Anordnung zur Funkortung oder Funküberwachung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Funkortung oder Funküberwachung, mit mindestens einem Sender zur Erzeugung eines hochfrequenten, oberwellenarmen Abfragesignals, mit einem das empfangene Abfragesignal frequenzumsetzenden Empfängersender an der zu ortenden bzw. zu überwachenden Stelle und einem auf das durch die Umsetzung erzeugte Antwortsignal abgestimmten Empfänger auf der Abfrageseite.
Zum Orten vorbestimmter Körper ist es bereits bekannt, die zu ortenden Körper, wie Flugzeuge oder Schiffe, mit einem Empfängersender zu versehen, der die vom Sender am Suchort ausgesandte Strahlung empfängt und entsprechend moduliert wieder abstrahlt. Die Modulation erfolgt mit einem periodisch betätigten Oszillator im Empfängersender. Am Suchort ist ein Empfänger angeordnet, der auf die zu erwartende Mischfrequenz, beispielsweise eines der beiden entstehenden Seitenbänder, anspricht. Derartige Ortungsanlagen sind unter dem Begriff Sekundär-Radaranlagen bekannt.
Anordnungen dieser Art zum Orten von Körpern weisen alle einen aktiven, d. h. mit einer Spannungsquelle versehenen Empfängersender auf und sind demnach entsprechend aufwendig und wartungsbedürftig.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, deren Empfängersender einfach und wartungsfrei ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass der Empfängersender als passives Netzwerk ausgebildet ist, welches einen Schwingkreis und ein daran angeschlossenes passives nichtlineares Element enthält, das aus der empfangenen Grundwelle durch Verzerrung unmittelbar eine Oberwelle erzeugt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein mit einem nichtlinearen Element verbundener Schwingkreis, der durch elektromagnetische Schwingungen auf seiner Grundfrequenz angeregt wird, Oberwellen dieser Grundfrequenz abstrahlt. Diese Oberwellen lassen sich auf einfache Weise zum Orten des Empfängersenders bzw. eines mit ihm verbundenen Körpers verwenden. Der Sender auf der Abfrageseite muss zu diesem Zweck allerdings oberwellenarme Wellen aussenden, was auf bekannte Weise erreicht wird.
Durch die äusserst einfache Gestaltung des Empfängersenders als passive Schaltungsanordnung und die dadurch bedingten niedrigen Herstellungskosten, die Wartungsfreiheit und den geringen Raumbedarf eröffnen sich weite Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise ist eine einfache und wirkungsvolle Diebstahlsicherung von Waren in einem Warenhaus dadurch möglich, dass die zu sichernden Waren mit derartigen Empfängersendern versehen werden und sämtliche Ausgänge des Warenhauses unter den Einfluss eines elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes mit der Eigenfrequenz des Schwingkreises des Empfängersenders gebracht werden und mit Empfängern für eine oder mehrere Oberwellen dieser Grundwelle ausgerüstet sind. Dieser Empfänger spricht immer dann an, wenn eine mit einem derartigen Empfängersender verbundene Ware an einen der Ausgänge gebracht wird.
Die Empfängersender werden nur von den bezahlten Waren entfernt oder an der Kasse entwertet. Ausserdem ist die erfindungsgemässe Anordnung auch geeignet, Flugzeuge, Satelliten, Schiffe, Schiffbrüchige, Lawinenopfer, Bergwerkskatastrophenopfer usw. zu orten. Weiterhin ist die Möglichkeit gegeben, einen Betrieb oder eine Behörde auf unbefugte Besucher zu überprüfen, wenn die Angehörigen und Inhaber von Passagierscheinen einen erfindungsgemässen Empfängersender tragen und das Fehlen eines Signals beim Passieren einer Schranke als Anzeige für eine zu kontrollierende Person herangezogen wird. Gegenüber der Ortung durch die bekannten Sekundärradaranlagen sind mit der erfindungsgemässen Anordnung auch kurze Entfernungen erfassbar. Ausserdem lassen sich die zu erfassenden Körper auswählen.
Der wesentliche Vorteil der Anordnung nach der Erfindung liegt darin, dass der Empfängersender äusserst einfach, wartungsfrei und mit minimalen Kosten herstellbar ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Empfängersenders ist dadurch gegeben, dass das passive nicht lineare Element eine Diode ist. Eine Diode hat hier den Vorteil, dass sie nur sehr geringen Raum einnimmt und zu geringen Verlusten führt.
Es ist günstig, wenn die Sende- und Empfangsantenne auf der Abfrageseite als Richtantennen ausgebildet sind. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass der Raum, in dem bei Auftreten eines Empfängersenders ein Signal ausgelöst wird, beliebig begrenzbar ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Antennen drehbar ausgeführt sind. Dadurch wird es ermöglicht, verschiedene Teile des Raumes zeitlich nacheinander abzutasten. Beispielsweise kann in der Verwendung in einem Warenhaus ein Sender vorgesehen sein, mit dem mehrere Ausgänge durch Drehen der Sendeantenne zeitlich nacheinander abgetastet werden.
Ausserdem ist es günstig, wenn das nichtlineare Element abschaltbar ist. Dadurch kann die Wirkung des Empfängersenders bewusst ausser Funktion gesetzt werden. Dieses Abschalten ist beispielsweise bei einer Diode dadurch möglich, dass diese in Durchlassrichtung mit einem Gleichstrom beschickt wird. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Kraftfahrzeuge mit einer Diebstahlsicherung, die vom Besitzer des Kraftfahrzeuges ausser Betrieb setzbar ist, ausstatten. An dem Kraftfahrzeug wird ein erfindungsgemässer Empfängersender angebracht, der im ungedämpften Zustand beim Durchfahren bestimmter Kontrollstellen Alarm auslöst. Der Besitzer des Kraftfahrzeuges kann jedoch durch einen nur ihm bekannten Schalter den Empfängersender soweit bedämpfen, dass eine Alarmgabe unterbleibt.
Weiterhin ist es günstig, Schiffe oder Flugzeuge mit abschaltbaren Empfängersendern zu versehen, die im Normalfall abgeschaltet sind und erst im Fall einer Katastrophe wirksam werden. Dadurch kann das Auffinden gesunkener Schiffe oder verlorener Flugzeuge erleichtert werden.
Für viele Zwecke, beispielsweise bei der beschriebenen Warensicherung in Warenhäusern, besteht das Bedürfnis, die Empfängersender, nachdem sie ihren Dienst erfüllt haben, zu entwerten. Das kann auf einfacheWeise dadurch erfolgen, dass dieser durch gewollte Überlastung seines nichtlinearen Elementes entwertet wird. Diese Entwertung kann beispielsweise durch ein Hochfrequenzfeld oder durch andere zerstörende Einflussmöglichkeiten, wie Hitze, Röntgenstrahlen, mechanische oder chemische Zerstörung erreicht werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwei räumlich voneinander getrennte Sender auf der Abfrageseite vorgesehen sind. Insbesondere bei Verwendung von Frequenzen in der Grössenordnung von 100 lflz und darüber, hängt die am Empfängersender ankommende Senderleistung sehr stark davon ab, ob zwischen dem Sender auf der Abfrageseite und dem Empfängersender ein Körper lag, den die Strahlung zu durchdringen hatte.
In dem Beispiel der Sicherung von Waren in einem Warenhaus besteht immer die Gefahr, dass der Empfängersender an der dem Sender abgewandten Seite der ihn tragenden Person gehalten wird. Dadurch kann die Empfangsfeldstärke im Empfänger auf der Abfrageseite in einem breiten Amplitudenbereich liegen. Bei der Verwendung von wenigstens zwei räumlich voneinander getrennten Sendern auf der Abfrageseite ist dieser Nachteil weitgehend ausgeschaltet. In der Regel trifft stets Strahlung von einem der Sender voll auf den Empfängersender auf. Dadurch werden die Schwankungen der Empfangsfeldstärke am Empfänger wesentlich verkleinert und das nichtlineare Element stets wirksam ausgesteuert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn auf der Abfrageseite mehrere voneinander räumlich getrennte Empfänger vorgesehen sind. Durch die Anordnung von mehr als einem Empfänger wird in ähnlicher Weise bei der Verwendung von mehr als einem Sender die Gefahr beträchtlich vermindert, dass die Empfangsfeldstärke am Empfänger durch einen die vom Empfängersender ausgehende Strahlung dämpfenden Körper stark verkleinert wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Empfängersenders liegt darin, dass wenigstens der Schwingkreis und seine Verbindungsleitungen auf einem Isolierstoffkörper in Form von elektrischen Leiterbahnen aufgebracht sind. Durch diese Ausführung wird eine einfache Herstellung des Empfängersenders und damit ein niedriger Preis, wie er bei der Verwendung zur Sicherung einer grossen Anzahl von Gegenständen erforderlich ist, gewährleistet. Ausserdem ist damit der Vorteil gegeben, dass der Empfängersender auf sehr kleinem Raum unterzubringen ist und sehr geringes Gewicht aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gegeben, dass das nichtlineare Element in einer in dem Isolierstoffkörper angebrachten Ausnehmung angeordnet ist.
Dadurch weist der Empfängersender keine vorstehenden Teile auf, die leicht beschädigt werden können.
Ausserdem ist es vorteilhaft, wenn an den Schwingkreis eine Antenne angeschlossen ist. Dadurch wird die Strahlungsleistung des Empfängersenders beträchtlich erhöht.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn die Antenne ebenfalls als, vorzugsweise geradlinige, Leiterbahn auf den Isolierstoffkörper aufgebracht ist.
