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Anordnung zur Verringerung des durch Doppelwegausbreitung verursachten
Peilfehlers bei Empfängern für Drehfunkfeuer Es ist bereits ein Funknavigationssystem
vorgeschlagen worden, das ein rotierendes, einblättriges Strahlungsdiagramm, ein
rotierendes, mehrblättriges Strahlungsdiagramm und eine allseitig ausgestrahlte
Frequenz verwendet und bei dem automatisch und unzweideutig eine sehr genaue Richtungsanzeige
auf einem einzigen Instrument erzielt wird.
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Der Drehfunkfeuersender erzeugt bei diesem System drei Richtungswellen,
nämlich eine Welle der Frequenz F+F1, die auf einem einblättrigen, kardioidenförmigen
Diagramm ausgestrahlt wird, das sich gleichmäßig mit der niedrigen Frequenz f dreht,
eine Welle der Frequenz F+F2, die auf einem symmetrischen Strahlungsdiagramm mit
n Blättern ausgestrahlt wird, das sich ebenfalls mit der Niederfrequenz f gleichförmig
dreht, und schließlich eine dritte Welle der Frequenz F, die durch eine Welle der
Frequenz F3 amplitudenmoduliert ist, die ihrerseits durch eine Welle der Frequenz
f frequenzmoduliert ist. Die dritte Welle wird in alle Richtungen gleichmäßig ausgestrahlt,
und es werden beide Seitenbänder und die Trägerfrequenz F übertragen. Die Welle
der Frequenz f wird empfangsseitig als Normal- oder Bezugsphase verwendet.
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Die Frequenzen F1, F2 und Fs müssen niedrig sein, verglichen mit
der Frequenz F, dagegen hoch in bezug auf f. Die Richtungsanzeige kann eindeutig
aus dem einblättrigen Diagramm entnommen werden, aber wegen der auftretenden Störungen
nur mit geringer Genauigkeit. Mit hoher Genauigkeit, aber mehrdeutig, kann sie aus
dem vielblättrigen Diagramm entnommen werden. Durch geeignete Kombination der Anzeigen
aus beiden Blätterarten kann eine eindeutige Anzeige hoher Genauigkeit erzielt werden.
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In der Praxis können die Frequenzen F1, F2, F3 und f z. B. zu 3000,
4000, 5000 und 50 Hz gewählt werden und n zweckmäßig auf 8. Diese Werte sind auch
im Zusammenhang mit dem erwähnten, älteren Vorschlag so angenommen und sollen für
das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beibehalten werden.
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Der ältere Vorschlag umfaßt eine Empfangsanordnung, die es erlaubt,
die eindeutige, aber ungenaue Richtungsangabe der Welle F+F1 und die genaue, aber
mehrdeutige Richtungsangabe der Welle F+F2 unter Heranziehung der allseitig ausgestrahlten
Welle F zu einer genauen, eindeutigen Richtungsanzeige mittels eines einzigen Instrumentes
auszuwerten.
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Bei Koinzidenz gibt diese Schaltung Impulse mit der Frequenz £ ab,
deren Phasenlage zur Bezugswelle der gleichen Frequenz t die Richtungsinformation
darstellt.
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Es kann nun infolge von Ungenauigkeiten vor-
kommen, daß sich die
Impulse des Impulskammes der Frequenz f nicht mit Impulsen des Impulskammes n.J-decken.
Zu diesem Zwecke ist in dem lDbertragungsweg, an dessen Ende der Impulskamm mit
der niedrigen Frequenz f erscheint, ein einstellbarer Phasenschieber vorgesehen,
mit dessen Hilfe die Koinzidenz erzwungen werden kann, wodurch die Genauigkeit der
eindeutigen Richtungsbestimmung auf diejenige des schärferen n-blättrigen Diagrammes
erhoben wird.
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Die Erfindung bezweckt, eine einfachere und dabei hinsichtlich der
Phasenkorrektur der niederfrequenten Welle automatisch arbeitende Anordnung zu schaffen.
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Sie ist damit besonders geeignet für den Fall, daß es sich hinsichtlich
der zu korrigierenden Phasenlage der niederfrequenten Welle nicht nur um Ungenauigkeiten
handelt, sondern daß mit tatsächlichen Phasenverschiebungen insbesondere bei der
niederfrequenten Welle infolge Doppelwegausbreitung gerechnet werden muß, die zu
Peilfehlern führen. Dieser Punkt wird noch behandelt werden.
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Sie betrifft mithin eine Anordnung zur Verringerung des durch Doppelwegausbreitung
verursachten Peilfehlers bei Empfängern für Drehfunkfeuer, welche synchron zueinander
rotierend ein einblättriges und ein mehrblättriges Richtdiagramm sowie eine Bezugsschwingung
ausstrahlen, bei der empfängerseitig eine Richtungsbestimmung in bezug auf den Ort
des Drehfunkfeuers durch Phasenvergleich der von der Rotation
der
Richtdiagramme herrührenden Modulationen mit der Bezugsschwingung erfolgt. Die gestellten
Ziele sind dadurch erreicht, daß aus der durch die Rotation des einblättrigen Ricbtdiagramms
im Empfänger entstehenden Modulationsfrequenz f mittels eines Vervielfachers eine
Frequeiiz n f erzeugt ist, welche gleich der durch die Rotation des mehrblättrigen
Richtdiagramms im Empfänger entstehenden Frequenz fl f ist, bei Mehrwe'gausbreitung
jedoch in der Phase davon abweicht r . daß der Phasenwinkel dieser beiden frequenzgleichen
Schwingungen mittels einer Phasenvergleichsvorfichtung zur Gewinnung einer Regelspannung
heran-gezogen ist, welch letztere über eine Phasenverschieberanordnung eine derartige
Phasenänderung der aus der Rotation des einblättrigen Diagramms entstehenden Modulationsfrequenz
hervorruft, daß die Phasenabweichung der verglichenen Schwingungen verschwindet.
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Die Erfindung soll nun an Hand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Die drei Wellen werdeti blittels einer Antenne 18, die mit einem
üblichen Empfänger 19 verbunden ist, aufgenommen. Im Empfänger wird der Träger F
der dritten Welle dazu benutzt, alle Wellen zu demodulieren, wodurch demodulierte
Wellen der Frequenzen 3000, 4000 und 5000 Hz entstehen, die durch zugeordnete Filter
20, 21-und 22, die über die Leitung 23 mit dem Ausgang des Empfängers 19 verbunden
sind, ausgesiebt werden. Es ist klar, daß die 3000- und die 5000-Hz-Welle mit 50
Hz moduliert ist, während die 4000-Hz-Welle, die ja vom achtblättrigen Diagramm
ausgeht, mit 400 Hz moduliert ist.
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Auf die Filter 20 und 21 folgen Detektoren 24 und 25 und Filter 26
und 27, die die Wellen 400 bzw. 50 Hz aussieben. Diese zwei Wellen sind gemäß der
Richtung zum Drehfunkfeuer phasenmöduliert, wobei die Modulation der 400-Hz-Welle
mehrdeutig ist.
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Auf das Filter 22 folgt Frequenzdiskriminator 28, der die Welle mit
50 Hz liefert, woraufhin sie vom Filter 29 ausgesiebt wird. Die Phasendifferenz
der Wellen der Frequenz f an den Ausgängen der Filter 27 und 29 gibt dann die Richtung
zum Drehfunkfeuer an, die durch ein Anzeigeinstrument 30 angezeigt wird, an das
die Ausgänge der Filter 27 und 29 angeschlossen sind; Das Instrument 30 kann nach
Art eines Dynamometers aufgebaut sein. Um den zu Teilfehlern führenden Einfluß von
Phasenverschiebungen infolge Doppelwegausbreitung-zu verringern, wird die mehrdeutige
Anzeige vom-achtblättrigen Diagramm herangezogen.
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Der Ausgang des Filters 27 liegt an einem Frequenzvervielfacher 31,
der die Frequenz verachtfacht.
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Dieser Vervielfacher kann z. B. einen Generator für Harmonische (nicht
gezeigt) enthalten, auf den ein Filter (nicht gezeigt) folgt, das die Frequenz 400
Hz aussiebt. Die Ausgangsspannungen des Filters 26 und des Vervielfachers 31 werden
einem Differentialdetektor 32 zugeführt, dessen Ausgangsspannung eine Reaktanzröhre
33 oder eine andere Phasensteuereinrichtung oder auch geeignete Reaktanzelemente
des Filters 27 so steuert, daß die Phase der Welle f am Filter 27 korrigiert wird.
-Auf diese Weise wird von der 50-Hz-Welle am Ausgang des Filters 27 die Wirkung
der zu Peilfehlern führenden, störenden Phasenverschiebung verringert. -Es soll
nun noch klargelegt werden wieso auf diese Weise eine Erhöhung der Genauigkeit erzielt
wird.
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Eine Doppelwegausbre':tung - macht sich als zusätzliche, unerwünschte
Phasenverschiebung vor allem
der Richtungswelle f am Ausgang des Filters 27 bemerkbar.
Diese unerwünschte Phasenverschiebung muß kompensiert werden, bevor die Wellef auf
den anzeigenden Phasenindicator gegeben wird.
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Diese Kompensation erfolgt durch Heranziehung der mehrdeutigen Richtungsanzeigewelle
nf, die am Ausgang des Filters 26 auftritt. Aus dem Vergleich dieser Welle mit der
durch Vervielfachung auf die gleiche Frequenz nf gebrachten Welle vom Ausgang des
Filters 27 wird im- Differentialdetektor 32 eine Steuerspannung gewonnen. Diese
wird der Phasensteuereinrichtung 33 in einem solchen Sinne zugeführt, daß dieser
durch Steuerung der Phase der eindeutigen Richtungswelle f eine Verminderung der
Phasendifferenz zwischen den beiden Wellen der Frequenz nf bewirkt, die dem Differentialdetektor
32 zugeleitet werden.
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Dieser Vorgang führt zu einer Verminderung der durch Störungen verursachten,
zusätzlichen Phasenverschiebung der Richtungswelle der Frequenz f am Ausgang des
Filters 27 und damit zu einer Erhöhung der Genauigkeit der Richtungsanzeige.
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Es wird damit grundsätzlich der gleiche Vorteil erzielt wie bei der
eingangs beschriebenen Technik der Impulskämme mit einstellbarem Phasenschieber
gemäß dem älteren Vorschlag. Durch Doppelwegausbreitung wird ein Peilfehler dadurch
hervorgerufen, daß im Empfänger sowohl als niederfrequente Welle f als auch als
höherfrequente Wellen Resultierende gebildet und ausgewertet werden, die sich aus
den gleichfrequenten, auf. dem direkten und auf einem indirekten Wege empfangenen
Wellen ergeben.
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Bekanntlich addieren sich zwei gleichfrequente Wellen bestimmter
relativer Phasenlage zu einer Welle gleicher Frequenz, deren Phasenlage von der
Phasen- und Amplitudendifferenz zwischen den beiden Ursprungswellen bestimmt ist.
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Wie festgestellt, sind die vom Peilempfänger ausgewerteten Wellen
derartige Resultierende, die mithin eine Phasenverschiebung, einen Phasenfehler
gegenüber den auf direktem Wege einfallenden Wellen aufweisen.
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Die Verringerung der so entstehenden Peilfehler ergibt sich bei der
Anordnung nach der Erfindung daraus, daß der Phasenfehler der resultierenden höherfrequenten
Welle n f auch bei kleinsten Phasenfehlern der resultierenden niederfrequenten Welle
f maximal n-mal so groß sein kann wie letzterer und daß dieses Verhältnis bereits
von einem kleinen Phasenfehler der resultierenden Welle t an so klein wird, daß
wegen des Frequenzverhältnisses (Frequenzen nf und n und damit wegen der verschiedenen
Relation zwischen Zeit und Phasenverschiebung (in Grad) bei den beiden Frequenzen
schon von diesem kleinen Phasenfehler der Resultierenden f an durch ihre Verschiebung
in die Phasenlage der Resultierenden nf eine beträchtliche Korrektur eintritt.
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Unter den Voraussetzungen: 1. Niederfrequente Welle f, höherfrequente
Welle nf (n = 8), 2. die auf einem indirekten Wege am Peilempfänger einfallenden
Wellen haben halbe Amplitude der vom Funkfeuer direkt einfallenden Wellen wurden
graphisch folgende Werte ermittelt: Die verbleibende Phasenverschiebung der Welle
f, also der Phasen- oder Peilfehler, ist bei Anwendung der erfindungsgemäßen. Maßnahme
eine komplizierte Funktion des Phasenfehlers der resultierenden Welle f vor der
Korrektur, deren Maxima 3,50 nicht überschreiten.
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Von etwa 60 Phasenfehler vor der Korrektur an tritt eine Korrektur
um mindestens 50e/o ein, von etwa 7,50 an eine solche von mindestens 75°/o.
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Die Verhältnisse sind recht kompliziert. Es sei hier nur noch angedeutet,
auf welchem Wege man bei z. B. wie oben angegebenen Voraussetzungen zum Ergebnis
kommen kann: Zunächst ermittelt man für die Wellen t und nf den Phasenfehler der
Resultierenden aus jeweils der direkt und auf einem indirekten Wege empfangenen
Wellen als Funktion der Phasendifferenz, die zwischen ihnen herrscht.
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Sodann ermittelt man das Verhältnis des Phasenfehlers der Resultierenden
nf zum Phasenfehler der Resultierenden f als Funktion des Phasenfehlers der Resultierenden
f.
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Diese letztgenannte Funktion ist das Maß für die Korrektur der Phasenlage
der Resultierenden f, die man erzielt, wenn man die resultierende Welle f in die
Phasenlage der resultierenden Welle nf verschiebt.