DE19724087A1 - Sende- und Empfangsgerät für Hochfrequenzstrahlung und Verfahren zur Hochfrequenz-Übertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sende- und Empfangsgerät für Hoch­ frequenzstrahlung sowie ein Verfahren zur Hochfrequenz-Über­ tragung mit einem derartigen Gerät.

Hochfrequenzverbindungen, beispielsweise nach dem DECT- oder GSM-Standard, bilden ein wichtiges Glied bei der Informa­ tionsübertragung. Hierbei kommen sowohl mobile als auch sta­ tionäre Sende-/Empfangsanlagen zum Einsatz.

Ein typisches Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung liegt im Bereich der mobilen Telekommunikation.

Ein kommerziell erhältliches mobiles Handtelefon, das nach dem GSM-Standard arbeitet, strahlt insgesamt eine Hoch­ frequenz-Leistung von etwa 2 W ab, um die Verbindung zu einer ortsfesten Basisstation herzustellen. Die benötigte Sende­ leistung, die Empfangsfeldstärke und letztlich auch die über­ tragbare Datenrate (Bandbreite) sind hierbei durch die Geome­ trie (Abstand zwischen Sender und Empfänger) und durch elemen­ tare thermodynamische Gesetze (Rauschabstand) gegeben.

Hochfrequenz-Sender, wie sie beispielsweise in einem Mobil­ telefon eingesetzt werden, strahlen ihre Energie im wesent­ lichen in eine 4πr²-Geometrie ab. Für die Hochfrequenz-Ver­ bindung wird jedoch nur der Raumwinkel-Anteil genutzt, der in Richtung des Empfängers gerichtet ist.

Insbesondere mobile Sende- und Empfangsgeräte müssen häufig mit einer unabhängigen Energiequelle wie Batterien oder Akkus, die nur einen begrenzten Energievorrat aufweist, betrieben werden. Die daraus resultierende relativ kurze Betriebsdauer stellt bei diesen Geräten ein großes Problem dar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Sende- und Empfangsgerät für Hochfrequenzstrahlung sowie ein Verfahren zur Hochfrequenz-Übertragung mit diesem Gerät anzu­ geben, das bei gleichem Energievorrat eine erhöhte Betriebs­ dauer hat. Desweiteren soll eine Verbesserung der Hoch­ frequenzverbindung ermöglicht werden.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der geltenden Ansprüche 1 und 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird ein Sende- und Empfangsgerät für Hoch­ frequenzstrahlung bereitgestellt, das mit einer Antennenein­ richtung ausgestattet ist, die eine gerichtete, trägheitslos veränderbare Strahlungscharakteristik aufweist. Das Gerät ist weiterhin mit einer Einrichtung ausgestattet, die eine auto­ matische, trägheitslose Ausrichtung der Strahlungscharakte­ ristik in Richtung eines zweiten Sende-/Empfangsgerät es (Gegenstation) in Echtzeit vornimmt.

Mit diesem Gerät wird in vorteilhafter Weise durch eine Bün­ delung der Sendekeule (gerichtete Strahlungscharakteristik) in Richtung des zweiten Gerätes die benötigte Sendeleistung bei unveränderter Feldstärke am Empfänger im Vergleich zu herkömmlichen Geräten deutlich gesenkt (um mindestens eine Größenordnung). Dies führt gerade bei Batterie- oder Akku­ betriebenen Geräten zu einer deutlichen Energieersparnis und damit zu einer Erhöhung der Betriebsdauer des Gerätes. Die hierbei für die automatische Nachführung der Sendekeule in Echtzeit zusätzlich benötigte Energie ist gegenüber der ins­ gesamt erzielbaren Energieersparnis vernachlässigbar klein.

Bei fest installierten Sende- und Empfangsgeräten ergibt sich neben der Energieersparnis der Vorteil, daß sich die gerich­ tete Strahlungscharakteristik bei der Installation des Gerä­ tes oder der erstmaligen Inbetriebnahme an einem neuen Ort automatisch ausrichtet, so daß keine gesonderte Justage er­ forderlich ist. Desgleichen ist bei einer Veränderung der Position des zweiten Gerätes keine erneute Justage erforder­ lich, da das erste Gerät seine Strahlungscharakteristik in Echtzeit automatisch den neuen Gegebenheiten anpaßt, d. h. auf die neue Position ausrichtet.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Reduzierung von unnötig in die Umgebung dissipierter Hochfrequenz-Energie ("Elektro-Smog").

Die gerichtete Strahlungscharakteristik bringt weiterhin eine Erhöhung der effektiv nutzbaren Übertragungskanäle mit sich, da hierdurch Überlagerungen vermieden werden können.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfaßt das Sende- /Empfangsgerät Mittel, die die Halbwertsbreite der Strah­ lungscharakteristik in einer Hauptstrahlrichtung (Richtung mit maximaler Leistungsdichte) in Echtzeit so einstellen, daß eine optimale Übertragung von Daten mit der Hochfrequenz­ strahlung gewährleistet ist. Die Halbwertsbreite ist dabei der Winkel zwischen den Richtungen mit einer halb so großen Leistungsdichte wie in der Hauptstrahlrichtung (3 dB-Breite) Optimale Übertragung von Daten kann zum einen bedeuten, daß der Übertragungsvorgang durch die räumliche Bündelung mit drastisch reduzierter Sendeenergie erfolgen kann; zum anderen können bei Beibehaltung oder nur leichter Verminderung der Sendeenergie höhere Übertragungsraten verwirklicht werden, da durch die Bündelung deutlich höhere Feldstärken am Empfangs­ ort auftreten.

Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Sende-/Empfangsgerät einen oder mehrere Beschleunigungssensoren. Das Ausgabesignal dieser Sensoren wird in eine Einrichtung eingespeist, die zu jedem Zeitpunkt die aktuelle räumliche Lage des Gerätes bzw. einer fiktiven Geräteachse, beispielsweise in der Normalen­ richtung zur Ebene des Antennenarrays gelegen, in Bezug auf eine Referenzachse berechnet. Bei einer Veränderung der räum­ lichen Lage des Gerätes wird die Ausrichtung der Strahlungs­ charakteristik automatisch auf der Grundlage dieser berechne­ ten aktuellen Lage vorgenommen.

Bewegungen des Gerätes können mittels mikromechanisch gefer­ tigter und gegebenenfalls integrierter Beschleunigungssenso­ ren hochpräzise detektiert werden. Die extrem hohe Rechen­ leistung mikroelektronischer Schaltkreise ermöglicht es hier­ bei, die Eigenbewegung des Gerätes mit Hilfe der integrierten Sensoren in Echtzeit in eine momentane Lagebeschreibung des Gerätes umzurechnen.

Besonders Handtelefone werden üblicherweise während des Be­ triebes bewegt. Bei diesen Bewegungen können Winkelgeschwin­ digkeiten von bis zu 5 s^-1 auftreten, so daß die automatische Nachführung der gerichteten Strahlungscharakteristik bei Handtelefonen mit Geschwindigkeiten in dieser Größenordnung erfolgen muß.

Eine wesentliche Erleichterung bei der Nachführung der Strah­ lungscharakteristik kann hierbei durch die Einbeziehung der ermittelten Werte der mechanischen Gerätebewegung bei der Ausrichtung der Strahlungscharakteristik erreicht werden. Dazu ermitteln ein oder mehrere Beschleunigungssensoren die Eigenbewegung des Gerätes. Diese Bewegung wird in eine momen­ tane Ausrichtung der Geräteachse in Bezug auf eine Referenz­ achse umgerechnet. Ein Rechenprozessor im Gerät hat dann die Aufgabe, die Strahlungscharakteristik unter Berücksichtigung momentanen Ausrichtung der Geräteachse nachzuführen.

Die Bewegungsdetektion mit Hilfe von Beschleunigungssensoren kann die durch die Ermittlung der Empfangsrichtung gewonnene Ausrichtung der Strahlungscharakteristik in Richtung des zweiten Gerätes, beispielsweise einer Basisstation, unter­ stützen. Insbesondere kann in Zeiträumen mit fehlender oder sehr geringer Eigenbewegung des Gerätes auf eine ständige Neubestimmung der Richtung und/oder Neuausrichtung der Strah­ lungscharakteristik und den damit verbundenen Rechenaufwand verzichtet werden.

So kann beispielsweise zu einem bestimmten Startzeitpunkt, z. B. beim Einschalten des Gerätes, die Richtung des zweiten Gerätes ermittelt und die Strahlungscharakteristik der An­ tenne entsprechend ausgerichtet werden. Ab diesem Zeitpunkt kann die automatische Nachführung alleine anhand der Detek­ tion der Eigenbewegung des Gerätes mittels der Beschleuni­ gungssensoren vorgenommen werden. Bei Bedarf kann in regel­ mäßigen Zeitabständen oder bei einer Verschlechterung der Übertragungsqualität erneut die Richtung des zweiten Gerätes ermittelt werden (neuer Startzeitpunkt).

Die Bestimmung der Eigenbewegung des Gerätes mit Beschleuni­ gungssensoren und deren Verwertung für die Ausrichtung der Strahlungscharakteristik hat zudem den Vorteil, daß diese Sensoren sehr schnelle Bewegungen präzise erfassen können, so daß Fehler bei der Ausrichtung aufgrund einer schnellen Bewe­ gung vermieden werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung wird die Bestimmung der Einfallsrichtung der vom zweiten Gerät (Gegenstation) empfangenen Hochfrequenzstrahlung über die Signale einer Phasenarrayantenne vorgenommen.

Die Definition der Strahlungscharakteristik einer Antenne sowohl für Sende- als auch für Empfangsbetrieb kann mittels mehrerer phasenverschoben betriebener Dipole oder ähnlich wirkender Strahlelemente vorgenommen werden. Dieses Prinzip ist unter dem Begriff Phasenarrayantenne bekannt. Phasen­ arrays werden hauptsächlich im militärischen Bereich als schnell schwenkbare Radarkeulen zum Abtasten eines bestimmten Raumwinkelanteils eingesetzt. Die erzielbaren Bündelungs­ eigenschaften von Phasenarrayantennen sind im wesentlichen eine Funktion des Quotienten Antennenabmessung/Wellenlänge. So läßt sich beispielsweise für die senkrechte Abstrahlung eines 3×3-Arrays mit Gesamtabmessungen von 4×4 cm² ein maxi­ maler Öffnungswinkel der Abstrahlung von 32° (Abfall um 3dB) abschätzen. Dies entspricht einem Raumwinkelverhältnis von 1 : 0.0625 (Faktor 16).

Für die Ermittlung der Einfallsrichtung der von der Gegensta­ tion empfangenen Hochfrequenzstrahlung weist das Gerät eine Einheit zur Bestimmung der Phasenbeziehung der von den ein­ zelnen Dipolen des Arrays detektierten Signale auf. Ein inte­ grierter Prozessor berechnet die Einfallsrichtung der von der Gegenstation empfangenen Hochfrequenzstrahlung aus der Pha­ senbeziehung. Diese Richtung wird zu einer Referenzachse des Gerätes in Bezug setzt, und die Strahlungscharakteristik auf optimale Feldstärke in Richtung der Gegenstation ausgerich­ tet.

Aufgrund der technischen Entwicklungen der letzten Jahre, insbesondere der Möglichkeiten zur preisgünstigen Integration von elektronischen Bauelementen bis in den oberen Ghz- Bereich, etwa durch Fortschritte der SiGe-Transistoren, ist es auch möglich, alle elektronischen Elemente des Gerätes preisgünstig auf ein einziges Substrat zu integrieren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel für den schematischen Aufbau eines Sende-/Empfangsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2a ein Gerät gemäß Fig. 1, das als Handtelefon ausgeführt ist; und

Fig. 2b einen Ausschnitt aus Fig. 2a, der schematisch den Aufbau der Phasenarrayantenne zeigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines mobilen Handtele­ fons 11 erläutert.

Der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemäßen Gerätes ist in Fig. 1 dargestellt. Die Antenneneinrichtung besteht aus einer Phasenarrayantenne 1, die über Verstärker 2, Sende- /Empfangsweichen 3 und Einheiten zur Phasenverschiebung/- gewichtung 4 der Einzelelemente 12 der Antenne mit einem Sende-/Empfangs-Splitelement 5 verbunden sind. Vom Splitele­ ment 5 wird einerseits eine Verbindung zu den weiteren signalverarbeitenden Bauteilen des Handtelefons (übliche Handy-Komponenten) hergestellt. Andererseits wird ein Signal zum Element 6 zur Ermittlung des Winkels der einfallenden Hochfrequenz-Strahlung abgeleitet, und von diesem zu einem Element 7 zur Bestimmung der optimalen Abstrahlrichtung, von dem schließlich über das Splitelement 5 die Einheiten 4 zur Phasenverschiebung der Einzelelemente angesteuert werden. Weiterhin kann das Gerät Beschleunigungssensoren 8 enthalten, aus deren Daten in einem Element 9 eine schnelle Winkelkor­ rektur der Abstrahlrichtung erfolgen kann. Auch eine Einrich­ tung 10 zur Ermittlung der absoluten Position des Gerätes mittels des GPS-Verfahrens kann vorgesehen sein.

Die Bündelung einer Hochfrequenz-Abstrahlung setzt immer eine korrelierte Wellenfront voraus. Dies kann durch Reflexion (z. B. mittels Parabolspiegel), Beugung (z. B. mittels Linsen oder elektrisch steuerbarer dielektrischer Phasenschiebe­ platten) sowie durch direkte phasenbezogene Ansteuerung von benachbarten Einzelstrahlern erfolgen. Letzteres stellt den schnellsten und einfachsten Weg der Realisierung einer Anten­ neneinrichtung mit gerichteter Strahlungscharakteristik dar. Die damit verbundenen hochfrequenz- und abstrahltechnischen Eigenschaften, insbesondere die resultierenden Bündelungsfak­ toren, der Raumwinkel sowie eine weitere Steigerung der Richtcharakteristik durch einen Reflektor hinter dem Anten­ nenarray, sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht näher beschrieben.

Voraussetzung für eine sinnvolle Anwendung der Erfindung bei einem Handtelefon ist, daß die verwendete Hochfrequenz-Wel­ lenlänge in etwa der Antennenabmessung entspricht. Diese Be­ dingung ist beim gegenwärtigen GSM-Standard (Frequenzbereich von 900 Mhz bzw. 1,8 Ghz entsprechend einem Wellenlängenbe­ reich von 33 cm bzw. 17 cm) nicht zu erfüllen, da die Abmes­ sungen einer Phasenarrayantenne für ein Handtelefon nicht zu groß sein dürfen. Es ist jedoch absehbar, daß in nächster Zu­ kunft schon aus Gründen der erforderlichen Bandbreite oder Kanal-Anzahl zunehmend kürzere Wellenlängen für den Betrieb von Handtelefonen freigegeben werden.

Ein erfindungsgemäßes Handtelefon ist in Fig. 2a gezeigt. Das Handtelefon 11, das beispielsweise im Frequenzbereich von 12 GHz arbeitet, enthält eine in das Gehäuse integrierte Pha­ senarrayantenne 1. Die Phasenarrayantenne besteht beispiels­ weise aus 3×3 Dipolen 12. Zur Verkürzung der effektiven Wel­ lenlänge ist dieses Dipolarray zusätzlich in ein Material mit vergleichsweise hoher Dielektrizitätskonstante und geringem Verlustwinkel eingebettet. Als Materialien sind insbesondere Polymere wie beispielsweise Polycarbonat (ε ≈ 2.2 bei 10 Ghz) geeignet, die sich zudem relativ einfach als Vergußmassen verarbeiten lassen. Bei einer Dielektrizitätskonstante von 2 weist ein solches Array im genannten Frequenzbereich Ge­ samtabmessungen von etwa 4×4 cm² auf. Dies entspricht der sinnvoll nutzbaren Fläche eines Handheld-Systems oder auch einer Chipkarte.

Fig. 2b zeigt schematisch die in das Gehäuse integrierte Phasenarrayantenne 1 mit der Dipolanordnung. Durch geeignete Ansteuerung der Dipole 12 kann die Strahlcharakteristik so gesteuert werden, daß die Hauptstrahlrichtung 14 in beliebi­ gem Winkel von der Flächennormalen 15 der Array-Ebene ab­ weicht. Die Phasenarrayantenne ist rückseitig mit einer Ab­ schirmung 13 versehen. Diese Abschirmung kann beispielsweise durch Integration des Antennenarrays in ein Material mit nach einer Seite elektrisch abschirmenden Eigenschaften, wie dies z. B. aus der DE 44 33 330 bekannt ist, verwirklicht werden.

Verfahren zur phasengerechten Ansteuerung des Dipolarrays, zur Umschaltung zwischen Sende- und Empfangsbetrieb, oder die Selektion der Wellenlängen nach dem Heterodyn- bzw. PLL-Ver­ fahren sind aus der Hochfrequenztechnik bereits bekannt. Vorteilhaft ist die weitgehende Integration aller Sende- Treiber und Empfangsverstärker auf einem einzigen Substrat. Dies wird ermöglicht durch neue Entwicklungen der Integra­ tionstechnik, wie beispielsweise die Entwicklung von SiGe- Transistoren für die hohen Übertragungsfrequenzen sowie durch SOI-Techniken (Silicon On Insulator).

Bei der Einleitung der Übertragung zu einer üblicherweise ortsfesten Basisstation ermittelt der Empfänger des Mobil­ teils die Richtung der einkommenden Hochfrequenz-Strahlung. Diese Information kann aus der Phasenbeziehung der von den einzelnen Dipolen 12 des Antennenarrays detektierten Signale gewonnen werden. Der im Mobilgerät integrierte Rechenprozes­ sor ermittelt diese Richtung, setzt sie in Bezug zu einer geometrischen Referenzachse des Mobilgerätes und optimiert die Sende- und Empfangscharakteristik der Antenne auf opti­ male Feldstärke in Richtung Basisstation. Nach erfolgter Aus­ richtung der Strahlcharakteristik wird die Sendeenergie auf das für die Erzielung der am Empfangsort erforderlichen Feld­ stärke notwendige Maß reduziert. Dies erfolgt analog zu dem bereits im GSM-Standard üblichen Rückkoppel-Verfahren.

Das beschriebene Verfahren eignet sich sowohl für Mobilgeräte als auch für Feststationen. Eine derzeit vorangetriebene Ent­ wicklung bezieht sich auf den Ersatz von leitungsgebundener Übertragung von Daten (z. B. Telefon, usw.) auf vergleichs­ weise kurze Entfernungen durch Hochfrequenzverbindungen (DECT-Standard) . Hier handelt es sich um fest installierte Hochfrequenz-Übertragungsstrecken. Durch die Einrichtung eines erfindungsgemäßen Gerätes mit selbstjustierender Bünde­ lung und Ausrichtung der Antennenkeule können derartige Sta­ tionen zum einen vereinfacht installiert werden und zum ande­ ren mit erheblich verminderter Sendeleistung auskommen.

Weiterhin ist denkbar, das erfindungsgemäße Sende-und Emp­ fangsgerät in Kartenform auszuführen. Geräte in Kartenform, in den Abmessungen ähnlich den derzeit gebräuchlichen Chip­ karten, können insbesondere für kurzreichweitige Übertragung im 1. .100m-Bereich in Zukunft zunehmend an Bedeutung erlan­ gen. Die Fläche einer solchen Chipkarte ist sehr gut zur Auf­ nahme einer Phasenarrayantenne geeignet. Die Reduzierung und geometrische Ausrichtung der Sendeenergie hilft, die mittlere Belastung mit elektromagnetischer Strahlung zu reduzieren und zusätzlich eine höhere Zahl von Richtstrecken bei gleicher Frequenz betreiben zu können. Bei diesen im wesentlichen ortsfest betriebenen Sende- und Empfangsgeräten in Kartenform sind insbesondere die selbstjustierende Ausrichtung der Strahlungscharakteristik und die selbstregelnde Reduzierung der Sendeenergie von Vorteil.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Handtele­ fon einen oder mehrere 3-Achsen-Beschleunigungssensoren 8 auf, die kontinuierlich die Eigenbewegung des Gerätes erfas­ sen (vgl. Fig. 1) . Diese Bewegung wird in eine momentane Ausrichtung der Geräteachse in Bezug auf eine Referenzachse umgerechnet. Als Geräteachse kann hierbei beispielsweise die zur Antennenarray-Ebene senkrechte Raumachse 15 herangezogen werden, die bei Phasengleichheit aller Dipole mit der Achse des Abstrahlmaximums (Hauptstrahlrichtung) identisch ist. Der Rechenprozessor im Gerät führt dann die Strahlungscharakte­ ristik unter Berücksichtigung momentanen Ausrichtung der Ge­ räteachse nach.

Diese Bewegungsdetektion kann die durch die Ermittlung der Empfangsrichtung gewonnene Ausrichtung der Strahlungscharak­ teristik in Richtung des zweiten Gerätes unterstützen. Gerade im Falle von Reflexionen und Interferenzen, wie sie bei bodennahem Betrieb einer Funkverbindung auftreten, ist die Ermittlung der Senderposition aus dem empfangenen Signal bzw. dessen Phasenlage ein vergleichsweise komplexes, iteratives und zeitaufwendiges Verfahren. Durch Einbeziehung der Daten der Beschleunigungssensoren 8 kann eine unnötig häufige Durchführung dieses Verfahrens der Richtungsbestimmung ver­ mieden werden.

Durch die mechanische Lage-/Beschleunigungsermittlung können darüberhinaus Probleme, die sich durch eine 180°-Drehung des Gerätes in Bezug auf die effektive Antennenachse ergeben (Vor-/Rückcharakteristik des Antennenarrays) erkannt und ge­ gebenenfalls korrigiert oder angezeigt werden. Insbesondere kann in Zeiträumen mit fehlender oder sehr ge­ ringer Eigenbewegung des Gerätes auf eine ständige Neubestim­ mung der Richtung und/oder Neuausrichtung der Strahlungscha­ rakteristik und den damit verbundenen Rechenaufwand verzich­ tet werden.

Beschleunigungssensoren für den Einsatz in einem erfindungs­ gemäßen Gerät können mit den Verfahren der Mikrosystemtechnik sehr preiswert hergestellt werden. Sie sind zudem in absehba­ rer Zukunft als kleine, vollintegrierte Bauelemente mit ge­ ringem Leistungsverbrauch erhältlich.

Das Verfahren ist nicht auf eine ortsfeste Basisstation als zweites Gerät beschränkt, sondern kann auch zwischen zwei mo­ bilen Geräten zur Anwendung kommen. Eine weitere vorteilhafte Anwendung kann in der Ausrichtung der Antennenkeule auf Erd­ satelliten bestehen. Der Einsatz von erfindungsgemäßen Gerä­ ten kann insbesondere bei der sogenannten Direkt-Telekommuni­ kation über als Gegenstation dienende Satelliten im erdnahen Orbit deutliche Vorteile bringen.

In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, die Ausrichtung der Strahlungscharakteristik und/oder die Auswahl einer optimalen Verbindungsstrecke durch eine absolute Posi­ tionsermittlung des mobilen Gerätes zu unterstützen. Diese Positionsermittlung kann beispielsweise mit dem GPS-System erfolgen (vgl. Fig. 1). Dazu ermittelt das Mobilgerät seine Position und wählt anhand einer gespeicherten Liste die in Frage kommenden festen Gegenstationen aus. Die Liste der Ge­ genstationen kann dabei entweder im Gerät fest gespeichert sein oder vorteilhaft bei Einschalten des Geräts für die in Frage kommenden Gegenstationen durch Informationsübertragung von den Gegenstationen zum Mobilteil jeweils aktualisiert werden.

Dieses Verfahren der Positionsermittlung kann auch zur allei­ nigen Bestimmung der Ausrichtung der Strahlungscharakteristik in den Fällen dienen, in denen die Raumrichtung der Geräte­ achse des Sende-/Empfangsgerätes unveränderlich ist (zum Bei­ spiel bei einem fest eingebauten Gerät).

Claims (24)

1. Sende-/Empfangsgerät für Hochfrequenzstrahlung mit einer Antenneneinrichtung (1) mit einer gerichteten, trägheitslos veränderbaren Strahlungscharakteristik, und einer Einrichtung (2-7) zur automatischen, trägheitslosen Ausrichtung der Strahlungscharakteristik in Echtzeit in Richtung eines zweiten Sende-/Empfangsgerätes.

2. Sende-/Empfangsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung (2-7) Mittel umfaßt, die die Halbwertsbreite der Strahlungscharakteristik in einer Hauptstrahlrichtung in Echtzeit so einstellen, daß eine optimale Übertragung von Daten mit der Hochfrequenzstrah­ lung gewährleistet ist.

3. Sende-/Empfangsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät einen oder mehrere Beschleunigungssensoren (8) aufweist, deren Ausgabesignal in eine Einrichtung (9) eingespeist wird, die die aktuelle räumliche Lage des Gerätes in Bezug auf eine Referenzachse berechnet.

4. Sende-/Empfangsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2-7) Mittel (7) aufweist, die bei einer Veränderung der räumlichen Lage des Gerätes die Ausrichtung der Strahlungscharakte­ ristik auf der Grundlage der berechneten aktuellen Lage vornimmt.

5. Sende-/Empfangsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2-7) Mittel zur Bestimmung der Einfallsrichtung der vom zweiten Gerät empfangenen Hochfrequenzstrahlung aufweist.

6. Sende-/Empfangsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine Einheit zur Bestimmung der Phasenbeziehung der von den einzelnen Dipolen des Arrays detektierten Signale sowie einen integrierten Prozessor umfassen, der die Einfallsrichtung der vom zweiten Gerät empfangenen Hochfrequenzstrahlung aus der Phasenbeziehung berechnet, diese Richtung zu einer Referenzachse des Gerätes in Bezug setzt, und die Strahlungscharakteristik auf optimale Feldstärke in Rich­ tung des zweiten Geräts ausrichtet.

7. Sende-/Empfangsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät Mittel (10) zur ab­ soluten Positionsermittlung des Gerätes, insbesondere mittels des GPS-Verfahrens, sowie zum Auswählen eines zweiten Gerätes aus einer gespeicherten oder übertragenen Liste mit zweiten Gerätepositionen umfaßt, wobei die er­ mittelte Position und die Position des ausgewählten Gerä­ tes als Information oder Zusatzinformation für die Aus­ richtung der Strahlungscharakteristik verwendet wird.

8. Sende-/Empfangsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung (1) eine Phasenarrayantenne ist.

9. Sende-/Empfangsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung (1) in das Gerätegehäuse integriert ist.

10. Sende-/Empfangsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung (1) in ein Material mit hoher elektrischer Dielektrizitäts­ konstante eingebettet ist.

11. Sende-/Empfangsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung (1) auf oder in ein Grundmaterial aufgebracht oder integriert ist, das eine nach einer Seite elektrisch abschirmende Eigenschaft aufweist.

12. Sende-/Empfangsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle elektronischen Bauteile des Gerätes auf einem einzigen Substrat integriert sind.

13. Sende-/Empfangsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät mobil ist.

14. Sende-/Empfangsgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät ein Handtelefon ist.

15. Sende-/Empfangsgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät kartenförmige Ab­ messungen, insbesondere Chipkartenformat, aufweist.

16. Sende-/Empfangsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät eine ortsfeste Basisstation ist.

17. Sende-/Empfangsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gerät ein mobiles Handtelefon, eine ortsfeste Basisstation oder ein Satellit ist.

18. Verfahren zur Hochfrequenz-Übertragung mit einem Sende- /Empfangsgerät gemäß den vorhergehenden Ansprüchen, bei dem die Richtung eines zweiten Sende-/Empfangsgerätes er­ mittelt und die Strahlungscharakteristik der Antennenein­ richtung (1) in Echtzeit automatisch und trägheitslos in Richtung des zweiten Sende-/Empfangsgerät es ausgerichtet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbwertsbreite der Strahlungscharakteristik in einer Hauptstrahlrichtung in Echtzeit so eingestellt wird, daß eine optimale Übertragung von Daten mit der Hochfrequenz­ strahlung gewährleistet ist.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ausgabesignal einer oder mehrerer Beschleunigungssensoren (8) die aktuelle räumliche Lage des Gerätes in Bezug auf eine Referenz­ achse berechnet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß nach der erstmaligen Ermitt­ lung der Richtung des zweiten Sende-/Empfangsgerätes die Ausrichtung der Strahlungscharakteristik auf der Grund­ lage der berechneten aktuellen Lage vorgenommen wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des zweiten Sende-/Empfangsgerätes aus der Einfallsrichtung der vom zweiten Gerät empfangenen Hochfrequenzstrahlung bestimmt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfallsrichtung der vom zweiten Gerät empfangenen Hochfrequenzstrahlung aus der Phasenbeziehung der von den einzelnen Dipolen (12) des Arrays detektierten Signale bestimmt, zu einer Referenz­ achse des Gerätes in Bezug gesetzt, und die Strahlungs­ charakteristik auf optimale Feldstärke in Richtung des zweiten Geräts ausgerichtet wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die absolute Position des Gerätes, insbesondere mittels des GPS-Verfahrens, ermit­ telt, ein zweites Gerät aus einer gespeicherten oder übertragenen Liste mit zweiten Gerätepositionen ausge­ wählt, und die Richtung des zweiten Gerätes anhand der ermittelten Position und der Position des ausgewählten Gerätes bestimmt wird.