DE102006044015A1 - Radio frequency transmitter and method for its operation - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochfrequenzsender sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb. Der Hochfrequenzsender (1) enthält: - einen Energiewandler (2) zur Energieversorgung des Hochfrequenzsenders, - eine mit einer Empfängerschaltung verbundene Logikbaugruppe (3) zur Ablaufsteuerung des Hochfrequenzsenders sowie - eine Hochfrequenzsendestufe zur Funkkommunikation, wobei der Energiewandler (2) zumindest bereichsweise als Eingangselement zur Erzeugung von Eingangssignalen für die Empfängerschaltung ausgebildet ist.The present invention relates to a high-frequency transmitter and a method for its operation. The high-frequency transmitter (1) contains: - an energy converter (2) for supplying energy to the high-frequency transmitter, - connected to a receiver circuit logic assembly (3) for sequencing the high-frequency transmitter and - a radio frequency transmission radio communication, wherein the energy converter (2) at least partially as an input element to Generation of input signals for the receiver circuit is formed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Hochfrequenzsender, welche vorzugsweise als drahtlose energieautarke Systeme ausgeführt sind und über digitale Schaltungen zur Datenverarbeitung und Ablaufsteuerung verfügen.The The present invention relates to radio frequency transmitters which are preferably are designed as wireless energy self-sufficient systems and via digital Circuits for data processing and process control have.

Diese enthalten regelmäßig einen Energiewandler zur Energieversorgung eines Hochfrequenzsenders, eine mit einer Empfängerschaltung verbundene Logikbaugruppe zur Ablaufsteuerung des Hochfrequenzsenders sowie eine Hochfrequenzsendestufe zur Funkkommunikation. Die von dem Energiewandler erzeugte Energie wird in einem elektrochemischen Energiespeicher gepuffert bzw. gespeichert. Für kleine Baugrößen haben diese energieautarken Systeme das Problem, dass die Leistungsaufnahme sehr begrenzt ist. Für langjährige Anwendung oder besonders kleine Baugrößen ist die Leistung konventioneller Energiespeicher oftmals nicht ausrei chend.These contain one regularly Energy converter for supplying energy to a high-frequency transmitter, one with a receiver circuit Connected logic assembly for sequencing the radio frequency transmitter and a radio frequency transmission stage for radio communication. The of energy generated by the energy converter is in an electrochemical Energy storage buffered or saved. For small sizes have These energy self-sufficient systems have the problem of power consumption is very limited. For many years Application or especially small sizes is the performance of conventional Energy storage often insufficient.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hochfrequenzsender zu schaffen, welcher als energieautarkes System auch im Langzeitbetrieb betrieben werden kann und bei einer möglichst kleinen Baugröße trotzdem mit vergleichsweise hoher Sendeleistung arbeitet.outgoing from this prior art, the present invention is the Object of the invention to provide a high-frequency transmitter, which as energy self-sufficient system can also be operated in long-term operation can and if possible small size anyway works with comparatively high transmission power.

Diese Aufgabe wird durch einen Hochfrequenzsender nach den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.These The object is achieved by a high-frequency transmitter according to the independent claims.

Der erfindungsgemäße Hochfrequenzsender enthält einen Energiewandler zur Energieversorgung des Hochfrequenzsenders, eine mit einer Empfängerschaltung verbundene Logikbaugruppe zur Ablaufsteuerung des Hochfrequenzsenders sowie eine Hochfrequenzsendestufe zur Funkkommunikation. Der Energiewandler ist zumindest bereichsweise als Eingangselement zur Erzeugung vom Eingangssignalen für die Empfängerschaltung ausgebildet. Über diese Eingangssignale bzw. Signalsequenzen kann die Ablaufsteuerung des Hochfrequenzsenders aktiviert werden bzw. können Systemparameter entsprechend eingestellt werden. Durch die zusätzliche Nutzung des Energiewandlers als Empfangsteil können extrem leistungsarme Sensorsysteme von sehr geringer Größe bzw. langer Betriebsdauer realisiert werden. Damit erschließen sich vielfältige Anwendungen wie Aufzeichnung von Umweltbedingungen, Überwachung beweglicher Objekte, Warnung vor Materialermüdung bei rotierenden Teilen, Bestandsverwaltung und – kontrolle, Strukturanalyse von Infrastruktur. Die Fähigkeit der freien Konfigurierbarkeit von drahtlosen Sensorsystemen für neue Anwendungen einfach anpassbar zu sein, verspricht hierbei ein großes Marktpotential.Of the Radio frequency transmitter according to the invention contains a Energy converter for supplying power to the radio frequency transmitter, a with a receiver circuit Connected logic assembly for sequencing the radio frequency transmitter and a radio frequency transmission stage for radio communication. The energy converter is at least partially as an input element for the generation of Input signals for the receiver circuit educated. About these Input signals or signal sequences, the flow control of the Radio frequency transmitter can be activated or system parameters accordingly be set. Due to the additional use of the energy converter as a receiving part can be extreme low-power sensor systems of very small size or long service life will be realized. This opens up a variety of applications such as recording environmental conditions, monitoring moving objects, Warning of material fatigue for rotating parts, inventory management and control, structural analysis of infrastructure. The ability the free configurability of wireless sensor systems for new applications Being easy to adapt promises great market potential.

