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Publication number: DEI0006491MA
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 22. Oktober 1952 Bekanntgemacht am 8. November 1956Registration date: October 22, 1952. Advertised on November 8, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

16491 Villa/21a*16491 Villa / 21a *

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

Funk-Navigations-SystemRadio navigation system

¹ Die Erfindung betrifft ein , Funk-Navigations-System, bei dem eine Anzeige der Richtung . zwischen Empfangsstation und Sendestation erhalten wird. Sie betrifft im besonderen ein. System, bei welchem die Richtungsanzeige durch Vergleich zwischen einem Bezugssignal und dem Modulationssignal, welches durch die Rotation eines Richtdiagramms auf der Sende- oder ■ Empfangsseite entsteht, erhalten wird. Unter dem Ausdruck ίο Richtdiagramm ist das Polardiagramm zu verstehen, welches die relative Wirksamkeit eines Antennensystems in verschiedenen Azimutrichtungen darstellt. ¹ The invention relates to a radio navigation system in which a display of the direction. is obtained between receiving station and sending station. It concerns in particular one. System in which the direction display is obtained by comparing a reference signal and the modulation signal, which is produced by rotating a directional diagram on the transmitting or receiving side. The expression ίο directional diagram is to be understood as the polar diagram, which shows the relative effectiveness of an antenna system in different azimuth directions.

Es sind bereits Funk-Navigations-Systeme bekannt, bei welchen eine eindeutige Richtanzeige durch Phasenvergleich zwischen der Umlauffrequenz eines kardioidenformigen Richtdiagramms mit richtungsabhängiger Phase und einer Bezugsfrequenz gleicher Frequenz, aber richtungsunabhängiger Phase erhalten wird. Bei einer Bakenstation wird ein rotierendes Diagramm durch eine mechanisch oder elektrisch gedrehte, vom Sender gespeiste Richtantennenanordnung erzeugt, während bei einer Peilstation das die richtungsabhängige Modulation erzeugende rotierende Diagramm durch mechanische oder elektrische Drehung, der Empfangsantennenanordnung erhalten wird. Im allgemeinen ist die Genauigkeit, der Richtungsanzeigen bei solchen Systemen nicht groß. Durch ' Änderung der Diagrammform von einer einzigenRadio navigation systems are already known in which a clear directional display by phase comparison between the rotational frequency of a cardioid directional diagram with direction-dependent phase and a reference frequency of the same frequency, but more direction-independent Phase is obtained. In the case of a beacon station, a rotating diagram is represented by a mechanically or electrically rotated, from the transmitter fed directional antenna arrangement generated while at a DF station through the rotating diagram that generates the direction-dependent modulation mechanical or electrical rotation, of the receiving antenna assembly is obtained. In general, the accuracy of the direction indicators not great in such systems. By 'changing the chart shape from a single

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Schleife oder Kardioide zu einem mehrblättrigen Diagramm kann die Anzeigegenauigkeit sehr stark verbessert werden, aber dies hat den Nachteil der Mehrdeutigkeit der Anzeige. Die Mehrdeutigkeit kann durch Verwendung von zwei Diagrammen beseitigt werden, von denen das eine eine Kardioide ist, welche eine relativ geringe Genauigkeit der Anzeige, aber eine Eindeutigkeit ergibt, und das andere ein mehrblättriges Diagramm ist undLooping or cardioids on a multi-leaf chart can make the display very accurate can be improved, but this has the disadvantage of being ambiguous in the display. The ambiguity can be eliminated by using two graphs, one of which is a cardioid which gives a relatively low accuracy of display but uniqueness, and the other is a multi-leaf diagram and

ίο eine relativ hohe Genauigkeit liefert, dafür aber entsprechend den Blättern mehrdeutig ist. Wenn bei einer solchen Anordnung die Richtungsanzeige auf zwei . Instrumenten erfolgt, kann die Mehr-. deutigkeit behoben werden.'Im Falle der bekannten Adeockpeilanlage kann dasselbe Anzeigeinstrument verwendet werden, um abwechselnd eine Anzeige relativ hoher Genauigkeit, aber mit einer i8o°- Zweideutigkeit, und eine Seitenbestimmungsanzeige ohne Mehrdeutigkeit, aber mit relativ niedriger Genauigkeit vorzunehmen, wobei diese Anzeigen von einem doppelkreisförmigen und einem kardioidenförmigen Diagramm beim Einschalten der Seitenbestimmungsantenne erhalten werden.ίο delivers a relatively high level of accuracy, but does is ambiguous according to the leaves. If with such an arrangement the direction indicator on two . Instruments is done, the multiple. clarity. 'In the case of the known On the docking device, the same display instrument can be used to alternate one display relatively high accuracy, but with an 80 ° ambiguity, and a page determination indicator without ambiguity but with relatively low accuracy taking these indications of a double circle and a cardioid diagram when switching on the Lateral determination antenna can be obtained.

Es ist aber auch. bekannt, bei einer Funkbake der Drehung eines kardioidenförmigen Strahlungs-■ diagramms, welches eine eindeutige Peilung ergibt, die Drehung eines mehrblättrigen Strahlungsdiagramms zuzuordnen. Jedem Strahlungsdiagramm ist eine ungerichtete Strahlung zugeordnet, die ein festes Bezugssignal bei der Frequenz liefert, die der Rotationsfrequenz des Richtdiagramms entspricht. Ein Phasenvergleich zwischen dem Bezugssignal und der Rotationsfrequenz des Richtdiagramms ergibt 'bei einem kardioidenförmigen Richtdiagramm auf einem Meßinstrument eine angenäherte Peilung und auf einem zweiten Meßinstrument für das mehrblättrige Diagramm eine sehr genaue Peilung, da die durch, das zweite Meßinstrument angezeigte Phasendifferenz bei einem Umlauf des Richtdiagramms mehrere Umläufe der Phasenanzeige zwischen ρ und 360⁰ durchläuft.It is also. known to assign the rotation of a multi-leaf radiation diagram to the rotation of a cardioid-shaped radiation diagram, which results in a clear bearing, in a radio beacon. Each radiation pattern is assigned an omnidirectional radiation which supplies a fixed reference signal at the frequency that corresponds to the rotation frequency of the directional pattern. A phase comparison between the reference signal and the rotation frequency of the directional diagram results in an approximate bearing on a cardioid directional diagram on one measuring instrument and a very precise bearing on a second measuring instrument for the multi-leaf diagram, since the phase difference indicated by the second measuring instrument during one revolution of the directional diagram runs through several cycles of the phase display between ρ and 360 ^0.

