DE1941453C3

DE1941453C3 - Anordnung zum gleichzeitigen Senden, Empfangen und Mischen der Sende- und Empfangswellen in Relais-Entfernungsmeßgeräten

Info

Publication number: DE1941453C3
Application number: DE19691941453
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Wettswil Wernli (Schweiz)
Original assignee: Siemens Albis AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 1968-09-25
Filing date: 1969-08-14
Publication date: 1979-09-20
Also published as: DE1941453B2; FR2018813A1; GB1236529A; ES371800A1; CH497088A; NL6914097A; SE359969B; AT294922B; DE1941453A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum gleichzeitigen Senden und Empfangen sowie zum Mischen der Sende- und Empfangswellen, deren Polarisationsrichtur.gen senkrecht aufeinanderstellen, bestehend aus einem Reflektor, einem diesen ausleuchtenden primären, rechteckigen Hornstrahler, einem dem Hornstrahler die Sendewellen zuführenden Errej;erleiter sowie aus einem Empfangs- und Mischdetektor zum Empfangen und Mischen der vom Hornstrahler aufgenommenen Empfangs- und eines Teils der abgestrahlten Sendewellen in mit Relais-Stationen zusammenarbeitenden elektrischen Entfernungsmeßgeräten.

Anordnungen dieser Art werden bei elektronischen Distanzmeßgeräten verwendet, bei denen an den Endpunkten der zu messenden Strecke je ein Sender und ein Empfänger aufgebaut sind. Zur Trennung der Sende- und Empfangspfade sind die Polarisationsrichtungen der Sende- und Empfangswellen um 90° gegeneinander verdreht.

Eine aus der schweizerischen Patentschrift Nr. 391 804 (FR-PS 13 40 633) bekannte Anordnung besteht aus einer Reflektor-Antenne mit anschließender Sende-Empfangs-Weiche. Diese Sende-Empfangs-Weiche bzweckt außer der Empfangswelle einen kleinen Teil der Sendewelle auf die Mischstufe des Empfänger auszukoppeln. Die Sende-Empfangs-Weiche besteht aus

ίο einem ersten Hohlleiterabschnitt mit kreisförmigem Querschnitt, einem Übergang auf einen zweiten Hohlleiterabschnitt mit rechteckigem Querschnitt sowie einem dritten rechteckigen Hohlleiterabschnitt, der an der Verbindungsstelle des ersten und zweiten Hohlleiters angeschlossen ist. Dieser dritte Hohlleiterabschnitt ist so angeordnet, daß dessen Längsachse mit den Schmalseiten des zweiten Hohlleiters einen kleinen Winkel einschließt Durch diese Anordnung wird die von der Antenne über den ersten runden Hohlleiterabschnitt zugeführt— Em^r*fan^<Tswe!!e und ein kleiner Teil der vom zweiten rechteckigen Hohlleiter eingespeisten Sendewelle in den dritten Hohlleiter ausgekoppelt und der an diesem Zweig angeschlossenen Empfängermischstufe zugeführt.

Eine andere für den gleichen Zweck vorgesehene bekannte Anordnnng enthält ebenfalls eine Sende-Empfangs-Weiche. Diese besteht aus einem ersten Hohlleiterabschnitt mit quadratischem Querschnitt, einem Übergangsstück auf einen zweiten rechteckigen Hohlleiterabschnitt sowie einem dritten rechteckigen Hohlleiterabschnitt, der im Verbindungspunkt des ersten und zweiten Abschnittes angeschlossen ist. Dieser dritte Hohlleiterabschnitt ist so angeordnet, daß dessen Längsachse parallel zu den Schmalseiten des zweiten rechteckigen Hohlleiters verläuft. Es sind Mittel vorgesehen, die bewirken, daß die am -".weiten rechteckigen Hohlleiter eingesoeiste Sendewelle an die am ersten quadratischen Hohl! -her angeschlossene Antenne gelangt, nicht jedoch über den dritten rechteckigen Hohlleiter in den Empfänger. Im weitern sind Mittel vorhanden, die bewirken, daß die von der Antenne über den ersten quadratischen Hohlleiter eintreffenden Empfangswellen über den dritten rechtekkigen Hohlleiter in den Empfänger gelangen, nicht jedoch in den zweiten rechteckigen Hohleiterabschnitt.

