DE2039404C3 - Beim Fehlen von Abfragepulspaaren Fällpulspaare aussendender Transponder mit hohem Antwort-Wirkungsgrad - Google Patents
Beim Fehlen von Abfragepulspaaren Fällpulspaare aussendender Transponder mit hohem Antwort-WirkungsgradInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen Transponder, wie er in Navigationsanlagen
verwendet wird, und zwar auf eine Schaltungsan-Ordnung zur Verbesserung der Antwortrate einer
derartigen Empfangs-Sendeeinrichtung, die auch allgemein Transponder genannt wird.
Bei bekannten Funknavigationssystemen, z, B. Entfernungsmeßeinrichtungen
(DME), werden von einem Bordsender (Flugzeug) auf einer bestimmten Trägerfrequenz
nach allen Richtungen (Rundstrahlung) Abfrageimpulse ausgesendet.
In der zugeordneten Bodenstation werden diese Ausstrahlungen empfangen und demoduliert; die so
erhaltenen Impulse werden als Modulation einer von der Trägerfrequenz des Bordsenders verschiedenen
Frequenz zum Flugzeug zurückgesendet und mittels eines entsprechenden Empfängers empfangen.
Im Flugzeug wird die Zeit t zwischen Aussenden und Wiederempfangen der Impulse bestimmt, die sich
entsprechend der Entfernung D Bord —Boden linear ändert. Durch die Laufzeit in den Schaltungen der
transponder an Bord und am Boden wird eine zusätzliche, von vornherein jedoch bekannte Verzögerungszeit
i„ eingeführt, die mittels einstellbarer Verzögerungsleitungen
oder Schieberegister wieder eliminiert wird. Für die Entfernung D Bord —Boden ergibt
sich dann die Formel
D = \ U -IJ.
wobei cdie Lichtgeschwindigkeit bedeutet.
Bei einem anderen bekannten Navigationssystem (TACAN) erhält die abfragende Bordstuiion von der
Bodenstation zwei Informationen, durch die das Flugzeug sowohl seinen Azimut als auch seine
Entfernung in bezug auf die Bodenstation bestimmen kann.
Die Entfernungsmessung beim TACAN-System wird im Prinzip nach der oben beschriebenen Laufzeitmethode
durchgeführt, deshalb wird in der folgenden Beschreibung auf das TACAN-System auch zurückgegriffen.
Die Abfrage- und Antwortsignale sind beim TACAN-System Pulspaare mit der Dauer (ta) von etwa 33 us der
Einzelimpulse, deren Vorderflankec einen Abstand (ti)
von 12 μβ haben.
Wie oben schon angedeutet, erfahren die Impulse in den Transponderschaltungen eine zusätzliche Verzögerung
to, die mit etwa 50 us anzusetzen ist
Eines der Grundprinzipien des TACAN-Systems besteht darin, daß der Bodensender kontinuierlich eine
gewisse Anzahl N von Pulspaaren (N = 2700) pro Sekunde ausstrahlt, ganz gleich, ob Abfrage-PuIspaare
von Flugzeugen empfangen werden oder nicht. Beim Fehlen von Abfrage-Pulspaaren werden dafür von
einem örtlichen Generator erzeugte Füllimpulse ausgestrahlt, die willkürlich auf der Zeitachse verteilt sind und
Antwort-Pulspaare vortäuschen. Wenn Abfrage-Pulspaare
empfangen und erkannt werden, so ersetzen die Antwort-Pulspaare einen Teil der willkürlich über die
Zeit verteilten Impulse (Zufallsimpulse). Ein Impulszähler am Ausgang des Coders wirkt über eine automatische
Steuerung auf den örtlichen Impulsgenerator in der Weise ein, daß die Anzahl der erzeugten Impulse pro
Sekunde verringert wird.
Unter diesen Bedingungen wird vom Sender der Bodenstation eine konstante Anzahl N von Pulspaaren
ausgesendet, unabhängig davon, ob es sich um Antwort-Pulspaare handelt oder um Füllimpulse des
örtlichen Impulsgenerators. Der hauptsächliche Vorteil dieser Arbeitsweise ist, daß der Sender immer mit
konstanter mittlerer Leistung arbeitet, was die Arbeitssicherheit erhöht und die Wartung vereinfacht. Ein
weiterer Vorteil des TACAN-Systems ist, daß alle
Flugzeuge, selbst wenn die Geräte für die Entfernungsmessung ausfallen sollten, noch immer mit Azimutinformaiionen
versorgt werden.
