DE2530147A1 - Transpondersystem - Google Patents

Description

ZPHN.7848.

deen/evh. 18.6.1975.

* · fci. V. Philips G'ioeiloinpenfabrlekea 2530147

--No. pyti

Ij. t. r(-*f-3

"Transpondersystem"

Die Erfindung bezieht Pich auf ein Transpondersystem mit einer mit einem Sender und einem Empfänger ausgerüsteten Abfragestation und einer Antwortstation mit gemeinsamen Ein— und Ausgangsklemmen, wobei die Abfrage— station zu dem Uebertragen eines Abfragesignals in Form einer Impulsfolge mit einer bestimmten Trägerfrequenz auf drahtlosem Wege auf die Antwortstation, und die Antwortstation eine an die gemeinsame Ein- und Ausgangsklemme angekoppelte erste Resonanzanordnung zum Erzeugen eines Antwortsignals mit einer Trägerfrequenz, die eine Harmonische der Frequenz des empfangenen Trägersignals ist,

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aus den empfangenen Abfrageimpulssignalen sowie einen Modulator zum Amplitudemodulieren des Antwortsignals zwecks Datenübertragung enthält.

Ein derartiges Transpondersystem, bei dem der Modulator ein zwischen den gemeinsamen Ein- und Ausgangsklemmen angeschlossenes regelbares dämpfendes Netzwerk zum Einstellen der Dämpfung der ersten Resonanzanordnung in Abhängigkeit der überzutragenden Information enthält, ist u.a. aus der britischen Patentschrift 723 815 bekannt. Diese Modulationsart hat den Nachteil, dass ausser der gewünschten Amplitudenmodulation des Antwortsignals auch das empfangene Abfragesignal gedämpft wird. Die für den Modulator erforderliche Energie wird aus diesem Grunde von einer getrennt angeordneten Energiequelle geliefert, wodurch die Antwort station nicht passiv ist. Zur Beseitigung dieses Nachteils ist es bekannt, die Versorgungsenergie des Modulators über ein gesondertes Signal drahtlos zu tibertragen oder mit dem Aussenden eines Antwortsignalimpulses zu warten, bis ein vollständiger Impuls des Abfragesignals empfangen worden ist und umgekehrt. Weiter ist es bekannt, Empfang- und Sendekreis der Antwortstation durch Anwendung getrennter Ein- und Ausgangsklemmen zu trennen. Diese Lösungen erfordern jedoch entweder eine beträchtliche Erweiterung der erforderlichen Geräte oder eine niedrige Signalübertragungsgeschwindigkeit.

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Weiter muss das Transpondersystem in Eisenbahnsignalisierungsanlagen angewandt werden, wobei der Zug mit einer Abfragestation versehen ist und eine Anzahl passiever Antwortstationen neben der Bahn angeordnet ist zum Uebertragen von Signalisierungsinf oruuition auf den Zug. Derartige schienengebundene Fahrzeuge lösen jedoch eine Vielzahl Störsignale aus, was bedeutet, dass eine Impulse des Antwortsignals zur Datenübertragung unterdrückende Modulation wegen eines unzulässig kleinen Signal-RauschabStandes für Anwendung bei schienengebundenen Fahrzeugen ungeeignet ist. Seitens der Bundesbahn wird daher angefordert, dass bei der Datenübertragung binär codierter Information die beiden binären Signalwerte von einem Impuls übertragen werden,

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Transpondersystem zu verwircklichen, das die erwähnten Nachteile beseitigt, die genannten Bedingungen erfüllt und sich insbesondere zur Anwendung in Eisenbahnsignalisierungsanlagen eignet.

Das erfindungsgemässe Transpondersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein an die erste Resonanzanordnung angekoppeltes Gleichrichterelement mit nicht-linearer Kennlinie -zum Erzeugen der erwähnten Harmonischen angeordnet ist, der Modulator über das Gleichrichterelement zum Zuführen von Versorgungsenergie an den Modulator angeschlossen ist und eine einerseits mit dem ersten Schwingkreis und zum anderen mit dem Modulator gekoppelte zweite Rsonanzanordnung zum Amplitudenmodulieren

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der aus den Abfragesignalimpulsen erzeugten Antwortsignalimpulse in Abhängigkeit von den überzutragenden Daten für einen Teil der Impulszeit dieser Antwortsignalimpulse angeordnet ist, wobei die im ersten Schwingkreis auftretende Schwingung mit der bestimmten Trägerfrequenz von der Modulation nahezu nicht beeinflusst wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele' näher, erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Transpondersystem,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Antwortstation zur Anwendung in einem Transpondersystem nach Fig. 1,

Fig. 3 einige Signale, ,die^ von der in Fig. dargestellten Antwortstation erzeugt werden,

Fig. k ein Ausführungsbeispiel eines Teiles

der Antwortstation für die Anwendung in einem Transpondersystem nach Fig. 1,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Demodulators für die Anwendung in einem Empfänger einer Abfragestation des in Fig. 1 dargestellten Transpondersystems, und'

Fig. 6 einige Signale, die in dem in Fig« dargestellten Demodulators auftreten können.

In Fig. 1 ist ein Transpondersystem vom Typ wie beispielsweise beschrieben in der sohwodi srbsn

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Patentanmeldung 73153^8-8 dargestellt. Diese Transpondersystem entliält eine Abfragestation 1 und mindestens eine passiven Antwortstation 2. Die Abfragestation 1 enthält auf bekannte Weise einen Sender 3 zum Uebertragen eines Abfragesignals in Form einer Impulsfolge mit einer bestimmten Trägerfrequenz f auf die Antwortstation Dieses Abfragesignal wird auf noch näher zu beschreibende Weise von der Antwortstation 2 in ein für diese Antwortstation kennzeichnendes Antwortsignal umgewandelt und auf einen Empfänger h der Abfragestation übertragen. Dieser Empfänger enthält einen Demodulator 3» der auf noch näher

zu beschreibende Weise ein empfangenes Antwortsignal demoduliert.

