Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Einfallsrichtung von Schwingungsvorgängen durch Vergleich ihrer totalen Laufzeiten. Zur Bestimmung der Richtung von Schwingungsvorgängen, beispielsweise von elektromagnetischen Schwingungen oder von Schallwellen, kommen gewöhnlich Methoden zur Anwendung, bei denen in ortsverschie denen Punkten die Schwingungen durch ge genseitig genügend weit entfernte Empfän ger kontrolliert und in geeigneter Weise ver glichen werden.
Dabei können entweder die Empfänger durch besondere Mechanismen verschoben werden, oder aber die durch orts feste Empfänger aufgenommenen Vorgänge werden durch besondere Einrichtungen um bestimmte Laufzeitbeträge vergrössert. In bei den Fällen handelt es sich darum, die emp fangenen bezw. verzögerten Vorgänge zeit lich zur Deckung zu bringen, was durch ständigen Vergleich möglich ist.
Gewöhn lich handelt es sich um zwei Schwingungs vorgänge, die durch zwei gegenseitig genü gend weit entfernte Empfänger oder Emp fängergruppen aufgenommen werden.
Am bekanntesten sind die subjektiven Vergleichsmethoden, namentlich das Binaural- verfahren für akustische Schwingungsvor- gänge. Bei den allgemein verwendbaren Interferenzmethoden (Maximum- und Mini mumverfahren)
ist durch subjektiven oder elektrischen. Vergleich stets ein Maximum bezw. Minimum zu suchen.
Wie die Erfahrung zeigt, haben diese Vergleichsmethoden verschiedene Nachteile. Die Binauralmethode setzt besonders geübte Beobachter voraus, bei welchen eine relativ rasche Ermüdung nicht zu vermeiden ist.
Die Richtungsbestimmung wird dabei zum Bei spiel beim Vergleich akustischer Vorgänge durch Störgeräusche verschiedener Herkunft leicht stark beeinträchtigt. Durch Stör geräusche werden auch die beim Interferenz- verfahren einzustellenden Maxima bezw. Mi nima leicht in unzulässiger Weise verwischt. Durch Nebenmaxima bezw. Nebenminima können ferner je nach dem Frequenzspektrum Täuschungen erfolgen.
Die Erfindung bezieht sieb ?nf ein diese Mängel weitgehend vermeidendes Verfahren zum Vergleich von Schwingungsvorgängen. Bei relativ sehr geringer Störfähigkeit durch Störungen irgend welcher Art ermöglicht das Verfahren eine genaue Einstellung zweier Vorgänge auf Deckung.
Gemäss dem Verfahren nach der Erfin dung werden zwei bestimmte, den zwei zu vergleichenden Schwingungsvorgängen zuge ordnete elektrische Spannungen erzeugt, deren frequenzgleiche Komponenten gleiche Phasenunterschiede haben wie die dazu gehörenden frequenzgleichen Komponenten der ursprünglichen Vorgänge, aus welchen zugeordneten Spannungen dann durch gegen seitige Modulation eine Kontrollspannung ge wonnen wird, die von der gegenseitigen Phasenlage der Teilfrequenzen der zu ver gleichenden Vorgänge abhängt.
Es wird deshalb im folgenden von einem "blodulationsverfahren" gesprochen. Die durch Modulation erzeugte Kontrollspannung hängt in ihrem Mittelwert, wie im folgen-
EMI0002.0008
wobei durch G und W die Gleich- bezw. Wechselstromteile bezeichnet werden. Die nur aus der frequenzgleichen Komponente beider modulierten Spannungen hervorgehende Gleichstromkomponente G ist dabei:
EMI0002.0012
Es ist leicht einzusehen, dass diese Summe bei Gleichheit beider totalen Laufzeiten a, und ,c., ein Maximum wird.
Man kann deshalb bei diesem Modulationsverfahren im beson deren von einem "Modulationsmaximumver- fahren" sprechen. Je nach dem Charakter der Geräusche sind auch Nebenmaxima bei gewissen Unterschieden der totalen Lauf zeiten z, und -c., möglich, vorwiegend dann, wenn einzelne Frequenzen mit besonders grosser Amplitude auftreten. Es sei aber darauf hingewiesen, dass diese Nebenmaxima grundsätzlich nicht immer den gleichen Cha- den gezeigt wird, von den Laufzeitunterschie den der zu vergleichenden Schwingungen ab.
