DE102011016083A1 - Method for transmitting modulated radio frequency (RF) signals from transmitting station through RF-proof wall to receiving station, involves transforming data signals into waveform to overcome wall by overlay/Heterodyn transponder - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren, modulierte elektromagnetische Felder über HF-dichte Wände zu übertragen. In diesem Zusammenhang bezieht sich die Erfindung auch auf Verfahren, modulierte elektromagnetische Felder von außen in einen geschlossenen Behälter einzubringen und in Inneren wirksam werden zu lassen, auch wenn diese Behälter ein metallisch dichtes Gehäuse und somit einen Faradayschen Käfig darstellen.The invention relates to methods of transmitting modulated electromagnetic fields over RF-dense walls. In this context, the invention also relates to methods to introduce modulated electromagnetic fields from the outside into a closed container and to be effective in the interior, even if these containers represent a metal-tight housing and thus a Faraday cage.
Aus der Physik ist bekannt, dass ein aus leitendem Material bestehendes Gehäuse einen feldfreien Raum im Inneren des Raumes herstellt, weil von außen auf die abschirmende Hülle gelangende elektrische Felder durch die Außenhülle des Käfigs abgeleitet werden und magnetische Feldkomponenten durch Wirbelstrombildung eliminiert werden, so dass sich im Inneren des Käfigs ein praktisch feldfreier Raum ausbildet.It is known from physics that a housing made of conductive material creates a field-free space in the interior of the room, because from the outside on the shielding shell passing electric fields are derived through the outer shell of the cage and magnetic field components are eliminated by eddy current formation, so that inside the cage forms a practically field-free space.
Dies gilt auch für fast alle hochfrequenten elektromagnetischen Felder und somit auch für HF-Felder, die zum Auslesen eines RFID Transponders geeignet sind. Ein von außen von einem Lesegerät auf eine geschlossene Gehäusehülle aus leitfähigem Material gerichtetes HF-Feld ist daher nicht in der Lage, in das Innere zu gelangen. Transponder, die sich in einem Container aus Metall und somit in einem solchen Faradayschen Käfig befinden, können daher auch nicht direkt von außen erkannt und gelesen werden.This also applies to almost all high-frequency electromagnetic fields and thus also to RF fields that are suitable for reading out an RFID transponder. A directed from the outside of a reader on a closed housing of conductive material RF field is therefore not able to get into the interior. Transponders that are located in a metal container and thus in such a Faraday cage can therefore not be recognized and read directly from outside.
Zu derartigen Faradayschen Käfigen können das Innere der Fahrgastzelle eines KFZs, das Innere von Container unterschiedlichster Größe (z. B. Trolleys in einem Flugzeug zum Aufbewahren von Speisen und Getränken, große Zug-, Last und Überseecontainer, usw.) und von unterschiedlichster Form und Material (Aluminium, Stahl usw.) und vieles andere mehr gezählt werden. Sogar mit leitend beschichtetem Verpackungsmaterial oder Folien können derartige feldfreie Bereiche fast unvermittelt entstehen.To such Faraday cages, the interior of the passenger compartment of a motor vehicle, the interior of containers of various sizes (eg trolleys in an aircraft for storing food and drinks, large train, load and overseas containers, etc.) and of various shapes and forms Material (aluminum, steel, etc.) and much more can be counted. Even with conductive coated packaging material or films such field-free areas can arise almost instantaneously.
Alle solchermaßen leitende, vor allem metallische Gehäuse (z. B. auch Getriebegehäuse, Motorengehäuse, Tanks, Räume in Stahlbetonbauten, Folienverpackungen, usw.) zeigen diese Eigenschaften und werden im Folgenden zusammen unter dem Begriff „Container” zusammengefasst. Die zu betrachtenden HF-dichten Grenzflächen sind aber nicht nur auf Container beschränkt; eine diesbezügliche Einschränkung der Erfindung liegt somit dadurch nicht vor. Die Anwendung der Erfindung ist in einem weiten Umfeld möglich. Container sehr großer Dimension stellen ab einer gewissen Größe nur noch eine HF-dichte Barriere dar, die so gesehen als Container mit unendlicher Ausdehnung aufzufassen ist.All such conductive, especially metallic housings (eg gearbox housings, engine housings, tanks, rooms in reinforced concrete structures, film packaging, etc.) exhibit these properties and are summarized below together under the term "container". The HF-dense interfaces to be considered are not limited to containers; a related limitation of the invention is thus not available. The application of the invention is possible in a wide environment. From a certain size, containers of very large dimensions represent only an HF-dense barrier which, viewed as such, must be regarded as a container with an infinite extent.
Generell ist es nicht unmöglich, ein hochfrequentes Signal über eine HF-dichte Barriere zu bringen, z. B. wenn das hochfrequente Signal mittels Kabel auf die andere Seite der Barriere geleitet wird und dort (zusätzlich aufbereitet oder nicht) über eine Spule oder eine Antenne zum Aufbau eines elektromagnetischen Feldes genutzt und/oder abgestrahlt wird.In general, it is not impossible to bring a high-frequency signal over an RF-dense barrier, eg. B. when the high-frequency signal is conducted by cable to the other side of the barrier and there (additionally processed or not) via a coil or an antenna used to build an electromagnetic field and / or emitted.
Es ist aber nicht immer möglich, eine derartige Kabelführung vorzusehen; auch ist es nicht in allen Fallen sinnvoll, dies vorzusehen, z. B. wenn große Druckdifferenzen bestehen, eine Gasdurchlässigkeit an Durchbruchstellen (z. B. in explosionsgefährdeten Räumen oder ätzender Umgebung) gefährlich sein könnte, wenn Manipulationsversuche ausgeschlossen werden sollen, usw.However, it is not always possible to provide such a cable guide; Also, it is not useful in all cases to provide this, z. If, for example, there are large pressure differences, gas permeability at break-through points (eg in potentially explosive atmospheres or corrosive environments) could be dangerous if tampering attempts should be ruled out, etc.
Transponder, die zur Kennzeichnung von Produkten und Objekten eingesetzt werden, sind im Rahmen von sogenannten Auto-ID-, RFID-Anwendungen oder auch von Zugangssystemen u. a. bekannt und stellen im hier zu sehenden Rahmen Funkpartner von Lesestationen dar, die oftmals durch solche Barrieren getrennt sind. Dabei werden aktive, semiaktive oder passive Transponder mit einem zu kennzeichnenden Produkt oder Objekt fest verbunden. Mittels eines Lesegeräts, das ein elektromagnetisches Feld generiert und mit diesem Feld sowohl den Transponder mit Energie versorgt, als auch Daten an ihm übermittelt, kann ein solcher Transponder erkannt, sein Dateninhalt gelesen und über diesen Umweg z. B. das Objekt als solches identifiziert werden.Transponders that are used to label products and objects are in the context of so-called Auto-ID, RFID applications or access systems u. a. are known and represent in the context to be seen radio partners of reading stations, which are often separated by such barriers. In this case, active, semi-active or passive transponders are firmly connected to a product or object to be identified. By means of a reader which generates an electromagnetic field and both supplies the transponder with energy and transmits data to it with this field, such a transponder can be recognized, read its data content and, via this detour z. B. the object can be identified as such.
Andere, weitergehende Anwendungen sind mit einer derartigen Technologie möglich.Other, more extensive applications are possible with such a technology.
Auf dem Stand der Technik können mittels Transpondereinsatz das Vorhandensein des Transponders, Schaltzustände und sogar analoge Werte einer Lesereinheit übermittelt werden, wobei jeder Transponder (einzeln gesehen) nur für jeweils eine mögliche Funktion steht (ein Objekt, ein Schalter, ein Analogwert, ein Sensorwert, usw.). Ist mehr als eine Funktion in einem System einzubeziehen, dann benötigt man i. a. auch mehrere Transponder und evtl. auch mehr als nur ein Lesegerät. Der Einsatz dieser Kennzeichnungs- und Übertragungstechniken soll mit der erfindungsgemäßen Technik möglichst uneingeschränkt auch über Barrieren hinweg möglich sein, die HF sehr stark dämpfen.In the state of the art, the presence of the transponder, switching states and even analog values of a reader unit can be transmitted by means of a transponder, each transponder (individually viewed) standing for only one possible function (an object, a switch, an analog value, a sensor value, etc.). If more than one function is to be included in a system, then you need i. a. also several transponders and possibly more than just a reader. The use of these marking and transmission techniques should be possible with the technique according to the invention as far as possible across barriers, which attenuate HF very strongly.
