SE439850B - Antennsystem for elektroniska sekerhetssystem - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 n ffiüïflppöfiïïsiifï 79Ü1#20f5 í Föreliggande uppfinning hänför sig till elektroniska säkerhetssystem och närmare bestämt till ett antennsystem enligt ingressen till patentkravet 1.

Elektroniska säkerhetssystem är kända för upptäckt av otillåtet avlägsnande av föremål, som innehåller en resonansmärkkrets. Sådana system använder en sändare, som alstrar ett elektromagnetiskt fält i ett övervaknings- omrâde, och en mottagare, som är anordnad att upptäcka en resonansmärkanordningsfrekvens, vilken förorsakas av närvaron av en märkanordning i det övervakade området, och giva en larmindikering om närvaron av märkanordningen.

Ett föredraget elektroniskt säkerhetssystem beskrives i de amerikanska patentskrifterna 3 810 147, 3 863 244 och 3 967 161.

I ett sådant elektroniskt säkerhetssystem som be- skrives i de ovannämnda patentskrifterna användes van- ligen två identiska, plana enkelslingantenner, nämligen en för sändning och en för mottagning. Den sändande sling- antennen alstrar ett elektromagnetiskt fält, som sträcker sig långt bortom det omedelbara område för säkerhets- systemet, som är nödvändigt för systemets funktion. Dess- utom är mottagningsantennen känslig för yttre brus, som alstras på stora avstånd från mottagaren relativt det lilla område, som är av intresse för systemets funktion.

I den amerikanska patentskriften 4 016 553 beskrives ett antennsystem, vid vilket de inneboende problemen med en enkel slingantenn i ett elektroniskt säkerhetssystem är minskade genom användning av två eller flera identiska, parallella slingantenner, som är kopplade i motfas eller motverkande förhållande. Antennsystemet består av ett knippe av minst två parallella, elektriskt ledande slingor av samma storlek, vilka är kopplade i motfas, så att ström alltid flyter i inbördes motsatta riktningar genom mot varandra svarande partier av varje slinga. Till följd härav är slingorna magnetiskt anordnade i motverkan. Längden av 10 15 20 25 30 35 7901420-s 3 svarar en fjärdedel av sträckan tvärs över utgàngspassagen.

Storleken av antennknippet kan bli bekymmersam vid passage- bredder med bekvämt stor dimension. Vid exempelvis en passagebredd av 1,8 m måste antennknippet vara tillräckligt stort för att giva ett slingavstànd av 45 cm.

Föreliggande uppfinning åstadkommer ett antennsystem av det inledningsvis angivna slaget, vilket system enligt uppfinningen kännetecknas av en sändarantenn, som är anordnad att kopplas till sändaren och har åtminstone tvâ vridna slingor, som ligger nära varandra i ett gemensamt plan, varvid varje slinga är vriden l80° och står i motfas till varje intilliggande slinga, en mottagarentenn, som är anordnad att kopplas till mottagaren och är i huvudsak identisk med sändarantennen och har åtminstone två vridna slingor, som ligger nåra varandra i ett gemensamt plan, varvid varje slinga är vriden l80° och står i motfas till varje intilliggande slinga, varjämte antennerna har en inbördes magnetisk koppling och vardera antennen har en effektiv totalslingarea av den ena fasen lika med den effektiva totalslingarean av den motsatta fasen, varvid sändarantennen och mottagarantennen är anordnade i huvudsak parallellt med varandra på var sin sida om en passage, genom vilken märkkretsen måste passera för upptäckt, varjämte antennerna är så spatiellt anordnade i förhållande till varandra, att det erhålles maximal magnetisk koppling mellan dem och antennsystemet arbetar som balanserad brygga för uppnående av högre upptäckts- känslighet för märkkretsar.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritningar. Fig l visar ett blockdiagram över ett elektroniskt säkerhetssystem, vid vilket uppfinningen begagnas. Fig 2 visar schematiskt tidigare kända slingantenner vid elektroniska säkerhets- system. Fig 3 visar schematiskt en utföringsform av ett antennsystem enligt uppfinningen. Fig 4 visar schema- tiskt antennkopplingsförhállandena vid utföringsformen enligt fig 3. Fig 5 visar schematiskt en föredragen ut- 79-01ä20-5 10 15 20 25 30 35 4 föringsform av ett antennsystem enligt uppfinningen. Pig. 6 visar schematiskt antennverkan såsom funktion av avståndet från antennen. I Ett elektroniskt säkerhetssystem visas i fig. l och inbegriper en sändare 10, som är kopplad till en antenn 12 för att alstra ett elektromagnetiskt fält inom ett föruthestämt område, som skall kontrolleras. Det elektro- .magnetiska fältet svepes gång på gång genom ett förutbe- stämt frekvensområde. En mottagningsantenn 14 vid det övervakade området mottager energi, som elektromagnetiskt kopplas från antennen 12, och mottagningsantennen är kopp- lad till en mottagares radiofrekvensframände 16, som in- nehåller ett radiofrekvensbandpassfilter och en radiofre- kvensförstärkare. Utsignalen från framänden 16 pâtryckes en detektor 18 och ett videobandpassfilter 20, vars ut- gång genomsläpper endast ett avsett frekvensband och ute- stänger bärfrekvenskomponenter och högfrekvensbrus. Filt- rets 20 utsignal påtryckes'en videoförstärkare 22 och därefter en signalbehandlingsanordning 24, vars utsignal påtryckes en alarmanordning 26 eller någon annan appa- rat för indikering av upptäckt av en resonansmärkanordning 15 i det övervakade området. Det i fig. 1 visade systemet beskrives i de amerikanska patentskrifterna 3 810 147, 3 863 244 och 3 967-161 och tjänar till att upptäcka när- varon av märkanordningar i ett övervakat område och av- ge en alarmindikering härom. Signalbehandlingsanordningen 24 inbegriper brusundertryckningskretsar, som tjänar till att diskriminera mellan verkliga märkanordningssignaler och slumpvisa signaler, vilka skulle kunna felaktigt de- tekteras såsom kommande från en märkanordning och därmed åstadkomma.ett falskt.alarm, såsom beskrives i de nämnda patentskrifterna.

De antenner av enkelslingtyp, som begagnas vid tidi- gare kända system, visas schematiskt i fig. 2. Sändar- antennen 12 och mottagarantennen 14 består vardera av en enda rektangulär slinga med samma storlek och form. Sändar- antennen 12 är förbunden med och matas av en sändare 10, medan mottagarantennen 14 är förbunden med en mottagare 30, 10 15 20 25 30 35 7901420-5 5 t ex den i fig. 1 visade. De båda antennerna 12 och 14 är anordnade på motsatta sidor om en passage eller gång, och mellan antennerna befinner sig det avkänningsområde, genom vilket föremål passerar för upptäckt av otillåtet avlägsnande. Det finns en relativt kraftig, inbördes magnetismkoppling Mb mellan antennerna 12 och 14. I när- varo av en resonansmärkkrets 15 i systemets övervakade område uppträder en magnetismkoppling M1 från sändar- antennen 12 till märkkretsen 15 och en magnetismkoppling M2 från märkkretsen 15 till mottagarantennen 14. Då det utsända fältet svepes genom märkkretsens 15 resonansfre- kvens, kommer den i resonanskretsen inducerade strömmen att variera såsom en funktion av frekvensen på välkänt sätt. Resonanskretsen kopplar sin inducerade ström till mottagarantennen 14 såsom tillägg till den signal, som kopplas till mottagarantennen direkt från sändarantennen 12. Märkkretssignalen detekteras sedan och behandlas i mottagaren 30 för att diskriminera en verklig märkkrets- signal från brus för att giva en utsignal till en alarm- anordning eller dylikt för indikering av upptäckt av en resonansmärkkrets i det övervakade området.

Vid ett typiskt, elektroniskt säkerhetssystem är slingantennerna 12 och 14 mycket stora, t ex 30 cm breda och 1,5 m höga, och sändarantennen 12 alstrar förhållande- vis starka, elektromagnetiska fält på distanser, som är stora i jämförelse med avståndet mellan antennerna 12 och 14, vilket typiskt är 0,9-1,8 m. Dessutom är mottagar- antennen 14 känslig för magnetiska och elektromagnetiska störningar från distanser, som är stora i jämförelse med avståndet mellan antennerna. Dessa olägliga egenskaper hos tidigare kända slingantenner undanröjes eller minskas avsevärt genom antennsystemet enligt uppfinningen.

I fig. 3 visas en sändarantenn 32, som ligger i ett enda plan och är vridet för att bilda ett symmetriskt 8-mönster, som består av en övre eller första slinga 34 och en undre eller andra slinga 36. Antennen har en höjd h och en bredd w, och varje slinga 34 och 36 har en höjd h/2. Den till mottagaren 30 kopplade mottagarantennen 38 79013420-5 10 15 20 25 30 35 ÄWQ 6 är identisk med sändarantennen 32 och består av en tredje slinga 40 och en fjärde slinga 42. Antennerna 32 och 38 ligger i var sitt plan och är i huvudsak identiska i fråga om form och dimensioner. Om antennernas dimensioner är små i jämförelse med arbetsvâglängden, uppträder ringa förlust av energi till följd av strålning, och strömmen genom alla grenar av det 8-formiga mönstret är identisk.

I sändarantennen 32 är den övre strömslingan (#1) iden- tisk med men står i motfas till den undre strömslingan (#2). På avstånd från sändarantennen, vilka är stora i förhållande till sändarantennens dimensioner, uppfattas antennen såsom två lika strömslingor i exakt motsatt fas.

Pâ sådana avstånd kommer följaktligen de båda ström- slingorna att upphäva varandras verkan.

Signaler, som alstras på stora avstånd från mottagar- antennen 38, kommer likaså att kopplas nästan lika till den övre slingan (#3) och den undre slingan (#4). Efter- som de övre och undre slingorna i mottagarantennen är vridna för att motverka varandra (1800 fasförskjutning), kommer signaler, som kopplas lika till båda slingorna, att upphäva varandra. Sålunda har mottagarslingantennen en mycket liten känslighet för signaler, som alstras på stora avstånd från denna antenn. Dessa egenskaper hos 8-formiga antenner är välkända och omtalade i litteratu- ren. Fig. 6 visar det typiska fallet. Punkten B repre- senterar en punkt pâ stort avstånd från en av antennerna, t ex tio gånger antennhöjden. Till följd härav är avstån- det d3 från punkten B till den undre slingan i huvudsak lika med avståndet d4 från punkten B till den övre slingan.

De lika och motsatta signaler, som alstras av de övre och undre slingorna i sändarantennen, utplånar sålunda varandra i punkten B. Likaså blir varje signal, som alstras i punkten B, kopplad nästan lika till de övre och undre slingorna i mottagarantennen och kommer sålunda att upp- häva varandra.

På distanser nära antennen, t ex på ett avstånd, som är lika med antennens höjd, är utplåningseffekterna icke. särskilt effektiva. Exempelvis representerar punkten A i 10 15 20 25 30 35 1901420-5 3 7 fig. 6 ett ställe nära antennen. Distansen dl från punkten A till den undre slingan är uppenbart mycket mindre än avståndet d2 från punkten A till den övre slingan. Signalen från den undre slingan kommer sålunda att vara mycket starkare i punkten A än signalen från den övre slingan. Det kommer därför att uppträda en mot- tagningsnettosignal i punkten A. Samma gäller i det omkastade fallet, dvs varje signal, som alstras i punkten A, kommer att vara starkare i den undre slingan än i den övre slingan, så att det kommer att uppträda en netto- signal från punkten A till den totala antennen.

Mottagarantennen 38 är anordnad i ett enda som är parallellt med det plan, i vilket sändarantennen plan, 32 är belägen, och mottagarantennen befinner sig ungefär mittför sändarantennen. Genom antennens 38 8-form om- kastas fasen för vardera av de motverkande slingorna av sändarantennen 32, varigenom erhålles en nettosignal till mottagaren 30. Kopplingsförhållandena för antennerna 32 och 38 åskådliggöres i fig. 4. Den sändande slingan 34 kopplar positivt till mottagningsslingan 40, medan sän- darslingan 36 kopplar positivt till mottagarslingan 42.

Ehuru den i slingan 40 inducerade spänningen är motsatt den i slingan 42 inducerade spänningen till följd av de motsatta riktningarna för strömflöde i slingorna 34 och 36, kommer nettoeffekten, eftersom slingan 42 är fysikaliskt vriden 1800 i förhållande till slingan 40, att bli en addering i serie av de likspänningar, som in- duceras i slingorna 40 och 42 från slingorna 34 och 36.

Verkan blir, att mottagningsantennens vridning upphäver sändarantennens vridning. Förutom den direkta kopplingen mellan respektive slingor i sändarantennen och motsvaran- de slingor i mottagarantennen kopplar slingan 34 nega- tivt till slingan 42, medan slingan 36 kopplar negativt till slingan 40. Dessa korskopplade spänningar i mot- tagarantennen adderas även till varandra, och summan av de korskopplade spänningarna subtraheras från summan av de direktkopplade spänningarna. Nettospänningen Vr vid mottagaren kan representeras av följande ekvation L 'L/uu Xf-'W-“H .,g......_...._._ rss? M ,..:;i:. )?9o1§2o-s ' 8 Vr = (V13 * V24) ' (V14 * V23) , där V13 är den av slingan l (34) inducerade spänningen ü i slingan 3 (40), V24 är den av slingan 2 (36) inducerade spänningen i slingan 4 (42), V14 är den av slingan 1 in- ducerade spänningen i slingan 4 och V23 är den av slingan 2 inducerade spänningen i slingan 3. Eftersom det direkta avståndet mellan slingorna dls och d24 alltid är mindre än avståndet mellan korskopplade slingor dl4 och d23, erhålles alltid en magnetisk koppling från sändarantennen till mottagarantennen. Pâ grund av utplåningseffekterna av korskopplingskomponenterna mellan sändar- och mottagar- antennerna är det önskvärt att åstadkomma mera ström i 8-formiga antenner än i en antenn med en enda slinga för att uppnå samma totalspänning i mottagarantennen.

En föredragen utföringsform av uppfinningen visas i fig. 5 och består av en sändarantenn, som är kopplad till sändaren 10 och har tre i huvudsak rektangulära, vridna slingor 52, 54 och 56 i ett gemensamt plan, och en i huvudsak identisk mottagarantenn, som är kopplad till mottagaren 30 och har tre vridna slingor 58, 60 och 62 i ett gemensamt plan. Vardera antennen har en bredd w och en total höjd h, varvid centrumslingorna 54 och 60 har en höjd h/2, som är dubbelt så stor som höjden av de yttre slingorna 52, 56, 58 och 62. Sålunda har de yttre slingorna 52 och 56 vardera hälften så stor area som mittslingan 54. Likaså har de yttre slingorna 58 och 62 hälften så stor area som mittslingan 60. För varje antenn är varje slinga vriden eller anordnad i motfas till varje intilliggande slinga. De yttre slingorna står i fas med varandra och är l80° ur fas i förhållande till mittslingan.

Nettospänningen Vr vid mottagaren kan för utförings- formen enligt fig. 5 representeras genom följande ekva- tion Vr = VV14* V25* V36* V16* V34) ' (V1s* V24* V26* V35) där spänningsnoteringarna är desamma som ovan beskrivits.

Sålunda är V 4 den av slingan l inducerade spänningen i l . I' 'V f'Ä>: *5§fiF§§ . W _, Qujgïfïaå, šïçg fn j än r v--V 10 15 20 25 30 35 7901420-5 9 slingan 4 etc. Liksom vid utföringsformen enligt fig. 3 finnes det alltid en magnetisk nettokoppling från sändar- antennen till mottagarantennen. På avstånd, som är stora i jämförelse med antenndimensionerna, upphäver slingornas l och 3 (52 och 56) verkan effekten av slingan 2 (54), så att det elektromagnetiska fältet från sändarantennen försvagas snabbt med avståndet. Dessutom är effekterna av yttre störningar på mottagarantennen försumbara, om de alstras på distanser, som är stora i jämförelse med antenndimensionerna, eftersom effekterna av slingorna 4 och 6 (58 och 62) upphäver effekterna av slingan 5 (60).

För optimal upphävning av yttre störningar bör summan av de totala areorna av alla i motfas till varandra ståen- de slingor i vardera antennen ha en algebraisk summa av O.

Dvs den totala arean av slingor, som har den ena fasen, måste vara lika med den totala arean av slingor, som har den motsatta fasen. I några fall behöver sändar- och mottagarantennerna icke vara identiska utan kan vara en- dast ungefärligen identiska. Vid närvaro av en resonans- märkkrets blir exempelvis antennerna obalanserade, och det är ibland önskvärt att obalansera den ena antennen något i förhållandetillden andra för att avpassa detek- teringsbandet för märkkretsen.

Uppfinningen erbjuder en ytterligare fördel framför antenner med enkel slinga, t ex enligt fig. 2, i det att antennsystemet enligt uppfinningen möjliggör inducering av en kraftigare signal i mottagarantennen i närvaro av en resonansmärkkrets. Den i mottagarantennen indücerade signalen är i huvudsak resultatet av den signal, som kopplas direkt från sändarantennen till mottagarantennen förutom den signal, som kopplas från sändarantennen till mottagarantennen via den magnetiskt kopplade resonans- märkkretsen. Förhållandet mellan den signal, som kopplas via resonanskretsen, och den direktkopplade signalen från sändarantennen till mottagarantennen beror på geometrin av antennsystemet och dess koppling till resonansmärk- kretsen.

Märkkretsens area är liten i jämförelse med arean av w**"" fšäšddzviwàii š __, 10 15 :o 25 30 'rsomo-s i '10 en slinga i antennerna, och i en typisk detekterings- _ =_ position mellan sändar- och mottagarantennerna är märk- kretsen i huvudsak kopplad till en av slingorna i den à flera slingor omfattande mottagarantennen. I praktiken l är det föga troligt, att märkkretsen komer att intaga ett sådant läge, att den är likformigt kopplad till alla slingorna i mottagarantennen, och sålunda kommer märk- kretsen att normalt vara kopplad i högre grad till en av slingorna i mottagarantennen.

Om den signal, som fortplantas via märkkretsen, för- blir konstant, medan den direkta signalen reduceras, upp- träder en ökning av förhållandet mellan märkkretssignalen och den direkta signalen, vilket innebär en ökning av detekteringskänsligheten. Vid varje given sändarström- nivå är vid föreliggande uppfinning den nettosignal, som kopplas direkt från sändarantennen till mottagarantennen, mindre än vad fallet skulle vara vid en antenn med en enda slinga, och detta beror på motverkan av de korskopp- lade slingorna. Den signal, som kopplas till mottagaran- tennen via märkkretsen, blir emellertid icke minskad i samma proportion som korskopplingseffekterna av sändar- och mottagarantennerna. Nettosresultatet är, att signalen från märkkretsen ökas relativt den direktkopplade signalen mellan sändar- och mottagarantennerna i jämförelse med vad förhållandena är vid förut kända antenner med en enda slinga. ' Föreliggande uppfinning medför sålunda minskade yttre fält från sändaren, minskad störning i mottagaren från yttre störkällor och högre detekteringskänslighet för märkkretsar. mm grain,

Claims (7)

10 15 20 25 30 7901420-5 H PATENTKRAV

1. Antennsystem för användning i ett elektroniskt säkerhetssystem, som har en sändare (10) för alstrande av ett upprepat genomsvept frekvensband, en resonans- märkkrets (15) med en resonansfrekvens inom det genom- svepta bandet och en mottagare (30) för upptäckande av eventuell resonansfrekvens hos märkanordningen, åstad- kommen av det genomsvepta fältet och för alstrande av en alarmindikation härom, k ä n n e t e c k n a t av en sändarantenn (32), som är anordnad att kopplas till sändaren (10) och har åtminstone två vridna slingor (34, 36; 52, 54, 56), som ligger nära varandra i ett gemensamt plan, varvid varje slinga är vriden 1800 och star i motfas till varje intilliggande slinga, en motta- garantenn, som är anordnad att kopplas till mottagaren (30) och är i huvudsak identisk med sändarantennen och har åtminstone två vridna slingor (40, 42; 58, 60, 62), som ligger nära varandra i ett gemensamt plan, varvid varje slinga är vriden 1800 och står i motfas till varje intilliggande slinga, varjämte antennerna har en inbör- des magnetisk koppling och vardera antennen har en ef- fektiv totalslingarea av den ena fasen lika med den effektiva totalslingarean av den motsatta fasen, varvid sändarantennen och mottagarantennen är anordnade i huvud- sak parallellt med varandra på var sin sida om en pas- sage, genom vilken märkkretsen (15) måste passera for upptäckt, varjämte antennerna är så spatiellt anordna- de 1 förhållande till varandra, att det erhålles maxi- mal magnetisk koppling mellan dem och antennsystemet arbetar som balanserad brygga för uppnàende av högre upptäcktskänslighet för märkkretsar.

2. Antennsystem enligt patentkravet 1, k ä n n e- t e c k nga t därav, att slingorna i den ena antennen är anordnade i huvudsak i linje med motsvarande slingor 1 den andra antennen. 7901420-S IA

3. Antennsystem enligt patentkravet l eller 2, ; k ä n n e t e c k a t därav, att vardera antennens slingor är i huvudsak rektangulära.

4. Antennsystem enligt något av patentkraven l-3,

5. K ä n n e t e c k n a t därav, att vardera antennen har tre i ett gemensamt plan och i följd längs en an- tennaxel anordnade slingor, varvid den centrala slingan är av den ena fasen och de yttre slingorna är av den .'I andra fasen (fig 5). 10 5. Antennsystem enligt patentkravet 4, k ä n n e- t e c k n a t därav, att den effektiva totalslingarean av den ena fasen är lika med den effektiva totalsling- arean av den motsatta fasen.

6. Antennsystem enligt patentkravet 4 eller 5, 15 k ä n n e't e c k n a t därav, att vardera antennen har en slingkonfiguration, som är i huvudsak identisk med den andra antennens slingkonfiguration.

7. Antennsystem enligt något av patentkraven 4-6, k ä n n e t e c k n a t därav, att den centrala slingan 20 av vardera antennen har en area, som är tvâ gånger så stor som arean av vardera ytterslingan. *J