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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radiokompaß, wie er
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insbesondere bei Schiffen, Landfalirzeugen und Flugzeugen Verwendung
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Automatische Radiokompasse mit einem Kreuzrahmenantennen-Schaltkreis,
in dem ein Goniometer eingefügt ist, sind bekannt. Das Ausgangssignal des Goniometers
wird mit einem Niederfrequenzsignal moduliert und das Modulationssignal wird mit
dem um 900 phasenverschobenen Ausgangssignal der Vertikal antenne kombiniert. Danach
wird das resultierende Signal verstärkt und durch einen Empfänger demoduliert; das
demodulierte Signal wird in die Antriebswicklung des Hilfsmotors eingespeist und
das oben genannte Niederfrequenzsignal für die Modulation wird gleichzeitig an die
Erregerwicklung des Hilfsmotors angelegt, der mechanisch an das Goniometer angeschlossen
ist, um die Richtung einer eintretenden elektromagnetischen Welle durch die Winkelposition
des Goniometerzeigers anzuzeigen.
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Es ist ebenfalls bekannt, daß eine Kreuzrahmenantenne je zwei Ausgangssignale
produziert, wobei jedes mit einem von zwei I4iederfrequenzsignalen moduliert wird,
die dieselbe Frequenz aufweisen, aber jeweils 90° phasenverschoben zueinander bzw.
zu einem der Modulatorenpaare sind. Die modulierten Signale und die Ausgangssignale
der Vertikalantenne sind alle in einem Signal kombiniert, nachdem das Ausgangssignal
der Vertikalantenne 900 phasenverschoben wurde. au kombinierte Signal wird dann
verstärkt und durch einen Empfänger demoduliert. Danach wird das Signal durch ein
Filter, das alle Frequenzbestandteile außer der modulierten Frequenz ausfiltert,
geführt. Dann wird die Phase des Vergleichsfrequenzsignals für das oben genannte
Niederfrequenzsignal
für die Modulation mit der Phase des Ausgangsfrequenzsignals
des Filters verglichen, um ein Phasenwinkel-Differcnzsignal, das zum Anzeigen der
Richtung einer empfangenen elektromagnetischen Welle benutzt wird, zu produzieren.
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Die bekannten, oben beschriebenen Radiokompasse besitzen bestiminte
Nachteile. Insbesondere wenn die genannten Radiokompasse auf einem Schiff oder ähnlichem
installiert sind, gibt es dort in der Nähe der Antennen unvermeidbar viele Gegenstände,
wie Masten und Stangen, die elektromagnetische Wellen stören. Insbesondere wenn
eine Frequenz, die gemessen werden soll, in der Nähe eines VIIF-Bandes kommt, wird
die Hochfrequenzerdung der Vertikalantenne und der diesbezüglichen Elemente, die
für die Bestimmung vorgesehen sind, instabil, so daß die Amplitude und die Phase
eines Signals in der Vertikalantenne fortlaufend mit der Richtung der eintretenden
elektromagnetischen Welle als Ergebnis der Mast- und Stangeneinwirkung variiert,
wobei häufig der Empfang undeutlich und der Fehler vergrößert wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen automatischen
Radiokompaß zu schaffen, der frei von den oben genannten Nachteilen ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Ausgangs signal einer Vertikalantenne
zusammen mit dem Ausgangssignal voll Rahmenantennen, wie in den bekannten Vorrichtungen,
irn Anfangsmeßschritt benutzt. Im letzten Schritt jedoch wird zu: Anzeigen des gemessenen
Winkels die Richtung einer eintretenden elektromagnetischen Welle ohne Benutzung
einer Vertikalantenne gemessen, welche ungünstige Auswirkungen
für
Phase und Amplitude hat. Weitere Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
zu entnehmen.
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Anhand der nachfolgenden Zeichnungen und der anschließenden Beschreibung
wird die Erfindung näher erläutert. Es stellen dar: Fig. 1 ein Blockdiagramm eines
Ausführungsbeispiels eines automatischen Radiokomp.asses gemäß der Erfindung, und
Fig. 2 ein Blockdiagranirn eines anderen (weiteren) Ausführungsbeispiels eines automatischen
Radiokompasses gemäß der Erfindung.
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Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines automatischen Radiokompasses
gemäß der Erfindung, der Rahmenantennen 1 und 2, die so angeordnet sind, daß ihre
Peilwirkungen im rechten Winkel zueinander stehen; Ständerwicklungen 3 und 4, die
ein Goniometer darstellen und senkrecht zueinander angeordnet sind; Suchspulen 5
und 6, die zueinander senkrecht angeordnet sind; eine Vertikalantenne 8; 900 Phasenschieber
9 und ein Schaltgerät 10, dessen Ausgang an einer Kombinationsschaltung (combining
circuit) 11 angelegt ist, umfaßt. Der Ausgang des Phasenschiebers 9 iutt im allgemeinen
mit der Kombinationsschaltung 11 1 verbunden; aber nach Ausführung der Ausgangsmessung
wird der Phasenschieber 9 über die Kombinationsschaltung 11 abgeschaltet und der
Ausgang der Suchspule 6 wird mit der Ablöseschaltung 11 verbunden. Das Steuersignal
für diesen Vorgang wird von einem Pegelvergleicher 15 gesendet, der nachfolgend
beschrieben wird. Der Ausgang der Kombinationsschaltung 11 ist mit dem Empfänger
12 verbunden. Der Kompaß umfaßt ferner einen Demodulator
13 und
einen Niederfrequenzverstärker 14, dessen Ausgang mit der Antriebswicklung des Hilfsmotors
17, der in Reihe an das zuvor erwähnte Goniometer mechanisch angeschlossen ist,
verbunden ist. Ein Richtungszeiger 18 ist mechanisch an den Hilfsmotor 17 angeschlossen.
Ein Niederfrequenz-Oszillator 16 erzeugt ein Wechselstromsignal von z.B. 135 Hz,
das in die Erregerwicklung des Hilfsmotors 17 eingespeist wird. Das Ausgangssignal
des Oszillators 16 wird auch an den Gegentaktmodulator 7, der mit der Ausgangsseite
der Suchspule 5 im Goniometer zu Modulationszwecken verbunden ist, angelegt-. Der
Ausgang des Gegentaktmodulators ist mit der Kombinationsschaltung 11 verbunden.
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Das Wesentliche der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung
der Suchspule 6 und darin, daß der Phasenschieber 9 nicht immer mit der Kombinationsschaltung
11 durch das Schaltgerät 10 verbunden ist.
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Der zuvor envähnte Pegelvergleicher 15 vergleicht den Pegel der Zwischenfrequenz
des Empfängers 12 mit dem Pegel der demodulierten Welle des Demodulators 13 und,
wenn der Pegel der Zwischenfrequenz 0 beträgt oder sogar wenn die Zwischen frequenz
existiert, übersteigt der Pegel eines Frequenzbestandteils der demodulierten Welle
die die selbe Frequenz wie das Ausgangssignal des Niederfrequenz-Oszillators 16
aufweist, einen bestimmten Pegel, und dann erzeugt der Vergleicher kein Steuersignal
und verbindet dadurch den Ausgang des Phasenschiebers 9 mit der Kombinationsschaltung
11. Andererseits , wenn der Pegel der Zwischenfrequenz größer ist als Null, und
gleichzeitig der Pegel des demodulierten Niederfrequenzbestandteils kleiner ist
als der bestimmte Pegel, dann wird der Pegelvergleicher 15 ein Steuersignal an
das
Schaltgerät 10 litern. Als Ergebnis wird das Ausgangssignal des Phasenschiebers
9 nicht übertragen und anstelle des Phasenschiebers 9 wird die Suchspule 6 mit der
Kombinationsschaltung 11 verbunden.
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Die Schaltvorgänge und die Anfangs- und Abschlußmeßschritte, die von
dem oben genannten Gerät durchgeführt werden, stellen sich wie folgt dar: Wenn keine
elektromagnetische Welle ankommt, erzeugt der Pegelvergleicher 15 kein Steuersignal
und das Gerät wartet auf die Ankunft einer Welle, wie im Fall konventioneller automatischer
Radiokompasse. Wenn eine Signalwelle empfangen wird, wird das Ausgangssignal der
Vertikalantenne durch den Phasenschieber 9 auf die Kombinationsschaltung 11 übertragen;
und das Ausgangssignal der Suchspule 5 wird ebenfalls über den Gegentaktmodulator
7 an die Kombinationsschaltung 11 angelegt. Das kombinierte Signal wird dann durch
den Empfänger 12 verstärkt und der Demodulator 13 erzeugt ein Signal, das dieselbe
Frequenz wie die Modulationsfrequenz besitzt, z.B. 135 Hz. Dieses Signal wird durch
den Verstärker 14 verstärkt, um den Hiltsmotor 17 anzutreiben und auf diese Weise
das Goniometer gegen akustische Nullrichtung zu drehen. Sowie das Goniometer sich
akustisch Null nähert, verringert sich das Ausgangssignal von 135 Hz des Demodulators
13. Dieser Ausgangspegel wird vom Pegel 15 ausgewertet und wenn dieser Pegel kleiner
ist als ein bestimmter Pegel, der anzeigt, daß die lhrinkelposition zwischen plus
oder minus 20-30° um akustisch Null liegt, ist die Anfangsmessung abgeschlossen.
Anschließend erzeugt der Pegelvergleicher 15 ein Steuersignal für das Schaltgerät
10, so daß anstatt des Ausgangs des Phasenschiebers 9 der Ausgang der Suchspule
6 mit der Kombinationsschaltung 11 verbunden wird, um die Abschlußmessung zu ermöglichen,
wodurch
der Effekt der Vertikalantennen vermindert wird, was eine
Richtungsmessung mit einem kleineren Fehler ermöglicht. Wenn keine weitere Welle
empfangen wird, hört der Pegelvergleicher 15 auf, das Steuersignal zu erzeugen und
das Gerät fällt in den Anfangszustand zurück, in dem die Vertikalantenne 8 benutzt
wird. Es ist anzumerken, daß das vorliegende Gerät keine Schwierigkeiten im Auswerten
einer pulsierenden Welle, wie z.BW einer Telegraphenwelle, zeigt, wenn der Pegelvergleicher
15 so konstruiert ist, daß er eine entsprechende Zeitkonstante aufweist.
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Unter Berücksichtigung der Spannung des von der Suchspule 6 abgeleiteten
Signals ist das Goniometer nach Beendigung der Anfangsmessung in einer akustisch
Null-Richtung und demgemäß befindet sich die Suchspule 6 in einer maximalen Empfindlichkeitsrichtung.
Auch unter Berücksichtigung der Phase des Signals der Suchspule 6 sind die Spulen
5 und 6 als feststehende Richtungsanordnung senkrecht zueinander gewickelt, und
so zeigt das Goniometer in der Anfangsmessung die wahre Funkbestimmung ohne 1800
Ungenauigkeit an, sogar wenn die Suchspule 5 Fehler erzeugt. Ferner ist dieses Signal
als natürliche Konsequenz in Phase mit dem Signal, dessen Phase vom Vertikalantennenausgang
um 900 verschoben wird.
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Obwohl in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Ausgang der
Suchspule 6 mit der Kombinationsschaltung 11 über das Schaltgerät 10 verbunden ist,
kann der Ausgang der Suchspule 6 fortlaufend direkt mit der Kombinationsschaltung
11 ohne Einbeziehung des Schaltgerätes 10 verbunden werden. Diese altcrnative Anordnung
ist in der Zeichnung nicht dargestellt, aber die Art und Weise, in der sie arbeitet,
wird im folgenden genauer beschrieben.
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Das Ausgangssignal der Suchspule 6 kann in Phase oder außer Phase
mit dem Ausgangssignal des Phasenschiebers 9 sein, das von seiner Ausrichtung unter
Berücksichtigung der Richtung der ankommenden Welle abhängt und die Ausgangsspannung
ändert sich ebenso. Wenn jedoch das Ausgangssignal des Phasenschiebers 9 das maximale
Ausgangssignal der Suchspule 6 um einen bestimmten Wert während der Anfangsmessung
übersteigt, dann wird die Phase des Ausgangs gnals der Suchspule 6 immer in Phase
mit dem Ausgangssignal des Phasenschiebers 9 sein, ohne Rücksicht auf die Winkelposition
der Suchspule in bezug auf die Ankunftsrichtung der Welle. Deshalb können während
der Anfangsmessung die gleichen Abläufe bewirkt werden, obwohl die Suchspule 6 isoliert
von oder mit der Kombinationsschaltung verbunden bleibt. Nach Vervollständigung
der Anfangsmessung wird die gleiche Abschlußmessung wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel
ausgeführt. Dementsprechend wird eine derartige Messung nicht erneut beschrieben.
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Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines automatischen
Radiokompasses gemäß der Erfindung, der ein Paar Rahmenantennen 31 und 32, die senkrecht
zueinander angeordnet sind, umfaßt. Die Ausgangssignale dieser Antennen werden Gegentaktmodulatoren
33 bz. 34 zugeführt. Diese Signale werden mit Signalen a und "b" moduliert, die
von einem Niederfrequenz-Oszillator erzeugt werden. Diese Signale "a" und "b" haben
beispielsweise eine frequenz von 135 Hz und eine Phasendifferenz Von 900 zueinander.
Die Ausgangssignale der Rahmenantennen werden außerdem Polaritätsprüfern zugeführt,
die die Polaritäten der Radiofrequenzsignale unter Berüclcsichtigung des empfangenen
Ausgangssignals eines Prüfsignalgenerators 38 überprüfen. Ein Abtastkreis für die
Anfangsmessung
umfaßt eine Rundstrahlantenne 39 und einen Phasenschieber
40, der das Ausgangssignal der Antenne um 900 verschiebt und ein Ausgangssignal
erzeugt, das einem Schaltkreis 41 zugeführt wird. Das Ausgangs signal des Schaltkreises
41, die Ausgangssignale der Modulatoren 33 und 34 und die Ausgangssignale der Polaritätsprüfer
36 und 37 werden alle einer Kombinationsschaltung 42 zugeführt, deren Ausgangssignal
einem Empfänger 43 zur Verstärkung und Demodulation zugeführt wird. Das demodulierte
Signal, das, wie oben beschrieben, eine Niederfrequenz von 135 Hz aufweist, wird
einem Pegeldetektor 45 und einem Phasendetektor 46 über ein Schmalbandfilter 44
zugefuhrt, das nur einzelnen Signalen, die die oben genannte Frequenz aufweisen,
den Durchgang erlaubt. Wenn das Ausgangssignal des Filters einen vorbestimmten Pegel
übersteigt, erzeugt der Pegeldetektor 45 nach einer kurzen Zeitverzögerung, z.B.
0,5 sec, ein Signal, wobei dieses Signal den Schaltkreis 41 zur Öffnung veranlaßt
und den Pru.£signalgenerator 38 startet. Der Phasendetektorkreis 46 erhält ferner
als ein Phasenvergleichssignal von dem Oszillator 35 ein eigenes Niederfrequenzsignal
mit einer festliegenden Phase. Das Ausgangssignal des Phasendetektorkreises wird
nicht nur einem Sichtanzeigegerät 47, wie einer Kathodenstrahlröhre oder einem digitalen
Phasenanzeiger zum Abbilden oder Anzeigen der ankommenden Richtung der Welle, sondern
auch dem Signalgenerator 38 zugeführt.
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Bei Betrieb des Gerätes gemäß Fig. 2 wirts wenn der Pegeldetektor
kein Signal erzeugt, der Schaltkreis 41 geschlossen, und der Signalgenerator 38
legt ein Sperrsignal "O" an beide 2fularitätsprüfer 36 und 37, so daß diese Prüfer
durch die Ausgangssignale der Rahmenantennen 31 und 32 nicht betrieben werden. In
diesem Anfangszustand, wenn das Gerät gestartet
wird, werden die
Ausgangssignale der Rahmenantennen 31 und 32 jeweils mit Signalen "a" bzw. "b" in
den GegentaImodulatoren 33 bzw. 34 moduliert, wobei sich die zwei Signale wn 900
außer Phase zueinander befinden. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal der Vertikal
antenne 39 über den 900 Phasenverschieber 40 und den Schaltkreis 41 zur Kombinationsschaltung
42 geführt. Anschließend wird das resultierende zusammengesetzte Signal dem Empfänger
43, in dem der Niederfrequenzbestandteil des Ausgangssignals des Oszillators 35
demoduliert wird, zugeführt und danach werden Rauschbestandteile vollständig durch
das Schmalbandfilter 44 beseitigt. Daran anschließend wird die Phase des Ausgangssignals
des Filters 44 im Phasendetektorkreis 46 ausgeertet, um so die Anzeige der Ankunftsrichtung
der Welle auf dem Phasenanzeigegerät 47 sichtbar zu machen. Verständlicherweise
werden die Abläufe während dieser Anfangsmessung in herkömmlicher Weise ausgeführt.
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Nach Beendigung der Anfangsmeßvorgänge erzeugt der Pegeldetektor 46
ein Steuersignal nach einer geringen Verzögerung, wie vorstehend beschrieben, um
den Schaltkreis 41 zu öffnen, damit der Ausgang der Vertikal antenne 39 daran gehindert
wird, irgendein Signal an die nachfolgenden Stufen zu senden. Gleichzeitig wird
das Ausgangssignal vom Detektor 45 zum Steuersignalgenerator 38 geführt, der eins
von zwei Signalen zu den Polaritätsprüfern 36 und 37 gemäß dem Ausgangssignal des
Phasendetektors 46 sendet, was der AnkunStsrichtung einer Welle, wie in der nachfolgenden
Tabelle dargestellt, entspricht. Insbesondere wenn das Signal "?" zu den Prüfern
36 und 37 gesendet wird, sendet der Generator Signale aus, die dieselbe Polarität
wie die Ausgangssignale der Rahmenantennen 31 und 32 aufweisen. Andererseits, wenn
das
Signal "1" erzeugt wird, werden Signale übertragen, die die entgegengesetzte Polarität
aufweisen.
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Tabelle Ankunftsri chtung einer Welle Prüfer 3Ei Prüfen 37 O - 900
1 1 90 - 1800 1 -1 180 - 2700 -1 -1 270 - 3600 -1 1 Wenn diese Steuerverhältnisse
aufrecht erhalten werden, sind die Radiofrequenzsignale, die von den Polaritätsprüfern
36 und 37 ausgesendet werden, in Phase mit dem Signal, das den Phasenschieber 40
nach Verlassen der Vertikalantenne 39 passiert hat, unabhängig von der Ankuftsrichtung
der Welle. Deshalb können, sogar wenn der Empfang von der Antenne 39 nach Vervollständigung
der Anfangsmessung unterbrochen ist, Eingangssignale der Rahmenantennen 31 und 32
in Phase mit dem Ausgangs signal des Phasenschiebers 40 erhalten werden. Dadurch
besteht in der Abschlußmessung keine Notwendigkeit, die Vertikalantenne zu benutzen,
deren Eingangssignalphase durch Störungen, bedingt durch die Umgebung oder ähnliche
Phänomene, ungünstig beeinflußt wird, was den Erhalt eines Funkpeilwertes mit einem
geringeren Fehler ermöglicht.
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Beispielsweise sei angenommen, daß ein Fehler in der Größenordnung
von plus oder minus 100 in der Anfangsmessung erfaßt
wird. Dann,
wenn eine elektromagnetische Welle aus einer Richtung in der Nähe von 0, 90, 180
oder 2700 ankommt könnte jeder der Polaritätsprüfer 36 und 37 ein falsches Signal
"1" oder "-1", bewirkt durch solch einen Fehler, erhalten. Jedoch wird dies nicht
auf jede Phase der zusammengesetzten Signale, die von den Polaritätsprüfern 36 und
37 zur Kombinationsschaltung 42 gesendet werden9 wirken, wie nachfolgend verdeutlicht
wird.
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Es wird nun angenommen, daß eine Welle aus einer 800-Richtung ankommt,
aber der zu Anfang gemessene Wert einer 1000-Richtung infolge von Störungen oder
ähnlichem entspricht. Wenn die Rahmenantenne 32 in N/S-Richtung und die Antenne
31 in O/W-Richtung ausgerichtet sind, dann wird die Rahmenantenne 31, die sich in
O/W-Richtung befindet, die Polarität i1?i, wie in der Tabelle gezeigt, annehmen,
auch wenn die Ankunftsrichtung der Welle 80 oder 1000 beträgt. Wenn die effektive
Höhe 3der Rahmenantenne und die elektrische Feldstärke mit "h" bzw. "E" bezeichnet
werden, wird das Ausgangssignal durch Eh sin 800 = Eh x 0,98 (1) gegeben.
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Wenn die Ankunftsrichtung der Welle 800 beträgt, wird das Ausgangssignal
der Antenne 32 in N/S-Richtung durch Eh cos 800 = Eh x 0,17 (2) gegeben.
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Wenn die gemessene Ankunftsrichtung durch einen Meßfehler 100° beträgt,
ist das Ausgangssignal durch Eh cos-100° = - (Eh x 0,17) (3) gegeben.
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Theoretisch erhält man: Formel (1) + Formel (2) = Eh (0,98 + 0,17)
= Eh x 1,15, während in dem Fall, daß ein Fehler in der Anfangsmessung aufgetreten
ist, Formel (1) + Formel (3) = Eh (0,98 + 0,17) = Eh x 0,81 ergibt. Es ist somit
ersichtlich, daß eine richtige Phase in der Anfangsmessung erhalten werden kann,
solange der Meßfehler nicht mehr als 450 beträgt.
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Für den Fachmann ist es naheliegend, verschiedene Abänderungen im
Rahmen der o.g. Beschreibung durchzuführen. Derartige Abänderungen liegen im Können
des Fachmanns, stellen einen Teil der vorliegenden Erfindung dar und sind durch
die nachfolgenden Ansprüche erfaßt.
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Es wird ein automatischer Radiokempaß, der zur Richtungsmessung mit
einer höheren Genauigkeit geeignet ists offenbart. In einer anfänglichen Messung
werden Rahmenantennen (1, 2) und eine Vertikalantenne (8) in der üblichen Weise
benutzt. In einer abschließenden Messung wird die Vertikalantenne (8), die durch
die umgebenden Störungen ungünstig beeinflußt werden kann, nicht eingesetzt, sondern
nur die Rahmenanteimen (1, 2). Der offenbarte Radioliompaß umfaßt ein Schaltgerät
(10), um die Vertikalantanne (8) bei der abschließenden Messung abzuschalten. Der
Radiolcompaß weist ein Paar Suchspulen (5, 6) auf, die senkrecht zueinander angeordnet
sind. Eine der Suchspulen 5, 6 ist über das Schaltgerät (10) mit einer Kombinationsschaltung
(11) verbunden, während die andere Suchspule über einen Gegentaktmodulator mit der
Ablöseschaltung (11) verbunden ist.
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L e e r s e i t e