DE2039404C3 - Beim Fehlen von Abfragepulspaaren Fällpulspaare aussendender Transponder mit hohem Antwort-Wirkungsgrad - Google Patents

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 t_m 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 t_m 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 t_m = 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 t_o andauern. Bei den gebräuchlichen Systemen ist die Zeit t_o kürzer (50 \is) als die Totzeit t_m (60 μβ), so daß die Sperrung des Empfängers für die Zeit t_m 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 + Nt_n,).

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 t_m — 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 t_m\ 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 t_m sperrt, nachdem ein Abfragepulspaar erkannt worden ist; ein Verzögerungsglied (t_o — T — ti), das gestattet, die innere Verzögerung t_o 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 t_m 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:

r_m = 1/(1 + Nt_n,).

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 + nt_m),

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 t_o — 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

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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 t_o — 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

I_n + 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, + 2r_rf = 19 us.

Die Antwortrate für eine Impulswiederholungsfrequenz von 10 000 Hz ist daher 84%, während bei bekannten Systemen mit einer Totzeit t_m = 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 I_n (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 S_b' 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 S_b' wird über eine Leitung 49 dem Rückstelleingang es der Flip-Flop-Stufe 39 zugeführt Die Signale an den Ausgängen S_b 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 f_o- 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 S_a 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)

Patentansprüche:

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 (t_m)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).