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BESCHREIBUNG
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zu der Patentanmeldung betreffend Dopplerpeiler Dopplerpeiler mit
mechanisch oder nur simuliert umlaufender Empfangsantenne sind bekannt. Im Nachfolgenden
wird der Einfachheit halber immer von umlaufender Empfangsantenne gespVochen, auch
wenn das Antennensystem des Dopplerpeilers aus feststehenden Antennen besteht und
durch aufeinanderfolgendes Zu- und Abschalten der auf einem Kreis angeordneten Einzelantennen
die Rotation einer Einzelantenne in bekannter Weise nur simuliert wird. Bei solchen
Dopplerpeilern wird die durch den Umlauf der Empfangsantenne hervorgerufene Modulation
der Phase der empfangenen Hochfreqwenzstrahlung (Grundwelle) zur Bestimmung des
Azimuts der Strahlen ausgenutzt. Wenn die umlaufende Empfangsantenne Rundstrahlcharakteristik
besitzt, bleibt die Amplitude der phasenmodulierten Schwingung unabhängig vom Antennenumlauf
konstant.
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In der Praxis besitzen die Empfangsantennen solcher Dopplerpeiler
jedoch vielfach keine Rindstrahlcharakteristik sondern ein mehr oder weniger ausgeprägtes
Richtdiagramm, beispielsweise dann, wenn die einen simulierten Empfangsantennenumlauf
erzeugenden feststehenden Einzelantennen im Kreis um einen leitenden Zylinder (beispielsweise
einen Antennenturm) angeordnet sind. Bei der Rostation eines solchen ein Richtdiagramm
besitzenden Antennensystems entsteht zusätzlich zur Phasenmodulation eine Amplitudenmodulation,
die so lange für die Auswertung unerheblich bleibt,
als die Amplitudeneinbrüche
nicht zu stark sind und die Begrenzungseigenschaften des FM.-Demodulators des Dopplerpeilers
solche Amplitudenschwankungen ausgleichen kann. Starke Amplitudeneinbrüche des Richtdiagramms
führen jedoch zu stark vermindertem Eigenrauschabstand, was sich über die nichtlineare
Störabstandkennlinie des FM-Demodulators verstärkt im Ausgangsrauschabstand des
Peilsignals bemerkbar macht, und zwar als Peilanzeigeschwankungen. Wenn das Antennensystem
Amplitudeneinbrüche des Diagrammes bis zur Null aufweist, wie dies beispielsweise
schon bei dem kardioidenartigen Richtdiagramm zweier vertikaler AntennenJlm Ubstand
einer Viertelwellenlänge bei vertikal polarisierten Wellen der Fall ist, wird vom
Demodulator auch bei hoher Empfangsfeldstärke zeitweise nur Rauschen geliefert und
die Peilanzeige dadurch gestört.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Dopplerpeiler zu schaffen,
bei dem solche Amplitudenschwankungen hervorgerufen durch Amplitudeneinbrüche des
Diagrammes der umlaufenden Empfangsantenne vermieden sind.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Dopplerpeiler laut Oberbegriff
des Hauptanspruches erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils
dieses Hauptanspruches gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen
Dopplerpeilers ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Beim erfindungsgemässen Dopplerpeiler liefert immer eine der beiden
winkelversetzt zueinander umlaufenden Antennen über den zugeordneten Empfangskanal
ein in der Amplitude ausreichendes Ausgangssignal an die eigentliche Peilauswerteinrichtung,
da dann, wenn die eine der Antennen wegen ihrer Richtcharakteristik beispielsweise
gerade eine Nullstelle besitzt, die andere Antenne eine ausreichende Empfangsspannung
liefert. Für die erfindungsgemässe
Amplitudenkompensation gibt
es dabei die verschiedenartigsten Lösungsmöglichkeiten innerhalb des Peilempfangskanalzuges.
