DE4401350C1 - Microwave pulse generator for ranging or direction finding radar - Google Patents
Microwave pulse generator for ranging or direction finding radarInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Mikrowel len-Impulsgenerator zur Erzeugung von Mikrowellen-Impulsen mit einer Impulsdauer im Nanosekundenbereich gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des An spruchs 4.The invention relates to a method and a microwave len pulse generator for generating microwave pulses with a pulse duration in the nanosecond range according to The preamble of claim 1 and the preamble of To Proverbs 4
Aus der DE 42 07 627 A1 ist zur exakten Entfernungs- und Richtungsbestimmung ortsfester und beweglicher Ziele im Nahentfernungsbereich ein hochauflösendes Pulsradarverfah ren bekannt, bei dem eine Nadelimpulsfolge einer bestimmten Impulsfolgefrequenz in einem Mikrowellen-Impulsgenerator in eine Mikrowellen-Impulsfolge umgewandelt wird, wobei die trägerfrequente Anfangsphase der einzelnen Impulse der Mi krowellen-Impulsfolge jeweils durch den ansteuernden Nade limpuls zeitlich festgelegt ist. Mittels einer Sendeimpuls folge und einer Abtastimpulsfolge zum Abtasten des Zielecho signals wird ein zeittransformiertes Zwischenfrequenzsignal erzeugt, welches ausgewertet wird.From DE 42 07 627 A1 for exact distance and Determining the direction of fixed and moving targets in the A high-resolution pulse radar process near range ren known, in which a needle pulse sequence of a certain Pulse repetition frequency in a microwave pulse generator in a microwave pulse train is converted, the carrier-frequency initial phase of the individual impulses of the Mi krowellen pulse train each by the driving Nade limpuls is timed. By means of a transmission pulse follow and a sample pulse train to sample the target echo signals becomes a time-transformed intermediate frequency signal generated, which is evaluated.
Der Mikrowellen-Impulsgenerator eines hochauflösenden Puls radars muß dabei folgenden vier Anforderungen genügen:The microwave pulse generator of a high resolution pulse radars must meet the following four requirements:
- 1. Die Impulsdauer einer Mikrowellen-Impulsfolge muß im Bereich von einer Nanosekunde liegen. Diese Bedingung ergibt sich aus dem geforderten hohen Auflösungsvermögen des Pulsradars. Diese Anforderung bedingt eine Systemband breite von etwa 1 GHz. Bei festgewählten Trägerfrequenzen im Bereich von einigen GHz bis über 20 GHz enthält der Mikrowellen-Impuls nur 6 bis 24 Trägerfrequenzschwingungen.1. The pulse duration of a microwave pulse train must in Range of one nanosecond. This condition results from the required high resolution of the pulse radar. This requirement requires a system belt width of about 1 GHz. At fixed carrier frequencies in the range from a few GHz to over 20 GHz Microwave pulse only 6 to 24 carrier frequency oscillations.
- 2. Der Mikrowellen-Impulsgenerator muß eine große Dynamik, d. h. einen kurzen Übergang zwischen Impulsdauer und Impulspause besitzen. Diese Anforderung ergibt sich ebenfalls aus der gewünschten hohen Zielauflösung. Die Abklingzeit eines Mikrowellen-Impulses muß möglichst kurz sein, damit keine restliche Mikrowellen-Energie im System ist, wenn das Zielechosignal eintrifft. Für den ungestörten Empfang der fernen Zielechosignale wird eine Dynamik von bis zu 100 dB gefordert, d. h. das Sendesignal muß bei Emp fang des Echosignals um diesen Wert abgeklungen sein. 2. The microwave pulse generator must be a large one Dynamics, d. H. a short transition between pulse duration and have an impulse pause. This requirement arises also from the desired high target resolution. The The decay time of a microwave pulse must be as short as possible so there is no residual microwave energy in the system is when the target echo signal arrives. For the undisturbed Reception of the distant target echo signals becomes dynamic required up to 100 dB, d. H. the transmission signal at Emp beginning of the echo signal have decayed by this value.
- 3. Das Verhältnis von Impulsperiode zu Impulsdauer muß groß sein, d. h. das Zeitintervall zwischen zwei Mikrowel len-Impulsen lang sein im Vergleich zu der Dauer eines Mikrowellen-Impulses. Dies ist erforderlich, damit erst nach Ablauf der Zielecho-Rücklaufzeit jeweils ein weiterer Mikrowellen-Impuls ausgesandt wird.3. The ratio of pulse period to pulse duration must be large, d. H. the time interval between two microwaves len pulses are long compared to the duration of one Microwave pulse. This is necessary so that only one more each after the target echo return time Microwave pulse is emitted.
- 4. Es muß eine hohe Kohärenz von Impulsfolgefrequenz und Mikrowellen-Impuls-Trägerfrequenz vorliegen. Dazu muß ein spektraler Energieanteil der den Mikrowellen-Impulsgene rator anregenden Impulsfolge zur Einprägung der Anfangspha se des entsprechenden Resonanzkreises in diesen eingekop pelt werden.4. There must be a high coherence of pulse repetition frequency and microwave pulse carrier frequency. To do this a spectral energy component of the microwave pulse genes rator stimulating pulse train to impress the initial phase of the corresponding resonance circuit be pelt.
Übliche gepulste Mikrowellen-Generatoren genügen nicht der Anforderung 4, da sie aus dem Rauschen heraus anschwingen und daher ihre Phase von Impuls zu Impuls zufällig ist.Usual pulsed microwave generators are not enough Requirement 4 because they swing out of the noise and therefore their phase from pulse to pulse is random.
In Stephen Hamilton, Robert Hall, "Shunt Mode Harmonic Gene ration Using Step Recovery Diodes", Microwave Journal 1967, ist ein Impulsgenerator mit einer Ladungsspeicherdiode (SRD-Impulsgenerator) beschrieben, der Impulse sehr kurzer Dauer bis hin zum Subnanosekundenbereich erzeugt. Eine La dungsspeicherdiode (steprecovery diode SRD) ist ein hochgra dig nichtlineares Element. Ihr Ersatzschaltbild im Flußbe trieb ist näherungsweise ein niedrigohmiger Durchlaßwider stand und ihr Ersatzschaltbild im Sperrbetrieb eine konstan te Kapazität. Eine Ladungsspeicherdiode zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, äußerst schnell zwischen Durchlaßbetrieb und Schaltbetrieb umzuschalten. Ihr Rückstromimpuls ist kurz und scharf ausgeprägt und weist dementsprechend einen hohen Gehalt an Oberwellen auf. Vereinfacht kann eine La dungsspeicherdiode als schneller, ladungsgesteuerter Schal ter aufgefaßt werden.In Stephen Hamilton, Robert Hall, "Shunt Mode Harmonic Gene ration Using Step Recovery Diodes ", Microwave Journal 1967, is a pulse generator with a charge storage diode (SRD pulse generator) described, the pulses very short Duration generated down to the subnanosecond range. A la The storage recovery diode (step recovery diode SRD) is a high dig nonlinear element. Your equivalent circuit diagram in the river bank drive is approximately a low impedance stood and your equivalent circuit diagram in blocking mode a constant capacity. A charge storage diode is characterized by the ability to extremely quickly between pass operations and switch operation. Your reverse current pulse is short and sharp and accordingly has one high harmonic content. A La dation storage diode as a fast, charge-controlled scarf ter be understood.
Die Hewlett Packard Application Note 920, "Harmonic Genera tion Using Step Recovery Diodes und SRD Modules", beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Mikrowellen- Dauerstrich-(CW-)Signals. Wie in Fig. 3 dargestellt, steu ert ein Sinusgenerator 1 der Frequenz fP = 1/Tp einen Im pulsgenerator 2 mit einer Ladungsspeicherdiode (SRD) an, der Subnanosekundenimpulse der Breite tp im Takt fP er zeugt. Ein anschließender Mikrowellen-Resonanzkreis 3 ist auf die gewünschte Harmonische fc = n * fP abgestimmt. Es entsteht eine gedämpfte Schwingung der Frequenz fc über die Dauer TP, die einem Bandpaßfilter mit der Bandbreite b < 2 * fP zugeführt wird. Die Seitenlinien fc +/- i * fP werden unterdrückt und die Spektrallinie fc, die das ge wünschte Dauerstrichsignal fc darstellt, herausgefiltert.Hewlett Packard Application Note 920, "Harmonic Generation Using Step Recovery Diodes and SRD Modules", describes a method for generating a microwave continuous wave (CW) signal. As shown in FIG. 3, a sine generator 1 of frequency f P = 1 / T p controls a pulse generator 2 with a charge storage diode (SRD), which generates sub-nanosecond pulses of width t p in clock f P er. A subsequent microwave resonance circuit 3 is tuned to the desired harmonic f c = n * f P. There is a damped oscillation of the frequency f c over the duration T P , which is fed to a bandpass filter with the bandwidth b <2 * f P. The side lines f c +/- i * f P are suppressed and the spectral line f c , which represents the desired continuous wave signal f c , is filtered out.
Es handelt sich bei dieser Schaltung um eine typische Fre quenzvervielfacherschaltung, die selektiv eine Sinusfre quenz fP mit hohem Wirkungsgrad auf eine relativ hohe Harmonische der Frequenz fc = n * fP umsetzt. Das charakteri stische Merkmal ist die Zwischenstufe zur Erzeugung eines Subnanosekunden-Impulses mit Hilfe einer Ladungsspeicherdi ode im sogenannten "shunt-mode". Bei den in der Zwischenstu fe erzeugten Impulsen darf das Verhältnis von Impulsperiode zu Impulsdauer einen bestimmten Wert nicht überschreiten. So darf die Frequenz fP des Sinusgenerators 1 und damit die Impulsfolgefrequenz fP eine bestimmte Frequenz nicht unter schreiten. Der Grund dafür liegt in der begrenzten Ladungs träger-Lebensdauer einer Ladungsspeicherdiode. Niedrige Impulsfolgefrequenzen fP können daher nicht erzeugt werden.This circuit is a typical frequency multiplier circuit which selectively converts a sinusoidal frequency f P with high efficiency to a relatively high harmonic of frequency f c = n * f P. The characteristic feature is the intermediate stage for generating a subnanosecond pulse with the aid of a charge storage diode in the so-called "shunt mode". For the pulses generated in the intermediate stage, the ratio of the pulse period to the pulse duration must not exceed a certain value. Thus, the frequency f P of the sine generator 1 and thus the pulse repetition frequency f P must not fall below a certain frequency. The reason for this is the limited charge carrier life of a charge storage diode. Low pulse repetition frequencies f P can therefore not be generated.
Dieses bekannte Verfahren erzeugt in einem Zwischenschritt einen Mikrowellen-Impuls. Das Ziel des Verfahrens ist jedoch die Erzeugung eines Mikrowellen-Dauerstrichsignals, das durch ein geeignetes schmalbandiges Bandpaßfilter aus den Mikrowellen-Impulsen ausgefiltert wird. Da die Impuls folgefrequenz fP nicht beliebig niedrig wählbar ist, er füllt das Verfahren insbesondere nicht die obengenannte dritte Bedingung.This known method generates a microwave pulse in an intermediate step. The aim of the method, however, is to generate a microwave continuous wave signal which is filtered out of the microwave pulses by a suitable narrowband bandpass filter. Since the pulse repetition frequency f P cannot be selected as low as desired, the method in particular does not fulfill the third condition mentioned above.
Aus der DE 24 37 156 C2 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Subnanosekunden-Impulsen bekannt. Wie in Fig. 4 der Zeich nung dargestellt ist, stößt ein Triggerimpulsgenerator 5 mit der Impulsfolgefrequenz fP = 1/TP einen Impulsgenerator 6 an, der als Sprungfunktionsgenerator mit anschließender Differenzierschaltung arbeitet. Hierzu wird ein Transistor im Lawinendurchbruch betrieben. Die erzeugte Sägezahnspan nung mit steiler Anstiegsflanke im Bereich weniger Nanose kunden und einer langen Abfallzeit in der Größenordnung von TP wird differenziert. Man erhält am Ausgang des Im pulsgenerators 6 Impulse der Breite π/ω und der Periode TP. Die Impulsbreite π/ω ist durch die Anstiegsflankendauer der Sägezahnspannung gegeben und nur in Grenzen wählbar. Daraus ergibt sich die Frequenz ω, auf die ein nachfolgendes Resonanz- und Anpaßfilter 7 abgestimmt ist. Das Ausgangssi gnal des Resonanz- und Anpaßfilters 7 ist eine gedämpfte Schwingung der Frequenz ω, die einem SRD-Impulsgenerator 8 zugeführt wird. DE 24 37 156 C2 discloses a method for generating subnanosecond pulses. As shown in Fig. 4 of the drawing, a trigger pulse generator 5 with the pulse repetition frequency f P = 1 / T P triggers a pulse generator 6 which operates as a step function generator with subsequent differentiating circuit. For this purpose, a transistor is operated in an avalanche breakdown. The sawtooth voltage generated with a steep rising edge in the range of a few nanoscale customers and a long decay time in the order of T P is differentiated. 6 pulses of width π / ω and period T P are obtained at the output of the pulse generator. The pulse width π / ω is given by the rising edge duration of the sawtooth voltage and can only be selected within limits. This results in the frequency ω to which a subsequent resonance and matching filter 7 is tuned. The output signal of the resonance and matching filter 7 is a damped oscillation of the frequency ω, which is fed to an SRD pulse generator 8 .
Durch geeignete Wahl der Vorspannung der Ladungsspeicherdi ode des SRD-Impulsgenerators 8 wird bevorzugt für jede gedämpfte Sinusschwingung nur ein einziger Ausgangsimpuls in der ersten Periode der gedämpften Schwingung erhalten. Alternativ wird die Vorspannung derart gewählt, daß mehrere Impulse mit absinkender Amplitude als Antwort auf die gedämpften Sinusschwingungen erzeugt werden. Die am Ausgang des SRD-Impulsgenerators 8 erhaltenen Ausgangsimpulse haben eine Dauer tp im Subnanosekundenbereich.By a suitable choice of the bias of the charge storage diode of the SRD pulse generator 8 , preferably only a single output pulse is obtained in the first period of the damped oscillation for each damped sinusoidal oscillation. Alternatively, the bias voltage is selected such that several pulses with a decreasing amplitude are generated in response to the damped sine waves. The output pulses obtained at the output of the SRD pulse generator 8 have a duration t p in the subnanosecond range.