Im ersten quadratischen Hohlleiterabschnitt sind

zwischen der Auskopplungsstelle des dritten Hohlleiters und der Antenne zwei Sonden angeordnet. Diese weisen gegenüber der Sende- bzw. Empfangspolarisation einen Winkel von 45" auf und sind in der Fortpflanzungsrichtung der Wellen um eine viertel Wellenlänge voneinander entfernt. Die beiden Sonden werden von der vorbeilaufenden Sendewelle angeregt, so daß sie ihrerseits Wellen abstrahlen. Die an jeder Sonde erzeugte Welle besteht aus zwei gleich großen Komponenten, wovon die erste parallel und die zweite senkrecht zur Sendewelle polarisiert sind. Die zweite Komponente weist somit eine Polarisation entsprechend den Empfangswellen auf. Von den durch die

f>o beiden Sonden zum Geräte zurückgestrahlten Wellen addieren sich nun die in der Empfangsebene polarisierten Wellen, während sich diejenigen in der Sendeebene aufheben. Es gelangt somit eine von der Sendewelle abgeleitete, in der Empfangsebene polarisierte Bezugs-

h5 welle in den Empfänger.

Die erste erwähnte bekannte Anordnung ha! den Nachteil, daß neben der direkt vom Sender kommenden Sendewelle auch eine von der Antenne reflektierte

Sende-Welle in den Empfänger gelangen kann, was erhebliche Fehler in der Distanzmessung verursachen kann.

Bei der zweiten erwähnten bekannten Anordnung ist dieser Nachteil zwar behoben, was jedoch durch einen erheblichen Aufwand erkauft werden muß. Zudem ist diese Anordnung nur für einen schmalen Frequenzbereich geeignet, da der λ/4-Abstand der Sonden nur für eine Frequenz eingehalten ist.

Aus der US-amerikanischen Patentschrift US-PS 32 Oij 499 ist eine weitere Antennenanordnung mit zwei getrennten Erregern für gekreuzte Polarisationsebenen bekannt, wobei der erste Erreger aus einem im Innern einer Homantenne angebrachten Stift und der zweite Erreger aus einem an der Homöffnung angebrachten Dipol besteht, der durch zwei leitende, auf einem Abschlußdeckel aufgebrachte Beläge gebildet wird. In Serie zu jedem Erreger kann je eine Kristalidiode geschaltet sein, um im Empfangsfalle die Empfangswelien gleichzurichten. Die beiden Erreger sind jedoch so angeordnet, daß zwischen ihnen keine Kopplung besteht.

Aus der US-amerikanischen Patentschrift US-PS 25 23 398 ist eine weitere Anordnung zum gleichzeitigen Senden und Empfangen sowie zum Mischen der Sende- und Empfangswellen bekannt. Diese Anordnung besteht aus einem Hornstrahler mit anschließendem Hohlleiter, in welchem ein Sender sowie ein Empfangsdetektor angeordnet sind. Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß sie nur für relativ kleine Sendeleistungen geeignet ist, weil die zwischen dem Sender und dem Hornstrahler angebrachte, der vollen Feldstärke der Sendewelle ausgesetzte Diode nur eine begrenzte Leistung auszuhalten vermag. Zudem entsteht durch die große Feldstärke an der Diode eine entsprechend große Rauschspannung, welche sich ebenfalls nachteilig auswirkt. Schließlich ist eine solche Anordnung als Primärstrahler für eine Spiegelantenne ungeeignet, weil sich durch die Hintereinanderschaltung des Hornstrahlers und des Wellenleiters eine zu große Baulänge ergibt.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer Anordnung zum gleichzeitigen Senden und Empfangen sowie zum Mischen der Sende- und Empfangswellen, deren Polarisationsrichtungen senkrecht aufeinanderstellen, bestehend aus einem Reflektor und einem diesen ausleuchtenden primären Hornstrahler mit einem die Sendewellen zuführenden Erregerleiter sowie aus Mittem zum Empfang der vom Hornstrahler aufgenommenen Empfangswelle, wobei in dieser Aliordnung vermieden werden soll, daß für ein relativ breites Frequenzband neben der direkt vom Sender kommenden Sendewelle auch eine von der Antenne reflektierte Sendewelle in den Empfänger gelangen kann, was sonst erhebliche Fehler in der Distanzmessung verursachen kann.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Empfangs- und Mischdetektor zwischen dem Erregerleiter und einer den Hornstrahler abschließenden Kurzschlußplatte angeordnet ist, daß der Hornstrahler im Bereich der Kurzschlußplatte einen Querschnitt entsprechend einem rechteckigen Hohlleiter zur Übertragung des Grur.dmodus der Empfangswelle aufweist, und daß der Empfangs- und Mischdetektor im Mikrowellen-Nahfeld Jis Erregers angeordnet ist, um einen definierten Bruchteil der .Sendewellenenergie aufzunehmen.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß nur ein Bruchteil der Sendewellenenergie zur Diode übertragen wird, weil die Diode gerade noch im Mikrowellen-Nahfeld des Erregers angeordnet ist Eine solche Anordnung ermöglicht außerdem den Einbau sowqhl des Sendereinkopplungsstiftes als auch des Empfangsdetektors im Hornstrahler selbst, wodurch sich eine sehr kurze Baulänge ergibt, so daB sich die Anordnung als Primärstrahler selbst für kleine Spiegelantennen sehr gut verwenden läßt

Weitere Vorteile der neuen Anordnung bestehen darin, daß sie keine separaten Sende-Empfangs-Weichen aufweist Durch den einfachen Aufbau der Anordnung ergeben sich geringe Herstellungskosten.

Die Anordnung enthält keine kritisch auf eine Wellenlänge abgestimmten Teile und ist deshalb für einen großen Frequenzbereich brauchbar. Durch die erfindunpsgemäße Anordnung wird bereits in der Empfangseinrichtung des Primärst ;hlers ein Zwischenfrequenzsigna! erzeugt, dessen Frequenz niedriger ist als die Empfangsfrequenz. Dieses Zwischenfrequenzsij*nal stellt weniger hohe Anforderungen an die Übertragungsmittel zwischen dem Primärstranler und dem Empfangsgerät als das Empfangssignal.

An Hand der Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt dabei eine erfindungsgemäße Anordnung bestehend aus einem primären Hornstrahler und einem

jo von diesem ausgeleuchteten Reflektor.

In F i g. 2 ist ein Hornstrahler dargestellt, bei dem als Empfangsvorrichtung ein im Hohlraum des Hornstrahlers angeordnetes Halbleiterelement vorhanden ist.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Empfangsvorrichtung im Hornstrahler dargestellt, die aus einem in den Hohlraum des Hornstrahlers ragenden Auskopplungsstift mit anschließendem Halb'dterelement besteht.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung besteht aus e'.iem primären Hornstrahler 1 und einem von diesem ausgeleuchteten Reflektor 11. Der Hornstrahler 1 ist mittels Stützen 12, 13, 14, 15 auf dem Reflektor 11 befestigt. Die Zuführung einer Sendewelle erfolgt über eine Koaxialleitung 17. Diese Koaxialleitung 17 führt von einem nicht dargestellten Sende-Empfangs-Gerät durch eine Öffnung im Reflektor 11 und entlang der Stütze 13 zum Hornstrahler 1. Ein in der Empfangsvorrichtung des Hornstrahlers 1 erzeugtes Zwischenfrequenzsignal wird über eine Koaxialleitung 16 entnom-

Ot men. Diese Koaxialleitung 16 ist entlang der Stütze 12 verlegt und ist ebenfalls durch eine Öffnung des Reflektors 11 auf das Sende-Empfangs-Gerät geführt.

Die Anordnung eines als Horn ausgebildeten Primärstrahlers bezüglich des auszuleuch!enden Reflek-

r> tors ist genügend bekannt, weshalb auf diesbezügliche Einzelheiten nicht näher eingegangen wird.

Der in Fi g. 2 dargestellte Hornstrahler 1 ist auf der Rückseite durch ..'ine Kurzschlußplatte 4 abgeschlossen. Der Hornstrahler 1 weist im Bereich der Kurzschluß-

w> platte 4 einen Querschnitt entsprechend einen-¹ rechtekkigen Hohlleiter zur Übertragung des Grundmode der Empfangswelle EE auf. Der Öffnungsquerschnitt des Hornstrahlers 1 stellt ein Rechteck dar, dessen längere Seite parallel zum elektrischen Feld £Eder Empfangs-

hi wellen steht. Die Mantelfläche 5, 6, 7, 8 des Hornstrahler-Hohlraumes sind ebene Flächen, welche die jeweils zueinander parallelen Seiten der beiden erwähnten Rechteck-Ouerschnitte verbinden. Die Rieh-

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tung des elektrischen Feldes der Empfangswelle ist durch einen Pfeil EE und diejenige der Sendewelle durch einen Pfeil ESeingezeiehnet.

Der Hornstrahler 1 wird durch einen Errcgerlciter 2 angeregt. Als Erregerleiter 2 wird das in den Hohlraum des Hornstrahlers 1 ragende Ende des Innenleiters. 20 des Koaxialkabels 17 benutzt. Der Abschirmmantel 18 der Koaxialleitung 17 ist zu einem '"!ansch 21 gebördelt und wird mittels einer Platte 22 an die Außenseite des Hornstrahlers I gepreßt. Das Dielektrikum 19 der Koaxialleitung 17 ist in der Ebene der Mantelfläche 6 abgeschnitten.

Zur Verbesserung der Anpassung des Erregerleiters 2 an den Hornstrahler 1 ist ein Stab 23 aus dielektrischem Material vorhanden, der den Erregerleiter 2 umgibt und der sich bis zur gegenüberliegenden Mantelfläche 5 des ! iornsirdMiciS J iüi'iSci/.i. Die AiIOIUIiUiIg eines Erregerleiters 2 und des dielektrischen Stabes 23 zur Anregung eines Hohllcitersystcms ist an sich bekannt, weshalb sich eine nähere Beschreibung dieses Details erübrigt.

Zwischen dem Erregerleiter 2 und der Kurzschlußplatte 4 ist eine Empfangsvorrichtung vorhanden. Diese dient zur Auskopplung der Empfangswelle EE sowie eines Teils der Sendewelle ES und zur Mischung dieser beiden ausgekoppelten Wellen ES und EE

Diese Empfangsvorrichtung besteht im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 aus einem im Hohlraum des Hornstrahler 1 angeordneten Halbleiterelement 3. Als ! lalbleitereiement ist eine handelsübliche Empfangsdioie I N23 vorgesehen. Der Aufbau der Empfangsvorrichuing entspricht demjenigen eines an sich bekannten Hohlleiterdetektors. Die Diodenpatrone 3 ist am kragenförmigen Anschluß durch die Schraube 24 an der ^vVellenleiterwand befestigt. Der andere, stiftförmige Diodenanschluß ist auf den Innenleiter 25 eines Koaxialsteckers 26 geführt. Ein Drosseleinstich 27 dient in bekannter Weise zur Anpassung der Empfangsvorrichtung an den Hornstrahler 1.

Bei der Betrachtuns der Funktion des beschriebenen Aiisführungsbeispiels sei vorausgesetzt, daß zwei gleiche Anordnungen vorhanden sind, wobei der von •eder Anordnung erzeugte Richtstrahl auf den Reflektor der andern Anordnung gerichtet ist. Ferner ist vorausgesetzt, daß die Polarisationsrichtung der einen Sendewelle senkrecht zu derjenigen der andern Sendewelle steht. Die in jeder Anordnung eintreffende Kmpfangswelle EE ist also senkrecht zur eigenen Sendewelle ES polarisiert. Ferner besteht die Bedingung, daß die Frequenzen der beiden Sendewellen ES voneinander verschieden sind.

Die vom Erregerleiter 2 ausgehende Sendewelle ES ■ :rd einerseits über die Öffnung des Hornstrahlers 1 .:egen den Reflektor 11 abgestrahlt, andererseits pflanzt

sich auch ein IViI der Sendewelle E.Sgegen die Diode J fort. Die Anordnung ist so dimensioniert, dal! der (Querschnitt des Hornstrahlers 1 im Bereich der Diode dir die Sendwclle ES einen Kurzschluß darstellt Der vom Ertegerleiter 2 in Richtung der Diode 3 abgestrahlte Teil der Sendewelle E.S wird deshalb reflektiert und ebenfalls zum Reflektor 11 abgestrahlt Im Bereich der Diode erscheint die Sendewelle ES stark gedämpft. Obwohl die Diode 3 derart angeordnet ist. daß sie für den Empfang einer senkrecht zur Sendewelle ES polarisierten Empfangswelle EE geeignet ist. wird ein kleiner Peil der Sendewelle ES von tier Diode 3 aufgenommen.

Rir die von der gegenüberliegenden Anordnung eintreffende Empfangswelle EE stellt die Anordnung einen allgemein üblichen Empfangsdetektor dar. Hei der Ai'iOiuiHii'i^ iici ι .iiifrutMgsvoi ι lorning in tier TvIItIe (!es Hornstrahlerquersehnittes würde sich wegen des Einflusses des Erregerleiters 7 cine kleine Unsymmetrie im Empfangsdiagramm ergeben. Diese ist jedoch korrigiert, indem der Abstand der Empfangsvorrichtung /u derjenigen Mantelfläche 6 des Hornsirahlcrs I. auf welcher die Koaxialleitung 17 eingeführt ist, großer gewählt ist als derjenige zur gegenüberliegenden Mantelfläche 5. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die 'npfangswelle El: vom Erregerleiter 2 kaum beeinflußt wird.

Durch die Diode 3 fließt nun je ein von der Sendewelle E.S und ein von det Empfangswelle Il herrührender Strom. Infolge der gekrümmten Kennlinie der Diode 3 entstehen als Mischprodukte dieser Strome Komponenten, die bekanntlich u. A. die Summe bzw. die Differenz der Frequenzen der beiden Signale aufweisen. Das erwünschte Zwischenfrequenzsignal wird am Koaxialstecker 26 abgenommen.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Empfangsvorrichtung dargestellt. Diese kann anstelle tier in der Anordnung nach Fig. 2 verwendeten Empfangsvorrichtung vorgesehen werden. Sie besteht aus einem in den Hohlraum des Hornstrahlers I ragenden Auskopplungsstift 30 mit einem anschließenden Halbleiterelement 31. Zur Virbesserung der Anpassung des Auskopplungsstiftes 30 an den Hornstrahler 1 ist ein dielektrischer Stab 32 angebracht. Das Halbleiterelement 31, z. B. eine handelsübliche Diode 1N23 ist als Verbindung zwischen dem Auskopplungsslif' 30 und einem Koaxialstecker 33 geschaltet und dient zur Mischung.

Die in F i g. 3 dargestellte Empfangsvorricli.ung entspricht einer an sich bekannten Ausführungsform eines Hohlleiterdetektors. Die Funktion eines solchen Detektors ist genügend bekannt, weshalb sich eine weitere Erläuterung erübrigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum gleichzeitigen Senden und Empfangen sowie zum Mischen der Sende- und Empfangswellen, deren Polarisationsrichtungen senkrecht aufeinanderstellen, bestehend aus einem Reflektor, einem diesen ausleuchtenden primären, rechteckigen Hornstrahler, einem dem Hornstrahler die Sendewellen zuführenden Erregerleiter sowie aus einem Empfangs- und Mischdetektor zum Empfangen und Mischen der vorn Hornstrahler aufgenommenen Empfangs- und eines Teils der abgestrahlten Sendewellen in mit Relaisstationen zusammenarbeitenden elektrischen Entfernungsmeßgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Empfangs- und Mischdetektor (3; 30, 31) zwischen dem Erregerleiter (2) ur.i einer den Hornstrahler (1) abschließenden Kurzschlußplatte (4) angeordnet ist, daß der Hornstrahler im Bereich der Kurzschlußplatte einen Querschnitt entsprechend einem rechteckigen Hohlleiter zur Übertragung des Grundmodus der Empfangswelle (EE) aufweist und daß der Empfangs- und Mischdetektor im Mikrowellen-Nahfeld des Erregers (2) angeordnet ist, um einen definierten Bruchteil der Sendewellenenergie aufzunehmen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangs- und Mischdetektor aus einem in an sich bekannter Weise wenigstens teilweise in den Hohlraum des Hornstrahler (1) ragenden Auskoppkmgsstifi (30) mit unmittelbar anschließender Halbleiterdiode (31) besteht (Fig. 3).

3. Anordnung nach Anspru^ji 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangs- und Mischdetektor aus einer in an sich bekannter Weise im Hohlraum des Hornstrahler (1) angeordneten Halbleiterdiode (3) besteht(Fig. 2).

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Öffnungsquerschnitt des Hornstrahler ein Rechteck darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die längere Seite des Öffnungsquerschnittes des Hornstrahler (1) parallel zum elektrischen Feld (EE) der Empfangswelle steht und daß die Mantelflächen (5, 6, 7, 8) des Horhstrahlerhohlraumes ebene Flächen sind, welche die jeweils zueinander parallelen Seiten desöffnungs- und des Kurzschlußplattenquerschnittes verbinden.