EP4104241A1 - Sendevorrichtung für ein kraftfahrzeug zum aussenden eines funksignals sowie funkschlüsselsystem und kraftfahrzeug - Google Patents

Sendevorrichtung für ein kraftfahrzeug zum aussenden eines funksignals sowie funkschlüsselsystem und kraftfahrzeug

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Publication number
EP4104241A1
EP4104241A1 EP21703426.3A EP21703426A EP4104241A1 EP 4104241 A1 EP4104241 A1 EP 4104241A1 EP 21703426 A EP21703426 A EP 21703426A EP 4104241 A1 EP4104241 A1 EP 4104241A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil antenna
motor vehicle
transmission
frequency
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
EP21703426.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian CHOUARD
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP4104241A1 publication Critical patent/EP4104241A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/362—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith for broadside radiating helical antennas
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
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    • H01Q1/3233—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems
    • H01Q1/3241—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems particular used in keyless entry systems
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
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    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/08—Helical antennas
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01Q7/06—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 core of ferromagnetic material
    • H01Q7/08—Ferrite rod or like elongated core

Definitions

  • Transmission device for a motor vehicle for transmitting a radio signal as well as a radio key system and a motor vehicle
  • the invention relates to a transmission device for a motor vehicle in order to be able to emit a radio signal.
  • the transmission device can, for example, be part of a radio key system. It comprises a coil antenna and the driver circuit for driving the current in the coil antenna.
  • the invention also includes said radio key system and a motor vehicle with such a radio key system. Such systems are known per se and are also used as an industry standard.
  • a radio signal of a predetermined transmission frequency is emitted by means of an antenna, it is generally difficult with a conventional antenna to avoid so-called harmonics, that is to say transmission signals with an integral multiple of the transmission frequency. Such harmonics can then interfere with reception in other frequency bands.
  • a so-called coil antenna typically a coil with a ferrite core
  • an antenna with a coil-shaped or helical-wound electrical conductor for example a wire.
  • the area of a printed circuit board is then not available here in order to be able to provide an additional electrical conductor structure for a bandstop filter for suppressing harmonics.
  • the invention is based on the object of attenuating resonance properties or vibration properties at a multiple of the transmission frequency in a transmission device with a coil antenna so that radio signals interfering with these harmonics are only emitted with less than a predeterminable transmission power.
  • the invention provides an arrangement comprising a coil antenna and a driver circuit, which are referred to here together as a transmitting device.
  • This transmission device is set up to transmit a radio signal, in particular electromagnetic radio waves or an alternating magnetic field, from a motor vehicle.
  • Said coil antenna is provided for radiating the radio signal, that is to say an antenna with an electrically conductive coil wire that is wound or shaped in a coil-like or helical manner or with an electrical conductor track with a flat-coil shape.
  • the electrical conducting element of the coil antenna is referred to below.
  • the coil shape results in a coil.
  • This coil of the coil antenna can be arranged on a ferrite core in a manner known per se.
  • the electrical driver circuit is designed to generate an alternating electrical current at a predetermined transmission frequency in order to produce the radio signal in the coil antenna.
  • this transmission frequency is the carrier frequency for a transmission signal that is to be emitted by the radio signal.
  • the alternating current thus has, in the known manner, not only the transmission frequency itself, but frequencies of a transmission frequency band in which the transmission frequency lies.
  • non-linearities in the driver circuit can result in addition to the aforementioned harmonics or so-called harmonics when operating the coil antenna, i.e. signal components with a frequency that is an integral multiple of the transmission frequency can also be generated in the radio signal.
  • the coil antenna is arranged on at least one carrier element.
  • the coil antenna can be arranged or plugged into the said ferrite core and / or it can be surrounded on the outside by, for example, a hose or a housing.
  • the material of the carrier element that is to say the carrier material, is preferably an electrical insulator, but with a known value of the dielectric constant, or a ferrite.
  • a parasitic inductance results parallel to the self-inductance of the coil antenna Parallel capacitance, the value of which depends on the said design parameters (material type and / or geometry).
  • the invention now takes advantage of the fact that due to the shape of the electrical conducting element of the coil antenna and the proximity or presence of the carrier material of the carrier element, the coil antenna not only has a self-inductance, but also (due to the dielectricity) a parasitic capacitance arises, which as a capacitance layer along the Coil antenna can act. It thus acts as a parallel capacitance acting parallel to the self-inductance. From the point of view of the driver circuit, however, in relation to the feed point for feeding the alternating current into the coil antenna, the parallel capacitance together with the self-inductance result in a total parallel resonant circuit with a predetermined natural resonance frequency.
  • Such a parallel resonant circuit now acts as a bandstop filter, that is, viewed from the driver circuit, an alternating current or an alternating voltage with a predetermined frequency corresponding to this natural resonance frequency cannot be transmitted into the coil antenna, or only attenuated. Due to the geometry of the carrier element and / or the material type of the carrier material and / or the geometry of the coil shape on the carrier element, a value of the natural resonance frequency is set to an integral multiple of the transmission frequency.
  • the geometric design and / or the choice of material for the carrier element and the coil antenna are used to tune or set the parallel resonant circuit implicitly resulting from the self-inductance of the coil antenna itself and the parasitic parallel capacitance in such a way that the resulting bandstop filter is a harmonic or a The harmonic of the transmission frequency is suppressed or attenuated.
