DE3409809A1

DE3409809A1 - Sende- und/oder empfangseinrichtung fuer elektromagnetische strahlung

Info

Publication number: DE3409809A1
Application number: DE19843409809
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 8000 München Kranz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-03-16
Filing date: 1984-03-16
Publication date: 1985-09-19

Description

Sende- und/oder Empfangseinrichtung für elektromagneti-
sche Strahlung Die Erfindung betrifft eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung für elektromagnetische Strahlung, z.B. Radar-oder Funk-Sender/Empfänger, mit einem einem drehbaren Bereich der Einrichtung zugeordneten strahlungsempfangenden bzw. strahlungsaussendenden Element, z.B. einer Sende/ Empfangs-Antenne oder -Optik, und einem einem feststehenden Bereich der Einrichtung zugeordneten Teil zur Verarbeitung und Aufbereitung der empfangenen bzw. gesendeten Signale.
Bei elektronischen oder optronischen Systemen müssen oft elektrische Signale von einem feststehenden zu einem drehbaren Teil übertragen werden und umgekehrt, z.B. bei einer Radaranlage von einer drehenden Antenne auf ein festes System oder umgekehrt. Derartige Signalübertragungen müssen ferner z.B. auch bei Periskopen, beispielsweise für U-Boote, durchgeführt werden. Bei den zwischen dem drehbaren und dem feststehenden Teil zu übertragenden Signalen kann es sich um modulierte Signale, Ein/Aus-Befehle, Analog- oder Digitalsignale handeln. Die elektrische Verbindung der beiden Teile über Draht kann bei großen Drehwinkeln ä < 360" oder bei mehrfach drehendem Teil ( q = n x 3600) nicht starr sein. An der Schnittstelle zwischen dem drehenden und dem feststehenden Teil sind daher besondere Maßnahmen nötig, um von der Drehung unabhängige elektrische Verbindungen zu schaffen. Bisher wurden an der Schnittstelle zwischen festem und drehbarem Teil mechanische Übergänge für die elektrischen Verbindungen geschaffen. So werden Schleifringe oder bei koaxial geführten Signalen koaxiale Drehkupplungen verwendet. Diese Lösungen sind jedoch meist auf mechanischen Kontakt angewiesen. Sie unterliegen daher der Abnützung und sind entsprechend mechanisch und elektrisch störanfällig. Bei empfindlichen Signalen sind außerdem besondere Schirmungsmaßnahmen nötig, um die Signale gegen Störstrahlung von außen zu schützen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sende-und/oder Empfangseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Ubertragung von HF- oder Wechselspannungssignalen zwischen dem drehbaren und dem feststehenden Bereich der Einrichtung auf einfache Weise und ohne elektrische Verbindung möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Ubertragung der Signale zwischen dem drehbaren und dem feststehenden Bereich an der Schnittstelle der beiden Bereiche jeweils mindestens ein elektrooptischer und/oder optoelektrischer Wandler und zwischen den Wandlern des drehbaren und des feststehenden Bereiches mindestens eine optische Ubertragungsstrecke vorgesehen ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung sind zur Übertragung der Signale zwischen dem drehbaren und dem feststehenden Bereich elektrooptische und optoelektrische Wandler, also an sich bekannte optronische Mittel vorgesehen, welche ein elektrisches Signal mit Hilfe von Leucht- oder Laserdioden in ein optisches Signal umformen und dieses dann in einem Fotoempfänger wieder in das ursprüngliche elektrische Signal zurückwandeln (Optokoppler). Die Ubertragung der Signale zwischen dem drehbaren und dem feststehenden Bereich erfolgt bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung also ausschließlich auf optischem Wege und somit ohne elektrische Verbindung. Da außerdem die Ausstrahlungs- bzw. Empfangscharakteristik von Sende- bzw.
Empfangsdioden annähernd symmetrisch zur Normalen ist, können zwei einander zugeordnete, als "Sender" bzw. "Empfänger" wirkende Wandler mit der Normalen als Achse beliebig zueinander gedreht werden. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ergibt sich somit der Vorteil, daß die Signalübertragung mit an sich bekannten Mitteln auf einfache Weise aufgebaut und ohne besondere Modifikationen bestehender Einrichtungen, Systeme oder Geräte in diese integriert werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit einer Radaranlage, Fig. 2 und 3 Ausführungsbeispiele von für die Radaranlage nach Fig. 1 verwendbaren optischen Ubertragungssystemen und Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel mit einem Rundsichtperiskop.
