Verfahren zur Erzeugung von Leitstrahlen für die Funknavigation.
Zur Erzeugung von Leitstrahlen für die Funknavigation ist die sogenannte Funkbacke bekannt. Sie besteht aus einem Antennensystem kleiner Basis, das derart gespeist wird, dass dessen Strahlung abwechselnd durch zwei sich schneidende Richtdiagramme gegeben ist, während empfangsseitig ein Amplitudenvergleich der getasteten Strahlungen vorgenommen wird. Mit einem derartigen Verfahren kommt man nicht unter eine Leitstrahlbreite von 2 . Wo scharfe Leitstrahlen gefordert werden, ist man deshalb zu Interferenzverfahren übergegangen. Diese Verfahren arbeiten mit einer Antennenbasis, die im Vergleich zur Wellenlänge gross ist, und nut- zen die durch Interferenzwirkung entstehenden Null-Linien der Strahlung zur Ortung aus. Diese Verfahren sind ausserordentlich genau.
Es entsteht bei einem derartigen An- tennensystem eine Anzahl Null-Flächen beiderseits der Basis. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass die Ab stände der einzelnen Null-Flächen voneinander verschieden sind, dass nur die zur An tennenbasis senkrechte Null-Fläche eine Ebene ist, die andern aber Rotations-Hyperboloide sind, die in grossem Abstand von der Basis asymptotisch in Kegelflächen übergehen. Dadurch wird die Ortung vom Elevationswinkel abhängig. Bei Tastung der Strahlung kann ferner durch die verschiedenen Ausbreitungswege an der Heaviside-Schicht und durch die Bodenwelle eine Zeichenumkehr bzw. eine
Leitstrahlverschiebung in Abhängigkeit der Flughöhe auftreten.
Bei Frequenzwechsel ändert sich ausserdem der Abstand der Null-Flächen voneinander und damit derjenige der durch die Null-Flä- chen bestimmten Horizontal-Leitlinien.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren, das diese Nachteile vermeidet. Es zeichnet sich dadurch aus, dass zur Erzeugung von Leitstrahlen für die Funknavigation die Strahler einer geradzahligen symmetrischen Kreisgruppe von Strahlern so gespeist werden, dass jeder Strahler gegenphasig in bezug auf seine beiden zur Gruppe gehörigen Nachbarstrahler schwingt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anord 'nung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Diese-Anordnung ist durch Mittel gekennzeichnet, um die Strahler einer geradzahligen, symmetrischen Kreisgruppe von Strahlern so zu speisen, dass jeder Strahler gegenphasig in bezug auf seine beiden zur Gruppe gehörigen Nachbarstrahler schwingt.
Ordnet man beispielsweise sechs Strahler gleichmässig auf dem Umfang eines Kreises an und erregt sie abwechselnd gegenphasig, so wie es in Fig. 1 durch die Zeichen + und- angegeben ist, so übersieht man leicht, dass die Strahlung in den ausgezeichneten Rich- tungen Null sein muss, da sich immer je zwei zu der betrachteten Richtung symmetrisch liegende Strahler in ihrer Wirkung aufheben.
Man erkennt ebenso, dass aus dem gleichen bezug auf die Strahler willkürlichem Nullpunkt dargestellt.
Werden beide Kreisgruppen abwechselnd d im Komplementärzeichenrhythmus getastet, so ergeben sich gemäss dem Ausführungsbeispiel zwölf Leitstrahlen, die durch die in Fig. 3 gezeigten Pfeile dargestellt sind, deren Abstand voneinander gleich ist.
Es besteht nun vielfach die Aufgabe, die durch die Null-Linien einer Kreisgruppe gebildeten Leitstrahlen oder die aus der abwechselnden Tastung zweier Kreisgruppen gebildeten Leitstrahlen in ihrer Richtung verschieben zu können. Zu diesem Zweck werden Mittel vorgesehen, um die eine Kreisgruppe mit einer Amplitude Ki und die andere Kreisgruppe mit einer Amplitude K2 zu erregen.
Die Amplituden K3 und K2 kann man stets darstellen durch
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Nach Fig. 4a hat die eine Kreisgruppe mit der Amplitude Xi = A. cos p das Diagramm | ?c | die andere Kreisgruppe mit der Ampli tude K2 = A. sin ? das Diagramm |?s| zur
Folge. Erregt man nun die C-Gruppe und die
S-Gruppe gleichzeitig, so ergibt sich wieder eine gut sinusförmige Feldstärke I ? 1 deren Nullrichtung aber um einen Winkel ç gegen über der Nullrichtung des Diagrammes I Cc | verschoben ist, wie die folgende Durchbre chung zeigt.
Das Strahlungsdiagramm der C-Gruppe lässt sich darstellen durch die Beziehung Ki. cos 3a = A. cos g. cos 3 a R72 sin3a=A. sin. sin3a A. (cos 3 a. cos ? + sin 3a. sin) = A. cos (3a) geschieht z. B. dadurch, dass beide Kreisgrup pen durch ein Leistungs-Goniometer gespeist werden, wie Fig. 5 zeigt. Die C-Gruppe bzw. die S-Gruppe der Antennenanordnung der Grunde in den angezeichneten Richtungen die Strahlung unter beliebigen Elevationswinkeln Null. Diese Betrachtungen machen nur von neten Ebenen ist also die Strahlung gleich Null. Diese Betrachtungen machen nur von den Symmetrie-Eigenschaften der Kreisgruppe Gebrauch. Sie gelten unabhängig von dem Verhältnis der Wellenlänge zum Durchmesser des Kreises, auf dem die Antennen angeordnet sind.
Damit ist die Forderung, ebene Nullstrahlungsflächen mit gleichmässigem Abstand zu schaffen, erfüllt. Zur Erzeugung von Leitlinien durch Amplitudenvergleich zweiex Strahlungen kann man folgende Anordnung verwenden :
In der in Fig. 2 dargestellten Anordnung sind auf dem Umfang eines Kreises zwei voneinander unabhängige, im Beispiel dreipaarige Kreisgruppen angeordnet. Sie werden im folgenden als C-Gruppe (Cosinusgruppe, Kreise) und als S-Gruppe (Sinusgruppe ; Punkte) bezeichnet. Man erkennt zunächst aus Fig. 1, dass zwischen der C-Gruppe und der S-Gruppe keine Strahlungskopplnng besteht, denn die eine ist immer in den Strah lungsnullstellen der andern angeordnet.
Erregt man die C-Gruppe allein mit der Amplitude C, so ergibt sich ein Strahlungsdiagramm wie es die ausgezogene Kurve in Fig. 3 zeigt.
Entsprechend ergibt die S-Gruppe bei Erregung mit der Amplitude S die gestrichelte Kurve in Fig. 3. Bei näherer Untersuchung stellt es sich ferner heraus, dass die Strahlung im Gegensatz zu den eingangs erwähnten Antennen-Systemen grosser Basis in gutei Annäherung einen sinusförmigen Verlauf hat.
In Fig. 3 ist der Absolutwert der Feldstärke @ als Funktion des Azimut-Winkels a mit in das der S-Gruppe durch
Durch Addition erhält man das resultierende Diagramm
Die Erzeugung von zwei verschiedener Amplituden Et = A. cos ? und E2 = A. sin p Fig. 2 ist an die Feldspule Fi bzw. F2 dieses Goniometers angeschlossen. Der Übersicht- lichkeit halber sind die C-Gruppe und die S Gruppe nebeneinander und nicht ineinander gezeichnet.
Ein Generator G speist die eine Suchspule des Goniometers, wodurch obige Amplituden in den Feldspulen erregt werden, wobei ? der Verdrehungswinkel der Suchspule Si gegenüber der Feldspule P, ist.
Bringt man jetzt zur Suchspule S1 des Goniometers eine um 90 gedrehte zweite Spule S2 an und schaltet abwechselnd im Komplementärzeichenrhythmus die Spulen an den Generator, so entstehen wiederum durch Ampli tudenvergleich zweier Strahlungen Leitstrahlen, die sich jetzt je nach der Suchspulenstellung in jede Richtung drehen lassen.
Durch dauerndes Rotieren des Goniometer Rotors entsteht ein Drehfunkfeuer, bei dem alle Leitstrahlen sich in der gleichen Richtung drehen.
Wie in Fig. 6a angedeutet, erfolgt die Speisung einer Kreisgruppe zweckmässig von der Mitte aus über gleichlange Leitungen. Man wird möglichst ein symmetrisches Leitungs stüek zwischen den Verzweigungspunkt VP und die Antenne legen, damit man durch einfache Kreuzung unabhängig von der Frequenz die notwendige Gegenphasigkeit im Antennenpaar erhält. In Fig. 6b ist dies näher dargestellt. Der Verzweigungspunkt ist aus zeichnerischen Gründen als Ring dargestellt. Man wird gegebenenfalls Wert darauf legen, dass die elektrische Länge zwischen Verzweigungs- punkt und Antennenfusspunkt = 4 + ./2 beträgt.
In diesem Fall besteht Widerstands- reziprozität zwischen Belastungs-und Ein gangswiderstand jeder Zweigleitung, was in der Praxis für die Anpassung vorteilhaft sein kann. K sind die Kästen für die Antennenabstimmung.
Da nun in einem Diagramm, z. B. dem in Fig. 3 ausgezogenen Diagramm, zwei benachbarte Maxima eine Phasendifferenz von 180 haben, ist es nicht möglich, Leitstrahlen zu erzeugen, in denen beim Umtasten die Amplituden und auch die Phasen konstant bleiben. Es ergibt sich also ganz allgemein beim Umtasten ein Phasensprung. Es ist nun wünschenswert, in allen Leitstrahlen den gleichen Phasensprung zu erzeugen. Dies ist der Fall bei einer Grosse des Phasensprunges von 90 . Es sei jedoch bemerkt, dass sich grund sätzlich jeder andere Wert verwirklichen lässt, z. B. in einem Leitstrahl der Phasensprung Null, dafür hat jedoch der benachbarte Leitstrahl den Wert 180 usw.
Beim Uberlagerungsempfang bildet sich der Phasensprung in der Hochfrequenz in einem gleich grossen Phasensprung in der Tonfrequenz aus, der sich im allgemeinen als Tastklick bemerkbar macht. Die Grundschwingung des Tastklicks hat jedoch die doppelte Frequenz wie die Modulation für die Tastung. Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, sind im obern Bild die Empfängerspannung im Leitstrahl und im untern Bild die Empfängerspannung seitlich vom Leitstrahl dargestellt, und zwar bei einem Beispiel, wo man nicht im Komplementärzei- chenrhythmus, sondern mit einer Tonfrequenz rechteckig tastet und der Leitstrahl durch Verschwinden der Modulation definiert ist.
Die Grundschwingung des Tastklicks lässt sich ihrer doppelten Prequenz wegen durch ein Tiefpassfilter auf der Empfangsseite unterdrücken, so dass er nicht mehr störend ins Gewicht fällt.
Die Einstellung des gewünschten Phasensprunges kann z. B. dadurch geschehen, dass vor einer Suchspule des Goniometers ein entsprechendes Phasenglied Ph gelegt ist (siehe Fig. 5). Zur Erzielung eines 90 -Phasensprun- ges in allen Leitstrahlen ist ein 90 -Glied erforderlich.
Bei Verfahren zur Erzeugung von rotierenden Leitstrahlen wird oft nach einem bestimmten Drehwinkel der Richtstrahlung ein ungerichtetes Diagramm ausgesandt. Dieses runde Strahlungsdiagramm ist ebenfalls mit derselben Antennenanordnung leicht zu erzeugen. Werden nämlich im Beispiel nach Fig. 5 zwölf Antennen der beiden Kreisgruppen gleichphasig erregt, so entsteht ein resultierendes Strahlungsdiagramm, das um weniger als 1 % vom idealen Runddiagramm abweicht. Die Umschaltung auf Rundstrahlung gegenphasig in bezug auf seine beiden zur Gruppe gehörigen Nachbarstrahler schwingt.
Method for generating guide beams for radio navigation.
The so-called radio jaw is known for generating guide beams for radio navigation. It consists of an antenna system with a small base, which is fed in such a way that its radiation is given alternately by two intersecting directional diagrams, while the amplitude of the scanned radiation is compared on the receiving side. With such a method, one does not get below a guide beam width of 2. Wherever sharp guide beams are required, interference methods have therefore been used. These methods work with an antenna base that is large compared to the wavelength and use the zero lines of the radiation resulting from interference effects for localization. These procedures are extremely precise.
With such an antenna system, a number of zero surfaces are created on both sides of the base. The disadvantage of this method, however, is that the distances between the individual zero surfaces are different from one another, that only the zero surface perpendicular to the antenna base is a plane, but the others are rotational hyperboloids that are at a large distance from the base merge asymptotically into conical surfaces. This makes the location dependent on the elevation angle. When the radiation is scanned, the different propagation paths on the Heaviside layer and the bump can also result in a reversal of characters or a
Beacon shift occur depending on the flight altitude.
When the frequency changes, the spacing of the zero surfaces from one another also changes, and thus that of the horizontal guidelines determined by the zero surfaces.
The invention now relates to a method which avoids these disadvantages. It is characterized by the fact that, in order to generate guide beams for radio navigation, the radiators of an even-numbered symmetrical circular group of radiators are fed in such a way that each radiator oscillates out of phase with respect to its two neighboring radiators belonging to the group.
The invention also relates to an arrangement for carrying out this method.
This arrangement is characterized by means for feeding the radiators of an even-numbered, symmetrical circular group of radiators in such a way that each radiator oscillates out of phase with respect to its two neighboring radiators belonging to the group.
If, for example, one arranges six emitters evenly on the circumference of a circle and excites them alternately in phase opposition, as indicated in FIG. 1 by the signs + and -, it is easy to overlook the fact that the radiation in the marked directions is zero must, since two radiators that are symmetrical to the direction in question cancel each other out in their effect.
It can also be seen that an arbitrary zero point is represented from the same with respect to the radiators.
If both groups of circles are alternately scanned d in the complementary character rhythm, then, according to the exemplary embodiment, twelve guide beams are obtained, which are represented by the arrows shown in FIG. 3, the distance between which is the same.
There is now often the task of being able to shift the direction of the guide rays formed by the zero lines of a circle group or the guide rays formed from the alternating scanning of two circle groups. For this purpose, means are provided to excite one circle group with an amplitude Ki and the other circle group with an amplitude K2.
The amplitudes K3 and K2 can always be represented by
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According to FIG. 4a, the one circle group with the amplitude Xi = A. cos p has the diagram | ? c | the other circle group with the amplitude K2 = A. sin? the diagram |? s | to
Episode. If you now excite the C group and the
S group at the same time, this results in a good sinusoidal field strength I? 1 whose zero direction, however, is at an angle ç with respect to the zero direction of the diagram I Cc | is shifted, as the following breakthrough shows.
The radiation diagram of the C group can be represented by the relationship Ki. cos 3a = A. cos g. cos 3 a R72 sin3a = A. sin. sin3a A. (cos 3 a. cos? + sin 3a. sin) = A. cos (3a) happens z. B. in that both Kreisgrup pen are fed by a power goniometer, as Fig. 5 shows. The C-group or the S-group of the antenna arrangement is basically the radiation in the indicated directions at any elevation angle zero. Make these considerations only from the nth planes, so radiation is zero. These considerations only make use of the symmetry properties of the circle group. They apply regardless of the ratio of the wavelength to the diameter of the circle on which the antennas are arranged.
This fulfills the requirement to create flat zero radiation surfaces with even spacing. The following arrangement can be used to generate guidelines by comparing the amplitudes of two radiations:
In the arrangement shown in Fig. 2, two independent, in the example three-pair circle groups are arranged on the circumference of a circle. In the following, they are referred to as the C group (cosine group, circles) and the S group (sine group; points). It can be seen first from Fig. 1 that there is no radiation coupling between the C group and the S group, because one is always arranged in the radiation zero points of the other.
If the C group is excited only with the amplitude C, a radiation diagram results as the solid curve in FIG. 3 shows.
Correspondingly, when excited with the amplitude S, the S group results in the dashed curve in FIG. 3. On closer examination, it also turns out that the radiation, in contrast to the large-based antenna systems mentioned at the beginning, has a sinusoidal profile to a good approximation .
In FIG. 3 the absolute value of the field strength & is shown. as a function of the azimuth angle a into that of the S group
The resulting diagram is obtained by adding
The generation of two different amplitudes Et = A. cos? and E2 = A. sin p Fig. 2 is connected to the field coil Fi or F2 of this goniometer. For the sake of clarity, the C group and the S group are drawn next to one another and not one inside the other.
A generator G feeds one search coil of the goniometer, whereby the above amplitudes are excited in the field coils, where? is the angle of rotation of the search coil Si with respect to the field coil P i.
If you now attach a second coil S2 turned by 90 to the search coil S1 of the goniometer and switch the coils to the generator alternately in the complementary sign rhythm, guide beams are again created by comparing the amplitudes of two radiations, which can now be rotated in any direction depending on the search coil position.
Continuous rotation of the goniometer rotor creates a rotary radio beacon in which all guide beams rotate in the same direction.
As indicated in FIG. 6a, a circular group is expediently fed from the center via lines of equal length. If possible, a symmetrical line piece will be laid between the branch point VP and the antenna so that the necessary antiphase in the antenna pair is obtained by a simple crossing, regardless of the frequency. This is shown in more detail in FIG. 6b. The branch point is shown as a ring for graphic reasons. If necessary, it is important that the electrical length between the branching point and the antenna base is 4 + ./2.
In this case, there is resistance reciprocity between the load and input resistance of each branch line, which in practice can be advantageous for the adaptation. K are the boxes for antenna tuning.
Since now in a diagram, e.g. B. the diagram drawn in Fig. 3, two adjacent maxima have a phase difference of 180, it is not possible to generate guide beams in which the amplitudes and also the phases remain constant when keying. In general, there is a phase jump when keying. It is now desirable to generate the same phase jump in all guide beams. This is the case with a phase jump of 90. It should be noted, however, that in principle any other value can be realized, e.g. B. in a guide beam the phase jump zero, but the neighboring guide beam has the value 180 etc.
In the case of superimposition reception, the phase jump in the high frequency is formed in an equally large phase jump in the audio frequency, which is generally noticeable as a button click. The fundamental oscillation of the key click, however, has twice the frequency as the modulation for keying. As can be seen from FIG. 7, the receiver voltage in the guide beam is shown in the top picture and the receiver voltage to the side of the guide beam in the bottom picture, namely in an example where you do not feel in the complementary character rhythm, but with a rectangular tone frequency and the Beacon is defined by the disappearance of the modulation.
Because of its double frequency, the fundamental oscillation of the button click can be suppressed by a low-pass filter on the receiving side, so that it is no longer disruptive.
The setting of the desired phase jump can, for. B. happen that a corresponding phase element Ph is placed in front of a search coil of the goniometer (see Fig. 5). To achieve a 90 phase jump in all guide beams, a 90 element is required.
In methods for generating rotating guide beams, an omnidirectional diagram is often sent out after a certain angle of rotation of the directional radiation. This round radiation pattern can also be easily generated with the same antenna arrangement. If, in the example according to FIG. 5, twelve antennas of the two circular groups are excited in phase, a resulting radiation diagram is produced which deviates from the ideal circular diagram by less than 1%. The switch to omnidirectional radiation in antiphase with respect to its two neighboring radiators belonging to the group oscillates.