DE1053593B - Anordnung zur Einregelung zweier Wechselspannungen gleicher Frequenz auf Phasen- und Amplitudengleichheit - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Steueranordnung, mit welcher automatisch zwei oder mehrere Wechselspannungen, insbesondere Hochfrequenzspannungen, sowohl phasen- als auch amplitudenmäßig mit sehr großer Genauigkeit in Überein-Stimmung gebracht werden können.

Es gibt eine Reihe von Aufgaben, deren Lösung es erfordert, sowohl die Phase als auch die Amplitude mehrerer Wellen mit großer Genauigkeit auf den gleichen Wert einzuregeln und konstant zu halten. Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist ein Funkfeuersystem, das unter dem Namen »Navaglobe« bekannt ist, und bei dem drei Antennen zyklisch paarweise gespeist werden, wodurch sich drei verschieden gerichtete Strahlungsdiagramme ausbilden. In einem Flugzeug, das dieses System als Navigationshilfe benutzt, werden die empfangenen Wellen auf den drei Strahlungsrichtungen verglichen, und aus dem Vergleich der Meßwerte wird dann eine Kurslinie bestimmt. Damit diese Peilung zuverlässig wird, ist es wesentlich, daß die von den Antennen ausgestrahlten Wellen sowohl amplituden- als auch phasenmäßig dauernd kontrolliert werden. Das kann unter Benutzung der Steueranordnung gemäß der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die von jedem Antennenpaar jeweils ausgestrahlten Wellenzüge mit einer Bezugsfrequenz verglichen werden, dergestalt, daß sämtliche Empfangszeichen phasen- und amplitudenmäßig dauernd gemessen und gegebenenfalls nachgeregelt werden.

Eine derartige Steueranordnung kann auch noch für viele andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise zum Abgleich einer Scheringbrücke und zur automatischen Einstellung von Peilgeräten, z. B. der Type Watson-Watt.

Besondere Aufgabe der Erfindung ist die Ausgestaltung dieses Steuersystems, insbesondere eines Steuersystems hoher Genauigkeit für die Phasen- und Amplitudenmessung unter Benutzung der gewöhnlichen Bauelemente, wobei die erzielte Genauigkeit den heutzutage gestellten hohen Anforderungen genügt.

Die Anordnung gemäß der Erfindung zur Einregelung zweier Wechselspannungen, insbesondere Hochfrequenzspannungen, gleicher Frequenz auf Phasen- und Amplitudengleichheit, insbesondere für Funknavigationsanlagen zur automatischen Steuerung von Sendern bei solchen Anlagen, bei denen unter Verwendung von drei entfernt voneinander aufgestellten Sendern immer je zwei gleichzeitig in zyklischer Vertauschung zur Erzeugung von verschieden gerichteten Strahlungsdiagrammen eingeschaltet sind und bei denen die Peilinformation empfangsseitig durch Amplitudenvergleich aus den verschiedenen Strahlungsdiagrammen gewonnen wird (Navaglobe), ist Anordnung zur Einregelung

zweier Wechselspannungen

gleicher Frequenz auf Phasen- und

Amplitudengleichheit

Anmelder:

International

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

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

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. April 1955

Milton Dishal, Nutley, N. J., George L. Pelligrinelli,
Wood-Ridge, N. J., Homer W. Morrow, New York, N. Y., Jesse S. Legrand, East Orange, N. J._r

und John A. Koehler, Maywood, N. J., (V. St. A),

sind als Erfinder genannt worden

dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um aus diesen beiden Wechselspannungen, von denen bei der Anwendung auf das Navaglobe-System eine die jeweils ausgestrahlte Hochfrequenzwelle, die andere diejenige eines Bezugsoszillators ist, vektoriell die Summenspannung sowohl als auch die Differenzspannung zu bilden, mit denen, gegebenenfalls nach Frequenzumsetzung, Einrichtungen zur Angleichung der beiden Wechselspannungen nach Betrag und Phase gesteuert werden.

In einer Ausbildungsform der Erfindung wird die Wechselspannungsdifferenz der beiden Wellen in einer Vergleichsanordnung besonderen Typs mit einer Vergleichsspannung in Beziehung gesetzt. Die Vergleichsspannung kann z. B. aus einer der sowieso vorhandenen Hochfrequenz-Spannungsquellen stammen oder insbesondere auch die Summe beider Spannungen darstellen. Die Vergleichsanordnung ist derart aufgebaut, daß die Ausgangsspannung von der Größe der Wechselspannungsdifferenz abhängt und der Phasenwinkel dieser Spannung in Beziehung zur Vergleichsspannung steht. Solche Anordnungen erzeugen eine minimale oder Nullspannung im Ausgang, wenn ent-

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weder die Größe der zu vergleichenden Spannungen wird direkt der Wicklung 20 des Motors 16 und über

Null ist, oder wenn der Phasenwinkel zwischen ihnen ein 90°-Phasenglied 21 der zweiten Wicklung 22 des

eine ganz bestimmte Größe hat, z. B. Null und 180 Motors 17 zugeführt.

oder 90 und 270°, je nachdem, ob die Anordnung Der Rotor 23 des Motors 16 betätigt über eine einem Sinus- oder einem Kosinusgesetz gehorcht. Es 5 mechanische Vorrichtung 24 den Phasenregler 2, wähwerden jeweils zwei von diesen Anordnungen ge- rend der Rotor 25 des Motors 17 unabhängig davon braucht, von denen die eine die Amplitude und die den Amplitudenregler 3 über den Mechanismus 26 beandere in gleicher Weise die Phase der beiden Wellen tätigt.

steuert. Wenn die Ausgangsspannung jeder Ver- Die Differenz der Wechselspannungen der Bezugs-

gleichsanordnung Null ist, sind sowohl Phase als auch io welle und der zu messenden Welle wird mit der

Amplitude einander gleich. Summenspannung der Bezugswelle und der zu messen-

Die Funktion einer prinzipiellen Anordnung gemäß den Welle mit Hilfe des Motors 16 verglichen, der die der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher Phase der zu messenden Welle einregelt. Die Differenzerläutert. - spannung wird mit der um 90° phasenverschobenen

In Fig. 1 ist im Blockschaltbild die Steueranord- 15 Summenspannung mittels des Motors 17, welcher die

nung der Erfindung dargelegt; Amplitude der zu messenden Welle regelt, verglichen.

Fig. 2 a bis 2 d stellt die einzelnen Phasendiagramme Die Einstellung der Phase mit Hilfe des Motors 16

der Wechseisp annungen dar; in und die Einstellung der Amplitude mit Hilfe des

Fig. 3 ist die vorzugsweise ausgeführte Schaltungs- Motors 17 erfolgen gleichzeitig.

anordnung zur Bildung der Summe und Differenz ao Zum Verständnis der Wirkungsweise der Erfindung

zweier Spannungen dargestellt und ist blockmäßig ist es notwendig, die Arbeitsweise von Zweiphasen-

auch in Fig. 1 enthalten; -- induktionsmotoren als Spannungsvergleichsanord-

Fig. 4 stellt schematisch eine andere Ausführung nungen näher zu betrachten. Die in der vorliegenden

der Steueranordnung der Fig. 1 dar; Erfindung benutzten Vergleichsanordnungen haben ein

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines anderen 25 hauptsächliches Merkmal: Nämlich die Ausgangs-Steuersystems, in dem die eigentliche Steueranordnung spannung ist eine Funktion der zu vergleichenden zur Kontrolle der Frequenz eines Oszillators benutzt Spannungen und ihres gegenseitigen Phasenwinkels, wird; Das kann in Form einer Gleichung geschrieben werden :

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, in dem die Steuer-

anordnung einen automatischen Abgleich einer Brük- 30 Ausgangsspannung = f {R_a, R_b, a), (I)

kenanordnung ermöglicht; wobei R_a und R_b die Amplitude der beiden zu ver-

Fig. 7 zeigt das Blockschaltbild einer der bekannten gleichenden Spannungen und α der Phasenwinkel

Gerätetypen zur Richtungsbestimmung unter Be- zwischen R_a und R_b ist.

nutzung der Anordnung der Fig. 1 zur Einstellung Die Funktion des Phasenwinkels kann beispiels-

des Gleichgewichts; 35 weise eine Sinus- oder Kosinusfunktion sein, je nach-

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild einer Navaglobe- dem, wie die Vergleichsanordnung gebaut ist. In

Anlage unter Benutzung einer Modifikation der gleicher Weise hängt es vom speziellen Aufbau der

Steueranordnung der Fig. 1. Phasenvergleichsanordnung ab, ob die Ausgangswerte

Das in Fig. 1 dargestellte System enthält eine mechanische oder elektrische Größen sind. Das Gesagte Spannungsquelle 1, deren Ausgangsspannung mit Hilfe 40 wird klarer, wenn die Vergleichsanordnung an Hand des Phasenreglers 2 und des Amplitudenreglers 3 der- von zwei Beispielen beschrieben wird: Zweiphasenart eingeregelt werden kann, daß sie in bezug auf induktionsmotor und der Synchrondetektor.
Phase und Amplitude mit der Bezugsspannung aus Der Zweiphaseninduktionsmotor hat einen mechadem Generator 4 genau übereinstimmt. Die Spannung nischen Ausgangswert, nämlich ein Drehmoment, und aus der Quelle 1 könnte auch ebenso aus dem Gene- 45 gehorcht einem Sinusgesetz, das ausgedrückt werden rator 4 stammen. Die auf diese Art eingestellte Aus- kann:
gangsspannung der Spannungsquelle 1 kann nun der
Schaltungsanordnung 5 (Verbraucher) zugeführt wer- Drehmoment = proportional K_a-R_b- sm a. (2)

den. Die Spannungen der Signalquelle 4 und die Span- Bei einem Synchrondetektor mit quadratischen

nungen am Ausgang des Phasenreglers 2 und des 50 Kennlinien gehorcht der Ausgangswert, nämlich die

Amplitudenreglers 3 werden mit Hilf e der Leitungen 6 Gleichspannung, einem Kosinusgesetz und kann aus-

bzw. 7 einem Kontrollsystem 8 zugeführt, dessen Aus- gedrückt werden:

gangssteuergrößen dem Phasenregler 2 und dem Am- .

plitudenregler 3 zugeführt werden, damit Phase und Gleichspannung = proportional R_a ■ R_b · cos a. (3)

Amplitude in Übereinstimmung gebracht werden 55 Wenn Gleichrichter mit linearen Kennlinien benutzt

können. Die Bezugsspannung und die zu messende werden und R_a einen festen Wert besitzt, wobei

Spannung aus den Leitungen 6 bzw. 7 werden zur R_a^> R_b ist, kann das Gesetz geschrieben werden:
Differenzbildung einer Schaltungsanordnung 9 und
außerdem einer Anordnung 10 zur Summenbildung Gleichspannung = proportional R_b ■ cos a. (4)

zugeführt. 60 Wohlgemerkt, die Ausgangswerte (mechanisch oder

Die Spannungsdifferenz wird einer Mischanordnung elektrisch) der Vergleichsanordnungen werden zur

11 zugeführt, die außerdem mit einem örtlichen Oszil- Steuerung der Phase sowie der Amplitude der beiden

lator 12 verbunden ist. Die Ausgangsklemmen der Spannungen benutzt. Solange die beiden Spannungen

Mischanordnung 11 sind über einen Verstärker 13 nicht in Übereinstimmung sind, muß ein Ausgangs-

mit den Wicklungen 14 bzw. 15 zweier Zweiphasen- 65 wert am Ende der Vergleichsanordnung erscheinen,

induktionsmotoren 16 und 17 verbunden. Die Summe der zum Ausgleich der Differenz benutzt wird. Wenn

der Wechselspannungen aus der Schaltung 10 wird jedoch die beiden Wellen in Übereinstimmung gebracht

einer Mischstufe 18 zugeführt, welche ebenfalls über worden sind, wird der Ausgangswert Null erreicht,

die Leitung 19 von dem örtlichen Oszillator 12 ge- Die Vergleichsanordnung steuert sich selbst immer

speist ΛγΊτά. Die Ausgangsspannung der Mischstufe 18 70 auf den Nullabgleich, und die beiden zu vergleichen-

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den Spannungen sind dann in sehr guter Übereinstim- Richtung der X-Achse und den Vektor B der zu

mung. Es ist weiterhin noch wichtig, zu betrachten, regelnden Welle in verschiedenen Lagen B₁ bis B₅.

unter welchen Bedingungen außerdem ein Ausgangs- Durch Bildung der Differenz zwischen jedem der

wert Null erreicht werden kann. Vektoren B und dem Vektor der Bezugsspannung A

Aus den Gleichungen (1) und (4) ersieht man, daß 5 (B—A/A—B) erhält man die Resultanten R₁ bis R₅,

ausgangsseitig der Wert Null durch Veränderung des welche die Wechselspannungsdifferenz zwischen diesen

Phasenwinkels α der beiden zu vergleichenden Wechsel- Spannungen darstellen. Wie oben beschrieben, werden

spannungen erreicht werden kann. Wenn die Ver- diese Wechselspannungsdifferenzen R₁ bis R₅ mit der.

gleichsanordnung einem Kosinusgesetz gehorcht, wird Summe 5 dieser beiden Spannungen verglichen. Die

der Ausgangswert Null erreicht, wenn α entweder 90 io Summen sind in Fig. 2 amit^bezeichnet (S₁ = A-\- B₁,

oder 270° ist; gehorcht die Anordnung einem Sinus- S₂ = A+B₂ ...).

gesetz, so wird der Wert Null bei α = 0 oder 180° Wenn die Phasendifferenz Δ Θ der zu regelnden

erreicht. Aus den obigen Gleichungen ist zu ent- Spannung B sich auf die gewünschte Größe Δ 0 = 0

nehmen, daß der Wert Null auch dann erreicht wird, ändert, hat z. B. der Vektor R₃ keine zu S_s senkrechte

wenn eine der zu vergleichenden Spannungen (R_b) auf 15 Komponente, mit der er im Motor 16 verglichen wer-

NuIl reduziert wird. Man hat also zwei Wege, um den könnte. Dies trifft nur unter der Bedingung zu,

Ausgangswerte Null zu erreichen. Der erstgenannte daß Δ Θ = 0 ist. Wenn der Induktionsmotor einem

kann als der Phasennullmodus, der zweite als der Sinusgesetz gehorcht, erhält man bei einem ange-

Amplitudennullmodus bezeichnet werden. nommenen Amplitudenverhältnis B/A einen Wert

Wenn das System so aufgebaut ist, daß der Phasen- so Null von dem Motor nur dann, wenn man genau die

winkel α nicht auf einen solchen Wert gebracht werden Bedingung einhält, daß ΔΘ = 0 ist. Das Resultat ist

kann, der ausgangsseitig den Wert Null erzeugt, so also unabhängig vom Amplitudenverhältnis BIA der

ist es zur Erreichung jenes Wertes Null notwendig, beiden Spannungen. Es werden nunmehr die auf den

den Amplitudennullmodus zu benutzen und dieAmpli- Summen vektoren der beiden Wechselspannungen

tude von R_b auf Null zu reduzieren. In der Praxis 25 senkrecht stehenden Komponenten C₁, C₂..., der Vek-

findet man bald heraus, daß zweckmäßigerweise der toren R₁, R₂ . .. betrachtet. Dazu sei bemerkt, daß die

Phasennullmodus für den Anfangsabgleich der Phase Vektoren R₁, R₂ . . . aus der Differenzbildung zwi-

der Welle benutzt wird, während es zur Erlangung sehen den beiden Wechselspannungen entstanden sind,

einer hohen Endgenauigkeit notwendig ist, den End- Man sieht also, daß C₁ und C₂ oberhalb der X-Achse

abgleich mittels des Amplitudennullmodus vorzu- 30 positiv und C₁ und C₅ unterhalb der X-Achse negativ

nehmen. Mit anderen Worten, man kann, wenn Phase werden. Der Motor, welcher von diesen Spannungs-

und/oder Amplitude der beiden zu vergleichenden komponenten verschiedener Richtungen beeinflußt

Spannungen zu verändern notwendig ist, anfänglich wird, muß also naturgemäß die Vergleichsanordnung

die Phase der der Vergleichsanordnung zugeführten gegen Null drehen (Phasennull).

Wechselspannung so variieren, daß der Ausgangswert 35 In ähnlicher Weise, wie die oben beschriebene der Vergleichsanordnung Phasennull zeigt. Jedoch muß Phasenregelung wird mittels des Induktionsmotors 17 beim Endabgleich die Amplitude der Wechselspan- eine Regelung der Amplitude vorgenommen, indem B nungsdifferenz auf Null gebracht werden, um eine genau gleich A gemacht wird, wie in Fig. 2 b erläutert große Genauigkeit zu erreichen. Ein anderer triftiger ist. A sei wieder der Vektor der Bezugsspannung in Grund zur Benutzung des Amplitudennullmodus für 4° Richtung der X-Achse, B₀ und B₇ stellen Vektoren der den Endabgleich ist die große Schwierigkeit, die Ver- zu regelnden Spannung unter bestimmten Phasengleichsspannung R_a, die von der Vergleichsspannungs- winkeln Δ Θ dar. Die Summen- bzw. Differenzspanquelle kommt, phasenstabil zu erhalten. Diese Tat- nungen sind durch die Vektoren S₆ und S₇ bzw. R_e sache verhindert bei Benutzung nur des Phasennull- und R₇ dargestellt. Wenn man nun beispielsweise den modus einen genauen Abgleich der Vergleichsanord- *5 Vektor R_s bzw. S_e betrachtet, so ersieht man aus nung. Dementsprechend ist das System so aufgebaut, Fig. 2b, daß, wenn schließlich B₆ genau gleich A ist, daß nach Abgleich des Phasenwinkels α nur ein R_s nicht durch eine Veränderung im Phasenwinkel Minimum hervorgerufen wird und der Nullwert end- Δ Θ, d. h. durch eine einfache Drehung in S₆ überzulich nur dadurch erreicht wird, daß Rj, gegen Null führen ist. Das bedeutet also, daß R₆ entweder mit geht. 50 einem Phasenwinkel von 90 oder 270° in bezug auf S₆