Es kann aber auch vorkommen, daß die Anzahl der ϊ
Entfernungsabfragen von Flugzeugen so groß wird, daß die Anzahl A/der Antwortpulspaare erreicht oder sogar
überschritten wird. Dann verschwinden die Füllimpulse, und die dem Zähler für die Antwortimpulse zugeordnete
automatische Steuerung wirkt dann in der Weise auf in den Empfänger, daß Abfragen mit geringer Signalamplitude
zurückgewiesen werden. Die Steueranordnungen, mittels der die Anzah! der Antwortpulspaare auf N
beschränkt wird, sind bekannt und gehören nicht zum Schutzumfang der Erfindung. ι -,
Beim TACAN-System ist noch eine Einschränkung zu machen, die sich aus der minimalen Totzeit tm ergibt,
durch die zwei aufeinanderfolgende Antwortpulspaare getrennt sein müssen.
Diese Totzeit ist auf Grund mehrerer technischer Betrachtungen erforderlich, die sich auf die Arbeitsweise
des Senders oder die Eigenschaft der Ernpfangsschaltungen
bei Verwendung der Füllimpulse beziehen. Diese Totzeit ist auch notwendig für den Fall, daß auf eine
richtige Abfrage eine sogenannte Geister-Abfrage folgt, 2
die einem ganzen Vielfachen der Laufzeit der elektromagnetischen Wellen Bord — Boden entspricht.
Die Sperrtore, die während der Totzeit tm in Tätigkeit
treten, verhindern aber einerseits die Decodierung von wirklichen Abfrage-Pulspaaren oder sogar die normale w
Arbeitsweise des Empfängers, andererseits die Eingabe von Zufallsimpulsen in den Eingang des Coders. Beim
heute gebräuchlichen TACAN-System beträgt die Totzeit tm = 60 us.
Bei manchen im Gebrauch befindlichen Systemen r, besteht eine ungenügende Entkopplung zwischen
Transponder-Empfänger und dessen Sender, so daß es für ein einwandfreies Arbeiten des Empfängers
erforderlich ist, diesen während der Aussendung der Antwort-Pulspaare zu sperren. Die Sperrung muß w
ungefähr ζ ;r Zeit t„ - ti beginnen, d. h. nach der
Codierung des Pulspaares unmittelbar bei der Sendertastung, und bis zur Zeit to andauern. Bei den
gebräuchlichen Systemen ist die Zeit to kürzer (50 \is) als
die Totzeit tm (60 μβ), so daß die Sperrung des
Empfängers für die Zeit tm diesen auch während der
Sendezeit schützt.
Diese Totzeit reduziert die Antwortrate r des Transponders, die definiert werden kann alc das
Verhältnis der Abfragen und Antworten zur Gesamt- ->n zahl N der Abfragen, die der Transponder verarbeiten
kann. Der Wert rist also gegeben durch:
r - 1/(1 + Ntn,).
Man kann rauch als den Wert für die Wahrscheinlichkeit ansehen, mit der auf eine Abfrage eine Antwort
erfolgt Oder anders ausgedrückt: Wenn ein Transponder, der von nur wenigen Flugzeugen, die η Abfragen
pro Sekunde (n < N) aussenden, abgefragt wird, nicht die Möglichkeit besitzt, erkannte Abfragen in anderer bo
Weise zu verarbeiten als die Impulse des örtlichen Impulsgenerators, dann ist die Antwortrate r diejenige,
die man bei N Abfragen erhalten würde.
Mit den gebräuchlichen, obenerwähnten Werten (N — 2700 und tm — 60 μς) hat r einen Maximalwert t,->
von 85%.
Um nun die Anzahl der Entfernungsinformationen pro Sekunde für eine G; jppe von Flugzeugen, die den
Transponder abfragen, zu erhöhen, oder um die Genauigkeit der Azimutmessung in dem vom TACAN-Transponder
versorgten Gebiet zu verbessern, ist es nötig, mehr Pulspaare auszusenden. Wenn Λ/auf IO 000
erhöht, die Totzeit i„, von 60 μ5 aber beibehalten wird,
so beträgt die Antwortrate nur mehr 60% des Maximalwertes; dieser Wert ist zu niedrig und nicht
mehr vereinbar mit der angestrebten Arbeitsweise der Bordapparatur.
Eine einfache Abhilfe bei noch tragbarer und zweckentsprechender Ausnutzung der Geräte wäre die
Herabsetzung der Totzeit tm\ setzt man diese auf 35 μ5
fest, so wird die Antwortrate rmaximal 74%.
Dieser Wert ist jedoch immer noch nicht ausreichend, dann bei modernen Anlagen werden nahezu 100%
Wirkungsgrad verlangt, wenn die Anzahl der abfragenden Flugzeuge klein ist.
Durch die vorliegende Erfindung werden Zusatzgeräte bereitgestellt, die den Empfangs-, Decodierer-,
Codier- und Sendeschaltungen zugeordnet sind und durch die eine beinahe 100%ige A'-ijvortrate erreicht
werden kann, wenn die Anzah! -Jer abfragenden Flugzeuge klein ist. Diese Geräte ermöglichen es,
gewisse Abfragen zu bevorzugen und ebenso die Antworten gegenüber den Füllimpulsen des örtlichen
Impulsgenerator.
