DE1268694B - Landekursfunkfeuer - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIs

Deutsche Kl.: 21 a4 - 48/11

Nummer: 1268 694

Aktenzeichen: P 12 68 694.1-35

Anmeldetag: 12. März 1964

Auslegetag: 22. Mai 1968

Die Erfindung behandelt ein Landekursfunkfeuer, bei dem die Energie eines Senders der Reihe nach und periodisch an eine Anzahl von auf einer geraden Strecke angeordneten Antennen angeschaltet wird, um die hin- und hergehende Bewegung einer Strahlungsquelle nachzuahmen.

Ein Flugzeug, das mit einem entsprechenden Empfänger ausgerüstet ist, kann durch Auswertung des Frequenzhubes des vom Sender ausgestrahlten, scheinbar frequenzmodulierten Signals navigieren. Eine Frequenzmodulation kommt bekanntlich infolge der bewegten Strahlungsquelle und der daraus sich ergebenden Frequenzverschiebung infolge des Dopplereffektes zu Stande.

Es ist aber oft wünschenswert, ein Flugzeug durch Auswertung einer Amplitudendemodulation zu navigieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich der Schärfe des Leitstrahles verbessertes Landefunkfeuer zu schaffen, für dessen Empfang und Auswertung amplitudendemodulierende Empfänger, z. B. die bisher zur Zusammenarbeit mit dem Instrumenten-Landeverfahren (ILS) bestimmten Bordempfänger ohne Umbau oder Zusatzgeräte geeignet sind.

Bei der hier vorgeschlagenen Landekursanlage wird einerseits die synchron-gegenläufige Bewegung zweier mit um 180° phasenverschobenen Hochfrequenzspannungen nachgeahmt, andererseits wird aber die nachgeahmte Bewegung so ausgeführt, daß das durch die beiden Antennen ausgestrahlte Feld im Raum das Kriterium einer Amplitudenmodulation hat. Es wird dabei ein lineares Antennensystem (Antennenzeile) mit einer Mehrzahl von Einzelantennen in bestimmtem gegenseitigem Abstand benutzt.

Anflugfunkfeuer mit einer Antennenzeile, auf der die synchron-gegenläufige Bewegung zweier gespeister Antennen nachgeahmt wird und"bei denen der erzeugte Frequenzhub als Richtungskriterium ausgewertet wird, sind z. B. aus der deutschen Patentschrift 1 048 606 bekannt.

Bei dem hier vorgeschlagenen Anflugfunkfeuer erfolgt die nachgeahmte Bewegung der Antennen nicht, wie oft üblich, gemäß einer harmonischen Zeitfunktion, sondern gemäß einer symmetrischen sägezahnförmigen Zeitfunktion.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung werden acht Einzelantennen benutzt, die zu vier Paaren zusammengefaßt sind, wobei jedes Paar eine synchrongegenläufige Bewegung ausführt, und zwar derart, daß die Bewegungen aller Paare miteinander synchronisiert sind.

Landekursfunkfeuer

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,

New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
7000 Stuttgart, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:
Charles William Earp, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 13. März 1963 (9974)

Zur Erzeugung einer Amplitudenmodulation im Strahlungsfeld bzw. in einem mit dem Funkfeuer zusammenarbeitenden Empfänger wird außerdem von einer oder mehreren Antennen dauernd eine gegenüber den Hochfrequenzspannungen, mit denen die scheinbar bewegten Antennen gespeist werden, um 90° phasenverschobene Hochfrequenzspannung ausgestrahlt. Diese Hochfrequenzspannung wird jedoch nicht auf verschiedene Antennen geschaltet.

Die Erfindung bezieht sich demnach auf ein Landekursfunkfeuer mit einem Antennensystem aus einer Mehrzahl von Einzelantennen auf einer geraden Strecke bei gegenseitigem Abstand der Einzelantennen in bestimmtem Verhältnis zur Wellenlänge, bei dem die synchron-gegenläufige Bewegung mindestens zweier strahlender Einzelantennen durch aufeinanderfolgendes Anschalten in zyklischer Folge an eine Sendeeinrichtung nachgeahmt wird.

Erfindungsgemäß werden zur Darstellung eines Strahlungsfeldes mit dem Charakbrlstikum einer reinen Amplitudenmodulation, deren empfangsseitig mittels eines amplitudendemodulierendön Empfängers ermittelte Größe (ModulationsampUtude) die Kurslinie definiert, die jeweils strahlenden Einzelantennen mit um 180° phasen verschobenen Hochfrequenzspannungen gespeist; ferner wird mindestens eine weitere der in der Mitte der Antennenzeile befindlichen Einzelantennen zusätzlich und dauernd mit Hochfrequenzenergie aus der Sendeeinrichtung gespeist; dabei hat diese Hochfrequenzenergie gegen-

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über derjenigen für die Speisung der die scheinbare als auch von der Zeitfunktion der scheinbaren BeBewegung auf der Antennenzeile erzeugenden Einzel- wegung ab. Die Zeitfunktion für die Bewegung hängt

antennen eine um 90° verschobene Phase. unter anderem auch vom gegenseitigen Abstand der

Die Erfindung wird an Hand von Figuren näher Kontakte 3 der Schalteinrichtung ab.

