DE102018211931A1

DE102018211931A1 - Vorrichtung zur Modenverwirbelung

Info

Publication number: DE102018211931A1
Application number: DE102018211931.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Kuhn; Philip Schmidt; Frederic Meyer; Gerd vom Bögel
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2018-07-18
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2020-01-23
Also published as: US20200028255A1; US10978798B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) mit einem Antennenarray (11) mit mindestens vier zueinander versetzt angeordneten Antennen (12, 12, 12, 12), wobei jede Antenne jeweils einen eigenen Speiseleitungsanschluss (13, 13, 13, 13) aufweist, wobei die Speiseleitungsanschlüsse von unmittelbar zueinander benachbart angeordneten Antennen um jeweils 90° geometrisch zueinander versetzt sind. Die Vorrichtung (10) weist ferner eine Steuervorrichtung (14) auf, die ausgestaltet ist, um die einzelnen Antennen (12, 12, 12, 12) über deren jeweiligen Speiseleitungsanschluss (13, 13, 13, 13) zu speisen, sodass das Antennenarray (11) zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche Strahlungscharakteristiken aufweist. Dabei weist eine erste Strahlungscharakteristik eine polarisierte Feldverteilung auf. Erfindungsgemäß weist eine zweite Strahlungscharakteristik eine unpolarisierte Feldverteilung auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwirbelung von Moden, die im Falle von sich innerhalb einer abgeschirmten Umgebung ausbreitenden elektromagnetischen Wellen auftreten können. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verhindern des Ausbildens von stehenden Wellen, beziehungsweise eine Vorrichtung zum Verschieben von stehenden Wellen, innerhalb eines geschlossenen metallischen Umfelds, wie zum Beispiel in einem Gehäuse.
Bei Systemen, die mittels elektromagnetischen Wellen drahtlos kommunizieren können, sollten zum Zwecke einer guten Kommunikationsqualität die Empfangsantenne und die Sendeantenne aufeinander abgestimmt sein. Als Beispiele für derartige Systeme können sogenannte RFID-Systeme (engl.: Radio Frequency Identification) genannt werden.
Zum Beispiel zur Steigerung der Reichweite, beziehungsweise zur Einsparung von Sendeleistung und zur Senkung der Strahlungsemission, können Sendeantennen eingesetzt werden, die eine linear polarisierte Feldverteilung aufweisen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine vertikale oder horizontale Polarisation handeln. Allerdings sollten auch die Empfangsantennen auf dieselbe lineare Polarisierung abgestimmt sein. Das heißt, beispielsweise bei RFID-Systemen sollten die Transponder eine bestimmte Orientierung im Raum einnehmen, damit sie die polarisierten Wellen vernünftig empfangen können. Gerade bei derartigen RFID-Systemen sind die Transponder jedoch in der Regel chaotisch beziehungsweise ungeordnet im Raum verteilt. Als ein Beispiel könnte man sich mit Transpondern ausgestattete Waren in einem Supermarkt vorstellen, wobei der Kunde die Waren in der Regel ungeachtet der Orientierung der jeweiligen Ware in seinen Einkaufswagen legt.
Um diesem Umstand zu begegnen wird heutzutage bei Systemen, die mittels elektromagnetischen Wellen miteinander kommunizieren können, anstatt der linearen eine zirkulare Polarisationen verwendet. Das heißt, die Sendeantenne sendet zirkular polarisierte Wellen aus. Wie der Name bereits sagt, breiten sich diese Wellen zirkular beziehungsweise helixförmig im Raum aus. Der Vorteil liegt darin, dass die Empfangsantenne (z.B. RFID-Transponder) unabhängig von ihrer Orientierung im Raum die ausgesandte zirkular polarisierte Welle empfangen kann.
Die linearen und zirkularen Polarisationen sind idealisierte Extrembeispiele einer möglichen Polarisation von Wellen. In der Realität wird sich für gewöhnlich eine Mischform dieser beiden Polarisationen einstellen, was wiederum ganz allgemein als eine elliptische Polarisation bezeichnet wird. Daher umfasst der hierin verwendete Begriff der elliptischen Polarisation sowohl die lineare als auch die zirkulare Polarisation.
Anwendung finden derartige Funkkommunikationssysteme beispielsweise im klinischen Umfeld von Krankenhäusern zur Identifikation und Zählung, oder aber auch zur Reinigung und Desinfektion von Operationsbesteck. Hierbei werden mit Transpondern ausgestattete OP Besteckteile beispielsweise in einem sogenannten Autoklaven sterilisiert. Diese Autoklaven bestehen meist aus Edelstahl und bilden daher eine Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Wellen.
Innerhalb einer solchen abgeschirmten, insbesondere metallischen, Umgebung, wie zum Beispiel in einer Sterilisationskammer (Autoklav) für OP Besteck, oder aber auch in einem Backofen, in Tunnelgates oder ähnlichem bilden sich, bei Verwendung von elektromagnetisch gekoppelten Systemen, wie beispielsweise bei RFID-Systemen, stehende Wellen, sogenannte Moden, aus. Die Form der Moden wird durch die Randbedingungen bestimmt, unter denen sich die Welle ausbreitet. Das heißt, die Form der Moden ist einerseits frequenz- bzw. wellenlängenabhängig und andererseits abhängig von der Form und den Abmessungen des Raums innerhalb dessen sich die Welle ausbreitet.
In Anbetracht dessen weisen die Moden, innerhalb des Raums in dem sie sich bilden, lokale Maxima und Minima auf. Innerhalb der Minima ist die Feldstärke der ausgesandten elektromagnetischen Welle null, beziehungsweise nahezu null. Demnach können beispielsweise bei RFID-Systemen Transponder, die sich an Orten befinden, an denen ein Feldstärkeminimum herrscht, nicht mit Energie versorgt und ausgelesen werden.
Zur Adressierung dieses Problems wurden bereits mehrere Lösungen vorgeschlagen, die darauf abzielen, die räumliche Position der Maxima und Minima zu verändern. Dies wird auch als Modenverschiebung oder Modenverwirbelung bezeichnet. Hierfür werden im Stand der Technik beispielsweise mehrere räumlich getrennte Antennen nacheinander durchgeschaltet, oder die Sendeantenne wird relativ zu der Empfangsantenne geschwenkt oder rotiert. Andere Lösungen gemäß dem Stand der Technik sehen vor, Reflektoren innerhalb des Raums, in dem sich die elektromagnetischen Wellen ausbreiten, in unterschiedlichen Ausrichtungen anzuordnen. Diese bekannten Lösungen führen zwar zu einer geeigneten Modenverwirbelung. Allerdings weisen diese bekannten Systeme viele einzelne Komponenten auf, die zueinander ausgerichtet werden müssen, was zu einem komplexen Aufbau und somit zu hohen Produktionskosten führt.
Es wäre demnach wünschenswert, Vorrichtungen zur Modenverwirbelung dahingehend zu verbessern, dass diese mit einfachen Mitteln und somit kostengünstig herstellbar sind und dabei gleichzeitig eine gute Verwirbelung von Moden erlaubt, die bei der Verwendung der Vorrichtung auftreten können.
Daher wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Außerdem wird ein RFID-Lesegerät mit einer derartigen Vorrichtung sowie ein System mit einer derartigen Vorrichtung und einem dreidimensionalen Körper (z.B. ein Gehäuse) mit einer Ausnehmung, in der sich die elektromagnetischen Wellen ausbreiten können, vorgeschlagen. Ausführungsformen und weitere vorteilhafte Aspekte der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen genannt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist unter anderem ein Antennenarray auf. Das Antennenarray weist mindestens vier räumlich zueinander versetzt angeordnete einzelne Antennen auf. Jede Antenne weist jeweils einen eigenen Speiseleitungsanschluss auf, der auch als Port oder Speiseport bezeichnet wird. Die einzelnen Speiseleitungsanschlüsse der einzelnen Antennen sind derart zueinander angeordnet, dass die Speiseleitungsanschlüsse von unmittelbar zueinander benachbart angeordneten Antennen geometrisch um jeweils 90° zueinander versetzt sind. Beispielsweise ist der Speiseleitungsanschluss einer ersten Antenne zu dem Speiseleitungsanschluss einer unmittelbar benachbarten zweiten Antenne geometrisch um 90° versetzt. In anderen Worten sind die Speiseleitungsanschlüsse aller Antennen untereinander um jeweils 90° geometrisch zueinander versetzt angeordnet. Ferner kann an den einzelnen Antennen ein Speisesignal angelegt werden, welches dazu dient, die einzelnen Antennen zu speisen. Dabei können an jeder Antenne die gleichen Speisesignale angelegt werden, wobei die einzelnen an den jeweiligen Speiseleitungsanschlüssen anliegenden Speisesignale jeweils einen Phasenversatz Δφ, zum Beispiel von Δφ = 90°, zu unmittelbar benachbarten Speiseleitungsanschlüssen aufweisen können. Das heißt, eine erste Antenne kann mit einem ersten Speisesignal gespeist werden, und eine unmittelbar benachbart angeordnete zweite Antenne kann mit einem zweiten Speisesignal gespeist werden, wobei das zweite Speisesignal relativ zu dem ersten Speisesignal einen Phasenversatz Δφ, zum Beispiel von Δφ = 90°, aufweisen kann. In anderen Worten können die Speisesignale von unmittelbar benachbart angeordneten Antennen jeweils einen relativen Phasenversatz Δφ, zum Beispiel von Δφ = 90°, zueinander aufweisen. Der Phasenversatz Δφ kann beispielsweise über eine Variation der Länge der Zuleitung beziehungsweise Speiseleitung der jeweiligen Antenne erfolgen, was zu unterschiedlichen Signallaufzeiten führt. Denkbar wäre auch eine direkte Integration des Phasenversatzes Δφ in das Speisenetzwerk. Das Antennenarray kann somit beispielsweise eine fest eingestellte Strahlungscharakteristik aufweisen. In dem oben beschriebenen Fall würde das Antennenarray beispielsweise eine fest eingestellte zirkular polarisierte Strahlungscharakteristik aufweisen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner eine Steuervorrichtung auf. Die Steuervorrichtung ist ausgestaltet, um die einzelnen Antennen über deren jeweiligen Speiseleitungsanschluss zu speisen, und zwar derart, dass das Antennenarray zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche Strahlungscharakteristiken aufweist. In anderen Worten kann die Steuervorrichtung die einzelnen Antennen zu einem ersten Zeitpunkt in einer ersten Konfiguration speisen, in der die Antennen derart abstrahlen, dass das Antennenarray eine erste vorbestimmte Strahlungscharakteristik aufweist. Zu einem zweiten Zeitpunkt kann die Steuervorrichtung die einzelnen Antennen in einer zweiten Konfiguration speisen, in der die Antennen derart abstrahlen, dass das Antennenarray eine zweite vorbestimmte Strahlungscharakteristik aufweist. Die erste Konfiguration und somit die erste Strahlungscharakteristik unterscheiden sich von der zweiten Konfiguration und der zweiten Strahlungscharakteristik. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass die Antennen in beiden Konfiguration aktiv gespeist werden. Das heißt, auch die Antennen sind in beiden Konfigurationen aktiv. Unter einer Konfiguration und einer Strahlungscharakteristik ist somit nicht zu verstehen, dass die Antennen nicht gespeist werden und das Antennenarray somit inaktiv ist, sodass es keine Strahlung aussendet. Die hierin beschriebene Strahlungscharakteristik bezieht sich auf eine zu dem jeweiligen Zeitpunkt vorherrschende aktive Strahlungscharakteristik eines Antennenarrays mit aktiv gespeisten aktiven Antennen. Das heißt, das Antennenarray mit den gespeisten Antennen sendet aktiv elektromagnetische Strahlung in seiner jeweiligen, zu dem jeweiligen Zeitpunkt vorherrschenden Strahlungscharakteristik aus. Gemäß dieser Definition weist die erste Strahlungscharakteristik des Antennenarrays eine polarisierte Feldverteilung auf. Erfindungsgemäß weist eine zweite Strahlungscharakteristik des Antennenarrays eine unpolarisierte Feldverteilung auf. Diese unpolarisierte Feldverteilung wird hierin auch gelegentlich als eine depolarisierte Feldverteilung bezeichnet. Die unpolarisierte beziehungsweise depolarisierte Feldverteilung unterscheidet sich von den oben beschriebenen polarisierten Feldverteilungen dadurch, dass deren elektromagnetische Wellen keine erkennbare beziehungsweise bevorzugte Polarisation aufweisen. Die Steuervorrichtung kann also die Konfiguration der Speisung der einzelnen Antennen zwischen zwei Zeitpunkten hin und her schalten, sodass das Antennenarray zu dem ersten Zeitpunkt eine andere Feldverteilung aufweist als zu dem zweiten Zeitpunkt. Dadurch verschieben sich die in einem Raum auftretenden Moden, sodass sich auch deren Minima und Maxima räumlich verschieben. Diese Modenverwirbelung sorgt dafür, dass an Orten im Raum, an denen sich zuvor Feldstärkeminima befanden, nach der Verschiebung Feldstärken mit höheren Intensitäten vorherrschen. Somit kann eine Empfangsantenne die elektromagnetische Welle an ebendiesen Orten empfangen wo zuvor kein Empfang möglich war. Das Umschalten zwischen zwei unterschiedlichen Strahlungscharakteristiken des Antennenarrays bietet eine einfache Möglichkeit zur Modenverwirbelung. Gleichzeitig können herkömmliche Antennenarrays mit gewöhnlicher Speiseportanordnung genutzt werden. Die Erfindung basiert jedoch unter anderem darauf, dass Speisekonfigurationen für diese Antennenarrays genutzt werden, die ansonsten im Stand der Technik explizit vermieden werden. Während nämlich der Stand der Technik lehrt, diese Form von Antennenarrays derart anzusteuern, dass das Antennenarray elliptisch polarisierte Wellen abstrahlt, werden ebendiese Antennenarrays erfindungsgemäß derart angesteuert, dass das Antennenarray bewusst eine depolarisierte beziehungsweise unpolarisierte Welle abstrahlen kann.
Einige Ausführungsbeispiele sind exemplarisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2A-2E eine schematische Ansicht verschiedener möglicher Anordnungen von Antennen auf einem Antennenarray zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3A eine schematische Ansicht eines Antennenarrays zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3B eine schematische Ansicht eines Antennenarrays mit festem Speisenetzwerk zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
4A, 4B eine schematische Ansicht einer analogen Umsetzung einer Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Antennenarrays zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
5A einen 3D Plot einer Fernfeld-Antennencharakteristik, die sich bei einer ersten Speisekonfiguration ergibt,
5B einen 3D Plot einer Fernfeld-Antennencharakteristik, die sich bei einer zweiten Speisekonfiguration ergibt,
6A einen 2D Schnitt der Fernfeld-Antennencharakteristik aus 5A,
6B einen 2D Schnitt der Fernfeld-Antennencharakteristik aus 5B,
7 eine schematische Ansicht einer digitalen Umsetzung einer Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Antennenarrays zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
8A ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des hin und her Schaltens zwischen einer ersten und einer zweiten Speisekonfiguration gemäß einem Ausführungsbeispiel,
8B ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des hin und her Schaltens zwischen einer ersten und einer zweiten Speisekonfiguration gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
9A eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in einer ersten Speisekonfiguration betrieben wird,
9B eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in einer zweiten Speisekonfiguration betrieben wird, und
10A, 10B eine schematische Ansicht einer Umsetzung einer Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Antennenarrays zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei Elemente mit derselben oder ähnlichen Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Außerdem werden hierin Funkwellen exemplarisch als ein nicht-limitierendes Beispiel für elektromagnetische Wellen beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorzugsweise in Frequenzbereichen zwischen 30-500 kHz, und insbesondere bei etwa 125 kHZ, oder zwischen 3-30 MHz, und insbesondere bei etwa 13,56 MHz, oder zwischen 400 MHz und 1000 MHz, und insbesondere bei etwa 433 MHz, oder etwa 868 MHz, oder etwa 915 MHz, oder etwa 950 MHz, oder aber zwischen 2 GHz und 30 GHz, und insbesondere bei etwa 2,4-2,5 GHz, oder bei etwa 5,8 GHz betrieben werden.
Ferner werden einzelne Antennen eines Antennenarrays am nicht-limitierenden Beispiel von Patchantennen beschrieben. Es ist aber auch denkbar, dass andere Bauformen von Antennen alternativ oder zusätzlich zu Patchantennen verwendet werden können.
Ferner wird ein eine Ausnehmung aufweisender dreidimensionaler Körper am nicht-limitierenden Beispiel eines Gehäuses mit geschlossenen Wandstrukturen beschrieben. Es ist aber auch denkbar, dass der dreidimensionale Körper andere Ausgestaltungen aufweist, wie zum Beispiel perforierte Wandstrukturen, wie bei Einkaufskörben und Einkaufswägen. Außerdem kann der dreidimensionale Körper geschlossen oder zumindest abschnittsweise offen sein.
Außerdem wird eine metallische Beschichtung als ein nicht-limitierendes Beispiel für eine Abschirmung zum Abschirmen von elektromagnetischer Strahlung beschrieben. Es können aber auch andere zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung geeignete Materialien verwendet werden. Außerdem soll unter einer Abschirmung nicht zwangsläufig das vollständige Zurückhalten von elektromagnetischer Strahlung sondern zumindest ein Reduzieren von elektromagnetischer Strahlung verstanden werden.
Sofern in dem vorliegenden Dokument von einem Maximum die Rede ist, dann schließt dies einen Toleranzbereich mit ein, deren Werte sich um ±10% um den angegebenen Maximalwert herum befinden. Sofern in dem vorliegenden Dokument von einem Minimum die Rede ist, dann schließt dies einen Toleranzbereich mit ein, deren Werte sich um ±10% um den angegebenen Minimalwert herum befinden.
Sofern in dem vorliegenden Dokument von einer Phase, einer Phasenlage oder einem Phasenversatz mit einem konkreten Zahlenwert die Rede ist, so schließt dies einen Toleranzbereich mit ein, deren Werte sich um ±10% um diesen Zahlenwert herum befinden.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Vorrichtung 10 weist ein Antennenarray 11 auf. Das Antennenarray 11 weist mindestens vier einzelne Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ auf, die räumlich versetzt zueinander angeordnet sind. Die vier einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ sind außerdem räumlich voneinander beabstandet. Der räumliche Abstand zwischen den einzelnen Antennen kann ein ganzzahliges oder gebrochen rationales Vielfaches der Wellenlänge λ sein, d.h. n-mal λ, mit n∈ℕ.
Die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ sind hier beispielhaft als Patchantennen ausgestaltet. Es sind aber auch andere gängige Antennenformen denkbar. Die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ können an einem gemeinsamen Substrat 15 angeordnet sein und ein Antennenarray 11 bilden.
In dem vorliegenden Beispiel ist eine erste Antenne 12₁ rechts oben an dem Antennenarray 11 angeordnet. Ausgehend von dieser ersten Antenne 12₁ sind entgegen dem Uhrzeigersinn eine zweite Antenne 12₂ , eine dritte Antenne 12₃ und eine vierte Antenne 12₄ angeordnet.
Jede Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ weist jeweils einen eigenen Speiseleitungsanschluss 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ auf. Die Speiseleitungsanschlüsse 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ von unmittelbar zueinander benachbart angeordneten Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ sind betragsmäßig um jeweils 90° geometrisch zueinander versetzt angeordnet. In anderen Worten weisen die Speiseleitungsanschlüsse 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ eine geometrische Winkeldifferenz von 90° zueinander auf.
An den Speiseanschlüssen 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ ist jeweils eine Speiseleitung 16₁ , 16₂ , 16₃ , 16₄ angeordnet. An den Speiseleitungen 16₁ , 16₂ , 16₃ , 16₄ kann ein Speisesignal zum Speisen der Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ angelegt werden, wobei das Speisesignal im Folgenden auch lediglich als Signal bezeichnet wird. Die an den jeweiligen Speiseleitungen 16₁ , 16₂ , 16₃ , 16₄ angelegten Signale können einen fest voreingestellten relativen Phasenversatz Δφ untereinander aufweisen. Dieser fest voreingestellte Phasenversatz Δφ kann beispielsweise über eine Variation der Länge der Speiseleitungen 16₁ , 16₂ , 16₃ , 16₄ (auch al Zuleitung bezeichnet) der jeweiligen Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ erfolgen, was zu unterschiedlichen Signallaufzeiten führt. Denkbar wäre auch eine direkte Integration des Phasenversatzes Δφ in das Speisenetzwerk.
Dabei kann beispielsweise die Speiseleitung 16₁ der ersten Antenne 12₁ als Referenzleitung festgelegt werden, die eine Referenzphase von φ = 0° definiert.
Die zweite Antenne 12₂ sowie die vierte Antenne 12₄ sind jeweils zu der ersten Antenne 12₁ unmittelbar benachbart angeordnet. Im vorliegenden Beispiel ist der Speiseanschluss 13₂ der zweiten Antenne 12₂ geometrisch um 90° zu dem Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ versetzt. Das heißt, der Speiseanschluss 13₂ der zweiten Antenne 12₂ weist eine geometrische Winkeldifferenz von 90° gegenüber dem Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ auf. Zusätzlich zu der geometrischen Winkeldifferenz von 90° weist in diesem Ausführungsbeispiel das an dem Speiseanschluss 13₂ der zweiten Antenne 12₂ eingespeiste Signal einen Phasenversatz von Δφ₂₁ = 90° gegenüber dem am Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Signal, welches das Referenzsignal mit der Phasenlage φ = 0° darstellt, auf.
Die dritte Antenne 12₃ ist zu der zweiten Antenne 12₂ unmittelbar benachbart angeordnet. Im vorliegenden Beispiel ist der Speiseanschluss 13₃ der dritten Antenne 12₃ geometrisch um 90° zu dem Speiseanschluss 13₂ der zweiten Antenne 12₂ versetzt. Das heißt, der Speiseanschluss 13₃ der dritten Antenne 12₃ weist eine geometrische Winkeldifferenz von 90° gegenüber dem Speiseanschluss 13₂ der zweiten Antenne 12₂ auf. Zusätzlich zu der geometrischen Winkeldifferenz von 90° weist in diesem Ausführungsbeispiel das an dem Speiseanschluss 13₃ der dritten Antenne 12₃ eingespeiste Signal einen Phasenversatz von Δφ₃₂ = 90° gegenüber dem am Speiseanschluss 13₂ der zweiten Antenne 12₂ eingespeisten Signal. Insgesamt weist demnach der Speiseanschluss 13₃ der dritten Antenne 12₃ gegenüber dem Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ eine geometrische Winkeldifferenz von 180° auf, und das an dem Speiseanschluss 13₃ der dritten Antenne 12₃ eingespeiste Signal weist gegenüber dem am Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Referenzsignal mit Referenzphasenlage φ = 0° einen Phasenversatz von Δφ₃₁ = 180°auf.
