DE1055618B

DE1055618B - Phase comparison device for a radio direction finder

Info

Publication number: DE1055618B
Application number: DEB39608A
Authority: DE
Inventors: Alfred Amos Hemphill; John Merle Tewksbury
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1955-03-22
Filing date: 1956-03-21
Publication date: 1959-04-23

Description

Die Erfindung· bezieht sich auf eine Phasenvergleichseinrichtung für einen Funkpeiler mit einer eine Nullinie aufweisenden Richtantenne und mit einer tmgerichteten Hilfsantenne und mit selbsttätiger, mit einem Motor bewerkstelligter Einstellung der NuIllinie der Richtantenne in die Richtung der ankommenden Hochfrequenzwellen, bei dem der von der Richtantenne gelieferten, in einem symmetrischen, mit zwei in Gegenphase liegenden niederfrequenten Hilfswechselspannungen gespeisten Modulator modulierten Hochfrequenzspannung die von der Hilfsantenne gelieferte Hochfrequenzspannung hinzugefügt und bei dem die Modulation des so erhaltenen zusammengesetzten Hochfrequenzsignals mittels einer Phasenvergleichseinrichtung, der ebenfalls die Hilfswechselspannung zugeführt ist, zur Gewinnung einer Steuerspannung für den Motor zur selbsttätigen Einstellung der Richtantenne herangezogen ist.The invention relates to a phase comparison device for a radio direction finder with a directional antenna having a zero line and with a Directional auxiliary antenna and with automatic, with a motor accomplished adjustment of the zero line the directional antenna in the direction of the incoming high-frequency waves, in the direction of the directional antenna supplied, in a symmetrical, with two low-frequency auxiliary alternating voltages in antiphase The powered modulator modulated the high-frequency voltage supplied by the auxiliary antenna High frequency voltage added and at which the modulation of the composite thus obtained High-frequency signal by means of a phase comparison device, which is also supplied with the auxiliary AC voltage to generate a control voltage is used for the motor to automatically adjust the directional antenna.

Es ist bekannt, bei derartigen Phasenvergleichseinrichtungen auf den Zwischenfrequenzverstärker einen Demodulator folgen zu lassen und die daraus erzeugte Modulationsfrequenz in einer Phasenvergleichseinrichtung mit der örtlich erzeugten, in Synchronismus mit der Antenne stehenden Niederfrequenz in einer Phasenbrücke zu vergleichen und mit dem Ausgangssignal der Phasenbrücke eine Einrichtung zu steuern, die die Antenne in die Richtung der einfallenden Hochfrequenzwellen bringt.It is known to use a phase comparison device on the intermediate frequency amplifier To let demodulator follow and the modulation frequency generated therefrom in a phase comparison device with the locally generated low frequency in synchronism with the antenna To compare phase bridge and to control a device with the output signal of the phase bridge, which brings the antenna in the direction of the incoming high frequency waves.

Die Erfindung besteht darin, daß die Phasenvergleiohisemrichtung derart ausgebildet ist, daß
gleichzeitig als Zwischenfrequenzdemodulator wirkt, so daß das zusammengesetzte Hochfrequenzsignal in Zwischenfrequenzlage unmittelbar zum Phasenvergleich herangezogen werden kann.The invention consists in that the phase comparison device is designed such that
at the same time acts as an intermediate frequency demodulator, so that the composite high frequency signal in the intermediate frequency position can be used directly for phase comparison.

Durch die Erfindung wird ein besonderer Demodulator für die Gewinnung der Modulation aus der modulierten Zwischenfrequenz entbehrlich.The invention provides a special demodulator for obtaining the modulation from the modulated intermediate frequency unnecessary.

Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung nach der Erfindung, und zwar zeigtThe drawings show an embodiment for a device according to the invention, namely shows

Fig. 1 eine schematische Schaltordnung einer Einrichtung nach der Erfindung,Fig. 1 is a schematic circuit diagram of a device according to the invention,

Fig. 2 und 2 a eine Gruppe von in zeitlicher Beziehung stehenden Schwingungen, die an verschiedenen Punkten der Einrichtung nach Flg. 1 auftreten, wenn die gesteuerte Antenne mit ihrer Nullrichtung nach der einen Seite von der Empfangsrichtung der ankommenden Hoohfrequenzwell-en abweicht,Fig. 2 and 2a a group of time-related vibrations occurring at different Points of the facility according to Flg. 1 occur when the controlled antenna is with its zero direction deviates on one side from the direction of reception of the incoming high-frequency waves,

Fig. 3 und 3 a eine Gruppe von Schwingungen, die auftreten, wenn die Nullrichtung nach der entgegengesetzten Seite wie in Fig. 2 und 2 a von der Empfangsrichtung abweichtFig. 3 and 3a a group of vibrations which occur when the zero direction to the opposite Side as in Fig. 2 and 2a deviates from the receiving direction

Wie im einzelnen aus den Zeichnungen ersichtlich ist, umfaßt die in Fig. 1 dargestellte EinrichtungAs can be seen in detail from the drawings, the device shown in FIG. 1 comprises

sie 30she 30

Phasenvergleichseinrichtung
für einen FunkpeilerPhase comparison device
for a radio direction finder

Anmelder:Applicant:

Bendix Aviation Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)Bendix Aviation Corporation,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. K.-A. Brose, Patentanwalt,
Pullach bei München, Wiener Str. 1/2Representative: Dipl.-Ing. K.-A. Brose, patent attorney,
Pullach near Munich, Wiener Str. 1/2

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. März 1955Claimed priority:
V. St. v. America March 22, 1955

Alfred Arnos Hemphill, Baltimore, Md.,
und John Merle Tewksbury, Lutherville, Md.Alfred Arnos Hemphill, Baltimore, Md.,
and John Merle Tewksbury, Lutherville, Md.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden(V. St. A.),
have been named as inventors

eine Richtantenne 1, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Schleifen- bzw. Ringantenne wiedergegeben ist.a directional antenna 1, which is shown in the present embodiment as a loop or ring antenna.

Die Ausgangsspannung der Antenne 1 wird einer Hochfrequenzverstärkungs- und Phasendrehvorrichtung 2 für eine Phasendrehung von 90° zugeführt. Die Phasendrehung ist deswegen erforderlich, weil das von der Richtantenne abgenommene Signal gegenüber demjenigen von der ungarichteten Suchantenne um 90° vor- oder nacheilt.The output voltage of the antenna 1 is fed to a high frequency amplifying and phase rotating device 2 supplied for a phase rotation of 90 °. The phase rotation is necessary because that signal picked up by the directional antenna compared to that from the ungarged search antenna 90 ° leading or lagging.

Das verstärkte und in der Phase gedrehte Signal wird in eiraer Parallelschaltung einer abgeglichenen Modülationsvorricfaung 3 zugeführt, der außerdem von einem Oszillator 4 eine Sinusschwingung· von z. B. 48 Hz im Gegentakt zugeführt wird.The amplified and phase-shifted signal is balanced in a parallel connection of a Modülationsvorricfaung 3 supplied, which also from an oscillator 4 a sine wave · of z. B. 48 Hz is fed in push-pull.

Der Ausgang der abgeglichenen Modulationsvorriefatung wird an die Primärwicklung 6 -eines Transformators 5 gelegt. An eine zweite Primärwicklung 7 wird der Auegang einer ungerichteten Hilfsantenne 8 gelegt. Von der abgestimmten Sekundärwicklung 9 dieses Transformators werden die kombinierten Ausgangsspannungen des abgeglichenen Modulators und der ungerichteten Hilfsantenne einem Hochfrequenzverstärker 10 zugeführt.The output of the adjusted modulation reserve is applied to the primary winding 6 of a transformer 5. To a second primary winding 7 the output of a non-directional auxiliary antenna 8 is placed. From the matched secondary winding 9 This transformer will be the combined output voltages of the balanced modulator and the omnidirectional auxiliary antenna is fed to a high-frequency amplifier 10.

