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Über einen vorgegebenen Frequenzbereich abstimmbare drahtlose Sende-Empfangs-Station
Die Erfindung betrifft eine Sende-Empfangs-Station für ein Nachrichtenübertragungssystem,
bei welchem die Sende- und Empfangsfrequenzen über den ganzen Abstimmbereich um
einen festen, bestimmten Betrag voneinander verschieden sind. Dies ist bei Sende-Empfangs-Stationen,
in welchen ein Sender und ein Empfänger den gleichen Standort haben, allgemein üblich.
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Um den Aufwand für die Abstimmittel niedrig zu halten, ist es für
solche Anlagen bekannt, die Zwischenfrequenz des Empfängers - der ja ohnehin in
aller Regel ein überlagerungsempfänger sein wird -gleich dem Frequenzabstand zwischen
Sende- und Empfangsfrequenz zu wählen. Damit kann die überlagerungsfrequenz unmittelbar
vom Senderoszillator oder aus einer Subharmonischen der Sendefrequenz hergeleitet
werden. Die Abstimmung einer Station auf die gewünschte Gegenstelle erfolgt somit
dadurch, daß der Empfänger auf maximale Empfangsamplitude der Sendefrequenz der
Gegenstation abgestimmt wird, wodurch infolge der Verkopplung seiner überlagerungsfrequenz
mit der eigenen Sendefrequenz letztere gleichzeitig abgestimmt wird.
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Die Empfangsamplitude ist aber nun nicht nur eine Funktion der Abstimmung,
sondern auch z. B. der Schwunderscheinungen. Sie ist daher kein eindeutiges Abstimmkriterium
und für eine etwa erwünschte oder notwendige manuelle oder automatische Abstimmregelung
während des Betriebes insofern nachteilig, als es zu unnötigen Wobbelungen kommen
kann. Man kann bei diesen bekannten Anlagen mithin nicht darauf verzichten, die
Empfänger-Abstimmittel und die Sender-Abstimmittel mit solch guter Konstanz auszubilden,
daß sie nach einmaliger anfänglicher Einstellung den Betrieb während dessen gesamter
Dauer ohne Nachstimmung und Regelung einwandfrei garantieren. Dies aber bedeutet
für den Sender einen hohen Aufwand.
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Es gibt aber auch Anlagen dieser Art, bei denen der Bedienungsmann
von manueller und geistiger Arbeit bei der Abstimmung weitgehend entlastet sein
sollte, indem die Abstimmung einfach auf Grund der Eichung des Gerätes, vorzugsweise
mittels Rasterstellungen, erfolgt.
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Ein typisches Beispiel für diese Aufgabe ist die Bordausrüstung der
unter der Bezeichnung »TACAN« bekanntgewordenen Funknavigationsanlage. In dieser
Anlage arbeitet die Bordausrüstung eines Flugzeuges mit einer Bodenstation, einem
Funkfeuer, zusammen, um die Peilung und den Abstand des Flugzeuges bezüglich der
Bodenstation zu ermitteln, mit welcher das Flugzeug in Verbindung steht. Zur Gewinnung
der Peilinformation werden von der Bodenstation Impulse ausgestrahlt und vom Flugzeug
empfangen. Diese Impulse werden an der Bodenstation dadurch amplitudenmoduliert,
daß die Antennenanlage gedreht wird, so daß sich die Phase der Modulationseinhüllenden
in Abhängigkeit von der Richtung des Flugzeuges bezüglich der Bodenstation ändert.
Zur Messung des Abstandes werden Abfrageimpulse vom Flugzeug an die Bodenstation
ausgesandt, welche die Impulse empfängt und an das Flugzeug zurücksendet, wobei
diese Antwortimpulse gewöhnlich mit den Peilinformationsimpulsen verschachtelt sind.
Die Übertragungszeit der Abfrageimpulse vom Flugzeug zur Bodenstation und zurück
zum Flugzeug dient zur Bestimmung des Abstandes des Flugzeuges von der Bodenstation.
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In der vorstehend beschriebenen Anlage ist der Flugzeugempfänger auf
eine Bodenstation abgestimmt, und zwar gewöhnlich auf die am nächsten gelegene Station.
