WO2013098151A1 - Sendeanordnung für eine funkstation und funkstation - Google Patents

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WO2013098151A1
WO2013098151A1 PCT/EP2012/076129 EP2012076129W WO2013098151A1 WO 2013098151 A1 WO2013098151 A1 WO 2013098151A1 EP 2012076129 W EP2012076129 W EP 2012076129W WO 2013098151 A1 WO2013098151 A1 WO 2013098151A1
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conductor
transmission arrangement
arrangement according
circuit board
control electronics
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PCT/EP2012/076129
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Guy-Aymar Chakam
Martin Weinberger
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a transmitting device for a radio station for an access system, such as a portable radio key, as typically used for locking and unlocking motor vehicles and other vehicles use.
  • a radio key sends out a signal which is received by a receiving station in or on the vehicle and further processed.
  • the receiving point has an antenna.
  • the polarization of the receiving antenna is adapted to the polarization of the antenna transmission arrangement.
  • the orientation may be predetermined by the peculiarities of the installation location in more or less narrow limits.
  • vertical is understood in the context of the present invention as synonymous with “perpendicular to the earth's surface”.
  • the electronics of transmitter assemblies include a printed circuit board which is incorporated into a key housing. Therefore, it is expedient to use a flat as possible housing, so that the key has a flat design and thus can be stored well, especially if it is worn eg in a garment on the body. Transmitting device with such a flat design are usually held during the transmission operation so that the circuit board is aligned approximately parallel to the earth's surface.
  • the object of the present invention is to provide a transmission system for an access system, which offers a high transmission quality with low transmission losses under the said conditions.
  • one aspect of the invention relates to a transmission arrangement for a radio station, in particular an access system of a vehicle.
  • the transmission arrangement comprises a printed circuit board with an upper main surface, and with a first metallization, in which conductor tracks are formed.
  • a drive electronics for providing a Freguenzsignals and an antenna structure are provided.
  • the antenna structure includes a coupling device, a conductor pattern, and a continuous, electrically conductive path having a first end and a second end opposite the first end.
  • the coupling device is designed to couple a frequency signal provided by the on-control electronics into the conductor structure.
  • the first end and / or the second end constitutes one end of the conductor pattern.
  • one or both of the first end and the second end are spaced from the circuit board by a gas or electrically non-conductive material.
  • Another aspect of the invention relates to a radio station, in particular portable radio station, for example in the form of a electronic vehicle key with a transmission arrangement, as has been explained above.
  • Figure 1 shows a first example of a transmission arrangement with a
  • FIG. 2 shows a transmitting arrangement with an antenna structure, which comprises a two-part conductor structure, which is connected to a conductor loop of a printed circuit board, which in turn is inductively coupled to a further conductor loop of the printed circuit board.
  • Figure 1 shows a perspective view of a transmission arrangement, as it can be used for example in a portable radio station, here in an electronic key for a motor vehicle.
  • the transmission arrangement comprises a printed circuit board 1 with an upper main surface 11 and a lower main surface 12. In this sense, the two main surfaces 11, 12 are given by the two largest-sized sides of the printed circuit board 1.
  • the upper main surface 11 is substantially in a plane which is spanned by the mutually perpendicular directions x and y. Perpendicular to the xy plane is the direction z, which is also referred to below as the "vertical direction”.
  • the printed circuit board 1 has a first metallization plane 31, which is formed, for example, on the upper main surface 11, which, however, can also be located within the printed circuit board 1, for example, in the case of a multilayer printed circuit board, for example.
  • the first metallization plane 31 is structured to strip conductors and / or conductor surfaces 13.
  • a second metallization plane can be provided on the lower main surface 12, which, however, is concealed in FIG.
  • the transmission arrangement comprises an antenna structure 5 with a conductor structure 2. Between a first end 51 of the antenna structure 5 and a second end 52 of the antenna structure 5, a continuous, electrically conductive path of the antenna structure 5 is formed.
  • the first end 51 and the second end 52 are each spaced from the circuit board 1 by a gas, for example air, or by an electrically non-conductive material.
  • An electrically non-conductive material may be, for example, a potting compound or a dielectric material with desired relative permittivity, in which the transmission arrangement is completely or partially embedded.
  • control electronics 7 On the circuit board 1, here on the upper main surface 11, there are a control electronics 7 and a coupling device 8. Deviating from this could be the control electronics
  • the drive electronics 7 could be arranged on the upper main surface 11 and the coupling device 8 on the lower main surface 12, or - vice versa - the coupling device 8 on the upper main surface 11 and the control electronics 7 on the lower main surface 12.
  • the control electronics 7 and / or The coupling device 8 can also be arranged in a spaced manner from the printed circuit board 1 in whole or in part.
  • the conductor structure 2 is exemplified as a substantially flat, flat sheet metal stamping. It has an annular structure which is interrupted by a gap 55.
  • the conductor structure 2 comprises two horizontal sections 41, 42, which run parallel to the first main surface 11 and parallel to one another.
  • the conductor structure 2 has two vertical sections 43, 44, wherein the gap 55 is located in the vertical section 44.
  • the first end 51 and the second end 52 lie opposite each other in the z-direction.
  • the vertical section 43 is connected at its ends by the horizontal sections 41 and 42, respectively, to the vertical section 44.
  • control electronics 7 During operation of the transmission arrangement, the control electronics 7 generates a frequency signal having a center frequency, which is fed to the conductor structure 2 via the coupling device 8. For this purpose, an output of the control electronics 7, on which the
  • Freguenzsignal is provided via a conductor track 13, which is formed in the first metallization 31, connected to the coupling device 8.
  • this connection can also be made in whole or in part with any other electrical connection elements such as, for example, a bonding wire.
  • the coupling device 8 is shown only schematically in FIG. In principle, the coupling between the on-control electronics 7 and the antenna structure 5 by means of the coupling device 8 in different ways.
