DE1139554B

DE1139554B - Vorrichtung zum Trennen kurzer Nutzsignale von einem kontinuierlichen Stoersignal oder periodischen Stoersignalen laengerer Dauer

Info

Publication number: DE1139554B
Application number: DES58354A
Authority: DE
Inventors: Hubert Paul Debart
Original assignee: Alsacienne de Constructions Mecaniques SA
Current assignee: Alsacienne de Constructions Mecaniques SA
Priority date: 1958-05-22
Filing date: 1958-05-23
Publication date: 1962-11-15
Also published as: DE1139554C2

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S 58354 IXd/21a⁴

ANMELOETAG: 23. MAI 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 15. NOVEMBER 1962

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Trennung eines kurzen Signals von einem kontinuierlichen Störsignal oder periodischen Störsignalen längerer Dauer. Die Erfindung eignet sich beispielsweise zur Trennung eines Radarsignals in Form einer Sinuswelle von einer Störung, sie ist aber auch für das Gebiet der Ultrahochfrequenz von Bedeutung, beispielsweise bei der Impulsübertragung mit Hertzschen Kabeln.

Bisher sind verschiedene Mittel bekannt, um Radarsignale zu mischen oder zu stören zu dem Zweck, das Auffangen der Signale und Festlegen von Hindernissen oder Zielen mittels elektromagnetischer Wellen zu erschweren oder unmöglich zu machen. Eine solche Störung kann beispielsweise durch einen unter der geschützten Bezeichnung Carcinotron bekannten, Rückwärtswellen sendenden Oszillator erreicht werden, der aus einem Mikrowellen-Selbstoszillator besteht und ein Frequenzband von einer Oktave decken kann. Eine solche Röhre enthält eine Verzögerungsleitung mit negativer Gruppengeschwindigkeit, die in einem Wellenlängenbereich in der Größenordnung einer Oktave konstant ist. Die Gruppengeschwindigkeit v_g ist bekanntlich für ein monochromatisches Signal in einem verlustlosen, aber dispersiven Medium gleich der Ableitung der Pulsation ω nach der Phasenverschiebung β je Längeneinheit

Vg =

doi

Tß

Die Gruppengeschwindigkeit entspricht der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Energie und infolgedessen der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Front eines sinusförmigen Signals von endlicher Dauer in einem dispersiven Medium. Ein Beobachter in einem solchen verlustlosen, aber dispersiven Medium würde zuerst Schwingungen geringer Amplitude oder ein »Vorsignal« wahrnehmen und dann die eigentliche Signalfront.

Die Gruppengeschwindigkeit kann positiv oder negativ sein, während die Phasengeschwindigkeit v_p, nämlich die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Phase eines monochromatischen Signals in einem verlustlosen Medium stets positiv ist.

Wird ein sinusförmiges Wellensignal auf der Eingangsseite eines dispersiven Abschnittes eingeleitet, der in einem weiten Bereich eine konstante negative Gruppengeschwindigkeit hat, so erscheint keine Front (deren Geschwindigkeit negativ ist), sondern nur ein Vorsignal mit außerordentlich niedriger Amplitude im Falle eines kurzen Signals, wobei diese Amplitude mit der Dauer der Wellenform allmählich anwächst, bis Vorrichtung zum Trennen kurzer Nutzsignale

von einem kontinuierlichen Störsignal
oder periodischen Störsignalen längerer Dauer

Anmelder:

Societe Alsacienne de Constructions

Mecaniques,
Mulhouse, Haut-Rhin (Frankreich)

Vertreter: Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,

Dipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg

und Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälte,

Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39

Hubert Paul Debart, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

ein permanenter Zustand erreicht ist. Ein solches Medium wirft daher das Signal zurück und nimmt nur Signale einer bestimmten Dauer auf.

Nach der Erfindung wird die Trennung kurzer Nutzsignale von kontinuierlichen oder periodischen Störsignalen dadurch erreicht, daß die kurzen Signale mittels einer Vorrichtung, die nur Signale von bestimmter, längerer Dauer überträgt, zurückgeworfen werden. Eine solche Vorrichtung besteht zweckmäßig aus einer Wellenleitung mit negativer Gruppengeschwindigkeit in einem weiten Wellenlängenbereich von der Größenordnung einer Oktave.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung besitzt demnach einerseits wenigstens eine an sich bekannte Wellenleitung mit negativer Gruppengeschwindigkeit der genannten Ausbildung und andererseits einen ebenfalls an sich bekannten Richtkoppler mit einem Eingang, einem Ausgang und wenigstens einem Zweig zum Anschluß an den Wellenleiter, wobei die Dämpfung zwischen dem Eingang und dem Ausgang praktisch unendlich ist und die Anschlüsse so erfolgen, daß die zu trennenden Signale vom Eingang in den Wellenleiter gekoppelt werden und nur die dort reflektierten kurzen Nutzsignale zum Ausgang gelangen.

209 707/230

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Richtkoppler aus einem magischen T, dessen beide seitliche Zweige mit einem Wellenleiter verbunden sind, wobei dieser Wellenleiter eine innere Hülse aufweist, die auf ihrer Außenfläche eine erste Reihe mit in gleichem Abstand angeordneten ringförmigen Platten trägt, und die in einem äußeren, hohlen zylindrischen Leiter angeordnet ist, der auf seiner Innenfläehe^mit einer zweiten Reihe von im gleichen Abstand;;angeordneten ringförmigen Platten versehen ist, wobei jede Platte der einen Reihe mit gleichem Abstand-zwischen zwei aufeinanderfolgende Platten der arideren Reihe eingeordnet ist, und wobei die radialen Abmessungen der Platten jeder Reihe kleiner sind, als der Unterschied der Durchmesser des äußeren: Leiters und. der inneren Hülse beträgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch einen ao theoretischen Wellenleiter mit negativer Gruppengeschwindigkeit, die im Bereich einer Oktave konstant ist,

Fig. 2 ein Verteilvmgsdiagramm des Wellenleiters nach Fig. 1 mit der Wellenlänge λ cm als Abszisse und

der Phasenverzögerungsrate m_v — — (wobei c die

Lichtgeschwindigkeit 3 -10¹⁰ cm/s ist) als Ordinate,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine praktische Ausführungsform eines Wellenleiters nach der Erfindung,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines magischen Γ an sich bekannter Art und

Fig. 5 schematisch in Ansicht einen Teilschnitt durch eine vollständige erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem magischen T nach Fig. 4 und zwei Wellenleitern der in Fig. 3 gezeigten Art.

Zum Zerlegen eines von einem Radarempfänger aufgenommenen gestörten oder gemischten Signals in seine zwei Komponenten, also das eigentliche Radarsignal in Form eines sehr kurzen sinusförmigen Signals und die kontinuierlichen oder periodischen Störsignale oder Störsignalgemische, die z. B. von einem Cafcinotron erzeugt sein können, das ein Frequenzband von einer Oktave mit einer Frequenzmodulation deckt, die eine Vielzahl von Megahertz betragen kann, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung einen Wellenleiter mit in einem weiten Bereich negativer Gruppengeschwindigkeit Vg, beispielsweise in der Größenordnung einer Oktave, auf. Ein solcher Wellenleiter reflektiert die Radarsignale, deren Dauer kurz ist, um ein merkliches Vorsignal zu erzeugen.

Theoretisch kann ein Wellenleiter nach Fig. 1 aus zwei rohrförmigen Metallfolien 1 und 2 mit balgenartig gewellten Wandungen bestehen. Die Wellung der Wandung 3 mit runden Enden 4 hat die Höhe t. Der Abstand e zwischen beiden Folien 1 und 2 ist klein gegenüber der Wellenlänge λ des Signals. Beispielsweise kann λ fünf- bis zehnmal so groß wie e sein. Die Berechnung der Gruppengeschwindigkeit auf Grund der allgemeinen Theorie über Wellenleiter und die Fortpflanzung von Wellen in periodischen Medien zeigt, daß diese Geschwindigkeit in dem Wellenleiter nach Fig. 1 negativ ist und im Bereich einer Oktave konstant bleibt, beispielsweise in dem Bereich, für den die Wellenlänge zwischen dem Einfachen und Zweifachen der Höhe / der Wellung liegt. Folglich ist in dieser Oktave die Ausbreitungskurve des Wellenleiters (Fig. 2), welche die Änderung der Phasenverzögerungsrate in Abhängigkeit von der Wellenlänge darstellt,

^mP = v" = fß) ■>

Vp

eine gerade Linie 5, welche die Ordinate in einem Punktö unterhalb der Abszisse schneidet, wobei die Ordinate dieses Punktes 6 gleich ist der Gruppenverzögerungsrate

mg = -·-.
v_B

Bei der praktischen Ausführung eines Wellenleiters mit negativer Gruppengeschwindigkeit ist es zweckmäßig, die Leiter zylindrisch auszubilden. Beispielsweise kann ein zylindrischer Wellenleiter nach Fig. 3 verwendet werden. Dieser Wellenleiter zeigt eine innere Hülse 7, die auf ihrer Außenfläche mit in gleichem Abstand voneinander angeordneten ringförmigen Platten 8 versehen ist und sich innerhalb eines · koaxialen äußeren zylindrischen Leiters 9 befindet, dessen Innenfläche mit in gleichem Abstand voneinander angeordneten ringförmigen Platten 10 versehen ist, deren jede gleichen Abstand von aufeinanderfolgenden Platten 8 hat. Die radiale Ausdehnung der Platten 8 und 10 ist dabei kleiner als der Unterschied /' zwisehen-dem Innenradius des Leiters 9 und dem Außenradius des Leiters 7.

Der Leiter 7 mit den Platten 8 übernimmt dabei die Rolle der Folie 1 des Wellenleiters nach Fig. 1, während der Leiter 9 mit den Platten 10 der Folie 2 der Fig. 1 entspricht.

Das Anpassen des Wellenleiters nach Fig. 3 an dessen Ende ist besonders einfach dank der Tatsache, daß der Wellenverlauf in diesem Leiter dem TEM-Typ entspricht. Es genügt daher, ein scheibenförmiges Teil 11 gegen das Ende der Hülse 7 zu legen, wobei der Abstand e' zwischen der Scheibe 11 und der benachbarten Platte 10 gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Platten 8 und 10 ist. Dieser Abstand e' ist gleich dem Abstand e im Wellenleiter der Fig. 1 und muß daher klein gegenüber der Wellenlänge des Signals sein. Desgleichen entspricht die Länge /' der Länge / in Fig. 1.

Liegt beispielsweise die Wellenlänge λ des Signals zwischen 5 und 10 cm, so können die einzelnen Teile des Wellenleiters nach Fig. 3 folgende Ausmaße haben:

/' = 5,0 cm

e' = 0,15 cm

Außendurchmesser

der Hülse 7 3,0 cm

Innendurchmesser

des Leiters 9 .. ... 13,0 cm

Dicke der Platten 8 und 10 0,1 cm

Abstand zwischen zwei
benachbarten Platten 8
oder 10 in jeder Reihe ... 0,5 cm

Außendurchmesser

der Platte 8 12,6 cm

Innendurchmesser

der Platte 10 3,4 cm

In einem solchen Wellenleiter variiert die Phasengeschwindigkeit zwischen -^- (für λ = 5 cm) und ~- (für λ = 10 cm), und die Gruppengeschwindigkeit ist daher negativ.

Der Wellenleiter der Bauart nach Fig. 3 dient dem Zweck, kurze Sinuswellensignale ,wie ein Radarsignal, zu reflektieren.

Das gesamte, einem Radarempfänger von der Antenne zugeleitete Hochfrequenzsignal wird in einen solchen Leiter mittels eines an sich bekannten Richtkopplers, beispielsweise eines magischen T gemäß Fig. 4, eingekoppelt. Ein solcher Γ-Koppler enthält vier rechtwinklige Leiter 12, 13, 14 und 15 und hat folgende Eigenschaften:

1. Das in den Leiter 12 eingeführte elektrische Feld teilt sich auf zwischen die Abschnitte 13 und 14, wobei Felder gleicher Amplitude und Phase erzeugt werden, aber es wird nicht in den Abschnitt 15 eingekoppelt.

2. Jedes in den Teil 15 eingeleitete Feld verteilt sich auf die Abschnitte 13 und 14, indem es zwei gleiche Felder entgegengesetzter Phase erzeugt. Der Abschnitt 12 bleibt feldfrei.

ZO

Die Dämpfung zwischen 12 und 15 ist also unendlich, da der die Arme des Γ-Kopplers bildende Leiter nach den TE₀₁-Wellen führt, wobei das elektrische Feld transversal zur längeren Seite des Leiterquerschnittes ist.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 5 ist der Zweig 12 des T-Kopplers mit der Antenne 16 und der Zweig 15 mit der Empfängeranlage (Pfeil 17) gekoppelt, während jeder der beiden Zweige 13 und 14 mit einem Leiter 18 der in Fig. 3 gezeigten Art gekoppelt ist, wobei die Kopplungsöffnungen 19 mit der den Knotenpunkten des elektrischen Feldes entsprechenden Lage zusammenfallen, damit in die Leiter 18 maximale Energie eintritt.

Die Vorrichtung nach Fig. 5 arbeitet folgendermaßen:

Die von der Antenne 16 aufgenommenen Signale verteilen sich auf die Zweige 13 und 14 und gehen durch die Öffnungen 19 in die Leiter 18. Die kontinuierlichen oder periodischen Störsignale werden, da sie von längerer Dauer sind, durch die Leiter 18 nach deren Ausgangsseiten übertragen. Die sehr kurzen Nutzsignale können dagegen nicht in die Leiter 18 eintreten. Sie werden zum Γ-Koppler reflektiert, von wo diese Signale durch den Zweig 15 zur Empfängeranordnung (Pfeil 17) austreten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Trennen kurzer Nutzsignale von einem kontinuierlichen Störsignal oder periodischen Störsignalen längerer Dauer, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits wenigstens ein an sich bekannter Wellenleiter mit negativer Gruppengeschwindigkeit vorgesehen ist, der nur die Störsignale überträgt, und andererseits ein ebenfalls an sich bekannter Richtkoppler mit einem Eingang, einem Ausgang und mindestens einem an den Wellenleiter angekoppelten Zweig, wobei die Dämpfung zwischen dem Eingang und dem Ausgang unendlich ist und die Anschlüsse so erfolgen, daß die Gesamtheit der zu trennenden Signale vom Eingang in den Wellenleiter gekoppelt wird und nur die dort reflektierten kurzen Nutzsignale zum Ausgang gelangen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Wellenleiter mit negativer Gruppengeschwindigkeit und einen als magisches T ausgebildeten Richtkoppler, dessen beide Seitenzweige mit je einem der Wellenleiter gekoppelt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wellenleiter zylindrisch ausgebildet ist mit einer inneren Hülse, die auf ihrer Außenfläche eine erste Serie von in gleichem gegenseitigem Abstand angeordneten ringförmigen Platten trägt, wobei die Hülse konzentrisch in einem äußeren hohlzylindrischen Leiter angeordnet ist, der auf seiner Innenfläche mit einer zweiten Serie von in gleichem gegenseitigem Abstand voneinander angeordneten ringförmigen Platten versehen ist, wobei jede Platte der einen Serie mit gleichem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgende Platten der anderen Serie eingeordnet ist, und wobei die radialen Abmessungen der Platten jeder Reihe kleiner sind als der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des äußeren Leiters und dem Außendurchmesser der Hülse, und ferner der Abstand zweier aufeinanderfolgender Scheiben der beiden verschiedenen Serien klein gegenüber der Wellenlänge der zu trennenden Signale ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wellenleiter an der Seite, an der er an den Richtkoppler angeschlossen ist, eine Scheibe trägt, deren Abstand von der nächstliegenden Scheibe gleich dem Abstand zweier aufeinanderfolgender Scheiben der beiden verschiedenen Serien ist, und daß die Kopplungsöffnung mit den Knoten des elektrischen Feldes in dem zugehörigen Zweig des Richtkopplers zusammenfällt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Archiv für elektrische Übertragung« (A. E. Ü.), 1956, S. 195 bis 206;

»Siemens & Halske Entwicklungsbeiichte«, 18. Jahrgang, 1. Folge, März 1955, S. 16 bis 22.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 209 707/230 11.62