DE910171C - Sender-Empfaenger-Anlage fuer Traegerwellenimpulse - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 29. APRIL 1954

X 5225VIIIa/2i a*

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sender-Empfänger-Anlage für Trägerwellenimpulse mit einer dem Sender und dem Empfänger gemeinsamen Antenne, wobei der Sender und die Antenne durch einen Wellenleiter gekoppelt sind, an den ein zum Empfänger führender Wellenleiter angeschlossen ist, und auf ein dabei zu verwendendes Wellenleitersystem. Die Erfindung kann besonders vorteilhaft Anwendung finden in Radarapparaten mit einer dem Sender und dem Empfänger gemeinsamen Antenne sowie bei Impulsübertragungsapparaturen für Duplexverkehr, Impulsrelaisstationen od. dgl. In solchen Sender-Empfänger-Anlagen ist es üblich, den Empfänger jeweils während des Auftretens eines Sendeimpulses, der eine beträchtliche Spitzenleistung von z. B. einigen 10 kW haben kann, zu sperren. Es ist bekannt, zu diesem Zweck den Wellenleiter der gemeinsamen Antenne zum Empfänger während eines Sendeimpulses zu sperren mittels einer jeweils von den Sendeimpulsen selbst gezündteten Schaltzelle, die eine ionisierbare Gas- und/oder Dampffüllung, ζ. B. Argon oder Wasserdampf, enthält. Bei erloschener Schaltzelle werden die empfangenen Impulse unbehindert durchgelassen, da der Energieinhalt dieser Impulse zum Ionisieren des Gases oder des Dampfes nicht ausreicht. Ein großer Nachteil dieser unter dem Namen Duplexer bekannten Einrichtungen ist die endliche Ionisationszeit für die Schaltzelle, wodurch beim Beginn eines jeden Sendeimpulses sehr hohe Impulsspannungen den Empfänger erreichen.

Bei diesen Sender-Empfänger-Anlagen ist es weiter erwünscht, daß die empfangenen Hochfrequenzwellen möglichst wenig geschwächt zum Empfänger gelangen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, auf den Wellenleiter der gemeinsamen Antenne zum Sender in einem Abstand von der z. B. von einem Magnetron gebildeten Senderendröhre eine Schaltzelle anzuordnen, die im Zeitverlauf zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sendeimpulsen ίο gezündet ist und infolgedessen eine beträchtliche Steigerung der Eingangs impedanz des Wellenleiters des Senders für die empfangenen Hochfrequenzwellen herbeiführt. Falls aber das von der unwirksamen Magnetronröhre und dem Wellenleiterteil zwischen Schaltzelle und Magnetron gebildete System annähernd auf die Frequenz der empfangenen Hochfrequenzwellen abgestimmt ist, können erhebliche Verluste für die empfangenen Trägerimpulse auftreten.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile bei Sender-Empfänger-Anlagen der eingangs erwähnten Art dadurch, daß die Wellenleiter miteinander durch eine aus einer Anzahl Kopplungsspalten bestehende Richtkopplung gekoppelt werden, welche Richtkopplung eine Entkopplung des Senders und des Empfängers bewirkt, und an diesen Kopplungsspalten Schaltteile angeordnet werden, die jeweils beim Auftreten eines Sendeimpulses die Kopplungsspalten für die Hochfrequenzwellen sperren. Infolge dieser Richtkopplung können die unmittelbar vom Sender stammenden Hochfrequenzwellen den Empfänger also nur mit einer beträchtlichen Schwächung, z. B. von 30 oder 40 db, erreichen. Die zweite Maßnahme der zeitweiligen Sperrung der Kopplungsspalten ist unbedingt notwendig, um übermäßige Energieverluste während der Sendung zu vermeiden.

Es sei bemerkt, daß eine aus Kopplungsspalten bestehende Richtkopplung zwischen zwei Wellenleitern, an sich bekannt ist. Die Lage und die Abmessungen der Spalten sind bei einer derartigen Kopplung so gewählt, daß die durch die Spalten tretenden Hochfrequenzwellen, die vom Ende des einen Wellenleiters stammen, sich im wesentlichen in einer einzigen Richtung im anderen Wellenleiter fortpflanzen.

Die Sehaltteile können z. B. aus einem rotierenden mechanischen Schalter bestehen. Vorzugsweise werden sie aber von einer gas- und/oder dampfgefüllten Schajtzelle gebildet, die jeweils von den Sendeimpulsen selbst gezündet wird.

Eine in mechanischer und elektrischer Beziehung besonders günstige Ausführungsform weist das Kennzeichen auf, daß die Wellenleiter als Röhren mit leitenden Wänden und rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind, die in Längsrichtung eine Wand gemeinsam haben, wobei die Richtkopplung durch eine Anzahl Kopplungsspalten in der gemeinsamen Wand bewirkt wird.

Damit die von der gemeinsamen Antenne empfangenen Hochfrequenzwellen den Eingang des Empfängers praktisch ungeschwächt erreichen, wird zweckmäßig der Kopplungsgrad der Richtkopplung annähernd gleich 1 gewählt, d.h. derart, daß eine Hochfrequenzwelle in einem der Wellenleiter vollkommen von dem anderen Wellenleiter übernommen wird.

Zur näheren Erläuterung werden im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung Beispiele von entsprechend der Erfindung ausgebildeten Duplexeinrichtungen und ihre Anwendung in einem Radarapparat näher beschrieben.

Fig. ι zeigt den schematischen Aufbau des Radarapparates, und

Fig. 2 ist eine Abwandlung des in Fig. I verwendeten Duplexers, bei der deutlichkeitshalber ein Teil der Vorderwand des Wellenleiters weggenommen ist;

Fig. 3 ist ein Längsschnitt einer anderen Ausführungsform eines Duplexers.

Der Sendeteil des in Fig, 1 abgebildeten Radarapparates enthält einen Impulsgenerator 1 zur periodischen Anregung einer Magnetronröhre 2, die durch einen Wellenleiter 3 mit einem Drehantennensystem 4, z. B. in. Form einer sog. Käseantenne, verbunden ist. Die Umgebung wird also gemäß einem sich drehenden Leitstrahl von den erzeugten Trägerwellenimpulsen abgetastet, die z. B. eine Wellenlänge von 3 cm haben.

Die von den reflektierenden Gegenständen stammenden reflektierten Impulse werden von der Käseantenne 4 empfangen und einem zweiten Wellenleiter 5 zugeführt, der auf eine im folgenden zu erläuternde Weise mit dem Wellenleiter 3 gekoppelt ist. An das von der Antenne 4 abgewandte Ende des Wellenleiters 5 ist auf bekannte Weise eine Kristallmischstufe 6 angeschlossen, die mit einem Empfänger/ verbunden ist, dessen nach Amplitudendemodulation erhaltene impulsförmige Ausgangsspannung einem von einer Elektronenstrahlröhre gebildeten Lagenanzeiger 8 zugeführt wird. Auf dem Schirm 8' des Lagenanzeigers erscheint also eine Angabe über die Lage der reflektierenden Gegenstände.

Damit die sehr hohen Impulsspannungen des Senders den Empfänger Jtiicht erreichen können, sind gemäß der Erfindung die Wellenleiter 3 und 5 durch eine aus einer Anzahl Kopplungsspalten 9 bestehende Richtkopplung derart miteinander gekoppelt, daß der Sender und der Empfänger weit- no gehend entkoppelt sind, und es sind an diesen Kopplungsspalten Schaltteile angeordnet, die jeweils beim Auftreten eines Sendeimpulses die Kopplungsspalten für die Hochfrequenzwellen sperren.

Die Wellenleiter 3 und 5 sind als Rohre mit leitenden Wänden und rechteckigem Querschnitt ausgebildet, denen in der Längsrichtung eine Wand 10 gemeinsam ist. Die Form, die Anzahl und die Abmessungen der Kopplungsspalten 9 sind derart gewählt, daß die durch die Spalten tretenden iao Hochfrequenzwellen, die vom Ende eines der Wellenleiter 3 und 5 stammen, sich in gleicher Richtung im anderen Wellenleiter fortpflanzen. In der geschilderten Ausführungsform sind die Schaltzellen Ii dadurch in den Kopplungsspalten 9 ge- >ildet, daß sie von gasdichten Fenstern aus Isolier-

stoff abgeschlossen sind und in diesen abgeschlossenen Räumen eine ionisierbare Gas- und/oder Dampffüllung vorhanden ist.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anlage wird im folgenden näher erläutert.

Jeweils beim Beginn eines jeden Sendeimpulses pflanzen sich die erzeugten Hochfrequenzwellen im wesentlichen durch die Kopplungsspalten 9 und die an diesem Zeitpunkt noch erloschene Schaltzelle 11 in einer von dem Empfänger abgewandten Richtung im Wellenleiter 5 fort. Diese sich nach rechts fortpflanzenden Hochfrequenzwellen werden in der dargestellten Ausführungsform im Wellenleiter 5 reflexionsfrei von einem keilförmigen Teil 12 absorbiert, der aus einer oder mehreren sich keilförmig verjüngenden Platten aus Widerstandsmaterial besteht. Dies ist nicht unbedingt erforderlich; es könnte z. B. der Wellenleiter auch mittels einer Antenne, vorzugsweise reflexionsfrei, abgeschlossen werden.

Die Kopplung zwischen Sender und Empfänger wird im wesentlichen von den Wellen herbeigeführt, die durch die Kopplungsspalten 9 unmittelbar zum Empfänger gelangen, sowie von den vom keilförmigen Teil 12 reflektierten Wellen, die auf ihrem Wege zum Empfänger nicht durch die Kopplungsspalten 9 zum Wellenleiter 3 zurückgeführt werden. Die beiden Komponenten können durch eine zweckmäßige Ausbildung der Spalten 9 und des keilförmigen Teiles 12 beträchtlich herabgesetzt werden, wobei bemerkt sei, daß bei einem annähernd gleich 1 gewählten Kopplungsgrad der Richtkopplung die vom Teil 12 reflektierten Wellen praktisch vollständig vom Wellenleiter 3 aufgenommen werden. Man ist also bei der geschilderten Vorrichtung sicher, daß die vom Sender stammenden Hochfrequenz wellen den Empfänger 6, 7, 8 nur mit einer beträchtlichen Schwächung, z. B. von 30 bis 40 db, erreichen können.

Die Kopplungsspalten werden jeweils von den Sendeimpulsen selbst nach einer Zeitdauer gesperrt, die durch die Ionisationszeit 'der Schaltzellen bestimmt wird, wonach die Trägerwellenimpulse weiter mit voller Leistung von der Käseantenne 4 ausgesandt werden. Die Ionisationszeit der Schaltzellen 11 ist sehr klein, da die Dickenabmessungen der Schaltzellen 11 sehr klein gemacht werden können und weiter sehr große elektrische Feldstärken an den Kopplungsspalten 9 auftreten. Die Energieübertragung zum keilförmigen Teil 12 beim Anfang eines jeden Sendeimpulses kann also auf ein Minimum herabgesetzt werden.

Die von reflektierenden Gegenständen stammenden, von der Käseantenne 4 kommenden reflektierten Impulse können durch die Kopplungsspalten 9 und die erloschenen Schaltzellen ii die Kristallmischstufe 6 ungehindert erreichen, da sie einen zu geringen Energieinhalt haben, um die Schaltzellen 11 zu zünden. Damit die empfangenen Impulse die Kristallmischstufe 6 ungeschwächt erreichen können, ist der Kopplungsgrad der Richtkopplung bei der beschriebenen Ausführungsform annähernd gleich 1 gewählt.

Die Wirkung des im vorangehenden ausführlich geschilderten Duplexers ist praktisch unabhängig von der Lage der Richtkopplung. Dies ist insbesondere für die Herstellung und die Montage wichtig.

Durch eine geeignete Wahl der Form und Lage der Kopplungs spalten der Richtkopplung ist erzielbar, daß eine solche Richtkopplung wenig von der Frequenz abhängig ist; es kann z.B. eine Bandbreite von 200 MHz bei einer mittleren Frequenz von 9000 MHz erhalten werden. Hierdurch sind diese Duplexers leicht austauschbar. Außerdem braucht der Duplexer nicht genau der Frequenz der erzeugten Hochfrequenzwellen angepaßt zu werden, was namentlich bei Reihen- oder Massenherstellung ein wichtiger Vorteil ist.

Eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Duplexvorrichtung ist in Fig. 2 schaubildlich dargestellt. Entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der dargestellten Duplexvorrichtung sind in der gemeinsamen Wand 10 der Wellenleiter 3 und 5 ein einziger Spalt 9 in Breitenrichtung und ein danebenliegender Spalt 9 in Längsrichtung vorgesehen, wobei zur Erzielung eines Kopplungsgrades etwa gleich 1 die elektrische Umfangslänge eines jeden Kopplungsspaltes 9 annähernd eine Wellenlänge beträgt. Die Vorderwand der Wellenleiter 3 und 5 ist teilweise entfernt, um die gemeinsame Wand 10 mit den beiden darin vorgesehenen, senkrecht zueinander stehenden Kopplungsspalten 9 zu zeigen, die zusammen die Richtkopplung bilden. Die in den Kopplungsspalten angeordneten Schaltzellen sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

Wie an sich bekannt, ist eine solche Richtkopplung in der Nähe der mittleren Frequenz wenig von der Frequenz abhängig, da die Blindkomponenten der Impedanzen der Kopplungsspalten 9 sich dann nahezu ausgleichen. Eine Vergrößerung der Bandbreite der Richtkopplung ist dadurch erzielbar, daß das Verhältnis zwischen Länge und Breite der Kopplungsspalten vergrößert wird. Vorzügliche Ergebnisse werden in der Praxis bei einem Verhältnis zwischen Länge und Breite der Kopplungsspalten 9 von etwa 5 : 1 erhalten.

Neben einer einfachen Bauart hat dieser Duplexer den weiteren wichtigen Vorteil, daß die Kopplungsspalten in einer einzigen Phasenebene liegen. Wenn also ein Sendeimpuls ausgesandt wird, werden die in den beiden Kopplungsspalten 9 gebildeten Schaltzellen gleichzeitig gezündet. Eine etwaige Kopplung zwischen Sender und Empfänger wegen Zündung der Schaltzellen nacheinander kann dabei nicht auftreten.

In Fig. 3 ist im Längsschnitt eine weitere besonders günstige Ausführungsform einer Duplexvorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Das Kopplungsspaltensystem ist in gleicher Weise so ausgebildet, wie es bereits ausführlich an Hand von Fig. 2 geschildert wurde.

Die Schaltzelle 12 ist hierbei aber im Wellenleiter 5 des Empfängers gebildet, da auf beiden Seiten der Spalten gasdichte Fenster aus Isolier-

stoff 13, 14 in Verengungen 16 bzw. 17 des Wellenleiters 5 vorgesehen sind und die Spalten selbst mittels isolierender Abdichtungen 15 abgeschlossen sind, wobei die so gebildete gasdicht abgeschlossene Kammer eine ionisierbare Gas- und/oder -Dampffüllung enthält.

Die Kopplungsspalten werden beim Auftreten eines Sendeimpulses unmittelbar von den Hochfrequenzwellen gesperrt, da über der der Schaltzelle 12 zugewendeten Wand der Abdichtungen 15 eine in der Figur mit 18 bezeichnete Glimmentladung entsteht.

Zur Herstellung der in der Zeichnung dargestellten Duplexvorrichtung wird von dem Wellenleiter 5 ausgegangen, bei dem die oben geschilderte gas- und/oder dampfgefüllte Schaltzelle 12 im Wellenleiter 5 gebildet ist. Der Wellenleiter 3, dessen an der Wand 10 des Wellenleiters 5 liegende Wand weggenommen ist, wird danach durch eine Löt- oder Schweißbearbeitung fest an dem Wellenleiter 5 befestigt. Es wird einleuchten, daß die Konstruktion und die Montage dieser Duplexvorrichtung besonders einfach sind.

Schließlich sei bemerkt, daß neben den dargestellten Duplexvorriehtungen noch weitere Ausführungsformen möglieh sind. Es können z. B. die Achsen der Wellenleiter des Empfängers und des Senders einen gewissen Winkel miteinander bilden oder die Querschnitte der Wellenleiter eine von einem Rechteck abweichende Form haben. Bei sämtlichen Ausführungsformen ist aber wesentlich, daß die Form, die Anzahl und die Lage der Kopplungsspalten derart gewählt sind, daß diese Spalten zusammen eine den Sender und den Empfänger entkoppelnde und zeitweilig gesperrte Richtkopplung bilden.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   ι. Sender-Empfänger-Anlage für Trägerwellenimpulse mit einer dem Sender und dem Empfänger gemeinsamen Antenne, insbesondere Radarapparat, bei der der Sender und die Antenne durch einen Wellenleiter gekoppelt sind, an den ein zum Empfänger führender Wellenleiter angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter untereinander durch eine aus einer Anzahl Kopplungsspalten bestehende Richtkopplung gekoppelt sind, die eine Entkopplung des Senders und des Empfängers herbeiführt, und an diesen Kopplungsspalten Schaltteile angeordnet sind, die jeweils beim Auftreten eines Sendeimpulses die Kopplungsspalten für die Hochfrequenzwellen sperren.
2. 2. Sender-Empfänger-Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltteile von einer gas- und/oder dampfgefüllten Schaltzelle gebildet werden, die jeweils von den Sendeimpulsen selbst gezündet wird.
3. 3. Sender-Empfänger-Anlage nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzellen in den Kopplungsspalten dadurch gebildet sind, daß die Kopplungsspalten durch gasdichte Fenster aus Isolierstoff abgeschlossen sind und diese abgeschlossenen Räume eine ionisierbare Gas- und/oder Dampffüllung enthalten.
4. 4. Sender-Empfänger-Anlage nach An-Spruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzelle im Wellenleiter des Empfängers dadurch gebildet ist, daß auf beiden Seiten der Kopplungsspalten im Wellenleiter gasdichte Fenster aus Isolierstoff vorgesehen sind und die Kopplungsspalten selbst mit isolierenden Gasabdichtungen ausgefüllt sind sowie die so gebildete gasdicht abgeschlossene Kammer eine ionisierbare Gas- und/oder Dampffüllung enthält.
5. 5. Sender-Empfänger-Anlage nach Anspruch Ij 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter als Rohre mit leitenden Wänden und rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind, denen in Längsrichtung eine Wand gemeinsam ist, und daß die Richtkopplung durch eine Anzahl Kopplungsspalten in der gemeinsamen Wand gebildet wird.
6. 6. Sender-Empfänger-Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen Wand der Wellenleiter eine einzige Spalte in Breiterichtung und eine danebenliegende einzige Spalte in Längsrichtung vorgesehen ist und daß die elektrische Umfangslänge der Kopplungsspalten annähernd eine Wellenlänge beträgt.
7. 7. Sender-Empfänger-Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter des Empfängers an dem von dem Empfänger abgewandten Ende reflexionsfrei abgeschlossen ist.
8. 8. Sender-Empfänger-Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der reflexionsfreie Abschluß aus einem keilförmigen Teil aus Widerstandsmaterial besteht.
9. 9. Sender-Empfänger-Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsgrad der Riehtkopplung annähernd gleich 1 gewählt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen