DK161172B - Anlaeg til detektion af en genstand inden for et overvaagningsomraade. - Google Patents

Description

DK 161172 B

Opfindelsen angår et anlæg til detektion af tilstedeværelsen af en genstand i et overvågningsområde omfattende sendeorganer til transmission af to radiofrekvenssignaler ved to forskellige frekvenser i overvågn ingsområdet, idet radiofrekvenserne 5 afviger fra en middel-centerfrekvens i hver sin retning og med lige store værdier, transponderorganer, der aftageligt er fastgjort til beskyttede genstande, og som kan bevæges med en genstand i overvågningsområdet, hvilke transponderorganer har antenneorganer, der er afstemt til at kunne modtage radiofre-10 kvenssigna1 erne transmitteret ved begge frekvenser, og et ulineært impedanselement koblet til antenneorganerne, hvorhos transponderorganerne genudstråler et retursignal ved den frekvens, der er lig med summen af frekvenserne af de to transmitterede radiofrekvenssignaler, hvilket anlæg desuden omfat-15 ter antenneorganer for modtagelse af retursignalet, smalbån-dede modtageorganer til signalbehandling af det modtagede retursignal og alarmorganer, der kan reagere på et udgangssignal frembragt ved signalbehandlingen af det modtagne retursignal ved hjælp af de smalbåndede modtageorganer.

20

Kendte overvågn i ngssystemer> af denne type - jf. f.eks. US patentskrift nr. 4.063.229 - transmitterer en enkelt radiofrekvens, der aftastes ved hjælp af en antenne på en transpondermærkat, hvor en ulineær impedans såsom en halvlederdiode gene-25 rerer en udvalgt harmonisk af det transmitterede signal, der genudstråles for detektion ved hjælp af et modtagerkredslob til udelukkelse af den transmitterede frekvens. Sådanne systemer er imidlertid ikke tilfredsstillende i praksis, idet de ikke er tilstrækkelig følsomme til at kunne give en pålidelig 30 detektion af tilstedeværelsen af en transponder i overvåg ningsområdet og kan give anledning til falske alarmer i afhængighed af andre tilstedeværende genstande. De ulineær» karakteristikker i senderkreds 1obet og elementerne resulterede ofte i, at harmoniske blev transmitteret sammen med grundfrekven-35 sen, hvorved modtageren kunne reagere uden et ulineært impe danselement i transponderen. Hvis modtagerens følsomhed reduceres til ikke at reager på sådanne direkte transmitterede 2

DK 161172 B

harmoniske, kan svage harmoniske, der under visse omstændigheder genudstråles, blive maskeret. Selv om dette problem kan minimeres ved en passende afskærmning og RF-filtrer ing i både senderen og modtageren, skal filtrene alligevel forsynes med 5 ekstremt skarpe afskæringskarakteristikker således, at selv en lille frekvensdrift i det transmitterede signal - som multipliceres i den harmoniske - kan resultere i, at den genudstrå-lede frekvens falder uden for fi 1terpasbåndet af modtageren. Frekvensdrift kan også hidrøre fra Dopp1er-effekt ved en hur-10 tig bevægelse af transponderen inden for overvågningsområdet således, at senderens drift forr i nges.

På den anden side kan sådanne højfrekvenssignaler let udbrede sig uden for det tilsigtede overvågningsområde og derved give 15 anledning til falsk trigning af alarmen ved hjælp af en fjerntliggende transponder. Beskyttede genstande kan som følge heraf ikke lokaliseres eller håndteres i nærheden af overvågningsområdet. Selv da kan højfrekvensenergien udbrede sig ved uforudsigelige reflektioner eller gennem metalror eller ener-20 giledere, der virker som bølgeledere, til og fra fjerntliggende positioner indenfor den beskyttede struktur og derved give anledning til falske trigninger af alarmsystemet.

Sådanne systemer udsættes også for falsk trigning af metalgen-25 stande såsom paraplyer, barnevogne og indkøbsvogne, hvor en svejsning eller et kontaktpunkt imellem uensartede metaller danner en ulineær diode, der genererer eller genudstråler en harmonisk af det transmitterede signal. Modtageren kan også reagere på falsk radiofrekvensstøj fra andre kilder såsom mc-30 tortændingssystemer og elektronisk udstyr.

Omvendt kan systemet ikke reagere på den øjeblikkelige tilstedeværelse af et transponderelement i overvågningsområdet, hvis den energi, der opfanges yog genudstråles som en harmonisk, er 35 utilstrækkelig. F.eks. kunne dette ske, hvis transponderanten-nen var forkert orienteret i forhold til polarisationen af det transmitterede felt, eller hvis antennen'er' elektromagneti sk 3

DK 161172 B

afskærmet fra senderen af det menneskelige legeme eller af en metalflade. Transponderens placering i nærheden af det menneskelige legeme kan også forstemme resonansfrekvensen således, at den harmoniske energi til genudstråling til modtageren 5 spredes. Selv om et signalsporekredsløb kan justere frekvensgengivelsen af modtageren til at kompensere for senderens frekvensdrift, reduceres transponderens virkningsgrad alligevel, hvis den afstemte tankkreds tvinges til at oscillere ved andre frekvenser end den normale resonansfrekvens.

10

Bestræbelserne på at løse problemerne ved sådanne systemer har resulteret i flere løsninger. I en af disse (US patentskrift nr. 3.631.484) er den enkelte radiofrekvens transmitteret til transponderen for genudstråling som en harmonisk sammenlignet 15 med signalet opfanget ved hjælp af modtageren til detektion af Doppler-frekvensforskydni nger forårsaget af en bevægelse af transponderen. Selv om dette system eliminerer problemer i forbindelse med senderfrekvensdrift og falske alarmer fra stationære transpondere i nærheden, ville en genstand, der bevæ-20 gede sig langsomt gennem overvågningsområdet, alligevel ikke frembringe et Doppler-frekvensskift, der kunne trigge alarmen.

Man har undersøgt systemer, hvori det ulineære impedanselement i transponderen virkede som en signalblander til generering af 25 sum- og differensfrekvenser i afhængighed af to transmitterede signaler af forskellige frekvenser - jf. f.eks. US patentskrift nr. 3.395.368. Sådanne dobbeltfrekvens-blandesystemer har flere ulemper, eksempelvis begrænsninger af højfrekvens-transmissionerne til det tilsigtede overvågn i ngsområde. Til 30 løsning af dette problem beskriver Gorden et al patentet brugen af et dobbelt-feltsystem, der anvender et højfrekvent elektromagnetisk felt i forbindelse med et kraftigt lavfrekvent elektrostatisk felt imellem diskontinuerte ledere anbragt på hver sin side af overvågningsområdet. Det ulineære 35 impedanselement, der udsættes for disse to felter, virker som et blandingstrin, der danner sum- og differensfrekvensen, der genudstråles til modtageren for detektion. Cen energi, der 4

DK 161172 B

kræves til etablering af det nødvendige elektrostatiske felt inden for overvågningsområdet, er betydelig, og sådanne lavfrekvente elektrostatiske felter kan effektivt afskærmes fra transponderen af det menneskelige legeme eller af en omgivende 5 leder eller omdirigeres fra transponderen via meta1 strukturen af en indkøbsvogn eller lignende.Det lavfrekvente elektrostatiske felt kan også let omdirigeres via nærliggende rør og andre metalstrukturer til fjerntliggende steder og derved give anledning til falsk trigning ved hjælp af afmærkninger uden ; 10 for overvågningsområdet. Problemet med falske alarmer som følge af uensartede metalforbindelser i metalvogne og lignen-de, blev forværret ved koncentration af det elektrostatiske felt gennem sådanne metal strukturer.

15 Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe et anlæg af den ovennævnte art, hvor de angivne ulemper er elimineret. Et anlæg af den indledningsvis nævnte art er ifølge opf i n-dølsen-ejendommeligt ved, at det har multiple antennetransmissionsorganer for begge radiofrekvenssignalerne, og som er arrangeret 20 i overfor hinanden liggende positioner, der afgrænser overvågningsområdet således, at forholdet mellem feltstyrken af de to signaler er i hovedsagen ensartet over overvågningsområdet, og det smal båndede modtageorgan signal behandl er det modtagne retursignal til udelukkelse af de transmitterede rad i ofrekvens-25 signaler og deres harmoniske til tilvejebringelse af udgangssignalet for alarmorganerne.

Transponderen har fortrinsvis form af en foldet dipolantenne med impedanselementet f.eks. en hal viederdiode koblet mellem 30 de modsatte sider af et lukket sløjfeafsnit ved den ene ende til dannelse af en afstemt tankkreds med en resonansfrekvens, som er det dobbelte af en valgt midterfrekvens. Det længere antenneafsnit, som udstrække^ sig fra dioden, er med tilnær- i melse lig med en kvart bølgelængde ved den valgte midterfre-35 kvens, som f.eks. kan være 915 MHz. Tankkredsens resonansfrekvens, som er bestemt af diodens kapacitet og induktansen af det tilstadende lukkede sløjfeafsnit af antennen, er det dob- 5

DK 161172 B

belte af den valgte midterfrekvens (f.eks. 1830 MHz). To forskellige radiofrekvenssignaler udsendes begge fra balgeudstrå-lende dipo1 antenner anbragt på hver sin side af et overvågningsområde. Det ene af disse signaler frembringes som en kon-5 tinuerlig bølge fra en meget stabil krystaloscillatorkilde ved en fast frekvens (f.eks. 905 MHz), som er forskudt fra den valgte midterfrekvens med omtrent 1%. Det andet udsendte signal er tonemoduleret fortrinsvis med et audios ignal i området 1-20 kHz for frembringelse af et højfrekvensudsving på t 5 kHz 10 i bærefrekvensen, som også udledes fra en meget stabil krystaloscillatorkilde ved en frekvens (f.eks. 925 MHz), som er forskudt i samme grad fra den valgte midterfrekvens på modsat side således, at middelværdien af de to signaler er lig med den valgte midterfrekvens. Begge sendersignaler udstråles over 15 overvågningsområdet fra di pol antennesegmenter, som er orienteret vinkelret i forhold til hverandre på samme side af området, idet de respektive di pol segmenter for udstråling af samme frekvens fra modsatte sider også er orienteret vinkelret i forhold til hverandre. Dette fører til krydspclarisation i 20 overvågn ingsområdet af de radiofrekvenser, som udsendes fra modsatte sider, for derved at sikre, at udstrålingen af begge frekvenser i overvågningsområdet mellem senderne er til strækkelig i alle retninger for enhver orientering af mærkeorganet, medens udbredelsen af de to signaler fra antennerne på kun den 25 ene side til samme fjerntliggende sted og uden for overvåg ningsområdet er væsentlig nedsat som følge af forskellige polarisationer.

Den dobbelte frekvensdrift nedsætter i væsentlig grad virknin-30 gen af senderfrekvensdriften og øger systemets båndbredde i forhold til transponderens virkningsgrad ved en genudstråling af indfaldende radiofrekvenssignaler. Især kan den frekvens, til hvilken transponderen er afstemt, ligge et vilkårligt sted imellem de to transmitterede frekvenser uden at transponderens 35 virkningsgrad af den grund reduceres. Derved elimineres et hvert behov for præcis antennedimensionering. Endvidere minimeres problemerne ved 1egemsforstemning, hvor det normale af- 6

DK 161172 B

stemningspunkt af transponderen er forskudt nedad i frekvens som følge af den di elektriske belastningseffekt af et menneskeligt legeme, der er i kontakt med eller i nærheden af mærkaten. Hvis f.eks. transponderantennen er forstemt i nedad-5 gående retning fra den valgte centrefrekvens, forøger dette blot transponderens virkningsgrad i forhold til den nedre transmitterede frekvens, og den samlede blandevirkning påvirkes ikke særlig meget som følge af, at den rette blanding sker med et effektforhold på ti til én eller mere. Tilsvarende er 10 virkningerne af senderfrekvensdrift minimeret ved, at et skift 1 en af senderne ikke multipliceres således som genudstrålede harmoniske i enkel tfrekvenssystemer, og enhver drift i en af senderne kan udlignes af en modsat drift i den anden sender.

j 15 Styrken og frekvensstabiliteten af det genudstrålede transpondersignal og usandsynligheden af trigning af en falsk gengivelse som følge af transpondere uden for overvågningsområdet muliggør en maksimal modtagerfølsomned og en minimal modtagerbåndbredde. Signaler modtaget fra cirkulært polariserede mod-20 tagerantenner på' hver sin side føres gennem et meget smalt båndpasfi 1 ter, der afviser sender frekvenser og derefter forstærker således, at modu1 at i onstonen kan udledes ved hjælp af konventionelle demodu 1 at i onsteknikker. Audiotonen (eksempelvis 2 kHz) er fortrinsvis anvendt til at frekvensmodulere RF-bære-25 bølgen således, at det filtrerede og forstærkede signal fra modtagerantennen kan tilføres til et passivt dobbelt balanceret blandingstrin, der- modtager et undersideinjektionssignal (eksempelvis 1808.600 MHz) genereret ved hjælp af en stabil lokaloscillator til tilvejebringelse af en passende mel 1 em-30 frekvens, eksempelvis 21.4 MHz ved blandingsudgangen. Dette MF-udgangssignal fra blandingstrinnet forstærkes og tilføres til et andet præcis ionsfi 1 ter med et smalt pasbånd (eksempelvis 30 kHz), der definerer foraetektionsbåndbredden. Detektion af modulat ionstonén foretages ved hjælp af en smalbåndet (ek-35 sempelvis 30 kHz) krystaldiskrimination, hvis udgang er fikse-ret til jord, indtil dets indgang er af en styrke, der er tilstrækkelig til at generere en AGC-detektorspænding, der over- 7 stiger et forudvalgt referenceniveau, som justeres til indstilling af systemets følsomhed. Med fikseringen åben tilføres tonen til et faselåst s 1øjfetonedekoderkreds1øb, hvis spændingsstyrede oscillator har en fritløbende frekvens, der er 5 lig med frekvensen af tonen og er i stand til at opnå en stabil tone inden for et smalt frekvensområde (eksempelvis ± 10%). Når sløjfen opnår tonesignalet, aftaster en kvadraturdetektor den faselåste tilstand og frembringer en DC-udgangs-spænding til drift af en operationsforstærker med en kapacitiv 10 tilbagekobling, der opretholder et udgangssignal til trigning af en alarm i en minimal tidsperiode, eksempelvis 3 sek., uanset hvor kort varigheden af den detekterede tone er. Ved hjælp af dette organ er alarmen aktiveret, uanset hvor kort tid transponderen forbliver i overvågningsområdet, når det de-15 tekterede signal én gang er af en tilstrækkelig styrke og har det rette modulerede frekvens indho1d. Dette eliminerer falske alarmer som følge af svage retursignaler fra transpondere uden for overvågningsområdet og som følge af signaler fra uvedkommende kilder, der kan frembringe signaler svarende til den 20 genudstrålede frekvens, men som mangler den nødvendige tonemodulation.

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor 25 f i g . 1 viser et genstands-overvågningsani æg ifølge opfindel sen, omfattende en sender og en modtager, fig. 2 en mere detaljeret illustration af senderantennens seg-30 menter, idet man desuden ser et ulineært impedanselement af en transponder, fig. 3 et diagram af en smalbåndet tonemodulerede RF-sender i overvågningsanlægget, fig. 4 et diagram af en C.W. RF-sender i overvågningsanlægget, 35 8

DK 161172 B

fig. 5 et diagram over lineære forstærkere i overvågningsanlægget if i g. 1 og fig. 6 et diagram af den smalbåndede tonemodulerede modtager i 5 fig. 1, hvor det transmitterede signal er frekvensmoduleret.

Fig. 1 illustrerer et anlæg ifølge opfindelsen til overvågning af genstande. Rækker af sender- og modtagerantenner er monteret på fritstående piedestaler 10 og 12 eller på eller i eksi-10 sterende dørrammer på hver sin side af et overvågningsområde, typisk ved ind- eller udgangen af et udsalgsetablissement således, at enhver, der går ind eller ud, må passere mellemrummet mellem antennerne. Selv om det af hensyn til illustrationen er vist en smule fortegnet, vender de respektive antenne-15 rækker på hver sin side normalt direkte imod hinanden med de respektive antenneelementer anbragt i parallelle vertikale planer. Begge rækker af sender antenner består af ortogonalt anbragte par af metalstrimme1 segmenter 18, 19, 20 og 21 monteret på en vertikal plan bagbeklædning på hver sin side af den 20 beskyttede tilgang eller det beskyttede område. Hver strimmel udstrækker sig fra et centralt navområde med individuelle par anbragt på linie til dannelse af en konventionel center fødet dipolantenne, der er tilnærmelsesvis en fjerdedel bølgelængde lang for den frekvens, der transmitteres og med fordel kan 25 være orienteret som vist således, at den udstrækker sig horisontalt og vertikalt. De enkelte strimler 18-21 kan være udskåret af konventionel klædebåndsbel agt kobberbelægning af den * · i type-, der sædvanligvis anvendes i forbindelse med tnykte kredsløbskort og tilføres til et ikke-ledende dielektrisk un-30 derlag med passende små tab på piedestalen eller dørrammen, eller de fire strimmel rækker kan simpelthen være ætset ud ved fjernelse af den omgivende ledende plade på et trykt kredsløbskort. Et ledende metalpanel eller et gitter med små masker (ikke vist) kan være placeret bag ved og parallelt med planet 35 af antennestrimlerne 18-21 til reflektion og koncentration af den transmitterede signalenergi og strålingsmønsteret ind over det beskyttede mellemrum for større virkningsgrad og under- 9

DK 161172 B

trykkelse af udstråling fra anden side til områder bag ved piedestalerne 10 og 12. I den foretrukne udførelsesform er kobberbelægningsstrimlerne tilført til overfladen af et G-10 fiberglaspanel, der ved hjælp af klæbemiddel er fikseret i en 5 1 etvægtsanodi seret aluminiumsramme, der dækker hele bagsiden af piedestalen 10 eller 12 og strukturelt understøtter antennemonteringen med dertil hørende kredsløbselementer.

På hver side er der også monteret modtagerantenner 22 og 24, 10 der er cirkulært polariseret, eksempelvis den krydsfoldede dipolkonfiguration, der sædvanligvis omtales som en "turn-stile"-antenne eller en skruel inieantenne. Længden af hvert modtager dipolsegment skal være en kvart bølgelængde af frekvensen af det genudstrålede signal, der således som d-et vil blive be-15 skrevet i det følgende, er lig med summen af de to transmitterede frekvenser.

To forskellige radiofrekvenssigna 1-er fi og f2 genereres med henblik på udstråling fra de respektive dipol-strimmelsegmen-20 ter Is' 19, 20 °9 21, der danner senderantennerækkerne 14 og 16. f^-signalet er en smalbåndsmoduleret radiofrekvens genereret ved hjælp af en meget stabil? oscillator 26, der er koblet til de vertikale dipo1-strimme1segmener 18 af senderantenne-rækken 14 på den ene side og også via en lineær forstærker 28 25 til de modstående horisontale strimmelsegmenter 21 af s.-ender-rækken 16 på den anden side af overvågningsområde-t. Det andet sendersignal f2 er på tilsvarende måde genereret ved en fikseret radiofrekvens ved hjælp af en meget stabil oscillator 3C, dvs. til den horisontale strimrnelsegmenter 19 af senderanten-30 nerækken 14 på den ene side og på den anden side via en lineær forstærker 32 til de overfor anbragte vertikale strimmelsegmenter 20 i senderens antennerække 16. Begge oscillatorer 26 og 30 anvender fortrinsvis temperaturkompenserede krystal oscillatorer med kaskadekoblede frekvensmultipiikatorer og smal-35 båndede båndpasfi 1 tre til generering af den kontinuerte bølge f2 og radiofrekvensbærebølgen for det tonemodulerede signal f1 således, som det vil blive beskrevet mere detaljeret i forbindelse med fig. 3 og 4.

10

DK 161172 B

Afstanden imellem metalstrimmelens antennesegmenter 18-21 og den nærliggende reflekterende flade af det ledende panel eller gitter bagved, som afhænger af tykkelsen af underlaget med den lave dielektricitetskonstant, er valgt til at tilvejebringe et 5 standbølgeforhold (VSWR), der er tilpasset til antennens indgangsimpedans med udgangsimpedansen af den respektive sender signalkilde ved den transmitterede frekvens således, at der tilvejebringes et effektivt udstrålingsmønster med en tilnærmelsesvis 60° bred stråle, der udstrækker sig fra senderanten-10 nerækkerne 14 og 16 på hver sin side.

Begge radiofrekvenser fi og f2 udstråles således fra senderrækkerne 14 og 16 på hver sin side med modsatte polariseringer til skæring og indtrængen fra begge sider ved en transponder 15 34 lokaliseret i overvågningsområdet mellem de to piedestaler 10 og 12. Transponderen 34 er vist i fig. 1 som en cirkulært polariseret skruel inieantennes1øjfe med en diode 36 koblet over en kort lukket sektion af sløjfen. Som vist mere detaljeret i fig. 2 består transponderen 34 i sin foretrukne udførelses-20 form af en aflang flad metalantennesløjfe 38 med et centralt gab på den ene side til dannelse af en foldet dipolkonfiguration. Den samlede antennelængde er ideelt en kvart bølgelængde af middelcenterfrekvensen mellem de to transmitterede radiofrekvenser f^ og f2- Det ulineære impedanselement 36, i form 25 af en halvlederdiode, er indskudt imellem modsatte sider af sløjfen nær den ene ende omtrent midtvejs fra sidegabet således, at kapacitansen af dioden 36 med induktansen af den nærliggende lukkede ende af den ledende sløjfe danner en tankkreds med en resonansfrekvens, der er lig med eller tilnærmel-30 sesvis lig med summen af de to transmissionsfrekvenser fj og f2/ eller med andre ord en resonansfrekvens to gange frekvensen af den udvalgte middelcenterfrekvens for de transmitterede signaler. Den præcise placering af dioden 36 på antennesløjfen 38 for frembringelse af den ønskede resonansfrekvens for tank-35 kredsen er ikke afgørende og er for størstedelens vedkommende empirisk bestemt af kapaciteten af den udvalgte diode og ledningsegenskaberne af antennesløjfen. Det korte retlinede me-

DK 161172 B

π talsegment på di odes i den af gabet tjener under drift som en kvartbølge-d i pol antenne ved resonansfrekvensen af tankkredsen.

Maksimal transpondervirkningsgrad og -selektivitet er opnået 5 dér, hvor frekvensforskellen imellem de to senderfrekvenser fi og f 2 er omkring 1% af deres midde1 centerfrekvens. I strømversionen af systemet er frekvensen af det kontinuerte bølgesignal f2 genereret ved hjælp af kilden 30 med en frekvens på 905 MHz, medens frekvensen af den tonemodulerede bærebølge for det 10 andet transmitterede signal fi fra kilden 26 ligger ved 925 MHz. Middelcenterfrekvensen er således 915 MHz, medens tankkredsens centerfrekvens er 1,830 MHz. Disse frekvenser er valgt således, at de ligger inden for det transmissionsbånd, der er tilrådelighed for sådanne formål i USA. For at til-15 fredsstille internationale sendestandarder kan systemet f.eks. dimensioneres med en resonansfrekvens for tankkredsen på omkring 4,900 MHz ved senderfrekvenser på omkring 2,420 og 2,480 MHz.

20 Når begge transmitterede signaler fi og f 2 modtages af tran-sponderens antennesløjfe 38, blandes de som følge af den ulineære impedans af halvlederdioden 36 til igangsætning af oscillationer ved tankkredsens resonansfrekvens, hvilken resonansfrekvens er lig med summen af fi og f 2 . Blanding og virk-25 ningsgrad forbedres ved hjælp af en planard i ode med hurtig afbrydelse, lav RF-tærskel og lav forspænding. Billige germaniumdioder er at foretrække som følge af deres forholdsvis lave tærskelværdi på omkring 0,3 V sammenlignet med dyrere siliciumdioder med tærskelværdier på omkring 0,6 V.

30

Frekvensadskillelsen på tilnærmelsesvis 2% imellem de transmitterede signaler giver betydelige fordele ved maksimering af transponderens virkningsgrad og i henseende til systemets evne til at undgå falske alarmer som følge af, at transponderens 35 retursignal udskilles fra det signal, som eventuelt kunne frembringes af forskellige metalgenstande, såsom solbriller, indkøbsvogne og lignende, hvilke genstande havde tendens til 12

DK 161172 B

at forårsage falske alarmer ved de hidtidige systemer. Især er båndbredden af trandsponderen 34 i forhold til de indfaldende radiofrekvenser udvidet uden at virkningsgraden reduceres som følge af, at modtagerantennen 33 kan afstemmes til en vilkår-5 lig frekvens imellem de to senderfrekvenser, hvilket også minimerer virkningerne af forstemning ved den nedadgående frekvensforskydning som følge af, at sådanne dielektriske belastningseffekter let akkomoderes inden for dette område. Dette skyldes, at en afstemning eller forstemning af antennen 38 10 mere mod den ene senderfrekvens end mod den anden senderfrekvens kun tjener til at øge signalstyrken ved denne frekvens uden at reducere blanderens virkningsgrad som følge af, at rette radiofrekvensblandi nger kan foretages med effektforhold på ti til en eller mere imellem signalerne.

15

Som følge af tværpolariseringen af de to frekvenser transmitteret fra hver af antennerne 14 og 16 er deres udbredelse fra den ene senderposition til fjerne positioner uden for overvågningsområdet sjældent den samme for begge signaler. Et under-20 ligt reflektionsmønster, der kan resultere i, at det ene sendesignal koncentreres ved en transponder i en fjerntliggende position, vil næsten aldrig resultere i, at den anden modsat polariserede transmission reflekteres med samme mønster og når det samme område med en betydelig effekt. Hvis der kun modtag-25 es ét signal, kan den u-lineære impedans af dioden 36 kun give en frekvensfordobling i stedet for den nødvendige blandeeffekt således, at det resulterende retursignal ligger ved en frekvens, der er meget forskudt fra frekvensen af den ønskede transpondertilbageføring. Med de løbende systemparametre vil" 30 en transponder frembringe frekvensfordoblinger ved 1,810 eller 1,850 MHz, der begge er forskudt 20 MHz fra den normale retur-frekvens ved 1,830 MHz. Disse forskudte frekvenser kan dæmpes betydeligt i afstemte tankkre^ise og er ved konventionelle filterteknikker lette at skelne fra en ægte blandet frekvensgen-35 givelse ved 1,830 MHz.

I denne henseende er signaler opsamlet ved hjælp af modtager-antennen 22 og 24 på hver sin side tilført via et konvent i o- 13

DK 161172 B

nelt blandingstrin 40 til en smalbåndet tonemoduleret modtager 42. Blandingen af de to transmitterede signaler i transponde-rens retursignal muliggør en begrænsning af gengivelsen af modtageren 42 til en meget smalbåndet drift, der tjener til at 5 eliminere falske alarmer som følge af uvedkommende støj eller transmissionssignaler fra andre kilder. Den nødvendige modtagebåndbredde er for størstedelens vedkommende kun afhæng i g af frekvensstabiliteten af senderne 26 og 30. Et meget smalt de-tekti onsvindue svarende til den mulige drift af senderfrekven-10 sen er således mulig. Med meget stabile sender-oscillatorer, som vil blive beskrevet i det følgende, kan båndbredden af de modtagne signaler, der er til rådighed for detektion af den modulerede tone være meget lille, og båndbredden af modtageren (efter detektion) kan indsnævres ved præcis detektion af modu-15 1 at i onstonen. Systemets pålidelighed og følsomhed er yderlige re forbedret ved, at modtageren 42 har et udgangssignal til kun at aktivere en alarm 44, når styrken af det detekterede tonemodulationssignal overstiger et valgt minimalt amplitudeniveau for et forudbestemt fikseret interval til at sikre den 20 øjeblikkelige ti 1stedevære1 se af en transponder i detektions-zonen.

Der refereres nu til fig. 3. Den foretrukne udførelsesform genererer under drift sendersignalet f ^ som et meget stabilt 25 smalbåndet frekvensmoduleret signal til maksimering af systemets følsomhed og selektivitet. En stabil tonegenerator 46 af konventionel udformning, som f.eks. kan være af en simpel Retype, genererer en fikseret tonefrekvens i audioområdet på 1-20 kHz. Denne tone, som i strømsystemet ligger ved 2 kHz, 30 tilføres som et modulationssignal til en spændingsstyret krystaloscillator 48 for frekvensmodulation af dennes udgang. I den foretrukne udføre!sesform er krystalosci1 latoren 48 af konventionel udformning med nøjagtig temperaturkompensation, der er i stand til at opretholde en frekvensstabilitet på 0,7 35 ppm fra 5eC til 45° C ved en frekvens på tilnærmelsesvis 51,4 MHz. Amplituden af modulationssignalet fra tonegeneratoren 46 tilført til det spænd i ngsstyrede signal er justeret til at

DK 16117 2 B

u frembringe en maksimal frekvensafvigelse på kun plus eller minus omkring 0,25 til 0,30 kHz. Dette resulterer i en meget smalbåndet modulation af oscillatorens bærebølge. Det modulerede udgangssigna‘1 af oscillatoren 48 er derefter tilført til 5 en konventionel frekvensmultiplikator 50, som tredobler oscillatorfrekvensen og derefter tilfører den tredobbelte frekvens til et smalbåndet topolet båndpasfi 1 ter 52. Dette filtrerede multiplicerede signal er derefter tilført til en anden frekvensmultiplikator 54, som igen tredobler frekvensen, hvilken 10 tredobblede frekvens tilføres til et andet smalt båndpasfilter 55. Det filtrerede udgangssignal fra båndpasfilteret 56 tilføres derefter til en anden frekvensmultiplikator 58, der fordobler indgangsfrekvensen for frembringelse af det ønskede modulerede udgangssignal fi ved 925 MHz med en smalbåndet modu-15 1ationsafgivelse på plus eller minus 5 kHz, som derefter til føres til en RF-forstærker 60 med variabel forstærkning og en effektforstærker 62. Det forstærkede sendersignal fi føres gennem et smalbåndet trepolet båndpasfilter 64 til en effektdeler 66, der tilfører sendersignalet til de vertikale anten-20 nestrimler 18 på senderrækken 14 af piedestalen 10 og via en letvægts-kabelforbindelse til den lineære forstærker 28 på den anden piedestal 12.

Idet der nu refereres til f i g. 4, er den anden sendefrekvens f2 25 genereret på en til svarende måde ved hjælp af en konventionel temperaturkompenseret krystalosci11 ator 68, der er i stand til at holde frekvensen på 0,5 ppm fra 5°C til 45eC med en udgangsfrekvens på omkring 50.3 MHz. Denne udgangsfrekvens tre-dobles ved hjælp af frekvensmultiplikatoren 70 og filtreres 30 ved hjælp af et topolet båndpasfi 1 ter 72. Det smalbåndede udgangssignal fra filteret 72 er derefter tilført til en anden frekvensmultiplikator 74, som igen tredobler frekvensen, hvilken tredoblede frekvens føres gennem et andet topolet båndpas-filter 76. Den filtrerede udgangsfrekvens er derefter fordob-35 let i en sidste frekvensmultiplikator 78 for frembringelse af det ønskede f2-signal ved 905 MHz. f2~signalet tilføres til indgangen af en RF-forstærker 80 med variabel forstærkning og 15

DK 161172 B

til det yderligere forstærkertrin 82 til opnåelse af et ønsket effektniveau. Det forstærkede udgangssignal er derefter filtreret via et smalbåndet trepolet båndpasfilter 84 for fjernelse af forvrængni nger eller harmoniske og tilførsel af sig-5 nalet til en effektdeler 86 for tilførsel til antennestrimlerne 19 og senderækken 14 på piedestalen 10 og via en passende RF-kobling til den respektive lineære forstærker 32 på den overfor liggende piedestal 12. Som følge af den høje virkningsgrad og store følsomhed er sendeeffekten af disse signa-10 ler en større!sesorden mindre end det, der kræves i hidtidige systemer. Man kan således se bort fra mikrobølgetransmissionernes eventuelle indvirkni nger på væv og helbred.

I fig. 5 kan de respektive fj og ^2 signaludgange fra effekt-15 deleren 66 og 86 forbindes til de respektive lineære forstærkere 28 og 32 på den overfor liggende antennepiedestal 12 ved hjælp af simple trådledere eller letvægtskabler. Derved elimineres behovet for dyre og vanskelige installationer af de tunge og svære RF-kabe1forbinde1 ser , der var nødvendige ved 20 tidligere systemer til undgåelse af tab. Lineære forstærkere 28 og 32 består af et variabelt RF-forstærkertrin 88, hvis udgang føres gennem et smalbåndet trepolet båndpasfilter 90 til fjernelse af signalforvrængninger eller støj opsamlet på forbindelseslinien eller genereret under forstærkningen. For-25 stænkningen af forstærkertrinnet 88 er justeret til genetablering af sendesignalets styrke til det samme niveau, der tilføres til sendeantennens segmenter på den modsatte side.

Der refereres nu ti! fig. 6. I den foretrukne udførelsesform, 30 der anvender smalbåndet frekvensmodulation af fi-sendesigna-let, er signalerne opsamlet ved hjælp af modtagerantennerne 22 og 24 og via blandingstrinnet 40 ført til et smalbåndet f i r -polet båndpasfilter 92, hvis pasbånd er centreret ved middelfrekvensen af det blandede transponder returs igna1 - f.eks. ved 35 1830 MHz. I det særlige system, der beskrives, er et gyldigt retursignal fra transponderen 34 frekvensmodu1eret med en enkelt fikseret audiotone, fortrinsvis ved 2 kHz til tilveje- 15

DK 161172 B

bringelse af en maksimal afvigelse på kun 5 kHz på hver side af 1830 MHz bærebølgefrekvensen. Båndpasfi 1 teret er indrettet til at afvise de 1avfrekvente sendesignaler med minimalt 60 dB for at forhindre' indre blanding som følge af kreds 1 øbsu 1 inea-5 riteter. Et filtreret udgangssignal fra båndpasfilteret 92 tilføres til et dobbeltbalanceret blandingstrin 94 til blanding med' en lavere sideinjektionsfrekvens f3 ved 808,600 MHz, f.eks. fra en stabil lokaloscillator for frembringelse af en mel!emfrekvensudgang (IF) på omkring 21,4 MHz ved sin udgang 10 ved tilstedeværelse af et gyldigt transponder-retursignal. Den lavere sideinjektionsfrekvens er ligeledes genereret ved hjælp af stabil temperaturkompeneret krystaloscillator 96, der drives ved omkring 50,24 MHz. Denne oscillatorfrekvens er til at begynde med firdoblet i en frekvensmultiplikator 98 og er der-15 efter ført gennem to tredobl ingsfrekvensmu11ip1 ikatorer 100 og 102 til et firpolet smalt båndpasfilter 104 for tilførsel af det lavere s i deinjektionssignal til blandingstrinnet 94.

Mellemfrekvensudgangen af det balancerede blandingstrin 94 20 tilføres til forstærkeren 106 med lav støj således, at det samlede modtagerstøjtal bliver 12 dB. Signalet føres derfra til et monolitisk krystalbåndpasfi 1 ter 108, fortrinsvis model 1619-1622 fremstillet af Piezo Technology, Inc. under dets registrerede varemærke "COMLINE", hvor gengivelsen af amplituden 25 som funktion af frekvensen er - 3 dB ved 30 kHz. Krystalbånd-pasfilteret 108 fastlægger fordetektionsbåndbredden og giver sammen med 12 dB støjtallet og modulationsindekset på fem en samlet modtagerfølsomhed på -113 dBm for et 20 dB S+N/N-for-hold ved udgangen af en krystaldiskr iminator 110, som vil 30 blive beskrevet i det følgende. Udgangssignalet fra krystal-båndpasfi 1 teret 108 føres gennem på hinanden følgende RF-forstærkertrin 112 og 114, der hver især er tilvejebragt på en chip med AGC for tilvejebringelse af det ønskede indgangsniveau ti 1 krystal di skri mi natoren 110. Udgangen af hvert trin 35 112 og 114 giver anledning til, at de respektive AGC-kredsløb genererer en jævnstrøm, der er proportional med amplituden af udgangen. De respektive AGC-niveauer fra de enkelte trin 112 17

DK 161172 B

og 114 summeres for at virke som en samlet automatisk forstærkningsdetektor 116, hvis udgang er en jævnstrøm, der er proportional med den kombinerede udgangsamplitude af hvert trin, som er en indikation på begyndelsesstyrke af transpon-5 dersignalet fra båndpasf ilteret 108. Dette kombinerede AG todetektor udgangss ignal fores til et lavpasfilter 118. Udgangsladningen fra 1avpasf i 1 teret 118 afgives til et komparator-kredsløb 120 for sammenligning med et forudbestemt tærskelværdiniveau etableret ved hjælp af følsomhedsindsti11 ingen på et 10 potentiometer 122.

I den foretrukne udformning af systemet består krystaldi skri-minatoren 110 af et monolitisk krystalfi 1 ter af typen 2378F fra Piezo Technology, Inc. kombineret med et integreret RCA-15 kredsløb model CA 3089E for frembringelse af en ekstremt smalbåndet stabil diskriminator med en båndbredde på af størrelsesordenen 30 kHz. Med et gyldigt transponderretursignal danner udgangen af diskriminatoren 110 den modulerende audiotone, som ligger ved 2 kHz. Udgangen af diskriminatoren 110 holdes 20 ved jordpotentiale ved hjælp af en fikseringskreds 124, indtil et trigge-udgangssignal fra komparatorkredsløbet 120 indikerer, at 1adningsopbygni negn i 1avpasfi 1 teret 118 overstiger den valgte følsomhedsindsti 11 ing fra potentiometeret 122. Systemet vil derved kunne indstilles til et følsomhedsniveau, 25 der bevirker at kortvarige eller svage retursignaler fra fjerntliggende transpondere eller andre kilder ikke detekte-res.

Når fikseringskredsen 124 én gang er åben, er 2 kHz audi otonen 30 ført gennem et lavpasfilter 126 for dekodning ved hjælp af faselåste s 1 ojfeteknikker, der gør brug af en kvadraturdetektor 128 og en fasedetektor 130, til opnåelse af en vedvarende tone inden for 10¾ af modulationstonefrekvensen .etableret som den fritløbende frekvens af dens spændingsstyrede oscillator 132.

35 Udgangssignalet af fasedetektoren 130 tilføres til et sløjfefilter 134 for frembringelse af et signal til justering af frekvensen og fasen af den spændingsstyrede oscillator 132 med

Claims (11)

15 Selv om systemet er blevet beskrevet i forbindelse med en foret rukken udførelsesform, der gør brug af de specielt beskrevne kredsløbselementer og tekni kker med operationsparametre, der er relevante for en eksisterende foretrukken udførelsesform med audiotonefrekvensmodu1ation, er det underforstået, at 20 der vil kunne foretages flere forskellige modifikationer og variationer af kredslabselementerne og teknikkerne, uden at der derved afviges fra opfindelsens ide. F.eks. kan systemet ændres til at anvende amplitudemodulation af en af de transmitterede radiofrekvenser i stedet for frekvensmodulation, el -25 ler anvende modu1 at i onstoner uden for audioområdet uden at skulle give afkald på de grundlæggende fordele ved det omhand- e a lede unikke system. Patentkrav. 30 --------------------

