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"Mikrowellen-Ubertragungssystem im GHz-Bereich"
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikrowellen-Ubertragungssystem
im GHz-Bereich für die Ubertragung von Niederfrequenztonsignalen, insb. für die
drahtlose Ubertragung von Sprach- und Musikdarbietungen über kurze als auch verhältnismäßig
große Entfernungen, bei der eine Sende- und mindestens eine Empfangsstation stationär
oder bewegbar zueinander angeordnet sind, die die entsprechenden Antennen sowie
im Sender die erforderlichen Tonaufbereitungseinrichtungen als auch im Empfänger
die Demodulations- bzw. Diskriminator-, Verstärker- und Schallwiedergabeeinrichtungen
aufweisen.
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Ubertragungssystemefür die drahtlose Ubertragung von Sprach-und Musikdarbietungen
über verhältnismäßig kurze Entfernungen
sind aus dem Stand der Technik
bekannt und insb. gebrQuchlich für die Tonübertragung von einem Fernsehempfänger
zu einem Kopfhörer, so daß der im gleichen Raum mit einem anderen befindliche Fernsehende
eine Fernsehsendung sich ansehen kann, olze damit den anderen zu stören. Die drahtlose
Ubertragung von Niederfrequenztonsignalen über verhältnismäßig kurze Entfernungen
ist gebräuchlich für den umgekehrten Weg, nämlich bei den sog. Fernbedienungen für
Fernsehempfänger, und zwar werden in diesem Falle vom Fernsehenden auf der Fernbedienung
angeordnete Tasten betätigt, die unterschiedlich codierte Signale auf einen Sender
geben, womit z.B. die Lautstärke, die Helligkeit, der Kontrast, die Farbsättigung
oder auch die Netzeinschaltung eines Fernsehempfängers bedient werden kann.
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Derartige Ubertragungssysteme über verhältnismäßig kurze Entfernungen
bedienen sich dabei im wesentlichen Trägerfrequenzen, die entweder im Ultraschallbereich
liegen oder im Infrarotbereich. Beiden Ubertragungssystemenist gemeinsam, daß eine
unmittelbare Ubertragungsstrecke zwischen dem Sender und dem Empfänger vorhanden
sein muß, d.h. es dürfen sich auf diesem Weg keine Gegenstände befinden, sonst gibt
es eine sog. Abschattung. Daher müssen die Fernbedienungseinrichtungen eine Öffnung
aufweisen, die z.B. aus einer perforierten dünnen Platte bestehen kann. Aber auch
die Sender, z.B. in einem Fernsehempfängergehäuse, müssen aus diesem "hinaussehen"
können, d.h. das Fernsehempfängergehäuse muß eine Öffnung aufweisen.
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Jedes derartig bekannte Ubertragungssystem aus diesem Stand der Technik
weist andere Abmessungen auf und ist nicht untereinander austauschbar. So hat Jeder
Hersteller für seine Empfänger entsprechend angepaßte Gehäuseöffnungen geschaffen,
in die der Sender eines anderen Herstellers niemals eingebaut werden kann, weil
zumindest eine teilweise Abschattung eintritt. Auch können die in den Fernbedienungen
angeordneten Ultraschallsendereinrichtungen kaum gegeneinander ausgetauscht
werden,
da auch hier die Abmessungen recht unterschiedlich sind und sich im wesentlichen
nach dem Geschmack der einzelnen Hersteller bei dem Entwurf eines Gehäuses richten.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, hierfür eine
gewisse Standardisierung einzuführen, d.h. es sollen für den Empfänger und für den
Sender möglichst Bauteile gleicher Abmessungen, und zwar gleicher äußerer mechanischer
Abmessungen verwendet werden können, und es sollen daher diese Teile gegeneinander
austauschbar sein. Sie sollen aber auch so umfassend verwendbar sein, daß sie nicht
nur für Fernbedienungseinrichtungen oder für die Tonübertragung bei Fernsehempfang
geeignet sind, sondern auch für die Tonübertragung im Freien bei sog. Großkundgebungen,
bei denen die Leitullgsverlegung von den Mikrofonen bis zu den einzelnen Lautsprecherboxen
erhebliche Kosten verursacht und bei denen es deswegen recht schwierig ist, Nachhalleffektewährend
einer Veranstaltung auszupegeln, weil nämlich die Vorversuche im Veranstaltungsraum
ohne Publikum erfolgen müssen, während die akustischen Verhältnisse sich bei gefülltem
Raum oder auch im Freien erheblich ändern, wenn Publikum bzw. eine größere Menschenansammlung
vorhanden ist.
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Andererseits sind aus dem Stand der Technik Mikrowellen-Ubertragungssysteme
im GHz-Bereich für die Ubertragungvon Niederfrequenztonsignalen an sich bekannt.
Sie können auch ohne weiteres zur Ubertragungvon Sprach- und Musikdarbietungen über
verhältnismäßig große Entfernung herangezogen werden.
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Aber diese dafür benötigten Teile sind nicht speziell auf das angepaßt,
was oben gefordert wurde, nämlich universelle Verwendbarkeit für die verschiedensten
Anwendungszwecke durch ein und dasselbe Teil.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Mikrowellen-Ubertragungssystem
im GHz-Bereich der eingangs genannten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, die
Sender- als auch die Empfängerantenneneinrichtung spiegelbildlich gleich und auf
gleiche
äußere mechanische Abmessungen aufweisenden sog. gedruckten
Leiterplatten einschließlich eines Oszillators, einer Verdoppler- bzw. Harmonischen-Mischeinrichtung,
eines Tiefpasses sowie eines Mischoszillators anzuordnen. In weiterer Ausgestaltung
der Erfindung kann dieses Mikrolfellen-Ubeirtragungsw system am günstigsten mit
einer Trägerfrequenz von 5,8 GHz arbeiten. Bei Frequenzmodulation dieser Trägerfrequenz
ist ein Frequenzhub von etwa + 5 i4hTz zwecks Erreichen einer großen Dynamik recht
günstig und einsetzbar dann, wenn sowohl der Sender als auch der Empfänger bzw.
die Empfänger einen Netz anschluß aufweisen. Sind jedoch batteriebetriebene Sender
oder Empfänger angeschlossen, so ist es vorteilhaft, die Trägerfrequenz amplituden-
und/oder pulscode zu modulieren.
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Der Vorteil einer Mikrowellen-Ubertragungsanlage besteht u.a.
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auch darin, daß mehrere Ubertragungskanäle verwendet werden können,
denn es stehen ungefähr 150 MHz zur Verfügung, d.h.
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eine Bandbreite ausgehend von einer Mittenfrequenz von + 75 MHz.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine sog. gedruckte Leiterplatte
für einen Sender und Fig. 2 eine ebenso große sog. gedruckte Leiterplatte für einen
Empfänger.
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In Fig. 1 ist mit 1 eine sog. gedruckte Leiterplatte bezeichnet.
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Sie weist die äußeren Abmessungen 25,4 x 25,4 mm2 auf und hat eine
Stärke von etwa 0,5 mm. Diese Leiterplatte ist auf einen Oberfläche vollständig
metallisiert und nur an einer einzigen Stelle unterbrochen. Diese Unterbrechung
ist ungefähr rechteckförmig und in Fig. 1 mit 2 bezeichnet. Sie stellt die sog.
Schlitzantenne dar. Auf der anderen Seite,also der dem Betrachter in Fig. 1 zugewandten
Seite, ist die Leiterplatte 1 bis auf die dargestellten Leitungszüge geätzt worden.
Diese
Leitungszüge stellen eine Dunnfilmschaltungdar. Sie besteht
aus einer Verdoppleranordnungmit der AntenntLeiterbahn 3 für den Sender. Die Verdopplerschaltung
weist Filternetzwcrke4 und'7 und eine Verdopplerdiode 6 auf. In Fig. l ist bei 8
ein rechteckiges Feld gezeichnet. In diesem kann ein IC eingesetzt werden. Hierzu
bedarf es keiner näheren Darstellung, denn dieser IC enthält einen bekanntenspannungsgesteuerten
Oszillator, der auf eine Frequenz von 2,9 GHz arbeiten soll.
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Wenn dieses Signal auf den Verdoppler 3 gegeben wird, so sind die
Elemente 4 *æmEnde bei 5 kurzgeschlossen und transformieren also auf ihre Fußpunkte
einen Leerlauf. Die 2,9 GHz werden also zur Verdopplerdiode 6 hindurchgelassen.
Dahinter sind die Leiter 7 an ihrem Ende "Leerlauf" und transformieren daher auf
ihre Fußpunkte einen Kurzschluß für die Frequenz 2,9 GHz.
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Daher wird diese Frequenz im rechten Teil der Verdoppleranordnung,
also rechts neben der Verdopplerdiode, gesperrt und es wird schließlich über die
Schlitzantenne 2 die doppelte Frequenz, nämlich 5,8 GHz, abgestrahlt. Dieser Sender
muß nun noch moduliert werden bzw. er muß noch die erforderlichen Anschlüsse erhalten.
So erhält der Oszillator 8 seine Anschlüsse über die Leitung 9. Hier kann noch eine
zweite Leitung verlegt werden, an der dann schließlich die NF-Einrichtung 10 angeschlossen
ist. Werden nämlich Signale mit geringer Qualität gefordert, so genügt es hier,
die Modulierende mit einem geringeren Frequenzhub anzulegen. Sind Sender- und Empfangseinrichtungen
mit einem Netzanschluß versehen, so kann das Niederfrequenzzeichensignal, also die
Modulierende, bei 10 so weit aufbereitet werden, daß ein großer Frequenzhub von
z.B. + 5 MHz erreicht wird. Bei Netzgeräten ist dieses nicht schwierig, und dann
kann auch über die Einrichtung eine große Dynamik bzw. eine Sprach- und Musikdarbietung
mit Hi-Fi-Qualität erfolgen. Anderenfalls muß bei batteriebetriebenen Sende- und
Empfangs anlagen eine Einkopplung über die Leitung 11 erfolgen. Dieser ist ein Tiefpaß
12 vorgeschaltet und an der Leitung 13 wird dann die Einrichtung 14 angeschlossen.