  • the invention thus results in the advantage that even with a coil antenna, which does not have to be arranged on a printed circuit board, a bandstop filter for at least one harmonic or harmonic of the transmission frequency can even be provided in additional space.
  • the inherent parallel resonant circuit is designed or designed with a natural resonance frequency so that its bandstop effect comprises an integral multiple of the transmission frequency or this integral multiple is in the bandstop range of the parallel resonant circuit.
  • the natural resonance frequency of the parallel resonant circuit does not have to be set exactly to the integer multiple of the transmission frequency.
  • the resulting bandstop range of this parallel resonant circuit includes this integer multiple.
  • the bandstop range includes, for example, two harmonics or two harmonics by setting the natural resonance frequency of the parallel resonant circuit between two harmonics, that is between two integer multiples of the transmission frequency.
  • the parameters that a person skilled in the art should use as a guide for the layout or design of such a transmission device are the geometry of the carrier element (diameter of a rod on which the coil antenna is arranged and / or thickness of a cover that is arranged around the coil antenna, length, Curvature) and / or the material type of the carrier material (for example rubber or rubber with integrated electrically conductive granulate, for example carbon) and / or the geometry of the coil shape itself.
  • suitable values can be determined by simple technical experiments at a given transmission frequency. For example, based on an initial prototype with an initial geometry, two further prototypes can be manufactured or simulated, the geometry of which deviates from the initial geometry on the one hand to a larger value (e.g.
  • the integer multiple of the fourth or fifth or sixth or seventh harmonic of the transmission frequency or this is included in the bandstop range.
  • This transmission range is already very far away from the original transmission frequency, so that there is a high probability that receivers for other radio technologies are provided in a motor vehicle, which means that it is worth suppressing the harmonics by means of the band-stop range of the parallel resonant circuit precisely at these frequencies.
  • an amplifier element as it can be provided in the driver circuit for producing or causing the alternating current, is connected to the coil antenna via a circuit part that is resonance-free, i.e. does not have its own resonance frequency, or its resonance frequency, if it has one, at least is different from the natural resonance frequency of the parallel resonant circuit.
  • the connecting circuit part can, for example, exclusively comprise or provide electrical lines, that is to say for example wires or conductor tracks.
  • Said amplifier element can be, for example, an operational amplifier or a transistor circuit.
  • the transmission frequency in the driver circuit is set to a value in a value range from 70 kilohertz to 250 kilohertz. It has been found that, for such a transmission frequency, the attenuation of harmonics can be reliably implemented by the described design or configuration of the carrier material and / or the coil antenna.
  • said driver circuit is used to send out what is known as a challenge signal for a radio key.
  • a challenge signal has to be sent out by a motor vehicle in order to request a radio key for identification, which may be necessary to, for example, a To control the central locking or locking system of the motor vehicle.
  • Such a transmission device must not, for example, interfere with the radio reception of the motor vehicle by sending out a radio signal with the challenge signal. This can be achieved particularly advantageously with the embodiment of the transmission device according to the invention.
  • the invention also provides a radio key system for a motor vehicle, the radio key system having a control circuit for generating a transmission signal, for example said challenge signal.
  • the control circuit is coupled to an embodiment of the transmission device according to the invention and is set up to control the transmission device by means of the transmission signal.
  • the transmission signal can then be mixed up to the transmission frequency by the said driver circuit, for example by means of so-called mixing, and the electrical signal thus produced can be used to generate the alternating current in the coil antenna.
  • the coil antenna then emits a radio signal, which then has less transmission power in the range of the integer multiple of the transmission frequency in the bandstop range than in the event that the inherent parallel resonant circuit would have a different natural resonance frequency.
  • a reception signal from the radio key must also be received by the radio key system.
  • said control circuit of the radio key system is additionally coupled to a receiver circuit for a response signal from a radio key.
  • the response signal can be a response to the challenge signal.
  • the receiver circuit can be set up to determine a distance and / or a relative direction in which the radio key is located with respect to the motor vehicle on the basis of the response signal. Such a location is known per se from the prior art.
  • the radio key system is provided in a motor vehicle, the result is a motor vehicle which is also part of the invention and is characterized by the embodiment of the radio key system according to the invention.
  • a motor vehicle can be designed, for example, as a passenger car or truck.
  • this motor vehicle has a radio receiver with a predetermined reception frequency range. It is then provided that the said natural resonance frequency of the inherent parallel resonant circuit of the transmitting device is set to a value that is in the said Reception frequency range.
  • the radio receiver is prevented from receiving flarmonic or harmonics of the radio signal with more than a predetermined transmission power in its receiving frequency range and this leads to interference.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic equivalent circuit diagram for a coil antenna with parasitic parallel capacitance
  • FIG. 3 shows a schematic equivalent circuit diagram of the coil antenna as a parallel resonant circuit
  • FIG. 4 shows a diagram with schematized courses of amplitude responses over frequency.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle 10, which can be, for example, a motor vehicle or a truck.
  • a transmission device 11 can be provided in the motor vehicle 10, which can be part of a radio key system 12, for example.
  • the transmission device 11 can be activated by a control circuit 13 of the radio key system 12 with a transmission signal 14.
  • a radio signal 15 can be generated by means of the transmission device 11 as a function of the transmission signal 14 and emitted by the motor vehicle 10.
  • the transmitting device can have a coil antenna 16 and a driver circuit 17 for driving or controlling the coil antenna 16.
