DE69836583T2

DE69836583T2 - Mikrowellen-Etikettierungssystem

Info

Publication number: DE69836583T2
Application number: DE69836583T
Authority: DE
Inventors: Marcel Andre Kossel
Original assignee: Identec Solutions AG
Current assignee: Identec Solutions AG
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: EP0992931B1; EP0992931A1; ATE347714T1; DE69836583D1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Funkübertragung für Etikettierungssysteme. Die Erfindung basiert auf den Gegenständen, wie sie im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 13 beschrieben sind.
Hintergrund
Systeme zur Funkfrequenz-Identifikation (RFID) dienen vorwiegend zur Verwaltung von Herstellungswegen und Herstellungsprozessen von verschiedenen Arten von Produkten, und dies in hocheffizienter Weise. Datenträger oder Etiketten werden an Werkstücken befestigt, die auf einem Transportband transportiert werden, an eine Trägerplatte, wie z.B. eine Palette, oder an Containern auf einem Zugwagen. Der Speicher der Datenträger enthält einen Identifizierungscode des Objektes, an welchem der Datenträger befestigt ist, Datenverarbeitungsinstruktionen und dergleichen. Eine Zahl von Hauptgeräten sind dem Transportband entlang angeordnet, um mit den vorbeizulaufenden Datenträgern zu kommunizieren, indem in deren Speicher Daten eingeschrieben oder von deren Speichern Daten ausgelesen werden. Nach dem Nachführen des Speichers des Datenträgers wird das Werkstück zum nächsten Herstellungsprozess transportiert.
Mikrowellen-Etikettiersysteme des beschriebenen Typs werden von Batterien betrieben und müssen des halb einen geringen Stromverbrauch bei gleichzeitig tiefer Fehlerrate bei der Modulierung besitzen. Diese beiden Anforderungen sind oft miteinander in Konflikt, weil Modulierungsarten mit tiefen Fehlerraten Modulierungsschaltungen benötigen, die grossen Stromverbrauch haben. Typische Anwendungsbereiche solcher Mikrowellen-Etikettiersysteme sind Herstellungshallen mit metallischen Wänden, die die ankommenden Mikrowellen reflektieren, und so Modulierungsfehler aufgrund von Mehrpfad-Ausbreitung erzeugen, sowie aufgrund zirkularer Polaristationsumkehrungen und Signalauslöschungs-Effekten. Deshalb existiert das Bedürfnis nach einer sicheren Datenübertragung im Sinne geringer Demodulationsfehler in Kombination mit geringer Stromaufnahme und kleiner Etikettendimensionen.
In EP 0 308 964 A2 wird ein RFID-System beschrieben, welches Etiketten verwendet, die an sich bewegenden Artikeln befestigt sind. Die Kommunikation zwischen der übergeordneten Einheit bzw. Haupteinheit und der Etikette bzw. Untereinheit wird mittels zirkular polarisierter Mikrowellen erreicht, welche mittels "amplitude shift keying (ASK)", "phase shift keying (PSK)" oder "frequency shift keying (FSK)" moduliert sind. Genauer gesagt moduliert die Haupteinheit einen ersten Träger mittels ASK, erzeugt einen nichtmodulierten zweiten Träger einer anderen Frequenz, mischt beide Träger mittels "quadrature phase shift keying (QPSK)" und übermittelt diese als erste zirkular polarisierte Welle. In der Untereinheit werden die Wellen separiert mittels QPSK-Demodulation, und die Daten auf dem ersten Träger werden demoduliert. Zur Rückwärts-Kommunikation wird der zweite Träger mittels PSK und, optional, FSK-moduliert, mit identischer zirkularer Polarisation zurückübertragen und in der Haupteinheit PSK- sowie, optional, FSK-demoduliert. Wesentliche Nachteile dieses Systemes sind seine Komplexität, welche mehrere Modulations- und Demodulationsschritte und -schemen erfordert, die Notwendigkeit zweier Frequenzen zur Trennung der ausgehenden und hereinkommenden Wellen und die Notwendigkeit verschiedener, hochentwickelter, stromverbrauchender Komponenten in der Untereinheit. Um die Lebenszeit der Batterie in der Etikette zu erhöhen, kann die Haupteinheit Startdaten auf dem ersten Träger übertragen unter Verwendung einer zweiten, orthogonal zirkular-polarisierten Welle, um die Etikette aus einem Schlafmodus aufzuwecken.
Ein anderes Etikettiersystem wird in WO 90/10200 beschrieben, welches auf QPSK-Modulation in der Haupteinheit und Untereinheit basiert. Die Haupteinheit erstellt die Kommunikation durch Senden einer linear polarisierten Welle. In der Untereinheit wird eine zirkular polarisierte Komponente empfangen unter Verwendung einer zirkularen Antenne, welche empfindlich ist für eine Drehrichtung. Um die Etikette zu identifizieren kann die zirkulare Komponente ASK- oder PSK-moduliert und von einem Transistor verstärkt werden und von einer zirkularen Antenne umgekehrter Drehrichtung zurückgeworfen werden. Ein grosses Problem dieses Systems ist der Umstand, dass die ASK-, PSK- oder QPSK-Modulationsverfahren einen Vergleich mit festen oder absoluten Signalhöhen erfordern. Deshalb können linear polarisierte Störsignale unakzeptabel hohe Fehlerraten erzeugen und die Kommunikation unmöglich machen.
Beide RFID-Systeme gemäss Stand der Technik vermögen nicht das Problem der ungeraden Zahl von Reflektionen zu lösen, welche den Polarisationssinn von zirkular polarisierten Wellen umkehren und eine korrekte Demodulation verunmöglichen.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Mikrowellen-Etikettiermethode und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche mit reduziertem Stromverbrauch betrieben werden können und gleichzeitig geringe Demodulations-Fehlerraten und einen vereinfachten Aufbau haben. Dieser Gegenstand wird gemäss der Erfindung vom Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1 und 13 erreicht.
Die Erfindung liegt in einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Funkübertragung zwischen einer Haupteinheit und einer Untereinheit, wobei eine binäre Modulation der Drehrichtung der zirkular polarisierten Welle, d.h. eine Zirkularpolarisationsmodulation (CPM), verwendet wird, zur Übertragung von binären Daten in mindestens eine Übertragungsrichtung.
Die zirkulare Polarisationsmodulation und -demodulation (CPM) gemäss der Erfindung ist einfacher zu implementieren als konventionelle FSK-Modulationsverfahren und basiert auf der Detektion von relativen Signalhöhen von links- und rechtszirkular polarisierten Wellen anstatt von absoluten Signalhöhen wie in konventionellen ASK- oder PSK-Modulationsverfahren. Als Konsequenz davon ist die zirkulare Polarisationsmodulation (CPM) weitgehend tolerant gegenüber linear polarisierten Störsignalen. Weiter sind die Anforderungen der Etikette an die Stromversorgung wesentlich reduziert und erlauben eine längere Batterie-Lebenszeit und/oder grössere Übertragungsreichweiten.
In einer Ausführung enthalten die Empfänger der Haupt- und Untereinheit separate Empfängerkanäle für links- und rechts-zirkularpolarisierte Wellen. Ebenfalls enthalten die Sender der Haupt- und Untereinheit einfache Mittel, wie z.B. RF-Schalter, zur alternativen Aktivierung orthogonaler zirkularpolarisierter Antennenausgänge. Diese Massnahmen erlauben insbesondere ein sehr einfaches Etikettendesign mit wenigen, stromsparenden Komponenten.
In einer anderen Ausführung enthält die Haupteinheit vier Empfängesektionen zur separaten Demodulation von links- und rechts-zirkularpolarisierten Wellen in unterschiedlichen Zeitintervallen. Die Empfängesektionen können Einzeln-Seitenband-Herunterkonvertierer ("single sideband downconverters") mit oder ohne Frequenzfilter zum Demodulieren zirkular-pPolarisationsmodulierter. Signale von der Untereinheit und zu deren Isolation gegen Übersprechen enthalten und/oder Integratoren zum Verhindern oder Reduzieren von Signalfading.
In einer weiteren Ausführung enthält eine aktive Untereinheit einen batteriegespiesenen Funkfrequenz-Verstärker, welcher von Schaltern gesteuert wird, um hereinkommende links- oder rechts-zirkularpolarisierte Wel len zu verstärken und sie mit umgekehrter Polarisation zurückzuwerfen.
In einer alternativen Ausführung werden passive Untereinheiten beschrieben, welche einfach entweder hereinkommende Wellen absorbieren oder diese an einen Anschluss einer orthogonalen zirkularpolarisierten Antenne übertragen.
Eine erste Ausführung, welche sich auf das Verfahren gemäss der Erfindung bezieht, umfasst die Analyse der sequenziellen Ordnung von Bits. Insbesondere werden binäre Daten durch Symbole kodiert, welche zu Gruppen gehören, die invariant unter binärer Inversion sind. Vorzugsweise werden in beiden Kommunikationsrichtungen binäre Symbole aus zwei Zeichen verwendet, und durch eine EXOR-Beziehung zwischen den Zeichen dekodiert. Diese Massnahmen machen die Funkübertragung unempfindlich gegenüber Polarisationsumkehrungen, welche durch eine ungerade Zahl von metallischen Reflektionen im Antennenpfad erzeugt werden. Somit wird die Robustheit der Übertragung verbessert und die Signalfehlerrate vermindert.