Durch die Zusatzgeräte werden folgende Verbesserungen erreicht:
minimaler Abstand (Totzeit) zwiscben ausgesendeten Pulspaaren;
wenn erforderlich, Schutz der Empfangsschaltungen während der Zeit der Aussendung nur eines
Pulspaares;
Kompatibilität mit der gewohnten Arbeitsweise der Bordapparatur.
Die Transponderanlage, der die erfindungsgemäßen Geräte zugeordnet werden, ist für sich bekannt; sie
enthält den Hochfrequenzempfänger und die Impulsformerschaltungen für die aufbereiteten Videoimpulse;
ein· η Decoder zur Erkennung der Pulspaare mit dem Abstand f, der Einzelimpulse, entsprechend dem
vereinbarten Abfragemodus; eine logische Schaltung, die den Eingang des Decoders für die Totzeit tm sperrt,
nachdem ein Abfragepulspaar erkannt worden ist; ein Verzögerungsglied (to — T — ti), das gestattet, die
innere Verzögerung to zwischen zweitem (oder ersten)
Impuls der Abfrage und dem zweiten (oder ersten) Impuls der auszusendenden Antwort einzustellen (T ist
die Summe der unvermeidlichen, aber bekannten Verzögerungszeiten, die infolge der Laufzeiten in den
Schaltungen des Transoonders, inbesondere in den Zwischenfrequenzstufen des Empfängers und in den
Senderstufen eingeführt werden); einen Coder für die Antwortpulspaare, deren Einzelimpulse ein?n zeitlichen
Abstand f, haben; Impulsformerschaltungen, einen Modulator und einen Hochfrequenzsender; einen
Generator, der maximal yV statistisch verteilte Rauschimpulse
pro Sekunde erzeugt mit einem Minimalabstand tm von denen dann jeder Rauschimpuls ein
Pulspaar von Füllimpulsen erzeugt, eine automatische Steuerungseinrichtung, die von einem Zähler für die
ausgesendeten Impulse gesteuert wird, und mittels der die vom Rauschgenerator erzeugte Anzahl von
Impulsen pro Sekunde auf N- η reduziert wird, wenn zur gleichen Zeit η Antwortpulspaare ausgestrahlt
werden sollen.
Die Aufgabe der im Patentanspruch 1 definierten
Erfindung besieht hauptsächlich darin, eine Schaltung
anzugeben, die verhindert, daß Rauschimpulse des örtlichen Generators in die Codierschaltung für die
Antwortpulspaare während einer Zeit Tl gelangen, die auf die Erkennung eines Abfragepulspaares folgt. Die
Zeit 7Ί ist mindestens gleich derjenigen Zeit zwischen der Erkennung eines Abfragepulspaares und der
Aussendung des ersten Impulses des entsprechenden Antwortpulspaares; Π ist also mindestens gleich der
Verzögerungszeit (t„ -T-I1) des dem Coder vorgeschalteten
Verzögerungsgliedes.
Abweichend von der üblichen Technik werden auch die Rauschimpulse des örtlichen Generators direkt dem
Hingang der Codierschaltung eingegeben und nicht dem Hingang des der Codierschaltung vorgeschalteten
Vcrzögcrungsgliedcs.
Auf Grund dieser Vorkehrungen wird die Aussendung
von Rillpulspaaren zumindest so lange verhindert, bis auf eine Abfrage auch eine Antwort erteilt worden
ist.
Ks ist weiterhin Vorsorge getroffen, daß Rauschinipulse
des örtlichen Generators nicht in die Codierschaltungen gelangen können während einer Totzeit /„,.
die auf die Aussendung des ersten Impulses eines Antwortpulspaares oder eines Füllpulspaares folgt.
Wenn die Entkopplung von Sender und Empfänger eines Transponders nicht ausreichend ist. dann sollte der
Empfänger für eine gewisse Zeit gesperrt werden. Hier sind Mittel vorgesehen, um den Empfänger nur für die
Dauer der Aussendung eines Antwortpulspaares zu sperren.d. h. für eine Zeit /„„die gleich ist t, + 2t,/.
Zur Beurteilung der durch die Erfindung erbrachten Vorteile ist ein Vergleich der Antwortraten in den
verschiedenen Fällen zweckmäßig.
Bei den in Gebrauch befindlichen Systemen ist die Antwortrate für eine kleine Zahl η von Abfragen
unabhängig von der Zahl n. und gegeben durch die Beziehung:
rm = 1/(1 + Ntn,).
Wenn die Merkmale der Erfindung angewendet werden einschließlich der zur Sperrung des Empfängers für die
Zeit der Aussendung, dann ist die Antwortrate gegeben durch:
r„ = 1/(1 + N tu).
Wenn eine Sperrung des Empfängers nicht vorgesehen ist. ergibt sich die Antwortrate zu
r„ = 1/(1 + ntm),
wobei r„ nahezu 100% ist, wenn die Zahl der Abfragen
klein ist.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der zweite Impuls einer jeden decodierten
Abfrage einem als Verzögerungsglied arbeitenden ersten Schieberegister eingegeben, dessen Gesamtverzögerungszeit
etwa to — Γ ist, und dessen letzte Stufen
als Coder verwendet werden; der erste Impuls eines Antwortpulspaares wird am Ausgang derjenigen Stufe
abgenommen, die einer Verzögerung von t„ — T' — ti
entspricht; in ähnlicher Weise wird jeder Rauschimpuls des örtlichen Generators einem zweiten Schieberegister
mit einer Verzögerungszeit f, eingegeben, dessen einziger Zweck die Codierung der Füllimpulse ist. Die
ersten Impulsausgänge der beiden Schieberegister werden mittels einer ersten ODER-Schaltung zusam-
mengefaßt, die zweiten Impulsausgänge mittels einet zweiten ODER-Schaltung.
Diese Ausführung ist insofern von Vorteil, als die interne Verzögerungszeil t„ des Transponders mil
Rücksicht auf die geforderte Genauigkeit gewählt werden kann.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert; in den Figuren ist als Blockschaltbild
schematisch dargestellt:
F i g. 1 ein TACAN-Transponder mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen,
Fig. 2 Schaltungsmaßnahmcn für die Anordnungen
gemäß der Erfindung.
Bekannte Baugruppen, die für das Verständnis des Prinzips der Erfindung nicht notwendig sind, insbesondere
das Antennensystem zur Erzeugung des rotierenden Strahlungsdiagramms und die Schaltungen zur
Erzeugung des Kennungssignals. sind in den Figuren nicht dargestellt.
Die von der Sende-Empfangs-Antenne 1 aufgenommenen Signale werden über Leitungen 2 und 2a einem
Empfänger 3 zugeführt. Die videofrequenten Impulse, insbesondere die Abfragepaare, werden über eine
Leitung 4 einer Impulsformerschaltung 5 eingegeben Ihr Ausgangssignal wird über eine Leitung 6 einem
Eingang einer UND-Schaltung 7 eingegeben, die auch einen Sperreingang 8 hat. Das Ausgangssignal der
UND-Schaltung 7 wird einem Decoder 10 für die Abfragepulspaare zugeführt, dessen Ausgang über
Leitungen 11 und Wa mit dem Eingang eines monostabilen Multivibrators 12 verbunden ist, dessen
Ausgang wiederum mittels einer Leitung 13 an den Sperreingang8 der UND-Schaltung 7 gelegt wird.
Der Ausgang des Decoders 10 wird mittels der Leitung It auch mit dem Eingang eines Verzögerungsgliedes 14 verbunden, dessen Ausgang wiederum über
eine Leitung 15 zum einen Eingang einer ODER-Schaltung 16 geführt ist. Der Ausgang der ODER-Schaltung
16 ist mittels einer Leitung 17 mit dem Eingang eines Coders 18 für die Antwortpulspaare verbunden, der
beispielsweise ein Schieberegister sein kann.
Ein Rauschgenerator 19 gibt über eine Leitung 20 Impulse an einen Eingang einer UND-Schaltung 21, die
auch zwei Sperreingänge 22 und 23 hat.
Der Ausgang der UND-Schaltung 21 wird über eine Leitung 24 mit dem zweiten Eingang der ODER-Schaltung
16 verbunden. Der Ausgang der ODER-Schaltung 16 ist auch über eine Leitung 17a mit einem
Impulszähler 25 verbunden, der über eine im Geräteteil 26 zusammengefaßte Steuerautomatik bewirkt, daß die
Anzahl der im Rauschgenerator 19 erzeugten Impulse pro Sekunde immer den erforderlichen Wert hat
Der Ausgang der ODER-Schaltung 16 ist auch über eine Leitung 17can den Steuereingang eines monostabilen
Multivibrators 27 geführt, dessen Ausgang mit dem Sperreingang 22 der UND-Schaltung 21 verbunden ist
Der Ausgang des Decoders 10 ist auch über eine Leitung 116 mit dem Steuereingang eines monostabilen
Multivibrators 28 verbunden, dessen Ausgang an den Sperreingang 23 der UND-Schaltung 21 geführt wird.
Der Ausgang der ODER-Schaltung 16 ist weiterhin über eine Leitung 176 mit dem einen Eingang einer
ODER-Schaltung 30 verbunden; über diesen Weg gelangt der erste Impuls eines Antwort- oder Füllpulspaares
an die ODER-Schaltung 30; der zweite Impuls eines Antwort- oder Füllpulspaares, der aus dem Coder
18 kommt, wird über eine Leitung 29 dem anderen Eingang der ODER-Schaltung 30 eingegeben. Das
ZO jjy 4Ü4
Ausgangssignal der ODER-Schaltung 30 wird mittels einer Leitung 31 einer Geräteeinheit 32 zugeführt, in der
Impulsformer sowie Modulations- und Sendcrschaltungen für die Antwort- oder Füllpulspaare inbegriffen
sind. Das Hochfrequenzsignal, das die Pulspaare als Modulation enthält, erreicht über Leitungen 26 und 2 die
Antenne 1.
Oer Ausgang der ODER-Schaltung 16 ist auch über
eine Leitung \7d mit dem Steuereingang eines monostabilen Multivibrators 33 verbunden, dessen
Ausgangssignal über eine Leitung 34 dem Sperreingang 35 des Empfanges 3 zugeführt wird.
Alle in der Schaltung verwendeten Bauteile sind bekannt, und es sind viele Ausführungsformen davon im
Handel erhältlich. Der Fachmann erkennt in der Schallung in großen Zügen sofort die Entfernungsmeßeinrichtung
eines TACA N-Transponders.
Die neuen Bauteile zur Verwirklichung der Arbeitsweise nach der Erfindung sind in der Schaltung gemäfl
Fig. I auch enthalten. Das sind insbesondere der monostabile Multivibrator 28 und die UND-Schaltung
21; die wirksamste neue Maßnahme besteht darin, daß die Ausgangsimpulse des Rauschgenerators 19 über die
Leitung 20, UND-Schaltung 21, Leitung 24, ODER-Schaltung 16 und Leitung 17 direkt an den Hingang des
Coders 18 geführt werden, so daß diese Rauschimpulse nicht das Verzögerungsglied 14 durchlaufen müssen.
Ein weiteres Merkmal ist die Einfügung des monostabilen Multivibrators 33.
Es folgt nun die Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltung der Fig. 1 unter besonderer Berücksichtigung
der Wirkung der neu eingefügten Bauteile auf den Arbeitsablauf.
Ein von der Antenne 1 empfangenes Hochfrequenzsigna], das ein Abfragepulspaar mit einem Abstand t, der
Einzelimpulse, beispielsweise 12μ5, enthält, erreicht
über die Leitungen 2 und 2a den Empfänger 3 zu einer Zeit, in der dieser nicht durch ein Signal am
Sperreingang 35 gesperrt ist.
Das demodulierte Pulspaar wird nach Durchlaufen des Impulsformers 5 der UND-Schaltung 7 eingegeben
und erreicht — wenn diese durch ein Signal am Sperreingang 8 nicht gesperrt ist — den Decode. 10.
Wenn dieser ein Abfrageimpulspaar erkennt, erscheint an seinem Ausgang (Leitung 11) ein Impuls. Wenn die
Stufen vor dem Decoder, insbesondere die Zwischenfrequenzstufen des Empfängers 3 eine Zeitverzögerung Tr
einführen, so erscheint dieser decodierte Impuls nach der Zeit Tr nach Auftreten des zweiten Impulses des
Abfragepulspaares am Empfänger 3.
Dieser Impuls wird im Verzögerungsglied 14 um die Zeit to — T — ti verzögert. Die systemeigene Verzögerungszeit
im Transponder beim TACAN-System beträgt genau 50 μ5; Tist die Summe aller Verzögerungszeiten in der Geräteeinheit 32. In der Praxis beträgt T
zwei bis drei Mikrosekunden, und i» ist 12 us. Unter
diesen Umständen hat das Verzögerungsglied 14 eine Verzögerungszeit von 35 bis 36 Mikrosekunden. Der im
Verzögerungsglied 14 verzögerte Impuls gelangt über die Leitung 15 zur ODER-Schaltung 16 und dann
einerseits über die Leitung 17 in den Coder 18, andererseits über die Leitung 17fe zum einen Eingang
der ODER-Schaltung 30.
Der Ausgangsimpuls des Coders 18 erreicht über die Leitung 29 den anderen Eingang der ODER-Schaltung
30. Die beiden durch das Zeitintervall f, getrennten
Impulse an den Eingängen bzw. auch am Ausgang der ODER-Schaltung 30 sind das Antwortpulspaar auf die
Abfrage, das nach entsprechender Weiterverarbeitung in der Geräteeinheit 32 von der Antenne 1 ausgestrahlt
wird.
Sobald der Decoder 10 ein Abfrageptilspaar erkannt
hat, wird die UND-Schaltung 7 durch Anliegen eines Signals an ihrem Sperreingang 8, das aus dem
jjionostabilen Multivibrator 12 kommt, gesperrt. Die
"Dauer der Sperrung ist durch die Auslegung des monostabilen Multivibrators 12 bestimmt; sie ist
mindestens so lang wie die Totzeit t„„ d.h. wie das
minimal zulässige Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgend ausgesendeten Antwortpulspaaren; bei dem
beschriebenen Beispiel beträgt t,„ = 35 μδ.
Wenn ein weiteres Abfragepulspaar vom Empfänger 3 während der Sperrzeit aufgenommen werden sollte, so
erreicht es den Decoder 10 nicht.
Sowie der Decoder 10 das erste Abfragepulspaar erkannt hat, wird die UND-Schaltung 21 durch Anliegen
eines Signals an ihrem Sperrcingang 23 gesperrt. Das
Sperrsignal wird vom Multivibrator 28 erzeugt, der vom Ausgangssignal des Decoders 10 gesteuert wird. Die
Sperrdauer ist durch die Auslegung des monostabilen Multivibrators28bestimmt;sie beträgt t„ - T— f/,d.h.,
sie ist gleich der Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 14.
Das Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes 14 triggert über die ODER-Schaltung 16 und Leitung 17c
den monostabilen Multivibrator 27, dessen Ausgangssignal dem Sperreingang 22 der UND-Schaltung 21
eingegeben wird. Die Sperrdauer hängt von der Auslegung des monostabilen Multivibrators 27 ab; sie ist
gleich t„, und beträgt für das gewählte Beispiel 35 μ*.
Man ersieht also, daß nach Erkennung eines Abfragepulspaares im Decoder 10 Impulse des Rauschgenerators
19 den Coder 18 für eine Zeit
In + In, - Γ - ti
nicht mehr erreichen können, d. h. für 70 μβ im
angenommenen Beispiel. Die Erzeugung eines Anlwonpulspaares auf eine erkannte Abfrage wird also durch
die Rauschimpulse nicht mehr beeinflußt. Wenn es nicht notwendig ist, den Empfänger für die Zeit der
Aussendung der Antwortpulspaare zu sperren, so ist die Antwortrate des Transponders bei wenigen Abfragen
pro Sekunde nahezu 100%.
Man ersieht auch, daß zu den Zeiten, in denen keine Antwortpulspaare aufbereitet werden, in der üblichen
Weise Füllpulspaare ausgesendet werden.
In manchen Fällen ist es aber auch nötig, den Empfänger während der Dauer der Aussendung von
Pulspaaren zu schützen, d. h. zu sperren. Dazu wird vom Ausgangssignal der ODER-Schaltung 16 der monostabile
Multivibrator 33 getriggert, dessen Ausgangssignal dem Sperreingang 35 als Sperrsignal zugeführt wird.
Die durch die Auslegung des monostabilen Multivibrators 33 bestimmte Länge des Ausgangsimpulses bzw. die
Sperrzeitdes Empfängers 3 beträgt I1- + 2td, wobei /rfdie
Länge eines Impulses der Pulspaare bedeutet In diesem Beispiel beträgt f, + 2rrf = 19 us.
Die Antwortrate für eine Impulswiederholungsfrequenz
von 10 000 Hz ist daher 84%, während bei bekannten Systemen mit einer Totzeit tm = 35 μ5 die
Antwortrate höchstens 74% beträgt
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für das Verzögerungsglied i4 und den Coder 18 ist in F i g. 2
gezeigt
Bauteile der Fig. 1, die zum Verständnis der
809 631/70
L\J
folgenden Beschreibung nicht notwendig sind, enthält F i g. 2 nicht; diejenigen Bauteile, die ohne Änderung der
Struktur in die Fi g. 2 übernommen worden sind, haben die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. I. Neue Bauteile,
die das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 charakteri- ,
sieren, sind in Fig.2 in dem strichpunktiert gezeichneten Rechteck 36 enthJten.
Der auf Grund einer erkannten Abfrage am Ausgang des Decoders 10 erscheinende Impuls wird dem
Triggereingang eines monostabilen Multivibrators 37 ι» zugeführt, der so genau eingestellt werden kann, daß
sein Ausgangsimpuls zwischen 0 und I μβ variabel ist;
das ermöglicht, die interne Verzögerungszeit des Transponders auf den erforderlichen Wert In (50 μϋ)
genau einzustellen. Der Ausgang des monostabilen r, Multivibrators 37 wird mittels einer Leitung 38 mit dem
Setzeingang ei einer Flip-Flop-Stufe 39 verbunden. Ihr
Signalausgang 5| wird mit einem Eingang einer UND-Schaltung 40 verbunden; der zweite Eingang der
UND-ScnaiLuiig 40 isi miüci» ciiiei Leitung 42 mit dem jii
Ausgang eines Taktgenerators 41 verbunden, der beispielsweise eine Frequenz 20MHz erzeugt. Das
Ausgangssignal der UND-Schaltung 40 wird einem ersten Frequenzteiler 43, in dem die Taktfrequenz des
Taktgenerators 41 entsprechend heruntergeteilt wird. _>-, um ein Zeitbezugssignal mit beispielsweise 1 us zu
schaffen, eingegeben. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 43 wird über eine Leitung 44 den
Takteingängen H eines ersten Schieberegisters 45 eingegeben. Sein Signaleingang E ist mittels einer m
Leitung 38a mit dem Ausgang des monostabilen Multivibrators 37 verbunden. Das Schieberegister 45
hat ρ Stufen, von denen jede zwar ihren eigenen Ausgang hat, jedoch nur die Ausgänge S3 und S6 benutzt
werden. Der Verzögerung zwischen dem Impuls am r, Signaleingang E und am Ausgang St, muß t„ - T
betragen, d. h. etwas kleiner als 50 ^s sein. Da die
einzelnen Schritte 1 \is andauern, so muß die Anzahl ρ
der Stufen etwas kleiner als 50 sein. Die Bestimmung der Anzahl ρ der Stufen wird später noch erörtert.
Der Ausgang S3 des Schieberegisters 45 entspricht
einer Verzögerung von t„ - T - r» d. h. etwa 35 bis
36 μ5.
Das Ausgangssignal des Taktgenerators 41 wird über eine Leitung 42a einem zweiten Frequenzteiler 46 4-,
eingegeben, der die Frequenz des Taktgenerators 41 so teilt, daß eine Zeitbasis von 1 μ5 entsteht. Das
Ausgangssignal des Frequenzteilers 46 wird über eine Leitung 47 den Takteingängen H' eines zweiten
Schieberegisters 48 eingegeben. Der Signaleingang E' ,0 des Schieberegisters 48 wird mittels der Leitung 24 (s. a.
Fig. 1) mit dem Ausgang der UND-Schaltung 21 verbunden, deren Funktion schon im Zusammenhang
mit F i g. 1 beschrieben worden ist
Das Schieberegister 48 hat q Stufen; jede Stufe hat einen Ausgang, es werden jedoch nur der Ausgang S3'
der ersten und Sb' der letzten Stufe verwendet. Die
Verzögerungszeit zwischen den Impulsen am Ausgang S3 und Sb muß f» also 12 us sein; die Anzahl der Stufen
muß also 13 betragen. b0
Das Signal am Ausgang Sb' wird über eine Leitung 49
dem Rückstelleingang es der Flip-Flop-Stufe 39 zugeführt
Die Signale an den Ausgängen Sb und Sb' werden
über Leitungen 49a bzw. 50 den Eingängen einer ODER-Schaltung 51 zugeführt
Die Signale an den Ausgängen S3 des Schieberegisters 45 und Sb des Schieberegisters 48 werden übe? die
Leitung 15 und eine Leitung 52 den Eingängen der
IO
bereits in Fig. 1 erwähnten ODER-Schaltung 16 zugeführt.
Schließlich werden die Ausgangssignale der ODER-Schaltungen 51 und 16 (s.a. Fig. I) den Eingängen der
ODER-Schaltung 30 (s. Fig. 1) eingegeben, an deren Ausgang die Antwortpulspaare oder die Füllpulspaare
anstehen.
Es wird nun die Arbeitsweise der Schaltung der Fig. 2beschrieben.
Es sei angenommen, daß vor Erscheinen eines Signals am Ausgang des Decoders 10 die Flip-Flop-Stufe 39 am
Signalausgang Si ein Signal »0« ansteht: dann ist die UND-Schaltung 40 undurchgängig, und es können keine
Taktimpulse des Taktgenerators 41 in das Schieberegister 45 gelangen.
Die aus dem Frequenzteiler 46 kommenden Taktimpulse können aber in das Schieberegister 48 gelangen.
Wenn die UND-Schaltung 21 nicht gesperrt ist, können
die Impulse des Rauschgenerators 19 zum Signaleingaug c'des SeiiiebeiegiMcis 48 gelangen uuu sieh darin
mit dem Takt weiterbewegen. An den Ausgängen S/ und Si,' stehen dann Impulse mit einem Abstand von
12 ps an, die ein Füllpulspaar bilden.
Sobald nun ein Abfragepulspaar erkannt worden ist, steht am Ausgang des Decoders 10 ein Impuls an, der
die UND-Schaltung 21 für eine Zeit fo- T- t,, d. i.35 bis
36 μ5, sperrt. Der im monostabilen Multivibrator 37 um
die Zeit Null bis 1 μβ verzögerte Impuls »setzt« den
Multivibrator 39, so daß an seinem Signalausgang s, ein Signal »1« erscheint, das die UND-Schaltung 40
unabhängig macht, so daß die Taktimpulse (Taktgenerator 41) zum Frequenzteiler 43 und dann an die
Takteingänge H des Schieberegisters 45 gelangen können. Der decodierte Impuls gelangt über die Leitung
38a auch an den Signaleingang E des Schieberegisters 45.
Der Zeitunterschied zwischen der Ankunft des ersten Taktimpulses und des decodierten Signalimpulses (an E)
beträgt mindestens einen Schritt des Taktgenerators 41, in dem gewählten Bereich aiso 0,05 ps.
Der Impuls bewegt sich durch das Schieberegister 45 mit dem Takt an den Takteingängen H; er erreirV den
Ausgang Sa nach einer Zeit t„- T~ t,, d. h. nach 35 bis
36 μ5 und den Ausgang Sf, nach einer Zeit r„ - T d. h.
nach 47 bis 48 μβ.
Die beiden mit einem Zeitunterschied von 12 us an den Ausgängen S1 und Sb auftretenden Impulse werden
über die ODER-Schaltungen 16 und 51 in der ODER-Schaltung 30 vereinigt, deren Ausgangssignal
das Antwortpulspaar auf eine Abfrage darstellt.
Der am Ausgang Sb auftretende Impuls stellt auch die
Flip-Flop-Stufe 39 zurück (Leitung 49, Rückstelleingang C2), so daß an ihrem Signalausgang S1 nunmehr wieder
ein Signal »0« ansteht Die UND-Schaltung 40 wird wieder undurchgängig, bis bei einem weiteren decodierten
Impuls sich der Arbeitsablauf wiederholt
Hier wären noch über den monostabilen Multivibrator einige Ausführungen zu machen. Bei der quantenhaften
Arbeitsweise eines Schieberegisters ist es unmöglich, eine Zeitverzögerung zu erhalten, die nicht ein
ganzes Vielfaches eines Schrittes ist, im hier vorliegenden
Falle also einer Mikrosekunde. Es ist deshalb notwendig, eine Ausgleichseinrichtung vorzusehen, die
zu einem ganzen Vielfachen einer Mikrosekunde eine Verzögerung T zwischen Null und einer Mikrosekumie
hinzufügt Diese Aufgabe wird vom monostabilen Multivibrator 37 erfüllt
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Transponder mit hohem Antwortwirkungsgrad
mit einem Empfänger zur Aufnahme der Entfer- r> nungs-Abfragepulspaare, einem dem Empfänger
nachgeschalteten Decoder zur Erkennung der Abfragepulspaare, einem Verzögerungsglied, das
dem decodierten Impuls des erkannten Abfragepulspaares eine bestimmte Zeitverzögerung erteilt, ι ο
einem vom decodierten Impuls gesteuerten Coder zur Codierung der Antwortpulspaare, deren Einzelimpulse
einen dem System eigenen Abstand voneinander haben, und einem Sender zur Ausstrahlung
der Antwortpulspaare als Modulation einer ι--, Trägerwelle, ferner mit einem Rauschgenerator,
dessen Impulse bei Fehlern von Abfragepulspaaren anstatt dieser dem Coder zur Erzeugung von
Füllpulspaaren eingegeben werden, bei dem weiterhin die Gesamtzahl der pro Sekunde ausgesendeten _>o
Pulspaare (/jitwort- plus Füllpulspaare) auf einen
vorgegebenen Wert begrenzt ist und bei dem eine vorgegebene Totzeit zwischen der Aussendung
zweier aufeinanderfolgender Pulspaare organisationsmäßig vorgesehen ist, dadurch gekenn- r,
zeichnet, daß die Impulse des Rauschgenerators
(19) über eine UND-Schaltung (21) und eine ODER-Schaltung (16) direkt dem Coder (18) für die
Antwortpulspaare eingegeben werden und daß durch Sperrung (Sperreingang 23) dieser UND- «ι
Schaltung (21) für eine festgelegte Zeit (t„-T-t,)
nach Empfan? eines Abfragepulspaares mittels eines Signals entsprechender Länge eines vom decodierten
Impuls (Decoder SO) gesteuerten monostabilen Multivibrators (28) der l)u/chgang von Rauschim- r,
pulsen in den Coder(18) verhind>-/t wird.
2. Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die UND-Schaltung (21) für den
Durchgang der Rauschimpulse (Rauschgenerator 19) zusätzlich durch das Ausgangssignal eines -to
weiteren monostabilen Multivibrators (27), der vom decodierten, aber bereits verzögerten (Verzögerungsglied
14; to-T-ti) Impuls (Ausgang ODER-Schaltung
16) gesteuert wird, für die Dauer der Totzeit (tm)gesperrt wird (Sperreingang 22). ^1
3. Transponder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom decodierten, bereits
verzögerten Impuls (Verzögerungsglied 14; Ausgang ODER-Schaltung 16) bzw. bei Fehlen von
Entfernungsabfragepulspaaren von einem Rausch- ,o impuls ein dritter monostabiler Multivibrator (33)
gesteuert wird, dessen entsprechend langer Ausgangsimpuls dem Empfänger (3) als Sperrsignal
(Sperrp'.igang- 35) eingegeben wird, um diesen
mindestens für die Zeit (ti + 2U) der Aussendung y,
eines Antwort- oder Füllpulspaares zu sperren (ti = Abstand der Einzelimpulse eines Pulspaares;
1,1= Dauer eines Einzelimpulses).
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