DE2263869A1 - SENDING AND RECEIVING ARRANGEMENT OF SMALL RANGE - Google Patents
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Description
Dr. Gertrud Hauser eoo° München *°. 27.Dezember 1972 Dr. Gertrud Hauser eoo ° Munich * °. December 27 , 1972
Dipl.-Ing. Gottfried Leiser Eroib"e a"e" Dipl.-Ing. Gottfried Leiser Eroib " e a " e "
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THOMSON-CSFTHOMSON-CSF
173, Bd.Haussmann173, vol. Haussmann
Sende- und Empfangsanordnung' kleiner ReichweiteTransmitting and receiving arrangement 'short range
Die Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangsanordnung kleiner Reichweite.The invention relates to a short range transmitting and receiving arrangement.
Die Sende- und EmpfangsanOrdnung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Millimeterwellen-Oszillator, der als Superregeneratiwerstärker geschaltet ist, der durch einen Kippschwingungsoszillator gesteuert wird, und der zugleich die letzte Stufe des Sendekanals und die erste Stufe des Empfangskanals bildet.The transmission and reception arrangement according to the invention is characterized by a millimeter wave oscillator, which is connected as a super regenerative amplifier, which through a relaxation oscillator is controlled, and at the same time the last stage of the transmission channel and the first Forms level of the receiving channel.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen? · ■Embodiments of the invention are shown in the drawing. Show in it? · ■
Fig.1 das Sehe: na einer Sende- und Empfangsanordnung nach der Erfindung für eine Nachrichtenübertragung im Wechselverkehr,Fig.1 the See: na a transmitting and receiving arrangement the invention for a message transmission in alternating traffic,
Fig.2 das Schema einer Sende- und Empfangsanordnung nach der Erfindung für eine Nachrichtenübertragung im Duplexbetrieb ,2 shows the scheme of a transmitting and receiving arrangement according to the Invention for message transmission in duplex mode ,
Lei/BaLei / ba
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Fig.3 das Schema einer Sende- und Empfangsanordnung nach der Erfindung für ein Dopplereffekt-Radargerät und Fig. 3 shows the diagram of a transmitting and receiving arrangement according to the invention for a Doppler radar apparatus and
Fig.4 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung, die bei der Sende- und Empfangsanordnung nach der Erfindung verwend bar ist , und bei der eine Detektorfunktion in dem Millimeterwellen-Oszillator erfolgt. Fig. 4 shows an embodiment of a circuit which can be used in the transmitting and receiving arrangement according to the invention, and in which a detector function takes place in the millimeter wave oscillator.
Einleitend sei folgendes bemerkt: Das Interesse an einer Kombination von Millimeterwellen mit einem Superregenerativbetrieb für Sendungen mit geringer Reichweite ergibt sich aus den folgenden Überlegungen:As an introduction, the following should be noted: The interest in a combination of millimeter waves with super-regenerative operation for shipments with a short range results from the following considerations:
Die Millimeterwellen ermöglichen die Verwendung von Antennen mit sehr großer Richtwirkung und kleinen Abmessungen , wodurch die Verbindung gut getarnt bleibt und schwer zu stören ist, so daß es möglich ist, empfangsseitig eine verringerte Störschutz-Selektivität in Kauf zu nehmen. Gegenüber den Infrarotlichtwellen sind die Millimeterwellen weniger empfindlich für atmosphärische Bedingungen, und die Verluste bleiben, vorausgesetzt, daß die Reichweite auf einige Kilometer beechränkt wird, in der gleichen Größenordnung, wie die durch Interferenzen erzeugten Schwunderscheinungen bei niedrigeren Frequenzen über einige zehn Kilometer.The millimeter waves make it possible to use antennas with a very high directivity and small dimensions, so that the connection remains well camouflaged and is difficult to disrupt, so that it is possible to accept reduced interference suppression selectivity on the receiving side. Compared to infrared light waves, millimeter waves are less sensitive to atmospheric conditions, and the losses remain, provided that the range is limited to a few kilometers, of the same order of magnitude as the fading phenomena caused by interference at lower frequencies over a few tens of kilometers.
