DE3018362C2

DE3018362C2 - Radar-Antwortsender mit Zweistellungenschaltern

Info

Publication number: DE3018362C2
Application number: DE3018362A
Authority: DE
Inventors: Raymond Viroflay Strauch
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-05-16
Filing date: 1980-05-14
Publication date: 1986-09-04
Also published as: JPS55154483A; JPS6218024B2; FR2435866A1; GB2051522A; GB2051522B; DE3018362A1; FR2435866B1; US4358763A

Description

Die Erfindung betrifft einen CW-Radar-Antwortsender, der einen frequenz- und amplitudenmodulierten Träger empfängt, dessen Mittelfrequenz gleich einigen Gigahertz ist, mit Mitteln zum Abtasten des erwähnten erhaltenen Trägers mit einer Frequenz, die zumindest gleich dem Zweifachen der Amplitudenmodulationsfrequenz ist, die zwischen einigen zehn und einigen hundert Kilohertz liegt, mit mindestens einer Antenne, einem Verstärker, einer Laufzeitleitung mit einer Laufzeit r, zumindest einem ersten Schalter mit zwei Stellungen, der als Abtastanordnung dient, einem Taktgenerator, einem Eingang und einem Ausgang.

Antwortsender oder Baken, von denen Baken einen am Boden angeordneten Antwortsender angeben, werden normalerweise zum Verstärken des Echos und zur

Identifizierung von einem Radarsystem eingefangener Luftfahrzeuge benutzt Derartige Antwortsender können beispielsweise in Zusammenarbeit mit Astandsmeßgeräten vom Typ des Funkhöhenmessers an Bord von Hubschraubern beim Formationsfliegen helfen. Wenn der Antwortsender eine Bake ist und sich an Bord des Hubschraubers ein Funkhchenmesser befindet, dient der erwähnte Antwortsender beispielsweise beim Laden oder bei der Flugnavigation für den Hubschrauber mit einem Bereich bis zu einigen zehn Kilomeiern. Die Identifizierung des Antwortsenders kann beispielsweise mit Hilfe eines Amplitudenmodulators oder eines Einseitenbadmodulators erfolgen, der dem Antwortsender zugeordnet ist

Wenn ein Anwortsender im Zusammenhang mit einem Konstantwellen-Radarsender verwendet wird, beispielsweise mit einem Funkhöhsnmesser vom Typ, der in der FR-PS 15 57 670 beschrieben ist und einen Träger mit einer Frequenz von mehreren Gigahertz ausstrahlen kann, ist es notwendig, ein bestimmtes Phasenverhältnis zwischen dem empfangenen Träger und dem erneut ausgesandien Träger aufrechtzuerhalten, so daß irn Radarsender die Phasen der vom Radar abgesandten und der vom Antwortsender erneut übertragenen Signale miteinander verglichen werden können.

Bei einem Konstantwellen-Radar-Antwortsender ist es nicht notwendig, einen Verstärker direkt zu verwenden: Es ist möglich, auf eine niedrigere Zwischenfrequenz überzugehen, bei dieser niedrigeren Zwischenfrequenz zu verstärken und erneut mit einer Frequenz auszusenden, die die Frequenz des Trägers sein kann, der vom Antwortsender empfangen wird, oder eine andere. Wie dem auch sei, der vom Antwortsender erhaltene und erneut ausgestrahlte Träger ist in diesem Fall von der gleichen Art, d. h. alle Komponenten des Signals werden aufrechterhalten. Mit der heutigen Technik der Hyperfrequenzverstärker kann man den Übergang auf eine niedrigere Zwischenfrequenz vermeiden, und direkt verstärken. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf diese Verstärkungsart, die als nicht beschränkendes Beispiel in nacnstehender Beschreibung erläutert wird. Für die im Rahmen der Erfindung heranzuziehenden bevorzugten Anendungsmöglichkeiten und zur Gedankenorientierung für Vergleiche mit der früheren Technik sind die wieder auszusendenden Leistungen beispielsweise in der Größenordnung von einigen Milliwatt und entsprechen einer Mindestverstärkung zwischen dem empfangenen und dem eneut ausgestrahlten Träger, die 80 dB überschreiten kann. Weiter wird in bestimmten Anwendungsmöglichkeiten eine Adresse, die die des Antwortsenders sein kann, von einem Modulator eingeführt und dem wieder ausgestrahlten Signal überlagert, beispielsweise in Form einer Frequenzverschiebung mit einem vorgegebenen Wert

Das einfachste Schaltbild des bekannten Konstantwellen-Anwortsenders enthält einen Verstärker, desren Eingang mit einer Empfangsantenne und dessen Ausgang mit einer Sendeantenne verbunden ist. Eine derartige Anordnung eignet sich nicht für die herangezogenen Anwendungsmöglichkeiten, weil die unumgänglichen Verbindungen zwischen den beiden Antennen das System astabil machen würden, wenn man sich nicht mit einer sehr geringen Verstärkung in der Größenordnung von beispielsweise 30 dB begnügt. Die notwendige Entkopplung zwischen den beiden Antennen muß für die herangezogenen Anwendungen größer als 30 dB sein. Eine derartige Entkopplung ist schwer verwirklichbar sowohl für eine Bake am Boden wegen der am Boden reflektierten Streuträger (Larsen-Effekt) als auch für einen Antwortsender, der an Bord eines Luftfahrzeugs angebracht ist, wegen der Schwierigkeit, die dabei entsteht, die beiden Antennen räumlich voneinander zu trennen.

