DE3622010A1

DE3622010A1 - Einrichtung zur signaluebertragung mit magnetischem feld, einer ausschliessung der richtwirkungen der sende- und empfangsspule verwendbar bei ununterbrochenem informationsfluss

Info

Publication number: DE3622010A1
Application number: DE19863622010
Authority: DE
Inventors: Svaetopluk Radakovic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-07-05
Filing date: 1986-07-01
Publication date: 1987-06-04
Anticipated expiration: 2006-07-02
Also published as: GB8615978D0; DE3622010C2; CH677299A5

Description

In vielen Fällen bringt eine Signalübertragung ausschliesslich mit magnetischem Feld Vorteile, so zum Beispiel die Signaldämpfung bei einem Durchgang durch nichtmagnetische Metalle oder andere elektrisch leitende Stoffe ist wesentlich kleiner als der elektrischen Komponente des elektromagnetischen Feldes. Ein Nachteil dabei sind die Richtcharakteristiken der zur Ausstrahlung und Empfang des signalübertragenden magnetischen Feldes verwendeten Sende- und Empfangsspulen. Diese Richtcharakteristiken sind Ringformig, wichtig sind die Richtdiagramme in dem Schnitt dieser Richtcharakteristik mit der Ebene der elektrischen Achse der Spule und in dem Schnitt mit einer zu der Ebene der elektrischen Achse senkrechten und durch die Spule gehender Ebene. In Fig. 1 sind dargestellt Richtdiagramme einer Sendespule "Ls", im Anriss liegt der Richtdiagramm "R _dsv" in der vertikalen Ebene "Vs", im Grundriss der Richtdiagramm "R _dse" in der horizontal liegender Ebene der elektrischen Achse. In Fig. 2 sind dargestellt Richtdiagramme einer Empfangsspule "Le", im Anriss liegt der Richtdiagramm "R _dev" in der vertikalen Ebene "Ve", im Grundriss der Richtdiagramm "R _dee" in der horizontall liegender Ebene "Ee" der elektrischen Achse. Die in einem Punkt im Feld "H" in einer Empfangsspule in Abhängigkeit von dem Winkel d zwischen der Ebene der elektrischen Achse der Empfangsspule und der Tangente zu der Richtung der Ausbreitung des magnetischen Feldes induzierte Spannung ist U = K·sinϕ wobei "K" ist eine mit der Feldstärke in diesem Punkt und mit der Ausführung der Empfangsspule gegebene Konstante.

Nur in der Ebene der elektrischen Achse "Es" der Sendespule "Ls" und in der Ebene der elektrischen Achse "Ee" der Empfangsspule "LE" sind die Richtdiagramme "Rdse" und "Rdee" Kreise Fig. 1, Fig. 2 die Bedingung der Richtung der Ebene der elektrischen Achse der Empfangsspule gegenüber der Richtung der Ausbreitung des magnetischen Feldes muss auch hier erfüllt werden.

Eine Signalübertragung bei einem ununterbrochenen Informationsfluss wo eine Voraussetzung ein ständiger Empfang des Signals ist, zum Beispiel bei der Sprache, ist also nur dann möglich wenn die Richtung der Ebene der elektrischen Achse der Emfangsspule gegen der Richtung der Ausbreitung des signalübertragenden magnetischen Feldes ändert sich während der Signalübertragung nicht oder nur wenig. Auch bei einer nicht bekannten aber stabilen oder nur langsam sich ändernden Richtung der Ebene der elektrischen Achse der Sendespule aber bei einer veränderlichen und einstellbaren Richtung der Ebene der elektrischen Achse der Empfangsspule "Le" ist eine Verfolgung der Richtung des signalübertragenden magnetischen Feldes möglich. Eine Signalübertragung ist auch nicht möglich wenn die Richtung der Ebene der elektrischen Achse der Empfangsspule nicht einstellbar sein kann und muss beliebig sein dürfen.

