DE1170481B

DE1170481B - Method for determining the direction of incidence of electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1170481B
Application number: DEW30430A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr-Ing Herma Zauscher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-07-27
Filing date: 1961-07-27
Publication date: 1964-05-21

Description

Verfahren zur Bestimmung der Einfallsrichtung elektromagnetischer Wellen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Einfallsrichtung elektromagnetischer Wellen unter Verwendung eines Sichtfunkpeilers nach dem Doppelkanalprinzip mit Anzeige auf Braunschem Rohr und eines sechs Spannungen liefernden Antennensystems, das aus drei senkrecht zueinander stehenden, in den Hauptkoordinatenebenen eines rechtwinkligen Koordinatensystems angeordneten Rahmen und drei in den Hauptkooldinatenachsen angeordneten Dipolen besteht, und ihr Wesen besteht darin, daß für die Bestimmung des von Polarisations- und Elevationswinkel unabhängigen Azimutwertes die in der Horizontalebene senkrecht zueinander liegenden Komponenten Pz und Pv des Eneigieiichtungsvektors (Poyntingscher Vektor) verwendet werden, wobei Px und Py unter Verwendung von Multiplikations- bzw.Method for determining the direction of incidence of electromagnetic Waves The invention relates to a method for determining the direction of incidence electromagnetic waves using a visual direction finder based on the double-channel principle with display on a brown tube and an antenna system delivering six voltages, that of three perpendicular to each other, one in the main coordinate planes frame arranged in a right-angled coordinate system and three in the main coordinate axes arranged dipoles consists, and their essence consists in that for the determination of the azimuth value, which is independent of the polarization and elevation angle, is shown in the Components Pz and Pv of the inclination vector lying perpendicular to one another in the horizontal plane (Poynting vector) can be used, where Px and Py using multiplication respectively.

Subtraktionsstufen nach den Ausdrücken PZ = URZ UDil - URY UDZ und PV = UDz - URZ UDz gebildet weIden, in denen UDS, UDV und UDZ die von den in der x-, y- und z-Achse orientierten Dipolen gelieferten Spannungen und KURZ, URV und URZ die von den Rahmen, deren Normalen in der x-, y- und z-Achse liegen, gelieferten Spannungen sind und wobei diese Dipol- bzw. Rahmenspannungen nach Durchlaufen von Vorverstärkern, die nach Verstärkungsgrad und Phase gleichgemacht sind, den Multiplikations-und Subtraktionsstufen zugeführt werden, an deren Ausgängen die Komponenten Px und Py entnommen und an die Eingänge des Doppelkanalsichtfunkpeilers geschaltet werden, an dessen Braunschem Rohr dann der Azimutpeilwinkel ç in bekannter Weise durch Quotientenbildung nach dem Ausdruck erscheint.Subtraction steps according to the expressions PZ = URZ UDil - URY UDZ and PV = UDz - URZ UDz are formed, in which UDS, UDV and UDZ the voltages supplied by the dipoles oriented in the x, y and z axes and KURZ, URV and URZ are the voltages supplied by the frames, the normals of which are in the x, y and z axes, and these dipole or frame voltages, after passing through preamplifiers which are equalized in terms of gain and phase, the multiplication and Subtraction stages are supplied, at the outputs of which the components Px and Py are taken and switched to the inputs of the double-channel radio direction finder, on whose brown tube the azimuth bearing angle ç then in a known manner by forming quotients according to the expression appears.

In einer Weiterbildung besteht die Erfindung darin, daß zur Bestimmung des Elevationswinkels die Komponenten P2 und Pv weiteren elektronischen Recheneinheiten zugeführt werden, welche den Ausdruck 1 PZ2 1 ev2 bilden, und daß zusätzlich die Vertikalkomponente F2 des Energielichtungsvektors verwendet wird, die aus den Spannungen der beiden horizontalen Dipole und der beiden vertikalen Rahmen nach dem Ausdruck P2 = URV UDs - URX UDV gebildet wird, wobei diese Spannungen in analoger Weise wie für die Bildung der Komponenten Px und P, in Multiplikations- und Subtraktionsstufen zusammengefaßt werden, und daß die Komponente Pz dem einen Eingang des Doppelkanalsichtfunkpeilers zugeführt wird, während an den anderen Eingang die Größe gelegt wird, wodurch am Braunscnen Rohr der Elevationswinkel y des gepeilten Senders durch Quotientenbildung nach dem Ausdruck unmittelbar zur Anzeige gebracht wird.In a further development, the invention consists in that, to determine the elevation angle, the components P2 and Pv are fed to further electronic arithmetic units, which form the expression 1 PZ2 1 ev2, and that in addition the vertical component F2 of the energy exposure vector is used, which is derived from the voltages of the two horizontal dipoles and the two vertical frames is formed according to the expression P2 = URV UDs - URX UDV, these voltages being combined in multiplication and subtraction stages in an analogous manner as for the formation of the components Px and P, and that the component Pz dem one input of the dual-channel direction finder is fed, while the other input is the size is placed, whereby the elevation angle y of the transmitter located on the Braunscnen tube by forming the quotient according to the expression is immediately brought to the display.

