DE2118901A1 - Empfangseinrichtung für elektromagnetische Trägerwellen - Google Patents

Description

Dipl. -Phys. Leo Thul ο «ι 1 ο η η «ι

Patentanwalt
7 Stuttgart 30
Kurze Str. 8

P. D. Rodgers - 2

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Empfangseinrichtung für elektromagnetische Trägerwellen

Die Erfindung betrifft eine Empfangseinrichtung für zwei elektromagnetische Trägerwellen mit unterschiedlichen Frequenzen f , + f , und f _o + f _n, bei der die Antenne mit einer Mischstufe ml al m2 a2

verbunden ist, der von einem Empfangsoszillator ein zusätzliches Zwischenfrequenz-Eingangssignal zuführbar ist.

Bei Satelitten-Navigationssystemen wird z. B. die Stellung eines Schiffes durch Zuführung von Satelliten-Stellungsdaten zu drei verschiedenen Zeiten eines Durchlaufes über einen Rechner ermittelt. Wenn diese Daten mit einem Dopplersignal kombiniert werden, das von einem vom Satelitten ausgesandten Signal für

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jede Satelitten-Stellung abgeleitet wird, dann ist eine Ortung vollständig. Dieses Ortungsverfahren ist allgemein bekannt.

Bei Schiffsempfängern derartiger Ortungssysteme sind zwei komplette Empfangskanäle, einer für das Dopplersignal und einer für das Brechungssignal, erforderlich. Eine genaue Auswertung des Dopplersignals ist ohne Messung der Brechungsfrequenz nicht möglich, da das vom Satelitten ausgesandte Signal nicht nur eine Dopplerverschiebung sondern auch eine Verschiebung auf Grund von Veränderungen in dem Übertragungsweg erfährt. Diese zusätzliche Verschiebung ist durch die Brechung des elektromagnetischen Strahles innerhalb und außerhalb der Erdatmosphäre bedingt.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist abzuleiten, daß die Frequenzverschiebung auf Grund dieser Brechung gemessen werden muß, obwohl sie nicht erforderlich oder gewünscht ist, um eine genaue Messung des Dopplersignals zu erhalten. Eine einfache Demodulation des Satelittensignals führt daher zu einem Ausgangssignal mit einer Frequenz, die proportional zur Summe der Doppler- und Brechungsfrequenz ist. Die Brechungsfrequenz muß daher von der Dopplerfrequenz getrennt werden.

In bekannten Systemen werden die vom Satelitten ausgesandten Signale mit Frequenzen von 400 MHz und 150 MHz übertragen. Für jede dieser Frequenzen ist ein eigener Empfangskanal vorgesehen. Die Brechungsdaten werden dabei von dem 150 MHz-Kanal abgeleitet. Durch die Verwendung von zwei getrennten Kanälen sind die Größe und die Kosten für eine Empfangseinrichtung ganz beachtlich.

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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Empfangseinrichtung zu schaffen, bei der in einem Kanal die Doppler- und die Brechungsfrequenz unabhängig voneinander ausgewertet und so der Aufwand für einen Empfänger dadurch erheblich reduziert werden kattn. Dies wird bei einer Empfangseinrichtung der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet,daß die Empfangseinrichtung als Einkanal-Empfänger ausgebildet ist, bei dem der Empfangsoszillator der Mischstufe ein Eingangssignal mit der

Frequenz f + f zuführt, wobei f _Λ + f _ größer

ml m.2 + f ml m2 ^s

2 ~~ ^ad T~

ist als f . Die über die Mischstufe gebildeten Differenzsignale

el O

weisen dann etwa die gleiche Zwischenfrequenz auf und können daher in einem Kanal verarbeitet werden. Dabei ist es durch entsprechende Frequenzteilung, Frequenzvervielfachung und Mischung unter Zuhilfenahme des Empfangsoszillators leicht möglich, Ausgangssignale zu erhalten, die nur die Doppler- oder die Brechungsfrequenz enthalten^oder bei denen das Dopplersignal durch das Brechungssignal entsprechend korrigiert ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der neuen Empfangseinrichtung,

Fig. 2 die Empfangseinrichtung nach Fig. 1 in * Schaltungseinzelheiten und

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungs-

1 0 9 8 U S / 1 6 S 3

beispiels einer Empfangseinrichtung.

Die Antenne 10 der Empfangseinrichtung nach Fig. 1 nimmt zwei Trägerwellen auf. Diese Signale werden einer ersten Mischstufe 11 zugeführt. Von dem Frequenzvervielfacher 12 wird dieser Misohstufe 11 noch ein anderes Signal zugeführt. Das Ausgangs signal der Mischstufe 11 wird einer zweiten Mischstufe 13 zugeführt. Von dem Frequenzvervielfacher 14 erhält die zweite Mischstufe 13 ein weiteres Eingangssignal. Das Ausgangssignal der zweiten Mischstufe 13 wird einem Quarzfilter 15 zugeleitet. Das Ausgangssignal des Quarzfilters 15 wird zwei Phasendetektoren 16 und 17 zugeführt. Ein frequenzkonstanter Oszillator 18 führt den Phasendetektoren 16 und 17 ein 5 MHz-Nennsignal zu, und zwar über den Phasenschieber 19, der eine Phasenverschiebung um 90 bewirkt. Das Aus gangs signal des Phasendetektors 17 wird als Empfangs-Modulationstaktgebersignal in bekannter Weise einem Rechner zugeführt und außerdem einem Verstärker 20 mit automatischer Verstärkungsregelung. Das Ausgangs-signal des Phasendetektors 16 wird ebenfalls dem Rechner als Empfangs-Phasenmodulationssignal zugeführt und dem Phasen-Schleifenfilter 21. Das Aus gangs signal des Filters 21 wird einem spannungsgesteuerten Oszillator 22 zugeleitet. Das Ausgangs signal des Oszillators 22 wird dem Frequenzvervielfacher 12 und der Mischstufe 23 zugeführt. Das Ausgangssignal des Oszillators 18 gelangt auch zum Eingang des Frequenzvervielfachers 24. Die Mischstufe 23 empfängt das Ausgangssignal ■ des Frequenzvervielfachers 24 und gibt ein Ausgangs signal an den Frequenzvervielfacher 25 weiter. Das Aus gangs signal des Frequenzvervielfachers 24 wird auch dem Frequenzvervielfacher 14 zugeführt.

