JP2023525398A - データ伝送システム - Google Patents
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Abstract
Description
個別の照明器具は、レールプロファイル上でクリックインされている照明器具すなわち照明器具ホルダによって、通常、レールに沿ってそれぞれ固定される。電源系統からの必要な単相または多相交流電圧、例えばAC230Vを用いて個々の照明器具に電力を供給するための電気線は、レール内にタッチセーフ方式で敷設される。
照明器具を駆動するために、例えば照明器具を調光するために、直流電圧、例えば42 V DC用の付加的な電気ライン、または、低いデータ伝送速度を有するデータバスがレール内に敷設される。
レールシステムは、通常、部屋またはホールの天井に機械的に固定され、建物設備の関連するDC電圧ラインおよびAC電圧ラインに電気的に接続される。
2つの端末機器間のデータ伝送は、イーサネットの場合には、それぞれの場合に設けられたデータケーブルを介して、端末機器の2つの項目間で行われる(いわゆるピア・ツー・ピア伝送)。
これに代えて、データ送信は、イーサネットの場合に個々のルータまたはスイッチを介して行われ、各ケースで端末機器の個々の項目がデータケーブルを介して接続され、個々のルータまたはスイッチ間に配線されたデータケーブルを介して接続される。
どちらの場合も、建物内のデータ配線の量、ひいてはこれに必要なスペースとエネルギの量、ならびに建物の配線の計画、設置および始動に伴う複雑さが著しく増加している。
データ伝送システムは、
データ伝送チャネルと、
複数のトランシーバ(送受信)ユニットと、
少なくとも1つの導電体と、
を具備し、
上記データ伝送チャネルは、電気線路であり、電気絶縁性材料からなるレールを有し、
上記レールは、上記導電体(上記少なくとも1つの導電体)のうちの1つによって側面側で包囲され、かつ/または、
上記レールは、各場合に、上記導電体(上記少なくとも1つの電気導体)のうちの少なくとも2つを互いに離間し、
上記複数のトランシーバユニットは、上記レールに沿って配置され、
上記複数のトランシーバユニットは、各場合において、電磁波を上記電気線路に結合するか、または、上記電気線路から結合するように設計されている。
データ送信チャネルは、電気絶縁性材料および少なくとも1つの電気導電体からなるレールを備える。この場合、少なくとも1つの導電体は、それぞれの場合に、誘電体レールの長手方向の全範囲に沿って延在する。
誘電体レール内の2つの電気導体は2つの内部導体を形成し、横表面側の被覆はデータ伝送チャネルの外部導体を形成する。外部導体被覆により、電磁波の誘電率が改善され、信号導体周辺の漏れ電界・磁界の範囲が低減される。このため、電磁波の送信頻度を高くすることができる。
外部導体が存在する場合、内部導体の数に対応する電磁波の多数のモードが、このような伝送チャネル内を伝搬することができる。
レールに沿った電磁波の誘導により、隣接するレールベースデータ伝送システム間の結合損失は、隣接する無線通信ネットワークの場合よりも高かった。したがって、2つのレールベースのデータ伝送システム間の可能な最小間隔は、隣接する無線通信ネットワークの場合よりも小さい。
しかしながら、誘電体レールの外部導体遮蔽を介して電磁波の内外への流電結合(ガルバニックカップリング)を実現することもできる。
このデータ送信は、ピア・ツー・ピア伝送の合計電気線路長、または、端末機器の項目の同じ数を与えられたルータまたはスイッチを介した伝送と比較して低減される。
そのようなレールベースのデータ伝送システムの長手方向の範囲は、好ましくは5mより大きく500m未満、特に好ましくは10mより大きく300m未満、非常に特に好ましくは20mより大きく100m未満である。
端末機器の項目は、最も単純な場合には、一体化されたセンサ信号処理を有するセンサ、例えば、温度センサまたは監視カメラ、もしくは、一体化された駆動電子回路を有するアクチュエータ、例えば、窓を開閉するためのサーボモータであり得る。
また、端末機器の項目は、例えば、プリンタ、パーソナルコンピュータ、またはデータ取得装置など、より高い技術的機能を有することができる。また、無線アクセスポイントのような要素を、レールシステムを介してリンクすることも考えられる。
しかし、照明器具は、端末機器の項目と同様に、関連するトランシーバユニットを介したレールベースのデータ伝送システムに統合することもできる。さらに、各場合において、データ信号が、電源供給のための導電体上に追加的に送信されることも考えられる。
代替として、ねじ継手、接着結合、または別の適切な接続も可能である。しかし、個々のトランシーバユニットは、追加の装置を介してレールから離間されるような態様でレールに固定することもできる。また、トランシーバユニットのサブ領域が、レールに設けられた切り欠きを介してレール内に突出することも考えられる。