  • the coupling can be realized in one of the following ways: inductively and galvanically isolated; capacitive and galvanically isolated; galvanically; inductive and capacitive though galvanically isolated; inductive and galvanic; inductive, capacitive and galvanic.
  • the coupling device 8 may comprise capacitor components or other capacitive structures, inductive components or other inductive structures, as well as resistor components or other electrically resistive structures.
  • components are understood to mean components which are fitted with the printed circuit board 1, for example by soldering or electrically conductive bonding.
  • the coupling device 8 includes a winding, not shown, which may have multiple turns, one turn or even a partial turn. This winding is arranged to be inductively coupled to the conductor pattern 2. In other embodiments of the coupling, the coupling device 8 may alternatively or additionally be connected to the conductor structure 2 via a galvanic connection and / or a capacitance. The operation of the transmission arrangement of the control electronics
  • the antenna structure 5 is coupled into the conductor structure 2, whereby the antenna structure 5 emits an electromagnetic signal whose electric field has a significant component in the z-direction.
  • the frequency signal provided by the drive structure 7 has a center frequency.
  • This frequency bandwidth is centered around the center frequency so that one of the transmission arrangement radiated signal from a receiver can be received recoverable.
  • the bandwidth is a few KHz or MHz around the center frequency. Since the bandwidth is centered about the center frequency of the signal, the transmission arrangement is operated in the region of the resonance of the conductor structure 2, so that a suitable current distribution is formed in the conductor structure 2.
  • the first end 51 and the second end 52 represent nodes where the current is substantially equal to zero.
  • the transmission device thus generates an electromagnetic wave whose electromagnetic field has a significant component in the z-direction.
  • the above-mentioned self-resonance can be adjusted on the one hand by the configuration of the coupling device 8, on the other hand by the distance d55 between the first end 51 and the second end 52, ie by the width of the gap 55.
  • the distance d55 can in principle be chosen arbitrarily, it may for example be in the range of 0.1 mm to 10 mm.
  • a circuit board 1 is likewise provided, which is provided on the upper main surface 11 with a first metallization plane 31, in which conductor tracks and / or conductor surfaces 13 are formed.
  • a second metallization plane 32 which is parallel to the first metallization plane 31, is formed on the lower main surface 12 and is likewise structured to strip conductors and / or conductor surfaces 14.
  • a first conductor loop 61 is formed, which is connected to the control electronics; 7 is connected.
  • a second conductor loop 62 is formed, which is connected in series with the conductor structure 2 and the one
  • the conductor structure 2 is divided and comprises at least a first partial structure 21 and a second partial structure 22.
  • the first end 51 forms one end of the first partial structure 21, the second end 52 forms an end of the second partial structure 22
  • the first substructure 21 also has another end 53, which represents an end of the first substructure 21 opposite the first end 51.
  • the second substructure 22 also has a further end 54, which forms an end of the second substructure 22 opposite the second end 52.
  • the second conductor loop 62 is now connected in series between the two further ends 53 and 54 with the two substructures 21, 22, so that it lies in the current path between the first end 51 and the second end 52.
  • the other end 54 is on the same side of the circuit board 1 as the second metallization 32, the other end 53 on the other hand, on the opposite side of the circuit board 1, in the circuit board 1, a feedthrough 33 is provided, the other end 53 electrically connected to the second conductor loop 62 connects.
  • one of the partial structures 21, 22 can also be realized by a conductor track of the printed circuit board 1.
  • a longitudinal section 41, 42 can be folded away from the printed circuit board 1 relative to the vertical sections 43, 44.
  • the first conductor loop 61 is inductively coupled to the second conductor loop 62.
  • the frequency signal provided by the control electronics 7 is fed to the first conductor loop 61 and inductively coupled into the second conductor loop 62 by the latter.
  • the first conductor loop 61 is arranged in the z direction above the second conductor loop 62, so that the first conductor loop 61 and the second conductor loop 62 completely or at least partially overlap. As the overlap increases, so does the strength of the inductive coupling. Since the strength of the coupling has a significant influence on the resonance frequency of the antenna structure 5, a desired resonance frequency and the impedance can be adjusted by the degree of coupling, ie, the degree of overlap between the first conductor loop 61 and the second conductor loop 62.
  • a further adaptation of the resonance frequency of the antenna structure 5 can take place over the width d55 of the gap 55.
  • an adaptation can also take place in that the conductor structure 2 is widened flat at its first end 51 and / or that the conductor structure 2 is widened flat at its second end 52.
  • the broadening increases the capacitance between the ends 51 and 52 of the conductor structure 2, which influences the natural resonance frequency of the antenna structure 5 accordingly.
  • first conductor loop 61 which is formed by a plurality of conductor loops connected in series, each of which is formed in a different metallization plane of the printed circuit board 1.
  • the individual conductor loops of the coil would then be arranged one above the other in the z-direction and, for example, through
  • a second coil could also be provided, which is formed from a plurality of conductor loops connected in series, each of which is formed in a different metallization plane of the printed circuit board 1.
  • the individual conductor loops of the coil would then be arranged one above the other in the z-direction and e.g. connected in series by means of plated-through holes of the printed circuit board 1, so that the second coil comprises two or more conductor loops connected in series.
  • the transmission arrangement thus generates an electromagnetic wave whose electromagnetic field has a significant component in the z-direction.
  • the vertical section 43 is not located in the middle of the current path, but still sufficiently close to the center, relative to the length of the current path formed between the first end 51 and the second end 52 electric field of the radiated from the antenna structure 5 electromagnetic wave nevertheless has a sufficient amplitude in the z-direction.
  • the electric field of the radiated during operation of the transmitting device according to Figure 2 electromagnetic wave also has due to the arranged parallel to the upper main surface 11 second conductor loop 62 nor a component perpendicular to the z-direction, so that a function of the transmission arrangement is ensured even if this other than intended.
