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Verfahren zur Richtungsbestimmung eines drahtlosen Senders, der Zeichen in verschiedenen Ebenen ausstrahlt.
Es ist vorgeschlagen worden, zum Zwecke der Funkpeilung die Feldstärken zweier zueinander senkrecht angeordneter Richtantennensysteme miteinander zu vergleichen. Bei den gebräuchlichen Verfahren werden zur Durchführung dieses Vorschlages durch die beiden Riehtantennensysteme komplementäre Zeichen ausgesandt ; meist durch die Buchstaben a und Auf der Winkelhalbierenden zwischen den beiden Richtebenen verschmelzen dann die beiden Zeichen zu einem Dauerstrich. Dieses Verfahren kann an sich gute Erfolge bringen, jedoch ist es lästig, dass die Lautstärken der einzelnen Zeichen mit dem Ohr miteinander verglichen werden müssen.
Es ist leicht einzusehen, dass bald die Forderung auftauchte, dieses Verfahren so durchzubilden, dass der akustische Horempfang verlassen werden kann und an Stelle des menschlichen Ohres eine optische Anzeigevorrichtung, die wie die sonst gebräuchlichen Messinstrumente ausgebildet ist, tritt. Diese Forderung wird meistens gestellt, wenn es sich um die Peilung in Flugzeugen handelt, da die Zahl des Bedienungspersonals beschränkt ist und die Peilung häufig vom Piloten selbst übernommen werden musste, der jedoch schon an und für sich ausserordentlich stark in Anspruch genommen ist.
Da das eingangs skizzierte Verfahren mit den bisher vorgeschlagenen Mitteln die gestellte Aufgabe nicht zu lösen gestattete, ging man dazu über, durch die beiden Richtantennensysteme nicht zwei verschiedene Zeichen auszusenden, sondern dieselben dauernd strahlen zu lassen und die Ausstrahlung mit zwei verschiedenen Frequenzen zu modulieren. Im optischen Anzeigeinstrument wurden zwei Zungen nach Art eines Frequenzmessers angeordnet, die auf diese beiden Frequenzen abgestimmt waren. Damit diese Methode einwandfrei arbeitet, sind zunächst grosse Feldstärken oder hohe Verstärkungsgrade am Empfänger erforderlich.
Ferner müssen die Modulationsfrequenzen ausserordentlich genau konstant gehalten werden, damit die Anzeige einwandfrei ist, denn bei einem Abweichen der Modulationsfrequenzen werden die Zungen ja nicht mehr richtig erregt ; auch bereitet die Unabhängigmachung der Zungen von mechanischen und Wärmeeinwirkungen Schwierigkeiten. Dieses Verfahren ist ausserdem sehr kostspielig, da zwei vollständige Sender nötig sind, von denen je einer auf ein Antennensystem arbeitet.
Die genannten Schwierigkeiten können gemäss der Erfindung vermieden werden, indem auf der Sendeseite in jeder Ebene mit derselben Frequenz nur je eine Zeichenart ausgesandt wird, auf der Empfangsseite die Mittelwerte der ausgestrahlten zusammengehörigen Zeichen nach ihrer Gleichrichtung miteinander verglichen und dadurch das Zeichen grösserer Feldstärke kenntlich gemacht wird. Es werden in der einen Ebene nur Punkte, in der andern nur Striche oder Zeichen anderer Form, aber stets nur eine Art, wie weiter unten noch ausführlich erläutert wird, gesendet.
Man kann zur Aufnahme dieser Zeichen die Empfangseinrichtung erfindungsgemäss so einrichten, dass bei entsprechend langsamer Tastung ein in einem Anodenkreis eines Gleichrichters liegendes Messinstrument die Zeichen abzulesen gestattet. Eine derartige Anordnung ist schematisch in der beiliegenden Fig. 1 dargestellt. Die durch einen nicht dargestellten Empfänger mit beliebigen Stufen aufgenommenen Zeichen werden über den Transformator Tj. dem Gitterkreis der Röhre R, zugeführt, in dessen Anodenkreis das Anzeigeinstrument M liegt. Durch diese Anordnung wird eine wesentlich höhere Empfindlichkeit erzielt, wie bei den Anordnungen, die mit einem akustischen Vergleich (Hörempfang) arbeiten.
