DE2354631C3 - VHF-Drehfunkfeuer-Empfanger - Google Patents

Description

des Gatters wird das Taktsignal gezählt, so daß am Ende der Offemperiode des Gatters die angesammelte Zählung direkt auf die VHF-Drehfunkfeuer-Teilung bezogen ist. Ein derartiges System ist, obwohl Phasenschieber-Fehler beseitigt sind, weiterhin Fehlern unterworfen, da keine Maßnahmen getroffen sind, die Taktfrequenz auf die 30-Hz-VHF-Drehfunkfeuer-Frequenz nachzuführen und auch keine Maßnahmen getroffen sind, eine genaue Phasenbeziehung zwischen dem Taktsignal und den Funkfeuersignalen aufrechtzuerhalten.

Es ist Ziel vier vorliegenden Erfindung, einen VHF-Drehfunkfeuer-Empfänger zu schaffen, bei dem die im Empfänger entstehenden Fehler minimal gehalten werden.

Es ist ebenso Ziel der Erfindung, einen VHF-Drehfunkfeuer-Empfänger zu schaffen, der automatisch arbeitet und eine Peilwinkelinformation vorsieht, ohne daß elektro-mechanische Phasenschieber zur Anwendung gelangen.

Durch die Erfindung soll auch ein VHF-Drehfunkfeuer-Empfänger geschaffen werden, der eine Peilwinkelinformation sowohl in analoger als auch in digitaler Form vorsehen kann.

Auch ist es Aufgabe der Erfindung, einen VHF-Drehfunkfeuer-Empfänger zu schaffen, der adaptiv anspricht, und zwar als Funktion des Abstands des Empfängers von der Sendestation, um die unerwünschten Einflüsse auf die Peilwinkelinformation zu reduzieren, die durch Spannungszacken oder -spitzen und Geräuschgrößen in dem empfangenen Signal erzeugt werden.

Auch ist es Aufgabe der Erfindung, einen VHF-Drehfunkfeuer-Empfänger zu schaffen, der ein Ausgangssignal erzeugt, welches linear auf den Abstand von der Kursabweichung bezogen ist, d. h. ein konstantes Abweich-Ausgangssignal, welches Signal nicht ernsthaft bei größeren Abständen zur Funkfeuerstation verschlechtert wird.

Im wesentlicheu schafft die vorliegende Erfindung einen VHF-Drehfunkfeuer-Empfänger, welcher sich von den Ausführungsformen nach dem Stand der Technik durch die Verwendung eines neuartigen spannungsgesteuerten Filters und die Verwendung von Pnasenschieber-SchaltuL.gen unterscheidet, die eine Rückkopplungsregelung dieser Schaltungen ermöglichen, um Phasenfehler und Verzerrungen zu beseitigen, die gewöhnlich bei fest abgestimmten Kreisen vorhanden sind. Die Filter enthalten freqnenzsdektive Netzwerke mit Elementen, deren Impedanzen durch Regelspannungen veränderlich sind. Die Eingangsgröße des Netzwerks, entweder das 30 Hz in der Phase veränderliche Signal oder das Phasenbezugssignal, wird einem phasenschiebenden Demodulator zugeführt. Die Ausgangsgröße des Netzwerks wird in eine Rechteckwelle umgewandelt, die als zweite Eingangsgröße für den Demodulator dient. Die Ausgangsgröße des Demodulators wird in einer Integrierstufe mit hohem Verstärkungsfaktor integriert, und die Ausgangsgröße dieser Integrierstufe stellt die Rückkopplungsspannung dar, welche die spannungsabhängige Impedanz steuert Die Ausgangsgröße des Filters, die am Ausgang des selektiven Netzwerks abgegriffen wird, besteht aus einem extrem sauberen Signal, welches Frequenzschwankungen folgen kann, die in der Grundwelle des Eingangssignals auftreten, wobei jedoch harmonische Verzerrungen und ähnliche Größen eliminiert sind.

Der Phasenschieber umfaßt einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO), der auf einer wesentlich höheren Frequenz als die 30-Hz-Bezugsgröße bzw. das veränderliche 30-Hz-Signal arbeitet. Die Frequenz des VCO wird herabgcteilt und wird zwei Rückkopplungsschleifen zugeführt, die verbunden arbeiten, um den VCO zu steuern. Eine der Rückkopplungsschleifen arbeitet über einen Phasendetektor und eine Integrierstufe, um die Ausgangsgröße

ίο des VCO genau mit dem veränderlichen 30-Hz-Signal zu synchronisieren. Das 30-Hz-Bezugssignal synchronisiert eine Sägezahnspannung von 15 Hz, und die Ausgangsgröße des VCO, herabgeteilt auf IS Hz, tastet diese Spannung an (samples), um für die an-

is dere Rückkopplungsschleife eine Eingangsgröße vorzusehen, wodurch sichergestellt wird, daß die Ausgangsgröße von 30 Hz und die Teilerstufe in der Frequenz und in der Phase mit dem veränderlichen Funkfeuersignal und dem Bezugsfunkfeuersignal

ao starr wird. Ein weiteres Merkmal des Phasenschiebers besteht in der Anwendung eines Abstands-geregelten Folge-Begrenzers in der Rückkopplungsschleife, welche die Integrierstufe enthält. Eine Begrenzung der Fehlereingangsgröße zur Integrierstufe als Funk tion der Entfernung hindert Zacken oder Spannungs spitzen in dem Funkfeuersignal daran, große fehlerhafte Schwankungen in der Peilwinkelanzeige bzw. Anzeigen zu verursachen, wenn sich der Empfänger in einem gewissen Abstand vom Sender befindet. Die Teilerstufe des Phasenschiebers erzeugt auch zwei Ausgangsgrößen, die genau dem in der Phase veränderlichen Funkfeuersignal um 90° vor- und nacheilen. Diese werden in den synchron arbeitenden Modulatoren mit dem Bezugsphasen-Funkfeuersignal

verbunden, um analoge Spanungen zu erzeugen, die ein Anzeigeinstrument steuern, um dem Piloten des Flugzeugs den Peilwinkel anzuzeigen. Die Phasenschieber-VCO-Ausgangsgröße wird über ein Gatter geführt, weiches durch das Funkfeuer-Bezugssignal

und das veränderliche Signal gesteuert wird, und gelangt zu einem Zähler, welcher ein binär kodiertes Wort oder Nachricht erzeugt, welches bzw. welche den Peilwinkel wiedergibt für die Verwendung in Kurscomputern.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. Es zeigt

