DE2149545A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Hochfrequenz-Mischung und Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DR. MOLLER-BORß . DR. MANITZ ■ DR. DEUFEL UM. MU LLEH-BUHE · DH. MANITZ ■ DR. DEUFEL ■» _Λ

DIPL-INQ. FINSTERWALD ■ DIPL-ING. GRÄMKOW L 1 f) Q

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STR. 1 ¹VU^

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STa 1 TELEFON 225110

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Verfahren und Vorrichtung zur Hochfrequenz-Mischung und Anwendung des Verfahrens.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hochfrequenz-Mischung und eine Anwendung des Verfahrens.

Es ist bekannt, zur Gewinnung von Doppler-Signalen ein Empfangssignal, herrührend von der Reflexion eines Sendesignals an einem bewegten Objekt, mit einem Teil eines Oszillatorsignals von dem auch das Sendesignal abgezweigt ist, zu mischen.

In einer bekannten Doppler-Radar-Geschwindigkeitsmesseinrichtung wird die durch die Relativbewegung eines Reflexionsobjektes, beispielsweise eines Fahrzeuges, zur Doppler-Radar-Geschwindigkeitsmesseinrichtung erzeugte Doppler-Frequenz f_D, durch die Mischung des sich aus der Reflexion-ergebenden Empfangssignales mit der Frequenz f = f_Q + f_D mit einem Teil des Sendersignals mit der Frequenz f„ ermittelt. Die Dopplerfrequenz f^ ist hierbei proportional zur Radialgeschwindigkeit des Reflexionsobjektes relativ zur Sendeantenne der Doppler-Radar-Geschwindickeitsmesüeinrichtung. Bei der üblicher-

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weise angewandten Mischung geht das Vorzeichen der Dopplerfrequenz verloren und es ist deshalb nicht möglich, zwischen sich nähernden und sich entfernenden Reflexionsobjekten zu unterscheiden.

Bei Verwendung eines Zweifachmischkopfes und bei Einhaltung einer vorgegebenen Phasendifferenz oC zwischen den zur Mischung gelangenden Komponenten einen Empfangcsigrials bzw. zwischen den zur Mischung dienenden Komponenten eines Bezugssignales, weisen auch die bei der Mischung sich ergebenden Signale mit der Differenzfrequenz zwischen Empfangssignal und Bezugssignal dieselbe Phasendifferenz c^_ gegeneinander auf. Das Vorzeichen dieser Phasendifferenz wird hierbei durch den radialen Richtungssinn der Relativbewegung bestimmt.

Die Auswertung der Reflexionssignale vereinfacht sich, wenn ό£ = 90 gewählt wird. Solche Beispiele sind be— ) kannt, vergl. beispielsweise H.P. Kalmus, Direction sensitive Doppler Device, Proc. IRE, Vol. 43, p. 698 700, June 1955; G. Hormann, Die Radar-Verkehrssonde RVS-I, Telefunken-Zeitung, Jg. 39(1966)H. 2, S. 175-186 und S.H. Logue, Mesuring Rate-of-Climb by Doppler Radar, Electronic Industries and Tele-Tech, Jg. 1956 Oct., p. 74 - 75, 146 - 149.

In Vorrichtungen die in den vorstehend erwähnten Publikationen beschrieben sind, wird eine kombinierte Sende/

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Empfangsantenne benutzt. Zur Erzielung der gewünschten 9O₁-Phasenverschiebung werden unterschiedliche Methoden benützt. Gemeinsam ist jedoch diesen Methoden, dass die Phasenverschiebung der Empfangs— und/oder Bezugssignale durch Laufzeitunterschiede der Empfangs- und/oder Bezugssignale erzeugt werden. Diese sind aber in einem gegebenen Wellenleitersystem frequenzabhängig. Eine bestimmte Anordnung erfüllt daher die Bedingung der 90 Phasenverschiebung nur in einen sehr schmalen Frequenzbereich. Es ist auch schwierig, die für den einwandfreien Betrieb einer solchen Mischeinrichtung optimalen Amplituden- und Phasenbedingungen einzustellen, wie dies beispielsweise beim Ersatz eines Senders (z.B. Klystron) oder bei erforderlichen Frequenzänderungen notwendig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen zur breitbandigen Mischung hochfrequenter Signale. Das Verfahren soll sich insbesondere für die Anwendung bei der Doppler-Radar-Geschwindigkeitsmessung zur Ausscheidung von unerwünschten Dopplersignale», herrührend von Reflexionsobjekten mit zu den zu vermessenden Fahrzeugen entgegengesetzter Bewegungsrichtung eignen.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hochfrequenzmischung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daos eine

.,ersten,/ erste Komponente eines Empfangssignals mit einer"Komponente eines Bezugssignals und eine zweite Komponente des Empfangssignals mit einer zweiten Komponente des Bezugssignals gemischt wird, wobei zwischen der ersten und der zweiten Komponente des Empfangssignals und/oder der ersten und der zweiten Komponente des Bezugssignals in einem gegebenen Frequenzbereich eine wenigstens annähernd frequenzunabhängige Phasendifferenz besteht.

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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens, welche gekennzeichnet ist durch ein mit einem Zweifachmischkopf abgeschlossenes Wellenleitersystem das mit einem ersten Koppler einerseits an einen Oszillator und anderseits an eine Antenne angeschlossen ist; wobei ein von der Antenne kommendes Empfangssignal im Zweifachmischkopf in eine erste und in eine zweite Komponente mit vorgegebener Phasenbeziehung zwischen den beiden genannten Komponenten des Empfangssignals aufgeteilt wird; wobei ausserdem wenigstens ein Teil eines Oszillatorsignals über den ersten Koppler an ein im Wellenleitersystem enthaltenes Reflexionsglied geführt wird und der am Reflexionsglied reflektierte Teil des Oszillatorsignals als Bezugssignal in einem zweiten Koppler des V/ellenleitersystems in eine erste und in eine zweite Komponente des Bezugssignals aufgeteilt wird und diese beiden Komponenten des Bezugssignals über das Wellenleitersystem dem Zweifachmischkopf derart zugeführt werden, dass zwischen den beiden Komponenten des Bezugssignals im Zweifachmischkopf eine vorgegebene Phasenbeziehung besteht; wobei-die genannten vorgegebenen Phasenbeziehungen einerseits zwischen den beiden Komponenten des Empfangssignals und andererseits zwischen den beiden Komponenten des Bezugssignals im Mischkopf innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs wenigstens annähernd frequenzunabhängig sind.