In den F i g. 1, 1 a, 2 und 3 wird nun das Wesen der Erfindung nähet erläutert. Dabei stellt dar F i g. 1 die räumliche Zerlegung eines Energierichtungsvektors, F i g. la das Antennensystem fül die erfindungsgemäßen Maßnahmen, F i g. 2 das Blockschaltbild für eine Anordnung zur Anzeige des Azimuts, F i g. 3 das Blockschaltbild für eine Anordnung zur wahlweisen Anzeige von Elevations- oderAzimutwinkel. In the F i g. 1, 1 a, 2 and 3 will now sew the essence of the invention explained. F i g. 1 the spatial decomposition of an energy direction vector, F i g. la the antenna system for the measures according to the invention, FIG. 2 the block diagram for an arrangement for displaying the azimuth, F i g. 3 the block diagram for a Arrangement for the optional display of elevation or azimuth angle.

In F i g. 1 der vorliegenden Erfindung ist ein mit dem Azimut f und der Elevation y im Bezugspunkt O eines räumlichen, rechtwinkligen Koordinatensystems xyz ankommender Wellenstrahl S dargestellt. In Fig. 1 of the present invention is one with azimuth f and the elevation y at the reference point O of a three-dimensional, right-angled coordinate system xyz incoming wave beam S shown.

Der Energievektor p dieses Strahles zeigt in die Richtung der Wellenausbreitung und steht senkrecht auf der Phasenfläche der Wellenfront, in welcher die Vektoren der elektrischen und der magnetischen Feldstärke liegen.The energy vector p of this ray points in the direction of wave propagation and is perpendicular to the phase surface of the wavefront in which the vectors the electric and magnetic field strength.

Die Feldstärkevektoren stehen zwar senkrecht aufeinander, können jedoch infolge Polarisation in ihrer Ebene beliebig verdreht sein und ergeben daher bei Verwendung von räumlich begrenzten Antennen keine einwandfreie Peilung. Demgegenüber liefern die Kom- ponenten des Poyntingschen Vektors auch mit räumlich begrenzten Antennen eine polarisationsfehlerfreie einwandfreie Peilanzeige. Diese Komponenten werden nun erfindungsgemäß aus den am Bezugspunkt 0 auftretenden Komponenten der elektrischen und der magnetischen Feldstärke in der im folgenden dargestellten Weise ermittelt. The field strength vectors are perpendicular to each other, can however, as a result of polarization, they can be twisted at will in their plane and therefore result when using spatially limited antennas, no proper bearing is found. In contrast deliver the comm components of Poynting's vector also with spatial limited antennas a polarization error-free, flawless bearing display. These According to the invention, components are now made up of the components occurring at reference point 0 the electric and magnetic field strength in the one shown below Way determined.

Der Energievektor 'pf ist bekanntlich als Vektorprodukt der elektrischen Feldstärke e und der magnetischen Feldstärke definiert, d. h. in mathematischer Darstellung gilt r, = zu (1) Nach F i g. 1 wird i in seine rechtwinkeligen Komponenten Px, Py und P2 zerlegt, welche in der gewählten Darstellungsweise sämtlich in die negative Richtung der Koordinatenachsen zeigen. Die in der Peiltechnik üblichen Richtungswerte für Azimut T und Elevation y können nun auf folgende Weise aus den genannten Komponenten ermittelt werden - Px tg w. = (2) - Py und Nun benötigt man nur noch den Übergang von den Komponenten PZ, P P2 zu den Komponenten der elektrischen Feldstärke ES, Ey, Ez und der magnetischen Feldstärke Hz, Hy, Hz, die mit den drei Dipolen und den drei Rahmen des Antennensystens, das in F i g. 1 a schematisch dargestellt ist, ermittelt werden können.As is well known, the energy vector 'pf is defined as the vector product of the electric field strength e and the magnetic field strength, ie in a mathematical representation r, = to (1) According to F i g. 1, i is broken down into its right-angled components Px, Py and P2, which all point in the negative direction of the coordinate axes in the selected representation. The directional values for azimuth T and elevation y that are customary in DF technology can now be determined from the components mentioned in the following way - Px tg w. = (2) - Py and Now you only need the transition from the components PZ, P P2 to the components of the electric field strength ES, Ey, Ez and the magnetic field strength Hz, Hy, Hz, the one with the three dipoles and the three frames of the antenna system that is shown in F i g. 1 a is shown schematically, can be determined.

Für diesen Ubergang liefert die Berechnung ein Matrizenschema. Es ist nämlich und die einzelnen Komponenten werden Aus den Gleichungen (2) und (6) erhält man für den gesuchten Azimutwert HyEz - HzEy tg q. = .(7) HzEx - HxEz Der Ausdruck (7) wird durch die in F i g. 2 dargestellte apparative Anordnung ermittelt. Zur Bestimmung der Feldstärkewerte welden die in den einzelnen Antennen induzierten Spannungen verwendet, da dieselben einander proportional sind. Bei unter sich gleichen elektrischen und magnetischen Antennen hat man zweierlei Proportionalitätsfaktoren, nämlich c für die Beziehung zwischen der magnetischen Feldstärke und der Rahmenspannung und c2 für den Zusammenhang zwischen elektrischer Feldstärke und Dipolspannung. Es sind also Unz = Ci Hz URY = c1 Hy URZ = C2 Hz (8) Unx = C2EX UDY = C2Ey UDZ = C2EZ Mit Hilfe von (8) ergibt sich aus (7) der folgende Ausdruck Der technische Fortschritt des Ausdrucks (9) besteht darin, daß im Gegensatz zu einer bekannten Anordnung für die Produktenbildung jeweils eine Rahmen-und eine Dipolspannung herangezogen werden. Dadurch ergibt sich bei jedem Einzelglied in (9) derselbe kombinierte Proportionalitätsfaktor cíc, , der dann bei der Quotientenbildung auf dem Schirm der Braunschen Röhre wegfällt. Es ist also erfindungsgemäß der wesentliche Fortschritt erzielt, daß jeweils nur die drei Rahmen unter sich und die drei Dipole unter sich gleiche Aufnahmefaktoren besitzen müssen.The calculation provides a matrix scheme for this transition. Because it is and the individual components will be Equations (2) and (6) give HyEz - HzEy tg q for the desired azimuth value. =. (7) HzEx - HxEz The expression (7) is given by the in FIG. 2 determined apparatus arrangement shown. The voltages induced in the individual antennas are used to determine the field strength values, since they are proportional to one another. If electrical and magnetic antennas are identical, there are two types of proportionality factors, namely c for the relationship between the magnetic field strength and the frame voltage and c2 for the relationship between the electrical field strength and the dipole voltage. So Unz = Ci Hz URY = c1 Hy URZ = C2 Hz (8) Unx = C2EX UDY = C2Ey UDZ = C2EZ With the help of (8), the following expression results from (7) The technical progress of expression (9) consists in the fact that, in contrast to a known arrangement, a frame voltage and a dipole voltage are used for the product formation. This results in the same combined proportionality factor cíc, for each individual element in (9), which is then omitted in the formation of the quotient on the screen of the Braun tube. Thus, according to the invention, the essential advance has been achieved that only the three frames below and the three dipoles need to have the same recording factors.

Es bleibt also die Antennenanordnung nach F i g. 1 a über einen großen Frequenzbereich hin brauchbar, da die Aufnahmefaktoren von Rahmen und Dipolen nun nicht mehr denselben Frequenzgang zu besitzen brauchen. Das gleiche gilt auch für die Vorverstärker 1 und 2 der F i g. 2. Es brauchen hier nicht alle sechs Kanäle, sondern nur jeweils drei hinsichtlich Verstärkungsgrad und Phasengang egalisiert zu werden.So there remains the antenna arrangement according to FIG. 1 a over a big one Frequency range usable, since the recording factors of frames and dipoles are now no longer need to have the same frequency response. The same goes for the preamplifiers 1 and 2 of FIG. 2. Not all six channels are needed here, but only three equalized in terms of gain and phase response to become.

Auch dies ist ein wesentlicher technischer Fortschritt, da man auf bereits gut entwickelte Dreikanalverstärker zurückgreifen kann.Again, this is a major technical advance as one is on can use already well-developed three-channel amplifiers.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber der bereits erwähnten bekannten Anordnung besteht darin, daß bei der vorliegenden Anordnung für jeden Elevations- und Polarisationswinkel (also auch bei horizontalem Einfall) eine Peilung möglich ist. Im Gegensatz dazu ist die bekannte Anordnung bei horizontalem Einfall nicht zu verwenden, so daß dafür eine Umschaltmöglichkeit auf die Anordnung für normale Tagespeilung vorgesehen werden muß, bei der die beiden Rahmen eines normalen Kreuzrahmens in bekannter Weise an die Eingänge eines Doppelkanalsichtfunkpeilers angeschaltet werden. Another advantage of the arrangement according to the invention over the already mentioned known arrangement is that in the present arrangement for every elevation and polarization angle (also with horizontal incidence) a bearing is possible. In contrast, the known arrangement is horizontal Not to use incidence, so that there is a possibility to switch over to the arrangement must be provided for normal daily bearing in which the two frames one normal cross frame in a known manner to the inputs of a dual-channel radio direction finder be switched on.

In Fig.2 ist nun an Hand eines schematischen Blockschaltbildes im einzelnen die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Schaltungsteile dargestellt worden. Die drei Dipolspannungen Dz, D, und Dz werden im Dreikanalverstärker 1 und ebenso die drei Rahmenspannungen Rr, Ry und Rz, im Dreikanalverstärker 2 auf eine für die Multiplikationsstufen 3, 4, 5, 6 passende Größe vorverstärkt und dann den Subtraktionsstufen 9 und 10 zugeführt. Die auf diese Weise ermittelten Komponenten Pz und und ? werden den beiden Kanälen eines Doppelkanalsichtfunkpeilers 12 zugeführt, auf dessen Bildschirm 13 dann eine Strichanzeige unter einem Winkel erscheint, der mit dem gesuchten Azimutwinkel übereinstimmt. In Figure 2 is now on the basis of a schematic block diagram in individual the arrangement according to the invention of the individual circuit parts shown been. The three dipole voltages Dz, D, and Dz are in the three-channel amplifier 1 and likewise the three frame voltages Rr, Ry and Rz, in the three-channel amplifier 2 to one for the multiplication levels 3, 4, 5, 6 appropriate size pre-amplified and then the Subtraction stages 9 and 10 supplied. The components identified in this way Pz and and? are fed to the two channels of a dual-channel radio direction finder 12, on the screen 13 then a line display appears at an angle that matches the azimuth angle sought.

Diese Anzeige ist nicht nur unabhängig von Elevation und Polarisation der gepeilten Welle, sondern hat auch das Maximum der Empfindlichkeit bei horizontalem Welleneinfall (y = 0). Als Multiplikationsstufen können nicht nur entsprechend geschaltete Mischröhren, sondern beispielsweise auch Hallgeneratoren oder Diodenkombinationen in an sich bekannter Weise verwendet werden.This display is not only independent of elevation and polarization of the directional wave, but also has the maximum sensitivity when horizontal Wave incidence (y = 0). The multiplication levels can not only be switched accordingly Mixing tubes, but also, for example, Hall generators or diode combinations can be used in a manner known per se.

Die für die Höhenwinkelbestimmung ausgestaltete Anordnung der erfindungsgemäßen Vorschläge ist in F i g. 3 schematisch dargestellt. Im Gegensatz zu der Anordnung für die Bestimmung des Azimutes (F i g. 2) wird mit den Komponenten Px und Py, bevor sie dem Doppelkanalsichtfunkpeiler zugeführt werden, erst noch eine weitere Umrechnung durchgeführt. Dazu werden die Werte P2 und Py je einer Quadrierstufe 14 zugeführt, auf die dann eine Additionsstufe 15 und eine Wurzelwertstufe 16 folgt. Die Stufen 14 und 16 können in an sich bekannter Weise, z. B. durch Dioden-Kombinationen, verwirklicht werden. Für die Messung des Elevationswinkels ist außerdem noch die Vertikalkomponente des Poyntingschen Vektors Pz erforderlich, die aus den Spannungen der beiden horizontalen Dipole und Dy sowie aus denen der vertikalen Rahmen Rx und Ry in völlig analoger Weise zu den Komponenten Po und Py gebildet wird. Dazu gehören die Multiplikationsstufen 7 und 8 sowie die Subtraktionsstufe 11. An den einen Eingang des Doppelkanalsichtfunkpeilers 12 wird nun die Komponente Fz, und an den anderen die Größe #Px² + py2 geführt. The arrangement of the inventive arrangement designed for determining the elevation angle Proposals are shown in FIG. 3 shown schematically. In contrast to the arrangement for the determination of the azimuth (FIG. 2), the components Px and Py are used before they are fed to the dual-channel radio direction finder, first one more conversion carried out. For this purpose, the values P2 and Py are each fed to a squaring stage 14, which is then followed by an addition stage 15 and a root value stage 16. The steps 14 and 16 can in a known manner, for. B. realized by diode combinations will. The vertical component is also used to measure the elevation angle of the Poynting vector Pz is required, which is derived from the stresses of the two horizontal Dipoles and Dy as well as from those of the vertical frames Rx and Ry in completely analogue Way to the components Po and Py is formed. This includes the multiplication levels 7 and 8 and the subtraction stage 11. At one input of the dual-channel radio direction finder 12 is now the component Fz, and the other the size # Px² + py2.

Am Bildschirm 13 erscheint dann unmittelbar der Elevatinoswinkel y. The elevation angle then appears immediately on the screen 13 y.

In Fig. 3 ist die Anordnung zur Messung des Elevationswinkels dargestellt (Schaltarme des Schalters 17 nach unten gerichtet). Dieselbe Anordnung kann nach Umlegen des Schalters in die andere Schaltstellung (Schaltarme nach oben gerichtet) zur Messung des Azimutwinkels benutzt werden. Der wirksame Teil der Schaltung in F i g. 3 ist dann mit F i g. 2 identisch. In Fig. 3 the arrangement for measuring the elevation angle is shown (Switching arms of the switch 17 directed downwards). The same arrangement can be made after Moving the switch to the other switch position (switch arms pointing upwards) can be used to measure the azimuth angle. The effective part of the circuit in F i g. 3 is then with F i g. 2 identical.

Claims

Claims: 1. A method for determining the direction of incidence of electromagnetic waves using a visual radio direction finder based on the dual-channel principle with a display on a brown tube and an antenna system delivering six voltages, consisting of three frames that are perpendicular to one another and are arranged in the main coordinate planes of a right-angled coordinate system and three in the main coordinate axes arranged dipoles is characterized in that the components Px and Py of the energy direction vector (Poynting's vector), which are perpendicular to each other in the horizontal plane, are used to determine the azimuth value independent of the polarization and elevation angle, Px and Pv using multiplication -respectively. Subtraction steps according to the expressions Pz = URz UDy - URV UDz and Py = URxUDz - URzUDx are formed, in which Unz, UDV and UDZ the voltages supplied by the dipoles oriented in the x, y and z axes and URX, URV and Unz are the voltages supplied by the frames, the normals of which lie in the x, y and z axes, and these dipole and frame voltages, respectively, after passing through preamplifiers which are equalized in terms of gain and phase, the multiplication and Subtraction stages are supplied, at the outputs of which the components Pz and Py are taken and switched to the inputs of the double-channel sight radio direction finder, on whose brown tube the azimuth bearing angle cp is then known in a known manner by forming quotients according to the expression appears.

2. The method according to claim 1, characterized in that to determine the elevation angle, the components Px and Pv are fed to further electronic computing units, which form the expression 8 pX2 + pv2, and that in addition the vertical component Pz of the energy direction vector is used, which is derived from the voltages of the two horizontal dipoles and the two vertical frames is formed according to the expression Pz = URy UDs - UDV, these voltages being combined in multiplication and subtraction stages in an analogous manner as for the formation of the components Fx and Pv and that the component dz the one The input of the double-channel sight radio direction finder is supplied, while the other input is assigned the quantity I 'pX2 + py2, which means that the elevation angle y of the transmitter located on the Braun tube is calculated by forming the quotient according to the expression is immediately brought to the display.