DE542264C - Verfahren zur Hoehenbestimmung mittels am Boden reflektierter Hochfrequenzwellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung der Höbe von Luftfahrzeugen über der Erde und benutzt zu diesem Zweck ein Verfahren und Apparate, die mittels ausgestrahlter Hochfrequenzenergie eine zuverlässige Anzeige der Höhe in dem Flugzeug gestatten.

Es ist bereits vorgeschlagen, auf dem Luftfahrzeug einen Hochfrequenzgenerator aufzustellen, dessen Schwingungskreis eine Antenne von geeigneter Form enthält, die so angeordnet ist, daß die Eigenfrequenz des Schwingungskreises durch die Kapazitätsänderung zwischen der Antenne und Erde oder durch die Kapazitätsänderung zwischen verschiedenen Teilen der Antenne, z. B. zwischen Metallplatten, die auf den Tragflächen des Flugzeuges angebracht sind, beeinflußt wird. Es wurde vorgeschlagen, diese Frequenzänderung zur Anzeige der Höhe des Flugzeuges über der Erde zu benutzen.

Bei Versuchen mit Anordnungen dieser Art hat sich herausgestellt, daß, solange die Versuchsergebnisse auf Grund der Theorie ausgewertet wurden, daß die Änderung der Kapazität der hauptsächlichste Faktor sei, der die Frequenz bestimmt, die ihrerseits die Höhe des Flugzeuges anzeigt, lediglich Höhen gemessen werden konnten, die klein waren im Vergleich zur angewandten Wellenlänge. In größeren Höhen wurden so widersprechende Beobachtungen gemacht, daß eine Höhenmessung überhaupt nicht möglich war.

Im Verlauf dieser Versuche wurde festgestellt, daß die Kapazitätsänderung der Antenne nicht der ausschlaggebende Faktor für die Frequenz ist, sondern daß diese Frequenzänderung zurückzuführen ist auf den Einfluß der Welle, die von der Erde reflektiert wird und in Verbindung mit der Welle, in der die Antenne erregt wurde, die Frequenzänderung bewirkt. Wenn z. B. die reflektierte Welle in ihrer Phase mit Bezug auf die von der Antenne ausgestrahlte Welle in der Phase verschoben ist, wird eine Frequenzänderung eintreten, d. h. es wird eine Zunahme oder Abnahme der Frequenz eintreten in Abhängigkeit davon, ob die reflektierte Welle gegenüber der ausgestrahlten Welle in ihrer Phase voreilt oder zurückbleibt. Die Größe der Frequenzänderung ist daher abhängig von dem Maß der Phasenverschiebung der beiden Wellen und von der relativen Größe der ausgestrahlten und reflektierten Welle.

Da die Phasenbeziehung zwischen der von der Antenne ausgestrahlten Welle und der reflektierten Welle, die wieder auf die Antenne auftrifft, von der Höhe des Flugzeuges über dem Endboden abhängig ist, ist es klar, daß die resultierende Frequenz von dieser Höhe abhängig ist. Da aber die Phasenbeziehung zwischen der ausgestrahlten und der

reflektierten Welle in regelmäßigen Höhenabschnitten umgekehrt, wird die Frequenz allein nicht die Höhe des Flugzeuges anzeigen. Wenn wir z. B. annehmen, daß das Flugzeug in einer bestimmten Höhe ist, so wird man finden, daß beim Steigen die Frequenz zunimmt, bis die Höhe um eine halbe Wellenlänge der Welle, auf die die Antenne normal abgestimmt ist, zugenommen hat. Von dieto ser neuen Höhenlage ab wird die Frequenz anfangen abzunehmen und so lange'abnehmen; bis nach dem Steigen um eine weitere halbe Wellenlänge sie von neuem wieder zunimmt. Es wurde experimentell gefunden, daß dieses is abwechselnde Zu- und Abnehmen der Frequenz beim Aufsteigen oder Landen des Flugzeuges in regelmäßigen Perioden auftritt bei jeder Höhenänderung, die einer Wellenlänge entspricht, und zwar bei der Frequenz, auf ao die die Antenne normalerweise abgestimmt ist. Es ist einleuchtend, daß nach den obigen Bemerkungen der absolute Betrag der Frequenz an irgendeinem Punkt der Bahn des Luftfahrzeuges, ausgenommen in Höhen, die klein sind, im Vergleich zur Wellenlänge, nicht ausreicht, um eine Anzeige der Höhe zu geben, da Schwingungen' gleicher Frequenz in verschiedenen Höhen auftreten. Es wurde gefunden, daß aber die Amplitude der periodischen Frequenzänderung abhängig ist von der Höhe, und daß diese Amplitude sich etwa umgekehrt proportional mit der Höhe ändert. In geringeren Höhen ist die Amplitude der periodischen Veränderung der Frequenz ziemlich groß, während mit Zunahme der Höhe diese Amplitude entsprechend abnimmt. Dies folgt aus der Tatsache, daß die Intensität der reflektierten Welle, die zum Flugzeug zurückkommt, in dem Maße abnimmt, wie die Höhe wächst. Hiernach gibt die periodische Veränderung eine definierteAnzeige der Höhe. Die Genauigkeit dieser Anzeige ist naturgemäß in geringeren Höhen größer, da in diesen Höhen die Amplituden mit Rücksicht auf die Höhe größer sind. Die Theorie, die der Änderung der Frequenz der Schwingungen der Antenne zugrunde liegt, sei in folgendem ausführlich erläutert:

Gewöhnlich wird angenommen, daß die Frequenz eines elektrischen Schwingungskreises bestimmt ist durch die Induktivität und Kapazität des Kreises, gerade wie die Periode eines mechanischen Schwingungsbildes bestimmt ist durch die Trägheit des schwingenden Körpers und durch den Betrag der Rückstellkraft. Wenn die einzigen Rückstellkräfte, die in einem System vorhanden sind, die natürlichen Kräfte sind, wird das Schwingungsgebilde in seiner Eigenfrequenz schwingen. Wenn zusätzliche periodische Kräfte van außen auf das System einwirken, wie es z. B.

die reflektierte Welle auf die Antenne des Senders tut, so können diese Kräfte sich zu der vorhandenen addieren oder subtrahieren, je nach der Phasenbeziehung, die zwischen der einwirkenden Kraft und der vorhandenen bestehen. Wenn die von außen kommende Kraft in Phase ist mit der Eigenkraft des Systems, so wird die Anordnung mit einer höheren Frequenz schwingen und umgekehrt, wenn die von außen kommende Kraft in Gegenphase mit der Eigenkraft des Systems ist, so wird dieses mit niedrigerer Frequenz schwingen.

Wenn diese Phasenbeziehungen zwischen der Eigenschwingung der Antenne, die sich auf einem Luftfahrzeug befindet, mnd der von der Erde reflektierten Welle bestehen, sich periodisch mit der Höhe des Flugzeuges ändern, so wird sich die Frequenz in ähnlicher Weise periodisch ändern. Die Amplitude dieser Veränderung wird von der Intensität der reflektierten Welle, die das schwingende System erreicht, abhängen.

Man ist versucht, aus bekannten Überlegungen über Schwingungskreise anzunehmen, daß das Addieren einer Außenkraft zu der Eigenkraft des schwingenden Systems nur die Phase der erzeugten Schwingung ändern kann und nicht die Frequenz. Es ist aber entdeckt worden, daß sich die Frequenz des Schwingungskreises mit der Antenne in der beschriebenen Weise ändert, und die periodische Natur dieser Änderung durch Versuche nachgewiesen.

Die Erfindung umfaßt also zwei Verfahren zur Höhenbestimmung des Flugzeuges. Das erstere erstreckt sich auf den Gebrauch der Amplitude der periodischen Veränderung als Merkmal für die Höhe und, das zweite darauf, daß man die .Anzahl der periodischen Veränderungen zählt, die bei dem Flug von einem Punkt mit bekannter Höhe zu einem Punkt, dessen Höhe bestimmt werden soll, auftreten.

Das Verfahren gemäß der Erfindung unterscheidet sich also grundsätzlich von den gelegentlich vorgeschlagenen, jedoch nicht experimentell untersuchten Verfahren zur Höhenbestimmung mit Hilfe von reflektierten elektromagnetischen Wellen, bei dem die Wellenlänge der Sendewelle so einreguliert werden soll, daß durch Interferenz der vom Flugzeug ausgesandten und der reflektierten Wellen stehende Welle entstehen, und aus dem infolgedessen für gewisse Wellenlängen auftretenden Minima der Empfangsintensität auf die Höhe des Flugzeuges. geschlossen werden soll. Der große Nachteil dieses Verfahrens besteht unter anderem darin, daß jeweils eine zweimalige Einregulierung der Sendewelle izo auf bestimmte.Werte ausgeführt werden muß, aus deren Vergleich sich erst die Höhe bzw.

Höhenänderung ergibt, während durch das Verfahren gemäß der Erfindung eine fortlaufende Kontrolle und unmittelbare Anzeige der Flüghöhe möglich ist.

Weitere Verfahren, die von der Erfindung umfaßt werden, und Einrichtungen, mit Hilfe deren diese Verfahren bei Luftfahrzeugen angewandt werden können, werden in folgendem beschrieben.

ίο Der Erfindungsgedanke soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.

Es stellt Abb. ι ein Flugzeug dar mit Apparaten, mit denen die Erfindung verwirklicht werden kann. Abb. 2 stellt Einzelheiten dar.

Abb. 3, 4 und 5 zeigen Schaltanordnungen, die hierfür brauchbar sind, Abb. 6 eine andere Ausführungsform. Abb. 7 veranschaulicht beispielsweise eine charakteristische Anzeige der Anordnung nach Abb. 6 und Abb. 8 eine weitere Abänderung der Anordnung nach Abb. 5.

Abb. ι zeigt ein Flugzeug mit einer Sende- und Empfangsapparatur 2 einschließlich einer Antenne 3. Die Apparatur 2 ist auf dem Flugzeug so aufgestellt, daß sie leicht bedient und durch den Bedienenden übersehen werden kann. Die Apparatur ist mit der Antenne 3 mit Hilfe einer geeigneten Verbindung 4 verbunden. Die Antenne hat am besten eine Länge von ungefähr ein Viertel der Wellenlänge, auf die die Apparatur 2 eingestellt ist. Sie wird von dem Flugzeug an dem hinteren Ende in einer solchen Stellung getragen, daß die Kapazitätsänderungen zwischen der Antenne und dem Flugzeug gering sind. Um die Antenne überwachen zu können, sind Hilfsmittel vorgesehen, die in größerem Maßstabe in Abb. 2 dargestellt sind. Diese Mittel umfassen ein Rohr 5 aus nichtleitendem Material, das sich von der Kabine des Beobachters durch den Rumpf bis zum hinteren Ende des Flugzeuges erstreckt. An dem Rohr in der Nähe des Endes ist ein leitender Ring 6 angebracht, durch dessen Öffnung die Antenne hindurchgeht.

An dem inneren Ende der Antenne ist ein leitender Teil 7 angebracht, dessen Außendurchmesser größer ist als der innere Durchmesser des Ringes 6, aber nur so groß ist, daß er sich in dem Rohr frei hin und her bewegen kann. Wenn die Antenne sich in der bezeichneten Stellung befindet, bilden Ring 6 und Teil 7 eine leitende Verbindung zwischen der Zuführung 4 und der Antenne 3. An ihrem äußeren Ende ist die Antenne mit einem Gewicht 8 versehen, das dazu dient, durch seinen Zug eine gut leitende Verbindung zwischen Teil 7 und 6 herzustellen. Eine Trommel 9 ist in Reichweite des Beobachters vorgesehen, mit Hilfe derer er die Antenne 8 auslassen oder aufwickeln kann. Eine geeignete nichtleitende Schnur 10, welche am Teil 7 angebracht ist und die sich durch das Rohr 5 zur Trommel 9 erstreckt, dient dazu, die Antenne auszulassen oder aufzuwickeln, je nachdem die Trommel von dem Beobachter betätigt wird. Wenn die Antenne aufgewickelt ist, wird das Gewicht 8 in dem glockenförmigen Teil des Rohres 5 ruhen oder darin hängen, da es infolge seiner Abmessungen nicht durch die Öffnung des Rohres 6 hindurch kann. Wenn nur ein Teil des Drahtes 3 als Antenne gebraucht werden soll, so wird eine direkte Verbindung zwischen dem Leiter 4 und dem Ring 6 und dem Äntennenleiter 3 gemacht. Auf diese Weise wird die Antenne frei gehalten von großen leitenden Massen, die auch eine große Kapazität haben, wie z. B. der Trommel 9. Diese Trommel kann leitend mit dem Flugzeug verbunden werden. s₀

Abb. 3 zeigt eine Schaltanordnung, mit der die Erfindung verwirklicht werden kann. Diese Anordnung umfaßt einen Schwingungsdetektor, der eine Elektronenröhre 12 enthält, mit einer Gitterinduktivität 13, die induktiv gekoppelt ist mit einer Induktivität 14 im Anodenkreis der Röhre. Eine Seite der Induktivität 13 ist mit der Kathode der Röhre und dem Rahmenwerk des Flugzeuges verbunden. Die andere Seite dieser Induktivität g₀ ist über einen Kondensator 15 mit der Antenne und dem Gitter der Röhre verbunden. Die Einstellungen sind so, daß der Kreis mit der Induktivität 13, dem Kondensator 15 und der Antenne in Resonnanz sind bei der normalen Gebrauchswellenlänge.

Nach der vorhergehenden Erläuterung kann man verstehen, daß sowie sich die Höhe des Flugzeuges ändert, sich die Frequenz der Schwingungen in dem Schwingungskreise und der Antenne periodisch ändern wird über oder unter die Normalfrequenz, die durch die Konstanten des Schwingungskreises gegeben ist. Aus der Zeichnung sieht man, daß der Schwingungskreis der Röhre 12 die Induktivitat 13, die Kapazität 15, die Antenne 3 und ^: die Eigenkapazität zwischen der Antenne und dem Flugzeug enthält. Die Kapazität 15 ist so eingestellt, daß sie etwa gleich ist der Kapazität zwischen Antenne und Flugzeug, so daß die Knotenpunkte der Welle, in der die Antenne erregt wird, an demjenigen Ende der Antenne auftreten, das sich in der Nähe des Flugzeuges befindet. Auf diese Weise wird in diesem Teil des Kreises nur ein geringes oder gar kein Wechselpotential mit Bezug auf das Flugzeug auftreten und der Einfluß von Kapazitätsänderungen zwischen Antenne und Flugzeug auf die Frequenz sehr gering bleiben.

Mit dem Schwingungsdetektor 12 ist mittels der Spule 16 oder anderer geeigneter

Mittel ein Schwingungserzeuger 17 gekoppelt. Die Spule 16 ist ihrerseits auch mit den Spulen 13 und 14 gekoppelt. Der Generator ist von irgendeiner geeigneten Bauart und so eingestellt, daß er Schwingungen erzeugt, die um einen geringen Betrag von der Frequenz der Schwingungen der Röhre 12 abweichen. Hierdurch werden im Anodenkreis der Röhre 12 Schwebungen von der Differenz der beiden Frequenzen von 12 und 17 hervorgerufen. Diese Schwebungsfrequenz wird sich in dem Maße ändern, wie sich dieFrequenz der Röhre 12 ändert, wenn das Flugzeug seine Hohe ändert. Die Schwebungsfrequenz wird dem Gitter eines Verstärkerrohres 18 über eine geeignete induktive Koppelung 19 zugeführt. In den Anodenkreis der Röhre 18 ist eine Induktivität 20 eingeschaltet. Diese Induktivität hat infolge ihrer Eigenkapazität, die in der Zeichnung durch den Kondensator 21 dargestellt ist," eine Eigenschwingung, die etwas außerhalb des Bereiches der Änderungen der Schwebungsfrequenz liegt, d. h. der ganze Bereich der Änderungen der Schwebungsfrequenz wird von einem Teil der einen Seite der Resonnanzkurve der Induktivität 21 umfaßt. Hierdurch verändert sich die Wechselspannung, die an der Induktivität 20 liegt, im wesentlichen proportional mit der Frequenz, 30' die dieser Frequenz zugeführt wird. Die Induktivität 20 kann durch einen gleichwertigen Schwingungskreis ersetzt werden. Die Wechselspannung an der Induktivität 20 wird, ihrerseits dem Gitter der Röhre 22 über den üblichen Gitterkondensator und Ableitungswiderstand 23, 24 zugeführt. Diese Röhre arbeitet als Detektor oder Gleichrichter für die Hochfrequenz. Im Ausgangkreis dieser Röhre ist ein geeignetes Anzeige- oder Registrierinstrument 25, 26, 2J vorgesehen, das die auf Strom ansprechende Anordnung 25 umfaßt mit einem Zeiger 26, der über den Papierstreifen 27 entsprechend der Größe des Stromes im Anodenkreis der Röhre 22 hin und her bewegt und infolgedessen auch entsprechend der Frequenz des Schwingungserzeugers 12. Der Registrierstreifen 27, über dem ein Kohlepapier liegt, ist so angeordnet, daß er mit Hilfe des Uhrwerkes 28 kontinuierlich in der Pfeilrichtung bewegt wird. Das Uhrwerk treibt im entgegengesetzten Drehsinn ein Nockenrad 29. Über dem Registrierstreifen 27 und über dem Zeiger 26 ist ein Bügel 30 angeordnet, der sich in Überein-Stimmung mit den Nocken des Rades 29 auf und ab bewegen kann. Dieser Bügel gibt in seiner oberen Stellung den Zeiger26 frei, so daß er sich entsprechend der Größe des Stromes der Röhre 22 einstellen kann. In der unteren Stellung drückt der Bügel 30 den Zeiger 26 auf den Registrierstreifen und macht so eine Marke, die der Stellung des Zeigers entspricht. In dieser Weise ist die Kurve 31 auf den Streifen 27 aufgezeichnet, die die Frequenz des Schwingungserzeugers 12 regi- 5g striert und die gebraucht werden kann, um die Höhe des Flugzeuges zu bestimmen. Die Kurve setzt sich zusammen aus einer Reihe getrennter Punkte, deren Abstand der Geschwindigkeit entspricht, mit der das Rad 29 angetrieben wird.

Man kann sehen, daß die Kurve 31 periodisch um einen Normalwert schwankt. Dieser Wert entspricht der Frequenz, auf die der Kreis mit dem Kondensator 15 und der Selbstinduktion 13 abgestimmt ist, und die Größe dieser periodischen Schwankungen hängt ab von der Stärke der reflektierten Welle und von der Phasenverschiebung zwischen ausgesandter und reflektierter Welle. Diese Größe nimmt bei_£der Annäherung des Flugzeuges an die Erde zu. Die Kurve 31, wie sie die Zeichnung darstellt, zeigt also an, daß das Flugzeug von großer Höhe in die Nähe der Erde heruntergegangen ist. Zu jeder Zeit des Fluges kann man also durch die Beobachtung der Amplitude der periodischen Veränderung die Höhe des Flugzeuges bestimmen.

Abb. 4 zeigt Hilfsmittel, mit denen eine direktere Höhenanzeige zu erhalten ist, und zwar mit Hilfe des Meßinstrumentes 32, daß so angeordnet ist, daß es der Umhüllung der Kurve 31 folgt. Die Schaltung für die Schwingungserzeuger 12 und 17 ist im wesentlichen dieselbe wie in Abb. 3 dargestellt und soll deshalb nicht näher beschrieben werden. Die Schwingungsfrequenz, die in dem Kreis des Generators 12 auftritt, wird dem Gitter einer Elektronenröhre 33, dem Gitterwiderstand 34 und Gitterkondensator 35 zugeführt. Die Anoden der Röhren 12 und 33 erhalten ihre Spannung von einer Stromquelle 36 über die Widerstände 37 bzw. 38. Zwischen der Anode und Kathode der Röhre 33 befindet sich ein Widerstand 40 und ein Kondensator 42, über die die Stromimpulse fließen, die eine Frequenz haben, die der Schwebungsfrequenz entspricht, die der Röhre zugeführt wurde. Entsprechend wird sich die Spannung an dem Kondensator 42 mit dieser Frequenz ändern. Diese Spannung gelangt über den Kondensator 41 an den Widerstand 39. Kondensator 41 und Kondensator 42 bilden ein Filter, dessen Zweck später erläutert wird. Die beiden Enden des Widerstandes 39 sind mit den Gittern von zwei Röhren 43 und 44 verbunden, deren Kathoden mit dem Mittelpunkt des Widerstandes 39 in Verbindung stehen. Die Anoden der Röhren sind miteinander verbunden und stehen über ein Gleichstrominstrument 32 mit einer Stromquelle in Verbindung. Diese Anordnung arbeitet so, daß der Strom

der beiden Röhren sich mit der Frequenz des Generators 12 ändert, d. h. der Gleichstrom, der im Anodenkreis der Röhren fließt, wird einer Kurve folgen, die der Kurve 31 in Abb. 3 entspricht. Wegen der Tatsache, daß die Spannungen, die an denGittern der beiden Röhren liegen, in ihrer Phase entgegengesetzt gerichtet sind, wird der Strom in der einen Röhre ansteigen, während er in der anderen abnimmt. Hieraus folgt, daß der Anodenstrom der beiden Röhren um i8o° in der Phase verschoben ist und daß deshalb die Frequenz der Stromschwankungen, die durch das Instrument 32 fließen, verdoppelt ist. Der Zeiger wird jetzt genügend träge sein, um der Umhüllung von einer Seite der Kurve 31 zu folgen und wird so direkt die Höhe des Flugzeuges über der Erde anzeigen.

Während des Arbeitens dieses Apparates kann es eintreten, daß die Frequenz des einen oder anderen oder auch aller beider Generatoren sich verändern kann, z. B. durch Schwankungen in den Anodenspannungen für die Röhren. Schwankungen dieser Art werden naturgemäß eine Veränderung der Schwebungsfrequenz hervorrufen. Die Spannung an dem Kondensator 42 hängt ihrerseits von der Schwebungsfrequenz ab, und diese veranlaßt den Zeiger des Instrumentes 32 zu einem Ausschlag. Wenn das Anzeigeinstrument ein registrierendes wie in Abb. 3 ist, so wird die Mittellinie der Kurve 31 nach einer Seite verschoben werden und nicht mehr mit der Mitte des Papieres zusammenfallen. Möglicherweise kann auch der Zeiger des Instrumentes über die Skala hinausschwingen. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, ist das Filter 41, 42 vorgesehen. Der Kondensator 41 hat solche Kapazität, daß er alle Frequenzen, die größer als ein bestimmter Mindestwert sind, hindurchläßt, z. B. oberhalb ¹I₃₀ Periode pro Sekunde. Der Kondensator 42 ist etwas größer und so bemessen, daß er alle Frequenzen, die höher liegen als eine Periode pro Sekunde, hindurchläßt. Auf diese Weise wird die allmähliche Verschiebung der Spannung an dem Kondensator 42, die durch eine allmähliche Veränderung der Schwebungsfrequenz auftritt, das Gitter der Röhren 43 und 44 nicht beeinflussen können. Lediglich Frequenzen in der Größe, wie sie beim normalen Betrieb bei den üblichen Änderungen der Höhe auftreten, werden die Gitter der Röhren 43 und 44 beeinflussen. Dementsprechend kann der Ausschlag des Instrumentes 32 immer in bezug gesetzt werden zu einem bestimmten Punkt, z. B. dem Nullpunkt der Skala des Instrumentes.

Abb. 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Schwebungsfrequenz des schwingenden Detektors 12 in zwei Stufen verstärkt wird, die in der Abbildung dargestellt sind durch die beiden in Kaskade geschalteten Röhren 46 und 47. In dem Anodenkreis des Verstärkers 47 liegt die Induktivität 20 mit einer Eigenkapazität 21, die der Anordnung eine Eigenperiode von der Größe gibt, wie bei Abb. 3 erläutert wurde. Die Spannung an diesem induktiven Widerstand wird dem Detektor 48 mit Gitterkondensator und Ableitungswiderstand zugeführt. Im Anodenkreis dieser Röhre treten Stromschwankungen auf, die in ihrer Größe abhängig sind von der Höhe der Spannung an der Spule 20. Von der Anode dieser Röhre wird die Spannung auf das Gitter der Röhre 49 übertragen, in derselben Weise, wie es in Abb. 4 beschrieben wurde. Das Filter 41, 42 ist zwischen die Anode von 48 und das Gitter von 49 geschaltet, um zu verhindern, daß Schwankungen des Mittelwertes der Wechselspannung, die an der Spule 20 auftreten, infolge einer Veränderung der Schwebungsfrequenz, das Gitter der Röhre 49 beeinflussen. Der Zeiger des Instrumentes 50 schwingt dann mit Bezug auf einen Nullpunkt, der während des ganzen Fluges konstant bleibt. Mit der Anordnung, die diese Abbildung zeigt, sind während des Fluges Kurven aufgenommen, die deutlich die periodische Veränderung und die Verände- go rung in der Amplitude der periodischen Veränderung anzeigen, aus denen wiederum die Höhe des Flugzeuges ersehen werden kann.

Abb. 6 zeigt andere Ausführungsformen der Erfindung, mittels deren Schwingungen von verschiedenen Frequenzen von dem Flugzeug ausgesandt werden können und wobei dann die Einwirkung der reflektierten Welle auf diese Schwingungen verglichen jvird, um die Höhe des Flugzeuges zu bestimmen. Hierzu sind z. B. unter Bezugnahme auf Abb. 6 wenige Windungen der Spule 51 und 52, die mit" den Induktivitäten der Schwingungserzeuger 17 und 12 gekoppelt sind, so angeordnet, daß sie mit dem Schalter 53 kurzgeschlossen werden können. Ein Maß für das Kurzschließen von jeder dieser Wendungsgruppen kann mittels der einstellbaren Induktivitäten 54 und 55 erhalten werden. Die Einstellung wird so vorgenommen, daß, wenn die Taste geöffnet ist, in dem Ausgangskreis des schwingenden Detektors 12 eine bestimmte Schwebungsfrequenz auftritt. Wenn die Taste geschlossen ist, wird die Zahl der Kurzschluß windungen so eingestellt, daß dieselbe Schwebungsfrequenz im Ausgangskreis des schwingenden Detektors auftritt wie bei der Normalfrequenz. Ebenso kann die Frequenz des Generators 12 verändert werden.

Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform der Erfindung wird am besten an Hand der Abb. 7 verstanden. Wenn man annimmt, daß

die Normalfrequenz des Schwingungserzeugers ζ. B. ι οο m beträgt, und daß das Luftfahrzeug eine Höhe von 600 m erreicht hat, so wird der Zeiger des Instrumentes zwölf vollständige Schwingungen ausgeführt haben, d. h. daß die reflektierte Welle, die den Abstand des Flugzeuges von der Erde durchlaufen hat, zwölfmal ihre Länge zurückgelegt hat, sechsmal zur Erde hin und sechsmal zum Flugzeug zurück. Die resultierende Kurve des Anzeigeinstrumentes, wenn ein Registrierinstrument verwendet wurde, wird durch A in Abb. 7 dargestellt. Es möge jetzt angenommen werden, daß die Frequenz des Generators 12 erhöht wurde, so daß das Instrument dreizehn vollständige Schwingungen ausführte beim Aufstieg auf eine Höhe von 600 m. Diese Kurve, die das Instrument aufzeichnet, stellt B in Abb. 7 dar. In einer Höhe so von 300 m wird die Kurve A, die dem Arbeiten des Generators mit offener Taste entspricht, sechs vollständige Perioden ausgeführt haben. Die Kurve B, die dem Arbeiten der Apparatur von der kürzeren Welle entspricht, wird in der gleichen Höhe sechs und eine halbe Schwingungen durchlaufen haben. Die beiden Wellen werden bei 600 m in Phase sein, bei 300 tn um i8o° verschoben, ebenso bei 900 m und bei 1200 m wieder in Phase sein. Indem diese charakteristischen Punkte festliegen, möge angenommen werden, daß der Beobachter sieht, daß der Zeiger des Instrumentes 50 in der Mitte der Skala steht. Wenn er die Taste drückt und kein Ausschlag auftritt, so wird dies anzeigen, daß er an einem dieser Punkte ist. In jeder anderen Höhe wird, wenn das Instrument auf die Mitte der Skala zejgt, ein Ausschlag auftreten, wenn die Taste gedrückt wird. Angenommen, der Flieger befindet sich in einer Höhe von 300 m, \venn er die Taste drückt und beobachtet, daß kein Ausschlag auftritt; wenn er dann diese Höhe um den Abstand einer viertel Wellenlänge verändert, so wird während dieser Zeit das Instrument entsprechend der Kurve A zu einem Maximum des Ausschlages kommen. Wenn er dann die Taste drückt, wird das Instrument von dem Ausschlag entsprechend dem Maximum der Kurvet zu dem Maximum der Kurve B ausschlagen. Dies zeigt dem Beobachter an, daß er entweder in 300 m oder 900 m Höhe ist, denn wenn er dieselbe Prüfung in einer Höhe von 600 m bzw. 1200 m vorgenommen hätte, wäre der Ausschlag beim Drücken der Taste nach Veränderung der Höhe um eine viertel Wellenlänge sehr klein. Die 300-m-Höhe kann leicht von der 900-m-Höhe durch den Ausschlag des Instrumentes unterschieden werden. Auf diese Weise können vier charakteristische Höhen eindeutig bestimmt werden. Die Zwischenpunkte zwischen diesen Grundhöhen, z. B. 450 m Höhe, können entweder bestimmt werden, indem man die Zahl der periodischen Veränderungen feststellt, welche bis zu dieser Höhe von einer der Grundhöhen auftreten, oder durch Beobachtung des Ausschlages des Instrumentes, der auftritt, wenn die Taste gedrückt wird, sobald der Zeiger durch den Nullpunkt geht. Wenn z. B. in 450 m Höhe die Taste gedrückt wird, wird das Instrument so ausschlagen, wie c in Abb. 7 zeigt. Wenn die Höhe vermindert wird, wird man einen ständigen Ausschlag beobachten, der d der Abbildung entspricht. Diese Anzeigen, welche die Zwischenwerte der Anzeigen bei 300 und 600 m Höhe sind, unterscheiden jene Höhe klar von dieser. Ähnliche Beobachtungen über die Höhenanzeige werden bei Höhenunterschieden im Abstand einer halben WeI-lenlänge auftreten. Diese Anzeigen haben den Vorteil, daß sie hauptsächlich abhängen von dem Unterschied in der Art der beiden Wellen, weniger von der Amplitude der Wellen.

Wenn es daher erwünscht ist, andere Grundpunkte für die Höhe festzulegen, so kann der Generator 12 so eingestellt werden, daß er in zwei weiteren Frequenzen schwingt, die verschieden sind von den Frequenzen der WeI-len, die die Kurve A und B erzeugen. In diesem Fall werden ähnliche Kurven erhalten zur Bestimmung anderer Grundhöhen.

Aus der Beschreibung, die im Zusammenhang mit Abb. 7 gegeben wurde, erkennt man, daß die Höhe des Flugzeuges hauptsächlich durch den Unterschied und die Charakteristik der beiden Wellen bestimmt ist. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt Abb. 8. Hierbei wird die- Höhe unabhängig von der Amplitude der Wellenkurven des Registrierinstrumentes bestimmt. In diesem Fall ist der Schwingungsgenerator 17 von demselben Aufbau wie der Generator 12. Beide Generatoren haben eine gesonderte Antenne, 58 und 3 in Abb. 8, die so bemessen sind, daß sie in ihrer eigenen Welle schwingen, wie es für den Generator 12 bei Abb. 3 beschrieben wurde. Die übrige Anordnung kann so sein wie in Abb. 5. Einer dieser Generatoren arbeitet normal mit einer Frequenz, die sich um einen kleinen Prozentsatz von der des anderen unterscheidet. Die Frequenzen beider Antennen werden sich periodisch in der vorher beschriebenen Art ändern. Das Anzeigeinstrument 50 wird dann die Schwingungsfrequenz zwischen den beiden veränderlichen Wellen anzeigen. Nehmen wir z. B. an, daß der Generator 17 normal mit einer Frequenz D schwingt und der Generator 12 mit der Frequenz B. Man wird dann finden, daß die Schwingungsfrequenz, die von dem

Instrument 50 angezeigt wird, bei bestimmten Höhen Maxima, bei anderen Höhen Minima aufweist. Wenn man jetzt die Frequenz des Generators 17 ändert, z. B. mit der Taste 56, die einige Windungen der Gitterspule 57 kurzschließt auf die Frequenz F, so wird man finden, daß die Schwingungsfrequenz ihre Maxima und Minima bei anderen Höhen aufweist als vorher. In derselben Weise können andere Frequenzkombinationen zur Bestimmung weiterer Höhen benutzt werden. Dazwischenliegende Höhen können dann durch die Frequenz der Schwebung bestimmt werden. Nach einem weiteren Erfindungsgedanken kann das Verfahren und die Einrichtung so ausgebildet werden, daß der Bereich, innerhalb dessen eine Höhenbestimmung möglich ist, noch erweitert wird und insbesondere bei Annäherung des Flugzeuges an den Erdboden die Bestimmung der Höhe genauer und sicherer wird. Dabei kann die Anordnung so getroffen werden, daß beim Abstieg dem Flieger von einer bestimmten Höhenlage an eine kontinuierliche Beobachtung der Höhe möglieh ist und bestimmte optische oder akustische Anzeigevorrichtungen automatisch in Tätigkeit treten, sobald das Flugzeug in eine bestimmte Höhe über den Erdboden gelangt. Dies Verfahren und die Einrichtung zu seiner Durchführung soll an Hand der Abb. 9 und 10 der Zeichnung näher erläutert werden. Abb. 9 läßt die Schaltung der Anordnung erkennen, Abb. 10 erläutert ihre Wirkungsweise an Hand von Kurven.

In Abb. 9 sind 101 und 102 zwei Schwingungserzeuger. Der Schwingungserzeuger 101 ist so aufgebaut, daß er mit einer festen Frequenz schwingen kann oder auch mit einer Frequenz, die von Hand durch eine dem Bedienungsmann bequem zugängliche Regelvorrichtung 103 geregelt werden kann. Schwingungserzeuger 102 ist mit einer Antenne 104 versehen, die an dem Flugzeug in geeigneter Weise angebracht oder aufgehängt ist und mit dem Schwingungserzeuger 102 mit einem Kabel 105 verbunden ist. Dieser Schwingungserzeuger schwingt mit einer Eigenfrequenz, die durch die natürliche Konstante des Schwingungskreises einschließlich der Antenne einerseits und die Beziehung zwischen der ausgestrahlten und der nach Reflexion am Erdboden zur Antenne zurückgelangenden Wellen andererseits bestimmt ist. Normalerweise wird diese Frequenz etwas höher als die Frequenz des Schwingungserzeugers 101 gewählt.

Wie bereits auseinandergesetzt ist, ändert ein solcher Schwingungserzeuger auf dem Flugzeug entsprechend den Änderungen der Höhe des Flugzeuges seine Frequenz periodisch, wobei die Amplitude dieser periodischen Änderungen von der Höhe des Flugzeuges über der Erde abhängt.

Die Schwebungsfrequenz zwischen den Schwingungserzeugern 101 und 102 wird durch eine Entladungsröhre 107 verstärkt und über einen Resonanzkreis 108 dem Gitter eines Röhrendetektors 109 zugeführt. Die auf diese Weise erzeugten Spannungen können in der vorher angegebenen Weise dazu benutzt werden, um die Energie eines geeigneten Energiesammlers zu steuern. Dieser Energiesammler ist in Form eines Kondensators dargestellt. Die an diesem Kondensator auftretende Spannung betätigt eine Anzeigevorrichtung in, die in Form eines auf Strom ansprechenden Meßinstrumentes im Anodenkreis der Entladungsröhre 112 liegt. Eine Anzeigelampe 113 wird ebenfalls entsprechend der Spannung der Schwebungsfrequenz gesteuert. Der Zweck dieser Lampe wird noch weiter unten auseinandergesetzt.

Die im oberen Teil der Abb. 9 dargestellte Einrichtung befindet sich im Vorderteil des Flugzeuges, während die Antenne 104 vorzugsweise im Schwanz des Flugzeuges aufgehängt ist. Die Lage der Antenne kann durch eine in Reichweite des Bedienungsmannes befindliche Rolle 115 geändert werden. Auf die Rolle 115 ist, wie bereits beschrieben, ein nicht leitendes Seil 116 aufgewickelt, das durch ein Führungsrohr 118 bis zu einem leitenden· Teil 119 verläuft, an dem das innere Ende der Antenne befestigt ist. An dem nach hinten zu liegenden Teil des Rohres 118 ist ein Kontaktring 120 befestigt, der mit dem Leiter 105 über einen Kondensator 106 in Verbindung steht. Wenn die Antenne herausgelassen ist, schiebt sich der leitende Teil 119 in die Öffnung des Ringes 120 und stellt so eine leitende Verbindung zwischen dem Schwingungserzeuger 102 und der Antenne 104 her. Durch Drehen der Rolle im Sinne des Uhrzeigers wird der leitende Teil 119 in das Rohr gezogen und damit auch die Antenne'behoben.

Der Schwingungskreis des Schwingungserzeugers 102 umfaßt eine Induktivität 121, die zwischen Gitter und Kathode der Röhre liegt, zusammen mit der Antenne 104, dem Leiter 105, den Kondensatoren 106 und 106' und der zwischen Flugzeug und Antenne bestehenden Kapazität. Das Kabel besitzt vorzugsweise eine leitende Schutzhülle, die ebenso wie die Kathode der Röhre 102 mit dem Rahmenwerk des Flugzeuges verbunden ist. Hierdurch werden Frequenzänderungen des Schwingungserzeugers 102 vermieden, die sonst auftreten würden, wenn irgendwelche Gegenstände auf dem Flugzeug ihre Lage ändern. Das Kabel besitzt ziemlich große Dimensionen, und der Leiter ist von der

Schutzhülle durch leichtes Baumwollmaterial isoliert, um die Kapazität zwischen der Kabelseele und der Hülle möglichst herabzusetzen. Es hat sich herausgestellt, daß der Schwingungserzeuger besser arbeitet, wenn an dem äußeren Ende des Kabels bei 106 ein Kondensator eingeschaltet ist, der die Induktivität des Kabels kompensiert. Der Kondensator 106' ist zusammen mit der Induktivität 121 auf die Eigenfrequenz der Antenne abgestimmt. Auf diese Weise bleibt der Leiter 105 auf einer verhältnismäßig niedrigen Spannung gegenüber dem Flugzeug, und der Einfluß von Kapazitätsänderungen zwischen Antenne und Flugzeug tritt zurück. Die Induktivität 121 ist mit dem Anodenkreis der Röhre über die Spule 122 rückgekoppelt.

Der Schwingungskreis des Schwingungserzeugers 101 umfaßt die Induktivität 123 ao und den Kondensator 124, die zwischen Gitter und Kathode der Röhre liegen. Dieser Kreis ist mit dem Anodenkreis durch die Rückkopplungsspule 125 gekoppelt. Mit der Spule 123 ist eine weitere Spule 126 gekoppelt, die mit den Kondensatoren 127 oder 128, die verschiedene Kapazität besitzen, zusammengeschaltet werden kann, so daß auf diese Weise die Frequenz des Schwingungserzeugers geändert werden kann. Im Gitterkreis der Röhre 102 befindet sich die übliche Kombination 129 von Ableitungswiderstand und Kondensator, durch die das Gitter eine geeignete Vorspannung erhält, so daß die Röhre eine Gleichrichterwirkung ausübt. Die beiden Schwingungserzeuger können in geeigneter Weise gekoppelt werden. Bei hohen Frequenzen, die in der Größenordnung von 100 m Wellenlänge liegen, stellt die Eigenkapäzität zwischen den einzelnen Kreisen schon eine genügende Kopplung dar. Diese Eigenkapazität ist durch 130 angedeutet.

In der Spule 131 treten nun Schwingungen auf, deren Frequenz der Differenz der Frequenz der Schwingungserzeuger 101 und 102 entspricht. Diese Schwingungen gelangen zum Gitter der Verstärkerröhre 107. Im Anodenkreis dieser Röhre liegt ein Transformator io8, der eine gewisse Eigenkapazität, die durch 108' dargestellt ist, und damit eine gewisse Eigenfrequenz besitzt, die so gewählt ist, daß die etwas außerhalb des Bereiches der periodischen Frequenzänderungen liegt, d. h. der gesamte Bereich der Änderungen der Schwebungsfrequenz bei großer Höhe des Flugzeuges liegt auf einem Ast der Resonanzkurve. Vorzugsweise wird der nach höheren Frequenzen zu liegende Ast der Resonanzkurve benutzt, so daß die Spannung ansteigt, wenn die Frequenz abnimmt. Die Größe der Wechselspannung, die an dem Ende der Sekundärwicklung des Transformators 108 auftritt ändert sich dann proportional mit der Frequenz, die diesem Transformator zugeführt wird. Der Transformator kann auch durch einen entsprechenden Schwingungskreis ersetzt werden.

Die Wechselspannung des Transformators 108 wird nun dem Gitter der Röhre 109 zugeführt. Dies Gitter ist mit Hilfe der Batterie 132 so weit negativ vorgespannt, daß die Röhre als Detektor oder Gleichrichter wirkt. Zwischen Anode und Kathode der Röhre 109 liegt ein Widerstand 140 und ein Kondensator 142, über die alle Stromstöße abgeleitet werden, die von Änderungen der Antennenfrequenz herrühren. Infolgedessen ändert sich also die Spannung am Kondensator 142 mit dieser Frequenz. Diese Spannung wird über den Kondensator 141 dem Widerstand 143 zügeführt. Der Kondensator 141 stellt zusammen mit dem Kondensator 142 ein Filter dar, dessen Zweck noch näher erläutert wird. Die Spannung am Widerstand 143 wird dem Gitter der Röhre 144 zugeführt. Im Anodenkreis dieser Röhre liegt der Widerstand 145 und die Batterie 146. Infolgedessen ändert sich der durch den Widerstand 145 fließende Strom in Abhängigkeit von der Spannung am Widerstand 143 und entsprechend ändert sich auch die Gleichspannung zwischen Kathode und Anode der Röhre 144.

Der im Anodenkreis der Röhre 144 fließende Strom kann nun dazu benutzt werden, um die Höhe des Flugzeuges, wie bereits beschrieben, anzuzeigen. Es ist nun aber erwünscht, daß diese Anzeige kontinuierlich erfolgt, so daß der Bedienungsmann auf dem Flugzeug jederzeit aus der Ablesung am Meßinstrument die ungefähre Höhe ersehen kann. Erfindungsgemäß ist deshalb die Einrichtung so getroffen, daß fortlaufend die Höhe angezeigt wird, in der das Maximum der Frequenzänderung zuletzt vorhanden war. Geht z. B. das Flugzeug aus großer Höhe nieder, so daß also die periodischen Änderungen des Stromes in ihrer Amplitude dauernd zunehmen, so· bewegt sich der Zeiger der Anzeigevorrichtung in Schritt für Schritt über die Skala, wobei jedesmal ein Schritt bei einer bestimmten Höhenlage auftritt, die durch das letzte Maximum der Frequenzänderung angezeigt wird.

In dazwischenliegenden Höhen, wo die Frequenzänderung geringer ist oder in bezug auf den normalen Wert in der entgegengesetzten Halbperiode der Frequenzänderung liegt, bleibt der Ausschlag des Zeigers konstant und zeigt dadurch dauernd die Höhe an, in der das letzte Maximum auftritt.

Die Vorrichtung, durch die dies erreicht wird, umfaßt im einzelnen eine Energiesamm-

lung oder Kondensator no, der zwischen Gitter und Kathode der Röhre 112 liegt. Der Anodenkreis dieser Röhre enthält das Meßinstrument in. Die Ladung auf diesem Kondensator ist durch die Spannung zwischen Anode und Kathode der Entladungsröhre 144 bestimmt. Während die eine Belegung des Kondensators mit der Kathode der Röhre 112 verbunden ist, steht die andere Belegung mit der Kathode der Zweielektrodenröhre 147 in Verbindung. Die Anode dieser Röhre ist über die Batterie 148 mit der Anode der Röhre 144 verbunden. Die Spannung der Batterie 148 ist so gewählt, daß bei einer bestimmten Spannung zwischen Anode und Kathode der Röhre 144 die Anode der Röhre 147 auf einer Spannung gehalten wird, die gleich der Spannung der Kathode der Röhre 147 oder etwas negativer ist. Unter diesen Umständen fließt kein Strom durch die Röhre 147, und die Kathode befindet sich daher auf dem Potential der Kathode der Röhre 112, falls der Kondensator 110 keine Ladung besitzt. Nimmt infolge der Frequenzänderung des Schwingungserzeugers 102 die Spannung zwischen Anode und Kathode der Röhre 144 zu, so wird die Anode der Röhre 147 gegenüber der Kathode positiv. Dadurch kommt ein Strom zustande, der in einem Kreise fließt, der den Kondensator 110 und den parallel dazu liegenden Widerstand 110' enthält. Dadurch erhält der Kondensator eine negative Ladung und bewirkt, daß das Gitter der Röhre 112 positiv wird. Das Gitter dieser Röhre ist durch die Batterie 149 gegenüber der Kathode so weit negativ vorgespannt, daß im Anodenkreis gerade kein Strom fließen kann. Gelangt nun eine Ladung auf den Kondensator 110, so wird diese Spannung überwunden, und es fließt im Anodenkreis ein Strom, der einen gewissen Ausschlag des Zeigers des Instrumentes in hervorruft.

Während der periodischen Änderungen der Schwebungsfrequenz, die auftreten, wenn ein Maximum erreicht ist, wird also dem Kondensator 110 eine bestimmte Ladung aufgedrückt und am Meßinstrument ein bestimmter Ausschlag hervorgerufen. Während des übrigen Teiles der Periode bleibt dieser Ausschlag des Zeigers durch die Ladung des Kondensators bestehen. Wenn die Amplitude der nächsten periodischen Änderung größer ist als die der vorhergehenden, so nimmt die Ladung des Kondenstaors zu und damit auch der Aus- : schlag des Zeigers. Wenn also das Flugzeug niedergeht und die Amplitude der periodischen Änderungen schrittweise zunimmt, so wird der Zeiger des Instrumentes Schritt für Schritt abgelenkt, wobei jeder Schritt bei einer bestimmten Höhe auftritt, die jedesmal durch das Maximum der periodischen Änderungen bestimmt ist. Die Höhe kann also in Wellenlängeneinheiten festgelegt werden.

Das Meßinstrument in ist, wie ersichtlich, mit drei Skalen versehen, zu dem Zweck, den Bereich, innerhalb dessen das Instrument benutzt werden kann, zu vergrößern. Die Anordnung ist so getroffen, daß, wenn die Nadel den Bereich einer Skala überschreitet, eine Lampe 113 aufleuchtet und dadurch dem Bedienungsmann anzeigt, daß er die Skala des Instrumentes, wechseln muß. Um einen solchen Wechsel vorzunehmen, ändert der Bedienungsmann die Stellung des Schalters 103 und damit die Frequenz des Generators 101. Der untere Teil des Schalters 103 läuft in einen fächerförmigen Teil 150 aus, der mehrere farbige Glasfenster 151, 152, 153 trägt, hinter denen sich die Lampe 113 befindet. Ändert also der Bedienungsmarin die Stellung des Schalters, so tritt automatisch ein Glasfenster einer anderen Farbe vor die Lampe.

Die Wirkungsweise der ganzen Anordnung kann am besten an Hand der Abb. 10 verstanden werden. Die Kurve 155 zeigt den Verlauf der Frequenz des Schwingungserzeugers 102. Die Ordinaten dieser Kurve stellen die Höhe des Flugzeuges dar. Wie hieraus ersichtlich, treten beim Niedergehen des Flugzeuges aus größerer Höhe die periodischen Frequenzänderungen mit fortschreitend zunehmender Amplitude auf, bis das Flugzeug einen Punkt dicht über dem Erdboden erreicht, der etwa im Bereich einer viertel WeI-lenlänge liegt. Von diesem Punkt ab überwiegen die Kapazitätsänderungen zwischen Antenne und Flugzeug die Frequenzänderungen, die auf den Einfluß der reflektierten Wellen auf die ausgestrahlten Wellen zurückzuführen sind. Es tritt dadurch eine dauernde Erniedrigung der Frequenz ein, wie durch den unteren Teil der Kurve 55 dargestellt ist. Die Kurven 156, 156', 156" stellen jede die Resonanzkurve des Transformators 108 dar.

Angenommen, der Schalter 103 befindet sich in der rechten Stellung, so daß der Schwingungserzeuger ιοί mit einer Frequenz schwingt, die durch den Kondensator 124 und die Induktivität- 123 bestimmt wird. Die no Schwebungsfrequenz zwischen den beiden Generatoren hat eine solche Größe, daß die Potentialschwankungen am Transformator 108 an dem steilen Teil der Hochfrequenzseite der Kurve 156 auftreten. Dieser Zustand kann mit Hilfe des Instrumentes 157, das im Anodenkreis der Röhre 109 liegt, bestimmt werden.

Steigt das Flugzeug aus großer Höhe nieder bis zu einem Punkt, der mit 158 bezeichnet-.ist,-so erhält der Kondensator eine bestimmte Ladung, und das Instrument zeigt

IO

einen gewissen Ausschlag. Dieser Ausschlag bleibt durch die Wirkung des Kondensators erhalten, bis das Flugzeug den Punkt 159 erreicht, an dem die Ladung des Kondensators zunimmt und ebenfalls der Ausschlag zunimmt. In gleicher Weise nimmt beim weiteren Abstieg des Flugzeuges bei jeder Wiederkehr der Periode der Ausschlag proportional der wachsenden Amplitude der periodischen Änderungen zu. Angenommen, der Punkt 160 der Kurve 155 stellt den letzten Punkt dar, der auf der oberen Skala des Instrumentes angezeigt wird. Die Anordnung kann dann so eingestellt werden, daß bei der nächsten Periode der Änderung, wenn die Frequenz einen Wert erreicht, der dem Punkt 161 entspricht, und der Zeiger über die Skala hinausschlägt, der Anodenstrom der Röhre 109 stark genug ist, um ein Relais 162 zu betätigen, das seinerseits die Lampe 113 aufleuchten läßt. Diese Lampe gibt ein grünes Licht und zeigt damit dem Bedienungsmann genau die Höhe an und läßt ihn erkennen, daß er den Bereich des Instrumentes ändern «5 muß. Zu diesem Zweck bewegt der Bedienungsmann den Schalter 103 in die in der Zeichnung dargestellte Stellung. Damit erniedrigt er die Frequenz des Schwingungserzeugers 101 und erhöht damit die Schwebungsfrequenz zwischen den beiden Generatoren. Es ist infolgedessen eine größere Änderung der Frequenz des Generators 102 notwendig, um das folgende Aufleuchten des Lichtes zu bewirken. Dies tritt bei einem Punkt 163 der Kurve ein, da in diesem Punkt die Schwebungsfrequenz wieder einen solchen Wert besitzt, daß sie einen genügenden Strom im Anodenkreis der Röhre 109 erzeugt und dadurch das Relais betätigt und die Lampe zum Aufleuchten bringt. Da die Lampe jetzt durch eine gelbe Scheibe verdeckt ist, ist der Bedienungsmann über die Höhe, in der er sich befindet, genau in Kenntnis gesetzt und weiß, daß er die Skala des Instrumentes wieder ändern muß. Ehe der Punkt 163 erreicht ist, nimmt, wie ersichtlich, die Ladung des Kondensators entsprechend der Frequenzänderung dauernd zu und ruft auf der zweiten Skala einen Ausschlag des Zeigers hervor, durch den die Höhe angezeigt wird. Der Bedienungsmann dreht dann den Schalter in die linke Stellung. Dadurch nimmt die Frequenz des Schwingungserzeugers 101 noch weiter ab. Infolgedessen muß auch die Frequenz des Schwingungserzeugers 102 sich weiter ändern, ehe wieder eine Schwebungsfrequenz erzeugt wird, die ausreicht, um die Lampe zum Aufleuchten zu bringen. Das nächste Aufleuchten der Lampe tritt im Punkt 164 der Kurve ein. Es ist wünschenswert, es so einzurichten, daß diese Anzeige erfolgt, wenn sich das Flugzeug in verhältnismäßig niedriger Höhe über dem Erdboden befindet. Es steht jetzt das rote Fenster vor der Lampe. Dies bedeutet dann eine Warnung, daß das Flugzeug sich bereits in großer Nähe über dem Erdboden befindet.

Es ist also ersichtlich, daß die Anordnung so getroffen werden kann, daß die Lampe ein oder mehrere Male innerhalb des durchflogenen Höhenbereiches aufleuchtet. Es müssen zu diesem Zweck periodische Änderungen auftreten von einer Größe wie im Punkt 161. Jede dieser Anzeigen ergibt dann eine sichere Höhenbestirnmung. Befindet sich das Flugzeug noch in einer Höhe, die dem Punkt 160 entspricht, so leuchtet die Lampe nicht auf, da die Frequenzänderungen noch nicht genügend groß sind. Das Flugzeug kann aber keine Höhe erreichen, die niedriger ist als der Punkt 161, ohne daß die Lampe aufleuchtet. Die Höhe also, in der die Lampe in Tätigkeit tritt, ist genau durch die Form der Kurve bei 161 festgelegt. Ebenso liegen die Höhen der Punkte 163 und 164 genau fest, obgleich an diesen Punkten die Frequenzänderung im wesentlichen von den Kapazitätsänderungen zwischen Antenne und Flugzeug herrühren. Wie ersichtlich, bietet also das Aufleuchten der Lampe eine sichere Anzeige dafür, daß sich das Flugzeug dem Erdboden nähert.

Um beim Aufstieg des Flugzeuges Beobachtungen über die Höhe anstellen zu können, drückt der Bedienungsmann zunächst die Tasten 165 und 166 und entlad dadurch die Kondensatoren 141, 142 und 110. Dann läßt er die Taste los und ändert seine Höhe um eine halbe Wellenlänge der ausgesandten Welle und ruft dadurch ein Maximum der Frequenzvariation hervor. Das Meßinstrument zeigt dann die Höhe dieses Punktes an, und diese Anzeige bleibt dann während des weiteren Fluges erhalten oder bis die Tasten 165 und 166 erneut niedergedrückt werden, um eine zweite Beobachtung anzustellen.

Es kann während des Betriebes der Einrichtung der Fall eintreten, daß die normale Frequenz eines oder beider Schwingungserzeugers im Laufe des Fluges sich ändern, no ζ. B. infolge Änderungen der Anodenspannung oder des Heizstromes der Röhre. Derartige Änderungen rufen dann eine Verschiebung der Schwebungsfrequenz der Schwingungserzeuger hervor. Um hierdurch entstehende Fehler in der Ablesung der Instrumente zu vermeiden, ist ein aus den Kondensatoren 141 und 142 bestehendes Filter vorgesehen. Der Kondensator 141 ist so dimensioniert, daß er alle Frequenzen durchläßt, die größer als ein bestimmter kleiner Wert, z. B. kleiner als ¹^₀ Periode pro Sekunde, sind. Der

Kondensator 142 ist etwas kleiner und läßt infolgedessen alle Frequenzen durch, die einen etwas größeren Wert, z. B. eine Periode pro Sekunde, haben. Auf diese Weise ist der Einflufi der durch den Gang der Schwebungsfrequenz sonst auftretenden Verschiebung der Spannung des Kondensators 142 auf die Ablesung des Meßinstrumentes in vermieden, wie bereits oben auseinandergesetzt ist. Für den Betrieb der Einrichtung ist es wichtig, daß der Detektor 109 als Gleichrichter mit Gittervorspannung und nicht als Gleichrichter mit Gitterableitung arbeitet, da dann die Anzeige in den Anzeigekreisen in Beziehung zu dem Anwachsen des Stromes gesetzt werden, während sie sonst in Beziehung zum Abnehmen des Stromes gesetzt würden. Hierdurch werden nicht nur die Batterien weniger beansprucht, sondern die Ausschläge des Meß-Instrumentes in können in Beziehung zu kleinen oder ganz verschwindenden Strömen gesetzt werden, die leichter aufrechterhalten werden können. Würden dagegen die Ausschläge in Beziehung zu verhältnismäßig starken Strömen gesetzt, die aus verschiedenen Ursachen stets Änderungen unterworfen sind, so würden sich damit schwer kontrollierbare Änderungen in den Ablesungen ergeben.

Wird an der in der Zeichnung angegebenen Stelle ein Transformator 108 benutzt, so können die Kathoden aller Röhren, mit Ausnahme der Röhre 147, von derselben Stromquelle 110 gepeist werden. Ebenso können die Anoden von derselben Batterie aus gepeist werden.

Claims (29)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Höhenbestimmung mittels am Boden reflektierter Hochfrequenzwellen, welche auf den Sender zurückwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die in Abständen einer halben Wellenlänge periodisch wechselnden Frequenzänderungen zur Höhenbestimmung benutzt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der ausgesandten Welle klein im Verhältnis zu der zu bestimmenden Höhe gewählt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der periodischen Frequenzänderungen zur Bestimmung der Höhe dient.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum der periodischen Frequenzänderungen beobachtet wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der periodischen Frequenzänderungen gezählt wird, die bei einem Flug von einem Punkt mit bekannter Höhe zu einem Punkt, dessen Höhe bestimmt werden soll, auftreten.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der ausgesandten Wellen verschieden gewählt wird und die durch Einwirkung der reflektierten Wellen hervorgerufenen Frequenzänderungen der verschiedenen Wellen miteinander verglichen werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei verschiedene Wellen ausgesandt werden und diejenigen Punkte beobachtet werden, in denen die Einwirkung der reflektierten Wellen auf die ausgestrahlten Wellen die gleichen Frequenzänderungen hervorrufen.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, daurch gekennzeichnet, daß zum Nachweis der Frequenzänderungen der ausgestrahlten Welle auf dem Flugzeug eine unabhängige Welle abweichender Frequenz erzeugt wird, die mit der ausgestrahlten Welle zur Überlagerung gebracht wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Anderungen der ausgestrahlten Welle entsprechenden Änderungen der Schwebungsfrequenz in Spannungsänderungen umgewandelt werden und diese Spannungsänderungen zur Betätigung einer Anzeige- Vorrichtung benutzt werden.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den periodischen Frequenzänderungen entsprechenden Spannungsänderungen dazu benutzt werden, um den Ladezustand eines Energiesammlers zu verändern, der seinerseits entsprechend seinem Ladezustand die Anzeigevorrichtung betätigt.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in verschiedenen Flughöhen die Frequenz des Überlagerungsschwingungskreises geändertwird.
12. 12. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Flugzeug ein Antennenschwingungskreis vorgesehen ist, der die den Frequenzänderungen unterworfene Welle erzeugt, und mit diesem Kreis ein zweiter Schwingungskreis gekoppelt ist, mit dem eine von der ausgestrahlten Welle abweichende Welle erzeugt wird.
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Antennenschwingungskreis als Schwingungs detektor ausgebildet ist und mit einem Reso-

    nanzkreis gekoppelt ist, der derartig abgestimmt ist, daß die entstehenden Schwebungsfrequenzen nur auf dem einen Ast der Resonanzkurve dieses Kreises liegen.
14. 14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis als Resonanztransformator ausgebildet ist.
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis mit dem Gitterkreis einer Detektorröhre in Verbindung steht, in deren Anodenkreis ein stromempfindliches Instrument geschaltet ist, dessen Ausschläge als Maß für die Höhe dienen.
16. 16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorröhre als Gleichrichter mit Gittervorspannung arbeitet.
17. 17. Einrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den Detektorkreis ein aus Kapazitäten bestehender Filterkreis geschaltet ist, dessen Durchlaßbereich so gewählt ist, daß nur Schwingungen eines bestimmten Frequenzbereiches durchgelassen werden.
18. 18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet daß der Filterkreis nur Frequenzen von V30 bis 1 Periode pro Sekunde durchläßt.
19. 19. Einrichtung nach Anspruch 15 bis i8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Detektorkreis und Anzeigevorrichtung ein Energiesammler vorgesehen ist, dessen Ladezustand durch die den periodischen Frequenzänderungen entsprechenden Spannungsänderungen geändert wird.
20. 20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiesammler als Kondensator ausgebildet ist.
21. 21. Einrichtung nach Anspruch 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiesammler in Reihe mit einem elektrischen Ventil liegt, so daß der Ladezustand des Energiesammlers bei Abnahme der Ladespannung erhalten bleibt.
22. 22. Einrichtung nach Anspruch 12 bis 2i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter vorgesehen ist, durch den die Frequenz des Überlagerungsschwingungskreises stufenweise geändert werden kann.
23. 23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Schalter in den verschiedenen Stellungen verschiedene Stufen eines Kondensators eingeschaltet werden.
24. 24. Einrichtung nach Anspruch 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß beim Bewegen des Schalters entsprechend den verschiedenen Stellungen verschiedenfarbige Glasfenster vor eine elektrische Lampe geschaltet werden.
25. 25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß in den Anodenkreis der Detektorröhre ein Relais geschaltet ist, das bei einer vorgegangenen Erregung den Stromkreis der elektrischen Lampe schließt.
26. 26. Einrichtung nach Anspruch 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Anzeige der Höhe dienende Meßinstrument mit mehreren Skalen versehen ist.
27. 27. Einrichtung nach Anspruch 12 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Antenne und den Antennenschwingungskreis ein Kondensator solcher Größe geschaltet ist, daß das nach dem Flugzeug zu liegende Ende der Antenne im wesentliehen auf einem konstanten Potential gehalten wird.
28. 28. Einrichtung nach Anspruch 12 bis 2j, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne mittels eines nichtleitenden Sei- s₅ les, das um eine Rolle geschlungen ist, auf und ab bewegt werden kann.
29. 29. Einrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende der Antenne mit einem leitenden _go Teil verbunden ist, das sich beim Herablassen der Antenne in einen leitenden Ring schiebt, der mit dem Antennenschwingungskreis verbunden ist.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen