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Dokumentenidentifikation DE60201519T2 01.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001374340
Titel UMSCHALTBARE ANTENNE
Anmelder Thomson Licensing S.A., Boulogne, Cedex, FR
Erfinder LOUZIR, Ali, F-35000 RENNES cedex, FR;
LE BOLZER, Françoise, F-35000 RENNES, FR
Vertreter Roßmanith, M., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 30457 Hannover
DE-Aktenzeichen 60201519
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 04.02.2002
EP-Aktenzeichen 027013929
WO-Anmeldetag 04.02.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/FR02/00408
WO-Veröffentlichungsnummer 0002069446
WO-Veröffentlichungsdatum 06.09.2002
EP-Offenlegungsdatum 02.01.2004
EP date of grant 06.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.12.2005
IPC-Hauptklasse H01Q 13/10
IPC-Nebenklasse H01Q 1/00   H01Q 3/24   H01Q 9/04   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Übertragung und/oder Empfang von Signalen, das auf dem Gebiet der drahtlosen Übertragungen angewendet werden kann, insbesondere in dem Fall von Übertragungen in einer abgeschlossenen oder halb-abgeschlossenen Umgebung, wie häusliche Umgebungen, Gymnasien, Fernsehstudios oder Hörsälen, Stadien, Bahnhöfen usw.

In den bekannten Systemen zur drahtlosen Übertragung mit einem hohen Durchsatz erreichen die durch Sender gesendeten Signale den Empfänger auf mehreren unterschiedlichen Wegen. Sie werden dann beim Empfänger kombiniert. Die Phasenunterschiede zwischen den verschiedenen Wegen, die Übertragungswege mit unterschiedlicher Länge enthalten, bewirken eine Störung für Ausfälle oder eine beachtliche Verschlechterung des Signals. Somit ändert sich, wie in 1 dargestellt, die räumliche Verteilung der um einen Punkt gemessenen Leistung in einer drahtlosen Übertragung in einer abgeschlossenen Umgebung bei einer Frequenz von 5,8 GHz die Leistung des empfangenen Signal über mehrere zehn Dezibel über sehr kurze Abstände in der Größenordnung eines Bruchteils der Wellenlängen. Außerdem ändert sich die Lage der Ausfälle mit der Zeit in Abhängigkeit von den Änderungen der Umgebung, wie die Anwesenheit neuer Objekte oder dem Durchgang von Personen. Diese Ausfälle auf Grund von mehreren Übertragungswegen können beachtliche Verschlechterungen für die Qualität des empfangenen Signals und für die Leistungsfähigkeit des Systems erzeugen.

Zur Lösung der Probleme der Schwunderscheinungen bei mehreren Wegen derzeit gerichtete Antennen benutzt, die durch die räumliche Selektivität ihrer Strahlungs-Diagramm es möglich machen, die Anzahl der durch die Empfänger aufgenommenen Wege zu verringern, wodurch die Wirkung von mehreren Wegen verringert wird. In diesem Fall werden mehrere Richtungsantennen mit Signalverarbeitungsschaltungen benutzt, um eine räumliche Abdeckung über 360° zu bewirken. Die französische Patentanmeldung Nummer 98 13855, angemeldet auf den Namen der Anmelderin schlägt außerdem vor eine kompakte Mehrstrahlantenne zur Vergrößerung der Spektraleffizienz. Jedoch bleiben für eine bestimmte Zahl einer häuslichen oder tragbaren Anordnung diese Lösungen umfangreich und teuer.

