DK150041B - Transponder navnlig til radioelektrisk afstandsmaaling - Google Patents

Description

i 150041 i 5 Opfindelsen angår en transponder af den art, der er beskrevet i krav l's indledning.

En sådan transponder kan bruges til afstandsmåling med radiobølger. Fra en hovedstation udsendes en 10 eventuelt moduleret bærebølge. Når denne registreres af transponderen udsender denne en svarbærebølge.

Denne når hovedstationen, og den tid, der er forløbet, er så et mål for afstanden.

15 Ved denne anvendelse bliver det væsentligt at kende transponderens tidsforsinkelse. Hvis ikke tidsforsinkelsen er veldefineret, bliver afstandsbestemmelsen ikke nøjagtig. Det har vist sig, at selv anvendelse af elektriske komponenter af høj kvalitet ikke umid-20 delbart kan sikre en tilpas veldefineret tidsforsinkelse. Blandt andet også fordi temperaturforhold og komponentældning spiller ind.

Fra US patentskrift nr. 3 290 677 kendes desuden 25 en transponder, der indeholder to faselåste styresløjfer. Denne transponder indeholder imidlertid også en 38 KHz referenceoscillator, og dette må betragtes som en væsentlig ulempe ved kredsløbet. Hvis denne oscillator ændrer frekvens, f.eks. på grund af tempe-30 raturændringer, vil det forringe kvaliteten af afstandsmålingen. Ganske vist findes der yderst stabile og temperaturkompenserede krystaloscillatorer, men disse er forholdsvis kostbare.

2 150041 1 Formålet med opfindelsen er derfor at anvise en transponder, hvor udgangssignalet på så enkel vis som muligt udelukkende afhænger af indgangssignalet, således at forstå, at en eventuel tidsforsinkelse 5 vil være veldefineret under alle forhold. Dette opnås, når transponderen er opbygget som angivet i krav l’s kendetegnende del.

Ved denne opbygning sikres det, at de fra transponde-10 ren udsendte signaler udelukkende styres af det fra hovedstationen modtagne signal. Transpondersignalerne er fuldstændig fri for uønskede variationer, der skyldes transponderens forskellige komponenter. Såvel frekvens som fase af både en bærebølge og en hjælpe-15 bærebølge, der udsendes af transponderen, justeres af de signaler, som transponderen modtager fra hovedstationen.

Kredsløbsopbygningen sikrer, at indgangsforstærkeren 20 kan have en stor båndbredde og derved være ufølsom over for støjfænomener, der i modsat fald ville kunne påvirke dens gennemgangs tid. Hvis der af en eller anden grund optræder faseskift af det genererede signal i forhold til indgangssignalet, vil dette 25 automatisk korrigeres i styresløjferne. Dette sker uden brug af referenceoscillatorer, altså udelukkende på baggrund af de indkommende signaler.

Krav 2 og 3 anviser foretrukne udførelsesformer, 30 der alle har vist sig at fungere udmærket i praksis.

I det følgende vil opfindelsen blive nærmere beskrevet under henvisning til tegningen, hvor 150041 3 1 fig. 1 viser skematisk et transponder-kommuni- kationsanlseg til afstandsmåling, fig. 2 viser et blokdiagram over transponderen 5 ifølge opfindelsen, og fig. 3a, 3b og 3c viser skematisk forskellige signalspektre , og 10 fig. 3d viser en anden afbildning af signalerne fra fig. 3c.

Transponderen ifølge opfindelsen er beregnet til 15 afstandsmåling mellem en første station eller satellit Pi (fig. 1) og en anden station, f.eks. en jordstation P2.

Den første station Pi omfatter en sender-modtagerin-20 stallation EiRi·

Den anden station omfatter en sender-modtagerinstalla-tion R2E2· 25 Senderen Ei udsender en sinusformet bærebølge f.eks.

med en ultrahøj-frekvens med en vinkelfrekvens ^o* som fasemoduleres af en høj-frekvent hjælpebærebølge.

Senderen E2 i stationen P2, hvis funktion beror på modtagelse af signaler, der sendes fra stationen 30 Pi til stationen P2, omfatter en generator g2P2» som er i stand til at sikre udsendelse fra stationen P2 af en ultrahøj-frekvent bærebølge med en frekvens, der afviger fra frekvensen af den ultrahøj-frekvente bærebølge, der udsendes fra stationen Pi, såvel som 150041 4 1 en generator for en høj-frekvent hjælpebærebølge 92S2P2» der tjener til at fasemodulere den ultrahøjfrekvente bærebølge.

5 Den første station Ρχ modtager de fasemodulerede ultrahøj-frekvente signaler, der udsendes fra senderen E2, og afstanden mellem stationen Ρχ og stationen P2 bestemmes af stationen Ρχ ved sammenligning af de signaler, der af stationen Ρχ modtages fra statio-10 nen P2 med signalerne, der udsendes fra stationen

Pi-

Stat ionens P2 modtager-sender R2E2 omfatter en modtager- og sendeantenne 11 (fig. 2) og en antennekobler 15 12 indrettet til at lede de af antennen 11 modtagne signaler til en indgangskanal 13. Denne omfatter en forstærker 14, i hvis udgang 15 de af stationen P2 fra stationen Ρχ modtagne signaler har et frekvens-spektrum, som vist skematisk i fig. 3a. Dette spektrum 20 symboliseres af en vektor F repræsenterende den ultrahøj-frekvente bærebølge med en vinkelfrekvens øg, der modtages af stationen P2 og to vektorer f og f af samme længde men modsat rettede, repræsenterende hjælpebærebølgens fasemodulation, og som er beliggende 25 på begge sider af vektoren F og i en afstand fra denne og i modfase hermed, der repræsenterer frekvensen af hjælpebærebølgen f.eks. 1 MHz.

Udgangssignalerne fra forstærkeren 14 tilføres en 30 første indgang 16 af et blandingstrin 17, hvis anden indgang 18 er heterodynindgangen, som er tilsluttet udgangen 19 fra en amplitudemodulator 20. Over en første indgang 21 af nævnte modulator tilføres den frekvens, der skal moduleres og som udtages fra en 150041 5 1 frekvensmultiplikator 22, og som indfører en multi-pliceringsfaktor lig med p i en frekvens frembragt af en kvartsstyret oscillator 23. Oscillatoren 23 har en styret frekvens og tjener til at frembringe 5 stationens P2 bærebølge. Fortrinsvis anvendes en spændingsstyret oscillator, hvis nominelle frekvens er af størrelsen — , hvor <00 er vinkelfrekvens af den ultrahøj-frekvente bærebølge, som modtages af stationen P2 og p og q er multipliceringsfaktorer.

10

Modulationssignalet, der tilføres en anden indgang 25 på modulatoren 20 er udgangssignalet fra en højfrekvent kvarts-oscillator 26 eller spændingsstyret oscillator (VCO), og som har en styret frekvens og 15 tjener til at frembringe den af stationen P2 udsendte hjælpebærebølge. Kredsløbet 24, der er tilsluttet udgangen fra oscillatoren 23, er opdelt i en første kredsløbsgren 27 tilsluttet indgangen til frekvensmultiplikatoren 22 og en anden kredsløbsgren 28 tilslut-20 tet indgangen til en anden frekvensmultiplikator 29, som indfører en multipliceringsfaktor svarende til q. Udgangen 31 fra frekvensmultiplikatoren 29 er ført til indgangen 32 af et kredsløb, der som helhed er betegnet med 33 og som styrer frekvensen 25 og fasen af højfrekvens-oscillatoren 26, og omfatter et fasedrejningsled 34, der udfører en fasedrejning på r/2, en fasekomparator 35 og et filter 36, hvis udgang er tilsluttet en indgang 37, der styrer frekvens og fase af højfrekvens-oscillatoren 26. Filteret 30 36 eliminerer for det første uønskede frekvenser fra udgangen af fasekomparatoren 35, og tjener for det andet til fastholdelse af arbejdsbetingelserne for styresløjfen, der indeholder oscillatoren 26.

6 15 OG U1 1 Den anden indgang 38 af fasekomparatoren 35 er tilsluttet udgangen 39 af en mellemfrekvensforstærker 41, hvis indgang 42 ved et kredsløb 43 er tilsluttet udgangen 44 af blandingstrinnet 17. Et båndpasfilter 5 45 er indsat imellem forstærkeren 41 og fasekomparato ren 35.

Udgangen 39 i mellemfrekvensforstærkeren 41 er endvidere tilsluttet indgangen 46 af en anden fasekompara-10 tor 47, hvis anden indgang 48 er tilsluttet udgangen 49 af en anden amplitudemodulator 51, hvis indgang 52 for den frekvens, der skal moduleres,er tilsluttet udgangen 31 af frekvensmultiplikatoren 29. Modulationen, der tilføres en anden indgang 53 af modulatoren 15 51, tilføres over kredsløbet 54 fra udgangen af høj frekvens-oscillatoren 26.

Udgangen 55 fra fasekomparatoren 47 er over et filter 56 tilsluttet styreindgangen 57 for frekvensen af 20 oscillatoren 23.

Den gennem kredsløbet 24 fremførte bærebølgefrekvens bliver, efter at frekvensen er multipliceret med en faktor m i en multiplikator 71, tilført indgangen 25 72 af en fasemodulator 73, hvis anden indgang 74 . er tilsluttet udgangen fra den anden oscillator 26, eventuelt over en multiplikator eller frekvensdeler 75. Udgangen 76 fra fasemodulatoren 73 føres over en' indskudt forstærker 77 til antennekobleren 12, 30 som fører bærebølgen, som er fasemoduleret af hjælpebærebølgen, til antennen 11.

Det beskrevne apparat virker på følgende måde.

7 15004 1 1 Den ultrahøje-frekvens med vinkel-frekvensen α) o» som er fasemoduleret med høj-frekvensen f, modtages af antennen 11 og forstærkes i forstærkeren 14/ der kan have en stor båndbredde og derfor vil være næsten 5 ufølsom for interferens- og støjsignaler, der kan påvirke dens gennemgangstid. Signalerne fra forstærkeren 14 føres til indgangen 16 af blandingstrinnet 17, som over sin indgang 18 modtager signaler, der kommer fra amplitudemodulatoren 20. Den frekvens, 10 der skal moduleres og som tilføres over indgangen 21 på modulatoren 20, har værdien: —e—ω0 p+% 15

Signalet amplitudemoduleres af en sinusformet højfrekvent bølge tilført fra oscillatoren 26, f.eks. med en frekvens af lMHz. Spektret af det signal, der afgives fra udgangen 19 af amplitudemodulatoren 20 20, er vist i fig. 3b ved vektorerne ίχ og f2, der har samme størrelse og samme afstand fra den frekvens, der skal moduleres.

Spektret af det signal, der fremkommer ved udgangen 25 44 af blanderen 17, er vist i fig. 3c. Det omfatter en vektor f 3 med en frekvens - oo q og af en stør relse, der beror på skiftet mellem den modulerede høj-frekvente fase af det signal, der tilføres indgangen 16 og den modulerede høj-frekvente fase af det 30 signal, der tilføres indgangen 18 af blandingstrinnet 17. Spektret indeholder endvidere vektorerne £4 og f5 beliggende på begge sider af vektoren f3 og i samme afstand fra denne, i det viste eksempel lMHz, og som svarer til amplitudemodulationen. Endvidere 150041 8 1 indeholder spektret vektorerne fg og ίη beliggende på begge sider af vektoren og i samme afstand fra denne, i det viste eksempel 1 MHz, og som repræsenterer sidebåndene på grund af fasemodulationen.

5

Efter , forstærkning i mellemfrekvensforstærkeren 41 videregives signalet dels til indgangen 38 af fasekom-paratoren 35 over filteret 45, der kun lader den i fig. 3c viste frekvens f3 passere, dels til indgan-10 gen 46 af fasekomparatoren 47.

I den som helhed med 61 betegnede sløjfe, der indeholder blandingstrinnet 17, mellemfrekvensforstærkeren 41, filteret 45, fasekomparatoren 35, filteret 36, 15 høj-frekvens-oscillatoren 26 og amplitudemodulatoren 20, bliver frekvensen og fasen af oscillatoren 26 styret ved modulationssignaler tilført indgangen 16 af blandingstrinnet 17. Såfremt der af en eller anden grund optræder faseskift i de svingninger, 20 der frembringes af oscillatoren 26 i forhold til modulationen tilført indgangen 16, vil der dannes et fejlsignal i udgangen fra fasekomparatoren 35, som korrigerer fasen af oscillatoren 26 til en værdi svarende til den, der skal iagttages i forhold til 25 det fasemodulerede signal, der modtages af stationen 1*2* I det som helhed med 62 betegnede kredsløb, der indeholder ultrahøj-frekvens-oscillatoren 23, mulitiplika-30 toren 29, amplitudemodulatoren 51 og fasekomparatoren 47, styres fasen af oscillatoren 23 af den ultrahøje frekvens, der tilføres indgangen 46 i fasekomparatoren 47.

150041 9 1 Signalerne, der tilføres indgangen 48 af denne kompa-rator, har samme spektrum, bortset fra en frekvensomsætning, som dem der tilføres indgangen 18. Den centrale del af spektret, der tilføres indgangen 48, 5 har frekvensen: --- ω0 10 Såfremt der af en eller anden grund optræder uønskede variationer i fasen af den ultrahøje-frekvens, som i stationen P2 frembringes af oscillatoren 23, vil der fremkomme et fejlsignal i udgangen 55 på fasekom-paratoren 47, der korrigerer fasen af oscillatoren 15 23, således at den får samme placering i forhold til fasen af den ultrahøje-frekvens, der modtages af stationen P2 og som kommer fra stationen Ρχ.

Ved en ændret udførelsesform vil produkterne af signa-20 lerne, der tilføres henholdsvis indgangen 16, 21 og 25 ændres i rækkefølge. Det samme angår produktet af signaler, der tilføres henholdsvis indgangene 52, 53 og 46. Pasemodulationen på stationen P2 kan afvige fra den hjælpebærebølge, som modtages fra 25 den anden station Ρχ.

Opfindelsen kan også finde anvendelse i et tilfælde, hvor stationen P2 har organer til frembringelse af flere hjælpebærebølger, idet der foretages styring 30 af frekvens og fase af nævnte hjælpebærebølger ved en hjælpebærebølge i signalet, der afgives fra stationen Pi og modtages på stationen P2. Ved en udførelsesform kan hjælpebærebølgerne indstilles i fase i forhold til den modtagne hjælpebærebølge. Ved en ændret 150OA 1 ίο 1 udførelsesform måles faseforskydningen af hjælpebærebølgerne, der skal udsendes fra stationen P2 i forhold til fasen af en hjælpebærebølge/ der modtages fra stationen Ρχ. Opfindelsen kan også finde anvendelse 5 ved en fasemodulation, der ikke er sinusformet, men af en anden type f.eks. kvadratisk, forudsat at modulationens middelværdi er nul.

Claims (3)

1500A1

1 PATENTKRAV

1. Transponder til et radiokommunikationsanlæg, der er tidsfølsomt og også omfatter en hovedstation 5 (Pi)# der udsender en fasemoduleret UHF-bærebølge, hvilken transponder sender en UHF-svar-bærebølge tilbage til hovedstationen, idet svar-bærebølgen er moduleret med en lokalt genereret hjælpebærebølge i overensstemmelse med den fasemodulation, der modta-10 ges fra hovedstationen, hvorved transponderen har en første styresløjfe (62) til kontrol af en første spændingsstyret oscillator (23) til generering af svar-bærebølgen, der er faselåst til den modtagne bærebølge, og som desuden har en anden styresløjfe 15 (61) med en anden spændingsstyret oscillator (26) til generering af en lokal hjælpebærebølge, der er faselåst til den fasemodulerende hjælpebærebølge, som modtages fra hovedstationen, idet transponderen også omfatter en forstærker (14), en mellemfrekvens-20 forstærker (41) og en fasekomparator (47), idet den første oscillator (23) styres af udgangssignalet fra fasekomparatoren (47), kendetegnet ved, 25 a) at transponderen har to kredsløbsgrene (27, 28), der begge er forbundet til udgangen af den første oscillator (23) til henholdsvis at frembringe et heterodynt signal og et referencesignal, idet hver gren (27, 28) indeholder en amplitudemodulator 30 (20, 51) indrettet således, at summen af de nævnte signalers frekvenser svarer til frekvensen af den indkommende bærebølge, b) at amplitudemodulatorerne (20, 51) begge er forbun-