Der Ausgang dieses Verstärkers wird mit demjenigen eines Hochfrequenzoszillators 11 in einem Mischer 12 gemischt, um ein Zwischenfrequenzsignal zu erzeugen, das in einem ZwischenfrequenzverstärkerThe output of this amplifier is with that of a high frequency oscillator 11 in one Mixer 12 mixed to generate an intermediate frequency signal that is in an intermediate frequency amplifier

909 507/402909 507/402

13 verstärkt und der abgestimmten Primärwicklung eines Transformators 14 zugeführt wird.13 is amplified and fed to the tuned primary winding of a transformer 14.

Die im Hörfrequenzbereich liegende Ausgangsspannung des Oszillators 4 wird außerdem über die abgestimmte Sekundärwicklung des Transformators 14 einer Phasenvergleichseinrichtung 20 zugeführt, und zwar mittels der Zuleitung 15 zu einem der Verbindungspunkte einer Spule 16 und eines Kondensators 17₅ welche den Sekundärkreis des Transformators 14 bilden. Der andere Verbindungspunkt dieser beiden Glieder ist an die Anode einer Diode 18 und an die Kathode einer Diode 19 angeschlossen, welche die Phasenvergleichseinrichtung 20 bilden.The output voltage of the oscillator 4, which is in the audio frequency range, is also fed via the tuned secondary winding of the transformer 14 to a phase comparison device 20, specifically by means of the feed line 15 to one of the connection points of a coil 16 and a capacitor 17 ₅ which form the secondary circuit of the transformer 14. The other connection point of these two members is connected to the anode of a diode 18 and to the cathode of a diode 19, which form the phase comparison device 20.

Die Kathode der Diode 18 und die Anode der Diode 19 sind über zwei in Reihe geschaltete Widerstände !5 21 und 22 von gleicher Größe verbunden und außerdem über je einen Kondensator 23 bzw. 34 an Erde gelegt, wobei diese Kondensatoren ebenfalls gleiche Größe haben. Die Zeitkonstanten der Kombinationen aus Widerstand 21 und Kondensator 23 bzw. aus Widerstand 22 und Kondensator 24 sind so gewählt, daß die Zwischenfrequenz nach Erde kurzgeschlossen, die Hörfrequenz also nicht gedämpft wird. Der Verbindungspunkt der Widerstände 21 und 22 ist über einen Widerstand 25 mit einer Gleichstromverstärkungs- und Steuervorrichtung 26 verbunden, die eine Steuerspannung für einen Motor 27 abgibt, der die Schleifenantenne 1 dreht. Die Verbindung von Widerstand 25 und Verstärker 26 Hegt über einen Kondensator 28 an Erde. Die Zeitkonstante der Kombination aus Widerstand 25 und Kondensator 28 soll so bemessen sein, daß das Ausgangssignal an der Verbindung der Widerstände 21 und 22 über einen gewünschten Zeitraum integriert wird.The cathode of the diode 18 and the anode of the diode 19 are connected via two series-connected resistors! 5 21 and 22 of the same size and also connected via a capacitor 23 and 34 to ground placed, these capacitors also have the same size. The time constants of the combinations from resistor 21 and capacitor 23 or from resistor 22 and capacitor 24 are selected so that that the intermediate frequency is short-circuited to earth, so the audio frequency is not attenuated. The connection point the resistors 21 and 22 is via a resistor 25 with a direct current amplification and control device 26 connected, which outputs a control voltage for a motor 27, which the Loop antenna 1 rotates. The connection of resistor 25 and amplifier 26 is via a capacitor 28 on earth. The time constant of the combination of resistor 25 and capacitor 28 should be dimensioned in this way be that the output signal at the junction of resistors 21 and 22 has a desired Period is integrated.

Die hörfrequenten Ausgangsspannungen, die im Gegentakt an der Kathode der Diode 18 und an der Anode der Diode 19 abgenommen werden, werden mittels Leitungen 31 und 32 über Filternetzwerke bzw. Siebkreise, die aus Kondensatoren 33 und 34 und aus Widerständen 35 und 36 bestehen, den Gittern von zwei Trioden 37 und 38 zugeführt, die einen Lautsprecher 39 od. dgl. über einen Transformator 40 speisen.The audio-frequency output voltages that are in push-pull at the cathode of the diode 18 and at the The anode of the diode 19 are removed by means of lines 31 and 32 via filter networks or filter circuits, which consist of capacitors 33 and 34 and resistors 35 and 36, the grids fed by two triodes 37 and 38, which have a loudspeaker 39 or the like via a transformer 40 Food.

