-
Entfernungsmeßeinrichtung nach dem Relaisprinzip Die Erfindung bezieht
sich auf eine Entfernungsmeßeinrichtung nach dem sogenannten Relaisprinzip.
-
Es ist für die Entfernungsmessung zwischen einer Meßstelle und einer
heweglichen Relaisstation, die z. 13. auf einem Luftfahrzeug, im Registrierballon
od. dgl. angeordnet sein kann, eine Anordnung bekannt, die in den Ahl). 1 und 2
symbolisch dargestellt ist. Ein Hochfrequenzerzeuger 1 (300 MHz) sendet, nachdem
in der Mischstufe 2 die Schwingungen mit einer von dem Tonfrequenzerzeuger 3 gelieferten
Tonfrequenz (7,5 kHz) gemodelt worden sind, üher die Antenne 4 Schwingungen der
Frequenz 300 MHz + 7,5 kH aus. Diese werden von der Empfangsantenne 5 der Relaisstation
(Abh. 2) aufgenommen und im Hochfrequenzverstärker 6 verstärkt. Durch Rückmodelung
in der Gleichrichterstufe 7 wird daraus die Tonfrequenz von 7,5 kHz zurückgewonnen
und nach Siebung durch Siebglieder 8 im Tonfrequenzverstärker 9 verstärkt. Die verstärkte
Niederfrequenz dient dazu, um in der Mischstufe 11 eine von dem Hochfrequenzerzeuger
10 gelieferte Hochfrequenzspannung von 30 MHz zu modeln. Diese über die Antenne
12 ausgesendete und gegenüber den empfangenen Schwingungen von 300 MHz frequenzmäßig
entkoppelte Hochfrequenzschwingung wird von der Empfangsantenne 13 der Meßstation
aufgenommen, im Verstärker 14 verstärkt und zur Rückmodelung dem Empfangsgleichrichter
15 zugeführt. Die so erhaltene Tonfrequenz hat also zweimal den Weg zwischen der
Meßstelle und der Relaisstation zurückgelegt und dabei eine der Weglänge proportionale
Zeitverzögerung erlitten, die sich als Phasenverschiebung gegenüber der direkt vom
Tonfrequenzerzeuger 3 gelieferten Wechselspannung darstellt.
-
In der Phasenvergleichsanordnung 16 wird diese Phasenverschiehung
gemessen, und sie stellt ein Maß für die Entfernung zwischen den beiden Stationen
dar. Bei einer Niederfrequenz von 7,5 kMz würde unter Zugrundelegung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit
elektrischer Schwingungen in Luft von 300 000 km/sec z. B. einer Entfernung von
5 km eine Phasenverschiebung von 2 entsprechen.
-
Diese beschriehene Anordnung erfordert an der Relaisstation einen
erhehlichen Aufwand, der durchaus unerwünscht ist. Erstens ist es immer zweckmäßig,
das Gewicht und die Größe ortsbeweglicher Geräte und insbesondere solcher, die in
Luftfahrzeugen untergebracht werden sollen, klein zu halten, während es hei ortsfesten
Meßstellen auf das Gewicht und den Raumbedarf nicht in dem gleichen Maß ankommt.
-
Zweitens ist eine solche Relaisstation besonders als Wettersonde geeignet.
Sie muß dann von einem möglichst kleinen Ballon getragen werden können, und es
ist
in vielen Fällen mit ihrem Totalverlust zu rechnen.
-
Als Anzahl der benötigten Relaisstationen ist also ein Vielfaches
der Anzahl der Meßstellen einzusetzen. Der Aufwand, der für die Relaisstationen
notwendig ist, wirkt sich nicht nur in der Benutzung eines Hochfrequenzverstärkers,
eines Empfangsgleichrichters, eines mehrstufigen Niederfrequenzverstärkers, einer
Mischstufe und eines Hochfrequenzerzeugers aus, sondern wird ganz erheblich erhöht
durch die erforderlichen Siebmittel und die Notwendigkeit, die Betriebsspannungen
für diese Geräteteile außerordentlich gut zu stabilisieren, und für den Hochfrequenzerzeuger
einen Steuerquarz mit dem zugehörigen Aufwand an Schaltmitteln vorzusehen. Denn
da die Entfernungsmessung auf einer Phasenmessung beruht, muß sorgfältig darauf
geachtet werden, daß Phasendrehungen der Niederfrequenz und besonders veränderliche,
von den Betriebsbedingungen abhängende Phasendrehungen weitgehendst vermieden bzw.
kompensiert werden. Bei Anderungen der Resonanzfrequenzen der verwendeten Hochfrequenzschwingkreise,
die eine ungleichmäßige Verstärkung und Phasendrehung der Seitenbänder bewirken,
treten aber ebenso wie bei ungenügender Bemessung des Niederfrequenzverstärkers
und seiner Siebmittel sowie bei ungenügender Konstanz des Hochfrequenzerzeugers
nicht tragbare Phasendrehungen auf, die das ganze Verfahren wertlos machen können.
