DE3912016C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dämpfungsschaltung für den Antennenschwingkreis eines Funk-Sendeempfangsgeräts, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der GB 20 77 555 A ist ein Transponder-System bekannt, bei dem ein als Abfragegerät wirkendes Funk-Sendeempfangsgerät mit einem oder mit mehreren Antwortgebern zusammenwirkt. Die Zu­ sammenarbeit vollzieht sich dabei derart, daß das Funk-Sende­ empfangsgerät einen energiereichen HF-Abfrageimpuls aussendet, der von einem innerhalb der Reichweite der Sendeantenne be­ findlichen Antwortgeber empfangen wird, wodurch dieser Ant­ wortgeber veranlaßt wird, ein Signal zurückzusenden, das eine dem sendenden Antwortgeber eindeutig identifizierende Codie­ rung enthält. Wie die Codierung dabei im einzelnen gebildet ist, ist im vorliegenden Fall unerheblich. Die Besonderheit des Antwortgebers besteht dabei darin, daß er keine eigene Energiequelle enthält, sondern seine Energie aus dem empfange­ nen HF-Abfrageimpuls durch Gleichrichtung und Speicherung ge­ winnt. Damit das Funk-Sendeempfangsgerät einen möglichst ener­ giereichen HF-Abfrageimpuls aussenden kann, muß der Antennen­ schwingkreis möglichst ein Schwingkreis mit hoher Güte sein, der demgemäß auch entsprechend schmalbandig ist. Da, wie er­ wähnt, der Antwortgeber keine eigene Energiequelle enthält, sondern seine Energie aus dem empfangenen HF-Abfrageimpuls ge­ winnt, muß die Rückübertragung des Antwortsignals möglichst schnell erfolgen, da für diesen Rücksendevorgang relativ wenig Energie zur Verfügung steht. Um eine große Anzahl unterschied­ licher Antwortgeber durch eine ihnen eigene Codierung unter­ scheiden zu können, ist eine vorbestimmte Anzahl von Datenbits für die Codierung erforderlich, die zum Funk-Sendeempfangsge­ rät zurückgesendet werden müssen. Je höher die Zahl der Daten­ bits ist, desto höher wird auch die Folgefrequenz der einzel­ nen Datenbits. Diese hohe Folgefrequenz erfordert aber auf der Empfängerseite des Funk-Sendeempfangsgeräts einen möglichst breitbandigen Antennenschwingkreis. Bei dem bekannten Tran­ sponder-System werden diese einander entgegengerichteten An­ forderungen an den Antennenschwingkreis dadurch beseitigt, daß eine eigene Antenne für das Senden und eine eigene Antenne für das Empfangen mit jeweils entsprechenden Antennenschwingkrei­ sen verwendet werden. Aus Gründen der Vereinfachung des Funk- Sendeempfangsgeräts wäre es jedoch wünschenswert, ein und die­ selbe Antenne mit einem einzigen Antennenschwingkreis zum Sen­ den und zum Empfangen zu verwenden.

