Beschreibung

Schleifen-Antenne für mobile Funkstrecken

Die Erfindung betrifft eine Schleifen-Antenne für mobile Funkstrecken, welche heutzutage in einer Vielzahl von Anwendungen angetroffen werden kann.

Beispielsweise werden in Zugangskontrollsystemen, insbesonde- re in der Fahrzeugtechnik, mobile Funkstrecken zwischen einer stationären Basisstation, beispielsweise innerhalb des Fahrzeugs und einem mobilen ID-Geber, verwendet, um die Zugangs ^¬ berechtigung über positive Authentifizierung bis hin zum Motorstart zu ermöglichen.

Hierzu werden beispielsweise fahrzeugseitig als Antenne Stab- und Patch-Antennen verwendet, um Signale im HF, UHF, mögli ^¬ cherweise auch im Mikrowellenbereich zu übertragen. Nachteiligerweise erfordert der Einsatz von Patch-Antennen einen re- lativ hohen Platzbedarf und ist zudem kostenintensiv. Weitere bekannte Antennen wie Stabantennen besitzen eine Antennencharakteristik, welche je nach Lage der Antenne des ID-Gebers zur Antenne der fahrzeugseitigen Basisstation mehrere Minima bzw. Totpunkte aufweist, so dass, obwohl sich ein ID-Geber innerhalb der Reichweite einer fahrzeugseitigen Basisstation befindet, dennoch keine korrekte übertragung erfolgen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antenne zu schaffen, welche die vorliegenden Nachteile beseitigt und auch in verschiedenen Lagen eine möglichst gute übertragung bei gleichzeitig möglichst geringen Kosten ge ^¬ währleistet .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schleifen- Antenne mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch eine Verwendung einer solchen Antenne gemäß Anspruch 8 gelöst. Durch einen zusätzlichen Kondensator innerhalb einer Schleife einer Schleifen-Antenne lässt sich die Antennencharakteris ^¬ tik, welche ohne diesen zusätzlichen Kondensator der Charak- teristik einer Stabantenne ähnelt, derart verändern, so dass

über einen größeren Bereich einer Lageveränderung sowohl die horizontale als auch vertikale Komponente einer elektromagne ^¬ tischen Welle gesendet und/oder empfangen werden kann. Hierbei ist bei dem vorzugsweisen Einsatzgebiet nach der Erfin- düng von über 300 MHz bis in den GHz-Bereich (UHF) bei Entfernungen von 10, 15 bis 50 oder gar bis 100 m bereits im Verhältnis zur Wellenlänge von einer relativ großen Entfernung zu sprechen, so dass vorwiegend die elektrische Kompo ^¬ nente der elektromagnetischen Welle betrachtet wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung befindet sich der zusätzliche Kondensator in einem bestimmten Mindestabstand von dem ersten Kondensator von beispielsweise mindestens 45 Grad hinsichtlich der jeweiligen Lage zum Mittelpunkt, wobei sich bei Simulationen herausgestellt hat, dass insbesondere ein Winkel von 90 Grad eine möglichst gute Annäherung hinsicht ^¬ lich der vertikalen zur horizontalen Polarisation bewirkt.

Die Schleifen-Antenne, welche vorzugsweise als gleichschenk- liges Vieleck oder als Kreis mit geringem Durchmesser, beispielsweise 1/10 bis 1/100 der Wellenlänge ausgebildet ist, weist in der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine induktive Einkopplung auf, welche aufgrund der symmetrischen Einkopplung und Massefreiheit vorteilhafterweise mehrere Freiheitsgrade bei der Anpassung der Schleifen-Antenne ermög ^¬ licht. Selbstverständlich ist es jedoch denkbar, die erfindungsgemäße Schleifen-Antenne mit anderen Einkopplungsarten, beispielsweise kapazitive Einkopplung oder Gamma-Einkopplung auszubilden .

