CN117501541A - 天线装置、收发器装置、通信系统、致动器设备和操作天线装置的方法 - Google Patents

天线装置、收发器装置、通信系统、致动器设备和操作天线装置的方法 Download PDF

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CN117501541A CN202280043355.1A CN202280043355A CN117501541A CN 117501541 A CN117501541 A CN 117501541A CN 202280043355 A CN202280043355 A CN 202280043355A CN 117501541 A CN117501541 A CN 117501541A
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Abstract

本发明涉及一种用于收发器装置(17)的天线装置(1)，该天线装置具有带有第一发射天线(2)、第二发射天线(3)和第一平衡‑不平衡变换器(22)的发射天线组，还具有带有第一接收天线(4)、第二接收天线(5)和第二平衡‑不平衡变换器(23)的接收天线组，其中，第一发射天线(2)和第二发射天线(3)均连接到第一平衡‑不平衡变换器(22)的对称连接(As)，第一接收天线(4)和第二接收天线(5)均连接到第二平衡‑不平衡变换器(23)的对称连接(As)。提供了第一平衡‑不平衡变换器(22)的非对称连接(AA)能够连接到收发器装置(17)的传输信号路径(S)，并且第二平衡‑不平衡变换器(23)的非对称连接(AA)能够连接到收发器装置(17)的独立于传输信号路径(S)的接收信号路径(E)。第一发射天线(2)、第二发射天线(3)、第一接收天线(4)和第二接收天线(5)具有相对于彼此的相对空间位置，使得发射天线组和接收天线组之间的串扰至少通过它们相应的天线(2，3，4，5)的差分互连来减小。

Description

天线装置、收发器装置、通信系统、致动器设备和操作天线装 置的方法
本发明要求欧洲专利申请no.21180140.2的优先权，其内容通过引用也完全并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于收发器装置的天线装置，特别是用于高频收发器装置的天线装置，优选地在全双工通信信道中使用的天线装置，该天线装置具有发射天线组和接收天线组，该发射天线组具有第一发射天线和第二发射天线，该接收天线组具有第一接收天线和第二接收天线。
本发明还涉及一种收发器装置，该收发器装置具有天线装置、发射单元和接收单元。
本发明还涉及一种通信系统，该通信系统具有第一收发器装置和第二收发器装置，用于提供无线信号传输。
本发明还涉及一种致动器设备，特别是工业机器人系统，该致动器设备具有第一致动器元件、第二致动器元件和通信系统，该通信系统具有第一收发器装置和第二收发器装置。
最后，本发明还涉及一种用于操作收发器装置的天线装置的方法，特别是高频收发器装置。
背景技术
由一个天线或多个天线组成的天线装置用于非接触式或无线能量传输和/或数据传输。对于电磁波的同时发射和接收(称为全双工操作)，即，对于在通信信道内同时以相同频率提供信号发射和接收的天线装置的使用(带内全双工)，在同一收发器内的发射器和接收器之间的高电磁衰减或隔离是必要的，以避免发射器和接收器之间的串扰或干扰。
此外，在雷达应用中，当雷达发射器发射雷达信号时，雷达接收器通常需要准备好接收。由于雷达信号通常以相同的频率发射和接收，所以在雷达系统的发射天线和接收天线之间需要高电磁衰减或隔离。
在带内全双工通信信道内的发射器和接收器之间提供足够的电磁隔离，已经有了不同的技术方法。一种可能性涉及利用不同极化(极化多工/极化双工)的传输，其中，在具有不同的旋转方向的每种情况下，两个通信伙伴(以下也称为“收发器装置”)例如利用圆极化发射电磁波。根据另一种技术，从两个通信伙伴发出的电磁波以特殊的辐射模式发射，以便尽可能避免发射器和接收器特性之间的干扰。如在题为“Circularly PolarizedPIFAArray For Simultaneous TransmitAnd Receive Applications”A.Kee,M.Elmansouri,D.S.Filipovic,2017IEEE International Symposium onAntennas andPropagation,pp.2303-2304的出版物中所提出的，公共天线装置的发射天线和接收天线之间的金属屏蔽可以作为另一示例被提出。
然而，已知的天线装置的隔离行为有时仍然不够充分，或者只能通过非常复杂的天线和电路装置来实现，从而导致大量的制造工作和成本。
发明内容
根据已知的现有技术，本发明的目的是提供一种天线装置，该天线装置与现有技术相比有所改进，其优选地在同一收发器内的发射器和接收器之间具有实质性的隔离特性，优选地具有低复杂性。
最后，本发明的目的还提供一种收发器装置、一种改进的通信系统和一种致动器设备，其天线装置与现有技术相比得到改进，优选地在同一收发器内的发射器和接收器之间具有实质性的隔离特性，优选地具有低复杂性。
本发明的目的还提供一种操作收发器装置的天线装置的方法，该方法与现有技术相比有所改进，并且优选地适用于带内全双工传输。
该目的通过具有权利要求1所述特征的天线装置实现。关于收发器装置，该目的通过权利要求20的特征实现，关于通信系统，通过权利要求22实现，以及关于致动器设备，通过权利要求26实现。关于操作天线装置的方法，该目的通过权利要求27的特征来实现。
从属权利要求和下述特征涉及本发明的有利实施例和变型。
提供了一种天线装置，特别在全双工通信信道中使用的天线装置。该天线装置有利地适用于在收发器装置中使用，特别是高频收发器装置，例如根据下面阐述的解释。
根据本发明，天线装置具有发射天线组，该发射天线组具有第一发射天线和第二发射天线。第一发射天线和第二发射天线(下文有时简称为“发射天线”)优选地为平面发射天线；然而，在适当的情况下，也可以提供其他天线设计，特别是定向天线。
在上文和下文中，“平面”天线被理解为具有基本平坦且优选地均匀的形状的天线，特别地，具有彼此远离的两个优选平行延伸的主区域的天线，即，例如，以圆盘、涂层或片状的形式。特别地，平面天线可以是贴片天线或缝隙天线，如下所述。
根据本发明，天线装置还具有接收天线组，该接收天线组具有第一接收天线和第二接收天线。第一接收天线和第二接收天线(下文有时简称为“接收天线”)优选地为平面接收天线；然而，在适当的情况下，也可以提供其他天线设计，特别是定向天线。
下文有时也提及发射天线和接收天线，但没有例如“平面”的(可选的)规范，，此外有时还使用术语“天线”进行概括。
前述天线组(发射天线组和接收天线组)是各自的天线阵列，特别是相控阵列。因此，发射天线组可以描述发射天线阵列，而接收天线组可以描述接收天线阵列。
根据本发明，发射天线具有第一平衡-不平衡变换器(balun)(也称为平衡单元)，其中，第一发射天线和第二发射天线均连接到第一平衡-不平衡变换器的对称连接(差分连接)或连接到所述对称连接。接收天线组还具有第二平衡-不平衡变换器，其中，第一接收天线和第二接收天线均连接到第二平衡-不平衡变换器的对称连接或者连接到所述对称连接。第一平衡-不平衡变换器的非对称连接(单端连接)可以连接到收发器装置的发射信号路径，第二平衡-不平衡变换器的非对称连接可以连接到独立于发射信号路径的收发器装置的接收信号路径。
换言之，对称连接是指对称信号传输的连接，而非对称连接是指非对称信号传输的连接。
因此，发射天线有利地差分互连，并能够发射通过发射信号路径馈入并具有第一载波频带的发射信号。接收天线类似地差分互连，并且能够通过接收信号路径转发具有第二载波频带的接收信号。
根据本发明，提供天线具有相对于彼此的空间位置，使得发射天线组和接收天线组之间的串扰至少通过它们相应的天线的差分连接来降低。在这方面，下文以示例的方式列举了各种可能性，这些可能性也可以组合起来实施。
根据本发明，提出了一种天线装置，该天线装置尽可能地抑制发射天线和接收天线之间的串扰，尽管它们的空间接近。具体地，这可以通过相对于接收天线布置两个共同发射的发射天线来实现，使得两个发射天线进入接收天线的串扰水平同样高，但是具有相反的符号。具有相反符号的串扰可以通过两个发射天线相移180°的激励来实现，为此可以使用上述平衡单元或平衡-不平衡变换器。
可以提供，通过将两个发射天线布置在距离接收天线几何距离相等的距离处，实现从发射天线到接收天线的串扰的相同水平。天线可以优选地被设计为使得发射天线和接收天线的同样大的有效区域或有效边缘进一步相应地彼此相对地定位。下面将进一步解释一些可能性。
在本发明的发展中，可以提供发射天线和接收天线被布置在公共中心点周围。
天线的公共中心点有时在下文中也称为“旋转中心”，但这并不意味着天线实际上围绕旋转中心或中心点旋转或是可旋转的(尽管这在下文描述的本发明的有利用途中是可选地相当可能的)。
可以提供两个发射天线和两个接收天线以其天线主瓣指向相同方向的方式定向，优选地平行定向。具体地，可以提供发射天线组的相位中心与接收天线组的相位中心重合，并且优选地还与公共中心点重合。
天线的定向效果根据其天线增益进行描述。根据仰角和方位角，这通常在球面坐标的辐射图中表示。在辐射图中，天线增益的最大值和最小值的交替产生“天线波瓣”，其中包括天线增益的全局最大值的天线波瓣被称为“天线主瓣”。
在发射天线和接收天线被设计为平面天线的情况下，可以提供，天线被布置成使天线的相应的主区域平行于围绕公共旋转中心或公共中心点的公共基底区域。
天线可以位于基底区域上和/或可以连接在基底区域上。天线也可以远离基底区域，或者可以结合到具有基底区域的电气组件中，例如印刷电路板。例如，基底层可以是多层印刷电路板(GND平面)的地面区域或多层印刷电路板的顶层。
两个发射天线优选地布置在距基底区域相同的高度或相同的距离处，和/或两个接收天线布置在距基底区域相同的高度或相同的距离处。所有发射天线(发射天线和接收天线)特别优选地布置在距基底区域相同的高度或相同的距离处。
公共旋转中心或公共中心点优选地设计为两个发射天线的两个中心点或几何中心之间的假想连接线的中心点。因此，旋转中心优选地位于两个发射天线之间的中心。
可以提供发射天线和/或接收天线围绕旋转中心或公共中心点相对于彼此旋转180°布置。天线的所述旋转特别地可以涉及天线本身的几何形状(例如，也将在下面提到的平面天线的主区域的其他轴线或对称轴线的相对对准)和/或馈入点或通向相应的天线的馈线的路由。
