DE68910180T2

DE68910180T2 - Funksystem zur Datenübertragung mit einer passiven Endstelle.

Info

Publication number: DE68910180T2
Application number: DE89401260T
Authority: DE
Inventors: Jean Guena; Jean-Claude Leost; Sylvain Meyer
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1989-05-03
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2009-05-04
Also published as: JP2961749B2; FR2631725A1; DE68910180D1; US4956645A; JPH0250538A; CA1295020C; FR2631725B1; EP0343034A1; EP0343034B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Nah-Funkverbindungen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Funksystem zur Übertragung von Daten durch Mikrowellen zwischen einer Zentralstation und einem passiven Ende, das keine eigene Höchstfrequenzquelle aufweist und im Response-Modus arbeitet.
Ein derartiges Funksystem ist verwendbar, um Informationen in kurzer Entfernung zwischen einer privilegierten Stelle oder Zentralstation und einem oder mehreren passiven Enden oder Terminalstationen auszutauschen, die in der Bauart sehr einfach bleiben müssen, um Kosten- und Umgebungseinschränkungen zu genügen. Dieser Funksystem-Typ findet zahlreiche Anwendung, beispielsweise in:
- Systemen zur Fernsammlung von Daten wie einem Ablesesystem für Haushaltszähler mit mobilem Funkabfrager,
- Systeme zur Zugriffs- oder Kontrollfernabfragesteuerung von Codezahlen, die in individuellen Zugriffs- oder Kontrolikarten gespeichert sind,
- Straßen- oder Bahnsignalsystemen,
- automatischen Sortiersystemen, beispielsweise von Postpaketen,
- automatischen Fakturierungssystemen zur kontaktfreien Chipkartenbezahlung,
- etc...
Es sind im Stand der Technik mehrere Funksysteme mit einem passiven Ende bekannt. Allgemein, wie beispielsweise bei passiven durch die FR-A-2 527 870 veröffentlichten codierten Transponderkarte wird eine Amplitudenmodulation verwendet, um Daten in der Übertragungsrichtung des passiven Endes zur Zentralstation zu übertragen. Eine von der Zentralstation aus gesendete auffallende Mikrowelle wird durch das passive Ende empfangen, das durch die zu übertragenden Daten die empfangene einfallende Mikrowelle oder eine ihrer Harmonischen amplitudenmoduliert, bevor sie diese zur Zentralstation zurücksendet. Das passive Ende versorgt sich von der einfallenden Mikrowelle. Ein Gleichrichtungs- und Filterkreis ist im allgemeinen vorgesehen, um eine Versorgungsgleichspannung ausgehend von der empfangenen einfallenden Mikrowelle zu erzeugen.
Die durch das passive Ende wieder zur Zentralstation gesendete modulierte Mikrowelle hat eine geringe Leistung aufgrund der Tatsache des geringen energetischen Wirkungsgrades beim Empfang der einfallenden Mikrowelle und der aufgenommenen Energie zur Versorgung des passiven Endes und demzufolge hat ein solches Funksystem zwangsläufig eine begrenzte Reichweite. Außerdem weist die Amplitudenmodulation eine geringe Sicherheit gegen Rauschen im Vergleich zu einer Frequenz- oder Phasenmodulation auf, was die Reichweite des Systems gemäß der bekannten Technik nicht begünstigt.
Eine Lösung zur Verbesserung der Reichweite eines Funk-systems mit einem passiven Ende ist beispielsweise, die Amplitudenmodulation der wiedergesendeten Mikrowelle durch eine Modulation mit zwei Phasenzuständen zu ersetzen, die eine bessere Rauschunempfindlichkeit aufweist. Nichtsdestoweniger weist diese Lösung Schwierigkeiten bei der Ausführung auf, denn das passive Ende soll einfach bleiben und es ist daher nicht möglich, bekannte Phasenmodulationseinrichtungen mit zu kompliziertem Aufbau zu verwenden.
Das Dokument EP-A-0 247 612 beschreibt eine Datenübertragungsvorrichtung zwischen Zentral- und Terminalstationen.
Die Zentralstation überträgt periodisch ein zusammengesetztes Signal, aufweisend ein Steuersignal und abwechselnd oder aber einen durch die von der Zentralstation zur Terminalstation zu übertragenden datenmodulierten Träger oder aber einen nichtmodulierten Träger aufweist. Dieser nichtmodulierte Träger wird durch eine Antenne der Terminalstation empfangen. Er wird durch die von der Terminalstation zur Zentralstation zu übertragenden Daten moduliert. Das Dokument sieht vor, daß außerdem das einen Lesebefehl oder einen Schreibbefehl zur Terminalstation übermittelnde Steuersignal eine Kreuzmodulation in bezug auf die von der Zentralstation übertragenen modulierten oder nichtmodulierten Träger aufweist. Diese Polarisationsdifferenz gestattet ist, das Steuersignal und den modulierten/nichtmodulierten Träger in der Terminalstation zu trennen.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein Funksystem zur Datenübertragung zu einem passiven Ende zu liefern, in dem eine Modulation mit zwei Phasenzuständen für die Übertragungsrichtung passives Ende-Zentralstation ausgeführt wird. Das passive Ende oder die Terminalstation eines Funksystems gemäß der Erfindung bleibt außerordentlich einfach und wenig platzaufwendig.
Zu diesem Ziel ist das Funksystem gemäß der Erfindung, wie durch den Anspruch 1 definiert.
Gemäß einer Ausführungsvariante, die eine leistungsfähigere Erfassung des ersten Datensignals ausgehend von der ersten Mikrowelle gestattet, ist die Terminalstation mit Mitteln zur Quadraterfassung ausgestattet. Dies Mittel zur Quadraterfassung umfassen einen Feldeffekttransistor, von dem eine erste Elektrode mit einer Referenzmasse der Terminalstation verbunden ist, eine zweite Elektrode mit einem Kurzschlußreflektor verbunden ist und eine dritte Elektrode die erste Mikrowelle empfängt, um an der zweiten Elektrode ein das Quadrat der ersten Mikrowelle darstellendes Signal zu erzeugen und eine Gleichstromkomponente des das erste Datensignal darstellenden Signals zu erfassen.
Vorzugsweise ist die Zentralstation so, wie im Anspruch 5 definiert.
Die Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen des Funksystems gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten entsprechenden Zeichnungen besser verstanden, in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm des Funksystems zur Datenübertragung zu einem passiven Ende gemäß der Erfindung ist;
Fig 2 in Mikroband-Technologie eine Ausführung einer Antenne und von Mikrowellenmischern zeigt, die in einer Zentralstation des Funksystems gemäß der Erfindung enthalten sind;
Fig. 3 und 4 jeweils das Schaltbild und eine Ausführung in Mikroband-Technologie eines Amplitudenquadratdetektors zeigen, der in einer Terminalstation des Funksystems gemäß der Erfindung enthalten ist;
Fig. 5 ein Prinzipschaltbild eines Mikrowellenschalters ist, der in der Terminalstation enthalten ist;
Fig. 6 eine Ausführung eienr kontaktlosen Chipkarte in Mikrowellentechnologie zeigt, die mit einer Terminalstation eines Funksystems gemäß der Erfindung versehen ist;
Fig. 7 ein Prinzipschaltbild eines in der Zentralstation enthaltenen Mikrowellenmischers ist;
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines in der Zentralstation enthaltenen Phasendetektors ist; und
Fig. 9 ein Logikdiagramm zeigt, das sich auf die Funktion eines Logiksteuerkreises bezieht, der im Phasendetektor von Fig. 8 enthalten ist, um ein durch die Terminalstation übertragenes Datensignal ausgehend von einer dynamischen Auswahl eines Demodulationssignals aus vier verfügbaren Demodulationssignalen wiederzugewinnen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1, das Datenübertragungsfunksystem gemäß der Erfindung gestattet is, abwechselnd digitale Datensignale D12 und D21 vom seriellen Typ zwischen zwei entfernten Datenverarbeitungseinheiten U1 und U2 zu übertragen. Die Einheiten U1 und U2 sind jeweils mit einer Zentralstation 1 und mit einer Terminalstation 2 des Systems verbunden. Die Zentralstation und die Terminalstation 1 und 2 bilden den Einheiten U1 und U2 zugeordnete Funkeinrichtungen zur Datenübertragung. Die Einheit U1 und die Zentralstation 1 sind beispielsweise in einem Publiphon mit kontraktfreier Zahlkarte enthalten. Die Einheit U2 und die Terminalstation 2 sind in diesem Fall in einer kontaktfreien Zahlkarte vom elektronischen Chipkartentyp enthalten.
Die Übertragung der Datensignale D12 und D21 abwechselnd von der Zentralstation 1 zur Terminalstation 2 und umgekehrt verwendet jeweils eine Amplitudenmodulation und eine Modulation mit zwei Phasenzuständen 0 und als π einer selben Mikrowelle P mit Frequenz F auf, die von der Zentralstation 1 ausgesendet worden ist. Datenübertragungsperioden von der Einheit U1 zur Einheit U2 und umgekehrt werden abwechselnd den Datenverarbeitungseinheiten U1 und U2 zugeordnet. Während der Datenübertragungsperioden, die ihnen zugeordnet sind, übertragen die Einheiten U1 und U2 jeweils die Datensignale D12 und D21. Von den Datensignalen D12 und D21 getragene, reservierte Zeichen XON und XOFF werden zwischen den Einheiten U1 und U2 ausgetauscht, um sich über den Anfang und das Ende einer Datenübertragungsperiode zu informieren.
Während der Datenübertragungsperioden der Einheit U1 zur Einheit U2 sendet die Zentralstation 1 eine Mikrowelle PA mit Frequenz F, die durch das Datensignal D12 amplitudenmoduliert ist, beispielsweise mit horizontaler, geradliniger Polarisation H aus. Während der Datenübertragungsperioden der Einheit U2 zur Einheit U1 sendet die Zentralstation 1 die nichtmodulierte Mikrowelle P mit horizontaler, geradliniger Polarisation H aus. Die Mikrowelle P wird durch eine Antenne der Terminalstation 2 erfaßt und wird durch das Datensignal D21 mit zwei Phasenzuständen 0 und π moduliert, um eine modulierte Mikrowelle mit Phase PP mit Frequenz F zu erzeugen, die mit geradliniger Kreuzpolarisation zur Zentralstation 1 zurückgesendet wird, d.h. in diesem Beispiel mit vertikaler, geradliniger Polarisation V. Die modulierten Mikrowellen PA und PP werden jeweils in der Terminalsation 2 und der Zentralstation 1 demoduliert, um die Datensignale D12 und D21 widerzugewinnen.
Die Zentralstation 1 umfaßt einen lokalen Mikrowellen-oszillator 10, einen Amplitudenmodulator 11, eine Mikrowellenantenne 12 und Mittel zur synchronen Phasenmodulation, die aus vier Mischern 13a bis 13d und einem Phasendetektor 14 bestehen.
Der lokale Oszillator 10 erzeugt ein Mikrowellensignal OL mit Frequenz F beispielsweise gleich 2,45 GHz. Das Signal OL wird auf einen ersten Eingang des Amplitudenmodulators 11 gegeben. Ein zweiter Eingang des Modulators 11 empfängt das durch die Einheit U1 übertragene Datensignal D12.
Während der Datenübertragungsperioden von der Einheit U1 zur Einheit U2 ist das Signal D12 aktiv und der Modulator 11 gibt am Ausgang ein moduliertes Mikrowellensignal OLA entsprechend dem Mikrowellensignal OL aus, das durch das Signal D12 amplitudenmoduliert ist. Das modulierte Mikrowellensignal OLA wird auf Zugänge mit horizontaler Polarisation der Antenne 12 gegeben und diese sendet in Reaktion die horizontal polarisierte entsprechende Mikrowelle PA aus.
