DE2850417A1

DE2850417A1 - Sende-empfangs-antennen-einrichtung

Info

Publication number: DE2850417A1
Application number: DE19782850417
Authority: DE
Inventors: Ian Mcculloch Clarke; Colin Brian Rogers
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1977-11-29
Filing date: 1978-11-21
Publication date: 1979-05-31
Also published as: GB1534210A

Description

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Sende-Empfangs-Antennen-Einrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sende-Empfangs-Antennen-Einrichtung in symmetrischer Streifenleitungstechnik, die besonders für eine mit Mikrowellen arbeitende Einbruchsalarmanlage geeignet ist.

Mikrowelleneinrichtungen mit Halbleitern weisen jetzt eine derartige Größe und Zuverlässigkeit auf, daß sie im steigenden Ausmaß in Produkten der Konsumelektronik eingesetzt werden. Beispielsweise in Einbruchsalarmanlagen, Abstandswarnsystemen und Kommunikationseinrichtungen über kurze Strecken. Diese

'® Anwendungen erfordern Mikrowellenbaugruppen mit geringen Kosten. Gegenwärtig werden rechteckige Wellenleiter in der Konstruktion der Sende- und Empfangsschaltungen eingesetzt, die mit Horn- oder kleinen Schüsselantennen zusammenarbeiten. Hieraus resultieren unhandliche Geräte, was nachteilig ist, besonders wenn diese Geräte in Räumen versteckt oder verkleidet oder an Fahrzeugen angebracht werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartigen Geräten eine kompaktere Form zu geben und die Herstellkosten zu senken.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen können den Unteransprüchen entnommen werden.

Mit der erfindungsgemäßen Sende-Empfangs-Antennen-Einrichtung kann eine Anlage aufgebaut werden, die bei einer Bewegung eines Körpers vor der Antenne ein Doppiersignal abgibt,

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das in einer Einbruchsalarmanlage oder einem Abstandswarnsystem ausgewertet werden kann.

Beim Einsatz einer Kapazitätsdiode zum Verändern der Ausgangsfrequenz des Oszillators kann mit zwei derartigen Geräten eine Nachrichtenverbindung aufgebaut werden, die eine einstellbare Zwischenfrequenz aufweist.

Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels, einer Einbruchsalarmanlage, näher erläutert, ohne dabei den Gegenstand der Erfindung auf derartige Anlagen einzuschränken. Es zeigt:

Fig.1 ein Blockschaltbild einer Einbruchsalarmanlage;

Fig.2a und b Teile von gedruckten Schaltungen für den Sender, Empfänger und die Antenne der Einbruchsalarmanlage gemäß Fig.1 und

Fig.3 eine Seitenansicht der fast zusammengebauten Teile gemäß Fig.2.

Mit Mikrowellen arbeitende Einbruchsalarmanlagen nach dem Dopplerprinzip sind allgemein bekannt, beispielsweise aus dem Artikel "Microwave Intruder Alarm" von H.W.Hoskin in der Zeitschrift Wireless World, Juli und August 1977. Diese Anlagen verwenden rechteckige Wellenleiter im Sender und den Detektorschaltkreisen. Die daraus resultierende große Bauweise verhindert ein Verstecken der Anlage in Räumen oder Büros.

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Gemäß Fig.1 enthält ein gestrichelt umrahmter Grundschaltkreis einen Sender Tx, der eine Antenne At speist, und einen Empfänger Rx, der ein Signal von einer Antenne Ar erhält. Ein kleiner Teil, ungefähr 2 %, des direkt ausgesendeten Signales wird auf den Empfänger Rx gegeben, um dort einem Mischer als Oszillatorsignal zu dienen.

Das erhaltene Dopplersignal mit der entsprechenden Frequenz wird in einem Verstärker G verstärkt, in einem Detektor D aufgezeigt, in einen Integrator I integriert, um dann einen Alarmgeber T zu triggern. Eine Aktivierung des Alarmgebers T zeigt die Bewegung eines Körpers in dem vom abgestrahlten Signal geschützten Raum an. Der Sender, der Empfänger und die Antennen sind in einer flachen dreischichtigen Konstruktion,

einer symmetrischen Streifenleitungstechnik, untergebracht, die in Fig.2 und 3 dargestellt ist.

Die Sende/Empfangseinheit mit Antennen ist in Sandwichstruktur aus zwei gedruckten Schaltungsplatten 1 und 2 aufgebaut. Die Schaltungsplatte 1 ist auf der dem Betrachter zugewandten Seite 3 in Fig.2a mit Kupfer beschichtet und weist auf der nicht sichtbaren Seite keine Kupferbeschichtung auf. Die Schaltungsplatte 2 in Fig.2b ist auf beiden Seiten 4 und 4a mit Kupfer beschichtet. Die Seite 4 ist. teilweise frei geätzt, um das in Fig.2b dargestellte Muster zu erhalten. Die Kupferbeschichtung der nicht sichtbaren Seite 4a ist nicht geätzt worden und wirkt als Grundebene.

Die mit Kupfer beschichtete Seite 3 ist teilweise geätzt, um Schlitze für gestaffelte Dipolantennen 5, 6 bzw. 7, 8 für den Sender Tx bzw. den Empfänger Rx zu erhalten.

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Löcher 9 bis 15 sind in der Schaltungsplatte 1 vorgesehen, um zwei Abstimmschrauben, Halbleiterbauelemente sowie elektrische Anschlüsse der gedruckten Schaltung aufzunehmen.

Anhand der Fig.2b sollen nun die verwendeten Streifenleitungen mit ihrer Schaltung näher erläutert werden. Der Sender enthält eine Sendestreifenleitung 16 und der Empfänger eine Empfangsstreifenleitung 17. Links von der Sendestreifenleitung ist ein Oszillator mit einem Gunnelement 18 angeordnet, das zwischen die Streifenleitung 16 und der Grundebene 4a geschaltet ist.

Eine Stichleitung 19 zur Anpassung ist vorgesehen und die dem Gunn-Element 18 erscheinende Impedanz wird durch die Abstimmschrauben 31 und 32 bestimmt, die in den Löchern 9 und 10 verdreht werden können. Die elektrische Länge zwischen dem Gunnelement 18, der Stichleitung 19 und den beiden Abstimmschrauben 31 und 32 ist so gewählt, daß mit der Abstimmschraube vorzugsweise die Frequenz und mit der Abstimmschraube 32 die Ausgangsleistung des Senders Rx bestimmt wird.

Filterabschnitte 20 und 21 sind in der Leitung 22 der Stromversorgung vorgesehen, über die die Betriebsspannung von vorzugsweise -9V dem Gunnelement 18 zugeführt wird. Die Leitung 22 endet am Loch 13. Die Filterabschnitte 2O und 21 verhindern ein Abfließen der Senderleistung auf die Grundebene und damit zum Nullpotential. Die Empfangsstreifenleitung 17 ist an einen Anschluß einer Mischdiode 23 angeschlossen. Die richtige Impedanzanpassung erfolgt mit der Stichleitung 24. Das Dopplerausgangssignal wird vom anderen Diodenanschluß abgenommen und über eine Leitung 27 an ein Loch 14 geführt.

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Zwischen der Mischdiode 23 und dem Loch 14 sind Filterabschnitte 25 und 26 angeordnet, die jeglichen Mikrowellenanteil ausfiltern. Für die Stromversorgung der Mischdiode ergeben sich zwei Möglichkeiten. Es kann vom nachgeschalteten Verstärker G die Betriebsspannung herangeführt werden. Es ist dann die Leitung 30 im Loch 15 mit Nullpotential zu verbinden. Es kann auch die Leitung 30 über das Loch 15 mit der Betriebsspannung versorgt werden. Die in die Leitung 30 eingearbeiteten Filterabschnitte 28 und 29 verhindern dabei ein Abfließen TO der empfangenen Mikrowellenenergie zum Nullpotential.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet im X-Band. Die ausreichende Oszillatorieistung für den Mischer wird durch die Kopplung zwischen den beiden Streifenleitungen 16 und 17 und zwischen den Schlitzen der Dipolantennen 5, 6 und 7, 8 erreicht. Die Schlitze wirken als Halbwellen-Dipole, bei denen Länge und Weite derart sind, daß eine gute Impedanzanpassung an die Streifenleitungen erfolgt, weil dann die gesamte Sendeenergie abgestrahlt und wenig reflektiert wird. Bei zwei Schlitzen für eine Antenne und der aus der mit Kupfer beschichteten Seite 4a gebildeten Grundebene als Reflektor wird ein Gewinn von ungefähr 5 dB erzielt. Dieser Wert ist weitgehend ausreichend um typische Räume mit einer derartigen Anlage zu schützen. Ein höherer Gewinn und eine grötere Bündelung des ausgesendeten Strahles können durch mehr an die Streifenleitungen angekoppelte Schlitze erreicht werden.

Eine aufgebaute Einrichtung wurde auf eine abzustrahlende Leistung von 10 mW bei einer Frequenz zwischen 10,675 GHz und 10,699 GHz gebracht (in diesem Band ist in England vom Postministerium für Einbruchsalarmanlagen der Betrieb erlaubt). Andere Werte im X-Band können mit geeigneter Abstimmung . erreicht werden. Die Einrichtung wurde aus zwei mit Kupfer

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beschichteten PTFE (Polytetrafluoräthylen) Platten von 1,5875 nun Dicke aufgebaut. Die Streifenleitungen weisen eine Impedanz von 50 Λ auf und haben einen Abstand von 25,400 nun voneinander. Die vollständige Einrichtung hat die Abmaße 152,400 mm breit, 101,600 mm lang und 3,1750 mm dick.

In Fig.3 ist der fast zusammengebaute Zustand der Einrichtung dargestellt. Zwischen den Schaltungsplatten 1 und 2 ist eine adhesive Filmschicht 34 vorhanden, um diese miteinander zu verbinden.

Nach dem Zusammenbau wird das offene Loch 12 mit einer Kupferfolie 33 abgedeckt und die Kanten der Einrichtung werden metallisiert. Hiermit wird die rückwärtige Abstrahlung reduziert, so daß bei einer Wandmontage ein Alarm nicht durch Bewegungen jenseits der Wand ausgelöst werden kann.

6 Patentansprüche
2 Blatt Zeichnung

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Leerseite

Claims

Patentanwalt Dipl.-Phys.Leo Thul Stuttgart I.M.Clarke-C.B.Rogers 1-1 INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK Patentansprüche

1.) Sende-Empfangs-Antennen-Einrichtung in symmetrischer Streifenleitungstechnik, insbesondere für eine Einbruchsalarmanlage, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Außenseite eine als Masse wirkende Grundebene (3, 4a) vorhanden ist, daß wenigstens ein Sendeantennenschlitz (5, 6) und wenigstens ein Empfangsantennenschlitz (7, 8) in einer der Grundebenen (3) vorhanden ist und daß eine an einen Sendeoszillator (18) aus Halbleitern und den Sendeantennenschlitz (5, 6) gekoppelte Sendestreifenleitung (16) und eine an einen Halbleitermischer (2, 3) und den Empfangsantennenschlitz (7, 8) gekoppelte Empfangsstreifenleitung (17) zwischen den Grundebenen (3, 4a) vorhanden ist.

2. Sende-Empfangs-Antennen-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus zwei dauerhaft zusammengefügten, mit Kupfer beschichteten dielektrischen Schaltungsplatten (1, 2) besteht.

Wr/Sch
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3. Sende-Empfangs-Antennen-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ilalbleiteroszillator (18) des Senders (Tx) ein Gunn-Oszillator ist.

4. Sende-Empfangs-Antennen-Einrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleitungen (16, 17) und die Sende-/Empfangsschlitze (5, 6; 7, 8) derart angeordnet sind, daß bei einer Bewegung eines Körpers vor der Antenne (At) der Halbleitermischer ein Dopplersignal abgibt.

5. Sende-Empfangs-Antennen-Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapazitätsdiode im Oszillator (18) vorhanden ist und die Streifenleitungen (16, 17) und die Sende/Empfangsschlitze (5, 6; 7, 8) derart angeordnet sind, daß zwei dieser Einrichtungen als kreuzpolare Sende/ Empfänger benutzt werden können.

6. Sende-Empfangs-Antennen-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ihr ein Verstärker (G), Detektor (D), Integrator (I) und ein Alarmgeber T nachgeschaltet sind.

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