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Das Ausgangssignal des Oszillators 18 wird über den Frequenzteiler 26 gete.lt und dann über die Frequenzvervielfach er 27 und 28 ee einer Mischstufe 29 zugeführt. Die Aus gangs signale der Mischstufen 13 und 29 werden einer Mischstufe 30 zugeführt. Das Au s gangs signal der Mischstufe 30 wird an das Quarzfilter 31 weitergeleitet. Das Ausgangssignal des Filters 31 wird den Phasendetektoren 32 und 33 zugeführt. Die Phasendetektoren 32 und 33 empfangen vom Oszillator 18 und dem Phasenschieber 19 dasselbe Eingangssignal wie die Phasendetektoren 16 und 17.

Das Aus gangs signal der Mischstufe 29 wird als Dopplersignal dem Rechner zugeführt.

Wenn f die Brechungsfrequenz ist, d. h. die Frequenzverschiebung auf Grund der Brechung, dann hat das Aus gangs signal am Phasendetektor 33 eine Frequenz von 55 „ bei 90

24" * _r Phasenverschiebung. Das Aus gangs signal am Phasendetektor

32 hat eine Frequenz von _55 bei 0 Phasenverschiebung. Der

24 * r
Anteil ist durch den Weg bestimmt, den die Signale in der g

Empfangseinrichtung nach Fig. 1 nehmen. Es muß noch bemerkt werden, daß das Doppler-Ausgangssignal der Mischstufe 29 die Dopplerfrequenz f und die Brechungsfrequenz f enthält. Die Brechungsfrequenz muß daher entsprechend des Doppler - und des Brechungssignals der Empfangseinrichtung nach Fig. 1 korrigiert werden. Eine Trägerwelle am Eingang der Empfangseinrichtung hat eine Frequenz von 400 MHz - 32 kHz + f + f . Die 150-MHz

d r _{t (}

Nennträgerwelle hat dann die Frequenz von 150 MHz - 12 kHz + f + f Das Verhältnis von 150 MHz zu 400 MHz ist Ji , daher ist

f I 8

— . f,. Die Brechungsfrequenz in dem kleineren Träger ist

ο d

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gleich dem reziproken Verhältnis der Trägerfrequenzen mal der

Brechungsfrequenz des höheren Trägers, d. h. f ' = 8 . Die

^r Hr

beiden von einem Satelitten ausgesandten Träger müssen phasenkohärent sein. Dies bedeutet, daß sie von derselben Quelle (50 MHz) oder von Quellen/ die in Phasenkohärenz gehalten sind, abgeleitet werden müssen. Die Empfangseinrichtung nach der Erfindung arbeitet nur, wenn diese Bedingung eingehalten wird. Dies ist jedoch üblich. Die Empfangseinrichtung arbeitet also mit zwei gleichzeitig empfangenen Signalen mit Frequenzen von ungefähr 150 MHz und 400 MHz, wie sie z. B. von Satelitten für die Navigation ausgesandt werden.

Die Bauteile 11, 13, 15, 16, 21, 22 und 12 bilden eine phasenstarre Schleife, die am Ausgang des Verstärkers 12 ein Aus gangs signal mit einer Frequenz von 275 MHz - 32 kHz + f + f -25Δ abgibt, wobei Δ ein zulässiger kleiner Teil von 5 MHz sein kann, um den der Oszillator 18 abfallen kann. Das Aus gangs signal des Verstärkers 12 wird der Mischstufe 11 zugeführt, und mit dem Eingangssignal von der Antenne 10 vermischt. Es werden nur die Differenzfrequenzen am Ausgang der Mischstufe 11 weiterverwendet. Daher sind beide Differenzfrequenzen gleich. Die Verwendung eines einzigen Kanals macht daher die Erzeugung einer gemeinsamen zweiten Nenn-Zwischenfrequenz (IF) möglich.

Die Differenzfrequenz-Ausgangssignale der Mischstufe 11 sind in der Fig. 1 als getrennte Frequenzen eingezeichnet. Die 125 MHz-Ausgangsnennsignale der Mischstufe 11 werden über die Mischstufe 13 zu 5 MHz-Nennsignalen umgewandelt, da dort eine Mischung mit dem Ausgangsignal des Frequenzvervielfachers 14

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stattfindet, das eine Frequenz von 120 MHz - 24A aufweist. Diese Frequenz wird durch eine Multiplikation mit 8 und 3 über die Vervielfacher 24 und 14 aus der Frequenz des Oszillators abgeleitet.