Durch die vom Energiewandler unterstützte Aktivierung bzw. Einstellung von Systemparametern kann die Leistungsaufnahme reduziert werden. Außerdem können die übertragenen Signale auch zur drahtlosen Aufladung dienen, so dass die erweiterte Konfigurationsfunktionalität nicht in das Energiebudget einfließen muss (d.h. die zur Steuerung genutzten Signalsequenzen des Eingangssignals sogar noch energetisch genutzt werden können im Energiewandler). Dies ermöglicht extrem leistungsarme Systeme mit einer besonders langen Lebensdauer bzw. mit einer kleineren Energiespeichereinheit bzw. einem kleineren Energiewandler. Im Falle einer kleineren Energieversorgung bzw. durch die Möglichkeit, mit weniger Komponenten auszukommen wird auch ein geringeres Gewicht bzw. eine höhere mechanische Robustheit erreicht. So kann ein sicherer Betrieb in rauen Umgebungen mit hohen Beschleunigungen ermöglicht werden.By the activation supported by the energy converter or setting of system parameters can be the power consumption be reduced. Furthermore can the transferred ones Signals also serve for wireless charging, so the advanced configuration functionality is not into the energy budget (i.e., the signal sequences of the input signal used for control even still be used energetically in the energy converter). This allows extremely low-power systems with a particularly long service life or with a smaller energy storage unit or a smaller one Energy converters. In the case of a smaller power supply or by the possibility of having less components will get along also a lower weight or a higher one achieved mechanical robustness. So can a safe operation in rough environments with high accelerations.

Zur anwendungsspezifischen Realisierung des Energiewandlers mit integrierter Empfängerfunktionalität sind vorzugsweise mehrere unterschiedliche Vorkehrungen zu treffen. Dies betrifft zunächst einmal die Abstimmung des Energiewandlers an das zu empfangende Signal. Da die Empfängerschaltung eine bestimmte Sequenz von Strom- oder Spannungspegeln auswertet, ist das zu empfangende Signal mit dem Energiewandler im Sinne einer hohen Trennschärfe gegenüber den typischen Umgebungsparametern vorzugsweise geeignet anzupassen. Im Falle von Solarzellen kann dies die Abdeckung eines kleinen Bereiches mit optischen Folien bzw. mit einer optischen Beschichtung bedeuten, um nur ein bestimmtes Spektrum als Signal zur Aktivierung oder Konfigurierung zu erlauben. Bei Pietzowandlern kann beispielsweise eine spezifische Ausfräsung die Empfindlichkeit bestimmter Oberschwingungen steigern, die dann die Aktivierung oder Konfigurierung auslösen.to application-specific realization of the energy converter with integrated Receiver functionality is preferred to take several different precautions. this concerns first of all the vote of the energy converter to the signal to be received. Since the receiver circuit a evaluating certain sequence of current or voltage levels is the signal to be received with the energy converter in the sense of a high selectivity across from preferably adapt the typical environmental parameters suitably. In the case of solar cells, this may cover a small area with optical films or with an optical coating, to just a certain spectrum as a signal for activation or configuration to allow. In Pietzowandlern example, a specific Milling the Increase sensitivity of certain harmonics, which then the Activation or configuration trigger.

Ferner ist es sinnvoll eine sehr leistungsarme Auswerteschaltung zu realisieren. Der Energiewandler setzt die zu empfangenden Signale als Strom- bzw. Spannungsamplituden um. Zur Umsetzung der Auswerteschaltung werden je nach Anwendung einfache Modulationsschemen und Dekodierverfahren verwendet, so dass beispielsweise Schwellwertedetektoren in Verbindung mit Verzögerungselementen eine besonders leistungsarme Dekodierung bestimmter Befehlssequenzen erreichen.Further it makes sense to realize a very low-power evaluation circuit. The energy converter sets the signals to be received as current or Voltage amplitudes around. To implement the evaluation circuit Depending on the application, simple modulation schemes and decoding methods are used, so that, for example, threshold detectors in conjunction with delay elements a particularly low-power decoding of certain command sequences to reach.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Hochfrequenzsenders, wobei durch spezielle Impulsabfolgen in Form von Lichtimpulsen, Vibrationen und/oder Temperaturänderungen die Ablaufsteuerung des Hochfrequenzsenders beeinflussbar ist.One Another aspect of the invention is a method for operating the radio frequency transmitter according to the invention, whereby by special pulse sequences in the form of light pulses, Vibrations and / or temperature changes the sequence control of the high-frequency transmitter can be influenced.

Im Folgenden werden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.The following are advantageous Weiterbil described in the invention.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Funkleistung des Hochfrequenzsenders zwischen 1 und 100 Milliwatt, vorzugsweise zwischen 1 und 10 Milliwatt liegt. Hierbei ist das Gesamtvolumen des Hochfrequenzsenders vorzugsweise weniger als 1 Kubikzentimeter, besonders vorzugsweise weniger als 100 Kubikmillimeter und ganz besonders vorzugsweise weniger als 64 Kubikmillimeter.A advantageous embodiment provides that the radio power of the radio frequency transmitter between 1 and 100 milliwatts, preferably between 1 and 10 milliwatts. In this case, the total volume of the high-frequency transmitter is preferably less than 1 cubic centimeter, more preferably less than 100 cubic millimeters and most preferably less than 64 cubic millimeters.

Die vergleichsweise hohe Sendeleistung bei solch einem kleinen Volumen wird primär durch die Synergie des Energiewandlers, welcher gleichzeitig als Ein gangselement zur Erzeugung von Eingangsignalen für die Empfängerschaltung ausgebildet ist und außerdem ausgebildet ist zur Energieerzeugung erreicht. Der Hochfrequenzsender wird vorzugsweise im Intervallbetrieb betrieben, d.h. dass periodisch bzw. auf bestimmte Anforderung hin die Hochfrequenzsendestufe in Aktion tritt. Hierbei kann die Hochfrequenzsendestufe bestimmte Messwerte eines Sensors zum Erfassen von Umweltbedingungen, insbesondere eines Temperatursensors und/oder eines Schwingungssensors versendet. Hierbei können von den Sensoren ermittelte Daten auch in einem Datenspeicher zwischengespeichert werden, wobei der Datenspeicher mit der Logikbaugruppe des Hochfrequenzsenders verbunden ist.The comparatively high transmission power with such a small volume becomes primary through the synergy of the energy converter, which at the same time as An input element for generating input signals for the receiver circuit is formed and besides is designed to generate energy. The high-frequency transmitter is preferably operated in interval mode, i. that periodically or on request, the radio frequency transmission stage in action occurs. In this case, the high-frequency transmission stage can determine certain measured values a sensor for detecting environmental conditions, in particular one Temperature sensor and / or a vibration sensor shipped. in this connection can from The data determined by the sensors are also temporarily stored in a data memory be, with the data storage with the logic board of the radio frequency transmitter connected is.

Zur weiteren Einsparung von Energie kann die Empfängerschaltung mit einer sogenannten "Aufweckschaltung" versehen sein. Hierdurch wird es möglich, dass starke Funksignale auf Anforderung hin gesendet werden und im sonstigen Stand-by-Betrieb der Hochfrequenzsender mit sehr niedriger Leistungsaufnahme betrieben werden kann, welche beispielsweise im laufenden Betrieb energetisch von dem Energiewandler mehr als abgedeckt wird. Die Auswerteschaltung kann beispielsweise auf einfache Weise mit einer Schwellwertdetektion in Verbindung mit Verzögerungselementen realisiert werden.to further saving of energy, the receiver circuit may be provided with a so-called "wake-up circuit". hereby will it be possible that strong radio signals are sent on request and in other stand-by mode the radio frequency transmitter with very low power consumption can be operated, for example, during operation energetically more than covered by the energy converter. The evaluation circuit For example, it can be easily detected with a threshold detection in conjunction with delay elements will be realized.

Der Hochfrequenzsender kann auf unterschiedliche Weise bzw. unterschiedlich komplex ausgeführt sein. Erforderlich ist zumindest eine Hochfrequenzsendestufe zur Funkkommunikation. In einer weiteren Ausführungsform ist es aber auch möglich, eine Hochfrequenzempfängerstufe vorzusehen. Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn größere Steuersequenzen an den Hochfrequenzsender geschickt werden sollen (selbstverständlich erst nach Aktivierung durch eine bestimmte Im pulssequenz, welche an den Energiewandler gesandt wurde). Eine solche Hochfrequenzempfängerstufe kann auch sinnvoll sein zum "Weiterleiten" von bestimmten Signalen in einem Netzwerk.Of the High-frequency transmitter can in different ways or different executed complex be. Required is at least one radio frequency transmission stage for Radio communications. In a further embodiment, it is also possible, one RF receiver stage provided. This is useful, for example, if larger control sequences to be sent to the radio frequency transmitter (of course only after activation by a specific In the pulse sequence, which to the energy converter was sent). Such a high frequency receiver stage may also be useful be for "forwarding" certain signals in a network.

Üblicherweise weist der Hochfrequenzsender einen Funksendeschaltkreis auf, welcher mit einer Mikroantenne zum Senden und Empfangen von Funksignalen versehen ist.Usually the radio frequency transmitter has a radio transmission circuit which with a micro-antenna for transmitting and receiving radio signals is provided.

Außerdem wird der Hochfrequenzsender üblicherweise einen vorzugsweise elektrochemischen Energiespeicher aufweisen, wobei der Energiespeicher mit dem Energiewandler zumindest mittelbar verbunden ist. Der Energiewandler enthält vorzugsweise photoelektrische Elemente zum Auswerten von Lichtimpulsen durch die Empfängerschaltung. Diese photoelektrischen Elemente können beispielsweise als Solarzelle ausgebildet sein, die vorzugsweise bereichsweise mit einer optischen Beschichtung und/oder Folie belegt ist (eine solche Beschichtung oder Folie dient primär der Verbesserung der Trennschärfe durch Filterung bestimmter Wellenlängen). Vorteilhaft an dem Verwenden von Solarzellen ist außerdem, dass diese an der Außenseite des Hochfrequenzsenders angebracht werden können (der Hochfrequenzsender ist vorzugsweise in etwa würfelförmig) und hier auch der vertikalen Kontaktierung der einzelnen Module dienen.In addition, will the radio frequency transmitter usually have a preferably electrochemical energy store, wherein the energy storage connected to the energy converter, at least indirectly is. The energy converter contains preferably photoelectric elements for evaluating light pulses through the receiver circuit. These photoelectric elements can For example, be designed as a solar cell, preferably partially occupied with an optical coating and / or film is (such a coating or foil is primarily for the improvement the power of separation by filtering certain wavelengths). Advantageous to use of solar cells is also, that on the outside of the radio frequency transmitter (the radio frequency transmitter is preferably approximately cubic) and Here also serve the vertical contacting of the individual modules.

Für die Solarzellen sind verschiedene Ausführungsformen sinnvoll.For the solar cells are different embodiments meaningful.

Vorzugsweise wird das Material der Solarzellen (wie amorphes Silizium-Gallium-Arsenid, Kadmium-Tellurid) in der Dampfphase auf Trägermaterial abgeschieden. Eine Schichtdicke von 1 bis 10 Mikrometern ist hier sinnvoll.Preferably becomes the material of the solar cells (such as amorphous silicon gallium arsenide, Cadmium telluride) in the vapor phase deposited on support material. A Layer thickness of 1 to 10 micrometers makes sense here.

So ist es in einer ersten Variante möglich, die Solarzelle direkt auf ein Bauelement zu prozessieren. Es wird hier eine Bauelementefläche verwendet aus Halbleitermaterial (von einem Mikrochip oder Keramiksubstrat, z.B. von Sensor oder Quarz) auf dem die Solarzellen direkt aufgebracht werden.So it is possible in a first variant, the solar cell directly to process on a device. A component area is used here of semiconductor material (from a microchip or ceramic substrate, e.g. of sensor or quartz) on which the solar cells are applied directly become.

Eine weitere Variante sieht vor, dass die Solarzelle als flexible Folie aufgebracht wird. Solarzellen werden hierzu auf Folienmaterial wir Polyimid (PI), Benzozyklobuten (BCB) mit einer Dicke von beispielsweise 50 Mikrometern aufgebracht und als flexibles Bauelement weiter verarbeitet.A Another variant provides that the solar cell as a flexible film is applied. Solar cells are used on foil material Polyimide (PI), benzocyclobutene (BCB) with a thickness of, for example 50 micrometers applied and further processed as a flexible component.

In einer weiteren Variante wird die Solarzelle als flexible Folie mit "Leiterplattenfunktionalität" zur Verfügung gestellt. Dieses Foliensubstrat kann auch Leiterzüge zur vertikalen Kontaktierung einzelner Module des beispielsweise würfelförmigen Hochfrequenzsenders enthalten.In In another variant, the solar cell is provided as a flexible film with "printed circuit board functionality". This film substrate can also conductor tracks for vertical contacting individual modules of the example cube-shaped high-frequency transmitter contain.

In einem alternativen bzw. zusätzlichen Energiewandler kann ein piezoelektrisches Element zum Auswerten von Vibrationsabfolgen durch die Empfängerschaltung vorgesehen sein. Das piezoelektrische Element kann hierbei beispielsweise auch Ausfräsungen zur Detektion bestimmter Oberschwingungen des piezoelektrischen Elementes aufweisen, um die Trennschärfe der Signalsequenzen, welche beispielsweise einen bestimmten Ablauf des Hochfrequenzsenders aktivieren sollen, zu erhöhen.In an alternative or additional energy converter, a piezoelectric element for evaluating vibration sequences can be provided by the receiver circuit. The piezoelectric element can in this case, for example, cutouts for the detection of certain Oberschwin tions of the piezoelectric element, in order to increase the selectivity of the signal sequences, which are to activate, for example, a specific sequence of the high-frequency transmitter.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Energiewandler mindestens ein elektromagne tisches Element zum Auswerten elektromagnetischer Impulse ausweist.A Another advantageous embodiment provides that the energy converter at least one electromagnetic element for evaluating electromagnetic Indicates impulses.

Schließlich sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass der Energiewandler ein thermoelektrisches Element zur Auswertung von Temperaturänderungen durch die Empfängerschaltung aufweist. Hier wird durch das thermoelektrische Element zum einen Energie erzeugt, eine Aktivierung dieser sonst trägen Bauelemente ist aber beispielsweise mittels aufzubringendem "Kältespray" (beispielsweise ausgehend von flüssigem Stickstoff) ohne weiteres möglich.Finally sees another embodiment suggest that the energy converter a thermoelectric element for Evaluation of temperature changes through the receiver circuit having. Here is the thermoelectric element for an energy generated, an activation of these otherwise inertial components but for example by applying "cold spray" (for example starting from liquid Nitrogen) readily possible.

Wichtig ist, dass die Empfängerschaltung des Hochfrequenzsenders derart ausgestaltet sein kann, dass aufgrund spezifischer Eingangssignale Systemfunktionen durch die Logikbaugruppe ausgelöst und/oder synchronisiert werden können bzw. dass die Empfängerschaltung des Hochfrequenzsenders derart ausgestaltet ist, dass die Eingangssignale eine Änderung von Systemparametern bewirken können.Important is that the receiver circuit of the Radio frequency transmitter can be configured such that due specific input signals System functions through the logic board triggered and / or can be synchronized or that the receiver circuit of the radio-frequency transmitter is designed such that the input signals a change of system parameters.

Hierdurch kann drahtlos der Hochfrequenzsender bzw. eine Vielzahl von Hochfrequenzsendern durch bestimmte Impulsabfolgen, welche durch den Energiewandler aufgenommen werden, entsprechend programmiert werden.hereby can wirelessly the radio frequency transmitter or a plurality of radio frequency transmitters certain pulse sequences, which were taken by the energy converter be programmed accordingly.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen werden in den übrigen abhängigen Patentansprüchen beschrieben.Further advantageous developments are described in the remaining dependent claims.

Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Figuren erläutert. Es zeigen:The Invention will now be explained with reference to several figures. Show it:

1: Die allgemeine Struktur des energieautarken Systems mit Energiewandler und integrierter Aktivierungs- bzw. Konfigurationsfunktiona lität 1 : The general structure of the energy self-sufficient system with energy converter and integrated activation or configuration functionality

2: Den Aufbau eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzsenders in Würfelform bei einer Kantenlänge von 4 Millimetern 2 : The structure of a high-frequency transmitter according to the invention in cube form with an edge length of 4 millimeters

1 zeigt die allgemeine Struktur des energieautarken Systems mit Energiewandler und integrierter Aktivierungs- bzw. Konfigurationsfunktionalität. Der linksseitig gezeigte Energiewandler, welcher beispielsweise als Solarzelle ausgeführt sein kann, setzt sowohl auf photovoltaische Weise Umgebungsenergie in Form von Licht in elektrische Energie um. Gleichzeitig können entsprechende Aktivierungs- bzw. Konfigurationssignale in Form einer bestimmten Abfolge von Lichtblitzen von dem Energiewandler aufgenommen werden und tragen hier selbstverständlich auch zur Energiebilanz bei. Diese entsprechenden Eingangssignale, welche durch die photovoltaische Umsetzung der Lichtimpulse zu elektrischen Impulsen geschieht bildet ein Eingangssignal, welches in der Empfängerschaltung eine Signalfilterung bzw. Signalaufbereitung erfährt (unterer mittlerer Kasten in 1). Der obere mittlere Kasten in 1 zeigt, dass die aus dem Energiewandler kommende elektrische Energie ebenfalls eine Energieaufbereitung bzw. Lastanpassung (beispielsweise in einem Pufferkondensator) sowie eine nachfolgende Energiespeicherung (beispielsweise in einem dafür vorgesehenen elektrochemischen Energiespeicher) erfährt. Somit sind das Eingangsignal und auch die zugeführte elektrische Energie in der Systemfunktionalität/dem Energiemanagement zusammengefasst, wie der rechtsseitige Kasten in 1 zeigt. 1 shows the general structure of the energy self-sufficient system with energy converter and integrated activation or configuration functionality. The energy converter shown on the left side, which can be embodied, for example, as a solar cell, converts ambient energy in the form of light into electrical energy both in a photovoltaic manner. At the same time, corresponding activation or configuration signals in the form of a specific sequence of light flashes can be picked up by the energy converter and of course also contribute to the energy balance. These corresponding input signals, which are converted into electrical pulses by the photovoltaic conversion of the light pulses, form an input signal which undergoes signal filtering or signal conditioning in the receiver circuit (lower middle box in FIG 1 ). The upper middle box in 1 shows that the electrical energy coming from the energy converter also undergoes energy preparation or load adaptation (for example in a buffer capacitor) and subsequent energy storage (for example, in a dedicated electrochemical energy storage). Thus, the input signal and also the supplied electrical energy in the system functionality / the energy management are summarized as the right side box in 1 shows.

2 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzsenders. Der Hochfrequenzsender 1 weist einen Energiewandler 2 auf, welcher photoelektrische Elemente zum Auswerten von Lichtimpulsen durch die Empfängerschaltung zeigt. Das photoelektrische Element ist hierbei als Solarzelle (bzw. als 6 × 3 Feld von Solarzellen) ausgebildet. Eine dieser Einzelzellen ist vorzugsweise mit einer optischen Beschichtung und/oder einer Folie belegt, die hierdurch erzielte Filterung des Lichtes erhöht die Trennschärfe zwischen dem zu detektierenden Eingangssignal (einer vorgesehenen Abfolge von Lichtimpulsen) und üblichem Licht, welches ganzflächig auf den Solarzellen die Erzeugung elektrischer Energie ermöglicht. Der Energiewandler 2 ist zum einen mit dem Energiespeicher 7 und außerdem mit einer Logikbaugruppe 3 verbunden. Die Logikbaugruppe 3 ist mit einer Empfängerschaltung verbunden. Diese Empfängerschaltung wertet das von dem Energiewandler 2 stammende Eingangssignal aus. Die Empfängerschaltung hat hierbei eine "Aufweckschaltung". Hierdurch wird gewährleistet, dass im "Ruhebetrieb" ("Stand-by-Betrieb") ein minimaler Energiebedarf des Hochfrequenzsenders gegeben ist bzw. dass dieser voll energieautark läuft. Nach einer Aktivierung beispielsweise durch eine vorbestimmte Abfolge von Lichtimpulsen, wird die Empfängerschaltung "aufgeweckt" und der Hochfrequenzsender ist voll funktionsbereit. Hierbei kann die Empfängerschaltung des Hochfrequenzsenders derart ausgestaltet sein, dass aufgrund spezifischer Eingangssignale Systemfunktion durch die Logikbaugruppe ausgelöst und/oder synchronisiert werden können bzw. das die Eingangssignale eine Änderung von Systemparametern des Hochfrequenzsenders bewirken können. Die Logikbaugruppe 3 ist wiederum mit einem Temperatursensor 8 verbunden, welcher die Umgebungstemperatur misst. Die ausgelesenen Signale des Temperatursensors werden über einen ebenfalls mit der Logikbaugruppe verbundenen Daten speicher 4 bei Bedarf gespeichert. Je nach Eingangssignal können dann beispielsweise gemessene Temperaturwerte des Temperatursensors 8 über einen Funksendeschaltkreis 5, welcher zur Logikbaugruppe 3 gehört und über eine Mikroantenne 6 gesendet werden, ein entsprechender Quarz 9 ist auf der Oberfläche des im wesentlichen würfelförmigen Hochfrequenzsenders links neben dem Pufferkondensator 10, welcher mit dem Energiespeicher in Verbindung steht, gegeben. 2 shows an example of a high-frequency transmitter according to the invention. The high-frequency transmitter 1 has an energy converter 2 which shows photoelectric elements for the evaluation of light pulses by the receiver circuit. The photoelectric element is in this case formed as a solar cell (or as a 6 × 3 array of solar cells). One of these individual cells is preferably coated with an optical coating and / or a film, the filtering of the light thereby achieved increases the selectivity between the input signal to be detected (a designated sequence of light pulses) and conventional light which over the entire surface of the solar cells generates electrical energy allows. The energy converter 2 is on the one hand with the energy storage 7 and also with a logic board 3 connected. The logic board 3 is connected to a receiver circuit. This receiver circuit evaluates that from the energy converter 2 originating input signal. The receiver circuit in this case has a "wake-up circuit". This ensures that in the "idle mode"("standbymode") a minimum energy requirement of the high-frequency transmitter is given or that it runs fully self-sufficient energy. After activation, for example, by a predetermined sequence of light pulses, the receiver circuit is "woken up" and the radio frequency transmitter is fully operational. In this case, the receiver circuit of the high-frequency transmitter can be designed such that, due to specific input signals, system function can be triggered and / or synchronized by the logic module or the input signals can cause a change in system parameters of the high-frequency transmitter. The logic board 3 is in turn with a temperature sensor 8th connected, which measures the ambient temperature. The read signals of the temperature sensor are connected via a also associated with the logic board data memory 4 stored as needed. Depending on the input signal, for example, then measured temperature values of the temperature sensor 8th via a radio transmission circuit 5 which is part of the logic board 3 heard and about a micro-antenna 6 be sent, a corresponding quartz 9 is on the surface of the substantially cubic RF transmitter to the left of the buffer capacitor 10 , which is in communication with the energy storage given.

Der dargestellte Hochfrequenzsender 1, welcher beispielsweise auch andere Formen annehmen kann, hat vorliegend ein Gesamtvolumen von etwa 64 Kubikmillimetern, die Funkleistung des Hochfrequenzsenders liegt bei etwa 5 Milliwatt.The illustrated high-frequency transmitter 1 , which can take other forms, for example, has in this case a total volume of about 64 cubic millimeters, the radio power of the radio frequency transmitter is about 5 milliwatts.

Bei dem in 2 gezeigten Hochfrequenzsender handelt es sich also um einen Hochfrequenzsender 1 enthaltend: Einen Energiewandler 2 zur Energieversorgung des Hochfrequenzsenders, eine mit einer Empfängerschaltung verbundene Logikbaugruppe 3 zur Ablaufsteuerung des Hochfrequenzsenders sowie eine Hochfrequenzsendestufe zur Funkkommunikation, wobei der Energiewandler 2 zumindest bereichsweise als Eingangselement zur Erzeugung von Eingangssignalen für die Empfängerschaltung ausgebildet ist.At the in 2 shown high-frequency transmitter is thus a high-frequency transmitter 1 containing: An energy converter 2 for powering the radio frequency transmitter, a logic unit connected to a receiver circuit 3 for sequence control of the high-frequency transmitter and a high-frequency transmission stage for radio communication, wherein the energy converter 2 is at least partially formed as an input element for generating input signals for the receiver circuit.

Dieser Hochfrequenzsender kann so betrieben werden, dass durch spezielle Impulsabfolgen in Form von Lichtimpulsen die Ablaufsteuerung des Hochfrequenzsenders beeinflussbar ist.This Radio frequency transmitter can be operated by special Pulse sequences in the form of light pulses, the flow control of the high-frequency transmitter can be influenced.

Ein Hauptanwendungsfall des in 2 gezeigten Hochfrequenzsenders ist beispielsweise die Temperaturmessung bzw. die Messung eines Temperaturfeldes mit mehreren solcher Hochfrequenzsender. Hierzu wer den entsprechende Hochfrequenzsender beispielsweise auf einem Motorenprüfstand an einem Motorblock angebracht. Die Veränderung des Temperaturfeldes über die Zeit soll ermittelt werden. Dies erfolgt durch gezieltes Abfragen der Temperatur zu verschiedenen Zeiten. Die Aktivierung des Hochfrequenzsenders zum Senden der gewünschten Messwerte erfolgt durch Erzeugen einer vorbestimmten Sequenz von Lichtblitzen innerhalb des Raumes in welchem der Versuchsstand aufgebaut ist. Hierdurch erfolgt eine zeitgleiche Auslesung der entsprechenden Signale aus dem Temperatursensor 8 bzw. dem Datenspeicher 4, welche dann über einen Funksendeschaltkreis 5 und die Mikroantenne 6 zu einer Empfangsstation weitergeleitet werden.A major application case of the in 2 shown high-frequency transmitter, for example, the temperature measurement or the measurement of a temperature field with several such high-frequency transmitter. For this purpose, who attached the appropriate high-frequency transmitter, for example, on an engine test bench on an engine block. The change in the temperature field over time should be determined. This is done by selectively polling the temperature at different times. The activation of the high-frequency transmitter for transmitting the desired measured values is effected by generating a predetermined sequence of light flashes within the space in which the test stand is constructed. This results in a simultaneous reading of the corresponding signals from the temperature sensor 8th or the data memory 4 , which then via a radio transmission circuit 5 and the micro-antenna 6 be forwarded to a receiving station.

Vorteilhaft hieran ist, dass die bisher notwendigen Verkabelungen, welche zudem hitzeanfällig sein können bzw. ein störendes elektrisches Feld aufbauen, verzichtbar geworden sind. Die Weitersendung der Messsignale erfolgt durch die Mikroantenne 6, der Energiebedarf wird durch den Energiewandler 2 (Solarzellen) gedeckt, so dass keine Kabel mehr notwendig sind.The advantage of this is that the previously necessary wiring, which may also be susceptible to heat or build up a disturbing electric field, have become dispensable. The retransmission of the measuring signals takes place through the micro-antenna 6 , the energy requirement is through the energy converter 2 (Solar cells) covered, so that no cables are necessary.

Ein weiteres Gebiet, in welchem erfindungsgemäße Hochfrequenzsender anwendbar sind, ist beispielsweise die Reifeninnendruckmessung. Hier kommen prinzipiell gleiche Bauteile zur Anwendung wie oben beschrieben, allerdings wird statt eines Energiewandlers 2 in Form von Solarzellen vorzugsweise ein piezoelektrisches Element, welches durch Vibrationen Energie gewinnt, angewendet. Statt bzw. zusätzlich zu einem Temperatursensor 8 wird ein Luftdruckmesssensor vorgesehen. Hiermit wird gewährleistet, dass einerseits eine dauernde Aufladung des Energiespeichers 7 durch die zwangsläufig entstehenden Vibrationen beim Drehen des Reifens in einem Kraftfahrzeug gegeben ist. In bestimmten Situationen, beispielsweise beim Starten des Fahrzeuges wird zusätzlich eine spezielle Vibrationsabfolge von einer Steuerungseinheit des Kraftfahrzeuges aus auf das piezoelektrische Element ausgeübt, so dass dieses zur Messwertabgabe aktiviert wird und die Werte des Luftdrucksensors über die Mikroantenne 6 an die Steuerungseinheit des Kraftfahrzeuges zur Überprüfung ausreichenden Luftdruckes gesendet wird. Eine Verbesserung der Trennschärfe der gezielten Vibrationsabfolge zur Aktivierung sowie "normaler" Vibrationen innerhalb des Reifenbetriebs kann dadurch erfolgen, dass das piezoelektrische Element spezielle Ausfräsungen aufweist, so dass dieses bei bestimmten Oberschwingungen zusätzliche Resonanzen entwickelt. Wird nun durch die Steuerungseinheit des Kraftfahrzeuges eine entsprechende Frequenz erzeugt, ist eine hohe Trennschärfe darstellbar.Another area in which high-frequency transmitters according to the invention are applicable is, for example, the tire pressure measurement. In principle, the same components are used as described above, but instead of an energy converter 2 in the form of solar cells, preferably a piezoelectric element which gains energy through vibrations applied. Instead of or in addition to a temperature sensor 8th an air pressure sensor is provided. This ensures that on the one hand a permanent charge of the energy storage 7 is given by the inevitable vibrations when turning the tire in a motor vehicle. In certain situations, for example when the vehicle is started, a specific vibration sequence is additionally exerted on the piezoelectric element by a control unit of the motor vehicle so that it is activated to output measured values and the values of the air pressure sensor via the microantenna 6 is sent to the control unit of the motor vehicle for checking sufficient air pressure. An improvement in the selectivity of the targeted vibration sequence for activation as well as "normal" vibrations within the tire operation can take place in that the piezoelectric element has special cutouts, so that it develops additional resonances at certain harmonics. Now, if a corresponding frequency is generated by the control unit of the motor vehicle, a high selectivity can be displayed.

Für den erfindungsgemäßen Hochfrequenzsender kommen noch weitere Möglichkeiten in Betracht. Neben Energiewandlern in Form von elektromagnetischen Elementen kommen hierbei insbesondere Energiewandler in Form von thermoelektrischen Elementen in Frage, welche auf Temperaturänderungen reagieren. Diese recht "trägen" Systeme sind aber trotzdem noch durch gezielte Temperatursprünge sicher aktivierbar, beispielsweise durch das Aufbringen von "Kältespray".For the high-frequency transmitter according to the invention there are other possibilities into consideration. In addition to energy converters in the form of electromagnetic Elements come here in particular energy converters in the form of thermoelectric elements in question, which are due to temperature changes react. These are quite "sluggish" systems though Nevertheless still safely activated by targeted temperature jumps, for example by applying "cold spray".

Schließlich sei angemerkt, dass neben den Sendeeigenschaften des Hochfrequenzsenders dieser zusätzlich auch eine Hochfrequenzempfängerstufe enthalten kann, welche nach Aktivierung des Hochfrequenzsenders durch ein entsprechendes Eingangssignal des Energiewandlers auch zusätzlich Funksignale empfangen und weiterleiten kann (im Kontext dieser Anmeldung ist mit Funk stets vorzugsweise hochfrequente elektromagnetische Strahlung gemeint).Finally, be noted that in addition to the transmission characteristics of the radio frequency transmitter this additional also a high frequency receiver stage may contain, which after activation of the high-frequency transmitter by a corresponding input signal of the energy converter also additional radio signals receive and forward (in the context of this application is by radio always means preferably high-frequency electromagnetic radiation).

Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft zu verstehen, sämtliche Kombinationsmöglichkeiten der beiliegenden Patentansprüche sollen von der vorliegenden Erfindung umfasst sein.The Embodiments described above are merely by way of example, all possible combinations the accompanying claims should be included in the present invention.