Aus der DE-AS 26 16 185 ist ein Sende/Empfangs-Gerät bekannt, bei dem der Sende- und Empfangsteil über eine Schaltvorrich­ tung, die von Schaltdioden gebildet ist, an die gemeinsame An­ tenne bzw. das Antennenanpaßgerät geschaltet werden kann. Au­ ßer der reinen Schaltfunktion findet dabei jedoch keine Ein­ flußnahme auf das Antennenanpaßgerät oder die Antenne selbst statt. Insbesondere findet keine Umschaltung der Eigenschaften des Antennenschwingkreises statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungsschal­ tung für den Antennenschwingkreis eines Funk-Sendeempfangsge­ räts zu schaffen, die es ermöglicht, für das Aussenden eines energiereichen HF-Impulses und das Empfangen von HF-Signalen eine einzige Antenne zu verwenden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die erfindungsgemäße Dämpfungsschaltung ermöglicht eine Um­ schaltung der Güte des Antennenschwingkreises, wobei diese Um­ schaltung selbsttätig in Abhängigkeit vom Verlauf des HF-Ab­ frageimpulses erfolgt, und zwar in dem Sinne, daß der Antennen­ schwingkreis während des Vorhandenseins des HF-Abfrageimpulses die erforderliche hohe Güte hat, so daß demgemäß auch ein energiereicher HF-Abfrageimpuls abgestrahlt werden kann, wäh­ rend bei der Beendigung dieses Impulses automatisch die Um­ schaltung auf eine niedrige Güte durch Einschalten des Dämp­ fungsglieds an den Antennenschwingkreis erfolgt, so daß die für den Empfang erforderliche Breitbandigkeit des Antennen­ schwingkreises erreicht wird. Diese Umschaltung hat eine wei­ tere vorteilhafte Wirkung, die sich daraus ergibt, daß das Funk-Sendeempfangsgerät nach Beendigung des HF-Abfrageimpulses sehr schnell in den empfangsbereiten Zustand übergeht, da auf­ grund des Aktivierens des Dämpfungsglieds das Abklingen der Schwingung des Antennenschwingkreises mit hoher Geschwindig­ keit erfolgt, so daß der Empfang eines möglicherweise von ei­ nem Antwortgeber ausgesendeten HF-Signals sofort nach Beendi­ gung des HF-Abfrageimpulses möglich ist. Dies ist ein beson­ ders großer Vorteil, wenn der Antwortgeber keine eigene Ener­ giequelle enthält, sondern mit der aus dem HF-Abfrageimpuls abgeleiteten Energie, die in einem Kondensator gespeichert wird, arbeiten muß. Da diese Energie naturgemäß nur begrenzt gespeichert werden kann, muß der Antwortgeber sein HF-Signal möglichst schnell nach Beendigung des HF-Abfrageimpulses zu­ rücksenden, um die gespeicherte Energie möglichst optimal aus­ zunutzen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines mit Antwortgebern zu­ sammenwirkenden Funk-Sendeempfangsgeräts, in dem die erfindungsgemäße Dämpfungsschaltung angewendet wird, und

Fig. 2 ein Schaltbild des Antennenschwingkreises mit der er­ findungsgemäßen Dämpfungsschaltung.

Das in Fig. 1 dargestellte Transponder-System enthält ein Funk-Sendeempfangsgerät 10, an dessen Frontseite eine stabför­ mig ausgebildete Antenne 12 angebracht ist. Das Funk-Sendeemp­ fangsgerät 10 weist einen Griff 14 auf, an dem ein Auslöse­ schalter 16 angebracht ist. Bei jeder Betätigung des Auslöse­ schalters 16 wird ein Senderteil aktiviert, was zur Folge hat, daß ein energiereicher HF-Abfrageimpuls mittels der Antenne 12 ausgesendet wird. Wie schematisch angedeutet ist, ist in der Spitze 18 der Antenne 12 ein Ferritstab 20 eingebaut, der von einer Antennenwicklung 22 umgeben ist. Außerdem ist in der An­ tenne 12 eine in Fig. 1 schematisch angedeutete Dämpfungs­ schaltung 24 untergebracht.

Das in Fig. 1 dargestellte Funk-Sendeempfangsgerät 10 arbei­ tet mit einem Antwortgeber 26 zusammen, der nur schematisch dargestellt ist. Dieser Antwortgeber kann an einem zu identi­ fizierenden Objekt angebracht oder in einem zu identifizieren­ den Objekt eingebaut sein. Beispielsweise könnte dieser Ant­ wortgeber 26 auch an der Ohrmarke eines Rindes angebracht sein, so daß es möglich ist, das Rind durch Abfragen des ihm zuge­ ordneten Antwortgebers zu identifizieren. Der Antwortgeber könnte bedarfsweise auch unter die Haut eines Tier implantiert werden. In Fig. 1 ist zwar nur ein Antwortgeber 26 darge­ stellt, doch können in einem tatsächlichen Anwendungsfall sehr viele Antwortgeber vorhanden sein, die jeweils abgefragt wer­ den können, indem die Antenne 12 des Funk-Sendeempfangsgeräts 10 in die Nähe des jeweiligen Antwortgebers 26 bewegt und der Abfrageimpuls durch Betätigen des Auslöseschalters 16 ausge­ sendet wird.

