DE706205C

DE706205C - Anordnung zur Entfernungs- und Hoehenmessung nach dem Rueckstrahlprinzip

Info

Publication number: DE706205C
Application number: DER86988D
Authority: DE
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1932-01-18
Filing date: 1933-01-18
Publication date: 1941-05-21
Also published as: US2055883A

Description

Anordnung zur Entfernungs- und Höhenmessung nach dem Rückstrahlprinzip Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Entfernungs- und Höhenmessung mittels hochfrequenter Wellen, die sich besonders für die Verwendung auf Luftfahrzeugen eignet.
Das Prinzip der Rückstrahlmessung besteht bekanntlich darin, daß von einem Impulssender Schwingungszüge von sehr kurzer Dlauer gegen den Körper gestrahlt werden, dessen Entfernung ermittelt werden soll. Die Schwingungen werden an diesem Körper reflektiert und treffen nach einer von der Entfernung abhängigen Laufzeit im Empfänger ein. Zur Ermittlung dieser Laufzeit als Maß für die Entfernung ist es bei akustischen Echoloten bereits bekannt, das Gitterpotential einer Elektronenröhre in den Augenblicken der Aussendung der Impulse und des Eintr.effens der reflektierten Impulse derart zu verändern, daß eine plötzliche Schließung oder Unterbrechung des Anodenstromkreises dieser Röhre erfolgt, und die sich ergebenden Stromflußzeiten im Anodenkreis mittels ballistischen Galvanometers zu bestimmen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Anordnung zur 'Entfernungsmessung nach dem Rückstrahlprinzip mittels hochfrequenter Wellen dar, bei der durch geeignete Wahl der Schaltelemente eines Ladekreises große Genauigkeit der Anzeige innerhalb weiter Meßbereiche erhalten wird. Die erfindungsgemäße Anordnung nach dem Rückstrahlprinzip mittels hochfrequenter Wellen, bei der ein Sender und ein Empfänger mittels eines besonderen Modulationssenders periodisch aus- und eingeschaltet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Kondensatoranordnung mit gegenüber der Ladezeit großer Entladezeitkonstante vorgesehen ist, die während der Ausstrahlung des Sendeimpulses auf eine bestimmte Spannung aufgeladen wird undderen im Zeitpunkt des Eintreffens des reflektierten Impuls es noch vorhandene Spannung durch diesen an einen Spannungsanzeiger angeschaltet wird.
Die Merkmale der weiteren Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden B,eschreibung.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigegebenen Abbildungen dargestellt.
In Abb. I bedeutet T einen Hochfrequenzsender und R einen auf dessen Frequenz abgestimmten Empfänger. Die Sender und Empfängerkreise selbst werden später noch an Hand der Abb. Ia beschrieben.
Der Sender T speist die Antenne TA über die Leitung I, während die Empfangsantenne RA mit dem Empfänger 1? durch die Leitung 2 verbunden ist. Ein Oszillator 1(, der mit einer Frequenz arbeitet, die klein ist im Verhältnis zur Senderfrequenz, ist über die Leitung 3 mit dem Sender so gekoppelt, daß der letztere während jeder Periode des Oszillators K impulsmäßig von einem Maximum auf Null moduliert wird, so daß der Sender nur einmal kurz während jeder Periode dies OszillatorsR Energie abstrahlt. Er sendet daher eine Reihe von hochfrequenten Schwingungszügen in einer Folge aus, die der Frequenz des Oszillators K entspricht. Die Dauer dieser Schwingungszüge wird klein gehalten, so daß nur wenige Perioden der durch T erzeugten hochfrequenten Schwingungen auf einen Schwingungszug entfallen. Dler Oszillabor ;( ist durch eine Leitung 4 mit dem Empfänger R verbunden und führt diesem eine mederfrequente Regelspannung zu, die in irgendeiner Weise dazu benutzt wird, den Empfänger unwirksam zu machen} solange der Sender arbeitet. Wenn der Sender nicht abstrahlt, kann der Empfänger Signale empfangen, und zwar nimmt er die zuvor ausgestrahlte Welle auf, die vom Erdboden oder dem nächstliegenden Gegenstand reflektiert wurde. Die Zeit zwischen dem Augenblick des Aussetzens der Schwingungen des Senders, d. h. dem Augenblick, wo er durch K abgeschaltet wird, und dem Augenblick, in dem die reflektierte Welle im Empfänger aufgenommen wird, ist ein Maß für den Abstand zwischen dem Meßgerät und dem reflektierenden Gegenstand. Diese Zeit wird auf folgende Weise gemessen.
Mit dem Sender und dem Empfänger sind über Leitungen 5 und 7 die Röhren und B verbunden, deren Gitter 9 bzw. 11 durch die Batterien 6 bzw. 8 negativ vorgespannt sind.
Die Anode 15 von A ist über einen Widerstand 10 und einen parallel dazu liegenden Kondensator 12 mit der Batterie t 4 und der Kathode von A verbunden. Außerdem ist die Anode über ein Meßinstrument M mit der Kathode der Röhre B verbunden, deren Anodenkreis gleichfalls das Meßinstrument M und den Widerstand zwischen Anode und Kathode von A parallel zum Widerstand 10 und zum Kondensator 12 enthält. MeSchaltelemente 10, 12 liegen daher sowohl im Anodenkreis von A, als auch in dem von B.
Die Leitfähigkeit der Anoden-Kathodenw Strecke der Röhre A wird vom Sender über die Leitung 5 gesteuert, während die entsprechende Leitfähigkeit der anderen Röhre vom Empfänger über die Leitung7 gesteuert wird.
Die Wirkungsweise des Gerätes ist nun folgende: Angenommen, der Sender sende kein Signal und das Gitter der Röhre A sei daher normal vorgespannt, so daß kein Strom im Anodenkreis fließt; der Kondensator 12 ist demgemäß nicht aufgeladen. Es werde nun ein Schwingungszug vom Sender ausgestrahlt. Hierbei wird gleichzeitig der Steuerelektrode von A eine hohe positive Spannung über die Leitung 5 zugeführt. Diese Spannung überwindet die Vorspannung der batterie 6 und bewirkt das Fließen eines Anodenstromes, der den Kondensator 12 langsam auflädt. Sobald die Strahlung des Senders aufhört, d. h. sobald der Sender wegen der Verriegelungsmodulation durch 1( ausgeschaltet wird, bört auch der Stromfluß durch den Anodenkreis der Röhre A auf, und der Kondensator 12 wird nicht weiter aufgeladen.
Seine Ladung fängt an, über den Widerstand 10 abzufließen. Während der Wirksamkeit des Senders ist der Empfänger unwirksam, da er durch die Energie von JC über die Leitung 4 bis zur Verriegelung vorgespannt wird. Die Röhre B ist in dieser Zeit nichtleitend, da sie durch die Batterie 8 bis zur Verriegelung vorgespannt ist. Die von der Antenne TA ausgesandte Welle wird zur Empfangsantenne RA über den fernen Gegenstand reflektiert. Kurze Zeit nachdem der Schwingungszug den Sender verlassen hat, wird er daher von der Empfangsantenne aufgenommen und geht durch die Leitung 2 zum Empfänger. Dler Empfänger spricht an, und es fließt in seinem Ausgangskreis ein Strom.
Dieser Strom überwindet die negative Vorspannung der Batterie 8 und macht -das Gitter 11 der Röhre B so stark positiv, daß diese leitend wird und einen - Anodenstrom führt.
Der Kondensator 12 entlädt sich dann über den Anodenkreis von B. Bei dieser Entladung fließt der Strom durch das Meßgerät M. Die auf dem Kondensator seit der Verriegelung des Senders bis zum Augenblick der Entriegelung der Röhre B verbliebene Ladung, die über - das Gerät M abfließt, hängt von der Zeitdauer ab, die der gesendete Schwingungszug zum Durchlaufen der Strecke vom Sender zum reflektierenden Gegenstand und von da zur Empfangsantenne zurück benötigt. Da die Schwingungszüge schnell aufeinanderfolgen, wird der Kondensator 12 abwechselnd geladen und entladen, so daß die Zeit zwischen jeder Ladung und nachfolgender Entladung und damit die Ladungsmenge, die der Kondensator 12 abgibt, von der Strecke abhängt, die die Wellenzüge durchlaufen.
Naturgemäß kann das Gerät M gleich in Abständen von der Erdoberfläche oder von dem reflektierenden Gegenstand geeicht werden.
Bei Verwendung von hochfrequenten Wellen und von Schwingungszügen kurzer Dauer kann man genaue Entfernungsanzeigen schon in geringer Höhe über dem Erdboden erhalten.
Da die Zeitkonstante von 12 und 10 die Skalenablesung des Gerätes M bestimmt,werden gemäß der Ausführung nach Abb. 2 und 2 a, um genaue Ablesungen mit einer großen Skala zu ermöglichen, mehrere Kondensatorwiderstandssätze 10, I2, IO', 12' usw. vorgesehen, die verschiedene Zeitkonstanten besitzen und mittels des Schalters 16 wahlweise anschaltbar sind. Das gemeinsame Meßgerät erhält dann eine entsprechende Anzahl von Skalen, die einen großen Meßbereich überdecken.
Abb. 1 a veranschaulicht die Erzeugung der hochfrequenten Schwingungen im Sender T, die Erzeugung der niederfrequenten- Schwingungen in K, die Schaltung des Empfängers R und die Einrichtung zur Überwindung der Vorspannung, die normalerweise an der Röhre B liegt, durch die Energie, -die im Ausgang des Empfä;ngers R beim Empfang der reflektierten Welle auftritt. Auf der linken Seite der Abbildung befinden sich der Hochfrequenzgenerator 20 und der Niederfrequenzoszillator K, auf der rechten Seite der Empfänger R und der Meßkreis mit den Röhren A und B.
Der Sender enthält die Röhre20 mit dem abgestimmten Gitterkreis 22 und dem abgestimmten Anodenschwingkreis 24 sowie der Drosselspule 3 D,erAnodenschwingkneis enthält eine angezapfte Spule, die über einen Blockkondensator 23 mit dem Steuergitter 25 eines Schirmgitterverstärkers 26 verbunden ist Dessen Anodenkreis ist über eine Koppelspule 28 die durch einen Kondensator 27 abgestimmt wird, und eine Drosselspule 29 mit der positiven Klemme einer Kraftquelle B verbunden. Die Sendeantenne TA ist an eine Spule 30 angeschlossen, die mit der Spule 28 gekoppelt ist. Die vom Generator 20 erzeugten hochfrequenten Schwingungen werden in der Röhre 26 verstärkt und hierauf der Antenne zugeführt. Zwecks Regelung des Senders, derart, daß nur kurze Wellenzüge von hochfrequenten Schwingungen ausgestrahlt werden, ist das Schirmgitter 37 des Verstärkers 26 mit dem NiederfrequenzoszillatorAR derart verbunden, daß eine veränderliche Modulationsspannung mit der Frequenz von 1( dem Schirmgitter zugeführt wird, wodurch periodisch abwechselnd eine Ein- und Ausschaltung des Sendekreises erfolgt.
Der Niederfrequenroszillator IC 1enthält eine Röhre32 mit einem Piezokristall 33, leinem Widerstandfi!g sowie einer Spule 34 mit Paralielkondensator 35 im Anodenkreis. 34 ist mit einer Spule 36 gekoppelt, die in Reihe mit der Schirmgitter-Kathoden-Strecke des Verstärkers 26 liegt. Die durch - dßen Kristall 33 gesteuerte Frequenz im Kreis 34, 36 verändert das dem - Schirmgitter 37 der Röhre 26 zugeführte Potential. Durch Einstellen der konstanten Gleichspannung, die am Schirmgitter liegt, und der Amplitude der in 32 erzeugten Schwingungen kann man in 26 hundertprozentige Modulation erhalten, so daß der Sender eine Reihe von Schwingungen ausstrahlt, die durch Zwischenräume getrennt sind, während derer keine Energie abgegeben wird. 38 und 39 sind Hochfrequenzdrosseln im Anodenkreis von 32 und im Schirmgitterkreis von 26, über welche die Speisespannungen zugeführt werden. Die Spule 28 im Ausgang des Senders ist ferner übler einen Zwischenkreis 40 mit dem Eingang der Meßröhre A verbunden.
Wenn vom Sender ein Schwingungszug abgestrahlt wird, dann wird dieser auch im Eingang der Röhre A wirksam und überwindet die Vorspannung der Båtterie 6, so daß A leitend Wird und der Kondensator 12 sich, wie oben auseinandergesetzt wurde, während der Zeit auflädt, in welcher der Schwingungszug ausgesendet wird.
Die Empfangsantenne RA ist durch die Leitungen 2 mit einer Spule 42 verbunden, die mit einer abstimmbaren Spule 43 im Eingang einer Schirmgitterröhre 45 gekoppelt ist.
Diese Röhre enthält in ihrem Anodenkreis eine Spule 44, welche mit einer Spule 49 im Eingangskreis des Detektors 46 gekoppelt ist.
Damit im Empfänger keine direkten Signale wirksam werden, wenn vom Sender Schwingungszüge ausgestrahlt werden, wird die Röhre 45 während dieser Zeit in der Weise gesperrt, daß ihr Anodenkreis über eine Spule 51 und einen Widerstand 56 parallel zu der Taströhre 50 geschaltet ist. Der Eingang dieser Röhre ist über eine Spule 51' mit der Spule 28 im Ausgang des Verstärkers 26 gekoppelt. Die Anodenspannungen für die Röhren 50 und 45 werden über den Widerstand 56 zugeführt, und zwar ist die Spannung so bemessen, daß die der Anode von 45 zugieführte Spannung während der Zeit, in der die Röhre 50 leitend ist, so gering ist, daß das Rohr 45 nicht leitet. Demgemäß werden die der Empfangsantenne RA aufgedrückten direkten Signale nicht im Anodenkreis von 45 erscheinen, da die Röhre 45 während der ganzen Sendedauer unwirksam ist. Signale, die im Eingang 49 der Röhre 46 auftreten, ergeben im Ausgangskreis 57 wegen der Gleichrichterwirkung von 46 einen gleichgerichteten Impuls. Diese gleichgerichteten Impulse überwinden die normale Verriegelungsspannung, die dem Gitter der Röhre B durch die Batterie 8 zugeführt wird, so daß B leitend wird, Nun kann sich, wie oben auseinandergesetzt, der Kondensator 12 über das Meßinstrument ;entladen.
Da der Empfänger nur wirksam ist, wenn der Sender-unwirksam ist, wird die Röhre B nur beim Empfang eines reflektierten Signals leitend. Das Meßinstrument zeigt daher durch den Entladestrom des Kondensators 12, der durch A geladen und durch B sehr schnell entladen wird, die Strecke an, die das Signal von der Sendeantenne zum reflektierenden Gegenstand und zurück durchlaufen hat.
Der Meßkreis der Abb. 1 a kann natürlich auch durch den Meßkreis nach Abb. 2 a er setzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Anordnung zur Entfernungs- und Höhenmessung nach dem Rückstrahlprinzip mittels hochfrequenter Wellen unter Verwendung eines Senders und eines Empfängers, die mittels eines besonderen Mo dulationssenders periodisch abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kondensatoranordnung mit gegenüber der Ladezeit großer Entladezeitkonstante vorgesehen ist, die während der Ausstrahlung des Sender impulses auf eine bestimmte Spannung aufgeladen wird und deren im Zeitpunkt des Eintreffiens des reflektierten Impulses noch vorhandene Spannung durch diesen an einen Spannungsanzeiger angeschaltet wird.
2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ventilröhren vorgesehen sind, deren eine bei der Sendung der Impulse leitend wird und den Kondensator auflädt und deren andere bei Eintreffen des reflektierten Impulses die restliche Ladung des Kondensators an den Spannungsanzeiger anlegt.
3. Anordnung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für verschiedene Meßbereiche verschieden große, durch Widerstände überbrückte, umschaltbare Kondensatoren vorgesehen sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedesmal bei einsetzender Erregung des Senders der Empfänger durch die Hochfrequenzenergie des Senders selbst oder durch den Modulationssender unwirksam gemacht wird, z. B. durch an sich bekannte geeignete Be. einflussung der Gittervorspannung oder der Anodenspannung einer oder mehrerer Empfängerstufen.