DK141469B - Anlæg med mindst en spørgende informationssøger og mindst en svarende informationsgiver. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 1^1^69 (8) DANMARK <5')ln,c'·3 h 04 b“ i/b! «(21) Ansøgning nr. 6205/?4 (22) Indleveret døn 29· nOV · 1974 (23) Løbedag 29. HOV. 1974 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggelsesakriftet offentliggjort den 17« ΙΠίϋ’. 1 9^0 DIREKTORATET FOR _ PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den

50. nov. 1975# 7316256# SE

(71) TELEFONAKTIEEOLAGET L M ERICSSON, S-126 25 Stockholm, SE.

(72) Opfinder: Per-Olof Gerhard Gustavsson, Koersbaerevftegen 21, S-450 62 Pixbo, SE: Bo Andere Morwing# Pinnharvsgatan 3B# S-451 40 Moelndal, SE.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.____ (54) Anlæg med mindet en spørgende informationssøger og mindst en bvaren5* de informationsgiver.

Opfindelsen angår et anlæg med mindst én spørgende informationssøger og mindst én svarende informationsgiver, således som nærmere angivet i krav l's indledning.

Til informationsoverføring, f.eks. ved fjernmåling af fysiske størrelser, findes et stort antal kendte apparater. Almindeligvis sker en sådan informationsoverføring ved, at en informationsgiver udsender information til en eller flere modtagere af informationen uafhængigt af, om modtagerne i et bestemt tilfælde har behov for informationen eller ej. Ved andre anlæg, f.eks. anlæg til identificering af objekter, udsender informationsgiveren først information, når et signal til informationsgiveren fra en informationsmodtager har indikeret, at der ønskes overført information fra informationsgiveren til informationsmodtageren. Modtagerne i disse anlæg· kan passende kaldes informationssøgere. Såvel indikering af, at der ønskes information, som informationsoverføringen sker herunder sæd- 2 UU69 vanligvis ved hjælp af elektriske signaler pr. tråd eller trådløst ved hjælp af elektromagnetiske bølger.

I et kendt apparat afgiver informationssøgeren et informa-tionssøgesignal med en fast frekvens, sædvanligvis indenfor mikrobølgebåndet, hvorhos informationsgiveren afgiver et informationsbærende signal med en anden fast frekvens og moduleret med en impulskode. Denne metode anvendes f.eks. ved overvågning af flytrafik, idet også søgesignalerne kan være modulerede med en kode, der bestemmer den type information, der søges, f.eks. en flyvemaskines identitet eller position. Ved denne type anlæg anvendes såvel impuls-som fase- og frekvensmodulering. Sådanne anlæg er meget komplicerede og dyre.

Der findes også anlæg, hvor informationsoverføringen sker ad optisk vej. Disse har en meget god retningsvirkning og kommer i anvendelse ved f.eks. identificering af jernbanevogne.

I et enkelt optisk apparat af denne art afsøges variationer i lysreflektionsevnen af en plade eller lignende, der er kodet individuelt til hver jernbanevogn. En anden optisk metode bygger på en farvekode, hvor et antal med forskellig farve forsynede felter af-søges ved hjælp af et roterende spejl. Optiske anlæg er imidlertid meget følsomme for snavs, sne med mere, der bevirker fejlbehæftet ..... funktion.

Også tidligere kendte mikrobølgeanlæg til informationsoverføring er behæftede med den ulempe, at der ofte optræder stor transmissionsdæmpning i begge transmissionsretninger ved mikrobølgefrekvens, hvilket indvirker uheldigt på overføringens kvalitet. Dæmpningen kan således være stærkt afhængig af f.eks. vand eller sne, der dækker informationsgiveren i visse tilfælde. Endvidere kræver disse anlæg forholdsvis stor båndbredde pr. informationsbit, hvilket beror på tilgængelige komponenters begrænsninger, f.eks. resonanskredses Q-værdier eller oscillatorernes frekvensstabilitet.

Et mikrobølgeanlæg til automatisk identificering af først og fremmest jernbanevogne beskrives i svensk patentskrift nr. 337.842, hvor en informationssøger over en antenne udsender et søgesignal, hvis frekvens bringes til at svinge over et passende valgt frekvensområde, og hvor en informationsgiver er forsynet med et antal reso-natorer, der er indkoblet således, at søgesignalet ved visse frekvenser absorberes og ved andre frekvenser reflekteres, hvilket giver en for hver informationsgiver karakteristisk kode. Det således 3 UU88 kodede signal tilbagesendes til informationssøgeren, hvori den nævnte kode dekodes. Ved et andet kendt identificeringsapparat udsendes et søgesignal med en valgt fast frekvens, hvor søgesignalet efter modtagning i en giver tilbagesendes med samme frekvens. Der overføres information ved impulsopdeling, henholdsvis reflektion og absorption, af søgesignalerne til genudsendelse ifølge et valgt mønster, kode.

Ved anlæg, hvor informationen tilbagesendes til informationssøgere med samme frekvens, som anvendes ved forespørgelsen fra informationssøgeren, er der risiko for, at der kan opstå stærkt forstyrrende reflektioner fra informationsgiverens omgivelser og fra belægninger af vand, sne eller is på informationsgiveren.

Der har også tidligere været foreslået apparater til informationsoverføring, ved hvilken et genudsendt, informationsbærende signals frekvens er et multiplum af søgesignalets frekvens. Denne teknik eliminere dog ikke helt risikoen for fejl på grund af ikke ønskede reflektioner fra informationsgiverens omgivelser som følge af, at det fra informationssøgeren afgivne søgesignal i praksis foruden sin grundkomposant af en vis frekvens også indeholder kompo-santer af frekvenser, der er multipla af den nævnte bestemte frekvens, hvilke komposanter kan reflekteres fra informationsgiverens omgivelser og modtages i informationssøgeren. Desuden har man stadig ulemperne ved store dæmpningstab i to transmissionsretninger og dermed kravet om høj udstrålet effekt, hvilket er bekosteligt, men frem for alt medfører forøget risiko for forstyrrelse af andre mikrobølgeanlæg samt risiko for biologiske skadevirkninger. Disse nævnte ulemper elimineres heller ikke ved et ligeledes kendt anlæg, ifølge hvilket to separate signaler, nemlig et ved lav frekvens og et ved mikrobølgefrekvens overføres til en informationsgiver, hvor blandingen sker med efterfølgende tilbagesending på mikrobølgefrekvens.

Også fra US-patentskrift nr. 3.406.391 kendes et anlæg af den indledningsvis angivne art. I dette kendte anlæg er indretningen en sådan, at den spørgende informationssøger afgiver et signal, der består af en bærebølge, som er moduleret med én eller flere signalfrekvenser. Denne modulerede bærebølge modtages af den svarende informationsgiver, hvori den demoduleres til dannelse af signaler med de nævnte signalfrekvenser. Ved hjælp af de i informationsgiveren indbyggede svingninaskredse udvælges visse af signalfrekvenserne i overensstemmelse med den information, scan svaret skal indeholde, og sendes tilbage til den spørgende informationssøger, hvor signalet 4 141469 opløses i de enkelte signalfrekvenser og detekteres til dannelse af et udgangssignal, der indeholder informationen.

I et således indrettet anlæg er det nødvendigt at frembringe et informationssøgesignal, der indeholder alle de signalfrekvenser, som kan komme på tale. Det vil kunne indses, at signalstyrken i det fra den svarende informationsgiver afsendte informationsbærende signal højst kan være lige så stor som signalstyrken i den samme frekvenskomposant i det spørgende informationssøgesignal, der modtages fra den spørgende informationssøger. Dersom f.eks. en enkelt signalfrekvens skal indgå i informationsgiverens signal, er dets signalstyrke uafhængig af signalstyrken for de øvrige frekvenskom-posanter, og også uafhængig af bærebølgens signalstyrke. Dette betyder at signal/støj-forholdet i signalvejen fra informationsgiveren til informationssøgeren ikke bliver så godt som det kunne ønskes.

