DE1027264B - Allrichtungsfunkfeuer - Google Patents

Description

deutsches

Die Erfindung bezieht sich auf Allrichtungsfunkfeuer, insbesondere auf solche, die eine Azimutbestimmung durch Phasenvergleich ermöglichen.

In der Flugnavigation werden Funkfeuer mit rotierendem Peilstrahl verwendet, um in Flugzeugen in jeder beliebigen Richtung die Azimutbestimmung vornehmen zu können. Solche Funkfeuer sind universell verwendbar im Gegensatz zu den sogenannten Leitstrahlbaken, die nur einige ausgezeichnete Richtungen bzw. Sektoren festzustellen gestatten.

Bei einer bekannten und viel verwendeten Ausführungsform eines Funkfeuers erfolgt die Azimutbestimmung durch Phasenvergleich. Bei diesem bekannten System läuft ein Richtstrahldiagramm einer Antennenanordnung mit einer bestimmten Geschwindigkeit um, so daß an einem entfernten Empfängsort eine der Form des Richtstrahldiagramms entsprechende Amplitudenmodulation der empfangenen Hochfrequenzenergie entsteht, deren Grundfrequenz durch die Umlaufgeschwindigkeit des Richtstrahldiagramms bestimmt ist. Die auf diese Weise durch die Rotation erzeugte Modulationskurve kann als »Richtungseinhüllende« oder kurz »Peilwelle« bezeichnet werden. Damit ein Flugzeug den Azimut bezüglich eines Funkfeuers feststellen kann, muß außerdem ein Bezugssignal übertragen werden, das, bezogen auf die Peilwelle, eine feste Phasenbeziehung aufweist. Die gegenseitige Phasenbeziehung zwischen Bezugssignal und Peilwelle ist von der Winkellage des Empfangsortes bezüglich der Lage des Funkfeuers abhängig. Richtungs- und Bezugssignal werden in einer vorgegebenen Richtung, beispielsweise Nord, derart zueinander in Beziehung gebracht, daß beide Signale in Phase liegen. Durch Bestimmung der Phasendifferenz zwischen Peilwelle und Bezugssignal kann also die Richtung des Flugzeuges bezüglich des Funkfeuers festgestellt werden.

Es wurde festgestellt, daß es besonders vorteilhaft ist, zur Übertragung von Richtungs- und Bezugssignalen die Impulsmodulationstechnik zu verwenden. Dabei werden die Impulse des Richtungssignals mit mindestens einer sinusförmigen Modulationskurve durch das Richtdiagramm der Antenne des Funkfeuers amplitudenmoduliert. Aus den Impulsen wird in bekannter Weise empfangsseitig die Einhüllende bzw. Peilwelle abgeleitet.

Das Bezugssignal wird nach allen Richtungen hin gleichzeitig übertragen, empfangsseitig gleichgerichtet und in seiner Phase (oder zeitlichen Lage) mit der gewonnenen Peilwelle verglichen und ergibt eine Azimutanzeige. Bei Allrichtungsfunkfeuern, die mit Phasenvergleich arbeiten und bei denen ein sich in der Amplitude änderndes, umlaufendes Richtdiagramm übertragen wird, das an keinem Punkt seines Um-Allrichtungsfunkfeuer

Anmelder:

International Standard Electric
Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Gus Stavis, Ossining, N. Y. (V. St. A.),

ist als Erfinder genannt worden

laufes auf Null einzieht, und bei dem ein Bezugsimpuls immer dann nach allen Richtungen abgestrahlt wird, wenn eine ausgezeichnete Stelle des Strahlungsdiagramms eine Bezugsrichtung, beispielsweise Nord, durchläuft, besteht nun keine Schwierigkeit, empfangsseitig einen örtlichen Generator mit dem aufgenommenen Bezugsimpuls zu synchronisieren oder eine Bezugsschwingung von dem Bezugsimpuls abzuleiten, solange der Rauschpegel unterhalb des Signalpegels des Bezugsimpulses liegt.