Es kann wünschenswert sein, nur eine einzige Antenne statt zwei Antennen zu haben, beispielsweise wenn es notwendig ist, zwischen den beiden Antennen keine schwierige genaue Winkelanpassung zu verwirklichen oder im Falle eines kleinen verfügbaren Raums an Bord eines Luftfahrzeugs. In diesem Fall verwendet man auf bekannte Weise eine einfache Empfangsantenne und einen Zirkulator, der die erwähnte Antenne mit dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers verbindet. In einem derartigen Anwortsender sind die Entkopplungsprobleme noch kritischer als in dem im vorigen Absatz beschriebenen Fall, weil es nahezu ausgeschlos sen ist, eine Reflektierung zu vermeiden, die ein bestimmtes Stehwellenverhältnis hat und es ist schwer, ein Stehwellenverhältnis zu bekommen, das niedriger als 1,2 ist, was nur 1% der reflektierten En',-" pe entspricht d. h. eine Entkopplung unter 20 dB. Es w£re also notwendig, einen Verstärker mit einem Verstärkungsfaktor unter 2OdB und also immer noch nicht ausreichend zu verwenden.

In einem anderen bekannten Antwortsender wird ein Teil des erhaltenen Trägers verstärkt, in einer Laufzeitleitung gespeichert und nach einer zweiten Verstärkung erneut mit einer bestimmten Frequenz ausgestrahlt Ein derartiger Antwortsender besteht aus der Kaskadenschaltung eines ersten Verstärkers, dessen erste Stufe auch zum Filtern des Signals dient einer Laufzeitleitung eines Modulators, der die erwähnte bestimmte Frequenz bestimmt und eines zweiten Verstärkers. Mit einem Zweistellungenschalter, dessen einer erster Anschluß mit einer Sende/Empfangsantenne verbunden ist, kann diese Antenne mit dem Eingang oder dem Ausgang des Antwortsenders verbunden werden, entweder in der Empfangsstellung oder in der Stellung zum erneuten Ausstrahlen. Die kombinierte Verwendung einer Laufzeitleitung und eines Zweisteilungenschalters ergibt eine zweckmäßige Entkopplung zwischen dem erhaltenen Signal und dem erneut ausgestrahlen Signal durch ihre zeitliche Verschiebung, und ermöglicht es, zwischen diesen beiden Signalen eine Verstärkung zu verwirklichen, die größer als 8OdB sein kann. Dieser Vorteil wird durch Abtastung der erhaltenen Welle im erwähnten Zweistellungenschalter erhalten, der als Abtastanordnung dient, weil ein Taktgenerator, der aus einem mit einem Oszillator verbundenen Steuerkreis besteht den Übergang des Schalters zwischen der einen und der anderen Stellung mit einem konstanten vorgegebenen Takt Fd steuert. Eine derartige Abtastung bildet jt-dach keinen großen Nachteil, wenn nur der Zusammenhang zwischen dem empfangenen und dem erneut ausgestrahilcii Signal aufrechterhalten wird, d. h. wenn das Abtasttheorem, auch mit Shannon-Theorem bezeichnet gilt, mit anderen Worten, wenn diese Abtastung bei einer Frequenz Fd erfolgt, die zumindes'i gleich dem Zweiiachen der maximalen Amplitudenmodulationsfi equenz des vom Impulswiederholer erhaltenen Signals ist Wenn diese Anforderung berücksichtigt wird, was ziemlich leicht ist, wie nachstehend erläutert wird, wird ein derariger Antwortsender Pseudo-Konstantwellen-Antwortsender genannt. Unter den Konstantwellen-Antwortsendern bezieht sich die Erfindung insbesondere auf diesen Typ von Pseudo-Konstantwellen-Antwortsender, indem ein Taktgenerator sowohl

die Abtastfrequenz als auch das Zyklusverhältnis bestimmt, d. h. das Verhältnis zwischen der Empfangszeit und der Gesamtzeit Td, die gleich dem umgekehrten Wert der Abtastfrequenz Fd ist. Der Taktgenerator ist unabhängig, d. h. er macht keine Synchronisation mit einem anderen Signal notwendig. Ein Pseudo-Kostantwellen-Antwortsender dieses Typs ist beispielsweise in er FR-PS 23 43 258 und insbesondere in Fig. 9 und 10 dieser Patentschrift beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ko- *ten eines Antwortsenders dieses Typs der eingangs erwähnten Art durch Verkleinerung auf nahezu die Hälfte der Verstärkungsorgane zu reduzieren.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht aus der Verbesserung der Entkopplung zwischen dem erhaltenen und dem wieder ausgestrahlten Signal und der Ermöglichung einer Erhöhung des Verstärkungsfaktors des Anwortsenders.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der Filterung des neu auszusendenden Signals.

Zur Lösung dieser Aufgaben ist der eingangs erwähnte Antwortsender dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem mit mindestens einem zweiten Zweistellungenschalter versehen ist, wobei die erwähnten Schalter je einen ersten Anschluß haben, der mit dem Eingang bzw. dem Ausgang des erwähnen Verstärkes verbunden ist, und die Wirkungsreihenfolge der Schalter vom erwähnten Taktgenerator derart gesteuert wird, daß jede Abtastung des erhaltenen Signals nacheinander zumindest ein erstes Mal den erwähnten Verstärker, ein erstes Mal die erwähnten Verstärker mit einem Eingangspegel durchläuft, der höher als der des ersten Durchgangs ist.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht aus der Verwendung der Laufzeitleitung, die bereits für die Abtastung der erhaltenen Signale notwendig ist, für das mindestens zweifache Durchlaufen eines einfachen Verstärkers durch jede Abtastung des Signals, wodurch die Verstärkung dieses Verstärkers auf etwa die Hälfte zurückgebracht werden kann und dennoch gleiche Ergebnisse in bezug auf einen bekannten Anwortsender nach obiger Beschreibung erzielt werden.

Nach einer ersten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Antwortsender mit einer Empfangsantenne und einer Sendeantenne ausgerüstet, die mit einem zweiten Anschluß des ersten Zweistellungenschalters bzw. mit einem dritten Anschluß des zweiten Zweistellungenschalters verbunden sind. Diese Ausführungsform eignet sich für eine Anwortsenderbake am Boden, mit deren Hilfe die Antennen ohne Ausrichten ein Strahlungsfeld besitzen, das sie nahezu außerhalb der Echos bringt, die am Boden oder durch mit den Boden verbundenen Hindernisse verursacht werden.

Nach einer zweiten Ausführungsform ist der Antwortsender mit einer einfachen Empfangs/Sendeantenne ausgerüstet, die an den ersten Anschluß eines dritten Schalters mit zwei Stellungen angeschlossen ist, mit dessen Hilfe die erwähnte Antenne mit dem erwähnten zweiten Anschluß des ersten Zweistellungenschalters oder mit dem erwähnten dritten Anschluß des zweiten Zweistellungenschalters verbunden ist Ein derartiger Antwortsender kann in einer Bake an Bord eines Luftfahrzeugs, beispielsweise eines Hubschraubers, benutzt werden.

Abhängig von der vom erwähnten Taktgenerator den erwähnten Schaltern auferlegten Reihenfolge kann das erhaltene Signal den erwähnten Verstärker zwei- oder dreimal und die Laufzeitleitung einmal bzw. zweimal durchlaufen. Eine größere Anzahl von Durchgängen des Signals im Antwortsender ist weder wünschenswert, noch vorteilhaft aus folgenden Gründen: Zunächst verringert die Erhöhung dieser Anzahl den Wert des Zyklusverhältnisses, wodurch der Verstärkungskoeffizient des Verstärkers erhöht werden muß, um den mittleren Pegel des erneut ausgestrahlten Signals nahezu konstant zu halten. Zum anderen würde vom dritten Durchgang durch die Laufzeitleitung an die Abtastung des erneut auszusendenden Signals dem ersten Streuecho überlagert werden, das beim ersten Durchgang dieser Abtastung in der Laufzeitleitung gebildet ist und so von dieser letzten gestört werden würde.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert,
is Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Pseudo-Konstantwellen-Antwortsenders von einem bekannten Typ,

Fig.2 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung der Wirkung des Antwortsenders nach Fig. 1.
F i g. 3 das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform nach der Erfindung mit zwei Antennen,

Fig.4 eine Abwandlung zur Ausführungsform nach F i g. 3 für den zweifachen Durchgang der Signalabtastung,

Fig. 5 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung der Wirkung des Antwortsenders nach F i g. 4,

Fig. 6 das Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einer einzigen Antenne,

Fig. 7 eine Abwandlung zur Ausführungsform der F i g. 6 für den zweifachen Durchgang der Signalabtastung.

