DE1259969B

DE1259969B - System zur Richtungsbestimmung auf der Grundlage von zwei ausgestrahlten Richtdiagrammen

Info

Publication number: DE1259969B
Application number: DEST19460A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Guenter Hoefgen
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1962-07-09
Filing date: 1962-07-09
Publication date: 1968-02-01
Also published as: US3286261A; NL295108A; CH414774A; BE634674A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag: Auslegetag:

GOIs

Deutsche Kl.: 21 a4-48/11

Stl9460IXd/21a4
9. Juli 1962
1. Februar 1968

Es sind Systeme zur Richtungsbestimmung bei der Landung von Flugzeugen (Anflugfunkfeuer) bekannt, bei denen die der Navigation dienenden Richtdiagramme gleichartig und symmetrisch zu einer Mittellinie (Landebahn) liegen. Diese Diagramme können z. B. Modulationsgrad- oder Frequenzhub-Richtdiagramme sein. Bei diesen bekannten Systemen ist aber die zusätzliche übertragung einer Bezugsfrequenz notwendig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System anzugeben, das durch Wegfall dieser Forderung vereinfacht werden kann.

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Richtungsbestimmung auf der Grundlage von zwei mit verschiedenen Frequenzen ausgestrahlten, zu einer Mittellinie symmetrischen Richtdagrammen, z. B. Doppelkreis-Richtdiagrammen, deren gemeinsame Tangenten parallel zur Symmetrielinie verlaufen. Die Richtdiagramme werden von zwei räumlich getrannten Antennensystemen erzeugt, deren Abstand groß gegen die Wellenlänge ist. Das Hauptmerkmal der Erfindung ist, daß das eine Richtdiagramm ein Amplitudenmodulationsgrad-Richtdiagramm, das anderen dagegen ein Frequenzhub-Richtdiagramm ist; die beiden Wellen, mit denen die Antennensysteme zur Erzeugung der Richtdiagramme gespeist werden, haben den Charakter eines Trägers bzw. eines Modulationsseitenbandes.

Für die empfangsseitige Auswertung der Modulationskomponenten bieten sich zwei in der Funknavigation bekannte Wege an, nämlich ein Amplitudenvergleich bzw. ein Phasenvergleich der Modulationskomponenten. Während der Amplitudenvergleich ohne weitere sendeseitige Maßnahmen in bekannter Weise möglich ist, sind zur Richtungsbestimmung durch Phasenvergleich erfindungsgemäß sendeseitig weitere Maßnahmen vorgesehen, nämlich: Den beiden Arten von Richtdiagrammen ist je ein Diagramm der gleichen Modulationsart überlagert, jedoch mit gegenüber den Richtdiagrammen phasenverschobener Modulationsspannung, insbesondere mit einer Phasen-Verschiebung von 90°.

Die zusätzlichen Modulationen können ungerichtet, d. h. als Rundstrahldiagramm, oder in einem Richtdiagramm ausgesendet werden.

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen näher erläutert.

In F i g. 1 sind zwei Antennensysteme A und B dargestellt, deren Richtdiagramme symmetrisch zur Mittelsenkrechten auf die gemeinsame Verbindungslinie sind. Das Antennensystem A strahle beispielsweise eine Trägerschwingung (Frequenz F₀), die mit der Signalfrequenz / amplitudenmoduliert wird, so System zur Richtungsbestimmung

auf der Grundlage von zwei ausgestrahlten

Richtdiagrammen

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,
7000 Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Günter Höfgen, 1000 Berlin

aus, daß der Amplitudenmodulationsgrad richtungsabhängig ist. Das Richtdiagramm habe Doppelkreischarakteristik. Dem Antennensystem B wird dann die Seitenbandschwingung (Frequenz F₀ + JF) zugeführt. Das Antennensystem B besteht aus einer Zeile mit einer Anzahl von Einzelantennen, die in rhythmischer Folge nacheinander gespeist werden, so daß dadurch in bekannter Weise ein Bewegungsverlauf der Strahlung auf der Antennenzeile simuliert wird. Die Funktion der Geschwindigkeit sei dieselbe wie bei der Modulation der Trägerschwingung, also eine Sinusfunktion mit der Frequenz /. Der auf Grund des Dopplereffektes entstehende Frequenzhub ist richtunsabhängig. Er hat in Zeilenrichtung sein Maximum, während er senkrecht dazu Null ist. Das Richtungsdiagramm hat ebenfalls Doppelkreischarakteristik.

Auf der Grundlage der beiden Richtdiagramme ungleichartiger Erzeugung, jedoch gleicher Charakteristik kann ein System zur Richtungsbestimmung abgeleitet werden, das für den Empfang mit Empfängern für VOR geeignet ist. Das kann dadurch realisiert werden, daß symmetrisch zur Mittellinie ein Feld von Linien konstanter Phasendifferenz zwischen dem aus der amplitudenmodulierten Trägerschwingung gewonnenen Signal und dem aus der frequenzmodulierten Seitenbandschwingung gewonnenen Signal erzeugt wird, wobei die Phasendifferenz auf der Mittellinie selbst Null ist. Zu diesem Zweck wird den beiden richtungsabhängigen Modulationen phasenverschoben noch je eine zweite Modulation gleicher Modulationsart, also Amplitudenmodulation beim Träger und Frequenzmodulation beim Seitenband, aber anderer Richtcharakteristik hinzugefügt. Es soll zunächst der Fall betrachtet werden (F i g. 2), daß die zusätzlichen Modulationen ungerichtet sind und daß

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die Phasenverschiebung zwischen den modulierten Schwingungen der Signalfrequenz / 90° beträgt. Die Ortsfunktion der im Punkt P vom Antennensystem A erzeugten Empfangsfeldstärke kann dann folgendermaßen dargestellt werden:

e = E ■ (Tn₁ ■ sin α · sin ωί + M₂ · cos cot).

Hierin ist JM₁ = der maximale Modulationsgrad der richtungsabhängigen Amplitudenmodulation, Tn₂ = der Modulationsgrad der zusätzlichen Amplitudenmodulation, ω = 2 π · / = Kreisfrequenz der modulierenden Schwingung.

Die Zeitfunktion sowie die reine Trägerschwingung, die ungerichtet abgestrahlt wird, sind nicht dargestellt, da sie nach der Gleichrichtung im Empfänger nicht mehr in Erscheinung treten. Der vom Antennensystem B im Punkt P erzeugte Frequenzhub ist entsprechend:

h = H₁ ■ sin β ■ sin ωί + H₂ · cos ωί.

Hierin ist: H₁ = der maximale Frequenzhub der richtungsabhängigen Frequenzmodulation, H₂ = der Frequenzhub der zusätzlichen Frequenzmodulation.

Die Frequenzmodulation der Seitenbandschwingung ist nach der Gleichrichtung im Empfänger in der aus Träger und Seitenband gebildeten Differenzschwingung (Frequenz AF) enthalten und wird mittels Diskriminator in eine dem Frequenzhub proportionale Schwingung der Signalfrequenz / verwandelt, so daß man damit zwei Schwingungen gleicher Frequenz hat, deren Phasenlage miteinander verglichen wird. Die Bedingung, daß die Phasenverschiebung auf der Mittellinie Null ist, ist dann erfüllt, wenn

H₁ H₂

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ist. Das Feld von Linien konstanter Phasendifferenz ist gegeben durch die Beziehung:

sin α — sin β -τ- + k ■ sin α sin β

k =

TTl₂

H₇/

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Als Beispiel ist in F i g. 4 das Feld von Linien konstanter Phasendifferenz für k = 2 dargestellt.

Es soll nun noch der Fall betrachtet werden, daß die zusätzliche Modulation ebenfalls richtungsabhängig ist. Die Richtdiagramme sollen beispielsweise Doppelkreischarakterjstik haben, wie in Fig. 3 dargestellt. Wenn man wieder eine Phasenverschiebung von 90° zwischen den modulierenden Schwingungen annimmt, so erhält man mit denselben Bezeichnungen wie oben für Empfangsfeldstärke und Frequenzhub im Punkt P:

e = E(In₁ ■ sin α · sin ωί + Tn₂ ■ cos α · cos ωί),
h = H₁ ■ sin β · sin ωί + H₂- cos β ■ cos ωί.

Das Feld von Linien konstanter Phasendifferenz ist in diesem Falle gegeben durch

ig φ =

tgq-tgjj

lc — -iiä- — ϋί-

/ν — —■ _ττ

65 Als Beispiel ist ein Feld von Linien konstanter Phasendifferenz für k = 2 in Fig. 5 dargestellt.

Die Realisierung der Richtdiagramme kann beim tennensystem A mittels gekreuzter Dipole, beim Antennensystem B mit einer elliptischen Umlaufbahn der simulierten Seitenbandstrahlung (Anordnung der Einzelantennen auf einer Ellipse) erfolgen.

Claims

Patentansprüche:

1. System zur Richtungsbestimmung auf der Grundlage von zwei mit verschiedenen Frequenzen ausgestrahlten, zu einer Mittellinie symmetrischen Richtdiagrammen, insbesondere Doppelkreis-Richtdiagrammen, deren gemeinsame Tangenten parallel zur Symmetrielinie verlaufen, welche Richtdiagramme von zwei räumlich getrennten Antennensystemen, deren Abstand groß gegen die Wellenlänge ist, erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden Richtdiagramme ein Amplitudenmodulations-Richtdiagramm und das andere ein Frequenzhub-Richtdiagramm ist, daß eine der beiden Wellen verschiedener Frequenz den Charakter eines Trägers und die andere denjenigen eines Modulationsseitenbandes hat und daß empfangsseitig die Richtungsbestimmung in an sich bekannter Weise durch einen Amplitudenvergleich der aus den beiden Diagrammen abgeleiteten Modülationskomponenten erfolgt.

2. System zur Richtungsbestimmung auf der Grundlage von zwei mit verschiedenen Frequenzen ausgestrahlten, zu einer Mittellinie symmetrischen Richtdiagrammen, insbesondere Doppelkreis-Richtdiagrammen, deren gemeinsame Tangenten parallel zur Symmetrielinie verlaufen, welche Richtdiagramme von zwei räumlieh getrennten Antennensystemen, deren Abstand groß gegen die Wellenlänge ist, erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden Richtdiagramme ein Amplitudenmodulations-Richtdiagramm und das andere ein Frequenzhub-Richtdiagramm ist, daß eine der beiden Wellen verschiedener Frequenz den Charakter eines Träg'ers und die andere denjenigen eines Modulationsseitenbandes hat und daß zur Ermöglichung der Richtungsbestimmung durch empfangsseitige Phasenmessung zwischen den Modulationskomponenten den beiden Arten von Richtdiagrammen je ein Diagramm der jeweils gleichen Modulationsart, jedoch mit gegenüber den Richtdiagrammen phasenverschobener Modulationsspannung, überlagert ist.

3. System zur Richtungsbestimmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Richtdiagrammen überlagerten Diagramme Rundstrahldiagramme sind.

4. System zur Richtungsbestimmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Richtdiagrammen überlagerten Diagramme Richtdiagramme, vorzugsweise der gleichen Charakteristik, sind.

5. System zur Richtungsbestimmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung der Modulationsspannungen für die Modulation der Richtdiagramme und der diesen überlagerten Diagramme 90° beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen