DE1192710B - Doppler-Funkfeuersystem zur empfangsseitigen Richtungsbestimmung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H04p

Deutsche Kl.: 21 a4-48/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

St16939IX d/21 a4
24. September 1960
13. Mai 1965

Es ist ein sende- oder empfangsseitig anwendbares System zur Richtungsbestimmung unter Ausnutzung des Dopplereffektes bekannt, bei dem die Einzelantennen eines geradlinigen Antennensystems nacheinander gespeist werden. Dadurch entsteht in einem fernen Aufpunkt durch den Dopplereffekt eine richtungsabhängige, gegenüber der Sendefrequenz veränderte Frequenz. Wenn nun bei einem als Funkfeuer arbeitenden derartigen System eine der Sendefrequenz benachbart liegende zweite Frequenz von einer feststehenden Antenne ausgesendet wird, entsteht empfangsseitig durch einfache AM-Gleichrichtung eine Schwebung. Die Frequenz dieser Schwebung bezeichnet die Richtung des Empfängers zum Sender. Insbesondere ist eine bestimmte Richtung durch die Schwebung Null charakterisiert (schweizerische Patentschrift 268 059).

Es sind weiterhin Doppler-Peilanlagen mit geradlinigen Antennensystemen (Antennenzeilen) bekannt, bei denen der durch die aufeinanderfolgende zyklische Anschaltung der Einzelantennen an einen Empfänger erzeugte Phasen- bzw. Frequenzhub im Vergleich zu einer Bezugsfrequenz des Peilkriterium liefert (deutsche Patentschrift 1 085 929).

Es ist auch bekannt, daß die Prinzipien der Richtungsfindung bei Dopplersystemen von sendeseitigen Anlagen, also Funkfeuern, unter entsprechender Abwandlung auf Empfangsanlagen, also Peiler, übertragen werden können (deutsche Patentschrift 918 271).

Es ist ferner bekannt, daß einem geradlinigen Antennensystem, dessen Einzelantennen derart mit Sendeenergie gespeist werden, daß eine periodische, etwa mit sinusförmiger Geschwindigkeit verlaufende Bewegung einer Einzelantenne auf dem Antennensystem simuliert wird, ein Hubrichtdiagramm in Form eines Doppelkreises zuzuordnen ist, und daß die richtungsabhängige Größe des Frequenzhubes zur Richtungsbestimmung ausgewertet werden kann (deutsche Patentschrift 1 085 929).

Es ist auch bereits ein Doppler-Anflugfunkfeuer zur Bildung einer Kurslinie vorgeschlagen worden, bei dem unter Verwendung eines geradlinigen Antennensystems jeweils zwei Einzelantennen nacheinander an eineSendeeinrichtungangeschaltetwerdenjWodurcheine gegenläufige Bewegung zweier Antennen nachgeahmt wird. Die beiden Antennen werdenmit unterschiedlichen Trägerfrequenzen und Energiebeträgen gespeist, so daß empfangsseitig eine sinusförmige Schwebung entstehen kann. Einem derart gespeisten Antennensystem kann man, wie bereits erwähnt, ein Frequenzhubrichtdiagramm zuordnen, das bei Abständen der Einzelantennen von weniger als einem Viertel der Doppler-Funkfeuersystem zur empfangsseitigen
Richtungsbestimmung

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Ernst Kramar, Pforzheim

Betriebswellenlänge, in Polarkoordinaten dargestellt, ein Doppelkreis ist.

Bei dem vorgeschlagenen Anflugfunkfeuer wird das durch die nachgebildete Bewegung zweier Antennen erzeugte Frequenzhubdiagramm in der Weise zur Richtungsbestimmung ausgewertet, daß die aus der entstandenen frequenzmodulierten Schwebung abgeleitete NF-Spannung in besonderer Weise zur Anzeige der Richtungsinformation verwendet wird, während die Phase der NF-Spannung, d. h. ihr Vorzeichen (+) oder (—) die seitliche Links- oder Rechtsablage vom Leitstrahl kennzeichnet. Ein Nachteil eines derartigen Anflugfunkfeuers besteht darin, daß das Antennensystem in Verlängerung der Landebahn aufgestellt werden muß.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, in an sich bekannter Weise durch Abstrahlung zweier benachbarter Hochfrequenzträger eine Schwebung zu erzeugen und diese Schwebung durch den Dopplereffekt, d. h. durch Nachbilden einer Antennenbewegung in der Frequenz zu modulieren und das derart erzeugte Hubrichtdiagramm zur Richtungsbestimmung auszuwerten.

