1c beispielhaft gezeigt ist, kann der Endpunkt 100 bei Ausführungsbeispielen ein Sensorknoten sein. Beispielsweise kann der Endpunkt 100 im Falle eines Sensorknotens einen Sensor 114, wie z.B. einen Temperatursensor, Drucksensor, Feuchtigkeitssensor oder irgendeinen anderen Sensor aufweisen, wobei die von dem Sensorknoten 100 gesendeten Signale von einem von dem Sensor bereitgestellten Sensorsignal abhängig sind. Zum Beispiel kann der Sensor einen Mikroprozessor 112 aufweisen, der das von dem Sensor bereitgestellte Sensorsignal verarbeitet, um basierend auf dem Sensorsignal zu übertragene Daten zu generieren, die von der Sendeeinrichtung (z.B. Sende- und Empfangseinrichtung) 102 gesendet werden, z.B. basierend auf dem Telegram Splitting Übertragungsverfahren.
  • Natürlich kann der Endpunkt 100 auch ein Aktorknoten sein, wobei der Aktorknoten einen Aktor 114 aufweist. In diesem Fall kann der Prozessor 112 beispielsweise ausgebildet sein, um den Aktor 114 basierend auf einem empfangenen Signal bzw. empfangenen Daten anzusteuern.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Endpunkt 100 batteriebetrieben sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Endpunkt 100 ein Energy Harvesting Element zur elektrischen Energiegewinnung aufweisen.
  • Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele der magnetischen Antenne 106 bzw. der Antennenanordnung 104 (z.B. für Sensorknoten oder Basisstationen) beschrieben. Die magnetische Antenne 106 bzw. die Antennenanordnung 104 können dabei für den Sende- und/oder Empfangsfall verwendet werden.
    • 1.1. Anwendung von Magnetischen Antennen bei Sensorknoten
  • Eine magnetische Antenne 106 weist eine ein- oder mehrwindigen Stromschleife 108 auf. Im Empfangsfall induziert ein magnetisches Wechselfeld in der Schleife 108 eine Spannung (Induktionsgesetz), im Sendefall erzeugt ein in der Schleife 108 fließender Strom ein Magnetfeld (Gesetz von Biot-Savart). Soll die magnetische Antenne 106 nur bei einer Frequenz oder einem Bereich kleiner relativer Bandbreite betrieben werden, so kann die magnetische Antenne 106 mittels einer Resonanzkapazität in ihrer Effizienz deutlich gesteigert werden. Der Stromfluss in der Schleife 108 steigt in dem Maße der Resonanzüberhöhung (ausgedrückt durch den Gütefaktor Q), d.h. doppeltes Q bewirkt doppelten Stromfluss (und damit doppeltes Magnetfeld (geht nur mit der Wurzel bei P = konst.; nur bei U = konst. ginge es linear) bei gleicher eingespeister Leistung. Somit ist es erstrebenswert, einen möglichst hohen Q-Faktor zu erzielen, was gleichbedeutend damit ist, dass sowohl die Schleife 108, als auch die Kapazität möglichst geringe Verluste haben müssen. In der Regel überwiegen die Verluste in der Schleife 108 aufgrund der endlichen Leitfähigkeit des verwendeten Metalls (meist Cu).
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer solchen magnetischen Antenne 106. Die magnetische Antenne 106 umfasst, wie bereits erwähnt, die Schleife 108 mit einer oder mehreren Windungen und die Resonanzkapazität 110 (C0). Die magnetische Antenne 106 kann dabei über den aus Resonanzkapazität 110 und Schleife 108 (Spule) gebildeten Parallelschwingkreis z.B. an die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102 (siehe Fig. 1) angekoppelt werden.
  • Die magnetische Antenne 106 hat den Vorteil einer hohen Antennengüte bei geringer Bauform.
  • Zudem hat die magnetische Antenne 106 den Vorteil, dass diese an unterschiedliche Umgebungsbedingungen angepasst werden kann, z.B. durch automatische Abstimmung.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich somit auf einen Sensorknoten mit einer magnetischen Antenne. Die magnetische Antenne kann dabei automatische abgestimmt werden.
    • 1.2 Mehrfache Verkürzung der Schleife (engl. loop) der magnetischen Antenne
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne 106 mit einer mehrfach unterbrochenen (z.B. kapazitiv verkürzten) Schleife 108. Wie in Fig. 3 beispielhaft gezeigt ist, kann die Schleife 108 durch vier Kapazitätselemente 110 (4C0), wie beispielsweise Resonanzkapazitäten (z.B. Resonanzkondensatoren), in vier Segmente unterteilt sein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 auch in eine andere Anzahl von Segmenten unterteilt sein kann. So kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 bei Ausführungsbeispielen durch n Kapazitätselemente 110 in n Segmente unterteilt sein, wobei n eine natürliche Zahl größer gleich zwei ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne in äquidistante Segmente unterteilt sein. Die Unterteilung der Schleife 108 in äquidistante Segmente hat den Vorteil, dass so insgesamt gesehen die niedrigsten E-Feldanteile erzielt werden. Natürlich kann die Schleife aber auch in nicht-äquidistante Segmente unterteilt werden.
  • Die niedrigeren elektrischen Felder bzw. die mehrfach kapazitive Verkürzung haben zum Vorteil, dass dielektrisches Material in direkter Umgebung der Antenne diese in ihrer Resonanzfrequenz entsprechend weniger verstimmt.
  • Ferner haben die niedrigeren elektrischen Felder bzw. die mehrfach kapazitive Verkürzung den Vorteil, dass dielektrisches, verlustbehaftetes Material in direkter Umgebung der Antenne deren Gütefaktor weniger herabsetzt.
  • Ferner haben die niedrigeren elektrischen Felder bzw. die mehrfach kapazitive Verkürzung den Vorteil, dass die Spannung an den Resonanzkapazitäten entsprechend geringer ausfällt (also z.B. halbe Spannung bei doppelter Verkürzung, dann aber auch doppelter Kapazitätswert). Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine oder mehrere der Resonanzkapazitäten abstimmbar ausgeführt werden sollen, da dann die Abstimmorgane eine niedrigere Spannungsfestigkeit aufweisen können
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne 106 (bzw. die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106) mehrfach kapazitiv verkürzt sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen befinden sich in der Magnetschleife seriell mehrere Kondensatoren 110.
    • 1.3 Besondere Ausführung der Schleife (engl. loop) der magnetischen Antenne
  • Schleifen 108 mit einer runden Form haben das beste Verhältnis von Leiterbahnlänge zu aufgespannter (oder umschlossener) Fläche. Jedoch ist die Platzausnutzung auf einer üblicherweise rechteckigen Platine (Leiterbahnen) nicht optimal.
  • Formen mit mehr als vier Ecken, insbesondere die achteckige Form, bieten hier Vorteile. Es verschlechtert sich zwar das Verhältnis von Fläche zu Umfang und damit die Güte der magnetischen Antenne 106, allerdings steigt die Effizienz der magnetischen Antenne 106 bei einer gegebenen rechteckigen Platinenfläche, da die aufgespannte (oder umschlossene) Fläche größer wird. Fig. 4 zeigt eine symmetrische Ausführung (der Schleife 108) der magnetischen Antenne 106, es sind aber auch unsymmetrische Ausführungen (der Schleife 108) denkbar, bei denen z. B. die oberen und unteren Teilstücke (z.B. Segmente der Schleife 108) länger sind.
  • Im Detail zeigt Fig. 4 eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne 106 mit einer mehrfach unterbrochenen Schleife 108, wobei die Schleife 108 achteckförmig ist.
  • Wie in Fig. 4 beispielhaft gezeigt ist, kann die Schleife 108 durch (z.B. acht) Kapazitätselemente 110 in acht Segmente unterteilt sein, wobei die acht Segmente eckig sein können, so dass die Schleife 108 eine achteckige Form aufweist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Schleife 108 auch in eine andere Anzahl von Segmenten unterteilt sein kann und/oder eine andere Form aufweisen kann. So kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne bei Ausführungsbeispielen m-eckförmig sein, wobei m eine natürliche Zahl größer gleich drei ist, wie z.B. 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne 106 auf einer Leiterplatte (PCB, printed circuit board) ausgeführt sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne 106 (bzw. die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106) Teilabschnitte (oder Segmente) aufweisen, die nicht rund sind.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Leitungsführung der Segmente der magnetischen Antenne 106 (bzw. der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106) in den Bereichen (oder in den Stellen) mit Bauteilen gerade sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne 106 (bzw. die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106) eine mehreckige Form oder mehr als vier Ecken aufweisen.
  • Eine solche magnetische Antenne 106 hat den Vorteil, dass das Layout leichter auf verschiedene Layoutprogramme übertragbar ist.
  • Ferner hat eine solche magnetische Antenne 106 den Vorteil, dass eine Platzierung der Bauteile einfacher ist, da an den Stellen mit den Bauteilen die Leitungsführung (der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106) gerade ist.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen können die diagonal verlaufenden Seiten (Segmente der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106) anstelle einer eckigen Form eine kreisbogenförmige Form aufweisen, um die Fläche noch etwas zu vergrößern und die Platinenfläche optimal auszunutzen. Man würde im Gegenzug die Vorteile der leichteren Bauteilplatzierung und des einfachen Layouts verlieren.
  • Obwohl die in Fig. 4 gezeigte Antennenanordnung 104 eine magnetische Antenne 106 mit einer mehrfach unterbrochenen Schleife 108 aufweist, sei darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele genauso auf eine Antennenanordnung 104 mit einer magnetische Antennen 106 mit einer einfach unterbrochenen Schleife 108 (vgl. Fig. 1a) anwendbar sind.
    • 1.4. Die Schleife wird auf einer Platine realisiert
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife auf einer Platine (Leiterplatte, engl. printed circuit board (PCB)) realisiert werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann auf der gleichen Platine (Leiterplatte) die Abstimmungsschaltung realisiert werden.
    • 1.5. Mehrere Antennen
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung 104 mehrere magnetische Antennen aufweisen.
  • Dies hat den Vorteil, dass die Nullstelle (z.B. Punkte im Antennendiagramm, an denen die Strahlungsenergie der magnetischen Antenne praktisch null ist) einer magnetischen Antenne umgangen werden kann.
    • 1.5.1 Kreuzfeldloop mit Diversität
  • Bei Ausführungsbeispielen können zwei magnetische Antennen verwendet werden, wobei die zwei magnetischen Antennen möglichst (z.B. im Wesentlichen) orthogonal sind.
    • 1.5.2 Plattgedrückte zweite Schleife (engl. loop) um aus Nullstelle zu kommen
  • Um ein möglichst flaches Gehäuse zu bekommen, kann die zweite magnetische Antenne (bzw. die Schleife der zweiten magnetischen Antenne) "plattgedrückt" ausgeführt werden. Bei Schleifen (engl. loops), die nicht rund sind, steigt der Widerstand der Wicklung im Vergleich zur aufgespannten (oder umschlossenen) Fläche, wodurch die Güte sinkt. Da bei der plattgedrückten Schleife (engl. loop) eine kleinere Fläche aufspannt wird, sinkt deren Abstrahleffizienz. Das erhöht zwar die Güte wieder etwas, trägt aber nicht zur Abstrahlung bei. Um den ersten gütereduzierenden Effekt zumindest teilweise zu kompensieren, kann ein breiterer Leiter (weniger Verluste) verwendet werden.
  • Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht einer Antennenanordnung 104 mit einer ersten magnetischen Antenne 106 und einer zweiten magnetischen Antenne 112, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Die erste magnetische Antenne 106 umfasst eine mehrfach unterbrochene Schleife 108. Wie in Fig. 5 beispielhaft gezeigt ist, kann die Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne durch vier Kapazitätselemente 110, in vier Segmente unterteilt sein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106 auch in eine andere Anzahl von Segmenten unterteilt sein kann. So kann die Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106 bei Ausführungsbeispielen durch n Kapazitätselemente 110 in n Segmente unterteilt sein, wobei n eine natürliche Zahl größer gleich zwei ist.
  • Die zweite magnetische Antenne 112 umfasst ebenfalls eine Schleife 114, wobei die Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106 und die Schleife 114 der zweiten magnetischen Antenne 112 im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet sein können.
  • Wie in Fig. 5 beispielhaft gezeigt ist, verläuft eine durch die Schleife 114 der zweiten magnetische Antenne 112 aufgespannten Fläche orthogonal zu einer durch die Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106 aufgespannten Fläche. Im Detail verläuft in Fig. 5 die durch die Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106 aufgespannten Fläche parallel zu der durch das Koordinatensystem definierten xy-Ebene, während die durch die Schleife 114 der zweiten magnetische Antenne 112 aufgespannten Fläche parallel zur oder in der z-Achse des Koordinatensystems verläuft.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine aufgespannte (oder umschlossene) Fläche der Schleife 114 der zweiten magnetischen Antenne 112 zumindest um den Faktor zwei (z.B. um den Faktor drei, vier, fünf, oder zehn) kleiner sein als eine aufgespannte (oder umschlossene) Fläche der Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106.
  • Mit anderen Worten, die Schleife 114 der zweiten magnetischen Antenne 112 kann "plattgedrückt" sein.
  • Wie in Fig. 5 ferner angedeutet ist, kann bei Ausführungsbeispielen ein Leiter der Schleife 114 der zweiten magnetischen Antenne 112 zumindest um den Faktor zwei (z.B. um den Faktor drei, vier oder fünf) dicker bzw. breiter sein als ein Leiter der Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106.
  • Natürlich kann die Schleife 114 der zweiten magnetischen Antenne 112 ebenfalls mehrfach unterbrochen sein, beispielsweise durch zumindest zwei Kapazitätselemente.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung 104 eine zweite, möglichst orthogonale Schleife 114 aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Drahtstärke/Breite der zweiten Schleife (engl. loop) 114 größer sein (als eine Drahtstärke/Breite der ersten Schleife 108), allerdings kann die zweite Schleife 114 flacher sein (als die erste Schleife 108).
  • Obwohl die in Fig. 5 gezeigte Antennenanordnung 104 magnetische Antennen mit mehrfach unterbrochenen Schleifen aufweist, sei darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele genauso auf eine Antennenanordnung mit magnetischen Antennen mit einfach unterbrochenen Schleifen anwendbar sind.
    • 1.5.3 Kombinierte Magnetische / elektrische Antenne um aus Nullstelle zu kommen
  • Um die Nullstelle (z.B. Punkte im Antennendiagramm, an denen die Strahlungsenergie der magnetischen Antenne praktisch null ist) der magnetischen Antenne 106 zu umgehen, kann zusätzlich zur magnetischen Antenne 106 eine elektrische Antenne auf der Leiterplatte (z.B. PCB) integriert werden, z.B. in Form einer PCB F-Antenne, als "Erweiterung" der Schleife 108 (z.B. des magnetischen Ringes/8-Ecks).
  • Bei Ausführungsbeispielen können eine elektrische und eine magnetische Antenne (z.B. auf einer Leiterplatte (z.B. PCB)) kombiniert werden.
    • 1.5.4. Umschaltung der Schleifen (engl. loops)
  • Werden mehrere magnetischen Schleifen (bzw. magnetische Antennen) ohne weitere Maßnahmen zusammengeführt, so ergibt sich eine neue Nullstelle aus einer anderen Richtung.
  • Daher macht die Verwendung mehrerer magnetischer Schleifen (bzw. mehrerer magnetischer Antennen) nur Sinn, wenn die nichtbenutze(n) Schleife(n) (bzw. magnetische(n) Antenne(n)) ausgeschalten werden können.
    • 1.5.4.1, Ausschalten durch Unterbrechung des Resonanzstroms
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Stromfluss der nicht gewünschten magnetischen Antenne beispielsweise mittels eines Schalters unterbrochen werden. Da jeder Schalter aber eine gewisse Restkapazität aufweist, kommt dies letztlich einer starken Verstimmung der Resonanzfrequenz gleich.
    • 1.5.4.2. Ausschalten durch zusätzliche Induktivität (L)
  • Bei Ausführungsbeispielen können einer oder mehrere Resonanzkondensatoren parallel mit einer Spule versehen werden. Diese bilden bei der ursprünglichen Resonanzfrequenz der Schleife (engl. loop) einen Parallelschwingkreis, der den Stromfluss darin unterbricht.
    • 1.5.4.3 Ansteuerverhältnis ändern
  • Bei Ausführungsbeispielen kann durch eine leichte Verstimmung der Eigenresonanz einer der beiden Schleifen die Abstimmung der Schleifen und damit die Hauptabstrahlrichtung und damit die Nullstelle verschoben werden, da die Schleifen dann bei unverändert hohen Ansteuerleistungen unterschiedlich stark abstrahlen. Der nicht abgestrahlte Anteil der leicht verstimmten Schleife wird zurück reflektiert und im Sender absorbiert.
    • 1.5.4.4. Phasenverschobene Ansteuerung von mag. Loops
  • Die Nullstelle einer Schleife hängt von ihrer Struktur im dreidimensionalen Raum ab. Diese ändert sich nicht, wenn beispielweise nur die Kapazität einer Resonanzkapazität geändert wird. Bei planaren Schleifen gibt es also immer eine Stellung, in der diese keine B-Feldlinien durchdringen, nämlich dann, wenn diese in der Ebene der Schleife verlaufen. Aber selbst bei einer dreidimensionalen Schleife (oder gekrümmten B-Linien), also z.B. bei einem nicht exakt in einer Ebene verlaufenden leicht verbogenen Kreisring, findet man immer eine Stellung in der sich Feldlinien, die von einer Seite und von der anderen Seite der Schleife eindringen, die Waage halten. Dies führt zu einer Kompensation, d.h. einer Nullstelle. Selbst orthogonale Schleifen würden unter 45° eine Nullstelle aufweisen, wenn deren Signale nur direkt zusammengeschaltet sind. Um dies vermeiden können deren Empfangssignale unter 90° Phasenversatz zusammengeführt werden, weil dann keine geometrische Auslöschung der Zeitsignale mehr möglich ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen können mehrere magnetische Schleifen (engl. loops) phasenversetzt angesteuert werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen können mehrere selbst abgestimmte magnetische Schleifen (engl. loops) phasenversetzt angesteuert werden.
    • 1.5.5. Variation des Abstrahlverhältnisses über der Hop-Nummer
  • In Zusammenhang mit dem Telegram Splitting Übertragungsverfahren [6] kann Sende-Diversität (also aussenden mit verschiedenen Antennen) pro Telegram durchgeführt werden, da beim Telegram Splitting Übertragungsverfahren ein aussenden jedes Sub-Datenpaketes (Hops) auf einer anderen Antenne / mit unterschiedlicher Stärke auf den Antennen möglich ist.
  • Dies hat den Vorteil, dass die Übertragungssicherheit eines Telegramms erhöht werden kann.
  • Bei Ausführungsbeispielen können daher unterschiedliche Sub-Datenpakte (Hops) auf unterschiedlichen Antennen unterschiedlich stark abgestrahlt werden, so dass unterschiedliche Sub-Datenpakte mit unterschiedlichen Antennen-Nullstellen gesendet werden.
    • 1.5.5.1. Ausführung der Schleife, bei der die Nullstelle von der Frequenz abhängt
  • Bei Ausführungsbeispielen können mehr oder weniger orthogonale Schleifen mit unterschiedlicher Resonanzfrequenz, deren Signale beispielsweise per entkoppelten Kombinierer (engl. combinier) zusammengefasst werden, verwendet werden. Liegen die Resonanzfrequenzen dicht beieinander, so müssen die Schleifen bereits gute geometrisch Orthogonalität (d.h. magnetische Entkopplung) aufweisen. Andernfalls gibt es Güteeinbußen und Resonanzverwerfungen. Daher wird die Resonanzfrequenz mit Absicht etwas verstimmt. Unterschiedliche Sub-Datenpakete (Hops) liegen auf unterschiedlichen Frequenzen und werden dadurch von den Schleifen mit unterschiedlichen Resonanzen unterschiedlich stark ausgesendet, dadurch ist die Nullstelle der mag. Antenne jeweils verschoben.
  • Bei Ausführungsbeispielen ändert sich das Abstrahlverhältnis der magnetischen Antennen über der Frequenz.
  • Bei Ausführungsbeispielen verschiebt sich die Nullstelle der Antenne über der Frequenz.
    • 2, Erzeugung eines Abstimmsignals
  • Fig. 6a zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung 104, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Die Antennenanordnung 104 umfasst eine magnetische Antenne 104 mit einer einfach (d.h. nur einmal) unterbrochenen Schleife 108 und einem Abstimmelement 111 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 104.
  • Die Abstimmeinrichtung 120 ist ausgebildet, um ein Abstimmsignal (z.B. ein Steuersignal) 122 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 bereitzustellen, und um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne durch das Abstimmelement 111 unterbrochen sein, wobei das Abstimmelement 111 eine variable (oder einstellbare) Kapazität (z.B. variable Resonanzkapazität) sein kann. Beispielsweise kann das Abstimmelement 111 ein variabler Kondensator oder eine Kapazitätsdiode sein.
  • Fig. 6b zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung 104, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Die Antennenanordnung 104 umfasst eine magnetische Antenne 104 mit einer mehrfach unterbrochenen Schleife 108 und zumindest einem Abstimmelement 111 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 104.
  • Die Abstimmeinrichtung 120 ist ausgebildet, um ein Abstimmsignal (z.B. Steuersignal) 122 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 bereitzustellen, und um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 durch Kapazitätselemente 110, wie z.B. Resonanzkapazitäten (Resonanzkondensatoren), mehrfach unterbrochen sein. Beispielsweise kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106, wie dies in Fig. 6b zur Veranschaulichung gezeigt ist, durch zwei Kapazitätselemente 110 zweifach unterbrochen (z.B. kapazitiv verkürzt) sein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass bei Ausführungsbeispielen die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 auch durch eine andere Anzahl von Kapazitätselementen 110 mehrfach unterbrochen sein kann. So kann bei Ausführungsbeispielen die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 durch n Kapazitätselemente 110 in n Segmente (oder Teile, oder Abschnitte) unterteilt sein, wobei n eine natürliche Zahl größer gleich zwei ist. Als Segmente werden dabei hierin die Teile bzw. Abschnitte der Schleife 108 zwischen den jeweiligen Kapazitätselementen 110 bezeichnet.
  • Das zumindest eine Abstimmelement 111 kann dabei eines der Kapazitätselemente 110 sein, wobei das Abstimmelement 111 als variables Kapazitätselement, z.B. als variable Resonanzkapazität, ausgeführt sein kann. Beispielsweise kann das Abstimmelement 111 ein variabler Kondensator oder eine Kapazitätsdiode sein. Natürlich können auch eine echte Teilmenge oder alle der Kapazitätselemente 110 Abstimmelemente 111 sein, wie z.B. variable Kapazitätselemente (z.B. variable Kondensatoren oder Kapazitätsdioden). Mit anderen Worten, es können auch mehrere Abstimmelemente, z.B. Kapazitätsdioden, sein, wie z.B. an n-1 von n Unterbrechungen.
  • Wie in den Fig. 6a und 6b beispielhaft angedeutet ist, kann die Antennenanordnung 104 mit einer Quelle und/oder Senke 102, wie z.B. einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung (z.B. eines Teilnehmers 100 eines Kommunikationssystems), verbunden sein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung primär auf die Antennenanordnung 104 beziehen, welche in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungsgebieten implementiert werden kann.
  • Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele der Erzeugung des Abstimmsignals 122 (z.B. Abstimmregelgröße bzw. Abstimmspannung) beschrieben.
  • Obwohl in den folgenden Ausführungsbeispielen manchmal auf eine magnetische Antenne 106 mit einer einfach unterbrochenen Schleife 108 und manchmal auf eine magnetische Antenne 106 mit einer mehrfach unterbrochen Schleife 108 Bezug genommen wird, sei darauf hingewiesen, dass diese Ausführungsbeispiele genauso auch auf die jeweils andere Ausführung der magnetischen Antenne 106 anwendbar sind.
    • 2.1. Erzeugung eines Abstimmsignals (z.B. Abstimmspannung) durch Phasenauswertunq
  • Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung 104, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Antennenanordnung 104 umfasst die magnetische Antenne 106 mit dem Abstimmelement 111 und die Abstimmeinrichtung 120 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106.
  • Die Abstimmeinrichtung 120 ist ausgebildet, um das Abstimmsignal 122 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 in Abhängigkeit von einer Phasenlage eines in die magnetische Antenne 106 vorlaufenden Signals 124 (z.B. vorlaufenden Leistung oder vorlaufenden Welle) bereitzustellen, und um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung 120 ausgebildet sein, um das Abstimmsignal 122 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 in Abhängigkeit von einer Phasenbeziehung zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals 124 (z.B. vorlaufenden Leistung)und einem Phasensignal 126 bereitzustellen.
  • Das Phasensignal 126 kann auf einem in zumindest einem Abschnitt der Schleife 108 fließenden Strom und/oder auf einem durch die Schleife 108 bzw. magnetische Antenne 106 erzeugten Magnetfeld (z.B. im Nahfeld) basieren.
  • Das Phasensignal 126 kann eine aus der magnetischen Antenne 106 (z.B. induktiv) ausgekoppelte Leistung sein.
  • Beispielsweise kann die Antennenanordnung 104 eine Koppelschleife 128 aufweisen, die ausgebildet ist, um Leistung aus der magnetischen Antenne 106 auszukoppeln, um die aus der magnetischen Antenne (z.B. induktiv) ausgekoppelte Leistung zu erhalten. Die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 und die Koppelschleife 128 können auf derselben Leiterplatte angeordnet bzw. implementiert sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung 120 ausgebildet sein, um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um eine Phasendifferenz zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals 124 (z.B. vorlaufenden Leistung oder vorlaufenden Welle) und dem Phasensignal 126 auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Beispielsweise kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um durch Ansteuerung des Abstimmelements mit dem Steuersignal die Phasendifferenz zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals 124 (z.B. vorlaufenden Leistung) und dem Phasensignal auf den vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Zum Beispiel kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal nachzuführen, um einer Abweichung der Phasendifferenz zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals 124 (z.B. vorlaufenden Leistung) und dem Phasensignal von dem vorgegebenen Sollwert entgegenzuwirken.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um die Regelung der Phasendifferenz zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals 124 (z.B. vorlaufenden Leistung) und dem Phasensignal auf den vorgegebenen Sollwert hin unter Verwendung einer Regelschleife oder einer Feed-Forward-Regelung zu bewirken.
  • Im Folgenden wird die Funktionsweise des in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erzeugung des Abstimmsignals 122 detailliert beschrieben.
  • Die Transmissionsmessung eines Resonanzkreises weist an der Resonanzstelle ein Betragsmaximum und einen Phasenwendepunkt auf. Je nach Kopplungsgrad der speisenden Quelle mit dem Kreis kann dieser zwischen 90° (lose Kopplung, siehe [1]) und 0° (feste Kopplung, siehe [2] bzw. Fig. 8) liegen.
  • Im Detail zeigt Fig. 8 in einem Diagramm Phasengänge eines Resonanzkreises aus [1] bei geringer Dämpfung und starker Dämpfung. Dabei beschreibt in Fig. 8 die Ordinate die Phasenverschiebung in Grad und die Abszisse die Frequenz.
  • Der Phasengang ist eine monoton steigende arctan-Funktion, die von einem Wert ϕ0 (bei f = 0) bis zu einem Wert ϕ0 + 180° (bei f → oo) verläuft (siehe Fig. 8). Der Wert bei Resonanz ist dann ϕR = ϕ0 + 90° und ist ein Wendepunkt. Bisweilen wird die Phase mit negativem Vorzeichen gezählt, dann gilt obenstehendes entsprechend (aus monoton steigend wird monoton fallend usw. (siehe [2]).
  • Ausführungsbeispiele nutzen diesen Sachverhalt für eine automatische Frequenznachregelung aus, indem die Phasenlage des in die Schleife 108 (engl. loop) vorlaufenden Signals 124 (z.B. vorlaufenden Leistung) mit einer z.B. über eine kleine Koppelschleife 128 von der Schleife 108 induktiv ausgekoppelten Leistung verglichen wird. Zur Ermittlung der Phasenlage des vorlaufenden Signals 124 (z.B. vorlaufenden Leistung) kann beispielsweise ein Richtkoppler herangezogen werden. Zudem entsteht über unterschiedliche Leitungslängen bis zu dem Ort, wo der Phasenvergleicher auf der Platine angeordnet ist, ein weiterer Phasenversatz. Bei manchen Ausführungsbeispielen wird daher in eine der beiden zum Phasenvergleicher laufenden Leitungen einen Phasenschieber Δϕ0 eingefügt, sodass bei Resonanz dort die beiden Signale genau eine Phasendifferenz von z.B. 90° aufweisen.
  • Phasenvergleicher sind aus der Literatur hinreichend bekannt. Die dafür häufig eingesetzte Gilbert-Zelle (siehe [4]) wirkt im Prinzip wie ein Multiplizierer. Zwei sinusförmige Zeitsignale mit um Δϕ von 90° abweichender Phasenverschiebung ergeben nach Multiplikation folgendes Ausgangssignal: sin ωt + Δ φ cos ωt = 1 2 sin Δ φ + sin 2 ωt + Δ φ
    Figure imgb0001
     (die Amplituden sind hier der Einfachheit halber auf 1 normiert). Der Anteil mit der doppelten Frequenz 2ωt lässt sich leicht mit einem Tiefpass ausblenden, so dass der Gleichanteil ~sin(Δϕ) übrig bleibt. Da die Sinusfunktion eine ungerade Funktion ist, resultiert also eine Regelgröße, die um den Arbeitspunkt 90° herum ihr Vorzeichen wechselt und nur bei exakt 90° Null ergibt. Bei vorzeichenrichtig geschlossener Regelschleife wird die Resonanzfrequenz der Schleife 108 also aufgrund der quasi unendliche hohen Regelverstärkung so lange nachgeregelt, bis die Spannung am Multiplizierausgang verschwindet, was gleichbedeutend damit ist, dass die beiden Spannungen am Multiplizierereingang 90° Phasenverschiebung aufweisen. Nach den obigen Ausführungen ist die Schleife 108 bei der eingespeisten Frequenz dann in Resonanz. Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild der beschriebenen Anordnung. Der Phasenschieber ist hier im Auskoppelpfad des Richtkopplers eingezeichnet. Wie schon erwähnt, kann er auch im Pfad der Koppelschleife eingeschleift sein. Dies kann vorzugsweise so gewählt werden, dass die jeweils kleinere Phasenverschiebung benötigt wird.
  • Im Detail zeigt Fig. 9 ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung 108, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Antennenanordnung 108 umfasst die magnetische Antenne 106 und die Abstimmeinrichtung 120.
  • Wie in Fig. 9 gezeigt ist, kann die Abstimmeinrichtung 120 ausgebildet sein, um von dem in die magnetische Antenne 106 vorlaufenden Signal 124 (z.B. vorlaufenden Leistung) ein Signal abzuleiten (z.B. abzuzweigen), um ein abgeleitetes (z.B. abgezweigtes) Signal 132 zu erhalten. Die Abstimmeinrichtung 120 kann dabei ausgebildet sein, um das Abstimmsignal 122 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 in Abhängigkeit von einer Phasenbeziehung zwischen dem abgeleiteten Signal 132 und dem Phasensignal 126 bereitzustellen.
  • Beispielsweise kann die Abstimmeinrichtung 120 ausgebildet sein, um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um die Phasendifferenz zwischen dem abgeleiteten Signal 132 und dem Phasensignal 126 auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung 120 ferner einen Signalkombinierer 136 (z.B. Multiplizierer oder Subtrahierer) aufweisen, der ausgebildet ist, um (1) das Phasensignal 126 oder eine phasenverschobene Version des Phasensignals, und (2) das abgeleitete Signal 132 oder eine phasenverschobene Version 138 des abgeleiteten Signals 132, zu kombinieren, um ein kombiniertes Signal 140 zu erhalten. Die Abstimmeinrichtung 120 kann dabei ausgebildet sein, um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um (1) einen Gleichanteil des kombinierten Signals 140 oder (2) eine tiefpassgefilterte Version 146 des kombinierten Signals 140 auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung 120 ferner einen Phasenschieber 134 aufweisen, der ausgebildet sein kann, um eines aus dem abgeleiteten Signal 132 und dem Phasensignal 126 phasenzuverschieben, um ein phasenverschobenes Signal 138 zu erhalten. Der Signalkombinierer (z.B. Multiplizierer oder Subtrahierer) 136 kann ausgebildet sein kann, um das phasenverschobene Signal 138 und das andere aus dem abgeleiteten Signal 132 und dem Phasensignal 126 zu kombinieren, um ein kombiniertes Signal 140 zu erhalten. Der Phasenschieber 134 kann dabei ausgebildet sein, um das eine aus dem abgeleiteten Signal 132 oder dem Phasensignal 126 derart phasenzuverschieben, dass, im Resonanzfall der magnetischen Antenne 106, das phasenverschobene Signal 138 und das andere aus dem abgeleiteten Signal 132 und dem Phasensignal 126 am Signalkombinierer 136 eine vordefinierte Phasendifferenz (z.B. 90° ± 3° oder ± 1° oder 0,1°) aufweisen.
  • In dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Phasenschieber 134 beispielhaft ausgebildet, um das abgeleitete Signal 132 phasenzuverschieben, um das phasenverschobene Signal 138 zu erhalten, wobei der Signalkombinierer 136 in diesem Fall ausgebildet sein kann, um das phasenverschobene Signal 138 und das Phasensignal 126 zu kombinieren, um das kombinierte Signal 140 zu erhalten. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Phasenschieber 134 ausgebildet sein, um das Phasensignal 126 phasenzuverschieben, um das phasenverschobene Signal 138 zu erhalten, wobei der Signalkombinierer 136 in diesem Fall ausgebildet sein kann, um das phasenverschobene Signal 138 und das abgeleitete Signal 132 zu kombinieren, um das kombinierte Signal 140 zu erhalten.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ferner einen Energieauskoppler 130 (z.B. einen Richtkoppler oder eine andere Vorrichtung zum Auskoppeln von Energie) aufweisen, der ausgebildet sein kann, um einen Teil des in die magnetische Antenne 106 vorlaufenden Signals 124 (z.B. vorlaufenden Leistung) auszukoppeln, um das abgeleitete Signal 132 zu erhalten.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung 120 ferner einen Regelverstärker 144 aufweisen, der ausgebildet ist, um das Abstimmsignal 122 (z.B. Steuersignal) zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 bereitzustellen, wobei der Regelverstärker 144 ausgebildet sein kann, um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um (1) einen Gleichanteil des kombinierten Signals 140 oder (2) eine tiefpassgefilterte Version 146 des kombinierten Signals 140 auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung 120 ferner einen Tiefpassfilter 142 aufweisen, der ausgebildet sein kann, um das kombinierte Signal 140 tiefpasszufiltern, um ein tiefpassgefiltertes Signal 146 zu erhalten, das den Gleichanteil des kombinierten Signals 140 aufweist.
  • Mit anderen Worten, Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild zur automatischen Frequenzregelung unter Auswertung der transmittierten Phase. Der Regelverstärker 144 kann im Allgemeinen als I-Regler oder PI-Regler ausgeführt sein. Insbesondere bei Frequency-Hopping-Systemen [6] ist darauf zu achten, dass dessen Einschwingzeit kurz genug ist. Dies lässt sich durch Wahl einer entsprechend kurzen Regelzeitkonstante (z.B. ≤10 µs) erreichen.
  • Für den in Fig. 9 gezeigten Richtkoppler 130 sind in der Literatur diverse Ausführungen bekannt. Eine davon ist in [5, Seite 88, Bild 7.3] in einer speziellen Ausführungsform zu finden. Sie ist hier in Fig. 10a in allgemeiner Form dargestellt.
  • Im Detail zeigt Fig. 10a ein schematisches Blockschaltbild eines herkömmlichen Richtkopplers 130. Der Richtkoppler 130 umfasst einen ersten Anschluss 150, einen zweiten Anschluss 151, einen dritten Anschluss 152 und einen vierten Anschluss 153. Ferner umfasst der Richtkoppler 130 einen ersten Widerstand 154 (z.B. der Größe Z0/N), der zwischen dem ersten Anschluss 150 und dem zweiten Anschluss 151 geschaltet ist, und einen zweiten Widerstand 155 der zwischen einem Zwischenknoten zwischen zwei Transformatoren 157_1 und 157_2 und Masse geschaltet ist. Der erste Transformator 157_1 umfasst eine erste Spule 158_1, die zwischen dem ersten Anschluss 150 und dem dritten Anschluss 152 geschaltet ist, und eine zweite Spule 159_1, die zwischen dem Zwischenknoten und Masse geschaltet ist. Der zweite Transformator 157_2 umfasst eine erste Spule 158_2, die zwischen dem zweiten Anschluss 151 und dem vierten Anschluss 153 geschaltet ist, und eine zweite Spule 159_2, die zwischen dem Zwischenknoten und Masse geschaltet ist.
  • Im Gegensatz zu dem in Fig. 10a gezeigten Richtkoppler 130 mit zwei Transformatoren, schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung einen Richtkoppler 130 mit nur einem Transformator (reduzierter Übertrageranzahl). Ausführungsbeispiele des Richtkopplers 130 mit nur einem Transformator sind in den Fig. 10b und 10c gezeigt.
  • Fig. 10b zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Richtkopplers 130, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Richtkoppler 130 umfasst einen ersten Anschluss 150, einen zweiten Anschluss 151, einen dritten Anschluss 152 und einen vierten Anschluss 153. Ferner umfasst der Richtkoppler 130 einen ersten Widerstand 154 (z.B. der Größe Z0/N), der zwischen dem ersten Anschluss 150 und dem zweiten Anschluss 151 geschaltet ist, einen zweiten Widerstand 155 (z.B. der Größe 2N*Z0), der zwischen dem ersten Anschluss 150 und dem dritten Anschluss 152 geschaltet ist, und einen dritten Widerstand 156 (z.B. der Größe 2N*Z0), der zwischen dem zweiten Anschluss 151 und dem vierten Anschluss 153 geschaltet ist. Ferner umfasst der Richtkoppler 130 einen Transformator 157, wobei eine erste Spule 158 des Transformators 157 zwischen dem ersten Anschluss 150 und dem dritten Anschluss 152 geschaltet ist, und wobei eine zweite Spule 159 des Transformators 157 zwischen dem zweiten Anschluss 151 und dem vierten Anschluss 153 geschaltet ist. Die erste Spule 158 und die zweite Spule 159 können dabei die gleiche Anzahl an Wicklungen aufweisen.
  • Fig. 10c zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Richtkopplers 130, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Richtkoppler 130 umfasst einen ersten Anschluss 150, einen zweiten Anschluss 151, einen dritten Anschluss 152 und einen vierten Anschluss 153. Ferner umfasst der Richtkoppler 130 einen ersten Widerstand 154 (z.B. der Größe Z0/N), der zwischen dem ersten Anschluss 150 und dem zweiten Anschluss 151 geschaltet ist, einen zweiten Widerstand 155 (z.B. der Größe 2N*Z0), der zwischen dem ersten Anschluss 150 und dem dritten Anschluss 152 geschaltet ist, und einen dritten Widerstand 156 (z.B. der Größe 2N*Z0), der zwischen dem zweiten Anschluss 151 und dem vierten Anschluss 153 geschaltet ist. Ferner umfasst der Richtkoppler 130 einen Transformator 157, wobei eine erste Spule 158 des Transformators 157 zwischen dem ersten Anschluss 150 und dem zweiten Anschluss 151 geschaltet ist, und wobei eine zweite Spule 159 des Transformators 157 zwischen dem dritten Anschluss 152 und dem vierten Anschluss 153 geschaltet ist. Die erste Spule 158 und die zweite Spule 159 können dabei die gleiche Anzahl an Wicklungen aufweisen.
  • Der in Fig. 10b gezeigte Richtkoppler 130 geht aus dem in Fig. 10a gezeigten Richtkoppler hervor, indem die beiden festgekoppelten Übertrager 157_1 und 157_2 von Fig. 10a zu einem zusammengefasst werden und der in der Mitte befindliche Widerstand 155 der Größe N Z_0 zu gleichen Teilen auf beide Seiten des noch verbleibenden Übertragers 157 in Fig. 10b verschoben wird, was in zwei Widerstände 155 und 156 mit dem Wert 2N·Z_0 resultiert. Da Widerstände im Vergleich zu Transformatoren weder von den Kosten noch vom Volumen ins Gewicht fallen ist dieser minimale Mehraufwand irrelevant. Tatsächlich kann die Verschiebung des inneren Widerstandes auch zu ungleichen Teilen erfolgen, solange der Wert einer gedachten Parallelschaltung dieser beiden Widerstände immer den Wert N·Z_0 ergibt. Im Grenzfall würde also auch nur ein Widerstand mit dem Wert N Z_0 genügen, der auf der linken oder rechten Seite des Übertragers 157 von Fig. 10b angebracht wäre. Allerdings haben reale Transformatoren nie 100% Koppelfaktor, so dass die streng symmetrische Version von Fig. 10b auch zu einem möglichst symmetrischen Richtkopplerverhalten führt (d.h. die beiden Ausgänge für vor- und rücklaufende Leistung haben dann bei Vor- oder Rückwärtsspeisung auch möglichst gleiche Eigenschaften).
  • Fig. 10c zeigt eine Abwandlung des in Fig. 10b gezeigten Richtkopplers 130, bei der der Übertrager 157 um 90° gedreht angeordnet ist. Es lässt sich zeigen, dass dies bei idealen Übertragern mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 immer möglich ist, solange eine galvanische Trennung keine Rolle spielt. Beweis dazu siehe Fig. 11a und 11b.
  • Gegeben sei ein festgekoppelter (k = 100%) Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1 und unendlich hoher Hauptinduktivität (idealer Trafo). Er sei wie in Fig. 11a in einem Netzwerk eingebunden, wo an drei Knoten die auf Masse bezogenen Spannungen U1, U 2 und U 3 vorliegen mögen. Die Spannung U 4 ist nun nicht mehr frei wählbar, denn sie unterliegt aufgrund des Schaltungszwangs Uprim = Usek der Bedingung U 4 = U 3 − U sek = U 3 − U 1 − U 2 = U 2 + U 3 − U 1
    Figure imgb0002
  • Wenn es nicht auf eine galvanische Trennung ankommt (und nur dann!) kann der Übertrager auch um 90° gedreht werden, wie dies in Fig. 11b gezeigt ist. Auch hier seien vom Netzwerk die Potenziale U 1, U 2 und U 3 in gleicher Weise vorgegeben. Nun sei Uprim = U 1 - U 3. Wegen Uprim = Usek = U 2 - U 4 muss für U 4 also gelten: U 4 = − U prim + U 2 = U 2 − U 1 − U 3 = U 2 + U 3 − U 1
    Figure imgb0003
  • Die vierte per Schaltungszwang festgelegte Spannung ergibt also in beiden Fällen den gleichen Wert, somit sind die Netzwerke äquivalent. qed.
  • Da nun aber reale Übertrager nichtideal sind, d.h. die Hauptinduktivität ist nicht unendlich groß, die Streuinduktivität ist nicht Null und der Koppelfaktor ist kleiner als 100%, kann je nach vorhandenem Übertrager und beabsichtigten Frequenzbereich die Version aus Fig. 10b oder Fig. 10c bessere Ergebnisse liefern.
  • Bei Ausführungsbeispielen erfolgt eine Auswertung der Phasenlage des in die magnetische Schleife 108 (engl. magnetic Loop) vorlaufenden Signals 124 (z.B. vorlaufenden Leistung), beispielsweise mittels eines Vergleichs zwischen der Phasenlage des in die magnetische Schleife 108 vorlaufenden Signals 124 (z.B. vorlaufenden Leistung) mit der z.B. über eine kleine Koppelschleife 128 von der Schleife 108 induktiv ausgekoppelten Leistung.
  • Da die Abstimmrichtung durch diese Methode der Phasenauswertung bekannt ist (im Verfahren im nächsten Abschnitt ist die Richtung, in die abgestimmt werden muss, nicht bekannt), ist eine sehr schnelle Nachführung der Resonanz möglich, dadurch ist bei Frequency-Hopping-Systemen eine Abstimmung pro Hop möglich, magnetische Antennen können somit für Frequency-Hopping-Systeme oder für Telegram-Splitting-Systeme [6] und [7] verwendet werden.
  • Ausführungsbeispiele schaffen eine Richtkopplerversion mit reduzierter Übertrageranzahl.
    • 2.2. Erzeugung einer Abstimminformation / Anpassinformation durch Amplitudenauswertung bei Selbstempfang
  • Fig. 12 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung 104, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Antennenanordnung 104 umfasst die magnetische Antenne 106 mit dem Abstimmelement 111 und die Abstimmeinrichtung 120 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106.
  • Die Abstimmeinrichtung 120 ist ausgebildet, um das Abstimmsignal 122 (z.B. Abstimmspannung) zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 in Abhängigkeit einer Amplitude eines Signals 160, das auf einem durch die Schleife 108 bzw. durch die magnetische Antenne 106 erzeugten Magnetfeld (z.B. im Nahfeld) basiert, bereitzustellen, und um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung 104 eine Induktionsschleife 162 (oder Induktionsspule) aufweisen, die ausgebildet ist, um das Signal 160, das auf dem durch die Schleife erzeugten Magnetfeld basiert, bereitzustellen. Die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 und die Induktionsschleife 162 (oder Induktionsspule) können auf derselben Leiterplatte angeordnet (z.B. implementiert) sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmreinrichtung 120 ausgebildet sein, um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, dass um die Amplitude des Signals 160 auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln, beispielsweise derart, dass die Amplitude größer oder gleich dem vorgegebenen (z.B. vordefinierten) Sollwert (z.B. Referenzwert) ist.
  • Beispielsweise kann die Abstimmeinrichtung 120 ausgebildet sein, um durch Ansteuerung des Abstimmelements 111 mit dem Abstimmsignal 122 (z.B. Steuersignal) die Amplitude des Signals, das auf dem durch die Schleife erzeugten Magnetfeld basiert, auf den vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Zum Beispiel kann die Abstimmeinrichtung 120 ausgebildet sein, um das Abstimmsignal 122 (z.B. Steuersignal) nachzuführen, um einer Abweichung der Amplitude des Signals, das auf dem durch die Schleife erzeugten Magnetfeld basiert, von dem vorgegebenen Sollwert entgegenzuwirken.
  • Der vorgegebene Sollwert kann im Vorfeld (z.B. bei einer werkseitigen Kalibrierung) durch eine Referenzmessung im ungestörten Fall der magnetischen Antenne 106 und/oder im Resonanzfall der magnetischen Antenne 106 ermittelt werden.
  • Ferner oder alternativ kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um den vorgegebenen Sollwert durch eine Referenzmessung im ungestörten Fall der magnetischen Antenne 106 und/oder im Resonanzfall der magnetischen Antenne 106 zu ermitteln.
  • Bei der Referenzmessung kann ein vorgegebenes Signal mit der magnetischen Antenne 106 ausgesendet werden. Beispielsweise kann das vorgegebene Signal eine vorgegebene Signalform, vorgegebene Sendefrequenz, vorgegebene Bandbreite, vorgegebene Amplitude und/oder vorgegebene Modulationsart aufweisen. Beispielsweise kann das vorgegebene Signal ein Sinussignal mit einer normierten Sendespannung sein.
  • Bei magnetischen Empfangsantennen wird in der Regel auf maximalen Empfangspegel abgestimmt (Resonanzfrequenz) bzw. angepasst (Leistungsanspassung). Bei magnetischen Sendeantennen auf maximale Abstrahlleistung. Die Abstimminformation bzw. Anpassinformation kann, wie nachfolgend in den Abschnitten 2.2.1. und 2.2.2. detailliert beschrieben wird, erhalten werden, womit die Abstimmung bzw. Anpassung der magnetischen Antenne 106 bei Ausführungsbeispielen auch automatisch nachführbar ist.
  • Im Folgenden wird für eine magnetische Sendeantenne ein detailliertes Ausführungsbeispiel zur Ermittlung einer Regelgröße durch Selbstempfang beschrieben.
    • 2.2.1. Selbstempfang
  • Um eine messtechnisch erfassbare Größe zu erhalten, welche eine Aussage über die Anpassung der magnetischen Antenne 106 gibt, kann bei Ausführungsbeispielen eine kleine Induktionsschleife 162 oder eine kleine SMD Spule 162 neben der eigentlichen magnetischen Antenne 106 auf der Leiterplatte platziert werden. Für den Fall, dass die magnetische Antenne 106 gut angepasst ist, wird in dieser Schleife 162 eine Spannung mit einer bestimmten Amplitude induziert. Wenn anschließend die magnetische Antenne 106 bei der geforderten Frequenz durch einen Körper in der Nähe nicht mehr resonant und angepasst ist, verringert sich die Amplitude der induzierten Spannung. Dieser Spannungsunterschied kann anschließend entsprechend detektiert werden. Nach Abgriff und Gleichrichtung kann daraus z.B. eine analoge Regelgröße gewonnen werden oder durch A/D Wandlung eine entsprechende digitale Regelung aufgebaut werden.
  • Werden verschiedene Materialen in die Nähe der magnetischen Antenne 106 gebracht so lässt sich der Einfluss der Materialien auf die Antenneneigenschaften entsprechend qualitativ anhand der induzierten Messspannung bewerten. Als Referenz dient ein im ungestörten Fall ermittelter Wert mit normierter Sendespannung. Diese Referenzmessung kann im Einsatzfall auch durch Aussenden eines Sinustones auf einer oder mehrerer Frequenzen durch die magnetische Sendeantenne 106 und Empfang an der Induktionsschleife 162 wiederholt werden. Dadurch ist ein Nachmessen und Überprüfen der Resonanzkurve der verbauten magnetischen Antenne 106 am Einsatzort möglich. Wird die gewonnene Induktionsschleife 162 z.B. nach Gleichrichtung und A/D Wandlung beispielsweise in einem Mikrocontroller mit entsprechenden Tabellen oder Richtwerten verglichen, so können damit Strategien zur Optimierung der Antenneneigenschaften (Nachstimmen, Anpassen) speziell für die aktuelle Einsatzsituation umgesetzt werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen erfolgt somit eine Erzeugung eines Abstimmsignals (z.B. von Abstimminformation bzw. Anpassinformation) durch Selbstempfang.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann hierzu eine kleine Induktionsschleife 162 oder eine kleine SMD Spule 160 auf der gleichen (oder derselben) Leiterplatte (engl. printed circuit board (PCB)) wie die magnetische Sendeantenne 106 platziert werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann aus der Empfangsleistung der Induktionsschleife 162 bzw. der SMD Spule 162 eine Aussage über die Abstimmung bzw. Anpassung erzeugt werden, beispielsweise durch einen Vergleich mit einer abgelegten Kalibrierinformation.
    • 2.2.2. Abstimmrichtung bzw. Anpassungsrichtung durch senden auf mehreren Frequenzen
  • In Abschnitt 2.2.1. wurde aufgezeigt, wie der Grad der aktuellen Abstimmung bzw. Anpassung gemessen werden kann.
  • Nach einmaligem Erfassen einer oder mehrerer Größen kann allerdings nicht eindeutig festgestellt werden, in welche Richtung die (magnetische) Antenne 106 verstimmt bzw. falsch angepasst ist. Also ob aktuell für eine zu hohe oder zu niedrige Frequenz abgestimmt ist bzw. zu induktiv oder kapazitiv abgepasst ist. Normalerweise würde in einem Kalibrierschritt häufiger gesendet, jedes Mal gemessen und die Anpassung der magnetischen Antenne 106 verändert werden, bis ein Sollwert bzw. Sollwertbereich (z.B. Optimum) erreicht ist.
  • Dieses Problem kann gelöst werden, indem auf verschieden Frequenzen gesendet wird und dabei eine oder mehrere Messgrößen erfasst werden. Mithilfe dieser Information kann eine Messkurve erzeugt werden, die die Anpassung über die Frequenz darstellt (oder es wird der beste Punkt ausgewählt).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Ausstrahlung eines "Kalibriertones" oder eines Sendesignals auf mehreren Frequenzen erfolgen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Messung einer Selbstempfangsleistung auf mehreren Frequenzen erfolgen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Generierung der "Abstimmrichtung bzw. Anpassungsrichtung" durch Auswertung des Verlaufs der Empfangsleistung auf den verschiedenen Frequenzen erfolgen.
    • 2.3. Abstimmung durch Messung des Leistungs- oder Stromverbrauches der Sendeeinrichtung (Sende-ICs)
  • Eine Antenne 106 ist dann am besten abgestimmt, wenn keine Leistung reflektiert (P reflekt) wird, bzw. das Verhältnis der in die Antenne 106 transmittierten Leistung (P aus) zur reflektierten Leistung (P reflekt) maximal wird. Unter Anpassung versteht man sowohl die Anpassung an eine gewünschte Impedanz, als auch eine Abstimmung auf die gewünschte Sendefrequenz. Durch ein Anpass Netzwerk (engl. Matching Network) kann die Impedanz verändert werden. Dies verändert die Angepasste-Frequenz der Antenne und die Effizienz der Verstärker. Bei magnetischen Antennen werden die Empfangsfrequenz und die Anpassung gleichermaßen verstimmt. Dies kann z.B. durch umschalten von Kondensatoren erfolgen. Bei elektrischen Antennen kann z.B. durch Schalter die elektrische Länge und so die Frequenz verstimmt werden. In diesem Kapitel wird beschrieben, wie ein Abstimmsignal zur Reduktion der reflektierten Leistung bestimmt werden kann.
    • 2.3.1. Messaufbau
  • Zur Bestimmung der Leistung, die in die Antenne 170 hinein bzw. herausgeht, können beispielsweise ein Richtkoppler 172 und zwei Powermeter 174 und 176 verwendet werden, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist.
  • Mithilfe des in Fig. 14 gezeigten Messaufbaus konnte gezeigt werden, dass bei typischen Sendeeinrichtungen 102 (z.B. Senderschaltkreisen), wie sie z.B. für drahtlose Sensorknoten verwendet werden, der Eingangsstrom sich je nach Antennenanpassung ändert. Der Messaufbau umfasst ein Amperemeter 178, das den Eingangsstrom der Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sendeschaltung) misst, ein Powermeter 180, das die Ausgangsleistung misst, und einen koaxialen Tuner 182.
  • Mit dem koaxialen Tuner 182 können für die benötigte Frequenz alle gewünschten Impedanzen nachgebildet werden. Um dies zu bewerkstelligen kann der Tuner 182 beispielsweise mit Hilfe eines Vector Netzwerkanalysators (VNA) kalibriert und anschließend mit dem Testobjekt verbunden werden.
  • Mit dem in Fig. 14 gezeigten Messaufbau kann der aufgenommene Strom der Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sendesystem) und die abgegebene Sendeleistung für alle eingestellten komplexen Impedanzen ermittelt werden. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, kann nun die Sendeeinrichtung 102 (z.B. Frontend) vermessen werden und der Verlauf zwischen Ausgangsleistung und Eingangsstrom abgetragen werden.
  • Daraus können zwei 3D Graphen erzeugt werden, die den Eingangsstrom und die Ausgangsleistung über der Antennenimpedanz zeigen, wie dies in den Fig. 15 und Fig. 16 dargestellt ist.
  • Im Detail zeigt Fig. 15 in einem Smith-Diagramm die Stromaufnahme der Sendeeinrichtung 102 aufgetragen über die Antennenimpedanz. Der untere Bereich des Smith-Diagramms zeigt dabei eine höhere Stromaufnahme, während der obere Bereich des Smith-Diagramms eine niedrigere Stromaufnahme zeigt. In der Mitte des Smith-Diagramms bei 50 Ohm nimmt die Sendeeinrichtung 102 ca. 100 mA auf.
  • Fig. 16 zeigt in einem Smith-Diagramm die Ausgangsleistung aufgetragen über der Antennenimpedanz. Der mittlere Bereich des Smith-Charts zeigt dabei eine Ausgangsleistung von ca. 18 dBm, wobei die Leistung zum Rande des Smith-Diagramms absinkt.
  • Wird nun der Impedanz- und Leistungsverlauf schematisch über den Eingangsstrom (der Sendeeinrichtung 102) aufgetragen, ergeben sich Verläufe wie in Fig. 17a, Fig. 17b und Fig. 18 gezeigt.
  • Im Detail zeigt Fig. 17a in einem Diagramm einen Verlauf eines Realteils R und eines Imaginärteils X der Antennenimpedanz aufgetragen über den Eingangsstrom der Sendeeinrichtung 102. Dabei beschreibt die Ordinate die Impedanz in Ohm und die Abszisse den Eingangsstrom der Sendeeinrichtung 102 in mA.
  • Fig. 17b zeigt in einem Diagramm einen Verlauf der Ausgangsleistung aufgetragen über den Eingangsstrom der Sendeeinrichtung 102, Dabei Beschreibt die Ordinate die Leistung und die Abszisse den Eingangsstrom der Sendeeinrichtung 102 in mA.
  • Fig. 18 zeigt in einem Diagramm einen Verlauf eines Realteils R und eines Imaginärteils X der Antennenimpedanz sowie einen Verlauf der Ausgangsleistung aufgetragen über den Eingangsstrom der Sendeeinrichtung 102. Dabei beschreibt in Fig. 18 die Ordinate die Impedanz in Ohm bzw. die Leistung in dBm und die Abszisse den Eingangsstrom der Sendeeinrichtung 102 in mA.
  • Es ergibt sich, dass der Imaginärteil X streng monoton steigend mit dem Eingangsstrom (der Sendeeinrichtung 102) ist. Von den Messpunkten "Kurzschluss" bis "offen", wie in Fig. 17a dargestellt, nimmt der Eingangsstrom (der Sendeeinrichtung 102) stetig zu. Der Verlauf der Ausgangsleistung über den Eingangsstrom zeigt, dass ein Eingangsstrom von ca. 100 mA mit der maximalen Ausgangsleistung korrespondiert (Pout über lin). Dies ist bei dem Messpunkt (50 + 0j) Ohm.
  • Der Messaufbau zeigt somit, dass es möglich ist, über eine Messung des Eingangsstroms (der Sendeeinrichtung 102) eine Aussage über die Qualität der Antennenanpassung zu treffen.
    • 2.3.2. Erzeugung des Abstimmsignals in Abhängigkeit von einer Leistungs- oder Stromaufnahme der Sendeeinrichtung
  • Fig. 19 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung 104, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Antennenanordnung 104 umfasst eine Antenne 106 mit einem Abstimmelement 111, und die Abstimmeinrichtung 120 zur Abstimmung der Antenne 106. Die Abstimmeinrichtung 120 ist ausgebildet, um das Abstimmsignal 122 zur Abstimmung der Antenne 106 in Abhängigkeit von einer Leistungs- oder Stromaufnahme einer mit der Antenne 106 verbundenen Sendeeinrichtung 102 bereitzustellen, und um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um die Antenne 106 abzustimmen.
  • Wie in Fig. 19 gezeigt ist, kann die Antenne 106 bei Ausführungsbeispielen eine magnetische Antenne 106 mit einer einfach oder mehrfach unterbrochenen Schleife 108 sein. Bei Ausführungsbeispielen kann die Antenne 106 jedoch auch eine elektrische Antenne sein.
  • In der nachfolgenden Beschreibung wird beispielhaft davon ausgegangen, dass die Antenne 106 eine magnetische Antenne ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele hinsichtlich der Abstimmung der Antenne in Abhängigkeit von einer Leistungs- oder Stromaufnahme der mit der Antenne 106 verbundenen Sendeeinrichtung 102 bzw. von einer Leistungs- oder Stromaufnahme eines aktiven Bauelements der Sendeeinrichtung auch auf eine elektrische Antenne anwendbar sind.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Stromaufnahme der Sendeeinrichtung z.B. mittels eines Strommessers 186 (z.B. Amperemeters) ermittelt werden. Anstelle der Stromaufnahme kann auch die Leistungsaufnahme der Sendeeinrichtung 102 ermittelt werden, beispielsweise mittels eines Leistungsmessers (z.B. Powermeters).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung 102 ausgebildet sein, um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um die Leistungs- oder Stromaufnahme der Sendeinrichtung 102 auf einen vorgegebenen (z.B. vordefinierten) Sollwertebereich hin zu regeln.
  • Beispielsweise kann die Abstimmeinrichtung 120 ausgebildet sein, um durch Ansteuerung des Abstimmelements 111 mit dem Abstimmsignal 122 (z.B. Steuersignal) die Leistungs- oder Stromaufnahme der Sendeinrichtung 102 auf den vorgegebenen Sollwertebereich hin zu regeln.
  • Zum Beispiel kann die Abstimmeinrichtung 120 ausgebildet sein, um das Abstimmsignal 122 (z.B. Steuersignal) nachzuführen, um einer Abweichung der Leistungs- oder Stromaufnahme der Sendeinrichtung 102 von dem vorgegebenen Wertebereich entgegenzuwirken.
  • Der vorgegebene Sollwerteberich (z.B. vordefinierte Wertebereich) kann beispielsweise
    • durch eine Systemsimulation unter Annahme einer idealen oder nahezu idealen Anpassung der magnetischen Antenne,
    • bei Abschluss der Sendeeinrichtung 102 mit einer vordefinierten Impedanz (z.B. 50 Ohm),
    • basierend auf einer Antennenmessung (z.B. mittels eines Antennentuners),
    • basierend auf einem Mittelwert der Leistungs- oder Stromaufnahme bei kurzgeschlossenem Abschluss und offenem Abschluss der Sendeeinrichtung 102,
    • basierend auf einer Messung einer Abstrahlungsleistung,
    ermittelt werden.
  • Fig. 20 zeigt einen Messaufbau zum Bestimmen der idealen Antennenanpassung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Messaufbau umfasst eine Sendeeinrichtung 102, eine magnetische Antenne 106 mit dem Abstimmelement 111, ein Anpassungsnetzwerk 113 zwischen der Sendeinrichtung 102 und der magnetischen Antenne 106 sowie ein Amperemeter 186 zur Messung der Stromaufnahme der Sendeeinrichtung 102, wobei das Abstimmsignal 122 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 in Abhängigkeit von der gemessenen Stromaufnahme der Sendeeinrichtung 102 erzeugt wird. Der in Fig. 20 gezeigte Messaufbau kann beispielsweise in einem Gerät, wie z.B. einem Teilnehmer 100 eines Kommunikationssystems, implementiert werden.
  • Wie in Fig. 20 zu erkennen ist, kann das Gerät nun im Gegensatz zum Aufbau aus Fig. 13 stark vereinfacht werden, weil anstelle eines Richtkopplers 172 und zweier Powermeter 174 und 176 bei Ausführungsbeispielen nur noch ein Amperemeter 186 erforderlich ist. Die Strommessung kann für die Abstimmung der Sendeantenne 106 genutzt werden.
  • Die Kalibrierung des Aufbaus kann folgende Schritte umfassen:
    1. 1. Feststellen des idealen Stromwertes, und
    2. 2. Einstellen der (magnetischen) Antenne 106.
  • Im nächsten Schritt kann die (magnetische) Antenne 106 auf Grundlage der kalibrierten Stromwerte angepasst werden. Im laufenden Betrieb kann die Antennenanpassung solange verändert werden, bis der gewünschte Strom (Eingangsstrom der Sendeeinrichtung) erreicht ist. Durch die monoton steigende Impedanzkurve ist nach einmaligem verstellen der (magnetischen) Antenne 106 direkt die Richtung bekannt, in der das Optimum liegt. Das Einstellen ist auch während des laufenden Betriebes möglich. Als Sendesignal kann entweder ein CW-Signal (CW = Continuous wave, dt. eine ungedämpfte, also zeitlich konstante abgestrahlte Welle) oder auch direkt das modulierte Signal z.B. G-MSK (Gaussian Minimum Shift Keying) verwendet werden.
  • Das Einstellen der (magnetischen) Antenne 106 ist durch ein Testsignal (CW) möglich, wobei das Nutzsignal z.B. nur bei optimierten Bedingungen gesendet wird. Durch Optimierung der Antennenanpassung wird das System in einem optimalen Wirkungsgrad betrieben. Hierdurch kann der Energiebedarf gesenkt werden.
  • Das genutzte Anpassungsnetzwerk kann beispielsweise N-Zustände haben, die direkt mit entsprechenden Stromwerten verknüpft werden können. Somit ist die Anpassung der (magnetischen) Antenne 106 über wenige Schritte durch eine Tabelle möglich. Dies minimiert den Programmieraufwand.
  • Durch Veränderung der Phase des Sendesignals kann die (magnetische) Antenne 106 zusätzlich angepasst werden.
  • Wenn eine Anpassung nicht möglich ist, kann das System (z.B. der Teilnehmer 100 oder die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) den Sendevorgang unterbrechen und zu einem späteren Zeitpunkt die Anpassung erneut überprüfen. Hierdurch kann Energie gespart werden, da der Teilnehmer (z.B. Knoten) immer mit optimalem Wirkungsgrad sendet.
  • Ausführungsbeispiele haben den Vorteil der Einsparung an Hardwarekosten, da kein HF-Koppler und kein Powermeter benötigt wird.
  • Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, dass keine Dämpfung der Ausgangsleistung durch den HF-Koppler erfolgt.
  • Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, dass ein steigender Strom die Richtung der benötigten Anpassung angibt. Es ist keine Minimumsuche erforderlich, wodurch der Idealwert schneller gefunden werden kann.
  • Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, dass, im Falle einer digitalen bzw. softwarebasierten Implementierung, diese durch eine Zuweisungstabelle einfach zu programmieren ist.
  • Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, dass diese auf verschiedene Sendesysteme anwendbar sind.
  • Ausführungsbeispiele haben den Vorteil der Energieeffizienz.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) den Stromverbrauch der Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sende-IC bzw. Sendesystem) ermitteln (z.B. messen).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100) eine abstimmbare (magnetische) Antenne 106 aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) die (magnetische) Antenne 106 verstimmen (ggf. Sonderfall "Kurzschluss" und "offen", 50 Ω).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) die Strominformation verwenden, um eine ideale Antenneneinstellung zu finden (siehe Ablauf oben).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) die veränderbare (z.B. abstimmbare) (magnetisch) Antenne 106 durch Messung des Stromverbrauches der Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sende-IC) abstimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Abweichung von der Anpassung durch Abweichungen der Stromaufnahme bei idealer Anpassung (50 Ω) erkennen.
    • 2.3.3. Charakterisierung des Systems
  • Um eine Aussage von dem gemessenen Eingangsstromwert (der Sendeeinrichtung 102) auf die Antennenanpassung machen zu können, können dem System (z.B. dem Teilnehmer 100 bzw. der Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) Informationen über die Stromaufnahme bei idealer Anpassung gegeben werden.
  • Der Eingangsstrom (der Sendeeinrichtung 102) kann auf unterschiedliche Arten bestimmt werden. Jede Methode kann prinzipiell in jedem Stadium durchgeführt werden.
    • 2.3.3.1. Simulation des Systems
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Eingangsstorm (der Sendeeinrichtung 102) bei idealer Anpassung (der magnetischen Antenne 106) mithilfe einer Systemsimulation z.B. in ADS ermittelt werden. Wenn hinreichend gute Modelle vorhanden sind, kann die Simulation eine Abhängigkeit von Stromverbrauch zu Anpassung der (magnetischen) Antenne 106 liefern.
    • 2.3.3.2. Messungen bei idealem Impedanz Abschluss
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der gewünschte Eingangsstrom (der Sendeeinrichtung 102) mit maximaler Ausgangsleistung z.B. bei der Inbetriebnahme über Speichern des aktuellen Stromwertes bei einem 50 Ohm abgeschlossenen Ausgang gemacht werden.
    • 2.3.3.3. Einmalige Messung mit Tuner z.B. im Labor
  • Bei Ausführungsbeispielen kann über einen Aufbau wie in Fig. 14 mithilfe eines Antennentuners 182 jeder Punkt gemessen und die maximale Leistung gefunden werden.
    • 2.3.3.4. Messung an jeder Hardware. z.B. Test bei Inbetriebnahme in der Fertigung.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der ideale Punkt auch über Verbinden (z.B. Anschrauben) verschiedener Kalibriernormale erreicht werden. Beispielsweise kann ein 50 Ohm Abschluss verwendet werden, welcher direkt den idealen Strom angibt.
  • Es kann auch ein Abschluss (z.B. Stecker) mit "offenem" Ende bzw. "Kurzschluss" verwendet werden, um die Richtung des Impedanzverlaufs zu bestimmen. Der ideale Strom kann als Mittelwert zwischen den beiden (z.B. "offen" und "Kurzschluss") angenommen werden.
  • Es können alle der drei Kalibrierstandards ("offen", "Kurzschluss", "50 Ohm") zusammen oder einzeln genutzt werden, um eine Information über den Stromverlauf zu erhalten.
  • Es können auch weitere Standards abweichend von 50 Ω genutzt werden, wenn die ideale Impedanz für maximale Leistung davon abweicht.
    • 2.3.3.5. Kalibrierung der Stromaufnahme durch Empfang mit einer Referenzantenne
  • Bei Ausführungsbeispielen kann zur Kalibrierung eine Funkstrecke aufgebaut werden, wobei das vom Sender mit einer (magnetischen) Antenne 106 abgestrahlte Signal durch eine weitere Antenne empfangen und die Empfangsleistung ausgewertet werden kann. Hierbei können die Abstimmelemente 111 der (magnetischen) Antenne 106 manuell verändert und die entsprechende Empfangsleistung und Stromaufnahme notiert werden. Die Stromaufnahme bei maximaler Empfangsleistung ist der Wert, auf den im Betrieb abgestimmt wird. Für eine bessere Reproduzierbarkeit kann die Messung in einer geschirmten und reflexionsarmen Umgebung, wie z.B. in Antennenmesshalle, durchgeführt werden.
    • 2.3.3.6. Messung mit on Board Schaltung z.B. im Feld
  • Bei Ausführungsbeispielen können externe Kalibrierstecker auch direkt auf der Platine realisiert werden und z.B. über einen HF-Schalter umgeschaltet werden. So ist eine Ermittlung des idealen Stromes auch unter unterschiedlichen Betriebsmodi bzw. Umgebungsbedingungen, wie z.B. Temperatur (Kälte, Wärme), möglich.
    • 2.3.3.7, Vorkenntnisse des Verlaufs der Impedanz der Antenne
  • Bei Ausführungsbeispielen kann durch Vorkenntnis des Impedanzverhaltens bei Verstimmung der verwendeten (magnetischen) Antenne 106 für den jeweiligen Verlauf der Impedanz eine Aussage über die ideale Stromaufnahme der Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sendesystem) getroffen werden. Es kann eine Funktion ermittelt werden, die für die verwendete (magnetische) Antenne 106 den idealen Punkt zwischen den Fällen "Kurzschluss" und "Offen" geben kann. Dies ist nur nötig, falls der Verlauf von einer Geraden (Fall: Mitte zwischen "Kurzschluss" und "offen" ist ideal) abweicht.
    • 2.3.3.8. Rückmeldung der ausgnsendeten Leistung von einem anderen Teilnehmer
  • Bei Ausführungsbeispielen kann im normalen Betrieb (z.B. im Feld) das ausgesendete Signal von einem anderen Teilnehmer empfangen werden, wobei dieser an den sendenden Teilnehmer rückmelden kann, wie gut das empfangene Signal war, wodurch der sendende Teilnehmer eine Abstimmspannung erzeugen kann.
    • 2.3.4. Vorteile und Ausführungsbeispiele
  • Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, dass eine Kalibrierung des Geräts (z.B. Teilnehmers 100 bzw. der magnetischen Antenne 106) im Betrieb ("Kurzschluss", "Offen", 50 Ohm) vorgenommen werden kann.
  • Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, dass das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Anpassungsinformation durch vorherige Kalibrierung enthalten kann.
  • Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, dass das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Kalibrierung mit weniger Standards (z.B. nur "Kurzschluss" und "offen") vornehmen kann, wobei die Mitte als ideal angenommen werden kann.
  • Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, dass das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) durch bekanntes Antennenverhalten die Kalibrierung vereinfachen / optimieren kann.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) den Stromverbrauch der Sendeeinrichtung (z.B. Sende-IC bzw. Sendesystem) messen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100) eine abstimmbare (magnetische) Antenne 106 aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) die (magnetische) Antenne 106 verstimmen (ggf. Sonderfall Kurzschluss und Offen, 50 Ω).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) die Strominformation verwenden, um ideale Antenneneinstellung zu finden (siehe Ablauf oben).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) die veränderbare (z.B. abstimmbare) (magnetische) Antenne 106 durch Messung des Stromverbrauches der Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sende-IC) abstimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) die Anpassungsinformation durch vorherige Kalibrierung enthalten.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Kalibrierung im Betrieb ("Kurzschluss", "Offen, "50 Ohm") vornehmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Abweichung von der Anpassung durch Abweichungen der Stromaufnahme bei idealer Anpassung (50 Ω) erkennen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Kalibrierung z.B. im Betrieb mit weniger Standards (z.B. nur "Kurzschluss" und "offen") vornehmen, wobei die Mitte als ideal angenommen werden kann.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Kalibrierung z.B. im Betrieb mit 50 Ohm als Referenz für eine ideale Anpassung der Antenne 106 vornehmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Anpassungsinformation (Stromaufnahme) nutzen, um einen optimalen Sendezeitpunkt zu finden. Beispielsweise kann erst gesendet werden, wenn der optimale Wirkungsgrad erreicht ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) die Antennenanpassung nutzen, um Energie zu sparen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Phaseneinstellung nutzen, um die Antennenanpassung zu verändern.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 100) eine Rückmeldung über das ausgesendete Signal von einem anderen Teilnehmer im Funknetz erhalten.
    • 2.4. Stromverbrauch / Sonstige Effekte einer Endstufe
  • In Abschnitt 2.3 wurde die Abstimmung (der magnetischen Antenne 106) durch Messung des Stromverbrauches der Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sende-IC) beschrieben. Die Sendeeinrichtung 102 weist in der Regel einen Leistungsverstärker auf, der die zur Abstrahlung mit einer Antenne 106 nötige Sendeleistung bereitstellt.