Der durchschnittliche Rauschpegel ist zwar in den meisten Fällen immer kleiner als das Richtungssignal, es ist jedoch denkbar, daß der Empfangsort in einer Richtung minimalen Amplitudenpegels liegt, so daß das Bezugssignal an dieser Stelle der Richtungseinhüllenden nicht aufgenommen werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Funkfeuer zu schaffen, das selbst bei ungünstigsten Verhältnissen, wenn der Rauschpegel sehr groß ist, noch sicher arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Funkfeuern zur Richtungsbestimmung durch Phasenvergleich, welche ein rotierendes Richtstrahldiagramm aussenden und dadurch empfangsseitig eine Amplitudenmodulation der Energie hervorrufen und welche außerdem Bezugsimpulse mit Hilfe von Zwischenträgern abstrahlen, zum Zwecke der sicheren Durchführbarkeit der Peilung bei Vorhandensein eines größeren Störpegels mehrere Bezugsimpulse in verschiedenen Richtungen, vorzugsweise zwei Bezugsimpulse in .um 180° versetzten Richtungen (z. B. in Nord- und Südrichtung), synchron mit der Umdrehungsfrequenz des Richtstrahldiagramms ausgesendet werden.

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In der Zeichnung wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. IA die Polarkoordinatendarstellung eines Strahlungsdiagramms eines Funkfeuers,

Fig. 1B eine graphische Darstellung der Empfangsspannung, über der Zeitachse aufgetragen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Funkfeuers, auf das die Erfindung Anwendung finden kann,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Empf angs-

einem bestimmten Azimut steht. Es geht beispielsweise durch das Feld des Abnahmekopfes 21, wenn das Maximum der Keule 14 in Nordrichtung steht, bzw. durch das Feld des Abnahmekopfes 22, wenn das Maximum der Keule 14 sich um 180° gedreht hat und nach Süden zeigt. Die Ausgangsspannung des Abnahmekopfes 21 gelangt über eine Koppeleinrichtung 23 an einen Generator 24 einer bestimmten Frequenz, beispielsweise 100 kHz, und stößt diesen Ge-

seite mit dem Bezugswellengenerator in Zusammen- i° nerator an. Seine Ausgangsenergie wird an die arbeit mit einem Funkfeuer, welches die Einrich- Impulsstufe 4 weitergeleitet, so daß Hochfrequenz

tungen der Erfindung enthält, und

Fig. 4 und 5 Diagramme, die zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung gemäß der Erfindung dienen.

In den Fig. IA und IB ist das Strahlungsdiagramm einer Antenne dargestellt, wie es bei einem Funkfeuer Verwendung finden kann. Das Strahlungsdiagramm gemäß Fig. IA läuft mit konstanter Geschwindigkeit um, so daß ein Empfänger innerhalb der Reichweite des Senders Signale mit sinusförmig sich ändernder Amplitude registriert, wie es in Fig. IB dargestellt ist. Die Sinuswelle des Diagramms in Fig. 1B enthält eine sinusförmige Grundwelle und eine sinusförmige dritte Harmonische.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines Allrichtungsfunkfeuers 1 und einer mit diesem zusammenarbeitenden beweglichen Empfangsstation 2 mit den Einrichtungen gemäß der Erfindung schematisch dar-

impulse der Frequenz 100 kHz schließlich als Modulation des Trägers zum Strahler 7 gelangen. Die Ausgangsenergie des Abnahmekopfes 22 gelangt in gleicher Weise über eine Koppeleinrichtung 25 auf einen zweiten Generator 26, der beispielsweise eine Frequenz von 20OkHz erzeugt, weiter zur Impulsstufe 4 und von da endlich als 200-kHz-Modulation des Trägers zum Strahler.

Aus Fig. IB ist zu erkennen, daß die bei einem

bestimmten Azimut von der Antenne 6 aufgenommene Energie Impulse 27 enthält, die mit der Trägerfrequenz auftreten. Weiterhin sieht man eine Impulsgruppe 28 als Darstellung der Nordrichtung mit einer Impuls-25 Wiederholungsfrequenz von 100 kHz und weiterhin eine Gruppe von Impulsen 29, die den Bezugsimpuls für die Südrichtung darstellen. Auch diese Impulsgruppen liegen natürlich innerhalb der durch die Rotation des Strahlungsdiagramms als Sender empfangsgestellt. Der Sender enthält einen Trägerfrequenz- 3° seitig entstehenden Modulationshüllkurve.
generator3, der ausgangsseitig mit einer Hochfrequenz- Der in Fig. 2 dargestellte Empfänger der beweg-

impulsstufe 4 verbunden ist, über die der Hochfre- liehen Station ist mit einer ungerichteten Empfangsquenzsender 4 a im Rhythmus der Trägerfrequenz antenne 30 ausgerüstet, deren Energie in üblicher impulsmoduliert wird. Die impulsmodulierte Hoch- Weise über Hoch- und Zwischenfrequenzstufen 31 sof requenzenergie gelangt über einen Antennenkoppler 5 35 wie einen Detektor 32 an einen Verstärker gelangen', an den Strahler 7, der zum Antennensystem 6 gehört. Seine impulsförmige Ausgangsspannung enthält die Der feste Rundstrahler 7 ist nur zur Erläuterung als Richtungseinhüllende und die Bezugsimpulse, wie dies Einzelstrahler dargestellt, kann jedoch zum Zwecke in Fig. 1B dargestellt worden ist, und wird einerseits der vertikalen Bündelung der Energie auch aus einer einer Impulsverbreiterungsstufe 34 und einem Spitzen-Mehrebenenanordnung bestehen. Um die Antenne 7 40 gleichrichter 35, andererseits einem Amplitudenbeherum befindet sich eine Scheibe 8, auf der mehrere grenzer 37 zur Gewinnung der Bezugsimpulse zuge-Reflektoren 9,10 und 11 in einem Winkelabstand von führt. Die am Spitzengleichrichter 35 gewonnene 120° angebracht sind. Der Abstand der Reflektoren Richtungshüllkurve 17 wird einem Filter 36 für die vom Mittelstrahler ist so gewählt, daß das Diagramm Grundfrequenz zugeleitet, dessen Ausgangsspannung der Fig. IA mit zwei Hauptkeulen 12,13 und einer 45 eine Sinuswelle der Grundfrequenz der Modulation Nebenkeule 14 entsteht. Ein Motor 15 treibt die darstellt, und zwar mit einer Phasenlage, die der

Winkellage des Empfangsortes zum Sender entspricht.

Die Ausgangsspannung des Begrenzers 37 wird in 50 zwei Filtern 38 bzw. 39 für 100 bzw. 200 kHz voneinander getrennt. Wenn also eine der Nordrichtung entsprechende Impulsgruppe der Frequenz 100 kHz aufgenommen wird, liefert das Filter 38, und wenn eine der Südrichtung entsprechende Impulsgruppe mit monischen entsprechend dem Umlauf aller Keulen 12, 55 einer Frequenz von 200 kHz aufgenommen wird, lie-13 und 14 moduliert ist. fert das Filter 39 einen Impuls an den Sinuswellen-

Der Motor 15 treibt außerdem über eine Kupplung generator 40. Das sinusförmige Bezugssignal aus dem 18 eine Scheibe 19 aus nichtmagnetischem Material Generator 40, das mit den Bezugsimpulsen phasensynchron mit der Scheibe 8 und somit auch synchron synchronisiert ist, wird auf eine Koinzidenzstufe 41 mit dem Umlauf des Strahlungsdiagramms an. Auf 60 gegeben-, welcher außerdem die Grundschwingung der dem Rand der Scheibe 19 ist ein kleines Stück 20 aus Richtungseinhüllenden vom Filter 36 über einen ferromagnetischem Material befestigt. Es sind weiter- Phasenschieber 42 zugeführt wird. Die Phase der hin zwei magnetische Abnahmeköpfe 21 und 22 vor- sinusförmigen Grundwelle der Richtungseinhüllenden gesehen, durch welche jedesmal dann ein Spannungs- wird mittels des Phasenschiebers 42 so eingestellt) impuls geliefert wird, wenn das ferromagnetische 65 daß sie mit der Bezugsquelle aus dem Generator 40 in Material das Feld eines- Äbnahmekopfes- durchläuft. Phase ist. Die zur Herstellung der Koinzidenz not-Das kleine Stück des ferromagnetischen: Materials ist wendige Phasenverschiebung stellt ein Maß für den an einer solchen Stelle des Umfangs der Scheibe 19 Azimut des Empfängers 2 gegenüber dem Sender 1 dar. befestigt, daß es die Abnahmeköpfe 21 und 22 immer Bei den bisher bekannten Funkfeuern wurde nur

dann durchläuft, wenn das Strahlungsdiagramm in 70 ein Bezugsimpuls während eines Umlaufs übertragen.

Scheibe 8 über die Kupplung 16 mit bestimmter Umdrehungsgeschwindigkeit, beispielsweise mit 30 Umdrehungen pro Sekunde, an, wodurch das Strahlungsdiagramm der Fig. 1A in Rotation versetzt wird.

Auf Grund des umlaufenden Richtdiagramms treten an einem Empfangsort Impulse auf, deren Einhüllende 17 mit einer Grundfrequenz entsprechend dem Umlauf der Nebenkeule 14 und mit einer Har-

Ist nun am Empfangsort ein-hoher Rauschpegel, wie in Fig. 1B durch die Linie 43 angedeutet ist, vorhanden und liegt der Nordimpuls auf Grund der Richtung des Empfangsortes gerade im Minimum der Modulationskurve, so ist es ziemlich sicher, daß das Bezugssignal 28 durch den Rauschpegel unterdrückt wird. Wird jedoch ein zweites .Bezugssignal 29 übertragen, das dem ersten gegenüber um 180° phasenverschoben ist, so ist sichergestellt, daß mindestens eines der beiden aufgenommen werden kann. ■

In Fig. 3 ist ein Bezugswellengenerator 40 dargestellt, wie er etwa beim Empfänger 2 einer beweglichen Station verwendet werden kann. Die beiden getrennten Bezugsimpulse für die Nord- und Südrichtung werden den Gittern von Elektronenröhren 43 und 44 zugeführt. Entweder eines oder beide Bezugssignale gelangen daher mittels des Übertragers 45 auf den Sinusgenerator 46. Die Polarität des über den Übertrager 45 kommenden Signals gibt an, ob es der Nord- oder der Südimpuls ist, so daß die Frequenz des Sinusgenerators 46 durch jedes der beiden Bezugssignale synchronisiert werden kann. Um nun sicherzustellen, daß die Ausgangsspannung des Sinusgenerators 46 absolut in Phase mit den Bezugssignalen ist, wird die eigentliche Sinuswelle des Generators 46 dem Gitter einer Röhre 47 über einen Phasenschieber

49 und die Leitung 48 zugeführt. Der Anodenkreis der Röhre 47 ist über zwei Leitungen 51 α und 51 & und zwei Kondensatoren 52 a und 52 & mit den Dioden 50a und 50& verbunden. Nur der positive Teil einer Sinuswelle, die am Eingang der Röhre 47 liegt, wird durch die Diode 50 a hindurchgelassen, während der negative Teil von der Diode 50 & durchgelassen wird. Die Ausgangsspannungen der Dioden

50 a und 50 & sind über eine Integrierschaltung 55, bestehend aus einem Widerstand 56 und einem Kondensator 57, und mittels der Leitung 58 mit dem Phasenschieber 49 verbunden. Auf Grund der Arbeitsweise der Integrationsschaltung in Verbindung mit den Dioden 50a und 506 führt die Leitung 58 keine Spannung, wenn die Ströme der Dioden einander gleich sind. In diesem Falle heben sich nämlich die positiven und negativen Teile des Eingangssignals auf.

Die gleichgerichteten Bezugssignale werden außerdem dem Gitter einer Gasentladungsröhre 59 zügeführt, die immer dann einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn ein Bezugsimpuls am Steuergitter liegt. Die Ausgangsimpulse von Röhre 59 werden den in Reihe geschalteten Primärwicklungen der Anodenübertrager 60 und 61 zugeführt. Die Übertrager 60 und 61 sind so geschaltet, daß für jeden Impuls an den Primärwicklungen der Ausgangsimpuls an der Sekundärwicklung des Übertragers 60 negativ ist. Dieser wird der Kathode der Diode 50 b zugeführt. Der Ausgangsimpuls der Sekundärwicklung des Übertragers 61 ist positiv und wird der Anode der Diode 50 α zugeführt. Daher werden beide Dioden jeden aufgenommenen Impuls durchlassen, jedoch mit verschiedener Polarität.

Die Fig. 4 und 5 dienen nun der Erklärung der Arbeitsweise des Bezugswellengenerators nach Fig. 3.

In Fig. 4 A ist eine Sinuswelle gezeigt, wie sie vom Generator 46 dem Gitter der Röhre 47 zugeführt wird. Der positive Teil 53 geht über die Diode50 a, während der negative Teil 54 über die Diode 50 b geht.

In Fig. 4 B sind die am Eingang der Röhre 59 liegenden Bezugsimpulse dargestellt, wenn die Sinuswelle der Kurve nach Fig. 4 A mit den Bezugsimpulsen phasen- und frequenzgleich ist. Auf Grund der sich im Generator 46 einstellenden Synchronisation stellt der erste Impuls 62 das Bezugssignal für Nord dar, während der zweite Impuls 63 das Bezugssignal für Süd darstellt. Da jeder Impuls von beiden Dioden 50 a und 50 & durchgelassen wird, ergibt sich die in Fig. 4 C gezeigte Ausgangsspannung der beiden Dioden für die Bezugsimpulse. Die- vollständige Ausgangsspannung der beiden Dioden 50 a und 506 ist in Fig. 4D dargestellt. Da die Bezugssignale und die Sinuswelle bezüglich ihrer Phase und ihrer Frequenz synchronisiert sind, sind die Flächen unterhalb und überhalb der Nullinie der Kurve D gleich, so daß nach der Integration durch die Schaltung 55 die Ausgangsspannung auf der Leitung 58 Null ist.

Die Kurven der Fig. 5 stellen den Fall dar, bei dem die Sinuswelle aus dem Generator 46, die in Fig. 5 A dargestellt ist, nicht in Phase mit dem in Fig. 5 B gezeigten Bezugssignal an der Röhre 59 liegt. In Fig. 5 C ist die Ausgangs spannung der Dioden 50 a und 50b entsprechend dem Bezugssignal dargestellt. Fig. 5 D zeigt die Ausgangsspannung der Dioden 50 a und 5Oi', die sich aus der Kombination der Sinuswelle der Kurve A und den Impulsen der Kurve C ergibt. Da beide Eingangsspannungen nicht in Phase sind, ist die Impulsfläche oberhalb der Nullinie während des positiven Teils der Sinuswelle größer als die Impulsfläche unterhalb der Nullinie während des positiven Teils der Sinuswelle. Nach Integration in der Anordnung 55 ergibt sich eine Regelgleichspannung, die dem Phasenschieber 49 zugeführt wird, um die Phase der Ausgangsspannung des Generators 46 zu ändern. Während des negativen Teils der Sinuswelle wird eine Regelgleichspannung entgegengesetzter Polarität über die Leitung 58 auf den Phasenschieber 49 gegeben. Diese Regelspannungen versuchen nun den Phasenschieber so einzustellen, daß die durch den Phasenschieber 49 hindurchgehende Ausgangsspannung des Generators 46 gleiche Phasenlage erhält wie die Bezugssignale. Wenn nur ein Bezugssignal aufgenommen wird — gleichgültig ob es ein Nordsignal oder ein Südsignal ist —, wird eine Regelspannung erzeugt, die den Phasensynchronismus der Ausgangsspannung des Phasengenerators 49 mit dem Bezugssignal herstellt.

Das Prinzip dieser Erfindung kann auch auf die Verwendung mehrerer Bezugssignale ausgedehnt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Funkfeuer zur Richtungsbestimmung durch Phasenvergleich unter Aussendung eines rotierenden Richtstrahldiagramms, welches infolge seiner Rotation an einem Aufpunkt eine Amplitudenmodulation der empfangenen Energie gemäß der Form des Richtstrahldiagramms erzeugt, und unter Aussendung von Bezugsimpulsen mit Hilfe von Zwischenträgern, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der sicheren Durchführbarkeit der Peilung bei Vorhandensein eines großen Störpegels mehrere Bezugsimpulse in verschiedenen Richtungen, vorzugsweise zwei Bezugsimpulse in um 180° versetzten Richtungen, synchron mit der Umdrehungsfrequenz des Richtstrahldiagramms ausgesendet werden.

2. Funkfeuer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsimpulse magnetischen Abnahmeköpfen synchron mit der Umdrehung des Richtstrahldiagramms entnommen werden.

3. Empfänger für ein Funkfeuer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Peilinhalt abgetrennten Bezugsimpulse über eine Röhrenanordnung einen Sinuswellengenerator

synchronisieren, dessen der Phase nach abgleichbare Ausgängsspannung zum Phasenvergleich heranziehbar ist.

4. Empfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Integrationsschaltung aus den Bezugsimpulsen und der aus diesen abgeleiteten Sinusspannung eine Regel-

spannung erzeugt wird, durch weiche die Phase des Sinuswellengenerators automatisch mit der der Bezugsimpulse in Übereinstimmung gebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 270 875.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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