DE960109C - Rueckstrahl-Funkbake fuer Navigationszwecke - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 14. MÄRZ 1957

/ 10384 Villa/21a*

Die Erfindung bezieht sich auf Rückstrahl-Funkbaken für Navigatianszwecke, das sind Atitwortbaken, die es erlauben, an einer Äbfragestation Entfernungs- und Winkelmessungen durchzuführen.

Einrichtungen zur Abfrage und Entfernungsmessung erlauben es z. B. im Falle eines Luftfahrzeuges, seine Entfernung von einer am Boden angeordneten Antwortbake zu bestimmen. Eine bekannte und gebräuchliche Art einer Entfernungsmeßeinrichtung, die fortlaufende Ablesung der Entfernung gestattet, sieht sowohl bei der Bake als auch im Luftfahrzeug Sender und Empfänger vor. Die Entfernungsmessung wird dadurch eingeleitet, daß der mobile Sender kodierte Abfrageimpulse aussendet, die vom Empfänger der Bake aufgenommen werden. Die aufgenommenen Signale betätigen den Sender, der mit Impulsen gemäß der kodierten Impulsanfrage des Fahrzeuges antwortet, derart, daß der Fahrzeugempfänger die Antwort auf seine Anfrage identifizieren, kann. Die Entfernung von der Bake wird im mobilen Empfänger als Funktion der Zeit bestimmt, die zwischen Aussendung der Frage und Empfang der Antwort verstreicht.

Die bislang gebräuchlichen Baken für Zwecke der Entfernungsmessung sind so gebaut, daß sie die Antwortgabe automatisch verhindern, wenn die Anfrageimpulse zu dicht kommen. Dies ist notwendig, um eine Überlastung des Bakensenders

in dem Falle zu verhüten, daß eine große Zahl von Luftfahrzeugen gleichzeitig die Bake abfragen will. Bisher ist dies dadurch erreicht worden, daß die Bakenstation nicht anspricht, wenn der Abstand der eintreffenden Impulse ein bestimmtes Maß unterschreitet. Daraus ergibt sich eine obere Grenze für die Anzahl der Impulse, auf die die Bake in einem gegebenen Zeitabschnitt ansprechen kann. Bei den bisher benutzten Antwortbaken war ίο es ferner notwendig, die Verstärkung des Empfängers sorgfältig einzustellen, so daß das im Empfänger erzeugte Rauschen nicht zu einer Anhäufung von zufällig ausgesendeten Impulsen führte, die den Bakensender überlasteten. Diese Einstellung ist, wenn große Empfindlichkeit verlangt ist, außerordentlich kritisch, und kann nicht einfach von Hand durchgeführt werden, sondern muß bis zu einem gewissen Grade von einer automatischen Rauschkontrolle irgendwelcher Art abhängig gemacht werden. Ferner erfordert der von der unterschiedlichen Beanspruchung abhängige variable Arbeitsrhythmus der bisher benutzten Baken die Anwendung einer festen Vorspannung in allen Bildverstärkern und Modulatoren, was Vorspannungsquellen mit niedrigem Widerstand und Schutzmaßnahmen gegen den Ausfall dieser Vorspannungsquellen zur Voraussetzung hat. Schließlich neigt die Temperatur des Senderoszillators wegen der Variation des Arbeitsrhythmus zu Schwankungen innerhalb eines großen Bereiches, was zu Frequenzverschiebungen führt, wenn keine automatische Frequenzsteuerung vorgesehen ist, oder zu zu großer Belastung des vorhandenen Frequenzsteuermechanismus. Der Empfänger im Luftfahrzeug, der mit einer Bake mit variablem Arbeitsrhythmus zusammenspielt, empfängt je nach der Belastung der Bake durch andere Abfragestationen eine variable Anzahl von Impulsen pro Sekunde. Daher kann bei ihm kein einfaches System zur Verstärkungsregelung angewendet werden, was eine Erschwerung beim Bau dieser Empfänger darstellt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bake zu schaffen, durch die diese Schwierigkeiten überwunden werden, indem ihr Arbeitsrhythmus automatisch konstant gehalten wird.

Erfindungsgemäß ist die mit einem Hochfrequenzsender, der durch empfangene Signalimpulse moduliert wird, ausgerüstete Funknavigationsbake dadurch gekennzeichnet, daß die Signalimpulse einen Verstärker durchlaufen, dessen Verstärkungsgrad so empfindlich einstellbar ist, daß bei Abwesenheit von Signalimpulsen ein Wärmeimpulsgeräusch auftritt, das den Hochfrequenzsender impulsförmig und unregelmäßig moduliert, und daß aus den Signalimpulsen gemäß ihrer Wiederholungsfrequenz eine Vorspannung abgeleitet wird, die die Empfindlichkeit des Verstärkers regelt, so daß eine Variation des Maßes des Wärmerauschens entsteht, die sich umgekehrt proportional zur Wiederholungsfrequenz der Signalimpulse verhält, das Ganze derart, daß ein mittlerer konstanter Arbeitsrhythmus der Bake sichergestellt wird.

