Beschreibung
Antennenvorrichtung, insbesondere für ein Diebstahlschutzsystem eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung, insbesondere für ein Diebstahlschutzsystem eines Kraftfahrzeugs. Solche Antennenvorrichtungen werden dazu benutzt, codierte Informationen eines Codegebers drahtlos zu empfangen und zur Über- prüfung ihrer Berechtigung an eine Steuereinheit weiterzuleiten.
Eine bekannte Antennenvorrichtung (DE 195 42 441 AI) weist mehrere Spulen als Sende- und Empfangsantenne auf, die im Kraftfahrzeug verteilt angeordnet sind. Über die Sende- und Empfangsantenne wird ein Fragesignal ausgesendet, daß von einem tragbaren Transponder empfangen wird. Der Transponder antwortet daraufhin mit einem Antwortsignal, in dem eine codierte Information enthalten ist. Die codierte Information wird in einer Steuereinheit ausgewertet, in dem sie mit einer erwarteten Sollinformation verglichen wird. Bei Übereinstimmung der beiden Informationen wird ein Freigabesignal erzeugt, durch das Türschlösser ver- oder entriegelt oder eine Wegfahrsperre des Kraftfahrzeugs gelöst wird.
Die Signale werden dabei induktiv mit Hilfe eines Magnetfeldes übertragen. Solche Magnetfelder haben jedoch eine räumlich begrenzte Reichweite, so daß nicht jeder Winkel innerhalb des Kraftfahrzeugs und unmittelbar um das Kraftfahrzeug herum mit dem Magnetfeld mit genügend großer Feldstärke durchsetzt werden kann. Die Orte, in denen die Magnetfeldstärke zu gering ist, werden als sogenannte Nullstellen bezeichnet . Wenn sich der tragbare Transponder in einer solchen Nullstelle befindet, so empfängt er kein Fragesignal von der Sende- und Empfangsantenne. Da die vom Transponder ausgesendeten Signale ihrerseits nur eine geringe Reichweite aufwei-
sen, kann von der Sende- und Empfangsantenne auch kein Antwortsignal empfangen werden.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Antennenvorrichtung für ein Diebstahlschutzsystem zu schaffen, mit der - weitgehend unabhängig vom Ort eines Codegebers - sicher Signale an den Codegeber gesendet und von diesem empfangen werden können, sobald sich der Codegeber in der Nähe der Antennenvorrichtung befindet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst . Dabei weist eine Antennenvorrichtung ein magnetisches Koppelelement auf, das über eine Leitung mit einer Sekundärspule verbunden ist. Das magnetische Koppelele- ment ist mit einer Sende- und Empfangsantenne magnetisch gekoppelt und leitet Signale von der Sende- und Empfangsantenne zu der Sekundärspule oder umgekehrt . Das Koppelelement und die Sekundärspule müssen dabei nicht galvanisch mit der Sende- und Empfangsantenne verbunden sein. Somit können diese unabhängig von vorhandenen Leitungen oder einem Kabelbaum verlegt werden. Außerdem sind solche Koppelelemente mit angeschlossener Sekundärspule einfach an fast jeder beliebigen Stelle anzubringen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. So können mehrere Sekundärspulen mit einem einzigen Koppelelement verbunden sein. Die Sekundärspulen lassen sich somit dicht verteilt in einem begrenzten Bereich anbringen. Die Sekundärspulen können dabei in der Fahrertür, in der Beifahrertür, im Fahrzeugdach, im
Fahrzeugboden, Heckdeckel, im Stoßfänger, in den Fahrzeugsitzen, im Armaturenbrett usw. angeordnet sein. Da die Sekundär- spulen relativ klein ausgebildet sein können, sind sie weitgehend unabhängig vom Einbauort. Wenn die Leitung zwischen dem Koppelelement und der Sekundärspule als verdrillte Zwei- drahtleitung realisiert ist, so werden die Leistungsverluste
der Signale, die über die Leitung übertragen werden, sehr gering.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an- hand der schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Antennenvorrichtung für ein
Diebstahlschutzsystem, die in ein Fahrzeug eingebaut ist und Figur 2 ein Blockschaltbild der Antennenvorrichtung nach Figur 1.
Eine erfindungsgemäße Antennenvorrichtung, insbesondere für ein Diebstahlschutzsystem, ist vorzugsweise in einem Kraft- fahrzeug 1 (Figur 1) angeordnet. Sie weist mehrere Sende- und Empfangsantennen auf, die in Form von Spulen ausgebildet sind. Daher werden die Sende- und Empfangsantennen im folgenden als Primärspulen 2 (2', 2'', 2''', 2'''') bezeichnet. Beim Senden von Signalen wird durch jede Primärspule 2 ein Wechselmagnetfeld (im folgenden als Primärfeld bezeichnet) aufgebaut, das in einer in dem Magnetfeld befindlichen weiteren Transponderspule 3 eines Transponders 4 (vgl. Figur 2) eine entsprechende Wechselspannung induziert . Auf diese Weise findet eine induktive Übertragung von Daten oder Energie von der Primärspule 2 zu dem Transponder 4 statt.
Je eine Primärspulen 2 ist - bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 - in der Fahrertür 5, der Beifahrertür 6, der Hutablage 7 und dem Heckdeckel 8 angeordnet . Über das Primärfeld werden Signale (Daten oder Energie) induktiv ausgesendet. Umgekehrt wird in der Primärspule 2 eine Spannung induziert, wenn die Transponderspule 3 ein Magnetfeld erzeugt, innerhalb dessen Reichweite die Primärspule 2 angeordnet ist. Somit werden Daten oder Energie von der Primärspule 2 induktiv emp- fangen.
Die Primärspulen 2 sind dabei über eine bidirektionale Endstufe 9 (vgl. Figur 2) mit einer zentral angeordneten Steuereinheit 10 verbunden. Da die induktive Übertragungen von Signalen bereits hinreichend bekannt ist, wird hierauf nicht mehr näher eingegangen.
Falls Zugang zu dem Kraftfahrzeug 1 gewünscht wird, so wird - beispielsweise nach Betätigen eines Türgriffs an der Fahrertür 5 - ein Fragesignal über eine der Primärspulen 2 oder mehrere Primärspulen 2 ausgesendet. Falls der Transponder 4 das Fragesignal empfängt, so sendet er eine codierte Information in einem Antwortsignal zurück. Das von den Primärspulen 2 empfangene Antwortsignal wird an die Steuereinheit 10 weitergeleitet und dort ausgewertet .
Um die Berechtigung des Transponders 4 festzustellen (dies wird auch als Authentifikation bezeichnet) , wird die in dem Antwortsignal enthaltene codierte Information mit einer erwarteten Sollinformation verglichen. Bei Übereinstimmung der beiden Informationen wird ein Freigabesignal erzeugt, durch das nicht explizit dargestellte Verriegelungselemente, wie Türschlösser entriegelt werden.
Eine nähere Beschreibung der Primärspulen 2 und der Art und Weise der Authentifikation sind in der Offenlegungsschrift DE 195 42 441 AI beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird.
Damit der gesamte Innenraum und auch der unmittelbare Raum um das Fahrzeug (dies entspricht dem möglichen Aufenthaltsort des von einem Benutzer mitgeführten Transponders 4, falls der
Benutzer das Kraftfahrzeug benutzen möchte) mit einer ausreichenden Magnetfeldstärke durchsetzt wird, sind erfindungsgemäß magnetische Koppelelemente 11 vorgesehen, die über eine Leitung 12 mit einer Sekundärspule 13 verbunden sind. Die Koppelelemente 11 sind magnetisch mit einer der Primärspulen 2 gekoppelt . Somit werden die Signale von einer Primärspule 2 über die Koppelelemente 11 und über eine oder mehrere Leitun-
gen 12 zu einer oder mehreren Sekundärspulen 13 weitergeleitet und umgekehrt .
Infolgedessen wird auch ein Magnetfeld um die Sekundärspule 13 (im folgenden als Sekundärfeld bezeichnet) aufgebaut. Wenn die Sekundärspulen 13 in Bereichen angeordnet sind, in denen das Primärfeld nicht oder nur mit zu geringer Feldstärke/Intensität vorhanden ist, so können in diesen Bereichen mittels der Sekundärfelder Signale zu Transpondern gesendet werden, die sich in diesen Bereichen befinden (für den Heckbereich des Kraftfahrzeugs 1 ist dies in der Figur 1 dargestellt) .
