DE2220551A1 - Signal-Wähleinrichtung für Basisband-Signale - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.. Ing. C Wallach Dipl. Ing. G. Koch Dr. T. Haibach

8 München 2

Kauflnnsrsir.8,Tel.24O275 , 26. April 1972

13 710 - Fk/fci

Sperry Rand Corporation, New York / USA

Signal-Wähleinriohtung für Basisband-Signale

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signal-Wähleinrichtung für Basisband-Signale und insbesondere auf Einrichtungen, für den Empfang, die selektive Torsteuerung und die Umwandlung der . Sohwingungsform von elektromagnetischen. Basisband« oder Subnanosekunden-Signalen. Derartig® Sign&i-W&hl-einrichtnsngexi können für den Empfang und die s-©l©fetlve Itsomteisig ■ «tarorfeiger Basisband-Signale für- die Ermm^ms 3?©a- St©ä©3?signslQa ©at« . sprechend dem Vorhandensein oder engerer- Oteraktepiefeltea derartiger Basisband-Signale verwendet werden« ι .

Im allgemeinen werden bekannte Signal-MMhleinriohtungen oder Torsteuersysterae bei der Torsteuerung von Dauerstrioh-Zwi* schenfrequenz- oder niederfrequent lmpulsfurmig getasteten Signal en mit einer Dauer verwendet, die in vielen Fällen eine Vielzahl von Perioden umfaßt· Bei bekannten Systemen weist das auszuwählende Impulssignal in vielen Fällen ursprünglich die Form eines impulsförralg getasteten hochfrequenten Trägers ignals auf, so daß komplizierte Signalempfangs-Verstär-

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kunge- und Frequenzkonverterschaltungen verwendet werden müssen« um das Signal vor dem Auswahl- oder Torsteuerungsschritt zu verarbeiten· Derartige Schaltungen sind belcannterweise kompliziert und wenig wirkungsvoll« sind empfindlich gegen viele Fehlermügllohkeiten und nüssen Bandbreiten aufweisen« die ausreichen« um impulsförraige Signale zu verarbeiten« wie z.B. impulsförmige Trägersignale« die von Gegenständen reflektiert werden« die durch einen Sender eines Systems zur Erfassung und Feststellung von Gegenständen angestrahlt werden* Weiterhin können derartige bekannte Signalempfänger- und WählsohaltungennLcht so ausgelegt werden« daß sie Signale auswählen oder torgesteuert weiterleiten« die lediglich durch sehr kurze Intervalle von anderen Signalen getrennt sind« wie z.B. Systera-Synchroniaierslgnale von der Art« die den Sendebetrieb bei Üblichen Systemen zur Feststellung und Erfassung von Gegenständen bewirkt« Aus diesem vmu anderen Gründen können übliche Empfänger und Signaltorsteuersysteme von derartigen Systemen zur Erfassung und Feststellung Gegenständen die Entfernung Von sehr nahen Gegenständen nicht messen. Weiterhin sind bekannte Wähl- oder Entfernungs-Torsteuersohaltungen nicht für die direkte Verarbeitung von kurzen Basisband- oder Subnanosekunden-Signalen geeignet.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Signal-Wähleinrichtung für Basisband-Signale umfaet breitbandige Übertragungsleitungstelle zur weitgehend verzerrungsfreien Weiterleitung elektromagnetischer Impulssignale in der. TEM-Übertragungsmode, Trans ist orelemente mit Basis-« Kollektor- und Emitterteilen« erste« auf die Übertragungsleitungsteile ansprechende Schaltelemente zur weltgehend verzerrungsfreien Zuführung von Impulssignalen an die Basisteile« zweite« mit den Kollektortellen verbundene Schaltungselemente zur Vorspannung der TransIstorelemente in die Nähe des Leitfähigkeitszustandes« dritte, mit den Emitter* teilen verbundene Schaltelemente zur Zuführung eines Torsteuer-

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signals zum überführen der Transietorelernente In den leitfähigen Zustand bei Vorhandensein von Impulssignalen, und Ausgangseinrichtungen, die mit den Kollektorteilen verbunden sind« um einen zeitlich ausgedehnten. Ausgangsimpuls zu liefern, der dem Impulssignal bei Vorhandensein des Torsteuersignale entspricht.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Form einer Wähleinrichtung für elektromagnetische Energieimpulse zum Empfang und zur selektiven Torsteuerung eines sehr kurzen elektromagnetIschen Basisband-Impulses oder von derartigen Impulsen und zur Zuführung eines in bezug auf die Energie verstärkten Ausgangs auf» der zur Betätigung einer Nutzausrüstung brauchbar ist« Die Wahleinrichtung verwendet eine Im wesentlichen dispersionsfreie, sehrbreitbmdige übertragungsleitung, die direkt mit einem vorgespannten Halbleiter-Tors teuer- oder Wählelement (das das Transistorelement bildet) zusammenarbeitet und das in der Übertragungeleitung angeordnet 1st, um die Gesamtenergie des einfallenden Ba band-Impulses zu erfassen. Eine mit der Torsteuer- oder Wähleinrichtung verbundene und mit dieser zusammenarbeitende Einrichtung liefert ein entsprechendes Ausgangssignal, das in Nutzschaltungen anwendbar ist und es ermöglicht, das System, zurückzustellen und es für den Empfang eines darauffolgenden kurzen BasisbandImpulses vorzubereiten. Da die Oesamtenergie des Basisband-Impulses momentan von der disperslonsfreien übertragungsleitung an das Halbleiter-Torsteuerelement geliefert wird, kann das Torsteuersystem mit sehr kurzen Basisband-Impulssignalen arbeiten, die Spektralanteile mit Amplituden aufweisen, die alle von üblichen, relativ Bohmalbandigen Empfängern nicht erfaßbar oder demodulierbar sind.