In F i g. 1 ist ein Pseudo-Konsstantwellen-Antwortsender nach der bekannten Technik dargestellt, der eine Empfangs/Sendeantenne 1 enthält, die mit einem ersten Anschluß 3 eines Zweistellungenschalters 2 verbunden ist. Die beiden möglichen Stellungen des Schalters, die den ersten Anschluß 3 mit einem zweiten Anschluß 4 oder mit einem dritten Anschluß 5 verbinden, sind mit I oder II bezeichnet. Zum anderen verbinden zwei Unterbrecher 6 und 7 die Anschlüsse 4 bzw. 5 mit einem Eingangsanschluß 8 und einem Ausgangsanschluß 9 des Antwortsenders. Zwischen den Anschlüssen 8 und 9 sind der Verstärker 10, der Funkfrequenzsignale in der Größenordnung von einigen Gigahertz bearbeiten kann, eine Laufzeitleitung 1, die das erhaltene Signal um eine Zeit r in der Größenordnung von einer Mikrosekunde verzögert und gegebenenfalls ein in der Zeichnung nicht dargestellter Modulator kaskadengeschaltet Die Ziffern 2, 6 und 7 bezeichnen zum Beispiel einen Schalter so und Diodenunterbrecher von einem bekannten Typ.

Die Abwechslung zwischen dem Empfang und lier Neuaussendung wird von dem Schalter 2 versorgt, der eine oder die andere seiner beiden Stellungen I und II einnehmen kann je nach dem Wert eines Steuersignals, das von einer Steuerschaltung 12 erzeugt wird und eine feste Frequenz F hat, die von einem Quarzoszillator 13 abgeleitet ist während die Einheit der Elemente 12 und 13 einen Taktgenerator bildet. Diese Abwechlung zwischen dem Empfang und der Neuaussendung ermöglicht es, eine wesentliche Verstärkung ohne die Gefahr der Instabilität zu erhalten (unter der Bedingung jedoch, daß diese Verstärkung nicht zu hoch ist), denn die Rückkopplungsschleife ist nie geschlossen. Das Öffnen dieser Schleife wird übrigens nötigenfalls durch die Unterbreeher 6 und 7 verstärkt wobei die in F i g. 1 dargestellten Stellungen der Organe 2, 6 und 7 der Empfangsphase entsprechen. Diese Stellungen werden zum Neuaussenden umgekehrt In der Empfangsphase besteht der Be-

handlungskreis des Signals aus folgenden kaskadengeschalteten Organen: Antenne 1, Schalter 2 in Stellung I, Unterbrecher 6 geschlossen, Verstärker 10, Laufzeitleitung 11, Unterbrecher 7 offen. Da die allgemeine Verstärkung zwischen dem empfangenen Träger und dem neu ausgestrahlten Träger 80 dB betragen kann und ein handelsüblicher Schalter für eine allgemeine Isolation von 50 dB ausgelegt ist, werden die Schalter 6 und 7 im allgemeinen benötigt.

Zum anderen führt die hyperfrequente Laufzeitleitung 11, die eine derartige Abtastung des empfangenen Trägers ermöglicht, durch Einfuhrverluste des Signals zu einer Abschwächung in der Größenordnung von 4OdB. Dies bedeutet, daß der Verstärker 10 eine sehr hohe Verstärkung in der Größenordnung von 12OdB haben muß, wodurch er stark verteuert, während er nur einen Bruchteil der Zeit benutzt wird. Der Verstärker 10 enthält beispielsweise 12 Stufen, die je eine Verstärkung von 10 dB geben. Vorzugsweise wird der Verstärker in zwei Teile geteilt, die an beiden Seiten der Laufzeitleitung 11 angeordnet werden, um zu vermeiden, daß sie bei zu hohen Leistungen arbeitet. Der vor der Laufzeitleitung angeordnete Teil des Verstärkers ist beispielsweise mit 6 Stufen, unter denen eine Eingangsstufe, die auch zum Filtern des Signals dient, und der andere Teil des Verstärkers mit 6 Stufen versehen, unter denen eine oder mehrere Ausgangsstufen, die als Leistungsstufen ausgelegt sind, die ein Signal bei einer Leistung von einigen Milliwatt abgeben.

Die Wirkung dieses Antwortsenders wird durch die Diaf-amme nach Fig.2 veranschaulicht. Das Diagramm 2a stellt die Form des Steuersignals des Schalters 2 dar: Dieses Steuersignal mit einer Frequenz Fd hat zwei Pegel I und II, die den Stellungen I und II des Schalters ensprechen, und es ist so, daß in jeder Periode Td = MFd die Dauer von Il (Td — δ) zumindest gleich der Dauer von I {δ) ist. Das Diagramm 2b zeigt mit schraffierten Zonen die Zeitintervalle, in denen das von der Antenne 1 erhaltene Signal der Laufzeitleitung 11 zugeführt wird. Das Diagramm 2c zeigt mit schraffierten Zonen die Zeitintervalle, in denen das erhaltene Signal am Ausgang der Laufzeitleitung 11 erscheint Die Verzögerung τ der Laufzeitleitung ist derart, daß das verzögerte erhaltene Signal in den Zeitintervallen auftritt, in denen sich der Schalter in der Stellung II befindet. Es ist klar, daß dabei die Antenne 1 des Antwortsenders erneut das Ganze, um r verzögerte Signal aussendet. Es sei hierbei bemerkt, daß für den Übergang aus der Stellung hzur Stellung II eine Schaltzeit von etwa 50 ns erfordert wird. Unter diesen Bedingungen dauert die Empfangsphase beispielsweise ö = 035 us, wenn beispielsweise r 1 μ$. Es sei ebenfalls bemerkt, daß die Abtastung des Eingangssignals Seitenbänder verursacht, aber daß die Kohärenz des erneut ausgesandten Signals aufrechterhalten bleibt, d.h. die Möglichkeit zum Demodulieren dieses Signals unter der Bedindgung, daß die Frequenz Fd zumindest gleich dem Zweifachen der Modulationsfrequenz ist (Abtastsatz).

