WO2019030132A1 - Antenne für ein hochfrequenzsystem zur abgasnachbehandlung eines kraftfahrzeugs, hochfrequenzsystem sowie verfahren zum betreiben besagter antenne - Google Patents

Antenne für ein hochfrequenzsystem zur abgasnachbehandlung eines kraftfahrzeugs, hochfrequenzsystem sowie verfahren zum betreiben besagter antenne Download PDF

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antenna element
coupling sleeve
carrier
heating
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Johannes Ante
Katharina BURGER
Philippe Grass
Markus HIEN
Willibald Reitmeier
Martin Weinberger
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the application relates to an antenna for a high-frequency system for a motor vehicle, in particular a system for determining a loading state and / or damage to a filter or a catalytic converter.
  • the application further relates to a high frequency system with such an antenna as well
  • Exhaust systems for internal combustion engines may have catalysts and filters of different types.
  • the ef 5-efficient operation of some components requires the Fuel ⁇ development degree, also known as load state to determine components.
  • Fuel ⁇ development degree also known as load state to determine components.
  • soot particle ⁇ filter it is advantageous if the current Rußbeladungs- state is known.
  • models can be used for this, which calculate the desired data on the basis of engine operating data, temperatures and mass flows 5. Besides, it is possible to use
  • filters or catalyst This can be one
  • Such systems require one or more microwave antennas within the exhaust system.
  • an antenna for a high-frequency system for a motor vehicle which enables reliable operation. It is also desirable a high frequency system for a motor vehicle which allows reliable operation. Furthermore, it is desirable to provide a method for operating an antenna for a high-frequency system for a motor vehicle, which enables reliable operation.
  • an antenna for a high-frequency system for a motor vehicle in particular for a motor vehicle exhaust system, has an antenna element for transmitting and / or receiving microwaves.
  • the antenna element can be electrically coupled to a high-frequency exciter in order to transmit and / or receive microwaves in a first operating state.
  • the antenna is electrically coupled to a heater controller for heating the antenna in a second mode of operation.
  • the antenna element can be electrically coupled to the heating control in order to apply an electrical voltage for heating to the antenna element in the second operating state. In the second operating state, in particular a pollution protection is thus realized.
  • the antenna thus has two functions.
  • the antenna is operable in the first operating state so that it can radiate and / or receive high-frequency energy.
  • the antenna can be heated in order, for example, to be able to rid itself of soot deposits and / or moisture and, as an alternative or in addition, to prevent or reduce contamination in a preventive manner.
  • the antenna is used to determine the loading state of a filter or a catalyst can.
  • an electromagnetic wave in the microwave range is coupled into a housing of the filter or catalytic converter.
  • the mechanical housing is an electrical cavity resonator.
  • the properties of the spectrum change with a change in the dielectric constant in the housing.
  • the change in the DIE lektrizticianskonstante is determined for example by means of a ⁇ n ⁇ alteration of the conductivity and / or loss or a micro ⁇ wave attenuation and / or a change of the quality factor Q and / or a phase change as a measuring effect.
  • soot particles deposit on the antenna a change in the received microwaves is detectable. However, this change is not representative of a change in the loading condition. Consequently, such Rußabla ⁇ delay can result in erroneous measurements.
  • the antenna element has a carrier.
  • the antenna element has an electrically conductive conductor track.
  • the electrically conductive conductor track is arranged on the carrier.
  • the trace is electrically coupled to the high frequency exciter and the heater control.
  • the trace is operable in a first mode of operation by the high frequency exciter to transmit and / or receive microwaves.
  • the antenna is operable in a second operating state of the heating control as a heating resistor.
  • the electrical trace of the antenna thus fulfills two functions. It serves on the one hand for transmitting and / or receiving microwaves and on the other hand as an electrical heating resistor.
  • One and the same electrically conductive trace is used both to radiate and / or receive microwaves and to heat the antenna due to a conversion of electrical energy into thermal energy.
  • the electrically conductive conductor track is made of platinum, for example, or has platinum.
  • the conductor track is pressed onto the carrier.
  • the carrier is, for example, a ceramic carrier, in particular a multilayer ceramic carrier.
  • the electrically conductive conductor track is arranged on one surface of a first layer of the carrier.
  • Another layer of the carrier covers from above the electrically conductive trace so that the electrically conductive trace is disposed within the carrier.
  • the carrier comprises Al 2 O 3 or is formed from Al 2 O 3.
  • the conductor track has two areas which are elongated along a main extension direction of the antenna. At one end of the antenna, the track has a transverse area connecting the two elongated areas.
  • the conductor thus has a U-shape. Due to the special shape of the conductor track, according to embodiments it is possible to arrange contact elements for electrically contacting the electrical conductor track at one end of the antenna, which in particular lies opposite the end area of the antenna in which the transverse area of the conductor track is arranged.
  • the antenna has an electrically conductive coupling sleeve for fastening the antenna.
  • the antenna is screwed by means of the coupling sleeve in a housing of the catalyst or the filter.
  • a arranged electrical insulator Between the coupling sleeve and the carrier is a arranged electrical insulator. Between the insulator and the carrier an electrically conductive coating is arranged on the carrier.
  • the electrical insulator is in particular formed separately from the carrier and, for example, from a different material than the carrier.
  • the carrier and the coupling sleeve are electrically isolated from each other by means of the insulator.
  • the conductive coating on the carrier is arranged in particular in the region of the coupling sleeve on the carrier and not outside of the coupling sleeve.
  • a carbon black deposit between the coupling sleeve and the electrically conductive coating an electrically conductive bridging of the insulator can be out ⁇ forms.
  • Due to the additionally provided electrically conductive coating on the carrier it is possible to apply a high voltage, in particular high-voltage pulses, between the coupling sleeve and the electrically conductive coating. By means of the high voltage, these soot deposits can be removed, for example burned away.
  • the antenna has a temperature sensor, which is arranged in the carrier.
  • a temperature sensor which is arranged in the carrier.
  • the temperature at the antenna can be used, for example, to compensate for the load measurement.
  • two further electrical contact elements are provided on the antenna for electrically contacting the temperature sensor.
  • the antenna thus has four contact elements.
  • the antenna element has a metal rod.
  • the metal rod is electrically coupled to the Hochfre ⁇ quenzanreger for transmitting and / or receiving the microwaves.
  • the antenna has the electrically conductive coupling sleeve for fixing the antenna. Between the coupling sleeve and the metal rod, an electrical insulator is arranged.
  • the heating control is electrically coupled to the coupling sleeve and the metal rod. In a carbon black deposit between the coupling sleeve and the metal rod, an electrically conductive bridging of the insulator can be formed. It is possible to apply an electrical high voltage, in particular high-voltage pulses, between the coupling sleeve and the metal rod. By means of the high voltage, these soot deposits can be removed, for example burned away.
  • a high-frequency system for a motor vehicle has an antenna according to the application according to at least one embodiment.
  • the high frequency system includes the high frequency exciter which is electrically coupled to the antenna by means of two capacitors.
  • the high frequency system includes the heater control, which is electrically coupled to the antenna by means of two inductors.
  • the inductors are each coils in particular. Due to the capacitors and inductors of the high-frequency exciter and the heater control are electrically decoupled from each other. Therefore, it is possible to use the one single electrical trace both for transmitting and / or receiving the microwaves and as an electrical heating resistor.
  • the capacitors act at the high frequencies used when transmitting and / or receiving the microwaves, such as electrical conductors.
  • the capacitors are not continuous. Exactly the other way behave the inductors, which are electrically continuous for the DC voltage of the heating control and act as a conductor. For the high voltage of the high frequency exciters, however, the inductors are not electrically or almost not continuously.
  • the heating is simultaneously possible for sending and simultaneously receiving because of the decoupling means of the coils and capacitors.
  • the heating control In order to apply the high voltage between the coupling sleeve and the electrically conductive coating, the heating control according to at least one embodiment is electrically connected to the
  • Coupled coupling sleeve and electrically coupled to the electrically conductive coating Coupled coupling sleeve and electrically coupled to the electrically conductive coating.
  • a method for operating an antenna, in particular an antenna according to the application according to at least one embodiment, for a high-frequency system for a motor vehicle comprises transmitting and / or receiving microwaves by means of an antenna element of the antenna.
  • An electrical voltage is applied to the antenna to heat the antenna.
  • the transmission and / or reception of the microwaves and the application of the electrical voltage are not carried out simultaneously, but in successive periods, wherein the order of the method steps is not predetermined.
  • the heating and the transmission and / or reception of the microwaves takes place at the same time.
  • an electrical voltage is applied between an electrically conductive coupling sleeve for fastening the antenna and the antenna element.
  • Characterized an electrical high voltage is formed by a deposit, which is formed between the coupling sleeve and the Antennene ⁇ lement. This removes the deposit.
  • the electrical voltage is applied to a conductor track of the antenna element. This heats the antenna element.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a basic principle of a high-frequency system according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a high-frequency system according to an exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a high-frequency system according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of an antenna according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an antenna according to an embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a high-frequency system according to an exemplary embodiment
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a high-frequency system according to an embodiment
  • Figure 8 is a schematic representation of an antenna according to an embodiment
  • FIG. 9 is a schematic representation of a contact according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a basic principle of a high-frequency system 200.
  • the high-frequency system 200 has a high-frequency exciter 201.
  • the high-frequency system 200 has a heating control 202. Both the
  • High-frequency exciter 201 and the heating controller 202 are connected to an antenna 100 via a diplexer 207.
  • the antenna 100 is particularly adapted to emit electromag netic ⁇ radiation in the microwave range and / or receive, thus in particular in a range between 300 MHz and several 100 GHz.
  • the antenna 100 is, for example, a high-frequency antenna.
  • the antenna is excited accordingly by the high-frequency exciter 201, for example by an oscillator.
  • the antenna 100 or the high-frequency system 200 are in particular part of a microwave measuring system for measuring a loading state or a functional state of an element of an exhaust gas treatment system of a motor vehicle, in particular an exhaust aftertreatment system.
  • Exhaust, example ⁇ of a not explicitly shown internal combustion engine is introduced into the exhaust gas treatment system.
  • the exhaust treatment system has one or more filters and one or more catalysts.
  • the exhaust gas treatment system has at least one particle filter, such as a soot particle filter for diesel or Otto internal combustion engines, and / or an SCR catalytic converter.
  • Other exhaust treatment elements such as a three-way catalyst and / or a NOX storage catalyst and / or an ammonia slip catalyst and / or an oxidation catalyst are possible.
  • a housing 208 (FIGS. 6 and 7) of at least one of the elements serves as a cavity resonator for the microwaves 103.
  • the antenna 100 is inserted so that the microwaves propagate within the housing.
  • the loading ⁇ charge state of the exhaust gas treatment member can be frequency metrology well determined by means of high ⁇ , in particular with microwaves.
  • For transmitting and receiving the microwaves 103 one or more antennas 100 are provided. The microwaves 103 are received again after the transmission, for example after a transmission or after a reflection. Due to the dependence of the dielectric constant and / or the
  • electrical conductivity and / or attenuation of the loading state can be determined from the received microwaves, the loading state of the exhaust gas treatment element.
  • soot may deposit on the antenna 100.
  • this soot has an effect on the microwaves received by the antenna 100.
  • the microwaves are additionally attenuated.
  • the antenna 100 is equipped with a heater, as will be explained in more detail in connection with the following figures.
  • This heater is driven by the heater controller 202 to heat the antenna 100 so much that the soot is dried and the soot deposits are reduced or the soot is completely burned off.
  • the antenna 100 is heated to 400 ° C to 500 ° C to dry the soot.
  • the antenna is heated to 650 ° C to 750 ° C to burn off the soot.
  • alternate alternating operation between transmit / receive and heating is possible or parallel operation to condition the antenna 100.
  • a temperature greater than 100 ° C is realized so that the antenna element is anhydrous.
  • a temperature of greater than 50 ° C is realized above the exhaust gas temperature in order to minimize or prevent soot deposits.
  • a burning of the soot by means of high voltage or high voltage pulses is possible.
  • the soot is sufficiently electrically conductive, so that the soot burns when the high voltage and / or the high voltage pulses (rollover field strength).
  • the heater controller 202 is used for the high voltage power supply.
  • the antenna 100 according to the application according to at least one exemplary embodiment is connected via the diplexer 207 both to the
  • High frequency exciter 201 and connected to the heater controller 202.
  • FIG. 2 shows the high-frequency system 200 with an antenna 100 according to one exemplary embodiment.
  • the antenna 100 has a
  • the antenna element 119 which can oscillate in the microwave range.
  • the antenna element 119 has a carrier 101.
  • the carrier 101 is made, for example, of a ceramic, for example of an AL203 multilayer ceramic.
  • An electrically conductive conductor 102 is applied to a layer of the carrier, for example printed on it.
  • the conductor 102 is in ⁇ example of platinum.
  • the conductor 102 is disposed within the carrier 101, in ⁇ example, between two ceramic layers of the antenna element 119.
  • the carrier 101 with the conductor 102 is coupled to a coupling sleeve 109.
  • the coupling sleeve is used together with an electrical insulator 110 for sealing and screwing to the housing 208, for example similar to a lambda probe.
  • a free antenna length 121 protrudes in the operable state into the housing of the exhaust gas treatment element.
  • the insulator 110 is in particular electrically insulating.
  • the conductor 102 is exemplarily U-shaped.
  • the conductor track 102 has two along a Hauptausdehnungs ⁇ direction X elongated areas 105, 106.
  • the conductor track 102 has a transverse region 108, which runs transversely to the main extension direction X along a direction Y.
  • a plurality of corresponding transverse regions are formed.
  • the track 102 acts on the high frequency of the high frequency exciter 201 as an antenna rod on metal.
  • the free antenna length 121 of the track 102 is designed as conventionally a full metal antenna rod.
  • the antenna 100 in the exemplary embodiment shown has electrical contact elements 113 and 114.
  • the antenna 100 has exactly two contact pads in order to electrically connect the conductor track 102 to the heating controller 202 and the high-frequency exciter 201.
  • the antenna 100 is connected to the high-frequency exciter 201 by means of two capacitors 203, 204.
  • a coaxial line is used for this purpose. From the high frequency exciter 201, the high frequency is coupled via the capacitors 203 and 204 in the conductor 102.
  • the capacitors 203 and 204 act as a line for the high frequency and do not substantially attenuate the high frequency.
  • the conductor 102 is connected to the heating controller 202 by means of two coils 205, 206.
  • the heater controller 202 is configured, for example, to apply a voltage of 12 volts to the track 102.
  • the conductor 102 then acts as a resistance heating element and heats the antenna 100 in order to be able to dry deposits from ⁇ , so that they are reduced. Also, a further heating is possible, so that the deposits burn.
  • the wiring is designed so that the conductor 102 can be supplied with direct current. Due to the ohmic resistance of the conductor 102, heat is generated in this operating state, which heats the conductor 102.
  • the resistance ratios of the track 102 are designed so that soot can be burned off, which adheres to the antenna 100.
  • the coils 205 and 206 are provided, which decouple the heating controller 202 from the high-frequency exciter 201.
  • the antenna 100 is thus arranged to emit electromagnetic radiation in the high frequency range and to receive ⁇ .
  • the antenna 100 includes an integrated cleaning function. The cleaning of the
  • Antenna rod of the antenna 100 is carried out by the heating.
  • FIG. 3 shows the high-frequency system 200 according to a further exemplary embodiment.
  • the embodiment of Figure 3 Corresponds essentially to the embodiment of Figure 2.
  • not a plurality of cables in particular not two coaxial cable is used, but a so-called twisted pair cable 209. In particular, this one within a 50 ohms condition adapted shielding is provided.
  • the cable 209 With the cable 209, both the high-frequency signals and the electric heating current can be transmitted between the high-frequency exciter 201 and the heater controller 202 and the antenna element 119.
  • the structure of the high-frequency system 200 is simplified, in particular the connections between the antenna 100 and the high-frequency exciter 201 and the heater controller 202.
  • FIG. 4 shows the antenna 100 according to a further exemplary embodiment.
  • the antenna 100 essentially corresponds to the exemplary embodiments of FIGS. 2 and 3.
  • a temperature sensor 112 is provided.
  • the temperature sensor 112 is, for example, a Pt100 resistor. Other types of temperature sensors are possible.
  • the temperature sensor 112 is disposed in particular in the end region 107, to determine the temperatures within the Abgasbehand ⁇ coupling member in the vicinity of the antenna 100th
  • a supply line 122 is provided in order to be able to contact the temperature sensor 112 electrically.
  • the feed line 122 and the temperature sensor 112 are arranged in particular within the ceramic carrier 101.
  • the carrier 101 has a plurality of layers stacked along a direction Z.
  • the direction Z extends transversely to the main extension direction X and to the direction Y.
  • the feed line 122 and the temperature sensor 112 are arranged, for example, in a first plane 118.
  • the conductor 102 is in a second plane 117 which is spaced along the direction Z from the first plane 118.
  • further electrical contact elements 115, 116 are provided in addition to the contact elements 113, 114.
  • the antenna 100 thus also has a temperature sensor function in addition to the high-frequency function and the heating function.
  • the temperature sensor 112 and the lead 122 do not significantly affect the high frequency characteristics of the antenna 100.
  • the temperature sensor terminals 115, 116 have no particular we ⁇ sentlichen influence on the high frequency characteristics of the antenna 100.
  • Conductor 102 is arranged on top of the antenna 100.
  • the two capacitors 203, 204 for coupling the high frequency and the two coils 205, 206 are arranged for connecting the cables for the heating current for heating.
  • the two further clock-Kon ⁇ elements 215, 216 are provided on the underside, to which the other two coils 123, 124 for connection to the temperature measuring electronics 210th
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the high-frequency system 200 according to a further exemplary embodiment.
  • the antenna element 119 has no multilayer carrier 101 and the conductor track 102. Instead, the antenna element 119 is formed as a conventional metal rod 120.
  • the metal rod 120 is coupled to the high frequency exciter 201 for transmitting and / or receiving microwaves.
  • the metal rod 120 is also electrically coupled to a pole to the heater controller 202.
  • the other pole of the heater controller 202 is coupled with play to the metallic housing ⁇ 208th Al ⁇ ternatively, the second pole with the metallic coupling sleeve 109 is electrically connected.
  • soot deposits 211 are in particular electrically conductive and thus bridge the electrical insulation 110 between the antenna 100 and the housing 208 or the coupling sleeve 109.
  • the soot deposit 211 can thus cause a cross flow through the soot to ground.
  • the soot deposits 211 are not primarily removed by heating the antenna 100 or the metal rod 120, but burned off due to high voltage pulses.
  • soot removal on the insulator 110 is also possible with conventional metal antennas 120.
  • an electrically conductive coating 111 is provided, as shown in FIG. Figure 7 shows the antenna element 119 with the carrier 101 and the electrical conductor 102. Outside the carrier 101, the electrically conductive coating 111 is attached, in particular only in the region of the coupling sleeve 109 and not in the region of the free antenna length 121. The electrically conductive coating 111 thus does not affect the transmission and / or reception of the microwaves 103.
  • the heater controller 202 is connected to the electrically conductive trace 102 for applying the DC current for heating the
  • heater controller 202 is electrically coupled to coupling sleeve 109 or housing 208 and electrically conductive coating 111 for application of the high voltage or high voltage pulses.
  • the antenna 100 can both be heated and high voltage can be applied between the housing 208 and the coupling sleeve 109 and the coating 111 for burning off the soot deposits 211 on the insulator 110.
  • the diplexer 207 is additionally provided in this embodiment ⁇ examples to protect the high-frequency exciter 201 from excessive voltages, for example by means of a switch. Is provided according to a further embodiment, as shown in Figure 8 ⁇ , the antenna 100 to a mineral insulated heater 125th In a metallic antenna sleeve 126, which is connected to the high-frequency exciter 201, the heater 125 and a mineral insulator 127 are arranged.
  • the insulator 127 is, for example, a ceramic powder.
  • the heater 125 is an electrical resistance heater.
  • Temperature sensor 112 is possible. An embodiment without temperature sensor 112 is possible. Also, a connection with the heater controller 202 as shown in Figures 6 and 7 is possible to remove deposits on the insulator 110 by means of high voltage can.
  • Figure 9 shows a schematic representation of a contacting of the conductor 102 or the heater 125 and the temperature sensor 112 according to an embodiment. The conductor 102 and the temperature sensor 112 can be electrically connected together via the two contact elements 113, 114. This contacting is particularly suitable for alternating operation.
  • the temperature sensor 112 in this embodiment is a high-impedance sensor, in particular a PT1000.
  • the conductor 102 is formed as a low-resistance heater, for example, as a 3 ohm heater.
  • Measurement error of the temperature sensor 122 due to the conductor 102 to keep within an acceptable range. If a third connection is provided, a so-called three-wire measurement is possible, and the measurement error can be further reduced.
  • the high frequency system 200 thus enables an antenna 100 with a cleaning function either due to heating of the antenna element 119 or due to the application of a high voltage for burning away deposits 211 on the antenna Insulation 110.
  • both functions are provided, so that the antenna rod can again be heated independently of one another and the corresponding high voltage or high voltage pulses are generated for burning off the deposits 211.
  • the high-frequency system 200 allows direct electrical heating of the antenna 100.
  • the desired heating power is provided by means of direct current or low-frequency alternating current from the heater controller 202 and coupled via the coils 205, 206.
  • the high frequency exciter 201 operates the heatable antenna 100 as well as an unheated antenna rod. It is for the heatability no fundamentally different interpretation of the high frequency exciter 201 and no higher high frequency ⁇ power required. Thus, it is possible by means of relatively little effort and in particular without changing the high frequency exciter 201 to ensure electrical heating. The heating avoids unwanted exposure.
  • the coating 111 is possible to determine a contamination level of the soot deposit 211th
  • the connection of the individual elements to the high-frequency excitation 201 and / or the heating controller 202 may alternatively or in addition to the described embodiments have one or more switches.
  • the heating can be designed so that soot deposited on the free antenna length 121 can be at least partially or completely burned off, preferably in the region of the insulator 110. Regardless of this, a cleaning is required the insulating section by means of high voltage or high voltage ⁇ pulses possible.
  • a combination of the individual features of the various embodiments is possible, even if this combination is not explicitly described.
  • the antenna elements 119 of different Ausgestal ⁇ inter- faces can be formed with or without the temperature sensor 112th

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Abstract

Eine Antenne für ein Hochfrequenzsystem (200) zur Abgasnachbehandlung eines Kraftfahrzeugs weist auf: - ein Antennenelement (119) zum Senden und/oder Empfangen von Mikrowellen (103), wobei - das Antennenelement (119) mit einem Hochfrequenzanreger (201) elektrisch koppelbar ist, um in einem ersten Betriebszustand die Mikrowellen (103) zu senden und/oder zu empfangen, und - das Antennenelement (119) mit einer Heizungssteuerung (202) elektrisch koppelbar ist, um in einem zweiten Betriebszustand eine elektrische Spannung zum Heizen an das Antennenelement anzulegen, um dadurch Ablagerungen an diesem zu entfernen.

Description

Beschreibung
ANTENNE FÜR EIN HOCHFREQUENZSYSTEM ZUR ABGASNACHBEHANDLUNG EINES KRAFTFAHRZEUGS,
HOCHFREQUENZSYSTEM SOWIE VERFAHREN ZUM BETREIBEN BESAGTER ANTENNE
5
Die Anmeldung betrifft eine Antenne für ein Hochfrequenzsystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein System zum Ermitteln eines Beladungszustands und/oder eine Beschädigung eines Filters oder eines Katalysators. Die Anmeldung betrifft weiterhin ein 0 Hochfrequenzsystem mit einer derartigen Antenne sowie ein
Verfahren zum Betreiben einer solchen Antenne.
Abgasanlagen für Verbrennungskraftmaschinen können Katalysatoren und Filter unterschiedlicher Bauart aufweisen. Der ef- 5 fiziente Betrieb mancher Komponenten erfordert, den Fül¬ lungsgrad, auch Beladungszustand genannt, von Komponenten zu ermitteln. Beispielsweise für den Betrieb eines Rußpartikel¬ filters ist es vorteilhaft, wenn der aktuelle Rußbeladungs- zustand bekannt ist. Beispielsweise für den Betrieb eines
0 SCR-Katalysators (selektive katalytische Reduktion) ist es
vorteilhaft, den Beladungszustand mit Ammoniak zu kennen, um eine optimale Dosierung des Reduktionsmittels sicherzustellen.
Beispielsweise können hierfür Modelle eingesetzt werden, die aufgrund von Motorbetriebsdaten, Temperaturen und Masseströmen 5 die gewünschten Daten berechnen. Außerdem ist es möglich, mittels
Mikrowellenstrahlung die Mikrowellenabsorption innerhalb des
Filters oder Katalysators zu messen. Daraus lässt sich ein
Beladungszustand des Katalysators oder des Filters bestimmen.
Derartige Systeme erfordern eine oder mehrere Mikrowellenan- 0 tennen innerhalb der Abgasanlage.
Es ist wünschenswert, eine Antenne für ein Hochfrequenzsystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, die einen verlässlichen Betrieb ermöglicht. Es ist zudem wünschenswert ein Hochfrequenzsystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, das einen verlässlichen Betrieb ermöglicht. Weiterhin ist es wünschenswert, ein Verfahren zum Betreiben einer Antenne für ein Hochfrequenzsystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, das einen verlässlichen Betrieb er- möglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Antenne für ein Hochfrequenzsystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeugabgassystem, ein Antennenelement zum Senden und/oder Empfangen von Mikrowellen auf. Das Antennenelement ist mit einem Hochfrequenzanreger elektrisch koppelbar, um in einem ersten Betriebszustand Mikrowellen zu senden und/oder zu empfangen. Die Antenne ist mit einer Heizungssteuerung elektrisch koppelbar, zum Heizen der Antenne in einem zweiten Betriebszustand. Beispielsweise ist das Antennenelement mit der Heizungssteuerung elektrisch koppelbar, um in dem zweiten Betriebszustand eine elektrische Spannung zum Heizen an das Antennenelement anzulegen. Im zweiten Betriebszustand ist somit insbesondere ein Verschmutzungsschutz realisiert.
Die Antenne hat folglich zwei Funktionen. Zum einen ist die Antenne im ersten Betriebszustand so betreibbar, dass sie Hochfrequenzenergie abstrahlen und/oder empfangen kann. Zum anderen ist die Antenne beheizbar, um sich selbst beispielsweise von Rußablagerung und/oder Feuchte befreien zu können und alternativ oder zusätzlich präventiv eine Verunreinigung zu verhindern oder zu verringern.
Beispielsweise wird die Antenne genutzt, um den Beladungszustand eines Filters oder eines Katalysators bestimmen zu können. Mittels der Antenne wird eine elektromagnetische Welle im Mikrowellenbereich in ein Gehäuse des Filters oder Katalysators eingekoppelt. Das mechanische Gehäuse stellt einen elektrischen Hohlraumresonator dar. In Antwort auf die ausgesendete Welle wird entweder in Reflektion oder in Transmission ein Spektrum aufgenommen, insbesondere ein Frequenzspektrum. Die Eigenschaften des Spektrums ändern sich mit einer Änderung der Dielektrizitätskonstante im Gehäuse. Die Änderung der Die- lektrizitätskonstante wird beispielsweise mittels einer Än¬ derung der Leitfähigkeit und/oder Verluste bzw. eine Mikro¬ wellendämpfung und/oder einer Änderung des Qualitätsfaktors Q und/oder einer Phasenänderung als Messeffekt ermittelt. Beispielsweise wenn sich Rußpartikel auf der Antenne ablagern ist auch eine Änderung bei den empfangenen Mikrowellen detektierbar . Diese Änderung ist jedoch nicht repräsentativ für eine Änderung des Beladungszustands. Folglich kann eine derartige Rußabla¬ gerung zu fehlerhaften Messungen führen.
Im zweiten Betriebszustand ist es möglich, die Ablagerungen soweit aufzuheizen, dass beispielsweise abgelagerter Ruß ge¬ trocknet wird und/oder möglichst vollständig abgebrannt wird. Dadurch wird ein verlässlicher Betrieb der Antenne möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Antennenelement einen Träger auf. Das Antennenelement weist eine elektrisch leitfähige Leiterbahn auf. Die elektrisch leitfähige Leiterbahn ist auf dem Träger angeordnet. Die Leiterbahn ist mit dem Hochfrequenzanreger und der Heizungssteuerung elektrisch koppelbar. Die Leiterbahn ist in einem ersten Betriebszustand von dem Hochfrequenzanreger zum Senden und/oder Empfangen von Mikrowellen betreibbar. Die Antenne ist in einem zweiten Betriebszustand von der Heizungssteuerung als Heizwiderstand betreibbar.
Die elektrische Leiterbahn der Antenne erfüllt folglich zwei Funktionen. Sie dient zum einen zum Senden und/oder Empfangen von Mikrowellen und zum anderen als elektrischer Heizwiderstand. Eine und dieselbe elektrisch leitfähige Leiterbahn wird sowohl dazu verwendet, Mikrowellen abzustrahlen und/oder zu empfangen als auch die Antenne aufgrund einer Umwandlung von elektrischen Energie in thermische Energie zu heizen.
Die elektrisch leitfähige Leiterbahn ist beispielsweise aus Platin oder weist Platin auf. Beispielsweise ist die Leiterbahn auf den Träger gedrückt. Der Träger ist beispielsweise ein Keramikträger, insbesondere ein mehrschichtiger Keramikträger. Auf einer Oberfläche einer ersten Schicht des Trägers ist die elektrisch leitfähige Leiterbahn angeordnet. Eine weitere Schicht des Trägers bedeckt von oben die elektrisch leitfähige Leiterbahn, so dass die elektrisch leitfähige Leiterbahn innerhalb des Trägers angeordnet ist. Beispielsweise weist der Träger AI2O3 auf oder ist aus AI2O3 gebildet.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist die Leiterbahn zwei entlang einer Hauptausdehnungsrichtung der Antenne länglich ausgedehnte Bereiche auf. An einem Endbereich der Antenne weist die Leiterbahn ein Querbereich auf, der die beiden länglich ausgedehnten Bereiche verbindet. Die Leiterbahn weist somit eine U-Form auf. Durch die spezielle Form der Leiterbahn ist es gemäß Ausführungsformen möglich, Kontaktelemente zum elektrischen Kontaktieren der elektrischen Lei- terbahn an einem Ende der Antenne anzuordnen, das insbesondere dem Endbereich der Antenne gegenüberliegt, in dem der Querbereich der Leiterbahn angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist die Antenne eine elektrisch leitfähige Koppelhülse zum Befestigen der Antenne auf. Beispielsweise wird die Antenne mittels der Koppelhülse in ein Gehäuse des Katalysators oder des Filters eingeschraubt. Zwischen der Koppelhülse und dem Träger ist ein elektrischer Isolator angeordnet. Zwischen dem Isolator und dem Träger ist eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf dem Träger angeordnet. Der elektrische Isolator ist insbesondere separat zum Träger ausgebildet und beispielsweise aus einem anderen Material als der Träger. Der Träger und die Koppelhülse sind mittels des Isolators elektrisch voneinander isoliert. Die leitfähige Beschichtung auf dem Träger ist insbesondere im Bereich der Koppelhülse auf dem Träger angeordnet und nicht außerhalb der Koppelhülse. Bei einer Rußablagerung zwischen der Koppelhülse und der elektrisch leitfähigen Beschichtung kann eine elektrisch leitfähige Überbrückung des Isolators ausge¬ bildet werden. Aufgrund der zusätzlich vorgesehenen elektrisch leitfähigen Beschichtung auf dem Träger ist es möglich, eine Hochspannung, insbesondere Hochspannungspulse, zwischen der Koppelhülse und der elektrisch leitfähigen Beschichtung anzulegen. Mittels der Hochspannung können diese Rußablagerungen entfernt werden, beispielsweise weggebrannt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Antenne einen Temperatursensor auf, der in dem Träger angeordnet ist. Somit ist es möglich, die Umgebungstemperatur an der Antenne zu bestimmen. Auf zusätzliche Temperatursensoren kann daher verzichtet werden. Die Temperatur an der Antenne kann beispielsweise zur Kompensation der Beladungsmessung verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zusätzlich zu den zwei elektrischen Kontaktelementen zum elektrischen Kontaktieren der elektrischen Leiterbahn zwei weitere elektrische Kontaktele¬ mente an der Antenne vorgesehen zum elektrischen Kontaktieren des Temperatursensors. Die Antenne hat somit vier Kontaktelemente.