  • Der Leistungsverstärker ist in der Regel aus mehreren aktiven sowie passiven elektronischen Komponenten aufgebaut. Diese können zur Erfassung von elektrischen Messgrößen genutzt werden, die Rückschlüsse auf die Antennenanpassung ermöglichen und somit zur Erzeugung des Abstimmsignals 122 (z.B. Abstimmspannung) eingesetzt werden können.
    • 2.4.1. Messung des Versorgungsstroms der aktiven Bauelemente
  • Die Messung des Versorgungsstroms des bzw. der aktiven Bauelemente (z.B. Leistungstransistoren) des Leistungsverstärkers (der Sendeeinrichtung 102) ist äquivalent zur Messung des Stromverbrauches der Sendeeinrichtung (z.B. Sende-IC) und erlaubt eine präzisere Erfassung der Anpassungsinformation. Andere Verbraucher in der Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sende-IC) stören die Messung nicht.
  • Bei zwei oder mehr aktiven Bauelementen kann über die Differenz der Versorgungsströme eine Aussage über die Anpassung getroffen werden. Beispiele wären hier Verstärker, die nach dem Balanced-, Gegentakt- (Push-Pull-) und Doherty-Verfahren aufgebaut sind. Insbesondere Gegentakt- und Doherty-Verstärker reagieren empfindlich auf rücklaufende Leistung, die sich wiederum in einem veränderten Betriebsverhalten und damit auch in den Versorgungsströmen zeigt.
    • 2.4.2. Messung des Biasstroms der aktiven Bauelemente
  • Die direkte Messung des Stromverbrauchs ist bei höheren Leistungen durch die damit verbundenen höheren Spannungen aufwändiger (hochliegende Current-sense notwendig).
  • Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MESFET) haben einen Schottky-Kontakt am Gate, der bei höheren HF-Eingangsleistungen Pin gleichrichtend wirkt, es fließt ein Gatestrom IBias (siehe Fig. 21). Über die parasitäre Gate-Drain-Kapazität (CGD) 192 (des Transistors 194) ist dieser Gleichrichteffekt auch abhängig von der Ausgangsleistung Pout. Falls schaltungstechnisch Zugriff auf den Gate-Anschluss besteht, kann eine Spannung Vmeas am Transistor RBias in Abhängigkeit des Gatestroms abgegriffen werden; diese Spannung ist bei gegebener Eingangsleistung P in abhängig von der Ausgangsleistung Pout und somit der Anpassung der Last. Es besteht somit über die Messspannung Vmeas die Möglichkeit eine Aussage über die Anpassung der Last also der Antenne 106 zu treffen. V meas kann ggfs. direkt über einen Analog-Digital-Umsetzer abgegriffen und zur Steuerung des Antennen-Tuners zur Abstimmung verwendet werden, wie dies in Fig. 21 gezeigt ist.
  • Im Detail zeigt Fig. 21 ein schematisches Blockschaltbild einer Sendeeinrichtung mit einem Leistungsverstärker 190, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 21 zu erkennen ist, kann eine Abstimmspannung zur Regelung des Antennen-Tuners basierend auf einer (z.B. durch eine) Messung des Biasstroms I_Bias der aktiven Bauelemente 194 erzeugt werden.
    • 2.4.3. Erzeugen einer Abstimmspannung durch Messung der Gleichtaktmode der magnetischen Antenne
  • Die Antennenschleife 108 einer magnetischen Antenne 106 ist eine differenzielle Last. Mithilfe eines Transformators (Balun) kann diese zweipolige differenzielle Last von einer einpoligen Quelle angesteuert werden, wie dies in Fig. 23 gezeigt ist.
  • Im Detail zeigt Fig. 22 ein schematisches Blockschaltbild einer Antennenanordnung 104, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Antennenanordnung 104 umfasst die magnetische Antenne 106 mit der Schleife 108 und dem Abstimmelement 111, wobei die magnetische Antenne 106 über einen Transformator 196 (Balun) mit einer Quelle 102, wie z.B. einer Sendeeinrichtung, verbunden ist. Die Antennenschleife 108 kann dabei differentiell angesteuert werden, so dass die Gleichtaktmode Zcc11 vor dem Balun 196 nicht mehr sichtbar ist.
  • Wie in Fig. 22 zu erkennen ist, "sieht" die Quelle 102 dabei die Lastimpedanz ZL .
  • Die magnetische Antenne 106 umfassend Antennenschleife 108 und Anpasselement 111 hat die differenzielle Impedanz Zd . Über die Umgebung 197 ist die magnetische Antenne 106 mit der Impedanz Zc verkoppelt. Diese parasitäre Verkopplung führt zur Verstimmung der (magnetischen) Antenne 106 und kann mithilfe des Anpasselements 111 ausgeglichen werden.
  • Am Eingang der magnetischen Antenne 106 sind somit zwei Impedanzen messbar. Die Gegentaktimpedanz Zdd11 beschreibt den Gegentaktbetrieb (Normalbetrieb der (magnetischen Antenne 106). Die Gleichtaktimpedanz Z cc11 beschreibt den Gleichtaktbetrieb, der durch unerwünschte Verkopplung mit der Umgebung zustande kommt. Am Eingang des Baluns 196 ist nur mehr die Impedanz ZL messbar.
  • Die Erzeugung eines Abstimmsignals (z.B. Abstimmspannung) 122 zur Regelung des Anpasselements 111 kann durch Zugriff auf die Gleichtaktmode, die aus der Gleichtaktimpedanz Z cc11 resultiert, erfolgen.
  • Wenn die magnetische Antenne 106 differenziell angesteuert wird, dann kann die (magnetische) Antenne 106 mit einem Gegentakt- oder mit einem Gleichtaktsignal beaufschlagt werden und über den Stromverbrauch eine Aussage über die Verstimmung getroffen werden.
  • Die Gleichtaktmode kann über zwei Methoden gemessen bzw. eingespeist werden, die nachfolgend beschrieben sind.
    • 2.4.3.1. Messung und Einspeisung der Gleichtaktmode über den Gleichtaktzweig des Ausgangsabaluns
  • Spezielle Baluns 196 ermöglichen einen Zugriff auf die Gleichtaktmode des differenziellen Ports. Ein Beispiel ist der sogenannte Ringkoppler (auch Rat-Race-Koppler) in Fig. 23. Die Gleichtakteigenschaften der magnetischen Antenne können dann entweder über eine aktive Messung mithilfe eines Messsignals oder über die reflektierte Leistung bestimmt werden und daraus eine Abstimmspannung abgeleitet werden.
    • 2.4.3.2. Messung der Gleichtaktmode über die Nichtlinearität des Magnetkerns
  • Um die Baugröße des Baluns 196 insbesondere bei niedrigen Frequenzen zu optimieren, werden Magnetkerne mit einer von Vakuum (bzw. Luft) abweichenden Permeabilitätszahl eingesetzt. Diese Magnetkerne weisen ein nichtlineares Verhalten auf.
  • Mithilfe einer Messwicklung oder eines Hallsensors können magnetische Gleichströme, die durch das nichtlineare verhalten des Magnetkerns entstehen, erfasst werden, wie dies in Fig. 24 gezeigt ist.
  • Im Detail zeigt Fig. 24 eine schematische Ansicht eines Magnetkerns 198 eines Baluns 196 sowie einer Messwicklung 199 um den Magnetkern 198 zur Erfassung der Gleichtakteigenschaften des Baluns über die nichtlinearen Eigenschaften des Magnetkerns 198 mithilfe der Messwicklung.
    • 2.4.4. Ausführungsbeispiele
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) den Stromverbrauch des bzw. der Leistungstransistoren (aktiven Bauelemente) messen (z.B. zur Erzeugung des Abstimmsignals (z.B. Abstimmspannung)).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) die Differenz der Versorgungsströme von zwei Leistungstransistoren zur Erzeugung einer Abstimmspannung bestimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) einen Biasstrom des bzw. der Leistungstransistoren (z.B. der Sendeeinrichtung 102) zur Erzeugung einer Abstimmspannung 122 erfassen (z.B. messen).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) einen Biasstrom des bzw. der Leistungstransistoren (z.B. der Sendeeinrichtung 102) durch Messung einer Spannung über einen Widerstand im Biaszweig ermitteln (z.B. bestimmen).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Differenz der Biasströme von zwei Leistungstransistoren (z.B. der Sendeeinrichtung 102) zur Erzeugung eines Abstimmsignals 122 (z.B. Abstimmspannung) ermitteln (z.B. bestimmen).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Differenz der Ströme eines Verstärkers im Balanced-Betrieb zur Erzeugung eines Abstimmsignals 122 (z.B. Abstimmspannung) ermitteln (z.B. bestimmen).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Differenz der Ströme eines Verstärkers im Doherty-Betrieb zur Erzeugung eines Abstimmsignals 122 (z.B. Abstimmspannung) ermitteln (z.B. bestimmen).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Differenz der Ströme eines Verstärkers im Gegentakt-Betrieb zur Erzeugung eines Abstimmsignals 122 (z.B. Abstimmspannung) ermitteln (z.B. bestimmen).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Gleichtaktimpedanz einer magnetischen Antenne 106 zur Erzeugung eines Abstimmsignals (z.B. Abstimmspannung) ermitteln (z.B. bestimmen).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) eine Gleichtaktimpedanz (z.B. der magnetischen Antenne 106) mithilfe eines Messsignals ermitteln (z.B. bestimmen).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) abwechselnd ein Gegentakt- und ein Gleichtaktsignal in die magnetische Antenne 106 einspeisen und den Stromverbrauch ermitteln und diese Information zur Erzeugung eines Abstimmsignals 122 (z.B. Abstimmspannung) nutzen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) ein Gleichtaktsignal (z.B. in die magnetische Antenne 106) mithilfe eines Baluns 196 einspeisen, das einen Zugriff auf die Gleichtaktmode ermöglicht.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) ein reflektiertes Gleichtaktsignal einer magnetischen Antenne 106 zur Erzeugung eines Abstimmsignals (z.B. Abstimmspannung) ermitteln (z.B. messen).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) ein Gleichtaktsignal (z.B. der magnetischen Antenne 106) mithilfe eines Baluns ermitteln (z.B. messen), das einen Zugriff auf die Gleichtaktmode ermöglicht.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) Zugriff auf die Gleichtaktmode (z.B. der magnetischen Antenne) mithilfe eines Ringkopplers haben.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) Zugriff auf die Gleichtaktmode (z.B. der magnetischen Antenne) über die nichtlinearen Eigenschaften eines Magnetkerns haben.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) nichtlineare Eigenschaften eines Magnetkerns (z.B. eines Baluns 196) zur Messung eines magnetischen Gleichstroms mithilfe eines Hallsensors nutzen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gerät (z.B. der Teilnehmer 102 bzw. die Abstimmeinrichtung 120 des Teilnehmers 100) nichtlineare Eigenschaften eines Magnetkerns (z.B. eines Baluns 196) zur Messung eines magnetischen Gleichstroms mithilfe einer Messwicklung am Magnetkern nutzen.
    • 3. Regelschleife zur Abstimmung bei Sendebetrieb
  • Im vorangehenden Abschnitt 2 wurde eine Abstimmeinrichtung 120 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 beschrieben, die die magnetische Antenne 106 während eines Sendevorgangs abstimmt.
  • Die Resonanzfrequenz der magnetischen Antenne 106 weicht hierbei durch eine Vielzahl von Effekten von der Sollfrequenz ab:
    1. 1. Bauteil- und Fertigungstoleranzen beeinflussen die Resonanzfrequenz der magnetischen Antenne 106 und müssen daher ausgeregelt werden. Der Einfluss durch diese ist statisch, eine Einstellung ist prinzipiell nur einmal nach der Herstellung nötig.
    2. 2. Umwelteinflüsse, wie Temperaturschwankungen und bewegliche Objekte, sind hingegen dynamisch. Daher ist eine Nachregelung während des Betriebs erforderlich.
    3. 3. Des Weiteren kann es bei frequenzsprungbasierten Funkverfahren nötig sein, Antennen mit sehr hoher Güte gezielt auf die Sende bzw. Empfangsfrequenz abzustimmen, um Verluste zu vermeiden.
  • Im Sendefall liegt das Signal, auf das abgestimmt werden soll, im Sender direkt und mit ausreichendem Pegel vor und kann zur Abstimmung verwendet werden. Im Empfangsfall ist dies nicht unbedingt gegeben, da neben dem gewünschten Empfangssignal noch Signale in benachbarten Kanälen ggf. mit höherem Signalpegel anliegen (können). Ist die Antenne nicht korrekt auf den gewünschten Empfangskanal abgestimmt, ist der Gewinn bei der gewünschten Frequenz ggf. so klein, dass es nicht mehr detektiert werden kann.
    • 3.1 Energiesparen durch Aktivierung der Regelschleife durch den Sender
  • Fig. 25 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 100 (z.B. Sender oder Sendeempfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst eine magnetische Antenne 106 und eine Abstimmeinrichtung 120.
  • Wie in Fig. 25 zu erkennen ist, weist die magnetische Antenne 106 eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife 108 und zumindest ein Abstimmelement 111 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 auf.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne 106 durch ein oder mehrere Kapazitätselemente 110 unterbrochen sein, wie dies oben in Abschnitt 1 ausführlich erläutert wurde, wobei das Abstimmelement 111 eines der Kapazitätselemente 110 sein kann. Alternativ kann das Abstimmelement 111 auch mit einem der Kapazitätselemente 110 verbunden sein, z.B. parallel zu einem der Kapazitätselemente 110 geschaltet sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Abstimmelement 111 eine variable Kapazität, wie z.B. eine Kapazitätsdiode oder ein antiparallel geschaltetes Kapazitätsdiodenpaar, und/oder eine schaltbare Kapazität, wie z.B. eine Kondensatorbank oder digital steuerbare Kondensatoren, aufweisen.
  • Wie in Fig. 25 ferner zu erkennen ist, weist die Abstimmeinrichtung 120 eine Regelschleife 121 (z.B. mit einem Regler und einem Messglied) auf, wobei die Regelschliefe 121 konfiguriert ist, um ein Abstimmsignal 122 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 bereitzustellen, und um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen.
  • Die Vorrichtung 100 ist dabei konfiguriert, um die Regelschleife 121 (z.B. Messglied und Regler) oder eine Komponente der Regelschleife 121 (z.B. Messglied oder Regler) nur bei Bedarf (z.B. beim Senden eines Signals 124; z.B. kurz vor dem Senden des Signals 124 bis kurz nach dem Senden des Signals 124 oder bis erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne 106) zu aktivieren, d.h. von einem Ruhemodus (z.B. Energiesparmodus oder Power-Down-Modus) in einen normalen Betriebsmodus zu versetzen, und ansonsten zu deaktivieren, d.h. von dem normalen Betriebsmodus in den Ruhemodus zu versetzen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 100 konfiguriert sein, um die Regelschleife 121 oder die Komponente der Regelschleife 121 nur
    • während einer Aussendung eines Signals 124,
    • von Beginn einer Aussendung eines Signals 124 oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals 124 bis zu einem Ende der Aussendung des Signals 124 oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals 124,
    • von Beginn einer Aussendung eines Signals 124 oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals 124 bis zu einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne 106, oder
    • während einer Aussendung eines Signals 124 bis zu einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne 106
    von dem Ruhemodus in den normalen Betriebsmodus zu versetzen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung 120 konfiguriert sein, um das Abstimmsignal 122 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 in Abhängigkeit von einer Phasenbeziehung eines in die magnetische Antenne 106 vorlaufenden Signals 124 (= gesendete Signal 124; z.B. ein Sendesignal oder Testsignal) und einem Phasensignal bereitzustellen, wie dies in Abschnitt 2 ausführlich erläutert wurde.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 100 eine Sendeeinrichtung 102 (oder Sendeempfangseinrichtung) aufweisen, die konfiguriert sein kann, um das in die magnetische Antenne 106 vorlaufende Signal 124 bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Sendeeinrichtung 102 (oder Sendeempfangseinrichtung) mit der magnetischen Antenne 106 kapazitiv gekoppelt sein, z.B. über eines der Kapazitätselemente 110.
  • Fig. 26 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung 100 (z.B. Sender oder Sendeempfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst die Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sender; z.B. Sendeempfangseinrichtung), die magnetische Antenne 106 und die Abstimmeinrichtung 120 mit der Regelschleife 121 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106.
  • Wie in Fig. 26 beispielhalft zu erkennen ist, kann die Regelschleife 121 einen Regler 222, ein Stellglied 224 und ein Messglied 226 aufweisen, wobei das Stellglied 224 der Regelschleife 121 durch das Abstimmelement 111 implementiert sein kann, wie dies durch den Pfeil 228 angedeutet ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Sendeeinrichtung 102 konfiguriert sein, um zeitlich synchronisiert zu der Aussendung des Signals 124 ein Aktivierungssignal 230 bereitzustellen, wobei die Abstimmeinrichtung 120 konfiguriert sein kann, um die Regelschleife 121 oder eine Komponente der Regelschleife 121, wie z.B. den Regler 222 und/oder das Messglied 226, ansprechend auf das Aktivierungssignal 230 zu aktivieren, d.h. von dem Ruhemodus in den normalen Betriebsmodus zu versetzen, z.B. durch Einschalten der Stromversorgung der Regelschleife 121 oder der Komponente der Regelschleife 121.
  • Zeitliche Verläufe des von der Sendeeinrichtung 124 bereitgestellten Signals 124 (z.B. des in die magnetische Antenne 106 vorlaufenden Signals 124) und des Aktivierungssignals 230 sind in den in Fig. 26 gezeigten Diagrammen 250 bzw. 252 zu erkennen. Das Signal 124 kann beispielsweise ein frequenzsprungbasiertes Signal sein, wie dies dem Diagramm 250 in Fig. 26 angedeutet ist.
  • Das Aktivierungssignal 124 kann hierbei von der Sendeeinrichtung 102 nur
    • während der Aussendung des Signals 124,
    • von Beginn der Aussendung des Signals 124 oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals 124 bis zu einem Ende der Aussendung des Signals 124 oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals 124, oder
    • während der Aussendung des Signals 124 (d.h. erst nach dem Beginn der Aussendung des Signal 124) bis zu einem Ende der Aussendung des Signals 124 oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals 124
    bereitgestellt werden.
  • Hierin wird dabei davon ausgegangen, dass das Aktivierungssignal 230 von der Sendeeinrichtung 102 bereitgestellt wird, wenn das Aktivierungssignal 230 einen ersten Wert (z.B. einen ersten Spannungswert (z.B. x V, mit x > 0) oder einen ersten logischen Wert (z.B. logisch "1")) aufweist. Dementsprechend kann die Abstimmeinrichtung 120 konfiguriert sein, um die Regelschleife 121 oder die Komponente der Regelschleife 121 zu aktivieren, d.h. von dem Ruhemodus (z.B. Energiesparmodus oder Power-Down-Modus) in den normalen Betriebsmodus zu versetzen, wenn das Aktivierungssignal 230 den ersten Wert aufweist, und um die Regelschleife 121 oder die Komponente der Regelschleife 121 zu deaktivieren, d.h. von dem normalen Betriebsmodus in den Ruhemodus zu versetzen, wenn das Aktivierungssignal 230 einen zweiten Wert (z.B. einen zweiten Spannungswert (z.B. 0 V) oder einen zweiten logischen Wert (z.B. logisch "0")) aufweist.
  • Die Regelschleife 121 oder die Komponente der Regelschleife 121 kann beispielsweise dadurch aktiviert bzw. deaktiviert werden, dass eine Spannungsversorgung der Regelschleife 121 oder der Komponente der Regelschleife 121 eingeschaltet (aktiviert) bzw. ausgeschaltet (deaktiviert) wird.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Regelschleife 121 konfiguriert sein, um das Abstimmsignal zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 in Abhängigkeit von einer Phasenbeziehung zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals 124 und einem Phasensignal bereitzustellen, wie dies oben in Abschnitt 2 ausführlich erläutert wurde.
  • So kann das Messglied 226 beispielsweise konfiguriert sein, um ein mittels einer Koppelschleife 128 aus der magnetischen Antenne 106 ausgekoppeltes Signal (Phasensignal) und das in die magnetische Antenne 106 vorlaufende Signal 124 zu vergleichen. Hierzu kann das Messglied 226 beispielsweise den Multiplizierer 136 aus Fig. 9 aufweisen, und optional die dem Multiplizierer 136 vorgeschaltete und/oder nachgeschaltete Komponenten, wie z.B. den Phasenschieber 134 und/oder den Tiefpass 142.
  • Fig. 26 lässt sich somit entnehmen, dass die Stromversorgung der Regelschleife 121 (oder einer Komponente der Regelschleife 121) über ein Aktivierungssignal 230 gesteuert werden kann.
  • Falls die Regelschleife 121 kontinuierlich an der Betriebsspannung liegt, verbraucht die Regelschleife 121 kontinuierlich Leistung. Bei Ausführungsbeispielen wird die Regelschleife 121 (oder einer Komponente der Regelschleife 121) daher nur bei Bedarf aktiviert.
  • Dazu kann die Sendeeinrichtung 102 (z.B. der Sender) jede Aussendung signalisieren, wobei bei frequenzsprungbasierten Verfahren, wie z.B. Telegrammsplitting [6], [7], die Aussendung jedes Subdatenpakets (z.B. Sprungs (engl. hop)) signalisiert werden kann.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann ein Aktivierungssignal 230 der Sendeeinrichtung 102 (z.B. des Senders) die Sendetätigkeit anzeigen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann basierend auf dem Aktivierungssignal 230 die Stromversorgung der Regelschleife 121 (oder der Komponente der Regelschleife 121) geschalten werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Aktivierungssignal 230 eine vorgegebene Zeit D vor der Aussendung (des Signals 124) und eine vorgegebene Zeit E nach der Aussendung (des Signals 124) enden.
    • 3.2 Regelschleife mit analogem Informationsspeicher
  • Fig. 27 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung 100 (z.B. Sender oder Sendeempfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst die Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sender; z.B. Sendeempfangseinrichtung), die magnetische Antenne 106 und die Abstimmeinrichtung 120 mit der Regelschleife 121 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106.
  • Im Unterschied zu dem in Fig. 26 gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die Regelschleife 121 oder die Komponente derselben während der Aussendung des Signals 124 oder noch eine vorbestimmte Zeit nach der Aussendung des Signals 124 aktiv ist, ist die Abstimmeinrichtung 120 bei dem in Fig. 27 gezeigten Ausführungsbeispiel konfiguriert, um das Abstimmsignal 122 nach erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne 106 (z.B. ab oder kurz vor einem Wechsel der Regelschleife 121 oder der Komponente der Regelschleife 121 von dem normalen Betriebsmodus in den Ruhemodus) mittels eines Halteglieds zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Dies hat den Vorteil, dass die Zeit, während der die Regelschleife 121 oder die Komponente derselben aktiv ist, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen, weiter reduziert werden kann. Die zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 erforderliche Zeit (typischerweise einige hundert µs, z.B. 100 µs bis 300 µs) ist in der Regel wesentlich kürzer als eine Dauer der Aussendung des Signals 124 (typischerweise mehrere hundert ms, z. B. 100 ms und mehr), so dass die Regelschleife 121 oder die Komponente derselben bei Ausführungsbeispielen nur zu Beginn der Aussendung des Signals 124 aktiviert wird, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen, wobei ein Wert des Abstimmsignals 122 nach erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne 106 für eine restliche Dauer der Aussendung des Signals 124 mittels eines Halteglieds gehalten wird.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Sendeeinrichtung 102 (oder Sendeempfangseinrichtung) konfiguriert sein, um ein Haltesignal bereit zu stellen, wobei die Abstimmeinrichtung 120 konfiguriert sein kann, um einen Wert des Abstimmsignals 122 ansprechend auf das Haltesignal mittels des Halteglieds zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Als Halteglied kann beispielsweise ein Abtast-Halte-Glied (Sample-Hold-Glied) oder ein Regelverstärker des Reglers 222 der Regelschleife 121 zusammen mit mindestens einer Kapazität des Reglers 222 zum Einsatz kommen, wobei der Regler 222 beispielsweise ein I-, Pl- oder PID-Regler 222 sein kann, wie dies in Fig. 27 gezeigt ist.
  • Unten in Abschnitt 4 ist beschrieben, wie durch eine Aussendung, die einem Empfangszyklus vorausgeht, die magnetische Antenne 106 während des Sendens (des Signals 124) abgestimmt werden kann, und der Wert des Abstimmsignals 122 (z.B. die Abstimmspannung) (z.B. während des Empfangszyklus) gehalten werden kann. Bei Ausführungsbeispielen ist es auch bei reinem Senden möglich, nur während des Beginns der Aussendung (des Signals 124) die Regelschleife 121 oder die Komponente der Regelschleife 121 zu aktivieren, um Energie (z.B. Strom) zu sparen. Im Anschluss daran kann die Regelung (d.h. die Regelschleife 121 oder eine Komponente derselben) abgeschalten werden, so dass die Abstimmung während des Empfangszeitraums noch gültig ist. Solange der Zeitraum zwischen dem Senden (des Signals 124) und dem Empfangen (eines Signals) nicht zu groß ist, so dass noch davon ausgegangen werden kann, dass sich selbst in einer mobilen, dynamisch veränderlichen Umgebung die Umgebungsbedingungen nicht signifikant verändert haben, so kann davon ausgegangen werden, dass die magnetische Antenne 106 auch zum Empfangszeitraum ausreichend gut abgestimmt ist. Dazu kann während eines Sendevorgangs (des Signals 124) beispielsweise die benötigte Spannung durch die Abstimmspannung (z.B. Regelspannung) an dem Abstimmelement 111 (z.B. Abstimmkondensatoren) nach Abschnitt 2 ermittelt und anschließend gespeichert werden. Die Speicherung der Abstimmspannung (z.B. Stellspannung) kann beispielsweise durch den I-, PI- oder PID-Regler 222 der Regelschleife 121 realisiert werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann ein Wert des Abstimmsignals 122 (z.B. Kalibrierwert; z.B. analoger Spannungswert) durch ein Abtast-Halte-Glied gehalten werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann ein Wert des Abstimmsignals 122 (z.B. Kalibrierwert; z.B. analoger Spannungswert) durch ein I-, PI-, oder PID-Regler gehalten werden.
  • Fig. 28a zeigt beispielhaft ein schematisches Blockschaltbild eines Reglers (I-Reglers) mit einem Schalter für eine Haltefunktion (des Abstimmsignals) bei unsymmetrischem Sensorsignal, während Fig. 28b beispielhaft ein schematisches Blockschaltbild eines Reglers (I-Reglers) mit einem Schalter für eine Haltefunktion (des Abstimmsignals) bei symmetrischem Sensorsignal zeigt.
  • Die Zeitkonstante τ = RC bestimmt die Einschwingzeit des Reglers 222. Beispielsweise kann eine Zeitkonstante τ = 100kΩ · 100pF = 10µs mit einem 100kΩ Widerstand und einem 100pF Kondensator realisiert werden. Die gleiche Zeitkonstante τ kann auch mit einem 10kΩ Widerstand und einem 1nF Kondensator erreicht werden. Ein höherer Wert für den Kondensator C hat den Vorteil, dass im Haltemodus der Eingangsruhestrom des Operationsverstärkers des Reglers (siehe Fig. 27a und 27b) weniger ins Gewicht fällt. Für den Operationsverstärker kann daher ein Typ mit niedrigem Eingangsruhestrom Iin und hohem Eingangswiderstand Rin gewählt werden, wie z.B. ein CMOS-Typ. Beispielsweise hat der Operationsverstärker OPA347 einen Eingangswiderstand Rin = 1013Ω und einen typ. Eingangsruhestrom Iin = 0,5pA . Ein C = 1nF Kondensator würde also mit einem Eingangswiderstand Rin = 1013Ω eine Zeitkonstante von 27,8 h ergeben, d.h. erst nach über einem Tag würde die Kondensatorspannung auf das 1/e-fache abgefallen sein. Gravierender wirkt sich der Eingangsruhestrom Iin aus, denn es gilt: Δ U = I in Δ t C
    Figure imgb0004
    . Demnach sinkt die am Kondensator im Haltmodus anliegende Spannung nach einer Sekunde aber auch nur um 500 µV. Für härtere Anforderungen gibt es auch Operationsverstärker mit weit besseren Werten, z.B. den LMP7721 mit einem typ. Eingangsruhestrom Iin = 3f. En Abfall um 500 µV wäre dann erst nach knapp 3 Minuten. Ebenso wie der Operationsverstärker sollte auch der Schalter davor einen entsprechend niedrigen Leckstrom aufweisen, was z.B. mit CMOS-Schaltern realisiert werden kann.
    • 3,3 Regelschleife mit digitalem Informationsspeicher
  • Fig. 29 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung 100 (z.B. Sender oder Sendeempfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst die Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sender; z.B. Sendeempfangseinrichtung), die magnetische Antenne 106 und die Abstimmeinrichtung 120 mit der Regelschleife 121 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106.
  • Im Unterschied zu dem in Fig. 27 gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die Regelschleife 121 einen analogen Regler 222 aufweist, weist die Abstimmeinrichtung 120 bei dem in Fig. 29 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Microcontroller 123 als Steuereinheit auf, wobei der Regler 222 in dem Microcontroller 123 implementiert ist. Bei Ausführungsbeispielen kann anstelle des Microcontrollers 123 auch ein ASIC als Steuereinheit verwendet werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Microcontroller 123 konfiguriert sein, um einen Wert des Abstimmsignals 122 nach erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne 106 zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Beispielsweise kann der Microcontroller 123 konfiguriert sein, um einen analogen Spannungswert, z.B. zur Ansteuerung einer variablen Kapazität (z.B. Kapazitätsdiode) oder einen digitalen Wert, z.B. zur Ansteuerung einer schaltbaren Kapazität (z.B. einer Kondensatorbank oder von digital steuerbarer Kondensatoren), des Abstimmsignals 122 zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Sendeeinrichtung 102 (oder Sendeempfangseinrichtung) konfiguriert sein, um ein Haltesignal bereit zu stellen, wobei der Microcontroller 123 konfiguriert sein kann, um einen Wert des Abstimmsignal 122 ansprechend auf das Haltesignal zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Microcontroller 123 konfiguriert sein, um ansprechend auf das Aktivierungssignal 230 eine Regelung eines Wertes (z.B. eines (analogen) Spannungswerts oder eines digitalen Wertes) des Abstimmsignals 122 ausgehend von einem Startwert zu beginnen.
  • Im einfachsten Fall kann der Startwert gleich dem Wert sein, auf den das Abstimmsignal 122 bei einer vorherigen Regelung oder im Mittel bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen hin geregelt wurde.
  • Es ist jedoch genauso möglich, dass der Microcontroller 123 konfiguriert ist, um den Startwert basierend auf einem in einem Speicher des Microcontrollers 123 oder in einem externen Speicher (z.B. EEPROM) hinterlegten Referenzwert zu ermitteln. So kann der Referenzwert auf einem vorherigen Wert des Abstimmsignals 122 basieren, auf den das Abstimmsignal 122 bei einer vorherigen Regelung hin geregelt wurde, oder auf vorherigen Werten des Abstimmsignals 122, auf die das Abstimmsignal 122 (z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean) bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen hin geregelt wurde. Alternativ kann der Referenzwert auch auf einer Referenzmessung basieren, mit der Fertigungstoleranzen der Vorrichtung 100 (z.B. der magnetischen Antenne 106 und/oder der Abstimmeinrichtung 120 und/oder der Sendeeinrichtung 102) ausgeglichen werden.
  • Ferner kann der Microcontroller 123 konfiguriert sein, um den basierend auf dem Referenzwert ermittelten Startwert in Abhängigkeit von zumindest einem aus
    • einem Umweltparameter der Vorrichtung 100 oder in einer Umgebung der Vorrichtung 100 (z.B. Temperatur, Druck, Geschwindigkeit), und
    • einem Hardwareparameter der Vorrichtung (z.B. Fertigungstoleranzen, Alterung) anzupassen.
  • Mit anderen Worten, die Speicherung des Wertes des Abstimmsignals 122 (z.B. Stellspannung) kann analog durch ein Abtast-Halte-Glied erfolgen (siehe Abschnitt 3.2), oder digital mittels eines Mikrokontrollers 123 realisiert werden, wie dies in Fig. 29 gezeigt ist.
  • Zudem sind Hybridlösung zum intelligenten und gleichzeitig schnellen Abstimmen (engl. tuning) möglich.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Wert der Abstimmung vom vorherigen Sendevorgang abgespeichert werden, um die Regelung beim nächsten Sendevorgang von diesem Wert ausgehend wieder zu starten.
  • Um den unterschiedlichen Effekten (Bauteil- und Fertigungstoleranzen, Umwelteinflüsse, frequenzsprungbasierte Funkverfahren) Rechnung zu tragen, können bei Ausführungsbeispielen im Digitalen in der Regelschleife 121 mehrere Pfade für die jeweiligen Parameter (z.B. Umweltparameter, Betriebsparameter, Hardwareparameter) abgebildet werden.
  • Für statische Anwendungen reicht es aus, die Fertigungstoleranzen nur ein einziges Mal (oder wenige Male), z.B. beim ersten Senden eines Signals 124, zu kompensieren, indem der Regelwert (=Wert des Abstimmsignals 122 bei abgestimmter Antenne 106) des ersten Sendens abgespeichert wird.
  • Dieser abgespeicherte Wert kann bei weiteren Aussendungen des Signals 124 nur noch sehr langsam angepasst werden, um Alterungserscheinungen zu kompensieren. Dieser Wert kann den größten Anteil an der Regelung einnehmen.
  • Die Kompensation der Umwelteffekte kann an die "Mobilität" der Vorrichtung 100 (z.B. Teilnehmer, wie z.B. Sensorknoten) angepasst werden (wie schnell er sich an z. B. einen metallischen oder dielektrischen Gegenstand annähert oder von ihm entfernt), in den meisten Fällen reichen Zeitkonstanten im Sekundenbereich aus. Kurzzeitige Änderungen, um die Abstimmung auf die unterschiedlichen Frequenzen des verwendeten Frequenzsprungverfahrens zu kompensieren, beschränken sich oft nur noch auf einen kleinen Beitrag zur Stellgröße.
  • Denkbar wäre auch eine von Sekundär-Sensorik ausgelöste Abstimmung. Sobald sich von möglicherweise ohnehin vorhandenen Sekundär-Sensoren aufgenommene Messwerte über ein definiertes Maß hinaus ändern, die relevant für eine Abstimmung sein könnten (Temperatur, Ort/Bewegung etc.) wird ein Abstimmzyklus (z.B. Kalibrierzyklus) ausgelöst.
  • Auch könnten solche Zusatz-Messgrößen genutzt werden, um bereits ermittelte Kalibrierwerte rechnerisch auf die veränderten Umgebungsbedingungen anzupassen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann ein digitaler Regler 222 verwendet werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen können mehrere Pfade in der Regelschleife 121 für unterschiedliche Geschwindigkeiten vorhanden sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Microcontroller 123 von Parametern lernen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Microcontroller 123 eine Prädiktion durchführen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Microcontroller 123 Parameter speichern.
    • 3.4 Regelschleife Eingabe von Sendefrequenz
  • Fig. 30 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung 100 (z.B. Sender oder Sendeempfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst die Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sender; z.B. Sendeempfangseinrichtung), die magnetische Antenne 106 und die Abstimmeinrichtung 120 mit der Regelschleife 121 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106.
  • Ergänzend zu dem in Fig. 29 gezeigten Ausführungsbeispiel, ist der Microcontroller 123 bei dem in Fig. 30 gezeigten Ausführungsbeispiel konfiguriert, um den Startwert, ausgehend von dem eine Regelung eines Wertes des Abstimmsignals 124 beginnt, in Abhängigkeit von einer Frequenz des Signals 124 der Sendeeinrichtung 102 (oder Sendeempfangseinrichtung) zu ermitteln.
  • Die Frequenz des Signals 124 kann dem Microcontroller 123 hierbei durch die Sendeeinrichtung 120 signalisiert werden, z.B. mittels eines Signalisierungssignals 232, wie dies in Fig. 30 beispielhaft gezeigt ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen können in einem Speicher 229 (z.B. Datenbank) des Microcontrollers 123 (oder alternativ in einem externen Speicher (z.B. EEPROM)) Referenzwerte (z.B. Referenzspannungen oder digitale Referenzwerte des Abstimmsignals 122) für unterschiedliche Referenzfrequenzen hinterlegt sein, wobei der Microcontroller 123 konfiguriert sein kann, um in Abhängigkeit von einer Frequenz des Signals 124 der Sendeeinrichtung 102 den Startwert basierend auf zumindest einem der in dem Speicher 229 hinterlegten Referenzwerte zu ermitteln.
  • Beispielsweise können in dem Speicher 229 des Microcontrollers 123 ein erster Referenzwert für eine erste Frequenz, ein zweiter Referenzwert für eine zweite Frequenz, ein dritter Referenzwert für eine dritte Frequenz, usw. hinterlegt sein. Der Startwert kann dann in Abhängigkeit von der Frequenz des Signals 124 basierend auf dem Referenzwert der Referenzfrequenz, der der Frequenz des Signals 124 entspricht oder am nächsten kommt, ermittelt werden, beispielsweise kann der Startwert gleich dem jeweiligen Referenzwert sein oder in Abhängigkeit eines Umweltparameters (z.B. Temperatur) und/oder eines Hardwareparameters (z.B. altersbedingter Drift) angepasst werden. Natürlich kann der Startwert auch basierend auf einer Interpolation oder Extrapolation zwischen zwei Referenzwerten ermittelt werden, beispielsweise wenn eine Frequenz des zu sendenden Signals 124 zwischen den Referenzfrequenzen zweier hinterlegter Referenzwerte liegt.
  • Bei Ausführungsbeispielen können die Referenzwerte auf jeweiligen Werten des Abstimmsignals 122 basieren, auf die das Abstimmsignal 122 bei einer vorherigen Regelung oder (z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean) bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden des Signals 124 auf der jeweiligen Frequenz hin geregelt wurde.
  • Beispielsweise kann ein erster Referenzwert für eine erste Frequenz auf dem Wert des Abstimmsignals 122 basieren, auf den das Abstimmsignal 122 bei einer vorherigen Regelung oder im Mittel bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden des Signals 124 auf der ersten Frequenz geregelt wurde, während ein zweiter Referenzwert für eine zweite Frequenz auf dem Wert des Abstimmsignals 122 basieren kann, auf den das Abstimmsignal 122 bei einer vorherigen Regelung oder im Mittel bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden des Signals 124 auf der zweiten Frequenz geregelt wurde.
  • Mit anderen Worten, bei digitaler Regelung ist es möglich, frequenzabhängige Kalibrierungsdaten (Referenzwerte) zu speichern. Hierfür können am digitalen Regler 222 weitere Eingänge für die Sendefrequenz und den Sendzeitpunkt vorgesehen sein. Liegt die nächste Sendefrequenz zwischen den Kalibrierungsfrequenzen (Referenzfrequenzen) vergangener Zyklen, können daraus die erforderlichen Kalibrierungsdaten errechnet werden. Sind gespeicherte Daten (Referenzwerte) alt, oder weisen neuere Kalibrierungsdaten (Referenzwerte) auf eine Veränderung der Umwelteinflüsse hin, können mutmaßlich ungültige Daten verworfen werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Interpolation zwischen Frequenzen erfolgen, an denen bereits abgestimmt (z.B. kalibriert) wurde.
  • Bei Ausführungsbeispielen können Referenzwerte (z.B. Kalibrierwerte) verworfen werden, die schon lange her sind. Beispielsweise können die Referenzwerte jeweils mit einer zeitlichen Information versehen sein, die einen Rückschluss auf zumindest einem aus Erstellungszeitpunkt, Aktualisierungszeitpunkt, oder Alter zulässt, wobei Referenzwerte, dessen zeitlich Information einen vorgegebenen Wert erreichen, verworfen werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Abstimmung für die gewählte Frequenz vorgeladen (engl. preload) werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmung (z.B. Kalibrierung) beschleunigt werden.
    • 4. Empfang, genaue Abstimmung
  • Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 können auf der in Abschnitt 3 beschriebenen Vorrichtung 100, welche primär als Sender ausgebildet ist, basieren, und diese um einen Empfangsmodus erweitern. Natürlich können die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100, welche primär als Empfänger ausgebildet ist, auch für sich genommen Anwendung finden. Die Funktionsweise der Regelschleife 121 basiert hierbei ebenfalls auf den in oben Abschnitt 2 beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Fig. 31 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 100 (z.B. Empfänger oder Sendeempfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst eine magnetische Antenne 106 und eine Abstimmeinrichtung 120.
  • Die magnetische Antenne 106 weist eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife 108 und zumindest ein Abstimmelement 111 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 auf.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne 106 durch ein oder mehrere Kapazitätselemente 110 unterbrochen sein, wie dies oben in Abschnitt 1 ausführlich erläutert wurde, wobei das Abstimmelement 111 eines der Kapazitätselemente 110 sein kann. Alternativ kann das Abstimmelement 111 auch mit einem der Kapazitätselemente 110 verbunden sein, z.B. parallel zu einem der Kapazitätselemente 110 geschaltet sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Abstimmelement 111 eine variable Kapazität, wie z.B. eine Kapazitätsdiode oder ein antiparallel geschaltetes Kapazitätsdiodenpaar, und/oder eine schaltbare Kapazität, wie z.B. eine Kondensatorbank oder digital steuerbare Kondensatoren, aufweisen.
  • Die Abstimmeinrichtung 120 weist eine Regelschleife 121 (z.B. mit einem Regler und einem Messglied) auf, wobei die Regelschliefe 121 konfiguriert ist, um ein Abstimmsignal 122 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 bereitzustellen, und um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen.
  • Die Vorrichtung 100 ist dabei konfiguriert, um vor dem Empfang eines Empfangssignals 125 mit der magnetischen Antenne 106 ein Signal 124 zu senden, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen.
  • Das Signal 124 kann hierbei ein Daten aufweisendes Sendesignal sein, das dem Empfang des Empfangssignals 125 vorangeht, oder ein Testsignal, das vor dem Empfang des Empfangssignals gesendet wird, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 100 konfiguriert sein, um die Regelschleife 121 (z.B. Messglied und Regler) oder eine Komponente der Regelschleife (z.B. Messglied oder Regler) nur bei Bedarf (z.B. beim Senden eines Signals; z.B. kurz vor dem Senden des Signals bis kurz nach dem Senden des Signals oder bis erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne 106) zu aktivieren, d.h. von dem Ruhemodus (z.B. Energiesparmodus oder Power-Down-Modus) in den normalen Betriebsmodus zu versetzen, und ansonsten zu deaktivieren, d.h. von dem normalen Betriebsmodus in den Ruhemodus zu versetzen.
  • Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 konfiguriert sein, um die Regelschleife 121 oder die Komponente der Regelschleife 121 nur
    • während der Aussendung des Signals 124,
    • von Beginn der Aussendung des Signals 124 oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals 124 bis zu einem Ende der Aussendung des Signals 124 oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals 124, oder
    • von Beginn einer Aussendung des Signals 124 oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals 124 bis zu einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne 106
    von dem Ruhemodus in den normalen Betriebsmodus zu versetzen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung 120 konfiguriert sein, um das Abstimmsignal 122 (z.B. einen Wert des Abstimmsignals 122) ansprechend auf einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne 106 (z.B. ab oder kurz vor dem Wechsel der Regelschleife 121 oder der Komponente der Regelschleife 121 von dem normalen Betriebsmodus in den Ruhemodus) mittels eines Halteglieds zumindest bis zum Ende des Empfangs des Empfangssignals 125 zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die die Vorrichtung eine Sendeempfangseinrichtung 102 aufweisen, die mit der magnetischen Antenne 106 verbunden ist, wobei die Sendeempfangseinrichtung 102 konfiguriert sein kann, um das Signal 124 (z.B. Sendesignal und/oder Testsignal) mit der magnetischen Antenne 106 auszusenden, und wobei die Sendeempfangseinrichtung 102 konfiguriert sein kann, um das Empfangssignal 125 mit der magnetischen Antenne 106 zu empfangen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Sendeempfangseinrichtung 102 mit der magnetischen Antenne 106 kapazitiv gekoppelt sein, d.h. über eines der Kapazitätselemente 110.
  • Für den Empfang ist genau wie beim Senden eine genau abgestimmte magnetische Antenne 106 nötig, um
    1. a) möglichst viel Signalleistung aufzunehmen (Leistungsanpassung) bzw. ein Signal mit möglichst gutem SNR (SNR = Signal-Rausch-Verhältnis, engl. signal-to-noise ratio) zu erhalten (Rauschanpassung), und
    2. b) möglichst wenig Signalleistung aus Nachbarkanälen aufzunehmen.
  • Ein Abstimmen (z.B. Kalibrieren) der magnetischen Antenne 106 (Empfangsantenne) durch Rauschen oder Empfangssignale ist schwierig, da auch in Nachbarkanälen viel Signalleistung vorhanden sein kann. Daher kann die magnetische Antenne 106 bei Ausführungsbeispielen durch das Senden von Nutz- oder Testdaten kalibriert werden.
  • Bei Empfang ist im Allgemeinen eine Rauschanpassung erstrebenwert, welche durchaus eine Leistungsfehlanpassung zur Folge haben kann. Nur wenn zufällig auch die Rauscheingangsimpedanz des Empfängers 50 Ω reell wäre, wäre auch die Leistungsanpassung des Sendefalls optimal. Dies ist aber durchaus hilfreich, damit im Sende- und Empfangsfall nicht unterschiedliche Abstimmungen der magnetischen Antenne 106 erforderlich sind, sondern z.B. die gespeicherten Werte (z.B. Referenzwerte) übernommen werden können. Ziel ist also ein Empfänger, der am Eingang ein möglichst verlustarmes Anpassnetzwerk aufweist, welches die 50 Ω reell der abgestimmten magnetischen Antenne 106 auf die Rauscheingangsimpedanz des Empfängers transformiert. Bei beispielsweise 868 MHz ist diese i.a. nicht mehr rein reell, sondern schon komplex.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne 106 durch zumindest einen Sendezyklus vor einem Empfangszyklus bzw. mehreren Empfangszyklen abgestimmt werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Leistungsanpassung für den Empfang (des Empfangssignals 125) erfolgen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Rauschanpassung für den Empfang (des Empfangssignals 125) erfolgen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Anpassung so erfolgen, dass Störsignale gut unterdrückt werden.
    • 4.1 Zyklisches Kalibrieren zwischen den Empfangszyklen
  • Fig. 32 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung 100 (z.B. Empfänger oder Sendeempfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst die Sendeempfangseinrichtung 102, die magnetische Antenne 106 und die Abstimmeinrichtung 120 mit der Regelschleife 121 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106.
  • Wie in Fig. 32 beispielhalft zu erkennen ist, kann die Regelschleife 121 einen Regler 222, ein Stellglied 224 und ein Messglied 226 aufweisen, wobei das Stellglied 224 der Regelschleife 121 durch das Abstimmelement 111 implementiert sein kann, wie dies durch den Pfeil 228 angedeutet ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Sendeempfangseinrichtung 102 konfiguriert sein, um zeitlich synchronisiert zu der Aussendung des Signals 124 ein Aktivierungssignal 230 bereitzustellen, wobei die Abstimmeinrichtung 120 konfiguriert sein kann, um die Regelschleife 121 oder eine Komponente der Regelschleife 121, wie z.B. den Regler 222 und/oder das Messglied 226, ansprechend auf das Aktivierungssignal 230 zu aktivieren, d.h. von dem Ruhemodus in den normalen Betriebsmodus zu versetzen.
  • Das Aktivierungssignal 124 kann hierbei von der Sendeeinrichtung 102 nur
    • während der Aussendung des Signals 124,
    • von Beginn der Aussendung des Signals 124 oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals 124 bis zu einem Ende der Aussendung des Signals 124 oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals 124,
    • von Beginn einer Aussendung des Signals 124 oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals 124 bis zu einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne 106, oder
    • während einer Aussendung des Signals 124 (d.h. nach dem Beginn der Aussendung des Signals 124 bis zu dem Ende der Aussendung des Signals 124 oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals 124
    bereitgestellt werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Sendeempfangseinrichtung 102 konfiguriert sein, um nach erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne 106 ein Haltesignal 234 zumindest bis zum Ende des Empfangs des Empfangssignals 125 bereit zu stellen, wobei die Abstimmeinrichtung 120 konfiguriert sein kann, um das Abstimmsignal 122 (z.B. ein Wert des Abstimmsignals 122) ansprechend auf das Haltesignal 234 mittels des Halteglieds 223 zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  • Zeitliche Verläufe des von der Sendeeinrichtung 124 bereitgestellten Signals 124 (z.B. des in die magnetische Antenne 106 vorlaufenden Signals 124) und des Empfangssignals 125 sind in dem in Fig. 32 gezeigten Diagramm 250 gezeigt, während zeitliche Verläufe des Aktivierungssignals 230 und des Haltsignals 234 in den in Fig. 32 gezeigten Diagrammen 252 bzw. 254 zu erkennen sind.
