DE3622010A1 - Einrichtung zur signaluebertragung mit magnetischem feld, einer ausschliessung der richtwirkungen der sende- und empfangsspule verwendbar bei ununterbrochenem informationsfluss - Google Patents
Einrichtung zur signaluebertragung mit magnetischem feld, einer ausschliessung der richtwirkungen der sende- und empfangsspule verwendbar bei ununterbrochenem informationsflussInfo
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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 (18)
- 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.
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Ipc: G08C 17/04 |
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