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.
Radio beacon The present invention relates to a radio beacon in which the cyclical movement of an antenna on a circular path is simulated by cyclically supplying radio frequency energy to each antenna of a number of antennas located on a circular path.
Beacons of the aforementioned type have been used in V. H.F. omnidirectional navigation systems (VOR), and as a result of the larger opening width, which can be used for the antenna systems in comparison with earlier VOR, there is a reduction in position misrepresentation.
A disadvantage of beacons of the type mentioned above when used in omnidirectional systems that work in the VHF band or at lower frequencies is the cost of the number of antennas required, and another disadvantage is the possibility of undesirable mutual we effect between the Antennas of the antenna system.
According to the invention, a radio beacon is now provided, which has an odd number of spaced antennas, which occupy half of a number of equally spaced locations running in a circle, with no antenna diametrically opposite another antenna, and which is characterized by Means to excite the antennas individually and cyclically from a first wave source so that the excitation cycle moves around the circle at a constant speed, further by means which respond when the excitation reaches a point in its cycle that does not is occupied by an antenna,
to excite the antenna diametrically opposite this point from a second wave source, so that the radiation consists alternately of waves from one and the other source, so that the cyclical progression of a:
Pair of diametrically opposite and intermittent radiation sources is simulated, and also by means for exciting a further antenna in the center of the circle from a third wave source, the waves of the first and the second source phases and frequencies of corresponding amplitude modulation sidebands of the same order of the waves third source, wherein further the beacon is applied so that it emits a reference signal which,
stands for the purpose of display in a receiver in phase correlation with the excitation cycle, and characterized in that the distance between adjacent points does not exceed half a wavelength of the emitted frequencies.
In one form of a VOR beacon, which is described in Swiss Patent No. 389 041, the rotation of two antennas lying on opposite ends of a diameter on a circle around the center of the circle by cyclic connection of high-frequency energy to diametrically opposite pairs is a Number of antennas lying on the circumference of a circle is simulated.
The signals picked up by such a beacon at a remote receiver are cyclically modulated in ider phase, with the repetition frequency of the switching cycle of the beacon antenna because of the cyclical change in the path length between the radiation source and the receiver.
By detecting the phase modulations superimposed on the received signal and by comparing the phase or detected signal wave with the phase of a reference wave which is synchronized with the beacon antenna switching cycle, the bearing of the beacon can be determined from the receiver. By setting the parameters, the beacon described in the aforementioned patent can be made compatible with the existing VOR beacon on-board receivers, which are used in large numbers. In order to make the beacon compatible, it is necessary to select the diameter of the antenna circle approximately equal to five wavelengths of the operating frequency.
Furthermore, in order to limit the phase step that occurs when switching the high-frequency energy from one antenna to the other, it is necessary to provide about 50 antennas, which are evenly distributed over about two thirds of the circumference of the circle. The large number of antennas required is the main reason for the financial outlay for a VOR beacon, which uses an antenna system with cyclical switching of the power supply.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are described in more detail below with reference to the drawing.
1 shows schematically a method for feeding an antenna system in a compatible VOR beacon, and FIG. 2 shows a diagram of a second exemplary embodiment in a compatible VOR beacon.
1 shows two V.H.F. transmitters 1 and 2, the frequencies of which are <I> F + </I> f and <I> F - </I> f, respectively, where f is equal to 9960 Hz. Another transmitter 3 operates at a frequency F which is between 112 and 118 MHz. The arrangement is such that the transmitters 1 and 2 are coupled in a cyclical sequence with a circular ring of ten circuit elements 4 and 5, which are equidistant from one another. These circuit elements consist of five omnidirectional antennas 4 and five adapted loads 5, the other ends of which are grounded.
In order to simplify the explanation of the principles applied here, only five antennas 4 and five loads 5 are shown in FIG. 1, while in a practical embodiment z. B. 25 antennas and 25 loads for use, wel che alternately and are distributed at equal intervals on the ring.
The coupling arrangement is designed in such a way that at any point in time the transmitters 1 and 2 are coupled to circuit elements lying diametrically opposite one another, one of these elements being an antenna 4 and the other being an adapted load 5. The actual coupling takes place with the help of capacitive rotary switch elements 6 and 7, which close to the fixed and equally spaced capacitive elements 8 before pass, which are ver with the elements 4 and 5 connected. The speed of rotation is 30 Hz (30 revolutions per second).
