DE19933978A1 - Transponder-based wireless information transfer method, e.g. for process variables or actuator commands, involves substation performing phase modulation of received HF signal and reflecting modulated narrow band signal back to base station - Google Patents
Transponder-based wireless information transfer method, e.g. for process variables or actuator commands, involves substation performing phase modulation of received HF signal and reflecting modulated narrow band signal back to base stationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur drahtlosen Informationsübertragung, auf einen Hochfrequenzsignal-Rückstreusender und auf ein Informationssystem für ei ne eine Vielzahl von Sensoren und/oder Aktoren aufweisende Maschine.The invention relates to a method for wireless information transmission, on a high-frequency signal backscatter transmitter and on an information system for egg ne machine having a large number of sensors and / or actuators.
Die Erfindung kann insbesondere zur drahtlosen Informationsübertragung mittels Hoch frequenzsignalen bei einem Industrieroboter, einem Herstellungsautomaten oder Ferti gungsautomaten verwendet werden, welcher eine Vielzahl von Näherungssenso ren/Näherungsschaltern und/oder Aktoren aufweist. Die Erfindung ermöglicht eine drahtlose Informationsübertragung zwischen einer Basisstation mit angeschlossenem Prozeßrechner und einer Vielzahl von Teilnehmern, hier Näherungssensoren/Nähe rungsschaltern und/oder Aktoren. Als Teilnehmer können beispielsweise auch Tempe raturmeßsensoren, Druckmeßsensoren, Strommeßsensoren oder Spannungsmeßsen soren, mikromechanische, piezoelektrische, elektrochemische, magnetostriktive, elek trostriktive, elektrostatische oder elektromagnetische Aktoren oder Anzeigeelemente verwendet werden. The invention can be used in particular for wireless information transmission by means of high frequency signals from an industrial robot, a manufacturing machine or ferti automatic machines are used, which a variety of proximity sensors ren / proximity switches and / or actuators. The invention enables one wireless information transfer between a base station and a connected one Process computer and a large number of participants, here proximity sensors / proximity tion switches and / or actuators. For example, Tempe raturmeßsensoren, pressure measuring sensors, current measuring sensors or voltage measuring sensors, micromechanical, piezoelectric, electrochemical, magnetostrictive, elec trostrictive, electrostatic or electromagnetic actuators or display elements be used.
Außer bei Industrierobotern, Herstellungsautomaten und Fertigungsautomaten kann die Erfindung auch bei Automationssystemen, Steuer/Regelsystemen, Fernsteuersyste men, Schutz- und Sicherheitssystemen (beispielsweise bei Freiluft- oder Innenraum- Schaltanlagen), Alarmsystemen, Zustandsüberwachungs-Systemen, in der Roboter technik oder ganz allgemein bei Maschinen/Maschinensystemen zum Einsatz gelan gen.Except for industrial robots, automatic manufacturing machines and automatic manufacturing machines, the Invention also in automation systems, control systems, remote control systems protection and security systems (for example for outdoor or indoor Switchgear), alarm systems, condition monitoring systems, in the robot technology or in general for machines / machine systems gene.
Die drahtlose Kommunikation zwischen einer Basisstation und einem Teilnehmer bzw. mehreren Teilnehmern erfolgt üblicherweise über einen schmalbandigen Hochfre quenzträger. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Teilnehmer zur Informations übertragung den empfangenen Hochfrequenzträger moduliert und zur Basisstation zu rück reflektiert, denn der Teilnehmer muß in einem solchen Fall zur Informationsüber tragung kein eigenes Hochfrequenzsignal erzeugen, sondern benutzt das Hochfre quenzsignal der Basisstation.Wireless communication between a base station and a subscriber or Several participants usually take place via a narrowband Hochfre quenzträger. It is particularly advantageous if the participant provides information transmission modulates the received radio frequency carrier and to the base station reflected back, because in such a case the participant must provide information not generate its own high-frequency signal, but uses the high frequency Base station frequency signal.
Die Demodulation des modulierten Hochfrequenzsignales ist unkritisch für die Basis station, beispielsweise hinsichtlich der zeitlichen Abstimmung, im Unterschied zur De modulation eines fremderzeugten, im Teilnehmer selbst produzierten Hochfrequenzsi gnales. Im Vergleich zur Fremderzeugung des Hochfrequenzsignales im Teilnehmer ist die Reflexion des Hochfrequenzsignales auch hinsichtlich des erforderlichen Energie verbrauches wesentlich günstiger. Insgesamt ergibt sich eine beträchtliche Kostenre duktion, sowohl hinsichtlich der Gestehungskosten als auch hinsichtlich der laufenden Betriebskosten.The demodulation of the modulated high-frequency signal is not critical for the base station, for example in terms of timing, in contrast to De modulation of an externally generated high-frequency si produced in the participant itself gnales. Compared to the external generation of the high-frequency signal in the subscriber the reflection of the high-frequency signal also with regard to the required energy consumption much cheaper. Overall, there is a considerable cost production, both in terms of production costs and in terms of current Operating cost.
