DE2302011C - Microwellenvorrichtung zur Leistungsbegrenzung, Insbesondere für Radarsysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenvorrichtung tür Leistungsbegrenzung, insbesondere für Radarsysteme, die zwischen einer Eingangsleitung und einer Ausgangsleitung liegt und einen abgestimmten Kreis aufweist, dessen Resonanzfrequenz von der an die Eingangsleitung angelegten Energie abhängig ist.

Mikrowellenvorrichtungen zur Leistungsbegrenzung werden in Radarsystemen verwendet, um eine E>eschädigung des Empfängers bei einer Leistungsstretiung ©der einem Leistungsverlust der üblichen Sende-Emplangszelle zu verhindern. Ein solcher Leistungsbegrenter sollte eine geringe Pinfügungsdämpfung für die »chwach empfangenen Echosignale haben, dagegen tine hohe Dämpfung bei allen Signalverlusten hoher Leistung nach der Sende-Empfangszelle.

Leistungsbcgrenzungsgeräte, die diese Funktionen durchführen, sind bekannt. In ihrer einfachsten Form umfassen sie eine Übertragungsleitung, an die eine Diode mit variabler Kapazität zusammen mit den entsprechenden notwendigen Komponenten angeschaltet ist. Ein solches Gerät ist im wesentlichen ein einfaches Filter, dessen Grenzfrequenz durch die Kapazität der Diode bestimmt ist. Die Kapazität verändert sich hierbei mit der Veränderung der an die Übertragungsleitung angelegten Energie. Ein solches Gerät arbeitet einigermaßen zufriedenstellend bei Frequenzen bis etwa 4GHz, während bei höheren Frequenzen auf Grund der Reihenresonanz der Diode und der anderen S Elemente Probleme auftreten. Diese Probleme können durch Verwendung einer Viertel-Wellenleitung, die die Diode enthält, bewältigt werden. Hierdurch wird eine Reihen-Resonanzschaltung bei niedriger Leistung gebildet, die die Durchgabe von Signalen längs der Leitung ermöglicht, bei höhrer Leistung bilden jedoch die

Diode und die Viertel-Wellenleitung einen parallelen Resonanzkreis, was dazu führt, daß die Signale in der Leitung zurückgewiesen werden.

Leistungsbegrenzer dieser Art sind praktisch Filter

mit variabler Frequenz, bei denen die Übertragungs-Bandbreite und die Begrenzungscharakteristiken schwierig zu steuern sind. Ferner ist ein relativ hohes Eingangs-Leistungsniveau erforderlich, um das Gerät mit hoher Dämpfung zu betreiben.

zo Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Leistungsbegrenzung insbesondere für Radarsysteme bei Mikrowellenfrequenz zu schaffen, die bessere Begrenzungseigenschaften als bekannte Geräte hat und die nur eine geringere Eingangsleistung für ihren Betrieb erfordert.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der abgestimmte Kreis mit der Eingangsleitung über ein Glied zur Aufwärtstransformation der Eingangsspannung gekoppelt ist und daß zwischen dem

abgestimmten Kreis und der Ausgangsleitung in an sich bekannter Weise ein Transformationsglied zur Lastanpassung angeordnet ist

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert, in der

F i g. 1 und 2 in Draufsicht und in Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt;

F i g. 3 zeigt eine Äquivalenzschaltung der Vorrichtung nach den F i g. 1 und 2;

F i g. 4 und 5 zeigen im Schnit'. und in Draufsicht eine weitere- Ausführungsform der Erfindung.

Die F i g. 1 und 2 zeigen einen Leistungsbegrenzer in Form einer koaxialen Übertragungsleitung. Der Begrenzer ist im wesentlichen in Form eines hohlen Kastens 10 aus-Metall ausgebildet, in dessen Innenraum drei parallele Zapfen 11,12 und 13 angeordnet sind. Die beiden äußeren Zapfen 11 und 12 sind an einer Seite des Kastens befestigt und erstrecken sich in Richtung zur gegenüberliegenden Seite des Kastens. Am freien Ende des Zapfens 11 ist der innere Leiter 14 eines Anschlußstückes 15 für ein koaxiales Eingangskabel befestigt und am freien Ende des Zapfens 12 ist der innere Leiter 16 eines Anschlußstückes 17 für ein koaxiales Ausgangskabel befestigt. Der dritte mittlere Zapfen 13 ist an der Seite des Kastens angebracht, der derjenigen gegenüberliegt, die die Zapfen 11 und 12 trägt. Eine Diode 20 mit veränderlicher Kapazität ist mit Hilfe eines Federkontaktes 21 und eines Stiftes 22 zwischen dem freien Ende des Zapfens 13 und der benachbarten Seite des Kastens angeordnet, wie die F i g. 1 zeigt. Die Abmessungen des Kastens sind so gewählt, daß die Basis des mittleren Zapfens 13 einen Abstand von einer Viertel-Wellenlänge von der gegenüberliegenden Seite des Kastens hat. Hierdurch ist der mittlere Zapfen in

6;i der Lage, im Betrieb einen Resonanzkreis zu bilden. Erforderlichenfalls, kann, wie F i g. 1 zeigt, ein Fuß vot gesehen werden, auf dem der Zapfen 13 befestigt ist. Die Seitenwände 26 der Vorrichtung, von denen in

F i g. 1 die vordere weggelassen ist, sind in gutem elektrischen Kontakt mit dem Kasten 10.

Die Äquivalenzschaltung der Vorrichtung ist in Fig.3 dargestellt. Der Eingangszapfen 11 und der mittlere Zapfen 13 bilden einen Aufwärts-T.ansforma- tor 23 zwischen der Impedanz der Eingangsleitung und der Impedanz des Resonanzkreises, wobei das Trans formationsverhältnis des Transformators durch den Durchmesser des Zapfens 11 und den Abstand ζ ■vischen ihm und dem Zapfen 13 bestimmt ist. In gleicher Weise bilden oer Zapfen 13 und der Zapfen 12 einen Abwärts-Transformator 24 desselben Übersetzungsverhältnisses, wodurch der Resonanzkreis mit der Ausgangsleitung gekoppelt wird, so daß der Begrenzer an die koaxialen Eingangs- und Ausgangsleitungen angepaßt ist.

Der Zapfen 13 und die Diode 20 bilden effektiv einen parallel abgestimmten Kreis, wie oben erwähnt, wobei die Resonanzfrequenz bei geringer Signal'^istung im Arbeitsband der zugehörigen Anlage !iegt. Die Impedanz des parallel abgestimmten Kreises ist ohmisch und sie ist bestimmt durch den Widerstand und die Kapazität der Diode, wobei die Kapazität sich abhängig von der an ihr liegenden Spannung ändert.

Im Betrieb wird die Spannung an der Eingangsleitung durch das Aufwärts-Übersetzungsverhältnis des »Eingangstransformators« 23, der durch die beiden Zapfen 11 und 13 gebildet wird, erhöht. Bei niedrigen Leistungen werden die Parameter der Vorrichtung so gewählt, daß die Induktanz und die Kapazität bei c'er erforderlichen Arbeitsfrequenz in Resonanz sind. Die Verluste der Vorrichtung sind daher im wesentlichen nur die ohmschen Verluste des Schaltkreises 25. Wenn die Signalleistung zunimmt, nimmt nuch die Spannung an der Diode zu. Die resultierende Zunahme der Kapazität der Diode führt zu einer Änderung der Resonanzfrequenz und erzeugt eine falsche Anpassung oder Verstellung (mis-match) am Transformator 23. Hierdurch wird das Signal in der Eingangsleitung zurückgeworfen, so daß es den »Ausgangstransformator« 24 nicht erreicht.

Die Verwendung des Aufwärts-Transformators 23 ermöglicht es, den Spannungs-Schwellenwert der Vorrichtung niedriger zu halten als ohne diesen Transformator. Das Ansprechvermögen der Vorrichtung bei niedriger Leistung kann durch Einstellschrauben eingestellt werden. Diese können fluchtend mit den Enden der Zapfen 11 und 12 angeordnet sein, wie bei 27 in F i g. 1 gezeigt ist. Falls für den Zapfen 13 eine Einstellschraube erforderlich sein sollte, so wird diese in einer der Seitenwände 26 angeordnet, so daß sie sich auf die Seite des Zapfens zuerstreckt, wie bei 28 in F i g. 1 gezeigt ist.

Die vorbeschriebene Vorrichtung wird zweckmäßigerweise z. B. aus Messung hergestellt, während der Diodenkontakt am Zapfen 13 goldplatiert sein kann.

Die Vorrichtung nach den F i g. 1 und 2 eignet sich in Verbindung mit einer koaxialen Übertragungsleitung. Die Vorrichtung kann aber auch in Form eines Wellenleiters ausgebildet sein, wie F i g. 4 und 5 zeigen. F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch einen rechteckigen Wellenleiter und sie zeigt den schmaleren Teil des Wellenleiters, während Fig.4 im Schnitt längs der Linie V-V von Fig.4 den breiteren Abschnitt des Wellenleiters zeigt. Die drei Zapfen 31, 32 und 33 sind wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform angeordnet, jedoch innerhalb des Wellenleiters 30 angebracht. Der breitere Abschnitt des Wellenleiters verjüngt s'di zum mittleren Zapfen hin, wie F i g. 5 zeigt, um sämtliche Energie des Wellenleiters in die Zapfen 31 und 32 einzuleiten. Die Anordnung der Zapfen selbst ist, wie oben beschrieben vorgenommen, wobei die Diode 21 zwischen der Schraube 22 und der Feder 23 auf dem mittleren Zapfen 33 angeordnet ist. Die Abmessungen und die Abstände der Zapfen sind dieselben wie in der Ausführungsform nach F i g. 1. Die äußeren Zapfen 31 und 32 sind außerhalb des engsten Teiles des Wellenleiters angeordnet. Die Vorrichtung nach den F i g. 4 und 5 arbeitet genau in derselben Weise wie die oben beschriebene Vorrichtung und hat dieselbe Wirkung.

Die beiden beschriebenen Ausführungsformen können modifiziert werden. Es ist beispielsweise möglich, die Anzahl der Zapfen zu vergrößern, um mehr als eine Diode zu verwenden. In einem solchen Fall würde die Einfügungsdämpfung zunehmen, was unter Umständen jedoch nachteilig sein könnte. Die beiden äußersten Zapfen bilden dann den Eingangs- und den Ausgangstransformator wie oben, um die Vorrichtung an die Ein gangs- und an die Ausgangsleitung anzupassen. Das Transformationsverhültnis kann durch geeignete Ausbildung der Vorrichtung verändert werden.

Bei den dargestellten Vorrichtungen sind die Zapfen abwechselnd an gegenüberliegenden Seiten des Kastens angebracht. Es ist jedoch auch möglich, einen kammartigen Aufbau zu verwenden, bei welchem sämtliche Zapfen an derselben Seite des Kastens befestigt sind.

Bei den dargestellten Ausführungsformen ist die Diode in Kontakt mit dem freien Ende des mittleren Zapfens. Wenn es jedoch erwünscht ist, den Schwellenwert anzuheben, so kann der Kontaktpunkt zwischen der Diode und dem Zapfen vom Ende des Zapfens weg verlegt werden. Dies wirkt jedoch dem Effekt der Aufwärtstransformation entgegen, welche eines der Merkmale der Erfindung ist.

Wenn die Ausgangslcitung eine Impedanz ha', die gleich der Impedanz des Resonanzkreises ist, so ist der Ausgangs-Transformator zur Anpassung nicht erforderlich. Der Ausgangs/apfcn ist jedoch notwendig, um den Ausgang der Vorrichtung mit der Ausgangsleitung zu koppeln, so daß der Zapfen effektiv einen Teil eines Transformators darstellt, der ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 hat. Es kann ferner jedes andere gewünschte Transformationsverhältnis vorgesehen werden. Bei den beschriebenen Ausführungsformen wurden als variable Reaktanzen Dioden mit variabler Kapazität verwendet. Es ist jedoch auch möglich, an Stelle dieser Dioden ferroelektrischc Materialien mit variabler Dielektrizitätskonstanten zu verwenden, wodurch sich ähnliche Ergebnisse erzielen lassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Mikrowellenvorrichtung zur Leistungsbegrenzung, insbesondere für Radarsysteme, die zwischen einer Eingangsleitung und einer Ausgangsleitung liegt und einen abgestimmten Kreis aufweist, dessen Resonanzfrequenz von der an die Eingangsleitung angelegten Energie abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß der abgestimmte Kreis (25) mit der Eingangsleitung (15) über ein Glied (23) zur Aufwärtstransformation der Eingangsspannung gekoppelt 'st und daß zwischen dem abgestimmten Kreis (25) und der Ausgangsleitung (17) in an sich bekannter Weise ein Transformationsglied (24) zur Lastanpassung angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transformations.glieder (23) und (24) durch wenigstens drei parallele Zapfen (11, 12, 13; bzw. 31, 32, 33) in einem Wellenleiter (10, 30) gebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgestimmte Kreis (25) eine spannungsempfindliche Reaktanz aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsempfindliche Reaktanz eine Diode (20) mit variabler Kapazität ist, die mit dem (den) mittleren Zapfen (13) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Verwendung mit einer koaxialen Übertragungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß innere Leiter (14, 16) vorgesehen sind, die entsprechend jeweils mit einem der äußeren Zapfen (11,12) sowie der Eingangsleitung (15) und der Ausgangsleitung (17) verbunden sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Verwendung mit einem Wellenleiter, dadurch gekennzeichnet, daß der (die) mittlere(n) Zapfen (33) in einem Teil des Wellenleiters (30) angeordnet sind, der einen reduzierten Querschnitt hat.