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Sendeanlage zur drahtlosen Ortsbestimmung nach dem Hyperbelprinzip
Die
Erfindung bezieht sich auf den Sendeteil eines drahtlosen Ortsbestimmungssystems,
bei dem aufeinander abgestimmte Signale verschiedener, aber harmonisch miteinander
in Beziehung stehender Frequenzen von in Abständen voneinander angeordneten Sendern
ausgestrahlt werden, um ein Felddiagramm von hyperboli scheu Linien gleicher Phasenlage
zu ergeben.
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In einem solchen Ortungssystem ist der Abstand der Sender voneinander
so groß, daß der Phasenwinkel zwischen den abgestrahlten Signalen, wie er an einem
auf einem Fahrzeug angebrachten Empfänger gemessen wird, eine Anzahl von vollständigen
Zyklen durchläuft, während der Empfänger das Feld durchquert. Eine einfache Phasenwinkelmessung
kann deshalb mehrdeutig sein, und um die richtige Stellung des Empfängers zu bestimmen,
wird eine gröbere, aber weniger mehrdeutige Lagebestimmung nötig sein. Bekanntlich
(vgl. die britische Patentschrift 630 698) kann eine grobe Lageanzeige dadurch erreicht
werden, daß man die Sendungen von den verschiedenen Stationen in gewissen Zeitabständen
modifiziert, in der Weise, daß zwei verschiedene Signale gleichzeitig von jedem
Sender abgesandt werden. Ein Phasenvergleich an dem Empfänger wird zwischen den
Signalen vorgenommen, von denen jedes von zwei von dem gleichen Punkt ausgesandten
Frequenzen erhalten wird.
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In dem oben zugrunde gelegten Verfahren war es, um eine Phasenübereinstimmung
zwischen dem I-Iaupt- und den Nebensendern aufrechtzuerhalten,
nötig,
daß der Nebensender fortlaufend ein Signal von dem Hauptsender erhielt, und dieses
Signal mußte eine feste Phasenbeziehung zu dem abgesandten Hauptsignal aufweisen.
Es wurde festgestellt, daß während der Zeit, in der ein zusätzliches Signal von
dem Nebensender gesandt wurde, eine beträchtliche Mischung stattfinden konnte, die
ein Signal mit der Hauptfrequenz erzeugen konnte. In einem System standen die Frequenzen
zur Erzeugung eines Felddiagramms z. B. in dem Verhältnis 6 : 8, wobei 6 von dem
Hauptsender und die 8 von dem Nebensender ausgesandt wurden. Um das grobe Felddiagramm
zu erzeugen, wurde der Hauptschwingung ein zusätzliches Signal einer Frequenz, die
der Verhältniszahl 5 entspricht, zugefügt. Ein Signal der Frequenz g wurde der Nebenschwingung
zugesellt.
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An dem Nebensender wurden Signale in der Hauptfrequenz 6 hauptsächlich
durch zwei Kombinationen hervorgerufen, nämlich die dritte harmonische Schwingung
durch den Unterschied zwischen der Frequenz 8 und der Frequenz g und durch das Differenzsignal
der dritten harmonischen Schwingung der Frequenz 8 und der zweiten harmonischen
Schwingung der Frequenz 9. Dieses Mischen resultiert aus der Nichtlinearität der
Komponenten, die den beiden Nebenfrequenzen eigen sind. Röhren, Coronaerscheinungen,
Erdleitfähigkeit und im geringeren Maße Kondensatoren und Wicklungen, die unter
hoher elektrischer Beanspruchung stehen, sind Quellen der Nichtlinearität und des
Mischeffekts. Bis jetzt wurde man dieser Schwierigkeiten Herr, indem man an dem
Nebensender eine Sperrvorrichtung und eine gerichtete Empfangsantenne verwandte,
die mit dem Interferenzsignal als Nullpunkt arbeitete und örtlich so angeordnet
war, daß sie das bestmögliche Signal von der Hauptstation erhielt. Durch solche
Vorrichtung war es möglich, an dem so km von dem Hauptsender entfernten Nebensender,
der einen Standort mit verhältnismäßig guter Erdleitfähigkeit aufwies, das Verhältnis
der unerwünschten Interferenzsignale zu dem erwünschten Hauptsignal so weit herabzusetzen,
daß nur ein vernachlässigbar kleiner Fehler entstand. Später wurde eine zweite Nebensendestation
in einer Entfernung von etwa I6okm von dem Hauptsender angeordnet. Es stellte sich
heraus, daß das Problem der Mischeffekte hier sehr viel schwerwiegender war als
bei dem ersten Standort. Eine Anordnung, die an einem Tage verhältnismäßig gute
Resultate lieferte, konnte am nächsten Tage sich als vollkommen unbrauchbar erweisen.
