DE60123087T2

DE60123087T2 - Tragbarer Empfänger mit niedriger Streuung

Info

Publication number: DE60123087T2
Application number: DE2001623087
Authority: DE
Inventors: Christian Lamothe
Original assignee: EM Microelectronic Marin SA
Current assignee: EM Microelectronic Marin SA
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: EP1320199B1; DE60123087D1; EP1320199A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen tragbaren Empfänger, der insbesondere für Anwendungen in der Automobilindustrie bestimmt ist, nämlich insbesondere für Systeme für das kontaktfreie Öffnen mit einem Schlüssel und allgemeiner für Anwendungen in einem System für das kontaktfreie Erfassen, insbesondere für Systeme für den mit einem Abzeichen gesteuerten kontaktfreien Zugang.
Der tragbare Empfänger umfasst eine Empfangsstufe, in der wenigstens zwei Antennen gemäss zwei verschiedenen Empfangsachsen, die ein Achsenkreuz bilden, orientiert sind, wobei die Antennen jeweils eine Komponente eines äusseren Signals in einem gegebenen Frequenzbereich gemäss ihren Empfangsachsen empfangen können, eine Verarbeitungsstufe für die mindestens zwei durch die Empfangsstufe gelieferten Komponenten und eine Rekombinationsstufe für mindestens zwei Signale, die am Ausgang der Verarbeitungsstufe geliefert werden.
Im Stand der Technik, insbesondere aus dem Dokument FR 2 763 186 , ist ein tragbarer Empfänger mit drei Antennen, die in einem Kraftfahrzeugschlüssel angeordnet sind, bekannt. Ein solcher Empfänger ist auf 1 dargestellt; er umfasst drei Antennen 1, 2 und 3, die paarweise senkrecht zueinander ausgerichtet sind, wobei somit jeder Antenne ermöglicht wird, in dem durch die Antennen gebildeten orthogonalen Achsenkreuz eine der drei Komponenten V1, V2 und V3 eines äusseren Signals Vin, das durch einen Sender (nicht dargestellt), der im Kraftfahrzeug angeordnet ist, ausgesendet wird, zu empfangen.
Verstärker 4, 5 und 6 sind am Ausgang jeder Antenne angeschlossen. Die verstärkten Signale V4, V5 und V6 werden dann gemäss einer ersten Ausführungsform an den Eingang eines Addierers 7 geliefert, der am Ausgang die Summe der drei Signale liefert.
Gemäss einer zweiten Ausführungsform werden die verstärkten Signale V4, V5 und V6 an den Eingang von Wählermitteln 7 geliefert, die ermöglichen, ein Signal aus diesen drei Signalen V4, V5 oder V6 auszuwählen. Das gewählte Signal ist dasjenige, dessen Amplitude am grössten ist.
Diese beiden Ausführungsformen weisen jedoch einige Nachteile auf. Unter anderem ist der Fachmann darum bemüht, einen Empfänger zu erhalten, der empfangen kann, welches auch immer seine Ausrichtung in Bezug auf den Sender ist, wenn er sich im Sendefeld dieses letzteren befindet. Aus Gründen der Sicherheit und der bequemen Anwendung ist es nämlich sehr wichtig, dass der Streubereich minimal ist. Unter Streubereich versteht man den räumlichen Bereich, in dem der Empfang oder Nicht-Empfang eines gesendeten äusseren Signals durch den Empfänger von der Ausrichtung des Empfängers in Bezug auf den Sender abhängt. Die Ausdehnung dieses Streubereichs ist durch den Streufaktor des Empfängers definiert. Dieser Streufaktor entspricht den möglichen Variationen der Amplitude des durch den Empfänger gemäss seiner Orientierung empfangenen Signals; er wird durch eine Zahl, die in einer zwischen 0 und 1 variierenden Spanne liegt, ausgedrückt, wobei die entsprechende Streuung in Prozenten ausgedrückt wird.
Untersuchen wir nun die Streufaktoren, die mit den Lösungen des Dokuments FR 2 763 186 gemäss den beiden auf 1 dargestellten Ausführungsformen erhalten werden. Wie dies auf 2A dargestellt ist, wird das empfangene äussere Signal in drei Signale V1, V2 und V3 gemäss den Empfangsachsen "x", "y" und "z" der drei Antennen zerlegt. Als empfangenes äusseres Signal wird beispielsweise Vin = V0·coswt genommen, wobei V0 die Amplitude ist und coswt die Phase des ausgesendeten Signals ist.
Gemäss den beiden Ausführungsformen, sind die durch die Antennen empfangenen Signale V1, V2 und V3 durch die folgenden Formeln gegeben: V1 = Vin·cosa·cosb V2 = Vin·sina·cosb V3 = Vin·sinbwobei "a" und "b" die beiden Winkel definieren, die verwendet werden, um das empfangene Signal gemäss den Achsen "x", "y" und "z" der drei Antennen zu definieren.