Die oesamtenergie in jedem Basisband-Impulö kann jedoch relativ größer sein als der Räuschpegel oder andere störende

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Impulse oder Signale In der Nähe des Empfängerdetektors. Auf diese Weise können durch entsprechende Einstellungen der Empfindlichkeit oder des Schwellwertes des Empfängerdetektors andere Empfänger nicht beeinflussende- Basisband-Signale in einfacher Weise empfangen, demoduliert und torgesteuert weitergeleitet werden, ohne daß der Detektor in erheblichem Ausmaß durch andere Hochfrequenzenergieausstrahlungen beeinflußt wird· Die hauptsächliche Verarbeitung der Echosignale wird erfindungsgemäß durch einfache Basisband-Signalschal tun·* gen durchgeführt, wodurch die Notwendigkeit einer Signal. Frequenzumwandlung und die Probleme, die mit dem Abgleich und dem Betrieb von üblichen Hochfrequenz- ujpd Zwlsohenfrequenzverstärkern verbunden sind, vermieden werden·

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels nooh näher erläutert·

In der Zeichnung zeigen:

Pig · 1 ein Blockschaltbild des Systems zur Erfassung und Feststellung von Gegenständen;

Fig. 2 ein ausführliches Schaltbild eines Teils des Systems nach FIg· 1;

Fig. 3 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer Empfängerantenne des Systems naoh Fig. 1.

Fig· 1 zeigt die Wähleinrichtung in einem Basisband-Impulssystem zur Erfassung und Feststellung von Gegenständen; Die Wähleinrichtung kann jedoch in gleloher Weise in anderen Arten von Systemen zur Erfassung und Feststellung von Oegen-

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stünden und In anderen alt Basisband-Impulsen oder alt Impulsen kurzer Dauer arbeitenden Signalübertragungssystem«! j[ verwendet werden» und zwar unter Binsohlufi von Zeitbereiohe- t MeSsystem der allgemeinen Art« wie sie In dem U.S.-Patent ... (U.3.-Patentanmeldung 99 948) beschrieben ist« Entsprechend 1st es zu erkennen» daß die beschriebene Wähleinrichtung sur Torsteuerung oder zur Auswahl von Basisband- oder Subnanosekunden-Snergleimpulsen verwendet werden kann, unabhängig davon, ob ein Weg für eine freie räumliche Wellenausbreitung vorhanden ist oder nioht. .

In Pig« 1 wird die Wähleinrichtung als Qeßenstands-Bntfernungs-Torsteuereinrichtung verwendet« bei der räumliche Basisband-* oder Subnanoeekunden-Ausstrahlungen verwendet werden· Beispielsweise wird der Basisband-Impulsgenerator > duroh einen Impuls, wie z.B« den Impuls 5A ge trigger*;, der in einer Syatem-Synohronieierschaltung 4 zum Zeitpunkt t« ausgelöst wird· Bin Basisband-Signal von Subnanosekunden-Dauer breitet sich entlang einer dispersions- oder streuungsfreien TBM-Moden-Ubertragungsleltung 2 aus und wird duroh eine geriohtete Antenne 1 in Richtung auf einen reflektierenden Gegenstand abgestrahlt* Reflektierte Signale werden duroh eine dlsperslonsfreie Bmpfangerantenne 22 empfangen, die ebenfall« in der ISM-Mode arbeitet, und die reflektierten Signale werden durch eine übertragungsleitung 23 an einen torgesteuerten BmpfMnger· Detektor 24 weitergeleitet* Wenn sich der torgesteuerte Empfänger-Detektor 24 in seinem leitenden Zustand befindet·, erscheinen Ausgangssignale an Ausgangsleitungen 25, um Nutz« vorrichtungen bekannter Art und Wirkungsweise zugeführt zu werden, wie z.B. Anzeigevorrichtungen zur Anzeige des Vorhandenseins eines Ziels oder der Entfernung eines Gegenstandes.