Ein Dämpfungsspielraum von 30 bis 40 dB ermöglicht die Durchquerung eines Niederschlags von 100 am/h über eine Ausdehnung von 1 km bis zu 100 GHz, wenn man außerhalb der Absorptionslinie des Sauerstoffs (60 GHz + 10 GHz) bleibt. An attenuation margin of 30 to 40 dB enables precipitation of 100 am / h to be traversed over an extent of 1 km up to 100 GHz if one stays outside the oxygen absorption line (60 GHz + 10 GHz).
Andrerseits werden im Bereich der Millimeterwellen, die Mängel der Superregenerativschaltung, wegen denen diese Schaltung praktisch aufgegeben worden ist, zu Vorteilen oder sie verlieren zumindest ihre nachteiligen Auswirkungen: On the other hand , in the millimeter wave range, the shortcomings of the super-regenerative circuit, because of which this circuit has been practically abandoned, become advantages or at least lose their disadvantageous effects:
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- Die starke Strahlung in direkter Kopplung mit der Antenne ermöglicht die Verwendung der Superregenerativschaltung als gemeinsames Sende- und Empfangsorgan;- The strong radiation in direct coupling with the antenna enables the use of the super regenerative circuit as a common sending and receiving body;
- wegen der hohen Empfindlichkeit bei großer Bandbreite auf der Empfangsseite sind nur Hilfsstufen erforderlich, die bei hohem Pegel arbeiten.- Because of the high sensitivity with a large bandwidth on the receiving side, only auxiliary stages are required, those at work at a high level.
In Verbindung mit der Tatsache, daß das einzige Höchstfrequenzorgan ein direkt mit der Antenne gekoppelter Millimeterwellen-Pendelrückkopplungsoszillator ist, ergibt sich dadurch eine einfache und daher wirtschaftliche Ausführung der Sende- und Empfangsanordnung.In connection with the fact that the only high frequency organ a millimeter wave pendulum feedback oscillator coupled directly to the antenna is, this results in a simple and therefore economical implementation of the transmission and receiving arrangement.
Fig.1 zeigt eine im Wechselverkehr betriebene Sende- und Empfangsanordnung.FIG. 1 shows an alternating transmission and transmission Receiving arrangement.
Die Sende- und · Empfangsanordnung enthält einen Millimeterwellen-Oszillator 4, der als Superregenerativverstärker geschaltet ist, der von einem Kippschwingungsoszillator 3 gesteuert wird. Der Kippschwingungeoszillator 3 ist ein frequenzmodulierbarer Oszillator, dessen Modulationseingang über einen Verstärker 2 mit einem Mikrophon 1 verbunden ist. Die Augenblicksfrequenz f^ des Kippschwingungsoszillators 3 hat die Form F.+ f, wobei sich f zwischen +AF und - AF ändert; als Beispiel sei angenommen, daß gilt : F. =1MHz, AF = 15 kHz.The transmitting and receiving arrangement contains a millimeter wave oscillator 4, which is connected as a super regenerative amplifier which is controlled by a relaxation oscillator 3. The relaxation oscillator 3 is a frequency-modulatable oscillator, the modulation input of which is via an amplifier 2 is connected to a microphone 1. The instantaneous frequency f ^ of the relaxation oscillator 3 has the form F. + f, where f changes between + AF and - AF; as an example it is assumed that that applies: F. = 1MHz, AF = 15 kHz.
1 I 1 I.
Der Superregeneratiwerstärker 4 ist direkt mit einer Antenne 'j, beispielsweise einem Hornstrahler gekoppelt.The super-regenerative amplifier 4 is coupled directly to an antenna 'j, for example a horn antenna.
Die bisher beschriebene Anordnung stellt den ganzen Sendekanal dar, der in folgender Weise arbeitet: Der Mikrophonstrom wird durch den modulierbaren Kippschwingungsoszillator 3 in ein moduliertes Signal der Frequenz f^ = F1 + ff umgewandelt, und daher liefert der Verstärker 4 Impulse mit der veränderlichenThe arrangement described so far represents the entire transmission channel, which works in the following way: The microphone current is converted by the modulatable relaxation oscillator 3 into a modulated signal of the frequency f ^ = F 1 + f f , and therefore the amplifier delivers 4 pulses with the variable
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Folgefrequenz f^, die durch die Antenne 5 ausgesendet werden.Repetition frequency f ^, which are transmitted by the antenna 5.
Es soll nun der Empfangskanal beschrieben werden, der für den Empfang der Sendungen einer Sende- und Empfangsanordnung bestimmt ist, deren 3endekanal sich von dem in Fig.1 dargestellten Sendekanal nur dadurch unterscheidet, daß sein Kippschwingungsoszillator die Frequenz f«= Fp + f hat, wobei F2 den Wert 700 kHz hat und fn zwischen -15 und +15 kHz liegt.The reception channel will now be described which is intended for the reception of the transmissions of a transmission and reception arrangement whose end channel differs from the transmission channel shown in FIG. where F 2 has the value 700 kHz and f n is between -15 and +15 kHz.
Der Empfangskanal der Sende- und Empfangsanordnung von Fig.1 enthält außer der Antenne 5, dem Verstärker 4 und dem Kippschwingungsoszillator 3, die den beiden Kanälen gemeinsam sind, einen an den Ausgang des Verstärkers 4 angeschlossenen Detektor 6, ein Bandfilter 7, dessen Durchlaßbereich dem Frequenzband von F1-Fp- AF bis F1 - F2 + AF entspricht, einen Verstärker 8, einen Frequenzdemodulator 9, einen Verstärker 10 und einen Hörer 11.The receiving channel of the transmitting and receiving arrangement of Figure 1 contains in addition to the antenna 5, the amplifier 4 and the relaxation oscillator 3, which are common to the two channels, a detector 6 connected to the output of the amplifier 4, a band filter 7, the pass band of the frequency band of F 1 -Fp- AF to F 1 - F 2 + AF corresponds to an amplifier 8, a frequency demodulator 9, an amplifier 10 and a receiver. 11
Wenn die Anordnung nur auf Empfang arbeitet, schwingt der Oszillator 3 dauernd auf der Frequenz F1, die der seinem Steuereingang zugeführten Ruhespannung entspricht.If the arrangement works only on reception, the oscillator 3 oscillates continuously at the frequency F 1 , which corresponds to the quiescent voltage supplied to its control input.
Das Ausgangssignal des Detektors 6 enthält eine Komponente mit der Schwebungsfrequenz F1 - f2 = (F1 - F2)- f.The output signal of the detector 6 contains a component with the beat frequency F 1 - f 2 = (F 1 - F 2 ) - f.
Diese Komponente wird durch das Filter 7 abgetrennt und nach Verstärkung durch den Frequenzdemodulator 9 frequenzdemoduliert; der Frequenzdemodulator 9 enthält einen Begrenzer und einen Frequenzdiskriminator, der auf die Frequenz F1- F2 = 300 kHz abgestimmt ist.This component is separated by the filter 7 and frequency demodulated after amplification by the frequency demodulator 9; the frequency demodulator 9 contains a limiter and a frequency discriminator which is tuned to the frequency F 1 - F 2 = 300 kHz.
Das demodulierte Signal wird dem Hörer 11 nach Verstärkung zugeführt.The demodulated signal is fed to the listener 11 after amplification.
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Der Empfangskanal der Sende- und Empfangsanordnung am anderen Ende der Verbindung unterscheidet sich nicht von dem Empfangskanal der Sende- und Empfangsanordnung von Fig.1.The receiving channel of the transmitting and receiving arrangement at the other end of the connection does not differ from the receiving channel the transmitting and receiving arrangement of Figure 1.
Es ist zu bemerken, daß sich die beschriebene Anordnung nur schlecht für einen Duplexbetrieb eignet, weil der Hörer durch die Mikrophoninformationen von beiden Enden der Verbindung erregt würde. Der . Örtliche Effekt ist maximal. Es wäre möglich, eines der beiden dem Mikrophon zugeführten Signale umzusetzen, um das Örtliche Signal durch Niederfrequenzfilterung im Empfangskanal zu unterdrücken. It should be noted that the arrangement described is only poorly suited for duplex operation because of the handset would be excited by the microphone information from both ends of the link. Of the . Local effect is maximum. It would be possible to either use the microphone to convert the supplied signals in order to suppress the local signal by low-frequency filtering in the receiving channel.
Die in Fig.2 gezeigte Schaltung, die vollkommen symmetrisch ist, ist jedoch vorzuziehen. Der Sendekanal stimmt mit demjenigen von Fig.1 vollkommen überein, und der Empfangskanal ist bis zum Ausgang des die Frequenz f^-f^ liefernden Filters 7 demjenigen von Fig.1 ebenfalls gleicheThe circuit shown in Fig.2 that perfectly is symmetrical but is preferable. The broadcast channel corresponds completely to that of Fig.1, and the receiving channel is up to the output of the frequency f ^ -f ^ supplying filter 7 is also the same as that of FIG
Der Ausgang des Filters 7 ist mit dem ersten Eingang einer Frequenzmischstufe 12 verbunden, deren zweiter Eingang das Ausgangsignal des Kippschwingungsoszillators 3 empfängt, wobei das Ausgangsfilter dieser Mischstufe die folgende Frequenz liefert:The output of the filter 7 is connected to the first input of a frequency mixer stage 12, the second input of which is the Receives output signal of the relaxation oscillator 3, the output filter of this mixer stage the following Frequency delivers:
JT1 - <£, - f2) -F2 + f«JT 1 - <£, - f 2 ) -F 2 + f «
Dieses Signal wird über einen Verstärker 8 einem Frequenzdemodulator 19 zugeführt, dessen Frequenzdiskriminator auf die Frequenz F2 abgestimmt ist. Der übrige Teil des Empfangskanals enthält wie zuvor einen Verstärker 10 und einen Hörer 11.This signal is fed via an amplifier 8 to a frequency demodulator 19, the frequency discriminator of which is tuned to the frequency F 2. As before, the remaining part of the receiving channel contains an amplifier 10 and a receiver 11.
Der Abgleich kann sehr gut sein. Er hängt nur von der Phasenverschiebung ab, die das Filter 7 den Seitenbändern erteilt; diese Phasenverschiebung kann, falls notwendig durch einThe alignment can be very good. It only depends on the phase shift from which the filter 7 gives to the sidebands; this phase shift can, if necessary, by a
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Kompensationsfliter 14 kompensiert werden, das zwischen den Ausgang des Kippschwingungsoszillators 3 und die Mischstufe eingefügt wird, wie in Fig.2 gestrichelt angedeutet ist.Compensation filter 14 are compensated between the Output of the relaxation oscillator 3 and the mixer stage is inserted, as indicated by dashed lines in FIG.
Fig.3 zeigt das Schema eines Doppler-Effekt-Radargeräts für die Erfassung von beweglichen Zielen, die sich dem Radargerät nähern.Fig. 3 shows the scheme of a Doppler effect radar device for the detection of moving targets that are approaching the radar device.
Die Anordnung enthält einen Millimeterwellen-Oszillator 54, der als Superregeneratiwerstärker geschaltet ist, der mit einer festen Frequenz Ej von beispielsweise 300 MHz ausgelöst wird, wobei die Auslösung bei der beschriebenen Schaltung durch einen Kippschwingungsoszillator 53 erfolgt. Der Verstärker 54 ist mit einerSende-Empfangs-Antenne 55 und mit einem Empfangskanal gekoppelt,der hintereinander einen ersten Detektor 56 , ein das Band von 10 bis 100 Hz erfassendes Filter 57, einen Verstärker 58, einen NF-Detektor 59 und ein vom NF-Detektor 59 gespeistes Anzeigegerät enthält.The arrangement contains a millimeter wave oscillator 54, which is connected as a Superregeneratiwerstärker with triggered a fixed frequency Ej of, for example, 300 MHz is, the triggering in the circuit described by a relaxation oscillator 53 takes place. Of the Amplifier 54 is provided with a transmit-receive antenna 55 and coupled to a receiving channel which successively has a first detector 56, on the band from 10 to 100 Hz detecting filter 57, an amplifier 58, an LF detector 59 and a display device fed by the LF detector 59 contains.