Fig. IA mit Fig. IB ein funktionelles Block-

schaltbild eines VHF-Drehfunkfeuer-Empfängers, bei welchem der Gegenstand der Erfindung in Verbindung mit einem Peilwinkel-Anzeigegerät des RMI-Typs verwirklicht ist,

F i g. 1C ein abgewandeltes Anzeigegerät des Kurs-

abweichungstyps,

Fig. 2 einen schematischen Schaltplan eines sieb anpassenden Filters zum Nachlaufen der 30-Hz-Funkfeuer-Bezugssignale und veränderlichen Signale und

F i g. 3 ein funktionelles Blockschaltbild des spannungsgesteuerten Phasenschiebers nach der Erfindung mit abstandsgesteuerten Folgebegrenzungsemrichtungen.

Gemäß F i g. 1A erzeugt ein VHF-Empfänger IO

der auf eine VHF-Drehfunkfeuerstation abgestimmt ist, ein herkömmliches Zusammengesetzes Signal an Ausgang, welches aus dem veränderlichen AM Modulationsphasensignal mit 30 Hz und aus den

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Bezugs phasensignal als 30-Hz-FM-Modulation eines 400-Hz-Wellen zum magnetischen Radioanzeigegerät 9960-Hz-Unterträgers besteht. Das letztere Signal (RMI) 20 geleitet, welches in einer Entfernung am wird aus dem Unierträger durch einen FM-Demodu- Instrumentenpult des Flugzeugs gelegen ist. Dieses lator 11 wiedergewonnen und wird einem Filter 12 Anzeigegerät oder RMI besteht aus einem Standardzugeführt, welches eine Tiefpaß-Charakteristik auf- 5 instrument, welches die absoluten Peilwinkeldaten weist. Danach gelangt das Signal zu einem 30-Hz- aus dar VHF-Drehfunkfeuereinrichtung mit dem Nachlauffilter 13, weiche« eine schmale Bandpaß- mißweisenden Steuerkurs vom Flugzeugkompaß in Charakteristik aufweist, und welches sich selbst ab- einen Drehmoment-Differentialdrehmelder 27 verstimmt, um sich Frequenzschwankungen in dem bindet, um eine Anzeige des relativen Peilwinkels VHF-Funkfeuersignal anzupassen und um Verstim- »o vom Flugzeug zum VHF-Drehfunkfeuer-Station zu mungseinflüssen auf Grund von Temperaturschwan- erzeugen.

kungen und ähnlichem zu kompensieren. Das zu- Das RMI-Anzeigegerät 20 zeigt automatisch den saimmengesetzte Signal aus dem Empfänger 10 ge- magnetischen Peilwinkel der VHF-Funkfeuer-Station langt durch ein Tiefpaßfilter 14, durch welches der relativ zum Flugzeug an. Bei einem anderen VHF-Untertiäger eliminiert wird, um das veränderliche 15 Funkfeuer-Betrieb, welcher Handbetrieb genannt Phasensignal entsprechend 30 Hz zu erzeugen. Das wird, wird ein Kurs, der längs eines bestimmten veränderliche Phasensignal wird in einem 30-Hz- radialen VHF-Funkfeuers verläuft, ausgewählt, und Nachlauffilter 15 gefiltert, welches ähnlich dem das Flugzeug wird dann zur Station hin oder von Filter 13 aufgebaut ist, mit der Ausnahme, daß eine dieser weg gelenkt, wobei Kursfehler auf einem Kurs-Inverterstufe noch vorgesehen ist, um eine zweite ao abweichungs-Anzeigegerät angezeigt werden. F i g. 1 C Ausgangsgröße vorzusehen, die in Gegenphase zum veranschaulicht den Hand-VHF-Funkfeuerbetrieb. veränderlichen Phasensignal steht. Beide Ausgangs- Die mit A und B bezeichneten Ausgangsgrößen der größen des Filters 15 werden einem Phasendetektor Zerhacker 23 und 24 werden den Statorwicklungen 16 zugeführt, welcher die Phase dieser Ausgangs- eines Kurswählers 100 zugeführt, der aus einem größen mit Rückkopplungssignalen vergleicht, die as elektro-mechanischen Drehmelder besteht, wobei der relativ zum veränderlichen Phasensignal um 90° vor- Rotor dieses Drehmelders in Grade eingeteilt ist, und nacheilen. Eine Phasenabweichung der Rück- welche dem ausgewählten Kurs entsprechen. Der kopplungssignale von dieser 90°-Phasenverschiebung Rotor des Wählers 100 trägt zwei phasenverschobene führt zu dem Entstehen eines Fehlersignals, welches Wicklungen, und die Ausgangsgröße aus einer der als Funktion des Abstands in einen Folgebegrenzer- 30 Wicklungen wird einer konstanten Abweichungsverstärker 17 amplitudenbegrenzt wird, dann in einer schaltung 102 zugeführt, während die Ausgangsgröße Schleifenintegrierstufe IK integriert wird, um einen von der anderen Wicklung zu einem Mehrdeutigspannungsgesteuerten Phasenschieber 19 zu steuern. keitsdctektor 104 gelangt. Der Mehrdeutigkeits-Der Phasenschieber 19, wie dies noch mehr im ein- detektor 104 (ambiguity detector) arbeitet in herzeinen beschrieben werdt:n soll, schiebt die Phase des 35 kömmlicher Weise, um eine TO-FROM-Fähnchen-Bezugssignals aus dem Filter 13, um die phasen- anzeige 105 zu betreiben. Die Konstantabweichungsverschobenen Rückkopplungssignale für den Phasen- schaltung besteht aus einem Multiplizierer, der das detektor 16 voraisehen. Der Phasenschieber 19 er- Produkt zwischen der Kursfehlerausgangsgröße aus zeugt in ähnlicher Weise eine rechteckförmige Aus- dem Wähler 100 und einer analogen Spannung vorgangsgröße, die sich in Phase mit dem veränderlichen 40 sieht, die proportional zum Abstand des Flugzeugs Phasensignal am Ausgang des Filters 15 befindet. zur VHF-Funkfeuer-Station ist. Die Ausgangsgröße Der Phasenschieber 19 enthält einen spannung»- aus der Konstantabweichungsschaltung 102 wird hingesteuerten Oszillator (VCO), dessen Frequenz auf sichtlich der Phase in einem Phasendetektor 106 ereiner genauen Harmonischen des 30-Hz-Bezugs- faßt. Sie gelangt auch in Form einer Gleichspannung signals gehalten wird und die genau zu dem ver- 45 zu einem Kursabweichungs-Anzeigegerät 108, welches änderlichen 30-Hz-Signal in Phase gebracht wird. aus einem für Flugzeuge üblichen Norm- oder Stan-Die Ausgangsgröße des VCO wird in der Frequenz dardtjrp besteht. Die Verstärkung durch die Konherabgeteilt, um das phasenverschobene verander- stantabweichungsschaltung 102 zum Anzeigegerät liehe Signal zu erzeugen, und sie wird direkt als 108 wird in bevorzugter Weise so eingestellt, daß ein Taktsignal für die digitale Berechnung der Peilwinkel 50 Kursfehler von 10°, multipliziert mit einer analogen verwendet. Spannung entsprechend 57 Meilen, gerade zu einem Die sich in Phase befindende Rechteckwelle aus vollen Skalenausschlag des Anzeigegerätes fuhrt, wodem Phasenschieber !»und das um +90° gegenüber bei die Querabweichung (offset) vom Kurs dann dieser Welle verschobene Rückkopplungssignal, 10 Meilen beträgt. Bei Entfernungen zur VHF-Funkwelches ebenfalls in Rechteckform vorliegt, werden 55 feuer-Station, die kleiner sind als 57 Meilen, ist dei jeweils mit dem Bezugsphasensignal aus dem Filter Winkelfehler, der zum Erzeugen eines vollen Skalen-13 in den 30-Hz-Synchronmodulatoren 21, 22 multi- ausschlages erforderlich ist, größer als 10°, während pliziert. Diese erzeugen jeweils Gleichspannungsaus- bei Entfernungen größer als 57 Meilen der Winkel· gangsgrößen mir einem Höhe oder Größe, die pro- fehler für einen vollen Skalenausschlag proportional portional ist zu cos θ und sin Θ, wobei θ der VHF- 60 kleiner ist als 10°. Demnach ist die Ausgangsgröße Funkfeuer-PeUwinkei ist. Die cos θ und sin Ö-Aus- des Phasendetektors 106 linear auf den Abstand zun gangsgrößen der Modulatoren 21, 22 werden jeweils Kurs bzw. zur Querabweichung bezogen, was eil mit einer 400-Hz-Folge in den Zerhackern 23, 24 spezielles wünschenswertes Merkmal darstellt, wem moduliert. Die Ausgangsgrößen von diesen Zerhak- das System dazu verwendet wird, einen Autopiloter kern bestehen auf 400-Hz-Wellen, von denen jede 65 zu steuern. Die sich anpassende Filterung, weicht eine Amplitude aufweist, die proportional zu cos θ durch die Wirkung des Folgebegrenzers 17 und dei und sin θ ist. In F i g. 1 B werden nach der Verstär- Schleifenintegrierstufe 18 vorgesehen wird, verhin kung in den Treiberstuf en 25, 26 die modulierten dert, daß Spannungszacken und Rauschen größerei

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ίο

Einfluß gewinnen und durch die Erhöhung der Ver- Filters 32 einzustellen, so daß letzteres veranlaßt

Stärkung verstärkt werden, die in der Konstant- wird, sich selbst auf die Frequenz der Welle am Ver-

abweichungsschaltung bei Entfernungen größer als bindungspunkt 31 zu zentrieren bzw. einzustellen.

57 Meilen auftritt. Wie bereits an früherer Stelle erläutert wurde, ist das

In F i g. IA wird das Bezugssignal aus dem Filter 5 Nachlauffilter 15 identisch mit dem Nachlauffilter 13,

13 und das veränderliche Signal aus dem Filter 15 so daß F i g. 2 dazu herangezogen werden kann, eines

jeweils so zugeführt, um ein Steuergalter 28 zu öff- dieser Filter zu beschreiben.

nen und zu schließen. Der im Phasenschieber 19 ent- Die Ausgangsgröße des Filters 13 wird mit der haltene VCO sieht Taktsignale vor, die durch das Ausgangsgröße des Filters IS durch den spannungs-Gatter 28 zu einem Zähler 29 gelangen, und zwar io gesteuerten Phasenschieber 19 in Phasengleichheit für einen Zeitraum, welcher der Phasendifferenz gebracht, wobei dieser Phasenschieber einen mit der zwischen dem 30-Hz-Bezugssignal und dem ver- Ausgangsgröße des Filters 15 synchronisierten Taktänderlichen Signal entspricht. Die Zählung, die sich oszillator enthält, wobei diese Synchronisation mit im Zähler 29 sammelt und die den digitalen Wert Hilfe einer phasenstarren Schleife, bestehend aus des VHF-Funkfeuer-Peilwinkels darstellt, wird in 15 dem Phasendetektor 16, dem Folgebegrenzer 17 und ein Register 30 während jeder Periode des VHF- der Schleifenintegrierstufe 18, erfolgt. Der span-Funkfeuer-Signals entsprechend den 30 Hz übertra- nungsgesteuerte Phasenschieber ist in den Einzelgen, in welchem sie für die Sendung zu einem Kurs- heiten in Fig. 3 veranschaulicht, auf die nun näher computer oder zu einem digital betriebenen Anzeige- eingegangen werden soll. Die rechteckförmige Ausgerät in kodierte Form gebracht wird. ao gangsgröße des Uberschneidungsdetektors 39 wird

In F i g. 2 ist ein vereinfachtes Schema des Nach- invertiert und wird als Triggerspannung einem lauffilters 13 gezeigt, auf welches nun näher einge- 50-Millisekunden-Univibrator 51 zugeführt. Der gangen werden soll. Das Bezugsphasen-30-Hz-Signal Multivibrator 51 wird durch die positive Vordergelangt zum Verbindungspunkt 31 und von dort zum flanke der Wellen aus einer Inverterstufe (nicht geEingang eines spannungsgesteuerten selektiven FiI- as zeigt) getriggert, und da seine Periode größer ist als ters 32 und zum drain-Anschluß eines FET 33, der die 33,3-Millisekunden-Perode der Rechteckwelle, hier als Phasenzerhacker-Demodulator dient. Das wird der Multivibrator 51 mit einer 15-Hz-Folge geFilter 32 besteht aus einem Operationsverstärker, triggert. Ein Sägezahngenerator 52 ist an den Multiweicher mit einem Eingangsnetzwerk versehen ist vibrator 51 angeschlossen, um diesen jedesmal zu- und die Kapazität 34 und den Widerstand 35 auf- 30 rückzustellen, wenn der Multivibrator geschaltet hat. weist und ebenso mit einem in T-Schaltung geschal- Die Ausgangsgröße des Sägezahngenerators 52 beteten Rückkopplungsnetzwerk versehen ist, welches steht aus einer sägezahnförmigen Welle mit einer den Widerstand 36 und den FET 37 enthält. Die Periode, die gleich ist zweimal der Periode des BeKombination dieser Einrichtungen führt zu einem zugsphasensignals aus dem Überschneidungsdetek-Filter mit einer Bandpaß-Charakteristik, die durch 35 tor 39. Die Sägezahnspannung aus dem Sägezahndie Impedanz der Parallelschaltung aus Widerstand generator 52 gelangt zu einer Sample- und Halte-36 und FET 37 gesteuert wird, wobei die Impedanz schaltung 53, die eine konstante Ausgangsspannung als Funktion der dem gate-Anschluß des FET züge- erzeugt, die gleich ist der beim iinearen Ansteigen führten Spannung veränderlich ist. Die Ausgangs- des Sägezahns zum Zeitpunkt des Erscheinens eines spannung des Filters 32, die am Verbindungspunkt 40 Sample-Impulses aus einer Differenzierstufe 54 er-38 erscheint, besteht aus einer Sinuswelle, welche haltenen Spannung. Die Ausgangsgröße aus der gegenüber der Eingangsgröße am Verbindungspunkt Sample- und Halteschaltung 53 wird in einem VCO-31 um 90° phasenverschoben ist. Die Sinuswelle am Steuerverstärker 55 verstärkt und wird als ein Teil Verbindungspunkt 38 wird in dem Überschneidungs- der Steuerspannung für einen spannungsgesteuerten detektor 39 in eine in Phase befindliche Rechteck- 45 Oszillator 56 mit 245,76 kHz verwendet. Die Auswelle umgewandelt, und die Ausgangsgröße dieses gangsgröße aus dem VCO 56 wird in der Frequenz Detektors wird zum gate-Anschluß des FET 33 rück- durch einen Faktor von 8192 in einem vielstufigen gekoppelt. Wenn die Rechteckwelle aus dem Detek- Frequenzteiler 57 herabgeteilt, um ein 30-Hz-Signal tor 39 relativ zum Bezugsphasensignal am Verbin- zu erzeugen, welches weiterhin durch einen Faktor dungspunkt 31 um 90° phasenverschoben ist, so wird 50 von 2 in der Teüerstufe 58 herabgeteilt wird, um ein am drain-Anschluß der FET 33 eine Spannung ent- 15-Hz-Signal zu erzeugen.

wickelt, welche demjenigen Abschnitt des Bezugs- Der Teiler 57 enthält eine digitale Einrichtung,

phasensignals entspricht, der zwischen 90° und 270° um die Ausgangsgröße von 30 Hz mit einem 60-Hz-

seiner Periode bzw. Zyklus vorhanden ist. Der Signal zu verbinden, welches in dem Teiler einer

Mittelwert dieser Welle wird in einem Operations- 55 Stufe zur Verfügung steht, welche der die 30-Hz-

verstärker 41 erhalten, der mit einer kapazitiven Ausgangsgröße erzeugenden Stufe vorausgeht, so

Rückkopplung ausgestattet ist, und gelangt als daß also auf den Leitungen 61 und 62 zwei zusätz-

Steuerspannung zum gate-Anschluß des FET 37. liehe 30-Hz-Signale erzeugt werden, die jeweils dem

Diese Steuerspannung bleibt so lange auf dem Wert 30-Hz-Signal auf der Leitung 60 um 90° nacheilen

Null, wie eine 90°-Phasenverschiebung zwischen der 60 und voreilen. Die phasenverschobenen 30-Hz-Signale

Rechteckwelle aus dem Detektor 39 und der Sinus- auf den Leitungen 61 und 62, die mit Φ/ + 90° und

welle am Verbindungspunkt 31 vorhanden ist. Sollte Φ/ 90° bezeichnet werden, gelangen zu einem

sich das Bezugsphasensignal am Verbindungspunkt Phasendetektor 63, der auch als Eingangsgrößen das

31 in der Phase oder Frequenz verschieben, so wird phasenveränderliche 3C-Hz-Signal aus dem Filter 15

am Ausgang des Verstärkers 41 eine Steuerspannung 65 zusammen mit dem invertierten phasenveränder-

mit dem richtigen Vorzeichen und Größe erzeugt, liehen Signal aus einem Inverter 64 empfängt. Die

um die Parallelschaltungsimpedanz 36, 37 einzustel- Ausgangsgröße des Phasen detektors 63 besteht aus

len und um damit die Bandpaß-Charakteristik des einem Gleichspannungssignal, welches zum Phasen-

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fehler zwischen «/»/-Signal auf der Leitung 60 und dem phasenveränderlichen 30-Hz-Signal aus dem Filter 15 proportional ist. Dieses Fehlersignal gelangt durch einen Begrenzer 65, dessen Grenzen als Funktion des Abstands veränderlich sind, wie dies noch an späterer Stelle mehr im einzelnen erläutert werden soll, und wird dann in einer Schleifenintegrierstufe 66 integriert, um einen zweiten Abschnitt der Ausgangsgröße des Verstärkers 55 vorzusehen, der zum Steuern der Frequenz des VCO 56 verwendet wird.

Der VCO 56 und dessen Steuerverstärker 55 sind so ausgelegt, daß bei einer Ausgangsgröße von Null aus der Schleifenintegrierstufe 66 und bei einer Eingangsgröße von genau 30 Hz zum Multivibrator 51 der VCO auf eine Frequenz von 245,76 kHz stabilisiert wird, und zwar bei einer Steuerspannung, welche dem Mittelpunkt der Sägezahnwelle aus dem Sägezahngenerator 52 entspricht. Da die Frequenz der Sägezahnspannung die Hälfte der Frequenz der Eingangswelle des Multivibrators 51 beträgt, stellt jeder Zyklus der Sägezahnspannung 720° des 30-Hz-Bezugsphasen-Eingangssignals dar. Tritt der stabile Zustand des VCO am Mittelpunkt der Sägezahnspannung auf, so entspricht die gesamte Sägezahnspannung in der Phase der 30-Hz-Bezugsgröße, und zwar im Bereich von -360° bis +360°.

Wenn zwischen der 30-Hz-Bezugseingangsgröße zum Multivibrator 51 und der 30 Hz veränderlichen Eingangsgröße zum Phasendetektor 63 eine Phasendifferenz besteht, was bei irgendeinem Peilwinkel des Flugzeugs zur VHF-Funkfeuerstation, ausgenommen 0°, der Fall ist, so erscheint ein Fehlersignal am Ausgang des Phasendetektors 63, welches dann integriert wird und als Änderung in der Steuerspannung des VCO 56 erscheint. Dies hat eine Übergangsänderung in der Frequenz des VCO zur Folge, die anhält, bis die '/'/-Ausgangsgröße auf der Leitung 60 sich in Phase mit dem veränderlichen 30-Hz-Signal befindet. Gleichzeitig wird die Eingangsgröße entsprechend 15 Hz zur Differentierstufe 54 hinsichtlich ihrer zeitlichen Beziehung zur Sägezahnspannung aus dem Sägezahngenerator 52 so geändert, daß die Ausgangsgröße aus der Sample- und Halteschaltung 53 die Ausgangsgröße aus der Schleifenintegrierstufe 66 abgleicht. In dem endgültigen stabilen Zustand befindet sich das <2>/-Signal auf der Leitung 60 genau in Phase mit dem phasenveränderlichen 30-Hz-Signal bzw. Eingangsgröße zum Phasendetektor 63, und der Sample-Impuls aus der Differentierstufe 54 entspricht einem Punkt auf der Sägezahnspannung des Generators 52, welcher der Phasendifferenz zwischen den veränderlichen und dem Bezugs-30-Hz-Signalen gleicht. Wie bereits erwähnt wurde, gelangt die Eingangsgröße zur Schleifenintegrierstufe 66 durch einen Begrenzer 65 mit Grenzen, die als eine Funktion des Abstands des Empfängers vom VHF-Funkfeuer-Sender veränderlich sind. Je größer der Abstand, desto kleiner sind die Grenzen und demzufolge desto kleiner ist die Änderungsfolge der Ausgangsgröße aus der Integriersrufe 66. Bei größeren Abständen ist die Phasenänderung in dem veränderlichen 30-Hz-Signal, die durch Bewegung des Flugzeugs verursacht wird, welches dem Empfänger mitführt, relativ klein. Beispielsweise kann sich der Peilwinkel zwischen der Station und einem Flugzeug, welches 100 Meilen von der Station entfernt ist und eine Reisegeschwindigkeit von 600 mph aufweist, nicht mit einer größeren Folge als ca. 0,1° pro Sekunde ändern. Bei 10 Meilen Abstand ist die Änderungsgeschwindigkeit im Peilwinkel aufgrund der Flugzeugbewegung zehnmal so groß. Änderungen in der Phase des veränderlichen 30-Hz-Signals treten mit einer Folge oder Gescltiwindigkeiten auf, die größer sind als diese, derartige Änderungen gehen jedoch auf Unvollkommenheiten in dem gesendeten VHF-Funkfeuer-Signal zurück, welche in wünschenswerter Weise in den Peilwinkelinformationen durch Mittelwertsbildung entfernt

ίο oder geglättet werden sollten, welche Informationen durch den Empfänger vorgesehen werden. Der Begrenzer 65 enthält einen Verstärker 67, dem eine Eingangsgröße vom Phasendetektor 63 und von einer Rückkopplungsschaltung zugeführt wird, die aus einem Pufferverstärker 69, einer Multiplizierschaltung 70 und einem Schwellendetektor 71 besteht.

Der Pufferverstärker 69 sieht eine Schaltungsisolation vor, und die Multiplizierstufe 70 erzeugt eine

»ο Ausgangsgröße, die proportional zum Produkt aus der Ausgangsgröße des Verstärkers 67 und einer analogen Spannung ist, die proportional zum Abstand des Empfängers von der VHF-Funkfeuerstation ist. Die analoge Abstandsspannung wird von der Entfernungsmeßeinrichtung (DMlE) erhalten, die allgemein als Teil eines Flugzeugna^gationssj/stems vorgesehen ist. Der Schwellendetektor 71 leitet, um eine Spannung dem Verstärker 67 zuzuführen, die der Spannung aus dem Phasendetektor 63 entgegenwirkt, wodurch die Ausgangsgröße aus dem Verstärker 67 reduziert wird, und zwar immer dann, wenn der Signalpegel der Eingangsgröße die Schwelleneinstellung überschreitet. Die Schwelle kann immer dann überschritten werden, wenn die Ausgangsgröße aus dem Phasendetektor 63 groß ist und der Abstand klein ist oder wenn die Ausgangsgröße aus dem Phasendetektor 63 relativ klein ist und der Abstand groß ist. Die durch den Detektor 71 geleitete Spannung, um der Ausgangsgröße aus dem Detektor 63 in dem Verstärker 67 entgegenzuwirken, ist in der Tat proportional zur Ausgangsgröße des Multiplizierers 70, ein Leiten tritt jedoch erst dann auf, wenn der Schwellenwert des Detektors 71 überschritten wird. Das Ergebnis aus dieser Anordnung besteht darin, daß die Ausgangsgröße aus dem Phasendetektor 63 die Ausgangsgröße der Integrierstufe 66 nur mit einer Geschwindigkeit ändern kann, welche mit dem Abstand des Empfängers zur VHF-Funkfeuerstation abnimmt.

Es ist wünschenswert, den Begrenzer 65 bei bestimmten Bedingungen außer Betrieb zu setzen, beispielsweise dann, wenn das System zunächst Peilwinkelinformationen gewinnt und wenn eine Phasendifferenz größer als ca. 10° zwischen dem <i/-Signal

und dem veränderlichen 30-Hz-Signal besteht. Zu diesem Zweck ist ein Nulldetektor 75 vorgesehen, welcher das veränderliche Rechteckwellensignal aus dem Überschneidungsdetektor des Filters 15 emp fängt und eine Rechteckwelle von der Teilerstufe 55 empfängt, die sich um 180° außer Phase zur Ein gangsgröße vom Filter 15 befindet, wenn die Φ,.'-Aus gangsgröße der Teilerstufe sich genau in Phase mi dem veränderlichen 30-Hz-Signal befindet. Imme dann, wenn der Phasenfehler von Φ/ größer wird al ca. 10°, wird eine ausreichende Ausgangsgröße von Nulldetektor 75 entwickelt, um eine Übersteuerungs schaltung 68 (override circuit) zu betätigen. Di Übersteuerungsschaltung 68 arbeitet nach Art eine

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Schalters, um die Eingangsleitung zum Verstärker 69 dann ein solches Vorzeichen, daß die Integrierstufe zu öffnen und um demzufolge die Ausgangsgröße des 66 sich in einer Polarität auflädt, die entgegengesetzt Detektors 71 zu entfernen, welche dem Fehlersignal zu derjenigen ist, bei welcher ein Rückstellen auftrat, aus dem Detektor 63 entgegenwirkt Die integrier- und sich auf einen Wert auflädt, der 90° entspricht, stufe 66 kann sich dann sehr schnell auf einen Wert 5 Beispielsweise kann die Amplitude der Sägezahnemstsllen, der erforderlich ist, um das Φ,,'-Signal in welle geeigneterweise zwischen —10 bis +10 Volt Phasenkoinzideiiz mit dem veränderlichen 30-Hz-Si- hegen. Werte von ± 7,5 Volt entsprechen dann jegnal zu bringen.. Die Ausgangsgröße aus dem Null- weils ±270°. Wenn die Ausgangsgröße der Integrterdetektor 75 betätigt ebenso eine Warnschaltung 76, stufe 66 einen dieser Werte erreicht, angenommen die anzsigt, daß die Peilwinkeldaten, die dann ange- io +7,5 Volt, so wird die Rückstellschaltung 77 gezeigt werden, fehlerhaft sind. triggert, um die Ausgangsgröße der Integrierstufe auf Der Phasenbereich des Phasenschiebers 19 ist auf Null zu entladen. Die Ausgangsgröße aus dem ±360° begrenzt. Um den Phasenschieber daran zu Phasendetektor 63 bewirkt dann, daß die Integrierhindern, auf diesen Extremwerten zu arbeiten, wird stufe 66 sich bei —2,5 Volt stabilisiert, was —90° die Integrierstufe 66 immer dann zurückgestellt, 15 entspricht

wenn die Phasendifferenz zwischen dem Bezugssignal Während der Rückstellung der Integrierstufe ist es von 30 Hz und dem veränderlichen Signal gleich ist wünschenswert, das CDI- oder RMI-Anzeigegerät ± 270°. Der Phasenschieber führt dann eine ent- unbewegheh oder starr zu machen, um bedeutungsgegengesetzte 90^o-Phasenverschiebung ein. Die lose Auslenkungen dieses Gerätes zu verhindern. Die Rückstellschaltung 77 für die Integrierstufe besteht so Festliege- oder Festhalteschaltung 78 besteht aus aus einem Schwellendetektor, der immer dann ge- einem Multivibrator, der durch die Integrier-Rücktriggert wird, wenn der Pegel der Ausgangsspannung Stellschaltung 77 getriggert wird, um einen Schaltaus der Integrieirstufe 66 gleich ist den Werten der impuls mit einer Dreisekundendauer zu erzeugen, um Sägezahnspannung aus dem Generator 52 entspre- dadurch zeitweilig die Eingänge zu den Modulatoren chend den —270° und +270°. Bei einer Triggerung as 21 und 22 (Fig. IA) abzutrennen und um zu bewird die Ausgangsspannung der Integrierstufe 66 sehr wirken, daß die Ausgänge dieser Modulatoren konschnell durch die Rückstellschaltung 77 auf Null ent- stant bleiben. Am Ende des Schaltimpulses wird die laden, und es v/ird auch die Übersteuerungsschal- Integrierstufe 18 auf plus oder minus 90° zuriicktung 68 in Betrieb gesetzt, um die Grenzen für die gestellt, und das CDI- oder RMI-Gerät empfängt er-Fehlersignal-Eingangsgröße zur Integrierstufe zu ent- 30 neut günstige VHF-Funkfeuer-Peilwinkelinformatiofernen. Der Phasenfehler aus dem Detektor 63 hat nen ohne wahrnehmbare Unterbrechungen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   " 1. VHF-Drehfunkfeuer-Empfänger für ein VHF-Funkfeuer-Navigationssystem, bei welchem Peilwinkelanzeigec dadurch vorgesehen werden, daß die Phase eines Bezugssignals und eines veränderlichen Signals, die von einer VHF-Funkfeuer-Sendestation empfangen wurden, verglichen werden und die Phase zwischen den Signalen von der Position des Empfängers relativ zu der VHF-Funkfeuer-Sendestation abhängig ist, bestehend aus einer Einrichtung zum Trennen der von der VHF-Funkfeuer-Sendestation empfangenen Bezugs- und veränderliche.^ Signale, einzelnen FU-tereinrichtungen für das Bezugssignal und das veränderliche Signal, einer Einrichtung zum Bestimmen der Phasendifferenz zwischen dem Bejntgssignal und dem veränderlichen Signal, die am Ausgang der Filtereinrichtung erscheinen, und ao mit einer Einrichtung zum Anzeigen dieser Phasendifferenz, dadurch gekennzeichnet, daß die die Phase bestimmende Einrichtung folgende Merkmale und Einrichtungen enthält: einen spannungsgesteuerten Phasenschieber (19), as welchem das Bezugssignal und das veränderliche Signal, die am Ausgang der Filtereinrichtung (13, 15) erscheinen, zugeführt werden, wobei der Phasenschieber (19) einen Taktoszillator (56) mit einer Ausgangsfrequenz enthält, die wesentlich höher ist als die Frequenz des Be/ugssignals und des veränderlichen Signals und die Ausgangsfrequenz des Taktoszillators als Funktion einer Steuerspannung veränderlich ist, die dem Oszillator (56) zugeführt wird; einen Frequenzteiler (57) für den Taktoszillator (56), der ein erstes Ausgangssignal vorsieht, das hinsichtlich der Frequenz im wesentlichen gleich ist mit der Frequenz des veränderlichen Signals, und wobei der Frequenzteiler (57) auch ein zweites Ausgangssignal erzeugt, welches relativ zum ersten Ausgangssignal um 90° phasenverschoben ist; einen Phasendetektor (63), der das veränderliche Signal, ein invertiertes veränderliches Signal und das erste und das zweite Ausgangssignal aus dem Frequenzteiler (57) zum Vorsehen eines Fehlersignals empfängt; eine Integrierstufe (66) zum Integrieren des Fehlersignals; eine Einrichtung (55) zum Zuführen des integrierten Fehlersignals zum Taktoszillator (56), um die Frequenz desselben zu steuern.

   2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Frequenzteilerstufe (58) vorgesehen ist, um die Frequenz des Taktoszillators (56) auf eine Unterharmonische der Frequenz des veränderlichen Signals weiter herabzuteilen, und daß der spannungsgesteuerte Phasenschieber (19) einen Sägezahngenerator (52) enthält, der eine mit dem Bezugssignal synchronisierte Sägezahnspannung vorsieht, weiter eine Sample-Schaltung (53) enthält, daß diese Sample-Schaltung (53) durch die zweite Frequenzteilerstufe (58) so steuerbar ist, daß eine Spannung der Ausgangsgröße des Sägezahngenerators angetastet und gehalten wird, die der Phasendifferenz zwischen dem Bezugssignal und dem veränderlichen Signal entspricht, und daß diese Spannung eine Steuerung des Taktoszillators (56) zusätzlich zu dem integrierten Fehlersignal durchführt

   3. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzerstufe (65) zwischen dem Phasendetektor (63) und der Integrierstufe (66) eingeschaltet ist, um die Größe des Fehlersignals zu begrenzen.

   4. Empfänger nach Anspruch 3 in Verbindung mit einer Abstandsmeßeinrichtung zur Bestimmung des Abstands des Empfängers zur VHF-Funkfeuer-Sendestation, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (69, 70, 71) zum Steuern der Werte als Funktion des Abstands des Empfängers zur VHF-Funkfeuer-Sendestation, auf welche Werte die Größe des Fehlersignals begrenzt ist, vorgesehen ist.

   5. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Filtereinrichtungen (13,15) ein erstes sich anpassendes Bandpaßfilter (13) für das Bezugssignal und ein zweites sich anpassendes Bandpaßfilter (15) für das veränderliche Signal aufweisen, daß jedes der sich anpassenden Filter (13, 15) einen Verstärker (32), ein frequenzselektives Netzwerk (34, 35, 36, 37) für den Verstärker (32) aufweist und daß das Netzwerk (34 bis 37) eine spannungsveränderliche Impedanz (37) enthält, daß weiter eine Einrichtung (39,33,41) vorgesehen ist, die die Impedanz (37) steuert und eine Vorrichtung (33) enthält, urn die Beziehung der ^-Phasenverschiebung zwischen dem Eingangssignal des Filters und dem Ausgangssignal desselben zu vergleichen.

   6. Empfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzselektive Netzwerk (34 bis 37) einen Eingangszweig (34, 35) aufweist, durch welchen entweder das Bezugssignal oder das veränderliche Signal dem Verstärker (32) zugeführt wird, und einen Ausgangszweig (36,37) aufweist, durch welchen die Ausgangsgröße des Verstärkers zum Eingang desselben rückgekoppelt wird, daß die veränderliche Impedanz (37) einen Teil des Ausgangszweiges (36, 37) darstellt und daß weiter die die Impedanz (37) steuernde Einrichtung (39, 33,41) eine Schaltung (39) enthält, die die Ausgangsgröße des Verstärkers (32) empfängt und eine Rechteckwelle aus dieser erzeugt, weiter eine Schaltereinrichtung (33) enthält, die ebenfalls das dem Eingangszweig (34,35) des Netzwerks (34 bis 37) zugeführte Signal empfängt, und die Schaltereinrichtung (33) in den Leitungspfad durch die Rechteckwellen ein- und ausschaltbar ist, und schließlich eine Einrichtung (41) enthält, welche den Mittelwert des Signals bildet, welches durch die Schaltereinrichtung (33) geleitet wird, und daß der Mittelwert dazu dient, die veränderliche Impedanz (37) zu steuern.

   7. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung elektrische Mittel (21, 22) zum Modulieren des Bezugssignals enthält, wie dieses am Ausgang vor einem der einzelnen Filtereinrichtungen (13,15' erscheint, mit dem ersten und dem zweiten Aus gangssignal aus dem Frequenzteiler (57), um da durch analoge Spannungen (A, B) der Sinus- unc Cosinus-Funktionen des Peilwinkels zu erzeugen

   8. Empfänger nach Anspruch 7, dadurch ge

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   kennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung eine ergibt Die resultierende Phasendifferenz ist direkt ^VOn /f?^ ^gB^E^rte P^h^^ea»imebende Einrich- auf den Peilwinkel des Empfängers zu oder von dem tung (100) enthalt, welcher die analogen Spaa- Sender bezogen.

   nungen(<4, B) zugeführt werden um die Phase Herkömmliche VHF-Drehfunkfeuer-Empfänger

   der analogen Spannungen (A, B) um einen vor- 5 enthalten einen Superheterodynempfänger mit einem gewählten Betrag, der einem vorgewählten PeU- AM-Detektor am Ausgang, welcher den 9960-Hz/ winkel entspncht, zu verschieben, daß weiter 30-Hz-FM-Unterträger nut einer 30-Hz-AM-Modueine Phasendetektoreinnchtuiig (1C6) vorpesehen lation reproduziert, was sich au- der Drehung der ist und die phasenverschobenen analogen Sendeantenne ergibt Das 30-Hz-AM-Signal, welches Spannungen von der von Hand gesteuerten io als veränderliches Phasensignal bekannt ist, wird von phasenschiebenden Einrichtung (100) empfängt dem Unterträger mit Hilfe eines Tiefpaßfilters ge- und eine Ausgangsgroße vorsieht, die auf die trennt. Die 9960 Hz werden begrenzt und in einem Differenz zischen dem vorgewählten Peilwinkel Diskriminator demoduliert, um das 30-Hz-FM-Signal und dem VHF-Funkfeuer-Peilwinkel bezogen ist. zu erhalten, welches als Bezugsphasensignal bekannt

   9. Empfänger nach Anspruch 8, in Verbin- 15 ist. Danach wird entweder das Bezugsphasensignal dung mit einer den Abstand messenden Einrich- oder das veränderliche Phasensignal einem Phasentung, um eine auf den Abstand des Empfängers schieber zugeführt, gewöhnlich einem elektro-mechazur VHF-Funkfeuer-Sendestation bezogene ana- nischen Resolver (Funktionsdrehmelder), und es löge Spannung vorzusehen, dadurch gekenn- wird die Phase des phasenverschobenen Signals relazeichnet, daß eine Multiplizierstufe (102) zwi- _ao tiv zu dem anderen Signal festgestellt. Für eine autoschen dem Ausgang der von Hand gesteuerten matische VHF-Drehfunkfeuer-Betriebsweise steuert Phasenschiebereinrichtung (100) und der Phasen- der Phasendetektor einen Servo-Motor, der den detektoreinrichtung (106) eingeschaltet ist, daß Phasenschieber so lange verstellt, bis eine Ausgangsdiese Multiplizierstufe (102) der Phasendetektor- größe von Null aus dem Phasenschieber erhalten einrichtung (106) eine Spannung zuführt, die auf _a5 wird. Der Peilwinkel wird dann durch das Ausmaß das Produkt des Sinus—Cosinus der analogen der Drehung des Phasenschiebers angezeigt, die erSpannung (A, B) und der analogen Abstands- forderlich ist, um die Ausgangsgröße Nu 1 zu erzeu-Spannung bezogen ist. _gen. Beim Handbetrieb wird der Phasenschieber in

   10. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch ge- eine Stellung gedreht, die einem ausgewählten Kurs kennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung ein 30 entspncht, und zwar zu oder von dem Sender, und Steuergatter (28) enthält, welches das Bezugs- das Flugzeug wird so gelenkt, daß eine Ausgangssignal und das veränderliche Signal, wie diese am größe des Phasendetektcrs von Null aufrechterhalten Ausgang der einzelnen Filtereinrichtungen (13, wird.

   15) erscheinen, und ein Ausgangssignal vom Das VHF-Drehfunkfeuer-System ist jedoch Fehler-

   Taktoszillator (56) empfängt, daß das Gatter (28) 35 größen unterworfen, von denen einige durch Hinderdurch e^;nes der Bezugs- und veränderlichen nisse in der Bahn Sender—Empfänger oder andere Signale in den leitenden Zustand bringbar ist, Ausbreitungshindernisse eingeführt werden und von um das Ausgangssignal des Taktoszillators zu denen viele durch den Empfänger selbst eingeführt übertragen und durch das andere der Bezugs- werden. Die im Empfänger entstehenden Fehlerund veränderlichen Signale in den nichtleitenden 40 größen können sich aus differentiellen Phasenver-Zustand bringbar ist, um die Übertragung des Schiebungen zwischen den Schaltkreisen ergeben, Ausgangssignals des Taktoszillators zu unterbin- welche das Bezugssignal und das veränderliche den, daß weiter ein Zähler (29) vorgesehen ist, Signal führen, können aus Nichtlinearitätcn in den welcher das Ausgangssignal des raktoszillators, Phasenschiebern, Servo- oder Phasendettektor- oder welches durch das Steuergatter (18) übertragen ₄₅ Phasenverzerrungen in den Schaltungen entstehen, wurde, empfängt, daß der Zähler (29) die die dazu verwendet werden, das Bezugssignal und Schwingungen des übertragenen Ausgangssignals das veränderliche Signal vom zusammengesetzten des Taktoszillators zählt, um den VHF-Funk- Signal zu trennen.

   feuer-Peilwinkel in digitaler Form darzustellen. Man hat bereits Anstrengungen unternommen, die

   50 Fehler zu reduzieren, die ihren Ursprung im VHF-

   Drehfunkfeuer-Empfänger haben. Diese Anstrengungen betrafen sorgfältige Ausführung und Kompensation abgeglichener Filter und Präzisionsherstellung

   Die Erfindung betrifft Funknavigationsempfänger, von elektro-mechanischen Phasenschiebern, jedoch insbesondere desjenigen Typs, der dafür gedacht ist, 55 führten diese Verfahren nicht zu einer Kompensation die Signale eines VHF-Drehfunkfeuer-Senders zu von Fehlern, die aus p.iner Frequenzänderung der verarbeiten. 30-Hz-VHF-Drehfunkfeuer-Signale resultieren. Es

   Das VDF-Drehfunkfeuer-System konnte sich be- wurde darüber hinaus vorgeschlagen, den elektroreits über die ganze Welt als Führungsstandard- mechanischen Phasenschieber zu beseitigen und navigationshilfe für Flugzeuge durchsetzen. Es ist 6c digitale Peilwinkelanzeigeeinrichtungen zu verwengut bekannt, daß dieses System einen Sender umfaßt, den. Einfach ausgedrückt bedeutet der letztere welcher übsr eine sich drehende Richtungsantenne Vorschlag den Aufwand eines Überschneidungseine Trägerwelle abstrahlt, die mit einem Unterträger detektors sowohl für das Bezugssignal als auch für amplitudenmoduliert ist. Der Unterträger ist fre- das veränderliche Signal, die ein Gatter, einen Taktquenzmoduliert, um ein Bezugssignal vorzusehen, 65 oszillator und einen Zähler steuern. Das Gatter wird welches hinsichtlich der Phase mit dem Signal ver- zu Beginn eines Zyklus des Bezugssignals geöffnet glichen wird, welches sich aus der Amplitudenmodu- und wird zu Beginn eines Zyklus des veränderlation des Trägers durch die sich drehende Antenne liehen Signals geschlossen. Während der Taktperiode