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Antennenelement einen Metallstab auf. Der Metallstab ist mit dem Hochfre¬ quenzanreger elektrisch koppelbar zum Senden und/oder Empfange der Mikrowellen. Die Antenne weist die elektrisch leitfähige Koppelhülse zum Befestigen der Antenne auf. Zwischen der Koppelhülse und dem Metallstab ist ein elektrischer Isolator angeordnet. Die Heizungssteuerung ist mit der Koppelhülse und dem Metallstab elektrisch koppelbar. Bei einer Rußablagerung zwischen der Koppelhülse und der dem Metallstab kann eine elektrisch leitfähige Überbrückung des Isolators ausgebildet werden. Es ist möglich, eine elektrische Hochspannung, insbesondere Hochspannungspulse, zwischen der Koppelhülse und dem Metallstab anzulegen. Mittels der Hochspannung können diese Rußablagerungen entfernt werden, beispielsweise weggebrannt werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Hochfre- quenzsystem für ein Kraftfahrzeug eine anmeldungsgemäße Antenne gemäß zumindest einer Ausführungsform auf. Das Hochfrequenzsystem weist den Hochfrequenzanreger auf, der mit der Antenne mittels zwei Kondensatoren elektrisch gekoppelt ist. Das Hochfrequenzsystem weist die Heizungssteuerung auf, die mit der Antenne mittels zwei Induktivitäten elektrisch gekoppelt ist. Die Induktivitäten sind insbesondere jeweils Spulen. Aufgrund der Kondensatoren und Induktivitäten sind der Hochfrequenzanreger und die Heizungssteuerung voneinander elektrisch entkoppelt. Daher ist es möglich, die eine einzige elektrische Leiterbahn sowohl zum Senden und/oder Empfangen der Mikrowellen als auch als elektrischen Heizwiderstand zu verwenden. Die Kondensatoren wirken bei den verwendeten Hochfrequenzen, die beim Senden und/oder Empfangen der Mikrowellen auftreten, wie elektrische Leiter. Für die Gleichspannung der Heizungssteuerung sind die Kondensatoren jedoch nicht durchgängig. Genau andersrum verhalten sich die Induktivitäten, die für die Gleichspannung der Heizungssteuerung elektrisch durchgängig sind und als Leiter wirken. Für die Hochspannung der Hochfrequenzanreger sind die Induktivitäten jedoch elektrisch nicht oder nahezu nicht durchgängig. Die Beheizung ist gleichzeitig zum Senden und gleichzeitig zum Empfangen möglich aufgrund der Entkopplung mittels den Spulen und Kondensatoren.
Zum Anlegen der Hochspannung zwischen der Koppelhülse und der elektrisch leitfähigen Beschichtung ist die Heizungssteuerung gemäß zumindest einer Ausführungsform elektrisch mit der
Koppelhülse gekoppelt und elektrisch mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung gekoppelt.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Antenne, insbesondere einer anmeldungsgemäßen Antenne gemäß zumindest einer Ausführungsform, für ein Hochfrequenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst gemäß zumindest einer Ausführungsform ein Senden und/oder Empfangen von Mikrowellen mittels eines Antennenelements der Antenne. Eine elektrische Spannung wird an die Antenne zum Aufheizen der Antenne angelegt. Insbesondere erfolgt das Senden und/oder Empfangen der Mikrowellen und das Anlegen der elektrischen Spannung nicht gleichzeitig, sondern in aufeinanderfolgenden Zeiträumen, wobei die Reihenfolge der Verfahrensschritte nicht vorgegeben ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen erfolgt das Heizen und das Senden und/oder Empfangen der Mikrowellen zeitgleich .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine elektrische Spannung zwischen einer elektrisch leitfähigen Koppelhülse zum Befestigen der Antenne und dem Antennenelement angelegt. Dadurch wird eine elektrische Hochspannung durch eine Ablagerung ausgebildet, die zwischen der Koppelhülse und dem Antennene¬ lement ausgebildet ist. Dadurch wird die Ablagerung entfernt.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform wird die elektrische Spannung an eine Leiterbahn des Antennenelements angelegt. So wird das Antennenelement aufgeheizt. Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige und gleichwirkende Elemente können dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Grundprinzips eine Hochfrequenzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Hochfrequenzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine schematische Darstellung eines Hochfrequenzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Antenne gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Antenne gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 6 eine schematische Darstellung eines Hochfrequenz- Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 7 eine schematische Darstellung eines Hochfrequenzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 8 eine schematische Darstellung einer Antenne gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
Figur 9 eine schematische Darstellung einer Kontaktierung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Grundprinzips eines Hochfrequenzsystems 200. Das Hochfrequenzsystem 200 weist einen Hochfrequenzanreger 201 auf. Zudem weist das Hochfre- quenzsystem 200 eine Heizungssteuerung 202 auf. Sowohl der
Hochfrequenzanreger 201 als auch die Heizungssteuerung 202 sind über einen Diplexer 207 mit einer Antenne 100 verbunden. Die Antenne 100 ist insbesondere dazu eingerichtet, elektromag¬ netische Strahlung im Mikrowellenbereich auszusenden und/oder zu empfangen, also insbesondere in einem Bereich zwischen 300 MHz und einigen 100 GHz. Die Antenne 100 ist beispielsweise eine Hochfrequenzantenne. Zum Anregen der Aussendung von Mikrowellen 103 (Figur 2) wird die Antenne von dem Hochfrequenzanreger 201 entsprechend angeregt, beispielsweise von einem Oszillator.
Die Antenne 100 beziehungsweise das Hochfrequenzsystem 200 sind insbesondere Teil eines Mikrowellenmesssystems zur Messung eines Beladungszustands oder eines Funktionszustands eines Elements eines Abgasbehandlungssystems eines Kraftfahrzeugs, insbe- sondere eines Abgasnachbehandlungssystems. Abgas, beispiels¬ weise aus einer nicht explizit dargestellten Brennkraftmaschine, wird in das Abgasbehandlungssystems eingeführt. Beispielsweise weist das Abgasbehandlungssystem einen oder mehrere Filter sowie einen oder mehrere Katalysatoren auf. Beispielsweise weist das Abgasbehandlungssystem zumindest einen Partikelfilter wie einen Rußpartikelfilter für Diesel- oder Ottobrennkraftmaschinen und/oder eine SCR-Katalysator auf. Auch andere Abgasbehandlungselemente wie beispielsweise ein Dreiwegekatalysator und/oder ein NOX-Speicherkatalysator und/oder ein Ammoniak- schlupfkatalysator und/oder ein Oxidationskatalysator sind möglich .
Ein Gehäuse 208 (Figuren 6 und 7) zumindest eines der Elemente dient als Hohlraumresonator für die Mikrowellen 103. In dieses Gehäuse 208 wird die Antenne 100 so eingebracht, dass sich die Mikrowellen innerhalb des Gehäuses ausbreiten. Der Bela¬ dungszustand des Abgasbehandlungselements kann mittels Hoch¬ frequenzmesstechnik gut ermittelt werden, insbesondere mit Mikrowellen. Zum Senden und Empfangen der Mikrowellen 103 sind eine oder mehrere Antennen 100 vorgesehen. Die Mikrowellen 103 werden nach dem Aussenden beispielsweise nach einer Transmission oder nach einer Reflexion wieder empfangen. Aufgrund der Abhängigkeit der Dielektrizitätskonstante und/oder der
elektrischen Leitfähigkeit und/oder einer Dämpfung vom Beladungszustand ist aus den empfangenen Mikrowellen der Beladungszustand des Abgasbehandlungselements ermittelbar.
Beispielsweise wenn die Antenne 100 in einem Rußpartikelfilter verwendet wird oder in einem Element, dass stromabwärts eines Rußpartikelfilters angeordnet ist, ist es möglich, dass sich Ruß auf der Antenne 100 ablagert. Auch dieser Ruß hat Auswirkungen auf die Mikrowellen, die von der Antenne 100 empfangen werden. Beispielsweise werden die Mikrowellen zusätzlich gedämpft. Zudem ist es möglich, dass sich die Abstrahlung verschlechtert.
Beispielsweise wenn der Ruß feucht wird, ergibt sich zusätzlich ein störender kapazitiver Anteil. Die Messung des Beladungszustands ist dann möglicherweise nicht mehr korrekt, da zwischen einer Dämpfung aufgrund eines Beladungszustands und einer Dämpfung aufgrund von Rußablagerungen auf der Antenne 100 möglicherweise nicht ausreichend genau unterschieden werden kann .
Zum Entfernen der Rußablagerungen ist die Antenne 100 mit einer Heizung ausgestattet, wie in Verbindung mit den nachfolgenden Figuren näher erläutert wird. Diese Heizung wird von der Heizungssteuerung 202 angesteuert, um die Antenne 100 so stark zu erhitzen, dass der Ruß getrocknet wird und die Rußablagerungen verringert werden oder der Ruß vollständig abgebrannt wird. Beispielsweise wird die Antenne 100 auf 400° C bis 500° C erhitzt zum Trocknen des Rußes. Alternativ oder zusätzlich wird die Antenne auf 650° C bis 750° C erhitzt zum Abbrennen des Rußes. Beispielsweise ist ein alternierender, abwechselnder Betrieb zwischen Senden/Empfangen und Heizen möglich oder ein paralleler Betrieb, um die Antenne 100 zu konditionieren . Beispielsweise wird eine Temperatur von größer als 100 °C realisiert, damit das Antennenelement wasserfrei ist. Beispielsweise wird eine Temperatur von größer als 50 °C über der Abgastemperatur re- alisiert, um Rußablagerungen zu minimieren oder zu verhindern.
Auch ein Abbrennen des Rußes mittels Hochspannung oder Hochspannungspulsen ist möglich. Der Ruß ist ausreichend elektrisch leitfähig, so dass beim Anliegen der Hochspannung und/oder der Hochspannungspulse (Überschlagsfeldstärke) der Ruß verbrennt. Beispielsweise wird die Heizungssteuerung 202 für die Hochspannungsversorgung genutzt.
Die anmeldungsgemäße Antenne 100 gemäß zumindest einem Aus- führungsbeispiel wird über den Diplexer 207 sowohl mit dem
Hochfrequenzanreger 201 als auch mit der Heizungssteuerung 202 verbunden .
Figur 2 zeigt das Hochfrequenzsystem 200 mit einer Antenne 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Antenne 100 weist ein
Antennenelement 119 auf, das im Mikrowellenbereich schwingen kann. Das Antennenelement 119 weist einen Träger 101 auf. Der Träger 101 ist beispielsweise aus einer Keramik, beispielsweise aus einer AL203 Mehrschichtkeramik. Auf eine Schicht des Trägers ist eine elektrisch leitfähige Leiterbahn 102 aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt. Die Leiterbahn 102 ist bei¬ spielsweise aus Platin. Im betriebsfertigen Zustand ist die Leiterbahn 102 innerhalb des Trägers 101 angeordnet, bei¬ spielsweise zwischen zwei Keramikschichten des Antennenelements 119. Der Träger 101 mit der Leiterbahn 102 ist mit einer Koppelhülse 109 gekoppelt. Die Koppelhülse dient zusammen mit einem elektrischen Isolator 110 zur Abdichtung und Verschraubung mit dem Gehäuse 208, beispielweise ähnlich einer Lambdasonde. Eine freie Antennenlänge 121 ragt im betriebsfähigen Zustand in das Gehäuse des Abgasbehandlungselements. Der Isolator 110 ist insbesondere elektrisch isolierend.
Die Leiterbahn 102 ist exemplarisch U-förmig ausgebildet.
Entsprechend weist sie zwei entlang einer Hauptausdehnungs¬ richtung X länglich ausgedehnte Bereiche 105, 106 auf. An einem Endbereich 107, der im Betrieb innerhalb des Gehäuses 208 angeordnet ist, weist die Leiterbahn 102 einen Querbereich 108 auf, der quer zur Hauptausdehnungsrichtung X entlang einer Richtung Y verläuft. Insbesondere sind mehrere entsprechende Querbereiche ausgebildet. Somit sind die beiden länglich ausgedehnten Bereiche 105, 106 elektrisch miteinander verbunden. Die Leiterbahn 102 wirkt für die Hochfrequenz des Hochfrequenzanregers 201 wie ein Antennenstab auf Metall. Die freie Antennenlänge 121 der Leiterbahn 102 ist so ausgelegt, wie herkömmlich ein Antennenstab aus Vollmetall.
Zur Kopplung mit dem Hochfrequenzanreger 201 und der Heizungssteuerung 202 weist die Antenne 100 im gezeigten Aus- führungsbeispiel elektrische Kontaktelemente 113 und 114 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Antenne 100 genau zwei Kontaktpads auf, um die Leiterbahn 102 mit der Heizungssteuerung 202 und dem Hochfrequenzanreger 201 elektrisch zu verbinden. Die Antenne 100 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels zwei Kondensatoren 203, 204 mit dem Hochfrequenzanreger 201 verbunden. Beispielsweise wird hierfür eine Koaxialleitung verwendet. Vom Hochfrequenzanreger 201 wird die Hochfrequenz über die Kondensatoren 203 und 204 in die Leiterbahn 102 eingekoppelt. Die Kondensatoren 203 und 204 wirken für die Hochfrequenz wie eine Leitung und dämpfen die Hochfrequenz nicht wesentlich.
Die Leiterbahn 102 ist mittels zweier Spulen 205, 206 mit der Heizungssteuerung 202 verbunden. Die Heizungssteuerung 202 ist beispielsweise eingerichtet, eine Spannung von 12 Volt an die Leiterbahn 102 anzulegen. Die Leiterbahn 102 wirkt dann wie ein Widerstandheizelement und heizt die Antenne 100 auf, um Ab¬ lagerungen trocknen zu können, so dass diese verringert werden. Auch ein weiteres Aufheizen ist möglich, sodass die Ablagerungen verbrennen .
Es sind zwei parallele, eng beieinander liegende Leiter am Anschluss oder in der Elektronik 201 mit den Kondensatoren 203, 204 bezüglich Hochfrequenzsignalen kurzgeschlossen, so dass die Antennenfunktion realisiert wird. Die Verkabelung ist so ausgelegt, dass die Leiterbahn 102 mit Gleichstrom beaufschlagt werden kann. Aufgrund des ohmschen Widerstands der Leiterbahn 102 entsteht in diesem Betriebszustand Wärme, die die Leiterbahn 102 beheizt. Die Widerstandsverhältnisse der Leiterbahn 102 sind so ausgelegt, dass Ruß abgebrannt werden kann, der sich an der Antenne 100 anhaftet.
Damit das Hochfrequenzsignal nicht über die Gleichstroman- Schlüsse zur Heizungssteuerung 202 abfließt, werden die Spulen 205 und 206 vorgesehen, die die Heizungssteuerung 202 von dem Hochfrequenzanreger 201 entkoppeln. Die Antenne 100 ist somit eingerichtet, elektromagnetische Strahlung im Hochfrequenz¬ bereich auszusenden und zu empfangen. Zudem umfasst die Antenne 100 eine integrierte Reinigungsfunktion. Die Reinigung des
Antennenstabs der Antenne 100 erfolgt dabei durch die Beheizung.
Figur 3 zeigt das Hochfrequenzsystem 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Ausführungsbeispiel der Figur 3 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figur 2. Im Unterschied werden nicht mehrere Kabel, insbesondere nicht zwei Koaxialkabel verwendet, sondern ein sogenanntes Twis- ted-Pair-Kabel 209. Insbesondere wird hierfür eine innerhalb einer gemäß 50 Ohm Bedingung angepasste Schirmung vorgesehen . Mit dem Kabel 209 lassen sich zwischen dem Hochfrequenzanreger 201 und der Heizungssteuerung 202 und dem Antennenelement 119 sowohl die Hochfrequenzsignale als auch der elektrische Heizstrom übertragen. Somit wird der Aufbau des Hochfrequenzsystems 200 vereinfacht, insbesondere die Anschlüsse zwischen der Antenne 100 und dem Hochfrequenzanreger 201 sowie der Heizungssteuerung 202.
