DE3628583C2 - Empfangseinrichtung für Mikrowellensignale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Empfangseinrichtung für Mikrowellensignale mit einer Empfangsantenne und einer Detektorschaltung.

Die Übertragung von Informationen im Mikrowellenbereich (oberhalb 1 GHz) läßt eine neuartige Technik zu, die sich in den letzten Jahren zunehmend ausgeweitet hat. Eine Einführung in die integrierte Mikrowellentechnik ist aus der Zeitschrift "Elektronik-Anzeiger" Jahrg. 1977 mit den Heften 4, 5, 6, 8, 9 bekannt.

Mikrowellensignale werden üblicherweise drahtlos unter Verwendung von speziellen Antennen übertragen und durch elektronische Empfänger ausgewertet, demoduliert, gemischt, verstärkt usw. Die Sende- und Empfangsantennen werden dabei als Horn-, Parabolantenne oder in planarer Mikrostreifenleitungstechnik ausgeführt. Dabei hat sich in den letzten Jahren die Mikrowellenstreifenleitungstechnik immer mehr durchgesetzt, weil sich damit miniaturisierte Mikrowellenschaltungen realisieren lassen.

Eine derartige Streifenleitung besteht aus einer leitenden Grundfläche, einem darüber angeordneten dielektrischen Trägermaterial (Substratplättchen) und einer darauf befindlichen metallisierten Leiterbahn. Durch geeignete Dimensionierung der Streifenleitungen lassen sich auch auf Keramiksubstrat die von der Hochfrequenztechnik bekannten Leitungen mit 50 Ω Wellenwiderstand realisieren. Die gegenüber Koaxial- bzw. Hohlleitungen größeren Verluste von Mikrostreifenleitungen, die zum größten Teil auf ohmschen Verlusten, zum kleineren Teil auf dielektrischen Verlusten und bei nicht abgeschirmten Schaltungen auf Abstrahlungsverlusten beruhen, werden durch die kürzeren Leitungsstrecken weitgehend kompensiert. Das Verhalten leerlaufender Streifenleitungen, elektromagnetische Wellen abzustrahlen, läßt sich zur Herstellung planarer Antennen ausnutzen. Am häufigsten dienen dazu Mikrostreifenleitungs-Resonatoren der Länge λ/2.

Bekannt ist eine rechteckförmige, planare Mikrowellenantenne, die in Streifenleitungstechnologie ausgebildet ist. Bei der Speisung dieser Antenne wird eine linear polarisierte Welle erzeugt bzw. empfangen. Durch entsprechende Ausbildung der Seitenlängen der Mikrowellenantenne können gleichzeitig zwei Frequenzen übertragen werden, wenn die Einspeisung an benachbarten Seiten des Rechtecks erfolgt. Dabei stehen die Polarisationsebenen der Signale der beiden Frequenzen senkrecht aufeinander (Bahl, I. J., Bhartia, P., Microstrip Antennas, 1982, Seiten 6, 71 bis 73.

Bei einer Vorrichtung zur berührungslosen Eingangs- und Ausgangskontrolle von Transportbehältern ist eine Sende-/Empfangseinrichtung für hochfrequente Signale bekannt. Die Sende-/Empfangseinrichtung ist in Form einer integrierten Halbleiterschaltung ausgebildet (DE 25 08 201 C2).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Empfangseinrichtung für Mikrowellensignale mit einer Empfangsantenne und einer Detektorschaltung dahingehend weiterzuentwickeln, daß mit nur einer Antenne zwei frequenz­ mäßig eng benachbarte Signale mit stark unterschiedlicher Amplitude und verschiedener Polarisation empfangen und verarbeitet werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Durch die Verwendung nur einer Antenne für die in Frequenz, Amplitude und Polarisation unterschiedlichen Signale ergibt sich ein einfacher, platzsparender und billiger Aufbau bei der erfindungsgemäßen Empfangseinrichtung. Die gesamte Anordnung läßt sich dadurch noch einfacher integrieren, so daß alle Systemfunktionen auf einem Modul (Substratplatte) untergebracht werden können (siehe Fig. 1). Durch eine Aufteilung der Übertragung in horizontal und vertikal linear polarisierte Wellen und die getrennte Auskopplung der beiden empfangenen Signale (Energiesignal und Datensignal) ergibt sich eine Verdoppelung der Empfangskanäle. Trotz der hohen Leistungsunterschiede, das Energiesignal ist von der Leistung her hundertmal größer als das Datensignal, und der engen Frequenznachbarschaft der übertragenen Signale ergibt sich eine sehr gute Entkopplung und damit eine hohe Empfangsqualität. Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Empfangseinrichtung für Mikrowellensignale auf einer Substratplatte schematisch von oben und

Fig. 2 ein Schaltbild der Empfangseinrichtung gemäß Fig. 1 mit symbolisch dargestellten Signalen.

Die erfindungsgemäße Empfangseinrichtung wird von zwei, nahezu gleichfrequenten (Abstand einige MHz) Signalen ausgestrahlt.

Die Amplituden der beiden Signale sind dagegen sehr un­ terschiedlich (ca. 20 dB). Die Polarisationsebenen der abgestrahlten Signale sind um 90° gegeneinander verscho­ ben.

Ein unmodulierter starker HF-Träger P_U großer Amplitude wird vertikal (oder horizontal) linear polarisiert abge­ strahlt, während ein amplituden-moduliertes Informati­ onssignal P_M geringer Amplitude horizontal (oder verti­ kal) linear polarisiert abgestrahlt wird. Der Arbeits- Bereich der übertragenen Signale liegt bei ungefähr 6 GHz.

Die Empfangseinrichtung besteht aus einer in Streifen­ leitungstechnik aufgebauten Antenne 1, die sowohl das vertikal (horizontal) linear polarisierte Energiesignal P_U als auch das horizontal (vertikal) linear polarisier­ te Datensignal P_M empfängt. Dabei sind die Abmessungen der Antennenstruktur so gewählt, daß die Länge in x- Richtung der halben Leitungswellenlänge des Signals P_U entspricht

während die Länge in y- Richtung (ly) genau

beträgt (c=effektive Ausbreitungsgeschwindigkeit im Substratmaterial).

Die für das Energiesignal P_U und das Datensignal P_M vor­ gesehene Antenne ist als Streifenleitung auf ein dielekt­ risches Substrat (meist Aluminiumoxidkeramik oder Tef­ lon) aufgetragen. Die hochfrequenzmäßigen Signale von der Antenne müssen ausgekoppelt und weiterverarbeitet werden. Dazu werden über geeignete Anschlüsse auf der Streifenleitungsantenne 1 die HF-Signale getrennt abge­ leitet. Das empfangene Energiesignal P_U wird dabei auf den Mittelanschluß A der Reihenschaltung von zwei Dioden D1 und D2 geführt. Diese Diodenschaltung dient zur Gleichrichtung und in Verbindung mit nicht dargestellten Kapazitäten zur Spannungsverdopplung und soll eine hohe Ausgangsspannung U_B an den Klemmen B und C der Reihenschaltung ermöglichen. Eine Gleichrichterschaltung mit nur einer Diode ist selbstverständlich ebenfalls möglich. An den Klemmen B und C liegt somit eine unmodulierte Gleichspannung, die beispielsweise zur Spannungsversorgung für aktive Bauteile verwendet werden kann.

Das von der Antenne 1 empfangene, um 90° versetzte Datensignal P_M liegt einige MHz neben dem Energiesignal P_U, ist um den Faktor 100 schwächer als das Energiesignal P_U und ist amplitudenmoduliert. Das empfangene Signal wird an der Diode D3 gleichgerichtet und steht an der Klemme D als modulierte Gleichspannung U_M zur Verfügung.

Claims (1)

1. Empfangseinrichtung für Mikrowellensignale mit einer Empfangsantenne und einer Detektorschaltung, dadurch gekennzeichnet,
   daß nur eine Antenne (1) für den Empfang eines vertikal polarisierten Energiesignals (P_U) und eines horizontal polarisierten Datensignals (P_M) vorgesehen ist,
   daß für das Energiesignal (P_U) und das Datensignal (P_M) getrennte Detektorschaltungen vorhanden sind,
   daß die Detektorschaltung für das Energiesignal (P_U) aus einer Spannungsverdopplerschaltung (D1, D2) zur Erzeugung einer Betriebsspannung (U_B) und
   daß die Detektorschaltung für das Datensignal (P_M) aus einer Diode (D3) mit einem Arbeitswiderstand (R) zur Bildung einer modulierten Gleichspannung (U_M) besteht.