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Schaltungsanordnung für die Durchschaltung von Radar-Echosignalen
auf verschiedene voneinander unabhängige Entfernungskanäle Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltungsanordnung für die Durchschaltung von Radar-Echosignalen
auf verschiedene voneinander unabhängige Entfernungskanäle unter Verwendung eines
mehrstufigen, mit einer bestimmten Schiebetaktfrequenz betriebenen Schieberegisters,
von dem jede Stufe aus einer die Durchschaltung der Radar-Echosignale bewirkenden
Schaltstufe und einer der Vorbereitung der nachfolgenden Schaltstufe dienenden Torstufe
aufgebaut ist, und bei der zwei über zwei getrennte Leitungen geführte, mit einem
Tastverhältnis von 1 : 1 arbeitende Taktspannungen vorgesehen sind, die gegeneinander
eine Phasenverschiebung von 1800 aufweisen.
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Bei Radarempfängern, die nach dem Entfernungstorprinzip arbeiten,
wird das Echosignal nacheinander auf verschiedene Entfernungskanäle durchgeschaltet.
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Die Qualität und Genauigkeit der Entfernungsanzeige hängt von der
Güte dieser Umschalteinrichtung ab.
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Dabei wird gefordert, daß die Umschaltzeit von einem Kanal zum anderen
möglichst klein sein soll und die Umschaltung »jitterfrei« erfolgt. Für die Durchschaltung
selbst werden üblicherweise Diodenschalter verwendet, die durch einen Stromimpuls
angesteuert werden. Diese Impulse werden von einem Schieberegister geliefert, wo
sie in der richtigen zeitlichen Aufeinanderfolge ausgeblendet werden, was ohne Verzögerung
und phasenstarr geschehen muß. Hierzu werden bei bekannten Anordnungen bistabile
Kippstufen mit nachgeschalteten Taktsynchronisierstufen verwendet, was zur Einhaltung
der Genauigkeitsbedingungen jedoch einen hohen Aufwand an Schaltmitteln erfordert.
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Es ist ein Verfahren zur Speicherung von Radar-Echoimpulsen in Ferritkernreihen
bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 730), bei dem jedoch vier Taktspannungen benötigt
werden, obwohl nur zwei Schaltröhren und nur zwei Impulswicklungen zu betätigen
sind.
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Es ist auch eine Schieberegisteranordnung mit mehreren Speicherelementen
bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 159 024), die unter Zwischenschaltung von Zwischenspeicherelementen
in Reihe geschaltet sind. Die Speicherelemente und die Zwischenspeicherelemente
werden über zwei verschiedene Schiebeleitungen angesteuert, die von Impulsfolgen
gleicher Frequenz, die jedoch um eine halbe Periode gegeneinander phasenverschoben
sind, beaufschlagt werden. Das bekannte Schieberegister arbeitet in der Weise, daß
beim Auftreten eines Impuls es auf einer der beiden Schiebeleitungen die angesteuerten
Speicher- oder Zwischenspeicherelemente die auf ihren
Eingang wirkende Information
speichern und sie an ihrem Ausgang zur Verfügung stellen. Die in den Speicherelementen
gespeicherten Signale werden also vor ihrer Löschung den Zwischenspeicherelementen
zugeführt, in denen sie zur Weiterleitung an das nächstfolgende Speicherelement
erhalten bleiben. Die Zwischenspeicherelemente sind lediglich als Hilfsspeicher
zur Umspeicherung von einem Speicherelement auf das nächste Speicherelement anzusehen.
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Auch die beiden Schiebeleitungen sind nicht als gleichberechtigt zu
bewerten, da die von der einen Schiebeleitung stammenden Impulse nur zur Steuerung
der Zwischenelemente dienen und somit als zusätzlich erforderliche Hilfsimpulse
anzusehen sind.
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Die Art der Durchschaltung der Information vom Eingang zum Ausgang
des Registers läßt sich bei dieser bekannten Anordnung als » Längsdurchschaltung«
bezeichnen. Mit dieser bekannten Schiebeschaltung, die an sich zur Speicherung binär
verschlüsselter Zahlen verwendet wird, lassen sich demgemäß überhaupt keine voneinander
unabhängigen Radarentfernungskanäle durchschalten.
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Zwar (Fig. 2 der genannten deutschen Auslegeschrift 1159 024) ist
in diesem Zusammenhang auch ein Schieberegister unter Verwendung eines Ringzählers
bekannt, dessen Speicherelemente alle echte, Information tragende Speicherelemente
und damit keine Zwischenspeicher sind, der sich aber seiner Funktionsart nach schon
von der Startbedingung her zur Durch schaltung von Radarentfernungskanälen nicht
benutzen läßt. Auch bei dieser Anordnung sind die Speicher in Kette geschaltet,
so daß nur eine »Längsdurchschaltung « vorgenommen werden kann.
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Außerdem ist für das einwandfreie Funktionieren dieses bekannten Schieberegisters
Voraussetzung, daß die Ansteuerung der Speicherelemente zeitlich nacheinander
durch
gegeneinander genau lückende Impulse erfolgt, da Übeilappungen vermieden werden
müssen. Um dies zu erreichen, sind auf jeden Fall komplizierte Schaltmaßnahmen notwendig.
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Gemäß der Erfindung, welche sich auf eine Schaltungsanordnung der
eingangs genannten Art bezieht, werden die Nachteile der bekannten Anordnungen dadurch
vermieden, daß pro Impuls jeder der beiden Taktspannungen eine Durchschaltung eines
Entfernungskanals erfolgt, derart, daß in an sich bekannter Weise die eine Taktspannung
die erste, dritte, fünfte... usw. und die andere Taktspannung die zweite, vierte,
sechste... usw. Schaltstufe des Schieberegisters ansteuert, daß der jeweils zur
Durchschaltung der Radar-Echosignale von den einzelnen Schaltstufen abgegebene Schaltimpuls
und der der Ansteuerung der Torstufe der jeweils nachfolgenden Schieberegisterstufe
dienende Impuls aus ein und demselben Impuls der der jeweiligen Schaltstufe zugeführten
Taktspannung gewonnen ist und daß die vom Schaltimpuls der vorhergehendenSchieberegisterstufe
angesteuerte Torstufe einen breiten Hilfsimpuls erzeugt, der mit dem erstgenannten
Schaltimpuls beginnt und eine Impulslänge aufweist, die zwischen der zwei- und dreifachen
Länge eines Impulses der Taktspannung liegt.
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Damit läßt sich bei einem geringen Aufwand an Bauteilen eine äußerst
phasenstarre Durchschaltung der Schaltimpulse erzielen, wobei die Genauigkeit des
Eingangssignals im wesentlichen nur durch die Taktspannung bestimmt wird und nicht
durch den Fortschaltemechanismus bzw. das Ausgangssignal der vorangehenden Stufe,
die nur der Vorbereitung der Torstufe dient. Für die Umschaltung bleibt auch bei
einer großen Toleranz der Zeitspanne der Torspannungen die Genauigkeit der von den
Taktspannungen abgeleiteten Schaltspannungen erhalten. Die Genauigkeitsanforderungen
der Durchschalteinrichtung liegen innerhalb einer Toleranzgrenze, welche die Breite
eines Taktimpulses der Taktspannungen aufweist.
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Somit brauchen an die zu verwendenden Bauteile keine hohen Anforderungen
hinsichtlich der Genauigkeit gestellt zu werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand von Zeichnungen näher
erläutert: In Fig. 1 ist die prinzipielle Funktionsweise der Schaltungsanordnung
für die Durchschaltung der Radarsignale auf verschiedene Entfernungskanäle dargestellt.
Das als Spannungsquelle angegebene, von der Antenne kommende Radar-Echosignal U(t)
wird über SchalterSn, Sn+l usw. auf die Entfernungskanäle Knn Kn+l usw. durchgeschaltet
und gelangt über die Auswerteeinrichtung A zur Anzeigevorrichtung S.
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F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung.
Über zwei Leitungenl und 2, die abwechselnd zu den Schieberegisterstufen 3, 5 bzw.
4, 6 usw. geführt sind, werden zwei TaktspannungenA und B zugeführt, deren zeitlicher
Verlauf aus F i g. 3 ersichtlich ist. Die beiden haben gleiche Amplituden und ein
Tastverhältnis von 1:1, sind jedoch um 1800 gegeneinander phasenverschoben. Den
einzelnen Schieberegisterstufen sind Diodenschalter nachgeschaltet, die zur einfacheren
Darstellung als Relaisschalter S, bis Sn+3 gezeichnet sind. Die Aussteuerung dieser
Schalteinrichtungen erfolgt von der Schaltstufe 3 b der Schieberegisterstufe 3 durch
einen Schaltimpuls, der durch einen Pfeil in der Verbindungslinie zwischen der Schaltstufe
3 b und der Wick-
lung des Schalters Sn angedeutet ist. Ein Teil dieses Schaltimpulses
wird über eine Verbindungsleitung 7 der nachfolgenden Schieberegisterstufe 4 zugeführt,
wo er der Vorbereitung der folgenden Torstufe 4 a dient, die somit gleichzeitig
mit der Durchschaltung des Schalters Sn erfolgt. Die Ausgangsimpulse, die zu den
Schaltern Sn bis Sn+3 geführt werden, sind in F i g. 3 mit den entsprechenden Indizes
nochmals dargestellt. Es zeigt sich, daß diese aus den Impulsen der Taktspannungen
A und B bestehen.
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In F i g. 4 sind Einzelheiten des schaltungsmäßigen Aufbaues der
Torstufe und der Schaltstufe dargestellt, wobei die Bezeichnungen der Schieberegisterstufen
aus Fig. 2 übernommen wurden. Die Transistoren sind als npn-Typen angenommen. Von
der Leitung 2, die mit dem Takt B versorgt wird, gelangt ein Taktimpuls über den
Transistor 9, in hier nicht näher erläuterter Weise, zu dem Kondensator Cl und über
den Widerstand R, zum Transistor Tsl. Über den Widerstand R2 ist eine positive Gleichspannung
+ U an den Kondensator C2 angelegt, der von einem negativen Impuls 10, der von der
vorhergehenden Stufe ausgeht, teilweise entladen wird. Die Länge dieses Impulses,
der im Impulsplan riach Fig. 5 ebenfalls mit 10 bezeichnet ist, entspricht der Länge
eines Taktes. der TaktspannungA bzw. B und sei mit tj bezeichnet. Im einzelnen handelt
es sich dabei um einen Takt der Taktspannung B. Dieser Impuls führt, wie bereits
erläutert, zu einer Entladung des Kondensators C2, wodurch der bisher leitende Transistor
Tsl gesperrt wird. Nach Ablauf der Zeit tl, d. h. nach dem Ende des Impulses 10,
bleibt Tsl noch so lange gesperrt, bis sich C2 über R2 -mit der Zeitkonstante T2=R2-C2
so weit aufgeladen hat, daß. Tst wieder leitend wird. Dabei ist in der gewählten
Schaltung im wesentlichen nur der weitgehend lineare Teil der Aufladecharakteristik
von R2 und C2 ausgenutzt. Die Zeitkonstante T2 wird so gewählt, daß für eine Zeit
ts (Fig. 5) der Transistor Tsl gesperrt ist. Die Zeit es ist so festgelegt, daß
für sie die Beziehung gilt: 2 t1 < ts < 3. t1 Wegen dieser großen Spanne,
innerhalb der die Zeit t, liegen kann, brauchen an die Genauigkeit der Bauelemente
keine besonders hohen Forderungen gestellt zu werden. Solange der Transistor Tsl
gesperrt ist, kann in dem zur Schaltstufe 3 b gehörenden Transistor Ts2 über den
Widerstand R3 und den Gleichrichter G1 ein Basisstrom 11 fließens der somit während
der ganzen Zeit t, andauert. Gelangt zum Transistor Ts2 in dieser Zeit über die
Anschlußleitungla von der Übertragungsleitung 1 ein negativer Taktimpuls des Taktes,
wie er in Fig 5 mit 12 bezeichnet ist, so erhält der Emitter des Transistors Ts2
einen negativen Wert, und der Transistor Ts2 gibt diesen Taktimpuls als Schaltimpuls
12 a weiter zum DiodenschalterSn+l, der dadurch synchron mit dem Takt A geschaltet
wird. Diese Durchschaltung erfolgt verzögerungsfrei, weil im Transistor Ts2 infolge
des Basisstromes 11 bereits Ladungsträger vorhanden sind. Über die Leitung 13, die
dem Kollektor des Transistors Ts2 nachgeschaltet ist, wird ein Teil 12 b dieses
Schaltimpulses dem Transistor 14 der nachfolgenden Torstufe 5 a über die Schaltelemente
15 und 16 zugeführt, die den Elementen C1 und R aus der Torstufe 4 a entsprechen.
Dabei ist zu beachten, daß der Schaltimpuls 12 b nunmehr vom TaktA abgeleitet wird,
so daß die Schaltstufe 5 einen Durchschaltimpuls erhält, der von der TaktspannungA
ausgeht. Während somit der SchalterSn+l von einem
Schaltimpuls der
Taktspannung A gesteuert ist, wird der Schaltimpuls des nachfolgenden Schalters
Sn+2 von dem darauffolgenden Impuls der Taktspannung B abgeleitet. Diese Verhältnisse
sind an Hand des unteren Teiles von F i g. 5 erläutert, wobei der Schaltimpuls 12
b, der vom Transistor Ts2 abgeleitet wird und dem Takt A entspricht, an der Basis
des nachfolgenden Transistors 14 eine Sperrung um die Zeit ts bewirkt, so daß über
die Basis des nachfolgenden Schalttransistors 19 ein Basisstrom 17 fließt, wodurch
von diesem Transistor aus der Taktspannung B der Impuls 18 zum Schalter Sn+2 durchgeschaltet
wird.
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Der geschilderte Vorgang wiederholt sich von Stufe zu Stufe, bis das
gesamte Schieberegister durchlaufen ist.