DE102014213849A1

DE102014213849A1 - Method for transmitting a signal, signal transmission device and measuring device

Info

Publication number: DE102014213849A1
Application number: DE102014213849.3A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Martius; Jörg Hüttner; Andreas Ziroff; Andreas Fackelmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2016-01-21
Also published as: WO2016008635A1

Abstract

Bei dem Verfahren zur Übertragung eines Signals in Form eines Ultrakurz- und/oder Dezimeter- und/oder Zentimeter- und/oder Millimeterwellen (bezogen auf Vakuumwellenlängen), vorzugsweise mit einer Frequenz oder mit Frequenzen, insbesondere Trägerfrequenz(en), von bis zu 100 Gigahertz, wird das Signal mittels eines dielektrischen Wellenleiters (20) übertragen. Die Signalübertragungseinrichtung weist eine Wellenquelle (5, 10; 5, 10, 35) zur Erzeugung eines Ultrakurz- und/oder Dezimeter- und/oder Zentimeter- und/oder Millimeterwellensignals, vorzugsweise mit einer Frequenz oder mit Frequenzen, insbesondere Trägerfrequenz(en), von bis zu 100 GHz, einen dielektrischen Wellenleiter (20) sowie eine erste Koppeleinrichtung (15) zur Einkopplung der mittels der Wellenquelle erzeugten Signals in den Wellenleiter (20) auf. Die Messeinrichtung umfasst eine solche Signalübertragungseinrichtung sowie zumindest einen Sensor, welcher mit einer Modulationseinrichtung (10; 30; 35) und/oder der ersten (15) und/oder einer zweiten Koppeleinrichtung (25) und/oder mit der Wellenquelle (5, 10; 5, 10, 35) und/oder dem Wellenempfänger (30) signalverbunden ist.In the method for transmitting a signal in the form of a ultra-short and / or decimeter and / or centimeter and / or millimeter waves (based on vacuum wavelengths), preferably at a frequency or at frequencies, in particular carrier frequency (s), of up to 100 Gigahertz, the signal is transmitted by means of a dielectric waveguide (20). The signal transmission device has a wave source (5, 10, 5, 10, 35) for generating an ultrashort and / or decimeter and / or centimeter and / or millimeter wave signal, preferably with a frequency or with frequencies, in particular carrier frequency (s), of up to 100 GHz, a dielectric waveguide (20) and a first coupling device (15) for coupling the signal generated by the wave source in the waveguide (20). The measuring device comprises such a signal transmission device and at least one sensor which is provided with a modulation device (10; 30; 35) and / or the first (15) and / or a second coupling device (25) and / or with the wave source (5, 10; 5, 10, 35) and / or the wave receiver (30) is signal-connected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung eines Signals, eine Signalübertragungseinrichtung und eine Messeinrichtung. The invention relates to a method for transmitting a signal, a signal transmission device and a measuring device.

Messeinrichtungen umfassen häufig Sensoren, welche zur Datenübertragung und zur Energieversorgung mit übrigen Teilen der Messeinrichtung verbunden sind. Bei Sensoren in Hochspannungsumgebungen sind solche Verbindungen häufig problematisch. Measuring devices often include sensors which are connected to other parts of the measuring device for data transmission and power supply. For sensors in high-voltage environments, such connections are often problematic.

Grundsätzlich lassen sich Sensoren von übrigen Teilen von Messeinrichtungen galvanisch entkoppeln. Die Übertragung von Daten sowie von Energie gestaltet sich in solchen Messeinrichtungen jedoch schwierig. Insbesondere ist die Realisierung einer Duplex-Kommunikation schwierig. In principle, sensors can be galvanically decoupled from other parts of measuring devices. However, the transmission of data as well as energy is difficult in such measuring devices. In particular, the realization of a duplex communication is difficult.

Vor diesem Hintergrund ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Übertragung eines Signals, eine Signalübertragungseinrichtung sowie eine Messeinrichtung zu schaffen, bei welchem die Übertragung von Signalen verbessert ist. Insbesondere sollen das erfindungsgemäße Verfahren zur Signalübertragung, die erfindungsgemäße Signalübertragungseinrichtung sowie die erfindungsgemäße Messeinrichtung eine Duplex-Kommunikation leicht ermöglichen. Against this background, it is therefore an object of the invention to provide a method for transmitting a signal, a signal transmission device and a measuring device, in which the transmission of signals is improved. In particular, the method according to the invention for signal transmission, the signal transmission device according to the invention as well as the measuring device according to the invention should enable a duplex communication easily.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, mit einer Signalübertragungseinrichtung mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen sowie mit einer Messeinrichtung mit den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben. This object of the invention is achieved by a method having the features specified in claim 1, with a signal transmission device having the features specified in claim 9 and with a measuring device having the features specified in claim 15. Preferred embodiments of the invention are set forth in the appended subclaims, the following description and the drawing.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Übertragung eines Signals wird das Signal in Form zumindest eines Ultrakurz- oder Dezimeter- oder Zentimeter- oder Millimeterwellensignals, vorzugsweise mit einer Frequenz oder mit Frequenzen, insbesondere Trägerfrequenz(en), von bis zu 100 Gigahertz, übertragen. Erfindungsgemäß wird das Signal mittels eines dielektrischen Wellenleiters übertragen. Mittels des dielektrischen Wellenleiters lassen sich mittels des Ultrakurz- oder Dezi- oder Zenti- oder Millimeterwellensignals sowohl Energie als auch Daten, letztere auch in der Art einer Duplex-Kommunikation, übertragen. Gleichzeitig ist der dielektrische Wellenleiter ein elektrischer Isolator, so dass eine potentialgetrennte Übertragung des Signals möglich ist. In the method according to the invention for transmitting a signal, the signal is transmitted in the form of at least one ultrashort or decimeter or centimeter or millimeter-wave signal, preferably at a frequency or at frequencies, in particular carrier frequency (s), of up to 100 gigahertz. According to the invention, the signal is transmitted by means of a dielectric waveguide. By means of the dielectric waveguide, both energy and data, the latter also in the manner of a duplex communication, can be transmitted by means of the ultra-short or deci or centi or millimeter-wave signal. At the same time, the dielectric waveguide is an electrical insulator, so that a potential-separated transmission of the signal is possible.

