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Golliometer.
Die Erfindung bezieht sich auf Goniometer, wie sie zum Richtempfang und zum Richtsonden in Verbindung mit Kreuzrahmen oder offenen Antennen verwendet werden. Gegenstand der Erfindung ist bei Verwendung eisenhaltigen Materials für die Kerne der Goniometerspulen eine bestimmte Formgebung dieser Eisenkerne und oder der Wieklungen, die. bewirkt, dass trotz enger Kopplung zwischen Such-und Feldspulen das Goniometer winkeltreu arbeitet, und dass die Abstimmung des angeschlossenen Kreises für jede Winkelstellung des drehbaren Teiles erhalten bleibt.
Das übliche Goniometer besteht aus drei Luftspulen, u. zw. aus zwei gekreuzten, meist fest angeordneten Feldspulen, die z. B. beim Rahmengoniometer an die Kreuzrahmen angeschlossen sind, und einer beweglichen Suchspule, an die der Empfänger angeschlossen ist. Das"ideale" Goniometer weist eine sich mit dem Drehwinkel sinusförmig ändernde Kopplung zwischen jeder Feldspule und
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und die Konstanz der Abstimmung gewährleistet. Zwei um eine gemeinsame Achse relativ zueinander drehbare Luftspulen haben jedoch nur bei sehr loser Kopplung einen sinusförmig variierenden Kopplungsverlauf ; bei fester Kopplung entstehen Abweichungen von der Sinusform, die Winkelfehler und Verstimmungen beim Drehen verursachen.
Durch eine zweite, um einen bestimmten Winkel versetzte und mit der ersten in Reihe geschaltete Suchspule lassen sich zwar die grössten Winkelfehler kompensieren, nicht aber die Änderung der Abstimmung, die auch dadurch gestört wird, dass sich die Kapazität zwischen den festen und den beweglichen Spulen, insbesondere bei engeren Kopplungen, mit der Winkellage der Spulen zueinander stark ändert.
Abgesehen von diesen elektrischen Mängeln hat das Luftgoniometer konstruktive Naehteile : aus Gründen der Präzision müssen die Spulen ziemlich gross sein und benötigen daher einen grossen metallenen Abschirmtopf. Ferner müssen die Wicklungen mühsam eingefädelt werden, und bei einer Änderung an den inneren Wicklungen müssen die äusseren zerstört werden. Ausserdem muss bei Verwendung zweier Suchspulen der Winkel zwischen den beiden Spulen bei jedem Goniometer durch umständliche Messungen neu bestimmt werden, was einen grossen fabrikatorischen Nachteil bedeutet.
Zur Erzielung geringerer Abmessungen und einer engeren Kopplung wurde bereits vorgeschlagen, das gesamte Goniometersystem unter Verwendung von Hochfrequenzeisen als geschlossenen magnetischen Kreis auszubilden. Es hat sich hiebei jedoch gezeigt, dass durch diese Massnahme allein zwar die Kopplung gesteigert werden kann, dass aber wegen der stärkeren Verzerrung des Magnetfeldes die Fehler grösser werden als bei Luftgoniometern. Ferner bleiben die konstruktiven und fabrikatorischen Nachteile bestehen. Zur Kompensation dieser Fehler wurde nun weiters vorgeschlagen, zur Einregelung der Felder im Goniometer elektrische und magnetische Nebenschlüsse für die Erregerströme bzw. den magnetischen Fluss vorzusehen. Diese Einregelung ist jedoch ebenfalls ziemlich umständlich, da sie für jedes Goniometer einzeln vorgenommen werden muss.
Erfindungsgemäss wird durch bestimmte Formgebung des eisenhaltigen Materials und der Wicklung erreicht, dass auch bei enger Kopplung die Fehler von vornherein sehr klein bleiben. Dabei lassen sich ausserdem konstruktive und fabrikatorisehe. Vorteile erzielen. Das eisenhaltige Material besteht aus zwei Teilen, dem inneren und dem äusseren Teil, der den inneren umschliesst. Zwischen dem inneren und dem äusseren Teil befindet sieh ein Luftraum (Luftspalt), in dem der aktive Teil der
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Wicklung untergebracht ist. Die geometrische Form dieses Luftspaltes und die Verteilung der
Windungen der Spulen längs dieses Spaltes sind so gewählt, dass von jeder der erregten Feldspulen in der Suchspule eine sich mit dem Winkel sinusförmig ändernde EMK erzeugt wird.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens. Der zylindrische Kern a besteht aus eisenhaltigem Material und trägt die Suchspule b. Aus demselben Material wie der Kern a sind die Polschuhe c und cl sowie das Joch e hergestellt. Die Polschuhe tragen die Erregerspulen 1 und g, die in Serie oder parallel geschaltet all eine der beiden gekreuzten Riehtantennen angeschlossen sind.
Die Ströme dieser beiden Spulen erzeugen im Luftspalt ein Magnetfeld, das die Suchspule durchsetzt.
Der Luftspalt ist am engsten in der Polmitte, er nimmt nach beiden Seiten längs des Polquerschnittes derart zu, dass die magnetische Feldstärke in jedem Punkt des Kernumfangs proportional dem cosinus des Winkels ist, den der durch diesen Punkt gehende Radiusvektor mit der Polachse bildet. In jeder
Windung der Suchspule wird so eine EMK erzeugt, deren Amplitude sieh sinusartig mit dem Winkel ändert, den die Windungsebene mit der Polaehse bildet, folglich in der ganzen Suchspule eine EMK, deren Amplitude proportional dem cosinus des Winkels ist, den die Spulenachse mit der Polachse bildet, u. zw. unabhängig davon, welche Winkelbreite die Suehspule hat.
Ein zweites, genau gleiches System, dessen Erregerspulen an die zweite Richtantenne a ngeschlossen sind, ist mit dem ersten mechanisch stark gekuppelt. Die gemeinsam drehbaren Suchspujen beider
Systeme sind in Reihe geschaltet, und ihre gegenseitige Lage ist so justiert, dass die Suehspulenachse des einen Systems gerade mit der Polachse zusammenfällt, wenn die Achsen des zweiten senkrecht aufeinander stehen.
Ein solches Goniometer arbeitet winkeltreu und hat keine von der Winkelstellung abhängige
Rückwirkung. Falls der Polschuh eine andere Form hat, als zur Erzeugung eines sich sinusartig ändernden Magnetfeldes erforderlich ist, so ergibt die Abweichung ähnliche Fehler, wie sie bei Ver- wendung einer Luftspule entstehen. Ebenso wie man die Winkelfehler bei Luftspulen durch Anwendung von zwei Such spulen zum grössten Teil wieder beseitigen kann, kann man diese bei dem beschriebenen
Eisengoniometer für eine nicht sinusförmige Feldverteilung, die man nach Fourier in eine Grundwelle und Oberwellen zerlegen kann, durch geeignete Wahl der Wickelbreite der Suchspule erreichen. Für eine Wiekelbreite von 120 z. B. verschwindet die Wirkung der dritten Harmonischen, bei 720 die der fünften usw.
Durch Wahl eines Zwischenwinkel kann man zwei Oberwellen gegeneinander kom- pensieren.
Bei der Anordnung mit zwei Systemen gemäss Fig. 1 ist die Kopplung des Gesamtsystems um 30% loser als die eines einzelnen, aber durch Verwendung eines Materials von sehr hoher Permeabilität können trotzdem noch brauchbare Kopplungen erreicht werden. Diesen Nachteil vermeidet eine
Anordnung, bei der auf dem zylindrischen Kern die beiden Feldspulen, auf den Polen die Suchspule angeordnet sind, wie z. B. in Fig. 2 gezeichnet. Da bei dieser Anordnung die Induktivität jeder
Erregerspule etwas von der Winkelstellung abhängt und ausserdem die beiden Erregerspulen nicht in jeder Stellung entkoppelt sind, hängen auch die in diesen Spulen fliessenden Ströme in ganz bestimmter
Weise von der Winkelstellung ab.
Damit also die in der Suchspule induzierte E11K sinusartig mit dem Winkel variiert, muss die Kopplung zwischen Erreger und Suchspule ebenfalls in ganz bestimmter
Weise von der Sinusform abweichen, was sich durch geeignete Formung des Polsehuhes erreichen lässt.
Ein Beispiel für die Erzeugung sinusförmig variierender Kopplungen und konstanter Rück- wirkung zwischen Feld-und Suchspule durch Formung des Wieklungsquerschnittes ist in Fig. 3 gezeichnet. Es ist wieder a der zylindrische Kern mit der Suehspule b, e ein koaxialer Aussenring, der ebenfalls zylindrisch ist. Der Luftspalt ist also ringsherum gleich breit. Die im Querschnitt gezeichneten Erregerspulen , y, die das eine Feldspulenpaar bilden, sind so in dem Luftspalt untergebracht, dass ihr Wicklungsquerschnitt sinusförmig entlang dem Umfang variiert ; sie sind so geschaltet, dass, wie gezeichnet, im Luftspalt auf der einen Hälfte der Strom nach vorn, auf der ändern nach hinten fliesst.
Das zweite Erregerspulenpaar dz g2 hat ebenfalls sinusförmig verlaufenden Wicklungsquersehnitt. aber um 900 versetzt. Durch die in den Erregerspulen fliessenden Ströme wird im Luftspalt ein radiales, der Amplitude nach sinusförmig verlaufendes Magnetfeld erzeugt, so dass in der Suchspule eine sich sinusförmig mit dem Winkel ändernde EMK erzeugt wird. Dieses Goniometer ist winkeltreu und hat winkelunabhängige Rückwirkung. Will man, z. B. aus wickeltechnisehen Gründen, von der Sinusform des Wicklungsquersehnittes abweichen, so kann der Winkelfehler durch geeignete Wahl der Wickel- breite der Suchspule kompensiert werden.
I Diese Wickelbreite ist abhängig von der Ordnungszahl der zu unterdrückenden Harmonischen.
Nimmt man z. B. an, dass die dritte und fünfte Harmonische unterdrückt werden sollen, so kann die
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Damit werden also durch eine bestimmte Wickelbreite der Feldspule die fünfte Harmonische und durch eine bestimmte Wickelbreite der Surhspule die dritte Harmonische unterdrückt.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann der Innenteil aus dem Aussenteil heraus- genommen werden, 80 dass jede Spule zugänglich ist, was einen grossen konstruktiven Vorteil
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bedeutet. Ferner kann die einmal als richtig befunden Form des eisenhaltig ? !) Materials in beliebiger Zahl genau gleich gepresst werden, so dass eine Serienherstellung möglich ist.
Selbstredend kann bei allen AusfÜhrungsformen die Rolle des Innenteils mit dem des. Aussenteils
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elektrostatische Schirme zwischen den Wicklungen angewandt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Goniometer, bei dem das magnetische Feld im wesentlichen in einem eisenhaltigen Material verläuft, das nur durch den zur Drehung der ebenfalls einen eisenhaltigen Kern enthaltenden Rotorwicklung vorgesehenen Luftspalt unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe und/oder die Wicklungen derart geformt sind, dass in der Suchspule eine sich mit dem Winkel sinusförmig ändernade Spannung erzeugt wird.