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Empfangsverfahren für frequenzmodulierte Strahlungen, die für Ortungszwecke
auf der Sende- oder Empfangsseite Richtmittel verwenden
Die Schwierigkeiten, Frequenzmodulation
bei Richtsendung oder Richtempfang zu benutzen, bestehen darin, daß empfangsseitig
ein Begrenzer benutzt wird, der jede Amplitudenänderung der ankommenden Strahlung
ausgleicht. Dadurch wird für Nachrichtenempfang der außerordentliche Vorteil erreicht,
daß Störungen aller Art im Empfänger nicht zur Auswirkung kommen.
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Da Navigationsverfahren mit gerichteter Strahlung jedoch eine getreue
Wiedergabe der Amplitude erfordern, sei es bei Nullmethoden oder bei Feldstärkevergleichsmethoden,
scheint zunächst eine Anwendung eines Amplitudenbegrenzers empfangsseitig und damit
der Frequenzmodulation unmöglich zu sein.
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Es ist nun vorgeschlagen worden, die Eigenschaft des Begrenzers auszunutzen,
die darin besteht, daß von zwei gleichzeitig eintreffenden frequenzmodulierten Strahlungen
die stärkere Strahlung bei entsprechender Schaltung die schwächere unterdrückt.
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Es handelt sich hier, wie Versuche ergeben haben, nicht um einen reinen
Schwarz-Weiß-Effekt, sondern es ist die 2- bis sache Amplitude der stärkeren Strahlung
erforderlich, um die schwächere völlig zu unterdrücken, bei Zwischenwerten werden
beide Strahlungen, wenn auch nicht im richtigen Ver-
hältnis, vom
Begrenzer durchgelassen und durch den anschließenden Demodulator hörbar gemacht.
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Derselbe Effekt wird erzielt, wenn gleichzeitig eine frequenzmodulierte
Strahlung und eine nichtfrequenzmodulierte Strahlung eintrifft. Ist die nichtfrequenzmodulierte
Strahlung in ihrer Amplitude größer als die frequenzmodulierte Strahlung, so wird
diese unterdrückt, mit anderen Worten, die frequenzmodulierte Strahlung ist im Niederfrequenzteil
des Empfängers nur dann wahrnehmbar, wenn sie gleich oder größer als die nichtfrequenzmodlulierte
Strahlung ist.
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Die vorliegende Erfindung nutzt diesen Effekt aus, indem sie für
Empfangs ver fahren für frequenzmodulierte Strahlungen, die für Ortungszwecke auf
der Sende- oder Empfangsseite Richtmittel verwenden, vorschlägt, empfangsseitig
der frequenzmodulierten Empfangsspannung einen Zusatzträger zuzusetzen, der in seiner
gleichbleibenden Größe durch die Empfangsenergie gesteuert wird und vergleichsweise
kleine Amplituden der Empfangsspannung im Begrenzer unterdrückt. Die Steuerung des
Zusatzträgers erfolgt gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßigerweise
dadurch, daß man den Mittelwert der Empfangsenergie bildet und mit Hilfe der erzielten
Regelspannung den Zusatzträger steuert.
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Außerhalb der Feldstärkengleichheitszone treffen bei Umtastverfahren
zeitlich hintereinander frequenzmodulierte Spannungen verschiedener Amplitude auf
den Eingang des Empfängers, und zwar meist in einem Zeitrhythmus, aus dem erkannt
werden kann, welcher Seitenabweichung die größere der beiden Spannungen entspricht
(im bekannten Falle im P^unkt-Strich-Rhythmus). Diese frequenzmodulierten Spannungen
werden überlagert, zwischenfrequent verstärkt und dann nach Gleichrichtung dem Begrenzer
zugeführt, anschließend einem geeigneten Demodulator, bestehend aus einem frequenzamplitudenabhängigen
Glied, und dann nach GIeichrichtung einem NF-Verstärker.
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Bis zum Begrenzer sind die Amplitudenunterschiede, entstanden durch
die sende- oder empfangsseitige Tastung, voll erhalten. Der neue Gedanke besteht
nun in einer Ausführungsform darin, die Zwischenfrequenz vor dem Begrenzer gleichzurichten,
über ein Glied entsprechender Zeitkonstante zu glätten und die so entstehende Spannung
als Regelspannung für die Amplitude des Zusatzträgers zu verwenden. Die Zeitkonstante
wird dabei zweckmäßig so gewählt, daß sich ein Mittelwert der einfallenden Tastzeichen
einstellt, z. B. also bei der bekannten Punkt Strich-Tastung mit ungefähr 14 Sek.
Es ist gleichgültig, ob dieser Hilfsträger auf der HF-Seite zugesetzt wird oder
vorteilhaft innerhalb einer der ZF-Stufen; im letzteren Falle ist es nicht erforderlich,
seinen Schwingkreis über den Abstimmungsbereich des Empfängers in Gleichlauf mit
den Vorkreisen zu bringen, sondern er kann auf die feste Zwischenfrequenz eingestellt
werden.
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In den Abbildungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung
und die Spannungsverhältnisse bei verschiedenen Fällen dargestellt.
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Abb. I zeigt ein prinzipielles Schaltbild des Empfingers. In Abb.
I a bedeutet HF die Hochfrequenzstufe, ZF die Zwischenfrequenzstufe, B den Begrenzer,
D den Demodulator und NF die Niederfrequenzstufe. Von der Zwischenfrequenz wird
vor dem Begrenzer eine Gleichspannung abgenommen und über ein Zeitkonstantenglied
ZK geführt. Diese Regelspannung steuert die Amplitude eines Oszillators 0, der den
Zusatzträger erzeugt. Dieser Zusatzträger wird der Hochfrequenzstufe des Empfängers
zugeführt.
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In Abb. 1 b ist der Fall dargestellt, daß der Oszillator, der den
Zusatzträger erzeugt, dem Zwischenfrequenzteil zugeschaltet wird. Die Abb. 2 bis
6 zeigen die Zustände für verschiedene Richtdiagramme und verschiedene Tastverhältnisse
bei einem Empfänger, der diesen Gedanken verwirklicht.
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Die gestrichelte Linie deutet jeweils die Größe des Zusatzträgers
an, der durch die Regelspannung, gebildet aus dem Mittelwert der Tastzeichen, gesteuert
wird. Abb. 2 a zeigt die bekannten Richtdiagramme, die z. B. beim Umtasten einer
Reflektoranordnung bei Ultrakurzwellen entstehen. Unter der Voraussetzung, daß ein
Tastzeichenverhältnis von 1 : 1 vorliegt (Abb. 2b), das zur Seitenkennung eine synchrone
Wechseltastung der Modulationsfrequenz erfordern würde, wird sich der Zusatzträger
bei Empfang aus den verschiedenen Richtungen auf die durch die gestrichelte, mit
Mittelwert bezeichnete Größe einstellen.
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Abb. 2 c zeigt in kartesischen Koordinaten aufgerollt das gleiche
Bild, gleichzeitig sind diejenigen Amplitudenunterschiede zwischen Tastzeichen und
Mittelwert bestimmt, bei denen das Verhältnis 3 : I bzw. 1 : 3 über- oder unterschritten
wird, d. h. von welchem Verhältnis an eine reine Schwarz-Weiß-Wiedergabe der Tastung
durch die eingangs geschilderten Eigenschaften von Empfängern, die für den Empfang
frequenzmodulierter Spannungen geeignet sind, zustande kommt. Der niederfrequente
Ausgang des Empfängers wird in Abhängigkeit von der Winkel abweichung von der Leitstrahlrichtung
also die in Abb. 2 d gezeigten Amplitudenverhältnisse abgeben.
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Die Abb. 3 a bis 3 d zeigen die gleichen überlegungen unter Voraussetzung
derselben Richtdiagramme, aber einer Punkt-Strich-Tastung im Verhältnis 1 : 7.
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Die Abb. qa bis 4c zeigen den Mittelwert, der sich bei keulenförmigen
Richtdiagrammen in verschiedenen Richtungen ausbildet, unter Voraussetzung eines
Tastverhältnisses von 1 : 1, Abb. 5 a bis S c bei einem Tastverhältnis von 1 : 7.
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Es ist ohne weiteres verständlich, daß auch für Richtempfangsumtastverfahren,
d. h. für Zielflug, der gleiche Gedanke verwendet werden kann, unter der Voraussetzung,
daß die Zeitkonstante der Umtastgeschwindigkeit, die in diesem Falle meist wesentlich
höher liegt, angepaßt wird. Abb. 6 a bis 6 c zeigen die einzelnen Zustände für ein
Tastverhältnis von 1 : 1.
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Die Methode des Zusatzträgers kann auch für frequenzmodulierte Strahlungen
für alle Verfahren Anwendung finden, die umlaufende Richtcharakteristiken für Oftunlgszwecke
benutzen, gleichgültig ob diese empfangsseitig erzeugt werden (Funkkompaß) oder
sendeseitig (Drehfunkfeuer). Auch hier ist nur eine zweckmäßige Bemessung der Zeitkonstante
für die Bildung der Regelspannung hinsichtlich der Umlauffrequenz erforderlich,
damit sich der gesteuerte Zusatzträger auf den Mittelwert der durch den Umlauf des
Richtdiagramms entstehenden Amplitudenmodulation einstellt. Zwar wird diese Modulation
durch die nichtlineare Wiedergabe außerhalb der Grenzen 3: I bzw. 1 :3 verzerrt
werden; da aber zur Ortung die Grundwelle bzw. deren Phasenlage gegenüber einer
Vergleichsfrequenz benutzt wird, ist diese Verzerrung für den genannten Zweck gegenstandslos.
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Es war eingangs erwähnt worden, daß innerhalb der Grenzen, in welchen
der Zusatzträger zu der durch die Richtmittel amplitudenmodulierten Schwingung ein
Amplitudenverhältnis von 3 : 1 bzw. 1 : 3 hat, der eine Träger den anderen völlig
unterdrückt. Wird dieses Amplitudenverhältnis durch eine entsprechende Schaltmaßnahme
auf der Empfängerseite variiert, dann wird es dadurch möglich, die Ortungsgenauigkeit,
z. B. Leitstrahlschärfe, empfangsseitig zu beeinflussen. Eine Beeinflussung der
Leitstrahlschärfe tritt an sich bereits dadurch ein, daß man die Größe des Zusatzträgers
nicht von der Mittelwertbildung, sondern von der Maximalwertbildung oder einem anderen
Wert abhängig macht. Um die Leitstrahlschärfe von Hand regeln zu können, wird beispielsweise
der durch die Mittelwertbildung gewonnenen Regelspannung eine von Hand einmal einstellbare
konstante Spannung zugesetzt.