  • the ratio of the amplitude of the electric field in the z-direction to the amplitude having the electric field perpendicular to the z-direction is determined by the geometry of, in particular, the second conductor loop 62 and the conductor pattern 2, a desired ratio can be obtained by adjusting the geometry be set.
  • the conductor structure 2 may have one or more sections which are arranged outside the lateral edge of the printed circuit board 1, ie, neither above nor below the printed circuit board 1, parallel to the z-direction. In the arrangements according to FIGS. 1 and 2, these are, for example, the horizontal sections 41 and 42. This saves space on the circuit board 1 which is available for the accommodation of other components.
  • the conductor structure 2 can optionally be supported and / or held at one or more locations using a dielectric material, for example in relation to the printed circuit board 1. On the one hand, this increases the mechanical stability of the transmission arrangement, on the other hand, vibrations of the free arms of the conductor structure 2, which adjoin the vertical section 43, can thereby be avoided.
  • the horizontal sections 41 and 42 can lie one above the other in the z-direction as shown in FIGS. 1 and 2. However, this is not mandatory.
  • the production of a conductor structure 2 can, regardless of whether it is formed in one piece or two or more
  • a conductor structure 2 can also be provided in any other way, such as e.g. be made by milling or casting.
  • an antenna structure 5 used in the present invention may be designed to have an impedance of 50 ohms.
  • Another advantage of the transmission arrangement according to the invention is that it can be designed as symmetric and self-resonant, whereby the ground plane is not part of the radiating system and interference effects by touching (front of the antenna excluded) of the transmission arrangement by hand is less pronounced than at conventional systems.
  • an electronic vehicle key can be produced with a transmission arrangement as described above. Basically, however, can be realized with such a transmission arrangement radio key / transponder for any application.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sendeanordnung für eine Funkstation, insbesondere eines Zugangssystems. Die Sendeanordnung umfasst eine Leiterplatte (1) mit einer oberen Hauptfläche (11), sowie mit einer ersten Metallisierungsebene (31), in der Leiterbahnen (13) ausgebildet sind. Außerdem sind eine Ansteuerelektronik (7) zum Bereitstellen eines Frequenzsignals und eine Antennen- struktur (5) vorgesehen. Die Antennenstruktur (5) umfasst eine Koppelvorrichtung (8), eine Leiterstruktur (2), und einen durchgehenden, elektrisch leitenden Pfad, der ein erstes Ende (51) und ein dem ersten Ende (51) entgegengesetztes zweites Ende (52) aufweist. Die Koppelvorrichtung (8) ist dazu ausgebildet, ein von der Ansteuerelektronik (7) bereitgestelltes Frequenzsignal in die Leiterstruktur (2) einzukoppeln. Das erste Ende (51) und/oder das zweite Ende (52) stellt jeweils ein Ende der Leiterstruktur (2) dar. Außerdem ist von dem ersten Ende (51) und von dem zweiten Ende (52) eines oder beide durch ein Gas oder ein elektrisch nicht leitendes Material von der Leiterplatte (1) beabstandet.

Description

Beschreibung
Sendeanordnung für eine Funkstation und Funkstation
Die Erfindung betrifft eine Sendeanordnung für eine Funkstation für ein Zugangssystem, beispielsweise für einen tragbaren Funkschlüssel, wie er typischerweise zum Ver- und Entriegeln von Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen Verwendung findet. Bei einem derartigen Zugangssystem sendet im einfachsten Fall der Funkschlüssel ein Signal aus, welches von einer Empfangsstelle im oder am Fahrzeug empfangen und weiterverarbeitet wird. Zum Empfang des von der Sendeanordnung ausgesendeten Signals weist die Empfangsstelle eine Antenne auf. Um Übertragungsverluste zu minimieren, ist es vorteilhaft, wenn die Polarisation der Empfangsantenne an die Polarisation der Antenne Sendeanordnung angepasst ist.
Je nach Einbauort der Empfangsantenne kann deren Ausrichtung durch die Besonderheiten des Einbauorts in mehr oder weniger engen Grenzen vorgegeben sein. In vielen Fällen, beispielsweise wenn die Empfangsantenne auf dem Dach eines Fahrzeugs angebracht werden soll, ist es zweckmäßig, diese so auszurichten, dass sie auf ein vertikal oder zumindest überwiegend vertikal polarisiertes Empfangssignal optimiert ist. Der Ausdruck "vertikal" wird im Sinne der vorliegenden Erfindung als gleichbedeutend mit "senkrecht zur Erdoberfläche" verstanden.
Typischer Weise umfasst die Elektronik von Sendeanordnungen eine Leiterplatte, die in ein Schlüsselgehäuse eingebaut wird. Daher ist zweckmäßig, hierfür ein möglichst flaches Gehäuse zu verwenden, so dass der Schlüssel eine flache Bauform aufweist und sich dadurch gut aufbewahren lässt, insbesondere dann, wenn er z.B. in einem Kleidungsstück am Körper getragen wird. Sendeanordnung mit einer derart flachen Bauweise werden üblicherweise während des Sendebetriebs so gehalten, dass die Leiterplatte in etwa parallel zur Erdoberfläche ausgerichtet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sendeanordnung für ein Zugangssystem bereitzustellen, das unter den genannten Voraussetzungen eine hohe Übertragungsgualität mit geringen Übertragungsverlusten bietet.
Diese Aufgabe wird durch eine Sendeanordnung gemäß Patentan- spruch 1 bzw. durch eine Funkstation gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Demgemäß betrifft ein Aspekt der Erfindung eine Sendeanordnung für eine Funkstation, insbesondere eines Zugangs Systems eines Fahrzeugs. Die Sendeanordnung umfasst eine Leiterplatte mit einer oberen Hauptfläche, sowie mit einer ersten Metallisierungsebene, in der Leiterbahnen ausgebildet sind. Außerdem sind eine Ansteuerelektronik zum Bereitstellen eines Freguenzsignals und eine Antennenstruktur vorgesehen. Die Antennenstruktur umfasst eine Koppelvorrichtung, eine Leiterstruktur, und einen durchgehenden, elektrisch leitenden Pfad, der ein erstes Ende und ein dem ersten Ende entgegengesetztes zweites Ende aufweist. Die Koppelvorrichtung ist dazu ausgebildet, ein von der An- Steuerelektronik bereitgestelltes Freguenzsignal in die Leiterstruktur einzukoppeln . Das erste Ende und/oder das zweite Ende stellt ein Ende der Leiterstruktur dar. Außerdem ist von dem ersten Ende und von dem zweiten Ende eines oder beide durch ein Gas oder ein elektrisch nicht leitendes Material von der Leiterplatte beabstandet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Funkstation, insbesondere tragbare Funkstation, beispielsweise in Form eines elektronischen Fahrzeugschlüssels mit einer Sendeanordnung, wie sie vorangehend erläutert wurde.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die bei- gefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Elemente. Die in den Figuren gezeigten Elemente sind nicht notwendiger Weise maßstäblich wiedergegeben. Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Beispiel einer Sendeanordnung mit einer
Leiterstruktur , welche als Ring mit Spalt ausgebildet ist ; Figur 2 eine Sendeanordnung mit einer Antennenstruktur, die eine zweiteilige Leiterstruktur umfasst, welche an eine Leiterschleife einer Leiterplatte angeschlossen ist, die wiederum mit einer weiteren Leiterschleife der Leiterplatte induktiv gekoppelt ist.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Sendeanordnung, wie sie beispielsweise in einer tragbaren Funkstation, hier in einem elektronischen Schlüssel für ein Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Die Sendeanordnung umfasst eine Leiterplatte 1 mit einer oberen Hauptfläche 11 und einer unteren Hauptfläche 12. In diesem Sinne sind die beiden Hauptflächen 11, 12 durch die beiden großflächigsten Seiten der Leiterplatte 1 gegeben.
Die obere Hauptfläche 11 liegt im Wesentlichen in einer Ebene, die durch die zueinander senkrechten Richtungen x und y aufgespannt ist. Senkrecht zur x-y-Ebene verläuft die Richtung z, die nachfolgend auch als "vertikale Richtung" bezeichnet wird. Die Leiterplatte 1 weist eine erste Metallisierungsebene 31 auf, die beispielhaft an der oberen Hauptfläche 11 ausgebildet ist, die sich aber z.B. bei z.B. im Fall einer Multilayer-Leiterplatte auch innerhalb der Leiterplatte 1 befinden kann. Die erste Metallisierungsebene 31 ist zu Leiterbahnen und/oder Leiterflächen 13 strukturiert. Optional kann an der unteren Hauptfläche 12 eine zweite Metallisierungsebene vorgesehen sein, die jedoch in Figur 1 verdeckt ist .
Die Sendeanordnung umfasst eine Antennenstruktur 5 mit einer eine Leiterstruktur 2. Zwischen einem ersten Ende 51 der Anten- nenstruktur 5 und einem zweiten Ende 52 der Antennenstruktur 5 ist ein durchgehender, elektrisch leitender Pfad der Antennenstruktur 5 ausgebildet. Das erste Ende 51 und das zweite Ende 52 sind jeweils durch ein Gas, beispielsweise Luft, oder durch ein elektrisch nicht leitendes Material von der Leiterplatte 1 beabstandet. Bei einem elektrisch nicht leitenden Material kann es sich beispielsweise um eine Vergussmasse oder ein dielektrisches Material mit gewünschter relativer Permittivität handeln, in die die Sendeanordnung ganz oder teilweise eingebettet ist.
Auf der Leiterplatte 1, hier auf deren oberer Hauptfläche 11, befinden sich eine Ansteuerelektronik 7 und eine Koppelvorrichtung 8. Abweichend davon könnten sich die Ansteuerelektronik
7 und die Koppelvorrichtung 8 auch auf der unteren Hauptfläche 12 der Leiterplatte 1 befinden. Ebenso könnte die Ansteuerelektronik 7 auf der oben Hauptfläche 11 und die Koppelvorrichtung 8 auf der unteren Hauptfläche 12 angeordnet sein, oder - umgekehrt - die Koppelvorrichtung 8 auf der oberen Hauptfläche 11 und die Ansteuerelektronik 7 auf der unteren Hauptfläche 12. Ebenso können die Ansteuerelektronik 7 und die Koppelvorrichtung
8 jeweils mehrere Elemente aufweisen, von denen zumindest eines auf der oberen Hauptfläche 11 und ein anderes auf der unteren Hauptfläche 12 angeordnet ist. Die Ansteuerelektronik 7 und/oder die Koppelvorrichtung 8 können jeweils auch ganz oder teilweise von der Leiterplatte 1 beabstandet angeordnet sein.
Die Leiterstruktur 2 ist beispielhaft als im Wesentlichen ebenes, flaches Blechstanzteil ausgebildet. Sie besitzt eine ringförmige Struktur, die durch einen Spalt 55 unterbrochen ist. Bei dem Beispiel gemäß Figur 1 umfasst die Leiterstruktur 2 zwei Horizontalabschnitte 41, 42, die parallel zur ersten Hauptfläche 11 und parallel zueinander verlaufen. Außerdem besitzt die Leiterstruktur 2 zwei Vertikalabschnitte 43, 44, wobei sich der Spalt 55 in dem Vertikalabschnitt 44 befindet. Das erste Ende 51 und das zweite Ende 52 liegen einander dabei in z-Richtung gegenüber. Außerdem ist der Vertikalabschnitt 43 an seinen Enden durch die Horizontalabschnitte 41 bzw. 42 mit dem Vertikal- abschnitt 44 verbunden.
Beim Betrieb der Sendeanordnung erzeugt die Ansteuerelektronik 7 ein Freguenzsignal mit einer Mittenfreguenz , welches der Leiterstruktur 2 über die Koppelvorrichtung 8 zugeführt wird. Hierzu ist ein Ausgang der Ansteuerelektronik 7, an dem das
Freguenzsignal bereitgestellt wird, über eine Leiterbahn 13, die in der ersten Metallisierungsebene 31 ausgebildet ist, mit der Koppelvorrichtung 8 verbunden. Alternativ oder ergänzend kann diese Verbindung jedoch auch ganz oder teilweise mit beliebigen anderen elektrischen Verbindungselementen wie beispielsweise einem Bonddraht hergestellt werden.
Die Koppelvorrichtung 8 ist in Figur 8 nur schematisch dargestellt. Grundsätzlich kann die Kopplung zwischen der An- Steuerelektronik 7 und der Antennenstruktur 5 mit Hilfe der Koppelvorrichtung 8 auf unterschiedliche Weise erfolgen.
Beispielsweise kann die Kopplung auf eine der folgenden Arten realisiert werden: induktiv und galvanisch getrennt; kapazitiv und galvanisch getrennt ; galvanisch; induktiv und kapazitiv aber galvanisch getrennt; induktiv und galvanisch; induktiv, kapazitiv und galvanisch. Je nach Art der Kopplung kann die Koppelvorrichtung 8 hierzu Kondensatorbauelemente oder andere kapazitive Strukturen aufweisen, induktive Bauelemente oder andere Induktive Strukturen, sowie WiderStandsbauelemente oder andere elektrisch-resistive Strukturen. Als "Bauelemente" werden hierbei Komponenten verstanden, die mit denen die Leiterplatte 1, beispielsweise durch Auflöten oder elektrisch leitendes Kleben, bestückt ist.
Bei dem Beispiel gemäß Figur 1 enthält die Koppelvorrichtung 8 eine nicht näher dargestellte Wicklung, welche mehrere Windungen, eine Windung oder auch nur eine Teilwindung aufweisen kann. Diese Wicklung wird so angeordnet, dass sie induktiv mit der Leiterstruktur 2 gekoppelt ist. Bei anderen Ausgestaltungen der Kopplung kann die Koppelvorrichtung 8 alternativ oder ergänzend über eine galvanische Verbindung und/oder eine Kapazität mit der Leiterstruktur 2 verbunden sein. Das beim Betrieb der Sendeanordnung von der Ansteuerelektronik
7 bereitgestellte Freguenzsignal wird über die Koppelvorrichtung
8 in die Leiterstruktur 2 eingekoppelt, wodurch die Antennenstruktur 5 ein elektromagnetisches Signal abstrahlt, dessen elektrisches Feld eine signifikante Komponente in der z- Richtung aufweist .
Das von der Ansteuerstruktur 7 bereitgestellte Freguenzsignal besitzt eine Mittenfreguenz . Außerdem weist die gesamte der Ansteuerelektronik 7 nachgeschaltete Einheit, welche die Koppelstruktur 8, die Leiterstruktur 2 sowie eine optional vorhandene Verbindungsleitung zur Verbindung der Ansteuerelektronik 7 mit der Koppelstruktur 8 umfasst, eine Frequenzbandbreite auf. Diese Frequenzbandbreite ist so um die Mittenfrequenz zentriert, dass ein von der Sendeanordnung abgestrahltes Signal von einem Empfänger verwertbar empfangen werden kann. Die Bandbreite beträgt ein paar KHz oder MHz um die Mittenfreguenz . Indem die Bandbreite um die Mittenfreguenz des Signals zentriert ist, wird die Sendeanordnung im Bereich der Resonanz der Leiterstruktur 2 betrieben, so dass sich in der Leiterstruktur 2 eine passende Stromverteilung ausbildet. Hierbei stellen das erste Ende 51 und das zweite Ende 52 Knotenpunkte dar, an denen der Strom im Wesentlichen gleich Null ist. In dem Vertikalabschnitt 43 hingegen, der auf der dem Spalt 55 entgegengesetzten Seite der Leiterstruktur 2 angeordnet ist, befindet sich die Stelle maximaler Amplitude des Wechselstroms. Im Ergebnis erzeugt die Sendeanordnung damit eine elektromagnetische Welle, deren elektromagnetisches Feld eine signifikante Komponente in z-Richtung aufweist.