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Die Erfindung betrifft ausserdera die Anwendung des genannten Verfahrens in einer Dopplerradar-Geschwindigkeitsmesseinrichtung zur vom Richtungssinn abhängigen Auswertung von Dopplersignalen.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeiapielen erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 das Prinzip der Mischung mit einem Zweifachmischkopf,

Fig. 2 einen Schmalwandkoppler,

Fig. 3 einen magischen-T-Koppler

Fig. 4 einen Anvendungsfall eines ^db-Kurzschlitz-Richtkopplers,

Fig. 5 Signal- und Phasenverhältnisse in einem Zweifachmischkopf,

Fig. 6 eine Auswerteschaltung für die Phasenlage von DopplerSignalen,

Fig. 7 ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 8 ein zweites Ausführungsbeispiel.

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Unter der Annahme, dass das Bezugssignal - d.h. das Hilfssignal, welches zur Mischung mit dem Empfangssignal dient - durch c £bs CJ₀ ύ und das Empfangs signal bei der ersten Diode D-. eines Zweifachmischkopfes durch Ej 6oj/icJ_o J^ty y<t' * ^r/y und das Empfangs signal bei der zweiten Diode D„ des Zweifachmischkopfes durch /:? coi/AüJ_o f cJ_ä J/ * p? — OC₁'' gegeben ist, entstehen bei der Mischung die nachfolgenden Ausgangssignale:

a) bei sich dem Radargerät näherndem Reflexionsobjekt: bei Diode D₁: £ * * £

bei Diode D₂: £2 = ^

b) bei sich vom Radargerät entfernenden Reflexionsobjekt bei Diode D₁: £_γ - E< Cos fcJj,t ~ </?)

bei Diode D₂: ^' = £' Ca CCo^ ύ - <f + *> J

wobei 6J_O = Kreisfrequenz des Sende- und Bezugssignals ^o ^ ^D ~ Kreisfrequenz des Empfangssignals bei sich

dem Radargerät nähernden Reflexionsobjekt - Kreisfrequenz des Empfangs signals bei sich

entfernendem Reflexionsobjekt = Kreisfrequenz des Dopplersignals.

Das Prinzip der Mischun^mit dem Zweifachmischkopf ist in Fig. 1 dargestellt. Die Phasenvor- bzw.—nacheilung des Ausgangssignals der zweiten Diode Dp gegenüber dem Ausgangssignal der ersten Diode D, des Zweifachmischkopfes gibt somit den Richtungssinn der Relativbewegung

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des Reflexionsobjektes zum Dopplerradargerät an. Es besteht somit eine feste Beziehung zwischen der Phasenlage der beiden Ausgangssignale des Zweifachmisehkopfes zum Richtungssinn der Bewegung des Reflexionsobjektes. Dreht man die Phasenlage des Bezugssignals des einen Mischkopfes um 180 , so ändert sich auch die Phasenbeziehung der beiden Ausgangssignale um 180 . Der singuläre Fall eines in gleichbleibendem Abstand vom Radargerät vorbeiziehenden Reflexionsobjektes bleibt unberücksichtigt, da dabei bekanntlich kein Dopplereffekt auftritt.

Anhand der Pig. 2 bis 5 werden zunächst einige typische Bauteile und anschliessend anhand der Fig. 7 ein erstes und anhand von Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem solche Bauteile verwendet sind, erläutert.

Die zur Erläuterung der Erfindung dienenden Ausführungsbeispiele sind in der Hohlleitertechnik ausgeführt. Aequivalente Lösungen sind selbstverständlich mit den äquivalenten Bauteilen und Anordnungen der Koaxialtechnik oder der Streifenleitertechnik realisierbar. Es wird demzufolge als Oberbegriff für alle diese äquivalenten Ausführungstechniken in dieser Schrift der Begriff Wellenleiter benützt.

Die in den Ausführungsbeispielen verwendeten Bauteile

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sind bekannt, vergleiche hierzu beispielsweise H.J. Riblet; The Short-Slot Hybrid Junction, Proc. IRE 40(1952) p. 180 184, sowie I. Lucas, Allgemeine Theorie des Kurzschlitz-Richtkopplers, Archiv der el. Uebertragung, 21(1967) Heft 7» S. 339 - 344; und A.F. Harvey; Microv;ave Engineering^ Academic Press, London 1963» PP- 115 - 119·

Beim 3db-Kurzschlitz-Richtkoppler (Fig. 2) wird ein in den Arm A eingespeistes Signal zu je einer Hälfte der Eingangsleistung auf die beiden Ausgangsarme B und C aufgeteilt. Dabei haben die beiden Ausgangssignale in gleichem Abstand vom Koppelsehlitz eine um 90 unterschiedliche Phasenlage.

Beim Schmalwandkoppler (engl. Sidewall-coupler) gemäss Fig. 2 eilt das Signal im Arm C dem Signal im Arm B um 90° in der Phase nach und das Signal im Arm B hat nach dem Durchlaufen des Richtkopplers eine um 45° nacheilende Phase verglichen mit einem Signal, das einen geraden Hohlleiter von gleichem Querschnitt und gleicher Länge durchlaufen hat.

Beim Breitwandkoppler (engl. Topwall-coupler) eilt das Signal im Arm C dem Signal im Arm B in der Phase um 90 vor und das Signal im Arm B hat nach dem Durchlaufen des Breitwandkopplers eine um 45 voreilende Phase verglichen mit einem Signal das einen geraden Hohlleiter von gleichem Querschnitt und gleicher Länge durchlaufen hat.

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Beim magiochen-T-Koppler (ver^l. FiG- 3) v/ird ein in den Arm a (II-Arm) eingespeistes Signal je zur Hälfte seiner Leistung auf seine beiden Arme b und c aufgeteilt, wobei beide Ausgangssignale phasengleich sind. Ein in den Arm d (Ε-Arm) eingespeistes Signal v.'ird je zur Hälfte seiner Leistung auf seine beiden Arme b und c aufgeteilt, wobei die beiden Ausgangesignale gegeneinander eine Phasendifferenz von 180 aufweisen.

Beim Jdb-Kurzschlitz-Richtkoppler in Fig. 4 wird ein Signal dem Koppler zur einen Hälfte E₀ Cos CJ₀T? durch ,den Arm A und zur anderen Hälfte E₀ cos&Joc dem Arm D zugeführt. Dieses Signal erreicht einerseits den Arm B in zwei Teilkompontenten, nämlich eine von A nach B (vergl. Fig. 4) laufende Teilkomponente £ * J~ 'COS/(JoT — / und eine von D nach B laufende

* ² * > Fo s , Sf)

Teilkomponente &, ^s C^SCVC Dieses Signal erreicht anderseits den Arm C ebenfalls in zwei Teilkomponenten, nämlich eine von A nach C laufende Teilkomponente g~ - 7=: · Cos (oJo t ~ _a / und

^ /Ζ
eine von D nach C laufende Teilkomponente

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Die jeAi'eils beiden Teilkomponenten des Signals setzen sich in jedem Arm B bzw. C, zu einer resultierenden

Komponente £' 'Cüs(uJ_o έ J zusammen. Die Phasenlage

der beiden resultierenden Komponenten ist somit die gleiche

Erfolgt die Einspeisung der beiden Signale gegenphasig, so entstehen an den beiden Ausgangsarmen B und C auch zwei gegenphasige Signale,

^ Bei diesen sowie bei den weiteren Ueberlegungen sind die laufzeitbedingten Phasendrehungen der Signale im Wellenleiter nicht berücksichtigt, da sie beim symmetrischen Aufbau des Systems vernachlässigt werden können.

Schaltet man gemäss Fig. 5 an die Arme B und G eines Schmalwandkopplers je einen Diodenhalter mit einer Diode D-, bzw. D_?, so entsteht ein Zweifachmischkopf.

Das Empfangssignal wird dem Zweifachmischkopf, vergl. Fig. 5» durch den Arm A zugeführt und gelangt zufolge des Koppelschlitzes zu je einer Hälfte als Komponente £ C0s/&o * ty J<£ * 9? / ^{an die} Diode D₁ und als Komponente £ COs/fcJotM. M+P-£/an die Diode D .

Die Phasenlage der beiden Empfangssignale unterscheidet sich an den beiden Mischdioden somit um 90°.

Das Bezugssignal, beispielsweise C-· cosfc<J₀ 6 *~ - J wird an den beiden Eingangsarmen A und D des Zweifachmischkopfes mit gleicher Amplitude und Phase eingespeist,

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somit sind auch die resultierenden Besu^Döi £ fos rJo £ an den beiden Mischdioden von gleicher Amplitude und Phase.

Die durch den Miochvorgang gewonnenen Doppleroignale sind somit an der Diode D₁ durch £~^ " £' &L (~ und an der Diode D„ durch^ = Ζ"'ώ«"^ /^"^ygg Diese Phasenverhältnisse. sind in Fig. 5 dargestellt.

Der Mischkopf gemäss Fig. 5 ist breitbandig, d.h. die geschilderten Phasenbeziehungen sind für Frequenzen aller Signale in einem breiten Band, beispielsweise von 9,4 GHz bis 10,8 GHz mit praktisch ausreichender Genauigkeit ohne jede Nachstimmung von Wellenleiterelementen erfüllt.

Die Auswertung der Phasenlage der durch Fig. 5 gewonnenen Doppler-Signale zur Bestimmung des radialen Richtungssinn des Reflexionsobjektes kann z.B. nach der in Fig. 6 gezeigten Schaltung erfolgen.

Die an den Dioden D-. und D aus der Mischung resultierenden Dopplersignale werden nach' Verstärkung und Begrenzung in den Verstärkern V₁ bzw. V_? den Eingängen K bzw. J eines J-K Flip-Flops F bekannter Bauart zugeleitet, wobei der Reset-Eingang R des Flip-Flops dem K-Eingangparallel geschaltet ist.

Das Ausgangssignal des Verstärkers V^ speist auch einen

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- 14 * 2149540

monostabilen Multivibrator M bekannter Bauart, dessen λ Ausgang mit dem Glock-Eingang des Flip-Flops F verbunden ist. Die abfallende Flanke eines im I-iultivibrator M erzeugten Impulses erreicht den Clock-Eingang des Flip-Flops F unmittelbar nach dem Eintreffen der positiven Flanke eines Dopplersignals am K-Eingang.

Beim abfliessenden Verkehr (-*<Vj J ist das Dopplersignal der Diode D_? und damit das Ausgangssignal a des Verstärkers Vp gegenüber demjenigen der Diode D,, und damit des Verstärkers V-., um 90 voreilend. Wenn der Flip-Flop E durch ein Clock-Signal getriggert wird, sind somit an allen drei Eingängen J» K und R des Flip-Flops positive Signale vorhanden imd am Ausgang Q des Flip-Flops F entsteht ein positives Ausgangssignal (vorausgesetzt^ dass das Signal am Ausgang Q vorher 0 war).

