DE1239128B - Transportables Radargeraet zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen - Google Patents

Description

DEUTSCHES ^g^V^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 42 ο-13/07

Nummer: 1239 128

Aktenzeichen: L 46051IX b/42 ο

1 239 128 Anmeldetag: 27. September 1961

Auslegetag: 20. April 1967

Es sind transportable Radargeräte zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen nach dem Dopplerprinzip bekannt, bei denen das durch Überlagerung der ausgesendeten Strahlung mit der reflektierten Strahlung entstandene Signal in einem Verstärker verstärkt und in Impulse gleicher Dauer und Amplitude von einer der Dopplerfrequenz entsprechenden Impulsfolgefrequenz umgewandelt wird und aus dieser Impulsfolge ein der Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportionales Anzeigesignal abgeleitet wird.

Eine derartige bekannte Schaltung gemäß der Veröffentlichung in der Zeitschrift »Wireless Engineer«, März 1956, S. 66 ff., sieht in der Empfängerschaltung eine Verstärkungsregelung in der Art vor, daß die Ansprechempfindlichkeit des Verstärkers mit wachsendem Eingangssignal zunimmt. Es ergibt sich dadurch eine nichtlineare Abhängigkeit der Verstärkung des Empfängers von der Größe des Eingangssignals, derart, daß bei weiter Entfernung des die Echosignale auslösenden Objektes die Echoimpulse infolge der niedrig eingestellten Ansprechempfindlichkeit keine für die Dopplerfrequenz maßgeblichen Empfangsimpulse auszulösen vermögen. Es findet vielmehr eine Wiedergabe erst statt, wenn sich die Echoimpulse hinreichend stark oberhalb des Empfangstörpegels befinden.

Eine andere im wesentlichen ähnlich arbeitende Radaranlage ist in der Zeitschrift »Electronics«, 1959, S. 48 ff., beschrieben und sieht vor, daß im Eingang des zur ersten Verstärker-Begrenzerstufe führenden Kreises eine Klammerschaltung vorgesehen ist, die vom Ausgang der Begrenzerstufe gesteuert wird und die Blockierung des Eingangskreises erst dann aufhebt, wenn das Ausgangssignal eine bestimmte Stärke erreicht hat.

Ein transportables Radargerät zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen nach dem Dopplerprinzip, bei dem das durch Überlagerung der ausgesendeten mit der reflektierten Strahlung entstandene Signal in einem Verstärker verstärkt und darauf einer Impulsformschaltung zugeführt wird, die Impulse gleicher Dauer und Amplitude und von einer der Dopplerfrequenz entsprechenden Impulsfolgefrequenz erzeugt, und aus dieser Impulsfolge ein der Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportionales Anzeigesignal abgeleitet wird, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß zwischen einem gegenüber Schwankungen der Betriebsspannungsquelle und der Umgebungstemperatur stabilisierten Vorverstärker und einem Leistungsverstärker eine Torstufe vorgesehen ist, die in gesperrtem Zustand die Weiter-Transportables Radargerät zur Bestimmung der
Geschwindigkeit von Fahrzeugen

Anmelder:

Laboratory for Electronics, Inc.,
Boston, Mass. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,
München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:
Bernard Joseph Midlock,
Norwalk, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerikavom 30. September 1960
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leitung des Dopplersignals blockiert und der von einer weiteren Schaltung eine Entsperrspannung zugeführt wird, wenn die Amplitude des Dopplersignals, das dieser Schaltung ebenfalls vom Vorverstärker zugeführt wird, einen bestimmten einstellbaren Wert übersteigt.

Die Erfindung sieht ebenfalls eine nichtlineare Abhängigkeit der Verstärkung von der Größe des Eingangssignals vor und verwendet zu diesem Zweck eine Torschaltung, die entweder, im geöffneten Zustand, die aus der Dopplerfrequenz abgeleitete Impulsfolge ungestört mit konstantem Verstärkungsfaktor der Anzeigevorrichtung zuführt oder, in blockiertem Zustand, vollständig unterdrückt.

Es werden auf diese Weise zur Geschwindigkeitsmessung nur Echoimpulse hinreichender Amplitude ausgenützt; kurzzeitige Verringerung der Empfangsamplitude der Echosignale bewirkt jedoch keine Sperrung des Anzeigegerätes, so daß eine im wesentlichen kontinuierliche Meßwertablesung durch das Wieder-

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gabeinstrument, welches als ein integrierendes, zeitmittelndes Wiedergabeinstrument ausgebildet ist, erfolgt.

Eine Radaranordnung, welche insbesondere den Zwecken der Verkehrsüberwachung dient, unterliegt besonderen Anforderungen hinsichtlich räumlichen Aufbaues und hinsichtlich des schaltungsmäßigen Aufbaues. Aus dem erstgenannten Grund ist es wünschenswert, Transistoranordnungen zu verwenden. Um die erforderliche hohe Meßgenauigkeit der zu bestimmenden Geschwindigkeit zu erzielen, unterliegt die Anordnung sehr strengen Bedingungen hinsichtlich Frequenzkonstanz.

Den vorgenannten Gesichtspunkten trägt die erfindungsgemäße Anordnung dadurch Rechnung, daß einerseits das Gerät als Transistorgerät ausgebildet ist, wodurch sich die gewünschte Raumökonomie ergibt, und andererseits das Stromversorgungsgerät gut stabilisiert ist, um den nachteiligen Einfluß von Schwankungen der Betriebsstromquelle auf die Frequenzkonstanz zu vermeiden.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf drei Figuren erläutert.

Von den zur Wiedergabe gelangenden drei Figuren bezeichnet F i g. 1 ein Blockschaltbild der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des dreistufigen Verstärkers zum Verstärken des Dopplersignals, wobei die Steuerstufe und der Torkreis und einige andere Stufen in Blockform dargestellt sind,

F i g. 3 eine Fortsetzung der Anordnung gemäß F i g. 2, wobei die in F i g. 2 in Blockform dargestellten Teile schematisch wiedergegeben sind.