Die Erfindung soll nun auf Grund eines Ausführungsbeispiels und an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. ι enthält Blockdiagramme einer Entfernungsmeßeinrichtung mit einer Bake und mit einer Abfrageeinrichtung für die mobile Station, deren Lage zur Bake bestimmt werden soll;

Fig. 2 zeigt schematisch das Schaltbild eines Regelkreises für die Bake nach Fig. 1.

In Fig. ι ist eine typische Entfernungsmeßeinrichtung mit einer Bake 1 mit Empfänger 2 und Sender 3 und mit einer mobilen Station 4 mit Empfänger S und Sender 6, wie sie in einem Luftfahrzeug oder anderem Fahrzeug angeordnet sein kann, gezeigt. Die Entfernungsmessung wird durch die Aussendung von Abfrageimpulsen durch den Sender 6 bewirkt, auf die die Bake 1 anspricht. Die Abfrageimpulse sind zur Identifizierung der zugehörigen Station kodiert. Nach Empfang dieser Impulse durch die Bakenantenne 7 werden sie den üblichen Frequenzwandlerkreisen, nämlich einem Hochfrequenzverstärker 8 mit Oszillator 9 und Mischstufe 10, einem Zwischenfrequenzverstärker 11 und einem Gleichrichter 12 zugeführt. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters 12 betätigt den Modulator· 13 des Bakensenders 3. An den Modulator 13 ist die Hochfrequenzquelle 14 angeschlossen.

Die impulsförmigen Hochfrequenzsignale werden über einen Hochfreqenzverstärker 15 der Antenne 16 zugeführt, die vorzugsweise so gebaut ist, daß sie nach allen Richtungen, mit Ausnahme einer Richtung, in der die Energieabstrahlung Null beträgt, gleichmäßig strahlt. Das Strahlungsdiagramm kann entweder durch mechanische oder durch elektrische Rotation zum Umlauf gebracht werden. Die Rotationssteuerung ist bei 17 dargestellt. An sie ist ein Generator 18 zur Erzeugung von Richtungsimpulsen angekoppelt. Die Ausgangsspannung des Generators 18 wird über die Leitung ig dem Modulator 13 zugeführt, um ein kodiertes Impulssignal auszustrahlen, wenn sich der Nullbereich der Antenne in einer gegebenen Richtung befindet. Dieses Richtungssignal ist für die Richtungsbestimmung gedacht.

Wenn der Empfänger 5 der Station 4 die Antwort erhalten hat, wird das Signal einem Vergleichskreis 20 zugeführt, der außerdem ein Signal erhält, das der Ausstrahlung des Abfrageimpulses vom Sender 6 entspricht. Der Zeitraum zwischen der Aussendung des Abfragesignals und dem Empfang des Antwortsignals wird bestimmt. Aus dieser Bestimmung wird die Entfernung des Luftfahrzeuges von der Bake auf dem Instrument angezeigt. Die bisher an Hand der Zeichnung beschriebenen Teile sind bekannt.

Damit die Bake Signale in einem konstanten Arbeitsrhythmus abstrahlt, der vorzugsweise beim Maximum oder in der Nähe der maximal möglichen Impulswiederholungsfrequenz liegt, ist eine Regelung der die Empfindlichkeit beeinflussenden Vorspannung einer der Verstärker, z.B. des Verstärkers 11, vorgesehen, die dadurch automatisch in Abhängigkeit vom Maße des Empfangs von

Abfrageimpulsen geändert wird. Die entsprechende Regelschaltung besteht aus einem Signalimpulsintegrator 22 und einer Vorspännungsschaltung 23 für die Regelung des Verstärkungsgrades des Zwischenfrequenzverstärkers 11. Der Integrator besitzt einen Eingangsschalter 24, über den die Ausgangsspannung irgendeines von einer Anzahl von Punkten des Bakenkreises angelegt werden kann, und zwar jeweils von dem am meisten geeigneten. Wie Fig. 1 zeigt, hat der Schalter 24 drei Eingangskontakte, von denen 26 mit dem Ausgang des Verstärkers 11, 27 mit dem Ausgang des Gleichrichters 12 und 28 mit dem Ausgang des Modulators 13 verbunden ist. Dadurch, daß der Schaltarm 29 wahlweise auf einen dieser Eingangskontakte gelegt wird, können die Abfrageimpulse in 22 integriert werden, so daß eine Vorspannung erzeugt wird, die über den Kreis 23 an den Verstärker 11 angelegt wird.

In Fig. 2 sind der Integrator 22 und der Regelkreis 23 näher gezeigt. Die vom Schalter 24 kommende Energie wird an die Gitteranodenstrecke einer Röhre 30 über einen variablen Widerstand 31 und einen Koppelkondensator 32 angelegt.

Mit der Gitteranodenstrecke ist der Widerstand 33 verbunden, und in Reihe zur Kathode liegt ein Widerstand 35. An den Widerständen 33 und 35 liegt eine negative Spannungsquelle 36. An der Kathode liegt die Ausgangsleitung 37, die zum Gitter 38 einer Röhre 39 führt. Die Anode der Röhre 39 ist über einen Widerstand 40 mit einem der Schirmgitter des Zwischenfrequenzverstärkers 11, vorzugsweise am Eingang des Verstärkers, verbunden und ferner mit dem Abgriff eines variablen Widerstandes 41, der an einer Spannungsquelle B liegt. Durch Einstellung dieses Abgriffes kann der Verstärkungsgrad des Verstärkers 11 in gewünschter Weise geregelt werden. Die Regelung besteht darin, eine derart hohe Empfindlichkeit einzustellen, daß der Verstärker genügend Rauschimpulse zur fortlaufenden, aber zufälligen Betätigung des Modulators 13 liefert.

Während des Betriebs der Bake hält die in Fig. 2

gezeigte Regelschaltung eine solche Vorspannung aufrecht, daß der Zwischenfrequenzverstärker auf genügender, gewünschter Empfindlichkeit zur Rauschimpulsbetätigung des Senders 3 bleibt, die, wenn sie über einige Sekunden gemittelt wird, gleich einem Äquivalent des gewünschten, konstanten Arbeitszyklus ist. Wenn nun eine Reihe von Abfrageimpulsen empfangen werden, so sind diese Impulse in der Amplitude etwas größer als die meisten der Rauschimpulse. Sie betätigen ebenfalls den Modulator, so daß es zur Ausstrahlung kommt. Diese zusätzlichen Signalimpulse werden im Integrator 22 integriert, so daß eine Ausgangsspannung gewonnen wird, die etwas größer als die Rauschimpulsspannung ist. Diese Spannung wird mit Leitung 37 weitergeleitet und erzeugt ein Anwachsen des Stromes in der Röhre 39. Dieser Stromzuwachs entspricht direkt dem Maß des Auftretens von Abfragesignalimpulsen und führt zur Verminderung der Empfindlichkeit des Verstärkers 11 und dadurch zu einer proportionalen Verminderung der Rauschimpulse, die von diesem erzeugt werden. Diese Verminderung der Rauschimpulse ist proportional der Zahl der empfangenen Signalimpulse. Je mehr Abfrageimpulse von verschiedenen mobilen Stationen empfangen werden, desto mehr wächst die vom Integrator 22 gebildete Vorspannung an und um so mehr wird die Empfindlichkeit des Verstärkers 11 herabgesetzt. Es gibt also keine kritische Einstellung des Verstärkers 11 mehr. Die einzige notwendige Einstellung besteht also darin, den Verstärkungsgrad des Verstärkers so hoch zu wählen, daß genügend RauiSchimpulBe erzeugt werden·, um den, gewünschten, mittleren konstanten Arbeitsrhythmus sicherzustellen.

Einer der Vorteile einer solchen Bake mit konstantem Rhythmus liegt darin, daß die Wiederholungsfrequenz der Abfrageimpulse während der Suche gesteigert werden kann und dann, wenn von der Bake Signale empfangen werden, vermindert werden kann. Dieses Erhöhen der Frequenz für Suchzwecke könnte zunächst einmal als Nachteil angesehen werden, indem dann, wenn die Bake einmal vorübergehend ausfällt, alle Luftfahrzeuge veranlaßt werden, gleichzeitig die Suche zu beginnen. Es könnte somit vermutet werden, daß die gleichzeitige Suche bei hoher Wiederholungsfrequenz die Bake hoffnungslos überladen müßte und daß dadurch kein Luftfahrzeug bedient werden könnte. Der Einrichtung haftet dieser Nachteil jedoch nicht an, da jeder augenblickliche Ausfall der Bake, der alle Luftfahrzeuge zur gleichzeitigen Suche veranlaßt, die Empfindlichkeit der Bake durch die übermäßige Belastung mit Abfrageimpulsen sofort herabsetzt. Diese Verminderung der Empfindlichkeit hat zur Folge, daß nur die der Bake am nächsten befindlichen Luftfahrzeuge, deren Signale am stärksten empfangen werden, bedient werden. Für diese Luftfahrzeuge wird also die Bedienung im vollen Umfange aufrechterhalten, und ihre Vergleichskreise werden nach 5 bis 15 Sekunden mit einer niedrigen Wiederholungsfrequenz erneut zu arbeiten beginnen. Dadurch wiederum beginnt die Empfindlichkeit der Bake anzuwachsen und die Bedienung auf einen größeren Umkreis auszudehnen, bis die volle Empfindilichkeit wiederhergestellt ist. Diese Erholungszeit beträgt schätzungsweise weniger als 1 Minute.

Versuche haben erwiesen, daß der gewünschte hohe Arbeitsrhythmus für eine veränderliche Anzahl von anfragenden Luftfahrzeugen völlig konstant aufrechterhalten werden kann. Bei den Versuchen traf dies zu, bis die Zahl der Abfragesignale eine Art Sättigungspunkt erreichte, von dem ab der Bakenempfänger auf zusätzliche Abfragen hin weniger und weniger empfindlich wurde.

Da der Arbeitsrhythmus der Bake konstant ist, erzeugt eine einfache, automatische Verstärkungsregelung in der Entfernungsmeßeinrichtung der Luftfahrzeuge eine Spannung, die der mittleren Amplitude der von der Bake ausgesendeten und empfangenen Impulse proportional ist. Diese

Spannung unterliegt einem scharfen Durchhang in der Amplitude nur dann, wenn die Nullrichtung der Bakenantenne das betreffende Luftfahrzeug trifft. Durch die Ausstrahlung kodierter Impulszüge vom Generator i8 immer dann, wenn die Nullink eine gegebene Richtung, z. B. die Nordrichtung, überstreicht, wird die Bake zu einer geeigneten Quelle für Signale zur Bestimmung des Azimuths.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Funkbake für Navigationszwecke mit einem Hochfrequenzsender, der durch empfangene Signalimpulse moduliert wird, dadurch

   gekennzeichnet, daß die Signalimpulse einen Verstärker durchlaufen, dessen Verstärkungsgrad so empfindlich einstellbar ist daß bei Abwesenheit von Signalimpulsen ein Wärmeimpulsgeräusch auftritt, das den Hochfrequenzsender impulsförmig und unregelmäßig moduliert, und daß aus den Signalimpulsen gemäß ihrer Wiederholungsfrequenz eine Vorspannung abgeleitet wird, die die Empfindlichkeit des Verstärkers regelt, so daß eine Variation des Maßes des Wärmerauschens entsteht, die sich umgekehrt proportional zur Wiederholungsfrequenz der Signalimpulse verhält, das Ganze derart, daß ein mittlerer konstanter Arbeitsrhythmus der Bake sichergestellt wird.
2. 2. Bake nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalimpulse einem dem Hochfrequenzsender zugeordneten Empfänger für den Empfang von Abfrageimpulsen entnommen sind.
3. 3. Bake nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geregelte Verstärker sich im Empfänger befindet.
4. 4. Bake nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Mitteln zur Bildung der Vorspannung ein Netzwerk zur Integration der Ausgangssignalspannung des Empfängers gehört.
5. 5. Bake nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Mitteln zur Bildung der Vorspannung ein Netzwerk zur Integration der Ausgangssignalspannung des Hochfrequenzsenders gehört.
6. 6. Bake nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk zur Integration der Ausgangssignalspannung des Hochfrequenzsenders mit dem Ausgang der Sendermodulationsstufe verbunden ist.
7. 7. Bake nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Integrationsnetzwerk (22) aus einer Röhre (30) besteht, an deren Gitter die Signalimpulse angelegt werden, daß Anode und Gitter über einen gemeinsamen Widerstand (33) und eine negative Spannungsquelle (36) und die Kathode (34) über einen Widerstand (35) und die gleiche negative Spannungsquelle an Erde gelegt sind und daß die Ausgangsspannung über eine Leitung (37) von der Kathode abgenommen wird.
8. 8. Bake nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Integrationsstufe (22) eine Vorspannungsschaltung (23) folgt, die aus einer Röhre (39) besteht, deren Steuergitter (38) die Ausgangsspannung der Integrationsstufe zugeführt wird und deren Ausgangsspannung zur Regelung des Verstärkers über einen Widerstand (40) abgenommen wird.
9. 9. Bake nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung dem Eingang des Verstärkers zugeführt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 620/317 9.56 (609 835 3.5?)