DE3929732A1 - Verfahren zur optimalen nutzbarmachung einer sende-empfangs-richtungsweiche mit adaptierter antenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optimalen Nutz­ barmachung einer Sende-Empfangs-Richtungsweiche mit adap­ tierter Antenne gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine ähnliche wirkende Anordnung ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 36 18 159 bekannt.

Die Erfindung der genannten Art wird beispielsweise in Kleinstradargeräten eingesetzt.

Aufgrund ihrer Einsetzbarbeit in solchen Systemen kommt diese Erfindung zum Beispiel im Bereich der Munition zur Anwendung.

Bei der bekannten Anordnung handelt es sich um einen äußerlich beschalteten 2×λ/4 Verteiler. Dieser besteht aus den beiden λ/4-Leitungen 1 und 2 und dem Lastaus­ gleichwiderstand 3. Gemäß der Erfindung in oben genannter Offenlegungsschrift ist dieser λ/4-Verteiler als Rich­ tungsweiche so verwendet, daß an dem Verbindungspunkt 4 von Lastausgleichwiderstand 3 und der λ/4-Leitung 1 der Sende-Oszillator 6 geschaltet ist, dessen anderer Anschluß mit der Bezugselektrode M verbunden ist. An dem Verbin­ dungspunkt 5 von Lastwiderstand 3 und der λ/4-Leitung 2 liegt der einseitig an der Masseelektrode M liegende, als Empfangsdiode 7 symbolisierte Empfangsteil. Am Verzwei­ gungspunkt 8 der beiden λ/4-Leitungen 1 und 2 ist die An­ tenne 9 angeschlossen.

Die Weiche ist auf einfache Weise in der planaren Technik zu realisieren und kann wegen ihrer Kleinheit mit Vorteil in Kleinstradargeräte eingebaut werden. Bei einem Antennenwiderstand von etwa 50 Ω hat der Lastausgleichswi­ derstand einen Widerstandswert von 100 Ω.

Die bekannte Anordnung bringt eine neue Anwendung des bis­ her nur als Leistungssammler bzw. Leistungsteiler be­ kannten λ/4-Kopplers als integrierte Sende- und Em­ pfangsrichtungsweiche. Bei der Dimensionierung der äußeren Beschaltung muß dabei von einer allseitigen Tor- Ab­ schlußimpedanz (Z_o) von Z_o=50 Ω ausgegangen werden. Dies führt zu einer scharfen Polstelle der Übertragungsdämpfung in der Sende-Empfangs-Richtung (Fig. 2 Kurve 300). Dadurch wird die LO-Zufuhr (zur Mischung notwendige Oszillatorspannung) für den Empfänger stark unsicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, den bekannten Stand der Technik in entsprechender Art und Weise (siehe weiter unten ausgeführter Lösungsgedanke) zu erweitern, wobei eine Oszillatorleistungsdosierung und eine bestmögliche breitbandige Lösung leicht zu finden ist.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in dem Pa­ tentanspruch 1 beschrieben. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sowie bevorzugte An­ wendungen der Erfindung aufgeführt.

Der erfindungsgemäße Lösungsgedanke besteht darin, daß an jene oben genannte Sende-Empfangs-Richtungsweiche eine mo­ difizierbare Antenne angeschlossen wird. Diese muß bezüg­ lich des Frequenzganges ihres Fußpunktwiderstandes so vor­ transformiert werden, daß im Betriebsbereich um die Ar­ beitsfrequenz f_o herum ein bestimmtes Serienresonanzver­ halten zustande kommt.

Der Ersatz-Serienschwingkreis muß im Wellenwiderstand einen Wert in etwa zwischen 30 Ω und 60 Ω annehmen und die zugehörige optimale reelle Komponente etwa 45 Ω.

Läßt sich der Antennenfußpunkt leichter in ein Parallel­ kreisverhalten vortransformieren, so muß sein reeller Wi­ derstand etwa 55 Ω sein, sein Wellenwiderstand darf in etwa zwischen 60 Ω und 120 Ω liegen: Um auch hier das be­ nannte Serienresonanzverhalten zu erzeugen, schaltet man als Dualwandler zwischen Antennenzweipol und Antennentor der Weiche einen λ/4-Leistungstransformator vorzugsweise, mit Z_o=50 Ω Wellenwiderstand.

Mit einem am Antennentor derart abgeschlossenen Sende- /Empfangsweiche, kann man noch bei ±16% Änderung der Be­ triebsfrequenz eine annähernd konstante Sender-Empfänger- Kopplung in etwa zwischen 30 und 40 dB erzielen. Die Größe der Koppeldämpfung wird wesentlich vom vortrans­ formierten Realteil der Antennenimpedanz, die Bandbreite wird wesentlich von ihrem Wellenwiderstand bestimmt. Auf diese Art und Weise wird durch die beschriebenen Maß­ nahmen für einen Mischer 7 eine optimal dosierte Oszilla­ torleistung breitbandig zur Vefügung gestellt. Alternativ hierzu könnte man den Lastausgleichswiderstand in der Sende-Empfangs-Richtungsweiche bis zu 10% abwei­ chend von 100 Ω ändern. Hierdurch verschwindet der Pol in der Übertragungsdämpfung der Sende-Empfangs-Richtung, die notwendige Entkopplungsbandbreite bleibt jedoch wie im Falle des 100 Ω Lastausgleichswiderstand etwa ±5%. Daher erscheint diese Maßnahme als wenig praktikabel.

Mithin sind aufgrund des genannten Verfahrens nur Änderun­ gen an der externen Beschaltung der Sende-Empfangs-Rich­ tungweiche notwendig. Interne Änderungen sind nicht beson­ ders zweckmäßig.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die gefundene Lö­ sung leicht herstellbar ist und preiswerter als äquiva­ lente Lösungen ausfällt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer möglichen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 die Übertragungskennlinie |S21| der Sende-Emp­ fangs-Richtungsweiche bei Manipulation in der Sende-Empfangs-Richtungsweiche, sowie bei Manipu­ lation gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 3 die katesische Darstellung der Funktion zwischen Mischerspannung (U_ZF) und Oszillatorspannung (U_LO);

Fig. 4 Ortskurvendarstellung S21 bei üblicher, dosierter und breitbandiger Adaption.

Das Schaltbild einer möglichen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Bild 1 darge­ stellt. Es besteht aus der erfindungsgemäßen Anordnung ge­ mäß oben genannter Offenlegungsschrift. An dem Antennentor 8 ist jedoch keine Antenne 9 mit konstanten Fußpunktimpe­ danz von 50 Ω sondern eine Antenne 91, deren Fußpunktimpe­ danz frequenzabhängig und abgleichbar ausgebildet ist. Dabei ist diese Antenne 91 ersatzschaltbildmäßig vorzugs­ weise als Serienschwingkreis auszubilden.

Ist die Antenne 91 durch einen Serienschwingkreis be­ schreibbar, so muß ihr Wellenwiderstand einen Wert in etwa zwischen 30 Ω und 60 Ω annehmen. Der zugehörige optimale transformierte Strahlungswiderstand beträgt in diesem Fall (inkl. Verluste) einen Wert von etwa 45 Ω.

Weist die Antenne 91 hingegen Parallelschwingkreisverhal­ ten auf, so muß ihr Wellenwiderstand einen Wert in etwa zwischen 60 Ω und 120 Ω annehmen. Der zugehörige optimale transformiete Strahlungswiderstand hat in diesem Fall (inkl. Verluste) einen Wert von etwa 55 Ω. Mittels einer vorgeschalteten λ/4-langen Leitung ist diese Antennenimpe­ danz 91 zu transformieren damit am Antennentor 8 der Wei­ che wiederum der Frequenzgang einer Serienresonanz-Impe­ danz erscheint. Hierdurch ist die ZF-Leistung an dem Mi­ scher 7 auf ihren optimalen Arbeitsbereich 320 (Fig. 3) ausgerichtet.

Alternativ hierzu könnte der Lastausgleichswiderstand 3 in der Sende-Empfangs-Richtungsweiche bis + oder - 10% var­ riert werden. Hierdurch verschwindet der scharfe Dämp­ fungs-Pol in Fig. 2 und es ergibt sich eine Kurvenschar 301 (Fig. 2), die notwendig Entkoppplungsbandbreite bleibt jedoch bei in etwa ±5%. Die Bandmittendämpfung vom Sender zum Empfänger übersteigt bei dieser Maßnahme einen Wert von in etwa 40 dB nicht.

Wird zu wenig Oszillatorleistung dem Mischer 7 zur Verfü­ gung gestellt, so ergibt sich eine lineare Abhängigkeit der Mischproduktspannung (U_ZF) von der Größe der Oszilla­ toramplitude (U_LO). Man befindet sich somit im Bereich 310 der Übertragungskennlinie 307. Wird hingegen zuviel Oszil­ latorleistung auf den Mischer 7 übertragen, so wird dieser übersteuert. Mithin befindet man sich im Bereich 330 der Übertragungskennlinie 307.

Die optimale Dosierung liegt daher im Bereich 320 der Übertragungskennlinie 307.

Fig. 4 zeigt die Ortskurve der Kopplung Sender-/Empfänger als Funktion der Frequenz im Falle der ülichen Adaption 331, im Falle der dosierten Adaption 332 und im Falle der breitbandigen Adaption 333.

Hierbei bildet die 0°-180°-Achse die reelle Achse und die 90°-270°-Achse die imaginäre Achse des Ortskurven­ Diagrammes. Der Außenrand entspricht 0 dB-Dämpfung, das Zentrum 50 dB, das Raster ist 10 dB. Die Antenne selbst ist dabei ersatzbildmäßig als Serienschwingkreis aufge­ faßt. Analoge Darstellungen ergeben sich in dem Falle, daß die Antenne als Parallelschwingkreis (Ersatzschaltbild) auffaßbar ist.

Durch dieses Verfahren sind konfektionierte Sende-Emp­ fangs-Richtungsweichen verwendbar. Hierbei wird auf Grund des beschriebenen Verfahrens der Mischungswirkungsgrad frequenz- und temperaturstabil. Desweiteren wird auf Grund des beschriebenen Verfahrens die Oszillatorleistung dem Mischer 7 in dosierter Form (Bereich 320 in Fig. 3) zur Verfügung gestellt.

Claims (4)

1. Verfahren zur optimalen Nutzbarmachung einer Sende- Empfangs-Richtungsweiche mit einer adaptierten Antenne, dadurch gekennzeichnet,

• - daß im wesentlichen durch Änderung von Antennenpa­ rameter einer Antenne 91, diese Antenne 91 an eine Richtungsweiche 33 derart angepaßt ist, so daß die Eigenschaften der Sende-Empfangs-Richtungsweiche bestmöglich genutzt sind, das heißt, daß einem Mischer 7 eine optimal dosierte Oszilla­ torleistung zur Verfügung gestellt ist;
• - daß jene dosierte Oszillator-Leistung breitbandig am Mischertor liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne 91 im Falle von Serienschwingkreisverhalten einen Wellenwiderstand in etwa zwischen 30 Ω und 60 Ω und einen transformieten Strahlungswiderstand von in etwa 45 Ω aufweist bzw. daß die Antenne 91 bei Parallelschwingkreis­ verhalten einen Wellenwiderstand in etwa zwischen 60 Ω und 120 Ω und einen Strahlungswiderstand von etwa 55 Ω auf­ weist, wobei hier jedoch zusätzlich ein λ/4-Leitungstrans­ formator einzuschalten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß konfektionierte Sende-Empfangs-Richtungsweichen verwendet sind.

4. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Sende-Empfangs-Richtungs­ weiche an einer Diode 7 ein optimaler Mischungswir­ kungsgrad frequenz- und temperaturstabil auftritt.