Ein für ein derartiges Transpondersystem

geeigneter Antwortstation ist in Fig. 2 dargestellt und enthält folgende Teile:

eine Antenne 6 mit gemeinsamen Ein- und Ausgangsklemmen 6-1, 6-2,

eine Kopplungsschaltung 7»

eine erste Resonanzanordnung 8, eine zweite. Resonanzanordnung 9> und einen Modulator 10.

Nach Fig. 1 besteht die erste Resonanzanordnung 8 aus zwei Schwingkreisen 11, 12 und 13» 1^ in Parallelschaltung und einer Diode 16, die zwischen die

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Verbindungspunktθ zwischen Kapazität und Induktivität in den beiden Schwingkreisen angeschlossen sind« Einer der Schwingkreise 11, 12 ist auf die ankommende Frequenz f_n und der andei-e Schwingkreis 13 j 1^ auf die ausgewählte Harmonische, z.B. 2f„, abgestimmt. Die C-leichrichterartsgangsspannung wird mit einem Kondensator 18 erzeugt, der mit dor Diode 16 vond den an entgegengesetzten Seiten der Diode 16 zum Herausführen von Gleichspannungsenergie in Serie geschaltet ist» Eine Ankoppelimpedanz ist zwischen die gemeinsamen Ein- und Aiisgangsklemmen 6—1 und 6-2 und die erste I!esonanzanordnung 8 angeschlossen,

welche Ankoppelungsimpedanz im dargestellten Beispiel aus einer Induktivität 21 besteht, die an die miteinander verbundenen Enden der Schwingkreise angeschlossen ist. Die zweite Resonanzanordnung 9 besteht aus einem Serienschwingkreis mit einer Induktivität 22, einer festen Kapazität 23 und einer variablen Kapazität 2h, z.B. einer Kapazitätsdiode» Die miteinander verbundenen Enden der Kopplungsimpedanz 21 und der Schwingkreise 11, 12 und 13» 14 sind mit dem gemeinsamen Eingang und Ausgang 6-1 bzw. 6-2 verbunden. Dies kann wieder mit einer Antenne zum Empfangen und Aussenden verbunden sein. Regeldaten für die variable Kapazität Zk werden aus dem Modulator erhalten»

Die Wirkungsweise ist wie folgt.

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Ein ankommendes Signal auf der Frequenz f, passiert die Schwingkreise und versetzt den ersten Kreis 11, 12 ins Schwingen. Dabei werden phasenmässig im wesentlichen entgegengesetzte hohe Spannungen am Kondensator 12 und an der Spule 11 erzeugt, die durch die Diode 16 einen Strom auf der Frequenz f~ auslösen, Infolge der nichtlinearen Strom/Spannungskennlinie der Diode verfox'mt der Strom durch die Diode und enthält u.a, einen hohen Prozentsatz an zweiten Harmonischen 2f_o. Dabei wird auch der zweite Schwingkreis 13» 1^ auf seiner Abstimm~ frequenz, d.h.» in diesem Beispiel 2f„, ins Schwingen ver-

setzt. Beide Resonanzströme werden im we sentliehen von der Spule 21 geschlossen, die die Schwingkreise vervollständigt und die Impedanzwandlung bestimmt. Das harmonische Signal wird über die mit dem gemeinsamen Ein- und Ausgang ausgestrahlte '

Fig. 2 zeigt weiter, wie Gleichspannung aus der Frequenzverdopplungsdiode 16 gewonnen werden kann, was dadurch ermöglicht wi.?d, dass der erwähnte Kondensator 18, der die Gleichspannung abblockt, mit der Diode 16 in Serie geschaltet wird» Die über die Diode 16 angeschlossene Anordnung empfängt ihre Betriebsspannung aus der Diode und wird in diesem Beispiel durch den ^l Modulator 10 gebildete Es wird davon ausgegangen, dass der Modulator eine hohe Impedanz hat. Die Kopplungs-

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impedanz 21 ist dabei ,derart bemessen, dass sie die Eingänge zwischen den Klemmen 6-1 und 6-2 mit niedriger Impedanz de-r" Schaltung über die Diode 16 mit hoher Impedanz anpasste

Das harmonische Signal j das von der. Antwort station an die Abfragestation weitergeleitet wird, wird mit einem Binärdateninhalt in Form von Nullen und Einem in verschiedenen Zeitintervallen gemäss einem gegebenen Code angenommen. Eines der Binärelemente, z„B. "0", kann dadurch gekennzeichnet werden, dass der weitergeleitete Impuls in einem Teil des Zeitintervalls unterdrückt wird, während für die ganze Dauer eines ZeitintervalIs, das das andere Binärelement, d.h. "1" enthält, das harmonische Signal ununterbrochen weitergeleitet wird. In Fig. 2 ist dargestellt, wie dies auf einfache Weise dadurch erreicht werden kann, dass der Resonanzzustand im zweiten Schwingkreis im erwähnten ersten Zeitintervall mit Hilfe des über die Induktivität 14 angeschlossenen erwähnten Seriensohwingkreis 22, 23» 24 beseitigt wird« In diesem Serienschwingkreis ist die Kapazität 24 variabel und wird von einer Spannung aus einem Signalgeber, z.B. einem Hubgenerator 25» im Modulator 10 geregelt, während die. übrigen Elemente fest sind. Die Gr'dsse der Kapazität 24 ist in bezug auf die gewonnene Hubspannung aus dem Modulator 10 derart ausgewählt, dass der Kreis 22, 23, 24

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für eine bestimmte Grosse.der empfangenen Hubspannung im Resonanzzustand auf der Frequenz 2f_fl steht. Beispielsweise kann 24 derart bemessen sein, dass bei der Anviesenheit einer Spannung aus dem Hubgenerator 25 die Abstimmfrequenz des Serienschwingkreises 22, 23» 24 weit von 2fQ entfernt ist und dass sein Einfluss auf den zweiten Schwingkreis 13, 14 vernachlässigbar klein ist» Dagegen wird bei einer Hubspannung aus dem Generator 25 die Abstimmfrequenz des Serienschwingkreises 22, 23» 24 derart gewobbelt, dass beim ΊDurchlaufen des Hubes der Wert 2f_Q passiert . wird. Im Kreis 22, 23, 24 versorgt der

Kondensator 23 die Gleichspannungstrennung für die Spannung an 24 auf die gleiche Weise wie die Kapazität Gleichspännungstrennung ftii· die Spannung an der Diode versorgte

Bestimmend für die Folge von Nullen und

Einem ist eine Code-Einheit 26, die Regeldaten in Form von Gleichspannungen an einer Anzahl von Regeleingängen empfängt. Das Abfragesignal ist impulsf8rmig. Die Taktinformation für die Code-Einheit wird aus dem empfangenen Impulssignal über die Gleichrichterdiode 16 abgeleitet und einem Takteingang 28 zugeführt. Am Ausgang 29 liefert die Code-Einheit eine Impulsfolge, die den gewUnschten Antwortcode von Nullen und Einern enthält. Im betreffenden Beispiel wird das Binärzeichen "1" durch eine Spannung

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am Ausgang 29» Z₀B₀ die Spannung O, dargestellt, die den Hubgenerator 25 nicht triggert. Dieser Generator steuert also die regelbare Kapazität 24 nicht mit einer Hubspannung an, so dass diese Kapazität für die Dauer des ganzen Intervalls ihre Anfangvorspannung aufrechterhält. In diesem Zustand wird der Serienresonanzkreis 13, 14, wie bereits erwähnt, nicht vom Kreis 22, 23, 24 beeinflusst, sondern die ganze Zeit auf die zweite Harmonische der Sendefrequenz feinabgestimmt, welche Harmonische infolgedessen während des Intervalls ununterbrochen weitergeleitet wird.

Für die Dauer eines Intervalls, das das

andere Binärzeichenelement enthält, z.B. "0", führt die Code—Einheit am Ausgang 29 eine Spannung, die den Hubgenerator 25 startet. Die Hubspannung vom Generator 25 bewirkt, dass der Schwingkreis 22, 23, 24 während des Hubes auf 2f~ schwingt« Der erwähnte Serienschwingkreis bildet in diesem Zustand eine niedrige Impedanz für 2f_Q und die bei der Oberschwingungsfrequenz 2f_Q gelieferte Leistung ist niedrig. Wenn die. Hubspannung diesen Zustand erreicht, bei dem der Schwingkreis 22, 23, 24 auf 2fß abgestimmt ist, sinkt darauf die Amplitude der Schwingung im Serienschwingkreis 13» 14 und steigt danach wieder an» nachdem der erwähnte Zustand passiert ist, so dass eine -, r: senke im weitergeleiteten

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harmonischen Signal auftritt. Ein Antwortimpuls mit einer derartigen Senke stellt also Binärnull dar.

- Die Form der Antwortimpulse in der beschriebenen Anordnung ist in Fig. 3 gezeigt» wobei die ersten und dritten Impulse das'Binärzeichen "1" und die zweiten und vierten Impulse das Binärzeichen "0" darstellen.

Die Schaltung kann zur Lieferung verschiedener Harmonischen mit weiteren Dioden und zugehörigen Schwingkreisen erweitert werden, die auf die gleiche Weise wie die beschriebene Schaltung angeschlossen sind»

In Fig. h sind die ersten und zweiten Resonanz-

anordnungen in Mikrostriptechnikausführung dargestellt. Die dargestellte Schaltung ist symmetrisch um eine Zentrierlinie aufgebaut und entsprechende Teile in den beiden Hälften der Schaltung sind mit den gleichen Bezugsziffern, jedoch in der linken Hälfte mit einem

zusätzlichen Index bezeichnet,

In der Figur führt eine Mikrostripleitung (z.B, Z = 50 Ohm), die in einem Punkt 31 an Erde gelegt ist, von der (nicht dargestellten) Antenne an einen Punkt 32 auf einer Mikrostripleitung 33 (z.B. Z = 100 0hm), Die Leitung 33 hat zwischen dem Endpunkt 3k und einem Zentralpunkt 35 <eine Länge gleich Λ/4, worin λ die Wellenlänge entsprechend der Frequenz f der von der Abfrageeinheit übertragenen Abfrageimpulse ist. Die

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Leitung 33 läuft vom Zlentralpunkt 35 in einer gleichen Mikrostripleitung 33» gleicher Länge J\/h nach einem
gegenüberliegenden Endpunkt 34' ο Im Punkt 35 is* die
zweite Resonanzanordnung angeschlossen, die nachstehend näher beschrieben wird. Der zwischen den Punkten 32 und 35 liegende Teil der Leitung 33 bildet eine kleine
Induktivität und bewirkt Widerstandsspannung (entspricht 21 in Fig. 2).

Die Mikrostripleitungen 33 und 33» bilden zusammen einen Halbwellenschwinger für die Abfrage—
frequenz f und einen Ganzwellenschwinger für die doppelte Abfragefrequenz oder Antwortfrequenz (entspricht sowohl 11, 12 als auch 13, 14 in Fig. 2).

Jeder Endpunlct 34 bzw, 34« der Mikrostripleitung 33 bzw. 33* ist über eine Diode 37 bzw* 37« mit einem Punkt 38 bzw. 38^f verbunden,, der jeweils in bezug auf Hochfrequenz an Erde gelegt ist. Die Erdung der
Punkte 38 und 38' erfolgt über zwei Mikrostripleitungen tzw. 39» uaxd 40 bzw. 40», wobei jeweils ein Ende mit
dem erwähnten Punkt 38 bzw, 38 * verbunden und das gegenüberliegende Ende offen ist. Eine der erwähnten Leitungen

39 bzw. 39* hat eine Länge von Ti/8 und dient als eine Lambdaviertel'-Stichleitung für die doppelte Abfrage—
frequenz oder die Antwortfrequenz 2f · Die zweite Leitung

40 bzw. 4o* hat eine Länge von "X/4 und dient als eine

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Lambdaviertel-Stichleitung für die Abfragefrequenz f .

Die zwei Dioden 37 und 37» bewirken Gleichrichtung und Frequenzverdopplung der Abfrageimpulse auf der Frequenz f .

Die Punkte 38 und 38« sind über Mikrostrip-

leitungen 41 und 41* mit Platten 42 und 42' verbunden,die zusanneiiTiefpassfilter bilden, die selbst wieder an Ausgangsklemmen 43 bzw. 43* angeschlossen sind» An den erwähnten Klemmen 43 und 43* erscheinen die detektierten Impulse aus den Dioden 37 und 37'. Die Platten 43 und 43' haben eine Länge von 7\/8,

Die zweite Resonanzanordnung ist, wie bereits erwähnt, mit dem Zentralpunkt 35 auf der Mikrostripleitung 33» 33' verbunden. Diese Anordnung beeinflusst die Frequenz 2f , aber nicht die Freqtienz f , was wie folgt bewirkt wird.

Die Endpunkte 34'und 34» der Mikrostripleitungen 33 bzw. 33» führen in bezug auf Erde für die Frequenz f hohen Widerstand (sowie für die Frequenz 2f ), weil eine Gleichspannung an der von der Mikrostripleitung 33 bzw. 33* entfernten Seite der Dioden 37 und 37* aufgebaut, welche Spannung ungefähr gleich der maximalen Amplitude der Hf-Spannung im Punkt 34 bzw. 34' ist, wobei die Dioden 37 und 37^f gesperrt werden. In bezug auf die Frequenz f befindet sich der Zentralpunkt 35

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in einem Abstand von einer Viertelwellenlänge von den entsprechenden Endpunkten 34 und 34' » während sich, der Punkt 35 in bezug auf die Frequenz 2f in einem Abstand von einer halben Wellenlänge von den Endpunkten 34 und 34' befindet. Der hohe Widerstand im Punkt 34 bzw. 34 ^f wird daher in bezug auf die Frequenz f in einen niedrigen Widerstand im Punkt 35» niit dem die zweite Resonanzanordnung verbunden ist, umgewandelt. Also ist die Beeinflussung des f -Signals durch die zweite Resonanzanordnung vernachlässigbar· In bezug auf die Frequenz 2f wird dagegen der hohe Widerstand in den Punkten 34 und 3h^x in einen hohen Widerstand im Punkt 35 umgesetzt. Der momentane Widerstand der zweiten Resonanzanordnung, verbunden mit dem Punkt 35» kann dadurch die Frequenz 2f beeinflussen»

Die zweite Resonanzanordnung (entsprechend

22, 23, 2h in Fig. 2) besteht-aus einer Mikrostripleitung hh, von der ein Ende mit dem erwähnten Punkt 35 auf der Leitung 33» 33' und das andere Ende 45 an Erde liegt. Die Leitung 44 zwischen 35 und 45 hat eine Länge von ungefähr ?V/⁸» -d»h. sie dient als eine Lambdäviertel-Ötichieittmg:; für die Frequenz 2f_Q. Der niedrige Widerstand im Ptuxkt 45 wird daher in bezug auf die Frequenz 2f in einen hohen Widerstand im Punkt 35 umgewandelt (wenn der Einfluss des weiteren Schwingkreises gemäss nachstehender

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Beschreibung vernachlässigt werden kann).

Eine Klemme einer Kapazitätdiode 46 ist mit

der Mikrostripleitung 44 im Punkt 47 verbunden. Der Punkt liegt im dargestellten Beispiel verhältnismässig nahe dem geerdeten Endpunkt 45 und der zwischen 47 und 45 liegende Teil der Mikrostripleitung 44 stellt eine Induktivität dar. In Parallelschaltung zu dieser Induktivität liegt die Kapazitätsdiode 46, deren andere Klemme mit einer Blindleitung in Form einer Mikrostripleitung 48 verbunden ist. Das freie Ende der Mikrostripleitung ist im gegebenen Beispiel offen und von einem Punkt auf der Leitung 48 führt eine Mikrostripleitung 50 nach einer Platte 51 mit einer Länge von Λ/8, welche Platte mit der Leitung 50 zusammen ein drittes Tiefpassfilter bildet, das mit einem Ausgang 52 eines nicht dargestellten Modulators verbunden ist. An den Ausgang 52 kann ein Signal aus dem Signalgeber des Modulators zugeführt werden, welches Signal den momentanen Wert der Kapazität der Kapazitätsdiode 46 bestimmte Im dargestellten Beispiel ist der Abstand zwischen dem Punkt 49 und dem offenen freien Ende der Mikrostripleitung.48 ungefähr gleich ^/8 und daher dient der erwähnte Punkt 49 für die Frequenz 2f als Hf-Erde. Die erwähnte vom Abstand 45-47 der Leitung 44 dargestellte Induktivität bildet zusammen mit der Kapazität der Kapazitätsdiode 46 und

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der Reaktanz (in diesem Beispiel Induktivität) der Mikrowellen-Blindleitung 48 einen Parallelschwingkreis» Ist dieser Schwingkreis für die Frequenz 2f in Schwingung, bildet der Punkt 47 einen hohen Widerstand für diese Frequenz 2f und der hohe Widerstand im Punkt 47 wird von der Leitung 44 in einen niedrigen Widerstand im Punkt umgewandelt» Wenn der. erwähnte Schwingkreis nicht in Schwingung ist, wird, wie bereits erwähnt, der niedrige Widerstand im. geerdeten Punkt 45 in einen hohen Widerstand im Punkt 35 umgewandelte Im erwähnten ersten Fall, d.h. wenn der Schwingkreis 45» 46, 47 und 48 auf die Frequenz 2f abgestimmt ist und der Punkt 35 einen niedrigen Widerstand hat, wird ein grosser Teil der Leistung auf der Frequenz 2f vom Abstimmkreis absorbiert» Das Auskoppeln von Leistung auf der Frequenz 2f wird nur gering sein» Im erwähnten letzten Fall, wenn die Abstimmfrequenz des Schwingkreises von 2f weit entfernt ist, wird die Auskopplung von Leistung auf der Frequenz 2f hoch sein»

Wenn der weitergeleitete Impuls moduliert werden muss, wird das Signal aus dem Signalgeber zur Kapazitätsdiode 46 über den Ausgang 52 derart geregelt, dass die Abstimmfrequenz des Schwingkreises für die Dauer eines Äbfrageimpulsteiles über die Frequenz 2f hinaus gewobbelt wird. Der weitergeleitete Impuls auf der Frequenz 2f wird dann mit einer Senke amplituden-

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moduliert werden, die .zeitlich, mit dem Augenblick zusammenfällt, dass die Abstimmfrequenz gleich 2f ist.

Es sind viele Abwandlungen der dargestellten Anordnung möglich. Insbesondere kann der Modulationsschwingkreis in mehreren Weisen geändert werden. So kann die Kapazitätsdiode 46 an jeden beliebigen Punkt auf der Mikrostripleitung 44 angeschlossen werden und die Mikrowellen-Blindleitung 48 kann jede Form aufweisen, die dem aktuellen Typ von. Kapazitätsdiodenanordnung entspricht.

In Fig. 5 ist der Demodulator 5 des Empfängers 4 in der Abfragestation 1 näher dargestellt. Dieser Demodulator eignet sich zum Unterscheiden zwischen Impulsen des Antwortsignals, die die Binärzeichen "Null" und "Eins" in der Originalform nach Fig. 5 links oben darstellen. "Eins"' ist in diesem Beispiel ein ununterbrochener Impuls und "Null" ein Impuls mit einer "Senke"·

Die Impulse werden zunächst einem Impulsformer in Form eines Differenzverstärkers 53 zugeführt, in dem ihre Amplitude mit einer Bezugsspannung V, an einem Eingang $h verglichen werden. Die Bezugsspannung kann z.B. gleich der halben Amplitude der ankommenden Impulse gewählt werden. Der Verstärker arbeitet derart, dass seine Ausgangsspannung hoch ist, wenn die Amplitude des Eingangsimpulses die Bezugsspannung überschreitet, und niedrig, wenn die Amplitude des Eingangsimpulses

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niedriger ist als die Bezugsspannung„ Das geformte Antwortsignal sieht dann aus, wie ein Punkt 55 nach Fig. 5 angegeben ist. Der dargestellte Demodulator enthält drei sogenannte D-Flipflops 56, 51 und 58 gleichen Aufbaus, ein NAND-Gatter 59 und drei NOR-Gatter 60, 61 und 62. Jeder D-Flipflop hat einen Triggereingang T, einen Signaleingang D, einen Datenausgang Q, einen invertierten Datenausgang Q und einen Ruckstelleingang R. Die Funktion des D-Flipflops ist, dass die Spannung, die im Augenblick des Anlegens eines Impulses eines ersten Bezugssignals an den Triggereingang T am Signaleingang D erscheint, dem Ausgang Q zugeführt wird. Die Spannung an Q behält den angenommenen Pegel, bis beim nächsten Bezugsimpuls ein neuer Setzvorgang stattfindet, usw. Daher wird, wenn die Spannung in D hoch ist im Augenblick, dass ein neuer Bezugsimpuls in T ankommt, die Aus gangs spannung in Q hoch bzw. bleibt hoch bis zum nächsten Bezugsimpuls« Auf gleiche Weise ist und bleibt die Ausgangsspannung in Q niedrig, wenn die Spannung in D beim Anlegen eines Bezugsimpulses niedrig ist» Das am Ausgang Q erscheinende Signal hat den invertierten Wert des Signals in Q, Die Bezugsimpulse werden als die positiven Flanken der an den Triggereingang T gelegten Impulse. Rückstellung der in die Ruhelage, d.h in den Zustand, bei dem die Spannung am Ausgang Q niedrig ist, erfolgt, wenn d±e Spannung am Rückstelleingang R hox;h wird #

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Jetzt folgt die Beschreibung der ganzen in Figo 5 dargestellten Anordnung an Hand der Zeitdiagramme in Fig. 6.

Ein empfangenes Antwortsignal der beim Punkt 55 dargestellten Form wird an einen ersten Eingang 63 einer Entscheiduiigsschaltung gelegt, die aus dem NAND-Gatter 59 besteht« Dieses Signal ist auch im Diagramm c) in Figo 5 dargestellt. An einen zweiten Eingang 6h des Gatters 59 gelangt ein Auslösesignal, das hoch ist, um das Gatter 59 zu öffnen, wenn der Signal/Rausch-Abstand S/N" 15 dB übersteigt ο Ist der Wert des Signal/Rausch-Abstandes niedriger als 15 dB, ist die Spannung am zweiten Eingang 64 des Gatters 59 niedrig und das Gatter ist geschlossene Der Signal/Rausch-Abstand kann mit einem Signal/Rausch-Detektor (nicht dargestellt) bestimmt werden. Dazu wird eine durch Bemusterung beim Empfang eines Impulses gewonnene Spannung mit einer durch Be- musterung in einem Impulsintervall gewonnenen Spannung verglichen. Bei offenem Gatter 59 gelangt das geformte Antwortsignal nach Inversion an den Triggereingang T des Flipflops 56» Durch die Umkehrung am Ausgang des Gatters 59 arbeiten die negativen Flanken im geformten Eingangs-Antwortsignal als ein Triggersignal für den Flipflop 56. An den Signaleingang D des Flipflops 56 wird eine erste Bezugsimpulsspannung A der Form gemäss

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Diagramm a) angelegt» Die Impulse im Signal A fallen im wesentlichen, mit den Impulsen im geformten Antwortsignal unter Berücksichtigung einer kleinen Voreilzeit S zeitlich zusammen. Die Impulse im Signal A sind abgeleitet aus und fallen zeitlich mit den Abfrageimpulsen im Sender 3 in der Abfragestatiön nach Fig. 1 zusammen, während die Impulse im Antwortsignal die Antwortimpulse sind, die für eine Zeit £ gleich der Verzögerung im System verzögert sind»

Wie bereits erwähnt, arbeiten die negativen Planken im Antwortsignal als Triggersignale für den Flipflop 56» Im betreffenden Beispiel hat der erste Antwort sigiialimpuls den Wert "a" und weist also eine "Senke" auf. Die erste Flanke in dieser Senke, die bei T1 auftritt, dient als Triggerimpuls für den Flipflop 56 und da die Spannung am Eingang D (Signal A in Diagramm a) in Fig. 6) in diesem Augenblick TI hoch ist, wird die Spannung am Ausgang Q hoch. Das Signal am Signalausgang Q des Flipflops 56 ist mit C bezeichnet und im letzten Diagramm g) in Fig. 6 dargestellt. Der nächste Trigger— impuls für den Flipflop 56 erseheint auf der Süclcflanke des ersten Antworteignalimpulses; Zeitpunkt T2» Durch die zeitliche Verzögerung £ ist die Spannung am JBingang J3 zu diesem Zeitpunkt TZ niedrig und die Spannung am Ausgang wird Jiiedrig* Ein Impuls mit einer Dauer νοτι T1 bis

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T2 gelangt an den Ausgang Q des Flipflops 56, wie im letzten Diagramm g) in Pig« 6 dargestellt (Signal C), In diesem Beispiel ist das zweite Antwortsignal eine "Eins" und hat keine "Senke". Es wird nun ein Triggerimpuls für den Flipflop 56 erzeugt, nämlich auf der Rückflanke des Impulses, Zeitpunkt T3. In diesem Augenblick ist die Spannung am Eingang D niedrig und die Spannung am Ausgang Q bleibt niedrig. Der letzte Antwortsignalimpuls ist wiederum eine "0" und es wird zwischen T 4 und T5 am Ausgang Q von 56 auf die gleiche Weise ein Impuls erzeugt, wie für den ersten Antwortsignalimpuls beschrieben. Mithin wird, wie im letzten Diagramm g) in Fig. 6 dargestellt, ein C-Impuls am Ausgang Q bei jedem Antwortsignalimpuls erzeugt, der eine "Senke" aufweist und der Anordnung zugeführt wird, während Antwortsignalimpulse ohneⁿSenlce" oder fehlende Antwortsignalimpulse keine C-Impulse am Ausgang Q erzeugen.

Wie oben erwähnt, bedeutet ein C-Impuls am Ausgang Q des Flipflops 56, dass ein Antwortsignalimpuls mit einer "Senke" als Binärzeichen "0" empfangen worden ist. Bevor dieser Impuls jedoch als ein wirklicher Antwortsignalimpuls mit dem Binärwert "0" anerkannt wird, erfährt er eine weitere Signalbehandlung, die mit Hilfe des Gatters 60 und des Flipflops 57 durchgeführt wird. Dazu wird das invertierte C-Signal C aus dem Ausgang Q

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des Flipflops 56" an einen ersten Eingang 65 des NOR-Gatters 60 gelegt» Dem zweiten Eingang 66 von 60 wird der aus dem Ausgang des Gatters 59 abgeleitete invertierte Antwortsignalimpuls zugeführt, während das Ausgangssignal des NOR-Gatters 60 an den Signaleingang D des Plipflops gelegt wird. Ein zweites Bezugssignal B im zweiten Diagramm b) in Fig, 5.gelangt an den Triggerimpulseingang T von 57 und ein Ausgangs signal zur ganzen Anordnung mit dem Binärwert "0" kommt aus dem Ausgang Q von 57 an.

Das Signal B hat zeichnungsgemäss Doppelfrequenz im Vergleich zum ersten Bezugssignal A und ist auf bekannte Weise aus diesem Signal abgeleitet. Dieses Signal B hat eine positive Planke, die sowohl mit der positiven als auch mit der negativen Planke im Signal A zusammenfällt» Also wird bei jeder Planice des Signals A ein Triggerimpuls für den Flipflop 57 erzeugt (Fig. 6a); Zeitpunkte ti , t2, t3 ... t8. Die Bedingung dafür·, dass die Spannung am Ausgang Q von 57 hoch geht, ist, dass die Spannung am Eingang D von 57 in jenen Ausgenblicken hoch wird, die mit einem der Triggerimpulszeitpunkte ti, t2 ... t8 zusammenfallen. Eine Bedingung dafür wieder ist, dass beide Eingangsspannungen (5 und Antwort) des Gatters 60 niedrig sind. Dies ist nur der Fall, wenn das Signal C am Ausgang Q von 56 und das Eingangs-Antwortsignal (Fig. 6c) gleichzeitig hoch sind» Das Signal C

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am Ausgang Q von 56 ist durch das Auftreten einer "Senke" im Eingangs-Antwortsignalimpuls hoch und bleibt bis zum Ende des AntwortSignalimpulses in diesem Zustand. In diesem Beispiel weist der erste AntwortSignalimpuls eine "Senke" auf und ein C-Signal wird während des Impulses erzeugt. Zum Triggerimpulszeitpunkt t2 sind sowohl das Bezugssignal als auch das C-Signal hoch und die Spannung am Ausgang Q von 57 wird hoch. Sie bleibt 'hoch bis zum nächsten Triggerimpulszeitpunkt t3t wenn sowohl das C-Signal als auch das Antwortsignal niedrig sind.

