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Antennenanordnung für Dauerstrich-Radargerät mit Auswertung von Doppler-Schwebungen
Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für ein Dauerstrich-Radargerät mit
Auswertung der Dopplerschen Schwebungen zur Geschwindigkeitsmessung, insbesondere
von Fahrzeugen, die sich auf einer Straße bewegen. Es kann eine erfindungsgemäße
Anordnung aber auch dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit von Eisenbahnzügen
oder von Flugzeugen vom Fahrzeug aus zu bestimmen, insbesondere wenn ein Flugzeug
sich der Landebahn nähert oder auf derselben sich bewegt.
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Bei derartigen bekannten Radargeräten findet die Anwendung eines
scharfen Bündels hochfrequenter Wellen statt, die von einer Richtantenne ausgesendet
werden. Die hochfrequenten Wellen werden durch ein entgegenkommendes Fahrzeug zu
der Sendestelle zurückreflektiert und von der Empfangsanordnung des Radargerätes
wieder aufgenommen. Der Dopplereffekt beruht auf der Bewegung des entgegenkommenden
Fahrzeuges in bezug auf das Radargerät und besteht darin, daß die Frequenz der an
dem entgegenkommenden Fahrzeug reflektierten Wellen proportional zu der Geschwindigkeit
des Fahrzeuges verändert wird. Es wird ein Teil des von dem Radargerät ausgesendeten
Signals mit dem reflektierten Echosignal gemischt und dadurch eine Schwebungswelle
erzeugt, deren Frequenz proportional der relativen Geschwindigkeit des entgegenkommenden
Fahrzeuges ist. Die Schwebungsfrequenz wird verstärkt und in einem Frequenzmeßkreis
in eine Geschwindigkeitsangabe umgewandelt.
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Die Erfindung betrifft eine für derartige Zwecke geeignete Antennenanordnung,
die räumlich gedrängt und mechanisch stabil ist. Handelt es sich beispielsweise
um Radargeräte, die auf einem Polizeifahrzeug Anwendung finden, so soll das Gerät
eine Antenne haben, die möglichst verborgen ist und äußerlich einem Suchscheinwerfer
oder einer Sirene gleicht.
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Ferner muß die Antennenanordnung gegenüber Vibrationen mechanisch
stabil sein, da sich Vibrationen in Störsignalen äußern können. Die Antennenanordnung
muß ferner ein scharf gebündeltes Richtdiagramm haben, da Störsignale zu erwarten
sind, falls nicht Bodenreflektionen ausgeschaltet werden.
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Da ein mit Auswertung der Doppierschwebungen arbeitendes Radargerät
Überlagerungen der Sendewelle und der vom Gegenfahrzeug empfangenen Echowellen für
die Zwecke der Schwebungswellenbildung vorausgesetzt, müssen Mittel in dem Gerät
vorgesehen sein, die in einem bestimmten geringen Maß einen Teil der Sendeenergie
in dem Empfangskanal einschleusen.
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Eine Antennenanordnung für ein Dauerstrich-Radargerät mit Auswertung
der Dopplerschen Schwebung zur Geschwindigkeitsmessung, bestehend aus zwei mit je
einer der beiden ebenen Seitenwände aneinanderliegenden Zylinder-Parabol-Reflektor-Antennen
für die Sendung bzw. den Echoempfang, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch,
daß sich zur Erzielung einer definierten, mäßigen Einkopplung der Sendewelle direkt
in die Empfangsantenne die beiden äußeren Deckelflächen in an sich bekannter Weise
über die Parabolaustrittsflächen hinaus divergierend erstrecken und die gemeinsame
Trennwand über den Beginn des divergierenden Teils hinausragt, jedoch vor der äußeren
Kante der divergierenden Verlängerungsflächen endet.
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Zylinder-Parabol-Antennen mit ebenen Deckelflächen sind in der Mikrowellentechnik
wohlbekannt.
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Es ist auch bekannt, bei derartigen Zylinder-Parabol-Reflektor-Antennen
die Deckelflächen über die Parabolaustrittsfläche hinaus divergierend ausbilden.
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Ferner ist bekannt, bei mit Dopplerschen Schwebungen für die Geschwindigkeitsmessung
arbeitenden Radargeräten zweiteilige Hornparabolantennenstrah-
ler
vorzusehen, von denen je eine Hälfte für die Senderichtung und die andere Hälfte
für die Empfangsrichtung arbeitet, wobei zur dosierten Einstrenung der Sendeenergie
in den Empfangskanal ein direkter Verbindungsweg von der Sendeantenne zur Empfangsantenne
vorgesehen ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Antennenanordnung wird die definierte Einkopplung
der Sendewelle in den Empfangskanal durch die Ausbildung der beiden Kanälen gemeinsamen
Deckelflächen der Doppel-Zylinder-Parabol-Reflektoranordnung im Zusammenwirken mit
der zwischen beiden Reflektorsystemen angeordneten gemeinsamen Trennwand erreicht.
Es ergibt sich auf diese Weise eine räumlich gedrängte und einfache Antennen anordnung,
bei der der Mikrowellengenerator und der Mikrowellenmischkopf unmittelbar an der
Antennenanordnung angesetzt sein können und zusätzliche Verbindungsleitungen zur
Erzielung der erforderlichen Einstreuung der Sendeenergie in den Mikrowellenempfangskanal
entfallen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der
Sendestrahler und der Empfangsstrahler aus Hohlleiterwinkelstücken bestehen, die
eine 900-Umlenkung für durch die äußeren Deckelflächen eingeführte Rechteckhohlleiter
bilden, wobei die Schnittlinien der breiten Hohlleiterwandflächen mit den Deckelflächen
parallel zur Blickrichtung der Antennenanordnung orientiert sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Beschreibung im
Zusammenhang mit zugehörigen Figuren erörtert. Von den Figuren zeigt Fig. 1 eine
geschnittene Seitendarstellung der erfindungsgemäßen Antennenanordnung mit angesetztem
Generator und angesetzter Mischstufe, innerhalb eines zylindrischen Gehäuses untergebracht,
F i g. 2 eine perspektivische Darstellung der Anordnung gemäß F i g. 1 in auseinandergezogener
Form, unter Weglassung des zylindrischen Ge häuseteiles, wobei die Darstellung die
Antennenanordnung in bezug auf F i g. 1 in um 900 gedrehter Lage wiedergibt.
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Die dargestellte Antennenanordnung ist für eine Sendefrequenz von
10525MHz bestimmt, und ihr Gehäuse kann einen Durchmesser von etwa 12 cm haben,
so daß Fig. 1 etwa einen Maßstab 1: 1 entspricht.
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Ein zylindrisches Gehäuse 20 ähnelt einem Suchscheinwerfer oder dem
Fahrzeugscheinwerfer. Ein Griffteil 21 ist an dem Gehäuse vorgesehen, welcher sowohl
als Träger für die Anordnung als auch als Umhüllung für den Klystron-Schwingungserzeuger
22 dient.
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Eine Öffnung23 ist an dem Griffteil vorgesehen, zu dem Zweck der
Einführung der Leitungen 24, welche zu dem Klystron führen bzw. Ausgangsleitungen
der Kristallmischstufe sind.
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In dem Gehäuse sind eine Sendeantenne25 und eine Empfangsantenne
26 vorgesehen, welche schachtelförmige Antennenanordnungen sind; ferner sind in
dem Gehäuse die verbindenden Hohlleiter und ein gemeinsamesj einen Sektor bildendes
Horn vorgesehen.
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Unter Schachtelantennen werden hier parabolische Antennen verstanden,
die symmetrisch beiderseits ihrer Mitte geschnitten sind und von zwei parallelen
Platten begrenzt werden, so daß sich dadurch eine scharf bündelnde Richtantenne
ergibt.
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Eine derartig parabolisch oder zylindrisch geschnittene Reflektorantenne
besteht aus der Platte 27; der obere Teil28 dient als Reflektor für die empfangenen
SignaIe, während der untere Teil 29 als Reflektor für die Sendewellen dient.
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Drei parallele Platten 30, 31 und 32 begrenzen die parabolischen
Reflektoren 28 und 29 und bilden schachtelförmige Antennen für die Sendewelle und
die Empfangswelle, wobei durch diese Anordnungen die Energie den betreffenden Reflektoren
zugeleitet wird bzw. von denselben fortgeleitet wird.
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Die Platten 30 und 32 erweitern sich in der Vertikalebene nach oben
und nach unten, wie dies die Plattenenden 33 und 34 zeigen, während die mittlere
Platte 31 zwischen diesen sich erweiternden Platten endigt.
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Wenn das Gehäuse 20, wie die Figur zeigt, um diese rechteckigen Antennenteile
herum angeordnet sind, so bildet das Gehäuse die vertikale dritte und vierte Seite
für die zum Weiterleiten der Wellen bestimmten Teile und für die sich erweiternden
Plattenenden 33, 34; trotzdem kann in einfacher Weise die Antennenanordnung aus
dem Gehäuse genommen werden.
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Ein Klystron-Schwingungserzeuger 22 und eine Kristallgleichrichteranordnung
35 sind direkt an den Platten 32 und 30 angeordnet, wobei zu beachten ist, daß sonst
im allgemeinen diese Stufen in der Schaltung sich in einem Abstand von der Antennenanordnung
befinden. Es entfällt auf diese Weise die Notwendigkeit, Hochfrequenzenergie über
lange Leiter zur Antenne und von derselben her zu führen.
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Ein weiterer Vorteil, der sich aus der direkten Anordnung des Klystron-Schwingungserzeugers
an der Platte 32 ergibt, liegt darin, daß sich eine sehr einfache Erregung der Antenne
erzielen läßt.
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Das Klystron 22 läßt die Frequenz der Schwingungserzeugeranordnung
durch Veränderung der Spannung des Reflektors einstellen. Der untere Teil der Röhre
hat Steckerstifte 36 zum Anschluß der Heizleitung und der anderen Spannung führenden
Leitungen. Die Hochfrequenzausgangsleistung wird direkt ohne Anwendung von Verbindungsleitungen
von der Spitze der Röhre entnommen.
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Indem eine geeignete Öffnung in die Platte 32 eingeschnitten ist,
wird, wenn das Klystron mit seinem Flansch 36 angeschraubt ist, Hochfrequenzenergie
unmittelbar durch die Öffnung den zum Weiterleiten der Sendeschwingungen dienenden
Teilen zugeführt.
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Ein um 900 gebogener, in Form eines H-Knies ausgebildeter Rechteckhohlleiter
40 hat an der Ecke einen Flansch 41. 42 ist ein Isolator, und die gesamte aus Klystron,
dem Isolator und dem Kniestück bestehende Anordnung ist direkt an der Platte32 befestigt.
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Die Betriebsweise der Sendevorrichtung ist derart, daß der elektrische
Vektor der von dem Klystron erzeugten Welle in horizontaler Richtung die schmale
Dimension des Kniestückes 40 durchsetzt. Dieselbe ist parallel zur Biegungskante
37 der Platten 30 und 32. Die von dem Klystron abgestrahlten hochfrequenten Schwingungen
durchsetzen den Hohlleiter 40 an der Öffnung der Platte 32 und strahlen daher zum
Brennpunkt des Reflektors 29.
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Die noch horizontal polarisierte Sendewelle wird von dem Reflektor
zurückreflektiert längs der äußeren Wandung 32 und der gemeinsamen Wandung 31.
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Am Ende der gemeinsamen Wandung 31 folgen die Sendewellen den beiden
sich erweiternden Flächen33 und 34, die, wenn sie in das Gehäuse eingebaut sind,
ein sektorförmiges Horn bilden. Die Wandung 33 erscheint in erster Linie als ein
Teil der Empfängervorrichtung, sie ist jedoch auch ein Teil des Sendekanals, und
es würde, wenn man die Platte 33 nicht vorsehen würde, sich eine starke Beeinflussung
des Strahlungsdiagramms der Antenne ergeben.
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Es ist daher die Länge der Platte 31 in bezug auf die nach außen
verlaufenden Plattenteile 33 und 34 wesentlich, um sicherzustellen, daß die Wellen
auch längs der beiden Plattenabschnitte 33 und 34 geleitet werden.
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Die umgekehrte Wirkungsweise ergibt sich für die zu empfangenden
reflektierten Wellen.
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Die gesamte Anordnung läßt sich dahingehend charakterisieren, daß
die beiden nach vorn sich erweiternden Teile 29 und 30 als ein gemeinsames sektorförmiges
Horn sowohl für die Sendewellen als auch für die Empfangswellen dienen. Die Anordnung
umfaßt daher sehr viel weniger Einzelteile, als dies sonst im allgemeinen üblich
ist, und hat dadurch eine besondere räumliche Gedrängtheit und mechanische Stabilität,
was sich in einer Verringerung der Störsignale im Betrieb äußert.
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Ein Gesichtspunkt zum Bemessen der kritischen Länge der Platte 31
liegt in der Aufgabe, die Hauptachsen des Sendediagramms und des Empfangsdiagramms
nach Möglichkeit zusammenfallen zu lassen.
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Die Wirkung der sich erweiternden Plattenabschnitte 33 und 34 besteht
darin, die Impedanz des Hohlleiters besser an den Widerstand des freien Raumes anzupassen,
so daß weniger Reflexionen auftreten, wenn die Sendewellen oder die Empfangswellen
in die zur Weiterleitung der Wellen vorgesehene Vorrichtung eintreten bzw. aus derselben
austreten; ferner dienen die genannten Abschnitte dazu, in vertikaler Richtung das
Diagramm zu begrenzen.
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Die Kristallmischstufe ist bei 35 gezeigt. Die Mischstufe umfaßt
zwei Hohlleiterabschnitte, von denen der Abschnitt 51 voll ausgezogen dargestellt
und der Abschnitt 52 in unterbrochenen Linien dargestellt ist; beide Abschnitte
sind voneinander an ihrer gemeinsamen zusammenstoßenden vertikalen Seite 57 isoliert
und auch von der Platte 30 bei 54 isoliert.
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Ein Loch 53 ist in dem Teil 51 vorgesehen, zu dem Zweck, eine Kristallmischstufe
58 durch das Loch in den Hohlleiter einzuführen, so daß das eine Ende des Kristalls
elektrischen Kontakt an dem Teil 52 bildet, während das andere Ende Kontakt an dem
Teil 51 bildet. Die beiden Anschlußleitungen, die an die Teile 51 und 52 angeschlossen
sind, führen das Ausgangssignal der Kristallmischstufe über die Leitungen 24 zu
dem Verstärker.
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Es ist zu beachten, daß die beiden in F i g. 2 dargestellten Abschnitte
33 und 34 sich zur Mitte der zur Weiterleitung der Schwingungen vorgesehenen Anordnung
hin zusammenlaufend erstrecken.
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Da eine aus dem Hohlleiter bestehende Strahlungsquelle verwendet
wird, ist die Energie, die von dem parabolischen Reflektor reflektiert wird, im
wesentlichen in der Mitte des Reflektors konzentriert, während verhältnismäßig sehr
wenig Energie an den Enden vorliegt. Auf diese Weise hat man einen Vorteil gegenüber
einem Dipolstrahler. Da der
größte Teil der Energie in der Mitte des Hohlleiters
konzentriert ist, so bilden die schmalen Enden der beiden konvergierenden Plattenteile33
und 34 an zwei Seiten ein sektorförmiges Horn. Es ist nicht von Belang, daß die
dritte und die vierte Seite fehlen, da nur wenig Energie an diesen Seiten vorliegt.
Tatsächlich aber wirkt das Gehäuse der Anordnung wie die vertikalen Seiten des Hornes
für die Energie, die an diesen Seiten auftreten kann.
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In Fig. 2 ist die Antennenanordnung nach Abnahme des Gehäuses 20
dargestellt, wobei, im Gegensatz zu Fig.1, die Anordnung auf der Seite liegend wiedergegeben
ist, so daß die in F i g. 1 verlaufende Trennwand 31 in F i g. 2 vertikal erscheint.
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Es ist offensichtlich, daß an den nach innen konvergierenden Plattenabschnitten
33 und 34 auch Seitenflächen Anwendung finden können, wenn beispielsweise eine Dipolantenne
verwendet wird.
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Die Haupteigenschaft der in den Fig.1 und 2 beschriebenen Antennenanordnung
ist in der Konzentration der Energie in der Mitte der Reflektoranordnung zu erblicken,
so daß an den Kanten der Anordnung nur wenig Energieverluste auftreten können. Die
Größe des Gerätes ist ferner dadurch gering, daß ein gemeinsames Horn verwendet
wird; Störungen treten nur in geringem Maß auf in Anbetracht der hohen mechanischen
Stabilität und der direkten Verbindung des Mischkristalls und des Schwingungserzeugers
mit der Antennenanordnung.
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Man erhält ferner ein schmales Richtdiagramm, welches in der Horizontalebene
etwa einen Gesamtwinkel von 180 und in der Vertikalebene einen Gesamtwinkel von
280, gemessen zwischen Halbwertspunkten der Leistung, aufweist, Die Anordnung kann
an einem Fahrzeug mittels des Armes 60 und des Kugelgelenkes 61 befestigt werden,
kann jedoch auch, wenn man das Kugelgelenk löst, von Hand betätigt werden.