Während der Datenübertragungsperioden der Einheit U2 zur Einheit U1 ist das Signal D12 inaktiv und der Modulator 11 gibt am Ausgang das Mikrowellensignal OL aus. Das Signal OL wird auf Zugänge mit horizontaler Polarisation der Antenne 12 gegeben und diese sendet in Reaktion die entprechende Mikrowelle P aus.
Die Mikrowellenantenne 12 ist eine ebene Antenne mit 2n in Quadratform gedruckten Motiven, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführung ist n gleich 2 gewählt und die Antenne 12 weist vier Motive 12a bis 12d auf. Wobei ebenso auf Fig. 2 Bezug genommen wird, die Antenne 12 ist von einer doppelseitig gedruckten Schaltungsplatine 123 getragen. An einer Vorderseite trägt die Platine 123 außer den Antennenmotiven 12a bis 12d ebenso die Mischer 13a bis 13d. Eine leitende Rückseite der Platine 123 ist mit einer Referenzmasse verbunden und bildet eine Reflektorabschirmung R1. Jedes Motiv 12a bis 12d ist ein Quadrat, das Seiten mit Abmessung gleich l/2 aufweist, wobei l die Wellenlänge entsprechend der Frequenz F eines Mikrowellensignals OL ist. Um die ebene Mikrowellenantenne 12 zu bilden, sind die vier Motive 12a bis 12d jeweils an den vier Ecken eines Flächenquadrats dxd angeordnet derart, daß die Seiten der Antennenmotive parallel und senkrecht zu den Seiten des Flächenquadrats dxd stehen, wobei d eine charakteristische Abmessung der Antenne 12 ist, die auf bekannte Weise bestimmt ist, um ein gewünschtes Strahlendiagramm zu erhalten. Ein Antennenmotiv, beispielsweise 12a, umfaßt zwqei Zugriffe mit vertikaler Polarisation V0a und Vπa, die sich jeweils an den Mittelpunkten von 2 ersten parallelen Seiten des Antennenmotivs 12a befinden und 2 Zugriffe mit horizontaler Polarisation H0a und Hπa, die sich jeweils an den Mittelpunkten von 2 zweiten Seiten parallel zum Antennenmotiv 12a befinden. Ein auf einen Zugriff mit vertikaler oder horizontaler Polarisation eines Quadratantennenmotivs gegebenes Mikrowellensignal erzeugt das Senden einer entsprechenden jeweils vertikal oder horizontal polarisierten Mikrowelle, und umgekehrt erzeugt eine durch das Antennenmotiv empfangene, vertikal oder horizontal polarisierte Mikrowelle ein Mikrowellensignal entsprechend den zwei Zugriffen jeweils mit vertikaler oder horizontaler Polarisation des Antennenmotivs. Zwei jeweils an den beiden Zugriffen mit vertikaler oder horizontaler Polarisation eines Quadratentennenmotives erfaßte und einer selben empfangenen Mikrowellen entsprechende Mikrowellensignale werden um π phasenverschoben und umgekehrt erzeugt ein selbes, aufeinanderfolgend auf zwei Zugänge mit vertikaler order horizontaler Polarisation gegebenes Mikrowellensignal zwei Mikrowellen mit entsprechender, um π zueinander phasenverschobener Polarisation.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, werden die Mikrowellensignale OLA und OL zu den Zugriffen mit horizontaler Polarisation Hπa, H0b, H0c und Hπd der Antenne 12 über Anpaß- und Phasenverschiebungsmikrobänder 120b, 120c, 120a und 120d geliefert. Die an den Zugänden Hπa und Hπd empfangenen und dem Signal OLA oder OL entsprechenden Mikrowellensignale werden um π in bezug auf die entsprechenden, an den Zugängen H0b und H0c empfangen Mikrowellensignale um π phasenverschoben, und die Antenne 12 sendet die entsprechende horizontal polarisierte Mikrowelle PA oder P mit Ziel der Terminalstation 2.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1, die Terminalstation 2 umfaßt eine Antenne 20, einen Gleichrichter- und Filterkreis 21, einen Amplitudendetektor 22 und Mikrowellenschalter 23.
Die Antenne 20 besteht aus einem einzelnen bedruckten Quadratmotiv, das mit den gedruckten Motiven 12a bis 12d der Antenne 12 der Zentralstation 1 identisch ist. Während der Datenübertragungsperioden der Einheit U1 zur Einheit U2 empfängt die Antenne 20 die durch das Signal D12 amplitudenmodulierte Mikrowelle PA und gibt ansprechend auf entsprechende, untereinander um π phasenverschobene Mikrowellensignale SA&sub2; und SA(π)&sub2; jeweils durch Zugänge mit horizontaler Polarisation H0 und Hπ aus. Die Signale SA&sub2; und SA(π)&sub2; werden jeweils auf einen Eingang 230 des Schalters 23 und am Eingang der Schaltungen 21 und 22 gegeben. Während der Datenübertragungsperioden der Einheit U2 zur Einheit U1 empfängt die Antenne 20 die Mikrowelle P und gibt in Reaktion entsprechende, um π zueinander phasenverschobene Mikrowellensignale SP&sub2; und SP(π)&sub2; jeweils durch die Zugänge H0 und Hπ aus. Die Signale SP&sub2; und SP(π)&sub2; werden ebenso wie die Signale SA&sub2; und SA(π)&sub2; jeweils auf den Eingang 230 des Schalters 23 und am Eingang der Schaltungen 21 und 22 gegeben.
Der Gleichrichtungs- und Filterkreis 21 ist eine herkömmliche Schaltung beispielsweise von dem Typ mit einer Gleichrichterdiode und einer Filterungskapazität. Die Schaltung 21 erzeugt eine Versorgungsleichspannung VA durch Gleichrichtung und Filterung. Die Spannung VA wird zur Einheit U2, um die Gesamtheit oder einen Teil der Schaltungen der Einheit U2 zu versorgen, und ggf. zum Amplitudendetektor 22 geliefert. Falls erforderlich, ist eine elektrische Miniaturzelle B vorgesehen, um der Einheit U2 eine zusätzliche Versorgungsgleichspannung VA2 zu liefern.
Während der Übertragungsperioden der Einheit U1 zur Einheit U2 gewinnt der Detektor 22 das Datensignal D12 durch direkte Erfassung der Amplitude des Signals wieder. Das durch den Detektor 22 ausgegebene Datensignal D12 wird zur Datenverarbeitungseinheit U2 geliefert.
Gemäß einer ersten Ausführung eines Übertragungssystems gemäß der Erfindung mit geringer Reichweite ist der Detektor 22 der Terminalstation 2 auf herkömmliche Art mittels einer Detektionsdiode ausgeführt, die im nichtlinearen Betriebszustand arbeitet.
Gemäß einer zweiten, leistungsfähigeren Ausführung des Übertragungssystems gemäß der Erfindung ist der Detektor 22 mittels eines Feldeffekttransistors (TEC) ausgeführt, der als Multipliziereinrichtung für eine Quadraterfassung des Datensignald D12 wirksam ist. In diesem Fall wird die Versorgungsspannung VA zum Detektor 22 geliefert, um ein Gate des Transistors TEC zu polarisieren.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3, ein Detektor 22 für die zweite Ausführung des Übertragungssystems gemäß der Erfindung umfaßt im wesentlichen einen Transistor TEC, 220.
Das Mikrowellensignal SA(π)&sub2; wird über einen Verindungskondensator 221 zu einem Gate 220G des Transistors 220 und zu einem ersten Anschluß einer Spule 222 geliefert. Ein zweiter Anschluß der Spule 222 nimmt die Versorgungsspannung VA auf und ist mit einer Referenzmasse der Terminalstation 2 über einen Entkopplungskondensator 223 verbunden. Die Spannung VA ist hier eine Spannung mit negativer Polarisation, um auf zweckmäßige Weise das Gate 220G des Transistors 220 zu polarisieren. Eine Source 220S des Transistors 220 ist mit Masse verbunden. Ein Drain 220D des Transistors 220 ist mit einem ersten Anschluß einer Spule 224 und mit einem Reflexionskurzschlußkreis 225 verbunden. Ein zweiter Anschluß der Spule 224 ist über einen Entkopplungskondensator 226 mit Masse verbunden. Während der Datenübertragungsperioden der Einheit U1 zur Einheit U2 erscheint auch das auf das Gate 220G gegebene Singal (SA(π))&sub2; ebenso auf dem Drain 220D des Transistors 220 und breitet sich zum Kurzschlußkreis 225 weiter aus. Das Singla SA (π)&sub2; wird durch den Kurzschlußkreis 225 reflektiert und kehrt zum Drain 220D zurück. Der Transistor 220 arbeitet als Multipliziereinrichtung und erzeugt das Signal (SA(π)&sub2;)². Das Signal (SA(π)&sub2;)² hat eine Gleichstromkomponente, die zur Amplitude des Signals (SA(π)&sub2;)² proportional ist und das Datensignal D12 darstellt. Die das Signal D12 darstellende Gleichstromkomponente wird am zweiten Anschluß der Spule 224 erfaßt und wird zur Datenverarbeitungseinheit U2 geliefert.
Als Beispiel ist in Fig. 4 eine entsprechende praktische Ausführung in Mikroband-Technologie des Amplitudetektors 22 gezeigt, der unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wird. Die Spulen 222 und 224 sind praktisch durch Mikrobänder mit zweckmäßigen Längen derselben Bezugszeichen 222 und 224 ausgeführt. Der Reflexionskurzschlußkreis 225 ist mittels eines Kondensators aufgeführt, dessen erster Anschluß mit dem Drain 220 D des Transistors 220 über ein Mikroband mit zweckmäßiger Länge verbunden ist und dessen zweiter Anschluß mit Masse verbunden ist. Metallisierte Löcher T sind auf beiden Seiten von Anschlußzungen der Source 220S des Transistors 220 vergesehen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 während der Datenübertragungsperioden der Einheit U2 zur Einheit U1 gibt die Einheit U2 das über die Stationen 2 und 1 zur Einheit U1 zu übertragende Datensignal D21 aus. Das Signal D21 wird auf einen ersten Steuereingang 231a des Schalters 23 und auf einen Eingang eines logischen Invertierglides I gegeben. Das Invertierglied I erzeugt ein zum Signal D21 komplementäres Datensignal . Das Signal wird auf einen zweiten Steuereingang 231 des Schalters 23 gegeben.
In Fig. 5 ist ein Prinzipschaltbild des Mikrowellenschalters 23 gezeigt. Der Schalter 23 ist vorzugsweise ein integrierter Schalter wie beispielsweise ein Mikrowellenschalter mit großem Band, der von der Firma TACHONICS CORPORATION unter den Zeichen TCSW-0401 auf den Markt gebrcht wird. Erste und zweite Ausgänge 232a und 232b des Schalters sind jeweils mit ersten und zweiten Zugängen mit vertikaler Polarisation Vπ und V0 der Antenne 20 verbunden. Wenn sich das Datensignal D21 in einem logischen Zustand "0" befindet, ist der Eingang 230 mit dem Ausgang 232b des Schalters 23 verbunden, und das durch den Zugang H0 der Antenne 20 gelieferte Mikrowellensignal SP&sub2; wird auf den Zugang V0 der Antenne 20 gegeben, die Reaktion die entsprechende Mikrowellen PP mt einer relativen Phase gleich 0 aussendet. Wenn sich das Datensignal D21 in einem logischen Zustand "1" befindet, ist der Eingang 230 mit dem Ausgang 232a des Schalters 23 verbunden und das Mikrowellensignal SP&sub2; wird auf den Zugang Vπ der Antenne 20 gegeben, die in Reaktion die entsprechende Mikrowelle PP mit einer relativen Phase gleich π aussendet. Die Mikrowelle PP wird somit durch das Signal D21 auf zwei Phasenzuständen 0 und π moduliert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6, die Terminalstation 2 und die Datenverarbeitungseinheit U2 sind in einer Chip-Karte 202 enthalten, die etwa in einem Maßstab 3/4 dargestellt ist. Ein Vorderseite der Karte 202 trägt die Antenne 20 und die verschiedenen Kreise der Station 2 und der Einheit U2. Die Kreise der Station 2 und der Einheit U2 liegen in der Form von Chips vor, deren Anschlußfüße an Mikrobänder der Platte 