FI98573C - Läheisyysdetektori - Google Patents

Description

98573 Läheisyysdetektori

Keksinnön taustaa

Esillä oleva keksintö liittyy tunnistusmenetelmään, 5 joka muodostuu herätettävästä ja koodatusta kannettavasta läheisyyslaitteesta ja vastavasta herätys- ja kyselylait-teesta, joka yleensä on kiinteästi asennettu. Kannettava yksikkö voi olla muodoltaan tuntomerkki tai kortti, jota tässä joskus kutsutaan yksinkertaisuuden vuoksi tuntomer-10 kiksi tai transponderiksi. Esillä oleva keksintö liittyy täten järjestelmään, jossa kiinteä asennus lähettää energiaa aktivoidakseen kannettavan, vastaavan laitteen, jota yleensä kantaa liikkuva henkilö tai esine ja joka on kiinteän asennuksen lähellä tai läheisyydessä, ja näin herä-15 tetty laite lähettää koodatun signaalin vastaanottimen poimittavaksi. Vastaanotin vuorostaan aktivoi joitain jär-jestelmätoimintoja, esimerkiksi pääsyn valvotulle alueelle, liikkuvan henkilön tai esineen jäljittämisen, tai samantapaisia toimintoja.

20 Läheisyystunnistustekniikan järjestelmistä on tu lossa tunnettu ja tärkeä tunnistusmenetelmä, jossa koodattuja tuntomerkkejä luetaan ei-koskettavilla tiedonvälitys-tavoilla. Läheisyystunnistusjärjestelmä muodostuu neljästä pääkomponentista: tuntomerkistä, joka viritettynä lähettää 25 talletettua tunnistustietoa, virittimestä, joka lähettää tuntomerkkiin signaalin tuntomerkin virittämiseksi, sig-naalivastaanottimesta tuntomerkin lähettämän tiedon ilmaisemiseksi ja dekoodaamiseksi, ja kytkentämekanismista, jolla aktivoiva eli virittävä signaali lähetetään tunto-30 merkkiin ja talletettu tieto lähetetään vastaanottimeen.

Tunnetuissa läheisyystunnistusjärjestelmissä tehon tuntomerkille antaa yleensä aktivoiva signaali, joka sähkömagneettisten kytkentämekanismien välityksellä siirtää tuntomerkkiin tarpeeksi energiaa tuntomerkin toimintojen 35 energian syöttöä varten. Lukuisia erilaisia kytkentämeka- 98573 2 nismeja kuitenkin käytetään tiedon lähettämiseksi takaisin vastaanottimeen. Yksi yleisimmistä tiedonvälityksen kyt-kentämekanismeistä käyttää matalataajuista magneettista kytkentää. Yksi uudemmista on erittäin tärkeä tekniikka, 5 joka käyttää sähkökentän kytkentämekanismeja tiedonsiirtoon. Tässä jälkimmäisessä kytkentämekanismissa toimintataajuus on niin ikään matala siinä mielessä, että aallonpituus on paljon pidempi kuin säteilevän/säteilevien ra-kenteen/rakenteiden fyysiset mitat. Tämän matalataajuisen 10 toiminnan vuoksi vallitsevat kvasistaattiset eli lähiken-tän olosuhteet.

Kuten edellä kävi ilmi, kaikkein tavallisimman tyyppinen läheisyystunnistusjärjestelmä käyttää sähkömagneettista kytkentämekanismia sekä viritys- (teho-) 15 signaalina että tietosignaalina, tiedonvälitystaajuuden ollessa viritystaajuuden aliharmoninen tai murtotaajuus, jotta pidettäisiin nämä kaksi signaalia eristyksissä toisistaan. Tällaisten kytkentämekanismien käytöllä on lukuisia etuja ja haittoja.

20 Sähkömagneettisen kytkennän edut ovat seuraavat: 1. Tuntomerkin ja vastaanottimen välinen kytkentä-mekanismi on luonteeltaan induktiivinen syntyen näiden kahden välisestä keskinäiskytkennästä, ja lähdeimpedanssi lähikentässä hyvin pieni. Täten ei esiinny kytkettävän 25 signaalin merkittävää peittymistä johtavien kohteiden vuoksi, kuten saattaisi tapahtua peitettäessä tuntomerkin pinta esimerkiksi käyttäjän kädellä vietäessä tuntomerkki virityskenttään; ja 2. Kantamassa ilmenevä pienentyminen on merkityk-30 setön kun tuntomerkillä ei ole läheistä maareferenssiä.

Tämä kytkentämenetelmä on erittäin houkutteleva sovelluksissa, joissa tuntomerkki sijoitetaan peittäviin kohteisiin tai niiden läheisyyteen tai kun vastaanotinsil-mukka tai -antenni haudataan ajoneuvojen ilmaisemiseksi, 98573 3 jolloin se altistuu erilaisille maasto-olosuhteille sekä sateelle, mudalle j.n.e. .

Sähkömagneettisen kenttäkytkennän tärkeimmät haitat ovat: 5 1. Vaaditaan melkoisesti tehoa koodatun signaalin lähettämiseksi takaisin kiinteään vastaanottimeen.

2. Magneettikenttä, ja siten vastaanotettu signaali, vaimenee lähteestä mitatun etäisyyden kuutiossa.

3. Tuntomerkistä vastaanottimeen lähetetty tieto-10 signaali kytketään samalla mekanismilla kuin jota käytetään kytkemään virityssignaali tuntomerkkiin (magneettinen), mikä tuo mukanaan vaikeuden, joka aiheutuu tieto-signaalin ja virittävän (tehon antavan) signaalin suorasta tai harmonisesta suhteesta, aiheuttaen vaikeuden erottaa 15 paljon heikompi informaatiosignaali virittävästä signaalista.

Edellä mainitun, ainoastaan sähkömagneettista kent-täkytkentää käyttävän, läheisyystunnistusjärjestelmän haitat on oleellisesti poistettu ja lisäetuja saavutettu jär-20 jestelmässä, joka on esitetty siirretyssä US-patentissa nro 4 818 855, 4. huhtikuuta 1989, joka, käyttäessään sähkömagneettista kytkentää viritys- (teho-) signaalin lähettämiseen, lähettää koodatun informaation takaisin kiinteään vastaanottimeen sähkökentän kytkentämekanismin väli-25 tyksellä. Tämä järjestelmän tärkein etu on erilaiset kyt-kentätavat eli -mekanismit signaalin lähetysteholle ja paljon heikommalle koodatulle paluusignaalille, jolloin saadaan aikaan eristys näiden kahden signaalin välille.

Lisää eristystä näiden kahden signaalin välille voidaan 30 saada lähettämällä koodattu informaatio tehon lähettämi seen käytetyn taajuuden aliharmonisella taajuudella. Lisäetuja ovat seuraavat: 1. Koodatun informaation uudelleen lähettämiseksi tuntomerkistä takaisin vastaanottimeen edellytetään merki-35 tyksetöntä tehoa.

98573 4 2. Sähkökentän kytkentäantenni on pieni ja helposti yhdistettävissä pienelle pinnalle kuten kortille, minkä ansiosta tämä kytkentämekanismi on käytännöllisempi mitä tulee kustannuksiin, yksinkertaisuuteen ja lisääntyneeseen 5 luotettavuuteen, verrattuna sähkömagneettisiin kytkentäme- kanismeihin.

3. Vastaanotettu signaali vaimenee lähteestä mitatun etäisyyden neliössä, toisen kuin etäisyyden kuutiossa, kuten sähkömagneettisessa kytkennässä.

10 Toisaalta sähkökenttäkytkennän haitat ovat seuraa- vat: 1. On tärkeämpää, että tuntomerkkiä kantava kappale tai kohde on fyysisesti kytkeytynyt tuntomerkkiin hyvän lukukantaman aikaansaamiseksi (kappaleen ollessa maapoten- 15 tiaalissa), koska tämä lisää vastaanottimen ja tuntomerkin välistä kapasitiivista kytkentää suoran kytkentätien ansiosta, joka esiintyy yhdessä suunnassa asianomaisen, maa-referenssissä olevan kappaleen läpi.

2. Kytkentämekanismi tuntomerkistä vastaanottimeen, 20 luonteeltaan kapasitiivinen ja lähikentässä suuri-impe- danssinen, peittyy helposti lähellä olevien maadoitettujen ja johtavien kohteiden vuoksi, kuten esimerkiksi kun tuntomerkin (kortin) etupuoli peitetään käyttäjän kädellä vietäessä tuntomerkkiä virityskenttään.

25 Keksinnön yhteenveto

Esillä olevan keksinnön peruspäämääränä on lähei-syysilmaisinlaite, joka yhdistää sähköstaattisen (sähkö-) kentän kytkentämekanismin edut sähkömagneettisen kytkentä-mekanismin etuihin vastaavien yksittäisten kytkentämeka-30 nismien haittojen poistamiseksi. Yleisesti tähän päämäärään päästään keksinnön mukaan käyttämällä koodattua tuntomerkkiä, jota viritetään induktiokentällä, t.s. käyttämällä sähkömagneettista kytkentämekanismia, kuten on aikaisemmin tehty tälläisissä läheisyystunnistuslaitteissa, 35 mutta lähettämällä talletettu tieto takaisin vastaanotti- 98573 5 meen käyttämällä sekä sähkökentän kytkentämekanismia että sähkömagneettisen kentän kytkentämekanismia. Vastaanotti-messa on vuorostaan uudenlainen esivahvistinpiirikytkentä, joten se voi samanaikaisesti vastaanottaa signaalia jomman 5 kumman tai molempien kytkentämekanismien avulla.

Tarkemmin, yllä mainittuun päämäärään päästään esillä olevan keksinnön mukaan kaukotehoisella, paristot-tomalla kannettavalla laitteella (tuntomerkki), jossa on piiristö koodatun informaation tallettamiseksi ja lähettä-10 miseksi ja joka sisältää: muistin, johon koodattu informaatio talletetaan; sähkömagneettiset kytkentävälineet sähkömagneettisen säteilyn vastaanottamiseksi ensimmäisellä ennalta määrätyllä taajuudella; tehovälineet kytkettyinä ensimmäisiin kytkentävälineisiin tehon saamiseksi vas-15 taanotetusta signaalista kannettavan laitteen piiristön käyttöön; piirivälineet, jotka on kytketty ensimmäisiin kytkentävälineisiin ja jotka toimivat ensimmäisellä ennalta määrätyllä taajuudella vastaanotetun signaalin mukaan, koodatun informaation lukemiseksi muistista; välineet kan-20 tosignaalin synnyttämiseksi toisella ennalta määrätyllä taajuudella; moduloivat välineet kantosignaalin moduloimi-seksi muistista luetulla koodatulla informaatiolla; sähköstaattiset kytkentävälineet kytkettyinä moduloivien välineiden lähtöön moduloidun kantosignaalin lähettämiseksi 25 sähkökentän välityksellä; ja lisävälineet jotka on kytket ty modulointivälineiden lähtöön ja jotka samanaikaisesti saavat aikaan moduloidun kantosignaalin sähkömagneettisen lähettämisen.

Keksinnön yhden toteutuksen mukaan lisävälineet 30 käsittävät sähkömagneettiset lisäkytkentävälineet, jotka muodostuvat resonanssipiiristä, mukaan lukien käämi, joka toimii antennina, joka on viritetty toiselle ennalta määrätylle taajuudelle; ja sähköstaattiset kytkentävälineet käsittävät käämin korkean jännitteen puolelle kytketyn 35 sähkökenttäantennin.

98573 6

Keksinnön muuan piirteen mukaan lisävälineet käsittävät välineet moduloivien välineiden lähdön kytkemiseksi ensimmäisen taajuuden signaalin vastaanottavien sähkömagneettisten kytkentävälineiden käämiin näiden sähkömagneet-5 tisten kytkentävälineiden saattamiseksi lähettämään moduloitu kantoaalto sähkömagneettisesta. Tämän toteutusten lukuisten muunnelmien mukaan kytkentävälineet voivat olla pieni kondensaattori, MOS-transistori tai samantyyppinen verkko kuin vastus.

10 Keksinnön lisäpiirteiden mukaan, jotta saataisiin parempi eristys näiden kahden taajuussignaalin komponenttien välille, tiedon siirron kantoaallon signaalitaajuus on ensimmäisen viritystaajuuden murtotaajuus, kernaasti puolikas, ja toteutuksessa, jossa käytetään kahta sähkö-15 magneettista kytkentäkokoonpanoa, vastaavat käämiantennit on sijoitettu ortogonaalisesti parhaimman eristyksen aikaansaamiseksi .

Vielä keksinnön erään piirteen mukaan lähetetyn moduloidun sähkömagneettisen ja sähköstaattisen säteilyn 20 ilmaiseva vastaanotin sisältää sähkömagneettista säteilyä vastaanottavan antennin, sähkökentän vastaanottavan antennin, ja uudenlaisen yhteisen esivahvistinpiirin sähkömagneettista säteilyä ja sähkökentän vastaanottavien antennien vastaanottaman säteilyn ilmaisemiseksi.

25 Piirrosten lyhyt kuvaus

Kuvio 1 on lohkopiirikaavio keksinnön mukaisen lä-heisyystunnistusjärjestelmän yhdestä toteutuksesta.

Kuvio 2 on lohkopiirikaavio keksinnön mukaisen lä-heisyystunnistusj ärj estelmän j atkototeutuksesta.

30 Kuvio 3 on lohkopiirikaavio, joka esittää kuvion 2 toteutuksen muunnelman.

Kuvio 4 on lohkokaavio, joka esittää kuvion 2 toteutuksen j atkomuunnelman.

98573 7

Kuvio 5 on piirikaavio keksinnön mukaisen lähei-syystunnistusjärjestelmän vastaanottimen esivahvistinpii-rin ensisijaisesta toteutuksesta.

Kuvio 6 on kaavamainen esitys, joka havainnollistaa 5 kuviossa 1 esitetyn keksinnön toteutuksen mukaisen lähei-syysuunnistusjärjestelmän eri antennien suuntauksen ensisijaista kokoonpanoa.

Kuvio 7 on kaavamainen esitys, joka havainnollistaa kuvioissa 2 ja 3 esitettyjen keksinnön toteutusten mukai-10 sen läheisyystunnistusjärjestelmän eri antennien suuntauksen ensisijaista kokoonpanoa.

Ensisijaisten toteutusten yksityiskohtainen kuvaus

Tarkastellaan nyt kuviota 1, jossa on esitetty esillä olevan keksinnön mukainen läheisyystunnistusjärjes-15 telmä ja jossa viitenumero 5 merkitsee kiinteän asennuksen piiristöä, joka on asennettu sopivalle rakenteelle, esimerkiksi seinä, ikkuna, lattia tai maa j.n.e. . Loppuosa kuviossa 1 esitetystä piiristöstä sisältyy kannettavaan yksikköön, esim. kortti tai tuntomerkki, joka on sijoitet-20 tu esimerkiksi henkilöön, eläimeen, kulkuneuvoon j.n.e. siten, että se voidaan tuoda kiinteän asennuksen läheisyyteen tunnistusta varten.

Virityspiiri, joka samalla toimii tehosyöttönä, muodostuu oskillaattorista 11, joka antaa tehoa sopivalla 25 taajuudella kuten 400 kHz ja joka on kytketty lähetyskää-miantenniin 13, joka on kondensaattorin 15 avulla viritetty resonoimaan oskillaattorin 11 lähtötaajuudella. Käämi 13 lähettää voimakkaan sähkömagneettisen kentän ja se on valinnaisesti varustettu Faraday-suojalla, jotta vältet-30 täisiin kapasitiivinen eli sähköstaattinen kytkentä tuntomerkin vastaanottimeen.

Tuntomerkki 9 sisältää vastaanottoantennin eli käämin 17 ja rinnakkaisesti kytketyn kondensaattorin 19, jotka muodostavat viritetyn LC-piirin, joka on resonoiva os-35 killaattorin 11 taajuudella fO. Puoliaaltotasasuuntaaja- 98573 8 piiri 21 ja suodatinkondensaattori 23, jotka on kytketty antennikäämiin 17 sekä kondensaattoriin 19, antavat tehoa tuntomerkin 9 muulle piiristölle linjojen 25 ja 27 välityksellä, joiden kytkentöjä ei ole yksinkertaisuuden vuok-5 si esitetty. Vastaanottavan käämiantennin 17 korkean jännitteen puoli on kytketty linjan 29 kautta kellosignaalina fO taajuusjakolaskuriin 31. Taajuusjakolaskuri 31 tuottaa R.F.-signaalin taajuudella fO/2 linjalla 33 ja osoite-signaalit joukolle muistivalintalinjoja, joista vain kaksi 10 on merkitty, 35 ja 37, aktivoidakseen lukumuistin 39, joka antaa joukon koodattuja pulsseja lähtölinjalla 41. Linjat 33 ja 41 on kytketty vastaaviin tuloihin EXCLUSIVE-OR -veräjässä 43, joka tuottaa linjalla 45 lähtöpulsseja, jotka syötetään sähköstaattiseen antenniin 47, joka voi olla 15 esimerkiksi kondensaattorilevy tai johdon pätkä. Koodatut pulssit linjalla 41 esiintyvät paljon alhaisemmalla taajuudella kuin linjalla 33 oleva taajuuden f0/2 signaali. EXCLUSIVE-OR -veräjän 43 tehtävänä on vaihemoduloida linjalla 33 olevaa signaalia, joka toimii kantotaajuussignaa-20 Iina, linjalla 41 olevalla pulssijonolla, kuten on yksityiskohtaisemmin kuvattu edellä mainitussa US-patentissa 4 818 455, jonka selostus on tässä viitteenä.

Esillä olevan keksinnön tämän toteutuksen mukaan linja 45 on samoin kytketty vastuksen 49 kautta sähkö-: 25 magneettisesti lähettävän antennikäämin 50 korkean jännit teen puolelle, joka antennikäämi on kytketty rinnan kondensaattorin 51 kanssa värähtelypiirin muodostamiseksi, joka on viritetty resonoimaan kantotaajuudella, joka tässä esimerkissä on f0/2 eli 200 kHz. Tyypillisiä arvoja tälle 30 ylimääräiselle sähkömagneettisesti lähettävälle antenniko-koonpanolle resonanssilla 200 kHz ovat 8,2 kfl vastukselle 49, 570 μΗ käämille 50 ja 1 100 pF kondensaattorille 51.

Tässä kokoonpanossa koodattu tieto linjalla 45 kytketään värähtelypiiriin 50 - 51 sarjavastuksen 49 kautta, joka 35 myös asettaa värähtelypiirin Q:n. Kaistanleveys valitaan 98573 9 siten, että se juuri jäästää moduloidun tietovirran ilman vaimentumista. On toivottavaa saada niin suuri Q kuin tietovirtaa vaimentamatta mahdollista, sillä tämä nostaa värähtelypiirin impedanssia pienentäen siten tehon kulutus-5 ta, mikä on tärkeää, koska tuntomerkki 9 saa tehon virit-timen rajallisesta induktiokentästä.

Jotta maksimoitaisiin viritetyn (värähtely-) piirin 50 - 51 impedanssi, lähetyskäämi 50 on kernaasti kierretty ferriittitangolle, mikä samanaikaisesti lisää lähetyskää-10 min synnyttämää vuota. Lähetystaajuudella tapahtuu viritetyssä piirissä 50 - 51 kulkevan virran resonanssikohoami-nen, mikä voimistaa sähkömagneettisia kenttälinjoja.

Kun värähtelypiiri 50 - 51 muodostaa suljetun silmukan virran kululle, mikä on oleellista sähkömagneettisen 15 vuon synnylle, impedanssi käämin 50 korkean jännitteen puolella on suuri, ollen Q kertaa silmukan eli käämin reaktanssi toimintataajuudella. Näin ollen käämin korkean jännitteen puolella esiintyy suuri jännite (noin tulevan tietosignaalin huipusta huippuun jännite). Niinpä tästä 20 syystä sähköstaattinen kenttäantenni 47 voidaan kiinnittää käämiin 50 tällä korkean jännitteen puolella tai vaihtoehtoisesti suoraan tiedon lähettävään lähtöliittimeen 45. Toisin sanoen, resonoivan lähtövärähtelypiirin 50 - 51 suuren impedanssin ansiosta vaadittava sähkökenttäkompo-25 nentti kytkeytyy erittäin tehokkaasti ulkomailmaan sähköstaattisen kenttäantennin 47 kautta.

Sähköstaattisesta antennista 47 ja sähkömagneettisesta antennista 50 tulevat signaalit poimitaan kiinteässä asennuksessa vastaavasti vastaanottavalla sähköstaattisel-30 la antennilla 52 ja vastaanottavalla sähkömagneettisella antennilla eli käämillä 53, jotka on kytketty tuloon yhteisessä esivahvistinpiirissä 55, jota käsitellään yksityiskohtaisesti jäljempänä. Esivahvistimesta 55 tulevat lähtösignaalit ilmaistaan vaiheilmaisimella 57 ja viedään 35 dekooderiin 59 tarkastusta varten, tavalla joka on alalla 98573 10 hyvin tunnettu. Olettaen että on ilmaistu oikea koodattu signaali, sitten Hipaistaan toimintalaite 61. Toiminta-laitteella 61 voi olla monia muotoja, kuten turvallisuuslaite turvatulle alueelle päästöä varten, laite, jolla 5 ilmaistaan tuntomerkkiä kantavan henkilön tai kohteen sijainti, ja vastaavia.

Tarkastellaan nyt kuviota 2, jossa on esitetty esillä olevan keksinnön mukaisen läheisyystunnistusjärjestelmän jatkototeutus, jossa, kuten seuraavissa kuvioissa, 10 samat elimet on varustettu samoilla viitenumeroilla kuin kuviossa 1. Kuvion 2 toteutus poikkeaa alunperin kuvion 1 toteutuksesta siinä, että taajuusmoduloitu oskillaattori 63 korvaa EXCLUSIVE-OR -veräjän tuntomerkissä 9 ja taa-juusdemodulaattori 65 korvaa kuvion 1 vaiheilmaisimen 57 15 kiinteässä asennuksessa 5. Kuvion 2 kokoonpanossa taajuusmoduloitu oskillaattori 63 tuottaa linjalla 45 signaalin, jonka taajuus on moduloitu linjalla 41 olevan, muistista 39 luetun datan mukaan. Kuten kuvion 1 toteutuksessa, os-killattori 63 tuottaa kantosignaalin, jonka taajuus on 20 oskillaattorin 11 tuottaman virityssignaalin murtotaajuus, kernaasti puolet. On kuitenkin huomattava, että mikäli halutaan, kuvion 1 vaihemodulointitekniikkaa ja itse asiassa mitä tahansa edellä mainitussa patentissa esitetyistä modulointitekniikoista voidaan käyttää esillä ole-25 van keksinnön mukaisessa järjestelmässä, vaikkakin vaihe-modulointia ja erityisesti kaksivaihemodulointia sekä taajuusmodulointia pidetään parampana.

Edellä mainittujen erojen lisäksi, kuvion 2 mukaan, jotta saataisiin aikaan koodatun tietosignaalin sähkö-30 magneettinen siirto tuntomerkistä 9 sähkömagneettiseen vastaanottavaan käämiin 53 kiinteässä asennuksessa, ylimääräistä lähettävää käämiä tai ylimääräistä lähettävää värähtelypiiriä ei tarvita eikä ole tuntomerkissä 9. Sitä vastoin, kuvio 2, lähtölinja 45 on kytketty sähköstaatti-35 seen antenniin 47 ja, pienen kapasitanssin 67 kautta, vas- 98573 11 taanottavan käämin 17 korkean jännitteen puolelle. Kondensaattorilla 67 on tyypillisesti arvo 20 pF 200 kHz:n lähetystaajuudelle. Tämän kokoinen kondensaattori on verrait-tain pieni ja se voidaan helposti yhdistää tuntomerkissä 5 9 olemaan integroituun piiriin eli lastuun. Kuvion 2 ko koonpanossa sähkömagneettinen vastaanottava käämi 17 samanaikaisesti toimii sähkömagneettisena lähettävänä kää-miantennina koodatun tiedon lähettämiseksi vastaanottavaan käämiin 53, värähtelypiirin 17 - 19 toimiessa oleellisesti 10 samalla tavoin kuin edellä kuvatiin kuvion 1 värähtelypiirille 50 - 51.

Kuten edellä mainittiin kuvion 2 yhteydessä, annetuilla toimintataajuuksilla kondensaattori 67 on riittävän pieni, jotta se voidaan helposti yhdistää tuntomerkissä 9 15 olevaan lastuun. Kuitenkin tietyissä sovelluksissa on välttämätöntä käyttää matalampia toimintataajuuksia, mikä edellyttää suurempia kondensaattoreita 67, jotka niiden luonteen vuoksi tulevat vaikeammin toteutettaviksi integroidussa piirissä. Näin ollen, toimintataajuuksista riip-20 puen, saattaa olla välttämätöntä käyttää ulkoisesti kytkettyä kondensaattoria 67 piirin kunnollisen toiminnan varmistamiseksi. Tälläinen ulkoinen kondensaattori ei selvästikään ole toivottava, sillä on mitä vaikeinta yhdistää tälläinen kannettavaan yksikköön tai laitteeseen 9, joka 25 on muodoltaan kortti tai tuntomerkki. Näin ollen, kuvio 3, kuvion 2 piiriä voidaan muuttaa siten, että sähköstaattisen antennin 47 ja käämin 17 korkean jännitteen puolen kapasitiivinen kytkentä saadaan aikaan MOS -kenttävaiku-tustransistorilla 69, esimerkiksi N-kanava avausmuototran-30 sistorilla, jonka veräjä 70 on kytketty sähköstaattiseen antenniin 47, nielu 71 kytketty käämin 17 korkean jänni-teen puolelle ja lähde kytketty maahan, jolloin transistorin nielu-lähde virtatie on kytketty rinnan käämin 17 kanssa. Tällä kokoonpanolla kuviossa 3 esitetty järjestel- 98573 12 mä toimii oleellisesti samalla tavoin kuin kuviossa 2 esitetty järjestelmä.

Kuvio 4 esittää jatkomuunnelman, jossa lähtötieto-linjan 45 ja siihen kytketyn sähköstaattisen antennin 47 5 kytkentään käämin 17 korkean jännitteen puolelle käytetään kondensaattorin 67 (kuvio 2) tai MOSFETin 69 (kuvio 3) sijasta vastuksen 47 ja diodin 76 sarjakytkentää. Vaikka voidaankin käyttää vastusta 74 yksinään, t.s. diodi 76 poistetaan, menetetään tällä jonkin verran lähetetyn 10 signaalin kantamaa, koska kellotus pääsee molemmista suunnista sähkömagneettiseen antennikäämiin 17 käyttäen enemmän tehoa. Vastuksen 74 ja kernaasti myös diodin 76 käytöllä kytkentäverkkona on se etu, että tämä kytkentäverkko on vielä helpompi yhdistää kokonaisuuteen kuin kuvion 3 15 MOSFET 69.

Tarkastellaan nyt kuviota 5, jossa on esitety yhteisen esivahvistinpiirin 55 ensisijainen toteutus, jonka tulopiiri vastaanottaa efektiivisesti sekä magneettisen että sähköisen vuon, jotka sähkömagneettinen vastaanottava 20 antenni 53 ja sähkökenttäantenni 52 ovat ilmaisseet. Kuten kuviossa 5 esitetty, sähkömagneettisen antennin eli käämin 53 korkean jännitteen puoli on kytketty sarjaan säädettävän induktanssin eli käämin 73 ja kondensaattorin 75 kanssa operaatiovahvistimen 78 invertoivaan tuloon 77, jonka 25 ei-invertoiva tulo 79 on kytketty maahan. Vastaanottava käämi eli silmukka 53 voi olla tai ei voi olla käämitty ferriittitangolle antennisilmukan tehokkaan pinta-alan ja/tai induktanssin lisäämiseksi ja sen sovittamiseksi kunnolla tuloelektroniikkaan. Virityskäämi 73 säädetään 30 siten, että käämin eli silmukan 53 ja virityskäämin 73 muodostama kokonaisinduktanssi sekä kondensaattorin 75 kapasitanssi muodostavat resonanssipiirin taajuudella, joka vastaa vastaanotetun tiedon keskustaajuutta, t.s.

200 kHz esitetyssä esimerkissä. Tyypillisiä arvoja tälle 35 tulopiirille tällä taajuudella ovat esimerkiksi 150 μΗ 98573 13 antennikäämille 53, 130 μΗ (nimellinen) virityskäämille 73 ja 1 800 pF kondensaattorille 75. Tämä viritetty piiri näyttää virran kulun kannalta matalaimpedanssiselta tieltä tietovirran taajuudella, ja suurimpedanssiselta tieltä 5 eritaajuisille, häiriötyyppisille signaaleille, esimerkiksi 400 kHz viritystaajuus, koska tämä piiri ei resonoi tällaisilla taajuuksilla.

Viritetyn resonanssipiirin kaistanleveys asetetaan pienimpään sopivan kaistanleveyden antavaan arvoon ohitus-10 vastuksen 81 avulla, joka on kytketty virityskäämin 73 ja kondensaattorin 75 sekä maan yhteiseen liitokseen, mikä muös asettaa viritetyn piirin Q:n. Tyypillinen arvo tälle ohitusvastukselle mainituilla muilla arvoilla on 18 kfi.

Kuten kuviossa 5 esitetty, sähkö- eli elektrostaat-15 tinen kenttäantenni 52 on suoraan kytketty sähkömagneettiseen antennikäämiin 53. On kuitenkin huomattava, että sähköstaattinen kenttäantenni 52 voitaisiin kytkeä, jos halutaan, antennikäämiin 53 virityskäämin 73 kautta, t.s. antennin 52 voitaisiin kytkeä virityskäämin 73 ja konden-20 saattorin 75 yhteiseen liitoskohtaan. Itse asiassa tämä jälkimmäinen kytkentäkohta voi olla toivottava, mikäli se on piirissä käytettävissä, koska se muodostaa resonoivan tulopiirin suurimman impedanssin pisteen. Kuitenkin esitetty kiinnityskohta on myös verrattain suuren impedanssin 25 piste vaikka sen impedanssia on laskettu virityskäämin 73 induktanssin suhteella käämien 53 ja 73 kokonaisimpedans-siin. Joka tapauksessa, koska impedanssi on suuri sähkö-kenttäantennin 52 kiinnityskohdassa, riittävän suuri jännite kehittyy kiinnityspisteessä antennin 52 vastaanot-30 taessa signaalin, tämän virran aiheuttessa kiertävän vä-rähtelyvirran, joka virtaa virtuaaliseen maahan vastuksen 78 tulossa, sen jälkeen kun sitä on kerrottu värähtelypiirin Q:lla.

Kuten kuviossa 5 lisäksi esitetty, vahvistimessa 78 35 on toteutettu negatiivinen takaisinkytkentä vastuksen 83 98573 14 avulla, joka on kytketty vahvistimen 78 lähdön ja sen invertoivan tulon 77 väliin, transimpedanssivahvistimen muodostamiseksi, transimpedanssin ollessa yhtäsuuri kuin vastuksen 83 arvo. Tyypillinen arvo vastukselle 83 tässä esi-5 merkissä on 5,1 kn. Tällä kokoonpanolla vahvistin 78 on efektiivisesti suuren vahvistuksen vahvistin, joka kertoo tulossaan olevan virran takaisinkytkentävastuksen 83 arvolla antaakseen lähtöjännitesignaalin Vout.

Jotta suojeltaisiin tulopiiriä suurelta viritysken-10 tältä, joka voi esiintyä antennituloissa, ja jotta erityisesti estettäisiin aktiivisen operaatiovahvistimen 78 ylikuormittuminen, edelleen kuvio 5, keraaminen resonaattori 85, joka toimii kaistanestosuodattimena viritystaajuudelle, t.s. 400 kHz, on kytketty antennin korkean jännitteen 15 puolen ja maan väliin. On huomattava, että vaikka kaistan-estosuodatin onkin esitetty keraamisena resonaattorina 85, kaistanestosuodatin voidaan toteuttaa LC-sarjaresonanssi-piirillä tai kiteellä, tärkeänä kriteeriona ollessa, että se muodostaa viritystaajuudella erittäin matalaimpedanssi-20 sen tien maahan ja että sillä on merkityksetön vaikutus piiritoimintaan kytkentäkohdassaan.

Yhteenvetona, keksinnön mukainen yhteinen esivah-vistinpiiri, jonka tulo on kytketty sekä sähkömagneettiseen antenniin moduloidun tiedon vastaanottamiseksi 25 magneettisen kentän muodossa että sähkökenttäantenniin moduloidun tiedon vastaanottamiseksi sähkökentän muodossa, sisältää suodattimen ja impedanssin muuntoverkon sekä sähköstaattiselle että sähkömagneettiselle kenttäantenneille, tämän verkon hylkiessä häiriökaistoja ja sovittaessa an-30 tennit vahvistimen 78 tuloon. Tämän lisäksi esivahvistin-piiri on kernaasti varustettu kaistanestosuodattimena 85 virityskentän torjumiseksi ja viritetyn tulopiirin kaistanleveys asetetaan kernaasti tarpeeksi leveäksi moduloidun tietovirran päästämiseksi vaimentumattomana mutta 35 riittävän kapeaksi häiriökaistojen torjumiseksi.

98573 15

Kuten edellä viitattiin, lukuisia erilaisia menetelmiä on kuvattu ja käytetty poistamaan tuntomerkin 9 virityskentän ja tuntomerkistä 9 lähetetyn tietokentän välinen interferenssi eli vuorovaikutus. Toisin sanoen, 5 aluksikin tiedonsiirtoon käytetty taajuus, esim. 200 kHz, on viritystaajuuden, esim. 400 kHz, aliharmoninen taajuus, joka saadaan kahdella jakamalla tuntomerkin 9 piiristössä, joten ideaalisesti virityskentällä on nolla energia lähetystaajuudella. Tämän lisäksi tiedonsiirron lähetys- ja 10 vastaanottokäämit eli -antennit on kumpikin viritetty nimelliselle toimintataajuudelle, joka minimoi interferenssin virityskentän lähetys- ja vastaanottokäämeistä. Tämän lisäksi tietovastaanottimen tulopiiri, ja erityisesti kuvion 5 esivahvistinpiiri, on varustettu kaistanestosuodat-15 timella suurtaajuisen virityskentän torjumiseksi. Näiden kenttäeristysmenetelmien lisäksi vielä yksi kertaluokka eristystä matalamman taajuisen tiedonsiirtokentän ja korkeamman taajuisen virityskentän välillä voidaan saada suuntaamalla antennisilmukat eli käämit tiedonsiirtotiellä 20 ortogonaalisesti viritystaajuuden lähettävän ja vastaanottavan antennien kanssa siten, että, ensimmäisessä aproksi-maatiossa, viritysantennin tuottamasta vuosta ei kytkeydy mitään tiedonsiirron sähkömagneettisiin antenneihin. Eri antennien suuntaus kuvioitten 1 ja 2 toteutuksissa on vas-25 taavasti kaavamaisesti esitetty kuvioissa 6 ja 7.

Kuten kuviosta 6 helposti nähdään, viritystaajuuden antennikäämit 13 ja 17 ovat rinnakkain toisiinsa nähden ja ortogonaalisesti tiedonsiirtotaaj uuden antennikäämeihin 50 ja 53 nähden, jotka samoin ovat rinnakkain toisiinsa näh-30 den. Tämän lisäksi, kuten nähdään, kaksi sähköstaattista antennia 47 ja 52 ovat samoin rinnakkain toisiinsa nähden kytkennän maksimoimiseksi. Kuitenkin, kuten nähdään kuviosta 7, jossa tuntomerkin 9 antennikäämiä 17 käytetään sekä vastaanotto- eli poimintakääminä 400 kHz viritysken-35 tälle ja lähetyskääminä 200 kHz tietokentälle, vastaanot- 98573 16 tava antenni 53 200 kHz:n kentälle sijaitsee samassa tasossa kuin viritysantenni 13 400 kHz:n virityskentälle, jotta maksimoitaisiin eri käämien välille toivottu kytkentä. Molemmilla esitetyillä kokoonpanoilla on lukuisia etu-5 ja ja haittoja riippuen nimenomaisista sovelluksista.

Kuviossa 7 esitetyn kokoonpanon etuna on, että tuntomerkissä 9 ei tarvita erillistä lähettävää antennia tietoa varten, jolloin se on kustannuksiltaan edullisempi ja helpommin yhdistettävissä pieneen tuntomerkkiin tai kort-10 tiin. Tämän kokoonpanon haittana on kuitenkin, että eri taajuuskomponenttien välillä ei saada ylimääräistä eristystä, joka tulee vastaavien antennien ortogonaalisesta sijoittelusta. Toisaalta, jos tuntomerkin 9 koolla ja kustannuksilla ei ole väliä, näyttäisi olevan parempi käyttää 15 tuntomerkissä 9 kahta erillistä sähkömagneettista käämiä eli antennia, kuviot 1 ja 6. Tällä jälkimmäisellä kokoonpanolla on pitempi lukukantama parantuneen eristyksen ansiosta, hyvänä esimerkkinä tämän kokoonpanon sovelluksesta ollessa ajoneuvon tunnistus, missä tuntomerkkiin 9 ei lii-20 ty reaalisia kokorajoituksia.

Keksintö on nyt täysin kuvattu ja alaa tavanomaisesti tuntevalle on ilmeistä, että muutoksia ja muunnelmia voidaan tehdä poikkeamatta tässä esitetystä keksinnön hengestä ja suoja-alueesta.

Claims (21)

1. Kaukotehoinen, paristoton kannettava laite (9), jossa on piiristö koodatun informaation tallettamiseksi ja lähettämiseksi tunnettu siitä, että laite (9) si- 5 sältää: muistin (39), johon koodattu informaatio talletetaan; sähkömagneettiset kytkentävälineet (17) sähkömagneettisen säteilyn vastaanottamiseksi ensimmäisellä ennalta määrätyllä taajuudella; 10 tehovälineet (21, 23) kytkettyinä sähkömagneettisiin kytkentävälineisiin (13, 17) tehon saamiseksi vas taanotetusta signaalista kannettavan laitteen (9) piiris-tön käyttöön; piirivälineet (31), jotka on kytketty sähkömagneet-15 tisiin kytkentävälineisiin (13, 17) ja jotka toimivat ensimmäisellä ennalta määrätyllä taajuudella vastaanotetun signaalin mukaan, koodatun informaation lukemiseksi muistista (39); välineet (31) kantosignaalin synnyttämiseksi toi- 20 sella ennalta määrätyllä taajuudella; moduloivat välineet (43, 63) kantosignaalin modu-loimiseksi muistista (39) luetulla koodatulla informaatiolla; sähköstaattiset kytkentävälineet (47) kytkettyinä 25 moduloivien välineiden (43, 63) lähtöön moduloidun kantosignaalin lähettämiseksi sähkökentän välityksellä; ja lisävälineet (50, 67, 69, 74, 76), jotka on kytketty modulointivälineiden (43, 63) lähtöön ja jotka samanaikaisesti saavat aikaan moduloidun kantosignaalin sähkömag-30 neettisen lähettämisen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kannettava laite, tunnettu siitä, että lisävälineet (50, 67, 69, 74, 76. sisältävät sähkömagneettiset lisäkytkentävälineet (50). 35 98573 18

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kannettava laite, tunnettu siitä, että sähkömagneettiset kytkentävä-lineet (17) muodostuvat resonanssipiiristä (17, 19), mukaan lukien käämi (17), joka toimii antennina, joka on 5 viritetty toiselle ennalta määrätylle taajuudelle; ja säh kömagneettiset lisäkytkentävälineet (50) sisältävät lisä-resonanssipiirin (50, 51), mukaan lukien lisäkäämi (50), joka toimii antennina, joka on viritetty toiselle ennalta määrätylle taajuudelle; ja sähköstaattiset kytkentäväli-10 neet (47) käsittävät lisäkäämin (50) korkean jännitteen puolelle kytketyn sähkökenttäantennin.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kannettava laite, tunnettu siitä, että käämi (17) ja lisäkäämi (50) on sijoitettu ortogonaalisesti toisiinsa nähden.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kannettava laite, tunnettu siitä, että lisävälineet (50, 67, 69, 74, 76. sisältävät piirivälineet moduloivien välineiden (43, 63. lähdön kytkemiseksi sähkömagneettisiin kytkentäväli-neisiin (17) näiden sähkömagneettisten kytkentävälineiden 20 (17) saattamiseksi lähettämään moduloitu kantoaalto sähkö- magneetti sesti.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen kannettava laite, tunnettu siitä, että sähkömagneettiset kytkentävä-lineet (17) on resonanssipiiri (17, 19), joka käsittää 25 käämin (17), joka toimii antennina, ja joka piiri on viri tetty ensimmäiselle taajuudelle; sähköstaattiset kytkentä-välineet (47) on sähkökenttäantenni; ja lisävälineet (50, 67, 69, 74, 76) on kondensaattori (67), joka on kytketty moduloivien välineiden (43, 63) lähdön ja käämin korkean 30 jännitteen puolen väliin, MOS-transistori (69), jonka ve räjä (70) on kytketty moduloivien välineiden (43, 63) lähtöön ja jonka lähde-nielu virtatie (71, 72) on kytketty rinnan käämin (17) kanssa, tai vastus (74), joka on kytketty moduloivien välineiden (43, 63) lähdön ja käämin 35 (17) korkean jännitteen puolen väliin. 98573 19

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kannettava laite, tunnettu siitä, että lisävälineet (50, 67, 69, 74, 76. sisältävät lisäksi diodin (76), joka on kytketty sarjaan vastuksen (74) kanssa.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kannettava laite, tunnettu siitä, että kantosignaalin synnyttävät välineet (31) synnyttävät kantosignaalin, jonka taajuus on ensimmäisen ennaltamäärätyn taajuuden murtotaajuus.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kannettava laite, 10 tunnettu siitä, että moduloivat välineet (43, 63) muodostuvat vaihemodulaattorista (43), joka käsittää EXCLUSIVE-OR -veräjän (43).

10. Järjestelmä, jolla viritetään ja vastaanotetaan patenttivaatimuksen 1 mukaisen kannettavan laitteen (9) 15 lähettämää säteilyä, sisältää: välineet (13) sähkömagneet tisen säteilyn lähettämiseksi ensimmäisellä taajuudella, ja vastaanotinvälineet (52, 53) kannettavan laitteen (9) lähettämän moduloidun sähkömagneettisen ja sähköstaattisen säteilyn ilmaisemiseksi ja demoduloimiseksi; tunnet-20 t u siitä, että vastaanotinvälineet (52, 53) sisältää sähkömagneettista säteilyä vastaanottavan antennin (53), sähkökentän vastaanottavan antennin (52) ja yhteiset esi-vahvistinpiirivälineet (55, 57), jolla ilmaistaan sähkömagneettista säteilyä ja sähkökentän vastaanottavien an-25 tennien (52, 53) vastaanottama säteily.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että sähkömagneettista säteilyä vastaanottava antenni ( 53) muodostuu antennikäämistä ( 53), jonka yksi pää on kytketty maahan, tunnettu sii- 30 tä, että sähkökentän vastaanottava antenni (52) muodostuu johdonpätkästä, joka on kytketty antennikäämin (53) toiseen päähän; ja esivahvistinpiirivälineet (55, 57) sisältävät: operaatiovahvistimen (78), jonka lähtö on kytketty sen invertoivaan (77) tuloon takaisinkytkentävastuksen 35 (83) kautta ja ei-invertoiva tulo (79) on kytketty maahan transimpedanssivahvistimen muodostamiseksi; ja virityskää- 98573 20 min (73) ja kondensaattorin (75), joka on kytketty antennikäämin toisen pään ja operaatiovahvistimen (78) invertoivan tulon (77) väliin, sarjakytkennän, virityskäämin (73) ja kondensaattorin (75) sarjakytkennän muodostaessa 5 antennikäämin (53) kanssa sarjaresonanssipiirin toisella taajuudella ja sovittaessa antennien (52, 53) impedanssin operaatiovahvistimen (78) tuloimpedanssiin.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että sähkökenttäantenni (52) on 10 kytketty antennikäämin (53) toiseen päähän virityskäämin (73) kautta.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmä sisältää lisäksi antennikäämin (53) toiseen päähän kytketyt suodatinväli- 15 neet (85), joilla suodatetaan pois ensimmäisen taajuuden signaalit, jotka sähkökenttäantenni (52) ja sähkömagneettisen säteilyn kenttäantenni (13, 53) ovat vastaanotta neet.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, 20 tunnettu siitä, että suodatinvälineet (85) muodos tuvat välineistä, jotka on kytketty rinnan antennikäämin (53) ja virityskäämin (73) sarjakytkennän kanssa, jotta muodostettaisiin matalaimpedanssinen tie maahan ensimmäiselle taajuudelle.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että suodatinvälineet (85) on keraaminen resonaattori (85).

16. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että toinen taajuus on ensimmäisen 30 taajuuden aliharmoninen taajuus.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että suodatinvälineet (85) on keraaminen resonaattori (85).

17 98573

18. Patenttivaatimuksen 15 mukainen järjestelmä, 35 tunnettu siitä, että toinen taajuus on ensimmäisen taajuuden aliharmoninen taajuus. 98573 21

19. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kannettava laite, tunnettu siitä, että sähkömagneettiset kytken-tävälineet (17) ovat magneettikenttään reagoivia kytkentä-välineitä magneettisen säteilyn induktiiviseksi vastaan-5 ottamiseksi ensimmäisellä ennalta määrätyllä taajuudella, ja että mainittu toinen ennalta määrätty taajuus on matala taajuus, ja että mainitut lisävälineet (50, 67, 69, 74, 76. aikaansaavat moduloidun kantosignaalin lähettämisen magneettikentän välityksellä.

20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen kannettava lai te, tunnettu siitä, että lisävälineet (50, 67, 69, 74, 76) käsittävät magneettikenttään reagoivat lisäkytken-tävälineet (50).

21. Patenttivaatimuksen 19 mukainen laite, t u n-15 n e t t u siitä, että mainitut lisävälineet (50, 67, 69, 74, 76) käsittävät piirivälineet, joilla kytketään modu-lointivälineiden (43, 63) ulostulo magneettikenttään reagoiviin kytkentävälineisiin (17), jotka saavat magneettikenttään reagoivat kytkentävälineet magneettisesti lähet-20 tämään moduloidun kantoaallon. 98573 22