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Verfahren zur Tastung einer Sendeeinrichtung mit impulsförmigen Signalen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tastung einer Sendeeinrichtung mit impulsförmigen,
aus einer Folge von zwei oder mehreren sehr kurzen, aufeinanderfolgenden Impulsen
bestehenden Signalen, wobei die zeitliche Dauer der Impulsfolge klein gegenüber
dem Abstand zur nächsten Impulsfolge ist. Die Sendeeinrichtung soll insbesondere
Verwendung finden als Entfernungsabfragesender in der Funknavigation.
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Bei Navigationssystemen mit impulsförmigen Hochfrequenzausstrahlungen
ist es zweckmäßig, Impulse zu verwenden, die eine verhältnismäßig schmale Übertragungsbandbreite
erfordern; so sind bei dem unter dem Namen »TACAN« bekannten Navigationssystem die
Impulse abgerundet und entsprechen etwa dem Verlauf einer Gaußschen Kurve; ihre
Anstiegszeit beträgt ungefähr 1 Mikrosekunde.
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Für andere Aufgaben, z.B. zur Entfernungsmessung, insbesondere zwischen
Bordstationen, wo ein großes Auflösungsvermögen bei kurzen Entfernungen verlangt
wird, werden Impulse mit weit kürzerer Anstiegszeit benötigt, um die sonst auftretenden
Probleme, die mit der Ansprechschwelle der Apparatur zusammenhängen, auszuschalten.
Die Verwendung von sehr scharfen Impulsen ist auch vorteilhaft, um den Einfluß von
etwa während der Anstiegszeit auftretenden Störimpulsen auf das Meßergebnis zu vermindern.
Selbst bei verhältnismäßig geringem Luftverkehr, wo ein etwaiges »Ober sprechen«
zwischen den gewählten Nachrichtenkanälen unerheblich sein würde, wird man wegen
der erforderlichen Meßgenauigkeit schmale Impulse verwenden. Wenn aber eine Apparatur
auch zu Kennungsaufgaben (IFF) verwendet werden soll, ist es unumgänglich, Impulse
mit Anstiegsflanken von etwa 0,1 bis 0,2 Mikrosekunden zu verwenden. Dabei ist es
an sich naheliegend, für diese Aufgabe Geräteteile des TACAN-Bordsenders für die
Entfernungsabfrage zu verwenden, weil dieser ohnehin für Impulstastung eingerichtet
ist. Die von diesem erzeugten Impulse sind jedoch wegen ihrer zu breiten Form für
Kennungsaufgaben nicht geeignet.
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Um sehr schmale Impulse mit steiler Anstiegsflanke zu bekommen, könnte
man auch daran denken, eine in der herkömmlichen Technik aufgebaute Tasteinrichtung
unter Verwendung der Senderstufen des TACAN-Bordgerätes einzusetzen. Dieser Weg
wäre jedoch noch allenfalls bei einer Bodenanlage gangbar, nicht aber für den Einsatz
an Bord von Flugzeugen wegen des zusätzlichen Platzbedarfs und Gewichtes. Außerdem
sind Tasteinrichtungen in der herkömmlichen Technik für sehr schmale, steile Impulse
bekanntermaßen schaltungsmäßig recht kompliziert.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der obengenannten
Art anzugeben, das gestattet, die vorhandene TACAN-Bordsendeeinrichtung für die
Entfernungsabfrage, die im wesentlichen aus einem stabilen Oszillator (Quarzoszillator),
einem Frequenzvervielfacher, den Senderendstufen und einer Tasteinrichtung besteht,
mit sehr schmalen Impulsen von kurzer Anstiegszeit zu tasten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mittels einer
Steuerschaltung für die Dauer der auszusendenden Impulsfolge zunächst die Leistungsstufen
der Sendeeinrichtung hochgetastet werden und daß mit der Impulsfolge selbst eine
Vorstufe geringer Leistung durch Tastung moduliert wird.
