DE1247035B - Geraet zur Entfernungsmessung - Google Patents

Description

DEUTSCHES W7WW> PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT GOls

DeutscheKl.: 42 c-18

Nummer: 1247 035

Aktenzeichen: S 59670IX b/42 c J 247 035 Anmeldetag: 3.September 1958

Auslegetag: 10. August 1967

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Entfernungsmessung zum Empfang eines periodischen Signals vorbestimmter Art, z. B. einer Sinusschwingung, einem Sendeteil zur Aussendung eines Signals derselben Art, einer Phasenregelvorrichtung zur Herbeiführung einer Phasenverzögerung im Gerät zwischen Empfang und Aussendung der Signale sowie einem Phasenmesser zur Erzeugung einer vom Phasenunterschied zwischen empfangenen und gesendetem Signal abhängigen Regelspannung, durch die die Phasenregelvorrichtung gesteuert wird.

Ein Gerät dieser Art kann als Rückstrahler am entfernten Ende einer Meßstrecke verwendet werden. Das zurückgeworfene Signal, das z. B. einem Träger als Amplituden- oder Frequenzmodulation aufgedrückt sein kann, wird dann mit sehr viel größerer Stärke empfangen, als wenn nur ein passiver Reflektor am entfernten Ende vorhanden wäre, und man hat somit die Möglichkeit, mit demselben Leistungsaufwand viel größere Meßstrecken zu überbrücken.

Die Genauigkeit dieses Meßverfahrens hängt aber völlig von der genauen Frequenzgleichheit zwischen Sende- und Empfangssignal ab. Auch wenn kristallgesteuerte Oszillatoren zur Erzeugung der ausgesandten und der rückgestrahlten Meßschwingung verwendet werden, muß immer ein kleiner Frequenzunterschied zwischen den beiden Oszillatoren vorhanden sein. Je nach der Größe dieses Unterschiedes ist eine mehr oder weniger häufige Nachstellung der PhasenregeIvorrichtung erforderlich, um die Phasengleichheit zwischen den Schwingungen annähernd aufrechtzuerhalten.

Durch die Erfindung soll dieser Nachteil beseitigt werden.

Das Gerät ist nach der EiHndung gekennzeichnet durch eine an sich bekannte, automatisch umschaltende Schaltvorrichtung, die während vorbestimmter Meßintervalle die Phasenregelvorrichtung einschaltet und durch eine Bemessung der Trägheit der Phasenregelvorrichtung derart, daß sie den während der Meßintervalle bewirkten Phasenausgleich während der zwischen den Meßintervallen liegenden Regelintervalle als lineare Zeitfunktion fortsetzt.

Die Anordnung einer Phasenregelvorrichtung in einem einen Empfangs- und einen Sendeteil umfassenden Gerät zur Wiederausstrahlung eines empfangenen Signals ist an sich bekannt. Die bekannte Phasenregelvorrichtung dient dabei zur Einstellung einer Phasengleichheit zwischen Empfangs- und Sendesignal. Es ist auch bekannt, während bestimmter Regelintervalle eine Phasenregelvorrichtung zur Einstellung der gesamten Phasenverzögerung des Gerät zur Entfernungsmessung

Anmelder:

AGA Aktiebolag, Lidingö (Schweden)
Vertreter:

Dr. Frauke E. Trettin, Patentanwältin,
xo Frankfurt/M., Krögerstr. 5

Als Erfinder benannt:

Carl-Erik Granqvist, Lidingö (Schweden)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 14. September 1957 (8376)

Geräts zwischen Empfang und Sendung zu benutzen, wobei das Gerät während der Regelintervalle das eigene Signal empfängt. Es ist auch die Anordnung von automatischen Schaltvorrichtungen bekannt, durch die eine Phasenregelvorrichtung v/ährend vorbestimmter Regelintervalle zur Durchführung einer Phasenkorrektur eingeschaltet wird.

Von diesen bekannten Geräten unterscheidet sich das beschriebene Gerät dadurch, daß die Phasenregelvorrichtung zur Erzeugung einer zeitproportionalen Phasenverzögerung während der zwischen den Regelintervallen liegenden Meßintervalle ausgebildet ist.

Ausführungsformen der Erfindung sind in den F i g. 1 bis 4 dargestellt.

Das Gerät nach der Fig. 1 umfaßt einen Empfangsteil 10 zum Empfang eines einer Trägerfrequenz Z₁ aufgedrückten Signals, das einem Phasenmesser 11 zugeführt wird. Der Phasenmesser 11 empfängt auch über eine Phasenregelvorrichtung 12 die Ausgangsspannung eines Oszillators 13. Die Vorrichtung 12 dient zur Einstellung der Phase der Oszillatorspannung im Punkt 14, wodurch sie der Phase der Ausgangsschwingung des Empfängers 10 angeglichen wird. Danach wird ein Schalter 15 geschlossen, wodurch der Punkt 14 über einen Phasenverzögerer 16 mit einem Sendeteil 17 in Verbindung gesetzt wird. Der Sendeteil kann entweder mit der Trägerfrequenz Z₁ oder einer anderen Frequenz f₂ arbeiten. Bei geschlossenem Schalter 15 soll der Sendeteil auf der Frequenz Z₁ arbeiten. Der Verzöge-

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rer 16 wird so eingestellt, daß der Phasenmesser 11 Phasengleichheit anzeigt. Wenn die Phasenverzögerung zwischen Sende- und Empfangsantenne vernachlässigbar ist, bedeutet dies, daß die Phasenverzögerung innerhalb des Geräts bei Übertragung des Signals den Wert 0 hat. Am Ende des Regelintervalls wird die Sendefrequenz auf /, umgestellt, und die Ausgangsspannung des Oszillators 13 wird dann mit derselben Phase wie das empfangene Signal ausgesandt.

Die Phasenregelvorrichtung 12 kann auch einen kleinen Frequenzunterschied zwischen dem Oszillator 13 und dem empfangenen Signal ausgleichen, wenn sie so ausgebildet ist, daß sie eine zeitproportionale Phasen verzögerung erzeugt. Am einfachsten läßt sich dies bei sinusförmigem Signal verwirklichen, z. B. mittels eines Goniometers mit zwei festen, zueinander senkrecht stehenden Spulen, die mit einer beweglichen Spule induktiv gekoppelt sind, deren Lage dem Phasenunterschied zwischen Ausgangs- und Eingangsspannung entspricht. Die Ausgangsspannung wird von der beweglichen Spule abgenommen, und die Eingangsspannung wird mit einem Phasenunterschied von 90° den beiden festen Spulen zugeführt.

F i g. 2 zeigt ein Gerät mit automatischer Umschaltung zwischen Regel- und Meßintervall. Die Wiederholung einer Bezugsziffer bedeutet, daß es sich um eine genau gleiche Vorrichtung handelt, ein Strich deutet an, daß es sich um eine abgeänderte Form handelt.

Das Gerät nach F i g. 2 umfaßt einen Empfangsteil 10 zum Empfang eines Signals mit der Trägerfrequenz 3000 MHz, wenn das Gerät am fernen Ende der Meßstrecke steht und als Rückstrahler dient. Das Gerät kann auch am Meßpunkt verwendet werden, wobei die Arbeitsweise abgeändert wird, wie unten erläutert.

Wenn das Gerät zur Rückstrahlung dient, hat der Sendeteil 17' bei entsprechender Einstellung eines Schalters 22" eine Trägerfrequenz von 2700 MHz. Das Gerät arbeitet nach dem Überlagerungsprinzip und hat einen örtlichen Oszillator 18, der bei 2900 oder 2800 MHz schwingen kann. Die Umschaltung zwischen diesen beiden Arbeitsweisen geschieht durch einen Steueroszillator 19. Dieser erzeugt eine Rechteckwelle, die über einen Phasenumkehrer 22', dessen Funktion unten erläutert wird, dem örtlichen Oszillator zugeführt wird und die Umschaltung desselben zwischen den beiden Arbeitsweisen steuert. Der örtliche Oszillator kann z. B. ein Klystron sein, dessen Eigenfrequenz durch Änderung der Spannung der Reflektorelektrode geändert werden kann. Wenn die Zwischenfrequenzstufen auf 100 MHz abgestimmt sind, wird der Empfänger, wegen der Frequenzumschaltung des örtlichen Oszillators, abwechselnd auf 3000 und auf 2700 MHz ansprechen.

Die Ausgangsspannung des Steueroszillators 19 wird ferner den Torkreisen 20 und 21 zugeführt, von welchen der Kreis 20 während der Regelintervalle und der Kreis 21 während der Meßintervalle durchlässig ist. Die Ausgangsspannung des Empfängers wird über einen Phasenverzögerer 16' einem Phasenmesser 11' zugeführt. Dieser kann von der bekannten Art sein, bei der die Ausgangsspannung bei 90° Phasenunterschied zwischen den Eingangsspannungen den Wert 0 annimmt und bei einer Abweichung hiervon im wesentlichen proportional zur Abwei-

chung veränderlich ist. Der Phasenmesser 11' steuert den Phasenverzögerer 16' während des Regelintervalls, wodurch die dem Verzögerer 16' vom Phasenmesser zugeführte Spannung mit der Ausgangsspannung des Oszillators 13 gleichphasig wird. Die letztgenannte Ausgangsspannung gelangt zum Verzögerer durch die Regelvorrichtung 12 und einen Schalter 22, welcher, wenn das Gerät als Rückstrahler dient, in der in der Figur gezeigten Stellung 23 steht. Während der Meßintervalle gelangt die Ausgangsspannung des Phasenmessers 11' zur Vorrichtung 12 und steuert sie derart, daß Phasengleichheit zwischen der im Punkt 24 vorhandenen Spannung und der Ausgangsspannung des Verzögerers 16' besteht.

Das Gerät führt somit während des Regelintervalls eine automatische Steuerung der Phasenverzögerung innerhalb des Geräts durch den Verzögerer 16' herbei. Während des Meßintervalls findet eine Regelung der Phase der Ausgangsspannung des Oszillators 13 durch die Einwirkung der Phasenregelvorrichtung 12 statt. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, wie schon in der Einleitung hervorgehoben, daß sowohl der Verzögerer 16' wie auch die Regelvorrichtung 12 eine zeitproportionale Verzögerung herbeiführen kann, die auch während der passiven (nicht gesteuerten) Intervalle der entsprechenden Einheit 16' bzw. 12' wirksam bleibt. Dies ist mit einer Frequenzsteuerung gleichwertig, da eine mit der Zeit lineare Variation der Verzögerung der Vorrichtung 12 eine entsprechende konstante Änderung der Frequenz der Ausgangsspannung des Oszillators 13 am Punkt 24 herbeiführt. Die Art und Weise, in der dies mittels eines Goniometers durchgeführt werden kann, wird aus der folgenden Erörterung der Ausführungsform nach F i g. 3 ersichtlich werden.

Das Gerät nach F i g. 2 kann auch am Meßpunkt verwendet werden. Der Schalter 22" soll dann in der oberen in der Figur dargestellten Stellung stehen, bei der der Sendeteil 17' eine Trägerfrequenz von 3000 MHz hat. Zur gleichen Zeit wird die Einstellung des Phasenumkehrers 22' geändert, damit die Rechteckwelle dem örtlichen Oszillator mit umgekehrter Polarität zugeführt wird. Diese Abänderungen sind erforderlich, damit das Gerät während der Meßintervalle auf derselben Frequenz sendet, die das rückstrahlende Gerät am entfernten Ende gleichzeitig empfangen soll, und auf der rückgestrahlten Frequenz empfangen kann. Der Schalter 22 wechselt periodisch zwischen der Einstellung 23 während des Regelintervalls und der Einstellung 23' während des Meßintervalls.

Die Arbeitsweise des Geräts nach F i g. 2 bei Verwendung desselben am Meßpunkt ist folgende:

Während des Regelintervalls steht der Schalter 22 in der Lage 23, und die Verzögerung des Verzögerers 16' wird durch den Phasenmesser 11' so eingestellt, daß die Verzögerung innerhalb des Geräts einschließlich der durch eine etwaige Frequenzschwankung des Oszillators 18 herbeigeführten Verzögerung 0 wird.

Während des Meßintervalls steht der Schalter 22 in der Lage 23' und der Phasenmesser 11' steuert die Regelvorrichtung 12 derart, daß die resultierende Verzögerung über den ganz vom Signal durchlaufenen Übertragungsweg wieder 0 wird. Dieser Signalweg schließt nun die Meßstrecke sowie die Vor-

richtung 12 neben den schon während des Regelintervalls vorhandenen Einheiten mit ein, und es ergibt sich somit, daß diese hinzukommenden Teilwege auch eine Verzögerung vom Wert 0 aufweisen. Da die Verzögerung der Vorrichtung 12 bekannt ist, kann die der Meßstrecke leicht ermittelt werden.

