Radaranlage.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Radaranlage. Vorzugsweise dient (lie Anlage zur Ermittlung und Anzeige der jeweiligen Lage von Flugzeugen in der Luft.
BisherfunktioniertendieRada.ra.nlagen ge w¯hnlich in der Weise, da¯ man den Teil des Luftraumes, in welchem man die An- wesenheit'von Flugzeugen vermutete, abta- stete, wobei das Abtasten in einer Richtung mit relativ hoher Frequenz, und in einer andern, zur erstgenannten Richtung senk rechten Richtung, mit einer wesentitich nie drigeren Frequenz erfolgte. Bei solchen Anlagen hat aber die Zeit, die das ausgestrahlte TrÏgersignal braucht um vom Sender ber den reflektierten Gegenstand zurück zum Elmpfänger zu gelaRngen, einen nicht mehr vernachlässigbaren Wert, ao da. ss bei Verwen- dung relativ hoher Abtastfrequenzen eine Berichtigung vorgenommen werden mu¯, um Irrtümer hinsichtlich der so erha. ltenen La.
geanzeige zu vermeiden.
Zu diesem Zwecke ist bereits vorgeschla- gen worden, das Abtas'tsignal in Form von Impulsen auszusenden und vonderLaufzeit der Impulse eine Steuergrosse abzuleiten, welche zur Berichtigung verwendet wird.
TatsÏchlich funktioniert eine Berichtigung nach diesem Prinzip im Zentrum des abge ta. sfeten Raumes ziemlich gut ; sie ist aber in ihrer Genauigkeit etwas beschränkt in den äussern Teilen des abgetasteten Raumes, was davon herrührt, da¯ ein Berichtigungs-Potentialimpuls der eigentlich wÏhrend, einer gegebenen Linienablenkung berichtigen soulte, m'denäussern Teilen des abgetasteten Raumes innerhalb einer ändern Abtastlinie wirksam sein kann.
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Radaranlage, bei welcher von einer Richtantenne mit von der Frequenz abhan- gigem Abstra.hlwinkel ein Hochfrequenzstrahl ausgestrahlt wird, dessen TrÏgerfre quenz in solcher Weise veränderlich ist, daB ein vorbestimmter Raum in mindestens einer Ritchtun.
g abgetastet wird, wobei der Emp- fänger Mittel a, ufweist, die in Abhängigkeit von dem empfangenen Signal, das vom reflektierenden Gegenstand zur ckgeworfen wird, ein Steuersignal erzeugen, derart, da¯ eine charakteristische Gr¯¯e dieses Steuersignals eindeutig von der Frequenz des empfangenen TrÏgerwellensignals abhÏngt, und der Empfänger weiter Anzeigemittel enthÏlt, die durch das genannte Steuersignal so beeinflusst werden, da. ¯ sie die Lage des reflektfverenden Gegenstandes im Raum an- zeigen.
Die Erfindung wird a. n Rand eines in der Zeichnung dargest@llten Ausf hrungsbeispiels nÏher erlÏutert. Fig. l ist ein teil weise achemattiscbes Schaltbild der ganzen Anlage und die Fig. 2, 2a und 3 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise.
Die Anlage nach Fig. 1 enthÏlt eine Sendestation 10 zum Ausstrahlen eines scharf konzentriertenTrägersignalstrahles,wobei dieser Strahl ein vorbestijnmtes Raumgebiet periodisch,nach.zweizueinandersenkrechten Richtungenabtastet.Ausserdemwei & tdie AnlageeinenEmpfänger 11 auf.
Die Sendesta. tion 10 enthält ein Anten nengebilde, das eine Anzahl von in einer Ebene angeordneter Dipole Di-Dz enthält, die zu Gruppen D1-D4, D5-D8, D9 D12 und D 13 D 16 zusammengefa¯t sind.
Die Dipole jeder dieser Gruppen werden parallel erregt. Zwischen je zwei aufein- anderfolgenden Dipolen ist ein Verzögerungs netzwerk F eingesahaltet, wodurch der elektrische Abstand der Dipole vergrössert wird.
Der räumliche Abstand der Dipole jeder Gruppe beträgt vorzugsweise ungefähr eine halbe Wellenlänge der mittleren Frequenz des Trägersignals, während der durch die Verzögerungsnetzwerke F bedingte elektri- sche Abstand einem ganzzahligen Mehr- fachen der WellenlÏnge bei der mittleren Frequenz des TrÏgersignals entspricht. Die DipolgTuppen sind voneina. nder um etwa. eine halbe WellenlÏnge der mittleren Frequenz distanziert. Der Sender 10 enthält einen Hochfrequenzgenerator 14, dessen Frequenz periodisch durch den von einem Zeitmesser 17 synchponiaiertenGenerator16verändert wird.
Mit der periodischen Frequenzände- rung Ïndert sich auch die Richtung des von der Antenne ausgesandten scharf konzentrierten Strahles, so da¯ der Raum dadurch in einer bestimmten Dimension periodisch abgetastet wird.
Der, SendeT 10 enthält ferner noch Mittel zur pariodiachen Änderung der Phasenwinkel zwischen benachbarten Dipolgruppen. Dadurch warderreicht,da,ssder.StrahldenRaum in einer zur LÏngserstreckung der Dipolgruppen senkrechten Richtung abtastet. Die Frequenz, mit der diese Abtastung erfolgt, ist klein gegenüber. der Abtastfrequenz, welche durch Frequenzänderung des Trägersignals erzeugt wird. Die pleriodische Pbasenänderung wird dut. eh einen Generator 18 gesteuert, der ebenfalls von dem Zeitmesser 17 synchronisiert wird.
Um die Absrhrahlung von Energie nach unten zu unterdriieken, ist unter jedem Dipol ein reflektierender,nichtgezeichneterLeiter angeordnet.
Der Empfänger 11 enthÏlt einen Hochfrequenzverstärker und-modulator 19 mit einem Einga ngsstromkreis, der mit einem im wesentlichen ung'eriohteten Antennengebilde gekoppelt ist, welohee. zwei Dipolantennen 2w0 und 21 auf weist. Der Dipol 20 ist vorzugsweise parallel'zu den Dipolen des Sen dersundgleichzea.tigsenkrechtzumDipol 21, welch letzterer ein Ansprechen der Antenne auf Trägereignale ermöglicht, deren Polarisationsebene senkrecht zu derjenigen der ausges'a. ndten Signale steht.
Der Eingangsstromkreis des Modulators 19 ist mit einem Schwingungsgenerator 22 gekoppelt zwecks Erzeugung einer Zwi- sehenfrequenz. Diese wird im Zwischenfre- quenzverstärker 23 verstärkt und über eine Begrenzung'svoTriohtung 24, einen Frequenz- detektor 25 und einen GleichstromverstÏrker 26 dem Ablenkplattenpaair 27 einer Katho denstrahlröhre 28 zugeführt. Mit der Begren- zungsvorri'ehtung 24 ist ein Amplituden- detektor und -VerstÏrker 29 gekoppelt, de, sen Ausgangsstromkreie) eine Vorspannungsquelle 30 und eine Steuerelektrode 31 der Eathoden- , strahlr¯hre 26 enthÏlt.
Die Vorspannungsquelle 30 erteilt der Kathodenstrahlr¯hre 28 eine Vorspannung, um den Kathodenstrahl zu unterdrücken, solange keine Signale emp- fangen werden. Die Kathodenstrahlr¯hre 28 enthält noch ein zweites Ablenkplattenpaar 33, welches mit dem Generator 18 gekoppelt ist.
Dile Wirkungsweise der beschriebenen Anlage ist wie folgt :
Die Generatoren 16 und 18 erzeugen Steuersignale, die'vorzugsweise sägeza. hn- a.rtige'Wellenfo'rmha.ben.DasSteuersignal des Generators 16 moduliertdieFrequenz des vom Hochfrequenzgenerator 14 erzeugten Trä. gersignals, wodurch die Frequenz dieses letzteren sich linear mit der Zeit ändert, von einer niedrigsten Frequenz./i bis zu einer höchsten Frequenz f 2, wie dies die Kurve A der Fig. 3 a veranschaulicht,
Die horizontale Achse in Fig. 3 ist die Zeitachse und die vertikale Achse bezieht sich auf die Frequenz des ausgestrahlten Signals, durch welche die Winkellage des Strahles in einer Richtung bestimmt ist.
Das vo, Generator 18 erzeugte Steuersignal ändert linear mit der Zeit die betreffenden Phasen der TrÏgersignale, die auf die Dipolgruppen D 1-D 4, D 5,-D 8 usw. bertragen werden, wobei die Frequenz dieses Steuer- signal, vorzugsweise viel kleiner ist. als die vom Generator 16 erzeugte. Es geht also von dem Antennengebilde 13 ein scharf konzentrierter TrÏgersignalstrahl aus, der gemäss der Kurve C in Fig. 2a periodischden abzutastenden Raum durchstreift. Die Verhältnisse in der Ebene FGZ sind in Fig. 2 ge- sondert dargestellt, unter der Annahme, dass die Frequenzänderung eine Strahlrichtungs- änderun. g von nahezu 180 erzeugt.
Der Fre- quenz f 1 (Fig. 3) entspricht der kleine Strah lungswinkel @, der mittleren Frequenz ein Strahlungswinkel @ 1 und bei der grössten Frequenz wird der Strahl unter einen Win kel @ 2 abgestrahlt. Jeder Frequenz des Trädes Generatoirs 14 entspricht also ein besonderer Strahlungswinkel des scharf konzentrierten Trägarsignalstra. hles. Dieser Strahl wird gleichzeitig veranlasst, den abzutastenden Ra. um mit einer konstainten Winkel- geschwindigkeit, aber mit geringerer Fre quenz und in einer zu der an Hand von Fig. 2 beschriebenen Richtung senkrechten Richtung abzutasten.
Angenommen, der Trägersi. gnalst-rahl mit dem dureh die Kurve B (Fig. 2) dargestell- ten Richtdiagramm werde in einem gegebe- nen Zeitpunkt unter einem Winkel ausgesandt, wobei dieser Winkel einer Frequenz f 3 entspricht und der genannte Strahl werde von einem Gegenstand 12 z Emfp'fängsr11 zurück reflektiert. Die reflektierte TrÏgerwelle wird dort durch den Hoehfrequenzver 3tärker 19 empfan. gen und verstärkt, und dwrch den Oszillator 22 und den Modulator 19 in ein Zwischenfrequenzsignal umgewandelt.
Dieses wird dureh, den Zwisehenfreqenz- versta rker 23 verstärkt, durch die Begren zungsvorrichtung 24 auf eine vorbastimmte, im wesentlichenkonsita.ntsAmplitude begrenzt und auf den FrequenzdetektoT 25 übertragen.Di & Frequenjzempfm'dliohkeits- kurve des Frequenzdetektors 25 ist dureh die Kurve C der Fig-. 3b dargestellt, in welcher die Frequenz'auf der Abazisse'aufgetragen ist, während die von der Frequenz abhÏngige Austrittsamplitudeauf der Ordinate aufgetragen ist.
Es wird also im Ausgangsstromkreis des Frequenzdetektors 25'ein Steuersignal mit der Amplitude63'erzeugt.DieseSpannung' wird dwreh den GleichstromverstÏrker 26 verstärkt und den Ablenkplatten 27 zugeführt.
Das Zwischenfrequenzsignal mit begrenzter Amplitude,dasimAusgangsstromkreis des Begrenzers 24 entwickelt wurde, wird auch auf den Amplitudendetektor 29 bertra. gen, um dadurch ein zweites Steuersignal abzuleiten, das durch den Verstärker 29 var stä. rkt und zwischen die Steuerelektrode 31 und die Kathode 32 der Rohre 28 angelegt wird, wobeidas'Ste'ue!r'signa'lmiteineraol- chen Polarität übe'rtrag'enwird,da,ssdie durch die Vorspa. nnungsquelle 30 bewirkte Strahlungsunterdrüekungaufgehobenwird, sobald ein Signal eintrifft.
Dasi Steuersignaldes'Generators 18 wird auch laluf die Ablenkplatten 33 der R¯hre 28 übertragen,wodurchderenAblenksp'annung synchron mit der durch die Phasenverschie- bung bewirktenStrahlriehtungsä.nderun'g ver läuft.Infolgedessenwiird der Kathodenstrahl zwischen den Elektroden 33 um einen Betrag abgelenkt,'der ein eindeutiges Mass für den StraMungswinkelin der zweiten Abtastrich- tung bildet.
Zwischen den Ablenkpltben 27 wird der Kathodenstrahl nochmals in einer zu seiner eTst'enAblenkungarichtung senkrechten Richtung abgelenkt, und zwar r durch die an diesen Elektroden vorhandene Poten tialdifferenz 63. Der Wert. derselben ist ein Dfass fiir den Stra. hlungswinkel 0, unter wel chem der TrägarBignalsitrahlgegenden reflektierendenGegenstand 12 hin auge- sandt wurde. Das Kathodenstrahlenbündel trifft auf den Leuchtsehirm der Röhre 28 in eineFm Punkt auf, der in zwei Dimensionen die Lage des reflektierenfdenGegens'tandes anzeigt.
Es sei hier nocherwä.hnt,dassderWinkel, hunter dem der scharf Komzentrierte TrÏger sig-na/lstrahl von der Antenne 13 ausgestrahlt. wurde, in dem Augenblick, in welchemdas' reflektierte Träpjer3ignail an der Antenne 20, 21 der Empfiangssstation 11 aufgefangen wird, in der ersten Dimension einen neuen Wert @ 2 angenommen haben kann, wie ihn die punktierte Kurve E (Fig. 2) darstellt.
Dies rührt von'dem verhältnismässig raschen Wechsel der Strahlungswinkel des Träger- signa.lsin der ersten Dimension her, der eine Folge der angewendeten relativ hohen Modulatins, frequenz ist.
Bei einer früher vorgeschlagenen Anord- nungwurde.denAblenkp'latten27'das Steuersignal des Generators 16 zugefiihrt und es isb da. her bei dieser Anordnung not wendig, in den Stromkreis'derAblenkungs- elektroden 27 ein Ausgleichspotential einzu- führen,'dessenGrossesich mit de'rZeit Ïndert, die da@ TrÏgersignal braucht, um bis zum reflektierenden Gegenstand 12 und zuriiek zur Empfangsstationzugelangen. Ein solches Ausgleichs ? otential ist aber dazu ge- eignet, in der NÏhe der Grenzen des abge tastetenGebietesfalsche Anzeige herbeizu- f hren,
welche sich daraus ergeben, dass in der Kathodenstrahlr¯hre in derjenigen Zeit, welche nom Augenblick des Aussistrahlens einels Zeichens bis z'um Empfangendes 'reflektierten Zeichens vergeht,'eine neue'Ab- tastlinie begonnen wird.
Baider'beschriebenenAnlagewirddie NotwendigkeitsoleherAusgleichspoten'tiale, vermieden. Dies rührt davon her, dass die Frequenz der an den Platten 33 liegenden Phaaensehi'e'bersp.a.nnungs'ogering ist, da¯ , der vom EatihodenstrahlwährendderLauf- zeit des.SignalszurückgelegteWeg verschwindend klein ist.
Das erste SteueTpotential', das a. uf die Ab lenkelekttroden 27 übertragen wird, va. riiert bez glich der Amplitude nur mit der Frequenz des empfangenenTräg'ersignalsund da jede Frequenz des empfangenenTräger- sigtia.lseinembesonderenAmsstrahlungSwin- kel ! des Trägersignal'strahles von der Antenne 13 ans in der'erstenDimensionentspricht, so variiert die Ablenkung-desEathoden- strahlenbündelsdurchdieAblenkelektroden 27 direkt mit dem Winkel, unter dem der Trägersa.gna.lstrahlvonder Antenne 13dem reflektierenden Gegenstand 12 zugeworfen wurde.
Wenn also die ReflexiondesTrägeir- . s'i'g'n.'alstrahl'e'sinderNähe eines äussern Randteils des abgetasteten aumgebietes, z. B. unter einem Winkel 0 entsprechend der Frequenz f 1 des TrÏgersignals des Gene ra. tors 14 erfolgt, so hat das. Steuersignal, da. den Ablenkelektroden 27 der Röhre 28 übertragen wird, einen Wert, z. B. den Wert el, der nur diesem Strahlungswinkel, ent- spricht.
Wenn die Reflexion des Trägersignals an emementgegengesetztenRandteildesabge- tasteten Raumgebietes erfolgt, z. B. unter einem Winkel @ 2 entsprechend der Frequenz f, desTrä.gersignaJsdesG-enera.torE. 14, so ha, tin-gleicharWeisedas.denAblenkelak- troden 27 derRohre23zugeführteSteuer- eig-nal wiederum einen Wert, z. B. den Wert e2, der nur diesem letztgenanntenStrahlungs- winkel entspricht.
Infolgedessen sind die von der Kathodenstrahlröhre28gelieferten An zeigen beitreffend die La. ge des reflektie. ren- den Gegenstandes im Raum frei von jeder Zweideutigkeitübera.lle Teile des'abgetaste- ten Raumgebietesi hinweg.