-
-
Vorrichtung zur Ramüberwachung mittels Doppler-
-
Radar Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Raumüberwachung
mittels Doppler-Radar, enthaltend einen Mikrowellen-Oszillator, eine Sende-Empfangs-Antenne
und einen Detektor Eine bekannte Vorrichtung dieser Art ("Elektronik-Zeitung" Fcbr.198O,
S.8) enthält einen Gunn-Oszillator in Hohlraumtechnik, einen Diodenmischer und eine
planare Sende-Empfangs-Antenne. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Ausführung
besteht in ihrem großen Raumbedarf und Gewicht, was im wesefftlichen durch den in
ohlraumtechnik ausgebildeten Oszillator bedingt ist. Nachteilig sind weiterhin die
beträchtlichen Fertigungskosten, zu denen auch die zwischen dem Hohlraum-Oszillator
und der Antenne vorzusehenden Verbindungen (üblicherweise als Hohlleitungen ausgeführt)
erheblich beitragen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser
Nachteile eine Vorrichtung zur Raumüberwachung mittels Doppler-Radar zu schaffen,
die sich durch eine besonders einfache, kostensparende Herstellung, einen geringen
Raumbedarf und ein kleines Gewicht auszeichnet und die eine sehr zuverlässige, gegenüber
Umwelteinflüssen unempfindliche Betriebs-.
-
weise aufweist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß Oszillator, Antenne, Detektor und die Verbindungsleitungen dieser
Elemente in Mikrostreifen-Bauweise (microstrip bzw. stripline) ausgebildet und auf
demselben Trägermaterial angeordnet sind.
-
Zur Erläuterung dessen, was im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter
"Mikrostreifen-Bauweise" zu verstehen ist, sei zunächst auf die Fig.1 und 2 bezug
genommen.
-
Fig.1 zeigt die Bauweise, die im anglo-amerikanischen Schrifttum als
''stripline-Bauweisel' bezeichnet wird.
-
Bei dieser für Mikrowellentechnik geeigneten Bauweise vorgesehen,
sind zwei flache Isolierplatten 1 und 2 die an ihrer Außenseite eine leitende Schicht
1a bzw. 2a aus Metall aufweisen, die üblicherweise auf Massepotential liegen.
-
Ein Leiter 3- in Form eines dünnen Metallstreifens ist sandwichartig
zwischen den Isolierplatten 1 und 2 angeordnet und dient als Mikrowellenleitung.
-
Fig.2 zeigt demgeyenüber die sog. "måcrostrip-Bauweise". Hier ist
nur eine Isolierplatte 4 vorgesehen, die auf ihrer einen Seite mit einer üblicherweise
auf Massepotential gehaltenen leitenden Schicht 4a versehen ist und die auf ihrer
anderen Seite den zur Leitung der Mikrowellen bestimmten Leiter 5 trägt.
-
Im Rahmen dieser Anmeldung werden unter der Bezeichnung lZrçlikrostrei£en-Batlwebiselt
beide, in den Fig. 1 und 2 dargest ei iten Ausführungen verstanden.
-
Erfindungsgemäß sind nun alle wesentlichen Komponenten der zur Raumüberwachung
dienenden Vorrichtung, nämlich Oszillator, Antenne, Detektor und ihre Verbindungsleitungen,
in Mikrostreifen-Bauweise ausgebildet und auf demselben Trägermaterial angeordnet.
Als Trägermaterial dient dabei die Isolierplatte 4 (in der Bauweise gemäß Fig.2)
bzw. eine der beiden Isolierplatten 1, 2 (in der Bauweise gemäß Fig.1).
-
Dadurch ergibt sich eine flache Bauweise von geringem Raumbedarf,
die sich durch besonders einfache Fertigung auszeichnet, zumal gerade die in der
Mikrowellentechnik kritischen Bauteile in gedruckter Schaltungstechnik (nach üblichen
photolithographischen Verfahren) ausgeführt werden können.
-
Der Oszillator enthält bei einer ersten Aus-gestaltung der Erfindung
einen GaAs-Feldeffekt-Transistor. Ein solcher Oszillator weist gegenüber einem Gunn-Oszillator
in Hohlraumtechnik wesentliche Vorteile auf. Er besitzt einen hohen Wirkungsgrad
und demgemäß einen niedrigeren Leistungsverbrauch. Der Gehalt an Oberwellen und
dadurch bedingte Verzerrungen des Signals sind kleiner. Die Temperaturstabilität
eines GdAs-FET-Oszillators in Planar-Bauweise kann größer- sein als die eines Oszillators
in ohlraumtechnik. Gewicht und Raumbedarf sind wesentlich kleiner.
-
Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet
einen - gleichfalls in Mikrostreifen-Baiweise ausgebildeten - Oszillator mit einer
Gunn-Diode. Atch diese Variante besitzt im Vir-
gleich zu einem
in Hohlraumtechnik ausgeführten Oszillator wesentliche Vorzüge hinsichtlich des
Raumbedarfes, des Gewichtes, der Fertigung sowie der betrieblichen Zuverlässigkeit.
-
Als vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Oszillators mit dielektrischem
Resonator erwiesen, da sich dieser gut in die Mikrostreifen-Bauweise integrieren
läßt.
-
Als Antenne kann im Rahmen der Erfindung grundsätzlich jede in Mikrostreifen-Bauweise
ausgebildete Planar-Antenne Verwendung finden. Im Vergleich zu bekannten Hornantennen,
wie sie in Vorrichtungen zur Raumüberwachung mittels Doppler-Radar Verwendung finden,
zeichnet sich eine solche Mikrostreifen-Antenne nicht nur durch ihre flache, raumsparende
Bauweise und eine besonders einfache Herstellung aus. Sie besitzt darüber hinaus
auch den Vorteil, daß sich durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der einzelnen
Mikrostreifen-Elemente jede gewünschte Antennen-Charakteristik auf einfache Weise
erzielen läßt.
-
Dieser Vorteil ist gerade bei Vorrichtungen zur Raumüberwachung wesentlich,
da hier eine gute Anpassung der Antenne an den zu überwachenden Raum von wesentlicher
Bedeutung für eine optimale Funktion ist.
-
Ein weiterer Vorteil einer in Mikrostreifen-Bauweise ausgebildeten
Planar-Antenne besteht auch darin, daß es mit dieser Bauweise besonders einfach
möglich ist, eine kreisförlaige oder elliptische Polarisation
des
Antennenstrahles ZU erzielen. Dadurch kann eine gegenseitige Beeinflussung von in
dem zu überwachenden Raum einander gegenüberliegend angeordnetes Vorrichtungen auf
einfache Weise verrinyert werden.
-
Auch für den in Mikrostreifen-Bauweise ausgebildeten Detektor der
erfindungsgemäßen Vorrichtung sind verschiedene Varianten mögl-ich. Eine-zweckmäBige
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der FET-Oszillator zugleich den Detektor
bildet. Eine-andere Variante verwendet als Detektor einen Dioden-Detektor, insbesondere
eine Schottky-Sperrschicht-Diode.
-
Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele hervor.
-
Fig.3 zeigt in ganz schematischer Form die Hauptbestandteile der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Raumüberwachung. Auf einer Isolierplatte 6 (die der Isolierplatte
2 bzw. 4 der Ausführungsformen gemäß den Fig.1 bzw. 2 entspricht) sind ein-Oszillator
7 eine Antenne 8 und ein Verbindungsabschnitt 9 - sämtlich in Mikrostreifen-Bauweise
auf-demselben Trägermaterial (Isolierplatte 6) - angeordnet. Die Einzelheiten möglicher
Ausführungsformen des Oszillators 7, der Antenne 8 und des Verbindungsabschnittes
9 (der auch einen Detektor enthalten kann), werden im folgenden anhand einiger Beispiele
näher erläutert.
-
Fig.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Oszillators 7, der auf einer
Isolierplatte 6 mit geerdeter Metallisierung 6a angeordnet ist.
-
Er enthält auf der Isolierplatte 6 einen GaAs-Feldeffekttransistor
(FET) 10, dessen Anschlüsse in blicher Weise mit G,Dund S bezeichnet sind. Die Rückkopplung
erfolgt über einen dielektrischen Resonator 11, dessen Abmessungen die Oszillatorfrequenz
bestimmen. Die Source-Anschlüsse S enden in einem Stück Mikrostreifen-Leitung, dessen
Länge und Impedanz die optimale Kopplung zum Resonator 11 herstellt. Der dielektrische
Resonator 11 befindet sich in der Nähe der mit dem Gate-Anschluß verbundenen Leitung
12. Auf diese Weise ist eine Rückkopplung zwischen Source S und Gate G hergestellt.
Die mit dem Gate verbundene Leitung 12 ist durch eine von L1 und A2 gebildete Impedanz
abgeschlossen, was eine Selbsterregung des FET verhindert. Die mit dem Drain-Anschluß
verbundene Leitung 13 führt zum Ausgang. C1 ist ein Koppelkondensator. Die Zuführung
der Speisespannung erfolgt über einen von L2 und C2 gebildeten Tiefpaßfilter.
-
Die Induktivität L3 stellt für die Oszillatorfrequenz eine hohe Impedanz
dar, so daß der größte Teil der Leistung über den Kondensator C1 zum Ausgang 74
des Oszillators gelangt. Der Widerstand R1 gewährleistet, daß bei Zuführung der
Vorspannung V der Drain-Anschluß D stets positiv gegenüber dem Gate G vorgespannt
ist.
-
Dadurch ergibt sich beim Einschalten eine Begrenzung des über den
Drain-Anschluß fließenden Stromes.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendbaren Oszillators 7 in Mikrostreifen-Bauweise ist in den Fig.5 und 6 veranschaulicht.
