DE19803067A1 - Klein-Radarsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Klein-Radarsensor zur Ab­ stands- oder Höhenmessung nach dem FM-CW-Verfahren mit ei­ ner gemeinsamen Sende- und Empfangsantenne gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1. Der Klein-Radarsensor ist insbe­ sondere zur Anwendung in einem Mörserzünder geeignet.

Klein-Radarsensoren arbeiten im allgemeinen nach dem FM-CW-Ver­ fahren, bei dem ein frequenzmoduliertes Signal ausgesen­ det, an einem Objekt reflektiert und von dem Sensor wieder empfangen wird. Das Empfangssignal wird mit dem Sendesignal im Hinblick auf die momentane Frequenzdifferenz verglichen. Aus der Größe dieser Differenz, die proportional zu der Laufzeit des empfangenen Signals ist, kann dann unmittelbar der Abstand zu dem Objekt ermittelt werden. Diese Radarsen­ soren finden auf den verschiedensten Gebieten zahlreiche Anwendungen.

Praktische Erfahrungen haben jedoch gezeigt, daß es bei be­ stimmten Objekten bzw. Reflexionsverhältnissen zu Fehlern oder Ungenauigkeiten bei dem ermittelten Abstand kommt. Ur­ sache hierfür sind offenbar u. a. Veränderungen der Polari­ sation des Empfangssignals gegenüber dem Sendesignal, so daß jenes aufgrund eines schwachen oder vorübergehend aus­ setzenden Empfangs nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit ausgewertet werden kann.

Besonders häufig ist dieser Effekt bei der Anwendung eines Klein-Radarsensors zur Aktivierung eines Mörserzünders zu beobachten. Mörsergeschosse sind u. a. in Abhängigkeit von Art und Kaliber des Geschosses sowie der Art der zu be­ kämpfenden Ziele in einer bestimmten Höhe (Sprengpunkthöhe) über dem Boden zu zünden. Für einen optimalen Wirkungsgrad der Geschosse ist es wichtig, diese Höhe möglichst genau einzuhalten. Bestimmte Bodenverhältnissen können sich je­ doch besonders ungünstig auf die Genauigkeit der Höhener­ mittlung auswirken, was eine zu frühe oder zu späte Auslö­ sung der Zündung zur Folge hat.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Klein-Radarsensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der auch bei ungünstigen Reflexionsverhältnissen eine ge­ nauere und zuverlässigere Bestimmung des Abstandes zu einem Objekt oder einer Bodenfläche ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Aufgabe wird mit einem Klein-Radarsensor der eingangs genannten Art gelöst, der sich dadurch auszeichnet, daß ein 90°-Koppler mit einer Haupt- und einer Nebenleitung Vorge­ sehen ist, wobei in ein erstes Ende der Hauptleitung ein Sendesignal eingespeist wird und ein zweites Ende der Hauptleitung sowie ein erstes Ende der Nebenleitung mit zwei räumlich um etwa 90° versetzten Zuführungen der Sen­ de-/Empfangsantenne in der Weise verbunden sind, daß das Sendesignal zirkular polarisiert abgestrahlt wird und ein Empfangssignal an einem zweiten Ende der Nebenleitung an­ liegt.

Es hat sich gezeigt, daß einerseits ein zirkular polari­ siertes Sendesignal in wesentlich geringerem Maße durch un­ günstige Reflexionsbedingungen in seiner Polarisation ver­ ändert wird, als dies bei linear polarisierten Signalen der Fall ist. Andererseits beeinträchtigt eine Veränderung der zirkularen Polarisation (d. h. eine Depolarisation) - wenn sie überhaupt auftritt - die Genauigkeit der Abstandsmes­ sung nur geringfügig, da in diesem Fall nur eine Komponente der Zirkularpolarisation unterdrückt wird, die andere Kom­ ponente jedoch mit einer für Zirkularpolarisation ausgeleg­ ten Antenne noch empfangen werden kann.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist also ein wesentlich besseres Signal/Rauschverhältnis erzielbar, als mit bekann­ ten, mit linearer Polarisation arbeitenden Radarsensoren.