Die Kippschwingung verursacht die Aussendung von Impulsen mit der Folgefrequenz F.. Die von einem beweglichen Ziel reflektierten Impulse ergeben am Ausgang des ersten Detektors 56 eine Frequenzkomponente F , wobei FQ den Doppler-Effekt bezüglich der Frequenz F^ darstellt.The tilting oscillation causes the emission of pulses with the repetition frequency F .. The pulses reflected by a moving target result in a frequency component F at the output of the first detector 56, F Q representing the Doppler effect with respect to the frequency F ^.
FUr eine Frequenz F^ von 300 MHz ändert sich FQ von +10 bis 100 Hz, wenn sich das Ziel dem Radargerät mit einer Geschwindigkeit zwischen 36 km/h und 36O km/h nähert.For a frequency F ^ of 300 MHz, F Q changes from +10 to 100 Hz when the target approaches the radar device at a speed between 36 km / h and 360 km / h.
Das Filter 57 ist ein Bandfilter, welches den Bereich der Frequenzen F0 umfaßt, der dem zu erfassenden Geschwindigkeitsbereich entspricht; sein Ausgangssignal wird nach Verstärkung im Verstärker 58 von dem NF-Detektor 59 demoduliert, der dasThe filter 57 is a band filter which comprises the range of frequencies F 0 which corresponds to the speed range to be detected; its output signal is demodulated after amplification in the amplifier 58 by the LF detector 59, which the
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Anzeigegerät 60 betätigt.Display device 60 actuated.
Man könnte für die Anzeige auch die Tatsache ausnutzen, daß das Fehlen von reflektierten Impulsen (oder ein reflektierter. Impuls» der nach der Ausbildung der Schwingung empfangen' wird) das-Vorhandensein eines starken Rauschens großer Bandbreite zur Folge hat, und daß eine Reflexion, die empfangsseitig ein Echo am Beginn der Entsperrungsperiode des Superregenerativoszillators verursacht, eine Verringerung des Rauschens zur Folge hat.One could also take advantage of the fact that the absence of reflected impulses (or a reflected "impulse which is received" after the oscillation has developed) the presence of a strong noise with a large bandwidth entails, and that a reflection that occurs on the receiving end causes an echo at the beginning of the super-regenerative oscillator's unlock period, a reduction in noise has the consequence.
Fig.4 zeigt eine Ausführungsform des bei Millimeterwellen arbeitenden Superregeneratiwerstärkers und seiner Kopplung mit der Antenne und dem Kippschwingungsoszillators, bei den Schaltungen von Fig.1 und Fig.2 , sowie eine.Ausführungsform des Filters dieser Schaltungen.Fig. 4 shows an embodiment of the millimeter wave operating Superregeneratiwerstärkers and its coupling with the antenna and the relaxation oscillator, in the circuits of Fig.1 and Fig.2, as well as an embodiment of the filter of these circuits.
Eine Lawinendiode 61 ist in einem Resonanzhohlraum 70 angeordnet, der im Schnitt gezeigt j.st, und dessen Resonanzfrequenz in dem ( den Millimeterwellen entsprechenden) EHF-Band liegt.An avalanche diode 61 is arranged in a resonance cavity 70, which is shown in section, and its resonance frequency lies in the EHF band (corresponding to the millimeter waves).
Der Resonanzhohlraum mündet über einen in einer seiner Wände angebrachten Kanal in die Antenne 5, die durch einen Hornstrahler gebildet ist.The resonance cavity opens out via a mounted in one of its walls Channel in the antenna 5, which is formed by a horn antenna.
Die Diode ist an einem Ende auf einem Kolben 62 montiert, der fest mit einer Schraube verbunden ist, die von einem Gewinde in der Wand des Hohlraums 70 gehalten wird, wobei die'ser Hohlraum auf Masse liegt. Ein Entkopplungskondensator steht mit seiner Außenbelegung mit dem Hohlraum in Kontakt, und eine durch den Kondensator hindurchgehende Verbindung steht in elektrischem Kontakt mit seiner Innenbelegung; diese Verbindung verbindet das zweite Ende der Diode mit einer Klemme A, welche den Anschluß der Diode einerseitsThe diode is mounted at one end on a piston 62 which is fixedly connected to a screw held by a Thread is held in the wall of the cavity 70, which'ser cavity is grounded. A decoupling capacitor its external occupancy is in contact with the cavity, and a connection passing through the capacitor is in electrical contact with its internal occupancy; this connection connects the second end of the diode with a terminal A, which connects the diode on the one hand
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mit dem Filter 7 des Empfangskanals und andrerseits über eine Transistorstufe mit dem Kippschwingungszoszillator 3 herstellt. Diese Transistorschaltung enthält einen Leistungs-Schalttransistor 65 » dessen Kollektor direkt mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, während sein Emitter einerseits über einen Widerstand 79 mit Masse und andrerseits über einen auf die Frequenz F1 abgestimmten, aus der Parallelschaltung einer Induktivität 66 und eines Kondensators 67 be-,stehenden Resonanzkreis mit der Klemme A verbunden ist. Ein Widerstands-Spannungsteiler 68-69, der zwischen dem negativen Pol der Spannungsquelle und Masse angeschlossen ist, ergibt die Basisvorspannung des Transistors. Die Basis des Transistors empfängt die negativen Impulse des Kippschwingungsoazillators 3. Die Diode 61 ist so geschaltet, daß sie während der Dauer dieser Impulse schwingt.with the filter 7 of the receiving channel and on the other hand via a transistor stage with the relaxation oscillator 3. This transistor circuit contains a power switching transistor 65 »whose collector is connected directly to the negative pole of a DC voltage source, while its emitter is connected to ground via a resistor 79 on the one hand and via an inductance 66 and a parallel circuit on the other, tuned to the frequency F 1 Capacitor 67 existing resonance circuit is connected to terminal A. A resistive voltage divider 68-69, which is connected between the negative pole of the voltage source and ground, gives the base bias of the transistor. The base of the transistor receives the negative pulses of the relaxation oscillator 3. The diode 61 is connected so that it oscillates for the duration of these pulses.
Die Detektorfunktion wird durch die Diode 61 infolge der Krümmung ihrer Kennlinie negativen Widerstands ausgeübt.The detector function is performed by the diode 61 due to the curvature of its characteristic curve of negative resistance.
Der mittlere Strom in der Nähe der Frequenz F1-F2 wird von dem Filter 7 geliefert, das im vorliegenden Fall durch einen auf die Frequenz F1-F2 abgestimmten, von einer Induktivität und einem Kondensator 82 gebildeten Serienresonanzkreis gebildet ist.The average current in the vicinity of the frequency F 1 -F 2 is supplied by the filter 7, which in the present case is formed by a series resonant circuit which is tuned to the frequency F 1 -F 2 and formed by an inductance and a capacitor 82.
Die beschriebene Schaltung gilt für die Anordnungen von Fig.1 und 2. Im Fall von Fig.3, wo die demodulierten Frequenzen sehr niedrig sind, kann der Parallelresonanzkreis 66-67 durch einen Widerstand und der Serienresonanzkreis 81-82 durch eine Drosselspule ersetzt werden.The circuit described applies to the arrangements of FIG and 2. In the case of Figure 3, where the demodulated frequencies are very low, the parallel resonance circuit 66-67 can be through a Resistance and the series resonance circuit 81-82 can be replaced by a choke coil.
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