Det er på baggrund heraf opfindelsens formål at anvise udformningen af et anlæg af den indledningsvis nævnte art, der kan udformes enklere end de kendte anlæg, og som udviser et forbedret signal/støj-forhold i signalvejen fra informationsgiveren til informationssøgeren.

Det angivne formål opnås ved et anlæg, som ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved den i krav l's kendetegnende del angivne udformning. I et sådant anlæg er det muligt at omdanne en væsentlig større andel af energien i informationssøgesignalet til energi i det informationsbærende signal, så at dette - alt andet lige - bliver kraftigere end før, med et forbedret sighal/støj-forhold til følge.

Ved den i krav 2 omhandlede udførelsesform for anlægget ifølge opfindelsen opnås, at periodiciteten af de i informationsgiveren frembragte, impulser bestemmes fra informationssøgeren. Dette er navnlig fordelagtigt som grundlag for den i krav 3 omhandlede udførelsesform, idet det ved hjælp af modulatoren i modtagekredsen er muligt at undertrykke udefra kommende støj, som ellers kunne forstyrre detekteringen af de forskelliqe informationsbærende frekvenser.

Ved opfindelsen muliggøres overføring af store informationsmængder med stor sikkerhed og stor nøjagtighed. Endvidere er den foreslåede .informationsgiver helt passiv, dvs. den kræver ingen kraftforsyning, hvilket er af stor betydning ved visse anvendelser.

Ifølge et eksempel på opfindelsen kan information om f.eks. faktisk eller tilladt hastighed overføres fra eller til et køretøj.

5 141469

Et andet eksempel er anvendelse af opfindelsen i forbindelse med visse former for fjernmåling, f.eks. måling af størrelser ved elektrisk kraftoverføring, hvor der stilles store krav til den elektriske isolering mellem informationssøgere og informationsgivere.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 skematisk viser et blokdiagram for et apparat ifølge opfindelsen, fig. 2 en udførelsesform for en svingningskreds, der indgår i apparatet ifølge fig. 1, fig. 3 en udførelsesform for en detektor, der indgår i apparatet ifølge fig. 1, og fig. 4 eksempler på kurveformer for forskellige signaler i apparatet.

Apparatet i fig. 1 omfatter en informationssøger 1,2 med ep sender 1 og en modtager 2 samt en informationsgiver 3.

Senderen 1 omfatter en bærebølgesignalkilde 11, en modulator 12, en antenne 13 samt en modulationssignalkilde 14. Enhederne 11-13 er koblet i serie, og modulationssignalkilden 14 er sluttet til mp-dulatoren 12's modulationsindgang.

Modtageren 2 omfatter en antenne 21, en forstærker 22, en modulator 23, en tilpasning 24 og et antal indbyrdes parallelt koblede detektorer 25. Enhederne 21-23 og 25 er koblet i serie med hinanden, og tilpasningen 24 er sluttet til modulatoren 23's modulationsindgang. Endvidere er senderens modulationssignalkilde 14 sluttet.til tilpasningen 24. Modulatoren 23 og tilpasningen 24 er ikke nødvendige for apparatets funktion, men kan indføjes for at øge sikkerheden i informationsoverføringen, og deres funktion forklares nærmere i det følgende.

Informationsgiveren 3 omfatter en antenne 31, en demodulator 32, et lavpasfilter 33, en kondensator 34, en periodisk stynet afbryder 35, en indkoblelig svingningskreds 36, en antenne 37, et bånd-pasfilter 38 og et impulsformende kredsløb 39. Enhederne 31-37 er koblet i serie med hinanden, og enhederne 38 og 39 er koblet i serie. Båndpasfilteret 38 er sluttet til demodulatoren 32, og det impulsformende kredsløb 39 er sluttet til afbryderen 35's styreindgang.