Die vierte Antenne 12₄ ist zu der dritten Antenne 12₃ unmittelbar benachbart angeordnet. Im vorliegenden Beispiel ist der Speiseanschluss 13₄ der vierten Antenne 12₄ geometrisch um 90° zu dem Speiseanschluss 13₃ der dritten Antenne 12₃ versetzt. Das heißt, der Speiseanschluss 13₄ der vierten Antenne 12₄ weist eine geometrische Winkeldifferenz von 90° gegenüber dem Speiseanschluss 13₃ der dritten Antenne 12₃ auf. Zusätzlich zu der geometrischen Winkeldifferenz von 90° weist in diesem Ausführungsbeispiel das an dem Speiseanschluss 13₄ der vierten Antenne 12₄ eingespeiste Signal einen Phasenversatz von Δφ₄₃ = 90° gegenüber dem am Speiseanschluss 13₃ der dritten Antenne 12₃ eingespeisten Signal auf. Insgesamt weist demnach der Speiseanschluss 13₄ der vierten Antenne 12₄ gegenüber dem Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ eine geometrische Winkeldifferenz von 270° auf, und das an dem Speiseanschluss 13₄ der vierten Antenne 12₄ eingespeiste Signal weist gegenüber dem am Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Referenzsignal mit Referenzphasenlage φ = 0° einen Phasenversatz von Δφ₄₁ = 270°auf.
Da die vierte Antenne 12₄ wiederum zu der ersten Antenne 12₁ unmittelbar benachbart angeordnet ist, ist im vorliegenden Beispiel der Speiseanschluss 13₄ der vierten Antenne 12₄ geometrisch um + 270° zu dem Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ versetzt, was wiederum gleichzusetzen ist mit einer geometrischen Winkeldifferenz von - 90° und einem Phasenversatz von Δφ₁₄ = - 90° gegenüber dem am Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Referenzsignal mit Referenzphasenlage φ = 0°.
Die Speiseleitungsanschlüsse 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ von unmittelbar zueinander benachbart angeordneten Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ sind demnach also alle betragsmäßig um jeweils 90° geometrisch zueinander versetzt angeordnet.
Zusammenfassend können die an unmittelbar zueinander benachbart angeordneten Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeisten Signale untereinander einen fest voreingestellten Phasenversatz von betragsmäßig Δφ = 90° aufweisen, d.h. Δφ = ±90°. Dies entspricht einer Speisekonfiguration, die zu einer polarisierten Strahlungscharakteristik führt.
Unter einer unmittelbar benachbarten Antenne ist diejenige Antenne zu verstehen, die den geringsten räumlichen Abstand zu einer betrachteten Antenne aufweist. Zu der ersten Antenne 12₁ wären also beispielsweise die zweite und die vierte Antenne 12₂ , 12₃ jeweils unmittelbar benachbarte Antennen, während hingegen die diagonal gegenüberliegend angeordnete dritte Antenne 12₃ einen größeren räumlichen Abstand zu der ersten Antenne 12₁ aufweist als die zweite und die vierte Antenne 12₂ , 12₄ und somit nicht eine unmittelbar benachbarte Antenne darstellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 weist ferner eine Steuervorrichtung 14 auf. Wie nachfolgend mit Bezug auf die 4A und 4B näher erläutert wird, kann die Steuervorrichtung 14 als ein analoges Bauteil mit Phasenstellgliedern 41 und/oder Amplitudenstellgliedern 44 und entsprechenden Switches 42, 43 ausgeführt sein, oder die Steuervorrichtung 14 kann digital realisiert sein (7), zum Beispiel mittels einer digitalen Signalverarbeitung 72 auf einem FPGA, ASIC, DSP oder Mikrocontroller und einem optional zwischen der digitalen Domäne und dem Antennenarray 11 angeordneten analogen Frontend 71.
In jedem Fall ist die Steuervorrichtung 14 erfindungsgemäß ausgestaltet, um die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ über deren jeweiligen Speiseleitungsanschluss 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ in unterschiedlichen Speisekonfigurationen zu speisen, sodass das Antennenarray 11 zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche Strahlungscharakteristiken aufweist.
Das heißt, die Steuervorrichtung 14 stellt zu einem ersten Zeitpunkt eine erste Speisekonfiguration bereit, in der die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist werden, dass das Antennenarray 11 zu diesem ersten Zeitpunkt eine erste Strahlungscharakteristik aufweist. Die Steuervorrichtung 14 stellt zu einem zweiten Zeitpunkt eine zweite Speisekonfiguration bereit, in der die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist werden, dass das Antennenarray 11 zu diesem zweiten Zeitpunkt eine zweite, von der ersten Strahlungscharakteristik unterschiedliche, zweite Strahlungscharakteristik aufweist.
Die erste Strahlungscharakteristik weist eine polarisierte Feldverteilung auf. Das heißt, in der ersten Speisekonfiguration werden die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist, dass das Antennenarray 11 polarisierte Wellen aussendet. Dabei kann es sich um elliptisch polarisierte, d.h. um linear und/oder zirkular polarisierte Wellen handeln, wobei die jeweilige Art der Polarisation von der jeweiligen Art der ersten Speisekonfiguration abhängt, wie dies später mit Bezug auf die 4A und 4B näher erläutert wird.
Erfindungsgemäß weist die zweite Strahlungscharakteristik eine unpolarisierte beziehungsweise eine depolarisierte Feldverteilung auf. Das heißt, in der zweiten Speisekonfiguration werden die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist, dass das Antennenarray 11 unpolarisierte beziehungsweise depolarisierte Wellen aussendet. Auch dies wird später mit Bezug auf die 4A und 4B noch detailliert erläutert.
Zunächst sollen jedoch mit Bezug auf die 2A bis 2E, sowie 3A und 3B, mögliche Konfigurationen von Antennenarrays 11 beschrieben werden, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 eingesetzt werden können.
2A zeigt eine einzelne Antenne 12₁ , die auch als Einzelstrahler bezeichnet werden kann.
2B zeigt ein Antennenarray 11, vergleichbar mit dem zuvor mit Bezug auf 1 diskutierten Antennenarray 11. Dabei handelt es sich um ein 2×2 Array, auf dem zwei mal zwei einzelne Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ angeordnet sind.
2C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Antennenarrays 11. Dabei handelt es sich um ein 2×4 Array, auf dem insgesamt acht einzelne Antennen angeordnet sind, wobei jeweils vier einzelne Antennen in jeweils zwei zueinander parallelen Reihen angeordnet sind.
2D zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Antennenarrays 11. Dabei handelt es sich um ein 4×2 Array, auf dem insgesamt acht einzelne Antennen angeordnet sind, wobei jeweils vier einzelne Antennen in jeweils zwei zueinander parallelen Spalten angeordnet sind.
2E zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Antennenarrays 11. Dabei handelt es sich um ein 4x4 Array, auf dem insgesamt sechzehn einzelne Antennen angeordnet sind, wobei jeweils vier einzelne Antennen in jeweils vier zueinander parallelen Reihen beziehungsweise Spalten angeordnet sind.
Für die weitere Beschreibung wird die Anordnung 2×2, wie unter Bezugnahme auf 1 diskutiert, betrachtet, da alle anderen Ausführungsformen auf eine Parallelisierung dieser 2x2 Anordnung rückführbar sind.
3A zeigt ein solches 2×2 Array 11 mit vier einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ mit jeweils um 90° geometrisch zueinander versetzten Speiseanschlüssen 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ . 3B zeigt eine mögliche Realisierung eines Speisenetzwerks mit einer festen Phasen-/Amplitudeneinstellung, die zu einem fest voreingestellten Phasenversatz Δφ führt. Dieses Speisenetzwerk weist ein 2×2 Antennenarray 11 mit vier einzelnen Patchantennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ auf einem gemeinsamen Substrat 15 auf.
Die 4A und 4B zeigen ein schematisches Blockschaltbild einer Steuervorrichtung 14, anhand derer die oben erwähnten unterschiedlichen Speisekonfigurationen für das Antennenarray 11 bereitgestellt werden können.
4A zeigt beispielhaft ein Speisenetzwerk bei dem die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart gespeist werden, dass die an unmittelbar zueinander benachbarten Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeisten Signale einen fest voreingestellten (z.B. aufgrund der Leitungslänge) Phasenversatz von Δφ = ±90° zueinander aufweisen. Bei dem abgebildeten 2x2 Antennenarray 11 definiert die Speiseleitung 16₁ der ersten Antenne 12₁ die Referenzphase mit Phasenlage φ = 0°. Das heißt, das an der ersten Antenne 12₁ angelegte Signal weist eine Referenzphase von φ = 0° auf. Das an der zweiten Antenne 12₂ angelegte Signal weist einen fest voreingestellten Phasenversatz von Δφ₂₁ = 90° gegenüber dem an der ersten Antenne 12₁ angelegten Signal auf. Generell ausgedrückt weisen die einzelnen Signale, die an unmittelbar zueinander benachbart angeordneten Antennen eingespeist werden, untereinander einen fest voreingestellten Phasenversatz von Δφ = ±90° auf.
Wie zuvor mit Bezug auf 1 bereits beschrieben wurde, ist der Speiseanschluss 13₂ der zweiten Antenne 12₂ geometrisch um 90° zu dem Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ versetzt angeordnet, der Speiseanschluss 13₃ der dritten Antenne 12₃ ist geometrisch um 180° zu dem Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ versetzt angeordnet, und der Speiseanschluss 13₄ der vierten Antenne 12₄ ist geometrisch um 270° zu dem Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ versetzt angeordnet. Jeweils unmittelbar zueinander benachbart angeordnete Antennen sind dabei geometrisch um betragsmäßig jeweils 90° zueinander versetzt angeordnet, wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 diskutiert.
4B zeigt eine beispielhafte analoge Ausgestaltung der Steuervorrichtung 14 mittels derer unterschiedliche Speisekonfigurationen bereitgestellt werden können. Die Steuervorrichtung 14 kann dabei eine zu der Anzahl an Speiseanschlüssen 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ korrespondierende Anzahl an Ports aufweisen, wobei jeweils ein Port über jeweils eine Speiseleitung bzw. Zuleitung 16₁ , 16₂ , 16₃ , 16₄ mit jeweils einem Speiseanschluss 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ einer Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ verbunden sein kann. Im vorliegenden Beispiel ist Port 1 mit dem Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ verbunden, Port 2 ist mit dem Speiseanschluss 13₂ der zweiten Antenne 12₂ verbunden, Port 3 ist mit dem Speiseanschluss 13₃ der dritten Antenne 12₃ verbunden, und Port 4 ist mit dem Speiseanschluss 13₄ der vierten Antenne 12₄ verbunden.
In jedem zu einem Port 1 bis Port 4 gehörigen Zweig beziehungsweise Pfad kann die Steuervorrichtung 14 mindestens ein Phasenstellglied 41 und/oder mindestens ein Amplitudenstellglied 44 aufweisen. Die Phasenstellglieder 41 dienen zum Einstellen der Phasenlage des jeweiligen Signals. Abhängig von der gewählten Speisekonfiguration können die Phasenlagen der einzelnen Signale mittels der Phasenstellglieder 41 gedreht werden. Die Amplitudenstellglieder 44 dienen dazu, um die Amplituden der einzelnen Signale untereinander auf einen etwa gleichen Signalpegel einzustellen. Dies ist vorteilhaft, da beispielsweise fest voreingestellte Speisenetzwerke unterschiedlich lange Zuleitungen 16₁ , 16₂ , 16₃ , 16₄ aufweisen können, die die Signale unterschiedlich stark dämpfen können. Mittels der Amplitudenstellglieder 44 können die unterschiedlichen Dämpfungen kompensiert und die Amplituden der einzelnen Signale auf ein etwa gleiches Level justiert werden.
