DE3438052C2

DE3438052C2 -

Info

Publication number: DE3438052C2
Application number: DE3438052A
Authority: DE
Inventors: Paul Anton Sunnyvale Calif. Us Nysen; Halvor San Jose Calif. Us Skeie; Donald Belmont Calif. Us Armstrong
Original assignee: X-CYTE Inc MOUNTAIN VIEW CALIF US
Current assignee: X-CYTE Inc MOUNTAIN VIEW CALIF US
Priority date: 1984-10-09
Filing date: 1984-10-17
Publication date: 1988-12-22
Also published as: DE3438052A1; GB8425496D0; GB2165423B; JPS61104279A; ZA847912B; AU3400384A; AU564509B2; GB2165423A; JPH045354B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Abfragen eines kodierte Informationen tragenden Transponders der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen, aus der DE 26 58 669 A1 bekannten Art.

Eine derartige Anordnung findet bei passiven Interrogator- Kennmarken-Systemen Anwendung, die z. B. aus den US-PS 32 73 146, 37 06 094, 37 55 803 und 40 58 217 bekannt sind. In ihrer einfachsten Form weisen diese Systeme einen Hochfrequenz- Sender auf, der Hochfrquenzimpulse elektromagnetischer Energie aussenden kann. Diese Impulse werden von der Antenne eines passiven Transponders empfangen und einem piezoelektrischen "Energieübertragungs"-Wandler zugeführt, der in dem piezoelektrischen Material die von der Antenne empfangene elektrische Energie in eine Schallwellenenergie umwandelt. Nach Empfang eines Impulses wird in dem piezoelektrischen Material eine Schallwelle erzeugt und entlang eines definierten Schallweges übertragen. Entlang dieses Weges sind weiterhin "Abzweig"-Wandler oder Reflektoren in vorgeschriebenen, räumlich eingeteilten Abständen angeordnet, die entweder die Schallwelle in eine elektrische Energie zurückverwandeln oder die Schallwelle zu dem "Energieübertragungs"-Wandler zurückreflektieren, der eine Rückumsetzung in eine elektrische Energie vornimmt.

Die Gegenwart oder das Fehlen von Abzweigwandlern bzw. Reflektoren an den vorgeschriebenen Stellen entlang des Schallwellenweges bestimmt, ob in Erwiderung auf einen Abfrageimpuls ein Antwortimpuls mit einer bestimmten Zeitverzögerung gesendet wird. Dies bestimmt den Informationskode, der in der Transponderantwort enthalten ist.

Wird ein Schallwellenimpuls in ein elektrisches Sginal zurückverwandelt, so wird es einer Antenne des Transponders zugeführt und als elektromagnetische Hochfrequenzenergie übertragen bzw. ausgesendet. Diese Energie wird von einem Empfänger sowie einem Dekodierer empfangen, und zwar vorzugsweise an der gleichen Stelle, an der sich der Abfragesender befindet, und die in dieser Antwort enthaltene Information wird dekodiert.

Der Transponder in einem passiven Interrogator-Kennmarken- System arbeitet im "Zeitbereich", um ein Antwortsignal, das einen oder mehrere Impulse einer elektromagnetischen Hochfrequenzenergie enthält, auf den Empfang jedes einzelnen Impulses einer elektromagnetischen Hochfrequenzenergie hin zu erzeugen. Die Existenz und die zeitliche Abstimmung der Antwortimpulse relativ zu den ausgesendeten Abfrageimpulsen bestimmt den in der Antwort enthaltenen Informationskode.

Passive Interrogator-Kennmarken-Systeme vom vorstehend beschriebenen Typ unterliegen jedoch einer Anzahl von Nachteilen. Z. B. kann der Rauschabstand dieser Systeme nicht auf einfache Weise verbessert werden, da diese Systeme sowohl Breitband- wie auch Schmalbandstörungen unterworfen sind. Ferner erfordern diese Systeme eine umfassende Signalverarbeitung des Transponder-Antwortsignals, um den Informationskode auswerten und bestimmen zu können. Diese Signalverarbeitung muß normalerweise am Ort des Empfängers ausgeführt werden, da die Information in einem relativ breitbandigen Signal enthalten ist. Die Übertragung zu einem entfernten Signalverarbeitungsort würde eine Breitbandsignalübertragung erforderlich machen.

Aus der DE 25 24 571 A1 ist es grundsätzlich bekannt, Transponder vorzusehen, die phasenmodulierte Antwortsignale erzeugen.

Aus der eingangs erwähnten DE 26 58 669 A1 ist ferner eine Anordnung zum Abfragen eines kodierte Informationen tragenden Transponders bekannt, bei der der Transponder eine nicht-lineare Schaltung enthält, die das vom Abfragegerät empfangene Signal demoduliert und das demodulierte Signal einer Spule zuführt. Das Signal wird weiterhin elektromagnetisch auf eine weitere Spule gekoppelt und einem Resonanzfilter zugeführt. Dieses Resonanzfilter besteht aus einer parallelen Anordnung von Resonanzschaltungen, die jeweils einen Quarzoszillator und ein keramisches Resonanzelement aufweisen. Zur Erzeugung eines bestimmten Kodes können diese Resonanzschaltungen mit Hilfe von Schaltern selektiv deaktiviert werden; d. h. das Resonanzfilter schwingt bei den ausgewählten Resonanzfrequenzen. Der Aufbau eines solchen Resonanzfilters ist jedoch mit hohen Kosten verbunden, insbesondere, wenn eine gruße Anzahl an Kodes erzeugt werden soll.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß damit der Aufbau des Transponders vereinfacht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen hiervon sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 45.

Die Erfindung sieht eine Anordnung zum Aussenden eines ersten Abfragesignals vor, das nacheinander eine Vielzahl von Frequenzwerten innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches annimmt. Dieses erste Signal kann z. B. im Bereich von 905 bis 925 MHz liegen, d. h. in einem Frequenzband, das in vielen Teilen der Welt für Nahbereichsübertragungen frei verfügbar ist.

Der entfernte Transponder, der der erfindungsgemäßen Anordnung zugehört, empfängt das erste Signal als Eingangsgröße und erzeugt ein zweites Antwortsignal als Ausgangsgröße. Eine in dem Transponder vorgesehene Signalumsetzungseinrichtung wandelt bei das erste Signal in das zweite Signal um und umfaßt:

1. Eine Vielzahl von gekoppelten "Signalformungselementen" zum Empfang des ersten Signals. Jedes Signalformungselement erzeugt ein Zwischensignal, das eine bekannte Verzögerung und eine bekannte Amplitudenmodifikation zum ersten Signal aufweist.
2. Ein "Signalkombinationselement", das zur Erzeugung des zweiten Signals mit allen Signalformungselementen gekoppelt ist und zum Zusammenfassen der Zwischensignale dient.

Die Signalformungs- sowie Signalkombinationselemente vermitteln dem zweiten Signal einen bekannten Informationskode, der den speziellen passiven Transponder identifiziert und diesem zugeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung umfaßt ferner eine Einrichtung zum Empfang des vom Transponder ausgesendeten zweiten Signals sowie eine Mischstufe, die sowohl das erste als auch das zweite Signal - oder davon abgeleitete Signale - empfängt und diese beiden Signale zusammenmischt und auf diese Weise ein weiteres Signal erzeugt. Dieses weitere Signal kann z. B. die Summen- bzw. Differenzfrequenzen des ersten und zweiten Signals enthalten.

Schließlich umfaßt die erfindungsgemäße Anordnung eine Signalverarbeitungseinrichtung, die auf das von der Mischstufe erzeugte weitere Signal anspricht, um die Frequenzen zu ermitteln, die in diesem weiteren Signal enthalten sind, und um dadurch den Informationskode zu bestimmen, der dem passiven Transponder zugeordnet ist.

Mit Hilfe der Erfindung kann somit die Anzahl an Kodes bei einfachem Aufbau des Transponders gesteigert werden.

