DE1616285A1 - Vorrichtung fuer die Auffindung von Objekten durch Aussendung eines Hochfrequenzsignals in Form einer sich ausbreitenden Welle - Google Patents

Description

Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota 55 101, ToSt₀A₀

Vorrichtung für die Auffindung von Objekten durch Aussendung eines Hochfrequenzsignals in Form einer sich ausbreitenden Welle

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Auffindung von Objekten durch Aussendung eines Hochfrequenzsignals in Form einer sich ausbreitenden Welle, die bei ünterbrecluing durch das Objekt eine reflektierte Welle erzeugt, die in der Vorrichtung empfangen wird und dazu dient, das Vorhandensein des Objektes anzuzeigen. /

Elektrische Geräte zur Auffindung beweglicher Objekte sind

■an sich bekannte In den amerikanischen Patentschriften Nr, 3 210 752 und 3 242 486 sind Detektor schaltungen beschrieben, in welchen ein Oszillator eine feste Betriebsfrequenz für den Detektor-Oszillator erzeugt« Derartige Detektoren stellen das Vorhandensein eines sich bewegenden Objektes mit Hilfe von. Antennen fest, die ein kontinuierliches Hochfrequenz-Wellensignal aussenden»

Bei der Anordnung nach, der amerikanischen Patentschrift 3 210 752 unterbricht beispielsweise das sich bewegende Objekt das Feld und ruft reflektierte Wellen hervor, die auf dieselbe Antenne gerichtet werden, welche das Hochfrequenzsignal aussendet; dadurch wird ein zu ermittelndes Signal erzeugt, dessen Amplitude eine Funktion der reflektierten Welle ist» Die Amplitude und die Phase des ausgesendeten Hochfrequenzsignals werden mit der Amplitude und Phase des Detektorsignals verglichen und die Differenz zwischen diesen Werten dient als direktes Mittel für die Feststellung des Vorhandenseins eines sich bewegenden Objektes„

Bei dem Verfahren nach der amerikanischen Patentschrift 3 242 486 wird beispielsweise ein Hochfrequenzsignal mit fester Frequenz als kontinuierliche Welle in einen ausgewählten Bereich ausgestrahlte Ein bewegliches Objekt unterbricht die kontinuierliche Welle, die dann auf eine besondere Antenne und einen getrennten Detektorkreis zurückgerichtet wird. Der Detefctorkreis erhält einen Teil des Hochfrequenzsignals mit einer festen Frequenz aus den ausstrahlenden Teilen« Der Detektorkreis mischt ausserdem das Signal der festen Frequenz mit dem empfangenen Signal und erzeugt ein Ausgangssignal, welches sich in Form einer Funktion der Differenz zwischen der ausgestrahlten und der empfangenen Frequenz, d_oh. also der Dopplerfrequenz, änderte Die Amplitude des Dopplerfrequenzsignals ändert sich direkt proportional mit der Amplitude des empfangenen Signals_o Nachdem das ■Dopplerfrequenzsignal (welches sich in der Grössenordnung von

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Kilohertz "bewegt) erzeugt worden ist, wird es auf einen Diskriminator kreis gegeben, der eine Alarmvorrichtung in Tätigkeit setzt, sobald die Amplitude des Dopplerfrequenzsignals einen vorbestimmten Pegel überschreitet»

Bei elektrischen Geräten dieser Art ist es wesentlich, dass ein stabiler Oszillator verwendet wird, weil das Ausgangssignal eine feste Amplitude, eine feste Phase und eine gleichbleibende Frequenz hat«, Ausserdem sind die bisher bekanntgewordenen elektrischen Ortungsgeräte keine selbsttätig wirkenden Detektorger ate, weil die Betriebs-Charakteristiken des Stromkreises sich nicht ändern und ein äusserer Detektor erforderlich ist, um das sich bewegende Objekt iu ermitteln«

Eine andere Art elektrischer Detektorgeräte, wie sie beispielsweise in der amerikanischen Patentschrift 3 201 774- beschrieben sind, benutzt einen Oszillator mit einem Tankkreis, der unter dem Einfluss eines Rückkoppelungskreises steht, der einen zusätzlichen Resonanzkreis aufweist_o Der zusätzliche Resonanzkreis überprüft den Zustand des Oszillators, d.h. er stellt fest, ob der Oszillator schwingt oder nicht schwingt. Die Oszillatorfrequenz wird mit Hilfe des Hankkreises bestimmt und die Abnahme vor richtung ist entweder die kapazitive oder die induktive Komponente des Resonanzkreises_β

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die elektrische Detektorschaltung der bisherigen Geräte dieser.Art zu verbessern. Die "Verbesserung bezieht sich in erster Linie auf die Empfindlichkeit des elektrischen Bestimmungsgerätes, welches auf ein Rückkoppelungssignal anspricht, dessen Phasenlage sich ändert, die entweder eine zeitabhängige Variable ist oder nicht, um auf diese Weise die Betriebsfrequenz eines Oszillators als Funktion einer Zielortung zu ändern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung erzeugt ein Oszillator mit einem Resonanzkreis ein

Hochfrequenzsignal mit der Frequenz des Resonanzkreises, wenn ein Rückkoppelungssignal mit vorbestimmter Phasenlage, welches in einem Rückkoppelungs-Netzwerk erzeugt worden ist, auf den Oszillator gelangte Das Hochfrequenzsignal wird mit dieser Resonanzfrequenz von einer ersten Antenne des Rückkoppelungs-Netzwerks in einen Bereich oder in einen Raum, der überwacht werden soll, ausgestrahlte Es entsteht also .eine sich ausbreitende Welle mit einem Strahlungsbild, welches von den Gegebenheiten der Umgebung des zu überwachenden Raumes und von den charakteristischen Merkmalen der ersten Antenne abhängt« Eine zweite Antenne des Rückkoppelungs-Netzwerks empfängt reflektierte Wellen, deren Phase und Grosse von den Gegebenheiten der Umgebung abhängte Gelangt nun ein Objekt in den Raum, der von den elektrischen Detektorgeräten überwacht wird, dann unterbricht das Objekt die ausgebreitete Wellenausstrahlung und erzeugt eine reflektierte Welle, die von der zweiten Antenne empfangen wird.

Die zweite Antenne spricht auf die reflektierte Welle an und liefert ein Signal aus dem Rückkoppelungs-Netzwerk, welches die reflektierte Welle charakterisiert» Das Rückkoppelungs-Netzwerk erzeugt ein Rückkoppelungssignal mit einer neuen Phase, die gegeben ist durch die von der zweiten Antenne ermittelte reflektierte Welle. Das Rückkoppelungssignal mit der neuen Phasenlage wird mit einem intern abgeleiteten Rückkoppelungssignal kombiniert oder wirkt mit diesem zusammen, wobei das Rückkoppelungssignal mit Hilfe des Rückkoppe lung s-Netzwerks erzeugt wird» Hierauf wird ein Rückkoppelungssignal, dessen Phasenlage eine Punktion sowohl des intern abgeleiteten Rückkoppelungssignals als auch der empfangenen reflektierten Welle ist, auf den Oszillator gegeben, was zur Folge hat, dass der Oszillator seine Betriebsfrequenz ändert. Die "neue" Frequenz des Oszillators wird von der ersten Antenne zurückgesendet und erzeugt eine neue sich ausbreitende Welle, bei welcher die Frequenz des Hochfrequenzsignals geändert ist.

