DE4010658C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenleistungsempfänger zum Erzeugen einer Gleichstromleistung aus der elektrischen Lei­ stung einer empfangenen Mikrowelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2.

Derartige Mikrowellenleistungsempfänger sind in der älteren Anmeldung EP 03 25 034 A2 beschrieben. Diese Mikrowellenlei­ stungsempfänger enthalten Mikrostreifenleitungsresonatoren mit einer Leitungslänge, die der halben Wellenlänge der verwende­ ten Mikrowelle entspricht. Die Resonatoren sind in zwei Ab­ schnitte unterteilt, wobei zwischen die beiden Resonatorab­ schnitte eine aus Gleichrichterdiode und Kondensator beste­ hende Gleichrichterschaltung sowie ein Wellenfilter zur Anpas­ sung geschaltet sind. Bei einer besonderen Ausführungsform be­ steht der Mikrowellenleistungsempfänger aus zwei der vorste­ hend erwähnten Mikrostreifenleitungsresonatoren, die senkrecht zueinander angeordnet sind. Die Ausgangsleitungen der beiden senkrecht zueinander angeordneten Dioden sind miteinander ver­ bunden, so daß eine entsprechende Gleichstromleistung entnom­ men werden kann. Da zur Anpassung der Gleichrichterdiode an die beiden Resonatorabschnitte ein Wellenfilter verwendet wer­ den muß, ergibt sich ein aufwendiger Aufbau.

Aus der JP 63 54 023 A ist ferner eine Technik zum Erzeugen einer Gleichstromleistung für einen Empfänger aus der elektri­ schen Energie einer empfangenen Mikrowelle bekannt, ohne daß dazu eine Betriebsstromquelle im Empfänger selbst vorgesehen werden muß. Hierzu steht eine Gleichrichterdiode mit einer Seite eines rechteckigen Mikrostreifenleitungsresonators in Verbindung, dessen Leitungslänge der Hälfte der Wellenlänge der empfangenen Mikrowelle entspricht, und erzeugt eine Gleichstromleistung für den Empfänger aus der elektrischen Leistung bzw. Energie der empfangenen Mikrowelle. Bei der in dieser Offenlegungsschrift beschriebenen Technik wird ein Ende der Diode direkt mit dem Mikrostreifenleitungsresonator verbunden. Wie allgemein bekannt, müssen der Mikrostreifenleitungsresona­ tor und die Diode jedoch aneinander angepaßt werden, um eine optimale Gleichstromleistung zu erhalten. Demzufolge wird bei einer reellen Schaltungsanordnung eine Mikrostreifenleitung für die Anpassung verwendet, wie dies in der beiliegenden Fig. 4 gezeigt ist. Im einzelnen steht ein Ende einer Mikrostreifenleitung 2 mit einer Seite eines rechteckigen Mikrostreifenleitungsresonators 1, der eine Leitungslänge von λ/2 aufweist, und das andere Ende der Mikrostreifenleitung 2 mit einem Ende (z. B. der Kathode) einer Gleichrichterdiode 3 in Verbindung. Dieses eine Ende der Diode 3 ist über eine zum Entfernen einer Hochfrequenzkompo­ nente dienende Drosselspule 4 mit einer Ausgangsklemme 5 ver­ bunden, während das andere Ende (z. B. die Anode) der Diode 3 über eine weitere Drosselspule 6 geerdet ist. Bei dieser An­ ordnung erfolgt die Anpassung des Mikrostreifenleitungsresona­ tors 1 an die Diode 3 mit Hilfe der Mikrostreifenleitung 2, so daß die elektrische Leistung bzw. Energie einer vom Mi­ krostreifenleitungsresonator 1 empfangenen Mikrowelle von der Diode 3 mit relativ hohem Wirkungsgrad gleichgerichtet wird. Demzufolge wird an der Ausgangsklemme 5 eine Gleichstromlei­ stung erzeugt. Wie vorstehend erwähnt, wird bei der Technik, die eine Mikrostreifenleitung 2 zur Anpassung von Mikrostrei­ fenleitungsresonator 1 und Diode 3 verwendet, die zur Diode 3 übertragene elektrische Leistung einer Mikrowelle von der Diode 3 mit hohem Wirkungsgrad gleichgerichtet. Jedoch wird die elektrische Leistung durch Übertragungsverluste mehr oder weniger gedämpft, während diese vom Mikrostreifenleitungsreso­ nator 1 zur Diode 3 übertragen wird. Demzufolge kann wegen dieser Dämpfung keine Gleichstromleistung bei einer geringen elektrischen Leistung der empfangenen Mikrowelle erzeugt wer­ den.

