AT519526B1 - Schaltkreis - Google Patents

Abstract

Schaltkreis (1) zum drahtlosen Senden und Empfangen von Mikrowellensignalen (MA, MB), mit einer einzigen Antenne (2), einer BPSK-Modulationseinheit (3), welche mit der Antenne (2) verbunden und ausgebildet ist, zum Senden von Mikrowellensignalen (MB) ein von der Antenne (2) erhaltenes Antennensignal (MA) mit gleicher oder entgegengesetzter Phasenlage BPSK-moduliert an die Antenne (2) zurück zu reflektieren, einer mit der Antenne (2) und der BPSK-Modulationseinheit (3) verbundenen Demodulationseinheit (4), welche ausgebildet ist, ein von der Antenne (2) erhaltenes Antennensignal (MA) zu demodulieren, und mit einer mit der Demodulationseinheit (4) verbundenen Verarbeitungseinheit (5), welche ausgebildet ist, die von der Demodulationseinheit (4) erhaltenen demodulierten Signale (D) zu verarbeiten, wobei die Antenne (2) und die BPSK-Modulationseinheit (3)Teil eines Mikrowellenmoduls (8) sind, welches zur Anordnung in einem veränderbaren Abstand von der Demodulationseinheit (4) und von der Verarbeitungseinheit (5) mittels einer Verbindungsleitung (9) flexibel mit der Demodulationseinheit (4) verbunden ist, wobei zwischen der BPSK-Modulationseinheit (3) und der Verbindungsleitung (9) ein damit verbundener Verstärker (10) als Teil des Mikrowellenmoduls (8) vorgesehen ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Schaltkreis zum drahtlosen Senden und Empfangen von Mikrowellensignalen, mit einer einzigen Antenne, einer BPSK-Modulationseinheit, welche mit der Antenne verbunden und ausgebildet ist, zum Senden von Mikrowellensignalen ein von der Antenne erhaltenes Antennensignal mit gleicher oder entgegengesetzter Phasenlage BPSK-moduliert an die Antenne zurück zu reflektieren, einer mit der Antenne und der BPSK-Modulationseinheit verbundenen Demodulationseinheit, welche ausgebildet ist, ein von der Antenne erhaltenes Antennensignal zu demodulieren, und mit einer mit der Demodulationseinheit verbundenen Verarbeitungseinheit, welche ausgebildet ist, die von der Demodulationseinheit erhaltenen demodulierten Signale zu verarbeiten.

[0002] Schaltkreise dieser Art sind von Geräten, sogenannten OBUs (On Board Units), bekannt, welche in Fahrzeugen zur Erfassung einer zu entrichtenden Maut für einen mit dem Fahrzeug befahrenen kostenpflichtigen Streckenabschnitt angeordnet sind. Die OBUs weisen eine Antenne, eine Modulationseinheit, eine Demodulationseinheit und eine Verarbeitungseinheit auf, und sind für einen Empfang von Mikrowellensignalen, die von einer straßenseitigen Infrastruktureinheit gesendet werden, und für ein Zurücksenden BPSK (Binary Phase Shift Keying) -modulierter Mikrowellensignale ausgebildet. Die Kommunikation zwischen der Infrastruktureinheit und der OBU erfolgt insbesondere mittels DSRC-Kommunikation (Dynamic Short Range Communication). Die zurückgesendeten Mikrowellensignale beinhalten dabei Daten, die zur Bestimmung der Maut relevant sind. Gemäß dem Standard für DSRC-Kommunikation wird das Sendesignal der OBU durch BPSK-Modulation des von der Infrastruktureinheit empfangenen Mikrowellensignals erzeugt und an die Antenne zurück reflektiert. Zur Erzeugung der hierfür erforderlichen unterschiedlichen Phasenlagen wird bekannter Weise ein HF-Signal bzw. Trägersignal der Antenne steuerbar an einem offenen Leitungsabschluss mit einer Phasenverschiebung von 0 Grad und an einem kurzgeschlossenen Leitungsabschluss mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad reflektiert. Um Kosten zu reduzieren ist bekannt, eine einzige Antenne für den Empfang von Signalen der Infrastruktureinheit und für das Zurücksenden BPSK-modulierter Signale im Schaltkreis vorzusehen.

[0003] Die WO 03/092182 A1 offenbart einen Mikrowellen-Schaltkreis zum Empfangen und Zurücksenden eines Antennensignals unter Verwendung einer einzigen Antenne. Der Schaltkreis weist einen Modulator, einen Demodulator und einen zwischen dem Modulator und dem Demodulator vorgesehenen steuerbaren Schalter auf, um im Sendefall den Modulator vom Demodulator trennen und im Empfangsfall das Antennensignal an den Demodulator weiterleiten zu können.

[0004] Der Schaltkreis ist nachteiliger Wiese mit relativ hohem Schaltungsaufwand und mit entsprechender Baugröße realisiert.

[0005] Die JP 3191673 B2 betrifft ein Kommunikationssystem für eine kontaktlose Lesevorrichtung mit einer Abfrageeinrichtung und einer Vielzahl von Antworteinrichtungen. Die Antworteinrichtungen weisen eine Antenne, einen Schalter und einen Reflektor auf. Der Schalter ist mit einer Detektor-Diode verbunden, welcher u.a. ein Verstärker nachgeschaltet ist. Der Reflektor ist zur Erzeugung einer ASK-Modulation ausgebildet. Mit dem Kommunikationssystem sollen Daten von mehreren Antworteinrichtungen, die sich im Empfangsbereich der Abfrageeinrichtung befinden, zuverlässig empfangen werden. Hierfür senden die Antworteinrichtungen zeitlich versetzt.

[0006] Die JP 2001016032 A betrifft eine fahrzeugseitige Kommunikationseinrichtung zur elektronischen Mauterfassung, bei welcher ein Antennenmodul und ein Hauptmodul über ein Kabel miteinander verbunden sind. Die Konstruktion zielt jedoch auf die Einsparung von Kabeln zwischen dem Antennenmodul und dem Hauptmodul ab, wofür diese Schaltkreise zur Signaltrennung mit mehreren Filtern aufweisen, um Signale in unterschiedlichen Frequenzbereichen, welche über das selbe Kabel übertragen werden, vor und nach dem Kabel zu separieren.

