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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Signalverteilungsvorrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
ist bereits eine Signalverteilungsvorrichtung mit einer Signalverteilungseinheit,
die zumindest drei Anschlussstellen aufweist, bekannt. Zumindest
zwei der drei Anschlussstellen sind hierbei in zumindest eine Übertragungsrichtung
entkoppelt voneinander angeordnet.
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Vorteile der Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einer Signalverteilungsvorrichtung mit einer
Signalverteilungseinheit, die mindestens drei Anschlussstellen aufweist, wobei
zumindest zwei der drei Anschlussstellen in zumindest eine Übertragungsrichtung
entkoppelt voneinander angeordnet sind.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Signalverteilungsvorrichtung eine Ausgleichseinheit
aufweist, die ein Überkoppeln
eines Signals zwischen den zwei entkoppelt angeordneten Anschlussstellen
zumindest teilweise ausgleicht. In diesem Zusammenhang soll unter „entkoppelt” insbesondere
entkoppelt hinsichtlich einer Signalübertragung verstanden werden,
so dass eine Signalübertragung
zwischen zwei voneinander entkoppelten Anschlussstellen idealerweise
verhindert ist. Unter einer „Anschlussstelle” soll hierbei
insbesondere eine Signaleingangsstelle oder eine Signalausgangsstelle
verstanden werden. Des Weiteren soll unter einer „Signalverteilungseinheit” insbesondere
eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, unterschiedliche
Signale laufrichtungsabhängig
auf einen oder mehrere Ausgänge
zu verteilen. Besonders vorteilhaft weist hierbei die Signalverteilungseinheit
einen Zirkulator, bei dem ein Signal an einem Eingang i jeweils
auf einen Ausgang i + 1 gelegt wird, und/oder einen Richtkoppler und/oder
ein weiteres, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes elektronisches
Bauteil auf. Zudem soll unter einer „Überkopplung” insbesondere eine unerwünschte Signalübertragung
zwischen zwei entkoppelten Anschlussstellen verstanden werden, wobei die Überkopplung
aufgrund einer differierenden geometrischen Abmessung und/oder differierenden
Frequenzen bzw. Frequenzbereichen und/oder einer sich ändernden
Temperatur usw. erfolgen kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
kann vorteilhaft eine unerwünschte Überlagerung
eines Überkopplungssignals
mit zumindest einem Ausgangssignal einer Anschlussstelle reduziert
bzw. verhindert werden. Zudem kann eine effektive Trennung unterschiedlicher
Signale, insbesondere eingehender und/oder ausgehender Signale,
insbesondere in einem breitbandigen Frequenzbereich vorteilhaft
erreicht werden.
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Die
erfindungsgemäße Signalverteilungsvorrichtung
kann grundsätzlich
bei allen Elektrogeräten, insbesondere
Elektrowerkzeugen, eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft jedoch
kann die Signalverteilungsvorrichtung bei Ortungsgeräten, in
denen Bauteile der Hochfrequenztechnik und/oder der Mikrowellentechnik
genutzt werden, eingesetzt werden, indem hier eine Trennung von
insbesondere breitbandigen, vorzugsweise UWB-Signalen, erwünscht ist,
die aufgrund einer breiten Frequenzbreite der Signale besonders
hohe Anforderungen an die Signalverteilungsvorrichtung stellen.
Es kann hierbei eine besonders effektive Trennung zwischen unterschiedlichen
eingehenden und/oder ausgehenden Signalen in der Signalverteilungseinheit
erreicht werden.
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Des
Weiteren wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der beiden getrennt
angeordneten Anschlussstellen von einem Eingang und die andere Anschlussstelle
von einem Ausgang belegt ist. Vorzugsweise liegt an dem Eingang
ein von einer Signalerzeugungseinheit generiertes Signal hoher Signalstärke an,
das zu einer Antenne geleitet wird, und an dem Ausgang liegt ein
von der Antenne empfangenes Signal kleiner Signalstärke an.
Es kann hierbei insbesondere das ausgehende Signal von dem eingehenden
Signal entkoppelt werden und eine Überlagerung zumindest von Signalteilen
des eingehenden Signals mit dem ausgehenden Signal zumindest reduziert
oder verhindert werden und dabei insbesondere eine Störung des
Ausgangssignals, insbesondere des Empfangssignals, vorteilhaft verhindert werden.
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Es
wird ferner vorgeschlagen, dass an dem Eingang zumindest teilweise
ein breitbandiges Signal in zumindest einem Betriebszustand anliegt.
Vorzugsweise ist das breitbandige Signal von einem Ultrabreitbandsignal
gebildet, wobei in diesem Zusammenhang unter einem „Ultrabreitbandsignal” insbesondere
ein elektromagnetisches Signal verstanden werden soll, welches einen
Nutzfrequenzbereich mit einer Mittelfrequenz im Frequenzbereich
von 1 GHz bis 15 GHz und einer Frequenzbandbreite von zumindest
500 MHz aufweist. Das Ultrabreitbandsignal weist besonders vorteilhaft
eine spektrale Leistungsdichte von maximal –41,3 dBm/MHz auf. Es kann durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung
eine Überlagerung
von breitbandigen Signalen vorteilhaft verhindert werden und damit
eine frequenzunabhängige
Entkopplung zwischen den zumindest zwei voneinander entkoppelten
Anschlussstellen erreicht werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Ausgleichseinheit zumindest ein Signalteilungselement aufweist,
das zu einer Teilung eines Eingangssignals vor einem Eingang der
Signalverteilungseinheit in zwei Teileingangssignale vorgesehen
ist. Vorzugsweise ist das Signalteilungselement von einem 3dB-Teiler
gebildet und dazu vorgesehen, das Eingangssignal in zwei gleich
große
Teilsignale, insbesondere in zwei Teilsignale mit im Wesentlichen
gleichen Signaleigenschaften, wie beispielsweise einer Phase, einer
Frequenz usw., zu teilen. Alternativ ist auch ein beliebiges, dem
Fachmann als sinnvoll erscheinendes Teilungsverhältnis des Eingangssignals durch
das Signalteilungselement denkbar. Es kann hierbei vorteilhaft mittels
eines Teilsignals eine mögliche Überkopplung
in der Signalverteilungseinheit erfasst werden und das andere Teilsignal
einem Messbetrieb der Signalverteilungseinheit zugeführt werden.
Zudem kann mittels einer Teilung des Eingangssignals in zwei gleich
große
Teilsignale ein Anteil einer Überkopplung
exakt ermittelt werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass bei einer
ungleichmäßigen Teilung
auf einen Überkopplungsanteil
in der Signalverteilungseinheit hochgerechnet werden kann.
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Weiterhin
wird vorgeschlagen, dass die Ausgleichseinheit ein Signalverteilungsmittel
aufweist, wodurch vorteilhaft eine mögliche Überkopplung in der Signalverteilungseinheit
konstruktiv einfach reproduziert werden kann. Vorzugsweise ist das
Signalverteilungsmittel von einem zur Signalverteilungseinheit baugleichen
Bauteil und/oder einer baugleichen Einheit gebildet und weist hierzu
zumindest einen Eingang und zumindest einen von dem Eingang getrennten
Ausgang auf, der zu einer Erzeugung eines Überkopplungssignals vorgesehen
ist.
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Besonders
vorteilhaft ist das Signalverteilungsmittel dem Signalteilungselement
nachgeschaltet angeordnet, so dass im Betrieb der Signalverteilungsvorrichtung
zugleich ein Messbetrieb mittels der Signalverteilungseinheit erfolgen
kann und eine mögliche Überkopplung
in der Signalverteilungseinheit durch das Signalverteilungsmittel
reproduziert werden kann. In diesem Zusammenhang soll unter „nachgeschaltet” insbesondere
verstanden werden, dass das Signalverteilungsmittel entlang einer
Richtung einer Signalübertragung
nach dem Signalteilungselement angeordnet ist.
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Es
wird zudem vorgeschlagen, dass die Ausgleichseinheit ein Phasenänderungselement
aufweist, das zu einer Phasenänderung
eines Signals vorgesehen ist. Es kann hierbei vorteilhaft eine Phase
eines reproduzierten Überkopplungssignals
gegenüber
einem Ausgangssignal der Signalverteilungseinheit geändert bzw.
verschoben werden. Besonders vorteilhaft ist das Phasenänderungselement zu
einer Phasenänderung
von ca. 180° des
Signals vorgesehen. Des Weiteren ist es in einer alternativen Ausgestaltung
der Erfindung auch denkbar, dass das Phasenänderungselement zumindest teilweise
einstückig
mit dem Signalteilungselement und/oder mit dem Signalverteilungsmittel
ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise in Form eines Baluns realisiert werden,
der die Funktionen beider Bauteile, insbesondere des Signalteilungselements
und des Phasenänderungselements,
in sich vereinigt, in dem bei einer Signalteilung gleichzeitig eine
Phasenänderung,
insbesondere um 180°,
eines Teilsignals erfolgt, wobei der Balun hierbei zumindest teilweise eine
Funktionsweise eines Transformators aufweist. In diesem Zusammenhang
soll unter „einstückig” insbesondere
einteilig und/oder aus einem Guss gebildet und/oder als ein Bauteil
ausgebildet verstanden werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass die Ausgleichseinheit ein Signalvereinigungselement zu einer
Vereinigung von zumindest zwei Eingangssignalen zu einem Gesamtsignal
aufweist. Es kann hierbei vorteilhaft ein unerwünschtes Überkopplungssignal durch ein
Ausgleichssignal in einem der beiden Eingangssignale ausgeglichen
werden. Besonders vorteilhaft ist hierbei zumindest ein Eingangssignal
von einem phasenverschobenen Signal und zumindest ein Eingangssignal
von einem Ausgangssignal der Signalverteilungseinheit gebildet,
so dass das unerwünscht überkoppelte
Signal vorteilhaft ausgelöscht
werden kann. Das Signalvereinigungselement kann zudem auch einstückig mit
dem Phasenänderungselement
ausgebildet sein, wodurch weitere Bauteile, Bauraum, Montageaufwand
und Kosten vorteilhaft eingespart werden können.
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Besonders
vorteilhaft kann die Signalverteilungsvorrichtung in einem Bauteil,
insbesondere in einem elektronischen Bauteil, integriert sein. Alternativ
hierzu kann die Signalverteilungsvorrichtung ferner zumindest teilweise
auf einer Leiterplatte aufgebracht sein. Zudem kann die Signalver teilungsvorrichtung
auf einem LTCC-Bauteil (Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken) integriert
sein.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale
zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 ein
von einem Ortungsgerät
gebildetes Elektrowerkzeug mit einer Signalverteilungsvorrichtung
in einer schematischen Darstellung und
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2 die
Signalverteilungsvorrichtung in einer schematischen Ansicht.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
ein von einem Elektrowerkzeug 44 gebildetes Elektrogerät 42 dargestellt.
Das Elektrogerät 42 ist
von einem Ortungsgerät 46 gebildet, das
zu einer Erfassung eines Vorhandenseins eines in einem Untersuchungsobjekt
angeordneten Gegenstands mittels eines Untersuchungssignals vorgesehen
ist. Hierzu weist das Ortungsgerät 46 eine
Signalerzeugungseinheit 48 auf, die zu einer Generierung
des Untersuchungssignals im Betrieb des Ortungsgeräts 46 vorgesehen
ist. Das Untersuchungssignal ist hierbei von einem Ultrabreitbandsignal
gebildet. Des Weiteren weist das Ortungsgerät 46 eine Signalverteilungsvorrichtung 10 mit
einer Signalverteilungseinheit 12 auf, die im Betrieb ein
von der Signalerzeugungseinheit 48 generiertes Ultrabreitbandsignal
an eine Antenneneinheit 50 des Ortungsgeräts 46 weiterleitet
und ein von der Antenneneinheit 50 empfangenes Signal an
eine Empfangseinheit 52 des Ortungsgeräts 46 weiterleitet.
Die Antenneneinheit 50 ist hier als monostatisches Radarsystem
ausgebildet und hierbei zu einem Senden und Empfangen von Signalen
vorgesehen. Die Signalverteilungsvorrichtung 10 ist über eine
nicht näher
dargestellte interne Datenleitung mit der Signalerzeugungseinheit 48,
der Antenneneinheit 50 und der Empfangseinheit 52 verbunden.
Zudem weist das Ortungsgerät
eine nicht näher
dargestellte Auswerte einheit auf, die die empfangenen Signale auswertet,
und eine optische Ausgabeeinheit 54 auf, über die
ein Messergebnis für einen
Bediener sichtbar ausgegeben werden kann.
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Die
Signalverteilungseinheit 12 weist hierzu einen Richtkoppler 56 mit
vier Anschlussstellen 14, 16, 18, 20 auf.
Die erste Anschlussstelle 14 weist eine direkte Verbindung 58 zu
der vierten Anschlussstelle 20 auf. Ebenfalls weist die
zweite Anschlussstelle 16 eine direkte Verbindung 60 zu
der dritten Anschlussstelle 18 auf. Zudem ist die erste
Anschlussstelle 14 mit der zweiten Anschlussstelle 16 und
die dritte Anschlussstelle 18 mit der vierten Anschlussstelle 20 gekoppelt,
wobei hierbei eine Koppeldämpfung
von ca. 3 bis 20 dB zwischen den Anschlussstellen 14, 16, 18, 20 wirkt,
so dass ca. 1% bis 50% eines an einer Anschlussstelle 14, 16, 18, 20 angelegten Signals
an der gekoppelten Anschlussstelle 14, 16, 18, 20 ankommen.
Sowohl die erste Anschlussstelle 14 und die dritte Anschlussstelle 18 als
auch die zweite Anschlussstelle 16 und die vierte Anschlussstelle 20 sind
entkoppelt voneinander angeordnet, wobei hier eine Übertragung
eines Signals entlang beider Übertragungsrichtungen 22, 62 verhindert sein
soll.
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Die
erste Anschlussstelle 14 ist mit einem Eingang 26 belegt,
auf den ein von einem Ultrabreitbandsignal gebildetes Eingangssignal
der Signalerzeugungseinheit 48 geführt ist. Die zweite Anschlussstelle 16 ist
mit einem Anschluss für
die Antenneneinheit 50 belegt, der zu einer Signalführung in beide
Richtungen 64 vorgesehen ist. Hierbei wird das über die
erste Anschlussstelle 14 eingehende Eingangssignal an die
Antenneneinheit 50 weitergeleitet und über ein Antennenelement 66 der
Antenneneinheit 50 ausgesandt. Zudem werden von dem Antennenelement 66 Messsignale,
die von Untersuchungsgegenständen
reflektiert werden, empfangen und über die zweite Anschlussstelle 16 der
Signalverteilungseinheit 12 zugeführt und an die dritte Anschlussstelle 18 weitergeleitet.
Das von der Antenneneinheit 50 empfangene Messsignal ist
hierbei kleiner als ein von der Antenneneinheit 50 abgestrahltes
Untersuchungssignal. Die dritte Anschlussstelle 18 ist
mit einem Ausgang 28, der zur Empfangseinheit 52 führt, belegt.
Die vierte Anschlussstelle 20 ist hier zur Verhinderung
von Signalreflexionen mit einem Wellenwiderstand 68 von
50 Ω belegt.
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Um
ein unerwünschtes Überkoppeln
zwischen der ersten Anschlussstelle 14 und der dritten Anschlussstelle 18 auszugleichen,
weist die Signalverteilungsvorrichtung 10 zudem eine Ausgleichseinheit 24 auf.
Die Ausgleichseinheit 24 ist dazu vorgesehen, ein von einem Überkopplungssignal
gebildetes Störsignal,
das das Messsignal überlagert,
in dem Ausgangssignal der dritten Anschlussstelle 18 zu
eliminieren, so dass eine einfache und schnelle Auswertung des Messsignals
möglich ist.
Das Störsignal kann
hierbei eine Signalstärke
aufweisen, die in etwa einer Signalstärke des Messsignals entspricht.
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Die
Ausgleichseinheit 24 weist ein Signalteilungselement 30,
ein Signalverteilungsmittel 32, ein Phasenänderungselement 38 und
ein Signalvereinigungselement 40 auf. Das Signalteilungselement 30 ist
entlang einer Signalübertragungsrichtung 70 zwischen
der Signalerzeugungseinheit 48 und der ersten Anschlussstelle 14 der
Signalverteilungseinheit 12 angeordnet und zu einer Teilung
des von der Signalerzeugungseinheit 48 generierten Eingangssignals
in zwei Teileingangssignale vorgesehen. Das Signalteilungselement 30 ist
hierbei von einem 3dB-Teiler gebildet, der eine Teilung des Eingangssignals
in zwei gleiche Teileingangssignale bewirkt. Das erste Teileingangssignal
wird anschließend
auf die erste Anschlussstelle 14 und von dieser über die zweite
Anschlussstelle 16 auf die Antenneneinheit 50 gefünhrt. Das
zweite Teileingangssignal wird auf das Signalverteilungsmittel 32 der
Ausgleichseinheit 24 geführt, wobei das Signalverteilungsmittel 32 dem
Signalteilungselement 30 entlang einer Signalübertragungsrichtung 70 nachgeschaltet
angeordnet ist. Zudem ist das Signalverteilungsmittel 32 ebenfalls
von einem Richtkoppler 72, einem zur Signalverteilungseinheit 12 baugleichen
Bauteil, gebildet.
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Das
Signalverteilungsmittel 32 weist ebenfalls vier Anschlussstellen 74, 76, 78, 80 auf,
wobei die zweite und die vierte Anschlussstelle 76, 80 jeweils
mit einem Wellenwiderstand 82, 84 belegt sind. Die
erste Anschlussstelle 74 ist mit einem Eingang 34 belegt,
auf den das Teileingangssignal aus dem Signalteilungselement 30 geführt ist.
Die dritte Anschlussstelle 78 ist mit einem Ausgang 36 belegt,
so dass hier eine Signalüberkopplung
von der ersten Anschlussstelle 74 auf die von der ersten
Anschlussstelle 74 entkoppelt angeordnete dritte Anschlussstelle 78 im
Betrieb der Signalverteilungsvorrichtung 10 bzw. des Ortungsgeräts 46 anliegt.
Das Überkopplungssignal
der dritten Anschlussstelle 78 wird auf das Phasenänderungselement 38 geführt, das
im Betrieb des Ortungsgeräts 46 zu
einer Phasenänderung
von 180° des Überkopplungssignals
vorgesehen ist. Anschließend
wird das um 180° phasenverschobene Überkopplungssignal
auf einen Eingang 86 des Signalvereinigungselements 40 geführt. Das Signalvereinigungselement 40 ist
zu einer Vereinigung von zwei Eingangssignalen zu einem Gesamtsignal
vorgesehen. Ein erstes Eingangssignal ist von dem um 180° phasenverschobenen Überkopplungssignal
gebildet. Ein zweites Eingangssignal ist von dem Ausgangssignal
der dritten Anschlussstelle 18 der Signalverteilungseinheit 12 gebildet
und liegt an einem weiteren Eingang 88 des Signalvereinigungselements 40 an.
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Durch
die Teilung des generierten Untersuchungssignals der Signalerzeugungseinheit 48 in zwei
gleich große
Teilsignale entspricht das von dem Signalverteilungsmittel 32 ausgehende Überkopplungssignal
einem Anteil des Überkopplungssignals in
dem Ausgangssignal der dritten Anschlussstelle 18 der Signalverteilungseinheit 12.
Mittels des Phasenänderungselements 38 wird
das Überkopplungssignal
des Signalverteilungsmittels 32 gegenphasig zu dem das
Messsignal überlagernden Überkopplungssignal
in dem Ausgangssignal der dritten Anschlussstelle 18 ausgebildet.
In dem Signalvereinigungselement 40 werden das phasenverschobene Überkopplungssignal
und das Ausgangssignal der dritten Anschlussstelle 18 der
Signalverteilungseinheit 12 überlagert, wobei das phasenverschobene Überkopplungssignal
das das Messsignal überlagernde Überkopplungssignal
der dritten Anschlussstelle 18 ausgleicht bzw. sich die
beiden Überkopplungssignale
in dem Signalvereinigungselement 40 auslöschen. Das
Messsignal der Signalverteilungseinheit 12 bleibt von dieser
Auslöschung
hierbei unberührt,
so dass dieses unverändert
von dem Signalvereinigungselement 40 zu der Empfangseinheit 52 geführt werden
kann.
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In
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es auch denkbar,
das Phasenänderungselement 38 entlang
der Signalübertragungsrichtung 70 vor
dem Signalverteilungsmittel 32 innerhalb der Ausgleichseinheit 24 anzuordnen.
Zudem kann das Phasenänderungselement 38 als
ein Bauteil mit dem Signalteilungselement 30 oder dem Signalvereinigungselement 40 ausgebildet
sein, wie beispielsweise als Balun.