EP0102977A1 - Doppler radar area monitor - Google Patents

Doppler radar area monitor

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Publication number
EP0102977A1
EP0102977A1 EP19830900839 EP83900839A EP0102977A1 EP 0102977 A1 EP0102977 A1 EP 0102977A1 EP 19830900839 EP19830900839 EP 19830900839 EP 83900839 A EP83900839 A EP 83900839A EP 0102977 A1 EP0102977 A1 EP 0102977A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oscillator
detector
antenna
microstrip
diode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19830900839
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ian Simpson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoermann Warnsysteme GmbH
Original Assignee
Hoermann GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hoermann GmbH filed Critical Hoermann GmbH
Publication of EP0102977A1 publication Critical patent/EP0102977A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G01S7/032—Constructional details for solid-state radar subsystems

Definitions

  • the invention relates to a device for room surveillance by means of Doppler radar, comprising a microwave oscillator, a transceiver antenna and a detector.
  • a known device of this type ("Electronics Newspaper” Feb. 1980, p.8) contains a Gunn-Oszilla gate in cavity technology, a diode mixer and a planar transmit / receive antenna.
  • a major disadvantage of this known design is its large space requirement and weight, which is essentially due to the oscillator designed in cavity technology.
  • Another disadvantage is the considerable manufacturing costs, to which the connections to be provided between the cavity oscillator and the antenna (usually designed as hollow lines) also make a significant contribution.
  • the invention is therefore based on the object, while avoiding these disadvantages, of providing a device for space monitoring by means of Doppler radar, which is particularly simple and cost-saving
  • the oscillator, antenna, detector and the connecting lines of these elements are constructed in microstrip construction (microstrip or stripline) and are arranged on the same carrier material.
  • FIGS. 1 and 2 To explain what is to be understood in the context of the present application by "microstrip construction", reference is first made to FIGS. 1 and 2.
  • Fig.1 shows the construction method used in Anglo-American
  • insulating plates 1 and 2 which have on their outside a conductive layer 1a or 2a made of metal, which are usually at ground potential.
  • a conductor 3 in the form of a thin metal strip is sandwiched between the insulating plates 1 and 2 and serves as a microwave line.
  • FIG. 2 shows the so-called “microstrip construction”.
  • only one insulating plate 4 is provided, which is provided on one side with a conductive layer 4a, which is usually held at ground potential, and which carries the conductor 5, which is intended to guide the microwaves, on the other side.
  • microstrip design is understood to mean both the designs shown in FIGS. 1 and 2.
  • all the essential components of the device used for space monitoring namely the oscillator, antenna, detector and their connecting lines, are designed in a microstrip design and arranged on the same carrier material.
  • the insulating plate 4 in the construction according to FIG. 2) or one of the two insulating plates 1, 2 (in the construction according to FIG. 1) serves as the carrier material.
  • the oscillator contains a GaAs field-effect transistor.
  • a GaAs field-effect transistor Such an oscillator has significant advantages over a Gunn oscillator in cavity technology. It has a high efficiency and accordingly a lower power consumption. The harmonic content and the resulting signal distortion are smaller.
  • the temperature stability of a GaAs-FET oscillator in planar design can be greater than that of an oscillator in cavity technology. Weight and space requirements are much smaller.
  • Another embodiment of the device according to the invention uses an oscillator with a Gunn diode, which is likewise constructed in a microstrip design.
  • This variant also has in Ver same as an oscillator made in cavity technology, essential advantages in terms of space requirements, weight, production and operational reliability.
  • any planar antenna designed in microstrip construction can be used as an antenna within the scope of the invention.
  • a microstrip antenna In comparison to known horn antennas, such as those used in devices for space monitoring using Doppler radar, such a microstrip antenna is not only distinguished by its flat, space-saving design and particularly simple manufacture. It also has the advantage that any desired antenna characteristics can be achieved in a simple manner by appropriate design and arrangement of the individual microstrip elements. This advantage is particularly important in the case of devices for room monitoring, since a good adaptation of the antenna to the room to be monitored is of essential importance for an optimal function.
  • planar antenna designed in microstrip construction is that it is particularly simple with this construction, a circular or elliptical polarization to achieve the antenna beam. As a result, a mutual influence of devices arranged opposite one another in the space to be monitored can be reduced in a simple manner.
  • the detector of the device according to the invention which is designed in microstrip construction.
  • An expedient configuration of the invention provides that the FET-Os zillator also forms the detector.
  • Another variant uses a diode detector, in particular a Schottky junction diode, as the detector.
  • FIG. 3 shows in a very schematic form the main components of the device for space monitoring according to the invention.
  • an insulating plate 6 which corresponds to the insulating plate 2 or 4 of the embodiments according to FIGS. 1 and 2 are an oscillator 7, an antenna 8 and a connecting section 9 - all in microstrip design on the same carrier material (insulating plate 6) - arranged.
  • the details of possible embodiments of the oscillator 7, the antenna 8 and the connecting section 9 (which can also contain a detector) are explained in more detail below with the aid of a few examples.
  • 4 shows an exemplary embodiment of the oscillator
  • a GaAs field effect transistor (FET) 10 the connections of which are designated G, D and S in the usual way.
  • the feedback takes place via a dielectric resonator 11, the dimensions of which determine the oscillator frequency.
  • the source connections S end in a piece of microstrip line, the length and impedance of which produce the optimal coupling to the resonator 11.
  • the dielectric resonator 11 is located in the vicinity of the line 12 connected to the gate connection. In this way, a feedback between source S and gate G is established.
  • the line 12 connected to the gate is terminated by an impedance formed by L 1 and R 2 , which prevents self-excitation of the FET.
  • the line 13 connected to the drain connection leads to the output.
  • C 1 is a coupling capacitor.
  • the supply voltage is supplied via a low-pass filter formed by L 2 and C 2 .
  • the inductance L 3 represents a high impedance for the oscillator frequency, so that most of the power reaches the output 14 of the oscillator via the capacitor C 1 .
  • the resistor R 1 ensures that when the bias voltage V is applied, the drain terminal D is always positively biased against the gate G. This results in a limitation of the current flowing through the drain connection when switching on.
  • FIGS. 5 and 6 A further exemplary embodiment of an oscillator 7 which can be used in the device according to the invention in a microstrip design is illustrated in FIGS. 5 and 6.
  • This oscillator uses a Gunn diode 15 which is arranged in the insulating plate 6. With their existing on the underside of the insulating plate 6 to the Gunn diode 15 is connected to a metal cap 16, which serves as a heat sink that dissipates the heat developed and at the same time produces a good ground connection of the Gunn diode.
  • the diode is supplied with power via a low-pass filter 17 implemented in printed circuit technology on the insulating plate 6.
  • the oscillator also includes a dielectric resonator 11 and a capacitor 18 which is arranged in the line 20 leading to the output 19.
  • the FET oscillator forms gate 21 is also the essential element of the detector.
  • the oscillator 21 feeds the antenna 22 with microwave power.
  • the reflected signals shifted by the Doppler frequency pass from the antenna 22 back to the oscillator 21 and cause one in the oscillator
  • FIG. 8 Another exemplary embodiment of a suitable detector is shown in FIG. 8.
  • the essential element of this detector is a diode 24, which is connected to a branch 25, via which the microwave power supplied by the oscillator 26 is divided between the two antennas 27 and 28.
  • the entire connecting lines between the oscillator 26 and the antennas 27, 28 are arranged in a microstrip design.
  • FIG. 1 Another embodiment of a detector (for generating an output signal corresponding to the difference between the transmission and reception frequency) is illustrated in FIG.
  • a Schottky junction diode 29 is used as the detector. It is connected directly to the microstrip line 30 which is connected to the antenna and the oscillator.
  • the other connection of the Schottky junction diode 29 stands out with a printed circuit led low-pass filter 31 in connection, which passes the Doppler signals, but suppresses the microwaves generated by the oscillator.
  • the double output signal can be picked up at terminals A, B.
  • An inductor 32 prevents microwaves from reaching port A and thereby impairing the efficiency of the detector.
  • Fig.10 shows an embodiment of a usable in the device according to the invention, formed in micro stripe design antenna. It is arranged on an insulating plate 33, which also forms the support for the oscillator and the detector.
  • the antenna contains two antenna elements 34, 35, which each consist of strip-like conductors pointing in the opposite direction and are fed with microwave energy via a common connection 36 from the oscillator (not shown).
  • FIG. 11 shows a further exemplary embodiment of an antenna constructed in microstrip design, in which the individual strips of the two antenna elements 37 and 38 are offset from one another by 90 °. In this way a circular polarization of the antenna beam can be achieved.
  • FIG. 12 shows an exemplary embodiment in which the components of the monitoring device are arranged in a somewhat different way on the insulating plate 39 serving as a common carrier material than in the case of
  • the oscillator 7 and the connecting section 9 (containing a detector diode and lines for power distribution) are provided approximately in the middle of the insulating plate 39.
  • An antenna 40 or 41 is arranged on each side of this circuit group, the antenna elements of these antennas being offset from one another by 90 °, so that a circular or elliptical polarization of the antenna beam can be achieved.

Abstract

Dans un dispositif de surveillance locale à radar Doppler, l'oscillateur, l'antenne, le détecteur et les conduites de connexion de ces éléments sont formés selon une construction en microbandes et agencés sur le même matériau de support. On obtient ainsi une construction plate et qui occupe peu de place, de fabrication simple et un appareil ayant un fonctionnement très fiable.In a local Doppler radar surveillance device, the oscillator, the antenna, the detector and the connection pipes for these elements are formed according to a microstrip construction and arranged on the same support material. This results in a flat construction which occupies little space, simple to manufacture and an apparatus having a very reliable operation.

Description

Vorrichtung zur Raumüberwachung mittels Doppler- Radar Device for room surveillance using Doppler radar
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Raumüber wachung mittels Doppler-Radar, enthaltend einen Mikro- wellen-Oszillator, eine Sende-Empfangs-Antenne und einen Detektor.The invention relates to a device for room surveillance by means of Doppler radar, comprising a microwave oscillator, a transceiver antenna and a detector.
Eine bekannte Vorrichtung dieser Art ("Elektronik- Zeitung" Febr.1980, S.8) enthält einen Gunn-Oszilla tor in Hohlraumtechnik, einen Diodenmischer und eine planare Sende-Empfangs-Antenne. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Ausführung besteht in ihrem großen Raumbedarf und Gewicht, was im wesentlichen durch den in Hohlraumtechnik ausgebildeten Oszillator bedingt ist. Nachteilig sind weiterhin die beträchtlichen Fertigungskosten, zu denen auch die zwischen dem Hohlraum-Oszillator und der Antenne vorzusehenden Verbindungen (üblicherweise als Hohlleitungen ausgeführt) erheblich beitragen.A known device of this type ("Electronics Newspaper" Feb. 1980, p.8) contains a Gunn-Oszilla gate in cavity technology, a diode mixer and a planar transmit / receive antenna. A major disadvantage of this known design is its large space requirement and weight, which is essentially due to the oscillator designed in cavity technology. Another disadvantage is the considerable manufacturing costs, to which the connections to be provided between the cavity oscillator and the antenna (usually designed as hollow lines) also make a significant contribution.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile eine Vorrichtung zur Raumüberwachung mittels Doppler-Radar zu schaffen, die sich durch eine besonders einfache, kostensparendeThe invention is therefore based on the object, while avoiding these disadvantages, of providing a device for space monitoring by means of Doppler radar, which is particularly simple and cost-saving
Herstellung, einen geringen Raumbedarf und ein kleines Gewicht auszeichnet und die eine sehr zuverlässige, gegenüber Umwelteinflüssen unempfindliche Betriebsweise aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Oszillator, Antenne, Detektor und die Verbindungsleitungen dieser Elemente in Mikrostreifen-Bauweise (microstrip bzw. stripline) ausgebildet und auf demselben Trägermaterial angeordnet sind.Production, a small space requirement and a low weight and which has a very reliable, insensitive to environmental influences. This object is achieved in that the oscillator, antenna, detector and the connecting lines of these elements are constructed in microstrip construction (microstrip or stripline) and are arranged on the same carrier material.
Zur Erläuterung dessen, was im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter "Mikrostreifen-Bauweise" zu verstehen ist, sei zunächst auf die Fig.1 und 2 bezug genommen.To explain what is to be understood in the context of the present application by "microstrip construction", reference is first made to FIGS. 1 and 2.
Fig.1 zeigt die Bauweise, die im anglo-amerikanischenFig.1 shows the construction method used in Anglo-American
Schrifttum als "stripline-Bauweise" bezeichnet wird.Literature is called "stripline construction".
Bei dieser für Mikrowellentechnik geeigneten Bauweise vorgesehen, sind zwei flache Isolierplatten 1 und 2 die an ihrer Außenseite eine leitende Schicht 1a bzw. 2a aus Metall aufweisen, die üblicherweise auf Massepotential liegen. Ein Leiter 3 in Form eines dünnen Metallstreifens ist sandwichartig zwischen den Isolierplatten 1 und 2 angeordnet und dient als Mikrowellenleitung.In this construction, which is suitable for microwave technology, there are two flat insulating plates 1 and 2 which have on their outside a conductive layer 1a or 2a made of metal, which are usually at ground potential. A conductor 3 in the form of a thin metal strip is sandwiched between the insulating plates 1 and 2 and serves as a microwave line.
Fig.2 zeigt demgegenüber die sog. "microstrip-Bauweise". Hier ist nur eine Isolierplatte 4 vorgesehen, die auf ihrer einen Seite mit einer üblicherweise auf Massepotential gehaltenen leitenden Schicht 4a versehen ist und die auf ihrer anderen Seite den zur Leitung der Mikrowellen bestimmten Leiter 5 trägt.In contrast, FIG. 2 shows the so-called “microstrip construction”. Here, only one insulating plate 4 is provided, which is provided on one side with a conductive layer 4a, which is usually held at ground potential, and which carries the conductor 5, which is intended to guide the microwaves, on the other side.
Im Rahmen dieser Anmeldung werden unter der Bezeichnung "Mikrostreifen-Bauweise" beide, in den Fig.1 und 2 dargestellten Ausführungen verstanden. Erfindungsgemäß sind nun alle wesentlichen Komponenten der zur Raumüberwachung dienenden Vorrichtung, nämlich Oszillator, Antenne, Detektor und ihre Verbindungslei tungen, in Mikrostreifen-Bauweise ausgebildet und auf demselben Trägermaterial angeordnet. Als Trägermaterial dient dabei die Isolierplatte 4 (in der Bauweise gemäß Fig.2) bzw. eine der beiden Isolierplatten 1, 2 (in der Bauweise gemäß Fig.1).In the context of this application, the term "microstrip design" is understood to mean both the designs shown in FIGS. 1 and 2. According to the invention, all the essential components of the device used for space monitoring, namely the oscillator, antenna, detector and their connecting lines, are designed in a microstrip design and arranged on the same carrier material. The insulating plate 4 (in the construction according to FIG. 2) or one of the two insulating plates 1, 2 (in the construction according to FIG. 1) serves as the carrier material.
Dadurch ergibt sich eine flache Bauweise von geringemThis results in a flat design of little
Raumbedarf, die sich durch besonders einfache Fertigung auszeichnet, zumal gerade die in der Mikrowellentechnik kritischen Bauteile in gedruckter Schaltungstechnik (nach üblichen photolithographischen Verfahren) ausge führt werden können.Space requirement, which is characterized by particularly simple production, especially since the critical components in microwave technology can be carried out in printed circuit technology (using conventional photolithographic processes).
Der Oszillator enthält bei einer ersten Ausgestaltung der Erfindung einen GaAs-Feldeffekt-Transistor. Ein solcher Oszillator weist gegenüber einem Gunn-Oszillator in Hohlraumtechnik wesentliche Vorteile auf. Er besitzt einen hohen Wirkungsgrad und demgemäß einen niedrigeren Leistungsverbrauch. Der Gehalt an Oberwellen und dadurch bedingte Verzerrungen des Signals sind kleiner. Die Temperaturstabilität eines GaAs-FET-Oszillators in Planar-Bauweise kann größer sein als die eines Oszillators in Hohlraumtechnik. Gewicht und Raumbedarf sind wesentlich kleiner.In a first embodiment of the invention, the oscillator contains a GaAs field-effect transistor. Such an oscillator has significant advantages over a Gunn oscillator in cavity technology. It has a high efficiency and accordingly a lower power consumption. The harmonic content and the resulting signal distortion are smaller. The temperature stability of a GaAs-FET oscillator in planar design can be greater than that of an oscillator in cavity technology. Weight and space requirements are much smaller.
Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet einen - gleichfalls in Mikrostreifen-Bauweise ausgebildeten - Oszillator mit einer Gunn-Diode. Auch diese Variante besitzt im Ver gleich zu einem in Hohlraumtechnik ausgeführten Oszillator wesentliche Vorzüge hinsichtlich des Raumbedarfes, des Gewichtes, der Fertigung sowie der betrieblichen Zuverlässigkeit.Another embodiment of the device according to the invention uses an oscillator with a Gunn diode, which is likewise constructed in a microstrip design. This variant also has in Ver same as an oscillator made in cavity technology, essential advantages in terms of space requirements, weight, production and operational reliability.
Als vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Oszillators mit dielektrischem Resonator erwiesen, da sich dieser gut in die Mikrostreifen-Bauweise integrieren läßt.The use of an oscillator with a dielectric resonator has proven to be advantageous since it can be easily integrated into the microstrip design.
Als Antenne kann im Rahmen der Erfindung grundsätzlich jede in Mikrostreifen-Bauweise ausgebildete Planar-Antenne Verwendung finden. Im Vergleich zu bekannten Hornantennen, wie sie in Vorrichtungen zur Raumüberwachung mittels Doppler-Radar Verwendung fin den, zeichnet sich eine solche Mikrostreifen-Antenne nicht nur durch ihre flache, raumsparende Bauweise und eine besonders einfache Herstellung aus. Sie besitzt darüber hinaus auch den Vorteil, daß sich durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der einzelnen Mikrostreifen-Elemente jede gewünschte Antennen-Charakteristik auf einfache Weise erzielen läßt. Dieser Vorteil ist gerade bei Vorrichtungen zur Raumüberwachung wesentlich, da hier eine gute Anpassung der Antenne an den zu überwachenden Raum von wesentlicher Bedeutung für eine optimale Funktion ist.In principle, any planar antenna designed in microstrip construction can be used as an antenna within the scope of the invention. In comparison to known horn antennas, such as those used in devices for space monitoring using Doppler radar, such a microstrip antenna is not only distinguished by its flat, space-saving design and particularly simple manufacture. It also has the advantage that any desired antenna characteristics can be achieved in a simple manner by appropriate design and arrangement of the individual microstrip elements. This advantage is particularly important in the case of devices for room monitoring, since a good adaptation of the antenna to the room to be monitored is of essential importance for an optimal function.
Ein weiterer Vorteil einer in Mikrostreifen-Bauweise ausgebildeten Planar-Antenne besteht auch darin, daß es mit dieser Bauweise besonders einfach möglich ist, eine kreisförmige oder elliptische Polarisation des Antennenstrahles zu erzielen. Dadurch kann eine gegenseitige Beeinflussung von in dem zu überwachen den Raum einander gegenüberliegend angeordneten Vor richtungen auf einfache Weise verringert werden.Another advantage of a planar antenna designed in microstrip construction is that it is particularly simple with this construction, a circular or elliptical polarization to achieve the antenna beam. As a result, a mutual influence of devices arranged opposite one another in the space to be monitored can be reduced in a simple manner.
Auch für den in Mikrostreifen-Bauweise ausgebildeten Detektor der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind ver schiedene Varianten möglich. Eine zweckmäßige Ausge staltung der Erfindung sieht vor, daß der FET-Os zillator zugleich den Detektor bildet. Eine andere Variante verwendet als Detektor einen Dioden-Detektor, insbesondere eine Schottky-Sperrschicht-Diode.Various variants are also possible for the detector of the device according to the invention, which is designed in microstrip construction. An expedient configuration of the invention provides that the FET-Os zillator also forms the detector. Another variant uses a diode detector, in particular a Schottky junction diode, as the detector.
Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele hervor.These and further details of the invention will become apparent from the following description of some exemplary embodiments illustrated in the drawing.
Fig.3 zeigt in ganz schematischer Form die Hauptbestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Raumüberwachung. Auf einer Isolierplatte 6 (die der Isolierplatte 2 bzw. 4 der Ausführungsformen gemäß den Fig.1 bzw. 2 entspricht) sind ein Oszillator 7, eine Antenne 8 und ein Verbindungsabschnitt 9 - sämtlich in Mikrostreifen-Bauweise auf demselben Trägermaterial (Isolierplatte 6) - angeordnet. Die Einzelheiten möglicher Ausführungsformen des Oszillators 7, der Antenne 8 und des Verbindungsabschnittes 9 (der auch einen Detektor enthalten kann), werden im folgenden anhand einiger Beispiele näher erläutert. Fig.4 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel des Oszillators3 shows in a very schematic form the main components of the device for space monitoring according to the invention. On an insulating plate 6 (which corresponds to the insulating plate 2 or 4 of the embodiments according to FIGS. 1 and 2) are an oscillator 7, an antenna 8 and a connecting section 9 - all in microstrip design on the same carrier material (insulating plate 6) - arranged. The details of possible embodiments of the oscillator 7, the antenna 8 and the connecting section 9 (which can also contain a detector) are explained in more detail below with the aid of a few examples. 4 shows an exemplary embodiment of the oscillator
7, der auf einer Isolierplatte 6 mit geerdeter Metallisierung 6a angeordnet ist.7, which is arranged on an insulating plate 6 with grounded metallization 6a.
Er enthält auf der Isolierplatte 6 einen GaAs-Feld-effekttransistor (FET) 10, dessen Anschlüsse in üblicher Weise mit G,D und S bezeichnet sind. Die Rückkopplung erfolgt über einen dielektrischen Resonator 11, dessen Abmessungen die Oszillatorfrequenz bestimmen. Die Source-Anschlüsse S enden in einem Stück Mikrostreifen-Leitung, dessen Länge und Impedanz die optimale Kopplung zum Resonator 11 herstellt. Der dielektrische Resonator 11 befindet sich in der Nähe der mit dem Gate-Anschluß verbundenen Leitung 12. Auf diese Weise ist eine Rückkopplung zwischen Source S und Gate G hergestellt. Die mit dem Gate verbundene Leitung 12 ist durch eine von L1 und R2 gebildete Impedanz abgeschlossen, was eine Selbsterregung des FET verhindert. Die mit dem Drain-Anschluß verbundene Leitung 13 führt zum Ausgang. C1 ist ein Koppelkondensator. Die Zuführung der Speisespannung erfolgt über einen von L2 und C2 gebildeten Tiefpaßfilter. Die Induktivität L3 stellt für die Oszillatorfrequenz eine hohe Impedanz dar, so daß der größte Teil der Leistung über den Kondensator C1 zum Ausgang 14 des Oszillators gelangt. Der Widerstand R1 gewährleistet, daß bei Zuführung der Vorspannung V der Drain-Anschluß D stets positiv gegenüber dem Gate G vorgespannt ist. Dadurch ergibt sich beim Einschalten eine Begrenzung des über den Drain-Anschluß fließenden Stromes. Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbaren Oszillators 7 in Mikrostreifen-Bauweise ist in den Fig.5 und 6 veranschaulicht.It contains on the insulating plate 6 a GaAs field effect transistor (FET) 10, the connections of which are designated G, D and S in the usual way. The feedback takes place via a dielectric resonator 11, the dimensions of which determine the oscillator frequency. The source connections S end in a piece of microstrip line, the length and impedance of which produce the optimal coupling to the resonator 11. The dielectric resonator 11 is located in the vicinity of the line 12 connected to the gate connection. In this way, a feedback between source S and gate G is established. The line 12 connected to the gate is terminated by an impedance formed by L 1 and R 2 , which prevents self-excitation of the FET. The line 13 connected to the drain connection leads to the output. C 1 is a coupling capacitor. The supply voltage is supplied via a low-pass filter formed by L 2 and C 2 . The inductance L 3 represents a high impedance for the oscillator frequency, so that most of the power reaches the output 14 of the oscillator via the capacitor C 1 . The resistor R 1 ensures that when the bias voltage V is applied, the drain terminal D is always positively biased against the gate G. This results in a limitation of the current flowing through the drain connection when switching on. A further exemplary embodiment of an oscillator 7 which can be used in the device according to the invention in a microstrip design is illustrated in FIGS. 5 and 6.
Dieser Oszillator verwendet eine Gunn-Diode 15, die in der Isolierplatte 6 angeordnet ist. Mit ihrem an der Unterseite der Isolierplatte 6 vorhandenen An schluß ist die Gunn-Diode 15 mit einer Metallkappe 16 verbunden, die als Wärmesenke dient, die die ent wickelte Wärme ableitet und zugleich einen guten Masseanschluß der Gunn-Diode herstellt.This oscillator uses a Gunn diode 15 which is arranged in the insulating plate 6. With their existing on the underside of the insulating plate 6 to the Gunn diode 15 is connected to a metal cap 16, which serves as a heat sink that dissipates the heat developed and at the same time produces a good ground connection of the Gunn diode.
Die Stromversorgung der Diode erfolgt über einen auf der Isolierplatte 6 in gedruckter Schaltungstechnik ausgeführten Tiefpaßfilter 17. Zum Oszillator gehört ferner ein dielektrischer Resonator 11 und ein Kondensator 18, der in der zum Ausgang 19 führenden Leitung 20 angeordnet ist.The diode is supplied with power via a low-pass filter 17 implemented in printed circuit technology on the insulating plate 6. The oscillator also includes a dielectric resonator 11 and a capacitor 18 which is arranged in the line 20 leading to the output 19.
Die Funktion einer Gunn-Diode als Oszillator einer Doppler-Radar-Anlage ist bekannt und bedarf daher hier keiner näheren Erläuterung. Erfindungsgemäß ist wesentlich die Anordnung dieser Gunn-Diode in Mikrostreifen-Bauweise, wobei sich die Verwendung eines dielektrischen Resonators 11, der magnetisch mit der Mikrostreifen-Ausgangsleitung 20 gekoppelt ist, als vorteilhaft erwiesen hat.The function of a Gunn diode as an oscillator in a Doppler radar system is known and therefore requires no further explanation here. According to the invention, the arrangement of this Gunn diode in microstrip design is essential, the use of a dielectric resonator 11, which is magnetically coupled to the microstrip output line 20, having proven to be advantageous.
Fig.7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbaren Detektors. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet der FET-Oszilla tor 21 zugleich das wesentliche Element des Detektors. über eine Verbindung 22a l Der Oszillator 21 speist dle Antenne 22 mit Mikrowellen-Leistung. Die um die Doppler-Frequenz verschobenen reflektierten Signale gelangen von der Antenne 22 wieder zum Oszillator 21 und bewirken im Oszillator eine7 shows an embodiment of a detector that can be used in the device according to the invention. In this embodiment, the FET oscillator forms gate 21 is also the essential element of the detector. via a connection 22a l The oscillator 21 feeds the antenna 22 with microwave power. The reflected signals shifted by the Doppler frequency pass from the antenna 22 back to the oscillator 21 and cause one in the oscillator
Stromänderung entsprechend der Doppler-Frequenz. Diese Stromänderung führt zu einer entsprechenden Änderung der an einem Vorschalt-Widerstand 23 abfallenden Spannung, die durch eine Niederfrequenz-Schaltung wei-terverarbeitet wird (Anschlußklemmen 23a, 23b).Current change according to the Doppler frequency. This change in current leads to a corresponding change in the voltage drop across a series resistor 23, which is further processed by a low-frequency circuit (connecting terminals 23a, 23b).
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines geeigneten Detektors zeigt Fig.8. Dieser Detektor enthält als wesentliches Element eine Diode 24, die an einen Verzweiger 25 angeschlossen ist , über den die vom Oszillator 26 zugeführte Mikrowellen-Leistung auf die beiden Antennen 27 und 28 aufgeteilt wird. Die gesamten Verbindungsleitungen zwischen dem Oszillator 26 und den Antennen 27, 28 (einschließlich des hier als kreisringförmige Leitung ausgebildeten Verzweigers 25) sind in Mikrostreifen-Bauweise angeordnet.Another exemplary embodiment of a suitable detector is shown in FIG. 8. The essential element of this detector is a diode 24, which is connected to a branch 25, via which the microwave power supplied by the oscillator 26 is divided between the two antennas 27 and 28. The entire connecting lines between the oscillator 26 and the antennas 27, 28 (including the branch 25, which is designed here as an annular line) are arranged in a microstrip design.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Detektors (zur Erzeugung eines der Differenz zwischen der Sende-und Empfangs—Frequenz entsprechenden Ausgangssignales) ist in Fig.9 veranschaulicht. Hierbei findet als Detektor eine Schottky-Sperrschicht-Diode 29 Verwendung. Sie ist direkt an die in Mikrostreifen-Bauweise ausgeführte Leitung 30 angeschlossen, die mit der Antenne und dem Oszillator verbunden ist. Der andere Anschluß der Schottky-Sperrschicht-Diode 29 steht mit einem in gedruckter Schaltungstechnik ausge führten Tiefpaßfilter 31 in Verbindung, der die Dopplersignale durchläßt, die vom Oszillator erzeugten Mikrowellen dagegen unterdrückt. Das Dopp ler-Ausgangssignal kann an den Klemmen A, B abge nommen werden. Eine Induktivität 32 verhindert, daß Mikrowellen zum Anschluß A gelangen und hierdurch den Wirkungsgrad des Detektors beeinträchtigen.Another embodiment of a detector (for generating an output signal corresponding to the difference between the transmission and reception frequency) is illustrated in FIG. Here, a Schottky junction diode 29 is used as the detector. It is connected directly to the microstrip line 30 which is connected to the antenna and the oscillator. The other connection of the Schottky junction diode 29 stands out with a printed circuit led low-pass filter 31 in connection, which passes the Doppler signals, but suppresses the microwaves generated by the oscillator. The double output signal can be picked up at terminals A, B. An inductor 32 prevents microwaves from reaching port A and thereby impairing the efficiency of the detector.
Fig.10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbaren, in Mikro streifen-Bauweise ausgebildeten Antenne. Sie ist auf einer Isolierplatte 33 angeordnet, die zugleich auch den Träger für den Oszillator und den Detektor bildet. Die Antenne enthält zwei Antennenelemente 34, 35, die jeweils aus in entgegengesetzte Richtung weisenden streifenartigen Leitern bestehen und über einen gemeinsamen Anschluß 36 vom (nicht dargestellten) Oszillator mit Mikrowellen-Energie gespeist werden.Fig.10 shows an embodiment of a usable in the device according to the invention, formed in micro stripe design antenna. It is arranged on an insulating plate 33, which also forms the support for the oscillator and the detector. The antenna contains two antenna elements 34, 35, which each consist of strip-like conductors pointing in the opposite direction and are fed with microwave energy via a common connection 36 from the oscillator (not shown).
Fig.11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer in Mikrostreifen-Bauweise ausgebildeten Antenne, bei der die einzelnen Streifen der beiden Antennenelemete 37 und 38 um 90° gegeneinander versetzt sind. Hierdurch läßt sich eine kreisförmige Polarisation des Antennenstrahles erzielen.11 shows a further exemplary embodiment of an antenna constructed in microstrip design, in which the individual strips of the two antenna elements 37 and 38 are offset from one another by 90 °. In this way a circular polarization of the antenna beam can be achieved.
Fig.12 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Komponenten der Überwachungsvorrichtung in etwas anderer Weise auf der als gemeinsames Trägermaterial dienenden Isolierplatte 39 angeordnet sind als bei12 shows an exemplary embodiment in which the components of the monitoring device are arranged in a somewhat different way on the insulating plate 39 serving as a common carrier material than in the case of
Fig.3. Der Oszillator 7 und der Verbindungsabschnitt 9 (enthaltend eine Detektordiode sowie Leitungen zur Leistungsverzweigung) sind etwa in der Mitte der Isolierplatte 39 vorgesehen. Auf beiden Seiten dieser Schaltungsgruppe ist je eine Antenne 40 bzw. 41 angeordnet, wobei die Antennenelemente dieser Antennen um 90° gegeneinander versetzt sind, so daß sich eine kreisförmige oder elliptische Polarisation des Antennenstrahles erzielen läßt. Fig. 3. The oscillator 7 and the connecting section 9 (containing a detector diode and lines for power distribution) are provided approximately in the middle of the insulating plate 39. An antenna 40 or 41 is arranged on each side of this circuit group, the antenna elements of these antennas being offset from one another by 90 °, so that a circular or elliptical polarization of the antenna beam can be achieved.

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Vorrichtung zur Raumüberwachung mittels Doppler- Radar, enthaltend einen Mikrowellen-Oszillator, eine Sende-Empfangs-Antenne und einen Detektor, dadurch gekennzeichnet, daß Oszillator, Antenne, Detektor und die Verbin dungsleitungen dieser Elemente in Mikrostreifen- Bauweise (microstrip bzw. stripline) ausgebildet und auf demselben Trägermaterial angeordnet sind.1. Device for space monitoring by means of Doppler radar, containing a microwave oscillator, a transceiver antenna and a detector, characterized in that the oscillator, antenna, detector and the connec tion lines of these elements in microstrip design (microstrip or stripline ) are formed and arranged on the same carrier material.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Oszillator einen GaAs-Feldeffekt- Transistor enthält.2. Device according to claim 1, characterized in that the oscillator contains a GaAs field effect transistor.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Oszillator eine Gunn-Diode enthält.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the oscillator contains a Gunn diode.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Oszillator einen dielektrischen4. The device according to claim 1, characterized in that the oscillator is a dielectric
Resonator enthält.Contains resonator.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mikrostreifen-Antenne mit wenigstens zwei Antennenelementen, die über eine in Mikrostreifen- Bauweise ausgeführte Verzweigung an den Oszillator und an den Detektor angeschlossen sind.5. The device according to claim 1, characterized by a microstrip antenna with at least two antenna elements which are connected via a branching in microstrip design to the oscillator and to the detector.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der FET-Oszillator zugleich den Detektor bildet. 6. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the FET oscillator also forms the detector.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Detektor als Diodendetektor ausgebildet ist.7. The device according to claim 1, characterized in that the detector is designed as a diode detector.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß der Detektor eine Schottky-Sperrschicht- Diode enthält. 8. The device according to claim 7, characterized in that the detector contains a Schottky junction diode.
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