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Die Erfindung betrifft ein drehbares Richtantennensystem, bestehend
aus vier an den Ecken eines auf die Spitze gestellten Quadrates angeordneten, jeweils
mit einer eigenen Anschlußstelle versehenen Richtantennen, bei dem an den Anschlußstellen
diagonal gegenüberliegenden Richtantennen sich jeweils Richtdiagramme ergeben, die
sich überlappen und in einer die betreffende Diagonale und die Senkrechte zur Ebene
des Quadrates enthaltenden Ebene mit dieser Senkrechten kleine, jeweils gegenläufige
Winkel einschließen, und bei dem ferner die vier Anschlußstellen zur Ermittlung
der Kriterien für die Richtungsfindung und die Nachführung des drehbaren Richtantennensystems
mit einer Vergleichseinrichtung verbunden sind, in der ein Amplitudenvergleich der
an diagonal gegenüberliegenden Anschlußstellen abgenommenen Empfangsspannungen durchgeführt
wird, und bei der ein Auswertegerät vorhanden ist, dem die Kriterien für die Richtungsfindung
und Nachführung entnommen werden können.
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Um die Aussendung von bewegten Fundsendern, insbesondere Satellitensendern,
zum Beispiel zur Messung der Feldstärke, der Frequenzen, des Dopplereffektes und
der Kennungsaufnahme ausreichend zu empfangen, ist es erforderlich, die Richtempfangsantenne
stets der Bahn des Satelliten nachzuführen. Für Beobachtungsstationen, die nur einen
geringen Aufwand für diese Nachführung verwenden können, wird ein ausbaufähiges,
für Frequenzwechsel geeignetes und in seinem Umfang verhältnismäßig kleines drehbares
Richtantennensystem gefordert, das nach erstmaliger Erfassung des Satellitensenders
sowohl von Hand als auch selbsttätig mit einer nach denselben Kriterien wie die
Handsteuerung gesteuerten Nachführeinrichtung in der Richtung zum Satelliten gehalten
werden kann.
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Es ist ein drehbares, aus mehreren, jeweils mit einer eigenen Anschlußstelle
versehenen Richtantennen bestehendes Richtantennensystem bekannt, bei dem die Spannungen
der einzelnen Richtantennen, deren Richtdiagramme sich überlappen und gegen die
Richtnormale des Gesamtsystems kleine, jeweils gegenläufige Winkel einschließen,
abwechselnd einer Vergleichseinrichtung zugeführt werden. Die Richtnormale des Richtantennensystems
ist dann auf den zu ortenden Funksender gerichtet, wenn die Empfangsspannungen der
Einzelantennen gleich groß sind. (H. J a s i k, Antenna Engineering Handbook, MeGraw
Hill, New York 1961, S. 28-17, Fig. 28-23).
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In Verfolgung dieses Prinzips ist es weiter bekannt, einen Empfänger
abwechselnd auf vier in den Ecken eines auf die Spitze gestellten Quadrates angeordnete
Hornstrahler zu schalten, die einen gemeinsamen Parabolreflektor ausleuchten (USA.-Patentschrift
2929058).
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Es ist weiter bei einem Peilantennensystem, das eine einmalige impulsförmige
Ausstrahlung orten soll, bekannt, vier im Kreuz angeordnete Dipole über mit Phasenschiebern
versehene Leitungen mit einem Sternpunkt zu verbinden, um auf diese Weise das Signal
mehrfach empfangen zu können. Hierzu müssen die einzelnen Phasenschieber unterschiedliche
Phasenverschiebungen aufweisen (USA: Patentschrift 2489304).
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Die vorstehend beschriebenen drehbaren Richtantennensysteme dienen
der Richtungsfindung bzw. Zielortung. Die Aufgabe des erfindungsgemäßen drehbaren
Richtantennensystems geht insofern über die der Richtungsfindung hinaus, als das
von dem bewegten Funksender ausgestrahlte Signal von dem gleichen Richtantennensystem
auch empfangen werden soll. Diese weitergehende Aufgabe ist bisher nur mit einer
in besonderer Weise gespeisten und ausgebildeten Hohlleiter-Schlitzstrahleranordnung
gelöst worden, die nur im Mikrowellenbereich einsetzbar und für das überstreichen
eines breiteren Frequenzbandes wenig geeignet ist (französische Patentschrift 1242
660).
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Die Erfindung löst diese Aufgabe für einen beliebigen Frequenzbereich
bei einem drehbaren Richtantennensystem mit den eingangs geschilderten Merkmalen
dadurch, daß die Richtantennen gleiche Hauptstrahlungsrichtungen aufweisen, daß
die Anschlußstellen der vier Richtantennen über vier elektrisch gleich lange Leitungen
sternförmig zusammengeschaltet sind und am Sternpunkt eine fünfte Anschlußstelle
vorgesehen ist, an der die Anschlußleitung zur Entnahme des von einem bewegten,
zu verfolgenden Funksender abgestrahlten Nutzsignals angeschlossen ist, daß die
elektrische Länge der vier sternförmig zusammengeschalteten Leitungen so bemessen
ist, daß die an den Anschlußstellen der vier Richtantennen sich ergebenden Richtdiagramme
in Richtung der Senkrechten zur Ebene des Anordnungsquadrates jeweils ihren halben
Maximalwert aufweisen, und daß die Abnahme der zur Ermittlung der Kriterien für
Richtungsfindung und Nachführung dienenden Empfangsspannungen an den Anschlußstellen
der vier Richtantennen derart hochohmig erfolgt, daß sie ohne Rückwirkung auf das
an der fünften Anschlußstelle sich ergebende Richtdiagramm ist.