Bei der Radaranlage nach Fig. 1 handelt es sich um eine übliche, bekannte Radaranlage, deren Aufbau daher hier im einzelnen nicht näher erläutert zu werden braucht. Die Radaranlage ist als Sende- und Empfangseinrichtung ausgebildet und besitzt einen Sender 1 sowie einen Überlagerungsempfänger 2, wobei Sender und Empfänger jeweils in einen feststehenden Bereich B, der den Teil zur Verarbeitiing und Aufbereitung der empfangenen bzw. gesendeten Signale aufweist, und einen drehbaren Bereich A aufgeteilt sind, dem die über einen Umschalter U, z.B. eine Weiche auf "Senden" bzw. "Empfang" umschaltbare Antenne 3 zugeordnet ist. Die Aufteilung in Sender und Empfänger sowie in drehbaren und feststehenden Bereich ist bei der Darstellung in Fig. 1 jeweils durch strichpunktierte Linien kenntlich gemacht. Der Uberlagerungsempfänger 2 ist so aufgebaut, daß ein mit einem Träger der Frequenz fE behaftetes Antennensignal wie üblich durch Mischen in ein Zwischenfrequenzsignal ZF umgewandelt wird, wobei die Mischung des Antennensignals mit einer vervielfachten Grundfrequenz mfo sofort hinter der Antenne erfolgt. Das Zwischenfrequenzsignal wird dann von einem dem drehbaren Bereich A zugeordneten elektrooptischen Wandler 4 bei der Lichtwellenlänge 11 über eine optische Ubertragungsstrekke 5 auf einen dem feststehenden Bereich B zugeordneten optoelektrischen Wandler 6 übertragen. Die Grundfrequenz fo wird dabei auf dem umgekehrten Weg von einem dem feststehenden Bereich B zugeordneten elektrooptischen Wandler 7 bei der Lichtwellenlänge 12 über eine optische Ubertragungsstrecke 8 auf einen dem drehbaren Bereich A zugeordneten optoelektrischen Wandler 9 übertragen. In derselben Richtung erfolgt auch die Ubertragung des vom Lokaloszillator LO ausgehenden, dem Sender zugeführten Signales und zwar über einen weiteren, dem feststehenden Bereich B zugeordneten elektrooptischen Wandler 10 bei der Lichtwellenlänge >3 über eine optische Übertragungsstrecke 11 auf einen weiteren, dem drehbaren Bereich A zugeordneten optoelektrischen Wandler 12. Die Wandler 4, 6, 7, 9, 10 und 12 sind dabei jeweils im Bereich der Schnittstelle zwischen drehbarem und feststehendem Bereich angeordnet. Die Ubertragung von mehreren Signalen - auch in der Gegenrichtung - ist also durch Benutzung verschiedener Sende-Wellenlängen (\ 2, A 3, ...) des "sendenden" elektroop- tischen Wandlers 4, 7 und 10 sowie der entsprechenden spektralen Empfängerempfindlichkeiten, z.B. durch geeignete Wahl des Halbleiters oder ein optisches Filter, möglich.
Die nähere Ausbildung eines bei einer Radaranlage zur Signalübertragung zwischen dem drehbaren und dem feststehenden Bereich vorgesehenen optischen Ubertragungssystems ist anhand der Fig. 2 und 3 erläutert. Die Fig. 2 zeigt den Aufbau eines an sich bekannten, üblichen optischen Ubertragungssystems für Einwegübertragung (Simplexbetrieb). Hierbei besteht der einem drehbaren Bereich A zugeordnete "Sender" des optischen Übertragungssystems aus einem elektronischen Interface 20, welches das zu übertragende Signal adaptiert, um es an die Bedingungen der optischen Nachrichtenübertragung anzupassen, und einem elektrooptischen Wandler 21 in Form einer Leucht- oder Laserdiode, die das elektrische Signal in Lichtenergie umwandelt, während der einem feststehenden Bereich B zugeordnete "Empfänger" des optischen Ubertragungssystems aus einem optoelektrischen Wandler 22 in Form eines die Lichtenergie wieder in elektrische Energie zurückwandelnden Detektors, z.B. einer Pin- oder Lawinendiode, sowie einem Interface 23 besteht, welches das elektrische Signal des optoelektrischen Wandlers 22 auf elektronischem Wege wieder in diejenige Form zurückverwandelt, in der es ursprünglich in das Ubertragungssystem eingespeist wurde.
