DE1591061C3 - Anordnung zur automatischen Steuerung der Überlagerungsfrequenz bei einem Impuls-Radargerät mit Trägerfrequenz-Sprüngen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur automatischen Steuerung der Überlagerungsfrequenz bei einem Impuls-Radargerät das auf der Sendeseite ein Magnetron aufweist das Sendeimpulse erzeugt deren Trägerfrequenz sich von Sendeimpuls zu Sendeimpuls ändert und das auf der Empfangsseite eine Frequenzumsetzeranordnung aufweist die einerseits die empfangenen Echoimpulse und andererseits die Überlagerungsfrequenz empfängt und an deren Ausgang eine auf eine feste Zwischenfrequenz abgestimmte Zwischenfrequenzstufe angeschlossen ist sowie eine Überlagerungsfrequenzerzeugeranordnung mit einem

hochfrequenten Überlagerungsoszillator, einem Hilfsoszillator mit niedrigerer Frequenz, einer an die beiden Oszillatoren angeschlossenen Mischstufe, einer an den Sender und an einen der beiden Oszillatoren, der im wesentlichen mit konstanter Frequenz arbeitet, angeschlossenen Hilfsmischstufe und einem an diese angeschlossenen, speichernden ·,· Frequenzsteuerkreis, der abhängig von der Trägerfrequenz■<jedes vom Magnetron abgegebenen Sendeimpulses die Frequenz des anderen der beiden Oszillatoren auf einen solchen Wert einstellt, daß sich die davon abgeleitete Überlagerungsfrequenz von der Trägerfrequenz des Sendeimpulses um die Zwischenfrequenz unterscheidet, und die Überlagerungsfrequenz bis zur Abgabe des nächsten Sendeimpulses auf diesem Wert hält.

Bei einer aus der GB-PS 845 776 bekannten Anordnung dieser Art ist der Ausgang des Überlagerungsoszillators direkt mit dem entsprechenden Eingang der Frequenzumsetzerstufe verbunden, und die Änderung der Überlagerungsfrequenz erfolgt durch direkte Änderung der Frequenz des Überlagerungsoszillators. Dies bedeutet, daß der Überlagerungsoszillator, dessen Frequenz von gleicher Größenordnung wie die vom Magnetron gelieferte Sendefrequenz ist, auch die gleichen Frequenzänderungen wie das Magnetron durchführen muß. Der Hilfsoszillator ist in diesem Fall ein Bestandteil des speichernden Frequenzsteuerkreises; er wird von der Abstimmvorrichtung des Magnetrons eingestellt und liefert eine Hilfsfrequenz, die einen annähernd konstanten Abstand zu der vom Überlagerungsoszillator gelieferten Frequenz aufweist. Die Frequenzregelschleife arbeitet dann einerseits mit der Differenz zwischen der Sendefrequenz und der Hilfsfrequenz und andererseits mit der Differenz zwischen der Überlagerungsfrequenz und der Hilfsfrequenz.

Bei Impulsradargeräten dieser Art besteht das Problem, daß die empfangenen Echoimpulse erst dann ausgewertet werden können, wenn die Überlagerungsfrequenz der Frequenzänderung des letzten Sende- impulses nachgeregelt worden ist. Die kleinste auswertbare Zielentfernung hängt daher von der Geschwindigkeit ab, mit welcher der hochfrequente Überlagerungsoszillator den Frequenzänderungen nachgeregelt werden kann. Bei zahlreichen Oszillatortypen, welche die erforderliche hohe Frequenz liefern können, ist eine ausreichend schnelle Frequenzänderung nicht möglich; einige Oszillatortypen sind außerdem nicht über den erforderlichen großen Frequenzbereich durchstimmbar. Diese Schwierigkeiten treten besonders dann in Erscheinung, wenn der Überlagerungsoszillator durch ein Klystron gebildet ist

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur automatischen Steuerung der Überlagerungsfrequenz bei einem Impulsradargerät mit von Sendeimpuls zu Sendeimpuls sprunghaft veränderlicher Trägerfrequenz, die mit geringem Aufwand eine sehr schnelle Änderung der Überlagerungsfrequenz zur Anpassung an die Änderungen der Sendefrequenz ermöglicht ·

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Anordnung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst daß der eine, im wesentlichen mit konstanter Frequenz arbeitende Oszillator der hochfrequente Überlagerungsoszillator und der andere, frequenzeinstellbare Oszillator der Hilfsoszillator ist wobei die Überlagerungsfrequenz von der an die beiden Oszillatoren angeschlossenen Mischstufe abgenommen wird.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird nicht die Ausgangsfrequenz des Überlagerungsoszillators selbst als Überlagerungsfrequenz verwendet, sondern eine Frequenz, die durch Mischung der Ausgangsfrequenz des Überlagerungsoszillators und der Ausgangsfrequenz eines Hilfsoszillators gebildet wird. Der Überlagerungsoszillator arbeitet dabei im wesentlichen auf einer konstanten Frequenz, während die Frequenz des Hilfsoszillators zur Anpassung an die sprunghaften Änderungen der Sendefrequenz durch den Frequenzsteuerkreis verändert wird. Für den Überlagerungsoszillator kann daher ohne Rücksicht auf die Frequenzänderungen ein Oszillatortyp verwendet werden, der für die Erzeugung sehr hoher Frequenzen gut geeignet ist, beispielsweise ein Klystron, während die Frequenzänderungen bei der sehr viel niedrigeren Hilfsfrequenz vorgenommen werden. Es ist dadurch möglich, die Frequenzänderungen der Überlagerungsfrequenz nach der Aussendung eines Sendeimpulses sehr schnell durchzuführen, so daß bereits Echoimpulse verwertet werden können, die sehr kurzen Zielentfernungen entsprechen. Dennoch ist der Schaltungsaufwand gering.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine automatische Frequenzregelschleife mit einem Frequenzsteuereingang des Überlagerungsoszillators so verbunden, daß sie diesen den langsamen Auswanderungen der Frequenz des Magnetrons nachregelt In diesem Fall wird die Frequenz des hochfrequenten Überlagerungsoszillators, beispielsweise eines Klystrons, zur Kompensation der langsamen Auswanderungen der Frequenz des Magnetrons verändert während die Frequenz des Hilfsoszillators zur Berücksichtigung der sprunghaften Änderungen der Sendefrequenz verändert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild eines Radargerätes mit einer Anordnung nach der Erfindung,

Fig.2 das gleiche Prinzipschaltbild mit einer detaillierten Darstellung der speichernden Frequenzsteuerschaltung und

F i g. 3 und 4 abgewandelte Ausführungsformen eines Teils der Anordnung von F i g. 1 und 2.

F i g. 1 zeigt schematisch die Sende- und Empfangsschaltungen eines Radargerätes mit dem Sendemagnetron 1 auf der Sendeseite und mit der Zwischenfrequenzstufe 2 und der Videoschaltung 3 auf der Empfangsseite. Die Sendeantenne A_e und die Empfangsantenne A_r sind getrennt dargestellt obwohl sie im allgemeinen vereinigt sind, wobei dann die Sende- und die Empfangssignale durch eine Sende-Empfangs-Weiche getrennt werden.

Die für die Frequenzumsetzung vorgesehene Schaltung ist in Fig. 1 in mehr Einzelheiten dargestellt Eine Frequenzumsetzerstufe 4 hat einen ersten Eingang 41, der an die Empfangsantenne A_r angekoppelt ist und einen zweiten Eingang 42, der ein Signal mit einer Hilfsfrequenz empfängt das in der nachstehend beschriebenen Weise erzeugt wird.

