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Anordnung zur Entfernungsmessung mittels rückgestrahlter hochfrequenter
Impulse
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung von Entfernungen,
insbesondere l;ürzester Entfernungen bei wählbarem Meßbereich mittels rückgestrahlter
Hochfrequenzimpulse sowie auf Maßnahmen, durch die eine Mehrdeutigkeit der Anzeige
vermieden wird.
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Es ist l)ekallnt. dal3 man durch Abgabe eines kurzen elektromagnetischen
Schwingungsimpulses und durch Feststellung des Zeitunterschiedes. der zwischen der
Abgabe des Impulses und der Aufnahme des reflektierten Impulses liegt. die Entfernung
des reflektierenden Gegenstandes messen kann. Zur Anzeige des Empfanges eines reflektierten
Impulses und zur Messung des Zeitunterschiedes zwischen der Al>gahe und der Aufnahme
der Impulse wird im allgemeinen eine Wathodenstrahlröhre verwendet. wodurch also
mittelbar ein :NlalS fiir die betreffende Entfernung erhalten wird.
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Hochfrequenz-Rückstrahlmeßsysteme bekannter Art zur Ausführung des
vorgenannten Verfahrens zur Entfernungsmessung mittels hochfrequenter Schwingungen
weisen im allgemeinen für die Sende- und für dic Anzeigeeinrichtung einen Steuer-und
einen Tastteil auf, der im wesentlichen aus
einer Steuer- und Tasteinrichtung
für den Sender, einer mechanischen oder elektrischen Synchronisiervorrichtung und
einem damit gekoppelten Steuergenerator für die Anzeigevorrichtung besteht, wobei
als Anzeigevorrichtung ebenfalls eine Kathodenstrahlröhre vorgesehen ist. Bei besonderen
Meßsystemen dieser Art ist für Sende- und Anzeigeeinrichtung ein gemeinsamer Steuer-
und Tastteil vorgesehen. Auch sind Einrichtungen solcher Art bekannt, bei welchen
eine wahlweise Vervielfachung der Frequenz der Elektronenstrarhlablenkung gegenüber
der konstant bleibenden Sender-Tastfrequenz möglich ist, um den Meßbereich beliebig
verändern zu können, wobei häufig auch die Möglichkeit einer beliebigen Einstellung
der zeitlichen Lage des Sendeimpulses in bezug auf die Eichung des Anzeigeröhrenschirmes
gegeben ist.
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Diese Geräte haben jedoch entweder keine Möglichkeit, die Anzeige
ferner gelegener Ziele zu unterbinden, wodurch die Gefahr der Mehrdeutigkeit vorhanden
ist, oder zeigen nur das jeweils nahegelegenste Ziel an. Hierzu kann eine Dunkelsteuerung
der Anzeige durch den ersten eintreffenden Echoimpuls ausgelöst werden. In diesem
Fall können aber unerwünschte Echos nahegelegener Ziele die Messung der Entfernung
eines bestimmten, weiter abliegenden Zieles unmöglich machen.
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Weiterhin sind Rückstrahlentfernungsmeßgeräte bereits vorgeschlagen,
jedoch nicht vorveröffentlicht, bei denen die Folgefrequenz des Sendeimpulses als
derartiges Vielfaches der konstant bleibenden Frequenz der Anzeigestrahlablenkung
gewählt werden kann, daß alle Rüclrstrahlungen vor der nächsten Meßperiode einfallen,
und bei denen der Anzeigestrahl während aller etwaigen, auf die erste Anzeigestrahlauslenliung
folgenden ÄTielfachausl enkungen jeder Impulsperiode dunkelgesteuert wird.
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Der Nutzbereich der Entfernungsmessung ist also stets gleichbleibend.
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Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der beschriebenen bekannten
Meßsysteme in der Richtung, daß dieselben sowohl für die Messung im Nahbereich als
auch bei größeren Entfernungen geeignet sind und dabei alle vorhandenen Nutzechos
ohne Mehrdeutigkeit anzeigen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet im Gegensatz zu der bereits
vorgeschlagenen, jedoch nicht vorveröffentlichten Anordnung mit konstanter Folgefrequenz
der Sendeimpulse. Dadurch ergeben sich besonders zweckmäßige und betriebssichere
Maßnahmen zur Umschaltung der Entfernungsmeßbereiche aber auch eine größere Ahlesegenauigkeit
bei kleinen Entfernungsmeßbereichen.
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Die Erfindung geht demnach aus von einer bekannen Anordnung zur Entfernungsmessung.
insbesondere kürzester Entfernungen. mittels rückgestrahlter hochfrequenter, vorzugsweise
sehr kurzer Impulse unter Verwendung eines mit konstanter Folgefrequenz ausgesandten
Suchimpulses und, einer damit synchronisierten, dem Meßbereich entsprechenden Auslenkung
des Anzeigestrahles einer Eathodenstrahlröhre wobei die Auslenkung des Anzeigestrahles
wahlweise einstellbar mit der Folgefrequenz der Suchimpulse oder ihrem Vielfachen
erfolgen kann. Erfindungsgemäß wird dabei der Anzeigestrahl während aller etwaigen
auf die erste Anzeigestrahlauslenkung folgenden Vielfachauslenkuiigen jeder Suchimpulsperiode
dunlselgesteuert.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise beschrieben,
in welchen Fig. I eine schematische Ansicht der ermldungsgemäßen Schaltungen und
Einrichtungen ist, Fig. 2 eine Vorderansicht der lVathodenstrahlröhren-Schirmsliala
ist. die in Fig. I im Vertikalschnitt dargestellt ist, Fig. 3 eine graphische Darstellung
ist, die zur Erläuterung der Erfindnngsmerkinale dient.
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Fig. 4 eine schematische Abbildung einer Ausführungsart des in Fig.
I angewandten Frequenzvervielfachers ist, Fig. 5 und 6 weitere graphische Darstdlungen
sind, die ebenfalls zur Erläuterung der Erfindungsmerkmale dienen, Fig. 7 eine schematische
Ansicht eines abgewandelten Teiles der in Fig. I angegebenen Schaltung ist und Fig.
8 und 9 schematische Darstellungen ahgewandelter Ausführungsarten der in Fig. 1
gezeigten Tastschaltung ind.
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In Fig. I der Zeichnung ist eine brauchbare Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dargestellt, bei welcher im allgemeinen eine Kathodenstrahlröbrenanzeigevorrichtung
mit Ablenkfeld vorgesehen ist. Letzteres bewirkt, daß das Kathodenstrahlbündel eine
kreisförmige Spur auf dem Fluoreszenzschirm erzeugt; diese Spur wird mit einer bestimmten
Umlaufgeschwindigkeit erzeugt, die der Frequenz bzw. einem Vielfachen der Frequenz
einer mittels eines geeigneten Oszillators erzeugten elelitrischen Schwingung entspricht.
Diese Schwingung hat die periodische Entladung eines Kondensators innerhalb einer
gasgefüllten Entladuiigsröhre zur Folge, auf Grund deren ein weiterer Oszillator
jeweils auf die Dauer einer kurzen Zeitspanne innerhalb jeder Vollschwingnng der
Steuerfrequenz eine Sendeantenne erregen kann. Die reflektierte Welle wird empfangen
und mittels einer Kathodenstrahlröhre in Form einer Anzeige ausgewertet.
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Das System setzt sich im einzelnen wie folgt zusammen: Eine Rathodenstrahlröhre
I ist mit einem Fluoreszenzscbirm 2 ausgestattet, in dessen Nähe eine in Entfernungseinheiten
geeichte Meßskala 3 gebracht ist. Die Wathodenstrahlröhre ist außerdem mit einer
Kathode 3, mit einem Steuergitter 5 und mit einer Anode 6 ausgestattet und besitzt
Wicklungen 7 und 8 zur Erzeugung eines Magnetfeldes zur Ablenkung des I1=athodenstrahles.
