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Funknavigationsanlage mit Drehfeldsender und Empfänger
Die Erfindung bezieht sich auf eine Funknavigationsanlage mit einem Drehfeldsender und einem Empfänger zur Bestimmung des Azimuthwinkels p des Empf ngers mit Bezug auf den Sender und eine Bezugsrichtung durch empfangsseitige Bestimmung der gegenseitigen Phasenlage zweier Schwingungen.
Es ist bekannt, zum Zwecke der Azimuthbestimmung zwei Hochfrequenzfelder verschiedener Trägerwellenfrequenz zu benutzen, die derart ausgesandt werden, dass die Phase der nach Gleichrichtung des einen Feldes erhaltenen Schwingung richtungsunabhängig und die Phase der nach Gleichrichtung des anderen Feldes erhaltenen Schwingung richtungsabhängig ist, während ferner die beiden Schwingungen in einer bestimmten Richtung (Bezugsrichtung) die gleiche Phase besitzen. Der Phasenwinkel zwischen den beiden nach Gleichrichtung erhaltenen Schwingungen entspricht dabei dem Azimuth.
Die Erfindung bezweckt Verbesserungen und Vereinfachungen der erwähnten Einrichtungen.
Die erfindungsgemässe Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass sendeseitig ein Drehfeld- antennensystem angeordnet ist, das gespeist wird von einem Drehfeldmodulatorsystem, das von zwei Drehfeldmodulationsschwingungen mit in einem ganzzahligen Verhältnis n stehenden
Frequenzen gesteuert wird zur Ausstrahlung zweier gleichartiger Drehfelder mit verschiedenen, in einem raiizzahligen Verhältnis n stehenden
Umlaufgeschwindigkeiten und dass der Emp- fänger eingerichtet ist zur Trennung der den beiden Drehfelder entsprechenden Drehfeld- modulationsschwingungen mit verschiedenen, in einem ganzzahligen Verhältnis n stehenden Fre- quenzen, die einer zur Bestimmung der gegen- seitigen Phasenlage dieser Schwingungen dienen- den Phasenmesseinrichtung zugeleitet werden.
Vorzugsweise weisen die beiden vom Drehfeld- sender ausgesandten Drehfelder gleiche Träger-
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fänger verwendet werden kann.
Empfangsseitig wird aus den beiden Schwa gungeu vorzugsweise eine Messgrösse abgeleitet,
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geht, jedoch eine grössere Messgenauigkeit erzielt werden kann.
Eine nähere Erläuterung folgt an Hand der beiliegenden Zeichnung, wobei Fig. 1 einen Sender und Fig. 2 einen Empfänger einer Anlage gemäss der Erfindung darstellt. Fig. 3 zeigt ein dem Empfänger betreffendes Diagramm.
In Fig. I ist schematisch eine Ausführungsform einer Sendevorrichtung dargestellt, die sich zur Anwendung in einer Anlage gemäss der Erfindung eignet. Bei dieser Sendevorrichtung werden die von einem Hochfrequenzoszillator 1 erzeugten Schwingungen, gegebenenfalls über einen Frequenzvervielfacher 2 und einen Hochfrequenzverstärker 3, einer Endverstärkerstuf, 4 und zwei Gegentaktmodulatoren 5 und 6 zugeführt. Die Hochfrequenzschwingungen werden in diesen beiden Modulatoren durch zwei in harmonischem Zusammenhang stehende Schwingungen w und nw mit Trägerwellenunterdrückung moduliert.
Die modulierende Schwingung mit der Frequenz X wird mittels eines Oszillators 7 erzeugt und einerseits über einen Verstärker 8
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einen Verstärker 10 dem Gegentaktmodulator 6 zugeführt. Die modulierende Schwingung mit der Frequenz Mm wird mittels eines Frequenzvervielfachers 11 aus den vom Oszillator 7 erzeugten Schwingungen hergeleitet und einerseits über den Niederfrequenzverstärker 10 dem Modulator 6, anderseits über eine phasenverschiebende Vorrichtung 12 und den Verstrher dem Modulator 5 zugeführt. Eine Einrichtung 18 dient zur Einstellung des Phasenwinkels zwischen der modulierenden Schwingung mit der Grundfrequenz to und der daraus abgeleiteten harmonischen Schwingung mit der Frequenz nm.