Es ist günstig, wenn die Antenne an ihrem freien Ende mit einer Dachkapazität versehen ist. Durch eine derartige Dachkapazität kann die Antennenlänge ohne Verlust an Abstrahlleistung verkürzt werden. Dadurch wird der Raumbedarf des Empfängersenders verkleinert.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Isolierstoffkörper im Bereich der auf diesen aufgetragenen Dachkapazität durchbohrt ist, und wenn durch diese Bohrung eine elektrisch leitfähige Aufhängeöse geführt ist.
Durch eine derartige Aufhängeöse wird die effektive Antennenlänge und damit die Abstrahlleistung weiterhin vergrössert.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Empfängersenders ist dadurch gegeben, dass an dem dem Anschlusspunkt der Antenne gegenüberliegenden Fusspunkt des Schwingkreises ein als Gegengewicht wirkendes Leiterstück angeordnet ist. Ein derartiges Gegengewicht, das als künstliche Erdung dient, führt zu einem günstigen Abstrahlverhalten des Schwingkreises und der Antenne.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das nichtlineare Element über ein als Induktivität dienendes Leiterstück an den Schwingkreis angeschlossen ist. Durch diese zusätzliche Induktivität kann eine einfache Anpassung des nichtlinearen Elementes an den Schwingkreis erzielt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemässen Anordnung;
Fig. 2 die Anordnung von gleichzeitig zwei Sendern und einem oder zwei Empfängern am Suchort, d. h. auf der Abfrageseite;
Fig. 3 die Vorderseite eines als Plakette ausgeführten Empfängersenders;
Fig. 4 die Rückseite des Empfängersenders nach Fig. 3, und
Fig. 5 ein Ersatzschaltbild eines Empfängersenders nach den Fig. 3 und 4.
Das in Fig. 1 dargestellte Schaltbild zeigt einen Sender S und einen Empfänger E, die beide am Suchort angeordnet sind. Sowohl der Empfänger S als auch der Sender E sind mit einer Richtantenne versehen. Ein Empfängersender U ist in Form eines Parallelschwingkreis es und einer diesem parallelgeschalteten Diode D dargestellt. Die Diode D erfüllt die Aufgabe des nichtlinearen Elementes.
Der Sender S arbeitet auf der Frequenz fo. Dies ist die Eigenfrequenz des Parallelschwingkreises. Der Empfänger E ist zum Empfang einer Oberwelle der Schwingung mit der Frequenz fo ausgebildet. Die Oberwelle kann ganz allgemein die doppelte, dreifache oder nfache Frequenz aufweisen. Damit die stets am Empfängerort herrschende Strahlung aus dem Sender S wirksam unterdrückt wird, ist der Empfänger beispielsweise mit einem Hochpass versehen. Die durch den Empfänger festgestellte Oberwelle der Frequenz fo kann durch eine nicht dargestellte, dem Fachmann geläufige Anordnung ausgewertet werden. Eine sehr einfache Auswerteschaltung erhält man, wenn die Sendestrahlung bereits mit einer Schwingung im Hörbereich moduliert ist, die im Empfänger dann nur noch ausgefiltert zu werden braucht.
Es sei hier noch bemerkt, dass der Sender S mit einem Tiefpass oder einer ähnlichen Schaltung versehen ist, um die Grundfrequenz fo möglichst oberwellenarm abzustrahlen.
Die Wahl der Frequenz des Senders hängt von der Verwendung der gesamten Anordnung ab. So wird man beispielsweise in einem Anwendungsfall, in dem möglichst kleine Empfängersender wünschenswert sind, in einem Frequenzbereich in der Grössenordnung von 100 MHz und darüber gehen. Dagegen wird man bei der Ortung versunkener Schiffe oder unter der Erde bzw.
unter Schnee Verschütteter relativ niedrige Frequenzen benutzen, da diese weniger stark gedämpft werden.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung mit zwei Sendern S1 und S2 und einem Empfänger E dargestellt. Sowohl die beiden Sender S1 und S2 als auch der Empfänger E sind mit Riciltanten- nen versehen. Die beiden Sender sind so gegeneinander ausgerichtet, dass sich ihre Hauptkeulen etwa im Bereich der Ebene, die den Raum zwischen ihnen halbiert, schneiden. In dieser Ebene ist auch der Empfänger E angeordnet. Die relative Lage des Empfängers E zu den beiden Sendern S1 und S2 hängt weitgehend von dem Verwendungszweck und der Ausbildung des Raumes, in dem die Schaltungsanordnung angeordnet werden soll, ab. Einen weiteren Einfluss auf die Lage des Empfängers und die gegenseitige Ausrichtung der Sender kann eine unterschiedliche Wahrscheinlichkeit des Auftretens von zu ortenden Körpern an bestimmten Stellen des Raumes haben.
Beispielsweise bei der Warensicherung in einem Warenhaus kann eine unterschiedliche Wahrscheinlichkeit dadurch auftreten, dass der zu erwartende Besucherstrom auf den Ausgang, beispielsweise durch bestimmte herumstehende Gegenstände, unsymmetrisch verteilt ist. Der Empfänger E ist, wie aus Fig. 2 nicht ersichtlich ist, in der Regel nicht in gleicher Höhe wie die beiden Sender S1 und S2 angeordnet.
In Fig. 2 sind in unterbrochener Linie zwei weitere Empfänger E' und E" eingezeichnet, die an die Stelle des beschriebenen Empfängers E treten können. Die Anordnung dieser Empfänger E' und E" zu den beiden Sendern S1 und S2 ist etwa symmetrisch.
Die beiden Sender S1 und S2 arbeiten auf der Frequenz fo. Sie sind durch entsprechende Filter weitgehend von Oberwellen befreit. Die Empfänger E bzw.
E' und E" sind auf eine Oberwelle der Frequenz fo, vorzugsweise 2fo, abgestimmt. Die Anordnung von zwei Sendern S1 und S2 gegenüber nur einem Sender, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, hat den Vorteil, dass die Feldstärke der elektromagnetischen Strahlung mit der Frequenz fo im Bereich des Empfängersenders nahezu konstant ist. Eine weitgehende Abweichung tritt bei einem Sender dann auf, wenn sich zwischen dem Sender S und dem Empfängersender U ein die Strahlung dämpfender Körper befindet. Ein derartiger dämpfender Körper kann beispielsweise eine den Empfängersender tragende Person oder ein mit dem Empfängersender verbundener Gegenstand sein. Eine weitere Einengung des Amplitudenbereiches der Feldstärken der Oberwellenstrahlungen wird durch die angegebene Anordnung von zwei Empfängern E' und E" erreicht.
Durch diese beiden Empfänger wird über die Empfangsfeldstärke der von dem Empfängersender U ausgesandten Oberwelle an zwei Orten des Raumes gemittelt. Die Wahrscheinlichkeit, dass zwischen dem Empfängersender U und beiden Empfängern E' und E" ein die zu empfangende Strahlung dämpfender Körper liegt, ist weitaus geringer als die Wahrscheinlichkeit, dass ein einzelner Empfänger abgeschattet wird.
Die Fig. 3 und 4 zeigen die Ausbildung eines Empfängersenders U mit auf einem Isolierstoffkörper aufgedruckten Leiterbahnen und eines in ihm eingebetteten nichtlinearen Elementes. Der Isolierstoffkörper ist als Isolierstoffplatte 1 ausgeführt. Auf seiner Vorderseite sind, wie Fig. 3 zeigt, die Leiterbahnen aufgetragen.
Diese Leiterbahnen stellen im wesentlichen einen aus einer Induktivität 2 und einem Kondensator 3 bestehenden Parallelschwingkreis, eine weitere Induktivität 4, ein Gegengewicht 5 und eine Antenne 6 dar. An Anschlusspunkten 7 und 7' ist die Isolierstoffplatte 1 durchbohrt. Im Bereich dieser Anschlusspunkte 7 und 7' ist die Isolierstoffplatte 1 auf ihrer Rückseite, wie Fig. 4 zeigt, mit einer Aussparung 8 versehen, in die eine Diode 9 eingesetzt und mit den Anschlusspunkten 7, 7' verbunden ist. Diese Diode 9 stellt das nichtlineare Element der Schaltung dar. Die als Antenne 6 dienende Leiterbahn ist an ihrem freien Ende mit einer Erweiterung in Form von zwei geradlinigen Leiterbahnen und einer als kreisförmige Leiterscheibe ausgebildeten Dachkapazität 10 versehen. Die Isolierstoffplatte 1 ist im Mittelpunkt der Leiterscheibe durchbohrt.
Durch diese Bohrung ist eine elektrisch leitende Öse 11 geführt, die mit der Leiterscheibe in leitender Verbindung steht.
Es sei hier bemerkt, dass die Forderungen an die elektrische Leitfähigkeit dieser Öse nicht sehr hoch sind.
Für Frequenzen im Bereich von 100 MHz kann auch ein Kunststoffband mit hoher Dielektrizitätskonstante venvendet werden. Auch die elektrische Verbindung der Öse mit der Leiterscheibe kann sehr lose erfolgen. Es muss lediglich ein genügend geringer Abstand vorhanden sein, um eine kapazitive Kopplung zu sichern.
Sowohl die Dachkapazität 10 als auch die Öse 11 bewirken eine Verlängerung der Antenne 6 und dadurch eine erhöhte Abstrahlleistung.