Das Quarzfilter 15 hat eine Mittenfrequenz von 5 MHz. Die beiden Ausgangssignale der Mischstufe 13 werden durch das Filter 15 mit schmaler Bandbreite getrennt. Das Filter 15 läßt nur ein Signal mit der Frequenz 5 MHz - Δ durch. Die phasenstarre Schleife hält nur dieses Signal aufrecht, in der das Filter 21 eine Bandbreite von 13 Hz freigibt. Der Oszillator 22 hat eine Mittenfrequenz von 34, 375 MHz - 4 kHz. Auf Grund der elektronischen Abstimmung hat das Ausgangssignal des Oszillators eine Frequenz

von 34, 375 MHz - 4 kHZ - J_ If₄. .²JL λ

8 ' d " 8 ' r 8 ' *

Das Aus gangs signal des Oszillators 22 wird nach einer Frequenzvervielfachung um den Faktor 8 im Vervielfacher 12 der Mischstufe 11 zugeführt.

Über den Oszillator 18, den Frequenzvervielfacher 25 und die Mischstufe 23 wird der Nennträger des Oszillators 22 auf eine niedrige Frequenz umgewandelt. Der Teiler 26 und der Vervielfacher 27 vereinigen die Aus gangs signale des Oszillators 16 zu einem Nennträger, der gleich dem Aus gangs signal der Mischstufe 23 ist. Die Vervielfacher 25 und 28 reduzieren die Ausgangs signale der Mischstufe 29 auf etwa 20 kHz und bilden gleichzeitig einen Faktor

5 für das Glied Ji , das vom zweiten Ausgang der Mischstufe

S ' d
er Mischstufe 30 zugeführt wird, um das Glied f am Ausgang der Mischstufe 30 auszuschließen. Die Brechungsfrequenz f wird daher am Ausgang der Mischstufe 30 isoliert. Die Phasendetektoren 32, 33, 16 und 17 sind in an sich bekannter Weise aufgebaut.

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-O-

Aus den vorstehenden Ausführungen kann entnommen werden, daß bei der Verwendung der mittleren Frequenz der beiden Trägerwellen als Nenneingangs signal für die Mischstufe 11 am Verstärker 12 eine gemeinsame Nenn-Zwischenfrequenz erhalten wird. Außerdem enthält der Ausdruck des zweiten Aus gangs signals der Mischstufe 13 die Glieder 5 „ und 5 und gibt eine Gleichung mit zwei Unbekannten. Das Ausgangssignal des Oszillators 22 gibt eine zweite Gleichung mit denselben zwei Unbekannten, so daß über die Mischstufe 30 die Lösung gefunden werden kann. Wie bereits erwähnt, ist die ausgesiebte Brechungsfrequenz f unabhängig von der Dopplerfrequenz f . Dasselbe gilt auch umgekehrt, wie in Verbindung mit der Erklärung der Fig. 3 gezeigt wird.

Das Prinzipschaltbild nach Fig. 1 zeigt nur die Frequenzumwandlung, um die Grundidee zu veranschaulichen. Das Doppler-Ausgangssignal ist mit dem Doppler-Ausgangssignal früherer Einrichtungen identisch, nur mit dem Unterschied, daß es mit dem Faktor 5 multipliziert ist. Eine Multiplikation mitdem Faktor 8^ kann in dem Rechner vorgenommen werden, der die Daten verarbeitet. Das Brechungs-Aus gangs signal entspricht dem Brechungs-Ausgangssignal früherer Einrichtungen. Da das Brechungs-Ausgangssignal nicht auf einem versetzten Träger geliefert wird, sind phasenverschobene Ausgangssignale erforderlich, um das Vorzeichen (plus oder minus) der Signale bestimmen zu können. Der Rechner multipliziert das Brechungs-Ausgangssignal mit dem Faktor 24 , bevor es von dem 8 -fachen Doppler-Ausgangssignal abgezogen wird, um die gewünschte, brechungskorrigierte Doppler-Information zu bekommen.

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Bevor die einzelnen Funktionen der Empfangseinrichtung weiter erläutert werden, muß eine andere Funktionsbedingung des gesamten Systems beschrieben werden. Da die Position der Empfangs antenne durch eine Messung der Doppler-Abweichungen der empfangenen Signale bestimmt wird, beeinflußt jeder Fehler in der Frequenzmessung die Genauigkeit der Positionsbestimmung. Der Oszillator der Empfangseinrichtung ist mit dem Oszillator des Satelitten nicht synchronisiert, so daß stets eine Differenzfrequenz und ein Differenzfrequenzverhältnis zwisdi en diesen beiden Oszillatoren vorliegen. Die Differenzfrequenz wird als Unbekannte in die Berechnung einbezogen und kann daher in dem Doppler-Ausgangssignal zugelassen werden. Das Differenzfrequenzverhältnis erscheint als Teil der Dopplerfrequenz-Abweichung und muß daher innerhalb zulässiger Grenzen (ungefähr 2 χ 10" auf 120 Sekunden) durch die Stabilität der Oszillatoren gehalten werden. Der Brechungsfehler wird jedoch als nicht kohärentes Diffeieitial zwischen den ausgesandten Frequenzen von 150 MHz und 400 MHz gemessen. Dieser Brechungsfehler tritt auf Grund von Unregelmäßigkeiten bei der Übertragung zwischen dem Satelitten und der Empfangs-

antenne auf. Frequenzversetzungen in dem Empfangsoszillator ™

dürfen im Brechungs-Aus gangs signal nicht auftreten, da ein

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Oszillatorfehler von 10 ' etwa zu einem Brechungsfehler führt, der in der Größenordnung der zu messenden Brechungsfrequenz liegt. Um die Oszillatorfrequenzänderungen in dem Brechungs-Ausgangssignal auszuscheiden, wurde ein Frequenzsprung -Δ von 5 MHZ beim frequenzkonstanten Oszillator der Fig. 1 eingeführt. Dieser Frequenzsprung erscheint als -50 .& Sprung im Doppler-Ausgangssignal, tritt aber im Brechungs-Ausgangssignal nicht auf.

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Um auf einen zweiten Empfangskanal zur Verarbeitung der empfangenen 150 MHz-Signale verzichten zu können, wird im 400 MHz-Kanal eine Frequenzversetzung um 20 kHz eingeführt und so ein Kanal zur Verarbeitung dieser Signale geschaffen. Dies wird an der ersten Mischstufe dadurch bewirkt, daß eine Umsetzungsfrequenz gewählt wird, die im Bereich von 20 kHz zur Mittelfrequenz der beiden Trägerfrequenzen 150 MHz und 400 MHz liegt.

Wird nur ein 400 MHz-Signal empfangen, dann arbeitet der _ψ Empfänger als normaler phasenstarrer Empfänger und alle Ausgangssignale nehmen die in Fig. 1 eingetragenen Werte an. Lediglich das B rechungs-Aus gangs signal ist Null. Wenn auch ein 150 MHz-Signal empfangen wird, wird es über das Oszillator signal, welches das 400 MHz-Signal in der Phase mitzieht, in das erste Zwischenfrequenzband umgewandelt. Das umgewandelte 150 MHz-Signal wird in dem ersten Zwischenfrequenzband verstärkt und in das zweite Zwischenfrequenzband umgesetzt. Nach einer weiteren Verstärkung wird das so umgesetzte Signal durch ein Bandfilter mit schmaler Bandbreite gesperrt und dann mit dem Doppler-Ausgangssignal gemischt. Das Summen-Ausgangssignal dieser Mischung enthält nur die Brechungs-Information mit einer Frequenzverschiebung von 5 MHz, Da das Brechungssignal normalerweise im Bereich von 0 bis 2 Hz und nicht über 6 Hz liegt, kann zur Verbesserung des Signal-Geräusch-Verhältnisses und zur Unterdrückung anderer Mischprodukte ein Quarzfilter mit schmaler Bandbreite eingesetzt werden. Das Ausgangssignal des Quarzfilters wird einem Paar von 5 MHz-Phasendetektoren zugeführt, die in gleicher Weise wie die Phasendetektoren des Hauptkanals aufgebaut sein können, und das gewünschte Brechungssignal wird erhalten.

109845/1683 -¹¹"

Der Empfangskanal stellt einen linearen Verstärker dar. Aus diesem Grunde werden die beiden empfangenen Signale als unabhängige Signale verarbeitet, ohne daß eine Kreuzmodulation auftritt. Schwankungen im Empfangspegel zwischen dem 150 MHz und dem 400 MHz-Signal können auf Grund der Unregelmäßigkeiten der Übertragung und Abweichungen der Antennencharakteristik auftreten. Differentieile Abweichungen im Empfangspegel größer als 10 db führen zu einem sehr kleinen Zeitverlust, in dem die empfangenen Signale ausgenützt werden könnten. Die maximale differentielle Pegelabweichung beträgt 23 db (400-MHz-Schwellwert und 150 MHz-Maximalwert) Da durch die phasenstarre Schleife die Empfangseinrichtung bei negativem Träger-Geräusch-Pegel am Ausgang der letzten Zwischenfrequenz stufe arbeiten kann und da das kohärente Trägerausgangssignal der letzten Zwischenfrequenzstufe konstant auf dem Schwellwert gehalten wird, muß das ZwischenfrequenzAusgangssignal für Geräuschpegel nicht über dem Träger begrenzt werden. Bei einer Schleifen-Bandbreite von 13 Hz bei 3 db und einer Zwischenfrequenzbandbreite von 30 kHz bei 3 db ergibt dies ungefähr einen dynamischen Bereich ν on 30 db. Aus diesem Grunde ergeben sich keine Schwierigkeiten, wenn das 150 MHz-Signal nicht automatisch in seiner Verstärkung geregelt wird.

Es sind keine Empfänger mit neuen oder verbesserten Stromkreisen erforderlich, da die gewümschten Mischprodukte von den unerwünschten Mischprodukten sauber getrennt sind. Die benötigten Teiler und Vervielfacher sowie die Quarzfilter sind bekannt. An der ersten Mischstufe wird eine 3 db-Absenkung des Signal-Geräusch-Verhältnisses eingeführt, da zwei nichtkorrelierte Geräuschbänder in das erste Zwischenfrequenzband umgesetzt werden. Die Ver-

-12-

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Wendung von Zwischenfrequenzen., die ein Vielfaches der Oszillatorfrequenz betragen, erfordert eine sorgfältige Abschirmung und Zuleitung des 5 MH ζ-Signals.

Zur Bestimmung der Brechung sind bei einem Einfrequenzempfänger folgende Zusätze erforderlich:

1. Breitbandantenne mit Verstärker

2. 5 MHz-Breitband-Mischstufe 3; 5 MHz-Quarzfilter

4. zwei 5 MHz-Phasendetektoren

Bei der ersten Zwischenfrequenzumsetzung folgt das Signal des Oszillators in der Phase dem empfangenen Signal 400 MHz - 32 kHz + f + f plus der vervielfachten 5 MHz-Oszillatorverschiebung 25 .A Zieht man das Oszillator signal vom empfangenen Signal ab, dann erhält man:

400 MHz - 32 kHz + f + f

d r

(275 MHz - 32 kHz + f + f + 25 .

■ 125 MHz - 25 .A

Das empfangene 150 MHz-Signal wird wie folgt in das Zwischen frequenzband umgesetzt:

275 MHz - 32 kHz + f, + f + 25. Δ

d r

-( 150 MHz - 12kHz + f' + f' ,

d )

125 MHz - 20 kHz 8 (f,-f() + (^f _r-^f£) ^{+ 25} ·

1 0 9 8 4 5 / 'i

da f = — . f und f = ·- . f ist, wird das umgekehrte 150 MHz-Signal zu:

125 MHz - 20 kHz + | . f - | . f +25.Δ

Nach der zweiten Zwischenfrequenzumsetzung ergibt sich:

125 MHz - 25 ./i
-(120 MHz - 24 .^)

5 MHz - Λ

125 MHz - 20 kHz + - . f - - . f +25.Δ

ο α ό r

- ( 120 MHz - 24 A )

5 MHz - 20 kHz + J· . f - - . f + 49 .&,

Für den Doppler-Detektor ergibt sich:

55 Λ 34, 375 MHz - — .A

1 1

( 34, 375 MHz - 4 kHz +-5- . f, +-5· „ , 25 . Λ )

ο d 0.1+ ■—;r w r 8

l.

und für denH^chungs-Detektor:

5 MHz - 20 kHz + | . f - | . f + 49 . Δ. ⁺ 20 kHz - I . f_d - I . f_p - 50 . A

Γ) MHz -H . f

24 r

1 Ü 9 e 4 S / 1 6 8 ü

Der Empfänger nach der Erfindung kann zum Empfang des 150 MHz-Signals eines Satelittensenders verwendet werden, dabei wird dann das 400 MHz-Signal unterdrückt. Da die Satelittennachricht auch als Phasenmodulation auf dem 150 MHz-Träger übertragen werden kann, erzeugt der Empfänger in diesem Fall alle Ausgangssignale außer dem Brechungs-Ausgangssignal. Das Doppler-Ausgangs -

5 /5 /

signal wird bei 7, 5 kHz - — . f - —■ . f liegen und das Rechner-

o do r

programm muß so geändert werden, daß die neue Frequenzverschiebung erfaßt wird. Die Geräuschempfindlichkeit des Doppler-

signals ist beim 150 MHz-Signal um den Faktor— größer, da die Dopplerabweichungen proportional zur Frequenz sind.

Die Betriebsweise mit nur 150 MHz kann durch Anschaltung einer verschiedenen Steuerspannung an die Kapazitätsdiode des spannungsgesteuerten Oszillators erreicht werden, so daß der Abstimmbereich schrittweise um 2, 5 kHz auf 34, 371 MHz geändert wird.

In Fig. 2 ist ein vollständiges Schaltbild des Empfängers nach Fig. mit den Filtern 34 und 35 in dem Antennenkreis gezeigt, Das Filter 34 ist über einen Verstärker 36 mit der Mischstufe 11 verbunden. Das Filter 35 ist über ein Signalausgleichs-Dämpf-ungsglied 37 mit dem Verstärker 36 verbunden. Das Aus gangs signal der Mischstufe 11 gelangt über das Filter 38 zu einem Verstärker 39, der vom Verstärker 20 ein Verstärkungsregelsignal erhält. Das Filter 15 empfängt über ein Filter 40 und einen Verstärker 41 das Ausgangssignal der Mischstufe 13. Der Vervielfacher 12 enthält einen abgestimmten Verstärker 42 und einen abgestimmten Verstärker 43. Das Ausgangs signal des Verstärkers 43 wird über einen Verstärker 44 der Mischstufe 11 zugeführt.

- 15-

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Das Au s gangs signal des Cteillators 22 gelangt über ein? η Verstärker 45 und eine Gabeltrennschaltung 46 zur Mischstufe 23. Der Vervielfacher 27 enthält die Verstärker 47 und 48 und der Vervielfacher 24 die Verstärker 49 und 50. Das Ausgangssignal des Vervielfach ers 14 wird über den Verstärker 51 der Mischstufe 13 zugeführt. Das Ausgangssignal der Mischstufe 23 gelangt über die Verstärker 52 und 53 zur Mischstufe 29.

In Fig. 3 gibt die Antenne 54 die Ausgangs signale an eine erste Mischstufe 55 weiter. Diese Mischstufe 55 erhält von dem Vervielfacher 56 noch ein anderes Eingangssignal. Das Ausgangs signal der Mischstufe 55 wird an eine zweite Mischstufe 57 weitergeleitet. Auch diese Mischstufe 57 empfängt von dem Vervielfacher 80 ein Eingangssignal. Das Ausgangssignal der Mischstufe 57 wird dem Quarzfilter 58 zugeführt. Das Aus gangs signal des Filters 58 wird über die Phasendetektoren 59 und 60 nach ihrer Phase ausgewertet. Diese beiden Phasendetektoren werden über einen Phasenschieber von dem frequenzkonstanten Oszillator 62 angesteuert. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 60 wird über einen Verstärker 63 f mit automatischer Verstärkungsregelung geleitet. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 59 wird einem Schleifenfilter 64 zugeführt. Das Au s gangs signal des Schleifenfilters 64 gelangt zu dem spannungsgesteuerten Oszillator 65. Das Ausgangssignal des Oszillators 65 wird über einenVervielfacher 66 und einen Vervielfacher 56 der Mischstufe 55 zugeführt. Das Ausgangssignal des Vervielfachers 66 gelangt zu der Mischstufe 67, die von der Mischstufe^ee ebenfalls ein Eingangssignal empfängt. Die Mischstufe 68 empfängt Eingangssignale von dem Frequenzteiler 69„ und dem Frequenzvervielfacher 70, die beide mit dem Oszillator 62 ver-

-16-

109845/16S3

bund en sind.

^Das Ausgangs signal der Mischstufe 67 wird über den Frequenzvervielfacher 72 der Mischstufe 71 zugeführt. Das Ausgangssignal der Mischstufe 71 gelangt zum Phasendetektor 73. Der Phasendetektor formt einen Winkel über die Schleife mit dem Filter 74, dem spannungsgesteuerten Oszillator 75 und dem Frequenzvervielfacher 76. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 73 gelangt zum Filter 74, das. Ausgangs signal des Filters 74 zum Oszillator 75, das Ausgangs' signal des Oszillators 75 zum Frequenzvervielfacher 76 und das Ausgangssignal des Vervielfachers 76 wieder zum Phasendetektor 73. Das Au s gangs signal des Vervielfachers 76 gelangt auch zur Mischstufe 77, die über den Vervielfacher 78 und die Mischstufe 79 auch ein Eingangssignal vom Oszillator 62 empfängt. Die Mischstufe 79 erhält ein zusätzliches Eingangssignal vom Vervielfacher 80.

Wie bereits vorher erläutert, führt der Ausgang des Vervielfachers eine Nennfrequenz, die zwischen den Trägerfrequenzen von 400 MHz und 150 MHz liegt. Die Arbeitsweise der Empfangseinrichtung entspricht in diesem Teil der Arbeitsweise der Empfangseinrichtung nach Fig. 1. Die Frequenzmultiplikation und -teilung ist jedoch so ausgelegt, daß die Aus gangs spannung des spannungs gesteuerten Oszillators 75 reduziert oder erhöht wird, so daß das Eingangssignal der Mischstufe 71 vom Vervielfacher 72 eine Frequenz von

250MHz -"^-kHz -4 f, -|f . . . _ . . . ,..,.,

3 3 d 3 r aufweist. Daher unterdruckt das

Glied — . f in dem Ausgangssignal des Vervielfachers 72 über

^{6 r} 5

die Mischstufe 71 den Anteil — . f im Aus gangs signal der

ο r

Mischstufe 57. Dies erlaubt die Eliminierung der Brechungsfrequenz vom Ausgangs signal der Mischstufe 71 und vom Ausgangs -

-17-

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signal der Mischstufe 57, um eine richtige Anzeige der Dopplerfrequenz zu erreichen. Für die Brechung ist daher keine Korrektur durch den Rechner erforderlich.

Ein Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 31iegt noch in der zusätzlichen Gl eichlauf schleife zur Ausfilterung des brechungskorrigierten Dopplersignals. Infolge

+ 55

der - 22 kHz Schwankungen des Anteiles ητχ . f j kann das Träger-Geräusch-Verhältnis durch ein einfaches Filter nicht gleichwertig verbessert werden. Im gezeigten Beispiel ist die Eingangsfrequenz (255 MHz) der Gleichlaufschleife hoch gewählt, um den Abstimmbereich des spannungsgesteuerten Oszillators zu reduzieren.

Wenn f , * 400 MHz und f = - 32 kHz + f, + f , dann hat das ml al d r

erste empfangene Signal eine Frequenz von f + f . In gleicher

m l al

Weise ergibt sich für das zweite empfangene Signal eine Frequenz

von f + f wenn f * * 150 MHz und f _ * -12 kHz + f [ + f' ist. m.2 a2' m2 a2 d r

Das Eingangssignal der ersten Mischstufe in Fig. 1 ist dann:

ml m2

a3

wobei f = - 32 kHz + f, + f + 25 .Δ ist. a3 d r

Wenn f . und f _o im Vergleich zu f „, f _ oder f „ verhältnisml m2 ^B al' a2 a3

mäßig groß sind, dann ist auch das Glied f . + ί _ im Ver-^{B &} ' ml m2

hältnis zu f _Λ, f und f groß. Das 120 MHz-Slfial am Eingang der zweiten Mischstufe kann dann als f . - f ausgedrückt werden,

-18-1098A5/1683

-IC-

wobei f ■ 120 MHz und f = 24 . Δ. sind. Das Glied f ist

el 4t cL u

daher wesentlich größer als das Glied f .

3,0

f - f

Wenn f „ ■ ~——-x* ~ - f ., dann ist f _ = 5 MHz und

a6 2 a4 a6

f * ml m2 f _Λ - f _

a4 ■ · · ■ — „ , . . /y ml m2

2 - f_a6, wobei f_a«

Das erste und zweite Ausgangs signal der zweiten Mischstufe nehmen

dann die Frequenzen f_o + f-f_+f_ und f„-f ^ a6 al a3 a5 a6

a6 a2 a3 + f _ an. a5

Das Dopplersignal der Empfangseinrichtung nach Fig. 1 ist:

wobei f = 20 kHz - 50 .

f, die Dopplerfrequenz und

f die Brechungsfrequenz sind.

Das Dopplersi-gnal der Empfangseinrichtung nach Fig. 3 ist:

—i-^fd

Dieser Ausdruck kann als f- + D.J\ geschrieben werden, wobei

f = 73 \ kHz und
D = ·££ sind.

Der Ausdruck für das erste Signal f + f kann auch wie folgt geschrieben werden:

109845/1683 -

-19-

f -t+f, + f , wobei ml b d r

f. = 32 kHz und f = f, + f + f sind. b al b d r

Der Ausdruck für das zweite Signal f + f kann wie folgt gell!.^ 3.Ci

schrieben werden:

f _ - K. f, + K. f, + 4 . f , wobei m/s D d K r

K « ^fm2 und f = - K. f.+ K. f, +^r- . f sind. -= a2 b d K r

Wie bereits ausgeführt wurde, kann das Eingangssignal an der zweiten Mischstufe der Fig. 1 auch wie folgt geschrieben werden:

ml m2 + f , wobei

- i» 3.0

das Glied f ■■ - f + f. +. f + f. und f. = 25 . Λ ist. a3 b d r ι ι **

Es ist zu bemerken, daß bei den Einrichtungen nach Fig. 1 und ein Dopplersignal und ein Brechungssignal zwei Gleichungen zur Lösung der zwei Unbekannten erfordert. Der Hauptkanal hat eine Frequenz von

f = f - f + C (1 - K ) . (f, - 4 . f ) + f. c w e d K r f

dabei sind f = 5 MHz
w

f	f	= 20	kHz
e
K	= 49	.Δ.
_ 3
~*8

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C - sf

Daraus ist das gemischte Signal:

f = f - C (1 - K) (f, + f ) - f.
g η d r' j

dabei sind f = 20 kHz und f. = 50.
η 2

Das Aus gangs signal der Mischstufe ergibt sich zu:

f - f C (1-K) - (1 + K)
km K r η

wobei f =5 MHz und f = A sind,

m η

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird das Dopplersignal

5 ¹S

durch die Mischung von einem Signal 5 MHz - 20 kHz+ — . f - — . f

160 5 5 ^r

mit einem Signal 250 MHz - kHz + — f + --· . f erhalten.

Die Frequenz dieser Signale können wie folgt geschrieben werden:

f = f - f + C (1 - K) . (f, - 4 · f c w e ) ' ^v d K r

f = f + f + · (^f^ + ^f )
ρ q s K d r

wobei f =250 MHz und f =■ kHz sind, q s 3

Das Dopplersignal in Fig. 3 hat eine Frequenz von:

C tv _K d

wobei f * 73 -~ kHz ist.
ν 3

-21-

109845/1633

Die phasenstarre Schleife besiert in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 3 auf dem 400 MHz-Signal, Aus diesem Grunde erzeugt der spannungs gesteuerte Oszillator ein Aus gangs signal, das dem Ausdruck (f ^{+ f} ) direkt proportional ist. Dies liefert eine Gleichung mit zwei Unbekannten. Das Ausgangs signal des Hauptkanals gibt einen Ausdruck der proportional dem Glied (A, f + B . f ) ist, wobei A und B Konstante sind, von denen eine den Wert Eins und die anderen nicht gleich Eins ist. Das führt dann zu zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten, die gelöst werden können.

Diese zwei Gleichungen sind gemeinsam lösbar, da nach der Voraussetzung f stets von f verschieden ist. Das Aus gangs signal m 1 ΊΧίΔ

des Hauptkanals ist daher nie direkt proportional zum Ausdruck (f_d + f_r), da

f ' = K . f, undf' =4 · ^{f sind}· d d r K r

K kann nie den Wert Eins annehmen, wenn f , und f _, verschieden

ml m2

sind und K durch das Verhältnis f gegeben und definiert ist.

Ώΐ

10 Patentansprüche
3.Bl. Zeichnungen, 3 Fig.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. ) Empfangseinrichtung für zwei elektromagnetische Trägerwellen ^ mit unterschiedlichen Frequenzen f + f _Λ und f + f

   ^H ml al m2 a2'

   die beide wesentlich größer sind als die Frequenzen f und f , bei der die Antenne mit einer Mischstufe verbunden ist, der von einem Empfangsoszillator ein zusätzliches Zwischenfrequenz-Eingangs signal zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung als Einkanal-Empfänger ausgebildet ist, bei dem der Empfangsoszillator (18, 62) der Mischstufe (11, 55) ein Eingangssignal mit der Frequenz f + f + f

   f + f 2

   zuführt, wobei ml m2 größer ist als f .