1. Anlæg til detektion af tilstedeværelsen af en genstand i et overvågn ingsområde omfattende sendeorganer (25, 30) til transmission af to radiofrekvenssigna1 er ved to forskellige 35 frekvenser (f i, f2) i overvågningsområdet, idet rad i ofrekven-serne afviger fra en middel-centerfrekvens i hver sin retning og med lige store værdier, transponderorganer (34), der afta- DK 161172 B geligt er fastgjort til beskyttede genstande, og som kan bevæges med en genstand i overvågningsområdet, hvilke transponderorganer (34) har antenneorganer (38), der er afstemt til at kunne modtage radiofrekvenssignalerne transmitteret ved begge 5 frekvenser, og et ulineært impedanselement (36) koblet til antenneorganerne, hvorhos transponderorganerne (34) genudstråler et retursignal med den frekvens, der er lig med summen af frekvenserne af de to transmitterede radiofrekvenssignaler, hvilket anlæg desuden omfatter antenneorganer (22, 24) for 10 modtagelse af retursignalet, smalbåndede modtageorganer (42) til signalbehandling af det modtagede retursignal og alarmorganer (24), der kan reagere på et udgangssignal frembragt ved signalbehandlingen af det modtagne retursignal ved hjælp af de smalbåndede modtageorganer, kendetegnet ved, at 15 det har multiple antennetransmissionsorganer (14, 16) for begge radiofrekvenssigna1 erne, og som er arrangeret i over for hinanden liggende positioner, der afgrænser overvågningsområdet således, at forholdet mellem feltstyrken af de to signaler er i hovedsagen ensartet over overvågningsområdet, og det smal-2 0 båndede modtageorgan signal behandl er det modtagne retursignal til udelukkelse af de transmitterede rad i ofrekvenss igna1 er og deres harmoniske til tilvejebringelse af udgangssignalet for a 1 armorganerne.

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de to forskellige frekvenser (f ^, f2) afviger fra hinanden med mindst 2% af middel-centerfrekvensen.

3. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det 30 modulerede rad i ofrekvenss i gna1 er frekvensmoduleret ved hjælp af en fikseret tonefrekvens.

4. Anlæg ifølge krav 1, kendete g n e t ved, at hver af de to radiofrekvenssignaler frembringes af en temperatur- 35 kompenseret krystal styret oscillator (48), frekvensmulti piika-tionsorganer (50, 54, 58) og smalbåndede filterorganer (52, 56). DK 161172 B

5. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at sen derorganerne indeholder signalkildeorganer (26, 30), antenneorganer (14, 16) anbragt i afstand fra signalkildeorganerne, lineære forstærkerorganer (28, 32) i nærheden af antenneorga- 5 nerne og forbi ndel sesorganer for afgivelse af et signal fra signalkildeorganerne til de lineære forstærkerorganer (28, 32) .

6. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at anten-10 nen af transponderorganet er afstemt til en frekvens mellem de to forskellige frekvenser, idet det ulineære impedanselement (36) er forbundet til antenneorganerne for derved at tilvejebringe en tankkreds med en resonansfrekvens, der er lig med summen af de to forskellige frekvenser, for genudstråling af 15 et retursignal ved resonansfrekvensen.

7. Anlæg ifølge krav 1, k e n d e t e g n e t ved, at modtage rorganet omfatter en faselåst sløjfe (128, 130, 132, 134) til dekodning af det modulerede radiofrekvenssignal (fi).

8. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det smalbåndede modtagerorganer indeholder modtagerantenneorganer (22, 24) for opsamling af retursignalet, filteroganer (92, 108. for afvisning af de af antennen opfangede signaler bort- 25 set fra signalerne inden for et smalt pasbånd ved frekvensen af retursignalet, signalamplitude-detektionsorganer (116) for generering af et sammenligningsniveau, der indikerer amplituden af det filtrerede retursignal, og demodulationsorganer (110, 124, 126), der kan reagere på sammenligningsniveauet ved 30 kun at detektere modulationen, når sammenligningsniveauet overstiger en forudvalgt niveauindsti 11 ing (122).

9. Anlæg ifølge krav 8, kendetegnet ved, at signalampl i tude-dektionsorganet (116) indeholder en lokalosci1la- 35 tor, blandingsorganer for udledning af mellemfrekvenssignalet og et båndpasfi 1 ter for mel!emfrekvenssignalet. DK 161172 B

10. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en af radiofrekvenssignalerne (f ^) er moduleret ved hjælp af en fikseret radiofrekvenstone for frembringelse af en smalbåndet frekvensmodulation, medens det andet radiofrekvenssignal 5 transmitteres som et umoduleret signal ved en fikseret radiofrekvens (f2), og at modtagerorganet indeholder en modtagerantenne (22, 24), filterorganer (92) for afvisning af signaler modtaget ved hjælp af antennen, og som ligger uden for et smalt pasbånd ved resonansfrekvensen, blandingsorganer (94) 10 til generering af en mellemfrekvens for demodulation af signaler inden for pasbåndet, forstærkerorganer (112, 114) til forstærkning af mellemfrekvenssignalet og generering af et sammenligningsniveau, der indikerer amplituden af mellemfrekvenssignalet, smalbåndede diskriminatororganer (110, 124, 126), 15 der kan reagere på sammenligningsniveauet ved at demodulere mellemfrekvensen til kun at angive den lavfrekvente modulation, når amplituden af sammen 1 igningsniveauet overstiger en forudvalgt tærskelværdi, en detektor med faselåst sløjfe (128, 130, 132, 134), der er afstemt til frekvensen af den fikserede 20 audiotone til generering af et alarmudgangssignal ved detek-tion af den fikserede audiotone, og operat ionsforstærkerorganer, der er koblet til at modtage alarmudgangssignalet til aktivering af en alarm i en fikseret tidsperiode efter igangsætning af et sådant alarmudgangssignal. 25

11. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at modtagerorganerne (42) er indrettet til at dekode retursignalet uden brug af referencesigna1 er udledt fra sendeorganet. 30 35