Die Bake : 1lvorrichtung nach Fig. 1 weist ferner vier senkrechte Dipolantennen 13, 14, 15 und 16 auf, die in den Winkelpunkte eines Vierecks angeordnet sind und senkrecht zur Zeichenebene stehen, während eine Antenne 17 im Mittelpunkt des Vierecks angeordnet ist und parallel zu den übrigen Antennen verläuft.
Die in dem Ausgangskreis des Endverstärker 4 auftretenden Schwingungen werden der mittleren Antenne 17 zugeführt, während die in den
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Ausgangskreisen der Modulatoren 5 und 6 aufttetenden modulierten Schwingungen in Gegenphase den in den Diagonalpunkten des Vierecks liegenden Antennen 13, 15 bzw. 14, 16 zugeführt werden.
Bei der beschriebenen Vorrichtung werden somit die in den Winkelpunkten des Vierecks angeordneten Antennen derart gespeist, dass die Phasenverschiebung zwischen der Modulation der jedem Paar von benachbarten Antennen zugeführten modulierten Schwingungen dem räumlichen Winkel von 90'zwischen den beiden Antennen gleich ist. Es wird infolgedessen ein von beiden Schwingungen 00 und noo moduliertes Hochfrequenzfeld derart ausgestrahlt, dass die Phase der nach Gleichrichtung erhaltenen Schwingungen in einer waagrechten Ebene richtungsabhängig ist.
Es kann mittels einer phasenverschiebenden Vorrichtung 12 erreicht werden, dass die beiden nach Gleichrichtung erhaltenen Schwingungen ro und n (O in einer bestimmten, in der genannten Ebene liegenden Richtung (Bezugsrichtung) gleichzeitig durch Null gehen.
In einer beliebigen Richtung, die mit der Bezugsrichtung einen Winkel bildet, werden somit nach Gleichrichtung zwei Schwingungen erhalten, von denen die eine sin (tüt-ss) und die andere sin (nwt-p) proportional ist.
Aus diesen beiden Schwingungen lässt sich auf verschiedene Weise der zu bestimmende Winkel ableiten, beispielsweise dadurch, dass die nach Gleichrichtung erhaltene Schwingung mit der niedrigsten Frequenz n-mal in der Frequenz vervielfacht wird, wodurch eine Schwingung erhalten wird, die sin (nmt-nss) proportional ist. Durch Bestimmung des Phasenwinkels zwischen der in der Frequenz vervielfachten Schwingung und der nach Gleichrichtung erhaltenen
Schwingung mit der höchsten Frequenz, die
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während beim bekannten Messverfahren der Winkel gemessen wurde.
Mit derselben Messapparatur wird somit ein grösserer Ausschlag erhalten.
Zwar kannte mit den bekannten Messapparaturen bei der Messung von kleinen Winkeln ss in einigen Fällen bei Anwendung eines Verstärkers mit einem Verstärkungsfaktor n-1 dieselbe Anzeige erhalten werden, aber es ist damit der Nachteil verbunden, dass der Zeiger
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Um die Sektoren voneinander zu un@@- scheiden, die jedem vollen Zeigerumlauf emsprechen, kann für einen oder mehrere dieser Sektoren ein bestimmtes Kennzeichen angewendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer Empfangsvorrichtung, die sich zum Empfang der von einer Vorrichtung nach Fig. 1 ausgesandten Schwingungen eignet, ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Empfangsvorrichtung werden die in einer Antenne 20 empfangenen modulierten Schwingungen einem Hochfrequenzverstärker 21 zu-
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in Kaskade geschaltet ist. Im Ausgangskreis des Gleichrichters werden zwei Schwingungen
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Ausführungsform eine Kathodenstrahlröhre 24 mit zwei Ablenkorganen 26 und 28 angewendet, die eine Ablenkung des Bündels in zwei senkrecht zueinanderstehende Richtungen bewirken und denen die beiden empfangenen Schwingungen zugeführt werden.
Die im Ausgangskreis des Detektors 23 auftretenden Schwingungen mit der höchsten Frequenz (neo) werden über ein Filter 25 den Ablenkplatten 26, die Schwingung mit der Frequenz w über ein Filter 27 den waagrechten Ablenkplatten 28 zugeführt. Auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre entsteht auf diese Weise eine stillstehende Lissajousfigur, deren X-Achse sin (wt-ss) und deren Y-Achse sin (nwt-ss) proportional ist. Ein Beispiel einer solchen Lissajousfigur ist in Fig. 3 dargestellt ; diese Figur wird in einer zu bestimmenden Richtung bei n = 8 erhalten.
Die Ordinate des Schnittpunktes der Lissajous- kurve mit der Y-Achse, der den Augenblickswert der Schwingung mit der Frequenz nw in dem Augenblick angibt, in dem die Schwingung mit der Frequenz to durch Null geht, ergibt eine Messgrösse, die sin (n-1) proportional und somit ein Mass für den Winkel ss ist, denn falls
X = A sin (rot-ss) -= 0, ist auch
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n=1. so ist die Ordinate des Schnittpunktes der Lissajouskurve mit der Y-Achse ein direktes Mass für den Winkel (- ss.
In der Orientierungsrichtung, in der die beiden Schwingungen m und nw gleichzeitig
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ein hoher Faktor n angewendet wird, wird bereits bei der Verstimmung von Richtungen, die einen kleinen Winke ! ss mit der Orientierungsrichtung einschliessen, ein befriedigender Ausschlag erhalten, so dass der Winkel ss mit grosser Genauigkeit bestimmt werden kann. Wenn der angewendete Faktor n = 2 beträgt, so wird empfangsseitig aus den beiden Schwingungen direkt der Winkel ss bestimmt und somit eine eindeutige Anzeige erhalten. Für alle übrigen Werte von n ergibt sich eine Mehrdeutigkeit der Anzeigen des Azimuthwinkels.
Bei einer Empfangsvorrichtung gemäss der Erfindung wird vorzugsweise eine selbsttätige Stärkenregelung oder ein Begrenzer angewendet, um eine von der Amplitude der beiden Schwingungen to und MM unabhängige Anzeige zu erhalten.
Bei der oben beschriebenen Vorrichtung werden zwei Schwingungen mit in harmonischem Zusammenhang stehenden Frequenzen erhalten,
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vorrichtung sowohl für die Schwingungen mit der Frequenz 00, wie auch für die Schwingungen mit der Frequenz nw die Antennen 13-16 derart gespeist werden, dass der Strom in der Antenne 13 in bezug auf die Ströme in den anderen Antennen voreilt. Wenn jedoch die phasenversctuebenden Vorrichtungen 9 und 12 derart angeordnet sind, dass beispielsweise für die Frequenz m der Strom in der Antenne 13 voreilt und für die Frequenz KM nacheilt in bezug auf die Ströme in den anderen Antennen, werden nach Gleichrichtung zwei Schwingungen erhalten, die sin ot-) bzw. sin (nwt+ss)proportional sind.
Es kann in diesem Falle aus der gegenseitigen Lage der beiden
Schwingungen eine Messgrösse abgeleitet werden,
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PATENTANSPRÜCHE :
1. Funknavigationsanlage mit einem Drehfeldsender und einem Empfänger zur Bestimmung des Azimuthwinkels ss, den am Ort des Empfängers die Richtung zum Sender mit einer Bezugsrichtung einschliesst, durch empfangsseitige Bestimmung der gegenseitigen Phasenlage zweier Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass senderseitig ein Drehfeldantennensystem (1.
?, 14, 15, 16) angeordnet ist, das gespeist wird von einem Drehfeldmodulatorsystem (5, 6) das, von zwei Drehteldmodulationsschwingungen mit in einem ganzzahligen Verhältnis (n) stehenden Frequenzen gesteuert wird zur Ausstrahlung zweier gleichartiger Drehfelder mit verschiedenen, in einem ganzzahligen Verhältnis (n) stehenden Umlaufgeschwindigkeiten, und dass der Empfänger zur Trennung der den beiden Drchfeldern entsprechenden Drehfeldmodulationsschwingungen mit verschiedenen, in einem ganzzahligen Verhältnis (n) stehenden Frequenzen eingerichtet ist, die einer zur Bestimmung der gegenseitigen Phasenlage dieser Schwingungen dienenden Phasenmesseinrichtung (24) zugeleitet werden.