DE3042088A1

DE3042088A1 - Antennensystem fuer ein elektronisches sicherheitssystem

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Publication number: DE3042088A1
Application number: DE19803042088
Authority: DE
Inventors: George Jay Ridgefield Conn. Lichtblau
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-08
Filing date: 1980-11-07
Publication date: 1981-05-21
Also published as: FR2469723A1; SE8007830L; IT1129350B; DK476280A; ZA806638B; FR2469723B1; ES8703689A1; SE445497B; DK161176B; AU6298880A; ES8306927A1; US4260990A; JPS5676070A; AU538552B2; JPH029890U; IT8068657A0; ES519459A0; GB2062969B; ES496174A0; DK161176C

Description

Die Erfindung betrifft elektronische Sicherheits- bzw. Uberwachungssysteme und insbesondere ein Antennensystem für ein solches Sicherheits- bzw. Uberwachungssytem.

Es sind elektronische Sicherheitssystemezur Erkennung des unerlaubten Entfernens von Gegenständen bekannt, die einen Resonanz-Markierungs-Kreis umfassen. Solche Systeme verwenden einen Sender, der ein elektromagnetisches Feld in einer unter Überwachung stehenden Zone erzeugt, und einen Empfänger, der so arbeitet, daß er eine Resonanz-Markierungs-Frequenz detektiert bzw. erkennt, die durch das Vorhandensein einer Markierung bzw. eines Markierungskreises in der Überwachungszone hervorgerufen wird, und der weiterhin so arbeitet, daß er ein Ausgangs-Alarmsignal erzeugt, das das Vorhandensein der Markierung kennzeichnet. Ein bevorzugtes elektronisches Sicherheitssystem dieser Art ist^den US-Patentschriften 3 810 147, 3 863 244 und 3 967 161 beschrieben.

Bei elektronischen Sicherheits- bzw. Überwachungssystemen, wie sie in den oben erwähnten Patentschriften beschrieben sind, werden üblicherweise zwei identische planare Einschleif en-Antennen verwendet, von denen die eine als Sendeantenne und die andere als Empfangsantenne dient. Die Sende-Schleifenantenne erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das sich weit über den unmittelbaren, für den Betrieb des Systems erforderlichen Bereich des Sicherheitssystems hinaus erstreckt. Darüber hinaus ist die Empfangsantenne empfindlich gegenüber äußeren Störungen, die in Abständen vom Empfänger erzeugt werden, die groß im Vergleich zu dem kleinen für den Betrieb des Systems interessierenden Bereich sind.

In der US-PS 4 016 553 ist ein Antennensystem beschrieben, bei dem die einer einfachen Schleifenantenne inhä-

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renten Probleme in einem elektronischen Sicherheitssystem dadurch auf ein Minimum herabgesetzt werden, daß zwei oder mehr identische parallele Schleifenantennen verwendet werden, die so miteinander verbunden sind, daß sie entgegengesetzte Phasen besitzen bzw. daß sie zueinander in einer Kompensationsrelation stehen. Das Antennensystem umfaßt eine Gruppe von wenigstens zwei parallelen, elektrisch leitenden Schleifen ähnlicher bzw. gleicher Größe, die so miteinander verbunden sind, daß sie entgegengesetzte Phase besitzen, wobei der Strom immer in wechselweise entgegengesetzten Richtungen .durch entsprechende Teile einer jeden Schleife fließt. Infolge hiervon sind die Schleifen magnetisch in einer Kompensationsrelation angeordnet. Die Länge der Schleifen und der Abstand zwischen den Schleifen sind klein im Vergleich zur Wellenlänge der gesendeten oder empfangenen Signale, und es wird dort gesagt, daß diese Größen typischerweise ein Zehntel der Wellenlänge betragen. Der Abstand zwischen den parallelen Schleifen ist ein beträchtlicher Bruchteil, beispielsweise ein Viertel der Breite des Austritts-Durchgangs, durch den ein zu erkennender Resonanzkreis in einem Sicherheitssystem hindurchgehen muß. Eine gesonderte Antennengruppe, die aus parallelen Schleifen entgegengesetzter'Phase besteht, kann jeweils an den Sender und den Empfänger des Systems angeschlossen werden/ oder es kann eine einzige Antennengruppe sowohl mit dem Sender als auch dem Empfänger verwendet werden. In Abständen, die groß im Vergleich mit den Abmessungen der Sendeantenne sind, werden die erzeugten elektromagnetischen Wellen aufgrund der gegenphasigen Schleifenverbindung ausgelöscht. In kleinen Abständen zwischen der Empfangs- und der Sendeantenne löschen sich die Signale in benachbarten parallelen Antennenleitern nicht aus, was zu einem detektierbaren bzw. erkennbaren Nettosignal führt. Elektromagnetische Wellen, die auf die Empfangsantenne aus Entfernungen auffallen,

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die groß im Vergleich zu den Antennenabmessungen sind, erzeugen kein merkliches Antennensignal; dagegen werden elektromagnetische Wellen, die auf die Empfangsantenne von Quellen her auffallen, die nahe bei der Antenne liegen, erfaßt und erzeugen ein Empfangs-Antennensignal. .

Somit liefert das in der US-PS 4 016 553 beschriebene Antennensystem ein elektromagnetisches Feld in einem Abfrage- bzw. Überwachungsbereich und verhindert, daß Felder hoher Intensität außerhalb dieses Überwachungsbereiches auftreten. Dieses Antennensystem sorgt auch für die Erkennung von ausgewählten elektromagnetischen Feldern, die im Überwachungsbereich von einem Resonanzkreis her entstehen, während die Erkennung bzw. das Ansprechen auf Felder vermieden wird, die von außerhalb des Überwachungsbereiches stammen.

Das in der erwähnten US-PS 4 016 553 beschriebene Antennensystem leidet jedoch in der Praxis unter mehreren Nachteilen, Die Kompensationsschleifen-Antennen müssen durch einen Abstand voneinander getrennt sein, der im Vergleich zu dem Abstand zwischen der Sendeantennengruppe und der Empfangsantennengruppe eine merkliche bzw. beträchtliche Größe besitzt. Darüber hinaus müssen die Kompensationsschleifen-Antennen zur Erzielung eines optimalen Effektes sorgfältig ausgerichtet und abgeglichen werden. Die Schleifen einer Antennengruppe weisen typischerweise zueinander einen Abstand auf, der einem Viertel des Abstandes über den Austrittsdurchgang hinweg entspricht. Die Größe einer Antennengruppe kann bei Durchgangsweiten mit üblich großen Abmessungen zu Problemen führen. Beispielsweise muß bei einer Durchgangsweite von 183 cm (6 Fuß) das Antennenbündel genügend groß sein, um einen Schleifenabstand von 46 cm (18 inch) zu ermöglichen.

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Ein verbessertes Antennensystem zur Verwendung bei einem elektronischen Sicherheits- bzw. Überwachungssystem zur Erkennung von Resonanz-Markierungs-Kreisen ist Gegenstand der schwebenden US-Patentanmeldung mit der Serial Nr. 878 753 vom 17. Februar 1978. Dieses Antennensystem umfaßt zwei im wesentlichen identische, planare Mehrfachschleifen-Antennen, die jeweils mit dem Sender und dem Empfänger des Sicherheitssystems verbunden sind und ein elektromag- ■ netisches Feld hoher Intensität im Überwachungsbereich des Systems erzeugen, während Felder mit hoher Intensität in Abständen außerhalb des Überwachungsbereiches vermieden werden, die groß im Vergleich zu den Antennenabmessungen sind. Das Antennensystem unterdrückt auch Störsignale, die außerhalb des Überwachungsbereiches in Abständen erzeugt werden, die groß im Vergleich zu den Antennenabmessungen sind. Jede Planarantenne umfaßt zwei oder mehr Schleifen, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei jede Schleife bezüglich einer jeden Nachbarschleife um ,180° verdreht ist, so daß sie zu dieser gegenphasig ist. Die Sendeantenne und die Empfangsantenne sind symmetrisch, d.h. identisch oder nahezu identisch hinsichtlich der Anzahl und der Größe der zwei oder mehr Schleifen und arbeiten in der Weise zusammen, daß verdrehte Schleifen der ' Empfangsantenne die benachbarten Phasenverhältnisse von verdrehten Schleifen der Sendeantenne umkehren bzw. gleichrichten. Für jede Antenne ist die Gesamtschleifenflache mit einer Phasenlage gleich der Gesamtschleifenflache mit der entgegengesetzten Phasenlage, um ein optimales Verhalten zu erzielen. Das Antennensystem ist auch insofern sehr wirksam, als es eine höhere Resonanz-Markierungs-Erkennungs-Empfindlichkeit besitzt, als herkömmliche Schleifenantennen.

Die Erfindung schafft ein Antennensystem, das dem Antennen-

system der eben erwähnten schwebenden Patentanmeldung ahn-

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lieh ist, bei dem jedoch die beiden zusammenwirkenden ebenen Antennen asymmetrisch zueinander sind, um ein gewisses vorteilhaftes Verhalten in dem zugehörigen elektronischen Sicherheits- bzw. Uberwachungssystem zu erzielen. Bei einer Ausführungsform ist die Sendeantenne eine ebene, eine Schleife umfassende Antenne, während die Empfangsantenne zwei oder mehr Schleifen umfaßt, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei jede Schleife bezüglich einer jeden benachbarten Schleife um 180° verdreht ist, um Gegenphasigkeit zu erzielen. Eine andere Ausführungsform umfaßt eine Sendeantenne, die zwei ebene, verdrehte Schleifen besitzt,und eine Empfangsantenne, die drei ebene, verdrehte Schleifen aufweist, wobei die Schleifen einer jeden Antenne in einer gemeinsamen Ebene liegen und jede Schleife bezüglich jeder benachbarten Schleife um 180 verdreht ist. Um ein optimales Verhalten zu erzielen, ist die Gesamtschleifenflache mit der einen Phasenlage gleich der Gesamtschleif enf lache der entgegengesetzten Phasenlage. ■ Das asymmetrische System unterdrückt Störungen, die in einem Abstand erzeugt werden, der groß im Vergleich zu den Abmessungen der Antenne ist, wie dies auch beim System der schwebenden Patentanmeldung der Fall ist. Zwar ist die nur eine Schleife umfassende Sendeantenne empfänglich gegenüber Störungen, die in einem großen Abstand erzeugt werden. Dieser geringfügige Nachteil hinsichtlich der Storungsunterdrückung der nur eine Schleife umfassenden Antenne wird jedoch bei weitem durch die verbesserte Markierungs-Erkennungs-Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Antennensystems ausgeglichen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

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Fig. 1 ein Blockdiagramm eines elektronischen Uberwachungssystems, bei dem die Erfindung Verwendung findet,

Fig. 2 ein schematisches Diagramm von bei elektronischen Überwachungssystemen verwendeten, dem Stand der Technik entsprechenden Schleifen-Antennen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines symmetrischen Antennensystems,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Antennen-Kopplungs-Beziehungen bei der Ausführungsform nach Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines symmetrischen Antennensystems,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Antennenverhaltens als Funktion des Abstandes von der Antenne ,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines asymmetrischen Antennensystems gemäß der Erfindung,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines asymmetrischen Antennensystems gemäß der Erfindung,und

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines asymmetrischen Antennensystems gemäß der Erfindung.

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Ein elektronisches Sicherheits- bzw. Überwachungssystem ist in Fig. 1 dargestellt; es umfaßt einen Sender 10, der an eine Antenne 12 angekoppelt ist, die in der Weise arbeitet, daß sie ein elektromagnetisches Feld innerhalb eines vorgegebenen, zu überwachenden Bereichs erzeugt; dabei durchläuft der Sender wiederholte Male einen gewünschten Frequenzbereich. Eine Empfangsantenne 14 bei dem überwachten Bereich empfängt von der Antenne 12 elektromagnetisch gekoppelte Energie und ist mit einer Radiobzw. Hochfrequenz-Eingangsschaltung 16 verbunden, die ein Hochfrequenz-Bandpassfilter und einen Hochfrequenz-Verstärker umfaßt. Das Ausgangssignal der Eingangsschaltung 16 ist an einen Detektor 18 angelegt, dessen Ausgangssignal einem Video-Bandpass-Filter 20 zugeführt ist, dessen Ausgang in der Weise wirkt, daß er lediglich ein gewünschtes Frequenzband durchläßt und Trägerfrequenz-Komponenten sowie hochfrequentes Rauschen unterdrückt. Das Ausgangssignal des Filters 20 ist an einen Video-Verstärker 22 angelegt, der eine Signal-Verarbeitungsschaltung 24 ansteuert, deren Ausgangssignal,an eine Alarmeinrichtung 26 oder eine andere Vorrichtung zur Nutzbarmachung des Ausgangssignals angelegt ist, um die Erkennung einer Resonanzkennzeichnung 15 in dem kontrollierten Bereich zu kennzeichnen. Das in Fig. 1 dargestellte System ist Gegenstand der oben erwähnten US-Patentschriften 3 810 147, 3 863 244 und 3 967 161 und arbeitet in der Weise, daß das Vorhandensein der Markierung in einem kontrollierten bzw. überwachten Bereich erkannt und eine Alarmanzeige hiervon erzeugt wird. Die Signal-Verarbeitungsschaltung 24 umfaßt eine Rausch-Unterdrückungs-Schaltung, die in der Weise arbeitet, daß sie zwischen tatsächlichen Markierungssignalen und Störsignalen unterscheidet, die fälschlicherweise als Markierung erkannt werden und daher einen Fehlalarm auslösen könnten, wie dies in diesen Patentschriften beschrieben ist.

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Die beim Stand der Technik verwendeten, nur eine einzige Schleife aufweisenden Antennen sind in"Fig. 2 schematisch dargestellt. Die Sendeantenne 12 und die Empfangsantenne 14 bestehen jeweils aus einer einzigen rechtwinkeligen Schleife derselben Größe und Form. Die Sendeantenne 12 ist mit einem Sender 10 verbunden, von dem sie mit Energie versorgt wird, während die Empfangsantenne 14 mit einem beispielsweise in Fig. 1 dargestellten Empfänger 30 verbunden ist. Die Antennen 12 und 14 sind auf gegenüberliegenden Seiten eines Durchgangs oder Ganges angebracht, zwischen denen sich der Abfrage- bzw. Untersuchungsbereich befindet, durch den die Gegenstände für eine Erkennung einer nicht autorisierten Entfernung hindurchgehen. Es besteht eine relativ starke gegenseitige magnetische Kopplung M zwischen den Antennen 12 und 14. Beim Vorhandensein

° bzw. eines Resonanz-Markierungs-Kreises

einer Resonanz-Markierungs-Schaltung/15 im Abfrage- bzw. Untersuchungsbereich des Systems ist eine magnetische Kopplung M.. von der Sendeantenne 12 auf den Markierungskreis 15 und eine magnetische Kopplung M₂ von dem Markierungskreis 15 zur Empfangsantenne 14 vorhanden. Wenn das Sendefeld so gewobbelt wird, daß die Resonanzfrequenz des Markierungskreises 15 durchlaufen wird, ändert sich der in der Resonanzschaltung induzierte Strom in bekannter Weise als Funktion der Frequenz. Die Resonanzmarkierung koppelt den in ihr induzierten Strom zur Empfangsantenne 14 zusätzlich zu dem Signal, das in die Empfangsantenne direkt von der Sendeantenne 12 eingekoppelt wird. Das Resonanz-Markierungs-Signal wird dann vom Empfänger 30 erkannt und verarbeitet, um ein wirkliches Markierungssignal von einem Rauschsignal zu unterscheiden und ein Ausgangssignal für eine Alarmeinrichtung oder eine andere Ausgangssignal-Verarbeitungsvorrichtung zu erzeugen, die das Erkennen einer Resonanzmarkierung in dem überwachten Bereich anzeigt.

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Bei einer typischen elektronischen Sicherheits- bzw. Überwachungs-System-Anordnung sind die Schleifenantennen 12 und 14 ziemlich groß, beispielsweise 30,48 cm (1 Fuß) breit und 152,4 cm (5 Fuß) hoch, und die Sendeantenne erzeugt relativ starke elektromagnetische Felder in Abständen, die groß sind im Vergleich zum Abstand zwischen den Antennen. Diese nachteiligen Eigenschaften von zum Stand der Technik gehörenden Antennen werden durch das erfindungsgemäße neue Antennensystem beseitigt bzw. wesentlich verringert.

In Fig. 3 ist eine Sendeantenne 32 dargestellt, die in einer einzigen Ebene liegt und so geformt ist, daß sie die Gestalt einer symmetrischen Acht besitzt, die aus einer oberen oder ersten Schleife 34 und einer unteren oder zweiten Schleife 36 besteht. Die Antenne besitzt eine Höhe h und eine Breite w, wobei jede der Schleifen 34 und 36 die Höhe h/2 besitzt. Die Empfangsantenne 38, die mit dem Empfänger 30 verbunden ist, besitzt eine mit der Sendeantenne 32 identische Form und besteht aus einer dritten Schleife 40 und einer vierten Schleife 42. Jede der Antennen 32 und 38 liegt jeweils in einer einzigen Ebene und besitzt im wesentlichen die identische Konfiguration und identische Abmessungen wie die andere Antenne. Nimmt man an, daß die Abmessungen der Antennen klein im Vergleich mit der Arbeits-Wellenlänge sind, dann tritt nur ein geringer Energieverlust aufgrund von Strahlung ein und der Strom durch alle Zweige der Achter-förmigen Muster ist derselbe. In der Sendeantenne 32 ist die obere Stromschleife & 1 identisch mit der unteren Stromschleife φ 2, besitzt jedoch zu dieser die entgegengesetzte Phase. Somit erscheint in Abständen von der Sendeantenne, die im Vergleich zu den Abmessungen dieser Antenne groß sind, die Antenne als zwei gleiche Stromschleifen, mit genau entgegengesetzten Phasen. Als Folge hiervon löschen sich in

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solchen großen Abständen die beiden Stromschleifen in wirksamer Weise gegenseitig aus.

In entsprechender Weise werden Signale, die in großen Abständen von der Empfangsantenne 38 erzeugt werden, in nahezu gleicher Weise in der obere Schleife & 3 und deren untere Schleife $ 4 eingekoppelt. Da die obere und die untere Schleife dieser Antenne so gegeneinander verdreht sind, daß sie gegeneinander um 180 phasenverschoben sind, löschen sich Signale, die in gleicher Weise in die beiden Schleifen eingekoppelt werden, selbst aus. Somit besitzt die Empfangsantenne eine außerordentlich geringe Empfindlichkeit gegenüber Signalen, die in einem großen Abstand von der Antenne erzeugt werden. Diese Eigenschaften von Achter-förmigen Antennen sind allgemein bekannt und in der Literatur beschrieben. Fig. 6 zeigt einen typischen Fall. Der Punkt B stellt einen Punkt dar, der einen großen Abstand von einer der beiden Antennen besitzt, wobei dieser Abstand beispielsweise das Zehnfache der Antennenhöhe beträgt. Infolge hiervon ist der Abstand d~ zwischen dem Punkt B und der unteren Schleife im wesentlichen gleich dem Abstand d. zwischen dem Punkt B und der oberen Schleife. Somit löschen die gleichen und einander entgegengesetzten Signale, die von der oberen und der unteren Schleife der Senderantenne erzeugt werden, sich gegenseitig im Punkt B aus. In gleicher Weise wird jedes Signal, das am Punkt B erzeugt wird, in nahezu derselben Weise in die obere und untere Schleife der Empfangsantenne eingekoppelt, so daß sich die beiden hierdurch erzeugten Antennensignale gegenseitig auslöschen.

In kleinen Abständen von der Antenne, beispielsweise in einem Abstand der gleich der Antennenhöhe ist, sind diese Auslöscheffekte nicht sehr wirksam. Beispielsweise stellt in Fig. 6 der Punkt A einen nahe bei der Antenne liegenden Punkt dar. Es ist offensichtlich, daß der Abstand d.. zwi-

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sehen dem Punkt A und der unteren Schleife wesentlich kleiner ist als der Abstand d_? zwischen dem Punkt A und der oberen Schleife. Daher ist das von der unteren Schleife stammende Signal im Punkt A wesentlich stärker als das Signal von der oberen Schleife. Daher ergibt sich im Punkt A ein Netto-Empfänger-Signal. Dasselbe gilt im umgekehrten Fall, d.h. jedes im Punkt A erzeugte Signal ist in der unteren Schleife stärker als in der oberen Schleife; daher ergibt sich vom Punkt A her ein Netto-Signal in der Gesamtantenne.

Die Empfangsantenne 38 ist in einer einzigen Ebene angeordnet, die parallel zu der Ebene liegt, in der die Sendeantenne 32 angeordnet ist; außerdem sind die beiden Antennen in etwa miteinander ausgerichtet. Die Achter-förmige Gestalt der Antenne 38 kehrt in wirksamer Weise die Phase einer jeden der gegenüberliegenden Schleifen der Sendeantenne 32 um und führt zu einem Netto-Signal für den Empfänger 30. Die Kopplungsverhältnisse der Antennen 32 und 38 sind in Fig. 4 dargestellt. Die Sendeschleife 34 koppelt positiv zur Empfangsschleife 40, während die Sendeschleife 36 positiv zur Empfangsschleife 42 koppelt. Da die in der Schleife 40 induzierte Spannung entgegengesetzt zu der in der Schleife 42 induzierten Spannung ist, was darauf beruht, daß die Strömungsrichtungen des Stroms in den Schleifen 34 und 36 einander entgegengesetzt sind, da die Schleife 42 körperlich um 180 gegen die Schleife 40 verdreht ist, besteht der Netto-Effekt darin, daß die direkt von den Schleifen 34 und 36 in den Schleifen 40 und 42 induzierten Spannungen seriell addiert werden. Tatsächlich hebt die Verdrehung der Empfangsantenne die Verdrehung der Sendeantenne wieder auf. Zusätzlich zu der direkten Kopplung zwischen den jeweiligen Schleifen der Sendeantenne und den entsprechenden Schleifen der Empfangsantenne koppelt die Schleife 34 in negativer Weise auf die Schleife 42, während die Schleife 36 negativ

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auf die Schleife 40 koppelt. Diese Kreuzkopplungsspannungen in der Empfangsantenne addieren sich auch, und die Summe der kreuzgekoppelten Spannungen zieht sich von der Summe der direkt gekoppelten Spannungen ab. Die Netto-Spannung V am Empfänger kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden

^Vr = ^(V13 ^{+ V}24> - ^(V14 ^{+ V}23>

wobei V₁₃ die von der Schleife ·# 1 (34) in der Schleife # 3 (40) induzierte Spannung, V₂- die von der Schleife 4tr 2 (36) in der Schleife #4 (42) induzierte Spannung, V... die von der Schleife ^ 1 in der Schleife #4 induzierte Spannung und V₃₃ die von der Schleife# 2 in der Schleife # 3 induzierte Spannung ist. Da die direkten Abstände d₁₃ und d„. zwischen den Schleifen immer kleiner sind als die Abstände d.. . und d„₃ zwischen den kreuzgekoppelten Schleifen, besteht immer eine magnetische Kopplung von der Sendeantenne zur Empfangsantenne. Wegen der Auslöscheffekte der Kreuzkopplungs-Komponenten zwischen der Sende- und der Empfangsantenne ist es wünschenswert, in einer Achterförmigen Antenne einen größeren Strom zu erzeugen als in einer nur eine einzige Schleife aufweisenden Antenne, um dieselbe Gesamtspannung in der Empfangsantenne zu erhalten.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform umfaßt eine Sendeantenne, die mit einem Sender 10 gekoppelt ist und drei im wesentlichen rechteckige verdrehte Schleifen 52, 54 und 56 besitzt, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, sowie eine im wesentlichen hiermit identische Empfangsantenne, die mit einem Empfänger 30 verbunden ist und drei gegeneinander verdrehte Schleifen 58, 60 und 62 aufweist, die ebenfalls in einer gemeinsamen Ebene, liegen. Jede Antenne besitzt eine Breite w und eine Gesamthöhe h, wobei die Zentralschleifen 54 und 60 eine Höhe h/2 besitzen,

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die doppelt so groß ist, wie die Höhe der äußeren Schleifen 52, 56, 58 und 62. Somit umschließen die äußeren Schleifen 52 und 56 jeweils eine Fläche, die halb so groß ist, wie die von der Mittelschleife 54 umschlossene Fläche. In der gleichen Weise ist die von den äußeren Schleifen 58 und 62 umschlossene Fläche jeweils halb so groß, wie die von der zentralen Schleife 60 umschlossene Fläche. Bei jeder Antenne ist jede Schleife bezüglich einer jeden benachbarten Schleife verdreht bzw. in der Phase entgegengesetzt. Die äußeren Schleifen sind jeweils miteinander phasengleich und um 180 gegen die Zentralschleife phasenverschoben.

Die Netto-Spannung V am Empfänger kann für die Ausführungsform gemäß Fig. 5 durch die folgende Gleichung dargestellt werden

^Vr - ^(V14 ^{+ V}25 ^{+ V}36 ^{+ V}16 ^{+ V}34>"^(V15^+V24^+V26^+V35⁾

wobei die Kennzeichnung der Spannungen dieselbe ist, wie oben beschrieben. Somit ist V₁₄ die von der Schleife φ1 in der Schleife #4 induzierte Spannung usw. Wie bei der

Ausführungsform gemäß Fig. 3 besteht immer eine magneti-

Nettosche/Kopplung von der Sendeantenne auf die Empfangsantenne.

In Abständen, die im Vergleich zu den Antennenabmessungen groß sind, löschen die Effekte der Schleifen φ 1 und #3 (52 und 56) die Effekte der Schleife # 2 (54) aus, so daß das von der Sendeantenne stammende elektromagnetische Feld mit größer werdendem Abstand rasch abfällt. Zusätzlich sind die Einflüsse von äußeren Störungen auf die Empfangsantenne vernachlässigbar, wenn sie in einem Abstand erzeugt werden, der im Vergleich zu den Antennenabmessungen groß ist, da die Einflüsse der Schleifen #4 und #6 (58 und 62) die Einflüsse der Schleife φ. 5 (60) auslöschen.

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Für eine optimale äußere Auslöschung sollte die Summe der Gesamtflächen aller Schleifen einer jeden Antenne, die zueinander entgegengesetzte Phasen besitzen, die algebraische Summe Null besitzen. D.h., die Gesamtfläche derjenigen Schleifen, die eine Phase besitzen, muß gleich der Gesamtfläche derjenigen Schleifen sein, die die entgegengesetzte Phase aufweisen. In manchen Fällen müssen Sende- und Empfangsantenne nicht identisch sein, sondern dies nur näherungsweise erfüllen. Beispielsweise werden beim Vorhandensein eines Resonanz-Markierungs-Kreises die Antennen unsymmetrisch, und es ist manchmal wünschenswert, die eine Antenne bezüglich der anderen geringfügig asymmetrisch zu gestalten, um auf diese Weise das Erkennungsband des Markierungs-Kreises einzustellen.

Die oben beschriebenen symmetrischen Antennen besitzen einen weiteren Vorteil gegenüber einfachen Schleifenantennen, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind; dieser Vorteil besteht darin, daß das neue Antennensystem für die Induktion eines größeren Signals in der Empfangsantenne beim Vorhandensein eines Resonanz-Markierungs-Kreises sorgt. Das in der Empfangsantenne induzierte Signal ist im wesentlichen das Ergebnis des Signals, das direkt von der Sendeantenne in die Empfangsantenne eingekoppelt wird, zusätzlich zu dem Signal, das von der Sendeantenne zur Empfangsantenne über den magnetisch gekoppelten Resonanz-Markierungs-Kreis eingekoppelt wird. Das Verhältnis des über den Resonanzkreis gekoppelten Signals zu dem direkt von der Sendeantenne in die Empfangsantenne eingekbppelten Signal hängt von der Geometrie des Antennensystems und seiner Kopplung mit dem Resonanz-Markierungs-Kreis ab.

Die Fläche des Markierungs-Kreises ist klein im Vergleich zur Fläche einer jeden Schleife der Antennen, und in jeder typischen Erkennungsstellung zwischen der Sende- und

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der Empfangsantenne ist der Markierungs-Kreis überwiegend mit einer Schleife der mehrere Schleifen umfassenden Empfangsantenne gekoppelt. Es ist in der Praxis sehr unwahrscheinlich, daß sich der Markierungs-Kreis an einer Stelle befindet, in der er mit allen Schleifen der Empfangsantenne in gleicher Weise gekoppelt ist, und somit ist die Markierung in einem stärkeren Ausmaß mit einer der Schleifen der Empfangsantenne gekoppelt.

Wenn das über den Markierungs-Kreis gelieferte Signal konstant bleibt, während das direkte Signal verringert bzw. geschwächt wird, dann vergrößert sich das Verhält-, nis des Markierungs-Signals zum direkten Signal, so bedeutet dies eine Vergrößerung der Erkennungs-Empfindlichkeit. Bei der Erfindung ist bei irgendeinem gegebenen Sender-Strom-Pegel das direkt von der Sendeantenne in die Empfangsantenne eingekoppelte Netto-Signal kleiner als das bei aus einer einfachen Schleife bestehenden Antenne eingekoppelte Signal, was auf der Kompensationswirkung der kreuzgekoppelten Schleifen beruht. Das in die Empfangsantenne über den Markierungs-Kreis eingekoppelte Signal wird jedoch nicht in demselben Ausmaß durch die Kreuzkopplungseffekte der Sende- und Empfangsantenne verringert. Das Netto-Ergebnis besteht darin, daß das Signal vom Markierungs-Kreis bezüglich des direkt gekoppelten Signals zwischen der Sende- und der Empfangsantenne im Vergleich zu den Verhältnissen bei dem Stand der Technik entsprechenden nur aus einfachen Schleifen bestehenden Antennen vergrößert wird.

Die beschriebenen symmetrischen Antennen sind Gegenstand der erwähnten schwebenden US-Patentanmeldung Nr. 878 7 und liefern verringerte, vom Sender stammende äußere Felder sowie ein verringertes Rauschen bzw. verringerte Störungen von äußeren Quellen im Empfänger und somit eine höhere Empfindlichkeit für die Erkennung von Resonanz-

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markierungen.

Die erfindungsgemäßen Verbesserungen werden nun in Verbindung mit den Fig. 7 bis 9 beschrieben. In Fig. 7 ist ein asymmetrisches, ebenes Antennensystem dargestellt, das eine aus einer einzigen Schleife bestehende Sendeantenne und eine aus zwei Schleifen bestehende Empfangsantenne besitzt. Diese Antennen sind zueinander im wesentlichen parallel und voneinander beabstandet auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten eines Gangs oder Durchgangs angeordnet, durch den ein Markierungs-Kreis hindurchgehen muß, um erkannt zu werden. Die Sendeantenne besitzt eine einzige Schleife 70 (# 7), während die Empfangsantenne eine aus zwei Schleifen bestehende ebene Antenne ist, deren obere Schleife 72 (# 8) dieselbe Fläche besitzt, wie die untere Schleife 74 (#9) und gegen diese so verdreht ist, daß sie gegenüber der unteren Schleife eine Phasenverschiebung von 180 besitzt. Die Fläche der Schleife φ 7 ist im wesentlichen dieselbe wie die Gesamtfläche der Schleifen # 8 und 4l·- 9. Wenn die Empfangsantenne vollständig abgeglichen und symmetrisch bezüglich der Sendeantenne angeordnet ist, besteht keine gegenseitige magnetische Netto-Kopplung zwischen der Sende- und der Empfangsantenne. Das von der Schleife # gekoppelte Signal wird in gleicher Weise in die Schleife # 8 und die Schleife φ 9 eingekoppelt, und da sich die Schleifen 4fc 8 und |: 9 in einem Kompensationsverhältnis befinden, wird kein Netto-Signal am Ausgang der Empfangsantenne erzeugt. In der Praxis ist also die aus zwei Schleifen bestehende Antenne absichtlich unabgeglichen bzw. asymmetrisch gemacht, um eine gewisse gegenseitige Kopplung zwischen der Sende- und der Empfangsantenne zu bewirken und auf diese Weise ein Trägersignal im Empfänger zu erzeugen, um das intern und extern im Empfänger erzeugte Rauschen zu minimieren. Im Endeffekt wirken die An-

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tennen als abgeglichene "Brücke" in der Detektionszone zwischen den Antennen. Wenn ein Resonanz-Markierungs-Kreis in diese Zone zwischen den beiden Antennen gebracht wird, wird der Resonanzkreis üblicherweise überwiegend entweder mit der Schleife # 8 oder mit der Schleife ^r 9 gekoppelt, was den Abgleich der Brücke stört und ein großes Resonanz-Markierungs-Signal in der Empfangsantenne induziert.

Die aus zwei Schleifen bestehende Empfangsantenne unterdrückt den größten Teil der Störungen, die in Abständen erzeugt werden, die groß im Vergleich mit den Abmessungen der Antenne sind. Die aus einer Schleife bestehende Antenne ist jedoch empfindlich gegen in relativ großen Abständen erzeugte Störungen und erzeugt auch ein relativ starkes elektromagnetisches Feld in größeren Abständen. Es besteht eine größere gegenseitige magnetische Kopplung zwischen der aus einer Schleife bestehenden Sendeantenne und der mehrere Schleifen umfassenden Empfangsantenne als zwischen den entsprechenden symmetrischen
aus mehreren Schleifen bestehenden Antennen. Daher wird ein Hochfrequenz-Trägersignal auf den Empfänger gekoppelt, das eine größere Stärke besitzt,als der Träger-Pegel, der mit entsprechenden symmetrischen Schleifenantennen erhalten wird. Als Ergebnis hiervon wird ein größeres Trägersignal-Stör-Verhältnis und eine größere Markierungs-Erkennungs-Empfindlichkeit erreicht. Somit liefert die
asymmetrische Antennenanordnung ein geringeres Rauschen bzw. geringere Störungen und ein größeres induziertes
Resonanz-Markierungs-Signal im Empfänger als die entsprechende symmetrische Antennenanordnung, was jedoch
mit einer geringeren Rausch- bzw. Störungsunterdrückung durch die aus einer Schleife bestehende Sendeantenne bezahlt werden muß.

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Ein anderes asymmetrisches Antennensystem ist in Fig. 8 dargestellt, in dem die Sendeantenne eine aus einer einzigen Schleife bestehende ebene Antenne 76 (#10) ist, während die Empfangsantenne eine aus drei Schleifen bestehende, abgeglichene Antenne ist, die aus den Schleifen 78, 80 und 82 (# 11, #12, und #13) besteht. Die aus drei Schleifen bestehende Antenne ist identisch mit der in Fig. 5 dargestellten Antenne. Das von der Schleife ^ 10 auf die Schleife #12 gekoppelte Signal steht in einem Kompensationsverhältnis mit den von der Schleife #"10 auf die Schleifen #11 und #13 gekoppelten Signalen. Es existiert jedoch immer eine magnetische Netto-Kopplung von der aus einer Schleife bestehenden Antenne auf die aus drei Schleifen bestehende Antenne, und die Drei-Schleifen-Antenne kann mit der Ein-Schleifen-Antenne keine genau abgestimmte Brücke bilden, da die obere Schleife #11 und die untere Schleife #13 gegen das Zentrum der Schleife #10 versetzt sind. Dies setzt voraus, daß die Flächen der Schleifen #11 und -^F-13 jeweils genau gleich der Hälfte der Fläche der Schleife #12 sind. Das Antennensystem aus Fig. 8 kann als teilweise abgestimmte Brücke beschrieben werden. Ein zwischen die beiden Antennen eingeführter Resonanz-Markierungs-Kreis wird üblicherweise überwiegend mit einer der drei Schleifen koppeln, was den teilweisen Abgleich stört und ein großes Markierungs-Signal im Empfänger erzeugt.

Im Vergleich zu dem symmetrischen Antennensystem aus Fig. 5 hat das System nach Fig. 8 eine größere wechselseitige magnetische Kopplung zwischen der Sende- und der Empfangsantenne, und es wird durch den Sender im Empfänger ein Trägersignal mit größerer Stärke induziert. Somit ist das Trägersignal-Rausch- bzw. -Störungs-Verhältnis größer als bei dem System nach Fig. 5, und es wird eine größere Markierungs-Erkennungs-Empfindlichkeit erzielt.

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Zwar ist die Sendeantenne gemäß Fig. 8 in der Lage, Störsignale aufzunehmen, doch ist dies in der Praxis ohne Bedeutung, da der Eingangspegel des Senders üblicherweise mehr als tausendmal größer als der Eingangspegel des Empfängers ist. Somit ist die relative Signal-Störungs-Aufnahme am Sender ohne Bedeutung im Vergleich zu der am Empfänger.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 9 dargestellt, bei der die Sendeantenne eine abgeglichene ebene Zwei-Schleifen-Antenne ist, die die Schleifen 84 und 96 ($14 und #■ 15) besitzt, während die Empfangsantenne eine abgeglichene, ebene Drei-Schleifen-Antenne mit den Schleifen 88, 90 und 92 (^ 16, #17 und #18) ist. Diese Ausführungsform ergibt eine abgeglichene Brücke, wenn die zusammenwirkenden Antennen sehr gut angepaßt sind, und als Ergebnis hiervon ist die Markierungs-Erkennungs-Empfindlichkeit außerordentlich hoch. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist diese Ausführungsform in der Praxis absichtlich unabgeglichen, um ein Trägersignal am Empfänger zu erzeugen, das bei der Verringerung des Rauschens bzw. von Störungen am Empfänger hilfreich ist. Hinsichtlich ihres Verhaltens ist die Ausführungsform nach Fig. 9 ein Kompromiß zwischen dem Verhalten der Ausführungsform gemäß Fig. 7 und dem Verhalten der Ausführungsform nach Fig. 5. Die Ausführungsform nach Fig. 9 liefert die abgeglichene Störungsunterdrückung und erzeugt nur in geringem Maße eine Hochfrequenzstörung, wie dies auch die Ausführungsform gemäß Fig. 5 leistet, liefert jedoch eine größere Markierungs-Erkennungs-Empfindlichkeit, als die Ausführungsform gemäß Fig. 5.

Somit schafft also die Erfindung ein Antennensystem zur Verwendung bei elektronischen Sicherheits- bzw. Überwachungssystemen, das eine Sendeantenne mit wenigstens einer in einer Ebene liegenden Schleife und eine Empfangs-

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antenne mit wenigstens zwei gegeneinander verdrehten in einer gemeinsamen Ebene liegenden Schleifen besitzt, wobei bei der Empfangsantenne jede Schleife um 180 verdreht ist und die entgegengesetzte Phase zu jeder benachbarten Schleife aufweist. Die Sende- und die Empfangsantenne sind voneinander beabstandet und im wesentlichen zueinander parallel auf gegenüberliegenden Seiten eines Durchgangs oder Ganges angeordnet, durch den ein Resonanz-Markierungs-Kreis hindurchgehen muß, um erkannt bzw. entdeckt zu werden.

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Claims

Patentansprüche

Antennensystem für ein elektronisches Sicherheits- bzw. Überwachungssystem mit einem Sender, der in einer Überwachungszone ein elektromagnetisches Feld mit einer Frequenz erzeugt, die wiederholte Male einen vorgegebenen Frequenzbereich durchläuft, mit einer Resonanzmarkierung, die eine Resonanzfrequenz innerhalb des durchlaufenen Bereiches besitzt, und mit einem Empfänger zur Erkennung des Vorhandenseins der Resonanzmarkierung in der Überwachungszone und zur Erzeugung einer Alarmanzeige hierfür, dadurch gekennzeichnet , daß das Antennensystem eine an den Sender ankoppelbare und wenigstens eine in einer Ebene liegende Schleife aufweisende Sendeantenne und eine Empfangsantenne umfaßt, die an den Empfänger ankoppelbar ist und wenigstens zwei verdreh-

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te, in einer gemeinsamen Ebene liegende Schleifen aufweist, von denen jede gegen eine jede Nachbarschleife um 180 verdreht ist und zu jeder Nachbarschleife die entgegengesetzte Phase aufweist, daß die Antennen eine unterschiedliche Anzahl von Schleifen und eine wechselweise magnetische Kopplung zwischen diesen Schleifen aufweisen, daß die Empfangsantenne eine wirksame Gesamtschleifenflache der einen Phase besitzt, die gleich der wirksamen Gesamtschleifenfläche der entgegengesetzten Phase ist,und daß die Sendeantenne und die Empfangsantenne voneinander beabstandet und im wesentlichen zueinander parallel auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten eines Durchgangs angeordnet sind, durch den die Markierung für eine Erkennung hindurchtreten muß.

2. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schleifen der einen Antenne im wesentlichen mit den entsprechenden Schleifen der anderen Antenne ausgerichtet sind.

3. Antennensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangsantenne drei verdrehte Schleifen aufweist, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, und daß jede Schleife gegenüber jeder benachbarten Schleife um 180° verdreht ist und eine zur Phase einer jeden Nachbarschleife entgegengesetzte Phase besitzt.

4. Antennensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennz eichnet , daß die Empfangsantenne eine Mittelschleife besitzt, deren Fläche doppelt so groß ist wie die einer jeden äußeren Schleife.

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5. Antennensystem nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Schleifen einer jeden Antenne im wesentlichen rechtwinkelig sind.

Antennensystem für ein
6./elektronisches Sicherheitssystem mit einem Sender, der in einer Überwachung κ/.one ein elektromagnetisches Feld mit einer Frequenz erzeugt, die in sich wiederholender Weise einen vorgegebenen Frequenzbereich durchläuft, mit einer Resonanzmarkierung, die eine Resonanzfrequenz innerhalb des durchlaufenen Frequenzbereiches besitzt,/mit einem Empfänger zur Erkennung des Vorhandenseins der Resonanzmarkierung in der Überwachungszone und zur Erzeugung einer Alarmanzeige hierfür, dadurch gekennzeichnet , daß das Antennensystem eine an den Sender ankoppelbare Sendeantenne mit zwei gegeneinander verdrehten, in einer gemeinsamen Ebene liegenden Schleifen, von denen jede die entgegengesetzte Phase zu jeder benachbarten Schleife besitzt, und eine Empfangsantenne umfaßt, die an den Empfänger ankoppelbar ist und drei verdrehte Schleifen aufweist, die in einer gemeinsamen Ebene liegen und von denen jede die entgegengesetzte Phase zu jeder benachbarten Schleife besitzt, und daß jede Antenne eine wirksame Gesamtschleifenflache der einen Phase besitzt, die gleich der wirksamen Gesamtschleifenflache mit der entgegengesetzten Phase ist.

7. Antennensystem zur Verwendung in einem elektronischen Sicherheitssystem zur Erkennung des unerlaubten Entfernens von Gegenständen, die einen Resonanz-Markierungs-Kreis enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennensystem eine an den Sender des Sicherheitssystems angekoppelte Sendeantenne und eine

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an den Empfänger des Sicherheitssystems angekoppelte Empfangsantenne umfaßt, daß die Antennen voneinander beabstandet und zueinander parallel so angeordnet sind, daß zwischen ihnen die Gegenstände für eine Erkennung hindurchgehen müssen, daß die Sendeantenne zwei koplanare hintereinander längs einer Antennenachse liegende Schleifen aufweist, von denen jede bezüglich der benachbarten Schleife um 180° verdreht ist, so daß sie zu dieser Nachbarschleife eine entgegengesetzte Phase besitzt, daß die Empfangsantenne drei koplanare Schleifen besitzt, die hintereinander längs einer Antennenachse angeordnet sind und von denen jede bezüglich einer jeden Nachbarschleife um 180 verdreht ist, so daß sie eine zu dieser Nachbarschleife entgegengesetzte Phase aufweist, wobei die Mittelschleife eine Phase und die äußeren Schleifen jeweils eine zur Phase der Mittelschleife entgegengesetzte Phase besitzten, und daß jede Antenne eine wirksame Gesamtschleifenflache mit der einen Phase besitzt, die gleich der wirksamen Gesamtschleifenflache der entgegengesetzten Phase ist.

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