DE2945384A1

DE2945384A1 - Verfahren und anordnung zur impuls- verzoegerungsstabilisierung

Info

Publication number: DE2945384A1
Application number: DE19792945384
Authority: DE
Inventors: Howard L Kennedy; Keith Maynard Kingsbury
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1979-11-09
Publication date: 1980-05-22
Also published as: FR2441853A1; GB2035733B; JPS5569074A; GB2035733A; FR2441853B3; US4213129A

Description

2945384 Dipl.-Phys. O.E. Weber U, d-q München 71

PttJt ' Hofbrunnstraße 47 Telefon: (088) 791SOfO

M 1239

Motorola Inc.

1303 East Algonquin Road

Schaumburg, 111. 60196
USA

Verfahren und Anordnung zur Impuls-Verzögerungsstabilisierung

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Stabilisierung der Verzögerungszeit in einem Transponder, so daß dadurch genauere Messungen des Bereichs zu dem Transponder möglich sind.

Einer der Hauptgründe für Ungenauigkeiten bei Radar-Transpondern oder Baken ist die Veränderung in der Transponder-Verzögerung, die bei Veränderungen in der Stärke des Eingangesignals auftritt. Die Veränderung in der Verzögerung ergibt sich daraus, daß der Transponder auf das Eingangssignal an verschiedenen Punkten der Vorderflanke anspricht, wenn die Amplitude des Eingangssignals sich verändert. Dies hängt mit der endlichen Anstiegszeit der Vorderflanke und mit festen Schwellen der Signalabtestschaltungen zusammen. Der Effekt wird unten anhand der Fig. 1 näher erläutert.

Es ist in der Vergangenheit versucht worden, den nachteiligen Effekt im Zusammenhang mit der Veränderung der Verzögerungszeit dadurch zu mindern, daß langsame Schaltungen zur automatischen Verstärkungsregelung (AVB-Schaltungen) und auch Verzögerungs-Stabilisierungseinrichtungen in Verbindung mit einem linearen logarithmischen ZP-Verstärker eingesetzt wurden. Gegen die Verwendung einer langsamen AVR-Einrichtung bestehen Jedoch in vielen Anwendungsfällen Bedenken. In einer Situation, in welcher der Transponder durch mehr als ein Radargerät abgefragt wird, fängt das stärkste empfangene Signal den Empfänger gewissermaßen ein, und die schwächeren Signale erzeugen kein stabilisiertes Ausgangssignal. Der logarithmische ZF-Verstärker und die Verzögerungsstabilisierung können diesen Nachteil zwar überwinden, die Genauigkeit der Schaltung ist jedoch begrenzt, und zwar durch die begrenzte Fähigkeit des ZF-Verstärkers, ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches genau dem Logarithmus des Eingangssignals entspricht.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schwankungen oder Änderungen der Verzögerung einem Transponder bei einem Radargerät besondere gut zu stabilisieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß der Erfindung wird eine AVR-Schaltung verwendet, welche die Amplitude eines ersten ankommenden Impulses abtastet und ein Ausgangssignal konstanter Amplitude eines zweiten Eingangsimpulses in Reaktion auf die Abtastung der Amplitude des ersten Eingangsimpulses liefert. Die Amplitudensteuerung erfolgt mit Hilfe eines Breitband-Dämpfungsgliedes, welches die Veränderung in der Form des Eingangssignals vermeidet. Die resultierende konstante Amplitude des Ausgangssignals wird einer Schwelleneinrichtung wie einer Differenzschaltung oder einem Spannungskomparator zugeführt, so daß sie durch den Komparator zur selben Zeit abgetastet wird, unabhängig von den Pegel des Eingangssignals. Die Amplitudenstabilisierung des Eingangssignals eliminiert oder vermindert zumindest sehr stark die Verzögerungsschwankungen als Funktion der Signalamplitude.