Allerdings erfolgt die Modulation üblicherweise durch Amplitudenmodulation, wodurch die Fähigkeit zur Störungsunterdrückung nicht in befriedigendem Maß gegeben ist.However, the modulation is usually done by amplitude modulation, which means the ability to suppress interference is not satisfactory.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur drahtlosen Informations übertragung zwischen einer Basisstation und mindestens einem Teilnehmer mit ver besserter Störungsunterdrückung anzugeben. The invention has for its object a method for wireless information transmission between a base station and at least one subscriber with ver better interference suppression.
Ferner soll ein hierzu geeigneter Hochfrequenzsignal-Rückstreusender vorgeschlagen werden.A high-frequency signal backscatter transmitter suitable for this purpose is also proposed become.
Des weiteren soll ein Informationssystem für eine eine Vielzahl von Sensoren und/oder Aktoren aufweisende Maschine angegeben werden.Furthermore, an information system for a large number of sensors and / or Machine having actuators can be specified.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur drahtlosen Informationsübertragung zwischen einer ein Hochfrequenzsignal ab strahlenden Basisstation und mindestens einem Teilnehmer gelöst, wobei der Teilneh mer eine Phasenmodulation, insbesondere Phasenumtastung des empfangenen Hochfrequenzsignales entsprechend einer zu übermittelnden Information vornimmt und das derart modulierte Hochfrequenzsignal als Antwortsignal zur Basisstation zurück reflektiert.This object is achieved according to the invention by a method for wireless information transmission between a high frequency signal radiating base station and at least one participant solved, the participant mer a phase modulation, in particular phase shift keying of the received High frequency signals according to information to be transmitted and the high-frequency signal modulated in this way returns as a response signal to the base station reflected.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Hochfrequenzsignal-Rückstreusenders erfindungs gemäß durch einen Hochfrequenzsignal-Rückstreusender zur Modulation und Reflexi on eines empfangenen Hochfrequenzsignales gelöst, wobei ein Signalverzögerer, ins besondere eine Bandleitung mit auf ein Achtel oder ein Viertel oder ein Vielfaches der Achtel-Wellenlänge oder Viertel-Wellenlänge des Hochfrequenzsignales abgestimmtem Bandabschnitt in Verbindung mit mindestens einem zwischen dem Signalverzögerer und Masse liegenden, reflektierenden Schalter und einem Steueranschluß zur Ein/Aus- Schaltung des Schalters vorgesehen ist.This object is fiction, regarding the high-frequency signal backscatter transmitter according to a high frequency signal backscatter transmitter for modulation and reflexi solved on a received high-frequency signal, with a signal delay, ins especially a ribbon cable with an eighth or a quarter or a multiple of the Eighth-wavelength or quarter-wavelength of the high-frequency signal tuned Band section in connection with at least one between the signal delay and ground, reflective switch and a control connection for on / off Circuit of the switch is provided.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Informationssystems erfindungsgemäß durch Infor
mationssystem für eine eine Vielzahl von Sensoren und/oder Aktoren aufweisende Ma
schine, insbesondere Fertigungsautomat, gelöst,
This object is achieved with respect to the information system according to the invention by an information system for a machine having a plurality of sensors and / or actuators, in particular a production machine.
- - wobei mindestens eine Basisstation Hochfrequenzsignale an die Sensoren und/oder Aktoren aussendet,- With at least one base station high-frequency signals to the sensors and / or Sends out actuators,
- - wobei jeder Sensor und/oder Aktor einen Hochfrequenzsignal-Rückstreusender zum Empfang des Hochfrequenzsignales und zur Reflexion eines phasenmodulierten Ant wortsignales zur Basisstation aufweist, - With each sensor and / or actuator a high-frequency signal backscatter transmitter for Receiving the high-frequency signal and reflecting a phase-modulated Ant has word signals to the base station,
- - wobei der Hochfrequenzsignal-Rückstreusender einen Phasenmodulator zur Modula tion des Antwortsignales entsprechend zu übermittelnder Informationen aufweist und- The high-frequency signal backscatter transmitter having a phase modulator for the module tion of the response signal corresponding to the information to be transmitted and
- - wobei für jeden Sensor und/oder Aktor ein der Basisstation bekanntes spezielles Pha senmodulationsmuster festgelegt ist.- With a special Pha known to the base station for each sensor and / or actuator pattern is set.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Hoch frequenzsignal-Rückstreusender selbst keine Hochfrequenzsignale produziert, sondern lediglich erhaltene Hochfrequenzsignale in gewünschter Art und Weise reflektiert. Der Hochfrequenzsignal-Rückstreusender ist sehr kostengünstig herstellbar und hat einen sehr niedrigen Energiebedarf. Bezüglich der Anforderungen an die Güte der einge setzten Bauelemente bestehen keine hohen Anforderungen. Der den reflektierenden Schaltern zugeführte Strom ist sehr gering im Vergleich zum Strombedarf von üblichen UHV/SHF-Oszillatoren (Ultra High Frequency/Super High Frequency).The advantages that can be achieved with the invention are in particular that the high frequency signal backscatter transmitter itself produces no high-frequency signals, but only received high frequency signals reflected in the desired manner. The High-frequency signal backscatter transmitter is very inexpensive to manufacture and has one very low energy consumption. Regarding the requirements for the quality of the There are no high demands placed on components. The reflective Current supplied to switches is very low compared to the current required by usual UHV / SHF oscillators (Ultra High Frequency / Super High Frequency).