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Durch. Messung der Verschiebungen der Betriebsfrequenz des Oszillators in Abhängigkeit von der Zeit wird ein Ausgangssignäl erzeugt, welches eine Funktion der Dopplerfrequenzverschiebung ist, die zu dem Objekt, welches die Unterbrechung hervorgehoben hat, gehört· Mit Hilfe besonderer Prüfeinrichtungen im Ausgang kann ein. Ausgangssignal erzeugt werden, welches eine Funktion der Objektgeschwindigkeit ist»

Die elektrische Detektorschaltung nach der Erfindung kann in einem impulsgesteuerten Radarsystem benutzt werden, um ein sich bewegendes Objekt zu verfolgen, so dass die Geschwindigkeit des Objekts und dessen Entfernung sehr genau errechnet werden kann. Bei einem solchen Radärverfahren werden die Frequenzverschiebungen des Oszillators zur Ermittlung der Objektgeschwindigkeit benutzte Der Dopplereffekt der reflektierten Welle wird intern abgeleitet, weil sich das Objekt relativ zu der Antenne des Radargerätes bewegt, so dass eine vektorielle Darstellung der Objektgeschwindigkeit gewonnen wirdo Die von dem Objekt reflektierte Welle wird mit Hilfe einer Empfangsantenne empfangen und mit Hilfe eines Hochfrequenz-SignalVerstärkers verstärkte Das verstärkte empfangene Signal wird auf einen Rückkoppelungskreis gegeben, der am Schluss die Oszillator-Betriebsfrequenz ändert und auf diese Weise die Objektgeschwindigke-it anzeigt»

Die Entfernung oder der Abstand des Objektes bzw. Zieles ergibt sich aus dem Zeitunterschied zwischen der Übertragung eines Impulses eines Hochfrequenzsignals mit Hilfe der Antenne und einem reflektierten Impuls, der von einem Objekt herkommt und von der Antenne empfangen wird.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung stellen eine wesentliche Verbesserung der bisher bekanntgewordenen Radarsysteme dar. Zunächst erfordern die bekannten Radarsysteme teure und umfangreiche Verzögerungsleitungen. Ein impulsgesteuertes Radarsystem nach der Erfindung zeigt

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ein verhältnismässig einfaches und sehr sicheres System zur • Spurverfolgung "beweglicher Objekte, beispielsweise eines Flugzeugs flip hohe Geschwindigkeiten oder einer Eaumfahrtkapsel·

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ergibt sich die Anzeige der Ermittlung eines anfliegenden Objektes aus der Verschiebung der Betriebsfrequenz eines Oszillators.

Ein wesentlicher Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht darin, dass die Geschwindigkeit eines sich bewegenden ermittelten Objektes durch zunehmende Änderungen der Oszillatorfrequenz und der Oszillatorleistung ermittelt werden kanne

Ein Vorteil der elektrischen Detektorschaltung nach der Erfindung besteht darin, dass ein Objekt, welches eine reflektierte Hochfrequenzsignalwelle erzeugen kann, einwandfrei festgestellt werden kann.

Schliesslich müssen als Vorteile des Erfindungsgegenstandes die geringen Kosten, die Einfachheit des Transports, die in sich geschlossene Ausführungsform sowie das Vorhandensein eines Detektorgerätes mit einem einzigen Transistor zur Ortung eines ankommenden Objektes genannt werden, wobei das Ausgangssignal von einem entfernten Empfänger abgenommen werden kann, der auf die Frequenz des Detektoroszillators abgestimmt ist. .

Schliesslich ist noch der Vorteil zu erwähnen, der darin besteht, dass die elektrische Detektorschaltung sich zur Anwendung in einem impulsgesteuerten Radarsystem zum Verfolgen eines Objektes im Weltraum eignet»

Weitere Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes hervorgehen, in der auf die Zeichnung

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Bezug genommen ist.
In der Zeichnung ist:

ein Blockschaltbild, weiche's die elektrische Detektoreinrichtung des Erfindungsgegenstandes darstellt;

!Pig.. 2 eine graphische Darstellung der Frequenzabweichungen eines Oszillators in der elektrischen Detektorschaltung nach Fig. 1, als Funktion der Entfernung eines Objekts von einer Empfangsantenne;

Figo 3 eine Kurve, welche die Abhängigkeit der Eingangsleistung von der Frequenz bei einem Oszillator darstellt, der in der elektrischen Detektorschaltung nach Fig. 1 zur Anwendung gelangt;

Fig* 4- ein Schaltbild, welches eine Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung charakterisiert, bei der ein einziger Transistor und ein Oszillatordetektor zur Anwendung gelangen, die in einer gemeinsamen Basisschaltung zusammengeschaltet sind;

Fig. 5 das Schaltbild einer weiteren Aüsführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, bei der ein einziger Transistor und ein Oszillatordetektor in einer gemeinsamen Emitterschaltung zusammengeschaltet sind;

Figo 6 das Schaltbild einer weiteren Aüsführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, bei der eine Prüfschaltung im Ausgang zur Erzeugung eines Ausgangssignals zur Anwendung gelangt, in welcher eine Modulation der Impulsperiode erfolgt;

Figo 7A und 7B de ein Diagramm zur Darstellung der Wellenform an zwei Klemmen in der Schaltanordnung nach Fig. 6;

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Figo 8 das Blockschaltbild eines impulsgesteuerten Radar- ' systems, welches nach dem Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung arbeitet, und

Fig_e 9 die graphische Darstellung einer Wellenform des Ausgangssignals aus dem impulsgesteuerten Radarsystem nach Hg:.» 8.

Die elektrische Detektorschaltung nach der Erfindung umfasst Resonanzkreise zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals mit Resonanzfrequenz als Ansprechsignal auf ein Rückkoppelungssignal mit vorbe stimmt er Phasenlage» Wird die Phase des Rückkoppelungssignals in eine andere Phase als die vorbestimmte Phase verschoben, dann erzeugt die Schaltung ein Hochfrequenzsignal, dessen Frequenz verschieden ist von der Resonanzfrequenz, Das Hochfrequenz signal, welches von dieser Generatorschaltung erzeugt worden ist, wird mit Hilfe von Sendern in Form einer Welle ausgestrahlt, die sich ausbreitet. Bevor nun ein Objekt die sich ausbreitende Welle unterbricht, erzeugt die Rückkoppelungsschaltung ein Rückkoppelungssignal mit einer ersten Phasenlage für den Betrieb der signalerzeugenden Mittel mit einer ersten Frequenz· Unterbricht ein Objekt die ausgestrahlte Welle, dann wird die reflektierte Welle mit Hilfe eines Empfangsgeräts in Form eines äusseren Rückkoppelungssignals eEipfangen. Die Rückkoppelungsschaltung ändert in Abhängigkeit von dem äusseren Rückkoppelungssignal die Phasenlage des Rückkoppelungssignals in eine Phasenlage, die anders ist als die erste Phasenlage, um die Frequenz der Generatorschaltung aus einer ersten Phasenlage in eine zweite Phasenlage zu verschieben.

Wie man aus dem Blockschaltbild der Fig. 1 ersieht, enthält die elektrische Detektorschaltung nach der Erfindung Stromkreise, zu denen Resonanzkreise gehören, mit deren Hilfe ein Hochfrequenzsignal mit Resonanzfrequenz erzeugt

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werden kann, oder aber einen Oszillator 10» Bei einer ersten Ausführungsform umfasst der Oszillator 10 einen Verstärker und ein Resonanzelement oder einen Resonanzkreis 14 sowie eine innere Rückkoppelungsschaltung 16« Eine äussere Rückkoppe lungs schaltung oder ein Hochfrequenzelement 18 mit Mitteln zur Ausstrahlung eines Hochfrequenzsignals in Form einer sich ausbreitenden Welle sowie eine Einrichtung für den Empfang einer reflektierten Welle, beispielsweise die Antennen 20 und 22, liegen parallel zu der inneren Rückkoppelungsschaltung oder einem inneren Rückkoppelungs-Steuerkreis 16 _o Wahlweise kann der Oszillator 10 auch eine zusätzliche oder zweite Resonanzschaltung 26 enthaltene Die innere Rückkoppelungsschaltung 16.und die äussere Rückkoppelungsschaltung bilden zusammen eine Rückkoppelungseinrichtüng oder ein Rückkoppelungs-Netzwerk 28, welches ein Rückkoppelungssignal erzeugen kann, dessen Phasenlage von den Signalen abhängt_$ die zu den Antennen 20 und 22 gehören_o .

