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Anordnung zur drahtlosen Richtungsbestimmung
Die Erfindung bezieht
sich auf eine Anordnung zur drahtlosen Richtungsbestimmung mit solchen Anordnungen,
bei denen die Zeichenwellen von zwei fest angeordneten Richtantennensystemen aufgenommen
werden, die so aufgebaut sind, daß ihre Richtungen maximalen Empfanges einen Winkel
zueinander bilden.
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Bei Anordnungen dieser Art, bei denen z. B. die Richtungsbestimmung
durch direkte Anzeige mittels eines Kathodenstrahl-Oszillographen erfolgt, sind
gewöhnlich für jedes Antennensystem getrennte Verstärkerwege vorgesehen, die dem
Ablenksystem des Oszillographen zugeordnet sind. Derartige Anordnungen weisen insbesondere
zwei Nachteile auf, da es einmal schwierig ist, einen genauen Abgleich zwischen
zwei Verstärkerwegen zu erzielen und diesen Abgleich in bezug auf Verstärkungsgrad
und Phase aufrechtzuerhalten, und weil es weiterhin praktisch unmöglich ist, eine
automatische Verstärkungs regelung des Emp fangs systems durchzuführen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen,
bei der ein einziger Verstärkerweg zur Verstärkung der Zeichen von zwei oder mehr
Antennensystemen verwendet wird, so daß die obenerwähnten Schwierigkeiten in Fortfall
kommen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß unter Zuhilfenabme zweier niederfrequenter
Hilfsspannungen in einer Weise gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine
Auswertung unter Berücksichtigung
sowohl der Amplituden- als auch
der Phasenbeziehung dadurch ermöglicht ist, daß die beiden niederfrequenten Hilfsspannungen
in starrer Phasenbeziehung zueinander stehen, daß die beiden gleichfrequenten Empfangs
spannungen, vorzugsweise in der Zwischenfrequenzlage, mit je einer der beiden Hilfsspannungen
moduliert werden, und daß nach gemeinsamer Verstärkung und nach Demodulation die
durch die Modulation entstandenen Seitenbänder ausgesiebt, auf gleiche Frequenz
gebracht und zur Richtungsanzeige ausgewertet werden.
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Die Eindeutigkeit der Richtungsanzeige wird in bekannter Weise durch
Heranziehung der Spannung einer ungerichteten Hilfsantenne hergestellt. In weiterer
Ausbildung der Erfindung wird diese Empfangsspannung, vorzugsweise in der Zwischenfrequenzlage,
mit einer dritten Hilfsfrequenz moduliert, die mit den beiden anderen Hilfsfrequenzen
in fester Phasenbeziehung steht, und über den gleichen gemeinsamen Verstärker verstärkt,
nach Demodulation wieder ausgesiebt, auf gleiche Frequenz gebracht und dazu verwendet,
die Richtungsanzeige eindeutig zu machen. Die Richtungsanzeige erfolgt beispielsweise
in einem Kathodenstrahl-Oszillographen.
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Es ist zwar schon eine direkt anzeigende Funkpeileinrichtung bekannt,
bei der durch periodisch arbeitende Umschalter abwechselnd die eine und die andere
Antennenanordnung an einen Empfänger nebst Gleichrichter gelegt wird und bei der
der den Gleichrichter verlassende Empfangsstrom kommutiert an das Anzeigeinstrument
gelegt wird. Bei dieser Einrichtung besteht jedoch der Nachteil, daß mechanisch
bewegliche Teile verwendet werden müssen. Dies bringt einmal einen Verschleiß, zum
anderen erscheint die Kontaktgabe für die beim vorliegenden Problem zu fordernde
Genauigkeit nicht sauber genug.
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Gleichgültig, ob die Umschaltung mechanisch oder - wie ebenfalls
bekannt - auf elektronischem Wege stattfindet, ist es durch die in beiden Fällen
erfolgende Zerhackung der Hochfrequenz nicht mehr möglich, eine phasenmäßige Auswertung
vorzunehmen.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung zur Richtungsbestimmung mit
Hilfe ungerichtet arbeitender Hochfrequenzsender werden die von zwei Richtantennen
aufgenommenen Zeichen gleichgerichtet und die so entstandenen Gleichspannungen den
Steuergittern zweier Verstärkerröhren zugeführt, in denen nach Maßgabe dieser Gittervorspannungen
die Wechselspannungen zweier Niederfrequenzgeneratoren verschiedener Frequenz verstärkt
und über einen gemeinsamen Verstärker einem Anzeigegerät zugeführt werden. Auch
diese Einrichtung weist die gleichen Nachteile auf, wie die eingangs besdriebenen
Anordnungen. Für die beiden Wechselspannungen sind einerseits mindestens teilweise
zwei Verstärkerkanäle notwendig, andererseits spielen die Phasenbeziehungen der
Wechselspannungen bei der Richtungsbestimmung keine Rolle, es wird vielmehr ein
reiner Amplitudenvergleich vorgenommen.
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In der sich auf diese bekannte Einrichtung beziehenden Veröffentlichung
ist ferner davon die Rede, daß die Empfangsenergie, wie es senderseitig bekannt
sei, mit den Wechselspamlungen der beiden Niederfrequenzgeneratoren moduliert werde.
In diesem Fall soll dann also offenbar vor der Zuführung zu den Steuergittern der
genannten Verstärkerröhren nur eine Verstärkung, aber keine Gleichrichtung der Empfangsenergie
stattfinden. Was hiermit gemeint ist und bezweckt wird, bleibt unklar, da nach der
Modulation nur eine Verstärkung, aber keine Demodulation stattfindet und die Anzeigeorgane
auf die Originalfrequenzlage der beiden nodulierçndenWechselspannungen abgestimmt
sind.
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Im übrigen gilt aber auch für diese unklare Variante mindestens einer
der schon genannten Nachteile, nämlich der, daß die Phasenbeziehung zwischen den
beiden ANechselspannungen völlig undefiniert ist.
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Die Erfin(lullg wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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In den Fig. I und 2 sind mit at, a11 und mit a2, a2, zwei Antennenpaare
eines Adcock-Systems bezeichnet. In der Mitte dieser Antennenpaare ist ein fünfter
Strahler 3, der zur eindeutigen Richtungsfestlegung dient, vorgesehen. Die Antennenankopplungsmittel
sind mit A1, A2 und A3 bezeichnet. An diese Ankopplungsmittel schließen sich Modulatoren
ilI,, 1111 und lilo an. Ferner sind noch Modulatoren ila., 1114 und 1115 vorgesehen,
deren Wirkungsweise noch näher erläutert wird. Alle Modulatoren können in bekannter
Weise aufgebaut sein. Die Filter F.I500, F.2000 und F.2500 dienen zur Auswahl der
Frequenzen I 2000 und 2500 HZ. Die Oszillatoren 0.500 und O.2000 werden zur Schwingungserzeugung
für Schwingungen von 500 und 2000 Hz benutzt. Mit BO ist ein Überlagerer eines Superhet-Empfängers
bezeichnet, während IFA einen Zwischenfrequenzverstärker und D einen Gleichrichter
darstellt. P und P2 sind Netzwerke zur Phasenverschiebung, während mit G1, G2 und
G3 Niederfrequenzverstärker bezeichnet sind. Die Ablenkplatten des Kathodellstrahloszillographen
tragen die Bezeichnungen PX und PY. Die Ausgangsleistung des Verstärkers G., wird
über einen Transformator T in den Hochspannungskreis H. T. des Oszillographen eingeführt.
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Der Schwingungserzeuger LO dient zur Erzeugung eines örtlichen Signals
zur Einregelung der ganzen Einrichtung.
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Die Arbeitsweise der ganzen Anordnung ist folgende: Die Oszillatoren
O.5oo und O.200o speisen den Modulator M3, aus dessen Ausgangskreis die Modulationsfrequenzen
I500 und 2500 Hz durch die Filter F.I 500 und F.2500 ausgewählt werden.
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Die Zeichen, die über die Einrichtung A1 ankommen, gelangen in den
Modulator iil, in dem siedurch den Uberlagerer BO und eine Frequenz von I 500 Hz
aus dem Filter P.150o moduliert werden. Die Aus gangskomponente des Modulators 111i,
die aus einer Trägerzwischenfrequenz mld den beiden Seitenbändern von I500 Hz besteht,
wird dem Verstärker IFA zugeführt Ein entsprechender Vorgang wiederholt sich bei
der Aufnahme der Zeichen über die Einrichtung A
mit dem Unterschied,
daß die zweite Modulationsfrequenz 2500 Hz statt I500 Hz beträgt, so daß am Eingange
des Verstärkers IFS eine Trägerfrequenz wie oben, jedoch mit Seitenbändern entsprechend
2500 Hz auftritt. Es kann bewiesen werden, daß bei Verwendung eines geradlinigen
Detektors bei D, beispielsweise einer Diode, und unter der Voraussetzung, daß die
in die Modulationseinrichtungen M und M2 von den Anordnungen A und A2 einlaufenden
Zeichen in Phase sind (die Energiezuführung von dem Überlagerer zu den Anordnungen
M1 und 1U2 erfolgt ebenfalls in Phase), die demodulierten Ausgangsleistungen des
Gleichrichters D für I500 und 2500 Hz jeweils proportional der Größe der Zeichen
von A1 und A2 sind, obwohl das Verhältnis der Amplituden dieser beiden Frequenzen
nicht gleich dem Verhältnis der Zeichen von A und A2 zu sein braucht.
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Die beiden am Ausgang des Gleichrichters D abgenommenen Frequenzen
1500 und 2500 Hz werden durch die Filter F.I500 und F.2500 ausgesiebt und den Modulatoren
M4 bzw. M5 zugeführt, in denen sie jeweils durch eine Frequenz von 500 Hz, die vom
Oszillator 0.500 abgenommen wird, moduliert werden. Von dem Modulator 1114 wird
das Produkt der Summenmodulation von 2000 Hz und von dem Modulator Ms das Produkt
der Differenzmodulation von ebenfalls 2000 Hz durch Filter ausgesiebt. Die Ausgangsenergie
des Modulators M4 gelangt über ein Phasennetzwerk Pt, ein Filter F.2000 und den
Verstärker G3 zu dem einen Paar der Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre, beispielsweise
PX. Die Ausgangs energie des Modulators M5 verläuft in ähnlicher Weise über ein
Filter F.2000 und den Verstärker Gj zu den Ablenkplatten P Y der Kathodenstrahlröhre.
In diesem Kreis ist kein Phasennetzwerk vorgesehen. Das Netzwerk P1 wird so eingestellt,
daß die dadurch hervorgerufene Phasenänderung zuzüglich der Summe der Phasenänderungen
in den beiden Filtern F. 1500 gleich der Summe der Phasenänderungen in den beiden
Filtern F.2500 ist.
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I,s läßt sich durch entsprechende Ausbildung der Filter und der Phasenänderungsmittel
erreichen, daß die gesamte Phasenänderung in dem I500-Hz-Kreis, wenn sie auch nicht
mit der Frequenz konstant bleibt, annähernd die gleiche ist, wie die für den 25oo-Hz-Kreis,
zum mindesten in einem entsprechend breiten Frequenzband, beispielsweise von 50
Hz unterhalb bis 50 Hz oberhalb der Hauptfrequenzen.
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Die beiden Frequenzen I500 Hz und 2500 Hz, die zu Modulationszweckell
in den Modulatoren M1 und 1112 verwendet werden, werden nicht durch besondere, diese
Frequenzen erzeugende Schwingungserzeuger, sondern durch Zwischenmodulation der
Frequenzen 500 Hz und 2000 Hz im Modulator M3 erzielt. Der Schwingungserzeuger für
500 Hz wird außerdem zur Speisung der Modulatoren M4 und 111 mit verwendet.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß, wenn die von den
Antennen aufgenommenen Zeichen bei ihrem Auftreffen auf die Modulatoren M1 und 112
in Phase sind, die Ausgangskreise der Modulatoren 11/I4 und M5 genau frequenz- und
phasengleich sind, unabhängig davon, welche Anderungen innerhalb eines der Oszillatoren
auftreten (unter Berücksichtigung der Phasenverhältnisse, die, wie oben erwähnt,
bezüglich der einzelnen Filter herrschen müssen). Die Frequenz am Ausgangskreis
der Modulatoren M4 und M5 ist die des Oszillators 0.2000.
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Da die den Ablenkplatten des Oszillographen zugeführten Spannungen
gleiche Frequenz und Phase haben, wird auf dem Oszillographenschirm eine gerade
Linie erzeugt. Während der Einregulierung der Anordnung mit Hilfe des Oszillators
LO, der Zeichen gleicher Größe und Phase den Modulatoren Mj und 312 zuführt, werden
die Verstärker Gj und Ges in ihrer Verstärkung so geregelt, daß auf dem Oszillographen
eine Linie entsteht, die einen Winkel von 450 mit jeder der Ablenkachsen des Oszillographen
bildet. Diese Linie entspricht einem Zeichen, das in einem Winkel von 450 zu jeder
der Diagonalen des Adcock-Antennensystems empfangen wird; Nach dieser Einregelung
kann die Anordnung zur Richtungsbestimmung verwendet werden, da die Ablenkung, die
im Verhältnis zur Zeit sinusförmig verläuft, in bezug auf die PX-Ablenkachse proportional
den Zeichen von A1 und den zugehörigen Antennensystemen aj, a1, und die Ablenkung
gegenüber der PY-Achse proportional den Zeichen von A2 und den Antennensystemen
a2, a2, ist. Hieraus ergibt sich ohne weiteres, daß die Richtung der Linie auf dem
Oszillographenschirm gegenüber einer entsprechend geeichten Skala die Richtung der
aufgenommenen Strahlung angibt.
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Um eine eindeutige Richtungsbestimmung zu erzielen, ist die zusätzliche
Antenne a3 vorgesehen. Bei Verwendung eines Adcockpeilers wird hierzu ein vertikaler
Leiter verwendet, der in der Mitte des aus den anderen Strahlern gebildeten Quadrates
steht.
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Die von der Antenne a3 aufgenommenen Zeichen werden über die Isopplungseinrichtung
A2 dem Modulator M6 zugeführt und in gleicher Weise moduliert, wie dies für die
Modulatoren M1 und M2 beschrieben wurde, lediglich mit dem Unterschied, daß die
Modulationsfrequenz 2000 Ilz beträgt. Die aus der Trägerzwischenfrequenz und den
beiden 2000 Hz entsprechenden Seitenbändern bestehende Komponente im Ausgange des
Modulators M6 wird dem gemeinsamen Zwi schenfrequenzverstärker IFA zugeführt. Die
Frequenz von 2000 Hz im Ausgange des Gleichrichters D wird durch ein Filter F.2000
ausgewählt und über den Phasenschieber P2 dem Verstärker G2 zugeführt. Die Frequenz
ist an diesem Punkte die des Oszillators 2000, die außerdem den Ablenkplatten und
Oszillographen zugeführt wird. Die Ausgangsenergie des Verstärkers G2 wird dem Hochspannungsspeisekreis
H.T. des Oszillographen mit Hilfe eines Transformators T zugeführt. Durch geeignete
Regelung des Phasenschiebers P2 kann die in den Hochspannungskreis eingeführte Spannung
mit der den Ablenkplatten zugeführten Spannung phasengleich gemacht werden.
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Durch geeigneten Aufbau des Netzwerkes P2 kann diese Phasenbeziehung
über. ein breiteres Frequenzband konstant gehalten werden. Durch die Zuffih-
rung
dieser Spannung in den Hochspannungskreis wird erreicht, daß die Empfindlichkeit
des Oszillographen periodisch derart geändert wird, daß die Länge der Linie auf
dem Oszillographenschirm vom Ursprungspunkt nach einer Seite erheblich von der Länge
nach der anderen Seite abweicht. Hierdurch wird eine eindeutige Richtungsbestimmung,
beispielsweise entsprechend dem längeren Teil der Linie, ermöglicht. Aus dem vorhergehenden
ergibt sich, daß der- zur eindeutigen Richtungsbestimmung benutzte Stromkreis dauernd
in Betrieb bleiben kann, so daß sowohl die Lage als auch die eindeutige Richtung
gleichzeitig angezeigt werden. Die Änderung der Hochspannung bewirkt neben der Änderung
der Empfindlichkeit des Oszillographen und damit der Länge der aufgezeichneten Linie
auch noch andere Anderungen der Charakteristik des Oszillographen, die sich nachteilig
auf die Genauigkeit der Anzeige- bzw. die Ablesemöglichkeit auswirken. In Fig. 3
ist daher eine andere Ausführungsform dargestellt, bei der der Verstärker G2 der
Fig. I auf einen Transformator T, einwirkt, dessen Sekundärseite mit einem nur in
einer Richtung durchlässigen Kreis, der beispielsweise einen Metallgleichrichter
R und einen Widerstand r umfaßt, verbunden ist. Der Widerstand r liegt ferner in
Reihe mit der Speiseleitung für die besondere Steuerelektrode E des Oszillographen,
die beispielsweise als Konzentrierungselektrode ausgebildet sein kann.
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Durch diese Anordnung wird während der Halbperiode, in der der Gleichrichter
R undurchlässig ist, die Speisespannung an der Elektrode E normal sein, und der
Oszillograph arbeitet unter den normalen Bedingungen, so daß die eine Hälfte der
die Richtung anzeigenden Linie aufgezeichnet wird.
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Während der nächsten Halbperiode kann ein Strom durch den Gleichrichter
R fließen, und der dadurch hervorgerufene Spannungsabfall am Widerstand r addiert
sich zu der Spannung, die vom Punkt V aus der Elektrode E zugeführt wird. Die Einregelung
wird dabei so getroffen, daß die zusätzliche Spannung in Größe und Richtungssinn
ein Verschwinden des Punktes auf dem Oszillographenschirm herbeiführt, so daß nur
die eine Hälfte der die Richtung anzeigenden Linie auf dem Schirm abgebildet wird,
die gleichzeitig die Lage als auch die eindeutige Richtung anzeigt und in einfacher
Weise eine Ablesung ermöglicht.
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Die Phasenschieber P1 und P2 brauchen, wenn sie einmal eingestellt
sind, nicht mehr reguliert zu werden, selbst wenn sich die Schwingungserzeuger etwas
in der Frequenz ändern. Die Schwingungserzeuger können in ihrer Frequenz durch einfache
bekannte Mittel konstant gehalten werden. Aus dem Adcock-Prinzip ergibt sich, daß
die an den Ankopplungseinrichtungen A1 und A2 abgenommenen Zeichen entsprechend
der Richtung des Zeichens in Phase oder Gegenphase sein können. Wenn sie gegenphasig
sind und gleiche Größe haben, entsprechen sie einem Zeichen, das aus einer Richtung
einfällt, die einen Winkel von 450 mit der Richtung einer der Diagonalen des Antennensystems-bildet.
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Die Träger der Zwischenfrequenz, die von den Modulatoren Mj und M2
erzeugt werden (unter Voraussetzung gleichmäßiger Umsetzung), heben sich in diesem
Falle auf, während die Seitenbänder entsprechend den.Modulationen von I500 und 2500
Hz übrigbleiben. Dieser Zustand zeigt sich dadurch, daß auf dem Oszillographen keine
Anzeige erfolgt.
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Zur Wiederherstellung des Trägers muß eine Phasenumkehr im Ausgangskreis
eines der Modulatoren, beispielsweise Mj, durch eine PhasenumschalteinrichtungSj
durchgeführt werden. Um die richtige Beziehung zwischen den Phasen der Spannungen
an den Platten des Oszillographen zu erzielen, muß zusammen mit der Phasenumkehr
im Ausgangskreis von M1 eine entsprechende Phasenumkehr durch einen Schalter 82
in dem die Frequenz von I500 Hz zuführenden Kreis oder in einem anderen Niederfrequenzzweig
des der Ankopplungseinrichtung A1 entsprechenden Kreises vorgenommen werden.
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Bei der Einschaltung der Antennenanordnung a3 müssen ähnliche Schritte
bezüglich der Phase des aus dem Modulator M6 abgenommenen Trägers und der ooo-Hz-Modulation,
die dem Modulator zugeführt wird, vorgenommen werden.
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Die Notwendigkeit der Betätigung eines oder beider Umkehrschalter
S1, S2 wird in einfacher Weise dadurch angezeigt, daß nur eine kleine oder gar keine
Anzeige auf dem Oszillographenschirm erfolgt Ein anderes Verfahren besteht darin,
die Modulatoren Mt und M2 als abgeglichene Modulatoren aufzubauen) so daß der Träger
in ihrem Ausgangskreis eliminiert ist. Der Träger wird dann von der Antenne, über
den Modulator M6 zugeführt. Zur Richtungsbestimmung wird die 2000-Hz-Modulation
des Oszillators O,2000 vom Modulator M6 abgetrennt. Zur Bestimmung der jeweiligen
eindeutigen Richtung wird die Modulation angeschaltet.
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Die Arbeitsweise ist im übrigen die gleiche wie oben beschrieben.
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Bei der vorerwähnten Anordnung ist vorausgesetzt, daß die Eingangs
leistung von der Antenne a3 eine Phasenverschiebung von go0 in dem Kreis hervorruft,
wie dies bei Adcock-Anordnungen üblich ist.
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Eine abgeänderte Ausführungsform ist in Fig. 4 gezeigt. Die Modulationsfrequenzen
von I500 und 2500 Hz zur Speisung der Modulatoren Mt und M2 werden von den besonderen
phasenstarr miteinander synchronisierten Oszillatoren O.I500 und 0.2500 abgenommen.
Der Modulator M4 wird dann durch den Oszillator 0.2500 und der Modulator M5 durch
den Oszillator O.I500 gespeist. Die durch die FilterF.Iooo für die Ablenkplatten
des Oszillographen ausgewählte Frequenz beträgt in diesem Falle 1000 Hz. Für den
Modulator M6 wird durch ein Filter eine Frequenz von IOOO Hz vom Modulator M3 abgenommen.
Die Arbeitsweise der Anordnung ist die gleiche, wie bereits oben für Fig. I beschrieben,
so daß eine nähere Erläuterung nicht notwendig ist.