DE971998C - Anordnung zur Entfernungsmessung mittels rueckgestrahlter hochfrequenter Impulse - Google Patents

Anordnung zur Entfernungsmessung mittels rueckgestrahlter hochfrequenter Impulse

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DE971998C
DE971998C DER3961A DER0003961A DE971998C DE 971998 C DE971998 C DE 971998C DE R3961 A DER3961 A DE R3961A DE R0003961 A DER0003961 A DE R0003961A DE 971998 C DE971998 C DE 971998C
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DE
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cathode ray
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pulse
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DER3961A
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English (en)
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Harold Martin Hart
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Raytheon Co
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Raytheon Manufacturing Co
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    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/04Display arrangements
    • G01S7/06Cathode-ray tube displays or other two dimensional or three-dimensional displays
    • G01S7/08Cathode-ray tube displays or other two dimensional or three-dimensional displays with vernier indication of distance, e.g. using two cathode-ray tubes

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Nutzbereich der Entfernungsmessung ist also stets gleichbleibend.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine weitere Forderung ist, daß das System den Impuls stets innerhalb einer Zeitspanne auslösen muß, die im Vergleich zur Impulslänge kurz ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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..
  • Da nun für Egoo der Wert cosait=I wird, ergibt sich ein sehr kleines Gitterspannungsverlaufelement zu dEg, E dt.
  • Es wird deshalb dt= dEg, # # E, d. h. gleich der Zeit, die die Gitterspannung braucht, um das Spannungsänderungselement Ego zu durchlaufen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß im Gegensatz zu der in der Zeichnung dargestellten Schaltung auch Geberoszillatoren Anwendung finden können.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine solche kleinere Dimensionierung des Ladewiderstandes kann jedoch ein Deionisieren der Gasentladungsröhre verhindern.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (1)

  1. 2. Anordnung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dunkelsteuerung des Anzeigestrahles Dioden (95, I07) vorgesehen sind, die nur die negativen Halbschwingungen einer Welle der Suchimpulsfrequenz oder einer ihrer Vielfachen über einen entkoppelnden Widerstand (54) als Vorspannung an das Steuergitter (5) der Kathodenstrahlröhre legen.
    3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genaue Festlegung des Beginns der Dunkeltastung des Anzeigestrahles mittels einstellbarer Phasenschieber (96,97,IO9, IIO) justierbar ist.
    4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Einstellung der Phasenlage ein veränderlicher Widerstand vorgesehen ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 227 598; Proceedings of the I. R. E., 20 (I932), S. II35; 25 (1937), 5. 1533.
    In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 767 948, 907 542.
DER3961A 1941-10-16 1950-09-30 Anordnung zur Entfernungsmessung mittels rueckgestrahlter hochfrequenter Impulse Expired DE971998C (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2227598A (en) * 1937-07-03 1941-01-07 Sperry Gyroscope Co Inc Radio absolute altimeter
DE907542C (de) * 1940-08-04 1954-03-25 Telefunken Gmbh Nach der Impulslaufzeitmethode arbeitendes Funkmessgeraet
DE767948C (de) * 1941-04-02 1955-04-07 Siemens App Einrichtung zur Entfernungsmessung nach dem Impulsrueckstrahlprinzip

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