DE750574C - Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem drahtlosen Sender und einem Empfaenger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem drahtlosen Sender und einem Empfänger. Es ist bereits bekannt!, zur Bestimmung des Ab-Standes den Sender gleichzeitig oder abwechselnd mit Hilfe desselben oder mit zwei verschiedenen Luftdrähten zwei Wellen sehr verschiedener Länge aussenden zu lassen. Ist die eine sehr lang auch im Verhältnis zu den in Frage kommenden zu messenden Abständen, z. B. etwa 40 km lang, die andere aber verhältnismäßig kurz, z. B. 1 km lang, so besitzen sie ungleiche Feldverteilungen im Raum, d. h. ihre Feldstärken nehmen mit der Entfernung vom Sender in verschiedenem Maße ab. Diesen Umstand kann man benutzen, um aus dem mit dem Abstand veränderlichen Verhältnis der Feldstärken der beiden Strahlungen den Abstand zu bestimmen.

Dieser Meßmethode haftet jedoch ein Nachteil an, da es sehr schwierig' ist, das Verhältnis der ausgestrahlten Energie der beiden Wellen dauernd konstant aufrechtzuerhalten. Verwendet man für die beiden Strahlungen zwei verschiedene Quellen, so ist es sehr mühevoll, immer daraitf zu achten, daß das Verhältnis der beiden Strahlungen sich nicht ändert; aber auch wenn die beiden Strahlungen von einer gemeinschaftlichen Quelle abgeleitet werden, z. B. so, daß die 40-km-Welle die Grundwelle und die i-km-Welle die durch verschiedeneFilterausgesiebte4O.Hannonische ist, so ist es auch in diesem Fall nicht leicht, das Verhältnis der Amplituden der beiden Harmonischen immer gleich aufrechtzuerhal-" ten, denn die Amplituden einer Harmonischen „von so großer Ordnung sind in ihrer Größe sehr wenig stabil.

Es ist weiterhin ein Verfahren zur Abstandsbestimmung, eines drahtlosen Empfängers von einem Sender bekannt, das folgendermaßen anbertet: Die: Antennen sowohl des Senders als auch des Empfängers bestehen aus senkrecht stehenden Rahmen, die um vertikale Achsen drehbar sind. Die Senderantenne wird langsam dauernd gedreht, während die Empfangsantenne von Hand aus gedreht werden kann. Zur Messung der Entfernung sucht man mit der Empfangsantenne eine jener zwei Stellungen auf, bei der die Empfangsstärke zeitweise Null beträgt. Dann liegt die Ebene des Empfangsrahmens ent-

weder in der Verbindungslinie der beiden Stationen oder senkrecht dazu. Man vergleicht nun die maximalen Empfangsstärken dieser beiden Stellungen miteinander. Die größere Empfangsstärke erhält man, wenn die Ebene des empfangenden Rahmens auf den Sender hinweist. Sind Sende- und Empfangsrahmen einander parallel, so erhält man reine Induktionswirkung, in der anderen Hauptstellung ίο Induktion und Strahlung gemischt. Aus dem Verhältnis beider Empfangsstärken läßt sich nun die Entfernung bestimmen.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß auf dem Fahrzeug, dessen Abstand von der festen Sendestation bestimmt werden soll, verschiedene Messungen vorgenommen werden müssen, aus denen dann der Abstand von der drahtlosen Sehdestation ermittelt wird. Die Empfangsapparatur mit dem drehbaren Rahmen stellt also eine verhältnismäßig komplizierte Anlage dar, deren Aufwand höchstens für größere Fahrzeuge tragbar ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diese Nachteile der bekannten Verfahren vermieden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem drahtlosen Sender und einem Empfänger aus dem Unterschied der Feldstärken von abwechselnd mit verschiedener räumlicher Feld- _v verteilung auf gleicher Wellenlänge ausgesandten Strahlungen ist dadurch gekennzeichnet, daß die räumlichen Feldstärkenunterschiede durch mehrere Sendeantennen erzeugt werden, bei denen die Intensitäten der Strahlungsfelder nach verschiedenen Gesetzmäßigkeiten abnehmen.

Bei diesem Verfahren wird von dem Umstand Gebrauch gemacht, daß im Senderbereich, dessen Radius bedeutend kleiner ist als die Wellenlänge, der räumliche Verlauf der Feldschwächung in hohem Maße von der Form der Wellenfront ist und diese letztere im erwähnten Bereich von der Gestalt des Strahlers abhängt. Im allgemeinen kann man sagen, daß eine Antenne mit mehr verteilter Kapazität und Induktanz, z. B. eine möglichst hohe offene Vertikalantenne, ein mehr verteiltes Feld besitzt, das in einem bestimmten Bereich eine verhältnismäßig kleine räumliche Feldschwächung aufweist. Dagegen besitzt eine Antenne mit mehr konzentrierter Kapazität und Selbstinduktion, z. B. eine kleinere lineare Antenne mit kapazitiven Zweigen oder Flächen und mit Verlängerungsdrosseln, ein mehr konzentriertes Feld, welches in unmittelbarer Nähe dieser Antenne durch entsprechende Leistungszuführung eine beliebige Größe erhalten kann, aber mit der Entfernung von der Antenne verhältnismäßig rasch - abnimmt. Noch größer ist die räumliche Feldabnahme bei einer Rahmenantenne, und zwar desto größer, je konzentrierter das Feld dieser Antenne ist, so daß man es in der Hand hat, durch Verkleinerung der Windungsfläche des Rahmens bei entsprechender Ver- größerung der Amperewindungszahl eine Strahlung mit sehr ausgeprägter räumlicher Feldschwächung zu erhalten.

Zur Ausführung des Verfahrens dient ein geeigneter Sender, der Signale von nur einer Wellenlänge und beschränkter Reichweite sendet. Die Senderwelle wird möglichst lang gewählt, z. B. von der Größenordnung von 15000 bis 40000 m. Zur Sendung der Signale der gewählten Wellenlänge werden zwei Antennentypen verwendet, und zwar So₅, daß sie ihre Signale abwechselnd aussenden. Die Reichweite der beiden Signale ist beschränkt.

Wenn z. B. der zu messende Abstand von dem Sender sehr kurz sein soll, etwa 1,5 km bis 2km, wie es der Fall ist bei einem Leuchtturm für drahtlose Warnsignale für Schiffe, dann muß der Unterschied in dem räumlichen Feldschwächungsverlauf der beiden Signale möglichst groß gemacht werden, z. B. so groß, daß das Signal hoher Feldschwächung über diesen Abstand hinaus verschwindet. Bei der Bestimmung dieses kurzen Bereiches kann man eine Genauigkeit von wenigen Metern erreichen.

Wenn andererseits die zu messende Entfernung sich etwa bis auf 8 km erstreckt, z. B. im Falle der Bestimmung der Entfernung eines Flugzeuges vom Flugplatz, dann wird der Unterschied im räumlichen Feldschwächungsverlauf der beiden Senderstrahlungen kleiner gewählt, damit das Signal von hoher Feldschwächung bis zu diesem Punkte reicht, um Ablesungen zu ermöglichen. Eine über- ·°° schlägige Abschätzung der Entfernung kann der Empfangsbeamte auch mit Hilfe eines Lautsprechers machen.

Das Wesen der Erfindung ist im nachstehenden an Hand der Zeichnung ausführlicher erklärt.

Die Abb. 1, la, ib zeigen drei fortlaufende zusammengehörige Teile einer Empfangsanlage.

Abb. 2 zeigt eine Sendeschaltung mit zwei Strahlern, deren Strahlungen im bestimmten Bereich wesentlich verschiedene räumliche Feldschwächungen aufweisen.

Die Abb. 3 und 4 zeigen Abänderungen der Schaltung gemäß Abb. 2.

Abb. 5 zeigt kurvenmäßig den Verlauf der räumlichen Feldschwächungen der verschiedenen Signale.

Abb. 6 zeigt einen bei der später zu beschreibenden akustischen Meßmethode in Ver-Wendung kommenden Widerstand mit einer verstellbaren (drehbaren) Meßskala.

In Abb. ι bedeutet ίο eine Empfangsantenne zum Empfang von Signalen mit verschiedenen räumlichen Feldabfällen mit größerer Empfindlichkeit (Empfangsstärke) als eine gleichfalls vorhandene rahmenförmige Empfangsantenne ii, welche in Kombination mit der letzteren bei der Abstandsbestimmung mittels der später beschriebenen Doppel-Nullpunkt-Methode verwendet wird. Die

ίο Antenne io kann mit dem Rahmen ii durch eine Kopplungsschleife 12 je .nach der Stellung des Kommutators 13 im additiven oder im subtraktiven Sinne gekoppelt werden, wobei die Antenne 10 bei additiver Schaltung einfach dazu dient, schwache Signale zu verstärken.

Im Nebenschluß zur Spule 12 liegt ein Abstimmkondensator 14, während in Reihe mit der Antenne 10 ein veränderlicher Widerstand 15 mit graduierter Skala 16 liegt. Die Antenne 10 selbst ist bei 17 geerdet.

Der Rahmen 11 ist über einen Schalter 20 mit einem Abstimmkondensator 21 verbunden. 22 ist eine Schirmgitterverstärkerröhre mit Gitterwiderstand 23. Ein Kondensator 24 im Ausgang des Verstärkers dient zur Abstimmung des Anodenkreises des Verstärkers und des Gitterkreises einer Gleichrichterröhre 25. Im Gitterkreis der Röhre 25 liegt der Kondensator 26. Eine abgestimmte Impedanz 27 ist mit dem Rahmen 11 auf nichtkritische Rückkopplung gekoppelt. Auf diese Weise kann die .Gleichrichterröhre 25 in weitem Umfang die Gleichrichtung ohne Verzerrung vornehmen. 28 ist der Gitterwiderstand; an die Anodenbatterien 31 und 32 sind die Ableitungskondensatoren 29 und 30 angeschlossen. 33 und 34 sind die Heizbatterien.

' Im Ausgang des Gleichrichters 25 liegt ein veränderlicher Widerstand 55 von etwa 500 000 Ohm mit einem Kondensator 36 im Nebenschluß. Der "Ausgang ist mit der Primärwicklung eines Niederfrequenztransformators 40 verbunden, dessen Sekundärwicklung mit einer Niederfrequenzverstärkerröhre4i verbunden ist, an die sich eine zweite Verstärkerstufe 43 (Abb. 1 a) anschließt-. 50, 51 ist eine darauf folgende Gegentaktverstärkerstufe mit Eingangstransformator 53 und Ausgangstransformator 54.

Im Ausgang von 54 liegt eine Gleichrichterröhre 60. Ein Kondensator 61 liegt parallel zur Sekundärwicklung des Transformators 54; die Kapazität dieses Kondensators soll so groß sein, daß für den Überlagerungston ein Resonanzkreis entsteht. Diese Resonanz muß wiederum niedrig genug sein, um Frequenzen oberhalb 2000 bis 3000 Hz auszuschließen. Dieser Kondensator hält außerdem unerwünschte rückgekoppelte Hochfrequenzen von dem später zu beschreibenden AnzeigeiniStrument ab.

Der Ausgang des Transformators 54 kann über einen Schalter 75 entweder an einen 6g Lautsprecher 76 oder an ein Paar Kopfhörer 77 angeschlossen werden, wobei die letzteren dazu benutzt werden, um den Abstand bei schwachen ankommenden Signalen durch die später zu beschreibende Nullmethode zu be- 7« stimmen. Der Ausgangskreis ist ferner an ein empfindliches Mikroamperemeter 78 angeschlossen, das einen veränderlichen Widerstand 79 im Nebenschluß enthält. Die niederfrequenten Kreise werden abgestimmt, um bei maximaler Anzeige des Amperemeters den stärksten Ton im Lautsprecher zu erhalten. An der Skala 82 befinden sich zwei Nullstellungen 80 und 81; 80 ist die normale Nullstellung des Instruments, die als die wahre Nullage bezeichnet wird, und die beispielsweise durch eine bestimmte Farbe besonders markiert werden kann, während 81 eine falsche Nullage, nämlich eine willkürliche vorher bestimmte Lage bezüglich der Stärke des empfangenen Signals von hoher Feldschwächung darstellt. 83 ist eine drehbare Scheibe mit dem Nullpunkt 84..

Der Ausgangskreis kann ferner über einen Schalter 86. einen Kraftverstärker87 (Abb. ib) und Gleichrichter 88 mit einem größeren Instrument 85 verbunden werden, wie es im Führerstand des Flugzeugpiloten verwendet wird. Auch dieses Gerät hat eine graduierte Skala 89 mit der richtigen Nullage 90 und der falschen Nullage 91.

Zwecks Überlagerungsempfanges ist in der Nähe des Rahmens 11 ein örtlicher Oszillator 102 angeordnet, dessen Wellen sich etwa um 700 Hz von der Frequenz des empfangenen Signals unterscheiden. Die Kopplung* dieses örtlichen Oszillators über die Spule 100 mit dem Rahmen ist von Wichtigkeit, da er dazu dient, die Feldschwächungsdifferenz der beiden empfangenen Signale von verschiedener Amplitude zu vergrößern, indem er das eine Signal in bezug auf die resultierende Stärke mehr als das andere begünstigt. Die Kopplung der verstellbaren Oszillatorspule 100 mit der Antenne wird an' einer geeichten Skala 101 abgelesen.

Zwecks Vergleiches der erhaltenen Resultate kann ein zweiter örtlicher Oszillator 105 vorgesehen sein. Durch einen Schalter 106 kann der Heizkreis der Oszillatorröhre 107 geschlossen wende«. 108 ist ein im Anodenkreis vorgesehenes Meßinstrument, das in Reihe liegt mit der Anodenbatterie 109.

Durch den veränderlichen Widerstand 110 kann man einen konstanten Anodenstrom ein- iao stellen. Der Oszillator 105 als Ganzes wird mit dem oben beschriebenen Empfangskreis

durch die Spulen 113, 114 gekoppelt. Der Abstand zwischen diesen beiden Spulen wird genau in Längen oder Graden geeicht und ii die Abstände vom Sender auf der Skala 115 übersetzt.

Die von dem Empfangskreis aufgenommenen Signale kommen von einem Sender, der entweder fest aufgestellt ist, etwa auf einem Leuchtturm, einem Mast, einem Flugplatz o. dgl., oder der sich auf einem beweglichen Gegenstand, wie einem Schiff, Luftfahrzeug, Tauchboot o. dgl., befindet. Ein solcher Sender (Abb. 2) besitzt zwei Antennen 120 und 121. Wenn z. B. die auszustrahlende Wellenlänge 30000 m ist, so beträgt die optimale Eigenwellenlänge der Sendeantenne etwa 15 000 m. Ist diese Bedingung erfüllt und stehen die Antennen weiterhin senkrecht oder ist deren senkrechter Teil größer als der waagerechte Teil, so ist der Sendebereich unbeschränkt, vorausgesetzt, daß die notwendige Energie zugeführt wird. Wenn jedoch eine Antenne mit einer Eigenwelle von etwa Viooo der verwendeten Wellenlänge, also z. B.

mit etwa 30 m Eigenwelle oder mit ¹J₁₀₀ der Wellenlänge, gleich 300 m Eigenwelle, verwendet wird, so kann die Reichweite bis zu einer bestimmten Grenze bei einer gegebenen Leistung heruntergesetzt werden.

Die Antennen sind über die Spulen 122 und 123 geerdet, die gleichzeitig die Antennen mit einer Hochfrequenzstromquelle, etwa einem Röhrensender oder einer Hochfrequenzmaschine 124, koppeln. Der Strom von 124 speist periodisch beispielsweise über den rotierenden Sektor 127 und die Bürsten 128,

129 die mit den Spulen 122 und 123 gekoppelten Spulen 125, 126. Dabei überträgt die Spule 126 mehr Energie als die Spule 125.

Wenn der Sektor mit einer dieser Bürsten Kontakt macht, wird die betreffende Kopplungsspule mit Strom von der Maschinenfrequenz gespeist. Die von den Spulen 122 und 123 übertragene Energie wird dann von den Antennen 120 und 121 ausgestrahlt. Ist der Sektor 127 mit Zähnen versehen, so können geeignete Signale ausgesandt werden.

Abb. 3 zeigt eine andere Antennenform, nämlich Richtrahmen 130 und 131, zum Aussenden der Signale.

Der Rahmen 131 enthält eine einzige Windung von großer Fläche, während der Rahmen

130 mehrere Windungen von verhältnismäßig kleiner Fläche entsprechend den verschiedenen Feldschwächungen enthält.

Der Rahmen 131 wird bei verringerter Primärenergie, der Rahmen 130 bei voller Primärenergie gespeist, wobei die Verhältniswerte von Energie und Fläche die Entfernung des später zu besprechenden Gleichheitspunktes bestimmen.

Durch die Schalter 130' und 131' werden die Signale in die Nord-Süd- oder Ost-West-Richtung, je nach der Lage des betreffenden Schalters, gesendet.

Die Senderahmen für stark und schwach gedämpfte Signale sollen beim Senden beide nach derselben Richtung zeigen.

Die beiden Rahmen 130 und 131 sind mit einer Hochfrequenzquelle 132 über feste Sektoren 133 und 134 verbunden. Die Rahmenkreise werden periodisch über eine rotierende Bürste oder über einen rotierenden Zahn 135 geschlossen. Die Sektoren sind mit einer Zahnteihing enitspreohend den verschiedenen Kennsignalen versehen, im vorliegenden Falle entsprechend den Buchstaben u und v. Bei modulierten Signalen können Töne verschiedener Höhe als Kennsignale benutzt werden.

Bei dem Sender gemäß Abb. 4 ist ein einziger Rahmen 140 mit zwei getrennten Anzapfungen 141 und 142 für den Anschluß der Wechselstrommaschine 143 vorgesehen. Der rotierende Sektor 144 arbeitet hier wieder mit Bürsten 145, 146 zusammen, und zwar wird, wenn bei der Bürste 146 Kontakt gemacht wird, der größere Rahmenteil einer einzigen Wicklung wirksam, während, wenn der Kontakt bei der Bürste 145 erfolgt, eine kleinere Fläche des Rahmens mit einer größeren Zahl von Wicklungen gespeist wird. Diese Rahmentype eignet sich auch zur waagerechten Anordnung auf Flugplätzen.

Beim Empfang der durch diese verschiedenen Antennen ausgestrahlten Wellen (vgl. Abb. 5) fällt die Stärke des Signals von hoher Feldschwächungskonstante schneller ab als das Signal von niedriger Feldschwächungskonstante. Beispielsweise stellt die Kurve 150 das Signal von niedriger Feldschwächiingskoiiistante dar, wobei die Abszissen den Abstand und die Ordinaten den empfangenen Strom in Mikroampere darstellen. Die Kurve

151 stellt ein Signal von hoher Feldschwä- i°5 chungskonstante für eine verhältnismäßig große Entfernung dar, während die Kurve

152 ein ähnliches Signal von hoher Feldschwächungskonstante, aber für eine kürzere Entfernung darstellt.

Die Kurven 150 und 151 schneiden sich im Punkt 153, wo die Amplituden der beiden empfangenen Signale gleich sind; dieser Punkt wird im nachstehenden als Gleichheitspunkt bezeichnet. In ähnlicher Weise schneiden sich die Kurven 150 und 152 im Punkt 154.

Im Betrieb des so beschriebenen Systems wird ein Sender gemäß Abb. 2, 3 oder 4 beispielsweise auf einem Flugplatz aufgebaut, während ein Flugzeug mit einer entsprechenden Empfangseinrichttang versehen ist. Für diesen Anwendungsfall ist es bei nebligem

oder stürmischem Wetter erwünscht, daß das Flugzeug in der Lage ist, genau den Abstand von dem Flugplatz als auch dessen Richtung . zu bestimmen. Der Sender werde in einer S Ecke des Platzes aufgestellt, dessen genaue Lage dem Flugzeug bekannt ist; ein einziger angezapfter waagerechter Rahmen oder zwei Antennen oder Rahmen werden nebeneinandererrichtet und diese so betrieben, daß zwei

ίο Signale derselben Frequenz, aber von verschiedenen Feldschwächungskonstanten von ihnen ausgestrahlt werden.

Naturgemäß kann an Stelle der Hochfrequenzmaschine auch ein Röhrensender bets nutzt werden, jedoch muß in diesem Falle dafür gesorgt werden, daß jede Sendeantenne auf genau dieselbe Frequenz abgestimmt wird, sonst sind die empfangenen Signale von verschiedenen Frequenzen und daher von verschiedenen Uberlagerungswerten, -so daß die Ablesungen am Gerät nicht mehr richtig sind.

Bei Röhrensendern kann das Energieverhältnis zwischen den Antennen durch Veränderung der Anodenspannung des Senders bei jeder Umschaltung verändert werden. Bei einem Signal von vorher bestimmter Charakteristik, beispielsweise einem Morsezeichen, läßt man dieses mit einem etwas verlängerten Strich enden, damit der Zeiger am Empfangsgerät nach dem Senden des ersten Teiles oder der Punktteile des Buchstabens zur Ruhe kommen kann, so daß eine stehende Anzeige erhalten wird. Dadurch, daß die beiden gesendeten Signale verschiedene Buchstaben darstellen, können die. beiden Signale vorn stärkerer und geringerer Feldschwädhiumg¹ leicht identifiziert werden. Die Kombination der beiden Buchstaben identifiziert den Rufbuchstäben der Sendestation.

Die Dauer der gesendeten Signale ist entsprechend der Trägheit der Empfangsmeßgeräte zu wählen. Die empfindlicheren Instrumente sind etwas trage in ihrer Wirkung und erfordern ein längeres Signal für das Zurruhekommen des Zeigers als ein weniger empfindliches Instrument. Die Sendestation wird kontinuierlich betätigt, und es ist dafür zu sorgen, däß zwischen den beiden gesendeten Signalen eine konstante Feldschwächungsdifferenz aufrechterhalten wird, was von größerer Wichtigkeit ist, als die Energie genau konstant zu halten.

Wenn der Sender in Betrieb ist, stimmt der Empfangsbeamte im Flugzeug zuerst auf die ihm bekannte Frequenz des Senders ab, was ausschließlich unter Benutzung der Rahmenantenne Ii (Abb. 1) in üblicher Weise erfolgt; die Antenne 10 bleibt für die akustische Messung reserviert.

Wenn der Telegraphist keine Signale hört, weiß er, daß er sich außerhalb des zur Entfernungsmessung vorgesehenen Senders befindet. Sollte er jedoch im Zweifel sein, ob · der Empfangskreis in Ordnung ist, so kann er diesen durch Einschalten des örtlichen Oszillators 105 kontrollieren, oder er kann auf eine etwas kürzere Wellenlänge umschalten, tun die starken transatlantischen, kommerziellen Stationen aufzunehmen, die dauernd auf einem Band zwischen 15 000 und 25 000 m senden. Diese kürzere Wellenlänge erreicht man leicht und in kurzer Zeit mittels des Kondensators 21.

Wenn von dem Empfänger nur ein Signal mit einem langen Zwischenraum innerhalb der Periode dieses Signals aufgenommen wird, dann besagt der Kennbuchstabe des Signals dem Telegraphisten, daß es sich innerhalb des Bereiches das Signals von schwacher Feldschwächungskonstante, aber außerhalb des Bereiches des Signals von hoher Feldschwächungskonstante befindet. Sobalddas Signal von hoher Feldschwächungskonstante aufgenommen wird, wird das Anzeigegerät bezüglich der wiederholten Anaeigen beobachtet und das Flugzeug in direkter Linie mit dem- Sender gehalten. Dieses kann durch einen Peilrahmen oder zweckmäßig durch den Empfangsrahmen selbst bewirkt werden.

Wenn sich das Flugzeug dem Flugplatz nähert, so wird der Zeiger des Instrumentes zuerst einen kleinen Ausschlag für das Signal geringer Feldschwächung und dann nach weiterer Annäherung zwei Ausschläge zeigen, einen für das letztere Signal und einen kleineren für das Signal starker Feldschwächung. Wenn der Zeigerausschlag auf der Skala aus dem Empfang des Signals hoher Feldschwächung die Stellung 81 (Abb. ι a) entsprechend der falschen Nullmarke erreicht, wird die Ablesung, die sich aus dem Signal geringer Feldschwächung ergibt, nach dem Ende der Skala 82 hin liegen.

In manchen Fällen verwendet man zweckmäßig eine drehbare Skala 83 und dreht diese Skala, bis ihre Nullmarke 84 direkt über dem Punkt liegt, an dem der Zeiger beim Ausschlag zur Ruhe kommt. Dann wird die Ablesung über der falschen Null notiert und der Abstand direkt an der drehbaren Skala abgelesen. Diese Anordnung der Ablesungen hat den Vorteil, daß die rotierende Skala als Markierungsorgan zwischen den Zeigerbewegungen dient und daß der Abstand ohne jede Umrechnung direkt abgelesen werden kann.

Wenn z. B. ein Flugzeug sich dem Flugplatz nähert, muß man den Zeiger auf die falsche Null für die Dauer das stark geschwächten Signals zurückstellen, wenn immer eine Entfernungsablesung gemacht

wird; man wird finden, daß bei mehreren Ablesungen, während deren sich das Flugzeug dem Flugplatz nähert, der Ausschlag des Zeigers für ein schwach absorbiertes Signal sich dem Ausschlag dies Signals starker Dämpfung nähern wird. Da das stark absorbierte Signal immer durch den einstellbaren Nebenschlußwiderstand 79 auf die falsche Nullstellung eingestellt wird, bevor eine Ablesung gemacht wird, wird dann der Zeiger einen immer kleineren Ausschlag gegenüber der falschen NuI lage für das schwach absorbierte Signal zeigen, und zwar in- dem Maße, in dem sich das Flugzeug dem Sender •5 nähert.

Mit anderen Worten, der Zeigerausschlag für das stark absorbierte Signal wird durch den Nebenschluß 79 auf der falschen Nullstellung gehalten und der Abstand auf der Skala durch den Ausschlag des Zeigers für das schwach absorbierte Signal abgelesen. Falls der Ausschlag des Zeigers für ein stark absorbiertes Signal wegen des großen Abstandes von der Sendestation unterhalb der falschen Nullage liegen sollte, so kann der veränderliche Widerstand 35, der die Verstärkerleistung regelt, zur Veränderung des Zeigerausschlages benutzt werden.

Wenn sich das Flugzeug einem vorher bestimmten Abstand von der Sendestation nähert, wobei dieser Abstand die Grenze des Flugplatzes sein kann, so ergeben sich beide Signalstärken als einander "gleich, d. h. wenn der Zeiger für das stark absorbierte Signal durch Einstellung des Nebenschlußwiderstandes 79 auf der falschen Null steht, dann wird der Zeigerausschlag für das schwach absorbierte Signal auch über diesem Punkt liegen und keine Entfernung anzeigen. Diese Stellung ist der vorher erwähnte Gleichheitspunkt; dieser Punkt kann innerhalb des in Frage kommenden Bereiches auf die gewünschte Entfernung vom Sender festgelegt werden, und zwar durch Einstellung des Verhältnisses der Feldschwächung der beiden von dem Sender ausgestrahlten Signale. Bei einem Flugplatz ist die vorteilhafteste Stelle des Gleichheitspunktes die Grenze des Platzes, da, wenn dieser Punkt einmal passiert ist, das Verhältnis der vom Flugzeug aufgenommenen Signale sich umkehrt und der Telegraphist dann weiß, daß er sich innerhalb dieser Grenze befindet. Diese Umkehr des Verhältnisses der Signale macht sich dem Telegraphisten durch einen längeren Ausschlag des stark absorbierten Signals gegenüber dem schwach absorbierten Signal bemerkbar. Dies ist gerade der umgekehrte Zustand als vor dem Überfliegen der Grenze , des Flugplatzes. Der Gleichheitspunkt kann auch in bestimmtem Abstand direkt über den Flugplatz verlegt werden, damit die Flugzeuge ihre Höhe feststellen können.

Während der verschiedenen Ablesungen können Lautsprecher 76 oder Kopfhörer yy betätigt werden, die durch die Differenz der Stärke der beiden empfangenen Signale zum Anzeigen der ungefähren Entfernung diene«. Dieselben Regeln gelten für andere Luftoder Wasserfahrzeuge.

Das Einstellen der Relativenergie der beiden Senderrahmen der Abb. 3 geschieht folgendermaßen :

Die Hochfrequenzinstrumente 136 und 137 im Kreise der Rahmen oder der offenen Antennen (Abb. 2\ zeigen den Strom an, und wenn die Rahmen gleich groß wären, könnten ihre zugehörigen Strahlungsenergien ungefähr in der Weise abgeschätzt werden, daß für jeden Rahmen sein Strom mit seiner Windungszahl multipliziert wird. Wenn sie aber von sehr verschiedener Größe sind, kann man die gewöhnliche Formel J-R benutzen.

Der kleinere Rahmen erhält die größte Primärenergie oder Amperewindungszahl, während dem größeren Rahmen oder der offenen Antenne weniger Speiseenergie zugeführt wird, was von der gewünschten Reichweite abhängig ist. Um das Arbeiten des Sendetelegraphisten zu erleichtern, hält man zweckmäßig die Größe der Rahmen so, daß in jedem derselbe Strom fließt. Das Primärenergieverhältnis zwischen den Rahmen ist dann konstant, wenn ihre Amperemeter denselben Wert anzeigen. Wenn der Gleichheitspunkt nahe dem Sender liegen soll, dann müssen die Größen der beiden Senderahmen sich voneinander· sehr wesentlich unterscheiden, wobei der größere Rahmen seine im Raum schwächer absorbierten Signale mit geringerer Energie und der kleinere Rahmen seine stärker absorbierten Signale mit größerer Energie sendet.

Als zweckmäßiger Energiewert für einen großen Rahmen mit einer Windung von angenähert 9,4 qm ergaben sich 250 Watt und 1000 Watt für den kleineren Rahmen von angenähert 4,7 qm und etwa zehn Windungen, wenn der Punkt der Gleichheit weniger als '/4 Meile vom Sender entfernt sein soll und die Wellenlänge ungefähr 30 000 in ist. Solch eine Bedingung besteht z. B. bei einem Flughafen.

Ein waagerechter Rahmen 140. wie er in Abb. 4 dargestellt ist, dient zum Bestimmen des Abstandes Von der Grenze eines Flughafens, wenn ein Flugzeug sich diesem von geringer Höhe nähert, wobei an der Empfangsseite gleichfalls ein waagerechter Rahmen benutzt wird.

Die senkrechten Rahmen in Abb. 3 dienen zur Bestimmung der Richtung und der Höhe

des Flugzeuges, wenn es über die Grenzen des Flughafens kommt, wobei dann zu diesem Zwecke ein senkrechter Rahmen verwendet wird. Eine Kombination dieser beiden Ablesungen ergibt dem Piloten die Peilungen bezüglich Abstand und Höhe.

Die Schalter 130' und 131' gestatten die wahlweise Verwendung eines Nord-Süd- oder West-Ost-Rahmens.

Wenn Flugzeuge, die über ein Feld im Nebel fliegen, ihre Höhe bestimmen sollen, kann man dieses sehr schnell durch die oben beschriebene Einrichtung ausführen, indem der Pilot feststellt, ob er über oder unter dem Gleichheitspunkt ist, was sich aus dem früher Beschriebenen ergibt.

Wenn der Gleichheitspunkt mehr als ¹Z₄ Meile vom Sender entfernt ist, soll die Differenz der Größe der beiden Rahmen kleiner sein.

Der kleinere Rahmen ist immer in voller Resonanz mit der Hochfrequenzwechselstrommaschine, während der größere Rahmen durch Probieren so weit verstimmt werden «5 kann, daß seine Signalstärke der des kleineren Rahmens für den gewünschten Gleichheitspunktabstand gleich ist. Ein Verstimmen des Rahmens ändert nicht die Frequenz. Zur Verringerung der Energie im Rahmen (Abb. 4) kann ein Widerstand 147 benutzt werden.

Anstatt der Verstimmung ^kann zur Verringerung· der Energie automatisch ein Widerstand in das Mäschinenfeld eingeschaltet werden oder können bei einem Röhrensender weniger Röhren verwendet werden.

Der automatische rotierende Schalter 135 (Abb. 3) · soll zweckmäßig ein Signal von etwa 2 Sekunden geben mit einer Pause von Y₁₀ Sekunde zwischen den Signalen. Wenn der Abstand vom Sender für das. schwächere Signal zu groß ist, um den Amperemeterzeiger zu betätigen, dagegen ein stärkeres Signal den Zeiger über die falsche Nullstellung 81 bewegen kann, kann man eine Ablesung auf folgende Weise erhalten:

Die örtlichen Oszillatoren 100 und 105 (Abb. 1) werden beide in Betrieb gesetzt, wobei 105 vorher auf die Schwebung Null mit dem ankommenden Signal und auf eine bestimmte Sendeleistung eingestellt wird. Dann wird 102 auf eine Schwebungsfrequenz von 700 Hz eingestellt und 105 über seine Skala 116 nach dem Rahmen 11 bewegt.

Das schwach absorbierte Signal kommt dann mit den beiden örtlichen Oszillatoren zur Schwebung, indem es ein krächzendes Geräusch verursacht und den Zeiger bewegt.

Zwischen den Empfangsperioden des stärkeren Signals wird der Schwebungston der beiden Oszillatoren im Lautsprecher als klares Pfeifen gehört.

Nun wird der Oszillator 105 durch seinen Schalter 106 unwirksam gemacht.

Der Ton des stärkeren Signals wechselt dann sofort zu einem klaren Ton, der sich dem klaren Ton der beiden Oszillatoren angleicht, wenn sie beide arbeiten. Dieser klare Ton der beiden Oszillatoren 100 und 105, die miteinander in der Pause zwischen den lauten Signalen geringerer Feldschwächung zur Schwebung kommen, verschwindet nun, wenn Schalter 106 geöffnet wird, um den Oszillator 105 unwirksam zu machen. .

Durch Verändern der Ankopplung des örtlichen Oszillators 105 an die Spule 114 können die Amplituden der beiddn Schwebungstöne einander angeglichen werden, worauf an der geeichten Skala 115 die Entfernung direkt ablesbar ist. .

Die Bestimmung der Entfernung durch Empfang von zwei Signalen mit verschiedener Feldschwächung kann auch in anderer Weise durchgeführt werden, wie im nachstehenden auseinandergesetzt wird.

Die offene Antenne 10 in Abb. 1 ist so bemessen, daß sie die Signale besser aufnimmt als der Rahmen 11. Durch den Kondensator 14 wird sie auf das empfangene Signal abgestimmt und der Schiebewiderstand 15 auf Null eingestellt. Durch den Schalter 13 und die Kopplungsspule 12 werden 10 und 11 im additiven Sinne zusammengeschaltet. Sowohl Antenne als auch Rahmen können auch unabhängig voneinander ihre Funktion ausüben/ Gekoppelt wirken sie als Parialfeliantennen, wenn sie gleichphasig sind, wenn sie giegeiiphasig sind, heben sie sich auf, so daß keine Energie auf den Verstärker übertragen wird.

Um die Antenne in Gegenphase zum Rahmen zu bringen, wird der Schalter 13 ent- ^IOÜ sprechend umgelegt. Naturgemäß kann man für denselben Zweck des Auslöschens der Signale anstatt einer Antenne und eines Rahmens zwei Antennen bzw. zwei Rahmen ^ verwenden; das Haupterforderrais ist, daß die eine Antenne besser ist als die andere.

Durch die Einstellung des Widerstandes 15 findet man einen Punkt, wo die stark absorbierten Signale verschwinden, die schwach absorbierten Signale jedoch, wenn auch stark geschwächt, bleiben. Dieser Punkt wird auf der Widerstandsskala als erster Nullpunkt vermerkt und ergibt sich nahe der Null der Skala, wobei die Skala umgekehrt graduiert ist wie der Widerstand.

Der Grund, daß dieser ganze Widerstand gebraucht wird, rührt von der Tatsache her, daß nur ein kleiner Teil des Antennenkreises zum Ausgleich des schwachen Stromes im Rahmen gebraucht wird. Der Widerstand wird dann bis auf den Punkt vermindert, wo das stärkere Signal verschwindet, was auf-

tritt, wenn der Widerstand fast vollständig ausgeschaltet ist, da fast der ganze Antennenstrom notwendig ist, um den Strom im Rahmen zu kompensieren.
Der Punkt an der Widerstandsskala, wo dieses zweite Erlöschen auftritt, wird vermerkt und kann zweckmäßig als zweiter Nullpunkt bezeichnet werden. Der Abstand zwischen den beiden Nullpunkten kann dann in ίο Meilen o. dgl. geeicht werden.

Naturgemäß sind Ablesungen nach diesem Verfahren nur in einiger Entfernung vom Gleichheitspunkt vorzunehmen.

Um bei der Übertragung der empfangenen <5 Signale auf das Anzeigeinstrument nieder- und hochfrequente Rückkopplungen seitens des starken, für das ganze Instrument erforderlichen Kraftverstärkers zu vermeiden, lcann man die elektrische Energie der letzten Verstärkerstufe (ζ. Β. des Gegentaktverstärker) in akustische Energie überführen und diese dann wieder in elektrische Energie umformen.

Das kann man zweckmäßig durch einen weiteren Schalter i6o (Abb. ib) zusätzlich zu dem Schalter 86 erreichen, der bei seiner Schließung die Einschaltung eines Empfängers i6i und eines Mikrophons 162 bewirkt. Dabei wird natürlich der Schalter 86 geöffnet.

Die Schallbüchse 163 zwischen 161 und 162 ist zweckmäßig aus isolierendem Material, so daß kapazitive Kopplungen weitgehend vermieden werden.

Zwecks Eichung der Skalen zur direkten Ablesung der Entfernung wird der Sender gemäß Abb. 2 in Betrieb gesetzt und der Empfänger auf das betreffende Luft- oder Wasserfahrzeug gesetzt. Indem der Empfangsrahmen 11 in Senderrichtung gehalten wird, der Antennenschalter 13 geöffnet und der Schalter 20 so gelegt wird, daß der Rahmen im Empfangskreis Hegt, wird eine Ablesung in solcher Nähe vom Sender vorgenommen, wie dies in der Praxis benötigt wird. Wenn bei dieser Ablesung der Empfänger sich näher zum Sender befindet als der Gleichheitspunkt, dann muß der Sender durch verschiedene Morsezeichen die Signale stärkerer und schwächerer Feldschwächung kennzeichnen, damit der den Empfänger bedienende Telegraphist nachher weiß, ob er sich jenseits oder diesseits des Gleichheitspunktes befindet.

Damit die erste Ablesung den Zeiger nicht zu stark auslenkt, muß der Schiebewiderstand 79 zuerst auf Null eingestellt sein; er wird dann allmählich vergrößert, bis der kleinere Ausschlag des Zeigers sich über der falschen Null befindet. Wenn das Empfangsgerät sich in dem Ort des Gleichheitspunktes befindet, befinden sich beide Ablesungen des Zeigers auf demselben Teilstrich, nämlich der falschen Null 81.

Wenn der Empfänger vom Sender weiter entfernt ist als der Gleichheitspunkt, dann entspricht dem geringeren Zeigerausschlag das Signal von starker Feldschwächung. Indem der Zeiger durch den Widerstand 79 auf die falsche Nullstellung 81 eingestellt wird, wird die Scheibe 83 so lange gedreht, bis ihr Markierungspunkt 84 sich über dem größeren Ausschlag des Zeigers befindet, der sich aus dem Empfang des schwach absorbierten Signals ergibt. Dieser Punkt dient zur Ablesung der in Meilen o. dgl. geeichten Skala. Der Empfänger wird nium in einen größeren, vorher bestimmten Abstand vom Sender gebracht, worauf das Verfahren wiederholt wird. Hierbei muß gleichfalls dafür gesorgt werden, daß der kleinere Zeigerausschlag durch den Widerstand 79 auf den falschen Nullpunkt gebracht wird. Diese Änderung der Entfernungen wird nunmehr entsprechend wiederholt.

Zum Eichen des Empfängers für das akustische Verfahren wird das Fahrzeug, auf dem sich der Empfänger befindet, außerdem noch mit der Antenne 10 versehen und der Schalter 13 geschlossen, so daß der Rahmen 12 noch zu dem Rahmen 11 im additiven Sinne zugeschaltet wird. Dann wird der Widerstand 15' ganz ausgeschaltet und der Empfänger bis zu dem Punkt bewegt, an dem die nächste akustische Ablesung gemacht werden kann, welcher Punkt gewöhnlich außer- · halb des durch den Gleichheitspunkt bestimmten Bereiches und auch außerhall) des Bereiches, worin eine direkte Ablesung am Amperemeter möglich ist, liegt.

Sobald auf das schwächere Signal eingestellt ist, wird der Schalter 13 umgelegt, so daß die Spule 12 gegen den Rahmen 11 geschaltet und damit die Stärke des empfangenen Signals verringert ist. Das vorher empfangene Signal ist nun viel schwächer, und es wird der Widerstand 15 so eingestellt, bis dieses schwächere Signal ganz verschwindet. Wenn dieser Punkt festgelegt ist, wird die Drehskala 165 (Abb. 6) vor dem Wider- "° stand gedreht, bis ihre Nullstellung sich ül>er dem eben bestimmten Nullpunkt befindet.

Das stärkere Signal ist noch hörbar; der Widerstandsschieber wird dann allmählich so bewegt, daß mehr Widerstand ausgeschaltet wird, so daß dieses zweite Signal durch Erlöschen verschwindet. Dann wird, ohne die Drehskala zu bewegen, darauf eine Zahl über dem zweiten Nullpunkt an der Widerstandsskala vermerkt, die dem Abstand von dem Sender entspricht, wie er durch die tatsächliche Messung vorher bestimmt ist. Nach

jeder Seite vom ersten Nullpunkt (SkaleniMitlpumkt) aus werden, dann, wie in. Abb. 6 angegeben, die Zahlen aufgetragen.

Wird der Empfänger in verschiedene Ent-S fernungen gebracht und werden diese Messungen wiederholt, so wird auf diese Weise die Widerstandsskala i66 geeicht.

Eine genauere Ablesung durch die Nullmethode kann man dadurch erhalten, daß die

jo Kopplung zwischen Spule 12 und Rahmen 11, jedesmal wenn eine Ablesung gemacht ist, variiert wird, bis der Nullpunkt für das schwächere Signal sich an demselben Punkt an der Widerstandsskala befindet. Wenn auf

■5 diese Weise verfahren wird, kann man die Drehskala ganz weglassen und die Eichung in Meilen direkt am Widerstand anbringen.

Zur schnell angenäherten Feststellung des

Abstan,des kann man auch so verfahren, daß die Skala mit nur einem Nullpunkt versehen wird (der durch Erlöschen des Signals starker Absorption gefunden ist). Die diesbezügliche Eichung kann folgendermaßen erfolgen:

Der Sender wird, wie oben beschrieben, betätigt und der Empfänger auf das Fahrzeug gesetzt, jedoch, ohne Antenne 10.

Bei auf den Sender abgestimmten Empfangsrahmen 11 wird auf das Signal starker Absorption eingestellt, wobei nur ein Signal benutzt wird, wenngleich beide verwendet werden können. Es ist jedoch notwendig, das gewählte Signal genau innerhalb der Eichung zu halten.

Dann wird der örtliche Oszillator 100 auf maximalen Schwebungston 700 Hz eingestellt. Der örtliche Oszillator 105 wind jedoch nicht betätigt und seine Spule 113 in größten Abstand von der Spule 114 gebracht. Indem der Schalter 20 "so gelegt wird, daß der Rahmen 11 mit dem Empfänger in einem Kreis liegt, wird eine direkte Ablesung an dem Amperemeter vorgenommen, wobei entweder der Ausschlag des Zeigers für das schwache oder starke Signal notiert wird. Die Rück-

♦5 kopplungsspuile 27 wird so weit vom Rahmen entfernt, daß keine Rückkopplung stattfindet und dort während der ganzen Messung befestigt.
Dann wird der örtliche Oszillator 105 durch Schließen des Schalters 106 in Betrieb gesetzt und der Kondensator 11 so lange verändert, bis im Lautsprecher ein reiner einziger Ton erscheint. Diesen Zustand erreicht man durch Einstellen des Oszillators 105 auf den Schwebungston Null und durch Vergewissern, daß der wirksame Empfang zwischen Spule 114 und Oszillator 100 derselbe ist wie zwischen 100 und Rahmen n.

Dann wird der Schalter 20 so umgelegt, daß der Rahmen 11 ausgeschaltet und die Spule 114 eingeschaltet wird. Dann findet man, daß die Ablesung am Amperemeter abfällt, während die Höhe des empfangenen Tons dieselbe bleibt, wenngleich er schwächer wird. Nun wird die Spule 114 allmählich der Spule 113 genähert, bis die Ablesung im Gerät dieselbe ist wie zuvor, worauf der Abstand zwischen den beiden Spulen 114 und ein Maß für den tatsächlichen Abstand des Empfängers vom Sender darstellt, weleher Abstand dann auf der Skala vermerkt wird. Darauf wird dieses Verfahren entsprechend wiederholt.

Um nunmehr eine Ablesung mit der anderen zu vergleichen, wird von dem Amperemeter eine direkte Ablesung genommen, worauf der örtliche Oszillator 105 an die Stelle des Signals gesetzt wird; hierbei ist dafür zu sorgen, daß die Spannung der Anodenbatterie 109 und die Hochfrequenzenergie etwa durch den Schiebewiderstand und die Ablesungen an den Geräten 108 und 112 konstant gehalten werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem drahtlosen Sender und einem Empfänger aus dem Unterschied der Feldstärken von abwechselnd mit verschiedener räumlicher Feldverteilung auf gleicher gegen die zu messende Entfernung großer Wellenlänge ausgesandten Strahlungen, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlichen Feldstärkenunterschiede durch mehrere feste Sendeantennen erzeugt werden, bei denen die Intensitäten der Strahlungsfelder nach verschiedenen Gesetzmäßigkeiten abnehmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Empfangsintensität eines Signals von einer bestimmten räumlichen Feldverteilung in dem Anzeigeapparat auf einen bestimmten Wert (falsche Nullage). gebracht und dann die Empfangsintensität des anderen Signals mit Hilfe desselben Anzeigeapparates hiermit verglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige an der Empfangsseite zugleich sichtbar und hörbar erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen verschiedener Feldverteilung durch verschiedene Kennzeichen (Morsezeichen) moduliert sind.

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5. Verfahren nach Anspruch i' dadurch gekennzeichnet, daß den empfangenen Wellen eine örtlich erzeugte Welle gleicher Frequenz überlagert wird und daß da-

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durch die Stärke einer der empfangenen Wellen in einem größeren Maße vergrößert wird als die der anderen.

6. Verfahren nach Anspruch i, vorzugsweise unter Anwendung akustischer Meßgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß durch Gegenschaltung zweier Empfangsantennen mit verschiedener Energieaufnahme und durch Feldschwächung in einem der Antennenkreise jedes der mit unterschiedlicher Feldstärke übertragenen Signale zum Verschwinden gebracht wird, und daß die Differenz der Feldschwächungswerte als Maß für die gesuchte Entfernung benutzt wird.

Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

deutsche Patentschriften Nr. 283 385,

361 446.

Hierzu τ Blatt Zeichnungen