Ferner ist ein Funk-Navigations-System bekannt, das ein rotierendes mehrblättriges Strahlungsdiagramm verwendet und bei dem eine sehr genaue Richtüngsanzeige automatisch und unzweideutig auf einem einzigen Instrument erreicht wird. Dieses System enthält eine rotierende Antenne spezieller mechanischer Ausführung mit derFurthermore, a radio navigation system is known which has a rotating multi-leaf radiation diagram used and in which a very precise directional display is automatic and unambiguous is achieved on a single instrument. This system contains a rotating antenna special mechanical design with the

'50 notwendigen mehrblättrigen Charakteristik. Für die Grob- und Feinmessung sind getrennte Generatoren zur Erzeugung der Bezugsphase vorgesehen. Auf der Empfangsseite wird die Auswertung beider Meßwege über ein mechanisches Getriebe erreicht. Die Messung erfolgt durch Vergleich der jeweiligen Bezugsphase mit der Phasenlage der entsprechenden sinusförmigen Modulationsschwingung. '50 necessary multi-leaf characteristic. There are separate generators for the coarse and fine measurements intended to generate the reference phase. The evaluation is on the receiving side Both measuring paths achieved via a mechanical gear. The measurement is made by comparison the respective reference phase with the phase position of the corresponding sinusoidal modulation oscillation.

Das erfindungsgemäße Funk-Navigations-System, bei dem durch sende- oder empfangsseitigen synchronen Umlauf zweier Antennenanordnungen,The radio navigation system according to the invention, in the case of the transmitting or receiving side synchronous rotation of two antenna arrangements,

. von denen die eine ein einblättriges, die andere ein mehrblättriges Diagramm besitzt, und durch empfangsseitigen Vergleich der beiden Peilmodulationen mit einer phasenstarren Bezugsschwingung eine in der Genauigkeit gesteigerte, gleichwohl aber eindeutig bleibende Anzeige erlangt ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß zur empfangsseitigen rein elektronischen Gewinnung zweier in der Phase zu vergleichender, eine unmittelbare Richtungsanzeige ergebender kontinuierlicher oder impulsgetasteter Spannungen Mittel vorgesehen sind, um aus den beiden Peilmodulationen frequenz- und phasenentsprechende Impulsfolgen abzuleiten, sie mittels Phasenschiebers derart fein einzuregeln, daß einzelne Impulse der höherfrequenten Impulsfolge durch die niedrigerfrequente Impulsfolge zeitlich überdeckt werden, diese Einzelimpulse der höherfrequenten Impulsfolge auszusondern und sie selbst oder ihre Wiederholungsfrequenz mit der phasenstarren Bezugsschwingung oder einer daraus gewonnenen frequenz- und phasenentsprechenden Impulsfolge in der Phase zu vergleichen.. one of which has a single-leaf, the other a multi-leaf diagram, and through On the receiving side, comparison of the two DF modulations with a phase-locked reference oscillation a display that is increased in accuracy but nonetheless remains unambiguous is achieved characterized in that for the purely electronic acquisition of two in the phase at the receiving end to be compared, continuous or pulse-scanned, giving a direct indication of direction Voltages means are provided to frequency and from the two DF modulations to derive phase-appropriate pulse sequences, to regulate them so finely by means of a phase shifter, that individual pulses of the higher-frequency pulse train through the lower-frequency pulse train are covered in time, weed out these individual pulses of the higher-frequency pulse train and they itself or its repetition frequency with the phase-locked reference oscillation or one of it to compare obtained frequency and phase corresponding pulse train in phase.

Der Vorteil des erfmdungsgemäßen Systems liegt gegenüber dem Bekannten in einer Aufwandverminderung sowie darin, daß mechanische Teile, wie Getriebe oder Motore, die einer gewissen, im Hinblick auf die angestrebte Peilgenauigkeit schon schädlichen Abnutzung unterliegen, vermieden sind. Die beiden in der Phase zu vergleichenden Spannungen, welche die unmittelbare Richtungsanzeige liefern, werden auf rein elektronischem Wege gewonnen.The advantage of the system according to the invention is compared to the known in a reduction in effort and in the fact that mechanical parts, like gears or motors, which have a certain, with regard to the desired bearing accuracy subject to harmful wear and tear are avoided. The two in the phase to be compared Voltages that provide the direct indication of direction are purely electronic Ways won.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.Embodiments of the invention are shown in the drawing.

Fig. ι zeigt eine Bakenstation,Fig. Ι shows a beacon station,

Fig. 2 eine Empfangsstation,2 shows a receiving station,

Fig. 3 eine Peilstation,3 shows a direction finding station,

Fig. 4 und 5 Antennenrichtdiagramme, wie sie bei den Stationen von Fig. 1 und 3 verwendet werden, undFIGS. 4 and 5 antenna directional diagrams as used in the stations of FIGS. 1 and 3, and

Fig. 6 zeigt Wellenformen zur Erläuterung der Wirkungsweise der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Stationen.FIG. 6 shows waveforms for explaining the operation of those shown in FIGS. 1, 2 and 3 Stations.