Zur Bekämpfung der Schwunderscheinungen ist die am häufigsten benutzte Lösung eine Lösung mit einem so genannten Raumdiversity. Wie in 2 dargestellt, besteht diese Lösung unter anderem in der Anwendung eines Paars von Antennen mit einer weiten Raumerfassung sowie zwei Antennen vom so genannten "Patch-Typ" (1, 2), denen eine Schalter 3 zugeordnet ist. Die beiden Antennen sind durch eine Länge beabstandet, die größer oder gleich &lgr;o/2 sein muss, wobei &lgr;o die Wellenlänge für die Betriebsfrequenz der Antenne ist. Mit diesem Gerätetyp lässt sich zeigen, dass die Wahrscheinlichkeit, dass die beiden Antennen gleichzeitig einem Schwund unterliegen, sehr gering ist. Die Darstellung ergibt sich aus der Beschreibung in "Wireless. Digital Communication", Dr. Kamilo Feher – Abschnitt 7: Diversity Techniques for Mobile-Wireless Radio Systems, insbesondere aus den 7, 8, S.344. Es lässt sich außerdem zeigen über eine reine Wahrscheinlichkeitsberechnung mit der Annahme, dass die durch jedes Patch empfangenen Werte völlig unabhängig sind. Es kann festgestellt werden, in diesem Fall, dass, wenn p (z.B. 1 %) der Wahrscheinlichkeit, das über eine Antenne empfangene Signal einen kleineren Wert als ein detektierbarer Schwellwert hat, dann die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Wert für die beiden Antennen unterhalb des Schwellwerts liegt, p2 beträgt (somit 0,01 %). Wenn die beiden Signale nicht vollständig unkorreliert sind, dann ist pdiv derart, dass 0,01 %< pdiv < 1 % ist, wobei pdiv die Wahrscheinlichkeit ist, dass der empfangene Wert kleiner als der detektierbare Schwellwert ist, im Falle eines Diversity.

Somit ist es durch den Schalter 3 möglich, den Zweig zu wählen, der mit der Antenne verbunden ist, die den höchsten Wert aufweist, durch Prüfung des empfangenen Signals durch eine (nicht dargestellte) Überwachungseinheit. Wie in 2 gezeigt, ist der Antennenschalter 3 mit einem Schalter 4 verbunden, der es ermöglicht, die beiden Patch-Antennen (1 oder 2) in einem Übertragungsmodus zu betreiben, wenn sie mit der Tx5-Schaltung verbunden sind, oder im Empfangsmodus, wenn sie mit der Schaltung Rx6 verbunden sind.

Um insbesondere die Probleme mit der Kompaktheit zu lösen, hat die US 5 714 961 vorgeschlagen, dass die Strahlungsdiversity erreicht wird durch Anwendung von zwei ringförmigen Schlitzen, die mit verschiedenen Modi arbeiten, wobei das Strahlungsdiagramm der Schlitze mittels eines Netzwerks von Speiseleitungen gesteuert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Lösung zu der oben beschriebenen vorzuschlagen, die insbesondere die Vorteile der größeren Kompaktheit, niedrigeren Kosten und größere Einfachheit in der Durchführung aufweisen.

Daher ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Gerät für den Empfang und/oder die Sendung von Signalen mit wenigstens zwei Mitteln zum Empfang und/oder Übertragung von Wellen, wobei die Mittel aus einer Schlitzantenne bestehen und Mittel zur Verbindung wenigstens eines der Mittel zum Empfang und/oder Sendung mit Auswertmitteln der Mehrstrahlsignale, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verbindung aus einer gemeinsamen Speiseleitung bestehen, dass die Leitung elektromagnetisch mit den Schlitzantennen verkoppelt ist und in einer elektronischen Komponente abschließt, dies es durch ein Steuersignal ermöglicht, eine kurzgeschlossene oder offene Schaltung am Ende der Leitung zu simulieren, so dass dann, wenn die Komponente sich in dem EIN-Zustand befindet, das Strahlungsdiagramm von dem Gerät sich unterscheidet von dem Strahlungsdiagramm von dem Gerät, wenn die Komponente sich in dem AUS-Zustand befindet.

Gemäß einer ersten Ausführungsform bestehen die Schlitzantennen aus wenigsten zwei abgestimmten Schlitzen auf der Innenseite der anderen, und einer der Schlitze arbeitet in dem Rundmodus und die anderen Schlitze in einem höheren Modus. In diesem Fall weisen die Schlitze eine ringförmige, quadratische, rechteckförmige oder polygonale Form auf. Außerdem können die Schlitze mit Mitteln versehen sein, die die Strahlung einer zirkularpolarisierten Welle ermöglichen. Bei einem Gerät von diesem Typ ist, wenn die elektronische Komponente sich in dem EIN-Zustand befindet, das gebildete Strahlungsdiagramm dasjenige des äußeren Schlitzes, während dann, wenn die elektronische Komponente sich in dem AUS-Zustand befindet, das gebildete Strahlungsdiagramm sich aus der Kombination des Strahlungsdiagramms des inneren Schlitzes und des Strahlendiagramms des äußeren Schlitzes ergibt. In diesem letzten Fall wird die Amplituden- und Phaseneinstellung der Beiträge zu jedem Modus durch Einstellung der Breite der Speiseleitung und des Schlitzes zwischen den Mittelpunkten der beiden Schlitze erreicht.

Gemäß einer anderen Ausführungsform bestehen die Schlitzantennen aus sogenannten Vivaldi-Antennen, die gleichmäßig um einen Mittelpunkt beabstandet sind.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist auf der den Mitteln zur Auswertung der Signale gegenüberliegenden Seite die Speiseleitung mit einem elektronischen Bauteil verbunden, wie einer Diode, einem als Diode geschalteten Transistor, MEMs (Micro Electro Mechanical Systems), die es entsprechend dem Zustand der Vorspannung ermöglichen, einen Kurzschluss zu simulieren (wenn sie mit einer positiven Spannung in Flussrichtung vorgespannt ist), oder eine offene Schaltung (keine Vorspannung: V=0) am Ende der Leitung: Die Länge der Leitung zwischen der elektronischen Komponente und dem ersten Schlitz, elektromagnetisch gekoppelt mit der Speiseleitung, sowie die Länge zwischen dem ersten Schlitz, die elektromagnetisch mit der Leitung verkoppelt sind, sind gleich bei der mittleren Betriebsfrequenz auf ein ungradzahliges Vielfaches von &lgr;m/4, wobei &lgr;m=&lgr;o/√&egr;reff ist, mit &lgr;o gleich der Wellenlänge im Vakuum und &egr;reff die äquivalente relative Permittibilität der Leitung ist und außerdem die Länge der Leitung zwischen den aufeinanderfolgenden Schlitzen gleich einem Vielfachen von &lgr;m/2 ist.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Speiseleitung in Mikrostreifentechnologie oder in koplanarer Technologie ausgebildet. Außerdem enthalten die Mittel zur Verarbeitung der Signale Steuermittel, die über die Speiseleitung eine Spannung liefern, die größer als oder gleich der Abschaltspannung der Komponente gleich dem Wert der empfangenen Signale ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung. In der Zeichnung:

Die bereits beschriebene 1 zeigt die räumliche Änderung der Antennenleistung in einer inneren Umgebung.

Die bereits beschrieben 2 ist eine diagrammatische Ansicht eines Sende/Empfangsgeräts mit Raumdiversity.

3 ist eine diagrammatische Ansicht von oben und zeigt eine Topologie einer Sende/Empfangseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.

4A und 4B zeigen die Strahlung eines ringförmigen Schlitzes in seinem Grundmodus und in einem ersten höheren Modus.

5A bis 5E zeigen jeweils diagrammatische Ansichten identisch zu denen von 3 zur Erläuterung der Betriebsweise der vorliegenden Erfindung sowie die äquivalenten Schaltungen.

6 ist eine diagrammatische Ansicht eines Sende/Empfangsgeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

7A und 7B sind Ansichten und zeigen die Schlitze, deren Form jeweils identisch ist zu der der 6 und 3, jedoch für einen Betrieb in einer Zirkularpolarisation.

8 zeigt diagrammatisch eine Ausführungsform des Sende/Empfangsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.

9A beziehungsweise 9B sind diagrammatische Ansichten eines Sende/Empfangs-Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Fall von durch Schlitze gespeisten Antennen mit Vivaldi-Antennen und deren Ersatzschaltbilder.

10 ist eine Ansicht eines Sende/Empfangs-Geräts, verbunden mit Auswertmitteln gemäß der vorliegenden Erfindung.

Zur Vereinfachung der Beschreibung tragen in den Figuren gleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen.

In 3 ist eine erste Ausführungsform eines Gerätes zum Senden/Empfangen von Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In diesem Fall sind die Mittel zum Senden/Empfangen von Wellen Schlitzantennen. Insbesondere bestehen sie aus zwei Antennen 10, 11 mit einem kreisförmigen Schlitz auf der Innenseite der anderen. Die beiden Antennen 10 und 11 mit einem ringförmigen Schlitz sind so bemessen, dass der ringförmige Schlitz 11 in seinem Grundmodus arbeitet, wie es in 4B dargestellt ist, während der äußere Schlitz 10 in dem ersten höheren Modus arbeitet, wie es in 4A dargestellt ist. Die Strahlungsdiagramme 4A und 4B entsprechend jedem Modus sind unterschiedlich, und daher sind die Leistungswerte aus der Kombination der aufgenommenen Strahlen unterschiedlich. Genau wie in dem Fall eines Raumdiversity lässt sich zeigen, dass es unwahrscheinlich ist, dass die durch die beiden verschiedenen Kombinationen der beiden Diagramme gleichzeitig zwei Schwunderscheinungen entsprechen. Insbesondere ist der durch eine Antenne Wert proportional zu der Resultierenden (Amplituden- und Phasen-Vektoraddition) der Felder der verschieden "Strahlen", die durch ihr Strahlungsdiagramm aufgefangen werden. Da die Strahlen im Allgemeinen über verschiedene Wege gelaufen sind, sind ihre Amplituden und ihre Phasen im Allgemeinen unterschiedlich, so dass ihr Ergebnis ein Signal in der Nähe von 0 bilden kann, nämlich ein Schwund oder im Gegensatz dazu konstruktiv kombiniert werden kann, nämlich eine Signalspitze ergeben. Da die Kombinationen der Diagramm durch die mehreren Wege aufgefangen werden, sind unterschiedlich, und es gibt eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass die resultierenden Signale gleichzeitig einem Schwund entsprechen. Das lässt sich daher nachweisen, durch eine einfache Wahrscheinlichkeitsberechnung wie die oben genannte. Mit dieser Anordnung ist es daher möglich, Schwunderscheinungen für die mehreren Wege mit äquivalenter Effektivität zu bekämpfen in einem bekannten Raumdiverisity unter der Bedingung, dass es möglich ist, einfach von einem Schlitz zu einem anderen umzuschalten. Zu diesem Zweck werden, wie in 3 dargestellt und anhand der 5A und 5B beschrieben wurde, sind die beiden ringförmigen Schlitze 10 und 11 elektromagnetisch mit einer Speiseleitung gekoppelt, die mit den (nicht dargestellten) Mitteln zur Auswertung der Signale verbunden ist. Die Speiseleitung 12 besteht in der Ausführungsform aus einer die beiden Schlitze 10 und 11 kreuzenden Mikrostreifenleitung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der darstellten Ausführungsform das Ende der Mirkostreifenleitung 12 mit einer Diode 13 verbunden, deren anderes Ende mit Erde verbunden ist. Die Diode 13 kann eine PIN Diode sein (nämlich die Diode HS-LP 489 von H.P.). Außerdem ist, wie in 3 gezeigt, die Länge l1 der Speiseleitung zwischen einer der Anschlussklemmen und der Diode 13 und dem ersten ringförmigen Schlitz 11 gleich &lgr;m/4 oder gleich einem ungradzahligen Vielfachen von ungefähr &lgr;m/4 mit &lgr;m=o/√&egr;reff, &lgr;o ist die Wellenlänge im Vakuum und &egr;reff die äquivalente relative Permittibilität der Leitung. Ebenso ist, wie in 3 dargestellt, die Länge l2 der Speiseleitung zwischen dem Verbindungspunkt der Diode 13 und dem zweiten ringförmigen Schlitz 10 gleich ungefähr &lgr;m/2, oder allgemein ein Vielfaches von &lgr;m/2 für &lgr;m mit den oben genannten Werten. Die Betriebsweise des Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr anhand der 5A bis 5D erläutert. Wenn die Diode 13 sich im EIN-Zustand befindet, nämlich wenn eine Gleichvorspannung +V über die Leitung gelangt, wie es in 5A dargestellt ist, befindet sich das Ende der Leitung 12 gegenüber den Erregungsmitteln in einer kurzgeschlossenen Ebene. Mit der hier angegebenen Abmessung dieser Leitung ist der Einspunkt der Sekundäremission (crossover plane) zwischen der Mikrostreifenleitung und der ersten Antenne 10 äquivalent zu einer offenen Schaltungsebene, während die Kreuzungsebene mit dem zweiten Schlitz 11 einer kurzgeschlossenen Ebene entspricht. Unter diesen Bedingungen wird, wie durch das Ersatzschaltbild von 5C gezeigt, nur die Antenne mit einem äußeren ringförmigen Schlitz 11 erregt, und das Antennendiagramm ist dasjenige des ersten höheren Modus, nämlich dasjenige, das in 4A dargestellt ist. Das Ersatzschaltbild von 5C ergibt sich aus dem bekannten Ersatzschaltbild eines einfachen Übergangs zwischen einer Mirkostreifenleitung und einer Schlitzleitung, die zum ersten Mal von B. Knorr vorgeschlagen wurde, wenn man in der Nähe der Resonanz arbeitet. Die Schaltung besteht aus einer Impedanz, bezeichnet mit Zfond dem Grundmodus entsprechend dem ringförmigen Schlitz 10. Die Impedanz ist mit einem Impedanztransformator mit dem Verhältnis N:1 verbunden. Der andere Zweig des Impedanztransformators liegt in Reihe mit dem Widerstand (entsprechend dem Kurzschluss am Ende der Leitung 12), der durch das Leitungsende 12c des Wellenwiderstands Z12c und der elektrischen Länge &thgr;12c mit der Mikrostreifenleitung 12b des Wellenwiderstand Z12b und der elektrischen &thgr;12c gebildet ist. Diese Leitung ist mit einem anderen Impedanztransformator mit dem Verhältnis 1:N verbunden, der mit dem Ersatzschaltbild Zhig des ringförmigen Schlitzes 12 verbunden ist. Die Anordnung 12 ist über eine Länge der Mikrostreifenleitung 12a mit dem Wellenwiderstand Z12a und einer elektrischen Länge &thgr;12a mit einer Erregerschaltung verbunden, die durch den Generator G symbolisch dargestellt ist. Der Kurzschluss CC der Diode entspricht einer offenen Schaltung CO über die Leitung 12c, die eine Viertelwellenleitung ist. Die Leitung 12b, ebenfalls mit einer Viertelwellenlänge, führt ebenfalls zurück zu einem Kurzschluss CC. Es ergibt sich daher das Ersatzschaltbild von 5C', das dem Betrieb mit einem Schlitz entspricht, wobei nur der Schlitz erregt wird, der in dem höheren Modus arbeitet.

Wenn, wie in 5B dargestellt ist, die Diode 13 sich im AUS-Zustand befindet, nämlich G bei der Vorspannung Null liegt, ist das Ende der mit der Diode verbundenen Leitung eine offene Schaltungsebene CO. Unter diesen Bedingungen werden, wie durch das Ersatzschaltbild von 5D gezeigt, beide Schlitze erregt da dieser Fall der offenen Schaltung CO der Diode einer durch eine Viertelwellenleitung 12c kurzgeschlossenen CC entspricht. Das Antennendiagramm ist dasjenige, das sich aus dem Grundmodus ergibt, der von dem kleinen Schlitz und von dem höheren Modus von dem großen Schlitz 11 ausgeht. Die Amplitudenwichtung jedes Modus kann durch die relativen Werte der Impedanz für jeden Modus am Eingang der Antenne durch die Erregerleitung 12 eingestellt werden. Die Phasenwichtung kann über den Abstand zwischen den Zentren eingestellt werden, nämlich die Länge 12b der beiden Schlitze, wie es in 5E dargestellt ist.

Außerdem sollte, damit beim Betrieb im EIN-Modus hinsichtlich der Diode die Antenneneinheit die Erregung nur des höheren Modus des äußeren Schlitzes ermöglichen, die Länge 12b muss gleich etwa einem ungradzahlig Vielfachen von &lgr;m/4 sein.

Die oben beschriebene Lösung ermöglicht, eine Sende/Empfangseinheit für Signale zu gewinnen, die kompakter ist als die in 2 dargestellte Einheit. Außerdem dient in diesem Fall eine einfache Diode anstelle eines Schalters mit drei Anschlüssen, wodurch es ermöglicht wird, die Kosten der Einheit und auch die Schaltverluste zu verringern, und eine einzige gemeinsame Speiseleitung wird benutzt, wodurch die Ausführung des Systems vereinfacht wird.

Verschiedene andere Ausführungsformen von Sende/Empfangs-Schlitzantennen, die innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, werden anhand der 6 bis 10 beschrieben. Wie in 6 gezeigt, bestehen die schiltzgespeisten Antennen zwei quadratisch geformten Schlitzen 20, 21, von denen der eine auf der Innenseite liegt und der andere durch eine Mikrostreifen-Speiseleitung 22 gespeist ist, die in Reihe zu einer Diode 23 liegt, deren anderes Ende mit einer durch 24 angedeuteten Erdebene verbunden ist. Die Speiseleitung 22 liegt zu den quadratischen Schlitzen 20 und 21 in einer solchen Weise, dass sie in einem linear polarisierten Betrieb arbeiten. In den 7A und 7B sind Schlitzantennen dargestellt ähnlich zu denjenigen der 3 und 6. Jedoch sind diese Antennen derart abgewandelt, dass sie mit einer Zirkularpolarisation arbeiten können. In 7A bestehen die Schlitze 30 und 31 aus zwei Quadraten auf einer Innenseite, die andere wird durch eine Mirkostreifenleitung 32 gemäß einer der Diagonalen der Quadrate gespeist. Diese Speiseleitung endet in einer Diode 33 zwischen einem Ende der Leitung 32 und der Erdebene 34. In dem Fall von 7B bestehen die Schlitze aus zwei ringförmigen Schlitzen 40, 41, einer innerhalb des anderen. Die ringförmigen Schlitze sind mit bekannten Mitteln versehen zur Erzeugung einer Zirkularpolarisation, nämlich diagonal gegenüberliegende Kerben 40', 40", 41', 41".

In der Erfindung werden die ringförmigen Schlitze 40 und 41 durch eine Speiseleitung 32 erregt, die die beiden Schlitze 40 und 41 kreuzt mit einer Bemessung, wie sie oben angegeben ist. Das Ende der Leitung 42 ist mit einer Diode 43 verbunden, die in Reihe zwischen der Leitung 42 und der Erdebene 44 liegt. In 8 sind zwei Schlitzantennen und eine gemeinsame Speiseleitung dargestellt, die in Koplanartechnologie ausgeführt ist. In diesem Fall erfolgt die Erregung der ringförmigen Schlitze über eine koplanare Leitung 51. Die Diode 52 liegt dann zwischen dem metallischen Element 51' der Speiseleitung 51 und dem metallischen Teil 50' des Substrats, auf der die Antenne bildenden kreisförmigen Schlitze 501 und 502 eingeformt sind.

Die 9A und 9B betreffen eine andere Ausführungsform einer Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Fall, wobei die Wellen-Empfangs und/oder Sendemittel aus einer Schlitzantenne aus Vivaldi-Antennen bestehen. In diesem Fall sind die Vivaldi-Antennen gleichmäßig um einen Mittelpunkt herum beabstandet, der in den Figuren mit "0" bezeichnet ist, um somit eine beachtliche räumliche Abdeckung zu bilden.

In 9A sind Wellen-Empfangs und/oder Sendemittel dargestellt, wie aus vier Vivaldi-Antennen bestehen, die senkrecht zueinander angeordnet sind. Diese Antennen haben eine bekannte Form, die durch die Schlitze 60, 61, 62, 63 symbolisch angedeutet sind. Da der Aufbau der Vivaldi-Antennen dem Fachmann auf diesem Gebiet hinreichend bekannt ist, wird er innerhalb des Rahmens der Erfindung nicht detaillierter beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die vier Vivaldi-Antennen 60, 61, 62, 63 durch eine einzige Speiseleitung 64 angeregt, die z.B. in Mikrostreifen-Technologie ausgeführt ist. Diese Speiseleitung kreuzt die Schlitze der vier Vivaldi-Antennen derart, dass:

  • i) Die Länge des Leitungsintervalls zwischen dem ersten und dem zweiten Schlitz, gemessen von dem Ende der mit der Diode verbundenen Leitung (Schlitz 63 und Schlitz 62) ist gleich &lgr;m/4, allgemeiner ein ungradzahliges Vielfaches von ungefähr &lgr;m/4,
  • ii) Die Länge aller anderen Leitungsintervalle zwischen zwei aufeinander folgenden Schlitze (d.h. daher in dem Fall von 9 zwischen den Schlitzen 62 und 61 und zwischen den Schlitzen 61 und 60) ist gleich &lgr;m/2, allgemeiner ein Vielfaches von ungefähr &lgr;m/2.

Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt eine Diode 65 zwischen dem Ende der Speiseleitung 64 und einer Erdebene 66. Der Abstand zwischen der letzten Vivaldi-Antenne 63 und der Diode 64 beträgt &lgr;m/4 oder ein ungradzahliges Vielfaches von &lgr;m/4. Mit diesem besonderen Aufbau einer Einheit für den Empfang und/ Sendung von Mehrstrahlsignalen, wie sie durch das Ersatzschaltbild von 9B dargestellt sind, entspricht das resultierende Diagramm der Antenne den Strahlen (2), (3), und (4), wenn sich die Diode in dem EIN-Zustand befindet, nämlich ihre Vorspannung positiv ist. Dieses Ersatzschaltbild entspricht dem von vier Mikrostreifenleitungs/Schlitzleitungs-Übergängen, wie sie von Knor beschrieben werden, getrennt durch elektrische Längen entsprechend den Leitungslängen, die in 9A gezeigt sind und der Impedanz der Diode am Ende der Erreger-Mikrostreifens. Wenn die Diode sich in dem AUS-Zustand befindet (V=0) entspricht das resultierende Diagramm der Strahlen: (1), (2), (3) und (4).

Die vorliegende Erfindung wurde durch Anwendung einer Diode als elektronisches Bauteil beschrieben. Jedoch kann die Diode durch einen Transistor, ein MEM (Mi-cro Electro Mechanical System) oder jedes äquivalente bekannte System ersetzt werden. Ebenso kann die Schlitzantenne eine beliebige kompatible polygonale Form anders als die dargestellten Formen einnehmen.

Eine Ausführungsform einer Schaltung zur Auswertung der Sende- und Empfangssignale und die innerhalb des Rahmens der vorliegende Erfindung liegt, wird nunmehr anhand der 11 beschrieben. In diesem Fall verbindet die Speiseleitung 12 die die Signale auswertende Schaltung 100 über einer Schalter 103 mit der Antenneneinheit 10, 11. Die Schaltungen 100 enthalten eine Sendeschaltung 101, die mit einem Eingang des Schalters 103 für die Umsetzung auf die hohe Frequenz der Signale mit dem Antennensystem und einer Empfangsschaltung 102, die mit einer Klemme des Schalters 101 für die Umsetzung der durch die Antenneneinheit 10, 11 empfangenen Signale auf die Zwischenfrequenz. In bekann-ter Weise enthält jede Schaltung 101 bzw. 102 einen Mischer 1011, 1021 und ein und denselben örtlichen Oszillator 104 an den Eingang zu den Mischern für die Frequenzumsetzung. Die Schaltung 101 für den Weg nach oben enthält am Eingang eine Modulationsschaltung 1012 für die ankommenden Basisbandsignale, die am Ausgang mit einem Eingang eines Filters 1013 zur Unterdrückung der Bildfrequenz verbunden ist. Der Ausgang des Filters ist mit einem Eingang des Mischers 1011 verbunden. Die Signale von dem Mischer wurden auf eine Hochfrequenz umgesetzt und steuern den Eingang eines Leistungsverstärkers 1014 dessen Ausgang mit dem Eingang eines Bandpassfilters 1015 verbunden, dessen Durchlassband um die Sendefrequenz zentriert ist. Die Schaltung 102 enthält am Eingang einen Verstärker 1026 mit geringem Rauschen (low-noise amplifier), der an seinem Eingang mit einem Ausgang des Schalters (103) und am Ausgang mit einem Filter 1027 verbunden ist, zur Unterdrückung der Bildfrequenz der konvertiblen Signale. Der Ausgang des Filters ist mit einem Eingang des Mischers 1021 verbunden, dessen Ausgang die umgesetzten Signale mittels des Zwischenfrequenz-Oszillators 104 liefert. Diese Signale werden nach der Filterung durch das Bandpassfilter 1028, dessen Durchlassband um die Zwischenfrequenz zentriert ist, zu einer Demodulationsschaltung 1029 übertragen, die in der Lage ist, die Basisbandsignale zu demodulieren. Die Signale an dem Ausgang der Schaltung werden dann zu Verarbeitungsschaltungen geliefert. Außerdem wird das durch die Empfangsschaltung empfangene Signal durch einen Mikroprozessor 105 gemessen und in einem Register 1051 aufgezeichnet. Diese Messung erfolgt regelmäßig bei vorbestimmten Zeitintervallen, die kurz genug sind, damit kein Informationsverlust erfolgen kann. Wenn der Wert des Signals unter einem vorgespeicherten Schwellwert liegt, sendet der Mikrocontroller eine Spannung V über die Speiseleitung, die die Diode ein- oder ausschalten kann derart, um bestimmte Schlitze gemäß der vorliegenden Erfindung zu erregen. In der Ausführungsform erfolgt das Verfahren zur Wahl des optimalen Strahls gemäß einem Verfahren mit Strahlungsdiversity mit Vordetektierung, und die Wahl des Strahls erfolgt vor den die Mittel benutzenden Signalen durch Ermittlung des Strahls, dessen Signalwert am höchsten ist. Es können andere Verfahren benutzt werden, insbesondere ein Verfahren eines Strahlungs-Diversity mit einer Nach-Detektion für die Wahl des optimalen Strahles, wobei die Wahl des Strahles hinter den Schaltungen 100 durch Wahl des Strahls erfolgt, der die beste Fehlerrate aufweist. In diesem Wahl enthält der Demodulator eine Schaltung zur Berechnung der Bitfehlerrate (BER = Bit Error Rate). Es ist für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen und Varianten beschränkt ist.


Anspruch[de]
  1. Gerät für den Empfang und/oder die Sendung von Signalen mit wenigstens zwei Mitteln zum Empfang und/oder Übertragung von Wellen, wobei die Mittel aus einer Schlitzantenne (10, 11, 20, 21; 30, 31; 40, 41/501, 502, 60, 61, 62, 63) bestehen und mit Mitteln zur Verbindung wenigstens eines der Mittel zum Empfang und/oder Sendung mit Auswertmitteln der Mehrstrahlsignale, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verbindung aus einer gemeinsamen Speiseleitung (12, 22, 51, 32, 43, 64) bestehen, dass die Leitung elektromagnetisch mit den Schlitzantennen gekoppelt ist und in einer elektronischen Komponente abschließt, die es durch ein Steuersignal ermöglicht, eine kurzgeschlossene oder offene Schaltung am Ende der Leitung zu simulieren, so dass dann, wenn die Komponente sich in dem EIN-Zustand befindet, das Strahlungsdiagramm von dem Gerät sich unterscheidet von dem Strahlungsdiagramm von dem Gerät, wenn die Komponente sich in dem AUS-Zustand befindet.
  2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzantennen aus wenigsten zwei abgestimmten Schlitzen (10, 11, 20, 21) auf der Innenseite der anderen bestehen und einer der Schlitze sich in dem Grundmodus und die anderen Schlitze in einem höheren Modus arbeiten.
  3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Speiseleitung (12) und der Spalt zwischen den Mitten der beiden Schlitze (11, 12) so gewählt sind, dass sie eine Amplituden- und Phaseneinstellung der verschiedenen Betriebsmodi ermöglichen, wenn sich die Komponente in dem AUS-Zustand befindet.
  4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze eine ringförmige, quadratische, rechteckförmige oder polygonale Form aufweisen.
  5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze mit Mitteln versehen sind, die die Strahlung einer zirkularpolarisierten Welle ermöglichen.
  6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzantennen aus Vivaldi-Antennen bestehen, die gleichmäßig um einen Mittelpunkt beabstandet sind.
  7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits die Länge der Leitung zwischen der elektronischen Komponente und dem ersten Schlitz elektromagnetisch mit der Leitung gekoppelt ist, ebenso wie die Länge zwischen dem ersten Schlitz und dem zweiten Schlitz, die elektromagnetisch mit der Leitung verkoppelt sind, gleich sind bei der Betriebs-Mittenfrequenz zum Beispiel bei einem ungeradzahligen Vielfachen von &lgr;m/4 und die Länge der Leitung zwischen den aufeinanderfolgenden Schlitzen gleich ist einem Vielfachen von &lgr;m/2, wobei &lgr;m = &lgr;o√&egr;reff ist mit &lgr;o = der Wellenlänge im Vakuum und &egr;reff die relative Permittivität der Leitung ist.
  8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseleitung eine Leitung in Mikrostreifen-Technologie oder in coplanarer Technologie ist.
  9. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Komponente aus einer Diode, einem Transistor, einem mikroelektrischen/mechanischen System besteht.
  10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Auswertung der Signale ein Steuermittel enthalten, das über die Speiseleitung eine Spannung sendet, die größer als oder gleich der Abschaltspannung der Komponente in Abhängigkeit von dem Wert der empfangenen Signale ist.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






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