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Schaltung zur Herstellung der Striche einer Frequenzskala in Ionogrammaufnahmeeinrichtungen
Die ausgedehnte Verwendung der hochfrequenten Signale (Rundfunk, TV, UKW), ferner die in der letzteren Zeit in den Vordergrund tretenden geophysikalischen Untersuchungen, schliesslich die Untersuchung der zur Erde gelangenden kosmischen Strahlen haben eine fortwährende Untersuchung der höhenmässigen und räumlichen Lage und sonstiger Eigenschaften der Ionosphäre notwendig gemacht.
Die Kennzeichen der Ionosphäre pflegt man im sogenannten Ionogramm aufzuzeichnen. Das ist ein Diagramm (Fig. 1), dessen Abszisse die Frequenz und dessen Ordinate die Zeitspanne angibt, nach deren Ablauf die mit der betreffenden Frequenz senkrecht nach oben ausgestrahlte elektrische Schwingung von der Ionosphäre reflektiert auf die Erdoberfläche zurückkommt.
Die Untersuchung der Ionosphäre erfolgt mit der hochfrequenten Impulsmethode. Die zu diesem Zweck dienende Einrichtung besteht aus drei Hauptteilen : Sender, Empfänger und Indikator. Der Sender strahlt kurzzeitige hochfrequente Impulse aus, die nach der Reflexion an der Ionosphäre durch den Empfänger aufgenommen werden. Durch Messung der zwischen Aussendung des Impulses und Empfang des reflektierten Signals verstrichenen Zeit lässt sich die Höhenlage der Schicht, also ihr Abstand von der Erdoberfläche bestimmen.
DieSendereinrichtung, die einen bekannten und auf diesem Gebiet allgemein verwendeten Aufbau aufweist, strahlt 50 oder 100 Mikrosekunden lang dauernde hochfrequente Impulse aus, beispielsweise fünfzig Impulse je Sekunde, in der Weise, dass während der etwa Halbminutendauer der Messung die ausgestrahlte Frequenz von 1 MHz allmählich bis 20 MHz steigt.
Diese veränderliche Frequenz wird durch Mischung eines Signals von 30 MHz konstanter Frequenz und eines allmählich sich ändernden Signals von 31 bis 50 MHz hergestellt. Das erstgenannte Signal wird durch Summierung eines nacheinander zweifach verdoppelten Signals von der Frequenz 28, 6 MHz eines Quarzkristalls von der Eigenfrequenz 7, 15 MHz und des Signals eines impulsgesteuerten Oszillators von der Frequenz 1, 4 MHz erhalten.
Die sich so ergebende, zwischen 1 und 20 MHz allmählich veränderliche, impulsgesteuerte Hochfrequenz wird im Gegentakt verstärkt und vertikal über ein Breitbandantennensystem ausgestrahlt.
Im Empfänger wird dem von der Ionosphärenschicht reflektierten Signal das Signal des Oszillators veränderlicher Frequenz zugemischt und die erhaltene Zwischenfrequenz von 30 MHz weiterverstärkt.
Des weiteren wird dazu eine Frequenz von 28, 6 MHz zugemischt und so eine Zwischenfrequenz von 1, 4 MHz erhalten, die nach weiterer Verstärkung demoduliert wird. Darauf werden sowohl die ausgesandtensignale als auch die mit dem Empfänger aufgenommenen reflektierten Signale dem Strahlsteuer- gitter einer Kathodenstrahlröhre aufgedrückt, wobei auf das Höhenablenkungsglied der Kathodenstrahlröhre eine proportional mit der Zeit ansteigende Sägezahnspannung und auf ihr Seitenablenkungsglied eine zur Frequenz proportionale Gleichspannung gegeben wird.
So zeichnet der Kathodenstrahl auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre ein Diagramm auf, dessen waagrechte Achse die Frequenz f und dessen vertikale Achse den Abstand h, d. h. die Zeit angibt. Der Zeitpunkt Null, d. h. der Zeitpunkt der Impulssendung, liegt auf der Achse f des Diagramms und wird von einem durch Einwirkung des Senderimpulses erzeugten Leuchtpunkt angezeigt. Oberhalb des Sendersignals
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ist in einem der Fortpflanzungsdauer entsprechenden Abstand der reflektierte Impuls ersichtlich, u. zw. gleichfalls in der Form eines Leuchtpunktes, der zum Ionogramm gehört.
Im Verlauf der Aufeinanderfolge der ausgesandten Impulse ändert sich die Frequenz und der Kathodenstrahl verschiebt sich während seiner vertikalen Verschiebung auch horizontal, u. zw. proportional zur Frequenz. Auf der lange nachleuchtenden Kathodenstrahlröhre erscheint dabei das lonogramm.
Für die Ablesung der Angaben des Ionogramms ist nun eine Skala erforderlich, mit deren Hilfe die zu
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können. Die Höhenmarken sind auf dem Ionogramm in der Form von parallelen, waagrechten Linien ersichtlich, die z. B. Abständen von je 100 km entsprechen.
In Fig. 1 ist die Frequenzskala s unterhalb der dem Zeitpunkt 0 entsprechenden Achse f in der Form von kurzen vertikalen Strichen ersichtlich. Diese Striche erscheinen je 100 kHz in geringerer Länge und bei jeder ganzen Zahl von MHz in grösserer Länge. Bei den bekannten Einrichtungen wurden die Skalenstriche beispielsweise so hergestellt, dass sie auf den Schirm projiziert wurden.
Die Erfindung betrifft demgegenüber eine Schaltung für Ionogrammempfangseinrichtungen, bei welcher die Striche der Frequenzskala durch den das Ionogramm aufzeichnenden Kathodenstrahl selbst aufgetragen werden.
Die Schaltung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Strahlsteuerkanal, der mit einer Schwebungsfrequenz gespeist wird, die sich aus der gegenseitigen Einwirkung der Oberwellen eines Generators konstanter Frequenz und der Schwingungen eines Oszillators veränderlicher Frequenz ergibt, wobei der Strahlsteuerkanal aus zwei parallelen Hilfskanälen besteht, von denen jeder ein tonfrequentes Tiefpassfilter, einen Verstärker, einen Gleichrichter, ein RC-Filterglied und einen mit Gleichstrom aus dem letzteren gesteuerten Fensterstromkreis enthält, über welchen der aus dem Impulsgenerator der Einrichtung erhaltene Signalimpuls bei Erreichung der den Skalenstrichen entsprechenden Frequenzen zur Intensitätssteuerelektrode der das Ionogramm aufzeichnenden Kathodenstrahlröhre gelangt.
Die Herstellung der Frequenzskala erfolgt nach der Erfindung in folgender Weise :
Es wird dafür gesorgt, dass der von unten nach oben sich verschiebende Kathodenstrahl, der die Achse f des Ionogramms (Fig. 1) in dem durch den Senderimpuls bestimmten Zeitpunkt Null verlässt, von einer tiefer liegenden Achse t aus losgeht. Wenn man die zum Zurücklegen der Strecke zwischen den Achsen t und f nötige Zeit auf zwei Teile aufteilt und während eines dieser Zeitabstände bzw. während beider auf das Gitter der Kathodenstrahlröhre einen den Kathodenstrahl eintastenden Impuls aufdrückt, u. zw. jeweils dann, wenn die Frequenz des Senderimpulses ein ganzzahliges Mehrfaches von 100 kHz bzw. 1 MHz beträgt, so kommt auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre bzw. auf Lichtbildaufnahmen die allgemein verbreitete dekadische Frequenzskala s zustande.
Dementsprechend wird eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Frequenzskalen-Erzeugungseinrichtung an Hand des Blockschema nach Fig. 2 erläutert. a und b sind die Spannungsimpulse, die nach obigem zum Strahlsteuergitter der Kathodenstrahlröhre geleitet werden, damit der Kathodenstrahl auf dem Schirm der Röhre ein dem gewünschten Skalenstrich entsprechendes Signal erzeugt. Diese Spannungsimpulse rühren von einem nicht gezeichneten Impulsgenerator her und können über die Fensterstromkreise 3 bzw. 4 und den Summierer 5 zum Steuergitter der Röhre gelangen. Dieser Impulsgenerator steuert auch noch die Aussendung der Senderimpulse.
Der übrige Teil der Einrichtung dient dazu, die Impulse a und b erst dann durch die Fensterstromkreise 3 und 4 hindurchzulassen, wenn die Frequenz des Senderimpulses gleich einem ganzzahligen Mehrfachen von 100 kHz bzw. 1 MHz ist. Hiezu ist eine entsprechende Steuerung der Fensterstromkreise erforderlich.
Diese Steuerung geht von dem Generator 1 mit der konstanten Frequenz 1 MHz aus. der z. B. ein quarzgesteuerter Oszillator sein kann. Seine Schwingungen gelangen über einen Stromkreis 2, dessen Zweck später erörtert wird, in den Verstärker 6 und von da zum Verzerrerkreis 7, der das Auftreten einer grossen Anzahl höherer Harmonischer verursacht und deshalb auch Oberwellengenerator genannt werden kann. Diese Oberwellen vermengen sich im Mischer K mit den Schwingungen des Oszillators VFO, dessen Frequenz sich periodisch zwischen 31 und 50 MHz ändert.
Dem Mischer K folgt ein tonfrequentes Tiefpassfilter 8, das von den aus dem Mischer stammenden Schwebungsfrequenzen nur diejenigen durchlässt, die sich unterhalb der Grenzfrequenz des Filters befinden, die also dann entstehen, wenn der Oszillator VFO die ganzzahligen Mehrfachen von MHz gleichen Frequenzwerte des Oberwellengenerators 7 durchläuft. In diesen Augenblicken öffnet der tonfrequente Strom bzw. der daraus gewonnene Gleichstrom bzw. die Gleichspannung den Fensterstromkreis 3 über Filter 8, Verstärker 9, Gleichrichter 10 und ein RC-Glied, so dass die den MHz entsprechenden Skalenstriche zustandekommen. Die den 100 kHz ent-
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sprechenden Skalastriche werden in gleicher Weise durch den unteren Signalkanal zustandegebracht, der sich vom oberen lediglich im Frequenzteiler 10/1 und im Oberwellengenerator 11 unterscheidet.
Letzterer erzeugt nämlich die 300.-SOO. Harmonischen des Signals von 100 MHz, während der Generator 7 die
30.-50. Harmonischen des Signals von 1 MHz. herstellt.
Der Stromkreis 2 ist ein Fensterstromkreis, der durch das Steuersignal c des erwähnten, nicht ge- zeichneten Impulsgenerators nach der Aussendung des Senderimpulses geschlossen wird, wodurch die Ober- wellengeneratoren ausgeschaltet werden, so dass eine störende Einwirkung auf den Ionogrammregistrier- apparat vermieden wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Herstellung der Striche einer Frequenzskalainlonogrammaufnahmeeinrichtungen, gekennzeichnet durch einen Strahlsteuerkanal, der mit einer Schwebungsfrequenz gespeist wird, die sich aus der gegenseitigen Einwirkung der Oberwellen eines Generators konstanter Frequenz (1) und der Schwin- gungen eines Oszillators veränderlicher Frequenz (VFO) ergibt, wobei der Strahlsteuerkanal aus zwei par- allelen Hilfskanälen besteht, von denen jeder ein tonfrequentes Tiefpassfilter (8), einen Verstärker (9), einen Gleichrichter (10), ein RC-Filterglied (RC) und einen mit Gleichstrom aus dem letzteren gesteuerten Fensterstromkreis (3 bzw. 4) enthält, über welchen der aus dem Impulsgenerator der Einrichtung er- haltene Signalimpuls (a bzw.
b) bei Erreichung der den Skalenstrichen entsprechenden Frequenzen zur
Intensitätssteuerelektrode der das lonogramm aufzeichnenden Kathodenstrahlröhre gelangt.