In Fig. 2 ist das elektrische Schaltbild des Antennenschwing­ kreises 28 und der mit ihm verbundenen Dämpfungsschaltung 24 dargestellt. Der Antennenschwingkreis 28 ist mittels einer Wicklung W 1 mit einer nicht dargestellten Wicklung im Funk- Sendeempfangsgerät 10 gekoppelt. Die Wicklung W 3 des Antennen­ schwingkreises 28 ist um den Ferritstab 20 gewickelt. Die Wicklung W 1, die Wicklung W 3 und zwei Kondensatoren CA 1 und CA 2 sind im Antennenschwingkreis 28 in Serie geschaltet.

Die Dämpfungsschaltung 24 weist zwei Eingänge E 1 und E 2 auf, an die eine Wicklung W 2 angeschlossen ist, die wie die Wick­ lung W 1 mit einer Wicklung im Funk-Sendeempfangsgerät 10 ge­ koppelt ist. An den Eingang E 1 ist die Anode einer Diode D 1 angeschlossen, deren Kathode mit dem Kollektor eines Transi­ stors T 1 verbunden ist. Zwischen dem Kollektor des Transistors T 1 und seiner Basis liegt ein Widerstand R 1. Die Kathode der Diode D 1 steht auch mit einem Kondensator C 1 in Verbindung, der am Eingang E 2 angeschlossen ist. Das am Eingang E 2 vorhan­ dene Potential wird in der Dämpfungsschaltung 24 als Massepo­ tential zugrunde gelegt. Die mit dem Eingang E 2 verbundene Leitung 30 wird daher als Masseleitung bezeichnet.

Die Basis des Transistors T 1 ist mit dem Kollektor eines Tran­ sistors T 3 verbunden, dessen Basis über einen Widerstand R 2 an die Masseleitung 30 angeschlossen ist. Ferner ist mit der Ba­ sis des Transistors T 1 die Kathode einer Zenerdiode DZ verbun­ den, deren Anode an die Masseleitung 30 gelegt ist. Der Emit­ ter des Transistors T 1 ist an die Anode einer weiteren Diode D 3 angeschlossen, deren Kathode mit dem Emitter eines Transi­ stors T 2 verbunden ist, dessen Kollektor mit der Masseleitung 30 verbunden ist. Die Basis des Transistors T 2 steht mit der Basis des Transistors T 1 und mit dem Kollektor des Transistors T 3 in Verbindung. Ferner führt die Kathode der Diode D 3 zu den Gate-Elektroden von zwei Feldeffekttransistoren T 4 und T 5, bei denen es sich um MOS-Feldeffekttransistoren vom Anreicherungs­ typ handelt. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors T 4 ist an der Verbindungsleitung zwischen der Wicklung W 1 und dem Kondensator CA 1 des Antennenschwingkreises 28 verbunden, wäh­ rend seine Source-Elektrode mit der Masseleitung 30 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors T 5 ist über eine Serienschaltung von drei Widerständen R 4, R 5 und R 6 mit dem Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren CA 1 und CA 2 ver­ bunden; seine Source-Elektrode ist mit der Masseleitung 30 verbunden. Mit dem Eingang E 1 ist auch die Kathode einer Diode D 2 verbunden, deren Anode über einen Kondensator C 2 mit der Masseleitung 30 und über eine Parallelschaltung aus einem Kon­ densator C 3 und einem Widerstand R 3 mit dem Emitter des Tran­ sistors T 3 verbunden. Die Serienschaltung der drei Widerstände kann natürlich auch durch einen einzigen Widerstand ersetzt werden.

Die in ihrem Aufbau beschriebene Dämpfungsschaltung arbeitet wie folgt:

Wenn alle Kondensatoren in der Dämpfungsschaltung 24 entladen sind und der Senderteil des Funk-Sendeempfangsgeräts 10 ausge­ schaltet ist, ist die Dämpfungsschaltung 24 nicht aktiv. In diesem Zustand ist die als Dämpfungsglied wirkende Serien­ schaltung der Widerstände R 4, R 5 und R 6 nicht zum Kondensator CA 1 parallel geschaltet, so daß der Antennenschwingkreis durch dieses Dämpfungsglied nicht gedämpft ist. Der Antennenschwing­ kreis hat daher eine hohe Kreisgüte, so daß er bei entspre­ chender Energiezufuhr zur Wicklung W 1 mittels der Wicklung W 3 ein starkes Magnetfeld mit geringem Oberwellenanteil erzeugen kann.

Wenn der Auslöseschalter 16 betätigt wird, wird in der Wick­ lung W 2 eine Wechselspannung induziert, die über die Eingänge E 1 und E 2 an die Dämpfungsschaltung 24 angelegt wird. Die Spannung am Eingang E 1 erzeugt aufgrund der Wirkung der Diode D 1 am Kondensator C 1 eine positive Spannung, während die Diode D 2 am Kondensator C 2 eine negative Spannung erzeugt. Bei Be­ ginn des HF-Abfrageimpulses tritt am Kondensator C 2 ein Span­ nungssprung auf, der zur Folge hat, daß über den Kondensator C 3 am Emitter des Transistors T 3 ein negatives Potential ange­ legt wird, so daß der Kollektor des Transistors T 3 den durch den Widerstand R 1 fließenden Strom übernimmt. Gleichzeitig wird dadurch an die Basis des Transistors T 2 eine nahe dem Massepotential liegende Spannung angelegt, so daß der Emitter des Transistors T 2 die Gate-Elektroden der beiden Feldeffekt­ transistoren T 4 und T 5 niederohmig nahezu auf Massepotential hält. Dieser niederohmige Zustand der Feldeffekttransistoren T 4 und T 5 verhindert, daß sich diese Anreicherungs-Feldeffekt­ transistoren durch die hohe Wechselspannung an ihren Drain-An­ schlüssen über ihre Drain/Gate-Kapazitäten selbst durchsteuern und somit zu einer Bedämpfung des Antennenschwingkreises durch Parallelschalten der Widerstände R 4, R 5, R 6 zum Kondensator CA 1 bedämpfen.

Während des Empfangs des HF-Abfrageimpulses ist die Zenerdiode DZ in Vorwärtsrichtung leitend und verhindert zusammen mit dem Widerstand R 2 eine zu starke Sättigung des Transistors T 3. Ei­ ne zu starke Sättigung dieses Transistors T 3 ist zu vermeiden, da dieser Transistor nach der Beendigung des HF-Abfrageimpul­ ses möglichst schnell reagieren soll, was bei zu starker Sät­ tigung nicht erreicht werden könnte. Außerdem verhindert die Zenerdiode DZ ein ein Über- bzw. ein Unterschreiten der maximal zulässigen Gatespannung an den Feldeffekttransistoren T 4 und T 5.

Die Diode D 3 stellt sicher, daß der Transistor T 1 während des Empfangs des HF-Abfrageimpulses nicht leitend wird.

Nachdem der Kondensator C 3 auf seine Endspannung aufgeladen ist, liefert der Widerstand R 3 genügend Strom an den Emitter des Transistors T 3, so daß die Dämpfungswirkung nicht eintre­ ten kann, weil der Transistor T 1 gesperrt bleibt.

Sobald der Kondensator C 1 auf seine Endspannung aufgeladen ist, sind die Voraussetzungen für eine schnelle Dämpfung des Antennenschwingkreises und die damit verbundene Umschaltung der Güte von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert nach der Beendigung des HF-Abfrageimpulses gegeben.

Sobald der HF-Abfrageimpuls endet, steigt die Spannung im An­ tennenschwingkreis zwar noch für einige Perioden an, jedoch sinkt der Schwingkreisstrom durch die Eigendämpfung des Anten­ nenschwingkreises dann ab, so daß auch die negative Ladespan­ nung am Kondensator C 2 zu sinken beginnt. Dies wirkt sich über den Kondensator C 3 als positiver Spannungssprung am Emitter des Transistors T 3 aus.

Die Kondensatoren C 1 und C 2 sowie die Widerstände R 1 und R 3 sind so dimensioniert, daß die Zeitkonstante C 1/ R 1 größer als die Zeitkonstante C 2/ R 3 ist. Dies hat zur Folge, daß die Span­ nung am Kondensator C 1 im Gegensatz zur Spannung am Kondensa­ tor C 2 über den betrachteten Zeitraum weitgehend erhalten bleibt. Durch den bereits beschriebenen positiven Spannungs­ sprung am Emitter des Transistors T 3 wird der Transistor T 1 leitend. An seinem Emitter steigt daher die Spannung an, die über die Diode D 3 an die Gate-Elektroden der Feldeffekttransi­ storen T 4 und T 5 gelangt. Sobald die Schwellenspannung dieser Feldeffekttransistoren T 4, T 5 überschritten wird, schaltet sich das aus der Serienschaltung der Widerstände R 4, R 5 und R 6 gebildete Dämpfungsglied dem Kondensator CA 1 parallel, der ei­ ne Teilkapazität des Antennenschwingkreises 28 ist.

Das Dämpfungsglied könnte aber auch über einen induktiven Ab­ griff an den Antennenschwingkreis angelegt werden; auch ein Anlegen an den gesamten Antennenschwingkreis wäre möglich. Der Grund für das Einschalten des Dämpfungsglieds über einen in­ duktiven oder auch kapazitiven Abgriff ist darin zu sehen, daß bei der maximal auftretenden Schwingkreisspannung die maximal zulässige Drain-/Gate-Spannung der Feldeffekttransistoren T 4, T 5 nicht überschritten werden darf. Außerdem kann das Ein­ schalten des Dämpfungsglieds an einem solchen Abgriff dann zweckmäßig sein, wenn der Dämpfungswiderstand zusammen mit den parasitären Kapazitäten insbesondere unter Berücksichtigung der nicht geringen Kapazitäten der ausgeschalteten Feldeffekt­ transistoren T 4 und T 5 ein RC-Glied bilden, dessen Grenzfre­ quenz in der Nähe bzw. unterhalb der Betriebsfrequenz des Ge­ samtsystems liegt.

Die Auf- bzw. die Umladung der Kapazitäten der Feldeffekttran­ sistoren T 4 und T 5 entzieht dem Kondensator C 1, der als Ener­ giespeicher dient, einen erheblichen Anteil seiner Energie. Der größte Teil der Energie wird durch die Drain/Gate-Kapazi­ tät und die hohe Wechselspannung während der Einschaltphase der Feldeffekttransistoren T 4, T 5 verbraucht. Danach sind nur noch Leckströme in der Schaltung zu berücksichtigen, so daß bei Bauelementen mit geringen Leckströmen die Dämpfungsphase, in der das Dämpfungsglied aus den Widerständen R 4, R 5 und R 6 wirksam ist, ein Vielfaches der notwendigen Empfangszeit be­ tragen kann.

Konstruktionsbedingt besitzen die Feldeffekttransistoren T 4 und T 5 intern zwischen der Drain-Elektrode und der Source- Elektrode eine "Inversdiode", wodurch für den Betrieb mit Wechselspannung zwei Feldeffekttransistoren zum Freischalten erforderlich sind, von denen je nach Polarität der Spannung einer immer durch seine interne Diode leitend ist. Für die Wicklung W 2 bedeutet dies, daß sie im Takt der Wechselspannung über eine dieser "Inversdioden" abwechselnd an die Schaltungs­ punkte 32 und 34 des Schwingkreises angelegt wird. Daher muß die Wicklung W 2 gegenüber der Wicklung W 1 gut isoliert sein, damit bei den Spitzenwerten der Schwingkreisspannung keine Durchbrüche auftreten.

