DE69924819T2

DE69924819T2 - Erzeugung von fsk-signalen durch änderung von antennenimpedanz

Info

Publication number: DE69924819T2
Application number: DE69924819T
Authority: DE
Inventors: P. Steven KULHA
Original assignee: Lear Automotive Dearborn Inc
Current assignee: Lear Automotive Dearborn Inc
Priority date: 1998-07-20
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2019-07-17
Also published as: CA2295191A1; WO2000004687A1; EP1013041B1; EP1013041A1; US6275539B1; JP2002512768A; DE69924819D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Modulieren eines Frequenzsignals durch das FSK-Verfahren.
Das FSK-Verfahren, das mitunter auch als FSK-Modulation oder als frequenzgetastete Übertragung bezeichnet wird, ist eine Form der Modulation, bei der die modulierende Welle die Ausgangsfrequenz zwischen zwei vorbestimmten Werten, die den digitalen Werten 0 und 1 entsprechen, verschiebt. Das FSK-Verfahren ist verwendet worden, um eindeutige Codes oder andere Daten auf Frequenzsignale für Fernsteuerungssysteme, wie zum Bespiel schlüssellose Zentralverriegelungen für Fahrzeuge, Garagentüröffner, Toröffner, Haussicherheitssysteme etc., zu modulieren. Die eindeutigen Codes können verschlüsselt oder freigegeben werden.
Nach dem Stand der Technik wurde das FSK-Verfahren durchgeführt, indem ein Varaktor in Reihe mit dem Ausgang einer Oszillatorschaltung geschaltet wurde, die ein Frequenzsignal erzeugt. Ein Varaktor ist ein Halbleiterbauelement, wie zum Beispiel eine Diode, wobei sich der kapazitive Widerstand des Bauelementes mit der angelegten Spannung ändert. Das Anlegen einer Analogspannung an den Varaktor ändert somit den kapazitiven Widerstand des Varaktors, wodurch der kapazitive Gesamtwiderstand der Oszillatorschaltung geändert und das Signal zwischen zwei verschiedenen Frequenzwerten verschoben wird.
Wenngleich dieses FSK-Verfahren routinemäßig angewendet worden ist, hat es doch Nachteile. Erstens sind Varaktoren relativ kostspielig und erhöhen die Kosten für die FSK-Schaltung signifikant. Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem zuverlässigen und weniger kostspieligen und/oder alternativen System und Verfahren zum Modulieren eines Frequenzsignals durch FSK.
Beispiele für Systeme und Verfahren zu Modulieren eines Frequenzsignals durch FSK nach dem Stand der Technik werden in den folgenden Dokumenten beschrieben, die einen breiten Bereich unterschiedlicher konkreter Gebiete betreffen:

GB 844,571;
US 4,733,199 ;
JP 02019989 ;
"GaAs FET Direct Frequency-modulators for 42-GHz-Band HDTV Radio Cameras and 7-GHz-Band Field Pick-up Transmitters" von Hideo Mitsumato und Kazuo Imai; IEEE International Microwave Symposium, 14.-18. Juni 1993, S. 663-666;
"Inductive Tuned Oscillator" von Dien M. Ngyen; RF Design, Band 19, Nummer 9, Seite 80, September 1996;
"Frequency Switching" von R. Landauer, IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 2, Nummer 5, Februar 1960;
"Simple Transistor Frequency Shift Keying Oscillator"; Electronic Engineering, Band 47, Nummer 570, August 1975, S. 12-13.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Hochfrequenz-Senderschaltung und ein Verfahren zum Modulieren eines Signals gemäß Definition in den anhängenden Patentansprüchen bereitgestellt.
In einem offengelegten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sendet eine Hochfrequenz-Senderschaltung ein moduliertes Signal, das einen eindeutigen Code oder ein Datenpaket trägt. Die erfindungsgemäße Senderschaltung umfasst eine Oszillatorschaltung zum Erzeugen eines Signals mit einer ersten Frequenz und eine Kopplungsschaltung, die neben der Oszillatorschaltung angeordnet ist. Wenn die Kopplungsschaltung aktiviert wird, wird eine reflektierte Impedanz, die aus einer Änderung einer Induktivität abgeleitet wird, von der Kopplungsschaltung auf die Oszillatorschaltung reflektiert. Die reflektierte Impedanz ändert oder erhöht die Induktivität der Oszillatorschaltung und verschiebt dabei das Signal auf eine zweite Frequenz. Die Kopplungsschaltung wird durch einen Regler so sequentiell aktiviert und deaktiviert, dass das Signal mit einem eindeutigen Code oder einem Datenpaket moduliert wird. Das modulierte Signal wird von der Hochfrequenz-Senderschaltung über eine Antenne übertragen. Bei Empfang durch einen herkömmlichen Hochfrequenzempfänger wird das übertragene Signal demoduliert. Wenn der Code gültig ist, arbeitet der Empfänger dementsprechend.
