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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum
Modulieren eines Frequenzsignals durch das FSK-Verfahren.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden eine Hochfrequenz-Senderschaltung und ein Verfahren
zum Modulieren eines Signals gemäß Definition in
den anhängenden
Patentansprüchen
bereitgestellt.
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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.
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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.
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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.
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Diese
und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der
folgenden Beschreibung und der Zeichnungen besser verständlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Elektroschema eines Hochfrequenz-Sender- und -Empfänger-Systems
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
ein Diagramm des von der Hochfrequenz-Senderschaltung erzeugten
und übertragenen modulierten
Frequenzsignals.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELES
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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.
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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 LOszillator und einen kapazitiven Widerstand
von C.
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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.
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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.
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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
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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
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Wenn
die Kopplungsschaltung 18 deaktiviert wird, fällt die
Gesamtinduktivität
der Oszillatorschaltung 16 wieder auf LOszillator 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.
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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.
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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 (fGrund – fgekoppelt). 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).
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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.
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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.
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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.
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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.