Figur 4 zeigt die Antenne 100 gemäß einem weiteren Ausfüh- rungsbeispiel . Die Antenne 100 entspricht im Wesentlichen den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3. Zusätzlich ist ein Temperatursensor 112 vorgesehen.
Der Temperatursensor 112 ist beispielsweise ein PtlOO Wider- stand. Auch andere Arten von Temperatursensoren sind möglich.
Der Temperatursensor 112 ist insbesondere im Endbereich 107 angeordnet, um die Temperaturen innerhalb des Abgasbehand¬ lungselements in der Umgebung der Antenne 100 ermitteln zu können. Eine Zuleitung 122 ist vorgesehen, um den Temperatursensor 112 elektrisch kontaktieren zu können. Die Zuleitung 122 und der Temperatursensor 112 sind insbesondere innerhalb des keramischen Trägers 101 angeordnet. Beispielsweise weist der Träger 101 mehrere Schichten auf, die entlang einer Richtung Z gestapelt sind. Die Richtung Z verläuft quer zur Hauptausdehnungsrichtung X und zur Richtung Y. Die Zuleitung 122 und der Temperatursensor 112 sind beispielsweise in einer ersten Ebene 118 angeordnet. Die Leiterbahn 102 ist in einer zweiten Ebene 117 angeordnet, die entlang der Richtung Z von der ersten Ebene 118 beabstandet ist. Zum Anschließen der Zuleitung 122 an eine externe Temperaturmesselektronik 210 (Figur 5) sind zusätzlich zu den Kontaktelementen 113, 114 weitere elektrische Kontaktelemente 115, 116 vorgesehen.
Die Antenne 100 weist somit zusätzlich zur Hochfrequenzfunktion und zur Heizfunktion auch noch eine Temperatursensorfunktion auf .
Wie in Figur 5 gezeigt, erfolgt der Anschluss des Tempera¬ tursensors über zwei weitere Induktivitäten 123, 124, bei¬ spielsweise über zwei weitere Spulen. Somit beeinflussen der Temperatursensor 112 und die Zuleitung 122 die Hochfrequen- zeigenschaften der Antenne 100 nicht wesentlich. Die Temperatursensoranschlüsse 115, 116 haben insbesondere keinen we¬ sentlichen Einfluss auf die Hochfrequenzeigenschaften der Antenne 100. Beispielsweise sind die Kontaktelemente 113, 114 für die
Leiterbahn 102 oberseitig an der Antenne 100 angeordnet. An den Kontaktelementen 113, 114 sind die beiden Kondensatoren 203, 204 zur Einkopplung der Hochfrequenz sowie die beiden Spulen 205, 206 zum Anschließen der Kabel für den Heizstrom für die Beheizung angeordnet. An der Unterseite sind die beiden weiteren Kon¬ taktelemente 215, 216 vorgesehen, an die die zwei weiteren Spulen 123, 124 zum Anschluss an die Temperaturmesselektronik 210.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung des Hochfre- quenzsystems 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 bis 5 weist das Antennenelement 119 keinen mehrschichtigen Träger 101 und die Leiterbahn 102 auf. Stattdessen ist das Antennenelement 119 als herkömmlicher Metallstab 120 ausgebildet. Der Metallstab 120 ist mit dem Hochfrequenzanreger 201 gekoppelt zum Senden und/oder Empfangen von Mikrowellen. Der Metallstab 120 ist zudem mit einem Pol mit der Heizungssteuerung 202 elektrisch gekoppelt. Der andere Pol der Heizungssteuerung 202 ist bei¬ spielsweise mit dem metallischen Gehäuse 208 gekoppelt. Al¬ ternativ dazu ist der zweite Pol mit der metallischen Koppelhülse 109 elektrisch verbunden.
Mittels Anlegen einer Hochspannung oder von Hochspannungspulsen mittels der Heizungssteuerung 202 zwischen den beiden Polen ist es möglich, Rußablagerungen 211 an dem Isolator abzubrennen. Die Rußablagerungen 211 sind insbesondere elektrisch leitend und überbrücken so die elektrische Isolierung 110 zwischen der Antenne 100 und dem Gehäuse 208 bzw. der Koppelhülse 109. Die Rußablagerung 211 kann somit einen Querstrom durch den Ruß zur Masse verursachen. Die Rußablagerungen 211 werden insbesondere nicht vorrangig durch ein Beheizen der Antenne 100 oder des Metallstabs 120 entfernt, sondern aufgrund von Hochspannung bzw. Hochspannungspulsen weggebrannt. Somit ist die Rußentfernung auf dem Isolator 110 auch bei herkömmlichen Metallantennen 120 möglich .
Bei einer keramischen Mehrschichtantenne mit dem Träger 101 und der Leiterbahn 102 wie in Verbindung mit den Figuren 2 bis 5 erläutert, ist eine entsprechende Entfernung von Rußablagerungen 211 am Isolator 110 auch möglich. Hierfür wird eine elektrisch leitfähige Beschichtung 111 vorgesehen, wie in Figur 7 gezeigt. Figur 7 zeigt das Antennenelement 119 mit dem Träger 101 und der elektrischen Leiterbahn 102. Außen am Träger 101 ist die elektrisch leitfähige Beschichtung 111 angebracht, insbesondere nur im Bereich der Koppelhülse 109 und nicht im Bereich der freien Antennenlänge 121. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 111 beeinflusst somit nicht das Senden und/oder Empfangen der Mikrowellen 103.
Die Heizungssteuerung 202 ist mit der elektrisch leitfähigen Leiterbahn 102 zum Anlegen des Gleichstroms zum Heizen der
Antenne gekoppelt. Zusätzlich ist die Heizungssteuerung 202 mit der Koppelhülse 109 oder dem Gehäuse 208 und der elektrisch leitfähigen Beschichtung 111 elektrisch gekoppelt zum Anlegen der Hochspannung oder der Hochspannungspulse. Somit kann die Antenne 100 sowohl beheizt werden als auch Hochspannung zwischen dem Gehäuse 208 bzw. der Koppelhülse 109 und der Beschichtung 111 angelegt werden zum Wegbrennen der Rußablagerungen 211 am Isolator 110. Alternativ ist es auch möglich, eine elektrisch Verbindung vom Inneren des Keramikträger 104 nach außen zur Beschichtung 111 bereitzustellen. Diese Verbindung ist beispielsweise im Inneren mit einer Zuleitung zu dem Temperatursensor 112 gekoppelt, sodass ein Kontaktelement des Temperatursensors 112 auch zum Anlegen der Hochfrequenzspannung an die Beschichtung 111 genutzt werden kann .
Folglich kann ein ohmscher Parallelwiderstand weggebrannt werden, der sich aufgrund der Rußpartikel auf der Isolierung 110 ausbildet.
Die Isolierstrecke entlang der Isolierung 110 zwischen dem Antennenelement 119 und dem Gehäuse 208 bzw. der Koppelhülse 109 mit dem Potential der Metallwand des Katalysators erfolgt mittels Hochspannung und einem Querstrom zur Masse. Dieser verbrennt die Rußpartikel 211. Der Diplexer 207 ist in diesen Ausführungs¬ beispielen zusätzlich dazu vorgesehen, den Hochfrequenzanreger 201 vor zu hohen Spannungen zu schützen, beispielsweise mittels einem Schalter. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wie in Figur 8 dar¬ gestellt weist die Antenne 100 einen mineralisolierten Heizer 125 auf. In einer metallischen Antennenhülse 126, die mit dem Hochfrequenzanreger 201 verbunden ist, sind der Heizer 125 sowie ein mineralischer Isolator 127 angeordnet. Der Isolator 127 ist beispielsweise ein Keramikpulver. Der Heizer 125 ist ein elektrischer Widerstandsheizer. Eine Kombination mit dem
Temperatursensor 112 ist möglich. Auch eine Ausführung ohne Temperatursensor 112 ist möglich. Auch eine Verbindung mit der Heizungssteuerung 202 wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist möglich, um Ablagerungen an dem Isolator 110 mittels Hochspannung entfernen zu können. Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Kontaktierung der Leiterbahn 102 oder des Heizers 125 und des Temperatursensors 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Leiterbahn 102 und der Temperatursensor 112 sind gemeinsam über die zwei Kontaktelement 113, 114 elektrisch anschließbar. Diese Kontaktierung ist insbesondere für einen alternierenden Betrieb geeignet.
