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Anordnung zur dreidimensionalen Peilung eines Funksenders Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur dreidimensionalen Peilung eines Funksenders mit selbsttätiger
Peilanzeige, und ihr Wesen besteht darin, daß das Antennensystem aus sechs Dipolpaaren
besteht, von denen je zwei nach Art eines H-Adcocksystems zusammengeschaltet sind,
deren Symmetrieachsen so im Raum orientiert sind, daß sie die Achsen eines räumlich
rechtwinkligen Koordinatensystems bilden und daß die Ausgänge der drei H-Adcocksysteme
entweder an drei an sich bekannte Peilgeräte mit selbsttätiger Peilanzeige angeschlossen
oder mittels einer Umschalteinrichtung derart an ein oder mehrere Peilgeräte(e)
mit selbsttätiger Peilanzeige anschaltbar sind, daß das H-Adcocksystem mit vertikaler
Symmetrieachse in an sich bekannter Weise die azimutale Peilanzeige liefert und
an dem (oder den) den anderen beiden Adcocksystemen zugeordneten Peilgerät(en) Anzeigen
erscheinen, die ein Maß für den Elevationswinkel der einfallenden HF-Welle sind.
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Die erfindungsgemäße Anordnung bietet in ihrer allgemeinen Ausführungsform
den Vorteil, daß bereits im Betrieb befindliche, nur der Azimutpeilung dienende
Sichtfunkpeilgeräte zur zusätzlichen Bestimmung des Höhenwinkels erweitert werden
können. In einer besonderen Ausführungsform besteht die Erfindung darin, daß das
(oder die) Peilgerät(e) nach Art eines Doppelkanalpeilers mit Braunschem Rohr als
Anzeigegerät aufgebaut ist (sind).
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In einer weiteren Ausführungsform sind bei nur einem Peilgerät drei
getrennte Indikatoreinheiten mit Braunschem Rohr vorgesehen, welche synchron mit
der Umschalteinrichtung, die die Ausgänge der drei H-Adcocksysteme an das Peilgerät
anschließt, an den Ausgang des Peilgerätes angeschaltet werden. In einer weiteren
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist vorgesehen, daß bei Verwendung
eines einzigen Peilgerätes die Umschalteinrichtung ein Schalter ist, mit dessen
Hilfe von Hand aus wahlweise das Peilgerät zur Azimut- oder Höhenpeilung an das
zugehörige Antennensystem angeschlossen und gleichzeitig die zugehörige Skala (Azimut-
oder Höhenskala) eingeschaltet wird.
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Adcockantennensysteme sind bisher in der Praxis ausschließlich zur
Bestimmung des Azimutwinkels von einfallenden Wellen beliebigen Elevations- und
Polarisationswinkels benutzt worden. Falls für bestimmte Aufgaben zusätzlich zum
Azimutwinkel noch der Höhenwinkel bestimmt werden soll, kann das mit bekannten Anordnungen
dadurch geschehen, daß Dipolanordnungen verwendet werden, die zur Bestimmung des
Höhenwinkels in ihrem Abstand, und zwar sowohl in waagerechter wie in senkrechter
Richtung, variiert werden müssen. Die Nachteile einer solchen Anordnung bestehen
darin, daß der Höhenwinkel nur
durch Bedienung der die Antennenabstände variierenden
Bedienungsorgane ermittelt werden kann und somit nicht automatisch angezeigt wird.
Damit können insbesondere kurzzeitige Funksendungen nicht in ihrem Höhenwinkel erfaßt
werden. Weiterhin muß eine solche Dipolanordnung, wenn mit einer Peilanlage sowohl
der Azimutwinkel wie der Höhenwinkel bestimmt werden sollen, gesondert neben einem
Adcockantennensystem, das zur Bestimmung des Azimuts dient, aufgestellt werden.
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Die Erfindung stellt nun gegenüber der bekannten Anordnung dadurch
einen technischen Fortschritt dar, daß die Antennensysteme für die Höhenpeilung
in gleicher Weise wie die für die Azimutpeilung benutzten nicht bedient zu werden
brauchen und somit für automatische Peilungen auch kurzer Signale geeignet sind
und daß das der Höhenwinkelbestimmung dienende Antennensystem grundsätzlich in der
gleichen Weise ausgebildet ist wie das für die Azimutpeilung vorgesehene. Diese
gleichartige Ausgestaltung der Antennensysteme gestattet im übrigen in einer besonders
zweckmäßigen Ausfiihrungsform der Erfindung, das der Höhenpeilung dienende Antennensystem
so mit dem der Azimutpeilung dienenden zu kombinieren, daß der vom gesamten Antennensystem
benötigte Raum nicht größer ist als der eines ausschließlich der Azimutbestimmung
dienenden Antennensystenis.
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Bei den der Azimutbestimmung dienenden bekannten Adcocksystemen wird
die Auswanderung des Funksenders in einer Ebene, die senkrecht zur Symmetrieachse
des Adcocks liegt (in einem räumlich rechtwinkligen Koordinatensystem liegt die
Symmetrieachse des Adcocks in der Richtung der z-Achse, während die Ebene, in der
die Auswanderung des Funksenders beobachtet wird, die horizontale xy-Ebene ist),
angezeigt. Man kann natürlich auch mit einem
Adcock mit angeschlossenem
Peilgerät mit selbsttätiger Anzeige Auswanderungen eines Funksenders beohachten,
wenn die Symmetrieachse des Adcocks aus der üblichen Orientierung in der z-Achse
in eine andere Richtung gelegt wird. Dabei muß dann der Sender in einer Ebene auswandern,
die senkrecht zu der gewählten Orientierung der Symmetrieachse des Adcocks liegt.
Die Erfindung macht nun zur Bestimmung des Höhenwinkels von solchen mit ihrer Symmetrieachse
aus der z-Achse herausgedrehten Adcockantennensystemen mit angeschlossenem Peilgerät
mit selbsttätiger Anzeige Gebrauch.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist in den Figuren beispielsweise
und schematisch dargestellt, und es bedeutet Fig. 1 das Antennensystem, Fig. 2 eine
Ausführungsform des Anzeigegerätes eines Doppelkanal-Sichtfunkpeilers, Fig. 3 eine
Anordnung, bei der nur ein Doppelkanal-Sichtfunkpeiler mit laufender Umschaltung
auf die verschiedenen Systeme vorgesehen ist.
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Von den in den drei Hauptebenen eines rechtwinkligen Koordinatensystems
mit senkrecht stehender z-Achse angeordneten Antennenpaaren dienen die um die z-Achse
symmetrisch angeordneten vier Antennen Z1, Z2, Z3, Z4 in Fig. 1 der Peilung des
Azimutwinkels und sind dazu in bekannter Weise beispielsweise an einen Doppelkanal-Sichtfunkpeiler
mit der aus zwei gegenüberliegenden Plattenpaaren einer Braunschen Röhre bestehenden
Indikatoreinheit geführt (in Fig. 2 in der Horizontalebene gezeichnet). (Um die
Ubersichtlichkeit der Fig. 1 nicht zu beeinträchtigen, ist die Art der Zusammenschaltung
der Peilsysteme und ihr Anschluß an den Eingang des Doppelkanalpeilers nur für das
System Z1 Z2, Z3, Z4 gezeichnet.
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Die Anschlüsse für die beiden anderen Systeme, die ebenfalls im Zentrum
erfolgen, sind völlig analog ausgeführt.) Dabei sind die Antennen wie bei einem
H-Adcock als gegeneinandergeschaltete Dipole ausgeführt, wobei das in der yz-Ebene
liegende PaarZ1Z3 beispielsweise die sin-Komponente und das in der xz-Ebene liegende
Paar Z2Z4 die cos-Komponente der Peilspannung liefert. Das um die x-Achse symmetrische
Antennensystem mit den Antennen X1, X2, X3, X4 kann man sich am einfachsten dadurch
entstanden denken, daß die in der z-Achse liegende Symmetrieachse des Antennen systems
Zt, Z2, Z3, Z4 in der xz-Ebene um 90° nach rechts gedreht worden ist. Das dritte
System ist in genau der gleichen Weise aufgebaut und um die y-Achse symmetrisch,
und es besteht aus den Antennen Y1, Y2, Ys, Y4. Die beiden Systeme Ä4, X2, X3, X4
und Yt, Y2, Y3, Y4 dienen der Peilung des Höhenwinkels. Dazu sind sie an zwei gleichartig
aufgebaute Indikatoreinheiten geführt, die ebenso wie die Indikatoreinheit für den
Azimutwinkel aus Braunschem Rohr mit gekreuztem Plattensystem bestehen.
