DE3043026C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schleifen-Antennen-Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einer bekannten Schleifen-Antennen-Anordnung dieser Art (DE-OS 29 04 978) wird in Verbindung mit geringer Baugröße eine hohe Ansprechempfindlichkeit auf in einem zu überwachenden Bereich vor­ handene Resonanzkreisstreifen erreicht, während sie gegen­ über elektromagnetischen Feldern unempfindlich ist, die in Abständen von Antennen außerhalb des überwachten Berei­ ches erzeugt werden, die im Verhältnis zu den Abmessungen der Antennen selber groß sind. Eine solche bekannte Anord­ nung ist jedoch immer noch gegenüber elektrischen Störungen empfindlich, die kapazitiv auf die Empfangsantenne aufge­ koppelt werden. Dieser Vorgang wird anhand der Fig. 8 beschrieben, in der eine Empfangsantenne mit einer oberen und einer unteren Schleife dargestellt ist, in welche eine kapazitive Störungseinkopplung erfolgt. Die Störung ist in Form einer Quelle 90 dargestellt, die mit der Antenne kapa­ zitiv gekoppelt ist, während ein Differenzverstärker 92 eine typische Eingangsschaltung eines Empfängers repräsentiert.

Wie aus Fig. 8 verständlich ist, werden magnetische Felder, die in einem Abstand, der im Vergleich zu den Abmessungen der Antenne groß ist, erzeugt werden, in gleicher Weise in die obere und die untere Schleife eingekoppelt. Da diese Schleifen zueinander um 180° verdreht sind und die gleiche Fläche umschließen, heben sich die in den beiden Schleifen induzierten Nettospannungen gegenseitig auf. Eine auf einer Seite der Antenne kapazitiv eingekoppelte Störung führt jedoch zu unterschiedlich hohen Nettospannungen, die sich nicht gegenseitig aufheben. Die Störungsquelle 90 koppelt auf einer Seite der unteren Schleife kapazitiv stark ein. Von der Einkopplungsstelle verlaufen in entgegengesetzter Richtung zwei Signalpfade zum Differenzverstärker 92, wobei der sich nach oben erstreckende Signalpfad A wesentlich länger als der sich nach unten erstreckende Signalpfad B ist. Infolgedessen ist die Impedanz des Signalpfades A wesentlich größer als die des Signalpfades B. Dieser Impedanzunterschied führt zu einem von dem Störungssignal hervorgerufenen realen Signal am positiven Eingang des Differenzverstärkers.

Außerdem ist es bekannt gewesen, eine einschleifige Antenne entlang ihrem Umfang mit einer geerdeten Abschirmung zu umgeben (L. L. LIBBY, Special Aspects of Balanced Shielded Loops, in: Proceedings of the I.R.E. and Waves and Electrons, 1946). Die bekannte Abschirmung ist an einer Stelle elektrisch aufgetrennt, um zu verhindern, daß ein Strom in der Abschirmung selber zirkuliert. Denn wenn ein Strom in der Abschirmung selber zirkulieren würde, würde er eine Magnetfeldkopplung mit der Schleifenantenne selber zu unterbinden versuchen, so daß die Empfindlichkeit der Schleifenantenne drastisch verschlechtert würde.

Weiterhin ist eine Antennenanordnung mit zwei Schleifen bekannt (US 39 73 263), deren Antennenleiter von einer Abschirmung umgeben ist, welche mehrere, isolierende Unterbrechungsstellen aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schleifen-Antennen-An­ ordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, die auch gegenüber Störungen unempfindlich ist, die durch elektromagnetische Felder erzeugt werden, welche sich außerhalb des überwachten Bereichs im geringen Abstand von der Empfangsantenne befinden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung ist jede Antenne unabhängig von der Zahl ihrer Schleifen in einer elektrisch leitenden Außenabschirmung, die bevorzugt aus Metall besteht, eingeschlossen, die geerdet ist und dadurch eine kurzgeschlossene Windung um den äußeren Umfang der Antenne herum bildet. Da die Überkreuzungs-Abschirmungsteile, die die gekreuzten Antennenleiter umgeben, von der Außenabschirmung elektrisch getrennt sind, wird ein elektrischer Strompfad über die gekreuzten Leiter hinweg verhindert. Es ist somit eine praktisch unbehinderte Magnetfeldkopplung mit jeder Schleife der Antenne möglich. Selbst wenn eine geringe Fehlabstimmung in den Schleifen einer Antenne vorhanden ist, so daß eine Spannung in der eine geschlossene Windung bildenden Außenabschirmung induziert wird, so hat der in dieser fließende Strom das Bestreben, das magnetische Ungleichgewicht aufzuheben und dadurch solche Fehlabstimmungen automatisch zu korrigieren.

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

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines elektronischen Sicher­ heits- bzw. Überwachungssystems;

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild von Schleifenantennen bei bekannten elektronischen Sicherheits- bzw. Überwachungssystemen;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer bekannten abgeschirmten Schleifenantenne;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungs­ form einer Schleifenantenne;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Abschirmung der Ausführungsform nach Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform;

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Abschirmung der Ausführungsform der Fig. 6, und

Fig. 8 ein schematisches Schaltbild zur Erläuterung der kapazitiven Kopplung von Rauschen bzw. Störungen auf eine Antenne.

In Fig. 1 ist ein elektronisches Sicherheits- bzw. Überwachungs­ system dargestellt, das einen Sender 10 umfaßt, der mit einer Sende­ antenne 12 gekoppelt ist, die ein elektromagnetisches Feld innerhalb eines vorgegebenen, zu überwachenden Bereichs erzeugt, wobei der Sender 10 über einen gewünschten Frequenzbereich gewobbelt wird. Eine Empfangs­ antenne 14 am überwachten Bereich empfängt die Energie, die auf sie von der Sendeantenne 12 elektromagnetisch gekoppelt wird und ist mit einer Hochfrequenz-Eingangsschaltung 16 verbunden, die ein HF-Bandpaßfilter und einen HF-Verstärker umfaßt. Das Ausgangssignal der Eingangsschaltung 16 ist an einen Detektor 18 angelegt, der ein Video-Bandpaßfilter 20 ansteuert, dessen Ausgang in der Weise wirkt, daß er lediglich ein gewünschtes Frequenzband durchläßt und Träger­ frequenz-Komponenten und Hochfrequenz-Störungen unterdrückt. Das Ausgangssignal des Filters 20 wird an einen Videover­ stärker 22 angelegt, der eine Signalverarbeitungsschaltung 24 ansteuert, deren Ausgangssignal einer Alarmeinrichtung 26 oder einer anderen Ausgangssignal-Verarbeitungsschaltung zugeführt wird, um die Erkennung eines Markierungs-Resonanzkreisstreifens 15 in dem überwachten Bereich anzuzeigen. Das in Fig. 1 dargestellte System erkennt das Vorhanden­ sein eines Resonanzkreisstreifens 15 in einem überwachten Bereich und erzeugt eine entsprechende Alarmanzeige. Die Signal­ verarbeitungsschaltung 24 umfaßt eine Störungs-Unterdrückungs­ Schaltung, die zwischen tatsächlich von einem Resonanzkreisstreifen 15 erzeugten Markierungssignalen und Störsignalen, die fälschlicherweise als Markierung erkannt werden und daher einen falschen Alarm auslösen könnten, unterscheidet.

Die gemäß dem Stand der Technik verwendeten Antennen, die nur eine Schleife umfassen, sind schematisch in Fig. 2 dargestellt. Die Sendeantenne 12 und die Empfangsantenne 14 bestehen jeweils aus einer einzigen rechtwinkligen Schleife derselben Form und Größe. Die Sendeantenne 12 ist mit dem Sender 10 verbunden und wird von diesem mit Energie versorgt, während die Empfangsantenne 14 mit einem Empfänger 30 ver­ bunden ist, der dem in Fig. 1 dargestellten Empfänger ent­ spricht. Die beiden Antennen 12 und 14 sind auf gegenüber­ liegenden Seiten eines Durchgangs angeordnet, wobei sich zwischen ihnen der Überwachungs­ bereich befindet, durch den Gegenstände hindurchgehen müssen, um ihre unerlaubte Entfernung zu erkennen. Es besteht eine relativ starke gegenseitige magnetische Kopplung M ₀ zwischen den Antennen 12 und 14. Beim Vorhandensein eines Resonanz­ kreisstreifens 15 im Überwachungsbereich ist eine magnetische Kopplung M ₁ von der Sendeantenne 12 zum Resonanzkreisstreifen 15 und eine magnetische Kopplung M ₂ vom Resonanzkreisstreifen 15 zur Empfangsantenne 14 vorhanden.

Wenn das ausgesandte Feld über die Resonanzfrequenz des Resonanzkreisstreifens 15 hinweg-gewobbelt wird, ändert sich der in dessen Resonanzkreis induzierte Strom in bekannter Weise in Abhängigkeit von der Frequenz. Der Strom im Resonanz­ kreis 15 wird magnetisch auf die Empfangsantenne 14 gekoppelt und erzeugt das Markierungssignal. Das Markierungssignal wird dann im Empfänger 30 detektiert und verarbeitet, um ein echtes Markierungssignal von Störungen zu unterscheiden und ein Ausgangssignal an eine Alarmeinrichtung oder eine andere Ausgangssignal-Verarbeitungsvorrichtung zu liefern, die die Erkennung eines Resonanzkreisstreifens 15 in dem überwachten Bereich anzeigt.

Eine abgeschirmte Einschleifen-Antenne mit bekanntem Aufbau ist in Fig. 3 dargestellt. Sie umfaßt einen Antennenleiter 40, der als rechtwinklige Schleife ausgebildet ist und zwei Anschlußdrähte 42 zur Verbindung mit einem Sender oder Empfänger der zugehörigen Vorrichtung umfaßt. Eine elektrische Abschirmung 44 ist in der Form eines Rohrs aus Metall oder einem anderen leitenden Material vorge­ sehen, das geerdet ist und den Leiter 40 mit Ausnahme eines Teils 46 umgibt, der unterbrochen oder abgetrennt ist, um einen geschlossenen leitenden Pfad in der Abschirmung zu vermeiden. Die Abschirmung 44 verhindert, daß elektrosta­ tische Felder mit der Antenne gekoppelt werden, erlaubt jedoch die Kopplung von magnetischen Feldern. Die Abschirmung 44 muß geteilt sein, um zu verhindern, daß ein Strom in der Abschirmung 44 selbst zirkuliert. Würde man einen Strom in der Abschirmung 44 zirkulieren lassen, so würde dieser Strom das Bestreben zeigen, jegliches Magnetfeld abzuweisen, das versuchen würde, durch die kurzgeschlossene Windung und somit durch die Schleifenantenne selbst hindurchzutreten. Somit würde eine kurzgeschlossene Windung die Empfindlich­ keit der Schleifenantenne drastisch verringern und deren Empfangseigenschaften vollständig verändern.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt, die drei im wesentlichen rechtwinklige, verdrehte Schleifen, die von Antennenleitern 50, 52, 54 und 64 gebildet sind, und in einer gemeinsamen Ebene liegen umfaßt. Die äußeren Schleifen umschließen jeweils eine Fläche, die halb so groß ist, wie die von der zentralen Schleife umschlossene Fläche. Jede Schleife ist so verdreht, daß sie um 180° gegen jede benachbarte Schleife phasenverschoben ist. Die äußeren Schleifen besitzen die gleiche Phase und sind um 180° gegen die zentrale Schleife phasenverschoben. Die Anschlußdrähte 53 der Schleifenantenne dienen zur Verbindung der Antenne mit dem Sender oder Empfänger.

Eine aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material be­ stehende Abschirmungsanordnung 56 umschließt die An­ tennenschleifen. Sie umfaßt eine Abschirmung 58, wie z. B. ein Metallrohr auf, die den Umfang der Antenne umschließt und eine kurzgeschlossene Windung bildet, die geerdet ist und als Überkreuzungs-Abschirmungsteile Abschirmungen 60 bzw. 62, die die gekreuzten Antennenleiter 64 von benachbarten verdrehten Schleifen umschließen und an einem oder beiden Enden von der kurzgeschlossenen Abschirmung 58 elektrisch getrennt sind. Bei den dar­ gestellten Ausführungsformen sind die Abschirmungen 60 und 62 jeweils an einem Ende mit der Abschirmung 58 verbunden. Wenn die Antenne genau abgeglichen ist, d. h., wenn die Fläche der Zentralschleife genau gleich der Gesamtfläche der äußeren Schleifen ist, wird keine Nettospannung in die kurzgeschlossene Abschirmung 58 induziert, in der somit kein Strom fließt. Ist ein Ungleichgewicht in der Antenne vorhanden, so wird eine Spannung in die kurzgeschlossene Abschirmung 58 induziert der das Bestreben zeigt, das magnetische Un­ gleichgewicht aufzuheben, so daß er automatisch geringe Unabgeglichenheiten in der Antenne korrigiert.