Der Steufaktor ist durch die Extremwerte der Amplitude des am Ausgang des Addierers oder der Wählermittel des Empfängers gelieferten Signals definiert.
Gemäss der ersten Ausführungsform, die den Addierer umfasst, und wenn man davon ausgeht, dass die Verstärkung G jedes Verstärkers identisch ist, ist die Amplitude des Ausgangssignals Vout durch die folgende Formel gegeben: Vout = G·Vin·(cosb·(cosa + sina) + sinb)
Die Amplitude des Ausgangssignals ist maximal, wenn die Empfangsachse einer der Antennen in Richtung des Senders orientiert ist. Wenn zum Beispiel a = 0 und b = 0 ist, dann erhält man in diesem Fall am Ausgang das folgende Ausgangssignal Vout: Vout = G·Vin
Die Amplitude des Signals ist in den folgenden Beispielen minimal: a = –pi/4 und b = 0; a = 3pi/4 und b = 0; a = 0 und b = –pi/4; a = 0 und b = 3pi/4
In diesen vier Beispielen ist die Amplitude des Signals Vout gleich Null. Diese Situation wird „Empfangsloch" genannt, d.h., dass der so orientierte Empfänger kein Signal empfängt, welches auch immer der Abstand zwischen ihm und dem Sender ist.
Der Streufaktor gemäss dieser ersten Ausführungsform variiert also zwischen 0 und 1, die Streuung beträgt somit 100%. Der Streubereich ist also maximal, da er den gesamten Raum umfasst. Welches auch immer die Position des Empfängers im Raum ist, so gibt es nämlich mindestens vier Ausrichtungen, bei denen er kein Signal vom Sender empfängt.
Es ist wichtig festzuhalten, dass solche Empfangslöcher ebenfalls bei der Verwendung eines Subtrahierers anstatt des Addierers auftreten.
Eine solche Lösung kann aus klaren Gründen der Sicherheit und der bequemen Anwendung nicht in Betracht gezogen werden.
Gemäss der zweiten Ausführungsform, die Wählermittel anstatt des Addierers umfasst, entspricht das Ausgangssignal Vout bis auf einen Verstärkungsfaktor G dem die grösste Amplitude aufweisenden Signal V1, V2 oder V3, das von einer der Antennen empfangen wird.
Die Amplitude des gewählten Ausgangssignals Vout ist maximal, wenn die Empfangsachse einer der Antennen des Empfängers in Richtung des Senders orientiert ist, wobei die beiden anderen Antennen dann kein Signal empfangen, zum Beispiel a = 0 und b = 0. In diesem Fall ist das gewählte Ausgangssignal Vout durch die folgende Formel gegeben: Vout = G·Vin
Die Amplitude des gewählten Ausgangssignals Vout ist minimal, wenn die drei Antennen derart orientiert sind, dass sie das äussere Signal des Senders mit einer gleichen Amplitude empfangen, was darauf hinausläuft, dass die Signale, die durch jede der Antennen geliefert werden, gleich sind: V1 = V2 = V3
Dies impliziert: cosa = sina cos2b = 2·sin2b
Man erhält also das gewählte Ausgangssignal Vout mit einer minimalen Amplitude: Vout = 1/√3·G·Vin
Der Streufaktor gemäss dieser zweiten Ausführungsform variiert also zwischen 1/√3 und 1, wobei die Streuung also in der Grössenordnung von 42% ist. Der Streubereich erstreckt sich, wie dies auf 2B dargestellt ist, von der Empfangsgrenze A, die insbesondere in Abhängigkeit von der Distanz zwischen dem Sender und dem Empfänger und von der Empfindlichkeit dieses letzteren definiert ist, bis zu einer Grenze B, die sich etwa 42% näher in Bezug auf den Sender befindet. In diesem gesamten Streubereich hängt der Empfang oder Nicht-Empfang der ausgesendeten äusseren Signale von der Ausrichtung des Empfängers in Bezug auf den Sender ab. Da der Empfänger an der Grenze seiner Empfangsempfindlichkeit angeordnet ist, kann sich nämlich jede Verminderung der Amplitude des durch die Antennen empfangenen Signals in einem Nicht-Empfang des Signals äussern.