Die höhere Empfindlichkeit rührt davon her, dass infolge der quadratischen Kennlinie des Gleichrichters bereits ganz kleine Feldstärkenunterschiede der ankommenden Zeichen abgelesen werden können. Wie
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sich aus der Kennlinie K in Fig. 2 ergibt, wird der Arbeitspunkt A des Rohres ssi weit ins Negative ver- legt. Für den Fall gleicher Feldstärken von beiden Sendern (also auf der Symmetrielinie der beiden
Hauptstrahlrichtungen) zeigt das Instrument M einen kleinen Dauerausschlag to. Um diesen Wert schwankt bei Verschiedenheit der beiden Feldstärken der Zeiger und gestattet, ganz langsame Tastung vorausgesetzt, das stärkere Zeichen abzulesen.
Dieses Verfahren lässt sich nicht nur zur Aufnahme von Sendern der oben angegebenen Art, bei welchen in jeder Ebene mit derselben Frequenz Zeichen gleicher Art gegeben werden, anwenden, sondern auch dann, wenn in bekannter Weise verschiedene Zeichen, z. B. abwechselnd Striche und Punkte der a-n-Methode ausgesendet werden. Über die bei der letzteren bekannten Methode auftretenden Nachteile wird weiter unten noch Näheres gesagt.
Um zu zeigen, wie eventuell an dem Messinstrument M der Fig. 1 die einzelnen Zeichen abgelesen werden können, ist in der Fig. 2 die Kennlinie einer Röhre dargestellt.
Es ist lediglich zur Erläuterung angenommen, dass in bekannter Weise s und n gegeben werden und das
Zeichen des Senders I gegenüber dem Zeichen des Senders 11 überwiegt. Der nur geringe Amplituden- unterschied der Zeichen I und Zeichen 11 wird durch die quadratische Kennlinie K zu einem grossen
Amplitudenunterschied. Das Messinstrument M schlägt entsprechend den Strömen il-und ill, die sich von dem Strom io unterscheiden, nach rechts und links mehr oder weniger stark aus.
Erfolgt die Tastung genügend langsam und verwendet man ein nicht so träges Instrument, so entspricht der Ausschlag genau den Amplituden der ankommenden Sendeenergie bzw. der Abweichung von der Symmetrielinie der beiden Hauptstrahlrichtungen der Sender.
Der Vorteil dieses Empfangsverfahrens für den Empfang der Sender der obenangegebenen Art, bei welchen in jeder Ebene mit derselben Frequenz Zeichen gleicher Art ausgesendet werden, liegt darin, dass das Auge weniger leicht getäuscht wird. Schwankt nämlich der Zeiger des Instrumentes M ent- sprechend den Strichen und Punkten, so wird er für das Auge kleiner erscheinen, wenn der Ausschlag nur kurzzeitig ist, als ein Ausschlag gleicher Grösse aber längerer Dauer. Das Auge empfindet die Striche als Ausschläge grösserer Amplitude als die Punkte. Es ist leicht einzusehen, dass man sich hiedurch, nament- lich wenn das Instrument nur flüchtig betrachtet wird, wie es im Flugzeug häufig mehr oder weniger der
Fall sein wird, leicht irrt. Es ist also von Vorteil, Zeichen gleicher Art zu verwenden.
Im nachfolgenden wird zunächst eine besondere Bemessung der von den Sendern ausgesendeten
Zeichen angegeben. Bei Durchführung des Erfindungsgedankens werden im einfachsten Fall durch das eine Richtantennensystem nur Punkte und durch das andere nur Striche gegeben. Die Pausen der Striche des einen Systems werden durch die Punkte des andern Systems vollständig ausgefüllt.
Untersuchungen mit Hilfe der Fourierschen Reihe zeigen, dass Punktzeichen unter Berücksichtigung der Pausen hauptsächlich als eine aus einer Frequenz und ihrer doppelten Frequenz zusammengesetzte
Schwingung aufgefasst werden können, wenn die Länge der Pausen ungefähr das drei-bis vierfache der
Zeichen beträgt.
Diese Verhältnisse ergeben sich schematisch aus der beiliegenden Fig. 3. In dieser Fig. ist ein
Punktzeichen schraffiert dargestellt. Das Zeichen ist über seiner Mittelwertslinie m aufgetragen und besitzt eine Dauer tz, die ein Drittel der Pause tp beträgt. Die gestrichelt gezeichnete Kurve 81 ist eine
Schwingung, die aus den Frequenzen i und z zusammengesetzt ist. 2 ist-ferner die doppelte Frequenz von h (f2 = 2 fies ergibt sich aus der Abbildung, dass die gestrichelt ausgezogene Kurve 81 das getastete
Zeichen I annähernd ergibt. Die kleinen Abweichungen von der Rechteckform sind hiebei unbeaehtlieh und dadurch hervorgerufen, dass die höheren Harmonischen vernachlässigt worden sind.
Um von den in der Fig. 3 dargestellten Punktzeichen auf Strichzeichen überzugehen, ist es nicht, wie man zunächst annehmen möchte, notwendig, andere Frequenzen i und s zu wählen. Es ist vielmehr lediglich notwendig, die Frequenz 1'2 in ihrer Phase um 1800 zu verschieben. Nach Durchführung dieser
Phasenverschiebung ergibt sich ohne weiteres, wie in Fig. 4 dargestellt, das Strichzeichen 11. Die Fre- quenzen sind in dieser Fig. mit den gleichen Bezugszeichen versehen bzw. in gleicher Weise dargestellt, wie in Fig. 3.
Theoretische Untersuchungen zeigen ferner, dass es notwendig ist, eine Abweichung der
Phasenverschiebung von fi gegenüber den beiden erläuterten Fällen für Punkt-und Strichzeichen, also von 0 bzw. von 180 0, zu vermeiden, denn sonst ergibt sich eine Kurvenform, die nicht mehr den gewünschten
Zeichen entspricht.
Werden in dieser Weise die Zeichen bemessen, dann können die nachfolgend beschriebenen Emp- fangsanordnungen Verwendung finden. So kann z. B. die in Fig. 5 dargestellte Einrichtung angewendet werden die ähnlich einem Frequenzmesser aufgebaut ist.
Mit Bk ist der Schnitt durch die Mattglasplatte eines Anzeigeinstrumentes bezeichnet. Hinter der Glasplatte, vom Beschauer aus gerechnet, befindet sich eine Lichtquelle L und die erforderliche Optik 0.
Die von der Lichtquelle L ausgehenden Strahlen werden durch die Optik 0 zusammengefasst und auf die Glasscheibe Bk geworfen. In dem Strahlengang befinden sich zwei Blendenanordnungen B1 und B2, die auf zwei Zungen Zl und Z2 sitzen. Die Zungen werden elektromagnetisch angestossen (MW). Die I beiden Zungen Zl und Z2 sind auf die Frequenzen fi und 2, deren Bedeutung an Hand der Fig. 3 und 4 auseinandergesetzt wurde, abgestimmt. Dadurch schwingen die Zungen in verschiedenen Frequenzen, d. h. mit verschiedenen Geschwindigkeiten. Das Licht kann auf die Skalenscheibe Sk nur dann fallen,
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wenn die beiden Blendenöffnungen 0 hintereinander stehen. Dies ist immer dann der Fall, wenn die bei den Frequenzen fl und f2 der Fig. 3 und 4 sich an gleichen Punkten befinden, so z.
