DE1491954A1 - Signaldetektor mit Sichtanzeige - Google Patents

Description

Dipl.-Ing.Heinz Olaessen
Patentanwalt

7 Stuttgart 1
Postfach 3141

ISB/Reg.3384
S.L.Howard-1

INTEHMATIONAL STMDARD ELBCTRIC CORPORATION,New York

"Signaldetektor mit Sichtanzeige"

Die Priorität der Anmeldung Nr.440 806 vom 18.3.1965 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird in Anspruch genommen.

Die Erfindung behandelt das Problem, itusStrahlungen in einem bestimmten Frequenzbereich zu entdecken und anzuzeigen. Die Notwendigkeit, Ausstrahlungen in einem bestimmten Frequenzbereich, z.B. im Dezimeter- oder Zentimeterbereich wahrzunehmen und anzuzeigen, ergibt sich aus verschiedenen Gründen. Die Überwachung eines Teiles des Hochfrequenzspektrums findet Anwendung bei Funkstör- und Abwehrmaßnahmen, weiterhin um Gesetzmäßigkelten der wellenausbreitung festzustellen, oder auch im Zusammenhang mit Funknavigationsaufgaben in der Luft- und Seefahrt.

Es sind auch schon verschiedene Lösungen für dieses Problem bekuimt, die jeweils auf den Anwendungszweck zugeschnitten sind. Die am besten für verschiedene Aufgaben verwendbare Methode zur überwachung eines bestimmten Frequenzbandes ist die der Empfängerdur chütiminung. Dabei wird ein Empfänger kontinuierlich und für gewöhnlich mit gleichmäßiger Geschv/indigkeit über das interessierende Frequenzband durchgestimmt. Eine Anzeigeeinrichtung, 3.L. eine Kathodenstrahlröhre oder eine elektromechanische Aufzeiohxiungseinrichtung wird mit der Durchstimmeinrichtung synchronisiert, so daß evtl. registrierte Ausgangssignale des Empfängers zur Abatimmfrequenz in Beziehung stehen« Ein offensichtlicher

15.3.1966

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Nachteil einer solchen Methode ist, daß nur Dauersignale aufgezeichnet werden. Intermittierend ausgesendete Wellen werden nur dann registriert, wenn die Empfängerabstimmung beim Auftreten

.der •von solchen Signalen zufällig an der/Sendefrequenz entsprechenden Stelle steht.

Im allgemeinen werden aber bei vielen Anlagen die Signale intermittierend (als Impuls oder Impulsgruppen) ausgesendet; zur Überwachung solcher Ausstrahlungen muß daher das gesamte Frequenzgebiet gleichzeitig empfangen werden können· Eine naheliegende Lösung wäre, eine Mehrzahl von Empfängern zu verwenden, deren frequenzmäßige Abstimmung aneinander anschließt. Eine solche Lösung ist jedoch was sowohl Kosten als auch Raumbedarf anbelangt, zu aufwendig. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das Problem der Überwachung eines bestimmten Frequenzbereiches auf einfachere V/eise zu lösen. Die Methode soll auch so eingerichtet sein, daß verschiedene Frequenzbänder mit der gleichen Apparatur überwacht und eine entsprechende Eichung des Anzeigegerätes vorgenommen werden können.

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert, von denen Fig.1 ein Blockschaltbild der G-esamtanlage mi⁺ ainigen Details der Anzeigeeinrichtung und

Fig.2 die Anzeigeeinrichtung selbst darstellt; Fig.3 zeigt die Anzeigeeinrichtung im schnitt; Fig.4 ist ein anderes Beispiel für eine Anzeigeeinrichtung.

Die im Blockschaltbild gemäß Fig.1 angedeutete Antenne 1 ist von bekanntem Bauart; sie ist entsprechend breitbandig, um das gesamte interessierende Frequenzband gleich gut empfangen zu können. Das Strahlungsdiagramm ist hinsichtlich seiner Halbwertsbreite da? speziellen Aufgabe entsprechend gewählt; es kann jedoch, ohne die .Erläuterung der Erfindung zu beeinträchtigen, als Runddiagramm angenommen werden. Die von der Antenne 1 aufgenommenen Wellen werden einem Hochfrequenzverstärker 2 zugeführt, der den gesamten interessierenden Frequenzbereich verstärken muß. Im Zentimeterwellenbereich,.für den die Anlage gedacht ist, wird man daher in dem Verstärker eine Wanderfeldröhre verwenden»

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Ein derart ausgelegter Verstärker ist "bekanntlich genügend breitbandig und empfindlich; auch hat er ein gutes Verhältnis Signal/Rauschen, so daß auch sehr schwache Signale noch verstärkt werden können. Die Ausgangsspannung des Hochfrequenzverstärkers 2 wird einer Mischeinrichtung 4 eingegeben.