Der nächste Antwortsignalimpuls in Fig. 6

weist keine "Senke" auf und es wird kein C-Impuls erzeugt. GemSss obiger Beschreibung kann die Spannung am Eingang D des Flipflops57 bei Abwesenheit des C-Impulses nicht hoch werden und es wird an Q von 57 kein Ausgangsimpuls erzeugt. Dies gilt ebenso bei fehlendem Antwortsignalimpuls. Der letzte Antwortsignalimpuls in Fig. 6 hat eine "Senke" und ein Ausgangsimpuls wird am Ausgang Q von 57 erzeugt, wie für den ersten Antwortimpuls beschrieben«

Es sei jetzt angenommen, dass eine negative Flanke wie in Tt in Fig» 6 durch eine Störung bei der Uebertragung ausgelöst wird. Der Flipflop 56 kann nicht zwischen richtigen negativen Flanken, die "Senken" in Antwortsignalimpulsen darstellen, und Störungen unterscheiden, wodurch die Ausgangsspannung C am Ausgang Q des

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Flipflops 56 hoch wird und in diesem Zustand bleibt. Bei einer Störung besteht jedoch zum nächsten folgenden Triggerimpulszeitpunkt für 57» Z₀B. t2, kein Antwortsignal auf hohem Pegel und die Ausgangs spannung am Ausgang Q von 57 kann nicht hoch werden. Also blocken

60 und 57 C-Impulse ab, die durch Störungen ausgelöst worden sind, und erlauben nur den richtigen C-Impulsen, Ausgangsimpulse aus 57 ²^ erzeugen,»

Das NOR-Gatter und der Flipflop 58 dienen

zum Erzeugen eines Aiisgangsimpulses, der den Binärwert ¹¹O¹¹ darstellt, z.B. ein Antwortsignalimpuls ohne "Senke¹¹.

61 und 58 sind auf gleiche Weise.angeschlossen und werden mit den gleichen Signalen wie das Gatter 60 und der Flipflop 57 gespeist, ausgenommen dass statt des invertierten Signals C zum Gatter 60 in der Anordnung 60, 57 · das nicht invertierte Signal C zum entsprechenden Gatter in der Anordnung 61» 58 gelangte Der C-Impuls wird, wie bereits erwähnt,' durch eine "Senke" im Antwortsignal- ^v impuls ausgelöst und infolgedessen erzeugt 58 einen Impuls an seinem Ausgang Q beim Empfang eines Antwort— signalimpulses ohne "Senke", auf die gleiche Weise wie für 57 beim Empfang eines Antwortsighalimpulses mit einer"Senke" beschrieben.

ITm dafür zu sorgen, dass der Flipflop 56 beim Start des Systems in einem Zustand steht, bei dem

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die Ausgangsspannung in Q hoch ist und in diesem Zustand bleibt, wird der erwähnte Flipflop wiederholt zurückgestellt» Das Rückstellen erfolgt mit Hilfe der ersten und zweiten Bezugssignale A und B gemäss den Diagrammen a) und b) in Fig. 6, welche Signale an die Eingänge des NOR-Gatters 62 gelegt werden» Durch die Inversion am Ausgang von 62 erfolgt Ruckstellung, wenn beide Signale A und B niedrig sind, Wie aus den Diagrammen in Fig. 6 ersichtlich ist, erfolgt dies, wenn der Flipflop 56 bereits normalerweise zurückgestellt ist, und das Rückstellen wird also den beschriebenen normalen Betrieb von nicht stören_e

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Claims (1)

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PATENTANSPRÜCHE

( 1 , J . Transpondersystem mit einer einen Sender

und einen Empfänger enthaltenden Abfragestation und einer Antwortsfcatlon mit gemeinsamen Ein- und Ausgangsklemmen, wobei die Abfragestation dazu eingerichtet ist, auf drahtlosem ¥ege ein Abfragesignal in Form einer Impulsfolge mit einer bestimmten Trägerfrequenz auf die Antwortstation zu übertragen und der Antwortstation eine mit den gemeinsamen Ein- und Ausgangsklemmen gekoppelte erste Reöonanzanordnung enthält, um ein Antwort signal mit einer Trägerfrequenz, die eine Harmonische der Frequenz des empfangenen Trägersignals ist, aus den empfangenen Abfragesignalimpulsen abzuleiten, und wobei die Antwortstation einen Modulator zum Amplitüdenmodilieren des Antwortsignals für Datenübertragung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit der ersten Resonanzanordnung gekoppelteo Gleichrichterelement mit nicht linearer Kennlinie zum Erzeugen der erwähnten Harmonischen angeordnet und der Modulator über das Gleichrichterelement zum Zuführen von Speiseenergie für den Modulator angeschlossen ist, und eine verstimmbare zweite Resonanzanordnung, die einerseits mit der ersten Resonanzanordnung und andererseits mit dem Modulator gekoppelt ist, zum Amplitudenraodulieren der aus den Abfragesignal impuls en abgeleiteten Antwortsignalimpulse

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für einen Teil der Impulsdauer dieser Antwortsignalimpulse in Abhängigkeit der zu übertragenden Information angeordnet ist, wobei die in der ersten Resonanzanordnung auftretende Schwingung mit der bestimmten Trägerfrequenz nahezu nicht von der Modulation beeinflusst wird» Z₀ .; Transpondersystem nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeiclinet, dass die erste Resonanzanordnung zwei mit den gemeinsamen Ein- und Ausgangsklemmen gekoppelte parallelgeschaltete Serienresonanzkreise enthält, von denen ein erster auf die bestimmte Trägerfrequenz und der zweite auf die Harmonische dieser bestimmten Trägerfrequenz abgestimmt und das Gleichrichterelement mit Verbindungspunkten der Spulen mit Kondensatoren dieser Serienschwingkreise verbunden ist,

3, Transpondersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator in Serienschaltung mit dem Gleichrichterelement angeordnet ist, welche Serienschaltung zwisehen die Verbindungspunkte angeschlossen ist und die zwei Serienschwingkreise derart angeordnet sind, dass die Kondensatoren dieser Kreise zusammen mit der Serienschaltung des Gleichrichterelements und dem Kondensator in Serie zwischen die gemeinsamen Ein- und Ausgangsklemmen angeschlossen sind,

4, Transpondersystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeiclinet, dass die verstimmbare zweite Resonanz—

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18.6.75.