Die in Fig. 1 dargestellte Bakenstation besteht aus einer linearen, aus drei Elementen bestehenden Antennenanordnung, die mit 1 bezeichnet ist und auf einer Drehscheiben befestigt ist, welche mittels eines Motors 3 mit einer Frequenz von 50 Hz angetrieben wird, wie durch die gestrichelten Linien 4, 5 angegeben ist. Die Bakenstation weist ferner eine kreisförmige, aus acht Elementen bestehende Antennenanordnung auf, die mit 6 bezeichnet ist und auf einer Drehscheibe 7 befestigt ist, welche über 8, 9 ebenfalls vom Motor 3 synchron mit der Scheibe 2 angetrieben wird. Zusätzlich ist eine feste, allseitig strahlende Antenne 10 vorgesehen. Diese feste Antenne 10 wird von einem Sender 11 mit der Frequenz F gespeist. Die Frequenz F wird im Modulator 12 mit einer 5-kHz-Schwingung amplitudenmoduliert, welche selbst wieder im Modulator 14 mit einer 50-Hz-Bezugswelle vom Generator 15 frequenzmoduliert ist. Der Generator 15 ist mit der 50-Hz-Rotationsfrequenz der Drehscheiben 2 und 7 synchronisiert, wie durch die ausgezogene Linie 16 dargestellt ist.The beacon station shown in Fig. 1 consists of a linear, three-element antenna arrangement, designated 1, mounted on a turntable which is driven by a motor 3 at a frequency of 50 Hz, as indicated by the dashed lines 4 , 5 is indicated. The beacon station also has a circular antenna arrangement consisting of eight elements, which is designated by 6 and is fastened on a turntable 7, which is also driven by the motor 3 synchronously with the disk 2 via 8, 9. In addition, a fixed antenna 10 radiating from all sides is provided. This fixed antenna 10 is fed by a transmitter 11 with the frequency F. The frequency F is amplitude-modulated in the modulator 12 with a 5 kHz oscillation, which is itself frequency-modulated in the modulator 14 with a 50 Hz reference wave from the generator 15. The generator 15 is synchronized with the 50 Hz rotation frequency of the turntables 2 and 7, as shown by the solid line 16.

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Die Antennenanordnung ι wird mit einer unmodulierten Trägerfrequenz (F + 3) kHz vom Sender 17 gespeist. Die Phase der den drei Antennen der Anordnung zugeführten Trägerströme beträgt o, 90 und i8o°, und der Abstand der drei Antennen ist so gewählt, daß ein kardioidenförmiges Strahlungsdiagramm mit nur einer Nullstelle entsteht, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Antennenanordnungen dieser Art sind bekannt, und auf eine nähere Beschreibung wird deshalb verzichtet.The antenna arrangement ι is fed with an unmodulated carrier frequency (F + 3) kHz from the transmitter 17. The phase of the carrier currents fed to the three antennas of the arrangement is o, 90 and 180 °, and the spacing of the three antennas is chosen so that a cardioid radiation pattern with only one zero is produced, as shown in FIG. Antenna arrangements of this type are known and a more detailed description is therefore dispensed with.

Die Antennenanordnung 6 wird mit einer unmodulierten Trägerfrequenz (F + 4) kHz vom Sender 18 gespeist. Aufeinanderfolgende Antennen werden gegenphasig erregt, wie in der Zeichnung durch die + -Vorzeichen angegeben ist. Die Antennen haben einen einheitlichen Abstand auf dem Umfang des Kreises, dessen Radius so gewählt ist, daß das durch die Antennenanordnung erzeugte Strahlungsdiagramm acht gleichmäßig angeordnete Blätter aufweist. Die Phasen jeweils zweier benachbarter Blätter sind entgegengesetzt, wie durch die' + -Zeichen in Fig. 5 gezeigt ist. Auch solche Antennenanordnungen sind bekannt.The antenna arrangement 6 is fed with an unmodulated carrier frequency (F + 4) kHz from the transmitter 18. Successive antennas are excited out of phase, as indicated in the drawing by the + sign. The antennas are uniformly spaced on the circumference of the circle, the radius of which is chosen so that the radiation pattern generated by the antenna arrangement has eight evenly arranged leaves. The phases of any two adjacent leaves are opposite as shown by the '+ signs in FIG. Such antenna arrangements are also known.

Im Fernfeld der Bakenstation werden drei Felder aufgebaut, die alle moduliert sind. Das Feld der ungerichteten Antenne 10 der Trägerfrequenz F ist mit 5 kHz durch eine Welle amplitudenmoduliert, die selbst mit 50 Hz frequenzmoduliert ist.In the far field of the beacon station, three fields are set up, all of which are modulated. The field of the omnidirectional antenna 10 of the carrier frequency F is amplitude-modulated at 5 kHz by a wave which is itself frequency-modulated at 50 Hz.

Die Phase dieser 50-Hz-Modulation entspricht der Rotationsphase der Antennenanordnungen 1 und 6. Das Feld der Antennenanordnung 1 der Trägerfrequenz (F + 3) kHz ist infolge der Rotation der Kardioide mit 50 Hz amplitudenmoduliert. Das Feld der Antennenanordnung 6 der Trägerfrequenz (F + 4) kHz ist infolge der Rotation des achtblättrigen Diagramms mit 400 Hz amplitudenmoduliert. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Trägerfrequenzen für die Richtdiagramme und die Aussendung des Bezugssignals als Modulation einer Zwischenträgerwelle von 5 kHz wird das Risiko einer Zwischenmodulation in der zugehörigen Empfangsstation, welche Anlaß zu unerwünschten Phasenverschiebungen der gerichteten Felder geben würde, weitestgehend vermindert.The phase of this 50 Hz modulation corresponds to the rotation phase of the antenna arrangements 1 and 6. The field of the antenna arrangement 1 of the carrier frequency (F + 3) kHz is due to the rotation of the Cardioids amplitude modulated at 50 Hz. The field of the antenna arrangement 6 of the carrier frequency (F + 4) kHz is amplitude-modulated with 400 Hz as a result of the rotation of the eight-leaf diagram. By using different carrier frequencies for the directional diagrams and the Transmission of the reference signal as a modulation of an intermediate carrier wave of 5 kHz will be Risk of intermediate modulation in the associated receiving station, which gives rise to undesirable Phase shifts of the directed fields would give, largely reduced.

