Radiobake Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radio bake, in welcher die zyklische Bewegung einer An tenne auf einem kreisförmigen Weg dadurch simu liert wird, dass man jeder Antenne einer Anzahl auf einem kreisförmigen Weg gelegenen Antennen zy klisch Hochfrequenzenergie zuführt.
Baken der vorerwähnten Art sind in V. H. F. Allrichtungs-Navigationsanlagen (VOR) verwendet worden, und infolge der grösseren Öffnungsweite, welche im Vergleich mit früheren VOR für die Antennenanlagen verwendet werden kann, ergibt sich eine Verminderung der Lagenmissweisung.
Ein Nachteil von Baken der oben erwähnten Art bei Verwendung in Allrichtungsanlagen, welche im V.H.F.-Band oder bei tieferen Frequenzen arbeiten, besteht in den Kosten für die Anzahl der erforder lichen Antennen, und ein weiterer Nachteil besteht in der Möglichkeit unerwünschter gegenseitiger Wir kung zwischen den Antennen der Antennenanlage.
Erfindungsgemäss wird nun eine Radiobake vor gesehen, welche eine ungerade Anzahl von unter sich einen Abstand aufweisenden Antennen aufweist, welche eine Hälfte einer Anzahl gleicher Abstände aufweisender Stellen lauf einem Kreis einnehmen, wobei keine Antenne einer anderen Antenne diame tral gegenüberliegt, und welche sich auszeichnet durch Mittel, um .die Antennen einzeln und zyklisch aus einer ersten Wellenquelle zu erregen, so dass der Erregungszyklus mit einer konstanten Geschwindig keit sich um den Kreis bewegt, weiter durch Mittel, welche dann ansprechen, wenn die Erregung eine Stelle ihres Zyklus erreicht, welche nicht durch eine Antenne belegt ist,
um die dieser Stelle diametral gegenüberliegende Antenne aus einer zweiten Wellen quelle zu erregen, so dass die Strahlung abwechselnd aus Wellen der einen und der anderen Quelle be steht, so dass weiter das zyklische Fortschreiten eines :
Paares diametral gegenüberliegender und intermittie render Strahlungsquellen simuliert wird, und ferner durch Mittel zur Erregung einer weiteren Antenne im Mittelpunkt des Kreises aus einer dritten Wellen quelle, wobei die Wellen der ersten und der zweiten Quelle Phasen und Frequenzen entsprechender Ampli- tudenmodulationsseitenbänder gleicher Ordnung der Wellen der dritten Quelle aufweisen, wobei weiter die Bake so angelegt ist, dass sie ein Bezugssignal aussendet, welches,
zwecks Anzeige in einem Emp fänger in Phasen-Korrelation mit dem Erregungs zyklus steht, und dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen benachbarten Stellen die Hälfte einer Wellenlänge der abgestrahlten Frequenzen nicht überschreitet.
In einer Form einer VOR-Bake, welche im Schweizer Patent Nr. 389 041 beschrieben ist, wird die Drehung von zwei an entgegengesetzten Enden eines Durchmessers auf einem Kreis liegenden An tennen um den Mittelpunkt das Kreises durch zyklische Anschaltung von Hochfrequenzenergie an diametral gegenüberliegende Paare einer Anzahl von Antennen, welche auf dem Umfang eines Kreises liegen, simuliert.
Die von einer solchen Bake an einem fernen Empfänger aufgenommenen Signale sind zyklisch in ider Phase moduliert, und zwar mit der Wieder holungsfrequenz des Umschaltzyklus der Baken antenne wegen der zyklischen Änderung der Weg länge zwischen der Strahlungsquelle und dem Emp fänger.
Durch Detektion der dem empfangenen Si gnal überlagerten Phasenmodulationen und durch Vergleich der Phase oder detektierten Signalwelle mit der Phase einer Bezugswelle, welche mit dem Baken antennen-Umschaltzyklus ;synchronisiert ist, lässt sich die Peilung der Bake vom Empfänger aus bestimmen. Durch Einstellung der Parameter kann die im vorerwähnten Patent beschriebene Bake mit bestehen den VOR-Baken-Bordempfängern, welche in grosser Anzahl verwendet werden, kompatierbar gemacht werden. Um die Bake kompatierbar zu machen, ist es nötig, den Durchmesser des Antennenkreises ungefähr gleich fünf Wellenlängen der Betriebsfre quenz zu wählen.
Weiter ist es zur Begrenzung des Phasenschrittes, welcher bei der Umschaltung der Hochfrequenzenergie von einer Antenne zur .anderen auftritt, nötig, ungefähr 50 Antennen vorzusehen, welche auf ungefähr zwei Dritteln des Umfanges des Kreises gleichmässig verteilt sind. Die grosse Anzahl erforderlicher Antennen ist der Hauptgrund für den finanziellen Aufwand einer VOR-Bake, welche eine Antennenanlage mit zyklischer Umschaltung der Speisung verwendet.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt schematisch .ein Verfahren zur Speisung einer Antennenanlage in einer kompatier- baren VOR-Bake und die Fig. 2 ein Schema eines zweiten Ausführungs beispiels in einer kompatierbaren VOR-Bake.
In der Fig. 1 sind zwei V. H. F.-Sender 1 und 2 dargestellt, deren Frequenzen<I>F +</I> f bzw.<I>F -</I> f sind, wo f gleich 9960 Hz ist. Ein weiterer Sender 3 arbeitet mit einer Frequenz F, welche zwischen 112 und 118 MHz liegt. Die Anordnung ist so getroffen, dass die Sender 1 und 2 in einer zyklischen Folge mit einem kreisförmigen Ring von zehn Schaltungs elementen 4 und 5 gekoppelt werden, welche unter sich einen gleichen Abstand aufweisen. Diese Schal tungselemente bestehen aus fünf Rundstrahlantennen 4 und fünf angepassten Belastungen 5, deren andere Enden geerdet sind.
Um die Erläuterung der hier zur Anwendung gelangenden Prinzipien zu verein fachen, sind in der Fig. 1 nur fünf Antennen 4 und fünf Belastungen 5 dargestellt, während bei einem praktischen Ausführungsbeispiel z. B. 25 Antennen und 25 Belastungen zur Verwendung gelangen, wel che abwechselnd aufeinanderfolgen und in gleichen Abständen auf dem Ring verteilt sind.
Die Kopplungsanordnung ist so ausgelegt, dass in jedem Zeitpunkt die Sende 1 und 2 mit einander diametral gegenüberliegenden Schaltungselementen gekoppelt sind, wobei eines dieser Elemente eine Antenne 4 und das andere eine angepasste Belastung 5 ist. Die tatsächliche Kopplung erfolgt mit Hilfe kapazitiver Drehschalterelemente 6 und 7, welche nahe an den feststehenden und unter sich gleiche Abstände aufweisenden kapazitiven Elementen 8 vor beilaufen, welche mit den Elementen 4 und 5 ver bunden sind. Die Drehgeschwindigkeit beträgt 30 Hz (30 Umdrehungen pro Sekunde).
Der Sender 3 ist mit einer weiteren Rundstrahl antenne 9 dauernd gekoppelt, welche eine Welle mit einer Frequenz F abstrahlt und im Mittelpunkt des Ringes der Elemente 4 und 5 liegt. Die Frequenzen F + 9960 Hz und F - 9960 Hz sind tatsächlich das obre und das untere Seitenband der Trägerfrequenz F, da ungefähr 90 Ö der gesamten abgestrahlten Leistung die Frequenz F aufweist. Die abgestrahlte Welle mit der Frequenz F ist durch eine Bezugswelle von 30 Hz amplitudenmoduliert, welche mit dem Umschaltzyklus des Schaltelementes 6 synchronisiert .ist.
Um die Bake mit bestehenden VOR-Bakenemp fängern kompatierbar zu machen, wenn 25 Antennen und 25 angepasste Belastungen vorhanden sind, wird der Durchmesserdes Antennenkreises ungefähr gleich fünf Wellenlängen der Betriebsfrequenz gewählt, und jede Antenne weist von ihren benachbarten angepass ten Belastungen einen Abstand auf, der gleich einem Drittel der V. H. F.-Betriebswellenlänge ist.
Der Sender 1 wird der Reihe nach mit allen Segmenten 8 auf dem Ring gekoppelt. Damit wird eine Strahlungsquelle mit der Frequenz F + 9960 Hz simuliert, welche mit konstanter Geschwindigkeit um den Ring dreht, und zwar wegen der aufeinander folgenden Erregung der Antennen 4. Auch der Sen der 2 ist in gleicher Weise mit den Segmenten 8 gekoppelt, so dass ausserdem .eine Strahlungsquelle mit der Frequenz F - 9960 Hz simuliert wird, welche sich um den Ring bewegt, und von der ersten simu lierten bewegten Quelle dauernd einen Abstand auf weist, welcher gleich dem halben Umfang des Ringes ist.
Da dauernd eine angepasste Belastung 5 einer Antenne 4 diametral gegenüberliegt, erregt in jedem Zeitpunkt nur einer der Sender 1 oder 2 eine An tenne 4. Die angepassten Belastungen 5 verhindern beim vorliegenden Ausführungsbeispiel unerwünschte Reflexionen der Senderenergie, aber ihr Vorhanden sein ist nicht unbedingt nötig, wie .dies noch später erläutert wird.
An einer fernen Stelle wird abwechslungsweise eine Welle mit der Frequenz F + 9960 Hz + q und eine Welle mit der Frequenz F - 9960 Hz - q emp fangen, wo q die Doppler-Frequenzverschiebung in folge der relativen Bewegung zwischen den Strah lungsquellen und der fernen Stelle darstellt.
Der Wert q ist (unter Vernachlässigung des Vorzeichens) ein Maximum, wenn die Quellen sich direkt auf die ferne Stelle hin oder sich direkt von dieser weg bewegen, und gleich Null, wenn sich die Quellen senkrecht zur Verbindungslinie mit der fernen Stelle bewegen, so idass q zeitlich sinusförmig ändert. Die Dopplerverschiebungen der Wellen der beiden Quel len sind immer gleich und entgegengesetzt, da die simulierten Bewegungen der Quellen immer in ent gegengesetzten Richtungen erfolgen.
Abgesehen von einer sehr kleinen überlappung zur Vermeidung übermässiger Einschwingvorgänge ist nur eine der simulierten sich bewegenden Quellen in jedem Zeit punkt tatsächlich an der Strahlung beteiligt.
Die ferne Stelle empfängt auch eine Welle mit der Frequenz F vom Sender 3 über die Antenne 9. Die Aufgabe dieser Übertragung besteht darin, eine Trägerwelle zu liefern, welche mit den Seitenbändern F + 9960 Hz und F - 9960 Hz in einem mit der Bake zusammenarbeitenden Empfänger Schwebungen erzeugen.
In der Fig. 2 .ist nun das Schema einer zweiten VOR-Bake dargestellt, wobei alle Elemente an sich und funktionsmässig gleich den entsprechend be zeichneten Elementen der Fig. 1 sind. Wiederum werden tatsächlich 25 Antennen 4 und 25 angepasste Belastungen 5 verwendet. Der Hauptunterschied gegenüber Fig. 1 besteht darin, dass in der Fig. 2 die fünf Antennen 4 an aufeinanderfolgenden Stellen im Ring und in gleicher Weise die angepassten Bela stungen 5 an aufeinanderfolgenden Stellen des Ringes liegen. Somit werden im Betrieb die Sender 1 und 2 der Reihe nach mit den fünf Antennen 4 und dann mit den fünf Belastungen 5 gekoppelt.
Wie zuvor sind die Sender in jedem Zeitpunkt mit diametral gegenüberliegenden Elementen 4 .oder 5 gekoppelt, so dass in jedem Zeitpunkt irgendeine Antenne 4 durch einen der Sender 1 und 2 erregt ist.
Somit werden wie beim ersten Ausführungsbei spiel zwei diametral gegenüberliegende, sich auf dem Ring bewegende Strahlungsquellen simuliert, obwohl jede Quelle nur dann strahlt, wenn sie sich längs des die Antennen 4 enthaltenden Halbkreises be wegt, während sie auf ihrer Bewegung längs des anderen Halbkreises unwirksam ist. Eine ferne Stelle empfängt in jedem Zeitpunkt eine Welle von der einen oder anderen der simulierten sich bewegenden Quellen, und der Umschaltzyklus wiederholt ,sich mit 30 Hz.
Der mit der Bake zusammenarbeitende Baken empfänger kann identisch mit bestehenden VOR- Baken-Bordempfängern sein, von denen heute eine grosse Anzahl im praktischen Betrieb steht.
Solche Empfänger enthalten ,eine AM-Demodulatorstufe zur Detektion des Hilfsträgers von 9960 Hz, welcher zur Amplitudenmodulierung des Signals dient, welches durch die-- Bezugsantenne der VOR-Baken früherer Bauart abgestrahlt wird, welche mechanisch rotie rende Antennen verwendet, weiter einen FM-Detek- tor zur Detektion der Frequenzmodulation mit einem Hub von 480 Hz, welche dem Hilfsträger von 9960 Hz überlagert ist, ferner einen zweiten AM- Demodulator zur Detektion der Bezugssignalwelle von 30 Hz, mit welcher das Signal von 9960 Hz amplitudenmoduliert ist,
und schliesslich eine Phasen vergleichsvorrichtung zum Vergleichen der Phase der detektierten FM-Signalwelle mit der Phase der detek- tierten AM-Welle. Ausserdem müssen bestehende VOR-Bakenempfänger eine genügend grosse HF- und ZF-Bandbreite aufweisen, um die Seitenbänder (des Signals zu empfangen, welche von der Bezugsantenne dieser VOR-Baken früherer Bauart mit geringer öffnungsweite ausgesendet werden.
Dier Mittelwert des Abstandes dieser Seitenbänder von der Träger welle beträgt 9960 Hz, so dass die beiden Fre quenzen F + 9960 Hz und F - 9960 Hz, welche vom kreisförmigen Antennensystem des Ausführungsbei- spiels der Erfindung abgestrahlt werden, ebenfalls von den HF- und ZF-Stufen eines solchen Empfän gers aufgenommen werden.
Jede der beiden Seitenbandwellen von F + 9960 Hz und F - 9960 Hz bildet mit der Trägerwelle im Amplitudendemodulator des Empfängers Schwebun gen, so dass ein Signal von 9960 Hz entsteht, dessen Phase gemäss dem Bakenantennenzyklus zyklisch ändert. Die zyklische Phasenmodulation des Signals von 9960 Hz ist begleitet von einer entsprechenden Frequenzmodulation mit einem Hub von 480 Hz, und zwar in der gleichen Weise wie für ein Signal, welches von einer üblichen VOR-Bake empfangen wird.
Das amplitudenmodulierte Trägersignal mit .der Frequenz F gibt Anlass zu einer Bezugswelle von 30 Hz am Ausgang des Amplitudendemodulators.
Die beiden Seitenbandwellen sind nicht gleich zeitig am ersten AM-Demodulator des Empfängers vorhanden, aber .eines der beiden Seitenbänder ist stets vorhanden. Die Phase des Schwebungssignals von 9960 Hz ist die gleiche, unabhängig davon, wel ches der Seitenbänder vorhanden ist. Es ist wichtig, dass die Trägerwellenantenne 3 im Mittelpunkt des Antennenringes liegt, damit die Komponenten mit der Frequenz<I>F +</I> f und<I>F-</I> f je die richtige Phasen beziehung zum Träger der Frequenz F aufweisen.
Da bei der Bakenanordnung gemäss Fig. 2 das einzige von der Antenne 4 abgestnahlte Signal für eine Hälfte des Umschaltzyklus die Frequenz<I>F</I> + <I>f</I> und für die andere Hälfte des Umschaltzyklus ,die Frequenz<I>F -</I> f aufweist, ergibt sich, dass :das von der umschaltbaren Antennenanlage ausgestrahlte .Signal mit der zyklischen Umschaltfrequenz mit seiner recht eckigen frequenzmodulationsumhüllenden Frequenz moduliert isst, wobei. der Frequenzhub 9960 Hz beträgt.
Die rechteckige Frequenzmodulationsumhül- Lende kann dadurch erhalten werden, -dass man das empfangene Signal einem Frequenzdiskriminator zu führt. Die detektierte Rechteckwelle von 30 Hz könnte als genaue Bezugswelle anstelle des sinus- förmigen Bezugssignals von 30 Hz verwendet wer den, mit welchem die Trägerwelle moduliert ist. Weiter kann die rechteckförmige Bezugswelle, da sie an sich Harmonische aufweist, zur Lieferung einer harmonischen Bezugswelle zwecks Erreichung einer erhöhten Peilinformationsgenauigkeit verwendet werden,
wie diesen sich bekannt ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 dadurch, dass die angepassten Belastungen 5 fehlen, und dass die Sender 1 und 2 ausser Betrieb gesetzt sind, wenn sie nicht mit der Antenne 4 gekoppelt sind. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Umschaltung nicht kapazitiv, sondern ;elektronisch erfolgt. Auf diese Weise entsteht kein Verlust der Senderleistung in dien angepassten Bela stungen.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wechseln entweder die Antennen mit den angepassten Belastungen wie in Fig. 1 ;ab, oder :sie folgen alle aufeinander auf dem Kreis wie in der Fig. 2. Es ist jedoch möglich, die Antennen auf andere Arten zu verteilen, und zwar solange als keiner Antenne dia metral gegenüber eine weitere Antenne liegt.
Un abhängig von der in jedem Einzelfall verwendeten Anordnung wird jede Antenne abwechslungsweise in gleichen Intervallen durch die beiden Seitenbänder erregt, so dass das Fortschreiten eines Paares ein ander diametral gegenüberliegender Strahlungsquellen längs des Kreises, welche die beiden Seitenband frequenzen aufweisen, simuliert wird.
So wird bei spielsweise bei einer Bake mit 25 Antennen 4 und 25 angepassten Belastungen 5, welche in der Form von fünf Gruppen von fünf aufeinanderfolgenden Anten nen verteilt sind, wobei zwischen je zwei Gruppen fünf angepasste Belastungen liegen, eine rechteck- förmige Bezugswelle erhalten, deren Frequenz gleich der fünften Harmonischen der Wiederholungsfrequenz des Erregungszyklus ist, da ein Erregungszyklus fünf Umschaltzyklen der Ausstrahlung eines Seitenbandes zur Ausstrahlung des ,
anderen Seitenbandes enthält. Die Notwendigkeit einer Überlagerung einer harmo nischen Bezugswelle auf die normale Bezugswelle von 30 Hz, welche von der Trägerwellenantenne ab gestrahlt wird, um die Vorteile erhöhter Genauigkeit für die Ableseinstrumente zu ergeben, wird somit vermieden.
In allen oben beschriebenen Anlagen wurde zur Vereinfachung der Erläuterung stillschweigend an genommen, dass die Antennen 4 rechteckförmige Energieimpulse abstrahlen, d. h. dass die Umschal tung, ob kapazitiv oder elektronisch, derart ist, dass keine Überlappung vorhanden ,ist, wenn zwei Anten nen gleichzeitig strahlen.
Es ist jedoch von Vorteil, dass eine geringe Überlappung vorhanden ist, und dass eine Antenne nicht plötzlich, sondern allmählich erregt und aberregt wird, um die beider Umschaltung auftretenden Ausgleichsvorgänge zu vermindern, wel che die Auswertung am Empfänger beeinträchtigen könnten. Unglücklicherweise ist eine gleichzeitige Übertragung der gleichen Welle von zwei Antennen nicht einwandfrei, und zwar wegen des sich daraus ergebenden Richteffektes.
Ausführungsbeispiele von der in der Fig. 1 ge zeigten Art, wo keine zwei Antennen aufeinander folgende Stellen auf dem Kreis belegen, vermeiden die erwähnten Schwierigkeiten, da bei jedem Um schaltschritt das abgestrahlte Seitenband gewechselt wird. Somit wird eine kleine Überlappung zur Herab setzung der Ausgleichsvorgänge nicht dazu führen, dass zwei Antennen in einem Zeitpunkt die gleiche Welle abstrahlen.
Ein weiterer Vorteil des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 besteht darin, dass keine zwei Antennen näher aufeinanderliegen müssen als 22/3. Allgemein gilt als feststehend, dass in Doppler-VOR-Anlagen, bei welchen nur ein Seitenband mit der umgeschalte ten Antenne gekoppelt ist, die Antennen nicht mehr als ;?/2 und vorzugsweise sogar nicht mehr als .1/3 auseinanderliegen sollen. Ausführungsbeispiele von der in der Fig. 1 gezeigten Art gestatten, dass der Antennenabstand grösser als d/2 gewählt wird.