Dabei werden die für diese Techniken zahlreich bestehenden und notwendigen Kompromisse durch diese Erfindung nicht gelöst, werden aber davon berührt. Das gilt sowohl für die Frequenzwahl als auch die Festlegung der Sendeenergie.The numerous existing and necessary compromises for these techniques are not solved by this invention, but are affected. This applies both to the frequency selection and the determination of the transmission energy.
Zu beachten ist zudem, dass mittels Transponder im Rahmen von RFID-Konzepten realisierte Anwendungen mit unterschiedlichen Zielen ausgelegt sein können, die es zu beachten gilt.It should also be noted that using transponders in the context of RFID concepts realized applications can be designed with different goals that need to be considered.
Aus dem Stand der Technik sind Methoden bekannt, mit denen drahtlos arbeitende Schaltfunktionen dadurch realisiert werden, dass eine Lesestation das Vorhandensein eines Transponders erkennt und bei Erkennen eines zulässigen Transponders die Funktion eines Systems oder Gerätes schaltet, bzw. diese Aufgabe an die Steuerung einer technischen Einheit weiterleitet, so dass diese daraufhin die jeweils zu schaltende oder zu bedienende Zielfunktion steuert.Methods are known from the prior art, with which wireless switching functions are realized in that a reading station detects the presence of a transponder and switches the function of a system or device recognizing an acceptable transponder, or this task to the control of a technical unit then directs, so that then controls the respectively to be switched or operated target function.
Bei diesen Techniken löst das von der Lesestation sicher erfasste Vorhandensein eines in das Erkennungsfeld gebrachten (zulässigen) Transponders die eigentliche Schaltfunktion über die Leseeinheit aus. Hier wäre zu entscheiden, ob ein für Schaltfunktionen gültiger Transponder derartige Schaltfunktionen auch nach außen über die Containerwand hinweg auslösen darf oder nicht.In these techniques, the presence of a (valid) transponder securely detected by the reading station triggers the actual switching function via the reading unit. Here it should be decided whether a valid for switching functions transponder such switching functions may also trigger outward on the container wall away or not.
Dies wird aber dem Schalterproblem zugewiesen und betrifft daher die hier im Vordergrund zu sehende Technik nicht.However, this is assigned to the switch problem and therefore does not affect the technique to be seen here in the foreground.
Aus dem Stand der Technik sind weiter Techniken bekannt, mit denen Schaltfunktionen drahtlos übertragen werden können, indem z. B. eine Lesestation den Zustand eines Transponders, der durch eine Schaltfunktion aktiviert oder deaktiviert werden kann, abfragt und dem so gelesenen Schaltzustand entsprechend die Funktion eines Systems oder Gerätes schaltet, bzw. diese Aufgabe an die Steuerung einer technischen Einheit weiterleitet, so dass diese daraufhin die jeweils zu schaltende oder zu bedienende Zielfunktion bedient.Techniques are further known from the prior art, with which switching functions can be transmitted wirelessly by z. B. a reading station, the state of a transponder, which can be activated or deactivated by a switching function, interrogates and switches the so-called switching state according to the function of a system or device, or this task to the control of a technical unit forwards, so that then serves the respective target function to be switched or operated.
Bei diesen Techniken löst ein mittels Schaltfunktion aktivierter bzw. deaktivierter, sich dabei u. U. auch dauerhaft im Erkennungsfeld einer Lesestation befindlicher Transponder die eigentliche Schaltfunktion aus, die auch in diesem Zusammenhang über die Leseeinheit vermittelt wird. Dies wird ebenfalls dem Schalterproblem zugewiesen und betrifft daher die hier im Vordergrund zu sehende Technik ebenfalls nicht, d. h. die dabei vorgesehene Schaltstrategie soll nicht beeinflusst werden.In these techniques triggered by means of switching function activated or deactivated, thereby u. U. also permanently located in the detection field of a reading station transponder from the actual switching function, which is also mediated in this context via the reading unit. This is also assigned to the switch problem and therefore does not affect the technique to be seen here in the foreground, ie. H. The planned switching strategy should not be affected.
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Techniken bekannt, mittels derer Sensorelemente, die einen Einfluss auf die Eigenschaften eines Transponders haben können (z. B. auf die Antennenanpassung, auf die Backscatterfrequenz oder auf die Frequenz des lokalen Oszillators), Analogdaten vermitteln können. Wird der Transponder von einer Lesestation abgefragt, dann kann diese eine dem analogen, bzw. dem Sensorwert proportionale Antwort gewinnen und weiterleiten.Techniques are also known from the prior art, by means of which sensor elements, which can have an influence on the properties of a transponder (for example on the antenna adaptation, on the backscatter frequency or on the frequency of the local oscillator), can convey analog data. If the transponder is queried by a reading station, then it can win and forward a response proportional to the analog or sensor value.
Somit können auf dem Stand der Technik das Vorhandensein von Transponder, Schaltzustände und auch analoge Werte mittels Transpondereinsatz drahtlos erfasst und einer Leseeinheit zugänglich gemacht werden, wobei jeder Transponder (einzeln gesehen) nur für jeweils eine (und nur eine) mögliche Funktion steht (ein Schalter, ein Analogwert, ein Sensorwert, usw.). Wird mehr als eine Funktion in einem System benötigt, dann benötigt man i. a. auch mehrere Transponder und evtl. auch mehr als nur einen Leser.Thus, in the prior art, the presence of transponders, switching states and also analog values can be detected wirelessly by means of a transponder application and made accessible to a reading unit, each transponder (individually viewed) standing for only one (and only one) possible function (a switch , an analog value, a sensor value, etc.). If more than one function is needed in a system, then you need i. a. also several transponders and possibly more than just one reader.
Die erfindungsgemäßen Techniken sollen den Transpondereinsatz uneingeschränkt über die Containerwände oder Barriere hinweg möglich machen, üben aber trotzdem einen Einfluss aus.The techniques according to the invention should make it possible to use the transponder unrestrictedly over the container walls or barrier, but nevertheless exert an influence.
So ist i. a. die Reichweite der RFID-Techniken eingeschränkt. Die erfindungsgemäße Technik vergrößert u. U. die Reichweite der „normalen” RFID-Technik, weil das Verhalten der Wanddurchdringungsanordnung als Verstärker gesehen werden kann. So können Transponder, die sich auf der anderen Seite einer Wand befinden, von einer Lesestation u. U. noch aus einer Entfernung erreicht werden, aus der sonst eine Kommunikation nicht möglich wäre. Das kann sich vorteilhaft auswirken, kann sich aber auch als ein Nachteil erweisen.So i. a. limited the range of RFID techniques. The inventive technique increases u. For example, the range of "normal" RFID technology may be because the behavior of the wall penetration assembly may be considered as an amplifier. Thus, transponders that are located on the other side of a wall of a reading station u. U. still be reached from a distance from which otherwise a communication would not be possible. This can have an advantageous effect, but it can also prove to be a disadvantage.
Eine weitere Einschränkung ergibt sich aus der Wahl der Frequenz. Transponder- und Leserfrequenz müssen i. a. aufeinander abgestimmt sein und zueinander passen. Dabei sind die Einsatzbereiche durchaus unterschiedlich. Je höher nämlich bei einer normalen RFID-Anwendung die Frequenz gewählt werden kann, desto größer kann (bei vergleichbarem Energieeinsatz) der Aktionsradius an sich ausgestaltet werden. Die Wanddurchdringung arbeitet aber nur auf definierten Frequenzen, wobei Eingangs- und Ausgangsfrequenz nicht unbedingt gleich sind, aber gleich sein können. Die Wandübertragung muss also auf die jeweiligen Arbeitsfrequenzen zugeschnitten sein, was aber an sich selbstverständlich ist.Another limitation arises from the choice of frequency. Transponder and reader frequency must i. a. be coordinated and match each other. The fields of application are quite different. Namely, the higher the frequency can be selected in a normal RFID application, the greater (with comparable energy use) the action radius can be configured per se. The wall penetration works only on defined frequencies, whereby input and output frequency are not necessarily the same, but can be the same. The wall transfer must therefore be tailored to the respective operating frequencies, but this is self-evident.
