DE102004046567A1

DE102004046567A1 - Trennung von Funksignalen gleicher Frequenz mittels richtungsselektiver Antenne

Info

Publication number: DE102004046567A1
Application number: DE200410046567
Authority: DE
Inventors: Gustav Heinzmann
Original assignee: Heinzmann Gustav Dr-Ing
Current assignee: Heinzmann Gustav Dr-Ing
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-04-06

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trennen von Funksignalen gleicher Frequenz mittels richtungsselektiver Antennen, bei dem DOLLAR A - als Antenne eine Schleifenanordnung mit mindestens zwei unter festem Winkel zueinander ausgerichteten Schleifen (A, B) in frei wählbarer Richtung zu einem Wunschsender orientiert wird, DOLLAR A - die von der Schleifenanordnung als Funktion der Himmelsrichtung (alpha¶h¶) über einen jeweiligen Zuführpfad gelieferten Paare induzierter Spannungen in Form räumlicher Vektoren in ein Drehfeld zeitabhängiger rotierender Vektoren umgewandelt werden und DOLLAR A - ein Wunschvektor durch periodisches Einschalten einer Zeitspanne nach einem vorgegebenen Zeitpunkt selektiert wird, der einer bestimmten Himmelrichtung entspricht. DOLLAR A Mit diesen Maßnahmen wird auf einfache Weise eine hohe Richtungsselektivität erreicht.

Description

Es ist bekannt, dass man mittels einer Schleifenantenne (magnetic loop, "Rahmenantenne"), welche nur die magnetische Komponente elektromagnetischer Wellen empfängt, Funksignale trotz gleicher Frequenz voneinander trennen kann, sofern diese aus verschiedenen geographischen Richtungen kommen. Die Richtungsselektivität einer Schleifenantenne beruht auf ihrem selektiven Nichtempfang elektromagnetischer Wellen, wenn die Schleifenantenne so gedreht wird, dass die eine Koordinate der Schleifenebene senkrecht zu derjenigen Richtung steht, aus der das störende Signal kommt. Durch eine solche Ausrichtung werden in den Windungen der Schleifenantenne keine Spannungen durch die vom störenden Sender ausgehenden elektromagnetischen Wellen induziert.

Die herkömmliche Schleifenantenne als Selektionsmittel hat folgende Mängel, die die hier beschriebene Erfindung beseitigen will:

1) Mittels geographischer Ausrichtung einen Nichtempfang störender Sender erzielen zu wollen, ist häufig mit der enttäuschenden Erfahrung verbunden, dass bei kleinen Winkelgraden zwischen Wunschrichtung und auszuschaltender Störrichtung das Funksignal der Wunschrichtung erheblich mitgedämpft wird.
2) Die Zahl gleichfrequenter Sender, die voneinander trennbar sind, ist auf 2 begrenzt.
3) Die Schleifenantenne ist bedienungsunfreundlich. Sie muss von Hand in die optimale Richtung gedreht werden.

Die nachfolgend beschriebene Erfindung beruht auf einem völlig anderen Prinzip, obwohl sie in ihrem Aufbau Ähnlichkeiten mit der herkömmlichen Schleifenantenne aufweist.

Das Ziel der Richtungsselektivität wird in mehreren Schritten erreicht. Zunächst werden die aus den verschiedenen Himmelsrichtungen eintreffenden elektromagnetischen Wellen von zwei senkrecht zueinanderstehenden Schleifen empfangen, nachstehend als "Schleifenanordnung" bezeichnet. Die eine Schleife sei durch das Schaltzeichen

symbolisiert, die dazu senkrechte durch

. Im laufenden Text bezeichnen wir die erstere als Schleife A, die zweite als B.

Die bei der einfachen Schleifenantenne bestehende Notwendigkeit, diese von Hand nach der Herkunftsrichtung der elektromagnetischen Wellen ausrichten zu müssen, gibt es hier bei der erfindungsgemäßen Schleifenanordnung nicht. Die nicht-drehbare Schleifenanordnung bleibt stehen, wie sie gerade steht. Dabei hat von den beiden Schleifen keine gegenüber der anderen einen physikalischen Vorrang. Die Schleifenanordnung liefert, mathematisch gesprochen, Paare induzierter Spannungen. Die einzelnen Paare sind bestimmten Himmelsrichtungen und den aus diesen Richtungen strahlenden Sendern zugeordnet. Die Richtung werde beispielsweise als Himmelsrichtung durch den Winkel α_h (alpha Index h, h = Himmelsrichtung) ausgedrückt, der gegenüber einer festgelegten Richtung 0 ("0" beispielsweise "genau Süden") besteht. Der Richtungswinkel α_h, der die Himmelsrichtung bedeutet, ist die unabhängige Variable des Systems.

Die erfindungsgemäß senkrecht zueinander stehenden Schleifen A und B sind mechanisch in fester Position zueinander montiert. Für Vorzeichenbetrachtungen soll gelten: Wenn die Ebene der Schleife A in Richtung α_h, zeigt, dann habe die Ebene der Schleife B die Richtung α_h + 90°.

In einem ersten Gedankenexperiment nehmen wir nun an, aus der Richtung α_h = 0 strahle ein Sender, auf den die Schleife A ausgerichtet ist. Von dem genannten Sender wird dann in der Schleife A eine Spannung S_osinΩt induziert; in der Schleife B hingegen wird keine Spannung induziert, denn sie steht ja senkrecht zur Strahlrichtung des Senders. Nunmehr soll es sich um einen Sender handeln, der aus einer beliebigen Himmelsrichtung sendet, dessen Winkel α_h also nicht Null ist. An die Stelle von S_o tritt dann S_αh (eigentlich: Index α mit nochmaligem Index h). Da diese Schreibweise zu schwülstig ist, setzen wir α_h= h. In dieser Schreibweise liefern die Schleifen A und B folgende Spannungen:

Dabei wird auch in der Schleife B eine Spannung induziert.

Da die Träger von Sendern im Allgemeinen – von Sender zu Sender verschieden – eine Phasenverschiebung φ besitzen, müssten wir genau genommen die Beschreibung der von A und B gelieferten Spannung in folgender Weise vervollständigen:

Die Erfindung beschränkt sich jedoch darauf, gleichfrequente Sender verschiedener Herkunftsrichtung nach Herkunftsrichtung zu trennen, und verzichtet darauf, trägerfrequenzgleiche Sender auch noch bezüglich der Trägerphase trennen zu wollen.

Nun erweitern wir die Betrachtung ohne Einbeziehung der Trägerphase.

Es soll mehrere Sender mit derselben Kreisfrequenz Ω geben, deren Wellen aus verschiedenen Himmelsrichtungen an bei der Antennenanordnung ankommen. Dann erscheinen an den Ausgängen der Schleifen A und B folgende induzierten Spannungen:

Die aus den Schleifen A und B bestehende Antennenanordnung liefert also Paare induzierter Spannungen als Funktion der Himmelsrichtung α_h. Mathematisch gesprochen liefert sie Vektoren. Die Paarigkeit drückt sich auch in der nachfolgend dargestellten 1 aus, wo es einen oberen und einen unteren Pfad der Signalverarbeitung gibt. Im oberen Pfad wird die eine Komponente der Vektoren verarbeitet, im unteren Pfad die andere.

Wie nun diese Paare, die aus unterschiedlichen Himmelsrichtungen stammen und jeweils einen Sender repräsentieren, voneinander trennen? Das gängige Denken in Frequenzen scheidet aus – hier gibt es ja nur eine, und diese ist gemeinsam – und räumliches Denken führt zu keinen Lösungen.

Die Erfindung löst das Problem dadurch, dass sie die "Existenz der Vektoren im Raum" in eine "Existenz der Vektoren in der Zeit" umwandelt. Das Bündel räumlich existierender Vektoren, deren Gerichtetheit in der Herkunftsrichtung des vom Sender ausgehenden Signals besteht, wird umgewandelt in ein Drehfeld rotierender Vektoren, in welchem der Wunschvektor gekennzeichnet ist durch die verstrichene Zeitspanne nach einem Zeitpunkt Null, der der Himmelsrichtung Null entspricht. Selektiert wird durch die Vorgabe dieser Zeitspanne, die periodisch eingeschaltet wird. Das periodische Ein/Aus-Schalten dieser Zeitspanne kann man als "periodisch wiederkehrende Momentaufnahme in einem Drehfeld" bezeichnen, in Analogie zur Momentaufnahme in der Photographie.

Bevor 1, die ein grundsätzliches Blockschaltbild der Erfindung darstellt, besprochen wird, sei gesagt, dass die dort gezeigten Bausteine sowohl analoger als auch digitaler Art sein können.

Bezüglich der "periodisch wiederkehrenden Momentaufnahmen" sei zur Vermeidung einer Fehldeutung eine Bemerkung gemacht: Man ist versucht, diese als "Abtastung" zu bezeichnen. Das wäre jedoch falsch. Die hier betrachtete Gesamtheit modulierter Sender überträgt keine Information, die gemeinsam wäre. Im Gegenteil:
Eine Vielfalt von Informationen soll getrennt werden. Es ist auch keineswegs unbedingt wünschenswert – wie etwa in Fällen der Impulstechnik – kurze Impulse zu erzeugen. Eine unnötig kurze Aufnahmezeit bei den Momentaufnahmen vermindert den Energieinhalt der aufgenommenen Vektoren. Die Zeitdauer der Momentaufnahmen sollte nur so groß sein, dass keine Nachbarvektoren mit aufgenommen werden. "Abtastung" ist also etwas anderes als die Methode dieser Erfindung mit "periodisch wiederkehrenden Momentaufnahmen" in einem Drehfeld.

Drehfelder sind von der elektrischen Antriebstechnik her bekannt. So ist es z.B. möglich, ein magnetisches Drehfeld dadurch zu erzeugen, dass man mittels einer Antriebsspannung, einer Wechselspannung, eine Wicklung speist, die ein entsprechendes Magnetfeld hervorbringt – gleichzeitig aber auch noch eine zweite Wicklung, die senkrecht zur ersten Wicklung steht, mit einer Antriebsspannung beliefert, die 90° Phasenverschiebung gegenüber der ersteren hat.

Bei der vorliegenden Erfindung wird von einer konkreten Verwirklichung von Magnetfeldern kein Gebrauch gemacht, sondern man nimmt in den beiden Signalpfaden, die dem Aufbau von Magnetfeldern dienen könnten, unterschiedliche Phasenverschiebungen vor – in dem einen Pfad 90°, in dem anderen Pfad keine – ohne dass anschließend daraus Magnetfelder aufgebaut werden. Mit dieser Fiktion erreicht man eine Signalverarbeitung, als wenn man die aus ihnen aufbaubaren Magnetfelder vor sich hätte.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in 1 gezeigten prinzipiellen Schaltung erläutert.

In 1 erkennt man einen Momentaufnahme-Schalter S1, der gesteuert wird von einem Einsteller EB für den Beginn der Momentaufnahme und von einem weiteren Einsteller ED für die Dauer der Momentaufnahme, sowie einem Momentaufnahme-Schalter S2, der synchron zum Momentaufnahme-Schalter S1 arbeitet. Die Synchronität wird dadurch erreicht, dass die Einsteller EB und ED, die den Momentaufnahme-Schalter S1 steuern, gleichzeitig den Momentaufnahme-Schalter S2 steuern.
Parallel dazu geht das von der Schleife B gelieferte Schwingungsgemisch in den Schalter S2 hinein. Die Schwingungen des Gemischs erhalten mittels eines Phasenschiebers P alle eine Phasenverschiebung 90° (wobei es gleichgültig ist, ob +90° oder –90°, da dieses Vorzeichen nur zur Folge hat, ob das Drehfeld rechts oder links herum läuft). Diese Phasenverschiebung bewirkt das Drehfeld, das den Kern der Erfindung darstellt.
Vor den Eingang des Schalters S2 ist noch ein einstellbarer Verstärker V geschaltet – einstellbar auf eine Verstärkung größer als 1 oder eine Verstärkung kleiner als 1 (also Abschwächung). Dabei handelt es sich jedoch bloß um eine einmalige Justierung. Die Justierung ist notwendig, um sicherzustellen, dass die in Schalter S1 und S2 hineingehenden Schwingungsgemische gleich groß sind.
Die Ausgänge der Schalter S1 und S2 liefern rhythmisch zerhackte Schwingungen, die einem Summationspunkt C zugeführt werden. Die Frequenz f der Zerhackung ist identisch mit der gemeinsamen Frequenz der Sender. Mit der Addition im Summationspunkt verlieren die ursprünglichen Paare ihren Paar-Charakter, und es entsteht etwas völlig Neues, eine Summe aus drei entstörten Signalen

• das niederfrequente Basisband der Modulation des Wunschsenders,
• ein moduliertes hochfrequentes Signal mit der Frequenz f und der Modulation des Wunschsenders,
• ein moduliertes hochfrequentes Signal mit der Frequenz 2f und der Modulation des Wunschsenders.

Je nach der gewünschten Weiterverarbeitung des Signals entnimmt man eines der drei Signale unter Aussperrung der beiden anderen durch Hoch- oder Tiefpässe.
Die Wahl des Wunschsenders trifft man durch Einstellen am Einsteller EB; die Entstörung regelt man am Einsteller ED.

Claims

Verfahren zum Trennen von Funksignalen gleicher Frequenz mittels richtungsselektiver Antenne, bei dem – als Antenne eine Schleifenanordnung mit mindestens zwei unter festem Winkel zueinander ausgerichteten Schleifen (A, B) in frei wählbarer Richtung zu einem Wunschsender orientiert wird, – die von der Schleifenanordnung als Funktion der Himmelsrichtung (an) über einen jeweiligen Zuführpfad gelieferten Paare induzierter Spannungen in Form räumlicher Vektoren in ein Drehfeld zeitabhängiger rotierender Vektoren umgewandelt werden und – ein Wunschvektor durch das periodische Einschalten einer Zeitspanne nach einem vorgegebenen Zeitpunkt selektiert wird, der einer bestimmten Himmelsrichtung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Schleifenanordnung genau zwei Schleifen (A, B) verwendet werden, die senkrecht zueinanderstehen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspannen so groß gewählt werden, dass keine Nachbarvektoren neben dem Wunschvektor einbezogen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wunschvektor und damit der Wunschsender mittels eines Einstellers (EB) gewählt wird, der für den Beginn der Zeitspanne auf einen ersten Schalter (S1) wirkt, und dass die Entstörung mittels eines weiteren Einstellers (ED) geregelt wird, der auf einen weiteren Schalter (S2) wirkt, um die Dauer der Zeitspanne einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale der Schalter (S1, S2) einem Summationspunkt (C) zugeführt werden, der mit einer Antennenbuchse eines Empfängers verbunden oder für eine anderweitige Verarbeitung genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (f) der durch die Schalter (S1, S2) bewirkten Zerhackung der Ausgangssignale identisch ist mit der gemeinsamen Frequenz der gesendeten Funksignale und dass aus dem Summationssignal je nach gewünschter Weiterverarbeitung das niederfrequente Basisband der Modulation des Wunschsenders, ein moduliertes hochfrequentes Signal mit der Frequenz f und der Modulation des Wunschsenders oder ein moduliertes hochfrequentes Signal mit der Frequenz 2f und der Modulation des Wunschsenders entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zuführpfad über einen Phasenschieber zum Erzeugen des Drehfeldes eine Phasenverschiebung des Schwingungsgemisches der einen Schleife (B) gegenüber dem Schwingungsgemisch der anderen Schleife bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (S1) und der weitere Schalter (S2) über die Einsteller (EB, ED) synchron zueinander angesteuert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Schalter (S1) über einen Zuführpfad an die eine Schleife (A) und der andere Schalter über einen weiteren Zuführpfad an die andere Schleife (B) der Schleifenanordnung angeschlossen sind und dass in zumindest einem Zuführpfad eine Justierung des hineingehenden Schwingungsgemisches mittels eines Verstärkers (V) zum Abgleichen mit der Stärke des über den anderen Zuführpfad zugeführten Schwingungsgemisches vorgenommen wird.