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Gleitwegeinrichtung für Blindlandeverfahren Die Erfindung betrifft
die Vergrößerung der Diagrammschärfe unterhalb des Gleitwegs in Blindlandeverfahren,
und zwar für einen Gleitweg im sogenannten ILS-Verfahren vom Nulltyp. Insbesondere
soll in diesem Zusammenhang ein ILS-Verfahren mit einem nach Wunsch einstellbaren
Gleitwegwinkel geschaffen werden wobei die Schärfe des Sendestrahles bezw. die Güte
der Empfangsanzeige unterhalb des gewählten Gleitwegwinkels weitgehend bestehenbleibt,
was sich bei den bisherigen Versuchen zur Verflachung des Gleitwegwinkels nicht
erreichen ließ. Eine weitere Nebenaufgabe besteht darin, den Gleitweg nach Wunsch
zu verbreitern oder einen »weichen« Gleitweg zu schaffen, wenn ein Flugzeug sich
der Landebahn nähert.
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Die Erfindung geht davon aus, daß bei einer bekannten Gleitwegeinrichtung
mit in der Höhe durch zwei räumlich übereinanderliegende, unterschiedlich modulierte
Strahlungsdiagramme definiertem Gleitweg zur Erzeugung der Diagramme zwei übereinander
angeordnete - vorzugsweise über Brückengliedern gespeiste - Antennen vorgesehen
sind, von denen die untere einen Träger samt beiden durch dessen zwei Modulationen
entstehenden Seitenbändern und die ol)ere, in doppelter Höhe der unteren über dem
Erdboden angebrachte nur die Seitenbänder ausstrahlt, und weiterhin eine dritte
Antenne, die ehenfalls nur die Seitenbänder abstrahlt.
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Erfindungsg.emäß wird die dritte Antenne über den beiden anderen
Antennen angeordnet und ihr Abstand von den beiden anderen Antennen nach Maßgabe
der gewünschten Verformung der Diagramme gewählt.
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Die Erfindung soll an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt schematisch den Antennenaufbau der bekannten Gleitwegsysteme
bei Blindlandeverfahren; Fig. 2A und 2U zeigen die Abhängigkeit der Feldstärke R
vom Erhebungswinkel O für die bekannten Gleitwegsysteme; Fig. 3 und 5 zeigen schematisch
den Antennenaufbau gemäß zwei Ausführungsformen der Erfindung; Fig. 4A, 413, 4C,
6A und 6B zeigen die Abhängigkeit der Feldstärke R vom Erhebungswinkel O für die
Antennenanordnungen nach Fig. 3 und 5; Fig. 7 zeigt das Blockdiagramm einer Schaltungsausführung
zur Einspeisung der Antennenanordnungen nach Fig. 3 und 5.
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Die normale Nulltypanordnung für Blindlandesysteme (ILS-Verfahren)
benutzt zur Erzeugung der zur Blindlandung notwendigen Strahlungsfelder eine Antennenanordnung
vom sogenannten Vertikaltyp.
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Das Antennensystem nach Fig. 1 erzeugt einen normalen Gleitweg und
besteht aus den Antennen A und B, die in den Höhen H/2 und H übereinander
angeordnet
sind. Die untere Antenne B strahlt die Trägerfrequenz zusammen mit den Seitenbändern
zweier Tonmodulationen von 90 und 150 Hz aus, die obere Antenne strahlt nur die
Seitenbänder aus. Die Lage des Gleitweges fällt mit dem Strahlungsnullpunkt der
oberen Antenne zusammen.
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Ein solches bekanntes Gleitwegsystem hat einige unerwünschte Merkmale.
Es ist bei diesem System nicht möglich, den Verlauf des Gleitweges durch Änderung
der horizontalen Strahlungscharakteristik einzustellen, wie es z.B. bei den älteren
Systemen, deren Gleitweg nach dem Prinzip gleicher Feldstärke hergestellt wurde,
möglich war. Es ist zur sicheren Blindlandung für ein glattes Aufsetzen auf dem
Boden notwendig, daß bei Annäherung des Flugzeuges in die Landezone der Gleitwinkel
fällt oder sich verbreitert. Die bisherigen Systeme erreichen eine Modifikation
des Gleitweges nur auf Kosten der Schärfe des Sendestrahles bzw. der Güte der Empfangssignale.
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Es wurde bisher vorgeschlagen, diese nachteiligen Merkmale der älteren
Gleitwegsysteme durch Ausstrahlung zusätzlicher Seitenhandenergie von einer dritten
Antenne C, die in unmittelbarer Nähe der Trägerantenne B angeordnet ist, zu korrigieren.
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Die Kurve 1 der Fig. 2A zeigt die Feldstärke R als Funktion des Erhebungswinkels
O für das Seitenbanddiagramm der oberen Antenne A bei den ursprünglichen Nulltypgleitwegsystemen.
Die bisherige
Verbesserung bestand darin, die zusätzliche Seitenbandenergie
über eine Antenne abzustrahlen. die halb so hoch über dem Erdboden angeordnet ist
wie Antenne 4. Das Vertikaldiagramm dieser Hilfsantenne zeigt Kurve 2 der Fig. 2A,
das resultierende Gesamtseitenbanddiagramm zeigt die Kurve 3 der Fig. 213.
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Der Gleitweg, der ursprünglich im Erhebungswinkel Fl lag, ist durch
die Zusatzstrahlung 2 zu einem kleineren Winkel 62 hin verlagert worden. Aus den
Zeichnungen ist abzulesen, daß bei Vergrößerung der Hilfsstrahlung 2 in bezug auf
das Original-Seitenbanddiagramm der Winkel 0 weiter zu kleineren Werten hin verlagert
werden kann. Fig. 213 zeigt ebenfalls, wie bei Addition der Hilfsstrahlung 2 zur
Seitenbandstrahlung 1 der Antenne A die Schärfe bzw. die Güte der Empfangssignale
des Gleitweges abnimmt, d. h. die abgestrahlte Energie nach Kurve 4 ist kleiner
und hat einen weniger steilen Anstieg als die nach Kurve 5, die oberhalb des gewünschten
Gleitweges auftritt.
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Obwohl die Addition der Hilfsenergie eine Verbreiterung bewirkt,
reicht diese Maßnahme nicht aus. Zur Sicherung der Flugzeuge bei der Blindlandung
ist es erforderlich, daß eine größere Diagrammschärfe nicht oberhalb des gewünschten
Erhebungswinkel s, sondern unterhalb dieses auftritt.
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Es wurde festgestellt, daß eine dritte Antenne, die über den üblicherweise
benötigten Antennen angebracht ist, eine große Verbesserung der Strahlungsdiagramme
sowohl der Grundausführung als auch der eben beschriebenen modifizierten Ausführung
des Nulltypgleitwegs bringt. In Fig. 3 sind die Antennen A' und B' die üblichlerweise
benutzten Strahler eines Nulltypgleitweges der Grundausführung. Sie werden, wie
oben bereits beschrieben. mit Träger und Seitenbändern gespeist. Kurve 1 der Fig.
4A zeigt die Seitenbauddiagramme, die normalerweise von der Antenne A' eines Nulltypgleitweges
der Grundausführung ausgestrahlt werden. Diese Kurve ist identisch mit dem Strahlungsdiagramm
nach Kurve 1 der Fig. 2A. Es konnte festgestellt werden, daß bei Anordnung einer
Antenne C' oberhalb der üblicllerweise benutzten Antennen A' und B', und zwar lt/2mal
so hoch wie 2' über dem Erdboden, mit Einspeisung von Seitenbandenergie eine Verbesserung
des Gleitwegdiagramms erreichbar ist. Die Feldstärkeverteilung dieser Antenne C'
gegen den Erhebungswinkel O ist der Fig. 4A (Kurve 6) zu entnehmen. Diese Kurve
hat Gültigkeit, wenn der Wert der Strahlungsenergie für Antenne C' so eingestellt
ist, daß er die Hälfte der abgestrahlten Energie der Antenne A' erreicht. Das resultierende
Strahlungsdiagramm des Antennenaufbaues nach Fig. 3 ist Kurve 7 (bestehend aus den
Teilen 8 und 9) der Fig.4B zu entnehmen. Daraus ersieht man, daß im Teilstück 8
der Kurve 7, welches das Verhalten des Gleitweges unterhalb der gewünschten Lage
anzeigt, sowohl der Anstieg der Kurve bei kleinem Winkel O-wie gewünsdt - sehr steil
ist als auch die Amplitude größer ist als in dem Teilstück 9, das den Raum oberhalb
des Gleitweges charakterisiert. Obwohl der gewünschte Gleitweg nunmehr zwischen
01 und und @3 liegt, kann der Erbebungswinkel nicht unterhalb 04 verlagert
werden. Somit wurde dem Gleitweg eine kleinere Grenze für den Erhebungswinkel zugeordnet.
Diese Möglichkeit bestand nicht bei der in Fig. 2A und 9B gezeigten Modifikation.
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Es ist in manchen Fällen wünschenswert, sowohl oberhalb als auch
unterhalb des vorbestimmten Gleitweges die gleiche Güte der Empfangsanzeige zu er-
halten.
Diese Niöglichkeit besteht unter Anvendung des Erfindungsgedankens, wenn die Seitenbandenergie
als Hilfsstrahlung sowohl von der Antenne D' als auch von der Antenne C' abgestrahlt
wird. Die von der Antenne D' zusätzlich abgestrahlte Seitenbandenergie ist in Kurve
10 der Fig. 413 dargestellt. Wird diese Energie zu der der Kurve 7 addiert, so ergibt
sich ein resultierendes Strahlnngsdiagramm nach Kurve 11 (Fig. 4 C). Kurve 11 zeigt
schon fast gleiche Amplituden ihrer beiden Teilstücke, also sowohl oberhalb als
auch unterhalb des gewünschten Gleitweges gleiche Empfangsgüte; jedoch ist die Schärfe
des Weges unterhalb noch größer als die Schärfe oberhalb des Weges (Steilheit des
Anstieges der beiden Kurventeile). Diese Tatsache ist am steileren Anstieg der Seitenbandenergie
zu erkennen.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Gleitweg bei Blindlandesystemen
»weich« zu machen. Der Weg wird damit bis zum Aufsetzpullkt des Flugzeuges nicht
exakt scharf, weil die Bewegungen des Flugzeuges auf Grund von Ävindeffekten und
thermischen Einflüssen nicht eindeutig kontrollierbar sind. Ein scharfer Gleitweg
würde daher eine schnelle Änderung des Zeigers am Indikator in der Nähe des Landeplatzes
verursachen. Der Flugzeugführer könnte diesen schnellen Änderungen weder manuell
noch automatisch folgen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung gestattet eine
dritte Antenne, die über den normalen Antennen eines Nulltypgleitwegsystems angebracht
ist, und zwar in doppelter Höhe der Antenne A", die »Weichmachung« des Gleitweges
unter Berücksichtigung genügender Sicherung, damit das Flugzeug nicht unzul ässigerweise
vom vorgeschriebenen Einfiugweg abweicht. Die Antennen H" und B" der Fig. 5 stellen
die Grundantennenanordnung eines Nulltypgleitwegsystems dar. Die Verbesserung sieht
eine zusätzliche Antenne C" vor, die nur die Seitenbandenergie abstrahlt. Die Antenne
ist doppelt so hoch über dem Erdboden angeordnet wie Antenne A"; Kurve 1 (Fig. 6A)
stellt das Seitenbanddiagramm dar, das normalerweise von der oberen Antenne der
Grundanordnung abgestrahlt wird. Das Diagramm der Antenne C" ist in Kurve 12 dargestellt.
Das horizontale Strahlungsdiagramm der Antenne C" ist so eingestellt, daß es für
den Seitenwinkel Null eine Nullstelle hat und daß seine Strahlungsenergie anwächst,
wenn sich der Seitenwinkel einem Wert von 900 nähert. Das Flugzeug erhält somit
stetig größere »Weichsignale«, wenn es sich dem Landeplatz nähert.
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Kurve 13 der Fig. 6B zeigt das resultierende Strahlungsdiagramm der
Antenne nach Fig. 5, wenn die Größe der Seitenbandenergie, die von Antenne C" abgestrahlt
wird, annähernd gleich der halben Seitenbandenergie, die von A" abgestrahlt wird,
ist. Wie zu sehen ist, ist die Schärfe in unmittelbarer Nähe des Gleitwegwinkels
0, stark reduziert. Wenn jedoch ein Flugzeug in gefahrbringender Weise nach unten
vom Gleitweg, also unter den Winkel 0, abweichen sollte, so ergibt sich auf Grund
des schnellen Anwachsens der Empfangssignalstärke eine schnelle Änderung des Zeigerausschlages
am Indikator. Nimmt die Größe der »weichmacl,enden« Energie 12 von der Antenne C"
im Verhältnis zur Seitenbandenergie der Antenne A" zu, so nimmt die Schärfe in unmittelbarer
Nähe des Gleitwegwinkels ab, wobei gleichzeitig die Steilheit des Gleitwegdiagramms
der Kurve 13 der Fig. 613 größer wird. Durch das Fehlen der Schärfe in unmittelbarer
Nähe des Gleitweges 0, tritt ein gewisses »Weichwerden« auf, da kleine, durch unkontrollierbare
Faktoren hervorgerufene Abweichungen
keine Änderung der Anzeige
verursachen. Da die Steilheit des Strahlungsdiagrammes nach Kurve 13 groß ist, braucht
die gesamte Breite des Gleitweges nicht in gefahrbringender Weise vergrößert zu
werden. Trotzdem wird der gleiche Sicherheitsgrad erreicht, da unterhalb des gewünschten
Gleitweges eine sehr scharfe und rasche Anzeige erfolgt.
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Fig. 7 zeigt eine einfache Anordnung zur Speisung der Antennen nach
Fig. 3 und 5 in Übereinstimmung mit dem Erfindungsgedanken. Von einer gemeinsamen
Quelle 14 gelangt die Trägerfrequenz zu einer Brükkenanordnung 15. Diese Brücke
speist die Übertragungsleitungen 16 und 17 mit gleichen Energiebeträgen, die mit
150 bzw 90 Hz moduliert werden. Die Modulation wird durch kontinuierliche Abstimmungsänderung
zweier Leitungsstücke 18 und 19 erreicht, die mit den Leitungen 16 und 17 gekoppelt
sind. Ein Belastungswiderstand 20 ist an der Brücke, dem Eingang gegenüber, angeschlossen.
Die mit dem Y-Signal modulierte Trägerfrequenz gelangt über die Leitung 16 zu einem
Anschlußpunkt einer zweiten Brücke 21, deren diagonaler Anschlußpunkt von der Leitung
17, die den mit dem Z-Signal modulierten Träger führt, gespeist wird. Die noch freien
Anschlüsse der Brücke werden ihrerseits mit den Antennen A bzw. B verbunden. Zwischen
dem Brückenpunkt, der die Antenne A speist, und der Leitung 17 liegt ein Phasenumkehrglied
22. Dieses Glied hält das Y-Signal von der Leitung 17 fern, und umgekehrt wird durch
dieses Glied erreicht, daß kein Z-Signal die Leitung 16 beaufschlagt. Die an die
Antenne B gelieferte Energie besteht aus der Trägerfrequenz und den beiden durch
die Modulation sich ergebenden Seitenbändern, während die Energie der Antenne A
nur die Seitenbänder enthält. Die ganze bisher beschriebene Schaltung ist an sich
bekannt. Leitung 23 speist nun zusätzlich mit einem Teil der Seitenbandenergie der
Antenne A über einen Amplitudenregler 24 die Antenne C. Diese Amplitudenregelung
ermöglicht die Einstellung der von C abgestrahlten Seitenbandenergie im Verhältnis
zu der der Antenne A. Die Anordnung nach Fig. 7 zeigt eine äußerst einfache Schaltungsausführung.
Zusätzliche Brückenglieder können hinzugeschaltet werden, um jede gegenseitige Beeinflussung
der Antennen C und A untereinander auszuschalten.
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Die Erfindung wurde zwar an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben;
dies stellt jedoch keine Beschränkung ihres Wesens und ihrer Anwendbarkeit dar.