DE2518127C3 - Sendeeinrichtung eines Funknavigationssystems - Google Patents
Sendeeinrichtung eines FunknavigationssystemsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Sendeeinrichtung eines Funknavigationssystems für Azimutbestimmung, bei der
die Sendeeinrichtung ein elektronisch umlaufendes Richtstrahlungsfeld und ein statisches allseitig gerichtetes
Phasenreferenzstrahlungsfeld erzeugt, mit einem Trägergenerator und einem Modulationssignalgenerator,
zwei an beide Generatoren angeschlossene Zweiseitenbandmodulatoren zum Erzeugen zweier
Zweiseitenbandsignale mit einer um 90° in der Phase gegeneinander verschobenen Modulation und einem
unterdrückten Träger für das umlaufende Richtstrahlungsfeld, zwei transistorisierten und mit den Modulatoren
gekoppelten Leistungsverstärkern und einem mit dem Träger- und Modulationssignalgenerator gekoppelten
Phasenreferenzsignalgenerator zum Erzeugen eines Phasenreferenzsignals für das statische Strahlungsmuster.
Eine derartige Sendeeinrichtung bildet als Bodenstation einen Teil eines Funknavigationssystems für die
Bestimmung des Azimuts von Flugzeugen. Insbesondere wird in einem derartigen System mit Hilfe der in den
Flugzeugen angeordneten Empfänger an Bord aus dem von der Bodenstation ausgesandten Strahlungsfeld das
Azimut der Flugzeuge gegen Magnetisch-Nord bestimmt.
Derartige Funknavigationssysleme sind unter dem
Namen V. O. R.-Systeme (Very high frequency Omnirange
Radio) bekannt.
Aus Zuverlässigkeitserwägungen ist eine Anforderung für derartige Systeme, daß die Geräte vollständig
transistorisiert sein müssen. Der wichtigste Nachteil davon ist, daß bei der Verstärkung der für das
umlaufende Richtstrahlungsfeld erzeugten Zweiseitenbandsignale in den transistorisierten Leistungsverstärkern
durch die Amplitudenmodulation dieser Zweiseitenbandsignale Phasenfehler erzeugt werden, wodurch
ziemlich große Fehler bei der Azimutbestimmung gemacht werden.
Es ist bekannt, diese Phasenfehler zu reduzieren. Wegen der besonderen Formen der Signale haben sich
viele verschiedene Lösungen ergeben. So ist es insbesondere bekannt, die bei der Leistungsverstärkung
der Seitenbandsignale in den transistorisierten Verstärken
erzeugten Phasenfehler mit Hilfe der den 1 iiigüngen der Verstärker zugefiihrtcn Vorverzerrungssignale
zu beseitigen. Derartige Vorverzerrungssignale geben jedoch nur eine angenäherte Korrektur der
Phasenfehler und gleichen die Phasenfehler durch
Temperaturschwankungen oder durch Alterung nicht aus.
Zur Vermeidung der von den transistorisierten Leistungsverstärkern verursachten Phasenfehler ist es
weiterhin bekannt, mit Hilfe einer ersten Brückenschal- °>
tung die Zweiseitenbandsignale mit einer um 90° gegeneinander verschobenen Modulation zu einem
unteren und einem oberen Einseitenbandsignol zusammenzusetzen.,
wonach diese Einseitenbandsignale verstärkt und die Zweiseitenbandsignale mit Hilfe einer
zweiten Brückenschaltung zurückgewonnen werden. Neben der Notwendigkeit komplizierter Geräte hat
diese Schaltung weiterhin den Nachteil, daß verschiedene Phasenschieber erforderlich sind, die je einen
Phasenfehler einführen, und daß durch die Mischstufen und insbesondere durch die nicht ideale Ausbalancierung
der Brickenschaltungen Phasanabweichungen in den Zweiseitenbandsignalen gegeneinander auftreten.
Es ist weiterhin bekannt, mit Hilfe einer dem Modulationssignal überlagerten Impulsfolge mit der
zweifachen Wiederholungsfrequenz aes Modulationssignals Phasenfehler zu beseitigen. Hiermit lassen sich
jedoch nicht die von den Zweiseitenbandsignalen in den transistorisierten Leistungsverstärkern erzeugten Phasenfehlersignale
beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Weg zur Beseitigung von Phasenfehlern zwischen
jedem Zweiseitenbandsignal und dem Phasenreferenzsignal, insbesondere dem von den erwähnten
Phasenfehlern verursachten Phasenreferenzsignal, an- w zugeben, welcher auf ziemlich einfache Weise verwirklichbar
ist und eine überraschend gute Phasenfehlerbeseitigung aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Sendeeinrichtung der eingangs genannten Art nach der Erfindung sri
zum Erhalten exakter Phasenbeziehungen zwischen dem Phasenreferenzsignal und den Zweiseitenbandsignalen
eine Phasenvergleichseinrichtung angeordnet, die einen Mischsignalgenerator und drei damit gekoppelte
Mischanordnungen aufweis!, die mit je einem 4»
Ausgang der Leistungsverstärker und mit dem Phasenreferenzsignalgenerator zum Transponieren der
Trägerfrequenzen der Zweiseitenbandsignale und des Phasenreferenzsignals auf eine niedrigere Frequenz
gekoppelt sind, ferner zwei mit Steuereingängen versehene Modulationseliminatoren, die mit je einem
Ausgang der Mischanordnungen gekoppelt sind, die die in der Frequenz transponierten Zweiseitenbandsignale
liefern, wobei die Steuereingänge mit dem Modulationssignalgenerator zum Beseitigen der Modulation der in
der Frequenz transponierten Zweiseitenbandsignale gekoppelt sind, und ferner zwei Phasendiskrimi.iatoren,
die einerseits mit je einem der Modulationseliminatoren und andererseits beide über einen Amplitudeneüminator
mit der Mischanordnung gekoppelt sind, die das in ><> der Frequenz transponierte Phasenreferenzsignal liefert,
und schließlich zwei mit Steuereingängen versehene Phasenschieber aufweist, die je in einem der
Signalwege der Zweiseitenbanrlsipnale aufgenommen sind, wobei die Steuereingär.g- Jcr Phasenschieber mit m>
je einem der beiden Phasendiskriminatoren zum Regeln
der Phase der Zweiseitenbandsignale unter der Steuerung von Steuersignalen aus den Phasendiskriminatoren
gekoppelt sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können t,'>
Maßnahmen ergriffen werden, wie in den Merkmalen der Unteransprüche näher beschrieben.
Die Erfint?u;.g wird nachstehend anhand eines in der
45 Figur dargestellten Ausführungsbeispieis naher erläutert.
Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt pinen Teil einer Sendeeinrichtung zur Anwendung
in einer V. O. R.-Anlage (Very high frequency Omnirange
Radio = schnell umlaufendes UKW-Drehfunkfeuer). Dieses System ist ein von der ICAO (International Civil
Aviation Organisation = internationale Zivilluftfahrtorganisation) standardisiertes Flugfunknavigation^)-stern,
bei dem insbesondere aus dem Strahlungsfeld der als Bodenstation benutzten Sendeeinrichtung das
Azimut des Flugzeugs gegen Magnetisch-Nord an Bord von Flugzeugen bestimmt werden kann. Das von einer
V. O. R.-Station ausgestrahlte Strahlungsfeld besteht aus einem umlaufenden Strahlungsfeld in Form einer
Acht und einem statisch allseitig gerichteten Phasenreferenzstrahlungsfeld. Das umlaufende Strahlungsfeld
wird auf elektronische Weise durch Aussenden achtförmiger Strahlungsfe.'der in zwei gegeneinander senkrechten
Richtungen verwirklicht, wobei die Felder beide eine Niederfrequenzmodulation mn einer gegenseitigen
Phasendifferenz von 90l aufweisen.
Zum Erzeugen der für die erwähnten S'.rahlungsfelder
erforderlichen Antennensignale weist die Sendeeinrichtung einen Trägergenerator 1 mit einer Frequenz
von 108 ... 118 MHz und einen Modulationssignalgenerator 2 mit einer Frequenz von 30 Hz auf. Beide
Generatoren sind einerseits an einen Phasenreferenzsignalgenerator
3 angeschlossen. Ein derartiger Generator ist z.B. aus der USA-Patentschrift 33 28 798
bekannt und enthält einen nicht getrennt dargestellten Hilfsträgergenerator, der einen Hilfsträger mit einer
Frequenz von 9960 Hz erzeugt. Im Phasenreferenzsignalgenerator 3 wird auf bekannte, nicht näher
dargestellte Weise das 9960-Hz-Hilfsträgersignal durch
das 30-Hz-Modulationssignal mit einem Frequenzhub von 480 Hz frequenzmoduliert und das 108 ...
118-MHZ-Trägersignal von diesem frequenzmodulierten
Signal amplitudenmoduliert. Das auf diese Weise gewonnene Signal wird verstärkt und ergibt das
erforderliche Antennensignal für das Phasenreferenzstrahlung'.feld. Dieses Signal wird über die Antenne 4
mit einem allseitig gerichteien Strahlungsfeld ausgesen
det.
Andererseits sind beide Generatoren an Zweiseitenbandmodulatoren
5 und 6 angeschlossen, in denen das Trägersignal an die Phasenumkehrmodulatoren 7 und 8
gelangt. Das vom Modulationssignalgenerator 2 erzeugte 30-Hz-Modiilalionssignal erreicht die Phasenschieber
9 und 10, wobei der in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Phasenschieber 9 die Phase des Modulationssignals
um +45° und der PhasenschieDer 10 die Phase des Modulationssignals um —45° dreht.
Die Ausgangssignale der Phasenschieber 9 und 10 gelangen an Signalnulldurchgangsdetektoren 11 und 12,
die Rechtecksignale erzeugen, deren Flanken mit den Nulldurchgängen der zueinander um 90° in der Phase
verschobenen 30-Hz-Modu!ationssignale zusammenfallen. Diese Rechtecksignale gelangen an Steuereingänge
13 und 14 der Phasenumkehrmodulatoren 7 und 8. Beim Auftreten einer Flanke in einem der Rechtecksignale
kehrt der mit diesem Signal gesteuerte Modulator die Phase des zugeführten Trägersignals um. Die auf diese
Weise gewonnenen phasenumkehrmodulierten Trägersignale werden darauf Ampiitudenmodulatoren 15 und
16 zugeführt. An Steuereingänge 17 und 18 dieser Modulatoren 15 und 16 gelangen nach zweiphasiger
Gleichrichtung in den Zweiphasengleichrichtern i9 und
20 und nach Verstärkung in den Verstärkern 21 und 22 die um 90° gegeneinander phasenverschobenen Modulationssignale.
In diesen Modulatoren werden die phasenumkehrm« Alliierten Trägcrsignale durch die
/-weiphasig gleicl^ erichlcten Modulationssignale 100%
synchron amplitudenmoduliert, wobei unter Synchronmodulation verstanden sei, daß die Zeitpunkte, zu denen
die Werte der zweiphasig gleichgerichteten Modulationssignale
gleich Null sind, mit den Zeitpunkten zusammenfallen, zu denen die Phasen der Trägersignale
umkehren. Die auf diese Weise gewonnenen Signale sind zwei Zweiseitenbandsignale mit unterdrücktem
Träger, deren Modulation um 90" in der Phase gegeneinander verschoben sind. Obgleich diese Signale
hinsichtlich der Form zum Erzeugen eines umlaufenden Strahlungsfeldes geeignet sind, müssen sie zunächst
verstärkt werden. Dazu werden diese Signale transistorisierten Leistungsverstärkern 23 und 24 zugeführt. Die
auf diese Weise verstärkten Signale gelangen an die Antennen 25 und 26, deren Strahlungsfelder senkrecht
aufeinander stehen und achtförmig sind.
In den Verstärkern 23 und 24 treten durch die
Basis-Kollektorkapazität der Endtransistoren durch die Amplitudenmodulation der Zweiseitenbandsignale unerwünschte
Phasendistorsionen auf, infolgedessen die in den Flugzeugempfängern bestimmten Azimute ungenau
sind.
Um den in der Sendeeinrichtung auftretenden Phasenfehler, insbesondere den in den transistorisierten
Leistungsverstärkern 23 und 24 und den gegebenenfalls in den Amplitudenmodulatoren 15 und 16 erzeugten
Phasenfehler zu beseitigen, ist erfindungsgemäß eine Phasenvergleichseinrichtung 27 und sind zwei damit
gekoppelte, in den Signalwegen der Zweisehenbandsignalc
liegende Phasenschieber 28 und 29 angeordnet, wobei die Phasenvergleichseinrichtung 27 einen Mischsignalgenerator
30, der z. B. ein quarzstabilisierter Generator ist. und drei daran angeschlossene Mischeinrichtungen
31, 32 und 33 enthalt. Die Frequenz des vom Mischsignalgenerator 30 erzeugten Mischsignals ist in
diesem Ausführungsbeispiel gleich der Frequenz des Trägcrsignals vermehrt mit 135 kHz gewählt. Diese
135 kHz sind unter anderem im Zusammenhang damit gewählt, daß ein gegebenenfalls in den Ausgangssignalen
der Sendeeinrichtung auftretendes unerwünschtes Mischsignal des Trägers mit diesem 135-kHz-Signal die
wenigsten Störungen verursacht, weil Sendeeinrichtungen benachbarter V. O. R.-Anlagen Trägerfrequenzen
aufweisen, die um 50 oder 100 kHz in der Frequenz verschoben liegen.
Weiter werden den Mischeinrichtungen 31 und 33 mit Hilfe der Richtkoppler 34 und 35 aus den Leistungsverstärkern
23 und 24 herrührende Signale zugeführt und an die Meßeinrichtung 32 gelangt ein vom Phasenreferenzsignalgenerator
3 erzeugtes Signal, das dem vom Phasenreferenzsignalgenerator 3 an die Antenne 4
abgegebenen Signal identisch ist. Die Mischeinrichtungen 31 und 33 geben die auf eine Trägerfrequenz von
135 kHz transponierten Zweiseitenbandsignale ab und die Mischeinrichtung 32 liefert das auf 135 kHz
transponierte Phasenreferenzsignal. Durch die Mischeinrichtungen erzeugte unerwünschte Signale werden
mit Hilfe der an die Mischeinrichtungen 31, 32 und 33 angeschlossenen Tiefpaßfilter 36,37 und 38 unterdrückt.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß in der Phasenvergleichseinrichtung 27 Phasenvergleich zwischen
Signalen mit einer Frequenz von 135 kHz erfolgt.
Einerseits bietet dies den Vorteil, daß für diese ziemlich niedrige Frequenz äußerst genaue Phasendetektoren
hergestellt werden können, und hat zum anderen den Vorteil, daß diese Frequenz noch so hoch
ist, daß eine hohe Phasenregelgeschwindigkeit verwirk-■j
licht wird. Durch dieses Optimum werden die Abweichungen in den Phasen weitgehend eliminiert.
Weiter enthält die Phasenvergleichscinrichtung mit Steuereingängen 39 und 40 versehene Modulationseliminatoren
41 und 42, die an die Tiefpaßfilter 36 und 38
ι« angeschlossen sind und Amplitudeneliminatoren 43 und
44 mit daran angeschlossenen Phasenumkehreliminatoren 45 und 46 enthalten. Die beispielsweise als
Begrenzungsschaltungen ausgeführten Amplitudeneliminatoren 43 und 44 liefern Rechtecksignale, ausgenoiiimen
in den sehr kurzen Perioden um die Nulldurchgänge der das 30-Hz-Signal umhüllenden Signale, in
welchen kurzen Perioden die Signale wegfallen. Diese sehr kurze Perioden haben auf den Phasenvergleich
einen vernachlässigbaren kleinen Einfluß.
Die Phasenumkehreliminatoren 45 und 46 sind z. B. mit Hilfe von Gatterschaltungen verwirklichte Weichcnschalter,
die mit den Steuereingängen 39 und 40 gekoppelt sind. An diese Steuereingänge 39 und 40
gelangen die von den Signalnulldurehgangsdetektoren 11 und 12 erzeugten Rechtecksignale.
Unter der Steuerung der Flanken dieser Rechtecksignale werden die Weichenschalter 45 und 46 derart
gesteuert, daß die in den in der Frequenz transponierten Seitenbandsignalen auftretenden Phasenumkehrungen
jo beseitigt werden.
Weiter wird die Amplitudenmodulation des in der Frequenz transponierten Phasenreferenzsignals mit
Hilfe eines als Begruizungsschaltung ausgeführten Amplitudeneliminators 47 beseitigt.
Durch die oben angewandten Bearbeitungen ergeben sich Hilfssignale, die die Phaseninformation der den
Antennen zugeführten Hochfrequenzträgersignale enthalten und mit denen diese Phaseninformation sehr
genau gewonnen werden kann. Dazu sind Phasendiskriminatoren 48 und 49 angeordnet, denen einerseits die
von den Eliminatoren 41 und 42 abgegebenen Signale representativ für die Phase der Zweiseitenbandsignale
und zum anderen das vom Amplitudeneliminator 47 abgegebene Signal representativ für die Phase des
Phasenreferenzsignals zugeführt werden. Mit Hilfe dieser Phasendiskriminatoren 48 und 49 werder
Unterschiede in den Phasen zwischen dem für da< Phasenreferenzsignal representativen Signal und jederr
der für eines der Zweiseitenbandsignale representative
so Signale bestiinnii und in Γογγπ von Gleichspannungss!
gnalen über Tiefpaßfilter 50 und 51 ersten Eingängen 5~<
und 53 von Differenzverstärkern 54 und 55 zugeführt An andere Eingänge 56 und 57 dieser Verstärker 54 unc
55 gelangen durch Potentiometer 58 und 59 Gieichspan
nungssignale. Die Unterschiede in den Gleichspannun gen an den Eingängen 52, 56 und 53, 57 der Verstärke)
54 und 55 werden als Regelsignale den Steuereingänger 60 und 61 der Phasenschieber 28 und 29 zugeführt
Unter der Steuerung dieser Regelsignale werden dit Kapazitäten der z. B. als Varaktoren ausgeführter
Phasenschieber 28 und 29 derart geändert, daß dit daraus entstehenden Phasenänderungen der Zweisei
tenbandsignale die Regelsignale auf Null abgleichen.
Mit Hilfe der Potentiometer 58 und 59 können die Phasen der Zweiseitenbandsignale getrennt auf einer
bestimmten festen Wert eingestellt werden. Hierdurch können Unterschiede in Weglängen der Signalwege dei
Zweiseitenbandsignale korrigiert werden.
Mil Hilfe der erfindungsgemäßen angewandten Maßnahmen isi der Phasenfehler zwischen jedem der
Hochfrequenzträgersignale der Zweiseitenbandsignale und dem Phasenreferenzsignal immer kleiner als zwei
Grad des Hochfrequcnzträgcrsignals.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Sendeeinrichtung eines Funknavigationssystems für Azimutbestimmung, bei der die Sendeeinrichtung
ein elektronisch umlaufendes Richtstrahlungsfeld und ein statisch allseitig gerichtetes
Phasenreferenzstrahlungsfeld erzeugt, mit einem Trägergenerator und einem Modulationssignalgenerator,
zwei an beide Generatoren angeschlossene Zweiseitenbandmodulatoren zum Erzeugen zweier
Zweiseitenbandsignale mit einer um 90° in der Phase gegeneinander verschobenen Modulation und einem
unterdrückten Träger für das umlaufende Richtstrahlungsfeld, zwei transistorisierten und mit den
Modulatoren gekoppelten Leistungsverstärkern und einem mit dem Träger- und dem Modulationssignalgenerator
gekoppelten Phasenreferenzsignalgenerator zum Erzeugen eines Phasenreferenzsignals für
das statische Strahlungsfeld, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalten exakter Phasenbeziehungen
zwischen dem Phasenreferenzsignal und den Zweiseitenbandsignalen eine Phasenvergleichseinrichtung
(27) angeordnet ist, die einen Mischsignalgenerator (30) und drei damit gekoppelte
Mischeinrichtungen (31, 32 und 33) aufweist, die mit je einem Ausgang der Leistungsverstärker (23, 24)
und mit dem Phasenreferenzsignalgenerator (30) zum Transponieren der Trägerfrequenzen der
Zweiseitenbandsignale und des Phasenreferenzsignals auf eine niedrigere Frequenz gekoppelt sind,
ferner zwei mit Steuereingängen versehene Modulationseliminatoren (41, 42), die mit je einem Ausgang
der Mischanordnungen (31, 33) gekoppelt sind, die die in der Frequenz transponierten Zweiseitenbandsignale
liefern, wobei die Steucreingänge (39,40) mit dem Modulationssignalgenerator (2) zum Beseitigen
der in der Frequenz transponierten Zweiseitenbandsignale gekoppelt sind, und ferner zwei Phasendiskriminatoren
(48, 49), die einerseits mit je einem der Modulationseliminatorcn (41, 42) und andererseits
beide über einen Amplitudencliminator (47) mit der Mischeinrichtung (32) gekoppelt sind, die das in der
Frequenz transponierte Phasenreferenzsignai liefert, und schließlich zwei mit Stcucreingängen (60,
61) versehene Phasenschieber (28, 29) aufweist, die je in einem der Signalwcge der Zweiseitenbandsignale
aufgenommen sind, wobei die Steucreingänge (60, 61) der Phasenschieber (29, 28) mit je einem der
beiden Phascndiskriminatoren (48, 49) zum Regeln der Phase der Zweiseitenbandsignale unter der
Steuerung von Steuersignalen aus den Phasendiskriminatoren (48,49) gekoppelt sind.
2. Sendceinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Differenzverstärker (58,
59) angeordnet sind, von denen jeder erste Eingang (52, 53) mit je einem der Phasendiskriminatoren (48,
49) verbunden und jeder zweite Eingang (56, 57) an je ein Potentiometer (58, 59) angeschlossen ist, und
dessen Ausgänge mit je einem Steucrcingang (60, 61) der Phasenschieber (28,29) verbunden ist.
3. Sendceinrichtung nach Anspruch I, bei der jeder Modulator (5,6) die Seriensehallung aus einem
Phascnumkchrinodulator (7, 8) und einem Amplitudenmodulator· (15, 16) enthält, wobei der Phasenumkehrmodulator
(7, 8) über einen Signalnulldurchgangsdetcklor (11, 12) und der Amplitudenmodiilator
(15, 16) über einen Zwciphasengleichrichter (19, 20) an den Modulationssignalgenerator (2) ange-
schlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Modulationseliminator (41, 42) die Serienschaltung aus einem Amplitudeneliminator (43, 44) und einem
Phasenumkehreliminator (45, 46) aufweist, wobei der Phasenumkehreliminator (45, 46) an die Nulldurchgangsdetektoren
(11, 12) angeschlossene Steuereingänge (39,40) aufweist.
4. Sendeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudeneliminator (43,
44) eine Begrenzungsschaltung und der Phasenumkehreliminator (46,45) ein Weichenschalter ist.
5. Sendeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Mischsignalgenerators
(35,36) 135 kHz beträgt.
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