I senderen 1 dannes ved hjælp af bærebølgesignalkilden 11, modulationssignalkilden 14 og modulatoren 12 et informationssøgesig-nal i form af en med et modulationssignal moduleret bærebølge, hvil- 6 141469 ket signal modtages af informationsgiveren 3 og demoduleres i demodulatoren 32 og filtreres i lavpasfilteret 33. Den overførte energi lagres i kondensatoren 34. Det demodulerede signal filtreres i båndpasfilteret 38 og gives impulsform i det impulsformende kredsløb 39, der styrer afbryderen 35. I kondensatoren 34 oplagrede energi overføres periodisk over afbryderen 35 til de parallelkoblede svingningskredse 36, hvori der startes dæmpede svingninger med eksponentielt aftagende amplitude og med frekvenser, der er bestemt af kredsenes resonansfrekvenser. De dæmpede svingninger danner tilsammen et signal, der indeholder den information, der skal overføres, og det kaldes derfor for det informationsbærende signal. Det informationsbærende signal, der består af de af de indkoblede svingningskredse afgivne informationssignalkomposanter, overføres til informationssøgerens modtager 2, hvor det forstærkes i forstærkeren 22. Mellem forstærkeren 22 og detektorerne 25 er den anden modulator 23 indkoblet. Hver detektor 25 svarer til en af resonanskredsene 36 i informationsgiveren 3. På detektorernes udgange optræder den overførte information, hvis udnyttelse afhænger af anvendelsen. F.eks. kan den omformes til repræsentation af eller styring af f.eks. et køretøjs hastighed.

Efter at hovedprincipperne for apparatet ifølge fig. 1 nu er angivet, skal de forskellige enheder forklares nærmere. Bærebølgesignalkilden 11 frembringer et bærebølgesignal til modulatoren 12 ' og er af konventionel udformning. Den nærmere udformning afhænger naturligvis af bærefrekvensen, der atter bestemmes af det aktuelle tekniske anvendelsesområde.

Hvis der anvendes frekvensmodulering, kan modulatoren 12 med fOrdel integreres i signalkilden 11. Modulatoren 12 modulerer et modulationssignal fra modulationssignalkilden 14 ind på bærebølgen fra signalkilden 11. Af de kendte modulationsmetoder vil amplitudemodulering i de fleste tilfælde være det enkelste og billigste alternativ. Modulationssignalet kan være et sinussignal eller et impulsformet cyklisk signal.

Udformningen af antennerne henholdsvis 13 og 31 og 37 og 21 afhænger meget af dels anvendelsesområdet og dels af det til signaloverføringen valgte frekvensområde. Ved frekvenser lavere end 50 Mz og ved korte overføringsafstande er induktiv kobling som regel at foretrække, medens der ved højere frekvenser kan anvendes antenner af f.eks. dipol-, spiral-, slids- eller paraboltypen.

7 1A1469

Udformningen af informationsgiveren 3's demodulator 32 er afhængig af den valgte modulationsmetode. Ved amplitudemodulering består demodulatoren i sin enkleste form af en detektordiode. Den til informationsgiveren 3 fra informationssøgerens sender 1 over-førte energi lagres i kondensatoren 34 efter lavpasfilteret 33, der er af konventionel type.

Det ved hjælp af demodulatoren 32 genvundne modulationssignal filtreres i båndpasfilteret 38 og gives en passende impulsform i det impulsformende kredsløb 39. Impulsformningen kan f.eks. opnås ved hjælp af en såkaldt SCR-kreds, Silicon Controlled Rectifier. Kondensatoren 34's ladning overføres over afbryderen 35 til resonanskredsløbenes kondensatorer 36 i takt med det overførte modulationssignal. Afbryderen 35 består i sin enkleste form af en afbrydertransistor.

Den til resonanskredsløbet 36 overførte ladning starter en dæmpet svingning i resonanskredsen, der på ladningsindgangen har en diode 361, fig. 2, for at isolere de parallelkoblede resonanskredse fra hinanden. Svingningens kurveform er vist i fig. 4 A.

Resonanskredsen 36's resonansfrekvens bestemmes af induktansen i en spole 363 og en kondensator 364's kapacitans. Den information, der skal overføres, styres ved, at man med en omskifter 362 kobler den pågældende resonanskreds ind og ud. Den overførte information ligger således i, hvilke resonansfrekvenser der forekommer i det informationsbærende signal. Omskifteren kan f.eks. bestå af faste forbindelser, hvis informationsgiveren altid overfører samme information, eller af relækontakter, hvis informationen skal kunne være omskiftelig.

Ved frakoblingen kan en modstand 365 sluttes parallelt over kondensatoren 364 for at mindske resonanskredsens Q-værdi, hvilket gør, at en svingning, der startes 1 en nærliggende resonanskreds og over sammenføjningspunktet 40 stødende op til antennen 37 påvirker en anden resonanskreds, hurtigt dæmpes bort.

Informationssøgerens modtager 2 er forsynet med den nævnte indgangsforstærker 22 af konventionel art. Den hurtige stigning i amplituden for det modtagne informationsbærende signal, se fig. 4 A, på tidspunktet for slutning af afbryderen 35 i informationsgiveren 3 medfører, at signalet indeholder støjkomposanter indenfor et bredbåndet spektrum. Dette kan vanskeliggøre genvindingen af informationen fra det modtagne, informationsbærende signal. Den anden modula- 8 141469 tor 23 er indført efter forstærkeren 22 for at dæmpe det modtagne signal i det korte tidsrum, hvor amplituden stiger hastigt, hvilket medfører, at det således behandlede signal er i hovedsagen fri for forstyrrende komposanter. Fig. 4 B viser hvorledes den samlede 'forstærkning i forstærkeren 22 og den anden modulator 23 kan variere med tiden. For at dæmpningen skal indtræffe på det rigtige tidspunkt, er den anden modulator 23 styret fra signalkilden 14 over tilpasningen 25 til tilpasning af fasetilstanden for styresignalet til den anden modulator 23's styresignalindgang.

Det kan undertiden ske, at forstyrrende signaler, f.eks. fra stærke radiosendere, med en frekvens, der ligger i nærheden af en af informationsgiverene 3's sendefrekvens, bliver modtaget i modtageren 2. For at sådanne forstyrrende signaler skal kunne undertrykkes, er tilpasningen 24 i virkeligheden udformet til styring af den anden modulator 23 med en frekvens, der er dobbelt så stor som modulationsfrekvensen i signalkilden 14. Den samlede forstærkning i forstærkeren 22 og den anden modulator 23 vil derved variere efter den i fig. 4 C viste kurve, altså med to toppe for hver periode af modulationsfrekvensen. Når den anden modulator 23 styret med den dobbelte modulationsfrekvens påvirker det informationsbærende signal med kurveformen ifølge fig. 4 A, vil denne efter detektering få en kurveform, der som vist i fig. 4D har to toppe for hver periode af modulationsfrekvensen, hvor den ene top er høj og den er lav.

Ud af dette signal er det muligt at filtrere et signal med en frekvens, der er lig med modulationsfrekvensen. Dette sker f.eks. med det nævnte båndpasfilter for modulationsfrekvensen. Hvis derimod et forstyrrende signal med konstant amplitude og intet informationsbærrende signal modtages, vil forstyrrelsens kurveform efter detektering stadig kunne beskrives ved fig. 4 C. Derefter filtreres det forstyrrende signal med et båndpasfilter for modulationsfrekvensen, hvorved det detekterede forstyrrende signal, der kun indeholder komposanter med den dobbelte modulationsfrekvens og multipla deraf, undertrykkes.

En udformning af detektoren 25 er vist i fig. 3. Et båndpasfilter 251 bestemmer detektorens frekvens, der svarer til en af frekvenserne for resonanskredsløbene 36. Filteret er af konventionel "type, hvor båndbredde og selektivitetskrav bestemmes af anvendelsen.

‘En konventionel forstærker 252 forstærker signalet til en detektor 253.. Svingningen i resonanskredsene har en eksponentielt aftagende 9 UUS9 amplitude mellem to opladninger, hvilket betyder, at de fra en resonanskreds overførte signaler vil være amplifcudemoduleret med frekvenser, der er multipla af modulationssignalets frekvens. Grundtonen i denne modulation kan detekteres i detektoren 25 ved, at der efter detektoren 253 tilsluttes et båndpasfilter 2.56 med grundtonens frekvens, en forstærker 257 og en anden detektor 258. Det herved detekterede signal sluttes til et tærskelkredsløb 259. Med båndpas-filteret 256 fås også den tidligere beskrevne undertrykning af forstyrrende signaler fra fremmede radiosendere. I det viste eksempel anvendes en kombination af bærebølgedetektion og modulationsdetek-tion, hvilket opnås ved detektering af modulationssignalets tilstedeværelse i apparaterne 256-259., dvs. efter dets passage af bånd-pasfilteret 251 for bærebølgen.

Ved visse anvendelser kan det være tilstrækkeligt kunjat anvende bærebølgedetektering, ved hvilken kredsløbene 256-258 erstattes af et ikke vist lavpasfilter, der udglatter modulationssignalet og efterlader en jævnspænding, hvis størrelse er lig med den ensrettede middelværdi for signalerne til. detektoren 253. I sådanne tilfælde udelukkes også den anden modulator 23 og tilpasningen .22 fra modtageren 2. - · ·. · ~

Ved et anlæg med infolimationssøgera og informationsgivere ifølge beskrivelsen er der scan bærefrekvens i informationsgiveren valgt 50 MHz, som modulationsfrekvens 10 kHz og 16 resonanskredsløb er beregnet til frekvenser omkring 1 MHZ.

Et apparat ifølge opfindelsen kan anvendes f.eks. i jernbanesignalanlæg, hvor passive informationsgivere anbringes mellem sporene på banelegemet og giver information am f.eks. tilladte hastigheder til en på lokomotivet anbragt informationssøger. Dette informationsanlæg udgør da passende et komplement til foreliggende optiske signalanlæg.

Opfindelsen er ikke begrænset til den ovenfor beskrevne udførelsesform, idet informationssøgesignalet f.eks. kan bestå af blot et bærebølgesignal til energioverføringen. De nødvendige signaler til manøvrering af afbryderen 35 frembringes da f.eks. af en i informationsgiveren 3 indkoblet astabil^multivibrator, def:drives af den overførte energi.

Claims (2)

141469 ΙΟ PATENTKRAV.

1. Anlæg omfattende mindst én informationssøger (1,2) og mindst én til samvirke hermed indrettet informationsgiver (3), hvilket anlæg er af den art, hvori a) hver informationssøger indeholder organer (11,12,13) til at afgive et informationssøgesignal samt organer (21,25) til fra det fra informationsgiveren som reaktion herpå afgivne informationsbærende signal at uddrage én eller flere frekvenser og afgive et til den pågældende frekvens eller frekvenskombination svarende udgangssignal, og hvori b) hver informationsgiver er indrettet til udelukkende ved hjælp af den energi i informationssøgesignalet, der modtages af informationsgiveren, at danne et af én eller flere frekvenser bestående informationsbærende signal og afgive dette til informationssøgeren, idet den valgte frekvens eller frekvenskombination repræsenterer den information, der skal overføres til informationssøgeren, og idet informationsgiveren til dette formål omfatter et til antallet af ønskede frekvenser svarende antal svingningskredse (36), hvis karakteristiske frekvenser svarer til de pågældende frekvenser, kendetegnet ved, cj at hver informationsgiver indeholder organer (32-35,38,39) til at omdanne den energi i informationssøge-signalet, der modtages af informationsgiveren, til periodiske impulser, og til samtidigt at anslå én eller flere·af svingningskredsene (36) med disse impulser, idet indretningen er en sådan, at det eller de således fremkomne tog af dæmpede svingninger (fig. 4A) udgør det fra informationsgiveren afgivne informationsbærende siunal.

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, a) at mindst én informationssøger (1,2) indeholder organer (12,14) til at modulere informationssøgesignalet med et periodisk styresignal, og b) at mindst én informationsgiver (3) indeholder organer (38,39,35) til at uddrage det periodiske styresignal