Ferner ist der Sender abzustimmen, um eine Übertragung zur ausgewählten Bodenstation
vorzunehmen. Jeder Bodenstation ist nämlich ein anderes Paar von Frequenzen zugeteilt,
wobei die beiden Frequenzen des Paares, nämlich die Sendefrequenz und Empfangsfrequenz
der Bodenstation, unter sich einen vorgegebenen Frequenzabstand aufweisen, welcher
beispielsweise 63 MHz beträgt. Die Sende- und Empfangsfrequenz der Bordausrüstung
müssen den gleichen Frequenzabstand (63 MHz) aufweisen. Der
Sender
sowie der Empfänger des Flugzeuges sind so ausgebildet, daß sie auf verschiedene
Frequenzen innerhalb eines vorgegebenen Bereiches abgestimmt werden können, um der
Reihe nach mit verschiedenen Bodenstationen in Verbindung treten zu können.
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Die Abstimmittel für den Empfänger können verhältnismäßig einfach
und billig sein und aus Kristallen mit verschiedenen Schwingfrequenzen bestehen,
welche nach Bedarf in den Oszillator für die Mischstufe eingeschaltet werden. Dagegen
ist die Abstimmeinrichtung des Senders bedeutend komplizierter und daher kostspielig,
weil gewöhnlich mehrere Stufen, Kristalloszillatoren, Frequenzvervielfacher und
Leistungsverstärker vorhanden sind. Eine solche Sendeausrüstung ist für Privatflugzeuge
zu teuer, und es ist eine einfachere Sendeausrüstung, wie z. B. ein selbsterregter
Oszillator, vorzuziehen, wenn ein geeignetes Mittel vorgesehen wird, welches gestattet,
den Sender genau bezüglich der ausgewählten Empfangsfrequenz abzustimmen, so daß
zwischen der Sendefrequenz und der Empfangsfrequenz der verlangte Frequenzabstand
vorhanden ist.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer
Sende-Empfangs-Anlage, welche auf verschiedene Frequenzen innerhalb eines gegebenen
Bereiches abstimmbar ist und welche die Einstellung der richtigen Frequenzdifferenz
zwischen der Sende- und Empfangsfrequenz bei irgendeiner ausgewählten Frequenz im
genannten Bereich gestattet.
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Die Anlage soll außerdem verhältnismäßig billig hergestellt werden
können.
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Die Erfindung bezieht sich also auf eine über einen vorgegebenen Frequenzbereich
abstimmbare drahtlose Sende-Empfangs-Station mit überlagerungsempfangsteil für ein
Nachrichtenübertragungssystem, bei dem die Sende- und Empfangsfrequenzen aller Stationen
jeweils den gleichen Frequenzabstand voneinander haben.
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Einfache und sichere Abstimmung ist bei relativ geringem Aufwand in
den Abstimmitteln gemäß der Erfindung dadurch ermöglicht, daß die Zwischenfrequenz
des Empfangsteiles gleich der Hälfte des Frequenzabstandes zwischen Sende- und Empfangsfrequenz
ist, daß der vom überlagerungsoszillator unabhängig abstimmbare Sender zumindest
zum Zwecke seiner Abstimmung mit Impulsen moduliert ist und daß eine Koinzidenzschaltung
vorgesehen ist, welcher die den Sender tastenden Impulse sowie die vom Sender abgegebenen
kohärenten Hochfrequenzimpulse nach deren Aufnahme, ausreichender Dämpfung, vorzugsweise
in einem auf die Empfangsfrequenz abgestimmten Vorselektionskreis, überlagerung,
Zwischenfrequenzselektion und Demodulation im Empfangsteil zugeführt werden und
deren Ausgangsamplituden das Kriterium für die Abstimmung des Senders auf die Spiegelfrequenz
des Empfängers darstellen.
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Da der Sender auf den eigenen Empfänger abgestimmt wird, genügt es,
daß die Empfänger-Abstimmmittel für einwandfreien und sicheren Betrieb ausreichend
frequenzkonstant sind und ausreichend genau geeicht sind. Diese Forderung ist aber,
wie schon festgestellt, relativ leicht zu erfüllen, jedenfalls erheblich leichter,
als es im Falle des Senders wäre.
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Für eine Wechselsprechanlage, bei der mit der gleichen Frequenz gesendet
und empfangen wird, ist es bereits bekannt, den Sender unter Ausnutzung des Zwischenfrequenzteiles
des Empfängers auf diesen abzustimmen. Jedoch gibt es dabei natürlicherweise keinen
Frequenzabstand zwischen Sende- und Empfangsfrequenz und nicht die Möglichkeit des
Gegensprechens. Auch erfolgt die Abstimmung nicht mit der Sendefrequenz aufmodulierten
Impulsen und des weiteren nicht in der hier beschriebenen Weise, die die Beeeinfiussung
der Senderabstimmung durch Störsignale ausschließt.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
und mit Hilfe der Zeichnung, welche das Blockschema einer Sende-Empfangs-Anlage
einer TACAN-Bordausrüstung sowie einige Bodenstationen zeigt, näher erläutert.
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Bei der praktischen Ausführung der Erfindung wird zweckmäßigerweise
wie folgt vorgegangen: Die Zwischenfrequenz wird so gewählt, daß die Senderfrequenz
den richtigen Abstand von der Empfängerfrequenz aufweist, wenn. der eigene Sender
auf die Spiegelfrequenz des Empfängers abgestimmt ist. Zunächst wird der Empfänger
durch Einstellen des Oszillators für die Mischstufe auf die gewünschte Bodenstation
abgestimmt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man an den Oszillator
den gewünschten Kristall anschaltet. Der Sender wird mit Impulsen moduliert, die
in einem unstabilen Impulsgenerator des Flugzeuges erzeugt werden und sich von anderen
Impulsen durch den Impulsabstand unterscheiden lassen. Sender und Empfänger arbeiten
an einer gemeinsamen Antenne, und daher ist der eigene Sender auch mit dem Empfängereingang
verbunden. Der eigene Sender wird kontinuierlich abgestimmt, bis er sich auf der
Spiegelfrequenz des Empfängers befindet. Die Anlage ist so ausgelegt, daß wenn der
Sender auf die Spiegelfrequenz des Empfängers abgestimmt ist, die Impulse des Senders
durch den Empfänger an eine Koinzidenzröhre gelangen, und zwar gleichzeitig mit
den entsprechenden Impulsen von dem genannten Impulsgenerator. Die Koinzidenz der
direkt angelegten Impulse und der vom Empfängerausgang herrührenden Impulse hat
zur Folge, daß die Koinzidenzröhre ein Ausgangssignal liefert, welches eine Anzeigevorrichtung
betätigt, welche anzeigt, daß der Sender auf die Spiegelfrequenz abgestimmt ist.
Die Koinzidenzröhre dient dazu, zu verhindern, daß äußere Impulse, wie sie beispielsweise
von der Bodenstation ausgesandt werden könnten, eine falsche Anzeige liefern, aus
der geschlossen werden könnte, daß der Sender richtig abgestimmt ist.
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Die Zeichnung zeigt nun eine Sende-Empfangs-Anlage 1 für ein Flugzeug,
welche so ausgebildet ist, daß sie mit irgendeiner Bodenstation einer Anzahl von
Bodenstationen 2, 3, 4 usw. in Verbindung treten kann. Jede der Bodenstationen 2,
3, 4 usw. weist eine unterschiedliche Sendefrequenz Fo, Ft, F2 usw. auf und empfängt
auf einer Frequenz, welche von der entsprechenden Sendefrequenz um einen vorgegebenen
Betrag abweicht, wie z. B. -I- 63 MHz. Die Station 2 sendet somit auf der Frequenz
F0 und empfängt auf der Frequenz F, -?- 63 MHz, die Station 3 sendet mit der Frequenz
Ft und empfängt bei der Frequenz F, -f- 63 MHz, und die Station 4 sendet bei der
Frequenz F2 und empfängt auf der Frequenz F, -I- 63 MHz, usw. Von jeder der Bodenstationen
werden kontinuierlich Impulse abgestrahlt. Diese Impulse werden durch eine rotierende
Antennenanlage der Bodenstation amplitudenmoduliert, so daß sich die Phase der Modulationseinhüllenden
entsprechend
der Richtung des Flugzeuges bezüglich der Bodenstation ändert. Die Bodenstationen
dienen außerdem als Antwortstationen, welche Impulse beim Empfang von Abfrageimpulsen
ausstrahlen, welche vom Flugzeugsender herrühren.
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Die Bordausrüstung des Flugzeuges enthält einen Überlagerungsempfänger
5, einen Sender 6 und einen Zusatzteil?, welcher eine Anzeige liefert, wenn der
Sender bezüglich der Empfangsfrequenz auf die richtige Frequenz abgestimmt ist.
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Der Sender 6 und der Empfänger 5 sind mit einer gemeinsamen Antenne
8 und so auch miteinander gekoppelt. Der Empfänger enthält nach Bedarf eine Vorselektion
9 in der Form eines abstimmbaren Bandpaßfilters, welches aus abgestimmten Resonanzhohlräumen
bestehen kann. Der Vorselektionskreis 9 ist mit einem Mischer 10 gekoppelt, welchem
von einem kristallgesteuerten Oszillator 11 über die Leitung 12 die Schwingungen
zugeführt werden. Der kristallgesteuerte Oszillator 11 kann als Abstimmittel eine
Anzahl frequenzbestimmender Quarze mit verschiedenen Eigenfrequenzen aufweisen.
Diese Quarze werden in die Oszillatorschaltung eingeschaltet, um die verschiedenen
Frequenzen auszuwählen. Die Abstimmung des Vorselektionskreises 9 kann mit dem Frequenzumschalter
des Oszillators mechanisch gekuppelt sein, um dessen Abstimmung entsprechend zu
verändern. Das Ausgangssignal des Mischers 10 ist über eine oder mehrere Stufen
eines Zwischenfrequenzverstärkers 13, welche zusammen ein enges Band mit steilen
Flanken erzeugen, zu einem Frequenzdiskriminator 14 geführt. Das Ausgangssignal
dieses Diskriminators ist ein Impuls.
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Der Zwischenfrequenzverstärker und der Frequenzdiskriminator sind
auf eine Frequenz abgestimmt, welche gleich der Hälfte der Frequenzdifferenz ist,
welche zwischen der Sendefrequenz und der Empfangsfrequenz eingehalten werden soll.
Wenn daher z. B. die Differenzfrequenz zwischen der Empfangsfrequenz und der Senderfrequenz
63 MHz beträgt, so ist die Zwischenfrequenz die Hälfte dieser Frequenz, d. h. 31,5
MHz. In Übereinstimmung mit dieser Tatsache wird der Oszillator auf eine Frequenz
abgestimmt, die sich von der ankommenden Frequenz um die Größe der Zwischenfrequenz,
d. h. um 31,5 MHz unterscheidet, so daß bei einer Empfängerfrequenz F die Frequenz
des Oszillators F ± 31,5 MHz ist. Man erkennt, daß in diesem Beispiel die Spiegelfrequenz
des Empfängers gleich F -I- 63 MHz, d. h. die Frequenz ist, bei welcher der eigene
Sender den richtigen Frequenzabstand vom Empfänger aufweist.
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Das Ausgangssignal der Stufe 14 wird einem geeigneten Verbraucher
15 zugeführt, welcher für die vorliegende Erfindung nicht von Belang ist. Außerdem
wird das genannte Signal einer Koinzidenzstufe 16 im Ausrüstungsteil ? zugeführt.
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Die Koinzidenzstufe 16 wird außerdem direkt über die Leitung 18 mit
Impulsen aus dem Impulsgenerator 19 gespeist, dessen Impulse über die Leitung 20
auch den Sender tasten. Dieser Sender kann z. B. aus einem selbsterregten Oszillator
21 bestehen, welcher über eine gewissen Frequenzbereich abgestimmt werden kann.
Das Ausgangssignal des Senderoszillators 21 gelangt an die gemeinsame Antenne 8
und an den Empfänger 5. Der Impulsgenerator 19 ist vorzugsweise ein unstabiler Generator,
wie z. B. ein Sperrschwinger, so daß der Abstand der Ausgangsimpulse eine gewisse
Unregelmäßigkeit aufweist, so daß die durch diesen Generator erzeugten Impulse von
anderen Impulsen gut unterschieden werden können. Dadurch wird die Koinzidenzstufe
in die Lage versetzt, diese Impulse von äußeren Impulsen zu unterscheiden, wie z.
B. von den von der Bodenstation ausgesandten Impulsen, wie dies an Hand der Beschreibung
der Arbeitsweise der Anlage noch besser verständlich wird.
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Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Anlage ist die folgende:
Es wird vorausgesetzt, daß eine Verbindung mit der Bodenstation 2 aufgenommen werden
soll, deren Sendefrequenz F, und deren Empfängerfrequenz Fo -f- 63 MHz ist. Der
Empfänger 5 wird durch Einschaltung des richtigen Steuerquarzes in den Oszillatorkreis
so abgestimmt, daß er Schwingungen mit einer Frequenz von F, -I- 31,5 MHz erzeugt.
Gleichzeitig wird der Vorselektionskreis abgestimmt und der Empfänger auf die gewünschte
Empfangsfrequenz F, eingestellt. Es ist nun nötig, den Senderoszillator 21 auf die
Frequenz F, -f- 63 MHz einzustellen. Das geschieht dadurch, daß die Abstimmung des
Oszillators 21 verändert wird, welcher durch den Impulsgenerator 19 moduliert wird.
Wenn der Oszillator 21 auf die Frequenz Fo -i- 63 MHz abgestimmt ist, werden die
mit dieser Frequenz durch den Oszillator 21 abgegebenen Impulse von dem auf die
Frequenz F, abgestimmten Vorselektionskreis mit einer genügend großen Dämpfung durchgelassen,
um eine Überlastung des Mischers und der nachfolgenden Stufen des Zwischenfrequenzverstärkers
13 zu verhindern. Die Impulse mit der Frequenz Fo -I- 63 MHz werden mit den Schwingungen
von Fo -f- 31,5 MHz des Oszillators gemischt, und die Differenzfrequenz von 31,5
MHz wird ausgewählt und an den Zwischenfrequenzverstärker 13 gegeben und schließlich
im Diskriminator 14 demoduliert. Diese Impulse gelangen über die Leitung 17 an die
Koinzidenzschaltung 16. Gleichzeitig werden die Impulse des Generators 19 an die
Koinzidenzschaltung 16 angelegt, und da die über die Leitungen 17 und 18 zugeführten
Impulse die gleiche Zeitlage aufweisen, koinzidieren sie in der Schaltung 16, so
daß ein Ausgangssignal entsteht, welches im Verstärker 22 integriert und dann an
eine Anzeigevorrichtung 23 angelegt werden kann, welche anzeigt, ob der Sender auf
die richtige Frequenz abgestimmt ist. Die Vorrichtung 23 kann ein Voltmeter, wie
z. B. ein. Brücken-Röhrenvoltmeter sein, welches einen Maximalausschlag anzeigt,
wenn der Sender genau auf die Spiegelfrequenz des Empfängers abgestimmt ist. Die
Koinzidenzschaltung 16 verhindert, daß die Anzeigevorrichtung 23 eine falsche Anzeige
von Impulsen liefert, welche von der Antenne 8 aufgenommen werden können, und zwar
von der Bodenstation 2. Da die mittels der Antenne 8 von der Bodenstation 2 aufgenommenen
Impulse nicht das gleiche Bild der Impulsabstände aufweisen wie die vom Generator
19 erzeugten Impulse, können sie nicht eine genügende Anzahl von Koinzidenzen in
der Schaltung 16 erzeugen, welche zu einer falschen Anzeige durch die Vorrichtung
23 führen würde. Weiter können die Antwortimpulse, die durch die Bodenstation 2
in Beantwortung der vom Oszillator ausgesandten Abfrageimpulse abgestrahlt werden,
die Schaltung 16 nicht beeinflussen, da sie eine Laufzeit von der Antenne 8 zur
Bodenstation 2 und zurück zur Antenne 8 aufweisen. Dazu kommt noch die in der Apparatur
der Bodenstation auftretende Verzögerung. Somit können nur die vom Senderoszillator
21
direkt zum Empfänger übertragenen Impulse durch die Koinzidenzschaltung
16 gelangen und die Anzeigevorrichtung 23 betätigen, und dies auch nur dann, wenn
der Oszillator 21 auf die Spiegelfrequenz des Empfängers abgestimmt ist.
In allen anderen Fällen werden die Impulse durch den Empfänger gesperrt. Wenn bei
der Abstimmung der Oszillator die Spiegelfrequenz erreicht, liefert die Vorrichtung
23 eine entsprechende Anzeige. Der Sender kann, wie vorstehend beschrieben, von
Hand abgestimmt werden. Selbstverständlich kann an Stelle der manuellen eine automatische
Abstimmung treten, wobei dann eine Servosteuerung zu verwenden wäre, welche durch
das Ausgangssignal der Koinzidenzschaltung 16 gesteuert wird.
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Die Erfindung wurde zwar an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
Dies stellt jedoch keine Beschränkung ihres Wesens im Sinne der Erfindung dar.