Die Synchronisiereinrichtung 4, der Basisband-Impulsgenerator 3, die übertragungsleitung 2 und die Sendeantenne 1 können bei*

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spielsweise Elemente der Integrierten Art eines Sender-Strahler-j systems sein· das in dem deutschen Patent ··· (deutsche " » Patentanmeldung P 21 29 700.7). beschrieben ist« Dieses System verwendet ein elektrisch gleichförmiges übertragungsleitung« system mit konstanter Impedanz zur Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen in der ΊΕΜ-Mode. Das übertragungeleitungssystem wird für die zusammenwirkende zyklische Energiespeicherung und zur zyklischen Freigabe von Energie duroh Ausbreitung entlang der übertragungsleitung und Abstrahlung am Ende der übertragungsleitung verwendet» die als ger lohte te Antenne ausgebildet 1st· Somit wird das übertragungsleitungssystem zusammenwirkend zur Signalerzeugung duroh Laden der Übertragungsleitung mit einer ersten Ladegesohwindigkelt und außerdem zur Signal abstrahlung in den Raum duroh Entladung ter Leitung in einer Zeit verwendet, die wesentlich kürzer ist als die Zeit» die zum Laden erforderlloh ist« Die Entladung der übertragungsleitung bewirkt das Wandern einer Spannungewelle in Richtung auf die Abstrahlungsöffnung der Antenne. Dieeer Vorgang bewirkt durch Differentiation die Erzeugung eines kurzen Basisbandimpulses mit einer Subnano- . sekunden-Dauer» der in den Raum in Richtung auf einen reflektierenden Gegenstand abgestrahlt wird· Das Antennensystem weist eine sehr große momentane Bandbreite auf, so dafi es derartige sehr scharfe impulsförmlge Signale mit geringer Verzerrung abstrahlen kann· Weiterhin weist die Antenne eine energlefokussierende Charakteristik auf, so daß die in einer vorgegebenen Richtung abgestrahlte Energie zu einem Maximum wird» wie dies bei Systemen zur Erfassung und Feststellung eines Gegenstandes wünschenswert ist·

Andere ·Arten von Sender-Strahler-Systemen können verwendet werden· Beispielsweise ist eine. Vielzahl von Sendersystemen zur Erzeugung einzelner positiv oder negativ verlaufender Impulse oder regelmäßiger oder anderer Folgen von Impulsen»

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wobei jeder Impuls eine sehr kürze Dauer aufweist, und zur Abstrahlung derartiger Impulse von einer geeigneten Antenne 1 bekannt· Rotlerende und andere Funkenstreokensender erzeugen» wenn auoh mit geringem Wirkungsgrad, in einfacher Weise kurze elektromagnetische Impulse· Es ist bekannt* daß Verzögerungsleltungs-Xmpulsgeneratoren derart einstellbar sind» daß sehr kurze elektromagnetische Impulse abgestrahlt werden können· Eine Vorrichtung zur Erzeugung derartiger kurzer Baei»band-Impulse 1st in der U»8 „-Patentschrift 2 402 370 beschrieben*

Zur Steuerung der Betriebsweise der Wähleinrichtung wird der Impuls 5A der Synchronisiereinrichtung über eine Leitung 5 an eine Triggerschaltung 6 mit veränderbarer Verzögerung geführt, um an einer Ausgangeleitung 11 einen entsprechenden Impuls 13 zu erzeugen. Der Impuls 11B kann allgemein gleiche Eigenschaften wie der Impuls 5A aufweisen, 1st Jedoch gegenüber diesem um ein beliebiges Zeitintervall verzögert» In einer Entfernunge-Torsteueranwendung kann der Verzögerungewert in seiner Größe beispielsweise zwischen 1 und 30 Nanosekunden eingestellt oder verändert werden· Die Triggerschaltung 6 mit veränderbarer Verzögerung kann Irgendeine von verschiedenen · gut bekannten einstellbaren Impuleverzögerungsschaltung sein, und zwar unter Einschluß von derartigen Schaltungen, deren Verzögerungseigenschaft entsprechend der Einstellung einer Anzapfung 8 entlang eines Potentiometers 7 In bezug auf eine Leitung 9 einstellbar ist, wobei ein geeignetes Potential an das entgegengesetzte Ende des Potentiometers 7 aus einer (nicht gezeigten) Spannungsquelle angelegt wird,- die an einen Anschluß 10 angeschlossen 1st, und wobei das Potentiometer 7 an seinem anderen Ende geerdet ist.

Die Triggersohaltung 6 mit veränderbarer Verzögerung dient dazu, die Einschaltung des Schwingung»-Wählgattere zu bestimmen,

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nährend ein Entfernunge-Gatter-Generator 12, dessen Eingang über eine Leitung 11 geliefert wird» die Dauer der Binsohaltung des Schningungs-Wählergatters bestimmt· Diese Dauer wird« wie es weiter unten in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wird« entsprechend der Länge einer übertragungsleitung bestimmt» deren Hittelleiter bestimmte erforderliche Betriebsspannungen über einen Widerstand 14 von einem Anschluß 15 an die aktiven Schaltungselemente des Entfernungsgatter-Qenerators 12 liefern kann* Das am Ausgang des Generators 12 gebildete Signal ist die Schwingung 16C.

Die S@hwingiMg l6C wird über eine Leitung 16 an ein Tiefpaßfilter 17 geführt, dessen Funktion darin besteht* eine mäSlge Integration der Schwingung i6C zu ergeben» wodurch alle !inaöhwlng- oder Übersohwingerscheinungen an den Kanten der Schwingung 160 entfernt und somit eine fehlerhafte Betriebsweise ύ@ν darauffolgender Sohaltung verhindert werden« Die Schwingung 18D ist der modifizierte Ausgang des Filters und Ιϊβώχϊ als positiv verlaufende Schwingung Über einen Ansohlufi IS bei bestimmten Anwendungen an (nicht gezeigte) Nutzvorrichtungen geführt werden« Im vorliegenden Fall wird die Schwingung l8D über einen Inverter 19 geführt» um an einer Leitung 20 die invertierte oder negativ verlaufende Schwingung 2OE zu erzeugen« Die Schwingung 2OS entspricht itt allgemeinen der Schwingung 18D, ist jedoch in ihrer Polarität invertiert.

