DE903352C - Anordnung zur Messung der Kenngroessen einer frequenzmodulierten Welle und ihre Anwendung bei Anzeigegeraeten von Radarsystemen - Google Patents

Anordnung zur Messung der Kenngroessen einer frequenzmodulierten Welle und ihre Anwendung bei Anzeigegeraeten von Radarsystemen

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DE903352C
DE903352C DEC6199A DEC0006199A DE903352C DE 903352 C DE903352 C DE 903352C DE C6199 A DEC6199 A DE C6199A DE C0006199 A DEC0006199 A DE C0006199A DE 903352 C DE903352 C DE 903352C
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DE
Germany
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frequency
voltage
generator
fed
pulses
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Expired
Application number
DEC6199A
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English (en)
Inventor
Marcel Denis
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Thales SA
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CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/06Measuring depth of modulation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Description

  • Anordnung zur Messung der Kenngrößen einer frequenzmodulierten Welle und ihre Anwendung bei Anzeigegeräten von Radarsystemen Bei der Untersuchung der Arbeitsweise von Anordnungen, welche die Frequenzmodulation benutzen, ist es häufig notwendig, die Kurve der augenblicklichen Frequenzabweichung in Abhängigkeit von der Zeit genau zu bestimmen. Die zu diesem Zweck bekannten Verfahren benutzen im allgemeinen einen selektiven Kreis mit regelbarer Frequenz, welcher, wenn mit Höchstfrequenzen gearbeitet wird, insbesondere in Form eines Hohlraumresonators ausgebildet und mit dem Feld der frequenzmodulierten Welle gekoppelt ist. Dieser Kreis wird auf eine be liebige Frequenz in dem Modulationsband abgestimmt, und man mißt die Zeit, welche zwischen den Durchgängen der Frequenz der Quelle durch einen Anfangswert bzw. einen der Abstimmung dieses Meßkreises entsprechenden Wert verstreicht, wobei dieser letztere Durchgang durch die Energieabsorption in diesem Kreis markiert wird, was durch eine geeignete Einrichtung angezeigt wird. Danach kann man punktweise die Frequenzkurve in Abhängigkeit von der Zeit aufzeichnen.
  • Dieses System ermöglicht die Messung nicht mit der wünschenswerten Genauigkeit, weil der abgestimmte Kreis nicht mit sehr großer Selektivität, d. h. mit einer großen Spannungsüberhöhung Q ausgebildet werden kann. Über einen gewissen Wert von Q hinaus spricht der Kreis nicht mehr auf die ihm aufgedrückten Frequenzänderungen an, seine dynamische Resonanzkurve deformiert und verflacht sich, und der von dem Anzeiger markierte Zeitpunkt der Absorption ist nicht mehr genau mit der Zeit verknüpft, wo die Erscheinung eintritt.
  • Die Erfindung bezweckt die Ausbildung eines Verfahrens, welches eine höhere Genauigkeit besitzt und außerdem nicht nur die Aufzeichnung der Frequenzändernngskurve in Abhängigkeit von der Zeit, sondern auch die Messung der Steilheit dieser Kurve ermöglicht.
  • Außer den allgemeinen Anwendungen zur Bestimmung der Frequenzmodulationscharakteristiken oder der von einer frequenzmodulierten Welle durchlaufenen Kreise sieht die Erfindung eine besondere Anwendung bei den Anzeigegeräten von mit Frequenzmodulation arbeitenden Radarsystemen vor, welche eine Anzeige ergibt, die auf einem neuen Prinzip beruht und eine höhere Genauigkeit aufweist.
  • Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß man, nachdem das Feld der frequenzmodulierten Welle wie bei den bekannten Anordnungen mit einem Hohlraumresonator gekoppelt wurde, den Ausgangsstrom dieses Hohlraumes durch einen quadratischen Detektor und einen Differentiationskreis gehen läßt und für die Messung die Spitzen der Kurve benutzt, welche die Frequenz mit dem Ausgangsstrom des Differentiationskreises verknüpft.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dieser Strom einer Behandlung unterworfen, durch welche nur ein den Spitzen der ursprünglichen Kurve entsprechendes Impulspaar bestehenbleibt.
  • Die Arbeitsweise zur Ausnutzung dieser Spitzen für die.Messung sowie die sich daraus ergebenden Einrichtungen werden an Ausführungsbeispielen der Erfindung erläutert, welche in Fig. I und 4 der Zeichnung schematisch veranschaulicht sind.
  • Nach Fig. I wird ein Generator 2, z. B. ein solcher für Ultrahochfrequenz, in der Frequenz durch einen Modulator 1 moduliert, welcher andererseits einen Sägezahnzeitgeber 7 synchronisiert. Das Feld der Welle des Generators 2 ist mit einem Hohlraumresonator 3 gekoppelt, der die Spannungsüberhöhung Q aufweist und dessen Resonanzfrequenz F0 in den Grenzen des Modulationsbandes des Generators regelbar ist.
  • Gemäß der Erfindung geht der Strom des Hohlraumresonators 3 über einen quadratischen Detektor 8 mit nachgeschaltetem Differentiationskreis 4, der in irgendeiner bekannten Weise ausgebildet sein kann. Es läßt sich zeigen, daß der Ausgangsstrom dieses Kreises in Abhängigkeit von der Abweichung # F zwischen der Frequenz F0 und der augenblicklichen Frequenz der modulierten Welle eine in Fig. 2 wiedergegebene Form hat. Wie ersichtlich, treten zwei Spitzen auf, welche den Frequenzen F1 und F2 entsprechen, die mit der mittleren Frequenz F0 durch folgende Beziehung verknüpft sind: F0-F1=F2-F0=0,29 F0/Q (1) Durch ein bekanntes elektronisches Verfahren und mit Hilfe eines bei 5 schematisch angegebenen Gerätes kann man den mittleren Teil der Kurve unterdrücken und sie auf ein Impulspaar I1, I2 nach Fig. 3 reduzieren, wobei diese Impulse je nach dem gewünschten Pegelwert verstärkt werden.
  • Diese Impulse werden sodann den Klemmen V der für die senkrechte Ablenkung dienenden Platten des Oszillographen 6 zugeführt, während die Klemmen H der für die waagerechte Ablenkung dienenden Platten von dem Zeitgeber 7 gespeist werden. Es erscheinen dann auf dem Oszillographenschirm die Impulse I1 und I2.
  • Aus dem Aufbau der Schaltung ergibt sich, daß man, wenn die Abszissen nach der Zeit geeicht sind, die Zeitpunkte messen kann, in welchen die Impulse I1 und I2 erscheinen, d. h. die Zeiten t1 und t2, welche dem Durchgang der Frequenz des Generators 2 durch die Werte F1 und F2 während des Modulationszyklus entsprechen. Wenn man auf dem Schirm den Mittelpunkt zwischen I1 und I2 markiert, kann man außerdem die Zeit t0 des Durchganges des Modulationszyklus durch den Wert F0 messen, welcher der Eigenfrequenz des Hohlraumes 3 entspricht. Dann verfährt man, um beispielsweise die Kurve der Frequenzabweichung f in Abhängigkeit von der Zeit aufzunehmen, wie folgt: Nachdem man den der Frequenz F0 entsprechenden Punkt wo gewicht hat, verändert man die Regelung des Hohlraumes 3 in der Weise, daß seine Eigenfrequenz F0, = F0 + dF wird. Die Impulse I1, I2 verschieben sich dann seitlich und gehen in die Lagen I1', I2' über.
  • Der Mittelpunkt zwischen den Impulsen to verschiebt sich nach t0'. Durch Messung des Zeitintervalls to' - to = dt und auf Grund der Kenntnis der Werte F01 und F0 kann man das Verhältnis df bestimmen, d. h. die Steilheit der gesuchten Kurve. Indem man dann von dem Anfangspunkt bei Abwesenheit einer Modulation #F=o, t=o ausgeht und die aufeinanderfolgenden Werte von F0 sowie die Steilheiten um jeden Punkt benutzt, kann man die gesuchte Kurve punktweise aufnehmen.
  • Andererseits kann man dasselbe Verfahren anwenden, um die Spannungsüberhöhung Q des Hohlraumes 3 zu messen. Zu diesem Zweck braucht man, nachdem man die Frequenz und die Lagen der Impulse I1, I2 markiert hat, nur die Frequenz des Hohlraumes auf einen solchen Wert P1 oder F2 zu regeln, daß der Mittelpunkt zwischen zwei neuen Impulsen I1', I2' mit der Lage zusammenfällt, welche einer der Impulse I1 oder I2 vorher eingenommen hatte.
  • Danach ergibt sich die Spannungsüberhöhung Q durch folgende Beziehung: o,29F0 oder Q Q29FQ (2) F,-F, F,-F, Um die Anwendung dieser Grundgedanken bei Radarsystemen mit Frequenzmodulation klar zu machen, wird die Theorie dieser Systeme erläutert.
  • Bei denmit Frequenzmodulation arbeitenden Radarsystemen läßt sich die augenblickliche Frequenz des gesendeten Signals schreiben Fe=F0+#F(t). Die Frequenz des Signals, welches von dem in einer Entfernung d gelegenen Hindernis reflektiert wird, hat den Ausdruck wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist.
  • Das Ergebnis der Mischung zwischen den Signalen Fe und Fr geht in einen Schmalbandfilter, der auf eine verhältnismäßig niedrige Frequenz Fm eingestellt ist.
  • Man erhält einen Impuls 13. jedesmal, wenn d. h. sehr angenähert wobei ts die Zeit ist, welche dem Auftreten des Impulses I3 entspricht.
  • Die Entfernung ergibt sich somit aus der folgenden Beziehung: Diese Beziehung ist sehr allgemein, weil sie die Form der Modulation nicht festlegt. Sie zeigt, daß man, um einen richtigen Wert der Entfernung zu erhalten, in jedem Zeitpunkt die Größe d (3t )- zu messen hat, welche der Zeit t3 entspricht.
  • Das Prinzip der oben beschriebenen Einrichtung eignet sich besonders für die Durchführung einer solchen Messung.
  • Fig. 4 zeigt ein Schema einer Radaranlage, bei welcher, wie bei den meisten Radarsystemen, der Impuls I3 benutzt wird, um auf einem Rundsichtschirm einen Lichtfleck hervorzurufen. Sie besitzt außerdem die wesentlichen Schaltungsteile der Fig. I.
  • Wie bei der Schaltung nach Fig. I ist I ein Modulator, 2 ein Generator für modulierte Frequenz, 3 ein regelbarer Hohlraumresonator, 8 ein quadratischer Kristalldetektor, 4 ein Differentiationskreis und 5 eine Einrichtung, welche aus dem differenzierten Strom die Impulse I,, I2 bildet und sie verstärkt. Mit 7 ist der Zeitgeber bezeichnet. Der Generator 2 speist über einen Umschalter g für Sendung--Empfang eine Drehantenne 10. Die frequenzmodulierte Welle, welche von dem Hindernis reflektiert und von der Antenne 10 empfangen wird, geht wieder über den Umschalter g und erregt gleichzeitig mit der Welle des Generators 2 einen Empfänger II, welcher die Impulse I3 abgibt.
  • Die Impulse I1, I2 mit entgegengesetzter Polarität, welche der Verstärker 5 liefert, werden durch zwei Detektoren I5 geschickt, die mit verschiedenen Richtungen in zwei parallelen Wegen vorgesehen sind, von welchen der eine nur von den Impulsen I1 und der andere nur von den Impulsen I2 durchlaufen wird.
  • In einen dieser Wege ist eine Röhre I6 eingeschaltet, die auf einen Widerstand I7 arbeitet, und dieser ist so gewählt, daß die Verstärkung der Stufe gleich I ist, so daß diese Röhre dem Signal eine Phasenverschiebung von I80" erteilt, während der andere Weg das Signal ohne Deformation überträgt. Diese beiden Wege führen zu gleichen Verstärkerstufen I8. Die von diesen Verstärkern ausgehenden Impulse von gleicher Polarität werden in dem Ausgangskreis vereinigt und gehen in die Stufe I2, in welcher sie den von dem Empfänger 11 gelieferten Impulsen I3 überlagert werden.
  • Die von der Stufe 12 abgegebenen Impulse I1, I2, I3 mit gleichem Vorzeichen werden an die Wehnelt-Elektrode der Kathodenstrahlröhre 13 geschickt, welche als Rundsichtanzeiger arbeitet, beispielsweise mit magnetischen Ablenkspulen I4, die durch den von dem Zeitgeber 7 gelieferten Abtaststrom durchflossen und um den Kolben im Gleichlauf mit der Antenne gedreht werden.
  • Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Der Impuls 13, welcher von der Rückkehr des reflektierten Signals an der Antenne und von der radialen Umlaufabtastung abhängt, läßt auf dem Schirm einen Fleck T erscheinen, welcher die Richtung des Hindernisses angibt, ohne direkt seine Entfernung anzuzeigen. Die Impulse I1 und I2, welche bei jedem Modulationszyklus auftreten, aber nicht von dem reflektierten Signal abhängen, lassen auf demselben Schirm zwei konzentrische Kreise erscheinen, deren nach der Zeit geeichte Halbmesser die Zeiten t3 und t3 des Durchganges der augenblicklichen Frequenz des Generators 2 durch die Werte F1 und F2 messen, die beiderseits der Frequenz F0 des Hohlraumes 3 liegen. Die Bedienung besteht also darin, daß man die Frequenz des Hohlraumes bis auf einen solchen Wert F0 verändert, daß die Kreise mit den Halbmessern tl und 13 symmetrisch zu beiden Seiten des Fleckes T zu liegen kommen, d. h. daß die Zeit t3 des Impulses I3 der Mittelwert der Zeiten t1 und t2 ist. Da F2 -F1 = o,58 o,58 FQO kann man, wenn diese Abweichung genügend klein ist, schreiben: und der Abstand des Hindernisses ergibt sich nach der Formel (3) aus: cFrnQ (12-t1) (4) d= Die Ausbildung der Differentiationsstufe, des Generators für die modulierte Frequenz des Modulators, des Zeitgebers, des Impulsverstärkers und ebenso der verschiedenen Mischstufen wurde nicht im einzelnen beschrieben, da solche Stufen oder Schaltungen an sich bekannt sind und ihre Ausbildung im einzelnen dem Fachmann keine Schwierigkeiten bereitet. Ferner ist die Erfindung nicht an die besondere Art der verwendeten Schaltungen gebunden, sondern erstreckt sich im Gegenteil auf alle Anordnungen, welche das beschriebene Verfahren benutzen, ohne daß die behandelten Ausführungsbeispiele als einschränkend aufzufassen wären.

Claims (3)

  1. PATENTANSPROCHE: I. Anordnung zur Anwendung bei einem Hochfrequenzgenerator, dessen Ausgangsspannung mittels einer von einem Modulator geliefertenWechsel spannung in der Frequenz moduliert wird, und welche die genaue Bestimmung der Kurve gestattet, die in Abhängigkeit von der Zeit die augenblickliche Änderung der Ausgangsfrequenz dieses Generators darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung dieses Generators einem Resonator zugeführt wird, dessen Resonanzfrequenz regelbar ist und welcher mit Einrichtungen in Verbindung steht, um jedesmal einen Spannungsimpuls zu erzeugen, wenn die augenblickliche Frequenz des Generators durch einen der beiden Werte f1 oder f2 geht, so daß f-fL-- fi = f2 - fO = 0,29 fO Q (wobei f0 die Resonanzfrequenz und Q der Spannungsüberhöhungsfaktor des Resonators ist, und daß diese Spannungsimpulse einer ersten Ablenkeinrichtung eines Kathodenstrahloszillographen zugeführt werden, während die zweite Ablenkeinrichtung dieses Oszillographen eine Sägezahnabtastspannung erhält, die von einem auf die Frequenz des Modulators synchronisierten Generator geliefert wird.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Spannungsimpulse aus einem Detektor mit parabolischer Charakteristik besteht, der mit dem Resonator verbunden ist und dessen Ausgangsspannung einer Differentiationsstufe mit einem nachgeschalteten selektiven Verstärker zugeführt wird.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch I oder 2 in Verbindung mit einer Markierungseinrichtung nach Art von Radargeräten, deren Antenne von dem Hochfrequenzgenerator gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden den Gleichungen = fo fo - fi - f0 0,29 entsprechenden Impulse mit einem dritten Impuls kombiniert werden, der gebildet wird, indem in einem Empfänger eine von der reflektierten Welle an der Antenne gelieferte Spannung und eine von dem Generator direkt gelieferte Spannung überlagert werden, wobei Verstärkereinrichtungen vorgesehen sind, um diesen drei Impulsen dieselbe Polarität zu geben, und daß diese drei Impulse der Wehnelt-Elektrode einer als Rundsichtanzeiger dienenden Kathodenstrahlröhre zugeführt werden, deren Strahl von einem magnetischen Feld beeinflußt wird, welches durch Spulen erzeugt wird, die mit einer von einem durch die Ausgangsspannung des Modulators synchronisierten Generator erzeugten Sägezahnspannung gespeist werden.
DEC6199A 1951-08-02 1952-08-02 Anordnung zur Messung der Kenngroessen einer frequenzmodulierten Welle und ihre Anwendung bei Anzeigegeraeten von Radarsystemen Expired DE903352C (de)

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