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Anordnung zur Peilung von elektromagnetischen Wellen mit Hilfe eines
Antennensystems insbesondere Adcockantennensystems, großer Basisbreite Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur Peilung elektromagnetischer Wellen mit Hilfe eines Antennensystems,
insbesondere Adcockantennensystems, großer Basisbreite.
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Es ist an sich bekannt, daß sich mit Peilantennensystemen großer
Basisbreite eine wesentlich höhere Peilgenauigkeit erzielen läßt als mit Systemen
kleiner Basisbreite. Der Einfluß störender Rückstrahler in der Nähe des Peilsystems,
die störende Wirkung durch Ausbreitungsvorgänge bedingter, seitlich einfallender
Wellen mit Großkreisausbreitung und andere Verformungen der gepeilten Phasenflächen,
die z. B. beim Kleinbasisadcock zu Fehlpeilungen bis zu 90" führen können, werden
bei einem Großbasissystem in erheblichem Maße verringert.
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Die durch die Anwendung einer größeren Peilbasis sich ergebenden
bemerkenswerten Vorteile lassen sich jedoch aus zwei Gründen nicht ausnutzen.
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Einmal ist eine hinreichende Übereinstimmung zwischen dem zu peilenden
Azimut und dem gemessenen Winkel nur bis zu einer relativ kleinen Basis, z. B. bei
Antennen mit zwei Antennenpaaren bis zu einem Wert von einem Fünftel der Wellenlänge,
vorhanden. Zum anderen ist die Peilanzeige bei großer Peilbasis vieldeutig.
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Zur Erhöhung der Winkeltreue ist es bei Adcockantennensystemen bereits
bekannt, mehrere Antennenpaare mit verschiedenen Basen räumlich in Reihe anzuordnen
und elektrisch parallel zu schalten. Dann addieren sich die Richtdiagramme, und
das resultierende Diagramm entspricht einem Antennenpaar mit einer vergrößerten
Basis. Vom Aufwand abgesehen, schließt diese Lösung eine Vieldeutigkeit der Anzeige
nicht aus.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die bei Antennensystemen,
insbesondere Adcockantennensystemen, mit großer Basisbreite bisher unvermeidliche
Mehrdeutigkeit der Anzeige zu beseitigen.
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Ein bereits bekannter Weg, die Mehrdeutigkeit der Anzeige, wenn nicht
zu beseitigen, so doch zu verringern, besteht darin, an Stelle des bei großer Peilbasis
nur in einem engen Winkelbereich zu richtigen Ergebnissen führenden Spannungsvergleichs
der Antennenpaare einen Phasenvergleich durchzuführen und von der Phasendifferenz
die Richtungskomponenten herzuleiten. Eine eindeutige Anzeige ist allerdings auch
hier nur für Basisbreiten möglich, die die an sich vorhandenen Vorzüge des Großbasissystems
in bezug auf die Peilschärfe nicht voll zur Geltung kommen lassen. Wählt man, z.
B. bei einem Adcocksystem, als Basisgröße den zur Erzielung großer Peilschärfe günstigen
Wert von zwei Wellenlängen, so durchläuft die Phase bei einer Änderung des Azimuts
zwischen O und 360" ein Intervall von nahezu vier Perioden. Die Phasenanzeige ist
für beide Antennenpaare vierdeutig, so daß einem Phasenwertpaar insgesamt sechzehn
Azimutwerte entsprechen, von denen einer die wirkliche Peilung darstellt. Mit der
Anwendung des Phasenvergleichs allein
ist demnach noch keine befriedigende Lösung
des Problems der Erfindung gegeben.
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Die Anordnung nach der Erfindung geht ebenfalls von einem Phasenvergleich
an Stelle eines Spannungsvergleichs aus, erreicht eine Lösung der gestellten Aufgabe
jedoch dadurch, daß zur Vermeidung der Vieldeutigkeit der Anzeige eine Frequenzuntersetzung
der peilenden Welle - zweckmäßig in einem ganzzahligen Frequenzverhältnis - und
eine selbsttätige phasenrichtige Steuerung des Frequenzumsetzers durch den eindeutigen
Meßwert eines zweiten Antennensystems kleinerer Basisbreite und gleicher Ausrichtung
erfolgt.
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Durch die phasenstarre Untersetzung wird erreicht, daß z. B. dem
obenerwähnten Intervall von vier Perioden nunmehr eine einzige Periode entspricht.
Einem Umlauf des Azimutwinkels zwischen 0 und 360" entspricht also ein einmaliger
Durchlauf einer Periode.
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Die Abb. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung eines Peilantennensystems.
Das Antennenpaar 1, 2 sei in der Ost-West-Richtung, das Antennenpaar 3, 4 in der
Nord-Süd-Richtung aufgestellt. Die Welle falle unter dem Winkel a gegen die Nordrichtung
ein. Zunächst wird nur ein Paar von Antennen dieses Großbasissystems im Abstand
d betrachtet. Die in den Antennen induzierten Spannungen werden im folgenden, wie
es einer möglichen Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung entspricht,
durch bei Periodenbeginn erfolgende Impulse gekennzeichnet.
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Der Abstand zwischen den Impulsen der beiden Spannungen ist proportional
ihrem Phasenunterschied und kann durch übliche Kippschaltungen in Strom- oder Spannungswerte
umgesetzt werden.
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Dabei werden die den beiden Spannungen entsprechenden Impulse derart
auf die Eingänge einer Kippvorrichtung geschaltet, daß die Impulse der einen Spannung
das Einkippen, die Impulse der anderen Spannung das Auskippen eines Stromes verursachen.
Der Mittelwert dieses Stromes über eine Periode ist proportional dem Phasenunterschied
der beiden Spannungen.
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Es werde nun zur Eichung des Antennenpaares auf der Mittelsenkrechten
ein Hilfssender aufgestellt. Die beiden Antennen 1 und 2, ihre Energiekabel und
die zugehörigen Verstärker mögen genau die gleichen Phasenlaufzeiten haben. Dann
wird im Phasenmesser nur dann der Wert Null für die Phase festgestellt werden, wenn
die Frequenzuntersetzer phasengleich arbeiten. Die Abb. 2 zeigt unter a die Impulsreihe
der in der Antenne 1 induzierten Spannung, unter b diejenige der in der Antenne
2 induzierten Spannung. Durch die Frequenzuntersetzer wird nur jeder vierte Impuls
durchgelassen. Die durchgelassenen Impulse sind in der Abb. 2 schraffiert wiedergegeben.
Es ergibt sich also, daß bei Erregung der beiden Antennen je nach der Einstellung
des Untersetzers insgesamt vier Phasenwerte möglich sind, die sich durch ganzzahlige
Vielfache (2 s) der Grundperiode vom eigentlichen Wert f unterscheiden. Es wird
als Nullpunkt der Phasenmessung zweckmäßig nicht der der Phasengleichheit der Frequenzuntersetzer
entsprechende Wert Null, sondern, um eine für alle Azimute eindeutige a Phasenanzeige
zu erhalten, der Wert d 2 A2 z = 4 z gewählt, wobei a für den Azimutwinkel, A für
die Wellenlänge stehen soll. Trägt man nun den Eichsender um das Antennensystem
herum, so wird, vorausgesetzt, daß die Strahlung des Eichsenders nicht unterbrochen
wird, für jede Stellung eine eindeutige Zuordnung zwischen Azimut und Phase erhalten.
Sobald die Strahlung jedoch unterbrochen wird, muß zwecks Eichung wieder in die
Ausgangsstellung, d. h. auf die Mittelsenkrechte, zurückgegangen werden. Für die
Peilung eines fernen Senders unbekannter Richtung ist diese Anordnung somit nicht
geeignet und vieldeutig.
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Zur Beseitigung dieser Vieldeutigkeit erfolgt nun nach der Erfindung
eine selbsttätige phasenrichtige Steuerung des Frequenzuntersetzers durch den eindeutigen
Meßwert eines zweiten Antennensystems kleiner Basisbreite und gleicher Ausrichtung.