Die invertierte Schwingung 2OE wird zum Betrieb eines torgesteuerten Empfängerdetek tors 24 und einer Gatterschaltung 21 verwendet» die» wie noch erläutert wird», das tatsächliche Torsteuerpotential liefert» das zur Steuerung des Signalflusses durch einen Empfängerdetektor 24 von der Empfängerantenne 22 au den Ausgangsleitungen 25 verwendet wird» die die Schwingung 25F führen« Der torgesteuerte Detektor 24 1st

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normalerweise unempfindlioh gemacht; wenn ein Torsteuersignal am Ausgang des Inverters 19 vorhanden ist« spricht der tor· gesteuerte Detektor 24 auf das Vorhandensein von Millivoltsignalen an, die von der atreuungsfreien Antenne 22 aufgefangen und entlang der übertragungsleitung 2J an den torgesteuerten Detektor 24 weitergeleitet werden· Diese Empfindlichkeit oder dieses Ansprechen erzeugt eine verstärkte ausgewählte oder torgesteuerte Auegangsschwingung 25P in der Größenordnung von 2 V an den Leitungen 25« Dieses Signal reicht aus, um übliche Anzeigevorrichtungen zu betätigen« wie ζ,B. einen Üblichen Warnanzeiger oder Vorhandenseins-Anzeiger oder andere Nut ζ vorrichtungen.

!Qi Fig. 2 sind weitere Einzelheiten der Schaltung des beschriebenen AusfOhrungsbeispiels dargestellt» wobei bereite im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Elemente die gleichen Bezugsziffern wie in dieser Fig« 1 tragen« und zwar unter Einschluß des Entfernunge-Oatter-Oenerators 12* des Tiefpaßfilters 17, des Inverters 19, der Gatterschaltung 21« des tor- oder gattergesteuerten Detektors 24 und der EmpfSngerantenne 22,

Die Ausgangeleitung 11 der Trlggersohaltung 6 mit veränderbarer Verzögerung liefert die Schwingung 11B über einen Kopplungskondensator 50 und den Verbindungepunkt 52 an die Basis 54a eines Translators 54, der beispielsweise ein Trans ie tor vom Typ 2N51J5O sein kann* Der Verbindungspunkt 52 und damit die Basis 54a ist über einen Widerstand 51 mit Erde verbunden· Der Kollektor 54b des Transistors 54 1st über den Innenleiter der koaxialen übertragungsleitung mit der Länge L über einen Widerstand 14 mit einer (nicht gezeigten) positiven Potentialquelle verbunden, die zwischen dem Anaohluß 15 und Erde angeschaltet let· Die Lange L der Leerlauf-Verzögerungeleitung IJ let entsprechend der gewüneoh-

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ten Dauer der Abtast- oder Gatterschwingung 2OE eingestellt. Der Emitter 54c des Transistors 54 ergibt eine Ausgangsver- . bindung über die Leitung 16 zum Tiefpaßfilter 17 t In einer repräsentativen Schaltung vielst der Widerstand 14 einen Wert von 47 Kiloohm auf, während die Spannung an dem Anschluß 15 zwischen +200 und +300 V liegen kann« Andere Lawinendurohbruohs-Transistor-Verzögerungsleitungs-Impulsgeneratoren bekannter Art können als Qattergenerator 12 verwendet werden·

Der Emitter 54c 1st mit dem Verbindungspunkt 55 verbunden, um einen Eingang an das Tiefpaßfilter 17 zu liefern, das von allgemein Üblicher Art ist und in Reihe hintereinander folgende Teile einschließt: den Verbindungspunkt 55, einen Widerstand 57, einen Verbindungspunkt 58, einen Widerstand 60, einen Verbindungspunkt 61, einen Widerstand 63, einen Widerstand 64, einen Verbindungspunkt 65, einen Widerstand 66 und eine Erdverbindung· Der Verbindungspunkt 55 1st über einen Widerstand 56 mit Erde verbunden und die jeweiligen Verbindungen 58 bzw· -6.1 sind über die Tiefpaßfilterkondensatoren bzw. 62 mit Erde verbunden. Der Verbindungspunkt 65 dient als Aüsgangsansohluß für das Filter.

Der Verbindungspunkt 65 ist Über einen kleinen Koppelkondensator67 mit einem Verbindungspunkt 68 der Inverterschaltung 19 und dann mit der Basis 63a eines Transistors 69 verbunden, der ein Transistor von Typ 2N4258 sein kann. Der Emitter 69b dies Transistors 69 ist über eine die Verbindungspunkte 79 und 74, einen Widerstand 70 und einen Verbindungspunkt 73 einschließende Serienschaltung mit einer (nicht gezeigten) positiven Potentialquelle verbunden, die an den Anschluß 71 angeschaltet und mit Ihrem entgegengesetzten Ende mit Erde verbunden ist» Die Verbindungspunkte 73 und 79 sind über Kondensatoren 72 bzw. 80 mit Erde verbunden, während der Verbindungspunkt 74 über ein Potentiometer 75 und einen Wlder-

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stand 78 mit Erde verbunden ist* Di® K^ndensafeonsa ?2 w&ä'8© dienen in üblicher Weise alB Hochfr©quem-Nefem©dilM§«'un& Entkopplungebauteile· Die Anzapfung ?5 des Potentiometers ist über einen Widerstand 77 mit uew YeÄintaaggpÄict 68- verbunden« Der Kollektor 690 dee-- Transistors 69 wlyö als Ausgang des Inverters 19 Über eine Diode 85' ausgekoppelt 0 Bas mit Potentiometer 75 verbundene WiiderBtandenetswerk dient sur -. Einstellung des Potentials längs eines. Wiässwteiuäee 87* der im eingeschwungenen Zustand die Awg©©]teIt~i?®ÄgMfflmg an Detektor bestimmtο

Die Diode 85 ist Über die Leitung

punkt 86, über den Widerstand- 87 »tt Me unä ffe©s» ©lae Leitung 88 mit dem Emitter 24o dee Tress'sist¹®!³® f©pMia€ea₅ der den torgesteuerten Detektor &
Typ 2N5130 sein kann. Der Kollekte? ist über einen Verbindungspuiakl
eines Feldeffekttransistors 93
vom Typ 2N4274 sein kann· Die
effekttransistors 93 ist mit einer
tiven Potentialquelle verbünde»*, die" ta «la« -Aaeohlufi- 98 angelegt- ist und deren Potential in der -ürOBeno^tafflg von - +75 bis +100 V gegenüber ihrem geerdetm ineetnlmS liegen kam« Die Kathodenelektrode 93o des FalSeffelcttraneieters 33 ist über einen Widerstand-. 92 mit dem ¥erblndiing@pjiikt 91 und ' über einen Koppelkondensator 95 oit-den^Ausgangsleituogen verbunden« die aus den Ausgangslei tungeea 97 w&u- 97a -b®- ' stehen« die längs eines* Lastwide^standee - 96 angesetmltet-sind,

Basisband- oder- Subnanosekunden»Signale« di@ torg@et@uert werden sollen« werden- über ύ±® teitaig- -23 as di© Basis 24a des Detektortransistor 24 angelegte Serwtlge Eaaisbaad-

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Signale treten länge eines Lastanpassungswlderstandes 90 auf, der an einer üblichen streuungefreien TEM-Moden-Übertragungaleitung angeaehaltet ist* die beispielsweise eine kontinuierliche Zweidrahtleitung mit konstanter Impedanz oder in gleichmäßigem Abstand angeordneten paralleln Leitern ist, die sich an der Stelle der dargestellten Leiter 100, lOOa befinden«

Die BmpfHngerantenne 22 und das zugehörige übertragungsleltungssystem kann die in Fig. 5 gezeigte Form aufweisen, bei der die Antenne 22 eine Anordnung mit einer Spiegelbild-Symmetrie um eine Mittelebene unter rechten Winkeln zur Richtung des Vektors des elektrischen Feldes umfaßt, das sich in die Antenne 22 hinein ausbreitet· Die gleiche Art der Symmetrie ist in der damit zusammenwirkenden übertragungsleitung 23 gegeben, die die Paralleldraht-Übertragungsleitungs-Leiter 100 und 100a umfaßt; die Leiter 100 und 100a sind mit Abstand angeordnete Drahtleiter« die aus einem . Material hergestellt sind, das HoohfrequenzstrtSme ohne wesentliche ohm'sähe Verluste leiten kann. Weiterhin sind die Leiter 100 und 100a so aufgebaut und angeordnet, daß sie . die TEM-Moden-Ausbreitung von Hochfrequenzenergie ermöglichen, wobei der größere Teil des elektrischen Feldes zwischen den Leitern 100 und 100a liegt.

Die TEM-Empfängerantenne 22 besteht weiterhin aus zwei erweiterten, flachen* elektrisch leitenden ebenen Teilen 110 und 110a· Die Teile 110 und 110a weisen beispielsweise eine allgemein dreieckige Form auf, wobei das Teil 110 duroh auseinanderverlaufende oder erweiterte Kanten 112 und 11? und eine vordere Öffnungekante Il4 begrenzt ist. In gleicher Welse ist das Teil 110a duroh auseinanderverlaufende oder sloh erweiternde Kanten 112a und 113a und eine vordere Öffnungskante Il4a begrenzt· Die vorderen Öffnungskanten 114

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und Il4a können gerade oder bogenförmig sein« Jedes der all* gemein dreieckigen Teile 110 und 110a ist am Scheitelpunkt leicht kegelstumpfförmlg abgestumpft* wobei die kegelstumpf förmigen Abstumpfungen 119 und H9a so aufgebaut und angeordnet sind, daß der Leiter 100 gleichförmig ohne Überlappung am Kegelstumpf 119 mit dem Antennenteil 110 und der Leiter lOOa in der gleichen Weise am Kegelstumpf 119a mit dem Antennenteil 110a verbunden ist. Ss ist verständlich, dad die jeweiligen Verbindungspunkte an den KegelstUmpfen und 119a unter Verwendung von zur Verfugung stehenden Techniken zur weltgehenden Verringerung von Impedanz-Ungleiehförmlgkelten an den Verbindungen hergestellt sind*

Die Teile 110 und HOa der Antenne 22 sind aus einem für Hoohfrequenzströme hoohleitendem Material hergestellt. Das Innenvolumen der Antenne 22 kann mit einem luftgeschäumten . dielektrischen Material gefüllt sein, das geringe dielektrische Verluste bei Vorhandensein von Hoohfrequensfeidern aufweist, wobei dieses Material zur Halterung des Teile 110 In fester Beziehung gegenüber dem Tell IiOa dient. Alternativ können die leitenden Elemente der Antenne 22 mit Abstand voneinander mit Hilfe von (nicht gezeigten) dielektrischen AbstandsstUcken festgehaltenwerden, die zusammen AbsohluB-wände für die Anordnung bilden, so daß die inneren leitenden Oberflächen der Antenne 22 gegen die Wirkungen von Niederschlugen und Korrosion geschützt sind.

Die Ebenen Kollektorteile 110 und HOa der Empfängerantenne sind unter Impedanzanpassung mit der Zweidraht-Übertragungsleitung 23 verbunden» Die übertragungsleitung 23 ist so angeordnet, daS sie die gleiche Impedanz wie die aus den Antennenteilen HO und HOa bestehende übertragungsleitung aufweist· Die Paralleldraht-Leiter 100 und 100a der übertragungsleitung 23 können In einem dielektrischen Kapselungselement

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elngeformt sein, um den Abstand der Leiter 100 und 100a genau zu bestirnten, so daß die übertragungsleitung 23 über ihre Lange eine konstante Impedanz aufweist. Das dielektrische Element 121 kann seinerseits von einer geflochtenen oder anderen leitenden Abschirmung 122 umgeben sein, die an einer geeigneten Stelle geerdet sein kann* Die Abschirmung 122 kann ihrerseits durch ein Kunststoff-Schutzabdeokungselement 124 von gut bekannter Art umgeben sein. Die übertragungsleitung 23 wird somit in einfacher Weise mit der Basis des Feldeffekttransistors 93 nach Pig· 2 verbunden« Xm allgemeinen ist die Lunge der übertragungsleitung 23 zwisohen der Antenne und dem Transistor 93 kurz· Wenn beispielsweise die Anstiegszeit des weitergeleiteten Signals } Sekunden ist, so sollte die fragliche Länge D in der Größenordnung von 10 D/c sein, wobei ο die Ausbreitungsgeschwlndlgkeit 1st.

Die Antenne 22 und die damit zusammenwirkende übertragungsleitung 23 nach Flg. 2 und 3 wird teilweise deshalb bevorzugt, weil die gewünschte ÜEM-Moden-Ausbreltung in diesen in einfacher Weise ausgebildet wird. Die TEM-Moden-Ausbreitung wird bevorzugt, weil dies die im wesentlichen dispersions- oder streuungsfreie Ausbreitungemode 1st und daher die Verzerrung des weitergeleiteten Subnanosekunden-Impulssignals, das von der Antenne 22 empfangen werden soll, weitgehend verringert ist. Die einfache Zweilelter-Übertragungsleitungs-Anordnung ermöglicht außerdem den Aufbau der Antennen-Übertragungsleitungs-Anordnung mit minimalen Impedanzunglelohförmigkeiten. Die charakteristische Impedanz der Antenne 22 ist entlang ihrer Länge konstant und kann daher in einfacher Welse gleich der charakteristischen Impedanz der übertragungsleitung 23 gemacht werden. Durch Aufrechterhaltung einer kontinuierlich konstanten charakteristischen Impedanz sowie einer BSM-WeIlenausbreitung gatlang der Antenne 22 und der Leitung 23 werden frequensabhänglge Reflexionen verhindert und eine Frequenzstreuung entfällt. Ein empfangener Subnano-

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sekunden-Impuls verläuft daher ohne wesentllohe Reflexion und ohne wesentllohe Form- oder Amplltudenversohleohterung durch die Antenne 22 In die übertragungsleitung 23· Da die vollständige Energie oder Amplitude eines Subnanosekunden-Basieband-Impulses mit niedrigem Pegel somit von dem Antennenübertragungsleitungssystem an den Empfänger 24 geliefert wird, 1st zu erkennen» daß der Empfängerdetektor 24 auf extrem kurze Baslsband-Impulse mit niedrigem Pegel und extrem breitem Spektralanteil ansprechen kann, wobei irgendein Anteil des Spektrums unter Verwendung von üblichen Empfangstechniken für breite Impulse nicht erfaßbar 1st·

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist die Betriebsweise der Sohwingungsverstärker-Wähleinrlchtung oder Gatterschaltung aus der vorstehenden Beschreibung verständlich· Es ist zu . erkennen, daß die Betriebsweise des Entfernunga-Gattergenerators 12 von den dem Lawinendurohbruchs-Translstor 54 vom 2N5130-Typ eigenen Eigenschaften und von den Eigenschaften der Leerlauf-Verzögerungsleitung 1? mit der Länge L abhängt. In Abhängigkeit von dem positiven Triggersignal HB wird . der Transistor 54 schlagartig leitfähig und eine Spannungssprungwelle wird in die Verzögerungsleitung 15 hinein breitet« Wenn diese Sprungwelle das offene Ende der Lelti erreicht, wird sie durch Reflexion Invertiert und kehrt zum Kollektor 54b zurück, worauf der Stromfluß in dem Transistor 54 auf Null gebracht wird und der Transistor in seinen nicht leitenden Zustand zurückkehrt· Somit ist die Spannungsschwingung 16C an dem FlIterwideretand 56 ein scharf ansteigender und scharf endender positiver Impuls mit der Dauer von 2 L/c Sekunden, eine Dauer, die durch die Verzögerungsleitung 13 festgelegt ist, wobei c die Wellenausbreitungsgesohwindigkeit der Sprungwelle in der Verzögerungsleitung ist.

Im Ruhezustand der Schaltung nach Pig. 2 ist der Transistor

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in dem Inverter 19 normalerweise vollständig leitend, wodurch ein Strom von ungefähr 20 Milliampere duroh den Emitterwiderstand 87 fließt, der mit dem Detektortransistor verbunden ist. Der Widerstand 87 kann einen Widerstandswert von ungefähr 100 Ohm aufweisen· Die aion daraus längs des Widerstandes 87 ergebende Spannung beträgt ungefähr +2 V und stellt sicher, daß der Detektortransistor 24 sich im nioht leitenden Zustand befindet. Der Feldeffekttransistor wirkt als Konstantstromquelle und stellt sicher, daß ein konstanter Strom Über den Kollektor 24b und den Emitter 24c des Detektortransistors 24 in dessen Ruhezustand oder nicht leitenden Zustand geführt wird, so daß die Vorspannung genau gesteuert ist. Der Widerstand 92 in dem Kollektorkreis des Detektortransistors 24 weist einen positiven Temperaturkoeffizienten auf und dient zur Temperaturkompensation der thermischen Eigenschaften des Leitfähigkeitsschwellwertes des Detektortransistors 24·

Wenn die Schwingung HB den Entfernungs-Gattergenerator triggert oder auslöst, wird die von dem Entfemungs-Qattergenerator 12 erzeugte positive Ausgangsschwingung l6c, wie es welter oben erläutert wurde, über das Tiefpaßfilter 17 an den Inverter 19 geführt. Beim Durchlaufen des Filters wird die Schwingung l6C so verarbeitet, daß sich die positive Schwingung i8d mit abgerundeten Anstiegs- und Abfallteilen ergibt. Entsprechend sind alle Einschwingersoheinungen mit hohem Pegel in der Nähe des Beginns und des Endes der Schwingung 16C entfernt, ein wünschenswertes Ergebnis, da diese Erscheinungen andernfalls in unerwünschter Welse den Detektortransistor 24 in dem leitfähigem Zustand triggern können.

Die positive Schwingung 18D bewirkt, wenn sie Über den Kondensator 67 an die Inverterschaltung 19 und dann an die Basis 69a des Transistors 69 geführt wird, die Beendigung

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der Stromleitung durch den Transistor 69, wodurch die Spannung längs des Widerstandes 87 schnell auf Null abfällt» Hierdurch wird der Detektortransistor 24 In seinen vollständig empfindlichen Zustand gegenüber irgendwelchen abzutastenden Signalen gebracht, die beispielsweise von der Antenne 22 aufgefang^nrunä damit an der Leitung 23 an der Basis 24a des Transistors 24 erscheinen* Irgendein von dem Detektortransistor 24 abgetastetes Signal erscheint als negative, verstärkte und zeitlich ausgedehnte Schwingung 2f5f am Kollektor 24b des Detektortransistors 24 und wird Über den Koppelkondensator 25 beispielsweise an den Lastwiderstand 96 geliefert- Diese Schwingung kann dann Über die Anschlüsse 97 und 97a In der üblichen Welse an die oben erwähnten Nutzvorrichtungen geliefert werden, da die Schwingung 25P In bezug auf das empfangene kurze Impuls- oder Echosignal verstärkt und zeltlich ausgedehnt ist. Am Ende des Gatter-Impulses I8D kehrt die Schaltung In ihren oben beschriebenen Ruhezustand in Erwartung des Empfangs der nächsten darauffolgenden Triggerschwingung HB zurück·

S3 ist zu erkennen, daß die übertragung von Impulsen kurzer Dauer von ihrer Quelle» wie z.B₀ von dem Basisband-Impulsgenerator 3 nach Flg. 1, Über ein Übertragungsleitungssystem oder ein anderes Medium erfolgt,, das vorzugsweise im wesentlichen ausschließlich in der TEM-Mode arbeitet, und dafi Ausbreitungsmoden, die die Streuung von Impulsen, wie z.B. Subnanosekunden- oder Baeisband-Impulsen ermöglichen, nioht verwendet werden· Somit wird die vollständige Energie eines empfangenen Echo- oder anderen Baeieband-Impulses, der ursprünglich von dem Generator 3 erzeugt wurde, wirksam einer Verarbeitung tonerhalb des verstärkten torgesteuerten Detektors 24 zugeführt·

Es ist zu erkennen, daß die Erfindung eine Einrichtung ergibt,

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die eine Verstärkung für die genaue kurzzeitige Abtastung von elektromagnetischen Wellen oder Schwingungen ergibt, wobei die Abtastzeit und die Abtastdauer von zuverlässigen stabilen Elementen abhängt und wobei die Abtastelemente stabile, symmetrische, streuungsfreie übertragungsleitungselemente verwenden, um die Verzerrung der abzutastenden Signale zu verhindern· Die erflndungsgemäBe Einrichtung kann bei hohen Abtastwlederholgesohwlndigkeiten betrieben werden, wodurch sehr kurze Abtastproben (in der Größenordnung von 1 Nanosekunde) von den abzutastenden Signalen genommen werden können«

Patentansprüche t

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Claims (1)

1. ■- 19 -

   Patentansprüche t

   J Signal-Wähleinrichtung für Basisband-Signale, gekennzeichnet durch breitbandlge übertragungsleltungstelle (22, 23) zur weitgehend verzerrungsfreien Weiterleitung elektromagnetischer Impuleslgnale In der TEM-Übertragungsmode, Transistorelemente (24) mit Basis-, Kollektor- und Emitterteilen (24a, 24b, 24c), erste, auf die Übertragungsleitungsteile (22, 23) ansprechende Schaltelemente zur weltgehend verzerrungsfreien Zuführung von Impulssignalen an die Basisteile (24a), zweite, mit den Kollektorteilen (24b) verbundene Schaltelemente (21) zur Vorspannung der Transistoreleraente (24) in die Nähe des Leitfähigkeitszustandes, dritte, mit den Emitterteilen (24c) verbundene Schaltelemente (4, 6, 12, 17« 19) zur Zuführung eines Torsteuersignals zum überführen der TransIstorelemente in den leitfähigen Zustand bei Vorhandensein von Impulssignalen, und Ausgangseinrlohtungen (96, 97, 97a), die mit den Kollektorteilen (24b) verbunden sind, um einen zeitlich ausgedehnten Ausgangs impuls zu liefern, der dem Impulssignal bei Vorhandensein des Torsteuersignals entspricht.

   2· Einrichtung nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schaltelemente (21) einen Feldeffekttransistor (93) mit Kathoden-, Anoden- und Gatt-Elektrodenteilen (95c, 93b, 93a), erste Impedanzelemente (92) und eine erste, mit den Anodenelektrodenteilen (93b) verbundene Spannungsquelle umfassen, wobei die Kathodenelektrodenteile (93c) über das erste Impedanzelement (92) mit den Kollektorteilen (24b) und die Oatt-Elektrodenteile (93a) mit den Kollektortellen (24b) verbunden sind·

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   3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein zweites Xmpedanzelement (87) # das zwisohen den Emitterteilen (24c) und der ersten Spanhungsquelle eingeschaltet ist»

   4» Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet« daß die dritten Schaltelemente Synchronisiereinrichtungen (4) zur Lieferung von Zeitsteuerimpulsen und Einrichtungen (6, 12, 17* 19) zur Erzeugung des Torsteuersignals in Abhängigkeit von den Zeitsteuerimpulsen der Synchronisiereinrichtung (4) umfassen.

   5· Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (6, 12, 17, 19) zur Erzeugung des Torsteuereignals Zeitsteuerimpuls-Verzögerungseinriohtungen (13) und auf die Impuls-Verzugerungseinriohtun« gen (13) ansprechende Schaltelemente (12, 17, 19) zur Bildung von Torsteuerimpulsen mit längerer Dauer als die Zeitsteuer-Impulse umfassen.

   6» Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnete daß die Sohaltelemente (12, 17, 19) zur Bildung von Torsteuerimpulsen Filterteile (17) zur Entfernung . unerwünschter übersohwingungen von den Torsteuerimpulsen umfassen.

   7 · Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g β kennzeichne t , daß die Sohaltelemente zur Bildung von Torsteuerlmpulsen Signalinvertereinriohtungen (19) zur Invertierung der Torsteuerimpulse umfassen·

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   8» Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7» dadurch gekenn ζ ei ο h η β t ,daß die breitrandigen übertr&gungsleitungstaile (22, 23) Doppelleiter-Übertragungsleitungsteile mit einer im wesentlichen konstanten charakteristischen Impedanz und im wesentlichen dispersionsfreien Eigen* sohaften umfassen·

   9· Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Doppeliaiter-Übertragungsleitungsteile Antennenelemente (22) mit ersten und zweiten ebenen Leiterteilen (110, 110a) mit gegenüberliegenden leitenden Haupt« oberflächen umfassen.

   10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch g e kennzeichnet, daß die Transistorelemente (24) in Energieaustauschbeziehung an die Doppelleiter-Übertragungsleitungsteile (22, 2^) angeschaltet sind·

   11· Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, . gekennzeichnet durch Basisband-Sendeeinrichtungen (3)* die auf die Zeltateuerlmpulse zur Lieferung der Impulssignale ansprechen.

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