Wenn das erneute Ausstrahlen der Signalabtastung beendet ist, beispielsweise eine Zeit r, nachdem die EIemente 2, 6 und 7 in die Stellung zum erneuten Aussenden gebracht sind (siehe F i g. 2), wird eine bestimmte Zeit die nahezu gleich Td— ν ~ ff (bis auf den Schaltzeiten) ist, berücksichtigt, bevor die Elemente 2,6 und 7 gleichzeitig in die Empfangsstellung zurückkehren, um Streureflektionen zu vermeiden. Unter diesen Bedingungen ist der Maximalwert des Zyklusverhältnisses öl Td, die man erreichen kann, etwas kleiner als V2. Mit den oben angegebenen Werten von rund δ könnte die Maximalabtastfrequenz 500 kHz sein, was Amplitudenmodulationsfrequenzen bis zu etwa 200 kHz ermöglichen würde. Der Taktgenerator 12, 13 der nötigenfalls zum Variieren des Zyklusverhältnisses innerhalb der von der Dauer r zugelassenen Grenzen regelbar ist, ist unabhängig und erfordert keine Synchronisation.

Erfindungsgemäß durchläuft jede Abtastung der empfangenen Welle zunächst den Verstärker ein erstes Mal, dann die Laufzeitleitung und anschließend den Verstärker ein zweites Mal.

In Fig.3 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung mit zwei Antennen dargestellt. Eine Empfangsantenne 15 ist mit dem Eingang 16 des Antwortsenders verbunden. Selbst ist dieser Eingang mit dem zweiten Anschluß eines ersten Zv/eistellungenschalters 17 verbunden, dessen erster Anschluß 18 mit dem Eingang eines Verstärkers 19 verbunden ist. Der dritte Anschluß des Schalters 17 ist mit dem Ausgang einer Laufzeitleitung 20 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 19 ist mit dem ersten Anschluß eines zweiten Zweistellungenschalters 21 verbunden, dessen zweiter und dritter Anschluß an den Eingang der Laufzeitleitung 20 bzw. an den Ausgang 22 des Antwortsenders angeschlossen sind, der mit einer Sendeantenne 3 verbunden ist. Der Antwortsender nach Fig.3 ist in der Empfangsphase dargestellt, während die Schalter 17 und 21 ihre Stellungen I einnehmen (elektrische Hyperfrequenzverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß). Zum Eintreten in die Stellung für das erneute Ausstrahlen kippen die beiden Schalter gleichzeitig in die in F i g. 3 mit II bezeichnete Stellung unter der Steuerung des Taktgenerators 12,13, der die gleiche Funktion wie in F i g. 1 hat.

Die Wirkungsfolge der Schalter unter der Steuerung des Taktgenerators 12, 13 kann zwei Phasen umfassen, für je einen Empfangs- und Neuaussende-Zyklus, und der Folge nach F i g. 2 identisch sein, wobei die Empfangsphase eine Dauer ö hat, die etwas kurzer als r ist und wobei die Phase der Neuaussendung, die auch in diesem Fall eine Neuumlaufphase des Signals vom Verstärker 19 ist, eine Dauer Td — δ hat, wodurch zumindest das Aussenden der in der Laufzeitleitung gespeicherten Abtastung möglich ist, also eine Dauer, die minimal gleich r ist Das zuvor bestimmte maximale Zykiusverhältnis, das gleich '/2 war, ist also aufrechterhalten. Der wichtigste Vorteil der Erfindung besteht also in der Verwendung eines Verstärkers 19, dessen Verstärkung G 2 von der Verstärkung G 1 des Verstärkers 10 nach F i g. 1 nach der Formel G 2 = -(G 1, abgeleitet wird.

Die Verstärker 10 und 19 müssen Signale gleicher Größe verarbeiten, weil die empfangenen und neu ausgesandten Signale in beiden Fällen die gleiche Größe haben. Der Verstärker 19 hat beispielsweise sechs Stufen, die je eine 10 dB Verstärkung geben, unter denen sich eine Eingangsstufe zum Filtern zur Herabsetzung des Rauschens und eine Ausgangsleistungsstufe befinden. Dies ist besonders vorteilhaft, weil der Verstärker das teuerste Element in einem Antwortsender vom Typ Pseudo-Konstantwellen-Antwortsender ist der an Hand der F i g. 1 bis 3 beschrieben wird, und weil der Preis eines Verstärkers wie 19 nahezu die Hälfte von dem eines Verstärkers wie 10 ist Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß im Vergleich zum Verstärker 10 der Verstärker 19 öfter verwendet wird, was die Ausbeute vergrößert Weiter ist, wenn man sich eine noch größere Verstärkung wünscht d. h. über 80 dB im ausgewählten Zahlenbeispiel, das Schema nach F i g. 3

besser als das nach F i g. 1 geeignet, in der unstabile Faktoren erscheinen würden und in der die Filterung des Signals schwer realisierbar wäre.

In F i g. 4 ist eine Abwandlung der Ausführungsform nach F i g. 3 dargestellt, in der eine Wirkungsfolge für die Empfangs- und Neuaussende-Zyklus drei Phasen enthält. Das Schaltbild nach F i g. 4 ist fast gleich dem nach F i g. 3 bis auf dem Ausgang der Steuerschaltung, aber die Wirkung, die in F i g. 5 von Zeitdiagrammen angegeben ist, weicht ab, was durch verschiedene Bezugsziffern dargestellt wird, die bestimmte Elemente tragen, wie der erste Schalter 27, der Verstärker 29, die Laufzeitleitung 30, der zweite Schalter 31, und die Steuerschaltung 26. Die von dem Taktgenerator 13, 26 gesteuerte Reihenfolge mit drei Phasen ist wie folgt entsprechend dem Schaltbild nach F i g. 5.

— Erste Phase: Empfang in einer Zeit ό, die etwas kürzer als r ist. Bei dieser Phase befinden sich beide Schalter in der Stellung L Diese Phase eiiuei durch das Umkippen des Schalters 27 innerhalb von 50 ns aus der Stellung I in die Stellung II.

— Zweite Phase : Neuumlauf in einer Zeit r. Der Schalter 27 besteht in der Stellung II und der Schalter 31 in der Stellung I. Diese Phase endet durch das Umkippen des Schalters 31 innerhalb von 50 ns aus der Stellung I in die Stellung II. Der Antwortsender ist in dieser zweiten Phase dargestellt.

— Dritte Phase: Neuumlauf und Neaussendung in einer Zeit, die zumindest gleich τ ist. Die beiden Schalter nehmen die Stellung II ein. Diese Phase läuft ab durch das gleichzeitige Umkippen der Schalter innerhalb von 50 ns in die Stellung I.

In F i g. 5 ist ein Arbeitszyklus dargestellt (Dauer Td): bei a das dem Schalter 27 zugeführte Steuersignal eines ersten Ausgangs der Steuerschaltung 26,

Kpi K Hac Hgjn Schä!*Sr 3^ VQH einem zWS''^pn Aiiccfcmflr der Steuerschaltung 26 zugeführte Steuersignal,
bei c mit Hilfe von schraffierten Zonen die Zeit, in der die herangezogene Signalabtastung auf die Laufzeitleitung 30 übertragen wird,

bei d durch schraffierte Zonen die Zeit, in der die herangezogene Signalabtastung am Ausgang der Laufzeitleitung 30 erscheint. Die drei Wirkungsphasen sind in der Zeichnung mit P1, P2 und P3 bezeichnet.

Es sei bemerkt, daß in der zweiten Phase das Hauptsignal und das vom ersten Durchgang des Signals bewirkte Echosignal in entgegengesetzter Richtung in der Laufseitleitung umlaufen, was für das Hauptsignal nicht störend ist Dies wäre nicht mehr der Fall, wenn man eine größere Anzahl von neuen Umläufen erhalten möchte. In der Praxis muß man sich auf zwei Neuumläufe beschränken, weil die Anhäufung der Einführungsverluste den Gewinn herabzusetzen drohen, die man in der Theorie erreichen kann. Die Dauer der zweiten Phase ist vorzugsweise zumindest gleich r, damit die Abtastung während des zweiten Durchgangs vor dem Neuaussenden in der Laufzeitleitung gespeichert wird. Wenn man davon ausgehen würde, daß ein Antwortsender nach der Erfindung eine Verstärkung von 10OdB hat, hätte der Verstärker 19 eine Verstärkungskoeffizienten von 75 dB, während der Verstärker 29 einen Verstärkungskoeffizienten von nur 65 dB hätte. In dem Fall nach F i g. 4 arbeitet der Verstärker 29 dreimal je Zyklus und die Entkopplungsprobleme sind noch weniger kritisch als im Fall nach F i g. 5, weil eine Zeitteilung der Schleifenverstärkung in drei Teile statt in zwei Teile erfolgt.

Das Blockschaltbild nach Fig. 5 stellt eine zweite Ausführungsform der Erfindung dar. Dieser Neuumlaufantwortsender ist mit einer einfachen Sende/Empfangsantenne 35 versehen, die an den ersten Anschluß eines Schalters 36 angeschlossen ist, dessen zweite und dritte Anschlüsse mil dem Eingangsanschluß 16 bzw. dem Ausgangsanschluß 22 verbunden sind. Zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen sind das

ίο Schaltbild und die Wirkung des Antwortsenders gleich denen des an Hand der F i g. 3 beschriebenen Antwortsenders. In F i g. 6 ist der Taktgeber nicht dargstellt. Er ist dem nach F i g. 3 identisch, sein einziger Ausgang steuert auch den Schalter 36, der also in der Stellung I in der Empfangsphase und in der Stellung II in der Neuaussendephase befindet.

