DE1774910C3 - Einrichtung zum selbsttätigen drahtlosen Übertragen von mehrstelligen Informationen zwischen gegeneinander beweglichen Abfrage- und Antwortgeräten, insbesondere der Nummern von Eisenbahnfahrzeugen nach ortsfesten Abfragegeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum selbsttätigen drahtlosen Übertragen von mehrstelligen Informationen zwischen gegeneinander beweglichen Abfrage- und Antwortgeräten, insbesondere der Nummern von Eisenbahnfahrzeugen nach ortsfesten Abfragegeräten, wobei jedes Abfragegerät in einem vorgegebenen, im Zentimeterwellenbereich gelegenen Frequenzband ein periodisch seine Frequenz veränderndes Abfragesignal aussendet, und das jeweils am Abfragegerät vorbeibewegte Antwortgerät aus dem Abfragesignal die der Information zugeordneten Frequenzen durch abgestimmte Filter auswählt und für jede Stelle der Information eine vorgegebene Anzahl von Antwortfrequenzen über eine vorzugsweise als Richtantenne ausgebildete Antenne zum Abfragegerät zurücksendet.

Derartige Einrichtungen dienen beispielsweise in der Eisenbahnsignaltechnik zum Übertragen von Informationen, insbesondere von Fahrzeugnummern, Gewicht, Zuladungsgewicht, Länge und Höhe von Güterwagen, von den Fahrzeugen zu ortsfesten, neben dem Gleis oder zwischen den Schienen angeordneten Abfragegeräten. Diese Informationen können an eine zentrale Leitstelle weitergegeben und von dieser zur Crganisation und Disposition des Fahrzeugumlaufs verwertet werden. Damit diese Informationsübertragung vom Fahrzeug auf das ortsfeste Abfragegerät in jedem Fall gesichert stattfindet, sind Einrichtungen erwünscht, die möglichst wenig durch äußere Umstände beeinflußt

ίο werden. Beispielsweise darf eine Abdeckung der Übertragungsgeräte durch Schmutz, Eis, Schnee, Rauch und Nebel keine Beeinträchtigung der Übertragungsqualität zur Folge haben. Ferner muß auch bei Geschwindigkeiten bis zu 200 km/h in beiden Fahrrich-

ts tungen, bei Pendelbewegungen der Fahrzeuge während des Anfahrens und bei größeren Lagetoleranzen der Fahrzeuggeräte ein störungsfreies Übertragen der Informationen gewährleistet sein. Für eine Empfehlung zur allgemeinen Verwendung werden daher Einrichtungen benötigt, welche diesen Forderungen und ferner dem Wunsch nach einfacher Handhabung und Preiswürdigkeit entsprechen.

In einem älteren Vorschlag haben die von den Abfragegeräten ausgesendeten Abfragesignale im Zentimeterwellenbereich gelegene Frequenzen. Die Antwortgeräte sind mit einem Hochfrequenzleitungsabschnitt versehen, an den jeweils als auf Resonanz abgestimmte Stichleitungen ausgebildete Filter für die auszuwählenden Frequenzen angekoppelt sind. Ferner ist der Hochfrequenzleitungsabschnitt mit wenigstens einer, vorzugsweise als Richtantenne ausgebildeten Antenne versehen, die am jeweiligen Antwortgerät so angeordnet ist, daß das Hauptmaximum ihres Strahlungsdiagramms beim Vorbeibewegen des Antwortgeräts am Abfragegerät dessen ebenfalls als Richtantenne ausgebildete Sende- und Empfangsantenne überstreicht. Dieser ältere Vorschlag zeigt vielfache Ausbildungsvarianten. Beispielsweise ist der Hochfrequenzleitungsabschnitt des Antwortgeräts an seinem einen Ende reflektierend, insbesondere mit einem Leitungskurzschluß abgeschlossen und an seinem anderen Ende mit einer zum Empfangen des Abfragesignals und zum Zurücksenden des Antwortsignals dienenden Richtantenne versehen. Die als Stichleitungen ausgebildeten Filter sind dabei zwischen dem Leitungsabschluß und der Antenne an den Hochfrequenzleitungsabschnitt derart im Abstand vom reflektierenden Leitungsabschluß angeordnet, daß sie sich für ihre Abstimmfrequenz vorzugsweise im Bereich maximaler Ankopplung befindet.

Obwohl dieser Vorschlag viele Vorzüge gegenüber sonst bekannten optischen, akustischen und induktiven Einrichtungen zum Übertragen von mehrstelligen Informationen hat, beeinträchtigen auch hier einige Nachteile die allgemeine Verwendbarkeit in einem größeren Wirtschaftsraum. So sind beispielsweise die Abmessungen der Antwortgeräte, insbesondere in der dritten Dimension, immer noch relativ groß und die Filter dieser Antwortgeräte für ungelernte Kräfte und ohne entsprechende Hilfsmittel verhältnismäßig schwierig abstimmbar. Ferner treten sehr leicht Störreflexionen auf, deren Beseitigung in den Abfragegeräten einen größeren Aufwand an elektronischen Schaltmitteln erfordert. Außerdem erschweren die Postverwaltungen einiger Länder die Genehmigung zum Benutzen des für diese Einrichtung benötigten breiten Frequenzbandes.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Störreflexionen

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durch eine bessere Entkopplung zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Abfragesignal aus zwei Frequenzen besteht, von denen die erste Frequenz konstant und die zweite periodisch sich verändernde Frequenz von der ersten Frequenz um einen im Vergleich dazu geringen Betrag verschieden ist, und daß im Antwortgerät eine Diode vorgesehen ist, die beim Mischen der beiden empfangenen Frequenzen Differenzfrequenzen im Meterwellenbereich als auszuwählende Frequenzen für die an die Diode angeschlossenen Filter des Antwortgeräts bildet.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung dient die konstante Frequenz als Trägerfrequenz für eine periodisch sich verändernde, im Meterwellenbereich liegende Frequenz, die im Antwortgerät von der Trägerfrequenz getrennt wird.

Das Antwortgerät besteht aus einer Isolierplatte, die mit elektrischen Leitern für einen am einen Ende reflektierend abgeschlossenen Hochfrequenzleitungsabschnitt und daran angekoppelte Filter zu.n Auswählen der Frequenzen sowie eine am anderen Ende des Hochfrequenzleitungsabschnitts angeschlossene Richtantenne belegt ist, mit der die Diode verbunden ist

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein elektrisches Ersatzschaltbild für ein Antwortgerät mit einer Empfangsdiode,

F i g. 2 die Überlagerungsspannung der festen und der modulierten Frequenz und die Spannung der Schwebungsfrequenz,

Fig.3 die von der Antenne des Antwortgeräts reflektierte Leistung der Schwebungsfrequenz für eine übertragene Information,

F i g. 4 schematisch ein Abfragegerät mit Einrichtungen zum Erzeugen einer festen Frequenz und einer Frequenz gleicher Größenordnung, die um einen im Vergleich dazu geringen Betrag gewobbelt ist, und

F i g. 5 schematisch ein Abfragegerät mit Einrichtungen zum Erzeugen einer festen, im Zentimeterwellenbereich gelegenen Trägerfrequenz und einer im Vergleich dazu geringen, gewobbelten Modulations-Frequenz.

Das in F i g. 1 dargestellte elektrische Ersatzschaltbild für ein Antwortgerät zeigt eine Empfangs- und Sendeantenne 1, die an einen Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 angekoppelt ist. Zum Demodulieren der empfangenen Frequenzen sind eine Empfangsdiode 3 und für günstige Gleichrichterwirkung der Diode ein Siebglied, bestehend aus einem Kondensator 4 und einer Drossel 5, vorgesehen. Für die beim Demodulieren entstehenden auszuwählenden Frequenzen sind Filter 6 vorgesehen, die im Ersatzschaltbild aus einer Serienschaltung einer Kapazität mit einem Widerstand und einer Induktivität bestehen.

Das vom Abfragegerät ausgesendete Abfrajesignal besteht aus zwei Frequenzen, die sich voneinander beispielsweise um 50 bis 150MHz unterscheiden. Die Mischung der beiden vom Antwortgerät empfangenen Frequenzen mit Hilfe der Empfangsdiode 3 ergibt eine Spannung Ui, vgl. F i g. 2, deren Amplitude von einer Spannung ίΛ mit der dem Unterschied der beiden gemischten Frequenzen entsprechenden Schwebungsfrequenz moduliert ist und erhalten bleibt.

Diese Schwebungs- bzw. Modulationsfrequenz hat ein Frequenzband von 50 bis 150 MHz, das bei einer zwölfstelligen Gesamtinformation beispielsweise in zwölf Abschnitte unterteilt ist, von denen jeder fünf Frequenzplätze enthält. Jeder Abschnitt des Frequenzbandes enthält die Information für eine Dezimalstelle der zu übertragenden Gesanitinformation. Der numerische Wert jeder Dezimalstelle der Gesamtinformation ist im »2 aus 5«-Code in jedem Abschnitt enthalten. Dazu werden zwei von fünf in jedem Abschnitt enthaltene Frequenzen ausgewählt Je zwei von insgesamt 24 im Antwortgerät angekoppelten Filtern erzeugen die Information für eine Dezimalstelle der Gesamtinformation, indem die Sendeantenne 15 des Abfragegeräts durch das auf die betreffende Schwebungs- bzw. Modulationsfrequenz abgestimmte und der Empfangsdiode 3 parallelgeschaltete Filter 6 stärker belastet wird, als wäre für die in dem Augenblick vorhandene Schwebungsfrequenz im Antwortgerät kein Filter vorgesehen. Dann wird nämlich die vom Abfragegerät abgestrahlte Sendeleistung vom Antwortgerät annähernd vollständig reflektiert und von der Sende- und Empfangsantenne des Abfragegeräts wieder aufgenommen. Beim Belasten der Sende- und Empfangsantenne des Empfangsgeräts durch ein auf die momentan vorhandene Schwebungsfrequenz abgestimmtes Filter wird aus dem Abfragesignal ein erheblicher Teil der Leistung entzogen und nur noch ein geringer Teil der Leistung reflektiert Dadurch entsteht in der vom Antwortgerät reflektierten Leistung ein Einbruch. F i g. 3 zeigt den Leistungsverlauf η in Abhängigkeit von der Schwebungsfrequenz f. Die hierin dargestellten und nach unten zeigenden Zipfel deuten in Leistungseinbrüche durch im Antwortgerät vorhandene Filter für die betreffende Frequenz an.

Das Abfragegerät nach Fig.4 enthält einen Zentimeterwellenoszillator 7, der eine feste Frequenz (₂ von beispielsweise 5,8GHz erzeugt. Ein weiterer Zentimeterwellenoszillator 8 wird von einem Sägezahngenerator 9 gesteuert und erzeugt dabei gewobbelte Frequenzen /Ί, die sich von der festen Frequenz f₂ des Oszillators 7 um beispielsweise 50 bis 150MHz unterscheiden, also beispielsweise 5.65 bis 5,75GHz betragen können. Die feste Frequenz des Oszillators 7 gelangt über einen Richtkoppler 10 zu einem Schaltungsteil 11, der zwei Eingangssignale zu einem Summensignal addiert und im folgenden Text »Hybrid« genannt wird. Der Richtkoppler 10 koppelt eine geringe Leistung dieser Frequenz zum Empfangskreis aus. Das Hybrid 11 erhält ferner die gewobbelte Frequenz Z₁, die in diesem Hybrid mit der festen Frequenz /2 zusammengeführt wird. Ein Teil der von den Oszillatoren 7 und 8 stammenden Leistung wird über das Hybrid 11 ausgekoppelt und gelangt zu einer Mischerdiode 19. Das dort entstehende Mischprodukt von beispielsweise 50 bis 150 MHz gelangt zu einem Rasterfilter 13, das aus dem gewobbelten Frequenzband ein Taktraster für die Verarbeitung der empfangenen Antwortsignale herstellt. Der Hauptteil der Leistung der beider, zusammengeführten Frequenzen gelangt vom Hybrid 11 zu einem Zirkulator 14, der diese Leistung als Abfragesignal an eine Sende- und Empfangsantenne 15 abgibt.

Beim Vorbeibewegen eines Antwortgeräts gelangt diese Leistung auf dessen Antenne mit angekoppelter Diode, die aus dem Frequenzgemisch dessen Schwebungsfrequenz mit 50 bis 150 MHz entnimmt und den angekoppelten Filtern zum Auswählen zuführt. Solange die Schwebungsfrequenz außerhalb der Resonanzen der Filtere liegt, wird das Abfragesignal annähernd vollständig reflektiert und über die Antenne 15 des Abfragegeräts zum Zirkulator 14 zurückgeleitet, der die Leistung des Signals über den Empfangszweig zu einem weiteren Hybrid 12 weiterleitet. Die durch die

Frequenzen ausgewählten Filter bewirken eine Minderung des Reflexionsfaktors der Antenne 1 des Antwortgeräts. Hierdurch wird von dem empfangenen Abfragesignal ein geringerer Anteil reflektiert. Bei den ausgewählten Frequenzen entstehen im reflektierten Signal also Leistungseinbrüche, wie es beispielsweise im Diagramm der Fig.3 dargestellt ist. Das Hybrid 12 führt die Empfangsleistung mit einem geringeren Teil der Sendeleistung der festen Frequenz des Oszillators 7 zusammen. Über ein schmalbandiges Filter 16, das nur Frequenzen in der Größe der festen Frequenz des Oszillators 7 passieren läßt, und über eine Diode gelangen die Signale zum Auswerteteil des Abfragegeräts (nicht dargestellt).

Das Abfragegerät nach F i g. 5 enthält ebenfalls einen Zentimeterwelienosziilator 7, dessen Frequenz h hier jedoch mit einer von einem weiteren Oszillator 17 erzeugten, viel niedrigeren, gewobbelten Frequenz fm moduliert wird. Der Oszillator 17 wird wie der Oszillators in Fig.4 von einem Sägezahngenerator9 gesteuert. Die gewobbelte Frequenz f_M wird ferner an das Rasterfilter 13 gegeben, das zum Auswerten der empfangenen Antwortsignale ein Taktraster herstellt und über eine Diode an den Auswerteteil abgibt.

Die im Oszillator 7 erzeugte Hochfrequenz h liegt beispielsweise bei 5,8 GHz und die aufmodulierte Wobbeifrequenz f_M bei 50 bis 150 MHz. Das Bandfilter 18 ist beispielsweise für den Frequenzbereich (f₂ - f_{M max}) bis h durchlässig. Daher gelangen die Frequenzen (f₂ - ίκι) und h gemeinsam über das Bandfilter 18 zu einem Richtkoppler 10. Der Richtkoppler koppelt einen geringen Teil der Leistung aus und gibt sie an ein Hybrid 12, das im Empfangszweig des Abfragegeräts iiegt. Der Hauptteil der Leistung wird einem Zirkulator 14 zugeführt und als Abfragesignal über die Sende- und Empfangsantenne 15 zum Antwortgerät übertragen, von wo das Signal in bereits beschriebener Weise durch Leistungseinbrüche verändert reflektiert wird. Die reflektierte Leistung des Antwortsignals wird weiter, wie für F i g. 4 beschrieben, verarbeitet.

Die Schwebungsfrequenz ist mit dem im Rasterfilter 13 gebildeten Taktraster synchronisiert. Im Auswerteteil des Abfragegeräts sind daher die Leistungseinbrüche des Antwortsignals im Vergleich mit dem Taktraster einfach entschlüsselbar. Das vom Abfragegerät ausgesendete Abfragesignal mit der festen Frequenz im GHz-Bereich kehrt im Empfangszweig des Abfragegeräts mit den codierten Leistungseinbrüchen wieder. Dieses Signal wird nun invertiert, gleichgerichtet und der Auswerteeinrichtung zugeführt, die das Taktraster mit dem invertierten Signal vergleicht.

Vorteile dieser Einrichtung gegenüber den bisher vorgeschlagenen Einrichtungen zum selbsttätigen drahtlosen Übertragen von Informationen ergeben sich daraus, daß an die Güte der Filter keine großen

ίο Anforderungen gestellt werden müssen, weil das verwendete Frequenzband verhältnismäßig breit ist. Dadurch bietet sich die vorteilhafte Möglichkeit an, an Stelle sonst verwendeter Hohlraumresonatoren für Zentimeterwellen solche in gedruckter Technik, z. B. auf kupferkaschierten Platten, zu verwenden, wodurch sich ein flacher Aufbau und geringes Gewicht des Antwortgeräts ergeben.

Bei raumsparender Anordnung der Resonatoren im Antwortgerät lassen sich sogar 60 fertig abgestimmte

ίο Resonatoren unterbringen, von denen die 36 nicht benötigten Resonatoren einfach unwirksam geschaltet werden können. Dadurch ergibt sich eine leichte Einstellbarkeit jeder beliebigen Fahrzeugnummer im Antwortgerät.

Da der Betrieb dieser Einrichtung innerhalb eines für industrielle Zwecke bestimmten Frequenzbandes keine Störungen anderer Kommunikationsmittel bewirkt, ist eine Beschränkung auf sehr kleine Sendeleistungen nicht notwendig. Ferner werden auch keine Schwierigkeiten bei der Frequenzgenehmigung durch ausländische Postverwaltungen auftreten. Wegen der möglichen höheren Sendeleistung können ferner breiter streuende Antennen verwendet werden, wodurch für das Antwortgerät ein sehr großer Lagetoleranzbereich zugelassen werden kann. Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, daß vom Abfragegerät nur ein schmales Frequenzband empfangen werden muß. Der Empfänger kann also entsprechend schmalbandig ausgelegt werden, wodurch viel weniger Störreflexionen aufgefangen werden, als bei früher vorgeschlagenen Einrichtungen.

Zum Übertragen der auszuwählenden Frequenzen vom Abfragegerät können Trägerfrequenzen mit Frequenzmodulation oder Amplitudenmodulation verwendet werden. Die Ausführung der Antwortgeräte ist ebenfalls nicht an eine bestimmte Form gebunden. Vorteilhafterweise werden die Antwortgeräte jedoch in ' gedruckter Schaltungstechnik hergestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum selbsttätigen drahtlosen Obertragen von mehrstelligen Informationen zwischen gegeneinander beweglichen Abfrage- und Antwortgeräten, insbesondere der Nummern von Eisenbahnfahrzeugen nach ortsfesten Abfragegeräten, wobei jedes Abfragegerät in einem vorgegebenen, im Zentimeterwellenbereich gelegenen Frequenzband ein periodisch seine Frequenz veränderndes Abfragesignal aussendet, und das jeweils am Abfragegerät vorbeibewegte Antwortgerät aus dem Abfragesignal die der Information zugeordneten Frequenzen durch abgestimmte Filter auswählt und für jede Stelle der Information eine vorgegebene Anzahl von Antwortfrequenzen über eine vorzugsweise als Richtantenne ausgebildete Antenne zum Abfragegerät zurücksendet, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfragesignal aus zwei Frequenzen besteht, von denen die erste Frequenz konstant und die zweite periodisch sich verändernde Frequenz von der ersten Frequenz um einen im Vergleich dazu geringen Betrag verschieden ist, und daß im Antwortgerät eine Diode (3) vorgesehen ist, die beim Mischen der beiden empfangenen Frequenzen Differenzfrequenzen im Meterwellenbereich als auszuwählende Frequenzen für die an die Diode angeschlossenen Filter (6) des Antwortgeräts bildet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Frequenz als Trägerfrequenz für eine periodisch sich verändernde, im Meterwellenbereich liegende Frequenz dient, die im Antwortgerät von der Trägerfrequenz getrennt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antwortgerät aus einer Isolierplatte besteht, die mit elektrischen Leitern für einen am einen Ende reflektierend abgeschlossenen Hochfrequenzleitungsabschnitt (2) und daran angekoppelte Filter (6) zum Auswählen der Frequenzen sowie eine am anderen Ende des Hochfrequenzleitungsabschnitts angeschlossene Richtantenne (1) belegt ist, mit der die Diode (3) verbunden ist.