DE1047882B - Antennensystem fuer eine Peilempfangsanlage - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Antennensystem für eine Peilempfangsanlage, bei welcher mehrere einseitig gerichtete Richtantennenanordnungen, deren Hauptempfangsrichtungen in unterschiedlichen azimutalen Richtungen liegen, vorgesehen sind. Diese Riehtantennenanordnungen sind an dauernd angetriebene Mittel, welche die Empfangssignale nacheinander von den verschiedenen Richtantennenanordnungen abnehmen, angeschlossen. Es ist außerdem ein Generator zur Erzeugung einer Bezugsfrequenz, die mit den dauernd angetriebenen Mitteln synchronisiert ist, eine Empfangs- und Demodulationsanordnung, der nacheinander die von den Antennen abgenommenen Signale zugeführt werden, und eine Anordnung zur Ableitung einer der Phasendifferenz zwischen den demodulierten Signalen und der Bezugsfrequenz proportionalen elektrischen Größe als Maß für die Richtung eines ankommenden Signals vorgesehen.

Eine derartige Anordnung ist bereits bekannt. Das bei dieser Anordnung verwendete Antennensystem besteht aus zwei über Kreuz angeordneten Richtantennensystemen. Die eigentliche Antenne, die mit dem Empfängereingang verbunden ist, steht im Mittelpunkt der Richtantennenanordnungen. In jeder Empfangsrichtung dient eines der Richtantennensysteme als Reflektor und Direktor bezüglich der im Mittelpunkt stehenden Empfangs antenne. Bei der Anordnung sind die diametral gegenüberliegenden Antennen jeder Richtantennenanordnung etwa eine Viertelbetriebswellenlänge voneinander entfernt.

In der Praxis bestehen große Schwierigkeiten, eine genaue und zuverlässige Richtungsanzeige von ankommenden Signalen, insbesondere von Signalen sehr hoher Frequenz, zu erhalten. Bekannte Peilanordnungen und auch die oben beschriebene geben häufig eine unsichere und schwankende Richtungsanzeige, besonders wenn die Signale von einer Quelle ausgehen, welche in der Nähe der Peilempfangsanlage angeordnet ist. Dies ist sehr unerwünscht bei Peilgeräten, mit welchen die Richtung eines die fraglichen Signale aussendenden Flugzeuges bestimmt wird, da gerade dann, wenn sich das Flugzeug in der Nähe der Peilanordnung befindet, eine genaue und zuverlässige Anzeige schnell erhalten werden soll. Im allgemeinen beruhen die Schwankungen und Unsicherheiten, welche die bekannten Peilempfangsanlagen (auch die oben beschriebene) aufweisen, auf Ungleichmäßigkeiten in der ankommenden Wellenfront. Solche Ungleich? mäßigkeiten können mehrere Gründe haben: insbesondere die Vielfachreflexionen an der Inosphäre (in Fällen, in welchen die Peilempfangsanlage ein erhöht aufgestelltes Antennensystem benutzt) und den Einfluß der Polarisationszipfel der verwendeten Antennen.

Antennensystem
für eine Peilempfangs anlage

Anmelder:

Marconi's Wireless Telegraph
Company Ltd., London

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 23. November 1955 und 5. Juli 1956

Dennis Byatt, Chelmsford, Essex (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, verbesserte Peilempfangsanlagen zu schaffen, welche eine relativ ruhige und sichere Richtungsanzeige geben und welche zugleich relativ einfach und wirtschaftlich sind und welche leicht zu installieren und aufzubauen sind. Gemäß der Erfindung wird hierzu gegenüber der oben beschriebenen, bekannten Anlage das Antennensystem anders aufgebaut, und zwar derart, daß das Antennensystem eine große Apertur aufweist. Hierdurch wirken sich Ungleichmäßigkeiten der ankommenden Wellenfront bedeutend geringer aus, und somit wird eine beachtliche Verbesserung in der Stabilität und Sicherheit erreicht.

Erfindungsgemäß wird daher eine Peilanlage vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die einseitig gerichteten Richtantennenanordnungen auf Umfangsabschnitten eines Kreises angeordnet sind, dessen Durchmesser in der Größenordnung einiger Wellenlängen liegt. Diese Anordnung ist besonders günstig bei hohen Frequenzen.

Zweckmäßigerweise ist ein Ring von Antennenpaaren vorgesehen, in welchem die Antennen jedes Paares wenigstens angenähert eine Viertelbetriebswellenlänge voneinander entfernt sind. Die dauernd angetriebenen Mittel verbinden die Antennenpaare nacheinander mit der Empfangs- und Demodulationsanordnung, wobei die Verbindung über Kreise geschieht, die eine Phasenverschiebung von 90° zwischen den Ausgangsspannungen der Antennen des gleichen Paares erzeugen, derart, daß die zwei Antennen eines Paares, wenn sie an die Empfangs- und Demodulationsanordnung angeschaltet sind, eine Richt-

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aritennenanordnung bilden. Alternativ dazu können besagte, dauernd bewegte Mittel derart ausgebildet sein, daß sie die eine Antenne eines Paares mit der Empfangs- und Demodulationsanordnung und die andere Antenne des Paares mit einem Abschluß verbinden, der derart bemessen ist, daß die ihm zugeordnete Antenne als Reflektor für die andere Antenne des Paares wirksam ist.

Die gleichmäßig angetriebenen Mittel können sehr

Stellung die Platten C 3 und C 4 gekoppelt sein. Die Platte P 2 ist an ein Netzwerk PS zur Erzeugung einer Phasenverschiebung von 90° angeschlossen, dessen anderer Anschluß mit der Platte Pl und der Leitung Ll (beide in den Fig. 1 und 2 dargestellt) verbunden ist und welche sich bis zu einer Scheibenelektrode öl erstreckt. Diese Elektrode ist auf der Antriebswelle 5 des beweglichen Teiles des Schalters angeordnet und ist von dieser durch eine zentrische

Die Gesamtanordnung ist in Fig. 3 dargestellt (wobei die Antennen und ihre Speiseleitungen nicht dargestellt sind). Die Einheit DS stellt den Verteilerschalter der Fig. 1 und 2 dar. Die Leitung L 2 der

einfach ein kapazitiver Schaltverteiler sein, welcher io Isolierscheibe B galvanisch getrennt. In fester kapaaus einem Ring fest angeordneter Platten, von denen zitiver Kopplung mit der Metallscheibe D1 steht eine jeweils ein diametral angeordnetes Paar mit einem zweite Metallscheibe D2, welche fest steht und welche Antennenpaar verbunden ist, und Koppelplatten be- im Zentrum eine Öffnung hat, durch welche die Ansteht, welche auf einem Durchmesser angeordnet sind triebswelle 5" hindurchgeht. Die Ausgangsverbindung und miteinander gedreht werden, derart, daß die 15 L2 ist mit der Scheibe Ό2 verbunden. Koppelplatten sich auf einer gemeinsamen kreisförmigen Bahn bewegen, die innerhalb des Ringes liegt,
in welchem die feststehenden Platten angeordnet sind.

Während der Drehung werden die Koppelplatten nach- ^ ^

einander kapazitiv mit den verschiedenen diametral 20 Fig. 3 entspricht der Leitung L 2 der Fig. 2° und die gegenüberliegenden Paaren der festen Platten ver- Welle vS" der der Fig. 2 und 3. Die Welle 5" wird durch koppelt. einen Elektromotor M mit geeigneter Geschwindigkeit

Die Erfindung ist dargestellt und näher erläutert in angetrieben, z. B. mit 1500 Umdrehungen pro Minute. Verbindung mit der Zeichnung, wobei Der Motor M treibt außerdem eine Quelle einer Be-

Fig. 1 die schematische Darstellung der Antennen- 25 zugsfrequenz an, welche aus einem Wechselstromanordnung einer vorzugsweisen Ausführungsform generator G gebildet ist und infolgedessen eine Freund den größten Teil eines kapazitiven Verteiler- quenz erzeugt, die mit der Frequenz übereinstimmt, schalters zeigt, welcher in Verbindung mit besagtem mit welcher die Platten Pl und P 2 sich an den Antennensystem Verwendung findet; Platten Cl bis ClO vorbeibewegen. Wenn die Motor-

Fig. 2 zeigt den Seitenschnitt einer üblichen mecha- 30 geschwindigkeit 1500 Umdrehungen pro Minute ist, nischen Konstruktion für einen Verteilerschalter, wie dann würde die Frequenz des Bezugsgenerators 25 Hz

sein.

Die Ausgangsspannung des Schalters wird über die Leitung L 2 einem Empfänger RD zugeführt, dessen demodulierte Ausgangsspannung durch einen Verstärker A1, welcher für eine Frequenz von 25 Hz selektiv

er in der Anordnung gemäß Fig. 1 benutzt wird;

Fig. 3 ist die Darstellung der gesamten Anordnung (ohne die Antennen und die Speiseleitungen), auf welche sich die Fig. 1 und 2 beziehen;

Fig. 4, 5 und 6 sind zur Erklärung dienende graphische Darstellungen;

Fig. 7 zeigt in stark vereinfachter Darstellung eine Modifikation der Anordnung der Fig. 1.

ist, verstärkt wird. Die Bezugsfrequenz aus dem Generator G wird durch einen anderen Verstärker A 2 verstärkt, der ebenfalls für 25 Hz selektiv ist.

Die Richtung des ankommenden Signals wird durch eine geeignete Vorrichtung angezeigt, welche auf die Phasendifferenz zwischen den Ausgängen der Verstärker Al und A2 anspricht. Die dargestellte Anzeigevorrichtung enthält eine bewegliche Spule /1, die

Fig. 8 ist eine Darstellung wie Fig. 2; sie zeigt den Verteilerschalter der Fig. 4.

In Fig. 1 sind 1 bis 10 Vertikalantennen, die in Paaren 1 und 2, 3 und 4, 5 und 6, 7 und 8, 9 und 10 in gleichen Abständen entlang des Umfanges eines

Kreises angeordnet sind, dessen Durchmesser groß 45 i_n der Darstellung einen Zeiger trägt und so angeordbezüglich der Betriebswellenlänge ist, z. B. viermal _net i_st, daß sie sich im Feld zweier senkrecht aufeindie Betriebswellenlänge. Die Antennen jedes Paares
sind durch ungefähr eine Viertelbetriebswellenlänge
voneinander getrennt. Die einzelnen Antennen sind,
wie aus der Zeichnung entnommen werden kann, über 50
Speiseleitungen mit den Kapazitätsplatten C1 bis C10
verbunden, die einen Teil des kapazitiven Verteilerschalters bilden, der ebenfalls in Fig. 2 dargestellt ist.
Die Platten C1 bis C10 sind auf dem Umfang eines

Kreises angeordnet. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, 55 dargestellt ist, dann werden die Antennen 7 und 8 ein ist die Antenne 1 an die Platte C1, die Antenne 2 an Kardioidenpolardiagramm' erzeugen, welches seine die Platte C2, die Antenne 3 an die Platte C 3... Richtung umkehrt, wenn die Platten Pl und P 2 ihre usw. angeschlossen, während die Platten selbst so Lage vertauschen. Da die Platten Pl und P 2 rotieren, angeordnet sind, daß diejenigen, die mit den Anten- wird die Richtung maximalen Empfangs um den nen eines Paares verbunden sind, sich diametral 60 Azimutkreis wandern.

anderstehender Statorwicklungen /2 und /3 dreht, welche mit 90° Phasenunterschied vom Verstärker A 2 gespeist werden.

Man sieht, daß durch diese Anordnung jedes Paar von Antennen abwechselnd a.h eine Richtantennenanordnung dient und dabei ein Polardiagramm von Kardioidenform erzeugt. Befinden sich die Teile beispielsweise in seiner solchen Lage, wie sie in Fig. 1

gegenüberliegen. Der bewegliche Teil des Schalters besteht aus einem Paar von Kopplungsplatten P1 und P2, die derart auf einem Durchmesser angeordnet sind, daß sie beim Vorbeibewegen an den festen Plat-

Die Wirkungsweise der Anordnung wird noch klarer durch die Fig. 4, 5 und 6. Da der Verteilerschalter rotiert, werden die Amplituden der zum Empfängerdetektor RD durchgelassenen Signale ent-

ten mit diesen kapazitiv gekoppelt sind. In der in e_s sprechend der Länge der Vektoren Vl bis V 9 schwan-Fig. 1 gezeigten Stellung ist die Platte P1 mit der ken. Der zehnte Vektor erscheint nicht, da er theore-PlatteC8 und damit mit der Antenne 8 und die tisch die Länge Null aufweist. Das Kardioiden-PlatteP2 mit der Platte C7 und damit mit der diagramm, welches die Enden der Vektoren verbindet, Antenne 7 verkoppelt. Setzt man eine Drehung im ist in Fig. 4 gestrichelt dargestellt. Dementsprechend Uhrzeigersinn voraus, dann werden in der nächsten 70 wird am Eingang des Empfängers ein amplituden-

moduliertes Signal erscheinen, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die Grundfrequenz der Amplitudenmodulation wird durch die Rotationsgeschwindigkeit der Platten Pl und P 2 bestimmt und ist im vorliegenden Beispiel 25 Hz. Dieses amplitudenmodulierte Signal 5 wird durch den Empfänger RD demoduliert, und es wird die Grundfrequenz von 25 Hz abgetrennt und im Verstärker A1 verstärkt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers A1 besteht aus einer 25-Hz-Welle und ist in Fig. 6 durch die obere sinusförmige Kurve dargestellt. Das Wechselstrombezugssignal aus dem Generator G wird ebenfalls verstärkt, und zwar im Verstärker A 2, dessen Ausgangsspannung durch die untere sinusförmige Kurve in Fig. 6 dargestellt ist. Die Phasenbeziehung dieser zwei Kurven ist ein Maß für die Richtung des ankommenden Signals und ist durch die relative Phasenverschiebung X in Fig. 6 gegeben. Diese relative Phasenverschiebung wird durch ein Instrument angezeigt, welches aus den Spulen/1, /2 und /3 besteht und dessen Zeiger so angeordnet ist, daß die Richtung auf einer Skala (nicht dargestellt) abgelesen werden kann.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Abwandlung der Anordnung der Fig. 1 und 2, soweit dies zum Verständnis notwendig ist. In Fig. 7 und 8 ist nur eine Antenne eines Paares (in der in der Figur dargestellten Lage ist dies die Antenne, die mit der Platte CS verbunden ist) zu einer bestimmten Zeit mit den Empfangs- und Demodulationsmitteln verbunden, während die andere Antenne dieses Paares über einen Abschlußwiderstand Z mit Erde verbunden ist, der in an sich bekannter Weise so dimensioniert ist, daß die besagte andere Antenne als Reflektor für die besagte erste Antenne wirkt, derart, daß ein Antennenpaar ein Kardioidenpolardiagramm erzeugt. Das längliche Rechteck, welches in Fig. 7 zwischen der Leitung L1 und der Impedanz Z dargestellt ist, ist natürlich keine elektrische Verbindung, sondern stellt lediglich eine mechanische Verbindung dar, welche dazu dient, daß die Platten P1 und P 2 miteinander rotieren.

Im Hinblick auf die Beschreibung zu den Fig. 1 und 2 erübrigt sich eine weitergehendere Beschreibung der Fig. 7 und 8.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Antennensystem für eine Peilempfangsanlage, bei welchem mehrere einseitig gerichtete Richtantennenanordnungen, deren Hauptempfangsrichtungen in unterschiedlichen azimutalen Richtungen

45 liegen, dauernd angetriebene Mittel, welche die empfangenen Signale nacheinander von den verschiedenen Richtantennenanordnungen abnehmen, ein Generator zur Erzeugung einer Bezugsfrequenz, die mit den dauernd angetriebenen Mitteln synchronisiert ist, eine Empfangs- und Demodulationsanordnung, der nacheinander die von den Antennen abgenommenen Signale zugeführt werden, und eine Anordnung zur Ableitung einer der Phasendifferenz zwischen den demodulierten Signalen und der Bezugsfrequenz proportionalen elektrischen Größe als Maß für die Richtung eines ankommenden Signals vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitig gerichteten Richtantennenanordnungen auf Umfangsabschnitten eines Kreises angeordnet sind, dessen Durchmesser in der Größenordnung einiger Wellenlängen liegt.

2. Antennensystem für eine Peilempfangsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Umfangsabschnitten eines Kreises angeordneten, einseitig gerichteten Richtantennenanordnungen aus je einem Antennenpaar zusammengesetzt sind, daß die beiden Antennen eine Viertelbetriebswellenlänge voneinander entfernt sind und daß sie an die dauernd angetriebenen Mittel, z. B. einen kapazitiven Verteilerschalter, derart angeschaltet sind, dai? die einander diametral gegenüberliegenden Abnehmerteile, z. B. die Platten des Verteilerschalters, mit Antennen des gleichen Paares verbunden sind.

3. Antennensystem für eine Peilempfangsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen jeder der Richtantennenanordnungen derart mit der Empfangseinrichtung verbunden sind, daß eine Phasendifferenz von 90° zwischen den von den beiden Antennen eines Antennenpaares kommenden Spannungen bewirkt wird.

4. Antennensystem für eine Peilempfangsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Antenne eines Antennenpaares über die dauernd angetriebenen Mittel an die Empfangseinrichtung angeschaltet ist und die andere Antenne über die dauernd angetriebenen Mittel mit einem Abschluß verbunden ist, der derart bemessen ist, daß die ihm zugeordnete Antenne als Reflektor für die andere Antenne des Paares wirksam ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 695 406.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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