[0007] Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen Schaltkreis zum drahtlosen Senden und Empfangen von Mikrowellensignalen wie eingangs angegeben zu schaffen, der mit möglichst geringen Abmessungen an oder nahe einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs befestigt und zu möglichst geringen Kosten hergestellt werden kann. Hierfür soll der Schaltkreis möglichst einfach aufgebaut sein. Zudem soll zumindest die Verarbeitungseinheit des Schaltkreises, welche die demodulierten empfangenen Signale bzw. Daten verarbeitet, einfach in bestehende Fahrzeuggeräte bzw. Kundenendgeräte integrierbar sein.

[0008] Hierfür sieht die Erfindung einen Schaltkreis wie in Anspruch 1 definiert vor. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0009] Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antenne und die BPSK-Modulationseinheit Teil eines Mikrowellenmoduls sind, welches zur Anordnung in einem veränderbaren Abstand von der Demodulationseinheit und von der Verarbeitungseinheit mittels einer Verbindungsleitung flexibel mit der Demodulationseinheit verbunden ist, wobei zwischen der BPSK-Modulationseinheit und der Verbindungsleitung ein damit verbundener Verstärker als Teil des Mikrowellenmoduls vorgesehen ist. Somit sind die Antenne und die BPSK-Modulationseinheit Teil eines Mikrowellenmoduls, welches an oder nahe einer Fahrzeugscheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe, jedenfalls an einer für die Kommunikation mit der Infrastruktureinheit geeigneten Position, montiert werden kann. Das Mikrowellenmodul ist über die flexible Verbindungsleitung, insbesondere elektrische Verbindungsleitung, welche zur Übertragung von Mikrowellensignalen geeignet ist, mit der Demodulationseinheit und der Verarbeitungseinheit verbunden, sodass die Demodulationseinheit und die Verarbeitungseinheit an einer anderen Position als das Mikrowellenmodul im Fahrzeug montiert werden können. Die vom Mikrowellenmodul im Wesentlichen unabhängige Positionierung der Demodulationseinheit und der Verarbeitungseinheit ermöglicht, dass letztere in bestehende Fahrzeuggeräte bzw. Kundenendgeräte integriert werden können. Insbesondere können die Demodulationseinheit, welche ein von der Antenne erhaltenes Antennensignal demoduliert, und die Verarbeitungseinheit, welche die von der Demodulationseinheit erhaltenen demodulierten Signale verarbeitet, in einem vom Mikrowellenmodul separaten Basismodul untergebracht, oder zumindest zum Teil in Fahrzeuggeräte bzw. Kundenendgeräte eingebaut sein. Zudem weist das vorzugsweise im Bereich der Windschutzscheibe montierte Mikrowellenmodul durch die gesonderte Anordnung von der Demodulationseinheit und von der Verarbeitungseinheit eine kleinere Bauform auf. Die kleine Bauform wird auch dadurch erzielt, dass der Schaltkreis eine einzige Antenne aufweist, die zum Senden und Empfangen von Mikrowellensignalen geeignet ist. Die BPSK-Modulationseinheit ist mit der Antenne verbunden und ausgebildet, für die Erzeugung eines Sendesignals, d.h. im Sendefall, ein von der Antenne erhaltenes Antennensignal mit gleicher oder entgegengesetzter Phasenlage BPSK-moduliert an die Antenne zurück zu reflektieren. Für den Empfangsfall wird das Antennensignal zum Verstärker, welcher ebenfalls Teil des Mikrowellenmoduls ist, und von diesem verstärkt über die Verbindungsleitung zur Demodulationseinheit geleitet. Dabei ist der Verstärker möglichst rauscharm ausgebildet und für eine Kompensation der entlang der Verbindungsleitung auftretenden Dämpfung der Mikrowellensignale ausgelegt.

[0010] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindungsleitung eine Koaxialleitung mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm. Die Ausbildung der Verbindungsleitung als Koaxialleitung, welche mit einer elektrischen Abschirmung versehen ist, reduziert unerwünschte Einkopplungen von Störsignalen in die Verbindungsleitung. Für eine möglichst reflexionsfreie, d.h. verlustlose Verbindung mit dem Verstärker und der Demodulationseinheit, weist die Koaxialleitung einen Wellenwiderstand von 50 Ohm auf. Somit ist die Koaxialleitung an den Ausgangswiderstand des Verstärkers und an den Eingangswiderstand der Demodulationseinheit für effiziente Leistungsübertragung angepasst.

[0011] Für die Erzeugung eines Sendesignals mittels der BPSK-Modulationseinheit kann vorgesehen sein, dass die BPSK-Modulationseinheit ein steuerbares Halbleiter-Schaltelement zur Umschaltung zwischen den zum Antennensignal gleichen oder entgegengesetzten Phasenlagen aufweist, welches mittels zumindest einer Steuerleitung mit der Verarbeitungseinheit verbunden ist.

[0012] Die Verarbeitungseinheit, welche die von der Demodulationseinheit demodulierten Signale verarbeitet, weist zweckmäßiger Weise auch eine Steuereinrichtung auf, welche, abhängig von den demodulierten Signalen bzw. abhängig von den zumindest teilweise verarbeiteten Signalen, Steuersignale für das Halbleiter-Schaltelement generiert. Die Steuersignale werden über die zumindest eine Steuerleitung an das Halbleiter-Schaltelement übertragen, welches den Steuersignalen entsprechend Sendesignale mit zum empfangenen Antennensignal gleichen oder entgegengesetzten Phasenlagen generiert, d.h. zwischen den zum Antennensignal gleichen und entgegengesetzten Phasenlagen umschaltet. Selbstverständlich kann die Steuereinrichtung von der Verarbeitungseinheit räumlich getrennt angeordnet sein, sie wird jedoch im Rahmen dieser Beschreibung auch dann noch als Teil der Verarbeitungseinheit betrachtet. Das Halbleiter-Schaltelement kann als integrierter Baustein ausgeführt sein oder diskret durch Halbleiterelemente wie Dioden oder Transistoren mit geeigneter Beschaltung realisiert sein.