Das in der DE 24 37 156 C2 beschriebene Verfahren ermög licht die Erzeugung eines Basisband-Impulses im Subnanose kundenbereich bei beliebig niedrig wählbarer Impulsfolgefre quenz. Die direkte Erzeugung eines Mikrowellen-Impulses ist jedoch nicht möglich.The method described in DE 24 37 156 C2 enables light the generation of a baseband pulse in the subnanosis customer area with arbitrarily low selectable pulse sequence quenz. The direct generation of a microwave pulse is however not possible.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Mikrowel len-Impulsgenerator der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die in einfacher Weise einen Mikrowel len-Impuls mit einer im Nanosekundenbereich liegenden Dauer erzeugen, wobei die Impulsfolgefrequenz in weiten Grenzen beliebig wählbar ist.The invention is based on this prior art the task is based on a method and a microwave len pulse generator of the type mentioned To provide that in a simple way a microwel len pulse with a duration in the nanosecond range generate, the pulse repetition frequency within wide limits is freely selectable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen den Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst.According to the invention, this object is characterized by the solved the features of claims 1 and 4.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht durch Verwendung einer Ladungsspeicherdiode, deren Sperrkapazität Teil des Mikrowellen-Resonanzkreises ist, die Erzeugung von Mikrowel len-Impulsen mit einer im Nanosekundenbereich liegenden Dauer. Die Impulsfolgefrequenz der Mikrowellen-Impulse ist gleich der Impulsfolgefrequenz der ansteuernden Impulse des Impulsgenerators, welche in weiten Grenzen beliebig wählbar ist.The solution according to the invention enables through use a charge storage diode whose blocking capacity is part of the Microwave resonance circuit is the generation of microwave len pulses with a nanosecond range Duration. The pulse repetition frequency of the microwave pulses is equal to the pulse repetition frequency of the driving pulses of the Pulse generator, which can be freely selected within wide limits is.
Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zu Grunde. Der La dungsspeicherdiode wird vom Anpaßnetzwerk eine einzige, stark gedämpfte Sinusschwingung einer Periodenlänge zuge führt. Während der positiven Halbwelle der Sinusschwingung ist die Ladungsspeicherdiode in Durchlaßrichtung geschaltet und es baut sich in der Ladungsspeicherdiode Ladung auf. Während der negativen Halbwelle wird die aufgebaute Ladung wieder abgebaut. Es fließt ein Entlade- oder Rückstrom. Gemäß den Eigenschaften einer Ladungsspeicherdiode bricht der Entladestrom abrupt ab, sobald alle Ladungsträger abgebaut sind. Dadurch entsteht in den vom Ladungsspeicher diodenstrom durchflossenen Induktivitäten ein großer, nega tiver Spannungsimpuls, der über der Ladungsspeicherdiode abfällt.The invention is based on the following knowledge. The La The storage network diode is a single, strongly damped sine wave of a period length leads. During the positive half-wave of the sine wave the charge storage diode is switched in the forward direction and charge builds up in the charge storage diode. During the negative half-wave, the built-up charge dismantled again. A discharge or reverse current flows. According to the properties of a charge storage diode breaks the discharge current drops abruptly as soon as all charge carriers are degraded. This creates in the charge storage a large, nega tive voltage pulse across the charge storage diode falls off.
Der bei Sperren der Ladungsspeicherdiode sich sprunghaft än dernde Entladestrom regt den Mikrowellen-Resonanzkreis an, der aus der Sperrkapazität der Ladungsspeicherdiode und weiteren kapazitiven und induktiven Elementen besteht. Für die Dauer des über der Ladungsspeicherdiode abfallenden, im Nanosekundenbereich liegenden, negativen Spannungsimpulses ist die Sperrkapazität der Ladungsspeicherdiode wirksam, so daß der Mikrowellen-Resonanzkreis während der Dauer dieses Spannungsimpulses - und nur für diesen Zeitraum - eine Eigen schwingung ausbildet. Der dabei entstehende Mikrowellen-Im puls wird aus dem Mikrowellen-Resonanzkreis ausgekoppelt. The changes suddenly when the charge storage diode is blocked changing discharge current excites the microwave resonance circuit, from the blocking capacity of the charge storage diode and further capacitive and inductive elements. For the duration of the drop across the charge storage diode, in Negative voltage pulse lying in the nanosecond range the blocking capacity of the charge storage diode is effective, so that the microwave resonant circuit for the duration of this Voltage impulse - and only for this period - an own vibrates. The resulting microwave im pulse is coupled out of the microwave resonance circuit.
Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt direkt Mikrowel len-Impulse.The method according to the invention generates microwaves directly len impulses.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht die in der Ladungsspeicherdiode während der positiven Halbwelle des anliegenden Signals gespeicher te und in der negativen Halbwelle wieder abgebaute Ladung dann den Wert Null, wenn der Entladestrom der Ladungsspei cherdiode sein Maximum aufweist. Dies bewirkt ein besonders abruptes Abbrechen des Entladestromes und einen entspre chend großen negativen Spannungsimpuls.In a preferred embodiment of the invention The process reaches that in the charge storage diode during the positive half-wave of the applied signal charge and again in the negative half-wave then the value zero if the discharge current of the charge voltage Cherdiode has its maximum. This does a particularly good job abrupt termination of the discharge current and a correspond large negative voltage pulse.
Der aus dem Mikrowellen-Resonanzkreis ausgekoppelte Mikro wellen-Impuls wird zur Aussiebung des gewünschten Frequenz bandes und zur geeigneten Formung der Mikrowellen-Impuls- Hüllkurve einem Mikrowellen-Bandpaßfilter zugeführt. Dabei erhält der Mikrowellen-Impuls bevorzugt eine glockenförmige Form entsprechend einer Gauß- oder Besselcharakteristik.The micro coupled out of the microwave resonance circuit Wave pulse is used to filter out the desired frequency band and for the appropriate shaping of the microwave pulse Envelope fed to a microwave bandpass filter. Here the microwave pulse preferably receives a bell-shaped one Shape according to a Gaussian or Bessel characteristic.
Der erfindungsgemäße Mikrowellen-Impulsgenerator weist einen mit dem Ausgang eines Impulsgenerators verbundenen Im pulsverstärker und eine vom Impulsverstärker getriebenen Differenzierschaltung auf, die jeden eingehenden Impuls differenziert und als Ausgangssignal eine stark gedämpfte Sinusschwingung einer Periodenlänge aufweist. An die Diffe renzierschaltung schließt sich ein Anpaßnetzwerk zum Herab transformieren des Ausgangssignals der Differenzierschaltung auf den niedrigen Eingangswiderstand eines Mikrowellen-Reso nanzkreises an. Der Ausgang des Anpaßnetzwerkes ist mit einer Ladungsspeicherdiode verbunden, deren Sperrkapazität Teil des Mikrowellen-Resonanzkreises ist. Der bei Sperren der Ladungsspeicherdiode sich sprunghaft ändernde Speicher strom regt den Mikrowellen-Resonanzkreis an, wobei dieser für die Dauer des über der Ladungsspeicherdiode abfallen den, großen negativen Spannungsimpulses eine Eigenschwin gung ausbildet.The microwave pulse generator according to the invention has an Im connected to the output of a pulse generator pulse amplifier and one driven by the pulse amplifier Differentiating circuit on each incoming pulse differentiated and a heavily damped output signal Has a sine wave of a period length. To the Diffe Reference circuit closes a matching network for down transform the output signal of the differentiating circuit to the low input resistance of a microwave reso nanzkreis. The output of the matching network is with connected to a charge storage diode whose blocking capacitance Is part of the microwave resonance circuit. The one with locks the charge storage diode memory changes suddenly current excites the microwave resonance circuit, this for the duration of the drop across the charge storage diode the large negative voltage pulse is a natural oscillation training.
Der Mikrowellen-Resonanzkreis ist Teil einer Einrichtung zur Filterung der aus dem Mikrowellen-Resonanzkreis ausge koppelten Mikrowellen-Schwingungen, die aus einem mehrere Resonanzkreise enthaltenden, vorzugsweise gemäß einer Gauß- oder Besselcharakteristik ausgelegten Mikrowellen-Bandpaß filter besteht, wobei der Mikrowellen-Resonanzkreis der erste Resonanzkreis des mehrkreisigen Mikrowellen-Bandpaß filters ist.The microwave resonance circuit is part of a facility to filter out the microwave resonance circuit coupled microwave vibrations that consist of a multiple Containing resonance circuits, preferably according to a Gaussian or Bessel characteristic designed microwave bandpass filter exists, the microwave resonant circuit of the first resonant circuit of the multi-circuit microwave bandpass filters is.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Mikrowellen-Impuls generators wird die Schwingkreiskapazität des Mikrowel len-Resonanzkreises durch die Reihenschaltung der Sperrkapa zität der Ladungsspeicherdiode, ein kapazitives TEM-Lei tungsstück mit einer elektrischen Länge, die kleiner als ein Viertel der Betriebswellenlänge ist, und einen Trimm-Kondensator gebildet. Die Schwingkreisinduktivität des Mikrowellen-Resonanzkreises wird durch die Reihenschal tung eines am Ende kurzgeschlossenen TEM-Leitungsstücks mit einer elektrischen Länge, die sehr viel kleiner als die Be triebswellenlänge ist, und der Gehäuse-Induktivität der La dungsspeicherdiode gebildet.In an advantageous embodiment of the microwave pulse generator is the resonant circuit capacity of the microwave len resonance circuit through the series connection of the blocking capacitor charge storage diode, a capacitive TEM Lei piece with an electrical length that is less than is a quarter of the operating wavelength, and one Trim capacitor formed. The resonant circuit inductance of the microwave resonance circuit is through the series scarf at the end of a short-circuited TEM line section an electrical length that is much smaller than the Be drive wavelength, and the housing inductance of the La tion storage diode formed.
Das Anpaßnetzwerk des Mikrowellen-Impulsgenerators weist be vorzugt einen Breitbandübertrager für den Frequenzbereich von 50 MHz bis 500 MHz auf, dessen Primärwicklung mit dem Ausgang der Differenzierschaltung und dessen Sekundärwick lung über einen Koppelkondensator mit der Einrichtung zur Filterung der aus dem Mikrowellen-Resonanzkreis ausgekoppel ten Mikrowellen-Schwingungen (SRD Resonatorschaltung) ver bunden ist.The matching network of the microwave pulse generator be prefers a broadband transmitter for the frequency range from 50 MHz to 500 MHz, the primary winding of which with Output of the differentiating circuit and its secondary winding via a coupling capacitor with the device for Filtering out of the microwave resonance circuit ver microwave vibrations (SRD resonator circuit) ver is bound.
Die Länge eines ausgekoppelten Mikrowellen-Impulses ist gleich der Länge des negativen Spannungsimpulses über der Ladungsspeicherdiode, da nur während dieses Spannungsimpul ses die Sperrkapazität der Ladungsspeicherdiode wirksam ist und sich eine Eigenschwingung ausbilden kann. Die Größe und Breite des über der Ladungsspeicherdiode abfallenden negati ven Spannungsimpulses sowie dessen optimaler Zeitpunkt im Moment des Entladestroms-Maximums ist durch geeignete Wahl der Sperrkapazität der Ladungsspeicherdiode, der Sekundärin duktivität des Breitbandübertragers und des Dämpfungswider standes einstellbar. Damit ist über diese Größen die Dauer eines Mikrowellen-Impulses einstellbar. Diese Dauer beträgt bevorzugt etwa eine Nanosekunde. Jedoch sind auch kürzere Mikrowellen-Impulse mit einer Dauer im Subnanosekundenbe reich einstellbar.The length of a coupled microwave pulse is equal to the length of the negative voltage pulse over the Charge storage diode, because only during this voltage pulse ses the blocking capacity of the charge storage diode is effective and a natural vibration can develop. The size and Width of the negati falling across the charge storage diode ven voltage pulse and its optimal time in The moment of the discharge current maximum is by suitable choice the blocking capacity of the charge storage diode, the secondary Productivity of the broadband transmitter and the damping resistance adjustable. So the duration is over these sizes of a microwave pulse adjustable. This duration is preferably about one nanosecond. However, shorter ones are also Microwave pulses with a duration in the subnanosecond richly adjustable.
Im Rahmen der Erfindung wird ein Mikrowellen-Resonanzkreis geschaffen, dessen Schwingkreiskapazität durch die Sperrka pazität einer Ladungsspeicherdiode sowie weitere kapazitive Elemente und dessen Schwingkreisinduktivität durch die Ge häuseinduktivität der Ladungsspeicherdiode sowie weitere in duktive Elemente gebildet ist. Der Mikrowellen-Resonanz kreis ist dabei aus Leitungselementen und konzentrierten Elementen aufgebaut. Durch die erfindungsgemäße Einbezie hung der Sperrkapazität der Ladungsspeicherdiode in den Mi krowellen-Resonanzkreis ist die direkte Erzeugung kurzer Mi krowellen-Impulse mit einer Impulsdauer im Nanosekundenbe reich oder auch im Subnanosekundenbereich möglich. In the context of the invention, a microwave resonance circuit created whose resonant circuit capacity by the Sperrka capacity of a charge storage diode as well as other capacitive Elements and its resonant circuit inductance through the Ge housing inductance of the charge storage diode and others in ductive elements is formed. The microwave resonance circle is made up of conduction elements and concentrated Elements. Through the inclusion according to the invention hung the blocking capacity of the charge storage diode in the Mi krowellen resonance circuit is the direct generation of short Mi krowellen pulses with a pulse duration in the nanosecond rich or possible in the subnanosecond range.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Impulsgenerators sind in den verbleibenden Un teransprüchen gekennzeichnet.Further advantageous developments of the invention Microwave pulse generators are in the remaining Un marked claims.
Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is intended below with reference to the Figures of the drawing closer to an embodiment are explained. Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Mi krowellen-Impulsgenerators, Fig. 1 is a block diagram of a Mi krowellen pulse generator according to the invention,
Fig. 2 ein Schaltbild der Blöcke 2, 3 und 4 des Mikro wellen-Impulsgenerators gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a circuit diagram of the blocks 2, 3 and 4 of the micro-wave pulse generator according to Fig. 1,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer bekannten Schaltung zur Erzeugung eines Mikrowellen-Dauerstrichsi gnals und Fig. 3 is a block diagram of a known circuit for generating a microwave continuous wave signals and
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer bekannten Schaltung zur Erzeugung von Subnanosekunden-Impulsen. Fig. 4 is a block diagram of a known circuit for generating subnanosecond pulses.