Es wird also gleichzeitig mit einem normalen Antennensystem kleiner Basisbreite
eine Grobpeilung und mit dem Großbasissystem eine Feinpeilung vorgenommen, derart,
daß die Anzeige der Grobpeilung benutzt wird, um eine möglichst vollautomatische
Auswahl zwischen den Azimutwerten des Großbasissystems zu treffen, wozu die Phasenbeziehungen
zwischen den Frequenzuntersetzern so zu lenken sind, daß die richtige Peilung angezeigt
wird.
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Die Abb. 3 zeigt in schematischer Weise ein solches Antennensystem
nach der Erfindung. Die Antennen 1, II, III, IV entsprechen dem Großbasissystem
mit d die Antennen I', II', III', IV' dem normalen Basis- oder Adcocksystem mit
d ( i) 2 Die Elemente der Antennenpaare des normalen Adcocks seien in üblicher Weise
gegeneinandergeschaltet und die beiden Differenzspannungen entweder zur Hörpeilung
auf ein handbedientes Goniometer geschaltet oder zur Sichtpeilung über phasengleiche
Verstärker auf die Plattenpaare eines Braunschen Rohres gegeben. Man kann aber auch
beim
Kleinbasisadcock an Stelle der Gegenschaltung der Antennenelemente eines Antennenpaares
die Phasenunterschiede der in I' II' bzw. III' IV' induzierten Spannungen messen
und die ihnen entsprechenden Spannungen auf die Plattenpaare eines Braunschen Rohres
schalten. In diesem Falle können entsprechend den obigen Erläuterun-A. gen Basisbreiten
bis d 2 , benutzt und auch schon mit diesem System ein gewisser Großbasiseffekt,
vor allem aber eine höhere Empfindlichkeit, erzielt werden.
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Die in den Antennen des Großbasisadcocksystems induzierten Spannungen
werden nach entsprechender Verstärkung den Impulserzeugern J1 bis J4 zugeleitet.
In diesen Impulserzeugern wird dem Anfang jeder Periode der vier Spannungen, wie
bereits oben erwähnt, ein Impuls zugeordnet. In den Frequenzumsetzern F1 bis F4
werden die einzelnen Impulsfolgen so behandelt, daß jeweils nur jeder vierte Impuls
durchgelassen wird. Hinter den Frequenzumsetzern werden die dem Antennenpaar I und
II entsprechenden frequenzuntersetzten Impulsfolgen dem Phasenmesser P1, die dem
Antennenpaar III und IV entsprechenden frequenzuntersetzten Impulsfolgen dem Phasenmesser
P2 zugeführt und in diesen Phasenmessern in phasenproportionale Spannungen und Ströme
umgesetzt. Die beiden von den Antennenpaaren I, II sowie III, IV abgeleiteten phasenproportionalen
Spannungen können dann einem Anzeigegerät, beispielsweise einem Braunschen Rohr,
zugeleitet werden und ergeben unmittelbar die Einfallsrichtung des gepeilten Senders.
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Diese angezeigte Einfallsrichtung ist zunächst nochvieldeutig (sechzehndeutig).
Sie wird in der Art eindeutig gemacht, daß vom Goniometer des Kleinbasisadcocks
her die einzelnen Frequenzuntersetzer F1 bis F4 gesteuert werden. Dies kann in üblicher
Weise so geschehen, daß die Frequenzuntersetzer F1 bis F4 Vorspannungen erhalten,
deren Größe von der Stellung des Goniometers des Kleinbasisadcocks bei Handpeilung
oder von der Ablenkspannung bei Sichtpeilung abhängt. Die Vorspannungen steuern
die Frequenzuntersetzer (Multivibratoren oder Integrationsuntersetzer) derart, daß
jeweils diejenigen vierten Impulse durchgelassen werden, die zur richtigen, der
Einfallrichtung entsprechenden Phasendifferenz führen.