202 gelötet sind. Die Lokalisierungen auf der Platte 202 der Kreise 21 und 22 der Station 2 und der Einheit U2 sind gestrichelt gezeigt. Ein Reflexionsschirm R2, der sich auf einer Rückseite der Karte 202 befindet, ist mit der Referenzmasse der Terminalstation 2 verbunden. Für die Integration in der Chip-Karte 202 ist der in Fig. 1, 3 und 4 gezeigte Amplitudendetektor 22 in einer kompakteren Form als der zu Beispielszwecken in Fig. 4 gezeigten Form ausgeführt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1, die die durch die Antenne 20 der Terminalstation 2 gesendete Mikrowelle PP wird in der Zentralstation 1 durch die 2n=4 Motive 12a bis 12d der Antenne 12 empfangen. Die 2n=4 12a, 12b, 123 und 12d geben in Reaktion auf den Empfang der Mikrowelle PP entsprechenden Mikrowellensignale A, B, C und D jeweils durch die Zugänge mit vertikaler Polarisation V0a, V0b, Vπc und Vπd der Antenne 12 aus. Die Signale A bis D werden jeweils auf erste Eingänge der Mischer 13a und 13d gegeben. Die Signale A bis D sind paarweise um ±π/2 oder ±π modulo 2π phasenverschoben. Zweite Eingänge der Mischer 13a bis 13d empfangen jeweils lokale Oszillatorsignale 0La bis 0Ld. Die Lokalen Oszillatorsignale 0La, 0Lb, 0Lc und 0Ld werden jeweils durch Zugänge mit horizontaler Polarisation H0a, Hπb, Hπc und H0d der Antenne 12 ausgegeben und werden vom Singal 0L abgeleitet, das durch den lokalen Oszillator 10 über den lokalen Amplitudenmodulator 11 zu den Antennenmotiven 12a bis 12d geliefert wird. Die Signale 0La bis 0Ld sind paarweise um 0 oder ±π modulo 2π phasenverschoben. Die Signale A bis D und 0La bis 0Ld werden durch die Gleichungen
A = U cos(ωt+ψ+Θ),
B = U cos(ωt+ψ+Θ+3π/2),
C = U cos(ωt+ψ+Θ +π), und
D = U cos(ωt+ψ+Θ+π/2), und
0La = V cos(ωt),
0Lb = V cos(ωt+π),
0Lc = V cos(ωt+), und
0Ld = V cos(ωt+π),
ausgedrückt, wobei U und V jeweils Amplituden der Mikrowellensignale A bis B und der lokalen Oszillatorsignale 0La bis 0Lb sind und wobei ω und ψ jeweils die Schwingung entsprechend der Frequenz F des Signald 0L und eine durch die Funkübertragung zwischen den Stationen 1 und 2 eingeführt zufallsbedingte Phasenverschiebung darstellen und wobei Θ=0 oder π den Phasenzustand abhängig vom Datensignal D21 der auf zwei Phasenzustände 0 und π modulierten Mikrowelle PP darstellt.
Die Mischer 13a bis 13d geben am Ausgang jeweils vier Niederfrequenz Demodulationssignale SMa bis SMd aus, die von durch die Mischer 13a bis 13d ausgeführten Signalprodukten A.0La, B.0Lb, C.0Lc und D.0Ld abgeleitet sind. Die Signale SMa bis SMd werden dem Phasendetektor 14 geliefert, damit der Detektor 14 das Datensigna1 D21 ausgehend von den Signalen SMa bis SMd wiedergewinnt. Die Signale SMa bis SMd werden durch die folgenderi Gleichungen ausgedrückt:
SMa U.V cos (ψ+Θ)
SMb U.V cos (ψ+Θ+π/2)
SMc U.V cos (ψ+Θ+π)
SMd U.V cos (ψ+Θ+3π/2).
Die obigen Gleichungen zeige», daß die Signale SMa bis SMd geinäß trigonometrischen Sinus- oder Cosinusfunktionen vom Phasenzustand Θ=0 oder π der Mikrowelle PP und der zufallsbedingten Phasenverschiebung ψ abhängen.
Die Mischer 13a bis 13d haben analoge Strukturen und Funktionsweisen. Der Mischer 13a ist im einzelnen in Fig. 7 gezeigt; er weist im wesentlichen einen Feldeffekttransistor (TEC) 130a auf, der im nichtlinearen Betriebszustand arbeitet. Ein Drain des Transistors 130a ist mit dem Zugriff V0a des entsprechenden Antennenmotivs 12a und mit einem ersten Anschluß einer Spule 131a verbunden. Ein zweiter Anschluß dein Spule 131a ist über einen Entkopplungskondensator 132a mit Masse verbunden. Eine Source des Transistors 130a ist mit der Referenzmasse der Zentralstation 1 verbunden. Ein Gate des Transistors 130a ist mit dem Zugang H0a des Antennenmotivs 12a über einen Verbindungskondensator 133a und mit ersten Anschlüssen eines Widerstandes 134a und einer Spule 135a verbunden. Ein zweiter Anschluß des Widerstandes 134a ist mit Masse verbunden. Ein zweiter Anschluß der Spule 135a ist über einen Entkopplungswiderstand 136a mit Masse verbunden.
Die Signale A und 0La werden jeweils auf den Drain und das Gate des Transistors 130a gegeben. Das Gabe des Transistors 130a ist durch eine negative Polarisationsspannung VP polarisiert, die auf den zweiten Anschluß der Spule 135a gegeben wird. Das Signal SMa wird auf dem Pegel des zweiten Anschlusses der Spule 131a erzeugt.
Die praktische Ausführung des Mischers 13a sowie der Mischer 13b bis 13c in der Mikroband-Technologie sind in Fig. 2 gezeigt. Die Mikrobänder 131a und 135a realisieren die Spulen mit denselben Bezugszeichen 131a und 135a. Das Mikroband 133a koppelt das Gate des Transistors 130a kapazitiv mit dem Zugang H0a des Antennenmotivs 12a und realisiert die Verbindungskapazität mit denselben Bezugszeichen 133a.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8, der Phasendetektor 14 umfaßt im wesentlichen Eingangsverstärker 140, zwei Analogsubtrahierglieder 141a bis 141h, einen Analog-Multiplexer mit vier Eingängen 142, ein exklusives ODER-Glied mit zwei Eingängen 143, zwei Moduldetektoren 144a und 144b, vier Komparatoren 145a bis 145d und einen logischen Steuerkreis 146.
Die Signale SMa und SMb werden über die Eingangsverstärker 140 jeweils auf direkte Eingänge + der Subtrahierglieder 141a und 141b gegeben. Die Signale SMc und SMd werden jeweils über Eingangsverstärker 140 auf inverse Eingänge - der Subtrahierglieder 141a und 141b gegeben. Die Subtrahierglieder 141a und 141b geben am Ausgang Signale X und Y aus, die jeweils Signaldifferenzen SMa-SMc und SMb-SMd darstellen und durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:
X = SMa-SMc = U.V. [cos(ψ+Θ) - cos(ψ+Θ+π)] = 2.U.V. cos(ψ+Θ), und
Y = SMb-SMd = U.V. [(ψ+Θ+π/2) - cos(ψ+Θ+3π/2)] = 2.U.V.sin(ψ+Θ)
Die Signale X und Y werden jeweils auf erste und dritte Eingänge des Multiplexers 143 gegeben. Signaldifferenzen SMc-SMa und SMd-SMb datstellende Signale -X und -Y werden ausgehend von Signalen X und Y durch inverse Verstärker 147a und 147b erzeugt und werden jeweils zu zweiten und vierten Eingängen des Multiplexers 142 geliefert. Das eine S der Signale N, -X, Y und -Y wird durch ein Auswahlwort MS ausgewählt, das durch den Logiksteuerkreis 146 geliefert wird und auf Auswahleingänge des Multiplexers 142 gegeben. Das ausgewählte Signal S wird zu einem direkten Eingang + des Komparators 145a geliefert, dessen einer inverser Eingang mit der Referenzmasse verbunden ist. Der Komparator 145a bildet einen Vorzeichendetektor, der einen logischen Zustand "0", wenn das Vorzeichen des Signals S positiv ist, und einen logischen Zustand "1" im entgegengesetzten Fall liefert. Der Komparator 145a gibt am Ausgang das Datensignal D21 aus.
Die Komparatoren 145b, 145c und das exklusive ODER-Glied 143 haben die Funktion, ein das Vorzeichen des Produkts der Signale X.Y darstellendes Signal SIG(X.Y) zu erzeugen.
Direkte Eingänge + der Komparatoren 145h und 145c empfangen jeweils die Signale X und Y. Inverse Eingänge - der Komparatoren 145b und 145c sind mit der Referenzmasse verbunden. Der Komparator 145b gibt ein das Vorzeichen des Signals X darstellendes Signal SIG(X) aus. Der Komparator 145c gibt ein das Vorzeichen des Signals Y darstellendes Signal SIG(Y) aus. Das Signal SIG(X) oder SIG(Y) befindet sich in einem logischen Zustand "0", wenn das Vorzeicheii des X oder Y entsprechenden Signals positiv ist, und im entgegengesetzten Fall in einem logischen Zustand "1".
Die Signale SIG(X) und SIG(Y) werden jeweils auf erste und zweite Eingänge des Gliedes 143 gegeben, und das Glied 143 gibt am Ausgang ein das Vorzeichen des Produkts der Signale X.Y darstellendes Signal SIG(X.Y) aus. Das Signal SIG(X.Y) befindet sich in einem Logischen Zustand "0", wenn das Vorzeichen des Produkts X.Y positiv ist, und im entgegengesetzten Fall in einem logischen Zustand "1", Ln dem das Vorzeichen des Produkts X.Y negativ ist. Das Signal SIG(X.Y) wird auf einen ersten Eingang des Logiksteuerkreises 146 gegeben.
Die Moduldetektoren 144a und 144b empfangen am Eingang die Signale X und Y und geben am Ausgang jeweils die Module [X] und [Y] der Signale aus. Die Detektoren 144a und 144h bestehen beispielsweise aus Präzisionsdoppelhalbwellengleichrichterkreisen. Die Module [X] und [Y] werden jeweils auf direkte und inverse Eingänge + und - des Komparators 145b gegeben. Der Komparator 145b gibt am Ausgang ein Signal SIG([X]-[Y]) aus, das das Vorzeichen der Moduldifferenz [X]- [Y] darstellt. Das Signal SIG([XJ-[YJ) wird auf einen zweiten Eingang des Logiksteuerkreises 146 gegeben.
Der Logiksteuerkreis 146 führt eine dynamische Auswahl des Signals S aus den Signalen X, -X, Y, -Y durch, um eine korrekte und optimale Wiedergewinnung des Datensignals D21 und dies unabhängig von zufallsbedingten Phasenverschiebungsänderungen aus, die auf die Funkübertragung zurückzuführen sind und Entscheidungsfehler beim Signal D21 einführen kännen. Ausgehend von den Signalen STG([X]-[Y]) und SlG(X.Y) erfaßt der Kreis 146 dasjenige der Signale X und Y, das ein höheres Modul hat, sowie Vorzeichenänderungen der Signale X und Y, die auf zufallsbedingten Phasenverschiebungsänderungen beruhen. Das Modul des ausgewählten Signals [S] wird gleich dem größeren der Module [X] und [Y] genommen. Das betreffende Vorzeichen zu dem ausgewählten Signal S hängt von den Signalen X und Y ausgehend vom Signal SIG(X.Y) erfaßten Vorzeichenänderungen ab.
Das in Fig. 8 gezeigte Diagramm präzisierte das ausgewählte Signal S=X, S=-X, S=Y, S=-Y, abhängig von Modulbedingungen [X]> [Y] und [X]< [Y] und von Vorzeichenbedingungen X.Y-> 0 und X.Y< 0, die ausgehend von den Signalen SIG([X]-[Y]) und SIG (X.Y) jeweils erfaßt worden sind.
Um die Interpretation zu zeigen, die für dieses Diagramm auszuführen ist, wird zu Beispielszwecken ein Anfangszustand während der Übertragung angenommen, bei dem [X]> [Y] die Bedingung des erfaßten Moduls ist; das Signal S=X oder S=-X wird nun ausgewählt. In dem Fall, in dem anschließend die Bedingung [Xj< [Y] erfaßt wird, wenn das Signal S=X das im Anfangszustand ausgewählte Signal ist, nimmt dann die neue Bedingung [X]< tYl die Auswahl des Signal S=Y in dem Fall mit, in dem die Vorzeichenbedingung X.Y> 0 ebenso erfaßt wird, und nimmt die Auswahl des Signals S=-Y in dem Fall mit, in dem es die Bedingung X.Y< 0 ist, die erfaßt worden ist. Wenn das Signal S=-X das ausgewählte Signal im Anfangszustand ist, dann nimmt die neue Bedingung [X]< [Y] die Auswahl des Signals S=-Y in dem Fall mit sicii, in dem die Vorzeichenbedingung X.Y> 0 ebenso erfaßt wird, und nimmt die Auswahl des Signals S=Y in dem Fall mit, n dem es die Bedindung X.Y< 0 ist, die erfaßt worden ist. Der Fachmann wird dieses Diagramm leicht für einen Anfangszustand während der Übertragung interpretieren, in dem [X]< [Y) die Bedingung des erfaßten Moduls ist.

Claims

1. Funksystem zur abwechselnden Übertragung erster und zweiter Datensignale (D12, D21) durch Mikrowellen zwischen mit dem Funksystem verbundenen ersten und zweiten Datenverarbeitungseinheiten (U1, U2), wobei das erste Datensignal (D12) durch die erste Einheit (U1) abgegeben wird, um zur zweiten Einheit (U2) während erster Datenübertragungsperioden der ersten Einheit (U1) zur zweiten Einheit (U2) hin übertragen zu werden, und wobei das zweite Datensignal (D21) durch die zweite Einheit (U2) abgegeben wird, um zur ersten Einheit (U1) während zweiter Datenübertragungsperioden der zweiten Einheit (U2) zur ersten Einheit (U1) hin übertragen zu werden, wobei das System eine Zentralstation (1) und eine Terminalstation (2) umfaßt, die jeweils mit den ersten und zweiten Einheiten (U1, U2) verbunden sind und durch die ersten und zweiten Datensignale (D12, D21) modulierte Mikrowellen (PA, P, PP) senden und empfangen,

wobei die Terminalstation (2) eine ebene quadratische Antenne (20) umfaßt, die durch erste Zugriffe (H0, Hπ) erste und zweite Mikrowellen (PA, SA&sub2;, SA(π)&sub2;; P, SP&sub2;, SP(π)&sub2;) empfängt und abgibt, die von der Zentralstation (1) während erster und zweiter Datenübertragungsperioden jeweils gesendet werden, wobei die erste Mikrowelle (PA, SA&sub2;, SA(π)&sub2;) durch das erste Datensignal (D12) moduliert wird und wobei die zweite Mikrowelle (PA, SP&sub2;, SP(π)&sub2;) nicht moduliert wird, gekennzeichnet durch eine erste geradlinge Polarisation (H) der ersten und zweiten Mikrowellen (PA; P) in der Zentralstation (1) und durch einen Mikrowellenschalter (23) in der Terminalstation (2), aufweisend einen Eingang (230), der mit den ersten Zugriffen (H0) der Antenne (20) verbunden ist, und zwei Ausgänge (232a, 232b), die jeweils mit zwei zweiten Zugriffen (Vπ, V0) der Antenne (20) verbunden sind, und im Schalten gesteuert durch das zweite Datensignal (D21), um ausgehend von der am Eingang (230) des Schalters (23) empfangenen zweiten Mikrowelle (P, SP&sub2;) eine dritte Mikrowelle (PP) zu erzeugen, die durch das zweite Datensignal (D21) in zwei Phasenzuständen (0,π) moduliert ist und durch die Antenne (20) mit Ziel der Zentralstation (1) während geradlinigen Polarisation (V) gesendet wird, die in bezug auf die erste geradlinige Polarisation (H) gekreuzt ist.

2. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mikrowelle (PA) in der Amplitude durch das erste Datensignal (D12) moduliert ist und daß die Terminalstation (2) Mittel zur Quadraterfassung (22) umfaßt, um das erste Datensignal (D12) ausgehend von der empfangenen ersten Mikrowelle (PA) zu erfassen.

3. Funksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Quadraterfassung (22) einen Feldeffekttransistor (220) umfassen, dessen erste Elektrode (220S) mit einer Referenzmasse der Terminalstation (2) verbunden ist, dessen zweite Elektrode (220D) mit einem Kurzschlußreflektor (225) verbunden ist und dessen dritte Elektrode (220G) die erste Mikrowelle (PA, SA(π)&sub2;) empfängt, um an der zweiten Elektrode (220D) ein das Quadrat der ersten Mikrowelle (SA(π)&sub2;) darstellendes Singla ((SA(π)&sub2;)²) zu erzeugen und eine Gleichstromkomponente des Signals ((SA(π)&sub2;)²) zu erfassen, die das erste Datensignal (D12) darstellt.

4. Funksystem nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Terminalstation (2) Mittel (21) umfaßt, die mit den ersten Zugriffen (Hπ) der Antenne (2) verbunden sind, um eine Versorgungsgleichspannung (VA) durch Gleichrichtung und Filterung der empfangenen ersten und zweiten Mikrowellen (PA, SA&sub2;, SA(π)&sub2;; P, SP(π)&sub2;) zu erzeugen, wobei die Versorgungsgleichspannung (VA) zu Stromkreisen der Terminalstation (2) und/oder der zweiten Datenverarbeitungseinheit (U2) geliefert wird.

5. Funksystem nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralstation (1) umfaßt

- eine ebene Antenne 12 mit 2 n ebenen Quadratelementen (12a bis 12d), wobei n eine ganze Zahl größer als 1 ist, aufweisend 2n erste Zugriffe (Hπa, H0b, H0c, Hπd, die jeweils 2n phasenverschobene erste Mikrowellensignale und 2n phasenverschobene zweite Mikrowellensignale (OLA, OL, 120a bis 120d) entsprechend jeweils den ersten und zweiten Mikrowellen (PA, P) empfangen, um jeweils die ersten und zweiten Mikrowellen (PA, P) während der ersten und zweiten Datenübertragungsperioden mit Ziel der Terminalstation (2) jeweils zu senden und um die dritte Mikrowelle (PP) während der zweiten Datenübertragungsperioden zu empfangen und bei 2n zweiten Zugriffen (V0a, V0b, Vπc, Vπd) 2n phasenverschobene dritte Mikrowellensignal (A, B, C, D) zu erzeugen, die die empfangene dritte Mikrowelle (PP) darstellen, und

- Phasendemodulationsmittel (13a bis 13d, 14), die mit den 2n ebenen Quadratelementen (12a bis 12d) der Antenne (12) der Zentralstation (1) verbunden sind und die 2n zweiten und 2n dritten phasenverschobenen Mikrowellensignale (OLa bis OLd, A bis D) empfangen, um das zweite Datensignal (D21) während der zweiten Datenübertragungsperioden zu demodulieren.

6. Funksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendemodulationsmittel (13a bis 13d, 14) umfassen

- 2 n Mikrowellenmischer (13a bis 13d), die jeweils mit ersten und zweiten Zugriffen der 2n ebenen Quadratantennenelemente (12a bis 12d) verbunden sind, um jedes (13a) der zweiten und dritten entsprechenden Mikrowellensignale (OLa, SMa) zu empfangen und um jeweils 2n Niederfrequenzdemodulationssignale (SMa bis SMd) zu erzeugen, abhängig gemäß trigonometrischen Funktion (sin, cos) des Phasenzustandes (Θ=0 oder π), Funktion des zweiten Datensignals (D21) der dritten Mikrowelle (PP) und einer durch die Funkkübertragung eingeführen Zufallsphasenverschiebung (ψ) und

- Mittel (14) zur Wiedergewinnung des zweiten Datensignals (D21) durch Differenz von zwei (SMa und SMd), oder SMb und SMc) der 2n Demodulationssignale (SMa bis SMd).

7. Funksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Wiedergewinnen (14) umfassen

- Mittel (141a, 141b, 147a, 147b) zur Bereichnung von 2n Diffferenzen von Signalen (X, -X, Y, -Y), lediglich abhängig gemäß trigonometrischen Funktionen vom Phasenzustand (Θ=0 oder π) Funktion des zweiten Datensignals (D 21) der dritten Mikrowelle (PP), und

- logische Mittel (146) zum dynamischen Auswählen einer (S) der 2n Differenzen von Signalen (X, -X, Y, -Y) als Funktion der Module ([X], [Y]) und der Vorzeichen (SIG[X.Y]) der Differenzen (X, -X, Y, -Y), um das zweite Datensignal (D21) wiederzugewinnen.

8. Funksystem nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Terminalstation (2) und die zweite Datenverarbeitungseinheit (U2) in einer kontaktlosen Zahlungskarte vom Kartentyp mit elektronischem Chip integriert sind.