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Verfahren zur Erzeugung einer vertikalen Leitebene Es sind Verfahren
zur Festlegung von Kursrichtungen bekannt, welche auf der Ausstrahlung zweier Hochfrequenzen
mit unterschiedlicher Richtcharakteristik beruhen, Und zwar werden diese abwechselnd
im Rhythmus von Komplementärzeichen (a und X bzw.
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Punkt-Stri. ch) erzeugt, so daß alle Richtungen, innerhalb deren die
emjpfangenen Tastzeichen zu einem Dauerstrich verschmelzen, als Linien konstanter
Strahlungsintensität definiert sind, die als Kurslinien für Navigationszwecke benutzt
werden. Bei Ahweichungen von der Kurslinie nach der einen oder anderen Seite tritt
das Zeichen der einen oder anderen Art hervor, woraus die Seite der Abweichung erkannt
wird.
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Dieses Navigationsverfahren ist bisher in der Regel zum Leiten von
Fahrzeugen über geringe Entfernungen benutzt worden. Zu diesem Zweck wurden die
Sendeanor entweder auf sehr kurzen Wellenlängen in der Größenordnung von Metern
bzw. mit sog. langen Wellen in der größenordnung von 1000 m betrieben, Bei der Anforderung,
eine Navigation über sehr große Entfernungen durchzuführen, z. B. zum Leiten von
Schiffen oder Flugzeugen zwischen Erdteilen, ist es zweckmäßig, auf den zur Überbrückung
sehr
großer Entfernungen besonders geeigneten Kurzwellenbereich
überzugehen. Hierbei argeben sich jedoch Schwierigkeiten grundsätzlicher Art, mit
deren Behebung sich die vorliegende Erfindung beschäftigt.
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Bei Verwendung der sog. Kurzwellen gelangt bekanntlich nicht nur
die am Erdboden entlang laufende Welle in den Empfänger, sondern, wie an Hand von
Abb. 1 erläutert, auch die Raumwellen 1 bzw. 2, die bekanntlich von der E- und f-Schicht
zum Erdboden zurückreflektiert werden, Am empfangsort O ist demzufolge jeweils die
resultierende Feldstärke zwischen den miteinander interferierenden Wellen 1 bzw.
2 vorhanden, die unter verschiedenen Erhebungswinkeln α1 bzw. α2 von
der Sendestation S ausgehen und dementsprechend Wegstrecken verschiedener Länge
zurücklegen. Diese verschiedenen Wellen addieren oder subtrahieren sich entsprechend
dem durch die unterschiedlichen Weglängen bedingten Phasenunterschied.
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Dieser Effekt ist in der Nachrichtentechnik allgemein unter dem Namen
Fadingeffekt bekannt und bsdingt ein periodisches Abfallen oder Ansteigen der Lautstärke.
Eine solche periodische Lautstärkenschwankung hedeutet heute keinen grundsätzlichen
Nach= teil mehr, denn man hat es durch Anwendung von Regelmethoden in der Empfangstation
in der Hand, die Lautstärkeschwankungen. auszugleichen, Bei dem navigationsverfajhren
mit abwechselnd im Rhythmus von Komplementärzeichen getasteten Richtstrahlungen,
die zum amplitudenvergleich dienen und auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht,
ergiht sich jedoch infolge der Interferenz der Strahluugen verschiedener Weglängen
ein grundsätzlicher Fehler in der Standortbestimmung, dessen Entstehung im folgenden
an Hand von Abbildungen näher erläutert ist.
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In Abb. 2 ist das Schema einer bekannten Sandeanordaung zur Durchführung
des besprochenen Verfahrens dargestellt, bei dem abwechselnd zwei sich überschneidene
horizontale Richtdiagramme R1 und R2 erzeugt werden, deran Intensitäten am Empfangsort
miteinander verglichen werden. An jedem beliebigen Empfangsort ist entsprechend
der Lage desselben zur Sendestation ein bestimmtes Amplitudenverhältnis zwischen
den beiden abwechselnd erhaltenen Empfangsspannungen vorhanden, Setzt man beispielsweise
das amplitudenverhältnis als gegeben e1/e2 voraus, so erkennt man aus der Abbildung,
daß dieses Verhältnis auf den Linien 3 und 4. die einen gewissen Winkel miteinander
bilden. konstant bleibt. Simmt man jedoch an. am Empfangsort O nicht nur eine einzige
Welle, sondern zusätzlich eine indirekte retlektierte Welle eintrifft, so besitzt
diese infolge der längeren Wegstrecke das amplitudenverhältnis e1/e2. wie noch erläutert
wird, nicht auf den Linien 3 und 4. sondern beispielsweise auf den Linien 3',4'.
Das bedeutet, wenn angenommen wird, daß das Amplitudenverhältnis der Welle 1 auf
den Strahlen 3 und 4 das Verhältnis e1/e2 besitzt, daß die an der F-Schicht reflektierte
Welle 2 am gleichen Empfangsort ein anderes Amplitudenverhältnsi aufweist, An Hand
der Abb. 7 sind die Verhältnisse dargestellt. Es ist hier ein räumliches strahlungsdiagramm
gezeigt, das bei verschiedenen Erhebungswinkeln und für gleiche Winkelabweichungen
x von der (strichpunktierten) Linie mit dem Intensitätsverhältnis Eins gleiches
Zeichenverhältnis e1 : e2 = e1' : e2' liefert. Der Strahlungsverteilung ist ein
Rotationskörper zugrunde gelegt, der entsteht, wenn man die Mittenachse der Diagramme
R1 und R2 senkrecht zur Leitebene als Rotationsachse der Diagramme R1', R2' betrachtet.
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Unter jedem Erhebungswinkel, z. B. α2, ist dann daa Zeichenverhältnis
das gleiche, Betrachtet man jetzt ein bestimmtes zeichenverhältnis e1 : e2, das
auf der Linie 3 entlang der Erdoberfläche (Orthodrome0 erzielt wird. und betrachtet
man weiter dasselbe Zeichenverhältnis e1' : e2' unter einem Erhebungswinkel α2
der Austrahlungsrichtung, so ist dieses Zeichenverhältnis durch die Linie 3' definiert.
Die Winkel. welche die Linien 3 und 3' mit der leitebene bilden, sind gleich.
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Projiziert man jedoch die Linie 3' auf die Grundebene, so kommt die
Linie 3' nicht mit 3 zur Deckung. Sie werden erst dann zusammenfallen, wenn der
Winkel α2 kleiner als x1 wird. Ein kleinerer Winkel x2 bedeutet jedoch, daß
das Zeichenverhältnis in den Diagrammen R1', R2' verändert wird. und zwar größer
wird.
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In der Abb. 3 ist an Hand von Diagrammen die Auswirkung ungleichen
Zeichen verhältnisses der direkten und der indirekten Strahlung erläutert. Es ist
als Beispiel angenommen, daß das Richtdiagramm R1 im rhythmus von Punkten und das
Richtdiagramm R2 im Rhythmus von Strichen getastet wird. Das Diagramm a) stelle
beispielsweise das Zeichenverhältnis der Welle 1 (Abb. 1) und das Diagramm b) das
Zeichenverhältnis der Welle 2 dar. Es sei weiter angenommen. daß der Empfangsort
sich auf der Seite der Punktkennung befinde und der Punkt die doppelte Amplitude
der Striche besitze (Zeichenverhältnis 2/1). Da die Welle 2 eine längere Wegstrecke
zurückgelegt hat, besitzt sie nach dem vorher Gesagten nicht das gleiche Zeichenverhältnis.
sondern beispielsweise das zu b) gezeichnete kleinere N'erhältnis, das nur wenig
von T/I abweicht. Bei Interferenz der beiden
Strahlungen ist sowohl
der Fall der Gleichphasigkeit beider denkbar, bei dem sich beide Zeichen addieren,
oder der Fall der Geagenphasigkeit, bei dem sich die Zeichen subtrahieren, Der Fall
der Gleichpbas igloe'i t, d. h. der Addition, ist nicht weiter schädlich, denn er
äußert sich lediglich als Lautstärkeanstieg, der durch eine Empfängerregelung ausgeglichen
werden kann. Der Fall der Gegenphasigkeit ist jedoch wesentlich ungünstiger, denn
es zeigt sich, daß bei Subtraktion der Zeichen a) und b) die Zeichen gemäß c) entstehen,
d. h. daß nicht mehr die Punktkennung vor wiegt, sondern die Punktkennung in eine
Strichkennung übergegangen ist. Das bedeutet pralcti-sch Verwirrungszonen, in welchen
Punkte und Striche einander ablösen, und am Empfangsort ist nicht mehr klar erkennbar,
ob dieser im Gebiet der Zeichen der einen oder anderen Art liegt.
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Die Erfindung sieht daher auf der Senderseite Maßnahmen vor, welche
dieser unerwünschten Enscheinung entgegenwirken.
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Dazu wird eine bestimmte Gestaltung des räumlichen Strahlungskärpers
angestrebt, der jedenfalls nicht rotationssymmetrisch sein darf.
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Die Erfindung sieht eine derartige Gelstaltung der räumlichen Charakteristik
jeder der beiden Richtstrahlungen vor, daß in der jeweiligen, den Empfangsort enthal;tenden
Ausbreitungsebene (Großkreislebene) das Intensitätsverhältnis des am Empfangsort
eintreffenden indirekten, an der Ionosphäre reflektierten Strahlungsanteils stets
größer ist als das Intensitätsverhältnis des direkten, auf Grund der Bodenausbreitung
eintreffenden Anteils.
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Dies ist an Hand von Abb. 4 erläutert.
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Die Zeichen a) sind die der einen Welle und die Zeichen b) die einer
über eine andere Wegstrecke in den Empfänger gelangen dein zweiten Welle. Beide
sollen im Sinne der Erfindung an jedem Empfangsort das gleiche amplitudenverhältnis
aufweisen. Durch eine einfache geometrische Überlegung läßt sich beweisen, daß die
Differenz zweier gleicher Verhältniswerte zwangsläufig ebenfalls das gleiche Verhältnis
besitzt. Die Differenz entspricht dem Diagramm c), das fehlweisungsfrei die Kennzeichnung
aufweist.
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Die weitere Erfindung beschäftigt sich mit der Ausbildung der Strahleranordnung
zur Erfüllung der nach der Erfindung aufgestellten Bedingung.
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Die Größe des Zeichenverhältnisses in einer gegebenen Richtung ist
eine Funktion des Überschneidungswinkels der Richtdiagramme.
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Ein stumpfer Schnittwinkel zwischen den Diagrammen bedeutet ein kleines
Zeichenverhältnis und ein spitzer Schnittwinkel ein großes Zeichenverhältnis, wie
an Hand von Abb. 5 erläutert ist. Die gemäß der Erfindung aufgestellte Bedingung,
mit größer werdendem Erhebungswinkel der Abstrahlung das Zeichenverhältnis ebenfalls
größer werden zu lassen, bedeutet also praktisch, daß der Schnittwinkel mit größer
werdendem Erhebungswinkel kleiner werden muß. Die erzeugten Richtdiagramme müssen
demzufolge beispielsweise in Richtung des Erhebungswinkels α1 die Form der
Abb. 5 a mit dem Schnittwinkel ß1 besitzen und in Richtung des steileren Erhebungswinkels
α2 die Form der Abb. 5 mit dem spitzen Schnittwinkel P2 Zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine an sich bekannte Antennenanordnung als
zweckmäßig erwiesen, die in Abb. 6 prinzipmäßig dargestellt ist. Diese besteht aus
den drei Mittelstrahlern I, 2 und 3, deren Abstand und Ströme passend gewählt sind.
Senkrecht dazu sind die als Reflektoren wirkenden, gegenphasig erregten Antennen
4 und 5 aufgestellt. Die abwechselnde Erzeugung von sich überschneiden den Richtdiagrammen
geschieht dadurch, daß die Phase der Antennen 4 und 5 im Rhythmus von Komplementärze-ichen
um 1800 gedreht wird. Der Anstieg der Schnittschärfe mit dem Erhebungswinkel wird
dadurch bewirkt, daß das Reflektorenpaar 4 und 5 strahlungsmäßig eine andere Vertikalcharakteristik
als die Mittelstrahler 1, 2, 3, besitzt. Durch entsprechende Dimensionierung der
Antennen läßt sich also die gewünschte Abhängigkeit der Schnittschärfe vom Erhebungswinkel
erzielen, so daß die über verschiedene Wegstrecken in den Empfänger gelangenden
Wellien das gleiche Zeichenverhältnis besitzen.
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Die gleiche Wirkung läßt sich auch erreichen, wenn man die drei Mittelstrahler
I, 2, 3 durch eine Antennenanordnung mit bevorzugter Bodenstrahlung, d. h. eine
sog. schwundmindernde Antenne, ersetzt.
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Die gemäß der Erfindung gewählte Bedingung der Schnittverschärfung
mit größer werdenden Erhebungswinkel braucht in der Praxis nicht über den gesamten
Vertikalstrahlungsbereich erfüllt zu werden, sondern in der Hauptsache nur bis zu
einem gewissen Grenzwinkel, oberhalb des set leine Reflexionen mehr auftreten, sondern
die Strahlung durch die Reflexionsschicht. hindurchgeht.
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Da bekanntlich die durch die Interferenzen bedingten periodischen
Lautstärkeschwankungen im Kurzwellenbereich verhältnismäßig schnell vor sich gehen,
ist es außerdem zweckmäßig, die Zeichentastung der Sender mit einer solchen Frequenz
vorzunehmen, die oberhalb der möglichen Schwankungsfrequenz
liegt.
Die Schwankungsfrequenz kann dann durch eine Regeleinrichtung ausgeglichen rverden,
deren Zeitkonstante so gewählt ist. daß sie auf die tastfrequenz nicht anspricht.
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Die Hörbeobachtung ist hierdurch sehr erleichtert.
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Die Erfindung kommt nicht nur für feststellende Richtsendearnordnungen
in Frage. vielmehr können die Richtdiagramme auch elektrisch oder mechanisch in
Rotation versetzt werden.