  • Wie in den Diagrammen 250, 252 und 254 zu erkennen ist, kann zur Kalibrierung der magnetischen Antenne 106 in regelmäßigen Abständen (ein Signal 124) gesendet werden und anschließend der Wert des Abstimmsignals 122 (z.B. Kalibrierwert) gehalten werden. Hierbei kann eine Aktualisierungsrate der Abstimmung (z.B. Kalibrierung) (der magnetischen Antenne 106) sowohl an das Empfangssignal (z.B. Empfangswellenform; z.B. Zeit- und/oder Frequenzsprungmuster) (möglichst keine oder nur geringe Störung des Empfangs), als auch an die Geschwindigkeit, mit der sich die Umgebung verändert, angepasst werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann ein zyklisches Senden (eines Signals 124) zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 (z.B. zur Kalibrierung des Empfängers) auf einer Frequenz erfolgen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Anpassung der Abstimmzeitpunkte (z.B. Kalibrierzeitpunkte) an das Empfangssignal (z.B. Wellenform des Empfangssignals; z.B. Zeit- und/oder Frequenzsprungmuster) erfolgen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Anpassung der Abstimmhäufigkeit (z.B. Kaliberhäufigkeit) an die Veränderlichkeit der Umgebung erfolgen.
    • 4.2 Adaption der Aktualisierungsrate auf schnellere Umgebungsveränderungen
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 100 konfiguriert sein, um eine Rate des Sendens des Signals 124 (z.B. Testsignals) zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 dynamisch an Veränderungen der Umgebungsbedingungen anzupassen.
  • Während der Abstimmungsphasen (z.B. Kalibrierungsphasen) ist der Empfänger nicht verwendbar. Daher ist es sinnvoll die Abstimmzeit (z.B. Kalibrierungszeit) zu reduzieren (oder sogar zu minimieren). Wenn eine Zeitlang nur geringe Anpassungen an dem Wert des Abstimmsignals 122 (z.B. Stellspannung) nötig sind, kann die Abstimmrate (z.B. Kalibrierrate) verringert werden. Sind dagegen große Anpassungen an dem Wert des Abstimmsignals 122 (z.B. Stellspannung) nötig, kann die Abstimmrate (z.B. Kalibrierrate) erhöht werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Abstimmrate (z.B. Kalibrierrate) dynamisch an das Ausmaß der Umgebungsveränderung angepasst werden.
    • 4.3 Senden vor jedem Empfangszyklus
  • Fig. 33 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung 100 (z.B. Sender oder Sendeempfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst die Sendeeinrichtung 102 (z.B. Sender; z.B. Sendeempfangseinrichtung), die magnetische Antenne 106 und die Abstimmeinrichtung 120 mit der Regelschleife 121 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106.
  • Im Unterschied zu dem in Fig. 32 gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die Vorrichtung 100 das Empfangssignal 125 in gewissen Abständen auf (nur) einer Frequenz empfängt, ist die Vorrichtung 100 bei dem in Fig. 33 gezeigten Ausführungsbeispiel konfiguriert, um ein frequenzsprungbasiertes Empfangssignal 125 zu empfangen (siehe Diagramm 250 in Fig. 33).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 100 daher konfiguriert sein, um vor einem Empfang des Empfangssignals 125 auf einer anderen Frequenz ein Signal 124 (z.B. Sendesignal oder Testsignal) mit der magnetischen Antenne 106 auf der anderen Frequenz zu senden, um die magnetische Antenne 106 auf die andere Frequenz abzustimmen.
  • Um eine auf die aktuelle Situation und Empfangsfrequenz möglichst gut angepassten Wert des Abstimmsignals 122 (z.B. Abstimmspannung) einstellen zu können, ist es somit bei Ausführungsbeispielen möglich vor jeden Empfangszyklus eine Aussendung (eines Signals 124) zur Abstimmung (z.B. Kalibrierung) der magnetischen Antenne 106 durchzuführen. Die Sendeempfangseinrichtung 102 kann hierbei ein Signal 124 (z.B. Sendesignal oder Testsignal) bei der Empfangsfrequenz erzeugen. Sobald der Wert des Abstimmsignals 122 (z.B. Abstimmspannung) ermittelt wurde, kann diese vom Abtast-Halte-Glied 223 gehalten werden. Anschließend kann (das Empfangssignal 125) empfangen werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann vor dem Empfang (des Empfangssignals 125) auf einer neuen Frequenz ein Signal 124 (z.B. Testsignal) gesendet werden (d.h. eine Kalibriersendung durchgeführt werden).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Testsignal neben den eigentlichen Systemfrequenzen gesendet werden (d.h. die Kalibriersendung kann auf (z.B. dedizierten) Kalibrierfrequenzen durchgeführt werden).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Abstimmeinrichtung 120 (z.B. "Steller") signalisiert werden, wann (das Signal 124) gesendet wird, wobei ein Wert des Abstimmsignals 122 ansprechend auf einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne 106 mittels eines Abstast-Halte-Gliedes 223 gehalten werden kann.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Vorrichtung 100 das Zeit- und/oder Frequenzsprungmuster, basierend auf dem das Empfangssignal 125 übertragen wird, bekannt sein. Beispielsweise kann das Zeit- und/oder Frequenzsprungmuster fest vorgegeben sein. Alternativ kann das Empfangssignal 125 auch in der Zeit- und/oder Frequenz synchronisiert zu einem vorherigen Signal 124 (z.B. Sendesignal) übertragen werden. Zum Beispiel kann das Signal 124 ein Uplink-Signal sein, dass von der Vorrichtung 100, die z.B. ein Teilnehmer (z.B. Sensorknoten) eines Kommunikationssystems sein kann, zu einer Basisstation des Kommunikationssystems übertragen werden, wobei die Basisstation in der Zeit- und/oder Frequenz synchronisiert zu dem Uplink-Signal ein Downlink-Signal (=Empfangssignal) zu dem Teilnehmer überträgt. Da dem Teilnehmer das (relative) Zeit- und/oder Frequenzsprungmuster, basierend auf dem das Downlink-Signal übertragen wird, als auch der zeitliche Abstand und/oder Frequenzabstand zu dem vorangehenden Uplink-Signal bekannt ist, kann der Teilnehmer die genauen Empfangszeitpunkte und/oder Empfangsfrequenzen des Downlink-Signals ermitteln [7].
    • 4.4 Lernen der frequenzabhängigen Abstimmung zu Sendezeitpunkten
  • Fig. 34 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung 100 (z.B. Empfänger oder Sendeempfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst die Sendeempfangseinrichtung 102, die magnetische Antenne 106 und die Abstimmeinrichtung 120 mit der Regelschleife 121 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106.
  • Im Unterschied zu den in den Fig. 32 und 33 gezeigten Ausführungsbeispielen, umfasst die Abstimmeinrichtung 120 bei dem in Fig. 34 gezeigten Ausführungsbeispiel einen Microcontroller 123, wobei der Regler 222 der Regelschleife 121 in dem Microcontroller 123 implementiert ist. Bei Ausführungsbeispielen kann anstelle des Microcontrollers 123 auch ein ASIC als Steuereinheit verwendet werden.
  • Wie in Fig. 34 zu erkennen ist, kann der Microcontroller 123 einen Speicher 229 (z.B. Datenbank) aufweisen (oder alternativ mit einem externen Speicher (z.B. EEPROM) verbunden sein).
  • Bei Ausführungsbeispielen können in dem Speicher 229 Referenzwerte (z.B. Referenzspannungen oder digitale Referenzwerte des Abstimmsignals) für unterschiedliche Referenzfrequenzen hinterlegt sein, wobei der Microcontroller 123 konfiguriert sein kann, um in Abhängigkeit von einer Frequenz des zu empfangenen Empfangssignals 125 einen Abstimmwert des Abstimmsignals 122 basierend auf zumindest einem der Referenzwerte zu ermitteln, und um das Abstimmsignal 122 mit dem ermittelten Abstimmwert bereitzustellen, um die magnetische Antenne 106 für den Empfang des Empfangssignals 125 auf der Frequenz abzustimmen.
  • Beispielsweise können in dem Speicher 229 des Microcontrollers 123 ein erster Referenzwert für eine erste Frequenz, ein zweiter Referenzwert für eine zweite Frequenz, ein dritter Referenzwert für eine dritte Frequenz, usw. hinterlegt sein. Zum Empfang eines Empfangssignals 125 auf einer jeweiligen Frequenz (z.B. der zweiten Frequenz) kann zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 ein Abstimmsignal 122 mit einem Abstimmwert bereitgestellt werden, der auf dem Referenzwert für die jeweilige Frequenz (z.B. zweiter Referenzwert für die zweite Frequenz) basiert, beispielsweise gleich dem Referenzwert ist oder in Abhängigkeit eines Umweltparameters (z.B. Temperatur) und/oder eines Hardwareparameters (z.B. altersbedingter Drift) angepasst wird. Natürlich kann der Abstimmwert des Abstimmsignals 122 auch basierend auf einer Interpolation zwischen zwei oder mehreren Referenzwerten oder basierend auf einer Extrapolation basierend auf einem oder zwei Referenzwerten ermittelt werden, beispielsweise wenn eine Frequenz des zu empfangenen Signals 125 zwischen den Referenzfrequenzen zweier hinterlegter Referenzwerte liegt.
  • Die Frequenz des zu empfangenen Signals 125 und/oder ein Empfangszeitpunkt des zu empfangenen Signals 125 können dem Microcontroller 123 hierbei durch entsprechende Signalisierungssignale 236 und 237 signalisiert werden, wie dies in Fig. 34 beispielhaft gezeigt ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen können die Referenzwerte auf jeweiligen Werten des Abstimmsignals 122 basieren, auf die das Abstimmsignal 122 bei einer vorherigen Regelung oder (z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean) bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden eines Signals 124 auf der jeweiligen Referenzfrequenz hin geregelt wurde.
  • Beispielsweise kann ein erster Referenzwert für eine erste Frequenz auf dem Wert des Abstimmsignals 122 basieren, auf den das Abstimmsignal 122 bei einer vorherigen Regelung oder (z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean) bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden eines Signals 124 auf der ersten Frequenz geregelt wurde, während ein zweiter Referenzwert für eine zweite Frequenz auf dem Wert des Abstimmsignals 122 basieren kann, auf den das Abstimmsignal 122 bei einer vorherigen Regelung oder (z.B. im Mittel, Durchschnitt, Mean) bei einer Mehrzahl von vorherigen Regelungen beim Senden eines Signals 124 auf der zweiten Frequenz geregelt wurde.
  • Die Frequenz des Signals 124 und/oder ein Sendezeitpunkt des Signals 124 können dem Microcontroller 123 hierbei durch entsprechende Signalisierungssignale 232 und 233 signalisiert werden, wie dies in Fig. 34 beispielhaft gezeigt ist.
  • Wird die Vorrichtung 100 also im bidirektionalen Betrieb eingesetzt, können die Sendeperioden zur Abstimmung (z.B. Kalibrierung) der magnetischen Antenne 106 verwendet werden. Ist der nötige Wert des Abstimmsignals 122 (z.B. Abstimmspannung) aufgrund eines vorangegangen Sendvorgangs bekannt, kann der ermittelte Wert (z.B. die ermittelte Spannung) während der Empfangsphase eingestellt werden. Hierzu können die oben Abschnitt 3 beschriebenen Techniken zur Ermittlung des Abstimmsignals 122 angewandt werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Stellglied 224 dauerhaft oder braucht nicht oder vom Empfänger extra mit Stromversorgung geschalten werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann im Sendefall ein Lernen beim / durch Anpassen (der magnetischen Antenne 106) erfolgen, z.B. können im Sendefall Referenzwerte ermittelt werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann im Empfangsfall das gelernte angewendet werden, z.B. kann im Empfangsfall ein Wert des Abstimmsignals 122 basierend auf zumindest einen der im Sendefall ermittelten Referenzwerte ermittelt werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Interpolation zwischen Frequenzen, an denen bereits gesendet wurde, erfolgen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Abstimmeinrichtung 120 (z.B. Steller) signalisiert werden, wann (das Signal 124) gesendet wird.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Abstimmeinrichtung 120 (z.B. Steller) signalisiert werden, auf welcher von x Frequenzen gesendet bzw. empfangen wird.
    • 4.5 Kalibrieren in einem anderen Band
  • Fig. 35 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung 100 (z.B. Empfänger oder Sendeempfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst die Sendeempfangseinrichtung 102, die magnetische Antenne 106 und die Abstimmeinrichtung 120 mit der Regelschleife 121 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106.
  • Im Unterschied zu dem in Fig. 34 gezeigten Ausführungsbeispiel, ist die Vorrichtung 100 bei dem in Fig. 35 gezeigten Ausführungsbeispiel konfiguriert, um ein Empfangssignal 125 in einem Frequenzband (RX-Band) zu empfangen, das von der Vorrichtung 100 nicht zum Senden eines Signals 124 verwendet wird. Vielmehr liegt eine Frequenz des Empfangssignals 125 in einem ersten Frequenzband (RX-Band), während eine Frequenz des zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 gesendeten Signals 124 in einem zweiten Frequenzband (z.B. Kalibrierband) liegt, wobei das erste Frequenzband und das zweite Frequenzband unterschiedlich sind, z.B. aneinander angrenzen, wie dies im Diagramm 250 in Fig. 33 beispielhaft angedeutet ist, oder voneinander beabstandet sind.
  • In dem Speicher 229 des Microcontrollers 123 kann zumindest ein Referenzwert (z.B. zumindest eine Referenzspannung oder zumindest ein digitaler Referenzwert des Abstimmsignals 122) für zumindest eine Referenzfrequenz hinterlegt sein, wobei die Referenzfrequenz nicht im ersten Frequenzband (RX-Band liegt), sondern im zweiten Frequenzband liegt.
  • Der Microcontroller 123 kann daher konfiguriert sein, um einen Abstimmwert des Abstimmsignals 122 in Abhängigkeit von der Frequenz des zu empfangenen Signals 125 von zumindest einem des zumindest einen Referenzwerts unter Berücksichtigung der jeweiligen Referenzfrequenz abzuleiten (z.B. durch Interpolation), und um das Abstimmsignal 122 mit dem ermittelten Abstimmwert bereitzustellen, um die magnetische Antenne 106 für den Empfang des zu empfangenen Signals 125 auf der Frequenz abzustimmen.
  • Um den Empfang im eigenen Band nicht zu stören oder bei Frequenzduplexverfahren, kann (das Signal 124) auf einer anderen Frequenz gesendet werden. Beispielsweise in einem Kanal oder zwei benachbarten Kanälen. Aus den Phasenwerten können Rückschlüsse auf die Umgebungsbeschaffenheit und den daraus resultierenden Korrekturwert gezogen werden. Anschließend kann die magnetische Antenne 106 auf die Empfangsfrequenz abgestimmt (z.B. kalibriert) werden. Dies kann ggf. in einer Kalibriertabelle abgelegt werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann (das Signal 124) in einem anderen Frequenzband gesendet werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Abstimmung (z.B. Kalibrierung) der magnetischen Antenne 106 auf einer anderen Frequenz erfolgen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Korrektur des Referenzwertes (z.B. Kalibrierwertes) auf die Zielfrequenz erfolgen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Interpolation des Referenzwertes (z.B. Kalibrierwertes) für den Empfangskanal erfolgen.
    • 4.6 Reduktion der Abstrahlung während der Kalibrierungsphase
  • Fig. 36 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung 100 (z.B. Empfänger oder Sendeempfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst die Sendeempfangseinrichtung 102, die magnetische Antenne 106 und die Abstimmeinrichtung 120 mit der Regelschleife 121 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106.
  • Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen aus Fig. 31 bis 35, bei denen das Signal 124 mit der magnetischen Antenne 106 selbst gesendet wird, ist die Sendempfangseinrichtung 102 bei dem in Fig. 36 gezeigten Ausführungsbeispiel konfiguriert, um das Signal 124 (z.B. Testsignal) mit einer Koppelschleife 128, die mit der magnetischen Antenne 106 gekoppelt ist, zu senden, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen.
  • Die Abstimmeinrichtung 120 kann hierbei konfiguriert sein, um das Abstimmsignal 122 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 in Abhängigkeit von einer Phasenbeziehung zwischen dem in die Koppelschleife 128 vorlaufenden Signal 124 und einem Phasensignal bereitzustellen, wobei das Phasensignal ein mittels der magnetischen Antenne 106 aus der Koppelschleife 128 ausgekoppeltes Signal ist.
  • Beispielsweise kann die Abstimmeinrichtung 120 konfiguriert sein, um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um eine Phasendifferenz zwischen des in die Koppelschleife 128 vorlaufenden Signals 124 und dem Phasensignal auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Um während der Abstimmphase (z.B. Kalibrierungsphase) das verwendete Frequenzband nicht zu stören, kann die Koppelschleife 128 als Sendeschleife verwendet werden. Die magnetische Antenne 106 kann hierbei als Koppelschleife verwendet werden, um so die Phasenschätzung (siehe Abschnitt 2) vorzunehmen.
  • Alternativ kann zur Reduzierung einer Störung des verwendeten Frequenzbands auch über die magnetische Antenne 106, allerdings mit reduzierter Leistung, gesendet werden. Um die reduzierte Leistung zu kompensieren, kann das mittels der Koppelschleife 128 aus der magnetischen Antenne 106 ausgekoppelte Signal für den Abstimmfall mittels eines Verstärkers verstärkt werden, der nur während der Abstimmphase (z.B. Kalibrierphase; z.B. ansprechend auf das Aktivierungssignal 230) eingeschalten wird.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Sendeempfangseinrichtung 102 (oder ein separater Kalibrierungssender) mit der Koppelschleife 128 verbunden sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Signal 124 (Kalibriersignal) über die magnetische Antenne 106 empfangen werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Abstimmung (z.B. Kalibrierung) durch Senden (des Signals 124) mit der magnetischen Antenne 106 (d.h. auf der Hauptschleife) mit weniger Leistung erfolgen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann ein einschaltbarer Verstärker mit der Koppelschleife 128 verbunden sein, um für den Abstimmfall (z.B. Kalibrierfall; z.B. ansprechend auf das Aktivierungssignal) das Senden mit weniger Leistung zu kompensieren
    • 5. Breitbandiger Empfang
  • Wird die magnetische Antenne 106 in einem frequenzsprungbasierten Kommunikationssystem zum Senden eingesetzt, dann kann die magnetische Antenne 106 für jeden Sprung (engl. hop) auf die jeweilige Sendefrequenz abgestimmt werden, wie dies oben beschrieben wurde.
  • Wird die magnetische Antenne 106 in dem frequenzsprungbasierten Kommunikationssystem oder aber auch in einem nicht frequenzsprungbasierten Kommunikationssystem jedoch zum Empfangen verwendet, so kann es sein, dass ein breitbandigerer Empfang erforderlich ist, z.B. um Signale von mehreren Sendern gleichzeitig zu empfangen oder weil dem Empfänger nicht bekannt ist, auf welcher Frequenz ein (z.B. frequenzsprungbasierter) Sender aktuell ein Signal zum Empfänger sendet.
    • 5.1 Verschlechterung der Güte der Schleife der magnetischen Antenne
  • Fig. 37 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst die Empfangseinrichtung 102 (oder Sendeempfangseinrichtung), die magnetische Antenne 106 und die Abstimmeinrichtung 120 mit der Regelschleife 121.
  • Wie in Fig. 37 zu erkennen ist, kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne einen Widerstand 270 aufweisen, um eine Güte der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 zu reduzieren. Der Widertand 270 kann z.B. ein variabler Widertand sein, wobei ein Widerstandswert des variablen Widerstands von der Abstimmeinrichtung 120 gesteuert werden kann.
  • Durch einen Widerstand im der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 kann also dessen Güte begrenzt und so die Bandbreite erhöht werden. Der Widerstand in der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 macht dessen Resonanzkurve zwar breitbandiger, würde aber auch eine andere Lastanpassung erfordern. Die beiden Kondensatoren (z.B. Anpassungskondensatoren) am Einspeisepunkt der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 sollen aus praktikablen Gründen allerdings nicht veränderlich ausgeführt werden (Hinweis: Über die Anpassungskondensatoren erfolgt die kapazitive Ankopplung der magnetischen Antenne 106. Beispielsweise können die Anpassungskondensatoren jeweils zwischen einem Antennenanschluss der magnetischen Antenne 106 (oder unterschiedlichen Leitern eines Antennenkabels) und einem Anschluss eines der Kapazitätselemente 110 geschaltet sein). Alternativ könnte anstelle der Einbringung zusätzlicher Verluste in die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 die Lastanpassung verstimmt werden (z.B. den Abstimmkondensator nach Masse kurzschließen). Dann wäre die magnetische Antenne 106 auch breitbandiger aber z.B. mit s11 = 0,3...0,5 fehlangepasst. Dieses ergibt ein besseres SNR (SNR = signal-to-noise ratio, Signal-Rausch-Verhältnis) als zusätzliche Verluste in der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106.
  • Falls mit Verlusten gearbeitet werden soll, so wäre ein aktiver Widerstand besser. Beispielsweise kann ein rauscharmer 50 Ω Sumpf implementiert werden, der nach außen hin 50 Ω darstellt, aber wesentlich weniger Rauchleistung einbringt als ein 50 Ω Widerstand.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann ein breitbandigerer Empfang aufgrund von einer magnetischen Antenne 106 mit geringer Güte erfolgen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Güte der magnetischen Antenne 106 durch einen Widerstand in der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 reduziert werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Güte der magnetischen Antenne 106 durch einen aktiven Widerstand (Sumpf) in der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 reduziert werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne 106 nicht ideal angepasst werden, so dass sich die Anpassung der magnetischen Antenne 106 über die Frequenz weniger ändert als bei einer idealen Anpassung.
    • 5,2 Abstimmung bei Empfang auf Bandmitte
  • Beim Senden kann die magnetische Antenne 106 (z.B. genau passend) auf die jeweilige Sendefrequenz abgestimmt werden, beim Empfang kann die magnetische Antenne auf die Bandmitte abgestimmt werden. Beispielsweise indem ein Testsignal (z.B. Kalibrierton) auf der Mitte des Empfangsspektrums gesendet wird und der resultierende Wert des Abstimmsignals (z.B. Abstimmspannung), wie oben beschrieben, für den Empfang gehalten wird.
    • 6. Empfangsabstimmung ohne Kalibrieraussendung
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Aussendung eines Signals 124 (z.B. Sendesignal oder Testsignal) erforderlich, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele ermöglichen eine Abstimmung der magnetischen Antenne 106 für reinen Empfang ohne dass eine Aussendung eines Signals 124 erforderlich ist.
  • Fig. 38 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 100 (z.B. Empfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Empfangseinrichtung 102, eine magnetische Antenne 106 und eine Abstimmeinrichtung 120.
  • Die Empfangseinrichtung 102 ist mit der magnetischen Antenne 106 verbunden und konfiguriert, um ein Empfangssignal 125 mit der magnetischen Antenne 106 zu empfangen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Empfangseinrichtung 102 mit der magnetischen Antenne 106 kapazitiv gekoppelt sein, d.h. über eines der Kapazitätselemente 110.
  • Die Abstimmeinrichtung 120 weist eine Regelschleife 121 auf, die konfiguriert ist, um ein Abstimmsignal 122 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106 bereitzustellen, und um das Abstimmelement 111 mit dem Abstimmsignal 122 anzusteuern, um die magnetische Antenne 106 abzustimmen.
  • Die Abstimmeinrichtung ist hierbei konfiguriert, um das Abstimmsignal 122 (z.B. Stellgröße) und/oder ein Eingangssignal 146 (z.B. Rückführung) eines Reglers 222 der Regelschleife 121 mit einem Hilfssignal 240 (z.B. Wobbelsignal) zu beaufschlagen, wobei das Hilfssignal 240 zyklisch variiert (z.B. zwischen zwei einstellbaren Endwerten), wobei die Abstimmeinrichtung 120 konfiguriert ist, um einen Wert des Abstimmsignals 122 in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen einem Wert des Hilfssignals 240 und einem Empfangsparametersignal 242, das einen Parameter (z.B. Empfangsleistung oder Empfangsqualität) des Empfangssignals 125 beschreibt, anzupassen. Bei Ausführungsbeispielen können das Abstimmsignal 122 und das Eingangssignal 146 des Reglers 222 natürlich auch mit leicht unterschiedlichen Hilfssignalen 146 beaufschlagt werden. Das Abstimmsignal 122 kann also mit einem ersten Hilfssignal beaufschlagt werden, während das Eingangssignal 146 mit einem zweiten Hilfssignal beaufschlagt werden, wobei das erste Hilfssignal und das zweite Hilfssignal (leicht) unterschiedlich sind.
  • Das Hilfssignal 240 kann beispielsweise von einem Signalgenerator 241 der Abstimmeinrichtung 120 bereitgestellt werden, wie dies in Fig. 38 angedeutet ist.
    • 6.1 Abstimmung durch Wobbelsignal auf Abstimmspannung
  • Fig. 39 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung 100 (z.B. Empfänger; z.B. Teilnehmer oder Basisstation), gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst die Empfangseinrichtung 102, die magnetische Antenne 106 und die Abstimmeinrichtung 120 mit der Regelschleife 121 zur Abstimmung der magnetischen Antenne 106.
  • Die Regelschleife 121 umfasst den Regler 222 und ein Stellglied 224, wobei das Stellglied 224 der Regelschleife 121 durch das Abstimmelement 111 implementiert sein, wie dies durch den Pfeil 228 in Fig. 39 angedeutet ist.
  • Wie bereits in Bezug auf Fig. 38 ausgeführt wurde, kann das Eingangssignal 146 des Reglers 222 und/oder das von dem Regler 222 bereitgestellte Abstimmsignal 122 mit einem Hilfssignal (z.B. Wobbelsignal) beaufschlagt werden, welches beispielsweise von einem Signalgenerator 241 (z.B. Wobbelgenerator) der Abstimmeinrichtung 120 bereitgestellt werden kann. Bei Ausführungsbeispielen können das Abstimmsignal 122 und das Eingangssignal 146 des Reglers 222 natürlich auch mit leicht unterschiedlichen Hilfssignalen 146 beaufschlagt werden. Das Abstimmsignal 122 kann also mit einem ersten Hilfssignal beaufschlagt werden, während das Eingangssignal 146 mit einem zweiten Hilfssignal beaufschlagt werden, wobei das erste Hilfssignal und das zweite Hilfssignal (leicht) unterschiedlich sind.
  • Die Abstimmeinrichtung 120 kann hierbei konfiguriert sein, um das Hilfssignal 240 und das von der Empfangseinrichtung 102 in Abhängigkeit von dem Empfangssignal 125 bereitgestellte Empfangsparametersignal 242, das einen Verlauf des Empfangsparameters beschreibt, zu kombinieren (z.B. mittels eines Kombinierers 245, z.B. Korrelators oder Multiplizierers), um ein kombiniertes Signal 244 zu erhalten, wobei die Abstimmeinrichtung 120 konfiguriert sein kann, um einen Wert des Abstimmsignals 122 in Abhängigkeit von dem kombinierten Signal 244 oder einer (z.B. mittels eines Tiefpassfilters 246) gefilterten Version des kombinierten Signals 244 anzupassen, um die Resonanzfrequenz der magnetischen Antenne 106 auf einen vorgegebenen Wert hin zu regeln.
  • Das Eingangssignal 146 des Reglers kann hierbei das kombinierte Signal 244 oder die gefilterte Version des kombinierten Signals 244 sein.
  • Beispielsweise kann auf die Abstimmspannung 122 (oder alternativ auf das Eingangssignal 146 des Reglers 222) ein Wobbelsignal 240 gegeben werden, indem das Wobbelsignal 240 auf die Spannung des Stellgliedes 224 addiert wird. Dadurch wird die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 mit dem Takt des Wobbelsignals 240 verstimmt. Die Empfangseinrichtung 102 (z.B. Empfänger) kann (z.B. in Abhängigkeit von dem Empfangssignal 125) ein Signal 242 (Empfangsparametersignal) bereitstellen, welches der Empfangsleistung im gewünschten Empfangsbereich entspricht, sobald ein Empfangssignal 125 empfangen wird. Anstelle der Empfangsleitung kann alternativ das SNR (SNR = signal-to-noise ratio, Signal-Rausch-Verhältnis) des Empfangssignals 125 verwendet werden. Dieses Signal 242 wird in einem Modul 244 mit dem Wobbelsignal 240 kombiniert (z.B. korreliert), z.B. durch die Multiplikation des Wobbelsignals 240 mit dem Empfangsparametersignal 242 der Empfangseinrichtung 102 (z.B. Empfänger). Das kombiniete Signal 244 (z.B. Korrelationssignal) kann gefiltert werden. Dadurch ergibt sich ein Rückführsignal 146, welches mit den oben beschriebenen Methoden über einen Regler 222 auf das Stellglied 224 gegeben werden kann, wodurch die magnetische Antenne 106 abgestimmt werden kann.
    • 6.2 Erhöhung der Empfindlichkeit durch Optimalfilter
  • Wenn nicht durch eine Aussendung eines Signals 124 abgestimmt werden kann, dann wird bei Ausführungsbeispielen das Empfangssignal ausgewertet, entweder hinsichtlich Leistung oder bevorzugt hinsichtlich SNR (SNR = signal-to-noise ratio, dt. Signal-Rausch-Verhältnis). Damit nicht Signale im Nachbarkanal mitbewertet werden, wird die Signalleistung nach dem Kanalfilter bewertet. Damit das bei einem sehr schwachen Empfangssignal 125 noch funktioniert, kann bei manchen Ausführungsbeispielen sichergestellt werden, dass die magnetische Antenne 160 nicht zu weit verstimmt ist, sodass das Signal noch detektierbar ist. Dies kann z. B. geschehen, indem das Abstimmsignal 122 (z.B. Abstimmspannung) aus einer Abstimmtabelle (z.B. Kalibriertabelle) übernommen wird. Diese kann z.B. der Wert sein, der als letztes beim Empfang auf dieser Frequenz verwendet wurde. Die Abstimmtabelle kann auch werkseitig erstellt und regelmäßig adaptiert werden. Bei Empfangsfrequenzen, für die kein Wert vorliegt, kann interpoliert oder extrapoliert werden. Sobald im Kanal ausreichend Signalleistung empfangen wird, kann die genaue Abstimmung der magnetischen Antenne 106 erfolgen. Hierzu ist eine Regelstrategie erforderlich, die es ermöglicht, die magnetische Antenne 106. Beispielsweise kann durch leichtes Hin- und Herstimmen (Wobbeln) der Abstimmspannung herausgefunden werden, in welche Richtung die Abstimmung zu erfolgen hat.
  • Bei einer verstimmten magnetischen Antenne wird an Empfindlichkeit verloren, so dass Signale, die bei (z.B. optimal) abgestimmter Antenne 106 noch empfangen werden können, keinen ausreichenden Pegel zur Abstimmung bereitstellen. Diese Empfindlichkeit kann z.T. wiedergewonnen werden, wenn einem Sendesignal eine bekannte Präambel vorangestellt wird, die durch Korrelation (z.B. mit einem Optimalfilter) detektiert werden kann.
    • 6.3. Zyklisches Abstimmen durch den gesamten Abstimmbereich bis Empfangssignal detektiert ist
  • Bei Ausführungsbeispielen kann auch die Abstimmspannung zyklisch über den gesamten (nutzbaren) Bereich durchgestimmt und danach die Signalleistung oder das SNR (falls möglich) innerhalb des Kanalfilters ausgewertet werden. Wird im Kanal ein Signalpegel detektiert, der oberhalb einer bestimmten Schwelle liegt, der zum Empfang ausreicht, kann dies als Abstimmwert verwendet werden und konstant gehalten werden. Ggf. kann wiederholt in einem engeren Abstimmbereich abgestimmt werden, um eine bessere Abstimmung oder das Optimum zu finden. Der Signalanfang - bis eine ausreichende Abstimmung erfolgt ist - geht evtl. verloren, was bei schnellem Wobbeln gegenüber der Symboldauer, bei gutem Fehlerschutz oder einer kurzen Präambel kein Problem wäre. Bei Ausführungsbeispielen ist auch ein Einstellen auf den Maximalwert der Signalleistung oder des SNR möglich.
    • 6.4. Abstimmung auf definierte Pilottöne und -sequenzen
  • Um ein schnelles Vor-Abstimmen der magnetischen Antenne 106 zu ermöglichen, können in zeitlicher Abfolge und Frequenz vordefinierte Pilottöne/Pilottonsequenzen/Pilotsignale von einer Gegenstelle (ein anderer Sender) ausgesendet werden.
  • Diese können so gewählt werden, dass sich Abstimmwerte für das gesamte Nutzband, wie in Abschnitt 5.2 beschrieben, rechnerisch durch Interpolation ermitteln lassen. Die genaue Lage der Pilotsignale kann beispielsweise über eine ID des Senders oder der Vorrichtung 100 abgeleitet werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Abstimmsignal mit einem Hilfssignal (z.B. Wobbelsignal) beaufschlagt werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Korrelation des Hilfssignals mit einem Empfangsparameter, wie z.B. der Empfangsleistung des Empfängers, durchgeführt werden. Hierbei kann die Leistung berechnet werden als Leistung im gewünschten Empfangsbereich des Empfängers.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine Korrelation auf eine Präambel im Empfangssignal erfolgen, um die Detektion bei noch nicht abgestimmter magnetischer Antenne 106 zu verbessern.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann als Korrelation eine Multiplikation verwendet werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Korrelationssignal gefiltert werden und als Rückführsignal in einen Regelkreis verwendet werden.
    • 7. Weitere Ausführungsbeispiele
  • Fig. 40 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zum Abstimmen einer magnetischen Antenne, wobei die magnetische Antenne eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife und zumindest ein Abstimmelement zur Abstimmung der magnetischen Antenne aufweist. Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 302 des Erzeugens eines Abstimmsignals zur
  • Abstimmung der magnetischen Antenne mittels einer Regelschleife. Ferner umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 304 des Ansteuerns der magnetischen Antenne mit dem Abstimmsignal, um die magnetische Antenne abzustimmen, wobei die Regelschleife oder eine Komponente der Regelschleife nur bei Bedarf von einem Ruhemodus in einen normalen Betriebsmodus versetzt wird.
  • Fig. 41 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 310 zum Abstimmen einer magnetischen Antenne, wobei die magnetische Antenne eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife und zumindest ein Abstimmelement zur Abstimmung der magnetischen Antenne aufweist. Das Verfahren 310 umfasst einen Schritt 312 des Empfangens eines Empfangssignals mit der magnetischen Antenne. Ferner umfasst das Verfahren 310 einen Schritt 314 des Ermittelns eines Empfangsparameters des Empfangssignals. Ferner umfasst das Verfahren 310 einen Schritt 316 des Erzeugens eines Abstimmsignals zur Abstimmung der magnetischen Antenne mittels einer Regelschleife. Ferner umfasst das Verfahren 310 einen Schritt 318 des Ansteuerns der magnetischen Antenne mit dem Abstimmsignal, um die magnetische Antenne abzustimmen. Ferner umfasst das Verfahren 310 einen Schritt 320 des Beaufschlagens des Abstimmsignals oder eines Eingangssignal eines Reglers der Regelschleife mit einem Hilfssignal, wobei das Hilfssignal zyklisch variiert, wobei ein Wert des Abstimmsignals in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen einem Wert des Hilfssignals und des Empfangsparameters angepasst wird.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen (z.B. selbstabstimmende) magnetische Antennen für z. B. Sensorknoten. Mit dem IoT, dem Internet der Dinge (engl. Internet of Things) wächst die Anzahl der drahtlos kommunizierenden Sensorknoten. Hierbei werden auch immer stärkere Anforderungen an einen kleinen Formfaktor und eine einfache Handhabbarkeit gestellt. Diese Anforderungen können mit bestehenden elektrischen Antennen nur schlecht erfüllt werden. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen es magnetische Antennen in Sensorknoten einzusetzen und somit die vorgenannten Anforderungen zu erfüllen.
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele können in einem Kommunikationssystem, wie es Beispielsweise im ETSI Standard TS 103 357 [7] spezifiziert ist, Anwendung finden. Natürlich können die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele auch in anderen Kommunikationssystemen Anwendung finden, wie z.B. WLAN, Bluetooth, ZigBee, usw.
  • Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, die in Kombination mit den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen oder aber auch für sich allein genommen angewendet werden können.
  • Ausführungsbeispiele schaffen einen Teilnehmer eines drahtlosen Kommunikationssystems, wobei der Teilnehmer eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung [z.B. einen Transmitter, Receiver oder Transceiver] und eine mit der Sende- und/oder-Empfangseinrichtung verbundene Antennenanordnung aufweist, wobei die Antennenanordnung eine magnetische Antenne mit einer einfach oder mehrfach [z.B. zumindest zweifach] unterbrochenen [z.B. unterteilten] Schleife [z.B. Stromschleife] aufweist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife durch ein oder mehrere Kapazitätselemente [z.B. Kondensatoren, Kapazitätsdioden] unterbrochen [z.B. unterteilt] sein.
  • Beispielsweise kann die Schleife der magnetischen Antenne durch zumindest zwei Kapazitätselemente [z.B. zumindest zweifach] unterbrochen sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die mehrfach unterbrochene Schleife durch die Kapazitätselemente in zumindest zwei Segmente unterbrochen [z.B. unterteilt] sein.
  • Beispielsweise kann die Schleife durch n Kapazitätselemente in n Segmente unterteilt sein, wobei n eine natürliche Zahl größer gleich zwei ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen können die zumindest zwei Segmente der mehrfach unterbrochenen Schleife durch die Kapazitätselemente verbunden sein.
  • Beispielsweise können die zumindest zwei Segmente der mehrfach unterbrochenen Schleife und die zumindest zwei Kapazitätselemente in Reihe geschaltet sein. Mit anderen Worten, jeweils zwei Segmente der mehrfach unterbrochenen Schleife können durch jeweils ein Kapazitätselement, das in Reihe zwischen den zwei Segmenten geschaltet ist, verbunden sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen können die einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife [z.B. die zumindest zwei Segmente der Schleife] und die Kapazitätselemente einen Schwingkreis bilden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife eine Spule bilden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Sende- und/oder Empfangseinrichtung mit der magnetischen Antenne über eines der Kapazitätselemente verbunden sein [z.B. wobei das eine Kapazitätselement und die einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife [z.B. mit den anderen Kapazitätselementen] einen Parallelschwingkreis bilden].
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife ringförmig oder m-eckförmig ist, wobei m eine natürliche Zahl größer gleich vier ist.
  • Beispielsweise kann die Schleife viereckförmig, fünfeckförmig, sechseckförmig, siebeneckförmig, achteckförmig, neuneckförmig, zehneckförmig, elfeckförmig, zwölfeckförmig usw. sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne auf einer Leiterplatte implementiert [z.B. realisiert] sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung eine Abstimmungsschaltung zur Abstimmung der magnetischen Antenne aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen können die Abstimmungsschaltung und die magnetische Antenne auf der gleichen Leiterplatte implementiert sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne eine erste magnetische Antenne sein, wobei die Antennenanordnung ferner eine zweite magnetische Antenne aufweisen kann, wobei die einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife der ersten magnetischen Antenne und eine Schleife der zweiten magnetische Antenne im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet sind.
  • Beispielsweise können eine durch die einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife der ersten magnetischen Antenne aufgespannte erste Fläche und eine durch die Schleife der zweiten magnetischen Antenne aufgespannte zweite Fläche orthogonal zueinander sein.
  • Beispielsweise können eine Hauptabstrahlrichtung/Hauptempfangsrichtung der ersten magnetischen Antenne und eine Hauptabstrahlrichtung/Hauptempfangsrichtung der zweiten magnetischen Antenne orthogonal zueinander sein.
  • Beispielsweise können eine Nullstelle der ersten magnetischen Antenne und eine Nullstelle der zweiten magnetischen Antenne unterschiedlichen sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine aufgespannte Fläche der Schleife der zweiten magnetischen Antenne zumindest um den Faktor zwei [z.B. um den Faktor drei, vier, fünf, oder zehn] kleiner sein als eine aufgespannte Fläche der Schleife der ersten magnetischen Antenne.
  • Beispielsweise kann die Schleife der zweiten magnetischen Antenne "plattgedrückt" sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife der zweiten magnetischen Antenne nicht rund ausgeführt sein, um sich einer Form des Gehäuses des Teilnehmers anzupassen.
  • Beispielsweise kann die Schleife der zweiten magnetischen Antenne im Wesentlichen rechteckförmig sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen können die erste magnetische Antenne und die zweite magnetische Antenne benachbart zueinander angeordnet sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann ein Leiter der Schleife der zweiten magnetischen Antenne zumindest um den Faktor zwei [z.B. um den Faktor drei, vier oder fünf] dicker oder breiter ist als ein Leiter der Schleife der ersten magnetischen Antenne.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife der zweiten magnetischen Antenne mehrfach unterbrochen sein.
  • Beispielsweise kann die Schleife der zweiten magnetischen Antenne durch zumindest zwei Kapazitätselemente [zumindest zweifach] unterbrochen sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um eine der magnetischen Antennen der Antennenanordnung [z.B. die erste magnetische Antenne oder die zweite magnetische Antenne] zu deaktivieren, um eine Strahlungscharakteristik [z.B. Abstrahlrichtung oder Empfangsrichtung; z.B. Hauptkeule] der Antennenanordnung zu verändern.
  • Beispielsweise kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um eine Strahlungscharakteristik [z.B. Abstrahlrichtung oder Empfangsrichtung; z.B. Hauptkeule] der Antennenanordnung durch Deaktivieren einer der magnetischen Antennen der Antennenanordnung [z.B. der ersten magnetischen Antenne oder der zweiten magnetischen Antenne] zu verändern.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine der magnetischen Antennen der Antennenanordnung durch Verstimmen der jeweiligen magnetischen Antenne [z.B. der ersten magnetischen Antenne oder der zweiten magnetischen Antenne] deaktiviert werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann eine der magnetischen Antennen der Antennenanordnung durch Parallelschalten einer Spule zu einem der Kapazitätselemente der Schleife der jeweiligen magnetischen Antenne [z.B. der ersten magnetischen Antenne oder der zweiten magnetischen Antenne] deaktiviert werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um ein Abstrahlverhältnis der Antennenanordnung durch Verstimmen der Eigenresonanz zumindest einer der zwei magnetischen Antennen [z.B. der ersten magnetischen Antenne oder der zweiten magnetischen Antenne] zu verändern.
  • Bei Ausführungsbeispielen können die erste magnetische Antenne und die zweite magnetische Antenne phasenverschoben [z.B. um 90°] angesteuert werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um ein zu übertragenes Datenpaket [z.B. der Bitübertragungsschicht] auf eine Mehrzahl von Sub-Datenpaketen aufzuteilen und um die Mehrzahl von Sub-Datenpaketen nicht zusammenhängend zu senden [z.B. unter Verwendung eines Zeit- und/oder Frequenzsprungverfahrens), wobei der Teilnehmer ausgebildet sein kann, um die Strahlungscharakteristik der Antennenanordnung zumindest einmal zwischen der Aussendung zweier Sub-Datenpakten zu verändern.
  • Beispielsweise kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um die Strahlungscharakteristik der Antennenanordnung nach jedem ausgesendeten Sub-Datenpaketen oder nach einer vorgebenden Anzahl von Sub-Datenpaketen zu verändern [z.B. durch deaktivieren der jeweils anderen magnetischen Antenne der Antennenanordnung].
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um ein zu übertragenes Datenpaket [z.B. der Bitübertragungsschicht] auf eine Mehrzahl von Sub-Datenpaketen aufzuteilen und um die Mehrzahl von Sub-Datenpaketen nicht zusammenhängend unter Verwendung eines Frequenzsprungverfahrens [z.B. und Zeitsprungverfahrens] zu senden, wobei die Resonanzfrequenzen der ersten magnetischen Antenne und der zweiten magnetischen Antenne absichtlich etwas verstimmt sein können, so dass bei der Aussendung der Mehrzahl von Subdatenpaketen bedingt durch die durch das Frequenzsprungmuster definierten Frequenzen eine Strahlungscharakteristik [z.B. Abstrahlrichtung; z.B. Hauptkeule] der Antennenanordnung variiert.
  • Beispielsweise kann die Resonanzfrequenz der ersten magnetischen Antenne und/oder der zweiten magnetischen Antenne in einem Größenbereich verstimmt werden, der der reziproken Güte entspricht. Bei einer Güte von Q = 100 kann die Verstimmung in einem Fenster von nicht mehr als +/- 1 % erfolgen, weil bei noch stärkerer Verstimmung dann kaum mehr Leistung raus geht.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung eine Abstimmeinrichtung zum Abstimmen der magnetischen Antenne aufweisen, wobei die Antennenanordnung ausgebildet ist, um die Antenne automatisch abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung ferner eine elektrische Antenne aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Sende- und/oder Empfangseinrichtung eine Sendeeinrichtung [z.B. Transmitter], eine Empfangseinrichtung [z.B. Receiver] oder eine Sendeempfangseinrichtung [Transceiver] sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um im ISM Band zu kommunizieren.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer ein Endpunkt des Kommunikationssystems sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Endpunkt ein Sensorknoten oder Aktorknoten sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Endpunkt batteriebetrieben sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Endpunkt ein Energy Harvesting Element zur elektrischen Energiegewinnung aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer eine Basisstation des Kommunikationssystems sein.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Kommunikationssystem mit zumindest zwei der hierin beschriebenen Teilnehmer.
  • Beispielsweise kann es sich bei den zumindest zwei Teilnehmern um einen oder mehrere Endpunkte [z.B. eine Vielzahl von Endpunkten] und eine oder mehrere Basisstation handeln. Natürlich kann es sich bei den zumindest zwei Teilnehmern auch um zumindest zwei Endpunkte oder Basisstationen handeln.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Betreiben eines Teilnehmers eines Kommunikationssystems, wobei der Teilnehmer eine Antennenanordnung aufweist, wobei die Antennenanordnung eine magnetische Antenne mit einer einfach oder mehrfach unterbrochenen Schleife aufweist. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens und/oder Empfangens von Kommunikationssignalen unter Verwendung der magnetischen Antenne.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Teilnehmer (z.B. einen Endpunkt) eines Kommunikationssystems mit einer magnetischen Antenne.
  • Ausführungsbeispiele schaffen eine Antennenanordnung mit einer magnetischen Antenne und einer Abstimmeinrichtung. Die magnetische Antenne umfasst eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife und zumindest ein Abstimmelement [z.B. ein variabler Kondensator oder eine Kapazitätsdiode] zur Abstimmung der magnetischen Antenne. Die Abstimmeinrichtung ist mit dem Abstimmelement verbunden, wobei die Abstimmeinrichtung ausgebildet ist, um ein Steuersignal [z.B. Abstimmspannung] zur Abstimmung der magnetischen Antenne in Abhängigkeit von einer Phasenlage eines in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals bereitzustellen, und um das Abstimmelement mit dem Steuersignal anzusteuern, um die magnetische Antenne abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal zur Abstimmung der magnetischen Antenne in Abhängigkeit von einer Phasenbeziehung zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals und einem Phasensignal bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Phasensignal auf einem in zumindest einem Abschnitt der Schleife fließenden Strom basieren.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Phasensignal auf einem durch die Schleife [bzw. magnetische Antenne] erzeugten Magnetfeld [z.B. im Nahfeld] basieren.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Phasensignal eine aus der magnetischen Antenne [z.B. induktiv] ausgekoppelte Leistung sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Phasensignal ein aus einem Magnetfeld der magnetischen Antenne ausgekoppeltes Signal sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung oder die Abstimmeinrichtung eine Koppelschleife aufweisen, die ausgebildet ist, um das Phasensignal bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung eine Koppelschleife aufweisen, die ausgebildet ist, um Leistung aus der magnetischen Antenne auszukoppeln, um die aus der magnetischen Antenne [z.B. induktiv] ausgekoppelte Leistung zu erhalten.
  • Beispielsweise können die Schleife der magnetischen Antenne und die Koppelschleife auf derselben Leiterplatte angeordnet bzw. implementiert sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Abstimmelement mit dem Steuersignal anzusteuern, um eine Phasendifferenz zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals und dem Phasensignal auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Beispielsweise kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um durch Ansteuerung des Abstimmelements mit dem Steuersignal die Phasendifferenz zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals und dem Phasensignal auf den vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Zum Beispiel kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal nachzuführen, um einer Abweichung der Phasendifferenz zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals und dem Phasensignal von dem vorgegebenen Sollwert entgegenzuwirken.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um die Regelung der Phasendifferenz zwischen des in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals und dem Phasensignal auf den vorgegebenen Sollwert hin unter Verwendung einer Regelschleife oder einer Feed-Forward-Regelung zu bewirken.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um von dem in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals ein Signal abzuleiten, um ein abgeleitetes Signal zu erhalten, wobei die Abstimmeinrichtung ausgebildet, um das Steuersignal zur Abstimmung der magnetischen Antenne in Abhängigkeit von einer Phasenbeziehung zwischen dem abgeleiteten Signal und dem Phasensignal bereitzustellen.