An Stelle der Wicklungen 7 und 8 können natürlich auch elel;trostatische Ablenkelektroden,
wie dies in der Fachwelt allgemein bekannt ist, verwendet werden im vorliegenden
Falle wird jedoch die Anwendung eines magnetischen Ablenkfeldes bevorzugt, da dasselbe
mit Leichtigkeit die Steuerung des Kathodenstrahles in Ubereinstimmung mit einem
im nachstehenden noch zu beschreibenden
Erfindungsmerkmal gestattet.
Die Spulen 7 und 8 werden von einer Zeitsteuerschaltung her so erregt, daß der Kathodenstrahl
auf dein Fluoreszenzschirm in nächster Nähe der Skala 3 eine kreisförmige Spur aufzeichnet,
wenn das Gitter 5 genügend stark positiv geladen ist, um dem Strahl zu gestatten,
zu dem Schirm vorzustoßen.
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Zur Erzeugung des Drehfeldes und zur synchronen Steuerung der periodischen
Abgabe von Signalimpulsen sind jeweils ein Oszillator 9 und ein Verstärker 10 vorgesehen,
die eine Schwingung erzeugen, deren Frequenz gleich der jeweils gewünschen Sendefrequenz
der periodisch aufeinanderfolgenden Signalimpulse ist, beispielsweise gleich einer
Frequenz von 5000 Hz. Diese Schwingung wird in die Primärwicklung 11 eines Transformators
12 gespeist, dessen Sekundärwiclilung I3 mit einer Steuerschaltung 83 verbunden
ist. Die Steuerschaltung 83 besteht aus einem mit einem Widerstand I6 in Serie geschalteten
Kondensator 15. die zusammen über Kontakte 51 und 50 eines vierpoligen Umschalters55
mit drei Raststellen, der in Serie mit der Ablenkspule 7 liegt, und von da über
Masse an die Transformatorsekundärspule 13 angeschlossen sind. Parallel mit dieser
Schaltung liegt ein weiterer, ähnlich in Serie geschalteter Schaltkreis, der aus
einem Kondensator I7 besteht, der mit einem Widerstand I8 in Reihe liegt und der
sich über Kontakte 6i und 60 eines Schalters55, der seinerseits in Serie mit der
anderen Ablenkspule 8 liegt, und über Masse zurück zur Sekundärspule I3 des Transformators
I2 erstreckt. Die Ströme in den beiden Ablenkfeldspulen sind um 900 gegeneinander
phasenverschoben. i lem diese Ablenkkreise mit Hilfe der KondensatoreX 15 und 17
auf Resonanz abgestimmt sind, wobei zweckmäßig der eine dieser Kreise etwas über
und der andere etwas unter Resonanz abgestimmt ist bzw. die Spuleninduktivität und
die Induktivität des Eingangstransformators entsprechend abgestimmt sind. Dadurch
werden alle Oberschwingungen unterdrückt, so daß die Schirmspur des Kathodenstrahles
ein stetiges symmetrisches Bild ergibt.
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Weiterhin braucht bei dieser Anordnung bei 10 kein hochwertiger A-Verstärker
verwendet zu werden, wie dies bisher der Fall war. Durch Veränderung der Widerstandswerte
in diesen beiden Schaltungen können Ströme mit entsprechender Amplitude und entsprechender
gegenseitiger Phasenlage durch die Spulen 7 und 8 geschickt werden, wodurch die
Spur des Kathodenstrahles auf dem Fluoreszenzschirm 2 auf die Form eines tatsächlichen
Kreises von gewünschtem Durchmesser gebracht werden kann. Nach endgültiger Festlegung
der jeweils geeigneten Werte können die Kapazitäten und die Widerstände natürlich
größenordnungsgemäß festgemacht werden.
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Der Kathodenstrahl wird also so beeinflußt, daß er mit der Frequenz
umläuft, die jeweils von dem Tastfrequenzoszillator festgelegt wird. Da eine Strahlumlauffrequenz
von 5000 Umläufen pro Sekunde bei der Echolotung einem Gesamtmeßbereich von 33.3
km auf der Skala 3 entspricht, können kleine Entfernungen nicht mit genügender Genauigkeit
gemessen werden. Wenn die Tastfrequenz weniger als 5000 Umläufe beträgt, werden
die Betriebsbedingungen eher ungünstiger. Es ist infolgedessen sehr oft wünschenswert,
den Gesamtmeßbereich der Anzeigevorrichtung zu erweitern, indem der jeweilige Teilmeßbereich
gewechselt wird. Es muß jedoch gleichzeitig dafür gesorgt werden. daß zwischen dem
Kathodenstrahlumlauf und der Abgabe der Signalimpulse Synchronismus besteht. Dies
kann natürlich einfach dadurch erreicht werden, daß die Tastfrequenz erhöht wird
und diese höhere Tastfrequenz dazu verwendet wird, wie bei der niedrigeren Frequenz
die Kathodenstrahlsteuerung zu ühernehmen. Es kommt jedoch oft vor, daß es schwierig
oder unbequem, wenn nicht gar völlig unmöglich ist, dieTastfrequenz zu erhöhen und
dabei gleichzeitig die erforderliche Genauigkeit der Signallänge und diejenige der
Dauer der Zeitspannen zwischen den einzelnen Signalen bei einer jeweils gewünschten
Leistung aufrechtzuerhalten.
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Die vorliegende Erfindung macht die Änderung des Meßbereiches der
Anzeigevorrichtung möglich, ohne daß die Größen der Impulsabgabe geändert zu werden
brauchen. Da sich jedoch aus dieser Anordnung ergibt, daß die Signale mit niedrigerer
Frequenz gegeben werden als der Umlauffrequenz des Kathodenstrahles, so daß ein
Signal beispielsweise nur während jedes zweiten oder jedes vierten Timlaufes des
Tiathodenstrahles abgegeben wird! wird erfindungsgemäß die Tätigkeit des Kathodenstrahlanzeigers
auf Grund von Störschwingungen und/oder Signalen während der nicht ausgenutzten
Ablenkumläufe des Ablenkfeldes vermieden, indem der Strahl während dieser Umläufe
völlig unterdrückt wird.
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Zu diesem Zweck sind ein oder mehrere Frequenzvervielfacher vorgesehen,
die vom Tastfrequenzoszillator her erregt werden und die dazu benutzt werden, elektrische
Schwingungen der jeweils betreffenden Frequenz zu erzeugen. wodurch der Kathodenstrahl
jeweils mit der gewünschten Geschwindigkeit in Umlauf versetzt wird. Gleichzeitig
gleicligerichtete Impulse der jeweils passenden Frequenz und Polarität werden dem
Steuergitter des Kathodenstrahlröhrenanzeigers jeweils zugeführt, um den Kathodenstrahl
in dem jeweils richtigen Rhythmus zu unterdrücken.
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Zur Herstellung der jeweiligen Schaltwege für die verschiedenen Wechsel
des Meßbereiches der Anzeigevorrichtung ist, wie aus der Abbildung ersichtlich,
ein vierpoliger Umschalter 55 mit drei Schaltstellungen vorgesehen, der mittels
des Schalthebels 56 betätigt wird. Der Schalter 55 besteht aus vier beweglichen
Bürsten 50, 60, go und 100, deren jede, wie aus der Zeichnung ersichtlich. jeweils
mit drei feststehenden Kontaktstücken in Kontakt gebracht werden kann. Wenn, wie
in der Zeichnung dargestellt, der Schalter in seiner Ausgangslage liegt, ist die
Bürste 50 mit dem Schaltstück 51 und die Bürste 60 mit dem Schaltstück 6i verbunden,
wodurch die Ablenkfeldspulen 7 und 8
der Kathodenstrahlröhre 1 so
erregt werden, daß der Kathodenstrahl mit einer Umlaufzahl gleich der Tastfrequenz
in Umlauf versetzt wird. In diesem Schaltzustand sind die Bürsten 90 und IOÕ jeweils
mit Schaltstücken 9I und IOI verbunden, die jedoch keine weitere Verbindung besitzen.