Erzeugt das Rückkoppelungs-Hetzwerk 28 ein Rückkoppelungssignal mit einer bestimmten Phasenlage_s dann erzeugt der Oszillator 10 ein Hochfrequenzsignal₉ dessen Frequenz durch die Resonanzfrequenz des ReSOnanzkreises 14 bestimmt isW Es ist indessen nicht unbedingt erforderlich_s dass der Oszillator 10 mit der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises betrieben wird_o So kann beispielsweise das Rückkoppelungssignal aus dem Rückkoppeiungs-Hetzwerk 28 beispielsweise eine rhasenlage haben_s die eine andere ist als die irorbestimmte x^asenlage, die zum Betrieb des Oszillators mit einer Frequenz sein kann, die ausserhalb der Resonanzfrequenz liegt» I>ös Hochfrequenzslgnfil wird auf eine der beiden Antennen_s Döis-:.ielGweise auf die Antenne 20_}.gegeben_s die das Pioeh-

gnal darm In Form einer sich ausbreitenden Welle i- Die Fe id kurve η der sich ausbreitenden .iVel Ie sind 'i:;-rch den .aufbau der Antenne sowie Iu an sieh bei«am~ i !lurch die iie^etenhei. cen der Umgebung,

BAD ORDINAL

~'^! 10 9 ü η a/ - ^ f.^f»

- ίο -

Ein Objekt 30, welches mit Hilfe der elektrischen Detektorschaltung nach der Erfindung geortet werden soll, fängt die sich ausbreitende Welle des Hochfrequenzsignals auf und erzeugt eine reflektierte Welle, die von der anderen Antenne aufgenommen wird» Fach Empfang der reflektierten Welle bewirkt die Antenne 22 eine Änderung der Phasenlage des Rückkoppelungssignals aus der äusseren Rückkoppelungsschaltung 18» Das Rückkoppelungssignal aus der äusseren ^ückkoppelungsschaltung und ein äusseres Rückkoppelungssignal addieren sich algebraisch zu dem Rückkoppelungssignal aus der inneren Rückkoppelungsschaltung 16, um entweder ein Rückkoppelungssignal oder ein resultierendes Rückkoppelungssignal zu bilden· Das Hinzufügen des inneren Rückkoppelungssignals bewirkt eine Änderung der Phasenlage des Rückkoppelungssignals aus dem Rückkoppelungs-Netzwerk 28, welches auf den Yerstärker 12 des Oszillators gegeben wird_P Der Oszillator 10 reagiert sofort auf die Änderung der Phase des Rückkoppelungssignals durch "Verschiebung auf eine andere Betriebsfrequenz<> Bei dieser hier betrachteten Ausführungsforii des Erfindungsgegenstandes ist angenommen worden, dass der Oszillator 10 mit Resonanzfrequenz arbeitet« Das bedeutet,, dass die Oszillator-Betriebsfrequenz auf eine Frequenz verschoben wird, die ausserhalb der Resonanzfrequenz liegte Die Antenne 20 sendet das neue soeben von dem Oszillator 10 erzeugte Hochfrequenzsignal wieder aus. Eine nachfolgende Bewegung des Objektes 30 verändert die reflektierte Welle, die von der Antenne 22 empfangen wird* Die Antenne 22 ändert die Phasenlage des Rückkoppelungssignals aus dem Kückkoppelungsnetzwerk 28 und bewirkt auf diese Weise, dass der Oszillator^10 seine Betriebsfrequenz erneut ändert„

Unterbricht das Objekt 30 die sich ausbreitende Welle, dann Mildert der Oscillator seine Frequenz Ln Abhängigkeit von den Abmessur·-en dea öbjek'-es uivi in Abhängigkeit vr-n der Entfernung des Objektes von der ICmpfangsa^onn&o So ergibt .rieh teiüpiöjLfci'ji/eLs'-=: -lie Lurve 32 is- Pig* 2, ...η v/sieher die "in e-quenz des Oszillators 10 in Abhängigkeit von '.'.-*?.

BADORlQtNAL.

rechtwinklig "bzw. 90° von der Antenne 22 gemessen, dargestellt ist* Die Dopplerfrequenz des Objektes erzeugt einen Zyklus des Signals, wenn das Objekt sich um 1/2 /χ weiterbewegt, wenn /^ die Wellenlänge der Oszillatorfrequenz ist· Bei einem praktisch durchgeführten Versuch erzeugte ein Objekt, welches sich direkt unter einem Winkel von 90° und mit einer Geschwindigkeit von ^O cm je Sekunde auf die Antenne zu bewegte, ein Dopplerfrequenz signal von 1,5 Hertz j die Amplitude dieses Signals nahm zu, wenn das Objekt sich in grössere Nähe der Antenne 22 bewegte_o '

Bei dieser Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes war der Oszillator anfangs so eingestellt, dass er mit einer Resonanzfrequenz arbeitete, die gegeben war durch die Resonanzschaltung 14, Diese Frequenz wird selektiv durch das Rückkopp e lung s-Net zwerk 28 ausgewählt, we I ehe s ein Rück— koppelungssignal mit einer bestimmten Phasenlage erzeugt, wie dies oben bereits erwähnt wurde. Unter den Gregebenheiten der Fig. 2 arbeitet der Oszillator 10 beim Fehlen eines Zieles oder Objektes 30 mit der Frequenz f__e Diese Frequenz entspricht einer Entfernung des Objektes 30 von d- ausserhalb des Bereichs der beiden Antennen 20 und 22. Kommt das Objekt 30 nun auf die Antennen zu, dann empfängt die Antenne 22 eine reflektierte Welle, die von dem Objekt zurückgeworfen wird, welches die ausgesendete Welle geschnitten hat« Die Antenne 22 ändert die Phasenlage des Rückköppelungssignals in der ausseren Rückkoppelungsschaltung 18 und im Anschluss daran die Phasenlage des resultierenden Rückkoppelungssignals aus dem Rückkoppelungs-Netzwerk 28· Erreicht das Objekt 30 den Abstand d₂ in Fig. 2 von der Antenne 22, dann verschiebt sich die Frequenz des Oszillators 10 von der Resonanzfrequenz f_p nach + ^f •Bewegt sich das Objekt 30 noch mehr auf die Antenne 22 zu, dann durchläuft das Objekt mehrere Knoten· Nähert sich das Objekt 30 beispielsweise der Antenne bis auf eine Entfernung von 2n ·■ /^ bis zu einer Entfernung 3 / 2n · A»

lÄ

dann verschiebt sich, die Frequenz des Oszillators auf eine Frequenz von - /\f. Durchläuft das Objekt 30 die Abstände ά,, Ol₁, und de , dann nimmt die Bandbreite der Frequenz bzw» die Frequenzänderung des Oszillators 10 zu und ändert ihren Wert zyklisch von + /\f bis -

Die Kurve 32 in Fig. 2 ergibt sich, wenn sich ein Objekt 30 auf die Antenne 22 in Fig_e 1 mit gleichförmiger Geschwindigkeit zu bewegt» Bleibt das Objekt 30 jedoch beispielsweise im Punkt d, stehen, dann bleibt die Frequenz des Oszillators 10 bei der Frequenz - /\ϊ stehen<> Die Dopplerverschiebungsfrequenz würde also in diesem Falle von dem Oszillator 10 nicht langer erzeugt werden, aber die Tatsache, dass die verschobene. Betriebsfrequenz des Oszillators oder der Oszillator seine Betriebsfrequenz von der ersten Frequenz f zu einer zweiten Frequenz f - ^f verschoben hat, zeigt die Ortung eines Objektes 30 an.

Bei diesem Beispiel war angenommen, dass das Rückkoppelungs-Netzwerk 28 ein Rückkoppelungssignal mit einer vorbestimmten Phasenlage und Grosse erzeugt, durch welches die Frequenz des Oszillators 10 beim Fehlen eines Objekts 30 auf eine Resonanzfrequenz festgelegt wurde. Der.Oszillator 10 kann aber beim Fehlen eines Objektes' auch mit einer Frequenz arbeiten, die ausserhalb der Resonanzfrequenz liegt» Unterbricht ein Objekt 30 die sich ausbreitende Welle, dann kann die Oszillatorfrequenz auf die Resonanzfrequenz oder eine andere Frequenz ausserhalb der Resonanzfrequenz verschoben werden. In jedem Falle arbeitet der Oszillator bei einer ersten Frequenz, die von einem Rückkoppelungssignal mit einer ersten Phasenlage vorgegeben ist, wenn die reflektierte Welle nicht aufgefangen worden ist,und bei einer zweiten Frequenz, die durch ein Rückkoppelungssignal mit einer zweiten Phasenlage gegeben ist, wenn ein Objekt 30 die sich ausbreitende Welle eines Hochfrequenzsignals mit der ersten Frequenz unterbricht.

Der zweite Resonanzkreis 26 dient zur Erzeugung einer Breit-

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"band-Impedanzanpassung für die innere Rückkoppelungsschaltung 16, die äussere Eückkoppelüngsschaltung 18 und den Verstärker 12o -

Das Vorhandensein eines Objektes $0 in Form" eines Zieles, welches sich entweder "bewegt oder stillsteht, kann dadurch geortet werden, dass man die Frequenzverschiebungen des Oszillators in Abhängigkeit von der Zeit misst. Ein Ausgangssignal wird mit Hilfe der elektrischen Detektorschaltung erzeugt ; es ist dies die Dopplerfrequenz-Verschiebung des Oszil lators 10, sobald sich das Objekt 30 relativ zu den Antennen 20 und 22 über die in Figo 2 dargestellten Knoten bewegt*

Die Dopplerfrequenz-Verschiebung ( folgender Gleichung:

sich aus

-D

In dieser Gleichung ist:

f die Oszillatorfrequenz vor Unterbrechung der sich ausbreitenden Welle durch ein Objekt,

V die Oboektgeschwindigkeit (d.h. also die Änderung der Entfernung zwischen Objekt und Antenne in Abhängigkeit von der Zeit) und

G die Lichtgeschwindigkeit*

Der Betrieb des elektrischen Messgerätes erfordert, dass die totale Rückkoppelungsschleifen-Verstärkung des Verstärkers,

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des Resonanzkreises und der Rückkoppelungskreise im Interesse

der Aufrechterhaltung der Schwingungen grosser ist als 1_e Ausserdem muss im Falle der Ausführungsform nach Fig„ 1 die Phasenverschiebung in den Rückkoppelungskreisen bei der Be-' triebsfrequenz 360° betragen» Eine nachfolgende Änderung der Phasenlage in dem Rückkoppelungskreis wirkt sich in einer Änderung der Frequenz nach folgender Gleichung aus:

₁; ^

ζ 7Ϊ f

In dieser Gleichung ist:

0 die Änderung der Phasenlage

Qt die aufgeladene Elektrizitätsmenge "Q" des Resonanz kreises 14 und

f die Frequenz

Da die Gesamtphasenverschiebung in den Rückkoppelungskreisen sich nach einer Phasenänderung, die gegeben ist durch den Wert /\ 0, x±Kk auf 360° zu stabilisieren sucht, ist die

entsprechende Änderung der Oszillatorfrequenz mit Hilfe der obigen Gleichung feststellbar. Da ferner die Änderung der Oszillatorfrequenz feststellbar ist, lässt sich auch die Änderung der Eingangsleistung /N^ ρ auf einfachste Weise vorausbestimmen. Die Betriebscharakteristiken der elektrischen Detektorschaltung nach der Erfindung können also entweder durch die Messung des Wertes £± f oder durch Messung des Wertes /^ ρ des Oszillators 10 überwacht werden.

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Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt die Ansprech- bzw. Empfindliehkeitskurve des Oszillators 10. Die Ansprechkurve ist durch Auftragen der Qszillator-Eingangsleistung (p) als Funktion der Oszillatorfrequenz (f ) entstanden. Erzeugt das Rückkoppelungs-Netzwerk 28 ein Rückköppelungssignal, welches eine vor"bestimmte Phasenlage hat, dann erzeugt der Oszillator 10 ein Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz, die durch die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung'14- festgelegt ist· Die Resonanzfrequenz ist in Fig« 3 mit f bezeichnet und ist die zudem

Spitzenwert der Iieistungskürve gehörige Abszisse* Die Eingangsleistung des Oszillators 10 erreicht bei der Resonanzfrequenz ihren Maximalwert und ist in Fig* 3 mit p_ bezeichnet«

Unterbricht ein Objekt 30 die ausgestrahlte Welle und erzeugt es eine reflektierte Welle, dann wird ein äusseres Rückkoppelungssignalj welches eine bestimmte Grosser und Phasenlage hat und aus der äusseren Rückkoppelungsschaltung 16 kommt, auf die innere Rückkoppelungsschaltung 18 überlagert» Die Phase des Rückkoppelungssignals aus dem Rückkoppelungs-iTetzwerk 28 stellt also tatsächlich eine algebraische Summe der beiden Rückkoppelungssignaie aus den Rückkoppe lungs schaltungen 16 und IS dar β Das Rückkoppelungssignal aus dem Rückkoppelungs-Netzwerk 28 wird auf den Resonanzkreis 26 gegebent Ist das Objekt 30 nicht genau ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge /L/2 aus den Antennen und aus den Empfangsgeräten der äusseren Rückkoppelungsschaltung 18 beim Empfang der reflektierten Welle, dann unterscheidet sich die Phasenlage der von der Antenne 20 abgestrahlten'Welle von der Phasenlage des Rückkoppelungssignals, welches vondem Rückköppelungs-Netzwerk 28 her auf den Resonanzkreis 14 gegeben wird» Geschieht , dies, dann ändert der Oszillator 10 seine Betriebs-Oharakteristiken und verschiebt seine Betriebsfrequenz solange, bis die Phase der abgestrahlten Welle in Phase mit der Welle des RückkoppelungssignalB aus dem Rückkoppelungέ-Hetzwerk 28 ist.

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Man kann, also beispielsweise annehmen, dass der Oszillator 10 ursprünglich mit der Resonanzfrequenz arbeitete, die durch die Resonanzschaltung 14 gegeben ist» Der Oszillator spricht dann so auf die Änderung der Phase des Rückkoppe lungs signals an, dass er seine Betriebsfrequenz auf eine andere Frequenz als die Resonanzfrequenz verschiebt. Die zweite oder neue "Frequenz ist in dem Kurvenbild der Fig. 3 als Abszisse f aufgetragen.

Die Änderung der Frequenz von f und f ist mit /\ f bezeichnet, und die neue Frequenz f liegt von der Resonanzfrequenz entfernt. Da nun f von der Resonanzfrequenz entfernt liegt,

nimmt die Eingangsleistung in dem Oszillator 10 augenblicklich auch den Wert ρ auf der Kurve der Fig„ 2 ab. Die Änderung der Leistung des Oszillators 10 zwischen den Leistungspegeln ρ

und ρ ist in dem Kurvenbild der Fig_o 3 mit /\ ρ bezeichnet«

Unterbricht ein Objekt 30 die abgestrahlte Welle, die mit Hilfe der Antenne und der Empfangsgeräte der äusseren Rückkoppelungsschaltung 18 erzeugt worden ist, dann ändern sowohl die Frequenz als auch die Eingangsleistung des Oszillators 10 ihre Werte infolge der Phasenverschiebung in dem Rückkoppelungssignalo Die Werte für /\ f und /\^ p, die sich aus der Änderung der Phasenlage des Rückkoppelungssignals ergeben, sind daher die Kennzeichnung für. ein geortetes Objekt, während ihre Grosse das Ausmass der Grosse der Phasenverschiebung repräsentieren.

Die Grosse der Phsenverschiebung ist eine Funktion mehrerer Variabler, beispielsweise des Abstandes des Objektes von den Antennen, der ganzzahligen Anzahl von halben Wellenlängen zwischen der Objektentfernung und der Abmessungen des Objektes. Bewegt sich das Objekt 30 durch das von der abgestrahlten Welle hergestellte Wellenfeld, dann verschiebt sich der Arbeitspunkt auf der Kurve der Fig. 3 zuerst nach der einen Seite der Anfangsfrequenz,· also beispielsweise zu dem Punkt f und dann

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von f zurück nach f , wenn das Objekt 30 sich näher an die Abstrahlungs- und Empfangsgeräte der aus s er en- Rückkoppelungsschaltung 18 heran bewegt und hierauf nach der anderen Seite der Kurve bis zu einer Frequenz f. und dann wieder zurück zu

der Frequenz f . Bei der Erläuterung der Fig« 2 ergab sich,

dass der Durchlauf der Frequenz bei Annäherung des Objektes an die Antenne nicht nur hinsichtlich ihres absoluten Wertes zunahm, sondern sich auch zwischen einem Wert - /\ f und einem Wert + /\ f änderte, abhängig von der Anzahl der ganzzahligen "Vielfachen einer halben Wellenlänge, um welche sich das Objekt 50 von den Antennen entfernt befände Ein sich bewegendes Objekt erzeugt also diskrete Werte von A± f und /^ p,

wie dies Figo 3 zeigt, wobei· sich jeder Wert hinsichtlich seiner Grosse als Funktion der Zeit und der Geschwindigkeit des Objektes 30 ändert.

Die elektrische Detektorschaltung nach Fig» 1 kanrjman bei einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes benutzen, bei welcher das Strahlungsbild ein in sich geschlossenes Feld ist. So kann beispielsweise ein bekanntes Objekt, wie ZoBe eine Wand, ein Baum oder dergleichen, die von der Antenne 20 abgestrahlte Welle unterbrechen und eine reflektierte Welle verursachen, die beim Fehlen eines Objektes 30 von der Antenne 22 empfangen werden muss. Unterbricht dagegen ein Objekt 30 die abgestrahlte Welle, dann ortet die Antenne 22 das Vorhandensein des Objektes 30 dadurch, dass sie eine Änderung der Phase der reflektierten Welle ermittelt oder aufdeckte Beim Fehlen eines Objektes 30 erzeugt das Rückkoppelungsnetzwerk 28 ein erstes :Hückkoppe lungs signal, dessen Phase durch die von der Antenne 22 empfangene reflektierte Welle gegeben ist» Ein einfallendes Objekt 30 bewirkt, dass die reflektierte Welle ihre Phase ändert und dadurch auch die Phasenlage des Rückkoppelungssignals aus dem Rück-

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koppelungs-Netzwerk 28 in die zweite Phase. Die Änderung der Phase des Rückkoppelungssignals aus dem Rückkoppelungs-Netzwerk 28 bewirkt, dass der Oszillator 10 seine Betriebsfrequenz von einer ersten Frequenz auf eine zweite Frequenz verschieb¹ to

Die elektrische Ortungsvorrichtung nach Fig. 1 lässt sich als Detektor für ein sich bewegendes Objekt und dergleichen verwenden· So kann beispielsweise ein elektrisches Ortungsgerät als Vorrichtung zur Ortung eines Einbrechers oder eines einfallenden Objektes benutzt werden. Man kann das Gerät in einem Gebäude oder in einem zu überwachenden Bereich aufbauen und in einen elektrischen Stromkreis einschalten, so dass ein Alarmsignal ertönt oder ein anderes Anzeigegerät in Betrieb gesetzt wird, wenn sich die Frequenz des Oszillators verschiebt und damit zur Anzeige gebracht wird, dass ein Einbrecher oder eine andere nicht ermächtigte Person in das Strahlungsfeld des zu schützenden Bereiches oder Gebäudes eingedrungen ist.

Da die Dopplerfrequenz die Grö'ssenordnung einiger weniger Schwingungen pro Sekunde hat, erhält das elektrische Ortungsgerät nach der Erfindung die ihm eigene gewünschte Charakteristik. Die Wellenlänge der Oszillatorfrequenz ist so bemessen, dass Änderungen der Phasen der reflektierten Welle infolge der Bewegung bekannter Objekte in einem zu überwachenden Gebäude, beispielsweise Schwingungen eines Öfenrohrs, Schwingungen von Metallverschalungen, geringfügige Schwingungen von Wänden und dergleichen, keine falschen Signale hervorrufen.

Fig» 4· der Zeichnung zeigt ein Schaltbild für eine Anordnung mit. einem einzigen Transistor, die als elektrische Detektorschaltung verwendet werden kann. Bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung kann ein NPN-Transistor M-O in Verstärkerschaltung mit gemeinsamer Basis als Verstärker

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dienene Ein Spannungsteilernetzwerk Taestent aus einem veränderlichen Widerstand 42 und einem festen Widerstand 4-4-, die zwischen einer Spannungsquelle 46, beispielsweise einerKlemme zur Lieferung eines negativen Gleichspannungspotentials, und Erde 48 liegt. Die Basis des Transistors 40 steht elektrisch in Verbindung mit dem veränderlichen Widerstand 42, so dass eine vorher ausgewählte Vorspannung zwischen den Emitter und die Basis des Transistors 40 geschaltet werden kann. Die Basis des Transistors 40 liegt über einen Durchführungskondensator 50 an Erde 48«

Der Kollektor des Transistors 40 steht in elektrischer Verbindung mit der Resonanzschaltung 14«, Die Resonanzschaltung -ein elektrischer Stromkreis aus Induktor und Kondensator umfasst einen Induktor "64 aus einem in die Form einer Schleife gelegten dünnen Materialstreifen und aus einem veränderlichen Kondensator 66. '

Der Emitter des Transistors 40 ist an einen Stromkreis angeschlossen, der den zweiten Resonanzkreis 26 bildet. Der Emitter des Transistors 40 ist zu diesem Zweck an einen schleifenförmigen Leiter 48 angeschlossen, der zusammen mit einem veränderlichen Kondensator 70, der zwischen dem Leiter und Erde liegt, den Resonanzkreis 26 bildete Ein Widerstand 62, der zwischen der Spannungsquelle 46 und dem Leiter 68 liegt, liefert die geeignete Vorspannung für den Emitter des Transistors

Ein fester Kondensator 60 liegt zwischen dein Emitter und dem Kollektor des Transistors 40 und stellt das innere Rückkoppelungsmittel 16 dar« Der Kondensator 60 liefert ein erstes Rüekkoppe lung's signal für den Transistor 40«, Der Transistor 40, die Resonanzkreise 14 und_i?26 sowie der Kondensator 60 bilden zusammen den in Figo 1 mit der Bezugsziffer 10 versehenen Oszillator« .

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- 20 - .'■■-.■■■

Die Sende- und Empfangseinrichtung der äusseren Rückkoppelung sschaltung besteht aus einemJPaar axial zueinander eingerichteter Dipolantennen 82 und 84«, Die erste Dipolantenne ist mit Hilfe einer Leiterschleife 92 uncU&it Hilfe eines veränderlichen Kotidensators 92induktiv an die Resonanzschaltung 14 angekoppelte Die zweite Dipolantenne ist mit Hilfe einer Leiterschleife 86 und eines veränderlichen Kondensators 88 induktiv an die Resonanzschaltung 26 angekoppelt» Das von dem Transistor 40 erzeugte Hochfrequenzsignal wird über die Leiterschleifen 64 und 92 BMf die Antenne 82 gegeben, während die Antenne 84 das- empfangene Signal über die LeIterschleifen und 86 in den Transistor 40 einkoppelt. Ein Durchführungskondensator 74 stellt mit seiner einen Belegung die Verbindung der Leiterschleife 68 nach Erde 48 her.

Der Transistor 40 wird durch ein Rückkoppe lungs signal zum Schwingen gebracht, welches mit Hilfe des Kondensators 60 auf den Emitter des Transistors 40 gegeben wird. Die Phase des auf den Transistor 40 aufgedrückten Rückkoppe lungs signals wird mit Hilfe von Änderungen des Kapazitätswertes des Kondensators 60 auf einen vorbestimmten Wert eingestellt. Beim Fehlen eines Objektes 30, welches die von der Antenne 82 abgestrahlte Welle unterbrechen würde, kommt der Transistor 40 mit einer Frequenz zum Schwingen, die gleich ist der Resonanzfrequenz der Leiterschleife 64 und des Kondensators 66. Das der Leiterschleife 92 aufgedrückte Signal wird auf die Antenne 82 gegeben. Die Antenne 82 sendet das Hochfrequenzsignal in Form einer sich ausbreitenden Welle aus, die bei dieser Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes eine kontinuierliche Welle ist. Damit strahlt die Antenne 82 ein Strahlungsfeld aus HochfrequenzSignalen, bei einer ersten Frequenz aus, die durch die erste Phase des Rückkoppe lungssignals festgelegt ist.

Fängt ein Objekt 50 die ausgestrahlte Welle aus der Antenne

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auf, dann reflektiert es die unterbrochene.Welle auf die Antenne 84- zurück. Das von, der Antenne 84- aufgenommene Signal wird in Form einer Signal spannungmitHochfrequenz,deren "Grosse sich aus der reflektierten Welles ergibt, an die Leiter-Schleife 86 und den Kondensator 88 angelegt. Die auf die Reihenschaltung von Leiterschleife und Kondensator- der Antenne 84- gegebene Hochfrequenz-Signalspannung erzeugt ein Rückkoppelungssignal,_ welches in den. Emitter des Transistors 4-0 über die Leiterschleife 68 eingekoppelt wird. Das sich ergebende oder resultierende Rückkoppelungssignal, welches dem Emitter des Transistors 4-0 aufgedrückt wird, stellt eine' Kombination der von dem Kondensator 60 erzeugten Rückkoppelung ssignale und der Antenne 84- dar und. ändert sich hinsichtlich seiner Phasenlage in Abhängigkeit von den von dem Objekt reflektierten Wellen» Ein Rückkoppelungssignal mit einer neuen Phasenlage bewirkt., dass der Transistor 4-0 seine Betriebsfrequenz auf einen zweiten Frequenzwert verschiebt, der durch die Phasenlage des Rückkoppelungssignals gegeben ist, Das Hochfrequenzsignal hat dabei eine Frequenz,, die gleich der zweiten Frequenz ist und wird dann mit Hilfe einer induktiven Koppelung zwischen den Leiter sohle if en 64- und 92 auf die Antenne 82 gegeben. Die Antenne 82 strahlt dann das Hochfrequenzsignal mit der zweiten Frequenz in Form einer sich fortpflanzenden Welle aus.

Eine Phasekorrektur des Rückkoppelungssignals am Emitter des Transistors 4-0 erhält man durch ^e^eohiebutt|z; der'Betriebsfrequenz auf eine Frequenz, bei der die resultierende Phasenlage deö Rückkoppelungssignals gleich der Phasenlage des Rückkoppelungssignals vor der ITöterbrechung der sich fortpflanzenden Welle durch das Objekt 30 ist*

Ändert das Objekt 30 seine Position, dann erzeugt die Antenne 84- ein Rückkoppelungssignal mit einer anderen Phase, die dann dem Rückkoppelungssignal aus dem Kondensator überlagert wird, um von neuem die Betriebsfrequenz des Transis-

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tors 4-0 zu andern« Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Änderung der Phasenlage des über die Antenne 84- zugeführten Rückkoppelungssignals "bei einer Bewegung des Objektes 30 relativ zu den Antennen 82 und 84· über die Antenne 84-, die Leitersehleifen 86 und 68 auf den Emitter des Transistors 4-0 zeitbezogen.

Ein Ausgangssignal aus der elektrischen Detektorschaltung kann dadurch gewonnen werden,, dass man eine Ausgangsklemme oder einen Ausgangskreis 98 zwischen den Widerstand 62 und den Durchführungskondensator 74- schaltet. Die als Funktion der Entfernung aufgetragene frequenz des Ausgangssignals ist eine Sinuswelle, welche die Dopplerfunktion der Objeitgeschwindigkeit ist. Sowohl die Betriebsfrequenz des Oszillators als auch die Eingangsleistung in den Oszillator hinein ändern sich als eine Funktion der ermittelten Bewegungsgeschwindigkeit des Objektes.

Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung gemäss Figo 4- gelangten folgende Bauelemente zur Anwendung:

Bauelement

!Transistor 40 Widerstand 4-2 Widerstand 4-4-Stromquelle 4-6 Widerstand 62 Kondensatoren 50, 74-Kondensatoren 66,70,88 ,94-Kondensator 60 Leiter schleif ©64-, 68

Schleifen 86, 92 Antennen 82, 84·

Elektrische Werte

4-O235 5000 0hm 4-000 0hm 10 YoIt Gleichstrom 270 0hm 15OO pF 0,2 bis 4-,5 jipf 1 pF (intrinsic) Eine halbe Windung eines Silberstreifens (17,5 mm χ 25 inm und 1,8 mm)

Gerader Silberstreifen (12,5 mm χ 25 mm χ 1,8 mm)

Silberdraht 14- gauge (IO cm)

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Merkmale

Frequenzbereich; ; O»55 bis β

Abgestrahlte Leistung V. 50 Ms IQO jilatt

Reichweite ■ 50 ^ Uateeis -

Fig«, 5 der Zeichnung zeigt das SchaltMldveiiier weiteren Ausführungsform der Vorrichtung nach der JErfi/D^ng^ bei wel~ eher ein einziger NPH-Transistor IDG als Verstärker 12 dient; er liegt in einer gemeinsamen Emitterschaltung_e Bas Schalffeild der Fig. 5 unterscheidet sich von dem SchalfbiId nach.Fig_β Λ dadurch, dass die Empfangs ant enne, die hier mit 108 ■bezeichnet ist, unter Zwischenschaltung eines veränderlichen.Koppelkondensators IiO unmittelbar an den, TransistO^ Ϊ00 angeschlossen ist. Ein veränderlicher kondensator 112 und ein Induktor 109 wirken als innenliegendes Euckkoppelungsmittel zur Lieferung des inneren Rückkoppelungsteils desSückkoppelungssignals. Der Induktor 11^ ist eine Hochfreguenzdrossel zur Trennung der Basisleitung des Transistors 100 von Erde,

Fig« 6 zeigt das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform für das elektrische Ortungsgerät nach der Erfindung· Der Stromkreis nach Fig. 6 unterscheidet sich von den Stromkreisen nach &&η Fig. 4- und 5 dadurch* dass beide Antennen, 120 und 122 über einen Kondensator 124- bzw» 126 unmittelbar an einen HPN-Transistor 128 angeschlossen sind, der in einer gemeinsamen Basisschaltung liegt.

Das Schaltbild nach Fig_e 6 enthält eine Prüfvorrichtung oder einen elektrischen Abtastkreis 152 für den Ausgang, die an ^v die Einrichtung zur Frequenzerzeugung bzw. an einen Oszillator angeschlossen ist, zu welchem der Transistor 128 gehört. Der Oszillator wird mit Hilfe der Prüfvorrichtung 132 für^v die Dauer eines bestimmten Zeitintervalls» welches durch die Frequenzerzeugungseinrichtung gegeben ist, in periodischer

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Folge ausgeschaltet,» Die Vorrichtung 132 zur Prüfung des Ausgangs wandelt die Sinuswelle, deren Frequenz sich wie eine Dopplerfunktion der Objektgeschwindigkeit ändert, in ein Ausgangssignal um, welches an einer Ausgangsklemme 134 in Erscheinungtritt und impulsmoduliert ist. Dadurch kann das elektrische Ortungsgerät genau so arbeiten wie das vorher "beschriebene, mit der einzigen Ausnahme, dass die Leistungsanforderung an die Stromquelle ganz erheblich verringert werden kann. Die Prüfvorrichtung 132 umfasst einen Kondensator 138, einen weiteren Kondensator 140 und die Widerstände 142 und 144o Der Kondensator 138 liegt betriebsmässig zwischen Erde und dem Emitter des Transistors 128» Ein Aufladekreis aus Widerstand und Kondensator umfasst den Kondensator 138 und den Widerstand 142 und erzeugt ein Ausgangssignal an dem Punkt "a"o Die Abhängigkeit der Spannung des Ausgangssignals von der Zeit im Punkt "a" zeigt die Treppenkurve der Fig. 7A₀ Der Kondensator 140 und der Widerstand 144 empfangen die Spannungen der in Figo 7A gezeigten Spannungskurve und differentiieren diese; es entsteht so das mit einer Impulsperiode modulierte Ausgangssignal. Die Kurve des differentiierten Ausgangssignals an der Ausgangsklemme 134 ist in Fig. 7B der Zeichnung dargestellt.

Die Antenne 122 strahlt das Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz ab, die sich aus der Arbeitsweise des Oszillators ergibt. Man kann daher mit einem entfernt aufgestellten Empfänger 146 das ausgestrahlte Hochfrequenzsignal empfangen, ohne dass eine physische Verbindung mit dem Sender besteht. Unterbricht ein Objekt 30 die von der Antenne 122 ausgestrahlte Welle und erzeugt es eine reflektierte Welle, dann nehmen das Ausgangssignal aus der Vorrichtung 132 und das von dem entfernt aufgestellten Empfänger 146 empfangene Hochfrequenzsignal entweder gleichzeitig zu oder in Abhängigkeit von einer Bewegung des Objektes ab. Eine Änderung der Impulsgeschwindigkeit, die von dem entfernt aufgestellten Empfänger 136 ermittelt wird, zeigt an, dass ein sich bewegendes

·.-.,-» τ BAD ORIGINAL

Objekt 30 den von der Antenne i22 ausgesendeten Strahl für das Hochfrequenzsignal unterbrochen hat." V

Das impulsmodulierte Ausgangs signal aus der Prüfvorrichtung 132 "bzwο das demodulierte Signal aus dem Empfänger 146 kann in einem Koppel-Integratorkreis weiterbehandelt werden, um die Sinuswelle wiederherzustellen, die eine direkte Funktion der Doppler-FrequenzverSchiebung ist, die zu dem Objekt 30 gehört, "■:-■'" .;·"■';. - """" .