In dem hier abgebildeten nicht-limitierenden Beispiel weist die Steuervorrichtung 14 (von oben nach unten) in dem zu Port 2 gehörigen Zweig vier Phasenstellglieder (φ=0°, φ=90°, φ=180°, φ=270°) und ein zugehöriges Amplitudenstellglied 44 auf. In dem zu Port 1 gehörigen Zweig weist die Steuervorrichtung 14 zwei Phasenstellglieder (φ=0°, φ=180°) und ein zugehöriges Amplitudenstellglied 44 auf. In dem zu Port 4 gehörigen Zweig weist die Steuervorrichtung 14 vier Phasenstellglieder (φ=0°, φ=90°, φ=180°, φ=270°) und ein zugehöriges Amplitudenstellglied 44 auf. In dem zu Port 3 gehörigen Zweig weist die Steuervorrichtung 14 zwei Phasenstellglieder (φ=0°, φ=180°) und ein zugehöriges Amplitudenstellglied 44 auf.
Vor und nach den Phasenstellgliedern 41 kann in jedem Zweig jeweils ein Switch 42, 43 angeordnet sein. Außerdem können Amplituden- bzw. Leistungsstellglieder 44 zur Anpassung der Amplitude beziehungsweise der Antennenleistung vorgesehen sein. Optional kann die Steuervorrichtung 14 eine Lesevorrichtung 45 aufweisen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine RFID-Leseeinheit handeln, die in der Steuervorrichtung 14 integriert sein kann, oder zumindest mit der Steuervorrichtung 14 koppelbar ist.
In 4B sind rechts oben beispielhaft unterschiedliche Beispiele für Speisekonfigurationen in Form von eingekreisten arabischen Zahlen ① ② ③ ④ dargestellt. Wie eingangs erwähnt, werden die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ in einer ersten Speisekonfiguration derart gespeist, dass das Antennenarray 11 eine erste Strahlungscharakteristik mit einer Feldverteilung mit elliptischer Polarisation aufweist. Die Pfade ① und ② zeigen Beispiele für eine solche erste Speisekonfiguration.
Erfindungsgemäß werden die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ in einer zweiten Speisekonfiguration derart gespeist, dass das Antennenarray 11 eine zweite Strahlungscharakteristik mit einer Feldverteilung ohne Polarisation beziehungsweise mit einer positiv oder negativ depolarisierten Feldverteilung aufweist. Die Pfade ③ und ④ zeigen Beispiele für eine solche zweite Speisekonfiguration.
So werden in dem ersten Pfad ① die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart gespeist, dass das Antennenarray 11 eine Feldverteilung mit linkszirkularer Polarisation aufweist. Wie eingangs erwähnt, werden die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart gespeist, dass die an unmittelbar zueinander benachbarten Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeisten Signale einen fest voreingestellten (z.B. aufgrund der Leitungslänge) Phasenversatz von Δφ = ±90° zueinander aufweisen. Im ersten Pfad ① wird eine erste Speisekonfiguration bereitgestellt, bei der die Steuervorrichtung 14 keine Phasendrehung der Signale ausführt. Es ergibt sich somit, rein beispielhaft, eine fest eingestellte linkszirkulare Polarisation des Antennenarrays 11. Aufgrund des fest voreingestellten relativen Phasenversatzes von Δφ = ±90° und keiner weiteren von der Steuervorrichtung 14 vorgenommen Phasendrehung weisen die eihzelnen Signale, die an den jeweiligen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeist werden, somit also den fest voreingestellten Phasenversatz von jeweils φ = +90° zueinander auf.
In dem zweiten Pfad ② wird eine alternative erste Speisekonfiguration bereitgestellt. Dabei werden die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart gespeist, dass das Antennenarray 11 eine Feldverteilung mit rechtszirkularer Polarisation aufweist. Zwar ist auch hier (rein beispielhaft) eine linkszirkulare Polarisation des Antennenarrays 11 fest voreingestellt. Allerdings werden im zweiten Pfad ②, im Vergleich zur oben erwähnten linkszirkularen Polarisation, die Phasenlagen der an der zweiten und vierten Antenne 12₂ , 12₄ anliegenden Signale von der Steuervorrichtung 14 um jeweils φ = 180° gedreht. Die einzelnen Signale, die an den jeweiligen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeist werden, weisen somit also einen relativen Phasenversatz von jeweils Δφ = -90° zueinander auf.
Das heißt, in der ersten Speisekonfiguration (erster Pfad ① oder zweiter Pfad ②) weisen die einzelnen Signale, die in unmittelbar zueinander benachbarte Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeist werden, betragsmäßig einen Phasenversatz von jeweils Δφ = 90° zueinander auf.
Anstatt den beispielhaft erwähnten zirkularen Polarisationen können auch lineare Polarisationen in der ersten Speisekonfiguration vorgesehen sein. Generell werden hierin zirkulare und lineare Polarisationen unter dem Terminus der elliptischen Polarisation zusammengefasst. Das heißt, sowohl in dem ersten Pfad ① als auch in dem zweiten Pfad ② werden die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart gespeist, dass das Antennenarray 11 eine Feldverteilung mit elliptischer Polarisation aufweist.
In dem hier abgebildeten Beispiel weist das Antennenarray 11 eine fest voreingestellte Strahlungscharakteristik mit linkszirkularer Polarisation, oder allgemeiner ausgedrückt mit einer elliptischen Polarisation, auf.
Der dritte Pfad ③ und der vierte Pfad ④ stellen beispielhaft zwei Möglichkeiten für eine zweite Speisekonfiguration und somit einen Teil des erfindungsgemäßen Konzepts dar. Hier werden die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart gespeist, dass die zuvor beschriebene fest eingestellte elliptische Polarisation mit fest voreingestelltem Phasenversatz von Δφ = 90° kompensiert wird. In anderen Worten werden die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart gespeist, dass das Antennenarray 11 trotz fest eingestellter Strahlungscharakteristik mit elliptischer Polarisation bewusst depolarisiert wird. Wie nachfolgend an einem nicht-limitierendem Beispiel beschrieben, können hierfür Phasendrehungen an ein oder mehreren Signalen durchgeführt werden.
In einem Beispiel für eine zweite Speisekonfiguration, gemäß dem dritten Pfad ③, werden beispielsweise die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart gespeist, dass das Antennenarray 11 eine positiv depolarisierte beziehungsweise unpolarisierte Feldverteilung aufweist. Der fest voreingestellte Phasenversatz von betragsmäßig Δφ = 90° zwischen unmittelbar benachbart angeordneten Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ wird dabei kompensiert. In diesem Beispiel werden die Phasen derjenigen Signale, die einen fest voreingestellten Phasenversatz Δφ gegenüber der Referenzphase φ = 0° aufweisen, derart gedreht, dass alle Signale im Ergebnis keinen Phasenversatz Δφ = 0 mehr zu der Referenzphase aufweisen.
Das heißt, die Referenzphase von φ = 0° des an der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Signals bleibt im dritten Pfad ③ bestehen. Die Phase des an der zweiten Antenne 12₂ eingespeisten Signals weist einen relativ zur ersten Antenne 12₁ fest voreingestellten Phasenversatz von Δφ₂₁ = 90° auf und wird deshalb um φ = 270° gedreht. Im Ergebnis weist das an der zweiten Antenne 12₂ eingespeiste Signal keinen Phasenversatz (Δφ = 0°) zu dem an der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Signal mit der Referenzphase φ = 0° mehr auf. Die Phase des an der dritten Antenne 12₃ eingespeisten Signals weist einen relativ zur ersten Antenne 12₁ fest voreingestellten Phasenversatz von Δφ₃₁ = 180° auf und wird deshalb um φ = 180° gedreht. Im Ergebnis weist das an der dritten Antenne 12₃ eingespeiste Signal keinen Phasenversatz (Δφ = 0°) zu dem an der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Signal mit der Referenzphase φ = 0° mehr auf. Die Phase des an der vierten Antenne 12₄ eingespeisten Signals weist einen relativ zur ersten Antenne 12₁ fest voreingestellten Phasenversatz von Δφ₄₁ = 270° auf und wird deshalb um φ = 90° gedreht. Im Ergebnis weist das an der vierten Antenne 12₄ eingespeiste Signal keinen Phasenversatz (Δφ = 0°) zu dem an der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Signal mit der Referenzphase φ = 0° mehr auf.
In einem weiteren Beispiel für eine zweite Speisekonfiguration, gemäß dem vierten Pfad ④, werden beispielsweise die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart gespeist, dass das Antennenarray 11 eine entgegengesetzte, d.h. negativ depolarisierte beziehungsweise unpolarisierte Feldverteilung aufweist. Auch hier wird der fest voreingestellte Phasenversatz von betragsmäßig Δφ = 90° zwischen unmittelbar benachbart angeordneten Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ kompensiert. In diesem Beispiel wird jedoch die Referenzphase um φ = 180° gedreht, das heißt die Referenzphase an Port 1 ist nicht mehr φ = 0° sondern φ = 180°. Außerdem werden die Phasen derjenigen Signale, die einen fest voreingestellten Phasenversatz Δφ gegenüber der Referenzphase φ = 180° aufweisen, derart gedreht, dass alle Signale im Ergebnis keinen Phasenversatz Δφ = 0 mehr zu der Referenzphase aufweisen.
Das heißt, die Phase von φ = 0° des an der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Signals wird zunächst um 180° gedreht, sodass die neue Referenzphase φ = 180° ist. Die Phase des an der zweiten Antenne 12₂ eingespeisten Signals weist einen relativ zur ersten Antenne 12₁ fest voreingestellten Phasenversatz von Δφ₂₁ = 90° auf und wird deshalb um φ = 90° gedreht. Im Ergebnis weist das an der zweiten Antenne 12₂ eingespeiste Signal keinen Phasenversatz (Δφ = 0) zu dem an der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Signal mit der Referenzphase φ = 180° mehr auf. Die Phase des an der dritten Antenne 12₃ eingespeisten Signals weist einen relativ zur ersten Antenne 12₁ fest voreingestellten Phasenversatz von Δφ₃₁ = 180° auf und wird deshalb nicht weiter gedreht. Im Ergebnis weist das an der dritten Antenne 12₃ eingespeiste Signal keinen Phasenversatz (Δφ = 0) zu dem an der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Signal mit der Referenzphase φ = 180° mehr auf. Die Phase des an der vierten Antenne 12₄ eingespeisten Signals weist einen relativ zur ersten Antenne 12₁ fest voreingestellten Phasenversatz von Δφ₄₁ = 270° auf und wird deshalb um φ = 270° gedreht. Im Ergebnis weist das an der vierten Antenne 12₄ eingespeiste Signal keinen Phasenversatz (Δφ = 0°) zu dem an der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Signal mit der Referenzphase φ = 180° mehr auf.
Die erste Strahlungscharakteristik ist also eine elliptische Strahlungscharakteristik, und die zweite Strahlungscharakteristik ist eine positiv depolarisierte oder eine negativ depolarisierte Strahlungscharakteristik.
Erfindungsgemäß kann die erste Strahlungscharakteristik (elliptische Polarisation) des Antennenarrays 11 fest voreingestellt sein, und die zweite Strahlungscharakteristik (depolarisiert) des Antennenarrays 11 kann trotz der festen Voreinstellung der ersten Strahlungscharakteristik mittels der Steuervorrichtung 14 zuschaltbar sein.