Sobald ein neuer HF-Abfrageimpuls ausgesendet wird, wird auf­ grund des zuvor beschriebenen Funktionsablaufs das Dämpfungs­ glied aus den Widerständen R 4, R 5 und R 6 wieder vom Antennen­ schwingkreis 28 abgetrennt, so daß der Antennenschwingkreis 28 wieder mit hoher Kreisgüte das Magnetfeld abstrahlen kann, wie dies zum Ansprechen eines Antwortgebers 26 erforderlich ist.

Die beschriebene Antennendämpfungsschaltung arbeitet somit völlig automatisch in Abhängigkeit vom Auftreten eines HF-Ab­ frageimpulses; sie benötigt keine eigene Stromversorgungsquel­ le, sondern leitet die für ihren Betrieb notwendige Energie aus dem HF-Abfrageimpuls ab. Die Bedämpfung des Antennen­ schwingkreises 28, die nach Beendigung des HF-Abfrageimpulses durch die Anwendung der Dämpfungsschaltung 24 erreicht wird, bewirkt nicht nur die Umschaltung der Güte des Antennen­ schwingkreises 28, sondern sie macht den Antennenschwingkreis 28 und damit das Funk-Sendeempfangsgerät 10 unmittelbar nach Beendigung des HF-Abfrageimpulses für die vom Antwortgeber 26 zurückgesendeten Signale empfangsbereit.

Claims (4)

1. Dämpfungsschaltung für den Antennenschwingkreis eines Funk-Sendeempfangsgeräts, das in einer Sendephase einen zeitlich begrenzten, energiereichen HF-Abfrageimpuls aus­ sendet und in einer sich an die Sendephase anschließenden Empfangsphase für hochfrequente Antwortsignale empfangsbe­ reit ist, die von einem Antwortgeber kommen, der diese Ant­ wortsignale als Reaktion auf den Empfang des Abfrageimpul­ ses aussendet, gekennzeichnet durch ein im Antennenschwing­ kreis aktivierbares und deaktivierbares Dämpfungsglied (R 4, R 5, R 6), eine Schaltvorrichtung (T 4, T 5), die bei Empfang einer Schaltspannung das Dämpfungsglied (R 4, R 5, R 6) an den Antennenschwingkreis anlegt, einen ersten, von dem HF-Ab­ frageimpuls aufladbaren Kondensator (C 1) zur Abgabe der Schaltspannung und einen zweiten, von dem HF-Abfrageimpuls aufladbaren Kondensator (C 2), der abhängig vom zeitlichen Verlauf des HF-Abfrageimpulses das Anlegen der am ersten Kondensator (C 1) vorhandenen Schaltspannung an die Schalt­ vorrichtung (T 4, T 5) freigibt.

2. Dämpfungsschaltung nach Anspruch 1, bei der der Antennen­ schwingkreis als Kapazität eine Serienschaltung aus zwei Kon­ densatoren enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungs­ glied (R 4, R 5, R 6) von der Schaltvorrichtung (T 4, T 5) parallel zu einem der Kondensatoren (CA 1, CA 2) des Antennenschwingkrei­ ses (20) parallel geschaltet werden kann.

3. Dämpfungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (R 4, R 5, R 6) über einen induktiven Ab­ griff mit dem Antennenschwingkreis (20) gekoppelt ist.

4. Dämpfungsschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung aus zwei Feldeffekt­ transistoren (T 4, T 5) besteht, deren Gate-Elektroden miteinan­ der verbunden sind und deren Drain-Source-Strecken mit dem Dämpfungsglied (R 4, R 5, R 6) in Serie geschaltet sind.