Die Erfindung betrifft also ein Doppler-Funkfeuersystem zur empfangsseitigen Richtungsbestimmung auf Grund von Frequenzhub-Richtungsdiagrammen, die dadurch erzeugt werden, daß entweder eine mit HF-Energie gespeiste Einzelantenne auf einer geraden, mehrere Wellenlängen langen Strecke mechanisch hin- und herbewegt wird oder daß eine derartige Bewegung durch entsprechendes Anschalten mittels einer Schalteinrichtung von auf dieser Strecke in bestimmten Abständen angeordneten Einzelantennen an eine Hochfrequenzquelle nachgebildet wird.

Erfindungsgemäß sind zwei derartige Antennen bzw. Antennensysteme (Antennenzeilen) vorgesehen,

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die spiegelbildlich symmetrisch zu einer Mittellinie der Bewegung um eine Halbperiode, wobei als Periode,

(Landebahn) im Abstand einiger Wellenlängen von wie bekannt, eine vollständige Hin- und Rückbewegung

dieser angeordnet sind. Die Antennenzeilen werden verstanden ist; in

dabei mit um eine gewünschte Schwebungsfrequenz, F i g. 2 sind Felder gleicher Phase gezeichnet, die die empfangsseitig als Differenzfrequenz zur Aus- 5 entstehen, wenn die Antennenzeilen in gegenseitiger wertung gelangt, differierenden Trägerfrequenzen ge- Verlängerung, d. h. auf einer gemeinsamen Geraden, speist, und die tatsächliche oder durch das Anschalten aufgestellt sind, und die nachgebildete Bewegung der nachgebildete Bewegung auf den beiden Antennen- beiden Einzelantennen mit um 90° gegeneinander zeilen ist synchron gegenläufig, d. h., sie verläuft verschobener Phase abläuft bzw. wenn die nachmit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 180°. io gebildete Bewegung auf der einen Zeile um —45° und Empfangsseitig werden die von den beiden Antennen- auf der anderen Zeile um + 45° gegen die Bezugszeilen ausgestrahlten Trägerfrequenzen in einer einzigen phase verschoben ist; in

Empfangsrichtung empfangen, und aus der Schwe- F i g. 3 sind die Felder gleicher Phasenlinien ge-

bungsfrequenz wird durch Amplitudendemodulation zeichnet, wenn die beiden Antennenzeilen einen

die infolge der tatsächlichen oder nachgebildeten 15 Neigungswinkel von je 45° gegen die Verbindungslinie

Bewegung der Strahlungsquelle auf den Antennen- ihrer Mitten bilden, und die nachgebildeten Be-

zeilen frequenzmodulierte Differenzfrequenz der Trä- wegungen mit 90° gegenseitiger Phase erfolgen; in

gerfrequenzen gebildet. Schließlich wird in an sich Fig. 4 ist ein anderes Beispiel für Felder gleicher

bekannter Weise der Frequenzhub als Kriterium für Phasenlinien gezeichnet, wobei die Antennen einen

die Richtungsinformation gemessen. 20 Neigungswinkel von 15° gegen die Verbindungslinie

Gemäß einer anderen Form der Erfindung verläuft ihrer Mittelpunkte bilden und die nachgebildete die tatsächliche oder durch das Anschalten nach- Bewegung der beiden Einzelantennen auf den Zeilen gebildete Bewegung auf den beiden Antennenzeilen mit einer Phasenverschiebung von 90° gegeneinander mit einer anderen gegenseitigen Phasenverschiebung erfolgt, d. h. —45 bzw. +45° gegenüber der Bezugsais 180°. Empfangsseitig werden die von den beiden 25 phase;

Antennenzeilen ausgestrahlten Trägerfrequenzen in F i g. 5 stellt ein Feld gleicher Phasenlinien bei

einer einzigen Empfangseinrichtung empfangen, und paralleler Aufstellung der Antennenzeilen und bei

es wird aus der Schwebefrequenz durch Amplituden- um 90° phasenverschobener nachgebildeter Bewegung

demodulation die infolge der tatsächlichen oder nach- der beiden Einzelantennen dar.

gebildeten Bewegung der Strahlungsquelle auf den 30 In F i g. 1 sind die beiden Antennenzeilen I und II,

Antennenzeilen frequenzmodulierte Differenzfrequenz auf denen eine Mehrzahl von einzelnen Antennen in

der Trägerfrequenzen gebildet; die frequenzmodulierte gewissen Abständen, z. B. im Abstand von λ/4,

Differenzfrequenz wird frequenzdemoduliert, und angeordnet, sind angedeutet. Die Antennenzeilen sind,

schließlich wird die durch die Frequenzdemodulation um die bekannten Vorteile aller Großbasissysteme

gewonnene Wechselspannung mit einer zusätzlich vom 35 ausnutzen zu können, mehrere Wellenlängen lang.

Funkfeuer in bekannter Weise auszusendenden Bezugs- Die Länge der Zeile I kann von der der Zeile II ver-

wechselspannung in der Phase verglichen. Der ge- schieden sein. Für die hier erörterten Beispiele sei

messene Phasenwinkel stellt das Kriterium für die jedoch der Einfachheit der Betrachtung wegen an-

Richtungsinformation dar. genommen, daß die Zeilen I und II die gleiche Länge

Durch die räumliche Auftrennung des Antennen- 4° haben, so daß unter den geschilderten Arbeitsbesystems in zwei Systemteile entstehen unter der Aus- dingungen der von beiden Zeilen erzeugte Hub die nutzung der beiden Doppelkreis-Hubrichtdiagramme gleiche Größe hat. Auf jeder der Zeilen wird eine neuartige Kombinationsmöglichkeiten sowohl hin- Antennenbewegung mit der gleichen, verhältnismäßig sichtlich der gegenseitigen räumlichen Orientierung niedrigen Frequenz/» in bekannter Weise mittels der Zeilen als auch hinsichtlich der Phase der nach- 45 Schaltmitteln nachgebildet, und zwar derart, daß eine gebildeten sinusförmigen Bewegungen der Einzel- etwa sinusförmige Bewegung je einer Antenne auf antennen. Die beiden Antennenzeilen können auf jeder Zeile approximiert wird. Die Bewegungen der einer gemeinsamen Geraden aufgestellt sein, in einem beiden Antennen gegeneinander sind in diesem Beispiel beliebigen Winkel zueinander oder auch parallel synchron gegenläufig gewählt, d. h., die Bewegung zueinander, und die nachgebildete Bewegung kann 5° läuft unter einem Phasenwinkel von 180° ab, die beiden synchron gegenläufig, d. h. mit einer Phasenver- hochfrequenten Träger, mit denen die Antennen Schiebung von 180°, oder mit beliebiger gegenseitiger gespeist werden, sind um einen innerhalb der Band-Phase erfolgen. Dadurch entstehen im Fern- und Nah- breite des Empfängers liegenden Betrag /, z. B. feld der Gesamtanordnung in Abhängigkeit von Auf- 10 kHz, verschieden und hinsichtlich ihrer Amplitude Stellung und Art der nachgebildeten Bewegung in 55 so bemessen, daß empfangsseitig eine annähernd sinusvielseitiger Weise variierbare Felder von Linien bzw. förmige Schwebung der Differenzfrequenz entstehen Flächen, die als geometrische Örter gleichen Hubes kann. Eine hier nicht näher erläuterte Rechnung zeigt, bzw. gleicher Phase im Verhältnis zu einer Bewegungs- daß unter den geschilderten Arbeitsbedingungen die frequenz, die als Bezugsnormal in bekannter Weise Summe der Sinusfunktionen der Winkel von einem zusätzlich ausgestrahlt und empfangen wird, zur 60 Aufpunkt P zu den Mittelpunkten der beiden Antennen-Richtungsbestimmung ausgewertet werden können. zeilen eine Konstante K ergibt, die den resultierenden

Die Erfindung wird an Hand von Beispielen und Hub in jedem Aufpunkt angibt. Die von den einzelnen

Figuren näher erläutert. Antennenzeilen herrührenden Hübe α bzw. b in den

F i g. 1 stellt ein Feld von Linien gleichen Hubes doppelkreisförmigen Hubrichtdiagrammen und die

dar, das bei Aufstellung der beiden Antennenzeilen 65 dazugehörigen Winkel ^₁ und φ₂ sind der Deutlichkeit

auf einer gemeinsamen Geraden und synchron gegen- wegen in einer Nebenzeichnung zu F i g. 1 getrennt

läufiger nachgebildeter Bewegung der Einzelantennen eingezeichnet. Die periodische, synchrongegenläufige

entsteht, d. h. bei Verschiebung des zeitlichen Ablaufes nachgebildete Bewegung der beiden Einzelantennen

st durch die ausgezogen bzw. gestrichelt gezeichneten Pfeile, und die Phase des durch die Bewegung erzeugten Hubes ist in den doppelkreisförmigen Hubliagrammen durch die Vorzeichen — und + bzw. (—) und (+) angedeutet.

Unter diesen Arbeitsbedingungen ergeben sich Felder gleichen Hubes rechts und links vor einer Symmetrielinie (K = 0), auf der der resultierende Hub in jedem Fall gleich Null ist.

In Verbindung mit einem in der beschriebenen Weise irbeitenden Doppler-Funkfeuer kann ein Flugzeug in der Weise navigieren, daß in bekannter Weise die Größe des Frequenzhubes nach Betrag und Vorzeichen gemessen und entlang den Linien gleichen Hubes, d. h. nach einer Frequenzdemodulation unter Beobachtung eines bestimmten, konstanten Instrumenteniusschlages geflogen wird.

An Hand von F i g. 2 soll ein weiteres Beispiel des Erfindungsgedankens für ein Doppler-Funkfeuer erläutert werden, das zwar auf dem gleichen Prinzip beruht, sich jedoch sowohl hinsichtlich der Speisung der Antennen als auch hinsichtlich der Auswertung der Richtungsinformation von dem Beispiel gemäß F i g. 1 unterscheidet. In F i g. 2 sind die aus einer Mehrzahl von Einzelantennen bestehenden geradlinigen Antennensysteme I und II mit ihren durch die nachgebildete Bewegung je einer Antenne auf dem betreffenden System entstehenden doppelkreisförmigen Hubrichtdiagrammen angedeutet. Wenn nun die nachgebildete Bewegung der Einzelantennen mit einer gegenseitigen zeitlichen Verschiebung, d. h. einer Phasenverschiebung von 90°, abläuft, dann entsteht ;in Strahlungsfeld, das durch Linien konstanter Phase charakterisiert ist. Um ein Bezugsnormal für die noch später zu erörternde Auswertung derartiger Phasenfelder zu schaffen, muß bekanntermaßen eine hinsichtlich der Phase konstante, mit der Anschaltfrequenz frequenzgleiche Bezugsspannung vom Funkfeuer mit ausgestrahlt werden. Man kann daher die Bedingung für die zeitlich verschobene Speisung der Einzelantennen auch anders formulieren, indem man die Bezugsphase als gegeben starr annimmt und festlegt, die nachgebildete Antennenbewegung auf dem System I möge mit —45° gegen die Bezugsphase und die auf dem System II mit +45° gegen die Bezugsphase ablaufen. Die Bezugsphase wird, wie dies von anderen Dopplersystemen her bekannt ist, als Amplitudenmodulation eines der beiden Träger ausgestrahlt. Die beiden HF-Trägerfrequenzen, mit denen die Antennen gespeist werden, sind hinsichtlich der

ίο Frequenz um einen Betrag /, z. B. 10 kHz, verschieden und hinsichtlich des Amplitudenverhältnisses in bekannter Weise so bemessen, daß sich empfangsseitig eine Schwebung der Frequenz / ausbilden kann. Die zeitlich verschobene Speisung der Antennen ist in F i g. 2 durch die unter den Antennenzeilen I und II gezeichneten Achsenkreuze mit den ausgezogen bzw. gestrichelt gezeichneten Pfeilen angedeutet. Durch die zeitlich, d. h. phasenmäßig um 90° verschobene Speisung der Antennen entstehen die entsprechenden

ao doppelkreisförmigen Frequenzhubrichtdiagramme ebenfalls mit einer zeitlichen Verzögerung von 90°, und der in jedem Punkt P des Feldes entstehende resultierende Hub ist daher aus zwei um 90° verschobenen Komponenten (1) und (2) zusammengesetzt.

as Der resultierende Hub bzw. die aus diesem abgeleitete Niederfrequenzspannung, die hinsichtlich der Frequenz mit der Anschaltfrequenz f_n frequenzgleich ist, hat eine ganz bestimmte Phase gegenüber der Bezugsfrequenz, die als Amplitudenmodulation eines der Träger vom Funkfeuer ausgestrahlt wird. Die Betrachtung der Größe des resultierenden Hubes ist im Zusammenhang mit den Feldern gleicher Phase nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Die Linien gleicher Phase gemäß F i g. 2 können, wie dies aus der Nebenzeichnung zu F i g. 2 ohne weiteres hervorgeht, in dieser Weise konstruiert werden, indem jeweils der Phasenwinkel des resultierenden Hubes als konstant angesetzt und das Verhältnis der jeweiligen Hübe (1) bzw. (2) aus den beiden Hubdiagrammen gebildet wird. Die Linien gleicher Phase (Isophasen) können auch jeweils mittels der Formel

1 _ 3 Ψ
t#

1 +

tgfl _

_ (e - χ + y ■ tgyf · [(e + *)^a + (e + χ + y t%yf ■ [(e - x)² + = const für φ und & = const

;rrechnet werden, die sich als Resultat einer hier nicht näher erörterten, etwas komplizierten Rechnung ergibt. Darin bedeutet 2e den Abstand der Mitte einer A.ntennenzeile von der Symmetrielinie (φ = 0), φ den Phasenwinkel der betreffenden Linie; ■& ist der halbe Winkel der Phasenverschiebung der gegenseitigen nachgeahmten Bewegungen der Einzelantennen auf ihren Zeilen; γ ist der Neigungswinkel einer Antennenieile gegen die Verbindung der Mitten der Antennenheilen. So bedeutet γ = 0°, daß die Zeilen auf einer gemeinsamen Geraden und ζ. Β. γ = 90°, daß die Zeilen zueinander parallel und senkrecht zur Ver- So bindung ihrer Mitten angeordnet sind.

χ und y sind die kartesischen Koordinaten eines Punktes P. Die Isophasen sind — von einigen ausgezeichneten Phasenlinien abgesehen — Kurven vierter Ordnung, wie die oben angegebene Formel zeigt.

Aus der zeichnerischen Konstruktion ergibt sich bereits anschaulich, daß sich auf einer Symmetrielinie, das ist die Mittelsenkrechte zur Verbindungslinie der Mitten bei der Antennenzeilen, die Phase Null ergibt, und daß sich jeweils auf den Mittelsenkrechten jeder einzelnen Zeile — auf denen ja, wie bekannt, der Hub der jeweils zugehörigen Zeile Null ist und sich daher nur der von der jeweils anderen Zeile herrührende Hub auswirkt — eine Phase ergibt, die gegenüber der Bezugsphase —45 bzw. +45° beträgt.

Zwischen den Phasenlinien 0° und ±45° bestehen entsprechende Phasenverschiebungen gegenüber der Bezugsphase, und es entsteht (s. F i g. 2) ein Streifen, in dem, vom Nahfeld abgesehen, die Linien gleicher Phase (Isophasen) annähernd parallel verlaufen und einen hohen Phasengradienten (± 45° innerhalb der Streifenbreite), d. h. eine sehr starke Änderung des Phasenwertes bei zunehmender Abweichung von der Symmetrielinie (0°), aufweisen. Die Hübe selbst werden aber bei dieser Anordnung mit größer werdender Entfernung vom Funkfeuer immer kleiner, da

sich die Schnittlinien, von den beiden Zeilenmitten ausgehend, immer mehr der Mittelsenkrechten der Zeilen, also der Richtung des Hubes Null, nähern.

Es muß abschließend zu diesem Beispiel noch erwähnt werden, daß die Phasenfelder in allen vier Quadranten gleichartig sind, d.h. sowohl spiegelbildlich zur Symmetrielinie φ = 0° (j-Achse) als auch zur Verbindungslinie der Mitten beider Antennenzeilen (x-Achse).

Damit nun der resultierende Hub, wie soeben erläutert, im Fernfeld nicht allzu kleine Werte annimmt, werden in weiterer Ausbildung der Erfindung die beiden Antennenzeilen unter einem gewissen Winkel aufgestellt, wie es an Hand der F i g. 3 und 4 näher erläutert wird. Es ist klar, daß bei einer Winkelaufstellung der Antennenzeilen Spiegelbildsymmetrie der Isophasenfelder in den vier Quadranten nicht mehr vorhanden ist, jedoch Achssymmetrie, bezogen auf die j-Achse.

In F i g. 3 sind, um die Variierbarkeit der Phasenfelder möglichst deutlich zu veranschaulichen, die beiden Antennenzeilen unter einem Neigungswinkel von je 45° gegen die Verbindungslinie der Mitten der beiden Zeilen angeordnet, und der Ablauf der nachgebildeten Antennenbewegung auf den einzelnen Zeilen erfolgt, wie bei dem Beispiel gemäß F i g. 2, unter 90° Phasenverschiebung.

Die einzelnen Linien gleicher Phase lassen sich unter Anwendung der bereits weiter oben angegebenen Formel ausrechnen oder graphisch ermitteln, und es ergibt sich ein Verlauf der Phasenfelder in den einzelnen Quadranten gemäß F i g. 3. Es zeigt sich insbesondere die Eigentümlichkeit, daß die O°-Phase sowohl auf der Symmetrielinie zu den Antennenzeilen als auch auf dem durch die Mitten der einzelnen Antennenzeilen gehenden Kreise, der den Abstand der Mitten der Antennenzeilen (2e) zum Durchmesser hat, gemessen wird.

In F i g. 4 ist ein weiteres Beispiel von Isophasenfeldern gezeichnet, das in dieser Form entsteht, wenn die Antennenzeilen unter einem Winkel von 15° gegen die Verbindungslinie ihrer Mitten geneigt sind und die nachgebildete Bewegung je einer einzelnen Antenne auf jeder Zeile mit einer Phasenverschiebung von ±45° gegen die Bezugsphase abläuft. Die Phasenfelder können wiederum mit Hilfe der oben angegebenen Formel ausgerechnet oder konstruiert werden. Die ausgezeichneten Linien mit der O°-Phase sind wieder wie bei F i g. 3 die Symmetrielinie und der Kreis durch die Mitten der Antennenzeilen mit entsprechend auf der Symmetrielinie verschobenem Mittelpunkt. Man ersieht aus der F i g. 4, daß bei 15° Neigung der Antennenzeilen gegen die Verbindungslinie ihrer Mitten auch im Fernfeld noch etwa 30% des gesamten Zeilenhubes wirksam sind, und daß die Linien gleicher Phase in der Nähe der Symmetrielinie φ = 0 immer noch, ähnlich wie in F i g. 2, fast parallel verlaufen, was für ein Navigieren innerhalb dieses Bereiches, wie weiter unten noch näher erläutert wird, besonders günstig ist.

Wenn man nun die nachgebildeten Bewegungen der beiden Einzelantennen auf den Antennenzeilen nicht mit 90° gegenseitiger Phasenverschiebung ablaufen läßt, sondern unter einem anderen Winkel, z. B. 60°, dann ändert sich die Gestalt der Phasenlinien (Isophasen) nicht. Es wird aber der resultierende Hub, und somit die daraus abgeleitete Niederfrequenzspannung, in denjenigen Zonen größer, in denen sich die von den beiden Zeilen herrührenden Hübe mit gleichem Vorzeichen zu einem resultierenden Hub zusammensetzen, und kleiner in den Bereichen, wo eine der Hubkomponenten umgekehrtes Vorzeichen hat. Innerhalb des Streifens, der zwischen den Mittelsenkrechten auf den einzelnen Antennenzeilen liegt, wird also der resultierende Hub gegenüber einer Anordnung mit um 90° phasenverschobener nachgebildeter Bewegung der Einzelantennen größer, und es kann abgeschätzt

ίο werden, daß bei einem 60°-System mit 15° Neigung der Antennenzeilen im Fernfeld der resultierende Hub auf der Symmetrielinie etwa 50% des größten Hubes einer einzelnen Zeile erreichen wird. Außerhalb dieses Streifens wird der resultierende Hub allerdings wieder kleiner, was jedoch für die praktische Anwendung dieses Systems von geringer Bedeutung ist, da in der Hauptsache innerhalb des Streifens zwischen den Mittelsenkrechten navigiert werden soll. Da nun aber bei einem 60°-System auf jeder dieser Mittelsenkrechten (Nullrichtung der zugehörigen einzelnen Zeile), gegenüber einem System mit um 90° phasen verschobener nachgebildeter Antennenbewegung (Phasenlinien von ±45° auf der jeweiligen Mittelsenkrechten), eine Phase von ±30° gemessen wird, ist der Gradient der Phasenlinien allerdings kleiner.

In der Praxis wird man daher den Wert für den Neigungswinkel der Zeilen und den Wert für die Phasenverschiebung des Ablaufes der nachgebildeten Bewegungen der Einzelantennen auf den Zeilen entsprechend dem Verwendungszweck des Funkfeuers entsprechend dem gewünschten Hub und dem gewünschten Phasengradienten wählen.

In F i g. 5 ist ein anderes Beispiel für die Anwendung des Erfindungsgedankens gezeigt. Die beiden Antennenzeilen sind parallel zueinander in einem Abstand 2e aufgestellt und der nachgebildete Bewegungsablauf ist synchrongegenläufig, d. h. um 180° phasenverschoben. Es entsteht durch die derart nachgebildete Bewegung je einer Antenne auf jeder Zeile ein symmetrisches Feld von Phasenlinien in den einzelnen Halbebenen bzw. Quadranten; die Linien gleicher Phase sind Kreise. Für jede Linie konstanter Phase ψ ist das Verhältnis der Hubbeträge

konstant; eine ausgezeichnete Linie mit der Phase Null gegenüber einer Bezugsphase ist, wie bei anderen Systemen auch, die Mittelsenkrechte auf der Verbindungslinie der Mitten der beiden Antennenzeilen. Der Mittelpunkt xm der jeweiligen Kreise errechnet sich aus der Formel

sin 2 ρ '

und der Radius r der jeweiligen Kreise wird mittels der Formel

r = e · ctg 2 φ

bestimmt.

Ein derartiges Funkfeuer kann für Aufgaben der See- und Luftfahrt wichtig sein.

Der Vorteil der hier beschriebenen Beispiele von Kurs- und Landefunkfeuern besteht darin, daß — im Gegensatz zu allen bisher bekannten Systemen, bei denen empfangsseitig die Linien gleicher Empfindlichkeit, d. h. gleichen Instrumentenausschlages, als Differenz der Modulationsgrade verschiedener Modu-

lationsfrequenzen ausgewertet werden, die im Ursprung der Ausstrahlung, also im Antennensystem, strahlenförmig zusammenlaufen — bei den Beispielen von Funkfeuern gemäß F i g. 2 und 4 der Erfindung zueinander parallel verlaufende, zur Navigation geeignete Linien gleicher Phase erzeugt werden können. Diese zu einem festgelegten Anflugkurs, der durch die Mittelsenkrechte auf der Verbindungslinie der Mitten der Antennenzeilen (φ = 0) festgelegt sein möge, parallelen Linien gleicher Phase ergeben nämlich, praktisch unabhängig von der Entfernung, in einem die Ausstrahlung des Funkfeuers aufnehmenden Empfänger den gleichen Instrumentenausschlag. Dieser Umstand ist insbesondere bei der Aufschaltung der aus den Funksignalen abgeleiteten Meßwerte auf eine automatische Kurssteuerung von großer Bedeutung.

Bei der Verwendung eines Funkfeuers gemäß der Erfindung als Kurs- und Landefunkfeuer werden die beiden Antennenzeilen in genügend großem Abstand rechts und links der Landebahn aufgestellt. Das landende Flugzeug rollt nach dem Aufsetzen zwischen den Antennenzeilen hindurch und findet auf der Rückseite der Anordnung noch die erforderliche Richtungsweisung.

Die von den Funkfeuern gemäß der Erfindung ausgesendeten frequenzmodulierten Richtungsinformationen unterliegen beim Empfang im Flugzeug auch nicht den Störungen, die man bei den bisher üblichen, mit Amplitudenmodulation arbeitenden Landefunkfeuern beobachtet hat.

Bei den bisher üblichen Landefunkfeuern treten nämlich bei Annäherung des Flugzeuges an das Funkfeuer, also im Bereich großer Feldstärke, besonders starke Störungen des Empfanges infolge von Reflexionen der Sendeenergie an Gebäuden oder an anderen, in der Nähe fliegenden Flugzeugen auf. Dadurch wird gerade in der letzten Phase des Landemanövers, d. h. beim Ausschweben und Aufsetzen, in der die seitliche Führung des Flugzeuges am ausschlaggebendsten ist, der Empfang so stark gestört, daß die aufgenommenen Signale für eine Richtungsinformation unbrauchbar sind. Derartige Unzulänglichkeiten treten bei dem Funkfeuer gemäß der Erfindung grundsätzlich nicht auf, da die Richtungsinformation aus einer Frequenzmodulation gewonnen wird.

Die Auswertung der Ausstrahlungen der Funkfeuer gemäß F i g. 2 bis 5 der Erfindung erfolgt in bekannter Weise mittels eines Spezialempfängers, der geeignet ist, eine Phasenmessung zwischen zwei aus den beiden Modulationen der Energie des Funkfeuers (einer Amplituden- und einer Frequenzmodulation) abgeleiteten niederfrequenten Spannungskomponenten vorzunehmen. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß die heute allgemein eingeführten VOR-Empfänger bei entsprechender Dimensionierung der Zeilen und der Bewegungsfrequenz ohne jede Änderung zur Aufnahme derartiger frequenzmodulierter Richtungsinformationen geeignet sind. Dabei wäre der Frequenzunterschied der Trägerfrequenzen, mit denen die Antennenzeilen gespeist werden, zu 9960 Hz zu wählen, und die Antennenzeilen sind hinsichtlich ihrer Länge so zu dimensionieren, daß bei einer Abtastfrequenz von 30 Hz ein maximaler Frequenzhub von ± 480 Hz entsteht.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Doppler-Funkfeuersystem zur empfangsseitigen Richtungsbestimmung auf Grund von Frequenzhub-Richtungsdiagrammen, die dadurch erzeugt werden, daß entweder eine mit HF-Energie gespeiste Einzelantenne auf einer geraden, mehrere Wellenlängen langen Strecke mechanisch hin- und herbewegt wird oder daß eine derartige Bewegung durch entsprechendes Anschalten mittels einer Schalteinrichtung von auf dieser Strecke in bestimmten Abständen angeordneten Einzelantennen an eine Hochfrequenzquelle nachgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei derartige Antennen bzw. Antennensysteme (Antennenzeilen) vorgesehen sind, die spiegelbildlich symmetrisch zu einer Mittellinie (Landebahn) im Abstand einiger Wellenlängen von dieser angeordnet sind, daß die Antennenzeilen mit um eine gewünschte Schwebungsfrequenz, die empfangsseitig als Differenzf requenz zur Auswertung gelangt, differierenden Trägerfrequenzen gespeist werden, daß die tatsächliche oder durch das Anschalten nachgebildete Bewegung auf den beiden Antennenzeilen synchron gegenläufig ist, d. h. mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 180° verläuft, daß ferner empfangsseitig die von den beiden Antennenzeilen ausgestrahlten Trägerfrequenzen in einer einzigen Empfangseinrichtung empfangen werden, daß aus der Schwebungsfrequenz durch Amplitudendemodulation die infolge der tatsächlichen oder nachgebildeten Bewegung der Strahlungsquelle auf den Antennenzeilen frequenzmodulierte Differenzfrequenz der Trägerfrequenzen gebildet wird, und daß schließlich in an sich bekannter Weise der Frequenzhub als Kriterium für die Richtungsinformation gemessen wird.

2. Doppler-Funkfeuersystem zur empfangsseitigen Richtungsbestimmung auf Grund von Frequenzhub-Richtungsdiagrammen, die dadurch erzeugt werden, daß entweder eine mit Hochfrequenzenergie gespeiste Einzelantenne auf einer geraden, mehrere Wellenlängen langen Strecke mechanisch hin- und herbewegt wird oder daß eine derartige Bewegung durch entsprechendes Anschalten mittels einer Schalteinrichtung von auf dieser Strecke in bestimmten Abständen angeordneten Einzelantennen an eine Hochfrequenzquelle nachgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei derartige Antennen bzw. Antennensysteme (Antennenzeilen) vorgesehen sind, die spiegelbildlich symmetrisch zu einer Mittellinie (Landebahn) im Abstand einiger Wellenlängen von dieser angeordnet sind, daß die Antennenzeilen mit um eine gewünschte Schwebungsfrequenz, die empfangsseitig als Differenzfrequenz zur Auswertung gelangt, differierenden Trägerfrequenzen gespeist werden, daß die tatsächliche oder durch das Anschalten nachgebildete Bewegung auf den beiden Antennenzeilen mit einer anderen gegenseitigen Phasenverschiebung als 180° verläuft, daß ferner empfangsseitig die von den beiden Antennenzeilen ausgestrahlten Trägerfrequenzen in einer einzigen Empfangseinrichtung empfangen werden, daß aus der Schwebungsfrequenz durch Amplitudendemodulation die infolge der tatsächlichen oder nachgebildeten Bewegung der Strahlungsquelle auf den Antennenzeilen frequenzmodulierte Differenzfrequenz der Trägerfrequenzen gebildet wird, daß die frequenzmodulierte Differenzfrequenz frequenzdemoduliert wird und daß schließlich die durch die Frequenzdemodulation gewonnene Wechselspannung mit einer zusätzlich vom Funkfeuer in bekannter Weise aus-

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gesendeten Bezugswechselspannung in der Phase verglichen wird, wobei der gemessene Phasenwinkel das Kriterium für die Richtungsinformation darstellt.

3. Doppler-Funkfeuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenzeilen auf einer gemeinsamen Geraden aufgebaut sind.

4. Doppler-Funkfeuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenzeilen unter einem Neigungswinkel gegen die Verbindungslinie ihrer Mitten stehen, der nach Maßgabe des im Fernfeld gewünschten Frequenzhubes und/ oder nach Maßgabe der gewünschten Form der Linien gleicher Phase gewählt ist.

5. Doppler-Funkfeuersystem nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenwinkel für den Ablauf der simulierten Bewegungen der Einzelantennen auf ihren Zeilen nach Maßgabe

des im Fernfeld gewünschten Frequenzhubes und/ oder nach Maßgabe der gewünschten Form dei Linien gleicher Phase gewählt ist.

6. Doppler-Funkfeuersystem nach Anspruch 2 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Phasenlinien mit Hilfe der in der Luftfahrt gebräuchlichen VOR-Empfänger dadurch ermöglicht wird, daß der Frequenzunterschied der die Antennenzeilen speisenden Trägerfrequenzen 9960 Hz beträgt, und daß die Antennenzeilen hinsichtlich ihrer Länge so dimensioniert sind, daß bei einer Abtastfrequenz für die Antennenzeilen von 30 Hz ein maximaler Frequenzhub von ±480 Hz entsteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 268 059;
britische Patentschriften Nr. 635 277, 640 710.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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