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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektronischen Artikelüberwachung,
bei dem durch einen Sender mittels zumindest zweier Sendeantennen
ein elektromagnetisches Feld in eine Überwachungszone abgestrahlt
wird, und bei dem ein Ausgangssignal eines Empfängers einer Detektionsvorrichtung
zugeführt
wird, durch die bei der Anwesenheit eines Sicherungsanhängers in
der Überwachungszone
ein Alarmsignal aktiviert wird, wobei die Sendeantennen unabhängig voneinander
derart angesteuert werden, dass die Intensität des vom Empfänger direkt
aufgenommenen Sendesignals minimal wird, die Feldstärke in der Überwachungszone
aber hinreichend groß bleibt.
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Verfahren
zur elektronischen Artikelsicherung, bei denen die Anwesenheit eines
mit einem Schwingkreis (Spule und Kondensator) oder einem weichmagnetischen
Material oder mit einer Antenne und einem nichtlinearen Element
(wie einer Diode) ausgestatteten Sicherungsanhängers in einer Überwachungszone
nachgewiesen wird und die insbesondere in Verkaufseinrichtungen
angewendet werden, sind im Stande der Technik bekannt. Bei Sicherungsanlagen
zur Durchführung
solcher Verfahren ist ein Oszillator zur Erzeugung einer Wechselspannung an
einer Endstufe angeschlossen, die im Regelfall im Pulsbetrieb eine
Sendeantenne speist, welche ihrerseits ein wechselndes elektromagnetisches
Feld in der Überwachungszone
erzeugt. Eine separate Empfangsantenne wird zum Empfang der Störungen verwendet,
die ein Sicherungsanhänger
in der Überwachungszone
erzeugt. Diese Antenne ist an einem Empfänger angeschlossen, dessen
Ausgang mit einer Detektionsvorrichtung verbunden ist, die bei der Anwesenheit
eines Sicherungsanhängers
in der Überwachungszone
einen Alarm auslöst,
so dass das Personal der Verkaufseinrichtung odgl. ggf. einen Diebstahl
verhindern kann.
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Ein
solches Verfahren ist aus der
EP 440 370 A1 bekannt geworden. Die Sendeantenne
der Anlage zur Durchführung
des Verfahrens ist aus mehreren einzelnen Antennen zusammengesetzt,
die von einer gemeinsamen Endstufe betrieben werden. Die Windungszahlen,
Flächen
und Betriebsströme
der einzelnen Antennen werden derart symmetrisch festgelegt, dass
ein hinreichend hohes Feld in der Überwachungszone entsteht, dass
das Feld in größerer Entfernung
von den Sendeantennen jedoch relativ schnell abfällt, so dass keine Störungen anderer
Geräte
möglich
werden.
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Bei
diesem bekannten Verfahren ist die möglichst gering zu haltende
Feldstärke
in großer
Entfernung von vielen Parametern, wie der Fläche der Antennen, ihrer Form
usw. abhängig,
so dass nur durch hinreichend präzise
Fertigung oder einen nachträglichen
Abgleich eine ordnungsgemäße Abstimmung und
Funktion gewährleistet
ist. Die symmetrische Abstimmung der Antenne kann außerdem durch
größere metallische
Objekte in der näheren
Umgebung gestört
werden. Somit ist die maximal verwendbare Sendeleistung und die
Nachweiswahrscheinlichkeit eines Sicherungsanhängers bzw. die Entfernung,
in der er noch detektierbar ist, durch die Symmetrie der Abstimmung
der Antenne begrenzt.
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Als
nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren weiterhin anzusehen,
dass sich das von der Empfangsantenne aufgenommene Signal aus einem
starken, direkt vom Sender stammenden Anteil und, falls ein Sicherungsanhänger in
der Überwachungszone ist,
aus einem wesentlich schwächeren,
vom Sicherungsanhänger
stammenden Signal zusammensetzt. Hinzu kommen Rauschen und Störsignale.