Es sind Einrichtungen bekannt, die folgende ist geeignet für den Betrieb im Nahfeld, bei welchen dieses Problem ist teilweise gelöst mit einem Empfang des signalübertragenden magnetischen Feldes mit mehreren aber mindestens zwei Empfangsspulen Fig. 4, Fig. 5 welcher Ebenen der elektrischen Achsen gegenseitig einen bestimmten Winkel α, es kann auch ein rechter Winkel sein, schliessen so dass der Raum dauernd auf magnetische Felder bestimmter Richtungen überwacht wird und die Richtung der Ebene der elektrischen Achse der Sendespule kann in Raum aber mindestens in einer Ebene beliebig sein. Zum Beispiel bei drei Empfangsspulen gegenseitig senkrechter Ebenen der elektrischen Achsen wird der Raum überwacht auf drei Felder gegenseitig senkrechter Richtungen ihrer Ausbreitungen und die Richtung der Ebene der elektrischen Achse der Sendespule kann im Nahfeld im Raum beliebeg sein. Mindestens bei einer Empfangsspule wird der Winkel ϕ zwischen der Richtung der Ausbreitung des Feldes und der Ebene der elektrischen Achse so gross sein dass in der Empfangsspule eine Signalspannung induziert wird. Feldlinien einer Sendespule im Nahfeld sind in Fig. 3 dargestellt, es ist ersichtlich dass im Gegensatz einem Fernfeld Fig. 1 ist auch in einer Senkrechte durch die Sendespule zu ihrer Ebene der elektrischen Achse die Feldstärke ausreichend gross. Bei einem Kreuzrahmen sind die Ebenen der elektrischen Achsen beider Empfangsspulen senkrecht und beide Spulen sind in Serie geschaltet und es wird die Summe beider induzierten Spannungen abgenommen. Bei anderen Systemen Fig. 4, Fig. 5 werden die in den einzelnen Empfangsspulen Le ₁, Le ₂ . . .Le _n induzierte Spannungen U ₁, U ₂. . .U _n einzeln in den Verstärkern A ₁, A ₂. . .A _n verstärkt und und bei kleinen Phasenunterschieden zwischen ihnen können die Ausgangsspannungen aller Verstärker in ein einziges Ausgangssignal addiert werden. Wenn die Phasenunterschiede zwischen den induzierten Spannungen gross sind können nach Demodulation in Demodulatoren D ₁, D ₂. . .D _n die NF Signale U _1NF, U _2NF. . .U _nNF mit einem summierenden Verstärker "As" zu einem Ausgangssignal "U _sNF" addiert werden. Eine Voraussetzung bei solcher Einrichtung ist dass entweder die Empfangsspulen Le ₁ Le ₂. . .Ln nicht gleichzeitig Induktivitäten auf die Senderfrequenz abgestimmten Resonanzkreise sind, oder wenn sie Induktivitäten solcher Resonanzkreise sind dass die Entfernungen zwischen ihnen so gross sind dass sich die Resonanzkreise gegenseitig nicht beeinflussen können. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist dass mit Rücksicht auf die Felddiagramme Fig. 1, Fig. 3 ist sie vorwiegend im Nahfeld brauchbar, im Fernfeld besteht der Richtdiagramm der Sendspule aus zwei Kreisen mit einer gemeinsamen Zentrallinie Fig. 1 und in der Richtung der Senkrechte "sp" durch die Sendespule "Ls" zu der Ebene ihrer elektrischen Achse "Es" ist keiner oder nur ein schlechter Empfang möglich, nur im Nahfeld kann auch hier ein ausreichendes Signal empfangen werden.

Diese Nachteile hat die Einrichtung die Gegenstand dieser Erfindung ist nicht.