erläutert, von denen 5 Bei einer Ausführungsform ist der Abstand der

F i g. 1 schematisch eine Antennenzeile mit Schalt- Kontakte 3 so gewählt, daß sich eine einfache harmo-

und Sendeeinrichtung zeigt; in nische, periodisch hin- und hergehende, scheinbare

F i g. 2 ist das Amplitudenverhältnis der verschie- Bewegung zweier Strahlungsquellen jeweils in entdenen Seitenbänder bei veränderlichem Azimut in gegengesetzter Richtung ergibt,
bezug auf die Richtung der Antennenzeile aufge- _ϊ0 Das resultierende Feld ist eine Anzahl von Seitenzeichnet, wenn die synchron-gegenläufige, periodische bändern der Schaltfrequenz mit ungerader Ordnungs-Bewegung eines Paares von Antennen mit symme- zahl. In allen Azimutrichtungen löschen sich die irischer, sägezahnförmiger Zeitfunktion nachgeahmt Seitenbänder von gerader Ordnungszahl und der wird; das Diagramm in Träger aus, aber alle Seitenbänder mit ungerader

F i g. 3 zeigt das Amplituden verhältnis unter den i₅ Ordnungszahl sind vorhanden. Außer im Nahfeld

gleichen Arbeitsbedingungen, jedoch mit zwei Paaren ist das Charakteristikum des Strahlungsfeldes eine

und reine Amplitudenmodulation. Eines der Seitenbänder

F i g. 4 mit vier Paaren von Antennen; wird in einem mit dem Funkfeuer zusammenarbei-

Fig. 5 zeigt schematisch eine für diesen Zweck tenden Empfänger ausgefiltert und ausgewertet, so

brauchbare elektronische Schaltanordnung zur auf- ₂o daß danach navigiert werden kann,

einanderfolgenden Anschaltung der einzelnen An- Bei einer anderen Ausführungsform haben die

tennen; festen Schaltkontakte3 (Fig. 1) gleiche Abstände

F i g. 6 zeigt die Seitenbandamplituden in einem voneinander, und die Schleifkontakte werden mit

solchen Aufbau, wenn zwei verschiedene (nach- konstanter Geschwindigkeit hin- und herbewegt,

geahmte) Bewegungsarten für die Strahlungsquellen 25 Dadurch werden die Strahlungsquellen scheinbar

benutzt werden. über die Antennenzeile AB mit konstanter Geschwin-

In F i g. 1 sind am Ende einer Antennenzeile AB digkeit hin- und herbewegt, d. h., jede Strahlungs-

je zwei Antennen 1 von einer Anzahl N gezeichnet. quelle beschreibt eine scheinbare Bewegung mit einer

Die Antennen haben alle gleiche Abstände vonein- symmetrisch linearen Zeitfunktion (symmetrischer

ander. Jede der Antennen ist mittels einer Leitung 2 30 Sägezahn).

an einen entsprechenden festen Kontakt 3 einer Das Strahlungsfeld enthält gegenüber dem im

Schalteinrichtung geführt. Die Schalteinrichtung hat ersten Beispiel beschriebenen zwar auch die Seiten-

überdies zwei Schleifkontakte 4 und 5, von denen der bänder mit ungerader Ordnungszahl der Schalt-

erste (4) direkt, der andere (5) über ein 180°-Phasen- frequenz, aber diese liegen hinsichtlich der verschie-

glied 7 mit einem Sender 6 verbunden ist. 35 denen Azimutrichtungen voneinander getrennt, wie

Die Verbindungsleitungen 2 bringen in die Anord- es noch genauer im Zusammenhang mit F i g. 2

nung gleiche bzw. vernachlässigbare Phasenverschie- beschrieben wird, so daß die Schwierigkeit der Tren-

bungen ein. Der Abstand von Antenne zu Antenne nung von sich überlappenden Seitenbändern bei

ist kleiner als die halbe Wellenlänge \ des Senders 6, ^die _T ^seni ^Beif^eI ™^{n v}o™^herej^{n b}f ^ob<rⁿ 'f-

⁶ 2 ₄o In F1 g. 2 ist die Natur des Amphtudenmodula-

so daß eine Führung der Flugzeuge iri allen Richtungen tionsfeldes für eine scheinbare Bewegung von zwei

möglich ist. Wenn jedoch nur in einem bestimmten Strahlungsquellen mit einer symmetrischen linearen

Winkel 6>, gerechnet von der Mittelsenkrechten auf Zeitfunktion (symmetrischer Sägezahn) dargestellt.

der Antennenzeile nach beiden Seiten, die Führung Auf der Abszisse ist der Phasenhub, der auf Grund

von Flugzeugen nötig ist, kann der Antennenabstand 45 der scheinbaren Bewegung der Strahlungsquellen

srößer als die halbe Wellenlänge — sein nämlich entsteht, aufgetragen. Dieser ist gleich .τ · AB ■ sin Θ, groüer als die halbe Wellenlange ₂ sein, namlicn _{wobd fl den Winkel bedeuteti der zwischen der}

— · cose θ Mittelsenkrechten auf der Antennenzeile AB und

2 "' einer von einem Beobachtungspunkt zum Mittel-

Die Schleifkontakte werden durch nicht näher 50 punkt von AB gezogenen Linie liegt. Da die Strecke AB

bezeichnete Antriebsmittel jeweils in entgegengesetzter . ._r λ . . . ... .. ... . ,

Richtung und aufeinanderfolgend hin-und herbewegt, ^{etwa N}'T ^lan§ ^ist U = Wellenlange), entspricht

so daß die oben beschriebene Speisung der einzelnen ein Phasenhub der Größe π einem Winkel θ = arc

Antennen auf der Antennenzeile erfolgt. . 2 „. . . _nu uuji nu

Der Sender 6 speist auch eine etwa oder genau in 55 ^sm Ar ^{Em maximaler} Phasenhub wird also m Rieh-

der Mitte der Zeile AB gelegene Antenne 1 über ein tung der Antennenzeile beobachtet werden; dieser

90°-Phasenglied 8. Es wird also von dieser festen . . . . π

Antenne eine gegenüber den beiden anderen jeweils g^lei^cn χ. ab~

strahlenden, scheinbar bewegten Antennen um 90° Die mit F bezeichnete Kurve bedeutet den Ampli-

phasenverschobene Hochfrequenz abgestrahlt. 60 tudenverlauf des Seitenbandes der Schaltfrequenz F,

Die Gesamtheit der drei ausgestrahlten Wellen das ist jene Frequenz, mit der eine Strahlungsquelle

ergibt ein Strahlungsfeld, das das Charakteristikum von A nach B und wieder zurück nach A bewegt

einer Amplitudenmodulation trägt. Es sind auch wird. Die Kurven 3 F, 5 F, IF und 9 F bedeuten

viele Seitenbänder vorhanden, da jede scheinbar den Amplitudenverlauf der Seitenbänder bei diesen

bewegte Antenne für sich infolge des Dopplereffektes 65 Frequenzen,

ein Frequenzhubdiagramm erzeugt. Man ersieht, daß die Maxima der verschiedenen

Die Beschaffenheit des Amplitudenmodulations- Seitenbandamplituden jeweils bei einem verschie-

feldes hängt sowohl von der Länge der Antennenzeile denen Phasenhub gelegen sind; die Kurve F hat

beispielsweise bei ~- ihr Maximum. Bei einem anderen

Phasenhub als γ,-

- usw. ist mehr als ein Seitenband vorhanden, so daß die Signalhüllkurve nicht sinusförmig ist.

Das Diagramm der F i g. 2 zeigt auch, daß zu beiden Seiten der Mittelsenkrechten des Modulationsdiagramm die gleiche Form, aber umgekehrte Phase hat.

In der Horizontalen auf der Mittelsenkrechten ist die ΛΜ-Amplitude (AM = Amplitudenmodulation) gleich Null, so daß ein auf dieser Linie gelegener Empfänger eine AM nicht wahrnimmt. Um diese Bedingung von einer Fehlfunktion unterscheidbar zu machen, wird die von der feststehenden Antenne ausgestrahlte Welle amplitudenmoduliert (Grundmodulation). Bei Ablage des Empfängers von dieser Linie nach links oder rechts addiert bzw. subtrahiert sich die allein durch die Ablage bedingte Amplitudenmodulation zu bzw. von dieser Grundmodulation.

Bei einer weiteren Ausführungsform hat die Schalteinrichtung gemäß F i g. 1 außer den Schleifkontakten 4 und 5 noch zwei weitere Schleifkontakte (nicht gezeichnet), die gegenüber jenen (4, 5) mit einer Phasenverschiebung von 60°, aber mit der gleichen Frequenz, über die festen Kontakte 3 bewegt werden.

Das Ergebnis ist, daß ein weiteres Paar von Strahlungsquellen, verzögert um Ve F Sekunden, auf der Antennenzeile scheinbar bewegt werden.

Auf Grund der nunmehr vier scheinbar bewegten Strahlungsquellen ergibt sich das Seitenband der Frequenz F als vektorielle Summe zweier um 60^c zueinander geneigten Vektoren, während das Seitenband der Frequenz 3 F sich aus der Vektorsumme von zwei um 180° gegeneinander verschobenen Vektoren ergibt. Es ergibt sich also, verglichen mit F i g. 2, für das Seitenband der Frequenz F eine um den Faktor 1,73 größere Amplitude, während das Seitenband der Frequenz 3 F Null ist. Dadurch wird eine bessere Trennung des Seitenbandes der Frequenz F von anderen Seitenbändern erreicht. Das Seitenband der Frequenz 9 F ist auch Null. Die Seitenbänder der 5. Harmonischen und höherer Ordnung können, wie später noch genauer beschrieben wird, dadurch unterdrückt werden, daß die Länge der Antennenzeile so kurz gewählt wird, daß diese Seitenbänder nirgendwo um das Funkfeuer herum eine nennenswerte Amplitude haben.

Wenn man dieses Prinzip ausweitet und weitere zwei Paare von gegenphasigen Strahlungsquellen auf der Antennenzeile eine scheinbare Bewegung ausführen läßt, etwa dadurch, daß weitere Schleifkontakte bei der vorhandenen Schalteinrichtung oder eine weitere, gleiche Schalteinrichtung vorgesehen sind, kann eine Verstärkung eines gewünschten Seitenbandes und damit eine bessere Ausnutzung der Sendeenergie erreicht werden. Wenn also den zwei mit einer um 60^c verschiedenen Bewegungsphase auf der Zeile sich scheinbar bewegenden Paaren von Strahlungsquellen zwei weitere, ebenfalls mit um 60^c verschiedener Bewegungsphase sich scheinbar bewegende Strahlungsquellen hinzugefügt werden, so ergeben sich vier scheinbar sich bewegende Paare mit um 30° verschiedener Bewegungsphase, von einem Paar zum nächsten gerechnet. Oder anders betrachtet: Es ergibt sich" die scheinbare Bewegung von insgesamt acht einzelnen Strahlungsquellen, von denen vier einen Träger der Phase 0° mit den Bewegungsphasen 0 bzw. 30 bzw. 60 bzw. 90°, und die anderen vier einen Träger der Phase 180° mit den Bewegungsphasen 180 bzw. 210 bzw. 240 bzw. 270° ausstrahlen, d. h., die scheinbare Bewegung der vierletzteren ist immer synchron gegenläufig zu der der entsprechenden vier ersteren.

In F i g. 3 ist das mit dieser Anordnung sich ergebende Strahlungsfeld aufgezeichnet. Man ersieht, daß das Seitenband der Frequenz F verstärkt auftritt, während das der Frequenz 3 F völlig ausgelöscht ist. Das fünfte und siebte Seitenband ist viel schwächer als das der Frequenz F, und das neunte ist ebenfalls Null.

Bei einem anderen Beispiel sind ebenfalls vier sich scheinbar bewegende Paare von Strahlungsquellen vorhanden, jedoch mit unregelmäßig verteilter Bewegungsphase, nämlich 0, 36, 60 und 96°. Die scheinbaren Bewegungen laufen wiederum gemäß einer symmetrischen, linearen Zeitfunktion (symmetrischer Sägezahn) ab; in diesem Beispiel sind, wie in F i g. 4 dargestellt ist, das dritte, fünfte und neunte Seitenband ausgelöscht. Auf diese Weise wird von der Sendeenergie wenig vergeudet, die sonst zur Erzeugung eines Strahlungsfeldes für diese Frequenzen notwendig wäre. Das Seitenband der Frequenz F ist in der Nähe der Kurslinie 3,3mal größer als es sein würde, wenn nur ein einziges Paar von Strahlungsquellen, mit um 180° verschiedener Phase der Hoch- frequenz gespeist, auf der Zeile AB eine scheinbare Bewegung mit entgegengesetzter Bewegungsphase ausführen würde.

In F i g. 1 ist zwar eine mechanische Schalteinrichtung gezeichnet, es kann jedoch mit der gleichen Wirkung jede Art von Schalteinrichtungen benutzt werden.

Da die den Träger ausstrahlende Mittelantenne von den anderen sich scheinbar bewegenden Antennen immer symmetrisch und mit Hochfrequenzspannungen entgegengesetzter Phase erregt wird, ist eine Störbeeinflussung der Mittelantenne gering. Besser wäre es natürlich noch, wenn die Mittelantenne von den übrigen überhaupt nicht erregt werden würde.

Eine solche Anordnung für ein Funkfeuer mit vier Einzelstrahlern, die zu zwei sich entgegengesetzt (scheinbar) bewegenden Paaren mit einem Bewegungsablauf unter 60° Phasenverschiebung zusammengefaßt sind, ist in F i g. 5 schematisch dargestellt.
Vier Antennen A_x A₂, A₃, A₄. im gegenseitigen Abstande von weniger als einer halben Wellenlänge auf der Zeile werden in gleichen Zeitabständen und in aufeinanderfolgenden Schaltzyklen mit zwei gegenphasigen Hochfrequenzspannungen eines Senders gespeist, und zwar nach folgendem Schema:

Mit HF-Energie gespeiste Antennen
Phase 0°

Mit HF-Energie gespeiste Antennen

Phase 180°

Schaltschritt

A₁

A₂

A₂ A₃

A₃

A₂

A₂ A₁

A₃

A₁ A₂

Bei jedem Schaltschritt sind also jeweils zwei Antennenpaare mit gegenphasigen Senderausgängen

7 8

verbunden, und zwar derart, daß die Bewegung Energie gespeist. Es entsteht also ein Strahlungsfeld

zweier Paare in entgegengesetzter Richtung vor- gemäß F i g. 3, und die Frequenz F des Bewegungs-

getäuscht wird. Die einzelnen Schaltschritte erfolgen ablaufes ist gleich 90 Hz.

mit einer Bewegungsphase von 60°; das entstehende In diesem Beispiel werden die Mittelantennen A₂ Strahlungsfeld entspricht in etwa dem in F i g. 2 5 und A₃ auch mit einer um 90° phasenverschobenen gezeichneten Spektrum, in dem das dritte Seiten- Hochfrequenzspannung erregt, ohne daß der scheinband fehlt und das der Frequenz F um den Faktor bare Bewegungsablauf der zwei Paare gestört wird. 2 · sin 60° vergrößert ist. Die Hochfrequenzspannung für die kontinuierliche Es besteht jedoch ein Unterschied insofern, als der Erregung der Antennen A₂ und A₃ ist mittels eines

n,a*taal ^H. Pha*„hub nur 3f beträgt - »£*g-« ^A

weii die Länge der Antennenzeile nur^ist, so daß ™'™S ££Z£S. S3SS,

das fünfte und siebende Seitenband vernachlässigbare wegung hervorgerufenen Modulation addiert, auf

Amplitude hat. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 15 der anderen Seite subtrahiert.

F i g. 5 entsteht für alle Azimutrichtungen nur das Gleichzeitig mit der scheinbaren hin- und her-

erste Paar von Seitenbändern mit bemerkenswerter gehenden Bewegung der beiden Antennenpaare, die

Amplitude. mit 90 Hz erfolgt, wird die Bewegung zweier weiterer

Gemäß F i g. 5 wird die Ausgangsspannung eines Antennenpaare in der gleichen Weise, jedoch mit

2700-Hz-Oszillators 10 einem durch 5 teilenden Fre- 20 einer Schaltfrequenz von 150 Hz, nachgeahmt. Es

quenzteiler 11 eingegeben, dessen Ausgangsspannung wird also dem bereits bestehenden Strahlungsfeld

wiederum einen östufigen Ringzähler 12 speist. Dieser ein weiteres überlagert, dessen ModulationsfrequenzF

hat sechs getrennte Ausgänge, an deren jedem eine dieses Mal 150 Hz ist.

90-Hz-Impulsfolge abgenommen werden kann. Mit einer vom Oszillator 10 (2700 Hz) abgeleiteten

Die Impulse werden dazu benutzt, um einen 25 Modulationsfrequenz von 150 Hz wird der Träger

Sender 13 an die Antennen anzuschalten. Das ge- noch zusätzlich zu der 90-Hz-Grundmodulation mo-

schieht mittels Schaltdioden in vier Zweiwegeschal- duliert (150-Hz-Grundmodulation), und die An-

tungenZ, so daß die Antennen A₁, A₂, A₃ und A₄. tennen A₂ und A₃ werden mit dieser Hochfrequenz-

nur gemäß dem oben gegebenen Schaltschema ge- spannung dauernd gespeist. Die Phase der 150-Hz-

speist werden. 30 Grundmodulation ist jedoch so gewählt, daß auf

Die Zweiwegeschaltungen X bestehen aus einem derjenigen Seite der Mittelsenkrechten, auf der sich

Ring von vier Leitungsstücken, von denen drei die die 90-Hz-Grundmodulation zu der durch die schein-

i (I - WeUenlänge) haben und eine, die J" ä ÄÄ

Länget hafAn zwei diametral gegenüberliegenden » j

Ringpunkten sind Schaltdioden a„ und a'„ zwischen- Ein mit einem entsprechenden Empfänger ausgeschaltet. Die anderen Ringpunkte führen zur An- gerüstetes Flugzeug nimmt also auf der Mittelsenktenne bzw. zum Sender. Die Impulsfolgen an den rechten auf der Antennenzeile AB gleiche Modu-Anschlüssen X₁, X₂... X₆ sind an die Dioden a„ 40 lationsamplituden der 90-Hz- und 150-Hz-Modu- bzw. a'_n gelegt und machen diese leitend, so daß die lation überwiegt. Das Flugzeug kann also die Rechts-Sendeenergie über den einen oder anderen Weg bzw. Linksablage von der Mittelsenkrechten festzur Antenne A_n gelangen kann, je nachdem, welche stellen, indem die 90-Hz- und die 150-Hz-Modu-Diode gerade leitend ist. Da in dem einen Weg über lationsamplituden verglichen werden.

die Zweiweeeschaltune ein um — längerer Wee ^{45 2}^ ^{der in Fi& 5} g^ezei^chneten Anordnung wird die ^weiwegescüaltung em um ₂ längerer Weg ^ _{yom Oszillator 10 abgegeb}ene 2700-Hz-Signal

zu durchlaufen ist, kommt die Sendeenergie mit in einem Frequenzteiler 14 durch 3 geteilt, so daß umgekehrter Phase an dem mit der Antenne ver- sich ein 900-Hz-Signal an dessen Ausgang ergibt. bundenen Ringpunkt an. Dieses wird in einem Ringzähler 15 weiterhin durch

Beim Schaltschritt 1 des oben angegebenen An- 50 die Zahl 6 geteilt. An jeder der Ausgangsklemmen Y₁, schaltschemas liegt die Impulsfolge am AnschlußX₁ Y₂.. .Y₆ kann eine 150-Hz-Impulsfolge, jeweils zeitan den Dioden O₁, O₂, a₃ und al, und die übernächste verschoben, abgenommen werden. Es kann an dem Impulsfolge am Anschluß Z₃ liegt an den Dioden %, Ringzähler weiterhin eine 150-Hz-Spannung zur Modi, al und o£. Man ersieht, daß die Impulsfolgen an dulation (Modulator 16) jener um 90° gegenüber den den Anschlüssen X₂ und X_s beide Dioden in zwei 55 anderen Spannungen des Senders 13 phasenverscho-Zweigeschaltungen leitend machen, wodurch der benen Spannung, die den Antennen A₂ und A₃ zu-Senderausgang kurzgeschlossen würde. Um dies zu geführt wird, abgenommen werden. Dem Moduvermeiden, wird der Sender in diesen Zeitpunkten lator wird auch eine 90-Hz-Spannung aus dem überhaupt ausgeschaltet, oder der Senderausgang Ringzähler 12 zur Modulation des Trägers eingewird an eine künstliche Antenne gelegt. Das stört 60 geben. Die an den Anschlüssen Y₁ ... Y₆ auftretendas Strahlungsfeld in keiner Weise, da die Speisung den Impulsfolgen werden den in den Zweiwegeein und derselben Antenne mit zwei Hochfrequenz- schaltungen Y eingebauten Schaltdioden zugeführt, spannungen mit um 180° verschobener Phase über- durch die, ähnlich wie bei den Zweiwegeschaltunhaupt keine Speisung bedeutet. gen X, der eine oder der andere Weg vom Sender zu

Da also nach diesem Schema ein kompletter 65 den Antennen freigegeben wird. Schaltzyklus jeweils in sechs Schaltschritte unterteilt Damit jede der Antennen entweder über eine

ist, werden die einzelnen Antennenpaare immer mit Zweiwegeschaltung X oder Y oder über beide ge-60° Abstand im Bewegungsablauf nacheinander mit speist werden kann, ohne den Sender zu beeinflussen,

werden die Ausgänge dieser Zweiwegeschaltungen X und Y an gegenüberliegende Anschlußpunkte eines Ringschaltgliedes Z gelegt, das drei Leitungsstücke

χ 3 A

der Länge -r und ein Leitungsstück der Länge-j-

enthält. Die Antenne ist mit einem der übrigbleibenden Anschlußpunkte verbunden. Auf diese Weise sind die Zweiwegeschaltungen X und ygut voneinander entkoppelt.

Die Anzahl der mit der um 90° phasenverschobenen Hochfrequenzspannung dauernd gespeisten Antennen ist an sich ohne Bedeutung; werden mehr als eine gespeist, dann entsteht nur ein Richteffekt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind 12 Antennen A₁ bis A₁₂ auf einer Antennenzeile der Länge4A in gleichen Abständen aufgebaut. Die symmetrische Sägezahnfunktion der vorgetäuschten Bewegung sei beibehalten, aber die Umschaltung wird so vorgenommen, daß vier Antennenpaare eine synchrongegenläufige scheinbare Bewegung ausführen. Die Speisung eines jeden Antennenpaares erfolgt mit um 180° phasen verschobenen Hochfrequenzspannungen wie bisher. Der Speisungszyklus ist ähnlich dem zuletzt beschriebenen, nur werden die Antennen A₁ und A₂ immer während zweier Schaltschritte gespeist, um der Notwendigkeit zu entgehen, irgendeine andere Antenne zweimal während einer Zeiteinheit über die gleiche Zweiwegeschaltung X zu speisen.

Der zeitliche (scheinbare) Bewegungsablauf vollzieht sich mit einer Phasenverschiebung von 30°, und es kann das in F i g. 3 gezeichnete Diagramm bei der Betrachtung des entstehenden Feldes zugrunde gelegt werden. Da die Antennen A₁ und A₁₂

jedesmal bei zwei aufeinanderfolgenden Schaltschritten angeschaltet sind, ergeben sich insgesamt 24 Schaltschritte, und ein 30°-Zeitintervall entspricht zwei Schaltschritten.
Der Anschaltzyklus an den Sender (Phase = Null) vollzieht sich in den folgenden Schaltschritten:

A₁ A₂ A₃ A₄ .-... A₁₁ A₁₂ A₁₂ A₁₁... .A₂ A₁ A₁ A₂ usw.

A₃ A₄ A₅ A₆ ..-.. A₁₂ A₁₁ A₁₀ A₉ A₁ A₂ A₃ A₄.

A₅ A₆ A₁ A₁₀ A₉ A₈ A₃ A₄ A₅ A₆

A₁ A₈ A₈ A₁ A₁ A₈

Bei der Anschaltung an den Sender (Phase 180°) ergeben sich folgende Schaltschritte:

A₁₂ A₁₁ A₁₀ A₉

A₂ A₁ A₁ A₂ A₁₁A₁₂A₁₂A₁₁

A₃ A₄ A₁₁ A₁₀ A₉

A₈ A₁ A₅ A₆... A₉ A₈ A₁

A₆ A₅ A₁ A₁ A₁ A₈ A₁ A₆ A₅

Bei jedem Schaltschritt sind acht Antennen über eine Zweiwegeschaltung X angeschaltet, wodurch eine Bewegung mit 90 Hz nachgeahmt wird; des weiteren sind acht Antennen über eine Zweiwegeschaltung Y angeschaltet, wodurch eine Bewegung mit 150Hz nachgeahmt wird.

Die dazu notwendige Apparatur ist ähnlich der in Fig. 5 gezeichneten; weil aber mehr Schaltimpulse für die X- und^-Schaltzyklen benötigt werden, erzeugt der Oszillator 10 eine Frequenz von 10800Hz. Diese Frequenz wird, genau wie bei dem Beispiel mit den vier Antennen, für die Zweiwegeschaltungen X durch 5 und für die Zweiwegeschaltungen Y durch 3 geteilt, und es werden anstatt der östufigen Ringzähler 24stufige Ringzähler benötigt.

Die größte Amplitude der Frequenz F liegt unter einem Winkel arc sin ¹J₈, oder bei etwa 7°, gerechnet von der Mittelsenkrechten auf der Antennenzeile aus.

Die den Mittelantennen A₆ und A₁ zugeführte, gegenüber der den scheinabr sich bewegenden Antennen zugeführten Hochfrequenzspannung um 90° phasenverschobene Hochfrequenzspannung trägt wiederum eine Grundmodulation von 90 und 150Hz, so daß, wie im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erläutert worden ist, die Rechts- bzw. Linksablage vom Leitstrahl (Mittelsenkrechte auf der Antennenzeile) bestimmt werden kann.

Das Strahlungsfeld entspricht dem der F i g. 3 sowohl für die 90-Hz- als auch für die 150-Hz-Modulation. Die Grundmodulationen (90 bzw. 150 Hz) addieren sich zu bzw. subtrahieren sich von den durch die scheinbare Bewegung erzeugten Modulationen je nach der Ablage des Empfängers vom Leitstrahl bzw. umgekehrt, je nachdem, ob die 90-Hz-Modulation oder die 150-Hz-Modulation betrachtet wird.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, das eine Variation des soeben beschriebenen darstellt, werden noch weitere Antennen an die Sendeeinrichtung angeschaltet, wodurch bewirkt wird, daß das Seitenband der Frequenz F für alle Azimutrichtungen nur sehr kleine Amplituden zeigt.

Bei Betrachtung der F i g 3, in der das Strahlungsfeld für das vorhergehende Beispiel dargestellt ist, zeigt sich, daß die Amplitude des ersten Seitenbandes (F) für einen Phasenhub größer als -^-, d.h. 22°, verhältnismäßig kleine Werte hat. Bei dem neuen Ausführungsbeispiel wird ein weiteres Strahlungsfeld dem in F i g. 3 gezeigten überlagert, so daß im zusammengesetzten Strahlungsfeld die Amplitude des Seitenbandes der Frequenz F zwar nirgendwo Null wird, aber recht klein ist.

Es werden mit einer zusätzlichen Schalteinrichtung die mittleren sechs Antennen A₄ bis A₉ von der Sendeeinrichtung gespeist, und zwar derart, daß drei Paare von mit um 180° in der Phase verschobenen Hochfrequenzspannungen gespeiste Strahlungsquellen eine scheinbare, synchron-gegenläufige Bewegung mit 30 Hz Schaltfrequenz ausführen. Die Speisung erfolgt in gleichmäßigen Zeitabständen,

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und zwar unter einer Bewegungsphase von 120°. Das bewirkt, daß das erste Seitenband der Amplitudenmodulation mit 30 Hz im zusammengesetzten Strahlungsfeld immer Null ist, genau so wie das Seitenband fünfter und siebenter Ordnung. Das Seitenband dritter Ordnung, also mit 90Hz, wird etwa um den Faktor 3 verstärkt und reicht

von einem Phasenhub von -y bis -γ ■

Da nun nur die Hälfte der Antennen mit 30 Hz umgeschaltet wird, entsprechen die dadurch erzielten Phasenhübe Werten von π bis 5 π in dem in F i g. 3 gezeichneten Strahlungsfeld.

In F i g. 6 ist das durch die überlagerung der beiden Strahlungsfelder entstehende Gesamtfeld dargestellt, und zwar ist die 90-Hz-Amplitude sowohl in Abhängigkeit vom Phasenhub als auch vom Azimut aufgetragen, der für eine Länge der Antennenzeile von 4 λ (λ — Wellenlänge) errechnet worden ist. In diesem Beispiel wird also die 3.Harmonische ausgewertet, es können aber auch durch Abwandlung der Arbeitsweise Seitenbänder höherer Ordnungszahl zur Auswertung herangezogen werden.

Die Umschaltfrequenz kann anstatt 30 auch 50Hz betragen; man erhält dann als drittes Seitenband eine Frequenz von 150 Hz.

Die Antennenanschaltung kann auch unter Verwendung eines 12stufigen Ringzählers und einer entsprechenden Anzahl von Zweiwegeschaltungen mit eingebauten Schaltdioden, wie diese weiter oben beschrieben worden sind, in 12 Schaltschritten erfolgen, indem bei der Anschaltung an den Senderausgang mit der Phase Null der Hochfrequenzspannung nach folgendem Schema verfahren wird:

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A₄ A₅ A₆ A₁ A₈ A₉ A₉ A₈ A₁ A₆ A₅ A₄ A_s Ag A₉ A₈ A₁ A₆ A₅ A₄ A₄. A₅ A₆ A₁ A₁ A₆ A₅ A₄ A₄ A₅ A₆ A₁ A₈ A₉ A₉ A₈

Die Anschaltung an den Senderausgang mit der Phase 180° der Hochfrequenzspannung erfolgt nach folgendem Schema:

An Senderausgang mit Phase 180°:

A₅ A₄ A₄ A₅ A₆ A₁ A₁ A₆ A₉ A₈ A₈ A₉

Für alle Ausführungsbeispiele, ausgenommen das zuerst beschriebene, erfolgt die Anschaltung gemäß einer symmetrischen Sägezahnfunktion, was gegenüber einer gemäß einer harmonischen Zeitfunktion erfolgenden Anschaltung, wie bereits erwähnt worden ist, den Vorteil hat, daß die Seitenbänder hinsichtlich des Azimuts verhältnismäßig weit voneinander getrennt sind, was die praktische Auswertung erleichtert.

Die Empfänger für die Aufnahme solcher Funkfeuer benötigen nur Stufen zur Amplitudendemodulation, und die in manchen Ausführungsbeispielen etwa komplizierte Schaltfolge für die Antennen wird durch die Konzentrierung der Sendeenergie in Seitenbändern niedriger Ordnungszahl wieder wettgemacht.

Längere Antennenzeilen ergeben eine größere Basis für die Aussendung des Strahlungsfeldes und sind weniger störanfällig, ergeben aber mehr Seitenbänder.

Der Vorteil der hier beschriebenen Anlage gegenüber den gebräuchlichen Anlagen für die Instrumenten-Landung (ILS) von Flugzeugen ist ihre Empfindlichkeit hinsichtlich der Schärfe des Leitstrahles, die etwa doppelt so hoch ist.

Der Verbesserungsfaktor hinsichtlich möglicher Peil- und Anzeigefehler, die durch die Gegebenheiten des Aufhellungsortes bedingt sind, gegenüber den üblichen ILS-Anlagen ist etwa ebenso groß.

Für einen innerhalb eines Winkels Θ, gerechnet von der Mittelsenkrechten auf der Antennenzeile, gelegenen Beobachter erscheinen die durch die Anschaltung nachgeahmten Antennenbewegungen, d.h. der Phasenhub nur dann korrekt, wenn der gegenseitige Abstand L der Einzelantennen λ · cosec -^- nicht übersteigt. Wenn aber dieser Abstand L größer als -~- ist, sind eindeutige Peilergebnisse nur bis zu einem

A₉ A₈ A₇ A₆ A₅ A₄ A₄ A₅ A₆ A₁ A₈ A₉ ■ A₅ A₄ A₄ A₅ A₆ A₁ A₈ A₉ A₉ A₈ A₁ A₆ Winkel Θ = arc sin -^₇- zu erlangen.

A₆ A₁

A₉ A₉ A₈ A₁ A₆ A₅ A₄ A₄ A₅

Die Anschaltfrequenz ist dabei 30 Hz. Man ersieht, daß bei jedem Schaltzyklus die Endantennen A₄ und A₉ zweimal angeschaltet werden.

Bei dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ebenfalls das in F i g. 6 gezeichnete Strahlungsfeld erzeugt. Der Unterschied besteht nur darin, daß der Schaltzyklus mit 12 Schaltschritten und 30 Hz Schaltfrequenz für die Mittelantennen A₄ bis A₉ vereinfacht worden ist, insofern als nur vier Schaltschritte bei einer Schaltfrequenz von 90Hz verwendet werden, nämlich:

A₄ A₅ A₅ A₄ A₁ A₆ A₆ A₁ A₈ A₉ A₉ A₈

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Landekursfunkfeuer mit einem Antennensystem aus einer Mehrzahl von Einzelantennen auf einer geraden Strecke bei gegenseitigem Abstand der Einzelantennen in bestimmtem Verhältnis zur Wellenlänge, bei dem die synchrongegenläufige Bewegung mindestens zweier strahlender Einzelantennen durch aufeinanderfolgendes Anschalten in zyklischer Folge an eine Sendeeinrichtung nachgeahmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung eines Strahlungsfeldes mit dem Charakteristikum einer reinen Amplitudenmodulation, deren empfangsseitig mittels eines amplitudendemodulierenden Empfängers ermittelte Größe (Modulationsamplitude) die Kurslinie definiert, die jeweils strahlenden Einzelantennen mit um 180° phasenverschobenen Hochfrequenzspannungen gespeist werden, daß mindestens eine weitere der in der Mitte der Antennenzeile befindlichen Einzelantennen zusätzlich und dauernd mit Hochfrequenzenergie

aus der Sendeeinrichtung gespeist wird, und daß diese Hochfrequenzenergie gegenüber derjenigen für die Speisung der die scheinbare Bewegung auf der Antennenzeile erzeugenden Einzelantennen eine um 90° verschobene Phase hat.

2. Landekursfunkfeuer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die scheinbare Bewegung der strahlenden Einzelantennen gemäß einer linearen symmetrischen Zeitfunktion (symmetrischer Sägezahn) erfolgt.

3. Landekursfunkfeuer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der sich scheinbar bewegenden Antennenpaare und die relative Bewegungsphase der einzelnen Antennenpaare (Zeitfolge der Anschaltung an die Sendeeinrichtung) nach Maßgabe der gewünschten Harmonischen (Modulationsseitenbänder) im Strahlungsfeld gewählt wird.

4. Landekursfunkfeuer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterscheidung einer Fehlfunktion der Apparatur von der Tatsache des Fliegens auf der Kurslinie (Leitstrahl), auf der die von den Antennenbewegungen her-

rührende Modulationsamplitude Null ist, die Hochfrequenzenergie für die dauernde Speisung der mittleren Antenne (Antennen) mit der Anschaltfrequenz amplitudenmoduliert wird.

5. Landekursfunkfeuer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermöglichung eines Amplitudenvergleiches zwischen Modulationsamplituden verschiedener Frequenz (z. B. 90 und 150 Hz) die Bewegung mindestens zweier Antennenpaare mit unterschiedlichen Anschaltfrequenzen (Bewegungsfrequenzen), z. B. 90 und 150 Hz, jedoch mit gleicher relativer Bewegungsphase der Antennenpaare nachgeahmt wird und daß die Hochfrequenzenergie für die dauernde Speisung der mittleren Antenne (Antennen) mit beiden Anschaltfrequenzen gleichzeitig amplitudenmoduliert wird, wobei die Phase der einen Modulationsfrequenz, z. B. 90 Hz, gegenüber der Phase der anderen Modulationsfrequenz, z. B. 150Hz, um 180° verschieden gewählt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Electronics World«, September 1960, S. 59.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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