Bei einer sehr hohen Frequenz ist ein Einsatz von Transponder in problematischer Umgebung (Metall, Flüssigkeiten, usw.) praktisch nicht möglich. Transponder, die mit relativ kleinen Frequenzen arbeiten (z. B. 125 kHz und kleiner) können dagegen auch in problematischer Umgebung eingesetzt werden. Beide Transpondertypen können in einem großen Container nebeneinander vorkommen. Je kleiner die Frequenz hinter einer Wand aber gewählt werden muss, desto stärker müssen dort die generierten Felder werden, die normalerweise von Lesegeräten mit hoher Energiereserve zur Versorgung und zum Erreichen des Transponders erzeugt werden. Hier müsste Gleiches von einer sich auf der Wandrückseite befindenden Komponente der erfindungsgemäßen Anordnung erzeugt werden, was aber i. a. nicht möglich ist. So könnten Transponder in einer gerade gegebenen Entfernung hinter der Wand, die von einer Lesestation vor der Wand normalerweise noch erreicht werden könnten, u. U. so nicht mehr erreicht. Das kann sich als ein zu beachtender Nachteil erweisen.At a very high frequency, it is practically impossible to use transponders in problematic environments (metal, liquids, etc.). However, transponders that operate at relatively low frequencies (eg 125 kHz and smaller) can also be used in problematic environments. Both transponder types can coexist in a large container. However, the smaller the frequency behind a wall, the greater the need to generate the generated fields, which are normally generated by high energy reserve readers for powering and reaching the transponder. Here, the same thing would have to be generated by a component of the arrangement according to the invention located on the back of the wall, but this is generally not possible. Thus, transponders at a given distance behind the wall, which could normally still be reached by a reading station in front of the wall, u. U. not reached anymore. This can prove to be a disadvantage to consider.
Damit bleibt das Problem bestehen, dass in einem gegebenen Umfeld elektromagnetische Felder, die u. U. nur für niedrige Frequenzen konzipiert und einsetzbar sind, eine noch geringere räumliche Distanz überwinden können, während elektromagnetische Felder mit hohen Frequenzen, die für größere Distanzen besser geeignet sind, u. U. noch weiter reichen.This leaves the problem that in a given environment electromagnetic fields, the u. U. are designed and used only for low frequencies, can overcome an even smaller spatial distance, while electromagnetic fields with high frequencies that are better suited for longer distances, u. U. even further.
In diesem Umfeld und unter Beachtung der unterschiedlichsten Anwendungsziele beim Einsatz von Transponder löst die Erfindung die Aufgabe, ein moduliertes HF-Signal, das von einer Leseeinrichtung zum Zwecke einer Transpondererkennung (von Transponder, die hinter einer Wand liegen) auf die HF-Wand gerichtet abgestrahlt wird, ohne Wanddurchbruch auf die andere Seite zu leiten. Das HF-Signal ist, ohne seine wesentlichen Eigenschaften zu verändern, durch die Wand weiterzuleiten und hinter der Wand so zur Wirkung zu bringen, als wenn sich die Lesestation hinter der Wand befindet. Es sind zudem Daten von den sich dort befindlichen Transponder aufzunehmen, über die Wand zurück zu leiten und dort als normales Transponder-Antwortsignal der Leseeinrichtung zukommen zu lassen.In this environment, and taking into account the various application goals when using transponders, the invention solves the problem of a modulated RF signal emitted by a reading device for the purpose of transponder identification (of transponders that are behind a wall) directed to the RF wall is directed to the other side without wall opening. The RF signal, without altering its essential characteristics, is passed through the wall and behind the wall to effect as if the reading station is behind the wall. In addition, data is to be received from the transponders located there, to be routed back via the wall and sent there as a normal transponder response signal to the reading device.
Damit löst die Erfindung auch die Aufgabe, ein moduliertes Signal zum Zwecke der Inhaltserkennung in das Innere eines Containers zu leiten, im Inneren zur Wirkung zu bringen, im Inneren des Containers Daten von den sich dort befindenden Transponder aufzunehmen, diese über die Containerwand nach außen zu leiten und dort wiederum als normales Transponder-Antwortsignal der Leseeinrichtung zu übersenden.Thus, the invention also solves the problem of guiding a modulated signal for the purpose of content detection in the interior of a container to take effect inside to take in the interior of the container data from the transponder located there, this on the container wall to the outside conduct and in turn there to transmit as a normal transponder response signal of the reading device.
Die Leseeinrichtung soll auf der einen Seite der Wand möglichst gar nicht mitbekommen, dass sich zwischen ihr und einem Transponder eine Barriere befindet und die Transponder auf der anderen Seite sollen so reagieren, als wenn sich das Lesegerät in der normalen Anwendungsumgebung ohne Wand befindet.The reader should not even notice on one side of the wall that there is a barrier between it and a transponder and the transponders on the other side should react as if the reader is in the normal application environment without a wall.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das von einer Lesestation generierte Signal mittels eines resonatorunterstützten Empfangskonzepts oder einer gleichwertigen Anordnung empfangen wird und mittels eines Überlagerungs- bzw. Mischkonzepts (von sogenannten Überlagerungs- und/oder Heterodyntranspondern) unter Einsatz zusätzlicher Signalfrequenzquellen, für die Referenzsender, lokale Oszillatoren oder auch andere Signalquellen genützt werden können) auf ein Signal mit einer sehr niedrigen Signalfrequenz transformiert wird. Dieses niederfrequente Signal kann die Wandung mittels magnetischer oder elektrischer Felder, Schall oder Licht ohne größere Probleme durchdringen. Auf der anderen Seite der Wand wird (ebenfalls mittels Überlagerungs- oder Heterodyntranspondern) diese Niederfrequenz ebenfalls mit einem Signal aus einem lokalen Oszillator gemischt und zu einem (anderen) HF-Signal mit gleicher oder anderer Frequenz wie vor der Wand transformiert. Die vor der Wand von der Leseeinheit genutzte Frequenz kann so u. U. auch hinter der Wand genutzt werden, oder aber auch auf eine ganz andere Frequenz umgesetzt werden. Die jeweilige Modulation des primären Abfragesignals wird dabei beibehalten.According to the invention, this object is achieved in that the signal generated by a reading station is received by means of a resonator-assisted reception concept or an equivalent arrangement and by means of an overlay or mixing concept (of so-called heterodyne and / or heterodyne transponders) using additional signal frequency sources for the reference transmitter , local oscillators or other signal sources can be used) is transformed to a signal with a very low signal frequency. This low-frequency signal can penetrate the wall by means of magnetic or electric fields, sound or light without major problems. On the other side of the wall (also by means of heterodyne transponder or heterodyne) this low frequency is also mixed with a signal from a local oscillator and transformed into a (different) RF signal with the same or different frequency as in front of the wall. The frequency used by the reading unit in front of the wall can thus and so on. U. also be used behind the wall, or be converted to a very different frequency. The respective modulation of the primary interrogation signal is maintained.
Dabei kann die Energie für das niederfrequente Signal, das mittels magnetischer oder elektrischer Felder auch Licht, Schall, Vibrationen, usw., die Wand überwinden kann, aus dem Signal des lokalen Oszillators (oder einer anderen Quelle) bezogen werden, so dass auch mit nur geringer Energie empfangene Signalinhalte durch die Wand hindurch weitergeleitet werden können.In this case, the energy for the low-frequency signal, which can also overcome light, sound, vibration, etc., the wall by means of magnetic or electric fields, from the signal of the local oscillator (or another source) can be obtained, so that with only low energy received signal contents can be passed through the wall.
Das auf der anderen Seite der Wand schließlich vorliegende, über die Wand gesendete Niederfrequenzsignal wird hier wieder mit dem Signal eines lokalen Oszillators (oder einer anderen Quelle) gemischt, und so wieder auf eine hohe, geeignete Frequenz transformiert. Das dabei gebildete Hochfrequenzsignal kann seinen Energiebedarf im Wesentlichen aus diesem Signal des lokalen Oszillators bestreiten, so dass auch auf dieser anderen Wandseite der Energiebedarf geeignet befriedigt werden kann.The low-frequency signal, which is finally present on the other side of the wall, is again mixed here with the signal of a local oscillator (or another source), and thus transformed again to a high, suitable frequency. The high-frequency signal formed in this case can substantially meet its energy requirement from this signal of the local oscillator, so that the energy requirement can also be suitably satisfied on this other wall side.
In diesem Zusammenhang können spezielle Materialeigenschaften eine Rolle spielen und sollten beachtet werden. Fast immer zeigen Materialien nämlich einen frequenzabhängigen Dämpfungsverlauf, der sich zum Teil sprunghaft ändern kann. Manchmal existieren im Frequenzverlauf (manchmal an überraschenden Stellen) Dämpfungsminima, die zur Übertragung gut genutzt werden können. Diverse moderne Textilien und Metamaterialien weisen solche Stellen sehr deutlich auf. Da die Lesestationen und die Transponder i. a. lizenzfreie Frequenzbereiche verwenden (z. B. ISM-Frequenzen), sind diese und die Frequenz eines in einem gegebenen Material, evtl. vorhandenen Dämpfungsminimums normalerweise nicht kompatibel.In this context, special material properties may play a role and should be considered. In fact, almost always materials show a frequency-dependent attenuation curve, which can sometimes change abruptly. Sometimes, in the frequency response (sometimes in surprising places), there are attenuation minima that can be well used for transmission. Various modern textiles and metamaterials have such places very clearly. Since the reading stations and the transponder i. a. Using frequency ranges (eg ISM frequencies), these and the frequency of any attenuation minimum present in a given material, are usually not compatible.
In diesem Fall genügt es, die von den Lesestationen jeweils eingesetzte Frequenz mittels Überlagerungs- oder Heterodyntransponder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die Frequenz mit der besten Wanddurchlässigkeit zu transformieren, diese durch die Wand zu schicken und dort wieder auf die ISM-Frequenz zurück zu transformieren.In this case, it is sufficient to transform the frequency used by the reading stations in each case by means of heterodyning or heterodyne transponder with the method according to the invention to the frequency with the best wall permeability, to send them through the wall and there to transform back to the ISM frequency.
Dies stellt allerdings lediglich einen Spezialfall des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, weil der Einsatz niedriger Frequenzen bei der Wandübertragung auf der Feststellung beruht, dass eine gute Wanddurchlässigkeit im Niederfrequenzbereich angesiedelt ist. Wenn eine bestimmte höhere Frequenz eine ebenso gute oder sogar eine bessere Wanddurchlässigkeit aufweist, ist diese aber natürlich vergleichbar geeignet und bietet mit Sicherheit einige Vorteile. However, this represents only a special case of the method according to the invention, because the use of low frequencies in the wall transfer based on the finding that a good wall permeability is located in the low frequency range. Of course, if a certain higher frequency has equally good or even better wall permeability, then it is comparably suitable and certainly offers some advantages.
Bei der Nutzung von Schall (Ultraschall) zur Übertragung der Signale über eine Barriere aus gegebenem Material und gegebener Wanddicke können Resonanzstellen vorkommen, bei denen die Übertragung mit dem eingesetzten Schall bei einer definierten Frequenz besonders gut, aber auch besonders schlecht funktionieren kann. Derartige Effekte sind im gleichen Sinne als Materialeigenschaft (obwohl es in diesem Falle evtl. keine sind) zu beachten.When using sound (ultrasound) to transmit the signals across a barrier of given material and given wall thickness resonance points may occur in which the transmission with the sound used at a defined frequency can work very well, but also very bad. Such effects are to be considered in the same sense as a material property (although in this case they may not be).
Bei der Nutzung von Schall (Ultraschall) zur Übertragung von Signalen über eine Barriere können, besonders bei geschichteten Strukturen, in jeder Schicht unterschiedliche Resonanzstellen vorkommen, bei denen die Übertragung mit dem eingesetzten Schall in der jeweiligen Schicht bei einer definierten Frequenz besonders gut funktionieren kann. Hierbei kann es Sinn machen, die Anpassung der Frequenzen gestuft (für jede Schicht einzeln) auf die jeweilige „Schichtfrequenz” durchzuführen. Dazu müssen an jedem Materialschichtanfang und an jedem Materialschichtende Überlagerungs- oder Heterodyntransponder vorgesehen werden, die die jeweilige Anpassung an die bestmögliche Frequenz der nächsten Stufe vornehmen. Hierbei ist es sogar denkbar, einige Teilschichten drahtgebunden zu überbrücken. In diesem Zusammenhang ist an in mehreren Schichten eingegossenen Restmüll gedacht, in denen spezielle Messtransponder mit eingeschweißt worden sind. Auch Teilschichten mit derartigen Effekten sind im gleichen Sinne als Materialeigenschaft (obwohl es in diesem Falle evtl. keine sind) zu beachten.When using sound (ultrasound) to transmit signals across a barrier, there may be different resonance points in each layer, especially in stratified structures, where the transmission with the sound used in the respective layer at a defined frequency can work particularly well. In this case, it may make sense to perform the adaptation of the frequencies in a stepped manner (for each layer individually) to the respective "layer frequency". For this purpose, overlay or heterodyne transponders must be provided at each material layer beginning and at each material layer end, which make the respective adaptation to the best possible frequency of the next stage. In this case, it is even conceivable to bridge some partial layers by wire. In this context, thought is given to residual garbage cast in several layers in which special measuring transponders have been welded in. Also sublayers with such effects are to be considered in the same sense as a material property (although in this case they may not be).
Als eine Besonderheit ist bei Anwendungen in geschlossenen Hohlräumen zu beachten, dass derartige Hohlräume selbst Resonatoreigenschaften aufweisen können (auch für elektromagnetische Felder). Bestimmte Frequenzen, die in das Innere des Behälters gelangen oder dort erzeugt werden, können vom Material der Wandung und vom Material des Inhalts, von der Bauweise (z. B. Länge/Höhe/Breits), auch dem Ort der Antenne, aber auch vom (variablen) Inhalt des Containers abhängig, im Hohlrauminneren stehende Wellen und/oder konstruktive oder destruktive Interferenzen ausbilden, so dass innerhalb des Containers an bestimmten Stellen gute oder schlechte Funktionsbedingungen vorliegen können, die kaum vorhersehbar sind.It should be noted as a special feature in applications in closed cavities that such cavities can themselves have resonator properties (also for electromagnetic fields). Certain frequencies that enter or are generated inside the container may depend on the material of the wall and the material of the content, on the construction (eg length / height / width), also the location of the antenna, but also on the antenna (Variable) content of the container dependent, standing in the cavity interior waves and / or constructive or destructive interference, so that within the container in certain places good or bad working conditions can be present, which are hardly predictable.
Somit ist auch die Wahl der im Innenraum verwendeten Frequenzen vom jeweiligen Anwendungsfall abhängig genauer zu bewerten. Unter Umständen es ist deshalb nötig, im Inneren eines Containers mit mehr als nur mit einer Frequenz zu arbeiten und u. U. sind auch gestaffelte Frequenzkonzepte einzubeziehen. Derartige Konzepte können durch multiplen Einsatz der erfindungsgemäßen Technik realisiert werden.Thus, the choice of the frequencies used in the interior of the particular application is subject to more accurate evaluation. Under certain circumstances, it is therefore necessary to work inside a container with more than one frequency and u. U. also staggered frequency concepts are to be included. Such concepts can be realized by multiple use of the technique of the invention.