Es ist keine Anlaufzeit wie bei einem Oszillator (mit Kristall oder auf einem Resonanz kreis basierend) nötig. Die Anlaufzeit stellt einen beachtlichen, den Leistungs- und Zeit bedarf stark bestimmenden Faktor dar.It is not a start-up time like an oscillator (with crystal or on a resonance circle based) necessary. The start-up time represents a considerable, the performance and time needs to be a determining factor.
Die Erfindung ist insbesondere bei einem aus mindestens einer Basisstation und einer Vielzahl von Teilnehmern bestehenden Netz von großem Vorteil, denn sie erlaubt eine hohe Teilnehmerdichte und gewährleistet eine hohe Genauigkeit und hohe Zuverläs sigkeit bei der Datenübertragung.The invention is particularly in one of at least one base station and one Large number of participants existing network of great advantage, because it allows one high subscriber density and ensures high accuracy and high reliability data transmission.
Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.Further advantages are evident from the description below.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich net.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims net.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele erläutert. Es zeigen: The invention is described below with reference to the embodiment shown in the drawing Examples explained. Show it:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Hochfrequenzsignal-Rückstreusenders, Fig. 1 shows a first embodiment of a high-frequency signal backscattered transmitter,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Hochfrequenzsignal-Rückstreusenders, Fig. 2 shows a second embodiment of a high-frequency signal backscattered transmitter,
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines Hochfrequenzsignal-Rückstreusenders, Fig. 3 shows a third embodiment of a high-frequency signal backscattered transmitter,
Fig. 4 eine Anordnung mit einer Basisstation und einer Vielzahl von Teilnehmern, insbesondere Sensoren. Fig. 4 shows an arrangement with a base station and a plurality of subscribers, in particular sensors.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Hochfrequenzsignal-Rückstreusenders (Backscatter) dargestellt. Es ist eine Bandleitung 1 (Streifenleitung) zu erkennen, wel che einen ersten, eine Antenne 2 bildenden Bandabschnitt mit der Länge λ/4 (bei spielsweise 1,25 cm Länge bei 5 GHz Hochfrequenzsignal) aufweist, wobei λ die Wel lenlänge des zu empfangenden Hochfrequenzsignals ist. Ein zweiter Bandabschnitt 3 der Bandleitung 1 weist eine Länge von λ/4 auf. Bei Reflexion des Signals am Ende des zweiten Bandabschnitts 3 führt dies zu einer Verzögerung von λ/2 (zweifache Weglänge für das Signal). Der Abgriff zwischen Antenne 2 und Bandabschnitt 3 ist über einen Kondensator 4 an den ersten Anschluß einer PIN-Diode 12 (Flächendiode) ange schlossen. Der zweite Hauptanschluß dieser PIN-Diode 12 liegt an Masse 9.In Fig. 1 a first embodiment is a high-frequency signal backscattered transmitter (backscatter) shown. It can be seen a strip line 1 (strip line), which che has a first band section forming an antenna 2 with the length λ / 4 (for example 1.25 cm length at 5 GHz high-frequency signal), where λ is the wavelength of the received High frequency signal is. A second band section 3 of the band line 1 has a length of λ / 4. If the signal is reflected at the end of the second band section 3 , this leads to a delay of λ / 2 (twice the path length for the signal). The tap between antenna 2 and band section 3 is connected via a capacitor 4 to the first connection of a PIN diode 12 (surface diode). The second main connection of this PIN diode 12 is connected to ground 9 .
Der Verbindungspunkt zwischen Kondensator 4 und PIN-Diode 12 (Flächendiode) liegt über einer Induktivität 13 an einem Steueranschluß 14. Am Ende des Bandabschnitts 3 ist der Kondensator 6 direkt an Masse 9 gelegt. Die beiden Kondensatoren 4, 6 sind für die Hochfrequenzsignale aufgrund deren hohen Frequenz durchlässig, verhindern je doch den Eintritt von Signalen niedrigerer Frequenz in die Bandleitung 1.The connection point between the capacitor 4 and the PIN diode 12 (area diode) is via an inductance 13 at a control connection 14 . At the end of band section 3 , capacitor 6 is connected directly to ground 9 . The two capacitors 4 , 6 are permeable to the high-frequency signals due to their high frequency, but prevent the entry of signals of lower frequency into the band line 1 .
Die wesentliche erfinderische Idee des Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist es, bei einem Hochfrequenzsignal-Rückstreusender das zurückgestreute Signal nicht bezüg lich seiner Amplitude zu modulieren, sondern statt dessen die Phase zu modulieren, wobei dies in einfacher, kostengünstiger und den erforderlichen Energieverbrauch mi nimierenden Weise erfolgt. Zur Realisierung dieser Idee dient die die Wirkung eines reflektierenden Schalters aufweisende PIN-Diode 12, zusammen mit dem Bandab schnitt 3 (oder ein ähnliches das empfangene Hochfrequenzsignal in gleicher Weise verzögerndes Bauelement). Der Steueranschluß 14 dient, wie auch die des weiteren angeführten Steueranschlüsse, zur Beaufschlagung von Signalen, welche eine Ein/Aus-Schaltung des reflektierenden Schalters bewirken.The essential inventive idea of the embodiment according to FIG. 1 is not to modulate the backscattered signal with respect to its amplitude in a high-frequency signal backscatter transmitter, but instead to modulate the phase, this in a simple, inexpensive and minimizing the required energy consumption he follows. To implement this idea is the effect of a reflective switch PIN diode 12 , together with the Bandab section 3 (or a similar the received high-frequency signal in the same way delaying component). The control connection 14 , like the control connections mentioned further, serves to apply signals which cause the reflective switch to be switched on / off.
Das empfangene Hochfrequenzsignal wird entweder durch die PIN-Diode 12 oder das Ende des Bandabschnitts 3 reflektiert, welches über dem Kondensator 6 quasi kurzge schlossen an Masse 9 liegt. Dabei ist der Bandabschnitt 3 bezüglich seiner Länge der artig dimensioniert, daß die reflektierten Signale eine entgegengesetzte Phasenlage haben, wenn sie über die Antenne 2 wieder abgestrahlt werden. Dieses Verhalten im plementiert die BPSK-Modulation (Binary Phase Shift Keying). Bei diesem Modulati onsverfahren (Zweiphasenumtastung, binäre Phasenumtastung) wird allgemein ein Bit durch Verdrehen der Trägerphase um 180° dargestellt. Durch entsprechende Signale (mit im Vergleich zur Frequenz der empfangenen Hochfrequenzsignale niedriger Fre quenz) am Steueranschluß 14 wird das BPSK in gewünschter charakteristischer Weise moduliert, d. h. die Reflexion des empfangenen Hochfrequenzsignals durch die PIN- Diode 12 gestattet oder unterbunden. Die Induktivität 13 dient allgemein zur Trennung der empfangenen Hochfrequenzsignale von den Signalen am Steueranschluß 14.The received high-frequency signal is reflected either by the PIN diode 12 or the end of the band section 3 , which is quasi short-circuited to ground 9 via the capacitor 6 . The length of the band section 3 is dimensioned such that the reflected signals have an opposite phase position when they are emitted again via the antenna 2 . This behavior implements BPSK modulation (Binary Phase Shift Keying). In this modulation process (two-phase shift keying, binary phase shift keying), a bit is generally represented by rotating the carrier phase by 180 °. By corresponding signals (in comparison with the frequency of the received radio frequency signals of low frequency Fre) at the control terminal 14, the BPSK in the desired characteristic manner is modulated, the reflection of the received high-frequency signal that is, by the PIN diode 12 to permit or prohibit. The inductance 13 is generally used to separate the received high-frequency signals from the signals at the control connection 14 .
Wenn ein Feldeffekttransistor an Stelle einer PIN-Diode eingesetzt wird, entfällt die In duktivität 13 und der Steueranschluß 14 wird direkt am Feldeffekttransistor angeschlos sen.If a field effect transistor is used instead of a PIN diode, the inductance 13 is omitted and the control connection 14 is connected directly to the field effect transistor.
Allgemein werden bei eingeschalteter PIN-Diode (bzw. eingeschaltetem Feldeffekttran sistor) 12 die gesamten empfangenen Hochfrequenzsignale mit nur gering reduzierter Leistung mit inverser Polarität (Reflexionskoeffizient -1), d. h. mit einer Phasenver schiebung von π über die Antenne reflektiert, d. h. die Hochfrequenzsignale gelangen nicht in den Bandabschnitt 3. Bei ausgeschalteter PIN-Diode (bzw. ausgeschaltetem Feldeffekttransistor) 12 gelangen die gesamten empfangenen Hochfrequenzsignale zum Bandabschnitt 3 und werden an dessen Ende reflektiert. Bei Ausstrahlung über die Antenne ergeben sich neben Leistungsverlusten die durch den Bandabschnitt 3 verur sachten zusätzlichen Verzögerungen der Phase von π, was sich insgesamt zu einer Phasenverschiebung von 2π summiert.In general, when the PIN diode (or field effect transistor) is switched on 12, the entire high-frequency signals received are only slightly reduced in power with inverse polarity (reflection coefficient -1), ie with a phase shift of π reflected by the antenna, ie the high-frequency signals do not arrive into band section 3 . When the PIN diode (or field effect transistor) 12 is switched off, the entire received high-frequency signals reach the band section 3 and are reflected at the end thereof. When broadcasting via the antenna, in addition to power losses, there are additional delays in the phase of π caused by band section 3 , which adds up to a total phase shift of 2π.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Hochfrequenzsignal-Rückstreusenders dargestellt. Es ist wiederum die Bandleitung 1 (Streifenleitung) zu erkennen, welche einen ersten, eine Antenne 2 bildenden Bandabschnitt mit der Länge λ/4 aufweist, wo bei λ die Wellenlänge des zu empfangenden Hochfrequenzsignals ist. Ein zweiter Bandabschnitt 3 der Bandleitung 1 weist eine Länge von λ/4 auf. Der Abgriff zwischen Antenne 2 und Bandabschnitt 3 ist über den Kondensator 4 an den ersten Anschluß einer ersten PIN-Diode 12 (Flächendiode) angeschlossen. Der zweite Hauptanschluß dieser ersten PIN-Diode 12 liegt an Masse 9.In FIG. 2, a second embodiment of a high-frequency signal backscattered transmitter shown. The band line 1 (strip line) can again be seen, which has a first band section forming an antenna 2 with the length λ / 4, where at λ is the wavelength of the radio-frequency signal to be received. A second band section 3 of the band line 1 has a length of λ / 4. The tap between antenna 2 and band section 3 is connected via capacitor 4 to the first connection of a first PIN diode 12 (area diode). The second main connection of this first PIN diode 12 is connected to ground 9 .
