DE69106732T2

DE69106732T2 - Mikrowellentranspondersystem mit ebener abgestimmter polarisierender Antenne.

Info

Publication number: DE69106732T2
Application number: DE69106732T
Authority: DE
Inventors: Christian Meunier
Original assignee: SIGNAUX COMP D
Current assignee: SIGNAUX PARIS FR Cie
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1991-02-08
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2011-02-09
Also published as: EP0441712B1; EP0441712A1; CA2035939A1; ATE117490T1; DE69106732D1; DK0441712T3; CA2035939C; FR2658374A1; ES2069839T3; FR2658374B1; GR3015832T3; US5081458A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Höchstfrequenz-System zur Fernübertragung von Daten des Typs mit wenigstens einem Leser, der mit einer Vielzahl von Empfängern verbunden ist, wobei der Leser Mittel zur Erzeugung einer Hochfrequenzwelle mit einer bestimmten geradlinigen Polarisation aufweist, während jeder Empfänger mit einer rechteckigen ebenen Wiederausstrahlungsantenne zum Empfang der Hochfrequenzwelle und zu deren Wiederausstrahlung gemäß einer orthogonalen Polarisation mit einer Phasenmodulation mit zwei Zuständen versehen ist, welche die an den Leser zu übermittelnden Informationen darstellen (she. dazu bspw. das Dokument EP-A-O 343 034).
Solche Systeme ergeben zahlreiche Anwendungen, insbesondere in dem Fall, wo eines der Elemente, nämlich der Leser oder der Empfänger, von einem Fahrzeug getragen ist, welches sich mit einer sehr großen Geschwindigkeit fortbewegt. Unter diesen Anwendungen kann man bspw. die Identifizierung von schienengebundenen oder Straßenfahrzeugen angeben, die kontaktlose Zahlung von Autobahngebühren, die Zutrittskontrolle oder auch die schienengebundene Lokalisierung.
Die bekannten Systeme dieses Typs sind jedoch unglücklicherweise bis heute viel zu teuer, um industriell benutzt werden zu kdnnen Die verschiedenen angedachten Anwendungen erfordern tatsächlich eine große Anzahl von Empfängern. Als solche müssen sie tatsächlich sehr einfach bleiben damit ein annehmbarer Preis erhalten wird, sodaß es insbesondere nicht möglich ist, die klassischen Phasenmodulatoren zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der prinzipiellen Aufgabe, diesen Nachteil zu heilen, und sie hat daher die Schaffung eines Systems der Übertragung von Daten des vorstehend erwähnten Typs zum Ziel, welches im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß die Phasenmodulation mittels zweier Transistoren erhalten wird, die mit zwei benachbarten Ecken der Antenne verbunden sind, wobei diese beiden Transistoren in der Taktfrequenz der zu übermittelnden Informationen alternativ gesperrt und gesättigt sind durch komplementäre Befehlssignale, welche von einer geeigneten Verarbeitungseinheit geliefert werden, damit die entsprechende Ecke der Antenne alternativ kurzgeschlossen wird.
Als Folge dieser Anordnung sowie aus den Gründen, die aus dem Nachfolgenden klarer ersichtlich sind, erhält man so auf eine sehr einfache Art und Weise eine Phasenmodulation mit zwei Zuständen der Hochfreguenzwelle, die mit einer orthogonalen Polarisation wieder ausgestrahlt ist.
Die Ebene des Empfängers ist vorzugsweise in der Ausbildung einer gedruckten Schaltung auf einem Isolierträger realisiert, dessen vollständig metallisierte Rückseite eine Bezugsebene bildet.
Gemäß einer sonstigen Realisierung einer Ausbildung der Erfindung sind die beiden Transistoren mit bipolaren Transistoren ausgebildet, deren Emitter-Kollektor-Verbindung zwischen die entsprechende Ecke der Antenne und die Bezugsebene geschaltet und deren Basis mit der Verarbeitungseinheit verbunden ist.
Auf diese Art und Weise wird die Phasenmodulation mittels zweier völlig klassischer Komponenten mit wenig Kosten erhalten.
Die ebene Antenne des Empfängers ist vorteilhaft quadratisch ausgebildet und weist in ihrer Mitte ein metallisiertes Loch auf, welches die aktive Seite der Antenne mit der auf der Rückseite befindlichen Bezugsebene verbindet, was damit eine rasche Ausschaltung der statischen Ladungen der Verbindungen der beiden Transistoren erlaubt.
Gleichfalls vorzugsweise umfaßt der Leser Mittel für eine Amplitudenmodulation der erzeugten Hochfrequenzwelle, während der Empfänger eine zweite ebene Antenne für den Empfang aufweist, die mit einem nichtlinearen Erfassungselement verbunden ist, wobei die Erfassung dieser Amplitudenmodulation durch den Empfänger die Aktivierung der Verarbeitungseinheit auslöst.
Dies erlaubt eine Schonung der Energieguelle des Empfängers, der so bei Abwesenheit des Lesers im Empfangsbereich passiv bleibt.
Außerdem umfaßt der Leser weitere Mittel für eine Impulsmodulation der erzeugten Hochfrequenzwelle, um die bestimmten Informationen an den Empfänger zu übermitteln.
Man kann so eine Nachricht in eine Empfangsspeicherzone des Empfängers einschreiben oder die Übertragung der Informationen befehlen, die sich in einer bestimmten Speicherzone des Empfängers befinden.
Gemäß einer besonderen Realisierung der Ausbildung der Erfindung ist das nichtlineare Erfassungselement durch eine Schottky-Diode gebildet.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend beschrieben anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen
Fig. 1 ein System zur Fernübertragung von Daten gemaß der Erfindung in einer sehr vereinfachten Art und Weise darstellt;
Fig. 2 eine Schnittansicht ist, welche den Aufbau der Wiederausstrahlungsantenne des Empfängers zeigt;
Fig. 3 ein Übersichtsschema des Lesers ist; und
Fig. 4 und 5 Schemadarstellungen sind, welche das Prinzip der Phasenmodulation gemäß der Erfindung erläutern.
Das in Fig. 1 dargestellte Übertragungssystem von Daten besteht wenigstens aus einem Leser wie dem Leser L, der mit einer Vielzahl von Empfängern R verbunden ist, von denen nur ein einziger hier dargestellt ist. Gemäß einer für sich bekannten Art und Weise besteht der Leser L aus Mitteln, die nachfolgend mit Detail näher beschrieben werden, um eine hochfrequente Welle mit einer bestimmten geradlinigen Polarisation zu erzeugen, bspw. einer vertikalen Polarisation, während der Empfänger R diese hochfrequente Welle mit einer orthogonalen Polarisation wieder ausstrahlt, so hier mit einer horizontalen Polarisation, mit einer Phasenmodulation mit zwei Zuständen, welche die an den Leser L zu übermittelnden Informationen darstellen.
In dieser Hinsicht weist der Empfänger R zuallererst eine ebene quadratische Antenne 1 für die Wiederausstrahlung auf. Wie es klarer aus der Fig. 2 ersichtlich ist, ist diese Antenne 1 in der Ausbildung einer gedruckten Schaltung auf einem Isolierträger 2 realisiert, wie bspw. einem Epoxyglas, dessen vollständig metallisierte Rückseite eine Bezugsebene 3 bildet.
Gemäß der Erfindung sind zwei benachbarte Ecken a und b der Antenne 1 mit Masse verbunden, die durch die Bezugsebene 3 bereitgestellt wird, und zwar unter Vermittlung der Emitter- Kollektor-Verbindung eines bipolaren Transistors Qa und Qb. Diese beiden Transistoren sind in der Taktfrequenz der zu übermittelnden Informationen abwechselnd gesperrt und gesättigt durch komplementäre Befehlssignale, die an ihre Basis angelegt werden und von einer geeigneten Verarbeitungseinheit 4 ausgegeben werden. Die Verarbeitungseinheit umfaßt einen Analogteil und einen Logikteil, der hauptsächlich von einem in Zonen unterteilten lebenden Speicher gebildet ist.
Die Antenne 1 ist außerdem in ihrer Mitte mit einem metallisierten Loch 5 versehen, welches die aktive Seite der Antenne mit der auf der Rückseite befindlichen Bezugsebene 3 elektrisch verbindet, was damit eine sehr rasche Ausschaltung der statischen Ladungen erlaubt, die an den Verbindungen der Transistoren Qa aund Qb vorhanden sind.
Im Gebrauch wird die von dem Leser L erzeugte Hochfrequenzwelle in der Amplitude moduliert. Tatsächlich werden zwei Modulationen angewendet. Die eine liegt ständig vor, ist sinusförmig und macht einen geringen Prozentsatz von bspw. 10 % aus und dient zur "Anregung" des Empfängers R, damit dieser nur bei Anwesenheit des Lesers L Energie verbraucht. Die andere Modulation ist insgesamt oder überhaupt nicht für eine Übermittlung von Informationen oder Bestimmungsbefehlen des Empfängers bestimmt.
Die ständige Amplitudenmodulation stört den Leser nicht und kann vernachläßigt werden. Bei Anwesenheit einer gesamten oder überhaupt keiner Impulsmodulation wird der Leser dagegen unterbrochen, obwohl der Empfänger R eine Phasenmodulation der empfangenen Hochfrequenzwelle fortsetzt.
Um die Amplitudenmodulation der von dem Leser L ausgestrahlten Hochfrequenzwelle zu erfassen, ist der Empfänger R mit einer zweiten quadratischen ebenen Antenne ebenfalls für den Empfang ausgerüstet, die in derselben Art und Weise wie die Antenne 1 der Wiederausstrahlung realisiert ist. Diese Antenne 6 ist mit einem nichtlinearen Erfassungselement 7 verbunden, welches hier durch eine Schottky-Diode gebildet ist, deren Ausgang mit der Verarbeitungseinheit 4 verbunden ist.
Der Leser L ist im wesentlichen mit zwei quadratischen ebenen Antennen 8 und 9 ausgebildet, die mit einem Schaltkreis 10 verbunden sind, der im Detail in Fig. 3 dargestellt ist. Dieser Schaltkreis umfaßt zuerst einmal eine Hochfrequenzwelle 11 von bspw. 2,45 GHz, die an einem Modulator 12 unter Vermittlung eines Richtungskupplers 13 anliegt. Der Modulator 12 empfängt die gewünschte Modulation, also bspw. die ständige sinusförmige Modulation von bspw. 1 kHz, oder die Logiksignale, welche die an den Empfänger R zu übermittelnden Informationen enthalten, eines Signalverarbeitungsschaltkreises 14, der über Anschlüsse 15 eine Verbindung nach außen hat.
Der Ausgang des Modulators 12 ist an Vertikalanschlüsse der beiden Antennen 8 und 9 angeschlossen, wodurch ein hochfrequentes Feld mit einer geradlinigen vertikalen Polarisation geschaffen wird. Diese Gesamtheit der beiden ebenen Antennen bildet ein Netz, dessen Eigenschaft darin besteht, der so gebildeten Antenne ein Schaltbild zu geben, dessen Öffnung 85º in der Vertikalebene und 60º in der Horizontalebene beträgt. Es sei hier verstanden, daß die Ausbildung eines anderen Netzes es erlauben würde, unterschiedliche Öffnungen gemäß den angedachten Anwendungen zu erhalten. Es ist außerdem anzumerken, daß diese Antennen in der gleichen Art und Weise realisiert sind wie die Antennen des Empfängers, also in der Ausbildung einer gedruckten Schaltung gemäß der Mikroband-Technologie.
Die Horizontalanschlüsse der Antennen 8 und 9 sind bei 16 gekuppelt, und der Zusammenschluß ist an zwei synchrone Detektoren 17 und 18 angeschlossen. Ein Teil der Energie der Hochfrequenzquelle 11 ist mittels des Kupplers 13 abgegriffen, um an den örtlichen Eingangsoszillator der beiden synchronen Detektoren 17 und 18 unter Vermittlung eines π/2 Phasenschiebers 19 angelegt zu werden. Man erhält so am Ausgang zwei Signale X und Y, die an den Signalverarbeitungsschaltkreis 14 angelegt werden und welche die Informationen darstellen, die durch den Empfänger R in der Modulationsphase übermittelt wurden.
Es wird jetzt in größerem Detail die Funktion des Systems der Übertragung von Daten in Übereinstimmung mit der Erfindung beschrieben.
Der Leser L liefert eine Hochfrequenzwelle mit einer vertikalen Polarisation, die ständig durch eine Amplitudenmodulation auf 1 kHz mit einem geringen Prozentsatz moduliert wird. Sobald sich der Empfänger R in dem Feld des Lesers L befindet, erfaßt er diese Modulation auf 1 kHz unter Vermittlung der Empfangsantenne 6 der Schottky-Diode 7, welche den logischen Teil der Verarbeitungseinheit 4 und die Grenzfläche zwischen dem durch die Empfangsantenne 6 erfaßten Signal und dem numerischen Eingang des logischen Teils "anregt". Der logische Teil übermittelt dann an die Transistoren Qa und Qb zwei komplementare Signale, welche die Informationen einer bestimmten Speicherzone darstellen.
Die Transistoren Qa und Qb werden so abwechselnd gesperrt und gesättigt durch diese komplementären Signale in der Taktfrequenz der zu übermittelnden Informationen. In der Praxis ist jeder der Transistoren mit einer entsprechenden Ecke der Antenne 1 durch eine Leitung verbunden, die durch ein Mikroband realisiert ist, deren Länge gleich ist einem Viertel der Welle ( π/4).
Der gesättigte Transistor ergibt eine sehr schwache Impedanz, sodaß man sie mit 0 ansetzen kan, jedoch bewirkt die Verbindung mit einem Viertel der Welle mit einer entsprechenden Ecke der Antenne 1 eine Umwandlung zu 1/Z, was einer sehr großen Impedanz entspricht. Umgekehrt ergibt der gesperrte Transistor eine sehr große Impedanz, die man an einen unendlichen Wert annähern kann, wobei aber wiederum die Verbindung mit einem Viertel der Welle mit einer entsprechenden Ecke der Antenne 1 eine Umwandlung zu 1/Z bewirkt, wodurch eine Impedanz in der Nähe von 0 erhalten wird. Die Impedanz der Leitungen mit einem Viertel der Länge, welche a mit Qa und b mit Qb verbinden, ist so gewählt, daß unter den besseren Leistungsbedingungen eine Umwandlung zu 1/Z gesichert ist.
Wird bspw. gemäß der Darstellung in Fig. 4 angenommen, daß ein Kurzschluß zwischen der Ecke a der Antenne 1 und der Bezugsebene hergestellt wird. Es wird dann zu bemerken sein, daß bei diesem Typ einer Antenne die aktiven Teile an den Rändern lokalisiert sind. Die Antenne ist in das Hochfrequenzfeld der vertikalen Polarisation V verlegt, die von dem Leser L erzeugt ist, und dieses Feld schafft einen Strom iV. Als Folge wird ein Strom iH an dem benachbarten Rand der Antenne erzeugt, damit der Strom an dem Kurzschlußpunkt a annulliert wird. Dieser Strom iH erzeugt seinerseits ein orthogonales Feld H bei dem empfangenen Feld V und mit nahezu demselben Verlustausmaß.
Wenn man jetzt den Kurzschluß an den Punkt b der Antenne verlegt, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, wird erkennbar, daß das orthogonale Feld H sein Vorzeichen ändert.
Die beiden Transistoren Qa und Qb erlauben somit das sehr einfache Erreichen einer Phasenmodulation mit zwei Zuständen 0- π der Hochfrequenzwelle, die mit einer horizontalen Polarisation wieder ausgestrahlt ist, wobei damit die Informationen angegeben werden, die an den Leser L übermittelt werden. Es ist ersichtlich, daß diese Transistoren völlig klassische Komponenten sind und wenig kosten, da sie lediglich dafür geeignet erscheinen müssen, die Arbeitsfrequenz von bspw. 2,45 GHz umzuschalten, die bei der hier angedachten Anwendung angegeben wird.
Der Leser L dekodiert die von dem Empfänger R in dem Verarbeitungsschaltkreis 14 empfangene Nachricht und sendet dann entweder mit einer vollständigen oder überhaupt keiner Modulation durch Impuls. Diese Modulation durch Impuls erlaubt eine Übermittlung an den Empfänger R von entweder einer Übermittlungsanforderung von Informationen, die in einer anderen Speicherzoone des Empfängers enthalten sind, oder eines Modifizierungsbefehls des Inhalts einer bestimmten Speicherzone.
Bei dem Empfang der gesamten oder überhaupt keiner Modulation kann der Empfänger R entsprechend dem jeweiligen Fall die Informationen übermitteln, die in der ausgewählten Speicherzone enthalten sind, oder er kann eine Nachricht in die bestimmungsgemäße Speicherzone einschreiben.
Das System der Übermittlung von Daten, das hier beschrieben wurde, ergibt somit eine mit Sicherheit sehr große Flexibilität bei der Anwendung, wobei die geringen Kosten des Empfängers sehr unterschiedliche Anwendungen anzudenken erlaubt, insbesondere auf dem schienengebundenen Gebiet.

Claims

1. Höchstfrequenz-System zur Fernübertragung von Daten des Typs mit wenigstens einem Leser (L), der mit einer Vielzahl von Empfängern (R) verbunden ist, wobei der Leser (L) Mittel zur Erzeugung einer Hochfrequenzwelle mit einer bestimmten geradlinigen Polarisation aufweist, während jeder Empfänger (R) mit einer rechteckigen ebenen Wiederausstrahlungsantenne (1) zum Empfang der Hochfrequenzwelle und zu deren Wiederausstrahlung gemäß einer orthogonalen Polarisation mit einer Phasenmodulation mit zwei Zuständen versehen ist, welche die an den Leser (L) zu übermittelnden Informationen darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmodulation mittels zweier Transistoren (Qa, Qb) erhalten wird, die mit zwei benachbarten Ecken (a, b) der Antenne (1) verbunden sind, wobei diese beiden Transistoren in der Taktfrequenz der zu übermittelnden Informationen alternativ gesperrt und gesättigt sind durch komplementäre Befehlssignale, welche von einer geeigneten Verarbeitungseinheit (4) geliefert werden, damit die entsprechende Ecke der Antenne alternativ kurzgeschlossen wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Antenne (1) des Empfängers (R) realisiert ist in der Ausbildung einer gedruckten Schaltung auf einem Isolierträger (2), dessen vollständig metallisierte Rückseite eine Bezugsebene (3) bildet.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transisitoren (Qa, Qb) mit bipolaren Transisitoren ausgebildet sind, deren Emitter-Kollektor-Verbindung zwischen die entsprechende Ecke (a,b) der Antenne (1) und die Bezugsebene (3) geschaltet und deren Basis mit der Verarbeitungseinheit (4) verbunden ist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Antenne (1) des Empfängers (R) quadratisch ausgebildet ist und in der Mitte ein metallisiertes Loch (5) aufweist, welches die aktive Seite der Antenne mit der auf der Rückseite befindlichen Bezugsebene (3) verbindet.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leser (L) Mittel (12,14) für eine Amplitudenmodulation der erzeugten Hochfrequenzwelle aufweist, während der Empfänger (R) eine besagte zweite ebene Antenne (6) für den Empfang aufweist, die mit einem nichtlinearen Erfassungselement (7) verbunden ist, wobei die Erfassung dieser Amplitudenmodulation durch den Empfänger die Aktivierung der Verarbeitungseinheit (4) aus löst.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leser (L) außerdem Mittel (12, 14) für eine Impulsmodulation der erzeugten Hochfrequenzwelle aufweist, um die bestimmten Information an den Empfänger (R) zu übermitteln.

7. System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare Erfassungselement (7) durch eine Schottky- Diode gebildet ist.