個々のトランシーバユニットは、建物内の端末機器の関連する商品の空間的な位置決めに応じて、レールの長手方向の全範囲にわたって、対応する軸方向位置に分散して配置することができる。また、複数の送受信ユニットの位置決めを実現することも可能であり、好ましくは2つの送受信ユニットを、レールの同一軸方向位置に配置する。
さらに、トランシーバユニットは、例えば、変調(復調)、符号化(復号)、信号等化等のような、送受信のための全ての従来のデジタル信号処理機能部を含むことができる。デジタル信号処理機能部は、ソフトウェアまたはハードウェア(例えば、FPGAまたはASIC)で実装することができる。
この場合、以下のテキストにおいて、レールは、その長手方向の範囲がその横方向の範囲の倍数である剛体を意味すると理解される。レールは、その長手方向の全範囲にわたって一定の断面プロファイルを有することが好ましい。レールの長手範囲は制限されており、有限である。
しかし、これとは別に、正方形、長方形、三角形、多角のまたは多角形、長円形または楕円形の断面プロファイルなども可能である。断面プロファイルの選択は、むしろ、レール内に配置される電気導体の数および配置に、より依存する。
押出工程の後または中に、個々の電気導体がこれらのブッシュまたは切り欠きに挿入され、レールに固定される。
レールの軸方向端部を越えて突出する個々の電気導体の軸方向端部が、例えば熱プロセスによって90°を介して好ましくは再成形されるとき、更なる可能な形状嵌合接続が考えられる。
個々の結合装置は、各々反射を最小にするように構成することができるので、レールベースのデータ送信チャネルの軸方向端部のインピーダンス整合終端の場合には、データ送信チャネルにおける電磁波の反射を著しく低減することができる。
アクセスポイントとして機能するトランシーバユニットは、レールベースのデータ伝送チャネルにおける各データ伝送において、送信機としてまたは受信機としてアクティブである。
したがって、流電結合の場合に、アクセスポイントとして作用するトランシーバユニットをレールベースのデータ送信チャネルの電気導体に接続する電気導体は、データ送信チャネルの電気スパー(electrical spur)を表すものではない。
したがって、流電結合は、アクセスポイントとして作用するトランシーバユニットの場合の代替の電界結合として、反射を最小限に抑えた形で構成される。
この場合、λはデータ伝送チャネルを伝搬する電磁波の波長であり、nは非負の整数である。
しかしながら、他の技術的に合理的な断面プロファイル、例えば、三角形または多角形の断面プロファイルも考えられる。切欠き部は、まず、個々のトランシーバユニットをレールに機械的に固定するため、レールを建物に、好ましくは部屋またはホールの天井に機械的に固定するため、かつ、個々の導電体を配置またはガイドするために使用される。
個々の導電体は、代わりに、それぞれの場合において、関連する溝部内でガイドされ、形状嵌合、力嵌合または材料接着の様式で誘電体レールに接続され得る。個々の溝は、好ましくは、切欠き部の側壁および/または基部に形成することができる。
データ送信のための導電体用の溝の隣に、さらなる溝が、個々のトランシーバユニットおよび個々の照明器具に電圧を供給するためのさらなる導電体用の誘電体レールの切り欠き部に設けられてもよい。しかし、個々の導電体は、レールの誘電領域内に完全に導くこともでき、したがって、切り欠き部内にも、切り欠き部に隣接する溝内にも配置されない。
異なる長さの経路においてそれぞれの場合に異なる振幅および位相歪である複数の電磁波成分の重畳からの高周波電磁波が受信される。この場合、個々の経路や電磁波の周波数によっては、ある周波数範囲でフェージングを起こすと不利に見える破壊的な干渉が発生することがある。
したがって、誘電体レールシステム内の干渉反射のこの非破壊重畳は、モバイルマルチウェイ伝送チャネル内の電磁波の重畳と同様に考えることができる。受信機における受信無線周波数RF信号の信号等化を改善するために、有利には、空間的多様性を利用しながら、いわゆる空間多重化が使用される。
結合要素の各電気端子は、それぞれの場合に、結合装置に属する送受信ユニットに電気的に接続される。RF信号は、トランシーバユニットによって結合装置に供給されるか、RF信号は、結合要素の電気端子を介して結合装置からトランシーバユニットに供給される。
それゆえ、多入力多出力伝送システム(MIMO伝送システム)は、そのようなレールベースのデータ伝送チャネルとそのような設計を備えた結合装置を備える配置で実現できる。以下でさらに詳細に説明するMIMO等化部と組み合わせて、有利には、そのように歪んだ受信信号を良好な等化品質で等化することができる。
より高い数の伝搬可能なモードを有するレール内の複数の電気導体の場合には、MIMO構造の次数をより高くすることもでき、例えば、3×3 MIMO構造、4×4 MIMO構造または一般的にn×n MIMO構造(nはこの場合は自然数)とすることができる。電気端子の最大顕在数は、レールシステムで伝送されるモード数の2倍に相当する。
