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Anordnung zur Bestimmung der Einfallsrichtung von Hochfrequenzwellen
Zusatz zum Patent: 1 080 633 Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung
der Einfallsrichtung von Hochfrequenzwellen unter Verwendung eines Sichtfunkpeilers
nach dem Doppelkanalprinzip mit Kreuzrahmenantenne, bei der zur Unterdrückung der
bei wesentlichen Elevationswinkeln der zu peilenden Wellen entstehenden Peilfehler
an Stelle der Kreuzrahmenantenne ein Antennensystem anschaltbar ist, das aus drei
senkrecht zueinander stehenden, in den Hauptkoordinatenebenen eines rechtwinkligen
Koordinatensystems angeordneten Rahmen und drei in den Hauptkoordinatenachsen angeordneten
Dipolen besteht, derart, daß die den beiden Kanälen zugeführten Spannungen jeweils
aus der Summe der Produkte zweier Rahmen-und zweier Dipolspannungen bestehen, von
denen die Rahmenspannungen aus einem vertikalen Rahmen und dem horizontalen Rahmen
und die Dipolspannungen aus einem horizontalen und dem vertikalen Dipol entnommen
werden, wobei sowohl der horizontale Rahmen als auch der vertikale Dipol für die
Kombination mit den beiden vertikalen Rahmen bzw. den beiden horizontalen Dipolen
doppelt ausgenutzt werden, nach Patent 1080 633, und ihr Wesen besteht darin, daß
die jeweils zu multiplizierenden beiden Spannungen der Frequenz f vor Erreichen
der Multiplikationsstufe in zwei Mischstufen gegensätzlich um denselben Frequenzbetragf,
verschoben werden, so daß die Multiplikationsstufe mit den Frequenzenf+fs und f-f,
gespeist wird und dem Auskoppelorgan dieser Stufe ein Multiplikationsprodukt mit
der Frequenz 2f entnommen wird.
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In einer Ausführungsform besteht die Erfindung darin, daß die Bandbreite
des Auskoppelorgans kleiner ist als das Vierfache der Hilfsfrequenz fs. In einer
weiteren zusätzlichen Ausführungsform wird die Hilfsfrequenzfs in einem einzigen
zentralen Oszillator für sämtlichelMultiplikationsstufen gleichzeitig erzeugt.
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Der Anordnung nach Patent 1080633 liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Peilbetrieb mit der automatischen Peilanzeige des Doppelkanal-Sichtfunkpeilers auch
bei wesentlichen Elevationswinkeln der zu peilenden Wellen mit einem relativ kleinen
Antennensystem zu ermöglichen. Das dafür erforderliche Antennengebilde ist in seinen
räumlichen Abmessungen mit denen eines Kreuzrahmens vergleichbar und kann somit
auch auf Schiffen und Flugzeugen untergebracht werden. Die Peilung selbst wird dabei
in der gleichen Weise wie bei einem gebräuchlichen Doppelkanal-Sichtfunkpeiler in
ihrer Richtung unmittelbar auf dem Schirm einer Braunschen Röhre angezeigt und kann
in der üblichen Weise an einer konzentrischen Skala abgelesen werden.
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Das Antennengebilde, das in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, besteht
im einzelnen aus drei Rahmen und drei Dipolen, die jeweils senkrecht zueinander
stehen und nach den Hauptebenen bzw. Hauptrichtungen eines rechtwinkligen räumlichen
Koordinatensystems ausgerichtet sind. Dabei soll der Rahmen Rx in der yz-Ebene angeordnet
sein, der Rahmen Ry in der zx-Ebene und der Rahmen RZ in der xy-Ebene, während der
Dipol Dx in der x-Achse, der Dipol D, in der y-Achse und der Dipol DZ in der z-Achse
angeordnet ist. Bei einer unter einem Azimutwinkel c', einem Elevationswinkel y
und einem Polarisationswinkel ap einfallenden Welle entstehen nun im allgemeinsten
Fall an der Antennenanordnung drei Rahmenspannungen URX, URY und URz und drei Dipolspannungen
Und,, UDy und UDZ. Die Rahmenspannungen und die Dipolspannungen sind um 900 in der
Phase gegeneinander verschoben. Wenn man nun die Spannung eines vertikalen und eines
horizontalen Rahmens miteinander multipliziert (also z. B. URx URz) und auch das
Produkt aus der vertikalen Dipolspannung UDZ und der einen horizontalen Dipolspannung
UDX bildet und diese beiden Produkte algebraisch addiert, so erhält man eine Richtcharakteristik
in Form eines Doppelkreises, der nach der Beziehung l/2 sin 2 y sin ç verläuft.
Wenn man nun die Spannung des anderen vertikalen Rahmens Ry mit der des horizontalen
Rahmens RZ multipliziert und das Produkt der vertikalen
Dipolspannung
UDZ und der horizontalen, UDy, bildet und diese algebraisch voneinander abzieht,
so erhält man wiederum eine Richtcharakteristik mit einem Doppelkreisdiagramm von
der Form sin sin 2 cos (p .
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Dieses Doppelkreisdiagramm ist also in der gleichen Weise um 90c gegen
das Doppelkreisdiagramm der ersten Rahmen-Dipol-Kombination verschoben wie die Doppelkreisdiagramme
eines Kreuzrahmens. Die beiden Formeln für die Doppelkreisdiagramme zeigen aber
weiterhin, daß keine Polarisationswinkelabhängigkeit der nach einem Doppelkreisdiagramm
verlaufenden Spannungskomponenten vorhanden ist, daß also beide Doppelkreisdiagramme
für beliebige Polarisationswinkel unverändert gelten. Die Abhängigkeit vom Elevationswinkel
ist in beiden Doppelkreisdiagrammen genau dieselbe, so daß der Peilwinkel an der
Braunschen Röhre, der sich doch bekanntlich aus dem Quotienten der beiden Spannungen
an den einzelnen Plattenpaaren ergibt, auch unabhängig vom Elevationswinkel ist.
Durch diese Anordnung ist also die Forderung nach einem polarisationsfehlerfreien
Peiler mit unmittelbarer Sichtanzeige nach dem Doppelkanalprinzip und einer Antenne
mit kleinen räumlichen Abmessungen erfüllt.
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Da das Antennensystem insgesamt nur drei Rahmenspannungen und drei
Dipolspannungen liefert, für die Zusammenschaltung zur Erzielung der beiden Doppelkreischarakteristiken
aber jeweils vier Rahmenspannungen bzw. Dipolspannungen benötigt werden, ist es
erforderlich, zur Bildung der Spannungskombination für die beiden Doppelkreischarakteristiken
den horizontalen Rahmen Rz und den vertikalen Dipol Dz doppelt auszunutzen.
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Für die Zusammenfassung der Rahmenspannungen, die zusammen mit den
entsprechenden Dipolspannungen jeweils einem Kanal des Doppelkanal-Sichtfunkpeilers
zugeführt werden, wird der horizontale Rahmen Rz doppelt ausgenutzt, so daß seine
Spannung sowohl für die Kombination mit dem einen vertikalen Rahmen Rx wie mit dem
anderen vertikalen Rahmen Ry zur Verfügung steht. Für die Dipolspannungen wird in
analoger Weise der vertikale Dipol doppelt ausgenutzt und seine Spannung sowohl
mit dem in der y-Achse angeordneten Dipol Dy wie mit dem in der x-Achse angeordneten
Dipol Dx kombiniert. Die Kombination der Rahmenspannungen und der Dipolspannungen
ist in F i g. 2 im einzelnen erläutert.
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In F i g. 2 ist die erforderliche Schaltung der Rahmen und Dipole
prinzipiell dargestellt. Die von den drei Rahmen Rx, Ry, Rz kommenden Spannungen
und die von den drei Dipolen Dx, Dy, Dz kommenden Spannungen werden zunächst multiplikativ
und dann additiv zusammengesetzt, bevor sie den Eingängen der Doppelkanäle des Sichtfunkpeilers
zugeführt werden. Diese Zusammensetzung wird für den einen vertikalen Rahmen Rx
mit dem horizontalen Rahmen, in der oberen Hälfte der Figur dargestellt, während
die Zusammensetzung der Spannung des anderen vertikalen Rahmens R, mit der gleichfalls
dem horizontalen Rahmen Rz durch Doppelausnutzung entnommenen Spannung in der unteren
Hälfte der Fig. 2 erläutert ist. Das gleiche gilt für die multiplikative Zusammensetzung
der Spannung des einen horizontalen Dipols Dx mit der Spannung des vertikalen Dipols
Dz, die durch Doppelausnut-
zung außerdem noch mit der Spannung des anderen horizontalen
Dipols D,. zusammengesetzt wird.
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Die von dem einen vertikalen Rahmen Rx kommende Spannung wird über
den Übertrager 1R dem einen Gitter 2 einer für die multiplikative Mischung vorgesehenen
Röhre 3R zugeführt, während die von dem horizontalen Rahmen Rz kommende Spannung
über den Übertrager 1RT dem zweiten Gitter 2' zugeführt wird. Das an der Anode der
Mischröhre entstehende Produkt der beiden Spannungen URX und URz wird der einen
Primärwicklung 4R des tÇbertragers 5 zugeführt. Dem Übertrager 5 wird über die zweite
Primärwicklung 4D das aus den Spannungen der beiden Dipole Dx und DZ entstandene
Produkt UDX UßZ zugeführt. Diese Multiplikation der Dipolspannungen erfolgt in völlig
analoger Weise in einer multiplikativen Mischstufe mit Hilfe der Übertrager 1D und
1D' und der Röhre 3D Die Summe der beiden multiplizierten Spannungen wird an der
Sekundärwicklung 6 des Übertragers 5 erhalten und dem Eingang 7 des einen Kanals
8 des Doppelkanal-Sichtfunkpeilers zugeführt, dessen Ausgang 9 dem einen Ablenkplattenpaar
10 der Braunschen Röhre 11 zugeführt wird.
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Die von dem anderen vertikalen Rahmen Ry kommende Spannung wird mit
der durch Doppelausnutzung gleichfalls dem horizontalen Rahmen, entnommenen Spannung
in analoger Weise in einer multiplikativen Mischstufe multipliziert und ebenfalls
die Spannung des horizontalen Dipols Dy mit der durch Doppel ausnutzung gewonnenen
Spannung des vertikalen Dipols DZ. Da die Zusammensetzung der dem zweiten Kanal
des Doppelkanal-Sichtfunkpeilers zugeführten Spannungen in völlig analoger Weise
zu der des ersten erfolgt, ist auf eine Numerierung der entsprechenden Positionen
des Schaltbides für die untere Hälfte verzichtet worden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun eine besondere Ausbildung
der beispielsweise in F i g. 2 dargestellten Multiplikationsschaltung für je zwei
Antennenspannungen angegeben. Diese Spannungsmultiplikation wird in den Mehrgittermischröhren
3R bzw. 3D in einer an sich bekannten Weise durch Anwendung des Prinzips der multiplikativen
Mischung dadurch erzielt, daß dem einen Steuergitter beispielsweise die Spannung
des einen der vertikalen Rahmen, nämlich URxe8vt, und dem anderen Steuergitter die
Spannung des horizontalen Rahmens, nämlich URzeiUy, zugeführt wird. Im Anodenstromkreis
der Mischröhre kann dann an einem auf die Frequenz 2w abgestimmten Schwingkreis
eine Spannung abgenommen werden, welche proportional ist dem gesuchten Produkt der
Amplituden, nämlich URxURzei 2 U t -Dabei ist beachtenswert, daß neben der Multiplikation
der Amplituden auch eine Addition der Frequenzen stattfindet, so daß im Anodenkreis
der Multiplikationsröhre zur Weitergabe der Empfangsspannungen ein Abstimmkreis
mit der doppelten Empfangsfrequenz vorhanden sein muß. Diese Zusammenhänge sind
nochmals in Fig. 3 schematisch dargestellt worden.
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Nun hat es sich gezeigt, daß zur einwandfreien Durchführung der multiplikativen
Mischung eine gewisse Mindestgröße der an die Mischröhre gelangenden Spannungen
notwendig ist. Es ist daher bei der praktischen Ausführung einer Schaltung zur Multiplikation
von
Antennenspannungen nötig, zwischen Antenne und Mischröhre jeweils einen Vorverstärker
einzuschalten. Da dann jedoch die Arbeitskennlinien der Mischröhren bereits in einem
endlichen Bereich der Eingangsspannung ausgesteuert werden, treten infolge der unvermeidlichen
Krümmung der Kennlinien im Anodenstrom Oberwellen auf, die zu einer fehlerhaften
Produktanzeige führen können. Zur Erläuterung dieser Erscheinung kann man beispielsweise
annehmen, daß in einem bestimmten Betriebszustand nur die Rabmenantenne Rx Empfangsspannung
liefert, während Rz spannungslos sein soll.
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Dann gelangt zwar nur an das Gitter G1 der Multiplikationsröhre 3R
(Fig.3) eine Spannung mit der Frequenz f, infolge Oberwellenbildung tritt jedoch
im Anodenstrom auch die Frequenz 2f auf und es kommt infolge des auf 2f abgestimmten
Anodenkreises zu einer fehlerhaften Anzeige eines Spannungsproduktes.
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Diese Schwierigkeit soll erfindungsgemäß durch eine gegensätzliche
Frequenzumsetzung der beiden jeweils zu multiplizierenden Spannungen (beispielsweise
URx und KURZ) beseitigt werden.
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Die Einzelheiten des erfindungsgemäßen Vorschlages sind in F i g.
4 dargestellt. Dabei soll sein S ein Oszillator mit der Frequenz 1s für die frequenzmäßige
Umsetzung der Antennenspannungen, lv und 2v je eine Mischröhre, die mit den Frequenzen
f und Is gespeist werden, wobei anodenseitig an der Röhre in die Frequenz f + is
und an der Röhre 2v die Frequenz f-f, ausgekoppelt wird, 3R die schon in Fig. 3
dargestellte Multiplikationsröhre.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist nun folgende: In der Mischröhre
lv entsteht eine Spannung, die dem Ausdruck URx Usef²#(f+fs)t proportional ist.
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Entsprechend entsteht in der Mischröhre 2v URz Usef2#f - fs)t.
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In der Multiplikationsröhre wird folgende Nutzspannung erzeugt URX
URz US2 ej2x2fq Es entsteht somit eine Nutzspannung mit der Frequenz 2f, deren Amplitude
dem gesuchten Produkt URXURZ proportional ist. Dabei ergibt sich die Frequenz 2f
als Summe der einzelnen Frequenzen (f+fs) + (11z) = 21.
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Die störenden Oberwellen haben dagegen die Frequenzen 2(1+1) = 2f+26
und 2U-15) = 2f-2f,.
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Es ist klar ersichtlich, daß der auf die Frequenz 21 abgestimmte
Auskoppelkreis für die störenden Frequenzen wirkungslos bleibt, wenn nur dafür gesorgt
wird, daß seine Bandbreite kleiner als 41z ist. Diese Forderung läßt sich leicht
erfüllen. Ist beispielsweise die Empfangsfrequenzf= 1000 kHz und wird als
Hilfsfrequenz
der Wert f, = 100 kHz gewählt, dann muß die Bandbreite des Anodenkreises der Multiplikationsröhre
erheblich kleiner sein als + 200 kHz, was notfalls durch Hintereinanderschalten
mehrerer auf 2f abgestimmter Schwingungskreise erreicht werden kann.