In 4B finden sich die arabischen Zahlen ① ② ③ ④ der jeweiligen Speisekonfigurationen an den jeweiligen Phasenstellgliedern 41 wieder. Dabei ist für jedes oben beschriebene Beispiel für die erste und zweite Strahlungscharakteristik die jeweilige Konfiguration der Phasenstellglieder 41 eingezeichnet. Die nachfolgende Tabelle listet für jeden Pfad die mittels eines Phasenstellglieds 41 einstellbare jeweilige Phasendrehung des jeweiligen Speisesignals an jedem Port relativ zum Referenzsignal φ=0° nochmals genau auf: Tabelle 1

	Port 1	Port 2	Port 3	Port 4
^①Linkszirkular	φ=0°	φ=0°	φ=0°	φ=0°
^②Rechtszirkular	φ=0°	φ=180°	φ=0°	φ=180°
^③Depolarisiert +	φ=0°	φ=270°	φ=180°	φ=90°
^④Depolarisiert -	φ=180°	φ=90°	φ=0°	φ=270°

Wie eingangs erwähnt, wird im ersten Pfad ① eine Variante einer ersten Speisekonfiguration bereitgestellt, die am Antennenarray 11 eine linkszirkulare Feldverteilung erzeugt. Dabei weisen die an den jeweiligen Speiseanschlüssen 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ anliegenden Speisesignale untereinander jeweils einen fest eingestellten Phasenversatz von Δφ = ±90° zueinander auf. Daraus ergibt sich ein linkszirkulares Feld und die einzelnen Phasenstellglieder 41 müssen im ersten Pfad ① keine weitere Phasendrehung ausführen, d.h. der Phasenwinkel aller Phasenstellglieder 41 im ersten Pfad ① beträgt φ=0°.
Gemäß einer solchen Ausführungsform kann also die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 14 ausgestaltet sein, um in einer ersten Speisekonfiguration die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart zu speisen, dass das Antennenarray 11 die erste Strahlungscharakteristik aufweist, wobei die Steuervorrichtung 14 ausgestaltet sein kann, um jede einzelne Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ mit jeweils einem Speisesignal zu speisen, wobei die an der jeweiligen Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ einzuspeisenden Speisesignale untereinander jeweils einen fest voreingestellten Phasenversatz von betragsmäßig Δφ = 90° aufweisen, d.h. Δφ = ±90°.
Im zweiten Pfad ② wird eine weitere Variante einer ersten Speisekonfiguration bereitgestellt, die am Antennenarray 11 eine rechtszirkulare Feldverteilung erzeugt. Im zweiten Pfad ② werden nun die Phasen an den Ports 2 und 4 jeweils um φ = 180° relativ zum Referenzsignal mit φ=0° gedreht, und Port 3 wird mit einer Phasendrehung von φ = 0° angesteuert, so dass die dritte Antenne 12₃ mit der fest voreingestellten Phasendifferenz von Δφ₃₁ = 180° relativ zum Referenzsignal φ = 0° angesteuert wird. Somit ergibt sich ein rechtszirkulares Feld. Die einzelnen Phasenstellglieder 41 führen im zweiten Pfad ② also jeweils an Port 2 und Port 4 eine Phasendrehung um jeweils φ = 180° (im Vergleich zur Referenzphase von φ = 0° des an der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Referenzsignals) an dem Speisesignal durch, das dann an den Speiseanschlüssen 13₂ , 13₄ der zweiten und vierten Einzelantennen 12₂ , 12₄ eingespeist wird. In anderen Worten weisen also die von der Steuervorrichtung 14 bereitgestellten Speisesignale, die in die zweite und vierte Einzelantenne 12₂ , 12₄ eingespeist werden, einen Phasenversatz von jeweils Δφ = 180° im Vergleich zur Referenzphase von φ = 0° des an der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Referenzsignals auf, und die von der Steuervorrichtung 14 bereitgestellten Speisesignale, die in die erste und dritte Einzelantenne 12₁ , 12₃ eingespeist werden, weisen einen Phasenversatz von jeweils Δφ = 0° im Vergleich zur Referenzphase von φ = 0° des an der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Referenzsignals auf.
Insgesamt weisen in dieser Speisekonfiguration gemäß dem zweiten Pfad ② die an den jeweiligen Speiseanschlüssen 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ anliegenden Speisesignale untereinander jeweils einen relativen Phasenversatz von Δφ = -90° auf. Aufgrund der Phasendrehung von φ = 180° der an der zweiten und vierten Antenne 12₂ , 12₄ eingespeisten Signale ergibt sich hierbei jedoch kein linkszirkulares sondern ein rechtszirkulares Feld.
Gemäß einer solchen Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 14 ebenfalls ausgestaltet sein, um in einer ersten Speisekonfiguration die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart zu speisen, dass das Antennenarray 11 die erste Strahlungscharakteristik aufweist, wobei die Steuervorrichtung 14 ausgestaltet sein kann, um jede einzelne Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ mit jeweils einem Speisesignal derart zu speisen, dass die an der jeweiligen Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeisten Speisesignale untereinander jeweils einen Phasenversatz von betragsmäßig Δφ = 90° aufweisen, d.h. Δφ = ±90°.
Im dritten Pfad ③ wird eine Variante einer erfindungsgemäßen zweiten Speisekonfiguration bereitgestellt, die am Antennenarray 11 eine positiv depolarisierte Feldverteilung erzeugt. Die einzelnen Phasenstellglieder 41 führen im dritten Pfad ③ eine Phasendrehung an den Speisesignalen durch, die an den Speiseanschlüssen 13₂ , 13₃ , 13₄ der zweiten, dritten und vierten Einzelantenne 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeist werden, um den fest voreingestellten Phasenversatz von Δφ = 90° zur jeweils benachbarten Antenne zu kompensieren.
Das heißt, die Steuervorrichtung 14 ist ausgestaltet, um die Phasen der jeweiligen Signale so zu drehen, dass die an der jeweiligen Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeisten Signale untereinander keinen Phasenversatz mehr aufweisen. Der fest voreingestellte Phasenversatz Δφ wird also kompensiert.
Gemäß einer solchen Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 14 demnach ausgestaltet sein, um in einer zweiten Speisekonfiguration die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart zu speisen, dass das Antennenarray 11 die zweite Strahlungscharakteristik aufweist, wobei die Steuervorrichtung 14 ausgestaltet sein kann, um jede einzelne Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ mit jeweils einem Speisesignal derart zu speisen, dass die an der jeweiligen Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeisten Speisesignale untereinander keinen Phasenversatz Δφ mehr aufweisen.
In dem dritten Pfad ③ definiert die erste Leitung 16₁ die Referenzphase φ = 0°. Es wird mittels der Steuervorrichtung 14 beispielsweise die Phasenlage des Signals an Port 2 um φ = 270° gedreht, um den fest voreingestellten Phasenversatz von Δφ₂₁ = 90° an der zweiten Leitung 16₂ zu kompensieren, sodass insgesamt kein Phasenversatz Δφ mehr zur Referenzphase φ = 0° besteht. Die Phasenlage des Signals an Port 3 wird um φ = 180° gedreht, um den fest voreingestellten Phasenversatz von Δφ₃₁ = 180° an der dritten Leitung 16₃ zu kompensieren, sodass insgesamt kein Phasenversatz Δφ mehr zur Referenzphase φ = 0° besteht. Die Phasenlage des Signals an Port 4 wird um φ = 90° gedreht, um den fest voreingestellten Phasenversatz von Δφ₄₁, = 270° an der vierten Leitung 16₄ zu kompensieren, sodass insgesamt kein Phasenversatz Δφ mehr zur Referenzphase φ = 0° besteht. In Summe weisen die an den jeweiligen Antennen eingespeisten Signale aufgrund der oben genannten Phasendrehungen untereinander also keinen Phasenversatz Δφ mehr auf. Der fest voreingestellte Phasenversatz Δφ wird also kompensiert.
Im vierten Pfad ④ wird eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen zweiten Speisekonfiguration bereitgestellt, die am Antennenarray 11 eine negativ depolarisierte Feldverteilung erzeugt. Hierbei ist die Referenzphase des an der ersten Antenne 12₁ eingespeisten Speisesignals im Vergleich zur zuvor beschriebenen zweiten Speisekonfiguration, die eine positiv depolarisierte Feldverteilung erzeugt, um φ = 180° gedreht, d.h. die Referenzphase ist in diesem Fall nicht φ = 0° sondern φ = 180°. Auch die Phasen der anderen Speisesignale, die jeweils zur Speisung der zweiten, dritten und vierten Antenne 12₂ , 12₃ , 12₄ dienen, sind um jeweils φ = 180° im Vergleich zur zuvor beschriebenen positiven Depolarisierung gedreht.
Auch hier im vierten Pfad ④ führen die einzelnen Phasenstellglieder 41 eine Phasendrehung an den Speisesignalen durch, die an den Speiseanschlüssen 13₂ , 13₃ , 13₄ der zweiten, dritten und vierten Einzelantenne 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeist werden, um den fest eingestellten Phasenversatz von Δφ = 90° zur jeweils benachbarten Antenne zu kompensieren.
Das heißt, die Steuervorrichtung 14 ist ausgestaltet, um die Phasen der jeweiligen Signale so zu drehen, dass die an der jeweiligen Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeisten Signale untereinander keinen Phasenversatz Δφ mehr aufweisen. Das heißt, der fest voreingestellte Phasenversatz Δφ wird kompensiert.
In dem vierten Pfad ④ wird also mittels der Steuervorrichtung 14 beispielsweise die Phasenlage des Signals an Port 1 um φ = 180° gedreht, was die neue Referenzphase darstellt. Die Phasenlage des Signals an Port 2 wird um φ = 90° gedreht, sodass insgesamt kein Phasenversatz Δφ mehr zur Referenzphase φ = 180° besteht. Die Phasenlage des Signals an Port 3 wird nicht gedreht, sodass insgesamt kein Phasenversatz Δφ mehr zur Referenzphase φ = 180° besteht. Die Phasenlage des Signals an Port 4 wird um φ = 270° gedreht, sodass insgesamt kein Phasenversatz Δφ mehr zur Referenzphase φ = 180° besteht. In Summe weisen die an den jeweiligen Antennen eingespeisten Signale aufgrund der oben genannten Phasendrehungen untereinander also keinen Phasenversatz Δφ mehr auf.
Gemäß einer solchen Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 14 demnach ausgestaltet sein, um in einer zweiten Speisekonfiguration die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart zu speisen, dass das Antennenarray 11 die zweite Strahlungscharakteristik aufweist, wobei die Steuervorrichtung 14 ausgestaltet sein kann, um jede einzelne Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ mit jeweils einem Speisesignal derart zu speisen, dass die an der jeweiligen Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ eingespeisten Speisesignale untereinander keinen Phasenversatz Δφ aufweisen. Der fest voreingestellte Phasenversatz Δφ wird also kompensiert.
Zusammenfassend kann also festgehalten werden, dass die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 14 ausgestaltet sein kann, um trotz eines fest voreingestellten (z.B. aufgrund der Länge der jeweiligen Zuleitungen bzw. Speiseleitungen 16₁ , 16₂ , 16₃ , 16₄ ) relativen Phasenversatzes Δφ die Phasen der einzelnen Speisesignale, mit denen die Einzelantennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ jeweils gespeist werden, derart zu drehen, dass die Speisesignale untereinander keinen Phasenversatz mehr aufweisen. Der fest eingestellte Phasenversatz Δφ wird also kompensiert.
Auf das in den 4A und 4B gezeigte konkrete Beispiel gemünzt, kann in einer solchen Ausführungsform also die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 14 ausgestaltet sein, um in der zweiten Speisekonfiguration die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart zu speisen, dass relativ zu einer Referenzphase von φ = 0°

• die Phasenlage des in die erste Antenne 12₁ eingespeisten Speisesignals nicht gedreht wird,
• die Phasenlage des in die zweite Antenne 12₂ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 270° gedreht wird,
• die Phasenlage des in die dritte Antenne 12₃ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 180° gedreht wird, und
• die Phasenlage des in die vierte Antenne 12₄ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 90° gedreht wird.

Diese zweite Speisekonfiguration führt zu einer zweiten Strahlungscharakteristik mit positiv depolarisiertem Feld. Eine Strahlungscharakteristik mit negativ depolarisiertem Feld hingegen kann mit einer alternativen zweiten Speisekonfiguration erreicht werden, bei der die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 14 ausgestaltet ist, um in dieser alternativen zweiten Speisekonfiguration die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart zu speisen, dass relativ zu einer Referenzphase von φ = 180°

• die Phasenlage des in die erste Antenne 12₁ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 180° gedreht wird,
• die Phasenlage des in die zweite Antenne 12₂ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 90° gedreht wird,
• die Phasenlage des in die dritte Antenne 12₃ eingespeisten Speisesignals nicht gedreht wird, und
• die Phasenlage des in die vierte Antenne 12₄ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 270° gedreht wird.

Es wird also gemäß der Erfindung die an den jeweiligen Speiseanschlüssen 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ fest voreingestellte Phasendifferenz Δφ des Speisenetzwerks kompensiert. Dieser fest voreingestellte Phasenversatz Δφ ist hierin an dem nicht limitierenden Beispiel von Δφ = 90° beschrieben. Der fest voreingestellte Phasenversatz Δφ, der auch als Phasendifferenz Δφ bezeichnet wird, kann generell aber auch andere Werte aufweisen.
Die 10A und 10B sind ähnlich zu den oben diskutierten 4A und 4B und zeigen ein allgemeingültiges Beispiel für Einstellungen von Phasenlagen der einzelnen Speisesignale mittels der Steuervorrichtung 14, um eine zweite Strahlungscharakteristik mit depolarisiertem Feld zu erzeugen.
Auch hier definiert die erste Leitung 16₁ wieder die Referenzphase mit Phasenwinkel φ = 0°. Die Steuervorrichtung 14 führt an dem in die erste Antenne 12₁ einzuspeisenden Signal an Port 1 eine Phasendrehung um einen Phasenwinkel φ₁ = 0° plus einem Offset von φ = x° aus, d.h. φ₁ = 0° + x°. Die Steuervorrichtung 14 führt an dem in die zweite Antenne 12₂ einzuspeisenden Signal an Port 2 eine Phasendrehung um einen Phasenwinkel φ₂ = 270° plus demselben Offset von φ = x° aus, d.h. φ₂ = 270° + x°. Die Steuervorrichtung 14 führt an dem in die dritte Antenne 12₃ einzuspeisenden Signal an Port 3 eine Phasendrehung um einen Phasenwinkel φ₃ = 180° plus demselben Offset von φ = x° aus, d.h. φ₃ = 180° + x°. Die Steuervorrichtung 14 führt an dem in die vierte Antenne 12₄ einzuspeisenden Signal an Port 4 eine Phasendrehung um einen Phasenwinkel φ₄ = 90° plus demselben Offset von φ = x° aus, d.h. φ₄ = 90° + x°.
Um die zweite Strahlungscharakteristik mit der depolarisierten Feldverteilung zu erhalten, sollte der Offset φ = x° an allen Antennenports denselben Wert aufweisen. Dabei gilt für den Offsetwert x: 0° ≤ x ≤ 360°.
Auf das in den 10A und 10B gezeigte konkrete Beispiel gemünzt, kann in einer solchen Ausführungsform also die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 14 ausgestaltet sein, um in der zweiten Speisekonfiguration die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart zu speisen, dass relativ zu einer Referenzphase von φ = 0°

• die Phasenlage des in die erste Antenne 12₁ eingespeisten Speisesignals um einen Offsetwinkel φ = x° gedreht wird,
• die Phasenlage des in die zweite Antenne 12₂ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von cp = 270° plus demselben Offsetwinkel φ = x° gedreht wird,
• die Phasenlage des in die dritte Antenne 12₃ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 180° plus demselben Offsetwinkel φ = x° gedreht wird, und
• die Phasenlage des in die vierte Antenne 12₄ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 90° plus demselben Offsetwinkel φ = x° gedreht wird, wobei für den Offsetwinkel x gilt: 0° ≤ x ≤ 360°.

Dies beschreibt demnach eine allgemeingültige Möglichkeit für eine zweite Speisekonfiguration zum Erzeugen einer zweiten Strahlungscharakteristik mit depolarisiertem Feld.
Wie eingangs erwähnt, steht im Gegensatz dazu eine erste Speisekonfiguration zum Erzeugen einer ersten Strahlungscharakteristik mit polarisiertem Feld. Abgesehen von den oben beispielhaft erwähnten zirkularen Polarisationen ist es mit der Steuervorrichtung 14 möglich, weitere alternative erste Speisekonfigurationen bereitzustellen, bei denen die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ anstatt der beispielhaft erwähnten zirkular polarisierten Wellen linear polarisierte Wellen erzeugen. Diese Möglichkeit ist in den 4A und 4B der Übersichtlichkeit wegen nicht explizit dargestellt. Bei der linearen Polarisation kann es sich um horizontal oder vertikal polarisierte Wellen handeln.
Wie eingangs bereits erwähnt, werden hierin alle Polarisationsarten unter dem gemeinsamen Terminus der elliptischen Polarisation zusammengefasst. Alle derartigen ersten Speisekonfigurationen, die zu einer elliptischen Polarisation führen, weisen als gemeinsames Merkmal auf, dass sie im Mittelpunkt des Antennenarrays 11 ein Feldstärkemaximum aufweisen.
Dies ist in 5A deutlich gezeigt. Hier sieht man beispielhaft einen 3D Plot eines Fernfeld-Antennendiagramms 51 eines 2x2 Antennenarrays 11, welches in einer ersten Speisekonfiguration gespeist wurde, in der die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ des Arrays 11 linear polarisierte Wellen erzeugen.
Jede einzelne Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ erzeugt ein jeweiliges Feldstärkemaximum 52₁ , 52₂ , 52₃ , 52₄ im Zentrum der jeweiligen Einzelantenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ . In der gezeigten Speisekonfiguration stellt sich allerdings im Zentrum des Arrays 11 ein Feldstärkemaximum 52_Max ein, dass sich aus einer Überlagerung der Feldverteilung der einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ bei der ersten Speisekonfiguration ergibt.
In 5B ist eine erfindungsgemäße zweite Speisekonfiguration gezeigt, bei der sich positiv oder negativ depolarisierte Wellen einstellen. Auch hier erzeugt wieder jede einzelne Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ ein jeweiliges Feldstärkemaximum 52₁ , 52₂ , 52₃ , 52₄ im Zentrum der jeweiligen Einzelantenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ . Im Gegensatz zu der in 5A gezeigten ersten Speisekonfiguration ergibt sich jedoch bei der in 5B gezeigten erfindungsgemäßen zweiten Speisekonfiguration ein Feldstärkeminimum 52_Min im Zentrum des Antennenarrays 11.
Gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel kann also die erste Strahlungscharakteristik eine erste Feldverteilung aufweisen, die im Zentrum des Antennenarrays 11 eine maximale Feldstärke 52_Max aufweist, und die zweite Strahlungscharakteristik kann eine zweite Feldverteilung aufweisen, die im Zentrum des Antennenarrays 11 eine minimale Feldstärke 52_Min aufweist.
Der oben beschriebene Fall der Minima und Maxima stellt ein Extrembeispiel dar. Generell ist es für das erfindungsgemäße Konzept ausreichend, wenn die erste Feldverteilung im Zentrum des Antennenarrays 11 eine andere Feldstärke aufweist als die zweite Feldverteilung.
Gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel kann die erste Strahlungscharakteristik eine erste Feldverteilung aufweisen, und die zweite Strahlungscharakteristik kann eine zweite Feldverteilung aufweisen, wobei die erste Feldverteilung im Zentrum des Antennenarrays 11 eine größere Feldstärke, oder alternativ eine kleinere Feldstärke, aufweist als die zweite Feldverteilung.
Die 6A und 6B zeigen zur Verdeutlichung nochmals 2D Schnitte der sich bei den jeweiligen Speisekonfigurationen einstellenden Strahlungscharakteristiken. 6A zeigt einen 2D Schnitt des 3D Plots aus 5A. Hier ist zu erkennen, dass sich bei der ersten Speisekonfiguration, die zu polarisierten Wellen führt, ein Feldstärkemaximum 52_Max im Zentrum des Antennenarrays 11 befinden kann.
6B hingegen zeigt einen 2D Schnitt des 3D Plots aus 5B. Hier ist zu erkennen, dass sich bei der erfindungsgemäßen zweiten Speisekonfiguration, die zu positiv beziehungsweise negativ depolarisierten Wellen führt, ein Feldstärkeminimum 52_Min im Zentrum des Antennenarrays 11 befinden kann.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, jedoch in einer möglichen beispielhaften digitalen Realisierung. Die Vorrichtung entspricht funktional im Wesentlichen der mit Bezug auf die 4A und 4B beschriebenen analogen Ausgestaltung, weshalb Elemente mit selber oder ähnlicher Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Für dessen funktionale Beschreibung wird daher auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Das Antennenarray 11 ist wieder beispielhaft als ein 2x2 Array mit vier Einzelantennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ ausgeführt, wobei die Speiseanschlüsse 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ der einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ geometrisch um jeweils 90° zueinander versetzt sind. Dabei definiert der Speiseanschluss 13₁ der ersten Antenne 12₁ die Referenzphase von 0°.
Der Unterschied zur analogen Ausgestaltung gemäß den 4A und 4B besteht unter anderem darin, dass eine digitale Prozesseinheit 72, wie beispielsweise ein Mikrocontroller, ein ASIC, ein FPGA oder eine DSP, vorgesehen ist, welche die Einstellung der Phasen und Amplituden der jeweiligen Speisesignale übernimmt, um somit die unterschiedlichen Speisekonfigurationen bereitzustellen.
Ferner kann zwischen dem Antennenarray 11 und der digitalen Prozesseinheit 72 ein analoges Frontend 71 zum Ansteuern des Antennenarrays 11 vorgesehen sein. Das analoge Frontend 71 und die digitale Prozesseinheit 72 können gemeinsam in einem Lesegerät 73, zum Beispiel in einem RFID-Lesegerät, angeordnet sein.
Unabhängig davon ob die Steuervorrichtung 14 nun, wie in 7 gezeigt, digital oder, wie in den 4A und 4B gezeigt, analog realisiert ist, kann die Steuervorrichtung 14 erfindungsgemäß ausgestaltet sein, um zwischen den oben beschriebenen zwei Speisekonfigurationen mindestens einmal hin und her zu schalten.
Das heißt, die Steuervorrichtung 14 stellt zu einem ersten Zeitpunkt die oben beschriebene erste Speisekonfiguration bereit, wobei die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ in einem ersten Zeitintervall derart angesteuert beziehungsweise gespeist werden, dass das Antennenarray 11 polarisierte Wellen abstrahlt und ein Feldstärkemaximum 52_Max im Zentrum des Antennenarrays 11 erzeugt werden kann (siehe 5A).
Zu einem zweiten Zeitpunkt stellt die Steuervorrichtung 14 erfindungsgemäß die oben beschriebene zweite Speisekonfiguration bereit, wobei die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ in einem zweiten Zeitintervall derart angesteuert beziehungsweise gespeist werden, dass das Antennenarray 11 positiv beziehungsweise negativ depolarisierte Wellen abstrahlt und ein Feldstärkeminimum 52_Min im Zentrum des Antennenarrays 11 erzeugt werden kann (siehe 5B).
Die erste Speisekonfiguration der Steuervorrichtung 14 führt demnach also zu einer ersten Strahlungscharakteristik des Antennenarrays 11 und die zweite Speisekonfiguration der Steuervorrichtung 14 führt zu einer zweiten Strahlungscharakteristik des Antennenarrays 11.
Die Steuervorrichtung 14 kann ferner ausgestaltet sein, um mehrfach zwischen der ersten und der zweiten Speisekonfiguration hin und herzu schalten.
Die 8A und 8B zeigen beispielhaft zwei Ablaufdiagramme, die das hin und her Schalten zwischen unterschiedlichen Zuständen, d.h. Speisekonfigurationen, verdeutlichen.
In 8A wird in Block 801A in einem ersten Zeitintervall t₁ zunächst eine erste Speisekonfiguration bereitgestellt, die zu einer elliptischen Polarisation führt. Das heißt, in Block 801A wird in einem ersten Zeitintervall t₁ eine Speisekonfiguration bereitgestellt, bei der die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist werden, dass das Antennenarray 11 polarisierte Wellen abstrahlt. Demnach weist das Antennenarray 11 in diesem ersten Zeitintervall t₁ die erste Strahlungscharakteristik (polarisiert) auf.
In Block 802A wird in einem zweiten Zeitintervall t₂ eine erfindungsgemäße zweite Speisekonfiguration bereitgestellt. Unter Beibehaltung der Nomenklatur aus den 4A und 4B kann eine zweite Speisekonfiguration gemäß dem dritten Pfad ③ oder alternativ gemäß dem vierten Pfad ④ bereitgestellt werden. Dies ist in den 8A und 8B als Zustand 3 oder Zustand 4 bezeichnet. Demnach wird also in Block 802A eine zweite Speisekonfiguration bereitgestellt, bei der die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist werden, dass das Antennenarray 11 erfindungsgemäß positiv depolarisierte (Zustand 3) beziehungsweise negativ depolarisierte (Zustand 4) Wellen abstrahlt. Das heißt, das Antennenarray 11 weist in diesem zweiten Zeitintervall t₂ die zweite Strahlungscharakteristik (positiv beziehungsweise negativ depolarisiert) auf.
In Block 803A wird in einem dritten Zeitintervall t₃ dann wieder eine erste Speisekonfiguration bereitgestellt, bei der die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist werden, dass das Antennenarray 11 polarisierte Wellen abstrahlt. Das heißt, das Antennenarray 11 weist in diesem dritten Zeitintervall t₃ wiederum die erste Strahlungscharakteristik (polarisiert) auf.
In Block 804A wird in einem vierten Zeitintervall t₄ wiederum eine erfindungsgemäße zweite Speisekonfiguration bereitgestellt, bei der die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist werden, dass das Antennenarray 11 erfindungsgemäß positiv beziehungsweise negativ depolarisierte Wellen abstrahlt. Der Unterschied zu Block 802A ist jedoch, dass in Block 804A die jeweils andere vorzeichenbehaftete depolarisierte zweite Speisekonfiguration bereitgestellt wird. Das heißt, sofern in Block 802A eine zweite Speisekonfiguration bereitgestellt wird, die zu positiv depolarisierten Wellen führt (Zustand 3), dann wird nun in Block 804A eine zweite Speisekonfiguration bereitgestellt, die zu negativ depolarisierten Wellen führt (Zustand 4), und anders herum. Das heißt, das Antennenarray 11 weist in diesem vierten Zeitintervall t₄ wiederum die zweite Strahlungscharakteristik (positiv beziehungsweise negativ depolarisiert), jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen wie im zweiten Zeitintervall t₂ , auf.
In 8B wird in Block 801B in einem ersten Zeitintervall t₁ zunächst eine erste Speisekonfiguration bereitgestellt, die zu einer elliptischen Polarisation führt. Das heißt, in Block 801B wird in einem ersten Zeitintervall t₁ eine Speisekonfiguration bereitgestellt, bei der die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist werden, dass das Antennenarray 11 polarisierte Wellen abstrahlt. Demnach weist das Antennenarray 11 in diesem ersten Zeitintervall t₁ die erste Strahlungscharakteristik (polarisiert) auf.
In Block 802B wird in einem zweiten Zeitintervall t₂ eine erfindungsgemäße zweite Speisekonfiguration bereitgestellt. Unter Beibehaltung der Nomenklatur aus den 4A und 4B kann eine zweite Speisekonfiguration gemäß dem dritten Pfad ③ oder alternativ gemäß dem vierten Pfad ④ bereitgestellt werden. Dies ist in den 8A und 8B als Zustand 3 oder Zustand 4 bezeichnet. Demnach wird also in Block 802B eine zweite Speisekonfiguration bereitgestellt, bei der die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist werden, dass das Antennenarray 11 erfindungsgemäß positiv depolarisierte (Zustand 3) beziehungsweise negativ depolarisierte (Zustand 4) Wellen abstrahlt. Das heißt, das Antennenarray 11 weist in diesem zweiten Zeitintervall t₂ die zweite Strahlungscharakteristik (positiv beziehungsweise negativ depolarisiert) auf.
In Block 803B wird in einem dritten Zeitintervall t₃ dann wieder eine erste Speisekonfiguration bereitgestellt, bei der die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist werden, dass das Antennenarray 11 polarisierte Wellen abstrahlt. Das heißt, das Antennenarray 11 weist in diesem dritten Zeitintervall t₃ wiederum die erste Strahlungscharakteristik (polarisiert) auf.
In Block 804B wird dann in einem vierten Zeitintervall t₄ wieder eine erfindungsgemäße zweite Speisekonfiguration bereitgestellt, bei der die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist werden, dass das Antennenarray 11 erfindungsgemäß positiv beziehungsweise negativ depolarisierte Wellen abstrahlt. Der Unterschied zu 8A ist jedoch, dass in beiden Blöcken 802B und 804B dieselbe vorzeichenbehaftete depolarisierte zweite Speisekonfiguration bereitgestellt wird. Das heißt, sofern in Block 802B eine Speisekonfiguration bereitgestellt wird, die zu positiv depolarisierten Wellen führt (Zustand 3), dann wird nun in Block 804B ebenfalls eine Speisekonfiguration bereitgestellt, die zu positiv depolarisierten Wellen führt (Zustand 3). Selbiges gilt für negativ depolarisierte Wellen (Zustand 4). Das heißt, das Antennenarray 11 weist in diesem vierten Zeitintervall t₄ wiederum die zweite Strahlungscharakteristik (positiv beziehungsweise negativ depolarisiert), jedoch mit demselben Vorzeichen wie im zweiten Zeitintervall t₂ , auf.