  • the driver circuit 17 can generate an alternating current 18 as a function of the transmission signal 14, for example by means of an amplifier element 19, for example an operational amplifier or a transistor circuit.
  • the amplifier element 19 of the driver circuit 17 can be coupled to the coil antenna 16 via a circuit part 19 'which has no relevant filter property for the alternating current 18, that is, for example, is free of resonance. It can be a coaxial cable, for example.
  • the alternating current 18 can flow in an electrical conducting element 20 of the coil antenna 16 and thereby generate an electromagnetic alternating field or an alternating magnetic field in the vicinity of the coil antenna 16 which propagates as the radio signal 15.
  • the coil antenna 16 can be implemented by a helix shape or coil shape of the guide element 20.
  • the guide element 20 can be mechanically supported here, for example, by a carrier element 21 in the interior of the coil shape, around which the guide element 20 can be wound, and / or by a carrier element 22 that can be slipped around the coil antenna 16.
  • the shape of the coil antenna 16 and / or the geometry and / or the carrier material of the respective carrier element 21, 22 can result in a parasitic parallel capacitance 23 along a course of the guide element 20, as is symbolically represented in an equivalent circuit diagram in FIG. 2.
  • the pitch of the coil shape is exaggerated for a better view, the turns of the guide element 20 can also touch (with electrical insulation in between) or the guide element 20 can also be designed as a flat coil. It is shown that a differential portion or a small portion or a component of the parallel capacitance 23 can act in each case for each route section of the guide element 20.
  • the parallel capacitance 23 can act, for example, with respect to a ground potential 24 and / or as a coupling capacitance from conductor section to conductor section.
  • FIG. 3 shows how overall with respect to of the connection point 25 results in a parallel resonant circuit 26 - comprising the entirety of the parallel capacitance 23 and a self-inductance 27 of the coil antenna 16 itself.
  • FIG. 4 illustrates how amplitudes A of electrical signals and / or magnetic radio signals can behave in this way over the frequency f.
  • the driver circuit 17 generates the alternating current 18 at a transmission frequency S for the provision of a transmission frequency band 28.
  • harmonics or harmonics 29 can result, the amplitude A of which is shown here even without the action of the parallel resonant circuit 26.
  • the parallel resonant circuit 26 can act beyond the connection point 25, the frequency response 30 of which with a bandstop region 31 can have a damping effect on the harmonics 29, in particular in a region of a natural frequency Fbs in the bandstop region 31.
  • the harmonics or harmonics 29 lying in the band-stop range 31 are attenuated, so that an amplitude curve 32 results in the radio signal 15 (FIG Bandstop area 31 the harmonics or harmonics 29 are attenuated in comparison to the case in which the bandstop area 31 is not present.
  • the bandstop range 31 can be defined as that frequency range in which a damping caused by the parallel resonant circuit 26 is greater than 3 dB, in particular greater than 6 dB, preferably greater than 10 dB.
  • at least one harmonic or harmonic 29 is attenuated in a targeted manner in the transmission device 11.
  • it can be a harmonic or harmonic wave 29, which can lie in a reception frequency range 33 of a radio receiver of the motor vehicle 10.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sendevorrichtung (11) für ein Kraftfahrzeug (10) zum Aussenden eines Funksignals (15), wobei zum Abstrahlen des Funksignals (15) eine Spulenantenne (16) vorgesehen ist und eine elektrische Treiberschaltung (17) dazu eingerichtet ist, in der Spulenantenne (16) einen elektrischen Wechselstrom (18) mit einer vorbestimmten Sendefrequenz (S) zu erzeugen. Die Erfindung sieht vor, dass die Spulenantenne (16) an zumindest einem Trägerelement (21, 22) angeordnet ist und sich aufgrund einer Geometrie und/oder eines Trägermaterials des zumindest einen Trägerelements (21, 22) und/oder aufgrund einer Spulenform der Spulenantenne (16) eine parallel zu einer Eigeninduktivität (27) der Spulenantenne (16) wirkende parasitäre Parallelkapazität (23) ergibt, die zusammen mit der Eigeninduktivität (27) in Bezug auf die Treiberschaltung (17) als ein Parallelschwingkreis (26) mit einer vorbestimmten Eigenresonanzfrequenz (Fbs) wirkt, wobei ein Wert der Eigenresonanzfrequenz (Fbs) auf ein ganzzahliges Vielfaches der Sendefrequenz (S) eingestellt ist oder ein Bandsperrenbereich (31) des Parallelschwingkreises (26) dieses ganzzahlige Vielfache umfasst.

Description

Sendevorrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Aussenden eines Funksignals sowie Funkschlüsselsystem und Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Sendevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, um ein Funksignal abstrahlen zu können. Die Sendevorrichtung kann beispielsweise Bestandteil eines Funkschlüsselsystems sein. Sie umfasst eine Spulenantenne sowie die Treiberschaltung zum Treiben des Stroms in der Spulenantenne. Die Erfindung umfasst auch das besagte Funkschlüsselsystem sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Funkschlüsselsystem. Solche Systeme sind an sich bekannt und werden auch als Industriestandard eingesetzt.
Wird mittels einer Antenne ein Funksignal einer vorgegebenen Sendefrequenz abgestrahlt, so ist es bei einer herkömmlichen Antenne in der Regel schwierig, sogenannte Oberwellen, das heißt Sendesignale bei einem ganzzahligen Vielfachen der Sendefrequenz, zu vermeiden. Solche Oberwellen können dann den Empfang in anderen Frequenzbändern stören.