[0013] In einer konstruktiv einfachen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Halblei-ter-Schaltelement ein steuerbarer Wechselschalter mit einem mit der Antenne verbundenen Eingang, einem mit einem offenen Leitungsabschluss verbundenen ersten Ausgang, einem mit Masse verbundenen zweiten Ausgang und einem mit dem Eingang des Verstärkers verbundenen dritten Ausgang ist. Solche auch als SP3T (Single Pole Triple Throw)-Schalter bekannte dreifach-Wechselschalter, welche einen Eingang und drei damit verbindbare Ausgänge aufweisen, wobei jeweils ein Ausgang mit dem Eingang verbunden werden kann, sind kostengünstig erhältlich und können für ein ausreichend rasches gesteuertes Umschalten zwischen den drei Ausgängen ausgebildet sein. Der offene Leitungsabschluss, mit welchem der erste Ausgang verbunden ist, und die Masseverbindung, mit welcher der zweite Ausgang verbunden ist, sind bevorzugt mittels geeigneter Leitungsführung von Mikrostreifenleitungen, insbesondere mittels Stichleitungen, auf einer für Mikrowellenschaltungen geeigneten Leiterplatte in Fachpersonen bekannter Weise ausgebildet. Dabei müssen der offene Leitungsabschluss und die Masseverbindung nicht notwendigerweise einen idealen Leerlauf oder Kurzschluss darstellen, sie sollten dem Idealfall aber möglichst nahe kommen. Das Sendesignal wird mittels des Wechselschalters aus dem empfangenen Antennensignal generiert, indem das Antennensignal, abhängig von Steuersignalen der Steuereinrichtung, insbesondere der Steuereinrichtung der Verarbeitungseinheit, jeweils am offenen Leitungsabschluss oder an der Masseverbindung reflektiert wird. Für den Empfangsfall steuert die Steuereinrichtung bzw. die Verarbeitungseinheit den Wechselschalter an, eine Verbindung des mit der Antenne verbundenen Eingangs mit dem dritten Ausgang und somit mit dem Eingang des Verstärkers herzustellen. Das Halbleiter-Schaltelement ist vorzugsweise ausgebildet, abhängig von den Spannungswerten der Steuersignale, seinen Eingang mit einem seiner Ausgänge zu verbinden. Vorzugsweise weisen die Steuersignale drei zueinander verschiedene Spannungspegel auf.

[0014] Aus schaltungstechnischen Gründen kann es zweckmäßig sein, wenn der offene Leitungsabschluss ein mittels einer Leitung mit der Länge einer viertel Wellenlänge des Antennensignals transferierter Masseanschluss ist oder die mit dem zweiten Ausgang des Wechselschalters verbundene Masseverbindung ein mittels einer Leitung mit der Länge einer viertel Wellenlänge des Antennensignals transferierter offener Leitungsabschluss ist. Der offene Leitungsabschluss / die Masseverbindung kann daher über eine Transformation eines Masseanschlusses / offenen Leitungsabschlusses über eine λ/4-Leitung erzielt werden.

[0015] Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Verstärker mit dem Halbleiter-Schaltelement verbunden und aktivierbar und deaktivierbar ausgebildet ist und im deaktivierten Zustand ein im Wesentlichen offener Leitungsabschluss für Antennensignale ist. Für die Aktivierung und Deaktivierung des Verstärkers kann ein Stromversorgungsanschluss des Verstärkers über eine Versorgungsleitung mit einer ein- und ausschaltbaren Spannungsquelle verbunden sein. Günstiger Weise kann die Spannungsquelle für den Verstärker in der Steuereinrichtung der Verarbeitungseinheit bzw. in der Verarbeitungseinheit vorgesehen sein, um den Verstärker mittels der Steuereinrichtung bzw. Verarbeitungseinheit aktivieren und deaktivieren zu können. Der Verstärker weist im deaktivierten Zustand einen Eingangswiderstand auf, welcher im Wesentlichen einem offenen Leitungsabschluss für die

Antennensignale entspricht. Somit kann im Sendefall die BPSK-Modulationseinheit durch Deaktivieren des Verstärkers von der Demodulationseinheit entkoppelt werden.

[0016] Wenn der Verstärker aktivierbar und deaktivierbar ausgebildet ist und im deaktivierten Zustand ein im Wesentlichen offener Leitungsabschluss für Antennensignale ist, kann der Schaltkreis weiters dadurch vereinfacht werden, dass das Halbleiter-Schaltelement ein steuerbarer Wechselschalter mit einem mit der Antenne verbundenen Eingang, einem mit Masse verbundenen ersten Ausgang und einem mit dem Eingang des aktivierbaren und deaktivierbaren Verstärkers verbundenen zweiten Ausgang ist. Das Halbleiter-Schaltelement ist in diesem Fall ein steuerbarer zweifach-Wechselschalter, mit einem Eingang und zwei Ausgängen, wobei jeweils ein Ausgang mit dem Eingang verbindbar ist. Auch hier kann die Masseverbindung, mit welcher der erste Ausgang verbunden ist, als über eine λ/4-Leitung transformierter offener Leitungsabschluss, insbesondere als derart transformierte offene Stichleitung, gebildet sein. Das Halbleiter-Schaltelement ist vorzugsweise ausgebildet, abhängig von den Spannungswerten der Steuersignale, seinen Eingang mit einem seiner Ausgänge zu verbinden. Vorzugsweise weisen die Steuersignale zumindest zwei zueinander verschiedene Spannungspegel auf. Für den Sendefall wird der Verstärker deaktiviert und der Wechselschalter angesteuert, seinen Eingang, abhängig von den Steuersignalen der Steuereinrichtung bzw. abhängig von den Steuersignalen der Verarbeitungseinheit, jeweils mit dem ersten Ausgang oder dem zweiten Ausgang zu verbinden. Somit wird das Antennensignal an der Masseverbindung oder am durch den deaktivierten Verstärker gebildeten offenen Leitungsabschluss reflektiert. Für den Empfangsfall wird der Verstärker aktiviert und die Steuereinrichtung bzw. die Verarbeitungseinheit steuert den Wechselschalter an, eine Verbindung seines Eingangs mit dem zweiten Ausgang und somit mit dem Eingang des Verstärkers herzustellen.

[0017] Die BPSK-Modulationseinheit kann besonders einfach realisiert werden, wenn das Halbleiter-Schaltelement ein zwischen den Eingang des aktivierbaren und deaktivierbaren Verstärkers und Masse geschaltetes Halbleiter-Bauelement, vorzugsweise eine Schottky- Diode ist, welches mittels der zumindest einen Steuerleitung mit der Verarbeitungseinheit verbunden ist. Mittels der über die Steuerleitung gesendeten Steuersignale der Verarbeitungseinheit bzw. der Steuereinrichtung kann das Halbleiter-Bauelement bzw. die Schottky-Diode sowohl in einen Strom-leitenden als auch in einen Strom-sperrenden Zustand versetzt werden. Dabei entsprechend die Steuersignale im Wesentlichen einer jeweiligen Vorspannung des Halbleiter-Bauelements bzw. der Schottky-Diode. Im Strom-leitenden Zustand stellt das Halbleiter-Bauelement bzw. die Schottky-Diode eine Verbindung mit Masse her während der Stromsperrende Zustand im Wesentlichen einem offenen Leitungsabschluss entspricht.

[0018] Um keine separate Steuerleitung zusätzlich zur Verbindungsleitung vorsehen zu müssen, kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Steuerleitung die Verbindungsleitung ist und die Verbindungsleitung über ein Filter zum Trennen der Mikrowellensignale von Steuersignalen mit dem steuerbaren Halbleiter-Schaltelement verbunden ist. Die Steuersignale weisen im Vergleich zur Frequenz der Mikrowellensignale eine geringe Schaltfrequenz auf und können somit auf einfache Weise durch das Filter von den Mikrowellensignalen getrennt werden. Das Filter ist insbesondere ein Tiefpassfilter, welches die Steuersignale passieren lässt und die Mikrowellensignale möglichst stark dämpft.

[0019] Um zudem keine separate Versorgungsleitung zur Stromversorgung des Verstärkers vorsehen zu müssen, kann vorgesehen sein, dass ein Stromversorgungsanschluss des Verstärkers über ein Filter zum Trennen der Mikrowellensignale von der Versorgungsspannung des Verstärkers mit der Verbindungsleitung verbunden ist. Das Filter ist insbesondere ein Tiefpassfilter, welches die Versorgungsspannung des Verstärkers passieren lässt und die Mikrowellensignale möglichst stark dämpft. Auf diese Weise wird der Verstärker über die ohnehin vorgesehene Verbindungsleitung zwischen dem Mikrowellenmodul und der Demodulationseinheit mit Strom versorgt.

[0020] Eine einfache Ausbildung des Schaltkreises mit geringen Abmessungen kann zudem erzielt werden, indem die Demodulationseinheit ein Halbleiter-Bauelement mit nichtlinearer

Kennlinie, insbesondere eine Schottky-Diode aufweist, welches für die Demodulation eines erhaltenen Antennensignals ausgebildet ist. Vorteilhafter Weise kann das Halbleiter-Bauelement bzw. die Schottky-Diode mit einer Steuerleitung für den Demodulator verbunden sein und mittels Steuersignalen, die über die Steuerleitung gesendet werden, in einen Strom-leitenden und einen Strom-sperrendem Zustand versetzt werden. Auf diese Weise kann das Halbleiter-Bauelement bzw. die Schottky-Diode im Sendefall des Schaltkreises in den Strom-sperrenden Zustand versetzt werden, um Energie zu sparen, und nur im Empfangsfall des Schaltkreises in den Strom-leitenden Zustand versetzt werden.

[0021] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten, nicht einschränkenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Es zeigen: [0022] Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltkreises mit einer Antenne, einer BPSK-Modulationseinheit, einer Demodulationseinheit, einer Verarbeitungseinheit, einer Verbindungsleitung und mit einem Verstärker, wobei die BPSK-Modulationseinheit einen dreifach-Wechsel-schalter aufweist, dessen zweiter Ausgang mit Masse und dessen dritter Ausgang mit einem offenen Leitungsabschluss verbunden ist; [0023] Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltkreises, bei welcher, im Vergleich zur Ausführungsform in Fig. 1, der offene Leitungsabschluss durch einen über eine λ/4-Leitung transformierten Masseanschluss gebildet ist; [0024] Fig. 3 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltkreises, bei welcher, im Vergleich zur Ausführungsform in Fig. 1, der Masseanschluss durch einen über eine λ/4-Leitung transformierten offenen Leitungsabschluss gebildet ist; [0025] Fig. 4 ein Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltkreises, bei welcher der Verstärker aktivierbar und deaktivierbar ausgebildet ist und die BPSK-Modulationseinheit einen zweifach-Wechselschalter aufweist; [0026] Fig. 5 ein Blockschaltbild einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltkreises, bei welcher das Halbleiter Schaltelement eine Schottky-Diode ist, welche mittels einer Steuerleitung mit der Verarbeitungseinheit verbunden ist; und [0027] Fig. 6 ein Blockschaltbild einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltkreises, bei welcher die Stromversorgungsleitung für den Verstärker und die Steuerleitung für die BPSK-Modulationseinheit die Verbindungsleitung ist und bei welcher die Demodulationseinheit eine Schottky-Diode aufweist.

[0028] Fig. 1 zeigt einen Schaltkreis 1 zum drahtlosen Senden und Empfangen von Mikrowellensignalen MA, MB, mit einer einzigen Antenne 2. Mit der Antenne 2 ist eine BPSK-Modulationseinheit 3 verbunden, welche ausgebildet ist, zum Senden von Mikrowellensignalen MB, also im Sendefall des Schaltkreises 1, ein von der Antenne 2 erhaltenes Antennensignal MA mit gleicher oder entgegengesetzter Phasenlage BPSK-moduliert an die Antenne 2 zurück zu reflektieren. Mit der Antenne 2 und der BPSK-Modulationseinheit 3 ist eine Demodulationseinheit 4 verbunden, welche ausgebildet ist, ein von der Antenne 2 erhaltenes Antennensignal MA zu demodulieren. Um die von der Demodulationseinheit 4 erhaltenen demodulierten Signale bzw. Daten D zu verarbeiten, ist mit der Demodulationseinheit 4 eine Verarbeitungseinheit 5 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 5 weist zudem eine Steuereinrichtung 6 auf, welche, abhängig von den demodulierten Daten D, Steuersignale S7 für die BPSK-Modulationseinheit 3 generiert. Die Steuersignale S7 werden über eine Steuerleitung 7 an die BPSK-Modulationseinheit 3 übertragen, sodass die BPSK-Modulationseinheit 3, den Steuersignalen S7 entsprechend, Sendesignale MB generiert, welche zum empfangenen Antennensignal MA gleiche oder entgegengesetzte Phasenlagen aufweisen.

[0029] In den Fig. 1 bis 6 ist insbesondere zu erkennen, dass die Antenne 2 und die BPSK-Modulationseinheit 3 Teil eines Mikrowellenmoduls 8 sind. Um das Mikrowellenmodul 8 in einem veränderbaren Abstand zu der Demodulationseinheit 4 und zu der Verarbeitungseinheit 5 anordnen zu können, ist zwischen dem Mikrowellenmodul 8 und der Demodulationseinheit 4 eine flexible Verbindungsleitung 9, insbesondere eine Koaxialleitung 9A mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm, vorgesehen. Zum Ausgleich der durch die Verbindungsleitung 9 verursachten Dämpfung der über die Verbindungsleitung 9 übertragenen Mikrowellensignale M9 ist der Verbindungsleitung 9 ein Verstärker 10 vorgeschaltet. Der Verstärker 10 ist somit zwischen der BPSK-Modulationseinheit 3 und der Verbindungsleitung 9 vorgesehen und mit diesen verbunden und bildet einen Teil des Mikrowellenmoduls 8. Auf diese Weise können die Antenne 2, die BPSK-Modulationseinheit 3 und der Verstärker 10 im Mikrowellenmodul 8 räumlich getrennt von der Demodulationseinheit 4 und der Verarbeitungseinheit 5 in einem Fahrzeug, insbesondere an oder nahe einer Windschutzscheibe angeordnet werden. Dies ermöglicht zum einen eine platzsparende Bauweise des Mikrowellenmoduls 8 und erlaubt zum anderen eine Integration der Demodulationseinheit 4 und der Verarbeitungseinheit 5, welche in einem Basismodul 11 zusammengefasst werden können, in bestehende Fahrzeuggeräte bzw. Kundenendgeräte. Das Mikrowellenmodul 8 weist somit keine Daten verarbeitenden Komponenten auf und kann zweckmäßig für die Weiterleitung von Antennensignalen MA zum Verstärker 10 und für deren Verstärkung sowie für die Reflexion von Antennensignalen MA mit unterschiedlichen Phasenlagen ausgebildet sein. Die empfangenen Antennensignale MA und die von der BPSK-Modulationseinheit 3 zurück reflektierten Sendesignale MB weisen beispielsweise eine Frequenz von 5,8 GHz auf.

[0030] Demgegenüber muss die Verarbeitungseinheit 5 nicht als Mikrowellenschaltung ausgebildet sein und ist daher kostengünstig herstellbar. Die Verarbeitungseinheit 5 weist insbesondere Komponenten für eine Verarbeitung demodulierter Daten in einem Basisband, beispielsweise bei etwa 2 MHz, auf bzw. generiert die Verarbeitungseinheit 5 im Vergleich zu den Mikrowellensignalen MA niederfrequente Steuersignale S7. Lediglich die Demodulationseinheit 4 ist am dem Mikrowellenmodul 8 gegenüberliegenden Ende der Verbindungsleitung 9 mit Mikrowellentechnik auszubilden. Der Schaltungsteil für die Demodulationseinheit 4 kann jedoch sehr einfach aufgebaut sein.

[0031] Im Beispiel der Fig. 1 weist die BPSK-Modulationseinheit 3 ein steuerbares Halbleiter-Schaltelement 12 zur Umschaltung zwischen den zum empfangenen Antennensignal MA gleichen oder entgegengesetzten Phasenlagen auf. Das steuerbare Halbleiter-Schaltelement 12 ist in Fig. 1 ein steuerbarer Wechselschalter 12A, insbesondere ein steuerbarer dreifach-Wech-selschalter 12A3, mit einem mit der Antenne 2 verbundenen Eingang E, einem mit einem offenen Leitungsabschluss L verbundenen ersten Ausgang A1, einem mit Masse M verbundenen zweiten Ausgang A2 und einem mit dem Eingang EV des Verstärkers 10 verbundenen dritten Ausgang A3. Somit ist das steuerbare Halbleiter-Schaltelement 12, bzw. der dreifach-Wechsel-schalter 12A3 mittels der Steuerleitung S7 mit der Verarbeitungseinheit 5, insbesondere mit der Steuereinrichtung 6, verbunden.

[0032] Im Empfangsfall wird der Wechselschalter 12A3 über die Steuerleitung S7 angesteuert, eine Verbindung des Eingangs E mit dem dritten Ausgang A3 bzw. mit dem Eingang EV des Verstärkers 10 herzustellen, um das Antennensignal MA über den Verstärker 10 und über die Verbindungsleitung 9 an die Demodulationseinheit 4 zu leiten. Im Sendefall wird der Wechselschalter 12A3 über die Steuerleitung S7 angesteuert keine Verbindung mit dem Verstärker 10 herzustellen, um die BPSK-Modulationseinheit 3 von der Demodulationseinheit 4 zu entkoppeln. Insbesondere wird der Wechselschalter 12A3 angesteuert dem zu erzeugenden und zu sendenden Mikrowellensignal MB entsprechend eine Verbindung des Eingangs E zeitlich aufeinanderfolgend mit Masse M, d.h. mit dem zweiten Ausgang A2, und mit dem offenen Leitungsabschluss L, d.h. mit dem ersten Ausgang A1, herzustellen.

[0033] Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform ähnlich jener in Fig. 1, wobei im Beispiel der Fig. 2 der in Fig. 1 dargestellte offene Leitungsabschluss L ein Masseanschluss M ist, der mittels einer Leitung 13 mit der Länge einer viertel Wellenlänge λ des Antennensignals MA in den offenen

Leitungsabschluss L transferiert ist.

[0034] Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform ähnlich jener in Fig. 1, wobei im Beispiel der Fig. 3 der in Fig. 1 dargestellte Masseanschluss M ein offener Leitungsabschluss L2 ist, der mittels einer Leitung 13 mit der Länge einer viertel Wellenlänge λ des Antennensignals MA in den Masseanschluss M transferiert ist.

[0035] Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Leitung 13 kann auch als λ/4-Leitung bezeichnet werden.

[0036] Den Fig. 1 bis 6 sind zudem dem Fachmann bekannte Anpassungsnetzwerke 14 zu entnehmen, um im Mikrowellenmodul 8 den offenen Leitungsabschluss L bzw. den Masseanschluss M an den Ort der Ausgänge A1, A2 des Wechselschalters 12A bzw. des Halbleiter-Schaltelements 12 zu transferieren.

[0037] Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform in welcher die BPSK-Modulationseinheit 3 ein steuerbares Halbleiter-Schaltelement 12 in Form eines steuerbaren Wechselschalters 12A2 mit einem mit der Antenne 2 verbundenen Eingang E, einem mit Masse M verbundenen ersten Ausgang A1 und einem mit dem Eingang EV des Verstärkers 10 verbundenen zweiten Ausgang A2 ist. Der Wechselschalter 12A2 bzw. zweifach-Wechselschalter 12A2, kann somit mittels Steuersignalen S7, welche über die Steuerleitung 7 übertragen werden, zum Umschalten zwischen einer Verbindung mit Masse M und dem Eingang EV des Verstärkers 10 angesteuert werden. In dieser Ausführungsform ist der mit dem Halbleiter-Schaltelement 12, insbesondere mit dem Wechselschalter 12A2 verbundene Verstärker 10 aktivierbar und deaktivierbar ausgebildet und stellt im deaktivierten Zustand einen im Wesentlichen offenen Leitungsabschluss für Antennensignale MA, MB dar. Für die Aktivierung und Deaktivierung des Verstärkers 10 kann ein Stromversorgungsanschluss 10A des Verstärkers 10 über eine Versorgungsleitung 15 mit einer ein-und ausschaltbaren Spannungsquelle 16 verbunden sein. Vorzugsweise ist die Spannungsquelle 16 in der Steuereinrichtung 6 der Verarbeitungseinheit 5 bzw. in der Verarbeitungseinheit 5 selbst vorgesehen. Der Verstärker 10 wird durch Einschalten seiner Stromversorgung aktiviert und verstärkt im aktivierten Zustand das an seinem Eingang EV anliegende Mikrowellensignal MV. Durch Ausschalten seiner Stromversorgung wird der Verstärker 10 deaktiviert. Im deaktivierten Zustand weist der Verstärker 10 einen Eingangswiderstand auf, welcher im Wesentlichen einem offenen Leitungsabschluss für die Antennensignale MA bzw. für die an seinem Eingang EV anliegenden Mikrowellensignale MV entspricht. Im Empfangsfall wird der Verstärker 10 aktiviert und der Wechselschalter 12A2 angesteuert, eine Verbindung seines Eingangs E mit dem Eingang EV des Verstärkers 10 herzustellen, d.h. keine Verbindung mit Masse M herzustellen, um das Antennensignal MA über den Verstärker 10 und über die Verbindungsleitung 9 an die Demodulationseinheit 4 zu leiten. Im Sendefall hingegen wird der Verstärker 10 deaktiviert, um die BPSK-Modulationseinheit 3 von der Demodulationseinheit 4 zu entkoppeln, und der Wechselschalter 12A2 wird dem zu erzeugenden und zu sendenden Mikrowellensignal MB entsprechend zur Herstellung einer Verbindung des Eingangs E zeitlich aufeinanderfolgend mit Masse M und mit dem Eingang EV des deaktivierten Verstärkers 10 angesteuert. Selbstverständlich kann der Masseanschluss M in einem in Fig. 4 nicht dargestellten Beispiel mittels einer λ/4-Transformation eines offenen Leitungsabschlusses hergestellt werden.

[0038] Fig. 5 zeigt den Schaltkreis 1 mit einer BPSK-Modulationseinheit 3 in welcher das Halb-leiter-Schaltelement 12 ein zwischen den Eingang EV des aktivierbaren und deaktivierbaren Verstärkers 10 und Masse M geschaltetes Halbleiter-Bauelement 12B, insbesondere eine Schottky-Diode 12C ist, welche mittels der Steuerleitung 7 mit der Verarbeitungseinheit 5, insbesondere mit der Steuereinrichtung 6, verbunden ist. Zudem ist zwischen der Antenne 2 bzw. dem Eingang EV des Verstärkers 10 und der Schottky-Diode 12C eine Anpassungsschaltung 17 zur Anpassung der Impedanz der BPSK- Modulationseinheit 3 vorgesehen. Im Empfangsfall wird wie im Beispiel der Fig. 4 der Verstärker 10 aktiviert. Zudem sind die Verarbeitungseinheit 5 bzw. die Steuereinrichtung 6 ausgebildet, Steuersignale S7, beispielsweise mit einer Amplitude von 0 V, an die Steuerleitung 7 anzulegen, welche die Schottky-Diode 12C in einen Stromsperrenden Zustand versetzen, wodurch die Schottky- Diode 12C einem offenen Leitungsab-

Schluss entspricht. Im Sendefall wird der Verstärker 10 deaktiviert und die Schottky-Diode 12C wird dem zu erzeugenden und zu sendenden Mikrowellensignal MB entsprechend zur Herstellung einer Verbindung zeitlich aufeinanderfolgend mit Masse M und mit dem Eingang EV des deaktivierten Verstärkers 10 angesteuert. Zur Herstellung der Verbindung mit Masse M wird die Schottky-Diode 12C mittels der Steuersignale S7 in einen Strom-leitenden Zustand versetzt.

[0039] Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform in welcher zwischen dem Mikrowellenmodul 8 und der Demodulationseinheit 4 bzw. dem Basismodul 11 die Verbindungsleitung 9, insbesondere die Koaxialleitung 9A, als einzige Leitung vorgesehen ist. Somit ist weder eine eigene Steuerleitung 7 für die BPSK-Modulationseinheit 3 noch eine eigene Stromversorgungsleitung 15 für den Verstärker 10 erforderlich. Statt dessen dient die Verbindungsleitung 9 auch als Steuerleitung 7 und als Stromversorgungsleitung für den Verstärker 10, d.h. die Steuersignale S7, die Versorgungsspannung des Verstärkers 10 und die verstärken Antennensignale MA bzw. die Mikrowellensignale M9 werden über die Verbindungsleitung 9 übertragen. Hierfür ist die Verbindungsleitung 9 über ein Filter 18 mit dem steuerbaren Halbleiter-Schaltelement 12 bzw. mit der BPSK-Modulationseinheit 3 verbunden. Das Filter 18, insbesondere ein Tiefpassfilter, ist ausgebildet, die Mikrowellensignale M9 zu sperren und die Steuersignale S7 zu übertragen, um somit die Steuersignale S7 von den Mikrowellensignalen M9 zu trennen. Zudem ist ein Stromversorgungsanschluss 10A des Verstärkers 10 über ein Filter 19 mit der Verbindungsleitung 9 verbunden. Das Filter 19, insbesondere ein Tiefpassfilter, ist ausgebildet, die Mikrowellensignale M9 zu sperren und die Versorgungsspannung des Verstärkers 10 zu übertragen, um somit die Versorgungsspannung des Verstärkers 10 von den Mikrowellensignalen M9 zu trennen. In Fig. 6 ist zudem zu erkennen, dass die Demodulationseinheit 4 für die Demodulation eines erhaltenen Antennensignals MA ein Halbleiter-Bauelement 20 mit nichtlinearer Kennlinie, insbesondere eine Schottky-Diode 20A, aufweist. Zudem ist zur Impedanzanpassung der Schottky-Diode 20A an die Systemimpedanz zwischen der Schottky-Diode 20A und der Verbindungsleitung 9 eine Anpassungsschaltung 21 vorgesehen. Zudem ist im Basismodul 11, zwischen der Steuereinrichtung 6 und der Verbindungsleitung 9, ein zusätzliches Tiefpassfilter 18A vorgesehen, um auch im Basismodul 11 die Steuersignale S7 von Mikrowellensignalen zu trennen. Außerdem ist im Basismodul 11, zwischen der Spannungsquelle 16 und der Verbindungsleitung 9, ein zusätzliches Tiefpassfilter 19A vorgesehen, um im Basismodul 11 die Versorgungsspannung des Verstärkers 10 von Mikrowellensignalen zu trennen.

[0040] Die Anordnung der Antenne 2 und der BPSK-Modulationseinheit 3 als Teil eines Mikrowellenmoduls 8, welches zur Anordnung in einem veränderbaren Abstand zu der Demodulationseinheit 4 und zu der Verarbeitungseinheit 5 mittels einer Verbindungsleitung 9 flexibel mit der Demodulationseinheit 4 verbunden ist, wobei zwischen der BPSK-Modulationseinheit 3 und der Verbindungsleitung 9 ein damit verbundener Verstärker 10 als Teil des Mikrowellenmoduls 8 vorgesehen ist, ist aus folgenden Gründen besonders vorteilhaft.

[0041] Im Vergleich mit einer nicht erfindungsgemäßen Schaltung bei welcher auch die Demodulationseinheit 4 und die Verarbeitungseinheit 5 in einem Mikrowellenmodul an einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs angeordnet werden, kann der Schaltkreis 1 gemäß der Erfindung kostengünstiger und sein Mikrowellenmodul 8 platzsparender ausgebildet sein. Günstiger Weise können beim erfindungsgemäßen Schaltkreis 1 die meisten Komponenten, welche keine Ausführung in Mikrowellentechnik erfordern in einem separaten Basismodul 11 vorgesehen sein. Insbesondere muss die Protokollumsetzung für die Kopplung an eine Steuereinheit im Fahrzeuggerät, welche in der Verarbeitungseinheit 5 stattfindet, nicht im Mikrowellenmodul 8 erfolgen.

[0042] Eine weitere nicht erfindungsgemäße Schaltung bei welcher die flexible Verbindungsleitung 9 zwischen der Demodulationseinheit 4 und der Verarbeitungseinheit 5 angeordnet ist, würde für eine Übertragung des demodulierten Signals über die Verbindungsleitung 9 eine besonders rauscharme Verstärkung mit kritischen Timinganforderungen nach der Demodulationseinheit 4 und eine Pegelanpassung vor der Verarbeitungseinheit 5 erfordern. Grund hierfür ist, dass die Signalstärke nach der Demodulationseinheit 4 gemäß der gültigen Norm EN12253 an der unteren Leistungsgrenze sehr gering und stark rauschbehaftet sein darf. Der Schal tungsaufwand würde sich somit erhöhen.

[0043] Wäre in einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Schaltung die Verbindungsleitung 9 zwischen der Antenne 2 und der BPSK-Modulationseinheit 3 vorgesehen, wären die BPSK-Modulationseinheit 3, die Demodulationseinheit 4 und die Verarbeitungseinheit 5 in einem Basisgerät bzw. Fahrzeuggerät angeordnet, wodurch sich der Schaltungsaufwand deutlich erhöhen würde. Um die zusätzlichen Verluste auf der Verbindungsleitung 9 zu kompensieren, wird dann nicht nur ein Verstärker oder eine deutlich komplexere Demodulationseinheit 4 und Verarbeitungseinheit 5 benötigt, sondern es sind auch Vorkehrungen im Sendeweg zu treffen. Der Grund hierfür ist, dass das von der BPSK-Modulationseinheit 3 modulierte und reflektierte Antwortsignal bei der Übertragung über die Verbindungsleitung 9 gedämpft würde. Somit wäre ein zweiter Verstärker erforderlich, da der Antwortträger nicht mit der benötigten Leistung selbst generiert werden kann. Liegt nun ein Verstärker im Signalpfad der Demodulationseinheit 4, sperrt dieser den Rückweg für das reflektierte Signal. Somit wäre ein Bypass oder ein Zirkulator vorzusehen.

Claims (11)

1. Patentansprüche

   1. Schaltkreis (1) zum drahtlosen Senden und Empfangen von Mikrowellensignalen (MA, MB), mit einer einzigen Antenne (2), einer BPSK-Modulationseinheit (3), welche mit der Antenne (2) verbunden und ausgebildet ist, zum Senden von Mikrowellensignalen (MB) ein von der Antenne (2) erhaltenes Antennensignal (MA) mit gleicher oder entgegengesetzter Phasenlage BPSK-moduliert an die Antenne (2) zurück zu reflektieren, einer mit der Antenne (2) und der BPSK-Modulationseinheit (3) verbundenen Demodulationseinheit (4), welche ausgebildet ist, ein von der Antenne (2) erhaltenes Antennensignal (MA) zu demo-dulieren, und mit einer mit der Demodulationseinheit (4) verbundenen Verarbeitungseinheit (5), welche ausgebildet ist, die von der Demodulationseinheit (4) erhaltenen demodulierten Signale (D) zu verarbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (2) und die BPSK-Modulationseinheit (3) Teil eines Mikrowellenmoduls (8) sind, welches zur Anordnung in einem veränderbaren Abstand von der Demodulationseinheit (4) und von der Verarbeitungseinheit (5) mittels einer Verbindungsleitung (9) flexibel mit der Demodulationseinheit (4) verbunden ist, wobei zwischen der BPSK-Modulationseinheit (3) und der Verbindungsleitung (9) ein damit verbundener Verstärker (10) als Teil des Mikrowellenmoduls (8) vorgesehen ist.
2. 2. Schaltkreis (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (9) eine Koaxialleitung (9A) mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm ist.
3. 3. Schaltkreis (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die BPSK-Modulationseinheit (3) ein steuerbares Halbleiter-Schaltelement (12) zur Umschaltung zwischen den zum Antennensignal (MA) gleichen oder entgegengesetzten Phasenlagen aufweist, welches mittels zumindest einer Steuerleitung (7) mit der Verarbeitungseinheit (5) verbunden ist.
4. 4. Schaltkreis (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter-Schalt-element (12) ein steuerbarer Wechselschalter (12A3) mit einem mit der Antenne (2) verbundenen Eingang (E), einem mit einem offenen Leitungsabschluss (L) verbundenen ersten Ausgang (A1), einem mit Masse (M) verbundenen zweiten Ausgang (A2) und einem mit dem Eingang (EV) des Verstärkers (10) verbundenen dritten Ausgang (A3) ist.
5. 5. Schaltkreis (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der offene Leitungsabschluss (L) ein mittels einer Leitung mit der Länge einer viertel Wellenlänge des Antennensignals (MA) transferierter Masseanschluss (M) ist oder die mit dem zweiten Ausgang (A2) des Wechselschalters (12A3) verbundene Masseverbindung (M) ein mittels einer Leitung mit der Länge einer viertel Wellenlänge des Antennensignals (MA) transferierter offener Leitungsabschluss (L) ist.
6. 6. Schaltkreis (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (10) mit dem Halbleiter-Schaltelement (12) verbunden und aktivierbar und deaktivierbar ausgebildet ist und im deaktivierten Zustand ein im Wesentlichen offener Leitungsabschluss für Antennensignale (MA) ist.
7. 7. Schaltkreis (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter-Schalt-element (12) ein steuerbarer Wechselschalter (12A2) mit einem mit der Antenne (2) verbundenen Eingang (E), einem mit Masse (M) verbundenen ersten Ausgang (A1) und einem mit dem Eingang (EV) des aktivierbaren und deaktivierbaren Verstärkers (10) verbundenen zweiten Ausgang (A2) ist.
8. 8. Schaltkreis (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter-Schalt-element (12) ein zwischen den Eingang (EV) des aktivierbaren und deaktivierbaren Verstärkers (10) und Masse (M) geschaltetes Halbleiter-Bauelement (12B), vorzugsweise eine Schottky-Diode (12C) ist, welches mittels der zumindest einen Steuerleitung (7) mit der Verarbeitungseinheit (5) verbunden ist.
9. 9. Schaltkreis (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Steuerleitung (7) die Verbindungsleitung (9) ist und die Verbindungsleitung (9) über ein Filter (18) zum Trennen der Mikrowellensignale (M9) von Steuersignalen (S7) mit dem steuerbaren Halbleiter-Schaltelement (12) verbunden ist.
10. 10. Schaltkreis (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromversorgungsanschluss (10A) des Verstärkers (10) über ein Filter (19) zum Trennen der Mikrowellensignale (M9) von der Versorgungsspannung des Verstärkers (10) mit der Verbindungsleitung (9) verbunden ist.
11. 11. Schaltkreis (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Demodulationseinheit (4) ein Halbleiter-Bauelement (20) mit nichtlinearer Kennlinie, insbesondere eine Schottky-Diode (20A) aufweist, welches für die Demodulation eines erhaltenen Antennensignals (MA) ausgebildet ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen