DE2746777A1

DE2746777A1 - Bodenstation fuer ein funknavigationssystem, insbesondere landesystem

Info

Publication number: DE2746777A1
Application number: DE19772746777
Authority: DE
Inventors: Charles William Earp
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1976-11-03
Filing date: 1977-10-18
Publication date: 1978-05-11
Also published as: IT1088159B; GB1538173A; AU3020077A

Description

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C.W.Earp-158

BODENSTATION FÜR EIN FUNKNAVIGATIONSSYSTEM, INSBESONDERE LANDESYSTEM

Die Erfindung betrifft eine Bodenstation für ein Funknavigationssystem , insbesondere Landesystem, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Eine derartige Bodenstation ist aus der DT-OS 24 50 832 bekannt. Das Landesystem ist unter der Bezeichnung Doppler MLS (Microwave Landing System) bekannt.

Beim Doppler MLS werden normalerweise Signale mit zwei Frequenzen abgestrahlt; eines von einem feststehenden Strahler und eines von einer geschalteten Antennenzeile. Alternativ hierzu können auch beide Signale von Strahlern, deren Bewegung simuliert wird (jedoch unterschiedliche Bewegungen), abgestrahlt werden. In beiden Fällen kann das eine Signal als Bezugssignal oder Trägersignal und das andere Signal als Seitenbandsignal bezeichnet werden.

Bei solchen Systemen können Träger- und Seitenbandsignale durch Störungen, die durch Mehrwegausbreitungen verursacht werden, verfälscht werden und somit wird auch das aus den beiden Signalen erzeugte und benötigte Schwebungssignal verfälscht. Durch die Störungen des feststehenden Bezugssignals, das in dem gesamten Nutzsektor gleichmäßig abgestrahlt wird, kann eine Reflexion an einem Hindernis, daß außerhalb der Nutzstrahlungskeule liegt, simuliert werden, wodurch die Richtungsanzeige im Flugzeug verfälscht wird.

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Durch die Lösung entsprechend der DT-OS 24 50 832 werden Störungen, die durch den Kommutierungsvorgang erzeugt werden, eliminiert. Bei der hier beschriebenen Lösung werden die oben beschriebenen Störungen beseitigt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig.1 ein Blockschaltbild mit der erfindungsgemäßen Lösung;

Fig.2 eine Tabelle zur Erläuterung der Funktionsweise;

Fig.3 eine schematische Darstellung einer Antenne mit seitlicher Diversity.

Bei der einfachen Anordnung nach Fig.1 besteht die lineare Antennenanordnung aus 13 Strahlern. Ein Generator GEN erzeugt ein Trägersignal S3 mit der Frequenz F, das dem mittleren Strahler C der Antenne zugeführt wird. Der Generator erzeugt auch ein oberes Seitenband USB mit der Frequenz (F+f) und ein unteres Seitenband (LSB) mit der Frequenz (F-f). Die Erfindung besteht im Prinzip darin, daß die Strahler der Antenne nacheinander von A nach B mit USB und gleichzeitig hierzu von B nach A mit LSB gespeist werden. Am Ende eines solchen Anschaltzyklus werden die Anschaltzyklen umgekehrt. Dies kann durch direktes Zuführen der Seitenbänder zu den entsprechenden Strahlern realisiert werden. Bei einer

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solchen Anordnung wird jedoch eine große Anzahl von Schaltern, z.B. zwei für jeden Strahler, benötigt. Eine günstigere Anordnung ist in Fig.1 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist die Antenne in zwei Hälften geteilt, denen jeweils eine Schaltanordnung SW1 bzw. SW2 zugeordnet ist. Die Seitenbandausgangssignale USB und LSB des Generators GEN werden zunächst einer dritten Schalteinrichtung SW3 zugeführt, von der wiederum die Schalteinrichtungen SW1 und SW2 gespeist werden. Die Funktion dieser Anordnung wird mit Hilfe der Fig.2 erläutert. Zunächst leitet SW3 das obere Seitenband als Signal S1 zu der Schalteinrichtung SW1 und das untere Seitenband als Signal S2 zu der Schalteinrichtung SW2. Die Schalteinrichtungen schalten während der ersten sechs Zeitschlitze eines vollständigen Anschaltzyklus jeweils von einem zum nächsten der Elemente 1-6 bzw. 13-8 weiter. Während des Zeitschlitzes 7 schaltet die Schalteinrichtung SW3 so, daß das Signal S1 das untere Seitenband LSB und das Signal S2 das obere Seitenband ist. SW1 und SW2 kehren dann ihre Schaltrichtung um und das

