DE4117157A1 - Electromagnetic location system for objects, having transponder - reacts to transmitters producing two frequency signals interacting in intermodulation process - Google Patents
Electromagnetic location system for objects, having transponder - reacts to transmitters producing two frequency signals interacting in intermodulation processInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Einweise vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an electromagnetic guide Device according to the preamble of claim 1.
Die Erfindung wird in Positionierungs-und Kontrolleinrich tungen eingesetzt und kommt daher unter anderem im Bereich der Verkehrstechnik und im allgemeinen Maschinenbau zur Anwendung.The invention is used in positioning and control devices used and therefore comes, among other things, in the area traffic engineering and general mechanical engineering Application.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine preiswerte, materialsparende und leicht herstellbare Anordnung zu schaffen, mittels der ein gewünschter Ort exakt angesteu ert und/oder angefahren bzw. angedockt wird. The invention has for its object an inexpensive, Material-saving and easy to manufacture arrangement create by means of which a desired location can be precisely controlled ered and / or approached or docked.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in Anspruch 1 dargestellt. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung aufge führt.The achievement of the object according to the invention is in claim 1 shown. In the subclaims there are advantageous and further developments of the arrangement according to the invention leads.
Der erfindungsgemäße Lösungsgedanke besteht darin, daß zur eindeutigen Nennung und zur Vermeidung von Störungen ein einfacher, batterieloser Transponder, welcher aus einer Antenne und einem nichtlinearen Element (z. B. einer Di ode) besteht, an einem zu kennzeichnenden Ort ausgebildet ist. Durch gleichzeitiges Bestrahlen mit zwei Sendern mit jeweils der Sendefrequenz f1 bzw. f2 ergeben sich Intermo dulationsprodukte. Im Abstand f2-f1 erscheinen Seitenbän der, welche in ihrer Amplitude von den Primärleistungen und von der Kennlinie des Empfangselementes im Transponder abhängig sind.The inventive concept consists in that a simple, batteryless transponder, which consists of an antenna and a non-linear element (e.g. a diode), is formed at a location to be clearly identified and to avoid interference. By simultaneous irradiation with two transmitters, each with the transmission frequency f 1 or f 2 , intermodulation products result. At a distance f 2 -f 1 , sidebands appear, which are dependent in amplitude on the primary powers and on the characteristic of the receiving element in the transponder.
Durch spektrale und/oder amplituden- und/oder phasenlagen mäßige Auswertung der auftretenden Signale sind an schließend Informationen ermittelbar, die zu Steuer- und Regelzwecken herangezogen werden.By spectral and / or amplitude and / or phase positions moderate evaluation of the signals occurring are on conclusive information determinable to tax and Rule purposes are used.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 4. Show it:
Fig. 1 das Blockschaltbild eines Transponders; Fig. 1 is a block diagram of a transponder;
Fig. 2 das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einwei sevorrichtung; Figure 2 shows the block diagram of the Einwei sevvorrichtung invention.
Fig. 3 ein mögliches Signalspektrum; FIG. 3 shows a possible signal spectrum;
Fig. 4 ein Detailblockschaltbild der erfindungsgemäßen Einweisevorrichtung nach Fig. 2. Fig. 4 shows a detail block diagram of the Einweisevorrichtung invention of FIG. 2.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild des Transponders 33. Die ser Transponder 33 arbeitet batterielos und ist aus einer Antenne und einem nichtlinearen Element ausgebildet. Durch gleichzeitiges Bestrahlen mit zwei Sendern 10 und 20 nach Fig. 2 bei unterschiedlicher Frequenz f1≠f2 sich die in Fig. 3 gezeigten Intermodulationsprodukte ergeben. Im Ab stand f2-f1 erscheinen Seitenbänder, welche in ihrer Am plitude von den Primärleistungen und von der Kennlinie des Empfangselements im Transponder abhängig sind. Fig. 1 shows the block diagram of the transponder 33rd The water transponder 33 works without batteries and is formed from an antenna and a non-linear element. The intermodulation products shown in FIG. 3 result from simultaneous irradiation with two transmitters 10 and 20 according to FIG. 2 at different frequencies f 1 ≠ f 2 . From Ab f 2 -f 1 appear sidebands, which are dependent on the primary powers and on the characteristic of the receiving element in the transponder in their amplitude.
Die Sender 10 und 20 nach Fig. 2 sind auf eine Auswerte einheit 30 geführt. In dieser Auswerteeinheit 30 werden u. a. zur Bahnkorrektur die momentanen Winkelablagen und zu gehörigen Entfernungen ausgewertet.The transmitters 10 and 20 according to FIG. 2 are guided to an evaluation unit 30 . In this evaluation unit 30 , the instantaneous angular displacements and associated distances are evaluated, among other things, for path correction.
Wie in Fig. 2 dargestellt, korrespondieren die Sender 10 und 20 jeweils mit dem Transponder 33. Durch Veränderung der räumlichen Lage dieser Sender 10 und 20 (insbesondere der zugehörigen Antennen) ergeben sich neue Winkelablagen und/oder Entfernungen zum Transponder, deren Werte der Auswerteeinheit 30 zugeführt werden. Die Sender 10 und 20 sind vorzugsweise als CW-Radare ausgebildet und können gleichzeitig senden und/oder empfangen.As shown in FIG. 2, the transmitters 10 and 20 each correspond to the transponder 33 . By changing the spatial position of these transmitters 10 and 20 (in particular the associated antennas), new angular positions and / or distances to the transponder result, the values of which are fed to the evaluation unit 30 . The transmitters 10 and 20 are preferably designed as CW radars and can transmit and / or receive at the same time.
Exemplarisch sei folgender Fall betrachtet. Der Sender 10 sendet mit f1 und hat am Eingang ein selektives Bandfilter mit der Charakteristik F1. Diese läßt die Frequenz f2 des Nachbarkanals des Senders 20 nicht direkt in den Empfangs teil des Senders 10, wohl aber das Intermodulationsprodukt f3. Ohne Transponder 33 kann also kein Anteil f3 entste hen. In analoger Weise empfängt Sender 2 mit dem Filter F2 nur einen Anteil f4 vom Transponder 33 (Fig. 3).The following case is considered as an example. The transmitter 10 transmits with f 1 and has a selective band filter with the characteristic F1 at the input. This leaves the frequency f 2 of the adjacent channel of the transmitter 20 not directly in the receiving part of the transmitter 10 , but the intermodulation product f 3 . Without transponder 33 , no portion f 3 can be created. In an analogous manner, transmitter 2 with filter F2 receives only a portion f 4 from transponder 33 ( FIG. 3).
Zur Bildung der Winkelablage werden die Antennenkeulen beispielsweise geschert. Bei Null-Ablage sind die beiden Empfangsamplituden gleich. Rechts/Links bzw. Oben/Unten werden durch Unsymmetrie in den Ausgangswerten der beiden Kanäle angezeigt.The antenna lobes are used to form the angular shelf for example, sheared. The two are at zero filing Reception amplitudes equal. Right / left or top / bottom are due to asymmetry in the output values of the two Channels displayed.
Zur Abstandsmessung wird eine Zweifrequenz-Methode be nutzt. Aus dem Phasenwinkel zweier Dopplerschwingungen, welche durch die Trägerfrequenzen f1 und f2 bei Zielre flektion entstehen, wird der Abstand berechnet. Da zwei Radare (Sender 10 und 20) zum Aussteuern des Transponders 33 notwendig sind, kann diese Entfernungsmeßmethode vor teilhaft mitgenutzt werden. Werden die bei der Annäherung an das Ziel entstehenden Dopplerfrequenzen auf einen Pha senkomperator gegeben, so ist die Ausgangsgröße der Ent fernung proportional.A two-frequency method is used to measure the distance. The distance is calculated from the phase angle of two Doppler vibrations, which are caused by the carrier frequencies f 1 and f 2 at the target reflection. Since two radars (transmitters 10 and 20 ) are necessary to control the transponder 33 , this distance measuring method can be used in part before. If the Doppler frequencies arising when approaching the target are given to a phase comparator, the output variable is proportional to the distance.
Ein gegenseitiges Driften der Sender 10 und 20 nach Fig. 2 bzw. Fig. 4 kann berücksichtigt werden, indem mit Hilfe eines Zählers die Differenzfrequenz festgestellt wird und als Korrekturgewichtung mit dem Ausgangswert des Phasen komparators verknüpft wird.Mutual drift in the transmitter 10 and 20 of FIG. 2 or FIG. 4 can be taken into account by the frequency difference is determined using a counter and comparator is linked as a correction weighting to the output value of the phases.
Die Dopplerfrequenzen werden als Basiskanalmischprodukt direkt hinter den jeweiligen Mischern abgegriffen. Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung. Ein Oszillator der Frequenz f1 strahlt über einen Zirkulator Z und ein Filter F1 Leistung auf den Transponder 33. Das im Trans ponder 33 mit Hilfe von f2 gebildete Intermodulationspro dukt f3 gelangt in den Empfangsmischer M, wo es mit f1 ge mischt eine Zwischenfrequenz |f2-f1| ergibt. Nach Bandbe grenzung im Filter FZF, Verstärker VZF, Demodulation und Seibung D kommt das Signal zusammen mit dem zweiten Radar kanal (von Sender 20) in einen Amplitudenkomparator A-Komp, welcher das Vorzeichen und die Winkelabgabe bil det.The Doppler frequencies are tapped as a base channel mixed product directly behind the respective mixers. Fig. 4 shows a block diagram of the arrangement. An oscillator of frequency f 1 radiates power to transponder 33 via a circulator Z and a filter F 1 . The intermodulation product f 3 formed in the trans ponder 33 with the aid of f 2 reaches the receiving mixer M, where it mixes with f 1 an intermediate frequency | f 2 -f 1 | results. After Bandbe limitation in the filter F IF , amplifier V IF , demodulation and Seibung D, the signal comes together with the second radar channel (from transmitter 20 ) in an amplitude comparator A-Komp, which detects the sign and the angular output.
Über ein Tiefpaßfilter TP gelangen die Dopplerfrequenzen auf einen Verstärker VDF mit Begrenzungscharakteristik. Ein Phasenkomparator ϕ-Komp vergleicht die beiden Dopp lerkanäle und gibt als Ausgangsgröße ein entfernungspro portionales Gleichspannungssignal. Da die Ausgangsspannung auch vom Frequenzabstand der beiden Sendelinien abhängig ist, kann über einen Zähler Z und eine Gewichtung W eine Korrektur vorgenommen werden.Via a low-pass filter TP, the Doppler frequencies reach an amplifier V DF with a limiting characteristic. A phase comparator ϕ-Komp compares the two double channels and gives a distance-proportional DC signal as an output variable. Since the output voltage also depends on the frequency spacing of the two transmission lines, a correction Z and a weighting W can be used to make a correction.
Die Höhe der verwendeten Trägerfrequenzen ist hierbei un wesentlich. Vorteilhaft wird jedoch der Millimeterwellen bereich gewählt, da dort kleine Antennen und kompakte Ge räte aufgebaut werden können.The level of the carrier frequencies used is un essential. However, millimeter waves are advantageous area selected because there small antennas and compact Ge councils can be built.
Der Transponder läßt sich komplett als integrierte Schal tung (MMIC) auf Silizium- oder GaAs-Material aufbauen und ist daher sehr preiswert herstellbar. Zur Passivierung kann das Chip in geeignetem Dielektrikum eingebettet sein, da keinerlei Leitungen nach außen benötigt werden. Die Kennlinie des Halbleiters soll so ausgebildet sein, daß Verzerrungen (Intermodulationprodukte) schon bei kleinen Sendepegeln entstehen können. Im 80 GHz-Bereich kann der Transponder 33 z. B. eine Einheit von 0,5 mm Höhe und 2 mm Durchmesser sein.The transponder can be completely built as an integrated circuit (MMIC) on silicon or GaAs material and is therefore very inexpensive to manufacture. For passivation, the chip can be embedded in a suitable dielectric, since no lines to the outside are required. The characteristic curve of the semiconductor should be designed in such a way that distortions (intermodulation products) can arise even at low transmission levels. In the 80 GHz range, the transponder 33 can e.g. B. be a unit of 0.5 mm in height and 2 mm in diameter.
In der exemplarisch gezeigten Anordnung nach Fig. 2 und Fig. 4 wird nur eine Peilebene erfaßt. Durch 90°-Drehung der Antennen der Sender 10 und 20 und serielles Messen wird auch die zweite Ebene einbezogen.In the exemplary arrangement shown in FIG. 2 and FIG. 4 is detected only one Peilebene. The second level is also included by rotating the antennas of the transmitters 10 and 20 and measuring in series.
Eine Drehung kann mechanisch oder durch Umschalten der An tennen bewirkt werden. Vorteilhaft ist es dabei, eine zir kulare Polarisation zu verwenden, da die Lage der Trans ponderpolarisation dann keinen Einfluß auf die Reflexion hat. Ebenso kann der Transponder 33 allein zirkular arbei ten. Eine Integration der Antennen des Senders 10 und des Senders 20 zu einer gemeinsamen Antenne ermöglicht weitere Kostenersparnisse.Rotation can be effected mechanically or by switching the antennas. It is advantageous to use circular polarization, since the position of the trans ponder polarization then has no influence on the reflection. Likewise, the transponder 33 can work in a circular manner. Integrating the antennas of the transmitter 10 and the transmitter 20 into a common antenna enables further cost savings.
Das System eignet sich insgesamt zum exakten Anfahren de finierter Punkte im Bereich der Robotik. Es kann aber auch in vereinfachter Form ohne Entfernungsmessung und Winkel peilung dazu verwendet werden, die Existenz des Transpon ders 33 nachzuweisen, wie dies bei Diebstahlsicherungen in Kaufhäusern gegeben ist. Im Sicherheitsbereich kann eine einfache Nennung durch Tragen eines Transponders erfolgen. Im Bereich von z. B. Lagern bzw. im Kraftfahrzeugbereich arbeitet das System z. B. als Bake, auch Leitpfosten-Bake genannt, und dient dort als Leit- und Steuersystem bzw. als Warnsystem.Overall, the system is suitable for the precise approach to defined points in the field of robotics. But it can also be used in a simplified form without distance measurement and angle bearing to prove the existence of the transponder 33 , as is the case with anti-theft devices in department stores. In the security area, a simple entry can be made by wearing a transponder. In the range of e.g. B. storage or in the automotive field, the system works z. B. as a beacon, also known as a guide post beacon, and serves there as a control and control system or as a warning system.
Betriebsverfahrensmäßig ist es am vorteilhaftesten, wenn die Sender 10 und 20 mit dem Transponder 33 derart kommu nizieren, daß die Winkelablage und/oder Entfernung in der Auswerteeinheit 30 zur Verfügung gestellt wird. Vorteil hafterweise ist somit eine Steuerung bzw. Regelung von be wegbaren Systemen bzw. Einheiten bzw. Baugruppen ermög licht.In terms of operational procedure, it is most advantageous if the transmitters 10 and 20 communicate with the transponder 33 in such a way that the angular offset and / or distance is made available in the evaluation unit 30 . Advantageously, a control or regulation of be movable systems or units or assemblies is made possible.
Claims (4)
- - zwei Sender (10, 20) auf eine Auswerteeinheit (30) aufgeschaltet sind;
- - die zwei Sender (10, 20) mit einem Transponder (33) korrespondieren.
- - Two transmitters ( 10 , 20 ) are connected to an evaluation unit ( 30 );
- - The two transmitters ( 10 , 20 ) correspond to a transponder ( 33 ).
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ID=6432446
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEUTSCHE AEROSPACE AG, 8000 MUENCHEN, DE |
|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLER-BENZ AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 80804 M |
|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 8099 |
|
| 8131 | Rejection |