Die Steuervorrichtung 14 ist demnach erfindungsgemäß ausgestaltet, um in einem ersten Zeitintervall t₁ die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart zu speisen, dass das Antennenarray 11 die erste Strahlungscharakteristik (positiv beziehungsweise negativ depolarisiert) aufweist, und um in einem zweiten Zeitintervall t₂ die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart zu speisen, dass das Antennenarray 11 die zweite Strahlungscharakteristik (polarisiert) aufweist, wobei die Steuervorrichtung 14 ausgestaltet ist, um mindestens einmal zwischen der ersten und der zweiten Speisekonfiguration beziehungsweise der ersten und der zweiten Strahlungscharakteristik hin und her zu schalten.
Dieses hin und her Schalten zwischen der ersten und der zweiten Strahlungscharakteristik (polarisiert vs. depolarisiert) beziehungsweise zwischen der ersten und der zweiten Speisekonfiguration führt dazu, dass sich die Minima und Maxima einer sich einstellenden Mode verschieben. Somit kann in einem abgeschirmten Raum, in dem sich die Wellen ausbreiten, eine Modenverwirbelung bereitgestellt werden.
Dieses hin und her Schalten kann in unterschiedlichen zeitlichen Abständen erfolgen. Bezüglich des zeitlichen Verhaltens gibt es mehrere Möglichkeiten: A) so schnell zwischen den Zuständen umschalten, dass sich keine Moden ausbilden, B) so langsam durchschalten, dass sich Moden ausbilden und über das Umschalten mit der neuen Strahlungscharakteristik verschieben, d.h. dass eine Modenverwirbelung stattfindet. Die in der ersten Speisekonfiguration (positiv beziehungsweise negativ depolarisiert) auftretenden Moden unterscheiden sich dabei von den in der zweiten Speisekonfiguration (polarisiert) auftretenden Moden.
Gemäß einem ersten denkbaren Ausführungsbeispiel kann also die Steuervorrichtung ausgestaltet sein, um so schnell zwischen der ersten und der zweiten Strahlungscharakteristik (beziehungsweise zwischen der ersten und der zweiten Speisekonfiguration) hin und her zu schalten, dass sich in einem die Strahlung des Antennenarrays 11 umgebenden Raum keine Moden ausbilden.
Gemäß einem zweiten denkbaren Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung 14 ausgestaltet sein, um so langsam zwischen der ersten und der zweiten Strahlungscharakteristik (beziehungsweise zwischen der ersten und der zweiten Speisekonfiguration) hin und her zu schalten, dass sich in einem die Strahlung des Antennenarrays 11 umgebenden Raum Moden ausbilden, wobei die sich bei der ersten Strahlungscharakteristik einstellenden Moden von den sich in der zweiten Strahlungscharakteristik einstellenden Moden unterscheiden, sodass sich in dem die Strahlung des Antennenarrays 11 umgebenden Raum aufgrund des hin und her Schaltens eine Modenverwirbelung ergibt.
Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Modenverwirbelung dadurch erzeugt werden, dass die Steuervorrichtung 14 ausgestaltet ist, um die Frequenz eines über die jeweilige Speiseleitung 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ einer jeweiligen Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ eingekoppelten Speisesignals im Rahmen der Bandbreite der jeweiligen Antenne 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ zu variieren.
Ferner kann alternativ oder zusätzlich die Steuervorrichtung 14 ausgestaltet sein, um in einem ersten Zeitintervall t₁ eine oder mehrere Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ des Antennenarrays 11 selektiv zu deaktivieren, und in einem zweiten Zeitintervall t₂ eine oder mehrere der deaktivierten Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ wieder zu aktivieren.
Die 9A und 9B zeigen Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Systems 90, welches unter anderem das zuvor beschriebene Antennenarray 11 sowie die zugehörige Steuervorrichtung 14 aufweist. Ferner weist das System 90 einen dreidimensionalen Körper 91 auf, der mindestens eine Ausnehmung 92 aufweist, innerhalb dessen sich die von dem Antennenarray 11 ausgesandten elektromagnetischen Wellen 94A, 94B ausbreiten.
Der dreidimensionale Körper 91 kann beispielsweise ein Gehäuse sein. Der Innenraum 92 des dreidimensionalen Körpers 91 kann zumindest abschnittsweise eine Abschirmung zum Reduzieren von nach außen austretender Strahlung aufweisen. Diese Abschirmung kann beispielsweise Metall aufweisen, und zum Beispiel in Form einer metallischen Beschichtung vorgesehen sein, die zumindest abschnittsweise an mindestens einer innenseitigen Wand des dreidimensionalen Körpers 91 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der dreidimensionalen Körper 91 Metall aufweisen oder aus Metall bestehen.
Das Antennenarray 11 ist unbeweglich an dem dreidimensionalen Körper 91 angeordnet. Das heißt, im Gegensatz zum Stand der Technik ist das Antennenarray 11, beziehungsweise sind die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ des Antennenarrays 11, unbeweglich gegenüber dem dreidimensionalen Körper 91.
Das Antennenarray 11 kann, wie es in den 9A und 9B abgebildet ist, innerhalb des dreidimensionalen Körpers 91 beziehungsweise in der Ausnehmung 92 des dreidimensionalen Körpers 91 angeordnet sein. Alternativ kann das Antennenarray 11 außen an dem dreidimensionalen Körper 91 angeordnet sein, wobei in diesem Fall das Antennenarray 11 derart an dem dreidimensionalen Körper 91 angeordnet sein sollte, dass sich die elektromagnetischen Wellen in die Ausnehmung 92 des dreidimensionalen Körpers 91 hinein ausbreiten.
9A zeigt das soeben beschriebene System 90, wobei die Steuervorrichtung 14 eine erste Speisekonfiguration bereitstellt, sodass das Antennenarray 11 eine erste Strahlungscharakteristik aufweist. In dieser ersten Speisekonfiguration werden die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist, dass das Antennenarray 11 polarisierte Wellen abstrahlt. Dabei kann sich die in 9A gezeigte stehende Welle 94A, beziehungsweise Mode, in der Ausnehmung 92 des dreidimensionalen Körpers 91 ausbilden.
9B zeigt dasselbe System 90, wobei die Steuervorrichtung 14 eine erfindungsgemäße zweite Speisekonfiguration bereitstellt, sodass das Antennenarray 11 eine zweite Strahlungscharakteristik aufweist. In dieser zweiten Speisekonfiguration werden die einzelnen Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ derart angesteuert beziehungsweise gespeist, dass das Antennenarray 11 erfindungsgemäß positiv beziehungsweise negativ depolarisierte Wellen abstrahlt. Dabei kann sich die in 9B gezeigte stehende Welle 94B, beziehungsweise Mode, in der Ausnehmung 92 des dreidimensionalen Körpers 91 ausbilden.
Wie nun im Vergleich der 9A und 9B zu erkennen ist, verschieben sich die lokalen Maxima 95A_Max , 95B_Max und Minima 95A_Min , 95B_Min der sich jeweils ausbildenden Mode 94A, 94B. In dem hier lediglich beispielhaft abgebildeten Extremfall verschieben sich die Moden 94A, 94B derart, dass an den Orten, an denen in der ersten Speisekonfiguration (9A) ein Maximum 95A_Max vorherrscht, in der zweiten Speisekonfiguration (9B) ein Minimum 95B_Min auftritt, und anders herum.
Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Konzept nochmals in anderen Worten zusammengefasst werden:
Innerhalb eines geschlossenen oder nahezu geschlossenen Umfelds, wo es zu stehenden Wellen kommen kann, wird ein Antennenarray 11 (Bsp.: Array 11 mit Patchantennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ ) mit der Anordnung 2x2 (2B), 2x4 (2C), 4x2 (2D), 4x4 ( 2E) oder weiterer entsprechender Vielfacher montiert. Für den weiteren Verlauf wird die Anordnung 2x2 betrachtet, da alles weitere eine Parallelisierung dieser Anordnung darstellt. Antennenarrays 11 sind aus der Antennentechnik wohl bekannt. Speisenetzwerke werden dimensioniert um spezielle Polaritäten oder Antennenkeulen zu definieren. Der Erfindung liegt zugrunde, dass eine Konfiguration des Speisenetzwerkes genutzt wird, wie sie im Stand der Technik vermieden wird.
Stand der Technik: Um z.B. ein links oder rechts zirkulares Feld mit einem Antennenarray 2x2 und Speisenetzwerk zu erzeugen, ist es notwendig, die Speiseports der Einzelantennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ des Antennenarrays 11 mit einer geometrischen Winkeldifferenz von 90° zueinander zu platzieren. Des weiteren ist es notwendig, dass die Einzelantennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ elektrisch mit gleicher Leistung und zusätzlich einer Phasendifferenz von jeweils +90° oder -90° zueinander angesteuert werden, so dass sich in der Summation der abgestrahlten Feldanteile ein links oder rechts zirkular polarisiertes Feld ergibt. Ein beispielhaftes fest eingestelltes Speisenetzwerk ist in 3B gezeigt.
Die unterschiedlichen Speisekonfigurationen sind in den 4A und 4B gezeigt. Eine oben erwähnte Speisekonfiguration gemäß dem Stand der Technik (polarisiert) ergibt sich beispielsweise bei einer Anordnung über Pfad ①, wobei ein linkszirkular polarisiertes Feld entsteht, sowie bei einer Anordnung über Pfad ②, wobei ein rechtszirkular polarisiertes Feld entsteht.
Des Weiteren ist es möglich, durch Nutzung von Phasenstellgliedern 41 und Amplitudenstellgliedern 44, in einer solchen Anordnung die Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ elliptisch, zirkular, horizontal/vertikal - linear zu polarisieren, abhängig von der eingestellten Phasen-/Amplitudenansteuerung. Diese Anordnungen haben gemeinsam, dass sie im Idealfall Ihr maximales Feld 52_Max im Mittelpunkt des Antennenarrays 11 haben, siehe 5A und 6A. Die elliptische Polarisation ist der Normalzustand mit den Extremen der zirkulären Polarisation auf der einen und der linearen Polarisation auf der anderen Seite.
Der erfinderische Gedanke liegt nun darin, das Antennenarray 11 geometrisch wie oben beschrieben aufzubauen und die Einzelantennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ des Arrays 11 mit 0° Phasendifferenz zueinander (und optional gleicher Leistung) anzusteuern. Diese erfinderische Speisekonfiguration ist in den 4A und 4B mittels den Pfaden ③ (positiv depolarisiert) und ④ (negativ depolarisiert) dargestellt.
In dieser Ansteuerungskonfiguration liegt im Zentrum des Antennenarrays 11 im Gegensatz zum Stand der Technik ein Minimum 52_Min vor, siehe 5B und 6B.
Wird nun zwischen dem erfindungsgemäßen (positiv beziehungsweise negativ) depolarisierten Zustand und zumindest einem der unterschiedlichen elliptischen Polarisierungen umgeschaltet, ergibt sich eine Verschiebung im Mittelpunkt des Antennenarrays 11 zwischen Minimum 52_Min und Maximum 52_Max vgl. 5A und 5B, sowie 6A und 6B. Daraus resultiert eine Verwirbelung / Verschiebung der sich ausbildenden Moden 94A, 94B im geschlossenen oder nahezu geschlossenen (metallischen) Umfeld, siehe 9A und 9B.
Bezüglich des Zeitlichen Verhaltens gibt es mehrere Möglichkeiten: A) so schnell zwischen den Zuständen umschalten das sich keine Moden ausbilden, B) so langsam durchschalten, das sich Moden ausbilden und über das Umschalten mit der neuen Polarisierung verschieben.
Weitere Möglichkeiten zur Verwirbelungen der Moden ergeben sich durch entsprechende Kombinationen aus Phasen und Leistungsansteuerungen der Einzelantennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ im Antennenarray 11. Die 4A und 4B zeigen beispielhaft eine analoge Implementierung (Antennenintegration möglich). Dies ist auch direkt über eine digitale Signalerzeugung/Signalverarbeitung, z.B. in einem RFID Lesegerät 73, möglich, siehe 7.
Über die Phasen und Amplitudenstellglieder 41, 44 kann die Modenverwirbelung (z.B. im metallischen Umfeld) zusätzlich mit einem Beamforming unterstützt werden. Des Weiteren können die Moden 94A, 94B über nicht synchrone Phasen und Amplitudenansteuerung der Einzelstrahler 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ gerichtet und ausgebildet werden. Einzelstrahler 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ können zur Modenverwirbelung weg und wieder hinzugeschaltet werden.
Die Phasen-/Amplitudeneinstellung kann fest (4A, 4B) oder variabel (3B) oder digital (7) realisiert werden.
Parallel dazu kann die Frequenz über die Bandbreite der Antennen 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ verschoben werden um die Ausbildung der Moden 94A, 94B zu beeinflussen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beziehungsweise mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann zum Beispiel das einfache auslesen von Transpondern in einem metallenen Umfeld ermöglicht werden. Nicht-limitierende Beispiele hierfür wären OP Besteck im Autoklaven, Logistiktransponder in einem Tunnelgate, usw.
Die einzelnen Strahler 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₄ können einen Abstand von λ oder gebrochenen Lambda-Vielfachen aufweisen.
Durch die Erzeugung einer elektrischen Modenverwirbelung innerhalb des Speisenetzwerkes/digitaler Signalverarbeitung resultieren mehrere Vorteile:

- Auslesen von chaotisch angeordneten Transpondern innerhalb eines geschlossenen metallischen Umfelds,
- Schnellere Handhabung und Prozessbeschleunigung im zum Beispiel Bereich der Desinfektion/Sterilisation von OP Besteck/Packen des Siebs
- Prüfung auf Vollständigkeit
- weniger komplex als Stand der Technik
- weniger Antennen-> weniger Kosten und Verkabelungsaufwand
- keine Mechanik / rotierenden Teile, daher keine Wartungsaufwände
- billiger als Stand der Technik
- adaptierbar auf andere Anwendungen als OP Besteck, z.B. Werkzeug
- gezielte Verschiebung der Minima & Maxima stehender Wellen -> deutliche Steigerung der Bulk-Lesefähigkeit bei RFID Systemen im metallischen Umfeld.

Anwendungen können sein:

• RFID Bulk Lesen
• OP-Besteck Identifikation bei Sterilisation / Desinfektion (Autoklav).
• Werkzeugidentifikation
• Sensortransponder in Backöfen / Konvektomat
• Transponderausleseeinrichtung für metallisches Umfeld, wo sich stehende Wellen ausbilden, z.B. Tunnelgate

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Vorrichtung (10) mit einem Antennenarray (11) mit mindestens vier zueinander versetzt angeordneten Antennen (12₁, 12₂, 12₃, 12₄), wobei jede Antenne jeweils einen eigenen Speiseleitungsanschluss (13₁, 13₂, 13₃, 13₄) aufweist, wobei die Speiseleitungsanschlüsse von unmittelbar zueinander benachbart angeordneten Antennen einen geometrischen Versatz von jeweils 90° zueinander aufweisen, einer Steuervorrichtung (14), die ausgestaltet ist, um die einzelnen Antennen (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) über deren jeweiligen Speiseleitungsanschluss (13₁, 13₂, 13₃, 13₄) zu speisen, sodass das Antennenarray (11) zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche Strahlungscharakteristiken aufweist, wobei eine erste Strahlungscharakteristik eine polarisierte Feldverteilung aufweist, und eine zweite Strahlungscharakteristik eine unpolarisierte Feldverteilung aufweist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um in einem ersten Zeitintervall (t₁) die einzelnen Antennen (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) derart zu speisen, dass das Antennenarray (11) die erste Strahlungscharakteristik aufweist, und um in einem zweiten Zeitintervall (t₂) die einzelnen Antennen (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) derart zu speisen, dass das Antennenarray (11) die zweite Strahlungscharakteristik aufweist, und wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um mindestens einmal zwischen der ersten und der zweiten Strahlungscharakteristik hin und herzu schalten.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um so langsam zwischen der ersten und der zweiten Strahlungscharakteristik hin und herzu schalten, dass sich in einem die Strahlung des Antennenarrays (11) umgebenden Raum (92) Moden (94A, 94B) ausbilden, wobei die sich bei der ersten Strahlungscharakteristik einstellenden Moden (94A) von den sich bei der zweiten Strahlungscharakteristik einstellenden Moden (94B) unterscheiden, sodass sich in dem die Strahlung des Antennenarrays (11) umgebenden Raum (92) aufgrund des hin und her Schaltens eine Modenverwirbelung ergibt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um so schnell zwischen der ersten und der zweiten Strahlungscharakteristik hin und her zu schalten, dass sich in einem die Strahlung des Antennenarrays (11) umgebenden Raum (92) keine Moden ausbilden.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Strahlungscharakteristik eine erste Feldverteilung aufweist, und die zweite Strahlungscharakteristik eine zweite Feldverteilung aufweist, wobei die erste Feldverteilung im Zentrum des Antennenarrays (11) eine größere Feldstärke aufweist als die zweite Feldverteilung.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Strahlungscharakteristik eine erste Feldverteilung aufweist, die im Zentrum des Antennenarrays (11) eine maximale Feldstärke (52_Max) aufweist, und wobei die zweite Strahlungscharakteristik eine zweite Feldverteilung aufweist, die im Zentrum des Antennenarrays (11) eine minimale Feldstärke (52_Min) aufweist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um in einer ersten Speisekonfiguration die in einem Speisenetzwerk angeordneten einzelnen Antennen (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) derart zu speisen, dass das Antennenarray (11) die erste Strahlungscharakteristik aufweist, wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um jede einzelne Antenne (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) mit jeweils einem Speisesignal zu speisen, wobei das Speisenetzwerk eine fest voreingestellte Phasendifferenz Δφ aufweist gemäß welcher die in die jeweilige Antenne (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) einzuspeisenden Speisesignale untereinander jeweils einen Phasenversatz von Δφ = ±90° aufweisen.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um in einer zweiten Speisekonfiguration die in einem Speisenetzwerk angeordneten einzelnen Antennen (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) derart zu speisen, dass das Antennenarray (11) die zweite Strahlungscharakteristik aufweist, wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um jede einzelne Antenne (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) mit jeweils einem Speisesignal zu speisen und die Phasenlage der jeweiligen Speisesignale derart anzupassen, dass eine fest voreingestellte Phasendifferenz Δφ des Speisenetzwerks kompensiert wird.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um in der zweiten Speisekonfiguration die einzelnen Antennen (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) derart zu speisen, dass relativ zu einer Referenzphase von φ = 0° • die Phasenlage des in die erste Antenne 12₁ eingespeisten Speisesignals nicht gedreht wird, • die Phasenlage des in die zweite Antenne 12₂ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 270° gedreht wird, • die Phasenlage des in die dritte Antenne 12₃ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 180° gedreht wird, und • die Phasenlage des in die vierte Antenne 12₄ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 90° gedreht wird, oder wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um in der zweiten Speisekonfiguration die einzelnen Antennen (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) derart zu speisen, dass relativ zu einer Referenzphase von φ = 180° • die Phasenlage des in die erste Antenne 12₁ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von cp = 180° gedreht wird, • die Phasenlage des in die zweite Antenne 12₂ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 90° gedreht wird, • die Phasenlage des in die dritte Antenne 12₃ eingespeisten Speisesignals nicht gedreht wird, und • die Phasenlage des in die vierte Antenne 12₄ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 270° gedreht wird.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um in der zweiten Speisekonfiguration die einzelnen Antennen (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) derart zu speisen, dass relativ zu einer Referenzphase von φ = 0° • die Phasenlage des in die erste Antenne 12₁ eingespeisten Speisesignals um einen Offsetwinkel φ = x° gedreht wird, • die Phasenlage des in die zweite Antenne 12₂ eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 270° plus demselben Offsetwinkel φ = x° gedreht wird, • die Phasenlage des in die dritte Antenne 123 eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 180° plus demselben Offsetwinkel φ = x° gedreht wird, und • die Phasenlage des in die vierte Antenne 124 eingespeisten Speisesignals um einen Phasenwinkel von φ = 90° plus demselben Offsetwinkel φ = x° gedreht wird, wobei für den Offsetwinkel x gilt: 0° ≤ x ≤ 360°.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um jede der einzelnen Antennen (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) des Antennenarrays (11) mit gleicher Leistung zu speisen.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um die Frequenz eines über die jeweilige Speiseleitung einer jeweiligen Antenne (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) eingekoppelten Speisesignals im Rahmen der Bandbreite der jeweiligen Antenne (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) zu variieren.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Steuervorrichtung (14) ausgestaltet ist, um in einem ersten Zeitintervall (t₁) eine oder mehrere Antennen (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) des Antennenarrays (11) zu deaktivieren, und in einem zweiten Zeitintervall (t₂) eine oder mehrere der deaktivierten Antennen (12₁, 12₂, 12₃, 12₄) zu aktivieren.
RFID-Lesegerät (73) mit einer Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
System (90) mit einer Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, und mit einem dreidimensionalen Körper (91), der mindestens eine Ausnehmung (92) aufweist, die einen Raum definiert, innerhalb dessen sich die von dem Antennenarray (11) ausgesandten elektromagnetischen Wellen ausbreiten.
System (90) nach Anspruch 15, wobei die Ausnehmung (92) eine Abschirmung aufweist, die ausgestaltet ist, um das Austreten von elektromagnetischen Wellen aus der Ausnehmung (92) zu reduzieren.
System (90) nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Antennenarray (11) unbeweglich innerhalb der Ausnehmung (92) angeordnet ist, oder wobei das Antennenarray (11) unbeweglich an dem dreidimensionalen Körper (91) derart angeordnet ist, dass sich die elektromagnetischen Wellen in die Ausnehmung (92) hinein ausbreiten.