Eine zweite Ausführung, welche sich auf das Verfahren gemäss der Erfindung bezieht, umfasst die Analyse der zeitlichen Ordnung von Bits. Insbesondere wird eine vordefinierte Sequenz von Bitpaaren von der Haupteinheit in der Untereinheit moduliert durch selektive Reflektion entweder des ersten oder des zweiten Bits jedes Bitpaares, wodurch logische Werte von "0" und "1" kodiert werden. Vorzugsweise wird die vordefinierte Bitsequenz durch eine Sequenz von alternierend links- und rechts-zirkularpolarisierten Wellen repräsentiert. Diese Massnahmen vereinfachen den Aufbau der Etikette weiter und stellen eine sichere Kommunikation von der Etikette an die Haupteinheit sicher, unabhängig von Polarisation und Bitinversionen. Entsprechend geringe Fehlerraten und hohe Datenraten können mit minimalem Stromverbrauch erreicht werden, sogar in zeitabhängigen Pfaden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Andere Gegenstände, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Verweis auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in welchen
1 ein Blockdiagramm einer Haupteinheit ist;
2 ein Blockdiagramm einer aktiven Untereinheit ist;
3a, 3b Blockdiagramme von passiven Untereinheiten sind;
4 eine Illustration der ausgehenden Kommunikation von der Haupteinheit an die Untereinheit ist;
5 und 7 Illustrationen der hereinkommenden Kommunikation von der Untereinheit an die Haupteinheit sind; und
6a–6c Blockdiagramme von modifizierten Haupteinheiten sind.
In den Zeichnungen werden identische Teile mit identischen Referenznummern bezeichnet.
Beschreibung der bevorzugen Ausführungen
In den folgenden Ausführungen umfasst das System ein Hauptgerät oder einen Leser oder Interrogator oder eine Haupteinheit 1, welche normalerweise an einer vorgegebenen Position angeordnet ist, und einen Datenträger oder eine Etikette oder einen Transponder oder eine Untereinheit 2, welche an einem sich bewegenden Objekt befestigt werden kann. Wenn das die Etikette 2 tragende Objekt eine Position vor der Haupteinheit 1 passiert, werden Daten von der Haupteinheit 1 aus dem Etikettenspeicher 205, 305 ausgelesen oder in diesen eingeschrieben.
Ein Prinzip einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 1 und 2 beschrieben. In diesem ersten Abschnitt wird die Übertragung von Daten von der Haupteinheit an die Untereinheit erklärt. Identifikationsdaten, Jobverarbeitungsdaten, Abfragekommandos etc. können vom Benutzer an einem Computerterminal 100, welches mit der Haupteinheit 1 verbunden ist, eingegeben werden. Das Hauptgerät 1 der ersten Ausführung hat einen Mikrowellengenerator 102, insbesondere einen Mikrowellenoszillator 102 oder Frequenzsweeper, für den interessierenden Frequenzbereich, beispielsweise " Industrial-Scientific-Medical (ISM) Band" bei 2,4 GHz, 5,8 GHz oder 24 GHz. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird die Trägerwelle vom Mikrowellenoszillator 101 oder Frequenz-Sweeper zirkular-polarisationsmoduliert entsprechend den an den Datenträger 2 zu übertragenden Daten. Zirkular-Polarisationsmodulation (CPM) kann erreicht werden mittels Modulation von Bitströmen in solcher Art, dass eine logische "0" eine rechtsdrehende zirkularpolarisierte Welle R und eine logische "1" einer linksdrehenden zirkularpolarisierten Welle L zugeordnet wird, oder umgekehrt. Diese Art von Modulationsverfahren wird für die Übertragung in mindestens einer Richtung angewendet, vorzugsweise für die ausgehende Übertragung von der Haupteinheit 1 an die Untereinheit 2. Insbesondere werden zirkular-polarisationsmodulierte Wellen in beiden Übertragungsrichtungen verwendet. Das CPM-Verfahren erlaubt sehr einfache, stromsparende und verlässliche Modulations- und Demodulationsschaltungen, insbesondere auf der Etikette 2, wie weiter unten beschrieben wird.
Das Problem von Mikrowellen-Reflektionen an metallischen Oberflächen, welche die Polarisationsrichtung drehen und Bitinversionen erzeugen, kann bei sich zeitlich nicht verändernden Pfaden durch den Austausch von Testsequenzen gelöst werden. Beispielsweise kann eine Welle langer Zeitdauer, welche mit einer Drehrichtung ausgestrahlt wird, bei der empfangenen Einheit 1, 2 eine erste zirkulare Polarisation definieren, welche eine logische "0" repräsentiert, und eine Welle mit kurzer Zeitdauer, welche mit der umgekehrten zirkularen Drehrichtung ausgestrahlt wird, kann bei der empfangenen Einheit 1, 2 eine zweite zirkulare Polarisation definieren, welche eine logische "1" repräsentiert.
In einer anderen bevorzugten Ausführung wird Toleranz gegenüber Bitinversionen in der Etikette 2 erreicht durch ein geeignetes Datenkodier-Verfahren. Für diesen Zweck soll die Datendemodulation eine Analyse der sequenziellen Ordnung der übertragenden Bit durch einen Kontroller 101; 205, 305 enthalten. Insbesondere werden für die Kommuikation von der Haupteinheit 1 an die Untereinheit 2 logische Werte "0", "1" der binären Daten in der Haupteinheit 1 durch Mehrbit-Symbole kodiert, so dass eine Vielzahl von Mehrbit-Symbolen in eine erste und eine zweite Gruppe unterteilt sind, welche eine logische "0" und eine logische "1" repräsentieren, wobei die erste und die zweite Gruppe beide unter binären Inversionen invariant sind, und nach der Übertragung der Modulation werden die Symbole in der Untereinheit 2 dekodiert. Diese symbolische Kodierung stellt eine gegenüber Bitinversionen tolerante Kommunikation sogar in zeitabhängigen Antennenpfaden sicher. Eine besonders einfache Ausführung wird in 4 gezeigt.
Die Daten, welche vom Computerterminal 100 an die Haupteinheit 1 gesendet werden, werden in der Haupteinheit 1 in einem Controller 101 verarbeitet, welcher normalerweise aus einem Mikroprozessor 101 besteht, welcher den Datenstrom gemäss der Erfindung kodiert. Der Zirkular-Polarisationsmodulator besteht einfach aus einem einpoligen Umschalter 103, welcher den Mikrowellenträger des Oszillators 102 oder Frequenz-Sweepers zwischen seinen beiden Ausgängen umschaltet. Diese beiden Ausgänge sind entweder mit zwei zirkularpolarisierenden Antennen umgekehrter Polarisationsrichtung oder mit zwei gegeneinander isolierten Ausgängen eines 3 dB/90°-Hybrids 104 ver bunden, dessen Ausgänge mit einer dualen, zirkularpolarisierten Antenne 105 verbunden sind. Das axiale Verhältnis der linksdrehenden und rechtsdrehenden zirkular-polarisierten Antenne oder der dualen zirkularpolarisierten Antenne 105 sollte gleich 1 sein, und die Isolation zwischen umgekehrten Polarisationen der Anschlüsse der zirkularpolarisierten Antenne mit umgekehrter Polarisationsrichtung oder die dualpolarisierten Antennenanschlüsse 105 im Zusammenhang mit dem 3 dB/90°-Hybrid 104 sollte so tief wie möglich sein. Durch Verwendung eines Frequenz-Sweepers werden Apertur-gekoppelte Patch-Antennen, welche hier nicht gezeigt sind, bevorzugt, weil diese eine grössere Bandbreite haben.
In diesem zweiten Abschnitt werden der Empfang und die Demodulation des übertragenen, zirkularpolarisationsmodulierten Mikrowellenträgers in der Untereinheit 2 beschrieben. Die Etikette 2 besitzt entweder zwei zirkularpolarisierte Antennen mit unterschiedlicher Polarisationsrichtung oder, vorzugsweise, eine platzsparende dualpolarisierte Antenne 200 in Kombination mit einem 3 dB/90°-Hybrid 201 für den Empfang der zirkularpolarisatonsmodulierten Trägerwelle. Es ist zu erwähnen, dass die Antennen 105; 200, 201; 300, 301 dazu dienen, im wesentlichen zirkularpolarisierte Wellen zu übermitteln und zu empfangen; leicht elliptisch polarisierte Wellen sind ebenfalls zulässig. Die Demodulierung kann in einfacher Weise erreicht werden durch Verbindung zweier identischer Funkfrequenz-Detektoren 202, 203 mit den gegeneinander isolierten Ausgängen des 3 dB/90°-Hybdrids 201 oder den Ausgängen der links- und rechts-zirkularpolarisierten Antennen. Die Funkfrequenz-Detektoren 202, 203 richten die hereinkommenden Wellen mit unterschiedlicher Polarisationsrichtung gleich. Wie bekannt, ist die Ausgangsspannung proportional zur einfallenden Leistung der Welle, so lange die Gleichrichter-Funkfrequenz-Dioden 202, 203 nicht im linearen Detektionsbereich betrieben werden. Gemäss der Erfindung wird die abschliessende De modulierung des Basisband-Signals durchgeführt, indem die Ausgangsspannung der Funkfrequenz-Detektorschaltung 202, welche dem Empfangspfad der links-zirkularpolarisierten Welle 206 zugeordnet ist, mit jener der Funkfrequenz-Detektorschaltung 203, welche dem Empfangspfad der rechts-zirkularpolarisierten Welle 207 zugeordnet ist, verglichen. Der Vergleich kann mittels eines CMOS-Vergleichers 204 mit geringer Leistungsaufnahme erfolgen, welcher lediglich ein oder zwei μA verbraucht. Das Ausgangssignal des Vergleichers 204 mit geringerer Leistungsaufnahme wird von einer Steuerung 205 abgefragt, typischerweise einem Mikrokontroller 205 mit geringerer Leistungsaufnahme. Gängige Mikrokontroller, welche für batteriegespiesene Anwendungen vorgesehen sind, verbrauchen etwa 400 μA im aktiven Modus und ungefähr 10 μA im Stand-by-Modus. Um weiter Leistung zu sparen, sollte in der Etikette 2 eine Aufweck-Detektions-Schaltung integriert sein, welche hier nicht gezeigt wird. Sie kann aus zwei zusätzlichen Vergleichern mit geringer Leistungsaufnahme bestehen, welche das Ausgangssignal der Funkfrequenz-Detektionsschaltungen 202, 203 abfragen, welche mit den beiden Pfaden 206, 207 der links- und rechts-zirkularpolarisierten Signale verbunden sind und mit einer Referenzspannung vergleichen, um zu entscheiden, ob ein gültiges Signal vorliegt, und hierauf ein Aufweck-Signal für die Steuereinheit 205 erzeugen.