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Während man einen guten Nullpunkt auf der Empfangsseite für das Signal
von dem Hauptsender erhalten konnte, war der Nullpunkt, der von den infolge der
Mischeffekte sich ergebenden Interferenzsignalen erhalten wurde, durchweg schlecht,
und seine Lage änderte sich innerhalb eines gewissen Zeitraumes. Ein verringertes
Haupt signal in Verbindung mit hohen Mischeffekten, die auf schlechter Erdleitfähigkeit
beruhen, erwiesen sich als schwer zu beseitigende Nachteile.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, eine Vorrichtung zu schaffen,
die das Mischeffektproblem vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird in einem drahtlosen Ortsbestimmungssystem, das
mit im Abstand voneinander angeordneten Haupt- und Nebensendern betrieben wird,
welche Signale verschiedener, jedoch harmonisch miteinander in Beziehung stehender
Frequenzen senden, der Hauptsender so ausgebildet, daß er frequenzstabile Hauptsignale
sendet. Der Nebensender enthält einen frequenzstabilen Oszillator, der an eine Antenne
gekoppelt wird, um ein gesendetes Nebensignal abzugeben, ferner eine Vorrichtung
zum Empfang des Hauptsignals sowie eine auf dem Nebenoszillator betriebene Vorrichtung
zur Aufrechterhaltung der festen Phasenbeziehung zwischen den abgegebenen Haupt-
und Nebensignalen. Dabei ist der Nebenoszillator genügend stabil, um die erwähnte
feste Phasenbeziehung während der Zeiträume aufrechtzuerhalten, wenn der Empfang
des Hauptsignals an dem Nebensender unterbrochen wird. Es ist offensichtlich, daß
zwei oder mehr Nebensender mit einem einzigen Hauptsender zusammenarbeiten können.
In einem solchen Fall wird jeder Nebensender mit seinem eigenen frequenzstabilen
Oszillator ausgerüstet sein.
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In einem System, in dem die abgegebenen Signale in gewissen Zeitabständen
geändert werden, um eine grobe Positionsanzeige zu liefern, ist die Zeit, während
derer der Empfang der Hauptsignale am Nebensender unterbrochen ist, gewöhnlich sehr
kurzzeitig, wobei diese Unterbrechungen auf den periodischen Änderungen der Nebensenderstation
beruhen und z. B. 1/2 Sekunde dauern können. Die erforderliche Frequenzstabilität,
die benötigt wird, um große Phasenfehler während dieser kurzen Zeiträume zu verhindern,
kann ohne weiteres durch einen Kristalloszillator erzielt werden. So kann ein Oszillator
z. B. so konstruiert werden, daß er eine kurzzeitige Stabilität von 10-10 kHz während
der Zeitdauer von 2 Stunden aufweist. Ein konstanter Frequenz fehler von IOt° kHz
würde über die Zeitdauer von I Stunde einen Gesamtphasenfehler von weniger als I30
zur Folge haben, und die Verwendung eines solchen Oszillators würde es ermöglichen,
die korrekte Phasenbeziehung zwischen den ausgesandten Signalen während verhältnismäßig
langer Fmpfangsunterbrechungen des Hauptsignals aufrechtzuerhalten, wie sie z. B.
während eines heftigen Gewitters in der unmittelbaren Nachbarschaft des Nebensenders
auftreten können, die einen drahtlosen Empfang unmöglich machen.
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Der Hauptsender kann einen kristallgesteuerten Oszillator, Verstärker
und Sendevorrichtungen, die mit dem Oszillator gekoppelt sind, um das abgegebene
Hauptsignal zu liefern, und eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der festen Phasenbeziehung
zwischen dem abgestrahlten Signal und der abgegebenen Leistung des Oszillators enthalten.
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Es ist wichtig, daß die feste Phasenbeziehung zwischen den abgestrahlten
Haupt- und Nebensignalen aufrechterhalten wird. Um dies in zweckentsprechender Weise
zu erreichen, kann ein Nebensender einen kristallgesteuerten, mit einer Antenne
gekoppelten Oszillator enthalten, um ein abgestrahltes Nebensignal zu liefern, sowie
eine Vorrichtung, um die feste Phasenbeziehung zwischen dem abgegebenen Signal des
Nebenoszillators und dem empfangenen Haupt signal aufrechtzuerhalten, auch ferner
eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer festen Phasenbeziehung zwischen dem
abgestrahlten Nebensignal und dem abgegebenen Signal des Nebenoszillators. Bei einem
Ortsbestimmungssvstem, in dem die Sendungen in bestimmten Zeitabständen wie beschrieben
geändert werden, ermöglicht die Verwendung getrennter Oszillatoren an jedem Nebensender,
daß das empfangene Verriegelungssignal von dem Hauptsender während der Zeit, in
der die abgeänderten Sendungen ausgestrahlt werden, unterbrochen werden kann, während
die korrekte Phasenbeziehung zwischen den abgestrahlten Haupt- und Nebensignalen
aufrechterhalten werden. Weitere Erfindungsmerkmale können aus der folgenden Beschreibung
einer Ausführungsform entnommen werden. Im einzelnen stellen die Zeichnungen dar:
Fig. I ist ein Blockschema des Oszillators, der Verriegelungseinheit und des Antennenspeisesystems
der Hauptsendestation; Fig. 2 ist ein Blockschema der Kristallverriegelungseinheit
für einen Nebensender; Fig. 3 ist ein Blockschema der Antriebseinheit für einen
Nebensender; Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Änderungen des Signalpotentials
mit dem Phasenwinkel der gemeinsamen abgegebenen Leistung der beiden Phasendiskriminatoren,
die in der Antriebsverriegelungseinheit verwandt werden; Fig. 5 ist ein Blockschema
des Empfängers.
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Wie früher ausgeführt, ist dieses drahtlose Navigationsverfahrell
im Prinzip bekannt. In der im folgenden beschriebenen Ausführungsform sind vier
Sendestationen vorhanden, von denen eine die Hauptstation ist, die normalerweise
in der sechsten harmonischen Schwingung einer Grundfrequenz sendet. Die anderen
drei Stationen sind Nebenstationen, welche im normalen Betrieb auf der achten, neunten
und fünften harmonischen Frequenz senden und als roter, grüner und purpurner Nebensender
bezeichnet werden. Diese vier Sender bilden eine Kette. Die nachfolgende Beschreibung
bezieht sich, soweit es sich um die Sender handelt, nur auf eine Kette. Der Empfänger,
der zur Verwendung auf einem Fahrzeug bestimmt ist, kann jedoch aus dem Bereich
einer Kette in den einer anderen bewegt werden. Die einzelnen Ketten sind einander
ähnlich, aber um eine Interferenz zu vermeiden, arbeiten die verschiedenen Ketten
mit voneinander etwas verschiedenen Grundfrequenzen.
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Die Sendungen auf den Frequenzen, wie sie oben erwähnt sind, liefern
eine genaue Ortsbestimmung bekannter Art. Eine gröbere, aber weniger zweideutige
Ortsanzeige ist dadurch zu erhalten, daß man die Sendungen der verschiedenen Sendestationen
periodisch abändert. Um die nachfolgende Beschreibung zu vereinfachen, werden die
Flächen zwischen benachbarten Linien gleicher Phasenlage in dem feinen Netz, die
einen Winkelbereich von 360 el. Graden einfassen, nachfoltgend als Gassen bezeichnet.
Das grobe Netz ermoglicht es, eine bestimmte Gasse aus einer Gruppe von Gassen zu
identifizieren. So werden die'Sendungen, die ein grobes Netz liefern, als Gassenidentifizierungssendungen
bezeichnet.
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Bei der im nachfolgenden beschriebenen Anordnung werden die grünen
und purpurnen Nebensendungen einmal in der Minute für die Zeitdauer von 2/2 Sekunde
unterbrochen, und ein Signal der neunten harmonischen Frequenz, d. h. der normalen
grünen Frequenz, wird zusätzlich zu dem Signal mit der achten harmonischen Frequenz
von dem roten Nebensender abgestrahlt. Gleichzeitig wird ein Signal der fünften
harmonischen Frequenz, d. h. der normalen purpurnen Frequenz, von dem Hauptsender
zusätzlich zu dem Signal mit der sechsten harmonischen Frequenz gesendet.
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Während der Zeitdauer dieser Sendungen kann der Empfänger einen Phasenvergleich
zwischen den von dem Hauptsender und dem roten Nebensender empfangenen Signalen
bei einer niedrigeren Frequenz vornehmen, als die Frequenz ist, bei der der Phasenvergleich
während der normalen Sendungen durchgeführt wird. Auf diese Weise kann eine gröbere;
aber weniger zweideutige Ortsbestimmung erzielt werden, wie dies bekannt ist.
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Die Unterbrechung der normalen Signale ist derart kurzzeitig, daß
die normale genaue Positionsanzeige davon nicht beeinflußt wird. Die normalen Anzeiger
können gedämpft werden, um eine sofortige Änderung während dieser halben Sekunde
zu verhindern. 15 Sekunden später werden die Sendungen der roten und purpurnen Sender
für die Dauer von 1/2 Sekunde unterbrochen. Während dieser Zeit sendet der grüne
Nebensender auf der achten und neunten harmonischen Frequenz und der Hauptsender
auf der fünften und sechsten harmonischen Frequenz. Dies ergibt eine grobe Positionsanzeige
im Hinblick auf das grüne Netz.
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Nach weiteren 15 Sekunden werden die Sendungen des roten und grünen
Nebensenders für die Dauer von 1/2 Sekunde unterbrochen. Während dieser Zeit sendet
der purpurne Nebensender auf der achten und neunten, der Hauptsender auf der fünften
und sechsten harmonischen Frequenz. Es ist offensichtlich, daß in diesem Falle die
normale Sendung des purpurnen Nebensenders unterbrochen und durch zwei Sendungen
auf verschiedenen Frequenzen ersetzt werden muß. Es folgt ein Zwischenraum von 1/2
Minute, in dem die normalen Sendungen abgestrahlt werden bis zum Beginn der Identifizierungssendung
des roten Netzes.
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Wie späterhin beschrieben werden wird, werden die erforderlichen
Schaltvorgänge in den Nebensendern und in den Empfängern automatisch
vermittels
sehr kurz dauernder Signale von dem Hauptsender gesteuert. Diese Rontrollsignale
bestehen in einer 1/25 Sekunde dauernden Frequenzänderung.
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Fig. I ist ein Blockschema des Oszillators des Hauptsenders, der
Verriegelungseinheit und des Antennenspeisesystems. Ein Kristalloszillator I, der
als sehr stabiler Oszillator ausgebildet ist, speist einen Teiler 2, dessen abgegebene
Frequenz die Grundfrequenz des Systems ist. In allen Blockschemas sind die angegebenen
Frequenzen harmonisch zu dieser Grundfrequenz. Dieses abgegebene Signal wird einem
Impulsgeber 3 zugeführt, dessen abgegebene Leistung eine Anzahl von kurzzeitigen
Impulsen enthält. Zumindest weisen die ersten zehn Impulse dieser harmonischen Frequenz
des Signals die gleiche Amplitude auf und haben genau die gleiche Mehrphasenbeziehung.
Dies stellt die geeignete Phasenbeziehung aller abgestrahlten Signale am Aufstellungsort
des Hauptsenders dar.
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Das Impulsgebersignal wird deshalb als Phasenstandard für das normale
Signal des Hauptsenders und für das Identifizierungssignal der Hauptgasse benutzt.
Es wird an die Verstärker 4 und 4'angelegt. Der Verstärker 4 ist auf die sechste
harmonische Schwingung abgestimmt, die von dem normalen Hauptsignal benötigt wird,
und seine abgegebene Leistung wird dem Verstärker 5 zugeführt. Die abgegebene Leistung
des Verstärkers 5 wird der Antenne 6 zugeführt, nachdem sie das geeichte phasenregulierende
Goniometer 7, den Sperrverstärker 8, den Vorverstärker 9, den Kraftverstärker I0,
den Parallelschwingungskreis II, die Antennenkabelverbindung mit dem Sperrkreis
I2 und Antennenabstimmkreis I3 passiert hat.
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Eine Empfangswindung 14 ist unmittelbar mit der Erdleitung der Antenne
gekoppelt und liefert eine Spannung, die mn 900 gegenüber der des Antennenstromes
phasenverschoben ist. Dieses Signal wird durch die Leitung 15 an die Eingänge der
Verstärker I6 und I6' zurückgegeben. Es ist wünschenswert, zwischen die Leitung
und die Verstärker einen Stufenkoppeltransformator zu legen. Dabei ist der Transformator
derart ausgebildet, daß er keine Phasenverschiebung verursacht. Der Verstärker 16
liefert eine Phasenverriegelungsspannung, wenn er mit der abgegebenen Spannung des
Verstärkers im Diskriminatorkreis 17 verbunden wird. Die Phasenverriegelungsspannung
wird einem Elektronenphasensteuerkreis I8 zugeführt, der den Verstärker 5 beeinflußt,
um die Phase der abgegebenen Leistung zu steuern. Auf diese Weise kann eine feste
Phasenbeziehung zwischen der vom Verstärker 4 abgegebenen sechsten harmonischen
Frequenz und der von der Antenne 6 abgestrahlten Funkwelle der sechsten harmonischen
Frequenz aufrechterhalten werden. Die an die Elektronenphasensteuerung angelegte
Spannung wird durch eine Anzeigeeinheit 19 angezeigt. Die Steuerspannung wird normalerweise
durch Verstellen des Goniometers 7 von Hand auf Null gehalten.
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Die vorstehend beschriebene Einrichtung liefert eine normale Hauptsendung
auf der sechsten harmonischen Frequenz, die durch den Kristalloszillator I stabil
gehalten ist. Für die bereits beschriebene Identiflzierungssignalisierung wird die
normale Sendung unterbrochen und durch ein kurzdauerndes Signal mit einer anderen
Frequenz ersetzt. Zwei Signalisierungsfrequenzen werden verwandt, von denen die
eine eine um 60 Hz geringere und die andere eine um 60 Hz höhere Frequenz als die
Normalfrequenz besitzt. Um den Beginn der Tdentiflzierungssendung für das rote Netz
anzuzeigen, wird das um 60 Hz niedrigere Signal für die Dauer von 1/25 Sekunde angelegt,
für das grüne Netz wird das um 6o Hz höhere Signal für idile Dauer von V25 Sekunde
gesandt, und für das purpurne Netz wird auf das um 6o Hz niedrigere sofort das um
6o lIz höhere Signal gesandt.
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Für jede Gassenidentifizierungsperiode wird dem normalen Funksignal
für die Zeitdauer von t/2 Sekunde eine Sendung des purpurnen Funksignals (d. h.
mit der fünften harmonischen Frequenz) zugegeben. Diese beiden Signale weisen dieselbe
Phasenbeziehung zueinander auf wie die abgegebene Leistung der Impulsgebereinheit
3.
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In Fig. I ist ein Synchronmotor 20 mit einer Welle 24 ausgerüstet,
der drehend die Schalter 2I, 22 und 23 bei einer Umdrehung pro Minute betätigt.
Der Schalter 21 schließt den Zeitmesser 25 für die 1/2 Sekunde und den Zeitmesser
26 für die t/25 Sekunde. Die hintere Kante des 1/25 Sekunde dauernden Impulses des
Zeitmessers 26 schließt den Zeitmesser 27 für 1/25 Sekunde. Der 1/-Sekunden-Zeitgeber
25 öffnet den Sperrverstärker 28, der während dieser Zeit Impulse der fünften harmonischen
Frequenz an die Antenne 6 durch die Einheizen 9', 10' II' und 12' durchläßt, die
ähnlich wie 9, 10, II und I2 ausgebildet sind. Das Signalisierungssignal mit der
um 60 Hz niedrigeren Frequenz wird durch den Kristalloszillator 29 erzeugt, der
mit einer um 60 Hz niedrigeren Frequenz schwingt wie der Oszillator I. Die abgegebene
Leistung des Oszillators 29 wird dem Sperrverstärker 30 zugeführt, der seinerseits
den Vorverstärker 9 speist. Das Funksignal mit der um 60 Hz höheren Frequenz wird
durch ähnliche Einheiten 29' und 30' erzielt. Die Sperrverstärker 30, 30' und 8
werden durch die abgegebene Leistung der erwähnten Kommutatorschalter 22 und 23
wie beschrieben gesteuert. Da die Signale mit der fünften harmonischen Frequenz
nur kurzzeitig gesendet werden, ist ein Speicherkondensator vorgesehen. Dadurch
wird ermöglicht, daß die von dem Diskriminator I7' an die Elektronenphasensteuerung
18' geführte Spannung genügend lange aufrechterhalten wird, um die Spannung an dem
Spannungsmesser 32 ablesen zu können.
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Der Nebensender umfaßt eine Hilfskristallverriegelungseinheit, eine
Treibereinheit und das Antennenspeisesystem. Eine Aufgabe der Nebenkristallverriegelungseinheit
besteht darin, eine kristallgesteuerte abgegebene Leistung des Impulsgebers zu liefern,
welche der abgegebenen Leistung der Einheit 3 in Fig. I ähnlich ist, die um einen
Betrag
in der Phase nacheilt, der gleich den Phasendifferenzen ist, die durch die Entfernung
zwischen der Hauptantenne und der Nebensenderantenne dargestellt werden. Eine zweite
Funktion dieser Einheit besteht darin, ein gleichzeitiges Gassenidentiflzierungsschalten
zu ermöglichen. Eine der Funktionen der Antriebseinheit ist darin zu sehen, daß
sie eine Synchronisation zwischen der Phase des von der ersten Einheit erhaltenen
Impulsgebersignals und der Phase des gesendeten Signals des Nebensenders herstellt.
Eine zweite Funktion dieser Einheit ist es, Signalschleusen zu bilden, die von den
von der ersten Einheit gelieferten Schaltvorgängen betrieben werden.
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Die Kristallverriegelungseinheit des Nebensenders ist in Fig. 2 in
einem Blockschema dargestellt. In der oberen rechten Ecke ist ein Impulsgeber 40
dargestellt, dessen abgegebenes Signal die Antriebseinheit speist. Das diesem Impulsgeber
zugeführte Signal wird von dem Teiler 41 erhalten.
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Dieser Teiler wird normalerweise durch einen phasengesteuerten Kristalloszillator,
der mit der Hauptfrequenz arbeitet, betrieben. Die Hauptfrequenz ihrerseits wird
von dem erhaltenen Hauptsignal kontrolliert. Dies läßt eine Vieldeutigkeit von 6
: 1 des Signals nach der Teilung zu, die durch eine einmal in der Minute stattfindende
Verriegelung an dem Teiler durch ein Signal korrigiert wird, das dadurch erhalten
wird, daß man das purpurne und das Hauptsignal (d. h. die Signale mit der fünften
und sechsten harmonischen Frequenz, die von dem Hauptsender während d der 1/2 Sekunde
dauernden Zeit der Gassenidentifizierung gesendet werden) überlagert.
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Eine Elektronenschalteinheit 42 wird verwandt, um die dem Teiler
zugeführte Leistung zu schalten.
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Das Signal mit der Hauptfrequenz wird von dem Oszillator 43. über
einen Signalbegrenzer 44 dem Eingang der Schalteinheit 42 zugeführt. Ebenso wird
das während der kurzzeitigen Gassenidentifizierungssendung empfangene Signal der
Grundfrequenz an die Schalteinheit 42 über den Begrenzer 45 geführt. Diese Begrenzer
werden benutzt, um eine genauere Phasenverriegelung an dem Teiler zu gewährleisten.
Das Signal mit der Grundfrequenz wird von den Hauptsignalen erhalten, die von der
Empfangsantenne 46 in der nachfolgend beschriebenen Weise aufgefangen werden. Die
empfangenen Signale werden einem Verstärker 47, der auf die fünfte harmonische Schwingung
abgestimmt ist, zugeführt, auf den ein Kristallfilter 48, ein kalibriertes Goniometer
49 zur Phasensteuerung und der Mischer 50 folgen. Die Empfangsantenne 46 wird zugleich
an den Verstärker 51, der auf die sechste harmonische Frequenz abgestimmt ist, geschaltet,
auf den ein Kristallfilter 52, ein Verstärker 53 und der Mischer 50 folgen. Der
dem Mischer 50 zugeführte Takt der Signale mit der fünften und sechsten harmonischen
Frequenz wird als Leistung davon abgegeben und dem Verstärker 54 zugeführt. Das
abgegebene Signal in der Grundfrequenz des Verstärkers 54 wird über eine Phasenverstelleinrichtung
55 an den bereits erwähnten Signalbegrenzer 45 gegeben. Eine Phasenstandardisierungsanzeige
wird mittels des Diskriminators 56 erreicht, der die Phase der Signale in der Grundfrequenz
der Verstärker 54 und 57 miteinander vergleicht. Der Verstärker 57 wird mit Signalen
dieser Grundfrequenz von dem Teiler 41 gespeist.
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Die abgegebene Diskriminatorleistung wird von dem Röhrenvoltmeter
59 angezeigt, welches mit einem Meßschalter 58 versehen ist. Der Kristalloszillator
43 wird mit zwei Kontrollsignalen zur Kontrolle der Phase seiner abgegebenen Leistung
versehen. Eines ist dabei eine Schnellkontrolle und wird von einem Diskriminator
abgeleitet, der das empfangene Hauptsignal und das Signal mit der Hauptfrequenz
des Impulsgebers 40 miteinander vergleicht. Das zweite ist eine Langsam- oder Feinkontrolle
und wird von einem Diskriminator hergeleitet, der die beiden obenerwähnten Signale
nach der Frequenzvervielfachung miteinander vergleicht. Die Schnellkontrolle überholt
die Feinkontrolle, wie im nachfolgenden in Einzelheiten beschrieben werden wird,
und schaltet somit die Vieldeutigkeiten der Feinkontrolle, welche auf der Frequenzvervielfachung
beruhen, aus. Die Schnellkontrolle ist so angeordnet, daß sie nur dann in Tätigkeit
tritt, wenn die Abweichung den festgesetzten Betrag übersteigt.
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Der Diskriminator 60 der Schnellkontrolle vergleicht die Phase der
abgegebenen Signale auf der sechsten harmonischen Frequenz der Verstärker 53 und
6I. Der Verstärker 6I wird von der abgegebenen Leistung des Impulsgebers 40 über
das geeichte Goniometer 62 und Verstärker 63 speist.
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Die abgegebene Leistung des Diskriminators 6o wird über einen mit
1/2 Sekunde e arbeitenden Abschalter 65 dem + Fehlschaltstromkreis 64 zugeführt,
wobei der Schalter 65 während der Gassenidentifizierungszeit den Vorgang lock ie
rt.
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Die abgegebene Leistung des Verstärlçers 53 wird über den Vervielfacher
I68 dem Verstärker 66 zugeführt. Ebenso wird die abgegebene Leistung des Verstärkers
6r durch einen Vervielfacher 67 dem Verstärker 68 zugeführt. Der Diskriminator 69
vergleicht die Phase der Signale von den Verstärkern 66 und 68 miteinander, und
seine abgegebene Leistung wird an einen Gleichstromverstärker 70 und auch an das
Phasenanzeigeinstrument 7I gelegt. Die abgegebene Leistung des Verstärkers 70 wird
als Frequenzsteuerspannung an den Kristall des Oszillators 43 über einen Ausschalter
72 geführt, der eine Änderung der Steuerspannung während der Gasse, nildentifizierungsperioden
verhindert. Das Anlegen einer Spannung an den Kristall hat eine leichte Frequenzänderung
zur Folge und damit eine langsame Änderung der Phase der abgegebenen Leistung. Während
der t/2 Sekunde dauernden Gassenidentifizierungsperioden, wenn die Steuerspannung
durch den Ausschalter72 unterbrochen ist, schwingt der Oszillator mit derselben
Frequenz weiter und hält somit die erforderliche Phase der Nebensignale auf recht.
Die Unterbrechung der Verriegelung mit dem Hauptsignal während dieser Perioden verhindert
irgend-
welche Fehler, die auf ein Mischen der gesendeten Neben
signale der achten und neunten harmonischen Frequenz zurückzuführen sind Wie im
Vorhergehenden bereits erklärt, kann dieses Mischen ein Signal der sechsten harmonischen
Frequenz erzeugen.
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Ein Aussieben und Synchronislieren der drei Perioden der Gassenidentifizierung
(Rot, Grün, Purpur) erhält man durch die Zeitgebervorrichtung, die das Plusfrequenzfflter
73 und das Minusfrequenzfilter 74 umfaßt. die mit dem Ausgang des Verstärkers 51
gekoppelt werden, sowie die vier Elektronenzeitgeber 75, 76, 77 und 78. Durch die
Betätigung des 5-SekundewZeitgebers 78 wird die rote, durch den s-Sekunden-Zeitbaelber
75 die grüne. und durch die Betätigung der Zeitgeber 75 und 78 wird die purpurne
Periode ausgesiebt. Die Dauer der Sendungen wird durch den t/2-Sekunden-Zeitgeber
77 kontrolliert. Die s-Sekunden-Zeitgeber 75 und 78 betätigen Röhren, um die Itdentifizierungsperioden
zu kennzeichnen. Sie wählen ebenfalls die Zeiten für den Bletrieb der o,-Sekunden-Steuerung
aus, die an die Elektronenschalteinheit 42 angelegt wird, sowie die Zeit für die
1/2 Sekunde dauernde Sendung des Identifizierungssignals des Nebensenders. Der o,4-Seknnden-Zeitgeber
76 ist so angeordnet, daß er alle Meßstromkreise für die Phasenanzeigeinstrumente
betätigt, die die Phasenablesung, die während der kurzzeitigen Gassenidentifizierungssendungen
erhalten werden, festhalten, um ein leichtes Ablesen zu ermöglichen.
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Die abgegebene Leistung des Signalbegrenzers wird ebenfalls an einen
Teiler 79 geführt, der seinerseits den Impulsgeber 8o speist. Der Teiler und Impulsgeber
sind ähnlich wie die entsprechenden 41 und 40 dargestellten Vorrichtungen ausgebildet.
Die abgegebene Leistung des Impulsgebers 8o wirdr als Bezugssignal zur Standardisierung
der Einheit verwandt. Zur Erreichung dieses Zweckes sind Phasenverstellvorrichtungen
vorgesehen.
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Um die Einheit zu standardisieren, werden die normalen zugeführten
Leistungen zu den Verstärkern 47, 5I und 63 abgeschaltet und durch das Bezugssignal
ersetzt. Die geeichten Goniometer 49 und 62 werden auf Null eingestellt. Der Phasenversteller
des Verstärkers 63 wird so eingestellt, daß er eine Nullablesung an dem Anzeiger7I
ergibt. Die Steuerung der Schalteinheit 42 wird in der Weise geschaltet daß die
Verriegelung bei der Grundfrequenz und nicht bei der normalen oder sechsten harmonischen
Frequenz stattfindet. Der Phasenversteller 55 wird so eingestellt, daß er eine Nullablesung
an der Spannungsanzeige 59 ergibt. welche auf beständige Ablesung geschaltet wird.
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Die Steuerung an der Schalteinheit 42 wird dann auf die normale sechste
harmonische Frequenz zurückgeschaltet, und der Phasenversteller des Verstärkers
47 wird auf eine Nullablesung eingestellt.
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Die Goniometer 49 und 62 werden sodann entsprechend eingestellt. Die
Einheit ist damit betriebsklar. Bei Dauerbetrieb kann die Betriebseinheit nicht
auf Einstellung oder Bezugnahme geschaltet werden. Diese Vorgänge können jedoch
an der Reserveeinheit vorgenommen werden. Nach der Einstellung kann die Vorrichtung
als Bezugseinheit für die Einstellung der Betriebseinheit verwendet werden.
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Die Leistung zum Betrieb der NeWbentreibereinheit kann am Impulsgeber
der Nebenkristallverriegelungseinheit (in Fig. 2 dargestellt) erhalten werden. Diese
wird am Ausgang des Impulsgebers 40 abgegriffen. Die Ähnlichkeit der Fig. 3 und
1 ist derart groß, daß man nur die kleinen Unterschiede zu beschreiben braucht.
Ähnliche Einheiten in Fig. I und 3 wurden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Hauptunterschied besteht in der Anordnung der Diskriminatorsteuerung. In Fig.
3 wird die abgegebene Leistung des Diskriminators 83 zu der Spannung eines zweiten
Diskriminators 84 addiert, dessen normale abgegebene Leistung von der Phasendifferenz
der abgegebenen Signalleistungen der beiden Vervielfacher 8I und 82 abhängt. Die
abgegebene Leistung des Diskriminators 84 ist abgeschnitten oder begrenzt auf etwa
ein Zehntel seines maximalen Wertes. Bei normalem Betrieb erreicht die abgegebene
Diskriminatorleistung niemals die tGroße, bei der eine Begrenzung einsetzt, und
der Diskriminator 84 ist die Hauptkontrolle. Bei großen Fehlern arbeitet der Diskriminator
83 als Betriebssicherung für den Diskriminator 84. Eine falsche Phasenverriegelung,
welche auf der Multiplikation beruht, kann durch geeignete Betrieb svoikehrungen
unmöglich gemacht werden. Die wahrscheinlich eintretende, d. h. auszugleichende
Stellung würde einen Fehler von 30 in der Goniometereinstellung und einen sofort
auftreten den Fehler von 600 in der Antennenphaseneinstellung ausmachen. Die Fehler
addieren sich.
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Dies erfordert eine Korrektur von go0 von Seiten der Elektronenphasenkontrolle.
In der Praxis kann ein Korrektur von etwa 150° erzielt werden. Fig. 4 zeigt die
kombinierten Signale der beiden Diskriminatoren, wenn eine vierfache Vervielfachung
verwandt wurde. Diese Kurve wird dadurch erzielt, daß man die Sinuskurve (die die
Variation der Steuerspannung in Abhängigkeit von der Phase des Diskriminators 83
darstellt) mit der abgeschnittenen Sinuskurve der vierfachen Frequenz, die die Änderung
der Steuerspannung in Abhängigkeit von der Phase des Diskriminators 84 darstellt,
kombiniert. Wenn ein ungerader Vervielfachungsfaktor verwandt wird, erfolgt der
Abfall für die Verriegelung bei fehlerhaftem Nullniveau in der verkehrten Richtung
Es besteht sodann kein Fehlersteuerbereich. Die Multiplikationsfaktoren der Vervielfacher
8i und 82 müssen deshalb geradzahlig sein.
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In Fig. 3 wird die abgegebene Diskriminatorleistung von dem Elektronenvoltmeter
s6 angezeigt. In der Leitung für das normale Nebensignal würde der Meßschalter 87
normalerweise auf beständige Ablesung eingestellt sein. Antdererseits würde der
Schalter 87 in der Leitung für die zusätzliche Gassenidentifizierungsfrequenz so
eingestellt sein, daß er die Anzeigen festhält, die während der kurzen Zeiträume
erhalten werden, wenn
die CTassenidentifizierungssignale gesandt
werden.
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Diese zweite Leitung für das Gassenisdentifizierungssignal ist durch
die gestrichelten Linien 85 angedeutet, die die entsprechende Treibereinheit darstellen,
welche der bereits erläuterten ähnlich ist.
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Bei dem purpurnen Nebensender enthält die Treibereinheit drei Leitungen,
d. h. eine Leitung für das normale Signal mit der purpurnen Frequenz und eine zweite
und dritte Leitung jeweils für die Gassenidentifizierungssignale der roten und grünen
Frequenz.
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Fig. 5 ist ein nicht mehr zur Erfindung gehöriges Blockschema der
fünf Bandempfänger. Die Signale, die von der Antenne 110 aufgefangen werden, werden
vier Verstärkern III, 112, II3 und II4 zugeführt, die jeweils auf die sechste, fünfte,
achte und neunte harmonische Schwingung der Grundfrequenz abgestimmt sind. Von den
Verstärkern werden die Signale an die Aufnahme-Drossel-Kristallfilterkreise 115
bis 118 gegebenen, die die Signale von der gewünschten Kette aussieben.
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Diese Filterkreise enthalten Kristalle, die auf jede dieser Frequenzen
abgestimmt sind. Ferner enthalten die Filterkreise Schaltvorrichtungen, um die Kristalle
den Frequenzen entsprechend mit der gewünschten Kette und den Drosselkreisen zu
schalten, sowie gleichzeitig die anderen Kristalle mit Drosselkreisen zu verbinden.
Diese Anordnung erlaubt den Empfang und die Trennung der erwünschten Signale, obgleich
die verschiedenen Ketten auf eng beieinander liegenden Frequenzen arbeiten können.
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Während der Perioden normaler Sendung werden die Signale von den
drei Nebensendern jedes für sich mit den Signalen von der Hauptstation verglichen.
Dadurch erhält man eine genaue Positionsbestimmung, welche von dem roten, grünen
und purpurnen Anzeiger der Diskriminator-und Anzeigeeinheiten 119, I20, I2I angezeigt
wird.
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Um diesen Phasenvergleich herbeizuführen, werden die Nehensignale
in der Frequenz durch die Vervielfacher I22, I23 und 124 vervielfacht, bevor sie
an die Diskriminatoren 119 bis 121 gegeben werden.
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Die Hauptsignale werden durch die Vervielfacher 125 bis I27 vervielfacht.
Dadurch erhält man die erforderliche zweite Leistung, die sodann den drei niskriminatoren
zugeführt wird.
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Für die Gassenfdentifizierunassendungen sind zwei Diskriminatoren
I28 und I29 vorgesehen, die beide während jeder der t/2 Sekunde dauernden Gassenidentifizierungssendungen
arbeiten. Der Diskriminator 128 vergleicht die Phase des ersten Grundfrequenzsignals
(das erhalten wird, indem man die empfangenen von den Filtereinheiten -117 und 118
erhaltenen Signale mit der achten und neunten harmonischen Frequenz miteinander
mischt) mit der Phase eines zweiten Signals mit der Grundfrequenz. Letzteres Signal
wird dadurch erhalten, daß man die Signale der sechsten und fünften harmonischen
Frequenz miteinander mischt. Während der Gassenidentifiz ierungssendung vergleicht
also der Diskriminator 128 bei Grundfrequenz ein von den Hauptsendutigen abgeleitetes
Signal mit einem Signal, das von einem der Nebensender herrührt.
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Der Diskriminator I29 vergleicht die Phase der sechsten harmonischen
Frequenz der beiden Signale. Eines dieser Signale ist die sechste harmonische Frequenz,
die direkt von der Hauptstation erhalten wird. Das andere Signal rührt von den Nebensendungen
her, indem man die abgegebenen Leistungen der Vervielfacher 122 und 123 miteinander
mischt. Da der Diskriminator I29 Signale von der gleichen Station vergleicht, wie
auch der Diskriminator 128 (letzterer jedoch bei einer sechsmal höheren Frequenz),
würde also efn Phasenmeßzeiger, der von dem Diskriminator 129 betrieben wird und
einen ähnlichen Aufbau wie die vom Diskriminator I28 betriebene Anzeigevorrichtung
aufweist, sechs volle Zyklen des Phasenwechseis für jede Periode anzeigen.
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Die abgegebene Leistung des Grundfrequenzdiskriminators 128 wird
einem bekannten Phasenwinkelanzeiger zugeführt. An Stelle eines einzigen Zeigers,
der eine kreisförmige Skala bestreicht, ist dieses Meßinstrument derart abgeändert,
daß es einen 6o0-Sektoranzeiger besitzt, z. B. eine durchsichtige Platte, welche
sich über einen Anzeigebereich von 600 der Skala erstreckt. Der Diskriminator I29
der sechsten harmonischen Frequenz betreibt eine zweite Phasenwinkelanzeige, die
in einem Gehäuse mit der Grundfrequenzanzeige untergebracht ist. Diese Anzeigevorrichtung
der sechsten harmonischen Schwingung ist im Verhältnis von 6 : 1 heruntergeschaltet
und mit sechs im Abstand voneinander angeordneten und um einen Winkel voneinander
sich unterscheidenden Anzeigern versehen, wobei der Unterschied zwischen jedem Zeiger
600 beträgt. Diese beiden Anzeiger haben eine gemeinsame Achse und bestreichen eine
Skala. Es ist offensichtlich, daß der Grundfrequenzmesser eine weniger doppelsinnige
Ablesung aufzeigt. Der Anzeiger der sechsten harmodischen Frequenz andererseits
wird, da er bei einer höheren Frequenz betrieben wird, eine genauere Anzeige ergeben,
aber es besteht insofern eine Doppelsinniglçeit, daß jede einzelne Phasenbestimmung
sechs möglichen Positionen entsprechen kann. Die möglichen Positionen werden durch
die sechs Zeiger angezeigt. Der Sektor von 60°, in dem der Zeiger der Grundfrequenz
sich befindet, wird ebenfalls einen Zeiger zur Anzeige der sechsten harmonischen
Schwingung aufweisen und zeigt an, welcher als Gassenanzeige benutzt werden soll.
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Die An zeiger der Grund frequenz und der sechsten harmonischen Frequenz
müssen während der kurzen Perioden der Gas senfdentifizierungssen'dungen in Tätigkeit
treten und sind deshalb auf schnelles Ansprechen eingerichtet und mit Haltekreisen
versehen. Die drei Anzeiger 119, 120, I21I für die Positionsanzeige andererseits
sind während der normalen Sendungen beständig in Betrieb. Um Störungen während der
Gassenidentifizierungssendung zu vermeiden, arbeiten die Anzeiger kon-
tinuierlich
und gedämpft. Die gleichen Anzeiger der Grundfrequenz und der sechsten harmonischen
Frequenz werden bei jeder der drei Gassenidentifizeirungssendungen benutzt und für
diesen Zweck mit drei in geeigneter Weise eingeteilten Skalen ausgerüstet, wobei
die entsprechende Skala während der Periode, deren Anzeige von dem Meßinstrument
festgehalten wird, beleuchtet isb. Zweckmäßig dauert eine solche Periode ungefähr
5 Sekunden.
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Das in der Zeitdauer festgelegte Schaken d'er Beleuchtung der Skalen
sowie zum Betrieb der Haltekreise wird von den 1/25-Sekunden-Signalen des Hauptsenders
gesteuert. Diese Signale werden von einer der Leitungen jeder der Bandaufnahmekristalliflter
130, 131 aufgenommen, die jeweils auf die um 60 Hz höhere sechste harmonische Frequenz
und auf die um 60 Hz geringere sechste harmonische Frequenz abgestimmt sind.
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Zur Abgabe von Phasenstandardisierungssignalen ist ein Bezugsimpulsgeber
132 vorgesehen, der bei Erregung durch ein zugeführtes Signal von dem Hauptsender
Signale abgibt, die in der Frequenz genau gleich allen ausgesandten Signalen sind.
Eine Schaltvorrichtung ist am Eingang zu den Verstärkern 111 bis 114 vorgesehen,
um die Bezugssignale dem Empfänger zuzuführen. Die Anzeiger werden alle mechanische
auf Null eingestellt. Auf diese Weise erübrigen sich Phasenversteller an den Verstürkern.