DE4337088A1 - Schaltungsanordnung zur kohärenten Erzeugung von Sende- und Empfangssignalen, insbesondere impulsexpandierten/-komprimierten Sende- und Empfangssignalen in einem Identifikations- oder Sensor-Sende- und Empfangssystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanord­ nung zur kohärenten Erzeugung von Sende- und Empfangssi­ gnalen, insbesondere impulsexpandierten/-komprimierten Sende- und Empfangssignalen in einem Identifikations- oder Sensor-Sende- und Empfangssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Schaltungsanordnung der in Rede stehenden Art ist insbesondere für Identifikations-Sende- und Empfangssyste­ me vorgesehen, in den für Identifizierungszwecke als abzu­ fragende Elemente mit akustischen Oberflächenwellen arbei­ tende Identifizierungsmarken, sogenannte ID-Tags verwendet werden. Diese Anordnungen können auch für Sensoraufgaben eingesetzt werden, bei welchen sich die zu sensierende Größe auf Parameter einer OFW-Anordnung auswirkt. Derar­ tige ID-Tags sind Bauelemente, in denen ein elektrisches Signal mittels eines Wandlers in eine akustische Oberflä­ chenwelle umgesetzt wird, welche an einer Folge von Re­ flektoren reflektiert wird, wobei die reflektierte aku­ stische Oberflächenwelle durch einen Wandler, welcher in aller Regel gleich dem das elektrische Eingangssignal umsetzenden Wandler ist, wieder in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. In Abhängigkeit von der Konfiguration der Reflektoren entsteht ein vorgegebener Code, welcher dieses ID-Tag repräsentiert. Das den Code repräsentierende elektrische Signal wird auf das das Abfragesignal aussendende System zurückgesendet, wodurch die Stelle identifizierbar ist, an der das ID-Tag angeordnet ist. Derartige Identifikationssysteme sind in einer großen Vielzahl von Anwendungsfällen verwendbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Identifikationssysteme so weiterzubilden, daß die Reichweite für die Abfrage insbesondere von ID-Tags bei gegebener Ausgangsleistung ohne Verlust an Auflösung erheblich gesteigert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungs­ beispiels einer homodynen Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Teilschaltung zur Weiterbildung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 als heterodyne Schaltungsanordnung.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein Oszillator 10 vorgesehen, der ein Ausgangssignal der Frequenz f₀ lie­ fert. Durch dieses Ausgangssignal mit der Frequenz f₀ wird eine Ablaufsteuerung 11 derart gesteuert, daß sie ein impulsförmiges Ausgangssignal f₁ liefert. Dieses Ausgangs­ signal f₁ wird in ein Filter 12 eingespeist, das vorzugs­ weise ein mit akustischen Oberflächenwellen arbeitendes dispersives Filter ist und damit ein impulsexpandiertes Ausgangssignal f₂ liefert. Dieses Signal f₂ wird durch einen Verstärker 13 verstärkt und bildet an einem Anschluß 14 ein Sendesignal. Der Kreis aus Ablaufsteuerung 11, Filter 12, Verstärker 13 und Anschluß 14 bildet daher einen vom Oszillator 10 angesteuerten Senderkreis. Das Sendesignal am Anschluß 14 wird ggf. über ein Filter 15 und einen Schalter 16 und ggf. über ein weiteres Filter 18 auf einen Ein/Ausgang 19 gegeben wird, von dem es in nicht dargestellter Weise beispielsweise wie oben beschrieben auf ein ID-Tag abgestrahlt wird.

Ein am Ein/Ausgang 19 empfangenes beispielsweise von einem ID-Tag rückgesendetes Signal wird über den Schalter 16 ggf. über ein Filter 21 in einem Empfangskreis einge­ speist, der durch einen Verstärker 23, ein Filter 24 und einen Demodulator 25 gebildet wird. Das Filter 24 ist vorzugsweise ein zum dispersiven Filter 12 im Senderkreis komplementäres dispersives Filter, das aus dem empfangenen Signal f_i ein impulskomprimiertes Signal f₃ erzeugt. Die­ ses Filterausgangssignal f₃ wird in dem vom Ausgangssignal f₀ des Oszillators 10 gesteuerten Demodulator 25 einge­ speist, der an seinem Ausgang ein Signal f₄ liefert.

Ggf. kann im Empfangskreis ein weiterer Demodulator 29 vorgesehen sein, in den ebenfalls das Ausgangssignal f₃ des Filters 24 und das durch einen Phasenschieber 28 um 90° in der Phase verschobene Oszillatorausgangssignal f₀ - Signal f_0′ - eingespeist wird. Dieser Demodulator 29 liefert an seinem Ausgang ein Signal f_4′.

Das Ausgangssignal f₄ des Demodulators 25 wird in einer Abtast- und Haltestufe 26 eingespeist, welche den Oszilla­ tor 10 steuert. Weiterhin wird das Signal f₄ und ggf. das Signal f_4′ in einen digitalen Signalprozessor 27 einge­ speist, welcher diese Signale weiter verarbeitet. Diese Weiterverarbeitung der Signale ist jedoch nicht erfin­ dungswesentlich und braucht daher hier nicht näher erläu­ tert zu werden. Ggf. kann die Ablaufsteuerung 11 weiterhin auch vom digitalen Signalprozessor 27 angesteuert werden. Diese Möglichkeit ist ebenfalls gestrichelt dargestellt und braucht hier nicht näher erläutert zu werden, da sie nicht erfindungswesentlich ist.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltungs­ anordnung ist die folgende. Mit dem Ausgangssignal f₀ des Oszillators 10 wird die Ablaufsteuerung 11 synchronisiert, welche in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen in einem vorgegebenen Zeitpunkt jeweils einen kurzen Impuls f₁ erzeugt. Dieser Impuls wird ggf. über eine Impulsfor­ merstufe, eine Treiberstufe oder einen zusätzlichen Im­ pulssignalgenerator (diese Komponenten sind nicht darge­ stellt) in das als mit akustischen Oberflächenwellen ar­ beitende dispersive Filter 12 eingespeist und erzeugt an dessen Ausgang des expandierte Signal f₂. Dieses Signal wird nach Verstärkung durch den Verstärker 13 und ggf. nach Filterung durch das Filter 15, den Schalter 16 und ggf. das Filter 18 über den Ein/Ausgang 19 ausgesendet.

Ein Teil des expandierten impulsförmigen Signals f₂ wird über den von der Ablaufsteuerung 11 gesteuerten Schalter 16 und eine Koppelstufe 20 ggf. über weitere Verstärker, Filter und Dämpfungsglieder in den Eingang 22 des Emp­ fangskreises 22, 23, 24, 25 eingespeist. Die Koppelstufe 20, die direkt mit dem Senderkreis oder dem Ein- oder Ausgang des Filters 18 oder mit einer sonstigen geeigneten Stelle des Senderkreises verbunden sein kann, überkoppelt also einen Teil des Sendesignals in den Empfangskreis. Eventuell kann das Koppelglied auch entfallen, wenn ein durch parasitäre Überkopplung überkoppeltes Signal geeig­ net ist. Am Ausgang des zum Filter 12 komplementären dis­ persiven Filter 24 entsteht das impulskomprimierte Signal f₃, dessen Mittenfrequenz mit einer Filterfunktion modu­ liert ist. Durch Mischung des komprimierten Signals f₃ mit dem Ausgangssignal f₀ des Oszillators 10 im Demodulator 25 entsteht das demodulierte Ausgangssignal f₄ und ggf. das dazu ortogonale Signal f_4′ durch Mischung mit dem um 90° verschobenen Ausgangssignal f₀ des Oszillators 10.

Ein Teil eines der Ausgangssignale der Modulatoren 25 und 29, im Ausführungsbeispiel des Ausgangssignals f₄ des Demodulators 25 wird in einem vorgegebenen Zeitpunkt, welcher von der durch das Ausgangssignal f₀ des Oszilla­ tors 10 synchronisierten Ablaufsteuerung 11 festgelegt ist, in die Abtast- und Haltestufe 26 übernommen. Das Ausgangssignal dieser Abtast- und Haltestufe 26 wird ggf. nach weiterer Filterung zur Steuerung der Frequenz des Oszillators 10 ausgenutzt. Falls erforderlich, ist es auch möglich, zur Festlegung des vorgegebenen Zeitpunktes des Tastung der Abtast- und Faltestufe 26 durch die Ablauf­ steuerung 11 ein zusätzliches Kriterium aus der Amplitude des impulskomprimierten Signals - z. B. das Maximum - abzuleiten. Die Überkopplung des Sendesignals kann auch durch ein Koppelglied 20a auf der ZF-Ebene oder ein Kop­ pelglied 20b auf der Ausgangsfrequenzebene erfolgen. Die Ablaufsteuerung 11 kann auch durch einen Mikroprozessor bzw. Signalprozessor realisiert sein, dessen Takt mit dem Oszillator 10 synchronisiert bzw. von diesen durch Fre­ quenzteilung abgeleitet ist.

Bei entsprechender Dimensionierung der Schaltungsanordnung rastet der Oszillator 10 auf der Mittenfrequenz der Im­ pulsantwortfunktion des Expander-/Kompressorsystems ein, so daß die Empfangssignale, die beispielsweise am Ein/Ausgang 19 von ID-Tags empfangen werden, kohärent demoduliert werden. Sie können daher ohne Informationsver­ lust, insbesondere der Phaseninformation, z. B. mittels des digitalen Signalprozessors 27 ausgewertet werden.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist nicht auf eine homodyne Ausführungsform nach Fig. 1 beschränkt. Fig. 2 zeigt einen Schaltungsteil, mit dem eine Schal­ tungsanordnung nach Fig. 1 zu einer heterodynen Schal­ tungsanordnung erweitert werden kann. Fig. 2 zeigt dabei den Schaltungsteil zwischen dem Ausgang 14 des Sendekrei­ ses und dem Eingang 22 des Empfangskreises nach Fig. 1 sowie schematisch die Ankopplung dieses Schaltungsteils an den Schalter 16 nach Fig. 1.

Gemäß Fig. 2 ist ein Zwischenfrequenzoszillator 30 vorge­ sehen, dessen Ausgangssignal in Mischern bzw. Modulatoren 31, 32 mit dem Sendesignal am Anschluß 14 bzw. dem Emp­ fangssignal am Anschluß 22 gemischt wird. Hinter den Mischern 31, 32 ist jeweils ein Zwischenfrequenz-Bandpaß 33 bzw. 34 vorgesehen. Das Ausgangssignal des Bandpasses 33 wird über einen Verstärker 35 und ggf. ein weiteres Filter 37 als Sendesignal auf den Schalter 16 nach Fig. 1 gegeben, während das Empfangssignal vom Schalter 16 ggf. über ein Filter 38 und einen Verstärker 36 auf den Mischer bzw. Modulator 32 und weiter über den Bandpaß 34 auf den Anschluß 22 gegeben wird. Im übrigen entspricht die Wir­ kungsweise der durch den Schaltungsteil nach Fig. 2 er­ weiterten Schaltungsanordnung nach Fig. 1 der oben be­ reits erläuterten Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 allein.

Es sei abschließend darauf hingewiesen, daß es sich bei den Komponenten nach den Fig. 1 und 2 allein um an sich bekannte Komponenten handelt, deren Aufbau dem Fachmann ohne weiteres geläufig ist, so daß Einzelheiten dieser Komponenten hier nicht näher erläutert zu werden brauchen.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zur kohärenten Erzeugung von Sende- und Empfangssignalen, insbesondere impulsexpandier­ ten/komprimierten Sende- und Empfangssignalen in einem Identifikations- oder Sensor-Sende- und Empfangssystem, mit einem Senderkreis (10 bis 14) und einem Empfangskreis (22 bis 27), gekennzeichnet durch einen Oszillator (10), aus dessen Ausgangssignal (t₀) das Sendesignal (f₂) abge­ leitet wird, einen Koppelzweig (16, 20) zur Einkopplung wenigstens eines sich einem Empfangssignal (f_i) überla­ gernden Teils des Sendesignals (f₂), einen vom Oszillator­ ausgangssignal (f₀) gesteuerten Demodulator (25) im Em­ pfangskreis (25 bis 27) zur Demodulation eines vom Überla­ gerungssignal abgeleiteten Signal (f₃) und durch eine An­ steuerung des Oszillators (10) durch das Demodulatoraus­ gangssignal (f₄) zur Synchronisation des Oszillators (10).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Senderkreis (10 bis 14) ein dispersives Filter (12) zur Erzeugung eines impulsexpandierten Sende­ signals (f₂) und im Empfangskreis (22 bis 27) ein zum Filter (12) im Senderkreis (10 bis 14) komplementäres dispersives Filter (24) zur Erzeugung eines impulskompri­ mierten Demodulatoreingangssignals (f₃) vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Senderkreis (10 bis 14) eine vom Oszillatorausgangssignal (f₀) angesteuerter Ablaufsteue­ rung (11) zur Erzeugung eines Signals (f₁) vorgesehen ist, aus dem das Sendesignal (f₂) abgeleitet wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (10) über eine von der Ablaufsteuerung (11) gesteuerte Abtast- und Halte­ stufe (26) an den Ausgang des Demodulators (25) angekop­ pelt ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelzweig (16, 20) einen den Sender- bzw. Empfangskreis (11 bis 14 bzw. 22 bis 27) auf einen Ein/Ausgang (19) koppelnden Umschalter (16) und eine den Senderkreisausgang (14) bei Umschaltung des Um­ schalters (16) in Sendestellung auf den Empfangskreisein­ gang (22) koppelnde Stufe (20) umfaßt).

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Heterodyn-Schal­ tung, derart, daß dem Ausgang (14) des Sendekreises (10 bis 14) und dem Eingang (22) des Empfangskreises (22 bis 27) jeweils ein Modulator (31 bzw. 32) vorgeschaltet ist, welche dem Ausgangssignal eine Zwischenfrequenzoszillators (30) das Sendesignal bzw. das Empfangssignal aufmodulie­ ren.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Synchronisation er­ forderliche Signalüberkopplung auf der ZF-Ebene erfolgt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Synchronisation er­ forderliche Signalüberkopplung auf der Ausgangsfrequenz­ ebene erfolgt.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteuerung (11) durch einen Mikroprozessor oder Signalprozessor realisiert ist, dessen Takt mit dem Oszillator (10) synchronisiert oder von diesem durch Frequenzteilung abgeleitet ist.