DE2718547A1

DE2718547A1 - Automatisches peilsystem

Info

Publication number: DE2718547A1
Application number: DE19772718547
Authority: DE
Inventors: Paul R Norris
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-04-26
Filing date: 1977-04-26
Publication date: 1977-11-03
Also published as: GB1547094A; JPS52130587A; JPS6130217B2; US4041496A; AU2450877A; AU508858B2; CA1088654A

Description

Paul R. Norris

P.O. Bo:c, Isaaquaa, Washington 93027, USA

Automatisches ?eil5"3tem

Die Erfindung betrifft automatische Peil- oder Ortungssysteae und insbesondere ein das Lopplerprinzip auszunutzendes automatisches Peil- oder Ortungssystem, bei dem eine Antenne in einer Kreisbahn elektrisch umläuft» wodurch das übertragene Signal frequenzmoduliert wird, so dass die Phase des modulier ten Signals die Peilung der Funkübertragung anzeigt.

Bei Flugzeugen und in der Seefahrt werden seit langem Funk peiler oder Funkortungssystecae zur Standortbestimmung und für iiavigationszwecke verwendet. Die meisten Funkpeil systeme verwenden in irgendeiner Form stark gerichtete Antennen. Bei diesen Systemen wird die Information über die Peilung durch einen relativen Amplitudenvergleich erhalten, wenn sich die Antenne dreb.t. Die Rieht- bzw. Feldstärkendiagramme bzw. die Verstärkungsmuster weisen bei den meisten dieser Antennen einen Spitzenwert und einen Nullwert auf. Da die Empfindlichkeit für den Nullwarb ,jedoch iai normalen Falle schmaler und besser als

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die η,τ.^ ".'"'.r. :il ie'· :'3i I; für tion *_Λ.> it^env;ei'o Iö'j, λ·ϊ „'d dio :..2c^v:iilic""'.-:oit; Tür dan Liullwerr; vorgezogen, v/eil man d?/ui. t iim ;~nnauere Peilung erreicht. Bei früheren System anjct«! die Antenne von Hand gedreht v/erden und die Bedienungsperson musste sehr geschickt sein und eine gronse Erfahrung besitzen, us keine fehlerhaften Ergebnisse zu bekommen. Bei herkömmlichen Systemen wird die Drehung der Antenne normalerweise durch vektorielle Auflösung der Ausgangssigrnale zweier Richtantennen simuliert, die zueinander einen Winkel von 90° aufweisen. Eine ungerichtete Antenne kann mit zwei Richtantennen kombiniert werden, um eine Antenne mit einem herzförmigen Diagramm zu erhalten. Unter optimalen Bedingungen liefern diese herkömmlichen, akustischen Peils"stame befriedigende Ergebnisse. Unter weniger optimalen Eedingungen treten Jedoch zahlreiche Probleme auf. Wenn die herkömmlichen Systeme in der N".he von reflektierenden Lan !masken oder anderen Hindernissen verwendet werden, wird das einfallende Signal von der Landmasse oder vom Hinderniss reflektiert, so dass mehrere Signale, die von unterschiedlichen Richtigen koaaen oder unterscnio-ilicbe Peilungen aufweisen, von der Peilantenn-3 empfangen werden, liier·-er Vorgang, der üblicherweine als ftehrfacheinfall (multipath) bezeichnet wird, stört das Eo*pfan^γ·diagramm bzw. das Empfindlichkeitsmuster der Peilantenne erheblich und führt oft zu mehreren relativ undeutlichen, unscharfen NuIldurchgängen. Unter diesen Umständen sind die Peilergebnisse normalerweise sowohl verwirrend als auch mehrdeutig.

Weitere Schwierigkeiten bei herkömmlichen automatischen Peilsystemen, bei denen eine Nulldurchgangsantenne verwendet wird, treten bei schwachen Signalen auf. In der Nähe des Nulldurchgangs bei dem Diagramm fällt in diesen Fällen das Signal unter die Empfindlichkeit des Empfängers ab_T so dass dadurch die Breite des Nulldurchgangs stark verbreitert und damit die Auflösung des Systems für schwache Signale begrenzt ist. Eine weitere Schwierigkeit im Zusammenhang mit derartigen herkömmlichen Systemen, bei denen die Antenne mit einer Niederfrequenz oder einer Sprechfrequenz gedreht wird, besteht darin, dass die Amplitudenände-

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ruiir^::. oder -· .v ;.v< .--i'.-tun ν--: η in us;: .Amplitude des Ant ecuer: diagrams da.3 einrollende Signal modulieren, so dass dadurch in das e;np f"ns"en^ Si~nai ein hürnarer Ton hereinkommt. Dies ist insbooondei'e cci Such- und Rettungsaktionen nachteilige und störend, bei denen sowohl die Identifizierung als auch die Peilung wichtig sind.

Mit automatischen Peilsysteaen, bei denen das Dcpplerprinzip ausgenutzt wir ti, lassen sich viele dieser zuvor erwähnten

Schwierigkeiten, die herkömmlichen Systemen mit Null-Durchgangsantennen anhaften, vermeiden. Bei automatischen Peilsystemen nach dem Dopplerprinzip dreht sich eine einzige Empfang.;onten.:?.3 mit konstanter Drehzahl auf «iner Kreisbahn. Wenn sich die Antenne der Sendequelle des empfangenen Signals nähert, \-ii.rd ci~ scheinbare Frequenz des emp langen en Signals erhöht, und wenn sich die Empfangsantenne von der Quelle des empfangenen Signals wegbewegt, wird die scheinbare Frequenz des empfangenen Signals verringert. Wenn die Frequenz des empfangenen Signals gleich der aittleren Frequenz des Signals ist, befindet sich die Antenna von der das empfangene Signal aussendenden Quelle as weitesten entfernt oder liegt dieser Quelle am nächsten. Durch Feststellen der Antennenlage in dem Zustand, wenn die Frequenz des empfangenen Signales von der über dem Mittelwert liegenden Frequenz zu einer unter deta Mittelwert liegenden Frequenz übergeht, kann die Peilung des Funksenders oder der Funkübertragung bestimmt werden. Praktische Ausführungen für automatische Peil systeme mit Dopplerprinzipg weisen Antennen auf, die nicht mechanisch gedreht werden, da die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um die Dopplerkomponente über das Tonübertragungsspektrum anzuheben, recht gross ist. Beispielsweise ist eine Geschwindigkeit von 240 000 U/Min, erforderlich, um eine Dopplerkomponente von 4- kHz zu erhalten. Anstelle die Antenne mechanisch zu drehen, wird im praktischen Falle eine kreisförmig festgelegte Anordnung vertikaler Antennenelemente verwendet. Das Doppler-Modulationssignal wird dadurch erzeugt, dass die Antennenelemente nacheinander sequentiell mit dam Empfänger, normalerweise mittels eines Kapazitätsschalters

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vorc;n:ien werden. Han war bi3 jeczc iaaier dar Heinun:;, ά ;.^3 : viele Antennenelement^ erforderlich sind, um eine ei.,v:^:-.;^, sich auf aizier Kreisbahn bewegende Antenne zu simulieren, bz.v. an- ; zunähern. Es wurde daraus gefolgert, dass bei einer geringeren Zahl von Antennenelements die Genauigkeit des Pails/ste^s .jrark verringert wird. Auf Grund dieser Folgerung weisen die herkömmlichen Dopplersysteme relativ viele Antennenelemente auf, die die Systeme teuer und aufwendig machen. Trotz der liachtjile dieser herkömmlichen Dopplersysteme auf Grund der hohen Kosten und des grossen Aufwandes konnte mit ihnen die zuvor erwähnten Schwierigkeiten überwunden werden, die den Systemen, bai denen eine Null-Durciigangsantenne verwendet wurde, anhafteten. Da das reldotärriadiagrarüz der Dopplerantenne relativ migerieiltet ist, wird das cspfareane Signal nicht durch die elektrische Drehung der An;enna amplitudenmoduliert. Die durch den i'iehnacheinfall (multipath) auftretende Schwierigkeit wird durr/r: dan "Einfangsffekt" (capture effect) der FM-Empfänger u^gan^en, die im Zusa;n3enaac~ ^.it Doppler antennen verwendet werden. Tr. con meist3η Fällen ist -die direkte Schwingung stärker al3 dia abgelenkten oder reflektierten Wellen. Der Ffl-Eapfänger fiz-riert sich auf das stärkste Signal und unterdrückt die schwächeren Signale. Diese herkömmlichen Dooplersysteme sind etv/ss t-.?uD_-or und aufwendiger als liull-Durchgangssysteme, mit ersteren lassen sict jedoch auch bessere Peilergebnisse erzielen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein automatisches, das Dopplerprinzip ausnutzende Peilsystea zu schaffen, welches wesentlich kostengünstiger und wesentlich weniger aufwendig als die herkömmlichen Dopplersysteme ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Dopplerpeilsystsa mit einem Tonausgangssignal zu schaffen, welches praktisch frei von Störungen durch die Dopplermodulationskomponente ist.

Die vorliegende Erfindung bezweckt weiterhin, die Zeitverzögerung der Dopplei'kosponente, die durch das Zwischenfrequenzfi Lter

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id, γ. j όα>:3 οία Phasenvergleich :v;3or...oa der L'opplerko'a^on:-?:!be und eine:; Bezugs si 5η al sich ni~:it äniert, wenn sich die Frequenz des '.Lbertragenen Signals verändert.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist darin zu seilen, die DopplerkOcponeate ia empfangenen Signal mit einem relativ geringen Modulationsindex aufzubringen, so dass das Dopplersignal die Tonqualität des empfangenen Signals nicht beeinträchtigt und das ejpfcnjsni; Signal nicht wesentlich vom Mittelteil des Fil-Diskriainators abweicht, wo die Ansprechkennlinie relativ linear ist.

Die vorliegende Erfindung bezweckt weiterhin eine Antennanan-Ordnung für ein Dopplerpeilsv-jtem zu schaffen, die mit relativ wenigen Antennenolaientea auskommt, einen relativ konstanten Eingangsäcaeirrwi'ierstaau aufweist und ohne wesentliche Amplitudenmodulation des empfangenen Signals elektrisch gedreht werden kann -

Diese und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch ein automatisch.? 3 Lopplerpail system erreicht, bei dem eine Antennenanordnung mit wenigstens drei Antennenelementen verwendet wird, welche auf einer Kreisbahn voneinander beabstandet angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Elementen ist wesentlich kleiner als eine Viertel-Wellenlänge, um die Strahlenbündelung· 3-effekta klein zu halten, die dazu führen wurden, dass das Antennendiagramm weniger ungerichtet wird, wodurch eine Amplitudenmodulation des empfangenen Signals auftritt, \*enn die Antennen elektrisch gedreht wird. Die Antennenelemente werden zusammen

über jeweils elektronisch gesteuerte, veränderliche Dämpfungsglieder an den Empfängereingang angeschlossen, die sequentiell und allmählich die aufeinanderfolgenden Antennenelemente mit dea Eapfängereingang verbinden, .30 dass die Antennenanlage eine einzige Antenne simuliert, die sich auf einer Kreisbahn bewegt. Die Dopplerkonponente wird mit einem relativ geringen Modulationsindex auf das empfangene Signal aufgebracht. Die ungerichtete Charakteristik der Antenne, die mit dem geringen Modulations-

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die

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uia I'oiiquuli-j-lir. J.»j:; e^iin^enea ui_onnlc na^ntaili^ versa::! :.·οο-ts:;, co da:;.; '.:-?r Infor-τι ition^ia-ialt des eiof arisen an 3is;r_ ilengut wiedergewinnen und erkannt warden kann. Die Dopplerkoaiponente kann weiterhin dadurch verringert werden, dass das Tonsignal durch ein Kerbfilter hindurchr;e.iühr t wird, weiches frequenzmässig in der Mitte der Frequenz der Dopplerkonponenten liegt. Die eine relativ gering ο Amplitude auf v/eisende Eopplerlcoaxponente wird mit einea schr&albandigen KoGünutierungsfilter gewonnen, un ein sehr reines Doppler-Modula^ionssignal zu erzeugen. Eines der Signale, die die veränderlichen Däcipfungoglieder steuern, wird als fe3tliegende-^c3 Peil-.Bezugssignal ausgewählt und die Ph-^33 dieeas Bes'igsrvjn λ 1.3 ν;:", r ^ -..i t car Phase des Doppier-;Iodulationssignals verglichen, ua eine Peilanzeige bezüglich der festliegenden 3ezugspei 1 un^ zu erhalten. Am einaang:iseiti~3a Teil des Empfängers ist eine Zeitverzögerung vorgesehen, die phasenaässig das Zwischenfrequenz-Ausgangssignal auf eine festliegende Bezugsfrequenz fixiert, go dass die BopplerkompOriente des enpfangir."ia Gigr.ai.s i^va^r d':T-;h denselben Bereich des Sv/ischenfrequarvcifilters geht.

Wit der vorliegenden Erfindung wird also ein automatisches, das Dopplerprin^ip ausnutzendes reilsysteoi geschaffen, ua die Peilung eines Funksenders bzw. einer Punkübertragung anzuzeigen. Das Sjstea besitzt eine Antennenanordnung aus drei oder mehr Antenneneleoienten,die um eine Kreisbahn gleichmässig beabstandet angeordnet sind. Die Antennenelenente sind mit deni Eingang eines Empfängers über elektronisch gesteuerte, veränderliche Däspfungsglieder verbunden, die einzeln auf dieselbe Frequenz eingestellt werden, jedoch sich in den Phasen unterscheiden, so dass die Antennenanordnung ein einziges Antennenelement gut simuliert, welches sich mit einer festen licdulationsfrequenz auf einer Kreisbahn örtlich bewegt. Der Empfänger umfasst eine Zwischenfrequenz-Mischstufe mit einem Zwischenfrequenz-Ausgangssignal, das auf eine Bezugsfrequenz phasenfixiert bzw. phasenverriegelt ist, εο dass die absolute Zeitverzögerung durch die Zwischen-

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ί'Γά : .. j;r: - " '-" c : ίϊ il i · ^:.o j"" ..ird. L^s Signal wird dann fro ..: e:iz~ d^Uodu Λ i:t '.:::'. u·".; .oüu Iu ν ions signal wird uiit einaa nch,;.albandigeii -Ιο .i::'.;:;i-;-rung3z'ilt;eν gewonnen. Ci 3 Phase des rlcJLulat 1 ;uösignals «/ird dann mit; der f-hac-a des Signal verglichen, weiches sines der vsrisr^dsrlichan Dämpfungsglieder steuert, um proportional dazu eine Peilanzeige zu erhalten.

Die. Erfin-.lur^; wird nachstehend anhand dsr Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der elektrisch drehbaren Antenner.anordnung, die dazu verwendet wird, das enpfangena oigr-ii mit u-i-r Dopplerverschiebung zu modulieren, sowie des F?l-E;apfängers, der die Peilung der Funkübertragung visuell anzeigt,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des FM-Empfängers, der eine visuelle Anzeige der Peilung einer Funkübertragung ermöglicht und dio Übertragung über einen Lautsprecher hörbar macht,

Fir. 3 eine scien-töiscne Darstellung eines Konxutier.:.ngsfliters, welches als Nachlauffilter mit variabler Bandbreite in dem in Fig. Λ dargestellten FM-Empfänger verwendet wird,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Basisteil der Antennenanordnung entlang der in Fig. Λ eingezeichneten Schnittlinie

Fig. 5 eine schematiscbe Darstellung der Ersatzschaltung für zwei Antennenelemente in der in Fig. 1 dargestellten Antennen Anordnung,

Fig. 5 eins schenatische Darstellung der in Fig. 5 gezeigten Ersatzschaltung,, bei der die in Fig. 4 dargestellten Impedanzen ohm'sche Widerstände sind und die Antennen elemente über veränderliche Dämpfungsglieder mit einer Last verbunden sind,

Fig. 7 eine schenatische Darstellung einer Ersatzschaltung für die in Fig. 1 dargestellte Antennenanordnung, wobei einige Impedanzen in gleichwertige Impedanzen aufgeteilt sind, Uli ains symmetrische Zweiteilung zu ermöglichen,

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?ig. 3 eine εο.:.: "u^iache Car ~ί. ellung eines sy-j^etri :±ia Lolls der in -Tig- V dargestellten och-altuag nach der Au^oilung in zwei. Teil^,

Fig. 9 eine schesatische Darstellung der in Fig. 7 dargsotollten Ersatzschaltung, bei der gleiche Elemente zusammengefasst worden sind und die Elemente als oh.ni'sehe Widarstandselemente festgelegt sind,

Fig.'IO eine scaematische Darstellung der variablen Dämpf ungsglieder, d-ie bei der in Fig. 1 dargestellten Antennenanordnung verwendet werden, und

Fig.11 ein Blockschaltbild des Systems, um die Antennenanordnung elektrisch zu drehen.

Wie bereits erwähnt, ist die herkömmliche Meinung, dass eine groeje Anzahl von Antenneneleaentan für eine Doppler antenne erforderlich ist, um eine gute Approximierung eines einzigen Antennenelementes, welches sich auf einem Kreis bewegt, zu erreichen. Bei dieser Theorie wird normalerweise angenomaen, dass die zu erreichende Genvai^lcait direkt von der Zahl der Antsnnenelewente in der Antennenanlage abhangt. E3 kann jedoo'n ga/^-igt werden, dass diese Annahme bei Heranziehen des Bandpaß-Abtast-Theoremsfalsch ist. Dieses Theorem besagt, dass die erforderliche Abtastfrequanz zum Erhalten alles Information, die zur Viadergewinnung des ursprünglichen Spektrums erforderlich ist, das zwei- bis vierfache der Inforaations-Bandbreite ist. Oder mathematisch ausgedrückt gilt:

2B£f ^4B (15)

Hierbei ist f die Abtastfrequenz und B die Informations-Fandbreite. Die tatsächliche, kleinste Abtastfrequenz, die grosser als das zweifache, jedoch kleiner als das vierfache der Informations-Bandbreite ist, hängt von weiteren Bedingungen ab und kann mit einer etwas komplizierten Formel ermittelt werden. Wichtig zu bemerken ist jedoch, dass die für die vollständige Wiedergewinnung des Spek trums erforderliche Abtastfrequenz mit Ausnahme der weiteren Bedingungen nur von der Breite des Infor-

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u-..ν;,!·.-.κ·:,ar. .:■■:: '.Λ-i :v^; ;V. ι C-..:"¹ .Λ.,^ζ^ .'requorü α ac T "_:.ί j :·α ..'. iozisba;:i.33 ach"Iu.ζ' . Iu L¹ViHe einer sich drehenden Antenne Hivriyt ein^ Antennen ire hur: ,ς pro Sekunde ainen Informationszykius. Die IniOi':Tiations-3'.ncibreita Ij beträgt; ein Hertz. Die gröbst-t Abtastfrequenz (die 2ahl der Abtastungen pro Zyklus der Informations-Bandbreite) beträgt ='t-B. Daraus lässt sich schliessen, dass nicht mehr als vier in einem Kreis angeordnete Elemente die Abtastbedingungea und die weiteren Bedingungen oder Kriterien für die Wiedergewinnung des ursprünglichen Spektrums erfüllen und dass bei speziellen Bedingungen eine Abtastfrequenz von 3B möglich, ist, wobei nur drei Antenneneleaiente verwendet werden.

Das in Fig. 1 dargestellte Ortung-,- bz.v/. Peilsysten uafassü eine Antennenanlage Λ und einen Empfänger 2. Die Antennenanlage weist ri-ir für äntonneneleraante $a, 3b und 3c auf, die sich zwischen einem Basisteil 4 und einer oberen Platte 5 erstrecken. Vier Grundebenen-Eleraente 6 erstrecken sich voa Basisteil 4- aus in radialer Richtung. Der Empfänger umfasst eine Peil- bzw. Grtungsanseige 7i einen Lautsprecher 8 und eine Anzahl von Einstellknöpfen, die nit dem Bssugszeichen 9 versehen sind. Der Schaltplan des Empfängers 2 ist in Fig. 2 dargestellt.

Das an den Empfänger 2 gelangende Antenneneingangssignal enthält das übertragene Signal und zusätzlich das Doppler-Modulationssignal mit einer Frequenz, die der Dreh- bzw. Umlauffrequenz der Antennenanlage entspricht. -Die Amplitude des Signals am Antenneneingang wird mit einem herkömmlichen Hochfrequenzverstärker 12 verstärkt und einer herkömmlichen Misclistufe 14-zugeleitet, die am Ausgang ein Signal bereitstellt, das die Summe und Differenz der an den beiden Eingängen anliegenden Signale ist. Das Ausgangssignal tier Mischstufe 14 geht durch eine Zwischenfrequenz-Filter-Verstärkerstufe 22 hindurch, die ein relativ schmalbandiges Filter aufweist. Die Zwischenfrequenz-Filter-Verstärkerstufe 22 wählt eine vorgegebene Grequenzdifferenz in den Eingcmgssignalen zu der ersten Ilischstufe 14-

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co :α j.: ;i · .·: ■:■ 4^:1.· c-;c c.T. ^r: cv.a .i/. .~.Lü,;:iu:_;^ ,6

2^ ausgewählt warden kann. Die Zwi 3c^enfre':^;i£·:^- Filter-Verstilrkarjstui'G 22 lac rf;: die Frequenzen durch, dio innerhalb des Zwischenfrequeaz-Filterpaßbandes liegen, und bewirkt weiterhin eine Zeitverzögerung. Es ist schwierig, die Länge der Zeitverzögerung genau vorherzusagen und sie ändert sich in Abhängigkeit davon, ob im Paßbanc das Signal auftritt. Signale mit einem Frequenzatfall zu den Seiten des Paßbandes hin werden normalerweise einer längeren Verzögerung unterzogen. Herkoähnliche Schaalband-Frl-übertragungseapfanger weisen normalerv/ei33 eine Frequenz-Verriegelungsschleife bzw. einen Frequenz-Lock-Loop um die Zwischenfrequinz-FilterEt'jfe auf, uai sicherzustellen, dass das empfangene Signal mit 70 bis ÖG % des Zwischenfrequeaz-Filter-Paßbanden durch die Mitte hindurchgeht, so dass die Phasenkennlinien des Filters relativ linear bleiben. Ler Grund für diese Massnahne liegt darin, die Gruppen-Verzögerungsverzerrung klein zu dachen, die nahe bei den Seiten oder Kanten des Swi-Gchenfrequenz-Filter-Pa^bande? recht gross wird. Bei ä^n in Fig. 2 dargestellten V°il"yr₁tz::i v/ird anstelle einer Frecueazverriegelung eine Phasenverriegelung ver^r-;enJ.sc, ca die ?he.;-.-er:- verriegelung eine genauere Frequenzregeluag ermöglicht. Die Frequenzregelung ist jedoch >:icht erforderlich, um die Gruppen-Verzögerungsverzerrung wie bei herkömmlichen Empfängern zu verringern, da dies nur von unteingeordneter Bedeutung ist. Sehr wichtig ist jedoch die Stabilisierung der absoluten Zeitver zögerung, die bei der Doppler-Modulation auftritt. Mit anderen Worten stellt das System sicher, dass die Loppler-Ilodulation immer am selben Punkt im Zwischenfrequenz-Filter-Paßband hindurchgeht und daher unabhängig von der Frequenz des übertragenen Signals einer relativ konstanten Zeitverzögerung unterworfen ist. Wie nachfolgend noch erläutert werden soll, führen Änderungen oder Schwankungen der Zeitverzögerung zu Ortungs- bzw. Peilfehlern, die im Gegensatz zu den absoluten Zeitverzögerungen nicht kompensiert werden können. Das Ausgangssignal der Zwischenfrequenz-Filter-Verstärkerstufe 22 gelangt zu einem Phasendetektor 28, der am Ausgang ein Signal bereitstellt, welches proportional

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j'r9':uen«:- il c =·.,:■-'.ι'ϊγξ^ir^ar^tui^ 2-' und des Signal ac Au~rj'-~g ; einss Besu^sosziilitorr; ;>G io'c. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 23 plunge, zu einem Regelschleif en-Filterverstärker 52, der die Regelschleifen-Dynarnik festlegt. Die Frequenzmodulation j des empfangenen Signales liegt normalerweise zwischen 300 und 5000 Hz mit einer Doppler-Ilodulation von 4 KHz. Da der Regelschleifen-Filter-Verstärker eine relativ geringe Abschneidfrequenz, beispielsweise von 15 Hz aufweist, kann die Regelschleife nicht auf die Modulationsfrequenzen ansprechen und spricht stattdessen nur auf die LangzeitSchwankungen der Frequenz an, so dass die mittlere Frequenz am Ausgang der Zwischenfrequenz-Filter-Verstärkerstufe 22 im wesentlichen konstant ist. Die Frequenz des empfangenen Signals wird durch den Empfängeroszillator 24 festgale^t, der mit einer Frequenz arbeitet, die über einen breiten Bereich hinweg mittels eines Kanalwählers 5^ von Hand einstellbar ist. Der Kanalwähler oder der Kanaleinsteller 5^ kann beispielsweise mehrere Schwingquarze aufweisen, die wahlweise in eine herkömmliche Schv/ingquarz-Oszillatorschaltung ein-" goo^halcEiv werden'. Die Arbeitcfrecueaz des üapfängeroszillators 24 wird auch automatisch über einen relativ kleinen Bereich durch die Spannung am Ausgang* des Regelschleifern-Filterverstärkers eingestellt b~w. nachgestellt. Nachdem mit dem Kanalwähler 5^ ein vorgegebenen Kanal eingestellt worden ist, wird durch die mittleren Frequenzabweichungen am Ausgang der Zwischenfrequenz-Filter-Verstärkerstufe 22 gegenüber der Frequenz des Bezugsoszillators 50 ein Signal am Ausgang des Phasendetektors 28 erzeugt, welches vom Regelschleifen-Filter-Verstärker 52 verstärkt und integriert wird, so dass dem Empfängeroszillator eine Regel spannung bereitgestellt wird, die die Arbeitsfrequenz desselben erhöht oder erniedrigt, so dass die mittlere Frequenz am Ausgang der Zwischenfrequenz-Filter-Verstärkerstufe 22 gleich der Arbeitsfrequenz des Bezugsoszillators 50 ist.

Das Ausgangssignal der Zwischenfrequenz-Filt.er-^erstärkerstufe 22 gelangt zu einem Frequenzdiskrininator 56 herkömmlicher Bau-

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arc, beiypiel .3'.v.^i'.-5-:i z-i aiae^ Brucignde^DiulHror, ά3~~ eu.· der .:'T-?quen3 dso Zin^augssignals proportionale Spannung er;i;::r. Ua die ronsignalf re quer· 2 das übertragene Signal moduliert, ist äa3 Signal as Auog-j._ig des -requenzdi^kriainators ^,6 gleich dem Tonsignal des Senders ait einer zusätzlichen, durch die Antenne hereingebrachten üoppler-rlodulation. Das Signal aa Ausgang des Frequenzdiskriminators 36 gelangt zu einer Rauschsperr-Audioverstärker- und Kerbfilterstufe 38 herkömmlicher Bauart. Der Verstärker 38 verstärkt das Audiosignal, das ani Ausgang des Frequenzdiskriminators 36 auftritt und weist einen verstellbaren, durch die Rauschsperreneinstellung 40 einstellbaren Schwellwert auf, der den Verstärker 38 bei Audioeingangssignaien abschaltet, weiche unter dem durch die Sauschsperreneinstellung 40 eingestellten Pegel liegen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 33 betreibt einen Lautsprecher 42, wobei die Lautstärke mit einea Lautstärkeneinsteller 44 eingestellt wird. Der Verstärker 38 umfasst weiterhin ein Kerbfilter, U3 die Doppler-I'Iodulation aus des Tonsignal zu entfernen, so dass die Dopolor-Modulation die' Qualität der Toasignal-übertragung durch den Lautsprecher 42 nicht ungünstig beeinflusst. In Gegensatz zur herLzömslicnen automatischen Doppler-r eil systemen ist dar Ilodulationsindex der Doppler-Modulation bei dem erfindungsge-aäsaan Systes relativ gering, so dass das Intensiiätsverriältnis der Doppler-Modulation zua Audiosignal relativ klein ist, und dadurch kann die verbleibende Doppler-Nodulation mit dea Kerbfilter im Tonverstärker 38 leicht entfernt werden.

Das Ausgangssignal des Frequenzdiskriminators 36 gelangt auch zu einem Nachlauffilter 36 mit veränderlicher Bandbreite, welches ein sehr schmales um die Frequenz der Doppler-ilodulation herumliegendes Paßband aufweist, so dass nur das Doppler-Ilodulationssignal as Ausgang des Filters 46 auftritt. Für das ITach-1 auffilter 46 können verschiedene Filtertypen verwendet werden. Die Schmalbandigkeit und die veränderliche Ilittelfrequenz eines Komoiutierungsfilters stellt jedoch eine ideale Form des Nachlauf filters 46 dar. Wie nachfolgend erläutert wird, umfasst das

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von Signale- byi^:i.i;L^;c wcraen, v;ei ehe von einen durch visr teilenden VorscLiuo JuUhIeL' 48 bereitgestellt werden. Ua die Entot-^hungszeit do ; ^;:p lor-.'l ν'.·.;! rV-ionsci^nalcj kleiu s^-i halten, besitzt das nachlauffilter 46 einen veränderliche Bandbreite, ua die Bandbreite zu vergrössern, wenn das Signal gex'ade aufgetreten ist, und um die Bandbreite zu verringern, nachdem sich das Filter stabilisiert hat. Zu diesem Zwecke wird eine Zeitverzögerung^stufe durch die Anstiegsflanke eines raUochsperrangesteuerten Gleichspannungspegels betätigt, der seinen Zustand ändertn, wenn aa Ausgang des Frequenzdiskriniinators 36 ein Ausgangssignal oberhalb des voreingestallten Rauschsperrenpegels auftritt. Die Zeitverz^:;^erun?-;;stufe 49 erhöht die Bandbreite des nachlauffilters 5^ für einen Zeitraum nach der Anstiegsflanke des rauschsperren-gesteuerten Gleichspannungspegels und bringt dann das Nachlauffilter 46 auf die relativ schmale Bandbreite wieder zurück. Das Dopplersignal am Ausgang des Nachlauffilters 46 gelangt au einem Positiv-Nulldurchgangsdatektor 50 üblicher Bauart, der igt er dar" einen Inpuls ersauft, weiia das Dopplersignal in einer vorgegebenen Durchgangsrichtung durch Null geht. Wie nachfolgend noch erläutert werden wird, ist das zeitliche Auftreten des Impulses in Bezug auf die Umlaufstellung der .'r;tence ein Hinweis auf die Peilung des Radiosenders, da die Doppler-ilcdulation durch Mull geht, wenn der effektive Geschwindigkaitsvaktor der Antenne senkrecht zur Peilrichtung steht, d. h., v/snn die Antenne von einer Bewegung zum Radiosender hin in eine Bewegung zum Radiosender weg übergeht bzw. wenn die Bewegung der Antenne vom Radiosendet; weg in eine Bewegung der Antenne zum Radiosender hin übergeht.

Die Schalt signale zum Betätigen der Kommutierungsschaltung im filter 46 werden von einem Taktgenerator 52 erzeugt, der die Eigen -Taktsteuerung für das gesamte ürtungssystem liefert. Der Taktgenerator 52 arbeitet mit einer Frequenz, die 360mal grosser als die Drehzahl der Antenne ist. Diese Frequenz wird von einem Zähler 54, der eine Teilung um 90 bewirkt, geteilt, bevor das Signal an ri.en Verschiebezählter 43, der eine Teilung durch vier

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rur:j3~::;ialter ^;-r:ou:.-·; ^nJ. einen Arrjennen-SynchroniasciTn si ipuis für jede Drehung eier Antsnne lief ort. Bor Ts::t;jeaera"or 5^ obellt a-.ich d3r An^ei^^^inric'Uiu^c 5-> Ta-cti^pulrje barelc.

Die Anzeigeeinrichtung 56 ermöglicht eine optische Anzeige der Phase des Doppler-Modulationssignals bezüglich der Dreh.ph.ase der Antenne. Die Taktsignale vom Taktgenerator 52 erhöhen den Zählerstand eines Dreiziffern-Dekadenzählers 53, der voa Antennen-Synchronisationsicipuls jedesnal zu einem Zeitpunkt gelöscht oder rückgesetzt wird, wenn die Antenne an einer vorgegebenen Stellung bei ihrer Umdrehung vorbeikommt. Auf diese Weise gibt das zeitliche Auftreten ciec Antennen-Synchroniapulses eine festliegende. Eesugsp3ilung, ait der das zeitliche Auftreten der Ilull-Purch gangsitnpulse vom Null-Lurchriargsdetektor 50 verglichen werden, ua eine Anzeige der Peilung oder Ortung des Funksenders zu erhalten. Die Zählerstände des Zählers 58 werden selektiv von einem Einrastinipuls in eine Einrastanzeige 60 ein-^elese . Der Einraatiin^uls wird jedesmal dann voa ITaIl-Durch^angsdst iktor 50 bereitgestellt, wenn ans Doppler-Hotiulationssignal in einer vorgegebenen Dvirch3jlci^'jrichtung durcL ZIuIl geht. Wie bereits erwähnt, ergibt der Einrastimpuls eine Anzeige der ?3ilua~ das Funkcenderc. Da der Zähler 53 von jede^ Artannen-Synchronimpuls gelöscht wird, gibt der Zählerstand iia Zähler 53, welcher voa Einrastispulc in die ILinrastanzeige 60 eingelesen wird, die Abweichung der gemessenen Peilung von der Bezugspeilung wieder. Da der Taktgenerator 52 nit einer Frequenz arbeitet, die das 36Ofache der Drehzahl der Antenne int, wird der Zähler 58 während des Zeitraumes, während dem sich die Antenne einmel dreht, um 360 weiter gezählt. Daher ist der in die Einrastanzeige 60 eingelesene Zählerstand eine direkte Anzeige in Grad von der Peilung des Funksenders bezüglich einem festen Bezugswert. Das Ausgangssignal der Einrastanzeige 60 wird von einer Decodertreiberstufe 62 verarbeitet, die dann die entsprechenden digitalen Signale erzeugt, um eine Dreiziffern-Dezimalanzeige 64- entsprechend dem in die Einrastanzeige 60 eingelesenen Zählerstand aufleuchten zu lassen. Vom Rauschsperren-Audiosverstärker 58

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v/irc ^r.iiv. jVl.::.. ;:-..'. 2;·':.νί;::ο1 b j j^it^e ^t j A it, , v/eichen vor".iir.dcrt, da^~ äi.3 An::^rii";^ ^- sich scline"!.! ^ndernce, zufällige Or tureen oder Peilun_oe:i ^üeigt, wenn kein Signal aa Ausgang des rrequenzdiskriiüinators ö^po auftritt, so dass die Anzeige 64- dia PeiLung des zuletzt empfangenen Signals wiedergibt.

In Fig. 3 ist der schscaatische Aufbau des Kosamutierungsfliters dargestellt, der für das veränderliche Band bei dem in Fig. 2 dargestellten nachlauffilter 40 verwendet wird. Komautierungsfilter sind dea Fachmann bekannt und die Arbeitsweise dieser Filter ist ausführlich in "Ccaautating Filter Techniques, Application Note All 53¹^i veröffentlicht Ton der Firma Motorola, Inc., beschrieben. Das Ausgangs signal der Frequenzdiskritninators 36 (vgl. Fig. 2) gelangt zu eiuera Bandpaßverstärkex' 70, der den Dynanikbereich des an das Koaaiutierungsfilter angelegten Signals begrenzt und die Gleichstro'akoniponenten unterdrückt. Die Bandbreite des ersten Komtnutierungsfilters wird durch die Werte des Widerstands 72 und der Kondensatoren 7¹^ bis 80 festgelegt. Jeder· der Kondensatoren 7^ bis 30 wird mittels eines Schaltern 82 v/^hlv/eise an Kasse gelegt. Der Schalter 82 wird von den Schalui^-pulnan, die voa Yierteiler-Verschiebezähler ^Q (vgl. Fig. 2) bereitgestellt werden, betätigt. Die Schaltiopulse werden ncrnml ervisic.e durch die Widerstände 34- bis 90 auf einen positiven Potential gehalten. Das Ausgangssignal des Kommutierungsfiiters gelangt über einen Widerstand °Λ zum nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 92. Dir Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers 92 ist durch das Widerstandsverhältnis der Widerstände 96 bis 98 festgelegt.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 92 gelangt an das zweite Kommutierungsfilter mit einer Bandbreite, die durch den Widerstand festgelegt ist, der sich zwischen dem Ausgang des Verstärkers 92 und den gemeinsamen Anschlusspunkt der Kondensytoren 102 bis 108 liegt. Der Widerstandswert dieses Widerstands ist normalerweise der Widerstandsv/ert der veränderlichen Widerstands 110, da der Schalter 112 sich durch die am Widerstand 114 anliegende, positive Spannung im nicht-leitenden Zustand befindet.

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Värirond. car von cisr Zeitveraögerun^astufe -+β (vgl. Fig. 2) festgelegten Anfangszeit bei einer Funkübertragung tritt an der Bandbreiten-Steuerleitung ein hoohpegeliges Signal a:i, so dass dadurch der Transistor 116 über den Wicerstand I^-IS in den Sättigungszustand gebracht und das aa Schalter 112 anliegende Eingangssignal über den Widerstand 120 an Masse gelegt wird. Der Schalter 112 legt dann den Widerstand 122 parallel zum Widerstand 110, so dass die Bandbreite des Koaaatierungsfilters wesentlich vergrössert wird, bis das Bandbreiten-Steuersignal nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung abfällt und dadurch ermöglicht wird, dass sich das Kommutierungsfilter stabilisiert. Die Kondensatoren 102 bis 108 werden mittels des Umschalters 124- wahlweise an Masse gelegt, der im \>/esentlichea genau so wie der Umschalter 82 arbeitet. Das Ausgangssignal der zweiten Kommutierungsfilterstufe gelangt zu einem Tiefpaßverstärker 126, der dia von den Kommutierungsfiltern erzeugten Harmonischen unterdrückt. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 126 wird dann einem aktiven Filter 128 zugeleitet, welches·ein komplexes Polpaar und ein endgültiges Frequenznull-Paar aufweist, un ein kombiniertes Kerb- und Tiefpaßfilter zu schaffen, welches die zweite:! 2Iar;aonischen der Komoiutierungsfilter-Umschaltfrequenz unterdrückt. Das Ausgangssignal des Filters 128 ist das Doppler-Modulationssigr.al, bei des das übertragene .Audiosignal und die Haraonischen dss Modulationssignals auf einen kleinen, unbedeutenden Wert verringert wurden. Die Bandbreite des zweiten Kommutierungsfilters ist durch Einstellen des Widerstandswertes des veränderlichen Widerstands 110 auch von Hand ein- bzw.verstellbar.

Die Bandbreite wird entsprechend der Geschwindigkeit, mit der sich die Peilung ändert, eingestellt. Eine zu grosse Bandbreite ergibt keine ausreichende Mittelung, um die Peilungsschwänkungen und -änderungen zu verhindern, die durch periodische ianaer wiederkehrende Bewegungen des Schiffes, beispielsweise durch, die Wellenbewegung hereinkommen, und bei einer grossen Bandbreite gehen auch auch Audiosignale zusammen mit dem Dopplersignal durch das Filter hindurch und können dadurch die Genauigkeit des Peilsystems verringern. Infolgedessen ändert sich die Pei-

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lun^caazsi^e relativ ccnnoli, gj -j'; ξ.:; die Ablesung sswas jc;i;«iöri£; wird. Venn sio.: die Peilung cad i'unksenders jedoch star,: ändert, kaLnn ein3 gras se Bandbreite erforderlich sein, da ^ine zu schmale Bandbreite nicht zulässt, dass das filter 46 den Phasenänderungen des Doppler-ilodul at ions signals in Abhängigkeit der Peiländerungen folgt.

Das nodulationssignal am Ausgang des Filters 128 gelangt an einen veränderlichen Phasenschieber 130, der mittels eines veränderlichen Widerstands 132 verstellt werden kann. Der Phasenschieber 130 kalibriert das System, indem das zeitliche Auftreten des Einrastimpulses am Ausgang des Null-Durchgangsdetektors 50 (Fig. 2) bezüglich des festliegenden Bezugspunktes entsprechend dem Antennen-Synchronsignal am Ausgang des um vier teilenden Verschiebezählters 48 eingestallt wird.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Basisteil der Antenne. Die Antennenbasis besitzt ein Gehäuse 140 mit damit einstückig ausgebildeten Yocvprur,._:·;_:γ. 142, durch die Locher hindurchgehen. Durch diese Löcher rag3n die Antennenelemente 3 herauo. Z-iai gedruckte Leiterplatten 146, 148, die die Schaltungen für die elektronische Drehung der Antenne enthalten, sind an der Anrenne 3 und dem Geniuse mit Bolzen 150 bzw. 152 befestigt. Eine Grundplatte 154 ist auf dem oberen 'Teil des Antennen-· körpers angebracht und mit einer Schraube 156 daran befestigt, die in einen hohlen Vorsprung 148 eingeschraubt wird. Der hohle Vorsprung 158 ragt vom Oberteil des Antennenbasis nach unten. Die Grundebenen-Platte 1S4 trägt mehrere Grundebenen-Elemente 6, die mittels einer durch ei ne Feder vorgespannte Klammer nachgiebig befestigt sind. Das Innere des Gehäuses 140 ist nach aussen hin zum Schutz gegen Nässe mit O-Ringen 164, 168 abgedichtet.

Damit man mit einer relativ kleinen Anzahl von Antenneneleaenten zur Simulierung einer einzigen sich entlang eines Kreises bewegenden Antenne auskommt, ist die Art und Weise etwas kritisch, mit der die Antennenele^ente mit dem Empfängereingang verbunden

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ORIGINAL ttJCrS

li rji-2 -t

sn Wellen luö^'-i

-te.iezidsn Wellen luö^-ichst klein zu hal-o;:, so 11Ie die Antriebspur-kt-Iispedunz bzw. der An trieb ^punkt-Wider-jua^d der Antennenanlage relativ konstant sein. Die hochfrequent,^n, elektrischen Ströae und Spannungen, die in den zwei oder mehreren verbundenen Antenneneleaenten fliessen bzw. auftreten, können durch eine Gruppe von linearen, simultanen Gleichungen mit konstanten Koeffizienten ausgedrückt werden:

= I₁Z₁₁+I₂Z₁₂₊...

eleaente 1, 2

oind die ν υ η den Antennen el o-.au et en

Spannungen, I^ , Ip,

die an den Anschlüssen der Ancenraen-

n auftretenden Ströme,

Z , die

und Z (α ist nicht glsich n)

cie gegenseitigen Impedanzen zwischen den Antennenele-aenten. Ea die oben genannten Gleichungen linear sind, müssen mathematische Überlagerungen angenommen werden. Daher können die Charakteristika zweier gekoppelter Elemente untersucht und diskutiert werden, ohne dass dadurch die allgemeine Aussage verändert wird. Die oben genannten Gleichungen können dann auf , die folgenden beiden Elemente reduziert werden:

^E2 ^{= I}1^Z21^+I2^Z22

Wenn alle Antennenelemente passiv und linear sind, dann ist Z₁₂ gleich Z₂₁. Eine Ersatzschaltung für zwei gekoppelte Antennenelemente ist in Fig. 5 dargestellt. In dieser Er^atz

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si?.: ..Io

n ΰοη Antsnne-.elenenten eipian^uei: Ηοαα-freauenzsi^rL-λΐ.; nit den Ziffern " v.r.d P verr.eb.en. Diese Kocifrequeue3i;;;nal2 sind, wenn raan die nahen elektromagnetischen Felder ausser Betracht lässt, gleich gross.

Wenn die Antennenelemente identisch sind, dann sind ihre Eigeaimpedanzen auch identisch und v/enn sie eine Resonanzlänge aufweisen, die der Betriebsfrequenz entspricht, sind ihre Eigeninpedanzen reell (d. h. es liegen ohm'sche Widerstände vor). Wenn die Antennenelemente darüberhinaus in einen speziell gewählten Abstand voneinander beabstandet sind, so sind die Seme für äie ra^enseitige Impedanz ebenfalls reell. In Fig. ist die Ersatzschaltung der gekoppelten Elemente von Fig. 5 dargestellt, bei der diese zuvor genannten Bedingungen erfüllt sind. Darüberhinaus wurden veränderliche Dämpfungs-Widerstandseleaente IL und Rp mit den Anschlüssen jedes Antennenelements in Reihe geschaltet, und die Ausgänge wurden in einer gemeinsamen Last P.j- 3U:-a-nu".cu,<;8fasst. Für die in Fig. 6 dargestellte Ersatzschaltung gilt R_A1 = ^S11-^Z>,2> ^RA2 ^{= Z}22~^Z12 ^{und ß}m ^{= Z}12* Wenn sich der Lämpfungswiderstand R^ von einem sehr kleinen Wert zu einem sehr grossen Wert bezüglich der Last R-r ändert, und es wünschenswert ist, dass der Widerstandswert zwischen 0.2a Anschlüssen 3 und 4- (d. h. der von der Last R-r gesehene Widerstandowert) durch Verändern des Widerstands Rp relativ konstant gehalten werden soll, um Änderungen des Widerstandswerts von R,- zu kompensieren, muss die folgende Bedingung erfüllt sein:

^RA1^+ß1 ^{+ R}A2^+R2

R_x ist eine Konstante. Diese Gleichung kann nach R^ ausgelöst werden, und wenn bei Symmetrie R. = R_? = R. gilt, so erhält man:

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ZS

'Jen:: R- gleich Ii₁. gemacht werden Kann, seht diese Glaichu:>_r über in:

R² A

^R1 =

Unter der Voraussetzung, dass R^ = R. angenommen werden kann, geht die relativ komplexe Gleichung in eine recht einfache Formel über, die recht einfach durch eine elektrische Schaltung re lisiert werden kann. Physikalisch sagt diese Gleichung aus, dass die Widersfcandswerte R,- und Rp einander umgekehrt proportional sein müssen und dass der Uberkreuzungswiderstandswert, bei dem R. glsich P- ist, gleich 2, sein muss, der, v/ie zuvor definiert, die Differenz zwischen den Eigen-Widerstandswerten und den gegenseitigen Vidarstandsv/erten der Antennen sieben te (R_A = Z₁₁-Z₁₂) ist.

Wie zuvor beschrieben, können die mehrfachen Antenneneleaente mit eizier Gruppe von simultanen, linearen Gleichungen mit konstanten Koeffizienten beschrieben werden. Eine Ersatzschaltung für eine Antennenanordnung von vier Antennenelementen, bei denen einige der Antennenelemente aus Symmetriegründen in zwei äquivalente Elemente unterteilt sind, ist in Fig. 7 dargestellt. Unter Anwendung des Zv/eisektoren-Theorem bzw. des Symaetrie-Linien-Theoreas kann die in Fig. 7 dargestellte Ersatzschaltung in die in Fig. 8 dargestellte Ersatzschaltung unterteilt werden. Durch Zusammenziehen gleicher Elementenwerte und durch eine Ileudefinierung einiger der Elemente in der folgenden V/eise:

^RAX ^{= Ζ}11~^Ζ12 ^{= Ζ}11~^Ζ14- ^{= Ζ}33"^Ζ32

vl2 ⁼ ^Z12

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271854?

V;ir.η dij in Fie. ό dar jOr.tallte Ersatzschaltung in dia in -Iy. dargestellte Ersatzschaltung übergeführt 'werden. Es sei darauf hingewiesen, dass bei geringbeabsbandeten Antennenelement an Η^_ρ wesentlich grosser als d^ ist. Unter diesen Voraussetzungen kann das netzwerk durch die Ersatzschaltung für die in Fig. 6 dargestellte Antennenanordnung mit zwei Elementen gut approximiert werden.

Wenn die Dämpfungswiderstände R^ und R, so verändert werden, dass

R 2 ^{1 5}

die Gleichung R,, = W= erfüllt ist, und wenn die Widerstände

3 _R2

A R₀ und R.. so verändert werden, dass die Gleichung R₀ =

erfüllt ist, so kann der effektive Punkt der empfangenen Energie gleichoiässig und stetig von einea Element zum' anderen verschoben bzw. bewegt werden, um ein einziges Antennenelement, welches sich auf einer Kreisbahn bewegt, zu simulieren.

Wie bereits beschrieben, hängen die Impedanzen der Däap£V.xig3-widerstände R_A und R₀ durch die Gleichung

R² ' ²
R^ = A von R. ab. Da R, bei grösserwerdender Gegenkopplung

R^ kleiner wird, v/ird die grösste Antennenwirkung erhalten, wenn die Antenneneleraente gering beabstandet sind. Eine geringe 3eabstandung der A-ntennenelemente ist auch erforderlich, um ein nahezu kreisförmiges Antennenauster, welches für eine gute, richtige Arbeitsweise benötigt wird, erhalten wird. Bei Antennenelementen, die in der gleichen, richtigen fhase sind, werden die Strahlformungseffekte verringert, wenn die wechselseitige Kopplung gross v/ird. Wenn die gegenseitige Kopplung nicht wesentlich zum Eingangs-Scheinwiderstand beiträgt, tritt der Effekt auf, dass die Empfindlichkeit der Antenne sich synchron aiit der elektronischen Drehung ändert. Dadurch v/erden unerwünschte AH-Seitenband-Komponenten im einfallenden Signal erzeugt, die mit der Drehfrequens und ihren Harmonischen auftritt. Obgleich diese Harmonischen aus dem einen Kanal (aus dem gewünschten

beni.jhbart38 oder canebcnliefi-j:.·..:^:; Kanalsi^a?! 3u?tri';i;, ζ ο wire es doch auch von dyr Antenne empfangen und in der glaichen Weise axplitudeivicüuliort. Wenn die nit Drohung zusammenhä/i^sads:; AIl-Seitenband-Haraonisehen dieses Signals dann in den gewünschten Kanal fallen und eine ausreichende Amplitude aufweisen, bewirken sie, dass die v/irksame Unterdrückung des benachbarten Kanals im FI'I-Eapfänger beeinträchtigt wird und in einigen Fällen das System nicht mehr arbeitet. Es sollte daher der kleinste Abstand zwischen den Ancenneneleaenten, bei dem der Term der wechselseitigen Impedanz reell ist, verwendet werden, um eine optimale Antennenwirkung zu erreichen. Es kann eine Antennenspirale mit gegens3itiger Impedanz (im angelsächsischen Sprachgebrauch auch als Mutual Itapedans-An trrnnenspi va„ ζ bezeichnet) verwendet werden, um diese bestimmte Beabstandung zu schaffen.

Obgleich verschiedene Differenzeinrichtungen verwendet werden können, um die veränderlichen Dämpfungselemente R,,, R₀, R^₁ Rz₄. zu realisieren, sind PIIT-Dioden recht vorteilhaft. Da diese Elemente ziemlich nicht-linear sind, muss dabei bei der Wahl der richtigen .^triebofur.kti.on^n ein berondares Augenusrl-: geworfen werden. Die Widerstandswerte einer PIN-Diode können folgenderraa3S2n auscredrückt werden:

R₁ - K₁I-'

Wenn diese Gleichungen in die Gleichung

R²
A

^R 4

eingesetzt werden, so ergibt sich

Ki;üh ^A

1"¹Fi ' " K _Τ-Αί
2 ¥2

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W-J α η. di j Di:;··: j:, go au"^ev;i^;h.Lt cüb: angepasst werden, ά';-.ί oich ^laiche Widerstandsanötiege ergeben, dann ist "λ_Λ = X₀ υηα die zuletzt ai^egebene Gleichung geht über in

-X _T-X

Da IL, K^, K., und X Konstanten sind, muss das Produkt I^ und auch konstant sein. Der Strom in Vorwärtsrichtung für eine PIN-Diode ist foigendermassen zu beschreiben:

ττ

I-p ist der Stroll durch die Diode in Vorwärtsrichtung, I der Diode-Sättigungsstrom, q die Elektronenladung, k die Boltzsann-Konstante, R die absolute Temperatur in Grad Kelvin und V^, die Die den spar.:; uns iⁿ Vorwärtsrichtung. Die beiden zuvor angegebenen Gleichungen können folgenderaascen zusaamengefasst werden:

Bei Zimmertemperatur ist Qn etwa 33* so dass der Ausdruck

■™— recht gross wird. Daher ergibt sich

_F1

Da ln(a*b) = In a + In b ist, kann diese Gleichung foigender massen geschrieben werden:

= In

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durch Uniordnun^ erhält man

V + V - ^
^VF1 ^{+ V}F2 " q

Da srlle Grossen auf der rechten Seite dieser Gleichung Konstanten sind, muss bei Verwendung von PIN-Dioden als Dämpfungswiderstände die Sutane der Dioden treiberspannungen konstant sein. Werden also PIIT-Dioden als Dämpfungselemente R^, R₂, R*, R^. verwendet und die Summe der Treiberspannungen konstant gehalten, so kann der effektive Empfängerpunkt des übertragenen Signals auf einer Kreisbahn bewegt werden, wobei die Antriebspunktimpedans der Antennenanordnung ia wesentlichen konstant ist. Die zuvor genannte Gleichung kann durch irgendzwei symmetrische, komplementäre Spannungsantriebsfunktionen erfüllt werden, und die Forderung nach dem richtigen Überkreuzungswiderstandswert R_A kann durch eine Stromquellen-Vorschaltung realisiert werden. Die Wechsel Spannungskomponenten Vj,,, und V^p können dann addiert werden, um dieso Gleichung zu erfüllen. Zwei leicht zu erzeugende, ko-npleiientäre Funktionen sind die Sinusfunktion, die negative Sinusfunktion, die Gosinusfunktion und die negative Cosinusfunktion.

In Fig. 10 ist eine Dämpfungsschaltung dargestellt, bei der FIU-Dioden und die zuvor beschriebenen, komplementären Antriebsfunktionen verwendet werden. Da die Dämpfungsschaltungen 180, 182, 184, 186 einander gleich sind, wird die Arbeitsweise von nur einer der Schaltungen, nämlich der Schaltung 186 erläutert. Alle Dämpfungsschaltungen 180-186 sind mit einem gemeinsamen Antennenausgangspunkt 188 verbunden, der über die Antenneneingangsleitung 10 mit dem Hochfrequenzverstärker 12 (vgl. Fig. 2) in Verbindung steht. Das Antennenelement A^ (oder 3a, in Fig. i) ist über einen Kondensator 192 mit der Anode einer PIN-Diode 190 verbunden. Über eine Hochfrequenzdrossel 194- wird die Antenne A. auf iiassepotential gehalten, um eine statische Aufladung zu verhindern. Die Hochfrequsnsdroosel 194- besitzt jedoch eine sehr hohe Impedanz für Hochfrequenz-Schwingungen, so dass über

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sie cieine Hochfrequent-Energie nach Masse hin abfliesst. Das Dioden-Hodulacionssignal E. +E sin LJ t gelangt über eine weitere Hochfrequenzdrossel 196 an die Anode der ?I2i-Diode 190 und der Eingangsanschluss der Drossel 196 liegt über einem Nebenschluss-Kondensator 193 an Masse. Die Gleichspannungskomponente E. des Ilodulationssignals V^ gelangt über den Widerstand 200 an die Anode der PIN-Diode 190. Die Wechsel spannungskomponente E sin CO t fliesst durch einen Kondensator 202. Der Dämpfungssteuerstrom, der durch die Diode 190 flieest, gelangt über die Antennen-Ausgangsleitung 188 und über die Hochfrequenzdrossel 204 an Masse.

Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild des gesamten Antennen-äteuersystems. Der An tenn en-Synchro mi rnpuls vom durch vier teilenden Verschiebezählter 43 (vgl. Fig. 2), der einmal pro Antenneadrehung auftritt, gelangt an eine Phase-Lock-Loop-Schaltung 210, die eine Sinus-Schwingung am Ausgang bereitstellt, deren Frequenz und Phase gleich der Frequenz und Phase der Äntennen-Synchrocimpulse ist. Die Phase-Lock-Loop-Schaltung 210 besitzt einen sp^nnungsgsregeiten Oszillator 212, der ein V/e^hselspannungssignal mit einer Frequenz erzeugt, die durch die am Eingang anliegende Spannung festgelegt ist. Dieses Wechselspannungssignal wird in ssiner Frequenz durch den durch vier teilenden Zähler 214 verringert, um die geradzahligen Harmonischen zu unterdrücken, und ein Tiefpaßfilter 216 unterdrück die hochfrequenten ungeradzahligen harmonischen Komponenten des am Ausgang des spannungsgeregelten Oszillators 212 auftretenden Signals, so dass nur die relativ saubere Grundschwingung oder Grundkomponente am Ausgang des Tiefpaßfilters 216 auftritt. Dieses Ausgangssignal gelangt zum Null-Durchgangsdetektor 218, der ein ginäres Rechteck-Schv/ingungssignal in Phase mit dem Ausgangssignal der Phase-Lock-Loop-Schaltung 210 erzeugt. Die Phase der Rechteckschwingung am Ausgang des Null-Durchgangsdetektors 218 wird mit der Phase des Antennen-Synchromiapulses in einea Ilullgrad-Phasendetektor 220 verglichen, der eine der Phasendifferenz proportionale Spannung bereitstellt. Diese

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op-tnnnnj r-"5 ^eIt nach Durchhang durch, -aiii Üchleif enfil ?;er ^-2, welches dia ochieifendynaaik festlegt, die Arbeitsfre^uon:; des spannungsgeregelten Oszillators 212 derart, dass die Phase der IJull-Durchganzsimpulse und damit die Phase des Regelschleifen-Ausgjangssignals phasengleich mit den Antennen-Synchronimpulsen wird, die von dem durch vier teilenden Verschiebezähler 48 (vgl. Fig. 2) erzeugt werden. Das Ausgangssignal der Phase.-Lock-Loop-Schaitung 210 gelangt an einen nicht-invertierenden Puffer bzw. an ein nicht-invertierendes ODER-Glied .225, welches am Ausgang eine Sinus-Funktion bereitstellt. Diese Sinusfunktion moduliert das Seriendäapfungsglied 186 und wird einem invertierenden Puffer bzw, ODER-Glied 227 zugeführt, welcher bzw. welches eine negative Sinus-Punktion für c?.c Seriendäapfungsglied 180 bereitstellt. Las Au3gangssign-.il der Phasen-Lock-Loop-Schaltung 210 wird in einer PhasonGchieber-ochaltung 224 weiterhin wn. phasenverschoben, so dass sich eine Cosinus-Funktion' ergibt, die nach Durchgang durch den nicht-invertierenden Puffer bzw. das nicht-invertieirende ODER-Glied 225 an das Seriendäuipfungsglied 18-4· 'gelangt.. DLe Cosinus-Funktion v/ird auch in einem invartierenden Puffer bzw. ODER-Glied Γ25 invertiert, ua die Irapednnz des üeriendäaip fung33Üeds 182 zu steuern. Der Gl eich spring-.ir ξ-pegel der Dämpfixngsglied-Steuersignale wird mit einer Vorspannungseinstellüchal i-ung 250 eingestellt, ua den Üoerkreuzungswicerstand der Dä^pfungsglieder 180-186 so einzustellen, dass er gleich R^, ist, wie iies zuvor erläutert wurde.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass im Gegensatz zu den herköciinlichen Boppler-Art?r:;';en d.iv einzelnen Antenneneleaeate bei der vorliegenden Erfindung während der Antennendrehung nicht vom Empfängereingang abgeschaltet werden. Die Antennenelemente bleiben vielmehr immer angeschlossen und die Kopplung der Antenneneleaente an den Empfangereiηgang wird getrennt und kontinuierlich verändert, um die Antennendrehung zu erreichen. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu den herkömmlichen Doppler-Antennen, bei denen sequentiell von einem Antennenelement zum nächsten Antennenelement umgeschaltet wird.

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- a? -U

Las automatische, auf dem Doppler-Prinzip beruhende Grtungseyotem lässt pich also mit relativ wenigen Antennenelement verwirklichen. Das ßystem ermöglicht eine genaue Anzeige der Peilung eines Funksenders und hält die Verständlichkeit der Toninfor;p.ation im empfangenen Signal gewahrt, so dass die Information leicht verständlich ist.

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Claims

"■".· ii',-;;5LTi£

Λ. L-n'-«!Li·-it-- -..:·; MÜNCHEN N H. MAXIMILIANST RASOc K. SCHUMAN P. H. JA!<O.T? G. BEZOLD sr? Ο« HSR MAT Ur*^ O EM L 43 8

Patentansprüche

( 1. y Automatisches Peilsyst^m zum Anzeigen der Peilung ei.nsr Funkübertragung, gekennzeichnet durch eine Antennenanordnung (1) mit wenigstens drei nicht in einer Richtung liegenden Antennenelementen (A1 bis A4), die auf einer Kreisbahn winVzelatässig beabstandet sind, eine ArJ: ennensteuerschaltung, die die Kopplung zwischen jedem Ajitenneneloaent (A1 bis A4) und einer Anitennenausgang^leitung (10) gleichzeitig ändert v.ziä innerhalb eines vorgegebenen Kopplungsbereiches entsprechend den jeweiligen Antenneal'opplunga signal en derarc kontinuierlich einstellbar ist, dass die Antennenanordnung ein einziges Antennenelement simuliert, welches sich mit konstanter Geschwindigkeit und einer der Frequenz der Kopplungssignale entsprechenden Frequenz auf einer Kreisbahn bewegt, eine Signalerzeugungsschaltung, die die Antennenkopplungssignale bereitstellt, einen Empfänger (2), der aus dem an der Antennenausgan^sleitung (10) auftretenden Signal ein Dopplertaodulationssignal gewinnt, dessen Frequenz gleich der Frequenz dar

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TSUfON (1136)323863 TELEX O5-ä933() TEiECA««= MONAPAT TEUEHOf=ISRe?!

271864?

ίΐυ:v:> 1 ■·::.;3.Ί,::;.·.!.<■; ist, and eine Pailunssanseigesir.ric'itur: _, 'Ii^ axe Phase des iiodulationssignals mit der riaase ei η do Xopplungssignals vergleicht und ein dazu proportionales Feil'insjsanaeigesignal erzeugt.

2. Automatisches Peilsystea nach Anspruch 1, dadurch gekeannzeichnet, dass die Antennenanordnung nicht mehr als vier nicht in einer Richtung liegende winkelmässig beabstandete Antennenelemente (A1 bis AA-) aufweist und die den Jeweiligen Antennenelenentsn (A1 bis A4) entsprechenden Antennenkopplungssignale in ihrer Phase gleichmassig voneinander derart beabstandet sind, dass die Antennenelemente (A1 bis A4) in der Antennenanordnung (1) ein einziges Antennenelement genau simulieren, welches sich mit einer konstanten Geschwindigkeit auf einer Kreisbahn bev/e^t.

3- Automatisches Peilsystea nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennensteuerschaltung elektronisch gesteuerte, kontinuierlich veränderliche Dämpfunssgliaclar (182-136) aufweist, die die Antennenelemente (A1 bis A4) jeweils mit der Antennenausgangsleitung (10) verbinden, um die Kopplung zwischen den Antennenelementen (A1 bis A4) und dem Espfängereingang (1b) in Abhängigkeit von den jeweiligen Kopp lung s sign al en derart zu .steuern, dass der effektive Empfangspunkt dar Antennenanordnung (1) sich im wesentlichen kontinuierlich auf einer Kreisbahn bewegt.

4. Automatisches Peilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungssignale die Dämpfungsglieder (182 bis 186) derart verändern, dass der Eingangsscheinwiderstand der Antennenanordnung (1) am Empfängereingang (16) im wesentlichen konstant und dadurch das Verhältnis der stehenden Wellen der Antennenanordnung (1) klein ist.

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3- λ·ιϊ<: .V'ti-;y':-iz Γ-.;;.' ■ ;::1-'~ι .lach iine'i -!er -Vr .-".;·ϋ;ίια '1 ji ;^{: ;}-,

1cio) eine PiI;-.Diode (190), die zwischen dei .jeweilig.;^·:: Ant ecaauelemant (Al bis A4) und dem Empfänger Eingang κ'·ο)
liegaa, einen Vorstroa-üchaltungsteii, der einen kontinuierlichen, durch die Dioden (190) fliessenden Vorstrom erzeugt, sowie einen Diodenspaztnungs-Hodulations-Schaltungsteii aufweise, der die an den Dioden (190) liegende Spannung in
Abhängigkeit von den Kopplungssignalen moduliert.

6. Automatisches Peilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der an allen Dioden (19c) anliegenden Spannungen im wesentlichen konstant ist, so dass der Eir.gap.gsscheinvicerstand der Antennenanordnung im wesentlichen konst'ant ist.

7- Automatisches Peilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente (A1 bis A4·) im W'3£.i-ntli j.L. auf die Frequenz dos empfangenen Signals abgestimmt; sind, so dass ihre Eigsnimpscannen im wesentlichen oh;n ' sch? . Impedanzen sino , und dass die Ar. tonnenelnmanta
(A1 bis A4) mit vorgegebenen Abständen voneinander beabstandet sind, die so gev/ählt sind, dass ihr=; ⁿ:e^enseitigea
Impedanzen im wesentlichen ohm'sche Impedanzen sind, wobei die At stand 2 zwischen den Antennen el em·" ¹^.? α (A1 bis A4)
kleiner als eine Vierte.Tvfcllenlänge der- JTsqusnz der Funkübertragung sind, so dass das empfangene Signal durch die
elektrische Drehung der Antsnnenanordnunf- nicht amplitudenmoduliert isc.

8. Automatisches Peilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7j dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (2) eine Oszillator-Mi sehst ufe (14, 24) und eir:e nachfolgende Zw i sehen fr 8-quenz-Pilterstufe (22) aufv/eLst, und das Ausgangssignal
der Filterctufe (22) auf eine festliegende Besugnfrequsns
fixiert ist, um die Frequenz <;er. Oszillators (24) in dor
"-!■lischstufs (14, 24) zu regeln, um dadurch die

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NSPECTEO _ _t

Z^itvo-'^csru- j des d^rch '.Ii s O^illator-i'iischrjtuie ('!4, 20) uaci d'jrc'r, cie Zv;i3chenrrequ'-?:iz-l?ilt'.2rstuf8 (22) hindurchgehenden, e sprang er: au Signals zu stabilisieren (Fig. 2).

9- Automatisches Feil system nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (2) einen Frequenzdiskrininator (36), der eine zur Frequenz des Signals an der Antennenausgangsleitung (10) proportionale Spannung erzeugt, sov.ie ein Kommutierungsfilter (4-6) aufweist, das mit den Ausgang des Frequenzdis.criminators (36) verbunden ist und das Dopplermodulationssignal gewinnt.

10. Automatisches Peilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, dass das Kommutierungsfilter (46) mehrere Komaiutierungsschalter (82, 124·) aufweist, die von einem der Kopplungssignale sequentiell betätigt werden, so dass die Arbeitsfrequenz des Koinmutierungsfilters (46) gleich der Frequenz des Doppleriiodulationssignals ist.

11. Automatisches Peilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommutierungsfilter (4-6) eine Einfangschaltung aufweist, die den Anfangsteil einer Funkübertragung feststellt und die Bandbreite des Koatuutierungsfilters (4-6) während eines vorgegebenen Zeitraums

in Abhängigkeit davon erhöht, so dass das Koramutierungsfilter schnell stabilisiert wird.

12. Automatisches Peilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Peilungsanzeigeeinrichtung folgende Schalfcungsteile aufweist: Einen Oszillator (52), der ein Taktsignal mit fester Frequenz bereitstellt, eine Synchronisationsschaltung (48, 54), die einen Synchronimpuls erzeugt, wenn sich der effektive Empfangspunkt der Antennenanordnung (1) an einer vorgegebenen, einer festen Bezugspeilung entsprechenden Stelle befindet, einen Zähler (58), der vom Taktsignal weitergezählt wird und eine Einrichtung enthält, ua den Zähler (60) in Abhängigkeit des Synchron-

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rücxz'isi zzea, so da;; dar Zühlsr ait cis'n HL'·.'.-! on be-2ί;ιητ, vann de ν effektive E.~ip fang op unkt der Antennen ?.η Ordnung O) mit der 3ezugr,peilung übereinstimmt, einen ül'.tll.virchgangsdetektor (50), der das Modulationssignal zu:pführt erhält und einen Einrastiapuls für jeden Durchgang des Modulationssignals durch Null in einer vorgegebenen Durchganssrichtung erzeugt, wenn der effektive Empfangspunkt der Antennenanordnun^ O) sich an einer Stelle befindet, die der Peilung der Funkübertragung entspricht, eine Einrast-Anzeige (60), die das Ausgangssignal des Zählers (58) zugeführt; erhält und den Zählerstand des Zählers (58) in Abhängigkeit der Einrastimpulse anzeigt, so dass die durch die Einrastanzeige (60) angezeigte Zählerstandsanzeige dem Zeitintervall entspricht, während dem der effektive Empfangspunkt; der Antennananorcnuns (1) vcn einer der 3ezugspeilung entsprachenden Stalle zu einer der Peilung der Funkübertragung entsprechenden Stelle läuft.

13- Automatische Peilsystem nach einea der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, dass der Eaipfänger (2) einen Tonkanal enthält, der ein Tonsignal aus dea empfang en 3 a Signal gewinnt und in Abhängigkeit davon einen hörbaren Ton erzeugt, und dass der Empfänger (2) ein Kerbfilter besitzt, welches das iicdulationssignal im Tonsignal unterdrückt, so dass das Modulationssignai die Tonqualität des Tonsignals nicht wesentlich verringert.

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