DE1591295B2

DE1591295B2 - Puls-doppler-radargeraet mit phasenkohaerenzerzwingung der sendeoszillatorimpulse

Info

Publication number: DE1591295B2
Application number: DE19671591295
Authority: DE
Inventors: Warren Kenneth Alfred James; Agar William Oliver
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1967-01-25
Filing date: 1967-11-14
Publication date: 1976-03-11
Also published as: GB1141410A; US3454946A; DE1591295C3; SE351498B; FR1557752A; DE1591295A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Puls-Doppler-Radargerät fnit einer Sende/Empfangs-Antenne, mit einem Mikro-•rellen-Sendeoszillator zum Erzeugen der HF-Sen- ⁽ⁱ° (kimpulse, der einen Mikrowellen-Resonator zum Festlegen der Frequenz der Sendeimpulse aufweist, mit Einern Mikrowellen-Empfänger-Überlagerungs-Oszillator, dessen Frequenz sich von derjenigen der HF-Sentfeimpulse um den Betrag einer Zwischenfrequenz un- ⁶S terscheidet und dessen Schwingungen einer von den fempfangsimpulsen der Antenne gespeisten Mischstufe turn Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals zugeführt sind, und mit Mitteln zum Erzwingen einer Phasenkohärenz der vom Sendeoszillator aufemanderfolgend erzeugten Sendeimpulse. .

Die Ausgangsschwingungen des Senders eines PuIs-Doppler-Radargeräts sollten idealerweise einen Wellenzug darstellen, der aus zeitgestaffelten Abschnitten besteht, von denen jeder eine Länge gleich der gewünschten Impulslänge hat und von denen jeder zu einem Zeitpunkt beginnt, der von dem Beg.nnzeitpunkt des unmittelbar vorangehenden Impulses exakt den Abstand einer Impulsfolgeperiode besitzt Mit anderen Worten sollte idealerweise die Phase der Hochfrequenzschwingung zum Beginn eines jeden Impulses direkt mit der Phase der Hochfrequenzschwingung am Ende des vorangehenden Impulses in Beziehung stehen durch einen Betrag, der durch die Frequenz der Hochfrequenzschwingung und das Zeitintervall zwischen dem Ende des einen Impulses und dem Beginn des nächsten Impulses bestimmt ist. In der Praxis reicht es aus eine annähernd konstante Beziehung zwischen der Phase zu Beginn des einen Impulses und derjenigen zu Beginn des nächsten zu gewährleisten.

Wegen der vorerwähnten Erfordernisse sind beträchtliche Schwierigkeiten zu überwinden, wenn versucht wird, einen gepulsten Mikrowellenoszillator als Sender eines Puls-Doppler-Radargeräts zu verwenden, und zwar wegen der nach einem statistischen Gesetz vorlaufenden Startvorgänge derartiger Oszillatoren: die durch solche Oszillatoren erzeugten Schwingungen werden nämlich in erster Näherung durch Schaltungsrauschen angefacht bzw. getriggert. wodurch die vorerwähnten Bedingungen für die Phasenbeziehungen von Impuls zu Impuls nicht erfüllt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Puls-Doppler-Radargerät anzugeben, daß diese Bedingungen erfüllt und hierbei gepulste Mikrowellenos/illatoren in seinem Sender verwendbar macht.

Die Erfindung besteht bei einem Puls-Doppler-Radargerät der eingangs genannten Art darin, daß ein Energieanteil der Schwingungen des Empfänger-Überlagerungs-Oszillators - ohne Zwischenfrequenzumsetzung - direkt in den Mikrowellen-Resonator im Sinne einer Anfangsphasensynchronisierung injiziert ist.

Unter dem Prinzip der Anfangsphasensynchronisierung — das im anglo-amerikanischen Sprachbereich als »injection phase priming« bekannt ist — versteht man bekanntlich die Einschleusung einer kontinuierlichen Schwingung der Oszillatorfrequenz in den Resonanzkreis oder die Resonanzanordnung eines impulsförmige Schwingungen abgebenden Oszillators, wobei die Amplitude der eingeschleusten Schwingung viel größer als die mittlere Amplitude des Schaltkreisrauschens des Oszillators ist. Hierdurch ist die Phase jedes vom Oszillator abgegebenen Impulses nicht mehr willkürlich nach einem statistischen Gesetzt, sondern zur Phase der eingeschleusten Schwingung immer in vorgegebener Beziehung.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Sendekanal einen Zirkulator, der mindestens drei Arme aufweist und einerseits den Mikrowellen-Sendeoszillator mit der Antenne verbindet, andererseits zur direkten Injektion des Energieanteils der Schwingungen des Mikrowellen-Empfänger-Überlagerungs-Oszillators in den Mikrowellen-Resonator an den Empfänger-Überlagerungs-Kanal angeschlossen ist.

Vorzugsweise ist der Mikrowellen-Sendeoszillator des erfindungsgemäßen Radargeräts ein solcher vom sogenannten Gunn-Dioden-Typ; die Erfindung ist je-

doch hierauf nicht beschränkt; vielmehr können auch andere Arten von Mikroweüen-OsziMatoren als Sendeoszillatoren in Verbindung mit der Erfindung vorteilhaft benutzt werden, vorausgesetzt, sie erzeugen im Betrieb in der Regel nicht impLlimäßige Rauschstörungen derartiger Amplitude, daß sie nach dem Prinzip der Anfangsphasensynchronisierung nicht mehr steuerbar sind. So erzeugen beispielsweise einige Arttn von Magnetrüfi-Mikrowellen-Oszillatoren sehr erhebliche impuisförmige Rauschstörungen bei Anodenspannungen, die geringfügig kleiner als diejenigen sind, die zum Schwingungsanregen erforderlich sind; derartige Oszillatoren sind daher ungeeignet zur Verwendung im erfindungsgemäßen Radargerät.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der '5 Erfindung enthält im Sendekanal einen Duplexer, der mit der — kombinierten — Sende- jnd Empfangs-Radarantertne verbunden ist. Die Empfangsschwingungen dieser Antenne werden über den Duplexer der Mischstufe zugeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist weiterhin ein Richtkoppler vorgesehen, der einen Energieanteil der Schwingungen dem Kanal zwischen dem Empfänger-Überlagerungs-Oszillator und der Mischstufe entnimmt und sie über den Zirkulator dem Mikrowellen-Resonator des Mikrowellen-Sendeoszillators zuführt.

In der Abbildung ist in Form eines vereinfachten Blockschaltbildes ein Puls-Doppler-Radargjrät nach der Erfindung, soweit es zu seinem Verständnis erforderlich ist, gezeigt.

Mit 1 ist in der Abbildung ein gepulster Radarsender bezeichnet. Er besteht aus einem Mikrowellen-Sendeoszillator, beispielsweise einem solchen des Gunn-Dioden-Typs, mit einem üblichen, nicht getrennt gezeigten Mikrowellen-Resonator, insbesondere einem Hohlraumiesonator, und wird durch Impulse aus einem Impulsgenerator 2 gepulst. Die mit 1 bezeichnete Anordnung ist über zwei Arme eines dreiarmigen Ferritzirkulators 3 mit einem an sich bekannten Duplexer 4 verbunden, der selbst wiederum die Sendeschwir.gungen in eine kombinierte Sende/Empfangs-Radarantenne 5 einspeist. Von der Antenne 5 empfangene Echoschwingungen werden über den Dupiexer 4 einer Mischstufe 6 zugeführt, deren zweiter Eingang mit einem Mikrowellen-Empfänger-Überlagerungs-Oszillator 7 verbunden ist, um eine gewünschte Zwischenfrequenz an ihrem Ausgang 10 zu erzeugen. Der Empfänger-Überlagerungs-Oszillator 7 wird gesteuert und stabilisiert von einer Bezugsfrequenz-Quelle 8. Der überwiegende Energieanteil der Schwingungen des Oszillators 7 wird der Mischstufe 6 zugeführt, aber ein kleiner Teil dieser Schwingungsenergie wird über einen Richtkoppler 9 dem dritten Arm des Zirkulators 3 zugeführt, der ihn in den Resonanzkreis bzw. den Mikrowellen-Resonator des Mikrowellen-Sendeoszillaiors 1 einschleust.

