DE2253320C3 - Nachrichtenübertragungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nachrichtenübertragungsanlage mit mindestens zwei Endstellen, die auf einer gekrümmten Oberfläche mit einer retrodirektive oder rückweisende Strahlungseigenschaften aufweisenden Antennenanordnung zum Senden und Empfangen von Strahlungsenergie ausgerüstet sind und eine geschlossene Übertragungsschleife bilden, in der Strahlungsenergie einer Wellenfront mit einer Phasentage aufgenommen und mit entgegengesetzter Phasenlage wieder abgestrahlt Wird.

Eine NachrichlenUbertragungsanlage dieser Art dient der Nachrichtenübertragung zwischen zwei geostationären Satelliten, einem geostationären und einem nicht stationären Satelliten, einer Erdefunkstelle (stationär oder nicht stationär) und einem geostationären oder nicht stationären Satelliten. Inder am 2. 11. 1972 von der Anmelderin eingereichten Deutschen Patentanmeldung

P 22 53 545.1 (DE-OS 22 53 545) ist eine Nachrichtenübertragungsanlage mit zwei in beliebigem Abstand voneinander im gegenseitigen Sichtfeld liegenden Endstellen mit Sende- und Empfangsanlagen mit gegenseitiger Ortung und Nachrichtenübertragung beschrieben, bei welcher an jede Endstelle retrodirektive oder rückweisende Antennenanordnungen zum Aussenden und Aufnehmen von Strahlungsenergie vorgesehen sind, die sich dadurch auszeichnet, daß die Gesamtverstärkung der Anlage mindestens gleich der Gesamtdämpfung und der Gesamtverluste im Raum zwischen den Endstellen bzw. an den Endstellen selbst ist und daß der Abstand der Endstellen gegeben ist durch die Formel

wobei R der angenähert größte Abstand zwischen den beiden Endstellen, λ die Wellenlänge der übertragenden Strahlungsenergie, G_c die elektrische Verstärkung der Anlage und G, die Abstrahlungsverstärkun^ auf Grund der geometrischen Abmessungen der Antennenanordnungen ist, und daß somit_ jede der Endstellen automatisch einen räumlichen Übertragungsmodus aus einer Anzahl möglicher räumlicher Obertragungsmodi auswählt. Diese Anlage bildet eine schwingungsfähige Übertragungsschleife bei der sich bei einer gesamten Schleifenverstärkung größer als 1 eine Trägerschwingung in der Schleife automatisch ausschließlich aus dem im gegenseitigen Sichtfeld der Endstellen vorhandenen Rauschspektrum aufbaut

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung soll auf diese andere Nachrichtenübertragungsanlage hier etwas näher eingegangen werden. In einer solchen mit Rückstrahlungseigenschaften ausgestatteten schwingungsfähigen Übertragungsschleife zwischen zwei auf Abstand stehenden Antennenanlagen von Endstellen baut sich eine Trägerschwingung dann auf, wenn die Gesamtschleifenverstärkung ausreichend groß ist, um die Verluste und Dämpfung an den Endstellen bzw. in dem dazwischen liegenden Medium auszugleichen. Jeder der rückstrahlenden Antennenanlagen der Endstelle einer solchen Schleife hat dabei die Eigenschaft, daß die Strahlung sich dann, wenn jede Endstelle sich im Sichtfeld der anderen Endstelle befindet, automatisch auf die andere Endstelle ausrichtet Eine rückstrahlende Antennenanlage liefert ihren größten Antennengewinn dann, wenn jedes der strahlenden AntennenrJemente eine Trägerwellenfront aufnimmt oder abstrahlt, mit Ausnahme einer zeitlichen oder Phasenverschiebung, die eine Funktion des Ortes des Strahlerelementes innerhalb der Antennenanlage ist Die Verstärkung oder der Gewinn einer rückstrahlenden Antennenanlage ist für die erste Halbschwingung beim Einschwingen in einer rückstrahlenden, schwingungsfähigen Übertragungsschleife noch nicht vorhanden, da die Wellenfronten der die Schwingung einleitenden Rauschspektren der einseinen Elemente der Antennenanlage voneinander unabhängig sind. Bei einer üblichen Richtantenne ist dagegen die Systemver= Stärkung unmittelbar vorhanden.

Aus dem Aufsatz von R. C. Hansen »Microwave Scanning Antennas«, Vol. Ill, Array Systems, 1966, Kap. IV, Seiten 366—382, sind einige mit riickstrahlenden Antennenanordnu.igen ausgerüstete Systeme der eingangs genannten Art im allgemeinen bekannt, wie sie im wesentlichen auf Arbeiten von Van Atta zurückgehen.

Zum Stand der '^rechnik seien noch folgende Literaturiitellen erwähnt: Die US-Patentschrift 24 67 299, in der eine Hochfrequenzübertragungsanlage mit zwei auf Abstand stehenden Endstellen beschrieben

ί ist, die in einer Schleifenverbindung über eine vorbestimmte Bahn zwischen den Endstellen miteinander verkehren wobei die relativen Positionen und Ausrichtung der Endstellen vorher bestimmt werden müssen. Die US-Patentschrift 29 08 002 beschreibt

in einen elektromagnetischen Reflektor, als Antennenaufbau für elektromagnetische Strahlung, wobei der Reflektor eine Strahlung vorbesijmmter Richtung und Phase in bezug auf die aufgenommene Wellenform abstrahlt Die US-Patentschrift 31 96 438 zeigt ein

is Antennenystem mit einer Verbesserung der von Van Atta angegebenen Antennenanlage, in der die einzelnen Antennenelemente kreisförmig oder kugelförmig angeordnet sind. Die US-Patentschrift 31 50 320 zeigt ein Satelliten-Nachrichtenübertragungssystem mit einem Zwischeir/erstärker-ModuIator-Reflektor, der eine Antennenanordnung des Van Atta 'i_:yps benutzt, wobei Modulationsschaltungen in jede Vei jindungsleitung zwischen einander zugeordnete oder symmetrische Antennen eingeschleift sind. Die US-Patentschrift 33 14 067, angemeldet am 31. Dezember 1963 durch die Anmeiderin, zeigt, daß Antennenelemente am selben Ort auf der konvexen Seite einer kugelförmigen Antennenanlage angeordnet werden können, wenn die Phase des aufgenommenen Signals durch Frequenzum- Setzung unter Verwendung eines örtlichen Oszillators umgekehrt wird, dessen Frequenz nahe an der Signalfrequenz liegt

In der bereits genannten US-Patentschrift 29 08 002 liegen bei der von Van Atta entwickelten Antennenanla-

j5 ge die einzelnen Antennenelemente innerhalb einer Ebene. Eine solche Antennenanlage ist nur über einen begrenzten Winkelbereich brauchbar. Für den Fall, daß der Zwischenverstärker frei rotieren kann, müssen vielfache Antsnnenanlagen vorgesehen werden, um in einer mit Rückstrahlungseigenschaft ausgestatteten schwingungsfähigen Übertragungsschleife unterbrochen eine Schwingung aufrecht zu erhalten, d. h. die Antennenanlagen müssen beispielsweise auf allen Flächen eines Würfels angeordnet sein. Die Weiterlei-

tung der Übertragung von einer Antennenanlage auf die andere ist jedoch nicht ohne schwerwiegende Interferenzwirkungen möglich, da sich bei den zwei Übertragungen Phasenveränderungen in entgegengesetzter Richtung einstellen, so daß sich partielle und fast

vollständige Auslöschungen der rückstrahlenden Übertragung ergeben, was eine vollständige Unterbrechung der Schwingung in einer rückstrahlenden, schwingungsfähigen Übertragungssdileife auslöst U. der US-Patentschrift 31 96 438 ist gezeigt daß Antennenelemente auf der Oberfläche einer Kugel angeordnet und über Verstärker so «niteinander verbunden werden können, daß die Rückstrahlungseigenschaften ohne Sprung beim Übergang aufrechterhalten werden können. In dieser bekannten Ansennen- anlage müssen die für Empfang und Senden dienenden Antennenelemente auf gegenüberliegenden Seiten der Kugel angeordnet sein. Das heißt, wenn die dem Empfang dienenden Antennenelemente auf der konve xen oder Außenseite der Kugel angeordnet sind, müssen

h) die zugehörigen dir Übertragung dienenden Sendeantennenelemente auf der konkaven oder Innenseile der Kugel angeordnet sein, was eine Übertragung durch die Kugel an den dem Empfang dienenden Anteniie.iele-

menten vorbei erforderlich macht. Selbst wenn man die dem Senden und Empfang dienenden Antennenelementen auf zwei verschiedenen Kugeln anbringen würde, müßte die Übertragung die Rückseite der Sendeantennenelemente passieren.

Die in der US-Patentschrift 33 14 067 beschriebene Antennenanordnung ist für die Verwendung einer mit Rückstrahlungseigenschaften ausgestatteten schwingungsfähigen Übertragungsschleife nicht besonders brauchbar, da sie rückweisende Strahlung nicht den vollen Antennengewinn liefert. Die Phaseninversion wird durch eine Änderung der Wellenlänge erzielt, eine vollständige Kompension der Verzögerung zwischen den Empfangselementen ist schwierig zu erzielen und ergibt eine gekrümmte abgehende Wellenfront. Diese mit Rückstrahlungseigenschaften ausgestattete Antennenanlage scheint am besten geeignet zu sein für eine offene Übertragungsschleife, in der an der Richtendstel-Ic ein ;:n~iodu!icr!cr Träger erzeug! Wird, der dan" an der rückstrahlenden Endstelle moduliert wird.

Im folgenden soll eine Erläuterung der theoretischen Grundlagen der physikalischn Vorgänge gegeben werden, durch die in einer mit Rückstrahlungseigenschaften ausgestatteten schwingungsfähigen Ubertragungssehleife eine Schwingung aus dem Rauschen heraus aufgebaut wird.

Wird eine solche schwingungsfähige Übertragungsschieile angeschaltet, dann liefert jedes Antennenelement ein Rauschen als Ausgangssignal auf Grund des vom zugehörigen Empfangsantennenelement aufgenommenen und des örtlichen in jedem Verstärker erzeugten Rauschens. |edes dieser ausgangsseitigen Rauschsignalc wird als von allen anderen Ausgangsrauschsignalen unabhängig angesehen. Daher wird das gesamte resultierende Ausgangsrauschen jeder Antennenanlage der Übertragungsschleife über das gesamte Sichtfeld der Antennenanlage abgestrahlt. Ein Teil dieses Ausgangsrauschens wird durch die andere Antennenanlage der Übertragungsschleife bei viel geringeren Leistungspegel als das örtlich erzeugte Rauschen aufgenommen. Da das aufgenommene Rauschen als von einer Punktquelle kommend angesehen werden kann, ist es in bezug auf die räumliche Antennenöffnung als kohärent anzusehen. Das von der anderen Antennenanlage der mit Rückstrahlungseigenschaften ausgestatteten schwingungsfähigen Übertragungsschleife aufgenommene Rauschen wird wegen der Linearität des Systems bei kleinen Leistungen mit der vollen Verstärkung der Antennenanlage in die Richtung zurückgestrahlt, aus der es aufgenommen wurde. Dies geht so lange vor sich, bis in der schwingungsfähigen Übertragungsschleife mit den Endstellen A und B eine Trägerschwingung, eine Trägerfrequenz aufgebaut ist

Die theoretisch von einer Antennenanlage aus punktförmigen Rauschquellen in allen Richtungen abgestrahlte Rauschstrahlung besteht ursprünglich aus einer großen Anzahl von einzelnen Strahlungskeulen. Die Rauschkomponenten aller rüc'istrahlenden Antennenelemente tragen zu einer kohärenten Strahlung in Richtung der Strahiungskeuie bei. Die Breite der rückweisenden Richtstrahlung der rückstrahlenden Antennenanlage ist die Breite der Strahlungskeule. Die Anzahl der Keulen entspricht dem Gewinnfaktor der Antennenanlage. Während des ersten Halbzyklus des Einschwingvorgangs nimmt eine rückstrahlende Antennenanlage der schwingungsfähigen Ubertragungsschieife die Rauschstrahlung auf. die der Rauschstrahlung einer einzigen Antenne des gleichen Antennengewinns an der anderen rückstrahlenden Antennenanlage äquivalent ist. Da die Empfangsanlage linear arbeitet, wird das an dieser Endstelle aufgenommene Rauschen mit der vollen Verstärkung des Empfangsverstärkers

Ί dieser Endstelle und dem vollen Anlennengewinn in die Gegenrichtung zurückgestrahlt, unabhängig von dem Rauschpegel, der innerhalb des Empfängers an der Endstelle erzeugt wird. Das heißt aber, daß sich die volle Verstärkung einer mit Rückstrahlungseigenschaften

in ausgestatteten schwingungsfShigen Übertragungsschleife aus einem Rauschpegel heraus aufbaut, der um den Faktor des Gewinns der Antennenanlage unterhalb des ursprünglich abgestrahlten Rauschens liegt. Die Einschwingzeit der Übertragungsschleife ist proportio-

i) nal zu der Anzahl der Antennenelemente, die wiederum angenähert gleich dem Antennengewinn ist.

Es ist dabei erwünscht, daß eine solche Übertragungsschleife stabil arbeitet, wenn die beiden rückstrahlendcn

Endstellen über eine relative vsrisblc Dists"* srbeiten Wenn also beispielsweise die beiden Endstellen sich pinander nähern, dann weist das aufgenommene Signal eine Doppler-Verschiebung nach oben auf, wobei sich eine weitere Doppler-Verschiebung in gleicher Richtung ergibt wenn die ursprüngliche Frequenz nach der ersten Endstelle zurückübertragen wird. Dabei kann die Frequenz der Trägerschwingung so lange zunehmen, bis das System nicht länger in der I.agc ist. dieses Signal /u übertr»,{-n und zu verstärken.

Es ist also auch für diesen Fall erwünscht, über eine mit Rückstrahlungseigenschaften ausgestattete schwingungsfähige Übertragungsschleifp ein moduliertes Signal von einer Endstelle nach der anderen übertragen zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es also, derartige Endstellen für eine solche Übertragungsschlcife so auszustatten, daß durch mechanische und elektrische Mittel an den Endstellen nicht nur die durch den Doppler-Effekt verursachten Frequcnzvcrschiebungcn. sondern auch Frequenzabweichungen der örtlichen Oszillatoren in den Trägerfrequenzen kompensiert werden.

Pies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zum Aussenden und Empfangen einer ebenen Wellenfront an jeder Endstelle die Sendeantennenanordnung und die Empfangsantennenanordnung auf räumlich voneinander getrennten, einen festen Abstand voneinander aufweisenden, geometrisch ähnlich gekrümmten Oberflächen angeordnet und elektrisch durch eine starre Verbindung voneinander getrennt und isoliert sind und daß die beiden Endstellen mit ihren rückweisende Strahlungseigenschaften aufwei- .Tiden Antennenanlagen jeweils zur Übertragung von Wellenenergie zwischen den beiden Endstellen jeweils im Sichtfeld (Apertur) der anderen Endstelle liegen.

Vorzugsweise ist die Anlage dabei so aufgebaut, daß die Antennenanlage aus zwei Antennenanordnungen mit jeweils gleicher Anzahl von Antennenelementen besteht, die auf den jeweiligen, geometrisch ähnlichen, gekrümmten Oberflächen zum Empfang und Aussenden von Strahlungsenergie angeordnet sind und daß die einander entsprechenden Antennenelemente der Empfangsantennenanordnung und der Sendeantennenanordnung durch Übertragungsleitungen gleicher Übertragungszeit miteinander verbunden sind.

Insbesondere ist es dabei von Vorteil, daß für die aufgenommene und abgestrahlte Strahlungsenergie verschiedene Trägerfrequenzen vorgesehen sind und daß die Abmessungen der geometrisch ähnlichen.

gekrümmten Oberflächen zur Aufnahme der Antennenanordnungen entsprechend dem Verhältnis der Wellenlängen der aufgenommenen und abgestrahlten Trägerfrequenzen gewä'.ilt sind.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt

Fi^. IA eine perspektivische Darstellung zweier mit rückstrahlenden Antennenanlagen ausgestatteter Endstellen mit ähnlichen geometrischen Oberfläche, deren Abmessungen mit den Wellenlängen der Trägerschwingungen in Beziehung stehen und der Aufnahme der Antennenelemente in reziproker Anordnung zu der rückstrahlenden Wellenfront dienen und damit einer Trennung der aufgenommenen von der abgegebenen Strahlung dient.

Fig. IB eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer mit einer rückstrahlenden Antennenanlage versehenen Endstelle, die spinstabilisiert ist und geometrisch ähnliche, zylindrische Oberflachen aufweist, die starr miteinander verbunden sind, auf denen dann die Antennenelemente angebracht sind,

Fig. IC eine Teilschniit-Ansicht zur Darstellung der Antennen in F i g. IB.

Fig. 2A schematisch ein Blockdiagramm einer elektronischen Schaltung für rückstrahlende Antennenanlagen in Endstellen einer mit Rückstrahlungseigenschaften ausgestatteten schwingungsfähigen Ubertragungsschleife gemäß der Erfindung und

Fig. 2B die Steuerspannung, aufgetragen gegenüber der 7wischenfrequenz zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung in F i g. 2A.

Die Erfindung zeigt also eine mit Rückstrahlungseigenschaften ausgestattete schwingungsfähige Übertragungsschleife mit zwei auf Abstand stehenden rückstrahlende Antennenanlagen aufweisende Endstellen für die Nachrichtenüberragung und Steuerung, bei der bei jeder Rotations- oder Translationsbewegung der Antennenanlagen eine stabile Schwingung aufrechterhalten werden kann. Die Übertragungsschleife ergibt eine hohe Verstärkung und eine unabhängige Signalmodulation in beiden Richtungen zwischen den beiden

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anlagen geht nicht verloren, wenn die Trägerfrequenzen für die Übertragung in beiden Richtungen in den Endstellen verschieden sind.

Jede rückstrahlende Antennenanlage ist mechanisch und elektrisch so ausgelegt und die Schaltung an den Endstellen ist so aufgebaut, daß die auf den Doppler-Effekt zurückgehenden Verschiebungen der Trägerfrequenzen, die sich aus einer Relativbewegung der Endstellen zueinander als auch aus Frequenzverschiebungen der örtlichen Oszillatoren ergeben, voll kompensiert werden können.

Alle Antennenelemente der Empfangsantenne einer Antennenanlage sind auf einer geometrischen Oberfläche verteilt angeordnet und alle Antenneneiemente der Sendeantennenanlage sind in gleicher Weise auf einer anderen geometrischen Oberfläche an entsprechenden Punkten angeordnet, die in reziproker Beziehung zu der rückstrahlenden Wellenfront stehen. Die Abmessungen der geometrischen Oberflächen sind entsprechend den Wellenlängen der aufgenommenen und abgestrahlten Schwingungen gewählt.

Die Schaltung liefert eine volle Kompensation der durch Doppler-Effekt hervorgerufenen Frequenzverschiebung durch eine Frequenzstabilisierung über frequenzmäßig Trennung der beiden Übertragungsrichtungen. Die Wahl der Abmessungen der Volumina der für Empfang und Senden vorgesehenen geometrischen Oberflächen für jede Antennenanlage schließt eine Phasenverzerrung zwischen der aufgenommenen und abgestrahlten Richtstrahlung aus. Die geometrischen Oberflächen sind starr miteinander verbunden und miteinander räumlich ausgerichtet. Das mechanische Bauelement, das die geometrischen Oberflächen miteinander verbindet, kann zur Unterbringung der elektronischen Schaltelemente benutzt werden. Für die Erfindung brauchbare goemetrische Oberflächen zur Aufnahme der rückstrahlenden Antennenanordnung können die Form einer Kugel, eines Zylinders oder eines Polyeders annehmen.

Mit Rückstrahlungseigenschaften ausgestattete schwingungsfähige Übertragungsschleifen liefern die maximale Schleifenverstärkung dann, wenn die Trägerfrequenz eine Verschiebung um eine ganzzahlige Anzahl von Zyklen bei einem Umlauf um die Schleife erfährt. Die Schaltung sollte möglichst keinerlei Beschränkung für die Selbstjustierung auf eine optimale Trägerfrequenzschwingung darstellen. Verwendet man jedoch Schaltungen mit örtlichen Oszillatoren, die gewisse betriebliche Vorteile haben, dann ergeben sich auch bestimmte Einschränkungen. Im folgenden sind die Einschränkungen angegeben, die sich bei einer mit Rückstrahlungseigenschaften ausgestatteten schwingungsfähigen Übertragungsschleife ergeben, wenn in der Schleifenschaltung örtliche Oszillatoren verwendet werden.

a) Enthalten die beiden Endstellen jeweils einen Oszillator unterschiedlicher Frequenz, dann sind Sende- und Empfangsfrequenz verschieden und an jeder Endstelle ist Empfang und Senden voneinander isoliert.

b) Ein örtlicher Oszillator setzt an jeder Endstelle die Trägerfrequenz in eine Zwischenfrequenz um. um das Signal ausreichend verstärken und wirksam filtern zu können.

c) Zwei Verstärkerschaltungen, die in verschiedenen Frequenzkanälen schwingen und örtliche Oszillatoteil IUl Ute

3|||\J an j\.u\-

Endstelle einer mit Rückstrahlung arbeitenden schwingungsfähigen Schleife vorgesehen, um die Gesamtantennenverstärkung zu erhöhen und um jedes Antennenelement an jeder Endstelle sowohl für Empfang als auch für Senden benutzen zu können.

örtliche Oszillatoren, die in der Schleifenschaltung eingeschaltet sind, verschieben die Sendefrequenz in einer Richtung in das negative Spektrum in bezug auf die Empfangsfrequenz, die in anderer Richtung verschoben wird, so daß die durch den Doppler-Effekt sich ergebenden Frequenzverschiebungen im wesentlichen kompensiert werden, und sich daraus eine Unempfindlichkeit auf Abstandsänderungen zwischen den Endstellen ergibt Da sich die durch Doppler-Effekt verursachte Frequenzverschiebung nicht dadurch vollkommen kompensieren lassen daß man die Sendefrequenz in das negative Spektrum verschiebt, d. h. durch Inversion, ist eine Frequenzstabilisierungsschaltung vorgesehen, um Frequenzverschiebungen der örtlichen Oszillatoren als auch durch Doppler-Effekt noch zusätzlich zu kompensieren

Eine mit Rückstrahlung arbeitende schwingungsfähige Übertragungsschleife gemäß der Erfindung enthält

gewöhnlich Sleuerschaltungen. um einen stabilen Betriebszustand aufrecht zu erhalten. Für den Fall, daß die Endstellen stationär sind, können die örtlichen Oszillatoren an jeder der mit Rückstrahlung arbeitenden Endstellen miteinander synchronisiert werden, so daß die an finer Endstelle zur aufgenommenen Trägerwelle zweimal hinzuaddierte Phase an der anderen Endzeile zweimal voll abgezogen wird. Eine Phasendifferenz von vielen Schwingungen kann sich rasch einstellen, obgleich in der schwingungsfähigen Übertragungsschleife in hohem Maße stabilisierte Oszillatoren verwendet werden, es sei denn, die Oszillatoren sind miteinander synchronisiert. Eine aufwärts- oder Abwärtsverschiebung der Betriebsfrequenz bei einem Umlauf wird durch die Addition oder subtraktion einer Schwingung erzeugt. Die Schwingung klingt also ab, wenn eine Verschiebung der Betriebsfrequenz nach der unteren oder oberen Kante des DiirrhlaBhanriet de% Verstärkers stattfindet, wo die nötige Schleifenverstärkung nicht zur Verfugung steht. Die Schleifenverstärkung in der Mitte des Durchlaßbereichs des Verstärkers nimmt zu, wie dieser Schwingungstyp selbst abklingt und der nächste Schwingungstyp baut sich dann bis zum Begrenzerpegel auf, verschiebt sich in seiner Frequenz bis an die Grenze des Durchlaßbandes und klingt ab.

Konsequenter Weise ergibt sich dadurch, daß man keine Steuerschaltung benutzt, ein Umschalten von einer Schwingungsart in die andere, was die Brauchbarkeit der Trägerschwingung für die Übertragung von modulierten Signalen begrenzt.

Prinzip der Erfindung

Wenn sich die Endstellen einer solchen Übertragungsschleife relativ zueinander in einer Linearbewegung mit konstanter Geschwindigkeit voneinander entfernen, dann liefert eine Untersuchung der äquivalenten Schwingungsfrequenz eine Erklärung für die Natur der Änderung der Trägerfrequenzen. Die Frequenz der schwingung DieiDt in der sicn ausaennenden Schleife erhalten, da wegen des Doppler-Effekts die Schwingungsfrequenz mit einer Frequenzverschiebung nach unten aufgenommen wird. Schwingungsfrequenz f_m steht mit dem Abstand d zwischen den Endstellen in Beziehung gemäß folgender Formel

JJ

Substituiert man /,für Z_n,und vf für c/in der Gleichung

wobei ν die Relativgeschwindigkeit der sich voneinander entfernenden Endstellen ist. dann ergibt sich

wobei m—ganzzahlig und c die Lichtgeschwindigkeit ist Es kann theoretisch gezeigt werden, daß die Schwingungsfrequenz mit der Zwischenfrequenz zusammenfällt, die über die Ausbreitungsbahnen über einen Einseitenband-modulierten Hochfrequenzträger der Frequenz

(I/J + I/J) -

übertragen wird. Durch die Verwendung des einen Seitenbandes zur Übertragung in einer Richtung und des anderen Seitenbandes in der Gegenrichtung heben sich die Phasenfehler des Hochfrequenzträgc.-s gegenseitig auf.

71

mc

Zum Stabilisieren der Zwischenfrequen/ f, sollte wünschenswerter Weise eine Zunahme von m existieren. Die Anzahl der Schwingungen, die daher der ι ■, Frequenz zuzufügen ist, ist

m t

r,-

Die Addition von /,/Schwingungen zur Schwingungsfrequenz wird leicht erreicht durch eine Erhöhung um fJ2 in der örtlichen Oszillatorfrequenz einer Endstelle. Das reicht deswegen aus, weil fJ2 zur aufgenommenen Trägerfrequenz auf ihrem Weg nach dem sendeseitigen Antennenelement zweimal hinzuaddiert wird. Man kann das gleiche Ergebnis auch dadurch erreichen, daß man in der anderen Endstelle die örtliche Oszillatorfrequenz um den Betrag fJ2 verkleinert.

Um eine solche Frequenzstabilisierung zu erreichen, muß an sich nur einer der örtlichen Oszillatoren spannungsgesteuert sein und der andere örtliche Oszillator braucht nur angenähert stabil zu arbeiten.

Wenn nicht Inversion der aufgenommenen Frequenz relativ zur abgestrahlten Frequenz vorgenommen wird, muß die elektrische Länge der Übertragungsstrecke für alle Antennenelemente der Anlage einer rückstrahlenden Antennenanordnung einer schwingungsfähigen Übertragungsschleife für eine ebene Wellenfront zu jedem Zeitpunkt gleich sein. Eine ebene Antennenanlage sollte daher gleich lange Übertragungsleitungen zwischen jedem Paar Sende- und Empfangsantennenelementen aufweisen. Die Krümmung einer gekrümmten Sendeantennenanlage muß in bezug auf die Krümmung der Empfangsantennenanlage invers sein, d. h. konvex und konkav. Wird eine Phaseninversion oder Phasenumkehrung vorgenommen und bleibt die Frequenz unverändert, kann jede beliebige Leitungslänge vor dem Inverter eingeschaltet werden, vorausgesetzt daß diese Verzögerung durch eine zusätzliche Leitungslänge nach dem Inverter ausgeglichen wird. Werden die aufgenommenen und abgestrahlten Frequenzen gemäß der vorliegenden Erfindung invertiert, dann können gekrümmte Antennenanlagen sowohl für Senden als auch Empfangen entweder beide konvex oder beide konkav sein. Daher können für die Praxis der vorliegenden Erffindung die Antennenelemente der Antennenanlagen auf der Außenseite jeder geschlossenen Oberfläche angebracht und um jede willkürlich liegende Achse rotiert werden, ohne daß sich bei den Rückstrahlungseigenschaften eine Interferenz ergibt, wenn die Antennenanlagen für Empfang und für Senden identische geometrische Anordnung besitzen und starr miteinander verbunden sind.

Wird in dem Inverter außerdem noch die Frequenz geändert können weitere vor dem Inverter auftretende Verzögerungen in bezug auf ihre Einwirkung auf die Phase dadurch kompensiert werden, daß r>an hinter

dem Inverter zusätzliche Verzögerungen einbringt indem man die Leitungslängeri entsprechend den Wellenlängen wählt. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man die Abmessungen der beiden Aniennensysteme einer rückstrahlenden Endstelle proportional zur ■■> abgestrahlten bzw. aufgenommenen Wellenlänge wählt. Die Konstruktion einer rückstrahlenden Antennenanlage für eine spin-stabilisierte Endstelle ist auf diesem Prinzip aufgebaut.

Die Endstelle A mit ihren Antennenystemen in in Fig. IA besteht aus kugelförmigen Oberflächen \2A und 14/4, die durch ein rohrförmiges Bauelement 16/4 miteinander verbunden sind. Dipolantennenelemente 20 und 22 sind gleichförmig über die Oberflächen der Kugeln !2/4 ov?w. 14/4 verteilt. Die Antennendipole 20 r. und 22 sind stellvertretend für eine große Anzahl von Dipolen dargestellt, die gleichförmig über die Oberflächen der Kugeln 12/4 und 14,4 verteilt angeordnet sind. Die Dipole 20 und 22 sind in einem Winkel θ gegen die Richtungs-V-;k{oren ei,/, angeordnet, die jeweiis vom :» Mittelpunkl der Kugeln nach der entfernten Endstelle B verlaufen. Da der Abstand von der entfernten Endstelle B praktisch als unendlich angesehen werden kann, ist der Winkel θ für beide Kugeln der gleiche. Die Antennenanlage mit den zwei kugelförmigen Antennen- ->> systemen mit den einzelnen Antenneneleimenten auf den Kugeln 12/4 und 14/4 haben verschieden große Durchmesser und ihre Abmessungen sind proportional zu der entsprechenden Wellenlänge der aufgenommenen und abgestrahlten Trägerfrequenz gewählt. Die to strahlenden Antennenelemente, die als Kreuzdipole aufgebaut sind und von denen beispielsweise die Elemente 20 und 22 auf der Oberfläche der Kugeln 12/4 bzw. 14/4 dargestellt sind, liefern eine zirkularpolarisierte Welle. Verschiedene andere Antennenformen kön- η nen für Antennenelemente verwendet werden, wie z. B. Schlitzantennen, Hornantennen und dergleichen. Das rohrförmige Bauelement 16/4 dient zweckmäßigerweise der Unterbringung der gesamten elektrischen Schaltung, die in F i g. 2A dargestellt ist. 4<i

Eine reflektierende Oberfläche 24 bzw. 26 ist innerhalb und konzentrisch mit den die Dipole tragenden "Kugein i2A bzw. i4A angeordnet, um eine gute Anpassung der strahlenden Elemente an das Strahlungsfeld zu liefern. Der Radius der reflektierenden Kugel ist um eine Viertel-Wellenlänge kleiner als der Radius der entsprechenden die Antennenelemente tragenden Kugel und die strahlenden Elemente sind auf der Oberfläche der Kugel so gleichförmig wie möglich mit einem Abstand von etwa einer halben Wellenlänge >o voneinander angeordnet Die elektrische Länge der elektronischen Verbindungsschaltung zwischen jedem Paar der Antennenelemente 20 und 22 wird gleich groß gewählt

Die rückstrahlende Antennenanlage an der Endstelle A enthält also, wie in F i g. 1 gezeigt ist, die beiden Kugelflächen 12Λ und 14/4 und weist keine vollkommene Rundstrahlungscharakteristik auf. Arbeitet die Endstelle nahezu in axialer Richtung, wird die "ordere Kugel, die in Richtung der Endstelle B liegt die t>o Strahlung der rückwärtigen Kugel beeinträchtigen. In bestimmten Fällen kann diese Interferenz verringert und praktisch beseitigt werden, wenn man den Abstand der Kugeln voneinander erhöht Für viele Anwendungsbereiche ist eine vollständige Rundum-Strahlungscharakteristik aber nicht erforderlich. Wird beispielsweise die Endstelle A im Raum benutzt, dann ist es vorteilhaft eine Spin-Stabilisierung um ihre Symmetrieachse vorzunehmen. Lieg;t die andere Endstelle B in einer Ebene senkrecht i'.ur Spin-Achse dann ist nur eine eindimensionale Richtwirkung in dieser Ebene erforderlich. Konsequenteirweise kann man für begrenzte Rückstrahlungseigenschaft feststehende lineare Antennenanordnungen auf einer zylindrischen Oberfläche anordnen.

Die rückstrahlende Antennenanlage einer Endstelle, wie sie in F i g. 1B gezeigt ist, ist gemäß dem Prinzip der Erfindung angeordnet. Diese Endstelle ist um die Spin-Achse 30 spin-stabilisiert. Die Spin-Stabüisierung erreicht man dadurch, daß man übliche Kreisel-Stabilisiergeräte innerhalb der Endstelle oder außerhalb an ihr anordnet. Dies ist jedoch kein Teil der Erfindung und somit nicht dargestellt. Die Endstelle gemäß Fig. IB besteht aus einer unteren zylindrischen Oberfläche 32 und einer oberen zylindrischen Oberfläche 34. Die Antennenelemcnte sind lineare Dipolanordnungen 36, wie sie in F i g. IC dargestellt sind.

Die elektronische Schaltung für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist als Blockschaltbild in F i g. 2A dargestellt. An der Endstelle A wird die Steuerspannung für den örtlichen Oszillator 108 (VCO) von einem Frequenzdiskriminator 122 (FD) abgeleitet, der d'e Zwischenfrequenz f, überwacht. Die Schaltung enthält schmalbandige Zwischenfrequenzfiler 116 und 168 an Endstelle Sund scharf begrenzende Begrenzerschaltungen 119 biw. 172 an Endstelle B. Im Zwischenfrequenzverstärker 110 ist eine Detektorschaltung für die Einhüllende vorgesehen und ein Amplitudenmodulator 128 folgt auf den Begrenzer 119 (Lim) Am Ausgang 130 der Begrenzerschaltung tritt eine unmodulierte Trägerfrequenz mit festgelegter Amplitude und einer Frequenz in der Nähe der Mitte des Durchlaßbandes des Zwischenfrequenzverstärker 110 auf. Diese Spannung liegt an dem Frequenzdiskriminator 122, der daraus eine zur Zwischenfrequenz proportionale Gleichspannung ableitet, die die Frequenz des spp.nnungsgesteuerten Oszillators (VOC) 108 mit linearer Abhängigkeit steuert. Für die Steuerschaltung an der Endstelle A und für |/^>|/i«| bewirkt eine Abnahme der Schwingungsfrequenz, eine Zunahme der Frequenz des örtlichen Osziiiaiors iüe. "wird eine vergleichbare Steuerschaltung an der End. ^r;lle B vorgesehen, dann sollte das Ansprechverhalten genau umgekehrt laufen. Die elektronische Schaltung für die mit Rückstrahlungseigenschaft ausgestattete schwingungsfähige Übertragungsschleife gemäß der vorliegenden Erfindung soll nunmehr im Zusammenhang mit den F i g. 2A und 2B näher beschrieben werden, in denen elektrische Schaltungen dargestellt sind, die für die auf Abstand stehenden Endstellen einer solchen Übertragungsschleife geeignet sind, d. h. für eine Endstelle A der F i g. IA und eine Endstelle B der Fig. IB.

Fig. IC ist dabei eine vergrößerte Teilansicht der äußeren Oberfläche der in F i g. 1B gezeigten Zylinderflächen 32 bzw. 34. Die Antennenelemene 36 sind gleichförmig auf den zylindrischen Oberflächen 32 und 34 angeordnet und auf Stützen 38 befestigt die koaxiale Verbindungsleitungen enthalten, die von den Dipolen 36 nach der in der rohrförmigen Verbindung 33 zwischen den beiden Zylindern liegenden elektronischen Schalung führen. Die Eingangsfrequenz /L wird am Antennenelement 12/4-1 aufgenommen und die Ausgangsfrequenz /äi, wird vom Antennenelement 14.4-1

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Leitung 102 mit einer Mischstufe 104 verbunden, die ein Zwischenfrequenzsignal f, liefert Der örtliche Oszillator

108 mit der Frequenz /i ist über die Leitung 106, die von dem spannungsgesteuerten örtlichen Oscillator 108 mit der Bezeichnung VCO nach dem Mischer 104 führt, verbunden, der wiederum die Zwischenfrequenz f-, über die Leitung 109 an den Verstärker 110 abgibt, dessen Ausgangssignal auf der Leitung 112 und über die Leitung 114 an einem Filter 116 liegt, das über die Leitung 118 mit dem Begrenzer 119 (LiM) in Verbindung steht Das Ausgangssignal des Begrenzers 119 wird über die Leitungen 130 und 120 einem Frequenzdiskriminator 122 zugeführt, der den spannungsgesteuerten örtlichen Oszillator 108 über die Leitung 124 steuert Informationssignale werden der Endstelle A über die Leitung 126 zum Modulator 128 zugeführt, der über die Leitung 130 mit dem Begrenzer 119 und über die Leitung 134 mit der Mischstufe 136 verbunden ist Das Ausgangssignal der Mischstufe 136 wird dem Sendeantennenelement 14/1-1 als Frequenz £a zugeführt Das Verhältnis zwischen eingangsseitiger und ausgangsseitigerTrägerfrequenz ist |/äfj > |/b[.

Die entfernte Endstelle S der Fig.2A enthält eine Empfangsantenne 12S-1 und eine Sendeantenne 145-1, die mit der übrigen elektrischen Schaltung verbunden sind. Die Empfangsantenne 12S-1 ist über die Leitung 152 mit der Mischstufe 154 verbunden, deren ausgangsseitige Zwischenfrequenz /J über die Leitung 156 mit dem Verstärker 158 verbunden ist Das Ausgangssignal des Verstärkers 158 liegt au? der Leitung 160 und ist über die Leitung 166 mit dem Filter 168 verbunden. Das Filter 168 ist über die Leitung 170 mit einer Begrenzerstufe 172 (LiM) verbunden. Der Begrenzer 172 ist fiber die Leitung 176 mit dem Modulator 178 (MOD) verbunden, dessen Ausgangssignal über die Leitung 180 an der Mischstufe 182 liegt Zu dem Modulator 178 führt eine Eingangsleitung 174. Das Ausgangssignal der Mischstufe 182 wird über die Leitung 184 als Frequenz &, dem Antennenelement 145-1 zugeführt

Die verschiedenen Vielfach-Verbindungen in Fig. 2A, beispielsweise 111-1,112-1,124-1 und 126-1 bei der Endstelle A und 160-1,174-1,188-1 bei der Endstelle B gestatten den Anschluß von verschiedenen Antennenelementpaaren an jeder Endstelle und deren Anschluß an die entsprechenden Schaltungen und ihre gemeinsame Kopplung mit anderen Antennenelementpaaren der entsprechenden Antennenanlagen. Beispielsweise wird ein Modulationssignal über die Leitung 125 und von dort über Vielfach^Verbindung 126-1 jeder einzelnen Modulatorstufe 128 für jedes Paar von Antennenelementen 12/4-1 und 14/1-1 der Endstelle A zugeführt Weiterhin ist der spannungsgesteuerte Oszillator gemeinsam für die gesamte Endstelle A vorgesehen und liefert seine Ausgangsfrequenz U über die Vielfach-Verbindung 111-1 nach jedem Paar von Mischstufen 104 und 136.

Die Arbeitsweise der Schaltung des Teils A der Fig.2A einschließlich des Frequenzdiskriminators 122 und des spannungsgesteuerten Oszillators 108 wird nunmehr im Zusammenhang mit Fig.2B näher beschrieben. Dabei zeigt F i g. 2B den Verlauf der vom Frequenzdiskriminator 122 gelieferten Steuerspannung, die über die Leitung 124 dent spannungsgesteuerten Oszillator 108 zugeführt wird und hier über der Zwischenfrequenz abgetragen ist, die dem Frequenzdiskriminator 122 über die Leitung 120 zugeführt wird, die wiederum an der Leitung 130 angeschlossen ist, die den Begrenzer 119 mit dem Modulator 128 verbindet. Das Diagramm der Fig. 2B zeigt einen linearen Abschnitt, der von null ausgeht und einen positiven und einen negativen Zweig aufweist Bei der richtigen Zwischenfrequenz f, wird keine Steuerspannung erzeugt Nimml jedoch die Zwischenfrequenz zu, wird die Steuerspannung positiv und nimmt die Zwischenfrequenz ab, wird die Steuerspannung negativ. Der Kreuzungspunkt liegi bei einer Bezugsfrequenz ίο. Am Kreuzungspunkt liegi keine Spannung an dem spannungsgesteuerten Oszillator 108 und die dadurch erzeugte Frequenz Z₁ ist gerade richtig, um in der mit Rückstrahlungseigenschaften

ίο ausgestatteten schwingungsfähigen Übertragungsschleife zwischen den Endstellen A und B einen stabiler Betrieb aufrecht zu erhalten.

Die Arbeitsweise der Anlage wird nunmehr in bezug auf die Fig. IA und 2A näher beschrieben. Die

ι s Trägerfrequenz fa wird von der Endstelle A nach der Endstelle B übertragen. Der hochfrequente Träger wird an der Endstelle B nach Aufnahme mit einem Signal der Frequenz f\ aus dem örtlichen Oszillator 186 (LO) zur Bildung der Zwischenfrequenz fi=f^,— f\ gemischt Die Zwischenträgerfrequenz wird dann amplitudenmäßig im Verstärker 158 verstärkt und durch das schmalbandige Filter 168 im Begrenzer 172 und dann einem Amplitudenmodulator 178 zugeführt Endlich wird der Zwischenfrequenzträger in der Mischstufe mit dem vom örtlichen Oszillator kommenden Signal zur Bildung der Trägerfrequenz fb»—f\ — fi gemischt Somit ist der Freqiienzabstand zwischen der abgestrahlten und der aufgenommenen Frequenz gleich der doppelten Zwischenfrequenz fri?fi)

jo Die aufgenommene Trägerfrequenz 4i wird an dei Endstelle A in der Mischstufe 104 mit der vom spannungsgesteuerten, örtlichen Oszillator 108 abgegebene Frequenz /i, genau wie in der Endstelle B gemischt und bildet damit die gleiche Zwischenfrequenz fi=f\—fbf Für die Zwischenfrequenz sind gleiche Schaltungen und Schaltelemente vorgesehen wie in der Endstelle B mit Ausnahme des Frequenzdiskriminators 122 und des spannungsgesteuerten Oszillators 108. Am Ende wird die Zwischenträgerfrequenz f, mit der au:

dem örtlichen Oszillator 108 kommenden Frequenz f\ gemischt, um dadurch die zu übertragende Trägerfrequenz wieder auf /»<,= f\ + f-, anzuheben. Zwischenfrequenzverstärker HO und 158, die einen Detektorausgang für die Einhüllende aufweisen und die Amplitudenmodulatoren 128 und 178 sind erforderlich, um Nachrichten- oder Informationssignale von einer Endstelle zur anderen zu übertragen, haben jedoch im Zusammenhang mit der Bildung bzw. dem Aufbau einer Schwingung innerhalb der Übertragungsschleife kein«

jo Bedeutung. Die Filter 116 und 168 haben eine seht geringe Bandbreite, so daß der Zwischenfrequenzträger in der Mitte des Zwischenfrequenzbandes bleibt Diese Filter dienen auch der Unterdrückung der Modulationsseitenbinder. Die Begrenzer 119 und 172 steuern die

ss Schleifenverstärkung, so daß die maximal mögliche ungestörte Leistung übertragen wird und beseitigt außerdem jede Amplitudenmodulation, die eventuell noch durch die Fitter 116 und 168 durchgelassen worder sein könnte. Der an der Endstelle A mit dem spannungsgesteuerten örtlichen Oszillator 108 verbundene Frequenzdiskriminator 122 dient zum Stabilisierer der in der schwingungsfähigen Schleife aufgebauter Schwingung. Wegen der Wirkung der Filter 116 und 1 \t und der Begrenzer 119 und 172 kann die in dei

Übertragungshälfte auftretende Schwingung im stationären Fall nur eine sinusförmige Trägerfrequenz sein.

Die Frequenzbedingung für den Becrieb einer solcher Übertragungsschleife gemäß Fig. 2A kann dadurch

abgeleitet werden, daß man an einen beliebigen Punkt innerhalb der Schleife eine Unterbrechung annimmt, Das um die Schleife herum umlaufende Signal muß dann an diesem Unterbrechungspunkt mit der gleichen

A cos (2.-T f_aht + <P_ab) = /1 cos (2.T/„,,< + >P_ob - 2.-7 f_ah

Amplitude und Phase wie das übertragene Signal erscheinen. Angenommen, daß der Unterbrechungspunkt zwischen der Mischstufe 136 und dem Antennenelement 14/4-1 liegt, kann man wie folgt schreiben:

- 2.-7 f,„t - Φ_η - 0,„ - 2,-7/,,,ί - 0,_Λ - 2.7/,,,, -^-

+ 2.-7/_Jof + 0,_o - 0_ία + 2.-7/,„I + 0_to).

Die allgemeine Lösung ist:

^Jab ~~c ^Jb"

, , 20,„

Wobei m die Anzahl der Schwingungen ist, die in der Übertragungsschleife »gespeichert« ist. Sind die Endstellen A und B stationär, wird diese Gleichung nur stationär für das positive Vorzeichen und wenn die beiden örtlichen Oszillatoren synchron arbeiten (TL= /»). Wenn man außerdem Φά=Φ&=Φί setzt, dann wird die Lösung für den stationären Zustand

£s kann bewiesen werden, daß alle Teile der strahlenden Antennenelemente in kohärenter Weise zu der rücklaufenden Welle beitragen. In F i g. 1A ist jedes der willkürlich gewählten strahlenden Antennenelemente 20 und 22 in einem Winkel θ gegen die Richtung auf die andere Endstelle und in bezug auf die andere Endstelle, von der die Strahlung aufgenommen wird. 411 _und innerhalb der mit Rückstrahlungseigenschaften ausgestatteten schwingungsfähigen Übertragungsschleife an- geordnet. Betragen die von den Mittelpunkten der Sende- bzw. Empfangskugeln 14/1 bzw. 12/4 verlaufenden Abstände D,b bzw. Dta, dann wird der Abstand der strahlenden Elemente zu

Da die Phascngleichung (?) unabhängig von M sein muß. wird

- r* cos (■)

cos )

— +

D_ha-

D_ha- r it»

cos β

= const.

~ ^r«* ^cos "

— r^cosf-/.

(4a)

(4b)

Das führt zu

A r + f r - η

it.*.

f„_h

r_mb

h« = fah - V\

wie dies für die Schaltung der Endstelle B abgeleitet werden kann, wird (^ negativ. Die Radien Ri,., und Ä.,/. der Kugeln MA und 14/4 werden proportional zur Wellenlänge gemacht.

Die Rotation um die Symmetrieachse beeinträchtigt die Phasengleichung nicht. Eine Rotation um eine w beliebige Achse kann als eine syfcihrone Rotation beider Kugeln angesehen werden, was keine Phasenveränderung bewirkt, die einer oszillierenden Verschiebung der Mitti/Ipunkte der Kugeln auf Grund ihrer räumlichen Trennung, überlagert ist und die die

v; Phasengleichung nur in ihrer longitudinalen Komponente beeinträchtigt.

Die Stabilisierung der mit Rückstrahlungseigenschaf· ten ausgestatteten schwingungsfähigen Überlragungsschleife gegen Translationsbewegungen wird im folgen-

M) den Abschnitt besehrieben. Es sei angenommen, daß die beiden Endstellen A und B ihren Abstand mit kontanter

Geschwindigkeit rändern.dann wird

und

Mit diesen Ausdrücken zeigt die Phasengleichung (3) an, daß die Trägerfrequenzen /-,«,und 4, in solcher Weise sich ändern müssen, daß eine konstante Anzahl von Schwingungen über die Übertragungsbahnen aufrechterhalten wird. Wenn jedoch die Trägerfrequenzen

+ vt

+ vi

stabil bleiben sollen, dann muß eine Differenz der örtlichen Oszillatorfrequenzen für eine Änderung der Frequenz zur Kompensation herangezogen werden. Um die Relation zwischen diesen Größen zu bestimmen, leitet man aus (2) und (9) ab

... _r .
+ 2(f_lb - f,„)t = const.

Daher wird

f_ba)

(I2a)

(12b)

(13)

Die Annahme, φβ die örtlichen Oszillatorfrequenzen in der Gleichung (12) gleich sind, bewirkt nur einen Fehler zweiter Größenordnung in (13), der für diese Analyse ohne Bedeutung ist. Ev ergibt sich daher aus Gleichung (13), daß die beiden örtlichen Oszillatoren einen Frequenzabstand um die Einweg-Doppler-Verschiebung für die Zwischenfrequenz aufweisen müßten, wenn konstante Frequenzen /»j, und ft, in einer solchen Übertragungsschleife aufrecht erhalten werden sollen.

Da	und	fba	= L	+ fl	ist
fab	wird aus
ν . ~cJl	= f,	-f,
	(H)
	r	Lb

Zusammenfassung

Die Erfindung Hefen somit eine mit Rückstrahlungseigenschaften arbeitende schwingungsfähige Übertra- gungsschleife, die gegen Frequenzverschiebungen auf Grund des Doppler-Effekts, auf Grund von Oszillatorfrequenzänderungen und gegen eine Rotationsbewegung der Endstellen stabilisiert ist. Die an einer Endstelle aufgenommenen und abgestrahlten Frequen-

zen werden jeweils dadurch vom positiven nach dem negativen Spektrum verschoben, daß eine höhere Frequenz von der Empfangsfrequenz subtrahiert wird. Die Rotationsbewegung der Endstellen wird dadurch kompensiert, daß man die Dimensionen jeder der

goemetrisch ähnlichen Oberflächen proportional zu der entsprechenden Wellenlänge wählt. Die Oberflächenkonfigurationen sind dabei von ebenen Oberflächen verschieden, d. h. die Oberflächen können kugelförmig oder zylindrisch gekrümmte Oberflächen sein. Eine

ίο Polyederstruktur ist ebenfalls brauchbar.

Außerdem kann man durch Überwachung der Frequenz der Schwingung durch einen spannungsgesteuerten Oszillator, wiederum durch einen Frequenzdiskriminator im Zwischenfrequenzkanal gesteuert

wird, die differentielle Doppler-Verschiebung, die sich an den Endstellen aus der Frequenzdifferenz der ankommenden und abgehenden Wellen ergibt, kompensieren. Diese Frequenzdifferenz wird deswegen benutzt, um eine Isolation zwischen den Endstellen für ankommende und abgehende Signale iicherzustellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Nachrichtenübertragungsanlage mit mindestens zwei Endstellen, die auf einer gekrümmten Oberfläehe mit einer retrodirektive oder rückweisende Strahlungseigenschaften aufweisenden Antennenanordnung zum Senden und Empfangen von Strahlungsenergie ausgerüstet sind und eine geschlossene Übertragungsschleife bilden, in der Strahlungsenergie einer Wellenfront mit einer Phasenlage aufgenommen und mit entgegengesetzter Phasenlage wieder abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß zum Aussenden und Empfangen einer ebenen Wellenfront an jeder Endstelle die Sendeantennenanordnung (22) und die Empfangsantennenanordnung (20) auf räumlich voneinander getrennten, einen festen Abstand voneinander aufweisenden, geometrisch ähnlichen gekrümmten Oberflächen (24,26; 3S, 34) angeordnet und elektrisch durch eine starre Verbindung (16A, 33) voneinander getrennt und isoliert sind und

daß die beiden Endstellen mit ihren rückweisende Strahlungseigenschaften aufweisenden Antennenanlagen jeweils zur Übertragung von Wellenenergie zwischen den beiden EndsteRen jeweils im Sichtfeld (Apertur) der anderen Endstelle liegen.

2. Anlage nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet *° daß die Antennenanlage aus zwei Antennenanordnungen mit jeweils gleicher Anzahl von Antennenelementen besteht «Sie auf oen jeweiligen, geometrisch ähnlichen, gekrümmten Oberflächen (24, 26; 32, 34) zum Empfang und A issenden von Strahlungsenergie angeordnet sind und

daß die einander entsprechenden Antennenelemente der Empfangsantennenanordnung und der Sendeantennenanordnung durch Übertragungsleitungen gleicher Übertragungszeit miteinander verbunden sind.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß für die aufgenommene und abgestrahlte Strahlungsenergie verschiedene Trägerfrequenzen vorgesehen sind und

daß die Abmessungen der geometrisch ähnlichen, gekrümmten Oberflächen (24, 26; 32, 34) zur Aufnahme der Antennenanordnungen entsprechend dem Verhältnis der Wellenlängen der aufgenommenen und abgestrahlten Trägerfrequenz gewählt sind.

4. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet

daß beide Endstellen eine mit rückweisender Strahlungseigenschaft ausgestattete Antennenanlage aufweisen und eine rückstrahlende, schwingungsfähige Übertragungsschleife bilden, um Strahlungsenergie mittels einer Trägerfrequenz zwischen beiden Endstellen zu übertragen, wobei die Trägerfrequenz an einer Endstelle festgelegt ist und w daß Schällmittel vorgesehen sind. Um die Trägerfrequenz sowohl gegen Frequenzverschiebungen aufgrund des Doppler-Effekts bei Relaliv-Bewegung der beiden Endstellen zueinander und gegen Frequenzabweichungen des die Trägerfrequenz <« bestimmenden Schaltungsteils zu stabilisieren.

5. Anlage nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrisch ähnlichen, gekrümmten Oberflächen für die Antennenanordnungen kugelförmige Rächen sind,

6. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrisch ähnlichen, gekrümmten Oberflächen für die Antennenanordnuwgen zylindrische Oberflächen sind.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Bestimmung der Trägerfrequenz an einer Endstelle ein örtlicher Oszillator (108,186) vorgesehen ist.

8. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß bei unterschiedlicher Sendefrequenz und Empfangsfrequenz die aufgenommene Frequenz der Strahlungsenergie teilweise durch eines der beiden Seitenbänder der Trägerschwingung und die abgestrahlte Frequenz teilweise durch das andere Seitenband der Trägerschwingung bestimmt ist.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet

daß ein Frequenzdiskriminator (122) vorgesehen ist, der die örtliche Oszillatorfrequenz überwacht und damit die aufgenommenen und ausgestrahlten Frequenzen stabilisiert

10. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehende» Ansprüche, dadurch gekennzeichnet

daß in der Verbindungsschaltung zur Stabilisierung der Empfangs- und Sendefrequenz ein spannungsgesteuerter Oszillator (108) vorgesehen ist, der eine erste Frequenz liefert,

daß eine Mischstufe (136) zur Mischung dieser ersten Frequenz mit der aufgenommenen Frequenz vorgesehen ist die eine zweite Frequenz ergibt daß der Frequenzdiskriminator (122) zur Überwachung dieser zweiten örtlichen Frequenz vorgesehen ist und eine von dieser Frequenz abhängige Spannung liefert die dem snannungsgesteuerten Oszillator (108) als Regelspannung dient und daß ferner eine weitere Mischsiufe (104) vorgesehen ist, die diese zweite Frequenz mit der ersten Frequenz zur Erzeugung der Sendefrequenz mischt