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Sende-Empfangs-Weiche für symmetrische und unsymmetrische Leitungen
Die Erfindung betrifft Sende-Empfangs-Weichenfür symmetrische oder unsymmetrische Leitungen mit durch impedanztransformierende Netzwerke in der Sende-Empfangs-Leitung eingekoppelten, als Schal- ter wirkenden Halbleiterdioden.
Bei Sende-Empfangs-Anlagen mit einergemeinsamenAntennefürden Sendebetrieb und den Empfangs- betrieb stellt sicn immer wieder das Problem, einerseits die Sendeenergie vom Empfängereingang fern zu halten, anderseits die gesamte Empfangsenergie in den Empfänger zu leiten. Für Hohlleiter wird die Sen- de-Empfangs -Weiche vielfach mit einem sekundären Hohlleiter aufgebaut, aer entweder über eine n Rich- tungskoppler angeschlossen ist oder in Richtung des E-Feldes der gesendeten Energie auf dem Senderhohl- leiter steht.
In einer weiteren Lösung wird die unter der Bezeichnung"TR-Schalter"bekannte Anordnung verwendet. Mit dieser Anordnung wird der Eingang in die Empfängerleitung bei Sendebetrieb durch Gasentladungslampen oder sogenannten"Nulloden"hochohmig geschaltet. Diese Schaltröhren werden durch die gesendete Energie gezündet und ergeben dadurch einen Kurzschluss zwischen den beiden Polen der Hoch- frequenzleitung.
Mit einem Inpedanztransformator wird der Kurzschluss derart an die zu sperrende Stelle transformiert, dass an dieser Stelle einhochohmiger Widerstand erscheint. Die Zündung der Schaltröhren erfolgt bei einem Potentialunterschied von etwa 100 V. Dies führt zu dem für den Mischkristall gefährlichen Zündimpuls oder "Spike". Der Zündimpuls kann durch Vorionisierung der Schaltröhren verkleinert werden, dies ergibt jedoch naturgemäss eine beträchtlich längere Entionisierzeit. Ein Empfangssignal kann also erst wieder in den Empfänger geleitet werden, nachdem die Schaltröhre vollständig gesperrt ist. In Radargeräten ergibt sich durch diese Entionisierzeit der kürzeste messbare Abstand zwischen dem Radargerät und dem reflektierenden Objekt.
Für die Frühwarnradargeräte und auch für Feuerleitradargeräte genügt dieser minimale Abstand, da höchst selten eine Vermessung unterhalb etwa 500 m verlangt wird.
Anders liegt der Fall bei Verwendung eines Radargerätes als Sondenpeilanlage für meteorologische Sonden. Hier müssen sehr oft Distanzen ab 50-100 m vermessbar sein. Dies ist jedoch nur erreichbar, wenn die Entionisierzeit stark verkürzt wird.
Es wurden schon Vorschläge unterbreitet, nach denen die üblichen TR-Schalter mit wesentlich kürzeren Entionisierzeiten arbeiten. Der Aufwand steht jedoch in keinem Verhältnis zur Verkürzung der Ent- ionisierzeiten.
Im Gegensatz zu den Schaltröhren weisen Halbleiterelemente eine viel kürzere Entionisierzeit auf.
Die schon früher unternommenen Versuche mit Dioden an Stelle der Schaltröhren zeigten für langwellige Radargeräte mit kleinen Leistungen gute Resultate. Dabei wurden die Dioden mit Steuerspannungen während des Sendeimpulses leitend geschaltet und während des Empfanges in Sperrichtung vorgespannt.
Diese Umschaltung der Dioden mit Hilfe von Steuerspannungen war jedoch sehr aufwendig, da die Schaltzeiten genau einzuhalten waren. Ausserdem waren Zuleitungen für die Steuerspannungen zu den Dioden im Hochfrequenzkanal notwendig, die auch bei Verwendung von Schaltröhren nicht besonders beliebt sind, da zusätzliche Isolationen im Hochfrequenzkanal und zusätzliche Leitungswege fürdie Steuerspannungen in das Antennenaggregat notwendig sind.
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Dieser Aufwand wild durch die Erfindung stark herabgesetzt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Halbleiterdioden bei Sendebetrieb durch die Sendeenergie leitend geschaltet werden und dass bei Empfangs- betrieb die Energie infolge der Schwellenspannung der'Dioden ungedämpft in den Empfänger geleitet wird.
Während bei Radargeräten für Feuerleitzwecke Entionisierzeiten von etwa 50 ; ns erreicht werden, weist die Sende-Empfangs-Weiche nach der Erfindung Erholungszeiten der Grössenordnung von einigen 10-9s auf.
Obschon schnellschaltende Dioden kleiner Leistung (0, 015 JlA bei -20 V) bekannt sind, ist es nicht nahe- liegend, dieselben ohne jegliche Vorspannung mit der Sendeenergie eines Radargerätes von etwa 10 kW zu schalten. Viel eher würde man an spezielle Hochleistungsdioden denken, die jedoch viel träger sind.
An Hand der Zeichnung wird im folgenden die Erfindung näher erläutert, wobei Fig. l eine Übersicht über die erfindungsgemässe Sende-Empfangs-Weiche als Ausführungsbeispiel und die Fig. 2A und 2B Beispiele für einfache Impedanztransformatoren darstellen.
Die Anschlüsse an die Sende-Empfangs-Weiche sind in Fig. l mit S für den Sender, E für den Empfänger und A für die Antenne bezeichnet. Die Leitungen selbst sind nicht besonders hervorgehoben, da sie jeden beliebigen bekannten Aufbau zeigen können. An der Abzweigstelle 1 führen zwei Leiter 2 und 3 mit der Länge, die einer ungeraden Anzahl Viertelwellene../4) der Sendefrequenz entspricht, auf den Anschluss der Empfängerleitung 7.
Die Enden der zwei Leiter 2 und 3 sind mit Dioden 5 und 6 verbunden, die parallel oder gegenparallelgeschaltet sein können. Die kapazitive Einwirkung dieser Dioden 5 und 6 wird mit der induktiven Abstimmanordnung 4 kompensiert. Die Leitung 8, die ebenfalls von der Abzweigstelle 1 wegführt, hat eine Länge, die einer ungeraden Anzahl ^/4 entspricht. Diese Leitung 8 führt auf zwei weitere Leiter 9 und 10 sowie auf die Senderleiter 13. Die Leiter 9 und 10 weisen wieder eine Länge von einer ungeraden Anzahl ^/4 auf, und sind über die Dioden 11 und 12 zusammengeschlossen.
GibtnunderSender S einen Impuls ab, so werden die Dioden 5,6, 11 und 12 leitend und weisen dadurch einen sehr kleinen Widerstand auf, der am Anfang der ^/4-Transformatorleitung, Leiter 9,10 und Leiter 2, 3, eine hohe Impedanz darstellt. Somit fliesst wenig Energie in die beiden Abzweigungen. Beim Empfang eines Impulses an der Antenne sind die Dioden 5,6, 11 und 12 nichtleitend und stellen somit einen hohen Widerstand dar. Die Transformation durch die Leiter 2 und 3 auf die Abzweigstelle 1 ergibt die Nennimpedanz in Richtung gegen den Empfänger. Die Dioden 11 und 12 wirken über die Leiter 9 und 10 sowie über den Leiter 8 als hohe Impedanz gegen den Sender, so dass die gesamte Empfangsenergie in den Empfänger fliesst.
Es dürfte selbstverständlich sein, dass die Parallelschaltung mehrerer Dioden einen besseren Kurzschluss der Leiter im Sendebetrieb bewirkt. Durch Gegenparallelschalten von Dioden fliesst in beiden Halbwellen der Sendeschwingung Strom, wodurch auch bei relativ niedriger Sendefrequenz ein genügender Schutz gewährleistet wird.
Durch Vorspannen der Dioden in der Sperrichtung kann eine höhere Signalspannung empfangen werden, ohne dass die Dioden leitend werden. Bei Sendebetrieb können die Dioden aber auch zusätzlich noch in ihrer Durchlassrichtung vorgespannt werden, um in diesem Fall die Sperrwirkung der Empfängerleitung noch zu verbessern.
Die Fig. 2A und 2B stellenimpedanztransformierende Netzwerke in kompakter Bauweise dar. Die Anordnung gemäss Fig. 2A kann beispielsweise für die Ankopplung der Empfängerleitung dienen. Bei hoher Energie am Anschluss A werden die Dioden 21 leitend. Bei kleiner Energie am Eingang A sind die Dioden 21 hochohmig. Die Induktivität 22 und der Kondensator 23 bilden zusammen einen Schwingkreis, der für Schwingungen mit der Resonanzfrequenz keine Impedanz aufweist.
Die in Fig. 2B dargestellte Anordnung kann für die Ankopplung des Senders an die Antennenleitung verwendet werden. Bei hoher Energie am Eingang S sind die Dioden 25 und 28 leitend, der Schwingkreis, der durch die Induktivität 24 bzw. 27 sowie durch den Kondensator 26 bzw. 29 gebildet wird, bildet wieder für Schwingungen der Resonanzfrequenz keinen Widerstand. Hingegen sind die Dioden 24 und 28 bei kleinen Energiemengen gesperrt.
Die Anordnung lässt selbstverständlich in bezug auf die impedanztransformierenden Netzwerke Modifikationen zu. Beispielsweise können für die À. ! 4-Leiter auch Leiter mit höherer Leitungsimpedanz als die Leitungsimpedanz der übrigen Anordnung gewählt werden. Für eine korrekte Anpassung müssten jedoch derartige Leiter vor und nach den Dioden 5 und 6 (Fig. 1) angebracht werden, um die Empfängerleitung 7 mit der richtigen Impedanz anzuschliessen. Die Dioden 11 und 12 können auch direkt nach der Leitung 8 in jedem Leiter angebracht werden, nur müsste in diesem Falle die Leitung 8 eine Länge aufweisen, die einer geraden Anzahl À. j4 entspricht.
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Die in der Versuchsausführung verwendeten Dioden sind Silizium-Dioden mit einer relativ hohen Schwellenspannung, so dass sie für Empfa'ngssignale unter dieser Schwellenspannung als nichtleitend angesehen werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Sende-Empfangs-Weiche für symmetrische oder unsymmetrische Leitungen mit durch impedanztransformierende Netzwerke in der Sende-Empfangs-Leitung eingekoppelten, als Schalter wirkenden Halbleiterdioden, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterdioden bei Sendebetrieb durch die Sendeenergie leitend geschaltet werden und dass bei Empfangsbetrieb die Energie infolge der Schwellenspannung der Dioden ungedämpft in den Empfänger geleitet wird.