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Verfahren zum Senden und Empfangen nachrichtengebender Hochfrequenzschwingungen
unter Verwendung von Gruppen von räumlich verteilten Sendern
Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Senden und Empfangen von Signalen und Nachrichten, die als Dauer-
oder Tastzeichen von Sendern ausgestrahlt und von Empfängern, die sich innerhalb
der Reichweite dieser Sender befinden, aufgenommen werden.
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Die von Funknachrichten- und Funknavigationsdiensten zu benutzenden
Frequenzbänder werden ihnen durch internationale Vereinbarungen zugeteilt. im Zuge
der technischenEntwicklung kommen zu den bestehenden immer neue Funkdienste hinzu,
welche in diesen Frequenzbändern untergebracht werden müssen. Daraus ergibt sich
die Aufgabe, diese Frequenzbänder so zu unterteilen, daß auf ihnen eine möglichst
große Zahl von Funkdiensten ohne gegenseitige $törung abgewickelt werden kann. Diesem
Ziel dient die im folgenden beschriebene Erfindung.
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Sie wird an Hand der Seefunkfeuerorganisation erläutert, läßt sich
aber mit gleichem Nutzen auch für andere Funkdienste einsetzen, bei denen eine Nachrichtenübertragung
im Ai - oder wd2-Betrieb in Betracht kommt. Der A I-Betrieb besteht in der Signal-
oder Nachrichtenübermittlung mittels un-
modulierter Wellen und
wird vielfach auch als tonlose Telegraphie bezeichnet. Ihm steht gegenüber der auch
tönendeTelegraphie genannteA 2-Betrieb, bei welchem die Signal- oder Nachrichtenübermittlung
mittels tonmodulierter Wellen erfolgt.
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Seefunkfeuer oder Funkbaken werden längs Küsten und Fahrstraßen aufgestellt
und dienen Schiffen, die mit Bordfunkpeilern mit Drehrahmen oder Goniometer ausgerüstet
sind, zur Ortsbestimmung mittels der sogenannten Funkeigenpeilung.
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Dieses Ortungsverfahren, das Fahrzeit ersparen hilft und die Schiffe
in Seenot sichert, hat sich seit seiner Einführung vor etwa 30 Jahren als unentbehrlich
erwiesen und kann auch durch andere in der Zwischenzeit bekanntgewordene Funknavigationsverfahren
nicht ersetzt werden. Daher wird von Seefahrtkreisen die Erweiterung des Funkfeuernetzes
gefordert. Die Sender, von denen vom navigatorischen Standpunkt nur verlangt wird,
daß die Wellenausbreitung nach allen Richtungen geradlinig erfolgt, arbeiten dauernd,
zumindest aber in Zeiten schlechter Sicht. Ein besonderer Vorteil der Funkeigenpeilung
ist der geringe technische Aufwand an Bord des Fahrzeuges.
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Gemäß Vereinbarung zwischen den Seezeichenverwaltungen wurde für
die Seefunkfeuer zunächst ein Frequenzband von 22,5 kHz Breite zwischen 285 und
307,5 kHz freigegeben, das in zwei Grenzkanäle von je 3,75 kHz und fünf Mittelkanäle
von je 3 kHz Breite unterteilt wurde. Bis 1931 wurden im west- und nordeuropäischen
Raum etwa 250 Funkfeuer eingesetzt. Dies waren tonmodulierte Sender der Betriebsart
A2/70... 100, d. h., die Trägerschwingung wurde mit einem Modulationsgrad von 70
bis 100 O/o moduliert. Als Modulationsfrequenz wurden sechs Töne aus dem Bereich
von 335 bis 600 Hz mit einem Frequenzabstand von ii O/a gewählt; nur einigen Funkfeuern
wurden für eine Übergangszeit höhere Tonfrequenzen freigegeben. Zur Erhöhung der
Einsatzdichte und Störungsfreiheit faßte man nach Möglichkeit je drei Funkfeuer,
die mit gleicher Welle und gleichem Ton nacheinander senden, zu einer Gruppe zusammen
und wählte diese Gruppen so, daß die Schiffe auf den Hauptfahrstraßen die Funkortung
ohne Wellenwechsel durchführen konnten. Die Frequenzkonstanz sollte 0,I O/o für
die Trägerwelle und I O/o für die Tonfrequenz nicht unterschreiten.
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Im Jahre I937 empfand man erstmalig die Störungsfreiheit in der beschriebenen
Funkfeuerorganisation als unzureichend und erweiterte das ihr zugewiesene Frequenzband
auf 30 kHz zwischen 285 und 3I5 kHz, in dem jetzt statt 250 schon 400 Seefunkfeuer
betrieben werden müssen. Um den Klagen über ungenügende Störungsfreiheit Rechnung
zu tragen, unterteilte man im Jahre 1951 dieses Frequenzband in vierzehn Kanäle,
erhöhte die Frequenzkonstanz der Trägerschwingung auf 2 - I0-4 und faßte in den
Gruppen, die nacheinander mit gleicher Welle und gleichem Ton senden, je sechs Funkfeuer
zusammen. Für 388 Funkfeuer wurde die tönend modulierte SendeartA 2170... 100 beibehalten.
Ihnen stehen elf Hochfrequenzkanäle von je 2,3 kHz Breite zur Verfügung. In den
einzelnen Kanälen arbeiten siebenundzwanzig bis zweiundvierzig Funkfeuer, davon
zehn bis fünfundzwanzig gleichzeitig und bis zu fünf Funkfeuer mit den gleichen
Tönen. Es werden elf Töne mit etwa I20/o: Frequenzunterschied aus dem Bereich von
354 bis Io52 Hz verwendet. Diese Funkfeuer haben Seereichweiten von 10 bis zoo sm
(Seemeilen), vorwiegend 50 sm. In einem weiteren I,5 kHz breiten Hochfrequenzkanal
sind vierzehn 2/70... I00-Funkfeuer sowie drei A 1 -Funkfeuer eingesetzt, weitere
drei A I-Funkfeuer in einem I kHz breiten Hochfrequenzkanai, und schließlich ist
ein vierzehnter Hochfrequenzkanal von I kHz Breite einem siebenten AI-Funkfeuer
und Versuchsaufgaben vorbehalten.
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Für die Aufnahme der HI-Funkfeuer wurden Empfänger empfohlen, deren
Frequenzdurchlaßkurven eine Bandbreite von 0,4 bis o,8kHz bei 6 db Dämpfung bzw.
eine Bandbreite von weniger als 2 kHz bei 30 db Dämpfung aufweisen. Dies erfordert
die Ausrüstung der Fahrzeuge mit neuen, hochwertigeren Empfängern in Superheterodyneschaltung
mit teuren Kristallfiltern sowie sehr großer Ablesegenauigkeit und Frequenzkonstanz.
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Fahrzeugen, die keinen Empfänger dieser Güte besitzen, wird die Verwendung
eines Tonfilters für etwa I000 Hz mit einer Bandbreite von etwa iooHz bei' 6 db
Dämpfung bzw. von weniger als 400 Hz Bandbreite bei 20 db Dämpfung empfohlen, weil
die 24I-Funkfeuer keinen charakteristischen Ton haben und durch überlagerung sich
beliebige Schwebungstöne einstellen lassen. Die Tonfilter haben den großen Nachteil,
daß das Röhren- und das atmosphärische Rauschen sowie jede andere Störung den Eigenton
des Filters erhält, der gleich dem Peilton ist. Um letzteren dennoch unterscheiden
zu können; muß beim Hörempfang die Nutzspannung am Tonfilter etwa achtmal so groß
sein wie die Störspannung, während ohne Tonfilter das Rauschen tonlos ist und man
den Peilton selbst dann noch heraushören kann, wenn die tonfrequente Peilspannung
nur ein Viertel der Rauschspannung beträgt. Ein schmales Tonfilter erschwert daher
die Peiltätigkeit, vermindert die Peilgüte (durch Verbreiterung des Peilminimums)
und kann daher nicht als befriedigende Lösung der gestellten Aufgabe angesehen werden.
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Die schon im Jahre I939 erkannten Mängel der Betriebsart A 2/70 .100
und des vorhin gekennzeichneten A i-Betriebes führten zu dem Vorschlag, die Sendeart
A 2/0, d. h. =42-Betrieb mit unterdrücktem Träger und symmetrischer Lage der Seitenbandfrequenzen
zur Mitte des Hochfrequenzkanals, anzuwenden. Diese Empfehlung wurde jedoch von
der internationalen Seezeichenkonferenz im Jahre I95I nicht angenommen, weil der
Bau solcher Zweibandsender einen zu großen Aufwand erfordert.
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Diese Darstellung zeigt, daß weder die Betriebsart A2/70... 100 noch
die Betriebsart A 1 mit freier Wahl der Schwebungsfrequenz oder mit Tonfilter bei
der gegebenen Einsatzdichte der Funk-
feuer eine genügende Störungsfreiheit
gewährleistet. Dabei ist zu beachten, daß außer den Funkfeuern des west- und nordeuropäischen
Raumes weitere Funkfeuer in den südeuropäischen, nordafrikanischen und anderen Seegebieten
in demselben Frequenzband von 30 kHz Breite arbeiten. Es sei in diesem Zusammenhang
erwähnt, daß auch die Impulspeilung keinen Eingang gefunden hat, weil sie einen
großen Geräteaufwand an Bord und viele sehr breite Hochfrequenzkanäle erfordert.
