DE2660472C2

DE2660472C2 - Kaskaden-Filtersystem, bei dem zwei Schwingungsquellen mit unterschiedlichen Frequenzen abwechselnd oder gleichzeitig auf einen gemeinsamen Verbraucher arbeiten

Info

Publication number: DE2660472C2
Application number: DE2660472A
Authority: DE
Inventors: Richard Maynard Sudbury Mass. Marshall
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1976-06-22
Publication date: 1985-01-31
Also published as: CH612041A5; DE2627783C3; JPS522359A; FR2315779B1; US4023166A; FR2315779A1; IT1053412B; CA1064147A; GB1524894A; ES445187A1; DE2627783A1; ES450342A1; JPS6128950B2; DE2627783B2; AU497362B2; NL7600374A; AU1008076A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kaskaden-Filtersysicm gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches I. Kaskaden-Filtersysteme dieser Art sind aus der deutschen Offenlegungsschrift 15 41 906 bekannt.

In einer bestimmten Ausführungsform enthält das bekannte Filtersystem als Verzögerungsmittel einen im ersten Kanal befindlichen Phasenschieber, der sich innerhalb dieses Kanales zwischen den in Kaskade geschalteten Kopplungseinrichtungen in Gestalt von Richtungskopplern befindet. Eine in dieser Weise ausgebildete Schaltung ist als Frequenzweiche großer Bandbreite verwendbar, welche es gestattet, daß die Schwingungsquellen den Verbraucher mit Signalen aneinandergirenzender Frequenzbänder speisen.

Handelt es sich aber bei den Schwingungsquellen um beispielsweise impulsbetriebene Magnetrongeneratoren, welche ein breites Frequenzspektrum erzeugen, so müssen Filtermittel vorgesehen sein, um unerwünschte Frequenzkomponenten auszuscheiden, welche aufgrund unerwünschter Reflexionen die Magnetrongeneraloren belasten oder eine Störung benachbarter Einrichtungen bewirken. Insbesondere die mit Resonanz arbeitenden bekannten Filtermittel bereiten bei der Abstimmung Schwierigkeiten, sind teuer und unhandlich und erfordern wegen der auftretenden hohen Resonunzspannungsspitzen eine besondere Isolation.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Kaskaden-Filtersystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch I so auszugestalten, daß dieses Filtersystem eine einfache Isolation der Filtermittel ermöglicht und zwei schmale Frequenzbänder mit vergleichsweise einfachen Mitteln wirksam ausgebildet werden können. Das Filtersystem soll auf diese Weise zur Verwendung in einer Hochleistungsradaranlage geeignet gemacht werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Vorzugsweise enthalten die Verzögerungsmittel jeweils eine Einrichtung zur Einführung einer konstanten Verzögerung und eine Einrichtung zur Einführung einer veränderbaren Verzögerung.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es stellt dar

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Hochleistungs-Radaranlage mit Kaskaden-Filtersystem und

F i g. 2 zwei übereinandergezeichnete Diagramme, in denen zur Darstellung der Filterkennlinie die Betriebsdämpfung über der Frequenz aufgetragen ist.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung gezeigt, in welcher ein Kaskaden-Filtersystem für eine Hochleistungsradaranlage vorgesehen ist, bei der zwei Magnetrons mit unterschiedlichen Frequenzen entweder abwechselnd oder gleichzeitig auf eine gemeinsame Antenne arbeiten. Ein derartiges System kann beispielsweise in Verbindung

mit Dualfrequenz-Radarsystemen Anwendung finden, bei welchem jeder Magnetronsender jeweils eine ihm zugeordnete Sende-Empfangsweiche und einen gesonderten Empfänger sowie Wiedergabeeinrichtungen besitzt.

Im einzelnen ist die Magnetronsender- und Empfängereinheit 50 über einen Kanal 52 direkt mit einer Antenne 54 gekoppelt, welche vorzugsweise eine Richtantenne ist. Die Magnetronsender- und Empfängereinheit 56 ist über einen Übertragungskanal 58 an eine energie-

J5 absorbierende Abschlußimpedanz 60 gelegt, deren Impedanzwert gleich der charakteristischen Impedanz des Übertragungskanales 58 ist. Die Kanäle 52 und 58 sind jeweils an im Abstand voneinander befindlichen Punkten über Richtungskoppler miteinander gekoppelt, welehe schematisch bei 62, 64, 66 und 68 angegeben sind. Die Richtungskoppler 62, 64, 66 und 68 sind vorzugsweise 3 dB-Kopplcr oder Hybridkoppler und bewirken die Ankopplung jeweils einer Hälfte der an einem Kanal eingegebenen Energie zu dem jeweils anderen Kanal.

wobei eine Phasenvoreilung von A/4 in die Schwingungen eingeführt wird, welche über den betreffenden Koppler von einem Kanal zu dem anderen Kanal übertragen werden. Wenn also die Energie ^:n jedem Kanal gleiche Phase und Amplitude an dem jeweiligen Kopplungspunkt besitzt, so kann zwischen den Kanälen im Ergebnis eine Energieübertragung stattfinden. Wenn jedoch die Phase der Energie, welche bereits in dem Kanal vorhanden ist, zu welchem übertragen wird, gegenüber der Energie in dem ursprünglichen Kanal um AIA voreilt, so addiert sie sich, weil in Phase liegend, mit derjenigen Energie, die von dem ursprünglichen Kanal zu dem besagten, empfangenden Kanal übertragen wird, während Energie aus dem empfangenden Kanal bei Übertragung zu dem ursprünglichen Kanal eine Phasenvoreilung von

bo A/4 erfährt und daher schließlich gegenüber der im ursprünglichen Kanal vorhandenen Energie eine Phasendifferenz von A/2 besitzt, also außer Phase ist, so daß sie sich in dem ursprünglichen Kanal auslöscht und sämtliche Energie sich in dem empfangenden Kanal ausbrei-

h-5 tet.

In dem System nach F i g. 1 sind zwei Filierabschnitte vorgesehen, welche unterschiedliche Verzögerungszeiten besitzen. Der erste Filterabschniü mit den Rieh-

tungskopplern 62 und 64 enthält in dem Kanal 58 zwischen den Richtungskopplern 62 und 64 eine Verzögerungseinrichtung, um die Seitenbänder der Schwingungsimpulse von den einzelnen Magntirons auszufiltern. welche am nächsten zu der Mittenfrequenz der Magnetrons liegen. Der zweite Filierabschniit wird von dem ersten Filterabschnitt gespeis« und besitzt eine Verzögerungsleitung, deren wirksame Länge geringer als diejenige des ersten Filterabschnittes ist. um solche Frequenzen auszufiltern. welche von dem ersten Filterabschnitt noch durchgelassen werden.

Der erste Filterabschnitt enthält in dem Kanal 28 eine Verzögerungseinrichtung 70 zur Einführung einer konstanten Verzögerung und eine veränderbare Verzögerungseinrichtung. 72. beispielsweise in Gestalt zweier über einen Richtungskoppler 74 gleichsinnig gekoppelter Leitungsabschnitte, denen ein beweglicher Kurzsrhlußbügel zugeordnet ist. Solche mechanisch einstellbaren Leitungs-Abstimmeinrichtungen sind an sich bekannt und können in vielerlei Ausführungsfonnen verwendet werden. Die Verzögerungsmittel zwischen den Richtungskopplern 66 und 68 des zweiten Filterabschnittes enthalten ein konstantes Verzögerungsleitungsstück 80 und wiederum eine einstellbare Verzögerungseinrichtung 82 mit einem Kurschlußschieber oder dergleichen und einem Richtungskoppler 86 ähnlich der zuvor erwähnten, veränderbaren Verzögerungseinrichtung 72 im erstgenannten Filterabschnitt.

Fig. 2 zeigt eine Aufzeichnung der Betriebsdämpfung an Schaltpunkten jeweils hinter den Richtungskopplern 64 bzw. 68. Die durchgezogene Kurve 100 entspricht der Filterbetriebsdämpfung des ersten Filterabschnittes gegenüber einem Signal der Magnetronsender- und Empfängereinheit 50. während die gestrichelte Kurve 102 die Betriebsdämpfung des ersten Filterabschnittes gegenüber einem Signal der Magnetronsender- und Empfängereinheil 56 zeigt. Die Kurven 100 und 102 entsprechen den Verhältnissen an dem untersuchten Schalti:ngspunkt 94 gemäß Fig. 1.

Im unteren Teil von Fig. 2 entspricht die Kurve 104 der Betriebsdämpfung des zweiten Filterabschnittes bei einer Messung an dem Schaltungspunkt 96, wi;nn ein Signal, welches diese Betriebsdämpfung erfährt, in dem Schaltungspunkt 94 eingegeben wird, oder wenn das Signal von der M-igneironsender- und Empfängereinheit 50 eingegeben wird, wobei der erste Filterabschnitt dann durch Übertragungsleilungen gleicher elektrischer Länge ersetzt ist. Wenn aber, wie in Fig. 1 gezeigt, beide Filterabschnitte wirksam sind, so ist die Betriebsdämpfung an dem Schaltungspunkt 96 gegenüber Signalen der Magnetronsender- und Empfängereinheit 50 die Summe der Kurven 100 und 104.

Die Magnetronsender- und Empfängereinheit 56 nach F i g. 1 kann mit der Antenne 54 ohne wechselseitige störende Beeinflussung mit Bezug auf die Magnetronsender- und Empfängereinheit 50 dadurch jekoppelt werden, da die Mittenfrequenz der Einheit 50 au! 2.7 GHz an irgend einem ^punkt A der Kurve 104 nach F i g. 2 festgesetzt wird, während die Mittenfrequenz der Magnetronsender- und Empfängereinheit .56 auf 2.7625GHz an einem Punkt öder Kurve 104 nach Fig. 2 festgesetzt wird, wobei die minimale Betriebsdämpfung an diesem Punkt B der Kurve 102 entspricht. Signale von der Signalschwingungsquelle 56 Hießen dann mit der Frequenz entsprechend dem Punk ι Β zu der Anleime 54 bzw. in umgekehrter Richtung. \vi hrend Signale von der Signalschu ingungsi|uelle 50 zur Antenne 54 sowie in umgekehrter Richtung mil der Fnquenz entsprechend dem Punki A fließen. Die Einstellung der Verzögerungsabschnitte bewirkt, daß die Frequenzpunklc A für die gewünschte Frequenz auf der Kurve 104 in Veriikalrichiung mit Frequenzpunkien A auf der Kurve 100 fluchien und daß auch die Frequenzpunkte B entsprechend der gewünschten Frequenz auf der Kurve 104 in Vertikalrichiung mit den Frequenzpunkten B der Kurve 102 fluchten.

Nun soll noch die Wirkungsweise eines Impulsradarsystems gemäß Fig. 1 näher unicrsucnt werden. Die Radaranlage gemäß F i g. 1 arbeitet mit zwei verschiedenen Frequenzen. Der erste Abschnitt der Filtermittel isi an die beiden Magnetronsender- und Empfängereinheiten 50 und 56 angeschlossen und arbeitet als ein Kombinationsfilter mit außerordentlich schmalen Durchlaßband, dessen Sperrkcnnlinie aus dem mit 77- P94 gekennzeichneten Teil von Fig. 2 ersichtlich ist. Der erste Filierabschnitt stellt auch eine Weiche für den gleichzeitigen Betrieb von zwei Sendern und zwei Empfängcrn bei unterschiedlichen Frequenzen dar. Die Frequenzunterschiede zwischen den Sendern können entsprechend einer beliebigen Kombination von BetriRbsdämpfungsminima in der periodischen Filterkennlinie gewählt werden, so daß ein Sender auf eine Frequenz entsprechend einem Betriebsdämpfungsminimum am Punkt A und der andere Sender auf eine Frequenz entsprechend einem Betriebsdämpfungsminimum an einem Punkt B abgestimmt ist. Der minimal zulässige Abstand Jf, welcher in dem ersten Filterabschnitt auftritt, ist anjo nähernd 12.5MHz. doch sind gleichzeitig auch Frequenzunterschiede von 37.5 MHz. 62.5 MHz. 87.5 MHz und 112.5 MHz verfügbar.

Die charakteristische Periodizität und die geringe Bandbreite der Dämpfungsminima des ersten Filtcrab-J5 schnittes werden durch die Verzögerungseinstelliing im ersten Filterabschnitt bestimmt. Die eine Reihe von Minima aufweisende Kennlinie ermöglicht ο ine gleichzeitige Filterung beider Signalfrequenzen. Die gesamte Periodische Kennlinie wird in der Frequenzlage im Spektrum nach aufwärts und nach abwärts durch Veränderung der wirksamen Leilungslänge verschoben, was durch einen Richtungskoppler und das Paar mechanisch einstellbarer, gleicher, kurzgeschlossener Leiuingsabschnitte geschieht.

Der zweite Filterabschnitt ist im wesentlichen genauso ausgebildet wie der erste Filterabschnitt, jedoch mit der Ausnahme, daß die beiden einzugebenden Frequenzen zu dem zweiten Filterabschnitt über einen einzigen Eingangsanschluß gelangen und daher der zweite Eingangsanschluß des zweiten Filterabschnittes durch einen angepaßten Belastungswiderstand der Größe Z₀ abgeschlossen ist. und daß die Verzögerungsstrecke in dem zweiten Filterabschnitt kürzer als in dem ersten Filterabschnitt ist. Dies bewirkt, daß die Bandbreite der 5j Dämpfungsminima größer ist und die Minima der Dämpfung größeren Abstand voneinander haben. Die Kennlinie des zweiten Filterabschnittes ist so gewählt, daß bei einer Ausrichtung mit der Kennlinie des ersten Filterabschnittes, wie in F i g. 2 durch den mit Γ/Ρ96 w) bezeichneten Kurventeil deutlich gemacht, die maximale Abdämpfung aufgrund des zweiten Filterabschnittes etwa an einem Frequenzpunkt auftritt, welcher in der Kennlinie des ersten Filterabschnittes auf beiden Seilen de" betreffenden Mittenfrequenz nahe dem zueilen i,i Dämpfungsinininuim gelegen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: »

I. Kaskaden-Filtersysicm. bei dem zwei Schwingung.squcllcn mit unterschiedlichen Frequenzen abwechselnd oder gleichzeitig auf einem gemeinsamen Verbraucher arbeiten, wobei die erste Schwingungsquelle (50) über einen ersten Kanal (52) mit dem Verbraucher (54) und die zweite Schwingungsquelle (56) über einen zweiten Kanal (58) mit einer an diesem Kanal angepaßten Abschlußimpedanz (SO) verbunden ist und ferner die beiden Kanäle durch über Verzögerungsmittel in Kaskade geschaltete Kopplungseinrichtungen (62, 64; 66, 68). die von der an einem Kanal eingespeisten Energie die Hälfte an den anderen Kanal übertragen und so geschaltet sind, daß die zum anderen Kanal übertragene Welle der aus ihnen austretenden Welle um A/4 voreilt (A: Wellenlänge), miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung in einer Hoch'eistungsradaranlage, in der die Schwingungsquellen von Magnetrons jeweils einer Sender-Empfängereinheit und der Verbraucher von einer Antenne gebildet sind, die Kopplungseinrichtungen jeweils Filierabschnitte bilden, die jeweils zwei zwischen den Kanälen liegenden Hybridkoppler enthalten, und daß die zwischen den Hybridkopplern liegenden Verzögerungsmittel (70, 72, 74; 80, 82, 86) auf verschiedene Verzögerungswerte eingestellt sind.
2. Fiiltersystem nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsmittel (70, 72, 74; 80, 82,86) jeweils eine Einrichtung zur Einführung einer konstanten Verzögerung und eine Einrichtung zur Einführung einer veränderbaren Verzögerung enthalten.