Die vorangehend erwähnte Eigenresonanz kann zum Einen durch die Ausgestaltung der Koppelvorrichtung 8 eingestellt werden, zum Anderen durch den Abstand d55 zwischen dem ersten Ende 51 und dem zweiten Ende 52, d.h. durch die Breite des Spaltes 55. Der Abstand d55 kann grundsätzlich beliebig gewählt werden, er kann beispielsweise im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm liegen. Gemäß einem weiteren, in Figur 2 gezeigten Beispiel ist ebenfalls eine Leiterplatte 1 vorgesehen, die an der oberen Hauptfläche 11 mit einer ersten Metallisierungsebene 31 versehen ist, in der Leiterbahnen und/oder Leiterflächen 13 ausgebildet sind. An der unteren Hauptfläche 12 ist eine zur ersten Metallisierungsebene 31 parallele zweite Metallisierungsebene 32 ausgebildet, die ebenfalls zu Leiterbahnen und/oder Leiterflächen 14 strukturiert ist . In der ersten Metallisierungsebene 31 ist eine erste Leiterschleife 61 ausgebildet, die an die Ansteuerelektronik; 7 angeschlossen ist. Außerdem ist in der zweiten Metallisierungsebene 32 eine zweite Leiterschleife 62 ausgebildet, die mit der Leiterstruktur 2 in Reihe geschaltet ist und die einen
Bestandteil des elektrisch leitenden Pfades darstellt. Anders als bei der Anordnung nach Figur 1 ist die Leiterstruktur 2 geteilt und umfasst zumindest eine erste Teilstruktur 21 und eine zweite Teilstruktur 22. Das erste Ende 51 bildet ein Ende der ersten Teilstruktur 21, das zweite Ende 52 ein Ende der zweiten Teilstruktur 22. Die erste Teilstruktur 21 besitzt außerdem ein weiteres Ende 53, das ein dem ersten Ende 51 entgegengesetztes Ende der ersten Teilstruktur 21 darstellt. Dementsprechend besitzt auch die zweite Teilstruktur 22 ein weiteres Ende 54, welches ein dem zweiten Ende 52 entgegengesetztes Ende der zweiten Teilstruktur 22 bildet. Die zweite Leiterschleife 62 ist nun zwischen den beiden weiteren Enden 53 und 54 mit den beiden Teilstrukturen 21, 22 in Reihe geschaltet, so dass sie im Strompfad zwischen dem ersten Ende 51 und dem zweiten Ende 52 liegt.
Da sich das weitere Ende 54 auf derselben Seite der Leiterplatte 1 befindet wie die zweite Metallisierungsebene 32, das weitere Ende 53 hingegen auf der entgegengesetzten Seite der Leiterplatte 1, ist in der Leiterplatte 1 eine Durchkontaktierung 33 vorgesehen, die das weitere Ende 53 elektrisch mit der zweiten Leiterschleife 62 verbindet.
Alternativ zu der in Figur 2 gezeigten Ausgestaltung kann auch eine der Teilstrukturen 21, 22 durch eine Leiterbahn der Leiterplatte 1 realisiert sein. Wie außerdem in Figur 2 gezeigt ist, kann ein Längsabschnitt 41, 42 - bezogen auf die Vertikalabschnitte 43, 44 - von der Leiterplatte 1 weg gefaltet sein. Zur Übertragung eines von der Ansteuerelektronik 7 bereitgestellten Frequenzsignals ist die erste Leiterschleife 61 mit der zweiten Leiterschleife 62 induktiv gekoppelt . Hierzu wird bei dem Beispiel gemäß Figur 2 das von der Ansteuerelektronik 7 bereitgestellte Frequenzsignal der ersten Leiterschleife 61 zugeführt und durch diese induktiv in die zweite Leiterschleife 62 eingekoppelt. Die erste Leiterschleife 61 ist hierzu in z-Richtung oberhalb der zweiten Leiterschleife 62 angeordnet, so dass sich die erste Leiterschleife 61 und die zweite Leiterschleife 62 vollständig oder zumindest teilweise überlappen. Mit zunehmender Überlappung erhöht sich auch die Stärke der induktiven Kopplung. Da die Stärke der Kopplung einen wesentlichen Einfluss auf die Resonanzfrequenz der Antennenstruktur 5 besitzt, können eine gewünschte Resonanzfrequenz und die Impedanz durch den Grad der Kopplung, d.h. durch den Grad der Überlappung zwischen der ersten Leiterschleife 61 und der zweiten Leiterschleife 62, eingestellt werden.
Eine weitere Anpassung der Resonanzfrequenz der Antennenstruktur 5 kann über die Breite d55 des Spalts 55 erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann eine Anpassung außerdem dadurch erfolgen, dass die Leiterstruktur 2 an ihrem ersten Ende 51 flächig verbreitert ist und/oder dass die Leiterstruktur 2 an ihrem zweiten Ende 52 flächig verbreitert ist . Durch die Verbreiterung wird die Kapazität zwischen den Enden 51 und 52 der Leiterstruktur 2 erhöht, was die Eigenresonanzfrequenz der Antennenstruktur 5 entsprechend beeinflusst.
Bei geeigneter Ausgestaltung der Leiterplatte 1, beispielsweise im Fall einer Multilayer-Leiterplatte könnte anstelle von nur einer einzigen ersten Leiterschleife 61 eine erste Spule vorgesehen sein, die aus mehreren in Reihe geschalteten Leiterschleifen gebildet ist, von denen jede in einer anderen Metallisierungsebene der Leiterplatte 1 ausgebildet ist. Die einzelnen Leiterschleifen der Spule wären dann in der z-Richtung übereinander liegend angeordnet und z.B. durch
Durchkontaktierungen der Leiterplatte in Reihe geschaltet, so dass die erste Spule zwei oder mehr in Reihe geschaltete Leiterschleifen umfasst.
Entsprechend könnte anstelle von nur einer einzigen zweiten Leiterschleife 62 auch eine zweite Spule vorgesehen sein, die aus mehreren in Reihe geschalteten Leiterschleifen gebildet ist, von denen jede in einer anderen Metallisierungsebene der Leiter- platte 1 ausgebildet ist. Die einzelnen Leiterschleifen der Spule wären dann in der z-Richtung übereinander liegend angeordnet und z.B. mit Hilfe von Durchkontaktierungen der Leiterplatte 1 in Reihe geschaltet, so dass die zweite Spule zwei oder mehr in Reihe geschaltete Leiterschleifen umfasst.
In dem Vertikalabschnitt 43 hingegen, der auf der dem Spalt 55 entgegengesetzten Seite der Leiterstruktur 2 angeordnet ist, befindet sich die Stelle maximaler Amplitude des Wechselstroms. Im Ergebnis erzeugt die Sendeanordnung damit eine elektro- magnetische Welle, deren elektromagnetisches Feld eine signifikante Komponente in z-Richtung aufweist.
Anders als bei der Anordnung gemäß Figur 1 befindet sich der Vertikalabschnitt 43 - bezogen auf die Länge des zwischen dem ersten Ende 51 und dem zweiten Ende 52 ausgebildeten Strompfades - zwar nicht in der Mitte des Strompfades, aber noch in hinreichender Nähe der Mitte, so dass elektrische Feld der von der Antennenstruktur 5 abgestrahlten elektromagnetischen Welle dennoch eine ausreichende Amplitude in z-Richtung besitzt. Das elektrische Feld der beim Betrieb der Sendeanordnung gemäß Figur 2 abgestrahlten elektromagnetischen Welle weist außerdem aufgrund der parallel zur oberen Hauptfläche 11 angeordneten zweiten Leiterschleife 62 noch eine Komponente senkrecht zur z-Richtung auf, so dass eine Funktion der Sendeanordnung auch dann gewährleistet ist, wenn diese anderes als vorgesehen ausgerichtet ist. Da das Verhältnis der Amplitude des elektrischen Feldes in z-Richtung zur Amplitude, die das elektrische Feldes senkrecht zur z-Richtung aufweist, durch die Geometrie insbesondere der zweiten Leiterschleife 62 und der Leiterstruktur 2 bestimmt ist, kann ein gewünschtes Verhältnis durch eine Anpassung der Geometrie eingestellt werden. Durch diese Möglichkeit der Anpassung kann erreicht werden, dass die von der Antennenstruktur 5 abgestrahlte elektromagnetische Welle überwiegend in z- Richtung polarisiert ist, d.h., dass das elektrische Feld der Welle senkrecht zur Leiterplatte eine größere Amplitude aufweist als in jeder zur oberen Hauptfläche 11 parallelen Richtung.
Bei sämtlichen Anordnungen im Sinne der vorliegenden Erfindung kann sich ein zur oberen Hauptfläche 11 senkrecht verlaufender Vertikalabschnitt 43 der Leiterstruktur 2 - wie beispielhaft in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist - auf einer dem ersten Ende 51 und dem zweiten Ende 52 entgegengesetzten Seite der Leiterstruktur 2 befinden.
Weiterhin kann die Leiterstruktur 2 einen oder mehrere Abschnitte aufweisen, der außerhalb des seitlichen Randes der Leiterplatte 1, d.h. der parallel zur z-Richtung weder oberhalb noch unterhalb der Leiterplatte 1 angeordnet ist. Bei den Anordnungen gemäß den Figuren 1 und 2 sind dies z.B. die Horizontalabschnitte 41 und 42. Hierdurch kann Platz auf der Leiterplatte 1 eingespart werden, der für die Unterbringung anderer Komponenten zur Verfügung steht. Um die mechanische Stabilität der Anordnung zu gewährleisten, kann die Leiterstruktur 2 optional an einer oder mehreren Stellen unter Verwendung eines dielektrischen Mate- rials, beispielsweise gegenüber der Leiterplatte 1, abgestützt und/oder gehalten werden. Dies erhöht zum Einen die mechanische Stabilität der Sendeanordnung, zum Anderen können hierdurch Schwingungen der freien Arme der Leiterstruktur 2, die sich an den Vertikalabschnitt 43 anschließen, vermieden werden . Dies ist besonders deshalb von Bedeutung, weil anderenfalls die Gefahr besteht, dass sich der Abstand d55 zwischen den Enden 51 und 52 aufgrund der Schwingungen und damit einhergehend die Reso- nanzfreguenz der Antennenstruktur 5 verändert. Grundsätzlich können die Horizontalabschnitte 41 und 42 wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt in z-Richtung übereinander liegen. Allerdings ist dies nicht zwingend erforderlich.
Die Herstellung einer Leiterstruktur 2 kann, unabhängig davon, ob sie einteilig ausgebildet ist oder aber zwei oder mehr
Teilstrukturen 21, 22 aufweist, besonders einfach durch Stanzen und/oder Biegen eines Bleches erfolgen. Grundsätzlich kann eine Leiterstruktur 2 jedoch auch auf beliebige andere Weise wie z.B. durch Fräsen oder Gießen hergestellt werden.
Die Länge des elektrisch leitenden Pfades vom ersten Ende 51 zum zweiten Ende 52 entspricht der Hälfte der effektiven Wellenlänge Xef f , die sich bei der Mittenfreguenz f0 des von der Ansteuerelektronik 7 bereitgestellten Freguenzsignals aus den relativen Permittivitäten der in der Sendeanordnung verwendeten Materialien, der gesamten Geometrie der Antennen und Komponenten der Sendeanordnung ergibt . Optional kann eine bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte Antennenstruktur 5 so ausgelegt werden, dass sie eine Impedanz von 50 Ohm besitzt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sendeanordnung besteht darin, dass es sich als symmetrisch und eigenresonant ausgestalten lässt, wodurch die Massefläche nicht Teil des strahlenden Systems ist und Störungseffekte durch Berührung (vorderer Bereich der Antenne ausgeschlossen) der Sendeanordnung mit der Hand weniger stark ausgeprägt ist als bei herkömmlichen Systemen .
Mit einer Sendeanordnung, wie sie vorangehend beschrieben wurde, lässt sich insbesondere ein elektronischer Fahrzeugschlüssel herstellen. Grundsätzlich lassen sich mit einer solchen Sendeanordnung jedoch Funkschlüssel / Transponder für beliebige Anwendungszwecke realisieren.
Abschließend wird noch darauf hingewiesen, dass verschiedene Merkmale der vorangehenden Ausführungsbeispiele auf beliebige Weise miteinander kombiniert werden, sofern sich die Merkmale einer solchen Kombination nicht gegenseitig ausschließen.
Bezugszeichenliste
1 Leiterplatte
2 Leiterstruktur
5 Antennenstruktur
7 Ansteuerelektronik
8 Koppel orrichtung
9 erste Leiterschleife
10 zweite Leiterschleife
11 obere Hauptfläche
12 untere Hauptfläche
13 Leiterbahn
14 Leiterbahn
31 erste Metallisierungsebene
32 zweite Metallisierungsebene
33 Durchkontaktierung
21 erste Teilstruktur
22 zweite Teilstruktur
41 Horizontalabschnitt
42 Horizontalabschnitt
43 Vertikalabschnitt
44 Vertikalabschnitt
51 erstes Ende
52 zweites Ende
53 Ende
54 Ende
55 Spalt
61 Leiterschleife
62 Leiterschleife
z vertikale Richtung

Claims

Patentansprüche
1. Sendeanordnung für eine Funkstation, insbesondere für ein Zugangssystem, umfassend:
eine Leiterplatte (1) mit einer oberen Hauptfläche (11), sowie mit einer ersten Metallisierungsebene (31), in der Leiterbahnen (13) ausgebildet sind;
eine Ansteuerelektronik (7) zum Bereitstellen eines Frequenz Signals;
eine Antennenstruktur (5) umfassend eine Koppelvorrichtung
(8), eine Leiterstruktur (2), sowie einen durchgehenden, elektrisch leitenden Pfad, der ein erstes Ende (51) und ein dem ersten Ende (51) entgegengesetztes zweites Ende (52) aufweist; wobei
die Koppelvorrichtung (8) dazu ausgebildet ist, ein von der
Ansteuerelektronik bereitgestelltes Frequenzsignal in die Leiterstruktur (2) einzukoppeln ;
das erste Ende (51) ein Ende der Leiterstruktur (2) darstellt und/oder das zweite Ende (52) ein Ende der Leiter- struktur (2) darstellt;
von dem ersten Ende (51) und von dem zweiten Ende (52) eines oder beide durch ein Gas oder ein elektrisch nicht leitendes Material von der Leiterplatte (1) beabstandet ist.
2. Sendeanordnung gemäß Anspruch 1, bei die Leiterstruktur (2) einen Vertikalabschnitt (43) aufweist, der senkrecht zur oberen Hauptfläche (11) verläuft und der sich auf einer dem ersten Ende (51) und dem zweiten Ende (52) entgegengesetzten Seite der Leiterstruktur (2) befindet.
3. Sendeanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das erste Ende (51) und das zweiten Ende (52) einander in einer vertikalen Richtung (z) gegenüber liegen, die durch die Richtung der Normalen der oberen Hauptfläche (11) gegeben ist.
4. Sendeanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Abstand (d55) zwischen dem ersten Ende (51) und dem zweiten Ende (52) im Bereich von 0,1mm bis 10mm liegt.
5. Sendeanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Leiterstruktur (2) einteilig ausgebildet ist.
6. Sendeanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Leiterstruktur (2) eine erste Teilstruktur (21) und eine zweite Teilstruktur (22) aufweist.
7. Sendeanordnung gemäß Anspruch 6, bei der das erste Ende (51) ein Ende der ersten Teilstruktur (21) darstellt und bei dem das zweite Ende (52) ein Ende der zweiten Teilstruktur (22) dar- stellt.
8. Sendeanordnung gemäß Anspruch 7, bei der die erste Teilstruktur (21) am ersten Ende (51) flächig verbreitert ist und/oder bei dem die zweite Teilstruktur (22) am zweiten Ende (52) flächig verbreitert ist.
9. Sendeanordnung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Ansteuerelektronik (7) mit der Leiterstruktur (2) auf eine der folgenden Arten gekoppelt ist: induktiv und galvanisch getrennt; kapazitiv und galvanisch getrennt; galvanisch; induktiv, kapazitiv und galvanisch getrennt; induktiv und galvanisch; induktiv, kapazitiv und galvanisch.
10. Sendeanordnung gemäß Anspruch 9, bei der
die Leiterplatte (1) eine zur ersten Metallisierungsebene
(31) parallele zweite Metallisierungsebene (32) aufweist; in der ersten Metallisierungsebene (31) eine erste Leiterschleife (61) ausgebildet ist, die an die Ansteuerelektronik (7) angeschlossen ist; in der zweiten Metallisierungsebene (32) eine zweite Leiterschleife (62) ausgebildet ist, die an die Leiterstruktur (2) angeschlossen ist und die einen Bestandteil des elektrisch leitenden Pfades darstellt;
die erste Leiterschleife (61) mit der zweiten Leiterschleife (62) und damit die Ansteuerelektronik (7) mit der Leiterstruktur (2) induktiv gekoppelt ist.
11. Sendeanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Leiterstruktur (2) einen Abschnitt (41, 42) aufweist, der parallel zur Normalenrichtung (z) der oberen Hauptfläche (11) weder oberhalb noch unterhalb der Leiterplatte 1 angeordnet ist.
12. Sendeanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Leiterstruktur (2) vollständig oder zumindest teilweise aus einem gestanzten und/oder gebogenen Blech besteht.
13. Sendeanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der
die Ansteuerelektronik (7) dazu ausgebildet ist, ein
Freguenz signal bereitzustellen, das eine Mittenfreguenz aufweist;
die gesamte der Ansteuerelektronik (7) nachgeschaltete Einheit, welche die Koppelstruktur (8), die Antennenstruktur (5) sowie eine optional vorhandene Verbindungsleitung zur Verbindung der Ansteuerelektronik (7) mit der Koppelstruktur (8) umfasst, eine Freguenzbandbreite aufweist, die um die Mittenfreguenz zentriert im Bereich im KHz- oder MHz-Bereich ist.
14. Sendeanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Antennenstruktur (5) eine Impedanz von 50 Ohm aufweist.
15. Funkstation, insbesondere elektronischer Fahrzeugschlüssel, umfassend eine Sendeanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
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