Eine Mischstufe 5 empfängt einerseits das von einem Klystron 6 gelieferte Signal mit der Frequenz Fm+Fi+ Fo, wobei F_m die Mittenfrequenz des Magnetrons 1 ist, Fi die Zwischenfrequenz des Empfängers und Fo die Mittenfrequenz eines Hilfsoszillators 7, welcher den zweiten Eingang der Mischstufe 5 speist

Der Augenblickswert F_v der Frequenz des Hilfsoszillators 7 wird den Frequenzveränderungen AF der

Magnetronfrequenz, welche gleich F_n,+AF ist, mittels einer speichernden Frequenzsteuerschaltung 8 nachgeregelt. Diese empfängt das Signal, das in der Mischstufe 9 durch Mischung des Klystronsignals und des Magnetronsignals erzeugt wird, und führt dem Hilfs-Oszillator 7 eine Steuerspannung zu, welche von der Differenz zwischen der Frequenz des Ausgangssignals der Mischstufe 9, nämlich F₁+F₀-AF, und der festen Zwischenfrequenz F-, abhängt Diese Steuerspannung bringt die Augenblicksfrequenz F_vaufden Wert F₀-AF. Die Mischstufe 5 gibt daher ein Signal der folgenden Frequenz ab:

F_n,+ Fi+ F₀-(Fo-AF)= F_n,+Fi+AF,

die also wie gewünscht von der Sendefrequenz nur um den Betrag F, verschieden ist.

Ferner gleicht das Klystron 6 die langsamen Auswanderungen des Magnetrons 1 aus. Zu diesem Zweck empfängt eine Mischstufe 10 das Ausgangssignal der Mischstufe 5 sowie das Signal des Magnetrons 1. Eine automatische Frequenz-Steuerschaltung 11, die auf die Frequenz F-, abgestimmt ist und das Ausgangssignal der Mischstufe 10 empfängt, führt dem Klystron 6 ein Steuersignal zu, das von dem Abstand der Frequenz des Ausgangssignals der Mischstufe 10 und der Frequenz F, abhängt.

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der speichernden Frequenzsteuerschaltung 8 dargestellt Diese Schaltung enthält einen stabilen Oszillator 81, beispielsweise einen Quarzoszillator, der die feste Zwischenfre- quenz /verzeugt; ferner eine Einseitenband-Mischstufe 82, die an die Ausgänge des Oszillators 81 und der Mischstufe 9 angeschlossen ist und das untere Frequenzseitenband auswählt; und einen auf die Frequenz F₀ abgestimmten Frequenzdiskriminator 83 mit Begrenzerwirkung, der an den Ausgang der Mischstufe 82 angeschlossen ist.

Das Ausgangssignal des Hilfsoszillators 7 wird dem Eingang des Frequenzdiskriminators 83 über einen ersten Schalter 84 zugeführt, der von der Synchronisierschaltung 12 für den Modulator 13 des Magnetrons 1 gesteuert ist. Diese Steuerung erfolgt so, daß der Schalter 84 während des Sendens eines Impulses geöffnet und in den Sendepausen geschlossen ist

Der Ausgang des Frequenzdiskriminators 83 ist mit zwei Eingängen eines Frequenzkomparators 85 einerseits direkt andererseits über einen zweiten Schalter 86 verbunden, der geöffnet ist, wenn der erste Schalter 84 geschlossen ist und umgekehrt. Ein kapazitiver Speicher 87 ist parallel zum Ausgang des zweiten Schalters 86 und zu dem entsprechenden Eingang des Frequenzkomparators 85 angeschlossen.

Diese Schaltung arbeitet in folgender Weise: Beim Senden eines Impulses ist der erste Schalter 84 geöffnet und der zweite Schalter 86 geschlossen. Der Frequenzdiskriminator 83 liefert eine Spannung, die proportional zu dem Abstand AF zwischen dem Ausgangssignal der Einseitenband-Mischstufe 82 und der Frequenz F₀ ist Der kapazitive Speicher 87 lädt sich daher auf eine Spannung auf, die dem Frequenzabstand AF proportional ist Empfängt der Frequenzkomparator 85 zwei gleiche Signale, so gibt er kein Signal an den Hilfsoszillator7ab.

Nach dem Senden und vor dem Empfang des ersten Echos wird der erste Schalter 84 geschlossen. Der Frequenzdiskriminator 83 liefert eine Spannung, die proportional zum Abstand zwischen der Augenblicksfrequenz F„ des Hilfsoszillators 7 und der Frequenz F₀ ist. Daher legt der Frequenzkomparator 85 an den Steuereingang des Hilfsoszillators 7 eine Spannung an, die proportional zur Differenz zwischen den Frequenzen F₀-Fy einerseits und 4Fandererseits ist Diese Spannung wirkt auf den Hilfsoszillator in der Weise ein, daß der Momentanwert Fvgleich F_o—AFvt'ird.

Für den Fall, daß die aufeinanderfolgenden Sprünge der Magnetronfrequenz F_n, von der Größenordnung einiger Megahertz sind, kann die Frequenz des steuerbaren Hilfsoszillators 7, wie in F i g. 3 dargestellt durch die Einstellanordnung 14 des Magnetrons 1 voreingestellt werden, es kann aber auch die Steuerspannung, wie in Fig.4 angedeutet zwischen zwei Impulsen gespeichert werden.

Im ersteren Falle (Fig.3) ist der Ausgang des Frequenzkomparators 85, der im allgemeinen aus einem Differenzverstärker oder aus einer Subtraktionsstufe mit nachfolgendem Verstärker besteht mit dem einen Eingang einer Addierstufe 15 verbunden, deren anderer Eingang an den Ausgang der Frequenzeinstellanordnung 14 des Magnetrons 1 angeschlossen ist welche ebenfalls in F i g. 2 erkennbar ist

Im zweiten Fall ist der zweite Eingang der Addierstufe 15 an den Ausgang eines zweiten kapazitiven Speichers 18 angekoppelt, der vor dem Steuereingang des Hilfsoszillators 7 parallel angeschlossen ist (F i g. 4).

Bei diesen beiden Ausführungsformen sind die erforderlichen Amplituden der Ausgangssignale des Frequenzkomparators 85 sehr viel kleiner und die Ansprechzeiten sehr viel kürzer.

Die verschiedenen Frequenzumsetzungen können natürlich auch in anderer Reihenfolge vorgenommen werden. Dabei ist nur wesentlich, daß die für die Frequenzumsetzung des Echos verwendete Schwingung sich aus zwei Schwingungen ergibt von denen die eine eine Hochfrequenzschwingung mit einer praktisch konstanten Frequenz ist die durch ein Klystron oder noch allgemeiner — da die Anordnung nicht auf Ultrakurzwellen beschränkt ist — durch einen Oszillator erzeugt ist dessen Frequenz schnell über einen großen Bereich verstellbar ist während die andere Schwingung eine verhältnismäßig niedrige Frequenz hat die den Veränderungen der Magnetronfrequenz über einen schnell ansprechenden Abstimmkreis nachgeregelt wird.

Der kapazitive Speicher 87 lädt sich beispielsweise in weniger als 0,6 us auf, und die Ansprechzeit des Meßkreises ist kleiner als 6 us, was die Erfassung von Zielen ab 900 m ermöglicht

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur automatischen Steuerung der Überlagerungsfrequenz bei einem Impuls-Radar- S gerät, das auf der Sendeseite ein Magnetron aufweist, das Sendeimpulse erzeugt, deren Trägerfrequenz sich von Sendeimpuls zu Sendeimpuls ändert, und das auf der Empfangsseite eine Frequenzumsetzeranordnung aufweist, die einerseits die empfangenen Echoimpulse und andererseits die Überlägerungsfrequenz empfängt und an deren Ausgang eine auf eine feste Zwischenfrequenz abgestimmte Zwischenfrequenzstufe angeschlossen ist, sowie eine Überlagerungsfrequenzerzeugeranordnung mit einem hochfrequenten Überlagerungsoszillator, einem Hilfsoszillator mit niedrigerer Frequenz, einer an die beiden Oszillatoren angeschlossenen Mischstufe, einer an den Sender und an einen der beiden Oszillatoren, der im wesentlichen mit konstanter Frequenz arbeitet, angeschlossenen Hilfsmischstufe und einem an diese angeschlossenen, speichernden Frequenzsteuerkreis, der abhängig von der Trägerfrequenz jedes vom Magnetron abgegebenen Sendeimpulses die Frequenz des anderen der beiden Oszillatoren auf einen solchen Wert einstellt, daß sich die davon abgeleitete Überlagerungsfrequenz von der Trägerfrequenz des Sendeimpulses um die Zwischenfrequenz unterscheidet, und die Überlagerungsfrequenz bis zur Abgabe des nächsten Sendeimpulses auf diesem Werthält, dadurch gekennzeichn e t, daß der eine, im wesentlichen mit konstanter Frequenz (F_n,+Fj+F₀) arbeitende Oszillator der hochfrequente Überlagerungsoszillator (6) und der andere, frequenzeinstellbare Oszillator der Hilfsoszillator (7) ist, wobei die Überlagerungsfrequenz (F_n,+Fi+AF) von der an die beiden Oszillatoren angeschlossenen Mischstufe (5) abgenommen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die speichernde Frequenzsteuerschaltung (8) eine Frequenzmeßanordnung (83) zum Messen der Trägerfrequenz der Ausgangsimpulse der zweiten Mischstufe (9), eine Speicheranordnung (86, 87) zum Speichern des Meßwerts und eine Frequenzregelschleife für die Regelung der Frequenz des Hilfsoszillators (7) enthält, und daß die Frequenzregelschleife eine Frequenzvergleichsanordnung (85) enthält, welche die Ausgangsfrequenz des Hilfsoszillators (7) mit dem gespeicherten so Meßwert vergleicht und deren Ausgang mit dem Frequenzsteuereingang des Hilfsoszillators (7) verbunden ist

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzmeßanordnung eine Einseitenband-Mischstufe (82) aufweist, die einerseits die von der zweiten Mischstufe (9) gelieferten Impulse und andererseits ein von einem stabilen Oszillator (81) erzeugtes Signal empfängt, sowie einen Frequenzdiskriminator (83), der an den Ausgang der Einseitenband-Mischstufe (82) angeschlossen ist, und daß die Speicheranordnung einen kapazitiven Speicher (87) enthält, der mit dem Ausgang des Frequenzdiskriminators (83) über einen Schalter (86) verbunden ist, der während der Sendung der Impulse geschlossen und während der Sendepausen geöffnet ist

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzregelschleife für die Nachregelung der Frequenz des Hilfsoszillators einen Schalter (84) enthält, der zwischen dem Ausgang des Hilfsoszillators (7) und dem Eingang des Frequenzdiskriminators (83) angeschlossen ist und synchron mit dem Sender derart gesteuert wird, daß er während der Sendung der Impulse offen und während der Sendepausen geschlossen ist, und daß die Frequenzvergleichsanordnung einen Komparator (85) enthält, von dem ein Eingang mit dem Ausgang des Frequenzdiskriminators (83) verbunden ist, dessen anderer Eingang mit dem kapazitiven Speicher (87) verbunden ist, und dessen Ausgang mit dem Frequenzsteuereingang des Hilfsoszillators (7) verbunden ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Voreinstellanordnung (14) für die Frequenz des Hilfsoszillators (7) und des Magnetrons (1) gemeinsam mit dem Ausgang der speichernden Frequenzsteuerschaltung (8) über eine Addierschaltung (15) mit dem Frequenzsteuereingang des Hilfsoszillators verbunden ist (F i g. 3).

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der speichernden Frequenzsteuerschaltung (8) mit dem Hilfsoszillator (7) über eine Addierschaltung (15) verbunden ist, deren anderer Eingang an eine kapazitive Speicherschaltung (18) angeschlossen ist, die mit dem Ausgang der Addierschaltung (15) verbunden ist (F i g. 4).

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Frequenzregelschleife (10, 11) mit einem Frequenzsteuereingang des Überlagerungsoszillators (6) so verbunden ist, daß sie diesen den langsamen Auswanderungen der Frequenz des Magnetrons (1) nachregelt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Frequenzregelschleife eine dritte Mischstufe (10) enthält, von der ein Eingang mit dem Ausgang des Sendemagnetrons (1) und der andere Eingang mit dem Ausgang der ersten Mischstufe (5) verbunden sind und an deren Ausgang eine Frequenzsteuerschaltung (11) angeschlossen ist, deren Ausgang mit dem Frequenzsteuereingang des Überlagerungsoszillators (6) verbunden ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlagerungsoszillator (6) durch ein Klystron gebildet ist