Dieses Ausgangssignal verschwindet wieder, wenn das Reset-Signal den Wert 0 durchlauft< Somit entsteht am Ausgang Q ein Rechtecksignal _t dessen Frequenz mit derjenigen des Doppler-Signals U>ereinstimmt,

Beim Gegenverkehr {+■ (J^ J ist das Dopplersignal der Diode Dp demjenigen der Diode D, um 90 nacheilend, somit ist das am Eingang J des Flip-Flops liegende Signal g bei der Ankunft eines Clock-Signals immer negativ und infolgedessen kann kein Ausgahgssignäl am Ausgang Q

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ORIGINAL FNSPECTED

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entstehen.

Die Figur 7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Zueifachmischkopf 1 der vorstehend beschriebenen Art. Das in der Fig. 7 dargestellte Wellenleitersystem dient der Aufteilung sowohl eines Oszillatorsignals Ej. O7£ 6J₀ ύ eines Oszillators 2, als auch eines Empfangs signals Bj Cosl(cJ_o _ ^j) J ύ ⁷^/^y von einer Sende/ Empfangsantenne 3jzur Erzeugung einerseits des Sendesignals und anderseits zur Erzeugung der für den Mischvorgang erforderlichen Komponenten des Bezugssignals und des Empfangssignals.

Der Oszillator 2 ist über ein Wellenleiterstuck (bspw. 90 -Bogen) 4 an einen Arm 5a eines Hybridkopplers 5 angeschlossen. Ueber ein weiteres Wellenleiters tuck (bspv. 90°-Bogen) 6 ist die Sende/Empfangsantenne 3 bekannter Art an einen weiteren Arm 5b des Hybridkopplers 5 angeschlossen. Ueber den Koppelschlitz 5c des Hybridkopplers teilt sich das Oszillat orsignal E/. 60S <J_Ö ~6 in ein Siindesignal j= ⁶^S (CJ₀ C -tj- / und ein Bezugssignal ~~~P Cosfcdn^ - —· / auf. Das Bezugssignal verlässt den Hybridkoppler 5 durch einen Arm 5d und läuft durch einen ersten Zweig 7 des Wellenleitersystems nach links zu einem zweiten Koppler 8. Dieser Koppler 8 ist im vorliegenden ersten AusfUhrungsbeispiel ebenfalls ein Hybridkoppler bekannter Art.

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$ _r /_ Jj' \ Das Bezugssignal -^r &>£ ( ^o L ^ / durchläuft diesen zweiten Koppler 8 von rechts nach links und es wird dabei in zwei Komponenten aufgeteilt. Die eine Komponente verlässt den zweiten Koppler 8 durch seinen Arm 8d und wird in einem, dem zweiten Koppler 8 nachgeschalteten reflexionsarmeη Leitungsabschluss 9 absorbiert. Die andere Komponente verlässt den zweiten Koppler 8 durch seinen Arm 8c und tritt in ein diesem Koppler nachgeschaltetes Reflexionsglied 10 ein.

Im Reflexionsglied 10 befindet sich ein Reflexionseinstellorgan 10a, beispielsweise eine in das Reflexionsglied 10 hineinreichende, einstellbare Schraube. Dom Reflexionsglied 10 ist ein reflexionsarmer Leitungsabschluss 11 nachgeschaltet, in welchem der von dem Reflexionsglied 10 nicht reflektierte Teil des Bezugssignals absorbiert wird.

Aus dem Reflexionsglied 10 tritt nach rechts ein reflektiertes Bezugssignal, welches mit 2 ^ Cc*S 6Jo1~ bezeichnet ist, in den Arm 8c des früher genannten Hybridkopplers 8 ein und wird in diesem in zwei Komponenten des Bezugssignals aufgeteilt.

*— / Die eine Komponente/«?'^ ' &>£ '^₀L -gÄes Bezugssignals

tritt beim Arm 8a nach rechts in den ersten Zweig 7

^relativen/ des Wellenleitersystems mit einer^Phasenlage von -45

r2' £# 'COS faJo C ~ ~$ /'

ein. Die andere Komponente r2' £# 'COS faJo C ~ ~$ /' des

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tritt beim Arm QcL nach rechts in den zweiten

,ro.'lativenj Zmcxq 12 des V/ellenleitersystems mit einerV'i'hasenlage

von - 1J55 ein. Am rechten Ende des ersten Zweiges 7

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- .... 2146545

und des zweiten Zweiges 12 des Wollenleitorsystems ist der früher beschriebene Zweifachmischkapf 1 angeschlossen.

Die aus dem Arm 8a des Hybridkopplers 8 nach rechts in den Zweig 7 des V/ellenleitersystems eintretende

¹ ■"""'- ' - ^relativej

Komponente des Bezugssignals weist dort eine '/Phasenlage von -45 auf. Beim Durchlauf des Hybridkopplers

' , ' yrelative

wird deren Phase um weitere -45 gedreht, sodass die ' Phasenlage am. rechten Ende des Zweiges 7 an der Stelle \S . -90° ist..

Beim Durchlaufen des jJdb-Hybridkopplers 5 wird auch die Leistung im Zweig 7 auf die Hälfte reduziert, so dass das Bezugssignal an der Stelle "15 durch S₀ -^S-^a «-'5 / gegeben ist.

Damit'das durch den Zweig 12 laufende Signal an der Stelle 14 dieselbe Phase und Amplitude auf we ist, muss beim Durchlaufen der Strecke von 8cL bis I4 die Leistung

" ι- /Λ

um die Hälfte reduziert und die Phase um +45 gedreht · Vierden. Ein solches Dämpfungs- und PhasendrehgXied 13 kann beispielsweise ein 3db-Breitviandkoppler sein, dessen Nebenarme mit je einem reflexionsarmen Leiterabschluss versehen sind. Nach dem Durchlaufen- eines sqlchen .Kopplers .ist das Besugssignal an der Stelle 14 .djLirch . C₀_· &: VqZ-J. J gegeben.

Xm'' Aiisfühfüngsbeispiel nadh Pig. 7 werden somit dem -^:-' ^Zweifachmischkopf 1 zwei •gleichp'häsige Komponente^ - - ■'

2 09a,1 7/1,2 7 5 ,

ORIGINAL INSPECTED

- 4Θ--

£_ö'CöSf^o^- — / des aus dem Ossillatorsignal gewonnenen Bezugssignals zugeführt.

Der von einem Reflexionsobjekt im Strahlbereich der Antenne 3 zurückgeworfene und von der Antenne 3 aufgenommene Teil des Sendesignals stellt das Empfangssignal /F^ tos/fv₀ -O^ )έ +γ?" dar. Ein Teil des Empfangssignals gelangt vom Arm 5b durch den Koppelschlitz 5c zum Arm 5e des Hybridkopplers 5 und damit in den Zweig 7 des l/ellenleiteisystems. An der Stelle 15 dieses Zweiges 7 tritt ein Empfangs signal j£l Ch: \'co₀ taJ* Jt^ p-' in den Ziieifaclimischkopf 1 ein. Auch das Empfangs signal wird im Zweifachmischkopf 1 in zwei Komponenten E₃ <**£», t^tt+f/ bzw. £ ifj i J*pf aufgeteilt. Die der Diode D^ zugeführte Komponente

weist die relative Phasenlage

0 auf, während die der Diode Dp zugeführte Komponente f₃ ·6<?ί/{ύύ₀ t CJj) Jt!V f*'-/'7'die relative Phasenlage -90° aufweist.

In den Dioden D, und D₂ wird somit je eine von zwei Komponenten eines durch Reflexion erhaltenen Empfangsßignals jfl · cn/fuf₀ -eJ^ J{ +p f und je eine von zwei Komponenten eines aus dem Oszillator signal zT^^os &lo * gewonnenen Bezugssignals 2£^ &>■* ^o^ gemischt, wobei zwischen den beiden Komponenten des Empfangssignals eine definierte Phasenverschiebung, nämlich 90° besteht und wobei die beiden Komponenten des Bezugssignals in der

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Phase übereinstimmen.

Es ist aber auch ausführbar, die beiden Komponenten des Empfangssignals dem Mischkopf gleichphasig zuzuführen, wobei dann die beiden Kompontenten des Bezugssignals gegeneinander phasenverschoben sein müssen. Schliesslich können auch sowohl die beiden Komponenten des Empfangssignals, als auch die beiden Komponenten des Bezugssignals jeweils gegeneinander um definierte Winkel phasenverschoben sein.

Es ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Phasen- und Amplitudenbezüiungen der im Zweifachmischkopf auftretenden Signale durch die Wahl der Bauteile des Wellenleitersystems und ihrer Anordnung bestimmt sind und nicht durch Laufzeitunterschiede im V/ellenleitersystem. Dadurch sind die für das erfindungsgemässe Verfahren geforderten Phasenbe-) Ziehungen in einem vorgegebenen Frequenzbereich frequenzunabhängig, beispielsweise von 9,4 bis 10,8 GHz.

Die aus den beiden Mischungen der genannten Signale an den Dioden D-. und Dp (vergl. Fig. 5) hervorgehenden beiden Dopplersignale £^ -L'<&S {- ty ^ ^ PJ bzw. fjx^'&jffo, '£ f </ ~~ J weisen nach dem früher Gesagten eine definierte Phasenlage gegeneinander auf. Hierbei ist die Phasenlage für ein Empfangssignal von einem sich dem Radargerät nähernden Reflexionsobjekt

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in definierter Weise unterschiedlich gegenüber der Phasenlage für ein Empfang signal von einem sich vom Radargerät entfernenden Reflexiorisobjekt.

Durch Berücksichtigung dieser Phasenlage der beiden Dopplersignale «T'Ätf -~^' ^/'"/' bzw. f'&Sί-^'έ ff?~i lässt sich somit der radiale Bewegungssinn des Reflexionsobjektes ermitteln bzw. auswerten.

Die Auswertung dieser Phasenlage zur Bestimmung des radialen Richtungssinnes des Reflexionsobjektes kann beispielsweise in der anhand von Fig. 6 beschriebenen Weise erfolgen.

Die anhand der Fig. 7 beschriebene Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass auf einfache Weise, nämlich ledig lich durch einstellen des Einstellorgans 10a im Reflexionsglied 10, der für die optimale Arbeitsweise des Zweifachmischkopfes günstigste Bezugssignalpegel eingestellt v/erden kann, _ wobei zwangsläufig die richtigen Phasenverhältnisse der zur Mischung gelangenden Signale bzw. Signalkomponenten sichergestellt sind. Es ist ausserdem besonders vorteilhaft, dass die optimalen Amplituden- und Phasenverhältnisse auch bei Aenderung der Frequenz des Oszillators 2 innerhalb eines verhältnism'issig breiten Bandes zufolge der durch den besonderen Aufbau der Vorrichtung erzwungenen Signalaufteilung und Phasenverhältnisse nicht nachteilig beein

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flusst werden.

Die Figur 8 zeigt ein zweites AusfUhrungebeispicl der Erfindung. Auch in diesem zweiten Ausx'ührungsbcicpiel wird ein Zweifachmischkopf der beschriebenen Art verwendet. Zur Bildung und Einspeisung eines aus der. Oszillatorsignal /, ccz cd_o £ stammenden Bezugssignals sowie zur Einspeisung eines Teils des Erapfangssignals t~ ίοψ&ΰ -^j* ' r j ist wieder ein Koppler 5> spielsweise ein Hybridkoppler vorgesehen.

Ig. 8)/ Der Pliasenv/inkel '/^ P^r~bezeiclTnec hierbei eine durch den Koppelschlifcz und durch Anpassungselernente be- . dingte charakteristische Phasendrehung des Kopplers.

Auch bei diesem zweiten Aiisfuhrungsbeispiel werden die Phasen- und Amplituderibeziehungen der Im Zweifachmischkopf auftretenden Signale durch die Auswahl und die Anordnung der verwendeten Wellenleiterbauteile bestimmt und nicht durch Laufzeitunterschiede im Wellenleitersystem.

Im Koppler 5 teilt sich das Oszillator signal ^ itPjaJoU in ein Sendeslgnal -|t Cözc^oZ -c/yind in ein Bezugssignal — ^vCoil&d τ "{-ζ /"//,ί-iuf. Das Bezugssignal verlässt den

h ^L d -

Koppler 5 durch einen Arm 5d und läuft durch einen ersten Zweig 7^:des Wellenleiteroystems nach links zu einem zweiten Koppler, welcher in diesem ζ v;e it en.--Ausführungsbeispiel ein gefalteter magischer-T-Koppler 8' bekannter

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Ai't ist. In diesem inagischen-T-Koppler 8' teilt sich das Bezugssignal in zwei gleiche Teile auf. Ein Teil

des Bczugssignals läuft zum Arm 8b und wird in einem nachgeschalteten reflexionsarmen Leitungsabschluss 9 bekannter Bauart absorbiert. Ein anderer Teil des Bezugssignals durchläuft den genannten inagischen-T-Koppler 8' und verlässt ihn durch den Arm 8c. Dieser Teil des Bezugssignals durchläuft ein dem magischen-T-Koppler 8' nachgeschaltetes Reflexionsglied 10. Im Reflexionsglied 10 befindet sich ein Reflexionseinstellorgan 10a, beispielsweise eine in das Reflexionsglied 10 hineinreichende, einstellbare Schraube. Dem Reflexionsglied 10 ist ein reflexionsarmer Leitungsabschluss 11 nachgeschaltet, in welchem der vom Reflexionsglied 10 nicht reflektierte Teil des Bezugssignals absorbiert wird.

Aus dem Reflexionsglied 10 tritt nach rechts ein reflektiertes Bezugssignal in den Arm 8c des magischen-T-Kopplers 8' ein und wird in diesem in zwei Komponenten des Bezugssignals aufgeteilt.

Die eine Komponente des Bezugssignals tritt beim Arm 8a nach rechts in den ersten Zweig 7 des Wellenleitersystems ein. Die andere Komponente des Bezugssignals tritt beim Arm 8d nach rechts in den zweiten Zweig 12 des Wellenleitersystems ein. Die beiden Komponenten sind phasen- und amplitudengleich und werden mit .

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₀ 6 ^£i-2^J bezeichnet. Am rechten Ende des ersten Zweiges 7 und des zweiten Zweites 12 des Wellenleitersystems ist der früher beschrietene Zv/eifachmischkopf 1 angeschlossen.

Beim Durchlauf des Hybridkopplers 5 wird die Phase der aus dem Arm 8a des magischen-T-Kopplera 8¹ nach rechts in den Zweig 7 des Wellenleitersystems eintretende Komponente des Bezugssignals um den Winkel-^ gedreht, so· dass die Phasenlage am rechten Ende des Zweiges 7 an

der Stelle 15 E "/ <f) ist.
{(/ J

Beim Durchlaufen des 3db-Hybridkopplers 5 wird auch die Leistung im Zweig 7 auf die Hälfte reduziert _f sodass das Bezugssignal an der Stelle 15 durch £ '^/ί/tf^/ +fj gegeben ist.

Damit das durch den Zweig 12 laufende Signal an der Stelle 14 dieselbe Phase und Amplitude aufweist, muss beim Durchlaufen der Strecke von 8d - 14 die Leistung tun die Hälfte reduziert und die Phase mn den Winkel - <J gedreht werden. Ein solches Dämpfungs- und Phasendrehglied 13 kann vorzugsweise ein 3db~Hybridkoppler gleicher Bauart wie der Koppler 5 sein, dessen Nebenarme 16 und 17 mit je einem reflexionsarmen Leiterabschluss versehen sind. Nach dem Durchlaufen eines solchen Kopplers ist das Bezugssignal an der Stelle ebenso durch/T > e&j/te έ -*~ * // gegeben.

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tr

Im Attsführungsbeispiel nach Fig. 8 verden somit dem Zweifaehmischkopf 1 zwei gleichphasige Komponenten £_Λ ' caS ■ΎίΛ) ή? ~- * J*J des aus dem Oszillator signal gewonnenen Bezugssignals zugeführt. Diese beiden Komponenten des Bezugssignals an den Dioden D, und Du können folglich mit ά^ έοϊ^έ bezeichnet werden.

Der von einem Reflexionsobjekt Im Strahlbereich der Antenne 3 zurückgeworfene und von der Antenne '5 aufgenommene Teil des Sendesignals stellt das Empfangssignal £1 frJ/Z&o ϊά^/£ "+β* dar. Ein Teil des Empfangssignals gelangt vom Arm 5b durch den Koppelschlitz 5c zum Arm 5e des Kopplers 5 und damit in den Zweig 7 des Y/ellenleitersystems. An der Stelle 15 dieses Zweiges 7 tritt ein Empfangs signal £j c'x>^ Jf(«Jo -^ / ^ */ y In den Zv/elfachmischkopf 1 ein, Das Empfangssignal wird im Zweifachmischkopf 1 in zwei Komponenten

aufgeteilt. Die der Diode D-. zugeführte Komponente /~ 4>\ '''(J* ^ft'J r- -j-V?s weist die relative Phasenlage 0 auf, während die der Diode D_? zugeführte Komponente

^ j^J die relative Phasenlage -90 aufweist. .

In den Dioden D. imd D„ v/ird somit je eine von zwei Komponenten eines durch Reflexions erhaltenen Empfangssignals jfl * Sr J Ji ^r- ^>} ₀ ~t"-'^ f? ^' ψ^ \/ und je eine von zv/ei Komponenten eines aus dem Oszillatorsignal

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£ϋ$ CO₀ £ - gewonnenen Bezugcsignala

gemischt, wobei zwischen den beiden

Komponenten des Enpfangssignals eine definierte Phasenverschiebung, nämlich -90 besteht und wobei die beiden Komponenten des Bezugssignals in der Phase und in der Amplitude übereinstimmen.

Die aus den beiden Mischlingen der genannten Sigrale an ilen Dioden D., und Dp hervorgehenden beiden Dopplersignale

£ -irtii - 6J/ £· "£"/■'/ bzw.
weisen nach dem früher Gesagten eine definierte Phasenlage gegeneinander auf. Hierbei ist die Phasenlage für ein Empfangssigml von Hinem sich dem Radargerät nähernden fteflexionsobjekt in definierter V/sise unterschiedlich ge genii be x* der Phasenlage für ein Empfangssignal von einem sich vom Radargerät entfernenden Reflexionsobjekt. Durch Berücksichtigung dieser Phasenlage der beiden Dopplersignale et 'c'os/-?*}* t. ^f^/ bzw. £·cir$/'j?SUa ^/^'~- _y lässt sich somit der radiale Bewegungssinn des Reflexionsobjektes ermitteln bzw. auswerten,

Die Auswertung dieser Phasenlage sur Bestimmung des radialen Richtungssinnen des Refloxionsobjektes kann beispielsv/eise nach der anhand von Fig. 6 bereits beschriebenen Methode erfolgen,

Bei Dopplerradar-Qasehwindigkeitsmesseinrlchtungen is t , es betriebsmassig von Zeit su Zeit erforderlich, den., .-■-.

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Oszillator, beispielsweise ein Klystron, auszuwechseln. Auch kann es vorkommen, dass das Oszillatorsignal auf
eine andere liennfrequenz eingestellt werden muss. Die
vorstehend beschriebene Erfindung weist nun den Vorteil auf, dass durch ein Einstellen des Rf flexionsorganes 10a im Reflexionsglied 10 sehr leicht die für optimalen Betrieb notwendigen Leistungsverhältnisse der Bezugssignale im Mischkopf eingestellt werden können, ohne dass sich durch diese Einstellung des Reflesionsorgans 10 eine
die ordnungsgemässe Funktion der Vorrichtung in Frage
stellende Veränderung der relativen Phasenlagen der
einzelnen Komponenten ergibt.

Es sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung möglich, beispielsweise kann der magische-T-Koppler 8*
durch einen 4,8 db Hybridkoppler ersetzt werden, wobei
dann im Y.'ellenleiterzweig 12 der Koppler 13 durch einen vorzugsweise breitbandigen Phasenschieber konventioneller Bauart ersetzt wird.

Es ist auch ausführbar, die beiden Komponenten des Empfangssignals dem Mischkopf gleichphasig zuzuführen, wobei dann die beiden Komponenten des Bezugssignals gegeneinander phasenverschoben sein müssen. Schliesslich können auch sowohl die beiden Komponenten des Empfangssignals, als auch die beiden Komponenten des Bezugssignals jeweils gegen-einander um definierte Winkel phasenverschoben sein.

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Claims (1)

1. rate η t a η s χ r ü c L

   M .J Verfahren zur hochfrequenzmischung, aadurch g ^e k ^{e n n}~ s e i c Ii η e t, äaß eine erste Komponente eines Empf angssigne.ls nit eirxer erster, komponente eines Bezugssignals und eine zvreite Komponente des Empfangssignals mit einer zweiten Komponente des Bezugssignals gemischt wird, wobei zwischen der ersten und der zweiten Komponente des Enpfangssignals und/oder der ersten und der zweiten Komponente des Bezugssignals in einem gegebenen Frequenzbereich eine wenigstens annäherrd frequenzunabhängig^·

   Z. Verfahren nach itnr^iiic.¹, 1, dadurch g e k e η η zeichnet, d&.i '-as Enpfangcsignal über einen ersten Koppler in ein. Wellenlcitersystem eingekoppelt wird.

   J. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Koppler ein liybridkoppler verwendet trird.

   M-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Komponenten des Empfangssignals in einem Koppler des Wellenleitersystems gebildet werden.

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   y. Verfahren naci: den Anspruchοη 1 und 4-, dadui'ch Z e Ic e η η s e i c Ii η e t, daß die zwei Komponenten des Empfangssignals in einem Schmalwandkoppler des Uellenleitersysteius gebildet werden.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η ii ζ e i c h η e t, daß zwni in einem Koppler des wellcnleitersysteriiß gebildete Komponenten des EmpfangssigiiaIs einem diesen V/ellerileibersystem nachgeschalbeten Zweifacumischkopf zugeführt v/erden.

   ·,. Verieiuren nacL uisprucn 1, cadurch g e k e η η - ζ e i c ti η e t, 'Ja3 wenigstens ein Teil eines Osaillatorcignals üuer e:i.nen "koppler in ein Wellenleitersysbem eingekoppelt wird.

   6. Verfahren nach ünsprucli Ί, dadurch g e k e η η zeichnet;, daß wenigstens ein Teil eines dem Wellenleitersystem zugeführten Oszillatorsignals einem Reflexionsglied zugeführt wird, -von welchem wenigstens ein Teil dieses Signals reflektiert wird.

   9. Verfahren nach den Ansprüchen Λ und G, dadurch gekennzeichnet , daß der reflektierte Teil des Oszillatorsignals in einem zweiten Koppler des Wellenleitersystems in zwei Komponenten eines Bezugssignals aufgeteilt wird.

   10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch g e k e η η. ζ e i c h η e t, daß ,die beiden Komponenten des Beaugssignals über zwei Zweige eines Wellenleitersystems einem Zweifachmischkopf zugeleitet v/erden, welchem Zweifachmischkopf 'auch zwei Komponenten eines Empfangssignals zugeführt v/erden.

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   11. Vex'fahren nach einem der vorhergehenden .^n dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß zwischen den beiden komponenten des linipfaiigssignals ein durch die Art des Wellenleibersysteur: und der verwendeten Koppler gegebene feste, wenigstens annähernd, von der Frequenz unabhängige Hiasenbeziehung besteht.

   12. Verfahren nach oinen der vorhergehenden Einsprüche, dadurch g e k e η η zeichnet, da£ zwischen den beiden komponenten des Bezugssignale eine durch die Art des Wellenlcitersystenis und die verwendeten Koppler gegebene feste, wenigstens annähernd von der i'requenz unabhängige tkaseribesiehung besteht.

   13. Vorrichtung zur DurchCütiiimr; des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein mit einen; ZweifachmischkoTjf (1) abgeschlossenes Wellenleitersystem das rait einem ersten Koppler (5) einerseits an einen Oszillator (2) und andererseits an eine Antenne (3) angeschlossen ist; wobei ein vonder Antenne komraendes Einpfangssignal C^z · ^cos Iy^₀ ~^j)-t'+f"3 (^E5 · cos . [(Q₀ - ft)_D) t + f~]ima in eine zweite Komponente (E^ . cos \(.ü)_o - ^_D) t + f- ¹^J nit vorgegebener Phasenbeziehung zwischen den beiden genannten Komponenten des Empfangr>signals aufgeteilt xd-rd; wobei außerdem, wenigstens ein l'eil eines Oszillatorsignals (S_z . cos .0) t) über den ersten Koppler an ein im Wellenleitersystem enthaltenes Reflexionsglied (10) geführt wird und der am Reflexionsglied" "-(-ΙΟ) reflektierte Teil des Oszillätorsignals als Bezugs-. · signal in einem zvreiten Koppler (&, b¹) des Wellenleitersystems in eine erste und in eine zweite Komponente

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   aes Bezugssignals aufgeteilt wird und diese beiden komponenten des Bezugssignals über das Wellenleitersystem deu Lweifachnischkopf derart zugeführt τ;erden, daß zwischen den beiden komponenten (Fig. Ί₅ 2 cosW t) des Bezugssignals im Sweifachniischliopi' (1) eine vorgegebene Ph?senbeEichung besteht; wobei die genann-■ ten vorgegebenen Phasenbeziehungen einerseits zwischen den beiden komponenten des Empfangssignals und andei'erseits zwischen den beiden komponenten des Bezugssignals iiu Zweifachmischkopf (1) innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches wenigstens annähernd frequenzunabhängig sind.

   14. Verrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durcji einen llybridkoppler als erster Koppler (5) des Wellenleitersysteus.

   15· Vorrichtung nach Anspruch 1J, gekennzeichnet durch einen dem ersten koppler (5) nachgeschalteten Schmalwandlcoppler (5).

   16. Vorrichtung nach den Ansprüchen I3 und 15, gekennzeichnet durch zwei Dioden (D., Dg) von denen

   Je eine je einem Arm (i'ig. 4-j B, G) des Schmalwandkopplers nachgeschaltet ist.

   17. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen als Hybridkoppler ausgebildeten ersten koppler (5) für die Ankopplung eines Oszillators (2) an das Wellenleitersystem.

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   19.

   1b. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten Koppler (^) und das Reflexionsglied (10) ein zweiter Koppler (8, 8') geschaltet ist.

   19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 18, ge k e η η-zeichnet durch einen Iiybridkoppler als zweiter Koppler (1'¹Ig. δ; ο).

   20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 1ü, gekennzeichnet durch einen magischen-ΐ-Koppler als zweiter Koppler (i'ig. 7j Ö¹)·

   21. Vorrichtung nach Einspruch 13 » g e k e η η ζ c i c h net durch einen dem Hcflexionsglied (10) nachgeschalteten reflexionsar;.:en Leitungsabschluß (11).

   22. Vorrichtung nach Anspruch 13» gekennzeichnet durch einen einem Arn: des streiten Kopplers naclige schalt et en reflc;:ion£crmen Leitungsabschluß (9).

   23. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenleitersystein zwei Zweige (7, 15; 12, 1A-) aufweist.

   24-, Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 23, dadurch gekennz eichnet, daß der erste Zweig (7» 15) einen Arm (8a) des zweiten Kopplers (8, fa') über den ersten Koppler (5) nit einen Arm (l^?ig. 4; D) des Zweifachmischkopfes verbindet.

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   25- Vorrichtung; nacli den .ansp rücken 15 und 25, dadarah _o R ;. f ii U ;i ι i G ^; net, daß der zweite five:'..,_, (12, 1Λ-* ώε v/^llenli-iti-irsyr/oor-s einen weiteren .».ri-(...d) ;.e.s 2A/e:Lteii lo^ltrs (~ , o¹) üb or ein χ/nasen-ε chi el) ende c Gliec. (1L¹) Liit cineiu ^i/eiton i^rrä (i'itj. 4; ^ c.o,e iji'oii'.'UjUt₁XiJCiJzOV':-"o& verbindet.

   '-?C. Vorx':"-c':fi;un^ riRcL den .fi.ncijruc-.ien 15 uud L-I-, j e 1. e η u i": -.- i c j j. u e t durch einen Kybricizop^-lor ale ^Lr. sens Crliod (1^) ii- aveiten üi-r«!^ des V/ellen-

   Ι·,-. V-Mrx-iohtuu^ nach &ineu oder i.ifihrere - der ^».nspriiche 15 bXTj c-'i>, ^j e k e η ii a e i c h n e t durch eir.e der.·. '£j\;u-i.Lfj.niu±sQ'iuzoi>£ dec V/ellenieitei'systeiiS na ent, e schal tete phasenselektive AuBV/ertc-scliRltung: (1'¹Xl;. 6).

   2c.·. ii.nv;onduri^ d;.-s Verfahrens nach einen oder mehrere der Vorhui^ehirnden ('aisj)riiche, in einer l)op;.?lerradar-Goscj .v/indiijkeitsueijeiiirichtun^ sux¹ vom Hichtungssiinn

   uii^ von üopplereignalen.

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   Leerseif.e