Die unvorteilhafte Folge ist ebenfalls eine Verminderung der Nachweisempfindlichkeit
bzw. eine Reduzierung der maximalen Detektionsentfernung.
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Aus
der
US 50 49 857 ist
ein Verfahren zur elektronischen Artikelüberwachung bekannt, bei dem die
Amplitude des empfangenen Signals während der Initialisierungsphase
gemessen und gespeichert wird, um anhand dieser Messung während des Überwachungsbetriebs
zu bestimmen, ob sich die Amplitude geändert hat.
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Aus
der den Oberbegriff bildenden
US
50 51 726 ist ein Verfahren zur elektronischen Artikelüberwachung
gattungsgemäßer Art
bekannt, bei dem zwei Antenneneinheiten, die jeweils aus mindestens zwei
Antennen bestehen, gegenüberliegend
zu beiden Seiten einer Überwachungszone
angeordnet sind, wobei jeweils die ersten Antennen der Antenneneinheiten
stärker
angeregt werden als die jeweiligen zweiten Antennen der Antenneneinheiten.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art
zur Verfügung zu
stellen, bei dem der Einfluss von Störobjekten ausgeglichen werden
kann und das sich durch eine hohe Nachweiswahrscheinlichkeit und
eine vergrößerte Entfernung,
in der Sicherungsanhänger
detektierbar sind, auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass selbsttätig
die Phase und/oder die Amplitude der zumindest einer Sendeantenne
zugeführten
Spannung variiert wird, bis das Ausgangssignal des Empfängers minimal
ist.
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Der
Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass die den Sendeantennen
zugeführten
Spannungen bzw. Ströme
nicht von vornherein festgelegt, sondern die Sendeantennen unabhängig voneinander
so angesteuert werden, dass der Pegel der direkt empfangenen Sendesignale
möglichst
gering wird. Die Feldstärke
in der Überwachungszone
bleibt jedoch hinreichend groß.
Die Sendeantennen des Senders können
somit selbsttätig
symmetrisch abgestimmt und jederzeit an eine Änderung der Eigenschaften der
Umgebung angepasst werden, falls beispielsweise ein Einkaufswagen
vorbeigeführt
wird oder eine Umplazierung der Anlage zur Durchführung des
Verfahrens erfolgt. Im Ergebnis können Überwachungsanhänger leichter
und in größeren Entfernungen
detektiert werden, da die von ihnen erzeugten Ausgangssignale des
Empfängers
zwar in der Intensität
gleich bleiben, jedoch im Verhältnis
zu den direkt vom Sender stammenden (die schwächer geworden sind) wesentlich
vergrößert sind.
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Die
Vorteile der Erfindung bestehen ferner in einer Verbesserung der
Detektionswahrscheinlichkeit und einer Vergrößerung des Nachweisbereiches. Letztere
erlaubt, die oftmals optisch störende
und den Durchgangsbereich einengende Anlage im seitlichen Abstand
davon aufzustellen. Da die Intensität des vom Empfänger direkt
aufgenommenen Sendesignals wesentlich reduziert ist, ermöglicht die
Erfindung auch, die Empfangsantenne mit den Sendeantennen in einem
Gehäuse
anzubringen. Die in einem gemeinsamen Behältnis angebrachte Anlage wird somit
durch das Entfallen des zweiten Gehäuses, in dem zuvor die Empfangsantenne
angebracht war, preiswerter herstellbar und stört auch optisch weniger.
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Als
Sendeantenne kommt vorzugsweise eine an sich bekannte Figur-Acht-Antenne zum Einsatz,
die aus zwei (in der Regel in einer Ebene angeordneten) Schleifen
besteht. Jede der Schleifen weist zumindest eine Windung auf und
wird separat vom Sender angesteuert, stellt also eine der Sendeantennen
dar. Werden die beiden Schleifen gegenphasig angesteuert und ist
das Produkt der von ihnen eingeschlossenen Flächen, ihrer Windungszahlen
und der sie durchfließenden
Stromstärken
gleich, erreicht man, wie aus der
EP 440 370 A1 bekannt ist, eine Auslöschung des
in größerer Entfernung
produzierten Feldes.
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Im
konkreten wird die Phase und/oder die Amplitude des zumindest durch
eine der Sendeantennen hindurchfließenden Stromes (bzw. der ihr
zugeführten
Spannung) so lange variiert, bis ein minimales Ausgangssignal des
Empfängers
erreicht ist. Die Phase und/oder Amplitude zumindest einer Antenne
bleibt dabei jedoch konstant.
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Nachdem
die Amplituden und/oder Phasen, bei denen das Ausgangssignal des
Empfängers
minimal ist, evaluiert wurden, werden die an den Eingängen der
zum Steuern der Amplitude und/oder Phase dienenden Einrichtungen,
wie z.B. Digital-Analog-Wandlern, anliegenden Werte gespeichert
und dienen in der Regel für
einen festgelegten Zeitraum der Steuerung des Senders. Sie können solange
verwendet werden, bis die Anlage abgeschaltet wird oder in regelmäßigen Abständen erneut
bestimmt werden, um eventuelle Änderungen
der e lektromagnetischen Eigenschaften der Umgebung berücksichtigen
zu können.
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Sollen
Sicherungsanhänger
mit weichmagnetischen Materialien oder anderen nichtlinearen Elementen überwacht
werden, bleibt die Sendefrequenz in der Regel gleich. Finden hingegen
Sicherungsanhänger
mit Resonanzschwingkreisen Verwendung, erweist es sich als notwendig,
die Sendefrequenz über
einen bestimmten Bereich zu variieren (zu wobbeln), um sicher zu
sein, alle Sicherungsanhänger,
deren Resonanzfrequenz fertigungsbedingten Toleranzen unterliegt,
nachweisen zu können.
In diesem Fall werden die zu minimalen Ausgangssignalen des Empfängers führenden
Eingangswerte der zum Steuern der Phase und/oder der Amplitude dienenden
Einrichtungen bei unterschiedlichen, d.h. bei allen Frequenzen des
Variationsbereiches bestimmt und gespeichert.
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Um
eine hinreichende Höhe
des Überwachungsbereiches
zu realisieren, werden die Sendeantennen zweckmäßigerweise übereinander angeordnet.
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Auch
für die
Empfangsantenne ist die Form einer Schleife bevorzugt. Sie wird
in der Regel in einer Ebene angebracht, die parallel zu der der
Sendeantennen verläuft.
Erstreckt sie sich über
die gesamte Fläche
der Sendeantennen (d.h. ihre Breite und Höhe deckt die Sendeantennen
in seitlicher und vertikaler Richtung ab), ist das Ausgangssignal
des Empfängers
zur Summe der Feldstärken
der Sendeantennen proportional. Da die Summe dieser Feldstärken genau
dann null ist, wenn die Sendeantennen exakt symmetrisch und gegenphasig
betrieben werden, hat die erfindungsgemäße Minimierung des Ausgangssignals
durch eine entsprechende Ansteuerung der Sendeantennen eine exakt
symmetrische Abstimmung der Sendeantennen zum Ergebnis.
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Außerdem wird
in diesem Fall die Feldstärke in
großer
Entfernung minimal. Es ist somit möglich, die in großer Entfernung
entstehende Feldstärke
zu minimieren, bzw. zur Verbesserung der Nachweiswahrscheinlichkeit
eine höhere
Feldstärke
im Überwachungsbereich
zu verwenden.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen in schematischer
Darstellung in
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1 ein
Blockschaltbild der zum Senden und Empfangen dienenden Teile der
Anlage zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 ein
Blockschaltbild einer Detektionsvorrichtung;
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3 ein
Blockschaltbild eines Senders.
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In 1 ist
ein Blockschaltbild einer zum Erzeugen eines elektromagnetischen
Feldes in der Überwachungszone
und zum Empfangen dienenden Schaltung zur Detektion von Sicherungsanhängern (5)
mit Resonanzschwingkreisen dargestellt. Mittels einer am Eingang
(1) anliegenden Spannung wird die Ausgangsfrequenz eines
spannungsgesteuerten Oszillators (2), eines an sich bekannten
VCO variiert. Die Frequenz der einem Leistungsverstärker (3)
zugeführten
Spannung wird somit durch eine Änderung der
Spannung am Eingang (1) derart variiert, dass sie sukzessive
den gesamten Bereich überstreicht,
in dem die Resonanzfrequenz eines Sicherungsanhängers (5) liegen könnte. Das
mit dem Leistungsverstärker
(3) verstärkte
Sendesignal wird einer Sendeantenne (4) zugeführt, die
ein elektromagnetisches Feld entsprechender Frequenz in die Überwachungszone
abstrahlt. Eine Empfangsantenne (6) dient zum Nachweis
der von der Sendeantenne (4) und von dem in der Überwachungszone
enthaltenen Sicherungsanhänger
(5) erzeugten elektromagnetischen Felder; ihr der empfangenen
Feldstärke
entsprechendes Ausgangssignal wird einem Eingang eines Synchrondetektors
(7) zugeführt.
Der zweite Eingang des Synchrondetektors (7) wird mit einem
Referenzsignal beaufschlagt, das dem Leistungsverstärker (3)
entnommen wird. An den beiden Ausgängen des Synchrondetektors
(7) ist die Detektionsvorrichtung (8) angeschlossen.
An einem Ausgang des Synchrondetektors (7) liegt eine Spannung
an, die dem gleichphasigen Anteil zwischen der Ausgangsspannung
des Leistungsverstärkers
(3) und der von der Empfangsantenne (6) gelieferten
Spannung entspricht; an dem an deren Ausgang liegt der um 90° verschobene
Anteil beider Spannungen an. Der – auch unter der Bezeichnung
IQ-Detektor bekannte – Synchrondetektor
(7) liefert somit am ersten Ausgang das Produkt aus beiden
Eingangsspannungen und am zweiten Ausgang das Produkt aus einer
Eingangsspannung und einer um 90° phasenverschobenen
Eingangsspannung. Am Ausgang (9) der Detektionsvorrichtung
(8) ist eine beliebige Alarmeinrichtung angeschlossen.
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2 stellt
ein Blockschaltbild einer Detektionsvorrichtung (8) dar.
Sie enthält
einen ersten Digital-Analog-Wandler (15), dessen Ausgang
(10) mit dem Eingang (1) des spannungsgesteuerten
Oszillators (2) verbunden ist. Der Digital-Analog-Wandler (15)
steuert somit die von der Sendeantenne (4) abgestrahlte
Frequenz. In einem Festwertspeicher (ROM) (12) gespeicherte
Programme steuern einen Mikroprozessor (11) derart, dass
er den Digital-Analog-Wandler (15) über eine zwischengeschaltete
digitale Eingabe-Ausgabe-Schaltung (16) so beeinflusst, dass
die Sendefrequenz in entsprechenden Schritten variiert wird.
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Die
beiden Ausgänge
des Synchrondetektors (7) sind mit jeweils einem Eingang
(21, 22) der Detektionsvorrichtung (8)
verbunden. Der Mikroprozessor (11) setzt den Digital-Analog-Wandler
(15) für einen
Zeitraum von beispielsweise einer Millisekunde auf eine konstante
Ausgangsspannung, in der auch die Sendefrequenz gleich bleibt. Während dieses Zeitraumes
integrieren die beiden Integratoren (18, 20) die
jeweils an ihren – mit
dem Synchrondetektor (7) verbundenen – Eingängen (21, 22)
anliegenden Spannungen. Nach dem Ablauf dieses Zeitraumes veranlasst
der Mikroprozessor (11) die beiden Analog-Digital-Wandler (17, 19)
die Ausgangsspannungen der Integratoren (18, 20)
in einen Digitalwert umzuwandeln, der über die digitale Eingabe-Ausgabe-Schaltung (16)
in einen Speicher (RAM) (13) hineingeschrieben wird. Dieser
Vorgang wird sukzessive für
alle Frequenzen des zu untersuchenden Frequenzbereiches wiederholt.
Nach dem Ende eines Frequenzdurchlaufs untersucht der Mikroprozessor (11)
die im Speicher (13) abgelegten Daten daraufhin, ob ein
Sicherungsanhänger
(5) in der Überwachungszone
enthalten ist. Der Ausgang (9) der Detektionsvorrichtung
(8) ist an einen Bus (14) angeschlossen, der den
Mikroprozessor (11) mit den Speichern (12, 13)
und der digitalen Eingabe-Ausgabe- Schaltung (16) verbindet.
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Die
Ausgangsspannung des Synchrondetektors (7), die am Eingang
(21) anliegt und im folgenden mit „I" bezeichnet wird, entspricht dem Produkt aus
der gesendeten und der empfangenen Feldstärke, während am anderen Eingang (22)
die als „Q" bezeichnete Spannung
liegt, welche dem Produkt aus der empfangenen Feldstärke und
einer gegenüber der
gesendeten Feldstärke
um 90° phasenverschobenen
Spannung entspricht. Wird also ein mit der Sendefeldstärke gleichphasiges
Signal empfangen, liegt am Eingang (21) eine Gleichspannung
an, während
am Eingang (22) keine Spannung liegt. Ist das empfangene
Signal hingegen um 90° relativ
zum Sendesignal verschoben, wird der Eingang (21) näherungsweise
Null und am Eingang (22) liegt eine Gleichspannung an.
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In 3 sind
die in 1 gezeigten, zum Senden und Empfangen dienenden
Teile der Anlage zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Der Eingang (1) des spannungsgesteuerten Oszillators
(2) ist mit dem Ausgang (10) des ersten Digital-Analog-Wandlers
(15) verbunden. Der Ausgang des Oszillators (2)
ist über
einen spannungsgesteuerten Verstärker
(27) und eine Endstufe (29) mit der oberen, schleifenförmigen Sendeantenne
(4) verbunden. Die Stromstärke, mit der die Sendeantenne
(4) beaufschlagt wird, ist somit durch die Spannung am
Eingang (25) des spannungsgesteuerten Verstärkers steuerbar.
Der Ausgang des Oszillators (2) ist weiterhin über einen
spannungsgesteuerten Phasenschieber (28) und eine weitere
Endstufe (30) mit der unteren, ebenfalls schleifenförmigen Sendeantenne
(4') angeschlossen.
Die am Eingang (26) des spannungsgesteuerten Phasenschiebers (26)
anliegende Spannung dient somit zum Steuern der Phase des die Sendeantenne
(4') durchfließenden Stromes.
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Der
Eingang (25) des spannungsgesteuerten Verstärkers (27)
ist an einem in 2 dargestellten, zweiten Digital-Analog-Wandler
(23) angeschlossen, der seinerseits vom Mikroprozessor
(11) gesteuert wird. Letzterer kann somit die Amplitude des
der oberen Sendeantenne (4) zugeführten Signals steuern.
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Der
Eingang (26) des spannungsgesteuerten Phasenschiebers (28)
ist mit einem dritten Digital-Analog-Wandler (24) verbunden,
der ebenfalls vom Mikroprozessor (11) gesteuert wird. Dieser
ist somit in der Lage, die Phase des der unteren Sendeantenne (4') zugeführten Signals
zu variieren.
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Im
Normalbetrieb werden der unteren (4') und der oberen Sendeantenne (4)
Signale mit gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase zugeführt, was
durch die Pfeile an den Antennenschleifen verdeutlicht wird. Da
die Ebene der Empfangsantenne (6) parallel zur Ebene der
Sendeantennen (4, 4') verläuft und
deckungsgleich mit den äußeren Berandungen
der Sendeantennen (4, 4') positioniert ist, ist die Ausgangsspannung
des Empfängers
proportional zu der Summe der von den Sendeantennen (4, 4') erzeugten
Feldstärke.
Aufgrund der Gegenphasigkeit der Ströme, deren Beträge jedoch
gleich sind, müsste
(bei gleichen Flächen
der Sendeantennen) eine Ausgangsspannung von null entstehen. In
der Realität
bedingen bereits geringe Differenzen im Aufbau der unteren (4') und oberen
Sendeantenne (4), dass sich die Feldstärken nicht exakt auslöschen, so
dass der Empfänger
aufgrund der stets vorhandenen, direkt vom Sender stammenden Signale
nur schwer von einem Sicherungsanhänger stammende Signale nachweisen
kann. Erfindungsgemäß wird es
durch eine Variation der Amplitude des Signals in der oberen Sendeantenne
(4) und der Phase der unteren Sendeantenne (4') jedoch möglich, eine
vollständige Auslöschung des
Sendesignals in der Empfangsantenne (6) zu realisieren.
Bei einer vollständigen
Auslöschung
wird die Anlage als symmetrisch abgestimmt bezeichnet.
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Der
Mikroprozessor (11) ist in der Lage, die Sendeantennen
(4, 4')
durch eine geeignete Steuerung der Eingänge des spannungsgesteuerten
Verstärkers
(27) und Phasenschiebers (28) zu symmetrisieren.
Dazu wird zunächst
der Ausgang des ersten Digital-Analog-Wandlers (15) auf
einen der gewünschten
Sendefrequenz entsprechenden Wert gesetzt. Sind die Sendeantennen
(4, 4')
anfangs nicht symmetrisiert, liegt an der Empfangsantenne (6)
ein Signal an. Die Spannungen I und Q werden gemessen und vom Mikroprozessor
(11) im Speicher (13) abgelegt. Die empfangene
Leistung entspricht der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate
von I und Q. Der Mikroprozessor variiert anschließend die Verstärkung des
spannungsgesteuerten Verstärkers (27)
und misst die Empfangsleistung. Dieser Vorgang wird solange sukzessive
wiederholt, bis ein Parameter für
die Amplitude gefunden ist, bei dem die Empfangsleistung minimal
ist. Dieses Minimum wird jedoch wahrscheinlich nicht bei null liegen,
da Phasendifferenzen zwischen den beiden Sendeantennen (4, 4') bestehen.
Es ist daher notwendig, auch den Phasenunterschied zwischen der
oberen (4) und unteren Sendeantenne (4') zu variieren,
um eine vollständige Symmetrie
zu erzielen. Der Mikroprozessor (11) ändert daher anschließend die
Ausgangsspannung des dritten Digital-Analog-Wandlers (24)
und misst die empfangene Leistung, bis ein Parameter für die Phase
aufgefunden ist, bei dem die Empfangsleistung minimal ist. Nunmehr
sind die Sendeantennen symmetrisch abgestimmt und die Parameter
für Phase und
Amplitude werden im Speicher (13) abgelegt.
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Reale
Sendeantennen (4, 4')
werden im Regelfall eine frequenzabhängige Amplituden- und Phasencharakteristik
aufweisen, so dass für
jede Frequenz entsprechende Parameter zu evaluieren und zu speichern
sind. Sie werden bei den der Abstimmung der Antenne folgenden Durchläufen durch
den Frequenzbereich verwendet.