Es versteht sich, dass im Sinne dieser Erfindung unter "Ultrakurz- oder Dezimeter- oder Zentimeter- oder Millimeterwellen" stets "Ultrakurz- oder Dezimeter- oder Zentimeter- oder Millimeterwellen bezogen auf Vakuumwellenlängen", mithin elektromagnetische Wellen mit solchen Frequenzen zu verstehen sind, welche im Vakuum Ultrakurz- oder Dezimeter- oder Zentimeter- oder Millimeterwellen bilden. Eine Änderung der Wellenlängen infolge der Ausbreitung innerhalb eines Dielektrikums soll für die spektrale Charakterisierung als "Ultrakurz- oder Dezimeter- oder Zentimeter- oder Millimeterwellen" außer Betracht bleiben. Diese Bezeichnung ist folglich äquivalent mit den dem englischsprachigen Gebrauch entlehnten Bezeichnungen "VHF- oder UHF- oder SHF- oder EHF-Wellen", d.h. Wellen des "very-high-frequency"- oder "ultra-high-frequency"- oder "super-high-frequency"- oder "extremely-high-frequency"-Frequenzbereichs. It is understood that for the purposes of this invention "ultrashort or decimeter or centimeter or millimeter waves" always "ultra short or decimeter or centimeter or millimeter waves based on vacuum wavelengths", thus electromagnetic waves are to be understood with such frequencies, which in a vacuum form ultrashort or decimetre or centimeter or millimeter waves. A change in wavelengths due to propagation within a dielectric should be disregarded for spectral characterization as "ultrashort or decimeter or centimeter or millimeter waves". This designation is thus equivalent to the terms "VHF or UHF or SHF or EHF waves" borrowed from English usage, i. Waves of the "very-high-frequency" or "ultra-high-frequency" or "super-high-frequency" or "extremely-high-frequency" frequency range.

Geeigneterweise wird das Signal in Form eines Signals mit einer Frequenz im Bereich von zumindest 300 MHz, besonders zweckmäßig in einem Bereich von zumindest einem und höchstens 10 Gigahertz übertragen. Gerade im vorgenannten Frequenzbereich kann eine Übertragung mittels dielektrischer Wellenleiter effizient erfolgen. Suitably, the signal is transmitted in the form of a signal having a frequency in the range of at least 300 MHz, more suitably in a range of at least one and at most 10 gigahertz. Especially in the aforementioned frequency range, transmission by means of dielectric waveguides can be carried out efficiently.

Besonders zweckmäßig wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Signal von und/oder zu einem Sensor, insbesondere auf Hochspannungspotential, übertragen. Insbesondere bei Sensoren, welche sich auf Hochspannungspotential befinden, ist eine galvanische Entkopplung besonders zweckmäßig. Gleichzeitig ist in diesem Falle eine Duplex-Kommunikation von und/oder zum Sensor mittels des dielektrischen Wellenleiters ermöglicht. By means of the method according to the invention, it is particularly expedient to transmit a signal from and / or to a sensor, in particular to a high-voltage potential. In particular, in sensors which are at high voltage potential, a galvanic decoupling is particularly useful. At the same time, duplex communication from and / or to the sensor by means of the dielectric waveguide is made possible in this case.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein dielektrischer Wellenleiter herangezogen, welcher einen Kernbereich aufweist, der eine höhere Dielektrizitätszahl aufweist als ein außerhalb des Kernbereichs liegender Bereich. Insbesondere wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein dielektrischer Wellenleiter herangezogen, bei welchem der Kernbereich mit der höheren Dielektrizitätszahl von dem außerhalb des Kernbereichs liegenden Bereich umfänglich umgeben ist. Auf diese Weise wird das elektromagnetische Feld, mittels welchem das Ultrakurz- oder Dezimeter- oder Zentimeter- oder Millimeterwellensignal gebildet ist, zu einem erhöhten Teil innerhalb des dielektrischen Leiters geführt. Die Abnahme der Dielektrizitätszahl vom Kernbereich hin zum außerhalb des Kernbereichs liegenden Bereich zwingt das elektromagnetische Feld stark in den Kernbereich hinein, so dass ein erhöhter Anteil der mittels des elektromagnetischen Feldes übertragenen Leistung innerhalb des dielektrischen Wellenleiters übertragen wird. Der Anteil eines außerhalb des dielektrischen Wellenleiters geführten Feldes ist deutlich reduziert. Folglich ist die Signalübertragung von äußeren Einflüssen, welche den Wellenleiter umgeben, deutlich weniger beeinflusst oder gestört und insbesondere unabhängig von Funkstandards. In a preferred embodiment of the method according to the invention, a dielectric waveguide is used which has a core region which has a higher dielectric constant than a region lying outside the core region. In particular, in the method according to the invention, a dielectric waveguide is used in which the core region with the higher dielectric constant is circumferentially surrounded by the region lying outside the core region. In this way, the electromagnetic field by which the ultrashort or decimeter or centimeter or millimeter wave signal is formed is fed to an elevated part within the dielectric guide. The decrease in the dielectric constant from the core region to the region outside the core region forces the electromagnetic field strongly into the core region, so that an increased proportion of the power transmitted by the electromagnetic field is transmitted within the dielectric waveguide. The proportion of a guided outside the dielectric waveguide field is significantly reduced. Consequently, the signal transmission from external influences surrounding the waveguide is significantly less influenced or disturbed and in particular independent of radio standards.

