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Peiler bzw. Drehfunkfeuer mit Grossbasisantennensystem
Ein bei Peilern und Drehfunkfeuem auftretendes Problem ist die Beseitigung der durch Ausbreitungs- störungen, z. B. Mehrwegausbreitung, entstandenen Peilfehler. Dies wird bekanntlich dadurch ermöglicht, dass man sogenannte Grossbasissysteme verwendet, bei denen durch Mittelwertbildung in einem gestörten Interferenzfeld eine Steigerung der Genauigkeit der Psilung ermöglicht wird. Die vorgeschlagenen Gross-
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den kann. Es sind aber auch Systeme bekannt, die auf dem Prinzip der Grossbasis-Amplitudenmodulation arbeiten, z. B. das unter dem Namen Wullenwever (Tele-TechandElectronicsIndustries, 9/1955, Seite 60 ff bzw. NTZ 3/1956) bekannte Peilsystem, das eine eindeutige Peilung ergibt.
Bei diesem Peilsystem rotiert eine sehr schmale Keule, die durch Zusammenfassen mehrerer Antennen entstanden ist, konti- nuierlich um eine vertikale Achse. Dieses System benötigt aber infolge des sehr schmalen Peilstrahles empfangsseitig eine wesentlich grössere Bandbreite des AM-Empfängers, als an sich dem Informationsin- halt entspricht.
Es sind ausserdem mehrere Peilsysteme bekannt und vorgeschlagen worden, die auf dem Prinzip der Frequenzmodulation oder Phasenmodulation arbeiten. Diese Systeme beseitigen zwar bei Verwendung von Grossbasis-Antennensystemen denNachteil der Vieldeutigkeit ; es werden aber spezielle, FM-demodulierende
Empfänger benötigt, die aufwendiger und demgemäss auch teurer sind als die AM-Empfänger.
In der Drehfunkfeuer- bzw. Peiltechnik wird des öfteren das Problem auftreten, nachträglich sowohl Sende- als auch Empfangsanlagen, die mit umlaufenden Richtdiagrammen, z. B. Kardioiden, arbeiten, unter möglichst geringer Änderung der Anlagen selbst auf Grossbasissysteme umzustellen.
Die Erfindung gibt einen Weg zur Lösung dieses Problems an. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Interferenzfeld periodisch in einem Gebiet abzutasten, das im Verhältnis zur Betriebswellen- länge gross ist, indem ein Richtdiagramm, z. B. eine Kardioide, um einen ausserhalb dieser Kurve gelegenen Punkt rotiert, der mehrere Wellenlängen von dem Zentrum der Kardioide entfernt liegt.
Das umlaufende Diagramm ergibt am Empfängerausgang als Hüllkurve eine sinusförmige Wechselspannung, aus der in bekannter Weise durch Phasenvergleich mit einer phasenstarren Bezugsspannung die Peilung gewonnen werden kann. Das umlaufende Diagramm kann z. B. dadurch entstehen, dass auf einem Hebelarm, der mehrere Wellenlängen lang ist, eine Sende- bzw. Empfangsantennenkombination rotiert.
Andere Realisierungsmöglichkeiten zur Erzeugung eines solchen Richtdiagramm es werden später noch erläutert werden.
Der wesentliche Unterschied, der dadurch entsteht, dass die Antennenanordnung exzentrisch umläuft anstatt um ihren Strahlungsmittelpunkt zu rotieren, besteht darin, dass die Antennenanordnung auf ihrem Rotationswege nacheinander das ganze, durch Mehrwegausbrcitung entstandene, verzerrte Interferenzfeld abtastet, wodurch ein Mittelwert zwischen den einzelnen Peilwerten gebildet wird, die um den Wert schwanken, welcher der Einfallsrichtung der jeweils stärkeren Welle entspricht. Dadurch entsteht eine Art "Ortsdiversity". Die entstehende Phasenmodulation infolge des Umlaufes des Richtdiagramms ist ver- nachlässigbar.
Das hier beschriebene System kann ohne Änderung der Empfangsgeräte auf ein VOR-Funkfeuer übertragen werden, indem nur das Antennensystem des Senders gemäss den Prinzipien der Erfindung geändert
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wird, Auf diese Weise erhält man ein Drehfunkfeuer mit allen Vorteilen einer Grossbasisanlage, deren besonderer Vorteil bekanntlich darin besteht, dass der Aufstellungsort der Anlage unabhängig vom jeweiligen Gelände gewählt werden kann. Bei den zurzeit im Betrieb befindlichen VOR-Anlagen musste der Auf- stellungsort sehr sorgfältig ausgewählt werden, um von vornherein Mehrwegausbreitung der Wellen möglichst zu verhindern, wodurch bekanntlich die sie benutzenden Flugzeuge falsche Peilwerte erhalten.
Das gleiche Prinzip lässt sich ebenso auf Kleinbatis-Amplitudenpeiler in der gleichen Weise anwenden. Dadurch ergibt sich auch bei vorhandener Mehrwegausbreitung eine bedeutend genauere Pilauswertung.
Eine auf einem Kreis exzentrisch umlaufende Kardloide könnte z. B. durch eine Anordnung erzeugt werden, bei der jeweils die gleiche Anzahl von Einzelantennen auf zwei konzentrischen Kreisen mit gewissem radialen Abstande voneinander aufgebaut sind. Die Antennen des äusseren Kreises werden mittels Kabeln über eine Schalteinrichtung in schneller Aufeinanderfolge mit dem Empfänger verbunden. Die auf dem Inneren Kreis angeordneten Antennen wirken als parasitäre Strahler bzw. Reflektoren und erzeugen soin bekannterWeise einkardioidenähnliches Diagramm. Insbesondere kann die Anschaltung der Antennen mit einer bereits vorgeschlagenen kapazitiven Schalteinrichtung erfolgen.
Eine weitere Lösung zur Erzeugung einer umlaufenden Kardioide mit einer einzigen Kreisgruppe von Antennen kann dadurch realisiert werden, dass mittels eines zusammen mit der Schalteinrichtungrotieren- den Verzögerungsgliedes z. B. eines Kabelstuckesvon der Länge X/4, jeweils die eine Antenne als S -zahler und die nachfolgende als Reflektor wirksam werden. Das eine Ende desmit der Schalteinrichtungrotieren- den Kabelstfickes ist mit dem Eingang eines AM-Empfängers verbunden. Als Schalteinrichtung kann wiederum der bereits vorgeschlagene kapazitiv wirkende Schalter in entsprechender Modifikation Verwendung finden.
Um eine gleichzeitige Nachrichtenübertragung, z. B. durch Sprache, zu ermöglichen, wird bei An- wendung des Prinzips der Erfindung ein kleiner Modulationsgrad der Welle empfangsseitig gewählt. In ge- wissem Grade lässt sich ausserdem die Sprachqualität inbekannter Weise durch Räckmodulatlon verbessern.
Gemäss weiterer Ausbildung der Erfindung wird aber, um eine einwandfreie Verständlichkeit zu ge- währleisten, die Peilinformation einem Zwischenträger aufmoduliert, dessen Frequenz bedeutend höher liegt als die zu übertragende höchste Frequenz des Sprachbandes.
Das Problem der einwandfreien Sprachübertragung kann gemäss weiterer Ausführung der Erfindung auch dadurch gelöst werden, dass, in dem Beispiel der zwei mittels eines rotierenden Kabelstückes verbundenen Antennen, der Anschlusspunkt des Empfängers mit einer wesentlich höheren Frequenz, als der Rotationsfrequenz des Richtdiagrammes entspricht, zwischen den beiden Enden des Kabelstückes bzw. zwischen den Fusspunkten. der gerade in Betrieb befindlichen Antennen umgeschaltet wird. Dadurch erscheint die Peffinformation als trägerlos Modulation der Umtastfrequenz und kann In bekannter Weise getrennt und ausgewertet werden.