Umgekehrt können über die Sekundärspulen 13 Signale von dem Transponder 4 empfangen werden, falls er sich in einem dieser Bereiche befindet. Statt der Transponder 4 können auch Sender oder Codegeber verwendet werden, die Signale zu der Primärspule 2 induktiv senden sollen, jedoch selbst keine Signale empfangen können.
Mit dem Sekundärfeld kann zusammen mit dem Primärfeld ein gleichmäßiger und durchgängiger Fangbereich 14 mit Einzel- fangbereichen 14 ' , 14 ' ' , 14 ' ' ' , usw. geschaffen werden, der möglichst wenige Lücken, d.h. Nullstellen aufweist. Der Fangbereich 14 wird dabei durch die Reichweite definiert, d.h. durch den Bereich des Magnetfeldes, in dem die Intensität noch über einem minimalen Schwellwert liegt. Die Fangbereiche 14 der dargestellten Primärspulen 2 und der dargestellten Sekundärspulen 13 sind in der Figur 1 mit markierten Linien dargestellt .
Jedes Koppelelemente 11 ist - wie in Figur 2 dargestellt - in der Nähe einer Primärspule 2 angeordnet. Wichtig ist, daß die Koppelelemente 11 innerhalb des Primärfeldes angeordnet sind, da ansonsten keine Signalübertragung stattfinden kann.
Die Koppelelemente 11 sind vorzugsweise als Spulen ausgebildet. Falls dann die Windungsdurchmesser der Primärspule 2 und
der Spule des Koppelelements 11 gleich groß sind, so können die beiden als eine Einheit gefertigt und am Anbringungsort verlegt werden.
Die Primärspulen 2 können dann je nach Bedarf im Kraftfahrzeug 1 derart befestigt werden, daß weitgehend der gesamte Innenraum von dem Primärfeld und dem Sekundärfeld durchdrungen wird. Durch Anbringen der Sekundärspulen 13. an geeigneten Stellen, kann durch die Sekundärfelder zusammen mit dem Pri- märfeld ein durchgängiges und lückenloses Magnetfeld im Inneren des Kraftfahrzeugs 1 entstehen. Ein Benutzer kann somit seinen Transponder 4 an beliebiger Stelle im Kraftfahrzeug 1 ablegen. Der Transponder 4 kann infolgedessen immer sicher mit dem Fragesignal angesprochen werden und sein Antwortsi- gnal zurücksenden. Auch wenn sich der Benutzer dem Kraftfahrzeug nähert, so kann er den Transponder 4 in einer Hemdtasche, einer Hosentasche oder in einer Handtasche tragen. Selbst wenn er die Tasche abstellt, kann der darin befindliche Transponder 4 angesprochen werden, solange eine Sekundär- spule 13 im Fußbereich bei der Fahrertür 5 angeordnet ist.
Die Sekundärspule 13 erzeugt zusammen mit dem Koppelelement 11 eine einfache Erweiterung des Primärfeldes. Die Sekundärspulen 13 können einfach befestigt und in ihrer Größe ent- sprechend geformt ausgebildet werden. Die Sekundärspulen 13 können in der Fahrertür 5, in der Beifahrertür 6, im Fahrzeugdach oder im Fahrzeugboden, im Heckdeckel 8 oder im Stoßfänger in der Fahrzeugkarosserie angeordnet sein. Die Sekundärspulen 13 können auch beliebig im Fahrzeuginneren, bei- spielsweise in den Fahrzeugsitzen, am Armaturenbrett, an der Mittelablage oder an der Hutablage 7 befestigt sein.
Die Sekundärspule 13 ist vorzugsweise durch eine einfach verlegbare, flexible Leitung 12 mit dem Koppelelement 11 verbun- den. Somit können die Leitung 12 und die Sekundärspule 13 einfach und in jede Ecke des Kraftfahrzeugs 1 montiert werden.
Vorteilhafterweise ist die Leitung 12 als verdrillte Zweidrahtleitung ausgebildet. Dadurch sind Leitungsverluste (geringe Dämpfung) klein und in der Nähe befindliche elektri- sehe Einrichtungen werden weniger elektromagnetisch gestört . Die Leitung 12 kann auch als Kabel oder sonstige galvanische Verbindungen realisiert sein.
Von dem Koppelelement 11 können mehrere Leitungen 12 parallel zu jeweils einer Sekundärspule 13 führen. Somit kann um das Primärfeld ein zusätzliches, weit ausgedehntes Sekundärfeld oder viele kleine Sekundärfelder entstehen.
Da die magnetische Kopplung von der Primärspule 2 zu der Se- kundärspule 13 verlustbehaftet ist, ist die Intensität des
Sekundärfeldes durchaus kleiner als die des Primärfeldes. Allerdings kann das Sekundärfeld gezielt an Orten angebracht werden, in deren unmittelbarer Umgebung sich der Transponder 4 unter Umständen befinden kann und deren Umgebung gerade nicht von dem Primärfeld durchsetzt ist.
Das Koppelelement 11 ist dabei lediglich ein Bindeglied zu der Primärspule 2 und erhält seine Signale induktiv von der Primärspule 2 und gibt sie an die Sekundärspule 13 weiter oder sie erhält Signale von der Sekundärspule 13 und gibt sie induktiv an die Primärspule 2 weiter. Durch die Sekundärspulen 13 wird die räumliche Reichweite verändert und das gesamte effektive Magnetfeld räumlich vergrößert. Selbst die entlegensten Bereiche innerhalb eines Raumes können mit dem Se- kundärfeld durchsetzt werden, dessen Magnetfeldstärke noch genügend groß sein muß, um in der Transponderspule 3 noch eine genügend große Spannung zu induzieren.
Jeder Primärspule 2 können mehrere Koppelelemente 11 zugeord- net sein, solange alle Koppelelemente 11 gut mit der Primärspule 2 magnetisch gekoppelt sind. Ebenso können jedem Koppelelement 11 mehrere Sekundärspulen 13 zugeordnet sein, die
über die Leitungen 12 mit dem Koppelelement 11 verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Antennenvorrichtung kann nicht nur für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, sondern überall dort, wo Signale induktiv ausgesendet und empfangen werden sowie eine Erweiterung des Magnetfeldes auf einfache Weise gewünscht wird. Durch das Koppelelement 11, das mit der Sekundärspule 13 über die Leitung 12 verbunden ist, ergibt sich eine einfa- ehe Möglichkeit, das Magnetfeld der Primärspule 2 quasi zu vergrößern. Eine solche Vergrößerung oder Erweiterung des Magnetfeldes ist dabei unabhängig von einem ohnehin verlegten Kabelbaum oder von einer vorhandenen Leitungsinstallation, die eine elektrische Verbindung zwischen der Steuereinheit 10 und den einzelnen Primärspulen 2 herstellt. Da die Sekundärspulen 13 sehr klein ausgebildet werden können, ist es einfach, diese an jedem beliebigen Ort anzubringen. Die Sekundärspulen 13 können dabei durch bekannte Maßnahmen an ihrem Anbringungsort befestigt (z.B. durch Kleben) werden.
Wenn die Sekundärspulen 13 an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs 1 befestigt werden, so kann der unmittelbare Nahbereich um das Kraftfahrzeug 1 einerseits von dem gesamten Primärfeld und andererseits von dem gesamten Sekundärfeld lückenlos durchsetzt werden. Somit wird sichergestellt, daß - unabhängig von der Lage des Transponders 4 in der Nähe des Kraftfahrzeugs 1 - dieser sicher Signale empfangen und zurücksenden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung ist eine erfolgreiche Authentifikation weitgehend unabhängig von der Lage und der Orientierung der Transponderspule 3. Mit den Sekundärspulen 13 kann ein räumliches Sekundärfeld geschaffen werden, das Magnetfeldkomponenten in jeder Raumrichtung auf- weist, so daß sicher eine Spannung induziert wird, deren Höhe ja bekanntlich von der Winkellage der Windungsfläche zu den Magnetfe1dkomponenten abhängt .
Durch das magnetische Einkoppeln des Primärfeldes kann über das Koppelelement 11, die Leitung 10 und die Sekundärspule 13 ein Sekundärfeld erzeugen werden, das durch das verteilte Anbringen der Sekundärspulen 13 gezielt in entfernten Bereichen wirken kann, in denen das Primärfeld nicht mehr wirkt. Die Sekundärspule 13 läßt sich zusammen mit der Leitung 10 an fast jeden Anbringungsort sehr einfach verlegen.