Daher stellt die vorliegende Erfindung eine Hochfrequenz-Senderschaltung mit einer Oszillatorschaltung zum Erzeugen eines Signals mit einer ersten Frequenz und eine Kopplungsschaltung bereit, die in der Nähe der Oszillatorschaltung angeordnet ist, um das Signal bei Aktivierung der Kopplungsschaltung auf eine zweite Frequenz zu verschieben. Die Aktivierung der Kopplungsschaltung ändert die Impedanz eines Bauelementes der Oszillatorschaltung und verschiebt dabei das Signal auf die zweite Frequenz.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Hochfrequenz-Senderschaltung bereitgestellt, die einen Benutzer-Eingangsschalter zum Erzeugen eines Eingangssignals, einen Oszillator zum Erzeugen eines Frequenzsignals mit einer ersten Frequenz und eine Antenne, die zum Senden des Frequenzsignals mit dem Oszillator verbunden ist, bereitgestellt. Eine Kopplungsschaltung wird neben der Antenne bereitgestellt, und ein Mikroprozessor gibt den Oszillator frei und aktiviert die Kopplungsschaltung als Reaktion auf das Eingangssignal. Die Kopplungsschaltung ändert die Impedanz der Antenne und verschiebt das Frequenzsignal bei Aktivierung der Kopplungsschaltung auf eine zweite Frequenz.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen besser verständlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Elektroschema eines Hochfrequenz-Sender- und -Empfänger-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm des von der Hochfrequenz-Senderschaltung erzeugten und übertragenen modulierten Frequenzsignals.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELES
1 ist ein Elektroschema eines Hochfrequenz-Sender- und -Empfänger-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System 10 umfasst einen Hochfrequenzsender 12 und einen Hochfrequenzempfänger 14. Der Hochfrequenzempfänger 14 ist eine herkömmliche Ausführung und empfängt und demoduliert örtliche luftübertragene Hochfrequenzsignale.
Der Hochfrequenzsender 12 umfasst eine Oszillatorschaltung 16 und eine Kopplungsschaltung 18, die neben der Oszillatorschaltung 16 angeordnet ist. Die Oszillatorschaltung 16 besteht aus einem Signalgenerator 20 zum Erzeugen eines Signals mit einer ersten Frequenz und eine Antenne 22, die elektrisch mit dem Ausgang des Signalgenerators 20 verbunden ist, um das Signal zu übertragen. Die Antenne 22 ist ein induktives Bauelement, das auch Teil der Oszillatorschaltung 16 ist. Die Oszillatorschaltung 16 hat eine Induktivität von L_Oszillator und einen kapazitiven Widerstand von C.
Die Kopplungsschaltung 18 ist in einem vorbestimmten Abstand d zu der Oszillatorschaltung 16 angeordnet. Die Kopplungsschaltung 18 umfasst eine Stromquelle 24, einen Widerstand 26, der mit der Stromquelle 24 verbunden ist, einen Aktivierungsschalter 28 und eine Erde 30. Der Aktivierungsschalter 28 ist zwischen dem Widerstand 26 und der Erde 30 in Reihe geschaltet. Wenn der Aktivierungsschalter 28 geschlossen ist, wird der Widerstand 26 auf die Erde 30 geschaltet, und die Kopplungsschaltung 18 wird aktiviert. Vorzugsweise besteht der Aktivierungsschalter 28 wie in 1 gezeigt aus einem Transistor mit offenem Kollektor.
Der Hochfrequenzsender 12 umfasst weiterhin einen Regler 32 und einen Benutzer-Eingangsschalter 34. Der Regler 32 ist elektrisch mit dem Aktivierungsschalter 28 der Kopplungsschaltung 18 und mit dem Signalgenerator 20 der Oszillatorschaltung 16 verbunden. Der Benutzer-Eingangsschalter 34 ist elektrisch mit dem Regler 32 verbunden.
Der Hochfrequenzsender 12 arbeitet wie folgt, um eindeutige Hochfrequenzsignale zu erzeugen und zu senden. 2 ist ein Diagramm eines modulierten Frequenzsignals 36, das von dem Hochfrequenzsender 12 erzeugt und gesendet wird. Wenn der Benutzer-Eingangsschalter 34 manuell geschlossen wird, wird ein Eingangssignal erzeugt und an den Regler 32 gesendet. Bei Empfang des Eingangssignals gibt der Regler 32 den Signalgenerator 20 frei und öffnet und schließt den Aktivierungsschalter 28 entsprechend einer vorbestimmten Folge oder einem vorbestimmten Programm. Während der Signalgenerator 20 freigegeben wird und die Kopplungsschaltung 18 nicht betätigt wird, hat die Oszillatorschaltung 16 eine Induktivität von L_Oszillator und die Oszillatorschaltung 16 erzeugt ein Trägersignal mit einer ersten Frequenz oder Grundfrequenz 38, wobei
Das sequentielle Schließen und Öffnen des Aktivierungsschalters 38 durch den Regler 32 aktiviert und deaktiviert die Kopplungsschaltung 18. Wenn die Kopplungsschaltung 18 aktiviert wird, wird eine reflektierte Impedanz, die aus einer Änderung der Induktivität entsprechend L_Kopplung abgeleitet wird, von der Kopplungsschaltung 18 zu der Antenne 22 der Oszillatorschaltung 16 reflektiert wird. Im Ergebnis dessen erhöht die reflektierte Impedanz die Gesamtinduktivität der Oszillatorschaltung 16 von L_Oszillator auf L_Oszillator + L_Kopplung und verschiebt somit das Frequenzsignal 36von der ersten Frequenz oder Grundfrequenz 38 zu einer zweiten Frequenz oder gekoppelten Frequenz 40, wobei
Wenn die Kopplungsschaltung 18 deaktiviert wird, fällt die Gesamtinduktivität der Oszillatorschaltung 16 wieder auf L_Oszillator zurück und das Frequenzsignal 36 wird von der zweiten Frequenz oder gekoppelten Frequenz 40 zurück zu der ersten Frequenz oder Grundfrequenz 38 verschoben. Dementsprechend kann der Regler 32 durch Aktivieren und Deaktivieren der Kopplungsschaltung 10 in einer sequentiellen Folge das Frequenzsignal 36 mit einem eindeutigen Code oder einem Datenpaket wie in 2 gezeigt modulieren.
Das Frequenzsignal 36 wird durch die Antenne 22 übertragen. Bei Empfang durch den Hochfrequenzempfänger 14 wird das gesendete Frequenzsignal 36 demoduliert. Vorzugsweise wird die Grundfrequenz 38 demoduliert, um einem digitalen Wert von Eins zu entsprechen, und die gekoppelte Frequenz 40 wird demoduliert, um einem digitalen Wert von Null zu entsprechen. Wenn der Code gültig ist, arbeitet der Hochfrequenzempfänger 14 dementsprechend. Wenn der Hochfrequenzempfänger zum Beispiel in einen ferngesteuerten Garagentüröffner eingebaut ist, wird der Empfänger die Garagentür bei Empfang eines gültigen Codes öffnen bzw. schließen.
Wie weiter oben beschrieben, wird die Kopplungsschaltung 18 in einem vorbestimmten Abstand d von der Oszillatorschaltung 16 angeordnet. Eine Änderung des Abstandes d verändert den Betrag der Frequenzverschiebung (f_Grund – f_gekoppelt). Somit kann der Abstand d vorbestimmt werden, einen bestimmten Betrag von Frequenzverschiebung zu erzeugen. Typischerweise ist der Abstand d kurz bei niedrigen Frequenzen und lang bei hohen Frequenzen. Bei sehr hohen Frequenzen (VHF) und Ultrahochfrequenzen (UHF) beträgt der Abstand d etwa ein Viertel Zoll (6,35 mm).
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Modulieren eines Signals offengelegt. Dem Durchschnittsfachmann wird verständlich sein, dass die Reihenfolge der Schritte des Verfahrens nicht wichtig ist, um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen. Wie weiterhin erkannt werden wird, kann das Verfahren in Software, Gerätetechnik oder als Kombination aus beidem in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt werden.
Die Schritte des Verfahrens umfassen das Erzeugen eines Signals mit einer ersten frequenz von einer Oszillatorschaltung und das selektive Ändern der Impedanz einer Komponente in der Oszillatorschaltung, um das Signal auf eine zweite Frequenz zu verschieben. Die Impedanz der Komponente kann selektiv geändert werden, indem ein erstes induktives Bauelement selektiv an die Komponente gekoppelt wird. Vorzugsweise ist die Komponente ein zweites induktives Bauelement.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt der Bereitstellung einer Kopplungsschaltung in einem vorbestimmten Abstand von der Oszillatorschaltung. Demetsprechend umfasst das Ausführungsbeispiel wei terhin den Schritt des Aktivierens der Kopplungsschaltung, um die Impedanz der Oszillatorschaltung zu ändern und um das Signal zu einer zweiten Frequenz zu verschieben.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind offengelegt worden. Der Durchschnittsfachmann wird jedoch erkennen, dass bestimmte Änderungen innerhalb des Erfindungsbereiches liegen. Aus diesem Grund sollen die folgenden Patentansprüche gelesen werden, um den wahren Bereich und Inhalt der vorliegenden Erfindung zu bestimmen.

Claims

Hochfrequenz-Senderschaltung (12), die umfasst: einen Benutzer-Eingangsschalter (34), der die Aufgabe hat, bei Aktivierung ein Eingangssignal zu erzeugen; einen Oszillator (16) zum Erzeugen eines Frequenzsignals (36) mit einer ersten Frequenz (38); eine Antenne (22), die an den Oszillator (16) angeschlossen ist, um das Frequenzsignal (36) zu übertragen; eine Kopplungsschaltung (18) zum Verschieben des Frequenzsignals (36) zu einer zweiten Frequenz (40) bei Aktivierung der Kopplungsschaltung (18); und einen Regler (32), der mit dem Benutzer-Eingangsschalter (34) verbunden ist und den Oszillator (16) freigibt, um die Kopplungsschaltung (18) als Reaktion auf das Eingangssignal zu aktivieren; dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsschaltung (18) in einem vorbestimmten Abstand (d) von der Antenne (22) angeordnet ist und die Aufgabe hat, bei Aktivierung eine reflektierte Impedanz zu erzeugen, um die Induktivität der Antenne (22) zu ändern, wobei das Frequenzsignal (36) bei Aktivierung der Kopplungsschaltung (18) zu einer zweiten Frequenz (40) verschoben wird.
Senderschaltung (12) gemäß Anspruch 1, wobei die Kopplungsschaltung (18) einen Aktivierungsschalter (28) umfasst und der Regler (32) die Aufgabe hat, den Aktivierungsschalter (28) gezielt zu schließen, um die Kopplungsschaltung (18) zu aktivieren.
Senderschaltung (12) gemäß Anspruch 2, wobei der Aktivierungsschalter (28) einen Transistor mit offenem Kollektor umfasst.
Senderschaltung (12) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verschieben der Frequenzen (38, 40) das Signal (36) moduliert, um Information zu übertragen.
Senderschaltung (12) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Regler (32) einen Mikroprozessor umfasst.
Verfahren zur Modulation eines Signals (36), das umfasst: a) Erzeugen eines Signals (36) mit einer ersten Frequenz (38) von einer Oszillatorschaltung (16); und b) selektives Ändern des Betriebes der Oszillatorschaltung (16), um das Signal (36) zu einer zweiten Frequenz (40) zu verschieben; dadurch gekennzeichnet, dass selektives Ändern des Betriebes der Oszillatorschaltung (16) die Aktivierung einer Kopplungsschaltung (18) umfasst, um eine reflektierte Impedanz zu erzeugen, um eine Induktivität einer Antenne (22) in der Oszillatorschaltung (16) selektiv zu ändern, um das Signal (36) zu einer zweiten Frequenz (40) zu verschieben.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Erzeugen einer reflektierten Impedanz weiterhin die Anordnung der Kopplungsschaltung (18) in einer vorbestimmten Entfernung (d) von der Oszillatorschaltung (16) umfasst.