Die einfachste Lösung wäre, über eine geeignete Umschalteinrichtung dafür zu sorgen,
dass immer diejenige Empfangsantenne zum Demodulator durchgeschaltet ist, die eine
ausreichende Empfangsspannung liefert. Die Steuerung eines solchen Umschaltvorganges
in Abhängigkeit vom jeweiligen Störabstand der gegenseitig versetzt umlaufenden
Empfangsantenne ist in der Praxis jedoch relativ schwierig zu lösen. Demgegenüber
wäre beispielsweise schon eie Amplitudenkompensation auf der Niederfrequenzseite
der Empfangskanäle zweckmässiger. Hierzu ist beispielsweise jeder der beiden versetzt
umlaufenden Empfangsantennen ein vollständiger Peilempfangskanal zuzüglich Demodulator
zugeordnet und auf der Niederfrequenzseite nach den Demodulatoren ist eine Schaltung
zum Ausgleich der Phasenverschiebung der demodulierten Signale, die elektrisch der
Winkelversetzung der Antennen entspricht, vorgesehen. Mit einer das Niederfrequenzsignal
elektrisch verzögernden Verzögerungsschaltung können beispielsweise beliebige Phasenverschiebungen
ausgeglichen werden und eine solche niederfrequente Kompensationsmassnahme ermöglicht
also auch die beliebige Winkelversetzung der beiden Antennen. Eine besonders einfache
Lösung ergibt sich durch eine einfache Umpolanordnung auf der Niederfrequenzseite,
was jedoch voraussetzt, dass die beiden Antennen 1800 gegeneinander winkelversetzt
sind. Eine solche Amplitudenkompensation auf der Niederfrequenzseite ist jedoch
noch nicht allzu wirksam und nur unter bestimmten Voraussetzungen des Antennendiagramms
von Vorteil. Wenn das umlaufende Antennendiagramm eine Nullstelle besitzt, so treten
in beiden Empfangskanälen selbst bei genügend grosser Empfangs feldstärke immer
Zeitabschnitte auf, bei denen die Peilanzeige durch Rauschen gestört ist und bei
der niederfrequenten Kompensation werden daher in diesen Zeitabschnitten ebenfalls
immer zwei verrauschte Niederfrequenzspannungen addiert, die in Kombination zwar
geringfügig verbesserten Rauschabstand haben (Signaladdition amplitudenmässig,
Rauschaddition
leistungsmässig, maximale Verbesserung 3dB), ansonsten aber immer noch eine gewisse
Störung des Peilsignals an den Diagrammnullstellen zur Folge haben.
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Entsprechendes gilt, wenn eine solche Amplitudenkompensation durch
entsprechende Verzögerungsschaltungen hochfrequenzseitig, also vor den Demodulatoren
in den Empfangskanälen durchgeführt würde. hierdurch könnten zwar auch wieder beliebige
Winkelversetzungen der Antennen ausgeglichen werden, es werden aber hierbei wiederum
sowohl die Phasenmodulationen der Signale, welche die Peilinformation enthalten,
als auch die durch das Antennendiagramm hervorgerufenen Amplitudenmodulationen in
gleicher Weise verzögert und es kann hierdurch im wesentlichen wiederum nur eine
Verbesserung des Rauschabstandes erzielt werden, nicht jedoch eine vollständige
Entstörung des Peilsignals an eventuellen-Antennendiagramm-Nullstellen. Trotzdem
kann diese hochfrequenzmässige Amplitudenkompensation mit Verzögerungsgliedern in
manchen Fällen von Vorteil sein.
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Eine optimale Kompensation wird gemäss der Erfindung dann erreicht,
wenn hochfrequenzseitig die Phasenmodulationen der Signale der Empfangskanäle entgegengesetztes
Vorzeichen erhalten und die Antennen mit 1800 Winkelversetzung umlaufen. Die Vorzeichenumkehr
(Umpolung) zur Phasenkompensation kann in diesem Fall auf einfache Weise durch eine
Seitenbandumsetzung im Sinne des Unteranspruchs 3 erzielt werden. In dem einen Empfangskanal
wirdbeispielsweise das obere Seitenband bezogen auf die Grundwelle des empfangenen
Peilsignals und im anderen Empfangskanal das zugehörige untere Seitenband erzeugt
und eine derartige Seitenbandinvertierung bedeutet, dass die Phasenmodulation in
den beiden Peilsignalen umgepolt wird, die Amplitudenmodulationen hervorgerufen
durch das unterschiedliche Antennendiagramm jedoch entsprechend- der. 1800-Winkelversetzung
der Antennen sich im kompensierenden Sinne ergänzen, so dass nach der anschliessenden
Addition
dieser beiden Seitenbandsignale ein Ausgangssignal entsteht,
das die die Detailinformation enthaltende Phasenmodulation enthält und eine niemals
ganz verschwindende Amplitude. Ein solches Signal kann üblicherweise ausgewertet
werden. Zur einfachen Addierung der beiden unterschiedlichen Seitenbandsignale zu
einem gemeinsamen Ausgangssignal hat sich eine anschliessende zweite Frequenzumsetzung
als vorteilhaft erwiesen, welche schliesslich wieder die gleiche Ausgangsfrequenz
für die beiden Seitenbandsignale ergibt. Für diese zweite Frequenzumsetzung hat
sich als besonders vorteilhaft die an sich bekannte Umsetzung mit dem Ausgangssignal
eines zusätzlichen, mit einer Empfangsantenne verbundenen Nachrichten-Empfangskanals
erwiesen.
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Wenn ein erfindungsgemässes Empfangssystem bei einem Dopplerpeiler
angewendet wird, dessen umlaufende Empfangsantenne eine Rundstrahlcharakteristik.
besitzt, so wird eine Empfindlichkeitssteigerung von 5dB erreicht, da die Nutzamplitude
um den Faktor 2 vergrössert wird. Als besonders vorteilhaft hat sich die Effindung
jedoch bei solchen Dopplerpeilern erwiesen, bei denen die umlaufende Empfangsantenne
eine kardioidenförmige Richtstrahlcharakteristik besitzt, denn in diesem Fall liefert
immer eine der beiden umlaufenden Antennen über den zugehörigen Peilkanal ein ausreichendes
Peilsignal. Auch bei dieser bevorzugten Anwendung entsteht durch die Amplitudenkompensation
eine konstante Amplitude, und zwar wiederum von doppelter Grösse, was auch hier
neben dem Vorteil, dass immer ein ausreichendes Peilsignal zur Verfügung steht,
eine Empfindlichkeitssteigerung um 5dB gegenüber konventionellen Dopplerpeilern
bedeutet. Bei anderen als kardioidenförmigen Richtoharakteristiken mit einer Nullstelle
lässt sich mit dem erfindungsgemässen Empfangssystem nicht über den ganzen Umlauf
konstante Amplitude erreichen, die dem Demodulator zugeführte Signalspannung wird
aber in keinem Augenblick Null wie dies ohne dieses Verfahren bei Benutzung nur
eines einzigen Peilkanales der Fall wäre.
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Die Erfindung ermöglicht auch einwandfreie und störfreie Peilungen
mit Antennensystemen, die nur einen unvollständig besetzten Antennenkreis mit Rundempfangsantennen
besitzen. Aus den verschiedenartigsten Gründen am Aufstellungsort solcher Dopplerpeiler
ergibt sich oftmals, dass nicht ein vollständiger Kranz von feststehenden Einzelantennen
aufgestellt werden kann, sondern ein mehr oder weniger grosser Sektor des Antennenkreises
unbesetzt bleiben muss. Bei einem bekannten Dopplerpeiler mit nur einem Empfangskanal
liefert die Empfangsantenne in diesem nicht mit Empfangsantennen besetzten Sektor
keine Peilinformation.
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Auch hier schafft die Erfindung Abhilfe, da dann, wenn die eine Empfangsantenne
gerade über den unbesetzten Sektor läuft und somit kein Signal abgibt, immer noch
die zweite Antenne in dem besetzten Antennenkreissektor wirksam ist und somit ein
volles Empfangssignal liefert. Nur in diesem unbesetzten Bereich muss dann der Verlust
des Vorteils der Empfindlichkeitssteigerung um 5dB in Kauf genommen werden, in diesem
Bereich wird jedoch die gleiche Empfindlichkeit wie bei einem üblichen Dopplerpeiler
erzielt. Im Extremfall kann dieser nicht mit Empfangsantennen besetzte Sektor des
Antennenkreises bis zu einem Halbkreis entarten. Da in diesem Fall ein Empfangskanal
für eine halbe Umlaufperiode völlig wirkungslos ist, ist es gemäss einer Weiterbildung
der Erfindung in diesem Spezialfall möglich, wieder nur einen einfachen Empfangskanal
mit nur einer einzigen umlaufenden Empfangsantenne zu verwenden und durch die erwähnte
zweifache Frequenzumsetzung mit Seitenbandinvertierung dafür zu sorgen, dass nach
einer halben Umlaufperiode und dem Zurückspringen auf den Anfang des Antennenhalbkreises
das Antennensignal wieder in der richtigen Phasenlage der Peilauswerteinrichtung
zugeführt wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. l zeigt einen erfindungsgemässen Dopplerpeiler bestehend aus
einem Kranz von feststehenden Einzelantennen 1, die durch eine geeignete elektrische
Abtasteinrichtung nacheinander angeschaltet werden und somit eine mechanisch umlaufende
Empfangsantenne simulieren. Die Antennenabtasteinrichtung 2 besitzt in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel zwei um 1800 gegeneinander winkelversetzte Abgriffe 2a und 2b,
über die immer zwei gegenüberliegende Einzelantennen la bzw. 1b angeschaltet sind.
Jede Einzelantenne besitzt ein Richtdiagramm beispielsweise in Form einer Kardioide,
wie dies schematisch angedeutet ist.
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Die Ausgänge 2a und 2b sind mit zwei getrennten Peilempfangskanälen
Da bzw. db verbunden, von denen jeder einen üblichen Hochfrequenz-Empfangsteil 4a
bzw. 4b mit einem gemeinsamen auf die jeweilige Peilfrequenz einstellbaren Überlagerungsoszillator
5 sowie einen anschliessenden ersten Frequenzumsetzer bestehend aus den Mischern
6a bzw. 6b und einem zugehörigen Oszillator 7 und einen zweiten darauffolgenden
Frequenzumsetzer bestehend aus den Mischern 8a bzw. 8b, umfasst. Die MischfrequenzYL
für den zweiten Frequenzumsetzer wird in bekannter Weise aus einem zusätzlichen
Nachrichtenempfänger 9 gewonnen, der mit einer feststehenden Nachrichtenantenne
10 verbunden ist und ebenfalls das Peilsignal der Frequenz Slempfängt. In der Figur
sind die jeweiligen Frequenzwerte eingetragen,>Lbedeutet dabei die empfangene
Peilfrequenz (Grundwelle), 2 bedeutet dle Umsetzfrequenz zur Erzeugung der beiden
Seitenbändert + cD und - CD im ersten Frequenzumsetzer. Aus den eingezeichneten
Frequenzwerten ist ersichtlich, dass durch den ersten Frequenzumsetzer 6a, 6b, 7
und zusätzliche nicht dargestellte Filter jeweils das obere und untere Seitenband
der Peilfrequenz zu erzeugt wird. Durch den zweiten Frequenzumsetzer 8a, 8b wird
die Empfangs frequenz eliminiert und es entstehen zwei Signale der gleichen Frequenz
S , die in einer Addierschaltung 11 zu einem einzigen Peilsignal zusammengefasst
werden, das anschliessend über ein nicht dargestelltes
Kammfilter
einem Demodulator 12 und dann der eigentlichen Peilauswertschaltung 13 zugeführt
wird. Dass in den beiden Kanälen vor der Addition einmal das obere Seitenband (Mischer
6a) und das andere Mal das untere Seitenband (Mischer 6b) übetragen wird hat zur
Folge, dass die Phasenmodulation des Trägers Dam Ausgang des Mischers 8a entgegengesetztes
Vorzeichen hat wie am Ausgang des Mischers 8b, und somit die Phasenverschiebung
der Phasenmodulationen durch den Antennenversatz von 1800 ausgeglichen wird, während
die Amplitudenmodulationen unbeeinflusst bleiben. Wenn das Antennensystem 1 aus
Einzelantennen aufgebaut ist, die jeweils Rundstrahlcharakteristik mit der AmplitudeA
besitzen, so wird durch die erfindungsgemässe Addition der beiden Ausgangssignale
der Mischer 8a und 8b die doppelte Amplitude 2A erzeugt, dem Demodulator also die
doppelte Eingangsspannung zugeführt, was eine Empfindlichkeitssteigerung um 3dB
bedeutet. Wenn im Sinne des eingezeichneten Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 jede
Antenne 1 ein schwach bündelndes Richtdiagramm(Kardioide) besitzt, wird durch die
erfindungsgemässe Massnahme ebenfalls eine Empfindlichkeitssteigerung um 3dB erzielt,
da dann, wenn die eine Antenne, z.B. la, eine Nullstelle besitzt, die andere Antenne,
z.B. lb, gerade maximale Amplitude, und zwar wiederum 2A liefert.
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Die erfindungsgemässe Massnahme ist auch dann von Vorteil, wenn nicht
der gesamte Kranz des Antennensystems 1 besetzt ist sondern beispielsweise in dem
gestrichelt eingezeichneten Sektor 14 die hier vorgesehenen Einzelantennen nicht
vorhanden sind. Bei einem solchen nur teilweise mit Empfangsantennen besetzten Antennenkranz
wird durch die erfindungsgemässe Massnahme erreicht, dass immer eine der Antennen
la bzw. 1b ausreichende Empfangsspannung liefert, wenn die andere Antenne gerade
diesen Sektor 14 überstreicht.
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Fig. 2 zeigt den Extremfall eines solchen nur teilweise besetzten
Antennenkreises. Hier ist der Antennenkreis zu einem Halbkreis entartet, d.h. es
sind nur in einem Sektor von 1800 Empfangsantennen lc vorgesehen. Durch die elektronische
Antennenabtasteinrichtung 2 werden während einer halben Umlaufperiode nacheinander
im Sinne des eingezeichneten Bogenpfeiles zunächst die einzelnen Antennen lc in
bekannter Weise nacheinander mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit angeschaltet.
Wenn der linke Rand des Halbkreises erreicht ist, springt die Abtasteinrichtung
im Sinne des eingezeichneten geraden Pfeiles auf den rechten Anfang des Halbkreises
zurück und es beginnt dann eine erneute halbe Umlaufperiode.Der einzige Antennenabgriff
ist in bekannter Weise mit einem Hochfrequenzempfangsteil 4 verbunden, auch hier
ist wieder ein zusätzlicher Nachrichtenempfangsteil 9, 10 vorgesehen, ebenso wieder
die beiden aufeinanderfolgenden Frequenzumsetzer 6a, 6b, 7 und 8a, 8b, letztere
wieder gespeist mit der EmpfangsfrequenzJ:L. Durch diese beiden Frequenzumsetzer
wird wieder erreicht, dass zwei Signale gleicher TrägerfrequenzD aber mit umgepolten
Phasenmodulationen entstehen. Durch einen Umschalter 14, der mit der Antennenumschalteinrichtung
2 gekoppelt ist, wird jeweils beim Zurückspringen des Antennenanschaltpunktes vom
einen Halbkreisrand zum Beginn der nächsten halben Umlaufperiode auch der entsprechend
andere Empfangskanal mit umgepolter Phasenmodulation angeschaltet. Dem Demodulator
12 wird damit immer eine Schwingung mit sinusförmiger Frequenzmodulation und konstanter
Amplitude zugeführt, die wie üblich in der Auswerteinrichtung 13 verarbeitet wird.
Die Empfindlichkeit ist bei dieser Anordnung die gleiche wie bei einem konventionellen
Dopplerpeiler mit einem Antennenvollkreis. Es kann mit dieser Anordnung trotz dem
Antennenhalbkreises rundum gepeilt werden und man spart auf diese Weise einen halben
Antennenkreis, muss allerdings eine gewisse Verschlechterung der Grossbasiseigenschaften
für bestimmte Einfallsrichtungen in Kauf nehmen.
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Patentansprüche