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die An- steuerungselektronik der Antenne zusammen mit der erfindungsgemäßen Schleifen-Antenne auf der Oberfläche einer Platine, wodurch vorteilhafterweise eine Platzeinsparung für den räum- lieh begrenzten Einsatz ermöglicht wird.

Hierbei können die Eingänge bzw. Anschlüsse der Ansteuerungs- elektronik der Schleifen-Antenne ebenfalls innerhalb der

Schleife liegen, wobei hierzu auch eine Durchkontaktierung auf die andere Platinenseite denkbar ist, so dass vorteil-

hafterweise sowohl die Schleifen-Antenne, als auch die Ein- kopplungsschleife bei der induktiven Einkopplung inklusive deren Anschlüsse auf einer einzigen Seite bzw. Oberfläche ei ^¬ ner Platine ausgebildet sein können.

Die erfindungsgemäße Schleifen-Antenne kann besonders vor ^¬ teilhaft in Zugangskontrollsystemen, insbesondere in einem Fahrzeugzugangskontrollsystem wie z. B. PASE (Passive Start and entry) und RKE (Remote keyless entry) -Systemen verwendet werden, wobei der Einsatz der erfindungsgemäßen Schleifen- Antenne in der fahrzeugseitigen Basisstation bzw. Sende- und/oder Empfangseinrichtung und/oder im ID-Geber bzw. mobilen Sende- und/oder Empfangseinrichtung denkbar ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer im Stand der Technik bekannten Schleifen-Antenne mit induktiver Einkopplung;

Fig. 2 ein Diagramm des im Versuch gemessenen Antennengewinns in Abhängigkeit eines Winkels Theta der An ^¬ tenne nach Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Schleifen- Antenne mit induktiver Einkopplung nach der Erfindung und

Fig. 4 ein Diagramm des im Versuch gemessenen Antennenge- winns in Abhängigkeit eines Winkels Theta der er ^¬ findungsgemäßen Antenne nach Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte herkömmliche, im Stand der Technik bekannte Schleifen-Antenne 1 weist eine quadratische Schleife 3 auf, in deren einer Seite mittig ein Kondensator 5 angeord-

net ist. Auf der dem Kondensator 5 gegenüberliegenden Seite ist innerhalb der Schleife 3 bis etwa zu einem Drittel des Durchmessers eine Koppelschleife 7 angeordnet, welche der in ^¬ duktiven Einkopplung der Schleifen-Antenne 1 dient. Die Kop- pelschleife 7, welche keine direkte galvanische Verbindung zur Schleife 3 besitzt, weist außerhalb der Schleife 3 lie ^¬ gende Anschlüsse 9 auf, über welche die Koppelschleife 7 und damit die Antenne 1 gespeist werden kann.

In Fig. 2 ist als Diagramm der Antennengewinn der Schleifen- Antenne nach Fig. 1 dargestellt und dessen Abhängigkeit bzw. änderung bei einer Auslenkung aus einer Mittellage (0 Grad) um einen Winkel Theta (positiv oder negativ) . Für eine solche Messung wurde die Schleifen-Antenne 1 senkrecht zur Bodenebe- ne mit ihren Anschlüssen 9 nach unten angeordnet, wobei in einem vorbestimmten Abstand von beispielsweise 20 Metern eine Messantenne in Form eines Dipols in einer Ebene parallel zur Bodenebene (in Höhe der Schleifen-Antenne 1) und in einer E- bene parallel zur Schleifen-Antennenebene angeordnet ist.

Die Messung erfolgt bei einer Frequenz von 300 MHz, so dass die Entfernung zwischen Messantenne und Schleifen-Antenne 1 relativ groß zur Wellenlänge ist und damit im Wesentlichen die elektrische Komponente bzw. das elektrische Feld der in diesem Fall sendenden Schleifen-Antenne 1 gemessen wird. Im Diagramm nach Fig. 2 ist auf der X-Achse der Winkel Theta in Grad aufgetragen, bei welchem die Lage 0 Grad der vorgenannten Messanordnung entspricht und bei einer änderung des Winkels Theta die Schleifen-Antenne 1 um eine senkrecht zur Bo- denebene stehenden Drehachse bzw. Mittelachse (durch den Mit ^¬ telpunkt M der Schleifen-Antenne 1) ausgelenkt wird.

