DE2118901C3 - Empfangseinrichtung für elektromagnetische Trägerwellen - Google Patents

Description

ein brechungskorngiertes Dopplersignal mit einer Frequenz

r - f ^C(I -K)C ⁺

Ja

ableitbar ist, wobei f_m faQfafg und f_s konstant sind.

9. Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mischstufe mit einem Eingangssignal ansteuerbar ist, das etwa die Mittelfrequenz der beiden Trägerfrequenzen aufweist

10. Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerwellen die Frequenzen

20

25

und

/,„2-

f_r

30

35 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-KanaI abgeleitet. Durch die Verwendung von zwei getrennten Kanälen sind die Größe und die Kosten für eine Empfangseinrichtung ganz beachtlich.

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 kann. Dies wird bei einer Empfangseinrichtung der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Empfangseinrichtung als Einkanal-Empfänger ausgebildet ist, bei dem der Empfangsoszillator der Mischstufe ein Eingangssignal mit der Frequenz

■f.2

aufweisen, wobei f_m\, fna und K konstant sind, während fd und /_r variabel sind, daß aus der ersten Trägerwelle ein Signal ableitbar ist, das (fd + f_r) proportional ist, daß aus der zweiten Trägerwelle ein

Signal ableitbar ist, das /„,, + /,„ ₂

(A- fd+ B- fr) ²

proportional ist, wobei A und B Konstante sind, von 45 zuführt, wobei

denen eine größer ist als die andere und eine davon

den Wert Eins annimmt, und daß aus diesen Signalen f_m\ + /»2

Summen- und Differenzsignale gebildet werden, in 2

denen die Frequenz /joder /j-fehlt

Die Erfindung geht aus von einer Empfangseinrichtung für zwei elektromagnetische Trägerwellen mit unterschiedlichen Frequenzen f_m\ + f_B\ und f„a + f&, bei der die Antenne mit einer Mischstufe verbunden ist, der von einem Empfangsoszillator ein zusätzliches Zwischenfrequenz-Eingangssignal zuführbar ist.

Bei Satelitten-Navigati''.bäynemen wird z.B. die Stellung eines Schiffes durch Zuführung von Satelitten-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 jede Satelitten-Stellung abgeleitet wird, dann ist eine Ortung vollständig. Dieses Ortungsverfahren ist allgemein bekannt.

größer ist als fa. Die über die Mischstufe gebildeten Differenzsignale 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 zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der neuen Empfangseinrichtung,

F i g. 2 die Empfangseinrichtung nach F i g. 1 in Schaltungseinzelheiten und

Fig.3 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels einer Empfangseinrichtung.
Die Antenne 10 der Empfangseinrichtung nach F i g. 1

nimmt zwei Trägerwellen auf. Diese Signale werden einer ersten Mischstufe 11 zugeführt. Von dem Frequenzvervielfacher 12 wird dieser Mischstufe 11 noch ein anderes Signal zugeführt. Das Ausgangssignal der Mischstufe ti 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 IS 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 Ausgangssignai des Phasendetektors i7 wird ais Empfangs-Modu- is lationstaktgebersignal in bekannter Weise einem Rechner zugeführt und außerdem einem Verstärker 20 mit automatischer Verstärkungsregelung. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 16 wird ebenfalls dem Rechner als Empfangs-Phasenmodulationssignal zugeführt und dem Phasen-Schleifenfilter 21. Das Ausgangssignal des Filters 21 wird einem spannungsgesteuerten Oszillator 22 zugeleitet Das Ausgangssignal 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 Ausgangssignal an den Frequenzvervielfacher 25 weiter. Das Ausgangssignal des Frequenzvervielfachers 24 wird auch dem Frequenzvervielfacher 14 zugeführt

Das Ausgangssignal des Oszillators 18 wird über den Frequenzteiler 26 geteilt und dann über die Frequenz vervielfacher 27 und 28 einer Mischstufe 29 zugeführt. Die Ausgangssignale der Mischstufen 13 und 29 werden einer Mischstufe 30 zugeführt Das Ausgangssignal 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 Ausgangssignal der Mischstufe 29 wird als Dopplersignal dem Rechner zugeführt

Wenn f_r die Brechungsfrequenz ist, d. h. die Frequenzverschiebung auf Grund der Brechung, dann hat das Ausgangssignal am Phasendetektor 33 eine Frequenz 55

fr bei 90° Phasenverschiebung. Das Ausgangssignal

am Phasendetektor 32 hat eine Frequenz von ^ · /_rbei 0° Phasenverschiebung. Der Anteil ist durch den Weg bestimmt, den die Signale in der Empfangseinrichtung nach F i g. 1 nehmen. Es muß noch bemerkt werden, daß das Doppler-Ausgangssignal der Mischstufe 29 die Dopplerfrequenz fd und die Brechungsfrequenz f_T enthält Die Brechungsfrequenz muß daher entsprecnend des Doppler- und des Brechungssignals der Empfangseinrichtung nach F i g. 1 korrigiert werden. Eine Trägerwelle am Eingang der Empfangseinrichtung hat eine Frequenz von 400 MHz - 32 kHz + fd + fr. Die 150-MHz-Nennträgerwelle hat dann die Frequenz von 150 MHz - 12 kHz + fj + ff. Das Verhältnis von 150 MHz zu 400 MHz ist \ , daher ist fj = \ ■ fd.

Brechungsfrequenz in dem kleineren Träger ist gleich dem reziproken Verhältnis der Trägerfrequenzen mal

50

55

60

⁶⁵ der Brechungsfrequenz des höheren Trägers, d. h. // = y fr. Die 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 Empfangseinrich' tung 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 phasensiarre Schleife, die am Ausgang des Verstärkers 12 ein Ausgangssignal mit einer Frequenz von

275 MHz - 32 kHz + f_d + f_r - 25 Δ

abgibt, wobei Δ ein zulässiger kleiner Teil von 5 MHz sein kann, um den der Oszillator 18 abfallen kann. Das Ausgangssignal 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 Ausgangssignal des Frequenzvervielfachers 14 stattfindet, das eine Frequenz von 120 MHz — 24/1 aufweist Diese Frequenz wird durch eine Multiplikation mit 8 und 3 über die Vervielfacher 24 und 14 aus der Frequenz des Oszillators 18 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 34375 MHz - 4 kHz. Auf Grund der elektronischen Abstimmung hat das Ausgangssignal des Oszillators eine Frequenz von

34.375 MHz - 4 kHz - ~

■'·♦?■

Das Ausgangssignal 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 Ausgangssignale des Oszillators 16 zu einem Nennträger, der gleich dem Ausgangssignal der Mischstufe 23 ist Die Vervielfacher 25 und 28 reduzieren die Ausgangssignale der Mischstufe 29 auf etwa 20 kHz und

bilden gleichzeitig einen Faktor γ für das Glied -g · fd,

das vom zweiten Ausgang der Mischstufe 13 der Mischstufe 30 zugeführt wird, um das Glied fa am Ausgang der Mischstufe 30 auszuschließen. Die Brechungsfrequenz f_T wird daher am Ausgang der

Mischstufe 30 isoliert. Die Phasendetektoren 32, 33, 16 und 17 sind in an sich bekannter Weise aufgebaut.

Aus den vorstehenden Ausführungen kann entnommen werden, daß bei der Verwendung der mittleren Frequenz der beiden Trägerwellen als Nenneingangssignal für die Mischstufe 11 am Verstärker 12 eine gemeinsame Nenn-Zwischenfrequenz erhalten wird. Außerdem enthält der Ausdruck des zweiten Ausgangssignals der Mischstufe 13 die Glieder -^- ■ /</ und -y · /_r

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_r unabhängig von der Dopplerfrequenz fd. Dasselbe gilt auch umgekehrt, wie in Verbindung mit der Erklärung der F i g. 3 gezeigt wird.

Das Prinzipschaltbild nach F i g. 1 zeigt nur die Frequenzumwandlung, um die Grundidee zu veranschaulichen. Das Doppler-Ausgangsignal ist mit dem Doppler-Ausgangssignal früherer Einrichtungen identisch, nur mit dem Unterschied, daß es mit dem Faktor .s

jj multipliziert ist. Eine Multiplikation mit dem Faktor

-<. kann in dem Rechner vorgenommen werden, der die

Daten verarbeitet. Das Brechungs-Ausgangssignal entspricht dem Brechungs-Ausgangssignal früherer Einrichtungen. Da das Brechungs-Ausgangssignal nicht auf einem versetzten Träger geliefert wird, sind phasenverschobene Aubgangssignale erforderlich, um das Vorzeichen (plus oder minus) der Signale bestimmen zu können. Der Rechner multipliziert das Brechungs-Aus-

24
gangssignal mit dem Faktor ^, bevor es von dem

-j fachen Doppler-Ausgangssignal abgezogen wird, um

die gewünschte, brechungskorrigierte Doppler-Information zu bekommen.

Bevor die einzelnen Funktionen der Empfangseinrichtung weiter erläutert werden, muß eine andere Funktionsbedingung des gesamten Systems beschrieben werden. Da die Position der Empfangsantenne 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 Satplitten nicht synchronisiert, so daß stets eine Differenzfrequenz und ein Differenzfrenijenyverhältnis zwischen 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-^1! auf 120 Sekunden) durch die Stabilität der Oszillatoren gehalten werden. Der Brechungsfehler wird jedoch als nicht kohärentes Differential 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 Empfangsantenne auf. Frequenzversetzungen in dem Empfangsoszillator dürfen im Brechungs-Ausgangssignal nicht auftreten, da ein OszUlatorfehler von 10"⁹ 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 F i g. 1 eingeführt. Dieser Frequenzsprung erscheint als —50 · 4-Sprung im Doppler-Ausgangssignal, tritt aber im Brechungs-Ausgangssignal nicht auf.

Um auf einen zweiten Empfangskanal zur Verarbeitung der empfangenen 150-MHz-Signale verzichten zu

ίο 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 bewierkt, 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 Empfänger als normaler phasenstarrer Empfänger und alle Ausgangssignale nehmen die in F i g. 1 eingetragenen Werte an. Lediglich das Brechungs-Ausgangssignal ist Null. Wenn auch ein 150-MHz-Signal empfangen wird, wird es über das Oszillatorsignal, 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..

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 Unregelmäßig-

keiten der Übertragung und Abweichungen der Antennencharakteristik auftreten. Differentielle 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 Zwischenfrequenzstufe arbeiten kann und da das kohärente Trägerausgangssignal der letzten Zwischenfrequenzstufe konstant auf dem Schwellwert gehalten wird, muß das Zwischenfrequenz-Ausgangssignal 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 von 30 db. Aus diesem Grunde ergeben sich keine Schwierigkeiten, wenn das 150-MHz-Signal nicht

9

automatisch in seiner Verstärkung geregelt wird. Einfrequenzempfänger folgende Zusätze erforderlich:

Es sind keine Empfänger mit neuen oder verbesserten _L Breitbandantenne mit Verstärker

Stromkreisen erforderlich, da die gewünschten Misch- ₂ 5-MHz-Breitband-Mischstufe

produkte von den unerwünschten Mischprodukten ^ 5 MHz Ouarzfilter

sauber getrennt sind Die benötigten Teiler und 5 4 zwei5-MHz-Phasendetektoren Vervielfacher sowie die Quarzfilter sind bekannt. An der

ersten Mischstufe wird eine 3-db-Absenkung des Bei der ersten Zwischenfrequenzumsetzung folgt das

Signal-Geräusch-Verhältnisses eingeführt, da zwei Signal des Oszillators in der Phase dem empfangenen

nichtkorrelierte Geräuschbänder in das erste Zwischen- Signal

frequenzband umgesetzt werden. Die Verwendung von 10 _{40Q MHz} _ ₃₂ ^_{Ηζ +} f ₊ f Zwischenfrequenzen, die ein Vielfaches der Oszillatorfrequenz betragen, erfordert eine sorgfältige Abschir- plus der vervielfachten 5-MHz-OsziIlatorverschiebung mung und Zuleitung des 5-MHz-Signa!s. 25 · Δ. Zieht man das Oszillatorsignal vom empfange-Zur Bestimmung der Brechung sind bei einem nen Signal ab, dann erhält man:

400 MHz - 32 kHz + /,, + /_r - (275 MHz - 32 kHz + J], + f_r + 25 · I) 125 MHz -25-1

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

275 MHz - 32 kHz + f_d + f_r + 25 · I - (150 MHz - 12 kHz + f'_d + f'_r)

125 MHz - 20~kHz 8 (/,, - fi) + (/Γ- fr) + 25 · I da/i = j · fa und/; = y -f_r ist, wird das umgekehrte 150-MHz-Signal zu:

125 MHz - 20 kHz + — ·/,,- ^- ■ f_r+ 25 ■ I.

O J

Nach der zweiten Zwischenfrequenzumsetzung ergibt sich:

125 MHz -25-1 -(120MHz- 24- I)

5 MHz - I und

125 MHz - 2OkHz+ y-Λ--j-/,+25· I -(120MHz - 24· I)

	5 MHz - 20	kHz +	τ-'	·/- + :	'fr	+ 49 ·	I
Für den Doppler-Deteklor	ergibt sich:
	34,375 MHz				55 8	• I
	- (34,375 MHz -	-4 kHz	1			• ο

und für den Rechnungs-Deteklor:

4kHz +j-/,--g--/_r-10· I

5 MHz - 20 kHz + 4 ·/„ - -J 'fr + 49 -

+ 2OkHz _ I·/,--§--/,-50- I

5MHz 'TA'¹'' '

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-Ausgangssignal wird bei

7,5 kHz- ξ- ■ f'_ä- \ ·/;

liegen und das Rechnerprogramm muß so geändert werden, daß die neue Frequenzverschiebung erfaßt wird. Die Geräuschempfindlichkeit des Dopplersignals

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 F i g. 2 ist ein vollständiges Schaltbild des !Empfängers nach F i g. 1 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-Dämpfungsglied 37 mit dem Verstärker 36 verbunden. Das Ausgangssignal 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 Ausgangssignal des Verstärkers 43 wird über einen Verstärker 44 der Mischstufe 11 zugeführt.

Das Ausgangssignal des Oszillators 22 gelangt über einen 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 Vervielfachers 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 F i g. 3 gibt die Antenne 54 die Ausgangssignale an eine erste Mischstufe 55 weiter. Diese Mischstufe 55 erhält von dem Vervielfacher 56 noch ein anderes Eingangssignal. Das Ausgangssignal 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 Ausgangssignal des Filters 58 wird über die Phasendetektoren 59 und 60 nach ihrer Phase ausgewertet Diese beiden Phasendetektoren werden über einen Phasenschieber 61 von dem frequenzkonstanten Oszillator 62 angesteuert Das Ausgangssignal des Phasendetektors 60 wird über einen Verstärker 63 mit automatischer Verstärkungsregelung geleitet Das Ausgangssignal des Phasendetektors 59 wird einem Schleifenfilter 64 zugeführt Das Ausgangssignal des Schleifenfilters 64 gelangt zu dem spannungsgesteuerten Oszillator 65. Das Ausgangssignal des Oszillators 65 wird über einen Vervielfacher 66 und einen Vervielfacher 56 der Mischstufe 55 zugeführt. Das Ausgangssignal des Vervielfachers 66 gelangt zu der Mischstufe 67, die von der Mischstufe 68 ebenfalls ein Eingangssignal empfängt. Die Mischstufe 68 empfängt Eingangssignale von dem Frequenzteiler 69 und dem Frequenzvervielfacher 70, die beide mit dem Oszillator 62 verbunden sind.

Das Ausgangssignal der Mischstufe 67 wird über den Frequenzvervielfacher 72 der Mischstufe 71 zugeführt. Das Ausgangssignal der Mischstufe 71 gelangt zum Phasendetektor 73. Der Phasendetektor 73 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 Ausgangssignal des Filters 74 zum Oszillator 75, das Ausgangssignal des Oszillators 75 zum Frequenzvervielfacher 76 und das Ausgangssignal des Vervielfachers 76 wieder zum Phasendetektor 73. Das Ausgangssignal 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 56 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 F i g. 1. Die Frequenzmultiplikation und -teilung ist jedoch so ausgelegt, daß die Ausgangsspannung des spannungsgesteuerten Oszillators 75 reduziert oder erhöht wird, so daß das Eingangssignal der Mischstufe 71 vom Vervielfacher 72 eine Frequenz von

25OMHz -

aufweist Daher unterdrückt das Glied ^ · f_r in dem Ausgangssignal des Vervielfachers 72 über die Mischstufe 71 den Anteil , ■ f_T im Ausgangssignal der

Mischstufe 57. Dies erlaubt die Eliminierung der iBrechungsfrequenz vom Ausgangssignal der Mischstufe 71 und vom Ausgangssignal 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 F i g. 1 und 3 liegt noch in der zusätzlichen Gleichlaufschleife zur Ausfilterung des brechungskorrigierten Dopplersignals. Infolge der ± 22

kHz Schwankungen des Anteiles γ. ■ fd 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_mi = 400 MHz und /_a, = - 32 kHz + f_d + f_r, dann hat das erste empfangene Signal eine Frequenz von f_mi + /_a]. In gleicher Weise ergibt sich für das zweite empfangene Signal eine Frequenz von f_{m 2} + /_a 2, wenn f_m2 = 150 MHz und Z₂₂ 12 kHz + fj + //

ist Das Eingangssignal der ersten Mischsiufe in F i g. 1 ist dann:

Ι,,Λ+Ll , ,
^ + J »3

Der Ausdruck für das zweite Signal 4ü + 4? kann wie folgt geschrieben werden:

f_m2-K-f_h+K-f_d+ 1 -f„

wobei/_a3 = - 32kHz + 4 + 4 + 25 - 4 ist

Wenn /_ml und 4ώ im Vergleich zu f_aU f_a2 oder 4₃ verhältnismäßig groß sind, dann ist auch das Glied

JmX + Lt2

10 wobei

K = fy²

im!

im Verhältnis zu 4i, fn und /_a3 groß. Das 120-MHz-Signal am Eingang der zweiten Mischstufe kann dann als 15 4t — 4s ausgedrückt werden, wobei 4< = 120 MHz und 4₅ = 24 - Δ sind. Das Glied 4t ist daher wesentlich größer als das Glied 4s-Wenn

Ll = -K-

'fr

r JmI JmZ r

Jah — τ Jil-ί ι

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

20 Jini ~ /in2

dann ist /„„ = 5 MHz und

/ml ~"/ni2

•/«4

JiK

J ti U '

25

30

Das erste und zweite Ausgangssignal der zweiten Mischstufe nehmen dann die Frequenzen 35

4e + 4i - 4j + 4sund4e - 42 + fa + ta

an.Das Dopplersignal der Empfangseinrichtung nach Fig. list:

4? + E(fd + fr)

wobei fa = 20 kHz -50-4

wobei das Glied 4₃ = - f_b + f_d + f_r + ή und fi = 25 · 4 ist.

Es ist bemerken, daß bei den Einrichtungen nach F i g. 1 und 3 ein Dopplersignal und ein Brechungssignal zwei Gleichungen zur Lösung der zwei Unbekannten erfordert Der Hauptkanal hat eine Frequenz von

dabei sind

40

fd die Dopplerfrequenz und
f_r die Brechungsfrequenz sind.

Das Dopplersignal der Empfangseinrichtung nach F i g. 3 ist:

45

/»■ =	5MHz
L =	2OkHz
fs =	49 ■ I
κ =	3
c =	1
Daraus ist das gemischte Signal:

-73 y kHz

50

Dieser Ausdruck kann als /, + D · fj geschrieben werden, wobei 55

dabei sind /„ = 20 kHz und /,- = 50 · I.

Das Ausgangssignal der Mischstufe ergibt sich zu:

_ C(I-X) -(1+X)

Jk — Jm j/ Jr JIM

/, = 73 y kHz

wobei

60

/,„ = 5 MHz und /„ = I

Der Ausdruck für das erste Signal f_m\ + 4i kann auch wie folgt geschrieben werden: 65

/ml - fb + fd + fr,

wobei f_b = 32 kHz und 4i = 4 + 4- + 4 sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 wird das Dopplersignal durch die Mischung von einem Signal

5 MHz - 20 kHz + |- ·/■,,- 4 · f.

15 16

mit einem Signal Oszillator ein Ausgangssignal, das dem Ausdruck.

(fd + Q direkt proportional ist Dies liefert eine

J₆₀ 5 5 Gleichung mit zwei Unbekannten. Das Ausgangssignal

250 MHz — — kHz + y/i + y-/_r des Hauptkanals gibt einen Ausdruck der proportional

5 dem Glied

erhalten. (A · f_d + B · f_r)

Die Frequenz dieser Signale können wie folgt geschrieben werden · '^st> ^wob^el A. und B Konstante sind, von denen eine den

Wert Eins und die anderen nicht gleich Eins ist Das

f j \ ίο führt dann zu zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten,

/c = /«· — fc+ C (1 — K) ■ ( f_d — -g- · f_rj die gelöst werden können.

Diese zwei Gleichungen sind gemeinsam lösbar, da C(I — K) ^ηΆ0^ ^^er Voraussetzung f_m\ stets von f„a verschieden ist

fv = f<i +/* "· ~~P "(/<i + /r), Das Ausgangssignal des Hauptkanals ist daher nie

*■ 15 direkt proportional zum Ausdruck (fd + f_r),da.

wobei /, = 250 MHz und f_s = ψ- kHz sind. Ji = K-f„

Das Dopplersignal in F ig. 3 hat eine Frequenz von: und

C(I -JQ(I +K) ,,_ 1 . ,

/, = - fr χ 'Λ Jr - Y Jr

sind.

,. _r -,, 1 , υ -_t K kann nie den Wert Eins annehmen, wenn f_ml und

wobei /„ = 73 y kHz ist. ^ ^J "ⁿ

f_m2 verschieden sind und JC durch das Verhältnis

Die phasenstarre Schleife basiert in den Ausführungs- ImI.

beispielen der Fig. 1 und 3 auf dem 400-MHz-Signal. /"■·

Aus diesem Grunde erzeugt der spannungsgesteuerte gegeben und definiert ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Empfangseinrichtung für zwei elektromagnetische Trägerwellen mit unterschiedlichen Frequenzen

   fm + 4i und A

   die beide wesentlich größer sind als die Frequenzen /ai und fa, bei der die Antenne mit einer Mischstufe verbunden ist, der von einem Empfangsoszillator ein zusätzliches Zwischenfrequenz-Eingangsssignal 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

   /ml +/1112

   zuführt, wobei

   /ml +/«2

   20

   25

   größer ist als f_as,

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

   JmI J1112 - r r

   und

   JmI Jm 2

   -/„2+fai

   35 ist, daß von den Ausgangssignalen des spannungsgesteuerten Oszillators (22,65) und des Empfangsoszillators (18,62) ein Dopplersignal mit einer Frequenz

   E(f_d

   ableitbar ist, wobei /_a7 eine Zwischenfrequenz, υ¹ eine Konstante, fd die Dopplerfrequenz und f_r 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 Empfangsoszillator (18,62) gesteuerten Phasendetektoren (32,33,73) zuführbar ist

   5. Empfangseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, 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 Ausgangssignai dieser Mischstufe (23) über einen Frequenzvervielfacher

   (25) einer Doppler-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

   /e + D ■ f_d

   abgibt, wobei f_e und D konstant und f_d eine veränderliche Dopplerfrequenz sind.

   6. Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz /äi, /-,2 und fe wie folgt definiert sind:

   /il = Sb +Sä +fr

   r --te.f4.fe.f4.l--r

   J til "- J h ι ?*■ Jill rs J Γ ι

   abgibt.

   3. Empfangseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfänger ein zweites Hilfssignal mit einer Frequenz /_a4 — /_a5 ableitbar ist, wobei 4t > fe und

   f — JmI ~ J"·² _ r JuA — τ Juh

   sowie

   ⁴⁵

   50

   Jiif,

   JmI Jm 2

   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

   liefert.

   4. Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale 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 K =

   La /„„

   /„3= -/* + Si + fr + /l.

   wobei /jwii fna, h und /jkonstante Frequenzen sind.

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

   und dem Ausgangssignal der Dopplermischstufe (29) mit einer Frequenz

   f_g=f_h- C(I - K)(f_d+f_r)-fj
   ein Brechungssignal mit einer Frequenz

   r - r - Cd -K)(I +K) . _

   Jk J in τζ JrJn

   ableitbar ist, wobei f_w, f_a C, fr, 4, fj, f„, und f_n konstant sind.

   8. Empfangseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß von einem

   Ausgangssignal der zweiten Mischstufe (57) mit einer Frequenz

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

   lo