Fig. 2 zeigt eine Empfangsstation für die Bakenstation der Fig. 1. In dieser Empfangsstation werden die durch die Bakenantennensysteme ausgestrahlten Felder alle von der Antenne 18 aufgenommen und nach eventuell gewünschter Verstärkung in einem Empfangsdetektor 19 gleichgerichtet. Die Ausgangsspannung des Empfangsdetektors enthält drei Komponenten, entsprechend den drei durch die Bake ausgesandten Feldern. Eine dieser Komponenten entsteht aus Schwebungen zwischen der mit der Frequenz F durch die ungerichtete Antenne ausgestrahlten Energie und der mit der Frequenz (F + 3) kHz durch die rotierende Antennenanordnung ι der Fig. 1 erzeugten Energie, welche eine Welle der Frequenz 3 kHz mit 50 Hz moduliert (infolge der Drehung des Richtdiagramms) ist. Diese 3-kHz-Komponente wird durch ein Bandpaßfilter 20 der Mittenfrequenz 3 kHz ausgenlitert. Die Ausgangsspannung des Filters 20 wird an einen Amplitudendetektor 21 angelegt, welcher die 5°~Hz-Modulationswelle entsprechend der Rotationsfrequenz des kardioidenförmigen Diagramms liefert. Die Ausgangsspannung vom Detektor 21 wird über ein 50-Hz-Filter 22 einer Phaseneinstellvorrichtung 23 zugeführt, deren Funktion später erläutert wird, und wird dann an einen Impulsformkreis 24 angelegt, in welchem die 50-Hz-Welle durch Übersteuerung verzerrt und differenziert wird, um in bekannter Weise eine Folge von Impulsen zu erzeugen, die gleiche Polarität und eine Wiederholungsfrequenz von 50 Hz haben. Die Dauer T₁ dieser Impulse beträgt 1000-Mikrosekunden, und der Takt der Impulsfolge ist durch die Phaseneinstellvorrichtung 23 einstellbar.2 shows a receiving station for the beacon station of FIG. 1. In this receiving station, the fields emitted by the beacon antenna systems are all picked up by the antenna 18 and, after any desired amplification, are rectified in a receiving detector 19. The output voltage of the reception detector contains three components, corresponding to the three fields emitted by the beacon. One of these components arises from beats between the energy emitted at the frequency F by the non-directional antenna and the energy generated at the frequency (F + 3) kHz by the rotating antenna arrangement ι of FIG Hz modulated (due to the rotation of the directional diagram). This 3 kHz component is filtered out by a bandpass filter 20 with a center frequency of 3 kHz. The output voltage of the filter 20 is applied to an amplitude detector 21 which supplies the 5 ° ~ Hz modulation wave corresponding to the rotation frequency of the cardioid-shaped diagram. The output voltage from the detector 21 is fed through a 50 Hz filter 22 to a phase adjuster 23, the function of which will be explained later, and is then applied to a pulse shaping circuit 24 in which the 50 Hz wave is distorted and differentiated by overdriving to generate in a known manner a sequence of pulses that have the same polarity and a repetition frequency of 50 Hz. The duration T _{1 of} these pulses is 1000 microseconds, and the timing of the pulse train can be adjusted by means of the phase adjustment device 23.

Eine andere Komponente des Detektorausgangs 19 entsteht aus der Überlagerung der mit. der Frequenz F durch die ungerichtete Antenne und der mit der Frequenz (F + 4) kHz durch die rotierende Antennenanordnung 6 ausgestrahlten Energie. Durch Rotation des achtblättrigen Diagramms sind die 4 kHz mit 400 Bz moduliert. Diese 4-kHz-Komponente wird durch ein Bandpaßfilter 25 ausgewählt und an den Amplitudendetektor 26 angelegt. Die 400-Hz-Modülationswelle im Ausgang des Detektors 26 geht über ein 400-Hz-Filter 27 an eine Iimpulsformeinheit 28 zur Erzeugung einer Folge von Impulsen gleicher Polarität mit einer Wiederholungsfrequenz von 400 Hz und einer Impulsdauer von 100 Mikrosekunden.Another component of the detector output 19 arises from the superimposition of the with. the Frequency F through the omnidirectional antenna and the one with the frequency (F + 4) kHz through the rotating antenna arrangement 6 radiated energy. By rotating the eight-leaf diagram the 4 kHz are modulated with 400 Bz. This 4 kHz component is passed through a band pass filter 25 is selected and applied to the amplitude detector 26. The 400 Hz modulation wave in the The output of the detector 26 goes through a 400 Hz filter 27 to a pulse shaping unit 28 for generation a sequence of pulses of the same polarity with a repetition frequency of 400 Hz and a pulse duration of 100 microseconds.

Die Ausgänge der Impuleerzeugerkreise 24 und 28 werden an einen Koinzidenzkreis 29 angelegt, welcher von bekannter Art ist und nur Ausgangsspannungen abgibt, wenn ein Impuls der Einheit 24 und ein Impuls der Einheit 28 zeitlich überlappend angelegt werden. Die Einstellung des Phasen-Schiebers 23 erlaubt die genaue Aussonderung jedes achten ioo-Mikrosekunden-Impulses des Impulsgenerators 28 durch einen breiteren 1000-Mikrosekunden-Impuls des Impulsgenerators 24. Der Ausgang des Koinzidenzkreises hat so die Form einer Impulsfolge, deren Wiederholungsfrequenz 400/8 gleich 50 Hz beträgt und deren Impulse eine Dauer von 100 Mikrosekunden haben. Der Takt dieser Folge ist durch das achtblättrige Diagramm bestimmt, welches auf diese Weise eindeutig die Einfallsrichtung der empfangenen Signale mit einem viel größeren Genauigkeitsgrad darstellt, als er für die ebenfalls eindeutigen 50-Hz-Impulse gegeben ist, welche von dem kardioidenförmigen Diagramm über die Einheiten 20, 21, 22, 23, 24 erhalten werden. Die 50-Hz-Impulsfolge vom Koinzidenzkreis 29 wird an ein Tiefpaßfilter 30 von 50 Hz angelegt, dessen Ausgang dann eine 50-Hz-Sinusvergleichswelle liefert.The outputs of the pulse generator circuits 24 and 28 are applied to a coincidence circuit 29, which is of a known type and only emits output voltages when a pulse from the unit 24 and a pulse of the unit 28 are applied in a temporally overlapping manner. The setting of the phase shifter 23 allows every eighth 100 microsecond pulse of the pulse generator to be accurately rejected 28 by a wider 1000 microsecond pulse from the pulse generator 24. The The output of the coincidence circle has the form of a pulse train, its repetition frequency 400/8 is equal to 50 Hz and the pulses of which have a duration of 100 microseconds. The beat this sequence is determined by the eight-leaf diagram, which in this way clearly defines the Represents the direction of arrival of the received signals with a much greater degree of accuracy than he for the equally unambiguous 50 Hz impulses is given, which is obtained from the cardioid diagram via the units 20, 21, 22, 23, 24 will. The 50 Hz pulse train from the circle of coincidence 29 is applied to a 50 Hz low pass filter 30, the output of which is then a 50 Hz sine comparison wave supplies.

Eine weitere Komponente des Ausgangs des Empfangsdetektors 19 ist die Modulationshüllkurve der von der ungerichteten Bakenantenne ausgestrahlten Energie. Diese Modulationshüllkurve ist eine 5-Hz-Welle, die mit. 50¹Hz in der Frequenz moduliert ist, und zwar synchron mit der Rotation der Ba,kenantennenanordnung.,Die 5-kHz-Another component of the output of the reception detector 19 is the modulation envelope of the energy emitted by the omnidirectional beacon antenna. This modulation envelope is a 5 Hz wave that begins with. 50 ¹ Hz is modulated in frequency, synchronously with the rotation of the Ba

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Komponente wird durch ein 5-kHz-Bandpaßfilter 31 ausgesiebt und dann an einen Diskriminator 32 angelegt, welcher die 50-Hz-Modulationsfrequenz liefert, die mittels eines 50-Hz-Filters 33 ausgesiebt wird.Component is filtered out through a 5 kHz band pass filter 31 and then passed to a discriminator 32 applied, which supplies the 50 Hz modulation frequency, which is filtered out by means of a 50 Hz filter 33 will.

Die Richtungsanzeige wird nun eindeutig durch Phasenvergleich zwischen der 50-Hz-Bezugswelle vom Filter 33 und der 50-Hz-Vergleichswelle vom Ausgang des Tiefpaßfilters 30 auf einem einzigen Indikator 34 erhalten. Der Indikator 34 ist ein 36o°-Phasenmesser üblicher Bauart, wie z. B. ein Dynamometer oder eine Kathodenstrahlröhre.The direction display is now clear through a phase comparison between the 50 Hz reference wave from filter 33 and the 50 Hz comparison wave from The output of the low pass filter 30 is obtained on a single indicator 34. The indicator 34 is a 36o ° phase meter of conventional design, such. B. a dynamometer or a cathode ray tube.

Fig. 3 zeigt, eine Peilstation, welche den Erfindungsgedanken verwendet. Die Station besteht aus zwei Antennenanordnungen 35 und 36, die auf entsprechenden Drehscheiben 37 und 38 befestigt sind und durch einen Motor 39 in derselben Richtung synchron mit 50 Hz über die durch gestrichelte Linien 40-41 und 40, 42, 43 angegebenen Kupp-Fig. 3 shows a direction finding station, which the inventive idea used. The station consists of two antenna assemblies 35 and 36, which are on corresponding Turntables 37 and 38 are fixed and driven by a motor 39 in the same direction synchronously with 50 Hz via the coupling indicated by dashed lines 40-41 and 40, 42, 43

zo lungen angetrieben werden. Die Antennenanordnung 35 ist ähnlich der dreiteiligen linearen Anordnung ι von Fig. ι und hat ein einblättriges, kardioidenförmiges Diagramm, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Die Antennenanordnung 36 ist ähnlieh der aus acht Elementen bestehenden Anordnung 6 von Fig. ι und hat ein achtblättriges Diagramm, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Die von einem entfernten Sender durch die Antennenanordnung 35 aufgenommene Energie wird durch die Rotation der Antennenanordnung mit 50 Hz moduliert und an einen Empfangsdetektor 44 angelegt. Am Ausgang des Empfangsdetektors 44 wird die 50-Hz-Modulation in einem 50-Hz-Bandpaßfilter 45 gesiebt, in dem Phasenschieber 46 in der Phase eingestellt und im Impulsgenerator 47 in eine Folge von Impulsen von 1000 Mikrosekunden Dauer umgeformt. Das Filter 45, der Phasenschieber 46 und der Impulsgenerator 47 sind ähnlich den Einheiten 22, 23 und 24 von Fig. 2. Die durch die Antennenanordnung 36 aufgenommene Energie wird infolge der 50-Hz-Rotation des achtblättrigen Diagramms mit 400 Hz moduliert, und diese Energie wird an den Empfangsdetektor 48 angelegt. Die 400-Hz-Modulation vom Ausgang des Detektors 48 wird in dem 400-Hz-Bandpaßfilter 49 gesiebt und mittels des Impulsgenerators 50 in eine Folge von Impulsen von 100 Mikrosekunden Dauer umgeformt. zo lungs are driven. The antenna arrangement 35 is similar to the three-part linear arrangement ι from FIG. 1 and has a single-leaf, cardioid-shaped diagram, as is shown in FIG. The antenna arrangement 36 is similar to the eight-element arrangement 6 of FIG. 1 and has an eight-leaf diagram, as shown in FIG. The energy absorbed by the antenna arrangement 35 from a remote transmitter is modulated by the rotation of the antenna arrangement at 50 Hz and applied to a reception detector 44. At the output of the reception detector 44, the 50 Hz modulation is filtered in a 50 Hz bandpass filter 45, adjusted in phase in the phase shifter 46 and converted in the pulse generator 47 into a sequence of pulses of 1000 microseconds duration. The filter 45, the phase shifter 46 and the pulse generator 47 are similar to the units 22, 23 and 24 of FIG. 2. The energy absorbed by the antenna arrangement 36 is modulated at 400 Hz due to the 50 Hz rotation of the eight-leaf diagram, and these Energy is applied to the receive detector 48. The 400 Hz modulation from the output of the detector 48 is filtered in the 400 Hz band-pass filter 49 and converted by the pulse generator 50 into a sequence of pulses of 100 microseconds in duration.

Die Ausgangsspannungen der Impulsgeneratoren 47 und 50 werden an einen Koinzidenzkreis 51 angelegt, und durch geeignete Einstellung des Phasenschiebers 46 wird vom Koinzidenzkreis 51 eine Folge vom Impulsen mit 50 Hz Wiederholungsfrequenz und 100 Mikrosekunden Dauer, entsprechend jedem achten Impulse der 400-Hz-Folge des Generators 50, hergeleitet. Der Takt dieser Folge ist durch das achtblättrige Diagramm der rotierenden Antennenanordnung 36 bestimmt und stellt eindeutig die Einfallsrichtung der empfangenen Signale dar. Die Ausgangsspannung. des Koinzidenzkreises 51 wird an ein 50-Hz-Tiefpaßfilter 52 zur Erzeugung einer 50-Hz-Vergleichs-Sinusspannung angelegt, und die Peilung des empfangenen Signals wird dann eindeutig auf dem Indikator 53 angezeigt, der die Phase der 50-Hz-Vergleichswelle vom Filter 52 mit derjenigen einer 50-Hz-Bezugswelle des Generators 54 vergleicht, die in Synchronismus mit der Antennenrotation, dargestellt durch die Linie 55, gehalten wird.The output voltages of the pulse generators 47 and 50 are applied to a coincidence circuit 51, and by appropriately setting the phase shifter 46, the coincidence circuit 51 becomes one Sequence of pulses with 50 Hz repetition frequency and 100 microseconds duration, accordingly every eighth pulse of the 400 Hz sequence from generator 50. The beat of this The sequence is determined by the eight-sheet diagram of the rotating antenna arrangement 36 and clearly represents the direction of incidence of the received Signals. The output voltage. of the coincidence circle 51 is connected to a 50 Hz low-pass filter 52 for generating a 50 Hz comparison sinusoidal voltage applied, and the bearing of the received signal is then clearly shown on the indicator 53, which shows the phase of the 50 Hz comparison wave from filter 52 with that of a Compares the 50 Hz reference wave of the generator 54, which is in synchronism with the antenna rotation, represented by line 55.

In beiden Ausführungsbeispielen kann die Phasenbeziehung zwischen der Vergleichswelle und der Bezugswelle einem Irrtum unterliegen, hervorgerufen durch die festen Phasenverschiebungen in den verschiedenen Einheiten (unterschiedliche Laufzeiten). Dieser Fehler kann in irgendeiner geeigneten Weise kompensiert werden, z. B. dadurch, daß der Nullpunkt auf dem Indikator geändert wird, oder indem zusätzliche Phasenverschiebungen eingeführt werden, um die feste relative Verschiebung bis zu einer ganzzahligen Anzahl Perioden der Welle zu bringen.In both exemplary embodiments, the phase relationship between the comparison wave and of the reference wave are subject to an error caused by the fixed phase shifts in the different units (different running times). This error can be in any appropriate Way to be compensated, e.g. B. by changing the zero point on the indicator or by introducing additional phase shifts to make up the fixed relative shift to bring up to an integer number of periods of the wave.

Die Wirkungsweise der beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele wird jetzt in bezug auf die in Fig. 6 dargestellten Wellenformen betrachtet. Diese Wellenformen sind alle über derselben Zeitskala aufgetragen, wobei jedoch feste Phasenveränderungen, die durch die verschiedenen Apparateinheiten bedingt sind, nicht berücksichtigt wurden.The operation of the two described embodiments is now with respect to the waveforms shown in Fig. 6 are considered. These waveforms are all over the same timescale applied, but with fixed phase changes caused by the various apparatus units are conditional, have not been taken into account.

Betrachten wir zuerst das an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebene Bakensystem. Die Kurve 56 von Fig. 6 stellt die 50-Hz-Bezugswelle dar, die vom Generator 15 geliefert wird und die synchron mit der Rotation der Antennenanordnungen 1 und 6 ist und die in der Empfangsstation der Fig. 2: am Ausgang des Filters 33 für den Indikator 34 verfügbar ist.Let us first consider the beacon system described with reference to FIGS. The curve 56 of Fig. 6 represents the 50 Hz reference wave supplied by generator 15 and which is synchronous with the rotation of the antenna assemblies 1 and 6 and that in the receiving station of Fig. 2: is available at the output of the filter 33 for the indicator 34.

Die Kurve 57 von Fig. 6 stellt die 50-Hz-Welle dar, die in¹ der Empfangsstation am Ausgang des Filters 22 erhalten wird. Wie schon erwähnt, entspricht diese Welle der Modulation des Feldes durch die Rotation des kardioidenförmigen Diagramms der Bake, und ihre Phase relativ zur Bezugswelle wird durch die Fortpflanzungsrichtung bestimmt.Curve 57 of FIG. 6 represents the 50 Hz wave obtained in FIG. ^{1 at} the receiving station at the output of filter 22. As already mentioned, this wave corresponds to the modulation of the field by the rotation of the cardioid diagram of the beacon, and its phase relative to the reference wave is determined by the direction of propagation.

Die Kurve 58 von Fig, 6 zeigt die 400-Hz-Welle, die in der Empfangsstation von Fig. 2 am Ausgang des Filters 27 erhalten wird. Diese Welle entspricht der Modulation des Feldes, hervorgerufen durch die Rotation des achtblättrigen Diagramms der Antennenanordnung, und ihre Phasenlage ist (mehrdeutig) abhängig von der Fortpflanzungsrichtung. Curve 58 of FIG. 6 shows the 400 Hz wave that emerges in the receiving station of FIG. 2 at the exit of the filter 27 is obtained. This wave corresponds to the modulation of the field caused by the rotation of the eight-leaf diagram of the antenna arrangement, and its phase position is (ambiguous) depending on the direction of propagation.

Kurve 59 von Fig. 6 zeigt zwei Impulse der 50-Hz-Impulsfolge, die auf der Empfangsstation von Fig. 2 am Ausgang des Impulsgenerators 24 erhalten wird. Der Takt dieser Impulse wird in erster Linie bestimmt durch die Phasenlage der Ursprungswelle 57 (die Impulse treten in den Augenblicken auf, wenn die Welle 57 in einer gegebenen Richtung durch ihren Nullwert geht), aber er kann mittels des Phasenschiebers 23 von Fig. 2 etwas geändert werden. Die Dauer T₁ dieser Impulse ist nicht kritisch, soll jedoch einen großen Bruchteil der Periode der 400-Hz-Welle 58 darstellen; im gegebenen Beispiel beträgt T₁ 1000 Mikrosekunden, das ist etwa gleich 0,4 der Periode der 400-Hz-Welle.Curve 59 of FIG. 6 shows two pulses of the 50 Hz pulse train which is obtained at the receiving station of FIG. 2 at the output of the pulse generator 24. The timing of these pulses is primarily determined by the phase position of the original wave 57 (the pulses occur at the moments when the wave 57 passes through its zero value in a given direction), but it can be somewhat changed by means of the phase shifter 23 of FIG to be changed. The duration T _{1 of} these pulses is not critical, but is intended to represent a large fraction of the period of the 400 Hz wave 58; in the example given, T _{1 is} 1000 microseconds, which is approximately equal to 0.4 of the period of the 400 Hz wave.

60S 7016/280 . 60S 7016/280.

16491 VIII a/21a*16491 VIII a / 21a *

Kurve 60 von Fig. 6 stellt die Impulsfolge dar, welche an der Empfangsstation von Fig. 2 am Ausgang des Impulsgenerators 28 erhalten wird. Der Takt dieser Impulse wird durch die Phasenlage der 400-Hz-WeHe 58 bestimmt. Die Dauer T₂ dieser Impulse beträgt einen kleinen Bruchteil der Periode der 400-Hz-Welle 58; im vorliegenden Beispiel ist T₂ 100 Mikrasekunden und gleich 0,04 der Periode der 400-Hz-Welle.Curve 60 of FIG. 6 represents the pulse train which is obtained at the receiving station of FIG. 2 at the output of the pulse generator 28. The timing of these pulses is determined by the phase position of the 400 Hz WeHe 58. The duration T _{2 of} these pulses is a small fraction of the period of the 400 Hz wave 58; in the present example, T _{2 is} 100 microseconds and equal to 0.04 of the period of the 400 Hz wave.

Kurve 61 von Fig. 6 zeigt zwei Impulse der 50-Hz-Folge, die am Ausgang des Koinzidenzkreises 29 erhalten werden, während die Kurve 62 von Fig. 6 die 50-Hz-Sinusvergleichswelle darstellt, die aus der Impulsfolge 61 mittels des Tiefpaßfüters erhalten wird. Die Phasenlage der Vergleichswelle 62 wird durch den Takt der Impulsfolge 61, d.h. durch den Takt jener Impulse der Folge 60 erhalten, die durch den Koinzidenzkreis infolge ihrer Zeitüberlappung mit den Impulsen der Folge 59 hindurchgehen. Die Richtungsanzeige wird im Indikator 34 durch Phasenvergleich zwischen der Bezugswelle 56 und der Vergleichswelle 62 erhalten, d. h. zwischen der Bezugswelle und einer Welle, die von dem rotierenden achtblättrigen Diagramm abgeleitet ist.Curve 61 of FIG. 6 shows two pulses of the 50 Hz sequence which occur at the output of the coincidence circle 29 can be obtained while curve 62 of FIG. 6 represents the 50 Hz sine comparison wave, from the pulse train 61 by means of the low-pass filter is obtained. The phase position of the comparison shaft 62 is determined by the cycle of the pulse train 61, i.e. obtained by the timing of those pulses of the sequence 60 which are passed through the coincidence circle due to their time overlap with the pulses of the sequence 59 go through. The direction indicator is obtained in the indicator 34 by phase comparison between the reference shaft 56 and the comparison shaft 62, i.e. H. between the reference shaft and a shaft derived from the rotating eight leaf diagram.

Die Betrachtung der Kurven, von Fig. 6 zeigt, daß die Dauer T₁ der Impulse der Folge 59 so groß sein muß, daß sie einen ganzen Impuls oder Teile von zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der Folge 60 überlappt. Sie muß mindestens gleich der Dauer der Impulse der Folge 60 sein, so daß der letztere völlig überlappt werden kann. Es besteht jedoch die Möglichkeit, daß unter gewissen Umständen die Impulse der Folge 59 keinen der Im-Examination of the curves in FIG. 6 shows that the duration T _{1 of} the pulses of the train 59 must be so great that it overlaps a whole pulse or parts of two successive pulses of the train 60. It must be at least equal to the duration of the pulses of the sequence 60 so that the latter can be completely overlapped. However, there is the possibility that under certain circumstances the impulses of the sequence 59 will not

pulse der Folge 60 überlappen, und in diesem Fall würde keine Vergleichswelle erzeugt werden. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, ist der Phasenschieber 23 vorgesehen; durch geeignete Einstellung des Phasenschiebers können die Impulse der Folge 59 zur völligen Deckung mit Impulsen der Folge 60 gebracht werden. Der Bereich der Phaseneinstellung braucht natürlich nur relativ klein zu sein und braucht nur dem Zeitintervall zwischen den Impulsen der 400-Hz-Folge 60, d. h. 2500 Mikro-Sekunden (45° Phasenverschiebung in einer 50-Hz-Welle) im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels zu entsprechen. Diese Phaseneinstellung beeinflußt nicht die Richtungsanzeige, sondern sorgt dafür, daß die Vergleichswelle in ihrer Intensität nicht verringert wird, da stets der volle Impuls der Folge 60 durch den Koinzidenzkreis geht. Wenn die zu messende Richtung sich ändert, bewegen sich die zwei mit 59 und 60 bezeichneten Impulsfolgen längs der Zeitskala mit geringerpulses of the sequence 60 overlap, and in this case no comparison wave would be generated. Around To circumvent this difficulty, the phase shifter 23 is provided; through suitable adjustment of the phase shifter, the pulses of the sequence 59 to completely coincide with the pulses of the sequence 60 are brought. Of course, the phase adjustment range only needs to be relatively small and only needs the time interval between the pulses of the 400 Hz train 60, i.e. H. 2500 microseconds (45 ° phase shift in a 50 Hz wave) in the case of the exemplary embodiment described. This phase adjustment does not affect the direction display, but ensures that the comparison wave in its intensity is not reduced, since the full pulse of the sequence 60 is always passed through the coincidence circle goes. When the direction to be measured changes, the two labeled 59 and 60 move Pulse trains along the time scale with less

relativer Phasenverschiebung, und es ist praktisch keine Neueinstellung des Phasenschiebers notwendig. relative phase shift, and practically no readjustment of the phase shifter is necessary.

Für das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Peilstation bedeutet die Kurve 56 wieder die 50-Hz-Bezugswelle, die dieses Mal vom Generator 54 in Fig. 3 abgeleitet ist. Die Kurve 57 ist dann die So-Hz-Welle, die aus der Rotation des kardioidenförmigen Diagramms der Antennenanordnung 35 resultiert und die im Ausgang des Filters 45 in Fig. 3 vorhanden ist, während die Kurve 58 die 400-Hz-Welle ist, die aus der Rotation des achtblättrigen Diagramms der Antennenanordnung 36 resultiert und die am Ausgang des Filters 49 in Fig. 3 auftritt. Die durch die Kurven 59 und 60 dargestellten Impulsfolgen sind in diesem Fall die durch die Impulsgeneratoren 47 und 50 von Fig. 3 erzeugten Folgen. Die Impulsfolge 61 ist die 50-Hz-Folge, die vom Koinzidenzkreis 51 von Fig. 3 abgeleitet ist, und die Kurve 62 ist die sinusförmige 50-Hz-Vergleichswelle, die im Ausgang des Filters 52 für den Phasenvergleich im Indikator 53 mit der durch die Kurve 56 dargestellten Bezugswelle erhalten wird.For the exemplary embodiment of a bearing station shown in FIG. 3, curve 56 again means the 50 Hz reference wave, this time derived from generator 54 in FIG. 3. The curve 57 is then the So Hz wave resulting from the rotation of the cardioid diagram of the antenna array 35 results and that in the output of the filter 45 in Fig. 3, while curve 58 is the 400 Hz wave resulting from the rotation of the eight-leaf diagram of the antenna arrangement 36 and that at the output of the filter 49 occurs in FIG. The pulse trains represented by curves 59 and 60 are in this case the sequences generated by the pulse generators 47 and 50 of FIG. The pulse train 61 is the 50 Hz sequence derived from circle of coincidence 51 of FIG. 3 and curve 62 is the sinusoidal 50 Hz comparison wave, which is in the output of the filter 52 for the phase comparison in the indicator 53 is obtained with the reference shaft represented by curve 56.

In dem beschriebenen System wird das Peilsignal von nur einem der Blätter des mehrblättrigen Diagramms erhalten, d. h. das System hat dieselbe Genauigkeit, als wenn das rotierende Diagramm die Form eines einzigen scharfen Blattes hätte. Die Erzeugung solch eines Blattes wäre jedoch außerordentlich schwierig und könnte nur mit Antennenanordnungen erreicht werden, die einen sehr großen Abstand voneinander haben. Ferner würde die Rotation solch eines Strahles beträchtliche Schwierigkeiten bereiten, wenn das System nicht mit Zentimeterwellenlängen arbeitet.In the system described, the bearing signal is from only one of the leaves of the multi-leaf Get diagram, d. H. the system has the same accuracy as when the rotating diagram would have the shape of a single sharp leaf. However, the creation of such a leaf would be extremely difficult and could only be achieved with antenna arrangements that have one have a very large distance from each other. Furthermore, the rotation of such a beam would be considerable Cause difficulties if the system does not work with centimeter wavelengths.

Es ist selbstverständlich auch möglich, andere Antennenanordnungen und andere Diagrammformen zu verwenden, als sie beschrieben sind, und es ist auch möglich, anstatt einer mechanischen Drehung der Antennenanordnung eine elektrische Drehung der Richtdiagramme vorzusehen, indem die mechanische Drehung der Antennen beispielsweise durch rotierende Goniometer ersetzt wird. Das Bezugssignal kann bei der Meßauswertung auch durch eine Folge scharfer Impulse ersetzt werden, deren Wiederholungsfrequenz gleich der Frequenz der Rotation des Richtdiagramms ist. Die eindeutige Richtungsanzeige wird dann durch einen Zeitvengleich zwischen den Bezugsimpulsen und den Koinzidenzkreisimpulsen erhalten.It is of course also possible to use other antenna arrangements and other diagram shapes to use as they are described, and it is also possible instead of a mechanical one Rotation of the antenna assembly to provide electrical rotation of the directional patterns by the mechanical rotation of the antennas is replaced, for example, by rotating goniometers. When evaluating the measurement, the reference signal can also be replaced by a series of sharp pulses whose repetition frequency is equal to the frequency of rotation of the directional diagram. The unambiguous directional indication is then given by a time equilibrium between the reference pulses and get the coincidence circle pulses.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Radio navigation system with synchronous rotation on the sending or receiving side two antenna arrays, one of which is a single-leaf, the other a multi-leaf Has diagram, and by phase comparison of the two DF modulations on the receive side With a phase-locked reference oscillation, a display that is increased in accuracy but nonetheless remains unambiguous is obtained is, characterized in that for the receiving side, purely electronic acquisition two continuous ones to be compared in the phase, giving an immediate indication of direction or pulse-sampled voltages means are provided to convert from the two DF modulations derive frequency and phase corresponding pulse trains, using a phase shifter so finely regulated that individual

609 7057280

/ 6491 VIIIal21 α ⁴

Pulses of the higher-frequency pulse train through the lower-frequency pulse train in time are covered, these individual pulses of the higher-frequency pulse train and weed out themselves or their repetition frequency with the phase-locked reference oscillation or a frequency and phase corresponding pulse sequence obtained therefrom in the phase to compare.

2. System according to claim ι for use as a rotary radio beacon, characterized in that that the reference frequency wave is omnidirectional and broadcast on a different carrier frequency is called rotating, which is also broadcast on different carrier frequencies Directional diagrams and that the carrier for the reference shaft modulates with an intermediate carrier is whose frequency is greater than the repetition frequency of the - high frequency Pulse train is.

3. System according to claim ι for use as a direction finding station, characterized in that the two synchronously rotating directional antenna arrangements Receiving antenna arrangements are and that the reference frequency signal from the rotation frequency of the antenna arrangements is won.

4. System according to claim 1, 2 or 3, characterized characterized in that the adjustment of the phase position between the two from the DF modulation waves obtained pulse sequences at the lower frequency takes place, namely by phase shift after its rectification, i.e. before the transformation into the corresponding one Pulse train.

5. System according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the selected Pulses of the higher frequency sequence are fed to a filter, its output voltage supplies a sinusoidal comparison wave for phase comparison with the reference frequency wave.

Considered publications:
U.S. Patent Nos. 2,530,600, 2,565,506.

For this purpose 2 sheets of drawings