DE3627226A1 - Sicherheitssystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und speziell ein Sicherheitssystem mit Hochfrequenzsendern- und Empfängern, bei dem es sich um ein drahtloses Sicherheitssystem handelt.

Sicherheitssysteme mit einer Vielzahl von örtlich verteilten Sendeeinheiten, welche codiertere Frequenzsignale zu einer zentralen Empfangsstation übertragen, welche wiederum die Signale zur Erzeugung eines Alarms decodieren, sind bekannt. Beispielsweise beschreiben die US-PS 42 57 038, 41 10 738, 40 32 848, 39 14 692, 38 52 740, 38 33 895 und 37 95 856 drahtlose Sicherheitssysteme.

Drahtlose Sicherheitssysteme mit Hochfrequenzsendern sind flexibler und leichter zu installieren als mit Leitungen behaftete Systeme, bei denen es erforderlich ist, Leitungen von jeder räumlich verteilten Sendeeinheit zu einer zentralen Alarmstation zu führen. Ein Hochfrequenzsignal kann jedoch andere Probleme mit sich bringen, speziell einen durch hochfrequente Streustrahlung hervorgerufenen falschen Alarm sowie eine (statische) Interferenz, welche den Empfang des Hochfrequenz-Alarmsignals durch den Empfänger verhindert. Diese Probleme werden durch die FCC-Vorschriften noch verschärft, da diese die Signalstärke von Sendern ohne Lizenz, wie es beispielsweise Sicherheitssystemsender sind, begrenzen. Darüber hinaus hat die FCC für Sicherheitssysteme kein eigenes Frequenzband vorgesehen, so daß die Hochfrequenzsender entweder im Wettbewerb mit anderen Hochfrequenzsignalen stehen oder in Frequenzbereichen arbeiten, in denen die Hochfrequenzübertragung schlecht ist, wobei es sich generell auch um Frequenzbereiche handelt, in denen die Erzeugung geeigneter Hochfrequenzsignale schwierig ist.

Hersteller drahtloser Sicherheitssysteme haben sich zur Vermeidung von Interferenzen generell entschlossen, in einem Hochfrequenzbereich oberhalb 50 MHz zu arbeiten. Die Auslegung elektrischer Oszillatoren für derartig hohe Schwingungsfrequenzen führt zu bestimmten Schwierigkeiten. Kristall-Oszillatoren, welche zur Stabilisierung der Schwingung bei tieferen Frequenzen zweckmäßig sind, müssen so klein ausgelegt werden, daß die Kristalle leicht brechen. Werden größere Kristalle verwendet, so müssen die durch sie erzielten Frequenzen vervielfacht werden, was zu einem großen Leistungsverbrauch und damit zur Notwendigkeit des öfteren Auswechselns von Batterien in den Sendern führt. Schaltungen mit Induktivitäten und Kapazitäten sind relativ unstabil und sehr empfindlich gegen mechanische Belastungen.

Amplitudenmodulierte Hochfrequenzsignale sind sehr anfällig gegen Interferenzen aus amplitudenmoduliertem Rauschen, beispielsweise aus Gewittern, so daß es wünschenswert ist, Sicherheitssystem-Sender als FM-Sender auszubilden.

Elektrische Oszillatoren mit Oberflächenwellenfilter-Anordnungen sind bekannt. Dazu sei beispielsweise auf "See Precision L-Band SAW Oscillator for Satellite Application von Thomas O′Shea und anderen, erhältlich bei Sawtek, Inc., P.O. Box 18 000, Orlando, Florida 32 860. Darin wird ein SAW-Oszillator zur Verwendung in Satellitenempfängern beschrieben. Es wurde bisher angenommen, daß es nicht möglich ist, einen brauchbaren FM-SAW-Oszillator zu bauen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitssystem anzugeben, bei dem die Gefahr eines falschen Alarms im Vergleich zu bekannten Systemen reduziert und gleichzeitig der Leistungsverbrauch vergleichsweise klein ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Sicherheitssystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Es sei speziell darauf hingewiesen, daß eine auf eine Frequenzverschiebung bezogene Modulationsart Verwendung findet, wenn das Detektorsignal ein nach dem Manchester-Code codiertes Signal ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitssystems;

Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild eines Hochfrequenz-Senderteils des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems;

Fig. 3 eine Darstellung von Mikroschaltungs-Leiterbahnen des Senders sowie die Anschlüsse an den Leiterbahnen; und

Fig. 4 verschiedene Beispiele von in den Sender von einem Signalprozessor eingegebenen Datensignalen.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitssystems enthält drei räumlich verteilte Einheiten 10, 11 und 12 und eine Zentralstation 18. Die räumlich verteilten Einheiten enthalten einen Einbruchsdetektor 10 auf einer Tür, eine Panikknopf-Einheit 11 sowie eine Feuerdetektoreinheit 12, die jeweils ein Signal erzeugen, wenn der spezielle durch sie zu detektierende Zustand eintritt. Jede räumlich verteilte Detektoreinheit 10, 11 und 12 besitzt jeweils einen Hochfrequenzsender 14, 15 bzw. 16 der ein von der Zentralstation 18 empfangenes Hochfrequenzsignal aussendet. Die Zentralstation 18 decodiert die Signale und erzeugt Ausgangsanzeigen, wie beispielsweise blitzende Lampen 20, eine Sirene 21 oder ein Signal 22 auf einer Telefonleitung 23 zu einer (nicht dargestellten) Überwachungsstation, welche die detektierten Zustände anzeigt.

Im einzelnen enthält also die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems eine Einbruchsdetektoreinheit 10, eine Panikdruckknopf-Einheit 11 und eine Feuerdetektoreinheit 12. Diese räumlich verteilten Einheiten sind natürlich nur beispielhaft. Es kann stattdessen auch nur eine einzige derartige Einheit oder es können hunderte derartige Einheiten vorgesehen sein. Weiterhin sind auch an Stelle der Einbruchs-, Panik- und Feuerdetektoren andere Detektoren möglich. Die Einheit 10 enthält eine Magnetkontakteinrichtung 31 auf einer Tür, welche über eine Leitung 32 mit einer Signalprozessorschaltung 33 verbunden ist. Diese Prozessorschaltung ist mit dem Hochfrequenzsender 14 gekoppelt, welcher über eine Antenne 34 ein Signal zur Zentralstation 18 überträgt. Entsprechend enthält die Panikeinheit 11 einen Panikdruckknopf 35, welcher mit einer Signalprozessorschaltung 36 verbunden ist, die ihrerseits wieder mit dem eine Antenne 37 aufweisenden Sender 15 verbunden ist. Die Feuereinheit 12 enthält einen Feuerdetektor 38, welcher mit einem Signalprozessor 39 verbunden ist, der seinerseits wiederum mit dem einer Antenne 40 aufweisenden Sender 16 verbunden ist. Die Zentralstation 18 enthält eine Antenne 42, welche mit einem Empfänger und einer Signalprozessorschaltung in einem Chassis 43 der Zentralstation 18 verbunden ist. Die Signalprozessorschaltung ist mit den Anzeigelampen 20, der Sirene 21 und der Telefonleitung 23 verbunden. Die Ausgangseinheiten 20, 21 und 23 stellen lediglich beispielhafte Ausführungsformen dar. In bestimmten Ausführungsformen kann auch lediglich eine derartige Einheit oder es kann eine Vielzahl von anderen Einheiten verwendet werden. Weiterhin können auch verschiedene andere Signale, wie beispielsweise ein Batteriezustandssignal, ein Überwachungssignal, usw. von den verteilten Einheiten 10, 11 und 12 zur Station 18 übertragen werden.

Die Hochfrequenz-Senderschaltung der Sender 14, 15 und 16 ist im einzelnen in Fig. 2 dargestellt. Die bevorzugte Ausführungsform des Senders enthält eine Oberflächenwellenfilter-Anordnung 50 (SAW-Anordnung), einen Transistor 55, Spulen 60, 61 und 62, einen spannungsabhängigen Kondensator 64, variable Kondensatoren 67 und 68, Kondensatoren 70 bis 76, Widerstände 80 bis 88 und eine Diode 89. Die SAW-Anordnung 50 ist vorzugsweise ein Oberflächenwellen-Resonator 51 (SAWR-Anordnung), die sich in einem Schutzgehäuse 52 befindet. Eine Seite der SAWR-Anordnung 51 ist mit der Spule 60 und die andere Seite mit der Basis des Transistors 55 verbunden. Das Gehäuse 52 der SAW-Anordnung 50 ist mit Erde verbunden. Der Emitter des Transistors 55 ist über die Parallelschaltung aus Widerstand 80 und Kondensator 70 mit Erde verbunden. Der Kollektor des Transistors 55 liegt über die Serienschaltung aus dem Kondensator 71 und dem Widerstand 81 an Erde, an der anderen Seite der Spule 60 und über die Antenne 34, (welche eine Leiterbahn auf einem Mikrochip ist und im folgenden noch genauer diskutiert wird) und den Kondensator 76 an Erde. Die Spule 62 liegt zwischen der Antenne 34 und einer positiven Versorgungsspannung V+. Der Kondensator 75 ist zwischen die positive Spannungsleitung und Erde geschaltet. Die Leitung zwischen der SAWR-Anordnung 51 und der Basis des Transistors 55 ist mit einer generell in der unteren rechten Ecke von Fig. 2 dargestellten Modulatorschaltung 49 verbunden. (Insoweit, als der Rest der Schaltung mit der Modulatorschaltung 49 zusammenarbeitet, kann er auch als Teil dieser Modulatorschaltung 49 angesehen werden.) Eine Seite der Spule 61 ist mit der Leitung zwischen der SAWR-Anordnung 51 und der Basis des Transistors 55 verbunden. Die andere Seite dieser Spule 61 liegt über die Parallelschaltung des Widerstandes 82 und des Kondensators 72 sowie über den variablen Kondensator 67 an Erde. Diese gleiche Seite der Spule 61 ist weiterhin auch über den Widerstand 88 an die positive Spannungsleitung und die eine Seite des Kondensators 74 angeschlossen. Die andere Seite des Kondensators 74 liegt über den Widerstand 87 an der positiven Spannungsleitung, über die Serienschaltung des Widerstandes 86 und der Diode 89 mit geerdeter Dioden-Kathode an Erde, über den spannungsabhängigen Kondensator 64 an Erde und über die Widerstände 83 und 84 an einer Dateneingangsleitung 58. Die Leitung zwischen den Widerständen 83 und 84 ist über den Kondensator 73 mit Erde verbunden. Eine Leitung 59 stellt die Erdseite der Dateneingangsschaltung dar. Der Widerstand 85 liegt zwischen den Datenleitungen 58 und 59, welche zur Signalverarbeitungsschaltung (33, 36 oder 39 führen.

Fig. 3 zeigt die Leiterbahnführung einer Mikroschaltung. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltung nach Fig. 2 auf einem integrierten Schaltkreis oder einer gedruckten Schaltung vorgesehen, wobei die verschiedenen Verbindungen über metallische Leiterbahnen erfolgen, die auf dem Schaltkreis vorgesehen sind. Es sind zwei Hauptleiterbahnen vorhanden: die durch eine gestrichelte Linie dargestellte Erdleiterbahn 115 und die durch eine ausgezogene Linie dargestellte positive Spannungsleiterbahn 116. Diese Leiterbahnen 115 und 116 sind auf dem integrierten Schaltkreis oder der gedruckten Schaltung durch eine Isolationsschicht voneinander getrennt. Der Teil 34 der Leiterbahn 115 von etwa 0,3175 × 2,54 cm wirkt bei Ausführung als gedruckte Schaltung als Hochfrequenzantenne. Wird die Schaltung als (miniaturisierte) abgeschirmte Hybridanordnung ausgebildet, so muß zur Abstrahlung der Energie außerhalb der Abschirmung eine gesonderte Antenne vorgesehen werden. Eine dritte Leiterbahn 117 dient zur Verwendung von vier Schaltelementen. Andere konventionelle Leiterbahnen für die restlichen Schaltungsleitungen in Fig. 2 befinden sich ebenfalls auf dem integrierten Schaltkreis oder der gedruckten Schaltung, sind jedoch nicht dargestellt. Die Verbindungen der drei Leiterbahnen sind durch schwarze Punkte, beispielsweise durch einen Punkt 107, dargestellt und entsprechen den Schaltungspunkten mit den gleichen Bezugszeichen im Schaltbild nach Fig. 2. Die Struktur der dargestellten Leiterbahnen ist für die Realisierung einer geeigneten Schwingung der Schaltung wesentlich, obwohl auch ähnliche Leiterbahnen verwendbar sind, die in an sich bekannter Weise auf die geeigneten Oszillatorfrequenzen abgestimmt sind.

In der bevorzugten Ausführungsform ist die SAW-Anordnung 50 ein Oberflächenwellenfilter-Resonator für 315 MHz im UHF-Band und der Phase Null, der Transistor 55 ein Bipolar-Typ 2SC 2876 und die Spule 60 eine Luftspule mit 6 Wicklungen, einem Durchmesser von 0,3175 cm und einer vorgegebenen Länge (thirteen-thirty-second inch long) aus einem 28 A.W.G.-Draht. Die Spule 61 ist vorzugsweise eine feste Spule mit 0,47 MicroHenry und die Spule 62 eine feste Spule mit 1,5 MicroHenry. Der spannungsabhängige Kondensator 64 ist vorzugsweise ein Typ MV 2105 (der Firma Motorola, Inc.), während die variablen Kondensatoren 67 und 60 Kondensatoren mit 5 bis 35 Picofarad sind.

Die Kondensatoren 70, 73, 75 und 76 sind vorzugsweise Kondensatoren mit 470 Picofarad, während der Kondensator 71 1000 Picofarad, der Kondensator 72 94 Picofarad und der Kondensator 74 47 Picofarad besitzt.

Die Widerstände 83, 84 und 86 sind vorzugsweise Widerstände mit 100 kOhm, der Widerstand 80 ein Widerstand mit 100 Ohm, der Widerstand 81 ein Widerstand mit 47 kOhm, der Widerstand 85 ein Widerstand mit 600 Ohm und der Widerstand 87 ein Widerstand mit 2 MOhm. Die Diode 89 ist vom Typ 1N 4148. Die Leiterbahnen, wie beispielsweise die Leiterbahn 34, sind vorzugsweise aus Kupfer hergestellt.

Die anderen Komponenten des erfindungsgemäßen Systems gemäß Fig. sind konventioneller Art. Es handelt sich dabei beispielsweise um Komponenten, wie sie in den oben genannten US-PS beschrieben sind. Vorzugsweise sind die Signalprozessoren jedoch so programmiert, daß sie ein nach dem Manchester-Code codiertes Digitalsignal mit einem Spannungspegel von etwa 0 bis 5 V bei 4 kHz erzeugen.

Die Funktionsweise der Schaltung ist die folgende: Die SAWR-Anordnung 51, der Transistor 55, der Kondensator 76 und die Spule 60 bilden einen Pierce-Oszillator, in dem die SAWR-Anordnung 51 die Oszillatorfrequenz festlegt. Der Transistor 55 ist das aktive Verstärkerelement. Die SAWR-Anordnung 51 und die Spule 60 können als Hauptelemente eines Rückkoppelkreises 48 angesehen werden. Die Grund- bzw. Mittenfrequenz wird vorzugsweise durch mechanisches Einstellen des Abstandes der Windungen der Spule 60 festgelegt. Die den Kondensator 71 und den Widerstand 81 enthaltende Leitung bildet indirekt einen Nebenschluß für die SAWR-Anordnung 51, wobei der Kondensator 51 eine Gleichspannungstrennung darstellt und der Widerstand 81 als Last und als Einstellung für den Q-Wert der Schaltung dient. (Der Wert Q wird im folgenden noch diskutiert.) Der Nebenschluß verkürzt die Anschwingzeit des Oszillators 47. Der Kondensator 75 ist ein Nebenschlußkondensator, um zu vermeiden, daß HF-Energie über Erde in den Modulatorteil der Schaltung gelangt. Die Spule 62 besitzt eine kleinere Resonanzfrequenz als der Rest der Schaltung und dient als Drossel, um zu vermeiden, daß die Antennenenergie über die Kondensatoren 75 und 76 in die Arbeitspunkteinstellschaltung (siehe unten) des Transistors 55 gelangt. Der variable Kondensator 68 kann zur Abstimmung der Antennenresonanzfrequenz verwendet werden. Die Kondensatoren 71, 75 und 76 sind so gewählt, daß ihr kapazitiver Widerstand klein ist, um keine ins Gewicht fallenden thermischen Stabilitätsprobleme hervorzurufen.

Der modifizierte Pierce-Oszillator 47 enthält weiterhin die Spule 61 und den variablen Kondensator 67, die - was im folgenden noch erläutert wird - auch als Teil der Modulatorschaltung angesehen werden können. Diese beiden Elemente stimmen sowohl die Oszillator-Mittenfrequenz als auch die modulierte Frequenz ab. Die Widerstände 88 und 82 sowie die Spule 61 stellen den Gleichstromarbeitspunkt des Transistors 55 ein, um dessen Verstärkung festzulegen. Der Widerstand 80 und der Kondensator 70 verbessern die Verstärkungseinstellung und verhindern eine Beeinträchtigung der Verstärkung bei kleinen Batterien.

Die Modulatorschaltung wird primär durch die Kondensatoren 72, 73, 74, die Widerstände 83 bis 87, den variablen Kondensator 67 und den spannungsabhängigen Kondensator 64 gebildet, von denen der letztere das wichtigste Element ist. Der Kondensator 72 bildet einen Nebenschluß für den spannungsabhängigen Kondensator und den Trimmerkondensator 67. Dieser Kondensator 72 ist so gewählt, daß er eine Temperaturkompensation für den spannungsabhängigen Kondensator 64 darstellt. Der Kondensator 73 und der Widerstand 84 bilden ein Filternetzwerk. Der Widerstand 85 bildet eine Last kleiner Impedanz für das ankommende Datensignal und ist an die in den Signalprozessoren 33, 36 oder 39 verwendete Schaltung angepaßt. Die Widerstände 83 bis 87 bilden zusammen einen Gleichspannungsteiler, der mithilft, unerwünschte negative Spannungen an der Kathode des spannungsabhängigen Kondensators 64 zu vermeiden. Der Kondensator 74, der Widerstand 86 und die Diode 89 bilden eine Nebenschlußleitung sowohl für den Trimmerkreis (61 und 67) als auch die Modulatorschaltung, wobei der Kondensator 74 eine Gleichstromtrennung darstellt, der Widerstand 86 als Last zur Vermeidung eines übermäßigen Energieabflusses von den mit einem Nebenschluß versehenen Schaltungsteilen dient und die Diode 89 als Spannungsregler für das Widerstandsteilernetzwerk dient.

Die Mittenfrequenz und die Frequenzabweichung (der Betrag, um den sich die Frequenz bei Modulation ändert) werden vorzugsweise durch Trimmen des variablen Kondensators 67 eingestellt. Die Frequenz kann auch durch Trimmen der Spule 61 eingestellt werden. Der letztgenannte Trimmvorgang erfolgt dadurch, daß die Spulenwindungen relativ zueinander geringfügig bewegt werden. (In einer Hybrid-Version des Senders ist die mechanische Trimmung der Spule 61 die bevorzugte Maßnahme zur Einstellung der Frequenzen) Die Spulen 60 und 61 ermöglichen auch die Einstellung unterschiedlicher Mitten- und Abweichungsfrequenzen im Unterschied zu den hier diskutierten Frequenzen. Diese Spulen spielen eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der Rückkopplungsenergie in einer positiven an Stelle einer negativen Phase, wodurch die Schwingungen unterstützt werden. Diese Spulen sind wesentlich, da ihre Q-Werte im Vergleich zu konventionellen Q-Werten, welche in einer Schaltung dieser Art verwendet werden, ziemlich klein sind. Der kleine Q-Wert dieser Spulen ist ein wesentlicher Faktor bei der Realisierung eines kleinen Gesamt-Q-Wertes des Rückkoppelkreises (siehe unten).

Die Wirkungsweise der Schaltung ist die folgende: Die Schwingung des grundlegenden HF-Oszillators 47 wird durch den die SAW-Anordnung 50 enthaltenden Rückkopplungskreis 48 der Schaltung stabilisiert. (Die Oszillatorfrequenz kann in einigen Ausführungsformen durch Trimmen der Spule 61 eingestellt werden) Die Schwingung des Rückkoppelkreises und damit die Schwingung der Gesamtschaltung wird durch das Dateneingangssignal in folgender Weise moduliert: Der spannungsabhängige Kondensator 64 spricht auf einer Änderung in der Dateneingangsspannung im Sinne der Änderung der Kapazität der Modulatorschaltung an. Die geänderte kapazität der Modulatorschaltung bewirkt eine Verschiebung der Oszillatorfrequenz. Die Modulatorschaltung liegt parallel zur SAWR-Schaltung, wobei eine Änderung ihrer Resonanzfrequenz eine Änderung der effektiven Resonanz der Gesamtschaltung bewirkt. Die modulierte Schaltung kann so betrachtet werden, als ob sie die normale SAW-Resonanzfrequenz in die modulierte Frequenz "zieht". In der dargestellten Schaltung bewirkt eine Dateneingangsspannungs-Änderung von etwa 5 V eine Änderung der Oszillatorfrequenz von etwa 60 bis 90 kHz, was von der Abstimmung abhängt. Änderungen von 100 kHz und darüber sind realisierbar. Vorzugsweise werden sowohl die Gesamt-SAWR-Mittenfrequenz und die Modulationsfrequenz (Frequenzabweichung) gleichzeitig durch den variablen Kondensator 67 (oder die Spule 61) eingestellt.

Im erfindungsgemäßen Sicherheitssystem findet eine Frequenzverschiebungstastung Verwendung, obwohl auch eine andere Frequenzmodulation verwendbar ist. Der Signalprozessor (wie beispielsweise der Prozessor 33, 36 oder 39) erzeugt Digitalsignale, welche eine Folge von Spannungssprüngen zwischen einem hohen Spannungswert (vorzugsweise 4 bis 5 V) und einem kleinen Spannungswert (vorzugsweise 0,1 bis 0,4 V) enthalten. Die Signale sind vorzugsweise nach dem Manchester-Code codiert, wodurch es möglich wird, die Synchronisation mit dem Empfänger in der Zentralstation 18 regelmäßig zu aktualisieren. Es können jedoch auch andere digitale Codierungssysteme verwendet werden.

Fig. 4 zeigt drei Beispiele von nach dem Manchester-Code codierten Signalen. Jede dieser drei Tastungen enthält einen Einleitungsteil (auf der linken Seite jeder Tastung), bei dem es sich um eine Folge von nach dem Manchester-Code codierten 1en handelt. Dieser Einleitungsteil gibt dem Sender Zeit, warm zu werden, und dem Empfänger Zeit, die Verbindung aufzubauen (gehen am vorderen Ende einige Datenbits verloren, so führt das zu keinem Problem). Jede Tastung enthält weiterhin einen Mittenteil von Null Volt (keine Manchester-Codierung), welche einen Übergang zu den folgenden signifikanten Datenbits darstellt. Selbst wenn das Signal nur 0en oder nur 1en enthält (wie im rechten Teil der Tastungen 2 und 3), sind im Manchester-System regelmäßige Sprünge zwischen dem tiefen und hohen Spannungswert vorhanden. Dabei handelt es sich um das Merkmal, daß die regelmäßige mit dem Empfänger ermöglicht.

Die Spannungssprünge des Digitalsignals (Manchester-Sprünge oder andere Sprünge) bewirken wie oben beschrieben, eine entsprechende Frequenzverschiebung des gesendeten Hochfrequenzsignals in der Größenordnung von 60 bis 90 kHZ. Die Frequenzverschiebung wird durch den Empfänger in der Station 18 getastet, um das digitale Spannungssignal zurückzugewinnen.

Das erfindungsgemäße Sicherungssystem ist auf Grund der besseren Frequenzstabilisierung und des geringeren Leitungsverbrauchs im Sender zuverlässiger als bekannte Systeme. Der durch die SAW-Anordnung stabilisierte Sender besitzt keine Temperaturverschiebungen und trifft Probleme, wie dies bei konventionellen LC- und RC-Oszillator/Senderanordnungen der Fall ist, und ist auch nicht mit Spannungsversorgungs- und Batterieausfallproblemen behaftet, wie dies bei bekannten Kristall-Oszillatoren der Fall ist. Weiterhin treten beim SAW-Oszillator/Sender auch keine Störschwingungen wie bei bekannten Sendern auf. Schließlich sind die Pegel von Harmonischen-Oszillatorfrequenzen im Vergleich zu bekannten Systemen gegenüber der Grundfrequenz stark gedämpft.

Ein Merkmal der Erfindung ist in der eingebauten Antenne und einer Ausgangsantennenlast-Simulation zu sehen, was zu einer hohen Zuverlässigkeit des Oszillatoranschwingens führt. Dies ist für einen Sender zweckmäßig, der oft aus einem abgeschalteten Zustand anlaufen muß. Weiterhin ist der Betriebsspannungsbereich des Senders in einem Bereich von 3 bis 12 V Gleichspannung bei lediglich geringfügiger Frequenzänderung sehr breit.

Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem enthält den ersten zuverlässig arbeitenden FM-SAW-Oszillator/Sender.

Ein wesentlicher Faktor bei der Herstellung des zuverlässig arbeitenden FM-SAW-Oszillator/Senders ist die Reduzierung des Qualitätsverhältnisses Q des Rückkoppelkreises im Vergleich zu konventionellen Schaltungen. Q kann entweder in Form der Bandbreite, die hier als Q _bw bezeichnet wird, oder als Impedanz (Z) und Widerstand (R) definiert werden, was im folgenden mit Q _ZR bezeichnet wird. Q ist eine relative Größe und die beiden Q-Werte sind generell nicht gleich. Q _bw kann als Q _h = Fo/ Δ F definiert werden, worin Fo die Grundfrequenz (318 MHz im bevorzugten Ausführungsbeispiel) ist, welche durch die Gleichung Fo=1/2Π √LC ist, worin L die Induktivität und C die Kapazität bedeutet. Δ F ist die Frequenzänderung bei der Modulation (generell 60 bis 100 kHz im bevorzugten Ausführungsbeispiel). Q _ZR kann als Q _ZR = Z/R definiert werden, worin Z durch Z = (X 1-Xc) gegeben ist, X 1 der induktive Widerstand und Xc der kapazitive Widerstand und R den Gleichspannungs- und Skin-Effekt-Widerstand bedeuten. Bei der Auslegung konventioneller Sender wird darauf geachtet, Rückkoppelkreise mit großem Q zu gewährleisten. Es wurde angenommen, daß Q _bw in Rückkoppelkreisen etwa 16 × 10³ sein soll, um eine geeignet hohe Ausgangsleistung für einen akzeptablen Senderbereich zu erhalten (der Sendebereich sollte für Sicherheitssender wenigstens etwa 60 m betragen). Oszillatorschaltungen mit SAWR-Anordnungen und hohem Q _bw tendieren jedoch dazu, wild zu schwingen. Erfindungsgemäß ist der Wert Q _bw des Rückkopplungskreises ungewöhnlich klein, typischer Weise unterhalb von 12 × 10³. Vorzugsweise beträgt Q _bw etwa 3 × 10³. Es ist weiterhin erfindungsgemäß wesentlich, daß die Spulen 60 und 61 aus einem Draht hergestellt ist, dessen Durchmesser wesentlich kleiner ist als derjenige von Drähten, wie sie gewöhnlich in Oszillatorschaltungen dieses Typs verwendet werden. Die Reduzierung des Drahtdurchmessers ist wichtig für die Realisierung eines kleinen Q _ZR, was wiederum für das Frequenzverhalten bei der Modulation wichtig ist. Die Reduzierung des Drahtdurchmessers erhöht den Widerstand durch Strombegrenzung und die Reduzierung des elektrischen Querschnittes erhöht somit den HF-Skin-Effekt. In der SAWR-Schaltung müssen die Blindwiderstände Xc und Xl für eine konstante Frequenz generell konstant bleiben, so daß der Widerstand eine signifikante Variable wird. Durch geeignete Arbeitspunkteinstellung des Transistors 55 im oben beschriebenen Sinne sind trotz der kleinen Q-Werte Sendebereiche von bis zu 275 m möglich. Dieser Sendebereich ist größer als derjenige der Mehrzahl von bekannten Sicherheitssystemen. Der FM-SAW-Sender gemäß der Erfindung ist speziell in einem Sicherheitssystem zweckmäßig, da er nicht rauschanfällig ist und keine Interferenzprobleme aufweist, wie dies bei AM-SAW-Sendern der Fall ist.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal ist darin zu sehen, daß eine Herstellung mittels eines einzigen integrierten Schaltkreises möglich ist. Bisher wurde es nicht für möglich gehalten, einen solchen Sender auf einen Schaltkreis zu bringen. Die oben angegebene Ausführung der Leiterbahnen ist dafür wesentlich.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal ist die ungewöhnlich schnelle Anlaufzeit des SAWR-Senders. Ein derartiges schnelles Anlaufen führt zu einem geringeren Datenverlust und zu kürzeren Sendezeiten.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung sind die relativ großen Verschiebungen der Frequenz. Wie bereits ausgeführt, sind Frequenzverschiebungen von 60 bis 90 kHZ normal und Verschiebungen von 100 kHz realisierbar. Bisher wurde angenommen, daß derartig hohe Frequenzverschiebungen zu einem wilden Schwingen der SAW-Anordnung führen und die Grundfrequenz nicht mehr erreicht wird.

Schließlich ist auch die Verwendung eines spannungsabhängigen Kondensators bzw. einer Abstimmdiode für die Modulation der SAWR-Schaltung erfindungsgemäß wesentlich. Bei der dargestellten Ausführungsform ist es möglich, bis zu 0 V herunter zu modulieren. Dies wurde bisher auf einem FM-Sender-IC nicht erreicht. Zum Zwecke der Erläuterung wurde die HF-Senderschaltung nach Fig. 2 anhand des Oszillators 47, des Rückkoppelkreises 48 und der Modulatorschaltung 49 erläutert. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß eine HF-Schaltung als Ganzes schwingt, und daß daher aus einem anderen Blickwinkel die Modulatorschaltung als Teil der Rückkoppelschaltung und/oder des Oszillators angesehen werden kann.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind in vielfältiger Weise abwandelbar. So können beispielsweise viele Arten äquivalenter elektronischer Elemente und Materialien verwendet werden. Beispielsweise können anstelle des Transistors 55 andere Verstärker, andere Induktivitätskombinationen, unterschiedliche Auslegungen und Materialien für die Leiterbahnen verwendet werden. Auch muß die Schaltung nicht auf einem integrierten Schaltkreis realisiert werden. Es sind viele Kombinationen von räumlich verteilten Sendeeinheiten und Empfangsstationen verwendbar. Es können viele Frequenzmodulationsarten und viele Arten von Codierungssystemen auf digitaler oder anderer Basis verwendet werden. Auch sind andere SAW-Anordnungen verwendbar. Beispielsweise wurde in einer entsprechenden FM-Senderschaltung ein SAW-Oszillator mit einer Phase von 180° verwendet.

Claims (10)

1. Sicherheitssystem mit einer Einrichtung (10, 11 oder 12) zur Detektierung eines Zustandes in einem geschützten Bereich sowie zur Erzeugung eines den Zustand kennzeichnenden Detektorsignals, gekennzeichnet durch
einen elektrischen Oszillator (47) zur Erzeugung eines Hochfrequenz-Schwingungssignals,
eine in den Oszillator (47) geschaltete Oberflächenwellenfilter-Anordnung (51) zur Stabilisierung der Schwingungen;
einen vom Detektorsignal angesteuerten Modulator (49) zur Modulation der Schwingung des Oszillators (47) und
eine Zentralstation (18) zur Aufnahme des Hochfrequenz-Schwingungssignals sowie zur Erzeugung eines den Zustand kennzeichnenden Ausgangssignals.

2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (49) eine Schaltung zur Modulation der Oszillatorfrequenz des Oszillators (47) zwecks Erzeugung eines frequenzmodulierten Hochfrequenzsignals ist.

3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (47) einen Rückkoppelkreis (48) enthält, und daß die Oberflächenwellenfilter-Anordnung (51) elektrisch in den Rückkoppelkreis (48) geschaltet ist, um die Schwingung des Oszillators (47) auf einer vorgegebenen Frequenz zu stabilisieren.

4. Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkoppelkreis (48) ein Q von weniger als 12 000 besitzt.

5. Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (49) ein Element (67) zur Modulation seiner Kapazität enthält.

6. Sicherheitssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (67) zur Modulation der Kapazität ein spannungsabhängiger Kondensator ist.

7. Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorsignal ein Signal mit einer Folge von Spannungssprüngen zwischen einem hohen Spannungswert und einem tiefen Spannungswert ist und daß der Modulator (49) die Schwingfrequenz des Oszillators (47) moduliert, um ein Hochfrequenzsignal mit Frequenzverschiebungen entsprechend den Spannungssprüngen zu erzeugen.

8. Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorsignal einen nach dem Manchester-Code codiertes Signal ist.

9. Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzverschiebungen zwischen 60 und 100 kHz liegen.

10. Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorfrequenz in einem Bereich zwischen 50 MHz und 1 GHz liegt.