Diese Lösung, die einen Streubereich in der Grössenordnung von 42% des Gesamtempfangsbereichs aufweist, ist natürlich aus gleichen Gründen der Sicherheit und der bequemen Anwendung nicht zufriedenstellend.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, die Nachteile des Standes der Technik zu beheben, insbesondere indem sie einen Empfänger mit geringer Streuung vorschlägt, der ermöglicht, einen guten Empfang der ausgesendeten Signale sicherzustellen, wenn der Empfänger im Sendefeld des Senders angeordnet ist, d.h. im Gesamtempfangsbereich, der insbesondere durch den Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger, durch die Empfindlichkeit des Empfängers und durch die Stärke des ausgesendeten Signals definiert ist. Der Empfänger gemäss der Erfindung empfängt alle ausgesendeten Signale in korrekter Weise, welches auch immer seine Ausrichtung ist, solange seine Empfindlichkeitsgrenze nicht erreicht ist, und er empfängt kein Signal mehr, wenn diese Grenze überschritten ist.
Der tragbare Empfänger gemäss der Erfindung ist zusätzlich zu der Tatsache, dass er dem in der Einleitung definierten Empfänger entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsstufe Quadrierer umfasst, die jeweils zwischen einer Antenne und einem Eingang der Rekombinationsstufe angeschlossen sind.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung führt der tragbare Empfänger eine Amplitudenmodulation aus, um die ausgesendeten Signale zu überdecken, und in diesem Fall ist vorgesehen, Dämpfungsmittel mit variablem Dämpfungskoeffizienten hinzuzufügen, die durch Mittel für die automatische Steuerung der Verstärkung gesteuert werden.
1, die bereits beschrieben worden ist, stellt einen tragbaren Empfänger gemäss dem Stand der Technik dar, der entweder einen Addierer oder Wählermittel verwendet;
2A, die bereits beschrieben worden ist, stellt die Zerlegung des ausgesendeten Signals in drei Signale in dem durch die drei Antennen gebildeten orthogonalen Achsenkreuz dar;
2B, die bereits beschrieben worden ist, stellt den Streubereich gemäss der zweiten Ausführungsform des Standes der Technik dar;
3 stellt einen tragbaren Empfänger gemäss der Erfindung dar, welches auch immer der in der Folge ausgeführte Modulationstyp ist;
4 stellt einen tragbaren Empfänger dar, der eine Amplitudenmodulation gemäss einer ersten Ausführungsform ausführt;
5 stellt einen tragbaren Empfänger dar, der eine Amplitudenmodulation gemäss einer zweiten Ausführungsform ausführt;
6 stellt einen tragbaren Empfänger dar, der Differentialelemente gemäss einer dritten Ausführungsform umfasst;
7 ist ein Beispiel eines Differentialquadrierers gemäss der Erfindung;
8 stellt eine Variante eines tragbaren Empfängers mit nur zwei Antennen dar.
3 stellt das allgemeine Funktionsprinzip eines tragbaren Empfängers gemäss der Erfindung dar. Die Erfindung betrifft insbesondere den Empfangsteil des tragbaren Empfängers. Es ist festzuhalten, dass ein solcher tragbarer Empfänger zudem einen Demodulationsteil umfasst, der ermöglicht, die am Ausgang des Empfangsteils abgegebenen Signale zu demodulieren. Die Vorrichtung, die den tragbaren Empfänger enthält, d.h. der Schlüssel oder die Karte, kann ebenfalls einen Sender (nicht dargestellt) umfassen.
Der tragbare Empfänger ist in seinem Empfangsteil aus drei funktionellen Stufen zusammengesetzt. Eine erste Stufe 10, die sogenannte Empfangsstufe für den eigentlichen Empfang, umfasst drei Antennen 11, 12 und 13, die dazu bestimmt sind, äussere Signale in einem gegebenen Frequenzbereich zu empfangen, dessen Mittenfrequenz auf die Frequenz der Signale eingestellt ist, die durch den Sender (nicht dargestellt), zum Beispiel des Kraftfahrzeugs, gesendet werden. Im Beispiel eines den tragbaren Empfänger umfassenden Schlüssels, der auch einen Sender aufweist, werden vorzugsweise die gleichen Antennen verwendet, um Signale auszusenden.
Diese drei Antennen 11, 12 und 13 sind vorzugsweise derart orientiert, dass sie ein merklich orthogonales Achsenkreuz, wie auf 2A dargestellt, bilden. Die Antennen können mit verschiedenen Eigenmerkmalen gewählt werden, wobei dann am Eingang der Verarbeitungsstufe Korrekturmittel (nicht dargestellt) vorgesehen sind, um am Ausgang jeder der drei Antennen eine gleichförmige Verstärkung zu erhalten. Die Korrekturmittel sind typisch von einer RC-Parallelschaltung gebildet, wobei der Wert derer Bauelemente derart gewählt wird, dass die Verstärkung jeder Antenne vereinheitlicht wird.
Aus Vereinfachungsgründen wird in der Folge davon ausgegangen, dass die Antennen ähnliche Merkmale aufweisen. Somit ist das durch die drei Antennen gebildete Achsenkreuz ein orthonormiertes Achsenkreuz.