電磁波またはそれに対応する電気信号を結合するために各場合に使用される、結合装置内の各場合に含まれる結合要素のすべての電気端子の合計数は、各結合装置内のMIMO構造の順序に対応する必要はなく、むしろ、いくつかの結合装置の場合にはより小さくすることもできる。
多重アンテナ構成は、複数の結合要素を有する送信機側および受信機側の結合装置によって形成される。これらの結合要素は、それぞれの場合には、関連するトランシーバユニットのための1つの電気端子を有し、または、それぞれの場合には、関連するトランシーバユニットのための2つの電気端子を有する。
MIMO等化のために、従来のMIMO等化法を使用することができる。
それぞれの場合、異なるデータを有するそれぞれの高周波電気信号を、MIMO駆動用のユニットを介して、結合装置の個々の電気端子に供給することができる。代替として、すべてのデータを有する無線周波数の個々の信号の1つの同一または異なる線形結合を、結合装置の個々の電気端子にそれぞれ供給することも可能である。
まれな適用例では、それぞれの場合に同一のデータを有する同一の高周波電気信号を、結合装置の個々の電気端子に供給することもできる。
したがって、結合装置および誘電体レール内の関連する電気導電体は、方向性結合器の2つの結合相手である。
しかしながら、結合装置は、導波管内の電磁波の結合係数を増加させるために、誘電体レール内に形成される切欠き部内に突出することが好ましい。
さらに、結合装置をレール上に伝達される電磁波に結合することは、適切に弱くなるように寸法化する必要があり、弱い反射しか発生せず、その結果、複数の結合装置がレールに沿って取り付けられた場合でも、信号の伝達がわずかな程度しか損なわれない。
E界結合要素は、小型モノポールアンテナまたは小型ダイポールアンテナの形成であることが好ましく、一方、H界結合要素は、小型ループアンテナの形成であることが好ましい。
E界磁結合要素は、トランシーバユニットに電気的に接続され、電気信号を出し入れする電気端子を有する。H界結合要素は、電気信号を出し入れするためにトランシーバユニットに電気的に接続される電気端子を有する。
H界結合要素の他方の電気端子は、トランシーバユニットの接地端子および/または誘電体レールの外側導体被覆に接続され、トランシーバユニットとの電気信号の出し入れには使用されない。
したがって、E界結合要素とH界結合素子はともに、近い場(界)における電磁波のフィードイン/送信およびフィードアウト/受信のために、双方向に設計される。
この場合、Eおよび/またはH界結合要素は、電気線路に沿って互いに対して、波動力学によって予め定められた長手方向間隔で配置される必要がある。高次のMIMO構造の場合、E界結合要素および/またはH界結合要素の数は、それに対応して増加させる必要がある。
各ケースにおいてE界結合要素またはH界結合要素から結合され、個々の電磁波の干渉反射が重畳された結果として生じる電磁波は、対応する高周波電気信号としてMIMO等化用のユニットに供給される。MIMO等化用のユニットでは、別のトランシーバユニットによって送信される2つの高周波電気信号の等化および再構成が行われる。
各々が異なるデータを有する2つのRF信号は、結合装置の方向作用により、各々の場合には、高周波電磁波に放射され、各々の場合には、レールの異なる縦軸方向に伝搬する。
受信モードでは、各場合において、レールシステムの2つの縦軸方向から伝搬する電磁波は、各場合において、結合装置の方向作用により、結合要素の2つの電気端子で別々に結合され、従って、別々にトランシーバユニットのMIMO等化用のユニットに供給される。
この場合、λはデータ伝送チャネルを伝搬する電磁波の波長であり、nは非負の整数である。MIMO駆動用のユニットは、各々の場合において、2つのE界磁結合要素の電気端子に第1電気信号および第2電気信号を注入するように設計される。
一方のE界結合要素において注入された第1の電気信号は、他方の結合要素において注入された第1の電気信号に対して90°を介して位相の遅れを有し、他方のE界結合要素において注入された第2の電気信号は、第1のE界結合要素において注入された第2の電気信号に対して90°を介して位相の遅れを有する。
2つのE界磁結合要素の電気端子は、トランシーバユニットのMIMO等化用のユニットに接続される。MIMO等化用のユニットは、MIMO等化方法によって、それぞれの場合に、別のトランシーバユニットによって関連する結合装置内に結合される2つの電気信号を、それぞれの場合に、2つのE界結合要素の電気端子においてそれぞれの場合に供給される電気信号から再構成するように設計される。
E界およびH界は互いに対して90°の位相ずれを有するので、それぞれの場合においてトランシーバユニットによって1つの電気信号が供給されるE界結合要素およびH界結合要素の電気端子は、レールの縦軸に沿って、n λ/2、好ましくはλ/2の軸方向間隔で離間される(この場合、nは0を含む非負の整数である)。
むしろ、共通の伝送媒体への個々のトランシーバユニットごとのアクセスを編成する必要がある。レールベースのデータ伝送チャネルにおけるデータ伝送は、好ましくは、マスター-スレーブ原理に従って実施されるべきである。
データ・インタフェースは、好ましくは、さらなるデータ伝送システムに、ガルバニック(流電的)に、または、有線方式で、もしくは、ワイヤレスで接続される。アクセスポイントは、好ましくは、マスターまたはスレーブユニットと建物内の電源との間のいずれの場合にも必要とされる電源インターフェースを含むことができる。
送信可能なスレーブユニットは、親機(いわゆる時分割多元接続(TDMA)方法)によって割り当てられた個々のタイムスロットで、受信トランシーバユニットに送信すべきデータを送信することができる。
また、時分割多元接続方法に代えて、周波数分割多元接続方法(FDMA(Frequency-Division Multiple Access)方法)や、符号分割多元接続方法(CDMA(Code-Division Multiple Access)方法)を用いることもできる。
周波数分割多元接続方法の特別なケースは、いわゆるOFDM方法(直交周波数分割多重)である。
アドホックネットワークと同様に、トランシーバユニットが親機として動作し、したがってどのトランシーバユニットが子機として動作するかを特定の方法によって、特定の比較的長い時間フレーム内で個々のトランシーバユニットがそれらの間で判断することも考えられる。
後者の変形例は、時間とともに変化するトランシーバユニットを備えたレールベースのデータ伝送チャネルの場合に特に適している。
この場合、親機からレールの長手方向の一方に離間して配置されたトランシーバユニットの数は、親機からレールの長手方向の他方に離間して配置されたトランシーバユニットの数にほぼ対応する。
したがって、送信されるデータ量は、親機と2つのグループの子機との間でほぼ均等に高くなり、これらの子機は、それぞれ、レールの一方の縦軸方向または他方の縦軸方向に配置される。親機のこのような配置は、レールベースのデータ伝送チャネルの伝送容量の最良の可能な利用を可能にするので、ビーム成形法に特に適している。
この場合の誘電体レールは、電気線路全体に沿った単位長さ当たりの連続的な誘電性を実現し、それによって伝送チャネルにおける電気的不完全性を回避するか、または、少なくとも最小化するために、端部における縁部に縁部が接触する。
接続される2つのレールの直接接続の場合には、2つのレールの軸方向端部は、例えば円錐形状のプロファイルによる力嵌め接続、例えばラッチ要素対による形状嵌め接続、例えば接着接合による材料接着接続、または、ねじ接続手段が可能であるような形状にされる。
追加の接続手段を介した間接接続は、例えば、隣接するレールの軸方向端部の関連する切り欠き部に力嵌め方式でクランプされるクランプ要素を介して可能である。2つの隣接するレールは、カラーを介して外側で互いに接続することができ、カラーは、力嵌め方式または形状嵌め方式のいずれかで、もしくは、ねじ接続を介して、2つのレールに接続可能である。
この目的のために、互いに接続されるレールの隣接する領域における金属カラーの長手方向の範囲は、いずれの場合も、導波管内を伝搬する電磁波の波長の4分の1に対応する。さらに、誘電体被覆が、λ/4重複部の領域において、金属カラーと金属外部導体被覆との間の個々のレールの金属外部導体被覆に適用される。
λ/4共振器として形作られたカラーにより、所定の帯域幅内での高周波電磁波の伝送のために、二つの隣接レール間の遷移における伝送損失を改善することができる。ここで重要なパラメータは、カラーの電気的長さである。
この切り欠き部は、接続要素がレールの誘電体領域において完全に消失するように設計されることが好ましい。個々の接触要素は、それぞれの場合に、関連する電気導体の軸方向端部に十分な接触圧力をかける1つの接触ラグをそれらの軸方向端部に有する。
個々の内部導体のこのような流電結合に加えて、代替の共振として、外部導体の接点閉路に基づくλ/4共振器によるDC分離結合も実現することができる。
このようにして、レールのリニア長手方向に沿って端末機器の項目をデータ伝送システムに接続することができるだけでなく、データ伝送システムに、エリア的に分散されるように配置された端末機器の項目を接続することができる。
好ましくは、分岐角度は、この場合、45°より大きく、特に好ましくは60°より大きく、非常に特に好ましくは90°または90°より大きくするべきである。
電磁波のそれぞれ独立したモードをレールシステムに送り、レールシステムから送り出すために、結合装置は、それぞれの場合において、それぞれの内部導体ごとに、または、それぞれの内部導体対ごとに別個の結合要素を有し、それぞれの結合要素は、送信モードおよび受信モードにおいてトランシーバユニットと別個のRF信号を交換する。
誘電体レール内のこれらの個々の伝送チャネル間のクロストークを最小限に抑えるために、好ましくは、金属遮蔽板が、その長手方向の範囲に沿って、誘電体レール内の個々の電気導体または個々の電気導体対の間に配置される必要がある。
反射がない理想的な場合には、反射のないインピーダンス、すなわち整合インピーダンスが、各内部導体と外部導体との間に接続される。整合インピーダンスは、それぞれの内部導体のシングルエンド(回路の一方がアースしてある)システムインピーダンスに対応し、例えば50Ωである。
代替として、差動信号の伝送のための一対の電気導体の場合、整合インピーダンスを、各電気導体と、例えば50Ωのシングルエンドシステムインピーダンスに対応する誘電体レールの外部導体被覆との間に接続することができる。
外部導体被覆を有しかつ内部導体を有さない誘電体レールの場合、レールの軸方向端面にも金属被覆を設けることができる。導電体の軸方向端部は、反射を受け入れることにより、代わりに、それぞれの場合において、非接続、すなわち開放とすることができる。
また、全反射は、レールの終端抵抗における伝送信号の信号線を減少させず、レール端部の不都合な加熱を回避するために、短絡回路によって、または開回路によって、導電体の軸方向端部において得られる。
特に、この場合、当業者は、本発明のそれぞれの基本的な形態に対する向上または追加として個々の態様をさらに追加する。
同図における添付の同図は、本発明の実施形態のさらなる理解を与えることを意図している。それらは、実施形態を例示し、本発明の原理および概念を説明するために、説明とともに役立つ。
他の実施形態および上述の利点の多くは、図面から得ることができる。図面中の要素は、互いに対して必ずしも正確な縮尺で描かれていない。
図面の図において、同一の、機能的に同一の、および同一に作用する要素、特徴、および構成要件は、反対のことが明記されていない場合、それぞれ、同一の参照記号を与えられる。
図面は、相互に関連して、以下のテキストにおいて包括的に説明される。
この電気線路は、誘電体レール4と少なくとも1つの電気導電体5とを有し、この導電体は、誘電体レール4の長手方向の範囲に沿って各場合において延び、誘電体レール4に接続されている。誘電体レール4は、剛体の誘電材料から作られ、その縦軸6に沿った縦方向の範囲を有し、この縦軸6はその横方向の範囲の倍数である。
レールベースのデータ伝送システム1は、関連する導電体5または端部側で互いに電気的および機械的に接続され、関連する導電体5を有する、複数のレール4を有する単一のレール4を備えることができる。図1は、両端部にカラー7を介して互いに接続された2つの誘電体レール41および42を有するレールベースのデータ伝送システム1を示す。
この金属コーティングは、個々のトランシーバユニット3がレール4上に配置される領域を除いて、誘電体レール4の側面全体に塗布される。レールの断面プロフィールは、好ましくは正方形である。しかしながら、他の技術的に合理的な断面プロファイルも考えられる。
このようなデータ伝送チャネル2では、電磁波は、レール4の縦軸6に沿って金属コーティング間で誘電体レール4内を伝搬することができる。トランシーバユニット3によって電気データ送信チャネル2に結合された電磁波は、レール4の長手方向の両方の軸方向に最も単純な場合に移動する。
レールベースのデータ伝送チャネル2は、その長手方向の全範囲にわたって均一な波インピーダンスを有する。
電気データ送信チャネル2の軸方向端部8が整合された形で終端されていない場合には、各場合において電磁波の反射が生じ、その結果、送信トランシーバユニット3と受信トランシーバユニット3との間の反射波も干渉する。
個々の反射電磁波間の干渉は、移動マルチウェイ伝送チャネルの場合と同様に、フェージングや歪みの影響と類似していると考えることができる。MIMO等化により、以下でさらに説明するように、個々の反射電磁波の干渉から生じる無線周波数受信信号に含まれるフェージングおよび歪み効果を等化することができる。
電磁波は、レール4の縦軸6に沿って差動モードで2つの電気導体5間を伝播することができる。したがって、差動RF信号、すなわち対称RF信号を、このような電気データ送信チャネル2内で送信することができ、この信号は、差動モードにおける無線周波数電磁波に対応する。
誘電体レール4内に配置された2つの電気導体5は、内部導体を形成し、金属コーティングは、電気データ送信チャネル2の外部導体を形成する。電気データ伝送チャネル2の第3実施形態では、外部導体により、第2実施形態に比べて高い周波数のRF信号を伝送することができる。
非対称RF信号に対応する高周波電磁波は、このような設計を有する電気データ送信チャネル2内で送信することができる。
しかし、他の基本断面プロファイル、例えば三角形の基本断面プロファイルも考えられる。誘電体レール4に固定される電気導電体5は、切り欠き部9の側壁上、好ましくは切り欠き部9の基部上に配置される。
金属コーティングが、切り抜き部9の外側の外面の横方向表面上の誘電体レール4に適用される。切り欠き部9の適切な寸法決めが与えられると、「準同軸」断面プロファイルを有する電気的データ伝送チャネル2が存在し、そこでは、高周波電磁波が導波され得る。
溝部10はそれぞれ、さらなる導電体11の断面プロファイルに対応する断面プロファイル、例えば、丸形または正方形の断面プロファイルを有する。さらなる導電体11は、好ましくは、力嵌めまたは代替的に形状嵌めまたは材料接着の方法で関連する溝部10内に固定される。
多導体システムにおいて、消費電力が増大する用途では三相交流の伝送も考えられる。また、さらなる導電体11は、更なる電気部品またはアセンブリを駆動するための駆動信号を伝達することができる。データ信号が重畳された電源導体も考えられる。
誘電体レール4の内部を走る電気導体5は、方向性結合器の第2の電気導体を表す。このようなラインカプラの場合、第1の電気導体は、第2の電気導体に電磁気的に結合される。
方向性結合器の指向性により、結合装置13の電気端子15でトランシーバ装置3によって供給される高周波電気信号は、高周波電磁波のように結合され、無線周波電磁波は、レールベースのデータ伝送チャネル2の長軸方向に単独で伝搬する。
結合装置13の他方の電気端子15に供給された高周波電気信号は、レールベースのデータ伝送チャネル2の他方の縦軸方向に単一に伝搬する高周波電磁波として、方向性結合器の指向性のために結合される。
良好な遮蔽効果に関しては、好ましい実施形態における外部導体結合部16は、2つの金属スリーブを有し、これらの金属スリーブは、各々、誘電体レール4の外部導体被覆とトランシーバユニット3のハウジングとの間の領域において、電気端子15を備えた結合要素14の2つの端部セクションの1つを包絡する。
複数のRF信号にそれぞれ属するベースバンド信号は、MIMOベースバンド信号処理において生成(送信モード)されるか、さらに処理(受信モード)される。受信モードでは、受信信号は、トランシーバユニット3内のベースバンド信号処理の一部であるMIMO等化部17用のユニット内で等化される。
送信モードでは、送信される2つの信号は、トランシーバユニット3内のベースバンド信号処理の一部であるMIMO駆動用ユニット18内で生成される。送信信号と受信信号の分離は、使用される無線伝送規格に応じて、例えば時分割多重または周波数分割多重を使用して行うことができる。
同時に、このような結合装置13を用いて、レール4の異なる長手軸方向にそれぞれの場合に伝搬する2つの電磁波を別々に結合することができる。従って、このような結合装置を用いてビーム成形が可能である。
このようなE界結合素子は、それぞれ、静電容量結合によって、電磁波をデータ送信チャネル2に結合するか、またはデータ送信チャネル2の外に結合することができる。
このようにして、レールベースのデータ伝送システム1の2つの縦軸方向のうちの1つのそれぞれの場合における2つの内部結合電磁波のビームフォーミングが実現される。
一方のE界結合要素において注入される第1の電気信号は、他方のE界結合要素において注入される第1の電気信号に対して90°を介して位相の遅れを有し、他方のE界結合要素において注入される第2の電気信号は、第1のE界結合要素において注入される第2の電気信号に対して90°を介して位相の遅れを有する。
したがって、電磁波は、データ伝送チャネル2の縦軸6に沿って、一方のE界結合要素から他方のE界結合要素へ、2つの第1電気信号の送り込みから単一に伝搬する。
したがって、電磁波は、他方のE界結合要素から一方のE界結合要素への、データ伝送チャネル2の縦軸6に沿った一縦軸方向において、2つの第2の電気信号の送り込みから単独に伝搬する。
このため、結合装置13の電気端子15においてそれぞれの場合に送り出される2つの電気信号の歪みの程度が低減される。したがって、2つの送信された電気信号は、MIMO等化部17のためのユニット内でより良く再構成することができる。
H界結合要素は、単一の電気端子15を介してトランシーバユニット3に接続される。H界結合要素の他方の電気端子は、誘電体レール4の外部導体被覆に電気的に接続され、従って、外部導体被覆16を介してトランシーバユニット3の接地電位に接続される。H界結合要素の軸方向の範囲は、好ましくは、λ/4未満に選択されるべきである。
MIMO駆動用ユニット18およびMIMO等化用ユニット17における信号処理は、2つのE界結合要素を有する結合装置13の場合と同一である。
この場合、λは電磁波の波長であり、nはゼロを含む非負の整数である。これは、E界結合要素とH界結合要素が同一点に位置していてもよいことを意味している。
2つの結合要素14は、この目的のために、トランシーバユニットからまたはトランシーバユニットに高周波電気信号を送り込むまたは送り出すための各々の場合に、1つの電気端子15を有する。
レールベースのデータ伝送システム1の電気線路への2つの結合要素14の流電結合は、電気端子15を、レール4の電気導電体5に対してそれぞれ対向させた2つの結合要素14の素子端部の電気的および機械的な接続によって行われる。
2つの結合要素14と電気導電体5との間の電気的および機械的接続は、レールの縦軸6に沿って、λ/4 (2n+1)、好ましくはλ/4の軸方向間隔で互いに離間されている(nは、この場合、非負の自然数である)。
このような流電結合は、レールベースのデータ伝送システム1のアクセスポイントの形態であるトランシーバユニット3に対してのみ実現可能である。
この導電性接続要素は、このような寸法に形成され、終端抵抗19がデータ伝送チャネル2の波動インピーダンス、例えば50Ωに対応するような導電性材料から製造される。
この導電性接続要素は、このような寸法にされ、終端抵抗19がデータ伝送チャネル2のシングルエンド(回路の一方がアースしてある)インピーダンスの2倍、例えば100Ωに対応するような導電性材料から製造される。
これらの導電性接続要素の各々は、それぞれの場合に、このような方法で寸法決めされ、終端抵抗19がデータ伝送チャネル2のシングルエンドインピーダンス、例えば50Ωに対応するような導電性材料から製造される。
第2の変形例では、2つの電源導体は、高い静電容量を有するコンデンサを介して軸方向端8で互いに接続される。第3の変形例では、2つの電源導体の軸方向端部8は、高い静電容量と終端抵抗とを有するコンデンサからなる直列回路を介して互いに接続される。
個々の電気導体5の接続されていない軸方向端部、すなわち、開放された軸方向端部、または、個々の電気導体5間の短絡接続の場合の全反射の場合、信号電力の熱への破壊的な変換はない。
部分反射および全反射の場合、個々の反射電磁波の干渉が生じる。個々の反射電磁波のこれらの干渉は、トランシーバユニット3における受信信号のフェージングおよび歪みの影響をもたらす。受信した電気信号から元々送信された電気信号を再構成するために、MIMO等化部17用の上述のユニットが使用される。
誘電体レール4の内部に配置されている全ての電気導体5は、誘電体レール4の終端側端部までは導かれない。
データ伝送チャネル2の内側導体が、その軸方向端部においてそのような方法で短くされるという事実の結果として、図5Bに示すように、誘電体接続要素20を、レール4の軸方向端部8の領域の端部において互いに接続されるべき2つのレール4の中に挿入することができる。
接続要素20は、両端で互いに連結される2本のレール4を機械的に固定するためにも使用される。この目的のために、好ましくは、接続要素20の側壁は、圧入によって隣接するレール4との力嵌め接続を実現するために円錐形に形作られている。
代替として、接着剤結合による材料的に結合された接続、または、ラッチ要素の成形による形状嵌合接続も可能である。
機械的固定のために、端部側の延長部は、誘電体レール4の軸方向の一端にコーン(円錐状のもの)またはベベル(斜面)が形成される必要があり、このコーンまたはベベルは、力嵌め方式で、さらなるレール3の軸方向の端部の対応する切欠き部に挿入される。
カラー7の電気的機能は、カラーの端部における電気的無負荷動作をレールセグメント間の当接面における短絡回路に変換する動作周波数に同調された2つの1/4波長共振器の直列回路として説明することができる。
金属カラー7と外部導体被覆との間の共振結合を実現するために、外部導体被覆上の共振結合の領域に誘電体層23を付けることが好ましい。
図6は、全部で3つの分岐アーム24を有するレールベースのデータ伝送チャネル2のT字型分岐を示す。
分岐の他の実施形態、例えばY字型分岐も同様に考えられる。個々の分岐アーム24間の分岐角度は、分岐領域における反射を最小限に抑えるために、小さすぎないように、特に鋭角でないように構成されるべきである。
Claims (12)
- データ伝送チャネル(2; 21, 22)と、
複数のトランシーバユニット(3)と、
少なくとも1つの導電体(5)と、
を具備し、
前記データ伝送チャネル(2; 21, 22)は、電気線路であり、電気絶縁性材料からなるレール(4; 41, 42)を有し、
前記少なくとも1つの導電体(5)は、各場合において、前記レール(4; 41, 42)の長手方向軸(6)に沿った一長手軸方向に沿って延び、
前記レール(4; 41, 42)は、前記導電体(5)のうちの1つによって側面側で包囲され、かつ/または、
前記レール(4; 41, 42)は、各場合に、前記導電体(5)のうちの少なくとも2つを互いに離間し、
前記複数のトランシーバユニット(3)は、前記レール(4; 41, 42)に沿って配置され、
前記複数のトランシーバユニット(3)は、各場合において、電磁波を前記電気線路に結合するか、または、前記電気線路から結合するように設計されており、