Dieses soeben gegebene Beispiel kann auch noch in der Weise ausgeführt werden, dass bei einer tatsächlich rotierenden Antenne zwei mitrotierende Reflektoren zu beiden Seiten der Antenne verwendet werden, die abwechselnd mit einer über der Sprachfrequenz liegenden Schaltfrequenz umgeschaltet werden. Die Peilinformation ist dann ebenfalls als trägerlose Modulation der Umschaltfrequenz am Ausgang des Empfängers vorhanden, und die beiden sehr verschiedenen Frequenzen, z. B. 25 Hz und 5000 Hz, können. leicht durch Filter getrennt und dann in bekannter Weise ausgewertet werden.
Es ist auch noch eine Ausführung des Erfindungsgedankens denkbar, bei der von einer hin-und hergehenden Bewegung einer Einzelantenne auf einer Geraden (Zeile) Gebrauch gemacht wird-die entweder mechanisch oder elektronisch realisiert werden kann-indem der jeweiligen Antenne in Bewegungsrichtung gesehen ein Reflektor abwechselnd vor und hinter der Antenne zugeordnet ist. Dadurch erhält man eine Amplitudenmodulation, deren Modulationsgrad bzw. deren Amplitude nach der Demodulation dem Sinus des Einfallswinkels der Wellen entspricht.
Unter Verwendung von zwei derartigen Zellen, die unter einem Winkel, beispielsweise von 900, gekreuzt sind, erhält man bei fiktive Bewegung der Antennen mit zugeordneten Reflektoren von der einen Zeile den Sinus und von der andern den Cosinus des Einfallswinkels der Wellen, der in bekannter Weise in einem Sichtgerät zur Peilung zusammengesetzt und angezeigt werden kann.
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Direction finder or rotary radio beacon with large base antenna system
One problem that occurs with direction finders and rotary radio beacons is the elimination of the problems caused by propagation disturbances, e.g. B. multipath propagation, resulting bearing errors. As is known, this is made possible by using so-called large base systems, in which an increase in the accuracy of the measurement is made possible by averaging in a disturbed interference field. The proposed gross
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can. But there are also known systems that work on the principle of large-base amplitude modulation, e.g. B. under the name Wullenwever (Tele-TechandElectronicsIndustries, 9/1955, page 60 ff or NTZ 3/1956) known direction finding system, which gives a clear bearing.
In this direction finding system, a very narrow lobe, which was created by combining several antennas, rotates continuously around a vertical axis. However, due to the very narrow bearing beam, this system requires a much larger bandwidth of the AM receiver on the receiving side than corresponds to the information content.
In addition, several direction finding systems are known and have been proposed which operate on the principle of frequency modulation or phase modulation. These systems eliminate the disadvantage of ambiguity when using large-scale antenna systems; But there are special, FM demodulating ones
Required receivers, which are more complex and therefore also more expensive than the AM receivers.
In the rotary radio beacon or direction finding technology, the problem will often arise, both transmitting and receiving systems that are equipped with rotating directional diagrams, e.g. B. Cardioids, work to convert the systems to large-scale systems with as little change as possible.
The invention provides a way of solving this problem. The invention is based on the idea of periodically scanning the interference field in an area that is large in relation to the operating wavelength by using a directional diagram, e.g. B. a cardioid, rotates about a point located outside this curve, which is several wavelengths away from the center of the cardioid.
The encircling diagram gives a sinusoidal alternating voltage as an envelope curve at the receiver output, from which the bearing can be obtained in a known manner by phase comparison with a phase-locked reference voltage. The rotating diagram can e.g. B. arise in that a transmitting or receiving antenna combination rotates on a lever arm that is several wavelengths long.
Other implementation options for generating such a directional diagram will be explained later.
The main difference that arises from the fact that the antenna arrangement revolves eccentrically instead of rotating around its center of radiation is that the antenna arrangement successively scans the entire distorted interference field resulting from multipath propagation on its rotation path, whereby an average value is formed between the individual bearing values that fluctuate by the value which corresponds to the direction of incidence of the stronger wave. This creates a kind of "local diversity". The phase modulation that occurs as a result of the rotation of the directional diagram is negligible.
The system described here can be transmitted to a VOR radio beacon without changing the receiving equipment, by only changing the antenna system of the transmitter according to the principles of the invention
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In this way, a rotary radio beacon is obtained with all the advantages of a large base system, the particular advantage of which, as is well known, is that the installation site of the system can be selected independently of the respective terrain. With the VOR systems currently in operation, the installation site had to be selected very carefully in order to prevent the waves from spreading over and over again from the outset, which is known to cause the aircraft using them to receive incorrect bearing values.
The same principle can also be applied to Kleinbatis amplitude direction finders in the same way. This results in a significantly more accurate pil evaluation even if there is multipath propagation.
A cardloid revolving eccentrically on a circle could e.g. B. can be generated by an arrangement in which the same number of individual antennas are built on two concentric circles with certain radial distances from each other. The antennas in the outer circle are connected to the receiver in rapid succession by means of cables via a switching device. The antennas arranged on the inner circle act as parasitic radiators or reflectors and thus produce a cardioid-like diagram in a known manner. In particular, the antennas can be connected using a capacitive switching device that has already been proposed.
Another solution for generating a revolving cardioid with a single circular group of antennas can be implemented in that by means of a delay element rotating together with the switching device, e.g. B. a piece of cable of the length X / 4, in each case one antenna as an S -payer and the following act as a reflector. One end of the cable section rotating with the switching device is connected to the input of an AM receiver. The already proposed capacitively acting switch can again be used as a switching device in a corresponding modification.
To enable simultaneous message transmission, e.g. B. to enable voice, a small degree of modulation of the wave is selected on the receiving side when applying the principle of the invention. To a certain extent, the speech quality can also be improved in a known manner by means of back modulation.
According to a further embodiment of the invention, however, in order to ensure perfect intelligibility, the direction finding information is modulated onto an intermediate carrier whose frequency is significantly higher than the highest frequency of the voice band to be transmitted.
The problem of correct voice transmission can also be solved according to a further embodiment of the invention that, in the example of the two antennas connected by means of a rotating piece of cable, the connection point of the receiver corresponds to a frequency significantly higher than the rotational frequency of the directional diagram, between the two Ends of the cable section or between the base points. the antennas currently in operation are switched. As a result, the Peff information appears as a carrierless modulation of the keying frequency and can be separated and evaluated in a known manner.
This example just given can also be implemented in such a way that, in the case of an antenna that is actually rotating, two co-rotating reflectors are used on both sides of the antenna, which are switched alternately with a switching frequency above the voice frequency. The bearing information is then also available as a carrierless modulation of the switching frequency at the output of the receiver, and the two very different frequencies, e.g. B. 25 Hz and 5000 Hz, can. easily separated by filters and then evaluated in a known manner.
Another embodiment of the inventive concept is also conceivable in which use is made of a reciprocating movement of an individual antenna on a straight line (line) - which can be implemented either mechanically or electronically - by alternately viewing the respective antenna in the direction of movement with a reflector is assigned in front of and behind the antenna. This results in an amplitude modulation, the degree of modulation or the amplitude of which corresponds to the sine of the angle of incidence of the waves after demodulation.
Using two such cells that are crossed at an angle, for example of 900, one obtains the sine of one line and the cosine of the angle of incidence of the waves from the other, in a fictitious movement of the antennas with associated reflectors can be assembled and displayed in a viewing device for direction finding.
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