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Antennenanordnung an Empfangsstationen für drahtlose Telegraphie.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung, für drahtlose Stationen. besonders aut eine drahtlose Empfangsstation mit mehreren Schleifenantennen oder sonstigen Antennen, die int wesent- lichen horizontal in entgegengesetzten Richtungen verlaufen bzw. im wesentlichen in der Hauptfort- pflanzungsrichtung der Zeichengebung liegen, wobei diese Stationen einen Empfangsapparat Dir die Ausnutzung der Zeiehenwellen nebst Mitteln für die die Ausschaltung der durch statische Einflüsse herbeigeführten Störungen aufweisen.
In dem Patent Nr. 96024 ist eine Empfangsstation für Radioübertragungen mit einer Mehrzahl von Antennen beschrieben, bei welcher sich die Zeichenimpulse addieren bzw. einander verstärken. während die statischen Impulse einander entgegenwirken, wodurch die kombinierte Wirkung der statischen Impulse auf den Empfänger verkleinert wird. Es sind dort Schleifenantennen vorgeschlagen, die in ungleichem Abstand von der Wellenquelle angeordnet sind und dadurch ausser Phase zueinander stehende Zwischenschwingungen erhalten, die einer gemeinsamen Empfangsvorrichtung zugefuhrt werden.
Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung liegt darin. die langen Zuleitungen von den Schleifen zu dem Empfänger zu beseitigen.
Es hat sich gezeigt, dass die damit verbundenen Cbelstände in erheblichem Masse durch Antennen vermieden werden können, die im wesentlichen gleichförmig verteilte Selbstinduktion und Kapazität haben, wodurch es ermöglicht wird, entweder Reflexionspunkte der in den Antennen sich ausbildende))
Ströme vollständig zu vermeiden oder sie nach Belieben an ausgewählten oder experimentell ermittelten
Punkten einzuführen.
Der Erfinder hat festgestellt, dass Antennen in Form stark verlängerter Schleifen von beliebiger vertikaler Höhe. die im wesentlichen horizontal in entgegengesetzten Richtungen von der Station in der Hauptrichtung der Zeichenfortpflanzung verlaufen und deren Ebenen im wesentlichen vertikal stehen, viele von den auf den langen Zuleitungen zu den Antennen nacli dem Patent Nr. 96024 beruhenden Nachteilen vermeiden. Diese Schleifen, welche verschiedene Form haben können, müssen gleichförmig verteilte oder ebenmässig abgestufte Selbstinduktion und Kapazität haben, so dass Reflexions- punkte vermieden werden. Die Schleifen können eine oder mehrere Windungen aufweisen.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispicle des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Fig. 1 ist ein Schema einer Anordnung mit zwei sehr lang gehaltenen wagrechten Schleifen- antennen. Fig. 2 eine Ausführungsform, bei welcher Leitungsinduktanzen in die Schleifen eingeschaltet sind. Fig. 3 ist eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung einer abgeänderten Ansführungsform der Stromkreis auf der Empfangsstation. Fig. 4-8 einschliesslich sind Schemata verschiedener AnsfiihrungdormE'1J von langen Schleifenantennen mit einer einzigen Windung. Fig. 9-14 einschliesslich sind ähnliche Dar- stellungen von langen Sehleifenantennen mit mehreren in verschiedener Art angeordneten Windungen.
Fig. 15-18 einschliesslich sind ähnliche Darstellungen von Schleifen von in der Hauptsache dreieckiger
Form mit abgestufter Selbstinduktion und Kapazität.
In der Empfangsstation A, Fig. 1. ist der Empfangsapparat untergebracht. @lehrere Antennen B. in diesem Fall ein paar von Antennen in Form langer Schleifen beliebiger Abmessungen, verlaufen im wesentlichen horizontal in entgegengesetzten Richtungen von der Station A. Diese Schleifen < ind teilweise punktiert gezeichnet, um anzuzeigen, dass sie länger sind, als auf dem Zeichnungsblatte massstäblich darstellbar ist. Die Schleifen verlaufen vorzugsweise in der gleichen Ebene oder doch in wesentlich parallelen Ebenen, die durch den Sender geht. Die die Schleifen bildenden Drähte sind an Lasten odes
Pfählen je nach den Abmessungen der Schleifen angebracht.
In Fig. 1 sind beispielsweise Pfahle C von etwa 122 ein Länge angedeutet und die Schleifen haben eine senkrechte Höhe von etwa 106 I) ive senkrechten Abmessungen der Schleifen sind im Vergleich zu ihrer Länge. die einen erheblichen Bruchteil der Wellenlänge der aufzunehmenden Zeichenlänge betragen sollte, relativ gering. Der Erfinder hat solche Schleifen mit einer Länge von mehr als 2745 m ausgeführt, so dass also die Gesamtlänge zwischen den äusseren Enden der Schleifen über 5490 m beträgt und der wirksame Abstand der Schleifen von den Mitten aus gemessen oder die Länge einer Schleife selbst. für eine Welle von 15000 m ungefähr eine halbe Wellenlänge beträgt.
Die Schleifen können aus Draht oder sonstigen Leitern D bestehen. die isoliert an den Pfählen C befestigt sind. Bei der Ausführung nach Fig. l verläuft das untere Trum oder der Draht E jeder Schleife dicht über der Erde. während das obere Trum oder der Draht F im wesentlichen senkrecht über dem Draht E verläuft. Die besten Ergebnisse zeigen sich bei einem etwas grösseren Abstand zwischen Leitern D und E. Der Leiter E soll nie@t dicht am Boden liegen, um eine Dämpfung zu ver- meiden. Die inneren Enden der Schleifen werden in die Empfangsstation mittels kurzer Stücke blei- armierten Kabels G eingeführt, dessen Länge 15-30 M beträgt, also gegenüber der Länge der Schleifen
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verschwindet.
Dadurch wird die elektromagnetische oder elektrostatische Kupplung zwischen den Schleifen und dem Empfangsapparat verringert.
An der Empfangsstation A wird ein Empfangsapparat verwendet, bei dem die Energie der statischen Störungen durch Ausgleich nicht zur Wirkung kommt und nur die Energie der Zeichen aufgenommen wird. Als Beispiel ist ein Goniometer ( bekannter Art dargestellt, das ortsfeste Spulen H und eine bewegliche Spule J aufweist, die um die vertikale Achse It drehbar ist. Statt dessen können auch andere Arten von Aufnahmeapparaten oder gekuppelten Stromkreisen Verwendung finden. Ein Goniometer hat sich aber besonders gut bewährt. Die Drähte der Kabel G sind mit den ortsfesten Spulen H des Goniometers über Umschalter 0 verbunden, um die Anschlüsse an den Empfangsapparat beliebig zu vertauschen.
In den Zuführungsdrähten sind Abstimmungsinduktanzen L vorgesehen und veränderliche Kondensatoren P sind in Reihe mit den festen Goniometerspulen H geschaltet. Auch ist ein veränderlicher Kondensator pI in Reihe mit der beweglichen Goniometerspule J angeordnet. In den Stromkreis Q, der durch den Umschalter R mit der beweglichen Goniometerspule J verbunden ist (weil es sich als erwünscht gezeigt hat, die Verbindungen zwischen den Empfangsstromkreisen und dem Goniometer umschalten zu können) ist die Belastungsinduktanz 8 und die Kuppelspule T eingeschaltet und mit dem Sehwingungskreise a, b gekuppelt. der an die Elektroden der Elektronenröhre V angelegt ist. c, d, e, f ist der Anodenkreis der Röhre, dem der Schwingungskreis g, 11" f parallel ist.
Durch Einstellung des
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die Wirkungen der Zeichen sich vereinen, um einen resultierenden Strom in den Empfängerstromkreisen zu erzeugen. Kapazität und Selbstinduktion der langen Sehleifenantennen sind so gleichförmig verteilt, dass natürliche Reflexionspunkte vermieden werden. Um aber Knotenpunkte für die Schwingungen zu erzeugen, werden punktförmige Induktanzen ! 7 eingeführt (Fig. 2), sofern die Länge der einzelnen Schleifen einen beträchtlichen Bruchteil einer Wellenlänge beträgt. Während nämlich natürliche Reflexionspunkte als Folge von plötzlichen Änderungenim Bau, z.
B. des Verlaufes der Antenne entstehen und vermieden werden sollen, weil sie die Schwingungsart beeinflussen sowie Schwierigkeiten an der Beobachtung der Antenne erzeugen. versteht man unter künstlichen Knotenpunkten eine gehäufte oder konzentrierte Impendanz, z. B. eine Abstimmungsspule oder einen Kondensator. Um die Schwingung einer solchen Antenne wirksam zu beherrschen (aber nicht für Abstimmungszwecke) und gleichmässig bemessene Konstanten zu erhalten, d. h. damit die verteilte Induktanz und Kapazität der Antenne nicht plötzlichen Änderungen von Punkt zu Punkt unterworfen sei, hat es sich als erwünscht gezeigt. vorzugsweise feste konzentrierte Leitungsinduktanzen U (Fig. 2) einzuführen.
Bei einer Antenne mit einer Länge von etwa 1000 m hat sich eine Leitungsinduktanz U von der Grössenordnung von 5 Millihenry für Wellenlängen zwischen 2000 und 8000 m vorteilhaft erwiesen. Bei einer Schleife von etwa 2800 m, Länge hat sich ein Wert der Induktanz U in der Grössenordnung von 32 Millihenry als wirksam gezeigt. Es scheint für diese Werte keinen kritischen Punkt zu geben, doch ist für jede Schleife und Wellenlänge ein besonders günstiger Betrag für die Grösse der Leitungsinduktanzen festzustellen. Diese Leitungsinduktanzen U sollen nicht als Abstimmungselemente in dem gewöhnlichen Sinne wirken, sondern die Lage der Knoten und Bäuche des Stromes und somit die Art der Schwingung der Schleife bestimmen.
Bei den bisherigen Versuchen wurden die besten Ergebnisse erzielt. wenn die Leitungsinduktanzen U in der Mitte des oberen Schleifendrahtes F oder doch in deren Nähe angeordnet wurden. Ein Wechsel der Lage von diesem Mittelpunkt hinweg ergab eine Verringerung der Zeichenstärkp.
Statt der Leitungsinduktanzen U können Kombinationen von Induktanz und Kapazität benutzt werden oder die Schleife kann geöffnet werden entweder am Ende 3 (Fig. 4) oder in der Mitte bei 6 (Fig. 6).
Es hat sich gezeigt, dass bei Sehleifenantennen, deren Länge etwa eine halbe Wellenlänge beträgt, die Schleifen am besten sich abstimmen lassen, wenn die Kondensatoren P (Fig. 2) parallel zu denZuleitungen geschaltet sind. Es hat sich auch gezeigt, dass die Abstimmungsinduktanzen L unter solchen Bedingungen, wie in Fig. 2 gezeichnet, in denjenigen Zweig der Schleifenantenne eingeschaltet werden sollten, welcher dem Zweige gegenüber liegt, der die Leitungsinduktanz U enthält. Mit Ausnahme der Lage der Kondensatoren P sind die Stromkreise des Empfangsapparates nach Fig. 2 gleich denen des Apparates nach Fig. 1, nur sind die Empfängerstromkreise der Einfachheit halber weggelassen.
Fig. 3 zeigt schematisch Stromkreise und Apparate an der Empfangsstation für Reihen-und Parallelabstimmung. Die Goniometerspulen H sind mit gewöhnlichen Schaltern W versehen, die geschlossen sind, wenn die Kondensatoren P parallel zu den Leitern zwischen den Punkten o, p und q. r durch die Doppelschalter s geschaltet sind. Wenn diese Schalter s in die entgegengesetzte Stellung umgeschaltet sind, so sind die Kondensatoren P in Reihe mit den Goniometerspulen H geschaltet und dann werden die Messerschalter If geöffnet. In Fig. 3 sind Induktanzen L und L'an der Station in beiden Leitern der Schleifen dargestellt und die eine oder andere dieser Induktanzen oder beide derselben können in beliebigem Ausmass eingeschaltet werden.
Von dort führen die Leiter über Umschalter 0 zu den Goniometerspulen H.
In Fig. 4-8 ist die Empfangsstation oder das Empfangshaus, in dem der Empfangsapparat untergebracht ist, mit A'bezeichnet. Der Empfangsapparat kann beispielsweise demjenigen nach Fig. 3 gleichen. Die Fig. 4-8 zeigen verschiedene praktisch erprobte Formen von Sehleifenantennen. Die lange
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werden, wie dies Fig. 5 zeigt. Im Falle der Fig. 4 sowohl wie der Fig. 5 scheinen die Antennen als Schleifen zu wirken. die durch die Kapazitäten der Drähte gegeneinander geschlossen werden. Sie wirken als Schleifen von unbestimmter Länge, insofern die wirksame Länge für eine bestimmte wirkliche Länge von dem Abstand der Drähte voneinander abhängt. Gemäss Fig. 6 sind die Schleifenantennen 5 in den oberen Zweigen bei 6 geöffnet. Diese Trennstellen brauchen aber nicht in der Mitte zu liegen.
Alle diese Antennenformen haben gute Ergebnisse hinsichtlich des Ausgleichs der statischen Störungen und des Empfangs der Zeichen gezeitigt. Die Schleifen 7 nachFig. 7 ruhen auf etwa 6 m hohen Masten, wobei der untere Zweig der Schleife etwa 3-6 ? ? über den Boden verläuft, wie dies der praktischen Ausführung
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beiden Leitern H. 12. Der untere Draht 11 verläuft direkt über dem Boden.
Die Fig. 9-14 zeigen verschiedene Formen von Schleifenantennen, die auf der ganzen Länge oder einem Teil ihrer Länge in mehreren Windungen verlegt sind. Fig. 9 zeigt eine lange tiefliegende Schleif enantenne, bei welcher durch die Ausführung der Schleife selbst eine örtliche Induktanz 15 absichtlich geschaffen ist, die an beliebiger Stelle liegen kann. Fig. 10 entspricht der Fig. 9, nur hat die Schleife 16 eine grössere Abmessung in den Höhen. Die Fig. 11 und 12 zeigen Schleifen 17 und M. welche mehrfache Windungen an den abgekehrten Enden statt in der Mitte haben. Die Fig. 13 und 14 zeigen hoch-und tiefliegende Schleifen. ? 9 und 2C, die auf der ganzen Länge aus mehreren Windungen bestehen.
Die Fig. 15 und 16 zeigen Antennen dreieckiger Form mit abgestufter Kapazität und Induktanz pro Längeneinheit der Schleifenlänge. Derart abgestufte Ausführungen haben den weiteren Vorteil, dass sie eine grössere wirksame Trennung ergeben, als Schleifen mit parallelen Zweigen für eine bestimmte Gesamtlänge. Um beispielsweise eine wirksame Trennung von einer halben Wellenlänge mit irgendeiner der Formen nach Fig. 15 und 16 zu erzielen, scheint es nur notwendig zu sein, eine Antennenlänge zu ver- wenden, die etwas kürzer als drei Viertel der Länge einer parallelsehenkligen Antenne ist.
In Fig. 15 besitzen die Schleifen die Form rechtwinkliger Dreiecke, deren Grundlinien senkrecht auf dem Boden stehen und bis auf etwa 8-4 4 In Höhe ragen. Diese Höhe ist aber beliebig und kann auch weit grösser sein. Der Scheitel 2-3 jedes Dreieckes befindet sieh an der Station A'und die Drähte werden in das Empfangshaus durch die kurzen Bleikabelstücke G eingeführt. Jede Schleife hat ungefähr 1080 H ; Länge bei der praktischen Ausführung, die Länge kann aber eine beliebige sein. Nach Fig. 15 verläuft der untere Draht 24 jeder Schleife wesentlich parallel zum Boden und die Schleifen ruhen auf geeigneten Masten.
Fig. 16 zeigt Schleifen 25 in Form von gleichschenkligen Dreiecken, während bei den Schleifen 26 der Fig. 17 die oberen Drähte 27 im wesentlichen parallel zur Erde verlaufen, Nach Fig. 18 ruhen die oberen und unteren Drähte der Schleifen so auf den Masten, dass die Seiten der Schleifen Kurven statt gerade Linien bilden.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Antennenanordnung an Empfangsstationen für drahtlose Telegraphie. gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von im Wesen horizontal in entgegengesetzten Richtungen vom Empfangsapparat vorzugweise in der Hauptrichtung der Übertragung liegenden Schleifenantennen von verhältnismässig geringerem vertikalen Abstand der horizontal verlaufenden Sehleifenteile im Vergleich zur Länge der schleife die ein beträchtlicher Bruchteil einer Wellenlänge der zu empfangenden Zeichenwellen ist.