Weiterhin hat der erfindungsgemäße Radarsensor wesentlich geringere Systemverluste. Aufgrund einer gemeinsamen Sen­ de-/Empfangsantenne in Verbindung mit dem 90°-Koppler ent­ fällt die bei bekannten Radarsensoren notwendige Sende-Emp­ fangs-Weiche (Richtungsweiche) und damit auch der durch diese verursachte Verlust von zweimal 3 dB (d. h. insgesamt 6 dB). Zwar kann zur Vermeidung dieses Verlustes anstelle der Sende-Empfangs-Weiche auch ein Zirkulator verwendet werden. Bei der erfindungsgemäß besonders bevorzugten An­ wendung in einem Mörserzünder ist dies aus Kostengründen jedoch nicht sinnvoll.

Ein weiterer besonderer Vorteil dieser Lösung im Hinblick auf die Anwendung in einem Mörserzünder besteht darin, daß das Strahlungsdiagramm der Sende-/Empfangsantenne nicht mehr wie bei bekannten Sensoren für diese Anwendung von der Art und Größe des Geschosses abhängig ist. Der durch den Mörserzünder zur Mörserturbine verlaufende Luftschacht kann nämlich nun durch die Antenne geführt werden, während eine Antenne für lineare Polarisation neben dem Schacht angeord­ net werden muß. Dies führt zu einer Unsymmetrie in der Feldverteilung, die die Geschoßabhängigkeit des Strahlungs­ diagramms zur Folge hat.

Ein weiterer Vorteil ist schließlich darin zu sehen, daß durch ein Vertauschen der Verbindungen zwischen Koppler und Antennen-Zuführungen die Drehrichtung der Polarisation um­ gekehrt werden kann, um auf diese Weise zum Beispiel Stö­ rungen zu vermindern bzw. zu erschweren.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der 90°-Koppler in Hohlleitertechnik ausgeführt. Er kann jedoch auch in Streifenleitertechnik realisiert werden.

Die Mischdiode ist mit dem zweiten Ende der Nebenleitung des 90°-Kopplers verbunden, an welchem normalerweise der Lastausgleichswiderstand angeschlossen ist.

Die Sende-/Empfangsantenne kann eine Hohlleiter-Antenne oder eine Patch-Antenne sein. Die Patch-Antenne kann vor­ teilhafterweise eine zentrale Öffnung aufweisen, deren Durchmesser kleiner oder gleich ist dem 0,3-fachen des Durchmessers oder der Kantenlänge der Patch-Antenne.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeich­ nung. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer solchen Ausführungsform.

Diese Ausführungsform umfaßt eine Sendeeinheit 1, einen 90°-Koppler 2, eine Hohlleiter-Antenne 3, sowie eine Misch­ diode 4. Der an sich bekannte Koppler 2, bei dem es sich um einen 1/λ/4 oder einen 4/λ/4-Typ handeln kann, weist eine Hauptleitung mit einem ersten Ende 21 und einem zweiten Ende 22, sowie eine Nebenleitung mit einem ersten Ende 23 und einem zweiten Ende 24 auf. Die Hohlleiter-Antenne 3 ist mit einer ersten Zuführung 31 und einer zweiten Zuführung 32 versehen, die in Umfangsrichtung um 90° zueinander ver­ setzt angeordnet sind.

Die Sendeeinheit 1 ist mit dem ersten Ende 21 der Hauptlei­ tung verbunden. Das zweite Ende 22 der Hauptleitung liegt an der zweiten Zuführung 32, das erste Ende 23 der Neben­ leitung an der ersten Zuführung 31 der Hohlleiter-Antenne 3 an. Das zweite Ende 24 der Nebenleitung ist schließlich mit der Mischdiode 4 verbunden.

Die Sendeeinheit 1 dient zur Erzeugung eine FM-CW-Sendesig­ nals in an sich bekannter Weise, das nach der Einspeisung in das erste Ende 21 des Kopplers 2 im wesentlichen unver­ ändert an dem zweiten Ende 22 der Hauptleitung anliegt.

Gleichzeitig wird das Sendesignal aus der Hauptleitung aus­ gekoppelt und gelangt mit einer dadurch verursachten Pha­ senverschiebung von 90° an das erste Ende 23 der Nebenlei­ tung. In der Hohlleiter-Antenne 3 wird nun durch die räum­ lich und zeitlich um jeweils 90° verschobenen Signale ein zirkular polarisiertes Sendesignal erzeugt, das zum Bei­ spiel über einen Hornstrahler (nicht dargestellt) abge­ strahlt wird.

Bei der Reflexion des Sendesignals an einem Objekt wird bekanntlich die Drehrichtung der Polarisation umgekehrt. Das reflektierte Signal gelangt als Empfangssignal in die Antenne 3 zurück. Es wird in umgekehrter Richtung wie das Sendesignal über die Zuführungen 31, 32 ausgekoppelt und gelangt über das erste und zweite Ende 23, 24 der Nebenlei­ tung zu der Mischdiode 4. Diese Mischdiode ersetzt einen Lastausgleichswiderstand, der nur im Idealfall spannungs­ frei ist. Tatsächlich liegt aber an der Mischdiode aufgrund der endlichen Entkopplung des Kopplers bzw. des nicht idea­ len Eingangswiderstandes der Zuführungen auch das von der Sendeeinheit 1 erzeugte Sendesignal mit ausreichender Lei­ stung an, um als Oszillatorsignal zur Mischung mit dem Emp­ fangssignal zu dienen. Die weitere Verarbeitung, das heißt die Ermittlung der Entfernung aus der sich aus der Fre­ quenzdifferenz ergebenden Laufzeit, erfolgt dann in an sich bekannter Weise.

Zusammengefaßt wird also durch die beschriebene Erzeugung eines zirkular polarisierten Sendesignals einerseits die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Entfernungsmessung er­ höht, andererseits kann man zum Senden und Empfangen eine gemeinsame Antenne verwenden, bei der die Sende-/Empfangs­ signale ohne die sonst auftretenden Verluste von insgesamt 6 dB getrennt werden können.

Der erfindungsgemäße Klein-Radarsensor kann auch als Bewe­ gungsmelder oder für andere Anwendungen dienen, bei denen Radarsensoren eingesetzt werden.

Claims (7)

1. Klein-Radarsensor zur Abstands- oder Höhenmessung nach dem FM-CW-Verfahren, mit einer gemeinsamen Sende-/Empfangs­ antenne, dadurch gekennzeichnet, daß ein 90°-Koppler (2) mit einer Haupt- und einer Nebenleitung vorgesehen ist, wo­ bei in ein erstes Ende (21) der Hauptleitung ein Sendesi­ gnal eingespeist wird und ein zweites Ende (22) der Haupt­ leitung sowie ein erstes Ende (23) der Nebenleitung mit zwei räumlich um etwa 90° versetzten Zuführungen (31, 32) der Sende-/Empfangsantenne (3) in der Weise verbunden sind, daß das Sendesignal zirkular polarisiert abgestrahlt wird und ein Empfangssignal an einem zweiten Ende (24) der Ne­ benleitung anliegt.

2. Klein-Radarsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der 90°-Koppler (2) in Hohlleitertechnik ausge­ führt ist.

3. Klein-Radarsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der 90°-Koppler (2) in Streifenleitertechnik aus­ geführt ist.

4. Klein-Radarsensor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Ende (24) der Nebenleitung des 90°-Kopplers (2) eine Mischdiode (4) verbunden ist.

5. Klein-Radarsensor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-/Empfangsantenne eine Hohlleiter-Antenne (3) ist.

6. Klein-Radarsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sende-/Empfangsantenne eine Patch-Antenne ist.

7. Klein-Radarsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Patch-Antenne mit einer zentralen Öffnung ver­ sehen ist, deren Durchmesser kleiner oder gleich ist dem 0,3-fachen des Durchmessers oder der Kantenlänge der Patch-An­ tenne.