在本发明的发展中，可以提供每个接收天线到两个发射天线具有相同的中心到中心的距离。
天线的“中心”或“中心点”，例如，基于其确定的中心到中心的距离，在此应理解为特别地指相应的天线的几何中心。
如果两个发射天线被以反相激励，则天线装置有利地特别适用。
发明人已经认识到，通过发射天线的成对差分激励，可以在发射器和接收器之间或同一收发器的发射天线和接收天线之间实现高效的隔离特性。
利用发射信号进入接收天线相移180°的串扰，所提出的发射天线的装置可以对产生发射天线串扰的电磁波进行补偿。
所提出的发明能够在全双工操作中实现可靠的数据的传输，即使通信伙伴之间存在偏移。特别地，可以提供两个通信伙伴：
-具有相对于彼此的旋转偏移，即，围绕公共旋转轴旋转，使得一个通信伙伴的发射天线不与另一个通信伙伴的接收天线定向为直线；和/或
-具有相对于彼此的平移偏移，即，从相应的天线装置的两个中心点之间的目标距离开始，彼此移动得更远或靠得更近；和/或
-具有相对于彼此的轴向偏移，即，穿过天线装置的中心点延伸的相应的中心轴之间的偏移，使得天线装置的中心轴偏离同轴对准；和/或
-具有相对于彼此的径向偏移，即，从天线装置的平行对准开始倾斜。
相应的偏移可以由于公差而产生，或可以在应用相关的基础上被明确提供。
具体地，还可以提供偏移仅在数据传输期间发生或例如通过通信伙伴的目标旋转被故意引入。
同时，所提出的天线装置的复杂性较低，从而实现了技术上简单且经济的实施方式。因此，本发明实现了全双工通信天线装置或雷达天线装置的成本优化设计，例如使用标准印刷电路板工艺。所提出的天线装置可以简单地集成到任何电子组件中。
在本发明的特别优选的发展中，两个发射天线基于相同的基本几何形状。特别地，可以提供平面发射天线基于它们的主区域的相同基本形状。两个发射天线优选地具有相同的设计，特别是在主区域的几何形状、材料和/或馈入点的位置方面。
然而，两个发射天线基本上也可以具有不同的设计，但优选地至少具有相似的设计，特别是在技术上可行的情况下。通过发射天线的相同或至少基本上相同的设计，可以进一步改善与接收天线相关的衰减。
两个接收天线也优选地但非必须基于相同的基本几何形状，特别是(同样优选地相对于平面天线的主区域的)与发射天线的基本几何形状相同的基本形状。接收天线优选地具有相同的或至少基本上相同的设计，特别优选地具有与发射天线相同或至少基本上相同的设计，特别是在天线的相应主区域的几何形状、材料和/或馈入点的位置方面。
本发明可以基本上适用于发射具有任何波长或频率的任何电磁波。然而，本发明特别有利地适用于发射频率范围在40GHz和80GHz之间的电磁波，优选地在50GHz和70GHz之间的电磁波，特别优选地在55GHz和65GHz之间的电磁波。高载波频率可以在短程信号传输中产生非常高的数据速率，从而使得所提出的天线装置特别有利地适用于非接触式电连接器，以便取代传统的插入式连接。本发明的这种有利的应用将在下文中更详细地讨论。
在相应高频率下的传输进一步提供了自由空间衰减随频率增加而增加的优势(自由空间衰减与载波频率的平方成比例地增加)。因此，所提出的天线装置的逃逸到其环境中的信号相对较快地衰减。此外，发生在带宽内的干扰信号以很小的幅度到达天线装置。因此，根据本发明，有利地利用了信号在高频率下快速损失功率密度的特性。
传输的带宽例如可以是3GHz至20GHz，特别地大约10GHz。
可以提供，第一发射天线布置在第二发射天线的近场中，优选地在与第二发射天线的最大距离为要发射的电磁波的半个自由空间波长处。以这种方式可以避免天线旁瓣的形成。
在本发明的有利的发展中，可以提供接收天线和发射天线相对于彼此布置，使得每个发射天线和接收天线之间的中心到中心的距离均小于要发射的电磁波的波长的一半。
第一接收天线(以及可选的第二接收天线)被布置为围绕相对于发射天线的公共旋转中心或公共中心点旋转90°。
可以提供，发射天线和接收天线可替代地被布置为均围绕公共旋转中心或公共中心点旋转，其中，每个天线相对于其上游天线旋转90°。沿圆周的所有的天线优选地以相同的旋转方向旋转。
所有的天线的中心点优选地布置在公共的、假想的圆周上，该圆周的中心点与天线的旋转中心或公共中心点重合。因此，天线中心点可以优选地具有到公共中心点的相同的径向距离。
在本发明的有利的设计中，可以提供，天线，特别是也在下文指定的平面天线，是共极化的。共极化被理解为意味着，例如，所有的天线是右圆极化、左圆极化、线性垂直极化或线性水平极化。
关于所提出的天线装置，发明人已经惊奇地认识到，与通常的交叉极化相比，共极化可能是有利的。通常选择交叉极化是为了减少从发射天线到接收天线的串扰。然而，如果接收天线相对靠近发射天线(例如，如果距离小于或等于半个自由空间波长)，则接收天线位于发射天线的近场中。在近场中，电磁波还不是横向电磁的，因此在近场中还不可能存在形成的圆极化。在这方面，交叉极化不会导致天线隔离的改善。然而，共极化可以改善与反射分量的隔离。在简单反射的情况下，例如在导电表面上，关于圆极化电磁波的旋转方向改变。如果发射天线和接收天线相对于彼此是共极化的，则到达接收天线的单个反射分量(例如由于在相对的通信伙伴上的单个反射)相对于接收天线是交叉极化的，其结果是反射分量的不想要的接收大大减少，并且接收天线因此相对于具有单个或奇数个反射点的传播路径与发射天线更有效地隔离。
特别地，在非接触式数据插头或非接触式矢量的情况下，这种反射分量的接收的抑制可能是相关的。这种类型的非接触式连接器可以包括本文要求的两个收发器装置，这两个收发器装置相对于彼此位置接近，并且距离例如小于10cm(或者甚至小于5cm)。由于安装发射天线和接收天线的收发器装置的印刷电路板的短距离和横向延伸(相对于该距离相对较大)，反射分量可以例如在非接触式连接器的情况下具有高振幅，从而有利于抑制所述反射分量的不想要的接收。
可以提供，发射天线和/或接收天线设计为定向天线，其主辐射方向被对准在相同的空间方向上，优选地平行对准。在本发明的发展中，可以提供，特别地，天线被设计为平面天线，其主区域平行于上述基底区域对准，优选地平行于它们电和机械连接的印刷电路板的侧面区域。
在有利的发展中，可以提供平面天线的主区域具有细长的几何形状，优选矩形或椭圆形几何形状。
也可以提供三角形几何形状(甚至是等边三角形，即非细长的三角形)。此外，也可以提供具有以目标方式结合的非对称的几何形状，例如倒角、凹槽或缝隙，其中这种类型的非对称也可以不具有细长的形式的基本几何形状来提供。
在本发明的发展中，可以提供每个平面天线精确地具有一个馈入点。
天线可以优选地是圆极化的，特别是如果天线设计为平面天线，并且非常特别地，如果平面天线均恰好只有一个馈入点。可以相应地设计天线的几何形状和结合到几何形状中的任何非对称性。
由于圆极化(这意味着要发射的电磁波的电场和磁场强度的矢量连续旋转)，因此，在例如非接触式电连接器相对于彼此的距离小于10cm的距离处，可以实现信号传输强度与通信伙伴(例如，两个收发器装置)的旋转角度的独立性。
根据本发明的发展，可以提供每个平面天线被设计为使得其主区域具有有限的、非零数量的对称轴，优选地精确为两个对称轴或精确为三个对称轴。
特别地，可以提供天线具有圆形以外的几何形状。
根据本发明的发展，可以提供，在每种情况下平面天线在主对称轴之间形成定向角，该主对称轴是相应的平面天线的对称轴中最长的对称轴(特别地在主区域的纵向方向上对准或在主区域上对角对准的对称轴)以及在相应的平面天线的几何中心和天线的公共中心点之间延伸的直线，其中，平面天线相对于彼此对准，使得所有的平面天线的定向角至少基本上相同，优选地相同。
所有的天线的定向角可以是，例如，40°至50°，优选地43°至47°，特别优选地基本上45°，或精确地45°。
在这一点上应该提到的是，如果定向不正好为45°(钝角，即大于90°，锐角，即小于90°)，则在相应的天线的主对称轴和上述定义的直线之间基本形成互不相同的两个角度。在这种情况下，必须总是使用相同的选择标准来确定所有天线的“定向角”，即，例如，由此在所有天线的情况下，定向角是从直线和主对称轴之间的直线开始，在顺时针方向(或逆时针方向)上包围的角度。起始点(即，例如，直线或主对称轴)和旋转的方向(即，例如，顺时针方向或逆时针方向)应该被选择为对于所有天线都是相同的，以便定义它们相应的的定向角。因此，对于所有天线来说，这个定向角优选地是相同的或者至少基本上是相同的。“顺时针方向”应理解为与天线的公共中心点相关。
可以提供，发射天线和接收天线的主对称轴彼此正交延伸。单个天线优选地被布置为使得发射天线和接收天线均以窄边和长边彼此相对地定位。
在本发明的设计中，可以提供天线具有相应的偏心偏移馈入点，其中，相应的偏心偏移(到中心点的距离和/或主区域上的位置)在所有天线中是相同的。
阻抗匹配可以通过偏心偏移馈入点来实现。馈入点优选地选择使得输入阻抗为50欧姆。
相应的天线的馈入点可以优选地布置在所述天线的主对称轴上。然而，基本上可以提供馈入点在相应的天线的主区域上的任何布置，特别是馈入点在直线上的位置，该直线在主区域上延伸并穿过主区域的中心点或中心，并且相对于主对称轴形成45°角。
在本发明的发展中，可以提供相应的馈线电容耦合到每个平面天线。因此，电磁波可以在近场耦合中(优选地主要是电容性的)从相应的馈线注入到发射天线中，并且可以在近场耦合中(优选地主要是电容性的)从接收天线提取。特别地，馈线可以被结合在形成基底区域的电气组件内，特别是印刷电路板内。
为了形成每个单独的发射天线和/或接收天线的最佳的圆极化，分配给相应的天线的馈线可以与相应的天线的主区域的主对称轴基本上成45°角布置，并且可以电容耦合到相应的天线。
基于电磁近场耦合的电磁波的优选主要电容馈入和馈出对于以特别灵活的方式预定义馈入点特别有利。
然而，注入和提取基本上也可以不同的方式进行。
例如，可以提供从直接进入天线(特别是其主区域)的馈线(例如印刷电路板的微带线)注入电磁波。因此，可以提供在同一平面上到相应的天线的直接电流馈入和馈出。
还可以提供，电磁波从直接进入天线(特别是其主区域)的直通连接件(通孔)注入，该天线直接或间接连接到在不同高度处延伸的馈线。然而，与通过直通连接件的耦合相比，上述电容耦合的优点是可以精确地消除对这种直通连接件的需要。一般来说，印刷电路板制造中的蚀刻工艺比直通连接件的定位更精确。因此，通过电容耦合可以避免直通连接件的定位公差问题。在直通连接件的制造相关的偏移的情况下，天线装置的旋转对称可能被打乱，尽管这对于确定从第一发射天线到接收天线的串扰水平对应于从第二发射天线到接收天线的串扰水平可能是至关重要的。如果因此消除了直通连接件的问题，则可以更有效地确保天线装置的旋转对称。这最终可以改善发射天线和接收天线之间的隔离。