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Die vorhin erwähnten Nachteile und Unzulänglichkeiten werden vermieden
bei einem Verfahren zum Senden und Empfangen nachrichtengebender Hochfrequenzschwingungen
unter Verwendung von Gruppen räumlich verteilter Sender - insbesondere Navigations
funkfeuer -, welche die Schwingungen in unterscheidbarer Weise innerhalb eines Frequenzbandes
in möglichst vielen empfangsseitig noch einwandfrei zu trennenden Kanälen ausstrahlen,
und von Empfängern, die sich innerhalb der Reichweite dieser Sender befinden, und
zwar bestehen die Merkmale dieses Verfahrens gemäß der Erfindung darin, daß bei
Verwendung nur solche Sender, die dauernd oder in einem Zeichenrhythmus unmodulierte
Hochfrequenzschwingungen ausstrahlen, die Empfänger mit einem tlberlagerungsoszillator
betrieben werden, dessen in der Frequenz stabilisierte - vorzugsweise in der Amplitude
regelbare - Schwingung wahlweise auf eine den einzelnen Sendergruppen zugeordnete,
sich von den betreffenden Senderfrequenzen um charakteristische Tonfrequenzen unterscheidende
Kanalfrequenz einstellbar ist, und daß der Frequenzabstand und die Frequenzkonstanz
der Sender sowie -die Stabilisierung der Empfangsüberlagererfrequenzen derart aufeinander
abgestimmt werden, daß die einzelnen Sender empfangsseitig noch einwandfrei zu trennen
sind. Für diese Betriebsart wird im folgenden die Kurzbezeichnung »optimaler A Betrieb«
benutzt.
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Dieses Verfahren gewährleistet einer Funknachr richten- oder Navigationsorganisation
bei großer Einsatzdichte von Sendern in einem vorgeschriebenen Frequenzband die
größtmögliche Störungsfreiheit dadurch, daß einerseits jeder Sender nur eine Schwingung
mit einer einzigen Frequenz ausstrahlt, deren Feldstärke nicht größer zu sein braucht
als die Feldstärke des Tonseitenbandes eines im 242-Betrieb arbeitenden Senders,
wobei eine hohe Genauigkeit und Konstanz der Senderfrequenz die empfangsseitige.
Trennung der einzelnen Senderschwingungen erleichtert und sicherstellt, und daß
andererseits durch den jedem Empfänger, auch Peilempfänger, zugeordneten Oszillator
hoher Treffgenauigkeit und Frequenzkonstanz, der eine Schwingung der jeweils gewählten
Kanalfrequenz erzeugt, eine eindeutige Erkennbarkeit der einzelnen Sender durch
den ihnen zugeordneten kennzeichnenden Ton gesichert wird.
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Beim Empfang tonloser Telegraphie (AI-Betrieb) ist die Stabilisierung
der Frequenz des überlagerers, dessen Schwingungen zusammen mit den auf eine Zwischenfrequenz
umgesetzten Empfangsschwingungen die tonfrequenten Signale liefern, mit Hilfe piezoelektrischer
Kristalle bereits bekannt, und die Unterbringung möglichst vieler im A I-Betrieb
arbeitender Sender innerhalb eines zur Verfügung stehenden Frequenzbandes ist ein
verständlocher Wunsch der Fachwelt; seine bestmögliche Verwirklichung ist jedoch
nur auf Grund besonderer Überlegungen möglich, auf denen die hier beschriebene Erfindung
beruht.
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Das gekennzeichnete Verfahren vereinigt in sich die Vorzüge des 1
- -und des 242-Betrilebes und ist beiden überlegen, was durch den im folgenden durchgeführten
Vergleich verdeutlicht wird. -Um zu erkennen, welche Beftiebsaft J.ie beste ist,
werden folgende Größen ermittelt tmd miteinander verglichen: der Leistungsaufwand
der Sender bei gleicher Empfangs- bzw. Peilleistung, die Störungen mit gleicher
Welle und gleicht Ton und die durch die Trennbarkeit der verschiedenen Töne und
Frequenzkanäle bestimmte Vergleichszahl der in einem gegebenen Frequenzbereich unterzubringenden
Sender. Die Bezeichnung »Vergleichszahl« wird deshalb gewählt, weil in einem außerhalb
der Reichweite einer Sendergruppe liegenden geographischen Gebiet natürlich die
gleiche Frequenzbelegung wiederholt werden kann.
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Die Empfangs- undPeilleistung jeder Betriebsart ist durch die im
Emr;.nger verstärkte Amplitude der tonbestimmenden Senderfrequenz gegeben; unter
Peilleistung wird in diesem Zusammenhang die Breite des Empfangsminimums bei einem
Drehrahmen- oder Goniometerpeiler verstanden, während die Empfangsleistung durch
die Reichweite gekennzeichnet wird. Dabei wird aber vorausgesetzt, daß zur Demodulation
eine hinreichend große Trägerfrequenzamplitude vorhanden ist, die entweder im A2-Betrieb
vom Sender als Träger ausgestrahlt oder beim A Betrieb im Empfänger zugesetzt wird.
Der Empfang wird im ungestörten Senderfeld auf das günstigste Verhältnis der Nutzspannung
zur Rauschspannung eingestellt. Beim A 2-Empfang kann mit oder ohne Überlagerung
gearbeitet werden. Da aber mit Überlagerung der Modulationston des Senders durch
einen Überlagerungston beliebig wählbarer Frequenz übedeckt wird, befaßt sich der
im folgenden durchgeführte Vergleich der Betriebsarten nur mit dem A 2-Empfang ohne
Überlagerung.
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Beim A2/70... Ioo-Betrieb, d. h. bei Verwendung eines zu 70 bis 100
0/o mit einer Tonfrequenz modulierten Senders, empfängt und verstärkt man zweckmäßig
und üblicherweise nur den Träger und das eine Seitenband, während das andere Seitenband
durch die Selektionsmittel (Schwingkreise und Bandfilter) des Empfängers abgeschnitten
wird.
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Die Feldstärke des Trägers verhält sich zu der der Seitenbänder bei
70°/oiger Modulation wie I :o,35 und bei Ioo°/oiger Modulation wie I :o,5; Für gleiche
Nutzleistung im Empfänger kann man daher beim A2/Ioo-Betrieb die Trägerfeldstärke
um etwa 30 °/o kleiner wählen als beim 242/70-Betrieb, was jedoch im praktischen
Betrieb unberücksichtigt bleiben kann.
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Beim A2/o-Betrieb, d. h. bei Unterdrückung des Trägers, werden nur
die beiden Seitenbandfrequenzen empfangen und verstärkt. Bei gleicher Nutzleistung
kann man die Feldstärke dieser beiden Frequenzen entweder so bemessen wie beim A
2/70-Betrieb, d. h. im Verhältnis I: :0,35, oder man kann sie gleich groß wählen,
also etwa 0,74 :0,74.
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Beim A -Betri"o vird nur eine einzige Frequenz ausgestrahlt und empfangen,
und im Empfänger wird eine Hilfsfrequenz (Uberlagerungsschwingung) zugesetzt, wobei
der Abstand zwischen der Senderfrequenz und der Hilfsfrequenz den Überlagerungston
bestimmt. Die größte Lautstärke ergibt sich schon beimAmplitudenverhältnis von etwa
4: 1 zwischen der Hilfsfrequenzspannung und der empfangen Schwingung. Man kann die
Hilfsfrequenz mit dem Träger und die Entpfangsschwingrrig mit dem einen Seitenwand
einer Az/50-Sendung (Modulationsgrad 500/0;) vergleichen und braucht zur Erzielung
der gleichen Nutzleistung der 24I-Sendefrequenz nur etwa ein Viertel derjenigen.
Feldstärke zuzuordnen, welche der Träger beim A2/70... oo--Betrieb haben muß. Der
Leistungsaufwand der Sender verhält sich somit für gleiche Empfangs- und Peilleistung
bei den Betriebsarten A2 und A I etwa wie 16 : 1.
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Wird eine der genannten Sendearten durch die gleiche Sendeart gestört,
wobei im ungünstigsten Fall Nutz- und Störwelle sowie Nutz- und Störton die gleiche
Frequenz haben, dann muß am Empfängerausgang die Störspannungsamplitude kleiner
als I00/o der Nutzspannungsamplitude sein. Beim Funknachrichtendienst erfordert
dies ein Verhältnis der Nutz- zur Störfeldstärke von wenigstens In: 1.
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Bei der in der Seefahrt auch heute noch allgemein iiblichen Minimumpeilung
rechnet man an der Grenze der Nennreichweite der Funkfeuer mit einer Minimumbreite
von 40. Ordnet man der Nutzfeldstärke am Peilort den Wert I zu und geht man von
einem doppeikreisförmigen Peildiagramm aus, so hat die Peilspa;nnung an der Grenze
des Minimumbereiches den Vergleichwert sih 20 =0,035. Bei gleicher Störwelle und
gleichem Störton muß daher das Verhältnis zwischen Nutz- und Störfeldstärke gleich
oder besser sein als I: :0,0035. Mit zunehmendem Frequenzunterschied zwischen Nutz-
und Störton, bzw. zwischen Nutz- und Störwelle läßt das Trenuvermögen des Ohres
und des Empfängers schnell ansteigende Störfeldstärken zu, so daß vor allem das
Stören mit gleicher Welle und gleichem Ton tunlichst zu vermeiden ist. Die besten
Voraussetzungen hierfür bietet der optimale A Betrieb.
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Als Seefunkfeuer werden aber seit I95I sowohl A2/70... ioo-Sender
als auch A I-Sender in der Weise eingesetzt, daß die Trägerschwingungen der A2-Sender
ebenso wie die Schwingungen der A I-Sender in der Mitte des betreffenden Hochfrequenzkanals
liegen und zur Erzielung gleicher Störfestigkeit gleich große Amplituden haben,
so daß den Betriebsarten AI und A2 die gleiche Senderleistung zugeordnet werden
mußte. Setzt man hingegen wie beim optimalen >4I-Betrieb die A 1-Schwingung seitlich
zur Kanalmitte ein, so darf man ihr, wie schon bei der Betrachtung des Nutzleistungsbedarfs
ausgeführt wurde, eine Feldstärke zuordnen, die nur der eines Seitenbandes beim
A i5o-Beftieb entspricht. Damit verringert sich selbst bei Störung durch einen A
2-Sender der Feldstärkebedarf auf ein Viertel und der Leistungsbedarf auf ein Sechzehntel
im Vergleich mit dem 22Betrieb bei gleicher Störfestigkeit.
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Es soll nun für verschiedene Sendebetriebsarten betrachtet werden,
wie benachbarte Kenntonfrequenzen und Hochfrequenzkanäle einander stören und sich
voneinander trennen lassen. Daraus ergeben sich dann Anhaltspunkte, wieviel Tonfrequenzen
sich einem Hochfrequenzkanal zuordnen lassen.
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Dabei spielt die Trennkraft des menschlichen Ohres eine wichtige
Rolle, d. h. das Vermögen des menschlichen Hörorgans, Töne verschiedener Frequenz
voneinander zu unterscheiden. Sie ist am größten für Halboktaven und am kleinsten
für Schwebungen des Kenntones sowie für ganze Oktaven, welche das Ohr praktisch
nicht zu unterscheiden vermag. Es ist daher ratsam, die Kenntöne einem Frequenzbereich
zu entnehmen, der weniger als eine volle Oktave umfaßt. Es sei in diesem Zusammenhang
bemerkt, daß auch ein frequenzanzeigender Kathodenstrahloszillograph keine größere
Trennkraft als das menschliche Ohr aufweist, dafür aber die Auswertung schwer zu
deutender Schirmbilder voraussetzt.
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Die Sendet A2/70... 100 ergibt das in Abb. 1 dargesfellte Frequenzspektrum.
Längs derAbszissenachse sind die Frequenzen f und längs der Ordinatenachse die Amplituden
der betreffenden Schwingungen aufgetragen. Der in der Mitte des Hochfrequenzkanals
HFK eingesetzte Träger ist mit I und seine Seitenbandfrequenzen, die von ihm einen
Frequenzabstand von 600 Hz haben mögen, sind mit 2 und 3 bezeichnet. Es wird vorausgesetzt,
daß Seitenbänder höherer Ordnung nicht auftreten, also der Sender verzerrungsfrei
mit einem Sinuston von 600 Hz moduliert wird. Es sei nun angenommen, daß ein Störsender
dieselbe Trägerfrequenz 4 hat und mit einem Sinuston von 540 Hz moduliert wird,
so daß er die Seitenbandfrequenzen 5, 6 ausstrahlt.
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Ferner sei unterstellt, daß die Konstanz der Trägerfrequenz nach den
geltenden Bestimmungen 2 IO-4 betrage. Dies gibt für eine Trägerfrequenz von 300
kHz eine zugelassene Frequenz schwankung von + 60 Hz. Im ungünstigsten Fall könnten
somit die beiden als gleich angenommenen Trägerfrequenzen um 120 Hz auseinanderlaufen,
und dasselbe gilt auch bezüglich der nicht von demselben. Sender herrührenden Seitenbandfrequenzen.
Im Empfänger entstehen demnach außer dem gewünschten Kennton von 6oo Hz (zwischen
dem Träger I undden Seitenbandfrequenzen 2 bzw. 3) Störtöne, die sich je nach Einstellung
der Frequenzdurchlaßkurve des Empfängers auf Durchgang der Trägerfrequenz und der
auf einer Seite derselben vorhandenen Seitenbandfrequenzen oder beider Seitenbandfrequenzen
auf ein mehr oder weniger breites Frequenzspektrum verteilen. Bei Interferenzen
in der Gegend um OHz
treten .die sehr stark störenden Phasen- und
Frequenzschwebungen auf.
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Für die Betriebsart A2/70... I00 wählte man nach der geltenden Norm
elf Töne mit einem Frequenzunterschied von etwa I2 O/o, die im Bereich von 354 bis
Io52 Hz liegen. Berücksichtigt man die Trennkraft des menschlichen Ohres, so findet
man, daß hiervon nur sieben Töne, beispielsweise 395 bis 752 Hz, als wirksam zu
betrachten sind, während andere infolge gleichzeitig auftretender Störtöne nicht
mehr klar unterschieden werden können. Berücksichtigt man aber außerdem noch, daß
die dem gewünschten Kennton von beispielsweise 600 Hz frequenzbenachbarten Nebentöne
von etwa 540 und 660 dz durch die zugelassenen Frequenzschwankungen des Trägers
um + 60 Hz wenigstens zeitweilig überdeckt werden, so erscheinen sogar nur vier
von den elf Tönen brauchbar. Selbst wenn man die Frequenzkonstanz auf den Wert I
io-5 erhöht, so daß eine Hochfrequenz von 300 kHz nur noch um + 3 Hz schwankt, kann
man in einer um 5'ovo verkleinerten Oktave nur sieben Kenntöne mit einem Frequenzabstand
von rund I0°/o und einer Trennkraft vpn etwa 7 db gegenüber dem Nebenton unterbringen.
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Für die Betriebsart A 2/0 verwendet man entweder tönend modulierte
Sender mit unterdrücktem Träger, die mit der halben Frequenz des zugewiesenen Kenntones
moduliert werden, oder zwei AI-Sender, deren Frequenzabstand gleich dem Kennton
ist. Setzt man diese beiden Senderfrequenzen unsymmetrisch zur Mitte des zugewiesenen
Hochfrequenzkanals ein, d. h. legt man die eine Frequenz genau in die Kanalmitte
und die andere Sendefrequenz um einen Frequenzbetrag, der gleich dem Kennton ist,
daneben, so hat man dieselben Verhältnisse wie beim Empfang des Trägers und nur
eines Seitenbandes beim A2/70... 100-Betrieb, die im vorhergehenden Absatz erläutert
wurden Setzt man hingegen die beiden Sendefrequenzen symmetrisch in den Hochfrequenzkanal,
wie Abb. 2 es verdeutlicht, und nimmt man eine Konstanz der Hochfrequenzschwingung
von I I05 entsprechend + 3 Hz sowie eine Tonfrequenzkonstanz von o,I O/o entsprechend
etwa + o,6 Hz an, so ergeben sich günstigere Verhältnisse. Die beiden Sollfrequenzen
7, 8 mögen einen Frequenzabstand von 600 Hz haben, während die beiden Sendefrequenzen
9, 10 des Störsenders 540 Hz voneinander entfernt sind.
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Durch Interferenz zwischen den Schwingungen 7, 8 entsteht der gewünschte
Kennton von 600 l 3,6 Hz.
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Außerdem bilden sich Störtöne. Dabei treten keine langsamen Frequenz--
und Phasenschwankungen in der Gegend um OHz auf. Da aber die Störtöne, welche durch
Interfeienz zwischen den Schwingungen 7 und 10 einerseits und den Schwingungen 8
und g andererseits gebildet werden, sich von dem Kennton von 600 Hz nur um 5 0/o
unterscheiden, muß man den Frequenzabstand zwischen den einzelnen Kenntönen mit
wenigstens 10 01o bemessen, so daß man in einer um 501o verminderten Oktave praktisch
wieder nur sieben Kenntöne unterbringen kann. Daran würde sich auch dann nichts
ändern, wenn man die Konstanz der Hochfrequenzschwingung von I I05 auf I I066 erhöhte.
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Nun soll der Gegenstand der Erfindung betrachtet werden. Die Lage
der Schwingungen im Hochfrequenzkanal HFK ist aus Abb. 3 ersichtlich.
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Dort ist II die vom Sender ausgestrahlte einzige Schwingung, I2 die
Schwingung des im Empfänger vorhandenen Überlagerers und I3 die Schwingung eines
Störsenders. Der Frequenzabstand zwischen ii und I2 beträgt 600 Hz (gewünschter
Kennton), und der Frequenzabstand zwischen 12 und I3 sei 540 Hz. Die Frequenzkonstanz
der Sendeschwingungen II, I3 wird mit I 10-6 + 0,3 Hz angenommen, was sich unschwer
verwirklichen läßt.
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Dagegen wird vom Überlagerer (Schwingung 12) nur eine Frequenzkonstanz
von I 6o-5 = + 3 Hz (bezogen auf eine Hochfrequenzschwingung von 300 kHz) verlangt,
die sich ebenso leicht darstellen läßt. Man erhält durch Interferenz zwischen den
Schwingungen II und I2 den Kennton von 600 + 3,3 Hz und außerdem die Störtöne.
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Man kann leicht ausrechnen, daß auch in diesem Falle keine langsamen
Frequenzschwankungen in der Gegend von 0 Hz auftreten. Ferner kann man feststellen,
daß kein Störton zustande kommt, der sich von dem Kennton nur um 5 Ole unterscheidet.
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Man ist somit in der Lage, innerhalb einer um 5 °/o verminderten Oktave
dreizehn Kenntöne mit einem Frequenzabstand von 5 O/o bei einer Trennkraft von 7
db gegenüber dem Nebenton unterzubringen.
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Man sieht, daß der Gegenstand der Erfindung allen übrigen Betriebsarten
auch in dieser Hinsicht überlegen ist. Eine weitere Erhöhung der Frequenzkonstanz
hingegen, die an sich möglich wäre, aber einen größeren technischen Aufwand erforderte,
brächte keinen Vorteil mehr, da man mit der Trennkraft des menschlichen Ohres als
gegebene Naturgröße zu rechnen hat und aus diesem Grund auch dann nicht mehr Kenntöne
innerhalb einer Oktave vorsehen könnte.
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Störtöne, die unterhalb oder oberhalb der gewählten Kenntonreihe
liegen und von denen erstere von Senderschwingungen desselben Hochfrequenzkanals,
letztere durch Senderschwingungen des frequenzbenachbarten Hochfrequenzkanals erzeugt
werden, können durch einen Niederfrequenzband paß abgeschnitten werden. Hierdurch
wird das Ohr entlastet, ohne daß die Peiltätigkeit erschwert oder die Peilgüte verringert
wird, da ein Niederfrequenzbandpaß das Röhren- und Atmosphärenrauschen nicht verändert.
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Für Schreibempfänger, Sichtpeiler und direkt anzeigende Peiler aller
Art, bei denen die Trennkraft des menschlichen Ohres nicht wirksam ist, kann eine
der festgelegten Tonreihe entsprechende Anzahl von Tonfiltern vorgesehen werden,
die auf je eine kennzeichnende Tonfrequenz abgestimmt oder abstimmbar sind.
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Wie eingangs erwähnt, steht für den gesamten Funkfeuerdienst ein
Frequenzband von 30 kHz zur Verfügung. Dieses Frequenzband gilt es in möglichst
viele Hochfrequenzkanäle zu unterteilen, in-
innerhalb welcher,
wie in den vorangehenden Darlegungen ausgeführt, eine möglichst große Zahl von Funkfeuern
mit verschiedenen Kennfrequenzen untergebracht werden soll. Für die empfangsseitige
Trennung der einzelnen Hochfrequenzkanäle sind neben der Frequenzkonstanz der Sender
die Trenneigenschaften der Empfänger maßgebend.
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Zwischen den Hochfrequenzkanälen ist außerdem noch die Trennkraft
des menschlichen Ohres .wirksam. Sie wird nach dem niedrigsten Störton bemessen,
der sich aus den Interferenzen der Sendefrequenzen benachbarter Hochfrequenzkanäle
ergibt.
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Vergleicht man den Gegenstand der Erfindung mit den anderen Betriebsarten
in bezug auf die Einsatzmögiichkeiten von Funkfeuern in einem Frequenzband von 30
kHz Breite, so findet man auf Grund einfacher Rechnungen je nach der Trennschärfe
der Peilempfänger und der Frequenzkonstanz der Funkfeuer für die Betriebsart A .......
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100 die Vergleichszahlen 52 bis 9I, für den A 2/0-Betrieb die Vergleichszahl
I40, für den bekannten A Betrieb die Vergleichszahlen 30 bis 50 und für den optimalen
A I-Betrieb gemäß der Erfindung die Vergleichszahlen 260 bis 390. Daraus ergibt
sich überzeugend die Überlegenheit des Gegenstandes der Erfindung auch hinsichtlich
der Zahl der unterzubringenden Sender bei bestmöglicher Störungsfreiheit in einer
Funknachrichten- oder Navigationsorganisation, . nachdem bereits nachgewiesen worden.
ist, daß der Gegenstand der Erfindung auch den geringsten Feldstärkebedarf aufweist.
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Die senderseitige Frequenzgenauigkeit von 1 10-6 läßt sich bei Funkfeuern
durch Quarzsteuerung leicht einhalten. Sender, die nicht auf eine besfimmte Welle
und einen bestimmten Ton festgelegt werden, z. B. im Nachrichtendienst der See-
und Luftfahrt, kann man auch mit einer in der Frequenz regelbaren Steuerstufe hoher
Frequenzgenauigkeit ausrüsten, die ähnlich oder gleich aufgebaut sein kann wie der
weiter unten behandelte Überlagerungsschwingungserzeuger des Empfängers.
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Wie sich aus einer einfachen Überlegung ergibt, vermindert sich die
Breite der Hochfrequenzkanäle und erhöht sich die Anzahl der in einem bestimmten
Frequenzbereich unterzubringenden Hochfrequenzkanäle und Einsatzmöglichkeiten für
Sender mit abnehmender Frequenz der Kenntonreihe. Damit kann man allerdings nicht
beliebig weit heruntergehen, da tiefe Töne vom Ohr schlechter aufgenommer und getrennt
werden können als höhere Töne. Die Tonreihe von 305 bis 580 Hz erscheint als ein
annehmbarer Mittelweg zwischen guter Hörbarkeit und möglichst kleinerKanalbreite.
Man kann jedoch den durch Wahl einer Tonreihe niedriger Frequenz eröffneten Weg
zur Vergrößerung der Einsatzmöglichkeiten von Sendern vor allem dann beschreiten,
wenn die Empfänger mit einer Einrichtung zur Verdopplung oder Vervielfachung der
Tonfrequenz ausgestattet werden. Für die Funkeigenpeilüng ist die Möglichkeit hierzu
gegeben, wenn man an Stelle der Minimumpeilung die an sich bekannte Flimmerpeilung
benutzt, bei der innerhalb der Nenureichweite der Funkfeuer die miteinander zu vergleichenden
Spannungen weit oberhalb des Röhren- und Atmosphärenrauschens liegen.
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Für den in Verbindung mit dem Gegenstand der Erfindung zu benutzendenEmpfänger
wurde weiter oben die Forderung aufgestellt, daß die Frequenz des Überlagerers wahlweise
auf die jedem Hochfrequenzkanal zugeteilte Frequenz mit einer Treffgenauigkeit und
Konstanz von etwa I05 eingestellt werden kann. Es wird vorgeschlagen, zu diesem
Zweck in dem Überlagerer eine Schwingung veränderbarer Frequenz zu erzeugen und
eine mit dem Abstimmittel verbundene Skala mit Eichstrichen oder Rasten für verschiedene
Hochfrequenzkanalfrequenzen zu versehen.
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Der einfachste Fall der Erzeugung der Überlagerungsschwingung besteht
in der Verwendung eines Röhrenoszillators, dessen frequenzbestimmender abstlmmbarer
Schwingungskreis in einem Behälter mit konstant gehaltener Innentemperatur unterzubringen
ist, falls die Außentemperatur um mehr als etwa + 100 C schwankt. Für den der bestehenden
Funkfeuerorganisation zugewiesenen Frequenzbereich muß die Frequenz des Uberlagerers
zwischen 285 und 315 kHz veränderbar sein.
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Die Überprüfung der Skaleneichung kann in an sich bekannter Weise
dadurch ermöglicht werden, daß außerdem noch ein quarzgesteuerter Oszillator für
eine feste Frequenz von beispielsweise 300 kHz vorgesehen wird, mit dessen Schwingung,
die eine Frequenzgenauigkeit von etwa Io-5 aufweist, die von dem stetig abstimmbaren
Schwingungserzeuger gelieferte Schwingung bei dem betreffenden Skaleneichpunkt,
im Beispielsfalle 300 kHz, verglichen bzw. in Frequenzübereinstimmung gebracht wird.
Eine solche Anordnung gewährleistet eine ausreichende Genauigkeit der Ausgangsfrequenz
auf etwa 3 Hz und genügt für einfache Ansprüche. Die Kanalfrequenz ist dabei ~frei
wählbar und wird nach einer Skala eingestellt.
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Abb. 4 zeigt in einem Blockschaltbild einen Röhrenoszillator G mit
abstimmbarem, vorzugsweise thermisch stabilisiertem Schwingungskreis, dessen Frequenz
durch Mitnahmesteuerung von einer Oberschwingung eines Stimmgabelgenerators St bestimmt
wird. Die Stimmgabelschwingung hat eine Frequenzgenauigkeit von etwa I I0-. Diese
Schwingung wird in einem nachgeschalteten nichtlinearen Verzerrungsglied Z so verzerrt,
daß sie ganzzahlige Oberschwingungen enthält, und ebenso wie die Ausgangsschwingung
des Röhrenoszillators G in an sich bekannter Weise einer Phasenbrücke Ph zugeführt,
die eine Gleichspannung liefert, welche der Phasenabweichung der Oszillatorschwingung
gegenüber der in den Mitziehbereich fallenden Stimmgabeloberschwingung nach Größe
und Vorzeichen entspricht. Diese Gleichspannung wird einer Blindwiderstandsröhre
Bl zugeführt und ändert deren Blindwiderstand, welcher dem frequenzbestimmenden
Schwingungskreis des Röhren aszillators G parallel geschaltet ist, in solcher Weise,
daß
eine etwa auftretende Phasen- oder Frequenzabweichung zu Null gemacht wird. Die
Skala der Abstimmeinrichtung eines solchen Röhrenoszillators G kann klein und raumsparend
sein, weil es hierbei nicht auf eine große Ablesegenauigkeit ankommt. Im übrigen
wird eine Feinabstimmung durch Ablesung des Spannungsmessers V ermöglicht, der die
von der Phasenbrücke Ph abgegebene Gleichspannung anzeigt. Letztere erreicht denWert
Null, sobald der Röhrenoszillator G genau auf eine Oberschwingung der Stimmgabelfrequenz
abgestimmt ist. Die Verwendung der beschriebenen Schaltung setzt voraus, daß die
Hochfrequenzkanäle gleich große Frequenz abstände voneinander haben und die Überlagerungsfrequenzen
mit einer Oberwelle der Stimmgabelschwingung übereinstimmen. Falls andere Hochfrequenzkanalabstände
genormt werden sollten, braucht nur die Stimmgabel gegen eine andere ausgetauscht
zu werden.
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Die in Abb. 5 dargestellte Schaltung hat etwa dieselbe Frequenzgenauigkeit
wie die der Abb. 4, erlaubt jedoch die freie Wahl der Ausgangsfrequenz mit der Einschränkung,
daß auch hier die Hochfrequenzkanäle gleiche Frequenz abstände haben müssen. Der
Mitnahmebereich umfaßt in diesem Falle etwa 200 Hz. Dies wird dadurch erreicht,
daß das Anbinden der Frequenz der Röhrenoszillatorschwingung an eine Oberschwingung
des Stimmgabelgenerators St nicht durch eine Phasenbrücke, sondern durch einen Diskriminator
D erfolgt. In dieser Schaltung, in welcher die Bedeutung der Bezugszeichen im übrigen
dieselbe ist wie in Abb. 4, gibt das Verzerrungsglied Z die oberwellenhaltige Stimmgabelschwingung
an einen im Gleichlauf mit dem Röhrenoszillator G abgestimmten Schwingungskreis
K ab, der eine in seinen Frequenzdurchlaßbereich fallende Oberschwingung durchläßt
und einer Mischstufe M zuführt, in der die Differenzfrequenz zwischen ihr und der
Schwingung des Röhrenoszillators G gebildet wird. Diese Differenzfrequenz gelangt
über ein Bandfilter F zum Frequenzdiskriminator D, der ähnlich wie die Phasenbrücke
Ph von Abb. 4 eine Regelgleichspannung abgibt, welche einer Blindröhre Bl zugeführt
wird und die Oszillatorschwingung so beeinflußt, daß sie einen festen Frequenzunterschied
gegenüber der vom Schwingungskreis K ausgesiebten Stimmgabeloberschwingung einhält.