Anschalten erfolgt in der Richtung 6-1 bzw. 8-13. Am Ende

des Anschaltzyklus mit 13 Zeitschlitzen schaltet die Schalteinrichtung SW3 erneut um und der gesamte Prozess beginnt von Neuem. Die Position der jeweiligen Strahler, von denen die Signale abgestrahlt werden, sind zu allen Zeiten von dem abgestrahlten Träger gleich weit - jedoch in entgegegesetzter Richtung - entfernt.

Durch das beschriebene Schalten erreicht man, daß die Phase des demodulierten Empfängerausgangssignals von der Trägerphase unabhängig ist. Somit kann die Phasenverfälschung des "Referenz-" oder Trägersignals vermieden werden. Es wird weiterhin erreicht, daß, wenn ein linearer Detektor

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verwendet wird, die Verfälschung der Trägeramplitude keine Bedeutung hat, es sei denn, sie entspräche einem sehr hohen Modulationspegel.

Wenn man den abgestrahlten Träger und ein Seitenband verwendet, dann ist es notwendig, den Bereich der demodulierten Frequenzen auf ein maximales Verhältnis von ungefähr ^ ^zu begrenzen, um Kreuzprodukte der Demodulation von Schwebungssignalen aus Seitenbandkomponenten verschiedener Frequenzen zu vermeiden. Andererseits kann bei Verwendung von DSB der Videobereich der Frequenzen erhöht werden, z.B. auf j, wenn die Gesamtbandbreite gleich drei mal der Videobandbreite beim Einseitenbandbetrieb ist. Im Falle von DSB werden zwei Anschaltzyklen gleichzeitig und in der halben Zeit eines üblichen Hin- und Her-Anschaltzyklus bei SSB durchgeführt, so daß die Informationsrate verdoppelt wird. Somit kann die Anschaltfolge halbiert werden,

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wodurch ^ der Bandbreite eingespart wird. Da das durch die Trägerstörung verursachte Rauschen vermieden wird, werden nicht mehr so viele Mittelungen von aufeinanderfolgenden Anschaltzyklen verwendet, so daß Anschaltfolge und Bandbreite weiter verringert werden können.

Beim Einseitenbandbetrieb ist für den Träger und das Seitenband jeweils eine Leistung P, zusammen also die Leistung 2P notwendig. (In der Praxis wird auch das andere Seitenband erzeugt - jedoch nicht abgestrahlt -, so daß die gesamte benötigte Leistung gleich 3P ist). Beim DSB-Betrieb wird die Trägerleistung P voll mit zwei Seiten-

bändern moduliert - jedes mit τ -; die Gesamtleistung

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3P
ist -j. Wenn die Bandbreite reduziert wird, kann für ein benötigtes Signal/Rauschverhältnis die abgestrahlte Leistung noch weiter reduziert werden. Wenn die Leistung P eines einzelnen Seitenbandes durch zwei Seitenbandleistungen ersetzt wird, jede mit 7, dann können Halbleiterbauelemente verwendet werden.

Das Ausfallen von Schaltern bei einigen Strahlern ist ohne groBe Bedeutung, da der Informationsverlust auf einem Seitenband durch das andere Seitenband ausgeglichen wird. Selbst bei Ausfall eines Schalters ist die Bodenstation noch funktionsfähig, denn durch den anderen Schalter wird der Einseitenbandbetrieb aufrechterhalten.

Das System ist vollkommen kompatibel mit SSB-(Zweifrequenz)-Systemen und voll kompatibel mit dem potentiellen Wachstum von seitlichen und orthogonalen Diversity-Systeinen. Bei einer solchen Antennenanordnung wird das zugrundeliegende Konzept einer einzigen linearen Antennenanordnung ersetzt durch eine Vielzahl von nacheinander betriebenen Antennenanordnungen, von denen jede zu einer kurzen linearen

Anordnung im wesentlichen äquivalent ist. Die Matrix hat

elf Strahler A-J, die nur zur Abstrahlung der Trägerfrequenz F verwendet werden. Jeder dieser Strahler ist zwischen zwei linearen Anordnungen von Strahlern, von denen Seitenbandsignale abgestrahlt werden, angeordnet. In jedem Fall ist

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die Mehrzahl - wenn nicht alle- der Strahler in einem jeden Paar der Seitenbandstrahlerzeilen in Bezug auf das dazwischenliegende Trägerstrahlerelement und auf die Strahler der anderen Zeile des Paares versetzt angeordnet, so daß die Seitenbandstrahler des Paares in Bezug auf den Trägerstrahler symmetrisch angeschaltet werden können. Als Beispiel wird der Trägerstrahler A betrachtet. Die Seitenbandstrahler in den zwei benachbarten Anordnungen können in Paaren symmetrisch zu dem Strahler A angeschaltet werden: 0 4 55; K) ft 45; 20 ft 35; 30 ft 25; 40 ft 15; 50 ft (Der Strahler 65 wird nur im Zusammenhang mit den beiden linearen Anordnungen, die dem Trägerstrahler B benachbart sind, verwendet). Die Numerierung der Strahler bezieht sich auf ihre Höhe über Grund (ausgedruckt in Wellenlängen) und jeder Strahler ist 10 hoch, um Bodenantrahlungen zu vermeiden. Auf der äußersten linken und auf der äußersten rechten Position gibt es zwei lineare Anordnungen, die dieselben Höhen über Grund haben. Dies ist so, weil die Strahler 0 ft 55 symmetrisch zum Trägerstrahler A, dessen Höhe über Grund 27 1/2 ist, und die Strahler 0 & 61 symmetrisch zum Strahler J, dessen Höhe über Grund 30 1/2 ist, angeordnet sind. Die Höhen der Trägerstrahler sind:

AB C D E FGH 27 1/2_;33 1/2 , 32 1/2 _; 29 1/2 , 31 1/2, 30 1/2 _; 36 1/2,33

I J

29 1/2, 30 1/2

Anhand der nachfolgenden Tabelle wird gezeigt, wie durch geeignetes Speisen verschiedener Paare von Seitenbandstrahlern in verschiedenen Paaren von linearen Anordnungen

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und durch gleichzeitiges Zuführen des Trägers zu dem entsprechenden Trägerstrahler eine große Anzahl (z.B. 63) kleiner Schaltschritte (z.B. 2 ) erzeugt werden kann.

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SCHALTZYKLUS FUR ELEVATIONS-DSB-SYSTEM

+ Differenz, 63 61 59 57 55 53 51 49 47 45 43

USB (Sl) F+f 65 61 62 58 61 57 59 56 53 50 55 LSB (3 2) P-f 2031948765 12 Träger (S3) PBJCIGPHEDAB

»Differenz 41 39 37 35 33 31 29 27 25 23

USFi (SI) Pff 51 52 48 54 47 49 46 il3 *K) 45

LSB (32) P-f 10 13 11 19 14 18 17 16 15 22 Träger (S3) PJCIGPHEDAB

♦ Differenz 21 19 17 15 13 H 9 7 5 3 1

USB (Sl) F+f 41 H2 38 44 37 39 36 33 12 35 31

LSB (S2) F-f ?0 ?3 Ll ?9 24 28 37 26 25 32 30

Träger· (S3) P J C L G F H E D A B J

- Differenz l 3 5 7 9 n j 3 15 17 19

ÜSB CS2) Ftf 32 28 34 27 29 26 23 20 25 21

LSB CSl) F-f 33 31 39 34 38 57 36 35 42 44

Träger (S3) P crGFHEDABJ

-Differenz· 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

USB (S2) P+f 22 18 24 17 19 l6 13 10 15 11 12

LSB (Sl) P-f 43 41 49 44 48 47 46 45 52 50 53 Träger (S3) PCIGFHEDABJC

- Differenz 43 45 47 49 51 53 55 57 59 6l USB (S2) P+f 8 14 79630512 LSB (Sl) F-f 51 59 56 58 57 56 55 62 60 63 Träger (S3) PIGF H EDABJC

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Die "Differenz" ist die Anzahl der Wellenlängen zwischen jedem gegebenen Seltenbandstrahlerpaar. Wenn die Strahler 65 und 2 aktiv sind, ist ihr Abstand 63 ; wenn die Strahler 61 und O aktiv sind, ist ihr Abstand 61 usw. Wenn das Schaltprinzip der Fig.1 auf die matrixförmlge Antennenanordnung der Fig.3 angewandt wird, dann wechseln die Signale S1 und S2 von USB zu LSB und umgekehrt am Mittelpunkt des gesamten Anschaltzyklus. Somit ist für jeden Strahler nur ein Schalter notwendig, da jede Seitenbandstrahlungsquelle jeweils nur mit einer Hälfte der gesamten Seitenbandstrahler verbunden wird.

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Claims

Patentanwalt . ■ / r-η η η Dipl.-Phys. Leo Thul //4b/// Kurze Straße 8 7 Stuttgart 30 C.W.Earp-158 INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK Patentansprüche

1. Bodenstation für ein Funknavigationssystem, insbesondere Landesystem, bei dem zur Simulation der Bewegung eines Strahlers mehreren Strahlern nacheinander mindestens ein hochfrequentes Signal zugeführt wird, wodurch ein richtungsabhängiges Signal erzeugt wird, und von der außerdem ein richtungsunabhängiges Bezugssignal abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (1-6, 8-13) symmetrisch zu dem Strahler (7), von dem das Bezugssignal mit der Frequenz F abgestrahlt wird, in zwei lineare Gruppen eingeteilt sind, daß den Strahlern der einen Gruppe nacheinander ein Signal mit einer Seitenbandfrequenz der Bezugssignalfrequenz zugeführt wird und daß den Strahlern der anderen Gruppe gleichzeitig und in entgegengesetzter Richtung hierzu nacheinander ein Signal mit der anderen Seitenbandfrequenz der Bezugssignalfrequenz zugeführt wird.

2. Bodenstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gruppe (1-6, 8-13) jeweils nur ein Seitenband so zugeführt wird, daß jeweils eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung simuliert wird und daß nach Ablauf eines halben Anschaltzyklus die Seltenbänder vortauscht werden.

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3. Bodenstation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet/ daß nach Ablauf eines halben Anschaltzyklus auch die Anschaltrichtungen vertauscht werden.

4. Bodenstation nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden linearen Gruppen (1-6, 8-13) auf einer Geraden (ACB) angeordnet sind.

5. Bodenstation nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden linearen Gruppen parallel zueinander angeordnet sind.

6. Bodenstation nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (7), von dem das Bezugssignal abgestrahlt wird, symmetrisch zwischen den linearen Gruppen (1-6, 8-13) angeordnet ist.

7. Bodenstation nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallel zueinander angeordnete lineare Gruppen (Fig.3) vorgesehen sind, wobei zwischen den Gruppen jeweils ein Strahler (A...J) zur Abstrahlung des Bezugssignals vorgesehen ist, daß die linearen Gruppen und die Strahler versetzt angeordnet sind, daß bei aufeinanderfolgenden Anschaltzyklen die Bezugssignale von anderen Strahlern abgestrahlt werden, und daß die beiden Seitenbandsignale während jedem Anschaltzyklus zwei unterschiedlichen Strahlern, die symmetrisch zu dem benachbarten Bezugssignalstrahler angeordnet sind, zugeführt werden.

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