The transmitter 3 is permanently coupled to a further omnidirectional antenna 9, which emits a wave with a frequency F and lies in the center of the ring of the elements 4 and 5. The frequencies F + 9960 Hz and F-9960 Hz are actually the upper and lower sidebands of the carrier frequency F, since approximately 90 Ω of the total radiated power has the frequency F. The emitted wave with the frequency F is amplitude-modulated by a reference wave of 30 Hz, which is synchronized with the switching cycle of the switching element 6.
In order to make the beacon compatible with existing VOR beacon receivers when there are 25 antennas and 25 matched loads, the diameter of the antenna circle is chosen to be approximately equal to five wavelengths of the operating frequency, and each antenna is spaced from its neighboring matched loads by is equal to one third of the VHF operating wavelength.
The transmitter 1 is sequentially coupled to all segments 8 on the ring. This simulates a radiation source with the frequency F + 9960 Hz, which rotates around the ring at a constant speed because of the successive excitation of the antennas 4. The transmitter 2 is also coupled in the same way to the segments 8, so that In addition, a radiation source with the frequency F-9960 Hz is simulated, which moves around the ring, and from the first simulated moving source is constantly at a distance which is equal to half the circumference of the ring.
Since an adapted load 5 is constantly diametrically opposed to an antenna 4, only one of the transmitters 1 or 2 excites an antenna 4 at any time. In the present exemplary embodiment, the adapted loads 5 prevent unwanted reflections of the transmitter energy, but their presence is not absolutely necessary, how .this will be explained later.
At a distant point, a wave with the frequency F + 9960 Hz + q and a wave with the frequency F-9960 Hz - q are received alternately, where q is the Doppler frequency shift as a result of the relative movement between the radiation sources and the distant one Position represents.
The value q is a maximum (neglecting the sign) when the sources move directly towards or away from the distant point, and equals zero when the sources move perpendicular to the line connecting the distant point, so i q changes sinusoidally over time. The Doppler shifts of the waves of the two sources are always the same and opposite, since the simulated movements of the sources always take place in opposite directions.
Apart from a very small overlap to avoid excessive transient processes, only one of the simulated moving sources is actually involved in the radiation at any point in time.
The remote station also receives a wave at frequency F from transmitter 3 via antenna 9. The task of this transmission is to deliver a carrier wave which cooperates with the beacon with the sidebands F + 9960 Hz and F-9960 Hz Receiver generate beats.
In FIG. 2, the scheme of a second VOR beacon is now shown, with all elements per se and functionally identical to the elements of FIG. 1 marked accordingly. Again, 25 antennas 4 and 25 matched loads 5 are actually used. The main difference compared to FIG. 1 is that in FIG. 2 the five antennas 4 are located at successive points in the ring and in the same way the adapted loads 5 are located at successive points on the ring. Thus, during operation, the transmitters 1 and 2 are sequentially coupled to the five antennas 4 and then to the five loads 5.
As before, the transmitters are coupled to diametrically opposed elements 4 or 5 at any point in time, so that any antenna 4 is excited by one of the transmitters 1 and 2 at any point in time.
Thus, as in the first Ausführungsbei game, two diametrically opposed radiation sources moving on the ring are simulated, although each source only emits when it moves along the semicircle containing the antennas 4, while it is ineffective on its movement along the other semicircle . A remote location receives a wave from one or the other of the simulated moving sources at any point in time, and the switching cycle repeats itself at 30 Hz.
The beacon receiver that works together with the beacon can be identical to existing VOR beacon on-board receivers, a large number of which are in practical use today.
Such receivers contain an AM demodulator stage for the detection of the subcarrier of 9960 Hz, which is used to modulate the amplitude of the signal which is emitted by the reference antenna of the VOR beacons of earlier design, which uses mechanically rotating antennas, and an FM detector - gate for the detection of the frequency modulation with a stroke of 480 Hz, which is superimposed on the subcarrier of 9960 Hz, furthermore a second AM demodulator for the detection of the reference signal wave of 30 Hz with which the signal of 9960 Hz is amplitude-modulated,
and finally, a phase comparison device for comparing the phase of the detected FM signal wave with the phase of the detected AM wave. In addition, existing VOR beacon receivers must have a sufficiently large HF and IF bandwidth in order to receive the sidebands (of the signal that are transmitted by the reference antenna of these VOR beacons of earlier design with a small opening width.
The mean value of the distance between these sidebands from the carrier wave is 9960 Hz, so that the two frequencies F + 9960 Hz and F-9960 Hz, which are radiated by the circular antenna system of the embodiment of the invention, also from the HF and IF - Levels of such a recipient are included.
Each of the two sideband waves of F + 9960 Hz and F - 9960 Hz forms beats with the carrier wave in the amplitude demodulator of the receiver, so that a signal of 9960 Hz is created, the phase of which changes cyclically according to the beacon antenna cycle. The cyclical phase modulation of the signal of 9960 Hz is accompanied by a corresponding frequency modulation with a deviation of 480 Hz, in the same way as for a signal which is received by a conventional VOR beacon.
The amplitude-modulated carrier signal with the frequency F gives rise to a reference wave of 30 Hz at the output of the amplitude demodulator.
The two sideband waves are not present at the same time on the first AM demodulator of the receiver, but one of the two sidebands is always present. The phase of the 9960 Hz beat signal is the same regardless of which of the sidebands is present. It is important that the carrier wave antenna 3 is in the center of the antenna ring so that the components with the frequency <I> F + </I> f and <I> F- </I> f each have the correct phase relationship to the carrier of the frequency F have.
Since in the beacon arrangement according to FIG. 2, the only signal emitted by the antenna 4 is the frequency <I> F </I> + <I> f </I> for one half of the switching cycle and the frequency for the other half of the switching cycle <I> F - </I> f, it results that: the signal emitted by the switchable antenna system is modulated with the cyclic switching frequency with its rectangular frequency modulation enveloping frequency, wherein. the frequency deviation is 9960 Hz.
The rectangular frequency modulation envelope can be obtained by feeding the received signal to a frequency discriminator. The detected square wave of 30 Hz could be used as an exact reference wave instead of the sinusoidal reference signal of 30 Hz with which the carrier wave is modulated. Furthermore, since the rectangular reference wave itself has harmonics, it can be used to supply a harmonic reference wave for the purpose of achieving increased bearing information accuracy.
as this is known.
Another exemplary embodiment of the subject matter of the invention differs from that of FIG. 1 in that the adapted loads 5 are absent and that the transmitters 1 and 2 are put out of operation when they are not coupled to the antenna 4. Another difference is that the switchover is not capacitive, but electronic. In this way, there is no loss of transmitter power in the adapted loads.
In the exemplary embodiments described, either the antennas with the adapted loads alternate as in FIG. 1, or: they all follow one another on the circle as in FIG. 2. However, it is possible to distribute the antennas in other ways, and as long as no antenna is diametrically opposite another antenna.
Regardless of the arrangement used in each individual case, each antenna is alternately excited by the two sidebands at equal intervals, so that the progression of a pair of radiation sources lying diametrically opposite each other along the circle, which have the two sideband frequencies, is simulated.
For example, with a beacon with 25 antennas 4 and 25 adapted loads 5, which are distributed in the form of five groups of five consecutive antennas, with five adapted loads between each two groups, a rectangular reference wave is obtained Frequency is equal to the fifth harmonic of the repetition frequency of the excitation cycle, since an excitation cycle consists of five switching cycles of the transmission of a sideband to the transmission of the,
contains other sideband. The need to superimpose a harmonic reference wave on the normal reference wave of 30 Hz, which is radiated from the carrier wave antenna, in order to provide the advantages of increased accuracy for the reading instruments, is thus avoided.
In all of the systems described above, it was tacitly assumed for the purpose of simplifying the explanation that the antennas 4 emit square-wave energy pulses, i.e. H. that the switching, whether capacitive or electronic, is such that there is no overlap when two antennas radiate simultaneously.
However, it is advantageous that there is little overlap and that an antenna is not suddenly but gradually excited and de-excited in order to reduce the compensation processes that occur during the switchover, which could impair the evaluation at the receiver. Unfortunately, simultaneous transmission of the same wave from two antennas is not flawless because of the resulting directional effect.
Embodiments of the type shown in FIG. 1, where no two antennas occupy consecutive positions on the circle, avoid the difficulties mentioned, since the radiated sideband is changed at each switching step. Thus, a small overlap to reduce the equalization processes will not result in two antennas emitting the same wave at the same time.
A further advantage of the exemplary embodiment according to FIG. 1 is that no two antennas have to be closer to one another than 22/3. It is generally accepted that in Doppler VOR systems in which only one sideband is coupled to the switched antenna, the antennas should not be more than 1/2 and preferably even 1/3 apart. Embodiments of the type shown in FIG. 1 allow the antenna spacing to be selected to be greater than d / 2.