Das elektrische Ortungsgerät nach der Erfindung eignet sich zur Verwendung als impulsgesteuertes Radargerät; zur Feststellung der Entfernung, der Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung eines Objektes, welches sich bewegt.

Eine Ausführungsform eines impulsgesteuerten Radargerätes nach der Erfindung ist inFig« 8 dargestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Oszillator 148 mit einem Verstärker 150, einen Resonanzfrequenzkreis 152 und einen Rüokkoppelungskreis 154„ Der Oszillator 148 erzeugt ein Hochfrequenzsignal mit der Resonanzfrequenz des Kreises 152, sobald ein Rückkoppelungskreis mit einer vorbestimmten Phasenlage auf den Oszillator gelangt. Der Oszillator 148 erzeugt ein Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz, die von der Resonanzfrequenz entfernt · liegt, wenn das auf ihn gelangende Rückkoppelungssignal eine zeitliche Phasenverschiebung aufweist, in welcher die spezifische Phase des Rückkoppelungssignals eine andere Phase als die vorbestimmte Phase hat.

Ein erstes oder inneres Rückkoppelungssignal wird von einem ersten Rückkoppelungskreis oder dem inneren Rückkoppelungskreis 154 erzeugt» Der Ausgang aus dem Oszillator 148 wird auf einen impulsgesteuerten Hochfrequenzverstärker 156 gegeben. Der Verstärker I56 wird mit Steuerimpulsen gesteuert, die auf eimen Eingang 158 gelangen und aus einer (nicht

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- 26 -dargestellten) Impulsquelle herkommen.

Eine rotierende Richtungsantenne 164 kann über einen automatisch gesteuerten Antennenschalter oder ein Schaltgerät für die Antenne 166 an den Hochfrequenzverstärker 156. angelegt werden» Der Antennenschalter 166 kann zwei Stellungen einnehmen, die automatisch nacheinander eingestellt werden. Befindet sich der Schalter 166 in seiner ersten oder Sendestellung, dann wird ein verstärkter HochfrequenzSignalimpuls aus dem Verstärker 156 zu der Antenne 164 durchgelassen, worauf der verstärkte Hoehfrequenz-Signalimpuls in Form einer sich ausbreitenden Welle ausgestrahlt wird. Unmittelbar nachdem die Antenne 164 einen Impuls ausgesendet hat, schaltet der Antennenschalter 166 automatisch in seine zweite Stellung, welche die Empfangsstellung ist. Für den Fall, dass ein Objekt 30 den ausgesendeten Hochfrequenzimpuls unterbricht, wird ein reflektierter Hochfrequenz-Signalimpuls zurückgeschickt und von der Antenne 164 aufgenommen,. Der Antennenschalter 166 kehrt dann automatisch in seine erste Stellung (Sendestellung) zurück; dies geschieht in einer Zeitspanne, die ausreicht, um einen nachfolgenden Hochfrequenzimpuls aussenden zu können.

Steht der Antennenschalter 166 in seiner zweiten Stellung (Empfangsstellung), dann kann das Radargerät einen reflektierten Impuls eines Hochfrequenzsignals empfangen, welcher anzeigt, dass ein Objekt vorhanden ist. Nimmt ein sich bewegendes Objekt einen Hochfrequenz-Signalimpuls auf, der von der Antenne 164 ausgestrahlt worden ist, dann wird ein reflektierter Impuls von dem Objekt zu der Antenne 164 zurückgeschickt» Die Antenne 164 gibt den empfangenen Impuls über den Antennenschalter 166 auf den Oszillator 148 über den Verstärker 172 für das HochfrequenzsignftX, der in einem zweiten oder äusseren Rückkoppelungskreis 170 liegt.

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Der zweiteRückkoppelungskreisI70erzeugt ein zweites oder äusseres Rückkoppelungssignal, welches von dem Verstärker ■verstärkt wird und dem ersten Rückkoppelungssignal überlagert wird, welches von dem inneren Rückkoppelungskreis 154 erzeugt worden ist«, Das resultierende Räckkoppelungssignal, dessen Phase durch die algebraische Summe der beiden Rückkoppelungssignale festgelegt ist, wird auf den Oszillator 148 gegeben, der bewirkt-, dass der Oszillator die Betriebsfreguenz und die Eingangsleistung als eine Punktion eines georteten beweglichenr Objektes änderte - .

Auch bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist eine Prüfvorrichtung oder ein Abtastkreis 176 vorgesehen, der an den Oszillator 148 angeschlossen werden kann, um die Verschiebungen der Osziilator-Betriebsfrequenz ^ f in Objektgeschwindigkeiten umzuwandeln* Die Prüfvorrichtung 176 für den Ausgang kann ausserdem das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, in welchem ein Hochfreq.uenz-Signalimpuls von der Antenne 164 ausgesendet worden ist, und dem Zeitpunkt, in welchem die Antenne 164 einenvon dem Objekt reflektierten Hochfrequenz-Impuls empfangen hat, in die Objektentfernung und Objektrichtung verwandeln, wobei die Objektrichtung sich aus der Richtung der rotierenden Richtungsantenne ergibt. Die Parameter für das geortete Objekt, also beispielsweise die Entfernung, die Geschwindigkeit und die Richtung, werden in Form eines elektrischen Signals im Ausgang 178 erzeugt. -

Das Signal, welches im Ausgang 178 in Erscheinung tritt, hat die Form einer Impulsfolge, die sich ändert^ und in der die einzelnen Impulse gleichfötmige Impulsdauer haben, aber ihre Frequenz und ihre zeitlichen "Intervalle zwischen den einzelnen Impulsen ändern. Die in Fig. 9 der Zeichnung abgebildete Treppenkurve zeigt eine typische Wellenform des Ausgangssignals.

Die Kurve ist dadurch gewonnen worden, dass die Frequenz (f) in Abhängigkeit von der Zeit (t) aufgetragen wurde« Die gleichförmige Impulsdauer eines jeden Impulses ist gegeben durch die Steuerimpulse, die aus der Impulsquelle über den Impulseingang 158 auf den Verstärker 156 gegeben worden sind,,

In dem .Kurvenbild der Fig„ 9 ist die Frequenz des Oszillators 148 seitlich von einem Aus gangs impuls 182 mit f bezeichnet»

Die Frequenzänderung /\ f der Impulse charakterisieren die Objektgeschwindigkeit.

Das Zeitintervall zwischen den einzelnen Impulsen, also beispielsweise das Zeitintervall zwischen den Vorderflanken der Impulse 186 und 188, ist mit t bezeichnet«, Das Zeitintervall t dient zur Charakterisierung der Objektentfernung oder

des Objektabstandes· Die Eichtung der Objektbewegung ist eine Funktion der ünkeldrehung Q der Antenne 164 und der Differenz /\^ θ zwischen den Impulsen zur Charakterisierung der Objektrichtung.

In der obigen Beschreibung ist die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert; dadurch soll die Erfindung aber in keiner Weise eingeschränkt werden, vielmehr sind noch zahlreiche weitere Ausführungsmöglichkeiten gegeben, die jeder Spezialfachmann auf diesem Gebiet finden kann, ohne deshalb den Rahmen der Erfindung verlassen zu müssen.

— Patentansprüche -

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Claims (1)

1S1&2B5

Patentansprüche .-■-■"/. ^;

Vorrichtung für. die Auf findung von Objekten durcli Aussendung eines Hochfrequenzsignals in Form einer sich ausbreitenden Welle, 'die bei Unterbrechung durch das Objekt eine reflektierte.Welle erzeugt, die in der Vorrichtung empfangen wird und dazu dient, das Vorhandensein des Objektes anzuzeigen, gekennzeich.net durch, einen Oszillator kr eis (10, 148) einschliesslich eines Resonanzkreises (14, 15), der ein Hochfrequenzsignal mit der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises erzeugt, sobald ein Rüekkoppe.lungssignal, welches auf den Oszillatorkreis gegeben wird* eine vorbestimmte Phasenlage hat, und der ein Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz erzeugt, die sich von der Resonanzfrequenz unterscheidet, sobald das Rückkoppelungssignal eine andere als die vorherbestimmte Phasenlage hat, und ferner gekennzeichnet durch einen inneren Rückkoppelungskreis (16, 154) in dem Oszillator, der ein inneres Rückkoppelungssignal bei einer ersten Phasenlage erzeugt und das innere Rückkoppelungssignal auf den Oszillator gibt, sobald das Rückkoppelungssignal den Oszillator mit einer ersten Frequenz betätigt, sobald die sich ausbreitende Welle von dem Objekt unterbrochen worden ist, und ferner gekennzeichnet durch eine Schaltanordnung (20, 22; 82, 84; 108; 164), die dazu dient, das Hochfrequenzsignal in Form einer sich ausbreitenden Welle zu erzeugen, damit die sich, ausbreitende Welle empfangen werden kann, sobald ein Objekt (30) die sich ausbreitende Welle unterbricht, wobei die Schaltanordnung (20, 22; 82, 84; 108; 164) die sich ausbreitende und von dem Objekt (30). reflektierte Welle als ein äusseres Rückkoppelungssignal dem inneren Rückkoppelungssignal eines inneren Rückkoppelungskreiöes (16; 154) überlagert zwecks Erzeugung eines resultierende.n Signals und um das resultierende Signal auf den Oszillator als das Rückkoppelungssignal zu geben, derart, dass eine

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■ . ' . - 30 - .-. "■■■■■ ;■..■

Änderung der Phasenlage des Bückkoppelungssignals in eine Phasenlage erfolgt, die verschieden ist von der ersten Phasenlage, derart, dass durch die Änderung der Phasenlage die Frequenz des Oszillators auf eine Frequenz verschoben wird, die eine andere ist als die erste .Frequenz-*

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzwelle in einem Strahlungsfeld ausgesendet wird, welches von einem bekannten Objekt geschnitten wird, um eine reflektierte Welle zu erzeugen, die ihrerseits das Rückkoppelungssignal mit einer ersten Phasenlage erzeugt, um das Hochfrequenzsignal mit einer ersten Frequenz beim Fehlen eines Objekts zu erzeugen und bei Unterbrechung des Strahlungsfeldes durch das Objekt eine reflektierte Welle zu erzeugen, wobei der Strahlungssender so wirkt, dass er die Phasenlage des Rückkoppelungssignals in eine andere Phasenlage verändert, die ihrerseits die Frequenz des Oszillatorkreises auf eine zweite Frequenz umstellt, um das Vorhandensein des Objektes in dem Strahlungsfeld anzuzeigen.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückkoppelungssignal die vorbestimmte Phasenlage einnimmt und das Hochfrequenzsignal auf diese Weise die Resonanzfrequenz hat, wenn die sich ausbreitende Welle von dem Objekt nicht unterbrochen wird, derart, dass die Phasenlage des Rückkoppelungssignals eine andere als die vorbestimmte Phasenlage ist, sobald ein Objekt die sich ausbreitende Welle unterbricht, um die reflektierte Welle zu erzeugen, die ihrerseits ein Hochfrequenzsignal erzeugt, dessen Frequenz ausserhalb der Resonanzfrequenz liegt, um die Frequenz des Hochfrequenzsignals auf einen Betrag zu verschieben, der ausserhalb der Resonanzfrequenz liegt, derart, dass die Verschiebung des Hochfrequenzsignals das Vorhandensein des Objektes anzeigt«

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4, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 his 3, gekennzeichnet;-dttrcli einen Ausgangskreis (18), der zur l&mittlüng der Abweichungen der Frequenz des Hochfrequerizsignals dient und das Ausgangssignal erzeugt» weiches sich pro-. pqrtional mit den FreGLuenzabweichungen ändert«,

a Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass det Ausgangskreis eine elektrische Prüfvorrichtung (132) ist ν etie dazu dient, -in Abhängigkeit Ton der Beschaffenheit des; Hochfreg.uenzsignals ein Ausgangs signal iß Form einer .Sinuswelle zu erzeugen, wohei das Ausgangssignal seine Frequenz in Forni einer Doppler funkt ion der Objekt geschwindigkeit ändert, so*bald ein ODjekt (30) die sich ausbreitende Welle unterbricht»

6* Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Prüfvorrichtung (132 bzw» 1?6) den Oszillator für die Dauer vorherbestimmter Zeitintervalle ausschaltet, die durch die Erzeugungsvorrichtung für das Hochfrequenzsignal gegeben sind, und die Sinuswelle umwandelt, deren Frequenz sich in Form einer Dopplerfunktion der Objektgeschwihdigkeit in ein Ausgangssignal verwandelt, deren Impulsdauer moduliert ist_o

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ausstrahlung des Hochfrequenzsignals eine erste Antenne (22) ist, die das Hochfrequenzsignal in Form einer sich ausbreitenden Welle ausstrahlt, und eine zweite Antenne (20)^ die reflektierten Wellen empfängt, die ihrerseits dem Rückkoppelungssignal des inneren Eückkoppelungs-Steuerkreises überlagert wird, um die Phase des Rückköppelungssignals zu ändern, so dass die Frequenz des Oszillatorkreises verschoben wird*

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antennen (22» 20 bzw, 84-, 82) in axialer Richtung zueinander ausgerichtet sind«

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkreis (152) ein Resonanzkreis mit Induktivität, und Kapazität ist«,

10. Vorrichtung nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch einen Impedanzanpassungskreis (14-), der die Leistungsübertragung des Hochfrequenzsignals aus dem Oszillatorkreis auf die erste, und zweite Antenne (20, 22) gibt.

ο Vorrichtung nach Anspruch 6 für die Zwecke des Signalempfangs, dadurch gekennzeichnet, dass ein entfernt aufgestelltes Empfangsgerät, welches auf die Betriebsfrequenz des Oszillators (128) abgestimmt ist, das Hochfrequenzsignal der ausgesendeten Welle empfängt, welches hinsichtlich der Impulsdauer moduliert ist, derart, dass die Verschiebung der Impulsbreite aus der Entfernung überwacht wird, um auf diese Weise ein Objekt (30) zu orten«

12. Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Unteransprüchen auf ein impulsgesteuertes Radarsystem, mit dessen Hilfe Entfernung, Geschwindigkeit und Richtung eines sich bewegenden Objektes ermittelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahler eine rotierende Riehtungsantenne (164) verwendet wird und dass die Vorrichtung folgende Einzelteile aufweist: einen impulsgesteuerten Verstärker, der das Hochfrequenzsignal aus dem Oszillatorkreis kontinuierlich empfängt und «einerseits in Abhängigkeit von Steuerimpulsen aus einer Steuerquelle Impulse des Hochfrequenzsignals erzeugt, die eine vorbestimmte Dauer haben; einen Hochfrequenzverstärker (156), der di,e reflektierten Impulse

1 0 9 8 0 R / ^fi ^Γ π Ρ,

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verstärkt, die von der Antenne auf genommen, werden und von einem Objekt herrühren»und der dazu dient, ein Rückkoppelungssignal zu erzeugen, welches seinerseits dem Rückkoppelungs'signal in dem Oszillatorkreis überlagert wird, derart, dass die Frequenz des Oszillatorkreises von einer ersten Frequenz auf eine zweite Frequenz verschoben wird; einen Antennenschalter (166), der dazu dient, die Antenne in die "Verbindung zwischen dem impulsgesteuerten Verstärker und dem Hochfrequenzsignal-Verstärker (156) einzuschalten, derart _r dass die Impulse des Hochfrequenzsignals auf die Antenne durchgelassen werden bzw«, ein reflektierter Impuls auf den Hochfrequenz-Signalverstärker (150) während des Intervalls zwischen den Impulsen des Hochfrequenzsignals durchgelassen wird, und eine Ausgangs-Prüfvorrichtung (176), welche die Frequenzverschiebung zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz in eine Objektgeschwindigfceit umwandelt, die das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, in welchem die Antenne einen Impuls des Hochfrequenzsignals empfängt, und dem Zeitpunkt, in welchem eine Reflektion des gleichen Impulses von der Antenne empfangen wird, in die Objektgeschwindigkeit umwandelt und der ausserdem die Richtungdes Objektes aus dem Brehwinkel der rotierenden Richtungsantenne bestimmt, unter welchem ein reflektierter Impuls empfangen wird«. .

3H.

L e e r s e i t e