Der Verbindungspunkt zwischen Kondensator 4 und PIN-Diode 12 liegt über der Induk tivität 13 am Steueranschluß 14. Am Ende des Bandabschnitts 3 sind der Kondensator 6 und ein Abschlußwiderstand 8 angeschlossen. Während die weitere Klemme des Ab schlußwiderstandes 8 an Masse 9 liegt, ist der weitere Anschluß des Kondensators 6 mit einer zweiten PIN-Diode 15 und mit einer Induktivität 16 verbunden. Die weitere Klemme der zweiten PIN-Diode 15 liegt an Masse 9. Der weitere Anschluß der Indukti vität 16 ist mit einem Steueranschluß 17 verbunden.The connection point between the capacitor 4 and the PIN diode 12 lies above the inductance 13 at the control connection 14 . At the end of the band section 3 , the capacitor 6 and a terminating resistor 8 are connected. While the further terminal of the terminating resistor 8 is connected to ground 9 , the further connection of the capacitor 6 is connected to a second PIN diode 15 and to an inductor 16 . The further terminal of the second PIN diode 15 is connected to ground 9 . The further connection of the inductance 16 is connected to a control connection 17 .
Die wesentliche erfinderische Idee bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist es, den Hochfrequenzsignal-Rückstreusender im nicht aktiven Zustand abzustellen, wobei dies in einfacher und kostengünstiger Weise erfolgt. Dies ist insbesondere in einer Anord nung mit einer Basisstation und einer Vielzahl von Teilnehmern, beispielsweise Senso ren (siehe Fig. 4), von Vorteil. Zur Realisierung dieser erfinderischen Idee dienen die an beiden Enden des Bandabschnitts 3 angeschlossenen und als reflektierende Schalter dienenden PIN-Dioden 12 und 15, welche die eingehenden Wellen des Hochfrequenz signals mit zwei verschiedenen Phasen (BPSK-Modulation) reflektieren.The essential inventive idea in the embodiment according to FIG. 2 is to switch off the high-frequency signal backscatter transmitter in the inactive state, this being done in a simple and inexpensive manner. This is particularly advantageous in an arrangement with a base station and a large number of subscribers, for example sensors (see FIG. 4). To implement this inventive idea, the PIN diodes 12 and 15 connected to both ends of the band section 3 and serving as reflecting switches serve to reflect the incoming waves of the high-frequency signal with two different phases (BPSK modulation).
Durch entsprechende charakteristische Signale an den Steueranschlüssen 14 und 17 wird das BPSK in gewünschter Weise moduliert, um Informationen zu übermitteln. Die Kondensatoren 4, 6 blockieren den Eintritt von Signalen niedrigerer Frequenzen in die Bandleitung 1. Die Induktivitäten 13, 14 trennen die empfangenen Hochfrequenzsignale von den Signalen an den Steueranschlüssen 14, 17.The BPSK is modulated in the desired manner by corresponding characteristic signals at the control connections 14 and 17 in order to transmit information. The capacitors 4 , 6 block the entry of signals of lower frequencies into the band line 1 . The inductors 13 , 14 separate the received high-frequency signals from the signals at the control connections 14 , 17 .
Wenn Feldeffekttransistoren an Stelle der PIN-Dioden 12, 15 eingesetzt werden, ent fallen die Induktivitäten 13, 16 und die Steueranschlüsse 14, 17 werden direkt an den Feldeffekttransistoren angeschlossen.If field effect transistors are used instead of the PIN diodes 12 , 15 , the inductors 13 , 16 are eliminated and the control connections 14 , 17 are connected directly to the field effect transistors.
Allgemein werden bei eingeschalteter PIN-Diode (bzw. eingeschaltetem Feldeffekttran sistor) 12 die gesamten empfangenen Hochfrequenzsignale mit nur gering reduzierter Leistung mit inverser Polarität (Reflexionskoeffizient -1), d. h. mit einer Phasendifferenz von π über die Antenne reflektiert, d. h. die Hochfrequenzsignale gelangen nicht in den Bandabschnitt 3. Bei ausgeschalteter PIN-Diode (bzw. ausgeschaltetem Feldeffekttran sistor) 12 gelangen die gesamten empfangenen Hochfrequenzsignale zum Bandab schnitt 3. Die Hochfrequenzsignale werden an dessen Ende reflektiert, wenn die PIN- Diode (bzw. der Feldeffekttransistor) 15 eingeschaltet ist. Bei Ausstrahlung über die Antenne ergeben sich neben Leistungsverlusten die durch den Bandabschnitt 3 verur sachten Verzögerungen der Phase von zusätzlich π, so daß sich insgesamt eine Pha senverschiebung von 2π ergibt. Bei ausgeschalteter PIN-Diode (bzw. ausgeschaltetem Feldeffekttransistor) 15 ist die Bandleitung 1 mit ihrem Abschlußwiderstand 8 abge schlossen und die ankommenden Hochfrequenzsignale werden im Abschlußwiderstand 8 in Wärme umgesetzt und nicht reflektiert. In diesem nicht aktiven Zustand strahlt der Hochfrequenzsignal-Rückstreusender somit keinerlei Hochfrequenzsignale über die Antenne ab.In general, when the PIN diode (or field effect transistor) 12 is switched on, the entire high-frequency signals received are reflected with only a slightly reduced power with inverse polarity (reflection coefficient -1), ie with a phase difference of π over the antenna, ie the high-frequency signals do not get in the band section 3 . When the PIN diode (or field-effect transistor) 12 is switched off , the entire high-frequency signals received arrive at the band section 3 . The high-frequency signals are reflected at its end when the PIN diode (or the field effect transistor) 15 is switched on. When broadcasting via the antenna, in addition to power losses, the delays in the phase caused by the band section 3 additionally result in π, so that there is an overall phase shift of 2π. When the PIN diode (or field effect transistor) 15 is switched off, the ribbon cable 1 is closed with its terminating resistor 8 and the incoming high-frequency signals are converted into heat in the terminating resistor 8 and are not reflected. In this inactive state, the high-frequency signal backscatter transmitter therefore does not emit any high-frequency signals via the antenna.
In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform eines Hochfrequenzsignal-Rückstreusenders dargestellt. Es ist die Bandleitung 1 (Streifenleitung) zu erkennen, welche den ersten, eine Antenne 2 bildenden Bandabschnitt mit der Länge λ/4 aufweist, wobei λ die Wel lenlänge des zu empfangenden Hochfrequenzsignals ist. Ein zweiter Bandabschnitt 3 der Bandleitung 1 weist eine Länge von λ/4 auf. Der Abgriff zwischen Antenne 2 und Bandabschnitt 3 ist über den Kondensator 4 an den ersten Hauptanschluß eines ersten Schalters 5 angeschlossen. Der zweite Hauptanschluß dieses Schalters 5 liegt an Masse 9. Die Steuerelektrode des Schalters 5 ist mit einem Steueranschluß 10 verbun den.In Fig. 3 shows a third embodiment of a high-frequency signal backscattered transmitter shown. It can be seen the strip line 1 (strip line), which has the first band section forming an antenna 2 with the length λ / 4, where λ is the wavelength of the radio frequency signal to be received. A second band section 3 of the band line 1 has a length of λ / 4. The tap between antenna 2 and band section 3 is connected via capacitor 4 to the first main connection of a first switch 5 . The second main connection of this switch 5 is connected to ground 9 . The control electrode of the switch 5 is connected to a control connection 10 .
Am Ende des Bandabschnitts 3 sind der Kondensator 6 und der Abschlußwiderstand 8 angeschlossen. Die jeweils weiteren Klemmen von Kondensator 6 und Abschlußwider stand 8 sind mit zwei Anschlüssen eines als Umschalter ausgebildeten zweiten Schal ters 7 verbunden. Ein weiterer Anschluß des Schalters 7 liegt an Masse 9. Die Steuer elektrode des Schalters 7 ist mit einem Steueranschluß 11 verbunden. Je nach Schalt stellung des Schalters 7 wird der Kondensator 6 oder der Abschlußwiderstand 8 an Masse 9 gelegt.At the end of the band section 3 , the capacitor 6 and the terminating resistor 8 are connected. The other terminals of capacitor 6 and terminating resistor 8 were connected to two terminals of a switch 7 formed as a switch 7 . Another connection of the switch 7 is connected to ground 9 . The control electrode of the switch 7 is connected to a control terminal 11 . Depending on the switching position of the switch 7 , the capacitor 6 or the terminating resistor 8 is connected to ground 9 .
Die Schalter 5 und 7 haben die Aufgabe, die ankommende Welle des Hochfrequenzsi gnals in charakteristischer Weise zu reflektieren. Die wesentliche erfinderische Idee ist es, als Schalter 5 und 7 vorzugsweise in MEMS-Technologie (Mikro Elektro Mechani sches System) gefertigte Schalter einzusetzen. Diese Schalter arbeiten üblicherweise mit kapazitiver Ansteuerung durch Anlegen einer statischen Spannung. Während sich der Schalter in einer seiner beiden Schaltstellungen befindet, tritt kein Leistungsver brauch auf, was sehr vorteilhaft im Hinblick auf extrem geringen Leistungsverbrauch ist.The switches 5 and 7 have the task of reflecting the incoming wave of the high-frequency signal in a characteristic manner. The essential inventive idea is to use switches 5 and 7, preferably switches manufactured using MEMS technology (micro electro-mechanical system). These switches usually work with capacitive control by applying a static voltage. While the switch is in one of its two switch positions, no power consumption occurs, which is very advantageous in terms of extremely low power consumption.
Alternativ ist es auch möglich, eine PIN-Diode oder einen Halbleiterschalter - vorzugs weise einen Feldeffekttransistor - insbesondere für den ersten Schalter 5 einzusetzen.Alternatively, it is also possible to use a PIN diode or a semiconductor switch - preferably a field effect transistor - in particular for the first switch 5 .
Der Steueranschluß 10 des ersten Schalters 5 wird mit charakteristischen BPSK- Modulationssignalen beaufschlagt. Der Steueranschluß 11 des zweiten Schalters 7 wird mit charakteristischen Signalen zur Übermittlung von Informationen beaufschlagt.The control connection 10 of the first switch 5 is acted upon by characteristic BPSK modulation signals. The control connection 11 of the second switch 7 is acted upon by characteristic signals for the transmission of information.
Verbindet der Schalter 7 den Kondensator 6 mit Masse 9, so werden die ankommen den Wellen des Hochfrequenzsignals reflektiert (BPSK). Verbindet der Schalter 7 den Abschlußwiderstand 8 mit Masse 9, so wird die Energie der ankommenden Wellen des Hochfrequenzsignals im Abschlußwiderstand 8 in Wärme umgesetzt und nicht reflek tiert. Die beiden Kondensatoren 4, 6 sind für die Hochfrequenzsignale aufgrund deren hohen Frequenz durchlässig, verhindern jedoch ein Abstrahlen von Signalen niedrige rer Frequenz.If the switch 7 connects the capacitor 6 to ground 9 , the incoming waves of the high-frequency signal are reflected (BPSK). If the switch 7 connects the terminating resistor 8 to ground 9 , the energy of the incoming waves of the high-frequency signal in the terminating resistor 8 is converted into heat and is not reflected. The two capacitors 4 , 6 are permeable to the high-frequency signals due to their high frequency, but prevent radiation of signals of lower frequency.
Für alle vorstehend erläuterten Hochfrequenzsignal-Rückstreusender gilt, daß es bei Einsatz von entsprechend mehr Schaltern in Verbindung mit entsprechend angepaßter Bandleitung 1 alternativ möglich ist, Signale in QPSK-Modulation (Quaternay Phase Shift Keying, Quarternäre 4-Phasenumtastung) zu reflektieren. Hierzu wird ein Bandab schnitt der Länge 3λ/8 mit drei Abschnitten von jeweils λ/8 und insgesamt vier Abgriffen (inklusive der beiden Enden des Bandabschnitts) versehen, wobei an jeden Abgriff ein reflektierender Schalter angeschlossen ist. Durch die Bandleitung werden somit zusätz liche Phasenverschiebungen von π/2, π und 3π/2 realisiert. Bei diesem Modulations verfahren der Phasenumtastung werden vier diskrete Phasen benutzt, um jeweils zwei Informationen pro Signalintervall darzustellen. Vorteilhaft ist gegenüber der BPSK- Modulation eine geringere Bandbreite erforderlich.For all of the high-frequency signal backscattering transmitters explained above, it is possible that, if more switches are used in conjunction with a correspondingly adapted ribbon line 1, it is alternatively possible to reflect signals in QPSK modulation (quaternay phase shift keying, quaternary 4-phase shift keying). For this purpose, a band section of length 3λ / 8 is provided with three sections of λ / 8 each and a total of four taps (including the two ends of the band section), a reflective switch being connected to each tap. The band line thus realizes additional phase shifts of π / 2, π and 3π / 2. With this modulation method of phase shift keying, four discrete phases are used to represent two pieces of information per signal interval. A smaller bandwidth is advantageously required compared to BPSK modulation.
Des weiteren ist es bei Einsatz von entsprechend mehr Schaltern in Verbindung mit entsprechend angepaßter Bandleitung 1 (Länge zum Beispiel 3λ/8 bei vier eingesetz ten reflektierenden Schaltern) und Beeinflussung (Reduzierung)der Ströme in den re flektierenden Schaltern alternativ möglich, Signale in QAM-Modulation (Quadrature Amplitude Modulation) zu reflektieren. Es handelt sich dabei um eine Erweiterung des QPSK mit spezieller Pulsamplitudenmodulation mit je 2n Signalwerten auf zwei ortho gonalen Trägern mit wertdiskretem Modulationssignal-Amplitudenverlauf und sinusför migem Trägersignal-Verlauf. Beispielsweise hat 8QAM zwei unterschiedliche Amplitu denniveaus und vier Phasen. Vorteilhaft ist gegenüber des QPSK eine erhöhte Infor mationsübertragung bei gleicher Bandbreite möglich.Furthermore, when using correspondingly more switches in conjunction with a correspondingly adapted ribbon cable 1 (length, for example, 3λ / 8 with four reflecting switches used) and influencing (reducing) the currents in the reflecting switches, it is alternatively possible to use signals in QAM- Reflect modulation (Quadrature Amplitude Modulation). It is an extension of the QPSK with special pulse amplitude modulation with 2 n signal values each on two orthogonal carriers with discrete-value modulation signal amplitude curve and sinusoidal carrier signal curve. For example, 8QAM has two different amplitude levels and four phases. Compared to the QPSK, increased information transmission with the same bandwidth is advantageously possible.
Ferner ist es möglich, daß das empfangene schmalbandige Hochfrequenzsignal gemäß dem Code Division Multiple Access (CDMA) Verfahren codiert, moduliert und als Ant wortsignal reflektiert wird. It is also possible that the received narrowband radio frequency signal according to the Code Division Multiple Access (CDMA) method coded, modulated and as Ant word signal is reflected.
Alle Baukomponenten inklusive der Bandleitung der vorstehend erläuterten Ausfüh rungsformen sind vorzugsweise auf einer Leiterplatte angeordnet.All components including the ribbon cable of the above-mentioned version tion forms are preferably arranged on a circuit board.
In Fig. 4 ist eine Anordnung mit einer Basisstation 19 und einer Vielzahl von Teilneh mern 18.1, 18.2, 18.3 . . . 18.s, insbesondere Sensoren oder Aktoren dargestellt (Back scatter-System). Die Kommunikation zwischen der Basisstation 19 und den einzelnen Teilnehmern 18.1 bis 18.s erfolgt, indem die Basisstation 19 schmalbandige Hochfre quenzsignale an alle Teilnehmer aussendet und die einzelnen Teilnehmer durch in cha rakteristischer Weise durch einen Phasenmodulator per Phasenumtastung phasenmo dulierte und reflektierte Hochfrequenzsignale (Antwortsignale) antworten. Die schmal bandigen Antwortsignale enthalten sowohl Informationen darüber, welcher Teilnehmer geantwortet hat - realisiert durch jedem Teilnehmer zugeordnete und der Basisstation bekannte Phasenmodulationsmuster für die Phasenumtastung - als auch spezielle Teilnehmer-Informationen, beispielsweise detektierte Sensorinformationen beim Ein satz von Sensoren als Teilnehmer. Durch die jeweils in charakteristischer Weise modu lierten und reflektierten Hochfrequenzsignale kann die Basisstation 19 die Vielzahl von reflektierten Signalen unterscheiden, den einzelnen Teilnehmern zuordnen und die zu übermittelnde Information entschlüsseln. Allerdings ist ein gleichzeitiges Senden aller Teilnehmer eines Informationssystems nicht möglich.In Fig. 4 is an arrangement with a base station 19 and a plurality of participants 18.1 , 18.2 , 18.3 . , , 18 .s, in particular sensors or actuators shown (back scatter system). The communication between the base station 19 and the individual subscribers 18.1 to 18 .s takes place in that the base station 19 transmits narrow-band high-frequency signals to all subscribers and the individual subscribers by phase-modulated and reflected high-frequency signals (response signals) by phase shift keying in a characteristic manner by a phase modulator. reply. The narrow-banded response signals contain both information about which subscriber has responded - realized by phase assignment for phase shift keying assigned to each subscriber and known to the base station - as well as special subscriber information, for example detected sensor information when sensors are used as subscribers. Due to the respectively modulated and reflected high-frequency signals, the base station 19 can distinguish the plurality of reflected signals, assign them to the individual subscribers and decrypt the information to be transmitted. However, it is not possible to send all participants of an information system at the same time.
Wenn vorstehend von "Hochfrequenzsignalen" die Rede ist, sind hierbei selbstver ständlich auch Very-High-Frequency-Signale, Extremely-High-Frequency-Signale, Ul tra-High-Frequency-Signale und Super-High-Frequency-Signale eingeschlossen.If "high-frequency signals" are mentioned above, they are self-ver also very high frequency signals, extremely high frequency signals, Ul tra high frequency signals and super high frequency signals included.
Claims (13)
- - wobei mindestens eine Basisstation (19) Hochfrequenzsignale an die Sen soren und/oder Aktoren aussendet,
- - wobei jeder Sensor und/oder Aktor einen Hochfrequenzsignal-Rückstreu sender zum Empfang des Hochfrequenzsignales und zur Reflexion eines phasenmodu lierten Antwortsignales zur Basisstation (2) aufweist,
- - wobei der Hochfrequenzsignal-Rückstreusender einen Phasenmodulator zur Modulation des Antwortsignales entsprechend zu übermittelnder Informationen aufweist und
- - wobei für jeden Sensor und/oder Aktor ein der Basisstation (2) bekanntes spezielles Phasenmodulationsmuster festgelegt ist.
- - At least one base station ( 19 ) transmits high-frequency signals to the sensors and / or actuators,
- - Each sensor and / or actuator has a high-frequency signal backscatter transmitter for receiving the high-frequency signal and for reflecting a phase-modulated response signal to the base station ( 2 ),
- - The high-frequency signal backscatter transmitter has a phase modulator for modulating the response signal in accordance with the information to be transmitted and
- - A specific phase modulation pattern known to the base station ( 2 ) is defined for each sensor and / or actuator.
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