DE10307295A1 - Antenne einer elektronischen Vorrichtung zur Reifendrucküberwachung - Google Patents

Antenne einer elektronischen Vorrichtung zur Reifendrucküberwachung

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Abstract

Ein Antennensystem für eine elektronische Radiofrequenz-(RF)-Vorrichtung umfasst eine gedruckte Leiterplatte (PCB), eine Erdungsebene und ein aktives Element. Die PCB kann eine Oberseitenfläche und eine Unterseitenfläche aufweisen. Die Erdungsebene kann an der Unterseitenfläche angeordnet sein. Das aktive Element kann an der Oberseitenfläche montiert sein. Das aktive Element umfasst ein erstes Segment, das in einer Oberseitenflächenebene positioniert und mit einem zweiten Segment verbunden ist, das senkrecht zu der Oberseitenfläche orientiert wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren für eine Antenne für eine Reifendruck-Überwachungsvorrichtung, wobei eine reduzierte Kopplung mit Metallobjekten vorgesehen ist.
  • In der Automobilindustrie ist es bekannt, Fahrzeugreifenparameter drahtlos zu überwachen, insbesondere den Reifendruck. In solchen Reifendrucküberwachungssystemen sind Reifendrucksensoren und Radiofrequenz-(RF)-Sender einschließlich Antennen im Inneren jedes Reifens montiert, typischerweise benachbart zum Schaft des Reifenventils oder nahe bei der Radfelge. In jedem Reifen wird der vom Reifendrucksensor abgegriffene Reifendruck durch den Sender über die Antenne als ein RF-Signal an einen im Fahrzeug angeordneten Empfänger/Controller übertragen. Die von den Sendern durch die RF-Signale an den Empfänger/Controller gelieferte Reifendruckinformation wird danach an einen Fahrzeugführer oder Insassen weitergeleitet, typischerweise unter Verwendung einer Displayeinheit. Auf diese Weise können Drucküberwachungssysteme helfen, die Fahrzeugsicherheit zu verbessern. Solche Reifendruck-Überwachungssysteme sind beispielsweise in US 6,112,578 A und US 6,034,597 A beschrieben und gezeigt.
  • In der Automobilindustrie sind auch fernbedienbare schlüssellose Zutrittssysteme (RKE) wohlbekannt. RKE-Systeme umfassen einen vom Fahrzeugführer oder einem Insassen verwendeten RF-Sender zum Übertragen von Signalen, die verschiedene Funktionen steuern, wie die der Türen, des Kofferraumdeckels, usw., die aufsperren/zuschließen, Scheinwerfer ein-/ausschalten, einen Alarm aktivieren, ein Anti-Diebstahlsystem aktivieren/deaktivieren, und dergleichen, und einen Empfänger/Controller im Fahrzeug, der die Steuersignale des Senders verarbeitet. Ein konventioneller RKE-Empfänger umfasst ein RF-Antenne, die allgemein auf oder nahe bei Metallobjekten positioniert ist, wie bei einem äußeren Karosseriemetallblech, bei einem Strukturmetall eines inneren Fahrzeugkörpers, bei Metalltürblechen, und dergleichen.
  • Konventionelle RF-Antennen, die nahe bei metallischen Objekten montiert sind (z. B. die Antennen der Reifendruck-Überwachungsvorrichtung, die an den Radfelgen montiert sind, oder die RKE-Antennen, die am Metallblech der Fahrzeugkarosserie montiert sind und dergleichen), werden von einem Anwendungsfall zum nächsten verstimmt, da eine Metallkopplung zwischen aktiven (d. h. abstrahlenden oder empfangenden) Antennenelementen und dem Metall nahe der Antenne stattfindet.
