DE2700679A1

DE2700679A1 - Flugzeug-bordfunkanlage mit einer antennenschaltanordnung

Info

Publication number: DE2700679A1
Application number: DE19772700679
Authority: DE
Inventors: Brian Daniel Corbett
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: EMI Group Electronics Ltd
Priority date: 1976-01-12
Filing date: 1977-01-08
Publication date: 1977-07-14
Also published as: GB1514422A; IT1080305B; JPS568524B2; JPS5293216A; DE2700679C3; FR2337909A1; DE2700679B2; US4134118A; CA1078508A; FR2337909B1

Description

PHB 32 5

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U.V. Philip* Gloeiloiii^

•Oftlugzeug-Bordfunkanlage mit einer Antennenschaltanordnung".

Die Erfindung betrifft eine Flugzeug-Bord-Funkanlage mit mehreren Antennen und einer Antennen-Schal t anordnung zum Auswählen einer der Antennen und zum Anschliessen der ausgewählten Antenne an einen
Empfänger, welche Schaltanordnung eine erste Schwelleneinrichtung mit einem Eingang zum Empfangen eines Qualitätssignals enthält, dessen Grosse ein Mass für die Güte eines in einer Antenne empfangenen, von einem Bodensender ausgestrahlten Signals ist, wobei die Schaltanordnung in einem ersten Zustand die Antenne

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wechselweise wählt, xvenn das Qualitätssignal kleiner als ein erster von der Schwelleneinrichtung bestimmten Wert ist, und in einem Zustand eine Antenne fest wählt, wenn das Qualitätssignal den erwähnten ersten Wert übersteigt, und diese Antenne an den Empfänger angeschlossen hält, bis das Qualitätssignal unter einen zweiten in der Schwelleneinrichtung bestimmten niedrigeren Wert absinkt.

Flugzeug-Bordfunkanlagen dieser Art werden beispielsweise bei der Boden-Bord-Verbindung eingesetzt, bei der trotz des ziemlich geringen Abstandes beispielsweise von 25 Kilometern zwischen· dem Flugzeug und dem Bodensender eine einzige Rund-Empfangsantenne am Flugzeug infolge der Flugzeugabschirmung nicht ausreicht.

Eine derartige Flugzeug-Bordfunkanlage ist beispielsweise aus der US-PS 3 329 901 bekannt. Bei dieser bekannten Flugzeug-Bordfunkanlage hält die Antennenschaltanordnung durch das benutzte Wählkriterium eine ausgewählte Antenne nooh an den Empfänger angeschlossen, während an einer anderen Antenne bereits ein kräftigeres Signal vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flugzeug-Bordfunkanlage der oben beschriebenen Art zu schaffen, bei der die Antennenschaltanordnung nahezu stets Jene Antenne an den Empfänger

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anschliesst, die das beste Signal empfängt.

»Die erfindungsgemässe Flugzeug-Bordfunkanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Antenne nahe der Vorderseite des Flugzeugs und eine zweite Antenne nahe der Rückseite des Flugzeugs angeordnet ist und dass eine zweite Schwelleneinrichtung mit einem Eingang zum Empfangen eines Geschwindigkeitssignals vorgesehen ist, dessen Grosse und Vorzeichen von der Grosse und dem Vorzeichen der Flugzeuggeschwindigkeit in bezug auf den Bodensender bestimmt wird, wobei das Vorzeichen des Geschwindigkeitssignals einen ersten Wert hat, wenn das Flugzeug zum Bodensender anfliegt, und einen zweiten entgegengesetzten Wert hat, wenn das Flugzeug vom Bodensender abfliegt, und wobei bei einer Grosse des Geschwindigkeitssignals über einem in der zweiten Schwelleneinrichtung bestimmten Wert die Schaltanordnung die erste Antenne beim ersteh Wert des Vorzeichens des Geschwindigkeitssignals und die zweite Antenne beim zweiten Wert dieses Vorzeichens fest wählt.

Die Erfindung basiert darauf, dass durch die Verwendung von Antennen nahe der Vorderseite bzw. nahe der Rückseite des Flugzeugs zusammen mit der Benutzung im Flugzeug zur Verfügung stehender Information über die Geschwindigkeit in

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C.

bezug auf einen Bodensender ein besseres Kriterium für die Wahl der Antennen verwirklicht werden kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Flugzeug-Bordfunkanlage nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung vorgesehen ist, die die fest gewählte Antenne für eine von der Grosse des Geschwindigkeitssignals abhängige Zeit nach dem Absinken des Qualitätssignals unter den zweiten, in der ersten Schwelleneinrichtung bestimmten Wert an den Empfänger angeschlossen hält.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Flugzeug-Bordfunkanlage,

Fig. 2 eine Ausführungsform der zweiten Schwelleneinrichtung zum Einsatz in die Anlage nach Fig. 1, und

Fig. 3 schematisch den Zusammenhang zwischen dem Qualitätssignal, dem Geschwindigkeitssignal und den Zuständen der Schaltanordnung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist die Antennenschaltanordnung S mit zwei Eingängen I₁ und I versehen. Der Eingang

I empfängt das Qualitätssignal V , das ein Mass 1 s-

für die Güte der im Empfänger Rx ankommenden Signale ist.

Der Eingang I empfängt ein Geschwindig-

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keitssignal V , das durch die Geschwindigkeit des Flugzeugs in bezug auf den Bodensender bestimmt wird. Das Signal V kann in Form einer Spannung in der Entfernungsmessanlage des Flugzeugs zur Verfügung stehen oder es kann auf bekannte Weise bei Doppler-Verfahren gewonnen werden, wie beispielsweise in "IRE Transactions on Aeronautical and Navigational electronics"" ANE-^, 1957, Nr. 3, S. 103t,,112 bzw. ANE-4, 1957, Nr. h, S. 157...I96, beschrieben.

Die vorgenannte Güte lässt sich auf bekannte Weise in ihrem Zusammenhang mit der Amplitude der empfangenen Signale definieren. Dabei kann das Qualitätssignal beispielsweise aus der AVR-Spannung des Empfängers oder aus einer davon abgeleiteten Spannung bestehen.

In diesem Ausführungsbeispxel basiert die Bestimmung der Güte auf der Anzahl pro Zeiteinheit empfangener gültiger Codewörter, d.h auf die Anzahl im Empfänger als gültig anerkannter Codewerter aus einer vom Bodensender ausgestrahlten periodischen Folge von Codewörtern. Das Qualitätssignal V besteht dabei aus einem oder mehreren

Impulsen für jedes gültige empfangene Codewort. Dieses Signal gelangt an eine Anordnung TC1, die hier durch ein RC-Glied R1-C1 zum Ausmitteln des

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aus Impulsen zusammengesetzten Qualitätssignals V besteht.

Es sei hier bemerkt, dass TC1 entfallen kann, wenn das Qualitätssignal V ein analoges Sig-

nal ist und, wie oben angegeben, beispielsweise durch die AVR-Spannung des Empfängers Rx gebildet wird. Das Signal V wird von TC1 durcli eine erste,

hier aus einem Schmitt-Trigger bestehende Schwelleneinrichtung Th1 geführt. Am Ausgang dieser Einrichtung erscheint ein "logisch O"-Regelsignal, wenn der Mittelwert des Signals V eine voreingestellte erste Grosse tiberschreitet und damit angibt, dass das empfangene Signal einen ersten Wert erreicht hat.

Das "logisch O"-Regelsignal dient zum

Sperren eines Oszillators OSC, der sonst Taktimpulse mit einer Frequenz beispielsweise von 0,5 Hz erzeugt. Bei fehlendem Sperrsignal dienen die Taktimpulse zum Andern des Zustandes .eines Flipflops FF, der zum Beispiel die Hälfte eines zweifachen JK-Flipflops vom Typ SN "JhGj sein kann, dessen J- und K-Klemmen mit der logischen "1" verbunden sind. Es sei angenommen, die empfangenen Signale'erfüllen nicht das GOtekriterium, das die Schwelle Th1 auferlegt, so erzeugt der Flipflop FF eine Rechteckwelle an seinem Ausgang Q» Dieser Ausgang steuert ein Antennenrelais SA, das an den Kontakten SA1 dafür sorgt,

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dass die vorderste Antenne AF gewählt wird, wenn die Relaisspule nicht erregt wird, und die hinterste Antenne AR gewählt wird, wenn Q eine logische ¹¹I" fuhrt.

Die ausgewählte Antenne wird über SA1 mit dem Empfänger Rx mit Hilfe eines Zirkulators oder einer anderen Form eines Sende-Empfangsmoduls T-R verbunden, da in diesem speziellen Ausführungsbeispiel davon ausgegangen wird, dass jede Antenne sowohl zum Ausstrahlen von Abfragesignal als auch zum Empfangen von Antworten benutzt wird.

Venn der Mittelwert von V die Schwellenspannung von Th1 überschreitet, d.h. wenn das Signal des Bodensenders, das eine oder die andere Antenne erreicht, den ersten Wert erreicht hat, so wird Th1 getriggert und lässt eine "logisch 0ⁿ-Regelspannung einer Sperrklemme des Oszillators zur Verhinderung eines Weiterschaltens durch und das Relais SA ändert seinen Zustand danach nicht, so dass die in diesem Augenblick mit dem T-R-Modul verbundene Antenne auch auf diese Weise verbunden bleibt. Diese Situation bleibt ungeändert, wenn nur die Spannung V den erforderlichen oder einen höheren Wert zum Aufrechterhalten des getriggerten Zustand der Schwelleneinrichtung ThI hat. Diese Einrichtung hat selbstverständlich eine gewisse

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Hysterese, d.h. sie ist derart eingerichtet, dass die erforderliche Triggerspannung grosser als die erforderliche Spannung zum Pesthalten der Einrichtung im getriggerten Zustand ist: daher kehrt ThI nicht in den Ausgangszustand zurück und der Sperrzustand

des Oszillators OSC wird beseitigt, bevor die Spannung V auf einen zweiten Pegel unter dem Erregungspegel von Th1 abgesunken ist. Nach dem Entfernen dieses Sperrsignals fängt der Flipflop FF das zyklische Betreiben des Relais SA mit einer vom Oszillator OSC bestimmten Frequenz wieder an. Der Oszillator ist zum Erzeugen seines ersten Taktimpulses mit einer festen Verzögerung anschliessend an die Entfernung des Sperrsignals eingerichtet,

Ziehen wir einmal das Geschwindigkeitssignal V heran, das die Geschwindigkeit des Flugzeugs gegen den Bodensender angibt. Dieses Signal gelangt an einen Schalter SV, der ein analoger Schalter vom Typ DG 2OO sein kann, der von einer Firma SILICONIX in den Vereinigten Staaten hergestellt wird, und den der Ausgang der Schwellen— einrichtung ThI regelt, überschreitet das Qualitätssignal V die Schwelle, die von Th1 bestimmt wird, so dass Th1 an den Taktoszillator ein Sperr— signal weiterleitet, gelangt dasselbe Regelsignal aus ThI auch an den Schalter SV, um ihn zu schlies-

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een und zu ermöglichen, dass die Spannung V einer zweiten Schwelleneinrichtung Th2 zugeführt wird. Dieser Teil der Anordnung enthält weiterhin eine zweite zeitkonstante Einrichtung TC2, deren Aufgabe weiter unten erläutert wird.

Es sei angenommen, dass ein Flugzeug zum Bodensender anfliegt und sich ihm ziemlich dicht genähert ist, so dass das Signal V die Schwelle

Th1 Oberschreitet, wenn die hinterste Antenne AJR eingeschaltet ist und Q einen logischen "1"-Pegel führt. Das Geschwindigkeitssignal V hat einen hohen negativen Wert und erreicht über den Schalter SV die Einrichtung Th2, Die Einrichtung muss ansprechen, wenn die Grosse des Geschwindigkeitssignals ausserhalb eines von zwei Schwellen mit entgegengesetzten Vorzeichen bestimmten Bereichs fallt. Die negative Schwelle stellt eine bestimmte niedrige Geschwindigkeit zum Sender und die positive Schwelle die gleiche Geschwindigkeit vom Sender weg dar. Eine hohe negative Geschwindigkeit erzeugt ein "clear"-Signal zum Flipflop FF. Auf diese Weise wird die Wahl der falschen Antenne durch das Geschwindigkeitssignal rückgängig gemacht, wenn es sich in TC2 direkt nach dem Schliessen von SV aufbaut; Q kommt auf den logischen ^WO"-Pegel, das Relais fällt ab und damit wird die Wahl

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der vordersten Antenne AF abgezwungen, so lange die Geschwindigkeit einen hohen negativen Wert behält. Auf gleiche Weise lässt sich die Wahl der hintersten Antenne AR mittels eines "preset"-Signals zum Flipflop abzwingen, wenn ein hoher positiver Wert der Geschwindigkeit detektiert wird.

Wenn das Flugzeug den Sender überfliegt, so dass das Geschwindigkeitssignal von der negativen auf die positive Schwelle tibergeht, spricht darauf die zweite Schwelleneinrichtung Th2 durch die Änderung des "clear"-Signals zum Flipflop in ein "preset"-Signal an. Beim Erzeugen des "preset"-Signals kippt der Flipflop um, das Relais SA schaltet nach der hintersten Antenne AR um und bleibt dort für die Dauer der Überschreitens der positiven Geschwind.igkeitsschwelle durch das Geschwindigkeitssignal.

Der zeitkonstante Kreis TC2 dient zur Verzögerung des Verschwindens eines Eingangssignals zur Th2, wenn durch ein Absinken des Qualitätssignals der Schalter SV bei hohen Geschwindigkeiten öffnet. Folgerichtig verzögert dies das Verschwinden der "vorderen" oder "hinteren" PrioritStsbefehle zum Flipflop beim Abklingen des Signals, wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs gegen den Sender unabhängig vom Vorzeichen dieser

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Geschwindigkeit hoch ist. Die Dauer dieser Verzögerung vergrössert sich mit der Flugzeuggeschwindigkeit.

Es ist der Zweck dieser variablen Verzögerung! die Möglichkeit des raschen Auffindens eines guten Signals zu steigern. Die Möglichkeit, dass ein gutes Signal durch das Umschalten auf die andere/ Antenne aufgefunden wird, verkleinert sich mit der Vergrösserung der Geschwindigkeit im Augenblick des Ausfallens des Signals. Sowohl bei hohen positiven als auch bei hohen negativen Geschwindigkeiten sinlet die Triggerspannung an Th2 mit der Zeitkonstante TC2 exppnentiell ab, wenn sich SV öffnet. Demzufolge tritt Th2 aus dem getriggerten Zustand nach einer Verzögerung proportional dam Logarithmus der im Augenblick des Offnens von SV in TC2 gespeicherten Geschwindigkeit.

Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten eines Teiles der Anordnung -nach Fig. 1. Hier wird die Ausgangsspannung des analogen Schalters SV in einem Verstärker A verstärkt und anschliessend der zweiten Schwelleneinrichtung Th2 nach Fig. 1 weitergeleitet. In diesem Beispiel sei angenommen, dass das Vorzeichen der Geschwindigkeitsspannung V derart von der Flugzeuggeschwindigkeit gegen den Bodensender abhängig ist, dass beim Anfliegen des Flugzeugs zum Sender V negativ und beim Ab-

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fliegen vom Sender V positv ist. Ausserdem sei angenommen, dass die Grosse von V direkt proportional der Geschwindigkeit des Flugzeugs gegen den Sender ansteigt. Am Ausgang des Verstärkers A erscheint eine Spannung; deren Vorzeichen die Richtung des Flugzeugs gegen den Sender angibt und deren Grosse ein Mass für die Höhe der Flugzeuggeschwindigkeit gegen den Sender ist.

Die zweite Schwelleneinrichtung besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Triggerschaltungen Th2a und Th2b in Zusammenarbeit mit den beiden aus einer Diode, einer Zenerdiode und Widerständen aufgebauten Netzwerken D1, Z1_t R5 und Ώ2, Z2, R6, R7. Bei positiver Spannung aus dem Verstärker A bildet sich eine Triggerspannung an R5, wenn nur die von Z1 eingestellte Schwelle überschritten wird. Xst die Spannung aus dem Verstärkers A negativ, wird die positive Vorspannung, die über R7 an Th2b gelangt, neutralisiert, wenn nur die von Z2 eingestellte Schwelle überschritten wird. Die Ausgänge der Triggerschaltungen arbeiten derart mit der '.'el ear "-Klemme C und der "preset"-Klemme P des Flipflops zusammen, dass eine negative, die Schwelle Z1 überschreitende Geschwindigkeitsspannung für die Freigabe des Flipflop und das Abfallen des Relais SA sorgt, während eine positive Geschwindigkeitsspannung,

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die die Schwelle Z2 überschreitet, den Flipflop voreinstellt und dafür sorgt, dass das Relais SA anspricht .

In Fig. 3 ist das in der Beschreibung der Fig. 1 und 2 angegbene Wählkriterium für die Antennen schematisch dargestellt. Dabei stellen die mit V (AP) und V (AR) bezeichneten Linien einen mögliehen Verlauf der zur vordersten Antenne AF bzw. zur hintersten Antenne AR gehörenden Qualitätssignale dar, wenn das Flugzeug einen Bodensender Z von X nach Y überfliegt. Das Geschwindigkeitssignal kann dabei einen Verlauf aufweisen, wie mit der Linie V angegeben. Auf der Achse I ist angegeben, welche Antenne an den Empfänger angeschlossen sein wird, wenn ausschliesslich mit Hilfe der Qualitätsschwellen V 1 bzw. V 2 gewählt wird. Auf

S S

der Achse II ist das Ergebnis des Vählkriteriums angegeben, wenn die Geschwindigkeitsinformation und die dazugehörenden, symmetrisch gegen Null liegenden Schwellen +V und -V benutzt werden.

Es ist daraus ersichtlich, dass in der erfindungsgemässen Anlage bereits ab der mit x„ bezeichneten Position die hinterste Antenne AR fest gewählt wird, so dass im Vergleich zur Anlage, bei der die Geschwindigkeitsinformation nicht benutzt wird, ein besserer Empfang über die Strecke x„ - x„ verwirklicht wird.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

1 .J Flugzeug-Bordfunkanlage mit mehreren Antennen und einer Antennenschaltanordnung zum Auswählen einer der Antennen und zum Anschliessen der ausgewählten Antenne an einen Empfänger, welche Schaltanordnung eine erste Schwelleneinrichtung mit einem Eingang zum Empfangen eines Qualitätssignals enthält, dessen Grosse ein Mass für die Güte eines in einer Antenne empfangenen, von einem Bodensender ausgestrahlten Signals ist, wobei die Schaltanordnung in einem ersten Zustand die Antenne wechselweise wählt, wenn das Qualitätssignal kleiner als ein erster von der Schwelleneinrichtung bestimmten Wert ist, und "in einem Zustand eine Antenne fest wählt, wenn das Qualitätssignal den erwähnten ersten Wert übersteigt, und diese Antenne an den Empfänger angeschlossen hält, bis das Qualitätssignal unter einen zweiten in der Schwelleneinrichtung bestimmten niedrigeren Wert absinkt, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Antenne nahe der Vorderseite des Flugzeugs und eine zweite Antenne nahe der Rückseite des Flugzeugs angeordnet ist und dass eine zweite Schwelleneinrichtung mit einem Eingang zum Empfangen eines Geschwindigkeitsignals vorgesehen ist, dessen Grosse und Vorzeichen von der Grosse und dem Vorzeichen der Flugzeuggeschwindigkeit in

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ORIGINAL INSPECTED

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bezug auf den Bodensender bestimmt wird, wobei das Vorzeichen des Geschwindigkeitssignals einen ersten Wert hat, wenn das Flugzeug zum Bodensender anfliegt, und einen zweiten entgegengesetzten Wert hat, wenn das Plugzeug vom Bodensender abfliegt, und wobei bei einer Grosse des Geschwindigkeitssignals über einem in der zweiten Schwelleneinrichtung bestimmten Wert die Schaltanordnung die erste Antenne beim ersten Wert des Vorzeichens des Geschwindigkeitssignals und die zweite Antenne beim zweiten Wert dieses Vorzeichens fest wählt.

2 , Plugzeug-Bordf urikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung vorgesehen ist, die die fest gewählte Antenne für eine von der Grosse des Geschwindigkeitssignals abhängige Zeit nach dem Absinken des Qualitätssignals unter den zweiten, in der ersten Schwelleneinrichtung bestimmten Wert an den Empfänger angeschlossen hält.

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