In dieser Lage wird die horizontale Komponente des elektri ^¬ schen Feldes (horizontale Polarisation) gemäß Kurve 11 gemes- sen, wobei der Antennengewinn (im Diagramm als Amplitude dargestellt) bezüglich einer optimalen Vergleichsantenne in dB auf der Y-Achse angetragen ist. Hierbei wird deutlich, dass der Antennengewinn ein Maximum bei 0 Grad hat und entlang der Kurve 11 bei einer positiven oder negativen Auslenkung von

bis zu +/- 90 Grad zu beiden Seiten symmetrisch dach- bzw. kuppeiförmig abfällt.

Führt man nun vorgenannte Messung mit einem Dipol, welcher statt in einer Ebene parallel zur Bodenebene in einer Ebene senkrecht zur Bodenebene und nach wie vor in einer Ebene pa ^¬ rallel zur Schleifenebene liegt, durch, so erfasst man die vertikale Komponente des elektrischen Feldes (vertikale Pola ^¬ risation) , welche durch die Kurve 13 beschrieben ist. Hierbei wird deutlich, dass in der vorgenannten Null-Lage (Theta gleich 0 Grad) der Antennengewinn ein Minimum aufweist und bei einer Drehung der Schleifen-Antenne 1 um ihre senkrechte Mittelachse um einen Winkel +/- Theta jeweils symmetrisch auf ein Maximum bei etwa Theta gleich +/- 45 Grad ansteigt und bei Theta gleich +/- 90 Grad ebenso wie die Kurve 11 völlig abfällt.

Diese bekannte Charakteristik, welche beispielsweise auch der eines Dipols in einer Lage entsprechend der oberen Seite der Schleifen-Antenne in vorgenannter Versuchsanordnung (mit mittigem Kondensator 5) entspricht, hat demzufolge eine Anten ^¬ nencharakteristik, bei welcher allein durch die Lageänderung zweier Antennen zueinander trotz optimalem Theta von beispielsweise 0 Grad durch eine Lageänderung beispielsweise der anderen Antenne (durch eine Drehung aus der horizontalen Polarisation heraus in die vertikale Polarisation hinein) nachteiligerweise nur noch ein Minimum gesendet oder empfangen werden kann, so dass eine übertragung bei dieser und anderen ungünstigen Lagen zwischen beiden Antennen nicht mehr möglich ist.

In Fig. 3 ist dagegen eine Schleifen-Antenne 21 nach der Er ^¬ findung dargestellt, welche ebenfalls wie die Schleifen- Antenne 1 aus einer quadratischen Schleife 22 (beispielsweise eine Drahtschleife mit einer Windung) besteht und an ihrer einen Seite (in Fig. 3 die rechte Seite) einen ersten Kondensator 23 aufweist, welcher dem Kondensator 5 der Schleifen- Antenne 1 entspricht. Zusätzlich zu dem ersten Kondensator 23 weist die Schleifen-Antenne 21 in einem benachbarten Schenkel der Schleife 22 zum Kondensator 23 einen dort ebenfalls mit-

tig angeordneten Kondensator 25 auf (in Fig. 3 die obere Seite) , so dass die Achsen durch die Kondensatoren 23 und 25 und dem Schleifenmittelpunkt M (bzw. dem Flächenmittelpunkt oder Flächenschwerpunkt) einen Winkel Alpha von 90 Grad einschlie- ßen.

Selbstverständlich ist es als gleichwertig anzusehen, wenn der zweite Kondensator 25 statt auf der im gegen den Uhrzeigersinn benachbarten Seite (oben) auf der im Uhrzeigersinn benachbarten Seite (unten) vom Kondensator 23 aus gesehen angeordnet wäre.

