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Funknavigationsverfahren zur Standlinienbestimmung und Anlage dazu
Funknavigationseinrichtungen
werden unter anderem dazu benutzt, um einen ortsbeweglichen Funkemp,fänger passende!r
Art entlang einer ganz bestimmten Linie, z. B. Gleitweg oder Anflugweg, zu führen
oder um einen passenden Empfänger die Ermittlung seiner Peilung gegenüber einer
Sendehake oder die Feststellung der Ausbreitungsrichtung der ankommen den elektromagneti
schen Schwingungen zu ermöglichen. Anlagen dieser Art leiden unter einem großen
Nachteil, nämlich dem Auftreten von Störungen. im Empfänger infolge anderweitiger
amplitudenmodulierter Sendungen.
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Derartige Störungen. I.assen sich nur durch die Verwendung verschiedener
Frequenzen für verschiedene Baken beseitigen, doch selbst dann können ähnliche Störungen
durch sonstige strahlende Anlagen entstehen. Diese Art Störungen ist dieselbe wie
die wohlbekannten Überlagerungssbörungen, wie sie zwischen amplitudenmodulierten
Sendungen des Unterhaltungsrundfunks auftreten, wenn zwei oder mehr Sendestationen
auf denselben oder nahe beieinanderliegenden Frequenzen arbeiten.
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Es ist heute eine wohlbekannte Tatsache, daß bei Benutzung von Phasen-
oder Frequenzmodulation mehrere Rundfunksender auif derselben Trägerfrequenz arbeiten
und jeweils in ihrem eigenen Empfangsgehiet die Oberhand haben können. Überlagerungsstörungen
werden im Empfangsgebiet
durch die Verwendung eines Amplitudenbegrenzers
im Empfänger völlig beseitigt. Daher läßt sich bei einer Anlage, die in der Lage
ist Nachrichten zu übertragen, während die Amplitude der ausgesandten Welle konstant
gehalten, wird, ein Amplitudenbegrenzer im Empfänger benutzen, um jede Störung durch
schwache Sender zu beseitigen.
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Es ist ein Ziel dieser Erfindung, die Grundsätze dels Empfangs mit
Frequenz- oder Pliisenmodulation auf Funkn avigationsanlagen zu Übertragen, um so
bei solchen Anlagen alle Vorteile von Frequenz- oder Phasenmodulation nutzbar zu
machen und d,aibei einer Mehrzahl von Funkhaken die Benutzung derselben tYbertra,gunEgsfrequnz
zu ermöglichen.
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Es ist festzustellen, daß es bei Funknavigationsanlagen, die auf
Beobachtung der Änderungen der Eingangsspannung beruhen, die Amplitudenänderungen
einer Welle entsprechend der Übertragungsrichtung proportional sind, nicht möglich
ist, Frequenz- oder Phasenmodulation unmittelbar zu benutzen, da eine derartige
Modulation von der Amplitude der Welle unabhängig ist und somit in allen Richtungen
und allen Raumpunkten dieselbe sein würde.
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Das erfindungsgemäße Funknavigationsverfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß durch Antennenumschaltung örtlich getrennter Sende- oder Empfangsantennen die
Weglänge zwischen Sender und Empfänger aufeinanderfolgend und zyklisch verändert
wird, so daß eine Phasenmodulation der den Sender und Empfänger verbindenden elektromagnetischen
Welle auftritt und daß diese Modulationsschwingung mit einer Bezugsschwingung verglichen
wird und aus der erhaltenen Phasendifferenz beider Schwingungen die Navigationsunterlagen
abgeleitet werden.
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Zur Verdeutlichung der Erfindung sollen nunmehr mehrere Funknavigationssysteme,
die diese Erfindung benutzen, an Hand der Zeichnungen beschrieben werden, wobei
Fig. I eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispieles der vorliegenden
Erfindung ist, wo die Phasenmodulation im Empfänger bewirkt wird, nämlich eine automatische
Peil- oder Funkkompaß anlage; Fig. 2 zeigt als Blockschema ein mehr im einzelnen
dargestelltes Schema des Empfängers eines automatischen Peilers unter Benutzung
der Erfindung; Fig. 3 zeigt als Blockschema etwas ausführlicher eine Einzelheit
von Fig. I und eine andere Aufbaumöglichkeit für einenTeil der in Fig.2 dargestellten
Anordnung; Fig. 4 zeigt eine Art einer Antennenumschalteeinrichtung; Fig. 5 ist
ein Anwendungsbeispiel der Erfindung, wo die Phasenmodulation auf der Sendeseite
bewirkt wird, nämlich eine Blindanflugbake; Fig. 6 zeigt im Blockschema einen Empfänger
zur Verwendung bei einer Bake der in Fig. 5 gezeigten Art; Fig. 7 zeigt verschiedene,
bei der Beschreibung von Fig. 6 benutzte Kurvenformen; Fig. 8 zeigt als Blockschema
ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung in einem Sender, um eine genaue Flugbahn
für Flugzeuge in einer waagerechten Ebene oder einem Gleitweg in einer senkrechten
Ebene zu definieren; Fig. 9 zeigt verschiedene, bei der Beschreibung von Fig. 8
benutzte Kurvenformen; Fig. 10 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung
bei einem Drehfunkfeuer, und Fig. II zeigt als Blockschema einen Empfänger zur Verwendung
bei einer Bake der in Fig. 10 dargestellten Art, der Peildaten des Empfängers mit
Bezug auf die Bake erhalten kann.
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Fig. I zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung, wo die Phasenmodulation
im Empfänger bewirkt wird, um die Ausbreitungsrichtung der ankommenden elektromagnetischen
Wellen und dementsprechend die Peilung eines Empfängers in bezug auf die Sendebake
zu ermitteln, von der die ankommenden Wellen ausgehen. Der Empfänger kann natürlich
ortsbeweglich und der Sender ortsfest oder umgekehrt der Empfänger ortsfest und
der Sender ortsbeweglich sein, indem er sich beispielsweise in einem Flugzeug befindet,
oder es können sowohl Sender wie Empfänger ortsbeweglich sein, wie im Fall zweier
Flugzeuge oder zweier Schifte.
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In dem zu beschreibenden Beispiel besteht das Empfangsantennensystem
aus einer Mehrzahl kreisförmig angeordneter Antennen. Drei Antennen A I, A2 2 und
A 3 sind zur Veranschaulichung eingezeichnet, aber es ließe sich auch jede beliebige
größere Anzahl vorsehen. Es wird angenommen, daß die Sendebake Wellen konstanter
Frequenz und Phase ausstrahlt. Diese Antennen werden durch gleich zu beschreibende
Mittel zyklisch und nacheinander mit dem Funkempfänger verbunden, und die dem Empfänger
zugeführte Eingangsspannung besteht aus einer Schwingung, deren Phase sich plötzlich
ändert, wenn die Antennenverhindung des Empfängers gewechselt wird, und die Größe
dieser Phasenänderung hängt von der Lage der im betreffenden Augenblick an den Empfänger
angeschlossenen Antenne im Antennensystem gegenüber der Fortpflanzungsrichtung der
ankommenden Wellen ab.
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Der Empfänger ist dargestellt als bestehend aus einem durch Block
1 dargestellten Verstärker, einem durch Block 2 dargestellten Amplitudenbegrenzer
und einem durch Block 3 dargestellten Phasen- oder Frequenzdemodulator sowie einem
durch Block 4 dargestellten Filter. Ein Phasenvergleichs- und Anzeigeinstrument
ist durch Block 5 dargestellt. Block 6 bedeutet eine Schwingungsquelle, die, wie
später ersichtlich sein wird, die Umschaltung der Antennen i, A2 und A 3 bewirkt
und daher als Quelle für eine Vergleichsschwingung brauchbar ist, die dem Phasenvergleicher
5 zusammen mit dem Ausgang des Filters 4 zugeleitet wird. Block 7 stellt ein Gerät
zur Herstellung zeitlich in bestimmter Phase liegender Impulse aus 6 dar, wobei
in jedem Zyklus der von 6 kommenden Schwingungen für jede der Antennen A I bis A
3 je ein Impuls vorhanden ist. Bei einer ebenfalls möglichen Anordnung kann 7 ein
Impulsgenerator und 6
eine Einrichtung zur Herstellung der entsprechenden
Teilharmonischen der Impulsfrequenz sein.
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Die Impulse am Ausgang von 7 sind zweckmäßigerweise solche von rechteckiger
Gestalt.
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Die Einrichtungen zur Umschaltung der AntennenAI...A3 oder zu ihrer
zyklischen und aufeinanderfolgenden Vertauschung bei ihrer Verbindung mit dem Verstärker
I im Empfänger enthalten Detektorgeräte D I, D2 und D3, die normalerweise sperren
und mit ihren zugehörigen Antennen in Reihe geschaltet sind, wie in Fig. 4 mehr
im einzelnen gezeigt ist. Die von 7 kommenden und gegeneinander in entsprechender
Phase liegenden Impulse werden an die Detektoren D I, D 2 und D3 derart angelegt,
daß sie dieselben für die jeweilige Impulsdauer leitend machen und somit die Antennen
der Reihe nach an den Verstärker I legen.
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Im Fall einer einfachen Zielflugeinrichtung sind nur zwei Antennen
erforderlich. Wo automatisches Peilen erwünscht ist, sind drei oder mehr Antennen
erforderlich, wobei sie zweckmäßigerweise in gleichen Abständen um einen Kreis herum
angeordnet sind.
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Der Eingang von Verstärker I besteht daher aus einer Aufeinanderfolge
von nahe benachbarten, aber gleichmäßig voneinander entfernten Impulsen von der
Frequenz der ankommenden Schwingungen, wobei die Impulse ungefähr gleiche Amplitude
haben. Die Impulse der ankommenden Schwingungen müßten eigentlich von gleicher Amplitude
sein, aber wegen praktisch vorkommender Unvollkommenheiten, wie z. B. ungleiche
Antennen, Detektoren oder Impulse von 7, oder wegen gegenseitiger Beeinflussung
zwischen den Antennen ist das nicht vollkommen der Fall. Der ankommende Wellenzug
wird daher der Wirkung des Amplitudenbegrenzers 2 unterworfen.
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Der Ausgang von 2 ist von konstanter Amplitude, aber die Phase der
Schwingungen ist im Augenblick der Überschaltung von einer Antenne auf die nächste
plötzlichen Änderungen ausgesetzt, wobei der Betrag der Phasenänderung vom Antennenabstand
und der Ankunftsrichtung der ankommenden Wellen abhängt.
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Der Phasendemodulator 3 ist identisch mit einem beliebigen phasen-
oder frequenzdemodulierenden Gleichrichter, wie er aus der Technik frequenzmodulierter
Nachrichtenübertragungsanlagen wohlbekannt ist. Hier läßt sich gegebenenfalls die
Phasenmodulation der ankommenden Schwingungen als Frequenzmodulation mit einer Kurvenform
auffassen, die der zeitliche Differentialquotient der Phasenmodulationskurvenform
ist, so daß der Ausgang von 3 alle Frequenzen enthält, die in der ursprünglichen
Phasenmodulation enthalten waren, während die Phase jeder Frequenzkomponente um
900 verdreht ist.
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Die Phasenverteilung ändert sich zyklisch mit der Frequenz von Generator6;
der Ausgang des Diskriminators 3 enthält daher diese Frequenz, die durch Filter
4 ausgefiltert wird, um eine Sinuswelle zu erhalten. Ein Phasenvergleich mit der
von 6 erhaltenen Schwingung dient zur Anzeige der Ausbreitungsrichtung der ankommenden
Wellen in folgender Weise: In dem Fall, wo lediglich zwei Antennen benutzt werden,
kehrt sich die Phasenmodulation der ankommenden Wellen im Sinne um, je nachdem welche
Antenne in der Ausbreitungsrichtung der ankommenden Schwingungen am weitesten vorn
steht. Wenn beide Antennen quer zur Wellenfront stehen, so entsteht keine Phasenmodulation.
Der Ausgang vom Empfängerfilter 4 ist so eingertchtet, daß er gleich- oder gegenphasig
zum Ausgang von 6 ist, und der Phasenvergleicher 5 kann dann ein einfacher Rechts-Links-Anzeiger
oder Dynamometerkursmesser sein.
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So könnte die in Fig. I gezeigte Anordnung als solche dienen, die
zwei feste Antennen auf einem Flugzeug benutzt, die als Zielflugeinrichtung für
das Flugzeug benutzt werden können, indem man das Flugzeug so dreht, daß die beiden
Antennen stets quer zu der ankommenden Wellenfront stehen, was daran erkennbar ist,
daß das Instrument 5 auf Null zeigt, oder auch wenn man als andere Möglichkeit zwei
Antennen benutzt, die gemeinsam verdreht werden können, so lassen sich die in Fig.
1 gezeigten Anordnungen benutzen, um die Peilung eines den Empfänger tragenden Flugzeuges
zu bestimmen, indem man das Antennensystem so lange verdreht, bis das Instrument
5 auf Null zeigt, wobei die Peilung in bekannter Weise auf einer zu dem verdrehbaren
Antennensystem gehörigen Kompaßskala angezeigt wird.
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Wenn drei oder mehr in gleichen Abständen um einen Kreis herum angeordnete
Antennen benutzt werden, so ändert sich die Phase der Phasenmodulationsablenkung
der ankommenden Schwingungen, die durch die Umschaltung der Antennen entsteht, direkt
entsprechend der Ausbreitungsrichtung der ankommenden Schwingungen gegenüber dem
Antennensystem. Es ist dann wünschenswert, daß der Diskriminator oder Demodulator
3 einen Ausgang liefert, dessen Amplitude sich mit der Phasenänderung der ankommenden
Schwingung linear ändert, um auf dem Phasenanzeiger 5 eine fehlerfreie Peilangabe
zu erhalten.
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Wenn ein Phasendemodulator einer Phasenmodulationsfernmeldeanlage
benutzt wird, so ist der Ausgang am Diskriminator infolge eines plötzlichen Phasenwechsels
dem Sinus des Phasenwinkels proportional, so daß bei einem Abstand benachbarter
Antennen von mehr als 70ol el. (d. h. etwa einem Fünftel der Betriebswellenlänge)
eine gewisse Verzerrung der Demodulation eintritt. Diese Verzerrung veranlaßt bei
der gegenwärtigen Anwendung zur Peilung die Entstehung eines Peilfehlers, der dem
wohlbekannten Achtelkreisfehler bei dem herkömmlichen Adcockpeilsystem entspricht.
Wenn im vorliegenden Fall vier Antennen verwendet werden, so ist der Peilfehler
von Achtelkreischarakter, und wenn er nicht zu groß werden soll, dürfen benachbarte
Antennen um nicht mehr als eine Fünftelwellenlänge auseinanderliegen.
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Eine passende Form einer Diskriminatoreinrichtung, die diese einschränkende
Bedingung auf die
Antennenabstände vermeidet, indem sie mehr als
vier Antennen benutzt, soll nunmehr an Hand von Fig. 2 beschrieben werden, die bezüglich
des Diskriminators 3 die Anordnung von Fig. I mit mehr Einzelheiten zeigt. Die Blocks
erhalten dieselben Bezeichnungen wie in Fig. I, wobei die Diskriminatoranordnung
als Blockschema innerhalb des gestrichelten Rechteclçs 3 und das Antennensystem
samt Schalt- oder Umschaltsystem zusammengefaßt durch Block 8 angedeutet ist, während
die Ausgäng von fünf Antennen eingezeichnet und mit einem gemeinsamen Punkt verbunden
sind. Bei dieser Anordnung läßt sich der Antennenabstand auf mehr als eine Fünftelwellelllänlge
vergrößern, wenn die Zunahine der Verzögerung der Diskriminatorwege gleich der Anschaltezeit
einer Antenne ist, wie nachstehend erklärt werden soll.
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Wenn wir uns auf Fig. 2 beziehen, so stellt 9 einen Generator für
eine Schwingung konstanter Frequenz von bekannter Art dar, beispielsweise einen
quarzgesteuerten Oszillator, der eine Ausgangsfrequenz P abgibt. Block 10 stellt
eine Modulator- oder Detektorstufe dar, der die phasenmodulierte Schwingung vom
Ausgang des Amplitudenbegrenzers 2 mit der Frequenz zugeführt wird. Stufe 1o gibt
an ihrem Ausgang die Frequenzen (f + F) und (fF), die einem durch Rechteck 11 dargestellten
Filter zugeführt werden, das entweder die Frequenz (f + F) oder (f-F) an eine zweite
Modulator oder Detektorstufe weitergibt, die durch Rechteck 12 dargestellt wird,
die auch direkt vom Amplitudenbegrenzer 2 her mit der Frequenz f gespeist wird.