Der Antwortsender, dessen Blockschaltbild in Fig.' dargestellt ist, ist eine Abwandlung der Ausführung« form nach F i g. 6, nach welcher Abwandlung die Wir-

IU kuiigMoigc für einen Zyklus ZUiii Empfang uiiu ϊϋίϊι Neuaussenden drei Phasen enthält. Dieser Antwortsender mit Doppelumlauf ist mit einer einfachen Empfangs/ Sendeantenne 37 ausgerüstet, die mit dem ersten Anschluß eines Schalters 38 verbunden ist, dessen zweite und dritte Anschlüsse mit dem Eingangsanschluß 16 bzw. mit dem Ausgangsanschluß 2 verbunden sind. Zwischen diesen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen sind das Schaltbild und die Wirkung des Antwortsenders gleich denen des an Hand der F i g. 4 und 5 beschriebenen Antwortsenders. In F i g. 7 ist der Taktgeber nicht dargestellt. Er ist dem nach F i g. 4 identisch, wobei einer seiner beiden Ausgänge, beispielsweise der Ausgang, der den Schalter 31 steuert, auch den Schalter 38 steuert, der also zumindest in der dritten Phase des Neuumlaufs und der Neuaussendung in der Stellung II steht. Der Anwortsender nach Fig.7 ist in der zweiten Neuumlaufphase dargestellt, wobei der Schalter 38 vom Leiter opctpngrt wirH der auch den Schalter 31 steuert.
Die an Hand der Fi g. 1, 3, 4, 6 un 7 beschriebenen Antwortsender sind im allgemeinen mit einem Modulator versehen. Dieser Modulator kann im verarbeiteten Signal die Adresse des Antwortsenders beispielsweise in Form einer Frequenzverschiebung des Trägers mit einem vorgegebenen charakteristischen Wert einführen.

Im Schallbild nach F i g. 1 würde sich der nicht dargestellte Demodulator vorzugsweise zwischen der Laufzeitleitung 11 und dem Ausgangsanschluß 9 befinden. In Fig.3 würde er sich zwischen der Laufzeitleitung 20 und dem Schalter 17 befinden. Es sei dabei bemerkt, daß in diesen beiden Antwortsendern die Modulatoren nicht auf den gleichen Leitungspegel arbeiten würden. Es ist jedoch leicht, diese Leistungspegel anzugleichen, beispielsweise durch Anordnung des Modulators in F i g. 3 zwischen dem Schalter 21 und dem Ausgangsanschluß 22 des Antwortsenders. Diese Stelle des Modulators ist im Antwortsender nach F i g. 4 erforderlich, d. h. zwischen dem Schalter 31 und dem Ausgangsanschluß 22. Denn in diesem Antwortsender läuft die Signalabtastung zweimal in der Neuumlaufschleife um und es ist nicht mehr möglich, den Modulator in diese Schleife einzuführen, wenn man ihn nicht so entwickelt, daß er das Signal zweimal statt einmal für jede Abtastung verarbeitet. Hinsichtlich der obigen Beschreibung würde der Modulator vorzugsweise zwischen der Laufzeitleiiung 20 und dem Schalter 17 in F i g. 6 und zwischen dem Schalter 31 und dem Ausgangsanschluß 22 in Fig.7 angeordnet werden.

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Die allgemeine Verwendung der Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen. Es kann insbesondere in Antwortsenderbaken angewandt werden, die in einem kohärenten Impulsdoppelradarsystem eingesetzt werden, wie sie in der FR-PS 15 63 015 beschrieben sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche :

1. CW-Radar-Antwortsender, der einen frequenz- und amplitudenmodulierten Träger empfängt, dessen Mittelfrequenz gleich einigen Gigahertz ist, mit Mitteln zum Abtasten des erwähnten erhaltenen Trägers mit einer Frequenz, die zumindest gleich dem Zweifachen der Amplitudenmodulationsfrequenz ist, die zwischen einigen zehn und einigen hundert Kilohertz liegt, der mit zumindest einer Antenne, einem Verstärker, einer Laufzeitleitung mit einer Laufzeit r, zumindest einem ersten Schalter (17, 27) mit zwei Stellungen, der als Abtastanordnung dient, einem Taktgeber, einem Eingang und einem Ausgang versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest einen zweiten Zweistellungenschalter (21, 31) enthält, wobei die erwähnten Schalter (17, 27; 21, 31) je einen ersten Anschluß (I) aufweisen, der mit einem Eingang bzw. einem Ausgang des erwähnten Verstärkers (19, 29) verbunden ist, und die Wirkungsweise der Schalter (17,27; 21,31) vom erwähnten Taktgeber (12,13,26) derart gesteuert wird, daß jede Abtastung des erhaltenen Signals nacheinander mindestens ein erstes Mal den erwähnten Verstärker (19, 29), ein erstes Mal die erwähnte Laufzeitleitung (20, 30) und ein zweites Mal den erwähnten Verstärker (19, 29) mit einem Eingangspegel durchläuft, der höher als der des ersten Durchgangs durch den erwähnten Verstärker (19,29) ist.

