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"Koobiniertes Sende- Empfangs- und Peilantennensystem"
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Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Sende- Empfangs-und Peilantennensystem,
insbesondere für den Autonotfunk.
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Bei einem in der Patentanmeldung P 26 41 282 vorgeschlagenen Aut-Notfunksystem
weist jedes Kraftfahrzeug ein sogenanntes Auto-Notfunkgerät an Bord auf. Auf Knopfdruck
wird über eine für alle Fahrzeuge einheitliche Frequenz f1 ein digitalisierter Notruf
abgesetzt. Der Notruf wird von mit einem Peiler ausgestatteten Relaisstellen empfangen
und gepeilt. Die ermittelten Peilwerte werden von den Relaisstellen zwecks Triangulation
- d. h. zwecks Bestimmung des Aufenthaltsorts des Fahrzeugs - über Fernsprechanschlüsse
einer Rettungsleitstelle übermittelt. Nach Ermittlung des Fahrzeugstandortes strahlt
die dem Fahrzeug am nächsten liegende Relai8-stelle über eine Frequenz f2 ein Quittungssignal
an das Fahrzeug ab. Das Quittungssignal enthält eine Sprecherlaubnis für eine Frequenz
f3. Es werden im 70 cm-Band drei 20 kHz-Kanäle benötigt (f1, f2 und f3), wobei die
Frequenzen f1 und 3 gegewïber 9 einen Gegensprechabstand von z. B.
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~ 10 MHz haben.
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Zur Wahrnehmung ihrer Funktion benötigen die Relaisstellen eine Sende-
Empfangs- und eine Peilantenne, die zweckmäßigerweise in einem kombinierten Sende-
Empfangs- und Peilantennensystem zusammengefaßt werden. Ein Problem ergibt sich
hierbei aus der Tatsache, daß die Peilantenne jederzeit, d. h. auch im Falle, daß
die Sende-Empfangsantenne gerade mit einer Leistung von bis zu 6 Watt strahlt, peilbereit
sein muß, was nicht ohne weiteres möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antennensystem der eingangs
genannten Art zu schaffen, das auch dann, wenn die Sende-Empfangsantenne mit Leistungen
von beispielsweise bis zu 6 Watt strahlt, eine einwandfreie Peilung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Antennensystem
aus einer konzentrierten Anordnung aus einer Sende-Empfangs-Antenne mit Rundumcharakteristik,
einem Kleinbasis-Peilantennensy8tex in Gestalt eines Adcocks für die Grobpeilung
sowie einem Großbasis-Peilantennensystem in Form eines Sekt orpeilantennensyst ems
mit paarweise gegeneinander geschalteten bezüglich der Sende-Empfangs-Antenne symmetrisch
angeordneten Einzelantennen für die Feinpeilung besteht.
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Die Sende-Empfangs-Antenne ist dabei vorzugsweise als Dipol ausgebildet.
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Das Kleinbasis-Peilantennensystem ist vornehmlich als Vierelemente-Adcock
mit vier Einzelantennen gestaltet.
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Als Großbasis-Peilantennensystem ist vorzugsweise eine bezüglich der
Sende-Empfangs-Antenne spieglsymmetrische Kreis gruppenanordnung von n, insbesondere
sechs, Einzelantennen vorgesehen, bei der zwischen benachbarten Einzelantennen ein
Kreissektor von 2X/n liegt, wobei n eine gerade natürliche Zahl ist.
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Eirze bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gegeben, daß dic Sende-Empfangs-Antenne,
das Kl einbasi s-Peilantennensystem und das Großbasis-Peilantennensystem in der
Vertikalen gef;eneinander versetzt angebracht sind.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des Großbasis-Peilantennensystems besteht
darin, daß einander gegenüberliegende Einzelantennen des Großbasis-Peilantennensystems
jeweils in einem Differenzbildner, vorzugsweise einem Differentialübertrager, zusammengeschaltet
sind, daß die Differenzbildner ausgangsseitig an einen Sektor-Umschalter angeschlossen
sind, der einen nach Maßgabe des mittels der Grobpeilung ermittelten Peilsektors
ausgewählten ersten Differenzbildner mit einem ersten Modulator und zweiten Differenzbildner
mit einem zweiten Modulator verbindet, daß das Ausgangssignal des ersten bzw. zweiten
Differenzbildners in dem ersten bzw.
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zweiten Modulator nach Maßgabe einer rechteckförmigen Steuerspannung
wechselnder Polarität mit dem Tastverhältnis 1:1 bzw. mit einer in der Phase um
+900 oder -900 verschobenen entsprechenden Steuerspannung in der Phase umgetastet
wird, daß der erste und der zweite Modulator ausgangsseitig an ein erstes Summierglied
angeschlossen sind und daß der Ausgang des ersten Summiergliedes mit einem ersten
Eingang eines zweiten Summiergliedes verbunden ist, an dessen zweitem Eingang eine
Rundantennenspannung anliegt.
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Der Peilwinkel wird dabei aus der Phasendifferenz zwischen der Steuerspannung
und einer aus dem Ausgangssignal des zweiten Summiergliedes durch AM-Demodulation
derselben Frequenz wie die Steuerspannung ermittelt.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß sich der eine einwandfreie
Peilung unmöglich machende Einfluß der strahl enden Sende-Empfangs-Antenne auf die
Peilantenne weiCestgehend vermeiden läßt, wenn die Sende-Empfangs-Antenne
im
Zentrum einer Peilantenne angeordnet wird, die aus Paaren von Einzelantennen besteht,
die bezüglich der Sende-Empfangs-Antenne spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet
sind und die gegeneinander geschaltet sind, 80 daß sich die von den beiden Einzelantennen
eines jeden Paares von der Sende-Empiangs-Antenne empfangenen Signale - da sie gleiche
Amplitude und Phase aufweisen - gerade wegkompensierer.
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Eine Peilantenne mit diesen Eigenschaften stellt beispielsweise ein
Ädcock dar, der aus einer bezüglich seines Zentrums spiegelsymmetrischen Anordnung
von gegeneinander gesch alteten Einzelantennen-Paaren besteht. Aus Gründen der Eindeutigkeit
des Peilergebnisses kommt allerdings nur ein Kleinbasis-Adcock (mit im Zentrum angeordneter
Sende-Empfangs-Antenne) in Frage. Da ein Kleinbasis-Adcock zwar eindeutige, aber
- insbesondere bei Mehrwelleneinfall durch Reflexion an Masten oder Gebäuden der
näheren Umgebung - nur verhätnismäßig ungenaue Peilungen durchzuführen gestattet,
wird er lediglich als Grobpeiler zur Bestimmung des Peilsektors für einen sehr genauen,
für sich genommen aber wiederum nicht eindeutigen Sektorpeiler verwendet, der ebenfalls
aus bebezüglich der Sende-Empfangs-Antenne spiegel symmetrisch angeordneten, gegeneinander
geschalteten Einzelantennen-Paaren besteht. Die Sende-Empfangs-Antenne, die Kleinbasis-Pcilantenne
und die Großbasis-Peilantenne werden zwecks Verringerung von Kopplungswechselwirkungen
zweckmäßigerweise in der Vertikalen gegeneinander versetzt angeordnet.
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Es wird darauf hingewiesen, daß sich die Erfindung selbstverständlich
nicht auf das hier ausführlich erläuterte Beispiel des Auto-Notfunks beschränkt,
daß sie sich vielmehr auf all die Falle erstreckt, bei denen es darum geht, eine
Peilantenne von den 8törungen durch eine in der Nähe strahlende 8ende- oder Sende-Empfangsantenne
zu befreien.
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Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen im folgenden
anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Fig. 1a zeigt ein Ausführungsbeispie, bei dem eine .ende-Emj>fangs-Antenne
SEA in Gestalt eines Dipols, eine KLeinba is-Peilantenne in Form eines Vierelemente-Adcocks,
von dem lediglich zwei Einzelantennen I und III dargestellt sind, und eine Großbasis-Peilantenne
mit sechs auf einem Kreis im Abstand von 600 angeordneten Einzelantennen, von denen
lediglich die Einzelantennen 1, 2, 3 und 6 gezeichnet sind, an einem Stahlmast 13
konzentrisch übereinander befestigt sind. Der Stahlmast 13 wird von einem Betonmast
14 getragen.
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Fig. Ib zeigt skizzenhaft eine raufsicht auf eine Antenne gemäß Fig.
1a. Im Zentrum der Antenne befindet sich die Sende-Empfangs-Antenne SEA. Konzentrisch
zur Sende-Empfangs-Antenne sind ein aus vier Einzelantennen bestehender Vierelemente-Adcock
sowie ein aus sechs auf einem Kreis im Abstand von je 60° angeordneten Einzelantennen
1 bis 6 bestehendes Sektorpeilantennensystem angeordnet. Der Vierelemente-Adcock
hat als Kleinbasis-Antennensystem zwischen einander gegenüberliegenden Einzelantennen
- d. h. zwischen den Einzelantennen I und III bzw. II und IV - einen Abstand von
A/2, wobei A die Betriebswellenlänge ist. Die Kreisgruppenanordnung des Peilantennensystems
hat demgegenüber als Großbasis-Peilantennensystem einen Durchmesser von größer als
X, beispielsweise 3A/2.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Antennensystem in Draufsicht,
das sich von demJenigen gemäß Fig. 1b lediglich dadurch unterscheidet, daß als Großbasis-
bzw.
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Sektorpeilantennensystem anstelle einer Kreisgruppenanordnung von
sechs Einzelantennen eine Kreisgruppenanordnung von zwölf Einzelantennen 1 bis 12
vorgesehen ist, zwischen denen jeweils ein Winkel von 300 liegt. Eingezeichnet sind
des weiteren eine unter einem Winkel a einfallende Welle sowie der nach der Grobpeilung
dieser Welle ausgewählte Peilsektor PS von +450 um die gestrichelte Verbindungslinie
zwischen dem Zentrum des Antennensystems und der Einzelantenne 12.
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Dieser Sektor wird gerade von den gegeneinander gesclwalteten Einzelantennen
2 und 8 sowie 4 und 10 erfaßt. Einander gegenüberliegende Einzelantennen des Sektorpeilers
sind paarweise Jeweils in einem Differenzbildner # in Form eines Differentialübertragers
gegeneinander geschaltet, und zwar die Einzelantennen 1 und 7 im Differenzbildner
81/7 die Einzelantennen 2 und 8 im Differenzbildner A2/8... und die Einzelantennen
6 und 12 im Differenzbildner A6/12.Entsprechendes gilt auch für die Einzelantennen
I und III sowie II und IV des Adcocks, für die die Differenzbildner #I/III und hII/IV
vorgesehen sind. Die Differenzbildner sind an einen Sektor-Umschalter angeschlossen.
Mittels des Sektor-t;'mschalters werden die zum nach Maßgabe der Grobpeilung (mittels
des Adcocks) ausgewählten Peilsektor gehörenden zwei Differenzbildner auf zwei Modulatoren
M1und M2 durchgeschaltet.
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Der in Fig. 2 dargestellte Peilsektor PS wird von den beiden Einzelantennen-Paaren
2 und 8 sowie 4 und 10 abgedeckt, daher werden in diesem Fall der Differenzbildner
2/8 auf den Modulator M1 und der Differenzbildner A4/10auf den Modulator M2 durchgeschaltet.
Dem Modulator fliwird über einen Anschluß M1 des weiteren eine in Fig. 3a dargestellte
Steuerspannung zugeführt. Es handelt sich hierbei um eine Rechteckspannung wechselnder
Polarität mit einem Tastverhältnis von 1:1, die vorzugsweise eine Frequenz von 130
Hz hat. Dem Modulator M2 wird über einen Anschluß M2die in Fig. 3b bzw. 3b' dargestellte,
um +900 (Fig. 3b) bzw. -90O(Fig. 3b') in der Phase verschobene Steuerspannung zugeleitet.
Die Phase des Ausgangssignals der Differenzbildner A2/8und A4/10 wird in den Modulatoren
M1 und M2im Takt der anliegenden Steuerspannungen umgetastet. Während der Messung
des Peilwinkels wird auf den Anschluß M2des Modulators M2 für eine bestimmte Zeit
die in Fig. 3b dargestellte Steuerspannung gegeben, anschließend wird für dieselbe
Zeitdauer auf den Anschluß M2 die Steuerspannung gemäß Fig. 3b' gelegt und dann
wird aus den ermittelten Peilwerten der Mittelwert gebildet.
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Auf diese Weise werden die vom Empfänger verursachten Laufzeit fehler
kompensiert. Die Modulatoren M1 und M2 signal aus ganFsseitig mit je einem Eingang
eines ersten Summierers # verbunden. Der Ausgang des ersten Summierers # ist aIz
einen Eingang eines zweiten Summierers GE:' angeschlossen, dessen anderem Eingang
iiberein Filter fe für die Empfangs frequenz eine Rundantennenspannung zugeführt
wird. Die Rundantennenspannung wird beispielsweise durch Addition der #-Ausgangsspannung
der Differenzbildner A2/8 bis A4/10 gewonnen.
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Durch Addition der Ausgangsspannungen der beiden Modulatoren M1 und
M2 zu der Rundantennenspannung erhält man am Ausgang des zweiten Summierers #' ein
im Takt der Steuerspazenungen in (er Amplitude moduliertes Signal, wie es für eine
bestimmte Einfallsrichtung der gepeilten Welle beispielsweise in Jig. 3f dargestellt
ist. (Die Phase des empfangenen Nutzsignals bleibt dabei völlig unbeeinflußt, so
daß das Ausgangssignal des zweiten Sumrnierer.s < auch hinsichtlich der frequenzmodulierten
Nachricht des Nutzsignals demodulierbar ist). Zur Ermittlung des Peilwinkelwertes
wird da Ausgangssignal des zweiten Summierers #' durch Gleichrichtung AM-demoduliert
und in einem 130 Hz-Bandpaß gefiltert. Man erhalt so eine 130 Hz-Sinusschwingung,
deren Phase mit der Phase der in Fig. 3a dargestellten Steuerspannung verglichen
wird. Die gemessene Phasendifferenz ist ein Maß für den Einfallswinkel a der gepeilten
Welle, und zwar beträgt die Phasendifferenz infolge der beispielsweise vierfachen
Steilheit des Sektorpeilers (gegenüber dem Kleinbasis-Adcock) gerade 4 a, so daß
die gemessene Phasendifferenz zur Ermittlung des Peilwinkels <x lediglich durch
vier dividiert zu werden bracht, was in binärer Darstellung lediglich auf eine Verschiebung
des Kommas um zwei Stellen hinausläuft.
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Fig. 3 zeigt einige wichtige Spannungsverläufe der Anordnung gemaß
Fig. 2. Wie bereits erwähnt, sind in Fig. 3a und b bzw. b' die Steuerspannungen
für die Modulatoren M1 urd M2 dargestellt.
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Fig 3c und 3d zeigt die Ausgangssignale der Differei zbildner A2/8
und A4/aO im Falle, daß die zu peilende Welle unter dem Winkel a-0 einfällt. Die
Ausgangsspannungtn der Differenzbildner haben dann gleiche Amplitude und entgegengesetzte
Phase, was durch die Kennzeichnung mit "+" bzw.
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- angedeutet ist. Tastet man die Phase der Spannung gemäß Fig. 3c
nach Maßgabe der Steuerspannung gemäß Fig. 3a, diejenige der Spannung gemäß Fig.
3d nach Maßgabe der Steuerspannung gemäß Fig. 3b' um und addiert beide Spannungen
dann zu der in Fig. 3e dargestellten Rundspannung, so erhält man den Spannungsverlauf
gemäß Fig. 3f, der dem Ausgangssignal des zweiten Summierers sF' in Fig. 2 entspricht.
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Die Phasendifferenz zwischen der AM dieses Signals und dem Steuersignal
gemäß Fig. 3a entspricht - wie bereits erwähnt -gerade 4 a. Da der Peilwinkel a
bei diesem Beispiel gleich Null ist, ist auch die Phasendifferenz zwischen den Spannungen
gemäß Fig. 3a und 3f gleich Null, wie in Fig. 3 durch die gestrichelt eingezeichnete
Vertikale angedeutet.
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Abshließend sei darauf hingewiesen, daß in Anbetracht der Tatsache,
daß bei dem Sektorpeilantennensystem jeweils nur zwei Einzelantennen-Paare für einen
Sektor benötigt werden, dieses Antennensystem zweckmäßigerweise aus nur sechs -
wie in Fig. 1 dargestellt - oder acht Einzelantennen bestehen sollte, wodurch neben
dem Aufwand auch die Windlast der Antenne verringert wird. Bei Verwendung von zwölf
Einzelantennen (vgl. Fig. 2) sind die aufeinanderfolgenden +450 Sektoren jeweils
um 300 gegeneinander verdreht, was einer Überlappung von 60° entspricht, während
man bei sechs Einzelamtennen (vgl. Fig. 1) eine Verdrehung benachbarter +45°-Bektoren
von 600 und damit eine immer noch bei weitem ausreichende Uberlappung von 300 erhält.
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