Zwischen den Wandlern 21 und 22 ist zur Ubertragung des optischen Signals eine optische Übertragungsstrecke 24 vorgesehen, die vorzugsweise aus einer Lichtwellenleitung besteht. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn aus Platzgründen "Sender" und "Empfänger" an verschiedenen, auseinanderliegenden Stellen angebracht werden müssen oder wenn mehrere Signale gleichzeitig übertragen werden sollen. Ein hierfür vorgesehenes, insbesondere für den Uberlagerungsempfänger der Radaranlage nach Fig. 1 ver- wendbares optisches Übertragungssystem für Zweiwegübertragung (Duplexbetrieb) ist in Fig. 3 gezeigt. Bei diesem Ubertragungssystem besitzt der dem drehbaren Bereich A zugeordnete Teil einen "sendenden" elektrooptischen Wandler 30 der Wellenlänge 1 und einen "empfangenden" optoelektrischen Wandler 31 der Wellenlänge X2, während dem feststehenden Bereich B dementsprechend ein "empfangender" optoelektrischer Wandler 32 der Wellenlänge 1 und ein "sendender" elektrooptischer Wandler 33 der Wellenlänge A2 zugeordnet ist. Die optische Ubertragungsstrecke zwischen den Wandlern 30 bis 33 besteht aus einer Lichtwellenleitung 34 und den in Form von Y-Kopplern 35 ausgebildeten Lichtwellenleiter-Verzweigungen. Bei den in den Fig. 2 und 3 dargestellten, an sich bekannten optischen Ubertragungssystemen ist zur Nutzbarmachung für eine erfindungsgemäße Einrichtung noch eine nicht näher dargestellte, für sich ebenfalls bekannte optische Drehkupplung in die jeweilige Lichtwellenleitung integriert.
Bei optischen Systemen, wie z.B. bei einem Periskop, ist nach Fig. 4 dem drehbaren Teil A oberhalb der Drehebene 40 als "Sender" ein elektrooptischer Wandler 41, dessen Eingangssignal z.B. von einer Radarantenne kommt, zugeordnet, während der feststehende Teil B unterhalb der Drehebene 40 einen optoelektrischen Wandler 42 als "Empfänger" aufweist, dessen Ausgangssignal dann z.B. der Signalverarbeitung eines Radarempfängers zugeführt wird.
Hierbei ist der vorhandene Strahlengang 43 des Periskops als optische Ubertragungsstrecke benutzt, wobei hier das Lichtsignal des "Senders" 41 über einen im Strahlengang angeordneten Strahlteiler 44 rotationssymmetrisch eingespeist und über ein Spektralteilerprisma 45 ausgekoppelt und eine daran angeschlossene Lichtwellenleitung 46 dem "Empfänger" 42 zugeführt wird.
Nutzt man den großen Abstrahlwinkel von Leuchtdioden bzw.
Laserdioden aus, so kann man bei allen Ausführungsbeispielen "Sender" und "Empfänger" auch nicht zentrisch zueinander anordnen.
7 Patentansprüche 4 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Sende- und/oder Empfangseinrichtung für elektromagnetische Strahlung, z.B. Radar- oder Funk-Sender/Empfånger, mit einem einem drehbaren Bereich der Einrichtung zugeordneten strahlungsempfangenden bzw. strahlungssaussendenden Element, z.B. einer Sende/Empfangs-Antenne oder -Optik, und einem einem feststehenden Bereich der Einrichtung zugeordneten Teil zur Verarbeitung und Aufbereitung der empfangenen bzw. gesendeten Signale, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Übertragung der Signale zwischen dem drehbaren und dem feststehenden Bereich (A bzw. B) an der Schnittstelle der beiden Bereiche jeweils mindestens ein elektrooptischer und/oder optoelektrischer Wandler (4 bzw. 6) und zwischen den Wandlern des drehbaren und des feststehenden Bereiches mindestens eine optische Ubertragungsstrecke (5) vorgesehen ist.
2. Sende- und/oder Empfangseinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als optische Ubertragungsstrecke der Strahlengang (43) eines optischen oder optronischen Gerätes benutzt ist.
3. Sende- und/oder Empfangseinrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Ein- bzw. Auskopplung der optischen Signale in den bzw.

aus dem Strahlengang jeweils ein im Strahlengang angeordnetes, strahlteilendes Element (44, 45) vorgesehen ist.
4. Sende- und/oder Empfangseinrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das strahlteilende Element (44) zur Einkopplung derart angeordnet ist, daß die optischen Signale rotationssymmetrisch eingespeist werden.
5. Sende- und/oder Empfangseinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die optische Ubertragungsstrecke von mindestens einer Lichtwellenleitung (5) gebildet ist, in welche eie optische Drehkupplung integriert ist.
6. Sende- und/oder Empfangseinrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wandler (4, 6) und die Lichtwellenleitung (5) aus einem an sich bekannten optischen Übertragungssystem mit einer Ubertragungsstrecke für Einweg- oder Mehrwegübertragung aufgebaut sind.
7. Sende- und/oder Empfangseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zwischen den Wandlern des drehbaren und des feststehenden Bereiches mehrere optische Ubertragungsstrecken für verschiedene Wellenlängen vorgesehen sind.