2. Radar-A-itwortsender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, c"aß er nv: einer Empfangsantenne (15) und einer Sendeantenne (23) ausgerüstet ist, die mit dem Eingang (16) bzv .tiit dem Ausgang (22) des erwähnten Anwortsenders verbunden sind.

3. Radar-Antwörisender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer einfachen Empfangs/Sendeantenne (35,37) ausgerüstet ist, der an den ersten Anschluß eines dritten Zweisteilungenschalters (36, 38) angeschlossen ist, mit dessen Hilfe die erwähnte Antenne (35, 37) entweder mit dem Eingang (16) oder mit dem Ausgang (22) des erwähnten Antwortsenders unter der Steuerung des erwähnten Taktgebers verbunden werden kann.

4. Radar-Antwortsender nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Abtastung des Signals die erwähnte Wirkungsweise der erwähnten Schalter (17, 27, 21, 31; 36, 38) eine erste Phase enthält, in der die Empfangsantenne (15; 35, 37) mit der erwähnten Laufzeitleitung (20, 30) über den Verstärker (19, 29) und die erwähnten Schalter, die in ihrer ersten Stellung stehen, verbunden ist, wobei diese erste Phase, die eine Dauer öhat, und etwas kürzer als die Laufzeit τ ist, fast direkt von einer zweiten Phase mit einer Dauer gefolgt wird, die zumindest gleich der Dauer der ersten Phase ist und in der die erwähnte Laufzeitleitung (20,30) mit der erwähnten Sendeantenne (23; 35; 37) über den Verstärker und die erwähnten Schalter (17, 27, 21, 31; 36, 38) verbunden ist, die in ihrer zweiten Stellung stehen.

5. Radar-Antwortsender nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Signalabtastung die erwähnte Wirkungsweise der erwähnten Schalter drei Phasen enthält, die nacheinander vom erwähnten Taktgeber (12, 13, 26) gesteuert werden; eine erste Phase, in der die Empfangsantenne (15) mit der Laufzeitleitung (20, 30) über den ersten Schalter (17,27) in der ersten Stellung, den Verstärker (19,29) und den zweiten Schalter (21,31) in der ersten Stellung verbunden ist, welche Phase eine Dauer ö hat und etwas kürzer ist als die Zeit r; eine zweite Phase mit einer Dauer von ungefähr τ, in der der Verstärker (19,29) über die Laufzeitleitung (20,

30) rückgekoppelt ist, wobei der erste Schalter (17, 27) in der zweiten Stellung und der zweite Schalter

ίο (21,31) in der ersten Stellung steht; eine dritte Phase mit einer Dauer von ungefähr τ, in der die Laufzeitleitung (20, 30) mit der Sendeantenne (23) über den ersten Schalter (17, 27) in der zweiten Stellung, den Verstärker und den zweiten Schalter (21,31) in der zweiten Stellung verbunden ist

6. Radar-Antwortsender nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Signalabtastung die erwähnte Wirkungsweise der erwähnten Schalter die drei aufeinanderfolgenden Phasen unter der Steuerung des erwähnten Taktgebers enthält: eine erste Phase, in der die Empfangs/Sendeantenne (35, 37) mit der Laufzeitleitung (20,30) über den dritten und ersten Schalter in erster Stellung, den Verstärker und den zweiten Schalter (21, 31) in der ersten Stellung verbunden ist, welche Phase eine Dauer δ hat und etwas kürzer ist als die Zeit r; eine zweite Phase mit einer Dauer von ungefähr r, in der der Verstärker (19, 29) über die Laufzeitleitung (20,30) rückgekoppelt ist, wobei der erste Schalter (17, 27) in der zweiten Stellung und der zweite Schalter (21,

31) in der ersten Stellung steht; eine dritte Phase mit einer Dauer von ungefähr r, in der die Laufzeitleitung (20, 30) mit der Empfangs/Sendeantenne (35, 37) über den ersten Schalter (17, 27) in der zweiten Stellung, den Verstärker (19, 29) und den zweiten und den dritten Schalter (36, 38) in der ersten Stellung verbunden ist.

7. Radar-Antwortsender nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Laufzeitleitung (20,30) direkt mit einem Modulator verbunden ist.

8. Radar-Antwortsender nach einem der Ansprüche 1,2,3,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modulator zwischen dem erwähnten zweiten Schalter (21, 31) und dem erwähnten Ausgang (22) des Antwortsenders angeschlossen ist.