F i g. 1 zeigt in Form eines Blockschaltbildes ein erfindungsgemäßes Gerät unter Ausschluß des Stromversorgungsteiles. Eine Sender- und Empfängerstufe 1 ist ähnlich wie eine Sirene oder ein Scheinwerfer in einem zylindrischen an dem Kraftwagen befestigbaren Gehäuse vorgesehen; das eine Ende des Zylinders ist abgeschlossen, und das andere Ende ist mit einem Deckel 2, aus dielektrischem Polystyrol Kunststoff bestehend, verschlossen, wobei der Deckelteil linsenartig gekrümmt ist und so ausgebildet ist, daß er dem Luftdruck bei der Fahrt des Fahrzeuges widersteht.

Hochfrequenzwellen FT von ungefähr 10525 Megahertz werden durch den Deckel 2 abgestrahlt. Ein geringer Teil der abgestrahlten Wellen wird von dem Deckel zurück auf den Empfängerteil 1 reflektiert, wo diese Wellen als Überlagerungsfrequenz für die Kristallmischstufe des Empfängers dienen.

Durch den Dopplereffekt veränderte reflektierte Wellen FR werden von dem Fahrzeug auf den Empfänger zurückreflektiert und haben einen Frequenzunterschied, der von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängt. Die WellenFi? und FLO bewirken Schwebungen in der Kristallmischstufe des Empfängers und liefern ein WechselstromsignalD als Ausgangssignal, dessen Frequenz der Dopplerverschiebung entspricht und von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängt.

Die Dopplerfrequenz D wird im nachstehenden als Niederfrequenz bezeichnet, wobei zu beachten ist, daß diese Niederfrequenz unterhalb des Tonbereiches liegen kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der als Sendefrequenz eine Schwingung von 10525 MHz zur Anwendung gelangte, betrug die Dcyplerfrequenz

ungefähr 31,3 Hz für ein sich mit einer Geschwindigkeit von 1,6 km/Std. bewegendes Fahrzeug. Zur Anzeige von Fahrzeugen einer Geschwindigkeit vor 1,609 bzw. 16,09 bzw. 160,9 km/Std. ergeben siel dann Niederfrequenzsignale von 31,3 bzw. 313 bzw 3130 Hz. Die Anwendung einer anderen Sendefrequenz liefert einen anderen Niederfrequenzbereich und die Anzeige von Eisenbahnzügen oder Flugzeugen im Gegensatz zu Kraftfahrzeugen macht die Anwendung unterschiedlicher Sendefrequenzen odei unterschiedlicher Niederfrequenzbänder zweckmäßig Diese Erscheinungen sind indessen bekannt und bilden nicht Gegenstand der Erfindung.

Die Niederfrequenzschwingung wird in F i g. 1 durch einen Transistorverstärker 3 verstärkt, welchei in bezug auf Amplitudenschwankungen und Schwankungen der Temperatur oder der Betriebsspannung, wie sie im Betrieb auftreten können, stabilisiert ist.

Das stabilisierte Niederfrequenzsignal, welches aui der Leitung 4 auftritt, wird einem normalerweise gesperrten Transistor-Torkreis zugeleitet, wobei dieser Torkreis die Weiterleitung des für die gemessene Geschwindigkeit maßgeblichen Niederfrequenzsignals zuläßt, wenn eine Entsperrung durch Zuführung eines Niederfrequenzsignals geeigneter Stärke erfolgt. Solche Torkreise bewirken, daß unerwünschl schwache Signale nicht wiedergegeben werden.

Dopplersignale von Fahrzeugen, die sich außerhalb des gewünschten Arbeitsbereiches des Gerätes befinden, haben eine unzureichende Amplitude und bewirken nicht die EntSperrung des Torkreises. Nui Dopplersignale hinreichend hoher Amplitude, die geeignet sind, zuverlässige Geschwindigkeitsmeßwerte zu liefern, werden durch den Torkreis weitergeleitet. Auch schwache Signale, die beispielsweise von einem schwankenden Baum herrühren können, werden unterdrückt.

Das stabilisierte Niederfrequenzsignal auf dei Leitung 4 steuert eine durch die unterbrochene Linie umgrenzte Torschaltung, welche in einstellbarei Weise so vorgespannt ist, daß nur Niederfrequenzsignale bestimmter Amplitude die Torschaltung entsperren. Die Größe des Niederfrequenzsignals is1 durch die Verstärkung des Verstärkers 3 bestimmt Die Torschaltung umfaßt einen Transistorverstärkei und Gleichrichter 6, der von dem über die Leitung 4 zugeführten Signal gesteuert wird und einen Transistormultivibrator 7 steuert, dessen Signal über eine Klammerschaltung 15 geleitet wird. Die Klammerschaltung 15 wird so betrieben, daß normalerweise Geschwindigkeitssignale daran gehindert werden, durch die Stufe 5 zu gelangen. Kommt die Torschaltung in Tätigkeit, so wird die Klammerschaltung geöffnet, so daß ein Signal durch die Stufe 5 gelangen kann. Dieses Öffnen einer Torschaltung dauert über die Länge eines Eingangssignals.

Wird ein Niederfrequenzsignal hinreichende! Amplitude, entsprechend der Verstärkung des Verstärkers, geliefert, so werden ein Transistorverstärkei und Gleichrichter 6 und ein Multivibrator 7, weld letzterer die Klammerstufe 15 steuert, in Tätigkeil gesetzt, und es wird die Torstufe 5 geöffnet, indeir die Spannung auf der Leitung 14 so weit verringert wird, daß das Niederfrequenzsignal in der Stufe £ verstärkt werden und an eine Amplitudenbegrenzstufe 9 geliefert werden kann.

Die Amplitudenverstärkerstufe 9 besteht aus einei Zenerdiode, welche die eine Hälfte der Nieder-

frequenzwelle in der Stromrichtung abschneidet und die andere Hälfte der Welle bei einer durch die Charakteristik der Zenerdiode bestimmten Spannung abschneidet.

Das Ausgangssignal der Amplitudenbegrenzerstufe auf der Leitung 10 besteht im wesentlichen aus einer Folge rechteckiger Wellenimpulse konstanter Amplitude, die eine Frequenz haben, welche von der Geschwindigkeit des gemessenen Fahrzeugs abhängt.

Diese Impulsfolge gelangt dann durch ein auf die Frequenz ansprechendes Netzwerk 11, welches an der Leitung 12 ein Ausgangssignal liefert, das proportional der Eingangsfrequenz ist. Dieser Strom steuert ein Meßinstrument und/oder ein Registriergerät 13 zu dem Zweck, eine optische oder eine graphische Anzeige der Geschwindigkeit zu bewirken.

Der zum Empfang der Dopplergeschwindigkeitssignale vorgesehene Transistorverstärker arbeitet mit einer Niederfrequenz bis zu 3130 Hz. Das Ausgangssignal des Verstärkers steuert ein Meßinstrument oder ein graphisches Registriergerät zu dem Zweck, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzugeben.

Da die Dopplerverschiebung des Eingangssignals proportional der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist, ist der Verstärker so bemessen, daß er Niederfrequenzen des Bereichs von 10 bis 3130 Hz verarbeitet.

Es wird eine auf Frequenzen ansprechende Diskriminatorstufe verwendet, welche dem Meßinstrument bzw. dem Registriergerät ein Signal liefert, das proportional der Frequenz ist, so daß die genannten Anzeigegeräte entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeugs geeicht sein können.

Es ist wünschenswert, daß eine Auswahl der Fahrzeuge in Abhängigkeit der Zeit oder des Abstandes auf der Straße und entsprechend ihrer Geschwindigkeit erfolgt. Dementsprechend hat der Verstärker eine Verstärkungscharakteristik, welche mit der Frequenz zunimmt, so daß, wenn es sich um langsame und um hohe Geschwindigkeiten der Fahrzeuge handelt, das den Fahrzeugen hoher Geschwindigkeit entsprechende Signal stärker verstärkt wird als das Signal, welches den niedrigen Geschwindigkeiten entspricht.

Eine als Torschaltung betriebene Transistortreiberstufe leitet das Signal, welches der Verstärker abgibt, an eine Amplitudenbegrenzerstufe und von derselben zu einem die Frequenz bestimmenden Netzwerk und zu dem Registriergerät. Die Torstufe ist normalerweise gesperrt, so daß in einem solchen Fall ein niederfrequentes Geschwindigkeitssignal das Meßinstrument nicht erreicht. Wenn indessen die Signale einen vorgegebenen Amplitudenwert überschreiten, so wird die Torstufe geöffnet, und es gelangen die Geschwindigkeitssignale über die Treiberstufe zu dem Meßinstrument. Das Resultat dieser Anwendung einer Torschaltung besteht darin, daß zwischen Fahrzeugen hoher Geschwindigkeit und niedriger Geschwindigkeit bei im wesentlichen gleicher Entfernung vom Sender unterschieden wird und das Signal hoher Fahrzeugsgeschwindigkeit die Torstufe entsperrt, so daß die Signale hoher Fahrzeugsgeschwindigkeit dem Meßinstrument zugeführt werden.

Ein weiterer Vorteil der nichtlinearen Verstärkungscharakteristik liegt darin, daß eine geeignete Zeit zum Ablesen der Signale hoher und niedriger Fahrzeugsgeschwindigkeiten geliefert wird. Ein Fahrzeug hoher Geschwindigkeit liefert normalerweise ein

reflektiertes Signal kürzerer Ablesezeit. Dadurch, daß eine höhere Verstärkung für hohe Fahrzeugsgeschwindigkeiten vorgesehen ist, können solche Fahrzeuge in einem weiteren Abstand von dem Sender festgestellt werden als Fahrzeuge niedriger Geschwindigkeit, so daß im ganzen betrachtet die Ablesezeit für Fahrzeuge hoher Geschwindigkeit und solche niedriger Geschwindigkeit wesentlich verbessert wird. Handelt es sich um Fahrzeuge im wesentlichen

ίο gleicher Geschwindigkeit, so liefert das Fahrzeug, welches sich der Sendeantenne näher befindet, ein Signal größerer Amplitude, und dementsprechend wird die Torstufe und die Treiberstufe entsperrt für die Zwecke der Aufzeichnung eines Signals auf der Meßvorrichtung, sofern das Fahrzeug hinreichend nahe ist und ein für das Entsperren der Torstufe hinreichend starkes Signal liefert. Die vorstehende Wirkungsweise ergibt sich in gleicher Weise, wenn Fahrzeuge sich der Sendeanordnung nähern oder sich von ihr entfernen.

Es soll nunmehr die Wirkungsweise der Verstärkeranordnung und der derselben zugeordneten Stufen gemäß F i g. 2 und 3 beschrieben werden. Ein Wechselstromsignal von einer der DoppIerverschiebung entsprechenden Frequenz tritt an den Klemmen 100 und der gemeinsamen Klemme 101 der vorgeschalteten Diodenmischstufe auf. Die Frequenz hängt von der Geschwindigkeit des untersuchten Fahrzeugs ab.

Die Klemme 101 ist mit der Basiselektrode eines PNP-Transistors T-I verbunden. Der Transistor T-I kann von der Type 2N654 sein und ist so vorgespannt, daß er im Α-Betrieb arbeitet und normalerweise stromleitend ist. Die Α-Vorspannung wird von einem Parallelwiderstand der Spannungsquelle von — 8,8 V über die Leitung 102 und die Widerstände

103 104, 105 und 106 abgeleitet. Die negative Vorspannung der Basiselektrode des Transistors T-I sowie der im Emitterzweig liegende Widerstand 108 bewirken, daß der Transistor T-I normalerweise stromführend ist und als A-Verstärker wirkt.

Der Parallelwiderstand 102 bis 106 dient einer vierfachen Funktionsweise zu dem Zweck, eine hohe Transistorstabilität zu erreichen. Erstens wird, wie bereits erwähnt, die Vorspannung für die Basiselektrode des Transistors Γ-l geliefert. Da der Widerstand

104 auch die Impedanz des Kollektorkreises ist, so liegt darin eine zweite Funktionsweise der Widerstandsparallelschaltung in bezug auf eine gleichstrommäßige Stabilisation.

Nimmt man beispielsweise an, daß die Betriebsspannung an der Leitung 102 zunimmt, so nimmt sowohl die Kollektorspannung als auch die Spannung der Basiselektrode des TransistosT-I zu, so daß dadurch die Tendenz der Vergrößerung des Transistorstromes sich ergibt. Eine Vergrößerung der Leitfähigkeit des TransistoreT-I bewirkt aber ein größeres Spannungsgefälle am Widerstand 104, so daß die Spannung der Basiselektrode des Transisters T-I im wesentlichen konstant bleibt, auch wenn die Spannung der Betriebsstromquelle schwankt. Infolgedessen bleibt der durch den TransistorT-I fließende Strom im wesentlichen unverändert, und es ist der Transistor in bezug auf Spannungsschwankungen der Betriebsstromquelle stibilisiert.

Der erwähnte Parallelstromkreis äußert sich ferner darin, daß eine Kompensation des Einflusses von Temperaturschwankungen erfolgt. Wenn die Um-

gebungstemperatur höher wird, so hat der Transistor T-I die Neigung, stärkeren Strom zu führen, weil die Moleküle des Halbleiters thermisch stärker erregt werden. Eine solche Zunahme des Stromflusses durch den Widerstand 104 verringert aber die Spannung der Basiselektrode, welche sich an dem Widerstand 106 ausbildet, so daß der Strom durch den Transistor geringer wird. Das Gesamtergebnis ist, daß der Transistorstrom im wesentlichen konstant bleibt in bezug auf Schwankungen der Temperatur. Es wird ferner in der Schaltung der Kriechstrom von der Kollektorelektrode zur Basiselektrode verringert.

Viertens hat die Parallelschaltung der Widerstände die Folge, daß ein Stromweg für eine negative niederfrequente Rückkopplung von der Kollektorelektrode zur Basiselektrode sich ergibt, so daß der Niederfrequenzverstärker für alle Frequenzen etwas gegengekoppelt ist. Da die Verstärkung von Transistoren und deren Charakteristik Streuungen aufweisen, auch wenn die Transistoren vom selben ao Hersteller stammen, und ferner die Verstärkung mit der Temperatur zunimmt, bewirkt eine derartige Gegenkopplung eine Stabilisierung der Wechselstromverstärkung und gestattet ein Ersetzen von Transistoren, ohne daß dabei in stärkerem Maße die Stromkreise betroffen sind.

Die Kapazität 107 ist parallel zur Emitter-Basis-Elektrodenstrecke geschaltet, und der Widerstand 108 und die Kapazität 109 sind im Emitterzweig vorgesehen.

Die Kapazität 107 hat einen niedrigen Wert, beispielsweise 0,001 μΡ, so daß ein Nebenschluß für Hochfrequenzschwingungen gebildet wird, die an der KlemmelOl auftreten können, während gleichzeitig die Niederfrequenzverstärkung nicht beeinträchtigt ist. Es werden auf diese Weise Störungen durch Polizeifunk und andere Hochfrequenzsender unterdrückt.

Die Kapazität 109 ist beträchtlich groß, beispielsweise 100 nF, und wirkt als Niederfrequenznebenschluß. Der Widerstand 108 bildet eine kleine Emitterimpedanz, wodurch sich eine kleine Gleichspannung für den A-Basiselektrodenbetrieb ergibt, und ferner wirkt dieser Widerstand kompensierend in bezug auf Temperaturschwankungen; eine Stromzunähme, bedingt durch Temperaturschwankungen, erhöht das Spannungsgefälle an diesem Widerstand, und es ergibt sich auf diese Weise eine zusätzliche Basiselektrodenvorspannung des Transistors T-1, durch die der Stromfluß verringert wird.

Der Grund für die Spannungs- und Temperaturkompensation ergibt sich daraus, daß die Betriebsspannung von der Batterie des Fahrzeugs entnommen wird, die hinreichend gut für die Zwecke des Kraftfahrzeugs stabilisiert ist, aber nicht hinreichend für das Arbeiten eines angeschlossenen elektronischen Apparates.

Es ist ferner das elektronische Gerät Temperaturschwankungen je nach der Jahreszeit unterworfen, wenn es sich um ein ortsbewegliches Gerät handelt.

Bei Anwendung von Vakuumröhren sind diese Erscheinungen von geringerer Bedeutung, und der Heizfaden einer Vakuumröhre wird hinreichend geheizt, gleichgültig ob das Wetter kalt oder warm ist.

Bei Transistoren aber hat man kein Heizelement, und es wird vielmehr die Wärme, die sich bildet, zum Schutz des Transistors durch Abstrahlung beseitigt; die molekulare Aktivität des Transistor-

materials und die Kriechströme sind ferner stark vor Temperaturschwankungen abhängig, und auf dies£ Weise ist eine besondere Technik für den zur Anwendung gelangenden Verstärker im vorliegenden Fall erforderlich.

Die Kapazität 110 begrenzt das Niederfrequenzband des Niederfrequenzverstärkers, so daß Frequenzen oberhalb etwa 3130 Hz zu dem gemeinsamen Massepunkt abgeleitet werden.

Das der Kollektorelektrode des Transistors T-I entnommene Ausgangssignal wird über die koppelnde Kapazität 111 dem Bereichschalter 112 zugeleitet. Der Bereichschalter 112 hat drei Stellungen für kurze Entfernung und für mittlere Entfernung und für weite Entfernung des zu messenden sich bewegenden Fahrzeugs, und es wird durch den Schalter mehr oder weniger Widerstand durch Einschalten der Widerstände 113 und 114 in den zur Einstellung der Verstärkung dienenden Potentiometerzweig 116 eingeführt. Der Abgriff 116 des Potentiometers 115 und die Kapazität 117 koppeln das Niederfrequenzsignal an die Basiselektrode des Transistors T-2.

Die Schaltungsanordnung des Transistors T-2 ist im wesentlichen die gleiche wie die des Transistors T-1. Es weist aber der Transistor T-2 keinen Bereichschalter auf, sondern sein Ausgangssignal wird direkt über die Kapazität 118 der Basiselektrode des Transistors T-3 zugeführt.

Die Kapazität 119 ist zwischen dem gemeinsamen MassepunktlOl und dem Verbindungspunkt des Widerstandes 103 mit dem Kollektorwiderstand 120 eingeschaltet, so daß die Kollektorelektrode gegenüber Wechselspannungen der Betriebsstromquelle entkoppelt ist. Solche Schwankungen der Spannung der Betriebsstromquelle können auftreten, weil mehrere Verstärkerstufen an die gemeinsame Spannungswelle angeschlossen sind; eine Rückkopplung solcher Stufen könnte Schwingungen erzeugen, wenn nicht entsprechende Entkopplungsmittel vorgesehen sind.

Da Transistoren mit niedriger Spannung arbeitende Stromverstärker sind, unterscheidet sich der Transistor T-3 in seiner Schaltungsweise gegenüber den Transistoren T-I und T-2 dadurch, daß in dem Kollektorzweig ein aufwärts transformierender Transformator 126 vorgesehen ist, der ein Ausgangssignal von ungefähr 100 V Spitzenspannung liefert.

Der Vorteil der Transformatorkopplung liegt darin, daß eine geeignete Impedanzanpassung erzielt wird und die gewünschte Stromverstärkung oder Spannungsverstärkung erreicht wird. Die Verstärkungszunahme durch Anwendung des Transformators gestattet es, weniger Transistorverstärker vorzusehen, was eine Kostenersparnis und eine geringere Anzahl der erforderlichen Verstärkungsmittel zur Folge hat.

Der Außenstromkreis des Transistors T-3 umfaßt die Widerstände 121, 122 und 125, im übrigen aber ist die Schaltungsweise des Transistors T-3, von dem Transformator abgesehen, die gleiche wie die der vorausgehenden Transistoren.

Die Primärwicklung des Transformators 126 ist an die Kollektorelektrode des Transistors T-3 angeschlossen, und die Sekundärwicklungen führen zu der als Treiberstufe wirkenden Torschaltung und von dort zu dem Leistungsverstärker und ferner zu der Torschaltung zu dem Zweck, daß an das Gerät ein Ausgangsmeßinstrument oder Registriergerät zur Wiedergabe der Geschwindigkeit des zu bestimmenden Fahrzeuges angeschlossen wird.

Abgesehen davon, daß der Transformator 126 die Ausgangsspannung des Transistors Γ-3 vergrößert, hat das Ausgangssignal auch die Eigenschaft, wegen der induktiven Kopplung mit der Frequenz zuzunehmen. Es wäre wünschenswert, einen idealen Transformator zu haben, dessen Ausgangssignal proportional zur Frequenz zunimmt, während der Belastung des Transistors T-3 ergibt sich aber ein gewisser Abfall des Ausgangssignals bei höheren Frequenzen. Aus diesem Grund ist eine Rückkopplung über den Widerstand 123 zur Basiselektrode des Transistors Γ-3 gebildet, so daß diese Gegenkopplung die Verstärkung im mittleren Frequenzgebiet der Frequenzcharakteristik verringert. Hierin liegt auch der Grund für die Gegenkopplung bei den Transistoren 1, 2, 6 und 7.

Der Widerstand 122 und die Primärwicklung des Transformators 126 und der Widerstand 123 bilden einen Spannungsteiler, der die Stärke der Gleichspannungsstabilisation und der Temperaturstabilisation bestimmt, und ferner wird dadurch die Wechselstromgegenkopplung von der Kollektorelektrode zur Basiselektrode zwecks Unterdrückung unerwünschter Verstärkungsspitzen bestimmt.

Die Sekundärwicklung des Transformators 126, die in F i g. 4 mit der als Torkreis wirkenden Treiberstufe und der aus dem Verstärker 5 und Gleichrichter 6 und dem Multivibrator 7 und der Klammerstufe 15 bestehenden Torschaltung und dem Leistungsverstärker 8 und der Begrenzerstufe 9 und dem der Frequenzmessung dienenden Netzwerkll und dem Meßkreis 13 verbunden ist, ist in F i g. 3 im einzelnen mit diesen Ausgangsstufen dargestellt.

In F i g. 3 weist die Sekundärwicklung des Transformators 126 eine Mittelanzapfung 127 und zwei Ausgangsklemmen 128 und 129 auf. Der Mittenabgriff ist mit einer beispielsweise eine Vorspannung von —1,47 V liefernden Spannungsquelle verbunden. Diese Spannungsquelle besteht aus den zwischen der Klemme 102 und dem Erdungspunkt angeordneten Widerständen 181, 182. Die Klemme 128 ist mit der Basiselektrode des als Treiberstufe wirkenden Transistors Γ-4 verbunden, und zwar über einen kleinen Vorwiderstand; der Transistor Γ-4 ist durch die negative Spannung an dem Abgriffspunkt 127 im Sinne der Stromleitung vorgespannt.

Die Kollektorimpedanz 154 des als Klammerstufe wirkenden Transistors Γ-5 ist an die Klemme 102 angeschlossen. Aus diesem Grund liegt die Emitterelektrode des Transistors Γ-5 oberhalb der Spannung des Erdungspunktes, und es wird im Sinne der Sperrung die Emitterelekrode des Transistors T-4 vorgespannt. Es ergibt sich so eine Klammerwirkung in bezug auf den Transistor T-4, und derselbe wird bei Abwesenheit eines Wechselstromsignals an der Leitung 128 des Transformators 126 gesperrt.

Es können indessen auch die Kollektorelektroden der Transistoren T-4 und Γ-5 miteinander verbunden sein und an die Primärwicklung des Transformators 146 angeschlossen sein, wobei der Widerstand 154 in Fortfall kommt.

Die Torschaltung umfaßt den als Torstufe wirkenden Transistorverstärker Γ-7 und den Gleichrichter 140, den Multivibrator Γ-8 bzw. T-9 und die Klammerstufe T-5.

Wenn ein Wechselstromsignal durch den Transformator 126 erzeugt wird, wird ein Teil dieses Signals der Basiselektrode des als Torstufe wirkenden Transistors Γ-7 zugeführt. Dieser Stromkreis führt von dem Abgriffspunkt 127 der Sekundärwicklung des Transformators 126 über das zur Einstellung der Torwirkung dienende Potentiometer 130 zurück zur Leitung 129 des Transformators 126. Der Potentiometerabgriff 131 koppelt einen Teil des Wechselstromsignals an die Basiselektrode des Transistors T-7.

Das Potentiometer 130 gestattet eine Einstellung des dem Transistor T-7 zugeführten Eingangssignals, ίο Wenn das Wechselstromeingangssignal des Transistors T-7 verringert wird, so spricht das Gerät auf Fahrzeuge an, die eine bestimmte Minimalgeschwindigkeit überschreiten, oder nur auf Fahrzeuge, die innerhalb eines bestimmten Entfernungsbereiches liegen; Fahrzeuge höherer Geschwindigkeit erzeugen ein .größeres Signal an dem Transformator 126, und Fahrzeuge, welche der Antenne näher sind, liefern eine größere Signalamplitude, wenn sie sich dem Gerät nähern oder sich von demselben entfernen,
ao Ein monostabiler Multivibrator besteht aus den Transistoren T-8 und T-9, die eine gemeinsame Emitterimpedanz 132 und getrennte Kollektorimpedanzen 133 und 134 haben.
Die aus den Widerständen 133, 135 und 136 bestehende Widerstandskombination bewirkt auch die Kopplung des Ausgangssignals des Transistors Γ-8 mit dem Eingangskreis des Transistors T-9.

Im Ruhezustand führt der Transistor T-9 Strom, weil eine negative Spannung sich an dem Widerstand 136 ausbildet. Die an der Emitterelektrode 132 sich ausbildende Spannung, die durch den Strom des Transistors T-9 zustande kommt, verhindert, daß der Transistor Γ-8 Strom führt, wie dies bei monostabilen Multivibratoren üblich ist.
Wenn das Echosignal eines Fahrzeuges, welches eine hinreichend hohe Amplitude hat, aufgenommen wird, so ergibt sich ein Wechselstromsignal an der Basiselektrode des Tortransistors T-7, und das Signal wird über den Transformator 139 und den Gleichrichter 140 in eine negative Gleichspannung umgewandelt, welche sich an der aus dem Widerstand 141, der Kapazität 142 und der Serienschaltung des Widerstandes 143 und des Thermistors 144 bestehenden Parallelschaltung ausbildet. Die negative Spannung erscheint an der Leitung 146 und macht den Transistor T-8 der Multivibratorschaltung stromführend.

Wenn der Transistor Γ-8 Strom führt, so fällt die Spannung an dem Kollektorpunkt 145 ab, etwa auf den Wert der Spannung der Emitterelektroden. Die Spannung an der Basiselektrode des Transistors T-9 ist nur ein Teil dieser Spannung in Anbetracht der Spannungsteilerschaltung und ist daher geringer als die der Emitterelektrode, und daher wird der Transistor T-9 gesperrt.
Der Kollektorpunkt 145 ist über die Leitung 137 und 138 mit der Basiselektrode des Transistors T-5 verbunden, und eine große Kapazität 190 ist zum Erdungspunkt hin vorgesehen. Da der Transistor Γ-8 normalerweise gesperrt ist, ergibt sich eine hohe negative Spannung von etwa — 8,8 V an der Kollektorelektrode des Transistors Γ-8 und über die Leitung 138 auch an der Basiselektrode des Klammer-Transistors Γ-5, so daß normalerweise, wie oben angenommen, der letztgenannte Transistor Strom führt.

Bei der Umkehr des Leitungszustandes der Transistoren jT-8 und T-9, die sich bei Anwesenheit eines Fahrzeuges ergibt, fällt die Spannung im Punkt 145

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ab, so daß der Transistor T-5 gesperrt wird und seine auf den Transistor T-4 ausgeübte Klammerwirkung entfällt; das Wechselstromsignal des Fahrzeuges, welches auf der Leitung 128 auftritt, wird nunmehr über den abwärts transformierenden Transformator 146 dem Leistungstransistor T-6 zugeführt.

Die Kapazität 190 ist normalerweise negativ geladen von der Klemme 102 her, wobei die Kapazität 190 zwischen der Kollektorelektrode des Transistors Γ-8 und dem Erdungspunkt liegt. Die Kapazität 190 hat zwei Wirkungen. Erstens wirkt sie als Filterkapazität für eine Wechselspannung, welche an dem Punkt 145 auftreten könnte und welche die Wirkungsweise des Transistors Γ-5 beeinträchtigen und unzuverlässig machen könnte. Zusätzlich bewirkt die Kapazität 190 eine Verzögerung in der Abschaltung des als Treiberstufe dienenden Transistors T-4. Wenn beispielsweise bei normalem Betrieb der Transistor Γ-8 gesperrt ist, so ist die Kapazität 190 geladen und liefert eine negative Spannung an die Leitung 138 und die Basiselektrode des Transistors Γ-5, so daß dieser Transistor stromleitend ist, während der Transistor T-4 gesperrt ist.

Wenn ein Echosignal hinreichender Amplitude empfangen wird, so wird der Transistor T-8 stromführend, und die Kapazität 190 wird schnell über den Transistor Γ-8 entladen; nach einer kurzen Verzögerung wird dann der Transistor T-4 entsperrt, so daß das Wechselstromsignal in die Anzeigevorrichtung übertreten kann. Wenn das empfangene Wechsel-Stromsignal in solchem Maße abgenommen hat, daß seine Amplitude nicht mehr die Torstufe entsperren kann, hört der Transistor Γ-8 auf, Strom zu führen. Das empfangene Signal dauert aber noch eine gewisse kurze Zeit an, in der von dem Transistor T-4 Wechselströme dem Anzeigekreis zugeführt werden, da die Kapazität 190 über den Widerstand 133 von der Spannungsquelle aufgeladen wird; bis sich eine hinreichende negative Ladung an der Kapazität 190 ausgebildet hat, gelangt das empfangene Signal weiter zu dem Meßinstrument. Es wird also das Meßinstrument verzögert abgeschaltet.

Es ergibt sich somit; daß ein Signal eines Fahrzeuges auf dem Meßinstrument so lange angezeigt wird, wie das Fahrzeug Echowellen reflektiert, und auch noch etwas länger.

Wenn daher das von dem Fahrzeug reflektierte Echosignal kurzzeitig in der Amplitude abnimmt, wie dies sich unter dem Einfluß der Signalauslöschung durch Bodenreflexion ergeben kann oder sich auch ergeben kann, wenn das Fahrzeug über Eisenbahnschienen fährt oder über einen kleinen Hügel oder hinter einem anderen Objekt verschwindet, so wird durch die Abnahme des Echosignals der Torkreis T-7, T-8 und T-9 wieder unwirksam gemacht, das Abnehmen der Echosignale des Fahrzeuges aber, sofern es noch vorhanden ist, wird über den Transistor T-4 zu dem Anzeigekreis geleitet. Wenn dann das Signal des Fahrzeuges wieder seine normale Amplitude annimmt, so wird die Torschaltung wieder in Tätigkeit gesetzt und nach kurzer Entladung der Kapazität 190 werden die empfangenen Signale weiter über den Transistor T-4 zu dem Anzeigekreis geleitet.

Die Zeitkonstante der Kapazität 190 ist so gewählt, 6g daß die Entladungsgeschwindigkeit etwas höher ist als die Ansprechzeit des zur Anzeige der Geschwindigkeit vorgesehenen Anzeigeinstrumentes und daß

die Ladezeitkonstante der Kapazität 190 ungefähr ebenso groß ist wie die Entladungszeitkonstante. Dementsprechend bewirken kurze oder vorübergehende Schwankungen der Amplitude des vom Fahrzeug reflektierten Signals nur geringe Schwankungen in dem Meßinstrumentenkreis. Die gesamte Torschaltung gestattet nicht nur die Weiterleitung von Signalen vorgegebener einstellbarer Amplitude, sie verhindert auch bei Auftreten einer vorübergehenden Signalschwankung eine Verringerung des Ablesewertes. Der Vorteil dieser Schaltung ist darin zu sehen, daß, wenn das Eingangssignal für eine kurze Zeit in der Amplitude abnimmt, das Meßinstrument nicht erst abfällt und dann wieder auf seinen normalen Wert gebracht werden muß, bevor eine Ablesung vorgenommen werden kann.

Der Leistungsverstärkertransistor T-6 ist mit seiner Kollektorelektrode über die Primärwicklung des abwärts transformierenden Transformators 153 und den Widerstand 152 an eine negative Spannungsquelle von — 9,5 Volt angeschlossen. Die Widerstände 150, 151 und 152 bilden einen Spannungsteiler, von dessen Verbindungspunkt 155 über die Leitung 179 und die Sekundärwicklung von 146 eine Vorspannung der Basiselektrode des Transistors T-6 zugeführt wird, so daß derselbe im Sinne der Stromleitung vorgespannt wird.

Die Kapazität 156 hat einen großen Wert von 500 μΡ und dient dem Zweck, den Transistor T-6 in gleicher Weise von der Betriebsspannungsquelle zu entkoppeln, wie es die Kapazität 119 in bezug auf den Transistor T-2 tat. Es ist indessen die Kapazität 156 viermal so groß wie die Kapazität 119,, da der Widerstand 152 im Kollektorzweig des Transistors T-6 sehr niedrig ist, beispielsweise nur einen Wert von 10 Ohm hat, und es muß daher die kapazitive Reaktanz der Kapazität 156 entsprechend niedrig sein, damit Wechselspannungen der Betriebsspannungsquelle nicht zu der gemeinsamen Klemme gelangen.

Der Widerstand 157 bildet eine statische Gleichstromstabilisation und eine Wechselstromgegenkopplung, wie dies bei den Transistoren T-l, T-2 und T-3 der Fall war. Eine statische gleichspannungsmäßige Stabilisation umfaßt hierbei die Stabilisation des Transistors sowohl in bezug auf Änderungen des stationären Zustandes als auch in bezug auf vorübergehende Spannungsschwankungen der Betriebsspannung und Schwankungen der Umgebungstemperatur sowie Unterschiede in den Charakteristiken der verschiedenen Transistoren der gleichen Type und eines gleichen Herstellers.

Die Emitterelektrode des Transistors T-6 ist im Gegensatz zu den anderen Stufen über einen kleinen, kapazitiv nicht überbrückten Widerstand 158 vom Widerstandswert 1 Ohm für die Zwecke der Temperaturstabilisierung mit dem Erdungspunkt verbunden, wodurch sich ergibt, daß der größte Teil der Ausgangsspannung des Transistors T-6 sich an der Primärwicklung bzw. der Sekundärwicklung des Transformators 153 ausbildet.

Die Sekundärwicklung des Transformators 153 steuert eine Begrenzerstufe, die aus der Serienschaltung einer Zenerdiode 185 und eines Thermistors 186 besteht, welche über die Kapazität 162 angeschlossen ist. Die Spannung an der Anschlußstelle 170 wird negativ; die Zenerdiode leitet in ihrer Vorwärtsrichtung und bewirkt eine Aufladung der Kapazität 162

Claims (3)

und entwickelt eine geringe Spannung von der Kontaktstelle 184 in bezug auf den gemeinsamen Erdungspunkt 172, der in F i g. 1 der Klemme 101 entspricht. Während des ersten Teiles der positiven Halbwelle der an der Klemme 170 herrschenden Wechselspannung wird die Zenerdiode in umgekehrter Richtung vorgespannt, so daß sie gesperrt wird. Wenn die Spannung an der Stelle 184 den positiven Spannungswert von 43 Volt erreicht, findet ein Durchbruch in der Zenerdiode in der Sperrichtung statt. Dieser Durchbruchsstrom setzt schnell ein, da die Spannung an der Kapazität 162 und die Wechselspannung des Punktes 170 einander unterstützen. Es ergibt sich daher ein scharfer Spannungsdurchbruch, der charakteristisch für die Diode 185 ist, und die Spannung auf Leitung 184 wird auf 43 Volt beschränkt, so daß die Zenerdiode als eine Stromquelle konstanter Spannung wirkt und diese Spannung aufrechterhält, auch wenn die Eingangsspannung den Spannungswert der Durchbruchsspannung übertrifft. Der Thermistor 186 gleicht Temperaturschwankungen aus. Eine solche Kompensation durch den Thermistor ist wünschenswert, da die Zenerdiode einen positiven Temperaturkoeffizienten hat. Wenn man daher einen Thermistor verwendet, der einen negativen Temperaturkoeffizienten hat, so wird der Einfluß der Temperatur im wesentlichen eliminiert, und daraus ergibt sich, daß die begrenzte Ausgangsspannung der Begrenzerstufe 185 ungeachtet etwaiger Temperaturschwankungen bei 43 Volt aufrechterhalten wird. Das an der Leitung 184 auftretende Ausgangssignal besteht aus einer Folge rechteckiger Wellenimpulse eines Spitzenwertes von +43 Volt. Spannungen unterhalb 43 Volt werden nicht beschnitten und gelangen zur Ausgangsleitung. Sollte ein negativer Impuls an der Klemme 184 herrschen, so wird dieser Impuls durch die Diode 163 unterdrückt. Die Diode 163 bewirkt auch eine Entladung des Kondensators 164. Die an der Leitung 184 auftretenden positiven Impulse haben eine Amplitude von +43 Volt und eine Frequenz, welche sich entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeuges ändert. Ein Stromkreis zum Messen der Frequenz und ein Anzeigekreis sind an die Leitung 184 angeschlossen, und diese Kreise bestehen aus einer Diode 165, einem Meßinstrument 166, einem Widerstand 168 und einer einstellbaren Kapazität 164. Es können auch Klemmen vorgesehen sein zum Anschließen eines Registriergerätes, welches entweder an Stelle des Meßinstrumentes 166 oder zusätzlich zu demselben verwendet werden kann. Der Widerstand 168 hat normalerweise einen niedrigen Widerstand von 604 Ohm, wobei dieser Widerstand niedrig ist verglichen mit dem kapazitiven Widerstand der Kapazität 164 bei dem zur Anwendung gelangenden Niederfrequenzbereich. Demzufolge bilden der Widerstand 168, das Meßinstrument 166, die Diode 165 und die Kapazität 164 einen Differentiationskreis; jeder positive Impuls auf der Leitung 184 bewirkt eine scharfe Spitze des Stromflusses, und das Meßinstrument 166 gibt den Mittelwert eines solchen Stromes an. Für ein sich mit hoher Geschwindigkeit von 160 km/Std. bewegendes Fahrzeug ergibt sich eine Niederfrequenz von 3130 kHz, und es hat dann die Kapazität 164 eine Reaktanz von ungefähr 2 kOhm. Bei einer Geschwindigkeit von 16 km/Std. ist die Reaktanz der Kapazität ungefähr 20 000 Ohm. Dementsprechend spricht das Meßinstrument auf die sich ergebende Frequenz an und liefert Ableseströme, die proportional der Geschwindigkeit des Fahrzeuges sind. Es ist zweckmäßig, daß eine Linearität der Ablesung des Meßinstrumentes 166 in bezug auf die Geschwindigkeit vorliegt, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist, es sollten jedoch die Kapazität 164 und die Größe des Widerstandes 168 entsprechend eingestellt werden. Eine große Kapazität 169 ist parallel zu dem Meßinstrument geschaltet, zu dem Zweck, Schwankungen zwischen den Impulsen zu verhüten. Es ist zu beachten, daß der Frequenzmeßkreis und der Anzeigekreis mit geringen Stromwerten arbeitet, ohne daß dabei eine weitere Verstärkung zwischen dem Frequenzmeßkreis und dem Meßinstrument erforderlich ist. Patentansprüche:

1. Transportables Radargerät zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen nach dem Dopplerprinzip, bei dem das durch Überlagerung der ausgesendeten mit der reflektierten Strahlung entstandene Signal in einem Verstärker verstärkt und darauf einer Impulsformschaltung zugeführt wird, die Impulse gleicher Dauer und Amplitude und von einer der Dopplerfrequenz entsprechenden Impulsfolgefrequenz erzeugt, und aus dieser Impulsfolge ein der Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportionales Anzeigesignal abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem gegenüber Schwankungen der Betriebsspannungsquelle und der Umgebungstemperatur stabilisierten Vorverstärker (3) und einem Leistungsverstärker (8) eine Torstufe (5) vorgesehen ist, die in gesperrtem Zustand die Weiterleitung des Dopplersignals blockiert und der von einer weiteren Schaltung (6, 7, 15) eine Entsperrspannung zugeführt wird, wenn die Amplitude des Dopplersignals, das dieser Schaltung ebenfalls vom Vorverstärker (3) zugeführt wird, einen bestimmten einstellbaren (130,131) Wert übersteigt.

2. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Torstufe (5) steuernde weitere Schaltung (6, 7, 15) einen monostabilen Multivibrator (7; Γ-8, T-9) aufweist, dessen Eingang das einstellbar (130,131) verstärkte (6; Γ-7) Dopplersignal zugeführt wird und der dann, wenn das verstärkte Dopplersignal den bestimmten Wert überschreitet, in seinen instabilen Zustand geschaltet wird und dann ein Ausgangssignal an einer Klammerschaltung (15; TS) liefert, das die Torschaltung (5; 7Λ-4) entsperrt, und der nach Ausbleiben des ihn im instabilen Zustand haltenden Dopplersignals das Ausgangssignal an die Klammerschaltung weiterhin für eine durch seine Zeitkonstante (133, 190) bestimmte Zeit liefert.

3. Radargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammerstufe (15) und die Torstufe (5) je durch einen Transistor (Γ-4, Γ-5) gebildet werden, deren Emitterelektroden miteinander verbunden sind, und der Emitter-Kollektor-Strom des die Klammerstufe (15) bil-