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Einrichtung in Anlagen zum selbsttätigen drahtlosen Ubertragen von mehrstelligen Informationen zwischen gegeneinander beweglichen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung in Anlagen zum selbsttätigen drahtlosen Übertragen von mehrstelligen Informationen zwischen gegeneinander beweglichen Abfrage-und Antwortgeräten, insbesondere der Nummern von Eisenbahnfahrzeugen nach ortsfesten Abfragegeräten, wobei die Teile der Informationen nacheinander abgefragt und durch je einen Frequenzcode beantwortet werden. In derartigen Anlagen wird beispielsweise die induktive Kopplung von Sende- und Empfangsspulen ausgenutzt, die im Abfragegerät und im Antwortgerät angeordnet sind.
Infolge der relativen Bewegung dieser Geräte zueinander ist vor allem bei grosser Bewegungsgeschwindigkeit und wegen der erwünschten geringen Abmessungen und Sendeleistungen der Geräte die zum Übertragen verfügbare Zeit nur kurz. Hiedurch ist es schwierig, ein vorgegebenes umfangreiches Informationsvolumen zu übertragen. Beispielsweise ist zum
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Nummern der Eisenbahnfahrzeugedass auch Abstände von etwa l m zwischen den korrespondierenden Spulen noch überbrückt werden können.
Dies ist bei elektrischen Bahnen infolge der Funkenbildung an den Stromabnehmern bisher insbesondere dann nicht möglich, wenn die Antwortgeräte keine eigene Stromquelle haben, sondern lediglich durch die von den Abfragegeräten empfangene Energie gespeist werden.
Ferner besteht die Forderung, dass durch den Betrieb derartiger Anlagen keine Störungen des Rundfunkempfanges, z. B. infolge von Einschwingvorgängen in den Sendek eisen, verursacht werden dürfen.
Umgekehrt muss aber auch sichergestellt sein, dass in der Nähe der Abfragestellen betriebene Langwellensender mit benachbarten Frequenzen keine Störungen verursachen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungssystem zu entwickeln, das für Anlagen mit grossem Informationsvolumen geeignet ist und die vorstehenden Forderungen erfüllt. Dies kann er- findungsgemäss im wesentlichen dadurch erreicht werden, dass für das Abfragen und für das Antworten zwei Ein- seitenband-Trägerfrequenzsysteme mit einer gemeinsamen Trägerfrequenz vorgesehen sind, wobei die Trä- gerfrequenz nur vom Abfragegerät erzeugt und gesendet wird und den Abfrage- bzw. Antwortfrequenzen gesonderte Seitenbänder zugeordnet sind.
Die Frequenzbereiche der beiden Seitenbänder dürfen sich nicht überschneiden. Dies kann beispielsweise dadurch vermieden werden, dass zum Abfragen das obere und zum Antworten das untere Seitenband benutztwird. Esist aber auch möglich, zum Abfragen und zum Antworten verschieden hohe Modulationsfrequenzen zu erzeugen und Seitenbänder zu benutzen, die auf der gleichen Seite der Trägerfrequenz liegen. Durch diese Aufteilung der drahtlos zu übertragenden Frequenzen ist es möglich, abgestimmte Sende- und Empfangskreise hoher Güte zu verwenden, wodurch die Empfindlichkeit für Störspannungen gering wird. Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal werden die Antwortfrequenzen durch Frequenzteilung aus der Trägerfrequenz abgeleitet, z. B. mittels synchronisierter Oszillatoren.
Da die Trägerfrequenz leicht, z. B. durch Quarzstabilisierung, mit hoher Konstanz erzeugt werden kann, ist dann die Mög-
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lichkeit gegeben, im Empfangsteil des Abfragegerätes zum Aussieben der demodulierten Antwortfrequenzen Bandpässe mit sehr schmaler Bandbreite zu verwenden. Hiedurch wird die Störanfälligkeit der Anlage noch weiter vermindert. Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zum Erzeugen der Abfragefrequenzen, mit denen die Trägerfrequenz im Abfragegerät moduliert wird, ein Wobbel-Oszillator vorgesehen. Hiedurch können durch Einschwingvorgänge in den Resonanzkreisen und Filtern kaum noch Störungen anderer Geräte entstehen.
Im folgenden ist an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung beschrieben, u. zw. zeigt Flg. 1 eine Tabelle der verwendeten Abfrage- und Antwortfrequenzen, Fig. 2 schematisch das Abfragegerät und Fig. 3 das Antwortgerät.
Es ist angenommen, dass die abzufragenden Informationen siebenstellige Dezimalzahlen sind. Die
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vorgesehenen Antwortfrequenzen fll-fl5, also nach einem Code "2 von 5"gemeldet werden.
Aus der in Fig. 1 dargestellten Tabelle sind bei Verwendung einer festen Trägerfrequenz fo = 115 kHz zahlenmässige Angaben für mögliche Abfrage- und Antwortfrequenzen ersichtlich. Die fünf Antwortfre- quenzen werden durch Frequenzteilung mittels synchronisierter Oszillatoren aus der empfangenen Träger- frequenz abgeleitet. Ihre Frequenz beträgt einen ganzzahligen Bruchteil 1/8 - 1/12 der Trägerfrequenz fo. Das Abfragen erfolgt durch Senden der Trägerfrequenz und des oberen Seitenbandes, das von 123,0 kHz bis 129, 2 kHz reicht. Zum Antworten-ist das untere Seitenband von 100,62 kHz bis 105, 42 kHz vorge- sehen.
In Fig. 2 ist oberhalb der strichpunktierten Linie der Sendeteil und unterhalb dieser Linie der Empfangs- teil des Abfragegerätes dargestellt. Die Trägerfrequenz fo wird durch einen quarzstabilisierten Oszillator
1 mit hoher Konstanz erzeugt. Nach Modulation der Trägerfrequenz mit dem Ausgangssignal eines Wobbel-Oszillators2 für den Frequenzbereich von 7,5 bis 15, 0 kHz, also einen etwas grösseren Bereiche als für die niedrigste und die höchste Abfragefrequenz erforderlich ist, in einem Ringmodulator 3 wird durch einen Bandpass 4 nur das obere Seitenband durchgelassen und einem Leistungsverstärker 5 zugeführt.
Die ummodulierte Trägerfrequenz wird getrennt von dem Seitenband in einem gesonderten Leistungsverstärker 6 verstärkt. Die verstärkte Trägerfrequenz und das verstärkte obere Seitenband werden über eine Entkopplungsschaltung 7 einer Sendespule 8, beispielsweise einer Luftspule, zugeführt.
Das in Fig. 3 dargestellte Antwortgerät hat keine eigene Stromquelle, sondern wird durch die vom
Abfragegerät empfangene Trägerfrequenzenergie gespeist. Die Trägerfrequenz fo und das den Abfragefrequenzen zugeordnete obere Seitenband werden in je einem Schwingkreis 11 und 12 empfangen. Die Schwingkreise enthalten Ferritstäbe, die in einer solchen Ebene und mit solchem Abstand voneinander angeordnet sind, dass sie mit der Spule 8 (Fig. 2) gut koppeln und für die beiden Schwingkreise noch keine Bandfiltercharakteristik auftritt. Durch diese Art des Empfanges kann die Güte des Schwingkreises 11 für die Trägerfrequenz fo sehr gross sein, wodurch ein guter Wirkungsgrad der Leistungsübertragung für die Stromversorgung des Antwortgerätes erreicht wird.
Durch die Reihenschaltung der beiden Schwingkreise 11 und 12 werden die empfangenen Spannungen addiert. Hiedurch ergibt sich am Eingang des Gleichrichters 13 eine mit der jeweiligen Abfragefrequenz modulierte Trägerfrequenzspannung, aus der am Ausgang des Gleichrichters eine Gleichspannung mit überlagerter Modulationsspannung gewonnen wird. Die am Ausgang des Gleichrichters 13 entstehende Gleichspannung, also der grösste Teil der empfangenen Trägerfreqüenzenergie, speist über einen Tiefpass 14einen Verstärker 15, der auf eine Sendespule 16 mit Ferritstab arbeitet. Diese Spule ist durch ihre Anordnung, z. B. senkrecht zu den Spulen der Kreise 11 und 12, gegen den Abfragekanal entkoppelt und dient an den Abfragestellen zum Übertragen des den Abfragefrequenzen zugeordneten unteren Seitenbandes auf die Empfangsspule des Abfragegerätes.
Die Energie der am Ausgang des Gleichrichters 13 auftretenden Modulationsspannungen wird verwendet, um über parallelgeschaltete Bandpässe 17 für die Abfragefrequenzen fl-f7, Gleichrichter 18 und ein Codierungsfeld 19 die Oszillatoren 20 für die fünf Antwortfrequenzen f11 - f15 zu speisen. Das Einstellen der Ziffern im Antwortgerät erfolgt durch Verbinden von schematisch dargestellten Koordinatenleitungen des Codierungsfeldes an den entsprechenden Kreuzungsstellen. Sind beispielsweise der Ziffer 1 die Ant- w : ortfrequenzen f11 und f12 und der Ziffer 9 die Antwortfrequenzen f13 und f15 zugeordnet und soll die Ziffer 1 in der ersten abgefragten Dekade, dagegen die Ziffer 9 in der siebenten Dekade gemeldet werden, so werden die durch Kreise angedeuteten Verbindungen hergestellt.
Zum Vermeiden von Fehlstromläufen erforderliche Gleichrichter sind nicht dargestellt.
Die Oszillatoren 20 sind über die Leitung 21, die an denResonanzkreis 11 angekoppelt ist, mit der
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empfangenen Trägerfrequenz fo synchronisiert, so dass die erzeugten Antwortfrequenzen ganzzahlige Bruchteile der Trägerfrequenz fo sind.
An die Leitung 21 ist ausserdem ein Modulator 22, vorzugsweise ein Ringmodulator, angeschlossen, in dem die Trägerfrequenz mit den Antwortfrequenzen moduliert wird. Die Ausgangsspannung des Modulators wird über einen Bandpass 23 für das untere Seitenband oder direkt dem Verstärker 15 zugeführt, der nur das untere Seitenband verstärkt auf die Sendespule 16 leitet. Bandpass 23 und Verstärker 15 können auch durch einen Resonanzverstärker ersetzt werden.
Im Empfänger des Abfragegerätes wird das vom Antwortgerät gesendete Seitenband von einer Empfangsspule 31 empfangen und über einen Bandpass 32 einem Überlagerungsempfänger 33 zugeführt. Durch Mi-
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Frequenzen fll - f15 getrennt und erzeugen entsprechend dem gewählten Code "2 von 5" je Dekade am Ausgang der Gleichrichter 37 zwei Signale, die über eine Überwachungseinrichtung 38 einem Auswerter
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sen Signalen eine derartige Regelspannung für den Verstärker 35 erzeugt, dass der Pegel der dem Auswerter zugeführten Signale möglichst konstant ist. Der Auswerter ist ausserdem über Gleichrichter 41 und Bandpässe 42 für die Abfragefrequenzen fl-f7 mit dem Wobbel-Oszillator 2 verbunden.
Die über diese Kreise gegebenen Signale kennzeichnen im Auswerter, welcher Dekade der abgefragten Dezimalzahl die aus den empfangenen Antwortfrequenzen abgeleiteten Signale zugeordnet sind.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt. Das gleiche Prinzip lässt sich auch verwenden, wenn die Antwortgeräte mit einer eigenen Stromquelle ausgerüstet sind. In diesem Fall kann die zu übertragende Trägerfrequenzleistung wesentlich kleiner sein.
Ferner ist es möglich, in den Antwortgeräten an Stelle von je einem Oszillator für jede Antwortfrequenz mit nur soviel Oszillatoren auszukommen, wie unterschiedliche Antwortfrequenzen gleichzeitig erforderlich sind. Beispielsweise genügen bei dem Code "2 von 5" zwei Oszillatoren, die je nach der Spannungszuführung aus dem Codierungsfeld 19, z. B. über entsprechende Abgriffe der Schwingkreisspule, eine ander3 Frequenz erzeugen. Der eine Oszillator ist dann für die unteren vier und der andere für die oberen vier Antwortfrequenzen auszulegen. Auch diese Oszillatoren können mit der Trägerfrequenz synchronisiert werden, wodurch der Vorteil der Frequenzkonstanz und der geringen Bandbreite der Antwortkanäle erhalten bleibt.
Soll zur weiteren Verminderung des Störpegels die Bandbreite der Filter 34 und 36 extrem klein sein, so ist es zweckmässig, im Überlagerungsempfänger nicht auf die im Antwortgerät erzeugten Antwort-
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am Ausgang des Empfängers niedrigere Frequenzen. Erzeugt der Oszillator 43 beispielsweise eine Frequenz von f = 103, 25 kHz, so können im Tiefpass 34 alle Frequenzen über 2, 65 kHz unterdrückt werden. Die Bandpässe 36 sind dann für die Frequenzen f41-f45 zu bemessen, die sich aus den Differenzen der Frequenz f und den empfangenen Frequenzen des unteren Seitenbandes der Frequenz fo ergeben : f41 = 2, 63 kHz : f42 = 1, 04 kHz ; f43 = 0, 25 kHz, f44 = 1, 30 kHz ; f45 = 2, 17 kHz.
Durch die Verwendung von Bandpässen geringer Bandbreite werden allerdings die erforderlichen Einschwingzeiten sehr gross, so dass beim Abfragen von sehr schnell bewegten Antwortgeräten entsprechend grosse Beeintlussungsbereiche geschaffen werden müssten, um eine Abfrage aller Dekaden zu ermöglichen.
Da übermässig grosse Sende- und Empfangsspulen hohe Verluste haben und mehr Störspannung empfangen als kleinere, ist es zweckmässiger, in diesen Fällen zum Abfragen mehrere Abfragegeräte zu verwenden, die in der Bewegungsrichtung hintereinander liegen. Der Wobbel-Oszillator jedes Gerätes bestreicht dann nur einen Teilbereich der Frequenzen fl-f7. Im Extremfall können soviele Abfragegeräte wie Dekaden der Informationen vorgesehen sein. Die Spannungen zum Modulieren des Trägers im Abfragegerät werden dann zweckmässigerweise durch Oszillatoren mit fester Frequenz erzeugt.
Anstatt des beschriebenen Frequenzcode "2 von 5" kann auch ein anderer Code gewählt werden. Beispielsweise ist es möglich, sämtliche möglichen Kombinationsmöglichkeiten der vorgesehenen Antwortfrequenzen auszunutzen. Dann können bei fünf Antwortfrequenzen 25 = 32 unterschiedliche Zeichen je Stelle der Information übertragen werden. In diesem Fall ist jedoch keine Überwachung durch die Einrichtung 38 (Fig. 2) möglich. Störspannungen können dann leichter Falschmeldungen auslösen. Ausserdem
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ist dann der Aufwand zum Codieren und Decodieren wesentlich grösser.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung in Anlagen zum selbsttätigen drahtlosen Übertragen von mehrstelligen Informationen zwischen gegeneinander beweglichen Abfrage-und Antwortgeräten, insbesondere der Nummern von Eisen- bahnfahrzeugen nach ortsfesten Abfragegeräten, wobei die Teile der Informationen nacheinander abge- fragt und durch je einen Frequenzcode beantwortet werden, dadurch gekennzeichnet, dass für das Abfra- gen und für das Antworten zwei Einseitenband-Trägerfrequenzsysteme mit einer gemeinsamen Träger- frequenz vorgesehen sind, wobei die Trägerfrequenz nur vom Abfragegerät erzeugt und gesendet wird und den Abfrage- bzw. Antwortfrequenzen gesonderte Seitenbänder zugeordnet sind.