Das in der F i g. 3 gezeigte Gerät ist im wesentlichen dem gemäß der F i g. 2 gleich, arbeitet aber mit Frequenzmodulation. Der Empfangsteil 10' hat eine Mischstufe, in der eine Frequenztransponierung stattfindet. Das Ausgangssignal des Empfangsteils wird einem Frequenzdetektor 25 bekannter Art zugeführt, dessen Ausgangsspannung über einen Verstärker 26 dem aus einem Goniometer bestehenden Phasenverzögerer 16' zugeführt wird. Statt der beiden Torkreise 20 und 21 nach F i g. 2 sind zwei Phasendetektoren 27 und 28 vorgesehen, die gleichzeitig als Torkreise arbeiten, da sie abwechselnd unter der Einwirkung des Steueroszillators 19 durchlässig werden. Die Steuerspannungen für die Detektoren 27 und 28 werden über Leiter 29 bzw. 30 zugeführt. Den Detektoren werden, außer vom Verzögerer 16', Eingangsspannungen von einem Punkt 31 zugeführt, an dem die Ausgangsspannung des Oszillators 13 nach Durchgang durch die ebenfalls aus einem Goniometer bestehende Regelvorrichtung 12 vorhanden ist. Die Ausgangsspannung des Phasendetektors 27 steuert einen Motor 32 zum Antrieb der beweglichen Spule 33 des Verzögerers 13'. In ähnlicher Weise steuert die Ausgangsspannung des Phasendetektors 28 einen Motor 34 zum Antrieb der beweglichen Spule 35 der Regelvorrichtung 12. Die Ausgangsspannung der Vorrichtung 12 gelangt über einen Schalter 36 bei der in der Figur dargestellten normalen Einstellung desselben zu dem als Sendeteil dienenden Klystron 17' und moduliert die Frequenzen desselben. Mit dem Schalter 36 wirkt ein zusätzlicher Schalter 36' zusammen, durch den bei normaler Einstellung desselben der Motor 34 mit der Spule 35 verbunden wird. Der Schalter 36 hat eine zweite Einstellung, bei der eine zusätzliche Phasenregelvorrichtung 39 eingeschaltet wird. Der Schalter 36' hat auch eine zweite Einstellung, bei der der Motor 34 mit der Vorrichtung 39 verbunden wird. Die genannten zweiten Einstellungen der Schalter 36 und 36' werden während des Meßintervalls verwendet, wenn das Gerät am Meßpunkt ist.

Der Steueroszillator 19 umfaßt zwei Trioden 37 und 37' in einer Multivibratorschaltung bekannter Art, bei der die Anode der einen Triode zum Steuergitter der anderen kapazitiv rückgekoppelt ist. Rechteckwellen entstehen an den Anoden und mit je einer von diesen stehen die beiden Leiter 29 und 30 in Verbindung. Die Rechteckspannung des Oszillators 19 wird dem örtlichen Oszillator 18, der auch ein Klystron ist, zugeführt, und führt einen Wechsel der Betriebsfrequenz desselben zwischen zwei Werten herbei, wie schon in Verbindung mit der F i g. 2 erwähnt wurde.

Die Arbeitsweise des Geräts nach F i g. 3 wird wohl in ihren Hauptzügen im Hinblick auf die im Zusammenhang mit der Fig. 2 erbrachte Erläuterung klar sein. Der Phasendetektor 27 wird durch den Oszillator 19 während des Regelintervalls in Betrieb gesetzt, und steuert den Motor 32, so daß dieser die Spule 33 einstellt oder mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit umdreht. Während dieses Intervalls hat der Oszillator 18 eine derart ge-

wählte Betriebsfrequenz, daß die vom Sender 17' ausgestrahlte Schwingung aufgenommen und im Frequenzdetektor 25 demoduliert wird. Sie gelangt danach über den Verstärker 26 zu den festen Spulen des Goniometers 16'. Durch diese Steuerung wird Phasengleichheit zwischen der Ausgangsspannung der Spule 33 und der des Oszillators 13 am Punkt 31 eingehalten. Eine etwaige Phasenschwankung innerhalb des Geräts, wie sie z. B. durch eine Frequenz-Schwankung des örtlichen Oszillators 18 oder in anderer Weise Zustandekommen kann, wird in dieser Weise ausgeglichen, und, vorausgesetzt, daß die genannte Phasenschwankung im wesentlichen linear mit Bezug auf die Zeit verläuft, wird der Ausgleich auch während der dazwischenliegenden Meßintervalle wirksam sein, wenn der Motor 32 eine hinreichende Trägheit hat, damit keine wesentliche Änderung der Geschwindigkeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meßintervallen stattfindet. Während des Meßintervalls ist der Phasendetektor 28 unter der Einwirkung des Steueroszillators 19 durchlässig und der Phasendetektor 27 undurchlässig. Der Phasendetektor 28 steuert nun die Phase der Ausgangsspannung des Oszillators 13 am Punkt 31 mit Hilfe des Motors 34 in ähnlicher Weise wie der Detektor 27, so daß die Phase in diesem Punkt mit der der Ausgangsspannung der Spule 33 übereinstimmt. Die letztgenannte Spannung gelangt zur Reflektorelektrode des Klystrons 17' um die rückgestrahlte Trägerfrequenz zu modulieren.

Das Gerät nach F i g. 3 kann auch in ähnlicher Weise wie das nach F i g. 2 am Meßpunkt verwendet werden. Der Schalter 36 soll dann während des Meßintervalls in der unteren Lage stehen. Außerdem müssen die Frequenzen des örtlichen Oszillators und des Sendeteils 17' in Übereinstimmung mit dem in Verbindung mit der F i g. 2 Gesagten abgeändert werden. Die Arbeitsweise des Geräts stimmt mit der an Hand der F i g. 2 erläuterten Arbeitsweise überein. Während des Meßintervalls wird die Verzögerung der Vorrichtung 39 durch den Detektor 28 in Abhängigkeit von der durch die Meßstrecke bewirkten Verzögerung eingestellt.

Die F i g. 4 zeigt eine abgeänderte Ausf ührungsform ohne örtlichen Oszillator, bei der der Sendeteil 17" durch den Steueroszillator 19 zwischen zwei Betriebsfrequenzen umgeschaltet wird. Das Empfangssignal gelangt vom Empfangsteil 10 über einen Phasenverzögerer 16' zum Phasendetektor 11', dem außerdem die Ausgangsspannung des Oszillators 13 über die Phasenregelvorrichtung 12 zugeführt wird. Ein paar Torkreise 20 und 21 werden durch den Steueroszillator 19' in derselben Weise, wie in Verbindung mit der F i g. 2 erläutert, gesteuert. Der Oszillator 19' ist jedoch insoweit abgeändert, als er normalerweise in der Empfangslage ist und nur nach Beendigung des durch den Empfangsteil 10 einkommenden Empfangssignals in seine für die Meßintervalle vorgesehene Lage gebracht wird. Dies wird dadurch bewirkt, daß am Ende des Empfangssignals ein an den Empfangsteil angeschlossener Detektor

39 betätigt wird, der seinerseits einen Auslösekreis

40 zur Erzeugung eines Auslöseimpulses beeinflußt. Dieser wird dem Steueroszillator 19' zugeführt, der dadurch das Regelintervall einleitet. Dieses Intervall bleibt während einer vorbestimmten Zeit bestehen, nach der der Steueroszillator 19' selbsttätig in die Normallage zurückkehrt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gerät zur Entfernungsmessung mit einem Empfangsteil zum Empfang eines periodischen Signals vorbestimmter Art, z. B. einer Sinusschwingung, einem Sendeteil zur Aussendung eines Signals derselben Art, einer Phasenregelvorrichtung zur Herbeiführung einer Phasenverzögerung im Gerät zwischen Empfang und Aussendung der Signale sowie einem Phasenmesser zur Erzeugung einer vom Phasenunterschied zwischen empfangenem und gesendetem Signal abhängigen Regelspannung, durch die die Phasenregelvorrichtung gesteuert wird, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte, auto- matisch umschaltende Schaltvorrichtung (19,21), die während vorbestimmter Meßintervalle die Phasenregelvorrichtung (12) einschaltet, und durch eine Bemessung der Trägheit der Phasenregelvorrichtung (12), derart, daß sie den während der Meßintervalle bewirkten Phasenausgleich während der zwischen den Meßintervallen liegenden Regelintervalle als lineare Zeitfunktion fortsetzt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsteil (10) zum Empfang einer modulierten Trägerfrequenz angeordnet ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsteil (10) während der zwischen den Meßintervallen liegenden Regelintervalle durch die Schaltvorrichtung

(19) auf den Empfang des vom Sendeteil (17) abgegebenen Signals umgeschaltet wird.

4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenregelvorrichtung (12) einen durch einen Motor angetriebenen Goniometer umfaßt, dessen Motor vom Phasenmesser (11) gesteuert wird.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit nach dem Überlagerungsprinzip arbeitendem Empfangsteil, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Sendeteil (17) vorhandener örtlicher Oszillator (18) während der Regelintervalle durch die Schaltvorrichtung (19) auf eine andere Betriebsfrequenz umgeschaltet wird.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Umschalter (22), in dessen Arbeitslage die Phasenregelvorrichtung (12) in den durch das Gerät gebildeten Signalweg eingeschaltet wird.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Phasenverzögerer (16'), der in dem vor dem Gerät gebildeten Signalübertragungsweg liegt und durch die Schaltvorrichtung (19, 20) während der Regelintervalle mit dem Phasenmesser (11') in Verbindung gesetzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2529510, 2604622, 634410.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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