In Fig. 5 ist ein Ersatzschaltbild der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Schaltungsanordnung wiedergegeben. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Kondensator 3 ist mit der Induktivität 2 zu einem Parallelschwingkreis verbunden. Das Gegengewicht 5 am Fusspunkt des Parallelschwingkreises wirkt bezüglich der Antenne als Erdung.
An dem dieser Erdung 5 gegenüberliegenden Anschluss des Parallelschwingkreises ist die Antenne 6 und die weitere Induktivität 4 angeschlossen. Die weitere Induktivität 4 ist über die Diode 9 mit dem Fusspunkt des Parallelschwingkreises verbunden.
Der aus der Induktivität 2 und dem Kondensator 3 bestehende Parallelschwingkreis ist auf die Frequenz fo abgestimmt, auf der die Sender S bzw. S1 und S2 am Suchort arbeiten. Die zusätzliche Induktivität 4 dient zur Anpassung der Diode 9 an den Parallelschwingkreis. Durch Anregen des Parallelschwingkreises mit seiner Grundfrequenz fo wird dieser in Schwingung versetzt. Die dem Schwingkreis parallel liegende Diode 9 sorgt durch ihre nichtlineare Kennlinie dafür, dass die entstehende Schwingung in ihrer Sinusform verzerrt wird. Dadurch entstehen neben der Anregungsfrequenz fo auch Oberschwingungen. Das Frequenzgemisch wird teilweise über den Parallelschwingkreis selbst, zum grossen Teil jedoch durch die Antenne 6 abgestrahlt.
Die Isolierstoffplatte ist als Kunststoffplatte ausgeführt, wie sie üblicherweise als Träger für gedruckte Schaltungen dient. Jedoch sind beliebige Träger für die beschriebenen Leiterbahnen denkbar, die eine genügende Isolierwirkung aufweisen. Insbesondere wird als Träger für die Leiterbahnen auch Papier oder eine dünne I(unststoffolie in Betracht gezogen. Die als besonderes Bauelement dargestellte Diode lässt sich auch in integrierter Form auf den Isolierstoffkörper a bringen. Das kann auf übliche Weise erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, Wertpapiere mit einem derartigen Empfängersender zu bedrucken, um sie leicht auf ihre Echtheit überprüfen zu können. Die Leiterbahnen lassen sich auf den Isolierstoffkörper in bekannter Weise, beispielsweise nach bekannten Fotoätzverfahren aufbringen. Insbesondere ist das nichtlineare Element nicht auf eine Diode beschränkt.
Es kommt praktisch jedes passive nichtlineare Element in Frage. Beispielsweise kommen auch magnetische Materialien in Betracht,- die in enger Nachbarschaft mit ausgewählten Leiterbahnen entweder auf den Is olierstoffkörp er aufgebracht oder in ihm eingebettet sein können. Die Grösse einer derartigen Schaltungsanordnung wird im wesentlichen bestimmt durch die verwendete Grundfrequenz. Die dargestellte Isolierstoffplatte ist in den gewählten Abmessungen für etwa ein GHz ausgelegt. Dagegen wird man bei der Ortung versunkener Schiffe oder unter der Erde bzw. unter Schnee Verschütteter relativ niedrige Frequenzen benutzen, da diese weniger stark gedämpft werden. Die erforderlichen Empfängersender werden dadurch entsprechend vergrössert.
Damit die stets am Empfangsort herrschende Strahlung aus den Sendern S bzw. S1 und S2 wirksam unterdrückt wird, sind die Empfänger E bzw. E' und E" beispielsweise mit einem Hochpass versehen. Entsprechend sind die Sender S bzw. S1 und S2 beispielsweise mit einem Tiefpass versehen, um möglichst oberwellenarme Wellen auszusenden. Die durch den Empfänger festgestellte Oberwelle mit der Frequenz n fo kann durch eine nicht dargestellte, dem Fachmann geläufige Anordnung ausgewertet werden. Eine sehr einfache Auswerteschaltung erhält man, wenn die Sendestrahlung bereits mit einer Schwingung im Hörbereich moduliert ist, die im Empfänger dann nur noch ausgefiltert zu werden braucht.
Arrangement for radio location or radio monitoring
The invention relates to an arrangement for radio location or radio monitoring, with at least one transmitter for generating a high-frequency, low-harmonic query signal, with a receiver transmitter that converts the received query signal in frequency at the point to be located or monitored and a response signal that is matched to the response signal generated by the implementation Recipient on the query side.
To locate predetermined bodies, it is already known to provide the bodies to be located, such as aircraft or ships, with a receiver transmitter which receives the radiation emitted by the transmitter at the search location and emits it again in a correspondingly modulated manner. The modulation is carried out with a periodically operated oscillator in the receiver transmitter. A receiver is arranged at the search location which responds to the expected mixed frequency, for example one of the two resulting sidebands. Such location systems are known under the term secondary radar systems.
Arrangements of this kind for locating bodies all have an active, i.e. H. equipped with a voltage source receiver transmitter and are accordingly expensive and in need of maintenance.
In contrast, the invention is based on the object of specifying an arrangement of the type mentioned at the outset, the receiver transmitter of which is designed to be simple and maintenance-free.
This object is achieved according to the invention in that the receiver transmitter is designed as a passive network which contains an oscillating circuit and a passive non-linear element connected to it, which directly generates a harmonic from the received fundamental wave by distortion.
The invention is based on the knowledge that an oscillating circuit connected to a nonlinear element, which is excited by electromagnetic oscillations at its fundamental frequency, emits harmonics of this fundamental frequency. These harmonics can be used in a simple manner to locate the receiver transmitter or a body connected to it. For this purpose, however, the transmitter on the query side must emit waves with low harmonics, which is achieved in a known manner.
The extremely simple design of the receiver transmitter as a passive circuit arrangement and the resulting low manufacturing costs, the freedom from maintenance and the small space requirement open up a wide range of possible applications. For example, a simple and effective anti-theft protection of goods in a department store is possible in that the goods to be protected are provided with such receiver transmitters and all exits of the department store are brought under the influence of an electromagnetic high-frequency field with the natural frequency of the oscillating circuit of the receiver transmitter and with receivers for a or several harmonics of this fundamental wave are equipped. This receiver always responds when goods connected to such a receiver transmitter are brought to one of the exits.
The recipient senders are only removed from the paid goods or canceled at the checkout. In addition, the arrangement according to the invention is also suitable for locating aircraft, satellites, ships, shipwrecked people, avalanche victims, mine disaster victims, etc. Furthermore, there is the possibility of checking a company or an authority for unauthorized visitors if the relatives and holders of passenger tickets wear a receiver transmitter according to the invention and the lack of a signal when passing a barrier is used as an indication for a person to be checked. Compared to the localization by the known secondary radar systems, short distances can also be detected with the arrangement according to the invention. The bodies to be captured can also be selected.
The main advantage of the arrangement according to the invention is that the receiver transmitter is extremely simple, maintenance-free and can be manufactured at minimal cost.
An advantageous embodiment of the receiver transmitter is given by the fact that the passive, non-linear element is a diode. A diode here has the advantage that it only takes up very little space and leads to low losses.
It is advantageous if the transmitting and receiving antennas are designed as directional antennas on the query side. In this way it is made possible that the area in which a signal is triggered when a receiver transmitter occurs can be delimited as desired.
It is also advantageous if the antennas are designed to be rotatable. This makes it possible to scan different parts of the room one after the other. For example, when used in a department store, a transmitter can be provided with which several outputs can be scanned one after the other by rotating the transmitting antenna.
It is also advantageous if the non-linear element can be switched off. This means that the effect of the recipient sender can be deliberately disabled. This switching off is possible, for example, in the case of a diode in that it is fed with a direct current in the forward direction. In this way, for example, motor vehicles can be equipped with an anti-theft device that can be put out of operation by the owner of the motor vehicle. A receiver transmitter according to the invention is attached to the motor vehicle, which in the undamped state triggers an alarm when passing through certain checkpoints. However, the owner of the motor vehicle can use a switch known only to him to attenuate the receiver transmitter to such an extent that an alarm does not occur.
Furthermore, it is advantageous to provide ships or aircraft with receiver transmitters that can be switched off, which are normally switched off and only become effective in the event of a disaster. This can make it easier to find sunken ships or lost aircraft.
For many purposes, for example in the described article surveillance in department stores, there is a need to devalue the receiver transmitter after they have performed their service. This can be done in a simple manner in that this is devalued by deliberately overloading its non-linear element. This cancellation can be achieved, for example, by a high-frequency field or by other destructive influences such as heat, X-rays, mechanical or chemical destruction.
It is also advantageous if two spatially separated transmitters are provided on the query side. Especially when using frequencies of the order of magnitude of 100 lflz and above, the transmitter power arriving at the receiver transmitter depends very much on whether there was a body between the transmitter on the query side and the receiver transmitter that the radiation had to penetrate.
In the example of securing goods in a department store, there is always the risk that the recipient transmitter will be held on the side of the person wearing it facing away from the transmitter. As a result, the received field strength in the receiver on the query side can be in a wide amplitude range. When using at least two spatially separated transmitters on the query side, this disadvantage is largely eliminated. As a rule, radiation from one of the transmitters always hits the receiver transmitter in full. This significantly reduces the fluctuations in the received field strength at the receiver and the non-linear element is always effectively controlled.
It is also advantageous if several receivers that are spatially separated from one another are provided on the query side. By arranging more than one receiver, when using more than one transmitter, the risk of the receiving field strength at the receiver being greatly reduced by a body that attenuates the radiation emanating from the receiver transmitter is similarly reduced.
Another advantageous embodiment of the receiver transmitter is that at least the resonant circuit and its connecting lines are applied to an insulating body in the form of electrical conductor tracks. This design ensures simple manufacture of the receiver transmitter and thus a low price, as is necessary when using a large number of objects to secure them. This also has the advantage that the receiver transmitter can be accommodated in a very small space and is very lightweight.
An advantageous embodiment is given by the fact that the non-linear element is arranged in a recess made in the insulating body.
As a result, the receiver-transmitter has no protruding parts that can be easily damaged.
It is also advantageous if an antenna is connected to the resonant circuit. This considerably increases the radiated power of the receiver transmitter.
It is advantageous if the antenna is also applied to the insulating body as a, preferably straight, conductor track.
It is advantageous if the antenna is provided with a roof capacity at its free end. With such a roof capacity, the antenna length can be shortened without loss of radiation power. This reduces the space required by the receiver transmitter.
It is also advantageous if the insulating material body is drilled through in the area of the roof capacitance applied to it, and if an electrically conductive suspension eyelet is passed through this hole.
Such a suspension eyelet further increases the effective antenna length and thus the radiation power.
An advantageous embodiment of the receiver transmitter is given by the fact that a conductor piece acting as a counterweight is arranged at the base point of the resonant circuit opposite the connection point of the antenna. Such a counterweight, which serves as an artificial grounding, leads to a favorable radiation behavior of the resonant circuit and the antenna.
It is also advantageous if the nonlinear element is connected to the resonant circuit via a conductor piece serving as an inductance. This additional inductance enables the non-linear element to be easily adapted to the resonant circuit.
Further advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. Show it:
1 shows a basic illustration of the arrangement according to the invention;
2 shows the arrangement of two transmitters and one or two receivers at the same time at the search location, i.e. H. on the query side;
3 shows the front of a receiver transmitter designed as a badge;
4 shows the rear side of the receiver transmitter according to FIG. 3, and
5 shows an equivalent circuit diagram of a receiver transmitter according to FIGS. 3 and 4.
The circuit diagram shown in Fig. 1 shows a transmitter S and a receiver E, which are both arranged at the search location. Both the receiver S and the transmitter E are provided with a directional antenna. A receiver transmitter U is shown in the form of a parallel resonant circuit and a diode D connected in parallel to it. The diode D fulfills the task of the non-linear element.
The transmitter S operates on the frequency fo. This is the natural frequency of the parallel resonant circuit. The receiver E is designed to receive a harmonic of the oscillation with the frequency fo. The harmonic can generally have twice, three times or n times the frequency. So that the radiation from the transmitter S, which always prevails at the receiver location, is effectively suppressed, the receiver is provided with a high pass, for example. The harmonic of the frequency fo determined by the receiver can be evaluated by an arrangement which is not shown and is familiar to the person skilled in the art. A very simple evaluation circuit is obtained if the transmitted radiation is already modulated with an oscillation in the audible range, which then only needs to be filtered out in the receiver.
It should also be noted here that the transmitter S is provided with a low-pass filter or a similar circuit in order to emit the fundamental frequency fo with as few harmonics as possible.
The choice of the frequency of the transmitter depends on the use of the entire arrangement. For example, in an application in which the smallest possible receiver transmitters are desirable, a frequency range of the order of magnitude of 100 MHz and above will be used. On the other hand, when locating sunken ships or underground or
Use relatively low frequencies for people buried under snow, as these are less attenuated.
In Fig. 2 an embodiment of the circuit arrangement with two transmitters S1 and S2 and a receiver E is shown. Both the transmitters S1 and S2 and the receiver E are provided with Ricilt antennas. The two transmitters are aligned in such a way that their main lobes intersect roughly in the area of the plane that bisects the space between them. The receiver E is also arranged in this plane. The relative position of the receiver E to the two transmitters S1 and S2 largely depends on the intended use and the design of the room in which the circuit arrangement is to be arranged. Another influence on the location of the receiver and the mutual alignment of the transmitters can have a different probability of the occurrence of bodies to be located at certain points in the room.
For example, when securing goods in a department store, a different probability can occur because the expected flow of visitors to the exit, for example through certain objects standing around, is asymmetrically distributed. As cannot be seen from FIG. 2, the receiver E is generally not arranged at the same height as the two transmitters S1 and S2.
In Fig. 2 two further receivers E 'and E "are drawn in broken line, which can take the place of the described receiver E. The arrangement of these receivers E' and E" to the two transmitters S1 and S2 is approximately symmetrical.
The two transmitters S1 and S2 operate on the frequency fo. They are largely freed from harmonics by using appropriate filters. The recipients E resp.
E 'and E "are tuned to a harmonic of frequency fo, preferably 2fo. The arrangement of two transmitters S1 and S2 opposite only one transmitter, as shown in FIG. 1, has the advantage that the field strength of the electromagnetic radiation with the frequency fo is almost constant in the range of the receiver transmitter. A large deviation occurs in a transmitter when there is a radiation-damping body between the transmitter S and the receiver-transmitter U. Such a damping body can for example be a person wearing the receiver transmitter or an object connected to the receiver transmitter. A further narrowing of the amplitude range of the field strengths of the harmonic radiation is achieved by the specified arrangement of two receivers E 'and E ".
By means of these two receivers, the received field strength of the harmonic transmitted by the receiver transmitter U is averaged at two locations in the room. The probability that a body attenuating the radiation to be received lies between the receiver transmitter U and the two receivers E 'and E ″ is far less than the probability that an individual receiver is shadowed.
3 and 4 show the design of a receiver transmitter U with printed conductors on an insulating body and a non-linear element embedded in it. The insulating body is designed as an insulating plate 1. As FIG. 3 shows, the conductor tracks are applied to its front side.
These conductor tracks essentially represent a parallel resonant circuit consisting of an inductance 2 and a capacitor 3, a further inductance 4, a counterweight 5 and an antenna 6. The insulating material plate 1 is pierced at connection points 7 and 7 '. In the area of these connection points 7 and 7 ', the insulating material plate 1 is provided on its rear side, as shown in FIG. 4, with a recess 8 into which a diode 9 is inserted and connected to the connection points 7, 7'. This diode 9 represents the non-linear element of the circuit. The conductor track serving as antenna 6 is provided at its free end with an extension in the form of two straight conductor tracks and a roof capacitance 10 designed as a circular conductor disk. The insulating plate 1 is drilled through in the center of the conductor disk.
An electrically conductive eyelet 11 is guided through this bore and is in conductive connection with the conductor disk.
It should be noted here that the requirements placed on the electrical conductivity of this loop are not very high.
For frequencies in the range of 100 MHz, a plastic tape with a high dielectric constant can also be used. The electrical connection between the eyelet and the conductor disk can also be made very loosely. There only needs to be a sufficiently small distance to ensure capacitive coupling.
Both the roof capacity 10 and the eyelet 11 cause an extension of the antenna 6 and thereby an increased radiation power.
In FIG. 5, an equivalent circuit diagram of the circuit arrangement shown in FIGS. 3 and 4 is reproduced. Corresponding elements are provided with the same reference symbols. The capacitor 3 is connected to the inductance 2 to form a parallel resonant circuit. The counterweight 5 at the base of the parallel resonant circuit acts as a ground with respect to the antenna.
The antenna 6 and the further inductance 4 are connected to the connection of the parallel resonant circuit opposite this grounding 5. The further inductance 4 is connected via the diode 9 to the base point of the parallel resonant circuit.
The parallel resonant circuit consisting of the inductance 2 and the capacitor 3 is tuned to the frequency fo at which the transmitters S or S1 and S2 operate at the search location. The additional inductance 4 is used to adapt the diode 9 to the parallel resonant circuit. By exciting the parallel resonant circuit with its fundamental frequency fo, it is set into oscillation. The diode 9 lying parallel to the resonant circuit ensures, through its non-linear characteristic, that the resulting oscillation is distorted in its sinusoidal shape. In addition to the excitation frequency fo, this also creates harmonics. The frequency mixture is partly emitted via the parallel resonant circuit itself, but to a large extent via the antenna 6.
The insulating plate is designed as a plastic plate, as it usually serves as a carrier for printed circuits. However, any carrier for the conductor tracks described is conceivable, which has a sufficient insulating effect. In particular, paper or a thin plastic film is also considered as a carrier for the conductor tracks. The diode shown as a special component can also be placed on the insulating body a in an integrated form. This can be done in the usual way. For example, it is possible to To print securities with such a receiver transmitter in order to be able to easily check their authenticity. The conductor tracks can be applied to the insulating body in a known manner, for example according to known photo-etching processes. In particular, the non-linear element is not limited to a diode.
Virtually any passive non-linear element can be used. For example, magnetic materials also come into consideration - which can either be applied to the insulating material body in close proximity to selected conductor tracks or embedded in it. The size of such a circuit arrangement is essentially determined by the fundamental frequency used. The insulation plate shown is designed in the selected dimensions for about one GHz. On the other hand, when locating sunken ships or those buried underground or under snow, relatively low frequencies will be used, as these are less attenuated. The required receiver transmitters are enlarged accordingly.
So that the radiation from the transmitters S or S1 and S2, which always prevails at the receiving location, is effectively suppressed, the receivers E or E ′ and E ″ are provided with a high-pass filter, for example The harmonic with the frequency n fo detected by the receiver can be evaluated by an arrangement (not shown) that is familiar to those skilled in the art. A very simple evaluation circuit is obtained when the transmitted radiation is already modulated with an oscillation in the audible range which then only needs to be filtered out in the receiver.