Aus IEEE Transactions on Microwave Theory and Technics, Vol. MTT-32, No. 9, Sept. 1984, Seiten 1230 bis 1242 "The history of power transmission by Radio Waves" ist es ebenfalls be­ kannt, zwischen den Dipolhälften von Halbwellendipolen jeweils eine Gleichrichterschaltung, bestehend aus Gleichrichterdiode und Kondensator, sowie ein Filter anzuordnen (Fig. 10).

Aus der US 40 79 268 ist eine Antennenanordnung zur Umwandlung von Mikrowellenleistung in Gleichstromleistung bekannt, die aus einer Vielzahl von Antennenelementen besteht. Jedes Anten­ nenelement besteht aus einem Resonator, der über ein Filter und ein Mikrostreifenleitungs-Anpaßelement mit einer Diode verbunden ist. Da die vom Resonator empfangene Mikrowellenlei­ stung der Diode über das Filter und das Mikrostreifenleitungs- Anpaßelement zugeführt werden muß, ergeben sich Übertragungs­ verluste.

Aus der US 36 81 769 ist eine Dipolantennenanordnung bekannt, bei der die Dipolelemente jeweils aus zwei Dipolabschnitten bestehen. Diese Dipolabschnitte weisen eine im wesentlichen konstante Breite, jedoch kurz vor der Verbindungsstelle mit einem Netzwerk, eine Verjüngung auf, die der Verbesserung des Abstrahlwirkungsgrades dient. Eine Umwandlung von empfangener Mikrowellenenergie in Gleichstromleistung ist nicht vorgese­ hen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikrowellen­ leistungsempfänger vorzuschlagen, mit dessen Hilfe eine opti­ male, von Dämpfung nahezu freie Gleichstromleistung bei einfachem Aufbau erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 2 gelöst.

Mit Hilfe der Erfindung können die folgenden Vorteile erzielt werden:

Gemäß der Erfindung kann eine einfache Anpassung an eine Diode dadurch erfolgen, daß die durch den Einschnitt entstandenen Endteile des Mikrostreifenleitungs­ resonators sich zum distalen Ende verjüngen. Somit ergibt sich ein einfacher Aufbau. Außerdem kann die Breite des Mikrostreifenleitungsresonators vergrößert werden, um eine Impedanzabnahme und somit eine Abnahme des Übertragungsverlustes des Mikrostreifenleiterresonators zu erzielen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Äußeren eines Mikrowellenleistungsempfängers;

Fig. 2 ein Schaltdiagramm für den in Fig. 1 gezeigten Empfänger;

Fig. 3 ein Schaltdiagramm für ein anderes Ausführungsbeispiel eines Mikrowellenleistungsempfängers, der eine zirkularpolarisierte Mikrowelle empfangen kann; und

Fig. 4 ein Schaltdiagramm eines konventionellen Mikrowellenleistungsempfängers, der eine Anpassungs- Mikrostreifenleitung verwendet.

Nachfolgend wird mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel erläutert, wobei Fig. 1 das Äußere eines Mikrowellenleistungsempfängers und Fig. 2 den detaillierten Schaltungsaufbau des in Fig. 1 gezeigten Empfängers wiedergibt.

Wie aus Fig. 1 bzw. 2 ersichtlich, ist auf der Oberseite eines dielektrischen Substrats 11 ein Mikrostreifenleitungsresonator 12 angeordnet, dessen Leitungslänge der Hälfte der Wellenlänge λ der zu empfangenden Mikrowelle entspricht, während auf der Unterseite des dielektrischen Substrats 11 eine Erdungsplatte 10 angeordnet ist. Die Breite b des Mikrostreifenleitungs­ resonators 12 kann wesentlich kleiner als die Leitungslänge sein. Der Mikrostreifenleitungsresonator 12 weist an seinem längsseitigen Mittelteil einen Einschnitt auf, wodurch dieser in zwei Abschnitte 13 unterteilt wird. Das durch den Einschnitt entstandene Endteil jedes Resonatorabschnitts 13 ist in Form eines Konusteils 13a ausgebildet, wobei die Verjüngung zum distalen Ende, d. h. zum Einschnitt hin, verläuft. Zwischen die durch den Einschnitt vorgesehenen Endteile bzw. Konusteile 13a ist eine Gleichrichterdiode 14, z. B. eine Schottky-Diode geschaltet. Eine Ausgangsklemme 17 steht über eine Drosselspule 15 mit dem durch den Einschnitt entstandenen Endteil eines Resonatorabschnitts 13 in Verbindung, während eine weitere Ausgangsklemme 18 über eine Drosselspule 16 mit dem durch den Einschnitt vorgesehenen Endteil des anderen Resonatorabschnitts 13 in Verbindung steht. Die Breiten der Konusteile 13a der durch den Einschnitt entstandenen Endteile sind so bestimmt, daß die beiden Resonatorabschnitte 13 an die Diode 14 angepaßt sind. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 werden die Drosselspulen 15 und 16 sowie die Ausgangsklemmen 17 und 18 in Form von Mikrostreifenleitern gleichzeitig mit dem Mikrostreifenleitungs­ resonator 12 ausgebildet.

Mit diesem Aufbau bringt der Mikrostreifenleitungsresonator 12 eine Mikrowelle auf Resonanz, die die Wellenlänge λ auf einer Polarisationsebene in Längsrichtung des Mikrostreifenleitungs­ resonators 12 aufweist, wobei der Mittelteil des Mikrostreifenleitungsresonators 12 als Stromschwingungsbauch dient. Demzufolge wird zwischen den durch den Einschnitt entstandenen Endteilen der beiden Mikrostreifenleitungs­ resonatorabschnitte 13 eine Potentialdifferenz entsprechend einem in Form einen Stromschwingungsbauches fließenden Stroms erzeugt und mit Hilfe der Diode 14 gleichgerichtet. Demzufolge wird zwischen der Kathode und der Anode der Diode 14 eine Gleichspannung erzeugt. Hochfrequenz-Komponenten werden durch die Drosselspulen 15 und 16 entfernt und eine Gleichspannung als Leistung des Empfängers wird zwischen den Ausgangsklemmen 17 und 18 erzeugt. Da im Gegensatz zu dem in Fig. 4 gezeigten Stand der Technik kein Mikrostreifenleitung zur Anpassung des Mikrostreifenleitungsresonators 12 an die Diode 14 erforderlich ist, kann die elektrische Leistung einer empfangenen Mikrowelle ohne irgendwelche Übertragungsverluste wirksam in eine Gleichspannung umgewandelt werden.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mikrowellenleistungsempfängers, der eine zirkularpolarisierte Mikrowelle empfangen kann. Die in bezug auf Fig. 1 und 2 gleichen Bezugszeichen in Fig. 3 kennzeichnen gleiche bzw. äquivalente Teile, so daß sich eine nochmalige Beschreibung dieser Teile erübrigt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind zwei Mikrostreifenleitungs­ resonatoren 12 jeweils mit einer Leitungslänge von 1/2 der Wellenlänge λ einer zu empfangenden Mikrowelle auf der oberen Fläche bzw. Seite eines dielektrischen Substrats 11 senkrecht zueinander in Form eines Kreuzes angeordnet. Jeder dieser beiden Mikrostreifenleitungsresonatoren 12 ist an seinem längsseitigen Mittelteil in zwei Abschnitte 13 unterteilt. Zwischen die sich entsprechenden Mikrostreifenleitungsresonator- Abschnitte 13 ist jeweils eine Diode 14 geschaltet. Die Kathoden der Dioden 14 stehen mit den einen Endteilen von entsprechenden Drosselspulen 15, 15 in Verbindung, während die beiden anderen Endteile dieser Drosselspulen 15, 15 mit einer positiven Ausgangsklemme 17 verbunden sind. Die Anoden der Dioden 14 stehen mit den einen Endteilen von entsprechenden Drosselspulen 16, 16 in Verbindung, während die beiden anderen Endteile dieser Drosselspulen 16, 16 mit einer negativen Ausgangsklemme 18 verbunden sind.

