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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.
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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.
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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.
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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 λo/2 sein
muss, wobei λo
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
bestehen die Schlitzantennen aus sogenannten Vivaldi-Antennen, die
gleichmäßig um einen
Mittelpunkt beabstandet sind.
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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 λm/4,
wobei λm=λo/√εreff ist,
mit λo gleich
der Wellenlänge
im Vakuum und εreff
die äquivalente
relative Permittibilität
der Leitung ist und außerdem
die Länge der
Leitung zwischen den aufeinanderfolgenden Schlitzen gleich einem
Vielfachen von λm/2
ist.
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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.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung.
In der Zeichnung:
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Die
bereits beschriebene 1 zeigt die räumliche Änderung
der Antennenleistung in einer inneren Umgebung.
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Die
bereits beschrieben 2 ist eine diagrammatische Ansicht
eines Sende/Empfangsgeräts mit
Raumdiversity.
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3 ist
eine diagrammatische Ansicht von oben und zeigt eine Topologie einer
Sende/Empfangseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4A und 4B zeigen
die Strahlung eines ringförmigen
Schlitzes in seinem Grundmodus und in einem ersten höheren Modus.
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5A bis 5E zeigen
jeweils diagrammatische Ansichten identisch zu denen von 3 zur Erläuterung
der Betriebsweise der vorliegenden Erfindung sowie die äquivalenten
Schaltungen.
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6 ist
eine diagrammatische Ansicht eines Sende/Empfangsgeräts gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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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.
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8 zeigt
diagrammatisch eine Ausführungsform
des Sende/Empfangsgeräts
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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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.
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10 ist
eine Ansicht eines Sende/Empfangs-Geräts, verbunden mit Auswertmitteln
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Zur
Vereinfachung der Beschreibung tragen in den Figuren gleiche Bauteile
dieselben Bezugszeichen.
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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.
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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 ring förmigen
Schlitz 11 gleich λm/4
oder gleich einem ungradzahligen Vielfachen von ungefähr λm/4 mit λm=o/√εreff, λo ist die
Wellenlänge
im Vakuum und εreff
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 λm/2, oder
allgemein ein Vielfaches von λm/2
für λm 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 θ12c mit der Mikrostreifenleitung 12b des
Wellenwiderstand Z12b und der elektrischen θ12c 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 θ12a 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.
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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.
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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 λm/4 sein.
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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.
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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".
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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.
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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.
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In 9A sind
Wellen-Empfangs und/oder Sendemittel dargestellt, wie aus vier Vivaldi-Antennen
bestehen, die senkrecht zueinander angeordnet sind. Diese An tennen
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 λm/4,
allgemeiner ein ungradzahliges Vielfaches von ungefähr λm/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 λm/2,
allgemeiner ein Vielfaches von ungefähr λm/2.
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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 λm/4 oder
ein ungradzahliges Vielfaches von λm/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).
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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.
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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.