Aus der WO 2018/072827 A1 ist bekannt, dass man in eine platinenbasierte Antennenstruktur zusätzliche elektrische Leiterbahnen und elektrisch isolierende Bereiche einfügen kann, die zusammen als eine sogenannte Bandsperre wirken, mittels welcher die Oberwellen gezielt gedämpft werden können. Flierdurch erhöht sich aber der Flächenbedarf zum Bereitstellen einer Antennenstruktur auf einer Leiterplatte.
Aus der EP 3 189 560 B1 ist ebenfalls bekannt, dass auf einer Leiterplatte eine Antennenstruktur um zusätzliche elektrische Leiterbahnen ergänzt werden kann, um hierdurch eine Kopplung zwischen unterschiedlichen Teilen der Antennenstruktur zu unterdrücken. Auch hier ergibt sich ein erhöhter Flächenbedarf zum Implementieren dieser Antennenstruktur.
Aus der CN 106935954 A1 ist bekannt, dass man mit zusätzlichen elektrischen Leitungen innerhalb einer Antennenstruktur sogar zusätzliche Resonanzeigenschaften fördern kann, sodass eine Antenne mehrere unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen kann und somit für mehrere Frequenzbänder einsetzbar ist. Die genannten, aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen betreffen Antennenstrukturen, die auf einer Leiterplatte implementiert werden müssen.
Im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug kann allerdings eine sogenannte Spulenantenne (typischerweise eine Spule mit einem Ferritkern) bevorzugt sein, das heißt eine Antenne mit einem spulenförmig oder helixförmig gewickelten elektrischen Leiter, beispielsweise einem Draht. Hier steht dann nicht die Fläche einer Leiterplatte zur Verfügung, um eine zusätzliche elektrische Leiterstruktur für eine Bandsperre zum Unterdrücken von Harmonischen bereitstellen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Sendeeinrichtung mit Spulenantenne Resonanzeigenschaften oder Schwingungseigenschaften bei einem Vielfachen der Sendefrequenz zu dämpfen, damit bei diesen Oberwellen störende Funksignale nur mit weniger als einer vorgebbaren Sendeleistung abgestrahlt werden.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
Durch die Erfindung ist eine Anordnung aus Spulenantenne und Treiberschaltung bereitgestellt, die hier zusammen als Sendevorrichtung bezeichnet sind. Diese Sendevorrichtung ist dazu eingerichtet, von einem Kraftfahrzeug aus ein Funksignal, insbesondere elektromagnetische Funkwellen oder ein magnetisches Wechselfeld, auszusenden. Zum Abstrahlen des Funksignals ist die besagte Spulenantenne vorgesehen, also eine Antenne mit einem spulenförmig oder helixförmig gewickelten oder geformten elektrisch leitfähigen Spulendraht oder einer flach-spulenförmig geformten elektrischen Leiterbahn. Allgemein ist im Folgenden von dem elektrischen Leitelement der Spulenantenne die Rede. Die Spulenform ergibt eine Spule. Diese Spule der Spulenantenne kann in an sich bekannter Weise auf einem Ferritkern angeordnet sein.
Die elektrische Treiberschaltung ist dazu eingerichtet, zum Hervorrufen des Funksignals in der Spulenantenne einen elektrischen Wechselstrom mit einer vorbestimmten Sendefrequenz zu erzeugen. Diese Sendefrequenz ist in an sich bekannter Weise die Trägerfrequenz für ein Sendesignal, das durch das Funksignal abgestrahlt werden soll. Der Wechselstrom weist also in der bekannten Weise nicht nur die Sendefrequenz selbst auf, sondern Frequenzen eines Sendefrequenzbands, in welchem die Sendefrequenz liegt. Nun kann es aber z.B. durch Nicht-Linearitäten in der Treiberschaltung zusätzlich zu den besagten Oberwellen oder den sogenannten Harmonischen beim Betrieb der Spulenantenne kommen, das heißt es können auch im Funksignal auch Signalanteile mit einer Frequenz erzeugt werden, die ein ganzzahliges Vielfaches der Sendefrequenz beträgt. Um hier zumindest einige oder eine Harmonische zu unterdrücken oder zu dämpfen, ist die Spulenantenne an zumindest einem Trägerelement angeordnet. Beispielsweise kann die Spulenantenne auf dem besagten Ferritkern angeordnet oder gesteckt sein und/oder sie kann von außen durch beispielsweise einen Schlauch oder ein Gehäuse umgeben sein. Das Material des Trägerelements, also das Trägermaterial, ist dabei bevorzugt ein elektrischer Isolator, aber mit einem bekannten Wert der Dielektrizitätskonstante, oder ein Ferrit. Aufgrund einer Geometrie und/oder eines Materialtyps des Trägermaterials und/oder aufgrund einer Geometrie einer Spulenform der Spulenantenne an dem Trägermaterial (also beispielsweise der Ganghöhe der Wicklung der Helix/Spule und/oder ihr Durchmesser) ergibt sich parallel zu der Eigeninduktivität der Spulenantenne eine parasitäre Parallelkapazität, deren Wert von den besagten Konstruktionsparametern (Materialtyp und/oder Geometrie). Die Erfindung nutzt nun aus, dass durch die Form des elektrischen Leitelements der Spulenantenne und durch eine Nähe oder Gegenwart des Trägermaterials des Trägerelements die Spulenantenne nicht