Die Schwingung habe ursprünglich das Spek trum:
EMI0002.0022
Darin ist durch a" die Amplitude, durch co" die Frequenz und durch 99" die jeweilige Phasenlage einer n-ten Komponente der Schwingung bezeichnet.
Die Schwingung wird an verschiedenen Orten empfangen und die empfangenen Vorgänge in ihrer Laufzeit unter Umständen durch besondere Verzöge rungsvorrichtungen noch weiter verzögert, so dass die beiden zu vergleichenden Spannun gen gegenüber dem ursprünglichen Vor gang um die totalen Verzögerungszeiten a, und @c.2 zurückliegen, die also bei richtiger Einstellung möglichst gleich sein sollen.
Durch Modulation dieser Spannungen ent steht bei idealer Produktbildung (abgesehen von einem konstanten Faktor): rakter haben, wie die von der Interferenz- methode her bekannten. Im besonderen ist es nicht erforderlich, dass jedem Neben maximum bezw. -minimum der Interferenz- methode ebensolche der Modulationsmethode entsprechen.
Auf die Vermeidung solcher Nebenmaxima durch Empfänger geeigneter Richtwirkung und geeigneten Frequenzgan- ges, sowie durch Verwendung besonderer Filter wird weiter unten hingewiesen.
Ein besonderer Vorzug der Modulations- methode besteht in der geringen Beeinflus sung der Kontrollgleichspannung durch Stö rungen, die gegebenenfalls ähnliche Fre- quenzgebiete enthalten können, wie die zu vergleichenden Vorgänge. Es zeigt sich, dass lokale Störungen, welche nur den einen Emp fänger treffen, bei genügender Beruhigung der Kontrollspannung überhaupt keine nen nenswerte Beeinflussung derselben verur sachen.
Man könnte dagegen erwarten, dass Stö rungen von seitlich liegenden entfernten Stö rungsquellen, soweit sie von den gerichteten Empfängern überhaupt aufgenommen wer den, einen unerwünschten Beitrag an die Kontrollspannung ergeben. Solche Störungen weisen aber naturgemäss wegen der grossen Laufzeitunterschiede entsprechend grosse Pha senunterschiede ihrer massgebenden Teilfre quenzen auf, welche im allgemeinen 90 überschreiten.
Dementsprechend ergeben ge wisse Teilfrequenzen der Störgeräusche nach Gleichung 3, positive Anteile an die Kon- trollspannung, während andere Teilfrequen zen negative Fehleranteile bewirken. Im Mit tel wird deshalb die resultierende Störspan nung sehr klein, vorausgesetzt, dass die stö renden Vorgänge einen genügenden Fre- quenzreichtum aufweisen.
Nach den bisherigen Erklärungen lässt sich das erfindungsgemässe Vergleichsver fahren (Modulationsmethode) beispielsweise mit Hilfe der in Fig: 1 schematisch gezeich neten Vörrichtung verwirklichen, in welcher alle für das Verständnis der Wirkungsweise unwichtigen Apparaturen, wie Verstärker, Hilfsinstrumente usw. weggelassen sind, ob schon sie für die praktische Ausführung un entbehrlich und für das Arbeiten mit der Modulationsmethode von entscheidender Be deutung sein können.
Durch S,_ und S, sind die beiden Empfän ger, z. B: Mikrophone, zum Vergleich zweier Geräusche, dargestellt, die um die Achse X schwenkbar angenommen sind. Die durch die Modulätionseinrichtung 111 erzeugte Kontroll- spannung wird im Tiefpassfilter B beruhigt und auf den Indikator J geführt. Das Fil ter B kann bei genügender Trägheit und Dämpfung von J weggelassen werden.
Der Indikator J, beispielsweise ein Gleichstrominstrument, zeigt ein Maximum der Lauf zeitglesohheit der durch S, und S2 empfangenen Geräusche. Beim praktischen Arbeiten mit der Apparatur handelt es sich also darum, durch ständige kleine Suchbe wegungen mit den Schallempfängern stets den maximalen Ausschlag einzuhalten. Im allgemeinen werden bei den Geräten, welche nach einem. Vergleichsverfahren, z. B.
nach dem Interferenzverfahren, arbeiten, die Empfänger um eine bestimmte Achse schwenkbar angeordnet, so dass die Gleich heit, der totalen Laufzeiten stets durch ent> sprechende Einstellung der Aufnahmerich- tung der Empfänger erreicht wird. Es sind aber auch Verfahren und Vorrichtungen- be kannt, bei denen die Laufzeitveränderung bei ortsfesten Empfängern durch entsprechende Verstellung besonderer Verzögerungseinrich- tungen erzielt wird.
Ein Vorteil solcher An ordnung besteht in .den grö-sseiren Basisabstän- den der Empfänger, welche nicht mehr an konstruktive Grenzen gebunden sind.
Es ist klar, dass sich das Verfahren nach der Erfindung auch mit orsfesten Empfän gern zum Vergleich von Schwingungsvorgän gen und zur Einstellung auf gleiche Gesamt laufzeit ausführen lässt, wie dies auch im Prinzipschema nach Fig. 2 dargestellt wird. Durch S, und S" sind dabei wieder die bei den jetzt ortsfesten Empfänger dargestellt. Mit L, und L, sind zwei Laufzeitverzöge- rungseinrichtungen bezeichnet.
Eine solche Einrichtung zur Verzögerung aller über tragenen Signale um eine bestimmte vorge= gebene und veränderbare Zeit kann bei spielsweise aus einem Stahlband bestehen; das vor einem Schreibkopf und einem Abnahmekopf vorbeibewegt wird. Die elektrischen Signale werden durch den Schreibkopf in Form einer veränderlichen Magnetisierung des Bandes aufgezeichnet.
Nach einer bestimmten Zeit, welche durch den Abstand beider Köpfe und die Bandge schwindigkeit gegeben ist, erfolgt die Ab nahme der magnetischen Aufzeichnung durch den Abnahmekopf, wobei wieder das ur sprüngliche elektrische Signal in entspre chender zeitlicher Verzögerung erzeugt wird.
Zur Laufzeitverzögerung können auch andere Mittel verwendet werden, so zum Beispiel die akustische Übertragung durch ein Rohr system bestimmter Länge oder die elek trische Übertragung über eine aus Serie- induktivitäten und AbleitungskapazitUen aufgebaute Spulenleitung. Ferner können die Verzögerungseinrichtungen, sofern hochfre- quente Wechselströme verzögert werden sol len, aus abgestimmten Lecherleitungen geeig neter Länge bestehen.
Die Laufzeitverzöge- rungseinrichtungen L, und L., sind beim praktischen Arbeiten mit der Apparatur stets so einzustellen, dass die totalen Lauf zeiten der mit der Modulationseinrichtung M verglichenen Geräusche gleich sind. Die Kon trolle auf maximale Gleichstromkomponente erfolgt wieder durch einen Indikator J, nötigenfalls nach Beruhigung der Kontroll- spannung durch Tiefpassfilter B.
Die Modulationseinrichtung M muss so beschaffen sein, dass die Kontrollspannung dauernd dem Produkt der beiden aufgedrück ten Spannungen entspricht. Sie hat. also möglichst nur Summen- und Differenzfre quenzen zu bilden, wobei in den Differenz frequenzen die zur Anzeige wesentliche Gleichstromkomponente der Kontrollspan- nung enthalten ist. Modulationsschaltungen, welche neben diesen ersten Summen- und Differenzfrequenzen auch noch weitere Kom binationsfrequenzen bilden, haben den Nach teil, da.ss solche Kombinationsfrequenzen für die Laufzeitunterschiede nicht charakte ristisch sind und damit Anlass zu unnötigen Fehlweisungen geben können.
Fig.3 zeigt beispielsweise eine Doppel modulationsschaltung, welche sich für den vorliegenden Zweck eignet. Bei quadratischer Charakteristik der Trockengleichrichter G, und G., und nach der erforderlichen Abglei- chung derselben durch passende Wahl der Widerstände R, und BZ entspricht die Span nung ei; am Klemmenpaar 21 stets dem Pro dukt der beiden angelegten Spannungen ei und e2 an 13 und 14.
Ist nämlich die Span nung über R1, G1 gleich ei -I- e2 und die Spannung über<I>R2,</I> G2 gleich<I>- e,</I> -f- e2, so sind die Ströme über den Gleichrichtern und Widerständen bei quadratischer Charakte ristik:
il <I>=</I> e1 # (e. -I- <I>ei</I> + e2)2 über R1, G1 z2 = e2 # (e, <I>-</I> e, + e2)2 über R2, Ga, wobei ei, e2 und e,
Gleichrichterkonstanten sind. Der Spannungsabfall über den Wider ständen R, und R1 zwischen dem Klemmen paar 21 wird also: ek = Z,Rl <I>-</I> ZZRa, macht man nun Blei = R2c2, so ergibt sich nach Ausrechnung:
ek = 2 (Rle, + Rzc2) # (eoel -i- ele2) <I>-</I> k,e, + k2 ele2, wobei k, und k= Konstanten sind. Das zweite Glied enthält also das Spannungsprodukt. e,e2, während im ersten Glied noch die Ein- gangsspannug ei allein vertreten ist.
Aus der 3iesstechnik, der Fernmelde- und Hochfrequenztechnik sind auch andere Schal tungen gleicher Wirkung bekannt, welche beispielsweise zur Frequenzanalyse, zur Trä- gerw ellenmodulation und zur Demodulation verwendet werden, und die sich ebenfalls für den vorliegenden Zweck eignen.
Es sei bei spielsweise noch die sogenannte Ringmodu- lationsschaltung nach Fig. 4 erwähnt, die sich bei richtiger Abgleichung, im Gegensatz zu Schaltung nach Fig. 3, durch vollständige Unterdrückung der beiden primären Span nungen in der abgegebenen Kontrollspan- nung auszeichnet und die unerwünschten Kombinationsfrequenzen weitgehend vermei det.
Es ist für die Modulationsmethode charakteristisch, dass die beruhigte Kontroll- spannung bei Verwendung zweier gleich artiger Empfänger im allgemeinen mit dem Quadrat der aufgenommenen Amplitude zu nimmt. Demnach haben an sich kleine Ände rungen der Empfängereingangsspannung rela tiv grosse Änderungen der Kontrollspannung zur Folge, wodurch die Richtwirkung der Empfänger in nützlicher Weise unterstützt wird.
Anderseits ist es bei der Modulations- methode nicht nötig, dass beide Empfänger gleiche Richtwirkung besitzen, denn nur solche Schwingungsvorgänge ergeben eine Gleichstromkomponente in der Kontrollspan- nung, welche gleichzeitig durch beide Emp- fänger empfangen werden.
Dieser gegenüber den Apparaten nach dem Interferenzverfah- ren wesentliche Unterschied ermöglicht die Konstruktion von Apparaten, bei denen eine ausgeprägte Richtwirkung der gesamten Apparatur bei Verwendung von Empfängern teilweise begrenzter Richtwirkung erzielt wird.
So kann beispielsweise ein Empfänger sehr geringer Richtwirkung nach dem Modu- lationsverfahren zusammen arbeiten mit einem Empfänger, dessen Richtwirkung den Bedürfnissen entsprechend nach allen Seiten genügend gross gewählt wurde, wobei die resultierende Richtwirkung diesem letzten Empfänger entspricht.
Besonders bei den oben beschriebenen Apparaturen mit künstlicher Laufzeitver zögerung und relativ weit auseinanderliegen- den Empfängern besteht ein grosser Vorteil in der sinngemässen Verwendung von Emp fängern begrenzter Richtwirkung bei ver änderlicher Einfallsrichtung der zu verglei chenden Schwingungsvorgänge, wodurch die Nachführung vereinfacht und erleichtert wird.
In einer Anwendung des Erfindungs gegenstandes für Horchgeräte zur Auffin- dung von Flugzeugen genügt es beispiels weise, wenn ein einziger zentral gelegener Schallempfänger guter Richtwirkung durch entsprechende Kupplung mit der elektrischen oder akustischen Verzögerungsapparatur stets nachgeführt wird, während die davon relativ weit entfernten übrigen Schallempfänger starr montiert bleiben.
Man kann aber auch zwei Empfänger verwenden, die jeweils in einer Ebene stark empfindlich sind, um eine Apparatur zu er halten, die nur in einer Richtung, d. h. der Schnittlinie der Ebenen, anspricht, wenn diese Ebenen der Richtempfindlichkeit bei der Empfänger zueinander senkrecht stehen.
Der Vorteil einer solchen Lösung besteht ins besondere für \Horchgeräte darin, dass als Schallempfänger eine trichterlose Einrich tung benutzt werden kann, bei der eine An zahl von Mikrophonen auf einem geraden Balken montiert ist, wodurch eine ausge prägte Empfindlichkeit für alle Schallwellen entsteht, die senkrecht zu diesem Balken ein fallen. Es besteht auch die Möglichkeit der Realisierung dieses schallempfindlichen Bal kens durch ein einziges Mikrophon entspre chender Formgebung, etwa als Zylinder mit schallempfindlicher Oberfläche.
Beim praktischen Arbeiten nach dem neuen Verfahren zur Bestimmung der Ein fallsrichtung von Schwingungsvorgängen, insbesondere von Schallwellen, kann sich hauptsächlich beim Aufsuchen der Geräusche oder der elektrischen Wellen eine vorüber gehende Verminderung der Richtwirkung empfehlen. Dies kann durch entsprechende, an sich bekannte Massnahmen an den Emp fängern selbst, wie z. B. Abschaltung gewis ser Teile bei Empfängergruppen, erfolgen.
Im allgemeinen reichen die Eingangs spannungen oder die Spannungen der aus den Verzögerungsapparaturen entnommenen Ströme nicht aus für die Modulation und die nachfolgende Betätigung der besonderen Indikatoren. Da infolge der Modulations- schaltung ein ungefähr quadratischer Zusam menhang zwischen Geräuschspannung und Kontrollspannung besteht, so ist eine Ver stärkung bis auf ein bestimmtes Pegelmini mum erforderlich.
Je nach der Entferung der Schwingungs quelle und den Ausbreitungsverhältnissen id-er zu vergleichenden Schwingungen vaxiiert die Amplitude der zu kontrollierenden Vor gänge innerhalb sehr weiter Grenzen. Wegen des oben genannten quadratischen Zusam menhanges empfiehlt es sich, eine entspre chende Nachregelung der zu modulierenden Spannungen vorzusehen. Diese Nachstellung kann beispielsweise durch manuelle Einstel lung der Verstärkung erfolgen.
Zweck mässiger ist die Anwendung einer automati schen Verstärkungsregelung, durch welche der Geräuschspannungspegel am Ausgang der Verstärker mehr oder weniger auf einem konstanten Wert gehalten wird. Solche Regelschaltungen sind aus der Verstärker technik bekannt. Es empfiehlt sich, zur Er zeugung der für die Regelung erforderlichen Regelspannung Gleichrichter quadratischer Charakteristik zu verwenden, da auch die durch Modulation gewonnene Kontrollspan nung von den Amplitudenquadraten der ein zelnen Spannungskomponenten abhängt.
Die Amplitude der zu kontrollierenden Schwin gungen ist im allgemeinen nur sehr langsam veränderlich, so dass die so erzeugte Verstär- kerregelspannung mit einer Zeitkonstante von mehreren Sekunden beruhigt werden kann. Werden nun bei der Richtungsbestim mung mit beweglichen Empfängern rasche Suchbewegungen ausgeführt, so wird die Verstärkung durch die Regeltätigkeit nur wenig geändert, d. h. die bei diesen Suchbe wegungen auftretenden raschen Amplituden- schwankungen, welche das praktische Arbei ten erleichtern, werden nicht unterdrückt, und nur die über längere Zeit Bemittelte Amplitude wird auf einen annähernd kon stanten Wert geregelt.
Es sei besonders darauf hingewiesen, dass die Amplituden beider gegenseitig zu modu lierenden. Spannungen durchaus nicht gleich zu sein brauchen. Ein bestimmter Unter schied dieser Spannungen kann je nach der Modulationsschaltung sogar von Nutzen sein und ist naturgemäss durch entsprechende ge genseitige Einstellung der Verstärker leicht zu erreichen.
Zur Verminderung der Störung durch kurzfristige Störschwingungen besonders gro sser Amplitude empfiehlt es sich, die elek trischen Spannungen von der Modulation in M durch an sich bekannte Amplitudenbe- grenzungsschaltungen, z. B. etwa unter Ver wendung von Trockengleichrichtern mit Vor spannung oder Elektronenröhren mit entspre chend gekrümmter Charakteristik, auf einen bestimmten Wert zu begrenzen.
Es hängt mit der Natur des Vergleiches durch Modulation zusammen, dass der Ver lauf der so gebildeten Kontrollspannung in starkem Masse vom Charakter, d. h. von der spektralen Zusammensetzung der zu ver gleichenden Sch-,vingungen abhängt. Je nach Zusammensetzung können beispielsweise die oben erwähnten Nebenmaximalwerte mehr oder weniger ausgeprägt auftreten.
Solche Nebenmaxima können naturgemäss vermieden werden bei Verwendung von Empfängern besonders starker Richtwirkung. Nach dem oben Gesagten kann aber auch eine entspre chende Veränderung der Energieverteilung im Frequenzspektrum von grossem Nutzen sein. Beispielsweise führt bei Horchgeräten eine starke Bevorzugung der tiefen Frequen zen zu ziemlich weit auseinanderliegenden Nebenextremwerten, die durch gerichtete Schallempfänger leichter zu vermeiden sind. Eine.Bevorzugung der hohen Frequenzen er möglicht dagegen eine sehr genaue Rich tungsbestimmung.
Auch treten die höheren Frequenzen bei den praktisch vorkommenden Geräuschen mit einer solchen Reichhaltigkeit frequenzverschiedener Komponenten auf, dass Nebenmaxima von Belang nicht mehr zu er warten sind.
Da ferner in den zu vergleichenden Schwingungsvorgängen gewisse Frequenzen nicht oder nur mit geringer Amplitude auf treten, und da gewisse Frequenzbereiche für die Richtungsbestimmung auch unwesentlich sind, so dass sie aus Gründen der Störbe freiung mit Vorteil unterdrückt werden, empfiehlt es sich, die empfangenen Schwin gungen durch passende Filterung in geeigne ter Weise zu korrigieren. Diese Filterung kann durch geeigneten Frequenzgang der Empfänger, Verstärker und auch durch be sondere elektrische, wenn nötig veränderbare, bezw. zu- und abschaltbare Filter erfolgen.
Naturgemäss brauchen nicht beide zu ver gleichenden Geräusche in gleicher Weise ge filtert werden, obschon es aus Gründen der Störbefreiung, besonders bei nicht idealer Arbeitsweise der Modulationsschaltung M, d. h. bei Bildung von Kombinationsfrequen zen höherer Ordnung, zweckmässig ist, die zu unterdrückenden Frequenzen aus beiden auf genommenen Schwingungen auszusieben.
Bei Horchgeräten ist besonders wichtig die Unterdrückung der unnötigen hohen Fre quenzen zur Verminderung der durch die Rauschspannungen, d. h. durch Mikrophon und Verstärkerrauschen, verursachten Stö- sungen. Eine vorübergehende TJnterdrückung von hohen Geräuschfrequenzen zugunsten der tiefen Frequenzen kann sich beim Suchen empfehlen,
während beim Verfolgen einer bereits gefundenen Geräuschquelle eine Un terdrückung der tiefen Frequenzen zur Er höhung der Genauigkeit sich empfiehlt. Man kann deshalb etwa eine "Suchschaltung" und eine "Arbeitsschaltung" unterscheiden.
Es ist an sich gleichgültig, ob die Pha senlage der verschiedenen Frequenzkompo- nenten. der beiden empfangenen Schwingun gen durch die Empfänger, Verstärker, Filter und eventuell weitere Übertragungs- und Wandlerapparaturen um gewisse frequenz- abhängige Beträge gedreht wird.
Es ist aber wichtig, dass bei den Apparaten, die gemäss der vorliegenden Erfindung nach dem Modu- lationsmagimumverfahren arbeiten, die fre- quenzgleichen Komponenten beider Schwin gungsvorgänge jeweils auch um gleiche Be träge gedreht werden. Ist dies aus irgend welchen Gründen für gewisse Frequenzen ur sprünglich nicht der Fall, so kann durch Netzwerke frequenzabhängiger Phasendre hung eine Verbesserung geschaffen werden.
Unter Berücksichtigung der oben be schriebenen Hilfsapparaturen lässt sich, von Fig. 1 bezw. Fig. 2 ausgehend nunmehr ein vollständigeres Schema, etwa nach Fig. 5 bezw. 6 angeben, wobei natürlich gemäss dem oben Gesagten und wegen den nachfolgenden Ausführungen noch entsprechende Verein- fachungen, Erweiterungen und Modifikatio- nen möglich sind.
Durch V, bezw. VZ sind in diesen Figuren die Verstärker dargestellt, deren Verstärkung durch eine Rückführung der gleichgerichteten Ausgangsspannung über
EMI0007.0045
und für die Gleichstromkomponente der Kontrollspannungen:
EMI0007.0048
Ist nun gemäss der erwähnten Phasen bedingung die bei der Frequenztransfor- mation auftretende Änderung 'IJnl -bezw. W"2 R, bezw. -2 geregelt wird. V,' und T%2 deu ten die erforderlichen weiteren Verstärker an.
Die Wechselstromzeiger Z, und ZZ sind zur Pegelüberwachung -der: Spannungen am Eingang der Modulationsschaltung M vorge sehen.
Da durch diese Instrumente auch Störspannungen von seitlich einfallenden Wellen zur Anzeige gelangen, während der artige Störspannungen keine wesentliche Änderung des Ausschlages<I>von J</I> ergeben, kann durch Vergleich der Anzeigen von Z" und ZZ mit dem maximalen Ausschlag von J auch auf die Amplitude von den Störun gen geschlossen werden. Durch F1 und FZ sind die weiter oben erwähnten Filter darge stellt.
Die übrigen Apparate und Bezeich nungen sind aus Fig. 1 und 2 schon bekannt.
Nach der bisherigen Beschreibung sind die den Schwingungsvorgängen zugeordneten Teilfrequenzen den auf die Modulationsein- richtung M geführten Spannungen frequenz- gleich. Wie die Rechnung zeigt, braucht das durchaus nicht immer der Fall zu sein.
Es können zwischen den einander zugeordneten Komponenten der ursprünglichen Schwingun- gen und den auf M geführten Spannungen bestimmte und sogar frequenzabhängige Fre- quenzunterschiede bestehen. Dabei muss aber stets die schon genannte Bedingung der Phasenlage erfüllt sein.
Es sei jeder Komponente von der Fre quenz co" und der ursprünglichen Phasen lage cpn eine Komponente der durch Modu lation zu vergleichenden Spannungen mit der geänderten Frequenz co" -f- Q., der Pha senlage p" -I- V",, bezw. cpn + Vfn,
und der geänderten Amplitude an, bezw. a"2 zugeord net, so dass man für diese Spannungen all gemeiner schreiben kann: der Phasenlage einer bestimmten Frequenz- komponente für alle frequenzgleichen Kom ponenten beider Schwingungen gleich, ist also VY"1 - P"@, so wird die Gleichstrom komponente der Kontrollspannung wieder:
EMI0008.0003
Obschon die Frequenzänderung Q. an sich frequenzabhängig sein darf, handelt es sich bei den praktisch in Frage kommenden Mechanismen im allgemeinen um eine fre- quenzunabhängige Konstante.
Eine solche Frequenztransformation durch Frequenzbandverschiebung kann durch Mo dulation mit einer bestimmten Trägerwelle und Aussiebung eines Seitenbandes aus der so gebildeten Wechselspannung erfolgen. Dies ist im Schaltschema Fig. i unter Weg lassung aller für das Verständnis unwesent lichen Teile dargestellt.
Die Trägerwelle genügend hoher Fre quenz wird durch einen Generator 0 erzeugt. Die Modulation mit den zu vergleichenden Spannungen erfolgt in den Hilfsmodulations- kreisen H, und H. unter Bildung der den ursprünglichen Vorgängen entsprechenden obern und untern Seitenbänder. Das eine Sei tenband wird jeweils durch Hochpassfilter oder Tiefpassfilter P1 bezw. P,
ausgeschieden und der bereits genannten Vergleichsmodu- lationsschaltung JI zugeführt.
Bei der Anwendung für Horchgeräte kann die Frequenzbandverschiebung vorteil haft auch bereits in den Schallempfängern erfolgen, indem man Kondensatormikrophone verwendet, an welchen statt der konstanten Vorspannung eine bestimmte Trägerfrequenz liegt, wobei allerdings für eine genügende Unterdrückung der mit relativ sehr grosser Amplitude auftretenden Trägerwelle vor der Modulation in<B>31</B><I>zu</I> sorgen ist. Hl und H_, erübrigen sich in diesem Falle.
Als Vorteil der Frequenzbandverschie- bung sei die kleinere sich ergebende relative Bandbreite der zu vergleichenden Spannun gen erwähnt. Eine phasentreue Verstärkung wird dadurch erleichtert. Anderseits können verschiedene mit verschiedenen Trägerwellen modulierte Schwingungsvorgänge, z. B. für gleichzeitige Höhen- und Azimutbestimmung, mit den gleichen Verstärkern verstärkt wer den.
Die durch die Beruhigungsvorrichtung B, am besten ein geeignetes Tiefpassfilter, nötigenfalls beruhigte Kontrollspannung wird auf einen Gleichstromindikator J geführt, beispielsweise ein Gleichstrominstrument, ein Kathodenstrahlzeiger oder ein anderer ge eigneter Zeiger an sich bekannter Konstruk tion. Es kann sich bei J aber auch um einen Indikator handeln, der in Verbindung mit einer Regelvorrichtung zur automatischen Feststellung und Verfolgung von Wellen veränderlichen Ursprungs dient.
Bei der optisch-manuellen, sowie auch bei einer automatischen Verfolgung der Einfalls richtung kann ein Kontrollspannungsindika- tor J mit nichtlinearer Charakteristik zweck mässig sein, beispielsweise ein Instrument mit nach unten gedrängter Skala zur Ver nachlässigung der nicht ganz zu vermeiden den Störspannungen, oder auch ein Instru ment mit nach oben gedrängter Skala mit Rücksicht auf die quadratische Amplituden ü bertragung der Modulationsschaltung M.
Zur Erleichterung des Suchens und Ver- folgens empfiehlt sich die Sichtbarmachung der in der Kontrollspannung enthaltenen Wechselkomponente durch einen Wechsel stromzeiger gemäss Fig. B. Dieses Instrument ist in der Fig. 8 durch J,, bezeichnet. Durch ein Hochpassfilter K wird die Gleichstrom komponente unterdrückt. Der Ausschlag von Jw ist von Laufzeitunterschieden wenig ab hängig und wird in seinem weiteren Verlauf namentlich durch die Richtcharakteristik der Empfänger bestimmt. Im Gegensatz dazu zeigt J bei Laufzeitgleichheit ein ausgespro chenes Maximum.
Aus den Unterschieden beider Anzeigen kann dementsprechend direkt auf Laufzeitunterschiede geschlossen werden. Seitlich einfallende Störungen ergeben, wie gezeigt wurde, keine wesentliche Änderung der beruhigten Kontrollspannung, d. h. der Ausschlag des Gleichstromzeigers J- wird dadurch nicht beeinflusst.
Dagegen ergeben sie am Ausgang der Modulationsschaltung 1V1 zusätzliche Wechselstromkomponenten, die eine 'Vergrösserung des Ausschlages von il zur Folge haben. Durch Vergleich beider Ab lesungen kann also auf das Vorhandensein stärkerer Störspannungen geschlossen wer den. Zur weiteren Erleichterung können auch die weiter oben erwähnten Instrumente Z, und ZZ vorgesehen werden.
Fig. 9 zeigt eine Anordnung, bei der zwei gleiche Modulatoren 21, und 1Y12 vorgesehen sind. Eine erste Kontrollspannung wird in l111 in der oben beschriebenen Weise durch Modulation zweier zu vergleichender Span nungen erzeugt, in B,. beruhigt und durch J1 angezeigt.
Bei der zweiten Modulationsschal- tung 112 wird dagegen bei den Eingangs klemmenpaaren 15 und 16 eine und dieselbe Spannung aufgedrückt. Das Modulationspro- dukt von M2 wird in Bz beruhigt und als zweite Kontrollspannung dem Gleichstrom instrument J2 zugeführt.
Durch ein drittes Gleichstrominstrument J kommt noch die Differenz der durch il und J2 angezeigten Kontrollspannungen zur Anzeige.
Sind nun bei gleicher Empfindlichkeit der Empfänger und gleicher Verstärkung die Spannungen an 13 und 14 amplitudengleich und besteht fer ner Gleichheit beider Laufzeiten, so dass sich beide Spannungen in jedem Augenblick gleich sind, so sind die Modulationsprodukte beider Modulatoren Ml und M2 an den Klem men 22 und 23 gleich, weil auch die Ein gangsspannungen dieser Modulatoren sich decken.
Die Instrumente J1 und J2 geben also in diesem Falle gleiche Ausschläge und der Differenzzeiger J bleibt stromlos. Ändert sich dagegen die Laufzeit beider zu verglei chender Spannungen bei gleichbleibender Amplitude, so bleibt naturgemäss der Aus schlag von J2 erhalten, während sich der Ausschlag von J1 in der früher beschriebenen Weise- verkleinert.
Der Spannungsunter- schied, welcher für die Laufzeitdifferenzen charakteristisch ist, kommt durch das Instru ment J zur Anzeige. Erst bei grösseren Fehl einstellungen der Empfänger vermindert sich auch die Amplitude der aufgenommenen Spannungen und damit die Anzeige von J,
Beim praktischen Arbeiten mit der anhand von Fig. 9 beschriebenen Apparatur wird man zuerst eine Grobeinstellung vornehmen durch Regelung der Empfängerstellung auf maximalen Ausschlag von J2. Hierauf sucht man noch die genaue Einstellung, welche gleiche Laufzeiten beider Spannungen ergibt durch Regelung des Ausschlages von J1 auf einen maximalen Betrag, d. h.
man sucht die Einstellung, bei der die durch J angezeigte Differenzspannung verschwindet.
Solche Anordnungen eignen sich beson ders für Horchgeräte mit automatischer Nachführung der Schallempfänger bezw. der Laufzeitverzögerungsapparaturen zum auto matischen Suchen und Verfolgen von be stimmten Geräuschquellen.