Gemäß der Erfindung werden somit Veränderungen in der Verzögerung aufgrund unterschiedlicher Signalamplituden weitgehend unterdrückt.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung der Vorteil erreichbar, daß die Genauigkeit in einem Entfernungsmeßsystem mit einem Radargerät und einem Transponder stark verbessert wird.

Weiterhin kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein zweiter Impuls in einem Transponder in Reaktion auf einen einzelnen Abfrageimpuls von dem Radargerät syntetisiert werden, wobei die Amplitude des zweiten Impulses in bezug auf die Amplitude des ersten Impulses mit Hilfe einer AVR-Anordnung

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stabilisiert wird, welche nur auf den ersten Impuls anspricht.

Veiterhin wird gemäß der Erfindung eine stabilisierte Verzögerung für einen zweiten syntetisierten Impuls in einen Transponder geliefert, welcher auf einen einzelnen Abfrageimpuls reagiert, der von einem Radarsystem geliefert wird, so daß dadurch die Genauigkeit bei der Radar-Entfernungsmessung verbessert wird.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Vergleichs der Verzögerung zwischen einem Signal mit einer verhältnismäßig kleinen Amplitude und einem Signal mit einer verhältnismäßig großen Amplitude,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Radar-Transponders, der eine Methode veranschaulicht, um ein erfindungsgemäßes Verzögerungsstabilisierungssystem gerätetechnisch auszubilden,

Fig. 3 ein detailliertes Blockschema der Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung der Fig. 2,

Fig. 4 ein Zeitdiagramm für die Signale der Fig. 3»

Fig. 5 ein detailliertes Schaltschema der in der Fig. 3 dargestellten Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung und

Fig. 6 ein Blockschaltbild, welches eine Methode veranschaulicht, um einen zweiten Impuls in dem Transponder zu erzeugen.

Die Veränderung in der Verzögerung ergibt sich aus dem Umstand, daß der Transponder auf das Eingangssignal an verschiedenen Punkten der Vorderflanke anspricht, während die Amplitude des Eingangssignals sich ändert. Dieser Effekt tritt auf, weil die Vorderflanke eine endliche Anstiegszeit aufweist und in der Signalabtastschaltung feste Schwellenwerte vorhanden sind. Dieser Effekt wird in der Fig. 1 veranschaulicht. Das kleinere Signal 10 hat einen Schwellenpunkt 12, während das größere

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Signal 14 einen Schwellenpunkt 16 aufweist, und zwar in Abhängigkeit von dem Schwellenpegel, der auf die Linie 18 eingestellt ist. Die Zeitdifferenz 20 ist mit at bezeichnet. Es ist leicht erkennbar, daß Δ t eine Funktion der Amplitude des EingangssignaIs ist.

Die Pig. 2 zeigt eine mögliche Einrichtung zur Integration einer Verzögerungsstabilisierungseinrichtung für einen Transponder. Die zwei Blöcke, die zu einem üblichen Transponder hinzugefügt sind, sind ein spannungsabhängiges Dämpfungsglied 30 und eine Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung, die mit 32 bezeichnet ist und nachfolgend kurz auch als AVE-Schaltung bezeichnet wird. Obwohl die Verwendung eines spannungsgesteuerten Dämpfungsgliedes 30 wie eines TIN-Dioden-Dämpfungsgliedes dargestellt ist, könnte in einigen Anwendungefällen die Verstärkung des ZF-Verstärkers 3^ mit einem ähnlichen Effekt gesteuert werden. Breitband-Videosignale werden aus dem ZF-Verstärker 34 ausgekoppelt, um einen Verstärker 40 zu puffern (siehe Fig. 3), der einen Teil der AVR-Schaltung 32 darstellt. Der Pufferverstärker 40 (gemäß Fig. 2) treibt ein Tiefpaßfilter 42, welches diejenige Bandbreite aufweist, die zur Verarbeitung von Videosignalen erforderlich ist. Das gefilterte Ausgangssignal wird einem Schwellendetektor 44 zugeführt und wird weiterhin einem Spannungskomparator 46 zugeführt, welcher die AVE-Abtast-Schwelle liefert. Wenn die Videoamplitude die Abtastschwelle überschreitet, wird der Verzögerungsgenerator 48 getriggert, wodurch ein Impuls erzeugt wird, der in bezug auf das Videoeingangssignal verzögert ist. Dieser verzögerte Impuls öffnet den Abtastschalter 50 für eine vorgegebene Zeit oder solange ein Rückstellimpuls erzeugt wird. Der Verzögerungsgenerator 48 könnte durch den Standard-Ausgangsimpuls des Video-Prozessors getriggert werden, wodurch seine Triggerschwelle dieselbe wäre wie die Baken-Triggerschwelle, so daß dadurch der Schaltungsaufwand vermindert würde. Diese Möglichkeit ist durch eine unterbrochene Linienverbindung 52

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zwischen dem Schwellendetektor 44 und dem Verzögerungsgenerator 48 angedeutet. Das Ausgangssignal des Pufferverstärkers 40 wird auch einer Schaltung zur unteren Signalbegrenzung oder einem Differenzverstärker 54 zugeführt, welcher die AVH-Schwelle einstellt (denjenigen Signalpegel, bei welchem die Amplitudenstabilisierung beginnt). Sobald die Videoamplitude die AVR-Schwellenspannung übersteigt, wird die Differenzspannung über den normalerweise geschlossenen Abtastschalter 50, der als elektronischer Schalter ausgebildet sein kann, dem Schleifenfilter 56 zugeführt. Das Filter 56 liefert die AVR-Schleifenbandbreite und wirkt als Speicher, wenn der Schalter 50 offen ist. Das Ausgangssignal des Filters 56 wird dem Breitbandverstärker 58 zugeführt, der eine hohe Eingangsimpedanz aufweist, so daß die Ladung auf dem Filterkondensator des Filters 56 zwischen den Impulspaaren nicht nennenswert abfällt. Der Verstärker 58 dient auch dazu, das PIN-Dioden-Dämpfungsglied 30 zu treiben. Nachdem die AVR-Spannung Zeit gehabt hat, während des ersten Impulses sich einzustellen, wird der Abtastschalter 50 durch das Ausgangssignal des Verzögerungsgenerators 48 geöffnet. Der Kondensator des Schleifenfilters 56 hält die Eingangs spannung, welche durch den Pufferverstärker 58 benötigt wird, um die PIN-Dioden 30 für den zweiten Impuls ordnungsgemäß vorzuspannen. Der zweite Impuls erzeugt dann einen stabilisierten Verzögerungsausgangsimpuls von dem Schwellendetektor 44, der dazu verwendet werden kann, die Antwort des Transponders auszulösen. Bei der Erzeugung eines Antwortimpulses wird normalerweise ein Austastsignal erzeugt, um Transponder daran zu hindern, daß er auf seine eigene Antwort reagiert, oder auch dazu, den Empfänger während seiner Antwort zu schützen. Nach dem Austastimpuls kann der Empfänger wieder auf seine Empfindlichkeit gebracht werden, da die Zeitsteuerung ordnungsgemäß abgewickelt ist. Dies geschieht dadurch, daß der Verzögerungsgenerator 48 rückgestellt wird, so daß der Abtastschalter 50 schließen kann. Obwohl dies nicht dargestellt ist, könnte der gewünschte Zustand der Schaltung beschleunigt da-

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durch wieder hergestellt werden, daß ein aktiver Entladekreis für den Kondensator des Schleifenfilters 56 vorgesehen würde.

Die Entfernungsmessung wird natürlich dadurch ausgeführt, daß die Zeit zwischen der Aussendung des zweiten Radarimpulses und dem Empfang des zweiten Transponder-Impulses an dem Radargerät ermittelt wird. Wie es bei einem solchen System üblich ist, muß die Zeitmessung durch eine Korrektur berichtigt werden, welche die bekannte Verzögerung berücksichtigt, die in dem Transponder auftritt.

Die Fig. 5 zeigt ein Schaltschema für den AVR-Teil des Verzögerungsstabilisierungssystems. Das Breitband-Videosignal von dem ZF-Verstärker 34 (Fig. 2) wird über den Kondensator C1 nach Q1 übertragen, wodurch die Wirkung eines Pufferverstärkers erreicht wird. Das Ausgangssignal von Q1, welches an dem Emitter abgegriffen wird, wird dem Tiefpaß-Videofilter zugeführt, welches durch die Bauelemente R5, C2 und Q3 gebildet wird. Es ist auch mit der Basis von Q2 verbunden, dessen Basis-Emitter-Strecke durch diejenige Spannung rückwärts vorgespannt ist, welche durch den Spannungsteiler erzeugt wird, der aus R1 und R2 gebildet wird, versetzt um die Basis-Emitter-Spannung von Q1, wodurch eine Temperaturkompensationsschwelle gebildet wird. Diejenigen Videosignale, deren Amplitude diese Schwelle übersteigen (die AVR-Schwelle) werden dem Abtastschalter zugeführt, dem Feldeffekttransistor Q^.

Der Abtastschalter Q4 ist normalerweise geschlossen, so daß dadurch Videosignale, welche hinzugeführt werden, durchgelassen werden und dem Schleifenfilter R12, C6 und R13 zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Schleifenfilters wird dem Eingang des Breitband-Gleichspannungsverstärkers Q5, Q6, Q7, Q8 und Q9 und den zugehörigen Bauteilen zugeführt. Das Ausgangssignal von Q9 liefert einen Strom und eine Spannung an

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die Pin-Diode, wodurch das Eingangssignal dazu veranlaßt wird, soweit gedämpft zu werden, bis die Amplitude des Videoausgangssignals sich der AVB-Schwellenspannung nähert, wo seine Amplitude stabilisiert wird. Diese Stabilisierung der Amplitude erfordert Zeit; deshalb wird die Vorderflanke des ersten Videoimpulses des Paars eine aufgesetzte Spitze aufweisen. Der Gleichspannungsverstärker ist derart vorgespannt, daß unter solchen Bedingungen, daß kein AVR-Signal anliegt, die Dämpfung auf ein Minimum eingestellt ist. Es ist jedoch eine möglichst geringe Spannungsveränderung an dem Ausgang erforderlich, bevor eine Dämpfung erreicht werden kann. Wenn die Spannung am Ausgang von Q9 sehr weit verändert wenden muß, um eine Dämpfung zu erreichen, ist zusätzliche Zeit erforderlich, wodurch die Ansprech-Zeit der Schaltung vergrößert wird. Um eine Beschleunigung zu erreichen, wird eine Rückführung an die Basis von Q8 über RI7 und CR1 geführt. Dies ermöglicht, daß die Verstärkung des Verstärkers für negative Polaritäten (O-Dämpfung) größer ist als für positive Ausgangssignale. Die Diode CR2 hindert das Ausgangssignal daran, daß es stärker negativ ist als ein Diodenabfall. Das Ausgangssignal von Q3 wird dem Eingang eines Spannungskomparators Ü1 zugeführt, der ein Differenzverstärker oder ein Operationsverstärker sein kann. Der invertierende Eingang des !Comparators wird auf den gewünschten Abtastpegel oder die gewünschte Abtastschwelle eingestellt. Videosignale, welche diese Schwelle überschreiten, lösen den Komparator aus, dessen Ausgangssignal dann den Verzögerungsgenerator U2 und U3 triggert. Der Verzögerungsgenerator besteht aus zwei in einer Kaskade angeordneten monostabilen Multivibratoren, welche derart geschaltet sind, daß ihre kombinierten Zeitsteuerzyklen vollständig abgeschlossen sein müssen, bevor sie erneut getriggert werden. Der zweite monostabile Multivibrator U3 wird am Ende des Zeitsteuerzyklus von U2 getriggert. Die erzeugte Verzögerung wird dann durch R10 und C4 von U1 festgelegt, und die Periode, über welche die Abtasteinrichtung geöffnet bleibt, wird durch R11 und C5 festgelegt, die U3 zugeordnet sind. Wenn das empfangene Signal de-

