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Verfahren zur Übertragung und zum Empfang von Normalfrequenzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das die Übertragung und den Empfang von Normalfrequenzen mit relativ hoher Genauigkeit ermöglicht.
Bekannt ist bereits ein Verfahren zur Übertragung und zum Empfang von Normalfrequenzen über Telephonleitungen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass sich nur sehr niedrige Frequenzen übertragen lassen, im allgemeinen nicht mehr als 5000 Hz.
Die Amplitude muss dabei so gering eingestellt werden, dass kein Übersprechen auf die andern Kanäle erfolgen kann. Schon bei Entfernungen von einigen Kilometern treten starke Phasenschwankungen auf, die die Genauigkeit der Übertragung bei direkter Benutzung stark einschränken. Ausserdem ist es sehr aufwendig bzw. teilweise sogar unmöglich, allen interessierten Verbrauchern eine dadurch gebundene Übertragungsleitung zuzustellen. Neben den erheblichen Kosten lässt dies auch die Kapazität des Fernsprechnetzes nicht zu.
Ein anderes bekanntes Verfahren strahlt die Normalfrequenz über Rundfunksender aus. Die für die Normalfrequenzübertragung freigegebenen Frequenzen von 2, 5 ; 5 ; 10 ; 15 ; 20 und 25 MHz zeigten sich sehr bald als ungeeignet. Infolge der geringen Reichweite der Bodenwelle (GrössenordnunglOO km) erfolgt bei den genannten Frequenzen die Ausbreitung über grössere Entfernungen ausschliesslich über die Raumwelle. Die Fortpflanzung der Raumwelle erfolgt durch Reflexion an ionsphärischen Schich- ten. Durch ständige Höhenschwankungen des Reflexionspunktes treten grosse Laufzeitschwankungen auf,
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wendung von Längstwellen über. In diesem Bereich besitzt die Bodenwelle eine Reichweite von mehr als 1000 km, ausserdem sind auch die Ausbreitungsbedingungen der Raumwelle stabiler.
Auch unter diesen Verhältnissen ist für einen Frequenzvergleich mit der Genauigkeit 1. 10 -10 ein Messzeitintervall von etwa 24 h erforderlich. Die Laufzeitschwankungen über einen Tag betragen in diesem Frequenzbereich bis über 100/sec. Für Länder, die keinen Längstwellensender besitzen, wären erhebliche Investitionen für den Bau eines speziell nur für diesen einen Zweck errichteten Senders erforderlich. Der Sender muss zudem dauernd gewartet werden. Ausserdem ist es fast unmöglich, in dem schmalen dafür besonders geeigneten Frequenzband noch eine Frequenz zu erhalten, da diese Frequenzen bereits vergeben sind. Für die Normalfrequenzverbraucher sind Sspezialempfänger erforderlich.
Der Zweck der Erfindung besteht nun darin, eine höhere Genauigkeit gegenüber den bisher bekannten Verfahren zu erzielen, die Messzeiten wesentlich zu verkürzen und die ansonsten erforderlichen Investitionen auf ein Minimum zu reduzieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das zwar international bekannte, bisher aber nur unbefriedigend gelöste Problem der Normalfrequenzübertragung bei höchstmöglicher Präzision mit relativ einfachen technischen Mitteln zu lösen und dafür in den meisten Ländern bereits vorhandene Übertragungs-bzw. Empfangseinrichtungen zu benutzen. Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass hochfrequenten, elektromagnetischen Wellen des Dezimeter- und Zentimeterbereiches die zu übertra-
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Die Erfindung eignet sich vorteilhaft zur Überwindung grösserer Entfernungen von mehreren 100 bis 1000 km. Diese Wellen breiten sich über die optische Sichtweite mitgeringsten Laufzeitschwan-
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impulse des Frequenzsignals (15625 Hz) eine Subharmonische von 1 MHz darstellt und damit mit einfachen Mitteln (sechsmalige Verdopplung) eine Frequenz von 1 MHz erreichbar ist ; daherwird die Verwendung des Richtfunknetzes der Femseh-und/oder UKW-Sender vorgeschlagen. Die von den Sendern abgestrahlte Information kann aus jedem handelsüblichen Fernseh- bzw. UKW- Empfänger mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln gewonnen werden. Bei Abstrahlung der Information über Fernsehsender wird die zu übertragende Normalfrequenz vom Erzeuger an ein neutrales Sendestudie übermittelt.