  • Es gibt deshalb einen Bedarf für ein System und ein Verfahren für eine Antenne für Anwendungsfällen bei einer elektronischen Radreifendruck-Überwachungsvorrichtung bzw. einem RKE-System, falls die Antenne an oder nahe an einem Metall montiert ist, wie an oder bei der Radfelge oder dem Metallblech der Karosserie, und bei denen die Metallkopplung zwischen dem Antennenelement und dem Metall reduziert oder eliminiert ist. Eine derartige Antenne würde die Verstimmung als Folge der Metallkopplung reduzieren und die Antenneneffizienz und das Betriebsverhalten verbessern, verglichen mit bisherigen Entwicklungen bei konventionellen RF-Antennen.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes System und ein Verfahren für eine Antenneneinrichtung, die allgemein implementiert ist in Verbindung mit einem Radlsender einer Fahrzeugreifen-Drucküberwachung (oder einer ähnlichen elektronischen Vorrichtung) und die an oder nahe einer Radfelge montiert ist. Das erfindungsgemäße Antennensystem reduziert oder eliminiert grundsätzlich die Kopplung zwischen dem Antennenelement und der Radfelge und reduziert so die Verstimmungsneigung und verbessert die Antenneneffizienz und deren Betriebsverhalten im Vergleich mit Entwicklungen der konventionellen RF-Antennen. Die erfindungsgemäß verbesserte Antenneneinrichtung kann bevorzugt in jeglichem System implementiert sein, das eine Antenne eines Radiofrequenz(RF)-Senders oder -Empfängers aufweist, die an oder nahe einem Metall montiert ist, wie beispielsweise der Empfänger eines fernbetätigbaren schlüssellosen Zutrittssystems (RKE).
  • Erfindungsgemäß ist ein Antennensystem für eine elektronische Vorrichtung für eine Radiofrequenz (RF) vorgesehen, wobei das System eine gedruckte Leiterplatte (PCB), eine Erdungsebene, und ein aktives Element umfasst. Die PCB kann eine Oberseitenfläche und eine Unterseitenfläche besitzen. Die Erdungsebene kann an der Unterseitenfläche angeordnet sein. Das aktive Element kann an der Oberseitenfläche montiert sein. Das aktive Element umfasst ein erstes Segment, das in einer Oberseitenflächen-Ebene positioniert und mit einem zweiten Segment verbunden ist, das senkrecht zur Oberseitenfläche orientiert ist.
  • Weiterhin wird erfindungsgemäß zur Verwendung in einem Fahrzeugreifendruck-Überwachungssystem ein Verfahren angegeben zum Reduzieren der Kopplung zwischen einer Antenne und einem Metallobjekt, wobei verfahrensgemäß vorgeschlagen wird, eine gedruckte Leiterplatte (PCB) vorzusehen, die eine Oberseitenfläche und eine Unterseitenfläche besitzt, an der Unterseitenfläche eine Erdungsebene vorzusehen, an der Oberseitenfläche ein aktives Element zu montieren, wobei das aktive Element ein erstes, in einer Ebene der Oberseitenfläche positioniertes Segment besitzt, das mit einem zweiten Segment verbunden ist, das senkrecht zur Oberseitenfläche orientiert ist, und die Unterseitenfläche an oder nahe einer Radfelge zu montieren.
  • Die vorerwähnten Merkmale und andere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich direkt aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen ist:
  • Fig. 1 eine Perspektivansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und
  • Fig. 2 eine Schnittdarstellung alternativer Anwendungsfälle der Erfindung.
  • Wie angemerkt, ist es in der Automobilindustrie bekannt, Maßnahmen zur drahtlosen Überwachung von Fahrzeugreifenparametern, insbesondere des Reifendrucks, zu treffen. In solchen Reifendruck-Überwachungssystemen sind im Inneren jeden Reifens Reifendrucksensoren und Radiofrequenz-(RF)-Sender mit Antennen montiert, typischerweise benachbart zum Schaft des Reifenventils auf oder nahe einer metallischen Radfelge. In jedem Reifen wird der vom Reifendrucksensor abgegriffene Reifendruck durch den Sender über die Antenne zu einem Empfänger/Controller übertragen, der im Fahrzeug angeordnet ist. Die von den Sendern durch die RF-Signale an den Empfänger/Controller übermittelte Reifendruckinformation wird danach an einen Fahrzeugführer oder Insassen übertragen, typischerweise unter Verwendung einer Displayeinheit.
  • Wie ebenfalls erwähnt, umfassen konventionelle fernbedienbare schlüssellose Zutrittssysteme (RKE) einen vom Fahrzeugführer oder einem Insassen benutzten RF-Sender zum Übertragen von Signalen, die solche Funktionen steuern, wie die Tür-, Kofferraum- oder dergleichen Verriegelung/Entriegelung, das Ein-/Ausschalten von Scheinwerfern, das Aktivieren eines Alarms, das Aktivieren/Deaktivieren eines Diebstahlschutzsystems, und dergleichen. Ferner ist ein Empfänger/Controller im Fahrzeug vorgesehen, der die Steuersignale des Senders verarbeitet. Der konventionelle RKE-Empfänger umfasst eine RF-Antenne, die allgemein an oder nahe Metallobjekten positioniert oder montiert ist. Für die Montage wird üblicherweise das Metallblech des äußeren Fahrzeugkörpers, strukturelles Metall des inneren Fahrzeugkörpers oder werden Bleche metallischer Türen, und dergleichen benutzt.
  • Wenn RF-Antennen nahe Metallobjekten montiert sind (z. B. an den Fahrzeugradfelgen montierte Antennen der Reifendruck-Überwachungsvorrichtung, die am Metallblech des Fahrzeugkörpers montierten RKE-Antennen etc.), dann können diese von einem Anwendungsfall zum nächsten verstimmt werden, als Folge der Metallkopplung zwischen aktiven (d. h. abstrahlenden) Antennenelementen und dem Metall nahe der Antenne.
  • Grundsätzlich schafft deshalb die vorliegende Erfindung ein verbessertes System und ein Verfahren für die Antenne, die entweder in Verbindung mit der elektronischen Vorrichtung (d. h. dem Sender) im Rad des Fahrzeugreifen-Drucküberwachungssystems montiert ist, oder die Antenne, die mit Verbindung mit einem RKE-Empfänger auf oder nahe dem Metallblech des Fahrzeugkörpers einem strukturellen Metall montiert ist. Das erfindungsgemäße Antennensystem reduziert oder eliminiert allgemein die Kopplung zwischen dem Antennenelement und dem Metall und reduziert deshalb die Gefahr der Verstimmung und verbessert die Antenneneffizienz und deren Betriebsverhalten im Vergleich mit Entwicklungen bei konventionellen Antennen.
  • In Fig. 1 wird ein Antennensystem 100 einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In diesem Beispiel kann das System 100 implementiert sein in Verbindung mit einer elektronischen Vorrichtung zur Fahrzeugreifendruck-Überwachung, wie bei einem Sender oder einem Sender/Empfänger (nicht gezeigt), der an oder nahe einer Radfelge montiert ist (z. B. im Inneren des jeweiligen Reifens). In einem anderen Beispiel kann das System 100 implementiert sein in Verbindung mit einer Antenne eines RKE- Systems, wobei die Antenne an oder nahe einem Metall montiert ist, das das Metallblech des Fahrzeugkörpers oder ein strukturelles Fahrzeugkörpermetail sein kann. Das System 100 umfasst allgemein eine Antenneneinrichtung, oder einen Apparat, 102, der an oder nahe einem Metallobjekt 104 montiert ist.
  • In einem Beispiel (d. h. bei dem Reifendruck-Überwachungssystem) ist das Metallobjekt 104 eine Radfelge, bei der der jeweilige Reifendruck überwacht wird durch die elektronische Vorrichtung des Fahrzeugreifendruck-Überwachungssystems. In einem anderen Beispiel (d. h. bei einem nichtgezeigten fernbedienbaren schlüssellosen Zutrittssystem (RKE)), kann das Metallobjekt 104 irgendeine Metalloberfläche des Fahrzeugs sein (z. B. das Metallblech des Fahrzeugkörpers oder die Haut einer metallischen Türe, etc.). Das System 100 der vorliegenden Erfindung kann jedoch vorteilhafterweise in Verbindung mit jedem passenden Radiofrequenzsender oder -empfänger implementiert werden, der an oder sehr nahe an Metall montiert ist.
  • Die Antenneneinrichtung 102 umfasst allgemein eine gedruckte Leiterplatte (PCB) 100 mit einer Oberseitenoberfläche (oder Oberseite) und einer Unterseitenoberfläche (oder Unterseite). Auf (oder an) der Oberseitenoberfläche der PCB 100 ist allgemein ein Antennenelement 112 montiert. Die Unterseitenoberfläche der PCB 100 umfasst allgemein eine Erdungsebene 114. Die Erdungsebene 114 befindet sich allgemein auf einem Erdungspotenzial (z. B. VSS). Bei einer Ausführungsform bedeckt die Erdungsebene 114 an der Unterseitenoberfläche der PCB die Unterseitenoberfläche der PCB 110. Das Antennenelement 112 umfasst allgemein einen aktiven Abschnitt des Systems 100, (d. h. einen Abschnitt oder eine Sektion des Systems 100, welches zumindest ein RF-Signal empfängt oder sendet).
