DE942643C

DE942643C - Procedure for phase control of spatially distant cooperating transmitters, taking into account fluctuations in transit time

Info

Publication number: DE942643C
Application number: DET6421A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erwin Roessler
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1952-07-04
Filing date: 1952-07-04
Publication date: 1956-05-03

Description

Verfahren zur Phasenregelung räumlich weit entfernter zusammenarbeitender Sender unter Berucksichtigung von Laufzeits chwankungen Bei verschiedenen Verfahren der Funktechnik, z. B. bei der Hyperbelnavigation oder beim Gleichwellenrundfunk, besteht die Aufgabe, die Phasenverschiebung zwischen den Schwingungen zweier oder mehrerer Sender, deren räumlicher Abstand in der Größenordnung von Ioo km liegen kann, vorzugsweise in der Mitte zwischen zwei Sendern konstant oder wenigstens ihre Änderungsgeschwindigkeit unter einem bestimmten Wert zu halten. Procedure for phase control of spatially distant collaborators Transmitter taking account of fluctuations in runtime With different procedures radio technology, e.g. B. in hyperbola navigation or in single-frequency broadcasting, The task is to determine the phase shift between the oscillations of two or several transmitters, the spatial distance of which is in the order of magnitude of 100 km can, preferably in the middle between two transmitters constant or at least theirs To keep the rate of change below a certain value.

Für die folgenden Betrachtungen ist es gleichgültig, ob die beiden Sender Schwingungen derselben Frequenz ausstrahlen oder ob ihre Frequenzen verschiedene Vielfache einer gemeinsamen Grundfrequenz sind. In diesem Fall wird die Phasenverschiebung zwischen beiden Schwingungen durch Vergleich zweier Vergleichs schwingungen gleidher Frequenz bestimmt, die durch Frequenzvervielfachung oder -teilung aus den ausgestrahlten Schwingungen gewonnen werden.For the following considerations it is irrelevant whether the two Transmitters emit vibrations of the same frequency or whether their frequencies are different Are multiples of a common fundamental frequency. In this case the phase shift between the two oscillations by comparing two comparative oscillations Frequency determined by frequency multiplication or division from the broadcast Vibrations are obtained.

Solange die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen zwischen den Sendern konstant ist, kann man die gewünschte Phasen- und Frequenzbeziehung dadurch aufrechtethalten, daß man die Schwingung des einen Senders, des Muttersenders, in der Nähe des zweiten, des Tochtersenders, empfängt und - falls nötig nach entsprechender Umformung der Frequenz - mit der Schwingung des Tochtersenders vergleicht. Entsprechend der gemessenen Phasenverschiebung wird die Phase bzw. Frequenz des Tochtersenders so geregelt, daß die an der Empfangsstelle gemessene Phasenverschiebung konstant bleibt. Unter der Voraussetzung gleichbleibender Ausbreitungsverhältnisse zwischen Mutter- und Tochtersender und unter Voraussetzung konstanter Frequenz des Muttersenders erhält man nicht nur beim Kontrollempfänger in der Nähe des Tochtersenders, beim »Tochterempfänger«, sondern an allen Punkten zwischen Mutter- und Tochtersender konstante Phasenbeziehungen zwischen Mutter- und Tochterfrequenz. Auch an einer in der Nähe des Muttersenders befindlichen Empfangsstelle, im »Mutterempfänger«, würde man eine konstante Phasenverschiebung messen. Diese Verhältnisse sind in Abb. I veranschaulicht. Bei M stehe der Muttersender und -empfänger, bei T der Tochtersender und -empfänger. Die Vergleichsfrequenz bzw. ihre durch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit zwischen M und T bedingte Wellenlänge Ä ist in Abb. I so groß gewählt, daß die Entfernung zwischen M und T gerade dreimal so groß ist wie diese Vergleichswellenlänge. Schwingen die Sender M und T im gleichen Takt, so wird man sowohl bei M als auch bei T die Phasenverschiebung oO (bzw. As long as the propagation of electromagnetic waves between the Transmitting is constant, you can get the desired phase and frequency relationship maintain that the vibration of one transmitter, the mother transmitter, is in in the vicinity of the second, the daughter transmitter, and - if necessary after the corresponding Conversion of the frequency - compared with the vibration of the daughter transmitter. Corresponding the measured phase shift is the phase or frequency of the Subsidiary transmitter regulated so that the phase shift measured at the receiving point remains constant. Assuming constant expansion conditions between parent and daughter transmitter and provided that the frequency of the The mother transmitter is not only available from the control receiver in the vicinity of the daughter transmitter, at the »daughter receiver«, but at all points between the parent and daughter transmitter constant phase relationships between mother and daughter frequency. Also on one receiving station located in the vicinity of the mother transmitter, in the "mother receiver", one would measure a constant phase shift. These relationships are shown in Fig. I illustrated. M is the mother sender and receiver, T is the daughter sender and recipients. The comparison frequency or its through the speed of propagation The wavelength λ due between M and T is chosen so large in Fig. I that the distance between M and T is just three times as large as this comparison wavelength. Swing the transmitters M and T in the same cycle, so one becomes both with M and with T die Phase shift oO (resp.