Zur Erleichterung des Verständnisses der grundlegenden Be triebsweise des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Impulsgenera tors war eingangs anhand der Fig. 3 und 4 die Betriebs weise der Verfahren nach Hewlett Packard Application Note 920 zur Erzeugung eines Mikrowellen-Dauerstrichsignals sowie gemäß der DE 24 37 156 C2 zur Erzeugung von Subnanose kunden-Impulsen ausführlich betrachtet worden. To facilitate understanding of the basic operating mode of the microwave impulse generator according to the invention, the mode of operation of the method according to Hewlett Packard Application Note 920 for generating a microwave continuous wave signal and according to DE 24 37 156 C2 for generating was initially based on FIGS . 3 and 4 has been examined in detail by subnanosis customer impulses.
Fig. 1 zeigt anhand des Blockschaltbildes und der Signal verläufe das erfindungsgemäße Verfahren. Ein Impulsgenera tor 9 erzeugt Impulse der Breite tPP in der Größenordnung von zehn Nanosekunden (Punkt A). Die Impulsfolgefrequenz fP ist in weiten Grenzen beliebig wählbar und die Impulsperi odendauer TP = 1/fP groß gegen tPP. Fig. 1 shows by means of the block diagram and waveforms of the inventive method. A pulse generator 9 generates pulses of width t PP in the order of ten nanoseconds (point A). The pulse repetition frequency f P can be arbitrarily selected within wide limits and the Impulsperi odendauer T P = 1 / f P is large compared t PP.
Der sich anschließende Impuls-Differenzierverstärker 10 weist einen Impulsverstärker und eine vom Impulsverstärker getriebene Differenzierschaltung auf. Die Differenzierschal tung erzeugt ein Ausgangssignal in Form einer einzigen, stark gedämpften Sinusschwingung einer Periodenlänge (Punkt B). Diese Schwingungsform ergibt sich aus der Differenzie rung des glockenförmigen Eingangsimpulses.The subsequent pulse differentiating amplifier 10 has a pulse amplifier and a differentiating circuit driven by the pulse amplifier. The differentiating circuit generates an output signal in the form of a single, strongly damped sine wave of a period length (point B). This waveform results from the differentiation of the bell-shaped input pulse.
In einem nachfolgenden Anpaßnetzwerk 11 wird dieses Aus gangssignal mit Hilfe eines Breitbandübertragers auf den niedrigen Eingangswiderstand einer nachfolgend angeordneten Mikrowellen-Resonanzkreisschaltung mit Ladungsspeicherdiode (SRD), im folgenden SRD-Resonator genannt, herabtransfor miert. Der SRD-Resonator zur Filterung der aus dem Mikrowel len-Resonanzkreis ausgekoppelten Mikrowellen-Schwingungen besteht aus einem mehrere Resonanzkreise enthaltenden Mikro wellen-Bandpaßfilter vorzugsweise mit Gauß- oder Besselcha rakteristik, wobei der Mikrowellen-Resonanzkreis der erste Resonanzkreis des mehrkreisigen Mikrowellen-Bandpaßfilters ist.In a subsequent matching network 11 , this output signal is down-transformed using a broadband transformer to the low input resistance of a subsequently arranged microwave resonant circuit with charge storage diode (SRD), hereinafter referred to as SRD resonator. The SRD resonator for filtering the microwave oscillations coupled out of the microwave resonance circuit consists of a plurality of resonance circuits containing microwave bandpass filters, preferably with a Gaussian or Bessel characteristic, the microwave resonance circuit being the first resonance circuit of the multi-circuit microwave bandpass filter.
Während der positiven Halbwelle der vom Anpaßnetzwerk 11 zu geführten, gedämpften Sinusschwingung ist die Ladungsspei cherdiode in Durchlaßrichtung geschaltet und es baut sich in der Ladungsspeicherdiode eine Ladung auf. Während der ne gativen Halbwelle wird die aufgebaute Ladung wieder abge baut. Es fließt ein Entlade- oder Rückstrom. Gemäß den Ei genschaften einer Ladungsspeicherdiode bricht der Entlade strom abrupt ab, sobald alle Ladungsträger abgebaut sind.During the positive half-wave of the attenuated sine wave fed from the matching network 11 , the Ladungsspei cherdiode is switched in the forward direction and it builds up a charge in the charge storage diode. During the negative half-wave, the built-up charge is removed again. A discharge or reverse current flows. According to the properties of a charge storage diode, the discharge current stops abruptly as soon as all charge carriers have been removed.
Durch geeignete Wahl der Betriebsparameter, d. h. durch Ein stellung der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Entla destrom sowie der Vorspannung der Ladungsspeicherdiode wird erreicht, daß die Ladung etwa im Moment des Entladestrom-Ma ximums ausgeräumt ist. Die plötzliche Änderung des Durchlaß leitwerts der Ladungsspeicherdiode auf den gegen Null gehenden Sperrleitwert erzeugt in den vom Ladungsspeicherdi odenstrom durchflossenen Induktivitäten des Anpaßnetzwerks 11 einen großen negativen Spannungsimpuls der Breite tP, der auf der Verbindungsleitung zwischen dem Anpaßnetzwerk 11 und dem SRD-Resonator erscheint (Punkt C). Die Dauer dieses Spannungsimpulses liegt in der Größenordnung von einer Nanosekunde.By a suitable choice of the operating parameters, that is, by setting the phase shift between voltage and discharge and the bias of the charge storage diode, it is achieved that the charge is cleared approximately at the moment of the discharge current maximum. The sudden change in the forward conductance of the charge storage diode to the near-zero blocking conductance produces a large negative voltage pulse of width t P in the inductivities of the matching network 11 through which the charge storage diode flows, which appears on the connecting line between the matching network 11 and the SRD resonator (point C). The duration of this voltage pulse is on the order of one nanosecond.
Größe und Breite des negativen Spannungsimpulses werden durch die Sperrkapazität CVR der Ladungsspeicherdiode, die Sekundärinduktivität des Breitbandübertragers und einen Dämpfungswiderstand bestimmt. Durch die geeignete Wahl von Sekundärinduktivität und Dämpfungswiderstand können sowohl die Breite des negativen Spannungsimpulses wie auch dessen optimaler Zeitpunkt im Moment des Entladestrom-Maximus eingestellt werden.The size and width of the negative voltage pulse are determined by the blocking capacitance C VR of the charge storage diode, the secondary inductance of the broadband transmitter and an attenuation resistance. Through the appropriate choice of secondary inductance and damping resistance, both the width of the negative voltage pulse and its optimal time at the moment of the discharge current maximus can be set.
Die Ladungsspeicherdiode im Block SRD-Resonator und Bandpaß filter 12 ist integraler Bestandteil des Mikrowellen-Reso nanzkreises. Die sprunghafte Änderung des Entladestromes in der Zeitdauer von Bruchteilen einer Nanosekunde erregt den Mikrowellen-Resonanzkreis in seiner Eigenfrequenz fc. Diese ist durch die Sperrkapazität CVR der Ladungsspeicherdiode 14 mitbestimmt. Für die Dauer tP des negativen Spannungsim pulses ist diese Sperrkapazität wirksam, so daß der Mikro wellen-Resonator während der Dauer tP seine Eigenschwingung ausbilden kann. Am Ende des Spannungsimpulses bleibt die Ladungsspeicherdiode im Bereich der Spannung Null, so daß keine neue Ladung in der Ladungsspeicherdiode aufgebaut wird, bis nach Ablauf der Periodendauer TP ein neuer Zyklus beginnt.The charge storage diode in the block SRD resonator and bandpass filter 12 is an integral part of the microwave resonance circuit. The sudden change in the discharge current over a period of fractions of a nanosecond excites the microwave resonance circuit in its natural frequency f c . This is also determined by the blocking capacitance C VR of the charge storage diode 14 . For the duration t P of the negative voltage pulse, this blocking capacitance is effective, so that the micro-wave resonator can form its natural vibration during the duration t P. At the end of the voltage pulse, the charge storage diode remains in the zero voltage range, so that no new charge is built up in the charge storage diode until a new cycle begins after the period T P has elapsed.
Der Mikrowellen-Resonator bildet den ersten Kreis des mehr kreisigen Mikrowellen-Bandpaßfilters mit Gauß- oder Bessel charakteristik. Dieses Bandpaßfilter hat zwei Aufgaben. Zum einen die Aussiebung des gewünschten Frequenzbandes (Unter drückung höherer Harmonischer) und zum anderen die Formung der Mikrowellen-Impuls-Hüllkurve zu einem annäherungsweise glockenförmigen Verlauf. Am Ausgang (Punkt D) erscheint der gewünschte Mikrowellen-Impuls der Dauer tP.The microwave resonator forms the first circle of the more circular microwave bandpass filter with a Gaussian or Bessel characteristic. This bandpass filter has two functions. On the one hand, the sieving of the desired frequency band (while suppressing higher harmonics) and, on the other hand, the shaping of the microwave pulse envelope to form an approximately bell-shaped curve. The desired microwave pulse of duration t P appears at the output (point D).
Fig. 2 zeigt ein spezielles Ausführungsbeispiel der rele vanten drei Blöcke des Blockschaltbildes gemäß Fig. 1. Der Impulsgenerator 9 der Fig. 1 ist ein beliebiger Impulsgene rator. Der Impuls-Differenzierverstärker 10, das Anpaßnetz werk 11 und der SRD-Resonator mit Bandpaßfilter 12 bilden einen geschlossenen Schaltungsaufbau, da die Signalleitung zwischen dem Impuls-Differenzierverstärker 10 und dem Anpaß netzwerk 11 ebenso wie die Signalleitung zwischen dem Anpaß netzwerk 11 und dem SRD-Resonator und Bandpaßfilter 12 eine kurze definierte Länge aufweist und nicht auf dem üblichen 50 Ω-Impedanzniveau liegen. Eingang A und Ausgang D sind auf 50 Ω angepaßt. Fig. 2 shows a special embodiment of the rele vant three blocks of the block diagram of FIG. 1. The pulse generator 9 of FIG. 1 is an arbitrary pulse generator. The pulse differentiating amplifier 10 , the matching network 11 and the SRD resonator with bandpass filter 12 form a closed circuit structure, since the signal line between the pulse differentiating amplifier 10 and the matching network 11 as well as the signal line between the matching network 11 and the SRD Resonator and bandpass filter 12 has a short defined length and are not at the usual 50 Ω impedance level. Input A and output D are matched to 50 Ω.
In dem Schaltbild gemäß Fig. 2 ist der Eingang A mit dem Gate eines VMOS-Feldeffekttransistor 13 und einem Wider stand R₁ verbunden. Der andere Anschluß des Widerstandes R₁ ist mit Masse verbunden. Der Drain-Anschluß des VMOS-Feldef fekttransistors 13 ist über eine Spule S₁ mit einer Speise spannung UB verbunden und über einen Koppelkondensator C₂ mit der Primärwicklung W₁ eines Breitbandübertragers 15. Der eine Anschluß eines Blockkondensators C₁ ist mit der Spule S₁ und der Speiseschaltung UB verbunden, während der andere Anschluß mit Masse verbunden ist. Der Source-An schluß des VMOS-Feldeffekttransistors 13 ist ebenfalls mit Masse verbunden.In the diagram according to FIG. 2, the input A to the gate of a VMOS field effect transistor 13 and a counter is connected R₁ stand. The other terminal of the resistor R₁ is connected to ground. The drain of the VMOS field effect transistor 13 is connected via a coil S₁ with a supply voltage U B and via a coupling capacitor C₂ with the primary winding W₁ of a broadband transformer 15 . One terminal of a block capacitor C₁ is connected to the coil S₁ and the supply circuit U B , while the other terminal is connected to ground. The source connection to the VMOS field-effect transistor 13 is also connected to ground.
Der Impulsgenerator 9 liefert an den Eingang A Impulse kon stanter Impulsbreite tPP mit der Impulsfolgefrequenz fP = 1/TP, die in weiten Grenzen beliebig gewählt werden kann. Die Wahl der Impulsbreite tPP wird durch die Schaltgeschwin digkeit des Impulsverstärkertransistors 13 bestimmt, der Spitzenströme bis zu etwa 1 Ampere im Ausgangskreis erzeu gen muß. Daher ist ein VMOS-Feldeffekttransistor 13 beson ders geeignet. Alternativ kann auch ein schneller bipolarer Transistor eingesetzt werden. Beim derzeitigen Stand der Technik bei schnellen Halbleitern wird eine Impulsbreite im Bereich von zehn Nanosekunden erzielt. Der Widerstand R₁ verbessert die Anpassung des Eingangs A an die ankommende Leitung. So hat das Gate des VMOS-Feldeffekttransistors 13 eine kapazitive Eingangsimpedanz. Der Blockkondensator C₁ leitet den Impulsstrom nach Masse ab. The pulse generator 9 delivers to the input A pulses of constant pulse width t PP with the pulse repetition frequency f P = 1 / T P , which can be chosen within wide limits. The choice of the pulse width t PP is determined by the switching speed of the pulse amplifier transistor 13 , which must generate peak currents of up to approximately 1 ampere in the output circuit. Therefore, a VMOS field effect transistor 13 is particularly suitable. Alternatively, a fast bipolar transistor can also be used. With the current state of the art in fast semiconductors, a pulse width in the range of ten nanoseconds is achieved. The resistor R₁ improves the adaptation of the input A to the incoming line. So the gate of the VMOS field effect transistor 13 has a capacitive input impedance. The block capacitor C₁ derives the pulse current to ground.
Der Koppelkondensator C₂ wirkt als Differenzierer, so daß am Ausgang (Punkt B) des Impuls-Differenzierverstärkers 10 eine einzige, stark gedämpfte Sinusschwingung einer Peri odenlänge vorliegt.The coupling capacitor C₂ acts as a differentiator, so that at the output (point B) of the pulse differentiating amplifier 10 there is a single, strongly damped sine wave of a period length.
Das Anpaßnetzwerk 11 weist einen Breitbandübertrager 15 mit einer Primärwicklung W₁ und einer Sekundärwicklung W₂ auf. Der Breitbandüberträger 15 ist für den Frequenzbereich 50 bis 500 MHz bei einem Impedanzniveau von einigen zehn Ω aus gebildet. Er ist als Ferrit-Ringkern-Übertrager realisiert. Das Übersetzungsverhältnis von W₁ zu W₂ liegt im Bereich 2 bis 4. Die Primärwicklung W₁ ist mit dem Koppelkondensator C₂ des Impuls-Differenzierverstärkers 10 verbunden. Die Se kundärwicklung W₂ ist über einen Koppelkondensator C₃ mit dem Eingang C eines SRD-Resonators verbunden. Parallel zum Punkt C liegt ein Dämpfungswiderstand R₂ mit einem Wert von einigen zehn Ω. Der andere Anschluß des Dämpfungswiderstan des R₂ ist mit Masse verbunden.The adapter network 11 has a broadband transformer 15 with a primary winding W 1 and a secondary winding W 2. The broadband transmitter 15 is formed for the frequency range 50 to 500 MHz with an impedance level of a few tens Ω. It is implemented as a ferrite toroidal transformer. The transmission ratio of W₁ to W₂ is in the range 2 to 4. The primary winding W₁ is connected to the coupling capacitor C₂ of the pulse differentiating amplifier 10 . The secondary winding W₂ is connected via a coupling capacitor C₃ to the input C of an SRD resonator. Parallel to point C is a damping resistor R₂ with a value of a few ten Ω. The other terminal of the damping resistor R₂ is connected to ground.
Das Anpaßnetzwerk 11 transformiert das Ausgangssignal des Impuls-Differenzierverstärkers 10 auf den niedrigen Ein gangswiderstand des nachfolgenden SRD-Resonators.The matching network 11 transforms the output signal of the pulse differentiating amplifier 10 to the low input resistance of the subsequent SRD resonator.
Block 12, SRD-Resonator und Bandpaßfilter, ist als Mikrowel lenschaltung in einer geeigneten Technologie aufgebaut. Von den üblichen Technologien wie Koaxialbauweise, Triplate, Dünnfilm-Hybrid und Microstrip kann jede hier verwendet werden. Die im Schaltbild angegebenen Leitungsstücke L₁ bis L₈ sind TEM-Wellenleiter in einer der genannten Bauweisen. Block 12 , SRD resonator and bandpass filter, is constructed as a microwave circuit in a suitable technology. Any of the usual technologies such as coaxial, triplate, thin film hybrid and microstrip can be used here. The line sections indicated in the circuit diagram L₁ to L₈ are TEM waveguides in one of the above-mentioned designs.
Am Eingang C ist zum einen ein am anderen Ende offenes Lei tungsstück L₁ mit der Länge 1/4 * l₀ angeschlossen. l₀ be zeichnet dabei die Betriebswellenlänge des SRD-Resonators und Bandpaßfilters 12. Weiter führt vom Eingang C eine Leitung L₂ mit der Länge 1/4 * l₀ zum Verbindungspunkt einer Ladungsspeicherdiode 14 und eines Leitungsstücks L₄. Die Länge des Leitungsstückes L₄ ist kleiner als 1/4 * l₀. Mit einem Kondensator C₄, der z. B. als Trimmschraube ausge bildet ist, ist das offene Leitungsende von L₄ kapazitiv belastbar.At the input C on the one hand at the other end Lei line piece L₁ with the length 1/4 * l₀ is connected. l₀ be the operating wavelength of the SRD resonator and bandpass filter 12 . Next leads from the input C a line L₂ with the length 1/4 * l₀ to the connection point of a charge storage diode 14 and a line section L₄. The length of the line section L₄ is less than 1/4 * l₀. With a capacitor C₄, the z. B. is formed as a trim screw, the open line end of L₄ is capacitive.
An den anderen Anschluß der Ladungsspeicherdiode 14 ist ein am Ende kurzgeschlossenes Leitungsstück L₃ mit einer elek trischen Länge, die sehr viel kleiner als 1/4 * l ist, angeschlossen.At the other connection of the charge storage diode 14 is a short-circuited line section L₃ with an electrical length that is much smaller than 1/4 * l, connected at the end.
Der SRD-Resonator setzt sich als Schwingkreis aus Leitungse
lementen und konzentrierten Elementen wie folgt zusammen:
Das am Ende kurzgeschlossene Leitungsstück L₃ bildet in
Reihe mit der Gehäuse-Induktivität der Ladungsspeicherdiode
14 die Schwingkreis-Induktivität Lc. Die Sperrkapazität CVR
der Ladungsspeicherdiode 14 bildet in Reihenschaltung mit
dem kapazitiven Leitungsstück L₄ und dem Trimm-Kondensator
C₄ die effektive Schwingkreiskapazität Cc. Der SRD-Resona
tor kann dabei mittels des Trimm-Kondensators C₄ abgestimmt
werden.The SRD resonator as a resonant circuit is composed of line elements and concentrated elements as follows:
The short-circuited line piece L₃ forms in series with the housing inductance of the charge storage diode 14, the resonant circuit inductance L c . The blocking capacitance C VR of the charge storage diode 14 forms the effective resonant circuit capacitance C c in series with the capacitive line section L₄ and the trimming capacitor C₄. The SRD resonator can be tuned using the trimming capacitor C₄.
Der Verbindungspunkt von Ladungsspeicherdiode 14 und Lei tungsstück L₄ liegt auf niedrigem Schwingkreis-Potential, weil die Reihenschaltung von Leitungsstück L₄ und Trimm-Kon densator C₄ eine größere Kapazität als die Sperrkapazität CVR der Ladungsspeicherdiode 14 aufweist. Das an diesen Verbindungspunkt angeschlossene Leitungsstück L₂ wirkt als Hochfrequenzsperre, weil der Eingang C durch das am anderen Ende offene Leitungsstück L₁ bei der SRD-Resonatorfrequenz eine niedrige Impedanz aufweist. Auf diese Weise ist der Eingang C vom SRD-Resonator ausreichend entkoppelt.The connection point of charge storage diode 14 and Lei line piece L₄ is at a low resonant circuit potential because the series connection of line section L₄ and trimming capacitor C₄ has a larger capacitance than the blocking capacitance C VR of the charge storage diode 14 . The line section L₂ connected to this connection point acts as a radio frequency blocker because the input C has a low impedance through the line section L₁ open at the other end at the SRD resonator frequency. In this way, the input C is sufficiently decoupled from the SRD resonator.
Alternativ kann auf das Leitungsstück L₁ verzichtet werden. So besitzt der üblicherweise gedrängte Aufbau von Breit bandübertrager 15, Verbindungsleitung über C₃ zum Eingang C und Dämpfungswiderstand R₂ eine Massekapazität, die für die SRD-Resonatorfrequenz eine ausreichend niedrige Impedanz darstellt.Alternatively, the line section L 1 can be dispensed with. Thus, the usually crowded structure of broadband transformer 15 , connecting line via C₃ to input C and damping resistor R₂ has a capacitance which represents a sufficiently low impedance for the SRD resonator frequency.
