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Frequenzselektiver Signalempfänger Die Erfindung betrifft einen frequenzselektiven
Signalempfänger, an dessen Eingang ein Signalgemisch aus Schwingungen unterschiedlicher
Frequenz anliegt, der das Signalgemisch mittels Filtern auf das Vorhandensein einer
oder mehrerer bestimmter Frequenzen überprüft und ermittelte Frequenzen an seinem
Ausgang anzeigt.
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Das Signalgemisch dient der Verschlüsselung von Nachrichten oder der
Adressierung durch die gleichzeitige Übertragring einer Auswahl von beispielsweise
m aus n Sinusschwingungen bestimmter Frequenz. Die Verschlüsselung einer bestimmten
Nachricht durch eine bestimmte Auswahl von Frequenzen wird auch als Mehrfrequenzcode
bezeichnet.
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Empfängerseitig besteht das Hauptproblem darin, in mUglichst kurzer
Zeit und mit hinreichender Zuverlässigkeit festzustellen, ob das ankommende Signal
überhaupt ein Codçsignal ist und wenn ja, welche Frequenzen es enthält.
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Ein bekannter Signalempfänger enthält konventionelle, aus Spulen und
Kondensatoren bestehende Bandfilter, die auf die Codefrequenzen abgestimmt sind.
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Die Einschwingzeit sowie der Platz- und Materialbedarf der Bandpässe
begrunden die Forderung nach einer besseren Lösung. Aufgabe der Erfindung ist es,
eine solche zu realisieren.
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Ausgehend von einem frequenzselektiven Signalenipfänger der einleitend
geschilderten Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst,
daß auf wenigstens eine bestimmte Frequenz abgestimmte Sperrfilter vorgesehen sind,
und daß eine Auswerteschaltung zur Ermittlung des oder der Sperrfilter vorgesehen
ist, an dem oder an denen das kleinste Ausgangssignal auftritt.
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Für einen m-aus-n-Code werden höchstens (n) Sperrfilter, und zwar
eines für jedes Codewort, benötigt. Bei einem 2-aus-6-Code sind demnach fünfzehn
Sperrfilter erforderlich, von denen jedes auf zwei Codefrequenzen abgestimmt ist.
Als übertragen gelten jene Prequenzkombinationen, denen das Sperrfilter mit kleinstem
Ausgangssignal entspricht, wobei die Messung der Ausgangssignale entweder in einem
diskreten Zeitpunkt oder durch eine geeignete Mittelbildung erfolgen kann.
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Besonders einfach ist eine Lösung, die n Sperrfilter verwendet, von
denen jedes auf eines der Codefrequenzen abgestimmt ist, wobei die Empfangsschaltung
diejenigen beiden Sperrfilter mit den kleinsten Ausgangssignalen auswählt.
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Gegenüber dem bekannten Mehrfrequenzempfänger mit Bandfiltern hat
die Erfindung den Vorteil einer besseren Selektivität bei kleinerem Aufwand. Im
oben genannten Fall, bei dem sechs auf je eine Frequenz abgestimmte Sperrfilter
vorhanden sind, ist im eingeschwungenen Zustand bei Abwesenheit von Störungen der
für die Entscheidung maßgebende Signalpegelabstand unendlich groß, weil an den Ausgängen
der Sperrfilter, die auf die gesendeten Frequenzen abgestimmt sind, und nur an diesen,
kein Signal auftritt.
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Wollte man den Pegelabstand wunendlichn mit sechs Bandpässen erreichen,
deren Mittenfrequenzen in bekannter Weise auf die sechs Codefrequenzen abgestimmt
sind, so müßte
jeder Bandpaß bei den fianf im Sperrbereich liegenden
Frequenzen unendliche Dämpfung haben, was viel aufwendiger wäre.
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Für die praktische Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Signalempfängers
ist es vorteilhaft, wenn eine die Pegeldifferenzen zwischen dem Frequenzgemisch
oder der Summe der Ausgangssignale aller Sperrfilter und den Ausgangssignalen der
auf die bestimmten Frequenzen abgestimmten Sperrfilter bildende iifferenzbildnerstufe
vorgesehen ist und wenn dieser zur Glättung. des zeitlichen Anstiegs der Pegeldifferenz
ein Tiefpaß vorgeschaltet ist.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn eine Auswerteschaltung vorgesehen ist,
deren Entscheider anspricht, wenn die Pegeldifferenz nach einer vorgegebenen Zeit
nach Beginn ihres Anstiegs einen bestimmten Wert überschreitet oder wenn die Steilheit
des Pegeldifferenzanstiegs einen vorgegebenen Wert unterschreitet und die Anstiegskurve
gleichzeitig nach unten gekrümmt ist. Im letzteren Pall wird das Entscheidungskriterium
auch bei beliebig starker Störung erreicht.
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Vorteilhaft ist es schließlich, wenn ein Amplitudenhochpaß mit nachgeschalteter
Warneinrichtung vorgesehen ist, die anspricht, wenn die Pegeldifferenz bei der Entscheidung
der nach einer vorgegebenen Zeit nach Beginn ihres Anstiegs zu klein ist.
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Für die praktische Ausführung des erfindungsgemäßen Signalempfingers
ist es weiter vorteilhaft, die Sperrfilter aus Spulen und Kondensatoren oder unter
Vermeidung von Spulen aus Widerständen, Kondensatoren und Transistoren zu realisieren.
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Liegt das ankommende Signalgemisch als Folge von Abtastwerten vor,
so ist es vorteilhaft, wenn als Sperrfilter ein Abtastfilter vorgesehen ist. Ein
solches Abtastfilter kann eine oder mehrere Sperrfrequenzen aufweisen.
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Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend naher
erläutert.
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Fig.i zeigt eine Frequenzskala mit sechs ausgewählten Frequenzen;
Fig.2 zeigt eine Tabelle mit diesen Frequenzen für einen 2-aus-6-Code; Fig.3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Empfängers für den 2-aus-6-Code
mit sechs bei jeweils einer Frequenz sperrenden Sperrfiltern; Fig.4 zeigt ein anderes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Empfängers mit fünfzehn bei jeweils
zwei Frequenzen sperrenden Sperrfiltern; Fig.5 zeigt Einzelheiten einer Auswerteschaltung;
Fig.6 zeigt den Pegeldifferenzanstieg über der Zeit in der Auswerteschaltung; Fig.7
zeigt ein für einen Empfänger nach Fig.3 geeignetes Abtastfilter; Fig.8 zeigt den
Verlauf des Ubertragungsfaktors über der Frequenz für das Abtastfilter nach der
Fig.7;
Fig.9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines für den Empfänger
nach Fig.5 geeigneten Abtastfilters.
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Die Fig.1 zeigt eine Frequenzskala mit sechs ausgewählten Frequenzen
f1 bis f6. Aus diesen Frequenzen soll ein 2-a-us-6-Code gebildet werden, d.h. daß
jeweils ein Signalgemisch aus zwei dieser Frequenzen ausgesendet und empfangen wird.
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Die Tabelle nach Fig.2 zeigt die fünfzehn Möglichkeiten, die sich
aus einem 2-aus-6-Code ergeben.
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Die Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen frequenzselektiven
Signal empfängers mit sechs Sperrfiltern Sp1 bis Sp6, die jeweils eine der Frequenzen
nach Fig.1 sperren, sowie eine Auswerteschaltung AS1.
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Wird an den Eingang E ein Signalgemisch ausbeispielsweise den Frequenzen
1 und £3 an gelegt, so tritt lediglich an den Ausgängen der Sperrfilter Sp2, Sp4,
Sp5 und Sp6 eine Spannung auf. Die Auswerteschaltung ASX ermittelt dieses Ergebnis
und meldet am Ausgang A, daß das Frequenzgemisch £1,3 nach der Pig.2 empfangen wurde.
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Die Fig.4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
frequenzselektiven Signalempfängers. Die Anordnung enthält fünfzehn Sperrfilter
Sp1' bis Sp15', die jeweils zwei Frequenzen nach der Fig.1 gleichzeitig sperren,
sowie eine Auswerteschaltung AS2.
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Wird an den Eingang E dieses Empfängers'ebenfalls ein Signalgemisch
aus den Frequenzen 1 und f) angelegt, so tritt lediglich am Sperrfilter Sp2' keine
Ausgangsspannung auf. Die Auswerteschaltung AS2 ermittelt dies und meldet an ihrem
Ausgang A, daß ebenfalls die Frequenzen
des Falles f1,3 der Tabelle
nach der Fig.2 empfangen wurden.
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Die Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Auswerteschltung AS2 nach
der Fig.4. Die Auswerteschaltung enthält eine Differenzbildnerstufe D, einen Tiefpaß
T, einen Entscheider E, einen Schalter Sch, einen Amplitudenhochpaß AH und eine
Warneinrichtung W.
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Wird ein Signalgemisch empfangen, so bildet die Differenzbildnerstufe
D eine Pegeldifferenz PD aus der Summe der Ausgangssignale f1,2 bis f5,6 aller Sperrfilter
Spi' bis Sp15' und dem Ausgangssignal des Sperrfilters Sp2 entsprechend dem anhand
der Fig.4 erläuterten Frequenzbeispiels. Der Anstieg der Pegeldifferenz PD wird
im Tiefpaß T geglättet. Die Ausgangsepannung des Tiefpasses T ist in der Fig.6 anhand
eines Beispiels für schwache Störung I und starke Störung II durch unerwtlnschte
Frequenzen über die Zeit t dargestellt. Unterschreitet die Steigung tan a nach einer
vorgegebenen Mindestzeit to einen minimalen Wert, und ist gleichzeitig die Kurve
der Pegeldifferenz über der Zeit nach unten gekrümmt, d.h.
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ist ihre zweite Ableitung nach der Zeit negativ, so spricht der Entscheider
E an und gibt am Ausgang A ein Kriterium für das empfangene Codewort ab. Im Entscheidungszeitpunkt,
spätestens aber nach einer vorgegebenen Zeit t1 nach Beginn des Pegeldifferenzanstiege,
wird der Schalter Sch geschlossen. Ist dann die Pegeldifferenz zu klein, so tritt
am Ausgang des Amplitudenhochpasses AH keine Spannung auf, wodurch die Warneinrichtung
W ausgelöst wird.
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Die Fig.7 zeigt ein Abtastfilter, das jeweils als Sperrfilter für
eine Frequenz in den erfindungsgemäßen frequenzeelektiven Signalempfänger nach der
Fig.3 eingesetzt werden kann. Das Abtastfilter enthält einen mit der
Schaltfrequenz
1/T betriebenen Schalter S, drei mit der Frequenz #1 = 2#/3T betriebene Drehschalter
S1, S2 und S3, Kondensatoren CO bis C2, Potentiometer RO bis R2, eine Summierschaltung
Su, sowie einen Eingang e und einen Ausgang a. Die Drehschalter S1, S2 und S3 werden
in der Praxis durch Halbleiterschaltungen realisiert.
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An den Eingang e wird eine harmonische Schwingung s(t)=A cos (2sft+a)
angelegt. Diese Schwingung wird durch den Schalter S abgetastet. Die erhaltenen
Abtastwerte werden während einer Zeitspanne 2T gespeichert, indem die Kondensatoren
CO bis a2 über die Drehschalter S1, S2 und S3 aufgeladen werden. Aus den so entstandenen
drei Signalen wird eine Linearkombi- -nation sa(t)=aos(t)+a1s(t-T)+a2sit-2T) gebildet,
indem die Potentiometer RO bis R2 entsprechen den Linearfaktoren aO, a1 und a2 eingestellt
werden und die abgegriffenen Spannungen dem Summierer Su zugeführt werden, dessen
Ausgang der Filterausgang d ist. Die drei Paktoren aO, a1, a2 können so gewählt
werden, daß eine bestimmte Frequenz gesperrt wird.
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Hat einer der Faktoren ein negatives Vorzeichen, so kann dies dadurch
berücksichtigt werden, daß der entsprechende Potentiometerausgang einem zweiten
gestrichelt dargestellten Eingang des Summierers Su zugeführt wird, der eine Umpolung
des zugeführten Signals bewirkt.
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Fig.6 zeigt den Betrag des Übertragungsfaktors für das Abtastfilter
nach der Fig.7 mit einem Dämpfungspol bei f2=2 kHz und dem Abtastintervall T=O,lms.
In diesem Fall sind die Koeffizienten gegeben durch: a0=a2=c a1 = -2c cos 720= -0,618c
c
beliebig für eine beliebige Frequenz f2 gilt: a1= -2c cos(2itf2T).
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Fig.9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Abtastfilters, das zwei
der Codefrequenzen sperrt. Zu diesem Zweck ist es im Gegensatz zu dem nach der Fig.7
mit fünf Drehschaltern, die mit einer Frequenz #2 = 2# betrieben werden, 5T und
jeweils fünf Kondensatoren und Potentiometern ausgerostet. Auf diese Weise können
die fünf erforderlichen Linearfaktoren a0, a1, a2, a3 und a4 gebildet werden.
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9 Patentansprüche 9 Figuren