WO2020007811A2 - Schaltung zur signaltechnischen verbindung, vorrichtung zur induktiven übertragung von energie sowie zur signalübertragung sowie verfahren zur herstellung - Google Patents

Schaltung zur signaltechnischen verbindung, vorrichtung zur induktiven übertragung von energie sowie zur signalübertragung sowie verfahren zur herstellung Download PDF

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predetermined
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filter circuit
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Rainer Holz
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Laird Dabendorf Gmbh
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    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/72—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for local intradevice communication
    • H—ELECTRICITY
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    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling

Definitions

  • Circuit for signaling connection device for inductive transmission of energy and for signal transmission, and method for manufacturing
  • the invention relates to a circuit for signaling connection of a device for generating a near-field communication signal and an antenna structure for near-field communication signal transmission, a device for inductive transmission of energy and for signal transmission, and a method for producing a circuit for signaling connection of a device for generating a near field - Communication signal and an antenna structure for near-field communication signal transmission.
  • This filter circuit serves to attenuate signal components in undesired frequency ranges.
  • EP 2 339 501 A1 discloses a near field communication device.
  • Antenna matching circuit for use with transmit antennas for one
  • NFC Near Field. Near field communication
  • the known circuits disadvantageously do not meet the strict criteria of electromagnetic compatibility, especially when used in
  • Antenna structure for near-field communication signal transmission a method for
  • a circuit for signaling a device for generating a near-field communication signal and an antenna structure for near-field communication signal transmission is proposed.
  • the circuit can be installed in a vehicle.
  • the circuit can be connected in terms of signal and / or data technology to a vehicle communication system and / or to an electrical system of the vehicle. However, this is not mandatory.
  • circuit can also be used in other areas of application that require signal transmission for near-field communication, e.g. in
  • Remote controls, control devices for signal transmission from and to
  • the device for generating the near-field communication signal can be designed as a computing device or comprise at least one such computing device.
  • the computing device can in particular be a microcontroller.
  • Carrier frequency of 13.56 MHz are generated, which fundamental frequency can also be referred to as the useful frequency.
  • the near-field communication signal comprises further frequencies, in particular further secondary frequencies.
  • Secondary frequencies can in particular be harmonics of the fundamental frequency.
  • the circuit comprises at least one filter circuit and the antenna structure for near-field communication signal transmission.
  • the antenna structure here denotes a structure which generates an electromagnetic field when an AC voltage is applied. This can be received by a receiver device.
  • the filter circuit can denote an arrangement of electrical or electronic elements which, in their entirety, provide desired electrical properties, in particular filter properties.
  • the filter circuit is preferably a low pass filter circuit, i.e. a filter circuit with properties of a low-pass filter.
  • the filter circuit is a bandpass filter circuit, i.e. a filter circuit with the properties of a bandpass filter.
  • the filter circuit is an even-numbered filter circuit
  • atomic number is at least 4. It is therefore possible that the order number of the filter circuit can also be 6, 8, etc.
  • the filter circuit can in particular be provided by a series connection, that is to say a series connection, of a plurality of second-order low-pass filters.
  • a series connection that is to say a series connection, of a plurality of second-order low-pass filters.
  • Second-order low-pass filters are provided by a series connection, that is to say a series connection, of two first-order low-pass filters.
  • a series connection that is to say a series connection
  • a fourth-order filter circuit can be replaced by a
  • Two low-pass filter circuits of the second order can be provided in series. At least a part of the amplitude or magnitude frequency response, in particular a course of the magnitude of the amplitude ratio explained below as a function the frequency, for example in the Bode diagram, of an n-th order filter circuit can have a negative slope, in particular a slope of -nx 20 dB per
  • the filter circuit can dampen an input signal, ie weaken the input signal.
  • the amplitude response a has a negative value.
  • the input signal can be from the device described for generating the
  • the output signal can denote the signal falling / present at the antenna structure for near-field communication signal transmission.
  • the amplitude response can also be referred to as the damping curve.
  • an amplitude response of the circuit drops monotonically in a predetermined frequency range.
  • a minimum frequency of the predetermined frequency range can be, for example, 14.4 MHz or comprise frequencies that are greater than 14.4 MHz.
  • the predetermined frequency range can be one-sided, that is, higher
  • Frequency of the predetermined frequency range corresponds to a predetermined frequency. This can be 100 GHz, for example.
  • the amplitude response can be in the predetermined frequency range
  • the drop in the predetermined frequency range is stronger or higher than a predetermined minimum drop.
  • different decay values can exist for different frequencies in the frequency range, but all decay values are greater than the minimum decay.
  • This minimum drop can be, for example, 80 dB per decade.
  • the amplitude response or attenuation curve drops to different extents in different sub-ranges of the predetermined frequency range or that the sub-range-specific minimum drops differ from one another, the
  • sub-area-specific minimum waste denotes the weakest or lowest waste in the corresponding sub-area.
  • a drop in the amplitude response denotes an increase in damping.
  • a sub-area with comparatively low frequencies it is thus possible, in particular, for a sub-area with comparatively low frequencies to have a higher drop or a higher minimum decay than a sub-area with comparatively higher frequencies.
  • a minimum drop may be greater than or equal to 100 dB, preferably greater than or equal to 107 dB.
  • a minimum drop in other sub-areas can be less than 100 dB or 107 dB, but greater than 80 dB.
  • Harmonics with the frequency 94.92 MHz can be achieved with the circuit explained by 45 dB or, in particular in comparison with the circuit disclosed in DE 10 2013 015 736 A1, even higher attenuation, for example an attenuation of 64 dB, than when using of the previously known filter circuits second
  • the proposed circuit results in a particularly good improvement in EMC (electromagnetic compatibility), in particular the so-called radiated interference emissions which are emitted to the environment via the antenna structure.
  • the circuit comprises at least one
  • Compensation circuit which can also be referred to as a matching circuit.
  • the compensation circuit is used to adapt the resonance frequency of the proposed circuit to a predetermined frequency, in particular to the useful frequency. This can mean that the resonance frequency of the proposed circuit does not deviate from the predetermined frequency by more than a predetermined amount.
  • Compensation circuit can include electrical and / or electronic elements with predetermined electrical properties.
  • the compensation circuit can include electrical and / or electronic elements with predetermined electrical properties.
  • Compensation circuit can be designed and / or the electrical
  • Properties can be selected such that the resonance frequency is adapted to the predetermined frequency.
  • the proposed circuit can comprise a series connection of the filter circuit and the compensation circuit.
  • Compensation circuit can be connected in series to the filter circuit.
  • the proposed circuit can consist of a series connection, that is to say one
  • the amplitude response of the circuit in the predetermined frequency range drops strictly monotonously. This advantageously results in a further improvement in the EMC.
  • a minimum frequency of the predetermined frequency range is 14.4 MHz. This has already been explained above. This definition of the minimum frequency advantageously results in both
  • Fundamental frequency as well as signal components with a first secondary frequency which is for example 13.56 MHz plus 0.848 MHz, can be transmitted undamped or as undamped as possible, which in turn improves the quality of the signal transmission.
  • the electrical properties of elements of the circuit, in particular the filter circuit are selected such that an impedance of the circuit corresponds to a predetermined impedance at least at a predetermined frequency or in a predetermined frequency range or lies in a predetermined impedance range.
  • an amount of the impedance of the circuit corresponds at least at the predetermined frequency or in the predetermined frequency range to a predetermined amount or is in a predetermined impedance amount range
  • the predetermined frequency can in particular be the one explained above
  • Carrier frequency correspond.
  • the predetermined frequency range is preferably a so-called near-field communication useful band.
  • the predetermined frequency range can include frequencies from 12,712 MHz to 14,407 MHz.
  • the impedance of the circuit alternatively or cumulatively at a subcarrier frequency and / or an upper carrier frequency of the carrier frequency corresponds to a predetermined impedance or lies in a predetermined impedance range.
  • the predetermined impedance or the predetermined impedance range can be dependent on a maximum permissible or producible transmission power Pmax and / or on a transmission output voltage U_Tx and / or a maximum permissible or producible transmission output current Imax of the device for generating a near-field communication signal.
  • an amount of the predetermined impedance Z can vary according to
  • Pmax / Imax 2 Formula 2 or according to
  • the predetermined impedance range can include this impedance, in particular this impedance can be a center impedance of the impedance range, wherein the
  • Impedance range can further have a predetermined size.
  • the predetermined impedance range can include the impedances which, according to Formula 2 or Formula 3, for several different maximum permissible or producible transmission powers Pmax or maximum permissible or producible
  • the maximum permissible or producible transmission power Pmax or the maximum permissible or producible transmission output current Imax can be predetermined.
  • a range of maximum permissible or producible transmission powers Pmax or a range of maximum permissible or producible transmission output currents Imax can also be predetermined.
  • this must be selected such that reliable near-field communication with predetermined near-field communication terminals (remote stations) is ensured, in particular without exceeding predetermined, e.g. legal, emission requirements.
  • Boundary conditions e.g. Properties of the antenna structure for near-field communication signal transmission can be determined. Further alternatively or cumulatively, the desired impedance or the desired impedance range can also be selected as a function of electrical properties of the device for generating the near-field communication signal and can be specified, for example, by the manufacturer.
  • the predetermined impedance range comprises impedances with an amount of 20 to 100 ohms, preferably with an amount of 30 to 50 ohms.
  • impedances with an amount of 20 to 100 ohms, preferably with an amount of 30 to 50 ohms.
  • other impedance values are also conceivable.
  • the filter circuit is designed and / or electrical properties of elements of the filter circuit are dimensioned such that at least one of the impedance or
  • the filter circuit is designed and / or electrical properties of elements of the filter circuit are dimensioned such that a cutoff frequency of the filter circuit is in a range from 14 MHz to 15 MHz, preferably at 14.4 MHz.
  • circuit comprises a compensation circuit
  • the compensation circuit is designed and / or electrical properties of elements of the compensation circuit are dimensioned such that at least one of the impedance or
  • the compensation circuit is designed and / or electrical properties of elements of the compensation circuit are dimensioned such that a resonance frequency of the proposed circuit with the in the filter design step specified filter circuit and the antenna structure to be used does not deviate more than a predetermined amount from a predetermined frequency, in particular a useful frequency.
  • electrical properties of the antenna structure can be predetermined.
  • Elements of the circuit are changed based on their dimensioning in the corresponding design step in such a way that the impedance of the circuit corresponds to a predetermined impedance at least at a predetermined frequency or in a predetermined frequency range or lies in a predetermined impedance range. It is possible here for the electrical properties of elements of the filter circuit to be changed, the electrical properties of elements of the
  • Compensation circuit cannot be changed.
  • the electrical properties of elements of the compensation circuit it is possible for the electrical properties of elements of the compensation circuit to be changed, the electrical properties of elements of the filter circuit not being changed.
  • the electrical properties of elements of the filter circuit can only be changed in such a way that the cutoff frequency of the filter circuit is reduced by the change or remains the same. Alternatively or cumulatively, a change in the electrical
  • Cutoff frequency of the filter circuit is less than or equal to the cutoff frequency of the
  • a suitable adaptation of the electrical properties makes it possible to reliably avoid peaks in the amplitude response in the predetermined frequency range.
  • the electrical properties of elements of the circuit are selected such that, at least at a first predetermined frequency, an imaginary component of an impedance of the circuit is zero or does not deviate more than a predetermined dimension from zero.
  • electrical properties of elements of the circuit are selected such that at least in a first predetermined frequency range an imaginary component of an impedance of the circuit is zero or does not deviate more than a predetermined measure from zero.
  • the first predetermined frequency can in particular be the one explained above
  • the predetermined frequency range can be
  • the first predetermined frequency can in particular correspond to the frequency at which the impedance of the circuit corresponds to the explained predetermined impedance or lies in a predetermined impedance range. Accordingly, the first predetermined frequency range can be the frequency or the
  • the predetermined dimension can in particular be chosen such that an amount of impedance with this imaginary part lies in the predetermined impedance range or that the imaginary part lies in a predetermined imaginary part range, the minimum value of which is a predetermined amount less than a minimum value of the predetermined one
  • Impedance range and / or its maximum value by a further or the predetermined amount is less than a maximum value of the predetermined impedance range.
  • the predetermined measure can be, for example, 10%, 20%, 30%, 40% or 50%.
  • the electrical properties of elements of the circuit are selected such that, at a further predetermined frequency, an imaginary part of an impedance of the circuit is zero or does not deviate more than a predetermined measure from zero.
  • the further predetermined frequency preferably corresponds to a so-called cut-off frequency (cut-off frequency) of the filter circuit.
  • This limit frequency can in particular be the frequency at which the amplitude response of the filter circuit has dropped to 1 / sqrt (2) times a maximum value. It is possible here that in the adaptation step the electrical properties of elements of the circuit, in particular the filter circuit and / or the
  • Compensation circuit based on its dimensioning, are changed in the corresponding design step in such a way that, at the further predetermined frequency, an imaginary part of an impedance of the circuit is zero or does not deviate more than a predetermined dimension from zero.
  • Properties of elements of the circuit can be selected such that, at least in a further predetermined frequency range, an imaginary component of an impedance of the circuit is zero or does not deviate more than a predetermined measure from zero.
  • the further predetermined frequency can in particular correspond to a frequency at which the impedance of the circuit corresponds to the explained predetermined impedance or in a predetermined one
  • the further predetermined frequency range can include the frequency or the frequency range or parts thereof, in which / in which the
  • Impedance of the circuit corresponds to the explained predetermined impedance or lies in a predetermined impedance range.
  • the predetermined dimension can be determined as explained above.
  • the electrical properties of elements of the circuit are selected such that a return loss (return loss) or a return loss value of the circuit, that is to say the entirety of the filter circuit, optionally the compensation circuit and the NFC antenna structure, at a predetermined frequency is smaller than a first predetermined value and / or that a return loess in a predetermined frequency range is smaller than a further predetermined value.
  • the predetermined value or the further predetermined value can be, for example, -15 dB. It is of course possible that the electrical properties of elements of the circuit are also selected such that the return loss of the circuit at at least one further frequency is less than a predetermined value that can be assigned to this further frequency.
  • the return loess can, as explained below, be determined using quantities which are detected at input connections of the filter circuit, these input connections being able to be or being connected to output connections of the device for generating the near-field communication signal. It is possible here that in the adaptation step the electrical properties of elements of the circuit, in particular the filter circuit and / or the
  • Compensation circuit based on their dimensioning, are changed in the corresponding design step in such a way that the return loss of the circuit, that is to say the entirety of the filter circuit, possibly the compensation circuit and the NFC antenna structure, is less than a first predetermined value at a predetermined frequency and / or that a return loess in a predetermined frequency range is less than another predetermined value.
  • reflection factor also reflection coefficient
  • the reflection factor G is a complex quantity.
  • the magnitude of the reflection factor indicates the proportion by which the reflected wave is weaker than the incident one, and the argument of the reflection factor indicates the phase of the reflected wave with respect to the incident wave.
  • G U refl / U inc formula 4, where U_refl denotes the reflected wave and UJnc the incoming wave.
  • the Return Löss RL can also be interpreted directly as a performance ratio, especially as a ratio
  • RL 10 * log (P_refl / P_lnc) Formula 6, from reflected power P_refl and coupled power PJnc.
  • the return loess is therefore a measure of the proportion of the power of the injected signal that cannot be implemented by a consumer, in this case the antenna structure, because it is reflected back into the source.
  • the return loess is given as a negative value in the present disclosure. However, it is also possible to calculate the return loess depending on the inverse performance ratio (PJnc / P_ refl). In this case, the return loess simply changes the sign.
  • the definition / calculation of the return loess chosen for this disclosure has the advantage that the corresponding value shows immediately how small the reflected value is. For example, a return loss of -20dB means that only one hundredth of the coupled power is reflected back into the source.
  • the previously explained reflection factor (as a complex value) can be read directly from the Smith chart.
  • the return loess RL can be determined from the amount of the reflection factor, as also explained above.
  • the return loess indicates which portion P_ref of the input signal generated by the device for generating the near-field communication signal with a power PJnc is reflected back at the connections of the antenna structure back into the source, i.e. into the device, i.e. not in the antenna structure near field
  • Communication signal transmission can be implemented in an electromagnetic wave.
  • the predetermined frequency can again correspond to the carrier frequency.
  • the carrier frequency can thus be assigned the first predetermined return loess value.
  • Secondary frequency can also be assigned to the first predetermined return loess value, but preferably a different return loess value, in particular a higher return loess value.
  • the predetermined frequency range can be assigned to the first predetermined return loess value, but preferably a different return loess value, in particular a higher return loess value.
  • the predetermined frequency can in particular correspond to the frequency at which the impedance of the circuit corresponds to the explained predetermined impedance or lies in a predetermined impedance range. Accordingly, the predetermined one
  • Frequency range include the frequency or the frequency range or parts thereof, in which / in which the impedance of the circuit corresponds to the explained predetermined impedance or is in a predetermined impedance range.
  • the first predetermined return loess value can be, for example, -15dB. This advantageously results in a ratio of the proportion Pref to the input power Pin being less than 3%, in particular less than 2.6%. It is possible that secondary frequencies are assigned return loess values of -6dB or -4dB.
  • the further predetermined return loess value can be, for example, -4dB or -5dB. This advantageously results in a ratio of the proportion pref to
  • Input power pin for all frequencies in the frequency range is less than 33% or less than 25%.
  • the filter circuit has at least one
  • Grounding section which is connected to a reference potential.
  • the reference potential is preferably a ground potential. This advantageously results in a near-interference-free generation of the near-field communication signal.
  • the filter circuit is symmetrical relative to the grounding section. This can mean that a first partial arrangement of electrical components of the filter circuit between a first AC voltage input connection of the filter circuit and the grounding section of a second
  • Partial arrangement of further electrical components of the filter circuit between a second AC input terminal and the grounding section corresponds.
  • the first input connection can be connected to a first AC voltage output connection of the device for generating a near-field communication signal explained above.
  • the second input connection can be connected to a second AC voltage output connection of the device explained above for generating a near-field communication signal.
  • the two partial arrangements explained are of identical design, in particular with regard to the dimensioning of the electrical components and their electrical arrangement / connection. If the first AC voltage input connection of the filter circuit is connected to the grounding section via the first sub-arrangement of electrical components of the filter circuit, the second AC voltage input connection of the filter circuit can be electrically connected to the grounding section via the second sub-arrangement, the second arrangement being equal to the first Arrangement is formed. This advantageously results in that electrical components of the filter circuit can be dimensioned smaller with respect to the maximum permissible voltages / currents that occur during operation, which in turn can reduce the installation space and costs in the manufacture of the proposed circuit.
  • Inductive energy transmission is, in particular, energy transmission to a mobile terminal, e.g. a mobile phone or a tablet PC, which can also be called a receiver.
  • a mobile terminal e.g. a mobile phone or a tablet PC, which can also be called a receiver.
  • the device for inductive energy transmission can comprise a circuit for generating the electromagnetic field, wherein such a circuit can comprise at least one inverter. This can also be referred to as an energy transmission circuit. Furthermore, such a circuit can have at least one control device for controlling the operation of the inverter, at least one filter device for filtering an output voltage of the inverter and at least one
  • the device for inductive transmission of energy Furthermore, the device for inductive transmission of energy and
  • Signal transmission include a circuit for transmitting / receiving, that is, for transmitting a mobile radio signal.
  • This circuit can also be referred to as a mobile radio transmission circuit.
  • the mobile radio transmission circuit can be used to transmit
  • the mobile radio transmission circuit can include an antenna structure for the transmission of signals between the external, in particular portable, terminal. The can continue
  • Mobile radio transmission circuit also include or be connected to an antenna structure for transmitting signals between the further communication device.
  • the mobile radio transmission circuit can also be an amplifier device for amplifying the transmitted signals and / or
  • Damping device for damping the transmitted signals include.
  • the device comprises a device for generating a near-field communication signal and a circuit according to one of the ones in this disclosure described embodiments.
  • This can also be called a near-field transmission circuit.
  • the device for generating the near-field communication signal and this near-field transmission circuit are electrically connected. The device can thus generate the near-field communication signal and send it to the filter circuit and, if necessary, to a compensation circuit
  • Antenna structure for near field communication signal transmission transmitted.
  • the energy transmission circuit can differ from the proposed circuit for the signaling connection. The can continue
  • Power transmission circuit to be different from the mobile radio transmission circuit.
  • the mobile radio transmission circuit can be different from the near field transmission circuit.
  • elements of the circuits of this device can be different from one another.
  • the energy transmission circuit and the proposed near-field transmission circuit or some or all of the elements of these circuits can be arranged in a common housing. Furthermore, the mobile radio transmission circuit or some or all of the elements of this circuit can also be arranged in the common housing.
  • the circuits that is to say the energy transmission circuit, are preferably the
  • Mobile radio transmission circuit and the proposed near field transmission circuit or some or all of the elements of these circuits on or at or in one
  • elements of one of these circuits are only arranged on one side of the circuit board. However, it is also possible for different elements of one of these circuits to be arranged on different sides of the printed circuit board.
  • the proposed design of the near-field transmission circuit can advantageously achieve that the EMC of the proposed device for inductive transmission of energy and for signal transmission is improved, in particular in the VHF frequency range. It was thus observed that when using near-field transmission circuits according to the prior art, adequate attenuation, in particular the harmonics, of the NFC useful signal, in particular in the VHF frequency range, cannot be achieved, which is also due in particular to electromagnetic interactions between the elements of the Energy transmission circuit, this near-field transmission circuits and / or a possibly existing mobile radio transmission circuit. It has been found that in particular the antenna structure of a
  • Mobile radio transmission circuit and the corresponding cabling have a great influence on the EMC of the near field communication.
  • Mobile radio transmission has such an effect on the transmission of near-field communication signals that they have to be generated and transmitted with a high output.
  • this also produces interference signal components of the near-field communication signal with an undesirably high power and have a disadvantageous effect on the EMC.
  • interference signal components generated in this way undesirably from elements of the energy transmission circuit or elements of the system for inductive energy transmission and / or elements of the
  • the device comprises at least one
  • This can be an element of the circuit for generating the
  • the winding structure is particularly of the
  • the device comprises at least one damping structure for damping that generated by the winding structure
  • This damping structure can in particular be designed as a damping grid.
  • the electrical field of the winding structure denotes the electrical field or the electrical part of the electromagnetic field generated by the winding structure.
  • the damping structure can at least partially overlap with the at least one winding structure in a projection plane.
  • the projection plane can be a plane that is oriented perpendicular to the central axis of the winding structure.
  • the winding structure shows e.g. an envelope, in particular an envelope with minimal geometric dimensions
  • at least part of the damping structure can be arranged within this envelope in the projection plane.
  • the device comprises a support surface for a terminal
  • the damping structure or at least part of the damping structure can be arranged along the central axis between the winding structure and the support surface.
  • a part of the contact surface can also be in the projection plane with the winding structure and / or the
  • the damping structure can, for example, be at least partially designed as a comb structure.
  • a comb structure comprises, for example, one or more central web (s) and teeth arranged perpendicularly thereto.
  • the bridge and teeth can be made, for example, of a material with a predetermined conductivity, e.g. made of copper.
  • the damping structure serves to damp an electrical field or the electrical component of the electromagnetic field.
  • the damping structure serves to damp an electrical field or the electrical component of the electromagnetic field.
  • Damping structure can be designed such that the electric field, which is generated by the winding structure, is attenuated by at least 20 dB after passing through the damping structure, preferably completely damped. At the same time, the
  • the damping structure can be designed in such a way that the magnetic field is damped by at most 1 dB after passing through the damping structure, ideally it is not damped.
  • the damping structure is therefore used exclusively for damping the electrical field, while the magnetic field is impaired as little as possible.
  • the inductive energy transmission through the electromagnetic field is associated with a pronounced alternating electrical field that occurs not only at the fundamental frequency, for example in the interval between 10 kHz and 10 MHz, but (with a required high efficiency) also at the harmonics of the fundamental frequency. Thus there are maxima at the multiples of the fundamental frequency in the spectrum.
  • the proposed damping structure also advantageously allows them to be shielded
  • the device comprises an antenna structure for transmitting and receiving mobile radio signals.
  • This antenna structure can also be referred to as a coupling antenna.
  • the coupling antenna can be part of the
  • This antenna structure can of the
  • Antenna structure for near-field communication signal transmission may be different.
  • the coupling antenna can transmit signals between an external,
  • a communication signal can thus be transmitted or received via the antenna structure for near-field communication signal transmission and a further communication signal via the antenna structure for transmitting and receiving mobile radio signals.
  • a mobile radio signal can include / have frequencies in a range from 700 MHz (inclusive) to 2,600 MHz (inclusive).
  • the coupling antenna can comprise a first substructure and a second substructure, the coupling antenna being designed in such a way that signals can be received and transmitted in a predetermined frequency range by means of the coupling antenna.
  • the frequency of the electromagnetic field for inductive energy transmission lies here outside the frequency range from 700 MHz to 2,600 MHz.
  • the frequency of the electromagnetic field for inductive energy transmission is different from the frequency / frequencies of the near-field communication signal and is also different from the frequency / frequencies of the mobile radio signal. That is further
  • Frequency of the mobile radio signal different from the frequency (s) of the near field communication signal.
  • the frequency of the electromagnetic field for inductive energy transmission can be in a frequency range from 100 kHz to 10 MHz, further for example in a frequency range from 105 kHz to 205 kHz.
  • Projection plane can also be perpendicular to a central axis of symmetry
  • the antenna structure can be any suitable antenna structure.
  • the antenna structure can be any suitable antenna structure.
  • the antenna structure for near-field communication signal transmission or a part thereof can overlap with the coupling antenna or a part thereof in the common projection plane.
  • the antenna structure for near-field communication signal transmission or a part thereof can overlap with the winding structure or a part thereof in the common projection plane. This superimposition can justify the above-described electromagnetic interaction between the elements of the individual circuits.
  • Signaling connection of a device for generating a near-field communication signal and an antenna structure for near-field communication signal transmission The method is used to manufacture a circuit in accordance with one of the embodiments disclosed in this disclosure and can therefore be all necessary steps to produce such a circuit.
  • At least one filter circuit and an antenna structure are provided, the circuit comprising the at least one filter circuit and the antenna structure. Furthermore, the filter circuit is provided as an even-numbered filter circuit, the order number being at least 4. Furthermore, the circuit is provided in such a way that an amplitude response falls monotonically in a predetermined frequency range.
  • the electronic elements of the circuit can be selected such that the amplitude response is monotonically falling in the predetermined frequency range.
  • the previously explained filter design step and the adaptation step can be carried out.
  • a compensation design step can also be carried out.
  • the proposed method for producing the circuit can be part of a method for producing a device for inductive transmission of energy and for
  • a winding structure for generating an electromagnetic field for inductive energy transmission and / or a damping structure and / or an antenna structure for transmitting and receiving mobile radio signals can be provided in such a method.
  • these structures or elements of these circuits can be arranged on a common printed circuit board. Alternatively or cumulatively, a section of the
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a circuit according to the invention for signaling connection of a device for generating a near field communication signal and an antenna structure
  • Fig. 2 is a schematic block diagram of the device for inductive transmission of
  • FIG. 3 is a schematic circuit diagram of a filter circuit
  • Fig. 5 shows another exemplary amplitude response of an inventive
  • Fig. 6 is a schematic plan view of a circuit board.
  • Figure 1 shows a schematic block diagram of a circuit 1 according to the invention for signaling connection of e.g. as a microcontroller 2 or as a so-called NFC chip, a device for generating a field communication signal and an antenna structure 3 for near field communication signal transmission.
  • a circuit 1 for signaling connection of e.g. as a microcontroller 2 or as a so-called NFC chip, a device for generating a field communication signal and an antenna structure 3 for near field communication signal transmission.
  • the circuit 1 comprises a filter circuit 4, a compensation circuit 5 and the antenna structure 3 for the near field communication signal transmission.
  • FIG. 1 shows that the filter circuit 4, the compensation circuit 5 and the antenna structure 3 are connected in series, that is to say in series.
  • Input connections of the filter circuit 4 are connected in terms of signal technology to output connections of the microcontroller 2.
  • Microcontroller 2 generates an AC voltage as a near-field communication signal. This AC voltage is transmitted to the antenna structure 3 via the filter circuit 4 and the compensation circuit 5. The antenna structure 3 then generates an electromagnetic field for near-field communication signal transmission as a function of the alternating voltage thus transmitted.
  • the filter circuit 4 is an even-numbered filter circuit. This is explained in more detail with reference to FIG. 3. As can also be seen in FIG. 4, an amplitude response of the circuit 1 is in a predetermined range
  • Frequency range in particular in the frequency range from 14.4 MHz to 1 14.4 MHz monotonic, preferably strictly monotonic, falling.
  • the electrical properties of electrical or electronic elements of the circuit 1, in particular the filter circuit 4 are selected such that an impedance of the circuit 1 at a predetermined frequency, in particular at a carrier frequency of the near-field communication signal, which is, for example, 13.56 MHz may correspond to a predetermined impedance or in a predetermined
  • Impedance range is, for example in an impedance range of 30 ohms to 50 ohms. It is also possible that the electrical properties of the elements of the circuit 1, in particular the filter circuit, 4 are selected such that the impedance of the circuit 1 is in a predetermined frequency range, in particular in the near-field communication signal useful band explained above, which, for example, has frequencies of 12.712 MHz to 14.4 07MHz, lies in the explained impedance range.
  • the electrical properties of the elements of the circuit 1, in particular the filter circuit 4 to be selected such that an imaginary part of the impedance of the circuit 1 is zero at a first predetermined frequency.
  • the first predetermined frequency can in particular be the carrier frequency explained above.
  • the electrical properties of the elements of the circuit 1, in particular the filter circuit 4 are selected such that the imaginary part of the impedance of the circuit 1 is zero even at at least one or more other frequencies, in particular with a cut-off Frequency of the filter circuit 4.
  • Figure 2 shows a schematic block diagram of a device 6 for inductive
  • the device 6 comprises, for example, a device designed as a microcontroller 2 for generating a near-field communication signal and the circuit 1 shown in FIG. 1 for the signaling connection of the microcontroller 2 and the antenna structure 3
  • Device 6 a winding structure 7 for generating an electromagnetic field for inductive energy transmission.
  • the device 6 further comprises an antenna structure 8 for transmitting and receiving mobile radio signals, which is also referred to below as a mobile radio antenna structure 8.
  • the device 6 continues to be a
  • Damping structure 9 (see for example Figure 3) for damping the of
  • Winding structure 7 includes generated electromagnetic field.
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a filter circuit 4 and one
  • the filter circuit 4 comprises two sub-arrangements, namely a first filter sub-arrangement 4a and a second filter sub-arrangement 4b.
  • a first microcontroller-side connection MTH and a further microcontroller-side connection MTL of the filter circuit 4 are shown. Also shown are a first connection ATL on the antenna structure side and a further connection ATL of the compensation circuit 5 on the antenna structure side
  • Antenna structure 3 can be connected.
  • the filter circuit 4 has a grounding section EA which is electrically connected to a reference potential RP.
  • the reference potential RP can in particular be a
  • the filter circuit 4 is symmetrical relative to the grounding section EA.
  • an electrical connection between the first microcontroller-side connection MTH and the grounding section EA, that is to say the first filter subassembly 4a is formed in the same way as the electrical connection of the second microcontroller-side connection MTL to the grounding section EA, that is to say like the second filter subassembly 4b.
  • the filter subassemblies 4a, 4b each include e.g. First inductive element L1 H, L1 L designed as a coil. First capacitive element C1 H, C1 L designed as a capacitor.
  • the first microcontroller-side connection MTH is connected to the grounding section EA via a series connection of the first inductive and the first capacitive element L1 H, C1 H of the first filter subassembly 4a.
  • the second microcontroller-side connection MTL is connected to the grounding section EA via a series connection of the first inductive and the first capacitive element L1 L, C1 L of the second filter sub-arrangement 4b.
  • the first inductive elements L1 H, L1 L can each have inductances in the range from 330nH to 1.5mH, preferably in the range from 400nH to 600nH.
  • the first capacitive elements C1 H, C1 L can each have capacitances in the range from 220pF to 700pF, preferably in the range from 400pF to 600pF.
  • the filter subassemblies 4a, 4b each comprise e.g. second inductive element L2H, L2L designed as a coil. Further include the
  • Filter sub-arrangements 4a, 4b each have a second capacitive element C2H, C2L, for example a capacitor.
  • a series connection of the second inductive and the second capacitive element L2H, C2H of the first filter part arrangement 4a is arranged electrically parallel to the first capacitive element C1 H of the first filter part arrangement 4a.
  • a series connection of the second inductive and the second capacitive element L2H, C2H of the second filter sub-arrangement 4b is arranged electrically parallel to the first capacitive element C1 L of the second filter sub-arrangement 4b.
  • the second inductive elements L2H, L2L can each have inductances in the range from 330nH to 1.5mH, preferably in the range from 500nH to 1 mH.
  • the second capacitive elements C2H, C2L can each have capacitances in the range from 200pF to 700pF, preferably in the range from 220pF to 560pF.
  • Each sub-filter arrangement 4a, 4b forms a fourth-order low-pass filter.
  • the series connection of the first inductive and the first capacitive elements L1 H, L1 L, C1 H, C1 L of the respective filter subassembly 4a, 4b each form a second-order low-pass filter.
  • the series connection of the second inductive and the second capacitive element L2H, L2L, C2H, C2L of the respective filter subassembly 4a, 4b each forms a second-order low-pass filter.
  • the compensation circuit 5 also comprises a first compensation sub-arrangement 5a and a second compensation sub-arrangement 5b.
  • the first compensation sub-arrangement 5a comprises a parallel connection of two e.g. Capacitive elements C4H, C5H designed as capacitors.
  • the first compensation sub-arrangement 5a comprises e.g. Capacitive formed further capacitor C3H, the first
  • Compensation subassembly 5a is formed from the series connection of this further capacitive element C3H and the parallel connection explained.
  • a first capacitive element of the parallel circuit C4H, C5H can have a capacitance in the range from 1 pF to 220 pF, preferably in the range from 1 pF to 120 pF.
  • the remaining capacitive element C5H, C4H can then have a capacitance in the range from OpF to 100pF.
  • the further capacitive element C3H can have a capacitance in the range from 1 pF to 100pF, preferably in the range from 1 pF to 70pF.
  • the second compensation sub-arrangement 5b comprises a parallel connection of two e.g. Capacitive elements C4L, C5L designed as capacitors. Furthermore, the second compensation part arrangement 5b comprises a e.g. A further capacitive element C3L designed as a capacitor, the second compensation sub-arrangement 5b being formed from the series connection of this further capacitive element C3L and the parallel connection explained.
  • a first capacitive element of the parallel circuit C4L, C5L can have a capacitance in the range from 1 pF to 220 pF, preferably in the range from 1 pF to 120 pF.
  • the remaining capacitive element C5L, C4L can then have a capacitance in the range from OpF to 100pF.
  • the further capacitive element C3L can have a capacitance in the range from 1 pF to 100pF, preferably in the range from 1 pF to 70pF.
  • the first connection ATH on the antenna structure is via a e.g. first resistive element R1 H, formed as a resistor, is connected to the first compensation sub-arrangement 5a.
  • the second antenna structure connection ATL is via a e.g. as
  • Compensation subassembly 5b connected. In particular, is the first
  • Connection ATH on the antenna structure side is connected to the grounding section EA via a series connection of the first resistive element R1 H and the first compensation sub-arrangement 5a.
  • the second connection on the antenna structure side is ATL via a series connection of the second resistive element R2L and the second
  • the first resistive element R1 H can have a resistance in the range from 0 W to 4 W, preferably in the range from 0 W to 1 W.
  • the second resistive element R2L can have a resistance in the range from 0 W to 4 W, preferably in the range from 0 W to 1 W.
  • the antenna structure can have an inductance in the range from 500nH to 4mH.
  • a connection section between the second inductive element L2H and the second capacitive element C2H of the first filter subassembly 4a is connected via the capacitive element C3H to the connection section between the first resistive element R1H and the parallel connection of the capacitive elements C4H, C5H of the first compensation subassembly 5a.
  • a connecting section between the second inductive element L2L and the second capacitive element C2L of the second filter subassembly 4b is connected to the via the capacitive element C3L
  • Filter subassemblies 4a, 4b is the same. Accordingly, it is possible that an inductance of the second inductive elements L2H, L2L of the filter sub-arrangements 4a, 4b is the same.
  • Filter subassemblies 4a, 4b is the same. Accordingly, it is possible that a capacitance of the second capacitive elements C2H, C2L of the filter sub-arrangements 4a, 4b is the same. Furthermore, the inductivities of the first and second inductive elements L1 H, L2H, L1 L, L2L of a filter subassembly 4a, 4b can be different from one another. In particular, the inductance of the first inductive element L1 H, L1 L can be smaller than the inductance of the second inductive element L2H, L2L of the respective filter subassembly 4a, 4b. However, it is also possible that the inductances of the first and the second inductive
  • Elements L1 H, L2H, L1 L, L2L of the filter subassemblies 4a, 4b are the same.
  • the inductance of the first inductive element L1 H, L1 L can be equal to the inductance of the second inductive element L2H, L2L of the respective filter subassembly 4a, 4b.
  • the capacitances of the first and the second capacitive element C1 H, C2H, C1 L, C2L of a filter sub-arrangement 4a, 4b can be different from one another.
  • the capacitance of the first capacitive element C1 H, C1 L can be greater than the capacitance of the second capacitive element C2H, C2L of the respective filter subassembly 4a, 4b.
  • the capacitances of the first and the second capacitive elements C1 H, C2H, C1 L, C2L of the filter subassemblies 4a, 4b can be the same.
  • the capacitance of the first capacitive element C1 H, C1 L can be equal to the capacitance of the second capacitive element C2H, C2L of the respective filter subassembly 4a, 4b.
  • the capacitances of the capacitive elements C3H, C3L for connecting the filter subassemblies 4a, 4b to the compensation subassemblies 5a, 5b can be the same.
  • the capacitances of the two capacitive elements C4H, C5H, C4L, C5L of a compensation sub-arrangement 5a, 5b can be different from one another.
  • FIG. 4 shows an exemplary amplitude response FG of a circuit 1 according to the invention (see for example FIG. 1). It is shown as an example that the attenuation is zero or very low at a carrier frequency f1 of 13.56 MHz. At frequencies f that are greater than 14.4 MHz, the amplitude response shown is falling in a strictly monotonous manner. At a second frequency f2 of 27.12 MHz, the attenuation is, for example, -51.13 dB. In particular, it can be seen that an attenuation in the FM frequency range, which comprises frequencies from 87 MHz to 108 MHz, is less than -54 dB.
  • FIG. 5 shows, in addition to the amplitude response FG of circuit 1 shown in FIG. 4, a course of the return loess RL of circuit 1 for different frequencies f. It is shown as an example that the return loess RL in a frequency range of 12.712 MHz to 14.408 MHz is less than -4 dB. At a carrier frequency f1, the return loess RL is less than -15 dB.
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of a printed circuit board 9. Structures or elements which are arranged on or on an underside or lower surface of the printed circuit board 9 are shown in dashed lines. Structures or elements which are arranged on or on an upper side or upper surface of the printed circuit board 9 are shown with solid lines. 6 serves to illustrate the superimposition of elements of a system for near-field communication signal transmission, a system for inductive energy transmission and a system for mobile radio signal transmission, but only selected and not all elements of these systems are shown.
  • a first substructure 10a of a coupling antenna 10 is shown, which is arranged on the underside of the printed circuit board 9. Also shown is a second substructure 10b of FIG.
  • Coupling antenna 10 which is arranged on the top of the circuit board 9.
  • the coupling antenna 10 forms an antenna structure 8 for mobile radio signal transmission (see FIG. 2).
  • a dashed-dot line shows a damping structure 11 which is arranged on the underside of the printed circuit board 9.
  • a first substructure 3a of an antenna structure 3 for near-field communication signal transmission which is arranged on the top of the printed circuit board 9.
  • a winding structure 7 for generating an electromagnetic field for inductive energy transmission is not shown.
  • this winding structure 7 cannot be arranged on or on the printed circuit board 9.
  • such a winding structure 7 can be arranged such that one generated by this winding structure 7
  • a part of the antenna structure 3 overlaps the damping structure 11 further part of the antenna structure 3 a part of the antenna structure 8 for mobile radio signal transmission is superimposed in the common projection plane. It is further possible that part of the antenna structure 3 also overlaps the winding structure 7, not shown, for generating an electromagnetic field for inductive energy transmission in the common projection plane.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur signaltechnischen Verbindung einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nahfeld-Kommunikationssignals und einer Antennenstruktur zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung, wobei die Schaltung (1) mindestens eine Filterschaltung (4) und die Antennenstruktur (3) umfasst, wobei die Filterschaltung(4)eine Filterschaltung geradzahliger Ordnung ist, wobei die Ordnungszahl mindestens 4 beträgt, wobei ein Amplitudengang(FG)der Schaltung(1)in einem vorbestimmten Frequenzbereich monoton fallend ist sowie eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie sowie zur Signalübertragung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltung zur signaltechnischen Verbindung.

Description

Schaltung zur signaltechnischen Verbindung, Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie sowie zur Signalübertragung sowie Verfahren zur Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur signaltechnischen Verbindung einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nahfeld-Kommunikationssignals und einer Antennenstruktur zur Nahfeld- Kommunikationssignalübertragung, eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie sowie zur Signalübertragung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltung zur signaltechnischen Verbindung einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nahfeld- Kommunikationssignals und einer Antennenstruktur zur Nahfeld- Kommunikationssignalübertragung.
Für das Übertragen von Nahfeld-Kommunikationssignalen wird ein von einer
entsprechenden Einrichtung erzeugtes Nahfeld-Kommunikationssignal in der Regel über eine Filterschaltung und eine so genannte Anpassschaltung an eine entsprechende
Antennenstruktur übertragen. Diese Filterschaltung dient der Dämpfung von Signalanteilen in nicht erwünschten Frequenzbereichen.
Die EP 2 339 501 A1 offenbart eine Nahfeld-Kommunikationseinrichtung.
Die DE 10 2013 015 736 A1 offenbart eine Antennenanpassschaltung.
Die DE 10 2014 1 13 910 A1 offenbart eine Antennenschaltung, insbesondere eine
Antennenanpassungsschaltung zum Einsatz mit Sendeantennen für eine
Nahfeldkommunikation. Die Nahfeldkommunikation (NFC) ist eine im Stand der Technik bekannte und erprobte Kommunikationstechnik, um eine Authentifizierung, einen
Datenaustausch oder eine Bezahlvorgang durch Annähern zweier
Sende/Empfangseinrichtungen zueinander zu ermöglichen.
Diese aus dem Stand der Technik bekannten Antennenschaltungen verwenden Tiefpassfilter zweiter Ordnung. So ist z.B. in Fig. 1 der EP 2 339 501 A1 dargestellt, dass in einer elektrischen Schaltung zwischen einer integrierten Schaltung und einer Antenne ein Filter und eine Anpassschaltung angeordnet sind, wobei der Filter ein Filter zweiter Ordnung ist.
Ein Amplitudengang der Gesamtschaltung erreicht nur einen Abfall von 60 dB in der ersten Frequenzdekade.
In der DE 10 2013 015 736 A1 ist ebenfalls nur ein Tiefpass zweiter Ordnung offenbart, wobei dieser aber mit zusätzlichen Kondensatoren und Spulen zusammengeschaltet ist, die einen sogenannten Pi-Filter bilden. Der Pi-Filter ist hierbei Teil einer Anpassschaltung, deren Funktion nachfolgend noch erläutert wird. Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass die beschriebene Schaltung nicht die gewünschte Dämpfung der Harmonischen des NFC- Trägersignals, insbesondere im UKW Bereich, bereitstellt.
Die bekannten Schaltungen genügen jedoch in nachteiliger Weise nicht den strengen Kriterien einer elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere bei Verwendung in
Automobilen.
Es stellt sich das technische Problem, eine Schaltung zur signaltechnischen Verbindung einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nahfeld-Kommunikationssignals und einer
Antennenstruktur zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung, ein Verfahren zur
Herstellung einer solchen Schaltung sowie eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie sowie zur Signalübertragung zu schaffen, die die elektromagnetische Verträglichkeit der Einrichtung bei der Erzeugung des Nahfeld-Kommunikationssignals verbessern, insbesondere wenn die Einrichtung Teil einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie sowie zur Signalübertragung ist.
Es besteht weiter das technische Problem, eine möglichst verlustfreie Nahfeld- Kommunikation zu ermöglichen. Weiter besteht das technische Problem, eine Nahfeld- Kommunikation zu ermöglichen, die Vorgaben für die Nahfeldkommunikation, beispielsweise in Form von gesetzlichen Bestimmungen oder Normen, beispielsweise des NFC-Forums, möglichst zuverlässig erfüllt.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den
Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Unteransprüche.
Vorgeschlagen wird eine Schaltung zur signaltechnischen Verbindung einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nahfeld-Kommunikationssignals und einer Antennenstruktur zur Nahfeld- Kommunikationssignalübertragung.
Die Schaltung kann in einem Fahrzeug verbaut sein. Insbesondere kann die Schaltung hierbei Signal- und/oder datentechnisch mit einem Fahrzeugkommunikationssystem und/oder mit einem Bordnetz des Fahrzeugs verbunden sein. Dies ist aber nicht zwingend.
Selbstverständlich kann die Schaltung auch in anderen Anwendungsbereichen, die eine Signalübertragung zur Nahfeld-Kommunikation erfordern, eingesetzt werden, z.B. in
Fernsteuerungen, Steuereinrichtungen, zur Signalübertragung von und zu
Schienenfahrzeugen etc. Die Einrichtung zur Erzeugung des Nahfeld-Kommunikationssignals kann als Recheneinrichtung ausgebildet sein oder mindestens eine solche Recheneinrichtung umfassen. Die Recheneinrichtung kann insbesondere ein Mikrocontroller sein.
Das Nahfeld-Kommunikationssignal kann insbesondere mit einer Grund- oder
Trägerfrequenz von 13,56 MHz erzeugt werden, wobei diese Grundfrequenz auch als Nutzfrequenz bezeichnet werden kann.
Es ist aber selbstverständlich vorstellbar, dass das Nahfeld-Kommunikationssignal weitere Frequenzen, insbesondere weitere Nebenfrequenzen, umfasst. Nebenfrequenzen können insbesondere Harmonische der Grundfrequenz sein.
Die Schaltung umfasst mindestens eine Filterschaltung und die Antennenstruktur zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung. Die Antennenstruktur bezeichnet hierbei eine Struktur, die bei Beaufschlagung mit einer Wechselspannung ein elektromagnetisches Feld erzeugt. Dieses kann von einer Empfängereinrichtung empfangen werden.
Die Filterschaltung kann eine Anordnung von elektrischen oder elektronischen Elementen bezeichnen, die in ihrer Gesamtheit gewünschte elektrische Eigenschaften, insbesondere Filtereigenschaften, bereitstellen. Die Filterschaltung ist vorzugsweise eine Tiefpass- Filterschaltung, d.h. eine Filterschaltung mit Eigenschaften eines Tiefpassfilters. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Filterschaltung eine Bandpass-Filterschaltung ist, d.h. eine Filterschaltung mit Eigenschaften eines Bandpassfilters.
Weiter ist die Filterschaltung eine Filterschaltung geradzahliger Ordnung, wobei die
Ordnungszahl erfindungsgemäß mindestens 4 beträgt. Somit ist es möglich, dass die Ordnungszahl der Filterschaltung auch 6, 8, usw. betragen kann. Die Filterschaltung kann hierbei insbesondere durch ein Hintereinanderschalten, also eine Serienschaltung, von mehreren Tiefpassfiltern zweiter Ordnung bereitgestellt werden. Hierbei kann ein
Tiefpassfilter zweiter Ordnung durch ein Hintereinanderschalten, also eine Serienschaltung, von zwei Tiefpassfiltern erster Ordnung bereitgestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, einen Tiefpassfilter zweiter Ordnung durch die Verschaltung von elektrischen oder elektronischen Elementen bereitzustellen, ohne dass eine Serienschaltung von zwei Tiefpassfiltern vorliegt, z.B. durch das Verschalten eines induktiven und eines kapazitiven Elements.
So kann beispielsweise eine Filterschaltung vierter Ordnung durch eine
Hintereinanderschaltung von zwei Tiefpassfilterschaltungen zweiter Ordnung bereitgestellt werden. Zumindest ein Teil des Amplituden- oder Betragsfrequenzgangs, insbesondere also ein Verlauf des Betrags des nachfolgend erläuterten Amplitudenverhältnis in Abhängigkeit der Frequenz, beispielsweise im Bode-Diagramm, einer Filterschaltung n-ter Ordnung kann eine negative Steigung aufweisen, insbesondere eine Steigung von -n x 20 dB pro
Frequenzdekade. Alternativ, vorzugsweise jedoch kumulativ, kann die Filterschaltung ein Eingangssignal dämpfen, also das Eingangssignal abschwächen.
Der Amplitudengang a kann hierbei einen logarithmischen Zusammenhang zwischen einem Verhältnis oder einem Betrag des Verhältnisses der Amplitude des Ausgangssignals Uout der Schaltung und der Amplitude eines Eingangssignals Uin der Schaltung und der Frequenz f des Eingangssignals bezeichnen, insbesondere in der Form a = 20 x log |(Uout/Uin)| Formel 1.
Im Fall einer Dämpfung weist der Amplitudengang a einen negativen Wert auf.
Das Eingangssignal kann hierbei von der erläuterten Einrichtung zur Erzeugung des
Nahfeld-Kommunikationssignals erzeugt werden. Das Ausgangssignal kann das an der Antennenstruktur zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung abfallende/anliegende Signal bezeichnen. Der Amplitudengang kann auch als Dämpfungsverlauf bezeichnet werden.
Weiter ist ein Amplitudengang der Schaltung in einem vorbestimmten Frequenzbereich monoton fallend. Eine minimale Frequenz des vorbestimmten Frequenzbereichs kann beispielsweise 14,4 MHz betragen oder Frequenzen umfassen, die größer als 14,4 MHz sind. Hierbei kann der vorbestimmte Frequenzbereich ein einseitig, also zu höheren
Frequenzen hin, offener Bereich sein. Es ist aber auch möglich, dass eine maximale
Frequenz des vorbestimmten Frequenzbereichs einer vorbestimmten Frequenz entspricht. Diese kann beispielsweise 100 GHz betragen.
Weiter kann der Amplitudengang in dem vorbestimmten Frequenzbereich einen
vorbestimmten Abfall aufweisen, wobei der Abfall eine negative Steigung des
Amplitudengangs bezeichnet. Es ist auch möglich, dass der Abfall im vorbestimmten Frequenzbereich stärker bzw. höher als ein vorbestimmter Minimalabfall ist. So können für verschiedene Frequenzen des Frequenzbereichs verschiedene Abfallswerte existieren, wobei jedoch alle Abfallswerte größer als der Minimalabfall sind. Dieser Minimalabfall kann beispielsweise 80 dB pro Dekade betragen.
Weiter ist es möglich, dass der Amplitudengang bzw. Dämpfungsverlauf in verschiedenen Teilbereichen des vorbestimmten Frequenzbereichs verschieden stark abfällt oder dass die teilbereichsspezifischen Minimalabfälle voneinander verschieden sind, wobei der
teilbereichsspezifische Minimalabfall den schwächsten bzw. niedrigsten Abfall in dem entsprechenden Teilbereich bezeichnet. Hierbei bezeichnet ein Abfall im Amplitudengang eine Zunahme der Dämpfung.
So ist es insbesondere möglich, dass ein Teilbereich mit im Vergleich niedrigen Frequenzen einen höheren Abfall oder einen höheren Minimalabfall als ein Teilbereich mit im Vergleich höheren Frequenzen aufweist. Vorzugsweise ist ein Abfall bzw. ein Minimalabfall in der ersten Dekade des Frequenzbereichs, also in einem Teilbereich zwischen 14,4 MHz
(einschließlich oder ausschließlich) bis 1 14,4 MHz (einschließlich oder ausschließlich) größer als in einem Teilbereich, der Frequenzen größer als 114,4 MHz umfasst.
Beispielsweise kann in dieser ersten Dekade ein Minimalabfall größer als oder gleich 100 dB sein, vorzugsweise größer als oder gleich 107 dB. In diesem Fall kann ein Minimalabfall in weiteren Teilbereichen kleiner als 100 dB bzw. 107 dB sein, jedoch größer als 80 dB.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter weise eine besonders hohe Dämpfung von Frequenzen im UKW-Frequenzbereich, also von Frequenzen im Bereich von 87 MHz bis 108 MHz. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da bei der Erzeugung von Nahfeld-Kommunikationssignalen, insbesondere durch eine so genannte Transmitterstufe, viele harmonische Schwingungen, beispielsweise die sechste, siebte und achte Harmonische des vorhergehend erläuterten Grund- oder Nutzfrequenzsignals erzeugt werden können, deren Frequenzen in erläuterten UKW-Frequenzbereich liegen und kundenspezifische EMV-Grenzwerte in diesem UKW- Frequenzbereich besonders niedrig sind.
Dies ermöglicht in vorteilhafter weise eine besonders effektive Reduktion von Frequenzen, die nicht für die Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung benötigt werden. So erreichen die bisher bekannten Filterschaltungen zweiter Ordnung bei der Verwendung als
Filterschaltung in der erläuterten Schaltung im Vergleich in der ersten Dekade nur eine Dämpfung von 60 dB. Im UKW-Frequenzbereich, insbesondere bei der siebten
Harmonischen mit der Frequenz 94.92 MHz kann mit der erläuterten Schaltung eine um 45 dB oder, insbesondere im Vergleich mit der in der DE 10 2013 015 736 A1 offenbarten Schaltung, noch höhere Dämpfung, beispielsweise eine Dämpfung von 64 dB, erreicht werden als bei der Verwendung von den bisher bekannten Filterschaltungen zweiter
Ordnung.
Somit resultiert aus der vorgeschlagenen Schaltung eine besonders gute Verbesserung der EMV (elektromagnetischen Verträglichkeit), insbesondere der sogenannten abgestrahlten Störemissionen, die über die Antennenstruktur an die Umgebung abgegeben werden.
Insbesondere kann im Vergleich mit den aus dem Stand der Technik bekannten
Filterschaltungen eine um fast 46 dB oder noch höhere Dämpfung erreicht werden, insbesondere in der erläuterten ersten Dekade. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schaltung mindestens eine
Kompensationssschaltung, die auch als Anpassschaltung bezeichnet werden kann. Die Kompensationsschaltung dient zur Anpassung der Resonanzfrequenz der vorgeschlagenen Schaltung an eine vorbestimmte Frequenz, insbesondere an die Nutzfrequenz. Dies kann bedeuten, dass die Resonanzfrequenz der vorgeschlagenen Schaltung nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von der vorbestimmten Frequenz abweicht. Die
Kompensationsschaltung kann hierbei elektrische und/oder elektronische Elemente mit vorbestimmten elektrischen Eigenschaften umfassen. Hierbei kann die
Kompensationsschaltung derart ausgebildet sein und/oder können die elektrischen
Eigenschaften derart ausgewählt sein, dass die Resonanzfrequenz an die vorbestimmte Frequenz angepasst ist.
Insbesondere kann die vorgeschlagene Schaltung eine Hintereinanderschaltung der Filterschaltung und der Kompensationsschaltung umfassen. Somit kann die
Kompensationsschaltung in Serie zur Filterschaltung geschaltet sein. Weiter insbesondere kann die vorgeschlagene Schaltung aus einer Hintereinanderschaltung, also einer
Serienschaltung, der Filterschaltung, der Kompensationsschaltung und der Antennenstruktur zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung bestehen.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter weise eine besonders energieeffiziente Erzeugung des Nahfeld-Kommunikationssignals, da aufgrund der Anpassung Signalverluste minimiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Amplitudengang der Schaltung in dem vorbestimmten Frequenzbereich streng monoton fallend. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine weitere Verbesserung der EMV.
In einer weiteren Ausführungsform beträgt eine minimale Frequenz des vorbestimmten Frequenzbereichs 14,4 MHz. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert. Durch diese Festlegung der minimalen Frequenz ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass sowohl
Signalanteile des Nahfeld-Kommunikationssignals mit der vorhergehend erläuterten
Grundfrequenz als auch Signalanteile mit einer ersten Nebenfrequenz, die beispielsweise 13.56 MHz plus 0.848 MHz beträgt, ungedämpft oder möglichst ungedämpft übertragen werden können, wodurch wiederum die Qualität der Signalübertragung verbessert wird.
In einer weiteren Ausführungsform sind die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Schaltung, insbesondere der Filterschaltung, derart gewählt, dass eine Impedanz der Schaltung zumindest bei einer vorbestimmten Frequenz oder in einem vorbestimmten Frequenzbereich einer vorbestimmten Impedanz entspricht oder in einem vorbestimmten Impedanzbereich liegt. Dies kann bedeuten, dass ein Betrag der Impedanz der Schaltung zumindest bei der vorbestimmten Frequenz oder in dem vorbestimmten Frequenzbereich einem vorbestimmten Betrag entspricht oder in einem vorbestimmten Impedanzbetragsbereich liegt
Die vorbestimmte Frequenz kann insbesondere der vorhergehend erläuterten
Trägerfrequenz entsprechen. Auch kann die erläuterte Trägerfrequenz in dem
vorbestimmten Frequenzbereich liegen. Vorzugsweise ist der vorbestimmte Frequenzbereich ein so genanntes Nahfeldkommunikation-Nutzband. In diesem Fall kann der vorbestimmte Frequenzbereich Frequenzen von 12.712 MHz bis 14.407 MHz umfassen.
Es ist auch möglich, dass die Impedanz der Schaltung alternativ oder kumulativ bei einer Unterträgerfrequenz und/oder eine Oberträgerfrequenz der Trägerfrequenz einer vorbestimmten Impedanz entspricht oder in einem vorbestimmten Impedanzbereich liegt.
Die vorbestimmte Impedanz oder der vorbestimmte Impedanzbereich kann abhängig von einer maximal zulässigen oder erzeugbaren Sendeleistung Pmax und/oder von einer Sendeausgangsspannung U_Tx und/oder einem maximal zulässigen oder erzeugbaren Sendeausgangsstrom Imax der Einrichtung zur Erzeugung eines Nahfeld- Kommunikationssignals sein.
So kann sich ein Betrag der vorbestimmten Impedanz Z beispielsweise gemäß |Z| = Pmax / Imax2 Formel 2 oder gemäß
|Z| = U_Tx / Imax Formel 3 ergeben.
Der vorbestimmte Impedanzbereich kann diese Impedanz umfassen, insbesondere kann diese Impedanz eine Mitten-Impedanz des Impedanzbereichs sein, wobei der
Impedanzbereich weiter eine vorbestimmte Größe aufweisen kann.
Alternativ kann der vorbestimmte Impedanzbereich die Impedanzen umfassen, die gemäß Formel 2 oder Formel 3 für mehrere voneinander verschiedene maximal zulässige oder erzeugbare Sendeleistungen Pmax bzw. maximal zulässige oder erzeugbare
Sendeausgangsströme Imax bestimmt wurden.
Die maximal zulässige oder erzeugbare Sendeleistung Pmax bzw. der maximal zulässige oder erzeugbare Sendeausgangsstrom Imax kann hierbei vorbestimmt/vorgegeben sein. Auch kann ein Bereich von maximal zulässigen oder erzeugbaren Sendeleistungen Pmax bzw. ein Bereich von maximal zulässigen oder erzeugbaren Sendeausgangsströmen Imax vorbestimmt/vorgegeben werden.
Insbesondere muss diese/dieser derart gewählt sein, dass eine zuverlässige Nahfeld- Kommunikation mit vorbestimmten Nahfeld-Kommunikationsendgeräten (Gegenstellen) gewährleistet wird, insbesondere ohne Überschreiten vorbestimmter, z.B. gesetzlicher, Emissionsvorgaben.
Alternativ oder kumulativ kann die gewünschte Impedanz oder der gewünschte
Impedanzbereich auch in Abhängigkeit des Anwendungsszenarios und weiterer
Randbedingungen, wie z.B. Eigenschaften der Antennenstruktur zur Nahfeld- Kommunikationssignalübertragung, bestimmt werden. Weiter alternativ oder kumulativ kann die gewünschte Impedanz oder der gewünschte Impedanzbereich auch in Abhängigkeit von elektrischen Eigenschaften der Einrichtung zur Erzeugung des Nahfeld- Kommunikationssignals gewählt werden und beispielsweise vom Hersteller vorgegeben sein.
Beispielsweise umfasst der vorbestimmte Impedanzbereich Impedanzen mit einem Betrag von 20 bis 100 Ohm, vorzugsweise mit einem Betrag von 30 bis 50 Ohm. Selbstverständlich sind aber auch andere Impedanzwerte vorstellbar.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders verlustarme Übertragung von Nahfeld-Kommunikationssignalen.
Es ist möglich, dass in einem Filterentwurfsschritt die Filterschaltung derart entworfen und/oder elektrische Eigenschaften von Elementen der Filterschaltung derart dimensioniert werden, dass mindestens ein von dem vorhergehend erläuterten impedanz- oder
impedanzbereichabhängigen Kriterium unabhängiges Kriterium erfüllt ist.
Z.B. ist es möglich, dass in dem Filterentwurfsschritt die Filterschaltung derart entworfen und/oder elektrischen Eigenschaften von Elementen der Filterschaltung derart dimensioniert werden, dass eine Grenzfrequenz der Filterschaltung in einem Bereich von 14 MHz bis 15 MHz, vorzugsweise bei 14.4 MHz, liegt.
Umfasst die Schaltung eine Kompensationsschaltung, so kann in einem
Kompensationsentwurfsschritt die Kompensationsschaltung derart entworfen und/oder elektrische Eigenschaften von Elementen der Kompensationsschaltung derart dimensioniert werden, dass mindestens ein von dem vorhergehend erläuterten impedanz- oder
impedanzbereichabhängigen Kriterium unabhängiges Kriterium erfüllt ist. Z.B. ist es möglich, dass in dem Kompensationsentwurfsschritt die Kompensationsschaltung derart entworfen und/oder elektrischen Eigenschaften von Elementen der Kompensationsschaltung derart dimensioniert werden, dass eine Resonanzfrequenz der vorgeschlagenen Schaltung mit der im Filterentwurfsschritt festgelegten Filterschaltung und der zu verwendenden Antennenstruktur nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von einer vorbestimmten Frequenz, insbesondere einer Nutzfrequenz, abweicht.
Hierbei können elektrische Eigenschaften der Antennenstruktur fest vorgegeben sein.
Weiter können dann in einem Anpassungsschritt die elektrischen Eigenschaften von
Elementen der Schaltung ausgehend von deren Dimensionierung in dem entsprechenden Entwurfsschritt derart verändert werden, dass die Impedanz der Schaltung zumindest bei einer vorbestimmten Frequenz oder in einem vorbestimmten Frequenzbereich einer vorbestimmten Impedanz entspricht oder in einem vorbestimmten Impedanzbereich liegt. Es ist hierbei möglich, dass die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Filterschaltung verändert werden, wobei die elektrischen Eigenschaften von Elementen der
Kompensationsschaltung nicht verändert werden. Alternativ ist es möglich, dass die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Kompensationsschaltung verändert werden, wobei die die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Filterschaltung nicht verändert werden. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass sowohl die elektrischen
Eigenschaften von Elementen der Filterschaltung als auch der Kompensationsschaltung verändert werden.
Weiter ist es möglich, dass nur bestimmte, insbesondere also nicht alle möglichen,
Änderungen der elektrischen Eigenschaften zulässig sind. Insbesondere kann eine
Veränderung der elektrischen Eigenschaften von Elementen der Filterschaltung nur derart erfolgen, dass die Grenzfrequenz der Filterschaltung durch die Änderung verringert wird oder gleich bleibt. Alternativ oder kumulativ kann eine Veränderung der elektrischen
Eigenschaften von Elementen der Filterschaltung nur derart erfolgen, dass die
Grenzfrequenz der Filterschaltung kleiner als die oder gleich der Grenzfrequenz der
Schaltung ist.
Durch eine geeignete Anpassung der elektrischen Eigenschaften ist es möglich, dass Überhöhungen im Amplitudengang in dem vorbestimmten Frequenzbereich zuverlässig vermieden werden können.
In einer weiteren Ausführungsform sind die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Schaltung derart gewählt, dass zumindest bei einer ersten vorbestimmten Frequenz ein Imaginäranteil einer Impedanz der Schaltung Null ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht.
Es ist hierbei möglich, dass in dem Anpassungsschritt die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Schaltung, insbesondere der Filterschaltung und/oder der
Kompensationsschaltung, ausgehend von deren Dimensionierung in dem entsprechenden Entwurfsschritt derart verändert werden, dass zumindest bei der ersten vorbestimmten Frequenz ein Imaginäranteil einer Impedanz der Schaltung Null ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht.
Es ist weiter möglich, insbesondere ebenfalls in dem Anpassungsschritt, dass die
elektrischen Eigenschaften von Elementen der Schaltung, insbesondere der Filterschaltung und/oder der Kompensationsschaltung, derart gewählt werden, dass zumindest in einem ersten vorbestimmten Frequenzbereich ein Imaginäranteil einer Impedanz der Schaltung Null ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht.
Die erste vorbestimmte Frequenz kann insbesondere der vorhergehend erläuterten
Trägerfrequenz entsprechen. Der vorbestimmte Frequenzbereich kann dem
Nahfeldkommunikation-Nutzband entsprechen. Die erste vorbestimmte Frequenz kann insbesondere der Frequenz entsprechen, bei der die Impedanz der Schaltung der erläuterten vorbestimmten Impedanz entspricht oder in einem vorbestimmten Impedanzbereich liegt. Entsprechend kann der erste vorbestimmte Frequenzbereich die Frequenz oder den
Frequenzbereich oder Teile davon umfassen, bei der/in dem die Impedanz der Schaltung der erläuterten vorbestimmten Impedanz entspricht oder in einem vorbestimmten
Impedanzbereich liegt.
Das vorbestimmte Maß kann insbesondere derart gewählt werden, dass ein Betrag der Impedanz mit diesem Imaginärteil in dem vorbestimmten Impedanzbereich liegt oder dass der Imaginärteil in einem vorbestimmten Imaginärteilbereich liegt, dessen Minimalwert um ein vorbestimmtes Maß geringer ist als ein Minimalwert des vorbestimmten
Impedanzbereichs und/oder dessen Maximalwert um ein weiteres oder das vorbestimmtes Maß geringer ist als ein Maximalwert des vorbestimmten Impedanzbereichs. Das
vorbestimmte Maß kann beispielsweise 10%, 20%, 30%, 40% oder 50% betragen.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter weise ebenfalls eine besonders verlustarme
Übertragung von Nahfeld-Kommunikationssignalen.
In einer weiteren Ausführungsform werden die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Schaltung derart gewählt werden, dass zusätzlich bei einer weiteren vorbestimmten Frequenz ein Imaginäranteil einer Impedanz der Schaltung Null ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht. Vorzugsweise entspricht die weitere vorbestimmte Frequenz einer sogenannten Cut-Off-Frequenz (Grenzfrequenz) der Filterschaltung. Diese Grenzfrequenz kann insbesondere die Frequenz sein, bei der der Amplitudengang der Filterschaltung auf das 1/sqrt(2)-fache eines Maximalwerts abgefallen ist. Es ist hierbei möglich, dass in dem Anpassungsschritt die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Schaltung, insbesondere der Filterschaltung und/oder der
Kompensationsschaltung, ausgehend von deren Dimensionierung in dem entsprechenden Entwurfsschritt derart verändert werden, dass zusätzlich bei der weiteren vorbestimmten Frequenz ein Imaginäranteil einer Impedanz der Schaltung Null ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht.
Es ist weiter möglich, dass insbesondere in dem Anpassungsschritt die elektrischen
Eigenschaften von Elementen der Schaltung, insbesondere der Filterschaltung und/oder der Kompensationsschaltung, derart gewählt werden, dass zumindest in einem weiteren vorbestimmten Frequenzbereich ein Imaginäranteil einer Impedanz der Schaltung Null ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht.
Entsprechend den vorhergehenden Erläuterungen kann die weitere vorbestimmte Frequenz insbesondere einer Frequenz entsprechen, bei der die Impedanz der Schaltung der erläuterten vorbestimmten Impedanz entspricht oder in einem vorbestimmten
Impedanzbereich liegt. Entsprechend kann der weitere vorbestimmte Frequenzbereich die Frequenz oder den Frequenzbereich oder Teile davon umfassen, bei der/in dem die
Impedanz der Schaltung der erläuterten vorbestimmten Impedanz entspricht oder in einem vorbestimmten Impedanzbereich liegt.
Das vorbestimmte Maß kann hierbei wie vorhergehend erläutert bestimmt werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine weitere Reduktion von Verlusten bei der Nahfeld-Kommunikation.
In einer weiteren Ausführungsform werden die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Schaltung derart gewählt, dass ein Return Löss (Rückflussdämpfung) bzw. ein Return Loss-Wert der Schaltung, also der Gesamtheit aus Filterschaltung, gegebenenfalls der Kompensationsschaltung und der NFC-Antennenstruktur bei einer vorbestimmten Frequenz kleiner als ein erster vorbestimmter Wert ist und/oder dass ein Return Löss in einem vorbestimmten Frequenzbereich kleiner als ein weiterer vorbestimmter Wert ist. Der vorbestimmte Wert oder der weitere vorbestimmte Wert kann beispielsweise -15 dB sein. Es ist selbstverständlich möglich, dass die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Schaltung auch derart gewählt werden, dass der Return Löss der Schaltung bei mindestens einer weiteren Frequenz kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, der dieser weiteren Frequenz zugeordnet sein kann. Der Return Löss kann hierbei, wie nachfolgend erläutert, mit Größen bestimmt werden, die an Eingangsanschlüssen der Filterschaltung erfasst werden, wobei diese Eingangsanschlüsse mit Ausgangsanschlüssen der Einrichtung zur Erzeugung des Nahfeld-Kommunikationssignals verbunden werden können oder sind. Es ist hierbei möglich, dass in dem Anpassungsschritt die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Schaltung, insbesondere der Filterschaltung und/oder der
Kompensationsschaltung, ausgehend von deren Dimensionierung in dem entsprechenden Entwurfsschritt derart verändert werden, dass der Return Löss der Schaltung, also der Gesamtheit aus Filterschaltung, gegebenenfalls der Kompensationsschaltung und der NFC- Antennenstruktur bei einer vorbestimmten Frequenz kleiner als ein erster vorbestimmter Wert ist und/oder dass ein Return Löss in einem vorbestimmten Frequenzbereich kleiner als ein weiterer vorbestimmter Wert ist.
Der Begriff Reflexionsfaktor (auch Reflexionskoeffizient) bezeichnet insbesondere ein Amplitudenverhältnis zwischen reflektierter und einfallender Welle beim Übergang in ein anderes Ausbreitungsmedium. Nach der elektrischen Leitungstheorie entstehen die Reflexionen durch Diskontinuitäten auf dem Leitungsweg. Das können Fehlanpassungen am Leitungsende oder aber auch an zwischengeschalteten Schaltungsteilen (Bauelementen, Übergängen, Leitungsstücken) sein. Der Reflexionsfaktor G ist eine komplexe Größe. Der Betrag des Reflexionsfaktors gibt an, um welchen Anteil die reflektierte Welle schwächer ist als die einfallende und das Argument des Reflexionsfaktors gibt an, welche Phase die reflektierte Welle bezüglich der einfallenden Welle besitzt.
Für den Reflexionsfaktor G gilt:
G = U refl/U inc Formel 4, wobei U_refl die reflektierte Welle und UJnc die einlaufende Welle bezeichnet. Der Return Löss (RL) kann aus dem Betrag von G wie folgt berechnet werden: RL = 20 * log (|G|) Formel 5.
Der Return Löss RL kann unmittelbar auch als Leistungsverhältnis interpretiert werden, insbesondere als Verhältnis
RL = 10 * log (P_refl/P_lnc) Formel 6, aus reflektierter Leistung P_refl und eingekoppelter Leistung PJnc. Der Return Löss ist somit ein Maß dafür, welcher Leistungsanteil des eingekoppelten Signals nicht von einem Verbraucher, im vorliegenden Fall also der Antennenstruktur, umgesetzt werden kann, weil er zurück in die Quelle reflektiert wird.
Der Return Löss wird in der vorliegenden Offenbarung als negativer Wert angegeben. Es ist jedoch auch möglich, den Return Löss in Abhängigkeit des umgekehrten Leistungsverhältnis (PJnc / P_ refl) zu berechnen. In diesem Fall ändert der Return Löss einfach nur das Vorzeichen.
Die für diese Offenbarung gewählte Definition/Berechnung des Return Löss hat den Vorteil, dass der entsprechende Wert sofort erkennen lässt, wie klein der reflektierte Wert ist. Ein Return Löss von -20dB bedeutet zum Beispiel, dass nur ein Hundertstel der eingekoppelten Leistung in die Quelle zurück reflektiert wird.
Der vorhergehend erläuterte Reflexionsfaktor (als komplexer Wert) lässt sich unmittelbar aus dem Smith-Diagramm ablesen. Aus dem Betrag des Reflexionsfaktors kann, wie ebenfalls vorhergehend erläutert, der Return Löss RL bestimmt werden.
Der Return Löss gibt an, welcher Anteil P_ref des von der Einrichtung zur Erzeugung des Nahfeld-Kommunikationssignals mit einer Leistung PJnc erzeugten Eingangssignals an den Anschlüssen der Antennenstruktur wieder in die Quelle, also in die Einrichtung, zurück reflektiert wird, also nicht in der Antennenstruktur zur Nahfeld-
Kommunikationssignalübertragung in eine elektromagnetische Welle umgesetzt werden kann. Je kleiner der Wert des Return Löss, desto besser ist die Quelle (hier die Einrichtung zur NFC-Signalerzeugung) an die Einrichtung zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen (die NFC-Antennenstruktur) angepasst. Beispielsweise gilt ein Return Löss von - 10dB oft als Maß für eine gute Anpassung.
Die vorbestimmte Frequenz kann wieder der Trägerfrequenz entsprechen. So kann der Trägerfrequenz der erste vorbestimmte Return Löss - Wert zugeordnet sein. Einer
Nebenfrequenz kann ebenfalls der erste vorbestimmte Return Löss - Wert, vorzugsweise jedoch ein davon verschiedener Return Löss - Wert, insbesondere ein höherer Return Löss - Wert, zugeordnet sein. Der vorbestimmte Frequenzbereich kann dem
Nahfeldkommunikation-Nutzband entsprechen.
Die vorbestimmte Frequenz kann insbesondere der Frequenz entsprechen, bei der die Impedanz der Schaltung der erläuterten vorbestimmten Impedanz entspricht oder in einem vorbestimmten Impedanzbereich liegt. Entsprechend kann der vorbestimmte
Frequenzbereich die Frequenz oder den Frequenzbereich oder Teile davon umfassen, bei der/in dem die Impedanz der Schaltung der erläuterten vorbestimmten Impedanz entspricht oder in einem vorbestimmten Impedanzbereich liegt.
Der erste vorbestimmte Return Löss - Wert kann beispielsweise -15dB betragen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Verhältnis des Anteils Pref zur Eingangsleistung Pin kleiner als 3%, insbesondere kleiner als 2.6%, ist. Es ist möglich, dass Nebenfrequenzen Return Löss - Werte von -6dB oder -4dB zugeordnet sind.
Der weitere vorbestimmte Return Löss - Wert kann beispielsweise -4dB oder -5dB sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter weise, dass ein Verhältnis des Anteils Pref zur
Eingangsleistung Pin für alle Frequenzen des Frequenzbereichs kleiner als 33% oder kleiner als 25% ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Filterschaltung mindestens einen
Erdungsabschnitt auf, der mit einem Referenzpotential verbunden ist. Das Referenzpotential ist vorzugsweise ein Massepotential (Groundpotential). Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst störungsfreie Erzeugung des Nahfeld-Kommunikationssignals.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Filterschaltung symmetrisch relativ zum Erdungsabschnitt ausgebildet. Dies kann bedeuten, dass eine erste Teilanordnung von elektrischen Bauelementen der Filterschaltung zwischen einem ersten Wechselspannungs- Eingangsanschluss der Filterschaltung und dem Erdungsabschnitt einer zweiten
Teilanordnung von weiteren elektrischen Bauelementen der Filterschaltung zwischen einem zweiten Wechselspannungs-Eingangsanschluss und dem Erdungsabschnitt entspricht.
Hierbei kann der erste Eingangsanschluss mit einem ersten Wechselspannungs- Ausgangsanschluss der vorhergehend erläuterten Einrichtung zur Erzeugung eines Nahfeld- Kommunikationssignals verbunden werden. Weiter kann der zweite Eingangsanschluss mit einem zweiten Wechselspannungs-Ausgangsanschluss der vorhergehend erläuterten Einrichtung zur Erzeugung eines Nahfeld-Kommunikationssignals verbunden werden.
Mit anderen Worten sind die beiden erläuterten Teilanordnungen gleichartig ausgebildet, insbesondere hinsichtlich einer Dimensionierung der elektrischen Bauelemente und deren elektrischer Anordnung/Verschaltung. Ist also der erste Wechselspannungs- Eingangsanschluss der Filterschaltung über die erste Teilanordnung von elektrischen Bauelementen der Filterschaltung mit dem Erdungsabschnitt verbunden, so kann der zweite Wechselspannungs-Eingangsanschluss der Filterschaltung mit dem Erdungsabschnitt über die zweite Teilanordnung elektrisch verbunden sein, wobei die zweite Anordnung gleich der ersten Anordnung ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter weise, dass elektrische Bauelemente der Filterschaltung bezüglich maximal zulässiger im Betrieb auftretender Spannungen/Ströme geringer dimensioniert werden können, wodurch wiederum Bauraum und Kosten bei der Herstellung der vorgeschlagenen Schaltung reduziert werden können.
Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie sowie zur Signalübertragung, insbesondere zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung. Die induktive Energieübertragung ist insbesondere eine Energieübertragung an ein mobiles Endgerät, z.B. ein Mobiltelefon oder ein Tablet-PC, welches auch als Receiver bezeichnet werden kann.
Die Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung kann eine Schaltung zur Erzeugung des elektromagnetischen Felds umfassen, wobei eine solche Schaltung mindestens einen Wechselrichter umfassen kann. Diese kann auch als Energieübertragungsschaltung bezeichnet werden. Weiter kann eine solche Schaltung mindestens eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs des Wechselrichters, mindestens eine Filtereinrichtung zur Filterung eines Ausgangsspannung des Wechselrichters sowie mindestens eine
Windungsstruktur zur Erzeugung des elektromagnetischen Felds zur induktiven
Energieübertragung bei Beaufschlagung mit der Ausgangsspannung umfassen oder aufweisen.
Weiter kann die Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie sowie zur
Signalübertragung eine Schaltung zum Senden/Empfangen, also zum Übertragen eines Mobilfunksignals umfassen. Diese Schaltung kann auch als Mobilfunkübertragungsschaltung bezeichnet werden. Die Mobilfunkübertragungsschaltung kann zum Übertragen von
Mobilfunksignalen zwischen einem externen, insbesondere portablen, Endgerät,
beispielsweise einem Mobilfunktelefon, und einer weiteren Kommunikationseinrichtung, beispielsweise einer Basisstation, dienen. Die Mobilfunkübertragungsschaltung kann hierbei eine Antennenstruktur für eine Übertragung von Signalen zwischen dem externen, insbesondere portablen, Endgerät umfassen. Weiter kann die
Mobilfunkübertragungsschaltung auch eine Antennenstruktur für eine Übertragung von Signalen zwischen der weiteren Kommunikationseinrichtung umfassen oder mit einer solchen verbunden werden/sein. Die Mobilfunkübertragungsschaltung kann auch eine Verstärkereinrichtung zum Verstärken der übertragenen Signale und/oder eine
Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung der übertragenen Signale umfassen.
Weiter umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Nahfeld- Kommunikationssignals und eine Schaltung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. Diese kann auch als Nahfeld-Übertragungsschaltung bezeichnet werden. Weiter sind die Einrichtung zur Erzeugung des Nahfeld- Kommunikationssignals und diese Nahfeld-Übertragungsschaltung elektrisch verbunden. Somit kann die Einrichtung das Nahfeld-Kommunikationssignal erzeugen und über die Filterschaltung und gegebenenfalls über eine Kompensationsschaltung an die
Antennenstruktur zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung übertragen.
Die Energieübertragungsschaltung kann von der vorgeschlagenen Schaltung zur signaltechnischen Verbindung verschieden sein. Weiter kann die
Energieübertragungsschaltung von der Mobilfunkübertragungsschaltung verschieden sein. Weiter kann die Mobilfunkübertragungsschaltung von der Nahfeld-Übertragungsschaltung verschieden sein. Insbesondere können Elemente der Schaltungen dieser Vorrichtung voneinander verschieden sein.
Die Energieübertragungsschaltung und die vorgeschlagene Nahfeld-Übertragungsschaltung oder einige oder alle der Elemente dieser Schaltungen können in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Weiter kann/können auch die Mobilfunkübertragungsschaltung oder einige oder alle der Elemente dieser Schaltung in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
Vorzugsweise sind die Schaltungen, also die Energieübertragungsschaltung, die
Mobilfunkübertragungsschaltung und die vorgeschlagene Nahfeld-Übertragungsschaltung, oder einige oder alle der Elemente dieser Schaltungen auf oder an oder in einer
gemeinsamen Leiterplatte angeordnet.
Es ist hierbei möglich, dass Elemente einer dieser Schaltungen nur auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, dass verschiedene Elemente einer dieser Schaltungen auf verschiedenen Seiten der Leiterplatte angeordnet sind.
Durch die vorgeschlagene Ausbildung der Nahfeld-Übertragungsschaltung kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die EMV der vorgeschlagenen Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie sowie zur Signalübertragung verbessert wird, insbesondere im UKW-Frequenzbereich. So konnte beobachtet werden, dass bei der Verwendung von Nahfeld-Übertragungsschaltungen gemäß dem Stand der Technik keine ausreichende Dämpfung, insbesondere der Harmonischen, des NFC-Nutzsignals insbesondere im UKW-Frequenzbereich erreicht werden kann, was insbesondere auch auf elektromagnetische Wechselwirkungen zwischen den Elementen der Energieübertragungsschaltung, dieser Nahfeld-Übertragungsschaltungen und/oder einer gegebenenfalls vorhandenen Mobilfunkübertragungsschaltung zurückzuführen ist. So hat sich herausgestellt, dass insbesondere die Antennenstruktur einer
Mobilfunkübertragungsschaltung und die entsprechende Verkabelung einen großen Einfluss auf die EMV der Nahfeldkommunikation haben.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Nahfeld-Übertragungsschaltung ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass trotz der elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen den Schaltungen bzw. der Elemente der Schaltungen, eine effektive Dämpfung von
unerwünschten Frequenzen erreicht werden kann. Dies ergibt sich insbesondere daraus, dass die Eigenschaften der vorgeschlagenen Nahfeld-Übertragungsschaltung besonders gut an die Eigenschaften der Energieübertragungsschaltung und, wenn vorhanden, die
Eigenschaften der Mobilfunksignalübertragungsschaltung angepasst sind.
Es hat sich herausgestellt, dass Elemente der Energieübertragungsschaltung bzw. Elemente des Systems zur induktiven Energieübertragung und/oder Elemente der
Mobilfunksignalübertragungsschaltung bzw. Elemente des Systems zur
Mobilfunkübertragung sich derart auf die Übertragung von Nahfeld-Kommunikationssignalen auswirken, dass diese mit einer hohen Leistung erzeugt und gesendet werden müssen. Hierdurch werden jedoch auch Störsignalanteile des Nahfeld-Kommunikationssignals mit einer unerwünscht hohen Leistung erzeugt und wirken sich nachteilig auf die EMV aus. Ebenfalls hat sich herausgestellt, dass derart erzeugte Störsignalanteile in unerwünschter Weise von Elementen der Energieübertragungsschaltung bzw. Elementen des Systems zur induktiven Energieübertragung und/oder Elementen der
Mobilfunksignalübertragungsschaltung bzw. Elementen des Systems zur
Mobilfunkübertragung reflektiert werden, was sich ebenfalls nachteilig auf die EMV auswirkt. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Nahfeld-Übertragungsschaltung ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass diese Effekte der Störsignalanteile besonders effektiv reduziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine
Windungsstruktur zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven
Energieübertragung. Diese kann ein Element der Schaltung zur Erzeugung des
elektromagnetischen Felds, also der Energieübertragungsschaltung, bilden. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert. Die Windungsstruktur ist insbesondere von der
Antennenstruktur zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung und von der
Antennenstruktur zu Mobilfunksignalübertragung verschieden. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Dämpfungsstruktur zur Dämpfung des von der Windungsstruktur erzeugten
elektromagnetischen Feldes, insbesondere des von der Windungsstruktur erzeugten elektrischen Felds. Diese Dämpfungsstruktur kann insbesondere als Dämpfungsgitter ausgebildet sein.
Das elektrische Feld der Windungsstruktur bezeichnet hierbei das elektrische Feld oder den elektrischen Teil des von der Windungsstruktur erzeugten elektromagnetischen Feldes. Hierbei kann sich die Dämpfungsstruktur in einer Projektionsebene mit der mindestens einen Windungsstruktur zumindest teilweise überschneiden. Die Projektionsebene kann eine Ebene sein, die senkrecht zur zentralen Achse der Windungsstruktur orientiert ist.
Weist die Windungsstruktur z.B. eine Einhüllende, insbesondere eine Einhüllende mit minimalen geometrischen Dimensionen, auf, so kann in der Projektionsebene zumindest ein Teil der Dämpfungsstruktur innerhalb dieser Einhüllenden angeordnet sein. Umfasst die Vorrichtung eine Auflagefläche für ein Endgerät, so kann die Dämpfungsstruktur oder zumindest ein Teil der Dämpfungsstruktur entlang der zentralen Achse zwischen der Windungsstruktur und der Auflagefläche angeordnet sein. Auch ein Teil der Auflagefläche kann hierbei in der Projektionsebene mit der Windungsstruktur und/oder der
Dämpfungsstruktur überschneiden.
Die Dämpfungsstruktur kann beispielsweise zumindest teilweise als Kammstruktur ausgebildet sein. Eine Kammstruktur umfasst hierbei beispielsweise einen oder mehrere zentrale(n) Steg(e) und senkrecht dazu angeordnete Zähne. Der Steg und die Zähne können beispielsweise aus einem Material mit einer vorbestimmten Leitfähigkeit, z.B. aus Kupfer, ausgebildet sein.
Die Dämpfungsstruktur dient hierbei zur Dämpfung eines elektrischen Feldes oder des elektrischen Anteils des elektromagnetischen Feldes. Beispielsweise kann die
Dämpfungsstruktur derart ausgebildet sein, dass das elektrische Feld, welches durch die Windungsstruktur erzeugt wird, nach Durchtritt durch die Dämpfungsstruktur um mindestens 20 dB gedämpft ist, vorzugsweise vollständig gedämpft ist. Gleichzeitig kann die
Dämpfungsstruktur derart ausgebildet sein, dass eine Dämpfung des magnetischen Feldes oder des magnetischen Anteils des durch die Windungsstruktur erzeugten
elektromagnetischen Feldes minimal ist. Beispielsweise kann die Dämpfungsstruktur derart ausgebildet sein, dass das magnetische Feld nach Durchtritt durch die Dämpfungsstruktur höchstens um 1 dB gedämpft ist, idealerweise nicht gedämpft ist. Somit dient die Dämpfungsstruktur möglichst ausschließlich zum Dämpfen des elektrischen Feldes, während das magnetische Feld möglichst wenig beeinträchtigt wird.
Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass eine Signalübertragung möglichst wenig durch das elektrische Feld des durch die Windungsstruktur erzeugten elektromagnetischen Feldes beeinträchtigt wird. Gleichzeitig wird jedoch sichergestellt, dass die über das magnetische Feld des elektromagnetischen Feldes erfolgende Energie- oder Signalübertragung gewährleistet ist und ebenfalls so wenig wie möglich beeinträchtigt wird. Die Dämpfung des elektrischen Felds führt in vorteilhafter weise auch dazu, die EMV-Richtlinien zur
Abstrahlung einzuhalten. Das ist bei Einsatz im Automobilbereich, insbesondere im
Innenraum eines Kraftfahrzeugs, besonders wichtig.
Die induktive Energieübertragung durch das elektromagnetische Feld ist mit einem ausgeprägten elektrischen Wechselfeld verbunden, das nicht nur bei der Grundfrequenz, zum Beispiel im Intervall zwischen 10 kHz und 10MHz, auftritt, sondern (bei einer geforderten hohen Effizienz) auch bei den Oberwellen der Grundfrequenz. Somit sind im Spektrum Maxima an den Vielfachen der Grundfrequenz vorhanden. Die vorgeschlagene Dämpfungsstruktur ermöglicht in vorteilhafter Weise auch die Abschirmung dieser
Oberwellen, wobei das magnetische Feld nicht oder nur in geringem Maße gedämpft wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Antennenstruktur zum Senden und Empfangen von Mobilfunksignalen. Diese Antennenstruktur kann auch als Koppelantenne bezeichnet werden. Die Koppelantenne kann Element der
Mobilfunkübertragungsschaltung sein. Diese Antennenstruktur kann von der
Antennenstruktur zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung verschieden sein. Die Koppelantenne kann einer Übertragung von Signalen zwischen einem externen,
insbesondere portablen, Endgerät und der Mobilfunkübertragungsschaltung dienen.
Somit kann ein Kommunikationssignal über die Antennenstruktur zur Nahfeld- Kommunikationssignalübertragung und ein weiteres Kommunikationssignal über die Antennenstruktur zum Senden und Empfangen von Mobilfunksignalen gesendet oder empfangen werden.
Ein Mobilfunksignal kann hierbei Frequenzen in einem Bereich von 700 MHz (einschließlich) bis 2.600 MHz (einschließlich) umfassen/aufweisen. Insbesondere kann die Koppelantenne eine erste Teilstruktur und eine zweite Teilstruktur umfassen, wobei die Koppelantenne derart ausgebildet ist, dass mittels der Koppelantenne Signale in einem vorbestimmten Frequenzbereich empfangbar und sendbar sind.
Die Frequenz des elektromagnetischen Feldes zur induktiven Energieübertragung liegt hierbei außerhalb Frequenzbereiches von 700 MHz bis 2.600 MHz. Insbesondere ist die Frequenz des elektromagnetischen Feldes zur induktiven Energieübertragung verschieden von der Frequenz/den Frequenzen des Nahfeld-Kommunikationssignals und ist auch verschieden von der Frequenz/den Frequenzen des Mobilfunksignals. Weiter ist die
Frequenz des Mobilfunksignals verschieden von der Frequenz/den Frequenzen des Nahfeld- Kommunikationssignals.
Die Frequenz des elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung kann in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 10 MHz liegen, weiter beispielsweise in einem Frequenzbereich von 105 kHz bis 205 kHz.
In einer weiteren Ausführungsform überlagern sich zumindest ein Abschnitt der
Antennenstruktur zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung und zumindest ein
Abschnitt der Windungsstruktur und/oder zumindest ein Abschnitt der Dämpfungsstruktur und/oder zumindest ein Abschnitt der Antennenstruktur zur Mobilfunksignalübertragung, also der Koppelantenne, in einer gemeinsamen Projektionsebene.
Die gemeinsame Projektionsebene wurde vorhergehend bereits erläutert. Die
Projektionsebene kann ebenfalls senkrecht zu einer zentralen Symmetrieachse der
Antennenstruktur zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung und/oder senkrecht zu einer zentralen Symmetrieachse der Koppelantenne und/oder senkrecht zur Oberfläche der erläuterten Leiterplatte orientiert sein.
So kann sich insbesondere die Antennenstruktur zur Nahfeld-
Kommunikationssignalübertragung oder ein Teil davon mit der Dämpfungsstruktur oder einem Teil davon in der gemeinsamen Projektionsebene überlagern. Alternativ oder vorzugsweise kumulativ kann sich die Antennenstruktur zur Nahfeld- Kommunikationssignalübertragung oder ein Teil davon mit der Koppelantenne oder einem Teil davon in der gemeinsamen Projektionsebene überlagern. Weiter alternativ oder vorzugsweise kumulativ kann sich die Antennenstruktur zur Nahfeld- Kommunikationssignalübertragung oder ein Teil davon mit der Windungsstruktur oder einem Teil davon in der gemeinsamen Projektionsebene überlagern. Diese Überlagerung kann die vorhergehend erläuterte elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den Elementen der einzelnen Schaltungen begründen.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltung zur
signaltechnischen Verbindung einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nahfeld- Kommunikationssignals und einer Antennenstruktur zur Nahfeld- Kommunikationssignalübertragung. Das Verfahren dient zur Herstellung einer Schaltung gemäß einer der in dieser Offenbarung offenbarten Ausführungsformen und kann daher alle notwendigen Schritte umfassen, um eine solche Schaltung herzustellen.
Hierbei wird mindestens eine Filterschaltung und eine Antennenstruktur bereitgestellt, wobei die Schaltung die mindestens eine Filterschaltung und die Antennenstruktur umfasst. Weiter wird die Filterschaltung als eine Filterschaltung geradzahliger Ordnung bereitgestellt, wobei die Ordnungszahl mindestens 4 beträgt. Weiter wird die Schaltung derart bereitgestellt, dass ein Amplitudengang in einem vorbestimmten Frequenzbereich monoton fallend ist.
Insbesondere kann ein Design oder eine Konfiguration der Schaltung und/oder
Eigenschaften, insbesondere elektrische, Eigenschaften von elektrischen oder
elektronischen Elementen der Schaltung derart gewählt werden, dass der Amplitudengang in dem vorbestimmten Frequenzbereich monoton fallend ist. Insbesondere können der vorhergehend erläuterte Filterentwurfsschritt und der Anpassungsschritt durchgeführt werden. Auch kann, wie vorhergehend erläutert, ein Kompensationsentwurfsschritt durch geführt werden.
Das vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung der Schaltung kann Teil eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie sowie zur
Signalübertragung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen
Ausführungsformen sein. Ein solches Verfahren dient zur Herstellung einer solchen
Vorrichtung und kann daher alle notwendigen Schritte umfassen, um eine solche Schaltung herzustellen. Insbesondere können in einem solchen Verfahren eine Windungsstruktur zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung und/oder eine Dämpfungsstruktur und/oder eine Antennenstruktur zum Senden und Empfangen von Mobilfunksignalen bereitgestellt werden. Weiter können diese Strukturen oder Elemente dieser Schaltungen, wie vorhergehend erläutert, auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet werden. Alternativ oder kumulativ können sich ein Abschnitt der
Antennenstruktur zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung und/oder zumindest ein Abschnitt der Windungsstruktur und/oder zumindest ein Abschnitt der Dämpfungsstruktur und/oder zumindest ein Abschnitt der Antennenstruktur zur Mobilfunksignalübertragung in einer gemeinsamen Projektionsebene überlagern.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur signaltechnischen Verbindung einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nahfeld- Kommunikationssignals und einer Antennenstruktur, Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild Vorrichtung zur induktiven Übertragung von
Energie sowie zur Signalübertragung,
Fig. 3 ein schematisches Schaltdiagramm einer Filterschaltung,
Fig. 4 einen exemplarischen Amplitudengang einer erfindungsgemäßen Schaltung,
Fig. 5 einen weiteren exemplarischen Amplitudengang einer erfindungsgemäßen
Schaltung und
Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf eine Leiterplatte .
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichenelemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung 1 zur signaltechnischen Verbindung einer z.B. als Mikrocontroller 2 oder als sogenannter NFC- Chip ausgebildeten Einrichtung zur Erzeugung eines nach Feld-Kommunikationssignals und einer Antennenstruktur 3 zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung.
Die Schaltung 1 umfasst eine Filterschaltung 4, eine Kompensationsschaltung 5 und die Antennenstruktur 3 zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung. In Figur 1 ist dargestellt, dass die Filterschaltung 4, die Kompensationsschaltung 5 und die Antennenstruktur 3 hintereinander, also in Serie, geschaltet sind. Eingangsanschlüsse der Filterschaltung 4 sind mit Ausgangsanschlüssen des Mikrocontrollers 2 signaltechnisch verbunden. Der
Mikrocontroller 2 erzeugt als Nahfeld-Kommunikationssignal eine Wechselspannung. Diese Wechselspannung wird über die Filterschaltung 4 und die Kompensationsschaltung 5 an die Antennenstruktur 3 übertragen. Die Antennenstruktur 3 erzeugt dann in Abhängigkeit der derart übertragenen Wechselspannung ein elektromagnetisches Feld zur Nahfeld- Kommunikationssignalübertragung. Die Filterschaltung 4 ist eine Filterschaltung mit geradzahliger Ordnung. Dies wird mit Bezug auf Figur 3 näher erläutert. Wie auch in Figur 4 erkennbar, ist ein Amplitudengang der Schaltung 1 in einem vorbestimmten
Frequenzbereich, insbesondere in dem Frequenzbereich von 14,4 MHz bis 1 14,4 MHz monoton, vorzugsweise streng monoton, fallend.
Insbesondere sind die elektrischen Eigenschaften von elektrischen oder elektronischen Elementen der Schaltung 1 , insbesondere der Filterschaltung 4, derart gewählt, dass eine Impedanz der Schaltung 1 bei einer vorbestimmten Frequenz, insbesondere bei einer Trägerfrequenz des Nahfeld-Kommunikationssignals, die zum Beispiel 13,56 MHz betragen kann, einer vorbestimmten Impedanz entspricht oder in einem vorbestimmten
Impedanzbereich liegt, beispielsweise in einem Impedanzbereich von 30 Ohm bis 50 Ohm, liegt. Es ist auch möglich, dass die elektrischen Eigenschaften der Elemente der Schaltung 1 , insbesondere der Filterschaltung, 4 derart gewählt sind, dass die Impedanz der Schaltung 1 in einem vorbestimmten Frequenzbereich, insbesondere in dem vorhergehend erläuterten Nahfeld-Kommunikationssignal-Nutzband, welches beispielsweise Frequenzen von 12,712 MHz bis 14,4 07MHz umfasst, in dem erläuterten Impedanzbereich liegt.
Weiter ist es möglich, dass die elektrischen Eigenschaften der Elemente der Schaltung 1 , insbesondere der Filterschaltung 4, derart gewählt sind, dass ein Imaginäranteil der Impedanz der Schaltung 1 bei einer ersten vorbestimmten Frequenz Null beträgt. Die erste vorbestimmte Frequenz kann insbesondere die vorhergehend erläuterte Trägerfrequenz sein.
Es ist weiter möglich, dass die elektrischen Eigenschaften der Elemente der Schaltung 1 , insbesondere der Filterschaltung 4, derart gewählt sind, dass der Imaginäranteil der Impedanz der Schaltung 1 auch bei mindestens einer oder mehreren weiteren Frequenzen Null beträgt, insbesondere bei einer Cut-Off-Frequenz der Filterschaltung 4.
Es ist hierbei möglich, dass die vorhergehend erläuterten Entwurfsschritte für die Filter- und Kompensationsschaltung 4, 5 durchgeführt wurden, wobei die Wahl der elektrischen Eigenschaften von elektrischen oder elektronischen Elementen der Schaltung 1 dann in einem Anpassungsschritt erfolgt, wobei im Anpassungsschritt dann eine Veränderung der im Entwurfsschritt festgelegten elektrischen Eigenschaften erfolgt.
Figur 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 6 zur induktiven
Übertragung von Energie sowie zur Signalübertragung. Die Vorrichtung 6 umfasst eine zum Beispiel als Mikrocontroller 2 ausgebildete Einrichtung zu Erzeugung eines Nahfeld- Kommunikationssignals und die in Figur 1 dargestellte Schaltung 1 zur signaltechnischen Verbindung des Mikrocontroller 2 und der Antennenstruktur 3. Weiter umfasst die
Vorrichtung 6 eine Windungsstruktur 7 zu Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung. Weiter umfasst die Vorrichtung 6 eine Antennenstruktur 8 zum Senden und Empfangen von Mobilfunksignalen, die nachfolgend auch als Mobilfunk- Antennenstruktur 8 bezeichnet wird.
Es ist möglich, jedoch nicht dargestellt, dass die Vorrichtung 6 weiter eine
Dämpfungsstruktur 9 (siehe zum Beispiel Figur 3) zur Dämpfung des von der
Windungsstruktur 7 erzeugten elektromagnetischen Felds umfasst.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Filterschaltung 4 und einer
Kompensationsschaltung 5. Die Filterschaltung 4 umfasst zwei Teilanordnungen, nämlich eine erste Filterteilanordnung 4a und eine zweite Filterteilanordnung 4b. Dargestellt ist ein erster mikrocontrollerseitiger Anschluss MTH und ein weiterer mikrocontrollerseitiger Anschluss MTL der Filterschaltung 4. Weiter dargestellt sind ein erster antennenstrukturseitiger Anschluss ATL und ein weiterer antennenstrukturseitiger Anschluss ATL der Kompensationsschaltung 5. An diese Anschlüsse ATH, ATL kann die
Antennenstruktur 3 angeschlossen werden.
Die Filterschaltung 4 weist einen Erdungsabschnitt EA auf, der mit einem Referenzpotential RP elektrisch verbunden ist. Das Referenzpotential RP kann insbesondere ein
Massepotential sein. Weiter ist dargestellt, dass die Filterschaltung 4 symmetrisch relativ zum Erdungsabschnitt EA ausgebildet ist. Insbesondere ist eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten mikrocontrollerseitigen Anschluss MTH und dem Erdungsabschnitt EA, also die erste Filterteilanordnung 4a, in gleicher Weise wie die elektrische Verbindung des zweiten mikrocontrollerseitigen Anschlusses MTL mit dem Erdungsabschnitt EA, also wie die zweite Filterteilanordnung 4b, ausgebildet. Die Filterteilanordnungen 4a, 4b umfassen jeweils ein z.B. als Spule ausgebildetes erstes induktives Element L1 H, L1 L. Weiter umfassen die Filterteilanordnungen 4a, 4b jeweils ein z.B. als Kondensator ausgebildetes erstes kapazitives Element C1 H, C1 L. Der erste mikrocontrollerseitige Anschluss MTH ist über eine Serienschaltung des ersten induktiven und des ersten kapazitiven Elements L1 H, C1 H der ersten Filterteilanordnung 4a mit dem Erdungsabschnitt EA verbunden. Der zweite mikrocontrollerseitige Anschluss MTL ist über eine Serienschaltung des ersten induktiven und des ersten kapazitiven Elements L1 L, C1 L der zweiten Filterteilanordnung 4b mit dem Erdungsabschnitt EA verbunden.
Die ersten induktiven Elemente L1 H, L1 L können jeweils Induktivitäten im Bereich von 330nH bis 1.5mH, bevorzugt im Bereich von 400nH bis 600nH, aufweisen. Die ersten kapazitiven Elemente C1 H, C1 L können jeweils Kapazitäten im Bereich von 220pF bis 700pF, bevorzugt im Bereich von 400pF bis 600pF, aufweisen.
Weiter umfassen die Filterteilanordnungen 4a, 4b umfassen jeweils ein z.B. als Spule ausgebildetes zweites induktives Element L2H, L2L. Weiter umfassen die
Filterteilanordnungen 4a, 4b jeweils ein z.B. als Kondensator ausgebildetes zweites kapazitives Element C2H, C2L. Eine Serienschaltung des zweiten induktiven und des zweiten kapazitiven Elements L2H, C2H der ersten Filterteilanordnung 4a ist elektrisch parallel zum ersten kapazitiven Element C1 H der ersten Filterteilanordnung 4a angeordnet. Entsprechend ist eine Serienschaltung des zweiten induktiven und des zweiten kapazitiven Elements L2H, C2H der zweiten Filterteilanordnung 4b elektrisch parallel zum ersten kapazitiven Element C1 L der zweiten Filterteilanordnung 4b angeordnet. Die zweiten induktiven Elemente L2H, L2L können jeweils Induktivitäten im Bereich von 330nH bis 1.5mH, bevorzugt im Bereich von 500nH bis 1 mH, aufweisen. Die zweiten kapazitiven Elemente C2H, C2L können jeweils Kapazitäten im Bereich von 200pF bis 700pF, bevorzugt im Bereich von 220pF bis 560pF, aufweisen.
Jede Filterteilanordnung 4a, 4b bildet einen Tiefpassfilter vierter Ordnung. Insbesondere bildet die Serienschaltung des ersten induktiven und des ersten kapazitiven Elements L1 H, L1 L, C1 H, C1 L der jeweiligen Filterteilanordnung 4a, 4b jeweils einen Tiefpassfilter zweiter Ordnung. Auch bildet die Serienschaltung des zweiten induktiven und des zweiten kapazitiven Elements L2H, L2L, C2H, C2L der jeweiligen Filterteilanordnung 4a, 4b jeweils einen Tiefpassfilter zweiter Ordnung.
Auch die Kompensationsschaltung 5 umfasst eine erste Kompensationsteilanordnung 5a und eine zweite Kompensationsteilanordnung 5b. Die erste Kompensationsteilanordnung 5a umfasst eine Parallelschaltung aus zwei z.B. als Kondensatoren ausgebildeten kapazitiven Elementen C4H, C5H. Weiter umfasst die erste Kompensationsteilanordnung 5a ein z.B. als Kondensator ausgebildetes weiteres kapazitives Element C3H, wobei die erste
Kompensationsteilanordnung 5a aus der Reihenschaltung dieses weiteren kapazitiven Elements C3H und der erläuterten Parallelschaltung gebildet wird.
Ein erstes kapazitives Element der Parallelschaltung C4H, C5H kann eine Kapazität im Bereich von 1 pF bis 220 pF, bevorzugt im Bereich von 1 pF bis 120pF, aufweisen. Das verbleibende kapazitive Element C5H, C4H kann dann eine Kapazität im Bereich von OpF bis 100pF aufweisen. Das weitere kapazitive Element C3H kann eine Kapazität im Bereich von 1 pF bis 100pF, bevorzugt im Bereich von 1 pF bis 70pF, aufweisen.
Die zweite Kompensationsteilanordnung 5b umfasst eine Parallelschaltung aus zwei z.B. als Kondensatoren ausgebildeten kapazitiven Elementen C4L, C5L. Weiter umfasst die zweite Kompensationsteilanordnung 5b ein z.B. als Kondensator ausgebildetes weiteres kapazitives Element C3L, wobei die zweite Kompensationsteilanordnung 5b aus der Reihenschaltung dieses weiteren kapazitiven Elements C3L und der erläuterten Parallelschaltung gebildet wird.
Ein erstes kapazitives Element der Parallelschaltung C4L, C5L kann eine Kapazität im Bereich von 1 pF bis 220 pF, bevorzugt im Bereich von 1 pF bis 120pF, aufweisen. Das verbleibende kapazitive Element C5L, C4L kann dann eine Kapazität im Bereich von OpF bis 100pF aufweisen. Das weitere kapazitive Element C3L kann eine Kapazität im Bereich von 1 pF bis 100pF, bevorzugt im Bereich von 1 pF bis 70pF, aufweisen.
Der erste antennenstrukturseitige Anschluss ATH ist über ein z.B. als Widerstand ausgebildetes erstes resistives Element R1 H mit der ersten Kompensationsteilanordnung 5a verbunden. Der zweite antennenstrukturseitige Anschluss ATL ist über ein z.B. als
Widerstand ausgebildetes zweites resistives Element R2L mit der zweiten
Kompensationsteilanordnung 5b verbunden. Insbesondere ist der erste
antennenstrukturseitige Anschluss ATH ist über eine Serienschaltung des ersten resistiven Elements R1 H und der ersten Kompensationsteilanordnung 5a mit dem Erdungsabschnitt EA verbunden. Entsprechend ist der zweite antennenstrukturseitige Anschluss ATL über eine Serienschaltung des zweiten resistiven Elements R2L und der zweiten
Kompensationsteilanordnung 5b mit dem Erdungsabschnitt EA verbunden.
Das erste resistive Element R1 H kann einen Widerstand im Bereich von 0 W bis 4 W, bevorzugt im Bereich von 0 W bis 1 W, aufweisen. Das zweite resistive Element R2L kann einen Widerstand im Bereich von 0 W bis 4 W, bevorzugt im Bereich von 0 W bis 1 W, aufweisen. Die Antennenstruktur kann eine Induktivität im Bereich von 500nH bis 4mH aufweisen.
Insbesondere ist ein Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten induktiven Element L2H und dem zweiten kapazitiven Element C2H der ersten Filterteilanordnung 4a über das kapazitive Element C3H mit dem Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten resistiven Element R1 H und der Parallelschaltung der kapazitiven Elemente C4H, C5H der ersten Kompensationsteilanordnung 5a verbunden. Entsprechend ist ein Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten induktiven Element L2L und dem zweiten kapazitiven Element C2L der zweiten Filterteilanordnung 4b über das kapazitive Element C3L mit dem
Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten resistiven Element R2L und der
Parallelschaltung der kapazitiven Elemente C4L, C5L der zweiten
Kompensationsteilanordnung 5b verbunden.
Es ist möglich, dass eine Induktivität der ersten induktiven Elemente L1 H, L1 L der
Filterteilanordnungen 4a, 4b gleich ist. Entsprechend ist es möglich, dass eine Induktivität der zweiten induktiven Elemente L2H, L2L der Filterteilanordnungen 4a, 4b gleich ist.
Es ist möglich, dass eine Kapazität der ersten kapazitiven Elemente C1 H, C1 L der
Filterteilanordnungen 4a, 4b gleich ist. Entsprechend ist es möglich, dass eine Kapazität der zweiten kapazitiven Elemente C2H, C2L der Filterteilanordnungen 4a, 4b gleich ist. Weiter können die Induktivitäten des ersten und des zweiten induktiven Elements L1 H, L2H, L1 L, L2L einer Filterteilanordnung 4a, 4b voneinander verschieden sein. Insbesondere kann die Induktivität des ersten induktiven Elements L1 H, L1 L kleiner als die Induktivität des zweiten induktiven Elements L2H, L2L der jeweiligen Filterteilanordnung 4a, 4b sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Induktivitäten des ersten und des zweiten induktiven
Elements L1 H, L2H, L1 L, L2L der Filterteilanordnungen 4a, 4b gleich sind. Insbesondere kann die Induktivität des ersten induktiven Elements L1 H, L1 L gleich der Induktivität des zweiten induktiven Elements L2H, L2L der jeweiligen Filterteilanordnung 4a, 4b sein.
Weiter können die Kapazitäten des ersten und des zweiten kapazitiven Elements C1 H, C2H, C1 L, C2L einer Filterteilanordnung 4a, 4b voneinander verschieden sein. Insbesondere kann die Kapazität des ersten kapazitiven Elements C1 H, C1 L größer als die Kapazität des zweiten kapazitiven Elements C2H, C2L der jeweiligen Filterteilanordnung 4a, 4b sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kapazitäten des ersten und des zweiten kapazitiven Elements C1 H, C2H, C1 L, C2L der Filterteilanordnungen 4a, 4b gleich sind. Insbesondere kann die Kapazität des ersten kapazitiven Elements C1 H, C1 L gleich der Kapazität des zweiten kapazitiven Elements C2H, C2L der jeweiligen Filterteilanordnung 4a, 4b sein.
Weiter können die Kapazitäten der kapazitiven Elemente C3H, C3L zur Verbindung der Filterteilanordnungen 4a, 4b mit den Kompensationsteilanordnungen 5a, 5b gleich sein.
Weiter können die Kapazitäten der beiden kapazitiven Elemente C4H, C5H, C4L, C5L einer Kompensationsteilanordnung 5a, 5b voneinander verschieden sein.
Figur 4 zeigt einen exemplarischen Amplitudengang FG einer erfindungsgemäßen Schaltung 1 (siehe zum Beispiel Figur 1 ). Es ist exemplarisch dargestellt, dass bei einer Trägerfrequenz f1 von 13,56 MHz die Dämpfung Null beträgt bzw. sehr gering ist. Bei Frequenzen f, die größer als 14,4 MHz sind, ist der dargestellte Amplitudengang streng monoton fallend. So beträgt die Dämpfung bei einer zweiten Frequenz f2 von 27,12 MHz beispielsweise -51 ,13 dB. Insbesondere ist erkennbar, dass eine Dämpfung im UKW-Frequenzbereich, der Frequenzen von 87 MHz bis 108 MHz umfasst, kleiner als -54 dB ist.
Figur 5 zeigt zusätzlich zu dem in Figur 4 dargestellten Amplitudengang FG der Schaltung 1 einen Verlauf des Return Löss RL der Schaltung 1 für verschiedene Frequenzen f. Es ist exemplarisch dargestellt, dass der Return Löss RL in einem Frequenzbereich von 12,712 MHz bis 14,408 MHz geringer als -4 dB ist. Bei einer Trägerfrequenz f1 ist der Return Löss RL geringer als -15 dB.
Mit anderen Worten ist ersichtlich, dass in einem Nahfeld-Kommunikations-Nutzband ein sehr geringer Reflexionsfaktor Return Löss vorliegt und somit eine sehr effiziente
Signalübertragung zur Nahfeld Kommunikation mit der Schaltung 1 ermöglicht wird.
Figur 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Leiterplatte 9. Gestrichelt dargestellt sind Strukturen bzw. Elemente, die auf oder an einer Unterseite oder unteren Oberfläche der Leiterplatte 9 angeordnet sind. Mit durchgezogene Linien dargestellt sind Strukturen bzw. Elemente, die auf oder an einer Oberseite oder oberen Oberfläche der Leiterplatte 9 angeordnet sind. Fig. 6 dient hierbei der Darstellung der Überlagerung von Elementen eines Systems zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung, eines Systems zur induktiven Energieübertragung und eines Systems zur Mobilfunksignalübertragung, wobei jedoch nur ausgewählte und nicht alle Elemente dieser Systeme dargestellt sind.
Dargestellt ist eine erste Teilstruktur 10a einer Koppelantenne 10, die an der Unterseite der Leiterplatte 9 angeordnet ist. Weiter dargestellt ist eine zweite Teilstruktur 10b der
Koppelantenne 10, die an der Oberseite der Leiterplatte 9 angeordnet ist. Die Koppelantenne 10 bildet eine Antennenstruktur8 zur Mobilfunksignalübertragung (siehe Figur 2). Mit Strich- Punkt-Linien dargestellt ist eine Dämpfungsstruktur 11 , die an der Unterseite der Leiterplatte 9 angeordnet ist. Weiter dargestellt ist eine erste Teilstruktur 3a einer Antennenstruktur 3 zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung, die an der Oberseite der Leiterplatte 9 angeordnet ist.
Nicht dargestellt ist eine Windungsstruktur 7 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zu induktiven Energieübertragung. Diese Windungsstruktur 7 kann insbesondere nicht an oder auf der Leiterplatte 9 angeordnet sein. Allerdings kann eine solche Windungsstruktur 7 derart angeordnet sein, dass ein von dieser Windungsstruktur 7 erzeugtes
elektromagnetisches Feld, insbesondere der elektrischen Anteil dieses Felds, bei der Übertragung an ein Endgerät (nicht dargestellt) durch die Dämpfungsstruktur 11 gedämpft wird.
In einer gemeinsamen Projektionsebene, die senkrecht zu einer zentralen Symmetrieachse der Dämpfungsstruktur 1 1 oder der Antennenstruktur 3 oder die parallel zur unter-oder Oberseite der Leiterplatte 9 orientiert ist, überlagert ein Teil der Antennenstruktur 3 die Dämpfungsstruktur 1 1. Weiter dargestellt ist, dass ein weiterer Teil der Antennenstruktur 3 einen Teil der Antennenstruktur 8 zur Mobilfunksignalübertragung in der gemeinsamen Projektionsebene überlagert. Es ist weiter möglich, dass ein Teil der Antennenstruktur 3 auch die nicht dargestellte Windungsstruktur 7 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zu induktiven Energieübertragung in der gemeinsamen Projektionsebene überlagert.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltung zur signaltechnischen Verbindung einer Einrichtung (2) zur Erzeugung eines Nahfeld-Kommunikationssignals und einer Antennenstruktur (3) zur Nahfeld- Kommunikationssignalübertragung, wobei die Schaltung (1 ) mindestens eine
Filterschaltung (4) und die Antennenstruktur (3) umfasst, wobei die Filterschaltung (4) eine Filterschaltung geradzahliger Ordnung ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ordnungszahl mindestens 4 beträgt, wobei ein Amplitudengang (FG) der
Schaltung (1 ) in einem vorbestimmten Frequenzbereich monoton fallend ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (1 )
mindestens eine Kompensationsschaltung (5) umfasst.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Amplitudengang (FG) der Schaltung (1 ) in dem vorbestimmten Frequenzbereich streng monoton fallend ist.
4. Schaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine minimale Frequenz des vorbestimmten Frequenzbereichs 14.4 MHz beträgt.
5. Schaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Filterschaltung (4) derart gewählt sind, dass eine Impedanz der Schaltung (1 ) zumindest bei einer
vorbestimmten Frequenz oder in einem vorbestimmten Frequenzbereich einer vorbestimmten Impedanz entspricht oder in einem vorbestimmten Impedanzbereich liegt.
6. Schaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Filterschaltung (4) derart gewählt sind, dass zumindest bei einer ersten vorbestimmten Frequenz ein
Imaginäranteil einer Impedanz der Schaltung (1 ) Null ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht.
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen
Eigenschaften von Elementen der Filterschaltung (4) derart gewählt werden, dass zusätzlich bei einer weiteren vorbestimmten Frequenz ein Imaginäranteil einer Impedanz der Schaltung (1 ) Null ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht.
8. Schaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Eigenschaften von Elementen der Filterschaltung (4) derart gewählt werden, dass ein Return Löss (RL) der Schaltung (1 ) bei einer
vorbestimmten Frequenz kleiner als ein erster vorbestimmter Wert ist und/oder dass ein Return Löss (RL) in einem vorbestimmten Frequenzbereich kleiner als ein weiterer vorbestimmter Wert ist.
9. Schaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschaltung (4) mindestens einen Erdungsabschnitt (EA) aufweist, der mit einem Referenzpotential (RP) verbunden ist.
10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschaltung (4) symmetrisch relativ zum Erdungsabschnitt (EA) ausgebildet ist.
1 1. Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie sowie zur Signalübertragung, wobei die Vorrichtung (6) eine Einrichtung (2) zur Erzeugung eines Nahfeld- Kommunikationssignals und eine Schaltung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst, wobei die Einrichtung (2) zur Erzeugung eines Nahfeld- Kommunikationssignals und die Schaltung (1 ) elektrisch verbunden sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) mindestens eine Windungsstruktur (7) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung umfasst.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) mindestens eine Dämpfungsstruktur (1 1 ) zur Dämpfung des von der
Windungsstruktur (7) erzeugten elektromagnetischen Feldes umfasst.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Antennenstruktur (8) zum Senden und Empfangen von
Mobilfunksignalen umfasst.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest ein Abschnitt der Antennenstruktur (3) und zumindest ein Abschnitt der Windungsstruktur (7) und/oder zumindest ein Abschnitt der Dämpfungsstruktur (11 ) und/oder zumindest ein Abschnitt der Antennenstruktur (8) zum Senden und
Empfangen von Mobilfunksignalen in einer gemeinsamen Projektionsebene überlagern.
16. Verfahren zur Herstellung einer Schaltung (1 ) zur signaltechnischen Verbindung einer Einrichtung (2) zur Erzeugung eines Nahfeld-Kommunikationssignals und einer Antennenstruktur (3) zur Nahfeld-Kommunikationssignalübertragung, wobei die Schaltung (1 ) mindestens eine Filterschaltung (4) und die Antennenstruktur (3) umfasst, wobei die Filterschaltung (4) als eine Filterschaltung geradzahliger Ordnung bereitgestellt wird, wobei die Ordnungszahl mindestens 4 beträgt, wobei die
Schaltung (1 ) derart bereitgestellt wird, dass ein Amplitudengang (FG) in einem vorbestimmten Frequenzbereich monoton fallend ist.
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