DE1135533B - Schaltung zur gemeinsamen Erzeugung von Mikrowellen-Sendeschwingungen und Mikrowellen-Empfangsueberlagerer-schwingungen fuer Radargeraete mit Ausnuetzung des Dopplereffektes - Google Patents
Schaltung zur gemeinsamen Erzeugung von Mikrowellen-Sendeschwingungen und Mikrowellen-Empfangsueberlagerer-schwingungen fuer Radargeraete mit Ausnuetzung des DopplereffektesInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
L28540IXd/21a4
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 30. AUGUST 1962
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 30. AUGUST 1962
Bei Radargeräten, welche den Dopplereffekt ausnützen und wechselweise Mikrowellenschwingungen
senden und empfangen, ist es, wenn im Empfängerteil
ein Überlagerer zwecks Zwischenfrequenzbildung Anwendung findet, erforderlich, daß die Sendeschwingungen
und Empfangsüberlagererschwingungen kohärent zueinander sind.
Eine für solche Zwecke bekannte Anordnung verwendet einen kontinuierlich schwingenden Mikrowellensender,
von welchem über eine elektronische Schaltvorrichtung (Torstufe) Energie der Antenne
zwecks Ausstrahlung in Form von periodisch wiederkehrenden Mikrowellenschwingungszügen zugeführt
wird. Ein Teil der von dem Mikrowellengenerator erzeugten Energie wird mit zwischenfrequenten Schwingungen
moduliert, und ein Seitenband dieser modulierten Mikrowellenschwingungen wird ausgesondert
und der Empfängermischstufe zugeführt; dabei ist die Mischstufe über eine ähnliche elektronische
Schaltstufe (Torstufe) mit der Antenne verbunden und auch der nachfolgende Zwischenfrequenzempfängerteil
synchron getastet, so daß wechselweise Mikrowellen ausgesendet und empfangen werden.
Durch Mischen der Echosignale mit den der Mischstufe des Empfängers zugeführten Seitenbandschwingungen
des Mikrowellengenerators ist an sich die Kohärenz der Überlagererschwingungen mit den
Echosignalen und den Sendesignalen gewahrt, so daß die Grundbedingung zur Ableitung der Dopplerverschiebung
aus den zwischenfrequenten Signalen des Empfangsverstärkers erfüllt ist.
Der Nachteil einer solchen Anlage ist jedoch darin zu sehen, daß die Mischstufe des Empfängers während
der Mikrowellensendephasen von der Antenne und dem Empfängerausgang nur durch die vorgenannten
elektronischen Schaltstufen abgetrennt ist, aber auch während der Sendephasen der Mischstufe
die Überlagererschwingung, nämlich das Seitenband des Mikrowellengenerators, zugeführt wird. Somit
kann der Zwischenfrequenzempfänger während der Sendephasen ein Zwischenfrequenzsignal erzeugen,
wenn, was stets schwer zu vermeiden ist, auf irgendeinem Einstreuungsweg der Mischstufe zusätzlich die
zur Aussendung gelangenden Schwingungen zugeführt werden. Dadurch besteht die Gefahr, daß die
Zwischenfrequenzverstärkerstufen des Empfängers durch die eingestreut empfangenen Mikrowellensignale
nach deren Frequenztransponierung übersteuert und zugestopft werden, so daß diese Stufen
bei Einsetzen des Echoempfangs nicht sofort arbeitsfähig sind. Dies kann auch aus schaltungstechnischen
Gründen durch die sperrende Tastung des Zwischenschaltung zur gemeinsamen Erzeugung
von Mikrowellen-Sendeschwingungen
von Mikrowellen-Sendeschwingungen
und Mikrowellen-Empfangsüberlagerer-
schwingungen für Radargeräte
mit Ausnützung des Dopplereffektes
mit Ausnützung des Dopplereffektes
Anmelder:
Laboratory for Electronics, Inc.,
Boston, Mass. (V. St. A.)
Boston, Mass. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.phil. G.B.Hagen, Patentanwalt,
München-Solln, Franz-Hals-Str. 21
München-Solln, Franz-Hals-Str. 21
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. September und 20. September 1956 (Nr. 610 444 und Nr. 611 811)
Maurice Abraham Meyer, Natick, Mass. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden
frequenzempfängerteiles nicht völlig vermieden werden.
Die Erfindung sieht vor, die Schaltung so auszubilden, daß während der eigentlichen Sendephase
keine Überlagererschwingung, welche ein Zwischenfrequenzsignal liefern könnte, der Mischstufe des
Empfängers zugeführt wird.
Die Erfindung geht dabei aus von einer Schaltung zur gemeinsamen Erzeugung von Mikrowellen-Sendeschwingungen
und Mikrowellen-Empfangsüberlagererschwingungen für solche Radargeräte mit Ausnützung
des Dopplereffektes, die wechselweise senden und empfangen und dabei Kohärenz von Sendeschwingungen
und Empfangsüberlagererschwingungen voraussetzen.
Erfindungsgemäß gibt der kontinuierlich schwingende Mikrowellengenerator der Radaranlage Leistung
an zwei Mischstufen ab, denen zusätzlich je eine wesentlich niedrigere Hochfrequenz, die von je
einem kontinuierlich schwingenden Hochfrequenzgenerator erzeugt wird, über komplementär oder mit
nur geringer zeitlicher Überlappung gesteuerte Torstufen zugeführt wird, wobei je ein Seitenband der in
den Mischstufen erzeugten Wellen zwecks Ver-
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wendung als Sendeschwingung bzw. als Empfangs- In Fig. 1 ist eine Mehrzahl von Signalen ver-
überlagererschwingung durch Filterstufen isoliert schiedener Wellenform als Funktion der Zeit, bewird,
zogen auf eine gemeinsame Zeitachse, dargestellt. Da der Mischstufe, zum mindesten während des Die Wellenformen sollen die Zweckmäßigkeit der An-Hauptteiles
der Sendephasen, keine Überlagerer- 5 wendung kohärent erzeugter Signale in dem impulsschwingung
zugeführt wird, besteht nicht die Gefahr, betriebenen Radarsystem mit Ausnutzung des Doppdaß
während der Sendephasen der Zwischenfrequenz- lereffektes anschauüch machen. Die Frequenzen,
verstärker übersteuert wird und bei Beginn der für Periodendauer und Amplituden sind in Fig. 1 willden
Empfang der Echosignale maßgeblichen Sende- kürlich gewählt.
pausen nicht sofort voll arbeitsfähig ist. Hinsichtlich io In Fig. IA ist eine kontinuierliche Schwingung
der Kohärenzforderung ist zu beachten, daß die der Frequenz J1 und der Schwingungsdauer T1 gezeigt,
Mikrowellensendeschwingungen und Mikrowellen- welche eine typische Wellenform für ein mit unübedagererschwingungen
von dem gleichen Mikro- gedämpften Wellen arbeitendes Radarsystem bildet,
wellengen&rator abgeleitet werden, so daß die Phasen- Wenn ein solches Signal von einer Strahlungsquelle
kohärenz der Echosignale mit den Überlagererschwin- 15 gegen eine reflektierende Fläche gestrahlt wird und
gungen, soweit die Mikrowellenkomponente in Frage eine Relativbewegung zwischen Strahlungsquelle und
kommt, dadurch gewährleistet ist. Die die Mikro- reflektierender Fläche stattfindet, besitzt das zur
wellen modulierenden Generatoren niedrigerer Fre- Quelle von der reflektierenden Fläche zuriickquenz
sind verhältnismäßig leicht phasenstabil zu kehrende Echosignal der Frequenz/2 eine Dopplerhalten,
so daß der Modulationsvorgang, durch 20 frequenzverschiebung, die proportional der Relativweichen die Sendeschwingungen bzw. die Überlagerer- geschwindigkeitskomponente in Richtung der Strahschwingungen
erzeugt werden, für die Wahrung der lung ist. Wenn der Abstand zwischen Energiequelle
Kohärenzbedingung keine Schwierigkeit bietet. und reflektierender Fläche zunimmt, wird die Fre-
Es ist bei der zuvor beschriebenen bekannten quenz/2, wie in Fig. 1B gezeigt, kleiner sein als die
Radaranlage die Dauer der zur Aussendung gelangen- 25 des ausgesendeten Signals.
den Mikrowellenzüge gleich der Dauer der zwischen Ein übliches Verfahren, ein Signal zu gewinnen,
den Wellenzügen liegenden Pause gemacht, und die Dopplereffektausnützung werden in Abhängigkeit
Dauer der Wellenzüge bzw. der Pause zwischen den eines Torimpulssignals Hochfrequenzimpulse aus-Wellenzügen
kann so verändert werden, daß sie welche von dem ungedämpften ausgesendeten Signal
gleich der Echolaufzeit wird und die Entfernungs- 30 der Frequenz Z1 gemäß Fig. IA und dem Echosignal
messung ermöglicht. Eine bevorzugte Ausführungs- der Frequenz/2 gemäß Fig. IB erregt wird und ein
form der Erfindung macht ebenfalls von einer solchen Ausgangssignal liefert, wie es in Fig. IC dargestellt
unter sich gleichen Dauer der Sendung und des Emp- ist. Die Umhüllende des letztgenannten Signales ist
fanges Gebrauch und sieht allenfalls bei einem auf gestrichelt angedeutet und besitzt eine Periode T3,
einem Flugzeug Anwendung findenden Radargerät 35 welche der Frequenz J1 — /2 der Dopplerverschiebung
vor, daß der Höhenmesser entsprechende Mittel entspricht. Dieses Signal niedriger Frequenz kann dasteuert,
welche die Dauer der ausgesendeten Wellen- durch gewonnen werden, daß das Mischsignal gemäß
züge gleich der Echolaufzeit machen. Für die Durch- Fig. 1C einem Tiefpaßfilter zugeführt wird,
führung einer solchen Steuerung eignet sich insbeson- Bei einem impulsbetriebenen Radargerät mit
dere eine periodisch arbeitende, mehrstufige, binäre 40 Dopplereffektausnützung werden in Abhängigkeit
Zählerkette, von deren Zählstufen über zugeordnete eines Torimpulssignals Hochfrequenzimpulse aus-Torstufen,
von denen jeweils eine in Abhängigkeit gestrahlt, wobei die Dauer der Impulse groß ist vervom
Meßwert des Höhenmeßgerätes selbsttätig zur glichen mit der Periodendauer der Hochfrequenz-Auswahl
gelangt, eine die Torstufensignale für die schwingungen. Bei üblichen Radaranlagen verwendet
Hochfrequenzgeneratoren liefernde Flip-Flop-Stufe 45 man ein im Impulsbetrieb arbeitendes Magnetron,
gesteuert wird. dessen Hochfrequenzimpulse von Impuls zu Impuls
Es sind auch Doppler-Radargeräte in vielfachen mit statistisch bedingter Phase anschwingen; d. h.,
Ausführungsformen bekannt, bei denen mit in- Punkte maximaler Amplitude einer Polarität der
kohärenten Sendeimpulsen und mit einem gesteuerten Hochfrequenzschwingungen eines Impulses sind im
Kohärenzoszillator im Empfänger gearbeitet wird. 50 allgemeinen von entsprechenden Punkten eines
Der Schaltungsaufbau ist dabei jedoch komplizierter anderen Impulses um ein Zeitintervall getrennt,
und schwieriger einzustellen wie bei der Erfindung. welches sich von einem ganzen Vielfachen der
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich Periodendauer der Hochfrequenzschwingungen unteraus
der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. scheidet. Dieses ergibt sich, weil die Einleitung eines
Von den Figuren zeigt 55 jeden Impulses in bezug auf den Torimpuls von Null
Fig. 1 eine graphische Darstellung der Wellen- aus jedesmal mit derselben Steilheit beginnt,
formen in Abhängigkeit von der Zeit, um die Be- Diese Erscheinung erklärt sich besser aus den in-
deutung der Anwendung kohärent erzeugter Signale kohärent erzeugten Impulsen, die in Fig. 1E gezeigt
anschaulich zu machen, sind und den Torimpulsen gemäß Fig. ID ent-
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform 60 sprechen; die Torimpulse bewirken ein relatives
der Erfindung, Impulsverhältnis zwischen Impulsdauer und Perioden-
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines durch einen Höhen- dauer der Impulswiederholungsfrequenz von 5O°/o,
messer gesteuerten Generators zur Erzeugung und was bekanntlich von Vorteil sein kann. Um die
Auswahl der Torimpulse, charakteristischen Eigenschaften der kohärenten und
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Signal- 65 nicht kohärenten Impulserzeugung zu erläutern, ist
wellenformen als Funktion der Zeit zwecks Erklärung die Periodendauer T0 des Torimpulssignals nur
der Vorgänge des in Fig. 2 und 3 dargestellten 2,5 mal so groß wie die Periodendauer T1 gewählt.
Gerätes. Es ist klar, daß unter praktischen Verhältnissen bei
Mikrowellenimpulsen das T0 sehr viel größer ist als
T1. In Fig. IE sieht man, daß jeder Impuls von Null
mit der gleichen positiven Anfangssteilheit anschwingt. Während der Intervalle, die mit positiven
Abschnitten der Torimpulswelle 2usammenfallen, werden I1A Perioden der Frequenz J1 für die Zwecke
der Abstrahlung erzeugt. Das Echosignal der Frequenz /2 besitzt die gleiche Lage zu dem Impulsvorgang
gemäß Fig. IE, wie das Echosignal gemäß
wechselnder Intervalle verstreut liegt und Punkte des
100-Hz-Differenzsignals charakterisiert. Wenn Kohärenz
vorliegt, ergibt sich eine getreue Reproduktion des 100-Hz-Signals. Wenn indessen keine Kohärenz
5 vorliegt, dann entspricht das resultierende Signal wesentlich dem, welches man erhält, wenn man zufallsmäßig
Punkte aus einer Sinuswelle herausgreift. Die Amplituden-Wahrscheinlichkeits-Dichteverteilung
ist bei einem zufallsmäßigen Herausgreifen von
Fig. 1B zu dem ausgesendeten Signal gemäß Fig. IA io Punkten aus einer Sinuswelle der Amplitude 1 ge-
lag. Das Echosignal zu den gemäß Fig. 1E ausgesendeten
Signalen ist in Fig. 1F wiedergegeben. Wenn das letztgenannte Signal mit dem Signal gemäß
Fig. 1A gemischt wird, ergibt sich als Mischsignal die
geben durch
wobei χ der Augenblicks-
Anschwingsteilheit herrscht. Dies würde jedoch voraussetzen, daß die Breite der Torimpulse mit einer
Toleranz von weniger als 10 ~i μβεΰ eingehalten wird.
Bezogen auf die Impulsdauer würde dies bedeuten,
—-tq— , d. h. besser als
0,001 °/o sein muß. Solche Toleranzen sind nur mit sehr kostspieligen, großen Raumaufwand erfordernden
und schlecht abzugleichenden Stromkreisen zu
wert ist und zwischen 0 und +1 liegen kann.
Bei den angenommenen Signalwerten umfaßt jeder
in Fig. IG wiedergegebene Kurvenform. Es ist fest- 15 Hochfrequenzimpuls 105 Perioden der Mikrowellenzustellen,
daß die Umhüllende des letztgenannten frequenz. Eine Methode, die Energie von Impuls zu
Signales durch Willkür bedingt ist. Man kann daher Impuls kohärent zu machen, würde darin bestehen,
aus dem Signal keine Dopplerfrequenzverschiebung die Torimpulse in der Dauer genau 10 μββϋ zu
feststellen. wählen, so daß die Hochfrequenzimpulse stets mit
In Fig. 1H ist eine Folge von kohärent erzeugten 20 Null enden, wobei von Impuls zu Impuls dieselbe
Impulsen dargestellt, wobei jeder Impuls aus IV4 Perioden
des Signals der Frequenz f1 besteht. Es wird
indessen in diesem Falle jeder Impuls von der Null-Amplitude aus erzeugt, in Anbetracht der Tatsache,
indessen in diesem Falle jeder Impuls von der Null-Amplitude aus erzeugt, in Anbetracht der Tatsache,
daß das Torimpulssignal eine ins Positive gehende 25 d « d| ToleraT17 besser ak
Polaritätsumkehr mit jeder fünften ins Positive gehen- üali äl& ioleranz besser als
den Polaritätsumkehr des Signals der Frequenz ft
besitzt; aufeinanderfolgende Impulse werden mit
Steilheiten entgegengesetzter Richtung eingeleitet. So
ist die Einleitung des ersten, dritten und fünften Im- 30 erreichen, pulses mit positiver Steilheit, während der zweite und In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform
besitzt; aufeinanderfolgende Impulse werden mit
Steilheiten entgegengesetzter Richtung eingeleitet. So
ist die Einleitung des ersten, dritten und fünften Im- 30 erreichen, pulses mit positiver Steilheit, während der zweite und In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform
vierte Impuls mit negativer Steilheit eingeleitet wer- einer diese Mängel vermeidenden Schaltung nach der
den. Wie sich aus der gestrichelten Linie ergibt, kann Erfindung in Form eines Blockschaltbildes dargestellt,
die Kurvenform der Fig. 1H mit der Kurve gemäß Der Mikrowellensender umfaßt einen stabilen Oszilla-Fig.
1A überlagert werden. Es ist ferner ersichtlich, 35 tor 91, Welcher in Form eines magischen T-Gliedes
daß negative und positive Signalspitzen eines jeden ausgebildete Mischanordnungen 93 und 94 über einen
Impulses von negativen und positiven Signalspitzen Leistungsteiler 92 speist. Die Mischanordnungen 93
des anderen Impulses um ein ganzes Vielfaches der und 94 werden ferner von den kontinuierlich schwin-Periodendauer
T1 entfernt sind. genden Generatoren 95 und 96 mit einer 51-MHz-
Das Echosignal der Frequenz /2, welches dieselbe 4° und einer 9-MHz-Frequenz erregt. Die letztgenannten
Beziehung zu dem Impulssignal gemäß Fig. IH be- Generatoren senden in abwechselnden und einander
sitzt, wie sie die Echosignale IB und IF in bezug auf ausschließenden Zeitintervallen nach Maßgabe von
die Signale gemäß Fig. 1A und 1E besaßen, ist in Torimpulsen, die von dem Torimpulsgenerator 22,
Fig. 1J dargestellt. Wenn das letztgenannte Signal dessen Frequenz variierbar ist, geliefert werden. Die
mit dem Signal gemäß Fig. 1A gemischt wird, ergibt 45 Ausgangsströme der Mischstufen 93 und 94 werden
sich ein Ausgangsmischsignal, wie es in Fig. IK ge- den Filtern 97 und 98 zugeführt, deren Ausgangszeigt
ist. Es ist festzustellen, daß die punktiert an- signale die Überlagererfrequenz bzw. die Sendefregedeutete
Umhüllende eine Periodendauer besitzt, quenz bilden. Der stabile Oszillator 91 ist zweckweiche
der korrekten Dopplerfrequenzverschiebung mäßigerweise ein Mikrowellenoszillator, der von
entspricht; diese Periodendauer ist mit T3 bezeichnet. 50 einem Servomechanismus gesteuert wird, welcher
Unter praktischen Verhältnissen ergibt sich also einen Hohlraumdiskriminator umfaßt und die Oszillabeim
Mischen eines Signals fester Frequenz mit torfrequenz annähernd auf der Mittelfrequenz des
einem Echosignal eines inkohärent ausgestrahlten Hohlraumresonators hält. Es können auch Oszilla-Mikrowellenimpulses
ein Mischsignal, welches eine toren hoher Stabilität von anderer Art Anwendung Umhüllende hat, die mit der Dopplerfrequenz keiner- 55 finden, beispielsweise kann ein auf verhältnismäßig
lei Beziehung aufweist. niedriger Frequenz schwingender Kristalloszillator
Es möge beispielsweise das ausgesendete Signal verwendet werden, der über eine Kette von Frequenzeine
Frequenz von 10 000 MHz besitzen, so daß also vervielfachern als stabiler Oszillator arbeitet,
die entsprechende Periodendauer lO-^sec ist; die Im vorliegenden Falle ist das Ausgangssignal des
Geschwindigkeit der Strahlungsquelle möge derart 60 stabilen Oszillators eine 9800-MHz-Mikrowelle, und
sein, daß sich eine Dopplerverschiebung von 100 Hz dieselbe wird über Mikrowellenkopplungsmittel einem
ergibt, entsprechend einer Periodendauer von Leistungsteiler 92 zugeführt, welcher Teile der zu-104
μβεΰ. Die Torimpulsfrequenz möge 50 kHz sein; geführten Leistung über Mikrowellenkopplungsmittel
dies entspricht bei Unterstellung einer Rechteck- zu den Mischstufen 93 und 94 leitet. Obwohl auch
kurvenform gemäß Fig. 1D einer tatsächlichen Im- 65 andere Mischstufen verwendet werden können, besitzt
pulsdauer von 10 μβεα zweckmäßigerweise jede Mischstufe Halbleiter-
Das Impulssystem bildet somit ein System, bei dem dioden. Unter dem Einfluß des Torimpulses des
die Dopplerfrequenz während 10 \lssc dauernder ab- Generators 22 erzeugt der Generator 95 ein 51-MHz-
Signal, und die Mischstufe 93 liefert daher ein Ausgangssignal,
welches die Summenfrequenz und die Differenzfrequenz, nämlich die Frequenzen 9851 MHz
und 9749MHz enthält. Ein Filterkreis 97 läßt nur das 9851-MHz-Signal hindurch, und das letztere
dient als Überlagerersignal. Wenn der Generator 95 unter dem Einfluß des Torimpulsgenerators 22 abgetrennt
wird, erhält die Mischstufe 93 nur ein 9800-MHz-Signal zugeführt, und dieses Signal wird
einfacher Weise die Dopplerfrequenzverschiebung relativ zu einer geeigneten Bezugsfrequenz erhalten
werden. Bei der erfindungsgemäßen Anlage können Frequenzverschiebungen, die in den Echosignalen
bündelte Strahlungen benutzt werden, welche für eine bestimmte Senderleistung eine erhöhte Empfindlichkeit
geben.
Vorteilhaft ist die an sich übliche Anwendung eines Impulsverhältnisses von 50°/»; die Dauer eines jeden
ausgesendeten Impulses ist praktisch ebenso groß wie das Zeitintervall zwischen zwei Impulsen. Es wird
daher Energie zu dem Empfänger verhältnismäßig
Empfänger unempfindlich gegenüber der Ausgangsschwingung des Generators auch dann, wenn ein Teil
der Energie desselben zum Empfänger durchsickern sollte.
Wie bereits angegeben, liegt die Erfindung in der besonderen Herstellung kohärenter fester Frequenzen
als Signale. Da sowohl die Überlagererfrequenz als auch die Frequenz des ausgesendeten Signals dadurch
gewonnen werden, daß das Signal des stabilen
durch das Filter 97 zurückgehalten; es wird daher io Mikrowellengenerators mit einer der kohärent erkein
Überlagerersignal erzeugt. Dementsprechend ist zeugten Signale kombiniert wird, sind das ausgesendie
Empfangsapparatur mit ihrem Zwischenfrequenz- dete Signal und sämtliche im Empfänger auftretenden
verstärker unwirksam für den Empfang von Signalen. Signale kohärent. Obwohl daher eine Frequenztrans-Wenn
das Signal des Torimpulsgenerators 22 den formation des das Dopplerfrequenzspektrum tragen-Generator
96 in Tätigkeit setzt, wird die Mischstufe 15 den Echosignals im Empfänger stattfindet, kann in
94 von einem 9-MHz-Signal erregt, und sie liefert
dann die Summenfrequenz und die Differenzfrequenz
von 9809 MHz bzw. 9791 MHz. Das Filter 98 läßt
nur das 9809-MHz-Signal durch. Wenn der Torimpuls
dann die Summenfrequenz und die Differenzfrequenz
von 9809 MHz bzw. 9791 MHz. Das Filter 98 läßt
nur das 9809-MHz-Signal durch. Wenn der Torimpuls
des Generators 22 den Generator 96 unwirksam 20 verschiedener Strahlenbündel auftreten, unabhängig
macht, entsteht im Ausgangskreis der Mischstufe 94 angezeigt werden. Daher können sehr scharf genur
das 9800-MHz-Signal, welches durch das Filter
98 zurückgehalten wird. Es wird in diesem Zeitintervall daher kein Signal ausgesendet. Das Filter 98 enthält zweckmäßigerweise einen üblichen Verstärker zu 25
dem Zwecke, die Leistung des Sendesignales zu vergrößern.
98 zurückgehalten wird. Es wird in diesem Zeitintervall daher kein Signal ausgesendet. Das Filter 98 enthält zweckmäßigerweise einen üblichen Verstärker zu 25
dem Zwecke, die Leistung des Sendesignales zu vergrößern.
Es ergibt sich aus dem Vorstehenden, daß das angestrebte abwechselnde Arbeiten des Senders und des
Empfängers für Mikrowellen dadurch erfolgt, daß die 30 lange zurückgestrahlt, verglichen mit den sonst zur
Abgabe von verhältnismäßig niederfrequenten Signa- Anwendung gelangenden eigentlichen Impuls-Radarlen
gesteuert wird. Der stabile Oszillator 91 schwingt systemen, die mit einer niedrigen relativen Impulsständig. Es ergeben sich daher keine Stabilitäts- dauer arbeiten, so daß das IntervaH zwischen ausprobleme
hinsichtlich des Generators der primären gestrahlten Impulsen wesentlich größer ist als die
Mikrowelle. Es ist verhältnismäßig einfach, die Gene- 35 Impulsdauer. Indem man ferner allenfalls in ebenfalls
ratoren der 51-MHz- und 9-MHz-Frequenz zu tasten, üblicher Weise die Impulswiederholungsfrequenz
ohne daß die Frequenzstabilität des Ausgangssignales nach Maßgabe der Flugzeughöhe regelt, dergestalt,
leidet. Es werden daher zwei stabile Mikrowellen- daß, wenn der Sendeimpuls endet, die Vorderfront
signale geliefert, deren Frequenzdifferenz die ge- des Echoimpulses zu dem Flugzeug zurückgelangt,
wünschte Hochfrequenz des Zwischenfrequenzemp- 40 wird der Empfänger mit maximaler Empfindlichkeit
fängers ist. Da beide Signale von dem stabilen betrieben und nimmt praktisch den gesamten reflek-Oszillator
91 abgeleitet werden, bewirkt eine Fre- tierten Echoimpuls auf. Ein weiterer Vorteil des 5O°/o
quenzänderung des letzteren keine Änderung der betragenden relativen Impulsverhältnisses liegt in der
Differenzfrequenz. Die Stabilität der Differenzfre- Art des Frequenzspektrums, welches zur Ausstrahquenz
hängt nur von der Stabilität der 9-MHz- und 45 lung gelangt. Der größte Teil der Energie liegt in den
51-MHz-Signale ab, und diese Frequenzen können Seitenbändern nahe der Trägerfrequenz,
innerhalb enger Toleranzen durch Anwendung ent- Die Wirkungsweise eines Gerätes, das in Versprechender
Kristalloszillatoren gesteuert werden. bindung mit der erfindungsgemäßen Schaltung die
Wie bereits angedeutet wurde, umfaßt die be- Frequenz der wechselweisen, gleich langen Wirksamschrieberie
Anlage Sender und Empfänger, die zeitlich 50 machung von Sender und Empfänger in Abhängigkeit
abwechselnd arbeiten; wenn der Sender in Wirksam- von einem Höhenmesser automatisch einregelt, ergibt
keit ist, ist also der Empfänger abgeschaltet und um- sich aus der Erörterung des Blockschaltbildes gemäß
gekehrt. Diese Arbeitsweise vergrößert die Empfind- Fig. 3 und der in Fig. 4 in Abhängigkeit von der Zeit
lichkeit. Bei Anlagen, die den Dopplereffekt konti- dargestellten Wellenformen. In Fig. 3 ist in Form
nuierlicher Schwingungen ausnützen, muß das Echo- 55 eines Blockschaltbildes der Generator 22 beschrieben,
signal so stark sein, daß es von dem Sender her welcher die Torimpulse erzeugt und ihre Frequenz im
durchsickernde Signale übertönt; bei der beschriebe- Zusammenwirken mit einem Höhenmeßgerät 23 benen
Anordnung aber ist der Empfänger außer Wirk- stimmt.
samkeit, wenn ein Sendersignal abgestrahlt wird. Es Eine Zählerkette 101 wird an der Klemme 102 von
kann daher der gesamte zur Verfügung stehende Ver- 60 einem 500-kHz-Steuersignal erregt. Der Ausgang
Stärkungsgrad des Empfängers für die Wiedergabe einer jeden Zählerstufe 1 bis 5 führt zu einem Impulsdes
Echosignales ausgenützt werden. Die spezielle tor, dessen anderer Eingangskreis zu einer Klemme
Ausführungsform dieses Duplexbetriebes verwendet des Schalters 103 geführt ist. Jede Klemme und jedes
daher einen stabilen Mikrowellengenerator, welcher Impulstor trägt eine der betreffenden Zählerstufe entkontinuierlich
eine primäre Mikrowelle erzeugt, deren 65 sprechende Zahl. Der Arm 104 des Schalters 103 ist
Frequenz unterschiedlich von der Frequenz des aus- mit der zu einem positiven Potential führenden
gesendeten Signales ist; der genannte Generator kann Klemme 105 verbunden und wird durch die Welle
daher ununterbrochen wirksam sein. Dabei ist der eines Höhenmeßgerätes 23 betätigt. Die Ausgangs-
kreise der Impulstore führen zu Pufferstufen 106 (Trennverstärker), welche den Flip-Flop-Kreis 107
erregen. Der S-Teil des Flip-Flop-Kreises 107 ist bei
der Klemme 108 mit dem 9-MHz-Generator 96 verbunden, während der .R-Teil mit der Klemme 109 an
den 51-MHz-Generator 95 geführt ist.
Im nachfolgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 die Wirkungsweise des in Fig. 3 dargestellten
Geräteteiles beschrieben. Die Zählerstufe 101 wird durch das 500-kHz-Signal erregt. Die Stufe 1 spricht
auf dieses Signal mit einem Ausgangsstrom an, der in Fig. 4 A dargestellt ist. Die übrigen Stufen sprechen
auf die Signale der vorausgehenden Stufen an, und es ergeben sich so Wellenformen der Ausgangsströme,
wie sie in den Fig. 4 B, 4 C, 4 D, 4 E gezeigt sind. Jeder dieser Ausgangsströme wird differenziert und
dem betreffenden Impulstor zugeführt. Der Arm 104
des Schalters 103 wird durch die Bewegung der Welle des Höhenmessers 23 betätigt und die Anordnung ist
so getroffen, daß der Arm 104 die Eingangsklemme 105 mit der Schalterklemme 1 verbindet, wenn der
Höhenmesser 0 bis 610 m anzeigt. Es findet Verbindung mit der Klemme 2 statt, wenn die Höhe zwischen
610 und 1220 m liegt; es findet Verbindung mit der Klemme 3 statt, wenn die Höhe zwischen 1220
und 2440 m liegt; es findet Verbindung mit der Klemme 4 statt, wenn die Höhe zwischen 2440 und
4880 m hegt, und es findet Verbindung mit der Klemme 5 statt, wenn die Höhe mehr als 4880 m ist.
Wenn eine Schalterklemme mit der Klemme 105 verbunden wird, wird ein entsprechendes Impulstor
erregt, und Ausgangsimpulse werden an die Pufferanordnung 106 abgegeben, welche sie wiederum zu
dem Flip-Flop-Kreis 107 leitet. Wenn beispielsweise der Arm 104 mit der Klemme 3 verbunden ist, wie
dies dargestellt ist, werden die Ausgangsimpulse des Impulstores 3, die in Fig. 4 F gezeigt sind, über die
Pufferstufe 106 dem Flip-Flop-Kreis 107 zugeführt; der letztere liefert dementsprechend an den Klemmen
108 und 109 seiner beiden Hälften S und R Ausgangsströme, die in Fig. 4 G und 4 H gezeigt sind. Die letztgenannten
Wellenformen sind gegenphasig und werden dem 9-MHz-Generator 96 und dem 51-MHz-Generator
95 zwecks Steuerung zugeführt. Entsprechend den beiden Torimpulsen des Flip-Flop-Kreises
107 ergeben sich die Ausgangssignale der Filter 98 und 97, die in den Fig. 4 J und 4 K gezeigt
sind. Es werden daher Impulssignale für die Zwecke der Ausstrahlung und die Zwecke der Überlagerung
erzeugt, die kohärent sind und gleiche Dauer besitzen, die aber in abwechselnden und einander ausschließenden
Zeitintervallen wirksam sind. Der Grund, weswegen die Pulswiederholungsfrequenz in
Schritten geändert wird, liegt darin, daß unerwünschte Modulationsprodukte im Empfangssignal vermieden
werden.
Es wurde die Anordnung im Zusammenhang mit üblichen Zählern, welche Elektronenröhren-Flip-Flop-Kreise
verwenden, und im Zusammenhang mit einem Vakuumröhren-Flip-Flop-Kreis 107 beschrieben.
Die Erfindung kann aber auch mit anderen, zwei stabile Lagen besitzenden Stromkreisanordnungen
durchgeführt werden, beispielsweise unter Anwendung von Transistoren und oder Kreisen mit Magnetkernen,
welche ähnliche Funktionen ausüben, und es kann ein Höhenmeßgerät beliebiger Ausführungsform
verwendet werden.
Bei niedrigen Flughöhen, wo sich der Sendeimpuls und der Echoimpuls überlappen, und man es für
zweckmäßig erachtet, daß der Empfänger mit geringer zeitlicher Überlappung auch wirksam ist während
eines Bruchteils des Zeitintervalles, in welchem ein Impuls ausgesendet wird, können Mittel angewendet
werden, um die51-MHz-Stromquelle95 entsprechend
langer anzuschalten.
Die letztgenannten Mittel können von Hand betätigt werden oder entsprechend einer Anzeige des
Höhenmeßgerätes, die einen bestimmten Wert unterschreitet.
Claims (4)
1. Schaltung zur gemeinsamen Erzeugung von Mikrowellen-Sendeschwingungen und Mikrowellen
- Empfangsüberlagererschwingungen für solche Radargeräte mit Ausnützung des Dopplereffektes,
die wechselweise senden und empfangen und dabei Kohärenz von Sendeschwingungen und
Empfangsüberlagererschwingungen voraussetzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein kontinuierlich
schwingender Mikrowellengenerator (91) Leistung an zwei Mischstufen (93, 94) abgibt, denen zusätzlich
je eine wesentlich niedrigere Hochfrequenz, die von je einem kontinuierlich schwingenden
Hochfrequenzgenerator (95, 96) erzeugt ist, über komplementär oder mit nur geringer zeitlicher
Überlappung gesteuerte Torstufen zugeführt wird, und daß je ein Seitenband der in den
Mischstufen erzeugten Wellen zwecks Verwendung als Sendeschwingung bzw. Empfangsüberlagererschwingung
durch Filterstufen (97, 98) isoliert wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Torstufen,
daß die Zeitdauer der abgegebenen Sendeschwingungen und die Zeitdauer der abgegebenen Überlagererschwingungen
annähernd gleich lang sind.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung auf einem Flugzeug
vom Höhenmesser gesteuerte Mittel vorgesehen sind, welche die Dauer der ausgesendeten
Wellenzüge gleich der Echolaufzeit machen.
4. Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen periodisch arbeitenden mehrstufigen
Binärzähler (101), von dessen Zählstufen über zugeordnete Torstufen, von denen jeweils eine in
Abhängigkeit vom Meßwert des Höhenmeßgerätes (23) selbsttätig zur Auswahl gelangt, eine
die Torstufensignale für die Hochfrequenzgeneratoren (95, 96) liefernde Flip-Flop-Stufe (107) gesteuert
wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 596 651, 655 396;
USA.-Patentschriften Nr. 2482128, 2 543 449;
Nachrichtentechnik, 6 (April 1956), S. 180;
Bulletin des schweizerischen elektrotechnischen Vereins, 43 (1952), S. 16 bis 19.
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 20a 638/273 8.62
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DEL28540A Pending DE1135533B (de) | 1956-09-10 | 1957-09-07 | Schaltung zur gemeinsamen Erzeugung von Mikrowellen-Sendeschwingungen und Mikrowellen-Empfangsueberlagerer-schwingungen fuer Radargeraete mit Ausnuetzung des Dopplereffektes |
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