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kodiert wird, wird ein Austastimpuls der Basis von Q10 über R19 zugeführt, was zu einer maximalen Dämpfung des Senderimpulses führt. Der Abtastimpuls kann dazu verwendet werden, den Verzögerungsgenerator zurückzusetzen, bevor ein voller Zeitsteuerzyklus vollendet ist, so daß die Rückstellung des Empfängers beschleunigt wird.

Die Arbeitsweise der Schaltungen kann durch die Erläuterung typischer Wellenformen leichter veranschaulicht werden, die in den Schaltungen auftreten. Bei der folgenden Erläuterung wird davon ausgegangen, das Bezugszeichen ohne Apostroph, die in den Fig. 2 und 3 auftreten, die entsprechenden Stellen in der Schaltung der Wellenformen angeben, die bei den Bauteilen der Fig. 4 durch einen Apostroph bei entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Dadurch wird das Verständnis der Beziehung zwischen den einzelnen Schaltungen und den entsprechenden Wellenformen erleichtert. Die Wellenform 36' ist typisch für eine Hüllkurve eines HF-Eingangssignals, welches bei 36 in der Fig. 2 auftreten kann. Es würde natürlich in einem System, welches nur einen Radarimpuls verwendet, nur ein Impuls bei 36' auftreten. Die Wellenform 38' der Fig. 4 ist typisch für ein Breitband-Video-Ausgangssignal am Punkt 38, d.h., für ein Ausgangssignal des ZF-Verstärkers 34 in der Fig. 2. Die Spitze auf der Vorderflanke des ersten Impulses ist für die AVR-Ansprechzeit repräsentativ. Der Punkt 38 erscheint auch in der Fig. 3· Die Wellenform 32' stellt das Ausgangssignal des Breitband-Gleichspannungsverstärkers 58 der Fig. 3 dar. Die Wellenform 64' stellt das Ausgangssignal des Verzögerungsgenerators 48 dar (siehe Fig. 3), und die unterbrochene Linie in der Wellenform 64' stellt diejenige Situation dar, in welcher kein AVR-Rückstellsignal oder Austastsignal erzeugt wird. Die Wellenform 66' stellt den Austastimpuls dar, siehe Fig. 2 und

Gemäß der obigen Erläuterung wird das Radarsystem, welches mit dem Transponder gemäß der obigen Beschreibung verwendet wird,

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zwei Ausgangsimpulse für jede zyklische Periode oder für jede Impulsfolgeperiode erzeugen. Es könnte Jedoch auch in einer alternativen Ausführungsform der zweite Impuls innerhalb des erfindungsgemäßen Transponders syntetisiert werden. Dies kann gemäß Pig. 6 geschehen, aus welcher ersichtlich ist, daß die Verzögerungseinrichtung 70 und der Verstärker 72 einen Verstärker mit dem Verstärkungsgrad eine aufweisen, wodurch eine vorgegebene feste Verzögerung hervorgerufen wird. Die Größe der Verzögerung entspricht der normalen Verzögerung in einem Dual- oder Doppel-Impuls-Radarsystern, d.h., sie entspricht der Verzögerung zwischen den Impulsen. Der Radarimpuls wird der Klemme 7^ zugeführt, so daß dadurch an der Klemme 76 des Gates 78 ein nicht verzögerter Impuls entsteht und an der Klemme 80 des Gates 78 ein verzögerter Impuls erzeugt wird. Das Gate 78 kann eine Summierschaltung sein, welche das aus den beiden Impulsen zusammengesetzte Signal an der Ausgangsklemme 82 liefert. Die Schaltung der Fig. 6 kann zwischen dem ZF-Verstärker 34 und der AVR-Schaltung 32 in der Leitung 38 angeordnet sein, wie es in der Fig. 2 veranschaulicht ist. Diese Art der Anordnung führt zu einem Zwei-Impuls-System innerhalb des Transponders, wo nur ein einzelner Impuls von dem beteiligten Radarsystem zur Verfügung steht. Es ist zu bemerken, daß in dem alternativen System, welches oben beschrieben wurde, die Notwendigkeit besteht, die Messung der verstrichenen Zeit in dem Radarsystem dadurch zu korrigieren, daß die Verzögerungszeit zwischen dem Eingangsimpuls für den Transponder und dem syntetisierten zweiten Impuls berücksichtigt wird. Damit ist die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben.

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Claims

Patentansprüche 2BA538A

1. Verfahren zur Stabilisierung der Verzögerung eines zweiten Impulses in einem Transponder, wenn ein erster Impuls gleicher Amplitude wie der zweite Impuls und der zweite Impuls nacheinander in wenigstens einem Impulszug in einem Empfänger des Transponders auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des ersten Impulses in dem Empfänger des Transponders gemessen wird, daß die Verstärkung des Empfängers als Funktion der gemessenen Amplitude gesteuert wird, daß die Verstärkung über eine Zeitperiode konstant gehalten wird, welche den zweiten Impuls einschließt, daß ein vorgegebener Schwellenpegel nur für den zweiten Impuls am Ausgang des Empfängers abgetastet wird und daß ein gesendetes Signal von dem Transponder in Reaktion auf die Schwellenabtastung getriggert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Impulszüge von einem einzigen Eingangsimpuls abgeleitet wird und daß der zweite Impuls innerhalb des Empfängers erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungsschaltung mit dem Verstärkungsmaß eins verwendet wird, wobei dieser Schaltung ein Eingangssignal zugeführt wird, welches durch den ersten Impuls getrieben oder gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der erste Impuls in dem Empfänger in einer Verzögerungsschaltung verzögert wird und daß die Verzögerungsschaltung ein Verstärkungsmaß von eins aufweist, wobei der zweite Impuls am Ausgang der Verzögerungsschaltung erzeugt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Impuls dadurch erzeugt wird, daß das erste Signal durch eine akustische Oberflächenwellen-Einrichtung und einen Verstärker hindurchgeführt wird, und daß der zweite Impuls eine Amplitude aufweist, welche gleich dem ersten Signal ist.

6. Anordnung zur Entfernungsmessung mit einem Radargerät und einem Transponder, wobei der Transponder durch eine Reihe von Impulszügen von dem Radargerät abgefragt wird und wobei jeder der Impulszüge wenigstens einen ersten Impuls aufweist, der eine bestimmte Amplitude hat, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Transponder eine Einrichtung vorgesehen ist, welche dazu dient, die Amplitude des ersten Impulses von jeder Reihe von Impulszügen abzutasten, daß weiterhin eine Einrichtung zur Steuerung der Verstärkung eines Empfängers in dem Transponder vorgesehen ist, daß diese Verstärkungssteuereinrichtung auf die ermittelte Amplitude des ersten Impulses anspricht, um für das Ausgangssignal des Empfängers eine konstante Amplitude aufzubauen, und zwar über eine bestimmte Zeitperiode, welche den Eingang und den Durchgang von wenigstens einem nachfolgenden Impuls in dem Empfänger umfaßt, um die Verzögerung des wenigstens einen folgenden Impulses in dem Empfänger zu stabilisieren.

7. Anordnung nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe der Impulszüge jeweils einen einzelnen Impuls aufweist und daß eine Einrichtung vorhanden ist, den einzelnen Impuls zu verzögern und den wenigstens einen folgenden Impuls in dem Transponder zu syntetisieren.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, da£ die Verstärkungsregeleinrichtung

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oder Verstärkungssteuereinrichtung ein spannungsgesteuerteβ Dämpfungsglied aufweist.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung eine akustische Oberflächenwellen-Einrichtung aufweist.

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