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Rahmengoniometer.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Rahmengoniometer, bei dem zur Vermeidung des Nacht- effektes mehrere Drehrahmen und ein Goniometer verwendet werden.
Eine einfache drehbare Rahmenantenne hat bekanntlich gegenüber einer vertikal polarisierten
Welle zwei Nullstellen, u. zw. immer dann, wenn die Rahmenebene senkrecht auf der Fortpflanzungrichtung steht. Gegenüber einer schräg von oben kommenden horizontal polarisierten Welle hat der
Rahmen ebenfalls zwei Nullstellen, die aber gegen die vorgenannten um 900 verschoben sind ; sie sind nämlich immer dann vorhanden, wenn die Rahmenebene parallel zur Fortpflanzungsrichtung ist.
Diese Eigenschaft des Rahmens ist bekanntlich die Ursache für seinen"Naehteffekt". Es ist ferner bekannt, den Nachteffekt zu beseitigen durch einen Doppelrahmen, bei dem zwei gleich grosse Rahmen mit parallelen Ebenen und gemeinsamer horizontaler Achse etwas entfernt voneinander um eine dazwischen befindliche vertikale Achse drehbar angeordnet sind und die Differenz der RahmenEMK gemessen wird (Fig. 1). Ist 8 die Senderriehtung und sind RI und R2 die Rahmen, deren DifferenzEMK im Empfänger E gemessen wird, so sieht man. dass in der gezeichneten Stellung kein Empfang vorhanden ist.
Denn für die vertikal polarisierte Welle steht jeder dieser Rahmen gleichphasig im Maximum und die Differenz der EMK ist Null und für die horizontal polarisierte Welle steht jeder Rahmen im Null, die Differenz der EMK ist also ebenfalls Null. d. h. die Nullstelle kann durch Nachteffekt nicht getrübt oder verlagert werden. Für eine aus der Richtung S'kommende Welle steht das System ebenfalls im Null, aber nur für die vertikal polarisierte Welle, für die ja jeder Rahmen einzeln im Null steht, nicht aber für die horizontal polarisierte Welle, da die EMK in R1 phasenverschoben ist gegen die EMK in R. Diese zweite Nullstelle ist also nicht"naehteffektfrei".
Bezeichnet < x den Winkel zwischen der Senderriehtung und den Rahmenebenen, so ist allgemein der Empfang für die vertikal polarisierte Welle proportional sin (2 ot) und für die horizontal polarisierte Welle proportional sin2 a.
Falls Naehteffekt vorhanden ist, wird man also nur die erstgenannten festen Nullstellen erhalten ; bei Tage, wenn normalerweise nur die vertikal polarisierte Welle vorhanden ist, erhält man vier feste Nullstellen. Wie ebenfalls bekannt, lassen sich diese beiden Nullstellenpaare durch Umpolen eines Rahmens unterscheiden, denn die nachteffektfreien"Nullstellen versehwinden dann, die andern nicht.
Der Nachteil dieser Anordnung besteht in ihrer sehr geringen Empfindlichkeit. Denn die
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d den Abstand der beiden Rahmen bezeichnet. Aus Gründen der Bedienbarkeit lässt sieh-aber der Abstand nicht über wenige Meter hinaus steigern. Bei 3 in Abstand und 1000 m Wellenlänge z. B. ist aber die Amplitude 100mal kleiner als die eines einzigen Rahmens.
Wenn bei einem einfach en Rahmen oder bei einem aus zwei Linearantennen besteh enden richtungs- empfindlichen Gebilde (z. B. Adcocksystem) die Aufgabe grosser Empfindlichkeit und leichter Drehbarkeit zugleich vorliegt, so hilft man sich bekanntlich damit, dass man statt des zu drehenden Antennengebildes zwei räumlich um 90 versetzte feste Gebilde anordnet und sie an ein Goniometer mit beweglicher Suchspule anschliesst. So kann man z. B. statt eines Drehrahmens zwei rechtwinklig gekreuzte feste Rahmen verwenden, wobei jeder Rahmen an eine der ebenfalls rechtwinklig gekreuzten
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Feldspulen eines Goniometers anzuschliessen ist.
In dem von den Feldspulen erzeugten Magnetfeld wird eine Suchspule gedreht, die an einen Empfänger angeschlossen ist und deren EMK dieselbe Funktion des Drehwinkels befolgt, wie die eines Drehrahmens. Die Suchspule kann aus mehreren Spulen bestehen ; meist ist sie dann fest angeordnet und die Feldspulen sind drehbar.
Dieses bekannte Goniometerprinzip lässt sich nicht ohne weiteres auf den Doppelrahmen übertragen. Würde man nämlich analog zu einem einfachen Rahmengoniometer zwei gekreuzte Doppelrahmen an ein Goniometer anschliessen, wie in Fig. 2 dargestellt, so würde diese Anordnung zwar in den vier Stellungen, in denen die Goniometerspule nur mit einer der beiden Feldspulen gekoppelt ist den drehbaren Doppelrahmen ersetzen, nicht aber in den Zwischenstellungen. In der Richtung 450 z. B. würde sich die EMK in der Suchspule nur für eine der Wellen aufheben, je nach der Schaltung der Feldspulen für die vertikal polarisierte oder horizontal polarisierte.
Man würde also in dieser Richtung-und auch in allen andern ausser den vier genannten-keine gemeinsame Nullstellung für die beiden Wellen erhalten, d. b. die Peilung wäre nicht nachteffektfrei. Auch eine Anordnung, bei der vier um 45 versetzte feste Doppelrahmen an ein (vierpoliges) Goniometer angeschlossen sind, ist nur an einzelnen Punkten nachteffektfrei, da die noch von der vertikal polarisierten Welle an der Suchspule induzierte EMK mit dem Richtungswinkel nach einem andern Gesetz variiert als die von der horizontal polarisierten Welle induzierte.
Erfindungsgemäss wird diese Schwierigkeit dadurch beseitigt, dass auf dem Umfang eines Kreises drei oder mehrere um ihre eigene Achse drehbare Rahmen symmetrisch angeordnet und mit einer geeigneten Goniometeranordnung verbunden sind.
In Fig. 3 ist eine derartige Anlage für vier Rahmen gezeigt. R1, R2, Rs, R4 sind vier vertikale Rahmen, deren Mittelpunkte symmetrisch auf einem Kreisumfang verteilt sind. Je zwei diagonal
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Alle vier Rahmen werden gleichzeitig und um denselben Winkel gedreht (z. B. elektromeehanisch), so dass ihre Ebenen ständig parallel bleiben. Ferner wird immer gleichzeitig die Goniometersuch- spule D1, D2 mitgedreht, sie ist so justiert, dass bei maximaler und ausschliesslicher Kopplung mit einer Feldspule die Ebenen der zugehörigen Rahmen senkrecht auf ihrer Verbindungslinie stehen. Die in den Feldspulen fliessenden Ströme sind gleichphasig für jede beliebige Stellung der Rahmen (und damit der Suchspule), die Feldspulen werden so geschaltet, dass ihre Magnetfelder die Such spule in entgegengesetztem Sinne induzieren.
Bei jeder Senderrichtung S erhält man ein so scharfes Null für die EMK in der Suchspule des
Goniometers, wenn die Einzelrahmen in bezug auf die vertikal polarisierte Welle im Maximum stehen ; in bezug auf die horizontal polarisierte Wellen stehen dann alle Rahmen im Null, so dass ihre Differenz wieder Null ergibt, d. h. das Null ist nachteffektfrei. Diese Goniometeranordnung benimmt sich also bei jeder Senderriehtung wie der Doppelrahmen, hat aber den Vorteil, dass man die Einzelrahmen weit auseinanderstellen und dadurch grosse Empfindlichkeit erreichen kann, ohne dass die Bedienbarkeit leidet.
Man kann ferner das Trägheitsmoment der zu drehenden Teile weiterhin dadurch vermindern, dass man jeden einzelnen der Drehrahmen ersetzt durch ein Kreuzrahmen-Goniometer. Statt des drehbaren Doppelrahmens erhält man so bei dem gewählten Beispiel acht feste Rahmen mit fünf Goniometern.
Bei Abwesenheit der horizontal polarisierten Welle, also praktisch bei Tage, erhält man mit der erfindungsgemässen Anordnung genau wie beim gewöhnlichen Doppelrahmen vier scharfe und nicht wandernde Nullstellen. Die Unterscheidung des naehteffektfreien und des nicht naehteffekt- freien Nullstellenpaares ist nicht wesentlich schwieriger als beim Doppelrahmen. Zwar ist die Umschaltung je eines Rahmens bei beiden Paaren kein unbedingt sicheres Kriterium, da in der Richtung 450 auch die nachteffektfreie Nullstelle erhalten bleibt, weil ja jetzt die Wirkung der beiden Rahmenpaare auf die Goniometersuchspule genau gleich gross ist.
Dagegen sind die Nullstellen dann unterscheidbar, wenn ein Rahmen nach dem andern umgeschaltet wird ; mindestens in einer dieser Umschaltungs- stellen muss dann die nachteffektfreie Nullstelle verschwinden. Man kann auch eine riehtungsunabhängige EMK, z. B. die einer (Hilfs) antenne in der Mitte des Quadrates, der EMK des Goniometers superponieren ; dann wandern die Nullstellen, u. zw. verschieden, wenn z. B. die naehteffektfreie Nullstelle nach rechts wandert, wandert die nicht nachteffektfreie nach links und umgekehrt.
Dadurch können, nach vorausgegangener Eichung mittels eines der Richtung nach bekannten Senders, die Nullstellen eindeutig unterschieden werden.
Sofern die Nullstellen getrübt sind, was auf das Vorhandensein einer um 900 phasenverschobenen EMK schliessen lässt, können sie dadurch enttrübt werden, dass die EMK eines in der Mitte des Kreises befindlichen Rahmens mittels einer veränderlichen Kopplung zu der des Goniometers hinzugefügt wird, da die EMK des ersteren ebenfalls um 900 phasenverschoben ist zu der Differenz-EMK zweier Aussenrahmen. Dieser Hilfsrahmen wird zweckmässig gleichzeitig mit den Aussenrahmen gedreht, so dass er zu ihnen immer parallel ist und im naehteffektfreien Null von der horizontal polarisierten Welle nicht beeinflusst wird. Bei dieser Anordnung kann der Hilfsrahmen auch zur Unterscheidung der Nullstellen benutzt werden.
Denn das nachteffektfreie Null kann durch Ankopplung dieses Rahmens leicht enttrübt oder auch getrübt werden, das nicht nachteffektfreie dagegen so gut wie nicht.
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Ist mittels einer der beschriebenen Methoden die Richtung eines Senders bestimmt, so kann es noch erforderlich sein, zu wissen, auf welcher Seite der Sender liegt. Zu diesem Zwecke wird auf den Eingangskreis des Empfängers ausser dem Goniometer und dem in der Mitte angeordneten Ent- trübungsrahmen eine exzentrisch angeordnete Antenne oder ein exzentrisch angeordneter Rahmen angekoppelt, z. B. ein den übrigen Rahmen paralleler Rahmen, der in der Senderrichtung aus der
Mitte des von den vier Aussenrahmen gebildeten Quadrates etwas herausgerückt ist.
Da seine EMK eine gewisse Phasenverschiebung hat gegenüber der EMK des Enttrübungsrahmens, wird sich die
Nullstelle etwas verschieben und die Verschiebungsrichtung hängt davon ab, ob die Phase verfrüht oder verspätet ist, d. h. ob der Seitenbestimmungshilfsrahmen dem Sender näher oder ferner ist als der Enttrübungsrahmen.
Die beschriebene Anordnung lässt sieh in beliebiger Weise ausbauen. Es ist z. B. möglich, statt der vier auf dem Kreisumfang verteilten Rahmen drei oder auch mehr als vier Rahmen zu verwenden.
In Fig. 4 ist z. B. eine nachteffektfreie Peilanordnung mit nur drei mit einem Kreisbogen symmetrisch verteilten Rahmen (jssi-R RJ gezeigt. In diesem speziellen Falle können nicht zwei
Rahmen zu einem Paar zusammengefasst und an eine gemeinsame Feldspule der Goniometer angeschlossen werden, sondern es muss jedem Rahmen eine besondere Feldspule zugeordnet werden die gegeneinander um je 120'versetzt sind. Die Suchspule D, die gleichzeitig mit den Rahmen gedreht wird, ist so justiert, dass sie mit jeder Feldspule dann entkoppelt ist, wenn der an diese angeschlossene Rahmen so steht, dass seine Ebene durch den Mittelpunkt des Kreises geht. Die EMK in der Suehspule hat bei völliger Symmetrie ein nachteffektfreies Null, wenn die drei Rahmenebenen in der Senderrichtung S stehen.
Alle oben für die Anordnung mit vier Rahmen beschriebenen Massnahmen zur Enttrübung, Seitenbestimmung usw. können natürlich in gleicher Weise auf das Dreirahmen-Goniometer Anwendung finden.
In Fig. 5 ist schliesslich eine solche Dreirahmen-Goniometeranordnung auf einem Flugzeug angebracht gezeichnet. Es ist somit möglich, eine nachteffektfreie Navigation von einem Flugzeug aus durchzuführen.
Die beschriebenen Anordnungen werden sich vor allem auf festen Bodenstationen gut anwenden lassen. Sollten aber solche erfindungsgemässen Mehrrahmen-Goniometeranordnungen auf Flugzeugen Verwendung finden, so wird die Funkbesehickung der einzelnen Rahmen voneinander verschieden sein. In diesem Falle kann in bekannter Weise für jeden einzelnen Rahmen die Funkbesehickung berücksichtigt werden.
Durch die angeführten beispielsweisen Ausführungsformen ist der Erfindungsgedanke nicht erschöpft und kann in beliebiger Weise erweitert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Peilanordnung zur Vermeidung des Naehteffektes, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder mehrere vertikale drehbare Rahmen symmetrisch auf dem Umfang eines Kreises angebracht und mit den Feldspulen eines Goniometers verbunden sind, dass die Rahmen gleichzeitig und um denselben Winkel so gedreht werden, dass ihre Ebenen ständig parallel sind und dass die bewegliche Spule des Goniometers gleichzeitig mit den Rahmen gedreht wird und so justiert ist, dass ihre EMK ein nachteffektfreies Null hat, wenn die Rahmenebenen in der Senderrichtung stehen.