Das signalübertragende magnetische Feld wird hier nicht mit einer Sendespule aber gleichzeitig mit mehreren Ls ₁, Ls ₂. . .Ls _n Fig. 6 aber mindestens zwei Sendespulen mit gegenseitig bestimmten Richtungen ihrer Ebenen der elektrischen Achsen erregt. Mindestens Feld einer Sendespule muss gegen der Ebene der elektrischen Achse der Empfangsspule solche Richtung haben dass der Winkel ϕ zwischen der Tangente zu der Feldlinie und der Ebene der elektrischen Achse ausreichend gross ist und in der Empfangsspule eine Signalspannung induziert wird. Im Beispiel Fig. 6 liegen alle Sendespulen Ls ₁, Ls ₂. . . Ls _n in horzizontaler Ebene und zwischen Ihren Ebenen der elektrischen Achsen Es ₁, Es ₂. . .Es _n liegt immer derselbe Schnittwinkel α. Alle Felder können mit einer und derselben Frequenz und mit einem von demselben Oszillator abgeleiteten Strom erregt werden, dann genügt nur eine Empfangsspule "Le". In Fällen wo ein Gefahr besteht dass sich diese Felder in bestimmten Entfernungen und in bestimmten Punkten im Raum kompenzieren können, dort muss Fig. 7, Fig. 8 jedes signalübertragende magnetische Feld H ₁, H ₂. . . H _n auf einer anderen Sendefrequenz ω ₁ ≠≠ l ₂ ≠≠ . . . ≠≠ ω _-m erregt werden, dabei muss der gegenseitige Abstand der Sendefrequenzen einen minimalen Wert haben. In diesem Fall zum Empfang der signalübertragenden magnetischen Felder werden mehrere Le ₁, Le ₂. . .Le _n aber mindestens zwei Empfangsspulen mit in ausreichend kleiner Distanz parallel liegenden Ebenen der elektrischen Achse verwendet, diese Spulen sind gleichzeitig Induktivitäten der auf die einzelne Sendefrequenzen abgestimmten Empfangsresonanzkreise, diese können sich auch bei kleinen gegenseitigen Distanzen nicht stören, die Anzahl der Empfangsspulen ist gleich der Anzahl der Sendespulen. Aus Fig. 7 ist ersichtlich dass das Feld "H" von mindestens einer Sendespule "Ls" und einer Frequenz ω muss gegenüber seiner Empfangsspule "Le" solche Richtung haben dass der Winkel ϕ ≠≠ 0 und in der Empfangsspule eine Signalspannung induziert wird. Bei solcher Einordnung dürfen dann die Richtungen der Ebenen der elektrischen Achsen der Sendespulen, oder der Empfangsspulen, oder beiden im Raum aber mindestens in einer Ebene beliebig sein und eine Signalübertragung auch bei einem ununterbrochenen Informationsfluss ist möglich. Bei einer Signalübertragung bei einem ununterbrochenen Informationsfluss wird in jedem Zeitpunkt mit jedem signalübertragenden magnetischen Feld einer und derselbe Informationinhalt übertragen. Als Ausgangssignal der Einrichtung wird nach Demodulation der einzelnen Signale die Summe der einzelnen NF Signale verwendet. In den Fällen wo sich um keine ausgesprochene Informationsübertragung handelt aber das Feld der einzelnen Sendespulen soll, zum Beispiel zu Ortungszwecken, soll verfolgt werden kann jede Sendespule mit einem Zeichen, einer Ziffer oder einer Buchstabe oder einer Kombination beider bezeichnet werden und dieses mit einem geeigneten Code, zum Beispiel mit einem NF Frequenzcode übertragen werden. Im Gegensatz zu einer echten Informationsübertragung trägt hier jedes von den gleichzeitig ausgestrahlten signalübertragenden magnetischen Felder einen anderen Informationsinhalt In Fig. 7, Fig. 8 ist ein Beispiel "n" Sendespulen Ls ₁, Ls ₂. . .Ls _n und "n" Empfangsspulen Le ₁, Le ₂. . .Le _n mit in vertikaler Richtung liegenden Ebenen der elektrischen Achsen der Sendespulen Es ₁, Es ₂. . .Es _n und der Empfangsspulen Ee ₁, Ee ₂. . .Ee _n. Zwischen den Ebenen der elektrischen Achsen der Sendespulen liegt ein Schnittwinkel α. Jedes empfangene HF Signal U ₁, U ₂. . .U _n wird einzeln mit einem eigenen Verstärker A ₁, A ₂. . .a _n verstärkt und Demodulatoren D ₁, D ₂. . .D _n demoduliert, die einzelne NF Signale U _1NF, U _2NF. . .U _nNF werden in einem Summierungsverstärker "A _s zu einer NF Ausgangsspannung U _sNF = U _1NF + U _2NF + . . .U _nNF addiert. Die Grösse dieser Summe U _sNF ist abhängig von der Richtungen der signalübertragenden magnetischen Felder gegen den Ebenen der elektrischen Achsen der Empfangsspulen, ist also auch abhängig von der Anzahl der verwendeten Sendefrequenzen und der Sende- und Empfangsspulen. Wenn diese Schwankungen sind störend, zum Beispiel bei einer Sprachübertragung und schnell sich änderden Richtungen der Achsen der Sendespulen und Empfangsspulen, dann kann auch eine Summe U--der Gleichstromkomponenten U, U . . U der demodulierten HF Signalen gebildet werden, U = U + U + . . . + U und mit dieser kann dann die Verstärkung eines die Summenspannung U _sNF verstärkenden NF Verstärker oder eine Dämpfung eines Dämpfungsgliedes reguliert werden. Eine Voraussetzung dabei ist dass in jeder Empfangsspule Le ₁, Le ₂. . . Le _n bei einer gleichen Feldstärke und bei einem gleichen Winkel ϕ eine gleiche Signalspannung U ₁ = U ₂ = . . .U _n induziert wird. Kleinere Unterschiede können mit der Verstärkung der einzelnen Signalverstärker A ₁, A ₂. . . A _n ausgeglichen werden.

Bei einer Einordnung der Sende- und Empfangsspulen welche Gegenstand dieser Erfindung ist dürfen die Richtungen der Ebenen der elektrischen Achsen der Sendespulen, oder der Empfangsspulen oder beider im Raum aber mindestens in einer Ebene beliebig sein und eine Signalübertragung auch bei einem ununterbrochenen Informationsfluss ist möglich.

Verzeichnis der Abbildungen.

Fig. 1. Richtdiagramme einer Sendespule.

Fig. 2. Richtdiagramme einer Empfangsspule.

Fig. 3. Richtdiagramme unterschiedlicher Feldstärke einer Sendespule in einer Ebene senkrechten zu der Ebene ihrer elektrischen Achse.

Fig. 4. Signalübertragung mit einer Ausschliessung der Richtwirkungen der Sende- und Empfangsspule in einer Ebene durch einen Empfang mit zwei Empfangsspulen gegenseitig senkrechter Ebenen ihrer elektrischen Achsen.

Fig. 5. Blockschaltung einer Einrichtung mit einer Ausschliessung der Richtwirkungen der Sende- und Empfangsspule durch einen Empfang mit zwei Empfangsspulen.

Fig. 6. Signalübertragung mit einer Ausschliessung der Richtwirkungen der Sende- und Empfangsspule in einer Ebene durch gleichzeitige Ausstrahlung mehrerer signalübertragenden magnetischen Felder gleicher Frequenz aber unterschiedlicher Richtungen ihrer Ausbreitung.

Fig. 7. Signalübertragung mit einer Aussschliessung der Richtwirkungen der Sende- und Empfangsspule in einer Ebene durch gleichzeitige Ausstrahlung mehrerer signalübertragenden magnetischen Felder verschiedener Frequenzen und unterschiedlicher Richtungen ihrer Ausbreitung.

Fig. 8. Blockschaltung einer Einrichtung mit einer Ausschliessung der Richtwirkungen der Sende- und Empfangsspule durch gleichzeitige Ausstrahlung mehrerer signalübertragenden magnetischen Felder verschiedener Frequenzen und unterschiedlicher Richtungen ihrer Ausbreitung.

Fig. 9. Ausgleichung der durch unterschiedliche Winkel ϕ verursachten Schwankungen im Pegel des summierten Signals U _sNF mit einem Glied regulierbaren Dämpfung.

Claims

Eine Einrichtung zur Signalübertragung ausschließlich mit magnetischen Feld mit einer Ausschließung der Richtwirkungen der Sende- und Empfangsspule bei nicht einstellbaren und nur zufälligen Richtungen der Ebenen der elektrischen Achsen der Sendespulen, oder der Empfangsspulen, oder beider im Raum oder zumindestens in einer Ebene dadurch gekennzeichnet dass gleichzeitig werden mit mehreren aber mindestens zwei Sendespulen mit definierten Schnittwinkeln ihrer Ebenen der elektrischen Achsen mehrere aber mindestens zwei signalübertragende magnetische Felder gegenseitig bestimmten Richtungen der Ausbreitung erregt.
Abhängige Patentansprüche:
1. Eine Einrichtung nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet dass die signalübertragende magnetische Felder mit einem Strom derselben Phase abgeleiteten von einem und demselben Oszillator erregt werden.
2. Eine Einrichtung nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet dass jedes signalübertragende magnetische Feld auf einer anderen Frequenz erregt wird so dass im Raum ihre gegenseitige Kompensierungen ausgeschlossen sind.
3. Eine Einrichtung nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet dass mehrere oder jede aber mindestens eine Sendespule mit einem Zeichen, zum Beispiel einer Buchstabe oder einer Ziffer oder einer Kombination von beiden bezeichnet ist und diese Bezeichnung während der Erregung der Sendespulen in einem geeigneten Code übertragen wird so dass ist es immer möglich das Feld der einzelnen oder mehreren aber mindestens einer Sendespule zu erkennen oder auch zu verfolgen.
4. Eine Einrichtung nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet dass der zur Uebertragung der Bezeichnung einzelner Sendespulen verwendeter Code ein Frequenzcode ist.
5. Eine Einrichtung nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet dass in einem gleichen Zeitpunkt mit jedem signalübertragenden Feld einer und derselbe Informationsinhalt übertragen wird.
6. Eine Einrichtung nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet dass die geometrische Achsen der Sendespulen oder Projektionen der geometrischen Achsen in einer Ebene der geometrischen Achsen senkrechter zu den Ebenen ihrer elektrischen Achsen liegen und der Schnittwinkel zwischen zwei benachbarten Ebenen der elektrischen Achsen bei jedem beliebigen Paar Ebenen der elektrischen Achsen innerhalb einer Toleranz denselben Wert hat.
7. Eine Einrichtung nach Patentanspruch und abhängigen Patentansprüchen (1) (2) dadurch gekennzeichnet dass zur Erregung der signalübertragenden magnetischen Felder zwei Sendespulen gegenseitig senkrechter Ebenen ihrer Elektrischen Achsen verwendet sind.
8. Eine Einrichtung nach Patentanspruch und abhängigen Patentansprüchen (1) (2) (6) dadurch gekennzeichnet dass der Schnittwinkel zwischen zwei benachbarten Ebenen der elektrischen Achsen der Sendespulen einen Wert α = 60° beträgt.
9. Eine Einrichtung nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet dass die signalübertragende magnetische Felder mit drei Sendespulen gegenseitig senkrechter Ebenen ihrer elektrischen Achsen erregt werden.
10. Eine Einrichtung nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet dass die Sendespulen in zwei Gruppen geteilt sind und die geometrische Achsen oder ihre Projektionen jeweils einer Gruppe Sendespulen in einer zu ihr gehörenden Ebene der geometrischen Achsen liegen, in dieser Ebene nach abhängigem Patentanspruch (6) geordnet sind und diese zwei Ebenen der geometrischen Achsen sind gegenseitig senkrecht.
11. Eine Einrichtung nach Patentanspruch und abhängigem Patentanspruch (2) dadurch gekennzeichnet dass zum Empfang sind mehrere aber mindestens zwei Empfangsspulen mit parallel und in einer ausreichend kleinen Distanz liegenden Ebenen ihrer elektrischen Achsen verwendet.
12. Eine Einrichtung nach Patentanspruch und abhängigen Patentansprüchen (2) (11) dadurch gekennzeichnet dass die Empfangsspulen gleichzeitig auch Induktivitäten auf die einzelnen Sendefrequenzen abgestimmter Resonanzkreise sind.
13. Eine Einrichtung nach Patentanspruch und abhängigem Patentanspruch (2) dadurch gekennzeichnet dass nach Demodulation der einzelnen Signale die von allen Demodulatoren erhaltene Niederfrequenzsignale zu einem einzigen NF Signal der Einrichtung addiert werden.
14. Eine Einrichtung nach Patentanspruch und abhängigem Patentansprüchen (2) (13) dadurch gekennzeichnet dass die von allen Demodulatoren nach Demodulation erhaltene gleichstromkomponenten zu einer einzigen Gleichspannung addiert werden.
15. Eine Einrichtung nach Patentanspruch und abhängigen Patentansprüchen (2) (13) dadurch gekennzeichnet dass die durch sich ändernde und verschiedene Richtungen der Ebenen der elektrischen Achsen der einzelnen Empfangsspulen gegenüber den Richtungen der Ausbreitung der zu ihnen gehörenden einzelnen signalübertragenden magnetischen Felder und so durch die schwankende Werte der einzelnen Winkel ϕ hervorgerufene Schwankungen im Pegel des summierten NF Signal mit einem Glied einer einstellbaren Dämpfung oder Verstärkung ausgeglichen werden.
16. Eine Einrichtung nach Patentanspruch und abhängigen Patentansprüchen (2) (13) (14) (15) dadurch gekennzeichnet dass zur Einstellung der Dämpfung oder Verstärkung des die durch die schwankende Werte der einzelnen Winkel ϕ hervorgerufene Schwankungen des summierten NF Signals ausgleichenden Gliedes die durch Summierung der Gleichstromkomponenten der demodulierten Signale gewonnene Gleichspannung verwendet wird.