DE3701134A1

DE3701134A1 - Extrem breitbandiger funkempfaenger

Info

Publication number: DE3701134A1
Application number: DE19873701134
Authority: DE
Inventors: Henricus Ausems
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Ausems Henricus-Theodoru 82279 Eching De
Priority date: 1987-01-16
Filing date: 1987-01-16
Publication date: 1988-07-28

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen extrem breitbandigen Funk empfänger für Aufklärungszwecke mit einem RF-Vorverstärker, einem ZF-Umsetzer mit vorgeschalteter Filteranordnung zur Vor selektion eines in die ZF-Lage umzusetzenden Anteils des emp fangenen Signals in einem gewünschten Teilbereich des Empfangs frequenzbandes, einem gegebenenfalls über eine Anpassungsschal tung nachgeschalteten Signalauswerter sowie einer Steuerein richtung für die Einstellung des Selektionsbereiches der Fil teranordnung und der Frequenz des Umsetzoszillators des ZF-Um setzers.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Funkempfänger dieser Art sind beispielsweise in der Literatur stelle Richard G. Wiley: Electronic Intelligence: The Inter ception of Radar Signals, Artech House, Inc., 1985, Seiten 179 bis 198, insbesondere Seite 181, bekannt. Derartige vom soge nannten "Superhet-Prinzip" Gebrauch machende Funkempfänger ermöglichen es zwar, bei relativ geringem technischen Aufwand ein sehr breites Frequenzband kontinuierlich auf evtl. vorhan dene Funksignale dadurch abzufragen, daß der Umsetzoszillator über diesen gesamten Empfangsfrequenzbereich durchgestimmt und dabei die der Vorselektion dienende, den ZF-Umsetzer vorge schaltete Filteranordnung gleichzeitig mit durchgestimmt wird.

Nachteilig bei einem solchen Funkempfänger ist die Tatsache, daß entsprechend der gewünschten Auflösung jeweils nur ein ent sprechend kleiner Ausschnitt des gesamten Empfangsfrequenzbe reiches ausgangsseitig für eine Auswertung zur Verfügung steht.

Moderne Radar- und Funkanlagen machen in zunehmendem Maße von Signalen Gebrauch, die zur Verbesserung einer ECM-Resistenz ein immer größeres Frequenzband benutzen. Hierzu wird nur bei spielsweise an das sogenannte Frequenzsprungverfahren, bei dem das ausgesendete Signal pseudozufällig auf ständig wechselnden Radiofrequenzen ausgesendet wird und auf Radarsignale hingewie sen, die aus der Überlagerung mehrerer Impulse unterschiedli cher Frequenz bestehen.

Grundsätzlich besteht natürlich die Möglichkeit, das gesamte Empfangsfrequenzband mit einem kanalisierten Empfänger in einer geeigneten Zwischenfrequenzebene einer Auswerteeinrichtung stets gleichzeitig verfügbar zu machen. Dies ist jedoch mit einem außerordentlich hohen schaltungstechnischen Aufwand verbunden, weil hierfür eine große Anzahl von Umsetzern, Fil tern und Verstärkern benötigt wird.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem vom Superhet-Prinzip Gebrauch machenden Funkempfänger der ein leitend beschriebenen Art eine weitere Lösung anzugeben, die einerseits sicherstellt, daß auch ECM-resistente Signale, die innerhalb eines relativ breiten Frequenzbereichs ausgestrahlt werden, mit Hilfe einer dem Funkempfänger ausgangsseitig nach geschalteten Auswerteeinrichtung einwandfrei in Realzeit auf geklärt werden können und andererseits der hierfür erforder liche schaltungstechnische Aufwand des Empfängers die Voraus setzung für ein günstiges Preis-Leistungsverhältnis schafft.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patent anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß der schaltungstechnische Aufwand für einen ZF-Umsetzer für eine fest vorgegebene Bandbreite des erwünschten Zwischenfrequenz signals dann klein gehalten werden kann, wenn das Verhältnis des in eine Zwischenfrequenzlage umzusetzenden radiofrequenten Teilbandes zur Umsetzfrequenz ausreichend klein ist.

Durch die erfindungsgemäße radiofrequente Umsetzung des unteren Teilbandes des Empfangsfrequenzbandes in die Frequenzlage des oberen Teilbandes wird nicht nur diesem geschilderten Sachver halt Rechnung getragen, sondern darüber hinaus auch erreicht, daß der Aufwand der Filteranordnung für die Vorselektion durch diese Art Doppelausnutzung des Hauptempfangszugs für das obere und das untere Teilband ebenfalls relativ klein gehalten werden kann.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Gegenstandes nach dem Patentan spruch 1 sind in den weiteren Patentansprüchen 2 bis 10 angege ben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung bedeuten die der näheren Erläuterungen der Er findung dienenden Figuren
Fig. 1 das Blockschaltbild eines extrem breitbandigen Funk empfängers,
Fig. 2 ein der näheren Erläuterung der Funktion der Funk empfänger nach Fig. 1 dienendes Frequenzschemabeispiel.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Das Blockschaltbild des Funkempfängers nach Fig. 1 weist zwei Empfängereingangsschaltungen EE 1 und EE 2 auf, die jeweils mit einer Antenne A 1 und A 2 verbunden sind. Das gesamte Empfangs frequenzband wird aufgeteilt auf diese beiden Antennen, und zwar empfängt dabei die Antenne A 1 das untere und die Antenne A 2 das obere Teilband des Empfangsfrequenzbandes. Diese Aufteilung er möglicht es, die als Richtantennen gestalteten Antennen leich ter zu realisieren. Zweckmäßig erfolgt die Aufteilung des ge samten Empfangsfrequenzbandes in einem Verhältnis des unteren Teilbandes zum oberen Teilbandes im Verhältnis eins zu zwei.

Jede der beiden Empfängereingangsschaltungen EE 1 und EE 2 weist antenneneingangsseitig einen Begrenzer auf, an den sich ein einstellbares Dämpfungsglied in Form eines PIN-Reglers an schließt.

Ausgangsseitig weisen die Empfängereingangsschaltungen EE 1 und EE 2 jeweils einen Umschalter U 1 und U 2 auf. Mit Hilfe des Um schalters U 1 kann der Eingang des sich hier anschließenden Hilfsempfangszuges HIZ wahlweise mit dem Ausgang des Dämpfungs gliedes oder dem Ausgang eines Prüfsignalgebers PG in Form eines Rauschgenerators verbunden werden. In gleicher Weise kann mittels des Umschalters U 2 der Eingang des sich an die Empfän gereingangsschaltung EE 2 anschließenden Hauptempfangszugs HAZ wahlweise mit dem Ausgang des Dämpfungsgliedes, dem Ausgang des Hilfsempfangszuges HIZ verbunden werden.

Der Hilfsempfangszug HIZ weist in Signalflußrichtung hinter einander den Bandpaß BP 1 für die Selektion des unteren Teilban des des gesamten Empfangsfrequenzbereichs auf, an den sich der RF-Vorverstärker VRF 1 anschließt. Auf den RF-Vorverstärker folgt der RF-Umsetzer M 1 mit dem die Umsetzfrequenz liefernden Umsetzoszillator UO. Ausgangsseitig ist dem RF-Umsetzer M 1 noch das Tiefpaßfilter TP zur Unterdrückung von Resten der Umsetz oszillatorfrequenz nachgeschaltet.

Der Hauptempfangszug HAZ weist wie der Hilfsempfangszug HIZ eingangsseitig das Bandfilter BP 2 für die Selektion des oberen Teilbandes des gesamten Empfangsfrequenzbereiches auf, dessen Ausgangssignal über den RF-Vorverstärker VRF 2 und die Filter bank FB dem ZF-Umsetzer M 2 zugeführt ist.

Die steuerbare Oszillatoranordnung für den ZF-Umsetzer M 2 be steht aus der eine größere Anzahl Umsetzoszillatoren UO 1, UO 2, . . . UOn aufweisenden Oszillatorbank OB. Die Ausgänge dieser Umsetzoszillatoren können wahlweise über den Umschalter U 5 an den Umsetzoszillatoreingang des ZF-Umsetzers M 2 angeschaltet werden. Ausgangsseitig ist der ZF-Umsetzer M 2 gegebenenfalls über eine Filter- und Verstärkungsmittel aufweisende Anpas sungsschaltung AS mit dem Signalauswerter SW verbunden.

Die Filterbank FB besteht aus einer Reihe von Teilfiltern TF 1, TF 2, . . . TFn, die ein- und ausgangsseitig über die Umschalter U 3 und U 4 wahlweise nach Bedarf in den Signalzug eingefügt werden können. Die Umsetzoszillatoren UO 1, UO 2, . . . UOn der Oszillatorbank OB sowie der Umsetzoszillator UO des RF-Umset zers M 1 können in außerordentlich vorteilhafter Weise im Handel erhältliche preiswerte Oszillatoren mit dielektrischen Resona toren als frequenzbestimmendes Element sein, die im Signalweg zum Ausgang zweckmäßig mit einem Trennschalter s, s 1, s 2, . . . sn versehen sind. Diese Trennschalter gewährleisten in Verbindung ihrer Reihenschaltung mit dem Umschalter U 5 eine ausreichende gegenseitige Entkopplung der Umsetzoszillatoren UO 1, UO 2, . . . UOn der Oszillatorbank OB im Betrieb. Darüber hinaus geben diese Trennschalter die Möglichkeit, spezielle Frequenzkontrollmessungen im Prüfbetrieb durchzuführen.

Die Frequenzkonstanz solcher Umsetzoszillatoren ist zwar nicht so groß wie die von quarzstabilisierten Oszillatoren, doch ist sie vielfach ausreichend, da die Frequenzauflösung üblicher Signalauswerter mitunter in der gleichen Größenordnung liegt.

Weiterhin kann der ZF-Umsetzer M 2, wie in Fig. 1 angedeutet ist, ausgangsseitig ein regelbares Dämpfungsglied aufweisen, mit dessen Hilfe eine Anpassung des zulässigen Grundgeräusches in Abhängigkeit davon durchgeführt werden kann, ob der ZF-Um setzer M 2 für die Umsetzung des hochumgesetzten unteren Teil bandes oder des oberen Teilbandes des Empfängerfrequenzberei ches benutzt wird.

In einer Weiterbildung können die Umschaltoszillatoren UO 1, UO 2, . . . UOn der Oszillatorbank OB in gewissen Grenzen in ihrer Frequenz verändert, oder aber auch nur zwischen zwei Festfre quenzen umschaltbar ausgeführt sein. Beispielsweise kann dies, wie in Fig. 1 angedeutet ist, mittels vorgespannter Varaktor dioden erfolgen, die an einen steuerbaren Vorspannungsgeber VG angeschaltet sind.

Müssen an die Frequenzkonstanz der Umsetzoszillatoren höhere Ansprüche gestellt werden, dann sind der Umsetzoszillator UO durch einen quarzstabilisierten Frequenzoszillator und die Oszillatorbank einschließlich des Umschalters U 5 durch einen Synthesizer für den Frequenzbereich 9 bis 16 GHz mit einer Schrittschaltweite von 0,5 GHz zu ersetzen.

Für die Steuerung der Umschalter U 1, U 2, U 3, U 4 und U 5, der Trennschalter s, s 1, s 2, . . . sn, der Dämpfungsglieder sowie des Vorspannungsgeber VG ist eine Steuereinrichtung STE vorgesehen, die üblicherweise im wesentlichen durch einen Mikroprozessor realisiert ist.

Das in Fig. 2 dargestellte Frequenzschemabeispiel, anhand dessen der Funkempfänger nach Fig. 1 noch näher erläutert werden soll, geht von einem gesamten Empfangsfrequenzbereich EFB von 0,5 bis 18,5 GHz aus. Das untere Teilband UT umfaßt dabei den Frequenzbereich 0,5 bis 6,5 GHz und das obere Teil band OT den Frequenzbereich 6,5 bis 18,5 GHz. Weiterhin ist bei diesem Ausführungsbeispiel angenommen, daß die Zwischenfre quenzbandbreite des ZF-Umsetzers M 2 1 GHz beträgt, und zwar bei einer Zwischenfrequenzband-Mittenfrequenz von 2 GHz. Entspre chend den Frequenzbereichen des unteren Teilbandes UT und des oberen Teilbandes OT sind die Durchlaßbereiche DB-PB 1 des Bandpasses BP 1 für 6 GHz und der Durchlaßbereich DB-BP 2 des Bandpasses BP 2 für 12 GHz ausgelegt. Die Umsetzfrequenz des Umsetzoszillators UO des RF-Umsetzers M 1 im Hilfsempfangszug HIZ ist für 16 GHz festgelegt, so daß am Umsetzerausgang das untere Teilband UT in der Kehrlage im Frequenzbereich von 9,5 bis 15,5 GHz erscheint. Entsprechend hat der Tiefpaß TP am Ausgang des Hilfsempfangszugs HIZ den Durchlaßbereich DB-TP mit der Grenzfrequenz 15,5 GHz, um den unerwünschten Rest der Umsetzfrequenz des Umsetzoszillators UO in ausreichendem Maße zu unterdrücken.

Die Filterbank FB kommt bei diesem Ausführungsbeispiel mit vier Teilfiltern TF 1, TF 2, TF 3 und TF 4 aus, deren Durchlaßbereiche DB-TF 1, DB-TF 2, DB-TF 3 und DB-TF 4 in Fig. 2 ebenfalls darge stellt sind. Weiterhin werden für die wahlweise Darstellung der insgesamt achtzehn 1 GHz-breiten Teilbandabschnitte des gesam ten Empfangsfrequenzbereiches EFB im Zwischenfrequenzbereich in den Grenzen 1,5 bis 2,5 GHz acht Umsetzoszillatoren UO 1, UO 2, . . . UO 8 benötigt, die hierbei ein Frequenzraster fui von 9 bis 16 GHz mit einem gegenseitigen Frequenzabstand von 1 GHz abge ben. Dabei können bei Wirksamkeit des Teilfilters TF 1 der Fil terbank FB die Umsetzfrequenzen 9, 10 und 11 GHz der Umsetz oszillatoren UO 1, UO 2 und UO 3, bei Wirksamkeit des Teilfilters TF 2 die Umsetzfrequenzen 12, 13 und 14 GHz der Umsetzoszillato ren UO 4, UO 5 und UO 6, bei Wirksamkeit des Teilfilters TF 3 die Umsetzfrequenzen 11, 12 und 13 GHz der Umsetzoszillatoren UO 3, UO 4 und UO 5 und bei Wirksamkeit des Teilfilters TF 4 die Um setzfrequenzen 14, 15 und 16 GHz der Umsetzoszillatoren UO 6, UO 7 und UO 8 zum Einsatz kommen.