Weiterhin weist die Schleifen-Antenne 21 eine Koppelschleife 27 mit Anschlüssen 29 zur Speisung der Schleifen-Antenne 21 auf, welche in ihrer Lage und Form (rechteckige Form) mit Durchmesser in Richtung Schleifenmittelpunkt M von im Wesent ^¬ lichen ein Drittel des Schleifendurchmessers bis maximal zur Hälfte des Schleifendurchmessers der Koppelschleife 7 der Schleifen-Antenne 1 entspricht.

Tauscht man nun bei der vorstehend erläuterten Versuchsanord ^¬ nung die Schleifen-Antenne 1 durch die Schleifen-Antenne 21 aus, so erhält man für den Antennengewinn hinsichtlich der vertikalen und horizontalen Polarisation in Abhängigkeit ei- nes Auslenkungswinkels Theta das in Fig. 4 dargestellte Dia ^¬ gramm für den Antennengewinn.

Die horizontale Komponente bzw. horizontale Polarisation ist hierbei als Kurve 31 und die vertikale Komponente des elekt- rischen Feldes bzw. vertikale Polarisation als Kurve 33 auf ^¬ getragen. Hierbei wird deutlich, dass nunmehr durch das Vorsehen des zweiten Kondensators 25 bei der Schleifen-Antenne 21 nach der Erfindung die Kurve 31 der horizontalen Polarisation - bis auf einen minimalen Verlust - in ihrer Form der Kurve 11 also der horizontalen Polarisation der Schleifen- Antenne 1 entspricht. Dagegen weist die Kurve 33 der vertika ^¬ len Polarisation gegenüber der Kurve 13 einen völlig anderen Verlauf auf, wobei vor allem das Minimum um die Null-Lage (Theta gleich 0 Grad) verschwunden ist und sich die Kurve 33 der Kurve 31 angenähert hat bzw. zu dieser korreliert.

Entsprechend ist bei dieser Anordnung sowohl bei einer ände ^¬ rung der Lage des Dipols bzw. der Messantenne als auch bei einer änderung der Lage der Schleifen-Antenne 21 in einem we- sentlich größeren Bereich von Theta ein ausreichender Antennengewinn gegeben, so dass eine für eine erfolgreiche über ^¬ tragung ausreichende Sende- bzw. Empfangssignalstärke gewähr ^¬ leistet ist.

Demzufolge ist es leicht vorstellbar, dass durch eine Schlei ^¬ fen-Antenne 21 nach der Erfindung, welche beispielsweise in einer Fahrzeugtür eines Fahrzeugs angeordnet ist, eine besse ^¬ re übertragung zum ID-Geber gewährleistet ist, wobei sich ge ^¬ rade der ID-Geber in seiner Lage zum Fahrzeug ändern kann, ohne dass eine übertragung hierdurch vermindert oder gar unmöglich wird. Da die Schleifen-Antenne 21 zu ihren beiden of ^¬ fenen Seiten (bzw. in Richtung ihrer Mittelachse in Fig. 3 senkrecht zur Zeichenebene durch den Mittelpunkt M) optimal sendet bzw. empfängt, reicht vorteilhafterweise bereits eine Schleifen-Antenne 21, um zwei Richtungen, beispielsweise lin ^¬ ker und rechter Fahrzeugbereich, und damit eine Annäherung eines ID-Gebers zur linken oder rechten Fahrzeugseite abzude ^¬ cken bzw. zu detektieren.

Selbstverständlich ist die vorgenannte quadratische Form der Schleife 22 der erfindungsgemäßen Schleifen-Antenne 21 nur eine beispielhafte Ausführungsform, wobei auch beliebige gleichschenklige Vielecke oder ein Kreis als Form der Schlei ^¬ fe 22 in Frage kommen.