In dieser Stellung sind also diese beiden Pole des Umschalters unwirksam.
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In der zweiten Stellung des Umschalters ist die Bürste 50 mit dem
Schaltstück 52, die Bürste 60 mit dem Schaltstück 62, die Bürste 90 mit dem Schaltstück
92 und die Bürste roo mit dem Schaltstück I02 verbunden. Das Schaltstück 102 liegt
tot, so daß dieser Teil des Schalters unwirksam ist. In dieser zweiten Schaltstellung
wird die in der Sekundärseite I3 des Transformators 12 erzeugte Tastfrequenzschwingung
über eine Leitung 65 und über das Schaltstiicl; 92 sowie die Bürste 90 des Schalters
55 zur Eingangsklemme 61 eines Frequenzvervielfachers 68 geleitet, der in diesem
Falle ein Frequenzverdoppler ist. Außerdem werden Tastfrequenzschwingungen über
ein Phasendrehglied, das aus einer Serienkapazität 94, einer Induktivität 96 sowie
einem Widerstand 97 besteht, einem Diodengleichrichter 95 zugeführt. Die Kathode
des Gleichrichters ist mit der Kapazität 94 verbunden, während die Anode des Gleichrichters
über einen Widerstand 98 mit Masse verbunden ist. Eine Leitung 99 führt von der
Anode der Röhre über einen Widerstand 54 zum Gitter 5 der Rathodenstrahlröhrenanzeigevorrichtung
I. Der Ausgang des Frequenzvervielfachers 68 ist mit einer Steuerschaltung 84, die
wie die Steuerschaltung 83 zwei entsprechend in Serie geschaltete Widerstände und
Kondensatoren enthält, verbunden. Eine derselben ist mit dem Schaltstück 52 des
Umschalters 55 und von da über die Bürste 50 mit der Ablenkspule7 verbunden, während
die andere mit dem Schaltstück 62 und von da über die Bürste 60 mit der anderen
Ablenkspule 8 verbunden ist, wobei vorausgesetzt ist, daß der Ausgang aus dem Frequenzvervielfacher
68 die doppelte Tastfrequenz hat und daß die Ablenkspule 7 und 8 ein Strahlablenkfeld
erzeugen, welches den Isathodenstrahl so beeinflußt, daß er mit der doppelten Frequenz
wie der Tastfrequenz umläuft. Da jedoch am Gitter 5 der Kathodenstrahlröhre ein
negatives Potential liegt, welches durch den Durchgang der negativen Halbschwingungen
der Tastfrequenz durch die Diode 95 erzeugt wird, wird der Kathodenstrahl während
jedes zweiten Umlaufes des mittels der Spulen 7 und 8 erzeugten Strahlenablenkfeldes,
d. h. während der Umläufe ohne Tastung, vollständig unterdrückt.
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Im Zusammenhang mit der Unterdrückung des Kathodenstrahles wird bemerkt,
daß die Kathode 4 der Anzeigeröhre I über einen Widerstand 82 und eine Batterie
88 mit Masse verbunden ist. Das mittels der Batterie 88 erzeugte Potential verursacht
zuerst eine negative Vorspannung des Steuergitters 5 in bezug auf die Kathode, so
daß eine Teilunterdrückung des Kathodenstrahles erzielt wird, wodurch dessen Spur
auf dem Fluoreszenzschirm 2 ziemlich abgedunkelt wird. Solange an dem Steuergitter
5 kein weiteres, den Strahl unterdrückendes Potential angelegt ist, wird das über
die Antenne 86 aufgenommene Signal, das über den Empfänger 104 dem Steuergitter
5 der Anzeigeröhre zugeführt wird, das Gitter noch genügend stark positiv aufladen,
so daß die ursprünglich negative Gittervorspannung von der Batterie 88 her überdeckt
wird und auf dem Schirm 2 eine kräftige Anzeige in Form eines hellen Fleckes entsteht.
Wenn sich jedoch der Schalter 55 in seiner zweiten Schaltstellung befindet, so daß
das Ablenkfeld den Strahl mit der doppelten Tastfrequenz umlaufen läßt, wird das
Steuergitter 5 mittels des über die Diode 95 während jedes zweiten Umlaufes des
I(athodenstrahles abgeleiteten Potentials stark negativ aufgeladen; während dieser
Zwischenumläufe sperrt also das letztere vollständig, und infolgedessen erfolgt
auf Grund von durch die Antenne aufgenommenen Signalen keine Anzeige.
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Während jedes zweiten Umlaufes des Strahles wird jedoch die Tastfrequenz
in der positiven Halbschwingung liegen, an deren Beginn der Hochfrequenzimpulsgeber
erregt wird, wie dies weiter unten noch dargelegt wird. Es wird jedoch keine positive
Halbschwingung der Tastfrequenz durch die Diode 95 hindurchgelassen, so daß das
Steuergitter 5 der Kathodenstrahlröhrenanzeigevorrichtung auf Grund der von der
Batterie 88 abgeleiteten Gittervorspannung nur leicht negativ geladen sein wird.
Die Anzeigeröhre I befindet sich infolgedessen in einem Zustand. in welchem sie,
wenn während dieser positiven Halbschwingung der Tastfrequenz ein Echo oder ein
anderes Signal von dem Empfänger 104 aufgenommen wird, eine Anzeige liefert. In
der zweiten Stellung des Schalters 55 beträgt der Gesamthereich der Anzeigevorrichtung
infolgedesseii die Hälfte des Meßbereiches der ersten Schalterstellung.
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In der dritten Lage des Schalters 55 ist die Bürste 50 mit dem Schaltstück53,
die Bürste mit dem Schaltstück 63, die Bürste 90 mit dem Schaltstiick 93 und die
Bürste IOO mit dem Schaltstück 103 verbunden. Die Schaltstücke 92 und 93 sind miteinander
verbunden, so daß in der dritten Lage des Schalters der Frequenzvervielfacher 68
ebenso wie die Diode 95 noch in Tätigkeit sind.
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Ein Teil der Schwingungsenergie von dem Frequenzvervielfacher 68 wird
über die Leitung I05 über das Schaltglied 103, die Bürste 100 und die Leitung I06
zu einem zweiten Freqnenzvervielfacher 8i geleitet. Dieser ist im vorliegenden Falle
ebenfalls ein Frequenzverdoppler, dessen Ausgang infolgedessen die vierfache Frequenz
der Oszillatortastfrequenz darstellt. Der Ausgang des Frequenzvervielfachers 8i
wird über eine Steuerschaltung 85 geführt, die wiederum gleich der Steuerschaltung
83 ist und die aus zwei in Serie geschalteten Widerständen und Kondensatoren entsprecliender
Größe für die in Frage kommende Frequenz besteht. Einer dieser konibinierten Widerstände
und Kondensatoren ist iiber das Schaltstück 53 und die Bürste 50 mit der r2blenkfeld-
spule
7 des Kathodenstrahlröllrenanzeigers verhunden, während die andere über das Schaltstück
63 und die Bürste 60 mit der anderen Ahlenkfeldspule 8 verwunden ist. Das magnetische
Ablenkfeld leeinflußt infolgedessen den Kathodenstrahl so, daß er mit einer Frequenz
umläuft, die dem vierfachen Wert der Tastfrequenz entspricht. Da, wie weiter unten
dargelegt werden wird. jeweils am Beginn jeder Schwingung der Tastfrequenz ein liochfrequenzsignalimpuls
abgegeben wird, wird nunmehr am Beginn jedes vierten Umlaufes des Kathodenstrahles
ein Impuls abgegeben. Während der der Abgabe eines Impulssignals unmittelbar vorhergehenden
beiden Kathodenstrahlumläufe wird das Gitter 5 der Kathodenstrahlanzeigevorrichtung
so stark negativ vorgespannt sein, daß es den Kathodenstrahl voll ständig unterdrückt.
da die Diode 95. wenn der Schalter 55 sich in seiner dritten Schaltstelluiig liefindet,
immer noch in Tätigkeit ist.
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Es ist jedoch wünschenswert. daß während des zweiten Kathodenstrahlumlaufes,
der auf den Umlauf folgt, an dessen Beginn der Entfernungsmeßsignalimpuls abgegeben
wird, 5 treusi gualanzeigen verhindert werden. Zu diesem Zweck ist eine weitere
Diode 107 vorgesehen, die im wesentlichen auf dieselbe Weise arbeitet wie die Diode
95. Sie wird jedoch durch die Ausgangsschwingung des Frequenzvervielfachers 68 so
erregt, daß sie während jeder negativen Halbschwingung des Ausganges des Frequenzvervielfachers
68 jeweils Strom durchläßt. Die Kathode der Diode Io7 ist mit dem Frequenzvervielfacher
68 über Leitung 105. Schaltstück 103. Bürste IOO. Leitung Io6 und ein Phasendrehglied,
das aus einem Kondensator Io8, einer Induktivität 109 und einem Widerstand 110 besteht,
verbunden. Die Anode der Diode 107 ist über einen Widerstand 1 1 1 mit Masse verbunden.
Eine Leitung 112 verbindet die Anode mit der Leitung 99, die zum Steuergitter 5
der Kathodenstrahlröhre I führt. Die Diode 107 ist infolgedessen parallel mit der
Diode 95 geschaltet. Am Steuergitter 5 der Kathodenstrahlröhrenanzeigevorrichtung
I wird infolgedessen während der beiden negativen Halbschwingungen der Tastfrequenz
und während der negativen Halbschwingungen der doppelten Tastfrequenz, die von dem
Frequenzvervielfacher 68 erzeugt wird, ein den Kathodenstrahl unterdrückendes Potential
erzeugt. Das Steuergitter 5 ist infolgedessen in genügend hohem Maße positiv geladen.
um dem Kathodenstrahl die Erzeugung einer Anzeige nur während jeder vierten vollständigen
Schwingung der mittels des Frequenzvervielfachers 8I erzeugten Frequenz zu gestatten;
diese Vollschwingung entspricht der ersten Hälfte der positiven Halbsdiwingung der
Tastfrequenz, an deren Beginn jeweils ein hochfrequenter Signalimpuls abgegeben
wird. In der dritten Schalterstellung beträgt infolgedessen der Gesamtmeßbereich
der Anzeigevorrichtung ein Viertel des Meßbereiches der ersten Schalterstellung.
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Die jeweiligen Zeitintervalle sind aus Fig. 6 zu ersehen, die eine
graphische Darstellung einer Schwingung der Tastfrequenz ft darstellt, wobei jeweils
zwei Vollschwingungen der Ausgangsschwingung des Frequenzvervielfachers 68 mit 2
2f und vier Vollschwingungen der Ausgangsschwingung des Frequenzvervielfachers 8i
mit 4J1 bezeichnet sind. Die positive Halbschwingung der Tastfrequenz fl nimmt das
Zeitintervall t ein. und die negative Halbschwingung nimmt das Zeitintervall t4
ein. Das Hochfrequenz-Entfernungsmeßimpulssignal wird am Beginn des Zeitintervalls
ts abgegeben. In der ersten Stellung des Umschalters 55, die in Fig. I angegelien
ist, wird der Kathodenstrahl synchron mit der Frequenz fl in Umlauf versetzt, so
daß die Anzeigevorrichtung die empfangenen Impulse während der gesamten Schwingung
der Tastfrequenz, d. h. sowohl während t3 als auch während t4, anzeigt. In der zweiten
Stellung des Umschalters 55 wird der Kathodenstrahl synchron: mit der Frequenz2ft
in Umlauf gesetzt, und der Hochfrequenzmeßimpul s wird jeweils am Beginn der ersten
positiven Halbschwingung dieser Frequenz abgegeben, d. h. am Beginn des Intervalls
t3, wie zuvor. Der Kathodenstrahl der Anzeigevorrichtung wird jedoch während der
negativen Halbschwingung der Frequenz J1, d. h. während des Intervalls t4, unterdrückt.
so daß die Kathodenstrahlröhrenanzeigevorrichtung nur während einer vollständigen
Schwingung von der Frequenz 2oft, d. h. während des Intervalls t3, wirksam ist.
In der dritten Umschalterstellung wird der Kathodenstrahl synchron mit der Frequenz
4fl in Umlauf versetzt. Der Kathodenstrahl wird in diesem Falle nicht nur während
des Intervalls t4, sondern auch während des Intervalls t5 unterdrückt, welches der
ersten negativen Halhschwingung der Frequenz 2 f1 entspricht. Die Anzeigevorrichtung
wirkt infolgedessen nur während der ersten vollständigen Schwingung von der Frequenz4tl.
Die in Fig. 6 dargestellten verschiedenen Phasenlagen werden mittels der Widerstände
47, 97 und 110 eingestellt.
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Die Unterdrückung des Kathodenstrahles erfolgt also jeweils in der
Weise, daß nicht mehr als ein vollständiger Strahlumlauf stattfindet, und zwar jeweils
am Anfang der Umlaufschwingungsfolge.
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Die Änderung der Ablenkgeschwindigkeit des Kathodenstrahles kann
natürlich auch mit anderen Mitteln erfolgen. So ist es z. B. auch möglich, den Kathodenstrahl
durch eine den Ablenkelektroden der Anzeigeröhre zugeführte Sägezahnwellenform abzulenken
und die Steilheit der Sägezahnwellenform zu ändern. Sägezahnwellenformgeneratorschaltungen
mit veränderbarer Wellenform sind bekannt, und diese können selbstverständlich auch
im Rahmen der Erfindung Anwendung finden.
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Während im vorliegenden Falle nur zwei in Kaskadenschaltung liegende
Frequenzvervielfacher angewandt wurden, die somit drei verschiedene Meßbereiche
für den Kathodenstrahlröhrenanzeiger erschließen, ist es klar, daß auch mehr als
zwei solche Einrichtungen Anwendung finden können, so daß beliehig viele Meßbereiche
eingestellt werden können; in diesem Fall müssen außerdem auch automatische Strahlunterdrückeinrichtungen
Ver-
wendung finden. die den Kathodenstrahl während der Umläufe,
die für den eigentlichen Anzeigevorgang nicht benötigt werden, unterdrücken.
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Geeignete Ausführungsarten von Frequenzvervielfachern bzw. Frequenzverdopplern
sind in der Fachwelt allgemein bekannt. Im Rahmen dieser Beschreibung wird jedoch
ein üblicher Gegentakt-Frequenzverdoppler schematisch in Fig. 4 gezeigt.
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Die Ausgangsfrequenz J1 wird der Primärseite 69 eines Transformators
70 zugeführt. dessen Sekundärseite 7I in der Mitte angezapft ist. Die Transformator-Primärseite
ist mittels eines Kondensators 72 und die Transformator-Sekundärseite ist mittels
eines Kondensators 73 abgestimmt. Widerstände 74 und 75 liegen an den beiden Hälften
der Sekundärseite 7I im Nebenschluß ebenso wie Kondensatoren 76 und 77, die als
Niederimpedanzzweig für jede Harmonische zweiter Ordnung, die in der Eingangsschaltung
auftreten kann, wirken. Zwei als Gegentaktverdoppler wirkende Trioden 78 und 79
sind mit ihren Kathoden untereinander verbunden und an die Mittelanzapfung der Sekundärseite
7I angeschlossen, während ihre Steuergitter jeweils mit den Ausgangsklemmen der
Sekundärseite 71 verbunden sind. Die Anoden der Trioden sind miteinander und außerdem
über eine Induktivität 80, die die Primärseite eines Eingangstransformators für
eine zweite Vervielfacherstufe bilden kann, mit der positiven Klemme der Anodenspannungsquelle
verbunden. Die Induktivität 80 ist mittels einer Kapazität 8i auf die zweite Harmonische
der Eingangsfrequenz abgestimmt. So wird eine Frequenz erzeugt. die der doppelten
Eingangs frequenz entspricht.
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Zur synchronen Erzeugung eines Hochfrequenzmeßimpulses wird ein Teil
des von dem Tastfrequenzoszillator in der Sekundärseite 13 erzeugten Stromes außerdem
in die Primärseite 19 eines Tranformators 20 geführt. dessen Sekundärwicklung 21
zur Steuerung der Tast- bzw. Impulsabgabeschaltung dient. Diese besteht in einer
Oszillatorröhre 22, die einer der mehr oder weniger herkömmlichen Hochfrequenz-Dreielektroden-Val;uum-Oszillatorröhrenbauart
mit entsprechenden Steuer- und Ausgangsschaltungen angehören kann oder die ein Oszillator
der Geschwindigkeitsmodulationsbauart oder irgendeiner beliebigen Generatorbauart
zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen sein kann. Der in Fig. 1 gezeigte Oszillator
besteht in einer abgewandelten Colpitt-Schaltung, die eine Dreielektroden-Vakuumröhre
22 aufweist. in deren Anodenkreis je eine Drosselspule 23 und eine Stromquelle 24
liegen, die durch einen Nebenschlußkondensator 25 überbrückt werden. Der Anodenausgangskreis
enthält einen abgestimmten Schwingkreis 26. der aus einer Kapazität 27 und einer
Induktivität 28 besteht, wobei die letztere wiederum die Primärseite eines Ausgangstransformators
sein kann, dessen Sekundärwicklung 29 mit einer Antenne 30 und mit Masse verbunden
ist. Der Schwingkreis 26 ist außer mit der Anode 3I der Röhre 22 auch noch über
einen Reihenblockkondensator 32 mit dem Steuergitter 33 derselben verbunden. Der
Eingangslireis der Röhre 22 besteht aus einem Widerstand 34, der in Serie mit einer
Batterie 35 liegt, und einer Hochfrequenzdrossel 49. die zwischen dem Steuergitter
und der Kathode der Röhre liegt. Die Batterie 35 ist so bemessen, daß sie das Steuergitter
33 auf einem Potential hält, das gerade ausreicht, die Schwingung zu verhindern,
mit Ausnahme dessen. daß ein Impuls gegeben werden soll. Wenn ein Impuls gegeben
wird wird eine Steuerspannung zwischen Gitter und Kathode der Röhre 22 gelegt, die
von einem impulserzeugenden Kreis herrührt, der seinerseits wiederum von dem Tastfrequenzoszillator
g gesteuert wird.
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Die impulserzeugende Schaltung besteht in einer CIasentladungsröhre
37 mit Kathode 38. Steuergitter 39 und Anode 40. Die Anode 40 ist über einen in
Serie liegenden Widerstand 41 mit der positiven Klemme einer geeigneten Gleichstromquelle
42 verbunden. Die Anode 40 ist außerdem über einen Kondensator 43 und einen in Serie
liegenden veränderlichen Widerstand X mit der Kathode 38 verbunden. Der Verbindungspunkt
des Kondensators 43 und des Widerstandes X ist mit der negativen Klemme der Potentialquelle
42 verhunden. Der Kondensator 43, der von der Gleichstromquelle her über den Widerstand
ßI aufgeladen wird, liefert infolgedessen elektrische Energie, die über den Widerstand
entladen wird wenn die Röhre 37 leitend wird. Das Steuergitter 39 ist mit der Kathode
38 über einen Widerstand 46 verbunden. Die Spannung der Sekundärseite 21 des Transformators
20 wird über eine Phasenschieberschaltung, die den in Serie geschalteten Kondensator
45 und einen veränderlichen Widerstand 47 enthält, der wiederum in Serie mit einer
Induktivität 48 liegt, an den Widerstand 46 angelegt, wobei der Widerstand und die
Induktivität zusammen an der Schundärseite 21 im Nebenschluß liegen. Der Spannungsabfall
am Widerstand 44 infolge der Kondensatorenentladung über die Röhre wird dem Steuergitter
33 des Hochfrequenzoszillators 22 über die Kathoden-Masse-Verbindung und einen Sperrkondensator
89 über eine Hochfrequenzdrossel 49 zugeführt. die eine Niederimpedanz in bezug
auf den Tastimpuls besitzt. Die Dauer der Tastimpulse ist jeweils durch die Zeitkonstante
des von dem Kondensator 43 und dem Widerstand 44 gebildeten Entladungskreises festgelegt.
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Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Die mittels des Oszillators
g erzeugte Tastfrequenz wird, wenn der Umschalter 55 sich in der in Fig. I gezeigten
Lage befindet, auf die Kathodenstrahlröhrenwicklungen geführt, um in der Röhre I
ein Drehablenkfeld für den Kathodenstrahl zu erzeugen. Dieselbe Frequenz wird außerdem
in einer Phasenlage, die jeweils von der Größenordnung des Kondensators 45, des
Widerstandes 47 und der Induktivität48 abhängt, dem Gitter 39 der Röhre 37 zugeführt.
Durch Veränderung der Größe des Widerstandes 47 kann die Phasenlage zwischen der
dem Steuergitter 39 zugeführten Spannung und der den Ablenkspulen 7 und 8 während
der ersten
Schaltstellung des Schalters 55 zugeführten Spannung,
zweckmäßig innerhalb eines Bereiches zwischen o und 3600, geändert werden. Auf diese
Weise kann der jeweilige Zeitpunkt der Aussendung des Signalimpulses in bezug auf
die jeweilige Augenblicksstellung des Kathodenstrahles, die ja von dem durch die
Ablenkspulen 7 und 8 erzeugten Feld abhängt. eingestellt werden. Das System kann
infolgedessen leicht so eingestellt werden. daß das Signal genau an dem Zeitpunkt
abgegeben wird, an welchem der Kathodenstrahl sich gerade am Nullpunkt der Skala
3 befindet; dies ist stets unabhängig von der jeweiligen Kathodenstrahlumlauffrequenz
möglich. Wenn sich der Umschalter 55 in seiner zweiten Schaltstellung befindet,
so daß der Kathodenstrahl mit der doppelten Tastfrequenz umläuft, kann der jeweilige
Zeitpunkt der Abgabe des Signalimpulses in bezug auf den Zeitpunkt, an welchem der
Kathodenstrahl sich in der Nullage der Skala befindet. in gleicher Weise durch Veränderung
der Größe des Widerstandes 47 eingestellt werden. In diesem Falle muß jedoch auch
die relative zeitliche Phasenlage der Zuführung des den Strahl unterdrückenden Potentials
zum Steuergitter 5 eingestellt werden. Dies erreicht man durch Veränderung des Widerstandes
97 in der Phasenschicherschaltung der Diode 95. Eine gleiche Steuerung ist für die
dritte Umschalterstellung in dem veränderlichen Widerstand 110 im Kreis der Diode
107 vorgesehen. Durch diese letzteren Einstellungen ist es möglich. die den Strahl
unterdrückende Wirkung an jedem gewünschten Zeitpunkt vor Aussendung des nächsten
Signalimpulses aufzuheben; mit anderen Worten, es können die relativen Phasenlagen
der verschiedenen in Fig. 6 dargestellten Frequenzen verschoben werden. In jedem
Falle bleibt jedoch der Zeitpunkt der Aussendung des Signalimpulses unabhängig davon
einstellbar.
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Die Röhre37 gehört der Gasentladungsbauart an. bei welcher der Stromfluß
zwischen der Kathode und der Anode bei einer gegebenen Anodenspannung nur durch
Zuführung einer genügend positiven Spannung zum Steuergitter ausgelöst wird. bei
der jedoch, wenn der Stromfluß einmal eingesetzt hat derselbe sich fortsetzt, bis
die Anodenspannung auf einen relativ niedrigen Wert vermindert wird, obwohl in der
Zwischenzeit das Gitter ein Potential angenommen haben kann. welches unter dem für
die Entladung erforderlichen kritischen Wert liegt.
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Diese Röhrenart wird nicht nur benutzt, weil mit ihr relativ leicht
eine Entladung mit hohem Strom erzeugt werden kann. sondern auch weil es bei dieser
Röhrenart nicht nötig ist, zwecks Aufrechterhaltung der Entladung fortgesetzt das
Potential für einen Stromfluß zwischen dem Gitter und der Kathode aufrechtzuerhalten.
Es braucht infolgedessen nur ein sehr kleiner Anfangsgitterstrom zugeführt zu werden.
und demzufolge braucht auch nur eine kleine Leistung von der Steuerschaltung her
zugeführt zu werden. Die meisten Gasentladungsröhren haben jedoch eine relativ langeDeionisationszeit
(Rekombinationszeit), was bedeutet, daß von einem bestimmten Anodenspannungswert
an mit abnehmender Anodenspannung der Stromfluß durch die Röhre nicht rasch auf
Null abfallen wird, daß derselbe sich jedoch allmählich auf Null vermindert, obwohl
das Gitter in der Zwischenzeit auf ein Potential abgefallen ist, welches unter dem
kritischen Gitterpotential liegt.
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Solche Röhren befriedigen nicht; für diesen Zweck müssen vielmehr
Röhren gewählt werden, deren Deionisationszeit in Anbetracht der zwischen aufeinanderfolgenden
Impulsen liegenden Zeitspannen kurz ist. d. h. beispielsweise eine Quecksilherdampfröhre,
wie z. B. die Röhre General Electrical Fig67, die sich rasch genug deionisiert,
um dem Kondensator 43 Zeit zu lassen. sich wieder voll aufzuladen, bevor der nächste
Impuls abgegeben wird. Der innere Widerstand der gewählten Röhre muß außerdem mit
beginnender Entladung rasch abnehrnen, so daß der Entladungsstrom einen steil ansteigenden
Spannungsimpuls am Gitter der Oszillatorröhre erzeugt.
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Eine weitere Forderung ist, daß das System den Impuls stets innerhalb
einer Zeitspanne auslösen muß, die im Vergleich zur Impulslänge kurz ist.
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Dies ist mit Rücksicht auf die Meßgenauigkeit erforderlich, da der
Zeitunterschied und die Entfernungsmessung jeweils vom Beginn des abgegebenen Impulses
bis zum Beginn des reflektierten Impulses rechnet. In Gasfiillungsröhren beginnt
die Entladung jedoch nicht immer genau beim selben Gitterpotentialwert, der jeweils
gleich einem konstanten Wechselpotential ist. Es existiert jedoch stets ein gewisser
Gitterpotentialbereich. innerhalb welchem die Röhre irgendwo bestimmt zündet. Die
erforderliche Genauigkeit wird dadurch erzielt, daß die Gasentladungsröhrellgittersparlnung
innerhalb des kritischen Gitterpotentialbereicbes gesteuert wird innerhalb welchem
die Entladung mit dem erforderliclien kurzen Zeitintervall ausgelöst wird.
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Um dies klar zu machen. wird nunmehr ein besonderes Beispiel gegeben.
Es wird angenommen, daß der Tastfrequenzoszillator g auf 5000 Hz abgestimmt sei.
Das Gitter der Gasentladungsröhre 37 wird infolgedessen sooomal pro Sekunde positiv
werden und demzufolge jeweils die Röhre leitend machen. Gleichzeitig wird der Oszillator
5000mal in der Sekunde einen Impuls zu der Antenne 30 abgeben. Das Zeitintervall
zwischen aufeinanderfolgeilden Impulsen beträgt infolgedessen 0,0002 Sekunden. Der
Kathodenstrahl des Anzeigegerätes I wird infolgedessen bei der in der Zeichnung
gezeigten Schalterstellung in dem Sinn beeinflußt, daß er sich mit einer Umlaufgeschwindigkeit
von 5000 Umläufen je Sekunde längs seiner kreisförmigen Bahn bewegt. Da elektromagnetische
Wellen sich ungefähr mit einer Geschwindigkeit von 3 l 108 m/sec fortpflanzen, ist
die meßbare Maximalentfernung gleich der der halben innerhalb von 0,0002 Sekunden
von der Impulswelle durchlaufenen Entfernung oder 3.tOs.O,0002 --30km.
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2
Dieses Maß entspricht dem vollen Meßbereich der
Skala 3. Wenn die Zeitdauer der einzelnen abgegebenen Impulse auf I Mikrosekunde
gehalten wird, kann das nächstliegende Objekt, von welchem eine Reflexion noch angezeigt
wird, ungefähr noch in einem Abstand von 323 m von der Einrichtung liegen. Um den
möglichen Fehler bei der Entfernungsmessung unter l 80 m zu halten, muß die Impulsabgabe
innerhalb jeder Meßimpulsschwingung mit einer Genauigkeit von l 0,0000005 Sekunden
am selben Zeitpunkt erfolgen; mit anderen Worten, es muß die Gitterspannung der
Gasfüllungsröhre innerhalb des Spannungsbereiches gesteuert werden, innerhalb welchem
die Röhre in nicht mehr als O,OOOOOI Sekunden bzw. einer Mikrosekunde zündet. Dies
wird in der oben heschriedenen Weise leicht erreicht. Wenn die gewählte Gasentladungsröhre
tatsächlich im Rahmen eines Icritischen Gitterspannungsbereiches von beispielsweise
1 Volt zündet und die Spannung von der Frequenz 5000 Hz einen Maximalwert von 250
Volt hat. kann leicht gezeigt werden, daß die Röhre innerhalb jeder Schwingung mit
bei weitem höherer Genauigkeit als einer Milcrosekunde am selben Zeitpunkt zünden
wird. Es wird angenommen, daß die Tastspanllung sinusfönnig ist; infolgedessen kann
geschrieben werden: Eg=E.sinw.t, wobei Eg die Gitterspannung, E der Spannungshöchstwert,
os=2:l:/ die Kreisfrequenz und t die Zeit in Sekunden ist. Ein kleines Spannungsverlaufelement
der Gitterspannung ergibt sich zu dEg=oo-E-cosc,vt-dt..
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Da nun für Egoo der Wert cosait=I wird, ergibt sich ein sehr kleines
Gitterspannungsverlaufelement zu dEg, E dt.
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Es wird deshalb dt= dEg, # # E, d. h. gleich der Zeit, die die Gitterspannung
braucht, um das Spannungsänderungselement Ego zu durchlaufen.
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Wenn unter den obigen Bedingungen, bei welchen der Icritische Gitterspannungsbereich
Eg0 1 Volt ist, die Maximalspannung E=2soVolt ist und wenn die Frequenz 5000 Hz
beträgt, dann wird d t = 1 - O,000 000 128 Sekunden.
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2 z 5000 250 Es kommt also bedeutend weniger heraus als der zugelassene
Fehler, der oben mit iii 8o m angegeben wurde. Es kann also entweder eine niedrigere
Spannung oder eine niedrigere Frequenz gewählt werden. Die Frequenz kann in der
Tat unter Beibehaltung der festgesetzten Meßgenauigkeit bis auf 640 Hz herabgesetzt
werden. Bei Verwendung einer noch niedrigeren Frequenz muß die Gitterhöchstspannung
erhöht werden, wenn die gewünschte Genauigkeit noch erhalten werden soll, bzw. es
muß eine Entladungsröhre verwendet werden, deren kritischer Gitterspannungsbereich
kleiner als I Volt ist.
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Ein anderer Weg zur Erhöhung der Geiiauigkeit bei der Erzeugung der
Tastimpulse ist der, das Gasfüllungsröhrengitter nicht mittels einer sinusförmigen
Welle zu steuern, sondern irgendeine andere periodische Wellenform fiir diesen Zweck
zu verwenden, die vom Oszillator g abgeleitet werden kann und die in positiver Richtung
eine größere Steigung besitzt als eine Sinuswelle höchstzul.issiger Größe. Es kann
z. B. eine Welle der in Fig. 5 gezeigten Forin Anwendung finden.
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Es wird darauf hingewiesen, daß im Gegensatz zu der in der Zeichnung
dargestellten Schaltung auch Geberoszillatoren Anwendung finden können.
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Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß mit Rücksicht auf die Aufnahme
und Anzeige von Impulsen. die im Vergleich zu den von sehr nahe gelegenen Objekten
reflektierten gegebenen Impulsen zeitlich sehr dicht liegen, es notwendig ist, die
Zeitdauer der Impulse möglichst kurz zu machen. Dies ist ein Merkmal der in Fig.
I dargestellten Geberoszillatorschaltung, und zwar auf Grund der Ausstattung derselben
mit einer Gitterbatterie 35 und einem Widerstand 34, die jeweils auf solche Werte
eingestellt sind, daß die Röhre innerhalb eines Zeitintervalls, welches im Vergleich
zur Impulsdauer sehr Icurz ist, aufhören wird zu schwingen. Infolgedessen wird der
Tastimpuls, der von der Gasentladungsröhre abgegeben wird, auf Grund seiner steilen
Wellenstirn die Geberröhre22 rasch in Schwingung versetzen, und die Geberröhre wird
infolge der Einstellung ihrer Gittervorspannung rasch aufhören zu schwingen, wenn
der durch die Röhre 37 geführte Strom aufhört. Dieses Verhalten ist aus Fig. 3 zu
ersehen, die ein Diagramm darstellt, in welchem die Zeit als Abszisse und die Intensität
der Signale als Ordinate aufgetragen ist. Dieses Diagramm ist nur schematisch gegeben
und ist keine genaue Wiedergabe, auch nicht im maßstäblichen Sinn. Die Kurve 57
stellt die von dem Tastfrequenzoszillator erzeugte sinusförmige Tastfrequeuzwelle
dar. Die Kurve gs stellt die Einhüllungskurve der hochfrequenten Signalimpulse dar,
die in Abhängigkeit von den durch die Entladung des Kondensators 43 über die Gasentladungsröhre
37 erzeugten Tastimpulsen von dem Oszillator 22 erregt werden. Der Kondensatorentladungsstrom
hat etwa die durch die Kurve 59 dargestellte Form. Wie oben bereits erläutert, wird
das zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen 5S liegende Zeitintervall t2 auf Grund
der Verwendung einer Gasentladungsröhre, wodurch ein Tastimpuls mit steiler Wellenstirn
erhalten wird, und auf Grund der Steuerung der Steuergitterspannung der Gasentladungsröhre
innerhalb des kritischen Gitterpotentialbereiches, in welchem die Zündung in kurzer
Zeit im Vergleich zur Zeitdauer tj der Signalimpulse erfolgt, mit hohem Genauigkeitsgrad
eingehalten. Die Zeitdauer t1 des Signal impulses hängt von der Zeitkonstante der
Entladungsschaltung und von der Gittervorspan-
nung, die der Steuerelektrode
des Oszillators zugeführt wird, ab. Zu diesem Zweck wird am Oszillatorgitter 33
eine genügend hohe negative Gittervorspannung mit Hilfe der Gltterbatterie 35 und
des Gitterwiderstandes 34 angelegt, so daß dasselbe nicht schwingt. Wenn der steile
Impuls 59 dem Gitter 33 des Oszillators zugeführt wird, wird das Gitter 33 sehr
schnell im positiven Sinne bis zu dem Schwingungsbereich der Röhre getrieben und
in diesem Schwingungsbereich so lange gehalten, bis die steil abfallende Rückseite
des positiven Tastimpulses 59 der Gittervorspannung 35 wieder gestattet, die Schwingung
zu unterbrechen. Infolgedessen kann durch entsprechende Einstellung einer der beiden
Entladungskreis-Zeitkonstanten und der negativen Gittervorspannung 35 die Zeitdauer
t1 des Hochfrequenzimpulses beliebig eingestellt werden.
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Es ist vorzuziehen, diese Zeitdauer so einzustellen, daß auch die
Entfernungen von dicht bei den Gebern liegenden Objekten gemessen werden können.
Durch diese Einrichtung ist es möglich, Hochfrequenzimpulse zu erzeugen, die eine
Dauer von einem Bruchteil einer Mikrosekunde haben.
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Die vorbeschriebene Tastschaltung kann auch zusammen mit anderen
Hochfrequenzoszillatorbauarten Anwendung finden. Sie kann beispielsweise zusammen
mit einem Oszillator Anwendung finden, der geschwindigkeitsmoduliert ist, wie ein
solcher z. B. in Fig. 7 gezeigt ist. Bei dieser Oszillatorbauart wird mittels einer
Kathode I20 in einer dichtschließenden Umhüllung 121 ein Elektronenstrahl erzeugt.
Der Kathodenstrahl wird mittels eines Strahlmodulationselementes, beispielsweise
eines Gitters I22, gesteuert und läuft durch den Mittelpunkt eines wulstförmigen
Resonatorpaares I23 und I24 zu einer Auffangelektrode 125. Der normale Weg des Kathodenstrahles
ist in Fig. 7 durch die gestrichelte Linie 126 angegeben. Der Durchgang des Kathodenstrahles
durch die Röhre erzeugt innerhalb der Resonatoren 123 und I24 hochfrequente Schwingungen.
Diese sind mittels eines Leiters I27, der konzentrisch mit der Röhre 128 angebracht
ist, miteinander verbunden. Die Hochfrequenzleistung wird von dem Resonator I24
über einen in gleicher Weise gepanzerten Leiter I29 zu einer Antenne geführt. Das
Strahlenmodulationselement I22 kann so ausgebildet sein, daß der Kathodenstrahl,
wenn dasselbe unter ein kritisches Potential gedrückt wird, vollständig unterdrückt
wird, während es den Durchgang des Strahles bei allen anderen höheren Potentialen
gestattet. Das Modulationselement 122 kann infolgedessen vermittels einer Batterie
131, die in Serie mit einem Widerstand I32 liegt, negativ vorgespannt werden.
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Dieser Oszillator ersetzt den in Fig. I gezeigten Schwingkreis und
kann über einen Kondensator 89 mit der Tastschaltung verbunden werden. Wenn das
Strahlmodulationselement einer Bauart angehört, die Strom aufnimmt, dann muß in
die Schaltung ein Serienwiderstand 133 miteinbezogen werden, um einen schlechten
Welligkeitsgrad zu erzeugen, so daß das Modulationselement den Strahlstrom nicht
wesentlich vermindert. Andererseits ist, wenn das Modulationselement dem zylindrischen
Brennpunkteinstellungstyp angehört, der auch manchmal Anwendung findet, der Widerstand
I33 überflüssig da dann der Strahl innerhalb eines kritischen Spannungsbereiches
voll eingeschaltet wird. Die vorliegende Tastschaltung erzeugt dann einen Impuls,
der sodann in genügend kurzer Zeit diesen Bereich durchläuft, wodurch die erforderliche
Genauigkeit am Beginn des Hochfrequenzsignalimpulses gewährleistet wird. Infolgedessen
können durch Verwendung eines geschwindigkeitsmodulierten Oszillators, betätigt
durch die vorliegende Schaltung, außerdem Hochfrequenzimpulse mit der erforderlichen
Beginn- und Auslaufgenauigkeit leicht erzeugt werden.
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Fig. 8 zeigt eine Abwandlung der vorliegenden Tastschaltung, die
insbesondere für die Verwendung in Verbindung mit Niederimpedanzschaltungen günstig
ist, beispielsweise zur Tastung eines Oszillators, der am Tastpunkt eine Niederimpedanz
besitzt. Der Ladewiderstand4I in Fig. I dient zwei Zwecken: Erstens macht er es
möglich, daß der Kondensator 43 von der Gleichstromquelle aufgeladen wird, zweitens
dient der Widerstand4I, wenn die Gasentladungsröhre 37 sich entlädt, dazu, die Ladespannung
an der Aufrechterhaltung der Ionisation in der Gasentladungsröhre zu hindern. Es
bestehen infolgedessen bei der Benutzung desselben gewisse Grenzen hinsichtlich
der Bemessung des Kondensators 43 und dementsprechend auch Grenzen hinsichtlich
der Leistung des erhaltenen Tastimpulses; dies ist der Fall, weil, wenn die Abmessungen
des Kondensators vergrößert werden, die Größe des Ladewiderstandes verringert werden
muß, um den Kondensator innerhalb der gewünschten kurzen Intervalle zwischen den
aufeinanderfolgenden Impulsen vollständig aufladen zu können.
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Eine solche kleinere Dimensionierung des Ladewiderstandes kann jedoch
ein Deionisieren der Gasentladungsröhre verhindern.
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Wie in Fig. 8 gezeigt, kann jedoch ein größerer Kondensator verwendet
und demnach auch ein stärkerer Impuls erhalten werden, ohne daß weder die genaue
zeitliche Lage noch die Geschwindigkeit der Impulse geopfert zu werden braucht,
wenn an Stelle des Ladewiderstandes eine Trioden-Vakuumröhre 140 verwendet wird.
Die Anode 14I dieser Röhre I40 ist mit der positiven Klemme einer Gleichstromquelle
verbunden, während ihre Kathode I43 mit dem Kondensator 43 verbunden ist. Das Steuergitter
142 der Triode wird von derselben Strom quelle her erregt wie das Gitter der Gasentladungsröhre
37, jedoch mit einer Phasenverschiebung von IsoO. Zu diesem Zweck sind das Steuergitter
I42 und die Kathode I43 der Röhre I40 an eine zusätzliche Sekundärwicklung I2I des
Transformators 20 angelegt. Es ergibt sich daraus von selbst, daß das Gitter I42
der Triode I40 positiv sein wird, während das Gitter 39 der Gasentladungsröhre 37
negativ sein wird. Die Triode I40 wirkt infolgedessen während dieser Periode auf
den Durchgang des Entladungsstromes nach dem Kondensator 43 als Niederimpedanz.
Andererseits wird, wenn das
Gitter infolge der Entladung des Kondensators
43 durch die Röhre 37 positiv wird, das Steuergitter r42 der Triode I40 negativ
sein, so daß die Triode als Hochimpedanz zwischen der den Kondensator aufladenden
Stromquelle und der Gasentladungsröhre 37 wirkt. Die Gasentladungsröhre 37 hat infolgedessen
genügend Zeit, um zu deionisieren, bevor der Kondensatoraufladungskreislauf von
neuem beginnt. Den Fachleuten wird es klar sein, daß die Triode I40 sowohl auf der
positiven als auch auf der negativen Seite der Leitung verwendet werden kann. Die
Schaltung nach Fig. 8 ist im Gegensatz zur Beschreibung dieselbe wie die in Fig.
I gezeigte Schaltung, wobei die Belastung, zu welcher der Tastimpuls zugeführt werden
muß, unter Zwischenschaltung eines Blockkondensators 89 zwischen die Kathode 38
und Masse geschaltet wird.
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Ein Beispiel für die Verwendung derselben auf der negativen Seite
der Leitungen ist in Fig. g gezeigt. Diese Schaltung weist außerdem noch einige
weitere Vorteile auf. In diesem Fall ist die Kathode 143 der Triode 140 mit der
negativen Seite der Ladestromquelle verbunden, während ihre Anode mit dem Kondensator
43 verbunden ist. Die Gitterkathodeuschaltung der Triode I40 wiederum ist mit einer
zusätzlichen Sekundärwicklung 121 auf dem Transformator 20 in ihrer Polarität um
1800 zur Phase des Stenergitters 39 der Gasentladungsröhre 37 verschoben. Der Belastungswiderstand
X ist jedoch zwischen den Kondensator 43 und die Anode 40 der Gasentladungsröhre
37 geschaltet, während die Belastung unter Zwischenschaltung eines Blockkondensators
89 zwischen den Verbindungspunkt des Kondensators 43 mit dem Widerstand 44 und Masse
geschaltet ist. Bei dieser Abwandlung stellt die Röhre 140 wie in Fig. 8 während
der Ladedauer des Kondensators 43 eine Niederimpedanz dar, wirkt jedoch während
der Entladung des Kondensators 43 durch die Gasentladungsröhre 37 als Hochimpedanz.
Es wird jedoch bemerkt, daß in diesem Fall jegliche zwischen der Kathode 38 der
Gasentladungsröhre und Masse herrschende Kapazität, die bei 142 in gestrichelten
Linien angegeben ist, nunmehr außerhalb der Kondensatorentladungs schaltung liegt.
Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die stärkstmögliche Bemessung des Tastimpulses
verlangt wird.
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ATENTANSPROCHE: I. Anordnung zur Entfernungsmessung, insbesondere
kürzester Entfernungen, mittels rückgestrahlter hochfrequenter, vorzugsweise sehr
kurzer Impulse unter Verwendung eines mit konstanter Folgefrequenz ausgesandten
Suchimpulses und einer damit synchronisierten, dem Meßbereich entsprechenden Auslenkung
des Anzeigestrahles einer Kathodenstrahlröhre, wobei die Auslenkung des Anzeigestrahles
wahlweise einstellbar mit der Folgefrequenz der Suchimpulse oder ihrem Vielfachen
erfolgen kann, dadurch gekennzeichnet. daß der Anzeigestrahl während aller etwaigen,
auf die erste Anzeigestrahlauslenkung folgenden Vielfachauslenkungen jeder Suchimpulsperiode
dwlkelgesteuert wird.