nur eine Eigeninduktivität aufweist, sondern (aufgrund der Dielektrizität) auch eine parasitäre Kapazität entsteht, die als Kapazitätsbelag entlang der Spulenantenne wirken kann. Sie wirkt somit als parallel zur Eigeninduktivität wirkende Parallelkapazität. Damit ergibt sich aber aus der Sicht der Treiberschaltung, also in Bezug auf den Einspeisepunkt zum Einspeisen des Wechselstroms in die Spulenantenne, durch die Parallelkapazität zusammen mit der Eigeninduktivität insgesamt ein Parallelschwingkreis mit einer vorbestimmten Eigenresonanzfrequenz. Ein solcher Parallelschwingkreis wirkt nun aber als Bandsperre, das heißt von der Treiberschaltung aus gesehen kann ein Wechselstrom oder eine Wechselspannung mit einer vorbestimmten Frequenz, die dieser Eigenresonanzfrequenz entspricht, nicht oder nur gedämpft in die Spulenantenne übertragen werden. Durch die Geometrie des Trägerelements und/oder den Materialtyp des Trägermaterials und/oder die Geometrie der Spulenform an dem Trägerelement ist hierbei ein Wert der Eigenresonanzfrequenz auf ein ganzzahliges Vielfaches der Sendefrequenz eingestellt. Mit anderen Worten nutzt man die geometrische Ausgestaltung und/oder die Materialwahl bei dem Trägerelement und der Spulenantenne, um den sich hierdurch implizit ergebenen Parallelschwingkreis aus Eigeninduktivität der Spulenantenne selbst und der parasitären Parallelkapazität so abzustimmen oder einzustellen, dass die sich ergebende Bandsperre eine Harmonische oder eine Oberwelle der Sendefrequenz unterdrückt oder dämpft. Durch die Erfindung ergibt sich damit der Vorteil, dass auch bei einer Spulenantenne, die also nicht auf einer Leiterplatte angeordnet sein muss, sogar zusätzlichen Raumbedarf eine Bandsperre für zumindest eine Harmonische oder Oberwelle der Sendefrequenz bereitgestellt werden kann. Hierzu wird der inhärente Parallelschwingkreis mit einer Eigenresonanzfrequenz designt oder entworfen, damit sein Bandsperren-Effekt ein ganzzahliges Vielfaches der Sendefrequenz umfasst oder dieses ganzzahlige Vielfache im Bandsperrenbereich des Parallelschwingkreises liegt. Die Eigenresonanzfrequenz des Parallelschwingkreises muss also nicht genau auf das ganzzahlige Vielfache der Sendefrequenz eingestellt sein. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der sich ergebende Bandsperrenbereich dieses Parallelschwingkreises dieses ganzzahlige Vielfache umfasst. So kann zusätzlich erreicht werden, dass in dem Bandsperrenbereich beispielsweise zwei Harmonische oder zwei Oberwellen umfasst sind, indem die Eigenresonanzfrequenz des Parallelschwingkreises zwischen zwei Harmonische, also zwischen zwei ganzzahlige Vielfache der Sendefrequenz, eingestellt ist.
Als Parameter, an denen sich der Fachmann zum Auslegen oder Entwerfen einer solchen Sendevorrichtung orientieren soll, sind die Geometrie des Trägerelements (Durchmesser eines Stabes, auf welchem die Spulenantenne angeordnet ist und/oder Dicke einer Hülle, die um die Spulenantenne angeordnet ist, Länge, Krümmung) und/oder der Materialtyp des Trägermaterials (beispielsweise Gummi oder Gummi mit integriertem elektrisch leitfähigem Granulat, beispielsweise Kohle) und/oder die Geometrie der Spulenform selbst. Hier können durch einfache technische Versuche bei gegebener Sendefrequenz geeignete Werte ermittelt werden. Beispielsweise können ausgehend von einem initialen Prototypen mit einer initialen Geometrie zwei weitere Prototypen gefertigt oder simuliert werden, deren Geometrie von der initialen Geometrie zum einen zu einem größeren Wert (z.B. größerer Durchmesser) und einem zu einem kleineren Wert (z.B. kleinerer Durchmesser) abweichen. Anhand einer sich ergebenden Veränderung des Spektrums von deren Funksignal im Vergleich zum Spektrum des initialen Prototypen kann erkannt werden, welche Veränderung (größerer Wert oder kleinerer Wert) das Spektrum des Sendesignal an das gewünschte Spektrum (mit den gedämpften Oberwellen beim Vielfachen der Sendefrequenz) annähert. Dann kann die Veränderung für einen weiteren Prototypen in diese Richtung (größerer Wert oder kleinerer Wert) fortgesetzt werden, bis sich das gewünschte Spektrum ergibt. Somit ergeben sich iterativ geeignete Werte für die genannten Konstruktionsparameter. Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
In einer Ausführungsform entspricht das ganzzahlige Vielfache der vierten oder fünften oder sechsten oder siebten Harmonischen der Sendefrequenz bzw. ist diese jeweils von dem Bandsperrenbereich umfasst. Dieser Sendebereich ist bereits sehr weit von der ursprünglichen Sendefrequenz entfernt, sodass mit hoher Wahrscheinlichkeit hier Empfänger für andere Funktechnologien in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt sind, was bedeutet dass sich gerade bei diesen Frequenzen die Unterdrückung der Harmonischen mittels des Bandsperrenbereichs des Parallelschwingkreises lohnt.
In einer Ausführungsform ist ein Verstärkerelement, wie es in der Treiberschaltung zum Hervorrufen oder Bewirken des Wechselstromes vorgesehen sein kann, mit der Spulenantenne über einen Schaltungsteil verschaltet, der resonanzfrei ist, also keine eigene Resonanzfrequenz aufweist, oder dessen Resonanzfrequenz, falls er eine aufweist, zumindest von der Eigenresonanzfrequenz des Parallelschwingkreises verschieden ist. Dies soll aussagen, dass in der Sendevorrichtung zwischen der Treiberschaltung und der Spulenantenne kein zusätzliches Filter vorgesehen ist, also insbesondere keine zusätzliche Bandsperrenschaltung. Vielmehr kann der verbindende Schaltungsteil beispielsweise ausschließlich elektrische Leitungen, also beispielsweise Drähte oder Leiterbahnen, umfassen oder vorsehen. Damit wird also allein mittels des Parallelschwingkreises, wie er sich durch die Eigeninduktivität der Spulenantenne und die parasitäre Parallelkapazität ergibt, die Unterdrückung oder Dämpfung der besagten Harmonischen bewirkt. Dies ergibt eine besonders kompakte Bauform der Sendevorrichtung. Das besagte Verstärkerelement kann beispielsweise ein Operationsverstärker oder eine Transistorschaltung sein.
In der Treiberschaltung ist gemäß einer Ausführungsform die Sendefrequenz auf einen Wert in einem Wertebereich von 70 Kilohertz bis 250 Kilohertz eingestellt. Es hat sich herausgestellt, dass für eine solche Sendefrequenz die Dämpfung von Harmonischen durch die beschriebene Auslegung oder Ausgestaltung des Trägermaterials und/oder der Spulenantenne zuverlässig umgesetzt werden kann.
In einer Ausführungsform dient die besagte Treiberschaltung zum Aussenden eines sogenannten Challenge-Signals für einen Funkschlüssel. Ein solches Challenge-Signal muss von einem Kraftfahrzeug ausgesendet werden, um einen Funkschlüssel zur Identifikation aufzufordern, was notwendig sein kann, um beispielsweise eine Zentralverriegelung oder Schließanlage des Kraftfahrzeugs zu steuern. Eine solche Sendevorrichtung darf beispielsweise nicht den Radioempfang des Kraftfahrzeugs durch Aussenden eines Funksignals mit dem Challenge-Signal stören. Dies kann besonders vorteilhaft mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Sendevorrichtung erreicht werden.
In diesem Zusammenhang sieht die Erfindung auch ein Funkschlüsselsystem für ein Kraftfahrzeug vor, wobei das Funkschlüsselsystem eine Steuerschaltung zum Erzeugen eines Sendesignals aufweist, beispielsweise des besagten Challenge-Signals. Die Steuerschaltung ist mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sendevorrichtung gekoppelt und dazu eingerichtet, die Sendevorrichtung mittels des Sendesignals anzusteuern. Das Sendesignal kann dann durch die besagte Treiberschaltung beispielsweise mittels des sogenannten Mischens auf die Sendefrequenz hochgemischt werden und das so entstehende elektrische Signal zum Erzeugen des Wechselstroms in der Spulenantenne genutzt werden. Die Spulenantenne strahlt dann ein Funksignal ab, welches dann im Bereich des ganzzahligen Vielfachen der Sendefrequenz in dem Bandsperrenbereich weniger Sendeleistung aufweist als für den Fall, dass der inhärente Parallelschwingkreis eine andere Eigenresonanzfrequenz aufweisen würde. Antwortet dann ein Funkschlüssel, so muss ein Empfangssignal des Funkschlüssels ebenfalls von dem Funkschlüsselsystem empfangen werden. Hierzu ist die besagte Steuerschaltung des Funkschlüsselsystems zusätzlich mit einer Empfängerschaltung für ein Antwortsignal eines Funkschlüssels gekoppelt. Das Antwortsignal kann eine Antwort auf das Challenge- Signal sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Empfängerschaltung dazu eingerichtet sein, eine Entfernung und/oder eine relative Richtung, in welcher sich der Funkschlüssel bezüglich des Kraftfahrzeugs befindet, anhand des Antwortsignals zu ermitteln. Eine solche Ortung ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt.
Wird das Funkschlüsselsystem in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt, so ergibt sich ein Kraftfahrzeug, das ebenfalls Bestandteil der Erfindung ist und sich durch die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Funkschlüsselsystems auszeichnet. Ein solches Kraftfahrzeug kann beispielsweise als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen ausgestaltet sein.
In einer Ausführungsform weist dieses Kraftfahrzeug einen Radioempfänger mit einem vorbestimmten Empfangsfrequenzbereich auf. Hierbei ist dann vorgesehen, dass die besagte Eigenresonanzfrequenz des inhärenten Parallelschwingkreises der Sendevorrichtung auf einen Wert eingestellt ist, der in dem besagten Empfangsfrequenzbereich liegt. Damit wird also beim Abstrahlen des Funksignals aus der Sendevorrichtung beispielsweise für ein Funkschlüsselsystem verhindert, dass der Radioempfänger in seinem Empfangsfrequenzbereich Flarmonische oder Oberwellen des Funksignals mit mehr als einer vorbestimmten Flöchstsendeleistung empfängt und dies zu Störungen führt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Flierzu zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; und
Fig. 2 ein schematisches Ersatzschaltbild für eine Spulenantenne mit parasitärer Parallelkapazität;
Fig. 3 ein schematisches Ersatzschaltbild der Spulenantenne als Parallelschwingkreis; und
Fig. 4 ein Diagramm mit schematisierten Verläufen von Amplitudengängen über der Frequenz.
In den Figuren weisen Elemente, die funktionsgleich sind, jeweils dieselben Bezugszeichen auf.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, das beispielsweise ein Kraftwagen oder Lastkraftwagen sein kann. In dem Kraftfahrzeug 10 kann eine Sendevorrichtung 11 bereitgestellt sein, die beispielsweise Bestandteil eines Funkschlüsselsystems 12 sein kann. In diesem Fall kann die Sendevorrichtung 11 durch eine Steuerschaltung 13 des Funkschlüsselsystems 12 mit einem Sendesignal 14 angesteuert werden. Allgemein kann mittels der Sendevorrichtung 11 in Abhängigkeit von dem Sendesignal 14 ein Funksignal 15 erzeugt und vom Kraftfahrzeug 10 abgestrahlt werden. Hierzu kann die Sendevorrichtung eine Spulenantenne 16 und eine Treiberschaltung 17 zum Treiben oder Ansteuern der Spulenantenne 16 aufweisen. Die Treiberschaltung 17 kann in Abhängigkeit von dem Sendesignal 14 einen Wechselstrom 18 beispielsweise mittels eines Verstärkerelements 19, beispielsweise einem Operationsverstärker oder einer Transistorschaltung, erzeugen. Das Verstärkerelement 19 der Treiberschaltung 17 kann mit der Spulenantenne 16 über einen Schaltungsteil 19‘ gekoppelt sein, das ohne relevante Filtereigenschaft für den Wechselstrom 18 ist, also z.B. resonanzfrei ist. Es kann sich z.B. um ein Koaxialkabel handeln.
Der Wechselstrom 18 kann in einem elektrischen Leitelement 20 der Spulenantenne 16 fließen und hierdurch ein elektromagnetisches Wechselfeld oder ein magnetisches Wechselfeld in der Umgebung der Spulenantenne 16 erzeugen, das als das Funksignal 15 sich ausbreitet. Die Spulenantenne 16 kann durch eine Helixform oder Spulenform des Leitelements 20 realisiert sein.
Mechanisch gestützt sein kann hierbei das Leitelement 20 beispielsweise durch ein Trägerelement 21 im Inneren der Spulenform, um welches das Leitelement 20 gewickelt sein kann, und/oder durch ein Trägerelement 22, das um die Spulenantenne 16 gestülpt sein kann.
Durch die Form der Spulenantenne 16 und/oder die Geometrie und/oder das Trägermaterial des jeweiligen Trägerelements 21 , 22 kann sich entlang eines Verlaufs des Leitelements 20 eine parasitäre Parallelkapazität 23 ergeben, wie sie in Fig. 2 in einem Ersatzschaltbild symbolisch repräsentiert ist. In Fig. 2 ist die Ganghöhe der Spulenform zur besseren Anschauung übertrieben groß dargestellt, die Windungen des Leitelements 20 können sich auch berühren (mit einer elektrischen Isolation dazwischen) oder das Leitelement 20 kann auch als Flachspule ausgestaltet sein. Gezeigt ist, dass jeweils pro Streckenabschnitt des Leitelements 20 ein differenzieller Anteil oder ein kleiner Anteil oder ein Bestandteil der Parallelkapazität 23 wirken kann. Die Parallelkapazität 23 kann beispielsweise bezüglich eines Massepotentials 24 und/oder als Koppelkapazität von Leiterabschnitt zu Leiterabschnitt wirken.
Insgesamt ergibt sich aus Sicht eines Anschlusspunktes 25, von welchem aus die T reiberschaltung 17 die elektrische Wirkung der Spulenantenne 16 sieht, ein Ersatzschaltbild, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt, wie sich insgesamt bezüglich des Anschlusspunktes 25 ein Parallelschwingkreis 26 ergibt - umfassend die Gesamtheit der Parallelkapazität 23 und eine Eigeninduktivität 27 der Spulenantenne 16 selbst.
Fig. 4 veranschaulicht, wie sich hierdurch über der Frequenz f Amplituden A von elektrischen Signalen und/oder magnetischen Funksignalen verhalten können. Hierbei sei angenommen, dass die Treiberschaltung 17 den Wechselstrom 18 bei einer Sendefrequenz S für die Bereitstellung eines Sendefrequenzbands 28 erzeugt. Zusätzlich können sich aber Harmonische oder Oberwellen 29 ergeben, deren Amplitude A hier auch ohne die Einwirkung des Parallelschwingkreises 26 dargestellt ist. Aus Sicht der Treiberschaltung 17 kann jenseits des Anschlusspunktes 25 der Parallelschwingkreis 26 wirken, dessen Frequenzgang 30 mit einem Bandsperrenbereich 31 dämpfend auf die Oberwellen 29 insbesondere in einem Bereich einer Eigenfrequenz Fbs im Bandsperrenbereich 31 wirken kann. Hierdurch werden die im Bandsperrenbereich 31 liegenden Harmonischen oder Oberwellen 29 gedämpft, sodass sich in das Funksignal 15 (Fig. 1) ein Amplitudenverlauf 32 ergibt, in welchem bei der Sendefrequenz S kein oder nur eine nicht-signifikanter Verlust an Sendeleistung vorhanden ist, während im Bandsperrenbereich 31 die Harmonischen oder Oberwellen 29 im Vergleich zu dem Fall, dass der Bandsperrenbereich 31 nicht vorhanden ist, gedämpft sind. Der Bandsperrenbereich 31 kann als derjenige Frequenzbereich definiert sein, in welchem eine durch den Parallelschwingkreis 26 bewirkte Dämpfung größer als 3dB, insbesondere größer als 6dB, bevorzugt größer als 10dB, ist. Hierdurch wird bei der Sendevorrichtung 11 zumindest eine Harmonische oder Oberwellen 29 gezielt gedämpft. Es kann sich insbesondere um eine Harmonische oder Oberwelle 29 handeln, die in einem Empfangsfrequenzbereich 33 eines Radioempfängers des Kraftfahrzeugs 10 liegen kann.