  • Beispielsweise kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Abstimmelement mit dem Steuersignal anzusteuern, um die Phasendifferenz zwischen dem abgeleiteten Signal und dem Phasensignal auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung einen Signalkombinierer [z.B. Multiplizierer] aufweisen, der ausgebildet ist, um
    • das Phasensignal oder eine phasenverschobene Version des Phasensignals, und
    • das abgeleitete Signal oder eine phasenverschobene Version des abgeleiteten Signals,
    zu kombinieren, um ein kombiniertes Signal zu erhalten, wobei die Abstimmeinrichtung ausgebildet ist, um das Abstimmelement mit dem Steuersignal anzusteuern, um einen Gleichanteil des kombinierten Signals oder eine tiefpassgefilterte Version des kombinierten Signals auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung einen Phasenschieber aufweisen, der ausgebildet ist, um eines aus dem abgeleiteten Signal und dem Phasensignal phasenzuverschieben, um ein phasenverschobenes Signal zu erhalten, wobei der Signalkombinierer [z.B. Multiplizierer] ausgebildet ist, um das phasenverschobene Signal und das andere aus dem abgeleiteten Signal und dem Phasensignal zu kombinieren, um das kombinierte Signal zu erhalten, wobei der Phasenschieber ausgebildet ist, um das eine aus dem abgeleiteten Signal oder dem Phasensignal derart phasenzuverschieben, dass, im Resonanzfall der magnetischen Antenne, das phasenverschobene Signal und das andere aus dem abgeleiteten Signal und dem Phasensignal am Signalkombinierer eine vordefinierte Phasendifferenz [z.B. 90°] aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung einen Energieauskoppler [z.B. einen Richtkoppler oder eine andere Vorrichtung zum Auskoppeln von Energie] aufweisen, der ausgebildet ist, um einen Teil von dem in die magnetische Antenne vorlaufenden Signal auszukoppeln, um das abgeleitete Signal zu erhalten.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung einen Regelverstärker aufweisen, der ausgebildet ist, um das Steuersignal zur Abstimmung der magnetischen Antenne bereitzustellen, wobei der Regelverstärker ausgebildet ist, um das Abstimmelement mit dem Steuersignal anzusteuern, um einen Gleichanteil des kombinierten Signals oder eine tiefpassgefilterte Version des kombinierten Signals auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Richtkoppler einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss, einen dritten Anschluss und einen vierten Anschluss aufweisen, wobei der Richtkoppler einen ersten Widerstand [z.B. der Größe Z0/N] aufweist, der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss geschaltet ist, wobei der Richtkoppler einen zweiten Widerstand [z.B. der Größe 2N*Z0] aufweist, der zwischen dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss geschaltet ist, wobei der Richtkoppler einen dritten Widerstand [z.B. der Größe 2N*Z0] aufweist, der zwischen dem zweiten Anschluss und dem vierten Anschluss geschaltet ist, wobei der Richtkoppler einen Transformator aufweist, wobei eine erste Spule des Transformators zwischen dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss geschaltet ist, und wobei eine zweite Spule des Transformators zwischen dem zweiten Anschluss und dem vierten Anschluss geschaltet ist [z.B. wobei die erste Spule und die zweite Spule die gleiche Anzahl an Wicklungen aufweisen].
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Richtkoppler einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss, einen dritten Anschluss und einen vierten Anschluss aufweisen, wobei der Richtkoppler einen ersten Widerstand [z.B. der Größe Z0/N] aufweist, der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss geschaltet ist, wobei der Richtkoppler einen zweiten Widerstand [z.B. der Größe 2N*Z0] aufweist, der zwischen dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss geschaltet ist, wobei der Richtkoppler einen dritten Widerstand [z.B. der Größe 2N*Z0] aufweist, der zwischen dem zweiten Anschluss und dem vierten Anschluss geschaltet ist, wobei der Richtkoppler einen Transformator aufweist, wobei eine erste Spule des Transformators zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss geschaltet ist, und wobei eine zweite Spule des Transformators zwischen dem dritten Anschluss und dem vierten Anschluss geschaltet ist [z.B. wobei die erste Spule und die zweite Spule die gleiche Anzahl an Wicklungen aufweisen].
  • Weitere Ausführungsbeispiele umfassen eine Antennenanordnung mit einer magnetischen Antenne und einer Abstimmeinrichtung. Die magnetische Antenne umfasst eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife und zumindest ein Abstimmelement [z.B. einen variablen Kondensator oder eine Kapazitätsdiode] zur Abstimmung der magnetischen Antenne. Die Abstimmeinrichtung ist mit dem Abstimmelement verbunden, wobei die Abstimmeinrichtung ausgebildet ist, um ein Steuersignal [z.B. Abstimmspannung] zur Abstimmung der magnetischen Antenne in Abhängigkeit einer Amplitude eines Signals, das auf einem durch die Schleife [bzw. magnetische Antenne] erzeugten Magnetfeld [z.B. im Nahfeld] basiert, bereitzustellen, und um das Abstimmelement mit dem Steuersignal anzusteuern, um die magnetische Antenne abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung eine Induktionsschleife oder Induktionsspule aufweisen, die ausgebildet ist, um das Signal, das auf dem durch die Schleife erzeugten Magnetfeld basiert, bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife der magnetischen Antenne und die Induktionsschleife oder die Induktionsspule auf derselben Leiterplatte angeordnet [z.B. implementiert] sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmreinrichtung ausgebildet sein, um das Abstimmelement mit dem Steuersignal anzusteuern, um die Amplitude des Signals, das auf dem durch die Schleife erzeugten Magnetfeld basiert, auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln [z.B. so dass die Amplitude größer oder gleich einem vorgegebenen Sollwert ist].
  • Beispielsweise kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um durch Ansteuerung des Abstimmelements mit dem Steuersignal die Amplitude des Signals, das auf dem durch die Schleife erzeugten Magnetfeld basiert, auf den vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  • Zum Beispiel kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal nachzuführen, um einer Abweichung der Amplitude des Signals, das auf dem durch die Schleife erzeugten Magnetfeld basiert, von dem vorgegebenen Sollwert entgegenzuwirken.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der vorgegebene Sollwert im Vorfeld [z.B. bei einer werkseitigen Kalibrierung] durch eine Referenzmessung im ungestörten Fall der magnetischen Antenne und/oder im Resonanzfall der magnetischen Antenne ermittelt sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um den vorgegebenen Sollwert durch eine Referenzmessung im ungestörten Fall der magnetischen Antenne und/oder im Resonanzfall der magnetischen Antenne zu ermitteln.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann bei der Referenzmessung ein vorgegebenes Signal mit der magnetischen Antenne ausgesendet werden.
  • Beispielsweise kann das vorgegebene Signal eine vorgegebene Signalform, vorgegebene Sendefrequenz, vorgegebene Bandbreite, vorgegebene Amplitude und/oder vorgegebene Modulationsart aufweisen.
  • Beispielsweise kann das vorgegebene Signal ein Sinussignal mit einer normierten Sendespannung sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um in Abhängigkeit der Amplitude des Signals, das auf dem durch die Schleife erzeugten Magnetfeld basiert, ein Steuersignalparameter aus einem Satz von hinterlegten Steuersignalparametern, die mit entsprechenden Amplitudenwerten verknüpft sind, auszuwählen, und um das Steuersignal in Abhängigkeit von dem Steuersignalparameter [z.B. Steuersignalamplitude] bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um, bei einer breitbandigen Aussendung eines Sendesignals oder einer Aussendung des Sendesignals auf mehreren Frequenzen, eine frequenzabhängige Amplitudenverteilung des Signals, das auf dem durch die Schleife erzeugten Magnetfeld basiert, zu ermitteln, und um das Steuersignal in Abhängigkeit von der frequenzabhängigen Amplitudenverteilung bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um, bei einer Aussendung eines Sendesignals auf zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzen, eine Abstimmrichtung, in der das Abstimmsignal nachzuregeln ist, basierend auf zumindest zwei durch die zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzen des Sendesignals resultierenden Amplituden des Signals, das auf dem durch die Schleife erzeugten Magnetfeld basiert, zu ermitteln, und um das Abstimmsignal in Abhängigkeit der ermitteln Abstimmrichtung nachzuregeln.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen eine Antennenanordnung mit einer Antenne und einer Abstimmeinrichtung. Die Antenne umfasst zumindest ein Abstimmelement [z.B. einen variablen Kondensator oder einer Kapazitätsdiode] zur Abstimmung der Antenne. Die Abstimmeinrichtung ist mit dem Abstimmelement verbunden, wobei die Abstimmeinrichtung ausgebildet ist, um ein Steuersignal zur Abstimmung der Antenne in Abhängigkeit von einer Leistungs- oder Stromaufnahme einer mit der Antenne verbundenen Sendeeinrichtung oder zumindest eines aktiven Bauelements [z.B. Leistungstransistors] der Sendeeinrichtung bereitzustellen, und um das Abstimmelement mit dem Steuersignal anzusteuern, um die Antenne abzustimmen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Antenne eine elektrische Antenne sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Antenne eine magnetische Antenne mit einer einfach oder mehrfach unterbrochenen Schleife sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Abstimmelement mit dem Steuersignal anzusteuern, um die Leistungs- oder Stromaufnahme der Sendeinrichtung oder des zumindest eines aktiven Bauelements der Sendeeinrichtung auf einen vorgegebenen Sollwertebereich hin zu regeln.
  • Beispielsweise kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um durch Ansteuerung des Abstimmelements mit dem Steuersignal die Leistungs- oder Stromaufnahme der Sendeinrichtung oder des zumindest eines aktiven Bauelements der Sendeeinrichtung auf den vorgegebenen Sollwertebereich hin zu regeln.
  • Zum Beispiel kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal nachzuführen, um einer Abweichung der Leistungs- oder Stromaufnahme der Sendeinrichtung oder des zumindest eines aktiven Bauelements der Sendeeinrichtung von dem vorgegebenen Wertebereich entgegenzuwirken.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der vorgegebene Sollwertebereich [z.B. im Vorfeld / werkseitig] durch eine Systemsimulation unter Annahme einer idealen oder nahezu idealen Anpassung der Antenne ermittelt sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der vorgegebene Sollwertebereich [z.B. im Vorfeld / werkseitig] bei Abschluss der Sendeeinrichtung mit einer vordefinierten Impedanz [z.B. 50 Ohm] ermittelt sein.
  • Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung mit einer vordefinierten Impedanz [z.B. 50 Ohm] abgeschlossen werden und hierbei die Leistungs- oder Stromaufnahme der Sendeeinrichtung ermittelt [z.B. gemessen] werden, um den vorgegebenen Sollwertebereich zu erhalten. Der vorgegebene Sollwertebereich kann beispielsweise der ermittelten Leistungs- oder Stromaufnahme mit einer Toleranz von ± 10% (oder ± 5% oder ±3%) entsprechen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der vorgegebene Sollwertebereich basierend auf einer Antennenmessung [z.B. mittels eines Antennentuners] ermittelt sein.
  • Beispielsweise kann bei der Antennenmessung der Punkt der maximalen Abstrahlungsleistung ermittelt werden und die Leistungs- oder Stromaufnahme der Sendeeinrichtung in diesem Punkt ermittelt werden, um den vorgegebene Sollwertebereich zu erhalten. Der vorgegebene Sollwertebereich kann beispielsweise der ermittelten Leistungs- oder Stromaufnahme mit einer Toleranz von ± 10% (oder ± 5% oder ±3%) entsprechen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der vorgegebene Sollwertebereich [z.B. im Vorfeld / werkseitig] basierend auf einem Mittelwert der Leistungs- oder Stromaufnahme bei kurzgeschlossenem Abschluss und offenem Abschluss der Sendeeinrichtung ermittelt sein.
  • Beispielsweise kann die Leistungs- oder Stromaufnahme der Sendeeinrichtung bei kurzgeschlossenem Abschluss und mit offenem Anschluss ermittelt und der Mittelwert der Leistungs- oder Stromaufnahme der Sendeeinrichtung bei kurzgeschlossenem Abschluss und mit offenem Anschluss gebildet werden, um den vorgegebene Sollwertebereich zu erhalten. Der vorgegebene Sollwertebereich kann beispielsweise dem Mittelwert der Leistungs- oder Stromaufnahme mit einer Toleranz von ± 10% (oder ± 5% oder ±3%) entsprechen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der vorgegebene Sollwertebereich [z.B. im Vorfeld / werkseitig] basierend auf einer Messung einer Abstrahlungsleistung ermittelt sein.
  • Beispielsweise kann bei der Messung der Abstrahlungsleistung die maximale Abstrahlungsleistung ermittelt werden und die Leistung- oder Stromaufnahme bei der maximalen Abstrahlungsleistung ermittelt [z.B. gemessen] werden, um den vorgegebene Sollwertebereich zu erhalten. Der vorgegebene Sollwertebereich kann beispielsweise der ermittelten Leistungs- oder Stromaufnahme mit einer Toleranz von ± 10% (oder ± 5% oder ±3%) entsprechen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstrahlungsleistung mit einer externen Antenne oder durch die Abstimmeinrichtung selber mit einer Antenne der Abstimmeinrichtung gemessen werden.
  • Beispielsweise kann die Antenne der Abstimmeinrichtung eine Koppelschleife sein, die auf derselben Platine angeordnet [z.B. implementiert] ist wie die Schleife der magnetischen Antenne.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal zur Abstimmung der Antenne in Abhängigkeit einer Stromaufnahme zumindest eines Leistungstransistors eines Verstärkers der Sendeeinrichtung bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal zur Abstimmung der Antenne in Abhängigkeit einer Differenz von Versorgungsströmen von zwei Leistungstransistoren des Verstärkers der Sendeeinrichtung bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal zur Abstimmung der Antenne in Abhängigkeit eines Biasstroms zumindest eines Leistungstransistors des Verstärkers der Sendeeinrichtung bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um den Biasstrom des zumindest einen Leistungstransistors durch eine Messung einer Spannung über einen Widerstand im Biaszweig des Leistungstransistors zu ermitteln.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal zur Abstimmung der Antenne in Abhängigkeit einer Differenz zwischen Biasströmen zumindest zweier Leistungstransistoren des Verstärkers der Sendeeinrichtung bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal zur Abstimmung der Antenne in Abhängigkeit einer Differenz von Versorgungsströmen eines Balanced-Verstärkers der Sendeeinrichtung bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal zur Abstimmung der Antenne in Abhängigkeit einer Differenz von Versorgungsströmen eines Doherty-Verstärkers der Sendeeinrichtung bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal zur Abstimmung der Antenne in Abhängigkeit einer Differenz von Versorgungsströmen eines Gegentakt-Verstärkers der Sendeeinrichtung bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal zur Abstimmung der Antenne in Abhängigkeit einer Gleichtaktimpedanz der Antenne bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um die Gleichtaktimpedanz der Antenne mittels eines Messsignals zu ermitteln.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um den Stromverbrauch der Sendeeinrichtung bei abwechselnder Einspeisung eines Gegentaktsignals und Gleichtaktsignals in die Antenne zu ermitteln.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Gleichtaktsignal mittels eine Baluns, das einen Zugriff auf die Gleichtaktmode ermöglicht, eingespeist werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal zur Abstimmung der Antenne in Abhängigkeit eines reflektierten Gleichtaktsignals der Antenne bereitzustellen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das reflektierte Gleichtaktsignal mittels eines Baluns, das einen Zugriff auf die Gleichtaktmode ermöglicht, zu ermitteln [z.B. zu messen].
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um das reflektierte Gleichtaktsignal über nichtlineare Eigenschaften eines Magnetkerns des Baluns zu ermitteln [z.B. zu messen].
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um einen magnetischen Gleichstrom des Magnetkerns mittels eines Hallsensors zu ermitteln [z.B. zu messen].
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Abstimmeinrichtung ausgebildet sein, um einen magnetischen Gleichstrom des Magnetkerns mittels einer Messwicklung am Magnetkern zu ermitteln [z.B. zu messen].
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Balun ein Ringkoppler sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife einfach unterbrochen sein, wobei die Schleife durch das Abstimmelement unterbrochen ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife mehrfach unterbrochen sein, wobei die Schleife durch das Abstimmelement und durch ein oder mehrere Kapazitätselemente unterbrochen ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Abstimmelement ein variabler Kondensator oder eine Kapazitätsdiode sein.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen Teilnehmer eines drahtlosen Kommunikationssystems, wobei der Teilnehmer eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung und eine mit der Sende- und/oder-Empfangseinrichtung verbundene Antennenanordnung gemäß einem der hierin beschrieben Ausführungsbeispielen aufweist.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Abstimmen einer magnetischen Antenne mit einer einfach oder mehrfach unterbrochenen Schleife. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens eines Steuersignals zur Abstimmung der magnetischen Antenne in Abhängigkeit von einer Phasenlage eines in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns eines Abstimmelements der magnetischen Antenne mit dem Steuersignal, um die magnetische Antenne abzustimmen.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Abstimmen einer magnetischen Antenne mit einer einfach oder mehrfach unterbrochenen Schleife. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens eines Steuersignals zur Abstimmung der magnetischen Antenne in Abhängigkeit einer Amplitude eines Signals, das auf einem durch die Schleife erzeugten Magnetfeld basiert. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns eines Abstimmelements der magnetischen Antenne mit dem Steuersignal, um die magnetische Antenne abzustimmen.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Abstimmen einer Antenne. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens eines Steuersignals zur Abstimmung der Antenne in Abhängigkeit von einer Leistungs- oder Stromaufnahme einer mit der Antenne verbundenen Sendeeinrichtung oder zumindest eines aktiven Bauelements der Sendeeinrichtung. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns eines Abstimmelements der Antenne mit dem Steuersignal, um die Antenne abzustimmen.
  • Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
  • Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
  • Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
  • Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahingehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
  • Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
  • Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
  • Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nichtvorübergehend.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahingehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahingehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
  • Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
  • Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
  • Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
  • Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
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    6. [6] DE 10 2011 082 098 B4
    7. [7] ETSI TS 103 357

Claims (15)

  1. Vorrichtung (100), mit folgenden Merkmalen:
    einer magnetischen Antenne (106), wobei die magnetische Antenne (106) eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife (108) und zumindest ein Abstimmelement (111) zur Abstimmung der magnetischen Antenne (106) aufweist, und
    einer Abstimmeinrichtung (120), wobei die Abstimmeinrichtung (120) eine Regelschleife (121) aufweist, die konfiguriert ist, um ein Abstimmsignal (122) zur Abstimmung der magnetischen Antenne (106) bereitzustellen, und um das Abstimmelement (111) mit dem Abstimmsignal (122) anzusteuern, um die magnetische Antenne (106) abzustimmen,
    wobei die Vorrichtung (100) dadurch gekennzeichnet ist, dass sie konfiguriert ist, um die Regelschleife (121) oder eine
    Komponente der Regelschleife (121) nur bei Bedarf von einem Ruhemodus in einen normalen Betriebsmodus zu versetzen;
    wobei die Vorrichtung (100) konfiguriert ist, um die Regelschleife (121) oder die Komponente der Regelschleife (121) nur
    - während einer Aussendung eines Signals (124),
    - von Beginn einer Aussendung eines Signals (124) oder eine definierte Zeit vor dem Beginn der Aussendung des Signals (124) bis zu einem Ende der Aussendung des Signals (124) oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals (124),
    - von Beginn einer Aussendung eines Signals (124) bis zu einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne (106), oder
    - während einer Aussendung eines Signals (124) bis zu dem Ende der Aussendung des Signals (124) oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals (124)
    von dem Ruhemodus in den normalen Betriebsmodus zu versetzen.
  2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1
    wobei die Vorrichtung (100) eine Sendeeinrichtung (102) aufweist, die mit der magnetischen Antenne (106) verbunden ist, wobei die Sendeeinrichtung (102) konfiguriert ist, um ein Signal (124) mit der magnetischen Antenne (106) auszusenden.
  3. Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei die Abstimmeinrichtung (120) konfiguriert ist, um das Abstimmsignal (122) nach erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne (106) mittels eines Halteglieds zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  4. Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei die Abstimmeinrichtung (120) eine Steuereinheit (123) aufweist, wobei ein Regler (222) der Regelschleife (121) in der Steuereinheit (123) implementiert ist.
  5. Vorrichtung (100) nach Anspruch 4,
    wobei die Steuereinheit (123) konfiguriert ist, um das Abstimmsignal (122) nach erfolgter Abstimmung der magnetischen Antenne (106) zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  6. Vorrichtung (100) nach Anspruch 4,
    wobei die Vorrichtung (100) eine Sendeeinrichtung (102) aufweist, die mit der magnetischen Antenne (106) verbunden ist, wobei die Sendeeinrichtung (102) konfiguriert ist, um ein Signal (124) mit der magnetischen Antenne (106) auszusenden,
    wobei die Sendeeinrichtung (102) konfiguriert ist, um ein Haltesignal (234) bereit zu stellen,
    wobei die Steuereinheit (123) konfiguriert ist, um das Abstimmsignal (122) ansprechend auf das Haltesignal (234) zu halten und weiterhin bereitzustellen.
  7. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    wobei die Vorrichtung (100) eine Sendeeinrichtung (102) aufweist, die mit der magnetischen Antenne (106) verbunden ist, wobei die Sendeeinrichtung (102) konfiguriert ist, um ein Signal (124) mit der magnetischen Antenne (106) auszusenden,
    wobei die Sendeeinrichtung (102) konfiguriert ist, um zeitlich synchronisiert zu der Aussendung des Signals (124) ein Aktivierungssignal (230) bereitzustellen,
    wobei die Abstimmeinrichtung (120) konfiguriert ist, um die Regelschleife (121) oder eine Komponente der Regelschleife (121) ansprechend auf das Aktivierungssignal (230) von dem Ruhemodus in den normalen Betriebsmodus zu versetzen,
    wobei die Steuereinheit (123) konfiguriert ist, um ansprechend auf das Aktivierungssignal (230) eine Regelung eines Wertes des Abstimmsignals (122) ausgehend von einem Startwert zu beginnen.
  8. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7,
    wobei die Steuereinheit (123) konfiguriert ist, um den Startwert in Abhängigkeit von einer Frequenz des Signals (124) der Sendeeinrichtung (102) zu ermitteln.
  9. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 8,
    wobei die Abstimmeinrichtung (120) eine Steuereinheit (123) aufweist, wobei ein Regler (222) der Regelschleife (121) in der Steuereinheit (123) implementiert ist,
    wobei die Steuereinheit (123) einen Speicher (229) aufweist oder mit einem Speicher (229) verbunden ist,
    wobei in dem Speicher (123) ein Referenzwert hinterlegt ist,
    wobei die Steuereinheit (123) konfiguriert ist, um den Startwert in Abhängigkeit von dem in dem Speicher (229) hinterlegten Referenzwert zu ermitteln.
  10. Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei die Abstimmeinrichtung (120) eine Koppelschleife (128) aufweist.
  11. Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei die Abstimmeinrichtung (120) konfiguriert ist, um das Abstimmsignal (122) zur Abstimmung der magnetischen Antenne (106) in Abhängigkeit von einer Phasenlage eines in die magnetische Antenne (106) vorlaufenden Signals (124) bereitzustellen,
    wobei die Abstimmeinrichtung (120) konfiguriert, um das Abstimmsignal (122) zur Abstimmung der magnetischen Antenne (106) in Abhängigkeit von einer Phasenbeziehung zwischen des in die magnetische Antenne (106) vorlaufenden Signals (124) und einem Phasensignal (126) bereitzustellen,
    wobei die Abstimmeinrichtung (120) konfiguriert ist, um das Abstimmelement (111) mit dem Abstimmsignal (122) anzusteuern, um eine Phasendifferenz zwischen des in die magnetische Antenne (106) vorlaufenden Signals (124) und dem Phasensignal (126) auf einen vorgegebenen Sollwert hin zu regeln.
  12. Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei eine Frequenz eines in die magnetische Antenne vorlaufenden Signals oder eines mit der magnetischen Antenne auszusendenden Sendesignals oder zu empfangenden Empfangssignals innerhalb eines ISM Bands liegt.
  13. Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei die magnetische Antenne eine Güte von 20 bis 500 aufweist.
  14. Verfahren (300) zum Abstimmen einer magnetischen Antenne, wobei die magnetische Antenne eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife und zumindest ein Abstimmelement zur Abstimmung der magnetischen Antenne aufweist, wobei das Verfahren aufweist:
    Erzeugen (302) eines Abstimmsignals zur Abstimmung der magnetischen Antenne mittels einer Regelschleife,
    Ansteuern (304) der magnetischen Antenne mit dem Abstimmsignal, um die magnetische Antenne abzustimmen,
    wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Regelschleife oder eine Komponente der Regelschleife nur bei Bedarf von
    einem Ruhemodus in einen normalen Betriebsmodus versetzt wird;
    wobei die Regelschleife oder die Komponente der Regelschleife nur
    - während einer Aussendung eines Signals,
    - von Beginn einer Aussendung eines Signals (124) bis zu einem Ende der Aussendung des Signals oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals,
    - von Beginn einer Aussendung eines Signals bis zu einer erfolgten Abstimmung der magnetischen Antenne, oder
    - während einer Aussendung eines Signals bis zu dem Ende der Aussendung des Signals oder eine definierte Zeit nach dem Ende der Aussendung des Signals von dem Ruhemodus in den normalen Betriebsmodus versetzt wird.
  15. Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, Microprozessor, ASIC oder auf einem softwarebasierten Sender und/oder Empfänger abläuft.
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