前記トランシーバユニット(3)と前記電気線路の間に、前記トランシーバユニット(3)と前記電気線路の間の近傍電磁界結合のための結合装置(13)が配置されており、
前記結合装置(13)は、各々が電気端子(15)を有する少なくとも2つの結合要素(14)、および/または、2つの電気端子(15)を有する少なくとも1つの結合要素(14)を有しており、
前記トランシーバユニット(3)は、前記結合要素(14)の前記電気端子(15)にそれぞれ接続されているMIMO等化用ユニットおよびMIMO駆動用ユニットを有する
データ伝送システム(1)。 - 請求項1に記載のデータ伝送システム(1)であって、
前記複数のトランシーバユニット(3)の1つは、前記電磁波を、界磁結合によって、または、流電結合によって内外に結合させ、
残りの他のトランシーバユニット(3)は、各場合において、前記電磁波を、界磁結合によって内外に結合させる
データ伝送システム(1)。 - 請求項1または2に記載のデータ伝送システム(1)であって、
前記レール(4; 41, 42)の外面から前記レール(4; 41, 42)の前記長手方向の範囲に沿って、前記レール(4; 41, 42)に切り欠き部(9)が形成されている
データ伝送システム(1)。 - 請求項1に記載のデータ伝送システム(1)であって、
前記結合装置(13)が、各々が電気端子(15)を有する2つの結合要素(14)、好ましくは、2つのE界結合要素または2つのH界結合要素、もしくは、1つのE界結合要素と1つのH界結合要素の組み合わせを有する
データ伝送システム(1)。 - 請求項4に記載のデータ伝送システム(1)であって、
前記2つのE界結合要素または前記2つのH界結合要素の前記電気端子(15)は、各場合において、前記レール(4; 41, 42)の前記長手方向の範囲に沿って、互いに、λ/4・(2n+1)の軸方向間隔で離間されており、
ここで、λは前記電磁波の波長であり、nは整数である
データ伝送システム(1)。 - 請求項4または5に記載のデータ伝送システム(1)であって、
前記MIMO駆動用ユニットは、各場合に、前記2つの結合要素(14)の前記電気端子(15)に、第1の電気信号および第2の電気信号を注入するように設計されており、
一方の結合要素(14)において注入される前記第1の電気信号は、他方の結合要素(14)において注入される前記第1の電気信号に対して90°の位相遅れを有し、
前記他方の結合要素(14)において注入される前記第2の電気信号は、前記第1の結合要素(14)において注入される前記第2の電気信号に対して90°の位相遅れを有する
データ伝送システム(1)。 - 請求項1に記載のデータ伝送システム(1)であって、
2つの電気端子(15)を有する前記結合要素(13)は、方向性結合器の第1の電気導体であり、
前記方向性結合器の前記第1の電気導体は、前記方向性結合器の第2の電気導体として機能する前記電気導体(5)に連結されている
データ伝送システム(1)。 - 請求項1~7のいずれか1つに記載のデータ伝送システム(1)であって、
前記電気線路は、端部側で互いに接続可能であり、電気絶縁材および関連する相互接続可能な複数の導電体(5)とからなる複数のレール(41, 42)を有する
データ伝送システム(1)。 - 請求項8に記載のデータ伝送システム(1)であって、
外側導体側では、2つの相互接続可能な導電体(5)が金属カラー(7)を介して互いに電気的に接続されており、
前記金属カラー(7)は、それぞれ共振方式で、端部側で互いに接続可能な前記レール(41, 42)の外側導体側で前記導電体(5)に結合されている
データ伝送システム(1)。 - 請求項8に記載のデータ伝送システム(1)であって、
内部導体側では、2つの相互接続可能な導電体(5)が、接続要素(20)を介して接触要素(21)に電気的に接続されるか、または、
導電体(5)が、前記レール(4; 41, 42)に対して軸方向に延在するように設計されることによって、互いに電気的に接続されている
データ伝送システム(1)。 - 請求項1~10のいずれか1つに記載のデータ伝送システム(1)であって、
前記電気線路は少なくとも2つの電気線路に分岐し、
前記レール(4; 41, 42)は少なくとも2つのレール(4; 41、42)に分岐し、関連する複数の導電体(5)は各場合において、少なくとも2つの導電体(5)に分岐する
データ伝送システム(1)。 - 請求項1~11のいずれか1つに記載のデータ伝送システム(1)であって、
各場合において、1つの遮蔽板(25)が、複数の導電体(5)の間、または、複数のペア(12)の導電体(5)の間で、前記レール(4; 41, 42)の前記長手方向の範囲に沿って配置されている
データ伝送システム(1)。
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