DE3622010C2

DE3622010C2 - Einrichtung zur Signalübertragung mit magnetischem Feld

Info

Publication number: DE3622010C2
Application number: DE3622010A
Authority: DE
Inventors: Svaetopluk Radakovic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-07-05
Filing date: 1986-07-01
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2006-07-02
Also published as: GB8615978D0; CH677299A5; DE3622010A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Signalübertragung mit magneti schem Feld unter Verwendung mehrerer denselben Informationsinhalt über tragender Sende- und Empfangsspulen, wobei die geometrischen Achsen der Sendespulen gegeneinander geneigt sind. Eine derartige Einrichtung ist z. B. aus der DE 34 39 238 A1 bekannt.

Eine Signalübertragung mit magnetischem Feld bringt in vielen Fällen Vor teile, beispielsweise ist die Signaldämpfung der magnetischen Komponente bei einem Durchgang durch elektrisch leitende Stoffe wesentlich kleiner als die Signaldämpfung der elektrischen Komponente eines elektro-magneti schen Feldes. Nachteilig sind die Richtcharakteristiken der zur Ausstrahlung und zum Empfang des signalübertragenden magnetischen Feldes verwende ten Sende- und Empfangsspulen. Zur Veranschaulichung dieser bekannten Vorgänge sind in Fig. 1 Feldlinien f₁ . . . f₅ im Nahfeld einer Sendespule L_s in der Ebene der elektrischen Achse E_s dargestellt, woraus man erkennt, daß die Stärke des empfangenen Signals von der Ausrichtung der Empfangsspu le bezüglich der Feldlinien f₁ . . . f₅ abhängt, die in jedem Raumpunkt eine andere Richtung aufweisen.

Zur Beseitigung dieses Nachteils sind aus DE 36 03 098 A1 und aus DE 32 36 464 A1 Einrichtungen zur Signalübertragung bekannt, die in einer verall gemeinernden Darstellung entsprechend Fig. 2 mehrere, jedoch mindestens zwei Empfangsspulen L_e1 . . . L_en aufweisen, deren elektrische Achsen E_e1 . . . E_en in Ebenen mit geeigneten Richtungen liegen. Bei dein bekannten Kreuzrahmen gemäß Fig. 2 verlaufen die Ebenen E₁ und E₂, in denen die elektrischen Achsen der Empfangsspulen liegen, senkrecht zueinander. Bei de Spulen L_e1, L_e2 sind in Serie geschaltet, und es wird die Summe beider induzierter Spannungen abgenommen. In einer diesem Stand der Technik entsprechenden und in Fig. 3 gezeigten Empfangsanordnung können die in duzierten Spannungen U₁ . . . U_n einzeln in Verstärkern A₁ . . . A_n verstärkt werden. Nach Demodulation in Demodulatoren D₁ . . . D_n werden die NF- Signale U_NF1 . . . U_NFn aufaddiert und in einem Verstärker A_S weiter ver stärkt. Für derartige Einrichtungen zur Signalübertragung wird vorausge setzt, daß entweder die Empfangsspulen L_e1 . . . L_en nicht gleichzeitig In duktivitäten auf die Sendefrequenz abgestimmter Resonanzkreise sind, oder daß die Entfernungen zwischen den Empfangsspulen groß genug sind, damit sich ihre Resonanzkreise nicht gegenseitig beeinflussen können. Ein Nachteil der bekannten Signalübertragungseinrichtungen nach Fig. 2 und 3 besteht darin, daß sie aufgrund der Richtcharakteristik der Sen despule vorwiegend nur im Nahfeld der Sendespule verwendbar sind.

Schließlich enthält eine aus DE 34 39 238 A1 bekannte Einrichtung zur Si gnalübertragung vorgenannter Art, deren Prinzip in Fig. 4 gezeigt ist, mehre re, jedoch mindestens zwei Sendespulen L_s1 . . . L_sn auf, die alle auf dersel ben Frequenz arbeiten und deren elektrischen Achsen E_s1 . . . E_sn in Ebenen mit geeigneten Richtungen liegen. Die Sendespulen werden gleichzeitig er regt und übertragen jeweils denselben modulierten Informationsinhalt. Die dabei erzeugten magnetischen Felder H₁ . . . H_n weisen jedoch verschiedene Richtungen auf.

Für die induzierte Spannung U in einem Feldpunkt "H" in einer Em pfangsspule gilt in Abhängigkeit von dem Winkel ϕ: U = K × sinϕ. Dabei ist ϕ der Winkel zwischen der Ebene, in der die elektrische Achse der Emp fangsspule liegt, und der Tangente zur Ausbreitungsrichtung des magneti schen Feldes. K ist eine durch die Feldstärke in diesem Punkt und durch die Ausgestaltung der Empfangsspule gegebene Konstante. Zur Gewährleistung eines Empfangs muß mindestens das Feld einer Sendespule gegen das Feld der Empfangsspule eine solche Richtung haben, daß ϕ ≠ 0 ist. - Nachteilig ist bei diesem bekannten Aufbau, daß die signalübertragenden Felder durch verschiedene Einflüsse deformiert werden und sich an gewissen Stellen der Ausbreitung kompensieren können, wodurch dort nur ein schlechter oder gar kein Empfang möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Signalübertragung mit mehreren magnetischen Feldern der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die eine verbesserte Signalübertragung und an beliebigen Raumpunkten ei nen einwandfreien Empfang gewährleistet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jedes si gnalübertragende magnetische Feld auf einer anderen Frequenz erregt und so eine gegenseitige Kompensation der Felder im Raum ausgeschlossen ist.

Beispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Signalübertragung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramin des üblichen Verlaufes von Feldlinien im Nahfeld einer Sendespule in einer Ebene, die zu die elektrische Achse der Sendespule enthaltenden Ebene senkrecht verläuft,

Fig. 2 eine Spulenanordnung einer aus DE 36 03 098 A1 oder DE 32 36 464 A1 bekannten Einrichtung zur Signalübertragung unter Aus schließung der Richtwirkungen der Sende- und Empfangsspulen in einer Ebene durch Verwendung von zwei zueinander senkrecht stehenden Empfangsspulen,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Empfangsanordnung der Signalübertra gungseinrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Spulenanordnung einer aus DE 34 39 238 A1 bekannten Ein richtung zur Signalübertragung unter Ausschließung der Richtwir kungen der Sende- und Empfangsspulen in einer Ebene durch gleichzeitige Ausstrahlung mehrerer signalübertragender magneti scher Felder mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen,

Fig. 5 eine Spulenanordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Signalübertragung unter Ausschließung der Richtwirkungen der Sende- und Empfangsspulen in einer Ebene durch gleichzeitige Ausstrahlung mehrerer signalübertragender magnetischer Felder mit verschiedenen Frequenzen und unterschiedlichen Ausbrei tungsrichtungen,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Signalübertragung ge mäß Fig. 5 und

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer anderen Ausfürungsform der erfin dungsgemäßen Einrichtung zur Signalübertragung mit einem Ausgleich für die durch unterschiedliche Winkel ϕ verursachten Schwankungen im Pegel des summierten Signals U_SNF mit einem regulierbaren Dämpfungsglied.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Si gnalübertragung entsprechend Fig. 5 und 6 wird jedes signalübertragende magnetische Feld H₁, H₂ . . . H_n auf einer anderen Sendefrequenz ω₁ ≠ ω₂ ≠ . . . ω_n erregt. Es wird jeweils der gleiche Informationsinhalt übertragen. Zum Empfang der signalübertragenden magnetischen Felder können mehrere, je doch mindestens zwei Empfangsspulen L_e1, L_e2 . . . L_en verwendet werden,
deren elektrische Achsen mit ausreichend kleiner Distanz in parallel zuein ander angeordneten Ebenen liegen, d. h. die geometrischen Achsen aller Empfangsspulen verlaufen parallel zueinander. Diese Empfangsspulen sind gleichzeitig Induktivitäten der auf die einzelnen Sendefrequenzen abge stimmten Empfangsresonanzkreise. Aufgrund der unterschiedlichen Über tragungsfrequenz können sie sich auch bei kleinen gegenseitigen Distanzen nicht stören. Die Anzahl der Empfangsspulen ist gleich der Anzahl der Sen despulen. Beispielsweise können drei gegenseitig senkrecht zueinander an geordnete Sendespulen verwendet werden und drei parallel zueinander an geordnete Empfangsspulen, deren gemeinsame Richtung im Raum beliebig ist.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß das Feld H von mindestens einer Sendespule L_s und einer Frequenz ω gegenüber seiner Empfangsspule L_e eine solche Richtung haben muß, daß der Winkel ϕ ≠ 0 ist und so in der Empfangsspule eine Signalspannung induziert wird. Bei einer solchen Anordnung dürfen dann die Richtungen der Ebenen, in denen die elektrischen Achsen der Sen despulen, der Empfangsspulen oder von beiden; im Raum jedoch mindestens in einer Ebene beliebig sein, wobei eine Signalübertragung auch bei einem ununterbrochenen Informationsfluß möglich ist.

