DE3006746A1

DE3006746A1 - Schaltungsanordnung fuer ein sende- empfangsgeraet, insbesondere radargeraet

Info

Publication number: DE3006746A1
Application number: DE19803006746
Authority: DE
Inventors: Guido Dipl Ing Busacca; Vincenzo Dipl Ing Meli; Antonio Rossi
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1980-02-22
Publication date: 1980-10-09
Also published as: US4330760A; IT7920613A0; GB2052191A; FR2450536A1

Description

Ital.Anm.Nr.20613 A/79 10720/H/Ro.

vom 28. Februar 1979

Societä Italiana Telecomunicazioni

Siemens s.p.a. Piazzale Zavattari 12, Mailand/Italien

Schaltungsanordnung für ein Sende-Empfangsgerät, insbesondere Radargerät.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Radargerät besteht im Prinzip aus einem mit einer Richtantenne versehenen Sende-Empfanger. Die zu sendenden Hochfrequenzschwingungen werden in gewissen Fällen durch ein frequenzabstimmbares Koaxialmagnetron erzeugt, während der Empfänger normalerweise ein überlagerungsempfänger ist, der zur Erzeugung der Umsetzerfrequenzen einen spannungsgesteuerten Oszillator hat, dessen Frequenz ständig um einen konstanten Differenzbetrag Af von der Senderfrequenz des Magnetrons abweichen muß. Da üblicherweise verlangt wird, daß die Senderfrequenz sich gesetzmäßig in Abhängigkeit von einem Funktionskriterium des Gerätes ändert, ist das Koaxialmagnetron mit einer Abstiraweinrichtung versehen, welche seine Schwingfrequenz nach dieser Gesetzmäßigkeit automatisch verändert. Zu diesem Zweck ändert ein Abstimmelmient den Rauminhalt eines im Magnetron vorgesehenen Hohlzylinders mit Hohlraumresonatoren und damit die Resonanzfrequenz. Das Abstineelement wird von einem Motor über eine Kurbelwelle hin- und herbewegt, so daß aufgrund

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dieser Schwingbewegung im Magnetron eine Frequenzänderung innerhalb eines durch die minimale Frequenz f₁ und die maximale Frequenz fj begrenzten Bereiches bewirkt wird. Der Kurbelwelle ist ein Drehmelder zugeordnet, der ein kontinuierliches Signal erzeugt/ dessen Größe (Pegel) dem Sinus des Drehwinkels der Welle proportional ist, also die Lage des Abstimmelementes und folglich die im betrachteten Zeitpunkt vom Magnetron erzeugte Frequenz angibt.

In einem solchen Magnetron ändert sich die Schwingfrequenz aber nicht linear mit der Verschiebung des Abstimmelementes und der entsprechenden Größe des Ausgangssignals des Drehmelders. Das Magnetron erzeugt die Mittenfrequenz f_Q * f- + f-

nicht dann, wenn das Abstimmelement sich in der Mitte seines Hubes befindet, sondern zu einem Zeitpunkt, wenn das Abstimmelement um eine Größe As gegen seine mittlere Lage verschoben ist und auch der Drehmelder ein abweichendes Ausgangssignal erzeugt. Diese fehlende Linearität zwischen der Ausgangsfrequenz des Magnetrons und der Größe des Ausgangssignals des Drehmelders ist nachteilig für die Anwendung des Magnetrons in einem Radargerät, dessen Umsetzerfrequenz durch einen spannungsgesteuerten Oszillator erzeugt wird. Da der Oszillator üblicherweise von dem in keiner linearen Beziehung zu den Frequenzänderungen des Magnetrons (Sender) stehenden Ausgangssignal des Drehmelders gesteuert wird, weicht die Ausgangsfrequenz des örtlichen Oszillators von der durch das Magnetron im betrachteten Zeitpunkt erzeugten Frequenz um eine sich vom gewünschten konstanten Differenzwert Af unterscheidende Größe ab. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bekannt, die Kurbelwelle des Magnetrons mit mechanischen Linearisierungsmitteln zu versehen, die eine lineare Abhängigkeit zwischen der Magnetron-Ausgangsfrequenz und dem Drehmelder-Ausgangssignal gewährleisten. Diese Linearisierungsmittel bestehen

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mindestens aus einem exzentrischen Zahnradpaar, das aber den Raumbedarf und den Herstellungsaufwand erhöht und eine zu geringe Zuverlässigkeit hat. Da die Zähne außerdem einem Verschleiß unterworfen sind, entsteht nach einer gewissen Zeit ein unerwünschtes Spiel mit der Folge eines unbestimmten Zusammenhangs zwischen der Magnetronfreguenz und der Größe des am Ausgang des Drehmelders liegenden Signals.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Schaltungsanordnung, insbesondere für Radargeräte anzugeben, die zuverlässiger als bisher eine konstante Differenz zwischen der Senderfrequenz und der Frequenz des örtlichen Oszillators des Empfängers und zugleich eine erhebliche Reduzierung des Platzbedarfes und des Aufwandes der bekannten Linearisierungsmittel gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Schaltungsanordnung gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1a und 1b zwei Ausführungsbeispiele einer Steuereinheit bekannter Art;

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung der hier beschriebenen Art für Sende-Empfangsgeräte;

Fig. 3 Frequenzkennlinien für das Magnetron und den spannungsgesteuerten Oszillator;

Fig. 4 eine erste alternative Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung;

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Fig. 5 eine zweite alternative Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung;

Fig. 6 eine erste Abwandlung der in Fig. 5 dargestellten Schaltungsanordnung; und

Fig. 7 eine zweite Abwandlung der in Fig. 5 dargestellten Schaltungsanordnung.

In Fig. 1a ist eine Steuereinheit UC dargestellt, welche aufgrund der Größe eines zu ihrem Eingang gelangenden Steuersignals se die Änderung der Schwingfrequenz eines Frequenzgenerators in Form eines Koaxialmagnetrons HC bewirkt. Das Steuersignal se ist einer Vergleichsschaltung CC zugeführt, die an einem zweiten Eingang ein kontinuierliches Signal ra empfängt, das von einem mit einem Servomotor SM gekoppelten Drehmelder SA erzeugt wird. Am Ausgang der Vergleichsschaltung CC liegt ein Fehlersignal e vor, dessen Pegel gleich der Größendifferenz der an ihren Eingängen liegenden Signale ist. Dieses Fehlersignal e speist den Servomotor SH, der durch Drehen einer Kurbelwelle über ein Pleuel das Abetiraraeleraent des Koaxialmagnetrons MC bewegt. Zwischen den Servomotor SM und das Abstimmelement des Koaxialmagnetrons MC sind die eingangs erwähnten mechanischen Llhearisierungsraittel DL eingeschaltet. Fig. 1b zeigt eine alternative Aueführungsform der bekannten Steuereinheit UC, bei der die Linearisierungsmittel DL sich zwischen dem Servomotor SH und dem Drehmelder RA befinden. Jedesmal, wenn am Ausgang der Vergleichsschaltung CC ein Fehlersignal e vorliegt, verschiebt der Servomotor SM das Abstimmelement, das seine Lage in Ubereinstismung mit den Größen- und Polaritätsänderungen des Steuersignals se verändert. In solchen bekannten Einrichtungen empfängt der spannungsgesteuerte Oszillator das vom Drehmelder RA erzeugte Signal ra, das aufgrund der Linearisierungsmittel DL proportional zu den Frequenzänderungen des am Ausgang des Koaxialmagnetrons HC vorliegenden Signals ist.

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In Flg. 2 ist eine erfindungsgemäß realisierte Schaltungsanordnung dargestellt, die eine Steuereinheit UC speist, welche der in Fig. 1a (oder 1b) beschriebenen Steuereinheit entsprechen kann, jedoch mit der Ausnahme, daß die Linearisierungsmittel DL der bekannten Systeme fehlen und das Signal ra nicht den spannungsgesteuerten Oszillator steuert.

Das Steuersignal se gelangt hier in einen Analog-Digital-Umsetzer AD, an dessen Ausgang ein Code vorliegt, der die Größe (d.h. den Pegel) des Steuersignals ausdrückt und einen ersten und einen zweiten Festspeicher ROM. und ROM- adressiert, welche eine solche Codeumsetzung durchführen, daß sowohl die Frequenzkennlinie des Koaxialmagnetrons als auch die Frequenzkennlinie des spannungsgesteuerten Oszillators in der im folgenden angegebenen Weise geändert werden. In die Speicherzellen des Festspeichers ROM. werden Codes geschrieben, die z.B. durch Versuche ermittelt werden und Signale ausdrücken, deren Größe beim Anlegen dieser Signale an den Eingang der Steuereinheit UC Frequenzänderungen am Ausgang des Koaxialmagnetrons MC nach einer festgelegten Gesetzmäßigkeit bewirkt (z.B. Frequenzänderungen linearer Art). Ähnlich werden in den zweiten Festspeicher ROM₂ Codes geschrieben, die Signalen mit einer solchen Größe entsprechen, daß das Anlegen dieser Signale an den Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators Frequenzänderungen nach der gleichen Gesetzmäßigkeit wie für das Koaxialmagnetron bewirkt.

An den Ausgang des ersten Festspeichers ROM. ist ein erster Digital-Analog-Umsetzer DA. geschaltet, an dessen Ausgang ein Analogsignal vorliegt, das die Steuereinheit UC steuert. Dieser Digital-Analog-Umsetzer ist dann überflüssig, wenn die Steuereinheit UC einen Schrittmotor anstatt des

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oben genannten Servomotors steuert. Ein zweiter Digital-Analog-Umsetzer DAj ist an den Ausgang des zweiten Festspeichers ROMj geschaltet, an dessen Ausgang ein Analogsignal vorliegt, das an den Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators VCO gelangt.

Fig. 3 zeigt in den Diagrammen a) und b) die Frequenzkennlinie eines Koaxialmagnetrons, d.h. die Änderung der Frequenz f in Abhängigkeit vom Steuersignal se bzw. die gleiche, durch die hier beschriebene Schaltungsanordnung geänderte, z.B. linearisierte Frequenzkennlinie. Entsprechend ist in den Diagrammen c) und d) die Frequenzkennlinie des spannungsgesteuerten Oszillators in Abhängigkeit vom Steuersignal se bzw. die gleiche, aber linearisierte Frequenzkennlinie dargestellt. Durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist es daher möglich, die Ausgangsfrequenz des Koaxialmagnetrons und die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators nach einem gleichen Gesetz zu verändern. Sie ist aber in der Regel nur von theoretischem Interesse, da der gewünschte Zweck auch dadurch zu erreichen ist, daß die Frequenzkennlinie nur eines der beiden Frequenzgeneratoren geändert wird, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist.

In Fig. 4a ist eine erste alternative Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 dargestellt, in welcher der spannungsgesteuerte Oszillator VCO durch das Steuersignal se direkt gesteuert wird. Die Steuereinheit UC empfängt dagegen das Signal se über einen Analog-Digital-Umsetzer AD, den Festspeicher ROM. und den Digital-Analog-Umsetzer DA.. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist ähnlich wie bei Fig. 2. Jedoch erfolgt keine Änderung der Frequenzkennlinie des spannungsgesteuerten Oszillators, während in die Speicherzellen des Festspeichers ROM^ die Codes geschrieben werden, welche solche

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Signale ausdrücken, die am Ausgang des Koaxialmagnetrons MC Frequenzänderungen nach einem Gesetz bewirken, das mit der Gesetzmäßigkeit übereinstimmt, mit welcher sich die Frequenz am Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators VCO ändert. Es ist also keine Linearisierung notwendig.

In Fig. 4b ist mit 1 die Frequenzkennlinie des spannungsgesteuerten Oszillators (Diagramm c von Fig. 3) und mit 2 die durch die im Festspeicher ROM^ geschriebenen Codes geänderte Frequenzkennlinie des Koaxialmagnetrons bezeichnet. Die Frequenzkennlinie 2 gleicht dem Verlauf der Frequenzkennlinie und ist von ihr gemäß dem verfolgten Zweck um den (konstanten) Differenzbetrag Af versetzt.

In Fig. 5a ist eine zweite alternative Ausführungsform der Schaltungsanordnung von Fig. 2 dargestellt, in welcher die Steuereinheit UC vom Signal se direkt gespeist wird. Der spannungsgesteuerte Oszillator VCO empfängt dagegen das Signal se über den Analog-Digital-Umsetzer AD, den Festspeicher ROM₂ und den Digital-Analog-Umsetzer DA₂. Die Wirkungsweise entspricht Fig. 4, mit der Ausnahme, daß nicht die Frequenzkennlinie des Koaxialmagnetrons MC, sondern nur der Verlauf der Frequenzkennlinie des spannungsgesteuerten Oszillators VCO geändert wird. Demgemäß werden in den Festspeicher ROM₂ in diesem Fall Codes geschrieben, die am Ausgang des Oszillators VCO Frequenzänderungen in Übereinstimmung mit der Gesetzmäßigkeit bewirken, mit welcher sich die Frequenz am Ausgang des Koaxialmagnetrons MC ändert. Zur Erläuterung ist in Fig. 5b wieder die Frequenzkennlinie 1 des Koaxialmagnetrons (siehe Fig. 3 Diagramm a) und die durch die im Festspeicher ROM₂ geschriebenen Codes geänderte Frequenzkennlinie 2 des spannungsgesteuerten Oszillators VCO dargestellt. Auch in

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diesem Fall haben die beiden Frequenzkennlinien den gleichen Verlauf und sind um Af versetzt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die beiden in der Schaltungsanordnung von Fig. 2, 4 und 5 vorgesehenen elektrischen Zweige unterschiedliche Zeitkonstanten aufweisen. So hat z.B. in Fig. 4a der aus den Einheiten AD, ROM., DA-, UC und MC bestehende elektrische Zweig eine größere Zeitkonstante als der mit der Einheit VCO. Dies ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß der Servomotor SM und die Schub-Kurbelwelle zur Betätigung des Abstimmelements eine solche Trägheit aufweisen, daß das Koaxialmagnetron MC gegenüber dem spannungsgesteuerten Oszillator VCO mit Verzögerung auf die Änderungen des Steuersignals se anspricht. Aus diesem Grund müssen die Codes in den in Fig. 2, 4 und 5 dargestellten Festspeichern die mechanischen und elektrischen Zeitkonstanten der einzelnen Zweige berücksichtigen.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Schaltungsanordnung von Fig. 5, die darin besteht, daß der aus den Einheiten AD, ROM₂, DA₂ und VCO bestehende elektrische Zweig nicht durch das Steuersignal se gespeist wird, sondern das am Ausgang des Drehmelders RA der Steuereinheit UC vorliegende Signal ra empfängt. Während in der Schaltungsanordnung von Fig. 5 durch Änderung des Steuersignals se der spannungsgesteuerte Oszillator VCO gezwungen wird, die Frequenzkennlinie des Koaxialmagnetrons MC zu kopieren, sieht die Schaltungsanordnung von Fig. 6 zum selben Zweck die Änderung des Signals ra des Drehmelders RA vor. In diesem Fall werden in den Festspeicher ROM₂ Codes geschrieben, welche am Ausgang des Oszillators VCO Frequenzänderungen in Übereinstimmung mit dem Gesetz bewirken, mit welchem sich die Frequenz am Ausgang des Koaxialmagnetrons ändert. Die Frequenzkennlinien des als Frequenzgenerator

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dienenden Magnetrons HC und des Oszillators VCO stimmen mit denen überein, die in Fig. 5b dargestellt sind.

Fig. 7 zeigt eine zweite Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 5. Auch in diesem Fall wird das am Ausgang des Drehmelders RA vorliegende Signal ra verändert, um den spannungsgesteuerten Oszillator VCO zu veranlassen, die Frequenzkennlinie des Koaxialmagnetrons MC zu kopieren. Hier empfängt jedoch die Vergleichsschaltung CC der Steuereinheit UC an ihrem ersten Eingang das Steuersignal se, während sie am zweiten Eingang das Signal ra nicht direkt, sondern nach Änderung durch die Einheiten AD, ROM, und DA₂ empfängt. Dadurch entsteht eine direkte Beziehung zwischen dem Steuersignal se und dem Steuersignal des Oszillators VCO, so daß durch diese Schaltungsanordnung der bei den Schaltungen von Fig. 2, 4 und 5 mögliche Nachteil unterschiedlicher Zeitkonstanten der beiden elektrischen Zweige, welche die beiden Frequenzgeneratoren speisen, vermieden wird. Ähnlich wie im vorhergehenden Fall stimmen die Frequenzkennlinien des Oszillators VCO und des Magnetrons MC mit den in Fig. 5b dargestellten Frequenzkennlinien überein.

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Claims

P .4 TWTT A NWA LTE

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEÜSLER

MAHIA-THERESIA-STRASSE 22

POSTFACH 86OH 08 D-8000 M UEN CHEN 86

TELEFON 089/47 6008 47 68 IQ

TELEX 022038 TSLEOUAMM SOMBEZ

DB 423

Ital.Anm.Nr.2O613 A/79 10720/H/Ro.

vom 28. Februar 1979

Societä Italiana Telecomunicazioni

Siemens s.p.a.
Piazzale Zavattari 12, Mailand/Italien

Schaltungsanordnung für ein Sende-Empfangsgerät, insbesondere Radargerät.

Patentansprüche

I.)/ Schaltungsanordnung für ein Sende-Empfangsgerät, insbesondere Radargerät, das im Sendeteil einen aus einem abstimmbaren Koaxialmagnetron bestehenden ersten Frequenzgenerator und im Empfangsteil einen aus einem spannungsgesteuerten Oszillator bestehenden zweiten Freguenzgenerator enthält, zwischen denen eine konstante Freguenzdifferenz einzuhalten ist, mit einer der Abstimmeinrichtung des Magnetrons zugeordneten Steuereinheit, die eine

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Vergleichsschaltung enthält, welche an einem ersten Eingang ein Eingangs-Steuersignal zum Steuern von Frequenzänderungen des Gerätes und am zweiten Eingang das Ausgangssignal eines mit der Abstimmeinrichtung des Magnetrons verbundenen Drehmelders empfängt, sowie einen Servomotor, der in Abhängigkeit von einem von der Vergleichsschaltung erzeugten Fehlersignal ein Abstimmelement des Magnetrons bewegt, dadurch gekennzeichnet , daß das Eingangs-Steuersignal (se) zu einem Analog-Digital-Umsetzer (AD) gelangt, an dessen Ausgang ein Code vorliegt, der mindestens einen Festspeicher (ROM) adressiert, und daß an den Datenausgang des Festspeichers (ROM) ein Digital-Analog-Umsetzer (DA) geschaltet ist, der das Magnetron (MC) oder den Oszillator (VCO) steuert.
2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die am Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers (AD) verfügbaren Codes einen ersten und einen zweiten Festspeicher (ROM.., ROM₂) adressieren, welche die Steuereinheit (UC) über einen ersten Digital-Analog-Umsetzer (DA₁) bzw. den spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) über einen zweiten Digital-Analog-Umsetzer (DA₂) steuern, und daß im ersten Festspeicher (ROM^) Codes geschrieben sind, die Signale einer Größe ausdrücken, die bei Anlegen dieser Signale an den Eingang der Steuereinheit (UC) im Magnetron (MC) Frequenz änderungen gemäß einem vorgegebenen Gesetz bewirkt, während im zweiten Festspeicher (ROM₂) Codes geschrieben sind, die weitere Signale einer Größe ausdrücken, die bei Anlegen der weiteren Signale an den Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) Frequenzänderungen nach demselben Gesetz bewirkt (Fig. 2).

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3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der spannungsgesteuerte Oszillator (VCO) durch das Eingangs-Steuersignal (se) direkt gesteuert ist/ und daß der Festspeicher (ROM.), an dessen Ausgang über den Digital-Analog-Umsetzer (DA) die Steuereinheit (UC) geschaltet ist. Codes enthält, die Signale einer Größe ausdrücken, die bei Anlegen dieser Signale an den Eingang der Steuereinheit (UC) am Ausgang des Koaxialmagnetrons (MC) Frequenzänderungen nach der gleichen Gesetzmäßigkeit bewirkt, mit welcher sich die Frequenz am Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) ändert (Fig. 4).
4.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinheit (UC) direkt durch das Eingangs-Steuersignal (se) gesteuert wird, und daß der über den Digital-Analog-Umsetzer (DA₂) den spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) steuernde Festspeicher (ROM₂) Codes enthält, die Signale einer Größe ausdrücken, die bei Anlegen dieser Signale an den spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) Frequenzänderungen nach der gleichen Gesetzmäßigkeit bewirkt, mit welcher sich die Frequenz am Ausgang des Magnetrons (MC) ändert (Fig. 5).
5.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß an den Analog-Digital-Umsetzer (AD) das am Ausgang des Drehmelders (RA) der Steuereinheit (UC) erzeugte Signale (ra) angelegt ist (Fig. 6).
6.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß an den zweiten Eingang der Vergleichsschaltung (CC) der Steuereinheit (UC) das am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers (DA₂) erzeugte Signal angelegt ist (Fig. 7).

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