Der Ausgangswert (Differenz), der durch einfache behaftet ist. Dies ist die Bedingung, wo das Phasen-Subtraktion der Bezugswelle von der zu messenden null nicht mehr erreicht werden kann. Man ist also Welle entsteht, erzeugt einen idealen Steuerwert für gezwungen, vom Phasennullmodus auf den Ampliden oben beschriebenen Gerätetyp. Zum Zwecke der tudennullmodus überzugehen, wie schon oben behier vorgenommenen Betrachtung ist das Vorhanden- 55 schrieben worden ist. Dies erreicht man durch gleichsein der Mischschaltungen und der örtlichen Oszil- zeitige Korrektur von Phase und Amplitude. Bis also latoren unmaßgeblich, da sie die eigentliche Natur der die Resultante R₆ verschwindet, kann ein Ausgangs-Anordnung nicht beeinflussen. wert vom Motor 16 gewonnen werden, durch den B₆

Es sollen noch im einzelnen die Amplituden- und verändert wird. Man erhält eine immer kleiner wer-

Phaseribedingungen der Ausgangswechselspannung an ^6o dende Resultante R₆, die schließlich Null erreicht,

Hand des Phasendiagramms der Fig. 2 a besprochen während der Winkel α, den R₆ mit £ bildet, unver-

werden. Zunächst wird die Methode betrachtet, durch ändert bleibt.

welche der die Phasennachstellung bewirkende Aus- Es soll nun die Methode betrachtet werden, durch

gangswert vom Motor 16 erhalten wird. Es sei B/A welche man die Ausgangswerte für den Motor 17 er- irgendein festes Amplitudenverhältnis zwischen der ⁶5 hält, welcher die Amplitude korrigiert. Es sei irgend-

Bezugsspannung und der nachzuregelnden Spannung, ein fester Phasenwinkel Δ Θ zwischen den beiden

wobei z. B. B die Größe der zu regelnden Spannung Spannungen und ein veränderliches Amplitudenver-

und A die der Bezugsspannung sein soll. Δ Θ sei eine hältnis B/A angenommen. Die sich ergebenden Schritte

veränderliche Phasendifferenz. Dies ist in Fig. 2 a sind in Fig. 2 c dargestellt. Der Vektor^ der Bedargestellt durch den Vektor A der Bezugswelle in 7° zugsspannung verläuft längs der X-Achse, während die

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Vektoren B₈, B₉ B_n unter dem festen Phasenwinkel Darstellung der besonderen Fälle ist vorausgesetzt, A Θ zum Vektor A das veränderliche Amplitudenver- daß die beiden Spannungen von derselben Frequenz hältnis symbolisieren. In Fig. 2 c stellt der Vektor B₉ oder mindestens angenähert derselben Frequenz sind. die gewünschte Abstimmung B = A dar. Die aus der Haben die beiden Spannungen verschiedene Frequen-Differenzbildung erhaltenen Vektoren R_g und R₁₉ sind 5 zen, so kann die beschriebene Steueranordnung in nur der Übersicht wegen noch dargestellt, sollen aber ähnlicher Weise verwendet werden. Das macht es bei der folgenden Betrachtung außer acht bleiben, natürlich erforderlich, den Phasenschieber über einen weil nur der Vektor R_s für den richtigen Abgleich gewissen Frequenzbereich veränderlich zu gestalten, interessiert sowie der Summen vektor S₉. Die sich er- Mit Rücksicht auf die in Fig. 1 gezeigten Einzelgebende Vektordifferenz ist R₉. Wenn man zu der io heiten wird darauf hingewiesen, daß die Mischstufen Zeit, wenn B₉ erreicht ist, vom Induktionsmotor 17 11 und 18 und der örtliche Oszillator 12 nur dazu den Ausgangswert Null erhalten will, muß not- dienen, die Frequenz der den Induktionsmotoren zugedrungen die Phase gleich Null sein. Das heißt aber, geführten Signale so zu verändern, daß diese am R₉ darf keine senkrechten Komponenten zu S₉+90° besten arbeiten. Diese Frequenzumsetzung ändert haben. Das ist die um 90° gedrehte Phase der 15 nicht den Charakter der oben beschriebenen Analysis. Summenspannung der beiden zu vergleichenden Span- Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 13 sollte sogroß nungen. Diese 90°-Phasenverschiebung wird im gewählt werden, daß die Wechselspannungsdifferenz, Phasenschieber 21 eingestellt. Auf diese Weise wird die den Wicklungen 14 und 15 zugeführt wird, so groß also R₉ parallel zu S₉ +90°, und S₉ muß vor der ist, daß selbst eine kleine Abweichung vom Nullwert 90°-Drehung senkrecht dazu gestanden haben, um am 20 ausreicht, um die Motoren in Tätigkeit zu setzen. Die Ende Phasennull herzustellen. Dies ist selbstverständ- in einem bestimmten Fall benutzte Verstärkung hängt Hch nur dann der Fall, wenn B₉ gleich A ist, denn die von der geforderten Phasen.- und Amplitudengenauig-Summe S₉=B₉+A steht senkrecht auf R₉, und nach- keit ab, desgleichen von der Empfindlichkeit der dem die Phase von S_s um 90° in die Stellung von Phasen- und Amplitudenregler, der geforderten 6*9+90° gedreht worden ist, ist dieser Vektor parallel 25 Schnelligkeit der Einstellung, der Güte der mechazu R₉. Dieser Zustand wird durch Drehen des Motors nischen Einrichtung und dem Drehmoment der Mo-17 in die richtige Stellung erreicht, so daß B₉ schließ- toren, dem Trägheitsmoment des mechanischen lieh in der Amplitude gegen A geht. Systems u. dgl. Die den Wicklungen 14 und 15 zu-

Der nächste Schritt in der Analysis ist die Ver- geführte Spannung des Verstärkers 13 kann direkt wirklichung des oben Gesagten durch gleichzeitige 30 aus diesem stammen oder durch geeignete Mittel, z. B. Amplituden- und Phasenkorrekturen, so daß am Ende Pufferverstärker, getrennt werden, wenn eine gegender Amplitudenkorrektur die Phase schließlich gegen seitige Beeinflussung der Wicklungen, die mit dem Null geht und so die in Fig. 2 d dargestellten Be- Verstärker verbunden sind, verhindert werden soll,
dmgungen erfüllt werden. Die Bezeichnung der ein- Der 90° - Phasenschieber 21 kann· irgendeine bezelnen Vektoren der Fig. 2d ist die gleiche wie die der 35 kannte Type von Phasenschiebern sein, z. B. ein Kon-Fig. 2 c und zusammen mit der nun folgenden Erklä- densator in Serie mit einem Widerstand. Da das rung aus sich heraus verständlich. System nicht von der Endeinstellung des Winkels α

Wie in Fig. 2 d dargestellt, tritt für A Θ = 0 der abhängt (der Phasenwinkel zwischen der Differenz- und Fall ein, wo es unmöglich ist, durch Amplituden- Summenspannung, die dem Motor 16 bzw. 17 zugeregelung den Differenzvektor R₉ rechtwinklig zu ^₉ 40 führt wird), ist es klar, daß die Genauigkeit des 90°- zu machen (parallel zu 6"₉+90°). Auf diese Weise ist Phasendrehgliedes nicht kritisch ist und kleine Fehler es unmöglich, Phasennull zu erreichen, so daß sich bei ohne weiteres zugelassen werden können. Die Phasender Endeinstellung der Arbeitsmodus ändern muß, und Amplitudenregler 2 und 3 sind» von bekanntem und zwar in den Amplitudennullmodus übergeht. Der Typ und können getrennte Geräte sein oder in der einzige Weg, den Ausgangswert Null zu erreichen, 4-5 Spannungsquelle 1 mit eingebaut sein,
kann nur dadurch bewerkstelligt werden, daß der Zur Herstellung der Summen- und Differenzspan-Differenzvektor R₉ zu Null wird. nungen sind viele Schaltungen bekannt. Man verwen-

Aus der vorhergehenden Beschreibung der Wir- det jedoch mit Vorteil die in Fig. 3 gezeigte Schalkungsweise des Phasenregelmotors 16 und des Ampli- tung, die sowohl Summen- als auch die Differenzspantudenregelmotors 17 ist es offenkundig, daß das 50 nung auf sehr einfache Weise liefert.
System sich ganz automatisch an beide Arten anpaßt, Die in Fig. 3 dargestellten Summen- und Differenznämlich vom Phasennullmodus zum Amplitudennull- schaltungen (9 und 10 in Fig. 1) bestehen aus einem modus übergeht, weil sowohl Phase als auch Ampli- Achtpolnetzwerk 27, welches zwei Eingangsklemmentude gleichzeitig von selbst korrigiert werden. Im keine Beeinflussung zwischen den Klemmenpaaren 30 Hinblick auf den Phasenregelmotor 16 nähert sich 55 bzw. 31 hat. Eine der Klemmen der Paare 28, 29 und also das in Fig. 2 a dargestellte Vektordiagramm dem 31 ist geerdet. Die heißen Enden der Klemmenpaare Diagramm der Fig. 2b, während im Hinblick auf den 28 und 29 sind über zwei Serienwiderstände 32 und Amplitudenregelmotor 17 das Diagramm der Fig. 2c 33 verbunden, deren Mittelpunkt mit der nicht geerdein das der Fig. 2d übergeht. Diese beiden Wirkungs- ten Ausgangsklemme des Kkmmenpaares 31 verbunweisen treten von selbst ein und ergänzen sich gegen- 60 den wird. Die Ausgangsklemmen des Paares 30 sind seitig. über die äußeren Enden der Widerstände 32 und 33

Während eine Vergleichsspannung R_a, welche für verbunden (»Hybrid-Netzwerk«). Wenn die Klemden Phasenregelmotor 16 benötigt wird, die Span- menpaare 28 und 29 richtig abgeschlossen sind, findet nung A aus der Bezugswelle sein könnte, wird vor- keine Beeinflussung zwischen den Klemmenpaaren 30 zugsweise die Summe der beiden Spannungen als Ver- 65 und 31 statt. Das Bezugssignal von der Quelle 4 wird gleichsspannung R_a benutzt, da eine größere Aus- dem Klemmenpaar 28 zugeführt, während die zu gangsspannung erreicht werden soll, wenn die regelnde Spannungsquelle 1 über den Phasenregler 2 Differenz der beiden Vergleichsspannungen noch nicht und den xA.tnplitudenregler 3 dem anderen Klemmenganz Null ist. paar 29 zugeführt wird. Genau angepaßte Abschluß-

In der vorhergehenden Beschreibung und bei der 70 widerstände sind an den Klemmen 28 und 29 vorge-

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sehen oder innerhalb der Anordnungen bereits mit den Widerstände 38 und 39 und der veränderliche WiderKlemmen verbunden. Die Summe der Wechselspan- stand 41 alle ungefähr gleich groß sein, und zwar so nungen wird von dem Klemmenpaar 31 abgenommen, groß, wie der Ersatzserienwiderstand des Ouarzkridie Differenz der Wechselspannungen von den. Klem- .stalls ist, und der Wert der Kapazität 47 ist gleich der inen 30. 5 Kapazität der Kristallhalterung. Es ist klar, daß die

Während in Fig. 1 die zu vergleichende Spannungs- Phase und die Amplitude der Spannung an der Klemme

quelle 1 als von der Bezugsspannungsquelle 4 unab- 45 von der Phase und der Amplitude der Spannung

hängig betrachtet wird, kann· diese, wie oben erwähnt, an der Klemme 44 verschieden sind, da der Oszillator

auch aus der Bezugsspannungsquelle stammen. Ein 36 in seiner Frequenz von dem gewählten Arbeits-System dieser Type ist in Fig. 4 beschrieben-, wobei io punk.t bzw. von, der Frequenzkurve des Kristalls 40

die Steueranordnung 8 wie in Fig. 1 benutzt wird. abhängt.

Man ersieht daraus, daß die Bezugs spannungs quelle 4 Wenn die Frequenzen nicht übereinstimmen, wird

über den Phasenschieber 2 und den Amplitudenregler3 die Spannung an der Leitung 7 in Phase und Ampli-

mit einer Schaltungsanordnung 5 (Verbraucher) ver- tude von der Spannung an der Leitung 6 verschieden

buraden ist, deren Ausgangsspannung dann als Hilfs- 15 sein. Mit Hilfe einer mechanischen Einrichtung 24

spannung benutzt wird, und über die Leitung 7 der wird eine frequenzbestimmende Schaltung 46 im Os-

Steuereinrichtung 8 zugeführt wird, wo sie mit der zillator 36 gesteuert, um die Frequenz des Oszillators

Bezugsspamiung aus der Spannungsquelle 4, die über nachzuregeln, während das die Amplitude bestimmende

die Leitung 6 zugeführt wird, verglichen, wird. Die mechanische Getriebe 26 den Widerstand 41 einstellt, mechanischen Getriebe 24 und 26 steuern den Phasen- 20 Diese beiden Einstellungen bestimmen Amplitude und

und Amplitudenregler 2 bzw. 3 (s. Fig. 1). Das hier Phase der Spannung an der Klemme 44 der Schaltung,

beschriebene System hat viele Anwendungsmöglich- und diese Spannung wird so an die Amplitude und

keiten. Eine davon ist, daß der Verbraucher als Filter- Phase der Spannung an der Klemme 45 der Schaltung

netzwerk ausgebildet ist, dessen Charakteristik gemes- angeglichen. Beim Auftreten irgendwelcher Frequenz-

sen werden soll. Die Anzeigeinstrumenite 34 und 35 25 Verwerfungen des Oszillators, d.h. bei Phasen- und

sind mit der mechanischen Einrichtung 24 und 26 ver- Amplitudenveränderungen, spricht unverzüglich die

bunden und zeigen die Güte der Einregelung des Pha- Steueranordnung 8 an, um diese Frequenzverwerfung

sen- und Amplitudenreglers 2 bzw. 3 an. Es ist klar, zu korrigieren.

daß die Güte der Einregelung von Phase und Ampli- Die Steueranordnung gemäß der Erfindung kann tude, die zum Abgleich der Ausgangsspannung der 30 auch dazu verwendet werden, eine Scheringbrücke auf

Schaltungsanordnung 5 mit der Ausgangsspannung automatischem Wege abzugleichen, wie es. z. B. in

der Bezugsspanäiungsquelle notwendig ist, eine Aus- Fig. 6 gezeigt ist, wo die Scheringbrücke 47 aus zwei

sage über die Dämpfung und die Phasenverschiebung, Paaren entgegengesetzt angeordneter Klemmen 48, 49

welche von dem Verbraucher 5 hervorgerufen wird, bzw. 50 und 51 besteht.

darstellt. So können, wenn besagte Vorrichtung 5 ein 35 Zwischen den Klemmen 48 und 50 ist ein WiderFilter ist, dessen Dämpfung und Phasenverschiebung stand 52 mit einem veränderlichen Kondensator 53 in an den Anzeigeinstrumenten 34 und 35 direkt abge- Serie geschaltet. Zwischen den Klemmen 49 und 50 lesen werden. liegt ein fester Widerstand 54, und zwischen den.Klem-

Die Steuereinrichtung der Fig. 1 kann ebenfalls da- men 48 und 51 ist ein Widerstand 55 eingebaut. An

zu benutzt werden, die Frequenz eines Oszillators korn- 40 den Klemmen 49 und 51 liegt eine Parallelschaltung

stant zu halten. 56, bestehend aus einem Festkondensator 57 und einem

Bekanntlich neigen sogar kristallgesteuerte Sender veränderlichen Widerstand 58. Die Ausgangsspannung

infolge des Alterns der Röhren und anderer Bauteile eines Oszillators 59 mit einer Frequenz, auf die die

mit der Zeit zu Frequenzänderungen. Es sind viele Brücke abgeglichen, werden soll, ist an den Klemmen

Mittel erdacht worden, den Effekt des Alterns oder 45 48 und 49 angeschaltet, während die Klemmen 50 und

andere Veränderungen zu beseitigen. 51 über die Leitungen 6 bzw. 7 mit der Steuereinrich-

In Fig. 5 ist eine Anordnung gemäß der Erfindung tung 8 verbunden sind. Das mechanische Getriebe 24

gezeigt, in der ein Oszillator 36 von einer Steuervor- der Steueranordnung 8 ist mit dem veränderlichen

richtung 8 (gemäß Fig. 1) gesteuert wird. Darin wird Kondensator 53 verbunden. Das mechanische Getriebe

eine auf die Frequenz ansprechende Schaltung in Form 50 26 variiert den Widerstand 58. An den Klemmen 50

einer Brücke 37 benutzt. Die Schaltung besteht aus und 51 entstehen zwei Spannungen, die in Phase und

zwei Zweigen mit festen Widerständen 38 bzw. 39 und Amplitude verschieden sind, wenn die Brücke nicht im

zwei anderen Zweigen mit einem piezoelektrischen Gleichgewicht ist.

Kristall 40 und einem veränderlichen Widerstand 41, Die Steueranordnung 8 arbeitet nun dergestalt, daß

zu dem der Kondensator 47 parallel liegt, der die 55 der Kondensator 53 und der veränderliche Widerstand

gleiche Kapazität wie die Halterung des Kristalls be- 58 eingestellt werden und so die Brücke für die Fre-

sitzt. In den zwei Brückenzweigen zwischen- der quenz der Spannungsquelle 59 abgeglichen wird, so

Klemme 42 und der Klemme 43 ist der Widerstand 38 daß die Amplitude und Phase der Spannungen an den

mit der i?C-Kombination 41, 47 und Widerstand 39 Klemmen 50 und 51 übereinstimmen,

in Serie mit dem Kristall 40 in den anderen Zweig ge- 60 Eine andere Anwendungsmöglichkeit der Erfindung

legt. Die Ausgangsspannung des Oszillators 36 ist mit ist in Fig. 7 gezeigt, wo ein Peilgerät der Type Wat-

der Klemme 42 der Schaltung verbunden. Die andere son-Watt abgeglichen wird. Kurz gesagt, besteht dieser

Klemme 43 ist geerdet. Die beiden anderen Klemmen Peiler aus zwei gekreuzten Rahmenantennen 60, deren

der Schaltungsanordnung sind mit 44 und 45 bezeich- Ausgangsspannungen zwei getrennten Empfängern 61

net, wobei die Klemme 44 zwischen Widerstand 38 65 und 62 zugeführt werden. Die Ausgangsspannungen;

und Widerstand 41 und Klemme 45 zwischen Wider- der Empfänger werden den Ablenkplatten 63 bzw. 64

stand 39 und Kristall 40 liegt. Die Klemmen 44 und einer Kathodenstrahlröhre 65 zugeführt. Wird ein

45 sind über die Leitungen. 6 bzw. 7 mit der Steuer- Signal von den beiden Rahmenantennen 60 aufgenom-

anordnung 8 verbunden. Als typisches Kennzeichen men, welches direkt in Richtung der Mittellinie zwi-

der frequenzempnndlichen. Schaltung 37 würden die 70 sehen ihren Strahlungsdiagrammen ausgesendet wurde,

Claims (5)

so sind die Ausgangsspannungen der Empfänger 61 und 62 sowohl in Phase als auch Amplitude einander gleich. Zum Abgleich der Empfänger 61 und 62 wird von dem örtlichen Sender 66 Gebrauch gemacht, der interinitiierende Signale an die Hilf santenne 67 liefert, die diese in Richtung der Mittellinie der Strahlungsdiagramme der gekreuzten Rahmenantennen aussendet. Die Ausgangsspannung der Empfänger 61 und 62 wird mittels der Leitungen 68 bzw. 69 der Steuereinrichtung 8 (gemäß Fig. 1) zugeführt, die über mechanische Verbindungen 24 und 26 einen Phasen- und einen Amplitudenregler 70 bzw. 71 in einem der beiden Empfänger, z. B. in 62, regelt. Während in der in Fig. 1 beschriebenen Steueranordnung Zweiphasenmotoren zum Abgleich von Amplitude und Phase benutzt werden, wobei die Ausgangswerte mechanische Größen sind, können die Motoren ersetzt werden durch analoge Anordnungen, deren Ausgangswerte elektrische Größen sind, z. B. Synchrondetektoren. Die Ausgangsspannungen der Synchrondetektoren können die Regelanordnung entweder mechanisch, über einen Hilfsmechanismus oder direkt elektrisch steuern, um einen unabhängigen x\bgleich von Phase und Amplitude zu ermöglichen. Eine solche Anordnung mit Synchrondetektoren und Servomotoren ist in Fig. 8 in Verbindung mit einem Navaglobe-System dargestellt. Fig. 8 stellt ein übliches Xavaglobe-System dar mit drei an den Enden eines gleichseitigen Dreiecks aufgestellten Antennen 72, 73 und 74, welche von Senderendstufen 75,76 und 77 gespeist werden. Ein Steuersender 78 mit guter Frequenzkonstanz liefert die gleiche Steuerfrequenz für j-ede der drei Senderendstufen. Die Antennen werden paarweise gespeist, so daß ein verschieden gerichtetes Strahlungsdiagramm erzeugt wird. Zu diesem Zweck ist eine Schalteranordnung 79 zwischen Steuersender 78 und den einzelnen Senderendstufen vorgesehen. Diese verbindet den Steuersender gleichzeitig mit zwei der Endstufen, so daß zyklisch und nacheinander folgende Antennenpaare gespeist werden: 72/73, 73/74, 74/72. Zum Zwecke der Überwachung wird entweder jede einzelne Antenne zwischendurch noch einmal gespeist oder alle drei auf einmal. Es ist wesentlich, daß die von den Antennenpaaren ausgestrahlten Wellen sowohl in Phase als auch amplitudenmäßig sehr gut übereinstimmen. Um dies zu erfüllen, werden zwischen der Schaltanordnung 79 und jeder Endstufe eine Steuereinrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen, die aus Amplituden- und Phasenregler 80 bzw. 81 besteht. Diese Regler werden dadurch gesteuert, daß die Spannung des als Bezugsspannungsquelle benutzten Steuersenders 78 mit der Spannung einer vierten, ungerichteten Antenne 82, die in gleichem Abstand von den Antennen. 72, 73 und 74 aufgebaut ist, in einer Anordnung gemäß der Erfindung verglichen wird. Die Antenne 82 speist einen Empfänger 83, dessen Ausgangsspannung einer Steuereinrichtung 84 zugeführt wird, die bis auf die hier verwendeten Synchronidetektoren (85, 86; Fig. 8) und Servomotoren (88, 89, 90; Fig. 8) ähnlich der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist. Innerhalb der Anordnung 84 führen die Leitungen 6 und 7 zu Summen- und Differenzschaltungen 10 und 9. Der Ausgang der Differenzschaltung 9 wird über den Verstärker 13 mit der einen Eingangsklemme eines jeden der Synchrondetektoren. 85 und 86 verbunden. Der Ausgang der Summenanordnung 10 wird mit der anderen Eingangsklemme des Synchrondetektors 86 und unter Zwischenschaltung eines 90°-Phasen-Schiebers 21 mit dem Synchrondetektor 85 verbunden. Die Ausgangsspannung des Synchrondetektors 85 wird schließlich dazu benutzt, die Phasenregler 81 über Zwischenglieder zu steuern, während der Syn>chrondetektor 86 die Amplitudenregler 80 steuert. Da die Ausgangsspannung eines jeden Phasendetektors einem Kosinusgesetz gehorcht anstatt wie bei Zweiphasensynchronmotoren gemäß Fig. 1 einem Sinusgesetz, muß man die eine Eingangsspannung der Phasendetektoren 85 und 86 in der Phase um 90° drehen. Nachdem also die Phase mit Hilfe von 90°- Phasengliedern (nicht gezeichnet) entsprechend gedreht worden ist, kann man die jetzt herrschenden Verhältnisse auf die Anordnung der Fig. 1 übertragen. Die Analysis bezieht sich dann genau auf das Phasendiagramm der Fig. 2, mit der einzigen Ausnahme, daß die Bezugsspannungen — das sind die Summenspannungen (S1. . .), die jeder der Vergleichsanordnungen zugeführt werden — um 90° phasenverschoben sind. Die Ausgangsspannungen der Synchrondetektoren 85 und 86 werden einer Schaltanordnung 87 und dann verschiedenen Paaren von Servomotoren 88,89 und 90 zugeführt. Gleichzeitig mit der Anschaltung der einzelnen Paare von Servomotoren (z. B. 88 und 89) an die Ausgänge der Synchrondetektoren 85 und 86 mittels der Schaltanordnung 87 wird auch ein entsprechendes Paar von Senderendstufen 75 und1 76 (bzw. Antennen 72 und 73) gemäß dem weiter oben angegebenen Schaltprogramm der Navaglobe-Anlagen mittels der Schalteinrichtung 79, die mit der Schaltanordnung 87 synchronisiert ist, was durch die gestrichelt gezeichnete Verbindung 91 angedeutet ist, mit Hochfrequenzenergie aus dem Steuersender 78 gespeist. So wird gemäß dem vorgegebenen Schaltprogramm der miteinander synchronisierten Schaltanordnungen 79 und 87 mit Hilfe der einzelnen Paare von Servomotoren die Energie der einzelnen Senderendstufen sowohl in der Amplitude (über die Amplitudenregler 80) unter dem Einfluß des Synchrondetektors 86 als auch in der Phase (über die Phasenregler 81) unter dem Einfluß des Synchrondetektors 85 ständig geregelt. So regelt das Paar 88 die dem Sender 75 zugeführte, Paar 89 die dem Sender 76 zugeführte und Paar 90 die dem Sender 77 zugeführte Energie. Weitere Einzelheiten der Schaltanordnungen und der einzelnen Typen der Synchrondetektoren, die in der Anordnung gemäß der Erfindung verwendet werden, sind schon weiter oben beschrieben worden·. Die Erfindung wurde zwar an Hand von Ausführungsbeispielen, beschrieben; dies stellt jedoch keine Beschränkung ihres Wesens und ihrer Anwendbarkeit dar. Zum Beispiel können noch andere Vergleichsanordnungen als Synchrondetektoren oder Zweiphaseninduktionsmotoren verwendet werden. Anstatt Vergleichsanordnungen, mit elektrischen Ausgangswerten in Verbindung mit Hilfsmechanismen zu verwenden, kann die Steuerung auch rein elektrisch erfolgen. Es sind auch andere Abwandlungen dieser Erfindung in bezug auf die Steuerorgane möglich. Patentansprüche:

1. Anordnung zur Einregelung zweier Wechselspannungen, insbesondere Hochfrequenzspannungen, gleicher Frequenz auf Phasen- und Amplitudengleichheit, insbesondere für Funknavigationsanlagen zur automatischen Steuerung von Sendern bei solchen Anlagen, bei denen unter Ver-

wendung von drei entfernt voneinander aufgestellten Sendern immer je zwei gleichzeitig in zyklischer Vertauschung zur Erzeugung von verschieden gerichteten Strahlungsdiagrammen eingeschaltet sind und bei denen die Peilinformation empfangsseitig durch Amplitudenvergleich aus den verschiedenen Strahlungsdiagrammen gewonnen wird (Navaglobe), dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um aus diesen beiden Wechselspannungen, von denen bei der Anwendung auf das Navaglobe-System eine die jeweils ausgestrahlte Hochfrequenzwelle, die andere diejenige eines Bezugsoszillators ist, vektoriell die Summenspannung sowohl als auch die Differenzspannung zu bilden, mit denen, gegebenenfalls nach Frequenzumsetzung, Einrichtungen zur Angleichung der beiden Wechselspannungen nach Betrag und Phase gesteuert werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summenspannung je einer Wicklung zweier Zweiphaseninduktionsmotoren und die Differenzspannung jeweils der zweiten Wicklung

dieser Induktionsmotoren zugeführt sind, von denen der erste den Amplituden-, der zweite den Phasenregler betätigt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summen- und die Differenzspannung jedem von zwei Synchrondetektoren zugeführt sind, deren Ausganigsspannungen je einen Servomotor für die Betätigung des Phasen- und des Amplitudenreglers antreiben.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung für die Summenspannung, welche dem Induktionsmotor für die Betätigung des Amplitudenreglers ■—· oder dem Synchrondetektor mit nachfolgendem Servomotor — zugeführt ist, ein 90°-Phasendrehglied eingeschaltet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Synchrondetektoren in Verbindung mit Servomotoren je eine der den Synchrondetektoren zugeführten Spannungen mittels eines zusätzlichen Phasenschiebers um 90° in der Phase gedreht wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

® 809 787/400 3.59