DE1211695B - Funkempfangsanordnung zur Impuls-Rueckstrahlpeilung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT Deutsche Kl.: 21 a4 - 48/63

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag: Auslegetag:

C17884IX d/21 a4
19. November 1958
3. März 1966

Die Erfindung betrifft eine Funkempfangsanordnung zur Impuls-Rückstrahlpeilung, in welcher für jede der zu messenden Richtungen (Höhen- und/oder Seitenwinkel) zwei Antennen mit sich überlappenden Charakteristiken und ein Koppler mit zwei die Amplitudensumme bzw. die Amplitudendifferenz der empfangenen Wellen abgebenden Ausgangszweigen vorgesehen sind.

Da die Antenne eines derartigen Radarsystems vier Sende- und Empfangselemente enthält, weist der Empfänger drei Kanäle auf, denen die Zeichen zugeleitet werden, die durch verschiedene Kombination der Zeichen a, b, c und d erhalten werden, welche in den einzelnen Empfangselementen χ, β, γ, δ aufgenommen werden, die gemäß F i g. 1 angeordnet sind. Die sich aus diesen Kombinationen ergebenden Zeichen bilden Summenzeichen

das Differenzzeichen für den Höhenwinkel

D_s = (a + b) - (c + d)
und das Differenzzeichen für den Seitenwinkel

Funkempfangsanordnung zur Impuls-Rückstrahlpeilung

Anmelder:

Compagnie Frangaise Thomson-Houston, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,

Patentanwalt,

München-Pasing, Agnes-Bernauer-Str. 202

Als Erfinder benannt:
Jean Maillard,

Saint-Germain en Laye, Seine-et-Oise;
Serge Pichafroy, Paris (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 20. November 1957 (752 029) -

In einem Impuls-Radarempfänger bekannter Ausführung leitet man die vertikale oder horizontale Winkelstellung des anzupeilenden Gegenstandes von der Messung des Verhältnisses der Amplitude des Zeichens D_s oder D_g zur Amplitude des Zeichens 5 ab. Diesen Verhältnissen proportionale Gleichspannungen werden durch Demodulatoren mit nachfolgenden Filtern erzeugt, indem ihren Eintrittsklemmenpaaren nach Frequenzänderung das Summenzeichen S und das eine oder das andere der Differenzzeichen D^ und D_g zugeführt wird.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise eines derartigen, die Ermittlung der beiden Winkelkoordinaten des anzupeilenden Gegenstandes ermöglichenden Impuls-Radarsystems ist in F i g. 2 schematisch zunächst die Schaltanordnung einer nur hinsichtlich der Höhenlage oder nur hinsichtlich der Seitenlage die Bestimmung der Winkelstellung eines Gegenstandes gestattenden Funkpeilanlage veranschaulicht. Gemäß F i g. 2 empfangen die Strahlungselemente 1 und 2 die Echozeichen α und b und sind an die Seitenzweige eines magischen T oder Kreuzwinkels 3 angeschlossen. Die Amplitude der Welle, die in dem mit dem elektrischen Zweig des magischen T verbundenen Wellenleiters KS übertragen wird, ist gleich (a + b), und die Amplitude der Welle, die in dem an den magnetischen Zweig des magischen T angeschlossenen Wellenleiter KD übertragen wird, ist gleich ifl-b).

Ein örtlicher Schwingungserzeuger 4 speist einen Wellenleiter 5, der durch zwei Richtkoppler 6 und 7 mit den Wellenleitern KD und KS in Verbindung steht, die ihrerseits Anschluß an die Eingangsseiten von zwei Zwischenfrequenzverstärkern 8 und 9 haben. Die Ausgangsspannungen dieser Verstärker werden, den beiden Eintrittsklemmenpaaren eines Demodulators 10 zugeführt, dem Filter folgen. Damit die Ausgangsspannnung des Demodulators IO proportional dem Verhältnis der Amplituden (a — b):(a + b) des Differenzzeichens und des Summenzeichens ist, müssen die Verstärker 8 und 9 mit einer gemeinsamen Vorrichtung 11 zur selbsttätigen Steuerung der Verstärkung verbunden sein, und diese Vorrichtung muß die Amplitude des Ausgangszeichens des Summenkanals konstant halten.

Häufig ist es erwünscht, schnell den Vergleich der Amplituden des Summenzeichens und des Differenzzeichens auf Grund des Empfangs der einem einzigen Sendeimpuls entsprechenden Zeichen durchzuführen. Jedoch ist es schwierig, eine Vorrichtung für die selbsttätige Steuerung der Verstärkung so auszubilden, daß sie genügend rasch arbeitet, um die beabsichtigte Beschleunigung dieses Amplitudenvergleichs zu erzielen.

609 510/161

An Stelle der zwei in F i g. 2 vorgesehenen Strahlungselemente und der mit diesen in Verbindung stehenden zwei Kanäle enthält eine Antenne für ein nach dem Summe-Differenz-Prinzip arbeitendes Radarsystem, das sowohl den Höhen- wie den Seitenwinkel des anzupeilenden Gegenstandes liefert, vier Strahlungs- und Fangelemente, und der ihr entsprechende Empfänger weist einen Kanal für das Summenzeichen S sowie einen Kanal für das dem Seitenwinkel entsprechende Differenzzeichen D_g und einen Kanal für das den Höhenwinkel darstellende Differenzzeichen D_s und außerdem zwei die Zeichen S, D_g bzw. S, D_s aufnehmende Demodulatoren auf.

Trotz dieser Unterschiede ist die Wirkungsweise dieses Empfängers mit drei Kanälen die gleiche wie bei dem mit zwei Kanälen versehenen Empfänger nach F i g. 2, und infolgedessen weist er auch die gleichen Nachteile wie dieser auf.

Nach der Erfindung werden nun bei einer Funkempfangsanordnung zur Impuls-Rückstrahlpeilung der eingangs genannten Art diese auf die verhältnismäßig langsame Wirkung der Vorrichtung zur selbsttätigen Verstärkungssteuerung zurückzuführenden Mängel dadurch vermieden, daß zur Umsetzung der die Richtungsinformation beinhaltenden Amplitudenwerte Σ, Δ in entsprechende Phasenwerte an den Koppler eine Schaltungsanordnung mit zwei Ausgängen angeschlossen ist, welche die Summe S₁ aus der Amplitudendifferenz und der um -^- in der Phase verschobenen Amplitudensumme bzw. die Summe s.₂ aus der Amplitudensumme und der um ~- in der

Phase verschobenen Amplitudendifferenz abgeben, und die beiden resultierenden Summen über je einen Begrenzungsverstärker einem an sich bekannten Phasenvergleicher zugeführt sind.

Wegen der sofortigen Summe-Differenz-Bildung unmittelbar hinter der Antenne und zusätzlich wegen der Verwendbarkeit einer Antennenanordnung mit unmittelbar benachbarten Einzelantennen ist die hier vorgeschlagene Schaltungsanordnung gegenüber bisher bekannten Einrichtungen, die mit Phasenvergleich arbeiten, besonders vorteilhaft. Außerdem sind Fehlersignale leicht zu korrigieren. Ebenso werden zusätzliche störende Phasenverschiebungen vermieden oder zumindest auf ein Minimum verringert, da die an die Kanäle angelegten Zeichen die gleiche Amplitude besitzen.

Die Antenne eines im Empfänger erfindungsgemäß ausgebildeten, nach dem Summe-Differenz-Prinzip arbeitenden Radarsystems ist mit diesem Empfänger vorzugsweise durch vier Wege verbunden, die durch den Summenkanal für den Höhen- und durch den Summenkanal für den Seitenwinkel sowie durch den Differenzkanal für den Höhen- und durch den Differenzkanal für den Seitenwinkel dargestellt sind.

Die beiden Zeichen, von denen man die Phasen in der Meßvorrichtung für die Ermittlung der vertikalen oder/und horizontalen Winkelstellung des anzupeilenden Gegenstandes vergleicht, werden also nach der Erfindung dadurch erhalten, daß das Ausgangszeichen eines jeden der Summenkanäle KS für den Seiten- oder Höhenwinkel zu dem einen und dem anderen der zwei Zeichen addiert wird, welche durch

eine + ~ bzw. — ~ betragende Phasenverschiebung

JL 2.

des Ausgangszeichens des entsprechenden Differenzkanals für den Höhen- oder Seitenwinkel erzielt sind, wodurch sich zwischen den beiden zu vergleichenden Zeichen ein Phasenverschiebungswinkel gleich 2 φ

für ge* = arc tg--=- ergibt.

Die Umformung dieser Zeichen kann mit Hilfe eines Richtkopplers mit 3 db erreicht werden, dessen Eingangszweige mit dem entsprechenden Differenzkanal und dem entsprechenden Summenkanal für den ίο Seiten- oder den Höhenwinkel verbunden sind. An diesen Koppler kann ein Phasenschieber angeschlossen

sein, welcher eine Phasenverschiebung von 3~ der

übertragenen Wellen erzeugt und in Reihe mit dem

is Ausgangszweig des Kopplers liegt, welcher den das Differenzzeichen empfangenden Eingangskreis verlängert. Die beiden Zeichen, welche sich aus dieser Umformung ergeben, werden einer Frequenzänderung unterworfen und dann Begrenzungsverstärkern zugeführt. Die Ausgangsspannungen dieser Verstärker werden den Eintrittsklemmenpaaren eines Phasendiskriminators zugeleitet.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung weist vor allem den Vorteil auf, daß ein Vergleich von Phasen an Stelle eines Vergleichs von Amplituden gesetzt wird. Daraus ergibt sich, daß es nicht mehr erforderlich ist, daß die Wirkungen der Verstärker bei den zu vergleichenden Zeichen gleich sind und mit Genauigkeit gesteuert werden. Dagegen ist es unerläßlich, daß die Zeiten der Übertragung dieser Zeichen auf irgendeinem der Empfängerkanäle praktisch unabhängig von der Frequenz sind.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist in schematischer Wiedergabe aus F i g. 3 ersichtlich, welche die Antenne und den Empfänger eines nach dem Summe-Differenz-Prinzip arbeitenden Radarsystems zeigt, in welchem zwecks Vereinfachung der Darstellung bei der Antenne nur zwei strahlende Elemente und beim Empfänger nur zwei Kanäle angenommen sind.

Man wird eine Schaltungsanordnung dieser Art benutzen, wenn man eine Spannung erzeugen will, welche entweder die vertikale oder die horizontale Winkelstellung des anzupeilenden Gegenstandes mißt.

Im übrigen kann diese Schaltungsanordnung den Kanal für den Höhenwinkel oder den Kanal für den Seitenwinkel bei einem Radarempfänger für selbsttätiges Arbeiten bilden, bei welchem die Höhen- bzw. Seitenrichtung der Antenne abhängig von der Richtung des anzupeilenden Gegenstandes ist. Die der Antenne und dem Empfänger der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 entsprechenden Teile des Radarsystems nach F i g. 3 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Wellenleiter des Differenzkanals KD und des Summenkanals KS sind nach F i g. 3 an die Eingangszweige e und h eines Richtkopplers 12 angeschlossen, der mit 3 db arbeitet. Bekanntlich verwirklicht ein Koppler dieser Art zwischen seinen Ausgangszweigen die gleichmäßige Verteilung der in einem Eingangszweig ankommenden Energie. Der Ausgangszweig g des Kopplers 12 ist unmittelbar mit dem Begrenzungsverstärker 14 verbunden, während der Ausgangszweig / mit einem zweiten Begrenzungsverstärker 13 durch Vermittlung eines Phasenschiebers 15 in Verbindung steht. Wie bei dem Empfänger nach F i g. 2 haben auch nach F i g. 3 die mit den Eingangsseiten der Verstärker 13 und 14 verbundenen Wellenleiter

durch Richtkoppler 6 und 7 Anschluß an den Wellenleiter 5, der von dem örtlichen Schwingungserzeuger 4 ausgeht. Die Ausgangsspannungen der Begrenzungsverstärker 13 und 14 sind mit den Eingangsklemmenpaaren des Diskriminators 16 verbunden, welcher eine Spannung erzeugt, die praktisch dem Phasenverschiebungswinkel zwischen den Eingangsspannungen proportional ist, mindestens wenn der Wert dieses Winkels verhältnismäßig klein bleibt. Diese Spannung kann an ein System von Servomechanismen angelegt werden, welche die Ausrichtung der Antenne für den Seiten- oder den Höhenwinkel steuern, damit die Richtung der Achse dieser Antenne praktisch gleich der Richtung der Achse des anzupeilenden Gegenstandes bleibt.

Zum Verständnis der Wirkungsweise des Empfängers nach F i g. 3 ist davon auszugehen, daß die Wellen, welche durch den elektrischen und den magnetischen Zweig des magischen T oder Kreuzwinkels 3 übertragen werden, in Phase oder in Gegenphase sind, was eine Folge der Eigenschaften der Antenne eines nach dem Summe-Differenz-Prinzip arbeitenden Radarsystems sowie der Eigenschaften des Systems der diese Antenne mit dem Empfänger verbindenden Wellenleiter ist. Wenn Σ und 3 gemäß F i g. 4 die Vektoren sind, welche die sich in den Wellenleitern der Kanäle KS und KD fortpflanzenden Wellen wiedergeben, so erhält man, falls die Wellen in den Eingangszweigen h und e des Kopplers 12 zugeführt werden, für die in den Ausgangszweigen g und / übertragenen Wellen, die sich durch die Vektoren ~v₂ und K₁ darstellen lassen, bei Benutzung der imaginären Bezeichnung die Gleichungen:

V₁

V₂ = —-- (j! + 2).

Das Vektordiagramm nach F i g. 4 zeigt, wie die Vektoren V₁ und F₂ sich von den Vektoren Σ + A ableiten. Die Phasenverschiebung der Vektoren V₁

und K₂ überschreitet um -=- die gewünschte relative

Phasenverschiebung der an den Diskriminator 16 anzulegenden Zeichen. Das Vektorendiagramm nach F i g. 5 läßt erkennen, wie die Phasenbeziehungen zwischen den Vektoren sein müssen, welche die dem Diskriminator 16 zugeführten Zeichen V₁ und V₂ sowie die Zeichen σ und 3 darstellen.

Die durch die Vektoren K₁ und K₂ in F i g. 4 symbolisch wiedergegebenen Wellen lassen sich leicht in Wellen umwandeln, die den Vektoren V₁ und V₂ in F i g. 5 entsprechen. Man braucht hierzu nur einen Phasenschieber in einem der die Zweige / und g mit den Verstärkern 13 und 14 verbindenden Kanäle vorzusehen. Beispielsweise kann man zu diesem Zweck einen Phasenschieber 15 zwischen dem Ausgangszweig / des Kopplers 12 und dem Verstärker 13 anordnen. Die Eigenschaften dieses Phasenschiebers 15 sollen dabei so bestimmt werden, daß der Unterschied der elektrischen Längen der Wellenbahnen in den beiden den Koppler 12 mit den Verstärkern 13 und 14

verbindenden Kanälen gleich 3 ~ ist.

Es ist manchmal bequem, für den Diskriminator 16 einen Demodulator zu verwenden, welcher die Multiplikation der ihm zugeführten Spannungen gleicher

ίο Frequenz bewirkt und bei dem die Ausgangsgleichspannung proportional dem Kosinus der Phasenverschiebung der Eingangsspannungen ist. Es kann dann der Phasenschieber 15 in Fortfall kommen, und die elektrischen Längen der Wellenbahnen, die den beiden den Koppler 12 mit den Verstärkern 13 und 14 verbindenden Kanälen folgen, sind dann gleich.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Funkempfangsanordnung zur Impuls-Rückstrahlpeilung, in welcher für jede der zu messenden Richtungen (Höhen- und/oder Seitenwinkel) zwei Antennen mit sich überlappenden Charakteristiken und ein Koppler mit zwei, die Amplitudensumme bzw. die Amplitudendifferenz der empfangenen Wellen abgebenden Ausgangszweigen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umsetzung der die Richtungsinformation beinhaltenden Amplitudenwerte (2¹, A) in entsprechende Phasenwerte an den Koppler eine Schaltungsanordnung (12) mit zwei Ausgängen angeschlossen ist, welche die Summe

(S₁) aus der Amplitudendifferenz und der um ~

in der Phase verschobenen Amplitudensumme bzw. die Summe (s₂) aus der Amplitudensumme

und der um ~ in der Phase verschobenen Amplitudendifferenz abgeben, und die beiden resultierenden Summen über je einen Begrenzungsver- +o stärker (13,14) einem an sich bekannten Phasenvergleicher (16) zugeführt sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Phasenunterschiedes der resultierenden Summen bei verschwindender Richtungsabweichung auf den Wert Null in den Weg der einen der beiden resultierenden Summen ein Phasenschieber (15) mit

dem Wert (2 η + 1) ~ eingeschaltet ist, wobei η

eine ganze Zahl ist, und zwar geradzahlig oder ungeradzahlig, je nachdem, in welchen der beiden Wege der Phasenverschieber eingeschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (12) zur Bildung der resultierenden Summen ein an sich bekannter 3-db-Richtkoppler ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 879404, 907 314;
USA.-Patentschrift Nr. 2 553 294.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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