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Anordnung für Grossba is-Dopplerpeiler
Die Erfindung bezieht sich auf Dopplerpeiler, bei denen die durch die simulierte Bewegung einer Einzelantenne auf einem Kreis hervorgerufene Frequenzmodulation der einfallenden Welle zur Richtungs- & stimmung ausgewertet wird. Derartige Peilverfahren sind bereits bekannt und Ausführungsbeispiele für diese Verfahren bereits mehrfach vorgeschlagen worden.
Die grundsätzlichen Überlegungen für derartige Verfahren sind sowohl auf Peller als auch auf Funkfeuer anwendbar.
Die Anfälligkeit gegen Störungen bei Mehrwegausbreitung der ankommenden Welle nimmt bei solchen nach dem Dopplerprinzip arbeitenden Peilanlagen gegenüber einem normalen Adcock-Peiler umgekehrt proportional mit dem Verhältnis des Durchmessers des Antennenkreises zur Wellenlänge ab, u. zw. mit dem Faktor 3. Man kann also mit Hilfe dieses Verhältnisses DIA einen Verbesserungsfaktor
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Anschaltung von Einzelantennen normalerweise nur dann nachahmen, wenn die Abstände von Antenne zu Antenne den Wert A/2 nicht überschreiten, weil bei diesem Werte durch die bei der Umschaltung von Antenne zu Antenne dann maximal auftretenden Phasensprünge von 1800 jeweils eine Auslöschung des Trägers auftritt und bei Überschreitung dieses Wertes eine Phasenumkehr der Peilanzeige auftreten kann.
Um auch bei einem durch Mehrwegausbreitung entstehenden Interferenzfeld Phasensprünge von 180 mit Sicherheit zu vermeiden, wird man den Abstand von Antenne zu Antenne nicht grösser als A/3 wählen.
Aus dem für das Antennensystem gewünschten Verbesserungsfaktor y lässt sich unter Berücksichtigung der soeben erwähnten Bedingungen eine Faustformel für die notwendige Antennenzahl (n) finden, nämlich n s 3y.
Soll nun mit ein und demselben Antennensystem ein grösserer Frequenzbereich überstrichen werden, so ist die Überlegung über die Wahl der Abstände von Antenne zu Antenne selbstverständlich für die höchste in Frage kommende Frequenz bzw. die kürzeste Wellenlänge zu treffen. Da der Verbesserungfaktor y aber mit DIA zunimmt, nimmt er bei gleichbleibendem Durchmesser D mit kleiner werdender Frequenz bzw. grösser werdender Wellenlänge ab. Würde man bei einem Frequenzbereich zwischen beispielsweise 100 und 400 MHz für die höchste Frequenz (400 MHz) einen Verbesserungsfaktor von y = 10 wählen, so ergäbe sich für die Anzahl der Antennen n = 30. Bei 100 MHz wäre y dann aber nur noch gleich 2,5. Dieser Wert wird aber für einen Dopplerpeiler mit den gewünschten Eigenschaften als nicht ausreichend angesehen.
Würde man aber schon bei 100 MHz y = 10 wählen, so ergäbe das bei 400 MHz r = 40. Dieser Wert von y = 40 ist aber bei der Frequenz von 400 MHz gar nicht notwendig. Ausserdem müsste nach der gegebenen Bemessungsformel die Anzahl der Antennen n = 120 sein, was einen viel zu grossen Aufwand bedeuten würde.
Man ist daher schon seit längerer Zeit bestrebt gewesen, Wege zu finden, um grössere Antennenkreisdurchmesser bei einer nicht zu grossen Antennenanzahl verwenden zu können.
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Bei der Methode der differentiellen Phasenmessung ist in der Literatur (The Institution of Electrical
Engineers, Paper No. 2549. The Practical Evolution of the Commutated-Aerial Direction Finding System) ein Weg zur Lösung dieses Problems angegeben worden. Diese Methode besteht darin, dass an Stelle der ersten Phasendifferenz zwischen den von den einzelnen Antennen gelieferten Spannungen die zweite
Differenz zur Gewinnung des Peilkriteriums durch Phasen-Demodulation verwendet wird.
Bei dem bekannten Phasendifferenz-Peilverfahren erfolgt bereits in der Zwischenfrequenz durch mehrfache Mischung und durch Verzögerung in zwei Laufzeitketten die doppelte Differenzbildung.
Diese Methode, die in der Durchführung sehr kompliziert ist, versagt aber bei Verfahren nach dem
Dopplerprinzip, bei denen die Peilung nicht durch Auswertung einer Phasenmodulation, sondern einer
Frequenzmodulation erfolgt.
Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass diese beiden Peilerarten, nämlich der
Phasendifferenz-Peller und der Dopplerpeiler, vollkommen verschiedene Systeme darstellen, obwohl die beiden Modulationsarten, die Phasen- und Frequenzmodulation, rein rechnerisch durch den Differential- quotienten verknüpft sind. Die Phasenmodulation ist aber von der Frequenzmodulation insofern ganz verschieden, als bei jener ein fester Träger vorhanden ist, der phasenmoduliert ist, während bei dieser kein fester Träger existiert, sondern eine in ihrer Frequenz variable Hochfrequenzspannung.
Auf diese Tatsachen muss bei der Betrachtung des Peilauswertungsverfahrens gemäss der Erfindung Rücksicht genommen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem Antennensystem, beispielsweise einem Kreisgruppensystem, mit gegebenem Antennenabstand nach dem Dopplerprinzip innerhalb eines sehr grossen Frequenzbereiches sicher peilen zu können, oder anders ausgedrückt, mit möglichst wenig Antennen im Antennensystem auszukommen, wobei innerhalb des sehr grossen Frequenzbereiches die Abstände der Einzelantennen auch in der Nähe der halben Betriebswellenlänge liegen dürfen, ohne dabei die Peilung zu stören oder gar unmöglich zu machen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die dem normalen Frequenzdiskriminator eines frequenzdemodulierenden Empfängers entnommene, das Peilkriterium enthaltende Niederfrequenzspannung einem elektrischen Differentiationsvorgang unterworfen wird.
Dadurch werden die grossen Phasensprünge für die Peilauswertung unwirksam gemacht bzw. es wird die Zweideutigkeit des Peilergebnisses, die bei Überschreiten des gegenseitigen Antennenabstandes über den kritischen Wert X/2 entstehen kann, eliminiert.
In Fig. 1 ist eine Anzahl von Antennen 1-7 auf einer Geraden im Abstande D angeordnet. Die Wellenfront falle von der Richtung E unter einem beliebigen Winkel a ein. Die Antennen werden in bekannter Weise periodisch hin-und hergehend, beispielsweise durch einen rotierenden Kondensatorschalter (nicht gezeichnet) an den Eingang eines frequenzdemodulierenden Empfängers in der Weise angeschaltet, dass ein quasi-kontinuierlicher Übergang yon Antenne zu Antenne erfolgt. Die Ausgangsspannung am Frequenzdiskriminator dieses Empfängers stellt eine Spannung dar, deren Amplitude - entsprechend dem Frequenzhub derHochfrequenzspannung-dem Sinus des Einfallswinkels zu proportional ist, solange der Abstand von Antenne zu Antenne den Wert \/2-im folgenden kritischer Punkt genanntnicht überschreitet.
Bis zu diesem Wert wird auch bei der scheinbaren Bewegung der Antenne auf den Sender zu (die Bewegung wird durch die kontinuierlich erfolgende hin-und hergehende Anschaltung nachgeahmt) die Frequenz zunehmen, in umgekehrter Richtung dagegen abnehmen. Bei Überschreitung des kritischen Punktes kehren sich die Verhältnisse um, d. h. der Frequenzhub nimmt spiegelbildlich wieder ab, und es entsteht ein Phasensprung von 180 .
Die Form der Niederfrequenzspannung auf diese soeben geschilderten Verhältnisse ist in Fig. 2 näher dargestellt, u. zw. ist die Frequenzänderung in Abhängigkeit vom Winkel C aufgezeichnet. Die Sprungstellen der Funktion an den kritischen Punkten sind genau zu erkennen. An diesen Punkten, die in der
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nimmt nicht mehr zu sondern ab. Die Kurve der Fig. 2 ist nicht auf eine Antennenanordnung, wie sie in Fig. l beschrieben worden ist, nämlich die Anordnung auf einer Geraden, beschränkt, sondern gilt ebenso für eine Antennenanordnung, bei der die Antennen auf einem Kreis angeordnet sind und zyklisch nacheinander abgetastet werden.
Bei Verwendung eines vorhandenen Antennensystems mit gegebenen, festen gegenseitigen Antennenabständen würde sich bei einer entsprechend niedrigeren Empfangsfrequenz bzw. längeren Wellenlänge, bei der an keiner Stelle Phasensprünge von 1800 auftreten können, eine völlig normale Sinuskurve ergeben. Die Auswertung und Anzeige erfolgt dann in bekannter Weise durch Vergleich der Phasenlage dieser Spannung mit einer entsprechenden (örtlich erzeugten) Bezugsfrequenz.
Wollte man beispielsweise aus der Kurve 2 durch Fourier-Analyse eine Grundwelle heraussieben, was naheliegend wäre, so würde diese das entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen wie die abgeleitete Kurve.
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Für eine bestimmte Frequenz oder, anders ausgedrückt, für einen bestimmten Antennenabstand von zirka 0, 55 \ würde, wie leicht einzusehen ist, die Grundwelle überhaupt verschwinden. Unterwirft man jedoch die Kurve 2 gemäss der Erfindung einem elektrischen Differenziervorgang, so entsteht ein Kurven- zug gemäss der Fig. 3, in der die Sprungstellen der Phasen um 180 sich nur noch durch entsprechende lmpulsspitzen andeuten, die Kurve an sich jedoch einen sinusförmigen Verlauf nimmt, der zur Peil- auswertung unbedingt nötig ist. Diese kurzen Impulsspitze, die im Zuge der Sinuslinie vorhanden sind, stören bei einer nachfolgenden selektiven Auswertung des Peilsignals überhaupt nicht mehr.
Eine Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist in Fig. 4 dargestellt, wobei auf ein Kreisgruppen-
Antennensystem 1 zurückgegriffen worden ist, welches in zyklischer Reihenfolge beispielsweise mit Hilfe eines kapazitiven Umschalters 2, der von einem Motor 3 angetrieben ist, abgetastet wird. Auf derselben
Antriebswelle des Motors 3 liegt der Bezugsspannungsgenerator 4, der in bekannter Weise zwei um 900 phasenverschobene Ausgangsspannungen liefert, die jede für sich in bekannter Weise phasenempfindlichen
Demodulatoren zusammen mit der Peilspannung zugeführt werden. Die Ausgangsspannung des Antennen- systems wird dem Eingang eines frequenzdemodulierenden Empfängers 5 zugeführt, dessen Diskriminatorausgangsspannung die Form der Fig. 2 hat.
Diese Niederfrequenzspannung wird über einen Tiefpass 6 einer bekannten Differenzierschaltung 7 zugeführt, deren Ausgangsspannung gemäss der Fig. 3 nur noch eine
Sinusspannung und darauf sitzende Impulsspitzen enthält. Diese Spannung wird, wie oben erwähnt, zu- sammen mit den Bezugsspannungen dem Auswerte- und Anzeigegerät 8, welche beide in bekannter Weise aufgebaut und in einer Einheit vereinigt sind, zugeführt, so dass die Peilung direkt abgelesen werden kann.
Der Erfindungsgedanke kann selbstverständlich nicht nur auf einfache Dopplerpeiler, wie oben be- schrieben, angewendet werden, sondern auch auf Dopplerpeilverfahren, wie sie bereits mehrfach vorge- schlagen worden sind, bei denen die Abtastung des Kreisgruppen-Antennensystems aus der Überlagerung zweier virtueller Bewegungen besteht. Diese Systeme ergeben gegenüber den einfachen Dopplerpeilern noch gewisse Vorteile. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Peilers zeigt Fig. 5. Das Antennensystem 9 wird mit Hilfe eines vom Motor 11 betätigten kapazitiven, besonders ausgebildeten Umschalters 10, der eine scheinbare Bewegung einer Einzelantenne gemäss einer Pilgerschrittbewegung auf einem Kreise aus- zuführen gestattet, abgetastet, wie dies bereits vorgeschlagen worden ist.
Die dadurch frequenzmodulierte
Empfangsspannung am Ausgang des Umschalters 10 wird einem frequenzdemodulierenden Empfänger 12 zugeführt, dessen mittels eines im Empfänger 12 enthaltenen Frequenzdiskriminators (nicht näher be- zeichnet) gewonnene Ausgangsspannung wiederum über einen Tiefpass 13 einer Modulatoranordnung 14 zugeführt wird. Dieser wird auch die Spannung eines Spannungsgenerators 15 zugeführt, welcher eine
Harmonische gegenüber einem Bezugsspannungsgenerator 16 erzeugt, beispielsweise 1500 Hz gegen- über 50 Hz.
Die die Peilung beinhaltende Spannung am Ausgang dieser Modulatoranordnung 14 wird nun gemäss den Prinzipien der Erfindung einer Differentiation in dem Differenzierglied 17 unterworfen und dann zusammen mit zwei um 900 phasenverschobenen Bezugsspannungen der niedrigen Abtastfrequenz (50 Hz aus dem Generator 16) dem Auswerte- und Anzeigegerät 18 zugeführt, welches in bekannter
Weise arbeitet und den Azimut anzeigt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung für Grossbasis-Dopplerpeiler, insbesondere mit einem Kreisgruppen-Antennensystem, bei der die durch Abtasten des Antennensystems gewonnene Frequenzmodulation der einfallenden Welle mittels eines frequenzdemodulierenden Empfängers in eine das Peilkriterium enthaltende Niederfrequenz- spannung umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung eines breiten Bandes, innerhalb dessen Peilbetriebswellenlängen bei gegebenem Abstand der Einzelantennen liegen dürfen, dem frequenz- demodulierenden Empfänger ein Differentiationsglied für die die Peilung beinhaltende Niederfrequenz- spannung derart nachgeordnet ist, dass aus der unstetigen Spannungskurve eine nahezu stetige Kurve ent- steht,
in der die Phasensprünge keinen Einfluss auf die Peilauswertung haben.