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Mischvorrichtung für zwei Höchstfrequenzschwingungen, bestehend aus
zwei Hohlleiterstücken, die mit einer gemeinsamen Wand aneinandergrenzen Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf symmetrische Mischstufen zur Mischung von Höchstfrequenzschwingungen
in Hohlleitern, insbesondere auf Mischanordnungen, in denen Richtkoppler verwendet
werden.
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Bei symmetrischen Mischstufen der Ausführungsart, in der Hochfrequenz
zweier verschiedener Frequenzen - der der Empfangsfrequenz und der des örtlichen
Oszillators - durch Übertragurngstleitumgen an nicht lineare Impedanze-n wie Kristallgleichrichter
in solcher Phase zugeführt werden, daß Ausgangsschwingungen von der gewünschten
Zwischenfrequenz entstehen, trifft ein Teilbetrag der Zwischenfrequenzschwingungen
auf Schwingungen mit den ursprünglichen Frequenzen und erzeugt dabei Schwingungen
einer Frequenz, die um das Doppelte der Zwischenfrequenz von der anderen Ursprungsfrequenz
abweichen. Diese Frequenz ist als Spiegelfrequenz bekannt. Bei symmetrischen Mischstufen,
die als Kopplungsanordnung entweder ein »magisches T« oder einen anderen Richtungskopgler
verwenden, können
diese Schwingungen schließlich in die gewünschte
Zwischenfrequenz zurückverwandelt und dem Zwischenfrequenzverstärker über geeignete
Schmalbandfiltervorrichtungen in der Signaleingangsleitung zugeführt werden.
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Bei einer Ausführungsart einer symmetrischen Mischanordnung werden
die,zu mischenden Schwingungen von verschiedener Frequenz in zwei Teilen eines Hohlleiters,
die durch eine Öffnung in einer gemeinsamen Wand gekoppelt sind, zu Kristallgleichrichtern
fortgeleitet, von denen jeweils einer in jeder der beiden Hohlleitungen auf einer
Querebene angeordnet ist, und zwar in jeweils der gleichen Entfernung von der Öffnung
in der gemeinsamen Wandung der beiden Hohlleiter. Ein Teilbetrag der an den Kristallen
anlangenden Schwingungen wird längs des mit dem örtlichen Oszillator verbundenen
Hohlleiters reflektiert und in dem gewöhnlich in diesen Hohlleiter eingeführten
dämpfenden Widerstandselement absorbiert. Das Resultat ist der Verlust eines Teils
der Energie, die sonst am Eingang des Zwischenfrequenzverstärkers als Nutz-Signal
erschienen wäre. Dies führt im Vergleich mit den Kopplungsanordnungen, die entweder
das »magische T« oder ringförmige Richtungskoppler verwenden, bei dieser Mischstufenausführungsart
zu einer geringeren Überlagerungsverstärkung.
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Dieser Energieverlust und die in seinem Gefolge auftretende Verringerung
der Überlagerungsverstärkung wird bei der vorliegenden Erfindung, dadurch vermieden,
daß der Kristall in dem Oszillatorhohlleiterzweig weiter von der Öffnung in der
,gemeinsamen Wandung entfernt angebracht wird als der Kristall im Antennenzweig,
und zwar um einen Betrag, der etwa dem vierten Teil der Wellenlänge der Spiegelfrequenz
gleichkommt. Bei einer solchen Anordnung der Kristallgleichrichter werden die Spiegelfrequenzschwingungen
daran gehindert, sich längs des Oszillatorhohlleiterzweiges zurückzubewegen. EinegeeigneteAnordnungder
Bezugsebene des Sende-Empfangs-Hohlraumes oder irgendein schmales Bandfilter im
Antennenzweig bewirken, daß der Hohlraum für die reflektierten Schwingungen der
Spiegelfrequenz eine Diskontinuität darstellt, und diese Schwingungen werden zum
Kristall zurückreflektiert, wo sie wiederum in die gewünschte Zwischenfrequenz zurückverwandelt
und auf diese Weise nutzbar gemacht werden, während sie sonst verlorengegangen wären.
So kann ein geringeren Raum einnehmender und billiger symmetrischer Mischer unter
Verwendung von Richtkopplern der Hybride-Form Anwendung finden und doch den .gleichen
Verstärkungswirkungsgrad haben wie die und teurere Konstruktion. des »magischen
T« oder anderer Richtungskoppler. Weitere Vorteile der Erfindung werden im Verlauf
der Beschreibung deutlich werden, wobei auf die ZeichnungenBezug genommen wird.
Es stellt dar Fig. i ein Blockschema eines Radarsystems, in welchem die vorliegende
Erfindung Verwendung findet, Fig.2 eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des
symmetrischen Mischers der vorliegenden Erfindung, Fig.3 eine Schrägsicht auf das
Ausführungsbeispiel der Fig. 2 längs der Linie 3-3 der Fig. 2 sowie ein Schema eines
Teiles des angeschlossenen Stromkreises.
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In Fig. i ist eine Radaranordnung unter Verwendung der vorliegenden
Erfindung dargestellt, bei welcher ein Magnetron io oder eine andere Hochfrequenzenergiequelle
durch einen Impulsmodulator i i impulsmoduliert wird. Die impulsmodulierte Hochfrequenzenergie
pflanzt sich über eine Übertragungsleitung i2 zu einer Antenne 13 fort, welche Hochfrequenzenergie
aussendet - angedeutet durch Pfeil 1q. -, die nach Auftreffen auf ein Ziel zur Antenne
zurückreflektiert wird (angedeutet durch Pfeil 15). Das reflektierte Signal bewegt
sich von der Antenne 13 ,die Übertragungsleitung 12 entlang und durch die Übertragungsleitung
16 zu einer Sende-Empfangs-Vorrichtung einer der bekannten Ausführungsformen, welche
einen bei der Betriebsfrequenz im Resonanzzustand befindlichen Hohlraum 17 besitzt.
Von diesem aus gelangen die Schwingungen durch ein Hohlleiterstück 18 zu einer nicht
linearen Impedanz wie etwa dem in einem Halterungsrohr a1 befestigten Silicium-Kristallgleichrichter
20. Der Hohlleiter hat eine dem elektrisichen Vektor parallel laufende Wandung 22
mit einem Hohlleiter 23 gemeinsam. In dieser gemeinsamen Wand 22 befindet sich eine
Öffnung 2q., die die Energiekopplung zwischen den Hohlleitern 18 und 23 ermöglicht.
Die zwei Hohlleiter 18 und 23 und die Öffnung 24 in ihrer gemeisamen Wandung stellen
eine Richtkoppleranordnung der Hybridenart oder genauer einen R ichtkoppler der
Ausführungsart mit kurzem Schlitz dar. Ein örtlicher Oszillator 25 liefert Schwingungen
durch den Hohlleiter 23 über ein regelbares Kopplungselement 26, welches aus einem
Widerstandselement 27 besteht und mittels einer Schraube 3o auf einem Träger 28
befestigt ist (Fi:g. 2). Die Schwingungen des örtlichen Oszillators pflanzt sich
längs des Hohlleiters 23 bis zu einer zweiten nicht linearen Impedanz 31 fort, die
ebenfalls ein in einem Halterurlgsrohr 32 befestigter Silicium-Kristallgleichrichter
sein kann. Die Impedanzen 2o und 31 sind an je eines der beiden Enden der Primärspule
33 eines Transformators 34 angeschlossen, dessen mittlere Anzapfung geerdet ist.
Die Sekundärspule 35 dieses Transformators ist in Verbindüng m.it,dem Eingang eines
Zwischenfrequenzverstärkers. Die Kristallgleichrichter 20 und 31 sind auf Transversalebenen
ihrer jeweiligen Hohlleiter i8 und 23 angeordnet, und zwar derart, daß sie um eine
Strecke voneinander entfernt sind, die etwa einem Viertel der Wellenlänge der Spiegelfrequenz
gleichkommt.
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Im Betrieb bewegen sich die empfangenen Schwingungen vom Sende-Empfangs-Hohlraum
den Hohlleiter 18 entlang zur O fnung 2q., wo die Schwingungen über die Öffnung
in den Hohlleiter des örtlichen Oszillators 23 cingekopppelt -.durch
den
gestrichelten Pfeil 36 in Fig. 3 angedeutet -und um go elektrische Grade
phasenverschoben werden, während der andere Teil sich geradeaus weiterfortpflanzt
bis zum Kristall2o, wie durch den ausgezogenen Pfeil 37 angedeutet ist. Die
Schwingungen des örtlichen Oszillators 25 bewegen sich durch den Hohlleiter 23 an
dem Widerstandselement 27 vorbei, wo ein Teil dieser Schwingungen absorbiert wird.
Der Betrag der Energieabsorption hängt davon ab, wie tief das Element in den Leiter
eingeführt wird. Die Hälfte der nicht absorbierten Schwingungen wird über die Öffnung
24 in den Hohlleiter 18 eingekoppelt, nachdem eine Phasenverschiebung von go° stattgefunden
hat (gestrichelter -Pfeil38 in Fig.3). Der andere Teil der Schwingungen pflanzt
sich längs des Leiters 23 fort bis zum Kristallgleichrichter 31, wie durch den ausgezogenen
Pfeil 4o angedeutet ist. Bei dem Passieren der Öffnung 24 erfolgt die Phasenverschiebung
dieser Schwingungen um go° in entgegengesetzter Richtung zur Phasenverschiebung
der empfangenen Schwingungen. Schwingungen dieser beiden Frequenzen kommen an jedem
Kristallgleichrichter zusammen und erzeugen dort eine ,Spannung mit einer Frequenz,
die der Differenz zwischen der Frequenz des örtlichen Oszillators und der Frequenz
der Empfangsschwingungen gleichkommt. Wenn z. B. die durch das Magnettun i o erzeugten
und daraufhin gesendeten und übertragene Schwingungen eine Frequenz von
3000 MHz und die Schwingungen des örtlichen Oszillators 25 eine solche von
3030 MHz aufweist, so entsteht am Ausgang des Transformators 34 eine Differenzfrequenz
von 30 MHz. Ein Teil dieser 3o-MHz-Schwingungen trifft auf Schwingungen des
örtlichen Oszillators und bildet auf diese Weise eine Spiegelfrequenz von 3o6o MHz.
Die Schwingungen bewegen sich längs beider Hohlleiter bis zur Öffnung 24 zurück,
wie Pfeile 41 und 42 anzeigen. Diese Spiegelfrequenzschwingungen jedes Kristallgleichrichters
vereinigen s i -h an der Öffnung 24 und pflanzen sich, j e nach der gegenseitigen
Phasenbeziehung, in dem einen oder dem anderen der Hohlleiter fort. Sind nun die
Kristallgleichrichter 2o und 31 in gleicher Entfernung von der Öffnung 24 angebracht,
so werden diese Schwingungen eine solche Phase haben, daß die Spiegelfrequenz nicht
im Hohlleiter 18 zum Sende-Empfangs-Hohlraum sich fortbewegen kann, sondern nur
im Leiter 23 zum Dämpfelement 27, wo sie absorbiert wird und verlorengeht. Wenn
jedoch, wie in Fig. i und 2 dargestellt, der Kristall 3 i sich weiter von der Öffnung
24 befindet als der Kristall 18, und zwar um eine Distanz von der Länge einer Viertelwellenlänge
der Spiegelfrequenz oder eines ungeraden ganzen Vielfachen davon, so werden die
Phasen dieser Schwingungen sich so zueinander verhalten, daß die Spiegelfrequenzschwingungen
nicht zurück zum örtlichen Oszillator, sondern vielmehr zurück zum Sende-Empfangs-Hohlraum
17 sich bewegen, wie hier durch den ausgezogenen Pfeil 43 angedeutet ist. Da dieser
Hohlraum für die Empfangsfrequenz in Resonanz ist, wird er für die Spiegelfrequenz
praktisch einen Kurzschluß darstellen und die Schwingungen, wie durch den gestrichelten
Pfeil 44 angedeutet, zurück zu den Kristallen 2o und 31 reflektieren. Wenn überdies
die Entfernung L von dem Sende-Empfangs-Hohlraum 17 bis zum Kristallgleichrichter
2o so gewählt wird, daß der Hohlraum bei der Frequenz der reflektierten Spiegelfrequenzschwingungen
auf der Kristallebene praktisch einen offenen Stromkrens zustande kommen läßt, so
werden die Spiegelfrequenzschwingungen in die Zwischenfrequenz zurückverwandelt
und an den Kristallen 2o und 31 ein Signal erzeugen und nicht vergeudet sein, was
zu einem beträchtlichen Ansteigen der Empfindlichkeit des Systems führt.
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Die Erfindung wurde für den Gebrauch in einem Radarsystem beschrieben;
jedoch kann sie auch in Einrichtungen des Funkverkehrs Verwendung finden.
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Die Erfindung ist nicht auf die besonderen Einzelheiten der dargestellten
Konstruktion oder der beschriebenen Materialien und Vorgänge beschränkt.