DE2518127C3

DE2518127C3 - Sendeeinrichtung eines Funknavigationssystems

Info

Publication number: DE2518127C3
Application number: DE2518127A
Authority: DE
Inventors: Frederik Louis Van Den Hilversum Berg (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-05-07
Filing date: 1975-04-24
Publication date: 1980-10-30
Also published as: US3979751A; GB1485547A; FR2270597A1; NL7406082A; JPS5413354B2; FR2270597B1; BR7502744A; DE2518127A1; AR207978A1; DE2518127B2; CA1043452A; JPS50151494A

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 s^ri 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 90^l 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

Patentansprüche:

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.