Die Betriebsfrequenz des als Sender fungierenden Oszillators 1 ist derart eingestellt, daß sie gleich derjenigen des Empfänger-Überlagerungs-Oszillators 7 plus oder minus der Zwischenfrequenz ist. Wenn der Mikrowellen-Sendeoszillator 1 gepulst wird, werden seine Frequenz und Phase anfangs durch die dann im Mikrowellen-Resonator de* Oszillators 1 befindlichen Schwingungen des Empfänger-Überlagerungs-Oszillators 7 bestimmt. In Abhängigkeit vom laufenden Ansteigen der Mikrowellen-Ausgangsleistung des Oszillators 1 über einen Wert, der viel größer als die vom Oszillator 7 eingeschleusten Schwingungen ist, wandert die Sendefrequenz auf ihren normalen Wert zurück, und sie bleibt dann bei diesem Wert für die Restdauer des jeweiligen Impulses. Selbstverständlich ist hiermit ein Phasenwechsel verbunden; aber da der Startpunkt für diesen Phasenwechsel durch die eingeschleusten Schwingungen des Oszillators 7 bestimmt ist und dieser Startpunkt sich exakt bei jedem Impuls wiederholt, werden die praktischen Erfordernisse für ein PuIs-Doppler-Radargerät trotzdem erfüllt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Puls-Doppier-Radargeräi mit einer Sende/Empfangs-Antenne, mit einem Mikrowellen-Sendeoszillator zum Erzeugen der HF-Sendeimpulse, der einen Mikrowellen-Resonator zum Festlegen der Frequenz der Sendeimpulse aufweist, mit einem Mikrowellen-Empfänger-Überlagerungs-Osziüator. dessen Frequenz sich von derjenigen der HF-Sendeimpulse um den Betrag einer Zwischenfrequenz unterscheidet und dessen Schwingungen einer von den Empfangsimpulsen der Antenne gespeisten Mischstufe zum Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals zugeführt sind, und mit Mitteln zum Erzwingen einer Phasenkohärenz der vom Sendeoszillator aufeinanderfolgend erzeugten Sendeimpulse, dadurch gekennzeichnet, daß ein Energieanieil der Schwingungen des Empfänger-Überlagerungs-Oszillators (7) — ohne Zwischenfrequenz-Umsetzung — direkt in den Mikrowellen-Resonator im Sinne einer Anfangsphasensynchronisierung des Sendeoszillators (1) injiziert ist.

2. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellen-Sendeoszillator (1) ein Gunn-Dioden-Oszillator ist und daß die Mittel (9, 3) zum Zuführen eines Energieanteils der Schwingungen des Mikrowellen-Empfänger-Überlagerungs-Oszillators (7) zu dem Mikrowellen-Rcsonator einen Zirkulator (3) enthalten, der mindestens drei Arme enthält und der den Mikrowellen-Sendeoszillator mit der Antenne (5) des Radargeräts verbindet.

3. Radargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (9, 3) zum Zuführen eines Energieanteils der Ausgangsschwingungen des Mikrowellen-Empfänger-Überlagerungs-Oszillators

(7) weiterhin einen Richtkoppler (9) enthalten, der an den Ausgang des Mikrowellen-Empfänger-Überlagerungs-Oszillators angekoppelt ist, daß der Zirkulator (3) ein Ferrit-Zirkulator ist und mit dem Richtkoppler verbunden ist, daß die Verbindungsmittel des Mikrowellen-Sendeoszillators (1) mit der Antenne (5) des Radargeräts einen Duplexer (4) enthalten, der mit der Antenne und dem Ferrit-Zirkulator verbunden ist, und daß die Mischstufe (6) mit dem Duplexer und dem Richtkoppler zum Ermischen zwischenfrequenter Schwingungen aus den von der Antenne empfangenen und vom Duplexer übertragenen Signalen und aus den Schwingungen des Mikrowellen-Empfänger-Überlagerungs-Oszillators verbunden ist.