Von hier aus wird sie in das Richtfunknetz eingespeist und mit der üblichenTrägerfrequenz von etwa 1, 6 GHz an alle Fernsehsender weitergeleitet und von diesen abgestrahlt. Als Informationsträger werden erfindungsgemäss die Zeilensynchronimpulse des Fernsehbildes verwendet, wobei es erforderlich ist, den Taktgeber zur Erzeugung dieser Impulse mit der Formalfrequenz phasenstarr zu synchronisieren.
Aus den Zeilensynchronimpulsen, die eine hohe Flankensteilheit besitzen und deren Frequenz genau 15625 Hz beträgt, wird die Normalfrequenz erfindungsgemäss am Fernsehempfänger aus den Horizontalsynchronimpulsen durch phasenstarre Vervielfachung gewonnen, z. B. durch Vervielfachung in sechs Frequenzverdopplerstufen auf 1 MHz.
Die Synchronsignale des Fernsehbildes lassen sich auch zum Nachsteuern von Frequenznormalen verwenden. Durch die Synchronisation werden sowieso die Bildsynchronimpulse mit synchronisiert.
Teilt man diese Bild-Impulsfrequenz am Empfangsort durch den Faktor 50, so stehen fürMesszwek- ke aus der Normalfrequenz abgeleitete präzise Sekunden-Impulse zur Verfügung.
Bei Abstrahlung der Normalfrequenz durch die bereits vorhandenen Fernsehsender werden erhebliche Investitionen vermieden, da sich das erfindungsgemässe Verfahren sowohl aufderSenderseite als beim interessierten Verbraucher mit geringstem Aufwand realisieren lässt. Jeder interessierte Verbrau- cher kann die Normalfrequenz aus einem handelsüblichen Fernsehempfänger entnehmen, wobei aus den ankommenden Impulsen mit bekannten Mitteln eine Sinusfrequenz gewonnen wird. Infolge der hohen Laufzeitkonstanz über die Richtfunkstrecke ist eine Verringerung der Laufzeitschwankungen um drei Zehnerpotenzen und damit eine erhebliche Genauigkeitssteigerung und Verkürzung der Messzeit bei Präzisions-Frequenzvergleichen möglich. Mit der Übertragung der Fernsehinformation ist es verträglich.
Bei Abstrahlung der Information über UKW-Sender wird erfindungsgemäss gleichfalls von einer Zentralstelle aus eine aus der Normalfrequenz abgeleitere Frequenz benutzt, die knapp oberhalb des Hörbereiches liegt. Diese Frequenz, beispielsweise eine Sinusfrequenz von 20 kHz, wird neben der normalen Tonmodulation mit dem normalen Programm übertragen und über handelsübliche UKW-Emp- fänger empfangen.
Um auch bei Stereosendungen die Normalfrequenz mit übertragen zu können, wird erfindungsgemäss eine aus der zu übertragenden Normalfrequenz abgeleitete, knapp oberhalb des Hörbereiches liegende Sinusfrequenz von 19 kHz benutzt, die als Pilotfrequenz bei Stereosendungen ständig über die UKW-Sender mit abgestrahlt und an den UKW-Empfängern mit bekannten Mitteln wieder getrennt wird. Das Neue und Entscheidende des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass es in der angegebenen Weise möglich ist, Normalfrequenzen zu übertragen, deren ausbreitungsbedingte Schwan- kungen so gering sind, dass bereits bei Messzeiten von 100 sec eine Messunsicherheitvon2.... 3 10-10 erzielt werden kann.
Damit wird ein Verfahren angegeben, das die bekannten Verfahren zur Normal-
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frequenzübertragung um Grössenordnungen bezüglich der erzielbaren Messunsicherheit übertrifft und nur geringe Kosten verursacht, da die Einrichtungen des Übertragungssystems bereits vorhanden sind.
Trotzdem das Fernsehen seit über 30 Jahren bekannt ist und seither eine starke Verbreitung gefunden hat, wurde diese günstige Möglichkeit der Verwendung fürdie Normalfrequenzübertragung von den Fachleuten bisher nicht erkannt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Übertragung und zum Empfang von Normalfrequenzen unter Verwendung von Wellen mit quasi-optischer Ausbreitung, dadurch gekennzeichnet, dasshochfrequenten elektromagnetischen Wellen des Dezimeter- und Zentimeterbereiches die zu übertragende Normalfrequenz in einer Zentralstelle aufmoduliert, über ein Richtfunknetz übertragen und von dessen Endpunkten,
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oderRundfunk-Empfängern aufgenommen wird.