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Der schematische Aufbau der drei Indikatoreinheiten ist in Fig. 2
gezeigt. Dabei ist zum besseren Verständnis eine Darstellung gewählt, bei der die
Indikatoreinheiten so angeordnet sind, daß die Lote auf ihren Ebenen mit den Symmetrieachsen
der zugehörigen Systeme zusammenfallen. Es erscheint des halb in der Darstellung
die Azimutanzeige in der Horizontalebene (Lot parallel zur z-Achse), während die
beiden der Höhenpeilung dienenden Einheiten in der xz-Ebene (Lot parallel zur y-Achse)
und in der yz-Ehene (Lot parallel zur x-Achse) liegen. Der Anschluß der Plattenpaare
zu den zugehörigen Antennensystemen ist deshalb durch die Bezeichnungen P2 j, PZ2,
PZSX
PZ4 (Azimutanzeige), Pxt, Po2, PX3XPX4 Pxq (Höhenanzeige in der yz-Ebene) und Pyl,
Py2, Py3, Py4 (Höhenanzeige in der xz-Ebene) gegeben.
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Wenn es sich bei der Höhenpeilung nur um die Festlegung des Höhenwinkels
auf Grund der geometrischen Verhältnisse handeln würde, wie man sie z. B. bei der
optischen Peilung nach einem im Raum befindlichen Objekt (z. B. Flugzeug oder Stern)
braucht, dann wäre nur eine Vertikalebene zur Ermittlung des Höhenwinkels erforderlich,
also in Fig. 2 z. B. nur die vordere oder die rechte Ebene der in Würfel form gezeigten
Anordnung. Die zweite Vertikalebene würde einen zusätzlichen Aufwand bedeuten, da
die aus beiden Ebenen ermittelten Angaben zu dem gleichen Höhenwinkel führen.
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Es ist auf Grund einfacher geometrischer Vorstellungen leicht ersichtlich,
daß der gesuchte Höhenwinkel, also der Winkel, den der vom Beobachtungsort zu dem
zu peilenden Objekt gehende Strahl in der durch diesen hindurchgelegten Vertikalebene
gegen die Horizontalebene bildet, nicht unmittelbar der in der xz- oder yz-Ebene
ermittelte Elevationswinkel ist. Er errechnet sich aber in einfacher Weise dadurch,
daß der in der Koordinatenebene ermittelte Elevationswinkel mit dem Cosinus oder
Sinus des Azimutwinkels (je nachdem, ob es sich um die Messung in der xz-oder yz-Ebene
handelt) korrigiert wird. Diese geometrischen Verhältnisse, daß also der gesuchte
Höhenwinkel nicht in einer der beiden vertikalen Koordinatenebenen unmittelbar angezeigt
wird, gelten auch für den Fall der Höhenpeilung einer elektromagnetischen Welle.
Während es aber im Fall der optischen Peilung gleichgültig ist, ob man sich zur
Ermittlung des Höhenwinkels der Anzeige in der xz- oder in der yz-Ebene bedient,
ist es wegen des verschiedenen Polarisationszustandes, den die schräg einfallende
elektromagnetische Welle haben kann, für die Funkpeilung erforderlich, beide vertikalen
Koordinatenebenen vorzusehen. Bei Wahl nur einer Ebene würde nämlich bei bestimmten
Elevationswinkeln und Azimutwinkeln gelegentlich überhaupt keine Anzeige des Höhenwinkels
vorhanden sein. Das kann man in sehr anschaulicher Weise sofort einsehen, wenn man
z. B. das Verhalten einer vertikal polarisierten Welle, die in der xs-Ebene schräg
von oben einfällt, untersucht.
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Man sieht aus Fig. 1 für diesen Fall sofort, daß die von der vertikal
polarisierten Welle (deren elektrischer Vektor in der xx-Ebene senkrecht zur Einfallsrichtung
der Welle verläuft) abzuspaltende Horizontalkomponente, die in diesem Fall in der
xz-Ebene liegt, das Antennensystem X1, X2, X3, X4 erregt und an der diesem System
zugeordneten Indikatoreinheit (in Fig. 2 in der yz-Ebene angedeutet) eine Spannung
zur Anzeige bringt. Wenn diese Welle aber in der yz-Ebene einfallen würde, also
um 900 gegen den eben beschriebenen Fall im Azimut verdreht wäre, dann würde bei
Vorhandensein nur eines der beiden der Höhenanzeige dienenden Peilsysteme (also
z. B. des Systems X1, X2, X3, X4) die abgespaltene Horizontalkomponente der vertikal
polarisierten Welle keinen der Höhenanzeige dienenden Spannungsanteil liefern. Bei
Auswanderung der Welle im Azimut um 900 aus der Einfallsrichtung in der z-Ebene
in die Einfallsrichtung in der yz-Ebene würde beispielsweise die an dem zugeordneten
vertikalen Plattenpaar der Indikatoreinheit in der yz-Ebene vorhandene Ablenkspannung
auf Null zurückgehen, so daß keine Höhenanzeige mehr erfolgen würde. Um bei diesem
Azimut also eine Höhenanzeige zu erhalten, müßte das Antennensystem 5t, Y2, 53,
54 vorhanden sein. In dem speziellen Fall
der rein vertikalen Polarisation
würde für den Einfallswinkel in der yz-Ebene aber das Antennensystem Xt, X2, X3,
X4 nicht benötigt werden, so daß man mit der Indikatoreinheit gemäß Fig. 2 in der
yz-Ebene auskommen würde. Wenn nun aber bei dem angegebenen Einfall der Welle in
der yz-Ebene der elektrische Vektor von Vertikalpolansation nach Horizontalpolarisation
gedreht würde, dann würde das Antennenkeine Y1, Y2, Y3, Y4 keine Anzeige mehr geben
und system Y1, Y2, Y8, Y4 der Höhenwinkel nur dann angezeigt werden, wenn das Antennensystem
X1, X2, X3, X4 vorhanden ist, da nur diese Antennen bei der angenommenen Welle den
horizontalen Vektor, der senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung steht, also parallel
zur x-Achse verläuft, aufnehmen.
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Die beschriebenen Beispiele zeigen anschaulich, daß eine aus beliebigem
Azimut schräg von oben kommende Welle beliebiger Polarisation (die immer in einen
vertikalen und einen horizontalen Anteil zerlegt werden kann) zur Anzeige des Höhenwinkels
grundsätzlich die beiden Antennensysteme X1, X2, X3, X4 und Yl, Y2, Y3, Y4 mit den
dazugehörigen Indikatoreinheiten in der yz- und in der xz-Ebene benötigt. Dabei
wird im allgemeinen an beiden Indikatoreinheiten je ein Elevationswinkel angezeigt
werden, aus dem der gesuchte Höhenwinkel durch Multiplikation mit dem Cosinus bzw.
Sinus des Azimutwinkels ermittelt werden kann. In vielen Fällen wird also die Ablesung
an einer der beiden Indikatoreinheiten ausreichend sein, in Sonderfällen, wie sie
in den Beispielen erläutert wurden, wird aber nur an einer der beiden Einheiten
ein Elevationswinkel angezeigt werden. In der Praxis wird man für die Ermittlung
des Höhenwinkels natürlich diejenige Anzeige vorzugsweise auswerten, bei der die
größte Strichlänge an den vertikalen Plattenpaaren entsteht.
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Die in den Beispielen gegebene Erläuterung, daß mit dem erfindungsgemäß
angegebenen Antennensystem der Azimut- und Höhenwinkel einer beliebig einfallenden
Welle bestimmt werden kann, läßt sich auch durch einen allgemeinen mathematischen
Ansatz noch nachweisen. Es ist aber hier bewußt darauf verzichtet worden, da die
Verhältnisse bei Zugrundelegung der Fig. 1 und 2 so anschaulich sind, daß die Eigenschaften
der Anordnung vollständig übersehen werden können.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht noch
darin, daß bei gleichzeitiger Anzeige des Höhenwinkels eine besondere Seitenbestimmung
der an sich doppeldeutigen Azimutpeilung entfällt, da die richtige Seite einer eindeutigen
Höhenwinkelangabe bei Zählung des Höhenwinkels von O über 90 bis 1800 zwangläufig
zugeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Maßnahme kann nun in der Weise ausgeführt werden,
daß zu jedem Antennensystem und der zugehörigen Indikatoreinheit ein Doppelkanalempfänger
vorgesehen ist, dessen Eingang in bekannter Weise an das Antennensystem und dessen
Ausgang an die Ablenkplattenpaare der Braunscben Röhre angeschlossen ist. Von dieser
Maßnahme wird man in der Praxis aber nur dann Gebrauch machen, wenn die Anzeigen
von Azimut- und Höhenwinkel gleichzeitig ständig vorhanden sein müssen und nicht
die geringste zeitliche Unterbrechung gestatten. In solchen Fällen, die nur für
sehr schnell auswandernde Peilobjekte erforderlich sein würden, muß der dafür erforderliche
technische Aufwand getrieben werden.
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In den meisten Fällen wird es jedoch genügen, mit einer Doppelkanal
- Verstärkereinheit auszukommen und sie bei Bedarf an das der Azimutpeilung dienende
Antennensystem
oder an die der Höhenpeilung dienenden anzuschließen. Dabei ist es durchaus möglich,
daß bestimmte betriebliche Voraussetzungen es gestatten, diesen Anschluß je nach
Bedarf wahlweise mit einem Schalter von Hand aus durchzuführen, und daß man auch
mit einer einzigen Indikatoreinheit auskommt, die dann eine besondere Skala für
die Azimutpeilung und für die Höhenpeilung besitzt, die zweckmäßigerweise bei Betätigung
des Schalters für den entsprechenden Aufgabenbereich mit einzuschalten wären. In
diesem Fall, der dem geringsten Aufwand entsprechen würde, wäre lediglich das Antennensystem
von dem bekannten, eines nur der Azimutpeilung dienenden Sichtfunkpeilers unterschieden,
während der Aufwand für die Apparatur - ein Doppelkanalpeiler und eine Indikatoreinheit
- lediglich durch einen von Hand zu betätigenden Umschalter zu erweitern wäre.
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Es sind aber auch Anwendungsbeispiele denkbar, bei denen man ständig
den Höhen- und Azimutwinkel angezeigt haben will, bei denen aber eine periodische
kurzzeitige Unterbrechung die betrieblichen Erfordernisse nicht einschränkt. Eine
solche Ausführungsform, die also aus drei Indikatoreinheiten und einem periodisch
umschaltbaren Doppelkanal-Sichtfunkpeiler besteht, ist in Fig. 3 gezeigt. Dabei
ist für den Anschluß der drei verschiedenen Antennensysteme an die Eingänge 1 und
2 des Doppelkanalpeilers ein Umschalter3 vorgesehen, der lediglich als Beispiel
schematisch als rotierender Umschalter gezeichnet ist (in einem bekannten Ausführungsbeispiel
sind selbstverständlich ebenso elektronische Umschalter möglich). Durch diesen Schalter
werden nacheinander die drei Antennensysteme an die Verstärkereingänge gelegt. Gleichzeitig
werden mit einem zweiten Schalter 4, der synchron mit dem ersten rotiert, die Ausgänge
5 und 6 des Doppelkanalpeilers an die zugehörigen Plattenpaare der drei Indikatoreinheiten
geführt. In der Figur ist diejenige Schaltphase gezeichnet, bei der das der Azimutpeilung
dienende Antennensystem Z1 Z2 Z3, Z4 an die Indikatoreinheit für die Azimutpeilung
(Pzt, Pz2, PZ3, PZ4) angeschlossen ist.
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PATENTANSPROCHE: 1. Anordnung zur dreidimensionalen Peilung eines
Funksenders mit selbsttätiger Peilanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennensystem
aus sechs Dipolpaaren besteht, von denen je zwei nach Art eines H-Adcocksystems
zusammengeschaltet sind, deren Symmetrieachsen so im Raum orientiert sind, daß sie
die Achsen eines räumlich rechtwinkligen Koordinatensystems bilden und daß die Ausgänge
der drei H-Adcocksysteme entweder an drei an sich bekannte Peilgeräte mit selbsttätiger
Peilanzeige angeschlossen oder mittels einer Umschalteinrichtung derart an ein oder
mehrere Peilgerät(e) mit selbsttätiger Peilanzeige anschaltbar sind, daß das H-Adcocksystem
mit vertikaler Symmetrieachse in an sich bekannter Weise die azimutale Peilanzeige
liefert und an dem (oder den) den anderen beiden H-Adcocksystemen zugeordneten Peilgerät(en)
Anzeigen erscheinen, die ein Maß für den Elevationswinkel der einfallenden HF-Welle
sind.