3600) messen. Auf der Strecke zwischen M und T ist die Größe der Phasenverschiebung durch die eingezeichnete Sägezahukurve gegeben. In Wirklichkeit kann die Entfernung MT im Verhältnis zur Vergleichswellenlänge erheblich größer sein, als in Abb. I angenommen wurde. Bei der deutschen Decca-Navigator-Kette ist sie z. B. zweihundertmal so groß wie die Wellenlänge.3600). On the distance between M and T is the size of the phase shift given by the sawtooth curve drawn. In reality, the distance can MT in relation to the reference wavelength be considerably larger than in Fig. I. was accepted. In the German Decca Navigator chain it is z. B. two hundred times as big as the wavelength.

Ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen MT und wird die Phasenverschiebung nach wie vor bei T konstant gehalten, so ergeben sich die in Abb. 2 dargestellten Verhältnisse, wobei eine Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit um 1/25 angenommen wurde. Eine derartig große Änderung tritt in Wirklichkeit nicht auf; sie ist hier nur angenommen, um die Bilder deutlicher zu machen. Während die Phasenverschiebung voraussetzungsgemäß bei T Null geblieben ist, hat sie nunmehr bei M den Wert 3600 t8/2o = 2700, in der Mitte zwischen M und T den Wert 3600 2V24 = 3I5°. Gerade in der Mitte zwischen M und T soll aber sowohl bei der Hyperbelnavigation als auch beim Gleichwellenrundfunk die Phasenverschiebung möglichst klein bleiben, während in der Nähe von M und T Phasenänderungen von geringerer Bedeutung sind. Im Fall der deutschen Deccå-Navigator-Kette würde wegen des größeren Senderabstandes bereits eine Änderung von 3 200. 25 0,0601, der Ausbreitungsgeschwindigkeit die gleichen Phasenverschiebungen wie in Abb. 2 bewirken. If the speed of propagation changes between MT and will the phase shift is kept constant at T as before, the result is the Relationships shown in Fig. 2, with a reduction in the speed of propagation was adopted by 1/25. Such a large change does not actually occur on; it is only accepted here to make the pictures clearer. While the The phase shift has remained at T zero according to the prerequisite, it now has at M the value 3600 t8 / 2o = 2700, in the middle between M and T the value 3600 2V24 = 315 °. Especially in the middle between M and T should be used for hyperbola navigation as well as in the case of single-frequency broadcasting, the phase shift remains as small as possible, while in the vicinity of M and T phase changes are of less importance. In the case of the German Deccå Navigator chain, because of the greater distance between the transmitters already a change of 3 200. 25 0.0601, the speed of propagation die cause the same phase shifts as in Fig. 2.

Um die unerwünschte Phasenverschiebung in der Mitte zwischen M und T zu vermeiden, kann man die kontrollierende Empfangsstelle statt bei T in der Mitte zwischen M und T aufstellen und von dort aus die Phase des Tochtersenders regeln. Derartige Verfahren sind bereits bekannt. Man erhält dann die Verhältnisse von Abb. 3. Bei M ergäbe sich eine Phasenverschiebung von 3ist, bei T von 450, während sie in der Mitte genau Null, in dem ganzen mittleren Gebiet veihältnismäßig klein bliebe. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß außer den beiden Sendestationen noch eine von beiden weit entfernte (100km im Falle der deutschen Decca-Navigator-Kette) Kontrollstation zu errichten ist, von der aus die Regelströme über Leitungen oder besondere Funkverbindungen zum Tochtersender zu übertragen waren. To avoid the unwanted phase shift in the middle between M and To avoid T, you can use the controlling receiving point instead of T in the middle between M and T and regulate the phase of the daughter transmitter from there. Such processes are already known. One then obtains the relationships from Fig. 3. At M there would be a phase shift of 3ist, at T of 450, while it in the middle exactly zero, in the whole middle area would remain comparatively small. However, this method has the disadvantage that in addition to the two transmitting stations one of the two distant (100km in the case of the German Decca navigator chain) Control station is to be set up, from which the control currents via lines or special radio connections to the daughter transmitter were to be transmitted.

Erfindungsgemäß wird ein Mutter- und ein Tochterempfänger bei M bzw. T zur Regelung. verwendet. Die an diesen Stellen gleichzeitig gemessenen Phasenverschiebungen werden mit Hilfe einer Steuerverbindung zwischen M und T an einem Sender oder an beiden Sendern so eingestellt, daß sie zusammen die ursprünglichen Phasenverschiebungen ergeben. Es muß sich also z. B. die Phasenverschiebung beim Tochtersender-um den gleichen Betrag vergrößern, um den sie sich beim Muttersender verkleinert (Phasensymmetrierung). Dann bleibt die Phasenverschiebung in der Mitte zwischen beiden Sendern unverändert. According to the invention, a mother and a daughter recipient at M or T for regulation. used. The phase shifts measured at these points at the same time are controlled with the help of a control connection between M and T at a transmitter or at Both transmitters are set so that they together show the original phase shifts result. So it must be z. B. the phase shift in the daughter transmitter to the Increase the same amount by which it is reduced at the parent transmitter (phase symmetry). Then the phase shift in the middle between the two transmitters remains unchanged.

Man kann aber auch ohne eine Steuerverbindung zwischen M und T die gewünschte Wirkung erzielen, wenn man nicht nur durch den Tochterempfänger die Phasenverschiebung der Tochterfrequenz auf einem bestimmten Wert, z. B. Null, hält, wodurch auch die Frequenz des Tochtersenders in ständige Ubereinstimmung mit der Mutterfrequenz gebracht wird, sondern auch durch den Mutterempfänger die Frequenz des Muttersenders so lange verändert, bis die ursprünglich vorhandene Phasenverschiebung zwischen Mutter- und Tochterfrequenz bei M wieder hergestellt ist (Frequenznachstimmung) . But you can also without a control connection between M and T die Achieve the desired effect if the phase shift is not only made by the daughter receiver the daughter frequency to a certain value, e.g. B. zero, holds, whereby the The frequency of the daughter transmitter is brought into constant coincidence with the mother frequency becomes, but also through the mother receiver the frequency of the mother transmitter for so long changed until the originally existing phase shift between mother and Daughter frequency is restored at M (frequency adjustment).

Bei den in Abb. 4 gewählten Vorzeichen der Phasenverschiebung muß mit wachsender Phasenverschiebung auch die Frequenz des Muttersenders zunehmen, damit der Regelvorgang stabil ist. In Abb. 4a sind wieder dieselben Verhältnisse wie in Abb. I zugrunde gelegt. Es wird nun angenommen, daß eine Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit v, wie sie schon bei Abb. 2 vorausgesetzt wurde, nicht sprunghaft einsetzt, sondern allmählich verläuft. Denken wir uns deshalb die Ausbreitungsgeschwindigkeit zunächst nur um einen kleinen Betrag von v auf v' erniedrigt. Dann ergibt sich beim Mutterempfänger eine kleine Phasenverschiebung zlf (Abb. 4b). Wird diese Phasenverschiebung dazu ausgenutzt, um die Frequenz des Muttersenders entsprechend von f auf f zu erniedrigen, so werden gemäß Abb. 4 c die ursprünglichen Phasenverhältnisse wieder hergestellt, wenn die Bedingung f 2 = v erfüllt ist. Man erhält dieselbe Wellenlänge wie vorher bei geänderter Ausbreitungsgeschwindigkeit und Frequenz. Unter der Voraussetzung, daß dieser Regelvorgang der Anderung von v trägheitslos folge, lassen sich beliebige Anderungen von v ausgleichen. Unabhängig von dem Regelvorgang bei M bleibt der Regelvorgang der Phase bei T erhalten. Dadurch wird die Frequenz des Tochtersenders immer in Übereinstimmung mit der des Muttersenders gebracht. Setzt man voraus, daß sich die Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit nicht auf die Verbindungslinie zwischen M und T beschränkt, sondern über das ganze zu betrachtende Gebiet, z. B. über das ganze Hyperbelfeld eines Navigationsgebietes, erstreckt, so erreicht man durch diese Maßnahme, daß trotz der Aushreitungsgeschwindigkeitsänderung die Lage der Hyperbeln im ganzen Gebiet unverändert bleibt. Das einzige, was sich ändert, ist die Sendefrequenz; doch ist diese Änderung bei den praktisch vorkommenden Änderungen der Ausbreitungsgeschwindigkeit gegenüber der Selektivität des Empfängers zu vernachlässigen.With the sign of the phase shift selected in Fig. 4, as the phase shift increases, so does the frequency of the mother station, so that the control process is stable. The same conditions are again shown in Fig. 4a as shown in Fig. I. It is now believed that a reduction in Propagation velocity v, as it was already assumed in Fig. 2, is not begins suddenly, but progresses gradually. Let us therefore think of the speed of propagation initially only decreased by a small amount from v to v '. Then it arises at Mother receiver a small phase shift zlf (Fig. 4b). Will this phase shift used to lower the frequency of the mother station accordingly from f to f, the original phase relationships are restored as shown in Fig. 4c, if the condition f 2 = v is met. You get the same wavelength as before with changed propagation speed and frequency. Provided, that this regulating process follows the change of v without inertia can be arbitrary Compensate for changes in v. Regardless of the control process at M, the control process remains the Phase at T. This will set the frequency of the daughter transmitter always brought into line with that of the mother station. Assuming that the change in the speed of propagation does not affect the connecting line limited between M and T, but over the entire area to be considered, e.g. B. extends over the entire hyperbolic field of a navigation area, so one reaches by this measure that, despite the change in the speed of extraction, the situation the hyperbola remains unchanged throughout the area. The only thing that changes is the transmission frequency; but this change is with the practical changes the speed of propagation is negligible compared to the selectivity of the receiver.

Die bisher betrachteten Phasenänderungen brauchen nicht notwendigerweise die Folge einer Geschwindigkeitsänderung der sich zwischen M und T ausbreitenden drahtlosen Wellen zu sein. Sie können auch ihre Ursache in Wegänderungen durch Brechungserscheinungen in der Troposphäre oder durch Reflexionen an der Ionosphäre haben. Alle diese Erscheinungen lassen sich bezüglich der Phasenunterschiede bei M und T als Folge einer geänderten effektiven Ausbreitungsgeschwindigkeit oder effektiven Wellenlänge deuten. Wird nach dem Verfahren gemäß der Erfindung die symmetrische Phasenverteilung wiederhergestellt und sind auch die-störenden Ursachen zur Symmetrieachse von MT symmetrisch verteilt, hat z. B. die Ionosphäre in dem ganzen Navigationsgebiet gleiche Höhe, so ergeben sich auch außerhalb der Verbindungslinie MT in der Nähe der Symmetrieachse die ursprünglichen Verhältnisse. The phase changes considered so far do not necessarily need to be the consequence of a change in speed of the propagating between M and T. to be wireless waves. They can also be caused by changes in path caused by refraction phenomena in the troposphere or through reflections from the ionosphere. All of these appearances can be changed with regard to the phase differences at M and T as a result of a the effective propagation speed or effective wavelength. Will according to the method according to the invention, the symmetrical phase distribution is restored and are the disruptive causes symmetrically distributed to the symmetry axis of MT, has z. B. the ionosphere in the entire navigation area the same height, so result the original also outside the connecting line MT near the axis of symmetry Conditions.

Besteht das Navigations- oder Gleichwellensystem aus mehr als zwei Sendern, so kann insbesondere dann, wenn es sich über einen sehr großen und geographisch inhomogenen Raum erstreckt, die effektive Wellenlänge bezüglich der einzelnen Senderpaare verschieden sein. In diesem Fall ist entweder die Frequenznachstimmung in Verbindung mit einer Mittelwertbildung oder die Phasensymmetrierung anzuwenden. Die Mittelwertbildung kann derart erfolgen, daß die Frequenzänderung des Muttersenders nicht nach einer einzigen am Mutterempfänger gemessenen Phasenverschiebung allein erfolgt, sondern daß alle Phasenverschiebungen zwischen Mutterfrequenz und den einzelnen Tochterfrequenzen berücksichtigt werden, und zwar derart, daß z. B. ihr geometrisches Mittel möglichst klein bleibt. Does the navigation or single-frequency system consist of more than two Transmitters so can especially if it is over a very large and geographical area Inhomogeneous space extends, the effective wavelength with respect to the individual transmitter pairs to be different. In this case either the frequency adjustment is connected with averaging or phase symmetrization. The averaging can be done in such a way that the frequency change of the mother transmitter is not after a single phase shift measured at the mother receiver takes place alone, but that all phase shifts between the mother frequency and the individual daughter frequencies be taken into account, in such a way that z. B. their geometric mean as possible remains small.

Schließlich kann man im Fall mehrerer Sender Phasensymmetrierung und Frequenznachstimmung derart miteinander vereinigen, daß sowohl die günstigste Frequenz eingestellt wird, bei der die Änderungen der Phasenunterschiede zwischen dem Muttersender und den einzelnen Tochtersendern möglichst klein bleiben, als auch die Phase der Tochtersender so eingestellt wird, daß sich die Phasenverteilung in der Mitte zwischen dem Muttersender und den Tochtersendern nicht ändert. Abb. 5 zeigt ein Beispiel für dieses Verfahren. Es sind insgesamt drei Tochterstationen Tt, T2 und Ts angenommen, die von der Mutterstation M alle den gleichen Abstand von 3 2 haben. Durch eine Ausbreitungsstörung, die sich im Bereich der drei Tochtersender verschieden auswirken möge, entstehen die effektiven Wellenlängen Ä1, 22 und %, für die folgende Werte angenommen werden: Ä1 = 24 Ä/25, 22 = 23 425, 23 = 22 425. Abb. 5 a zeigt die ungestörte Phasenverteilung, die unter den getroffenen Voraussetzungen für die drei Tochtersender zunächst gleich ist. Abb. 5 b zeigt die Phasenverteilung nach der Störung, wobei zunächst die Phasenverschiebung an Orte der Tochtersender konstant gehalten wurde. Abb. 5 c gibt die Verhältnisse wieder, nachdem die Frequenz auf f' = 23 t/25 erniedrigt wurde. Man erhält nunmehr die Wellenlängen Aç' = 24 Ä/23, 22 = 22 = 22 i/23. Gleichzeitig sind die restlichen Phasenverschiebungen so eingestellt, daß Idie Summe ihrer bei M und T1 bzw. T2 und T5 gemessenen Werte jeweils den ursprünglichen Wert ergibt. In Abb. 5 ist deutlich zu erkennen, um wieviel geringer die Abweichungen durch die Regelung besonders im Gebiet der Symmetrieachsen geworden sind. Finally, in the case of several transmitters, phase balancing can be used and frequency matching with one another in such a way that both the most favorable Frequency is set at which the changes in phase differences between the mother station and the individual daughter stations remain as small as possible, as well the phase of the daughter transmitter is set so that the phase distribution in the middle between the parent station and the daughter stations does not change. Fig. 5 shows an example of this procedure. There are three daughter stations in total Tt, T2 and Ts assumed that from the mother station M all the same distance of 3 2 have. Due to a spread disorder in the area of the three daughter transmitters may have different effects, the effective wavelengths λ1, 22 and% arise, for which the following values are assumed: 1 = 24/25, 22 = 23 425, 23 = 22 425. Fig. 5 a shows the undisturbed phase distribution under the given conditions is initially the same for the three subsidiary transmitters. Fig. 5 b shows the phase distribution after the disturbance, whereby first the phase shift at the locations of the daughter transmitters was kept constant. Fig. 5c shows the relationships after the frequency was lowered to f '= 23 t / 25. The wavelengths Aç '= 24 are now obtained Ä / 23, 22 = 22 = 22 i / 23. At the same time, the remaining phase shifts are like that set that I the sum of their values measured at M and T1 or T2 and T5, respectively gives the original value. In Fig. 5 you can clearly see how much less the deviations due to the regulation have become particularly in the area of the axes of symmetry are.

Claims

PATENT CLAIMS: 1 method for phase control of two of each other Spatially distant collaborating transmitters, taking into account fluctuations in transit times, characterized in that in the vicinity of each of the two transmitters the respectively distant Transmitter received and the phase of its oscillation with that of the neighboring transmitter is compared and that the phase differences measured at both locations by Phase change of a transmitter or both transmitters can be set so that their Sum remains constant.

2. The method according to claim I, characterized in that each of the phase differences measured in the vicinity of the two transmitters additionally for themselves kept constant at a certain value by changing the frequency of both transmitters will.

3. The application of the method according to claim I for phase control of more than two transmitters, characterized in that their frequency is on an average is set, in which the occurring between the parent station and the daughter stations Changes in the phase shift are overall as small as possible