NL195080C - Vertragingslijn-frequentiediscriminator. - Google Patents

Description

« 1 195080 * Vertragingslijn-frequentiediscriminator

De uitvinding heeft betrekking op een vertragingslijn en een referentielijn, elk dienende voor het overdragen van een component van een radiofrequent signaal; ontkoppelmiddelen voor het vormen van deze compo-5 nenten; en een frequentie-instelorgaan.

Een dergelijke vertragingslijn-frequentiediscriminator is bekend uit US-A-4.387.347 en vindt toepassing in radarzenders. Een dergelijke radarzender kan deel uit maken van een doelzoeker die is aangebracht aan boord van een geleid projectiel, bijvoorbeeld een in de eindfase geleide, ballistisch gelanceerde bom.

Het is bijzonder gewenst dat een dergelijke radarzender kleine afmetingen en een lage kostprijs heeft, en 10 dus is het gebruik van integratie op grote schaal (LSI) van de elektronica gewenst. Microgolfbron-componenten die geschikt zijn voor LSI hebben in het algemeen een sterk niet-lineaire stuurspanning/ uitgangsfrequentiekarakteristiek. Dit leidt tot problemen wanneer het radaruitgangssignaal een repeterende frequentiezwaai (chirp) moet omvatten, waarbij de de frequentie variërende lineaire zaagtandgenerator wordt gebruikt om een microgolfbron aan te sturen, omdat dan de frequentie van het uitgangssignaal van de bron 15 niet lineair in de tijd zal zijn. De bron zou kunnen worden aangedreven met een spanningsgolfvorm die is aangepast om deze niet-lineariteit te compenseren, maar, in het bijzonder omdat de lineariteit van de bron af kan hangen van uitwendige parameters, zoals de antennebelasting, zal ook een ingewikkelde en tijdrovende instelling van iedere zender nodig zijn.

De uitvinding heeft tot doel de lineariteit van de bekende vertragingslijn-frequentiediscriminator te .

20 verbeteren.

De uitvinding voorziet hiertoe in een vertragingslijn-frequentiediscriminator van voomoemde soort, gekenmerkt, door middelen om elke component te splitsen in een signaal voor elk twee detectoren die de signalen vergelijken, waarbij het signaal voor elk van de beide detectoren een combinatie van de componenten is; een egaliseringsorgaan dat een signaal van de detectoren ontvangt om het ingangsvermogen op 25 een constant niveau te houden; een absorptie-orgaan om parasitaire straling te absorberen; en een orgaan dat bestemd is om gebruik te kaken van de reflecties van de detectoren teneinde de grootte van het lineaire gebied van de dicrimïnator te verbeteren.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de tekening onder verwijzing naar de figuren, hierin 30 toont: figuur 1 een blokschema van een zender in een open lus; figuur 2 een blokschema van een zender in een gesloten lus; figuur 3 een aanzicht in dwarsdoorsnede van een microstriplijn; figuur 4 een instelbare frequentiediscriminator met een egalisator; 35 figuur 5a een grafische weergave van de responsie van de diode 1 (D1); figuur 5b een grafische weergave van de responsie van de diode 2 (D2); figuur 5c een grafische weergave van de (D1-D2) responsie; figuur 5d een grafische weergave van de helling van figuur 5c; figuur 6a een grafische weergave van het vermogen versus de genormaliseerde frequentieresponsie van 40 de discriminator rond de uitgangen naar de diodes D1 en D2; figuur 6b een grafische weergave van de helling versus genormaliseerde frequentie van figuur 5c; figuur 7 een aanzicht in dwarsdoorsnede van een microstrip bedekt met een laag diëlektrisch materiaal; figuur 8 een bovenaanzicht van een resonantie aborptieorgaan in een microstripketen; en figuur 9 een aanzicht in persspectief van het resonantie absorptieorgaan volgens figuur 8.

45

Toekomstige ballistische wapens zullen “intelligente” radarsystemen vragen, met kleine afmetingen, een lage kostprijs en indien mogelijk gemakkelijk te fabriceren. De komst van de “surface mount” technologie en integratie op grote schaal van de elektronica heeft de ontwikkeling bevorderd van kleine zend/ ontvangstsystemen voor het millimetergebied met lage kostprijs.

50 De zendschijn/ontvanger voor het millimetergebied vormt een grote uitdaging met betrekking tot de lage kostprijs, de kleine afmetingen en de eenvoud van fabricage.

Een bijzonder probleem bestaat wanneer een trilling over een brede band noodzakelijk is met een een lineariteit in orde van 1%. De bron bezit een frequentie/spanningkarakteristiek die verre van lineair is (bijvoorbeeld ± 20% van ideaal) en is afhankelijk van de antenne-belasting en dergelijke. Dit sluit het het 55 vooraf vormen van de stuurspanning van oscillator uit omdat de instelvereisten complex zijn en de fabricagetijd vergroten. Het omlaag-converteren van het bronsignaal onder gebruikmaking van een laagfrequente discriminator in een gesloten lusconfiguratie vergroot de complexiteit en het volume van de ê 195080 2 zend/ontvanger. Een directe meting van de bronfrequentie kan worden uitgevoerd met een “eenvoudige” * vertragingslijndiscriminator die, wanneer deze als terugkoppelement in een gesloten lus gebruikt wordt, een lineaire trilling met een grote lineariteit zal verschaffen. De eenvoudige vertragingslijn-discriminator biedt een lage kostprijs, geringe afmetingen en kan gemakkelijk gefabriceerd worden.

5 Wanneer een open lusversterker zoals getoond is in figuur 1 een ingangssignaal 1 van een modulator 2 via een oscillator 3 uitzendt, bezit het uitgangssignaal 4 een niet-lineaire frequentie/tijdkarakteristiek. Dit is te wijten aan de niet-lineaire spanning-frequentiekarakteristiek van de oscillator hetgeen een basiseigenschap is van microgolfbronnen in het algemeen.

Om een lineaire frequentie-tijdskarakteristiek te verkrijgen kan een gesloten lusregeling gebruikt worden 10 om de niet-lineariteit van deoscillator te compenseren. Dit is in figuur 2 getoond. Het uitgangssignaal 5 van de modulator wordt via een verbinding 6 en een versterker 7 toegevoerd aan een oscillator 8. Een discriminator 9 en een andere versterker 10 dienen voor om in een terugkoppelus 11 het resulterende ingangssignaal bij te regelen opdat het uitgangssignaal 12 van de oscillator een lineaire frequentie-tijd/ karakterstiek heeft. De discriminator in de terugkoppellus kan de vorm hebben van een microstrip op een ' 15 dun substraat met een lage diëlektrische constante. Figuur 3 toont een microstrip-vertragingslijndiscriminator waarin de microstriplijn 13 een nominale substraatdikte H bezit van ongeveer 76 micrometer, een diëlektrische constante van ongeveer 2,1, een lijnbreedte W van 0,13 milimeter en een lijndikte T van 0,017 micrometer en die een karakteristieke impedantie van ongeveer 70 ohm bezit. Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm van de discriminator volgens de uitvinding. Deze bestaat in wezen uit twee afgetakte 20 lijnkoppelingen 14 en 15, een referentielijn 16, een vertragingslijn 17 en een paar mengdiose D1 en D2, die respectievelijk zijn aangegeven met de verwijzingscijfers 18 en 19. De vertragingslijn 17 en één van de mengdiodes, indien deze als fase-detector werkt, hebben gezamenlijk effect van een frequentiediscriminator.

Een radiofrequent (R.F.) ingangssignaal 20 wordt ongeveer gelijkelijk verdeeld tussen de referentielijn 16 en de vertragingslijn 17 door middel van de afgetakte lijnkoppeling 14. De vierde poort of de geïsoleerde 25 poort 21 is afgesloten met een aangepaste R.F. belasting 22. In een ideale discriminator zou in deze poort geen vermogen vloeien omdat deze op juiste wijze is afgesloten met de karakteristieke impedantie voor welke die inrichting ontworpen was. Echter, ten gevolge van onvolmaaktheden bij de fabricage van de keten en door reflecties van de diodes 18 en 19 is de aangepaste R.F. belasting gewenst. De splitsing van het vermogen is een functie van de impedanties van de takken. Deze impedanties zijn eveneens ingesteld om 30 een juiste aanpassing over het werkingsfrequentiegebied te houden. In het ontwerp van de discriminator zijn beide afgetakte lijnkoppelingen 14 en 15 ontworpen om de helft van het vermogen aan iedere aftakking te verschaffen (dat wil zeggen een 3dB koppeling). Het vermogen dat de koppeling 15 vanuit de referentielijn 16 binnengaat splitst zich ongeveer gelijk tussen de diodenpoorten 18 en 19. Op gelijke wijze wordt het R.F. signaal van het vertragingslijnpad 17 gelijkelijk verdeeld tussen de diodepoorten. De uitgangssignalen 40 en 35 41 van respectievelijk de diodes D1 en D2 zijn een functie van het fase-verschil tussen de vertragingslijn en de referentielijnpaden. De figuren 5a en 5b tonen de ideale diode uitgangsresponsies bij een wegverschil van 3,25 λί, waarin λ,_ gelijk is aan de microstripgolflengte, tussen de vertragingslijn en de referentielijn.

Figuur 5c toont de verschilresponsie en figuur 5d de helling van deze karakteristiek.

Van de microstripdiscriminator werd een model gemaakt onder gebruikmaking van bijvoorbeeld Super 40 Compact en het bij de diode 18 en 19 aankomende vermogen versus de genormaliseerde frequentie is in figuur 6a getoond. Figuur 6b toont het verschil van de verschilcurve van figuur 5c, welke een lineairiteitsper-centage van = 0,1% over een frequentieafwijking van + 0,002 f0 heeft, waarin f0 de centrale frequentie is van het frequentiegebied. De som van de diodes 18 en 19 is een maat voor de ingangsvermogenvariatie welke moet worden weggenomen om een correcte discriminatorkarakteristiek te verkrijgen. Bij vergelijking 45 met een spanningsrefentie wordt een foutsignaal afgeleid dat de shunt-egaliseringsdode 23 regelt en op die wijze het somsignaal egaliseert.

De mengdiodes 18 en 19 en de egaliseringsdiode 23 zijn aan de micro-striplijn aangepast door de respectievelijke open korte golflijnen 24, 25 en 26. De uitgangssignalen van de diodes 18 en 19 kunnen door respectievelijke laagdoorfilters 42 en 43 gefilterd worden.

50 In een ideaal systeem zou al het vermogen dat aankomt bij de diodes 18 en 19 geabsorbeerd en verwerkt worden. Echter, ten gevolge van aanpassingsproblemen en dergelijke wordt een gedeelte van het inkomende signaal terug gereflecteerd naar de koppeling 15 en vervolgens door het hele circuit heen en uiteindelijk terug naar de diodes 18 en 19. Dit maakt het ontvangen signaal gecompliceerder.

De gereflecteerde componenten kunnen toegevoegd worden aan of afgetrokken worden van de 55 hoofdsignalen die ontvangen worden door de diodes 18 en 19 om zo de grootte van het lineaire gebied van de discriminator te verbeteren. Om deze optelling of aftrekking mogelijk te maken moeten de gereflecteerde en handsignalen in fase zijn.

3 195080 * De egaliseringsdiode werkt als een verzwakker om het uitgangssignaal constant te houden. De huidige opstelling kan vervangen worden door een dubbele diode.

De R.F. belasting kan vervangen worden door een belastingsdiode, bijvoorbeeld een PIN diode die kan worden ingesteld om de gereflecteerde signalen te regelen zodat deze in fase kunnen zijn met het 5 hoofdsignaal en derhalve gebruikt kunnen worden om het lineaire gebied te vergroten.

De ketenpatronen van de discriminator zijn op het substraat vastgelegd onder gebruikmaking van conventionele fotolithografische technieken voor gedrukte schakelingen en zijn derhalve in principe goedkoop te produceren. De gebruikte mengdiodes zijn commercieel beschikbaar GaAs MOTT diodes. Een mogelijk substraat voor de discriminator is een 0,5 oz gerold koper RT-Duriod 5890, een zuiver, niet 10 versterkt PTFE laminaat.

In de vertragingslijn 17 van de discriminator kan men een diëlektrische frequentieregelaar plaatsen, waarmee F0 kan worden gevarieerd of tevoren ingesteld. Omdat de golflengte van de microstriplijn (Xl 1 gegeven wordt door de uitdrukking: v _ k° 15 l'Ve; waarin Ere=effectieve diëlektrische, constante λο= golflengte in de vrije ruimte, kan de effectieve diëlektrische constante vergroot worden door de microstriplijn 13 te bedekken met een diëlektrische deklaag 45. De analyse van een microstriplijn die bedekt 20 is met een laag verliesmateriaallaag, zoals getoond is in figuur 7 is bekend uit Bahl et al “Design of

Microstrip Antenna Covered with a Dielectric Layer” IEEE Trans, of Antennas and Propagation, Vol AP-30 No. 2 P314-318.

Het vergroten van de effectieve diëlektrische constante door de microstripvertragingslijn te bedekken met een diëlektrische laag vergroot de elektrische lengte en daardoor neemt de centrale werkfrequentie af. Met 25 een diëlektrische frequentie-instelling 28 zoals getoond in figuur 1, gemaakt uit bijvoorbeeld TPX (ER = 2,1) met eendikte van 0,53 mm die 30% van de microstripvertragingslijn 17 bedekt, maakt het mogelijk de frequentie te verlagen met = 4%. Een microstriplijn geeft een aanzienlijke straling af op ieder punt waar eén verandering optreedt in het elektrische veldpatroon hetgeen het geval is in een bocht of een discontuïteit, zoals een verandering in de lijnbreedte. De parasitaire straling van de microstripketen kan een storende 30 invloed uitoefenen op de eigenschappen van de discriminator, dat wil zeggen de lineariteit daarvan.

Een resonantie-absorptieorgaan 29 gemaakt uit bijvoorbeeld carbonylijzer/epoxihars kan over het microstripsubstraat geplaatst worden om het effect van de parasitaire straling te minimaliseren. De figuren 8 en 9 tonen aanzichten van het resonantie-absorptieorgaan 19 hetgeen in het algemeen een halfcirkelvormig kanaal is dat het ketenpatroon volgt, zoals getoond in het aanzicht in dwarsdoorsnede langs de lijnen x - x 35 in figuur 8.

Conclusie 40 Vertragingslijn-frequentiediscriminator omvattende een vertragingslijn en een referentielijn, elk dienende voor het overdragen van een component van een radiofrequent signaal; ontkoppelmiddelen voor het vormen van deze componenten; en een frequentie-instelorgaan, gekenmerkt door middelen om elke component te splitsen in een signaal voor elk twee detectoren die de signalen vergelijken, waarbij het signaal voor elk van de beide detectoren een combinatie van de 45 componenten is; een egaliseringsorgaan dat een signaal van de detectoren ontvangt om het ingangs- vermogen op een constant niveau te houden; een absorptie-orgaan om parasitaire straling te absorberen; en een orgaan dat bestemd is om gebruik te kaken van de reflecties van de detectoren teneinde de grootte van het lineaire gebied van de discriminator te verbeteren. 1 55

Claims (2)

195079 4 » Conclusies *

1. Werkwijze voor het repareren van een op oxide gebaseerd vuurvast lichaam door het opspuiten van een poedermengsel tegen een oppervlak van het lichaam bij verhoogde temperatuur en in aanwezigheid van 5 zuurstof, waarbij het poedermengsel vuurvaste oxidedeeltjes en brandstofdeeltjes bevat, die op exotherme wijze reageren met de zuurstof onder vorming van een vuurvaste oxide, waarbij de brandstofdeeltjes worden gekozen uit magnesium, aluminium, silicium en mengsels bestaande uit twee of meer van magnesium, aluminium en silicium, waarbij het poedermengsel als werkzaam bestanddeel voorts slechts siliciumcarbidedeeltjes bevat, met het kenmerk, dat de siliciumcarbidedeeltjes aanwezig zijn in een 10 hoeveelheid van 1 tot 10 gew.% betrokken op het poedermengsel.

2. Poedermengsel voor de reparatie van de op oxide gebaseerde vuurvaste lichamen, welk mengsel omvat: - 80 tot 95 gew.% vuurvaste deeltjes met daarin een vuurvast oxide; en - 5 tot 20 gew.% brandstofdeeltjes, die op exotherme wijze reageren met de zuurstof onder vorming van een vuurvast oxide, waarbij de brandstofdeeltjes worden gekozen uit magnesium, aluminium, silicium en 15 mengsels bestaande uit twee of meer van magnesium, aluminium en silicium, waarbij de vuurvaste deeltjes als werkzaam bestanddeel voorts slechts siliciumcarbidedeeltjes bevatten, met het kenmerk, dat de siliciumcarbidedeeltjes aanwezig zijn in een hoeveelheid van 1 tot 10 gew.% betrokken op het poedermengsel.