Eine geeignete Konstruktion der Anordnung erlaubt, die lokalen Oszillatoren (oder die anderen Quellen zum Bereitstellen des Signals mit einer zweiten Frequenz) nur zu aktivieren, wenn ein Empfangssignal bereits vorliegt und/oder ein durch die Wand transportiertes Signal. Damit können stromsparende Konzepte der Erfindung realisiert werden. Zudem ist es u. U. möglich, durch die Wandung hindurch, z. B. mittels einer niederfrequenten induktiven Kopplung, genügend Energie zu transportieren, um so hinter der Wand genügend Energie für die Anwendung bereitstellen zu können. Dies ist vor allem bei dauerhaft verplompten, versiegelten oder gesicherten Container, Fässern und Bereichen sinnvoll.A suitable construction of the arrangement allows to activate the local oscillators (or the other sources for providing the signal at a second frequency) only when a received signal is already present and / or a signal carried by the wall. Thus, power-saving concepts of the invention can be realized. It is also u. U. possible, through the wall, z. B. by means of a low-frequency inductive coupling to transport enough energy to provide so behind the wall enough energy for the application can. This is especially useful for permanently messed-up, sealed or secured containers, barrels and areas.
Für die weitere Beschreibung ist es nützlich, die verwendeten Begriffe genau zu definieren.For further description, it is useful to define the terms used.
Das Verfahren setzt beim Empfang teilweise ein „resonatorunterstütztes Empfangskonzept” ein. Resonatoren der hier eingesetzten Art haben meist nur zwei funktionelle Komponenten, nämlich eine Induktivität und eine Kapazität und haben i. a. keinen direkten Kontakt zu anderen Teilen einer Schaltung. Diese besondere Eigenschaft, dass sie nur da sind, um zu schwingen und in diesen Schwingungen Energie zu sammeln, grenzt ihre Funktion von einem „normalen Schwingkreis” ab. Sie werden deshalb hier zur Unterscheidung zu sonstigen Schwingkreisen als „Resonatoren” bezeichnet, obwohl sie natürlich an sich ebenfalls auch einen Schwingkreis darstellen.The method partly uses a "resonator-assisted reception concept" during reception. Resonators of the type used here usually have only two functional components, namely an inductance and a capacitance and have i. a. no direct contact with other parts of a circuit. This special property, that they are only there to vibrate and to collect energy in these vibrations, distinguishes their function from a "normal oscillatory circuit". They are therefore referred to here as a distinction to other resonant circuits as "resonators", although of course they also represent a resonant circuit in itself.
Der Einsatz derartiger resonanter Strukturen ermöglicht es, genügend Energie am jeweiligen Ort zu sammeln, aus- bzw. einzukoppeln und Energie und Daten über eine nennenswerte Entfernung zu übertragen. In gewissen Sinne gehört ein solcher Resonator weder zum Primärkreis (auch wenn er nahe von diesem angeordnet ist) noch zum Sekundärkreis (auch wenn er in dessen Nähe angeordnet ist) andererseits gehören diese Resonatoren sowohl zum primärseitigen Kreis (auch wenn sie sekundärseitig angeordnet sind) also auch zum sekundärseitigen Kreis (auch wenn sie primärseitig angeordnet sind). In einem anderen Sinn stellt ein LC-Resonator einerseits einen Parallelresonanzkreis (daraus folgend mit der Fähigkeit zur Stromüberhöhung) dar, andererseits einen Serienresonanzkreis (daraus folgend mit der Möglichkeit zur Spannungsüberhöhung). Da kein weiterer, Energie entziehender galvanischer Abgriff an der Resonantorstruktur erfolgt, sind beide Aspekte nicht trennbar, gleichwertig und gleichzeitig zu sehen (mit der Notwendigkeit, dies bei der Bauteilauswahl auch zu berücksichtigen).The use of such resonant structures makes it possible to collect enough energy at the respective place, disconnect and transfer energy and data over a considerable distance. In a sense, such a resonator neither belongs to the primary circuit (even if it is located close to it) nor to the secondary circuit (even if it is located in its vicinity). On the other hand, these resonators belong both to the primary-side circuit (even if they are arranged on the secondary side) also to the secondary-side circle (even if they are arranged on the primary side). In another sense, an LC resonator on the one hand a parallel resonant circuit (consequent with the ability to current overshoot), on the other hand, a series resonant circuit (consequent with the possibility of voltage overshoot). There is no further, energy-withdrawing galvanic tap At the resonant structure, both aspects are inseparable, equivalent and simultaneous (with the need to take this into account in component selection).
Resonatoren auf gleicher Frequenz, je einer senderseitig (auch: „primärseitig”) und einer empfängerseitig (auch „sekundärseitig”) angeordnet, bilden gewissermaßen funktionelle Einheiten, die als „Resonatorpaare” bezeichnet werden.Resonators on the same frequency, each one transmitter side (also: "primary side") and a receiver side (also "secondary side") arranged, so to speak form functional units, which are referred to as "resonator pairs".
Der Einsatz mehrerer Resonatoren, ausgelegt für gleiche und/oder unterschiedliche Frequenzen ist möglich und dies kann gleiche oder unterschiedliche Frequenzen unterstützen.The use of several resonators designed for the same and / or different frequencies is possible and this may support the same or different frequencies.
Die bereits benutzten Begriffe „Überlagerungstransponder”, „Heterodyntransponder” und/oder „Heterodyntransformator” und auch „Transponder” werden oftmals im Wesentlichen austauschbar genutzt. Dies geschieht auf Grund einer generell schwierigen Begriffs- bzw. Wortzuordnung.The terms "overlay transponder", "heterodyne transponder" and / or "heterodyne transformer" and also "transponder" already used are often used essentially interchangeably. This happens because of a generally difficult concept or word assignment.
Als „Transponder” soll jede Art von Einheit gesehen werden, die
- – zum Empfang bzw. zur Aufnahme eines oder mehrerer Signale (drahtlos, aber durchaus auch an materiegebundenen, z. B. Schall) geeignet ist und die
- – (praktisch gleichzeitig, aber nicht unbedingt zur gleichen Zeit) zum Aussenden und/oder zur Weitergabe eines oder mehrerer, anderer Signale (ebenfalls drahtlos oder materiegebundenen, i. a. auf einer anderen Frequenz)
- - to receive or to receive one or more signals (wireless, but certainly also to matter-bound, eg., Sound) is suitable and the
- - (virtually simultaneously, but not necessarily at the same time) to broadcast and / or transmit one or more other signals (also wireless or matter-bound, generally on a different frequency)
Die Ausbildung eines (i. a. durch multiplikative Verknüpfung, aber nicht nur dadurch ausgebildeten) Mischsignals, bzw. eines (i. a. durch eine additive Verknüpfung, aber nicht nur dadurch ausgebildeten) Überlagerungssignal sind unzweifelhaft bekannte, technische Vorgänge. Die Begriffe „Mischsignal” bzw. „Überlagerung” und „Überlagerungssignal” sind ebenso bekannte Begriffe. Dem „Mischen” von Signalen liegt ebenso wie der „Überlagerung” z. B. von Feldern, ein bekanntes, elementares, physikalisches Geschehen zugrunde. Das (nicht nur in einer technischen Einheit) so erzeugte Misch- oder Überlagerungssignal wird bekanntermaßen aus zwei Signalen mit (meist) unterschiedlicher Frequenz erzeugt.The formation of a (above all by multiplicative linkage, but not only thereby formed) mixed signal, or one (ia by an additive link, but not only thereby formed) overlay signal are undoubtedly known, technical processes. The terms "mixed signal" or "superposition" and "superposition signal" are also known terms. The "mixing" of signals as well as the "overlay" z. As fields, a known, elemental, physical events based. The mixing or superposition signal thus generated (not only in a technical unit) is known to be generated from two signals with (usually) different frequencies.
Es ist nun allgemeiner (auch und besonders technischer) Sprachgebrauch, eine spezifische Eigenschaft einer technischen Einheit als Adjektiv der Normalbezeichnung vorauszustellen, und dieses dann im Rahmen einer Substantivierung zu einem Begriff zusammenzuknüpfen. (So wird eine Bezeichnung wie „ein infrarotes Licht nutzendes, die Temperatur messendes Instrument” über „infrarotes Licht nutzendes Thermometer” schließlich zu „Infrarotthermometer” bzw. „IR-Thermometer”; dies obwohl zwar ein „aus Lehm gebauter Bau” als „Lehmbau” bekannt ist, niemand aber jemals ein Thermometer gesehen hat, das „aus Infrarot besteht”). Hier bietet die Sprache Freiheiten in der Auslegung, auf die wir uns berufen.It is now more general (also and especially technical) usage to presuppose a specific property of a technical unit as an adjective of the normal designation, and then to tie it together in the context of a substantiation into a concept. (Thus, a designation such as "an infrared light-sensing instrument measuring temperature" using a "infrared thermometer" will eventually become "infrared thermometer" or "IR thermometer", although "clay-built" as "clay building "But no one has ever seen a thermometer made of infrared"). Here the language offers liberties in the interpretation to which we appeal.
Im gleichen Sinne soll hier eine Umschreibung genutzt werden, damit z. B. ”eine, aus zwei Signalen mit unterschiedlicher Frequenz ein Misch- oder Überlagerungssignal ausbildende und aus den Misch- bzw. Überlagerungssignalen ein Signal mit einer dritten Frequenz ableitende, sowohl sendende als auch empfangende funktechnische Einheit” (was hier ja vorliegt) in mehreren Schritten sinnvoll und sprachlich einwandfrei in einen Begriff packen zu können. Dabei ist zu beachten, dass die letztendlich unvermeidliche numerische Zuordnung (Indexierung) zu den Signalen und Frequenzen zum einen eindeutig bleibt und bei einer Beschreibung möglichst hilfreich unterstützend ist.In the same sense, a description should be used here, so z. B. "one of two signals with different frequency a mixing or overlay signal forming and from the mixed or overlay signals a signal with a third frequency dissipative, both transmitting and receiving wireless unit" (which is yes here) in several steps meaningful and linguistically perfect in a term pack. It should be noted that the ultimately unavoidable numerical assignment (indexing) to the signals and frequencies on the one hand remains unique and helpful in a description as helpful.
Unter diesem Aspekt bezeichnen die hier im Fokus stehenden Gebilde, die „... sowohl sendende als auch empfangende funktechnische Einheiten...” sind, zum einen auf dem Stand der Technik bekannte Elemente, die in diesem Rahmen durch die (nicht von uns eingeführte) Bezeichnung „Transponder” zu benennen sind. Unter einem anderen Gesichtspunkt (der Frequenzwandlung) können diese alternativ auch als „Transformatoren” bezeichnet werden.From this point of view, the objects that are in focus here, which are "... transmitting and receiving radio units ...", are elements known from the state of the art, which in this context are characterized by (not introduced by us) ) Designation "transponder" are to be named. Alternatively, they may alternatively be referred to as "transformers" (frequency conversion).
Auch „eine aus zwei Signalen mit unterschiedlichen Frequenzen ein Misch- oder Überlagerungssignal ausbildende... funktechnische Einheit ....” ist auf dem Stand der Technik durch die sogenannte Heterodyntechnik (von Empfängern) bekannt, die allerdings i. a. eine multiplikative Verknüpfung der Signale einbeziehen. Die im vorliegenden Zusammenhang zu umschreibende Eigenschaft kann somit eindeutig durch das Voranstellen von „Heterodyn-„, „Überlagerungs-„ oder „Misch-„ im Sinne eines „die Eigenschaft der technischen Einheit beschreibenden Voranstellung” der jeweiligen Bezeichnung der technischen Einheit vorangestellt werden. (Sonst wäre auch „Heterodynempfänger” nicht zulässig).Also, "a two signals with different frequencies a mixing or overlay signal forming ... wireless unit ...." is known in the art by the so-called heterodyne technique (of receivers), but i. a. Include a multiplicative link between the signals. The property to be described in the present context can thus be clearly preceded by the preposition of "heterodyne", "overlay" or "mixed" in the sense of a "description describing the nature of the technical unit" of the respective designation of the technical unit. (Otherwise "heterodyne receiver" would not be allowed).
Somit folgt es lediglich dem normalen Sprachgebrauch, in diesem Zusammenhang von einem „Heterodyn-Transponder”, „Heterodyn-Transformator” oder „Überlagerungstransponder” zu sprechen, um die technischen Eigenheiten des zu beschreibenden Objektes darzustellen.Thus, it is merely normal usage to speak in this context of a "heterodyne transponder", "heterodyne transformer" or "superposition transponder" to represent the technical characteristics of the object to be described.
Die mit dem erfindungsgemäßen Konzept zudem verbundene Tatsache, dass stets drei Signale bzw. drei Signalfrequenzen zur Ausgestaltung der hier zu sehenden Transponderfunktionen notwendig sind, führt dazu, dass die drei Signalfrequenzen stets unterschieden werden durch die Termini „erste Frequenz” (als Eigenschaft eines „ersten Signals”), „zweite Frequenz” (als Eigenschaft eines „zweiten Signals”) und „dritte Frequenz” (als Eigenschaft eines „dritten Signals”). Die Begriffe „erstes Signal” und „ein Signal mit einer ersten Frequenz” stehen im Kontext oftmals gleichwertig nebeneinander; allerdings kann der Begriff „erstes Signal” unspezifischer genutzt werden. The fact associated with the inventive concept also that always three signals or three signal frequencies are necessary for the design of the transponder functions seen here, leads to the fact that the three signal frequencies are always distinguished by the terms "first frequency" (as a property of a "first Signal ")," second frequency "(as a property of a" second signal ") and" third frequency "(as a property of a" third signal "). The terms "first signal" and "a signal with a first frequency" are often equivalent in context; however, the term "first signal" can be used more unspecifically.
Dabei gilt die folgende Festlegung (vgl. dazu
Es hat sich gezeigt, dass die mit dieser getroffenen Wortwahl erreichbare Unterscheidbarkeit der drei Signale im normalen Sprachfluss der Beschreibung nützlich ist.It has been found that the distinctness of the three signals in the normal speech flow achievable with this choice of words is useful in the description.
Natürlich dienen diese Bezeichnungen auch und zugleich zur Abgrenzung gegen die auf dem Stand der Technik bekannten Transponder. Die Bezeichnung stellt aber keine neue, fiktive Wortschöpfung dar.Of course, these terms also serve as a delimitation against the known in the art transponder. However, the name does not represent a new, fictional word creation.
Nutzt man, wie beschrieben, ebenfalls dem normalen Sprachgebrauch folgend, für die Zuordnung der im Zusammenhang mit diesem spezifischen Transpondern stets vorkommenden drei Signale eine, aus Sicht des Transponders gesehenen und zur Bedeutung dieser Signale passende, fest beizubehaltende und somit auch eindeutige Nummerierung, dann liegt die in dieser Arbeit verwendeten Terminologie fest. „Erstes Signal” und „erste Frequenz” stellen in diesem Sinne eigene Termini dar.One uses, as described, also following the normal usage, for the assignment of the three signals always occurring in connection with this specific transponder one, seen from the perspective of the transponder and the meaning of these signals suitable, firmly maintained and thus unique numbering, then lies the terminology used in this work. "First signal" and "first frequency" are in this sense their own terms.
Aus der
Daraus wird der Aufbau einer von der primären Sendeeinheit und der Ziel-Empfangseinheit unabhängig arbeitenden Einheit (eben ein Überlagerungstransponder, vgl.
- – Einen ersten Resonator (
27a ) zum Sammeln von Energie auf einer ersten Frequenz für ein zu empfangendes erstes Signal (23 ), - – einen zweiten Resonator (
27b ) zum Sammeln von Energie auf einer zweiten Frequenz (die aus beliebiger Quelle (22 ) bereitgestellt werden kann oder die direkt genutzt wird), - – eine Nichtlinearität (
27d ) (oder Mischeinheit), durch die aus dem Überlagerungssignal mit der ersten und zweiten Frequenz neue Frequenzen, z. B. die Differenzfrequenz entstehen und - – einen dritten Resonator (
27c ), der Energie auf einer dieser neu entstandenen Frequenz sammelt und zur Nutzung bereitstellt, und u. U. dieses Signal (24 ) (mit der neu erzeugten dritten Frequenz) auch wieder abstrahlt.
- A first resonator (
27a ) for collecting energy at a first frequency for a first signal to be received (23 ) - A second resonator (
27b ) for collecting energy at a second frequency (from any source (22 ) or that is used directly), - - a nonlinearity (
27d ) (or mixing unit), by the new signals from the overlay signal with the first and second frequencies, z. B. arise the difference frequency and - A third resonator (
27c ), which collects energy at one of these newly created frequencies and makes it available for use, and u. U. this signal (24 ) (with the newly generated third frequency) also radiates again.
In der Lehre der Empfangstechniken stellen die so genannten Überlagerungsempfänger bzw. Heterodynempfänger gut bekannte Empfangstechniken bereit (vgl.
Ziel einer solchen Verknüpfung ist die Nachbildung einer mathematischen Operation, z. B. eine Multiplikation. Wird nämlich das empfangene Signal (
Es kann ganz allgemein gezeigt werden, dass das mit der Antenne (
Das Signal (
Eine solche Anordnung stellt in diesem Sinne auch einen Frequenztransformator zur Anpassung des einen (empfangenen) Frequenzbereichs in einen zweiten (Zwischen-)Frequenzbereich dar und soll daher (vgl. obige Definiton dazu) im Folgenden durch die Bezeichnung „Heterodyn-Transformator” oder „Heterodyn-Transponder” allgemein erfasst werden.In this sense, such an arrangement also represents a frequency transformer for adapting the one (received) frequency range to a second (intermediate) frequency range and is therefore (see the above definition) hereinafter referred to as "heterodyne transformer" or "heterodyne Transponder "are generally detected.
Zusammengefasst empfängt also ein Heterodyntransformator bzw. Heterodyntransponder
- – ein (erstes) Signal (
5 ) auf einer ersten Frequenz f1, - – verwendet intern ein (weiteres) zweites Signal (
10 ) mit einer (anderen) zweiten Frequenz f2, - – bildet aus diesen beiden Signalen mittels Mischstufe (
8 ) (i. a. aktiv) ein (weiteres) drittes Signal (11 ) aus, das eine (andere) dritte Frequenz f3 aufweist und - – sendet (nach Filterung (
12 )) ein Signal (15 ) mit dieser dritten Frequenz f3 wieder aus.
- A (first) signal (
5 ) at a first frequency f 1 , - - internally uses a (further) second signal (
10 ) with a (different) second frequency f 2 , - - forms from these two signals by means of mixing stage (
8th ) (ia active) a (further) third signal (11 ), which has a (other) third frequency f 3 and - - sends (after filtering (
12 )) a signal (15 ) with this third frequency f 3 again.
Hierzu enthält ein Heterodyntransformator bzw. Heterodyntransponder folgende funktionelle Komponenten:
- – Einen Antennenkreis (
6 ) (16 ) zum Empfang von Signalen (5 ) auf einer ersten Frequenz, die - – evtl. noch durch einen rauscharmen Verstärker (
7 ) verstärkt wird, - – einen lokalen Oszillator (
9 ) zum Bereitstellen eines zweiten Signals (10 ) mit einer zweiten Frequenz (das aber auch aus einer beliebig anderen Quelle bereitgestellt werden kann), - – eine (aktive) Mischeinheit (
8 ), die die beiden Signale (i. a. multiplikativ) verknüpft und das Mischprodukt (11 ) nach einer Filterung (12 ) - – evtl. noch einmal durch eine Verstärkerstufe (
13 ) verstärkt, auf - – einen zweiten Antennenkreis (
14 ) (17 ) schaltet und dieses so zur Abstrahlung bereitstellt (15 ).
- - an antenna circuit (
6 ) (16 ) for receiving signals (5 ) on a first frequency, the - - possibly with a low-noise amplifier (
7 ), - A local oscillator (
9 ) for providing a second signal (10 ) with a second frequency (but which can also be provided from any other source), - An (active) mixing unit (
8th ), which links the two signals (ia multiplicatively) and the mixed product (11 ) after filtering (12 ) - - possibly again through an amplifier stage (
13 ), up - A second antenna circuit (
14 ) (17 ) and this provides for the radiation (15 ).
Die oben beschriebenen Überlagerungstransponder sind bezüglich Ihrer Anordnungen von derartigen Heterodyntransformatoren bzw. Heterodyntranspondern also klar zu unterscheiden.The overlay transponders described above are thus to be clearly distinguished with respect to their arrangements of such heterodyne transformers or heterodyne transponders.
Ein Überlagerungstransponder kann passiv, semiaktiv oder aktiv ausgelegt werden, wobei die Überlagerung aus dem mittels Resonator (passiv) empfangenem ersten Signal (mit der ersten Frequenz) und dem Signal mit der – wie auch immer bereitgestellten – zweiten Frequenz i. a. passiv erfolgt, und das (passive) Bereitstellen eines Signals mit der aus dem Überlagerungssignal abgeleiteten dritten Frequenz ebenfalls mittels eines Resonators erfolgt.A superimposition transponder can be designed to be passive, semi-active or active, wherein the superimposition of the resonator (passive) received first signal (with the first frequency) and the signal with the - provided anyway - second frequency i. a. passively, and the (passive) provision of a signal with the third frequency derived from the superimposition signal also takes place by means of a resonator.
Heterodyntransformatoren bzw. Heterodyntranspondern können semiaktiv oder aktiv (aber nur sehr eingeschränkt passiv) ausgelegt werden, weil der Mischer i. a. eine aktive Schaltung sein wird, die Verstärkerschaltungen ebenso.Heterodyne transformers or heterodyne transponders can be configured semi-actively or actively (but only to a very limited extent passive) because the mixer i. a. will be an active circuit, the amplifier circuits as well.
Beide Anordnungen zeigen aber trotz Unterschiede ineinander übergehende konstruktive Eigenschaften und ohne Zweifel eine vergleichbare Funktion:
Ein Überlagerungstransponder empfängt ein Signal auf einer ersten Frequenz f1, sendet ein Signal mit der Frequenz f3 wieder aus und nutzt für diese Transformation ein zusätzliches Signal mit der Frequenz f2. Die Verknüpfung von f1 und f2 ist i. a. additiv und kann i. a. passiv erfolgen.Both arrangements show, however, despite differences in each other in transition constructive properties and undoubtedly a similar function:
An overlay transponder receives a signal at a first frequency f 1 , transmits a signal at frequency f 3 again and uses an additional signal with the frequency f 2 for this transformation. The combination of f 1 and f 2 is generally additive and can be done passively.
Ein Heterodyntransponder empfängt ein Signal auf einer ersten Frequenz f1, sendet ein Signal mit der Frequenz f3 wieder aus und nutzt für diese Transformation ein zusätzliches Signal mit der Frequenz f2. Die Verknüpfung von f1 und f2 ist i. a. multiplikativ und erfolgt i. a. aktiv.A heterodyne transponder receives a signal at a first frequency f 1 , sends out a signal at frequency f 3 again and uses an additional signal with the frequency f 2 for this transformation. The combination of f 1 and f 2 is generally multiplicative and is generally active.
Beide Konstruktionen gehen fließend ineinander über und beide sind als externe Einheiten einerseits weder dem Sender noch dem Empfänger zuzurechnen, andererseits sowohl dem Sender als auch dem Empfänger.Both constructions flow into each other fluently and both are as external units on the one hand neither the transmitter nor the receiver attributable, on the other hand both the transmitter and the receiver.
Das entstehende Mischsignal (
In der
Ein realer Aufbau ist mit der
- – für den Empfang eines Signals auf einer ersten Frequenz (
33 ), - – für die Übernahme eines Signals (
35 ) von einem (fiktiven) Generator (34 ) auf einer zweiten Frequenz f2 und - – zum Sammeln von Energie auf einer dritten Frequenz f3, die zur Abstrahlung eines Signals (
39 ) vorgesehen.
- For receiving a signal at a first frequency (
33 ) - - for receiving a signal (
35 ) of a (fictional) generator (34 ) on a second frequency f 2 and - For collecting energy at a third frequency f 3 , which is used to emit a signal (
39 ) intended.
Die
Die Zuordnung der am Geschehen im Überlagerungstransponder beteiligten Komponenten sind in den drei Darstellungen
Unabhängig von den Details kann mit der Darstellung eines Überlagerungstransponders durch das Funktionssymbol der
Eine Empfangsanordnung (d. h. ein Resonator beim Überlagerungstransponder und ein Antennenkreis beim Heterodyntransponder) wird in der Darstellung der
A receiving arrangement (ie a resonator in the overlay transponder and an antenna circuit in the case of the heterodyne transponder) is shown in FIG
Eine Anordnung zum Bereitstellen eines zweiten Signals mit einer zweiten Frequenz (
Die beiden Signale (mit der ersten und zweiten Frequenz) werden im Überlagerungstransponder einfach durch die räumliche Nähe der beiden Spulen additiv überlagert und können dadurch ein Signalgemisch ausbilden, das durch eine Nichtlinearität (
Das Sammeln von Energie aus einer solchermaßen neu gebildeten Frequenzkomponente des Überlagerungssignals wird wieder mittels eines Resonators (im Überlagerungtransponder) realisiert und ist im Funktionssymbol dem Rechteck auf der anderen Seite (
Das hier wieder abgestrahlte Signal (
Somit besteht also die folgende Situation: mittels der Heterodyntransformatoren beziehungsweise Überlagerungstransponder lassen sich Frequenzanpassungen zwischen frequenzmäßig nicht kompatiblen Funkstationen sowohl aufwärts wie auch abwärts realisieren. Wenn diese Stationen aktiv oder semiaktiv ausgelegt sind, können sie zudem als verstärkende Elemente angesehen werden.Thus, there is the following situation: by means of the heterodyne transformers or overlay transponders, frequency adjustments between frequency-incompatible radio stations can be realized both upwards and downwards. If these stations are active or semi-active, they can also be considered as reinforcing elements.
Im Prinzip kann eine Frequenzabwärtstransformation bis auf wenige Kilohertz oder sogar Hertz führen, so dass extrem niedrigen Frequenzen, die für die Wanddurchdringung eingesetzt werden können, ausgebildet werden könne. Aber auch geeignete Dämpfungsfenster sind nutzbar. Die Anpassung der Frequenzen und Bandbreiten an die benötigte Baudrate sind zu beachten.In principle, a frequency down-conversion can result in a few kilohertz or even hertz, so that extremely low frequencies that can be used for wall penetration can be formed. But also suitable damping windows are usable. The adaptation of the frequencies and bandwidths to the required baud rate must be observed.
Da Überlagerungstransponder und/oder Heterodyntransponder in der Lage sind, sowohl aufwärts als auch abwärts zu wandeln, ist es möglich mit einer relativ hohen Frequenz eine Distanz bis zu einem ersten Überlagerungstransponder zu überwinden, mit diesem Überlagerungstransponder eine Frequenzwandlung (auf eine sehr niedrige Frequenz oder auf ein Frequenzfenster) durchzuführen, mit dieser (niedrigen bzw. geeigneten) Frequenz eine dichte Wand zu durchdringen, auf der Rückseite der Wand dieses Signal mit einem anderen Überlagerungs- oder Heterodyntransponder wieder aufzunehmen und auf eine andere Frequenz zu transformieren, und hinter dieser Wand mit dieser Frequenz wiederum eine größere Strecke bis zum Zieltransponder zu überbrücken.Since overlay transponders and / or heterodyne transponders are capable of both up and down conversion, it is possible to negotiate a distance up to a first overlay transponder with a relatively high frequency, with this overlay transponder a frequency conversion (to a very low frequency or up) a frequency window), with this (low or appropriate) frequency to penetrate a dense wall, on the back of the wall to resume this signal with another heterodyne transponder or heterodyne and transform to another frequency, and behind this wall with this Frequency turn a larger distance to the target transponder to bridge.
Die
Das die Wand durchdringende Niederfrequenzensignal (
Wenn diese Frequenz sehr niedrig ist, ist sie u. U. auch in der Lage, als elektromagnetisches Feld (
Kommt diese Summenfrequenz jetzt auf dieser Seite der Wand zur Ausstrahlung, dann hat auch dieses Signal wieder alle Eigenschaften, das auch das Ursprungssignal aufweiste.If this sum frequency now comes on this side of the wall to the radiation, then also this signal has again all characteristics, which also the original signal wist.
Sind die Frequenzen der in diesen beiden Transpondern eingesetzten lokalen Oszillatoren (
Da auch hier im zweiten Überlagerungstransponder, beider Aufwärtstransformation die Modulationseigenschaften des Signals beibehalten bleiben, kann die Gesamtfunktion dieser aus zwei Heterodyn- oder Überlagerungstranspondern gebildete Anordnung funktionell so aufgefasst werden, als hätte das Signal (
An dieser Stelle ist die Symmetrie der Anordnung zu beachten: Die beidseitig der Wand eingesetzten Überlagerungstransponder sind baugleich und haben für den Hin- und Rückweg eine praktisch gleiche Funktionalität. Beim Einsatz von Heterodyntranspondern ist das nicht der Fall; hier müssen für den Hin- und Rückweg getrennte Zweige aufgebaut werden.At this point, the symmetry of the arrangement is to be considered: The overlay transponders used on both sides of the wall are identical in construction and have practically the same functionality for the outward and return journey. This is not the case when using heterodyne transponders; here separate branches must be set up for the round trip.
Das Beispiel der
Der Überlagerungstransponder (
Eine Nichtlinearität (
Hier steht im Vordergrund die Ausbildung einer niedrigen Frequenz, so dass in diesem Beispiel dafür nur die Differenzfrequenz in Frage kommt, zu der dieser Überlagerungstransponder einen dritten Resonator (
Die dadurch entstandene niederfrequente Signalkomponente ist geeignet, die für höhere Frequenzen nicht durchlässige Barriere (
Auf dieser Seite der Barriere befindet sich ein weiterer Überlagerungstransponder (
In diesem Überlagerungstransponder bilden die Induktivitäten der beiden Resonatoren (
Wenn die Frequenz der lokalen Generatoren (
In
Die Sendestation (
The transmitting station (
Der erste Überlagerungstransponder (
Dazu kann z. B. ein Piezoelement (
Das Ultraschallsignal (
Der dadurch schwingende Resonator stellt durch die eingebundene Induktivität (
Die hier für einen Resonator verwendete Kombination aus der Kapazität des Piezoelements und einer Induktivität ist nicht unbedingt die günstigste; ein LC-Resonator mit induktiv angekoppeltem Piezoelement kann u. U. (aber nicht immer) bessere Ergebnisse liefern.The combination of the capacitance of the piezo element and an inductance used here for a resonator is not necessarily the most favorable; an LC resonator with inductively coupled Piezo element can u. May (but not always) provide better results.
Bleibt als Abschluss noch zu erwähnen, dass die Frequenztransformation selbstverständlich die für die jeweilige Modulation benötigte Bandbreite der Signale beachten muss.Finally, it should be mentioned that the frequency transformation must, of course, take into account the bandwidth of the signals required for the respective modulation.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008056928 [0057] DE 102008056928 [0057]
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011016083A DE102011016083A1 (en) | 2011-04-05 | 2011-04-05 | Method for transmitting modulated radio frequency (RF) signals from transmitting station through RF-proof wall to receiving station, involves transforming data signals into waveform to overcome wall by overlay/Heterodyn transponder |
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DE102011016083A DE102011016083A1 (en) | 2011-04-05 | 2011-04-05 | Method for transmitting modulated radio frequency (RF) signals from transmitting station through RF-proof wall to receiving station, involves transforming data signals into waveform to overcome wall by overlay/Heterodyn transponder |
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Family
ID=46875022
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DE (1) | DE102011016083A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112147235A (en) * | 2020-10-23 | 2020-12-29 | 河北工业大学 | Electromagnetic ultrasonic excitation device for pipeline guided wave frequency mixing detection |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008056928A1 (en) | 2007-11-19 | 2009-12-10 | Brühn, Xenia | Overlay transponder |
-
2011
- 2011-04-05 DE DE102011016083A patent/DE102011016083A1/en not_active Withdrawn
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