Bei einer Signalübertragung für ununterbrochenen Informationsfluß wird in jedem Zeitpunkt mit jedem signalübertragenden magnetischen Feld ein und derselbe Informationsinhalt übertragen. Als Ausgangssignal der Einrichtung wird nach der Demodulation der einzelnen Signale die Summe der einzelnen NF-Signale verwendet.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für n-Sendespulen L_s1, L_s2 . . . L_sn und n-Empfangs spulen L_e1, L_e2 . . . L_en. Die elektrischen Achsen E_s1, E_s2, . . . E_sn der Sende spulen und die elektrischen Achsen E_e1, E_e2 . . . E_en der Empfangsspulen lie gen in der Abbildungsebene, und die zu den elektrischen Achsen zugehöri gen Ebenen stehen senkrecht auf der Abbildungsebene. Zwischen den Ebe nen, in denen die elektrischen Achsen der Sendespulen liegen, besteht je weils ein Schnittwinkel α.

Entsprechend dem Blockschaltbild eines Empfangers gemäß Fig. 6 wird bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung jedes empfangene HF-Signal U₁, U₂ . . . U_n einzeln durch einen eigenen Verstärker A₁, A₂ . . . A_n verstärkt und in Demodulatoren D₁, D₂ . . . D_n demoduliert. Die einzelnen 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 den Richtungen der signalübertragen den magnetischen Felder gegenüber den Ebenen, in denen die elektrischen Achsen der Empfangsspulen liegen. U_sNF ist somit auch abhängig von der Anzahl der verwendeten Sendefrequenzen, Sende- und Empfangsspulen.

Wenn sich Schwankungen dieser Randbedingungen störend auswirken, z. B. wenn sich bei einer Sprachübertragung die Richtungen der Achsen der Sen de- und Empfangsspulen schnell ändern, kann gemäß Fig. 7 nach der Demo dulation auch eine Summe über die Gleichstromkomponenten U₁, U₂ . . . U_n der demodulierten HF-Signale gebildet werden: U_s = U₁ + U₂ + . . . + U_n.

Mit dieser Summenspannung U_s kann dann die Verstärkung eines die Sum menspannung U_sNF verstärkenden NF-Verstärkers oder die Dämpfung ei nes Dämpfungsgliedes im Wege des NF-Signals geregelt werden. Auf diese Weise kann in breiten Grenzen unabhängig von der Größe der in den Emp fangsspulen induzierten Spannungen ein konstanter Pegel am Ausgang des NF-Verstärkers gewährleistet werden. Zweckmäßigerweise wird in jeder Empfangsspule L_e1, L_e2 . . . L_en bei gleicher Feldstärke und bei gleichem Winkel ϕ auch die gleiche Signalspannung U₁ = U₂ = . . . = U_n induziert. Kleinere Unterschiede können durch die Verstärkung der einzelnen Signal verstärker A₁, A₂ . . . A_n ausgeglichen werden.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Signalübertragung mit magneti schem Feld ist insgesamt vorteilhaft, daß die Richtungen der Ebenen, in de nen die elektrischen Achsen der Sendespulen und/oder der Empfangsspulen liegen, im Raum, jedoch mindestens in einer Ebene, beliebig sind, so daß eine einwandfreie Signalübertragung auch bei einem ununterbrochenen In formationsfluß ohne gegenseitige Kompensation der Felder gewährleistet ist.

Claims

1. Einrichtung zur Signalübertragung mit magnetischem Feld unter Verwen dung mehrerer denselben Informationsinhalt übertragender Sende- und Empfangsspulen, wobei die geometrischen Achsen der Sendespulen gegen einander geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes signalübertragende magnetische Feld auf einer anderen Frequenz erregt und so eine gegenseitige Kompensation der Felder im Raum ausge schlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geometri schen Achsen aller Empfangsspulen dieselbe Richtung haben.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Empfangsspulen empfangene, von Verstärkern verstärkte und von Demodu latoren demodulierte HF-Signale einzelne Gleichstromkomponenten bilden, die zu einer einzigen Gleichspannung aufaddiert werden.