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Einrichtung in Anlagen zur selbsttätigen drahtlosen Übertragung von
mehrstelligen Informationen zwischen gegeneinander beweglichen Abfrage- und Antwortgeräten,
insbesondere der Nummern von Eisenbahnfahrzeugen nach ortsfesten Abfragegeräten
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung in Anlagen zur selbsttätigen drahtlosen
Übertragung von mehrstelligen Informationen zwischen gegeneinander beweglichen Abfrage-
und Antwortgeräten, insbesondere der Nummern von Eisenbahnfahrzeugen nach ortsfesten
Abfragegeräten, bei der die Teile der Informationen nacheinander abgefragt und durch
je einen Frequenzcode beantwortet werden.
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In derartigen Anlagen wird beispielsweise die induktive Kopplung von
Sende- und Empfangs spulen ausgenutzt, die im Abfragegerät und im Antwortgerät angeordnet
sind. Infolge der relativen Bewegung dieser Geräte zueinander ist vor allem bei
großer Bewegungsgeschwindigkeit und wegen der erwünschten geringen Abmessungen und
Sendeleistungen der Geräte die zum Übertragen verfügbare Zeit nur kurz. Hierdurch
ist es schwierig, ein vorgegebenes umfangreiches Informationsvolumen zu übertragen.
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Beispielsweise ist zum Erfassen der Nummern der Eisenbahnfahrzeuge
durch ortsfeste Geräte das Abfragen von mindestens siebenstelligen Dezimalzahlen
erforderlich. Dabei muß die Anlage so unempfindlich gegen Störspannungen sein, daß
auch Abstände von etwa 1 m zwischen den korrespondierenden Spulen noch überbrückt
werden können. Dies ist bei elektrischen Bahnen infolge der Funkenbildung an den
Stromabnehmern bisher insbesondere dann nicht möglich, wenn die Antwortgeräte keine
eigene Stromquelle haben, sondern lediglich durch die von den Abfragegeräten empfangene
Energie gespeist werden.
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Ferner besteht die Forderung, daß durch den Betrieb derartiger Anlagen
keine Störungen des Rundfunkempfangs, z. B. infolge von Einschwingvorgängen in den
Sendekreisen, verursacht werden dürfen. Umgekehrt muß aber auch sichergestellt sein,
daß in der Nähe der Abfragestellen betriebene Langwellensender mit benachbarten
Frequenzen keine Störungen verursachen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungssystem
zu entwickeln, das für Anlagen mit großem Informationsvolumen geeignet ist und die
vorstehenden Forderungen erfüllt. Dies wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch
erreicht, daß für das Abfragen und für das Antworten zwei Einseitenband-Trägerfrequenzsysteme
mit einer gemeinsamen Trägerfrequenz vorgesehen sind, wobei die Trägerfrequenz nur
vom Abfragegerät erzeugt und gesendet wird und den Abfrage- bzw. Antwortfrequenzen
des Abfrage- bzw. Antwortgerätes gesonderte Seitenbänder zugeordnet sind.
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Die -Frequenzbereiche der beiden Seitenbänder dürfen sich nicht überschneiden.
Dies kann beispielsweise dadurch vermieden werden, daß zum Abfragen das obere und
zum Antworten das untere Seitenband benutzt wird. Es ist aber auch möglich, zum
Abfragen und zum Antworten verschieden hohe Modulationsfrequenzen zu erzeugen und
Seitenbänder zu benutzen, die auf der gleichen Seite der Trägerfrequenz liegen.
Durch diese Aufteilung der drahtlos zu übertragenden Frequenzen ist es möglich,
abgestimmte Sende- und Empfangskreise hoher Güte zu verwenden, wodurch die Empfindlichkeit
für Störspannungen gering wird. Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung werden die
Antwortfrequenzen durch Frequenzteilung aus der Trägerfrequenz abgeleitet, z. 3.
mittels synchronisierter Oszillatoren. Da die Trägerfrequenz leicht, z. B. durch
Quarzstabilisierung, mit hoher Konstanz erzeugt werden kann, ist dann die Möglichkeit
gegeben, im Empfangsteil des Abfragegerätes zum Aussieben
der demodulierten
Antwortfrequenzen Bandpässe mit sehr schmaler Bandbreite zu verwenden. Hier durch
wird die Störanfälligkeit der Anlage noch weiter vermindert. Gemäß weiterer Ausbildung
der Erfindung ist zum Erzeugen der Abfragefrequenzen, mit denen die Trägerfrequenz
im Abfragegerät moduliert wird, ein Wobbel-Oszillator vorgesehen. Hierdurch können
durch Einschwingvorgänge in den Resonanzkreisen und Filtern kaum noch Störungen
anderer Geräte entstehen.
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Im folgenden ist an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
einer Einrichtung nach der Erfindung beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine Tabelle der verwendeten Abfrage- und Antwortfrequenzen;
Fig. 2 zeigt schematisch das Abfragegerät und Fig. 3 das Antwortgerät.
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Es ist angenommen, daß die abzufragenden Informationen siebenstellige
Dezimalzahlen sind. Die einzelnen Stellen sollen nacheinander durch je eine Abfragefrequenz
f 1 bis f7 abgefragt werden. Die im Antwortgerät eingestellten Ziffern 0 bis 9 in
den einzelnen Dekaden sollen jeweils durch zwei von fünf vorgesehenen Antwortfrequenzen
f 11 bis f 15, also nach einem Code »2 von 5« gemeldet werden.
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Aus der in Fig. 1 dargestellten Tabelle sind bei Verwendung einer
festen Trägerfrequenz f0=115 11Hz zahlenmäßige Angaben für mögliche Abfrage- und
Antwortfrequenzen ersichtlich.
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Die fünf Antwortfrequenzen werden durch Frequenzteilung mittels synchronisierter
Oszillatoren aus der empfangenen Trägerfrequenz abgeleitet. Ihre Frequenz beträgt
einen ganzzahligen Bruchteil ein Achtel bis ein Zwölftel der Trägerfrequenz J 0.
Das Abfragen erfolgt durch Senden der Trägerfrequenz und des oberen Seitenbandes,
das von 123,0 bis 129,2 11Hz reicht. Zum Antworten ist das untere Seitenband von
100,62 bis 105,42 11Hz vorgesehen.
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In Fig. 2 ist oberhalb der strichpunktierten Linie der Sendeteil
und unterhalb dieser Linie der Empfangsteil des Abfragegerätes dargestellt. Die
Trägerfrequenz Jo wird durch einen quarzstabilisierten Oszillator 1 mit hoher Konstanz
erzeugt. Die Trägerfrequenz wird in einem Ringmodulator 3 mit dem Ausgangssignal
eines Wobbel-Oszillators 2 für den Frequenzbereich von 7,5 bis 15,0 kHz, also einen
etwas größeren Bereich, als für die niedrigste und die höchste Abfragefrequenz erforderlich
ist, moduliert.
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Von einem dem Ringmodulator3 nachgeschalteten Bandpaß 4 wird nur das
obere Seitenband durchgelassen und einem Leistungsverstärker 5 zugeführt.
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Die unmodulierte Trägerfrequenz wird getrennt von dem Seitenband in
einem gesonderten Leistungsverstärker 6 verstärkt. Die verstärkte Trägerfrequenz
und das verstärkte obere Seitenband werden über eine Entkopplungsschaltung 1 einer
Sendespule 8, beispielsweise einer Luftspule, zugeführt.
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Das in Fig. 3 dargestellte Antwortgerät hat keine eigene Stromquelle,
sondern wird durch die vom Abfragegerät empfangene Trägerfrequenzenergie gespeist.
Die Trägerfrequenz 10 und das den Abfrage frequenzen zugeordnete obere Seitenband
werden in je einem Schwingkreis 11 und 12 empfangen. Die Schwingkreise enthalten
Ferritstäbe, die in einer solchen Ebene und mit solchem Abstand voneinander angeordnet
sind, daß sie mit der Spule 8 (Fig. 2) gut koppeln und für die beiden Schwingkreise
noch keine Bandfiltercharakteristik auftritt. Durch diese Art des
Empfanges kann
die Güte des Schwingkreises 11 für die FrequenzfO sehr groß sein, wodurch ein guter
Wirkungsgrad der Leistungsübertragung für die Stromversorgung des Antwortgerätes
erreicht wird.
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Durch die Reihenschaltung der beiden Schwingkreise 11 und 12 werden
die empfangenen Spannungen addiert. Hierdurch ergibt sich am Eingang des Gleichrichters
13 eine mit der jeweiligen Abfragefrequenz modulierte Trägerfrequenzspannung, aus
der am Ausgang des Gleichrichters eine Gleichspannung mit überlagerter Modulationsspannung
gewonnen wird. Die am Ausgang des Gleichrichters 13 entstehende Gleichspannung,
also der größte Teil der empfangenen Trägerfrequenzenergie, speist über einen Tiefpaß
14 einen Verstärker 15, an den eine Sendespule 16 mit Ferritstab angeschaltet ist.
Diese Spule ist durch ihre Anordnung, z. B. senkrecht zu den Spulen der Kreise 11
und 12, gegen den Abfragekanal entkoppelt und dient an den Abfragestellen zum Übertragen
des den Abfragefrequenzen zugeordneten unteren Seitenbandes auf die Empfangsspule
des Abfragegerätes.
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Die Energie der am Ausgang des Gleichrichters 13 auftretenden Modulationsspannungen
wird verwendet, um über parallel geschaltete Bandpässe 17 für die Abfragefrequenzen
11 bis 17, Gleichrichter 18 und ein Codierungsfeld 19 die Oszillatoren 20 für die
fünf Antwortfrequenzen fll bis f15 zu speisen. Das Einstellen der Ziffern im Antwortgerät
erfolgt durch Verbinden von schematisch dargestellten Koordinatenleitungen des Codierungsfeldes
an den entsprechenden Kreuzungsstellen. Sind beispielsweise der Ziffer 1 die Antwortfrequenzen
111 und f12 und der Ziffer 9 die Antwortfrequenzen f13 und 115 zugeordnet und soll
die Ziffer 1 in der ersten abgefragten Dekade, dagegen die Ziffer 9 in der siebten
Dekade gemeldet werden, so werden die durch Kreise angedeuteten Verbindungen hergestellt.
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Zur Vermeidung von Fehlstromläufen erforderliche Gleichrichter sind
nicht dargestellt.
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Die Oszillatoren 20 sind über die Leitung 21, die an den Resonanzkreis
11 angekoppelt ist, mit der empfangenen Trägerfrequenz 10 synchronisiert, so daß
die erzeugten Antwortfrequenzen ganzzahlige Bruchteile der Trägerfrequenz f 0 sind.
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An die Leitung 21 ist außerdem ein Modulator 22, vorzugsweise ein
Ringmodulator, angeschlossen, in dem die Trägerfrequenz mit den Antwortfrequenzen
moduliert wird. Die Ausgangsspannung des Modulators wird über einen Bandpaß 23 für
das untere Seitenband oder direkt dem Verstärker 15 zugeführt, der nur das untere
Seitenband verstärkt auf die Sendespule 16 leitet. Bandpaß 23 und Verstärker 15
können auch durch einen Resonanzverstärker ersetzt werden.
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Im Empfänger des Abfragegerätes wird das vom Antwortgerät gesendete
Seitenband von einer Empfangs spule 31 empfangen und über einen Bandpaß 32 einem
Überlagerungsempfänger 33 zugeführt.
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Durch Mischen mit der Trägerfrequenz 10 werden die Antwortfrequenzen
fll bis fl5 gewonnen und über einen Tiefpaß 34 auf einen Regelverstärker 35 gegeben.
Die Antwortfrequenzen werden durch Bandpässe 36 für die Frequenzen 111 bis 115 getrennt
und erzeugen entsprechend dem gewählten Code »2 von 5« je Dekade am Ausgang der
Gleichrichter 37 zwei Signale, die über eine tÇberwachungseinrichtung 38 einem Auswerter
39 zugeführt werden.
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Die Einrichtung 38 überwacht, daß je Dekade zwei Gleichrichter 37
ein Ausgangssignal abgeben. Die Ausgangssignale der Gleichrichter steuern außerdem
eine Einrichtung 40, die aus diesen Signalen eine derartige Regelspannung für den
Verstärker 35 erzeugt, daß der Pegel der dem Auswerter zugeführten Signale möglichst
konstant ist. Der Auswerter ist außerdem über Gleichrichter 41 und Bandpässe 42
für die Abfragefrequenzen fl bis 17 mit dem Wobbel-Oszillator 2 verbunden. Die über
diese Kreise gegebenen Signale kennzeichnen im Auswerter, welcher Dekade der abgefragten
Dezimalzahl die aus den empfangenen Antwortfrequenzen abgeleiteten Signale zugeordnet
sind.
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Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel
beschränkt. Das gleiche Prinzip läßt sich auch verwenden, wenn die Antwortgeräte
mit einer eigenen Stromquelle ausgerüstet sind. In diesem Fall kann die zu übertragende
Trägerfrequenzleistung wesentlich kleiner sein.
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Ferner ist es möglich, in den Antwortgeräten an Stelle von je einem
Oszillator für jede Antwortfrequenz mit nur so viel Oszillatoren auszukommen, wie
unterschiedliche Antwortfrequenzen gleichzeitig erforderlich sind. Beispielsweise
genügen bei dem Code »2 von 5« zwei Oszillatoren, die je nach der Spannungszuführung
aus dem Codierungsfeld 19, z. B. über entsprechende Abgriffe der Schwingkreisspule,
eine andere Frequenz erzeugen. Der eine Oszillator ist dann für die unteren vier
und der andere für die oberen vier Antwortfrequenzen auszulegen. Auch diese Oszillatoren
können mit der Trägerfrequenz swnchronisiert werden, wodurch der Vorteil der Frequenzkonstanz
und der geringen Bandbreite der Antwortkanäle erhalten bleibt.
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Soll zur weiteren Verminderung des Störpegels die Bandbreite der
Filter 34 und 36 extrem klein sein, so ist es zweckmäßig, im Überlagerungsempfänger
nicht auf die im Antwortgerät erzeugten Antwortfrequenzen 111 bis j15 umzusetzen,
sondern anstatt der Frequenz 10 eine niedrigere Frequenz (Hilfsfrequenz) zu wählen,
die von einem gesonderten quarzstabilisierten Oszillator 43 erzeugt wird. Dann ergeben
sich am Ausgang des Empfängers niedrigere Frequenzen. Erzeugt der Oszillator 43
beispielsweise eine Frequenz von f= 103,25 kHz, so können im Tiefpaß 34 alle Frequenzen
über 2,65 kHz unterdrückt werden. Die Bandpässe 36 sind dann für die Frequenzen
141 bis 145 zu bemessen, die sich aus den Differenzen der Frequenzf und den empfangenen
Frequenzen des unteren Seitenbandes der FrequenzfO ergeben: f41=2,63kHz; f42=1,04
kHz; 43=0,25kHz; f44= 1,30 kHz; f45=2,17 kHz.
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Durch die Verwendung von Bandpässen geringer Bandbreite werden allerdings
die erforderlichen Einschwingzeiten sehr groß, so daß beim Abfragen von sehr schnell
bewegten Antwortgeräten entsprechend große Beeinflussungsbereiche geschaffen werden
müßten, um eine Abfrage aller Dekaden zu ermöglichen. Da übermäßig große Sende-
und Empfangsspulen hohe Verluste haben und mehr Störspannung empfangen als kleinere,
ist es zweckmäßiger, in diesen Fällen zum Abfragen mehrere AbEragegeräte zu verwenden,
die in der Bewegungsrichtung hintereinander liegen. Der Wobbel-Oszillator jedes
Gerätes
bestreicht dann nur einen Teilbereich der Frequenzen fl bis 17. Im Extremfall
können so viele Abfragegeräte wie Dekaden der Informationen vorgesehen sein. Die
Spannungen zum Modulieren des Trägers im Abfragegerät werden dann zweckmäßigerweise
durch Oszillatoren mit fester Frequenz erzeugt.
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Anstatt des beschriebenen Frequenzcode »2 von 5« kann auch ein anderer
Code gewählt werden. Beispielsweise ist es möglich, sämtliche möglichen Kombinationsmöglichkeiten
der vorgesehenen Antwortfrequenzen auszunutzen. Dann können bei fünf Antwortfrequenzen
25 = 32 unterschiedliche Zeichen je Stelle der Information übertragen werden. In
diesem Fall ist jedoch keine Überwachung durch die Einrichtung 40- (Fig 2) möglich.
Störspannungen können dann leichter Falschmeldungen auslösen.
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Außerdem ist dann der Aufwand zum Codieren und Decodieren wesentlich
größer.
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PATENTANspROcHE: 1. Einrichtung in Anlagen zur selbsttätigen drahtlosen
Übertragung von mehrstelligen Informationen zwischen gegeneinander beweglichen Abfrage-
und Antwortgeräten, insbesondere der Nummern von Eisenbahnfahrzeugen nach ortsfesten
Abfragegeräten, bei der die Teile der Informationen nacheinander abgefragt und durch
je einen Frequenzcode beantwortet werden, dadurch gekennzeichnet, daß für das Abfragen
und für das Antworten zwei Einseitenband-Trägerfrequenzsysteme mit einer gemeinsamen
Trägerfrequenz vorgesehen sind, wobei die Trägerfrequenz nur vom Abfragegerät erzeugt
und gesendet wird und den Abfrage- bzw. Antwortfrequenzen des Abfrage- bzw. Antwortgerätes
gesonderte Seitenbänder zugeordnet sind.