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Publication number: DET0006421MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 3. Juli 1952 Bekanntgemacht am 3. November 1955Registration date: July 3, 1952. Advertised on November 3, 1955

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Bei verschiedenen Verfahren der Funktechnik, z. B. bei der Hyperbelnavigation oder beim Gleichwellenrundfunk, besteht die Aufgabe, die Phasenverschiebung zwischen den Schwingungen zweier 5 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. ίο 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 Vergleichsschwingungen gleicher Frequenz bestimmt, die durch Frequenzvervielfachung oder -teilung aus den ausgestrahlten Schwingungen gewonnen werden.In various methods of 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 5 or more transmitters, their spatial distance can be on the order of 100 km, preferably in the middle between two transmitters to keep constant or at least their rate of change below a certain value. ίο For the following considerations, it is irrelevant whether the two transmitters vibrate at the same frequency emit or whether their frequencies are different multiples of a common fundamental frequency are. In this case the phase shift between the two oscillations is due Comparison of two comparison oscillations of the same frequency determined by frequency multiplication or division can be obtained from the emitted vibrations.

Solange die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen zwischen den Sendern konstant ist, kann man die gewünschte Phasen- und Frequenzbeziehung dadurch aufrechterhalten, 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 derAs long as the propagation of the electromagnetic waves between the transmitters is constant, can the desired phase and frequency relationship is maintained by having the Vibration of one transmitter, the mother transmitter, in the vicinity of the second, the daughter transmitter, receives and - if necessary after corresponding conversion of the frequency - with the oscillation of the subsidiary station compares. According to the

509 578/88509 578/88

T 6421 VIII al 21a*T 6421 VIII al 21a *

gemessenen Phasenverschiebung wird die Phase bzw. Frequenz des Tochterseiiders so geregelt, daß die an der Empfangsstelle gemessene Phasenverschiebung konstant bleibt. Unter der Voraus-Setzung 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 Mutler- und Tochtersender konstante Phasenbezielmngen 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 AbI). 1 veranschaulicht. Hei M stehe der Muttersender und -empfänger, bei 7" der Tochtersender und -empfänger. Die Vergleichsfrequenz bzw. ihre durch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit zwischen M und T bedingte Wellenlänge λ ist in Abb. 1 so groß gewählt, daß die Entfernung zwischen M und T gerade dreimal so groß ist wie diese Vergleichswellenlänge. Schwingen die Sender M und V im gleichen Takt, so wird man sowohl bei M als auch bei T die Phasen verschiebung o° (bzw. 300") messen. Auf der Strecke zwischen M und T ist die (iröße der Phasenverschiebung durch die eingezeichnete Sägezahnkurve gegeben. In Wirklichkeit kann die Entfernung MT im Verhältnis zur Vergleichswellenlänge erheblich größer sein, als in Abb. 1 angenommen wurde. Bei der deutschen Decca-Navigator-Kette ist sie z. 15. zweihundertmal so groß wie die Wellenlänge.Measured phase shift, the phase or frequency of the daughter egg is regulated so that the phase shift measured at the receiving point remains constant. Assuming constant propagation ratios between parent and daughter transmitters and assuming constant frequency of the mother transmitter, constant phase target quantities between mother and daughter transmitters are not only obtained at the control receiver in the vicinity of the daughter transmitter, but also at all points between the mother and daughter transmitter. and daughter frequency. A constant phase shift would also be measured at a receiving point close to the mother transmitter, in the "mother receiver". These ratios are in AbI). 1 illustrates. Hei M is the mother transmitter and receiver, at 7 "the daughter transmitter and receiver. The comparison frequency or its wavelength λ due to the speed of propagation between M and T is selected in Fig. 1 so large that the distance between M and T is just is three times as large as this reference wavelength. If the transmitters M and V vibrate at the same rate, the phase shift o ° (or 300 ") will be measured for both M and T. On the route between M and T , the (i-size of the phase shift is given by the sawtooth curve drawn. In reality, the distance MT in relation to the reference wavelength can be considerably greater than was assumed in Fig. 1. In the German Decca navigator chain is they are, for example, two hundred times as large 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 Ausbreitungsgeschwindigkeil um Vm angenommen wurde. Eine derartig grolle Änderung tritt in Wirklichkeit nicht auf; sie ist hier nur angenommen, um die Bilder deutlicher zu machen. Während die Phasenverschiebung voraussetziuigsgeniäß bei T Null geblieben ist, hat sie nunmehr bei M den Wert 360" · ¹⁸/._M =- 270⁰, in der Mitte zwischen M und T den Wert 360⁰ ■ ²¹/.,₄ If the speed of propagation changes between MT and the phase shift is kept constant at T , the relationships shown in Fig. 2 result, whereby a decrease in the speed of propagation by Vm was assumed. Such a great change does not actually occur; it is only accepted here to make the pictures clearer. Has remained during the phase shift voraussetziuigsgeniäß T zero, it has now at M the value of 360 "x ¹⁸ / _M = -. 270 ^0, in the middle between M and T the value 360 ⁰ ■ ^_21/4.

315". (ierade in der Mitte zwischen M und 7 soll aber sowohl bei der 11 vperbelnavigation als auch beim (ileichwellenrundfunk die Phasenver-Schiebung möglichst klein bleiben, während in der Nähe von M und T Pliasenänderungen von geringerer Bedeutung sind. Im Fall der deutschen Deeca-Navigalor-IvetU' würde wegen des größeren Seiiderabslandes bereits eine Änderung von315 ". (But in the middle between M and 7, the phase shift should remain as small as possible for both 11 vperbel navigation and (ileichwellenrundfunk), while in the vicinity of M and T, plias changes are of less importance. In the case of the German Deeca-Navigalor-IvetU 'would already be a change from

0,06%0.06%

200 -25200 -25

der Ausbreitungsgeschwindigkeit die gleichen Phasenverschiebungen wie in Abb. 2 bewirken.the same phase shifts as the velocity of propagation as in Fig. 2.

Uni die unerwünschte Phasenverschiebung in der Mitte zwischen .1/ und T zu vermeiden, kann man die kontrollierende Empfangsstelle statt bei T in der Mitte zwischen .1/ 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 315⁰, bei T von 45⁰, während sie in der Mitte genau Null, in dem ganzen mittleren Gebiet verhältnismäßig klein bliebe. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß außer den beiden Sendestationen noch eine von beiden weit entfernte (100km imFalle der deutschen Decca-Navigator-Kette) Kontrollstation zu errichten ist, von der aus die Regelströme über Leitungen oder besondere Funkverbindungen zum Tochtersender zu übertragen wären.To avoid the undesired phase shift in the middle between .1 / and T , the controlling receiving point can be set up in the middle between .1 / and T instead of at T and the phase of the subsidiary transmitter can be controlled from there. Such processes are already known. The relationships in Fig. 3 are then obtained. At M there would be a phase shift of 315 ⁰ , at T of 45 ⁰ , while it would remain exactly zero in the center and relatively small in the entire central area. However, this method has the disadvantage that, in addition to the two transmitting stations, a control station has to be set up far away from both (100km in the case of the German Decca Navigator chain), from which the control currents would be transmitted to the daughter transmitter via cables or special radio links.

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 receiver at M and T are used for regulation. The phase shifts measured simultaneously at these points are set with the aid of a control connection between M and T on one transmitter or on both transmitters in such a way that they together give the original phase shifts. So it must be z. B. increase the phase shift in the daughter transmitter by the same amount as it is reduced in the mother 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 Übereinstimmung 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). 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. 1 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 tio verläuft. Denken wir uns deshalb die Ausbreitungsgeschwindigkeit zunächst nur um einen kleinen Betrag von ν auf v' erniedrigt. Dann ergibt sich beim Mutterempfänger eine kleine Phasenverschiebung /Up (Abb. 4b). Wird diese Phasenverschiebung dazu ausgenutzt, um die Frequenz des Muttersenders entsprechend von / auf /' zu erniedrigen, so werden gemäß Abb. 4c die ursprünglichen Phasenverhältnisse wieder hergestellt, wenn die Bedingung /'·;.= v' erfüllt ist. Man erhält dieselbe. Wellenlänge wie vorher bei geänderter Ausbreitungsgeschwindigkeit und Frequenz. Unter der Voraussetzung, daß dieser Regelvorgang der Änderung von t' trägheitslos folge, lassen sich beliebige Änderungen von ν ausgleichen. Unabhängig von dem 'Regelvorgang bei M bleibt der Regelvorgang derBut you can also achieve the desired effect without a control connection between M and T , if the phase shift of the daughter frequency to a certain value, z. B. zero, holds, whereby the frequency of the daughter transmitter is brought into constant correspondence with the mother frequency, but also changes the frequency of the mother transmitter by the mother receiver until the originally existing phase shift between mother and daughter frequency is restored at M ( Frequency adjustment). With the sign of the phase shift selected in Fig. 4, the frequency of the mother transmitter must also increase as the phase shift increases so that the control process is stable. In Fig. 4a the same conditions as in Fig. 1 are used. It is now assumed that a reduction in the speed of propagation v, as it was already assumed in Fig. 2, does not start suddenly, but progresses gradually. Let us therefore imagine that the velocity of propagation is initially only reduced by a small amount from ν to v '. Then there is a small phase shift / Up in the mother receiver (Fig. 4b). If this phase shift is used to lower the frequency of the mother transmitter accordingly from / to / ', the original phase relationships are restored according to Fig. 4c when the condition /'·;.= v' is met. You get the same. Wavelength as before with changed propagation speed and frequency. Provided that this control process follows the change in t 'without inertia, any changes in ν can be compensated for. Regardless of the 'control process at M , the control process remains the

57K8H57K8H

T 6421 VIIIal'21 a¹ T 6421 VIIIal'21 a ¹

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 ganzePhase at T. As a result, the frequency of the daughter transmitter is always brought into agreement with that of the mother transmitter. Assuming that the change in the speed of propagation is not limited to the connecting line between M and T, but rather over the entire area to be considered, e.g. B. over the whole

■ Hyperbelfeld eines Navigationsgebietes, erstreckt, so erreicht man durch diese Maßnahme, daß trotz■ Hyperbolic field of a navigation area, extends, one achieves with this measure that despite

ίο der Ausbreitungsgeschwindigkeitsänderung 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.ίο the change in the velocity of propagation The position of the hyperbolas remains unchanged in the whole area. The only thing that changes is the broadcast frequency; but this change is with the practical changes in the velocity of propagation negligible compared to the selectivity of the recipient.

Die bisher betrachteten Phasenänderungen brauchen nicht notwendigerweise die Folge einer Geschwindigkeitsänderung der sich zwischen M und T ausbreitenden drähtlosen 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 P'hasenunterschiede 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 have to be the result of a change in the speed of the wireless waves propagating between M and T. They can also be caused by changes in path caused by refraction phenomena in the troposphere or by reflections in the ionosphere. With regard to the phase differences at M and T, all of these phenomena can be interpreted as a consequence of a changed effective propagation speed or effective wavelength. If, according to the method according to the invention, the symmetrical phase distribution is restored and the disruptive causes are also distributed symmetrically to the axis of symmetry of MT , z. If, for example, the ionosphere is at the same height in the entire navigation area, the original conditions also result outside the connecting line MT in the vicinity of the axis of symmetry.

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.If the navigation or single-frequency system consists of more than two transmitters, in particular when it extends over a very large and geographically inhomogeneous area, the effective wavelength with respect to the individual transmitter pairs may be different. In this The case is either the frequency adjustment in connection with an averaging or the Apply phase symmetrization. The averaging can be done in such a way that the frequency change of the mother transmitter 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 are taken into account, in such a way that z. B. their geometric mean remains as small as possible.

Schließlich kann man im Fall mehrerer . Sender Phasensymmetrierung und Frequenznachstimmung derart miteinander vereinigen, daß so\vohl 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 T_x, T₂ und T₃ angenommen, die von der Mutterstation M alle den gleichen Abstand von 3 X haben. Durch eine Ausbreitungsstörung, die sich im Bereich der drei Tochtersender verschieden auswirken möge, entstehen die effektiven Wellenlängen X_x, X₂ und X₃, für die folgende Werte angenommen werden: I₁ = 24 2/25, X₂ = 23 λ/25, X₃ = 22 λ/25. Abb. 5a 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 /' = 23 //25 erniedrigt wurde. Man erhält nunmehr die Wellenlängen I_x = 24 2/23, X₂ = X, X₃ = 22 λ/23. Gleichzeitig sind die restlichen Phasenverschiebungen so eingestellt, daß die Summe ihrer bei M und T₁ bzw. T₂ und T₃ 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. Transmitter combine phase symmetry and frequency matching in such a way that the most favorable frequency is set, at which the changes in the phase differences between the parent transmitter and the individual daughter transmitters remain as small as possible, and the phase of the daughter transmitters is set so that the phase distribution is in the middle between the parent station and the daughter stations does not change. Fig. 5 shows an example of this procedure. A total of three daughter stations T _x , T ₂ and T _{3 are} assumed, all of which are at the same distance of 3 X from the mother station M. The effective wavelengths X _x , X ₂ and X ₃ , for which the following values are assumed: I ₁ = 24 2/25, X ₂ = 23 λ / 25, arise from a propagation disturbance, which may have different effects in the area of the three daughter transmitters , X ₃ = 22λ / 25. Fig. 5a shows the undisturbed phase distribution, which is initially the same for the three subsidiary transmitters under the conditions that have been met. Fig. 5b shows the phase distribution after the disturbance, whereby the phase shift at the locations of the daughter transmitters was initially kept constant. Fig. 5 c shows the situation after the frequency was lowered to / '= 23 // 25. The wavelengths I _x = 24 2/23, X ₂ = X, X ₃ = 22 λ / 23 are now obtained. At the same time, the remaining phase shifts are set so that the sum of their values measured at M and T ₁ or T ₂ and T ₃ gives the original value. In Fig. 5 it can be clearly seen how much smaller the deviations have become due to the regulation, especially in the area of the axes of symmetry.

Claims

PATENT CLAIMS:

ι. Method for phase control of two of each other Spatially distant cooperating transmitters, taking into account fluctuations in transit time, characterized in that, that in the vicinity of each of the two transmitters receive the respective remote transmitter and the Phase of its oscillation is compared with that of the neighboring transmitter and that the on phase differences measured at both locations due to 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 that each of the phase differences measured in the vicinity of the two transmitters is additionally due to a change in frequency both transmitters is kept constant at a certain value.

3. The application of the method according to claim ι for phase control of more than two Transmitters, characterized in that their frequency is set to an average value, in which the phase shift changes occurring between the parent transmitter and the daughter transmitters be as small as possible overall,

1 sheet of drawings