DE2810102A1

DE2810102A1 - Dopplerradaranordnung

Info

Publication number: DE2810102A1
Application number: DE19782810102
Authority: DE
Inventors: John Charles Williams
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-03-14
Filing date: 1978-03-09
Publication date: 1978-09-28
Also published as: GB1522917A; IT7821104A0; JPS53113494A; SE7802738L; FR2384268A1; IT1093216B; NL7802419A; US4195296A

Description

PHB 32569 DEEN/ra/jONGH 23.2.1978

Dopplerradaranordnung.

Die Erfindung betrifft eine Dopplerradaranordnung

mit einem Sender, einem Empfänger und einem mit einem Sendetor, einem Empfangstor und einem Antennentor versehenen Dreitorzirkulator zum 'Zuführen der vom Sender ausgestrahlten Sendesignale über das Sendetor und das Antennentor an eine Antenne und zum Zuführen der in der Antenne erhaltenen Signale über das Antennentor und das Empfangstor zum Empfänger, wobei der Empfänger mit einem Dopplersignaldetektor mit Richtungssinn mit zwei Detektoren versehen ist, denen die Sende— und

Empfangssignale mit einem Phasenunterschied ungleich ΤΓ.η
(mit η = 0, 1, 2, 3j ···) zugeführt werden.

Eine derartige Anordnung ist allgemein bekannt und wird beispielsweise in Verkehrssystemen zum getrennten

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Detektieren des einer Verkehrsampelanlage anfahrenden oder sich davon entfernenden Verkehrs benutzt wird. Eine derartige Dopplerradaranordnung ist dadurch ziemlich umfangreich, dass

alle Signalbearbeitungen für eine gute Wirkung der Anordnung in einzelnen Einheiten ausgeführt werden, auch wenn eine • derartige Anordnung zum grössten Teil in miniaturisierter Form verwirklicht wird, beispielsweise in Mikrostriptechnik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wesentliche Vereinfachung der eingangs erwähnten Dopplerradaranordnung zu verwirklichen.

Die erfindungsgemässe Dopplerradaranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Detektoren in der Nähe des Empfangstors und in einer Ebene nahezu senkrecht a\if der Längsrichtung einer an das Empfangstor angeschlossenen Übertragungsleitung angeordnet sind.

Eine geeignete Ausführungsform der Dopplerradaranordnung enthält einen Zirkulator, der in Mikrostriptechnik mit einem Substrat aus gyromagnetischem Material ausgeführt ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform einer Doppleranordnung, die in Mikrostriptechnik ausgeführt ist, lassen sich die Detektoren und die erforderlichen Tiefpassfilteranordnungen auf dem gleichen Träger, auf dem der Zirkulator angebracht ist, einfach kombiniert anbringen und dabei ist die Dopplerradaranordnung dadurch gekennzeichnet, dass jeder Detektor eine Diode enthält j die zwischen dem Empfangstor und einem Ende einer offenen Mikrostripleitung-einer Viertelwellenlänge bei der Arbeitsfrequenz geschaltet ist, und Mittel.zum Abgreifen der Dopplerfrequenz vom anderen Ende der Mikrostrip-

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leitung enthält.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Dopplerradar anordnung sind die Detektoren an Punkte angeschlossen, die in verschiedenen Abständen in der Längsrichtung der übertragungsleitung liegen. Bei einer derartigen Anordnung der Dioden ist die Impedanzanpassung zwischen dem Empfangstor und den zwei Detektoren verschieden und kann einige Verbesserung in der Empfindlichkeit erreicht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Figur· 1 eine Blockschaltung einer erfindungsgemässen Dopplerradaranordnung,

Figur 2 die Prinzipschaltung eines Dopplersignaldetektors mit Richtungssinn,
Figur 3 einen Dreitorzirkulator,

Figur h einen Zirkulator mit einem eingebauten Dopplersignaldetektor mit Richtungssinn für Verwendung in einer Dopplerradaranordnung nach Figur 1, Figur 5- ein Ausführungsbeispiel eines Teils der erfindungsgemässen Dopplerradaranordnung, und

Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Teils der erfindungsgemässen Dopplerradaranordnung.

Die in Figur 1 dargestellte Dopplerradaranordnung enthält einen Sender 1, einen Empfänger 2 und eine Antenne 3» die mit Hilfe einer detaillierter zu beschreibenden Anordnung k miteinander derart gekoppelt sind, dass durch den Sender

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erzeugte Sendesignale zum grössten Teil über die Anordnung h der Antenne 3 zugeführt werden und dass auf der Antenne 3 erhaltene' Signale, die die Echosignale an einem Ziel zurückgeprallter Sendesignale sind, zusammen mit einem Teil des Sendesignals, im weiteren Bezugssignal genannt, über die Anordnung h der Empfängsanordnung 2 für die Bestimmung des Sinnes der Radialbewegung des Ziels in bezug auf die Dopplerradar anordnung zugeführt wird.

Der Erläuterung der Anordnung Λ vorangehend wird zunächst an Hand der Figur 2 das Prinzip eines Dopplerradardetektors mit Richtungssinn erläutert und an Hand der Figur 3 der Phasenverlauf des elektrischen Feldes in einem Zirkulator beschrieben.

Für die Bestimmung des Bewegungssinnes eines bewegenden Gegenstands in einem Dopplerradar ist es notwendig, den Dopplerradarsignaldetektor mit zwei Detektoren auszurüsten und diese Detektoren derart einzurichten, dass sie durch ein Bezugssignal, das ein Teil des Sendesignals ist, und ein erhaltenes Echosignal, das ein an einem Gegenstand reflektiertes Sendesignal ist, mit einem passenden gegenseitigen Phasenunterschied zu speisen. Ein Schaltbild eines derartigen Dopplersignaldetektors mit Richtungssinn zeigt Figur 2, in der zwei Detektoren mit je einer Detektordiode D und einem Kondensator C auf geeignete Weise in einer übertragungsleitung angebracht sind. In. Figur 2a sind die zwei Detektoren in gegenseitigem' Abstand von einer Viertelwellenlänge in bezug auf das einfallende Echosignal SE angebracht, werden jedoch gleichphasig gespeist, insoweit es sich um das Bezugssignal SR des Senders handelt. Die Ausgangssignale der

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zwei Detektoren enthalten für ein Ziel mit konstanter Geschwindigkeit zwei niederfrequente Dopplersignale SD mit einer verschiedenen Phase, wobei ein einziges Signal um 90 entweder voreilt oder nacheilt in bezug auf das Signal, das aus der anderen Diode D bezogen wird. Das Vor- oder Nacheilen der aus den Dioden D bezogenen Signale zueinander um 90 in der Phase ist eine direkte Folge davon, dass sich der Gegenstand der Antenne nähert oder sich davon entfernt, so dass dieses Phasenverhältnis als Richtungssinnindikator benutzt werden kann.. In.der Theorie kann jede beliebige Vor- oder Nacheilung zwischen 0 und 180 für die Bestimmung der Richtung benutzt werden, aber eine optimale Detektierung des Richtungssinnes wird bei einem verhältnismässigen Phasenunterschied von 90 erhalten.

Figur·2b stellt die gleiche Anordnung der Detektoren dar, wobei jedoch das Bezugssignal SR des Senders mit einem Phasenunterschied von 90 und das Echosignal SE den zwei Detektoren gleichphasig zugeführt werden.

In Figur 2c sind die zwei Detektoren in gegenseitigem Abstand vom h$ angeordnet, wobei das Bezugssignal und die Echosignale einander gegenüberliegenden Enden der übertragungsleitung zugeführt werden. Auch diese Kombination erzeugt Ausgangssignale, die etwa um 90° in der Phase verschieden sind, abhängig von der Bewegungsrichtung des Ziels.

Figur 3 zeigt einen Dreitorzirkulator, der aus einer Scheibe CD und drei in gegenseitig gleichem Abstand auf dem Umfang der Scheibe angeordneten Übertragungslei-

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tungen IS, DS und OS besteht. Die in der Scheibe CD dargestellten gestrichelten Linien sind Linien mit gleicher Phase des elektrischen Feldes über die Zirkulatorscheibe, wobei als Nullphasen-Bezugsebene die Ebene des Eingangstors IP des Anschlusses der übertragungsleitung IS auf der Scheibe "ausgewählt ist. Diese Feldverteilung tritt auf, wenn dem Eingangstor IP, der auf der ganzen Breite die gleiche Phaee hat, elektromagnetische Energie zugeführt wird. Die Phase des Ausgangssignals am Ausgangstor OS ist um 180 gegen das Eingangssignal verschoben und diese Phase ist ebenfalls über die ganze Breite des Ausgangstors konstant. Beim isolierten Tor DP ändert sich jedoch die Phase über die Breite dieses Anschlusstors. Beim Verbindungspunkt der Übertragungsleitung und der Zentralscheibe CD ist das E-FeId keine einfache zur Übertragungsleitung gehörende Betriebsart, sondern sie ist durch die im Zirkulator vorhandenen Betriebsarten verzerrt und ist eine schnelle Phasenschwankung von 180 über die Breite der übertragungsleitung zwischen den zwei,Punkten P. Diese Phasenschwankung und die E-Feldverzerrung über die übertragungsleitungsbreite hält sich über eine bestimmte Strecke in der Längsrichtung der übertragungsleitung aufrecht, aber sinkt dabei als Funktion des Abstandes in der Längsrichtung der Leitung ab.

Figur h zeigt das Prinzipschaltbild der in Figur dargestellten Anordnung h. Diese Anordnung enthält einen Zirkulator, bei dem die übertragungsleitung IS an den Sender angeschlossen, die übertragungsleitung OS an die Antenne angeschlossen ist und die übertragungsleitung DS einen Teil des Empfängers 2 bildet. Die maximale Phasenverschiebung des

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elektrischen Feldes über das isolierte Tor für die aus dem Sender herrührende Energie beträgt maximal I8O . Wenn zwei Detektoren an der Stelle P in Figur 3 angeordnet werden, wird das Senderbezugssignal den Detektoren in Abhängigkeit von der Stelle P dieser Detektoren mit einem maximalen Phasenunterschied von 180 in bezug aufeinander zugeführt. Ein Echosignal, das von der Antenne 3 über die übertragungsleitung OS als Eingangesignal dem Tor OP zugeführt wird, gibt ein elektrisches Feld am Zirkulatortor DP, dessen Phase über die Breite dieses Tors DP konstant ist, weil es als Au^angstor für die dem Antennentor zugeführte Energie arbeitet. Auf diese Weise empfängt der eine Detektor ein Signal aus der Antenne mit der gleichen Phase wie das Signal, das der andere Detektor erhält, so dass jeder Detektor ein gleichphasiges Echosignal zusammen mit einem bis zu 180 in der Phase in bezug auf den anderen Detektor verschobenen Senderbe— zugssignal erhält. Für eine Stelle P der Detektoren, bei der das Senderbezugssignal einen Phasenunterschied von 90 besitzt, ist die Übereinstimmung mit derFigur 2b klar. Die in Figur k dargestellte Anordnung ist entsprechend der Erfindung ein Zirkulator mit eingebautem Dopplerradardetektor mit Richtungssinn.

In Figur 5 ist einen Dreitormikrostripzirkulator . mit eingebautem Dopplerradardetektor mit Richtungssinn in Form eines metallischen Musters auf einem 1 cm viereckigen gyromagnetisehen Ferritträger S verwirklicht, der ein Sender=, ein Antennen-, und ein Empfangs(detektor)tor IP₅ OP und DP

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mit daran angeschlossenen. Mikrostripleitungen IS, OS bzw. DS enthält, die je " 1,5 mm breit sind, d.h. etwa 15$ schmaler als eine Viertelwellenlänge, und mit einer Länge von ungefähr einer Viertelwellenlänge. Ani freien Ende der Mikrostripleitung DS befinden sich zwei interdigitale Kondensatoren C. Eine Klemme jedes Kondensators ist mit Hilfe eines Drahtes ¥ mit einem Winkel der Leitung DS verbunden. Die andere Klemme jedes Kondensators war verlängert, um einen Leiter N zu bilden • der auch als eine Eingangsklemme für die Schaltung 10 dient. Eine Diode D wurde an jedem Leiter N mit einer gemeinsamen Diode D montiert und jede Diode wird mit einem gemeinsamen Potential über einen Leiter E und einen weiteren Draht' W₁ verbunden, so dass ein jeder Kondensator und ein jedes Diodenpaar in Serie zwischen dem Detektortor und dem gemeinsamen Potential verbunden ist. Die Wirkung ist so, dass detektierte Signale, die je eine Dopplerfrequenzkomponente enthalten- und am Verbindungspunkt des Kondensators und der Diode auftreten, über die Leiter N abgegriffen werden. Diese Dopprerfrequenzkomponenten werden über nicht in der Zeichnung dargestellte Tiefpassfilter und Verstärker auf übliche Weise einem phasenbestimmenden System zum Angeben des Richtungssinns zugeführt und eine der Komponenten wird auf bekannte Weise einem frequenzbestimmenden System für die Geschwindigkeitsanzeige zugeführt. Die Betriebsfrequenz für die vorbeschriebene Ausführungsform betrug 10,69 GHz. Statt interdigitaler Kondensatoren C können beispielsweise auch Kondensatorplatten benutzt werden, die durch sich überlappende Leiter am Ende der Leitung DS gebildet werden.

In einem anderen in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede Detektordiode an einem Winkel

il ist jede üetei

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einer entsprechenden offenen eine ViertelwellenlMxige langen Mikrostripleitung Q angebracht, die einen Kurzschluss in der Nähe der Diode simulieren, und jede der Detektordioden wird mi.t einem Punkt P durch einen Draht ¥ verbunden: der Detektorausgang wird durch das so gebildete Tiefpassfilter mit Ausgängsanschlüssen beim Leiter N erhalten. Dieser Zirkulator hat die gleichen Abmessungen wie, der an Hand der Figur 5 erläuterte Zirkulator. Die Leitungen Q sind je 0,8 mm breit und 1,8 mm lang. Die Dioden werden mit den Punkten P am Ende der Leitung DS verbunden, die in etwa ; 0,2 mm von den Rändern dieser Leitung angebracht sind, wobei die Dopplerfrequenzkomponenten wiederum an den Leitern N abgegriffen werden können.

Bei Versuchen wurden die Positionen der Punkte P, an denen die Anschlussdrähte der Detektordioden befestigt sind, variiert, um sowohl die best mögliche Hochfrequenzan- " passung an die Diode als auch eine 90 -Dopplersignalphasierung für Richtungssinnanzeige optimal anzunähern. Es wurde •gefunden, dass, wenn die Punkte P an einander gegenüberliegenden Ecken des Endes der eine Viertelwellenlänge langen Mikrostripleitung DS liegen, der gegenseitige Abstand im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 6 zu gross war und dass sie eine Phasentrennung von etwa 1^5° bewirkten: um eine 90°- Trennung zu erhalten, zeigte es sich, dass die erforderlichen Stellen P zwischen 1/6 und I/IO des Abstands über die Breite der Mikrostripleitung ab den Seiten lagen, wie mit den Abständen "x" in Fig. 7 angegeben ist» Ein derartiger Abstand ist ebenfalls für die Anordnung nach Figur h brauchbar. ¥enn einmal eine bestimmte Stelle P für eine bestimmte

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Frequenz gewählt worden ist, zeigte sie sich, reproduzierbar in Anordnungen mit gleicher Abmessung und gleichem Aufbau.

Obgleich die in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Anordnungen in Mikrostriptechnik ausgeführt sind, bezieht sich die Erfindung auch auf in Stripleitung oder in Wellenleitertechnik ausgeführte Anordnungen oder in Kombinationen dieser Techniken ausgeführte Anordnungen.

¥eil wie bereits erwähnt die Phasenschwankung des Ε-Feldes in der Längsrichtung der Leitung DS abnimmt, brauchen die Punkte P nicht genau in einer Ebene.senkrecht auf der Längsrichtung der Übertragungsleitung DS zu liegen, sondern können sie Positionen einnehmen, die in verschiedenen Abständen in der Längsrichtung der Leitung DS liegen. Bei einer derartigen "Lage" der Punkte P ist die Anpassung zwisehen dem Tor DP und einer jeden der zwei Dioden verschieden und kann einige Verbesserung in der Empfindlichkeit erreicht werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE;

\ 1. J Dopplerradaranordnung mit einem Sender, einem Empfänger und einem mit einem Sendetor, einem Empfangstor und einem Antennentor versehenen Dreitorzirkulator zum Zuführen von durch den Sender ausgestrahlten Signalen über das Sendetor und das Antennetor an eine Antenne und zum Zuführen von durch die Antenne erhaltenen Signalen über das Antennentor und das Empfangstor an die Empfangsanordnung, wobei der Emfänger mit einem Dopplersignaldetektor mit Richtungssinn mit zwei Detektoren versehen ist, denen das Sende- und das Empfangssignal mit einem gegenseitigen Phasenunterschied ungleich "ΤΓ·^η (^{n =} 1» 2, 3> ···) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Detektoren in der Nähe des Empfangstors und in einer Ebene nahezu senkrecht auf der Längsrichtung einer an das Empfangstor angeschlossenen Übertragungsleitung angeordnet sind.

2. Dopplerradaranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zirkulator in Mikrostriptechnik mit einem Substrat aus gyromagnetischem Material verwirklicht ist. 3· " Dopplerradaranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Detektor einen Kondensator und eine Diode, die in Serie zwischen dem Empfangstor und einem Punkt mit gemeinsamen Potential geschaltet sind, und Mittel enthält, um das Dopplerfrequenzausgangssignal am Verbindungspunkt des Kondensators und der Diode abzugreifen.

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h. Dopplerradaranordnung nach, einem der Ansprüche und 3> dadurch gekennzeichnet, dass jeder Detektor eine Diode, die zwischen dem Empfangstor und einem Ende einer offenen Mikrostripleitung mit einer Länge einer Viertelwellenlänge bei der Arbeitsfrequenz verbunden ist, und Mittel enthält, die Dopplerfrequenz am anderen Ende der Mikrostripleitung abzugreifen.

5. Dopplerradaranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren an

1Ö Punkte angeschlossen sind, die in gegenseitig verschiedenen Abständen in der Längsrichtung der übertragungsleitung angeschlossen sind, auf dem Empfangstor angebracht sind.

6. Dreitorzirkulator mit einem an mindestens ein

Tor angeschlossenen Stück übertragungsleitung mit zwei in der Nähe des erwähnten Tors in einer Ebene nahezu senkrecht auf der Längsrichtung der übertragungsleitung angeordneten Detektoren für Verwendung in·einer Dopplerradaranordnung nach Anspruch 1.

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