Aufgrund der Anforderung einer geringeren Leistungsaufnahme sollte die Etikette 2 keine lokalen Mikrowellenoszillatoren für Mischschaltungen enthalten, wie sie z.B. bei der FSK-Demodulation erforderlich sein können, oder Funkfrequenz-Verstärker, wie sie z.B. von PSK-Demodulationsschaltungen für die Trägerwiederherstellung benötigt werden. Andere konventionelle RFID-Systeme, wie z.B. gemäss EP 0 308 964 A2 , verwenden oft ASK-Modulation, weil sie einfach zu implementieren ist, obwohl sie hohe Demodulations-Fehlerraten zeigt. Im Gegensatz hierzu kombiniert die CPM gemäss der Erfindung hohe Datenraten, geringe Demodulations-Fehlerraten und reduzierte Empfindlichkeit gegenüber Störsignalen mit einem einfachen, platz- und leistungssparenden Etikettendesign, welches wenige elektronische Komponenten benötigt. Als Beispiel sei die binäre ASK-Modulation betrachtet, welche mit ähnlich einfacher Schaltungskomplexität und Leistungsanforderungen wie CPM implementiert wird. Ein wichtiges Problem mit ASK ist die Auswahl der festen Referenz- oder Entscheidungs-Schwellspannung. Ist die Schwelle zu tief, können Störsignale einfach die Demodulation stören, aber wenn sie zu hoch ist, benötigt die Detektionsschaltung 202, 203; 302, 303 inklusive die Vorverstärker auf der Etikette 2 zuviel Leistung. Im Gegensatz hierzu verlässt sich CPM auf den Vergleich relativer Signalstärken von links- und rechts-zirkularpolarisierten Wellen in den Demodulationspfaden oder Empfängerkanälen 206 und 207; 306 und 307. Deshalb werden linearpolarisierte Störungen gleich auf beide Empfängerkanäle 206 und 207; 306 und 307 verteilt und unter der Annahme von idealen zirkularpolarisierten Antennen oder Antennenausgängen 105; 200; 300, und beeinträchtigen die Demodulation nicht. Sogar zirkular-polarisierte Störsignale beliebiger Drehrichtung sind zulässig, solange ihre Stärke die Signalhöhe der CPM-modulierten Welle nicht übersteigt.
In diesem Abschnitt wird die Datenübertragung vom Datenträger 2 zur Haupteinheit 1 beschrieben. Gemäss dem Ziel der Erfindung, im batteriebetriebenen Datenträger 2 soviel Leistung wie möglich zu sparen, und unter der Einschränkung auf ein aktives Etikettensystem, um eine grössere Übertragungsdistanz zu erhalten, wird eine Art aktiver Rückstreuungs-Übertragung basierend auf einer Ein-/Aus-Tastungsmodulation von Signalen mit unterschiedlicher Polarisationsrichtung präsentiert. Nach Empfang des Auslesebefehls durch die Haupteinheit 1 schaltet der Datenträger 2 seine Antenne 200, 201 auf den Signalpfad 208, in welchem der aktive Modulator 209 plaziert ist. Eine Batterieversorgung 215 mit einem Aktivierungsschal ter 214 wird ebenfalls gezeigt. Da eine Signalerzeugung mittels eines Mikrowellenoszillators oder eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) als Frequenzdurchstimmer einen prohibitiven Stromverbrauch besitzt, steht der aktive Modular 209 der ersten Ausführung nur aus einem Funkfrequenz-Verstärker 209, der normalerweise ausgeschaltet ist, und der mittels zweier einpoliger Umschalter 210, 211 in einer Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung eingeschaltet werden kann. Dabei verstärkt er ein empfangenes links-zirkularpolarisiertes Signal und sendet es als rechts-zirkularpolarisierte Welle aus, bzw. umgekehrt bei umgekehrten Schalterstellungen. Gemäss der Erfindung wird die Isolation zwischen dem Eingang und dem Ausgang des aktiven Bauteils 209 durch die Kreuzpolarisation-Isolation der zirkularpolarisierten Datenträgerantenne 200, 201 erreicht, um einen stabilen Betrieb des aktiven Bauteils zu erreichen. Um Daten aus dem Datenträger 2 auszulesen, sendet die Haupteinheit 1 ein vordefiniertes Muster (5) von links- und rechts-zirkularpolarisierten Wellen aus, welches vom Datenträger 2 mit der oben erwähnten Modulation wieder ausgesendet wird. Das vordefinierte Muster besteht aus der Ausstrahlung einer ersten zirkularpolarisierten Welle einer Zeitdauer T/2 mit einer Polarisationsrichtung in einer Richtung und danach einer zweiten zirkularpolarisierten Welle mit umgekehrter Polarisationsrichtung. Zur weiteren Erklärung der Prinzips wird angenommen, dass die erste Welle links-zirkularpolarisiert und die zweite Welle entsprechend rechts-zirkularpolarisiert ist. Ausserdem wird die links-zirkularpolarisierte Welle mit einer logischen "0" und die rechts-zirkularpolarisierte Welle mit einer logischen "1" identifiziert. Somit sendet die Haupteinheit 1 für jede Periode T ein logisches "0" einer Zeitdauer T/2 und danach ein logisches "1" der gleichen Zeitdauer 1 aus, wobei sowohl "0" und "1" durch die Polarisationsrichtung kodiert werden. Basierend auf diesem vordefinierten Muster führt der Datenträger 2 – nach einer kurzen Synchro nisationsphase, in welcher eine Testsequenz übermittelt wird, um den Anfang des Ausleseprozesses zu definieren – die Übertragung seines Objekt-Identifikationscodes oder gespeicherter Daten zurück zur Haupteinheit 1 in folgender Weise aus. Der Datenträger 2 empfängt das vordefinierte Wellenmuster von der Haupteinheit 1 mittels seiner zirkularpolarisierten Antenne 200, 201, welches identisch ist zu jener, welche schon oben bei der Transmission von der Haupteinheit zum Datenträger 2 beschrieben worden ist. Zwei einpolige Umschalter 212, 213 werden so geschaltet, dass der Signalpfad mit dem aktiven Modulator 209 mit den zirkularpolarisierten Antennen 200, 201 des Datenträgers 2 verbunden ist. Entsprechend dem empfangenen vordefinierten Muster wird der aktive Modulator 209 entweder in Vorwärtsrichtung, in welcher er den links-zirkularpolarisierten Antennenanschluss mit jenem verbindet, welcher eine rechts-zirkularpolarisierte Welle erzeugt, oder in Rückwärtsrichtung, in welcher der Antennenanschluss, der dem Empfang einer rechts-zirkularpolarisierten Welle zugeordnet ist, mit dem Antennenanschluss verbindet, der eine links-zirkularpolarisierte Welle aussendet, und zwar mittels zweier einpoliger Umschalter 210, 211. Der Stromverbrauch eines gängigen Funkfrequenzumschalters 210, 211, 212, 213 ist ungefähr 15 μA, und ein Funkfrequenz-Verstärker 209, der als aktiver Modulator verwendet wird, verbraucht einen Strom von 2 mA, wobei beide Zahlen auf das 2,4 GHz ISM-Band bezogen sind. Der aktive Modulator 209 verwendet jetzt eine Ein/Aus-Tastungsmodulation, um die empfangenen Wellen zu modulieren und wieder auszustrahlen, entsprechend dem Objekt-Identifikationscode oder den gespeicherten Daten. Wenn zum Beispiel eine logische "1" vom Datenträger 2 an die Haupteinheit 1 übermittelt werden muss, verstärkt der Radiofrequenz-Verstärker 209 nur die zirkularpolarisierte Welle des vordefinierten Musters, welche mit einer logischen "1" verbunden ist, und wirft diese zurück. Für die oben getroffenen Annahmen bedeutet dies, dass der aktive Modu lator 209 während dem Empfang der ersten links-zirkularpolarisierten Welle des vordefinierten Musters, welche einer logischne "0" zugeordnet ist, ausgeschaltet wird. Nach T/2 wird eine rechts-zirkularpolarisierte Welle,, welche einer logischen "1" zugeordnet ist, von der Haupteinheit 1 abgestrahlt, und der aktive Modulator 209 wird in umgekehrter Richtung gepolt und eingeschaltet, so dass er eine rechts-zirkularpolarisierte Welle empfangen und die verstärkte Welle als links-zirkularpolarisierte Welle zurückwerfen kann. Das heisst, dass nur während einer Zeitdauer T/2 des vordefinierten Musters der Länge T eine logische "1" oder eine logische "0" verstärkt und abhängig von den zu übermittelnden Daten an die Haupteinheit 1 zurückgesendet wird.
Polarisationsfehler der ausgestrahlten Wellenmusters sind nicht von Bedeutung, weil sie durch Analyse der Testsequenz in der Synchronisationsphase am Anfang der Übertragung eliminiert werden, so dass der Verstärker 209 das stärkere der beiden Signale, welches an den Antennenanschlüssen umgekehrter Polarisationsrichtung erscheint, verstärken und wieder aussenden wird. Dies kann durch das folgende Beispiel illustriert werden. Die Haupteinheit 1 sendet eine rechts-zirkularpolarisierte Welle aus, welche einer logischen "1" zugeordnet ist. Aufgrund von Mehrpfad-Übertragung empfängt der Datenträger 2 am Antennenanschluss, der dem Empfang einer links-zirkularpolarisierten Welle zugeordnet ist, ein stärkeres Signal als am anderen Antennenanschluss, welcher dem Empfang einer rechts-zirkularpolarisierten Welle zugeordnet ist. Gemäss der Erfindung definiert der Datenträger am Anfang der Übertragung eine logische "1" als links-zirkularpolarisierte Welle. Diese Definition ist gültig, solange der Kanal betreffend Mehrpfad-Ausbreitung unverändert bleibt. Die Freiheit, adaptiv die Definition der Polarisationsrichtung der wieder ausgestrahlten Welle zu wählen, berührt die Demodulation der Datenträger-Signale in der Haupteinheit 1. Dies wird im folgenden Abschnitt beschrieben.