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Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß zum einen die Senderendstufen
sich sozusagen im eingeschwungenen Zustand befinden und eine Zeitverzögerung bei
der weiteren Tastung nicht auftreten kann und daher sehr schmale Impulse erzeugt
werden können und daß zum anderen infolge der Tastung einer Vorstufe, z. B. des
Frequenzvervielfachers, nur eine verhältnismäßig geringe Leistung gebraucht wird.
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Die Erfindung wird an Hand von Figuren näher erläutert, von denen
F
i g. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Impulssenders und die mittels diesem
erzeugte Wellenform in einer Weise dargestellt, die der allgemeine Stand der Technik
dem Fachmann bei gestellter Aufgabe an die Hand gibt und wie sie bei einem Vorläufer
der erfindungsgemäßen Lösung tatsächlich auch ausgeführt worden ist, F i g. 2 ein
vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Impulssenders und die durch
die einzelnen Geräteteile erzeugten Impulsformen darstellt und F i g. 3 die zeitliche
Zuordnung der einzelnen Impulse zeigt.
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In Fig. 1 ist also eine Methode zur Erzeugung von TACAN-Impulsen
dargestellt, wie sie bei einem Vorläufer des nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen
Senders praktiziert wurde. Die Anordnung enthält einen Quarzoszillator 10, dessen
Ausgangsspannung 11 einem Frequenzvervielfacher 12 eingegeben wird.
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Soweit die einzelnen Geräteteile als Funktionsblöcke dargestellt
sind, handelt es sich um bekannte Schaltungen; sie können gemäß den Erfordernissen
nach bekannten Methoden ausgeführt werden.
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Die TACAN-Bordgeräte arbeiten in dem Frequenzbereich von 1025 bis
1150 MHz, für den Steuerquarze nicht verfügbar sind; deshalb muß der Frequenzvervielfacher
12 vorgesehen sein. Wenn jedoch das System in einem niedrigeren Frequenzbereich
arbeiten soll, für den Steuerquarze verfügbar sind, ist der Frequenzvervielfacher
überflüssig; er ist dann durch eine einfache Verstärkerstufe zu ersetzen. Die Ausgangsspannung
13 des Frequenzvervielfachers 12 wird als Steuerspannung dem Leistungsverstärker
14 eines Senders 15 zugeführt. Die Ausgangs spannung des Frequenzvervielfachers
12 wird auch einem (nicht gezeichneten) Oszillator über eine Leitung 16 eingegeben,
dessen Ausgangsspannung einen nicht näher bezeichneten Mischer des Empfängers steuert.
Der Leistungsverstärker 14 wird mittels eines Modulatorsl7 getastet, der seinerseits
von Impulsen eines (nicht gezeichneten) Videoverstärkers 21 getriggert wird; die
Ausgangsspannung 18 der bei 19 dargestellten Wellenform des Modulators 17 ist eine
Impulsspannung mit relativ langer Anstiegszeit; diese steuert den normalerweise
gesperrten Leistungsverstärker 14, dessen Ausgangsspannung wiederum den Sender 15
steuert. So werden Impulse von relativ langer Anstiegszeit von einer an den Sender
angekoppelten Antenne 20 ausgestrahlt.
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In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Anordnung dargestellt,
die nach den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist. Darin sind ebenfalls ein Quarzoszillator
10 sowie ein Frequenzvervielfacher 12 enthalten; seine Ausgangsspannung 13 steuert
in gleicher Weise wie bei der Anordnung nach Fig. 1 einen Oszillator über eine Leitung
16 und den Leistungsverstärker 14 eines Senders 15. Eine Steuerschaltung31, die
von den Ausgangsimpulsen einer Video stufe 21 (nicht dargestellt) getriggert wird,
steuert den Leistungsverstärker 14 mittels der Steuerspannung 22 (s. auch F i g.
3); mit dieser wird der normalerweise gesperrte Leistungsverstärker 14 eine Zeitlang
hochgetastet.
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Die triggerbare Steuerschaltung 31, die an drei Ausgängen Impulse
22, 24 und 25 der in F i g. 3 gezeigten Form und mit der gezeichneten zeitlichen
Zuordnung
ausgibt, ist schaltungsmäßig nach dem Stand der Technik aufzubauen und gehört nicht
zur Erfindung.
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Das aus der Steuerschaltung 31 kommende Signal 24 wird einer schaltungsmäßig
bekannten Torschaltung23 eingegeben, die bei gleichzeitigen Anliegen eines Signals
27 an ihrem zweiten Eingang eine Ausgangsspannung der Form 29130 erzeugt, deren
zeitliche Zuordnung zu den anderen Impulssignalen in Fig.3 gezeigt ist; das Signal
27, das aus steilen Rechteckimpulsen besteht, wird mittels eines schaltungsmäßig
ebenso bekannten Impulsformers 26 aus den von der Steuerschaltung 31 gelieferten
Dreieckimpulsen 25 mit steiler Anstiegsflanke erzeugt. Der Impulsformer 26 ermöglicht
es, für IFF-Betrieb geeignete schmale Impulse 30 von etwa 0,5 Mikrosekunden Dauer
herzustellen.
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Die Ausgangsspannung der Torschaltung 23 mit dem in Fig.2 und 3 bei
29/30 gezeigten Verlauf wird über eine Leitung 28 dem Frequenzvervielfacher 12 zugeführt.
Diese Ausgangsspannung bewirkt, daß mit dem unteren Pegel zuerst der Frequenzvervielfacher
12 gesperrt wird und erst kurze Zeit später durch die bei 30 (Fig. 2 und 3) gezeichneten
sehr steilen Impulse durchgesteuert wird; diese Impulse brauchen bekanntermaßen
nur von geringer Leistung zu sein, weil ja eine der Vorstufen im Frequenzvervielfacher
gesteuert wird. Dadurch wird der dem Frequenzvervielfacher 12 nachgeschaltete Leistungsverstärker
14 zur Abgabe von sehr steilen Hochfrequenzimpulsen hoher Leistung angeregt.
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Bei der Apparatur ist auch ein Betriebszustandsschalter 32 vorgesehen,
mit dem die Steuerschaltung 31 so umgeschaltet werden kann, daß Sendeimpulse mit
längerer Anstiegszeit erzeugt werden, wie sie für den normalen TACAN-Betrieb gebraucht
werden und wie es im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben worden ist. Eine gemäß
Fig. 2 aufgebaute Apparatur kann also in zweierlei Betriebszuständen arbeiten: zum
einen in der normalen Arbeitsweise, bei der keine zusätzliche Tastung des Frequenzvervielfachers
12 vorgesehen ist und der Leistungsverstärkerl4 nur von einer Spannung der bei 19
(Fig. 1) gezeichneten Form gesteuert wird; zum anderen kann nach dem Umlegen des
Betriebszustandsschalters 32 in die zweite mögliche Stellung der Leistungsverstärker
14 von der Steuerspannung 22 (Fig.2 und 3) hochgetastet und von der Steuerspannung29/30
(Fig.2 und 3) für den Frequenzvervielfacher 12 durchgesteuert werden. Auf diese
Weise können wahlweise Impulse für den normalen TACAN-Betrieb mit verhältnismäßig
langer Anstiegszeit und sehr kurze Impulse mit Anstiegszeiten von etwa 0,1 Mikrosekunde
erzeugt werden, wie sie beispielsweise für Aufgaben der Zugehörigkeitskennung (IFF-Betrieb)
angewendet werden müssen.
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Wenn es nicht notwendig ist, den (nicht gezeichneten) Oszillator
im Empfänger über die Leitung 16 mit der Ausgangsspannung des Frequenzvervielfachers
12 zu beaufschlagen, erübrigt es sich auch, den Frequenzvervielfacher12 vor der
Tastung mit den Impulsen 30 (F i g. 2 und 3) für eine längere Zeit vollständig zu
sperren. Der Frequenzvervielfacher 12 ist sowieso schon derart vorgespannt, daß
etwa auftretende Störimpulse diesen nicht auszusteuern vermögen; dadurch ist an
sich schon verhindert, daß der Leistungsverstärker 14 bzw. der Sender 15 von
Störimpulsen
angesteuert wird und daß unerwünschte Impulse von der Antenne 20 ausgestrahlt werden.