Wie bereits erläutert, entsteht nach dem plötzlichen Abbre chen des Entladestroms der Ladungsspeicherdiode 14 ein negativer Spannungsimpuls in der vom Ladungsspeicherdi odenstrom durchflossenen Induktivität W₂ des Anpaßnetzwer kes 11, der über der Sperrkapazität CVR der Ladungsspeicher diode 14 abfällt. Die sprunghafte Änderung des Entladestro mes der Ladungsspeicherdiode 14 erregt den SRD-Resonator in seiner Eigenfrequenz fc. Für die Dauer tP des negativen Spannungsimpulses ist die Sperrkapazität CVR wirksam, so daß der SRD-Resonator während der Dauer tP seine Eigen schwingung ausbilden kann. Am Ende des Spannungsimpulses bleibt die Ladungsspeicherdiode 14 im Bereich der Spannung Null, so daß keine neue Ladung in der Ladungsspeicherdiode 14 aufgebaut wird, bis nach Ablauf der Periodendauer TP ein neuer Zyklus beginnt. As already explained, is formed after the sudden Abbre surfaces of the discharge of the charge storage diode 14, a negative voltage pulse in the odenstrom from Ladungsspeicherdi carrying inductance W₂ of Anpaßnetzwer kes 11, the diode over the barrier capacitance C VR of the charge storage 14 falls. The sudden change in the Entladestro mes the charge storage diode 14 excites the SRD resonator in its natural frequency f c . The blocking capacitance C VR is effective for the duration t P of the negative voltage pulse, so that the SRD resonator can form its own oscillation during the duration t P. At the end of the voltage pulse, the charge storage diode 14 remains in the zero voltage range, so that no new charge is built up in the charge storage diode 14 until a new cycle begins after the period T P has elapsed.
Der SRD-Resonator bildet den ersten Kreis eines dreikreisi gen Bandpaßfilters mit annähernder Gauß-Charakteristik. Am Verbindungspunkt von Ladungsspeicherdiode 14 und Leitungs stück L₃ wird die Mikrowellenenergie ausgekoppelt und dem zweiten Kreis zugeführt. In der Ersatzschaltung des Bandpaß filters ist der Resonator als erster Kreis ein Parallel kreis und der zweite Kreis dementsprechend ein Serienkreis, dem am Ausgang ein Parallelkreis folgt.The SRD resonator forms the first circle of a three-pass bandpass filter with approximately Gaussian characteristics. At the junction of charge storage diode 14 and line piece L₃, the microwave energy is coupled out and fed to the second circuit. In the equivalent circuit of the bandpass filter, the resonator as the first circuit is a parallel circuit and the second circuit is accordingly a series circuit, which is followed by a parallel circuit at the output.
Wie bei Frequenzen über 500 MHz üblich, ist das Mikrowel len-Bandpaßfilter aus einzelnen Leitungsstücken aufgebaut. Der zweite Kreis besteht aus den als T-Glied angeordneten Leitungsstücken L₅, L₆ und L₇, die elektrisch jeweils 1/4 * lß lang sind. L₆ ist dabei kurzgeschlossen. Der dritte Kreis wird durch das kurzgeschlossene Leitungsstück L₈ gebildet.As is common for frequencies above 500 MHz, the microwave bandpass filter is constructed from individual line sections. The second circle consists of the line sections L₅, L₆ and L₇ arranged as a T-link, each of which is 1/4 * l ß electrical. L₆ is short-circuited. The third circle is formed by the short-circuited line section L₈.
L₅ und L₇ wirken als Admittanzinverter für das kurzgeschlos sene Leitungsstück L₆. So erhält man gemäß der genannten Er satzschaltung den erforderlichen Serienkreis zwischen dem ersten Kreis und dem durch das Leitungsstück L₈ gebildeten dritten Kreis. Parallel zu diesem dritten Kreis wird das Ausgangssignal, d. h. der gewünschte Mikrowellen-Impuls der Dauer tP, am Punkt D erhalten.L₅ and L₇ act as admittance inverters for the short-circuited line section L₆. So you get according to the He circuit mentioned the required series circuit between the first circuit and the third circle formed by the line piece L₈. In parallel to this third circuit, the output signal, ie the desired microwave pulse of duration t P , is obtained at point D.
Die Berechnung dieses bekannten Mikrowellen-Filtertyps erfolgt entweder nach den Berechnungsgängen der einschlägi gen Literatur, z. B. nach George L. Matthaei, Leo Young, E.M.T. Jones, "Microwave Filters, Impedance-Matching Net works and Coupling Structures", Mc Graw Hill Book Company und nach Anatol J. Zverev, "Handbook of Filter Synthesis", John Wiley and Sons, Inc., New York, oder mit Hilfe einfach zu handhabender PC-Rechenprogramme.The calculation of this known type of microwave filter takes place either according to the calculation processes of the relevant gene literature, e.g. B. after George L. Matthaei, Leo Young, E.M.T. Jones, "Microwave Filters, Impedance Matching Net works and coupling structures, "Mc Graw Hill Book Company and according to Anatol J. Zverev, "Handbook of Filter Synthesis", John Wiley and Sons, Inc., New York, or with the help of simple PC computer programs to be handled.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Mikrowellen-Impulsgenerator auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.The invention is not limited in its execution the preferred embodiment given above. Rather, a number of variants are conceivable, which of the inventive method and the inventive Microwave pulse generator also fundamentally different make use of all types.
Claims (12)
gekennzeichnet durch
- a) einen mit dem Ausgang des Impulsgenerators (9) verbun denen Impulsverstärker und einer vom Impulsverstärker getriebenen Differenzierschaltung, die jeden eingehen den Impuls differenziert und als Ausgangssignal eine stark gedämpfte Sinusschwingung einer Periodenlänge aufweist,
- b) einem mit dem Ausgang der Differenzierschaltung ver bundenen Anpaßnetzwerk (11) zum Herabtransformieren des Ausgangssignals der Differenzierschaltung,
- c) einer mit dem Ausgang des Anpaßnetzwerkes (11) verbun denen Ladungsspeicherdiode (14), die eine Sperrkapazi tät (CVR) aufweist, die Teil eines Mikrowellen-Reso nanzkreises mit kapazitiven und induktiven Elementen ist, wobei der bei Sperren der Ladungsspeicherdiode (14) sich sprunghaft ändernde Entladestrom den Mikro wellen-Resonanzkreis anregt und dieser für die Dauer des über der Ladungsspeicherdiode (14) abfallenden, negativen Spannungsimpulses eine Eigenschwingung aus bildet, und
- d) einer Resonatorschaltung (12) zur Filterung der aus dem Mikrowellen-Resonanzkreis ausgekoppelten Mikrowel len-Schwingungen.
marked by
- a) one connected to the output of the pulse generator ( 9 ), which pulse amplifier and a differentiation circuit driven by the pulse amplifier, which differentiates each incoming pulse and has a strongly damped sine wave of a period as the output signal,
- b) a matching network ( 11 ) connected to the output of the differentiating circuit for transforming down the output signal of the differentiating circuit,
- c) one with the output of the matching network ( 11 ) which charge storage diode ( 14 ), which has a blocking capacitance (C VR ), which is part of a microwave resonance circuit with capacitive and inductive elements, the blocking of the charge storage diode ( 14 ) abruptly changing discharge current excites the micro-wave resonance circuit and this forms a natural oscillation for the duration of the negative voltage pulse falling over the charge storage diode ( 14 ), and
- d) a resonator circuit ( 12 ) for filtering the coupled out of the microwave resonance circuit microwaves len vibrations.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: VEGA GRIESHABER KG, 77709 WOLFACH, DE |
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| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |