DE1766662A1

DE1766662A1 - Anordnung zur Ermittlung der Reflexionskoeffizienten des Erdbodens mittels eines Doppelkanal-Sichtfunkpeilers

Info

Publication number: DE1766662A1
Application number: DE19681766662
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Winterfeld Christo V
Original assignee: WACHTLER MAXIMILIAN DR; Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: WACHTLER MAXIMILIAN DR; Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1968-06-29
Filing date: 1968-06-29
Publication date: 1971-08-19
Also published as: DE1766662B2

Description

Anordnung zur Ermittlung der Reflexionskoeffizienten des Erdbodens mittels eines Doppelkanal-Sichtfunkpeilers Die Erfindung betrifft Anordnungen zur Ermittlung der beiden Reflexionskoeffizienten des Erdbodens in einem elektromagnetischen Feld, gebildet aus Raumwelle und der æm Erdboden reflektierten Welle.
In einer AusfUhrung verwendet man zwei Dipolantennen oder zwei Rahmenantennen und einen Doppelkanal-Sichtfunkpeiler. Das Wesen der Erfindung besteht hier darin, daß die Dipolantennen oder die Rahmenantennen in Richtung von Raumwelle und reflektierter Welle gedreht werden und daß die Antennen mit den Eingängen des Sichtfunkpeilers verbunden werden, so daß auf dem Braunschen Rohr eine Anzeigeellipse entsteht, aus welcher der jeweilige Reflexionskoeffizient entnommen werden kann.
In einer anderen Ausführung verwendet man eine Dipolantenne und eine Rahmenantenne sowie eine Hilfsantenne und einen Doppelkanal-Sichtfunkpeiler. Das Wesen der Erfindung besteht in diesem Fall darin, daß die Dipolantenne oder die Rahmenantenne in zeitlicher Aufeinanderfolge in die Richtung von Raumwelle und reflektierter Raumwelle gedreht wird und mit dem einen Verstärker und die Hilfsantenne mit dem anderen Verstärker des Sichtfunkpeilers verbunden wird, wobei in eitlicher Aufeinanderfolge zwei Ellipsen auf dem Braunschen Rohr entstehen, aus welchen der jeweilige Reflexionskoeffizient entnommen werden kann.
Seit Beginn der Sende-und Empfangstechnik besteht die Notwendigkeit, Aussagen über das Reflexionsverhalten des Erdbodens zu erhalten. Es ist bekannt, die Reflexionskoeffizienten zu ermitteln, indem man Dielektrizitätskonstante und Leitfähigkeit des Erdbodens mißt und aus diesen Daten die beiden Reflexionskoeffizienten berechnet. Diese Methode ist jedoch mit Vorsicht anzuwenden, wenn die Wellen tiefer in den Erdboden eindringen und dieser einen stark inhomogenen Charakter besitzt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, Anordnungen anzugeben, mit denen man ein Feld, das aus einer Raumwelle und deren Reflektierten besteht, ausmißt, in der Weise, daß die Reflexionskoeffizienten direkt ermittelt werden.
In den Figuren 1, 2, 3, 4, 5 wird das Wesen der erfindungsgemäßen Anordnungen näher erläutert. Dabei stellt dar: Fig. 1 die räumliche Zuordnung einer elektromagnetischen Welle und ihrer am Boden Reflektierten zu den Koordinaten des Raumes.
Fig. 2 das Blockschaltbild einer Anordnung zur prinzipiellen Bestimmung der Reflexionskoeffizienten.
Fig. 3 das Blockschaltbild einer Anordnung nach Fig. 2 zur praktischen Bestimmung der Reflexionskoeffizienten.
Fig. 4 das Blockschaltbild einer weiteren Anordnung zur prinzipiellen Bestimmung der Reflexionskoeffizienten.
Fig. 5 das Blockschaltbild einer Anordnung nach Fig. 4 zur praktischen Bestimmung der Reflexionskoeffizienten.
In Fig. 1 ist eine mit der Elevation E und beliebiger Polarisation aus dem Azimut p an den Ort der Peilantennen ankommende Welle dargestellt. Zu jeder schräg von oben einfallenden Welle tritt noch ihre am Erdboden Reflektierte hinzu, die wie eine kohärente Welle aus der Elevation -e wirkt, im Betrag jedoch um den Reflexionsfaktor r und in der Phase um den Winkel 0< von der primären Welle verschieden ist.
Unter diesen Voraussetzungen werden die magnetischen bzw. elektrischen Gesamtfeldstärken in den Richtungen -(1) der Raumwelle und (2) der reflektierten Raumwelle Dabei bezieht sich das Zeichen II auf eine Schwingung in der Einfallsebene, das Zeichen 1 auf eine Schwingung senkrecht dazu, in welche beiden Anteile man eine elliptisch polarisierte Welle zerlegen kann. H und E sind magnetische bzw. eIektrische Feldkomponenten, und tp bezeichnet den Phasenunterschied von E" und H".
Durch Division erhält man aus den Gleichungen (a), (b) Man erkennt, daß sich die Größen r und.' aus dem Amplitudenverhältnis und der Phasendifferenz der betreffenden Spannungen H1, H2 und E1, E2 ermitteln lassen.
Fig. 2 zeigt nun eine Anordnung, welche es gestattet, unter Anwendung dieser Beziehungen die Größen r, « prinzipiell zu erfassen Die Dipolantennen oder Rahmenantennen D1, D2 sind in die Richtungen der Raumwelle und ihrer Reflektierten gedreht.
Diese sind mit den Verstärkern 1, 1' des Sichtfunkpeilers verbunden. Auf dem Braunschen Anzeigerohr 2 erzeugen nun die Spannungen E1, E2 oder H1, H2 eine Ellipse. Dieser Ellipse entnimmt man Amplitudenverhältnis und Phasendifferenz der erzeugenden Spannungen und erhält somit die jeweiligen Werte r, a.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung nach Fig. 2 zur praktischen Bestimmung von r, α. Die Dipolantennen oder Rahmenantennen D1, D2 werden ersetzt durch eine bekannte Anordnung von drei senkrecht zueinander stehenden Dipolantennen oder Rahmenantennen, drei Trennstufen 3, vier Goniometern 4, 5, von welchen zwei in das Azimut p zeigen und zwei in die Elevationen + e,-s. Ein Goniometer 5 wird direkt mit einem Verstärker, das andere über ein Amplituden-6 und ein Phasenregelglied 7 mit dem zweiten Verstärker verbunden.
Auf dem Braunschen Rohr 2 erscheint die von den Spannungen E1, E2 oder H1, H2 erzeugte Anzeigeellipse, die sich gemäß den Einstellwerten D, ? der Regelglieder von derjenigen in Anordnung nach Fig. 2 unterscheidet. Verändert man die Einstellungen solange, bis die Anzeigeellipse ein Strich unter 45° ist, so ergeben sich die Werte r, « gemäß: D = r, « = Eine weitere Möglichkeit zum Bestimmen von r, o( erhält man, wenn man zu den Feldgleichungen (a), (b) die Gleichung der Spannung einer Hilfsantenne hinzufügt: U = UO cos (W@t +) (c) Man erhält durch Quotientenbildung folgende Gleichungen: Man erkennt, daß sich r aus dem Quotienten der Amplitudenverhältnisse und« aus der Differenz der Phasenunterschiede der jeweils zu (a) oder (b) gehörigen zwei Spannungspaare E1, U und E2, U oder H1, U und H2, U ergeben.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung, welche es gestattet, unter Anwendung dieser Beziehungen die Grö#en r, α zu messen. Die Dipolantenne oder die Rahmenantenne D2 wird nacheinander in die Richtungen (1), (2) der Raumwelle oder der reflektierten Raumwelle gedreht. Sie ist mit einem Verstärkerkanal in und eine Hilfsantenne H mit dem anderen Verstärkerkanal 1 verbunden.
Auf dem Bildschirm 2 des Braunschen Rohres erscheinen nacheinander zwei Ellipsen, denen man die beiden Amplitudenverhältnisse und die beiden Phasendifferenzen der erzeugenden Spannungen entnehmen kann, wonach man die Werte r, d erhält.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung nach Fig. 4 zur praktischen Be-Bestimmung von r,O(. Die Dipolantenne oder die Rahmenantenne D2 wird ersetzt durch eine bekannte Anordnung von drei. senkrecht zueinander stehenden Dipolantennen oder Rahmenantennen, zwei Goniometern 4, 5 und einem Schalter 8.
Die Suchspulen der Goniometer stehen im Azimut p und - je nach Schalterstellung - in den Elevationen + #, - # der Raumwelle und der reflektierten Raumwelle. Mit dem Schalter 8 ist Schalter 9 gekuppelt, derart, daß die Spannung, die von den Antennen in Richtung der reflektierten Raumwelle aufgenommen wird, über ein Amplituden- 6 und ein Phasenregelglied 7, und die Spannung der Antennen in Richtung der Raumwelle direkt auf einen Verstärkerkanal 1' gelangt. Die Spannung der Hilfsantenne H gelangt auf den anderen Verstärker 1. Auf dem Braunschen Rohr 2 erscheinen zwei Ellipsen, von denen sich die eine von der zugehörigen in Anordnung nach Fig. 4 gemäß den Einstellwerten D, unterscheidet. Verändert man die Einstellungen solange, bis die Ellipsen gleich sind, so ergeben sich die Werte r, d gemäß: D = r, α = = Die Anordnungen nach Fig. 2, 3, 4, 5 erlauben es, den Betrag r", rl der Reflexionskoeffizienten direkt zu bestimmen. Die Phasen « #, α # der Koeffizienten ergeben sich gemäß: = o( -Dabei ist kg der geometrische Phasenunterschied von Raumwelle und reflektierter Raumwelle bezüglich des Ortes des Antennensystems.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Anordnung für einen Doppelkanal-Sichtfunkpeiler zur Ermittlung der beiden Reflexionskoeffizienten des Erdbodens in einem elektromagnetischen Feld, gebildet aus einer Raumwelle und der zugehörigen am Erdboden reflektierten Welle, unter Verwendung von zwei Dipolantennen oder zwei Rahmenantennen oder dreidimensionalen Antennenkombinationen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipolantennen oder die Rahmenantennen in die Richtung der Raumwelle und der reflektierten Welle gedreht werden und daß die Antennen mit den Eingängen des Sichtfunkpeilers verbunden werden, so daß auf dem Braunschen Rohr eine Anzeigeellipse entsteht, aus welcher der jeweilige Reflexionskoeffizient entnommen werden kann.
2. Anordnungfnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung von drei Dipolantennen oder drei Rahmenantennen, die senkrecht zueinander in die drei Richtungen des Raumes zeigen, drei Trennverstärkern, vier Goniometern, eines Phasen-und eines Amplitudenregelgliedes die beiden Antennen in an sich bekannter Weise ersetzt werden durch ein äquivalentes System von drei Antennen in Verbindung mit den Trennverstärkern und den Goniometern, deren Suchspulen in das Azimut p und jeweils in die Elevationen + £ der Raumwelle und der reflektierten Raumwelle gedreht werden und daß die Anzeigeellipse mittels des Phasen-und des Amplitudenregelgliedes in der Zuführung zu einem Verstärkerkanal des Sichtfunkpeilers zu einem Strich unter 5° verändert wird, wonach der jeweilige Reflexionskoeffizient den eingestellten Regelwerten entnommen wird.
3. Anordnung für einen Doppelkanal-Sichtfunkpeiler zur Ermittlung der beiden Reflexionskoeffizienten in einem elektromagnetischen Feld !, gebildet aus einer Raumwelle und der am Erdboden reflektierten Raumwelle, unter Verwendung einer Dipolantenne und einer'Rahmenantenne sowie einer Hilfsantenne, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipolantenne oder die Rahmenantenne in zeitlicher Aufeinanderfolge in die Richtung von Raumwelle und reflektierter Raumwelle gedreht wird und mit dem einen Verstärker und die Hilfsantenne mit dem anderen Verstärker des Sichtfunkpeilers verbunden wird, wobei in zeitlicher Aufeinanderfolge zwei Ellipsen auf dem Braunschen Rohr entstehen, aus welchen der jeweilige Reflexionskoeffizient entnommen werden kann.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß unter Verwendung von drei Dipolantennen oder drei Rahmenantennen, die senkrecht zueinander in die drei Richtungen des Raumes zeigen, zwei Goniometern, zwei gekuppelten Umschaltern, eines Phasen- und eines Amplitudenregeigliedes die Dipolantenne oder die Rahmenantenne in an sich bekannter Weise ersetzt wird durch ein äquivalentes System von drei Dipolantennen oder drei Rahmenantennen in Verbindung mit den Goniometern, deren Suchspulen in das.Azimut p und vermittels des einen Umschalters in zeitlicher Aufeinanderfolge in die Elevation + 8 oder - von Raumwelle und reflektierter Welle zeigen und die Anzeigeellipsen mittels des in die Ableitung der Goniometerkombination geschalteten Phasen- und des Amplitudenregelgliedes gleich gemacht werden, wonach der jeweilige Reflexionskoeffizient den eingestellten Regelwerten entnommen werden kann.