DE939881C - Mechanischer Modulator - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 8. MÄRZ 1956

I 6543 VIII α/21a*

Mechanischer Modulator

Die Erfindung betrifft Modulatoren und insbesondere Modulatoren, wie sie für Kursanzeigesignale von Baken verwendet werden.

Es sind verschiedenartige Modulatortypen für die Anlegung von Kurskennzeichnungssignalen an Radiobaken bekannt. So werden meistens Modulatoren verwendet, bei denen ein Motor ein Abstimmelement antreibt, um die Abstimmung von mit Übertragungsleitungen gekoppelten Netzwerken zu verändern. Das Netzwerk kann die Form einer Stumpf leitung oder eines gekoppelten Über tr agungsleitungsteiles haben, welches in einer Abstimmungsbedingung die Übertragung längs der Leitung praktisch blockiert und in einem anderen Abstimmungszustand den Durchfluß der Energie über die Leitung. nach der Last, im allgemeinen strahlende Antennen, gestattet. An Stelle mechanischer Abstimmittel sind bei solchen gekoppelten Netzwerken auch Schaltröhren zur Erzeugung der gewünschten Modulationen verwendet worden.

Da wegen der besseren Abschirmung der Speiseleitung die Energiezufuhr znim Verbraucher, z. B. zur Antenne, durchweg über koaxiale Leitungen erfolgt, ist bereits vorgeschlagen worden, derartige Modulatoren auch in Verbindung mit koaxialen Leitungen zu verwenden. Zu diesem Zweck wird die Leitung in U-Form gebogen und der Außenleiter in der Nähe des Bügels aufgeschnitten. Die Modula-

tion erfolgt dabei durch periodische Veränderung eines kapazitiven Blindwiderstandes zwischen der entstandenen Trennstelle im Außenleiter. Eine solche Anordnung .hat den Nachteil, daß eine Impedanzanpassung an die Leitung nur schlecht und eine Einstellung des Modulationsgrades nur in einem kleinen Bereich durchführbar ist.

Diese Mängel haften dem erfindungsgemäßen Modulator nicht an. Auf Grund des angewendeten ίο Resonanzeffektes für die. Modulation ist sogar ein Modulationsgrad von ioo°/o zu erreichen, der durch Verschiebung eines Kurzschlußbügels beliebig variiert werden kann.

Der erfindungsgemäße mechanische Modulator für ein Zweileiterübertragungssystem zur Kopplung einer Trägerfrequenzquelle mit einer Nutzlast, der aus einem koaxialen Leitungsstück besteht, das eine U-förmige Schleife bildet, und dessen Außen-. leiter in der Nähe des U-Bügels so weggeschnitten ist, daß ein Spalt entsteht, und der ferner einen Kurzschlußbügel an vom Spalt entfernten Punkten der U-förmigen Schleife zur Verbindung der Leiterteile, die die Schenkel des U bilden, aufweist sowie einen periodisch veränderlichen kapazitiven Blindwiderstand zwischen den weggeschnittenen Leitungsteilen des Außenleiters, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter des koaxialen, U-förmig gebogenen Leitungsstückes über die Schlitzstelle des Außenleiters hinaus in einer Schleife weitergeführt ist und dadurch wie eine mit der Leitung in Serie geschaltete Induktivität wirkt, die zusammen mit dem periodisch veränderlichen, kapazitiven Blindwiderstand einen Serienresonanzkreis bildet, der innerhalb des Variationsbereiches des kapazitiven Blindwiderstandes in Resonanz mit der zu übertragenden Trägerwelle kommt.

In der Zeichnung ist die Erfindung näher dargestellt.

Fig. ι zeigt eine schematische Darstellung einer Gleitwegbake mit .erfindungsgemäßen Modulatoren; Fig. ι a ist ein Ersatzschaltbild des in Fig. 1 dargestellten Modulators;

Fig. 2 ist eine Darstellung des konstruktiven Aufbaus des Modulators.

Fig. ι zeigt das wesentliche Schaltbild einer Gleitwegbake, welche Modulatoren gemäß der Erfindung aufweist. Von einer Trägerfrequenzquelle 1 wird die Ernergie über eine Koaxialleitung 2 einer Modulatorbrückenanordnung 3 zugeführt, welche aus vier koaxialen Leitungsteilen4,5,6und 7 besteht, welche WelLenwiderstände aufweisen, die j/2mal größer sind als die Generatorimpedanz. Jeder der Arme 4,5 und 6 ist praktisch eine Viertelwellenlänge der Trägerfrequenz lang, während der Arm 7 drei Viertelwellenlängen lang ist, so daß die Trägerfrequenz an der Verbindung der Arme 6 und 7 sich gegen-_;, seitig auslöscht. An diesem Verbindungspunkt kann ein verlustfreies Netzwerk 8 vorgesehen sein, welches Blindenergie verbraucht, wenn die Leitungen an der Brücke nicht genau ausbalanciert sind. In Praxis wird ein vollständiges Brückengleichgewicht nicht dauernd vorhanden sein, so daß dieses Kompensationsnetzwerk meistens erforderlich ist. Von dem Verbindungspunkt der Arme 4 und 7 erstreckt sich eine koaxiale Speiseleitung 9, die in der Form einer Schleife gefaltet ist, an eine erste Antenne 10. Eine ähnliche koaxiale Speiseleitung 11 erstreckt sich von dem Verbindungspunkt der Arme 5 und 6 an eine zweite Antenne 12. Die Antennen 10 und 12 sind in Praxis in unterschiedlichen Höhen über der Erde befestigt, so daß sie sich überlappende Strahlungsdiagramme erzeugen, wobei die Strahlungsdiagramme mit unterschiedlichen Kennzeichnungssignalen moduliert sind, so daß die Kurslinie auf einem Flugzeug gekennzeichnet werden kann. Um die relativen Energieamplituden, die den zwei Antennen zugeführt werden, einzustellen, ist ein variables Netzwerk 13 vorgesehen, welches mit der Speiseleitung der Antenne 12 gekoppelt ist. Dieses Netzwerk kann eingestellt werden, um die relative Energieamplitude, welche die Antenne 12 erreicht, zu steuern.

Um die gewünschte Modulation der von den Antennen ausgestrahlten Energie zu erzeugen, sind getrennte Modulatornetzwerke 14 und 15 in den Speiseleitungen 9 und 11 vorgesehen. Das Modulatornetzwerk 14 besteht aus einem praktisch U-förmigen Teil der Übertragungsleitung 9 mit den zwei Schenkelteilen 16 und 17 und einem Schleifenteil 18. Die äußeren Leiter der Teile 16 und 17 sind an einem Ende weggeschnitten, um einen Spalt 19 am Schleifenteil 18 zu schaffen. Zwischen den Schenkel teilen 16 und 17 ist ein Kurzschlußbügel 20 zwischen den äußeren Leitern vorgesehen. Den Spalt zwischen den äußeren Leitern 16 und 17 überbrückt ein variabler Blindwiderstand 21, welcher aus einem Paar Statorplatten 22 und 23 und einer Rotorplatte 24 bestehen kann. Die Rotorplatte 24 hat zweckmäßigerweise die Form einer mehrflügeligen Scheibe, welche mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit mittels eines Motors M angetrieben wird, so daß die Flügel intermittierend zwischen die Statorplatten 22 und 23 gelangen. Der der Übertragungsleitung 11 zugeordnete Modulator 15 ist in jeder Hinsicht dem Modulator 14 gleich mit der Ausnahme, daß der Kondensator 26 einen Rotor mit unterschiedlicher Flügelzahl aufweist, so daß bei Veränderung der Blindwiderstandsbestimmung eine unterschiedliche Frequenz erzeugt wird, wenn der Rotor vom Motor M synchron mit dem Rotor 24 angetrieben wird. Der Modulator 14 kann z. B. das 90-Hz-Signal erzeugen, während der Modulator 15 das 150-Hz-Signal erzeugt, welche beiden Signale üblicherweise in Radiobaken verwendet werden.

Die Wirkungsweise des Modulators zur Erzeur gung des Modulationssignals wird aus folgender Beschreibung verständlich werden. Das Übertragungsleitungsnetzwerk ist vorzugsweise mit seinem Wellenwiderstand an die Impedanz der Trägerquelle angepaßt. Die Leitung 2 hat solch eine Länge, daß die Trägerquelle am Verbindungspunkt der Arme 4 und 7 und am Verbindungspunkt der Leitungen 5 und 6 angeordnet betrachtet werden kann. Die Leitungsteile 9 und 11 zwischen diesen Verbindungspunkten und die respektiven Spalte sollten weiterhin ein ganzzahliges Vielfaches einer

halben Wellenlänge der Arbeitsfrequenz sein, so daß die Generatorquelle auch an diesem Spalt angeordnet angenommen werden kann. Da der äußere Leiter an diesem Punkt aufgetrennt ist, ist für die Quelle eine relativ hohe Impedanz vorhanden. Der innere Leiter bildet eine Schleife i8 an diesem Punkt über dem Spalt in den Außenleitern, so daß dort eine Spannungsdifferenz auftritt. Diese Spannungsdifferenz führt dazu, daß aus den Schenkeln i6 und 17 ein abgeglichenes Übertragungssystem gebildet wird. Wenn der Kurzschlußbügel 20 eine Viertelwellenlänge vom Spalt entfernt ist, bilden die äußeren Leiter Teile eines Viertelwellenteiles einer abgeglichenen Übertragungsleitung. Unter diesen Umständen wird eine praktisch unendlich hohe Impedanz zwischen den äußeren Leitern am Spalt vorhanden sein. Es tritt so eine Unstetigkeit in der Speiseleitung nach der Antenne auf, welche praktisch die Energieübertragung an die Antenne unterbricht. Dies ist der Zustand minimaler Energieübertragung im Modulationszyklus.

Die durch den Mittelleiter gebildete Schleife 18 stellt einen gewissen induktiven Blindwiderstand dar. Wenn ein kapazitiver Blindwiderstand zwisehen den äußeren Leitern am Spalt vorgesehen wird, der eine resultierende Reaktanz gleichen Wertes wie die Schleife 18 bildet, wird eine Serienresonanz in der Speiseleitung erzeugt, welche eine niedrige Impedanz über dem Spalt ergibt. Dies stellt die Kontinuität in den Leitern wieder her, so daß Leistung an die Antenne übertragen wird. Durch periodische Einfügung und Beseitigung solch einer Reaktanz kann eine Modulation der der Antenne zugeführten Energie erzeugt werden. Da die Spannungen an den äußeren Leitern am Spalt von gleicher Amplitude und entgegengesetzter Polarität sind, tritt in der Mittenebene zwischen den äußeren Leitern eine Gleichpotentialzone auf. Ein Leiter kann deshalb längs dieser Gleichpotentialebene eingefügt werden, ohne daß irgendeine merkliche Spannung in ihm induziert wird. So kann der mehrblättrige Rotor an diesem Punkt der Gleichpotentialzone für die Veränderung der Kapazität zwischen diesen Punkten eingefügt werden. Es wird klar sein, daß durch Rotation solch eines mehrblättrigen Rotors mit einer bestimmten Geschwindigkeit eine Modulation der erforderlichen Frequenz erzeugt werden kann. Die Form der Stator- und Rotorplatten ist so, daß eine wirksame Sinuswellenmodulation mit minimaler Verzerrung erzeugt wird.

Im Modulator 15 kann der Rotor fünf Blätter aufweisen, während der Modulator 14 deren drei hat, so daß die Rotation dieser zwei Rotoren durch den Motor M die gewünschte 150- und 90-Hz-Modulation erzeugt. Vorzugsweise werden die Rotor- und Statorplatten für den 150-Hz-Modulator schmaler als diejenigen für den 90-Hz-Modulator gemacht, damit weniger Energie an die Antenne 12 als an die Antenne 10 gelangt, um die gewünschte Energieverteilung für den Gleitweg zu erreichen. Eine zusätzliche Steuerung kann durch das Netzwerk 13 erfolgen.

Es besteht eine gewisse Minimumkapazität zwischen den Statoren in den Blindwiderständen 21 und 26, so daß die entsprechenden Kurzschlußbügel nicht genau einen Abstand einer Viertel wellenlänge haben, sondern davon unterschiedlich sind, um diesen kapazitiven Endeffekt in Rechnung zu stellen. Wenn weniger als 100% Modulation gewünscht wird, können die entsprechenden Kurzschlußbügel so verschoben werden, daß die effektiven Stumpfteile langer als eine Viertelwellenlänge werden, so daß die Impedanz bei der minimalen Übertragungsstellung verringert wird, so daß während dieser Punkte des Modulationszyklus die Antennen noch Energie erreichen kann. Auf diese Weise kann die Einstellung der Kurzschlußbügel zur Steuerung der Modulationstiefe der Tonfrequenzen benutzt werden.

Aus dem vereinfachten Ersatzschaltbild, Fig. 1 a, kann die grundsätzliche Wirkungsweise des Systems leicht abgelesen werden. In dieser Figur ist die Quelle 1 mit den zwei Leitern 27 und 28 einer Zweileiterspeiseleitung verbunden, welche die Quelle 1 mit einer Belastung 29 verbindet. In einen dieser Leiter ist eine Induktanz 30 und in dem anderen der Leiter ein Spalt 31 vorgesehen, der durch einen kurzgeschlossenen Stumpf 32 überbrückt ist. Über dem Spalt 31 ist ein kapazitiver Blindwiderstand 33 angebracht, der zur Bildung einer Serien- ₉„ resonanz auf der Leitung eingestellt werden kann. Es wird klar sein, daß der Spalt an Stelle zwischen den äußeren Leitern auch im Innenleiter vorgesehen werden kann, wobei auch dann ein variabler Blindwiderstand für die Kompensation der durch den äußeren Leiter erzeugten Induktanz vorgesehen ist. Fig. 2 zeigt eine praktische Ausführungsform für die Modulatoren 14 und 15. Die Schenkel 16, 17 der Modulator-U-Schleife sind in einem Gehäuse 34 befestigt. Die Leiter werden durch isolierende Träger 35, 36 und 37 getragen. Ein Paar Metallelemente 38, 39 sind mittels einer Schraube 40 um die äußeren Leiter der Schenkel 16 und 17 geklemmt und bilden den Kurzschlußbügel 20. Die inneren Leiter 41,42 sind mit ihren Enden mit _1Og einem Block 43 verbunden und bilden den U-Bügel 18. An den Spaltenenden der Leiterschenkel 16, 17 sind Befestigungsklammern 44 und 45 befestigt, welche die getrennten Statorplatten 22 und 23 tragen. Der mehrblättrige Rotor 24 ist in einem Ge- n₀ häuseteil 46 befestigt, welches Teil einer Deckplatte 47 ist, so daß die Blätter in der zentralen Ebene zwischen den Statoren 22 und 23 mittels einer Antriebswelle 48 gedreht werden können.

Die Erfindung ist nicht auf Gleitwegbaken be- n₅ schränkt, sondern die Modulatoren können in irgendeinem gewünschten System verwendet werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mechanischer Modulator für ein Zweileiterübertragungssystem zur Kopplung einer Trägerfrequenzquelle mit einer Nutzlast, der aus einem koaxialen Leitungsstück besteht, das eine U-förmige Schleife bildet, und dessen Außenleiter in der Nähe des Ü-Bügels so weggeschnitten ist, daß ein Spalt entsteht, der ferner einen

   KurzschluJßbügel an vom Spalt entfernten Punkten der U-förmigen Schleife zur Verbindung der Leiterteile, die die Schenkel des U bilden, aufweist sowie einen periodisch veränderlichen kapazitiven Blindwiderstand zwischen den weggeschnittenen Leitungsteilen des Außenleiters, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter des koaxialen, U-förmig gebogenen Leitungsstückes über die Schlitzstelle des Außenleiters hinaus in einer Schleife weitergeführt ist und dadurch wie eine mit der Leitung in Serie geschaltete Induktivität wirkt, die zusammen mit dem periodisch veränderlichen, kapazitiven Blindwiderstand einen Serienresönanzkreis bildet, der innerhalb des Variationsbereichs des kapazitiven Blindwiderstandes in Resonanz mit der zu übertragenden Trägerwelle kommt.

   Angezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschriften Nr. 2228692, 2434917.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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