B. im Zeitaugenblick 1 in der Fig. 3. Von diesem Punkt aus laufen die beiden Bewegungen zwar in der gleichen Richtung, jedoch mit verschiedenen Geschwindigkeiten. Im Zeitaugenblick 2 sind die beiden Blenden am weitesten voneinander entfernt, da fl negativ und f2 positiv ist. Sie laufen dann wieder zusammen, um im Zeitpunkt 3, der dem Zeitpunkt 1 entspricht, zur Deckung zu gelangen. Das Aufleuchten erfolgt also immer entsprechend der jeweiligen Lage der Überdeekung der beiden Blenden. Die Grösse des hiedurch angezeigten Ausschlages ergibt sich aus der Grösse der Amplituden der beiden Frequenzen fi und 2, die je wiederum abhängig sind von der Abweichung von der Symmetrielinie zu den Sendeausstrahlungen. Die Zungen werden vormagnetisiert, damit der Verlauf der Federschwingungen W entsprechend den erregenden Wechselströmen erfolgt.
Es wird mit anderen Worten durch die Vormagnetisierung eine Mittellage der Zungen eingestellt, so dass bei einer positiven Halbwelle der erregenden Frequenzen die Bewegung in der einen Richtung und bei einer negativen Halbwelle in der andern Richtung erfolgt.
Die Schaltungsanordunng zum Betriebe des oben beschriebenen Anzeigeinstrumentes ist aus der beiliegenden Fig. 6 ersichtlich. Im Anodenkreis der Röhre R4 ist ebenso wie im Falle der Fig. 2 ein Messinstrument M eingeschaltet, das jedoch vorzugsweise andern Zwecken dient und ein Transformator Tus.
Die Sekundärwicklung des Transformators T ist mit der Magnetisierwicklung MW des Anzeigeinstrumentes mit den Zungen Z, und Z2 verbunden.
Die oben erläuterte Fourierzerlegung der Zeichen lässt auch eine andere Art der Anzeige des vorherrschenden Zeichens zu. Diese besteht darin, die Harmonischen (fl und f2), aus denen die Gleichstromzeichen zusammengesetzt sind, in Grösse und Phase getreu über einen Transformator zu übertragen.
Der Transformator selbst gestattet ja die Übertragung der Gleichstromzeichen nicht. Je nachdem, ob die Punkt-oder Strichtastung vorherrscht, ist auf der Sekundärseite des Transformators, wie in der Fig. 3 und 4 gezeichnet, die positive Amplitude grösser als die negative bzw. umgekehrt. Um diese Amplitudendifferenzen auszunutzen, wird eine Schaltung gemäss Fig. 7 vorgeschlagen.
Von einem normalen Empfänger mit den nötigen Stufen werden über einen Transformator Ti die aufgenommenen Zeichen dem Gitter einer Gleichrichterröhre R zugeführt, wie eingangs an Hand der Fig. 1 beschrieben. Im Anodenkreis dieser Röhre ist ein weiterer Transformator T2, dessen Sekundärwicklung mit einer Mittelanzapfung verbunden ist und deren beide Enden mit den Gittern zweier in Gegentakt arbeitender Röhren R2 und N3 verbunden sind, vorhanden. Dem Gitter kann über die Anzapfung mit Hilfe einer Vorspannungsbatterie G eine Vorspannung gegeben werden. Im Anodenkreis der Röhren liegt ein Widerstand W, dem in der Mitte die Anodenspannung aus der Batterie A zugeführt wird. Parallel zu dem Widerstand W liegt das Anzeigeinstrument J.
In der Fig. 8 ist das Arbeiten der beiden Röhren dargestellt und die Kennlinien mit KR2 und KRs bezeichnet. Es ist angenommen, dass nur Zeichen I des einen Senders, also nur Punktzeichen aufgenommen werden. Die beiden Gegentaktröhren arbeiten im quadratischen Teil ihrer Kennlinien. Die Gitterspannungskurve I, deren Mittelwert gestrichelt eingezeichnet ist, hat in den beiden Röhren verschieden verzerrte Anodenströme zur Folge. Das dargestellte Zeichen ergibt im Anodenkreis der Röhre R2 einen Anodenstrom ijr2, der beträchtlich grösser ist gegenüber dem strichpunktiert eingetragenen Strom Vs, der vorhanden ist in dem Falle, dass der Empfänger sich auf der Symmetrielinie der Hauptstrahlrichtungen der Sender befindet. Der in der Röhre Bg auftretende Anodenstrom g ist nur um ein geringes grösser
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ruft im Anzeigeinstrument J einen Ausschlag hervor.
Bei der Aufnahme von Strichzeichen tritt der umgekehrte Fall ein. In dem Anodenkreis der Röhre Ra fliesst jetzt der grössere Strom als in der Röhre R2.
Es braucht nicht weiter erläutert zu werden, dass sich bei der Aufnahme des Senders die durch die Punktund die Strichzeichen hervorgerufenen Anodenströme in entsprechender Weise addieren und hiedurch ein feststehender Ausschlag des Instrumentes J erzielt wird, dessen Grösse abhängig ist von der Abweichung von der Symmetrielinie der beiden Hauptstrahlrichtungen der Sender.
Da bei einer Annäherung an den Sender die Amplituden infolge des Anwachsens der Feldstärke grösser werden, wird auch der Summenwert im Instrument M des Gleichriehterrohres RI grösser. Dabei würden aber auch bei einem Abweichen des Fahrzeuges von der Richtung auf den Sender (Symmetrielinie der Hauptstrahlrichtungen) die Ausschläge im Instrument J kleiner, da infolge der gekrümmten Charakteristik des Gleichrichterrohres jssi bei grösserem Summenstrom eine kleinere Empfindlichkeit entsteht, da die Anordnung immer weniger auf den stark gekrümmten Teil der Röhrencharakteristik arbeitet, d. h. der Arbeitspunkt sich in dem geradlinigen Teil der Charakteristik verschiebt.
Es ist jedoch erwünscht, die Skala des Anzeigeinstrumentes J mit einer Gradeinteilung zu versehen, die die Abweichung von der Symmetrielinie der beiden Hauptstrahlrichtungen in Raumgraden angibt. Um dies zu ermöglichen, ist das Messinstrument M in den Anodenkreis der Röhre Ri eingeschaltet. Die Eingangsspannungen dieser Röhre oder irgendwelche Dämpfungswiderstände od. dgl. werden so einreguliert, dass der Ausschlag im Messinstrument stets derselbe ist während der Annäherung des Empfängers zum Sender. Es wird mit andern Worten bei der Annäherung an den Sender einfach Energie vernichtet und die Eingangsenergie für das Gleichrichterrohr jssi gleich gross gehalten, unabhängig von der Entfernung vom Sender.
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Wird dies durchgeführt, so ist es ohne weiteres möglich, das Anzeigeinstrument J in Graden zu eichen.
Es ist dann lediglich notwendig, beim Annähern zum Sender die Dämpfungswiderstände usw. nachzuregulieren und kann dann sofort wieder die wahre Abweichung ablesen.
An Stelle der in der Fig. 7 dargestellten Empfangsanordnung, deren Arbeiten an Hand der Fig. s erläutert wurde, kann auch eine einfachere Anordnung treten, die in der beiliegenden Fig. 9 dargestellt
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gekrümmter Charakteristik arbeitet. Das Arbeiten der Röhre ist aus der Fig. 10 ersichtlich. Entweder wird die Röhre konstruktiv speziell für diesen Zweck durchgebildet oder es wird eine gewöhnliche Röhre ge- nommen und dieselbe sehr stark unterheizt, so dass sich die gekrümmte Charakteristik ergibt. Durch die gekrümmte Charakteristik ergibt sich genau so, wie vorher erläutert, eine sehr starke Abhängigkeit von den empfangenen Amplituden, da diese Anordnung als eine Vereinigung der beiden Röhren Ru und Rg der
Fig. 7 aufgefasst werden kann.
Es ist bei der in der Fig. 10 dargestellten Arbeitsweise angenommen, dass dem Gitterkreis der
Röhre Rs nur Punktzeichen zugeführt werden. Durch die doppelte Krümmung der Charakteristik KR, ergibt sich ein Anodenstrom tIe, der gegenüber um abweicht.
Eine weitere Möglichkeit zur Tastung der Sendeanordnung nach dem erfindungsgemässen Ver- fahren unter Verwendung an sich bekannter Mittel wird in der beiliegenden Fig. 11 erläutert.
Es ist vorgeschlagen worden, zwei Richtantennensysteme, deren Hauptstrahlrichtungen in einem
Winkel zueinander stehen, mit Tastdrosseln zu tasten. Die beiden Tastwicklungen der Drosseln sind in Serie geschaltet. Die eine der Drosseln enthält ausserdem eine dauernd eingeschaltete Magnetisierungs- wicklung. Beim Schliessen des Tasters wird die eine Drosselspule magnetisiert und die andere, die die dauernd eingeschaltete Wicklung besitzt, entmagnetisiert, da die Wirkungen der beiden Wicklungen sieh bei dieser Drossel aufheben (vgl. Patent Nr. 121686). Diese Art der Tastung bringt es mit sich, dass zwei ausgesendete Zeichen immer genaue Spiegelbilder voneinander sind.
Wird nun gemäss der weiteren Erfindung das eine Zeichen so ausgebildet, dass es einen langsamen
Stromanstieg und einen raschen Stromabfall hat (vorzugsweise durch Beeinflussung des Ein-und Aus- schaltvorganges mit Hilfe von entsprechenden Siebketten), so weist das andere Zeichen die umgekehrte
Charakteristik auf. Bei ihm erfolgt die Einschaltung rasch und die Ausschaltung langsam. Die Zeichen haben also an sich das gleiche Aussehen, sind von derselben Art und liegen spiegelbildlich zueinander.
Die Verhältnisse ergeben sich im einzelnen aus der Fig. 11. Die vom Empfänger aufgenommenen Zeichen sind mit Prim Ta bezeichnet, da sie dem Transformator Tg in Fig. 9 zugeführt werden.
Um die Zeichen zur Anzeige verwerten zu können, ist es erforderlich, die Empfangseinrichtung so auszubilden, dass sie nur auf die Schaltvorgänge anspricht. Hiezu wird vorzugsweise ein Transformator verwendet (der erwähnte Transformator Tg in Fig. 9). Die Schaltungsanordnung ist an sich dieselbe, wie die oben beschriebene, die mit einer Röhre mit gekrümmter Charakteristik arbeitet. Die aufge- nommenen Schwingungen werden wiederum dem im Anodenkreis der Röhre Rliegenden Transformator Ts zugeführt.
Von den Gleichstromstössen des Gleichrichters werden auf die Sekundärseite des Transfor- mators nur die Schaltvorgänge als Spannungsspitzen (Sek, Tg) übertragen, die ja aus den vor allen Dingen bei Frequenzwandler bekannten Gründen immer nur dann auftreten, wenn eine rasche Änderung der Magnetisierung erfolgt. Ist die Feldstärke von beiden Antennen an der Empfangsstelle gleich gross, dann tritt keine Änderung des Gleichstromes im Instrument M auf und somit auch keine Übertragung auf das Gitter der Röhre Rs. Herrscht ein Zeichen vor, dann kommen die Schaltvorgänge auf der Sekundär- seite des Transformators zur Wirkung u. zw. je nachdem, ob es ein Ein-oder Ausschaltvorgang ist, als
Spannungsstoss auf die eine oder andere Seite.
Da auch in diesem Fall die Röhre Rs mit doppelt gekrümmter
Charakteristik arbeitet, wird, wie oben schon angegeben, ihr Anodenstrom entsprechend der Abweichung von der Symmetrielinie der Hauptstrahlrichtungen schwanken.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Richtungsbestimmung eines drahtlosen Senders, der Zeichen in verschiedenen
Ebenen ausstrahlt, dadurch gekennzeichnet, dass für die zu messenden Felder, z. B. auf der Senderseite, in jeder Ebene mit derselben Frequenz nur je eine Zeichenart ausgesendet wird und auf der Empfangsseite die Mittelwerte der ausgestrahlten zusammengehörigen Zeichen nach ihrer Gleichrichtung miteinander verglichen werden.