-
Dieser Oszillator verwendet eine Gunn-Diode -15, die in der Isolierplatte
6 angeordnet ist. Mit ihrem an der Unterseite der Isolierplatte 6 vorhandenen- Anschluß
ist die Gunn-Diode 15 mit einer Metallkappe 16 verbunden, die als wärmesenke dient,
die die entwickelte Wärme ableitet und zugleich einen guten Masseanschluß der Gunn-Diode
herstellt; Die Stromversorgung der Diode erfolgt über einen auf der Isolierplatte
6 in gedruckter Schaltungstechnik ausgeführten Tiefpaßfilter 1-7. Zum Oszillator
gehört ferner ein dielektrischer Resonator 11 und ein Kondensator 18, der in der
zum Ausgang -19 führenden- Leitung 20 angeordnet ist.
-
Die Funktion einer Gunn-Diode als Oszillator einer Doppler-Radar-Anlage
ist bekannt und bedarf daher hier keiner näheren Erläuterung. Erfindungsgemäß ist
wesentlich die Anordnung dieser Gunn-Diode in Mikrostreifen-Bauweise, wobei sich
die Verwendung eines dielektrischen Resonators 11 r der magnetisch mit der Mikrostreifen-Ausgangsleitung
20 gekoppelt ist, als vorteilhaft erwiesen hat.
-
Fig.7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung verwendbaren Detektors.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet der FET-Oszilla-
tor
21 zugleich das wesentliche Element des Detektors.
-
jüber eine Verbindung Der Oszillator 21 spe 5 ie Antenne m t MikroweLlen-Leistung.
Die um die Doppler-Frequenz verschobenen reflektierten Signale gelangen von der
Antenne- 22- wieer zum Oszillator 21 und bewirken im Oszillator eine Stromänderung
entsprechend der Doppler-Frequenz. Diese Stromänderung führt zu einer entsprechenden
knderung' der an einem Vorschalt-Widerstand-23 abfallenden Spannung, die durch eine
Niederfrequenz-Schaltung wetterverarbeitet wird (Anschlußklemmen 23a, 23b).
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines geeigneten Detektors zeigt
Fig.8. Dieser Detektor enthält als wesentliches Element eine Diode 24, die an einen
Verzweiger 25 angeschlossen ist , über den die vom Oszillator 26 zugeführte Mikrowellen-Leistung
auf die beiden Antennen 27 und 28 aufgeteilt wird. Die gesamten Verbindungsleitungen
zwischen dem Oszillator 26 und den Antennen 27, 28 (einschließlich des hier als
kreisringförmige Leitung ausgebildeten Verzweigers 25) sind in Mikrostreifen-Bauweise
angeordnet.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Detektors (zur Erzeugung eines
der Differenz zwischen der Sende-und Empfangs-Frequenz entsprechenden Ausgangssignales)
ist in Fig.9 veranschaulicht. Hierbei findet als Detektor eine Schottky-Sperrschicht-Diode
29 Verwendung. Sie ist direkt an die in Mikrwstreifen-Bauweise ausgeführte Leitung
30 angeschlossen, die mit der Antenne und dem Oszillator verbunden ist. Der andere
Anschluß der Schottky-Sperrschicht-Diode 29 steht mit einem in gedruckter Schaltungstechnik
ausge-
führten Tiefpaßfilter 31 in Verbindung, der die Dopplersignale
durchläßt,.die vom Oszillator erzeugten Mikrowellen dagegen unterdrückt. Das Doppler-Ausgangssignal
kann an den Klemmen A, B abgenommen werden. Eine Induktivität 32 verhindert, daß
Mikrowellen zum Anschluß A gelangen und hierdurch den Wirkungsgrad des Detektors
beeinträchtigen.
-
Fig.1O zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bei der; erfindungsgemäßen
Vorrichtung verwendbaren, in Mikrostreifen-Bauweise ausgebildeten Antenne. Sie ist
auf einer Isolierplatte 33 angeordnet, die zugleich auch den Träger für den Oszillator
und den Detektor bildet.
-
Die Antenne enthält zwei Antennenelemente 34, 35, die jeweils aus
in entgegengesetzte Richtung-weisenden streifenartigen Leitern bestehen -und über
einen gemeinsamen Anschluß 36 vom (nicht dargestellten) Oszillator mit Mikrowellen-Energie
gespeist werden.
-
Fig.11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer in Mikrostreifen-Bauweise
ausgebildeten Antenne, bei der die einzelnen Streifen der beiden Antennenelemente
37 und 38 um 900 gegeneinander versetzt sind. Hierdurch läßt sich eine kreisförmige
Polarisation des Antennenstrahles erzielen.
-
Fig.12 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Komponenten der
Uberwachungsvorrichtung in etwas anderer Weise auf der als gemeinsames Trägermater-ial
dienenden Isolierplatte 39 angeordnet sind als bei Fig.3. Der Oszillator 7 und der
Verbindungsabschnitt 9 (enthaltend eine Detektordiode sowie Leitungen
zur
Leistungsvelzweigung) sind etwa in der Mitte der Isolierplatte 39 vorgesehen. Auf
beiden Seiten dieser Schaltungsgruppe ist je eine Antenne 40 bzw. 41 angeordnet,
wobei die Antennenelemente dieser Antennen um 900 gegeneinander versetzt sind, so
daß sich eine kreisförmige, oder elliptische Polarisation des -Antennenstrahles
erzielen läßt.