Der zweite Modulator oder Detektor 12 gibt an seinem Ausgang Summen- oder Differenzfrequenzen,
unter denen sich entweder (J - F) - f = -wenn Filter ii (J - F) durchläßt, oder
(f + F) - f = F befindet, wenn Filter ii die Frequenz (f + F) durchläßt. Die Frequenz
F wird am Ausgang des zweiten Modulators 12 ausgelesen und über ein durch das Rechteck
13 dargestelltes Filter gegeben.
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Es wäre zu bemerken, daß das Filter II nur das eine Seitenwand durchlassen
darf, entweder (f -oder (f +F), denn der Richtungssinn der Phasenmodulation des
Ausgangs des zweiten Modulators 12 bei der Frequenz F hängt davon ab, welches Seitenwand
gewählt wird. Wenn das Filter II beide Seitenbänder durchlassen würde, so würde
das gleiohzeitige Auftreten der Ausgänge gegenseitige Störungen und tiefe Amplitudenmodulation
verursachen.
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Der Ausgang von Filter I3 mit der Frequenz F wird dem durch Block
14 dargestellten Frequenzdiskriminator oder Phasendemodulator zugeführt, der eine
Schwingung niedrigerer Frequenz liefert, die der Phasenmodulation des Ausgangs des
Amplitudenbegrenzers 2 entspricht.
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Wenn wir das Arbeiten des Modulators 12 ausführlicher betrachten,
so ist zu beobachten, daß er von zwei Schwingungen gespeist wird, die beide phasenmoduliert
sind. Eine dieser Schwingungen stammt direkt vom Amplitudenbegrenzer 2, ist von
einer mittleren Frequenz f und trägt die Phasenmodulation, die durch die Tatsache
entsteht, daß der Empfänger der Reihe nach an verschiedene Antennen angelegt wird.
Die andere Schwingung stammt von Filter II, ist beispielsweise von einer mittleren
Frequenz fF (in dem Fall, wo das Filter II SO eingerichtet ist, daß es nur die unteren
in dem Modulator 10 entstehenden Seitenbänder durchläßt) und trägt dieselbe Phasenmodulation
wie die erste Schwingung, da diese Modulation im Modulator ohne quantitative Änderung
übertragen wird. Da notwendigerweise im Filter II und eventuell auch im Modulator
10 eine gewisse zeitliche Verzögerung oder Phasenänderung entsteht. so verzögert
sich die Phase der Modulation der zweiten den Modulator 12 speisenden Schwingung
gegenüber der Phase der Modulation der ersten Schwingung, und die von Modulator
I2 ausgehende Schwingung hat eine mittlere Frequenz gleich dem Unterschied zwischen
den beiden mittleren Eingangsfiequenzen, d. h. (f-Fj -J = -F, und eine momentane
Phase gleich der Differenz zwischen den momentanen Phasen der ankommenden Schwingungen.
Indem man die totale zeitliche Verzögerung in Modulator 10 und Filter 11 gleich
der Anschaltezeit einer einzelnen Antenne macht, erhalten wir den Zustand, daß jeweils
während jeder einzelnen Stufe des Antelmenumschaltungszyklus, d. h. während eines
Zeitraumes, wo der Empfänger mit einer bestimmten der umgeschalteten Antennen verbunden
bleibt, die Phase der den Modulator 12 direkt von dem Begrenzer 2 erreichenden Schwingung
der Phase der jeweiligen Antenne entspricht, während die Phase der den Modulator
12 über den Modulator 10 und Filter II erreichenden Welle der Phase derjenigen Antenne
entspricht, mit der der Empfänger während der unmittelbar vorhergehenden Etappe
des Umschaltezyklus verbunden gewesen war. Der Ausgang des Modulators 12 hat somit
eine mittlere Frequenz F und eine Phase, die nicht der Phase irgendeiner bestimmten
Antenne, sondern dem Phasenunterschied zwischen zwei nacheinander angeschalteten
Antennen entspricht. In dem NIaß, wie die Umschaltung fortschreitet, ändert sich
dieser Phasenunterschied in einer sich zyklisch wiederholenden Reihe von Schritten,
und der Ausgang des Modulators 12 wird effektiv phasenmoduliert, wobei die Kurvenform
der Modulation dem Differential der Kurvenform der am Empfängereingang infolge der
Umschaltung des Empfängers auf räumlich verschieden gelegene Antennen entstehenden
Phasenmodulation entspricht. Diese differentielle Phasenmodulation, die natürlich
denselben Informationswert besitzt wie die Kurvenform, aus der sie abgeleitet ist,
wird durch den Diskriminator 14 herausgezogen und über das Filter 4 dem Phasenvergleichsgerät
5 zu,geführt, um die erforderlichen Angaben bezüglich der Peilungsrichtung der ankommenden
Schwingung zu erhalten.
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Im Fall der beiden in Fig. I bzw. Fig. 2 dargestellten Anwendungsbeispiele
ist der Faktor, der den zulässigen Bereich der Phasenmodulation begrenzt, die Phasenänderung,
die der Diskriminator ohne ernstliche Verzerrung bewältigen kann. In
dem
Anwendungsbeispiel der Fig. I muß der Diskriminator die maximale Phasendifferenz
zwischen irgendwelchen zwei Antennen bewältigen, was, wie bereits gesagt, den Antennenabstand
auf höchstens etwa ein Fünftel der Betriebswellenlänge beschränkt.
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Bei dem Anwendungsbeispiel der Fig. 2 braucht der Diskriminator aber
nur die maximale Phasendifferenz zwischen zwei unmittelbar nacheinander angeschalteten
Antennen zu bewältigen. Bei dieser Anordnung ist es daher möglich, ein Antennensystem
mit viel größeren Gesamtabständen zu verwenden, solange genügend viel Antennen benutzt
werden, um sicherzustellen, daß der größte zwischen irgendwelchen nacheinander angeschalteten
zwei Antennen auftretende Phasensprung nicht so groß wird, daß der Diskriminator
überbeansprucht ist.
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Eine andere brauchbare Form eines Demodulators, die die durch den
Diskriminator bedingte Einschränkung des Antennenabstandes aufhebt, ist wie folgt:
Wenn wir uns auf Fig. I beziehen, so wird der Begrenzer 2 durch eine Frequenzteileinrichtung
ersetzt, die aus einem Oszillator besteht, dessen Frequenz eine Teilharmonische
der Empfängerausgangsfrequenz ist, von der er mitgenommen wird.
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Phasenänderungen des Empfängerausgangs erscheinen dann am Oszillatorausgang
im selben Verhältnis verkleinert, wie die Frequenz geteilt wird, so daß somit ein
Phasenbereich innerhalb des Arbeitsbereiches des Diskriminators gebraucht wird,
der sonst zu groß sein würde.
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Da der Oszillatorausgang von konstanter Amplitulde ist, ist auch
gleichzeitig eine Begrenzerwirkung vorhanden.
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Günstige Ausgestaltungen der Teile 6 und 7 von Fig. I sind die folgenden:
6 ist eine stabile Schwingungsquelle, beispielsweise ein quarzgesteuerter Oszillator,
dessen Ausgang Teil 7 zugeführt wird, der nach Art eines Multivibrators aufgebaut
sein kann, der zur Erzeugung von Impulsen von rechteckiger Gestalt und einer Zeitdauer
entsprechend der erforderlichen Länge eines Antennenumschalteimpulses eingerichtet
ist. Die besagten Impulse werden über einen durch Block 15 (Fig. 2) dargestellten
passiven Verzögerungsvierpol oder eine künstliche Leitung geleitet, an der Anzapfpunkte
D I bis D 5 die erforderliche Gruppe zeitlicher Impulse zur Antennenumschaltung
liefern.
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Diese Einrichtung vermeidet die Verwendung einer Mehrzahl von mit
Röhren arbeitenden Einrichtungen und liefert die erforderlichen Impulse in gleichbleibenden
Zeitabständen. Unter Benutzung dieser Einrichtung ist es möglich, zwischen den ver
schiedenen Impulsen kleine Zeitabstände zu lassen, so daß die Umschalteeinrichtung
des Empfängers keine Uberlappung zwischen den Signalimpulsen vor dem Anlegen an
den Begrenzer im Empfänger veranlaßt, so daß die Phasensprünge unabhängig von den
Spannungsamplituden werden. Falls gewünscht, läßt sich von dem Verzögerungsvierpol
aus eine Rückkopplung benutzen, um die Schwingungsfrequenz des rechteckige Impulse
erzeugenden Multivibrators 7 zu stabilisieren, wie in der gebrochenen Linie I6 angedeutet.
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Eine andere brauchbare Form einer Einrichtung zur Antennenumschaltung
wird im Blockschema in Fig. 3 gezeigt. Diese Einrichtung soll unter der Annahme
beschrieben werden, daß acht Antennen A 1 bis A 8 vorhanden sind, die entsprechende,
in Reihe geschaltete Kristalldetektoren DI bis D 8 besitzen.
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Wenn wir uns auf Fig. 3 beziehen, so stellt der Block 17 eine Generatorschaltung
für rechteckige Impulse dar, beispielsweise nach Multivibratorart, oder einen Sinuswellenoszillator
mit nachgeschalteter Einrichtung zur Umformung in Rechteckschwingungen, beispielsweise
einen begrenzenden Verstärker. Um ein konkretes Beispiel zu nehmen, erzeugt Generator
17 Schwingungen mit einer Frequenz von 33,3 kHz. Der Ausgang von I7 wird einer durch
Block I8 dargestellten Differenzierschaltung zugeführt; die negativen Impulse des
Differentiationsproduktes werden in bekannter Weise, beispielsweise vermittels eines
Gleichrichters, ausgeschieden, so daß eine Folge kurzer positiver Impulse in Abständen
von 30 ,usec entsteht, die einer durch Block 19 dargestellten Frequenzteilschaltung
zugeführt wird. Der Frequenzteiler kann aus jeder wohlbekannten Multivibratorschaltung
bestehen, und die Folge positiver, von I8 stammender Impulse wird nun benutzt, um
die Multivibratorschaltung auf die achte Teilharmonische der Impulsfrequenz, d.
h. 33,3/8 4,16 kHz zu synchronisieren, da acht Antennen vorhanden sind; am Ausgang
von 19 werden Impulse mit dieser Impulsfrequenz in Abständen von 240 ,usec abgeleitet.
Diese am Ausgang von 19 entstehende Impulsreihe wird benutzt, um die erste von einer
Reihe von acht Kippschaltungen auszulösen, d. h. Multivibratorschaltungen, die so
eingerichtet sind, daß sie eine stabile und eine instabile Lage besitzen und jeweils
Zeiträume von 30 ,usec definieren. Das bedeutet, daß nach dem Umsteuern aus der
stabilen in die instabile Lage diese Kippschaltung nach Ablauf von 30 ,t4sec automatisch
in den Ruhezustand zurückkehrt. Diese Kippschaltungen sind in Fig. 3 durch die Blocks
KI bis K8 dargestellt, wobei jeweils für jede der Antennen A I bis A 8 eine vorhanden
ist. Ein von einer Kippschaltung erhaltener Impuls wird benutzt, um jeweils die
nächste in der Reihe von Kippschaltungen auszulösen, wie durch die Reihen- oder
Kaskadenschaltungen der Blocks KI bis K8 angedeutet ist.
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Wie bis zu diesem Punkt beschrieben, sind die 3o-'isec-Zeiträume,
die durch die Kippschaltungen K I bis K 8 definiert sind, nicht genau gleich, denn
sie hängen von der jeweiligen Einstellung jeder Kippschaltung ab. Um nun diese 3o-'isec-Intervalle
zu stabilisieren, wird die Impulsreihe mit 30-,usec-Zwischenraum, die in der Differenzierschaltung
18 entsteht, über die Leitungen I allen Kippschaltungen K I bis K 8 in solchem Sinne
zugeführt, daß sie die Umstellung dieser Schaltungen in ihre stabilen Zustände erleichtern.
Von Haus aus sind die Eigenperioden der Kippschaltungen so eingestellt, daß sie
an sich eher größer als 30,sec sind, z. B, 35 bis
40 ,sec, und die
Impuiskette mit 30 ,usec Abstand wird benutzt, um die genauen Augenblicke der Rückkehr
ins stabile Gleichgewicht zu beschleunigen und zu steuern. Da jeweils nur eine einzige
Kippschaltung einen aktiven Arbeitszyklus durchlaufen kann, wird durch jeden Impuls
nur eine einzige Kippschaltung in die stabile Gleichgewichtslage zurückversetzt.
Der Vorgang der Rückstellauslösung einer bestimmten Kippschlaltung veranlaßt die
Anlaß auslösung der nächsten Kippschaltung, die ihrerseits wiederum durch den nächsten
Impuls in die Ruhelage zurückgestellt wird.
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Bei einer empfehlenswerten Anordnung bestehen die Schaltungen je
aus einer Mehrgitterröhre, deren Elektroden unter sich als Kippschaltung verbunden
sind.
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Die rechteckige Kurvenform des Ausgangs dieset Kippschaltungen hat,
wie man bemerkt, ein Ein-Aus Verhältnis von 1 : 7, und der Beginn der Ruheperiode
einer Schaltung fällt genau mit dem Beginn der Arbeitsperiode der nächstfolgenden
Schaltung zusammen, wie in 201 bits 208 (Fig. 3) angegeben.
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Die Impulse 20l bis 208 werden in passender Stärke an die jeweiligen
Kristalldetektoren D I bis D8 angelegt und schalten dadurch jeweils für Zeiträume
von 30 ysec die zugehörigen Antennen Ai bis AS nacheinander an den Empfänger und
dies alle 240 ,sec. Auf diese Weise erreicht man ein zyklisches Umschalten von Antenne
zu Antenne mit Gesamtfrequenz von 4,I6 kHz.
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Die Antennen A I bis 24 8 liegen im allgemeinen verschieden weit
von der Sendebake weg, und daher wird ein plötzlicher Phasenwechsel des hochfrequenten
Trägers erreicht, wenn eine Antenne genau im Zeitpunkt der Anschaltung der nächstfolgenden
Antenne abgeschlaltet wird.
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Der Ausgang des Frequenzteilers 19 wird als Vergleichsschwingung
benutzt und läßt sich über ein Filter schicken, um eine Sinuskurve zu ergeben, oder
sonst eine Behandlung durchzumachen, die von der Art des benutzten Phasenvergleichers
5 abhängt.
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Die praktischste Art eines Detektors für die Antennenumsclhlaltedetektoren
DI, D 2, D 3 usw. hängt von dem Frequenzband ab, in dem die Anlage arbeiten soll.
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Bei sehr kurzen Wellenlängen ist es erforderlich, während des Impulses
einen Signalweg von sehr niedrigem Widerstand zu schaffen, aber es darf andererseits
keine Verbindung infolge von Eigenkapazität bestehen, solange kein Impuls vorhanden
ist. Aus diesem Grund hat man gefunden, daß ein Detektorkristall die beste Lösung
ergibt.
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Typische Zahlenwerte für einen passenden Kristall zur Umschaltung
von Antennen bei Frequenzen von etwa iooMHz sind: Widerstand 200 Ohm in Durchlaßrichtun,g
und 2000 Ohm in Sperrichtung. Kapazität 1 pF entsprechend 1500 Ohm Blindwiderstand.
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Ein Kristalidetektor wird also zwischen jede Antenne und ihre zugehörige
HF-Leitung und ebenso zwischen jede HF-Leitung und ihren Verbindungspunkt mit anderen
Leitungen eingeschaltet.
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Hierdurch und durch die Verwendung eines Parallelwiderstandes zu jeder
Leitung wird das effektive Ein-Aus-Verhältnis jeder Antenne stark verbessert, und
der Empfänger ist stets über eine einzige HF-Leitung mit einer einzelnen Antenne
verbunden, was die Belastung der Empiängereingangsschaltung durch eine Mehrzahl
von Leitungen und einen eventuellen Kurzschluß bei manchen Frequenzen vermeidet.
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Bei längeren Wellenlängen werden zur Antennenumschaltung Organe D
I bis D 8 in Form von Diodenstrecken als besonders zweckmäßig gefunden, da die höhere
Eigenkapazität (für eine gegebene Leitfähigkeit) nur einen sehr geringen Nebenschluß
bedeutet und die dhmsche Ableitung sehr viel geringer als bei dem Kristalldetektor
ist.
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Das Verfahren, nach dem die die Antennen umschaltenden Detektoren
umgeschaltet werden, soll am besten so sein, daß, wenn der Detektor sperrt, die
Antenne selbst nicht nur vom Empfänger abgetrennt, sondern auch daran gehindert
wird, ankommende Wellen zu reflektieren (mit daraus folgender Rückwirkung auf andere
gerade benutzte Antennen). Eine praktisch mögliche Ausführung von Antenne und Umschaltedetektor
ist in Fig. 4 gezeigt. Diese Antenne ist als gefalteter Halbdipol A gezeichnet,
der für die vor allem in Frage kommende Betriebsfrequenz eine Viertelwellenlänge
lang ist. Wenn der Detektor D sperrt, ist die Antenne von der Leitung abgetrennt
und liegt als offene Viertelwellenleitung für sich allein, die nicht in der Lage
ist, die ankommende Welle zu absorbieren oder zu reflektieren. Teil 21 ist die HF-Leitung,
die die Antenne A mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt J verbindet und als konzentrische
Leitung dargestellt ist. Ein Kondensator 22 ist zwischen Kristalldetektor D und
Leitung 21 eingeschaltet. Der passende, in zeitlicher Phase liegende Impuls von
der den Phasenimpuls herstellenden Schaltung 7 (Fig. I) wird an den Knstalldetektor
D durch Leitung 23 über einen Widerstand oder Drossel 24 WiR gezeigt angelegt.
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Ulfrakurzwellenpeilsystem Bei einem Peiler, der auf einem Frequenzbereich
von beispielsweise 100 bis I50 MHz arbeiten soll, ist es durchaus möglich, eine
in einem Kreis vom Durchmesser einer oder sogar zwei Wellenlängen angeordneten Gruppe
von Antennen zu verwenden, wobei es dann erforderlich wird, insgesamt etwa acht
bzw. zwölf Antennen zu benutzen; die Wirkungen von Hindernissen am Empfangsort gibt
dann weit weniger Anlaß zu Peilfehlern als bei normalen Adcocksystemen.
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Bei solchen Frequenzen ist die Durchlaßbreite eines normalen Empfängers
etwa roo kHz, was eine Anschwingzeit von etwa IoCcsec verlangt. Eine praktisch mögliche
Einschaltezeit für jede Antenne auf Grund dieser Anschwingzeit ist 30 llsec, so
daß für das Acht-Antennensystem die zyklische Periode 240 ,tbsec und die zyklische
Modulationsfrequenz ein weniges über 4 kHz beträgt. Eine solche Umschaltefrequenz
ist sehr angenehm, da die Umschaltung beim Empfang von Sprache nur vernachlässigbare
Störungen
hervorbringt, so daß beim Peilen gleichzeitig auch noch Stationsansage und Betriebsmitteilungen
gegeben werden können.
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Langwellenpeilsystem Die im vorstehenden beschriebenen Verbesserungen
bringen ein stark verbessertes automatisches Peilsystem zur Benutzung bei langen
Wellen, insbesondere in Fällen, wo wie bei Fahrzeugen wenig Platz für die Antenne
zur Verfügung steht. Das normale Adcocksystem ist unbrauchbar, wenn der Antennenabstand
ein sehr kleiner Bruchteil der Betriebswelle ist, da die Differenz in der Eingangsspannung
von zwei zufällig ungleichen Antennen nicht mehr ein Maß für die Phasendifferenz
ist. Bei den Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung bestehen keine derartigen
Einschränkungen, denn ungleiche Eingangsspannungen werden durch die Wirkung des
Empfangsibegrenzers 2 ausgeglichen Die Geschwindigkeit der Antennenumschaltung muß
natürlich im Vergleich zu UKW-Betrieb stark herabgesetzt werden, aber die herabgesetzte
Umschaltegeschwindikeit steht nach wie vor im Einklang mit den herkömmlichen Normen
für die Empfängerselektivität bei solchen Frequenzen.
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Bei einer Langwellenanlage werden die die Antennen umschaltenden
Dioden D normalerweise mit den Antennen A in Reihe geschaltet, die der Reihe nach
durch denselben Blindwiderstandsvierpol abgestimmt werden. Da praktisch alle Antennen
letzten Endes durch dieselbe Leitung vom Verbindungspunkt J zum Empfängerverstärker
I angeschaltet werden, wird jede Antennen über eine niederohmige Diode D mit dem
Anpassungsvierpol oder dem ersten Abstimmkreis des Empfängers verbunden, so daß
jede Antenne durch denselben Vierpol abgestimmt wind. Daher veranlassen Abstimmfehler
keine gegenseitigen Phasenverschiebungen der von den jeweiligen Antennen kommenden
Eingangsspannungen, und Peilfehler können nicht entstehen.
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Funknavigationsbaken, Allgemeines Es wird Fachleuten klar sein, daß
die Bake mit Antennenumschaltung im Prinzip mit dem Peilsystem mit Antennenumschaltung
identisch ist.
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Wenn ein Sender nacheinander mit einer Mehrzahl von Antennen verbunden
wird, so trägt die irgendwo im Raum empfangene ankommende Spannung dieselbe Modulation,
wie sie im Empfänger auftreten würde, wenn Empfänger und Sender ihre Plätze vertauschen
würden. Daher läßt sich das bereits Ibeschriebene automatische Peilsystem leicht
in ein Drehfunkfeuer verwandeln, wenn man statt des Empfängers einen Sender einbaut.
Es ist indessen erforderlich, ein Bezugssignal zum Phasenvergleich mit der Modulation
der ankommenden Spannung zu übermitteln.
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Es gibt noch ein weiteres Merkmal, in dem die Baken- und Peilsysteme
notwendigerweise von einander abweichend sein müssen. Im Fall der Peilung wird es
selten, wenn überhaupt je von Vorteil sein, den Empfänger über HF-Leitungen verschiedener
elektrischer Länge mit Antennen zu verbinden. Im Fall einer Bake kann es indessen
von Vorteil sein, verschieden lange Leitungen zu benutzen, um eine Kurslinie herzustellen,
die nicht genau rechtwinklig zu einer breitseits aufgestellten Antennengruppe ist.
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Wenn beispielsweise ein Gleitpfad für Flugzeuge hergestellt werden
soll, ist es nicht erforderlich, eine breitseitige Antennengruppe aufzubauen, die
unter einem sehr kleinen Winkel gegen die Vertikale geneigt ist. Es ist praktisch
leichter möglich, alle Antennen auf Bodenhöhe zu setzen und sie in der Phase so
anzuordnen, daß entlang einem Gleitweg mit sehr geringer Neigung gegen die Horizontale
keine Phasenmodulation auftritt.
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Dieselben Vorsichtsmaßlnahmen sind erforderlich, um wie beim Peilsystem
gegenseitige Einwirkungen zwischen Antennen zu vermeiden. Wenn Antennen vom Empfänger
abgeschaltet werden, dürfen sie nicht in der Lage sein, die Energie von anderen
Antennen zu verschlucken oder zu reflektieren.
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Der Kristalldetektor ist natürlich nicht fähig, größere Leistungen
zu bewältigen, so daß andere Techniken erforderlich werden. Passende Umschaltedioden
ließen sich herstellen, obwohl große Ströme durchgelassen werden müssen, und weiter
würde ihre Unfähigkeit, die gesamte Leistung zu bewältigen, sie unbedingt zur Erzeugung
und Ausstrahlung von Oberschwingungen der Senderfrequenz bringen. Ein kleiner Nachteil
bei der Ausführung ist es auch, daß für die verschiedenen Umschalteimpulse ziemlich
hohe Leistungen erforderlich sind.
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Es ist natürlich möglich, für jede Antenne einen getrennten. Verstärker
zu verwenden, der leicht mit Impulsen modulierbar ist. Ein sehr passender Verstärker
für tiefere Hochfrequenz ist der wohlbekannte Kathodenverstärker. Bei höheren Frequenzen,
wo Kathodenverstärker nicht mehr recht wirkungsvoll sind, läßt sich ein Verstärker
mit geerdetem Gitter verwenden. Im letzteren Fall wird das Gitter für HF-Potentiale
geerdet, aber es läßt sich für die Antennenutnschaltung mit Impulsen betreiben.
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Die vorzuziehende Art von Umschaltung bei UKW ist indessen die mit
Hilfe einer Triode, die nicht als Verstärker, sondern einfach als variabler Widerstand
in Reihe mit der Senderspeisung für die Antennen geschaltet wird. Bei dieser Triode
(oder in manchen Fällen diesem Triodenpaar) liegt zwischen Anode und Gitter ein
Scheinwiderstand, der für HF vernachlässigbar ist, und der Kathoden-Anoden-Widerstand
wird ungefähr ebenso wie der Kathoden-Anoden-Widenstand der Diode benutzt.
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Ein Vorteil dieses Systems ist es, dlaß zur Scheinwiderstandsmodulation
nur geringe Impulsteistung erforderlich ist.
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Ein weiterer häufiger Unterschied zwischen der Baken- und Peiltechnik
ist der folgende (obwohl Peitsysteme in manchen Fällen diese Technik mit Vorteil
benutzen könnten): In Fällen, in denen die Bake (oder der Peiler) nur einen Teil
des Raumes bedienen sollen, ist es wünschenswert, die ausgesandte Energie auf diesen
Raum zu konzentrieren.
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Einzelantennen der Bake (oder des Peilers) lassen
sich
vorteilhaft so bauen, daß sie die erforderlichen Richtungseigenschaften haben. Die
jeweiligen einzelnen Richtdiagramme sollten natürlich in Gestalt und Stärke sehr
ähnlich sein, damit keine unerwünschte Amplitudenmodulation der abgegebenen Strahlung
entsteht.
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Noch ein weiterer unterscheidender Gesichtspunkt bei der Bake ist
der, daß es oft erforderlich wird, neben der Angabe hinsichtlich Peilung noch weitere
Nachrichten durchzugeben. Alle im nachstehenden heschriebenen Baken können Sprache
oder sonstige Nachrichten durch einfache Amplituden oder Frequenzmodulation der
gesamten Sendung ausstrahlen. Im Fall von Amplitudenmodulation des Senders, beispielsweise
durch Sprache, wird sie vor der Zuleitung zum Empfängerbegrenzer demoduliert, wobei
die Sprachmodulation weggenommen wird, bevor die Richtungsangaben entnommen werden.
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Fig. 5 zeigt schematisch eine einfache Bake, die in der Horizontalen
einen einzigen Kurs gibt und die vorliegende Erfindung benutzt. In Fig. 5 wird ein
durch Block 25 dargestellter Sender benutzt, um nacheinander zwei Antennen TA I
und TA 2 vermittels einer Umschalteeinrichtung, wie im vorstehenden beschrieben,
zu erregen, die durch Block 26 und die Detektoren TD 1 und TOD 2 dargestellt wird.
Die von einem Empfänger, der ständig von einer Einzelantennenanlage gespeist wird,
empfangene Energie ist tleichwertig der, die von dem entsprechenden Peilsystem,
nämlich der vorstehenden Zielfluganlage, empfangen würde. Damit es nicht notwendig
werden soll, ein besonderes Signal für den Richtungssinn auszustrahlen, werden nach
einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung die beiden Antennen verschieden lang
erregt. Zu diesem Zweck kann die Umschalteeinnchtung einen Impulsgenerator von rechtwinkeliger
Wellenform und ungleichen Ein- und Ausschaltezeiten erhalten, wobei seine abgegebene
Spannung an die Detektoren TDI bzw. TD2 mit umgekehrter Phase angelegt wird.
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In allen Richtungen ist die ankommende Spannung im wesentlichen ohne
Amplitudenmoduilation, aber sie erleidet rhythmische Phasensprünge. Die Kurvenform
der Phasenmodulation ist tatsächlich nach Art sich ergänzender Punkte oder Striche,
je nachdem wie man von der Kursrichtung abweicht, wie hernach erläutert werden soll.
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Ein zur Verwendung mit der Bake gedachtes Empfängersystem kann, wie
in Fig. 6 gezeigt wird, aus einer einzelnen Empfangsantenne A 10 von jeder geeigneten
passenden Form, einem durch Block 27 dargestellten HF-Verstärker, einem durch Block
28 dargestellten Amplitudenbegrenzer und einem Phasen- oder Frequenzmodulationsdtemodulatof
normaler Art bestehen, wie er beispielsweise beim FM-Rundfunk verwendet wird und
durch Block 29 dargestellt ist. Eine Demodulation durch eine derartige Anordnung
gibt einen Ausgang entsprechend der Frequenzmodulation der ankommenden Spannungen,
d. h. dem ersten Differentialquotienten der Phasenmodul,ation.
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Wenn wir uns nunmehr auf Fig. 7 beziehen, So stellt die Kurve a die
Stärke oder den Betrag der Phasenmodulation der an inden Empfängerklemmen anlçommenden
Spannung dar, wobei die augenbrlickliche Phase für verschiedene Zeitperioden zwischen
zwei festen Werten pendelt. Der Unterschied zwischen diesen beiden festen Werten
wird durch den Abstand zwischen den beiden Sendeantennen und durch den Winkel bestimmt,
den der Weg, über den die Energie empfangen wird, mit der Antennenebene bildet.
Die Kurvenform des Diskriminatorausgangs ist durch Kurve b in Fig. 7 dargestellt
und besteht aus Impulspaaren von entgegengesetzter Polarität, aber gleicher Amplitude.
Diese Spannung witd der durch Block 30 in Fig. 6 dargestellten Anzeigeschaltung
zugeführt, wo sie durch ein RC-Filter geleitet und somit geglättet wird, so daß
eine Kurvenform der durch Kurve c in Fig. 7 dargestellten Art entsteht; die geglättete
Kurve wird benutzt, um ein Anzeigeinstrument der wohlbekannten Art mit Nullpunkt
in der Mitte zu betätigen, wie es üblbicherweise bei Empfängern für Punkt-Strich-Anflugsysteme
benutzt wird. Wenn der Empfänger sich auf der richtigen Kurslinie befindet, so ist
die Phase der ankommenden Energie dieselbe, keinerlei mit welcher Antenne die Bake
gerade sendet, daher entsteht keine Phasenmodulation der ankommenden Welle, und
das Anzeigeinstrument verbleibt in Ruhelage. Wenn der Empfänger sich abseits von
der Kurslinie befindet, so ist die ankommende Energie phaseninoduliert, wobei sich
die Phase der Modulation umkehrt, je nachdem auf welcher Seite der Kurslinie sich
der Empfänger befindet, und das Instrument macht einen Ausschlag nach der einen
oder anderen Seite aus seiner Ruhelage.
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Wenn e'in Sprachkanal mit Ampli tudenmodulation vorgesehen ist, so
wird ein Teil des Ausgangs des HF- oder ZF-Verstärkers 27 dem AM-Demodulator zugeführt,
der durch Block 3I dargestellt ist, dessen Ausgang einem durch dieKopfhörer 32 dargestellten
Umwertunrgsgerät zugeführt wird.
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Es läßt sich feststellen, daß der nor,maleFrequenzdiskriminator maximalen
Ausgang ergibt, wenn die Phasenmodulationssprünge gleich go0 sind. Wenn die beiden
Antennen eine Viertelwellenlänge auseinanderliegen, so erscheint die Kurslinie im
rechten Winkel zu derAntennenreihe, und einIsursanzeiger mit Nullpunkt in der Mitte
ergibt einen Ausgang, der mit der Abweichung von der Kurslinie bis zur vollen Seitenrichtung
immer mehr zunimmt.
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Da der normale Diskriminator bei einem Phasensprung von 1800 gar
keinen Ausschlag gibt, so ergibt sich bei Antennenabständen von mehr als einer Halbwel'le
eine falsche Kurslinie, so daß die beste Hervorhebung eines Einzelkurses ohne Fehlkurse
sich für die Antennenabstände ergibt, d'ie gerade noch unter einer Halbwelle liegen.
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Für diese einfache aus zwei Antennen bestehende Bake lassen sich
die Antennen durch getrennte Verstärker oder sonstige mit Röhren arbeitende Tasteinrichtungen
tasten, während die Tast- oder Modulationsspannung durch einen einfachen Multi-
vibrator
mit ungleichem Ein-Aus-Verhältnis erzeugt wird, wie bereits bemerkt.
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Die Kurslinie läßt sich mit dem normalen Empfänger mit FM-Diskriminator
leichter feststellen, wenn beim Senden eine dritte Antenne hinzukommt, wie sie gestrichelt
in Fig. 5 dargestellt ist. Bei dieser Anwendungsart der Erfindung werden die drei
Antennen in einer Reihe aufgestellt und stehen in gleichen Abständen von etwa einer
Achtelwellenlänge; sie werden nacheinander und zyklisch in der Reihenfolge TAXI,
TA2, TA3, TAr, TA2... jeweils gleich lang und in derselben Phase erregt.
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Ein auf der Kurslinie, die senkrecht zu der Antennenreihe liegt und
durch Antenne TA2 geht, befindlicher entfernter Empfänger erhält nacheinander von
jeder Antenne Energie derselben Phase, d. h. ohne Phasenmodulation. Wenn der Empfänger
nach der einen Seite vom Kurs abliegt, so erhält er von jeder der Antennen Energie
mit einer anderen Phase, wobei der Modulationskurvenverlauf beispielsweise wie der
in Kurve d in Fig. 7 dargestellte wird, und der Ausgang des Frequenzdiskriminators,
der dem Differentialquotienten der Phasenmodulation entspricht, wie Kurve e in Fig.
7 aussieht, indem er für jeden vollen Umschaltezyklus an den Sendeantennen einen
großen und zwei kleine Impulse enthält, wobei der große Impuls im Vorzeichen gegenüber
den kleineren umgekehrt ist. Diese Diskriminatorausgangsspannung wird an ein Detektorsystem,
z. B. einen symmetrischen Brückengleichrichter mit quadratischer Kennlinie oder
einen vorgespannten Brückengleichrichter angelegt, um einen Ausgang von einheitlicher
Stromrichtung zu ergeben, dessen Vorzeichen durch das des größeren der Impulse bestimmt
wird; dieser Ausgang von gleicher Richtung wird an ein Anzeigeinstrument mit Nullpunkt
in der Mitte angelegt, um die Nadel nach einer Seite ausschlagen zu lassen. Wenn
der Empfänger auf der anderen Seite der Kurslinie abliegt, so kehrt sich die Phase
der Modulation um, die entstehende Ausgangsspannung bekommt umgekehrtes Vorzeichen
und lenkt das Anzeigeinstrument nach der anderen Richtung ab. Auf der Kurslinie
selbst fehlt die Modulation, und das Anzeigeinstrument verbleibt in Ruhe auf seiner
Mittelstellung.
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Fig. 8 zeigt als Beispiel eine Senderbakenanordnung für eine einzelne
Kurslinie von hoher Genauigkeit unter Benutzung der vorliegenden Erfindung.
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Das Sendeantennensystem besteht aus einer Anzahl von mehr als zwei
(fünf sind hier eingezeichnet) Antennen TA 11 bis TA Ig, mit denen jeweils ein spezieller
Umschaltegleichrichter TD ii bis TOD 15 in Reihe geschaltet ist. Jede der Antennen
ist über ihren zugehörigenUmschaltescheinwiderstandTD 11 bis TOD 15 mit einer durch
Block 33 dargestellten Sendeeinrichtung jeweils über eine Phaseneinstellschaltung
PN 1 1 bis PN 15 verbunden. Letztere ist so eingerichtet, daß die von 33 kommende
Leistung bei allen Antennen in Phase ist.
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Die Antennen sind in einer Reihe quer zu der gewünschten Kursrichtung
angeordnet. Die Antennen werden nacheinander erregt, erst von TA 12 bis TA I5, d.
h. von links nach rechts, oder umgekehrt für gleiche kleinere Zeiträume und dann
in umgekehrter Richtung von TA 14 bis TA ii oder umgekehrt für unter sich gleiche
längere Zeiträume.
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Zu diesem Zweck sind zwei Umschalteeinrichtungen vorgesehen und können,
wie im Zusammenhang mit Fig. 2 oder 3 beschrieben, arbeiten unter Benutzung der
Verzögerungsschaltung oder der Reihe von Kippschaltungen. In beiden Fällen sind
die Umschalteeinrichtungen in Fig. 8 durch die Blocks 34 und 35 dargestellt.
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Bei der dargestellten Anordnung sind durch die Blocks 36 und 37 dargestellte
Kippschaltungen so angeordnet, daß sie beim Ansprechen Impulse von praktisch rechteckiger
Kurvenform erzeugen, wobei die von 37 stammenden Impulse von längerer Dauer sind
als die von 36 kommenden Impulse, wie dies an der Stelle 38 bzw. 39 eingezeichnet
ist.
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Es ist zu beachten, daß Antenne TA 15 durch einen Impuls vom Umschaltegerät
34 allein gesteuert wird und daß Antenne TA Ii durch einen Impuls von 35 allein
gesteuert wird, daß aber die Antennen TA I2, TA I3 und TA I4, d. h. die dazwischenliegenden
Antennen, durch Impulse von beiden Schaltgeräten 34 und 35 in der richtigen Reihenfolge
gesteuert werden.
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Wenn 34 und 35 Verzögerungsschaltungen darstellen, so erhält man
von 34 einen um ein Zeitintervall gleich der Dauer eines Impulses 41 verzögerten
Impuls; er wird benutzt, um die Kippschaltung 37 auszulösen, deren abgegebener Impuls
38 von längerer Dauer als 39 ist und an den Eingang der Verzögerungsschaltung 35
und auch zur Steuerung von Antenne TA 14 angelegt wird. Impulse werden an passenden
Anzapfpunkten TP 3, TP2 und TP I so abgenommen, daß der Abstand zwischen den Impulsen
gleich der Impulsdauer ist.
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Diese Impulse werden angelegt, um jeweils die Antennen TA 13, Pa 12
und TA I I zu steuern. Ein am Abgreifpunkt TPO an 35 abgenommener Impuls wird gegenüber
dem von TPI erhaltenen Impuls um die Dauer eines Impulses 38 verzögert und benutzt,
um die Kippschaltung 36 auszulösen, die die kürzeren Impulse 39 erzeugt, die an
Länge dem Impuls 41 gleich sind. Diese Impulse werden an den Eingang der Verzögerungsschaltung
34 angelegt und auch direkt benutzt, um die Antenne TAXI2 zu steuern. Impulse, die
um Zeitintervalle gleich der Dauer eines Impulses 39 verzögert sind, werden an den
Abgreifpunkten TK3, TK4 und TK 5 abgenommen, um die Antennen TA I3, TA 14 und TA
15 zu steuern. Ein Impuls von TK6 an der Verzögerungsschaltung 34 wird benutzt,
um die Kippschaltung 37 auszulösen, und die Wirkung des Umschalters wiederholt den
Zyklus wie beschrieben.
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Wenn die Rechtecke 34 und 35 Reihen von Kippschaltungen darstellen,
so wird der Ausgang der letzten Kippschaltung von 34 benutzt, um die erste Kippschaltung
der Reihe 35 auszulösen, und der Ausgang dieses ersten Relais wird zur Steuerung
von TA 14 benutzt. Die Ausgänge der zweiten, dritten und vierten Kippschaltung werden
benutzt, um TA I3 bzw. TAXI2 oder TA II zu steuern. Der
Ausgang
der vierten Kippschaltung von 35 wird benutzt, um die erste Kippschaltung der Reihe
34 auszulösen, deren Ausgang benutzt wird, um TA 12 zu steuern. Ebenso steuern die
Ausgänge der zweiten, dritten und vierten Kippschaltung von 34 die Relais TA I3,
TA 14 bzw. TA 15. Der Ausgang der vierten Kippschaltung von 34 wird benutzt, um
die erste von 35 auszulösen, und der beschriebene Zyklus wiederholt sich.
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Der mit einer Bake, wie an Hand von Fig. 8 beschrieben, benutzte
Empfänger ist derselbe wie der mit Bezug auf Fig. 6 beschriebene Empfänger.
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Der Abstand benachbarter Antennen darf nicht größer als eine Halbwellenlänge
sein und wird zweckmäßigerweise nicht viel größer als eine Viertelwellenlänge gemacht.
Wenn die Antennen von einer gemeinsamen Stromquelle gleichbleibender Stärke über
gleiche Weglängen von der Quelle gespeist werden, so ergibt sich rechtwinklig zu
der Antennengruppe keine Modulation.
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Natürlich ist die ankommende Spannung phasenmoduliert entsprechend
Kurve a (Fig. g) oder derselben Kurvenform mit umgekehrtem Sinn entsprechend der
Richtung der Abweichung von der Kurslinie.
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In einem praktisch möglichen Fall mit vielen Stufen, d. h. vielen
Antennen, beschreibt die Phasenmodulationskurve, die sich bei einem Empfänger mit
beschränkter Bandbreite ergibt, die glattere Kurve b in Fig. g, und die Differentiation
durch den Frequenzmodulator in 29 (Fig. 6) ergibt die Kurvenform von Kurve e (Fig.
9), d. h. Striche auf der einen Seite der Kursrichtung und Punkte auf der anderen,
was direkt an die Anzeigeschaltung 30 angelegt werden kann.
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Als andere Möglichkeit nimmt bei weniger Antennen und unter Benutzung
eines mäßig breitbandigen Empfängers und eines Breitbandfrequenzmodulators die Phasenmodulationskurve
der Kurve a (Fig. 9), die am Eingang des Diskriminators 29 auftritt, nach dem Differenzieren
das Aussehen (Fig. 9) an, woraus nach etwas Glätten die tatsächliche Kurvenform
c (Fig. g) entsteht (Bezugspegel nicht eingezeichnet). Die Glättungsschaltung kann
in diesem Fall ein Tiefpaß sein.
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Die im Zusammenhang mit Fig. 8 beschriebene Einrichtung bietet auch
eine praktische Bauart einer Gleitwegbake unter Benutzung einer Gruppe von waagerechten
Strahlern, die jeweils recht nahe am Erdboden, beispielsweise in einem Abstand einer
halben Wellenlänge, angeordnet sind.
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Da es indessen nicht erwünscht ist, eine senkrechte Kurslinie herzustellen,
so nehmen die Speiseleitungen vom Sender zu den verschiedenen Antennen vom einen
Ende der Antennengruppe zum anderen in der Länge immer mehr zu, wobei in diesem
Fall die Phasennachsteller PN II bis PN IS weggelassen werden oder auch wiederum
zum Nachregeln des Gleitweges benutzt werden können.
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Die Phasenmodulation Null entsteht im Raum über der Oberfläche eines
spitzwinkligen Konus, dessen waagerechte Achse die Linie ist, entlang derer die
Antennengruppe angeordnet ist.
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Diese Kegelfläche läßt sich natürlich so gestalten, daß sie eine
durch ein in der Waagerechten arbeitendes System definierte senkrechte Ebene schneidet
und daher einen vorbestimmten einzelnen Gleitweg definiert.
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Im Fall einer Gleitpfadbake ist es nicht unbedingt notwendig, falsche
Kurse auch bei solchen Winkeln zu vermeiden, die vom richtigen Kurs sehr weit abliegen,
da infolge übermäßiger Steilheit solche falschen Kurse vom Flugzeugpiloten nicht
verwechselt werden können. Daher ist der Antennenabstand nicht auf höchstens eine
Halbwellenlänge beschränkt, und die Gesamtzahl von Antennen, die zu guter Hervorhebung
des Kurses erforderlich sind, ist nicht hoch.
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Ein Drehfunkfeuer, das die Erfindung benutzt, ist in Fig. 10 dargestellt,
und der Empfänger zur Benutzung der Bake zur Peilbestimmung ist in Fig. II dargestellt.
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Die in Fig. 10 dargestellte Bake ist dem entsprechenden automatischen
Peilgerät, wie es in Fig. I dargestellt ist, sehr ähnlich, und es ist daher nicht
notwendig, mehr Einzelheiten wiederzugeben.
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Eine Mehrzahl von Antennen (in Fig. 10 sind acht eingezeichnet) TA2I
bis TA28 sind in gleichmäßigen Abständen entlang dem Umfang eines Kreises angeordnet,
und sie werden wie in der im Zusammenhang mit Fig. 2 oder 3 beschriebenen Umschalteanordnung
rundherum der Reihe nach für jeweils gleiche Zeitdauer umgeschaltet oder getastet.
Eine solche Anordnung wird in Fig. 10 durch das Rechteck 40 dargestellt, von der
Impulse bestimmter Phase von rechteckiger Kurvenform an die jeweiligen Tastgleichrichter,
beispielsweise Dioden D2I bis D28, angelegt werden, die mit den entsprechenden Antennen
in Reihe geschaltet sind, um in zyklischer Reihenfolge den Durchgang von Energie
von einem durch Block 41 dargestellten Sender zu gestatten. Wie in Fig. 10 zu ersehen,
wird der Sender 41 mit jeder Antenne über eine HF-Leitung derselben Länge verbunden,
und daher werden alle Antennen mit Energie gleicher Phase gespeist.
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Die von der Bake nach Fig. 10 ausgehenden Wellen, die irgendwo im
Raum empfangen werden, sind somit mit der Drehungsfrequenz der Bake beim Umschalten
phasenmoduliert, und die Phase der Modulation ändert sich linear entsprechend dem
Peilwinkel des Empfängers gegenüber der Bake.
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Um eine direkte Ablesung des Peilwinkels zu erhalten, ist es erforderlich,
daß die Bake ein Vergleichssignal aussendet, mit Hilfe dessen im Empfänger eine
Vergleichsspannung erreicht werden kann. Dies läßt sich durch irgendeines der bekannten
Verfahren erreichen, z.
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I. Synchronisierimpulse lassen sich von der Bake entweder als positive
Impulse mit stärkerer Strahlung oder als negative Impulse mit vorübergehender Verringerung
oder Unterbrechung der Strahlung aussenden, wenn der Sender in bestimmter geographischer
Lage erregt ist.
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2. Amplituden- oder Phasenmodulation des von der Bake ausgestrahlten
Trägers mit der halben
Umschaltefrequenz der Bake. Eine Vergleichsschwingung
der richtigen Frequenz läßt sich im Empfänger durch Verdoppelung der eingehenden
Amplituden- oder Phasenmodulationsfrequenz erreichen.
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3. Eine besondere Trägerschwingung läßt sich von der Bake ausstrahlen
und kann irgendwie durch eine Vergleichsschwingung moduliert sein, die im Empfänger
in bekannter Weise gewonnen werden kann. Dieser getrennte Träger läßt sich auch
zur Überlagerung mit der Haupthakensendung im Empfänger benutzen, um die eingehenden
Schwingungen auf eine Frequenz umzuformen, die die Benutzung eines sehr stabilen
Frequenzmodulators gestattet.
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Eine Empfängerart zur Verwendung mit der Bake von Fig. 10 ist in
Fig. 11 dargestellt. In dieser Figur ist die Empfangsantenne bei A ii angedeutet
und wie im Fall von Fig. I wird der Ausgang von A 1 1 einem HF-Verstärker zugeführt,
der durch Block 42 dargestellt ist, sowie einem durch Block 43 dargestellten Amplitudenbegrenzer,
einem durch Block 44 dargestellten Phasendiskriminator, einem durch Block 45 dargestellten
Filter und der durch Block 46 dargestellten Phasenvergleichs- und Anzeigeschaltung.
Eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Vergleichsschwingung, die auf der obenerwähnten
Methode beruht, ist durch Block 47 dargestellt, und der Ausgang von 47 wird in wohlhekannter
Weise der Phasenvergleichseinrichtung 46 zugeführt.
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Wenn ein Sprach- oder sonstiger Signalkanal als Amplitudenmodulation
der Bakensendung überlagert ist, läßt sich ein Amplitudendemodulator mit einem Teil
des Ausgangs der HF-Verstärkerstufe 42 speisen wie im Fall von Fig. 6. Im Fall von
Frequenz- oder Phasenmodulation lassen sich die Signalfrequenzen vom Ausgang des
Diskriminators 44 in bekannter Weise abfiltern.
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Es ist ersichtlich, daß der Ausgang des Diskriminators 44 eine Kurvenform
hat, die der Kurve a (Fig. g) sehr ähnlich ist, nur daß die Sprünge gleich sind.
Der Ausgang des Filters 45 hat eine glatte, im wesentlichen sinusförmige Kurvenform.
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Während mehrere Anwendungsbeispiele der Erfindung hier beschrieben
worden sind, ist es klar, daß Einzelheiten bei jeder einzelnen von ihnen abgeändert
werden können, ohne vom Geist und Zweck des Erfindungsgedankens al)zugehen.