Das empfangene äussere Signal weist folgende Form auf: Vin = V0·coswt, wobei V0 die Amplitude und coswt die Phase des ausgesendeten Signals ist. Dieses Signal Vin wird in drei Komponenten gemäss der Empfangsachse jeder Antenne zerlegt, wie dies im Rahmen der Darlegung des Standes der Technik gezeigt wurde.
Der Empfänger umfasst eine zweite Stufe 20, die sogenannte Verarbeitungsstufe, die insbesondere drei Quadrierer 21, 22 und 23 umfasst. Diese Quadrierer sind gemäss einem sehr einfachen Beispiel mittels Mischer mit zwei Eingängen, die miteinander verbunden sind, ausgeführt.
Es ist festzuhalten, dass die Verwendung eines Quadrierers einen Normalisierungskoeffizienten K einführt, der in einem gewissen Funktionsbereich in Abhängigkeit von der Amplitude des durch den Quadrierer empfangenen Signals konstant ist. Das am Ausgang eines Quadrierers abgegebene Signal ist nämlich von gleicher Natur wie das an den Eingang des Quadrierers gelieferte Signal, wie beispielsweise eine Spannung. Dieser Koeffizient ist merklich der gleiche, wenn man merklich gleiche Quadrierer verwendet. Es ist allerdings möglich, Mittel für die Vereinheitlichung der Verstärkung (nicht dargestellt) vorzusehen, wenn man Quadrierer verwendet, die verschiedene Normalisierungskoeffizienten aufweisen. Diese Mittel für die Vereinheitlichung der Verstärkung können vorteilhaft in den Korrekturmitteln der Antennen, falls solche vorhanden sind, vorgesehen werden. In der Folge geht man davon aus, dass Quadrierer 21, 22 und 23 mit merklich gleichen Normalisierungskoeffizienten K gewählt worden sind.
Die Signale V1, V2 und V3, die am Ausgang der drei Antennen 11, 12 und 13 abgegeben werden, werden also an den Eingang der drei Quadrierer 21, 22 und 23 der Verarbeitungsstufe 20 geliefert. Die Signale V4, V5 und V6, die am Ausgang dieser Quadrierer abgegeben werden, sind durch die folgenden Formeln gegeben: V4 = K·Vin2·cos2a·cos2b V5 = K·Vin2·sin2·cos2b V6 = K·Vin2·sin2b
Der Empfänger umfasst eine dritte Stufe 30, die sogenannte Rekombinationsstufe für das am Eingang empfangene Signal. Diese Rekombinationsstufe 30 ist beispielsweise von einem Addierer 31 gebildet, der über drei Eingänge jedes der Signale V4, V5 und V6, die am Ausgang der drei Quadrierer 21, 22 und 23 abgegeben werden, empfängt. Es ist ebenfalls möglich, einen Subtrahierer zu verwenden, wenn die Signale am Ausgang der Quadrierer unterschiedliche Polaritäten aufweisen.
Wenn ein Addierer als Rekombinationsmittel verwendet wird, weist das am Ausgang des Addierers abgegebene Signal folgende Form auf. Vout = K·Vin2 = ½·K·V02·(1 + cos2wt)
Es ist festzuhalten, dass aus dem Ausgangssignal Vout drei Hauptmerkmale hervorgehen. Erstens, was auch dem gewünschten Ziel entspricht, ist Vout völlig unabhängig von der Ausrichtung des tragbaren Empfängers in Bezug auf den äusseren Sender, wobei die an das Achsenkreuz gebundenen Abhängigkeiten von "a" und "b" wegfallen. Die Streuung ist also theoretisch gleich Null.
Zweitens ist die Frequenz dieses Signals doppelt so gross wie das ausgesendete Signal der Frequenzteilermittel (nicht dargestellt), die nötigenfalls hinzugefügt werden können, was nicht nachteilig ist.
Drittens ist eine Gleichstromkomponente (½·K·V0²) eingeführt, wobei der Faktor ½ auf die Gleichrichtung der negativen Halbperiode zurückzuführen ist. Diese eingeführte "Offset"-Spannung ist insofern nicht nachteilig, als K in einem gemäss dem verwendeten Quadrierertyp definierten Funktionsbereich bleibt.
Das Ausgangssignal Vout wird dann an den Eingang des Modulationsteils, der hier in Form einer Empfangseinheit 40 dargestellt ist, geliefert, der ermöglicht, das Nutzsignal aus der Trägerwelle wiederzugewinnen. Die ausgeführte Modulation kann typisch entweder eine Amplitudenmodulation, was geläufig ist, oder eine Null-Oder-Voll-Amplitudenmodulation (ON-OFF), oder noch eine Frequenz- oder Phasenmodulation oder auch jede andere Modulation, die in einem solchen Empfänger verwendbar ist, sein.
Bei der Durchführung der Erfindung hat es sich herausgestellt, dass ein Ausgangssignal erhalten werden sollte, dessen mittlere Amplitude gross ist. Deshalb wird vorgesehen, Verstärkungsmittel (nicht dargestellt) hinzuzufügen, um die Amplitude des empfangenen äusseren Signals zu vergrössern. Je nach Erfordernissen können die Verstärkungsmittel an verschiedenen Stellen an die Schaltung angeschlossen werden.
Wenn man beispielsweise eine sehr grosse Ausgangsamplitude benötigt, werden drei Verstärker mit grossem Verstärkungsfaktor jeweils zwischen einer der drei Antennen 11, 12 und 13 der Empfangsstufe und dem der Verarbeitungsstufe entsprechenden Quadrierer 21, 22 und 23 angeschlossen. Wenn man hingegen eine grosse Amplitude bei gleichzeitiger maximaler Verminderung des Verbrauchs benötigt, wird ein einziger Verstärker verwendet, wobei dieser Verstärker am Ausgang der Rekombinationsstufe 30 angeschlossen wird. Für die Anordnung der Verstärker sind auch andere Lösungen möglich. Wenn man eine genauere Verstärkung erhalten soll, ist es insbesondere möglich, die beiden obenerwähnten Lösungen zu kombinieren.
Wenn man von einem eventuellen Offset-Signal absieht, ist es ebenfalls wichtig, ein Ausgangssignal zu erhalten, das proportional zu dem empfangenen äusseren Signal ist. Zu diesem Zweck werden merklich identische Antennen sowie merklich identische Quadrierer gewählt. Falls ferner mehrere Verstärker zwischen den Antennen und Quadrierern verwendet werden, werden die Verstärker ebenfalls derart gewählt, dass sie einen merklich identischen Verstärkungsfaktor aufweisen.
4 ist ein tragbarer Empfänger, der eine Amplitudenmodulation gemäss einer ersten Ausführungsform ausführt. Der Empfänger ist ebenfalls in drei Stufen aufgeteilt, nämlich in eine erste Stufe 10 für den Empfang, in eine zweite Stufe 20 für die Verarbeitung und in eine dritte Stufe 30 für die Rekombination.
Wie auf 3 umfasst die Empfangsstufe 10 drei Antennen 11, 12 und 13, die derart orientiert sind, dass ihre Empfangsachsen ein merklich orthogonales Achsenkreuz bilden. Die Verarbeitungsstufe 20 umfasst insbesondere drei Quadrierer 21, 22 und 23, und die Rekombinationsstufe 30 umfasst einen Addierer 31.
Gemäss dieser besonderen ersten Ausführungsform wird im Bedachtsein auf eine Verminderung des Verbrauchs ein einziger Verstärker 50 am Ausgang der Rekombinationsstufe 30 verwendet.
Bei der Amplitudenmodulation soll das Ausgangssignal Vout nicht gesättigt sein. Es ist zuvor erwähnt worden, dass die Quadrierer einen Normalisierungskoeffizienten K einführen, der in einem definierten Funktionsbereich, der von der Amplitude des durch den Quadrierer empfangenen Signals abhängig ist, konstant ist. Um die Sättigung des Ausgangs dieser Quadrierer zu vermeiden, ist es also wichtig, dass sie in ihrem Funktionsbereich, in dem das am Eingang empfangene Signal weder übermässig verstärkt noch übermässig gesättigt wird, verwendet werden.
In dieser Absicht sind am Eingang der Verarbeitungsstufe 20 Dämpfungsmittel vorgesehen. Diese Dämpfungsmittel umfassen drei Dämpfer 24, 25 und 26, die jeweils zwischen einer Antenne 11, 12 und 13 und einem Quadrierer 21, 22 und 23 angeschlossen sind.
Gemäss einer ersten Variante dieser ersten Ausführungsform haben diese Dämpfer 24, 25 und 26 einen festen Dämpfungskoeffizienten (Att). In diesem Fall wird der Koeffizient (Att) derart gewählt, dass dann, wenn eine Antenne die Gesamtheit des äusseren Signals Vin empfängt, das am Ausgang des Dämpfers gelieferte gedämpfte Signal eine Amplitude im Funktionsbereich des am Ausgang des Dämpfers angeschlossenen Quadrierers aufweist. Wenn die Antennen und die Quadrierer merklich identisch sind, so werden die Dämpfungskoeffizienten merklich gleich gewählt. Diese erste Variante weist jedoch den Nachteil auf, dass sie den Gesamtempfangsbereich vermindert. Diese Lösung läuft nämlich Gefahr, eine zu grosse Dämpfung der empfangenen äusseren Signale auszuführen, was die Funktionsreichweite des Empfängers beeinträchtigen könnte.
Deshalb haben die Dämpfer 24, 25 und 26 gemäss einer bevorzugten zweiten Variante dieser ersten Ausführungsform einen variablen Koeffizienten Att(c). Am Ausgang des Verstärkers 50 ist eine Einheit 60 für die automatische Steuerung der Verstärkung vorgesehen. Diese Steuerungseinheit ist derart angeschlossen, dass sie den Ausgang des Empfangsteils mit den Dämpfern 24, 25 und 26 verbindet. Die Verwendung von Dämpfern mit variablem Dämpfungskoeffizienten Att(c) ist insofern vorteilhaft, als sie ermöglichen, an den Eingang jedes Quadrierers 21, 22 und 23 Signale zu liefern, deren Amplitude vom empfangenen Steuersignal abhängt. Dafür sendet die Einheit 60 für die automatische Steuerung der Verstärkung an jeden Dämpfer ein Steuersignal Vc1 für den Dämpfungskoeffizienten, derart, dass die Amplitude der an den Eingang der Quadrierer gelieferten Signale im Funktionsbereich des Quadrierers liegt.
Es kann vorgesehen werden, dass die Einheit 60 für die automatische Steuerung der Verstärkung Steuersignale sendet, deren Werte über einen Signalbus an jeden der Dämpfer 24, 25 und 26 angepasst werden. Dieser Signalbus wird vorzugsweise in den Fällen verwendet, wo die Merkmale der verschiedenen Elemente, wie der Antennen und der Quadrierer, verschieden sind.
Im Rahmen der Erfindung hat es sich ferner herausgestellt, dass ein Ausgangssignal Vout erhalten werden sollte, dessen Amplitude möglichst konstant ist. Da der am Ausgang der Rekombinationsstufe 30 angeordnete Verstärker 50 einen festen oder variablen Verstärkungsfaktor haben kann, wählt man vorzugsweise einen variablen Verstärkungsfaktor G(c), um über einen zusätzlichen Parameter für die Steuerung der am Ausgang erhaltenen Gesamtverstärkung zu verfügen. Dafür sendet die Einheit für die automatische Steuerung der Verstärkung ein weiteres Signal Vc2 für die Steuerung des Verstärkungsfaktors der Verstärker aus.
Somit ermöglichen die Steuersignale Vc1 und Vc2 insbesondere, die Amplitude des Ausgangssignals Vout in Abhängigkeit von den empfangenen äusseren Signalen V1, V2 und V3 zu stabilisieren, was bei einer Amplitudenmodulation durch die Empfangseinheit 40 unerlässlich ist.
Die Einführung der Dämpfer mit variablem Dämpfungskoeffizienten Att(c) und des Verstärkers mit variablem Verstärkungsfaktor G(c) modifiziert nur die Verstärkung des Signals. Das Ausgangssignal ist als stets unabhängig von der Ausrichtung des Empfängers in Bezug auf den Sender. Wenn die verschiedenen Elemente (Antennen, Quadrierer, Dämpfer) identische Eigenmerkmale aufweisen, ist das Ausgangssignal durch die folgende Formel gegeben: Vout = K·Att2·G·(V12 + V22 + V32) = K·Att2·G·Vin2;oder:Vout = ½·K·Att2·G·V02·(1 + cos2wt)
5 stellt einen tragbaren Empfänger gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dar.
Die Bauelemente dieses Empfängers sind ausser den Verstärkungsmitteln die gleichen wie diejenigen des Empfängers der 4. Gemäss dieser zweiten Ausführungsform wird der am Ausgang der Rekombinationsstufe 30 angeordnete Verstärker durch drei Verstärker 27, 28 und 29 ersetzt, die entweder zwischen den drei Dämpfern 24, 25 und 26 und den drei entsprechenden Quadrierern 21, 22 und 23, wie dargestellt, oder zwischen den drei Dämpfern und den drei Antennen 11, 12 und 13 angeordnet sind.
Diese Verstärker 27, 28 und 29 werden vorzugsweise mit einem variablem Verstärkungsfaktor G(c) gewählt. Die Einheit (60) für die automatische Steuerung der Verstärkung sendet Signale Vc2 für die Steuerung der Verstärkungsfaktoren dieser Verstärker, derart, dass am Eingang der Quadrierer Signale erhalten werden, die eine maximale Amplitude im Funktionsbereich dieser letzteren aufweisen.
Gemäss einer zusätzlichen Ausführungsform, die nicht dargestellt ist, sind die Verstärkungsmittel von einer Kombination aus dem Verstärker 50 gemäss der ersten Ausführungsform und den drei Verstärkern 27, 28 und 29 gemäss der zweiten Ausführungsform gebildet. Auch wenn diese Lösung nicht sehr wirtschaftlich ist, so weist sie doch den Vorteil auf, dass sie ein zusätzliches Mittel für die Steuerung der am Ausgang erhaltenen Gesamtverstärkung besitzt.
6 stellt die Durchführung der Erfindung gemäss einer besonderen dritten Ausführungsform dar, die die Differentialeigenschaft der verwendeten Elemente berücksichtigt. Es ist festzuhalten, dass das Prinzip der Erfindung unverändert bleibt.
Die Antennen 11, 12 und 13 der Rekombinationsstufe 10 liefern jeweils Differentialsignale, nämlich V1p und V1n, V2p und V2n bzw. V3p und V3n. Jedes der Differentialsignalpaare wird an Differentialeingänge der Quadrierer 21, 22 und 23 der Verarbeitungsstufe 20 geliefert. Die am Ausgang der Verarbeitungsstufe abgegebenen Differentialsignale werden dann an zwei Addierer 31 und 32 der Rekombinationsstufe geliefert. Der Addierer 31 empfängt beispielsweise die Signale V4p, V5p und V6p, und der Addierer 32 empfängt also die Signale V4n, V5n und V6n.
Die Empfangseinheit empfängt also am Eingang die Ausgangsdifferentialsignale Voutp und Voutn.
Es ist wichtig festzuhalten, dass alle zuvor dargestellten Ausführungsformen sehr gut auf diese besondere Ausführungsform, die Differentialelemente verwendet, anwendbar sind.
7 stellt ein Beispiel eines Differentialquadrierers dar, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Gemäss diesem Beispiel ist der Quadrieren mittels eines Mischers mit zwei Differentialeingängen, die miteinander verbunden sind, verwirklicht. Dieser Mischer umfasst insbesondere ein erstes Differentialpaar von Transistoren P1 und P2, die durch die mit ihrem Drain verbundene Stromquelle 1 polarisiert werden und durch die am Ausgang der entsprechenden Antenne abgegebenen Differentialsignale, zum Beispiel V1p und V1n, gesteuert werden, wobei ihre Quelle jeweils mit einem zweiten Differentialpaar von Transistoren P3 und P4 bzw. mit einem dritten Differentialpaar von Transistoren P5 und P6 verbunden ist. Dieses zweite und dieses dritte Differentialpaar von Transistoren werden durch die gleichen Differentialsignale V1p und V1n wie das erste Paar von Transistoren P1 und P2 gesteuert. Die Quellen der Transistoren P3 und P6 sind miteinander verbunden, wobei sie den ersten Ausgang V4p des Quadrierers bilden, und die Quellen der Transistoren P4 und P5 sind miteinander verbunden, wobei sie den zweiten Ausgang V4n des Quadrierers bilden. Diese beiden Differentialausgänge sind am Eingang der Rekombinationsmittel angeschlossen.
Ein solcher Mischer mit zwei Eingängen besitzt einen relativ ausgedehnten Funktionsbereich, nämlich zwischen 5 und 40 mV, in dem der Normalisierungskoeffizient K merklich konstant bleibt. Die Mittel für die automatische Steuerung der Verstärkung sind vorzugsweise derart angeordnet, dass sie Steuersignale Vc1 und Vc2 liefern.
Der obenbeschriebene Quadrierer ist nur als Beispiel gegeben, und es kann sehr gut in Betracht gezogen werden, andere Quadriererschaltungen, die dem Fachmann bekannt sind, zu verwenden.
8 stellt eine vierte Ausführungsform der Erfindung dar, die nur zwei Antennen umfasst. Diese Ausführungsform wird insbesondere für gewisse zweidimensionale Anwendungen verwendet.
Die Struktur dieses Empfängers ist ähnlich wie die Struktur der Empfänger, die gemäss den vorhergehenden Ausführungsformen dargelegt worden sind. Der Empfänger ist in drei Stufen aufgeteilt, nämlich in eine Empfangsstufe 10, die zwei Antennen 11 und 12 umfasst, in eine Verarbeitungsstufe 20, die zwei am Ausgang der beiden Antennen angeschlossene Quadrierer 21 und 22 umfasst, und in eine Rekombinationsstufe 30, die einen am Ausgang der Quadrierer angeschlossenen Addierer 31 umfasst.
Gemäss dieser Ausführungsform geht man davon aus, dass das empfangene äussere Signal Vin auf die durch die Empfangsachsen der beiden Antennen gebildete Ebene auftrifft. Jede Antenne empfängt also eine Komponente V1 und V2 dieses äusseren Signals: V1 = Vin·cosa; V2 = Vin·sina
Die am Ausgang der Quadrierer abgegebenen Signale weisen folgende Form auf: V3 = K·Vin2·cos2a; V4 = K·Vin2·sin2a
Das Ausgangssignal Vout weist folgende Form auf: Vout = K·Vin2
Das Ausgangssignal ist also unabhängig von der Ausrichtung der Antennen in der Empfangsebene, die sie definieren.
Wie für die weiter oben dargelegten anderen Ausführungsformen sind Verstärkungsmittel vorgesehen. Im Fall eines Empfängers, der eine Amplitudenmodulation ausführt, sind auch Dämpfungsmittel und eine Einheit für die automatische Steuerung der Verstärkung vorgesehen.
Es ist wichtig festzuhalten, dass die Verstärkungsmittel und die Dämpfungsmittel anders in der Schaltung eingebaut sein können, ohne über den Rahmen der Erfindung hinauszugehen, wobei die einzige Bedingung ist, dass die Dämpfungsmittel, wenn solche vorhanden sind, vor den Quadrierern angeordnet sind.
Es ist selbstverständlich, dass die Beschreibung nur als Beispiel gegeben ist und dass andere Ausführungsformen, insbesondere des Quadrierers, Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein können.

Claims

Tragbarer Empfänger umfassend eine Empfangsstufe (10), in der wenigstens zwei Antennen (11, 12 und 13) gemäss verschiedenen Empfangsachsen (x, y et z) orientiert sind, wobei die Antennen jeweils eine Komponente (V1, V2 oder V3) eines äusseren Signals (Vin) in einem gegebenen Frequenzbereich gemäss ihren Empfangsachsen empfangen können, eine Verarbeitungsstufe (20) für die mindestens zwei durch die Empfangsstufe empfangenen Komponenten und eine Rekombinationsstufe (30) für mindestens zwei Signale (V4, V5 und V6), die am Ausgang der Verarbeitungsstufe geliefert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsstufe Quadrierer (21, 22 und 23) umfasst, die jeweils zwischen einer Antenne (11, 12 und 13) und einem Eingang der Rekombinationsstufe angeschlossen sind.
Tragbarer Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsstufe (10) drei Antennen (11, 12 und 13) umfasst, die derart orientiert sind, dass ihre Empfangsachsen (x, y und z) ein merklich orthogonales Achsenkreuz bilden, dass die Quadrieren (21, 22 und 23) durch Mischer, die zwei miteinander verbundene Eingänge aufweisen, gebildet sind, und dass Verstärkungsmittel (27, 28, 29 und/oder 50) am Eingang der Verarbeitungsstufe (20) und/oder am Ausgang der Rekombinationsstufe (30) angeordnet sind.
Tragbarer Empfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsmittel einen einen variablen Verstärkungsfaktor (G(c)) aufweisenden Verstärker (50) umfassen, der am Ausgang der Rekombinationsstufe (30) angeschlossen ist.
Tragbarer Empfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsmittel drei variable Verstärkungsfaktoren (G(c)) aufweisende Verstärker (27, 28 und 29) umfassen, die jeweils zwischen einer der drei Antennen (11, 12 und 13) und den Eingängen des entsprechenden Mischers (21, 22 und 23) angeschlossen sind.
Tragbarer Empfänger nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Mischer (21, 22 und 23) einen eigenen Normalisierungskoeffizienten (K) hat, der in einem definierten Funktionsbereich, der von der Amplitude der durch den entsprechenden Mischer empfangenen Signale abhängt, konstant ist.
Tragbarer Empfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner drei jeweils zwischen einer der drei Antennen (11, 12 und 13) und den miteinander verbundenen Eingängen des entsprechenden Mischers (21, 22 und 23) angeschlossene Dämpfer (24, 25 und 26) umfasst, wobei jeder Dämpfer durch einen variablen Dämpfungskoeffizienten (Att(c)) definiert ist, dass der Empfänger ferner Mittel (60) für die automatische Steuerung der Verstärkung umfasst, die in einer Rückkopplungsschleife angeordnet sind, die den Ausgang der Rekombinationsstufe (30) mit den Dämpfern (24, 25 und 26) verbindet, und dass diese Mittel für die automatische Steuerung der Verstärkung ein Dämpfungskoeffizientsteuersignal (Vc1) derart senden, dass die Amplitude der an den Eingang der Mischer gelieferten Signale in dem Funktionsbereich des entsprechenden Mischers liegt.
Tragbarer Empfänger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (60) für die automatische Steuerung der Verstärkung Signale (Vc2) für die Steuerung des Verstärkungsfaktors des oder der Verstärker (27, 28, 29 und/oder 50) derart senden, dass ein Ausgangssignal (Vout) mit konstanter Amplitude erhalten wird.
Tragbarer Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bauelement des Empfängers Differentialelemente sind.