Claims (19)

Hochfrequenzsender (1), enthaltend: – einen Energiewandler (2) zur Energieversorgung des Hochfrequenzsenders, – eine mit einer Empfängerschaltung verbundene Logikbaugruppe (3) zur Ablaufsteuerung des Hochfrequenzsenders sowie – eine Hochfrequenzsendestufe zur Funkkommunikation, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (2) zumindest bereichsweise als Eingangselement zur Erzeugung von Eingangssignalen für die Empfängerschaltung ausgebildet ist.High-frequency transmitter ( 1 ), comprising: - an energy converter ( 2 ) for supplying power to the radio-frequency transmitter, - a logic module connected to a receiver circuit ( 3 ) to the flow control of the high-frequency transmitter and - a high-frequency transmission stage for radio communication, characterized in that the energy converter ( 2 ) is at least partially formed as an input element for generating input signals for the receiver circuit. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkleistung des Hochfrequenzsenders (1) zwischen 1 und 100 mW, vorzugsweise zwischen 1 und 10 mW liegt.Transmitter according to Claim 1, characterized in that the radio power of the radio-frequency transmitter ( 1 ) is between 1 and 100 mW, preferably between 1 and 10 mW. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtvolumen des Hochfrequenzsenders (1) weniger als 1 cm³, vorzugsweise weniger als 100 mm³, besonders vorzugsweise weniger als 64 mm³ beträgt.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the total volume of the high-frequency transmitter ( 1 ) is less than 1 cm ³ , preferably less than 100 mm ³ , particularly preferably less than 64 mm ³ . Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzsender (1) einen Datenspeicher (4) hat, welcher mit der Logikbaugruppe verbunden ist.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the radio-frequency transmitter ( 1 ) a data memory ( 4 ), which is connected to the logic board. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerschaltung eine Aufweckschaltung aufweist.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the receiver circuit has a wake-up circuit. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzsender (1) einen Funksendeschaltkreis (5) aufweist.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the radio-frequency transmitter ( 1 ) a radio switching circuit ( 5 ) having. Sender nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzsender (1) eine mit dem Funksendeschaltkreis (5) verbundene Mikroantenne (6) zum Senden und/oder Empfangen von Funksignalen aufweist.Transmitter according to Claim 6, characterized in that the radio-frequency transmitter ( 1 ) one with the radio switching circuit ( 5 ) connected micro-antenna ( 6 ) for transmitting and / or receiving radio signals. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzsender (1) einen vorzugsweise elektrochemischen Energiespeicher (7) zur Energiespeicherung aufweist, wobei der Energiespeicher mit dem Energiewandler (2) verbunden ist.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the radio-frequency transmitter ( 1 ) a preferably electrochemical energy store ( 7 ) for energy storage, wherein the energy store with the energy converter ( 2 ) connected is. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (2) photoelektrische Elemente zum Auswerten von Lichtimpulsen durch die Empfängerschaltung aufweist.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the energy converter ( 2 ) comprises photoelectric elements for evaluating pulses of light through the receiver circuit. Sender nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das photoelektrische Element als Solarzelle ausgebildet ist, die vorzugsweise bereichsweise mit einer optischen Beschichtung und/oder Folie belegt ist.Transmitter according to Claim 9, characterized that the photoelectric element is designed as a solar cell, preferably in regions with an optical coating and / or foil is occupied. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (2) ein piezoelektrisches Element zum Auswerten von Vibrationsabfolgen durch die Empfängerschaltung aufweist.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the energy converter ( 2 ) comprises a piezoelectric element for evaluating vibration sequences by the receiver circuit. Sender nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element Ausfräsungen zur Detektion bestimmter Oberschwingungen des piezoelektrischen Elementes aufweist.Transmitter according to Claim 11, characterized that the piezoelectric element cutouts for the detection of certain Having harmonics of the piezoelectric element. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (2) mindestens ein elektromagnetisches Element zum Auswerten elektromagnetischer Impulse aufweist.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the energy converter ( 2 ) has at least one electromagnetic element for evaluating electromagnetic pulses. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (2) ein thermoelektrisches Element zur Auswertung von Temperaturänderungen durch die Empfängerschaltung aufweist.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the energy converter ( 2 ) has a thermoelectric element for the evaluation of temperature changes by the receiver circuit. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerschaltung des Hochfrequenzsenders (1) derart ausgestaltet ist, dass aufgrund spezifischer Eingangssignale Systemfunktionen durch die Logikbaugruppe ausgelöst und/oder synchronisiert werden können.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the receiver circuit of the high-frequency transmitter ( 1 ) is configured such that due to specific input signals system functions can be triggered by the logic board and / or synchronized. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerschaltung des Hochfrequenzsenders (1) derart ausgestaltet ist, dass die Eingangssignale eine Änderung von Systemparametern bewirken können.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the receiver circuit of the high-frequency transmitter ( 1 ) is configured such that the input signals can cause a change of system parameters. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzsender (1) einen Sensor zum Erfassen von Umwelt bedingungen, insbesondere einen Temperatursensor (8) und/oder einen Schwingungssensor enthält, deren Messergebnisse von dem Hochfrequenzsender versendbar sind.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the radio-frequency transmitter ( 1 ) a sensor for detecting environmental conditions, in particular a temperature sensor ( 8th ) and / or includes a vibration sensor, the measurement results of the high-frequency transmitter can be shipped. Sender nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzsender (1) eine Hochfrequenzempfängerstufe enthält.Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the radio-frequency transmitter ( 1 ) contains a high frequency receiver stage. Verfahren zum Betrieb eines Hochfrequenzsenders nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch spezielle Impulsabfolgen in Form von Lichtimpulsen, Vibrationen und/oder Temperaturänderungen die Ablaufsteuerung des Hochfrequenzsenders beeinflussbar ist.Method for operating a radio frequency transmitter according to one of the preceding claims, characterized that by special pulse sequences in the form of light pulses, vibrations and / or temperature changes the sequence control of the high-frequency transmitter can be influenced.