Einrichtung zur Landung von Luftfahrzeuge . Um einem Flugzeug unter Bedingungen, die die Bodensicht erschweren, eine sichere Landung auf dein Flugplatz zu ermöglichen, ist bereits vorgeschlagen worden, ein hoch- frequentes Strahlungsfeld über dem Flug platz so anzuordnen, dass eine bestimmte Linie konstanter Feldstärke aus Höhen, die das Flugzeug gefahrlos befliegen kann (etwa ?00 m), mit geringer Neigung bis auf den Flugplatz herunterführt (siehe Pro. J. R. E., -l. April 1931, S. 58,5).
Dieses Verfahren hat (len Nachteil, dass es im Flugzeug einen Empfänger voraussetzt, dessen Empfindlich keit von allen veränderlichen Einflüssen insbesondere von den Batteriespannungen und den Röhreneigenschaften - unabhängig sein muss. Hat sich nämlich die Empfindlichkeit des Empfängers wesentlich vermindert, so befliegt das Flugzeug eine Linie zu grosser Feldstärke (a, Fig. 1). Diese Linie besitzt ein zu hohes Gefälle und ihr Befliegen ist nicht ungefährlich. Besitzt dagegen der Emp- fänger eine zu grosse Empfindlichkeit, so befliegt das Flugzeug eine Linie zu geringer Feldstärke (b, Fig. 1).
Diese Linie verläuft ausserordentlich flach über dem Boden und bietet keine genügende Sicherheit gegen Kollisionen des Flugzeuges mit Aufbauten in der Umgebung des Flugplatzes. Die Her stellung von Empfängern, deren Empfind lichkeit hinreichend unabhängig von Batterie schwankungen und von Röhreneigenschaften ist, bereitet grosse Schwierigkeiten, insbeson dere da. der vorliegende Zweck eine sehr hohe Zuverlässigkeit der Anordnung erfordert.
Es ist daher erw=ünscht, auf dem Lan dungsfeld eine solche Str ahlungsanordnuug aufzustellen, dass es hierbei möglich ist, die Landungsfläche mit genügender Präzision durch Beobachtung des Verhältnisses der Empfangsstärken von zwei Strahlungen zu kennzeichnen. Der einfachste Fall wäre die Kennzeichnung der Landungslinie durch ein konstantes Verhältnis der beiden Empfangs- feldstärlien. Es könnte aber auch zweck mässig sein, zur Erhaltung einer nichtgerad linigen Landungskurve diese durch eine be stimmte Abhängigkeit des erwähnten Ver hältnisses vom Abstand zum Sender zu kenn zeichnen.
Diese Landungsverfahren werden ermöglicht, wenn erfindungsgemäss auf dem Landungsplatz oder in der Nähe desselben vom gleichen Ort zwei sich überschneidende Strahlungen mit verschiedenartigen Vertikal charakteristiken emittiert werden, von denen im Höhenbereich, innerhalb dessen die Lan- -dungen zustande kommen, .die eine Strahlung mit wachsender Höhe eine wesentlich zu nehmende Feldstärke und die andere eine nur wenig abnehmende Feldstärke aufweist.
Hierbei kann mit hinreichender Präzision die zu befolgende Landungslinie nicht als eine Linie konstanter Feldstärke, sondern als Linie bestimmter Abhängigkeit des Verhält nisses der Feldstärken der beiden Strah lungen vom ;Senderabstand, zum Beispiel als Linie, worauf dieses Verhältnis konstant bleibt, beim Flugzeugempfänger angezeigt werden. Die beiden Strahlungen, deren Ver- tikaleharakteristiken die oben angegebene ver schiedene Beschaffenheit haben, können auch verschiedene Hochfrequenzen haben.
Benutzt man einen Empfänger mit zwei auf die beiden Senderfrequenzen abgestimm ten Eingangskreisen und im übrigen gemein samen Verstärkungsmitteln, so wird eine Ver stärkungsänderung in dem für beide Fre quenzen gemeinsamen Teil des Empfängers ohne Einfluss auf die beflogene Kurve blei ben, welche nur von dem Verhältnis beider Feldstärken abhängt.
Schwankungen in den Betriebsspannungen und in den Eigenschaf ten der Empfängerröhren sind daher nun mehr ohne Einfluss auf die beflogene Kurve, da diese durch eine bestimmte Abhängigkeit des Feldstärkeverhältnisses vom Abstand zum Sender, ziun Beispiel durch konstantes Feldstärkeverhältnis charakterisiert ist. Fig. \? gibt ein Ausführungsbeispiel für eine solche Anordnung. In der Mitte des Flugplatzes sind zwei Sender aufgestellt.
Der erste hat eine Antenne mit tellerförmiger Vertikal- charakteristik, das heisst die Feldstärke am Boden ist null und wächst mit zunehmendem Erhebungswinkel an (wie in Fig. 1). Der zweite Sender besitzt eine Antenne mit dem üblichen Vertikaldiagramm, das heisst grösste Feldstärke am Boden und abnehmende Feld stärke mit wachsendem Erhebungswinkel. Die Flächen konstanter Feldstärke sind für den ersten Sender Kugeln, die im Senderom den Boden berühren (a, b, c, Fig. 2). Für den zweiten Sender sind sie halbierte Kreis ringe mit dem Innendurchmesser Null, die den Sender konzentrisch umgeben<I>(d, e, f .</I> Fig. 2).
Im Fernfeld beider Sender, das heisst in Entfernungen, die gross sind gegenüber der Wellenlänge, nimmt die Feldstärke von bei den Sendern umgekehrt proportional mit der Entfernung ab. Das gilt für Erhebungs winkel bis zu etwa 10 , die für den vor liegenden Zweck allein interessieren.
Wie eine einfache Überlegung zeigt, sind in diesem Falle in einer durch den Senderort verlaufenden Vertikalebene die Linien kon stanten Feldstärkenverhältnisses Geraden, die am Senderpunkt den Boden schneiden und deren Neigungswinkel von dem Feldstärken verhältnis abhängt. Gibt man dem Flugzeug ein Gerät, welches das Feldstärkenverhält- nis unmittelbar abzulesen gestattet, .so ist das Flugzeug imstande, eine dieser Geraden zu befliegen bis auf Entfernungen in der Grössenordnung einer Wellenlänge vom Sen der.
Hier ist das Flugzeug schon so dicht über dem Boden des Flugplatzes, dass es ohne weitere Hilfe gefahrlos landen kann.
Die Herstellung von tellerförmigen Ver tikaldiagrammen des Senders 1 ist auf ver schiedene Weise möglich, zum Beispiel durch eine Vertikalantenne, die eine Welle hoch ist (Fig. 3a). Die beiden Antennenhälften besitzen gegenphasige Strombelegung, so dass sich das Feld in der Horizontalen aufhebt. Unter einem endlichen Erhebungswinkel findet jedoch eine Strahlung statt. .Sie wächst bei kleinen Winkeln proportional mit dem Winkel selbst.
Eine andere Möglichkeit be steht in der Verwendung von horizontalen Antennen (Fig. 3U), bei denen das Spiegel- hild in der Erde gegenphasig ist, so dass sich M=ieder die Horizontalstrahlung längs des Erdbodens aufhebt. Mit wachsendem Er- hebungsw-inkel wächst die Feldstärke eben falls proportional.
Bei Verwendung von t'ltr < ikurzv=ellen ist die Leitfähigkeit des Erdbodens im allgemeinen schon so gering (regenüber der Dielektrizitätskonstanten, dass auch bei vertikalen Antennen ein gegen- phasiges Spiegelbild und damit ein teller förmiges Vertikaldiagramm entsteht (Fig. 3c).
Die Vertikalcharakteristik des zweiten Senders lässt sich herstellen durch eine Ver tikalantenne oder einen Rahmen mit Fre quenzen, bei denen die Leitfähigkeit des Erdbodens gross ist gegenüber der Dielektri- zitätskonstanten, so dass ein gleichphasiges Spiegelbild der Antenne entsteht.
Die beiden Sender können auf der DZitte des Flugplatzes FP angeordnet sein., um ein gleichmässiges Anfliegen von allen Seiten zu ermöglichen. Dann müssen die Vertikal diagramme beider Antennen für alle Hori zontalrichtungen gleich sein. Bei einfachen Vertikalantennen ist das ohne weiteres der Fall. Verwendet man Horizontalantennen, so muss eine Kombination von Einzelantennen bonzentrisch um den Sender herum angeord net sein. Stellt man beide Sender an den Flugplatzrand, so ist das Anfliegen nur aus einer bestimmten Richtung möglich. Dafür sind aber Antennenkombinationen mit hori zontaler und vertikaler Bündelung und erheb licher Energieersparnis möglich.
Zur unmittelbaren Anzeige des Feld- -tärkenverbäItnisses kann der Empfänger nach Fig. .1 eingerichtet sein. Zwei Ein- 1, 2, von denen jeder auf eine der beiden Frequenzen abgestimmt ist, wir ken auf ein gemeinsames Audion 3 mit nach folgender Niederfrequenzverstärkung 4, 5. Beide Sender sind mit verschiedenen nieder frequenten Tönen moduliert.
Durch nieder frequente Selektionsmittel bekannter Bauart 6, 7 werden hinter dem Empfängerausgang die beiden Zeichen getrennt und getrennten Gleichrichtern 8, 9 zugeführt. Der gleich- gerichtete Strom des einen Zeichens liefert einen Spannungsabfall über einen Wider stand 10, welcher als zusätzliche Gittervor- spannung für den Empfänger verwendet wird und als automatische Verstärkungs regelung wirkt, derart, dass mit wachsender Stärke dieses Zeichens die Verstärkung des Empfängers so weit heruntergesetzt wird, dass die Ausgangslautstärke dieses Zeichens weitgehend konstant bleibt.
Das andere Zei chen wird nach der Gleichrichtung einem Gleichstrominstrument 11 zugeführt, und da die Verstärkung sich automatisch jeweils so einstellt, dass das eine Zeichen mit konstanter Lautstärke erscheint, gestattet das Instru ment, das Verhältnis des andern Zeichens zu dem ersten Zeichen ohne weiteres abzulesen.
Statt dieses Verfahrens kann man auch beide Sender mit dem gleichen Ton modu lieren und so tasten, dass während der Tast- pausen des einen Senders der andere sendet. Feldstärkengleichheit -wird dann im Emp fänger als Dauerstrich wahrgenommen und ein Überwiegen der einen Feldstärke am Her austreten des ihr zugehörigen Zeichens aus einem leiseren Hintergrund.
Während bisher vorausgesetzt wurde, dass die Anzeigevorrichtung ein festes Feld stärkenverhältnis kennzeichnet, und dass1 also die zu befliegende Leitfläche alle Punkte eines konstanten Feldstärkenverhältnisses verbindet, lässt sich die Anzeigemethode auch leicht so modifizieren, dass das angezeigte Feldstärkenverhältnis selbst von der Ampli tude der Zeichen abhängig ist.
Auf diese Weise kann man Leitflächen darstellen, deren Form für einen bestimmten Zweck günstiger sein kann als die Form von Leitflächen mit konstantem Feldstärkenverhältnis. Beispiels weise kann man durch derartige Massnahmen die nach unten gerichtete Spitze der kegel förmigen Leitfläche abrunden, so dass das Flugzeug mit einem geringen Neigungs winkel auf den Boden geführt wird.
Derartige Leitflächen kann man leicht dadurch bilden, dass die Lautstärkenregelung die Ausgangslautstärke des einen Sende zeichens nicht konstant hält, sondern nach einem passenden Gesetz mit der Feldstärke selbst anwachsen lässt.
Um dem Flugzeug das Ansteuern des Sendeortes zu erleichtern, kann das Flug zeug mit einer richtungsbestimmenden Ein richtung, zum Beispiel einem Rahmenpeiler, ausgerüstet sein und den ungerichteten Sen der anfliegen. Um die Einrichtung auf dem Flugzeug möglichst einfach zu halten, ist es jedoch vorzuziehen, einen der beiden Sender so auszuführen, dass er nach bekannten Ver fahren einen Leitstrahl kennzeichnet, zum Beispiel dadurch, dass er ein ausgesprochenes horizontales Richtdiagramm besitzt, dessen Richtung mittelst eines geeigneten Zeichen rhythmus festgelegt wird.
Für bestimmte Richtungen besteht dann für diesen Sender Feldstärkengleichheit, während bei Abwei chungen von diesen Richtungen der Zeichen- rhytmus im positiven oder negativen Sinne hervortritt.
Diese Möglichkeit ist anhand der Fig. 5 und 5a näher erklärt. Die eine Strahlung, die durch das Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, ist die gleiche wie diejenige in der Fig. 2, wel che durch Halbkreise<I>d, e, f</I> angedeutet ist. Bei ihr sind also die Flächen konstanter Feldstärke Halbtoroide, die durch die Rota tion der entsprechenden, auf der Boden fläche mit ihrem Durchmesser stehenden Halbkreise um die Vertikalachse 0 Z erzeugt werden. Diese Strahlung ist also in bezug auf die Horizontalebenen eine Rundstrahlung.
Die andere Strahlung 2 ist durch ihre Linien konstanter Feldstärken angedeutet. Es wird angenommen, dass! bei der Fig. 5 die Zeichen ebene mit der Vertikalebene zusammenfällt, in welcher die Landung vor sich geht. Die Fig. 5a stellt den Schnitt der erwähnten Strahlungen mit einer durch 0' Z' gehenden vertikalen Ebene dar, die zur Landungsebene senkrecht steht. Die Strahlung 2 wird in be kannter Weise um die Vertikalachse 0 Z geschwenkt, so dass ihre Hauptachse abwech selnd rechts und links von der Landungs ebene während gewisser Zeiten in extremen Lagen 2 und 2@ verharrt (Fix. 5a).
Die Zei ten, während deren die Strahlung in der linken extremen Lage verbleibt, können dem Rythmus eines bestimmten Morsezeichens, zum Beispiel a, oder e, entsprechen. Die Zeit dauern der rechten extremen Lagen müssen dann den komplementären Zeichen, zum Bei spiel n bezw. <I>t,</I> entsprechen. Befindet sich das Flugzeug links von der gewünschten Landungsebene 0'"7', so ist der Empfang dann stärker, wenn die geschwenkte 'Strah- lung in der Lage 2 ist, als wenn sie in Lage \?' ist.
Die der Lage 2 entsprechenden Zei chen treten dann stärker hervor als die, wel che der Lage 2' entsprechen. Das Umge kehrte ist der Fall, wenn das Flugzeug sich rechts von der Landungsebene 0' Z' befindet. Auf der Landungsebene 0' Z' werden die beiden komplementären Zeichen gleich .stark empfangen, so dass von der betreffenden ge schwenkten Strahlung in dieser Ebene stetig ein Dauerstrich empfangen wird. Dieser Dauerstrich wird nun in der oben beschrie benen Weise mit dem Empfang der Strah lung 1 kombiniert.
Device for landing aircraft. In order to enable an aircraft to land safely on your airfield under conditions that make it difficult to see the ground, it has already been proposed to arrange a high-frequency radiation field over the airfield in such a way that a certain line of constant field strength from heights that makes the aircraft safe can fly (about? 00 m), with a slight incline down to the airfield (see Pro. JRE, -l. April 1931, p. 58.5).
This method has the disadvantage that it requires a receiver in the aircraft whose sensitivity must be independent of all variable influences, in particular the battery voltage and the tube properties. If the sensitivity of the receiver has been significantly reduced, the aircraft will fly in a line Field strength too great (a, Fig. 1). This line has too high a gradient and flying it is not harmless. If, on the other hand, the receiver is too sensitive, the aircraft will fly a line with too little field strength (b, Fig. 1).
This line runs extremely flat above the ground and does not offer sufficient security against collisions between the aircraft and structures in the vicinity of the airfield. The manufacture of receivers whose sensitivity is sufficiently independent of battery fluctuations and tube properties creates great difficulties, especially there. the present purpose requires a very high reliability of the arrangement.
It is therefore desirable to set up such a radiation arrangement on the landing field that it is possible to mark the landing area with sufficient precision by observing the ratio of the reception strengths of two radiations. The simplest case would be to mark the landing line by a constant ratio of the two reception field strengths. But it could also be useful to maintain a non-straight-lined landing curve to mark this by a certain dependence of the above-mentioned ratio on the distance to the transmitter.
These landing methods are made possible if, according to the invention, two overlapping radiations with different vertical characteristics are emitted from the same place on the landing site or in the vicinity thereof, one of which is in the altitude range within which the landings occur Height has a field strength to be increased significantly and the other has only a slightly decreasing field strength.
Here, the landing line to be followed cannot be displayed with sufficient precision as a line of constant field strength, but as a line of specific dependence of the ratio of the field strengths of the two radiations from the transmitter distance, for example as a line on which this ratio remains constant at the aircraft receiver. The two radiations, the vertical characteristics of which have the above-mentioned different properties, can also have different high frequencies.
If you use a receiver with two input circuits tuned to the two transmitter frequencies and otherwise common amplification means, a change in gain in the part of the receiver common to both frequencies will have no influence on the curve flown, which will only depend on the ratio of the two Field strengths depends.
Fluctuations in the operating voltages and in the properties of the receiver tubes therefore no longer have any influence on the curve flown, as this is characterized by a certain dependence of the field strength ratio on the distance to the transmitter, for example by a constant field strength ratio. Fig. \? gives an embodiment of such an arrangement. Two transmitters are set up in the middle of the airfield.
The first has an antenna with a plate-shaped vertical characteristic, that is, the field strength on the ground is zero and increases with increasing elevation angle (as in FIG. 1). The second transmitter has an antenna with the usual vertical diagram, i.e. the greatest field strength on the ground and decreasing field strength as the elevation angle increases. For the first transmitter, the surfaces of constant field strength are spheres that touch the ground in the transmitter tower (a, b, c, Fig. 2). For the second transmitter, they are halved circular rings with an inner diameter of zero, which surround the transmitter concentrically <I> (d, e, f. </I> Fig. 2).
In the far field of both transmitters, that is, in distances that are large compared to the wavelength, the field strength of the transmitters decreases inversely proportional to the distance. This applies to elevation angles up to about 10, which are only of interest to the present purpose.
As a simple consideration shows, in this case, in a vertical plane running through the transmitter location, the lines of constant field strength ratio are straight lines which intersect the ground at the transmitter point and whose angle of inclination depends on the field strength ratio. If the aircraft is given a device that allows the field strength ratio to be read off directly, the aircraft is able to fly one of these straight lines up to distances of the order of magnitude of a wavelength from the transmitter.
Here the aircraft is already so close to the ground of the airfield that it can land safely without further assistance.
The production of plate-shaped Ver tikaldiagrams of the transmitter 1 is possible in different ways, for example by a vertical antenna that is a wave high (Fig. 3a). The two halves of the antenna have currents in phase opposition so that the horizontal field is canceled out. However, radiation takes place at a finite elevation angle. At small angles it grows proportionally with the angle itself.
Another possibility is the use of horizontal antennas (FIG. 3U), in which the mirror shield is out of phase in the earth, so that the horizontal radiation along the earth is canceled out. As the elevation angle increases, the field strength also increases proportionally.
When using t'ltr <ikurzv = ellen, the conductivity of the ground is generally so low (rain over the dielectric constant that even with vertical antennas an anti-phase mirror image and thus a plate-shaped vertical diagram is created (Fig. 3c).
The vertical characteristic of the second transmitter can be produced by a vertical antenna or a frame with frequencies at which the conductivity of the ground is high compared to the dielectric constant, so that an in-phase mirror image of the antenna is created.
The two transmitters can be arranged in the middle of the airfield FP in order to enable a uniform approach from all sides. Then the vertical diagrams of both antennas must be the same for all horizontal directions. This is easily the case with simple vertical antennas. If horizontal antennas are used, a combination of individual antennas must be arranged bonzentrisch around the transmitter. If you place both transmitters at the edge of the airfield, the approach is only possible from a certain direction. In return, antenna combinations with horizontal and vertical bundling and considerable energy savings are possible.
The receiver can be set up according to FIG. 1 for the immediate display of the field strength ratio. Two single 1, 2, each of which is tuned to one of the two frequencies, we ken on a common audion 3 with the following low frequency amplification 4, 5. Both transmitters are modulated with different low-frequency tones.
By low-frequency selection means of known type 6, 7, the two characters are separated and fed to separate rectifiers 8, 9 behind the receiver output. The rectified current of one character provides a voltage drop across a resistor 10, which is used as an additional grid bias for the receiver and acts as an automatic gain control, so that the gain of the receiver is reduced as the strength of this character increases that the output volume of this symbol remains largely constant.
The other character is fed to a direct current instrument 11 after rectification, and since the gain automatically adjusts itself in each case so that one character appears at a constant volume, the instrument allows the ratio of the other character to the first character to be read off easily.
Instead of this procedure, you can also modulate both transmitters with the same tone and key in such a way that the other transmits during the key pauses of one transmitter. Equal field strength - is then perceived in the receiver as a continuous wave and a predominance of the one field strength emerge at the Her associated character from a quieter background.
While it was previously assumed that the display device indicates a fixed field strength ratio and that the guide surface to be flown connects all points of a constant field strength ratio, the display method can also be easily modified so that the displayed field strength ratio itself depends on the amplitude of the characters .
In this way, guide surfaces can be represented, the shape of which can be more favorable for a specific purpose than the shape of guide surfaces with a constant field strength ratio. For example, such measures can be used to round off the downwardly directed tip of the cone-shaped guide surface, so that the aircraft is guided onto the ground at a slight angle of inclination.
Such guiding surfaces can easily be formed by the fact that the volume control does not keep the output volume of a transmission signal constant, but rather allows it to increase with the field strength itself according to a suitable law.
In order to make it easier for the aircraft to navigate to the transmission location, the aircraft can be equipped with a direction-determining device, for example a frame direction finder, and fly towards the non-directional Sen. In order to keep the installation on the aircraft as simple as possible, however, it is preferable to design one of the two transmitters in such a way that it identifies a guide beam according to known methods, for example by having a pronounced horizontal directional diagram, the direction of which by means of a suitable one Character rhythm is set.
For certain directions there is then equal field strength for this transmitter, while deviating from these directions the symbol rhythm emerges in a positive or negative sense.
This possibility is explained in more detail with reference to FIGS. 5 and 5a. The one radiation which is denoted by the reference number 1 is the same as that in FIG. 2, which is indicated by semicircles <I> d, e, f </I>. In her case, the surfaces of constant field strength are half-toroids, which are generated around the vertical axis 0 Z by the rotation of the corresponding semi-circles on the floor surface with their diameter. This radiation is therefore omnidirectional in relation to the horizontal planes.
The other radiation 2 is indicated by its lines of constant field strengths. It is believed that! in Fig. 5, the character plane coincides with the vertical plane in which the landing is going on. FIG. 5a shows the section of the radiation mentioned with a vertical plane passing through 0 'Z' which is perpendicular to the landing plane. The radiation 2 is pivoted in a known manner around the vertical axis 0 Z, so that its main axis alternately to the right and left of the landing plane remains in extreme positions 2 and 2 @ for certain times (Fix. 5a).
The times during which the radiation remains in the extreme left position can correspond to the rhythm of a certain Morse code, for example a or e. The time of the right extreme positions must then have the complementary characters, for example n or. <I> t, </I> match. If the aircraft is to the left of the desired landing plane 0 '"7', the reception is stronger when the pivoted 'radiation is in position 2 than when it is in position \?' is.
The characters corresponding to position 2 then emerge more strongly than those corresponding to position 2 '. The reverse is the case when the aircraft is to the right of landing level 0 'Z'. On the landing plane 0 'Z', the two complementary characters are received equally strong, so that a continuous wave is continuously received from the respective pivoted radiation in this plane. This continuous wave is now combined with the reception of the radiation 1 in the manner described above.