Außerdem kann ein wesentlich verbesserter Rauschabstand erzielt werden; zum Teil infolge einer höheren Immunität gegenüber Schmalband- und auch Breitbandstörungen. Die vorgeschlagene Anordnung benötigt auch keine komplexe Signalverarbeitungseinrichtung zur Dekodierung des Informationskodes. Da die hauptsächliche Verarbeitung des Signals im Hochfrequenzteil des Systems vorgenommen wird, kann vielmehr in der Signalverarbeitungseinrichtung ein konventioneller Algorithmus für die Fourier-Analyse verwendet werden.

Ferner kann das Ausgangssignal der oben erwähnten Mischstufe, die das erste (Abfrage-)Signal und das zweite (Antwort-)Signal oder davon abgeleitete Signale miteinander mischt; über gewöhnliche Telefonleitungen übertragen werden, da sich die Frequenz und Bandbreite im Hörbereich befinden. Demzufolge kann die Signalverarbeitungseinrichtung an einem Ort vorgesehen werden, der von dem Ort der Hochfrequenz-Interrogator-Empfänger-Einheit und des Mischers ziemlich weit entfernt ist. Dies ermöglicht die Verwendung eines relativ teuren Computers, um die Fourier- Analyse für eine oder mehrere entfernte Interrogator-Empfänger-Einheiten auszuführen, ohne daß dabei teure Signalübertragungseinrichtungen von dem entfernten Ort zum Computer nötig sind.

Ferner ist die bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendete HF-Technologie einfacher als die der bekannten Systeme, da die HF-Signale direkt als Träger für den Informationskode verwendet werden. Im einzelnen ist die Information in der Frequenz und der Phase des Transponderantwortsignals (zweites Signal) bezogen auf das Abfragesignal (erstes Signal) enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Interrogator-Transponder- Anordnung in Blockdiagrammdarstellung,

Fig. 2 den in der Anordnung gemäß Fig. 1 verwendeten Transponder in Blockdiagrammdarstellung,

Fig. 3 die in der Anordnung gemäß Fig. 1 verwendete Signalverarbeitungseinrichtung,

Fig. 4 und 5 Frequenzdiagramme, die die Informationsart verdeutlichen, die mit Hilfe der Signalverarbeitungseinrichtung gemäß Fig. 1 erzielt wird,

Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines passiven Transponders,

Fig. 7 eine praktische Ausführungsvariante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6,

Fig. 8 eine vergrößerte Teilansicht der Ausführungsvariante gemäß Fig. 7,

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels eines passiven Transponders,

Fig. 10 eine praktische Ausführungsvariante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 9,

Fig. 11 ein Detail der in der Ausführungsvariante gemäß Fig. 10 verwendeten Einrichtung für stehende Schallwellen,

Fig. 12 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Interrogator-Empfänger-Einheit gemäß Fig. 1,

Fig. 13 ein Blockdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels der Interrogator-Empfänger-Einheit gemäß Fig. 1,

Fig. 14 ein Frequenz-Zeit-Diagramm, das eine bevorzugte Form der Frequenzvariation bei der Anordnung der Fig. 1 verdeutlicht,

Fig. 15 ein detailliertes Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Abfrage-, Empfang- und Dekodierteils der Anordnung,

Fig. 16 ein Zeitdiagramm, das den Takt der Anordnung gemäß Fig. 15 darstellt,

Fig. 17 ein Frequenz-Zeit-Diagramm, das das gesendete Übertragungssignal in der Anordnung gemäß Fig. 15 verdeutlicht,

Fig. 18 ein Frequenz-Zeit-Diagramm, das sowohl das gesendete wie auch das empfangene Signal in der Anordnung gemäß Fig. 15 verdeutlicht,

Fig. 19 ein Blockdiagramm des Senders und Empfängers für eine Interrogator-Transponder-Anordnung, die mit Infrarot- oder Lichtstrahlung arbeitet,

Fig. 20 ein praktisches Ausführungsbeispiel eines passiven Transponders, der bei der Anordnung gemäß Fig. 19 Verwendung finden kann,

Fig. 21 ein anderes Ausführungsbeispiel eines passiven Transponders, der bei der Anordnung der Fig. 19 Verwendung finden kann,

Fig. 22 ein drittes Ausführungsbeispiel eines passiven Transponders, der bei der Anordnung gemäß Fig. 16 Anwendung finden kann,

Fig. 23 ein topologisches Diagramm, das verdeutlicht, wie die passive Interrogator- Transponder-Anordnung zur Bestimmung der Richtung zu einem Transponder verwendet werden kann,

Fig. 24 ein topologisches Diagramm, das verdeutlicht, wie die passive Interrogator- Transponder-Anordnung zur Bestimmung der Entfernung zu einem Transponder verwendet werden kann.

Fig. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau der Interrogator-Transponder-Anordnung. Diese Anordnung umfaßt eine Signalquelle, wie z. B. einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 10, der von einem Steuerelement 12 ein Steuersignal V erhält. Diese Spannung V bestimmt die Frequenz des von dem Oszillator 10 erzeugten Signals. Dieses Ausgangssignal des Oszillators 10 wird mit Hilfe eines Leistungsverstärkers 14 verstärkt und einer Antenne 16 für die Übertragung zum Transponder zugeführt. Das ausgesendete Signal wird mit S₁ bezeichnet.

Dieses Signal S₁ wird an einer Antenne 18 des Transponders 20 empfangen und an ein passives Signalumwandlungselement 22 angelegt. Dieses Signalumwandlungselement 22 wandelt das Eingangssignal S₁ in ein Ausgangssignal S₂ um, das dann entweder zur gleichen Antenne 18 oder zu einer anderen Antenne 24 zur Rückübertragung zur Interrogator- Empfänger-Einheit geleitet wird.

Die durch das Signalumwandlungselement 22 vorgenommene Signalumwandlung wird nachfolgend in Verbindung mit Fig. 2 detailliert beschrieben. Es reicht an dieser Stelle aus, zu vermerken, daß das Signal S₂ einen Informationskode trägt, der zumindest den speziellen Transponder 20 identifiziert.

Das Signal S₂ wird von einer Antenne 26 empfangen, die die gleiche oder eine von der Sendeantenne 16 unterschiedliche Antenne sein kann. Dieses Signal wird dann einem Schaltkreiselement 28 zugeführt, das das Signal S₂ in ein Signal S₄ umwandelt.

Außerdem wird das Ausgangssignal S₁ des spannungsgesteuerten Oszillators 10 einem Schaltkreiselement 30 zugeleitet, das ein Signal S₃ erzeugt. Die beiden Signale S₃ und S₄ werden an eine Mischstufe (ein Vierquadrantenmultiplikator) 32 angelegt.

Das Schaltkreiselement 30 bzw. 28 kann entweder eine Einrichtung zum Modifizieren seines entsprechenden Eingangssignals S₁ bzw. S₂ aufweisen, um sein entsprechendes Ausgangssignal S₃ bzw. S₄ zu erzeugen oder nicht. Z. B. kann das Element 30 lediglich einen ununterbrochenen elektrischen Schaltkreis oder Draht aufweisen, so daß das Signal S₃ eine Kleinsignalversion des Sendesignals S₁ darstellt. In ähnlicher Weise kann das Schaltkreiselement 28 lediglich einen Verstärker aufweisen, so daß das Signal S₄ im wesentlichen identisch mit dem Signal S₂ ist, jedoch einen höheren Signalpegel aufweist. Andere Variationen der Schaltkreiselemente 30 und 28 werden nachfolgend beschrieben. Im allgemeinen wird jedoch das Signal S₃ von der Frequenz und der Phase des Signals S₁ abgeleitet und stellt demzufolge eine Funktion der Frequenz und der Phase des Signals S₁ dar, wohingegen das Signal S₄ von der Frequenz und Phase des Signals S₂ abgeleitet wird und demzufolge eine Funktion der Frequenz und Phase des Signals S₂ darstellt.

Die Signale S₃ und S₄ werden in der Mischstufe 32 gemischt bzw. "überlagert", wodurch ein Signal S₅ erzeugt wird. Dieses Signal S₅ enthält Frequenzen, die sowohl der Summe als auch der Differenz der in den Signalen S₃ und S₄ enthaltenen Frequenzen entsprechen. Das Signal S₅ wird einer Signalverarbeitungseinrichtung 34 zugeleitet, die wenigstens einige der in dem Signal S₅ enthaltenen Frequenzen bestimmt, mißt oder erfaßt. Im einzelnen bestimmt die Signalverarbeitungseinrichtung 34 mit Hilfe einer Fourier- Analyse (Transformation) einige der Differenzfrequenzen f _i in dem Signal S₅, nachdem das Signal S₄ abgetastet und diese Abtastwerte digitalisiert wurden. Vorzugsweise bestimmt die Signalverarbeitungseinrichtung 34 auch die Amplitude a _i und die entsprechende Phase Φ _i der Frequenzkomponente f _i, wobei die Phase mit Bezug auf die Frequenzkomponente f₀ gemessen wird.

Die von der Signalverarbeitungseinrichtung 34 bestimmte Information wird einem Mikrocomputer zugeleitet, der einen Speicher 36 sowie einen Mikroprozessor 38 aufweist. Dieser Mikrocomputer analysiert kontinuierlich die Frequenz-, Amplituden- und Phaseninformation und trifft aufgrund dieser Information Entscheidungen. Z. B. kann der Mikrocomputer die Identität des Transponders 20 feststellen.

Die Fig. 2 verdeutlicht die Beschaffenheit und den Betrieb des Transponders 20. Dieser Transponder 20 kann eine völlig passive Einheit dastellen, oder er kann eine Stromquelle oder ein oder mehrere aktive Elemente aufweisen. Wie ersichtlich, weist das in Fig. 1 als Block dargestellte Signalumwandlungselement 22 N + 1 Signalformungselemente 40 sowie ein Signalkombinationselement 42 auf. Jedes Signalformungselement 40 steht mit der Antenne 18 in Verbindung und empfängt das gesendete Abfragesignal S₁. Wie ersichtlich, erzeugt jedes Signalformungselement 40 ein entsprechendes Zwischensignal I₀, I₁, . . . I _N als Ausgangsgröße. Diese Zwischensignale werden dem Signalkombinationselement 42 zugeführt, das diese Zwischensignale (durch Addition, Multiplikation und dgl.) verbindet und ein Ausgangssignal S₂ erzeugt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist jedes Signalformungselement 40 eine bekannte Verzögerung T _i und eine bekannte Amplitudenmodifikation A _i (entweder Dämpfung oder Verstärkung) auf. Die jeweilige Verzögerung T _i und die jeweilige Amplitudenmodifikation A _i können Funktionen der Frequenz f des empfangenen Signals S₁ sein, oder die Elemente 40 können eine konstante Verzögerung und eine konstante Amplitudenmodifikation vorsehen, und zwar unabhängig von der Frequenz.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung stellen die Verzögerungselemente T _i, die Amplitudenmodifikationselemente A _i und das Zwischensignalkombinationselement 42 streng passive Elemente dar; d. h. sie benötigen keine Leistung für ihren Betrieb, und sie rufen keine Verstärkung der bearbeiteten Signale hervor. Jedoch sind die Prinzipien und Konzepte der Erfindung ebenso auf aktive Elemente anwendbar. Wie nachstehend detailliert erläutert wird, können die Verzögerungselemente anhand einer Einrichtung zum Erzeugen, Übertragen und Empfangen von akustischen Oberflächenwellen oder anhand einer optischen Faser oder einer optischen Wellenführung zur Übertragung von Infrarot- oder Lichtstrahlung ausgeführt werden. Die Amplitudenmodifizierungselemente können entweder ohmsche und/oder reaktive, passive Elemente zur Signaldämpfung aufweisen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann die Reihenfolge der Verzögerungselemente und der Amplitudenmodifizierungselemente vertauscht werden; d. h. die Amplitudenmodifizierungselemente A _i können vor den Verzögerungselementen T _i angeordnet sein.

Fig. 3 verdeutlicht die Signalverarbeitungseinrichtung 34, die einige der in dem Signal S₅ enthaltenen Frequenzen f _i bestimmt. Wie ersichtlich, wird das Signal S₅ an ein Bandpaßfilter 44 angelegt, dessen Durchlaßbereich im Hörbereich (z. B. 1 bis 3 kHz) liegt. Dieses Bandpaßfilter 44 läßt den Teil des Signals S₅ durch, der die Differenzfrequenzen der Signale S₃ und S₄ enthält, wohingegen das extrem niederfrequente Rauschen beseitigt wird. Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 44 wird über ein Anti- Umfaltefilter 46 einer Abtast- und Halteschaltung 48 zugeführt. Das analoge Signal wird somit wiederholt mit einer von einem Taktgeber 50 bestimmten Abtastfolge abgetastet, die zumindest dem Doppelten der oberen Frequenz des Bandpaßfilters 44 entspricht. Die Abtast- und Halteschaltung 48 hält das abgetastete Signal für das Abtastungsintervall an seinem Ausgang, um eine Digitalisierung mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers 52 zu ermöglichen. Schließlich werden die digitalisierten Abtastwerte vom Analog-Digital-Wandler 52 zu einem ausschließlich zugeordneten Computer 54 geleitet, der die für ein bestimmtes Intervall erzeugten Abtastwerte wiederholt speichert und diese Signale einer Fourier-Transformation unterwirft. Der Computer 54 erzeugt somit ein digitales Ausgangssignal, das die in dem ursprünglichen Signal S₅ enthaltenen Frequenzen f _i bestimmt. Falls gewünscht, kann der Computer 54 auch die entsprechenden Amplituden a _i und Phasen Φ _i des Signals S₅ bei den entsprechenden Frequenzen f _i bestimmen.

Die Fig. 4 und 5 verdeutlichen Frequenzdiagramme, die typische Ausgangsgrößen der Signalverarbeitungseinrichtung 34 zeigen. Diese Ausgangsgrößen enthalten den Informationskode, der vom Signalumwandlungselement 22 des Transponders 20 aufgeprägt wird, und identifizieren somit den bestimmten Transponder, dem dieser Kode zugeordnet ist.

Betrachtet man noch einmal kurz die Fig. 1, so wird davon ausgegangen, daß der spannungsgesteuerte Oszillator 10 derart gesteuert wird, daß die Frequenz des Signals S₁ nacheinander eine Vielzahl von Frequenzwerten innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs annimmt. Z. B. kann die Steuerspannung V zwischen einer minimalen und einer maximalen Spannung ansteigen oder abfallen, um einen kontinuierlichen Frequenzhub zwischen den Grenzen des festgelegten Frequenzbereiches vorzusehen. Alternativ kann die Spannung V zwischen einer minimalen und einer maximalen Spannung von einem Wert zum nächsten gestuft werden, so daß das Signal S₁ eine Vielzahl von diskreten Frequenzwerten innerhalb des festgelegten Frequenzbereiches annimmt. Dieser Frequenzbereich kann vorteilhafterweise 905 bis 925 MHz umfassen, ein Frequenzband, das für Nahbereichsübertragungen überall in der Welt frei zugänglich ist.

Angenommen das Signal S₁ nimmt nacheinander eine Vielzahl von Frequenzwerten an, so ergibt sich die Form der Ausgangsgröße der Signalverarbeitungseinrichtung entsprechend den Fig. 4 und 5. Wie in Fig. 4 dargestellt, weist das Signal S₅ eine Anzahl von diskreten Frequenzen f₀, f₁, f₂, . . ., f₁₀ mit unterschiedlichen Amplituden (Größen) a₀, a₁, . . ., a₁₀ und Phasen Φ₀, Φ₁, . . ., Φ₁₀ auf (die Phasen Φ₁, . . ., Φ₁₀ der Frequenzen f₁, . . ., f₁₀ beziehen sich alle auf die Phase Φ₀ der Frequenz f₀).

Da die gemessenen Phasen Φ₀, . . ., Φ₁₀ von dem Abstand des Transponders von der Sende-Empfänger-Einheit abhängen, kann die Bewegung des Transponders in radialer Richtung, und zwar entweder zur Sende- und Empfängerantenne hin oder von dieser weg, durch wiederholte Messung der entsprechenden Phasen bestimmt werden. Fig. 5 verdeutlicht, wie die Phasen Φ₀, . . ., Φ₁₀ gedreht wurden (um 45° als Beispiel) im Vergleich zu den entsprechenden Phasen in Fig. 4, und zwar infolge eines Unterschieds in der Entfernung von der Sender-Empfänger-Einheit zum Transponder im Vergleich zu den Phasen in Fig. 4.

Die in dem Signal S₅ enthaltenen Differenzfrequenzen hängen von den in dem gesendeten Signal S₁ enthaltenen Frequenzen wie auch von der Beschaffenheit des Transponders ab.

Es wird davon ausgegangen, daß der spannungsgesteuerte Oszillator 10 so gesteuert wird, daß er einen linearen Frequenzdurchlauf erzeugt. Es wird weiterhin angenommen, daß der Transponder derart ausgeführt ist, daß das Signalumwandlungselement als ein Transversal- bzw. Laufzeitfilter ausgebildet werden kann, wie in Fig. 6 gezeigt. Dieses Filter weist eine anfängliche Verzögerung von T₀ und nachfolgende gleiche Verzögerungen von Δ T auf. Die Ausgangsgröße jedes Verzögerungselements 55 wird einer Phasenverschiebung Φ _i (i = 0 bis N) unterworfen. Die Phasendifferenz Φ _i-Φ _i-1 wird so bestimmt, daß sie einen der vier Werte 0, ±90° oder 180° bei der Mittenfrequenz (915 MHz) aufweist. Die Kodeinformation des Transponders wird in diesen Phasendifferenzen getragen. Es ist Zweck des Systems, das Muster der Phasendifferenzen als eindeutige Identifikation des speziellen Transponders zurückzugewinnen.

Die Ausgangssignale I₀ . . . I _N (Zwischensignale) der einzelnen Verzögerungselemente 55 werden zusammenaddiert und dadurch das Signal S₂ gewonnen. Dieses Signal S₂ wird der gemeinsamen Antenne des Transponders zugeführt.

Ferner wird angenommen, daß die Signale S₃ und S₄ in dem System in der Frequenz und Phase (jedoch nicht in der Amplitude) auf die Signale S₁ und S₂ am Sender bzw. Empfänger bezogen sind. Wird das Antwortsignal S₄ mit dem gesendeten Signal S₃ in der Mischstufe gemischt, so werden infolge der Verzögerungen in dem Transponder Schwebungstöne erzeugt. In der Tat erzeugt jedes Zwischensignal I₀ . . . I _N seine eigene eindeutige Schwebungsfrequenz. Durch Vergleich der Phasen von benachbarten Schwebungsfrequenzen kann die Information, die im Transponder phasenkodiert wurde, wiedergewonnen werden.

Man geht demzufolge davon aus, daß die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators mit einer konstanten Geschwindigkeit in Radian pro Sekunde von einer minimalen Frequenz ω₀ zu einer maximalen Frequenz ω₀ + Δω durchlaufen wird, wobei gilt ω = 2 π f Radian. Die Zeit zur Durchführung dieses Durchlaufes beträgt π = Δω/.

Das Signal S₁ kann als eine frequenzmodulierte Kosinuswelle:

dargestellt werden, dessen momentane Frequenz ω₀ + t beträgt. Die Anfangsphase kann auf Null gesetzt werden; dies ist lediglich eine Frage der willkürlichen Wahl des Zeitanfangspunktes. Die Amplitude kann als Eins angenommen werden.

Die Durchlauf- bzw. Wobbeldauer ist notwendigerweise endlich; diese Einengung wird in dieser Analyse jedoch ignoriert. Es treten "Endeffekte" auf, die durch die endliche Wobbeldauer hervorgerufen werden, jedoch kann die wesentliche Arbeitsweise des Systems sehr deutlich gesehen werden, wenn diese Endeffekte vernachlässigt werden.

Das Zwischensignal I _i des Transponders hat die gleiche Form wie das gesendete Signal S₁, bis auf folgende Ausnahmen:

(1) Es ist um T _c + T₀ + i Δ T verzögert, wobei T _c die Rundreise-Laufzeit vom Sender zum Transponder und zum Empfänger darstellt;
(2) es ist um R _i phasenverschoben und
(3) seine Amplitude ist auf A reduziert (das gleiche gilt für alle Zwischensignale).

Demzufolge ergibt sich das zusammengesetzte Antwortsignal zu

Als nächstes kann die verwendbare Ausgangsgröße der Mischstufe 32 als Differenz-Frequenzkomponente des Produktes

S₅(t) = S₁(t) × S₂(t)

dargestellt werden.

Nach algebraischer Umformung ergibt sich dieser Ausdruck zu

Der vorstehende Ausdruck stellt ein (N+1)-zeiliges Kammspektrum dar, bei dem die i-te Frequenzzeile die Amplitude A, eine Momentanfrequenz ω (i Δ T + T _c + T _o) und eine mit Φ _i gekennzeichnete, komplizierte Phase aufweist.

Wird eine Spektralanalyse in bezug auf das Signal S₅(t) derart durchgeführt, daß die vielen Frequenzzeilen nicht miteinander interferieren, so kann für jede Zeile getrennt die Amplitude A und die Phase Φ _i wiedergewonnen werden (tatsächlich liefert eine Fourier-Analyse die kartesischen Koordinaten für jede Zeile; eine weitere Verarbeitung ist erforderlich, um eine Umwandlung in Polarform vorzunehmen und die Phase Φ _i zu erhalten).

Die Fig. 4 und 5 verdeutlichen, wie sich die Phasen Φ _i als Folge einer Änderung der Lauf- bzw. Verzögerungszeit T _c ändern. Werden somit die Phasen Φ _i der Frequenzzeilen zu unterschiedlichen Zeiten berechnet und die entsprechenden Ergebnisse der aufeinander folgenden Berechnungen verglichen, so kann bestimmt werden, ob sich der Transponder radial bezüglich dem Sende- und Empfangssystem bewegt hat. Dieser Vergleich kann in einer direkten Art mit Hilfe eines geeigneten Programms für den Mikroprozessor 38 ausgeführt werden.

Fig. 7 verdeutlicht einen speziellen Transponder vom allgemeinen Typ, wie er in der US-PS 37 06 094 offenbart ist. Dieser Transponder dient zur Umwandlung des empfangenen Signals S₁ in eine Schallwelle und der Rückumwandlung der akustischen bzw. Schallenergie in ein elektrisches Signal S₂ zur Aussendung über eine Dipolantenne 56. Im einzelnen umfaßt das Signalumwandlungselement des Transponders ein Substrat 58 aus piezoelektrischem Material, wie z. B. einem Lithiumniobat (LiNbO₃)-Kristall. Auf der Oberfläche dieses Substrats ist eine Schicht aus Metall, wie z. B. Aluminium, niedergeschlagen, die ein Muster, wie z. B. das in Fig. 7 verdeutlichte, ausbildet. Z. B. kann dieses Muster aus zwei Sammelschienen 60 und 62, die mit der Dipolantenne 56 verbunden sind, einem Energieübertragungswandler 64 und einer Vielzahl von Abzweigwandlern 66 bestehen. Die Sammelschienen 60 und 62 bilden somit einen Ausbreitungsweg 68 für Schallwellen, die von dem Energieübertragungswandler 64 erzeugt werden und die sich im wesentlichen linear ausbreiten und der Reihe nach die Abzweigwandler erreichen. Die Abzweigwandler wandeln die Schallwelle wieder in eine elektrische Energie um, die von den Sammelschienen gesammelt und somit aufsummiert wird. Diese elektrische Energie aktiviert dann die Dipolantenne 56 und wird in eine elektromagnetische Strahlung zum Zwecke der Übertragung bzw. Aussendung des Signals S₂ umgewandelt.

Bei dem in der US-PS 37 06 094 offenbarten Schallwellen- Transponder erzeugt das Vorliegen oder das Fehlen von Abzweigwandlern an den bestimmten, äquidistanten Abzweigwandlerpositionen den Informationskode in dem ausgesandten Antwortsignal. Somit hat ein einziger zum Transponder gesendeter Hochfrequenz-Energie-Impuls (erstes Signal S₁) einen oder mehrere Antwortimpulse (zweites Signal S₂) zur Folge, die von dem Vorliegen oder Fehlen der Abzweigwandler in der Schallwelleneinrichtung abhängen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Abzweigwandler 66 immer in gleich entfernten Intervallen entlang des Ausbreitungs- bzw. Schallwellenwegs 68 vorgesehen, wie aus Fig. 7 ersichtlich, und der Informationskode wird dadurch aufgeprägt, indem eine ausgewählte Zahl an "Verzögerungsgliedern" 70 zwischen den Abzweigwandlern 66 angeordnet wird. Diese Verzögerungsglieder, die in Fig. 8 detailliert dargestellt sind, bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Sammelschienen 60, 62 und die Wandler 64, 66 und werden zusammen mit diesen abgelagert bzw. niedergeschlagen. Jedes Verzögerungsglied hat eine ausreichende Breite, um die Ausbreitung der Schallwelle von einem Abzweigwandler zum nächsten um ein Viertel Zyklus oder 90° in bezug auf eine nichtverzögerte Welle bei der Betriebsfrequenz (ca. 915 MHz) zu verzögern. Sieht man zwischen aufeinanderfolgenden Abzweigwandlern 66 Stellen für drei Verzögerungsglieder 70 vor, so kann die Phase Φ der von einem Abzweigwandler 66 B empfangenen Schallwelle in bezug auf die Zeit, bei der diese Welle unten den vorausgehenden Abzweigwandler 66 A passiert, gesteuert werden, indem vier Phasenmöglichkeiten vorgesehen werden:

1. Keine Verzögerungsglieder befinden sich zwischen den Abzweigwandlern 66 A und 66 B = -90°C;
2. ein Verzögerungsglied befindet sich zwischen den Abzweigwandlern 66 A und 66 B = 0°;
3. zwei Verzögerungsglieder befinden sich zwischen den Abzweigwandlern 66 A und 66 B = 90°; oder
4. drei Verzögerungsglieder befinden sich zwischen den Abzweigwandlern 66 A und 66 B = 180°.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, werden die Phaseninformationen Φ₀ (die Phase des Signals, das vom ersten Abzweigwandler in der Reihe aufgenommen wird) und Φ₁, Φ₂ . . . Φ _N (die Phasen der Signale, die von den nachfolgenden Abzweigwandlern aufgenommen werden) dem Kombinationselement (Summierer) zugeführt, das in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 die Sammelschienen 60 und 62 aufweist. Diese Phaseninformation, die als Signal S₂ von der Antenne 56 ausgesendet wird, enthält den Informationskode des Transponders.

Fig. 9 verdeutlicht noch eine andere Ausführungsform eines Transponders, die in die allgemeine Klasse der in Fig. 2 verdeutlichten Transponder fällt. In diesem Fall umfaßt das Signalkombinationselement 42 eine Summiereinrichtung 72 wie auch eine Mischstufe 74. In diesem Fall ist ebenso die bekannte Verzögerung T _N = 0 und die bekannte Amplitudenmodifikation A _N = 1.

Die Wirkung des Mischens (Überlagerns) des empfangenen Signals S₁ mit dem Ausgangssignal der Summiereinrichtung 72 besteht in einer effektiven Verdoppelung der Frequenz des Ausgangssignals S₂. Das Ausgangssignal der Mischstufe 74 enthält sowohl Summen als auch Differenzfrequenzen seiner beiden Eingangssignale, wobei beide bei der Frequenz des Signals S₁ liegen. Ist die Antenne so abgestimmt, daß sie im wesentlichen die Summenfrequenz abstrahlt und nicht die Differenzfrequenz, so hat das ausgesendete bzw. abgestrahlte Signal S₂ die doppelte Frequenz des Signals S₁. Der Systemempfänger wird deshalb so abgestimmt, daß er eine Frequenz empfängt, die eine Oktave oberhalb der Frequenz des Senders liegt. Dadurch kann gleichzeitig das Signal S₁ ausgesendet und das Signal S₂ empfangen werden. Die Anordnung beseitigt das Problem von Störungen oder Echos, die von Objekten stammen, die das ausgesandte Signal S₁ reflektieren.

Die Fig. 10 und 11 verdeutlichen eine Schallwelleneinrichtung, die eine praktische Ausführungsvariante des in Fig. 9 prinzipiell dargestellten Transponders ist. Diese Einrichtung weist die üblichen Sammelschienen 60, 62 auf dem piezoelektrischen Substrat 58 auf. Die Sammelschiene 60 ist an einer Stelle unterbrochen und eine Diode 76 und eine Hochfrequenzdrossel 77 überbrücken diese Unterbrechungsstelle. Auf diese Weise wird eine einzelne, unsymmetrische Mischstufe vorgesehen, die die Frequenz des Ausgangssignals S₂ verdoppelt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel nehmen die Verzögerungsglieder 78 die in Fig. 11 gezeigte Form an, die nicht nur eine Phasenverzögerung, sondern auch eine bestimmte Dämpfung (Amplitudenmodulation) der Schallwelle hervorruft. Diese Anordnung bietet eine zusätzliche Kodiereinrichtung; d. h. der Kode kann sowohl aus einer Amplituden- wie auch Phaseninformation bestehen.

Wie aus Fig. 11 ersichtlich, schließen die zwischen den Abzweigwandlern eingefügten Verzögerungsglieder speziell ausgebildete Amplitudenmodifizierungsglieder 80 ein. Diese Glieder 80 haben eine eingekerbte Kante, die senkrecht zum Ausbreitungsweg der stehenden Schallwellen verläuft; diese eingekerbte Kante stellt somit der Welle zwei Kantenflächen 82 und 84 gegenüber. Die Kantenfläche 82 hat eine Länge "a", wohingegen die Kantenfläche 84 eine Länge "b" hat. Die Kantenfläche 82 erstreckt sich parallel zu Kantenfläche 84, und zwar mit einem Abstand D, so daß der Unterschied der Verzögerung der von dem Glied 80 an den beiden Kantenflächen 82, 84 hervorgerufen wird, 180° beträgt. Aufgrund dieser Anordnung ist der Teil der Welle, der die Kantenfläche 82 kreuzt mit dem Teil der Welle, der die Kantenfläche 84 kreuzt, außer Phase, was eine Auslöschung hervorruft.

Die Dämpfung W kann durch Vergleich der relativen Kantenlängen a und b berechnet werden:

W - (a - b)/(a + b).

Für den Fall b = 0 liegt keine Dämpfung vor (W = 1); für den Fall a = b ist die Dämpfung maximal (W = 0).

Da die Frequenz des von dem Transponder gemäß Fig. 9 gesendeten Signals S₂ zweimal der Frequenz des Signals S₁ entspricht, muß das Dekodiersystem entsprechend modifiziert werden. Fig. 12 zeigt einen Teil des in Fig. 1 gezeigten Systems, bei dem ein Frequenzvervielfacher 86 (z. B. ein Frequenzdoppler) mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 10 verbunden ist. Das Ausgangssignal S₃ des Frequenzvervielfachers 86 hat eine Frequenz Mf, die einem Vielfachen (z. B. Zweifachen) der Frequenz f des vom spannungsgesteuerten Oszillator erzeugten Signals entspricht. Das Signal S₃, das dann mit dem vom Transponder empfangenen und verstärkten Signal S₂ gemischt wird, hat eine Frequenz, die sich eng an die Frequenz des Signals S₂ annähert.

Fig. 13 verdeutlicht noch eine andere Variante des erfindungsgemäßen Dekodiersystems. In diesem Fall werden die Signale S₃ und S₄ durch Überlagerung mit separat erzeugten Signalen S₆ bzw. S₇ erzeugt. Die Signale S₆ und S₇ müssen entweder die gleichen Signale oder verwandte, synchronisierte Signale sein, um synchronisierte Ausgangssignale S₃ und S₄ zu erhalten.

Der in Fig. 13 gezeigte Aufbau kann zum Erniedrigen der Frequenzen der Signale S₃ und S₄ dienen, um dadurch den Systemaufbau zu vereinfachen.

Fig. 14 zeigt, wie man die Frequenz f des vom spannungsgesteuerten Oszillator gemäß Fig. 1 erzeugten Signals in Schritten innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs (905 bis 925 MHz) ändern kann. Bei diesem Beispiel erzeugt die Steuereinheit 12 für den Oszillator 10 eine Treppenspannung V, so daß die Frequenz f von der minimalen Frequenz 905 MHz in 128 gleichen Schritten bis auf die maximale Frequenz 925 MHz nach oben gestuft wird. Ist eine Frequenz von 925 MHz erreicht, so wird diese Frequenz wieder in 128 Schritten nach unten gestuft und der Vorgang wird wiederholt.

Die Fig. 15 verdeutlicht noch einmal die Vorrichtung bzw. das System gemäß Fig. 1, jedoch mit drei zusätzlichen Merkmalen:

1. Einen Rampen- oder Sägezahngenerator zur Änderung der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators;
2. einen Taktgenerator und einen Schalter zum Hin- und Herschalten zwischen Sende- und Empfangsmoden und
3. einen synchronisierten Impulsgenerator zur Auswahl der Abtastzeiten und somit zur Kompensation von Nichtlinearitäten in dem Frequenzhub.

Das System der Fig. 15 weist einen Rampengenerator 90 auf, der einen spannungsgesteuerten Oszillator 92 mit einer Sägezahnwellenform versorgt. Der spannungsgesteuerte Oszillator 92 erzeugt ein Ausgangssignal mit einer Frequenz f, die von einer Frequenz von 905 MHz zu einer Frequenz von 925 MHz wiederholt linear nach oben gestuft wird. Dieses Signal wird durch einen Hochfrequenzverstärker 94 verstärkt und einem Sende-Empfangs-Schalter 96 zugeführt, der das Signal entweder einem Sendeleistungsverstärker 98 oder einer Dekodiermischstufe 100 zuführt. Der Schalter 96 wird durch ein 100 KHz Rechteckwellensignal gesteuert, das von einem Taktgenerator 102 erzeugt wird. Das Ausgangssignal S₁ des Leistungsverstärkers 98 wird einem externen Zirkulator oder Sende/Empfangs(TR)-Schalter 104 zugeführt und als elektromagnetische Strahlung mit Hilfe der Antenne 106 übertragen.

Das Transponderantwortsignal S₂ wird von der Antenne 106 empfangen und gelangt über den Zirkulator oder TR-Schalter 104 zu einem Empfangsverstärker 108. Das Ausgangssignal S₄ dieses Verstärkers wird mit dem Signal S₃ gemischt, das mit Hilfe des Schalters 96 intermittierend dargeboten wird.

Das Ausgangssignal S₅ der Mischstufe 100, das die Summen- und Differenzfrequenzen der Signale S₃ und S₄ enthält, wird einem Bandpaßfilter 110 mit einem Durchlaßbereich von 1 bis 3 KHz zugeführt. Das Ausgangssignal dieses Filters gelangt über ein Anti-Umfaltefilter 112 zu einer Abtast- und Halteschaltung 114.

Die Abtast- und Halteschaltung liefert jeden Abtastwert an einen Analog-Digital-Wandler 116. Dieser Analog-Digital- Wandler gibt den digitalen Wert dieser Abtastung wiederum an ein Element 118 weiter, das die in dem Signal enthaltenen Frequenzen mit Hilfe einer schnellen Fourier-Transformation analysiert. Die Abtast- und Halteschaltung 114 und der Analog-Digital-Wandler 116 werden mit Hilfe eines Abtastsignals, das von dem vom spannungsgesteuerten Oszillator 92 erzeugten Signal abgeleitet wird, stroboskopisch abgetastet. Dieses Abtastsignal dient der Kompensation von Nichtlinearitäten in der monoton zunehmenden Frequenz f des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators, und zwar in bezug auf die Zeit.

Wie aus Fig. 15 ersichtlich, wird das von dem spannungsgesteuerten Oszillator 92 erzeugte Signal verstärkt und über ein Verzögerungselement 120 mit einer konstanten Signalverzögerungszeit T _s geschickt. Sowohl das verzögerte wie auch das unverzögerte Signal werden einer Mischstufe 122 zugeführt, die ein Signal S₇ erzeugt, das sowohl Summen als auch Differenzfrequenzen enthält. Das Signal S₇ wird einem Tiefpaßfilter 124 zugeführt, das lediglich den Teil dieses Signals durchläßt, der die Differenzfrequenzen enthält. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 124 wird einem Nulldurchgangs-Detektor 126 angelegt, der einen Impuls bei jedem ins Positive (oder Negative) gehenden Nulldurchgang erzeugt. Diese Impulse werden verwendet, um die Abtast- und Halteschaltung 114 sowie den Analog-Digital-Wandler 116 stroboskopisch abzutasten.

Die Fig. 16 bis 18 verdeutlichen die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 15. Fig. 16 zeigt die 100 KHz Ausgangsgröße des Taktgenerators 102; Fig. 17 verdeutlicht den Frequenzhub des von dem spannungsgesteuerten Oszillator erzeugten Signals. Fig. 18 zeigt in durchgezogenen Linien 128 die Frequenz des gesendeten Signals S₁ und, in gestrichelten Linien 130, die Frequenz des Signals S₂, das von dem Transponder empfangen wird. Wie ersichtlich, wird das Signal 130 zwischen den Sendeintervallen des durch die Linien 128 dargestellten Signals empfangen. Diese Intervalle werden so gewählt, daß sie etwa gleich der Rundreise-Laufzeit zwischen der Übertragung der Signale zu dem Transponder und dem Empfang des Transponderantwortsignals S₂ sind. Wie durch mehrere gestrichelte Linien angedeutet, wird die Transponderantwort eine Anzahl von Frequenzen zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt enthalten, was eine Folge der kombinierten (d. h. summierten) Zwischensignale ist, die unterschiedliche Verzögerungszeiten (T₀, T₁ . . . T _N) aufweisen.

Die Fig. 19 bis 22 verdeutlichen weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen eine von einem Laser erzeugte Strahlung Verwendung findet. Wie aus Fig. 19 ersichtlich, wird ein Laser 132 angeregt und erzeugt bei einer Folge von unterschiedlichen Frequenzen in Erwiderung auf ein Lasersteuersystem 133 eine Strahlung (z. B. im Infrarotlichtspektrum und/oder im Spektrum des sichtbaren Lichts). Diese Strahlung bildet das Signal S₁, das zu dem Transponder 134 übertragen wird. Der Transponder 134 empfängt das Signal S₁ und erzeugt erstens ein Antwortsignal S₂ in Erwiderung auf das Signal S₁ und reflektiert zweitens das Signal S₁ mit Hilfe eines Spiegels 136. Das reflektierte Signal S₁ wie auch das Antwortsignal S₂ werden mit Hilfe einer Fotozelle 138 empfangen, die diese Strahlungssignale in ein elektrisches Signal umwandelt.

Die Ausgangsgröße der Fotozelle 138, die die Differenzfrequenz der Signale S₁ und S₂ enthält, wird einer Signalverarbeitungseinrichtung 140 des in der Fig. 1 verdeutlichten Typs zugeführt.

Der Transponder 134 für das in Fig. 19 dargestellte Abfrage-, Empfangs- und Dekodiersystem kann eine der in den Fig. 20, 21 und 22 verdeutlichte Formen annehmen. In Fig. 20 ist eine Vielzahl von Lichtleitfasern mit verschiedenen Längen dargestellt, die das Signal S₁ empfangen und ein Reflektionssignal S₂ senden. Das Signal S₂ wird somit eine Summe der von allen Lichtleitfasern ausströmenden Signale aufweisen. Mit dieser Anordnung empfängt jede Lichtleitfaser das Signal S₁, leitet es von einem Ende weg, reflektiert es und führt es wieder zu dem Empfangsende zurück.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 21 wird eine einzige Lichtleitfaser verwendet, um das Signal S₂ zu erzeugen. In diesem Fall dienen eine Anzahl von Abzweigungen oder Einkerbungen 142 in der Lichtleitfaser dazu, daß Teile der Strahlung zum Empfangsende zurückreflektiert werden.

Fig. 22 verdeutlicht einen optischen Wellenleiter, der eine integrierte optische Verzögerungsleitung aufweist, die in ein optisches Substrat 144 aufgenommen ist. Dieser Wellenleiter besteht aus einem Empfangsleiter 146, einem Übertragungs- bzw. Sendeleiter 148 und einer Vielzahl von Abzweigungen 150, die zwischen dem Empfangs- und dem Sendeleiter angeordnet sind. Dieser optische Wellenleiter arbeitet somit in einer Weise, die ganz ähnlich der der eingekerbten Lichtleitfaser gemäß Fig. 21 ist.

Die Fig. 23 und 24 verdeutlichen, wie man eine Vielzahl von Sende- und Empfangssystemen verwendet, um die Entfernung und die Richtung zu einem Transponder TP zu erhalten. In Fig. 23 sind zwei Sender, Empfänger und Mischer mit Antennen 152 und 154 versehen, die in einem Abstand L entfernt angeordnet sind. Die Mischer 156 und 158, die das Signal S₂ von den Antennen 152 bzw. 154 empfangen, empfangen auch ein gemeinsames Signal S₃, das von dem Sendesignal S₁ abgeleitet wird. Die von diesen Mischern erzeugten Signale S₅ enthalten die kodierte Phaseninformation, die von dem Transponder empfangen wurde. Vergleicht man eine Phase Φ₀₁ des Signals, das an der einen Antenne 152 empfangen wurde, mit einer Phase Φ₀₂ des Signals, das an der anderen Antenne 154 empfangen wurde, beispielsweise mit Hilfe eines Komparators 160, so ist es möglich, die Phasendifferenz ΔΦ zu bestimmen.

Aus der in Fig. 23 gezeigten Geometrie ist zu ersehen, daß

Φ = tan^{-1 ΔΦ} ^/Φ L

Φ _L = 2π fL/c

gilt.

Es kann somit die Richtung R zu dem Transponder bestimmt werden.

Fig. 24 verdeutlicht, wie man mit zwei Anordnungen des in Fig. 23 gezeigten Typs, die an bekannten Orten angeordnet werden, die Bestimmung der entsprechenden Entfernungen R₁ und R₂ zu einem Transponder von diesen Orten aus vornehmen kann. In diesem Fall wird mit Hilfe eines ersten Systems 162 eine erste Richtung R₁ und mit Hilfe eines zweiten Systems 164 eine zweite Richtung R₂ bestimmt. Die Entfernungen R₁ und R₂ können aus diesen Winkeln R₁ und R₂ ebenso wie aus dem Abstand L₀ und dem Winkel R₀ zwischen diesen beiden Systemen 162 und 164 berechnet werden.

Claims

1. Anordnung zum Abfragen eines kodierte Informationen tragenden Transponders, mit einer Einrichtung (10, 12, 14, 16) zum Senden eines ersten gewobbelten Signals (S₁), das nacheinander eine Vielzahl von Frequenzwerten innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes annimmt, einer entfernt liegenden Transpondereinrichtung (20) zum Empfangen des ersten Signals (S₁) und zur Aussendung eines zweiten Signals (S₂) in Erwiderung auf das erste Signal (S₁), wobei die Transpondereinrichtung (20) eine Signalumwandlungseinrichtung (22) aufweist, die eine Vielzahl von Signalformungseinrichtungen (40) enthält, die das erste Signal (S₁) empfangen und deren Ausgangssignale in einer in der Signalumwandlungseinrichtung vorgesehenen Signalkombinierungseinrichtung (42) kombiniert und als Informationskode des Transponders durch das zweite Signal (S₂) abgestrahlt werden, und einer Einrichtung (26), zum Empfang des zweiten Signals (S₂) von der Transpondereinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Ausgangssignal (I _N) der Signalformungseinrichtungen (40) eine vorbestimmte Verzögerung (T _N) und eine vorbestimmte Amplitudenmodifikation (A _N) in bezug auf das erste Signal (S₁) aufweist und daß vorgesehen sind:
eine mit der Sendeeinrichtung gekoppelte Einrichtung (30) zum Erzeugen eines vom momentanen ersten gewobbelten Signal (S₁) abgeleiteten dritten Signals (S₃),
eine mit der Empfangseinrichtung (26) gekoppelte Einrichtung (28) zum Erzeugen eines vom zweiten Signal (S₂) abgeleiteten vierten Signals (S₄),
eine Einrichtung (32) zum Empfangen und heterodynen Zusammenmischen des dritten Signals (S₃) und des vierten Signals (S₄) unter Erzeugung eines fünften Signals (S₅) und eine auf das fünfte Signal (S₅) ansprechende Signalverarbeitungseinrichtung (34) zum Erfassen wenigstens einiger der in dem fünften Signal (S₅) enthaltenen Differenzfrequenzen (f _i), wodurch der der Transpondereinrichtung (20) zugeordnete Informationskode bestimmt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal (S₁) eine Vielzahl von diskreten Frequenzwerten innerhalb des vorgeschriebenen Frequenzbandes annimmt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal (S₁) Frequenzwerte annimmt, die kontinuierlich von einer Seite zur anderen Seite des Frequenzbereiches durchlaufen werden.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung das erste Signal (S₁) als elektromgnetische Strahlung aussendet.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung ein Funksender ist und das Frequenzband innerhalb des Hochfrequenzspektrums liegt.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung eine gemeinsame Antenne (106) teilen.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung eine Schalteinrichtung (96, 102) zum intermittierenden Unterbrechen der Übertragung des ersten Signals (S₁) aufweist, wodurch wiederholte Intervalle zum Empfang des zweiten Signals (S₂) vorgesehen werden.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen Taktsignalgenerator (102) und einen elektronischen Schalter (96) aufweist, der auf den Taktsignalgenerator anspricht, um das erste Signal (S₁) mit der Taktsignalfolge zu unterbrechen.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (96, 102) das erste Signal (S₁) der Ableitungseinrichtung für das dritte Signal (S₃) alternativ zuführt, wenn das erste Signal (S₁) von der Sendeeinrichtung nicht übertragen wird.

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalumwandlungseinrichtung (22) einschließt:
ein Substrat (58) mit einer Substratfläche, die einen Ausbreitungswewg (68) für Schallwellen bildet;
einen ersten Energieübertragungswandler (64), der auf der Oberfläche angeordnet ist, um das erste Signal (S₁) in eine akustische Welle umzuwandeln, die sich entlang des Weges (68) ausbreitet;
eine Vielzahl von zweiten Abzweigungswandlern (66), die auf der Oberfläche in räumlich verteilten Intervallen längs des Weges angeordnet sind, um die Schallwelle in Ausgangssignale umzuwandeln; und
eine mit den zweiten Wandlern (66) gekoppelte Schaltungseinrichtung (60, 62) zur Kombination der Ausgangssignale zur Ausbildung des zweiten Signals (S₂).

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Wandler (66) auf der Oberfläche in weitgehend gleichen Abständen entlang des Weges (68) angeordnet sind.

12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Wandlerpositionen längs des Weges (68) in weitgehend gleichen Abständen vorgesehen sind und wobei die zweiten Wandler (66) zumindest bei einigen dieser Positionen angeordnet sind und die Existenz oder das Fehlen eines zweiten Wandlers (66) an einer Wandlerposition, die mit der Schaltungseinrichtung (60, 62) verbunden ist, den Informationskode in dem zweiten Signal (S₂) vorsieht.

13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Schallwellen- Verzögerungsgliedern (70) vorgesehen sind, die auf der Oberfläche des Substrats (58) entlang des Weges (68) und zwischen wenigstens einigen der Wandler (66) vorgesehen sind, um die Laufzeit der Schallwelle entlang des Weges (68) zu steuern.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schallwellen-Verzögerungsglieder (70) die gleiche Breite in Richtung der Fortbewegung der akustischen Welle entlang des Weges (68) aufweisen, wodurch die Existenz oder das Fehlen eines Verzögerungsgliedes (70) die Laufzeit der Schallwelle um einen bestimmten Betrag ändert.

15. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsglieder (70, 80) so ausgebildet sind, daß sie die Schallwellenamplitude um einen vorbestimmten Betrag modifizieren, wobei die Schallwellenamplitude, die bei einem zweiten Wandler (66) empfangen wird, wenigstens einen Teil des Informationskodes in dem Signal vorsieht.

16. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (58) ein Lithiumniobat (LiNbO₃-Kristall) ist.

17. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalumwandlungseinrichtung (22) zumindest einen optischen Wellenleiter, der den Ausbreitungsweg für eine optische Welle bestimmt, eine Einrichtung (146) zur Einführung einer optischen Welle an einem Ende des Wellenleiters sowie Abzweigeinrichtungen (150) aufweist, die bestimmen, wann die an einem Ende des Wellenleiters eingeführte Welle in räumlich verteilten Abständen, längs des Wellenleiters vorgesehene Punkte erreicht.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Wellenleiter zumindest eine Lichtleitfaser aufweist.

19. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Wellenleiter einen integrierten optischen Wellenleiter aufweist.

20. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigeinrichtung (150) eine Einrichtung (148) zum Erzeugen des zweiten Signals (S₂) aufweist.

21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (133, 132) das erste Signal (S₁) als einen Lichtstrahl überträgt.

22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigeinrichtung (150) eine Einrichtung zum Übertragen des zweiten Signals (S₂) als lichtfrequente, elektromagnetische Strahlung aufweist.

23. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigeinrichtung (150) eine Einrichtung zum Übertragen des zweiten Signals als hochfrequente elektromagnetische Strahlung aufweist.

24. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des fünften Signals (S₅) im wesentlichen gleich der Differenz zwischen den Frequenzen des dritten (S₃) und des vierten Signals (S₄) ist.

25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung
erstens eine Überlagerungseinrichtung (32) zum Empfang des dritten (S₃) und des vierten Signals (S₄) und zum Erzeugen eines Ausgangssignals mit einer Frequenz, die der Summe bzw. der Differenz der Frequenzen des dritten und vierten Signals entspricht, und
zweitens ein Frequenzfilter (44) aufweist, das das Ausgangssignal der Überlagerungseinrichtung (32) bzw. das fünfte Signal (S₅) empfängt und lediglich den Teil des Ausgangssignals (S₅) durchläßt, der die Differenzfrequenz enthält.

26. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fünfte Signal (S₅) ein analoges Signal ist und daß die Signalverarbeitungseinrichtung (34) einen Analog-Digital-Wandler (52) zur Umwandlung des fünften Signals (S₅) in ein Digitalsignal aufweist.

27. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (34) weiterhin eine Einrichtung (54) aufweist, die mit dem Analog-Digital-Wandler (52) gekoppelt ist, um eine schnelle Fourier-Transformation bezüglich des Digitalsignals durchzuführen.

28. Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Ableitung eines Abtastsignals vorgesehen ist, die
erstens ein Signalverzögerungselement (120) aufweist, das das erste Signal (S₁) empfängt und ein sechstes Signal (S₆) erzeugt, das eine verzögerte Version des ersten Signals (S₁) ist,
zweitens eine zweite Einrichtung (122) zum Zusammenmischen des ersten Signals (S₁) und des sechsten Signals (S₆) zur Erzeugung eines siebten Signals (S₇) und
drittens eine Einrichtung (114) aufweist, die auf das fünfte Signal (S₅) und das siebte Signal (S₇) zur Abtastung des fünften Signals (S₅) in Abhängigkeit von der Frequenz des siebten Signals (S₇) anspricht.

29. Anordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Mischeinrichtung (122, 124)
erstens eine Überlagerungseinrichtung (122) zum Empfang des ersten (S₁) und des sechsten (S₆) Signals und zum Erzeugen eines Ausgangssignals mit einer Frequenz gleich der Summe und der Differenz der Frequenzen des ersten (S₁) und des sechsten Signals (S₆) und
zweitens ein zweites Frequenzfilter (124) aufweist, das das Ausgangssignal (S₇) empfängt und lediglich den Teil des Ausgangssignals passieren läßt, der die Differenzfrequenz enthält.

30. Anordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung eine Nulldurchgangsdetektoreinrichtung (126) aufweist, die das siebte Signal (S₇) zur Erzeugung eines Abtastsignals in Abhängigkeit von den Nulldurchgängen des siebten Signals (S₇) empfängt.

31. Anordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (48, 114) dem Analog-Digital-Wandler (52, 116) Abtastwerte des fünften Signals (S₅) zuführt.

32. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Signal (S₃) die gleiche Frequenz wie das erste Signal (S₁) hat.

33. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungseinrichtung (30) für das dritte Signal (S₃) eine Frequenz-Modifizierungseinrichtung aufweist, wobei das dritte Signal (S₃) eine Frequenz hat, die von der Frequenz des ersten Signals (S₁) abgeleitet ist.

34. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Signal (S₄) die gleiche Frequenz wie das zweite Signal (S₂) hat.

35. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungseinrichtung (28) für das vierte Signal (S₄) eine Frequenzmodifizierungseinrichtung aufweist, wobei das vierte Signal eine Frequenz hat, die von der Frequenz des zweiten Signals (S₂) abgeleitet ist.

36. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bekannte Verzögerung (T _N) in jeder Signalformungseinrichtung (40) eine konstante Verzögerung ist.

37. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bekannte Amplitudenmodifikation (A _N) in jeder Signalformungseinrichtung (40) eine konstante Amplitudenmodifikation ist.

38. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bekannte Verzögerung (T _N (f)) in jeder Signalformungseinrichtung (40) frequenzabhängig ist.

39. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bekannte Amplitudenmodifikation (A _N (f)) in jeder Signalformungseinrichtung (40) frequenzabhängig ist.

40. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (34) eine Einrichtung zur Bestimmung der entsprechenden Amplituden jeder der erfaßten Frequenzen aufweist.

41. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (34) eine Einrichtung zur Bestimmung der entsprechenden Phasen jeder der erfaßten Frequenzen aufweist.

42. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal (S₁) die Vielzahl von Frequenzwerten zu verschiedenen Zeitpunkten wiederholt annimmt, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (34) eine Einrichtung zum Bestimmen der entsprechenden Phasen vonjeder der erfaßten Frequenzen zu den bestimmten Zeitpunkten umfaßt, daß eine Einrichtung (36) zum Speichern der entsprechenden Phasen, die für jede der erfaßten Frequenzen zu den unterschiedlichen Zeitpunkten erfaßt wurden, vorgesehen ist, daß eine Einrichtung (38) zum Vergleichen der Phasen vorgesehen ist, die zur unterschiedlichen Zeit gespeichert wurden, um Änderungen der Phasen zu erfassen und um dadurch die radikale Bewegung der Transpondereinrichtung (20) in bezug auf die Sendeeinrichtung festzustellen.

43. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängereinrichtung das zweite Signal (S₂) wenigstens an zwei räumlich entfernten Orten empfängt, wobei die Erzeugungseinrichtung (108) für das vierte Signal (S₄) eine Vielzahl von vierten Signalen (S₄) erzeugt, von denen jedes von einem entsprechenden der zweiten Signale (S₂) abgeleitet ist, und wobei die Mischeinrichtung (100) das dritte Signal mit jedem entsprechenden der vierten Signale (S₄) zur Erzeugung einer Vielzahl von fünften Signalen (S₅) mischt, und wobei die Signalverabeitungseinrichtung (34) auf jedes entsprechende fünfte Signal (S₅) anspricht, um Frequenzen zu ermitteln, die in dem entsprechenden fünften Signal (S₅) enthalten sind, und um die Phasen jeder der erfaßten Frequenzen zu bestimmen und daß ferner eine Phasenvergleichseinrichtung (160) vorgesehen ist, die die Phasendifferenz (ΔΦ) zwischen den entsprechenden fünften Signalen (S₅, S₅) bestimmt, um dadurch die Richtung der Transpondereinrichtung (20, TP) festzulegen.

44. Anordnung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Bestimmung der Richtungen (R₁, R₂) von zwei separaten Orten zu der Transpondereinrichtung (TP) sowie eine Einrichtung vorgesehen ist, die auf die bestimmten Richtungen zur Berechnung der Entfernungen (R₁, R₂) von den getrennten Orten zu der Transpondereinrichtung (TP) anspricht.

45. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalkombinationseinrichtung (42) eine Signalmischeinrichtung (74) zum Überlagern von Signalen aufweist, wobei die Frequenz des zweiten Signals (S₂) sich wesentlich von der Frequenz des ersten Signals (S₁) unterscheidet.