此外，可以提供，通过至少一个中间天线注入电磁波，该中间天线平行于主区域和馈线布置，并位于主区域和馈线之间的平面内。因此，可以提供具有一个或更多个中间天线的堆叠布置，例如设计为普通印刷电路板中的贴片天线和/或缝隙天线的多个中间天线的堆叠布置。通过堆叠天线装置，可以可选地进一步增加传输带宽。
能够产生或接收圆极化电磁波的任何天线结构基本上都是可用的。然而，线性极化基本上也是可能的，特别是如果不假设通信伙伴的往复式旋转(reciprocal rotation)。
馈线可以在馈入点的方向加宽以实现阻抗匹配。
为了实现更有利的辐射模式，特别是电磁波沿主辐射方向的定向辐射，可以提供，可以在远离所期望的主辐射方向的天线的一侧，即天线“下方”，形成金属或导电参考电极结构或接地板。接地板可以形成为例如印刷电路板的金属化下侧，在其上侧形成天线的主区域。
在本发明的有利发展中，可以提供将天线设计为贴片天线或缝隙天线。
天线优选地设计为贴片天线。特别地，贴片天线可以设计为印刷电路板上或印刷电路板中的金属化区域。相反，缝隙天线可以互补的方式设计为印刷电路板的金属化区域的相应的凹槽。
贴片天线或缝隙天线的使用仅仅是实现根据本发明的天线装置的有利的可能性。例如，喇叭天线的使用也是可能的。
贴片天线或缝隙天线优选地通过加层/减层技术中的印刷电路板制造工艺制造。然而，单个天线也可以单独制造，例如通过深冲或冲压和弯曲工艺。
在本发明的发展中，可以提供天线的相应的主区域具有椭圆形几何形状。可以类似地提供矩形几何形状(具有不同的边长或正方形)，例如精确地具有在对角线彼此相对的一对倒角，特别是正方形几何形状。
基本上还可以提供其他几何形状，例如三角形几何形状、圆形几何形状(特别是具有冲压或凹陷的外围区域，例如冲压出的外围区域的正方形)或其他几何形状。
然而，椭圆形几何形状是优选的，因为由此可以实现特别有利的辐射模式。特别地，优选地完全圆极化的电磁波可以通过椭圆几何形状辐射，理想的轴比是1.0。椭圆几何形状的特别优点是，一方面，与其他几何形状相比，面积要求小，并且仅用单个馈入点产生圆极化的可能性。通过椭圆几何形状可以尽可能地避免线性极化分量，因此，椭圆几何形状还可以实现最节能的天线装置。
在贴片天线的情况下，金属化区域可以具有相应的几何形状(椭圆形、矩形等)。在缝隙天线的情况下，金属化区域中的相应的凹槽可以具有前述几何形状。
在发展中，还可以提供，天线装置具有屏蔽装置，该屏蔽装置围绕发射天线和接收天线布置。
屏蔽装置优选地形成屏蔽壳，该屏蔽壳以正交于基底区域延伸的基本上呈管状的形式包围天线。屏蔽装置可以特别地由延伸穿过形成基底区域的电气组件(例如，印刷电路板)的单独的直通连接件形成，优选地以均匀的布置的方式，特别优选地以两行或更多行的方式，非常特别优选地以彼此相同的距离的方式。
屏蔽装置优选地相对于所有天线相等对称地布置。
因为天线装置具有前述的屏蔽装置，所以天线装置可以与环境屏蔽开，此外还可以附加地增加电磁隔离。馈入和馈出路径的准同轴结构可以优选地通过屏蔽装置来实现。
天线装置优选地布置在电气印刷电路板上。印刷电路板的基板材料可以是例如复合材料FR-4(由环氧树脂中的玻璃纤维组成的复合材料)，以便提供特别经济的天线装置。替代地，基板材料也可以形成为环氧树脂中的陶瓷颗粒(特氟隆，Teflon)和玻璃纤维的复合材料，以最小化介电损耗。
根据应用，可能发生两个收发器装置之间建立的传输信道会受到由传输数据信号的电磁波反射造成的失真的影响。电磁波在其传输过程中碰到的所有物体都会发生反射。由于反射，有用的信号不仅在通过视线分量的直接路径上，而且通过由传输的反射分量形成的多个传播路径，从一个收发器装置传输到另一个收发器装置。这被称为多路径传播或多路径信道。由于多路径传播，视线分量在相对的收发器装置的接收天线上与反射分量干涉，使得接收信号在量和相位方面可能失真。因此，接收器更难无误差地检测接收信号。除了失真之外，多路径传播还会引起接收器上的破坏性干扰的问题，因为视线分量会被相对于其偏移180°的反射分量抵消，因此会损失大量功率。
特别地，如果收发器装置彼此相对靠近地定位(例如，间隔小于10cm)，例如在下述非接触式电连接器的情况下，可能发生反射发生在天线所连接的电气组件(例如，印刷电路板)的基底区域，因为这种类型的组件有时构成良好的反射器，。因此，在从第一收发器装置到第二收发器装置的传输中，信号可以通过视线分量到达第二收发器装置，在第二收发器装置中信号在第一收发器装置的方向中反射。再次回到第一收发器装置，信号可以再次在第一收发器装置被反射，并且可以被反弹回第二收发器装置的接收天线，在第二收发器装置中最终与视线分量干涉。
可以可选地提供尽可能最小化多路径传播的影响，以提高信号传输质量。在这方面，可以提供用于均衡或预加强的收发器装置的信号处理部件，特别是数字信号处理部件，。
然而，在本发明的有利发展中，特别地，可以提供天线装置具有围绕天线布置的衰减装置。衰减装置优选地例如以围绕天线的对称布置的方式在径向方向上包围天线。
很明显，通过衰减装置可以有利地减少信道失真，而不需要绝对必要地使用上述信号处理部件。因此，在信号传输中可以额外节省本来需要提供给数字信号处理部件的所需的大量能量。在非接触式数据插头或非接触式连接器的情况下，能量效率可能首先是有利的，因为非接触式数据插头或非接触式连接器与接触式数据插头竞争，接触式数据插头通常是无源的，因此通常没有能量需求。能量效率还可以大大简化非接触式连接器的散热，从而简化其与数据传输系统的集成。
优选地使用高频衰减材料(也称为RF吸收体)。这种衰减材料通常以吸收片的形式使用，优选地安装在至少一个通信伙伴上，优选地安装在两个通信伙伴上，特别是安装在它们的天线周围。衰减装置可以确保在电气组件或印刷电路板的表面上反射很少辐射或没有辐射被反射。
衰减装置可以具有至少一个带有接入开口的第一衰减单元，其中，天线一起布置在接入开口内。接入开口的中心轴可以优选地沿着天线装置的主辐射方向和/或通过天线的公共中心点延伸。
衰减装置或衰减单元优选不在天线装置的天线之间延伸。优选地，在天线之间不提供衰减材料。
衰减装置优选地布置在基底区域，特别是印刷电路板的侧面区域，天线也形成在该侧面区域上。衰减装置或其部件(例如衰减单元)可以例如牢固地结合、特别是胶合到基底区域上，其中，附加地或替代地，也可以提供力配合和/或形状配合的连接。
衰减装置也可以轴向远离基底区域，或可以至少部分嵌入基底区域，即，例如形成在印刷电路板内。
在这一点上应该提到的是，衰减装置布置在天线周围所根据的定义优选地理解为是指基底区域或天线上的俯视图，使得衰减装置径向或以环形形式围绕天线。衰减装置也不绝对必要地在轴向方向或横向上覆盖天线。
在发展中，可以提供衰减装置具有带接入开口的第二衰减单元，所述天线一起布置在该接入开口内部。特别地，可以提供，第一衰减单元和第二衰减单元同心地布置。
第一衰减单元和第二衰减单元优选地在几何上和/或在它们相应的材料成分/结构成分方面彼此不同。
衰减装置或衰减装置的部件，例如第一衰减单元和/或第二衰减单元，也可以具有基本平坦的几何形状，优选地为板形，特别是以吸收片的形式。然而，基本上可以提供任何设计，例如衰减装置或其部件的金字塔形布置或设计。
可以提供，第一衰减单元和/或第二衰减单元的接入开口具有圆形或方形设计。然而，任何多边形或其他几何形状基本上可以被提供用于接入开口。圆形接入开口通常是优选的，因为通过旋转对称可以减少对可选的圆极化的可能的干扰影响。
可以提供，第一衰减单元和/或第二衰减单元的接入开口的外围，以及第一衰减单元和/或第二衰减单元沿中心轴的延伸被设计为使得天线之一的天线主瓣在主辐射方向上(在天线或基底区域/印刷电路板的俯视图中)不被衰减装置覆盖。
天线的接入开口优选地设计为尽可能地小而不与天线主瓣相交。衰减材料中的小开口提供有效地抑制优选地布置有天线的印刷电路板上的反射的优点。
在本发明的发展中，可以提供，第一衰减单元和/或第二衰减单元的接入开口的横向延伸(例如，圆形接入开口的半径或正方形接入开口的对角线)最多为要用天线装置发射的电磁波的2.0个自由空间波长。
在有利的发展中，可以提供，第一衰减单元被布置在第二衰减单元的接入开口内部。
第一衰减单元可以优选地基本上定制安装，特别优选地定制安装在第二衰减装置内部。因此，优选地，在两个衰减单元之间保留零空气间隙或其他间隙。
以这种方式，基本上可以提供彼此布置在内的任何数量的衰减单元，即，例如，第三衰减单元，其中第二衰减单元与第一衰减单元布置在一起，等等。
在本发明的发展中，可以提供第二衰减单元具有比第一衰减单元沿中心轴更大的延伸。因此，第二衰减单元优选地高于第一衰减单元。如果第一衰减单元被布置在第二衰减单元的内部，这是特别有利的，因为由此可以提供总体结构，这给了发射天线组和接收天线组的天线波瓣足够的空间在主辐射方向上进行扩展，而天线波瓣在俯视图中不与衰减单元之一相交，其中，衰减单元同时能够提供良好的覆盖并因此提供衰减。
可以提供，第一衰减单元和/或第二衰减单元具有基于损耗的吸收体(也称为“宽带吸收体”)和/或基于共振的吸收体(也称为“窄带吸收体”)。
在基于损耗的材料的情况下，反射衰减可以通过衰减材料内的介电和/或磁损耗来实现。这种类型的衰减材料例如是泡沫塑料(例如由聚氨酯制成)、或者弹性体(例如硅树脂或腈聚合物)，这些衰减材料可以提供有损耗的材料，例如碳粉或铁氧体粉末。
因此，基于损耗的吸收体可以具有介电载体材料，特别是由泡沫塑料或弹性体制成的介电载体材料，其中设置有颗粒状的、导电的外来材料，特别是碳粉或铁氧体粉末。
基于损耗的吸收体可以可选地形成沿轴向方向延伸的层状的或连续的阻抗梯度。通过多层的结构或者通过将材料的介电和/或磁特性改变为材料的深度，可以设置阻抗梯度，该阻抗梯度连续减小自由空间特性阻抗(大约377欧姆)。由于这种阻抗匹配，撞击材料的电磁波不会在空气到吸收体的界面处反射。相反，它被引导到吸收体中，并且随着逐渐穿透，由于吸收体的介电或磁损耗而逐渐衰减。
基本上还可以提供的金字塔形RF吸收体也基于场特性阻抗的逐渐变化的概念。
基于共振的吸收体可以具有介电载体材料，特别是由泡沫塑料或弹性体制成的介电载体材料，在其远离天线的主辐射方向的一侧可以形成导电反射区域，特别是金属涂层或金属箔。
在基于共振的衰减材料(可以类似地基于例如硅酮、腈或聚氨酯)的情况下，可以在布置在衰减材料下方的金属化区域上产生第二反射分量，该第二反射分量相对于在空气到衰减材料界面处发生的第一反射分量相移180°。然后，第一反射分量和第二反射分量可以是彼此抵消的。
在本发明的特别有利的发展中，可以提供第二衰减单元具有基于损耗的吸收体，第一衰减单元具有基于共振的吸收体。如果第一衰减单元布置在第二衰减单元内部，并且特别是如果第二衰减单元具有比第一衰减单元更大的轴向延伸，这种组合是有利的。特别是利用大于20GHz的载波频率，特别是大于50GHz载波频率，可以实现非常薄的基于共振的衰减材料。用基于共振的衰减材料实现的第一衰减单元的所得到的小轴向延伸反过来可以对天线的可选圆极化产生有利的影响，因为第一衰减单元最小程度地影响天线的辐射场。
例如，薄的衰减材料或薄的第一衰减单元(例如，0.5mm至2mm的厚度)由于其薄的设计，对天线特性(例如天线增益和天线极化)几乎没有影响，且可以被布置在天线周围的第一环的紧邻区域中。例如，这可以通过基于共振的衰减材料或基于薄弹性体的宽带衰减材料来实现。基于共振的衰减材料提供了更经济且更薄的优点。宽带材料除了具有更大的吸收带宽外，还提供能够有效吸收非正交入射电磁辐射的优点。第二衰减材料或第二衰减单元更厚(例如>2mm)并且经济，并且也有效地吸收非正交入射电磁辐射，例如在宽带泡沫塑料吸收体的情况下，可以布置在天线周围的第二环中。
可以提供，衰减装置的直径或边长至少为用天线装置发射的电磁波的3个自由空间波长，至多为6个自由空间波长。
本发明还涉及一种收发器装置，该收发器装置具有根据上文和下文描述的天线装置以及发射信号路径和接收信号路径，其中，第一平衡-不平衡变换器的非对称连接连接到发射信号路径，第二平衡-不平衡变换器的非对称连接连接到接收信号路径。发射信号路径具有发射单元，接收信号路径具有接收单元，它们可以是公共电路装置的部件。发射单元通过第一平衡-不平衡变换器连接到两个发射天线，以便通过两个发射天线的差分激励来辐射电磁波。接收单元通过第二平衡-不平衡变换器连接到接收天线，以便通过接收天线接收电磁波。
因此，第一平衡-不平衡变换器的单端连接(即，用于非对称信号传输的连接)优选地连接到发射单元或发射器的HF输出，第一平衡-不平衡变换器的差分连接(即，用于对称信号传输的连接)均连接到发射天线。第二平衡-不平衡变换器的单端连接优选地进一步连接到接收单元或接收器的HF输入，第二平衡-不平衡变换器的差分连接均连接到接收天线。
可以有利地提供具有天线装置的收发器装置，该天线装置适用于在相同频带(带内全双工)中同时双向传输数据(全双工)，并且独立于通信伙伴相对于彼此的往复式旋转或对准。例如，在传输期间，两个通信伙伴围绕天线的公共中心点的旋转是可能的，特别是如果两个通信伙伴彼此同心地布置，使得具有天线的公共中心点的旋转轴和相应的其他通信伙伴的旋转轴重合，以形成公共旋转对称中心。每个通信伙伴包括根据上文和下文描述的收发器装置。
可以通过提出的收发器装置来传输数据，该收发器装置独立于两个通信伙伴或第一和第二收发器装置的定向或对准，同时具有天线装置的简单技术设计。本发明可以有利地使用传统的印刷电路板技术来实现，然而，其中，其他制造技术基本上是可能的，例如使用波导。
平衡-不平衡变换器或平衡单元可以优选地设计为180°混合耦合器(也称为鼠笼式耦合器(rat-race coupler)或环形耦合器)。然而，可选地，可以提供不同的结构，特别是Marchand平衡-不平衡变换器。然而，其他实现形式也是可能的。例如，可以提供90°混合耦合器，在该混合耦合器的第二输出门处，所述第二输出门相对于第一输出门相移90°，连接具有90°的电气长度(即，要传输的电磁波的自由空间波长的1/4)的线路。还可以提供威尔金森(Wilkinson)分配器，在该分配器第一输出处连接第一天线馈线，第一天线馈线的电气长度比连接到威尔金森分配器的第二输出的第二天线馈线的电气长度长180°。还可以提供T形波导(magic tee)。
在本发明的特别有利的发展中，可以提供发射单元和接收单元被设计为能够进行带内全双工通信。在本公开的不同设计中，发射单元和接收单元可以是雷达系统的部件。
发射单元优选地设计为发射具有第一载波频带的发射信号，其中，接收单元设计为接收具有第二载波频带的接收信号，其中，第一载波频带和第二载波频带彼此之间至少部分地频谱重叠，优选完全地频谱重叠，其中接收单元设计为在发射单元发射发射信号的同时接收接收信号。
在本发明的实施例中，可以提供接收单元被设计为执行非相干解调。接收单元可以优选地具有执行非相干解调的包络检测器。
特别地，如果目标是在信号传输中实现高数据速率，相干传输方法通常是优选的。然而，发明人已经认识到，由于显著降低的功耗，非相干解调方法可能更合适于此。为了同时保持高数据速率，可以使用上文提出的带内全双工传输，并且由于根据本发明的天线装置的高衰减特性，可以有利地使用该带内全双工传输。高衰减特性可以通过第一衰减单元以及可选地附加第二衰减单元来实现。
在本发明的实施例中，还可以提供发射单元具有续流压控振荡器，以产生用于信号传输的载波频率。
续流振荡器的使用可以实现收发器装置的简单的、节能的设计。特别地，需要安装空间和电力的复杂锁相环可以被免除。收发器装置的接收信号路径可以相应地在没有振荡器的情况下通过，这再次节省了功率和安装空间，特别是如果接收信号路径执行非相干解调并且具有相应的包络检测器。
可以提供仅使用两级双边带幅度调制，以进一步简化收发器装置。特别地，可以免除复杂的调制方法，例如正交幅度调制。
发射单元的最大发射功率可以优选地小于30dBm，优选地小于27dBm，特别优选地小于20dBm，非常特别优选地小于10dBm，进一步优选地小于2dBm。
可以例如通过发射信号路径的发射信号末级放大器的工作点设置来设置发射功率。
收发器装置的发射单元可以包括第一信号处理部件(更准确地说是发射信号处理部件)。该发射信号处理部件可以包括将发射基带信号转换为载波频率范围的上转换器。用于上转换器的本地振荡器信号可以由发射信号处理部件的振荡器电路提供。发射信号处理部件还可以包括连接到发射信号处理部件的高频输出(简称为HF输出)的发射信号末级放大器。发射信号处理部件可以可选地包括发射滤波器，例如带通滤波器，该滤波器连接在发射信号末级放大器的输出和发射信号处理部件的HF输出之间。
接收单元可以包括第二信号处理部件(更准确地说是接收信号处理部件)。该接收信号处理部件可以包括在其高频输入(简称为HF输入)处的接收滤波器，该接收滤波器可以实现为带通滤波器。接收信号处理部件还可以包括低噪声前置放大器，该低噪声前置放大器可以连接到接收信号处理部件的高频输入。例如，低噪声前置放大器连接到接收滤波器的输出。接收信号处理部件还可以包括下转换器，该下转换器可以将接收信号从载波频率范围转换为基带或中频。该下转换器可以被实现为例如包络检测器，或者可以由接收信号处理部件的可选的本地振荡器电路提供本地振荡器信号。
在示例性实施例中，发射信号处理部件和接收信号处理部件都不包括用于数字信号处理的设备，特别是不包括用于无线电信道估计、用于发射信号的数字预加强或用于接收信号的均衡的设备。这可以导致收发器装置的功率节省。
具体地，可以提供用于数据传输的10GHz或更高的载波频率，优选为30GHz或更高的载波频率，特别优选为60GHz或更高的载波频率。发射单元的压控振荡器可以优选地被设计为在上述载波频率上产生载波振荡。
在非接触式电连接器的示例性实施例中，第一和第二收发器装置彼此相对布置，它们之间的距离小于10cm，并且提供大于50GHz的载波频率，最大发射功率优选地小于0dBm。第一和第二收发器装置优选地通过带内全双工通信连接。
天线的尺寸通常与所使用的工作波长成比例缩放。上述的特定优点是，也可以在电磁波的小波长中找到相对较高的载波频率，以及信号传输的相关高数据速率，从而使得所涉及的天线和结构能够被设计成相应地小，使得本发明可以有利地适用于实现具有小空间需求的非接触式连接器，如下所述。
特别地，如果选择相应的高载波频率，信号传输的数据速率大于0.2Gbit/秒，优选地大于0.5Gbit/秒，特别优选地大于1.0Gbit/秒。
本发明还涉及一种通信系统，在每种情况下根据上文和下文的描述，该通信系统具有第一收发器装置和第二收发器装置，用于在收发器装置的相应的电路装置之间提供无线信号传输，特别是用于在收发器装置之间提供带内全双工通信信道。
一种紧凑、节能的带内全双工通信系统可以有利地配备有相应的通信伙伴的彼此隔离的发射和接收天线，所述系统能够在有限的安装空间内通过非常短的距离上的机械旋转实现非常快速的数据传输。
根据本发明的通信系统可以特别有利地用于相对于彼此可移动布置的电气设备之间的无线传输，优选地作为滑动接触的替代。如果两个通信伙伴，即第一收发器装置和第二收发器装置，在操作中相对于彼此具有可变的或未知的旋转角度，使得发射天线和接收天线不总是以限定的方式彼此对准，则所提出的通信系统可能是有利的。
根据本发明的通信系统特别地适合于与电机或旋转机器或线性致动器一起使用。可能的应用领域涉及能源技术(例如风力涡轮机和发电机)和车辆技术(特别是电动机、发电机、诸如座椅、后视镜甚至汽车门等可调节的设备)。本发明还特别有利地适用于铰接关节领域的机器人、医疗技术或一般工业中，特别是如果提供密封系统的话。
在有利的发展中，可以提供，两个收发器装置被布置为彼此相距最大10cm，以用于无线信号传输，优选地彼此相距最大5cm，特别优选地彼此相距最大2cm，非常特别优选地彼此相距最大1cm，甚至进一步优选地彼此相距最大0.5cm，例如彼此相距1.0mm至3.0cm。
收发器装置之间的距离可以定义为第一收发器装置的发射天线组的公共中心点和第二收发器装置的接收天线组的公共中心点之间的最短距离。
因此，建议使用天线进行相对较短距离的传输。这与该技术的已知的方法相反，在该技术的已知的方法中，基于相邻导体之间的(例如通过使用波导的)交叉耦合的系统，通常用于短传输距离。相反，天线是波形转换器，该波形转换器将线路传导电磁波转换为自由空间波，反之亦然。因此，它们通常不适合非常短距离的非接触式数据传输。然而，这些缺点可以通过所提出的天线装置来克服，其结果是可以实现具有低功耗和高电磁兼容性的经济小型系统。由于天线装置的固有的衰减特性和相关的带内全双工操作的可能性，在信号传输中可以进一步实现高数据速率。
本发明基本上特别有利地适用于短距离上的近场或无线传输。然而，本发明通常也可以适用于远场传输或在比上述指定的距离更长的距离上的传输。因此，两个收发器装置之间的距离基本上可以是任意的，例如甚至大于10cm，例如20cm至100cm或更大。
在本发明的有利的发展中，可以提供两个收发器装置围绕公共旋转轴相对于彼此旋转。
相应的天线装置的中心点或相应的天线装置的天线的公共中心点因此优选地彼此同轴布置，并与公共旋转轴重合。
还可以提供，两个收发器装置可以相对于彼此平移运动，例如沿管道平移运动，特别是沿天线的主辐射方向或与之相反的方向平移运动。
在有利的发展中，可以提供，通信系统具有非接触式电连接器和非接触式电配合连接器，其中，第一收发器装置布置在非接触式电连接器中，第二收发器装置布置在非接触式电配合连接器中，该非接触式电配合连接器可以机械连接到连接器。
因此，可以提供非接触式(特别是与电接触相关的)连接器或无线连接器，即具有无线电接口的连接器。相应的收发器装置可以可选地以密封的方式容纳在连接器或配合连接器中。
连接器和配合连接器可以优选地设计为完全非接触式，即机械和电气非接触式，因此连接器和配合连接器不会彼此接触。因此，连接器和配合连接器可以被设计为彼此电分离和/或机械分离。
与传统的接触式连接器不同，电气和可选的机械非接触式连接器提供了较少磨损的优点，因为不需要插入程序，该插入程序会随着时间导致导体接触的机械磨损。非接触式数据插头或连接器的另一优点是，在操作期间，连接器和配合连接器可以相对于彼此移动(只要这在应用中提供)。因此，可以避免使用特别受磨损影响的滑动接触，例如或者与滑动接触一起移动并因此暴露于机械应力下的电缆。
连接器和配合连接器可以彼此相互锁定。连接器可以具有至少一个第一锁定装置，配合连接器可以具有对应于第一锁定装置的第二锁定装置。锁定装置可以设计为例如锁扣、卡钩、弹簧夹、锁定凹槽、凹形凹槽或其他锁定设备。也可以提供锁定杆或闭合插入式连接的其他固定装置。锁定优选地被设计为使得连接器和配合连接器即使在锁定之后仍然能够以至少一个自由度(可选地在限定的限度内)相对于彼此移动，例如在插入方向上平移或者沿着天线的主辐射方向平移，或者围绕上文已经提到的旋转轴旋转。
连接器优选地至少在某些区域相对于配合连接器可旋转和/或可移动(特别是在连接状态下)。
本发明还涉及一种致动器设备，特别是工业机器人系统，该致动器设备具有根据上文和下文描述的第一致动器元件、第二致动器元件和通信系统，其中，第一收发器装置布置在第一致动器元件上，第二收发器装置布置在第二致动器元件上，以实现两个致动器元件之间的无线信号传输。
可以有利地为致动器设备提供相同或至少重叠频带(带内全双工)中的非接触式双向数据传输(全双工)，特别是用于多轴工业机器人系统，其中所述通信可独立于通信伙伴的往复式旋转而实现。
最后，本发明还涉及一种用于操作收发器装置的天线装置的方法，特别是高频收发器装置，该方法至少具有以下方法步骤：
-提供由第一发射天线和第二发射天线组成的发射天线组，第一发射天线和第二发射天线均连接到第一平衡-不平衡变换器的对称连接；
-提供由第一接收天线和第二接收天线组成的接收天线组，第一接收天线和第二接收天线均连接到第二平衡-不平衡变换器的对称连接；
-通过收发器装置的发射信号路径来操作发射天线组，发射信号路径通过所述第一平衡-不平衡变换器的非对称连接连接到第一平衡-不平衡变换器；
-通过收发器装置的接收信号路径来操作接收天线组，接收信号路径独立于发射信号路径，并且通过所述第二平衡-不平衡变换器的非对称连接连接到第二平衡-不平衡变换器；其中
第一发射天线、第二发射天线、第一接收天线和第二接收天线被布置在相对于彼此的空间位置中，使得发射天线组和接收天线组之间的串扰至少通过它们相应的天线的差分连接而减小。
发射天线和接收天线的差分操作提供了以下优点：与单个天线的调整相比，平衡-不平衡变换器的非对称连接的调整得到了显著改善。改进的调整进而导致通信伙伴之间的传输信道的更均匀的频率响应，并因此导致更少的信道失真。更少的信道失真最终会导致降低的码间干扰，进而实现更高的数据速率。
结合本发明的主题之一的已经描述的特征(即包括天线装置、收发器装置、通信系统、致动器设备或方法)，对于本发明的其他主题也有利地可实施。结合本发明的主题之一提及的优点可以类似地理解为也涉及本发明的其他主题。
此外，应注意，如“包括”、“具有”或“带有”的术语不排除任何其他特征或步骤。此外，诸如“一/一个(a/an)”或“该”之类的表示步骤或特征的单数的术语并不排除多个特征或步骤，反之亦然。
然而，在本发明的纯粹实施例中，还可以提供，在本发明中引入的带有术语“包括”、“具有”或“带有”的特征被详尽地列出。因此，根据本发明的一个或更多个特征列表可以被认为是穷举的，例如在每种情况下对于每项权利要求被考虑。本发明可以仅包括例如权利要求1中规定的特征。
应当提及的是，诸如“第一”或“第二”等的表示主要是基于相应的设备特征或方法特征的可区分性而使用的，并不一定意在表示这些特征相互依赖或彼此相关。
应该进一步强调的是，本文描述的值和参数还包括分别指定的值或参数的±10％或更小的偏差或波动、优选±5％或更小的偏差或波动、进一步优选±1％或更小的偏差或波动、非常特别优选±0.1％或更小的偏差或波动，除非这些偏差在本发明的实际实施中被排除。通过初始值和最终值表示的范围也包括分别指定的范围所包含的所有那些值和分数，特别是初始值和最终值以及相应的平均值。
下文还将在总体发明概念的框架内描述单独的发明。申请人明确保留了单独要求下述主题的权利。
本单独的发明涉及用于天线装置的衰减装置，其中，衰减装置围绕天线装置的一个或更多个天线布置，优选地在天线所连接的基底区域(例如印刷电路板的侧区域)上。衰减装置具有至少一个第一衰减单元，该第一衰减单元具有接入开口，所述天线可以共同布置在该接入开口内，其中，接入开口的中心轴沿着天线装置的主辐射方向和/或通过所述天线的公共中心点延伸。
本单独的发明还涉及一种具有一个或更多个天线、优选基底区域以及上述衰减装置的天线装置。
下列专利权利要求的特征，特别是权利要求14至19，以及本说明书中描述的与天线装置、衰减装置和其他主题相关的特征和优点，应理解为单独的发明的有利实施例和变型。
附图说明
下面参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
每种情况下的附图示出了优选的示例性实施例，其中本发明的各个特征彼此组合地呈现。示例性实施例的特征还与同一示例性实施例的其他特征分开实施，并且因此可以由本领域技术人员容易地与其他示例性实施例的特征组合，以形成进一步适当的组合和子组合。
在附图中，功能相同的元素用相同的附图标记表示。
在示意图中：
图1示出了根据本发明的具有椭圆形贴片天线的天线装置的俯视图；
图2示出了在根据本发明的天线装置中使用的另一贴片天线的示例，该另一贴片天线具有正方形几何形状和在对角线上彼此相对的两个倒角；
图3示出了在根据本发明的天线装置中使用的另一贴片天线的示例，该另一贴片天线具有正方形几何形状和中央缝隙形状的凹槽；
图4示出了在根据本发明的天线装置中使用的另一贴片天线的示例，该另一贴片天线具有圆形几何形状和冲压或凹陷成正方形的两个外围区域；
图5示出了在根据本发明的具有三角形几何形状的天线装置中使用的另一贴片天线的示例；
图6示出了在根据本发明的天线装置中使用的另一贴片天线的示例，该另一贴片天线具有矩形、细长的几何形状；
图7示出了根据本发明的天线装置的截面图，该天线装置具有近场耦合或电容耦合；
图8示出了图7中的天线装置的俯视图；
图9示出了根据本发明的天线装置的截面图，该天线装置具有通过直通连接件的直接耦合；
图10示出了根据本发明的天线装置的截面图，该天线装置具有通过微带线的直接耦合；
图11示出了根据本发明的天线装置的截面图，该天线装置具有通过设计为缝隙天线的中间天线的耦合；
图12示出了根据本发明的天线装置的俯视图，该天线装置具有由直通连接件组成的圆周屏蔽装置；
图13示出了根据本发明的收发器装置；
图14示出了根据本发明的通信系统，该通信系统具有电连接器和电配合连接器；
图15示出了根据本发明的另一通信系统，该另一通信系统具有相对于彼此旋转布置的通信伙伴；
图16示出了根据本发明的通信系统的传输特性和隔离特性的仿真结果；
图17示出了根据本发明的示例性实施例的致动器设备；
图18示出了根据本发明的具有两个通信伙伴的另一通信系统，该另一通信系统具有根据第一变型的相应的衰减装置；
图19示出了根据本发明的另一收发器装置的透视图，该另一收发器装置具有根据第二变型的衰减装置；以及
图20示出了根据本发明的另一通信系统中图19所示的两个收发器装置。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的在全双工通信信道中使用的天线装置1。天线装置1具有由第一平面发射天线2和第二平面发射天线3形成的发射天线组，以及相同的设计的第一平面接收天线4和第二平面接收天线5，第二平面接收天线5与第一接收天线4形成接收天线组。
在示例性实施例中，所有的发射天线2、3可以具有相同的设计。接收天线4、5也可以优选地与发射天线2、3具有相同的设计，即，特别地，天线2、3、4、5的几何形状、材料和馈入点均可以是相同的。
发射天线2、3和接收天线4、5被布置为它们相应的主区域6平行于围绕公共中心点或围绕公共旋转中心Z的公共基底区域7。基底区域7优选地形成在具有天线2、3、4、5的电气组件上。特别地，基底区域7可以是外部金属化区域，例如电气印刷电路板8的顶层或底层。旋转中心Z优选地形成在两个发射天线2、3之间的中心，并且在示例性实施例中，还形成在两个接收天线4、5之间的中心，但是这不应被理解为限制性的。在示例性实施例中，所有的天线2、3、4、5被布置为它们的中心点M在共同的、假想的圆周K上，该圆周K的中心点与旋转中心Z重合。
发射天线2、3被布置为围绕旋转中心Z相对于彼此旋转180°。接收天线4、5也相应地相对于彼此旋转180°，其中，接收天线4、5还被布置为相对于沿着圆周K相邻的发射天线2、3旋转90°。天线2、3、4、5均以相同的方向围绕旋转中心Z旋转，在示例性实施例中顺时针旋转，并且在图1中可以清楚地识别，特别是基于天线2、3、4、5的馈入点9的位置。
在其他示例性实施例中，基于天线2、3、4、5的类似旋转的馈线，例如在电容耦合馈线中，也可以识别天线2、3、4、5的旋转，参见图8。
第一接收天线4到两个发射天线2、3具有相同的中心到中心的距离D。在示例性实施例中，第二接收天线5到两个发射天线2、3也具有相同的中心到中心的距离D，其中，第二接收天线5的中心到中心的距离D与第一接收天线4的中心到中心的距离D相同。这样做的总体结果是图1所示的几何布置。
沿圆周K相邻的接收天线4、5和发射天线2、3之间的中心到中心的距离D优选地小于要发射的电磁波的波长λ的一半，其中，两个发射天线2、3之间的距离和两个接收天线4、5之间的距离精确地对应于要发射的电磁波的波长λ的一半，或者类似地小于波长λ的一半。
接收天线4、5和发射天线2、3还优选地以这样的方式相对于彼此布置，即它们相应的主对称轴H形成基本上或优选地精确为45°的方向角α。如图所示，沿圆周K相邻的天线2、3、4、5的主对称轴H彼此正交对准。然而，实际的方向角α不一定是重要的，而是对于所有天线来说，方向角都是相同的。
由于所有的天线2、3、4、5上的相同的方向角α和/或由于所有的天线2、3、4、5的中心点M在共同的假想圆周K上的布置，发射天线组和接收天线组之间的串扰至少可以通过它们相应的天线2、3、4、5的差分连接来减少。
天线2、3、4、5具有相应的偏心偏移馈入点9，其中，相应的偏心偏移d对于所有的天线2、3、4、5都是相同的。馈入点9优选地位于主对称轴H上，但这不是绝对必要的。馈入点9通常与50欧姆的输入阻抗匹配；本文中应当注意，相应地，多个可能的馈入点9也可以存在于相应的天线2、3、4、5的主区域6上，因此，在示例性实施例中所指示的馈入点9仅被理解为示例。基本上甚至可以提供同时使用多个馈入点9，但是每个天线2、3、4、5的单个馈入点通常是足够的。
如果发射天线组的发射天线2、3由相移180°的信号激励，特别但不是必须的，如果接收的电磁波同样由接收天线组的接收天线4、5进行差分评估，则所示的天线装置1能够在发射器和接收器之间实现非常有效的隔离。然而，天线装置1可以用技术上简单的手段来设计，例如使用简单的印刷电路板技术。
天线2、3、4、5优选地设计为贴片天线，如在大多数示例性实施例中所示。贴片天线可以特别地被设计为印刷电路板8上或印刷电路板8中的导电区域或金属化区域。可替代地，也可以提供补充装置，根据该补充装置，天线2、3、4、5被设计为缝隙天线，并且在金属化区域中(例如在印刷电路板8的金属化区域中)具有相应的凹槽10(参考例如图3和图11)。
天线2、3、4、5的相应的主区域6特别优选地具有椭圆形几何形状，如图1和一些下面的附图所示。因此，在图1所示的天线装置1中，可以产生电磁波的特别纯的圆极化，例如顺时针圆极化(可替代地，在天线2、3、4、5的装置每种情况下相应地旋转90°的情况下，也可以产生逆时针圆极化)。然而，可替代地，也可以提供天线2、3、4、5的其他几何形状，其中一些几何形状在图2至6中以示例的方式示出。
如图2所示，可以提供正方形几何形状，例如，精确地具有在对角线上彼此相对的一对冲压出或凹陷的角。在这种情况下，馈入点9优选地不位于主对称轴H上，而是位于相对于主对称轴H旋转45°并延伸穿过天线2、3、4、5的中心点M的直线上。
图3示出了另一种可替代的天线2、3、4、5，其在导电主区域6的中央处具有缝隙形状的沿对角线布置的凹槽10。馈入点9又优选地布置在相对于主对称轴H成45°对准并延伸穿过天线2、3、4、5的中心点M的直线上。
图4示出了另一种可替代的天线几何形状。天线2、3、4、5被设计为圆形，并且精确地具有在对角线上彼此相对的一对方形、冲压或凹陷部分。馈入点9又布置在相对于主对称轴H倾斜45°并延伸穿过中心点M的直线上。
具有三角形几何形状的天线2、3、4、5在图5中作为另一示例被示出，其中，馈入点9在主对称轴H上偏心偏移。
图6最后示出了天线2、3、4、5的纵向矩形截面，其中，馈入点9又布置在对称的主轴H上。
如前所述，还可以提供另外的馈入点9，例如在图2中，沿着天线2、3、4、5的中心点上的镜像地示出的直线的另外的馈入点9，或者在图3、4、6中，在每种情况中多达四个馈入点9。
上述天线2、3、4、5中的每一个也可以互补地设计为相应的缝隙天线。
将电磁波注入相应的天线2、3、4、5和从相应的天线2、3、4、5提取电磁波的不同变型是可能的。优选的注入和提取技术如图7和图8所示。如图7的截面图所示，电磁波优选地主要从相应的馈线11电容性地注入发射天线2、3，并且主要从接收天线4、5电容性地提取。因此，馈入点9只是图8中的一个假想点。在电容性注入的情况下，天线2、3、4、5的旋转基本上很容易通过输入馈线11的角度来识别。最终，输入馈线11的角度基本上影响天线2、3、4、5的极化。例如，对于图8所示的天线2、3、4、5，由于馈线与主轴H成45°角，这导致了右圆极化。如果天线主区域6围绕垂直于主区域6并穿过主区域的中心点的假想轴旋转90°，这将导致天线2、3、4、5的左圆极化。
为了有利的阻抗匹配，馈线11可以在相应的天线2、3、4、5的中心点M的方向上经历连续的加宽(参见图8)。
用于通过一个或更多个中间天线12向相应的天线2、3、4、5注入和从相应的天线2、3、4、5提取的堆叠布置可以进一步增加该装置的带宽。与天线2、3、4、5相比，中间天线12的主区域6优选地被扩大。在提供多个中间天线12的情况下，它们的主区域6随着与相应的天线2、3、4、5的距离而扩大。
为了获得定向辐射模式，可以在相应的天线2、3、4、5的后侧提供最终接地板13，如图7中清晰可见。这可以是例如印刷电路板8上的金属涂层和/或金属壳体。
作为近场耦合的替代，也可以例如通过印刷电路板8的直通连接件14(如图9所示)，或者通过引入相应的天线2、3、4、5的微带线的馈电(参见图10)，提供直接激励。此外，如图11所示，还可以提供通过设计为缝隙天线的中间天线12的注入。
为了增加天线装置1的隔离特性和屏蔽，并且在适当的情况下，进一步优化辐射模式，可以提供屏蔽装置15，如图12中的示例所示。
屏蔽装置15可以布置在发射天线2、3和接收天线4、5周围，并且可以以基本上管状的形式包围天线2、3、4、5。屏蔽装置15可以优选地形成垂直于基底区域7延伸的屏蔽壳16(在图12中由虚线表示)。屏蔽装置15可以由例如金属板形成，或者如图12所示，由延伸穿过印刷电路板8的单独的直通连接件14形成，并且优选规则地布置，并且非常特别优选地布置在至少两排中。
屏蔽装置15与天线装置1相结合的优点在于将导体结构与围绕天线装置1布置的天线2、3、4、5的辐射场屏蔽开。特别地，非对称布置的导体结构可以不同地影响发射天线2、3和接收天线4、5的辐射场，因此可以导致发射天线2、3和接收天线4、5之间的不均匀的串扰。这样做的结果可能是，从两个发射天线2、3到接收天线的串扰不再能够被抵消或者只能被部分抵消，这可以降低天线隔离。
图13以示例的方式示出了根据本发明的收发器装置17。收发器装置17具有根据上述描述的天线装置1和电路装置18，电路装置18具有发射单元(TX)19和接收单元(RX)20。
发射单元19连接到两个发射天线2、3，以便通过两个发射天线2、3的差分激励来辐射电磁波。为此，发射单元19在发射信号路径S中具有第一信号处理部件21，发射天线组具有第一平衡-不平衡变换器(balun)或第一平衡单元22，以便用相移180°的电信号激励发射天线2、3。第一平衡单元22优选地设计为180°混合耦合器。第一发射天线2和第二发射天线3均连接到第一平衡-不平衡变换器22的对称连接AS。发射单元19或发射单元19的信号处理部件21连接到第一平衡-不平衡变换器22的非对称连接AA。
对于具有两个接收天线4、5的差分接收，接收单元20通过接收天线组的第二平衡-不平衡变换器或通过第二平衡单元23(优选地同样为180°混合耦合器)连接到两个接收天线4、5，以便接收电磁波并将其转发到接收信号路径E中的第二信号处理部件24。第一接收天线3和第二接收天线4均连接到第二平衡-不平衡变换器23的对称连接AS。接收单元20或接收单元20的信号处理部件24连接到第二平衡-不平衡变换器23的非对称连接AA。
同一收发器装置17内的发射信号路径S和接收信号路径E之间的独立意味着，例如，所述收发器装置17可以用于路由不同的(即不相关的)信号。发射信号路径S可以路由发射信号，该发射信号可以通过发射天线2、3发射，并且可以无线传输到第二收发器装置17。接收信号路径E可以路由从第二收发器装置17传输并通过接收天线4、5接收的接收信号。
此外，也如图13所示，发射信号路径S和接收信号路径E可以彼此电隔离。
无线通信系统25可以通过这种类型的两个收发器装置17形成。这种类型的通信系统25可以包括第一通信伙伴和第二通信伙伴，其中，第一通信伙伴可以包括第一收发器装置17，第二通信伙伴可以包括本文公开的类型的第二收发器装置17。根据本发明的通信系统25特别有利地适用于短距离无线信号传输，例如最大5m的短距离无线信号传输，并且通常甚至更短的距离，例如最大10cm。通过根据本发明提出的天线装置1，无线通信是可能的，即使在近场中，至少如果天线装置1的中心点Z位于垂直于印刷电路板7对准的公共旋转轴上，无线通信也可以很大程度上独立于、优选地完全独立于两个收发器装置17相对于彼此的对准。这样，信号传输就可以特别地独立于天线装置1相对于彼此的旋转。
有利的应用尤其是作为替代的例如用于铰接关节领域中的滑动接触的机器人技术，或者在特别不利的环境条件下建立通信连接并因此被密封屏蔽的应用。
图14以示例的方式示出了通信系统25，该通信系统25具有电连接器26，第一收发器装置17布置在该电连接器26中，并且该通信系统25具有可机械地连接到连接器26的电配合连接器27，第二收发器装置17布置在电配合连接器27中。
连接器26可以连接到例如设备壳体28。配合连接器27可以是例如电缆连接器，具有单根电线30的电缆29引入到该电缆连接器中。连接器26和配合连接器27可以具有锁定装置，以便在连接状态下互锁。图14以示例的方式示出了由连接器26和配合连接器27组成的互锁插入式连接，这种互锁插入式连接使得伙伴能够相对于彼此旋转。因此，可以有利地提供独立于旋转方向的非接触式或无线插入式连接，以便在电缆29或电缆29的电线30与设备壳体28内部的电导体32之间传输电信号。连接器26和配合连接器27可以优选地设计为完全非接触式的，即电和机械非接触。
然而，任何进一步的应用基本上都是可能的，例如在能源技术或车辆技术中的应用。
为了再次说明本发明在相对于彼此旋转布置的通信伙伴的传输中的特定优点，在图15中以简化表示的方式示例性地示出了另一通信系统25。在图15中，天线装置1彼此同轴布置，但围绕旋转的中心旋转地布置，其中仍然可以通过所提出的天线装置1进行有利的信号传输。天线装置1相对于彼此的倾斜以及相应的旋转中心的偏心偏移也可以被补偿。
图16示出了根据本发明的通信系统25的仿真结果，以便说明根据本发明的天线装置1的有利传输特性和隔离特性。已经仿真了如图1和图7以及图8所示的天线装置1，其具有10GHz的传输带宽，并且两个收发器装置17或天线装置1之间的距离为12mm。曲线的两个阵列的单个曲线表示两个通信伙伴相对于彼此的不同旋转角度/定向的仿真结果。一方面，同一收发器的发射器和接收器之间的高隔离特性是可识别的(在所提出的频带>50dB内的隔离，参见曲线y1的下阵列)，另一方面，传输特性与两个通信伙伴相对于彼此的对准或定向的高度独立性是明显的(参见曲线y2的上阵列)。
如前所述，在致动期间可相对于彼此移动的组件中使用所提出的天线装置1同样非常有利，以便能够在短距离上以高数据速率、高电磁兼容性进行无线信号传输。为了说明的目的，图17示出了致动器设备33。示例性地示出了由两个独立的多轴工业机器人34组成的工业机器人系统，但这仅旨在作为示例。致动器设备33具有第一致动器元件35、第二致动器元件36和通信系统25，其中，第一收发器装置17可以布置在第一致动器元件35上，第二收发器装置17可以布置在第二致动器元件36上，以便实现两个致动器元件35、36之间的无线信号传输。在图17所示的示例性实施例中，致动器元件35、36均是工业机器人34的端部执行器，但是它们基本上可以是通用致动器设备33的任何可移动或不可移动的元件。例如，两个致动器元件35、36也可以是相同的设备的一部分，即例如相同的工业机器人34的一部分，例如以便实现沿着工业机器人34的各个轴的信号传输，例如无线桥接铰接关节并且不使用滑动接触等。
如前所述，在通信伙伴之间的信号传输期间，能够发生电磁波反射，这会导致不必要的多路径传播。特别地，如果通信伙伴位于彼此相对的近距离处，例如在图14、图15和图17所示的示例性实施例中，反射可能发生在天线2、3、4、5所连接的印刷电路板8上。如图18中的虚线箭头所示，除了通过视线分量的传输，信号还可以在通信伙伴之间来回反射，因此可以通过一个或更多个反射分量传输，这最终会导致想要的视线分量和不想要的反射分量之间的干扰。为了尽可能地最小化这种多路径传播，但是无需使用复杂的信号处理部件，例如数字信号处理，基于图18至图20和下文的解释(特别地，但不排他地，对于上述天线装置1)，提出了用于天线装置的有利的衰减装置37。
图18示出了由第一和第二收发器装置17组成的通信系统25。每个收发器装置17具有印刷电路板8，在该印刷电路板8上布置有相应的天线装置1。具有第一衰减单元38(在示例性实施例中为吸收片)的衰减装置37围绕天线装置1布置，该第一衰减单元38具有接入开口39，天线装置1的天线2、3、4、5一起布置在该接入开口39中。接入开口39的中心轴MD沿着天线装置1的主辐射方向或天线主瓣40延伸(参见图20)，并进一步穿过天线2、3、4、5的公共中心点或旋转中心Z延伸。
可以提供，第一衰减单元38的接入开口39的横向延伸小于要发射的电磁波的2.0个自由空间波长，使得接入开口39尽可能窄，但是使得天线2、3、4、5的天线主瓣40在俯视图中不被覆盖。接入开口39基本上可以具有任何几何形状，例如(优选)圆形或方形，如通过图18至图20中的示例性实施例所示。
通过所提出的衰减装置37，可以有利地消除或至少显著地减少多路径传播。图18中虚线所示的反射可能不再发生，或者仍然可能以基本减少的形式发生。
衰减装置37可以通过进一步的衰减单元进行扩展，以进一步优化。参照图19和图20解释该原理。例如，可以提供衰减装置37具有第二衰减单元41，第二衰减单元41也具有接入开口39，天线装置1布置在该接入开口39内。第一衰减单元38和第二衰减单元41同心地布置，并且优选地(但不是必须地)在几何上和/或在它们各自的材料成分方面彼此不同。例如，第二衰减单元41优选地具有基于损耗的吸收体，第一衰减单元38优选地具有基于共振的吸收体。合适的材料成分如上所述。
具体地，如图所示，可以提供将第一衰减单元38布置在第二衰减单元41的接入开口39内。外部或第二衰减单元41可以优选地形成为比内部或第一衰减单元38更厚或更高。因此，发射天线组的天线主瓣40和接收天线组的天线主瓣40可以被给予足够的空间用于在主辐射方向上扩展，而在俯视图中天线主瓣40不与衰减单元38、41之一相交。
现在将参考图20，以非常概括地解释如何能够对准通信系统25的收发器装置17，以最小化传输损耗。第一通信伙伴的发射天线2、3的天线主瓣40和第二通信伙伴的接收天线4、5(反之亦然)的天线主瓣40优选地沿着衰减装置的中心轴MD彼此对准，或者以这样的方式对准，使得两个通信伙伴的天线装置1的相应的公共中心点或旋转中心Z穿过公共旋转轴或中心轴延伸。贴片天线的天线主瓣40例如垂直指向远离贴片天线，而天线增益最小值出现在相反的方向，即进入印刷电路板8。因此，有利的是，将两个通信伙伴的印刷电路板8彼此平行或至少基本上彼此平行地对准，使得贴片天线彼此面对，如图所示。图20所示的示例性实施例的收发器装置17可以被布置在例如致动设备33的相应的致动器元件35、36上，该致动器元件35、36可以执行相对于彼此的旋转运动。
在具有一定宽度(例如大约-20°到+20°的仰角)的天线主瓣40内，平行平移偏移是可能的(在上文中称为通信伙伴的“轴向偏移”，即延伸穿过天线装置1的中心点Z的通信伙伴的相应的中心轴之间的偏移)。通信伙伴也可以彼此垂直运动或彼此远离(以上称为“平移偏移”)。通信伙伴的倾斜也是可能的(以上称为“径向偏移”)。
然而，具体地，可以实现通信伙伴围绕垂直于印刷电路板8的假想轴(图20中的中心轴MD)相对于彼此的完全旋转(“旋转偏移”)。例如，在机器人学中，如果机器人关节或致动器元件35、36旨在旋转360°，并且数据旨在以非接触式且因此无磨损的方式从机器人关节的一侧传输到另一侧，则可以利用这一点。为了能够旋转，第一通信伙伴的发射天线2、3以及第二通信伙伴的接收天线4、5优选地是圆极化和共极化的。然而，为了能够旋转，也可以设想(在接受极化损耗的同时)仅发射天线2、3或仅接收天线4、5是圆极化的，而相应的其他天线仅是线性极化的。
在参考图20描述的示例性实施例中，第二衰减单元41认为是可选的。
第一和第二收发器装置17之间的距离可定义为平行于中心轴MD的第一收发器装置17的天线装置1和第二收发器装置17的天线装置1之间的最短距离。第一和第二收发器装置17之间的距离可定义为，例如，基于(在图20的左侧)第一收发器装置17的天线装置1的公共中心点Z和(在图20的右侧)第二收发器装置17的天线装置1的公共中心点Z之间的距离。
图20所示的通信系统25可以是非接触式数据插头或电连接器，其中第一和第二收发器装置17之间的距离小于10cm或甚至小于5cm。该非接触式连接器可以使用用于数据传输的大于50GHz(例如大约60GHz)的载波频率，这可以导致小的天线尺寸，并且因此可以促进非接触式连接器的良好可集成性。大于50GHz的载波频率可以进一步实现高数据速率。非接触式连接器可以使用带内全双工通信，并且由于在同一收发器装置内彼此良好隔离的发射天线2、3和接收天线4、5，因此也能够实现高数据速率。收发器装置17的发射单元19可以可选地具有续流压控振荡器，以产生用于信号传输的载波频率。附加地或可替代地，收发器装置17的接收单元20可以被设计为执行非相干解调。为此，接收单元20可以具有包络检测器。由于续流压控振荡器和/或包络检测器，可以降低非接触式连接器的功耗，这又可以简化所述连接器到例如工业系统中的集成。降低的功耗还可以大大减轻对非接触式连接器散热的要求，从而消除对散热器的需求。为了进一步或替代节能，本文描述的非接触式连接器可以可选地提供数字信号处理，特别是数字信道估计、数字信号预加强或数字信号均衡。由于衰减装置37，可以建立良好的无线电信道特性，例如，其中信号传输主要仅通过第一和第二收发器装置17之间的视线分量进行，并且多路径分量基本上被衰减。这可以消除对上述数字信号处理的需要，并因此能够节省功率和简化散热。例如，第一和第二收发器装置17的直流(DC)功耗均可以小于200mW。

Claims (27)

1.一种用于收发器装置(17)的天线装置(1)，特别是用于高频收发器装置的天线装置，所述天线装置(1)具有发射天线组和接收天线组，所述发射天线组具有第一发射天线(2)、第二发射天线(3)和第一平衡-不平衡变换器(22)，所述接收天线组具有第一接收天线(4)、第二接收天线(5)和第二平衡-不平衡变换器(23)，其中，所述第一发射天线(2)和所述第二发射天线(3)均连接到所述第一平衡-不平衡变换器(22)的对称连接(AS)，所述第一接收天线(4)和所述第二接收天线(5)均连接到所述第二平衡-不平衡变换器(23)的对称连接(AS)，其中，所述第一平衡-不平衡变换器(22)的非对称连接(AA)能连接到所述收发器装置(17)的发射信号路径(S)，所述第二平衡-不平衡变换器(23)的非对称连接(AA)能连接到所述收发器装置(17)的独立于所述发射信号路径(S)的接收信号路径(E)，其中，所述第一发射天线(2)、所述第二发射天线(3)、所述第一接收天线(4)和所述第二接收天线(5)具有相对于彼此的相对空间位置，使得所述发射天线组和所述接收天线组之间的串扰至少通过它们相应的天线(2，3，4，5)的差分连接而减小。
2.根据权利要求1所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述发射天线(2，3)和所述接收天线(4，5)围绕公共中心点(Z)布置，优选地被布置在公共的假想圆周(K)上。
3.根据权利要求2所述的天线装置(1)，
其特征在于，
相对于所述公共中心点(Z)，所述发射天线组的所述发射天线(2，3)被布置为相对于彼此旋转180°，和/或相对于所述公共中心点(Z)，所述接收天线组的所述接收天线(4，5)被布置为相对于彼此旋转180°。
4.根据权利要求2或3所述的天线装置(1)，
其特征在于，
相对于所述公共中心点(Z)，所述第一接收天线(4)被布置为相对于所述发射天线(2，3)旋转90°。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述发射天线组的所述发射天线(2，3)中的每一个到所述接收天线组的两个接收天线(4，5)均具有相同的中心到中心的距离(D)。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述接收天线组的所述接收天线(4，5)中的每一个均与所述发射天线组的所述发射天线(2，3)相距小于要发射的电磁波的自由空间波长(λ)的一半。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述第一发射天线(2)和所述第二发射天线(3)基于相同的基本几何形状，其中，所述第一发射天线(2)和所述第二发射天线(3)优选地是相同的设计。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述第一发射天线(2)、所述第二发射天线(3)、所述第一接收天线(4)和所述第二接收天线(5)是共极化的。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述第一发射天线(2)、所述第二发射天线(3)、所述第一接收天线(4)和所述第二接收天线(5)被设计为平面天线，所述平面天线的主区域(6)平行于公共基底区域(7)对准，优选地平行于电印刷电路板(8)的侧面区域对准，所述主区域(6)与所述侧面区域电连接且机械连接。
10.根据权利要求9所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述平面天线(2，3，4，5)的所述主区域(6)具有细长的几何形状，优选地为矩形或椭圆形几何形状。
11.根据权利要求9或10所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述平面天线(2，3，4，5)中的每一个精确地具有一个馈入点(9)，并且是圆极化的。
12.根据权利要求9至11中的一项所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述平面天线(2，3，4，5)中的每一个被设计为使得该平面天线的主区域(6)具有有限的、非零数量的对称轴，优选地，精确地为两个对称轴或精确地为三个对称轴。
13.根据权利要求12所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述平面天线(2，3，4，5)均在主对称轴(H)和直线之间形成定向角(α)，所述主对称轴(H)包括相应的平面天线(2，3，4，5)的最长对称轴，所述直线在所述相应的平面天线(2，3，4，5)的几何中心和所述天线(2，3，4，5)的所述公共中心点(Z)之间延伸，其中，所述平面天线(2，3，4，5)相对于彼此对准，使得所有平面天线(2，3，4，5)的所述定向角(α)至少基本上是相同的，优选为相同的。
14.根据权利要求1至13中的一项所述的天线装置(1)，
其特征在于，
衰减装置(37)，所述衰减装置(37)被布置在所述第一发射天线(2)、所述第二发射天线(3)、所述第一接收天线(4)和所述第二接收天线(5)周围，所述衰减装置(37)具有至少一个第一衰减单元(38)，所述第一衰减单元(38)具有接入开口(39)，所述天线(2、3、4、5)被共同布置在所述接入开口(39)内，其中，所述接入开口(39)的中心轴(MD)沿着所述天线装置(1)的主辐射方向和/或通过所述天线(2，3，4，5)的所述公共中心点(Z)延伸。
15.根据权利要求14所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述衰减装置(37)具有第二衰减单元(41)，所述第二衰减单元(41)具有接入开口(39)，所述天线(2，3，4，5)被共同布置在所述接入开口(39)内，其中，所述第一衰减单元(38)和所述第二衰减单元(41)同心地布置，其中，所述第一衰减单元(38)和所述第二衰减单元(41)在几何上和/或在其相应的材料成分方面彼此不同。
16.根据权利要求14或15所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述第一衰减单元(38)的接入开口(39)的横向延伸至多是利用所述天线装置(1)发射的电磁波的2.0个自由空间波长(λ)。
17.根据权利要求15或16所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述第一衰减单元(38)被布置在所述第二衰减单元(41)的所述接入开口(39)内，优选地是定制安装的。
18.根据权利要求15至17中的一项所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述第二衰减单元(41)比所述第一衰减单元(38)沿所述中心轴(MD)具有更大的延伸。
19.根据权利要求15至18中的一项所述的天线装置(1)，
其特征在于，
所述第二衰减单元(41)具有基于损耗的吸收体，所述第一衰减单元(38)具有基于共振的吸收体。
20.一种收发器装置(17)，具有如权利要求1至19中的一项所述的天线装置(1)、所述发射信号路径(S)和所述接收信号路径(E)，其中，所述第一平衡-不平衡变换器(22)的所述非对称连接(AA)连接到所述发射信号路径(S)，所述第二平衡-不平衡变换器(23)的所述非对称连接(AA)连接到所述接收信号路径(E)，其中，所述发射信号路径(S)具有发射单元(19)，所述接收信号路径(20)具有接收单元(E)。
21.根据权利要求20所述的收发器装置(17)，
其特征在于，
所述发射单元(19)被设计为发射具有第一载波频带的发射信号，其中，所述接收单元(20)被设计为接收具有第二载波频带的接收信号，其中，所述第一载波频带和所述第二载波频带至少部分地彼此频谱重叠，优选地完全频谱重叠，其中，所述接收单元(20)被设计为在所述发射单元(19)发射所述发射信号的同时接收所述接收信号。
22.一种通信系统(25)，具有均如权利要求20或21所述的第一收发器装置(17)和第二收发器装置(17)，用于在所述收发器装置(17)之间提供无线信号传输。
23.根据权利要求22所述的通信系统(25)，
其特征在于，
两个收发器装置(17)被布置成为所述无线信号传输彼此相距最大10cm，优选地彼此相距最大5cm，特别优选地彼此相距最大2cm，非常特别优选地彼此相距最大1cm，例如彼此相距最大0.5cm。
24.根据权利要求22或23所述的通信系统(25)，
其特征在于，
所述两个收发器装置(17)围绕公共旋转轴相对于彼此能旋转，其中，相应的天线装置(1)的所述中心点(Z)优选地彼此同轴设置，并且与所述公共旋转轴重合。
25.根据权利要求22至24中的一项所述的通信系统(25)，
其特征在于，
所述第一收发器装置(17)布置在非接触式电连接器(26)中，所述第二收发器装置(17)布置在非接触式电配合连接器(27)中，所述非接触式电配合连接器(27)能机械连接到所述电连接器(26)，其中，所述电连接器(26)和所述电配合连接器(27)优选地在它们互连的状态下能相对于彼此旋转。
26.一种致动器设备(33)，特别是工业机器人系统，所述致动器设备(33)具有第一致动器元件(35)、第二致动器元件(36)和如权利要求22至25中的一项所述的通信系统(25)，其中，所述第一收发器装置(17)布置在所述第一致动器元件(35)上，所述第二收发器装置(17)布置在所述第二致动器元件(36)上，以便实现两个致动器元件(35，36)之间的无线信号传输。
27.一种用于操作收发器装置(17)的天线装置(1)的方法，特别是高频收发器装置，所述方法至少具有以下方法步骤：
a)提供由第一发射天线(2)和第二发射天线(3)组成的发射天线组，所述第一发射天线(2)和所述第二发射天线(3)均连接到第一平衡-不平衡变换器(22)的对称连接(AS)；
b)提供由第一接收天线(4)和第二接收天线(5)组成的接收天线组，所述第一接收天线(4)和所述第二接收天线(5)均连接到第二平衡-不平衡变换器(23)的对称连接(AS)；
c)通过所述收发器装置(17)的发射信号路径(S)操作所述发射天线组，所述发射信号路径(S)通过所述第一平衡-不平衡变换器(22)的非对称连接(AA)连接到所述第一平衡-不平衡变换器(22)；
d)通过所述收发器装置(17)的接收信号路径(E)操作所述接收天线组，所述接收信号路径(E)独立于所述发射信号路径(S)，并通过所述第二平衡-不平衡变换器(23)的非对称连接(AA)连接到所述第二平衡-不平衡变换器(23)；其中，
所述第一发射天线(2)、所述第二发射天线(3)、所述第一接收天线(4)和所述第二接收天线(5)被布置在相对于彼此的空间位置中，使得所述发射天线组和所述接收天线组之间的串扰至少通过它们相应的天线(2，3，4，5)的差分连接而减小。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3102323C2 (de) * 1981-01-24 1984-06-07 Metalltechnik Schmidt GmbH & Co, 7024 Filderstadt Wendelantennengruppe
GB2331185B (en) * 1983-03-05 1999-09-22 Emi Ltd Antenna arrangement
US5880695A (en) * 1998-02-05 1999-03-09 Astron Corporation Antenna system for wireless comunication systems
AU2003284553A1 (en) * 2003-11-14 2005-06-24 Hitachi, Ltd. Vehicle-mounted radar
DE102007061738A1 (de) * 2007-12-20 2009-06-25 Robert Bosch Gmbh Antenne, insbesondere für Radarsignale sowie Verfahren und Verwendung
EP2849278B1 (en) 2010-01-29 2017-03-01 Orban Microwave Products (OMP) N.V. 180° coupler
CN104685843B (zh) * 2013-09-30 2018-02-23 华为技术有限公司 一种天线和通信设备
WO2015075072A1 (en) * 2013-11-21 2015-05-28 Sony Corporation Surveillance apparatus having an optical camera and a radar sensor
US10637157B2 (en) * 2016-12-02 2020-04-28 Peraso Technologies Inc. Antenna arrays with common phase centers
JP6684323B2 (ja) * 2018-08-03 2020-04-22 アンリツ株式会社 平面アンテナ装置、それを備えた無線端末測定装置、及び無線端末測定方法
US10741906B2 (en) * 2018-09-28 2020-08-11 Apple Inc. Electronic devices having communications and ranging capabilities

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