Für die Beschreibung der Arbeitsweise der Einrichtung nach Fig. 1 wird auf die in Fig. 2 und 2 a *5 sowie 3 und 3 a wiedergegebenen Kurven Bezug genommen, von denen die in Fig. 2 und 2 a dargestellten in der Einrichtung auftreten, wenn die Nullrichtung der Empfindlichkeitscharakteristik der Antenne nach der einen Seite von der Empfangsrichtung des Signals abweicht, während in Fig. 3 und 3 a die entsprechenden Kurven dargestellt sind, die auftreten, wenn die Nullrichtung nach der anderen Seite von dieser Empfangsrichtung abweicht.For the description of the mode of operation of the device according to FIG. 1, reference is made to that in FIGS. 2 and 2a * 5 and 3 and 3a reproduced curves are referred to, of which those shown in Figs. 2 and 2a occur in the device when the zero direction of the sensitivity characteristic of the antenna on the one hand deviates from the direction of reception of the signal, while in Fig. 3 and 3a the corresponding Curves are shown that occur when the zero direction is to the other side of this direction of reception deviates.

Die Kurve A ist die hochfrequente Ausgangsspannung der Richtantenne, wenn eine unmodulierte Schwingung empfangen wird. Die Kurve Ä stimmt hiermit überein, mit der Ausnahme, daß die beiden Kurven sich in Gegenphase befinden.Curve A is the high-frequency output voltage of the directional antenna when an unmodulated oscillation is received. The curve A agrees with this, with the exception that the two curves are in antiphase.

Die Kurven B und D sind die beiden in Gegenphase stehenden Ausgangsspannungen des Oszillators 4, die an die beiden Eingänge des ausgeglichenen Modulators 3 angelegt werden. Die Kurven B' und D' stimmen damit überein.The curves B and D are the two output voltages of the oscillator 4 which are in antiphase and which are applied to the two inputs of the balanced modulator 3. The curves B ' and D' coincide with this.

Die Kurven C und E stellen die beiden Ausgangs-Spannungen des abgeglichenen Modulators 3 dar. Während jeder Halbperiodie der Kurven B und D ist eine der Hälften des ausgeglichenen Modulators leitend, während die andere Hälfte sperrt. DieKurven C und E' haben Hüllkurven, die mit den entsprechenden Kurven C und E übereinstimmen, jedoch ist ihre hochfrequente Grundschwkigung in Gegenphase zu derjenigen der entsprechenden Kurve in Fig. 2.Curves C and E represent the two output voltages of the balanced modulator 3. During each half cycle of curves B and D , one of the halves of the balanced modulator is conductive while the other half blocks. Curves C and E ' have envelopes which match the corresponding curves C and E , but their high frequency fundamental is in phase opposition to that of the corresponding curve in FIG.

Die Kurven F und F' sind identisch und stellen die Ausgangsspannung der ungerichteten Antenne 8 dar, die mit den Kurven C und E oder C und E' in dem Transformator 5 kombiniert wird. Die hierbei entstehende resultierende Spannung zeigt die Kurve G bzw. G'. Die erste Halbperiode der Umhüllung der Kurve G besitzt eine große Amplitude, während die zweite Halbperiode eine kleine Amplitude aufweist. Dies ergibt sich aus der Phase der beiden Ausgangsspannungen C und E. Die Phase der Kurve C ist in Phase mit der Kurve F, und die Spannungen addieren sich daher, während die Kurve E um 180° in der Phase gegen Kurve F verschoben ist und daher deren Amplitude verringert.The curves F and F ' are identical and represent the output voltage of the omnidirectional antenna 8, which is combined with the curves C and E or C and E' in the transformer 5. The resulting voltage is shown by curve G or G '. The first half cycle of the envelope of the curve G has a large amplitude, while the second half cycle has a small amplitude. This results from the phase of the two output voltages C and E. The phase of curve C is in phase with curve F, and the voltages therefore add up, while curve E is shifted by 180 ° in phase with curve F and therefore their amplitude is reduced.

Die Kurve G', die sich aus der Kombination der Kurven C bzw. E' mit F' ergibt, hat eine Umhüllung, die in Gegenphase zu derjenigen der Kurve G steht, und zwar wegen der Phasen opposition zwischen den Kurven C und C sowie E und E'. The curve G ', which results from the combination of the curves C or E' with F ' , has an envelope which is in phase opposition to that of the curve G , namely because of the phase opposition between the curves C and C and E and E '.

Die Kurve G bzw. G' ist die Spannung, die über den Hochfrequenzverstärker 10 an den Mischer 12 angelegt und dort in Zwischenfrequenz umgewandelt wird, wobei bekanntlich die Hüllkurve unverändert bleibt. Die resultierende Spannung wird in der Sekundärwicklung des Tranformators 14 mit der Spannung H bzw. H' kombiniert, die mit den Kurven B bzw. B' hinsichtlich der Phase gleich sind, jedoch mit einer größeren Amplitude dargestellt sind. Während die Amplituden der Kurven B und D kleiner als diejenige der Kurve H dargestellt sind, können sie tatsächlich denselben Wert besitzen, ohne daß an dem abgeglichenen Modulator eine Ausgangsspannung von größerer relativer Amplitude als dar dargestellten erzeugt wird.The curve G or G ' is the voltage that is applied to the mixer 12 via the high-frequency amplifier 10 and is converted there into an intermediate frequency, the envelope curve remaining unchanged, as is known. The resulting voltage is combined in the secondary winding of the transformer 14 with the voltage H and H ' , which are identical with the curves B and B' in terms of phase, but are shown with a greater amplitude. While the amplitudes of curves B and D are shown smaller than those of curve H , they can actually have the same value without an output voltage of greater relative amplitude than shown being generated at the balanced modulator.

Die den Kurven H bzw. W entsprechenden Spannungen, die an die Phasenvergleichseinrichtung angelegt werden, öffnen während ihrer positiven Halbperioden die Diode 18 und sperren die Diode 19. Während ihrer negativen Halbperioden öffnen sie die Diode 19 und sperren die, Diode 18.The voltages corresponding to curves H and W , which are applied to the phase comparison device, open diode 18 and block diode 19 during their positive half-cycles. During their negative half-cycles, they open diode 19 and block diode 18.

Die Kurve / gibt die Spannung an, die in Punkt 29 des synchronen Detektors auftritt, wenn die Nullinie nach der einen Seite von Empfangsrichtung der Hocihfrequenzwellen abweicht, während die Kurve /' die Spannung in demselben Punkt angibt, wenn die Nuilinie zur anderen Seite dieser Richtung liegt. Die höchste Ordinate der Kurve / ist größer als diejenige der Kurve /', da die höchste Ordinate des positiven Ausschlages dfer Kurve H mit der höchsten Ordinate der Kurve G zusammenfällt, während die höchste Ordinate des positiven Ausschlages der Kurve H' mit der kleinsten Ordinate der Kurve G' zusammenfällt.The curve / indicates the voltage that occurs at point 29 of the synchronous detector when the zero line deviates to one side of the receiving direction of the high frequency waves, while the curve / 'indicates the voltage at the same point when the zero line deviates to the other side of this direction lies. The highest ordinate of curve / is larger than that of curve / ', since the highest ordinate of the positive deflection dfer curve H coincides with the highest ordinate of curve G , while the highest ordinate of the positive deflection of curve H' coincides with the smallest ordinate of Curve G ' coincides.

Die Kurven / und /' geben dieselben Verhältnisse in bezug auf den Punkt 30 des synchronen Detektors an wie die Kurven I und /' in bezug auf den Punkt 29. In diesem Fall übersteigt die höchste Ordinate der Kurve /' diejenige der Kurve /, was darauf zurückzuführen ist, daß die höchste Ordinate der Kurve G' mit der höchsten Ordinate des negativen Ausschlags der Kurve H' zusammenfällt.The curves / and / 'indicate the same relationships with respect to the point 30 of the synchronous detector as the curves I and /' with respect to the point 29. In this case, the highest ordinate of the curve / 'exceeds that of the curve / what is due to the fact that the highest ordinate of the curve G ' coincides with the highest ordinate of the negative deflection of the curve H' .

Die Kurven K und K' geben die Spannung wieder, die an der Verbindung der Widerstände 21 und 22 auftritt. Diese Spannung hat einen sinusförmigen Verlauf, aber die Ausschläge weisen ungleiche Amplituden auf. Bei der Kurve K ist der positive Ausschlag größer, während bei der Kurve K' der negative Ausschlag größer ist. Durch die integrierende WirkungThe curves K and K ' show the voltage which occurs at the connection of the resistors 21 and 22. This voltage has a sinusoidal curve, but the deflections have unequal amplitudes. In the case of curve K , the positive deflection is greater, while in the case of curve K ' the negative deflection is greater. Because of the integrating effect

Claims

a positive DC voltage is derived from the resistor 25 and capacitor 28 from the curve K, while a negative DC voltage results from the curve K '. The parts of the device according to FIG. 1 which are shown in block form are of the usual design so that they do not need to be described in detail. The audio frequency circuit is also of a common type. A modulation that is impressed on the intermediate frequency is fed from points 29 and 30 to the tubes 37 and 38 in push-pull. The reference voltage of e.g. B. 48 Hz is suppressed in the auditory frequency output by the fact that the negative half-waves occurring at point 30 and the positive half-waves occurring at point 29 control the tubes 38 and 37 arranged in push-pull folding at the same time. The phase comparison device according to the invention ensures perfect control of the motor for the antenna rotation even in poor reception conditions. Under conditions in which the desired signal was only 2% of the received voltage, a motor control was obtained without any noticeable influence on the part of the disturbance. This result is possible because the control signal can be traced back to the relationship between one or the other of two specific phase relationships between the two input voltages of 48 Hz of the phase comparison device. Any interference signal is only fed to the detector via the primary winding of the transformer 14 and thus has no continuous constant phase relationship with the voltage curve which is fed via the line 15. In these circumstances it has no tax effect. Claims-.

1. Phase comparison device for a radio direction finder with a directional antenna having a zero line and with an omnidirectional auxiliary antenna and with an automatic one made with a motor Adjustment of the zero line of the directional antenna in the direction of the incoming high-frequency waves, the one supplied by the directional antenna, in a symmetrical, with two in Opposite phase, low-frequency auxiliary AC voltages fed modulator modulated Radio Frequency Voltage is added to the radio frequency voltage supplied by the auxiliary antenna and in which the modulation of the composite high-frequency signal thus obtained by means of a phase comparison device, which is also supplied with the auxiliary voltage, for the purpose of obtaining an expensive voltage for the motor for automatic adjustment of the directional antenna is used, characterized in that the phase comparison initiation is designed such that it acts as an intermediate frequency demodulator at the same time, so that the composite high-frequency signal in the intermediate frequency position directly for phase comparison can be used.

2. Phase comparison device according to claim 1, characterized in that two diodes in such a way are connected that the anode of one diode is directly connected to the cathode of the other diode and the other two electrodes are connected to one another by two resistors connected in series connected and each grounded via a capacitor for the intermediate frequency and that the Intermediate frequency to be demodulated to the connection between the anode of a diode and the cathode of the other diode is switched on and the control voltage between the two connected in series Resistances is removed.

3. Phase comparison device according to claim 2, characterized in that the intermediate frequency modulated auxiliary AC voltage in push-pull to the series-connected Resistances is removed.

4. phase comparison device according to claim 2, characterized in that the resistors and Capacitors are dimensioned so that the intermediate frequency voltages occurring at the other two electrodes are attenuated, but the auxiliary AC voltage is not suppressed.

5. phase comparison device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control voltage is smoothed by an integration circuit known per se.

Considered publications:
French patent specification No. 1 002 424,
389;

British Patent No. 580,522;
U.S. Patent No. 2,477,434;
Electronics, February 1954, pp. 188 to 192.

1 sheet of drawings