-
Leitstrahlfunkl euer Gegenstand der Erfindung ist ein Leitstrahlfunkfeuer,
bei dem eine durch den Dopplereffekt hervorgerufene Frequenzmodulation von ausgesendeten
Hochfrequenzwellen zur Bestimmung einer scharfen Kurslinie bzw. Kursebene ausgenutzt
wird. Dieses Richtfunkfeuer kann besonders mit Vorteil zur Befeuerung von Wasserstraßen,
sowohl wegen der gegenüber bekannten Richtfunkfeuern einfachen Sendeeinrichtung
als auch wegen der Verwendung eines einfachen frequenzdemodulierenden Empfängers,
Verwendung finden.
-
Während zur Auswertung bekannter Doppler-Richtfunkfeuer nur ein Spezialempfänger
mit anschließendem Auswertegerät, z. B. mit einem Sichtgerät oder mit Instrumentenanzeige,
verwendet werden kann, gehört es zur Aufgabe der Erfindung, das Richtfunkfeuer so
auszugestalten, daß alle Empfänder, die die Aufnahme und Demodulation von frequenzmodulierten
Trägern ermöglichen, z. B. vom Typ der in der Schiffahrt gebräuchlichen Lotsenfunkgeräte,
ohne jegliche Änderung in Verbindung mit dem Richtfunkfeuer gemäß der Erfindung
zur Bestimmung einer Kurslinie verwendet werden können.
-
Da unter solchen Voraussetzungen die empfangsseitige Bestimmung der
Kurslinie nur mit einem akustischen Anzeigegerät, z.B. einem Kopfhörer, erfolgen
kann, ergibt sich als einzige Möglichkeit, das Richtfunkfeuer mit einer Punkt-Strich-Tastung
zu versehen, wie sie an sich in der Funknavigation bekannt ist. Ein empfangener
Dauerstrich bezeichnet die Kurslinie, empfangene Punkte bzw. Striche zeigen eine
Abweichung von dieser nach rechts bzw. links an. Alle bekannten Verfahren mit einer
Komplementärtastung des Senders, die in der Praxis Eingang gefunden haben, beruhen
auf einer Amplitudenmodulation der Sendeeinrichtung. Die Erfindung bezieht sich
jedoch auf ein Richtfunkfeuer mit Punkt-Strich-Tastung, bei dem die durch den Dopplereffekt
hervorgerufene Frequenzmodulation einer Hochfrequenzwelle zur Festlegung einer Kurslinie
ausgenutzt wird.
-
Es ist zwar schon ein Leitstrahlfunkfeuer mit Punkt-Strich-Tastung
bekannt, bei dem zur Bestimmung einer Kurslinie ein frequenz- bzw. phasendemodulierender
Empfänger verwendet wird (USA.-Patentschrift 2 498 732). Die Sendeeinrichtung unterscheidet
sich jedoch wesentlich von der hier beschriebenen. Beim Bekannten wird eine Phasenmodulation
dadurch erzeugt, daß ein unmodulierter Träger und zwei durch eine Amplitudenmodulation
desselben entstandene Seitenbänder mit einer Phasenverschiebung von 900 von verschiedenen
Antennen ausge-
strahlt werden. Der so im Strahlungsfeld entstehende Phasenhub ist
jedoch so klein, um mittels eines üblichen Frequenzdiskriminators ausgewertet werden
zu können; es ist eine sehr viel aufwendigere Phasendemodulation, gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung eines Phasenhubexpanders, nötig. Das bedeutet aber wiederum
den Einsatz eines Spezialempfängers zur Festlegung einer Kurslinie in Verbindung
mit dem bekannten Richtfunkfeuer.
-
Es sind andererseits auch Navigationsanlagen bekannt, bei denen die
durch den Dopplereffekt hervorgerufene Frequenzmodulation einerHochfrequenzwelle
ausgewertet wird, die dadurch entsteht, daß die Einzelantennen eines geradlinigen
Antennensystems (Antennenzeile) zyklisch und nacheinander mit Sendeenergie gespeist
werden. Dadurch entsteht ein richtungsabhängiger Frequenzhub, der in einem Diagramm
(Frequenzhub-Richtungsdiagramm) dargestellt werden kann. Das Diagramm, normalerweise
in Form eines Dopplerkreises, hat eine ausgezeichnete Richtung, nämlich die Mittelsenkrechte
auf der Antennenbasis, auf der der Frequenzhub, also nach der Demodulation die Niederfrequenzamplitude
der Anschaltfrequenz, den Wert Null aufweist.
-
Von diesen bekannten Prinzipien wird bei dem Leitstrahlfunkfeuer
gemäß der Erfindung sinngemäß Gebrauch gemacht.
-
Die Erfindung bezieht sich also auf ein Leitstrahlfunkfeuer, welches
mit Hilfe eines Empfängers für frequenzmodulierte Hochfrequenzwellen dann einen
Dauerton liefert, wenn sich das Fahrzeug auf dem Leitstrahl befindet und Punkt-
bzw. Strichzeichen, wenn das Fahrzeug vom Leitstrahl abweicht. Bei dem einen Lösungsvorschlag
wird das elektrische Feld des Richtfunkfeuers dadurch unter Ausnutzung des in bekannter
Weise bei einer Antennenbewegung auftretenden Dopplereffektes erzeugt, daß das Antennensystem
aus zwei in einem bestimmten Winkel zueinander angeordneten Zeilen von Einzel antennen
besteht, wovon eine im Scheitelpunkt des durch die Zeilen gebildetenWinkels angeordnet
ist, und daß die
Antennen auf den beiden Zeilen mit einer durch
die gewünschte Tonhöhe des Empfangszeichens bestimmten Schaltfrequenz zyklisch derart
an den Sender kurzzeitig angeschaltet werden, daß eine der beiden Zeilen für die
Dauer des Punktzeichens und die andere der beiden Zeilen für die Dauer der zwischen
den Punktzeichen liegenden Strichzeichen in Betrieb ist.
-
Bei einer weiteren Lösung wird die gleiche Wirkung dadurch erreicht,
daß das Antennensystem aus einer einzigen Zeile von Einzel antennen besteht, daß
die Antennen auf der Zeile mit einer durch die gewünschteTonhöhe des Empfangszeichens
bestimmten Schaltfrequenz zyklisch an den Sender kurzzeitig angeschaltet werden,
daß der Sender mit der Schaltfrequenz frequenzmoduliert ist und daß die Phase der
Frequenzmodulation des Senders durch Umpolen der Phase der die Frequenzmodulation
bewirkenden Niederfrequenzspannung von Schaltfrequenz im Punkt-Strich-Rhythmus um
1800 umgepolt wird.
-
Anstatt die Grundmodulation des Senders umzupolen, wird bei einer
Ausbildungsform der Erfindung mit gleicher Wirkung die Phase der die Anschaltung
der Antennen an den Sender bewirkenden Spannung um 1800 umgetastet.
-
Die Erfindung wird an Hand von Figuren näher erläutert, von denen
F i g. 1 das Antennensystem in der winkelförmigen Aufstellung, F i g. 2 das geradlinige
Antennensystem darstellen.
-
Wenn die auf einem Schenkel S1 (F i g. 1) des Winkels angeordneten,
durch Kreise bezeichneten Einzelantennen E beispielsweise 1/4 Sekunde lang hin-
und hergehend mit Sendeenergie beaufschlagt werden und zeitlich anschließend daran
die Antennen des anderen Schenkels S2 3/4 Sekunden lang in der gleichen Weise mit
Sendeenergie gespeist werden, so empfängt ein auf der Winkelhalbierenden W des Winkels,
den das Antennensystem bildet, befindlichen Empfänger von jedem der Schenkel den
gleichen Hub, im Empfänger bildet sich also auch eine gleich große Niederfrequenzamplitude
aus, die in einem angeschalteten Kopfhörer die gleiche Lautstärke ergibt. Die Punkte
und Striche, die ja zeitlich aneinander anschließen. verschmelzen daher im Kopfhörer
zu einem Dauerton. Weicht der Empfänger von der Winkelhalbierenden W ab, beispielsweise
nach der Seite des Antennensystems, dessen Schenkel mit Punkten getastet wird (Punkt
C in F i g. 1), so wird der Frequenzhub von diesem Schenkel im Empfänger größer,
von dem mit Strichen getasteten Schenkel 52 dagegen kleiner. Es werden also lautstärkemäßig
im Kopfhörer die Punkte hervorgehoben, während die Striche leiser aufgenommen werden.
Weicht der Empfänger nach der anderen Seite ab, so ergibt sich die umgekehrte Höranzeige
(Punkt B in F i g. 1). Man ersieht also, daß die Winkelhalbierende W des Winkels,
den die Antennen bilden, eine ausgezeichnete Kurslinic darstellt, auf der man die
Punkte und Striche nicht mehr unterscheiden kann und daher einen Dauerton hört.
Um einen klickfreien Empfang des Richtfunkteuer zu gewährleisten, erfolgt der Übergang
von einem Schenkel des Winkels zum anderen zweckmäßigerweise an einer Stelle, wo
die Phasensprünge zwischen in der Anschaltung aufeinanderfolgenden Antennen klein
sind, also im Scheitelpunkt.
-
Befindet sich der Empfänger in einem Punkt A der Winkelhalbierenden
W, in dem sich (Fig. 1) die als
strichpunktierte Linien gezeichneten Mittelsenkrechten
auf den beiden Schenkeln des Winkels schneiden, so ist der Frequenzhub sowohl von
dem einen Schenkel des Winkels als auch der von dem anderen Schenkel des Winkels
gleich Null. Der Empfänger wird also bei Annäherung an den Punkt A auf der Kurslinie
W einen immer kleineren Frequenzhub empfangen, d. h., die Lautstärke im Kopfhörer
wird allmählich nachlassen, bis sie im Punkt A selbst Null geworden ist. Dies kann
als ein Kriterium benutzt werden, um auf das zur Befeuerung der Wasserstraße angeordnete,
organisationsmäßig in der Frequenz festgelegte nächste Richtfunkfeuer umzuschalten.
-
Das Hubdiagramm, welches das Richtfunkfeuer ausstrahlt, braucht zur
Führung von Fahrzeugen in Wasser-läufen nicht über den gesamten Bereich von 360°
eindeutig zu sein, weil die Begrenzung von Wasserstraßen bereits durch die natürlichen
Gegebenheiten festgelegt ist. Es genügt daher, wenn das Frequenzhubdiagramm in einem
Winkelbereich von etwa 200 eindeutig ist. Das bedeutet für den Aufbau des Antennensystems.
daß die Abstände der Einzelantennen auf der winkelförmigen Anordnung mehr als eine
halbe Wellenlänge, ja sogar mehrerc Wellenlängen betragen können. Dadurch tritt
eine Aufwandsverminderung an Antennen ein, ohne die Genauigkeit des Richtfunkfeuers
zu beeinträchtigen.
-
Bei Laufwegunterschieden von einer Halbwellenlänge ergibt sich bekanntlich
eine Unstetigkeit im Frequenzhubdiagramm, indem die Größe des Frequenzhubes auf
einen gleich großen. aber negativen Wert umspringt. Betragen die gegenseitigen Abstände
der Antennen beispielsweise zwei Wellenlängen, dann ist das Frequenzhubdiagramm
bis zu einem Ablagewinkel von etwa 14,50 von der Mittelsenkrechten auf jedem der
Schenkel noch eindeutig, bei anderthalb Wellenlängen Abstand noch bis zu einem Ablagewinkel
von etwa 19,40, wie es in F i g. 1 durch die punktierten Linien bei 1 bzw. 2 angedeutet
ist.
-
Eine weitere brauchbare Ausgestaltung für ein derartiges Richtfunkfeuer
besteht darin, daß ein geradliniges Antennensystem gemäß Fig. 2 mit gegenseitigen
Antennenabständen von mehr als einer halben Wellenlänge benutzt wird, dessen Einzelantennen
E mit einer bestimmten Schaltfrequenz, beispielsweise 800 Hz, nacheinander und periodisch
hin-und hergehend mit Sendeenergie gespeist werden.
-
Die Kurslinie K, auf der der durch die periodische Anschaltung der
Antennen an den Sender erzeugte Frequenzhub den Wert Null hat, ist hier durch die
Mittelsenkrechte auf das Antennensystem gegeben.
-
Der Anstieg des Frequenzhubes (Frequenzhubdiagramm in Polarkoordinaten)
bei Abweichung von der Kurslinie K ist in F i g. 2 bei F rein qualitativ angedeutet,
und zwar unter der Voraussetzung, daß der gegenseitige Abstand der Einzelantennen
E zwei Wellenlängen beträgt. Das Frequenzhubdiagramm steigt bei kleinen Abweichungen
von der Kurslinie etwa sinusförmig mit dem Ablagewinkel an, um dann bei etwa 14,50
Ablagewinkel, bei dem der Weglängenunterschied eine Halbwellenlänge beträgt, umzuspringen
bzw. mehrdeutig zu werden. Da jedoch bei Verwendung eines geradlinigen Antennensystems
in Wasserstraßen Ablagewinkel von mehr als 14C, wie aus Fig. 2 hervorgeht, schon
uninteressant sind, braucht auch der weitere Verlauf des Frequenzhubdiagramms in
diesem Zusammenhang nicht mehr betrachtet zu werden.
-
Um bei einem derart aufgebauten und gespeisten Richtfunkfeuer für
Wasserstraßen die Benutzung der Sprechfunk-Lotsenempfänger zu ermöglichen und eine
Punkt-Strich-Tastung bzw. auf der Mittelsenkrechten K einen Dauerton abhören zu
können, wird die Sendeeinrichtung selbst mit der Anschaltfrequenz, z. B. 800 Hz,
mit der die Antennen E an diese angeschaltet werden, frequenzmoduliert, und es wird
die Phase dieser Frequenzmodulation im Punkt-Strich-Rhythmus umgepolt. Dadurch entsteht
eine Grundmodulation des Trägers. Auf der Mittelsenkrechten zur Antennenbasis wird
vom Lotsenempfänger nur der Frequenzhub dieser Grundmodulation wahrgenommen, und
es entsteht in einem Kopfhörer ein Dauerton. Bei Abweichung von der Mittelsenkrechten
setzt sich der von der Grundmodulation herrührende Frequenzhub mit dem durch die
Dopplermodulation (periodische Anschaltung der Antennen an den Sender) erzeugten
Hub zusammen, so daß sich auf der einen Seite der Mittelsenkrechten die beiden Frequenzhübe
addieren, während sie sich auf der anderen Seite der Mittelsenkrechten subtrahieren.
-
Der resultierende Hub ist also auf der einen Seite größer, auf der
anderen dagegen kleiner, und es werden daher, in ähnlicher Weise wie bei dem System
mit der Winkelanordnung der Antennen, auf der einen Seite die Striche und auf der
anderen die Punkte lautstärkemäßig stärker hervortreten.
-
Die gleiche Wirkung kann bei dem soeben beschriebenen Richtfunkfeuer
mit einem geradlinigen Antennensystem auch dadurch erzielt werden, daß die Phase
der Abtastung des Antennensystems im Punkt-Strich-Rhythmus umgepolt wird, während
die Grundmodulation immer die gleiche Phase beibehält.
-
Zur Identifizierung der einzelnen, im Zuge einer langen Wasserstraße
angeordneten Richtfunkfeuer kann in organisationsmäßig festgelegten Zeiten ein Rufzeichen
als Frequenzmodulation des Trägers von einer einzigen oder von allen Antennen des
winkelförmigen oder des geradlinigen Antennensystems ausgestrahlt werden.