Die Haupteinheit 1 hat zwei identische Empfangskanäle oder Demodulationspfade 106, 107, von denen jeder einen Vorverstärker 108, 109, eine Funkfrequenz-Detektionsschaltung 110, 111 und einen einpoligen Umschalter 112, 113 aufweist, welcher mit zwei Integratoren 114, 115, 116, 117 verbunden ist, wobei der untere 115, 117 das gleichgerichtete Signal der Funkfrequenz-Detektorschaltung 110, 111 von der Zeit t = 0 bis t = T/2 integriert, und der obere 114, 116 es von t = T/2 bis t = T integriert, entsprechend der Dauer des emittierten Musters. Die beschriebenen Demodulationspfade 106, 107 werden mit den Antennenanschlüssen 104, 105 der links- und rechtszirkularpolarisierten Wellen verbunden, mittels zweier Richtungskoppler 118, 119, welche die einfallende empfangene Welle von der Antenne abzweigen, und so die Sender 103–105 von den Empfängern 104, 105, 108–123 trennen.
Gemäss der Erfindung werden Polarisations-Fehler die Demodulationsleistung nicht beeinträchtigen, solange der Mikrowellenkanal als zeitinvariant während der Übertragung erachtet werden kann. Die Demodulierung des Datenträgersignals, welche unempfindlich gegenüber Bitinversionen aufgrund einer ungeraden Zahl von Reflektionen in Mehrpfadausbreitungen sein sollte, kann wie folgt beschrieben werden. Zuerst werden die Ausgangssignale der unteren Integratoren 115, 117 jedes Demodulationspfads 106, 107 bei t = T/2 abgetastet, und die oberen Integratoren 114, 116 werden bei t = T abgetastet, und zwar durch vier Abtast- und Haltebauteile 120, 121, 122, 123. Die Ausgänge der vier Abtast- und Haltebauteile 120, 121, 122, 123, insbesondere die zeitlichen Positionen der übertragenen Bits, werden sodann von der Steuerung 101 analysiert. Die Steuerung 102 muss das Maximum der vier Integratorwerte suchen. Da die unteren Integratoren 115, 117 einer logischen "0" zugeordnet sind und die oberen Integratoren 114, 116 einer logischen "1", werden die lo gischen Pegel temporär separiert und die endgültige Demodulation des Basisbandsignals kann einfach ausgeführt werden untere Kenntnis der zeitlichen Position des Maximums. Aufgrund der zeitlichen Separation der logischen Pegel und deren Modulation entsprechend der Erfindung hat eine mögliche Bitinversion, welche durch eine ungerade Zahl von Reflektionen des zirkularpolarisierten Signals erzeugt wird, keinen Effekt auf die Demodulation, soweit die zirkulara-polarisierten Wellen gleich auf die beiden Demodulationspfade 106, 107 aufgespalten werden, durch die zirkularpolarisierten Antennen 104, 105. Zirkularpolarisierte Störsignale stören die Demodulation nicht, solange deren Leistung nicht die Leistung des stärksten Signals überschreitet.
In diesem Abschnitt wird eine zweite Ausführung mit vollständig passivem Datenträger 2 gemäss der Erfindung beschrieben, unter Bezug auf 3a und 3b. Wie für den aktiven Datenträger in 2 gezeigt, besitzt die Untereinheit 2 wiederum einen Unterempfänger 200–204; 300–304 und einen Unter-Sender 200, 201, 209–211; 300, 301, 308–311, entweder mit einer dualpolarisierten Antenne 200; 300, welche mit einem Hybrid 201; 301 verbunden ist, oder mit zwei orthogonal zirkularpolarisierten Antennen, zum Empfang und zum Aussenden links- und rechts-zirkularpolarisierter Wellen, sowie der Unterempfänger 200–204; 300–304, welcher weiter zwei Funkfrequenz-Detektoren 202, 203; 302, 303 umfasst, welche mit einem Komparator 204; 304 in Serie mit der Untersteuerung 205; 305 verbunden sind, zum Vergleichen der Signalpegel von links- und rechts-zirkulatorpolarisierten Wellen. 315 bezeichnet eine Batterie mit langer Lebensdauer. Die Demodulierung des zirkularpolarisationsmodulierten Trägers von der Haupteinheit 1 ist gleich jener, welche schon bei der ersten Ausführung beschrieben wurde, und benötigt keine weitere Diskussion. In der zweiten Ausführung des Untersenders 300, 301, 308–311, wird jedoch der formalige Funkfrequenz-Modulator 209, welcher durch Aktivierungsmittel 210, 211, 205 steuerbar ist, für die selektive Verstärkung und Rückstreuung von links- und rechts-zirkularpolarisierten Wellen, ersetzt durch einen passiven Modulator 308–311, welcher zwei einpolige Umschalter 310, 311 aufweist, welche entsprechend den Daten vom Speicher des Datenträgers 2 zur Haupteinheit 1 zwischen zwei normalerweise identischen absorbierenden Lasten 308 und einer Übertragungsleitung 309a, welche die beiden einpoligen Umschalter 310, 311 direkt verbindet, umgeschaltet werden können. Im Falle, wo die zwei einpoligen Umschalter 310, 311 miteinander über die Übertragungsleitung 309a verbunden sind, wird eine einfallende links-zirkularpolarisierte Welle als rechts-zirkularpolarisierte Welle ausgestrahlt oder umgekehrt. Die zwei einpoligen Umschalter 310, 311 schalten die gegeneinander isolierten Anschlüsse des 3 dB/90°-Hybrids 305, welcher mit einer dualpolarisierten Antenne 300 verbunden ist, oder die Antennenanschlüsse der zwei zirkularpolarisierten Antennen umgekehrter Polarisationsrichtung (nicht gezeigt) zwischen dem Empfangspfad, in welchem die Funkfrequenz-Detektoren 302, 303 und der Komparator 304 angeordnet sind, und dem Übertragungspfad 314 mit dem oben beschriebenen passiven Modulator 308–311.
Ähnlich zur ersten Ausführung sendet die Haupteinheit 1 zirkular-polarisationsmodulierte Wellen mit einem vordefinierten Modulationsmuster aus, welches gleich ist zu jenem, welches schon in der ersten Ausführung beschrieben wurde. Nach einer kurzen Synchronisationsphase, in welcher die einpoligen Umschalter 310, 311 vom Empfangspfad zum Übertragungspfad schalten und die Steuerung 305 die Umschaltrate der einpoligen Umschalter 310, 311 gemäss der Wiederholungsrate des vordefinierten Modulationsmusters justiert, überträgt der Datenträger 2 die Daten aus seinem Speicher zur Haupteinheit 1 unter selektiver Reflektion oder Absorbtion der empfangenen, zirkular-polarisationsmodulierten Wellen.
Um eine logische "1" zu übertragen, werden die einpoligen Umschalter 310, 311 auf die Übertragungsleitung 309a geschaltet, so dass eine empfangene links-zirkularpolarisierte Welle als rechts-zirkularpolarisierte Welle ausgestrahlt wird und umgekehrt. Während der Zeit der logischen "0" des vordefinierten Modulationsmusters werden die absorbierenden Lasten 308 mittels der einpoligen Umschalter 310–313 an die Ausgänge der Antennen 300, 301 geschaltet. Die Übertragung einer logischen "0" ist analog, da die Übertragungsleitung 309a die gegeneinander isolierten Ausgänge des Hybrids 305 verbindet, während die Haupteinheit 1 eine einer logischen "0" zugeordneten zirkularpolarisierten Welle überträgt, und die absorbierenden Lasten 308 werden während der Übertragung einer logischen "1" des vordefinierten Modulationsmusters mit den gegeneinander isolierten Anschlüssen des Hybrids 301 verbunden. Die Demodulation des übertragenen Signals vom Datenträger 2 an die Haupteinheit 1 ist gleich zu jener, welche schon in der ersten Ausführung beschrieben wurde.
Ein alternativer passiver Datenträger 2 wird in 3b gezeigt. Hier wurde die Übertragungsleitung 309a durch zwei Reflektoren 309b–309d ersetzt, insbesondere zwei Reflektions-Phasenverschieber 309b–309d. Die Reflektoren 309b–309d umfassen einen 3 dB/90°-Hybrid 309d mit einem Paar identischer passiver Lasten 309c, 309d an seinen gegeneinander isolierten Anschlüssen, und haben eine Reflektivität von eins oder nahezu eins. Die Reflektoren 309b–309d führen die gleiche Funktion aus wie die Transmissionsleitung 309a. Im Falle von Reflektions-Phasenverschiebern 309b–309d können die zurückzustreuenden Wellen Ein/Aus- und/oder phasen-moduliert werden, und zwar mit kleinem Stromverbrauch auf dem Datenträger 2.
Zusammenfassend haben bevorzugte Ausführungen sowohl aktiver als auch passiver Untereinheiten 2 gemäss der Erfindung Unterempfänger 200–204; 300–304 und Untersender 200, 201, 209–211; 300, 301, 308–311 umfassend entweder eine dual polarisierte Antenne 200; 300, welche mit einem Hybrid 201; 301 verbunden ist, oder zwei orthogonal-zirkularpolarisierte Antennen zum Empfang und zum Senden links- und rechts-zirkularpolarisierter Wellen, und die Unterempfänger 200–204; 300–304 umfassen weiter zwei Funkfrequenz-Detektoren 202, 203; 302, 303, welche mit einem Vergleicher 204; 304 in Serie mit einer Untersteuerung 205; 305 verbunden sind, um Signalpegel von links- und rechts-zirkularpolarisierten Wellen zu vergleichen. Die aktiven und passiven Modulatoren 209–211 und 308–311 umfassen Aktivierungsmittel 210, 211, 205; 310, 311, 305, insbesondere Schaltmittel 210, 211; 310, 311 und Steuermittel 205; 305 für die selektive Verstärkung und Zurückstreuung von links- oder rechts-zirkularpolarisierten Wellen.
In diesem Abschnitt werden bevorzugte Ausführungen des Kommunikationsprotokolls offenbart. 4 und 5 zeigen die Kommunikation von der Haupteinheit 1 an den Datenträger 2 und vom Datenträger 2 an die Haupteinheit 1 für den Fall einer Bitinversion aufgrund einer ungraden Zahl von Reflektionen. Eine Datensequenz "01001101" wird vorausgesetzt, welche den ASCII-Code für das Zeichen "M" repräsentiert. Die Synchronisations- und Testsequenz, welche ein Aufwecksignal für den Modulator 209–211; 308–311 in 2, 3a und 3b erzeugt, wird nicht gezeigt.
4a zeigt die Datensequenz "01001101", welche zu übertragen ist. Die Bitrate ist 1/T. In 4b wird die Kodierung der Datensequenz gezeigt. Eine logische "0" wird durch das Symbol "00" kodiert, und eine logische "1" wird dem Symbol "01" zugeordnet. Durch diese Kodierung wird die Datenrate halbiert. Wie in 4c gezeigt, wird das Symbol "01", welches eine logische "1" repräsentiert, als rechts-zirkularpolarisierte Welle R einer Zeitdauer T gefolgt von einer links-zirkularpolarisierten Welle L der gleichen Zeitdauer übertragen. Eine logische "0", welche dem Symbol "00" zugeordnet ist, wird entsprechend als zwei rechts-zirkularpolarisierte Wellen R, R der Zeitdauer T übertragen. In 4d und 4e werden die empfangenen links- und rechts-zirkularpolarisierten Signale Rund L beim Datenträger 2 gezeigt, nach Bitinversion im Übertragungspfad. Unter der Annahme, dass der Minus-Anschluss des Komparators 204; 304 mit dem Antennenanschluss verbunden ist, wo das links-zirkularpolarisierte Signal L erscheint, und der Plus-Anschluss des Komparators 204; 304 ist entsprechend mit dem Empfangspfad des rechts-zirkularpolarisierten Signals R verbunden, besitzt das Ausgangssignal des Komparators 204; 304 eine Signalcharakteristik wie in 4f gezeigt. Durch Austausch der Verbindungen der Empfangspfade, so dass ein links-zirkularpolarisiertes Signal L dem Plus-Eingang des Komparators 204; 304 zugeführt wird, und der Empfangspfad der rechts-zirkularpolarisierten Wellen R mit dem Minus-Eingang verbunden ist, wäre das Ausgangssignal gegenüber der Signalcharakteristik gemäss 4f invertiert. Das Ausgangssignal des Komparators 204; 304 wäre auch invertiert, wenn eine "1" im Symbol von 4c als links-zirkularpolarisierte Welle L und eine "0" entsprechend als rechts-zirkularpolarisierte Welle R übertragen würde. Für die Demodulierung und Dekodierung mittels einer EXOR-Beziehung zwischen der Bitposition 2nT und (2n + 1)T, wie in 4g dargestellt, spielt diese potentielle Invertierung des Comparator-Ausgangssignals keine Rolle, da "1"
"1" und "0"
"0" oder "1"
"0" bzw. "0"
"1" das Gleiche ergeben. Das Symbol
stellt die EXOR-Relation dar und n = 0, 1, 2, ... eine Ganzzahl. Entsprechend berühren Bitinversionen die Demodulation gemäss der Erfindung der transmittierten Datensequenz "01001101" nicht.
Es ist festzustellen, dass das Ausgangssignal eines Komparators 204; 304, welches normalerweise etwas tiefer als ein positiver oder negativer Schwellwert ist, mit einer Diode abgeschnitten werden kann, so dass die Ausgangssignale zum positiven Schwellwert und zu Null werden. In dieser Art kann das Ausgangssignal besser vom Mikrokontroller 205, 305 abgetastet werden.
Die Ausführung nach 4 basiert auf einer EXOR-Beziehung, in welcher eine logische "0" mit den zwei-Bit Symbolen "00" und "11" und eine logische "1" mit den Zweibit-Symbolen "01" und "10" kodiert werden. Unter der Annahme eines zeitinvarianten Kanals kann auch eine differenzielle Kodierung verwendet werden, bei welcher eine logische "0" als Transiente von einer links- zu einer rechts-zirkularpolarisierten Welle kodiert wird, und eine logische "1" entsprechend der umgekehrten Transiente zugeordnet wird, oder umgekehrt. Gemäss der Erfindung sind andere Kodierungsschemas machbar, welche Mehrbit-Symbole verwenden und unter binären Inversionen invariant sind.
In 5 wird ein Beispiel der Kommunikation vom Datenträger 2 an die Haupteinheit 1 gezeigt, wenn eine Bitinversion im Übertragungspfad stattfindet. Generell wird ein vordefiniertes Bitmuster von der Haupteinheit 1 gesendet, eine Vielzahl von Bits oder jedes Bit des Bitmusters wird Ein/Aus- und/oder phasen-moduliert gemäss den zu übertragenden Daten und von der Untereinheit 2 zurückgestreut, und das zurückgestreute Bitmuster wird von der Haupteinheit 1 demoduliert. Insbesondere enthält das Bitmuster Paare von Bits und in der Untereinheit 2 werden logische Werte "0", "1" auf das Bitmuster aufmoduliert mittels Rückstreuung entweder des ersten oder des zweiten Bits eines Bitpaars. In ähnlicher Weise sind Mehrbit-Darstellungen der logischen Werte "0" und "1" machbar.
Wie in 5a gezeigt, empfängt der Datenträger 2 ein vordefiniertes Modulationsmuster einer kontinuierlichen Sequenz von "1" s und "0" s. Diese Sequenz kann durch eine Sequenz von zirkularpolarisierten Wellen mit identischen oder sich änderndem Rotationssinn dargestellt werden. In einer besonders einfachen Ausführung werden logische "1" als links-zirkularpolarisierte Wellen L und logische "0" als rechts-zirkularpolarisierte Wellen R übertragen. Eine Änderung oder ein Abwechseln des Drehsinns kann verwendet werden, um zeitinvariante Pfade mit einer sich ändernden Zahl von Reflektionen zu detektieren. In 5b werden die Antwort-Datensequenz "01001101" und in 5c das zirkularpolarisierte modulierte Signal, welches zurückzuwerfen ist, dargestellt. Das erste Bit, in diesem Fall das höchstwertige Bit, ist eine logische "0". Deshalb wird die ankommende rechts-zirkularpolarisierte Welle als links-zirkularpolarisierte Welle zurückgestreut, mittels des Etiketten-Modulators 209–211; 308–311, während der Zeit t = 0 bis t = T/2, wenn die entsprechende logische "0" des vordefinierten Modulationsmusters übertragen wird. Während die Etikette 2 die links-zirkularpolarisierte Welle des vordefinierten Modulationsmusters von t = t/2 bis t = T empfängt, welche einer logischen "1" zugeordnet ist, wird der Etiketten-Modulator 209–211; 308–311 abgeschaltet, so dass keine Welle zurückgeworfen wird.
In 5d und 5e werden die Bitinvertierten, empfangenen Signale bei den Integratorausgängen der Haupteinheit 1 dargestellt. Der untere Integrator des Pfades, in welchem die rechts-zirkularpolarisierten Signale erscheinen, integriert die Signale, welcher der Übertragung einer logischen "0" zugeordnet sind, in jeder Bit-Periode von t = 0 bis t = T/2. Der obere Integrator im Empfangspfad der links-zirkularpolarisierten Signale integriert die Signale, welche der Übertragung einer logischen "1" zugeordnet sind, in jeder Bitperiode von t = T/2 bis t = T.
Gemäss 5f wird die Demodulation und Dekodierung ausgeführt, indem die zeitliche Position des maximalen Signalwerts von allen vier Integrator-Ausgangssignalen bestimmt wird. Wenn der Maximalwert am unteren Integrator erscheint, welcher der Bitperiode von t = 0 bis t = T/2 zugeordnet ist, wurde eine logische "0" übermittelt. Wenn der Maximalwert am oberen Integrator erscheint, wurde eine logische "1" übermittelt.
Aufgrund von Bitinversionen werden die Empfangspfade oder Empfangskanäle 106 und 107 permutiert, aber die Signalcharakteristika von 5d und 5e bleiben unverändert. Weiter wird ein (beim vordefinierten Modulationsmuster) ursprünglich rechts-zirkularpolarisiertes Signal als ebenfälls rechts-zirkularpolarisiertes Signal zurückgeschickt. Übertragene und empfangene Signale haben den gleichen Polarisationssinn und deshalb werden die Richtungskoppler 118, 119 verwendet, um die übertragenen und empfangenen Signale in der Haupteinheit 1 zu trennen. Auf jeden Fall kann eine korrekte Demodulation und Dekodierung durch Bestimmung der zeitlichen Position des maximalen Integrator-Ausgangswerts erreicht werden.
In diesem letzten Abschnitt werden weitere Ausführungen der inneren Kommunikation und entsprechende Modifikationen der Haupteinheit 1 beschrieben. Diese Ausführungen wurden entworfen, um die Isolation zwischen den gesendeten und empfangenen Signalen in der Haupteinheit 1 weiter zu verbessern, und insbesondere um den Empfang des zurückgeworfenen modulierten Signals zu verbessern. Diese Implementierungen der Haupteinheit 1 sind besonders in Umgebungen mit grossen Signalübertragungs-Verlusten nützlich.
