DE1293896B

DE1293896B - Arrangement for comparing the phase of two RF signals

Info

Publication number: DE1293896B
Application number: DE1963M0058923
Authority: DE
Inventors: Barnard Charles Reginal Nowell
Original assignee: SECR AVIATION; Minister of Aviation
Current assignee: SECR AVIATION; Minister of Aviation
Priority date: 1962-11-16
Filing date: 1963-11-14
Publication date: 1969-04-30
Also published as: GB997708A; NL300594A

Description

generators direkt und andererseits die Ausgangssignale ίο geben, daß als Quelle für das eine der zu vergleichendes Summiergliedes über einen Mischer zugeführt den Signale eine von einem fremden Sender gespeiste werden, in dem sie mit dem Ausgangssignal eines Io- Antenne und für das andere ein anordnungseigener kalen Oszillators gemischt werden. Oszillator hoher Stabilität vorgesehen ist und daßgenerator directly and on the other hand the output signals ίο that as a source for the one to be compared Summing element fed via a mixer to the signals fed by an external transmitter in which they are connected to the output signal of an IO antenna and an arrangement of their own for the other cal oscillator can be mixed. High stability oscillator is provided and that

Eine Anordnung dieser Art ist in der britischen der Phasenschieber zwischen diesem Oszillator und Patentschrift 846 026 beschrieben. Diese bekannte 15 dem Summierglied angeordnet ist. Anordnung ist dazu bestimmt, die winkelmäßige Lage Damit ist bei der erfindungsgemäßen AnordnungOne arrangement of this type is in the UK the phase shifter between this oscillator and Patent 846 026 described. This known 15 is arranged on the summing element. Arrangement is intended to the angular position This is in the arrangement according to the invention

eines anzupeilenden Gegenstandes gegenüber dem die Möglichkeit gegeben, die Amplitude des einen der Standort der Anordnung zu bestimmen. Zu diesem beiden in ihrer Phasenlage miteinander zu vergleichen-Behufe ist die bekannte Anordnung mit zwei festen den Signale ohne weiteres und stets auf einem für die Antennen versehen, von denen die eine mit dem Sum- 20 jeweils angestrebte Meßgenauigkeit ausreichenden mierglied für die vektorielle Addition der in ihrer Wert zu erhalten, und da Amplitudenänderungen Phasenlage miteinander zu vergleichenden HF-Signale unmittelbar und die andere über einen Phasenschieber gekoppelt ist. Für den der bekannten Anordnung zugrunde liegenden Zweck dürfte dies auch 25 das Meßergebnis mit Sicherheit auszuschalten. die einzige überhaupt mögliche Anordnung dar- Eine für die erfindungsgemäße Anordnung beof an object to be sighted compared to the given the possibility of the amplitude of one of the Determine the location of the arrangement. To compare these two in their phase position with one another is the known arrangement with two fixed signals easily and always on one for the Antennas are provided, of which one of the measuring accuracy sought with the sum 20 is sufficient Reduction element for the vectorial addition of the value to be obtained, and there amplitude changes Phase position to be compared with each other RF signals directly and the other via a phase shifter is coupled. For the purpose on which the known arrangement is based, this should also switch off the measurement result with certainty. the only possible arrangement is one for the arrangement according to the invention be

stellen, für die Lösung einer anderen, sich insbesondere bei der Ortsbestimmung von Flugzeugen oder Schiffen häufig stellenden Aufgabe, nämlich die Bestimmungask, for the solution of another, in particular when determining the location of aircraft or ships common task, namely the determination

des entfernungsmäßigen Abstandes des Standortes 30 tion der miteinander zu vergleichenden Signale beeiner solchen Anordnung von einem festen Sender be- steht in einem Transformator mit zwei voneinander kannter Lage, ist die bekannte Anordnung jedoch nur getrennten Primärwicklungen und einer gemeinsamen sehr beschränkt brauchbar, da sie in diesem Falle in- Sekundärwicklung, wobei die erste der Primärwicksofern unter einem schwerwiegenden Nachteil leidet, Iungen an den Phasenschieber und die zweite an die als die an ihren beiden festen Antennen auftretenden 35 Antenne für den Empfang des Bezugssignals ange-HF-Signale bei größerer Entfernung des Standortes schlossen ist und die Sekundärwicklung mit dem der der Anordnung von dem jeweiligen Bezugssender, Komparatorstufe vorgeschalteten Mischer verbunden ein Fall, der bei der Ortsbestimmung von Flugzeugen ist.the distance of the location 30 tion of the signals to be compared with one another Such an arrangement of a fixed transmitter consists in a transformer with two of each other Known position, the known arrangement is, however, only separate primary windings and a common one very limited use, since in this case they have a secondary winding, the first being the primary winding suffers from a serious disadvantage, boys to the phase shifter and the second to the than the antenna for receiving the reference signal, which occurs at its two fixed antennas, RF signals is closed at a greater distance from the location and the secondary winding with that of the the arrangement of the respective reference transmitter, comparator stage connected upstream mixer a case that is in the location of aircraft.

oder Schiffen häufig gegeben ist, nur eine sehr geringe Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung beAmplitude aufweisen, so daß sich auch geringe Ampli- 40 steht außerdem darin, daß der Phasenschieber mehrere tudenänderungen, die bei der Phasenverschiebung diskrete Ausgangskanäle aufweist, deren Signalfolgen des einen der beiden HF-Signale in der Anordnung sich jeweils um einen festen Winkel in ihrer Phasenselbst unvermeidlich auftreten, einen wesentlichen lage voneinander unterscheiden und von denen unter Einfluß auf das nach der vektoriellen Addition ent- Steuerung durch den als Impulsgenerator ausgebildestehende amplitudenmodulierte Signal ausüben, von 45 ten Steuergenerator in zyklischer Reihenfolge jeweils dem wiederum die Information über die Phasenlage einer für das Summierglied wirksam wird. Dabei istor ships is often given, only a very small A useful further development of the invention beAmplitude have, so that there are also low amplitudes 40 is also in the fact that the phase shifter several change in tudence, which has discrete output channels during the phase shift, their signal sequences of the one of the two RF signals in the arrangement each phase themselves by a fixed angle inevitably occur an essential position different from each other and from those below Influence on the after the vectorial addition ent- control by the formed as a pulse generator Exercise amplitude modulated signal from 45 th control generator in cyclic order each time which in turn the information about the phase position becomes effective for the summing element. It is

durch die Phasenverschiebung nur bei diesem einen Vergleichssignal auftreten können, sind ungünstige Rückwirkungen solcher Amplitudenänderungen aufdue to the phase shift, which can only occur with this one comparison signal, are unfavorable Repercussions of such amplitude changes

sonders brauchbare und gleichzeitig schaltungstechnisch sehr einfache und damit preisgünstige Ausführung des Summiergliedes für die vektorielle Addi-especially useful and at the same time very simple and therefore inexpensive design in terms of circuitry of the summing element for the vectorial addi-

der beiden Signale abgeleitet wird. Dies hat selbstverständlich eine starke Beeinträchtigung der mit der bekannten Anordnung in diesem Falle erzielbaren Meßgenauigkeit zur Folge.of the two signals is derived. Of course, this has a strong impact on the known arrangement in this case achievable measurement accuracy result.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art in der Weise weiterzubilden, daß sie sich zur genauen BestimmungProceeding from this prior art, the invention is therefore based on the object of an arrangement of the type mentioned at the outset in such a way that they can be used for precise determination

die Zahl Vier für die Anzahl der Ausgangskanäle des Phasenschiebers bevorzugt, wobei dann die entsprechenden Signalfolgen sich in ihrer Phasenlage jeweilsthe number four is preferred for the number of output channels of the phase shifter, with the corresponding Signal sequences each time in their phase position

um einen Winkel von γ voneinander unterscheiden.differ from each other by an angle of γ.

Auf jeden Fall aber empfiehlt es sich, die Anzahl der Phasendetektoren in der Komparatorstufe ebenso groß zu wählen wie die Anzahl der Ausgangskanäle der Entfernung ihres jeweiligen Standortes von dem 55 des Phasenschiebers.In any case, however, it is advisable to increase the number of phase detectors in the comparator stage as well to be chosen as large as the number of output channels the distance of their respective location from the 55 of the phase shifter.

eines festen Senders eignet und damit beispielsweise Durch eine solche Ausgestaltung der Erfindunga fixed transmitter is suitable and thus, for example, by such an embodiment of the invention

im Rahmen eines Navigationssystems brauchbar wird, erhält man die Möglichkeit, ohne Verwendung irgendwie es in der britischen Patentschrift 673 050 beschrie- welcher Servomechanismen zu Signalen zu kommen, ben ist. die dem Sinus und dem Cosinus der Phasendifferenzbecomes usable in the context of a navigation system, one gets the possibility without using any it is described in British patent specification 673 050 - which servomechanisms produce signals, ben is. those of the sine and cosine of the phase difference

Diese Aufgabe läßt sich aus den oben dargelegten 60 zwischen den miteinander zu vergleichenden Signalen Gründen mit der aus der britischen Patentschrift entsprechen, und außerdem kann man auf diese 846 026 bekannten Anordnung nicht befriedigend Weise ohne weiteres ermitteln, welches der beiden Si-Iösen; sie ist aber auch mit Hilfe anderer bekannter gnale dem anderen voreilt bzw. nacheilt. Anordnungen zur Messung der relativen Phasenver- Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nun-This task can be derived from the above 60 between the signals to be compared with one another Reasons to correspond with the one from the British patent specification, and besides, one can rely on this 846 026 known arrangement not satisfactorily determine which of the two Si-Iöse; however, with the help of other known signals, it is ahead of or behind the other. Arrangements for measuring the relative phase difference.

schiebung von gleichfrequenten Spannungen, wie sie 65 mehr unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausin der deutschen Patentschrift 661 924 und 1 028 681 führungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordsowie in der USA.-Patentschrift 2 940 042 beschrieben nung näher beschrieben. Dabei zeigt in der Zeichsind, nicht zu lösen, da auch bei diesen bekannten nungshift of voltages of the same frequency, as they 65 more with reference to the drawing an Ausin the German patent specification 661 924 and 1 028 681 management example for an inventive Anordsowie in US Pat. No. 2,940,042. It shows in the drawing not to be solved, since this is also known

Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäße Anordnung,Fig. 1 is a block diagram for an inventive Arrangement,

F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 1.F i g. FIG. 2 shows a diagram to explain the mode of operation of the arrangement according to FIG. 1.

In Fig. I ist ein Oszillator 1 hoher Stabilität dargestellt, dessen Ausgangssignal einem Frequenzteiler 2 zugeführt wird. Der Oszillator 1 und der Frequenzteiler 2 sind so bemessen, daß das Ausgangssignal des Frequenzteilers 2eine Frequenz von 100 Hz besitzt. Der Ausgang des Frequenzteilers 2 ist mit einem weileren Oszillator 3 verbunden, der eine Frequenz von 16 kHz aufweist und in seiner Phase genau auf das Ausgangssignal des Frequenzteilers 2 festgelegt ist. Dieser Oszillator 3 dient als eigentliche Quelle für das eine der in ihrer Phasenlage miteinander zu ver- rs gleichenden Signale. Der Oszillator 1 und der Frequenzteiler 2 dienen lediglich zur Phasenstabilisierung des Oszillators 3. Das Ausgangssignal des Oszillators 3 wird einem Phasenteiler 4 zugeführt, dessenIn Fig. I, an oscillator 1 is shown with high stability, the output signal of which is fed to a frequency divider 2. The oscillator 1 and the frequency divider 2 are dimensioned so that the output signal of the frequency divider 2 has a frequency of 100 Hz. The output of the frequency divider 2 is connected to a slow oscillator 3, which has a frequency of 16 kHz and its phase is precisely set to the output signal of the frequency divider 2. This oscillator 3 is used as the actual source for the one that is mutually phase-related equivalent signals. The oscillator 1 and the frequency divider 2 are only used for phase stabilization of the oscillator 3. The output signal of the oscillator 3 is fed to a phase splitter 4, whose

zwei Ausgänge 5 und 6 Signale führen, die um ~ gegeneinander verschoben sind. Mit den Ausgängen 5 und 6 sind zwei Phasenumkehrstufe!! 7 bzw. 8 verbunden, welche die Phase der entsprechenden Ausgangssignale jeweils um 180^c ändern. Die Ausgänge der Phasenumkehrstufen 7 und 8 sind mit 9 und 10 bezeichnet. Alle vier Ausgänge 5,6,9 und 10 führen daher Signale der Frequenz des Oszillators 3; diese Signale weisen untereinander Phasenwinkel von 0, π/2, π und 3.τ/2 auf, sie weiden Diodentoren Dl, D2, D3 und D4 zugeführt.two outputs 5 and 6 carry signals that are shifted by ~ against each other. With the outputs 5 and 6 there are two phase inverters !! 7 and 8 connected, which change the phase of the corresponding output signals by 180 ^c . The outputs of the phase reversal stages 7 and 8 are labeled 9 and 10. All four outputs 5,6,9 and 10 therefore carry signals of the frequency of the oscillator 3; these signals have mutually phase angles of 0, π / 2, π and 3.τ / 2, they are fed to diode ports D1, D 2, D 3 and D4 .

Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 2 wird außerdem einem Impulsgenerator 11 zugeführt, der vier gesonderte Impulsreihen erzeugt, wobei jeder Impuls eine Zeitdauer von 10 ms aufweist. Die Folgefrequenz beträgt in jeder Impulsreihe 25 Impulse pro Sekunde. Die Impulse treten in den einzelnen Impulsreihen jeweils zu anderen Zeiten auf als die Impulse der anderen Reihen, so daß die Impulse der einen Reihe unmittelbar auf die der anderen folgen. Alle vier Impulsreihen sind in den Fig. 2a, 2b, 2c und 2d schematisch veranschaulicht. Sie treten auf den Ausgangsleitungen 12, 13, 14 bzw. 15 des Generators 11 auf. Diese Ausgangsleitungen sind an die Diodentore Dl, D 2, D3 bzw. D4 angeschlossen und öffnen diese Tore jeweils für die Zeitdauer von 10 ms.The output signal of the frequency divider 2 is also fed to a pulse generator 11, the four separate pulse trains are generated, each pulse having a duration of 10 ms. The repetition rate is 25 pulses per second in each pulse series. The impulses occur in the individual impulse series in each case at different times than the impulses of the other rows, so that the impulses of one Row immediately after the others. All four pulse trains are in Figures 2a, 2b, 2c and 2d illustrated schematically. They occur on the output lines 12, 13, 14 and 15 of the generator 11 on. These output lines are connected to the diode ports Dl, D 2, D3 and D4 and open them Goals each for a period of 10 ms.

Die Ausgangsanschlüsse der Diodentore Dl, D 2, D3 und DA sind gemeinsam an die Primärwicklung 16 eines als Summierglied für die vektorielle Signaladdition dienenden HF-Transformators 17 ange- schlossen. Eine Empfangsantenne 18 ist mit einer zweiten Primärwicklung 19 des Transformators 17 verbunden. Eine Sekundärwicklung 20 des Transformators 17 ist mit einem HF-Verstärker 21 verbunden. Das Ausgangssignal des H F-Verstärkers 21 wird in einem Mischer 23 mit dem eines lokalen Oszillators 22 gemischt; das resultierende Zwischenfrequenzsignal wird in einem ZF-Verstärker 24 verstärkt.The output connections of the diode ports D1, D 2, D3 and DA are connected together to the primary winding 16 of an HF transformer 17 serving as a summing element for the vectorial signal addition. A receiving antenna 18 is connected to a second primary winding 19 of the transformer 17. A secondary winding 20 of the transformer 17 is connected to an RF amplifier 21. The output signal of the H F amplifier 21 is mixed in a mixer 23 with that of a local oscillator 22; the resulting intermediate frequency signal is amplified in an IF amplifier 24.

Das Ausgangssigna! des Zwischenfrequenzverstärkers 24 wird einem Quadrierdetektor 25 zugeführt, der ein Ausgangssignal liefert, das dem Quadrat der Amplitude des Ausgangssignals des ZF-Verstärkers 24 proportional ist. Das Ausgangssignal des Quadrierdetektors 25 wird parallel den Eingängen von vier gleichen Phasendetektoren P1, P2, P3 und P4 zugeführt. Außerdem gelangen über Leitungen 26, 27,28 und 29 die Impulse des Generators 11 zu den Phasendetektoren Pl, Pl, P3 und P4. Die Impulse auf den Leitungen 26, 27, 28 und 29 sind auf die Impulse, die auf den Leitungen 12, 13, 14 und 15 auftreten (und in den F i g. 2a, 2b, 2c und 2d veranschaulicht sind), zeitlich abgestimmt. Die Ausgangssignale der Detektoren Pl, P2, P3 und P4 werden über vier gleiche Glättungskreise Sl, S 2, S3 und S4 den senkrecht zueinander angeordneten Wicklungen 30 und 31 eines Phasenmessers 32 zugeführt.The initial signa! of the intermediate frequency amplifier 24 is fed to a squaring detector 25 which supplies an output signal which is proportional to the square of the amplitude of the output signal of the IF amplifier 24. The output signal of the squaring detector 25 is fed in parallel to the inputs of four identical phase detectors P1, P2, P3 and P4. In addition, the pulses from the generator 11 reach the phase detectors P1, P1, P3 and P4 via lines 26, 27, 28 and 29. The pulses on lines 26, 27, 28 and 29 are timed with the pulses occurring on lines 12, 13, 14 and 15 (and illustrated in Figures 2a, 2b, 2c and 2d) . The output signals of the detectors P1, P2, P3 and P4 are fed to the perpendicularly arranged windings 30 and 31 of a phase meter 32 via four equal smoothing circles S1, S2, S3 and S4.

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 1 ist die folgende: Es sei angenommen, daß das von der Antenne 18 aufgenommene Signal eines geerdeten Senders eine stabile Frequenz/von 16 kHz besitzt, d. h. dieselbe Frequenz, wie sie der Oszillator 3 aufweist. Es sei ferner angenommen, daß das von der Antenne 18 aufgenommene Signal einen Phasenwinkel la gegenüber dem Signal des mit dem Diodentor Dl verbundenen Ausgangs 5 besitzt; es sei ferner angenommen, daß alle in der Sekundärwicklung 20 des Transformators 17 durch Signale in den Primärwicklungen 16 und 19 erzeugten Signale — gesondert betrachtet — eine Amplitude V₀ aufweisen. Die in der Sekundärwicklung 20 erzeugte Spannung V₁ , die dem HF-Verstärker 21 während eines Impulses der in Fig. 2a dargestellten Impulsreihe zugeführt wird, kann somit durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:The mode of operation of the arrangement according to FIG. 1 is as follows: It is assumed that the signal of a grounded transmitter picked up by the antenna 18 has a stable frequency of 16 kHz, ie the same frequency as the oscillator 3 has. It is also assumed that the signal picked up by the antenna 18 has a phase angle la with respect to the signal of the output 5 connected to the diode gate Dl; It is also assumed that all of the signals generated in the secondary winding 20 of the transformer 17 by signals in the primary windings 16 and 19 - considered separately - have an amplitude V ₀ . The voltage V ₁ generated in the secondary winding 20, which is fed to the HF amplifier 21 during a pulse of the pulse series shown in FIG. 2a, can thus be expressed by the following equation:

V₁ = V₀ [sin(o>t + α) + sin((i>t - «)], die sich auch V ₁ = V ₀ [sin (o> t + α) + sin ((i> t - «)], which is also

V₁ = 2V₀- sin cot · cosa V ₁ = 2V ₀ - sin cot · cosa

schreiben läßt, wobei ω für 2.τ/steht und f die Zeit bedeutet.can be written, where ω stands for 2.τ / and f stands for time.

Die Amplitude des dem Verstärker 21 zugeführten Signals ist daher durch die Gleichung gegeben:The amplitude of the signal fed to the amplifier 21 is therefore given by the equation:

Ik₁I = 2K₀|cos«|. (2)Ik ₁ I = 2K ₀ | cos «|. (2)

Wenn sich der Winkel « linear mit der Zeit von 0 bis .τ ändert, wird die Spannung K₁ in Form einer gleichgerichteten Sinuswelle amplitudenmoduliert.If the angle changes linearly with time from 0 to .τ, the voltage K _{1 is} amplitude modulated in the form of a rectified sine wave.

In gleicher Weise läßt sich zeigen, daß die AmplitudenJK₂I,IK₃! und j F₄| der Signale, die dem Verstärker 21 während unmittelbar aufeinanderfolgender Impulse der Impulsreihen gemäß den F i g. 2b, 2c und 2d zugeführt werden — unter der Annahme, daß der Phasenwinkel der gleiche geblieben ist —, durch folgende Gleichungen gegeben sind:In the same way it can be shown that the amplitudes JK ₂ I, IK ₃ ! and j F ₄ | of the signals which are sent to the amplifier 21 during immediately successive pulses of the pulse series according to FIGS. 2b, 2c and 2d - assuming that the phase angle has remained the same - are given by the following equations:

+ -V4)l; (3)+ -V4) l; (3)

+ V2)l; (4)+ V2) 1; (4)

Ein typisches Beispiel für das dem HF-Verstärker 21 zugeführte Signal, das zeitlich den in den Fig. 2a bis 2 b veranschaulichten Impulsreihen entspricht, ist in Fig.2e wiedergegeben. Fig.2e ist selbstverständlich ganz schematisch gehalten; die dargestellten Sinuswellen dienen lediglich zur Erläuterung; ihre tatsächliche Frequenz ist wesentlich höher, als in der Zeichnung angenommen.A typical example of the signal fed to the RF amplifier 21, which chronologically corresponds to the signal shown in FIGS. 2a to 2 b illustrated pulse series is shown in Fig. 2e. Fig.2e goes without saying kept very schematic; the sine waves shown are for explanatory purposes only; their actual frequency is much higher than assumed in the drawing.

Das in Fig.2e dargestellte HF-Signal wird dem Verstärker 21 zugeführt und in diesem verstärkt, anschließend im Mischer 23 auf eine andere Frequenz gesetzt und im Zwischenfrequenzverstärker 24 verstärkt; die Relativwerte der Amplituden der einzelne. Teile dieses Signals bleiben während dieses Prozesses erhalten. Das Ausgangssignal des Verstärkers 24 wird durch den Detektor 25 gleichgerichtet, der ein Aus-The RF signal shown in Fig.2e is the Amplifier 21 is supplied and amplified in this, then in mixer 23 to a different frequency set and amplified in the intermediate frequency amplifier 24; the relative values of the amplitudes of the individual. Parts of this signal are retained during this process. The output of amplifier 24 becomes rectified by the detector 25, which has an output

gangssignal liefert, das dem Quadrat der Amplitude seines Eingangssignals proportional ist. Es läßt sich zeigen, daß die Ausgangsspannung F₁' des Detektors 25 (wenn die reine Gleichstromkomponente entfernt ist) entsprechend der Spannungsamplitude IF₁I der Gleichung (2) gegeben ist durchoutput signal that is proportional to the square of the amplitude of its input signal. It can be shown that the output voltage F ₁ 'of the detector 25 (when the pure direct current component is removed) corresponding to the voltage _{amplitude IF 1} I of the equation (2) is given by

V{ = V { =

cos 2«cos 2 «

(6)(6)

Hierbei ist k ein für die Anordnung charakteristischer Parameter, der ak konstant angenommen werden kann.Here, k is a parameter which is characteristic of the arrangement and which ak can be assumed to be constant.

In gleicher Weise sind die Ausgangsspannungen V₂, V₃' und I₄' des Detektors 25 (bei entfernter Gleichstromkomponente) entsprechend der Spannungsamplitude|F₂|,[F₃| und | F₄I der Gleichungen (3). (4) und (5) jeweils gegeben durchIn the same way, the output voltages V ₂ , V ₃ ' and I ₄ ' of the detector 25 (with the direct current component removed) correspond to the voltage amplitude | F ₂ |, [F ₃ | and | F ₄ I of equations (3). (4) and (5) are given by, respectively

V₂= k- Vl cos (2 a + .τ/2) = - A- · Fg · sin 2 « : (7) F₃' = A ■ Fg cos (2 a + .-τ) = - A- · Vl ■ cos 2α: (8) Vl = k - Fg · cos(2a + 3.T-2) = A · Fg · sin 2« . (9) V ₂ = k- Vl cos (2 a + .τ / 2) = - A- · Fg · sin 2 «: (7) F ₃ '= A ■ Fg cos (2 a + .-Τ) = - A- · Vl ■ cos 2α: (8) Vl = k - Fg · cos (2 a + 3.T-2) = A · Fg · sin 2 «. (9)

Die Spannungen F₁'. V₂, F₃ und F₄ treten — wie Fig.2f zeigt — nacheinander auf und werden von dem Detektor 25 den Phasendelektoren Pl, P2, P3 und P4 parallel zugeführt. Den Phasendetektoren Pl, P2, P3 und P4 werden ferner Impulse zugeführt, die zeitlich den Impulsen in den Fi g. 2a, 2b, 2c und 2d entsprechen, so daß an ihrem Ausgang Spannungen F₁' V₂, F₃' und F₄' proportional auftreten. Diese Spannungen werden in den Glättungskreisen Sl, S2, S3 und S4 geglättet. Die Ausgänge der Glätlungskreise Sl und S3 sind mit den beiden Enden der Wicklung 30 des Phasenmessers 32 verbunden. Der Strom durch die Wicklung 30 ist infolgedessen proportional der Differenz F₁' - F₃'. Die Ausgänge der Glättungskreise S2 und S4 sind mit der Wicklung 31 des Phasenmessers verbunden, so daß der Strom durch diese Wicklung proportional der Differenz I₄' — V₂ ist. Die Ablenkung (-) des Phasenmessers 32 wird somit durch den Ausdruck gegeben:The voltages F ₁ '. V ₂ , F ₃ and F ₄ occur one after the other - as FIG. 2f shows - and are fed in parallel from the detector 25 to the phase selectors P1, P2, P3 and P4. The phase detectors P1, P2, P3 and P4 are also supplied with pulses that correspond in time to the pulses in FIGS. 2a, 2b, 2c and 2d correspond, so that voltages F ₁ ', V ₂ , F ₃ ' and F ₄ 'appear proportionally at their output. These voltages are smoothed in the smoothing circles S1, S2, S3 and S4. The outputs of the smoothing circuits S1 and S3 are connected to the two ends of the winding 30 of the phase meter 32. The current through the winding 30 is consequently proportional to the difference F ₁ '- F ₃ '. The outputs of the smoothing circuits S2 and S4 are connected to the winding 31 of the phase meter so that the current through this winding is proportional to the difference I ₄ '- V ₂ . The deflection (-) of the phase meter 32 is thus given by the expression:

(-> = tan ' (-> = tan '

F₁' -F₃'/F ₁ '-F ₃ ' /

4545

das heißt:That means:

, / sin 2 η \
<-) = lan ' ( -),, / sin 2 η \
<-) = lan '(-),

V COS 2μ J V COS 2 μJ

und hieraus ergibt sichand from this it follows

M = 2«. (10)M = 2 ". (10)

Die Phasendifferenz zwischen dem Signal am Ausgang des Oszillators 3 und dem Signal am Ausgang 5 des Phasenteilers 4 hat selbstverständlich einen bekannten konstanten Wert.The phase difference between the signal at the output of the oscillator 3 and the signal at the output 5 of the phase splitter 4 naturally has a known constant value.

Bei der obigen mathematischen Ableitung (wonach die Ablenkung (-> des Phasenmessers 32 die Phasendifferenz2« zwischen dem von der Antenne 18 aufgenommenen Signal und dem Signal am Ausgang 5 des Phasenteilers 4 darstellt) wurde angenommen, daß die Amplituden der beiden Signale, wie sie durch die Sekundärwicklung 20 des Transformators. 17 aufge-65 n*ommcn werden, die gleiche ist. Praktisch müssen die Amplituden der beiden Signale nicht gleich sein: das in der Sekundärwicklung 20 durch das Signal in der Primärwicklung 16 erzeugte Signal kann durchaus eine größere Amplitude haben als das durch das Signal in der Primärwicklung 19 erzeugte Signal, wie dies praktisch immer der Fall sein wird. Die Wirkung einer derartigen Ungleichheit der Amplituden besteht lediglich darin, daß an den Ausgängen der Phasendetektoren Pl, P2, P3 und P4 zusätzliche Gleichstromkomponenten auftreten. Diese Gleichstromkomponenten weisen alle die gleiche Größe auf und löschen sich somit im Phasenmesser 32 gegenseitig aus.In the above mathematical derivation (according to which the deflection (-> of the phase meter 32 represents the phase difference2 «between the signal picked up by the antenna 18 and the signal at the output 5 of the phase splitter 4) it was assumed that the amplitudes of the two signals as they are due to the secondary winding 20 of the transformer 17. In practice, the amplitudes of the two signals do not have to be the same: the signal generated in the secondary winding 20 by the signal in the primary winding 16 may well have a greater amplitude than the signal generated by the signal in the primary winding 19, as will practically always be the case. The effect of such an inequality of the amplitudes is only that additional direct current components occur at the outputs of the phase detectors P1, P2, P3 and P4 Direct current components are all the same size and thus cancel each other out in the phase meter 32 the end.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist zur Verwendung in einem Navigationssystem geeignet, in dem der Phasenmesser 32 den Bruchteil der Zahl von Wellenlängen angibt, die ein mit der Anordnung ausgerüstetes bewegliches Objekt (Flugzeug oder Schiff) von einem geerdeten Sender entfernt ist, der ein Trägersignal bei der Frequenz/ aussendet. Durch kontinuierliche überwachung der Anzeige des Phasenmessers 32 kann jede Änderung im Abstand von dem Sender errechnet werden.The embodiment described above is suitable for use in a navigation system, in which the phase meter 32 indicates the fraction of the number of wavelengths associated with the arrangement equipped moving object (aircraft or ship) is removed from a grounded transmitter, which emits a carrier signal at frequency /. By continuously monitoring the display of the phase meter 32, any change in the distance from the transmitter can be calculated.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 kann außerdem dahin modifiziert werden, daß es eine gleiche bzw. ähnliche Information von Signalen erhält, die bei der gleichen Frequenz von zwei oder mehreren voneinander entfernten Sendern im Zeit-Teilungs-Multiplex ausgesandt und empfangen werden. In diesem Fall muß der Impulsgenerator 11 in bekannter Weise mit dem Sende-Zeit-Multiplex synchronisiert werden. Außerdem müssen die Glättungskreise Sl bis S4 und der zugehörige Phasenmesser 32 entsprechend der Zahl der Sendestationen vervielfacht werden. Die Ausgangssignale der Phasendetektoren P1 bis P4 werden dann durch den Generator 11 auf denjenigen Block der Glättungskreise geschaltet, der dem Sender entspricht, dessen Signal empfangen wird. Sas Schalten der Diodenlore D1 bis D4 und die den Detektoren P1 bis P4 zugeführten Signale können so gewählt werden, daß jeweils während des Empfanges der Signale eines Senders alle vier den Spannungen F₁' bis I₄' proportionalen Ausgangssignaie an den Detektoren Pl bis P4 erhalten werden. Abweichend hiervon können das Schalten der Diodentore öl bis DA und die den Phasendetekloren Pl bis P4 zugeführlen Signale so gewählt sein, daß jeweils ein gesondertes Ausgangssignal proportional den Spannungen F₁' bis F₄ während jeder übertragung eines Senders erhalten wird; hierbei sind vier aufeinanderfolgende Übertragungen von demselben Sender erforderlich, um alle vier Ausgangssignaie proportional den Spannungen F₁' bis I₄' entsprechend diesem Sender zu erhalten.The embodiment according to FIG. 1 can also be modified in such a way that it receives the same or similar information from signals which are transmitted and received at the same frequency by two or more remote transmitters in time division multiplex. In this case, the pulse generator 11 must be synchronized in a known manner with the transmission time multiplex. In addition, the smoothing circles S1 to S4 and the associated phase meter 32 must be multiplied according to the number of transmitting stations. The output signals of the phase detectors P1 to P4 are then switched by the generator 11 to that block of the smoothing circuits which corresponds to the transmitter whose signal is received. The switching of the diode lorries D 1 to D4 and the signals fed to the detectors P1 to P4 can be selected so that during the reception of the signals from a transmitter all four _{output signals proportional to the voltages F 1} 'to I ₄ ' are sent to the detectors P1 to P4 can be obtained. Notwithstanding this, the switching of the diode gates oil to DA and the signals supplied to the phase detectors P1 to P4 can be selected so that a separate output signal proportional to the voltages F ₁ 'to F _{4 is obtained} during each transmission of a transmitter; this requires four successive transmissions from the same transmitter in order to obtain all four output signals proportional to the voltages F ₁ 'to I ₄ ' corresponding to this transmitter.

Abschließend sei noch erwähnt, daß der in dem obigen Ausführungsbeispiel verwendete Transformator zwar eine besonders einfache Ausführungsform des Summiergliedes für die vektorielle Addition der miteinander zu vergleichenden Signale darstellt, keineswegs jedoch die einzige Möglichkeil für den Bau dieses Summiergliedes ist. Vielmehr lassen sich im Rahmen der Erfindung auch alle sonst üblichen Schaltungen für die vektorielle Addition von hochfrequenten Signalen einsetzen, wie beispielsweise zwei Trioden mit gemeinsamer Anodenlast und gesonderter Zuführung der zu addierenden Signale an den Steuergittern. Auch braucht der dem Zwischenfrequenzverstärker nachgeschaltete Detektor nicht unbedingt ein Quadrierdetektor zu sein, wie dies in dem obigen Ausführungsbeispiel erwähnt ist, sondern es läßt sich bei Verwendung einer Nullmethode zur Erzielung der Phasendifferenz an seiner Stelle auch jeder be-Finally it should be mentioned that the transformer used in the above embodiment although a particularly simple embodiment of the summing element for the vectorial addition of the represents signals to be compared with each other, but by no means the only possible wedge for the construction this summing element is. Rather, within the scope of the invention, all otherwise customary ones can also be used Use circuits for the vectorial addition of high frequency signals, such as two Triodes with a common anode load and separate feed of the signals to be added to the control grids. The detector connected downstream of the intermediate frequency amplifier is also not absolutely necessary to be a squaring detector, as mentioned in the above embodiment, but it can when using a zero method to achieve the phase difference in its place, every

liebige bei Amplitudenmodulationsempfängern übliche Detektor verwenden. Der Impulsgenerator schließlich läßt sich entweder von einer äußeren Quelle her oder auch durch sich selbst synchronisieren.use any detector common to amplitude modulation receivers. Finally, the pulse generator can be synchronized either from an external source or by itself.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for comparing the phase of two frequency equal RF signals with a summing element for the vectorial addition of the signals to be compared, the inputs of which are the one signal directly and the other is fed via a phase shifter, with a control generator for cyclic control of the phase shifter and a comparator stage with a phase meter, whose inputs on the one hand the output signals of the control generator directly and on the other hand the output signals of the summing element are supplied via a mixer in which they are combined with the output signal a local oscillator, characterized in that the source for one of the signals to be compared is an antenna fed by an external transmitter (1.8) and for the other an internal oscillator (3) of high stability is provided and that the phase shifter (4 to 10, Dl to D 4) between this oscillator (3) and the summing element (17) is arranged.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that as a summing element for the vek torieile addition of the signals to be compared, a transformer (17) with one of the phase shifter (4 to 10, Dl to D 4) connected first primary winding (16), one to the antenna (18)

connected second primary winding (19) and one with that of the comparator stage (Pl to P4, Sl to S 4, 30 to 32) upstream mixer (23) connected secondary mixture (20) is provided is.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the phase shifter has several discrete output channels (Dl to D 4), the signal sequences of which differ from one another by a fixed angle in their phase position and from those under control by the pulse generator (11 ) trained control generator is effective in cyclic order each one for the summing element (17).

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the phase shifter has four output channels (Dl to D 4), the signal sequences of which are each by the angle - ^ - in their

Differentiate phase positions from each other.

5. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the comparator stage is one of the Number of output channels (Dl to D 4) of the phase shifter corresponding number of phase detectors (P 1 to P4).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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