Somit ergibt sich die gezielte Nutzung der Eigenresonanz einer Antenne in einem Serienschwingkreis als Emissionsfilter (Dämpfung von Oberwellen).
Bezugszeichenliste
Kraftfahrzeug
Sendevorrichtung
Funkschlüsselsystems
Steuerschaltung
Sendesignal
Funksignal
Spulenantenne
Treiberschaltung
Wechselstrom
Verstärkerelement
Schaltungsteil
Leitelement
Trägerelement
Trägerelement
Parallelkapazität
Massepotentials
Anschlusspunktes
Parallelschwingkreis
Eigeninduktivität
Sendefrequenzbands
Oberwellen
Frequenzgang
Bandsperrenbereich
Amplitudenverlauf
Empfangsfrequenzbereich

Claims

Patentansprüche
1 . Sendevorrichtung (11 ) zum Aussenden eines Funksignals (15) von einem Kraftfahrzeug (10) aus, wobei zum Abstrahlen des Funksignals (15) eine Spulenantenne (16) vorgesehen ist und eine elektrische Treiberschaltung (17) dazu eingerichtet ist, zum Flervorrufen des Funksignals (15) in der Spulenantenne (16) einen elektrischen Wechselstrom (18) mit einer vorbestimmten Sendefrequenz (S) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenantenne (16) an zumindest einem Trägerelement (21 , 22) angeordnet ist und sich aufgrund einer Geometrie und/oder eines Trägermaterials des zumindest einen Trägerelements (21 , 22) und/oder aufgrund einer Geometrie einer Spulenform der Spulenantenne (16) eine parallel zu einer Eigeninduktivität (27) der Spulenantenne (16) wirkende parasitäre Parallelkapazität (23) ergibt, die zusammen mit der Eigeninduktivität (27) in Bezug auf die Treiberschaltung (17) als ein Parallelschwingkreis (26) mit einer vorbestimmten Eigenresonanzfrequenz (Fbs) wirkt, wobei durch die Geometrie des jeweiligen Trägerelements (21 , 22) und/oder einen Materialtyp des Trägermaterials und/oder die Geometrie der Spulenform ein Wert der Eigenresonanzfrequenz (Fbs) auf ein ganzzahliges Vielfaches der Sendefrequenz (S) eingestellt ist oder ein Bandsperrenbereich (31) des Parallelschwingkreises (26) dieses ganzzahlige Vielfache umfasst.
2. Sendevorrichtung (11 ) nach Anspruch 1 , wobei das ganzzahlige Vielfache der vierten oder fünften oder sechsten oder siebten Harmonischen (29) der Sendefrequenz (S) entspricht oder diese von dem Bandsperrenbereich (31) umfasst ist.
3. Sendevorrichtung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verstärkerelement (19) der Treiberschaltung (17) mit der Spulenantenne (16) über einen Schaltungsteil (19‘) verschaltet ist, der resonanzfrequenzfrei ist oder dessen zumindest eine Resonanzfrequenz von der Eigenresonanzfrequenz (Fbs) des Parallelschwingkreises (26) verschieden ist.
4. Sendevorrichtung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Treiberschaltung (17) die Sendefrequenz (S) auf einen Wert in einem Wertebereich von 70 kHz bis 250 kHz eingestellt ist.
5. Sendevorrichtung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Treiberschaltung (17) zum Aussenden eines Challenge-Signals für einen Funkschlüssel eingerichtet ist.
6. Funkschlüsselsystem (12) für ein Kraftfahrzeug (10), wobei das Funkschlüsselsystem (12) eine Steuerschaltung (13) zum Erzeugen eines Sendesignals (14) aufweist und die Steuerschaltung (13) mit einer Sendevorrichtung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, die Sendevorrichtung (11) mittels des Sendesignals (14) anzusteuern, wobei die Steuerschaltung (13) zusätzlich mit einer Empfängerschaltung für ein Antwortsignal eines Funkschlüssels gekoppelt ist.
7. Kraftfahrzeug (10) mit einem Funkschlüsselsystem (12) nach Anspruch 6.
8. Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 7, wobei das Kraftfahrzeug (10) einen Radioempfänger mit einem vorbestimmten Empfangsfrequenzbereich (33) aufweist und eine Eigenresonanzfrequenz (Fbs) eines Parallelschwingkreises (26) einer Sendevorrichtung (11) des Funkschlüsselsystems (12) einen Wert aufweist, der in dem Empfangsfrequenzbereich (33) liegt.
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