Ein schwaches Empfangssignal, welches vom Datenträger 2 zurückgeworfen wird, kann schwierig mittels zirkularpolarisierten Antennen zu detektieren sein. Aufgrund ihrer relativ schlechten Kreuzpolarisations-Isolierung ist die Trennung von zwei voneinander entkoppelten Eingängen des Hybrids 104 zu schwach, und so kann die Leistung der empfangenen Welle oft viel tiefer als die überlagerte Leistung vom Eingang sein. Unter Verwendung eines Mikrostrip-Hybrids 104 als Polarisator ist eine Kreuzpolarisations-Isolation von etwa 30 dB bis 40 dB machbar. Deshalb ist die Übertragungsdistanz hauptsächlich durch die Kreuzpolarisations-Isolation und nicht durch die Empfindlichkeit der Empfangsschaltung selbst limitiert, welche bei etwa –70 dBm für ein Signal mit einer Video-Bandbreite von 10 kHz ist. Für ein preiswertes Produkt kann ein hochentwickelter und teurer Polarisator mit besserer Kreuzpolarisations-Isolation möglicherweise unerwünscht sein. Um die Kreuzpolarisations-Isolation zu verbessern, kann eine links- und eine rechtpolarisierte Antenne anstelle einer einzigen Dualpolarisierten Antenne mit einem Hybrid 104 als Polarisator verwendet werden. Durch Trennung dieser Antennen um etwa eine Wellenlänge kann das Minimum für die Kreuzpolarisations-Isolation erreicht werden. Der Nachteil einer solchen Anordnung ist, dass sie mehr Platz braucht. Deshalb werden einige Modifikationen der Haupteinheit 1 beschrieben, welche angewendet werden können, falls die Kreuzpolarisations-Isolation der zirkularpolarisierten Antenne der Haupteinheit zu tief ist. Die vorgestellten Modifikationen betreffen nur die Kommunikation vom Datenträger 2 an die Haupteinheit 1 mittels Rückstreu-Modulation wie oben beschrieben.
Eine erste Modifikation der Haupteinheit 1 von 1 wird unter Bezug auf 6a beschrieben, wo die Funkfrequenz-Detektoren 110, 111 durch Mischer 124, 125 mit zugeordneten Niederfrequenz-Bandpassfiltern 126; 127 ersetzt werden, um die Seitenband-Träger der empfangenen links- und rechts-zirkularpolarisierten Wellen zu detektieren. Die Software und die anderen Hardware-Komponenten der Haupteinheit und der Untereinheit 1, 2 bleiben unverändert. Eine zweite Modifikation der Haupteinheit 1 von 1 wird unter Bezug auf 6b und 6c beschrieben. In 6b besteht die einzige Änderung im Vergleich zu 1 darin, dass der Funkfrequenz-Träger für die Rückstreu-Modulation mittelr eines zusätzlichen liniearpolarisierten Antenne 128 übertragen wird, welche an den Mikrowellen-Generator 102 über einen zusätzlichen Schalter 129 angeschlossen ist. Der Rest der Hardware der Haupteinheit und der Untereinheit 1, 2 bleibt unverändert. Nur einige Änderungen in der Software müssen offensichtlich gemacht werden. 6c zeigt eine preiswerte Alternative der Haupteinheit 1 gemäss 6b, wo einige Teile der Empfängerhardware weggelassen oder vereinfacht wurden.
Die erste Modifikation des Empfängerteils der Haupteinheit 1 wird in 6a dargestellt. Die Idee dieser Modifikation liegt darin, die störende Übersprech-Leistung von den gegeneinander isolierten Anschlüssen des Hybrids 104 loszuwerden. Dies kann erreicht werden, indem in der Haupteinheit 1 nur die Leistung des Seitenbands des zirkular-polarisierten Signals von der Untereinheit 2 detektiert wird. Die Seitenbänder werden von der Schaltfunktion der modulierenden Datensequenz auf dem Datenträger 2 erzeugt.
Eine sehr einfache Lösung (nicht gezeigt liegt in der Verwendung von seriellen Kapazitäten zwischen den Funkfrequenz-Detektordioden 110, 111 und den Integratoren 114–117, so dass der dc-Anteil der Detektor-Ausgangsspannung, welcher zum gleichgerichteten empfangenen oder kreuzgekoppelten Funkfrequenz-Träger gehört, blockiert wird, und nur der ac-Anteil des empfangenen, gleichgerichteten Signals, welcher dem die Information tragenden Seitenband des rückgestreuten Funkfrequenz-Trägers gleich ist, wird durchgelassen. Obwohl die Serie-Kapazitäten Hochpass-Filter sind, führen sie im wesentlichen die Aufgabe von Niederfrequenz-Bandpassfiltern durch, da die höheren Harmonischen ziemlich schwach sind.
Eine andere Lösung wird in 6a dargestellt. Da die Empfindlichkeit der Detektordioden viel tiefer ist als die Empfindlichkeit der Mischer, welche als Detektoren verwendet werden, werden die Detektoren 110, 111 von 1 durch zwei identische Einfach-Seitenband-Mischer oder Einfach-Seitenband-Abwärtswandler 124, 125 ersetzt. Einfach-Seitenband-Mischer 124, 125 werden benötigt, weil das empfangene, zurückgeworfene Signal ein Doppel-Seitenband-Signal ist, und die Abwärtswandlung durch einen Doppel-Seitenband-Mischer würde die abwärtsgewandelten Seitenbänder nach jedem Versetzen des Datenträgers 2 von der Haupteinheit 1 um ein Vielfaches seiner Wellenlänge löschen. Niederfrequenz-Bandpassfilter 126, 127 beim Zwischenfrequenz-Anschluss der Einfach-Seitenband-Mischer 124, 125 unterdrücken den dc-Anteil des Zwischenfrequenzsignals, welches zum abwärtskonvertierten empfangenen oder eingekoppelten Funkfrequenzträger gehört, und lassen nur das gewünschte Seitenband passieren, welches von der folgenden Empfangsschaltung 112 bis 123 wie oben beschrieben in der Beschreibung von 1 verarbeitet wird. Die Verwendung von Einfach-Seitenband-Mischern 124, 125 als Detektoren löst das Problem von Übersprechen oder schlechter Kreuzpolarisations-Isolation des Mikrostrip-Hybrids 104, welches als Polarisator für die zirkularpolarisierte Antenne verwendet wird. Darüberhinaus ist die Empfindlichkeit der Mischer 124, 125, welche als Detektoren für die Seitenbänder verwendet werden, welche durch das Schalten der zurückgeworfenen modulierten binären Daten vom Datenträger 2 erzeugt werden, um rund 40 dB bis 50 dB besser als für die einfache Lösung der Übersprech-Unterdrückung mit einer Seriekapazität nach den Funkfrequenz-Detektordioden 110, 111. Zusammenfassend wird durch Blockierung der Übersprechleistung und durch Detektion der Seitenbänder, welche durch die modulierenden Binärdaten erzeugt wurde, das Problem einer schlechten Kreuzpolarisations-Isolation gelöst. Um die Seitenbänder zu demodulieren, wird ein Funkfrequenz-Detektor umfassend eine Funkfrequenz-Detektor-Diode 110, 111 mit einem Tieffrequenz-Bandpassfilter 126, 127 an ihrem Ausgang beschrieben, welche geringe Schaltungskomplexität zeigt, aber auch geringere Empfangsempfindlichkeit (typisch 30 mV/μW) als ein komplexerer Einfach-Seitenband-Abwärtswandler, dessen Zwischenfrequenz bei tiefer Frequenz bandpassgefiltert wird, und nur das gewünschte Seitenband an die folgende Demodulations- und Dekodierungsschaltung 112–123 durchzulassen.
Die zweite Modifikation der Haupteinheit 1 beschreibt ein anderes einfaches Verfahren, um das Problem der schlechten Kreuzpolarisations-Isolation zu umgehen, wobei in der Haupteinheit 1 eine linear-polarisierte Antenne verwendet wird, um einen nichtmodulierten linear-polarisierten Funkfrequenzträger für die Rückstreuungs-Modulation durch den Datenträger 2 zu übertragen. Wie unten gezeigt berührt die Kopplung zwischen den linear-polarisierten und zirkular-polarisierten Antennen der Haupteinheit 1 den Empfang und die Demodulation der zirkular-polarisationsmodulierten Signale von der Untereinheit 2 nicht.
Die Etikette 2 empfängt den linear-polarisierten Funkfrequenz-Träger mit seiner zirkular-polarisierten Antenne 200, 300, so dass die Leistung der empfangenen linear-polarisierten Welle gleichmässig auf den links- und rechts-zirkularpolarisierten Antennenanschluss aufgeteilt wird. Mittels seines Modulators 209–211; 308, 309a; 308, 309b–309d führt der Datenträger 2 die Zirkular-Polarisationsmodulation, wie schon in der Kommunikation von der Haupteinheit 1 zur Etikette 2 beschrieben, durch. Vorzugsweise werden die binären Daten vom Datenträger 2 so kodiert, dass sie unempfindlich bezüglich Polarisations-Inversionen während der Transmission durch die Symbole "00" oder "11" und "10" oder "01", wie oben beschrieben, sind. Die Nullen und Einsen in den Symbolen werden als links- oder rechts-zirkularpolarisierte Wellen übertragen. Wenn eine Eins übermittelt werden muss, führt der Modulator 209–211; 308, 309a; 308, 309b–309d, insbesondere der aktive Modulator 209, die empfangene und eventuell verstärkte linear-polarisierte Welle, welche am rechts-zirkularpolarisierten Anschluss erscheint, an den Antennenanschluss, welcher eine links-zirkularpolarisierte Welle ausschickt. Eine Null wird entsprechend als eine Welle von umgekehrter Polarisationsrichtung übertragen. Eine Illustration dieser Art von Rückstreu-Modulation wird in 7 gegeben. Es ist festzustellen, dass die Hardware des Datenträgers 2 die Gleiche wie in 2 dargestellt ist. Nur die Software des Mikroprozessors 205, 305 auf dem Datenträger 2 muss entsprechend geändert werden.
Der zirkular-polarisierte Funkfrequenz-Träger von der Etikette 2 wird von der zirkular-polarisierten Antenne der Haupteinheit 1 empfangen. Nun wird der Vorteil der zirkularen Polarisationsmodulation sichtbar. Da die übertragende linear-polarisierte Antenne 128 der Haupteinheit 1 auch in die zirkular-polarisierte Empfangsantenne 105 einkoppelt, wird die eingekoppelte Leistung gleich auf die links- und rechts-zirkularpolarisierten Antennenanschlüsse verteilt. Wie oben beschrieben, wird die Demodulation der zirkular-polarisationsmodulierten Wellen durchgeführt, indem die Leistung der empfangenen links- und rechts-zirkularpolarisierten Wellen verglichen wird. Deshalb kann ein schwaches zirkular-polarisiertes Signal detektiert werden, selbst wenn seine Leistung viel schwächer als die Leistung ist, die von der Sendeantenne eingekoppelt wird. Diese Ausführung der Zirkularpolarisationsmodulation ist wesentlich anders von der Übertragungsmethode, welche in WO 90/10200 beschrieben wird. Obwohl auch in WO 90/10200 ein linear-polarisierter Träger von der Haupteinheit übertragen wird und vom Datenträger als zirkular-polarisierte Welle zurückgeworfen wird, bleibt das Problem des Übersprechens zwischen der Sende- und Empfangsantenne der Haupteinheit ungelöst, da die Demodulation der zurückgeworfenen ASK-modulierten zirkular-polarisierten Wellen tatsächlich eine sehr hohe Polarisationsisolation zwischen den linear-polarisierten Sende- und Empfangsantennen benötigt. Praktische Messungen haben gezeigt, dass die Übertragungsdistanz dieses Systems immer noch durch die Kopplung zwischen den linear-polarisierten Antennen der Haupteinheit limitiert ist, und nicht von der Empfindlichkeit des Funkfrequenz-Empfängers, wie es mit der Zirkular-Polarisationsmodulation gemäss dieser Erfindung der Fall ist. Die Demodulation des zirkular-polarisationsmodulierten Signals bei der Haupteinheit 1 kann von der gleichen Hardware wie in 1 durchgeführt werden. Das heisst, dass die unteren Integratoren 115, 117 das erste Bit des Symbols von t = 0 bis t = T und die oberen Integratoren 114, 116 das zweite Bit des Symbols von t = T bis t = 2T integrieren. Der Mikroprozessor 101 der Haupteinheit 1 liest die Ausgangswerte der Abtast- und Halte-Bauteile 121, 123, welche an den unteren Integratoren 115, 117 angeschlossen sind, bei t = T, und jene der Abtast- und Halte-Bauteile 120, 122, welche an die oberen Integratoren 114, 116 angeschlossen, bei t = 2T. Dann berechnet es die Maximalwerte bei t = T und bei t = 2T und führt eine EXOR-Beziehung zwischen ihnen durch. Falls die Maximalwerte zu beiden Zeiten von den Abtast- und Haltebauteilen des gleichen Demodulationspfads 106, 107 stammen, wird eine logische "0" detektiert. Falls der erste Maximalwert den Demodulationspfad der links-zirkularpolarisierten Wellen zugeordnet ist und der zweite Maximalwert einem Abtast- und Haltebauteil des Demodulationspfades für rechts-zirkularpolarisierte Wellen oder umgekehrt zugehört, wird eine logische "1" detektiert. Dies entspricht der oben erwähnten Kodierung. Es ist festzustellen, dass die Hardware der Haupteinheit 1 wie in 1 bleibt, mit der Ausnahme der zusätzlichen linear-polarisierten Übertragungsantenne 128 in 6b und 6c. Nur die Software der Hauptsteuerung 101 muss modifiziert werden. Weiter ist zu betonen, dass die Signalintegration weggelassen werden kann, wenn die erwartete Höhe der Signalabschwächung ausreichend tief ist.
Wie oben erwähnt, sind das Modulationsverfahren und die Kodierung der zurückgeworfenen Wellen vom Datenträger 2 die Gleichen wie jene für die Kommunikation von der Haupteinheit 1 zum Datenträger 2, wie in 4 gezeigt. Deshalb kann der Empfänger 104–105, 108–127 der Haupteinheit 1 die gleiche Hardware wie der Empfänger 200–204; 300–304 des Datenträgers 2 haben. 6c zeigt eine alternative Hardware der Haupteinheit 1. Der Unterschied zu 6b ist, dass zwei einpolige Umschalter 130, 131 die beiden gegeneinander isolierten Ausgänge des Antennen-Hybrids 104 auf zwei identische Demodulationspfade 106, 107 umschalten, welche einen Funkfrequenz-Vorverstärker 108, 109 und einen Funkfrequenz-Detektor 110, 111 umfassen. Diese zwei identischen Demodulationspfade 106, 107 sind mit den Eingängen eines Komparators 132 für die Demodulation der links- und rechtszirkularpolarisierten Wellen verbunden. Insbesondere wird das Ausgangssignal des Komparators von der Steuerung 101 abgetastet, welche die abgetastete Datensequenz demoduliert und dekodiert unter Durchführung einer EXOR-Beziehung zwischen den Bits bei Zeit t = 2nT und t = (2n + 1)T. Wiederum wird der linear-polarisierte Funkfrequenz-Träger von einer linear-polarisierten Antenne 128 übertragen, welche mit einem Schalter 129 mit einem Oszillator 102 fester Frequenz oder mit einem Frequenz-Durchstimmer 102 verbunden werden kann.
Die obige Beschreibung der Haupteinheit 1 gemäss 6a–6c zeigt einige Verfahren zur Verbesserung des Übertragungsbereichs, falls die Kreuzpolarisations-Isolation der zirkular-polarisierten Hauptantenne 105 das benötigte Leistungsniveau der empfangenen, rückgestreuten Wellen vom Datenträger 2 limitiert. Mehrere Demodulationsschaltungen für das zurückgestreute Signal werden präsentiert, welche sich unterscheiden im Hinblick auf Schaltungskomplexität und Detektionsempfindlichkeit.
Zusammenfassend besitzt die Vorrichtung gemäss der Erfindung mindestens eine Haupteinheit 1 und eine oder mehrere Untereinheiten 2, welche zirkularpolarisierte Antennen für die Übertragung und den Empfang zirkular-polarisierter Wellen aufweisen, und die Haupteinheit 1 und die Untereinheit 2 besitzen weiter Mittel zur binären Modulation und Demodulation einer Drehrichtung der zirkular-polarisierten Wellen in mindestens einer Kommunikationsrichtung. Vorzugsweise besitzt jeder der Empfänger 104–105, 108–127, 130–132; 200–204; 300–304 sowohl der Haupt- als auch der Untereinheit 1, 2 zwei Empfangskanäle 106 und 107; 201 und 207; 306 und 307 für die Demodulation von links- und rechts-zirkularpolarisierter Wellen. Insbesondere umfassen die Sender 103–105; 200, 201, 209–211; 300, 301, 308–311 der Haupt- und Untereinheiten 1, 2 Mittel zur alternierenden Aktivierung 103; 210, 211; 310, 311 orthogonal zirkularpolarisierter Antennenanschlüsse 104, 105; 200, 201; 300, 301. Mit Vorteil wird eine Vielzahl von Haupteinheiten 1 und Untereinheiten 2 bereitgestellt, und die Untereinheiten 2 können mit Objekten verbunden werden. Kommunikationsverfahren werden präsentiert, welche unempfindlich gegenüber Inversionen der zirkularen Polarisation sind, und welche das Übersprechen der ausgehenden Funkfrequenz-Träger mit den hereinkommenden Polarisations-modulierten Rückstreu-Signale reduzieren oder eliminieren. Insbesondere wird die Übersprech-Leistung eines linear-polarlisierten, ausgehenden Trägers in der Haupteinheit in den beiden Empfangskanälen 106 und 107 zur Demodulation von links- und rechts-zirkularpolarisierte Wellen gelöscht. Ebenso werden linear-polarisierte Störsignale in der Untereinheit 2 in den beiden Empfangskanälen 206 und 207, 306 und 307 zur Demodulation von links- und rechts-zirkularpolarisierten Wellen gelöscht. Das Verfahren gemäss der Erfindung ist besonders nützlich zur Übertragung von Testsequenzen, Befehlen oder Daten von der Haupteinheit 1 zur Untereinheit 2 zum Zweck von Synchronisation, Identifikation, Aufwecken oder der Anforderung einer Antwort.
Es ist zu betonen, dass beliebige Kombinationen der Merkmale gemäss der Erfindung, wie z.B. unidirektionale und bidirektionale zirkuläre Polarisations-Modulation, Symbolkodierung für ausgehende und/oder hereinkommende Kommunikation, Timekodierung für hereinkommende Kommunikation und die Verwendung von aktiven oder passiven Etiketten 2 machbar sind, und jede davon spezifische Vorteile hat.

Claims

Verfahren zur Funkübertragung zwischen einer Haupteinheit (10) und einer Untereinheit (2), wobei binäre Daten in der Form von Bitsequenzen mittels modulierter RF-Wellen oder Mikrowellen ausgetauscht werden, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übertragung in wenigstens einer Richtung die Wellen zirkularpolarisationsmoduliert werden, sodass Bits von zu übertragender Information („0", „1") durch orthogonale Zirkularpolarisation (R, L) repräsentiert werden.
Verfahren zur Funkübertragung nach Anspruch 1, wobei die Wellen in beiden Übertragungsrichtungen zirkularpolarisationsmoduliert werden.
Verfahren zur Funkübertragung nach einem der Ansprüche 1–2, wobei das Demodulieren der Daten den Schritt des Analysierens (101; 205; 305) eines sequentiellen Ablaufs und/oder von zeitlichen Positionen übertragener Bits umfasst.
Verfahren zur Funkübertragung nach einem der Ansprüche 1–3, wobei für die Übertragung von der Haupteinheit (1) zu der Untereinheit (2) und/oder für die Übertragung von der Untereinheit (2) zu der Haupteinheit (1) a) logische Werte („0", „1") der binären Daten durch Multibit-Symbole kodiert werden, sodass b) eine Vielzahl von Multibit-Symbolen in eine erste und eine zweite Gruppe aufgeteilt werden, um eine logische „0" und eine logische „1" zu repräsentieren, und dass die erste und die zweite Gruppe beide unter binären Inversionen invariant sind, und c) nach Übermittlung und Demodulation die Symbole in der Untereinheit dekodiert werden.
Verfahren zur Funkübertragung nach Anspruch 4, wobei a) ein logischer Wert („0", „1") durch ein erstes Symbol mit zwei identischen Bits („11", „00") kodiert wird, die jede als eine Sequenz aus zwei gleichermassen zirkularpolarisierten Wellen (RR, LL) der Dauer T übermittelt werden, b) der andere logische Wert („1", „0") durch ein zweites Symbol mit zwei unterschiedlichen Bits („10", „01") kodiert wird, die jede als eine Sequenz aus zwei unterschiedlichen zirkularpolarisierten Wellen (RL, LR) der Dauer T übermittelt werden, und c) nach Übermittlung und Demodulation der Symbole die logischen Werte („0", „1") durch Vergleichen (205; 305) der Bits eines jeden Symbols mit einer EXOR-Verknüpfung dekodiert werden.
Verfahren zur Funkübertragung nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Übertragung von der Untereinheit (2) zu der Haupteinheit (1) die folgenden Schritte umfasst: a) ein vordefiniertes Bitmuster wird von der Haupteinheit (1) gesendet, b) jedes Bit des Bitmusters wird on/off- und/oder phasenmoduliert entsprechend den zu übermittelnden Daten und wird von der Untereinheit (2) rückgestreut und c) das rückgestreute Bitmuster wird von der Haupteinheit (1) demoduliert.
Verfahren zur Funkübertragung nach Anspruch 6, wobei a) das Bitmuster Paare von Bits enthält, b) in der Untereinheit (2) durch Rückstreuung entweder des ersten oder des zweiten Bits eines Bitpaares logische Werte („0", „1") auf das Bitmuster moduliert werden.
Verfahren zur Funkübertragung nach Anspruch 7, wobei a) das Bitmuster aus links- und rechtszirkularpolarisierten Wellen besteht, die abwechselnd während Halbintervallen T/2 ausgegeben werden und einen ersten logischen Wert („0", „1") in ersten Zeitintervallen 0...T/2 und einen zweiten logischen Wert („1", „0") in zweiten Zeitintervallen T/2...T repräsentieren, b) das Muster derart on/off-moduliert ist, dass entweder ein erster oder ein zweiter logischer Wert („0", „1") von der Untereinheit (2) während Zeitintervallen 0...T rückgestreut wird und c) die Daten durch Vergleichen von Signalen von sowohl links- als auch rechtszirkularpolarisierten Wellen während ersten Zeitintervallen 0...T/2 mit denen von zweiten Zeitintervallen T/2...T demoduliert werden.
Verfahren zur Funkübertragung nach einem der Ansprüche 1–8, wobei für die Übertragung von der Untereinheit (2) zu der Haupteinheit (1) nur Leistung eines Seitenbands eines zirkularpolarisationsmodulierten Signals von der Untereinheit (2) durch die Haupteinheit (1) erfasst wird.
Verfahren zur Funkübertragung nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Übertragung von der Untereinheit (2) zu der Haupteinheit (1) die folgenden Schritte umfasst: a) ein unmoduliertes linearpolarisiertes RF-Trägersignal wird von der Haupteinheit (1) übermittelt, b) das RF-Trägersignal wird in links- und rechtszirkularpolarisierte Wellen aufgeteilt, zirkularpolarisationsmoduliert und von der Untereinheit (2) rückgestreut und c) das zirkularpolarisationsmodulierte RF-Trägersignal wird von einer zirkularpolarisierten Antenne der Haupteinheit (1) empfangen und demoduliert.
Verfahren zur Funkübertragung nach einem der Ansprüche 1–10, wobei a) die Untereinheit (2) batteriebetrieben (214, 215) ist und b) in der Untereinheit (2) eingehende Wellen durch einen RF-Verstärker (209) verstärkt werden und mit orthogonaler Zirkularpolarisation rückgestreut werden.
Verfahren zur Funkübertragung nach einem der Ansprüche 1–11, wobei a) in der Haupteinheit (1) der Schritt der Demodulation Signalintegration (114–117) beinhaltet, um Fading zu minimieren und/oder b) Testsequenzen, Befehle oder Daten von der Haupteinheit (1) zu der Untereinheit (2) für den Zweck der Synchronisation, der Identifikation, des Weckens and der Abfrage einer Antwort gesendet werden.
Signalübermittlungsvorrichtung zur Funkübertragung zwischen wenigstens einer Haupteinheit (1) und wenigstens einer Untereinheit (2), welche insbesondere zur Implementierung der Methode nach einem der Ansprüche 1–12 geeignet ist, die wenigstens eine Haupteinheit (1) mit einem Controller (101) zum Steuern eines Mikrowellengenerators (102), eines Übermittler (103–105, 128–129) und eines Empfänger (104–105, 108–127, 130–132) und wenigstens eine Untereinheit (2) mit einem Untercontroller (205; 305) zum Steuern eines Unterübermittlers (200, 201, 209–211; 300, 301, 308–311) und eines Unterempfängers (200–204; 300–304) umfasst, wobei die Haupteinheit (1) und die Untereinheit (2) Antennen zum Übermitteln und Empfangen von zirkularpolarisierten Wellen für die Übertragung zwischen der wenigstens einen Haupteinheit (1) und der wenigstens einen Untereinheit (2) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Haupteinheit (1) und die wenigstens eine Untereinheit (2) weiter Mittel zur binären Modulation und Demodulation einer Drehrichtung der zu übermittelnden und zu empfangenden zirkularpolarisierten Wellen in wenigstens einer Übertragungsrichtung umfassen.
Signalübermittlungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Empfänger (104–105, 108–127, 130– 132; 200–204; 300–304) der Haupt- und der Untereinheit (1, 2) zwei Empfängerkanäle (106 und 107; 206 und 207; 306 und 307) zur Demodulation von links- und rechtszirkularpolarisierten Wellen umfassen.
Signalübermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13–14, wobei die Übermittler (103–105; 200, 201, 209–211; 300, 301, 308–311) der Haupt- und der Untereinheit (1, 2) Mittel zur abwechselnden Aktivierung (103; 210, 211; 310, 311) von orthogonal zirkularpolarisierten Antennenanschlüssen (104, 105; 200, 201; 300, 301) umfassen.
Signalübermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13–15, wobei in der Haupteinheit (1) a) der Mikrowellengenerator (102) ein Mikrowellenoszillator (102) oder ein Mikrowellenfrequenzwobbler ist, b) der Übermittler (103–105, 128–129) und der Empfänger (104–105, 108–127, 130–132) entweder eine dual zirkularpolarisierte Antenne (105), die mit einem Richtkoppler (104) verbunden ist, oder zwei orthogonal zirkularpolarisierte Antennen umfassen und c) insbesondere der Übermittler (103–105, 128–129) eine zusätzliche linearpolarisierte Antenne (128), die schaltbar (129) mit dem Mikrowellengenerator (102) verbunden ist, zur Übermittlung eines linearpolarisierten RF-Trägersignals umfasst.
Signalübermittlungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei a) der Empfänger (104–105, 108–127, 130–132) weiter zwei Vorverstärker (108, 109) gefolgt entweder von RF-Detektoren (110–111) mit optionalen Reihenkapazitäten oder von Einseitenbandmischern (124, 125) mit Niederfrequenzbandpassfiltern (126, 127) umfasst, wobei die Detektoren (110–111) oder Mischer (124, 125) schaltbar (112, 113) mit vier Empfängersektionen (114, 120; 115, 121; 116, 122; 117, 123) verbunden sind zur se paraten Demodulation von links- und rechtszirkularpolarisierten Wellen in unterschiedlichen Zeitintervallen, oder b) der Empfänger (104–105, 108–127, 130–132) weiter zwei Vorverstärker (108, 109) gefolgt von RF-Detektoren (110–111) umfasst, die mit einem Komparator (132) zur Demodulation von links- und rechtszirkularpolarisierten Wellen verbunden sind.
Signalübermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16–17, wobei a) jede Empfängersektion (114, 120; 115, 121; 116, 122; 117, 123) einen Integrator (114–117) umfasst, um Signalfading zu verhindern und/oder b) Richtungskoppler (118, 119) oder einpolige Umschalter (130, 131) den Übermittler (103–105) und den Empfänger (104–105, 108–127, 130–132) trennen,
Signalübermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13–18, wobei in der Untereinheit (2) a) der Unterempfänger (200–204; 300–304) und der Unterübermittler (200, 201, 209–211; 300, 301, 308–311) entweder eine dual polarisierte Antenne (200; 300), die mit einem Richtkoppler (201; 301) verbunden ist, oder zwei orthogonal zirkularpolarisierte Antennen zum Empfangen und Übermitteln von links- und rechtszirkularpolarisierten Wellen umfassen und b) die Unterempfänger (200–204; 300–304) weiter zwei RF-Detektoren (202, 203; 302, 303), die mit einem Komparator (204; 304) in Serie mit dem Untercontroller (205; 305) verbunden sind, umfasst, um Signalpegel von links- und rechtszirkularpolarisierten Wellen zu vergleichen.
Signalübermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13–19, wobei a) die Untereinheit (2) eine Batterieversorgung (214, 215) hat und b) die Unterübermittler (200, 201, 209–211) einen RF-Verstärker (209) umfassen, der durch Aktivierungsmittel (210, 211, 205) steuerbar ist, zur selektiven Verstärkung und Rückstreuung von links- or rechtszirkularpolarisierten Wellen.
Signalübermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13–19, wobei der Unterübermittler (300, 301, 308–311) zwei absorbierende Lasten (308) und eine Übertragungsleitung (309a) umfasst, welche abwechselnd durch Aktivierungsmittel (310, 311, 305) aktiviert werden können zum selektiven Rückstreuen von links- oder rechtszirkularpolarisierten Wellen.
Signalübermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13–19, wobei der Unterübermittler (300, 301, 308–311) zwei absorbierende Lasten (308) und zwei Reflektoren (309b–309d), insbesondere Reflexionsphasenschieber (309b–309d), umfasst, die abwechselnd durch Aktivierungsmittel (310, 311, 305) aktiviert werden können zum selektiven Rückstreuen von links- oder rechtszirkularpolarisierten Wellen.