Die Antennenleiter werden in der leitenden Abschirmungsanordnung 56 durch geeignete Mittel gehalten, um einen elektrischen Kontakt mit der Abschirmung zu verhindern. Es können beispielsweise geeignete Isolier­ Abstandshalter verwendet werden, um die Antennenleiter im Abstand von der sie umgebenden Abschirmung zu lagern. In der kurzgeschlossenen Abschirmung ist eine Öffnung 55 vorgesehen, durch die hindurch sich die Anschluß­ drähte 53 erstrecken, um eine Verbindung mit dem zugehöri­ gen Sender oder Empfänger des Überwachungssystems herzustellen. Auch sind Öffnungen 57 in der kurzgeschlossenen Windung vorgesehen, um ein Hindurchtreten der gekreuzten Leiter 64 zu ermöglichen.

Eine andere Ausführungsform ist in den Fig. 6 und 7 darge­ stellt, die zwei im wesentlichen rechtwinklige, verdrehte Schleifen, die von Antennenleitern 70, 72 und 76 gebildet sind und in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Schleifen besitzen dieselbe Fläche und sind jeweils so verdreht, daß sie bezüglich der Nachbar­ schleife um 180° phasenverschoben sind. Die leitende Ab­ schirmungsanordnung umfaßt eine umgebende Abschirmung 74, die den Umfang der Antenne umschließt und eine geerdete kurzge­ schlossene Windung bildet. Die gekreuzten Leiter 76 sind von Abschirmungen 78 umgeben, die elektrisch von der kurzgeschlossenen Abschirmung 74 getrennt sind, um zu verhindern, daß in ihnen ein Strom fließt.

Die Darstellung in Fig. 8 ist in der Beschreibungseinleitung erläutert.

Claims (3)

1. Schleifen-Antennen-Anordnung für ein elektronisches Sicherheits- bzw. Überwachungssystem mit einem Sender (10) mit Sendeantenne (12) zur Erzeugung eines elektro­ magnetischen Überwachungsfeldes, dessen Frequenz einen vorgegebenen Frequenzbereich periodisch durchläuft, einem Markierungs-Resonanzkreisstreifen (15), der wenigstens eine Resonanzfrequenz innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs besitzt, und einem Empfänger (30) mit Empfangsantenne (14) zum Erkennen des Vorhandenseins des Resonanzkreisstreifens (15) im Überwachungsfeld und zur Erzeugung einer Alarmanzeige hierfür, wobei die Sendeantenne (12) und die Empfangsantenne (14) mit Abstand voneinander parallel zueinander angeordnet sind, zwischen sich das Überwachungsfeld begrenzen und jeweils wenigstens zwei Schleifen umfassen, die entlang ihrem Außenumfang von äußeren Antennenleitern (50, 52, 54; 70, 72) gebildet sind, um 180° gegeneinander verdreht sind, so daß jede Schleife zu jeder benachbarten Schleife eine entgegengesetzte Phase aufweist, und über gekreuzte Antennenleiter (64; 76) ineinander übergehen, wobei beidseitig des Überkreuzungspunktes die gekreuzten Antennenleiter (64, 76) jeweils benachbarter Schleifen nebeneinander verlaufen, bis sie in die den Außenumfang bildenden äußeren Antennenleitern (50, 52, 54, 70, 72) übergehen, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Antennenleiter (50, 52, 54; 70, 72) der Schleifen von einer gemeinsamen durchgehenden Außenabschirmung (58; 74) umschlossen sind, die geerdet ist, und daß die gekreuzten Antennenleiter (64; 76) von einem diesen gemeinsamen Überkreuzungs-Abschirmungsteil (60, 62; 78) umgeben sind, das an einem Ende von der Außenabschirmung (58; 74) isoliert und am anderen Ende leitend mit der Außenabschirmung verbunden ist.

2. Schleifen-Antennen-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Außenabschirmung (58; 74) und die Überkreuzungs-Abschirmungsteile (60, 62; 78) aus elektrisch leitfähigen Rohren bestehen.

3. Schleifen-Antennen-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rohre Öffnungen (55, 57) besitzen, durch die die Anschlußdrähte (53) der zugehörigen Antennenleiter (50, 52, 54; 70, 72) zum Anschluß an den zugehörigen Sender (10) oder Empfänger (30) bzw. die gekreuzten Antennenleiter (64; 76) hindurchtreten.