-
Die Erfindung schlägt nun vor, den notwendigen Aufwand für die Relaisstationen
dadurch ganz beträchtlich zu senken, daß der Sender der Meßstelle außer mit der
zur Phasenmessung dienenden Niederfrequenz mit einer zweiten Hochfrequenz gemodelt
wird, die im Relaisempfänger aus der ersten Hochfrequenz zurückgewonnen, zur Rücksendung
benutzt und von dem an der Meßstelle befindlichen Empfänger aufgenommen wird. Durch
diese Änderung des Verfahrens wird in der Relaisstation nicht nur der Niederfrequenzverstärker
mit
den zugehörigen Siebmitteln, die Mischstufe und der besonders stabilisierte Hochfrequenzerzeuger
einschließlich Steuerquarz eingespart, sondern es werden auch die Aufwendungen für
die Stabilisierung der Stromquellen und Schwingungskreise sowie für die Stromquellen
selbst ganz erheblich herabgesetzt. Dagegen ist der zusätzliche Aufwand an der Meßstelle
verhältnismäßig gering und fällt wegen der obenangeführten Gründe kaum ins Gewicht.
-
In Abb. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung symbolisch
dargestellt. 1 ist wieder wie in Abb. 1 der Hochfrequenzerzeuger des Senders der
Meßstelle, dessen Schwingungen in der Mischstufe 2 durch die Niederfrequenzschwingungen
des Schwingungserzeugers 3 gemodelt werden. Diese gemodelte Schwingung wird nun
erfindungsgemäß nicht sofort der Antenne 4 zugeführt sondern in einer weiteren Mischstufe
17 mit einer von dem Hochfrequenzschwingungserzeuger 18 gelieferten zweiten Hochfrequenz
nochmals gemodelt. Über die Antenne 4 wird also die mit einer Niederfrequenz (7,5
kHz) und einer zweiten Hochfrequenz (30 MHz) gemodelte erste Hochfrequenz (300 MHz)
ausgesendet. Sollte es nicht wünschenswert sein, den Anodenkreis der Mischstufe
17 und den Antennenkreis so stark zu dämpfen, daß die durch die hochfrequente Modelung
bedingten Seitenbänder genügend stark und mit genügend kleiner Phasendrehung gegenüber
dem Träger ausgesandt werden können, so können im Anodenkreis der Mischstufe drei
Schwingkreise die auf den Träger und die beiden Seitenbandfrequenzen, also auf die
Frequenzen 270, 300 und 330 MHz abgestimmt sind, sowie drei entsprechend abgestimmte
Antennen verwendet werden. Unter Umständen kann man bei der Modelung mit der zweiten
Hochfrequenz auch mit Einseitenbandmodelung arbeiten und auf einen der Schwingkreise
und eine Antenne verzichten. Auch kann die Verwendung stark überkoppelter Schwingkreise
Vorteile bieten. Diese Kreise sind dann so abzustimmen, daß die Koppelfrequenzen
mit der Trägerfrequenz und der Seitenbandfrequenz bzw. den Seitenbandfrequenzen
zusammenfallen.
-
Im Relaisempfänger ist an die Empfangsantenne 5 wieder ein Hochfrequenzverstärker
6 angeschlossen, auf den die Empfangsgleichrichterstufe 7 folgt. In dieser Rückmodelungsstufe
wird die zweite Hochfrequenz von 30 MHz, die ihrerseits noch mit der Niederfrequenz
gemodelt ist, gewonnen. Sie braucht nur noch in einem Hochfrequenzverstärker 19
verstärkt und der Senderantenne 12 zugeführt zu werden. Unter Umständen kann man
sogar noch auf den Empfangsverstärke 6 verzichten und die empfangene Hochfrequenz
direkt der Gleichrichterstufe 7 zuführen. Die Anzahl der Verstärkerstufen in dem
Hochfrequenzverstärker 19 kann leicht bis auf zwei verringert werden, wenn in der
letzten Stufe eine Rückkopplungsschaltung benutzt wird, die so eingestellt ist,
daß die Stufe zwar noch nicht schwingt, aber sehr weit entdämpft ist, so daß eine
hohe Verstärkung erzielt wird. Die Rückkopplung der Endstufe kann aber auch so weit
erhöht werden, daß die Stufe bereits schwingt, aber von der Vorstufe sicher in der
Frequenz mitgenommen und in der Schwingweite gesteuert wird. Als Empfangsgleichrichter
für die 300 - MHz - Schwingung wird zweckmäßig ein rückgekoppeltes Audio vorgesehen.
-
An der Meßstelle nimmt eine Empfangsantenne 13 die vom Relaissender
ausgehende Hochfrequenzschwingung auf und leitet sie dem Verstärker 14 zu, hinter
dem in einer Gleichrichterstufe 15 die Niederfrequenz gewonnen wird, deren Phase
im Phasenmesser 16 mit der Phase der direkt vom Erzeuger 3 gelieferten Niederfrequenzspannung
verglichen wird. Gegen den Hochfrequenzerzeuger 18, der ja diejenige Frequenz (30
MHz) erzeugt, auf die der daneben stehende, sehr empfindliche Empfänger abgestimmt
ist, soll dieser gut entkoppelt werden. Das bietet jedoch keine großen Schwierigkeiten,
da die Frequenz von 30 MIIz ja nicht ausgestrahlt, sondern nur zur Modelung der
Sendefrequenz von 300 MHz benutzt wird.
-
Es sei darauf hingewiesen, daß die angegebenen Frequenzen lediglich
als Beispiele anzusehen sind, denen keine besondere Bedeutung zukommt. Vielmehr
ist die Ausführung des Erfindungsgedankens an keine besonderen Frequenzen oder Frequenzverhältnisse
gebunden. Es braucht lediglich die Forderung erfüllt zu sein, daß die Frequenz des
N£Ießstellensenders um so viel größer ist als die des Relaissenders, daß sie mit
dieser gemodelt werden kann.