DE1256275B - Harmonischen-Diskriminator fuer Funknavigationsempfaenger - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIs

Deutsche Kl.: 21 a4 - 48/16

Nummer: 1256 275

Aktenzeichen: St 23153IX d/21 a4

Anmeldetag: 30. Dezember 1964

Auslegetag: 14. Dezember 1967

Unter Harmonischen-Diskriminator ist eine Diskriminatoranordnung zu verstehen, deren Eigenart es ist, an ihrem Ausgang eine Harmonische der Grundfrequenz zu liefern, mit der das Eingangssignal frequenz- oder phasenmoduliert ist.

Die Verwendung von Harmonischen-Diskrimmatoren in Funknavigationsempfängern zum Zweck der Feinmessung des Azimuts ist aus der deutschen Patentschrift 1019 356 bekannt, und weitere Anwendungen in Verbindung mit Doppler-Funkfeuern sind vorgeschlagen worden (deutsches Patent 1190 525). Die Arbeitsweise dieser Diskriminatoren beruht auf einer Phasenbestimmung zwischen dem Eingang einer Verzögerungsleitung eingegebenen Signalen und den an der Verzögerungsleitung entstehenden Ausgangssignalen.

Bei der im folgenden beschriebenen Schaltungsanordnung für einen Harmonischen-Diskriminator ist die Anwendung einer Verzögerungsleitung, deren exakter Aufbau bei den benutzten Frequenzen oft Schwierigkeiten bereitet, nicht erforderlich; sie erfüllt mit einer einfacheren Schaltung die gleiche Aufgabe.

Die Erfindung bezieht sich also auf einen Harmonischen-Diskriminator für die mit einem Doppler-Funkfeuer zusammenarbeitende Empfangseinrichtung, bei dem durch eine tatsächliche oder nachgeahmte Kreisbewegung einer Antenne, die mit einem ersten Hochfrequenzträger gespeist wird, eine Frequenzmodulation des in einem fernen Aufpunkt empfangenen Hochfrequenzträgers erreicht wird und bei dem von einer zweiten Antenne ein zweiter, um die Frequenz des empfangsseitig als Hilfsträger benutzten Signals differierender Hochfrequenzträger, der mit einem Grob-Bezugssignal und einer Harmonischen des Grob-Bezugssignals als Fein-Bezugssignal amplitudenmoduliert ist, ausgestrahlt wird, wobei empfangsseitig eine Grob- und Feinmessung des Azimuts durch Phasenvergleich des aus der Frequenzmodulation des Hilfsträgers abgeleiteten Grob-Richtungssignals und des Fein-Richtungssignals mit den entsprechenden, aus der Amplitudenmodulation des zweiten Hochfrequenzträgers abgeleiteten Bezugssignalen vorgenommen wird.

Erfindungsgemäß sind zur Herstellung des dem Fein-Bezugssignal frequenzgleichen Fein-Richtungssignals aus dem Grob-Richtungssignal am Eingang des Harmonischen-Diskriminators, an den der mit dem Grob-Richtungssignal frequenzmodulierte Hilfsträger angelegt wird, zwei Gruppen von parallelgeschalteten Serienresonanzkreisen gelegt, die derart abgestimmt sind, daß die Resonanzspitzen der einen Gruppe in der Mitte zwischen den Resonanzspitzen Harmonischen-Diskriminator
für Funknavigationsempfänger

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,

Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Charles William Earp, Hampstead, London;

Francis Giles Overbury,

Potters Bar, Middlesex (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 3. Januar 1964 (00 349) --

der zweiten Gruppe liegen; dabei ist die frequenzmäßig niedrigste und höchste Abstimmung nach Maßgabe des zu erwartenden Frequenzhubes des Hilfsträgers gewählt; jeder der Gruppen ist dann in an sich bekannter Weise, gegebenenfalls nach Verstärkung, ein Gleichrichter mit nachfolgendem Ladekreis nachgeschaltet, und in ebenso bekannter Weise werden die an den Ladekreisen auftretenden Wechselstromkomponenten summiert, um die Harmonische des Modulationssignals zu bilden.

Die Verwendung von Gleichrichterelementen und deren entsprechende Polung je nach Phase der an den einzelnen Punkten der Schaltung auftretenden Signalspannung ist bekannt, ebenso eine vorhergehende Verstärkung, falls die Signalamplitude zur Steuerung der Gleichrichter nicht ausreicht. Es ist weiterhin bekannnt, die nach der Gleichrichtung entstandenen Signalkomponenten phasenrichtig zu addieren, um nur ein einziges Signal zu erhalten.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen und Figuren in Verbindung mit einem Doppler-Funknavigationsempfänger erläutert.
F i g. 1 stellt einen Teil des Empfängers für ein Doppler-Funkfeuer als Blockdiagramm dar;

F i g. 2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Diskriminators;

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Fig. 3 stellt die Frequenzcharakteristik eines FiI- gibt eine entsprechend höhere Genauigkeit, wenn-

ters, das in der Schaltungsanordnung enthalten ist, gleich die Anzeige mehrdeutig ist. Diese Mehrdeutig-

dar; keit wird aber durch Vergleich mit der Grobanzeige

Fi g. 4 zeigt ein erstes und aufgehoben.

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Har- 5 Es soll zunächst noch in Anlehnung an F i g. 2 be-

monischen-Diskriminators. schrieben werden, wie die Frequenz der beim Funk-

Der in Fig. 1 dargestellte Amplitudendemodula- feuer umlaufenden Antenne sich mit der Zeit eines torl arbeitet als zweiter Gleichrichter eines Emp- Umlaufes ändert. Die Punktet, B, C, D, E, F, B', fängers für ein Doppler-Funkfeuer, wie es etwa in C", D' und E' stellen den Ort der Antenne während der deutschen Patentschrift 1123 000 beschrieben io eines Umlaufes auf dem Kreis dar. Die Antenne worden ist, das jedoch zum Zweck der Feinmessung möge im Uhrzeigersinn umlaufen, und der Empfändes Azimuts zusätzlich ein Bezugssignal einer Har- ger möge in Richtung vom Mittelpunkt O des Kreimonischen (z. B. 150 Hz) der Grundfrequenz (z. B. ses nach dem Punkt A liegen.
30 Hz) ausstrahlt (deutsches Patent 1190 525). Das Wenn der Kreisradius 2,55 Wellenlängen des kombinierte Ausgangssignal des Gleichrichters 1 be- 15 Hochfrequenzträgers beträgt und die Umlaufsteht aus Komponenten von 9960, 30 und 150 Hz, frequenz / = 30 Hz ist, so beträgt der maximal erdie mittels Filtern 2 bzw. 3 bzw. 4 voneinander ge- reichbare Phasenhub des im Empfänger aufgenomtrennt werden. Die 9960-Hz-Spannung vom Filter 2 menen Hochfrequenzträgers
wird einem gewöhnlichen Diskriminator 5 und einem 2 55 · 2 -30 Radians*
Harmonischen-Diskriminator 6 zugeführt. Die Aus- 20 ' '
gangsspannung des 150-Hz-Filters 4 und des Harmo- der maximale Frequenzhub beträgt also
nischen-Diskriminators 6 werden den Eingängen . 0 <-<-, ₀ ,_ιηυ₇_₊ Λοη tr,
eines Phasenkomparator 8, die des 30-Hz-Filters 3

und des Diskriminators 5 den Eingängen eines weite- Der Frequenzhub des Empfangssignals hat also bei

ren Phasenkomparators 9 zugeführt. 25 Stellung A der Funkfeuerantenne sein Maximum, bei

Wie bereits angedeutet, wird der Empfänger, der Stellung F sein Minimum. Den jeweiligen Frequenz-

die soeben beschriebenen Bauteile enthält, in Verbin- hub bei den Zwischenpunkten erhält man durch

dung mit einem Doppler-Funkfeuer verwendet, das Multiplikation des maximalen Frequenzhubes mit

ein Hochfrequenzsignal ausstrahlt, das infolge eines dem Kosinus des Winkels zwischen der jeweiligen

tatsächlichen oder simulierten Umlaufes einer Rund- 30 Stellung der Antenne und dem Durchmesser FOA

Strahlantenne mit konstanter Geschwindigkeit und des Kreises (s. F i g. 2).

mit / Umläufen pro Sekunde mit der Frequenz / fre- Um aus dem frequenzmodulierten Signal

quenzmoduliert ist. (F = 9960 Hz) die 5. Harmonische (150 Hz) der

Vom Funkfeuer wird noch ein zweites, in der Fre- Modulationsfrequenz (/ = 30 Hz) zu erzeugen, entquenz um F Hz von dem ersten Hochfrequenzsignal 35 hält der Harmonischen-Diskriminator 6 eine Filterdifferierendes Hochfrequenzsignal ausgestrahlt, das anordnung mit Resonanzfrequenzen, die den Fremit der Frequenz / Hz amplitudenmoduliert ist. Die- quenzen bei den einzelnen Stellungen A, B, C... ses Modulationssignal ist mit dem Signal der Umlauf- usw. der umlaufenden Antenne entsprechen (F i g. 3). frequenz / synchronisiert bzw. identisch. Wie be- Ein Beispiel für die Schaltungsanordnung des Harkannt, ist die Energie der zweiten Hochfrequenzwelle φο monischen-Diskriminators ist in F i g. 4 gezeichnet, ungefähr neunmal größer als die der ersten, durch Er enthält drei parallelgeschaltete Serienresonanzden Umlauf frequenzmodulierten Hochfrequenzwelle. kreise 11, 12 und 13, bestehend aus je einer Induk-Beide Wellen werden im Empfänger gemeinsam emp- tivität L und einer Kapazität C, weiterhin drei parfangen und bilden am Ausgang des zweiten Gleich- abgeschaltete Serienresonanzkreise 19, 21 und 22. richters 1 eine Schwebung der Frequenz F (9960 Hz), 45 Die Eingänge aller sechs Serienresonanzkreise sind weiterhin bildet sich durch Gleichrichtung der Am- an eine Klemme 14 geführt, die an einen niederplitudenmodulation der zweiten Hochfrequenzwelle ohmigen Ausgang des 9960-Hz-FiIters 2 angeschlosein Signal der Frequenz /. Durch Frequenzdemodu- sen ist. Der zweite Pol (Bezugspunkt) liegt wie üblich lation des Signals der Frequenz F im Diskriminator 5 an Erde. Die Serienresonanzkreise 11, 12, 13 sind erhält man ebenfalls ein Signal der Frequenz /; die 50 auf die Frequenzen 9480 bzw. 9810 bzw. 10350 Hz beiden im Phasenkomparator 9 verglichenen Signale abgestimmt; die Serienresonanzkreise 19, 21, 22 haliefern, wie bekannt, eindeutig den Azimutwinkel. ben ihre Resonanzfrequenzen bei 9570 bzw. 10110

Bei dem hier beschriebenen Beispiel ist, um Korn- bzw. 10440 Hz. Die Ausgänge der Serienresonanz-

patibilität mit dem international eingeführten VOR- kreise 11, 12, 13 bzw. 19, 21, 22, die noch durch

Funkfeuersystem herzustellen, die Frequenz F zu 55 Widerstände 18 bzw. 26 bedämpft sind, führen an

9960 Hz, die Frequenz / zu 30 Hz und der maximal Gleichrichter 15 bzw. 23 und Ladekreise 16... 17

erreichbare Frequenzhub bei dem durch den Umlauf bzw. 24 ... 25. Zu beachten ist, daß die Gleichrich-

frequenzmodulierten Signal zu ±480 Hz gewählt. terl5 und 23 umgekehrt gepolt sind, so daß die an

Zur Erhöhung der Genauigkeit der Azimutbestim- den Ladekreisen 16... 17 und 24... 25 entstehenmung kann der Hochfrequenzträger, der mit dem 60 den Spannungen umgekehrte Polarität haben. An die Bezugssignal / (30 Hz) amplitudenmoduliert ist, zu- Ladekreise 16 ... 17 und 24... 25 sind über Blocksätzlich mit einer Harmonischen, in diesem Beispiel kondensatoren 27 bzw. 28 zwei in Serie geschaltete ist es die 5. Harmonische von 150 Hz, amplituden- Widerstände 29 und 31 angeschlossen; der Verbinmoduliert sein. Im Empfänger wird diese mittels des dungspunkt der beiden Widerstände führt an eine Filters 4 ausgesiebt und mit der mittels des Harmo- 65 Klemme 32, an der gegen Erde die Ausgangsspannischen-Diskriminators 6 hergestellten, hinsichtlich nung des Harmonischen-Diskriminators ansteht,
der Phase richtungsabhängigen Harmonischen von Wenn die Phase des Eingangssignals des Harmo-150Hz im Phasenkomparator 8 verglichen. Das er- nischen-Diskriminators sich zyklisch ändert, durch-

Claims (5)

1. läuft die Frequenz nacheinander und zyklisch alle Werte, auf die die einzelnen Serienresonanzkreise abgestimmt sind. Weil die Gleichrichter 15 und 18 umgekehrt gepolt sind, verursachen die Frequenzdurchgänge durch die Resonanzfrequenzen der Serienresonanzkreise abwechselnd positive und negative Stromstöße, deren Summe — an der Klemme 32 anstehend — eine Wechselspannung ist, deren Frequenz fünfmal so hoch ist wie die Frequenz der Phasenmodulation des Eingangssignals. Die Kreisgute der Serienresonanzkreise, d. h. die Größe der Dämpfungswiderstände 18 und 26 wird experimentell ermittelt, und zwar unter dem Gesichtspunkt geringster Verzerrung des Ausgangssignals.
2. In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Harmonischen-Diskriminators gezeigt, bei dem in jeden Zweig ein einstufiger Transistorverstärker eingeschaltet ist. Drei parallelgeschaltete Serienresonanzkreise 41, 42, 43, mit einem Widerstand 56 entsprechend bedämpft, führen einerseits an eine ao Eingangsklemme 44, andererseits über einen Koppelkondensator 45 an die Basis eines Transistors 46. Die Serienresonanzkreise 41, 42, 43 sind auf die Frequenzen 9480 bzw. 9810 bzw. 10 350 Hz abgestimmt. Die Eingangsklemme 44 wird an einen niederohmigen Ausgang (etwa 10 Ohm) der Signalquelle gelegt; der andere Pol der Signalquelle liegt an Erde. Der richtige Wert des Dämpfungswiderstandes liegt bei etwa 20 Ohm.
3. Der Kollektor des Transistors 46 ist über einen Arbeitswiderstand 47 mit dem negativen Pol 48 einer Spannungsquelle verbunden; ihr positiver Pol liegt an Erde. Die Basis des Transistors 46 erhält über einen aus den Widerständen 52 und 53 bestehenden Spannungsteiler, der zwischen dem negativen Pol 48 und Erde geschaltet ist, eine feste Vorspannung. Der Emitter des Transistors 46 ist über Widerstände 49 und 50, von denen der Widerstand 50 durch einen Kondensator 51 überbrückt ist, an Erde geführt. Die verstärkte Spannung am Kollektor wird über einen Koppelkondensator 55 einem Gleichrichter 54 zugeführt.
4. Der zweite Zweig der Schaltung ist dem ersten völlig gleich aufgebaut; und die einzelnen Bauteile erfüllen die gleiche Funktion wie im ersten Zweig; hinter die entsprechenden Bezugszahlen ist nur der Buchstabe A gesetzt. Die parallelgeschalteten Serienresonanzkreise 41A, 42 A, 43 A sind auf die Frequenzen 9570 bzw. 10110 bzw. 10440Hz abgestimmt, und der Gleichrichter 54 A ist umgekehrt gepolt wie der Gleichrichter 54. Die an den Gleichrichtern 54 und 54 A gegen Erde anstehenden Spannungen werden über Entkopplungswiderstände 57 bzw. 57 A einem gemeinsamen Ladekreis 61, 59 zugeführt, an dessen Klemmen 62 und 63 (Erde) die
5. 5. Harmonische der Modulationsfrequenz des Eingangssignals abgenommen werden kann.

   Patentanspruch:

   Harmonischen-Diskriminator für die mit einem Doppler-Funkfeuer zusammenarbeitende Empfangseinrichtung, bei dem durch eine tatsächliche oder nachgeahmte Kreisbewegung einer Antenne, die mit einem ersten Hochfrequenzträger gespeist wird, eine Frequenzmodulation des in einem fernen Aufpunkt empfangenen Hochfrequenzträgers erreicht wird und bei dem von einer zweiten Antenne ein zweiter, um die Frequenz des empfangsseitig als Hilfsträger benutzten Signals differierender Hochfrequenzträger, der mit einem Grob-Bezugssignal und einer Harmonischen des Grob-Bezugssignals als Fein-Bezugssignal amplitudenmoduliert ist, ausgestrahlt wird, wobei empfangsseitig eine Grob- und Feinmessung des Azimuts durch Phasenvergleich des aus der Frequenzmodulation des Hilfsträgers abgeleiteten Grob-Richtungssignals und des Fein-Richtungssignals mit den entsprechenden, aus der Amplitudenmodulation des zweiten Hochfrequenzträgers abgeleiteten Bezugssignalen vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des dem Fein-Bezugssignal frequenzgleichen Fein-Richtungssignals aus dem Grob-Richtungssignal am Eingang des Harmonischen-Diskriminators, an den der mit dem Grob-Richtungssignal frequenzmodulierte Hilfsträger angelegt wird, zwei Gruppen von parallelgeschalteten Serienresonanzkreisen liegen, die derart abgestimmt sind, daß die Resonanzspitzen der einen Gruppe in der Mitte zwischen den Resonanzspitzen der zweiten Gruppe liegen, wobei die frequenzmäßig niedrigste und höchste Abstimmung nach Maßgabe des zu erwartenden Frequenzhubes des Hilfsträgers gewählt ist, daß in an sich bekannter Weise jeder der Gruppen, gegebenenfalls nach Verstärkung, ein Gleichrichter mit nachfolgendem Ladekreis nachgeschaltet ist, und daß in ebenso bekannter Weise die an den Ladekreisen auftretenden Wechselstromkomponenten zur Bildung der Harmonischen des Modulationssignals des Hilfsträgers summiert werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Britische Patentschrift Nr. 412 904;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 413 913, 2 694 143,
   961 613.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   709 7DS/13B 12.67 © Bundesdruckerei Berlin