Beispielsweise ist der Temperatursensor 112 in diesem Ausführungsbeispiel ein hochohmiger Sensor, insbesondere ein PT1000. Die Leiterbahn 102 ist als niederohmiger Heizer ausgebildet, beispielsweise als 3 Ohm Heizer. Somit ist es möglich, die
Messfehler des Temperatursensors 122 auf Grund der Leiterbahn 102 in einem akzeptablen Rahmen zu halten. Wenn ein dritter Anschluss vorgesehen wird, ist eine sogenannte Dreileitermessung möglich, und der Messfehler weiter verringerbar.
Das anmeldungsgemäße Hochfrequenzsystem 200 ermöglicht somit eine Antenne 100 mit einer Reinigungsfunktion entweder aufgrund von Beheizen des Antennenelements 119 oder aufgrund von Anlegen einer Hochspannung zum Wegbrennen von Ablagerungen 211 an der Isolierung 110. Die Beheizung und die Reinigung der Isolierstrecke mit dem Querstrom vom Antennenelement 119 zur Masse, der durch Anlegen der Hochspannung oder mittels Hochspannungspulsen erzeugt wird, erfolgen unabhängig voneinander. Gemäß Ausfüh- rungsbeispielen sind beiden Funktionen vorgesehen, so dass auch wiederum unabhängigen voneinander der Antennenstab beheizt werden kann und zum Wegbrennen der Ablagerungen 211 die entsprechende Hochspannung oder Hochspannungspulse erzeugt werden. Das Hochfrequenzsystem 200 ermöglicht eine direkte elektrische Beheizung der Antenne 100. Dabei wird die gewünschte Heizleistung mittels Gleichstrom oder niederfrequentem Wechselstrom von der Heizungssteuerung 202 bereitgestellt und über die Spulen 205, 206 eingekoppelt. Der Hochfrequenzanreger 201 betreibt die beheizbare Antenne 100 ebenso wie einen unbeheizten Antennenstab. Es ist für die Beheizbarkeit keine grundsätzlich andere Auslegung des Hochfrequenzanregers 201 und keine höhere Hochfrequenz¬ leistung erforderlich. Somit ist es mittels vergleichsweise geringem Aufwand und insbesondere ohne Veränderung des Hochfrequenzanregers 201 möglich, eine elektrische Beheizung sicherzustellen. Die Beheizung vermeidet unerwünschte Berußung. Auch eine ohmsche Messung an dem Isolator 110 zwischen der Koppelhülse 109 be- ziehungsweise dem Gehäuse 208 und dem Metallstab 120 bezie¬ hungsweise der Beschichtung 111 ist möglich, um einen Verschmutzungsgrad der Rußablagerung 211 zu ermitteln. Die Verbindung der einzelnen Elemente mit dem Hochfrequenzanregen 201 und/oder der Heizungssteuerung 202 kann alternativ oder zu- sätzlich zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen einen oder mehrere Schalter aufweisen. Die Heizung kann so ausgelegt werden, dass auf der freien Antennenlänge 121 abgelagerte Ruß zumindest teilweise oder ganz abgebrannt werden kann vorzugsweise im Bereich des Isolators 110. Unabhängig davon ist eine Reinigung der Isolierstrecke mittels Hochspannung oder Hochspannungs¬ pulsen möglich. Eine Kombination der einzelnen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele ist möglich, auch wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben ist. Beispielsweise können die Antennenelemente 119 der verschiedenen Ausgestal¬ tungen jeweils mit oder ohne dem Temperatursensor 112 ausgebildet sein .

Claims

Patentansprüche
1. Antenne für ein Hochfrequenzsystem (200) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend:
- ein Antennenelement (119) zum Senden und/oder Empfangen von Mikrowellen (103), wobei
- das Antennenelement (119) mit einem Hochfrequenzanreger (201) elektrisch koppelbar ist, um in einem ersten Betriebszustand die Mikrowellen (103) zu senden und/oder zu empfangen, und
- die Antenne (100) mit einer Heizungssteuerung (202) elektrisch koppelbar ist, zum Heizen der Antenne (100) in einem zweiten Betriebs zustand .
2. Antenne nach Anspruch 1, bei der das Antennenelement (119) aufweist:
- einen Träger (101),
- eine elektrisch leitfähigen Leiterbahn (102) , die in dem Träger (101) angeordnet ist, wobei die Leiterbahn (102) mit dem Hochfrequenzanreger (201) und der Heizungssteuerung (202) koppelbar ist.
3. Antenne nach Anspruch 2, bei der der Träger (101) ein Keramikträger (104) ist.
4. Antenne nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Leiterbahn (102) zwei entlang einer Hauptausdehnungsrichtung (X) des Antennenelements (119) länglich ausgedehnte Bereiche (105, 106) aufweist und an einem Endbereich (107) des Antennenelements (119) einen Querbereich (108) aufweist, der die beiden länglich ausgedehnten Bereiche (105, 106) verbindet.
5. Antenne nach einem der Ansprüche 2 bis 3, aufweisend eine elektrisch leitfähige Koppelhülse (109) zum Befestigen der Antenne (100), wobei - zwischen der Koppelhülse (109) und dem Träger (101) mit der Leiterbahn (102) ein elektrischer Isolator (110) angeordnet ist,
- zwischen dem Isolator (110) und dem Träger (101) mit der Leiterbahn (102) eine elektrisch leitfähige Beschichtung (111) auf dem Träger (101) angeordnet ist.
6. Antenne nach einem der Ansprüche 2 bis 5, aufweisend einen Temperatursensor (112), der in dem Träger (101) angeordnet ist.
7. Antenne nach Anspruch 1 , aufweisend eine elektrisch leitfähige Koppelhülse (109) zum Befestigen der Antenne (100), wobei
- das Antennenelement (119) einen Metallstab (120) umfasst, und
- zwischen der Koppelhülse (109) und dem Metallstab (120) ein elektrischer Isolator (110) angeordnet ist, und die Hei- zungssteuerung (202) mit der Koppelhülse (109) und dem Metallstab (120) elektrisch koppelbar ist.
8. Hochfrequenzsystem für ein Kraftfahrzeug, aufweisend:
- eine Antenne (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
- den Hochfrequenzanreger (201), der mit der Antenne (100) mittels zwei Kondensatoren (203, 204) elektrisch gekoppelt ist,
- die Heizungssteuerung (202) , die mit der Antenne (100) mittels zwei Induktivitäten (205, 206) elektrisch gekoppelt ist.
9. Hochfrequenzsystem nach Anspruch 8 , sofern dieser auf Anspruch 5 rückbezogen ist, bei dem die Heizungssteuerung (202) elektrisch mit der Koppelhülse (109) gekoppelt ist und die Heizungssteuerung (202) elektrisch mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung (111) gekoppelt ist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Antenne (100) für ein
Hochfrequenzsystem (200) für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
- Senden und/oder Empfangen von Mikrowellen (103) mittels eines Antennenelements (119) der Antenne (100), - Anlegen einer elektrischen Spannung an die Antenne (100) zum Aufheizen der Antenne (100) .
11. Verfahren nach Anspruch 10, umfassend:
- Anlegen der elektrischen Spannung zwischen einer elektrisch leitfähige Koppelhülse (109) zum Befestigen der Antenne (100) und dem Antennenelement (119) und dadurch
- Ausbilden einer elektrischen Hochspannung durch eine Ablagerung (211), die zwischen der Koppelhülse (109) und dem An- tennenelement (119) ausgebildet ist, und dadurch
Entfernen der Ablagerung (211) .
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, umfassend:
- Anlegen der elektrischen Spannung an eine Leiterbahn (102) des Antennenelements (119) und dadurch
- Aufheizen des Antennenelements (119) .
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