   2. Empfangseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischstufe (11, 55) zwei Ausgangs signale mit den

   Freque abgibt.

   f - f f - f

   Frequenzen ml m2 + f - f und ml m2 - f + f

   ΒΔ a 3

   3. Empfangseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfänger ein zweites Hilfssignal mit einer

   Frequenz f . - f _ ableitbar ist, wobei f . SS^ f _ und _f a^ a5 _fa4'' a5

   f . = ml - m2 - f sowie f <// ml m2 ist, und daß eine zweite Mischstufe (13, 57) dieses zweite Hilfssignal mit den beiden Ausgangssignalen der ersten Mischstufe (11, 55) vermischt und zwei Ausgangssignale mit den Frequenzen ^fc ^{+ f} ₁-^fo ^{+ f} _c ^{und f}^-^fo ^{+ f}o ^{+ f} _c liefert. a6 al a3 a5 a6 a2 a3 a5

   -23-

   1Ü984S/1683

   4. Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehensen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus gangs signale der zweiten Mischstufe (13, 57) über ein nachgeschaltetes Filter (40, 58) trennbar sind und eines davon einem Phasendetektor (16,·59) zuführbar ist, daß vom Ausgang des Phasendetektors (16, 59) über ein Schleifenfilter (21, 64) ein spannungsgesteuerter Oszillator (22, 65) ansteuerbar ist, daß von den Ausgangssignalen des spannungsgesteuerten Oszillators (22, 65) und des j Empfangs Oszillators (18, 62) ein Dopplersignal mit einer

   Frequenz von f _ + E (f, + f ) ableitbar ist, wobei f _ ^ a7 d r a7

   eine Zwischenfrequenz, E eine Konstante, f die Dopplerfrequenz und f die Brechungsfrequenz sind, und daß aus diesem Dopplersignal und einem Ausgangssignal der zweiten Mischstufe (13, 57) über eine dritte Mischstufe (30, 71) ein Brechungssignal ableitbar ist, das von dem Empfangsaz illator (18, 62) gesteuerten Phasendetektoren (32, 33, 73) zuführbar ist.

   5. Empfangseinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich-

   net, daß der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (22) -

   mit einer Mischstufe (23) verbunden ist, der über einen Frequenzvervielfacher (24) das Ausgangssignal des Empfangsoszillators (18) zuführbar ist, daß das Ausgangs signal dieser Mischstufe (23) über einen Frequenzvervielfacher (25) einer Doppier-Mischstufe (29) zuführbar ist, die über Frequenzteiler und Frequenzvervielfacher (26, 27, 28) mit dem Empfangsoszillator (18) verbunden ist, und daß diese Doppler-Mischstufe (29) ein Dopplersignal mit einer Frequenz f- + D . f abgibt, wobei f. und D konstant und f eine veränderliche Dopplerfrequenz sind.

   -24-

   109845/1683

   6. Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz f , f und

   ■ ' ' ■ ■ *—" ' * ' " ■ al 3.Λ

   f „ wie folgt definiert sind:

   a3

   f _Λ = - f. + f, + f
   al b d r

   f =-K.t+K.f,+i f , wobei K = m2 a2 b d K r -y—

   ml

   f _o «-f . + f, + f + f. ,
   a3 b d r ι

   wobei f ,, f „,f. und f. konstante Frequenzen sind, ml m2 b ι ^

   7. Empfangseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Brechungsmischstufe (30) von einem Ausgangssignal der zweiten Mischstufe (13( mit einer Frequenz

   f = f - f + C (1 - K) . (f, - i f ) + f, c w e d K r f

   und dem Ausgangssignal der Dopplermischstufe (29) mit einer Frequenz

   f = f, - C (1 - K ) ( f, + f ) - f. gh d r j

   ein Brechungssignal mit einer Frequenz

   f, = f - -—i- · · ■ . f - f ableitbar ist,

   km K r η

   wobei f , f , C, f f f., f und f konstant sind, w e f h^J j m η

   8. Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   -25-

   10 9 8 4 5/:e ε 2

   dadurch gekennzeichnet, daß von einem Aus gangs signal der zweiten Mischstufe (57) mit einer Frequenz

   f = f - f + C ( 1 - K ) (f, - i f ) c w e ^x d K r

   und einem von dem spannungsgesteuerten Oszillator (65) und dem Empfangsoszillator (62) abgeleiteten Signal mit einer

   Frequenz {

   f = f - f + ( f, + f ) ρ q s _K d r

   ein brechungskorrigiertes Dopplersignal mit einer Frequenz

   f - f ,C (1 -K) ( 1 + K)
   t " " ν Kd

   ableitbar ist, wobei f , f , C, f„, f und f konstant sind.

   w e f g s

   5, Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, daß bei einem System mit zwei Träger- ([

   frequenzen die erste Mischstufe mit einem Eingangssignal ansteuerbar ist, das etwa die Mittelfrequenz der beiden Träger frequenzen aufweist.

   10. Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerwellen die Frequenzen * * - *i+ fi + f ^{und f} o-K.f, + K . f, +~ . f aufweisen, ml b d r m.2 b d K r

   wobei f ,, f „ und K konstant sind, während f, und f variabel ml m2 d r

   sind, daß aus der ersten Trägerwelle ein Signal ableitbar ist, das (f + f ) proportional ist, daß aus der zweiten Trägerwelle

   -26-

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   ein Signal ableitbar ist, das (A. f + B . f ) proportional ist, wobei A und B Konstante sind, von denen eine größer ist als die andere und eine davon den Wert Eins annimmt, und daß aus diesen SignaleriSummen- und Differenzsignale gebildet werden, in denen die Frequenz f, oder f fehlt.

   ⁿ d r

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