Besonders bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Wellenleiter in Gestalt einer Faser herangezogen. Mittels einer solchen Faser lässt sich ein Ultrakurz- oder Dezimeter- oder Zentimeter- oder Millimeterwellensignal, insbesondere mit einer Frequenz von bis zu 100 Gigahertz, ähnlich einem optischen Signal in der optischen Faserübertragung übertragen. Mittels dielektrischer Fasern lassen sich Ultrakurz- oder Dezi- oder Zenti- oder Millimeterwellen mit Leistungen im Bereich einiger hundert mW oder einiger hundert Watt übertragen. Die elektrischen Isolationseigenschaften von Wellenleitern in Gestalt von Fasern hingegen sind vergleichbar mit denjenigen von optischen Fasern. Eine Datenübertragung in Richtung entgegengesetzt zum Energiefluss ist bei dielektrischen Wellenleitern in Gestalt von Fasern einfach möglich. Ferner lassen sich Fasern besonders einfach und platzsparend verlegen. Particularly preferred in the method according to the invention, a waveguide in the form of a fiber is used. By means of such a fiber, an ultrashort or decimeter or centimeter or millimeter-wave signal, in particular with a frequency of up to 100 gigahertz, can be transmitted, similar to an optical signal in the optical fiber transmission. By means of dielectric fibers ultra-short or deci- or centi- or millimeter waves can be transmitted with powers in the range of a few hundred mW or a few hundred watts. By contrast, the electrical insulation properties of waveguides in the form of fibers are comparable to those of optical fibers. Data transfer in the opposite direction to the flow of energy is easily possible with dielectric waveguides in the form of fibers. Furthermore, fibers can be laid in a particularly simple and space-saving manner.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet die Faser eine Stufenindexfaser, insbesondere mit drei oder mehr Indexstufen, oder eine Gradientenfaser. Zweckmäßigerweise weist die Stufenindexfaser zumindest zwei Stufen auf, bei welcher die Dielektrizitätszahl von einem Kernbereich der Stufenindexfaser in Richtungen quer zur Längserstreckung der Stufenindexfaser nach außen hin abnimmt. Insbesondere weist die Stufenindexfaser drei Indexstufen auf, wobei die drei Indexstufen von einem Kernbereich der Stufenindexfaser nach außen hin betrachtet durch die Materialien Aluminiumoxid AD-94, Plexiglas und Teflon gebildet sind. In an advantageous development of the method according to the invention, the fiber forms a step index fiber, in particular with three or more index stages, or a gradient fiber. Conveniently, the step index fiber has at least two stages at which the dielectric constant of a core region of the step index fiber decreases in directions transverse to the longitudinal extent of the step index fiber outwardly. In particular, the step index fiber has three index stages, the three index steps outwardly from a core region of the step index fiber being formed outwardly by the materials alumina AD-94, plexiglass and teflon.

Zweckmäßigerweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels des Signals sowohl Daten als auch Energie übertragen. Vorteilhafterweise liegt bei der Übertragung von Energie die Leistung im Bereich von zumindest einem mW, zweckmäßigerweise von zumindest 10 mW und vorteilhafterweise in einem Bereich von zumindest 100 mW. Derartige Leistungen lassen sich mit dielektrischen Wellenleitern leicht und kostengünstig übertragen. Besonders vorteilhaft liegt die Leistung bei der Übertragung von Energie im Bereich von mindestens einem Watt, geeigneterweise in einem Bereich von zumindest 10 W, vorzugsweise von zumindest 100 W. Erfindungsgemäß ist die Übertragung derart hoher Leistungen leicht realisierbar. Expediently, in the method according to the invention both data and energy are transmitted by means of the signal. Advantageously, in the transmission of energy, the power is in the range of at least one mW, suitably at least 10 mW and advantageously in a range of at least 100 mW. Such services can be easily and inexpensively transmitted with dielectric waveguides. Particularly advantageous is the power in the transmission of energy in the range of at least one watt, suitably in a range of at least 10 W, preferably of at least 100 W. According to the invention, the transmission of such high powers is easily feasible.

Zweckmäßigerweise ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Signal mit einem Datensignal, welches die Daten repräsentiert, moduliert. Vorteilhafterweise wird hierzu ein Modulatorschaltkreis herangezogen und/oder ein Leistungsverstärker modulierend betrieben, etwa durch Modulation der Versorgungsspannung. Geeigneterweise wird zudem eine Koppeleinrichtung herangezogen, welcher mit dem Modulatorschaltkreis und/oder dem Leistungsverstärker signalverbunden ist und welche ausgebildet ist, das modulierte Signal in den Wellenleiter einzukoppeln. Conveniently, in the method according to the invention, the signal is modulated with a data signal representing the data. Advantageously, a modulator circuit is used for this purpose and / or a power amplifier is operated modulating, for example by modulation of the supply voltage. Suitably, a coupling device is additionally used, which is signal-connected to the modulator circuit and / or the power amplifier and which is designed to couple the modulated signal into the waveguide.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens stimmen die Richtungen der Übertragung der Daten und der Übertragung der Energie miteinander überein. Zweckmäßigerweise wird dazu das Signal vor dessen Einkopplung in den Wellenleiter moduliert. Auf diese Weise kann eine Übereinstimmung der Richtungen der mittels des Signals übertragenen Energie und der mittels des Signals übertragenen Daten leicht gewährleistet werden. In a preferred development of the method according to the invention, the directions of transmission of the data and the transmission of the energy coincide with one another. Conveniently, the signal is modulated prior to its coupling into the waveguide. In this way, coincidence of the directions of the energy transmitted by the signal and the data transmitted by the signal can be easily ensured.

Bei einer alternativen und ebenfalls bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die Richtungen der Übertragung der Daten und der Übertragung der Energie voneinander weg. Zweckmäßigerweise kann dazu eine zweite Koppeleinrichtung herangezogen werden, welche ausgebildet ist, mittels des Wellenleiters geführte Ultrakurz- und/oder Zentimeter- und/oder Millimeterwellen auszukoppeln. Geeigneterweise wird mittels der zweiten Koppeleinrichtung ein solcher Wellenempfänger gespeist, welcher eine oder mehrere Gleichrichter oder Gleichrichterschaltungen aufweist, welche das mittels des Wellenleiters geführte hochfrequente Signal in eine Gleichspannung umzuwandeln imstande ist oder sind. Zweckmäßig weist der Wellenempfänger dazu einen oder mehrere Brückengleichrichter auf. Eine Lastmodulation des Gleichrichters kann dann das im Wellenleiter geführte Signal mit einem Datensignal modulieren. Besonders bevorzugt werden dabei eine oder mehrere Gleichrichterdioden des Wellenempfängers mit dem zu übertragenden Datensignal vorgespannt. Dadurch ändert sich die Impedanz der Gleichrichterdioden und in der weiteren Folge ändern sich Amplitude und Phase des von der zweiten Koppeleinrichtung reflektierten Ultrakurz- und/oder Dezimeter- und/oder Zentimeter- und/oder Millimeterwellensignals. Sendeseitig lässt sich das Datensignal, beispielsweise mittels eines transmittierenden Mischers, wie er aus der Radartechnik bekannt ist, detektieren. Auch lässt sich das Datensignal durch einen Richtkoppler auskoppeln und einem entsprechenden Empfängerschaltkreis zuführen. In an alternative and likewise preferred development of the method according to the invention, the directions of the transmission of the data and the transmission of the energy away from each other. Expediently, a second coupling device can be used for this purpose, which is designed to decouple ultrashort and / or centimeter and / or millimeter waves guided by the waveguide. Suitably, by means of the second coupling means such a wave receiver is fed, which has one or more rectifier or rectifier circuits, which is capable of converting the guided by the waveguide high-frequency signal into a DC voltage is or are capable. The wave receiver expediently has one or more bridge rectifiers for this purpose. A load modulation of the rectifier can then modulate the signal carried in the waveguide with a data signal. One or more rectifier diodes of the wave receiver are particularly preferably biased with the data signal to be transmitted. As a result, the impedance of the rectifier diodes changes and, as a further consequence, the amplitude and phase of the ultrashort and / or decimeter and / or centimeter and / or millimeter-wave signal reflected by the second coupling device change. On the transmission side, the data signal, for example by means of a transmitting mixer, as it is known from radar technology, detect. The data signal can also be decoupled by a directional coupler and fed to a corresponding receiver circuit.

Die erfindungsgemäße Signalübertragungseinrichtung ist insbesondere zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es zuvor beschrieben worden ist, ausgebildet und umfasst eine Wellenquelle, die zur Erzeugung zumindest von Ultrakurz- und/oder Dezimeter- und/oder Zentimeter- und/oder Millimeterwellen, insbesondere mit einer Frequenz oder mit Frequenzen, insbesondere Trägerfrequenz(en), von bis zu 100 Gigahertz, ausgebildet ist, einen dielektrischen Wellenleiter sowie eine erste Koppeleinrichtung, welche ausgebildet ist, mittels der Wellenquelle erzeugte Wellen in Form von Ultrakurz- und/oder Dezimeter- und/oder Zentimeter- und/oder Millimeterwellen, insbesondere mit einer Frequenz von bis zu 100 Gigahertz, in den Wellenleiter einzukoppeln. Zweckmäßigerweise weist die erfindungsgemäße Signalübertragungseinrichtung einen solchen dielektrischen Wellenleiter auf, wie er im vorstehenden Teil der Beschreibung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen wird. Zweckmäßigerweise ist die Wellenquelle eine Quelle zur Erzeugung zumindest von Ultrakurz- und/oder Dezimeter- und/oder Zentimeter- und/oder Millimeterwellen, insbesondere mit einer Frequenz oder mit Frequenzen, insbesondere Trägerfrequenz(en), von bis zu 100 GHz. Zweckmäßigerweise umfasst die Wellenquelle zudem einen Leistungsverstärker, welcher erzeugte Ultrakurz- und/oder Dezi- und/oder Zenti- und/oder Millimeterwellen auf eine gewünschte Übertragungsleistung verstärkt. The signal transmission device according to the invention is designed in particular for carrying out a method according to the invention, as has been described above, and comprises a wave source capable of producing at least ultrashort and / or decimeter and / or centimeter and / or millimeter waves, in particular with a frequency or with frequencies, in particular carrier frequency (s), of up to 100 gigahertz, is formed, a dielectric waveguide and a first coupling device, which is formed by the wave source generated waves in the form of ultra-short and / or decimeter and / or centimeter and / or millimeter waves, in particular with a frequency of up to 100 gigahertz, to couple into the waveguide. Expediently, the signal transmission device according to the invention has such a dielectric waveguide as used in the preceding part of the description for carrying out the method according to the invention. Expediently, the wave source is a source for generating at least ultrashort and / or decimeter and / or centimeter and / or millimeter waves, in particular with a frequency or with frequencies, in particular carrier frequency (s), of up to 100 GHz. Expediently, the wave source additionally comprises a power amplifier which amplifies generated ultra-short and / or decimal and / or centimeter and / or millimeter waves to a desired transmission power.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Signalübertragungseinrichtung weist diese zudem eine zweite Koppeleinrichtung auf, welche ausgebildet ist, mittels des Wellenleiters geführte Wellen in Form von Ultrakurz- und/oder Dezimeter- und/oder Zentimeter- und/oder Millimeterwellen, insbesondere mit einer Frequenz oder mit Frequenzen, insbesondere Trägerfrequenz(en) von bis zu 100 GHz, auszukoppeln und umfasst zudem einen Wellenempfänger, welcher ausgebildet ist, diese Wellen zu empfangen. In a preferred embodiment of the signal transmission device according to the invention, this also has a second coupling device, which is formed by the waveguide guided waves in the form of ultra-short and / or decimeter and / or centimeter and / or millimeter waves, in particular with a frequency or with Frequencies, in particular carrier frequency (s) of up to 100 GHz, decouple and also includes a wave receiver, which is adapted to receive these waves.

Zweckmäßig weist bei der erfindungsgemäßen Signalübertragungseinrichtung der dielektrische Wellenleiter einen Kernbereich auf, welcher eine höhere Dielektrizitätszahl aufweist als ein außerhalb des Kernbereichs liegender Bereich. Zweckmäßigerweise weist der Wellenleiter die Gestalt einer Faser auf, insbesondere bildet die Faser dabei eine Stufenindexfaser oder eine Gradientenfaser. In dieser Weiterbildung der Erfindung wird das das Signal tragende Feld innerhalb des Wellenleiters konzentriert. Folglich ist die Signalübertragung von äußeren Einflüssen, welche den Wellenleiter umgeben, deutlich weniger beeinflusst oder gestört und insbesondere unabhängig von Funkstandards. In the signal transmission device according to the invention, the dielectric waveguide expediently has a core region which has a higher dielectric constant than a region lying outside the core region. The waveguide expediently has the shape of a fiber, in particular the fiber forms a step index fiber or a gradient fiber. In this embodiment of the invention, the field carrying the signal is concentrated within the waveguide. Consequently, the signal transmission from external influences surrounding the waveguide is significantly less affected or disturbed, and in particular independent of radio standards.

Vorteilhaft umfasst die erfindungsgemäße Signalübertragungseinrichtung eine Modulationseinrichtung, die mittels der Wellenquelle erzeugte Wellen moduliert. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Modulationseinrichtung Teil der Wellenquelle der Signalübertragungseinrichtung. Insbesondere umfasst die Modulationseinrichtung einen Modulatorschaltkreis oder aber eine Modulationsvorrichtung zur Modulation des Leistungsverstärkers, insbesondere der Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers. Zweckmäßigerweise umfasst der Wellenempfänger eine geeignete, auf die Modulationseinrichtung abgestimmte Demodulationseinrichtung. Advantageously, the signal transmission device according to the invention comprises a modulation device that modulates waves generated by the wave source. In an advantageous development of the invention, the modulation device is part of the wave source of the signal transmission device. In particular, the modulation device comprises a modulator circuit or a modulation device for modulating the power amplifier, in particular the supply voltage of the power amplifier. The wave receiver expediently comprises a suitable demodulation device which is matched to the modulation device.

In einer weiteren, zur vorgenannten Weiterbildung der Erfindung alternativen Weiterbildung, ist die Modulationseinrichtung Bestandteil des Wellenempfängers. Zweckmäßig umfasst der Wellenempfänger eine oder mehrere Gleichrichter oder Gleichrichterschaltungen, insbesondere Brückengleichrichter. Geeigneterweise ist in dieser Weiterbildung die Modulationseinrichtung ausgebildet zur Lastmodulation der Gleichrichterschaltung oder der Gleichrichterschaltungen. Zweckmäßigerweise umfasst bei der erfindungsgemäßen Signalübertragungseinrichtung die Wellenquelle eine Demodulationseinrichtung, welche mit der Modulationseinrichtung korrespondiert. Insbesondere umfasst in dieser Weiterbildung die Wellenquelle einen transmittierenden Mischer, wie er aus der Radartechnik bekannt ist. In dieser Weiterbildung der Erfindung kann die Wellenquelle als Detektor zur Detektion eines Datensignals, welches sich entgegen der Energie des Signals ausbreitet, fungieren. Alternativ oder zusätzlich ist ein Richtkoppler vorhanden, welcher das aufmodulierte Datensignal auszukoppeln im Stande ist. In a further alternative to the aforementioned development of the invention, the modulation device is part of the wave receiver. The wave receiver expediently comprises one or more rectifier or rectifier circuits, in particular bridge rectifiers. Suitably, in this development, the modulation device is designed for load modulation of the rectifier circuit or the rectifier circuits. Expediently, in the case of the signal transmission device according to the invention, the wave source comprises a demodulation device which corresponds to the modulation device. In particular, in this development, the wave source comprises a transmitting mixer, as is known from radar technology. In this embodiment of the invention, the wave source as a detector for detecting a data signal, which propagates against the energy of the signal act. Alternatively or additionally, a directional coupler is present, which is able to decouple the modulated data signal is capable.

Die erfindungsgemäße Messeinrichtung weist eine Signalübertragungseinrichtung wie zuvor beschrieben auf. Die erfindungsgemäße Messeinrichtung umfasst zudem zumindest einen Sensor, welcher mit der Modulationseinrichtung und/oder mit der ersten und/oder zweiten Koppeleinrichtung und/oder mit der Wellenquelle und/oder mit dem Wellenempfänger signalverbunden ist. Auf diese Weise lässt sich die erfindungsgemäße Messeinrichtung auch in Hochspannungsumgebungen einsetzen. Insbesondere kann sich der zumindest eine Sensor der erfindungsgemäßen Messeinrichtung auf Hochspannungspotential befinden. Mittels des dielektrischen Wellenleiters lässt sich der Sensor mit übrigen Teilen der erfindungsgemäßen Messeinrichtung galvanisch getrennt verbinden, und zwar insbesondere derart verbinden, dass eine Energieübertragung zwischen Sensor und übrigen Teilen der erfindungsgemäßen Messeinrichtung sowie eine Datenübertragung zwischen Sensor und übrigen Teilen der Messeinrichtung leicht realisiert sein können. The measuring device according to the invention has a signal transmission device as described above. The measuring device according to the invention also comprises at least one sensor which is signal-connected to the modulation device and / or to the first and / or second coupling device and / or to the wave source and / or to the wave receiver. In this way, the measuring device according to the invention can also be used in high-voltage environments. In particular, the at least one sensor of the measuring device according to the invention can be at high-voltage potential. By means of the dielectric waveguide, the sensor can be electrically isolated connected to other parts of the measuring device according to the invention, in particular connect such that an energy transfer between the sensor and other parts of the measuring device according to the invention and a data transfer between the sensor and other parts of the measuring device can be easily implemented.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it

1 eine erfindungsgemäße Messeinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Signalübertragungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Prinzipskizze; 1 a measuring device according to the invention with a Signal transmission device according to the invention for carrying out the method according to the invention in a schematic diagram;

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Signalübertragungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Prinzipskizze sowie 2 a further embodiment of a measuring device according to the invention with a signal transmission device according to the invention for carrying out the method according to the invention in a schematic diagram as well as

3 einen dielektrischen Wellenleiter der erfindungsgemäßen Messeinrichtung gemäß 1 und 2 schematisch im Querschnitt. 3 a dielectric waveguide of the measuring device according to the invention according to 1 and 2 schematically in cross section.

Mittels der in 1 dargestellten Messeinrichtung wird über eine erfindungsgemäße Signalübertragungseinrichtung ein Signal eines Sensors an einen Auswerteschaltkreis übertragen. By means of in 1 shown measuring device is transmitted via a signal transmission device according to the invention a signal of a sensor to an evaluation circuit.

Dabei werden sowohl Sensordaten als auch Energie zur Versorgung des Auswertschaltkreises parallel entlang desselben Signalpfades übertragen:
Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Messeinrichtung umfasst einen Mikrowellenoszillator 5, der ein Signal in Form eines Mikrowellensignals bereitstellt. Der Mikrowellenoszillator 5 überträgt dieses Signal auf einen Leistungsverstärker 10, der das Signal auf eine geeignete Übertragungsleistung, beispielsweise einige 100 mW oder einige 100 W, verstärkt. Both sensor data and energy for the supply of the evaluation circuit are transmitted in parallel along the same signal path:
In the 1 illustrated measuring device according to the invention comprises a microwave oscillator 5 which provides a signal in the form of a microwave signal. The microwave oscillator 5 transmits this signal to a power amplifier 10 which amplifies the signal to a suitable transmission power, for example a few 100 mW or a few 100 W.

Nicht eigens dargestellt umfasst die in 1 gezeigte Messeinrichtung einen Sensor, welcher ein Sensorsignal bereitstellt, mittels welchem das mittels des Mikrowellenoszillators 5 bereitgestellte Signal moduliert wird. Zur Modulation wird im dargestellten Ausführungsbeispiel die Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers 10 mit dem Sensorsignal moduliert. Alternativ ist zur Modulation mit dem Sensorsignal in einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel ein eigener Modulationsschaltkreis zur Modulation des Signals vorhanden. Not specifically illustrated in 1 measuring device shown a sensor which provides a sensor signal by means of which by means of the microwave oscillator 5 provided signal is modulated. For modulation in the illustrated embodiment, the supply voltage of the power amplifier 10 modulated with the sensor signal. Alternatively, a separate modulation circuit for modulating the signal is present for modulation with the sensor signal in a further, not specifically illustrated embodiment.

Der Leistungsverstärker 10 überträgt das Signal auf einen ersten Koppler 15, welcher das modulierte Signal in einen dielektrischen Wellenleiter 20 an einem Längsende des Wellenleiters 20 einkoppelt. The power amplifier 10 transmits the signal to a first coupler 15 which converts the modulated signal into a dielectric waveguide 20 at a longitudinal end of the waveguide 20 couples.

In dem dielektrischen Wellenleiter 20 wird das Signal geführt. An einem dem zuvor erwähnten Längsende des Wellenleiters 20 abgewandtem Längsende umfasst die erfindungsgemäße Messeinrichtung einen zweiter Koppler 25, welcher das Signal aus dem dielektrischen Wellenleiter 20 auskoppelt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Koppler 25 gleichartig dem ersten Koppler 15 aufgebaut. In the dielectric waveguide 20 the signal is passed. At one of the aforementioned longitudinal ends of the waveguide 20 remote from the longitudinal end, the measuring device according to the invention comprises a second coupler 25 which receives the signal from the dielectric waveguide 20 couples out. In the illustrated embodiment, the second coupler 25 similar to the first coupler 15 built up.

An den zweiten Koppler 25 schließt sich abseits des Wellenleiters 20 ein Empfänger 30 an, welcher Gleichrichterschaltungen umfasst, mittels welchen ein hochfrequentes Signal in eine Gleichspannung wandelbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gleichrichterschaltungen durch Brückengleichrichter gebildet. Alternativ können auch andere Gleichrichterschaltungen beim Empfänger 30 vorhanden sein. To the second coupler 25 joins off the waveguide 20 a receiver 30 which comprises rectifier circuits, by means of which a high-frequency signal can be converted into a DC voltage. In the illustrated embodiment, the rectifier circuits are formed by bridge rectifier. Alternatively, other rectifier circuits can be used at the receiver 30 to be available.

An dem Brückengleichrichter des Empfängers 30 wird das Sensorsignal als der Ausgangsgleichspannung überlagertes modulierendes Signal über Filterschaltungen ausgekoppelt. Alternativ sind auch komplexere Demodulatorschaltungen denkbar. At the bridge rectifier of the receiver 30 the sensor signal is coupled out as a DC output voltage superimposed modulating signal through filter circuits. Alternatively, more complex demodulator circuits are conceivable.

Nicht eigens dargestellt sind ausgangsseitig an die in 1 dargestellte Messeinrichtung angebundene Auswertschaltkreise einer Auswerteinrichtung, welche das Sensorsignal auswerten und welche mittels der mittels des Wellenleiters übertragenen Energie energieversorgt werden. Not specifically shown on the output side to the in 1 illustrated measuring device connected evaluation circuits of an evaluation device, which evaluate the sensor signal and which are powered by means of the energy transmitted by the waveguide.

Mittels der in 2 dargestellten Messeinrichtung wird ein Steuersignal von der hier ebenfalls nicht dargestellten Auswerteinrichtung zur Steuerung eines Sensors an diesen übertragen. Dabei werden Steuerdaten und Energie zur Versorgung des Auswertschaltkreises entlang desselben Signalpfades, aber entgegengesetzt in antiparallele Richtungen übertragen. Nachfolgend werden dabei die Unterschiede der Messeinrichtung gem. 2 gegenüber der anhand von 1 erläuterten Messeinrichtung dargestellt, welche im Übrigen der in 1 dargestellten Messeinrichtung entspricht. By means of in 2 The measuring device shown is a control signal transmitted from the evaluation device also not shown here for controlling a sensor to this. In this case, control data and energy to supply the Auswertschaltkreises along the same signal path, but opposite in anti-parallel directions are transmitted. Subsequently, the differences of the measuring device gem. 2 against the basis of 1 illustrated measuring device, which incidentally the in 1 shown measuring device corresponds.

Die in 2 dargestellte erfindungsgemäße Messeinrichtung umfasst wie die in 1 dargestellte Messeinrichtung einen Hochfrequenzoszillator 5, der Mikrowellen bereitstellt. Der Hochfrequenzoszillator 5 überträgt diese Mikrowellen auf einen Leistungsverstärker 10 der erfindungsgemäßen Signalübertragungseinrichtung, der die Mikrowellen auf eine geeignete Übertragungsleistung verstärkt. In the 2 illustrated measuring device according to the invention comprises as in 1 shown measuring device a high-frequency oscillator 5 providing microwaves. The high frequency oscillator 5 transmits these microwaves to a power amplifier 10 the signal transmission device according to the invention, which amplifies the microwaves to a suitable transmission power.

Ferner und nicht eigens dargestellt umfasst die in 2 gezeigte Messeinrichtung einen Sensor, welcher ein Steuersignal empfängt. Dieses Steuersignal breitet sich entgegengesetzt aus zu derjenigen Richtung, in welcher sich die Mikrowellen durch den Wellenleiter 20 bewegen: Further and not specifically illustrated in 2 shown measuring device, a sensor which receives a control signal. This control signal propagates opposite to the direction in which the microwaves propagate through the waveguide 20 move:

Der Leistungsverstärker 10 überträgt die Mikrowellen auf einen ersten Koppler 15, welcher die Mikrowellen in einen dielektrischen Wellenleiter 20 an einem Längsende des Wellenleiters 20 einkoppelt. The power amplifier 10 transmits the microwaves to a first coupler 15 which converts the microwaves into a dielectric waveguide 20 at a longitudinal end of the waveguide 20 couples.

In dem dielektrischen Wellenleiter 20 werden die Mikrowellen geführt. An einem dem zuvor erwähnten Längsende des Wellenleiters 20 abgewandtem Längsende befindet sich ein zweiter Koppler 25, mittels welchem die mit den geführten Mikrowellen mitgeführte Energie aus dem dielektrischen Wellenleiter auskoppelbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Koppler 25 gleichartig dem ersten Koppler 15 aufgebaut. In the dielectric waveguide 20 the microwaves are guided. At one of the aforementioned longitudinal ends of the waveguide 20 remote longitudinal end is a second coupler 25 , By means of which the entrained with the guided microwaves energy from the dielectric waveguide can be coupled out. In the illustrated embodiment, the second coupler 25 similar to the first coupler 15 built up.

Wie oben sind ausgangsseitig an die in 2 dargestellte Messeinrichtung angebundene Auswertschaltkreise, welche das mit den Mikrowellen übertragene Sensorsignal auswerten und welche mittels der mittels des Wellenleiters übertragenen Energie energieversorgt werden, nicht eigens dargestellt. As above, the output side to the in 2 illustrated measuring device connected evaluation circuits, which evaluate the transmitted with the microwave sensor signal and which are supplied with energy by means of the waveguide energy, not specifically shown.

Wie bereits zum in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert schließt sich an den zweiten Koppler 25 abseits des Wellenleiters 20 ein Empfänger 30 an, der – soweit nicht explizit abweichend beschrieben – identisch wie im obigen Ausführungsbeispiel erläutert ausgebildet ist. As already for in 1 illustrated embodiment is followed by the second coupler 25 away from the waveguide 20 a receiver 30 on, which - unless otherwise explicitly described - identical to that explained in the above embodiment is formed.

Die Modulation des Mikrowellensignals mit einem Steuersignal erfolgt abweichend vom obigen Ausführungsbeispiel durch eine Lastmodulation eines Brückengleichrichters des Empfängers 30. Dabei werden eine oder mehrere Dioden des Brückengleichrichters mit dem Steuersignal vorgespannt. Entsprechend ändert sich jeweils die Impedanz jeder vorgespannten Diode und in der weiteren Folge Amplitude und Phase der vom Brückengleichrichter reflektierten Mikrowellen. Diese Änderungen infolge des Steuersignals lassen sich durch eine Detektorschaltung an oder nah dem ersten Koppler 15, also gewissermaßen energiestromaufwärts des zweiten Kopplers 25, erfassen. Im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird dazu das Mikrowellensignal nicht direkt vom Mikrowellenoszillator 5 an den Leistungsverstärker 10 übergeben, sondern es ist ein transmittierender Mischer 35 vorhanden, welcher das Steuersignal auskoppelt und einer Steuereinrichtung 40 zur Steuerung des Sensors übergibt. In einem weiteren nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel ist anstelle des transmittierenden Mischers 35 ein Richtkoppler vorhanden, welcher das Steuersignal auszukoppeln ausgebildet ist. The modulation of the microwave signal with a control signal is carried out differently from the above embodiment by a load modulation of a bridge rectifier of the receiver 30 , In this case, one or more diodes of the bridge rectifier are biased by the control signal. Accordingly, in each case the impedance of each biased diode and in the subsequent sequence amplitude and phase of the reflected microwave from the bridge rectifier changes. These changes due to the control signal can be achieved by a detector circuit at or near the first coupler 15 , so to speak energy upstream of the second coupler 25 , to capture. Im in 2 illustrated embodiment, the microwave signal is not directly from the microwave oscillator 5 to the power amplifier 10 but it is a transmitting mixer 35 present, which decouples the control signal and a control device 40 to control the sensor passes. In a further embodiment, not specifically illustrated, instead of the transmitting mixer 35 a directional coupler is provided, which is designed to decouple the control signal.

In den beiden zuvor anhand 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispielen bilden der Mikrowellenoszillator 5, der Leistungsverstärker 10, der erste Koppler 15, der Wellenleiter 20, der zweite Koppler 25 sowie der Empfänger 30 jeweils eine erfindungsgemäße Signalübertragungseinrichtung. Der in den 1 und 2 jeweils nicht dargestellte Sensor sowie die nicht gesondert abgebildeten Auswertschaltkreise sind jedoch nicht Teil der erfindungsgemäßen Signalübertragungseinrichtung, sondern der erfindungsgemäßen Messeinrichtung. In the two previously based 1 and 2 Illustrated embodiments form the microwave oscillator 5 , the power amplifier 10 , the first coupler 15 , the waveguide 20 , the second coupler 25 as well as the receiver 30 in each case a signal transmission device according to the invention. The in the 1 and 2 However, not shown sensor as well as not separately mapped evaluation circuits are not part of the signal transmission device according to the invention, but the measuring device according to the invention.

Wie in 3 detailliert ist der Wellenleiter 20 in geometrischer Hinsicht wie eine Stufenindexfaser in der optischen Glasfasertechnik aufgebaut:
Der im spannungsfrei ausgerollten Zustand des Wellenleiters 20 zylindrisch geformte Kern K des Wellenleiters ist aus Aluminiumoxid AD-94 gebildet mit einer relativen Dielektrizitätszahl von 9,1. As in 3 the waveguide is detailed 20 constructed geometrically like a step index fiber in optical fiber technology:
The unrolled state of the waveguide in the stress-free state 20 Cylindrical shaped core K of the waveguide is formed of alumina AD-94 having a relative dielectric constant of 9.1.

Eine den Kern vollumfänglich umgebende, erste Schicht S1 bildet eine weitere Indexstufe des Wellenleiters 20. Diese erste Schicht S1 weist eine umfänglich konstante Dicke in radialer Richtung auf. Die erste Schicht S1 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Plexiglas mit einer relativen Dielektrizitätszahl von 3,4. A first layer S1 surrounding the core completely forms a further index step of the waveguide 20 , This first layer S1 has a circumferentially constant thickness in the radial direction. The first layer S1 consists in the illustrated embodiment of Plexiglas with a relative dielectric constant of 3.4.

Eine weitere, zweite Schicht S2 bildet eine dritte Indexstufe der Wellenleiters 20 und umgibt die erste Schicht S1 mit umfänglich konstanter Dicke in radialer Richtung. Die zweite Schicht S2 besteht aus Teflon mit einer relativen Dielektrizitätszahl von 2,1. Another, second layer S2 forms a third index stage of the waveguide 20 and surrounds the first layer S1 of circumferentially constant thickness in the radial direction. The second layer S2 consists of Teflon with a relative dielectric constant of 2.1.

In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen weichen die benutzten Materialien voneinander ab, wobei allerdings die Dielektrizitätszahl und somit auch der Brechungsindex radial von innen nach außen abnehmen. In other, not specifically illustrated embodiments, the materials used differ from each other, although the dielectric constant and thus also the refractive index decrease radially from the inside to the outside.

Claims

A method of transmitting a signal in the form of at least one ultrashort or deci or centi or millimeter wave signal (in terms of vacuum wavelengths), preferably at a frequency or at frequencies, in particular carrier frequency (s), of up to 100 gigahertz, in which the signal a dielectric waveguide ( 20 ) is transmitted.

Method according to claim 1, wherein a dielectric waveguide ( 20 ) is used with a core region (K) which has a higher dielectric constant than a region (S1, S2) lying outside the core region (K).

Method according to Claim 1 or 2, in which a waveguide ( 20 ) is used in the form of a fiber.

The method of claim 3, wherein the fiber forms a step index fiber, in particular with three or more index steps, or a gradient fiber.

Method according to one of the preceding claims, in which both data and energy are transmitted by means of the signal.

Method according to one of the preceding claims, in which the signal is modulated with a data signal representing the data.

Method according to the preceding claim, in which the directions of transmission of the data and transmission of the energy coincide.

The method of claim 6, wherein the directions of transmission of the data and transmission of the energy are away from each other.

Signal transmission device, in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, comprising - a wave source ( 5 . 10 ; 5 . 10 . 35 ), for generating at least ultrashort and / or deci- and / or centi- and / or millimeter waves (based on vacuum wavelengths), preferably with a frequency or with frequencies, in particular carrier frequency (s), of up to 100 Gigahertz, is formed, - a dielectric waveguide ( 20 ) as well as - a first coupling device ( 15 ), which is formed by means of the wave source ( 5 . 10 . 35 ) generated waves in the waveguide ( 20 ).

Signal transmission device according to claim 9, further comprising - a second coupling device ( 25 ), which is formed by means of the waveguide ( 20 ) guided waves in the form of at least ultrashort and / or deci and / or centi- and / or millimeter waves (based on vacuum wavelengths), preferably with a frequency or frequencies, in particular carrier frequency (s), of up to 100 Gigahertz, as well as - a wave receiver ( 30 ), which is designed to receive ultrashort and / or deci and / or centi and / or millimeter waves (in relation to vacuum wavelengths).

A signal transmission device according to claim 9 or 10, wherein the dielectric waveguide has a core region (K) which has a higher dielectric constant than an out-of-core region (S1; S2).

A signal transmission device according to any one of the preceding claims, wherein the waveguide is in the form of a fiber.

A signal transmission device according to any one of the preceding claims, wherein the fiber forms a step index fiber or a gradient fiber.

Signal transmission device according to one of the preceding claims, which comprises a modulation device ( 10 ; 30 ; 35 ), which by means of the wave source ( 5 . 10 ; 5 . 10 . 35 ) ultrashort and / or deci and / or centi- and / or millimeter waves (based on vacuum wavelengths) modulated ( 10 ; 30 ).

Measuring device which has a signal transmission device according to one of the preceding claims and at least one sensor which is connected to the modulation device ( 10 ; 30 ; 35 ) and / or with the first ( 15 ) and / or second coupling device ( 25 ) and / or with the wave source ( 5 . 10 ; 5 . 10 . 35 ) and / or with the wave receiver ( 30 ) is signal-connected.