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Um die elektrischen Längen der vier sternförmig zusammengeschalteten
Leitungen über einen weiten Frequenzbereich entsprechend der erfindungsgemäßen Regel
bemessen zu können, ist vorteilhaft in die vier elektrisch gleich langen Leitungen
jeweils ein Phasenschieber eingeschaltet. Alle vier Phasenschieber weisen gleiche
Phasenverschiebungen auf und sind zur Einstellung der Phasenverschiebung mechanisch
derart gekoppelt, daß das L/C-Verhältnis konstant bleibt.
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Als Auswertegerät dient für den Fall der Nachsteuerung von Hand zweckmäßig
eine Brauasche Röhre, deren Horizontalplatten die Differenz der an den beiden an
der horizontalen Diagonalen liegenden Anschlußstellen abgenommenen Empfangsspannungen
und deren Vertikalplatten die Differenz der an den beiden an der vertikalen Diagonalen
liegenden Anschlußstellen abgenommenen Empfangsspannungen zugeführt ist.
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Eine andere zweckmäßige Ausführungsform des Auswertegerätes stellt
eine Brauasche Röhre dar, welcher die an den Anschlußstellen der vier Richtantennen
abgenommenen Empfangsspannungen nach einer der bekannten Methoden des sichtbaren
Spannungsvergleichs zugeführt sind.
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Im Fall einer automatischen Nachführung dient als ein Auswertegerät
ein das Richtantennensystem dem bewegten Funksender nachführendes elektromechanisches
Nachsteuergerät.
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Für die Auskopplung der an den Anschlußstellen der vier Richtantennen
abgenommenen Empfangsspannungen ergeben sich zwei Möglichkeiten.
Für
Anwendungsfälle, bei denen gegenüber der höheren Signalqualität der höhere Verstärkeraufwand
nicht ins Gewicht fällt, werden die an den Anschlußstellen der vier Richtantennen
abgenommenen Empfangsspannungen gleichzeitig ausgekoppelt und in den Vergleichseinrichtungen
getrennt verstärkt.
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Eine andere Ausführungsform, die mit nur einem Verstärker auskommt,
besteht darin, daß die an den Anschlußstellen der vier Richtantennen abgenommenen
Empfangsspannungen in zyklischer Folge ausgekoppelt und einem gemeinsamen Verstärker
zugeführt werden. In diesem Fall müssen Filter zur Unterdrückung der durch die zyklische
Umschaltung bedingten Störmodulation zwischengeschaltet werden.
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Das erfindungsgemäße drehbare Richtantennensystem ermöglicht auf verhältnismäßig
einfache Weise die gleichzeitige Abnahme der Kriterien für die Richtungsfindung
bzw. Nachführung und des Nutzsignals über einen weiten Frequenzbereich, der nicht
durch die Art der Zusammenschaltung, sondern lediglich durch den Frequenzbereich
der verwendeten vier vier Richtantennen begrenzt ist. Innerhalb dieses Bereichs
ist durch die mechanisch gekoppelten Phasenschieber mit Einknopfbedienung ein schneller
Frequenzwechsel möglich.
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Im folgenden wird an Hand von vier Figuren das Wesentliche der Erfindung
näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt das erfindungsgemäße drehbare Richtantennensystem in
schematischer Darstellung; F i g. 2 zeigt die an den Anschlußstellen A, B
und E (F i g. 2 a) und an den Anschlußstellen C, D und E (F i g. 2 b) sich ergebenden
Diagramme; F i g. 3 zeigt das gleiche System wie F i g. 1, wobei jedoch in jede
der vier sternförmig zusammengeschalteten Leitungen ein Phasenschieber eingefügt
ist; F i g. 4 a und 4 b zeigen einfache Methoden der Anzeige der Nachführkriterien
auf einer Braunschen Röhre.
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Die F i g. 1 zeigt vier an den Ecken eines auf die Spitze gestellten
Quadrates angeordnete Richtantennen 1, 2, 3 und 4. Die Richtantennen 1 und 2 sind
in der horizontalen Diagonale, die Richtantennen 3 und 4 in der vertikalen Diagonale
des Quadrates angeordnet.
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Alle vier Richtantennen 1 bis 4 sind sternförmig zusammengeschaltet,
so daß in einem Punkt E die Nutzenergie des resultierenden Richtdiagramms optimal
empfangen wird. Um mit den gleichen Antennen die Kriterien für die Richtungsfindung
zu erhalten, ist an den Anschlußstellen A, B, C und D der vier Richtantennen
1 bis 4 ein Teil der Empfangsspannung ohne Beeinflussung des resultierenden Richtdiagramms
und der Anpassung hochohmig ausgekoppelt.
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Die F i g. 2 zeigt die sich aus der diagonalen Zusammenschaltung ergebenden
Richtdiagramme in zwei schematischen Darstellungen. Das Richtdiagramm A' stellt
das resultierende Diagramm an der Anschlußstelle A dar, welches sich aus der unmittelbar
der Antenne 1 der Fi g. 1 entnommenen Empfangsspannung mit der durch die Zuleitung
zwischen den Anschlußpunkten A und B phasenverschobenen Empfangsspannung
der diagonal gegenüberliegenden Richtantenne 2 in F i g. 1 zusammensetzt. Die Phasenverschiebung
zwischen den zwei diagonal gegenüberliegenden Richtantennen bewirkt, daß das sich
an der Anschlußstelle A ergebende Diagramm der aus gegenüberliegenden Richtantennen
gebildeten Antennenanordnung so gedreht ist, wie die F i g. 2 a zeigt. Die gleiche
Wirkung tritt für die resultierenden Richtdiagramme B' in F i g. 2 a, bzw.
C
und D' in F i g. 2 b ein.
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Es ergeben sich durch die sternförmige Zusammenschaltung und die Abnahme
an den vier Anschlußpunkten Richtdiagramme, die sich überlappen und in einer je
eine Diagonale und die Senkrechte zur Ebene des Anordnungsquadrates der F i g. 1
enthaltenden Ebene mit dieser Senkrechten kleine, jeweils gegenläufige Winkel einschließen.
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Die Länge der sternförmig zusammengeschalteten Leitungen in der F
i g. 1 ist jeweils so bemessen, daß die sich an den Anschlußstellen A bis D der
vier sternförmig zusammengeschalteten Leitungen der F i g. 1 ergebenden Richtdiagramme
A' bis D' der F i g. 2 a und 2 b in Richtung der Senkrechten zur Ebene
des Anordnungsquadrates jeweils ihren halben Maximalwert aufweisen.
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Das am Punkt E der F i g. 1 abgenommene Richtdiagramm je zweier diagonal
gegenüberliegender Antennen ist in den F i g. 2 a und 2 b mit E' bezeichnet.
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Für den Empfang der Nutzstrahlung steht das nicht gezeichnete resultierende
Richtdiagramm aller vier Richtantennen im Punkt E der F i g. 1 zur Verfügung.
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Um einen Frequenzwechsel für in verschiedenen Bereichen arbeitende
bewegte Funksender, z. B. Satellitensender, schnell zu ermöglichen, ist nach F i
g. 3 in jede der vier elektrisch gleich langen Leitungen zwischen den Anschlußstellen
A bis D und der Anschlußstelle E jeweils ein Phasenschieber A1, B2
C.3, D4 eingeschaltet. Alle Phasenschieber weisen gleiche Phasenverschiebungen
auf und sind zur Einstellung der Phasenverschiebung mechanisch derart gekoppelt,
daß das L/C-Verhältnis konstant bleibt. Die übrige Anordnung der F i g. 3 mit den
Antennen 1 bis 4 entspricht derjenigen der F i g. 1.
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Die F i g. 4 a zeigt eine Ausführungsform für die Anzeige der Nachführkriterien
auf einer Braunschen Röhre. Hier sind die Amplituden der an den Anschlußpunkten
A bis D der F i g. 1 bzw. F i g. 3 abgenommen, sich aus den Richtdiagrammen
A' bis D'
der F i g. 2 ergebenden Empfangsspannungen nebeneinander
auf den Schirm einer Braunschen Röhre geschrieben. Diese Art des Spannungsvergleichs
entspricht der in der eingangs erwähnten Literaturstelle, d. h., bei optimaler Ausrichtung
sind alle Spannungen gleich groß. Amplitudenschwankungen der Empfangsfeldstärke
sind ohne Einfluß, da sich alle Empfangsspannungen in gleicher Weise ändern.
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In der F i g. 4 b wird die bei nicht optimaler Ausrichtung der Richtantennenanordnung
auftretende Differenz der an den beiden an der horizontalen Diagonale liegenden
Anschlußstellen A und B der F i g. 1 abgenommenen Empfangsspannungen
A" und B" an die Horizontalplatten und die Differenz der beiden an der vertikalen
Diagonale liegenden Anschlußstellen C und D abgenommenen Empfangsspannungen C" und
D" an die Vertikalplatten einer Braunschen Röhre geschaltet. Bei optimaler Ausrichtung
werden die beiden Differenzspannungen gleich Null. Der Leuchtfleck erscheint dann
in der Mitte E" des Bildschirms. Diese sinnfällige Art der Darstellung eignet sich
besonders für eine Handsteuerung des Richtantennensystems mit einer Art Steuerknüppel,
mit welchem der Leuchtfleck jeweils in die Mitte des Anzeigefeldes gelenkt wird.