Diese Einrichtung 14 besteht aus einem Modulator, der also dann
ein
in der Amplitude moduliertes Signal liefert und/oder ein pulscodemoduliertes Signal.
Bei dieser Art der Einkopplung ist auch eine Hi-Fi-Qualität erreichbar. Nur ist
dann die Ubertragungsstrecke bei ungünstiger Anordnung nicht ganz so störungssicher
wie die frequenzmodulierte Ubertragungsstrecke.
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Die Fig. 2 zeigt die spiegelbildliche Anordnung zur Fig. 1.
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Wieder ist eine sog. Leiterplatte 1 vorhanden, die auf der Unterseite
vollständig metallisiert ist und eine rechteckförmige Ausnehmung aufweist, die wiederum
die Schlitzantenne 2 bildet. Auch hier auf dieser Leiterplatte gibt es auf der dem
Betrachter in Fig. 2 zugewandten Seite Leiterbahnen auf der sonst freigeätzten Platte,
und die eine Leiterbahn ist weder mit 3 bezeichnet. Sie ist wieder die hntelolenleiterbaha.
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Es folgt ein ha-monischer Mischer mit den Filternetzwerken 4 und 7.
Sie haben die gleiche Funktion wie im Sender und sind daher mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Auch gibt es hier wieder den spannungsgesteuerten Oszillator auf 2,9 GHz.
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Nur ist dieser Mischeroszillator nicht direkt auf 2,9 GHz abgestimmt,
sondern auf eine Frequenz, die um 30 oder auch 70 MHz zu der 2,9 GHz verschoben
liegen muß, damit nämlich über den Tiefpaß 12 und die Leitung 15 eine Zwischenfrequenz
von 30 MHz oder 70 MHz abgenommekerden kann, die dann schließlich in eine Auswerteeinrichtung
16 gelangt. Diese Auswerteeinrichtung enthält Demodulations- oder Diskriminatorstufen,
Verstärkerstufen und auch, falls erforderlich, Schallwiedergabeeinrichtungen. Im
Gegensatz zur Anordnung auf dem Sender, bei dem eine Verdopplerdiode 6 angeordnet
ist, sind hier an der gleichen Stelle zwei Dioden 17 und 18 in sog. Antiparallelschaltung
angeordnet. Diese beiden Dioden 17 und 18 müssen deswegen vorhanden sein, damit
es einen sog. harmonischen Mischbetrieb geben kann, d.h. der Mischoszillator schwingt
dann auf oben angegebener Frequenz, also auf etwa der halben Empfangsfrequenz.
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Die Anordnungen sind derart klein, daß sie für oben genannte
Awendungsfälle
überall ohne weiteres aufgenommen werden können. Nicht; diese Antennenteile, also
diese aktiven Teile nach der Erfindung, bestimmen den Raum, sendern die sog.
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andere Elektonik, weil nämlich die Aufbercitungseinrichtungen 10 oder
auch 14 und di die Wiedergabeeinrichtung15 wesentlich meJir Raum beanspnichen wie
die Teile nach Fig. 1 und 2 dieser Erfindung.
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Wie oben bereits in der Einleitung ausgefuh-t, können die Teile hinter
dünnen Kunststoff- oder Holzwänden angeordnet werden. Ein Fernsehempfänger benötigt
also keine Ausnehmung im Gehäuse, und eine Fernbedienung benötigt auch nicht eine
Extraausnehmung in dem verhältnismäßig kleinen Gehäuse. Reichweiten von 8 m sind
überhaupt gar kein Problem, da der Sender in diesem Fall nur etwa 1 mW Abstrahlleistung
benötigt. Auch ist eine Fernsehtollübertragung ohne weiteres möglich, weil nämlich
der Kopfhörer an irgendeiner Stelle seines Bügels oder auch unterhalb der Zusainmenführungsstelle
bei herabhängendem Bügel eine entsprechende Einrichtung aufweisenkann, und da die
Öffnungswinkel derartiger Antennenanlagen 60bis 700 betragen, besteht also eine
freie Bewegungsmöglichkeit im Raum.
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Für Anwendungsfälle bei Ubertragungen in Freiluftveranstaltungen ist
es günstig, wenn die Lautsprecherboxen, die dort verwendet werden und meistens aus
Kunststoff bestehen, keine besonderen Öffnungen für derartige Empfänger aufweisen
müssen. Hier können also die Empfänger unterhalb der Gehäusewandung angeordnet werden
und trotzdem kann die Lautsprecherbox entsprechend angesteuert werden. Weil sehr
viele Ubertragungskanälemöglich sind, kann also während einer derartigen Ubertragungdie
Anlage schnellstens eingepegelt werden, d.h. wenn sich Nachhallstellen irgendwo
ergeben, dann kann sehr schnell eine Anpassung der Anlage an die vorhandenen Gegebenheiten
erfolgen.
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PATENTANSPRÜCHE: