DE69303204T2

DE69303204T2 - Tragbarer, batterieloser Frequenzteiler mit magnetischer und elektrischer Kupplung

Info

Publication number: DE69303204T2
Application number: DE69303204T
Authority: DE
Inventors: Fred Wade Herman; Ming Ren Lian
Original assignee: Security Tag Systems Inc
Current assignee: Sensormatic Electronics Corp
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: AU671932B2; JPH0643256A; JP3293936B2; AU7881794A; CA2091728A1; EP0561559A1; EP0561559B1; US5241298A; NO930935D0; AU656259B2; NO930935L; ATE139638T1; DE69303204D1; CA2091728C; AU3521893A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Frequenzteiler und ist insbesondere auf tragbare, batterielose Frequenzteiler einer Art gerichtet, die in Anhängern enthalten sind, die bei Anwesenheitserfassungssystemen verwandt werden.
Tragbare, batterielose Frequenzteiler sind im US-Patent Nr. 4 481 428 für Lincoln H. Charlot, jun., im US-Patent Nr. 4 670 740 für Fred Wade Herman und Lincoln H. Charlot, jun., im US- Patent Nr. 5 065 137 für Fred Wade Herman und im US-Patent Nr. 5 065 138 für Ming Lian und Fred Wade Herman beschrieben.
Der Frequenzteiler, der im Patent '428 beschrieben ist, enthält einen ersten Schwingkreis, der auf einer erste Frequenz schwingt, um elektromagnetische Strahlung auf der ersten Frequenz zu empfangen, und einen zweiten Schwingkreis, der auf einer zweiten Frequenz schwingt, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz ist, um elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz auszusenden, wobei die beiden Schwingkreise elektrisch über eine Halbleiterschalteinrichtung mit verstärkung verbunden sind, die den ersten und den zweiten Schwingkreis so koppelt, daß der zweite Schwingkreis elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz nur auf nicht gleichgerichtete Energie auf der ersten Frequenz ansprechend aussendet, die im ersten Schwingkreis auf den Empfang elektromagnetischer Strahlung auf der ersten Frequenz zur Verfügung gestellt wird. Jeder Schwingkreis enthält eine feste Kapazität, die parallel zu einer Induktionsspule geschaltet ist. Um die Einflüsse infolge der magnetischen Kopplung zwischen den Spulen so gering wie möglich zu halten, wenn die Schwingkreise auf ihre jeweiligen Resonanzfrequenzen abgestimmt werden, sind die Spulen relativ zueinander so angeordnet, daß eine derartige Kopplung vermieden wird. Die gegenseitige Kopplung ist im Patent '428 als eine Kopplung in einem Maß definiert, das die Leistungsfähigkeit des Frequenzteiler beeinträchtigt. Vorzugsweise sind die Spulen senkrecht zueinander angeordnet, so daß die Magnetfelder der beiden Spulen zueinander orthogonal sind.
Der Frequenzteiler, der im Patent '740 beschrieben ist, besteht aus einem einzigen Schwingkreis, der aus einer Induktivität und einer Diode mit variabler Kapazität (Varactor) besteht, die parallel zueinander geschaltet sind, so daß ein Schwingkreis gebildet ist, der elektromagnetische Strahlung auf einer ersten bestimmten Frequenz erfaßt und auf diese Erfassung dadurch anspricht, daß er elektromagnetische Strahlung auf einer zweiten Frequenz aussendet, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz ist, wobei der Schwingkreis auf der zweiten Frequenz schwingt, wenn die Spannung über der Diode gleich null ist.
Der Frequenzteiler, der in den Patenten '137 und '138 beschrieben ist, enthält einen ersten Schwingkreis, der auf einer ersten Frequenz schwingt, um elektromagnetische Strahlung auf der ersten Frequenz zu empfangen, und einen zweiten Schwingkreis, der auf einer zweiten Frequenz schwingt, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz ist, um elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz auszusenden, wobei der erste Schwingkreis nur magnetisch mit dem zweiten Schwingkreis gekoppelt ist, um Energie auf der ersten Frequenz auf den zweiten Schwingkreis auf den Empfang elektromagnetischer Strahlung auf der ersten Frequenz durch den ersten Schwingkreis ansprechend zu übertragen und wobei der erste Schwingkreis und/oder der zweite Schwingkreis ein Element mit variabler Reaktanz enthält, dessen Reaktanz sich mit Änderung in der vom ersten Schwingkreis empfangenen und/oder übertragenen Energie ändert, damit der zweite Schwingkreis elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend aussendet, die auf der ersten Frequenz vom ersten Schwingkreis übertragen wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung liefert einen Frequenzteiler, der sowohl eine elektrische als auch eine magnetische Kopplung zwischen zwei Schwingkreisen verwendet.
Ein batterieloser, tragbarer Frequenzteiler gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen ersten Schwingkreis, der auf einer ersten Frequenz schwingt, um elektromagnetische Strahlung auf der ersten Frequenz zu empfangen, und einen zweiten Schwingkreis, der auf einer zweiten Frequenz schwingt, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz ist, um elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz auszusenden, und Schaltungselementeinrichtungen, die den ersten Schwingkreis mit dem zweiten Schwingkreis elektrisch verbinden, wobei der erste Schwingkreis magnetisch mit dem zweiten Schwingkreis gekoppelt ist, um auf den Empfang elektromagnetischer Strahlung auf der ersten Frequenz durch den ersten Schwingkreis Energie auf der ersten Frequenz auf den zweiten Schwingkreis zu übertragen, und wobei wenigstens der erste Schwingkreis, der zweite Schwingkreis und/oder die Schaltungselementeinrichtungen Einrichtungen zum Veranlassen des zweiten Schwingkreises, elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz auf die vom ersten Schwingkreis übertragene Energie auf der ersten Frequenz ansprechend auszusenden, aufweist.
Die übertragung von Energie vom ersten Schwingkreis auf den zweiten Schwingkreis wird dadurch verstärkt, daß sowohl eine magnetische Kopplung als auch eine elektrische Kopplung zwischen dem ersten Schwingkreis und dem zweiten Schwingkreis verwandt wird, wodurch eine geringere Feldstärke der elektromagnetischen Strahlung auf der ersten Frequenz zur Ausführung der Frequenzteilung notwendig ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem batterielosen tragbaren Frequenzteiler, der einen ersten Schwingkreis, der auf einer ersten Frequenz schwingt, um elektromagnetische Strahlung auf der ersten Frequenz zu empfangen, und einen zweiten Schwingkreis, der auf einer zweiten Frequenz schwingt, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz ist, um elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz auszusenden, und passive Schaltungselementeinrichtungen enthält, die den ersten Schwingkreis elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis verbinden, um auf den Empfang von elektromagnetischer Strahlung auf der ersten Frequenz durch den ersten Schwingkreis Energie auf der ersten Frequenz auf den zweiten Schwingkreis zu übertragen, wobei der erste Schwingkreis magnetisch nicht mit dem zweiten Schwingkreis gekoppelt ist und wenigstens der erste Schwingkreis oder der zweite Schwingkreis ein Element mit variabler Reaktanz enthält, dessen Reaktanz mit Änderungen in der vom ersten Schwingkreis empfangenen Energie variiert, damit der zweite Schwingkreis auf die Energie ansprechend, die auf der ersten Frequenz vom ersten Schwingkreis übertragen wird, elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz aussendet.
Die vorliegende Erfindung liefert auch einen Anhänger, der einen Frequenzteiler gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, sowie ein Anwesenheitserfassungssystem, das einen derartigen Anhänger einschließt.
Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist ein Diagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1A ist das äquivalente Schaltbild des Frequenzteilers von Fig. 1.
Fig. 2 ist ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist ein Diagramm eines weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist ein Diagramm noch eines weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist ein Diagramm eines weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist ein Diagramm eines weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Frequenzteilers gemäß der vorliegende Erfindung.
Fig. 7 ist ein Diagramm noch eines weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 ist ein Diagramm noch eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 ist ein Diagramm eines weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 ist ein Diagramm noch eines weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 ist ein Diagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Frequenzteilers gemäß des genannten separaten Aspektes der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 ist ein Diagramm eines alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Frequenzteilers gemäß des genannten weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 ist ein Diagramm eines Anwesenheitserfassungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen Anhänger einschließt, der einen Frequenzteiler gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
Fig. 14 zeigt in einer graphischen Darstellung die variable Beziehung zwischen den Werten der Induktionsspulen und des gegenseitigen Kopplungskoeffizienten K für die äquivalente Schaltung von Fig. 1A bei verschiedenen beispielhaften Werten der Kopplungskapazität CC
Fig. 15 zeigt in einer graphischen Darstellung die variable Beziehung zwischen den Werten der Induktionsspulen und dem gegenseitigen Kopplungskoeffizienten K für die äquivalente Schaltung von Fig. 1A, wobei die Kopplung der Spule L1 gegenüber der dargestellten Polung umgekehrt ist, und zwar für verschiedene beispielhafte Werte der Kopplungskapazität CC.
Fig. 16 zeigt in einer graphischen Darstellung die variable Beziehung zwischen der Anschaltfeldintensität und dem gegenseitigen Kopplungskoeffizienten K für den Frequenzteiler von Fig. 1 bei verschiedenen beispielhaften Werten der Kopplungskapazität CC.
Fig. 17 zeigt in einer graphischen Darstellung die variable Beziehung zwischen der Stärke der elektromagnetischen Strahlung auf der zweiten Frequenz, die vom zweiten Schwingkreis des Frequenzteilers von Fig. 1 ausgesandt wird, und dem gegenseitigen Kopplungskoeffizienten K für verschiedene beispielhafte Werte der Kopplungskapazität CC.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Gemäß Fig. 1 enthält ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten Schwingkreis 10, der aus einem Kondensator C1 besteht, der parallel zu einer Induktionsspule L1 zwischen einen ersten Knotenpunkt 11 und einen zweiten Knotenpunkt 12 geschaltet ist, einen zweiten Schwingkreis 15, der aus einer Diode mit variabler Kapazität (Varaktor) D2 besteht, die parallel zu einer zweiten Induktionsspule L2 zwischen den zweiten Knotenpunkt 12 und einen dritten Knotenpunkt 16 geschaltet ist, und eine Kopplungskapazität CC, die zwischen den ersten Knotenpunkt 11 und den dritten Knotenpunkt 16 geschaltet ist, um den ersten Schwingkreis 10 elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis 15 zu verbinden. Der erste Schwingkreis 10 ist magnetisch mit dem zweiten Schwingkreis 15 dadurch gekoppelt, daß die erste Spule L1 in einer gegenseitigen induktiven Kopplungsbeziehung M zur zweiten Spule L2 angeordnet sind, wobei die beiden Spulen L1, L2 jeweils in einer geeigneten Richtung auf einen Ferritstab (nicht dargestellt) gewickelt sind, und die jeweiligen ersten Enden der beiden Spulen L1, L2 jeweils mit dem zweiten Knotenpunkt 12 und dem dritten Knotenpunkt 16 verbunden sind.
Der erste Schwingkreis 10 schwingt auf einer ersten Frequenz f&sub1;, um elektromagnetische Strahlung auf der ersten Frequenz f&sub1; zu empfangen, und der zweite Schwingkreis 15 schwingt auf einer zweiten Frequenz f&sub2;, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz f&sub1; ist, um elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden. Der erste Kreis 10 ist magnetisch mit dem zweiten Kreis 15 gekoppelt, wie es oben beschrieben wurde, um auf den Empfang elektromagnetischer Strahlung auf der ersten Frequenz f&sub1; durch den ersten Kreis 10 ansprechend Energie auf der ersten Frequenz f&sub1; auf den zweiten Kreis 15 zu übertragen. Der Varaktor D2 im zweiten Kreis 15 ist ein Element mit variabler Reaktanz, dessen Reaktanz sich mit Änderungen in der Energie ändert, die vom ersten Kreis 10 übertragen wird, um den zweiten Kreis 15 dazu zu bringen, auf die Energie ansprechend, die auf der ersten Frequenz f&sub1; vom ersten Kreis 10 übertragen wird, elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden.
Da die Werte der Induktivitäten L1, L2 in jedem Schwingkreis 10, 15 durch die jeweiligen Positionen der Spulen L1 und L2 auf dem Ferritstab zueinander und in Bezug auf die Enden des Stabes beeinflußt werden, werden die Schwingkreise 10, 15 auf ihre jeweiligen Resonanzfrequenzen f&sub1; und f&sub2; dadurch abgestimmt, daß die Positionen der Spulen L1 und L2 auf den Stab eingestellt werden.
Um die Spulen L1 und L2 nicht so stark miteinander zu koppeln, daß die Einstellung der Position einer Spule in einem Schwingkreis die Resonanzfrequenz des anderen Schwingkreises als Folge der interaktiven Kopplung zwischen den beiden Spulen zu stark beieinflußt, was die Abstimmung der beiden Schwingkreise schwierig machen würde, sind die Spulen L1, L2 mit einer Innenabmessung gewickelt, die etwas größer als die Abmessung des Querschnittes des Ferritstabes ist. Die Spulen L1, L2 sind auf ein nichtmagnetisches Abstandselement gewickelt, das einstellbar auf dem Ferritstab angebracht ist. Die Anordnung der Spulen L1, L2 auf dem Ferritstab wird mehr im einzelnen in dem genannten Patent '137 beschrieben.
Es ist festgestellt worden, daß zur Ausführung einer Frequenzteilung der gegenseitige Kopplungskoeffizient K zwischen der Induktionsspule L1 des ersten Schwingkreises 10 und der Induktionsspule L2 des zweiten Schwingkreises 15 in einem Bereich von Null bis annähernd 0,6 liegen sollte, und daß die Umwandlung der Energie der elektromagnetischen Strahlung auf der ersten Resonanzfrequenz f&sub1;, die vom ersten Schwingkreis 10 empfangen wird, in elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2;, die vom zweiten Schwingkreis 15 abgestrahlt wird, am leistungsfähigsten ist, wenn der Kopplungskoeffizient K bei etwa 0,3 liegt.
Ferromagnetische Materialien mit niedrigen magnetischen Verlusten können statt Ferrit in dem Stab verwandt werden, auf den die Spulen L1, L2 gewickelt sind.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) besteht die Magnetkreiseinrichtung, die dazu verwandt wird, die Spulen der verschiedenen Schwingkreise zu koppeln, lediglich aus Luft. Dieses Ausführungsbeispiel ist das am wenigsten komplizierte, wobei eine passende magnetische Kopplung erzielt werden kann, um einen Anwesenheitserfassungsanhänger zu liefern, der für einige Anwendungszwecke geeignet ist, indem große Spulen L1, L2 vorgesehen sind, die in einer engen überlappenden Nähe zueinander angeordnet sind. Dieses Ausführungsbeispiel kann jedoch schwieriger auf die jeweiligen Resonanzfrequenzen beim Fehlen eines Ferritkernes abzustimmen sein, der Feineinstellungen der Resonanzfrequenzen dadurch erlaubt, daß die Positionen der Spulen auf dem Kern eingestellt werden, wie es oben beschrieben wurde.
Gemäß Fig. 2 enthält ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten Schwingkreis 20, der aus einem Varaktor D1 besteht, der parallel zu einer Induktionsspule L1 zwischen einen ersten Knotenpunkt 21 und einen zweiten Knotenpunkt 22 geschaltet ist, einen zweiten Schwingkreis 25, der aus einem Varaktor D2 besteht, der parallel zu einer zweiten Induktionsspule L2 zwischen den zweiten Knotenpunkt 22 und einen dritten Knotenpunkt 26 geschaltet ist, und einen Kopplungsvaraktor DC, der zwischen den ersten Knotenpunkt 21 und den dritten Knotenpunkt 26 geschaltet ist, um den ersten Schwingkreis 20 elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis 25 zu verbinden. Der erste Schwingkreis 20 ist magnetisch dadurch mit dem zweiten Schwingkreis 25 gekoppelt, daß die erste Spule L1 in einer gegenseitigen induktiven Kopplungsbeziehung M zur zweiten Spule L2 angeordnet sind, wobei die beiden Spulen L1, L2 jeweils in einer geeigneten Richtung auf einen Ferritstab (nicht dargestellt) gewickelt sind, und die jeweiligen ersten Enden der beiden Spulen L1, L2 jeweils mit dem zweiten Knotenpunkt 22 und dem dritten Knotenpunkt 26 verbunden sind.
Der Varaktor D1 des ersten Kreises 20 ist ein Element mit variabler Reaktanz, dessen Reaktanz sich mit Änderungen in der vom ersten Kreis 20 empfangenen Energie ändert, um den zweiten Kreis 25 dazu zu bringen, sich in seiner Reaktanz infolge der gegenseitigen reaktiven Kopplung zu ändern, um weiterhin den zweiten Schwingkreis 25 dazu zu bringen, auf die vom ersten Kreis 20 übertragene Energie auf der ersten Frequenz f&sub1; elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden.
Der Kopplungsvaraktor DC, der den ersten Schwingkreis 20 mit dem zweiten Schwingkreis 25 verbindet, ist ein Element mit variabler Reaktanz, dessen Reaktanz sich mit Änderungen in der vom ersten Kreis empfangenen Energie ändert, um den zweiten Kreis 25 dazu zu bringen, auf die vom ersten Kreis 20 übertragene Energie auf der ersten Frequenz f&sub1; ansprechend elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden.
In anderer Hinsicht hat der Frequenzteiler von Fig. 2 den ähnlichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie der Frequenzteiler von Fig. 1.
Gemäß Fig. 3 enthält ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten Schwingkreis 30, der aus einem Kondensator C1 besteht, der parallel zu einer Induktionsspule L1 zwischen einen ersten Knotenpunkt 31 und einen zweiten Knotenpunkt 32 geschaltet ist, einen zweiten Schwingkreis 35, der aus einem Kondensator C2 besteht, der parallel zu einer zweiten Induktionsspule L2 zwischen den zweiten Knotenpunkt 32 und einen dritten Knotenpunkt 36 geschaltet ist, und einen NPN-Kopplungstransistor QC, dessen Emitter mit dem ersten Knotenpunkt 31 verbunden ist, dessen Kollektor am zweiten Knotenpunkt 32 liegt, und dessen Basis mit dem dritten Knotenpunkt 36 verbunden ist, um den ersten Schwingkreis 30 elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis 35 zu verbinden. Der erste Schwingkreis 30 ist mit dem zweiten Schwingkreis 35 magnetisch dadurch gekoppelt, daß die erste Spule L1 in einer gegenseitigen induktiven Kopplungsbeziehung M zur zweiten Spule L2 angeordnet ist, wobei die beiden Spulen L1, L2 jeweils in einer geeigneten Richtung auf einen Ferritstab (nicht dargestellt) gewickelt sind, und die jeweiligen ersten Enden der beiden Spulen L1, L2 jeweils mit dem ersten Knotenpunkt 31 und dem dritten Knotenpunkt 36 verbunden sind.
Der erste Schwingkreis 30 schwingt auf einer ersten Frequenz f&sub1;, um elektromagnetische Strahlung auf der ersten Frequenz f&sub1; zu empfangen&sub1; und der zweite Schwingkreis 35 schwingt auf einer zweiten Frequenz f&sub2;, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz f&sub1; ist, um elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden. Der erste Kreis 30 ist magnetisch mit dem zweiten Kreis 35 gekoppelt, wie es oben beschrieben wurde, um auf den Empfang von elektromagnetischer Strahlung auf der ersten Frequenz f&sub1; durch den ersten Kreis 30 Energie auf der ersten Frequenz f&sub1; auf den zweiten Kreis 35 zu übertragen. Der Kopplungstransistor QC ist eine Halbleiterschalteinrichtung mit Verstärkung, um den zweiten Schwingkreis 35 dazu zu bringen, auf die Energie, die auf der ersten Frequenz f&sub1; vom ersten Schwingkreis 30 übertragen wird, elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden.
In anderer Hinsicht hat der Frequenzteiler von Fig. 3 den gleichen Aufbau und dieselbe Arbeitsweise wie der Frequenzteiler von Fig. 1.
Gemäß Fig. 4 enthält ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten Schwingkreis 40, der aus einem Kondensator C1 besteht, der parallel zu einer Induktionsspule L1 zwischen einen ersten Knotenpunkt 41 und einen zweiten Knotenpunkt 42 geschaltet ist, einen zweiten Schwingkreis 45, der aus einem Varaktor D2 besteht, der parallel zu einer zweiten Induktionsspule L2 zwischen den zweiten Knotenpunkt 42 und einen dritten Knotenpunkt 46 geschaltet ist, und einen NPN-Kopplungstransistor QC, dessen Emitter mit dem ersten Knotenpunkt 41 verbunden ist, dessen Kollektor am zweiten Knotenpunkt 42 liegt, und dessen Basis mit dem dritten Knotenpunkt 46 verbunden ist, um den ersten Schwingkreis 40 elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis 45 zu verbinden. Der erste Schwingkreis 40 ist magnetisch mit dem zweiten Schwingkreis 45 dadurch gekoppelt, daß die erste Spule L1 in einer gegenseitigen induktiven Kopplungsbeziehung M mit der zweiten Spule L2 angeordnet ist, wobei die beiden Spulen L1, L2 in einer geeigneten Richtung jeweils auf einen Ferritstab (nicht dargestellt) gewickelt sind, und die entsprechenden ersten Enden der beiden Spulen L1, L2 jeweils mit dem ersten Knotenpunkt 41 und dem dritten Knotenpunkt 46 verbunden sind.
Der Varaktor D2 im zweiten Kreis 45 ist ein Element mit variabler Reaktanz, dessen Reaktanz sich mit Änderungen in der vom ersten Kreis 40 übertragenen Energie ändert, um weiterhin den zweiten Kreis 45 dazu zu bringen, auf die vom ersten Kreis 40 übertragene Energie auf der ersten Frequenz f&sub1; elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden.
Im übrigen hat der Frequenzteiler von Fig. 4 einen ähnlichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie der Frequenzteiler von Fig. 3.
Gemäß Fig. 5 enthält ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten Schwingkreis 50, der aus einem Varaktor D1 besteht, der parallel zu einer Induktionsspule L1 zwischen einen ersten Knotenpunkt 51 und einen zweiten Knotenpunkt 52 geschaltet ist, einen zweiten Schwingkreis 55, der aus einem Varaktor D2 besteht, der parallel zu einer zweiten Induktionsspule L2 zwischen den zweiten Knotenpunkt 52 und einen dritten Knotenpunkt 56 geschaltet ist, und einen NPN-Kopplungstransistor QC, dessen Emitter mit dem ersten Knotenpunkt 51 verbunden ist, dessen Kollektor am zweiten Knotenpunkt 52 liegt und dessen Basis mit dem dritten Knotenpunkt 56 verbunden ist, um den ersten Schwingkreis 50 elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis 55 zu verbinden. Der erste Schwingkreis so ist magnetisch mit dem zweiten Schwingkreis 55 dadurch gekoppelt, daß die erste Spule L1 in einer gegenseitigen induktiven Kopplungsbeziehung M zur zweiten Spule L2 angeordnet ist, wobei die beiden Spulen L1, L2 jeweils in einer geeigneten Richtung auf einen Ferritstab (nicht dargestellt) gewickelt sind, und die entsprechenden ersten Enden der beiden Spule L1, L2 jeweils mit dem ersten Knotenpunkt 51 und dem dritten Knotenpunkt 56 verbunden sind.
Der Varaktor D1 im ersten Kreis so ist ein Element mit variabler Reaktanz, dessen Reaktanz sich mit Änderungen in der vom ersten Kreis 50 empfangenen Energie ändert, um den zweiten Kreis 55 dazu zu bringen, seine Reaktanz infolge der gegenseitigen reaktiven Kopplung zu ändern, um den zweiten Schwingkreis 55 weiterhin dazu zu bringen, auf die vom ersten Kreis 50 übertragene Energie auf der ersten Frequenz f&sub1; elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden.
In übriger Hinsicht hat der Frequenzteiler von Fig. 5 einen ähnlichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie der Frequenzteiler von Fig. 4.
Gemäß Fig. 6 enthält ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten Schwingkreis 60, der aus einem Kondensator C1 besteht, der parallel zu einer Induktionsspule L1 zwischen einen ersten Knotenpunkt 61 und einen zweiten Knotenpunkt 62 geschaltet ist, einen zweiten Schwingkreis 65, der aus einem Kondensator C2 besteht, der parallel zu einer zweiten Induktionsspule L2 zwischen den zweiten Knotenpunkt 62 und einen dritten Knotenpunkt 66 geschaltet ist, und einen NPN-Kopplungstransistor QC, dessen Emitter mit dem ersten Knotenpunkt 61 verbunden ist, dessen Basis am zweiten Knotenpunkt 62 liegt und dessen Kollektor mit dem dritten Knotenpunkt 66 verbunden ist, um den ersten Schwingkreis 60 elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis 65 zu verbinden. Der erste Schwingkreis 60 ist magnetisch mit dem zweiten Schwingkreis 65 dadurch gekoppelt, daß die erste Spule L1 in einer gegenseitigen induktiven Kopplungsbeziehung M zur zweiten Spule L2 angeordnet ist, wobei die beiden Spulen L1, L2 jeweils in einer geeigneten Richtung auf einen Ferritstab (nicht dargestellt) gewickelt sind, und die entsprechenden ersten Enden der beiden Spulen L1, L2 jeweils mit dem ersten Knotenpunkt 61 und dem dritten Knotenpunkt 66 verbunden sind.
Der erste Schwingkreis 60 schwingt auf einer ersten Frequenz f&sub1;, um elektromagnetische Strahlung auf der ersten Frequenz f&sub1; zu empfangen, und der zweite Schwingkreis 65 schwingt auf einer zweiten Frequenz f&sub2;, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz f&sub1; ist, um elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden. Der erste Kreis 60 ist magnetisch mit dem zweiten Kreis 65 in der oben beschriebenen Weise gekoppelt, um auf den Empfang von elektromagnetischer Strahlung auf der ersten Frequenz f&sub1; durch den ersten Kreis 60 Energie auf der ersten Frequenz f&sub1; auf den zweiten Kreis 65 zu übertragen. Der Kopplungstransistor QC ist eine Halbleiterschalteinrichtung mit Verstärkung, um den zweiten Schwingkreis 65 dazu zu bringen, auf die vom ersten Schwingkreis 60 übertragenen Energie auf der ersten Frequenz f&sub1; elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden.
In anderer Hinsicht hat der Frequenzteiler von Fig. 6 einen ähnlichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie der Frequenzteiler von Fig. 3.
Gemäß Fig. 7 enthält ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten Schwingkreis 70, der aus einem Kondensator C1 besteht, der parallel zu einer Induktionsspule L1 zwischen einen ersten Knotenpunkt 71 und einen zweiten Knotenpunkt 72 geschaltet ist, einen zweiten Schwingkreis 75, der aus einem Varaktor D2 besteht, der parallel zu einer zweiten Induktionsspule L2 zwischen den zweiten Knotenpunkt 72 und einen dritten Knotenpunkt 76 geschaltet ist, und einen NPN-Kopplungstransistor QC, dessen Emitter mit dem ersten Knotenpunkt 71 verbunden ist, dessen Basis am zweiten Knotenpunkt 72 liegt, und dessen Kollektor mit dem dritten Knotenpunkt 76 verbunden ist, um den ersten Schwingkreis 70 elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis 75 zu verbinden. Der erste Schwingkreis 70 ist mit dem zweiten Schwingkreis 75 magnetisch dadurch gekoppelt, daß die erste Spule L1 in einer gegenseitigen induktiven Kopplungsbeziehung M zur zweiten Spule L2 angeordnet ist, wobei die beiden Spulen L1, L2 jeweils in geeigneter Richtung auf einen Ferritstab (nicht dargestellt) gewickelt sind, und die entsprechenden ersten Enden der beiden Spulen L1, L2 jeweils mit dem ersten Knotenpunkt 71 und dem dritten Knotenpunkt 76 verbunden sind.
Der Varaktor D2 im zweiten Kreis 75 ist ein Element mit variabler Reaktanz, dessen Reaktanz sich mit Anderungen in der vom ersten Kreis 70 übertragenen Energie ändert, um weiterhin den zweiten Kreis 75 dazu zu bringen, auf die vom ersten Kreis 70 übertragene Energie auf der ersten Frequenz f&sub1; elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden.
In anderer Hinsicht hat der Frequenzteiler von Fig. 7 einen ähnlichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie der Frequenzteiler von Fig. 6.
Gemäß Fig. 8 enthält ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten Schwingkreis 80, der aus einem Kondensator C1 besteht, der parallel zu einer Induktionsspule L1 zwischen einen ersten Knotenpunkt 81 und einen zweiten Knotenpunkt 82 geschaltet ist, einen zweiten Schwingkreis 85, der aus einem Varaktor D2 besteht, der parallel zu einer zweiten Induktionsspule L2 zwischen den zweiten Knotenpunkt 82 und einen dritten Knotenpunkt 86 geschaltet ist, und einen NPN-Kopplungstransistor QC, dessen Kollektor mit dem ersten Knotenpunkt 81 verbunden ist, dessen Basis am zweiten Knotenpunkt 82 liegt, und dessen Emitter mit dem dritten Knotenpunkt 86 verbunden ist, um den ersten Schwingkreis 80 elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis 85 zu verbinden. Der erste Schwingkreis 80 ist mit dem zweiten Schwingkreis 85 magnetisch dadurch gekoppelt, daß die erste Spule L1 in einer gegenseitigen induktiven Kopplungsbeziehung M zur zweiten Spule L2 angeordnet ist, wobei die beiden Spulen L1, L2 jeweils in einer geeigneten Richtung auf einen Ferritstab (nicht dargestellt) gewickelt sind, und die entsprechenden ersten Enden der beiden Spulen L1, L2 jeweils mit dem ersten Knotenpunkt 81 und dem dritten Knotenpunkt 86 verbunden sind.
In anderer Hinsicht hat der Frequenzteiler von Fig. 8 einen ähnlichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie der Frequenzteiler von Fig. 7.
Gemäß Fig. 9 enthält ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten Schwingkreis 90, der aus einem Kondensator C1 besteht, der parallel zu einer Induktionsspule L1 zwischen einen ersten Knotenpunkt 91 und einen zweiten Knotenpunkt 92 geschaltet ist, einen zweiten Schwingkreis 95, der aus einem Varaktor D2 besteht, der parallel zu einer zweiten Induktionsspule L2 zwischen den zweiten Knotenpunkt 92 und einen dritten Knotenpunkt 96 geschaltet ist, und einen NPN-Kopplungstransistor QC, dessen Kollektor mit dem ersten Knotenpunkt 91 verbunden ist, dessen Emitter am zweiten Knotenpunkt 92 liegt, und dessen Basis mit dem dritten Knotenpunkt 96 verbunden ist, um den ersten Schwingkreis 90 elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis 95 zu verbinden. Der erste Schwingkreis 90 ist mit dem zweiten Schwingkreis 95 magnetisch dadurch gekoppelt, daß die erste Spule L1 in einer gegenseitigen induktiven Kopplungsbeziehung M zur zweiten Spule L2 angeordnet ist, wobei die beiden Spulen L1, L2 jeweils in einer geeigneten Richtung auf einen Ferritstab (nicht dargestellt) gewickelt sind, und die entsprechenden ersten Enden der beiden Spulen L1, L2 beide mit dem zweiten Knotenpunkt 92 verbunden sind.
In übriger Hinsicht hat der Frequenzteiler von Fig. 9 einen ähnlichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie der Frequenzteiler von Fig. 7.
Gemäß Fig. 10 enthält ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten Schwingkreis 100, der aus einem Kondensator C1 besteht, der parallel zu einer Induktionsspule L1 zwischen einen ersten Knotenpunkt 101 und einen zweiten Knotenpunkt 102 geschaltet ist, einen zweiten Schwingkreis 105, der aus einem Varaktor D2 besteht, der parallel zu einer zweiten Induktionsspule L2 zwischen einen dritten Knotenpunkt 106 und einen vierten Knotenpunkt 107 geschaltet ist, und einen NPN- Kopplungstransistor QC, dessen Emitter mit dem zweiten Knotenpunkt 102 verbunden ist, dessen Basis am dritten Knotenpunkt 106 liegt, und dessen Kollektor mit dem vierten Knotenpunkt 107 verbunden ist, um den ersten Schwingkreis 100 elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis 105 zu verbinden. Der erste Knotenpunkt 101 ist auch mit einem mittleren Abgriff an der Spule L2 verbunden.
Der erste Schwingkreis 100 ist mit dem zweiten Schwingkreis 105 magnetisch dadurch gekoppelt, daß die erste Spule L1 in einer gegenseitigen induktiven Kopplungsbeziehung M zur zweiten Spule L2 angeordnet ist, wobei die beiden Spulen L1, L2 jeweils in einer geeigneten Richtung auf einen Ferritstab (nicht dargestellt) gewickelt sind, und die entsprechenden ersten Enden der beiden Spulen L1, L2 jeweils mit dem zweiten Knotenpunkt 102 und dem dritten Knotenpunkt 106 verbunden sind.
In anderer Hinsicht hat der Frequenzteiler von Fig. 10 einen ähnlichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie der Frequenzteiler von Fig. 7.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel des Frequenzteilers, der in Fig. 10 dargestellt ist, ist der Varaktor D2 im zweiten Schwingkreis 105 durch eine Kapazität ersetzt. Bei einem derartigen alternativen Ausführungsbeispiel bewirkt der Kopplungstransistor QC, daß der zweite Schwingkreis 105 auf die vom ersten Schwingkreis 100 übertragene Energie auf der ersten Frequenz elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz aussendet.
Gemäß Fig. 11 enthält ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Frequenzteilers gemäß des weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung einen ersten Schwingkreis 110, der aus einem Kondensator C1 besteht, der parallel zu einer Induktionsspule L1 zwischen einen ersten Knotenpunkt 111 und einen zweiten Knotenpunkt 112 geschaltet ist, einen zweiten Schwingkreis 115, der aus einem Varaktor D2 besteht, der parallel zu einer zweiten Induktionsspule L2 zwischen den zweiten Knotenpunkt 112 und einen dritten Knotenpunkt 116 geschaltet ist, und eine Kopplungskapazität CC, die zwischen den ersten Knotenpunkt 111 und den dritten Knotenpunkt 116 geschaltet ist, um den ersten Schwingkreis 110 elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis 115 zu verbinden. Der erste Schwingkreis 110 ist magnetisch nicht mit dem zweiten Schwingkreis 115 gekoppelt.
Der erste Schwingkreis 110 schwingt auf einer ersten Frequenz f&sub1;, um elektromagnetische Strahlung auf der ersten Frequenz f&sub1; zu empfangen, und der zweite Schwingkreis 115 schwingt auf einer zweiten Frequenz f&sub2;, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz f&sub1; ist, um elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden. Der erste Kreis 110 ist elektrisch mit dem zweiten Kreis 115 über ein passives Schaltungselement, wie beispielsweise die Kopplungskapazität CC, gekoppelt, wie es oben beschrieben wurde, um auf den Empfang elektromagnetischer Strahlung auf der ersten Frequenz f&sub1; durch den ersten Kreis 110 Energie auf der ersten Frequenz f&sub1; auf den zweiten Kreis 115 zu übertragen. Der Varaktor D2 im zweiten Kreis 115 ist ein Element mit variabler Reaktanz, dessen Reaktanz sich mit Änderungen in der vom ersten Kreis 110 übertragenen Energie ändert, um den zweiten Kreis 115 dazu zu bringen, auf die vom ersten Kreis 110 übertragene Energie auf der ersten Frequenz f&sub1; elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden.
Gemäß Fig. 12 enthält ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers nach dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung einen ersten Schwingkreis 120, der aus einem Varaktor D1 besteht, der parallel zu einer Induktionsspule L1 zwischen einen ersten Knotenpunkt 121 und einen zweiten Knotenpunkt 122 geschaltet ist, einen zweiten Schwingkreis 125, der aus einem Varaktor D2 besteht, der parallel zu einer zweiten Induktionsspule L2 zwischen den zweiten Knotenpunkt 122 und einen dritten Knotenpunkt 126 geschaltet ist, und eine Kopplungskapazität CC, die zwischen den ersten Knotenpunkt 121 und den dritten Knotenpunkt 126 geschaltet ist, um den ersten Schwingkreis 120 elektrisch mit dem zweiten Schwingkreis 125 zu verbinden. Der erste Schwingkreis 120 ist magnetisch nicht mit dem zweiten Schwingkreis 125 gekoppelt.
Der Varaktor D1 im ersten Kreis 120 ist ein Element mit variabler Reaktanz, dessen Reaktanz sich mit Änderungen in der vom ersten Kreis 120 empfangenen Energie ändert, um den zweiten Kreis 125 dazu zu bringen, seine Reaktanz infolge der gegenseitigen reaktiven Kopplung zu ändern, um weiterhin den zweiten Schwingkreis 125 dazu zu bringen, auf die vom ersten Kreis 120 übertragene Energie auf der ersten Frequenz f&sub1; elektromagnetische Strahlung auf der zweiten Frequenz f&sub2; auszusenden.
In anderer Hinsicht hat der Frequenzteiler von Fig. 12 einen ähnlichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie der Frequenzteiler von Fig. 11.
Ein Varaktor, der einen oder mehrere parallele PN-Übergänge aufweist, die eine große und nicht lineare Änderung in der Kapazität bei kleinen Pegeln einer anliegenden Wechselspannung zeigen, wie beispielsweise eine Z-Diode, wird als spannungsempfindliches Element mit variabler Reaktanz bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen aufgrund der niedrigen Kosten verwandt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können andere Bauelemente statt eines Varaktor eingesetzt werden, die die notwendige große und nicht lineare Änderung der Kapazität bei einer anliegenden Wechselspannung zeigen und ausreichend niedrige Verluste und einen höheren Qualitätsfaktor Q haben. Ein derartiges alternatives Bauelement mit variabler Kapazität besteht aus einem Schichtkörper aus einem Isoliermaterial und einem Halbleitermaterial, der zwischen Metallanschlüssen angeordnet ist, so daß dann, wenn sich die über den Anschlüssen liegende Spannung ändert, sich die Konzentration der Ladungsträger in einem Bereich des Halbleitermaterials neben dem Isoliermaterial ändert, um dadurch den Wert der Kapazität zu ändern. Das Halbleitermaterial schließt eine leicht dotierte Epitaxialschicht neben dem Isoliermaterial und ein stark dotiertes Substrat zwischen der leicht dotierten Epitaxialschicht und einem der Metallanschlüsse ein. Ein Frequenzteiler mit einer derartigen variablen Kapazität in einer parallelen Resonanzschaltung mit einer Induktivität ist Gegenstand einer Patentanmeldung mit dem Titel "Frequency Divider With Variable Capacitance", die am gleichen Tag durch denselben Anmelder auf der Grundlage der Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 07/853 534, eingereicht am 18. März 1992, eingereicht worden ist.
Ein Frequenzteiler gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Anwesenheitserfassungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung verwandt, wie es in Fig. 13 dargestellt ist. Ein derartiges Systems enthält einen Sender 130, einen Anhänger 131 und ein Erfassungssystem 132.
Der Sender sendet ein elektromagnetisches Strahlungssignal 134 mit einer ersten bestimmten Frequenz in einen Überwachungsbereich 136 aus.
Der Anhänger 131 ist an einem Gegenstand (nicht dargestellt) angebracht, der in dem Überwachungsbereich 136 zu erfassen ist. Der Anhänger 131 enthält einen batterielosen tragbaren Frequenzteiler nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung, wie beispielsweise den Frequenzteiler, der im obigen anhand von Fig. 1 beschrieben wurde.
Das Erfassungssystem 132 erfaßt elektromagnetische Strahlung 138 im Überwachungsbereich 136 auf einer zweiten bestimmten Frequenz, die gleich der Hälfte der ersten bestimmten Frequenz ist, um dadurch die Anwesenheit des Anhängers im Überwachungsbereich 136 zu erfassen.
Das Anwesenheitserfassungssystem, das einen Anhänger verwendet, der einen Frequenzteiler gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, wird für verschiedene Anwendungszwecke benutzt, die von dem Vorteil der Größe und Leistungsfähigkeit eines solchen Frequenzteilers profitieren, einschließlich Anwendungszwecken, die Anhänger mit größeren Bereichen verwenden, und Anwendungszwecken, die kleine Anhänger verwenden, die nur einen kurzen Kommunikationsbereich benotigen.
Bei einem Beispiel werden kleine Anhänger, die den Frequenzteiler der vorliegenden Erfindung enthalten, subkutan Tieren implantiert und werden diese Tiere durch das Anwesenheitserfassungssystem gezählt.
Bei einem anderen Beispiel werden kleine Anhänger, die den Frequenzteiler der vorliegenden Erfindung enthalten, in nichtmetallische Kanister explosiver Stoffe implantiert, und werden diese Kanister durch das Anwesenheitserfassungssystem erfaßt.
Bei noch einem Beispiel werden Anhänger, die Ausführungsbeispiele des Frequenzteilers der vorliegenden Erfindung enthalten und in einer Abmessung relativ groß sind, in nichtmetallische Gewehrkolben implantiert und werden die Gewehre durch das Anwesenheitserfassungssystem erfaßt.
Zur Analyse des Frequenzteilers der vorliegenden Erfindung wird auf Fig. 1A Bezug genommen, die das äquivalente Schaltbild des Frequenzteilers von Fig. 1 zeigt. Spannungsquellen VS1 und VS2 sind im ersten und im zweiten Schwingkreis 10 und 15 jeweils dargestellt, um die magnetische Induktion wiederzugeben, die die Folge einer äußeren Anregung ist, und der Varaktor D2 im ersten Schwingkreis 10 ist durch eine Kapazität C2 mit Vorspannung gleich Null wiedergegeben. Die Widerstände R1 und R2 geben die Gesarntverluste wieder, die zum ersten und zum zweiten Schwingkreis 10 und 15 jeweils gehören. Die zirkulierenden Ströme I&sub1; und I&sub2; im jeweils ersten und zweiten Schwingkreis 10 und 15 können in der vorliegenden Weise formuliert werden: (Gleichung 1) (Gleichung 2) (Gleichung 3),
wobei A die Impedanzmatrix ist, M die gegenseitige Induktivität zwischen L1 und L2 bezeichnet, und K der gegenseitige Kopplungskoeffizient von L1 und L2 ist.
Auf den Resonanzfrequenzen erreicht die Impedanzmatrix A ihr Minimum und erreichen die zirkulierenden Ströme ihr Maximum. Bei einer elektrischen Kopplung gleich Null (CC 0) können die beiden Resonanzfrequenzen explizit als Funktion des magnetischen Kopplungskoeffizienten "K" und der anderen Schaltungsparameter in der folgenden Weise ausgedrückt werden: (Gleichung 4) (Gleichung 5)
Da die erste Frequenz ω&sub1; des ersten Schwingkreises 10 doppelt so groß wie die Resonanzfrequenz ω&sub2; des zweiten Schwingkreises 15 sein muß, nimmt mit zunehmendem magnetischen Kopplungskoeffizienten K der Wert der Induktivität L1 zu und der Wert der Induktivität L2 ab, und zwar aufgrund der steigenden gekoppelten Reaktanz infolge der Wechselwirkung zwischen den beiden Spulen, bis die Werte von L1 und L2 bei K = 0,6 identisch werden. Wenn somit keine elektrische Kopplung zwischen dem ersten Schwingkreis 10 und dem zweiten Schwingkreis 15 besteht, kann eine Frequenzteilung nicht auftreten, wenn der magnetische Kopplungskoeffizient K größer als 0,6 ist.
Wenn eine elektrische Kopplung zwischen dem ersten Schwingkreis 10 und dem zweiten Schwingkreis 15 besteht, wie sie durch die Kopplungskapazität CC mit einem endlichen Wert dargestellt ist, dann wird die Beziehung zwischen L1, L2 als Funktion K kompliziert, sie kann nicht ohne weiteres in einfachen expliziten Gleichungen wie den Gleichungen 4 und 5 ausgedrückt werden. Mit Hilfe einer computergestützten numerischen Analyse können jedoch die erforderlichen Werte L1 und L2 bei verschiedenen Werten des gegenseitigen Kopplungskoeffizienten K berechnet werden, wie es in Fig. 14 für CC = 200 pF und 470 pF dargestellt ist. Anhand von Fig. 14 ist erkennbar, daß die Werte L1 und L2 sich einander nähern und schließlich identisch werden, wenn K zunimmt. Eine Frequenzteilung kann nicht auftreten, wenn K größer als 0,48 und 0,35 für CC = 200 pF und 470 pF jeweils ist.
Fig. 15 zeigt die variable Beziehung zwischen den Werten L1 und L2 der Induktionsspulen und dem gegenseitigen Kopplungskoeffizienten K für die aquivalente Schaltung von Fig. 1A, wenn die Polung der Spule L1 gegenüber der dargestellten umgekehrt ist, und zwar für Werte der Kopplungskapazität CC von 200 pF und 470 pF. In einem derartigen Fall nimmt der maximal erlaubte Wert K auf 0,7 und 0,77 jeweils für CC = 200 pF und 470 pF zu. Es trifft immer zu, daß dann, wenn der gegenseitige Kopplungskoeffizient K seinen Extremwert erreicht, die erforderlichen Werte L1 und L2 identisch werden und die Schaltung als Frequenzteiler unabstimmbar und instabil wird.
Der Frequenzteiler benötigt eine minimale Feldintensitätsanregung, um die Frequenzteilung auszulösen. Dieser Parameter wird als die Anschaltfeldintensität bezeichnet. Fig. 16 zeigt die variable Beziehung zwischen der Anschaltfeldintensität und dem gegenseitigen Kopplungskoeffizienten K für den Frequenzteiler von Fig. 1 bei Werten der Kopplungskapaziät CC von Null, 200 pF und 470 pF. Es ist erkennbar, daß die optimale Kopplung mit zunehmender elektrischer Kopplung abnimmt.
Fig. 17 zeigt die variable Beziehung zwischen der Stärke der elektromagnetischen Strahlung auf der zweiten Frequenz, die durch den zweiten Schwingkreis 15 des Frequenzteilers von Fig. 1 ausgesandt wird, und dem gegenseitigen Kopplungskoeffizienten K für Werte der Kopplungskapazität CC von Null, 200 pF und 470 pF. Es it erkennbar, daß die Amplitude des Signals, das durch den zweiten Schwingkreis 15 auf der zweiten Resonanzfrequenz f&sub2; ausgesandt wird, mit steigendem Maß an magnetischer oder elektrischer Kopplung zunimmt. Die magnetische und die elektrische Kopplung müssen daher auf die besten Gesamteffekte eingestellt werden.

Claims

1. Batterieloser tragbarer Frequenzteiler (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100) mit

einem ersten Schwingkreis (L1, C1, D1), der auf einer ersten Frequenz schwingt, um elektromagnetische Strahlung (134) auf der ersten Frequenz zu empfangen, und

einem zweiten Schwingkreis (L2, C2, D2), der auf einer zweiten Frequenz schwingt, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz ist, um elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auszusenden, und

Schaltungselementeinrichtungen (CC, DC, QC), die den ersten Schwingkreis mit dem zweiten Schwingkreis elektrisch verbinden,

wobei der erste Schwingkreis magnetisch mit dem zweiten Schwingkreis gekoppelt ist, um auf den Empfang der elektromagnetischen Strahlung (134) auf der ersten Frequenz durch den ersten Schwingkreis Energie auf der ersten Frequenz auf den zweiten Schwingkreis zu übertragen, und

wobei wenigstens der erste Schwingkreis, der zweite Schwingkreis und/oder die Schaltungselementeinrichtungen Einrichtungen zum Veranlassen des zweiten Schwingkreises, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragene Energie ansprechend auszusenden, aufweist.

2. Frequenzteiler nach Anspruch 1, bei dem der zweite Schwingkreis ein Element (D2) mit variabler Reaktanz enthält, in dem sich die Reaktanz mit Änderungen in der vom ersten Schwingkreis übertragenen Energie ändert, um den zweiten Schwingkreis dazu zu bringen, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, übertragen, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird.

3. Frequenzteiler nach Anspruch 2, bei dem die Schaltungselementeinrichtungen ein Halbleiterschaltelement (QC) mit einem Übertragungsfaktor zum Veranlassen des zweiten Schwingkreises, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die vom ersten Schwingkreis übertragene Energie auf der ersten Frequenz ansprechend auszusenden, aufweist.

4. Frequenzteiler nach Anspruch 1, bei dem der erste Schwingkreis ein Element (D1) mit variabler Reaktanz enthält, in dem sich die Reaktanz mit Änderungen in der Energie ändert, die vom ersten Schwingkreis empfangen wird, um den zweiten Schwingkreis dazu zu bringen, sich in seiner Reaktanz aufgrund der gegenseitigen reaktiven Kopplung zu ändern, um den zweiten Schwingkreis zu veranlassen, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird.

5. Frequenzteiler nach Anspruch 4, bei dem die Schaltungselementeinrichtungen ein Halbleiterschaltelement (QC) mit einem Übertragungsfaktor zum Veranlassen des zweiten Schwingkreises, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird, aufweist.

6. Frequenzteiler nach Anspruch 1, bei dem die Schaltungselementeinrichtungen ein Element (DC) mit variabler Reaktanz aufweisen, in dem sich die Reaktanz mit Änderungen in der Energie ändert, die vom ersten Schwingkreis empfangen wird, um den zweiten Schwingkreis zu veranlassen, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird.

7. Frequenzteiler nach Anspruch 1, bei dem die Schaltungselementeinrichtungen ein Halbleiterschaltelement (QC) mit einem Übertragungsfaktor zum Veranlassen des zweiten Schwingkreises, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird, aufweist.

8. Anhänger (131) zur Verwendung bei einem Anwesenheitserfassungssystem mit

einem Frequenzteiler (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100) und

Einrichtungen zum Befestigen des Frequenzteilers an einem Gegenstand, der durch das Anwesenheitserfassungssystem zu erfassen ist,

wobei der Frequenzteiler

einen ersten Schwingkreis (L1, C1, D1), der auf einer ersten Frequenz schwingt, um elektromagnetische Strahlung (134) auf der ersten Frequenz zu empfangen, und einen zweiten Schwingkreis (L2, C2, D2), der auf einer zweiten Frequenz schwingt, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz ist, um elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auszusenden, und

Schaltungselementeinrichtungen (CC, DC, QC) umfaßt, die elektrisch den ersten Schwingkreis mit dem zweiten Schwingkreis verbinden,

wobei der erste Schwingkreis magnetisch mit dem zweiten Schwingkreis gekoppelt ist, um auf den Empfang elektromagnetischer Strahlung (134) auf der ersten Frequenz durch den ersten Schwingkreis Energie auf der ersten Frequenz auf den zweiten Schwingkreis zu übertragen, und wobei der erste Schwingkreis, der zweite Schwingkreis und/oder die Schaltungse lemente inrichtungen Einrichtungen zum Veranlassen des zweiten Schwingkreises, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird, enthält.

9. Anhänger nach Anspruch 8, bei dem der zweite Schwingkreis ein Element (D2) mit variabler Reaktanz enthält, in dem sich die Reaktanz mit Änderungen in der Energie ändert, die vom ersten Schwingkreis übertragen wird, um den zweiten Schwingkreis zu veranlassen, elektrornagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird.

10. Anhänger nach Anspruch 8, bei dem der ersten Schwingkreis ein Element (D1) variabler Reaktanz enthält, in dem sich die Reaktanz mit Änderungen in der Energie ändert, die vom ersten Schwingkreis empfangen wird, um den zweiten Schwingkreis zu veranlassen, sich in der Reaktanz aufgrund der gegenseitigen reaktiven Kopplung zu ändern, um den zweiten Schwingkreis dazu zu bringen, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird.

11. Anhänger nach Anspruch 8, bei dem die Schaltungselementeinrichtungen ein Element (DC) variabler Reaktanz enthalten, in dem sich die Reaktanz mit Änderungen in der Energie ändert, die vom ersten Schwingkreis empfangen wird, um den zweiten Schwingkreis zu veranlassen, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Energie übertragen wird.

12. Anhänger nach Anspruch 8, bei dem die Schaltungselementeinrichtungen eine Halbleiterschalteinrichtung (QC) mit einem Übertragungsfaktor zum Veranlassen des zweiten Schwingkreises, elektromagnetischer Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird, enthalten.

13. Anwesenheitserfassungssystem mit Einrichtungen (130) zum Aussenden eines elektromagnetischen Strahlungssignals (134) auf einer ersten Frequenz in einen Überwachungsbereich (136),

einem Anhänger (131) zum Anbringen an einem Gegenstand, der im Überwachungsbereich zu erfassen ist, welcher einen ersten Frequenzteiler (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100) und Einrichtungen zum Befestigen des Frequenzteilers an einem Gegenstand, der durch das Anwesenheitserfassungssystem zu erfassen ist, umfaßt, wobei der Frequenzteiler

einen ersten Schwingkreis (L1, C1, D1), der auf einer ersten Frequenz schwingt, um elektromagnetische Strahlung (134) auf der ersten Frequenz zu empfangen, und

einen zweiten Schwingkreis (L2, C2, D2), der auf einer zweiten Frequenz schwingt, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz ist, um elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auszusenden,

Schaltungselementeinrichtungen (CC, DC, QC), die elektrisch den ersten Schwingkreis mit dem zweiten Schwingkreis verbinden,

wobei der erste Schwingkreis magnetisch mit dem zweiten Schwingkreis gekoppelt ist, um Energie auf der ersten Frequenz auf den Empfang der elektromagnetischen Strahlung (134) auf der ersten Frequenz durch den ersten Schwingkreis auf den zweiten Schwingkreis zu übertragen, und

wobei der erste Schwingkreis, der zweite Schwingkreis und/oder die Schaltungselementeinrichtungen Einrichtungen zum Veranlassen des zweiten Schwingkreises, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird, enthält, und

Einrichtungen (132) zum Erfassen der elektromagnetischen Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz im Überwachungsbereich (136) umfaßt.

14. Anwesenheitserfassungssystem nach Anspruch 13, bei dem der zweite Schwingkreis ein Element (D2) mit variabler Reaktanz enthält, in dem sich die Reaktanz mit Änderungen in der Energie ändert, die vom ersten Schwingkreis übertragen wird, um den zweiten Schwingkreis zu veranlassen, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird.

15. Anwesenheitserfassungssystem nach Anspruch 13, bei dem ersten Schwingkreis ein Element (D1) mit variabler Reaktanz enthält, in dem sich die Reaktanz mit Änderungen in der Energie ändert, die durch den ersten Schwingkreis empfangen wird, um den zweiten Schwingkreis zu veranlassen, sich in seiner Reaktanz aufgrund der gegenseitigen reaktiven Kopplung zu ändern, um den zweiten Schwingkreis dazu zu bringen, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird.

16. Anwesenheitserfassungssystem nach Anspruch 13, bei dem die Schaltungselementeinrichtungen ein Element (DC) mit variabler Reaktanz enthalten, in dem sich die Reaktanz mit Änderungen in der Energie ändert, die vom ersten Schwingkreis empfangen wird, um den zweiten Schwingkreis zu veranlassen, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vorn ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird.

17. Anwesenheitserfassungssystem nach Anspruch 13, bei dem die Schaltungselementeinrichtungen ein Halbleiterschaltelement (QC) mit einem Übertragungsfaktor zum Veranlassen des zweiten Schwingkreises, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird, enthalten.

18. Batterieloser tragbarer Frequenzteiler (110, 120) mit einem ersten Schwingkreis (L1, C1, D1), der auf einer ersten Frequenz schwingt, um elektromagnetische Strahlung (134) auf der ersten Frequenz zu empfangen,

einem zweiten Schwingkreis (L2, D2), der auf einer zweiten Frequenz schwingt, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz ist, um elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auszusenden, und

passiven Schaltungselementeinrichtungen (CC), die elektrisch den ersten Schwingkreis mit dem zweiten Schwingkreis verbinden, um auf den Empfang elektromagnetischer Strahlung (134) auf der ersten Frequenz durch den ersten Schwingkreis Energie auf der ersten Frequenz auf den zweiten Schwingkreis zu übertragen,

wobei der erste Schwingkreis magnetisch nicht mit dem zweiten Schwingkreis gekoppelt ist, und

der erste Schwingkreis und/oder der zweite Schwingkreis ein Element (D1, D2) mit variabler Reaktanz enthält, in dem sich die Reaktanz mit Anderungen in der Energie ändert, die vom ersten Schwingkreis empfangen wird, um den zweiten Schwingkreis zu veranlassen, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird.

19. Frequenzteiler nach Anspruch 18, bei dem die passiven Schaltungselementeinrichtungen (CC) eine Kapazität einschließen.

20. Anhänger (131) zur Verwendung in einem Anwesenheitserfassungssystem mit

einem Frequenzteiler (110, 120) und

Einrichtungen zum Befestigen des Frequenzteilers an einem durch das Anwesenheitserfassungssystem zu erfassenden Gegenstand,

wobei der Frequenzteiler

einen ersten Schwingkreis (L1, C1, D1), der auf einer ersten Frequenz schwingt, um elektromagnetische Strahlung (134) auf der ersten Frequenz zu empfangen, einen zweiten Schwingkreis (L2, D2), der auf einer zweiten Frequenz schwingt, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz ist, um elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auszusenden, und

passive Schaltungselementeinrichtungen (CC) umfaßt, die elektrisch den ersten Schwingkreis mit dem zweiten Schwingkreis verbinden, um auf den Empfang elektromagnetischer Strahlung (134) auf der ersten Frequenz durch den ersten Schwingkreis Energie auf der ersten Frequenz auf den zweiten Schwingkreis zu übertragen,

wobei der erste Schwingkreis magnetisch nicht mit dem zweiten Schwingkreis gekoppelt ist und

wobei der erste Schwingkreis und/oder der zweite Schwingkreis ein Element (D1, D2) mit variabler Reaktanz enthält, in dem sich die Reaktanz mit Änderungen in der Energie ändert, die vom ersten Schwingkreis empfangen wird, um den zweiten Schwingkreis zu veranlassen, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird.

21. Anwesenheitserfassungssystem mit

Einrichtungen (130) zum Aussenden eines elektromagnetischen Strahlungssignals (134) auf einer ersten Frequenz in einen Überwachungsbereich (136),

einem Anhänger (131) zum Anbringen an einem im Überwachungsbereich zu erfassenden Gegenstand, der einen Frequenzteiler (110, 120) und Einrichtungen zum Befestigen des Frequenzteilers am durch das Anwesenheitserfassungssystem zu erfassenden Gegenstand umfaßt, wobei der Frequenzteiler

einen ersten Schwingkreis (L1, C1, D1), der auf einer ersten Frequenz schwingt, um elektromagnetische Strahlung (134) auf der ersten Frequenz zu empfangen,

einen zweiten Schwingkreis (L2, D2), der auf einer zweiten Frequenz schwingt, die gleich der Hälfte der ersten Frequenz ist, um elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auszusenden,

passive Schaltungselementeinrichtungen (CC), die elektrisch den ersten Schwingkreis mit dem zweiten Schwingkreis verbinden, um auf den Empfang elektromagnetischer Strahlung (134) auf der ersten Frequenz durch den ersten Schwingkreis Energie auf der ersten Frequenz auf den zweiten Schwingkreis zu übertragen,

wobei der erste Schwingkreis und/oder der zweite Schwingkreis ein Element (D1, D2) mit variabler Reaktanz enthält, in dem sich die Reaktanz mit Änderungen in der Energie ändert, die vom ersten Schwingkreis empfangen wird, um den zweiten Schwingkreis zu veranlassen, elektromagnetische Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz auf die Energie ansprechend auszusenden, die vom ersten Schwingkreis auf der ersten Frequenz übertragen wird, und

Einrichtungen (132) zum Erfassen elektromagnetischer Strahlung (138) auf der zweiten Frequenz im Überwachungsbereich (136) umfaßt.