-²⁸~ 2530H7

anordnung einen über eines der Elemente des zweiten Serienresonanzkreises angeschlossenen Serienschwingkreis enthält, der eine Kapazitätsdiode enthält und der Modulator mit einem über die Kapazitätsdiode angeschlossenen Signalgeber versehen ist, um die Schwingfrequenz der zweiten Resonanzanordnung für den erwähnten Teil der Impulsdauer abhängig von der zu übertragenden Information unter der Steuerung eines vom Geber gelieferten Steuersignals auf die Harmonische der bestimmten Trägerfrequenz einzustellen»

5. . Traaspohdersystera nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenz des Antwortsignals eine geradzahlige Harmonische der bestimmten Trägerfrequenz und die Antwort station in Mikrostriptechnik ausgeführt ist, wobei die erste Resonanzanordnimg einen i"K -Mikrostripblindleiter enthält, wobei X die zur bestimmten Trägerfrequenz im Mikrostripleiter gehörende Wellenlänge ist und der Antwortgeber zwei Halbleiterelemente und zwei Tiefpassfilter enthält, wobei jedes Halbleiterelement zwischen eines der Enden des Mikrostrip-

-f

leiters und ein Tiefpassfilter angeschlossen und jedes Tiefpassfilter mit dem Modulator verbunden ist und die zweite Resonanzanördnung einen zwischen der Mitte des Mikrostripleiters mit einer Länge von \ ^. und einer Erdklemme angeordneten Mikrostripleiter mit einer Länge

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von 1/8 Λ , eine mit einem Punkt auf dem Mikrostripleiter mit einer Länge von 1/8 λ verbundene Kapazitätsdiode, einen mit einem Ende an die Kapazitätsdiode angeschlossenen weiteren Mikrostripleiter mit einer grosseren Länge als 1/8 % und einer kleineren Länge als -y "X , ein zwischen einen Punkt auf 1/8A des anderen Endes des weiteren Mikrostripleiters und einen Ausgang des Modulators angeschlossenes Tiefpassfilter enthält, wobei der zwischen der Erdungsklemme und dem Anschlusspunkt für die Kapazitätsdiode liegende Teil des Mikrosptripleiters mit einer Länge von 1/8 A zusammen mit der Kapazitätsdiode und der zwischen der Kapazitätsdiode und dem Anschlusspunkt für das dritte Tiefpassfilter liegende Teil des weiteren Mikrostripleiters einen parallelgeschalteten Schwingkreis bildet und der Modulator einen Signalgeber zum Einstellen der Resonanzfrequenz des parallelgeschalteten Schwingkreises für den erwähnten Teil der Impulsdauer auf die Harmonische der bestimmten Trägerfrequenz in Abhängigkeit der zu tibertragenden Information unter der Steuerung eines vom Geber gelieferten Steuersignals enthält,

6. Transpondersystem nach Anspruch 1, bei dem

der Empfänger der Abfragestation einen Demodulator enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Demodulator einen Differenzverstärker, in dem ein empfangenes Antwort—

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signal zum Abgeben eines ersten Signalpegels beim Ueberschreiten der Bezugsspannung durch die empfangene Antwortsignalspannung und zum Abgeben eines sich vom ersten Pegel unterscheidenden zweiten Signalpegels beim NichtÜberschreiten der Bezugsspannung durch die empfangene Anti-zortsignalspannung verglichen wird, einen ersten mit einem Triggereingang, einem SignaIeingang, einem Signalausgang» einem inversen Signalausgang und einem Rückstelleingang versehenen D-Flipflop enthält, dessen Triggereingang mit einem Ausgang des Differenzverstärkers und dessen Signaleingang mit dem Sender der Abfragestation zum Anlogen eines ersten impulsförmigen, aus dem Abfrage— signal abgeleiteten Bezugssignals an den D-Flipflop gekoppelt ist, und eine erste NICHT-ODER-Gatterschaltung angeordnet ist, der das erste impuleförmige Bezugssignal und ein aus diesem Bezugssignal abgeleitetes zweites impulsförmiges Bezugssignal mit einer Impulswiederholungsfrequenz zugeführt' wird, die das Zweifache der Impuls-Wiederholungsfrequenz des ersten Bezugssignals ist, und von welcher Gatterschaltung der Ausgang auf den Rückstelleingang des ersten Flipflops angeschlossen, eine mit dem Ausgang des Differenzverstärkers gekoppelte und an den inversen Signalausgang des ersten D-Flipflops angeschlossene zweite NICHT-ODER-Schaltung angeordnet, eine mit dem Ausgang des Differenzverstärkers gekoppelte

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und an den Signalausgang des ersten D-Flipflop angeschlossene dritte NICHT-ODER-Sclialtung angeordnet ist
und dem ersten D-Flipflop identische zweite und dritte
D-Flipflops angeordnet sind, an deren Triggereingäiige
das zweite irapulsförniige Bezugssignal und deren Signal— eingänge an den Ausgang der zweiten bzw. dritten NICHT-ODER-Gattorschaltung angeschlossen sind und wobei an
den SignalausgUngen des zweiten und dritten D-Flipflops das deinodulierte empfangene Antwortsignal abgegriffen · werden kann_o

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