Mit Hilfe dieses Aufbaus werden die vertikalen und horizontalen Komponenten einer zirkularpolarisierten Mikrowelle entsprechend von den beiden senkrecht zueinander angeordneten Mikrostreifenleitungsresonatoren 12 empfangen und Gleichspannungen gemäß den elektrischen Leistungen der vertikalen und horizontalen Komponenten von den Dioden 14 erzeugt. Da mittels der Drosselspulen 15 und 16 Hochfrequenzkomponenten entfernt werden, wird an den Ausgangsklemmen 17 und 18 der Mittelwert der von den Dioden 14 erzeugten Gleichspannungen erhalten.

Bei dem im Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Dioden 14 parallel geschaltet. Jedoch können die Dioden 14 auch in Reihe geschaltet werden. Im einzelnen wird die Kathode der einen Diode 14 über eine Drosselspule mit der positiven Ausgangsklemme 17 und deren Amode über eine andere Drosselspule mit der Kathode der anderen Diode 14 verbunden. Die Anode der anderen Diode 14 wird über eine weitere Drosselspule mit der negativen Ausgangsklemme 18 verbunden. Bei dieser Reihenschaltung tritt zwischen der positiven und negativen Ausgangsklemme 17 und 18 eine Gleichspannung auf, die dem Doppelten des Mittelwerts der von den Dioden 14 erzeugten Gleichspannungen entspricht.

Claims (2)

1. Mikrowellenleistungsempfänger zum Erzeugen einer Gleichstromleistung anhand einer Mikrowelle, die von einem Mikrostreifenleitungsresonator (12) empfangen wird, dessen Leitungslänge der Hälfte der Wellenlänge der Mikrowelle entspricht, wobei der Mikrostreifenleitungsresonator (12) an seinem längsseitigen Mittelteil durch einen Einschnitt in zwei Abschnitte (13, 13) unterteilt ist und eine Gleichrichterdiode (14) unter Anpassung zwischen die durch den Einschnitt vorgesehenen Endteile der Mikrostreifenleitungsresonatorabschnitte (13, 13) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Einschnitt vorgesehenen Endteile der Mikrostreifenleitungsresonatorabschnitte (13) zur Anpassung an die Diode (14) zum Einschnitt hin verjüngt sind.

2. Mikrowellenleistungsempfänger mit
zwei senkrecht zueinander in Kreuzform angeordneten Mikrostreifenleitungsresonatoren (12, 12), deren Leitungslänge jeweils der Hälfte der Wellenlänge der zu empfangenden Mikrowelle entspricht, wobei jeder Mikrostreifenleitungsresonator (12, 12) an seinem längsseitigen Mittelteil durch einen Einschnitt in zwei Abschnitte (13, 13) unterteilt ist, und
mit zwei Gleichrichterdioden (14), die zwischen die durch die Einschnitte vorgesehenen Endteile der entsprechenden Mikrostreifenleitungsresonatoren (12, 12) unter Anpassung geschaltet sind, wobei die beiden Dioden (14, 14) parallel oder in Reihe verbunden sind und eine Gleichstromleistung zwischen den beiden Anschlüssen der Parallel- oder Reihenschaltung vorliegt,
dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Einschnitte vorgesehenen Endteile der Mikrostreifenleitungsresonatorabschnitte (13) zur Anpassung an die Dioden (14, 14) zum Einschnitt hin verjüngt sind.