  • Das Antennenelement 112 umfasst allgemein ein erstes Segment (einen Abschnitt, eine Sektion, und dergleichen) 120, der an der Oberseite der PCB 100 montiert sein kann (d. h., in der Ebene der Oberseite und im Wesentlichen parallel zu der Erdungsebene 114 positioniert ist), und ein zweites Segment (oder einen Abschnitt) 122 der im Wesentlichen senkrecht zu der Oberseite der PCB 110 orientiert sein kann. Die Segmente 120 und 122 sind jeweils allgemein "C"- oder "U"-förmig ausgebildet. Die Segmente 120 und 122 sind allgemein im Wesentlichen von gleicher Länge.
  • Eine Montier- (oder Verbindungs-)lasche 130a formt allgemein eine Verbindung zwischen den Segmenten 120 und 122. Die Lasche 130a bietet allgemein auch eine Montagehilfe für ein Ende des Segments 122 an der PCB 110. Eine Montier- (oder Verbindungs-)lasche 130b terminiert allgemein ein Ende des Segments 122, das gegenüberliegend zur Lasche 130a angeordnet ist, und schafft eine weitere Montierhilfe für das Segment 122 an der PCB 110. Eine Montier- (oder Verbindungs-)lasche 130c terminiert allgemein ein Ende des Segments 120, das der Lasche 130a abgewandt ist. Das Segment 122 formt allgemein einen Bogen zwischen den Laschen 130a und 130b. Jedoch kann das Element 112 auch so implementiert sein, dass es passende Segment-Formen für die Segmente 120 und 122 und deren Konfigurationen in Verbindung mit der Erdungsebene 114 aufweist, um den Designkriterien eines speziellen Anwendungsfalles zu genügen.
  • Die Lasche 130b kann mit einem Anschluss 132 verbunden sein. Der Anschluss 132 bildet allgemein eine Signaleingangs/Ausgangs-Verbindung von dem aktiven Antennenelement 112 zu einer elektronischen Vorrichtung (z. B. zu einem Sender oder einem Empfänger), die das wenigstens eine RF-Signal generiert bzw. empfängt, das übertragen (oder abgestrahlt) und von der Antenne 112 empfangen wird. Die Lasche 130c kann mit einem ersten Anschluss eines Kondensators 134 verbunden sein. Der Kondensator 134 kann einen zweiten Anschluss aufweisen, der mit dem Erdungspotenzial VSS verbunden ist. Der Kondensator 134 umfasst allgemein einen Abstimmkondensator für das System 100.
  • Die Erdungsebene 114 an der Unterseitenfläche ist allgemein an dem Metall 104 montiert (d. h. fixiert, positioniert, befestigt, etc.). Die Erdungsebene 114 und das Metall 104 können gekoppelt sein, um eine effektiv größere Erdungsebene zu formen, und in Verbindung mit dem Segment 122, welches im Wesentlichen senkrecht zur Erdungsebene liegt, ein effizienteres Antennensystem ergeben als konventionelle Antennen.
  • Fig. 2 verdeutlicht einen Querschnitt eines Fahrzeugrades 200, das erfindungsgemäß ausgestattet ist und alternative Montierpositionen für die Antenneneinrichtung 102 verdeutlicht. Das Fahrzeugrad 200 kann eines aus einer Vielzahl von Fahrzeugrädern sein, bei dem Reifenparameter, speziell der Reifenluftdruck, durch ein Reifendruck-Überwachungssystem überwacht sind. Das System 100 ist allgemein mit einer Einrichtung 102 pro Rad 200 an dem Fahrzeug implementiert, das das Reifendruck-Überwachungssystem aufweist. Das Rad 200 hat allgemein zumindest eine Einrichtung 102 (z. B. Einrichtungen 102a-102n), die im Inneren eines Reifens 140 montiert ist, der auf der Radfelge 104 sitzt.
  • Die Einrichtung 102a kann beispielsweise an einem Abschnitt der Radfelge 104 montiert sein, der im Wesentlichen parallel zur Lauffläche des Reifens 140 ist. Die Einrichtung 102b kann bei einem anderen Beispiel an der Radfelge 104 nahe dem Felgenhorn für den Wulst des Reifens 140 montiert sein. In einem noch weiteren Beispiel kann die Einrichtung 102n an dem Reifen 140 nahe der Radfelge 104 montiert sein (z. B. an oder nahe dem Felgenhorn). Die beispielsweisen Montierpositionen, die in Fig. 2 gezeigt sind, sind nur illustrativ für viele Positionen, an denen die Antenneneinrichtung 102 an oder nahe einem Metallobjekt 104 montiert werden kann. Die vorliegende Erfindung soll nicht auf die gezeigten Positionen beschränkt sein. Die Einrichtung 102 der vorliegenden Erfindung umfasst allgemein die Erdungsebene 114 an der Unterseitenfläche des PCBs 110, die an oder nahe der Radfelge 104 positioniert ist, wodurch sich die Antennenabstrahlung und die Empfangseffizienz verbessern lassen, im Gegensatz zu einer Verminderung der Effizienz, wie sie sich bei konventionellen Antennensystemen ergibt.
  • In einem anderen, nicht gezeigten Beispiel (z. B. bei der Implementierung des Systems 100 in Verbindung mit einem RKE-System) kann die Antenneneinrichtung 102 an oder nahe einer passenden Metalloberfläche montiert sein (z. B. an einem Türblech, einem Metallblech des Fahrzeugkörpers, an einem strukturellen Fahrzeugkörpermetall, etc.), um dem Designkriterium eines speziellen Anwendungsfalls zu genügen.
  • Wie sich aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt, schafft die vorliegende Erfindung allgemein ein verbessertes Antennensystem (z. B. das System 100), das speziell vorteilhaft sein kann, wenn es in Verbindung mit einem Fahrzeugreifendruck-Überwachungssystem oder einem Fahrzeug-RKE-System implementiert wird. Jedoch kann die Antenneneinrichtung 102 auch implementiert werden in Verbindung mit jedem zweckmäßigen Sender und Empfänger, um dem Designkriterium eines speziellen Anwendungsfalls zu genügen. Die Antenneneinrichtung 102 verbessert im Besonderen die Antenneneffizienz und reduziert oder eliminiert die Gefahr einer Frequenzverstimmung, wenn sie an oder nahe Metallflächen montiert ist, und im Vergleich mit konventionellen RF-Antenneneinrichtungen.
  • Obwohl vorstehend nur Ausführungsformen der Erfindung illustriert und beschrieben wurden, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung illustrieren und beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung benutzten Ausdrücke nur beschreibender und nicht beschränkender Natur, und ist anzumerken, dass verschiedene Abänderungen möglich sind, ohne den Schutzumfang und Sinngehalt der Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

1. Antennensystem für eine elektronische Radiofrequenz-(RF)-Vorrichtung, wobei das System umfasst:
eine gedruckte Leiterplatte (PCB) mit einer Oberseitenfläche und einer Unterseitenfläche,
eine Erdungsebene (114) an der Unterseitenoberfläche und
ein an der Oberseitenfläche montiertes aktives Element (112), wobei das aktive Element (112) ein erstes Segment (120) aufweist, das in einer Ebene der Oberseitenfläche positioniert und mit einem zweiten Segment (102) verbunden ist, das senkrecht zur Oberseitenfläche orientiert ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseitenfläche des PCBs an oder nahe einem Metallobjekt (104) montiert ist.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Vorrichtung ein Reifendruck-Überwachungssystem umfasst, und dass das Metallobjekt (104) eine Radfelge ist.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Segment (120) eine Form eines "C" oder "U" aufweist.
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Segment (122) ein Bogen mit der Form eines "C" oder "U" ist.
6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner einen Abstimmkondensator (134) aufweist, der zwischen dem ersten Segment (120) und der Erdungsebene (114) angeschlossen ist.
7. Verfahren zum Reduzieren der Rückkopplung zwischen einer Antenne und einem Metallobjekt zur Verwendung in einem Fahrzeugreifendruck-Überwachungssystem, wobei das Verfahren umfasst:
Bereitstellen einer gedruckten Leiterplatte (PCB) mit einer Oberseitenfläche und einer Unterseitenfläche,
Anbringen einer Erdungsebene an der Unterseitenfläche,
Montieren eines aktiven Elements (112) an der Oberseitenfläche, wobei das aktive Element (112) ein erstes Segment (120) aufweist, das in einer Ebene der Oberseitenfläche positioniert und mit einem zweiten Segment (122) verbunden ist, das senkrecht zur Oberseitenfläche orientiert ist, und
Montieren der Unterseitenfläche an oder nahe einer Radfelge (104).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Segment (120) die Form eines "C" oder "U" aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Segment (122) als Bogen mit der Form eines "C" oder "U" geformt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin gekennzeichnet durch die Anordnung eines Abstimmkondensators (134), der zwischen dem ersten Segment (120) und der Erdungsebene (114) angeschlossen ist.
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