Wie Fig. 2 weiterhin erkennen läßt, ist unterhalb des Umsetz frequenzrasters fui von 9 bis 16 GHz ein hiergegen um 500 MHz nach oben verschobenes und in unterbrochener Linie dargestell tes Frequenzraster von 9,5 bis 16,5 GHz dargestellt. Hiermit soll lediglich angedeutet sein, daß diese Frequenzraster mit Hilfe des in Fig. 1 dargestellten Vorspannungsgebers VG bis maximal 500 MHz verschoben werden kann, um auf diese Weise auch Teilfrequenzabschnitte des gesamten Empfangsfrequenzbereiches EFB in der Zwischenfrequenzebene darzustellen, die die erstge nannten Bereiche jeweils ausreichend überlappen. In diesem Fall ist es dann notwendig, die obere Grenzfrequenz der Durchlaßbe reiche der Teilfilter TF 1, TF 2 und TF 3 um etwa 500 MHz nach oben zu verschieben.

Die Steilheit der Filterflanken der Teilfilter TF 1, TF 2, . . . TFn und die Anforderungen an die Frequenzgenauigkeit der Umsetz oszillatoren der Filterbank OB werden, wie bereits angedeutet wurde, durch die Auflösungsgrenze und den Dynamikbereich des Signalauswerters SW bestimmt. Die verwendeten Schalter sind zweckmäßig als PIN-Diodenschalter ausgeführt, wodurch die je weilige Einstellung des Empfängers auf einen neuen Teilfre quenzabschnitt des gesamten Empfangsfrequenzbereiches EFB sehr schnell durchgeführt werden kann.

Da die 1-Tondynamik des Empfängers gegen die untere Bandgrenze des Empfangsfrequenzbereiches abnimmt, kann in einfacher Weise dadurch eine Verbesserung der 1-Tondynamik in diesem Bereich erreicht werden, daß entsprechend der Filterbank FB im Haupt empfangszug HIZ der Bandpaß BP 1 im Hilfsempfangszug HEZ in entsprechender Weise durch eine Filterbank mit umschaltbaren Teilfiltern ersetzt wird.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Der Empfänger nach der Erfindung eignet sich besonders für eine Funkaufklärung unter taktischen Einsatzbedingungen und kann aufgrund seines geringen Gewichts für Aufklärungszwecke in Flugzeugen aller Art verwendet werden.

Bezugszeichenliste A 1, 2= AntenneEE 1, 2= EmpfängereingangsschaltungHIZ= HilfsempfangszugHAZ= HauptempfangszugPG= PrüfsignalgeberBP 1, 2= BandpaßTP= TiefpaßVRF 1, 2= RF-VorverstärkerUO, UO 1, 2, . . . n= UmsetzoszillatorOB= Oszillatorbanks, s 1, 2, . . . n= TrennschalterM 1= RF-UmsetzerM 2= ZF-UmsetzerFB= FilterbankTF 1, 2, . . . n= TeilfilterU 1, 2, 3, 4, 5= UmschalterVG= VorspannungsgeberAS= AnpassungsschaltungSW= SignalauswerterSTE= SteuereinrichtungDB-BP 1, 2= Durchlaßbereich BandpaßfilterDB-TP= Durchlaßbereich TiefpaßfilterDB-TF 1, 2, . . . 4= Durchlaßbereich TeilfilterUT= unteres TeilbandOT= oberes Teilband

Claims

1. Extrem breitbandiger Funkempfänger für Aufklärungszwecke mit einem RF-Vorverstärker, einem ZF-Umsetzer mit vorgeschalteter Filteranordnung zur Vorselektion eines in die ZF-Lage umzuset zenden Anteils des empfangenen Signals in einem gewünschten Teilbereich des Empfangsfrequenzbandes, einem gegebenenfalls über eine Anpassungsschaltung nachgeschalteten Signalauswerter sowie einer Steuereinrichtung für die Einstellund des Selek tionsbereiches der Filteranordnung und der Frequenz des Um setzoszillators des ZF-Umsetzers, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Empfängereingangschaltung (EE 1, EE 2) mit jeweils einem Begrenzer und einem einstellbaren Dämpfungsglied für den Anschluß an eine erste für das untere und eine zweite für das obere Teilband (UT, OT) des Empfangs frequenzbandes (EFB) zuständige Antenne (A 1, A 2) vorgesehen sind, daß ferner der ersten Empfängereingangsschaltung (EE 1) ein das empfangene Signal im unteren Teilband in das obere Teilband umsetzender Hilfsempfangszug (HIZ) nachgeschaltet ist, und daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, über die der sich an die zweite Empfängereingangsschaltung (EE 2) anschlie ßende Hauptempfangszug (HAZ) mit seinem Eingang wahlweise an den Ausgang entweder der zweiten Empfängereingangsschaltung oder des Hilfsempfangszuges anschaltbar ist.

2. Funkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ZF-Umsetzer (M 2) im Hauptempfangszug (HAZ) vorgeschal tete Filteranordnung eine mehrere Teilfilter (TF 1, TF 2, . . . TFn) aufweisende Filterbank (FB) ist, deren Teilfilter wahlwei se über einen ein- und einen ausgangsseitigen Umschalter (U 3, U 4) in den Signalweg einschaltbar sind.

3. Funkempfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzoszillator des ZF-Umsetzers (MZ) im Hauptempfangszug (HAZ) eine Oszillatorbank (OB) aus mehreren gleichartigen Umsetzoszillatoren (UO 1, UO 2, . . . UOn) mit unterschiedlicher Frequenz ist, deren Umsetzoszillatoren ausgangsseitig über einen Umschalter (U 5) wahlweise mit dem Oszillatoreingang des ZF-Umsetzers (M 2) verbindbar sind.

4. Funkempfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Umsetzoszillatoren (UO 1, UO 2, . . . UOn) auf seiner Ausgangsseite im Signalweg einen Trennschalter (s 1, s 2, . . . sn) aufweist.

5. Funkempfänger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzoszillatoren (UO 1, UO 2, . . . UOn) jeweils zwischen wenigstens zwei Festfrequenzen umschaltbar ausgeführt sind.

6. Funkempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ZF-Umsetzer (M 2) im Hauptempfangszug (HAZ) für eine ZF- Bandbreite ≧1 GHz bemessen ist.

7. Funkempfänger für eine Empfangsbandbreite von 0,5-18,5 GHz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verhältnis des unteren (TU) zum oberen Teilband (TO) von etwa 1/2 und einer ZF-Bandbreite von 1 GHz die Filterbank (FB) vier Teilfilter (TF 1, TF 2, . . . TF 4) und die Oszillatorbank (OB) des ZF-Umsetzers (M 2) acht Umsetzoszillatoren (UO 1, UO 2, . . . UO 8) für ein Frequenzraster (fui) aus acht Umsetzfrequenzen mit einem Rasterabstand von 1 GHz aufweist, wobei jedem der vier Teilfilter der Filterbank drei aus acht Umsetzfrequenzen zugeordnet sind und daß hierbei die Umsetzoszillatorfrequenz beim RF-Umsetzer im Hilfsempfangszug (HIZ) für eine Kehrlagen umsetzung des unteren Teilbandes oberhalb 15 GHz liegt.

8. Funkempfänger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenfrequenz des 1 GHz breiten ZF-Bandes ca. 2 GHz beträgt.

9. Funkempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen (A 1, A 2) Richtantennen sind.

10. Funkempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Empfängereingangsschaltungen (EE 1, EE 2) ausgangs seitig jeweils einen Umschalter (U 1, U 2) für die wahlweise Anschaltung eines Prüfsignalgebers (PG) an den Eingang des Hilfs- bzw. des Hauptempfangszuges (HIZ, HAZ) aufweisen, von denen durch den Umschalter (U 2) in der zweiten Empfängerein gangsschaltung (EE 2) die Schalteinrichtung für die wahlweise Anschaltung des Ausgangs des Hilfsempfangszugs (HIZ) an den Eingang des Hauptempfangszuges (HAZ) mit verwirklicht ist.