In den meisten vorkommenden Fällen wird eine der üblichen Mikrowellen-Breifbandmischer-Oszillator-Kombinationen mit Halbleiterdioden genügen. Wenn jedoch höchste Empfindlichkeit bei extrem gutem Signal-Rausch-Verhältnis erwünscht ist, wird man bei der Auslegung der Mischeinrichtung 4 die Haser-Technik anwenden.

Der zur Frequenztransponierung benötigte Mischoszillator 3 wird zweckmäßigerweise ein Klystron-Oszillator oder irgendein, mit verhältnismäßig geringer Energie schwingender Oszillator eines anderen Typus sein, der mit - im Verhältnis zum zu überwachenden Frequenzband - bedeutend höherer Frequenz zu schwingen vermag. Wenn sich z.B. das zu überwachende Frequenzband von 8,5 bis 9»5 GHz erstreckt, sollte der Mischoszillator 3 bei etwa 50 GHz schwingen. Die Notwendigkeit, auf einer derart hohen Frequenz zu arbeiten, wird im Laufe der Beschreibung noch offenbar werden.

Der Zv/is chenf requenzverstärker 5 muß Frequenzen der Größenordnung 60 GHz verstärken (5 bis 6mm Wellenlänge). Der Zwischenfrequenzverstärker 5 braucht nicht sehr empfindlich und rauscharm zu sein; er muß nur eine gute Leistungsverstärkung haben, weil die der .anzeigeneinrichtung zugeordnete Strahleranordnung 6 zu ihrer funktion eine ziemlich große iiikrowellenenergie verbraucht, wenn das zu überwachende Frequenzband mit f und die Frequenz des iiischoszillators 3 mit f bezeichnet wird, dann steht au .,.usgan^ der mischeinrichtung 4 eine Frequenz f+f_Q an, und am Ausgang des Zwisclieiifrequenzverstt.rlcers 5 die gleiche Frequenz f+f , jedoch mit größerer Leistung. Die οtränieranordnung 6 wird mit Iiikrowellenenergie einer Frequenz von etwa 60 GHz gespeist. Jie .-uiz ei ge einrichtung besteht im wesentlichen aus einer für diese Frequenz geeigneten oti-ahleranordnung 6, die später noch etwas näher beschrieben wird. Vorex-st genügt es, zu sagen, daß die

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Strahleranordnung 6 ein Diagramm 9 ausstrahlt, das in der zu ihrer Länge senkrechten Richtung sehr schmal ist, außerdem ist die Ausstrahlungsrichtung abhängig von der Frequenz f+f_Q· Wenn innerhalb dieses Frequenzbandes f+f_Q mehrere diskrete Frequenzen auftreten, so werden entsprechend viele Diagramme unter verschiedenen Strahlwinkeln ausgestrahlt, weil ja der Strahlwinkel frequenzabhängig ist.

Der nächste Schritt bei der Instrumentierung der Einrichtung besteht darin, die verschiedenen Strahlrichtungen, die ja verschiedenen Empfangsfrequenzen entsprechen, auf einem Schirm (10,Fig. 1u.2) augenfällig anzuzeigen. Der Sichtanzeigeschirm 10 kann in seinen Einzelheiten verschiedenartig ausgeführt sein. Ein Beispiel ist in Fig.2 gezeigt. gjcJtxSadcatjttatJcxtatJtxiniryyifgx&xggxgtglx In dem Sichtanzeigβschirm 10 befindet sich ein schlitzartiges Fenster mit Eichmarken 13. Bei diesem Beispiel ist der Schirm, der das sichtbare Licht aussendet, wenn er von mittels der Strahleranordnung 6 erzeugten Strahlen 9 getroffen wird, ein in einem gasgefüllten Gefäß befindlicher Fluoreszenzschirm.

Fig.3 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung gemäß Fig.2. Die hier benutzte Fluoreszenzröhre 12 enthält im Gegensatz zu den Beleuchtungszwecken dienenden Fluoreszenzröhren keine Elektroden, nur eben den Fluoreszenzschirm und die übliche Gasfüllung. Ein Betrachter beobachtet die Fluoreszenzröhre 12 durch das Fenster 1,1. Die Einzelheiten der Anzäge von Signalen geht etwa aus Fig.2 hervor. Eine Gruppe von kontinuierlichen Signalen (CW) bei 15 wird in einer Breite angezeigt, die der Bündelung der Strahleranordnung 6 entspricht. Die bei 16 angedeuteten Signale sind etwas breiter als die CW-Signale, was bedeutet, daß Modulationsseitenbänder vorhanden sind. Das bei 17 angedeutete Signal wird man als ein frequenzmoduliertes ansehen; ein Rauschsignal mit statistischer Verteilung der Einzelsignale ergibt ein ähnliches Bild.

Der Raum zwischen dem Anzeigeschirm 10 und der Strahleranordnung (Fig.1) ist oben und unten mit Platten 7 bzw. 8 abgedeckt. Die Innenseiten dieser Platten (7,8) sowie die Innenseite 14 (Fig.3)

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des Sichtanzeigeschirmes 10 sind mit einem Mikrowellen gut absorbierenden Stoff beschichtet, so daß erwartet werden kann, ■daß von Mehrfachreflexionen herrührende Anzeigen auf dem Schirm nicht vorkommen.

den vorliegenden Zweck geeignete Strahleranordnungen sind bekannt.(üSA-Patentschriften 2 596 113? 2 596 966; 3 039 097). Die Strahleranordnung gemäß Fig.4 besteht aus Hornstrahlern 20, die an eine mäanderförmige Hohlrohrleitung 19 angeschlossen sind} diese wird an dem einen Ende 19 gespeist, das andere Ende ist mit einem Absorberwiderstand 23 (Fig.1) abgeschlossen. In der einen Wand derEbhlrohrleitung befinden sich Schlitze, durch die die Hornstrahler 20 mit Energie von progressiv veränderter Phase gespeist werden. Die Verwendung eines Parabolreflektor als Sekundärstrahler für den vorliegenden Zweck ist natürlich auch möglich; es ergeben sich dann die bekannten Vorteile eines solchen Reflektors, wie z.B. stärkere Bündelung der Wellen und größerer Antennengewinn, d.h. kleinere Leistung für den Verstärker 5.

In Fig. 4 ist auch eine andere Art der Sichtanzeige dargestellt. Dabei ist der Beobachter hinter der strahleranordnung 6 zu denken; er sieht daran vorbei auf den üichtanzeigeschirm. In einer Überwachungszentrale kann man einen großen Anzeigeschirm an einer Wand montieren. Y/enn man annimmt, daß der Anzeigeschirm 22 (Fig.4) nichts anderes ist als eine mit Fluoreszenzfarbe angestrichene Fläche, die bei Auftreffen des otrahles 21 aufleuchtet, so erhält man in einem alDgedunkelten Raum eine für mehrere Beobachter gut sichtbare Anzeige. Die bekannten Effekte und die heute weit entwickelte Technik der Lumineszenz bieten verschiedene Möglichkeiten für die Ausgestaltung des Anzeigeschirmes 22.

v/enn die Entfernung zwischen Strahleranordnung und Anzeigeschirm verhältnismäßig groß ist, erhält man, ähnlich wie bei einem Lichtzuigerinstrument, trotz relativ kleiner Winkelablenkungen bei verhältnismäßig großer Frequenzänderung eine gute Trennung der einzelnen Anzeigen auf den Anzeigeschirm.

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Wie bereits angedeutet worden ist, kann der Anzeigeschirm, der die Mikrowellenstrahlung in sichtbares licht umsetzt, auf verschiedene V/eise realisiert werden. So ist beispielsweise auch -eine Ausgestaltung denkbar mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Mikrowellendetektoren in Verbindung mit ebenso vielen kleinen G-limmlämpchen, die bei Auf treffen einer Strahlung auf die Detektoren aufleuchten. Dadurch erhält man zwar keine kontinuierliche Anzeige der einzelnen Frequenzen, aber immerhin kann diese stufenweise Anzeige für viele Zwecke genügen.

3 Patentansprüche
2 Bl.Zeichn., 4 Fig.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   J üignaldetektor mit Sichtanzeige zur Überwachung von elektromag- ^ netischen Ausstrahlungen in einem bestimmten, verhältnismäßig breiten Frequenzbereich, insbesondere im Zentimeterwellengebiet, wobei das Frequenzband breitbandig empfangen und verstärkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkte Frequenzband in eine weit höhere Frequenzlage transponiert wird, daß dieses Frequenzband nach entsprechender Leistungsverstärkung mittels einer atrahleranordnung, deren Ausstrahlungswinkel frequenzabhängig ist, in einem scharf gebündelten Fächerdiagramm auf einen, die Ausstrahlungen in sichtbares Licht verwandelnden Sichtanzeigeschirm geworfen wird.
2. 2. Signaldetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sichtanzeigeschirm ein evakuiertes, an den Innenwänden mit Fluoreszenzmaterial bestrichenes Gefäß mit Gasfüllung verwendet wird·
3. 3. Signaldetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als oichtanzeigeschirm zur G-roßpro jektion ein mit Fluoreszenzfarbe angestrichener Wandschirm verwendet wird.