DE2515246A1 - Antenne mit richtanordnung - Google Patents
Antenne mit richtanordnungInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/18—Means for stabilising antennas on an unstable platform
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
75008 PARIS /Frankreich
Unser Zeichen:
T
1759
Antenne mit Riehtanordnung
Die Erfindung betrifft eine Antenne, die mit einer Richtanordnung ausgestattet ist, die es an Bord eines Schiffes
ermöglicht, ungeachtet der Roll- und Stampfbewegungen (Bewegungen
um die Längsachse bzw. um die Querachse) ein (sendendes und/oder empfangendes) Ziel zu verfolgen, dessen
Seitenwinkel und Höhenwinkel in Bezug auf ein mit dem Schiff verbundenes Bezugskoordinatensystem bekannt sind
oder bestimmt werden können. Dies gilt insbesondere für den Fall, daß das Ziel ein geostationärer Satellit ist.
Dem Richten einer Bordantenne auf ein Ziel stehen wohlbekannte Schwierigkeiten entgegen, die im wesentlichen vom
Rollen (Bewegungen um die Längsachse) stammen, dessen Ausmaß wesentlich größer als das des Stampfens (Bewegungen um
die Querachse) ist.
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Lei/Gl
Die üblichen angewendeten Lösungen, die gleichzeitig dem
Rollen und dem Stampfen entgegenwirken, sind die folgenden:
1. Plattform mit Lageregelung in der Weise, daß sie bei
Vorhandensein von Rollen und Stampfen eine feste Richtung beibehält; diese Anlage arbeitet sehr genau, doch
ist sie teuer, und ihre Zuverlässigkeit ist bei Dauerbetrieb schlecht.
2. Zielverfolgung ("tracking" in der angelsächsischen Literatur); der Nachteil dieser Lösung besteht darin,
daß zu diesem Zweck ein Übertragungskanal zwischen dem Ziel und dem Schiff reserviert werden muß.
3. Pendelstabilisierung: Diese Einrichtung ist schwierig zu realisieren, da sie insbesondere reibungslose Achsen
und beträchtliche Trägheitsmomente erfordert. Sie ist außerdem sehr empfindlich für Querbeschleunigungen.
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Antenne mit
einer Riehtanordnung, die verhältnismäßig billig, sehr zuverlässig
und von ausreichender Genauigkeit ist.
Nach der Erfindung ist eine Antenne mit einer Richtanordnung und mit einem Strahlungssystem, das eine maximale
Erforschung des Raums zu beiden Seiten der Antennenachse in einer Vorzugsebene ermöglicht, die eine feste Richtung
in Bezug auf das Strahlungssystem hat, wobei das Strahlungssystem um die Antennenachse drehbar gelagert ist und
die Richtanordnung so ausgebildet ist, daß der Antennenachse in Bezug auf ein rechtwinkliges xyz-Bezugskoordinatensystem
eine Richtung erteilt werden kann, die durch ihren Höhenwinkel in Bezug auf die xy-Ebene und ihren
Seitenwinkel in der xy-Ebene in Bezug auf eine Achse dieser
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Ebene definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Riehtanordnung eine Servoregelanordnung für die Winkelstellung
des Strahlungssystems um die Antennenachse in Abhängigkeit von wenigstens einer der beiden durch den
Höhenwinkel und den Seitenwinkel gebildeten veränderlichen Größen enthält.
¥eitere Merkmale und "Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
Pig. 1 eine erläuternde geometrische Darstellung,
Jj1Ig. 2 das Schema einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine Antenne, die bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendbar ist,
Pig. 4 eine Schaltung, die bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird,
Pig. 5 eine erläuternde geometrische Figur, Pig. 6 ein Detail der Anordnung von Pig. 4 und
Pig. 7 eine Weiterbildung der Schaltungen von Pig. 2 oder Pig. 4.
Pig. 1 zeigt ein rechtwinkliges xyz-Acnsensystem, das mit einem Schiff verknüpft ist, wenn kein Rollen und Stampfen
vorhanden ist, so daß die z-Achse vertikal steht.
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2515248
Die x-Aohse ist die Rollachse, die parallel zur Längsrichtung
des Schiffes liegt, und die y-Achse ist die Stampfachse (Querachse,).
Der Höhenwinkel SQ des Ziels wird im Punkt O des Koordinatensystems
in Bezug auf die xy-Ebene gemessen, und der Seitenwinkel GQ wird im Punkt 0 in Bezug auf die x-Achse
in der xy-Ebene gemessen.
Die Linie OA ist die Achse der Antenne, die zu einem geostationären
Satelliten in der Richtung OS gerichtet ist. Der Punkt A ist ein fester Punkt dieser Achse.
Die Antenne hat in der im Punkt A senkrecht zur Achse OA stehenden Ebene Q ein JdB-Strahlungsdiagramra mit zwei
Symmetrieachsen ab und cd.
Die Achse ab hat hier eine solche Länge, daß der Winkel aOb dem maximalen Ausmaß der Rollbewegungen entspricht, das
gemeinhin als zulässig für die Übertragungen angesehen wird, beispielsweise + 20°. Die Länge der Achse cd ist
merklich kleiner (da das maximale Ausmaß des gemeinhin
als zulässig angesehenen Stampfens + 5 beträgt).
Die Ebene Oab ist die Vorzugsebene, die eine maximale Erforschung
zu beiden Seiten der Achse OA ermöglicht; ihre Schnittlinie ab mit der im Punkt A senkrecht zur Achse OA
stehenden Ebene Q wird "Vorzugsrichtung" genannt, unter der stillschweigenden Voraussetzung "in der Ebene Q".
Die folgenden geometrischen Überlegungen werden unter der Annahme angestellt, daß der Stampfwinkel Full ist, was
zulässig ist, da der Stampfwinkel stets klein gegen den
Rollwinkel ist.
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Wenn unter diesen Voraussetzungen das Schiff eine Rollbewegung ausführt, dreht sich das ganze Bezugskoordinatensystem
Oxyz (und alles, was damit verknüpft ist) um einen Winkel R um die x-Aohse. Man kann ebensogut annehmen, daß
das Bezugskoordinatensystera Oxyz feststehend ist, und daß
jeder Punkt der Geraden OS sich um einen Winkel -R um die x-Achse dreht. Die vorgeschlagene Messung hat zum Ziel,
die Richtung OS im Strahlungsdiagramm zu halten, indem die Ebene Oab entlang der Achse OA tangential zu dem Kegel
gemacht wird, der die x-Achse als Kegelachse hat und zum Teil durch die Gerade OS bei ihrer scheinbaren Bewegung
zu beiden Seiten der Achse OA erzeugt wird. Daraus folgt unmittelbar, daß die scheinbare Bewegung der Geraden OS
infolge der Roirbewegung annähernd (bis auf Glieder zweiter Ordnung) in der Ebene Oab stattfindet, und daß die
Vorzugsrichtung ab des Strahlungsdiagramras im Raum die optimale Richtung dafür hat, daß die scheinbare Bewegung
der Geraden OS infolge der Rollbewegung die Gerade OS nicht aus dem Strahlungsbündel austreten läßt. Andererseits
folgt daraus, daß die geringe Bewegung der Geraden OS infolge des Stampfens bei Fehlen einer Roirbewegung einen
Kegelabschnitt erzeugen würde, der die y-Achse als Kegelachse hätte, wobei die Ebene Ocd entlang der Linie OA tangential
zu diesem Kegel wäre. Zur Berücksichtigung des Stampfens braucht dann nur der Achse cd eine ausreichende
Länge für die gewünschte Übertragungsgüte erteilt zu werden, was stets zu einem Öffnungswinkel cOd führt, der
wesentlich kleiner als der Öffnungswinkel aOb ist.
Die Lage, die der Achse ab in Abhängigkeit vom Höhenwinkel und vom Seitenwinkel GQ des Satelliten erteilt werden muß,
ergibt sich aus den folgenden Überlegungen:
Der Punkt der Geraden OS, der beim Rollwinkel Null mit dem Punkt A zusammenfällt, beschreibt infolge der Roirbewegung
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einen Kreisbogen γ mit dem Radius MA und dem Mittelpunkt M in der Ebene P, die parallel zur yz-Ebene durch den Punkt A
geht und die xy-Ebene entlang der Geraden MH schneidet, wobei der Punkt M auf der x-Achse liegt und der Punkt H
die orthogonale Projektion des Punktes A auf die xy-Ebene ist«
Die Tangente an den Kreis γ im Punkt A steht senkrecht zur Geraden IiA, also senkrecht zur Achse OA. Entlang dieser
Tangente ist die Vorzugsrichtung ab in der Ebene Q gerichtet. Die Ebene Oab bleibt also tatsächlich im Punkt A
tangential zu dem von der Geraden OS beschriebenen Kegelabschnitt.
TJm diese Richtung in Abhängigkeit vom Höhenwinkel Sq und
vom Seitenwinkel Gq zu definieren, betrachtet man in der
Ebene Q Winkel, die um die Achse AO orientiert sind. Man betrachtet die Richtung ab als eine Achse Ab und man nimmt
ferner eine Bezugsachse an, die folgendermaßen definiert ist:
Man zieht den Strahl AE, der in der Ebene OAH senkrecht zur Achse OA steht und die xy-Ebene im Punkt E schneidet.
Die Bezugsachse ist der horizontale Strahl Ah, der einen Winkel von -90° mit dem Strahl AE bildet.
Der Winkel OAh bildet eine unverformbare Figur, wobei der Strahl Ah den Bewegungen von OA folgt und dabei horizontal
bleibt.
Wie einfache geometrische Überlegungen zeigen, die auf der Ähnlichice it der Dreiecke HOM und HDE beruhen, wobei
D der Schnittpunkt der Geraden ab mit der xy-Ebene ist, ist der Winkel ß=-£liAb zwischen der Achse Ab und dem
Strahl 11? dann bis auf 360° durch die folgende Beziehung
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definiert:
tgß = tg GQ/sin S0
Dabei gilt:
- sin β hat das gleiche Vorzeichen wie sin S0;
- cos β hat das gleiche Vorzeichen wie cos SQ;
- β ändert sich kontinuierlich von 0 bis 360 , wenn sich G0 von 0° bis 360° ändert.
Pur G0 = 0° oder 180° liegt die Gerade ab parallel zur
y-Achse. Für G0 = 90 oder 270 liegt die Gerade ab senkrecht
zur Bezugsachse, und der von der Geraden OS beschriebene Kegel reduziert sich auf die Ebene Oab.
In Pig. 2 ist eine Ausführungsform der Anordnung dargestellt.
Die Antenne ist wiederum schematisch durch ihre Achse OA dargestellt, wobei die Ebene Q, die beispielsweise die
Ebene der Strahlertafel bei einer Tafelantenne ist, durch die (mit der Achse OA verknüpfte) Bezugsrichtung Ah und
durch eine materiell mit der Strahlertafel verbundene Gerade a'bf, die parallel zu der Richtung ab des Strahlungsdiagrarams
liegt, dargestellt ist.
Die Antenne ist in herkömmlicher Weise dem Seitenwinkel und dem Höhenwinkel nach richtbar und ihre Strahlertafel
ist um die Achse OA einstellbar.
Durch einen Block 1 ist schematisch eine Plattform dargestellt,
die alle mechanischen Elemente enthält, welche die Drehungen um den Winkel G (Seitenwinkel), den Winkel S
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(Höhenwinkel) und den Winkel β gewährleisten, sowie die zugehörigen Servoregeleinriohtungen. Diese Servoregeleinrichtungen
zur Einstellung auf einen in elektrischer Analogform gegebenen Winkel durch eine Drehbewegung sind
von herkömmlicher Art.
Es sind auch die x-Achse und die z-Achse des Bezugskoordinatensystems
dargestellt.
Eine Anordnung 2 liefert an ihren Ausgängen 203 und 204 die Größen SQ bzw. GQ in Analogform, und an ihren Ausgängen
3 und 4 die gleichen Größen in Digitalform.
Diese Größen Sq und Gq können aufgrund der absoluten
Koordinaten des Satelliten und der die Position des Schiffes und seinen Kurs definierenden Daten berechnet
werden.
Falls Tabellen vorhanden sind, die Sq und Gq in Abhängigkeit
von der Position des Schiffes für einen gegebenen Kurs des Schiffes angegeben, ergibt sich daraus eine-Vereinfachung
der Rechnung.
Die Analogausgänge 203 und 204 sind mit zwei elektrischen Eingängen der Plattform 1 verbunden.
Der den Höhenwinkel Sq liefernde Ausgang 3 speist einen
digitalen Sinus- und Cosinusrechner 7, der an seinem Ausgang
6 den Wert sin SQ liefert, und an seinem Ausgang 5 den Wert cos Sq, der hier nicht verwendet wird.
Der Ausgang 4 ist mit einem Digitalrechner 8 verbunden, der an seinen beiden Ausgängen 11 und 12 die Werte cos G_
bzw. sin Gq liefert; diese Ausgänge sind mit einem Digitalrechner 9 verbunden, der auch den Wert sin SQ vom
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Rechner 7 empfängt. Der Rechner 9, der digital arbeitet, enthält am Ausgang einen Digital-Analog-Wandler.
Der Rechner 9 liefert in Analogform den Winkel β Ms auf 2tt nach der folgenden Gleichung:
sin β _ 3in G0
cos β cos U-Q sin Sq
cos β cos U-Q sin Sq
Darin gilt:
- sin β hat das gleiche Vorzeichen wie sin GQ;
- cos β hat das gleiche Vorzeichen wie cos GQ.
Der Rechner 9 liefert den Winkel β in Analogform zu einem dritten elektrischen Eingang der Plattform 1.
Die vorstehende Lösung ist auf Verbindungen mit einem Ziel beschränkt, dessen Höhenwinkel nicht zu klein ist,
im Hinblick auf das Problem der Mehrfachwege, das sich aus der Verwendung einer Antenne mit großem Öffnungswinkel
bei kleinen Höhenwinkeln ergibt.
Die folgende Lösung eignet sich für sämtliche Falle.
Sie ermöglicht es, falls erwünscht, eine Antenne mit einem Strahlungsdiagramm von kleinem Öffnungswinkel in allen
Richtungen zu verwenden, beispielsweise mit einem im wesentlichen kreisrunden Strahlungsdiagramm, wobei die Vorzugsebene
durch eine synchron mit der Rollbewegung erfolgende Abtastung des Raums durch das Strahlungsbündel in
dieser Ebene erhalten wird.
Pig. 3 zeigt eine für diesen Zweck geeignete Antenne. Sie
hat eine Achse 24, die durch Drehung dieser Achse um eine
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Achse 21 dem Höhenwinkel nach einstellbar ist, wobei die Antenne ihrerseits dem Seitenwinkel nach -durch Drehung
der Achse 21 um eine Achse 22 einstellbar ist.
Das strahlende System ist durch eine Strahlertafel 23 (Ebene Q) gebildet, die mit sieben senkrecht zur Geraden a'b'
verlaufenden Reihen von jeweils sieben ElementarStrahlern
(beispielsweise Wendelantennen) ausgestattet ist, die mit Schutzrohren versehen sind.
Diese Antenne ist von an sich bekannter Art, abgesehen davon, daß die Strahlertafel 23 um die Achse 24 drehbar
gelagert ist.
Die Strahlertafel 23 wird über ein Eabel 25 gespeist.
Die Elementarstrahler jeder Reihe werden gleichphasig gespeist,
mit einer Phasenverschiebung φ zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Reihen; diese Phasenverschiebungen v/erden mit Hilfe von sechs in die Strahlertafel eingebauten
einstellbaren Phasenschiebern erhalten. Durch Veränderung von φ kann man in bekannter Weise die Richtung des Strahlungsbündels
um den Mittelpunkt A der Strahlertafel in der die Achse 24 und die Gerade a'b' enthaltenden Ebene verändern
(wobei die Gerade a'b1 in Fig. 3 die durch den Mittelpunkt
der Strahlertafel gehende Tertikaie ist).
Das Schema von Fig. 2 bleibt hinsichtlich der Einstellung
der Antenne nach dem Höhenwinkel SQ, dem Seitenwinkel Gq
und dem Winkel β in seiner Gesamtheit bestehen. Es muß jedoch durch das System zur phasenversbhobenen Speisung
der Elementarstrahler ergänzt werden·
Fig. 5 zeigt die durch die Rollbewegung verursachte Auslenkung r = <%. AOI der scheinbaren Richtung OS für einen
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Rollwinkel R = ·$ IMA· Die Buchstaben O, A, M, H haben die
gleiche Bedeutung wie in Fig. 1; der Punkt I liegt auf dem
Kreis γ.
Das Antennenbündel A]? muß in der Ebene Oab um den Winkel r = ·£ AOI abgelenkt werden.
Es gilt:
R = 2 arc sin (AI/2MA) r = 2 arc sin (AI/20A)
Man erhält daraus:
sin (r/2) = (MA/OA) sin (R/2) = ρ sin (R/2)
wenn man setzt:
= V1 -
ρ - MA/OA = V1 - cos2 Sq cos2 Gq
Diese Gleichung gilt nach Größe und nach Yorzeichen, wenn man R positiv um die x-Aehse und r positiv von AS nach Ab
zählt. Man kann aus dem Wert sin (r/2) den Viert von cos (r/2) erhalten, der stets positiv ist.
Man kann also sin r exakt als Punktion von R, cos Sq,
cos G0 berechnen,- doch ist es einfacher, die Näherung
sin r = ρ sin R zu machen, wobei der Fehler sehr klein bleibt.
Die Berechnung von 3 D sin r, wobei D der Abstand zwischen den Achsen von zwei aufeinanderfolgenden ElementarStrahlern
der gleichen Spalte bei der Antenne von Pig. 3 ist, erfolgt (Pig. 4) in einem Rechner 20, der an seinen Eingängen
121, 122 und 123 die Größen cos SQ, cos G- bzw. sin R in Digitalform empfängt. Der Wert cos Sq wird vom
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Ausgang 5 des Rechners 7 von Pig. 2 geliefert, der Wert
cos Gq vom Ausgang 11 des Rechners 8 von JFig. 2, und der
Wert sin R von einem Digitalrechner 19, der an seinem Ein-, gang 191 die Größe R von einer herkömmlichen Meßanordnung
für den Augenblicksrollwinkel empfängt. Der Rechner 20 ist ein Digitalrechner, der am Ausgang mit einem Digital-Analog—Wandler
versehen ist.
Das die Antenne speisende Hochfrequenzkabel 25 1st mit einer Ieistungsteileranordnung 200 mit sieben Ausgängen
verbunden,''die beispielsweise ein Wilkinson-Teiler ist.
Die sieben Ausgänge entsprechen den sieben Reihen der Antenne 3. Der vierte Ausgang 30 speist die mittlere Reihe.
Die drei ersten Ausgänge speisen die drei ersten Reihen über drei Kurzschluß - Koaxialphasenschieber 31, 32, 33,
und die drei letzten Ausgänge speisen die drei letzten Reihen über drei Phasenschieber 34, 35, 36 gleicher Art.
Die Phasenschieber 31, 32, 33 müssen den von ihnen übertragenen Signalen Phasenverschiebungen von -3φ, -2φ, -φ erteilen,
und die Phasenschieber 34, 35, 36 müssen den von ihnen übertragenen Signalen Phasenverschiebungen φ, 2φ,
3φ erteilen, jeweils in Bezug auf das vom Ausgang 30 gelieferte
Signal.
Die Phasenverschiebung φ entspricht für einen gegebenen Wert von r einer Wegdifferenz von D sin r, was durch die
Verstellung des Kurzschlusses des Phasenschiebers 34 um d = D sin r erreicht wird; dabei ist d eine algebraische
Zahl, die eine Verstellung in der einen oder der anderen Richtung ausdrückt.
Einer Verstellung d beim Phasenschieber 34 müssen Verstellungen -3d, -2d, -d, 2d bzw 3d bei den Phasenschiebern
31, 32, 33, 35 bzw. 36 entsprechen. Diese Verstellungen
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werden gleichzeitig durch 'einen Motor 50 gesteuert, dessen
Welle mit den Stangen der Kurzschlußkolben der Phasenschieber über eine mechanische Vorrichtung verbunden ist, die .
in Pig. 6 dargestellt ist und in Fig. 4 symbolisch durch die strichpunktierten Verbindungslinien zwischen dem Motor
und den Phasenschiebern angedeutet ist.
Damit die Folgeregelung erhalten wird, liefert eine mechanisch
mit dem Phasenschieber 36 verbundene Nachbildungseinrichtung
45 zu einem Komparator 42 ein elektrisches Signal, das die algebraische Größe 3d ausdrückt und mit
dem vom Rechner 20 gelieferten elektrischen Signal 3D sin r verglichen wird. Das Fehlersignal wird nach Verstärkung in
einem Verstärker 43 der Wicklung des Motors 50 zugeführt. Über nicht dargestellte Verbindungen speisen der Ausgang 30
des Leistungsteilers 200 und der Ausgang jedes der Phasenschieber 31 bis 36 die sieben Elementarstrahler der jeweils
zugeordneten Reihe gleichphasig.
Die ganze Schaltung von Fig. 4 kann in die Strahlertafel der Antenne eingebaut sein.
Wenn die Antenne als Empfangsantenne arbeitet, bleibt die Steuerung der Phasenschieber unverändert, doch werden diese
dann in der allgemein bekannten Weise von den Elementarstrahlern gespeist, und die Ausgangssignale des nicht
phasenverschobenen Kanals und der sechs phasenverschobenen Kanäle v/erden dann im Leistungsteiler 200 zur Speisung
des Kabels 25 addiert; das Kabel 25 kann über einen Sende-Empfangs-Umschalter mit dem Sender oder dein Empfänger
verbunden sein. *
Fig. 6 zeigt die Steuerung der Kurzschlußkolben der Phasenschieber.
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Die Darstellung zeigt die geometrische Achse 100 der Motorwelle, die senkrecht zur Zeichenebene steht.
' Der Motor treibt die sechs Kurzschlußkorbenstangen 131
"bis 136 der Phasenschieber 31 bis 36 über sechs Kurbeltriebe
an, deren Kurbelarme durch den gleichen Hebel 70 gebildet sind, der senkrecht zur Achse des Motors liegt.
Dieser Hebel trägt in der einen Richtung von Punkt 100 aus Gelenkpunkte 71, 72, 73 in Abständen 3n, 2n, η vom
Punkt 100 sowie dazu symmetrische Gelenkpunkte 76, 75, 74- mit sechs Pleuelstangen 81 bis 83 bzw. 86 bis 84,
deren Längen proportional zu den längen der entsprechenden Kurbelarme sind. Die Pleuelstangen sind an ihren
zweiten Gelenkpunkten mit den sechs Kolbenstangen 131 bis 136 verbunden. GtLe it führungen 231 bis 236 dienen dazu,
die horizontale Lage der Kolbenstangen aufrecht zu erhalten«
Es ist zu bemerken, daß die beschriebene Vorrichtung auch dann verwendet werden kann, wenn das Strahlungsdiagramm
der Antenne zwei merklich ungleiche Achsen ab und cd hat.
Die vorteilhafte Lösung besteht dann darin, als Yorzugsrichtung die kleine Achse des Strahlungsdia.gramins zu
wählen (deren Lage dann mit derjenigen der großen Achse von Pig. 1 vertauscht wäre), und eine Abtastbewegung des
Strahlungsbündels in der Yorzugsebene vorzunehmen, während die große Achse des Strahlungsdiagramms zum Ausgleich der
Stampfbewegung verwendet wird.
Die Anordnungen von Pig. 2 und Pig. 4 können dadurch vervollkommnet
werden, daß der Yorzugsriohtung ab (Fig. 1) eine oszillierende Bewegung des Winkels Δβ um die zuvor
definierte Lage in Abhängigkeit von dem Augenblickswert R des Rollwinkels derart erteilt wird, daß die Gerade OS
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bei ihrer scheinbaren Bewegung (für einen Stampfwinkel
Null) in der Vorzugsebene bleibt.
Null) in der Vorzugsebene bleibt.
Der Winkel Δβ ist der Winkel, den die Achse AB mit der
Projektion der Achse OI (Augenblickslage der Geraden OS bei ihrer scheinbaren Bewegung) in der senkrecht zur
Achse OA stehenden Ebene Q bildet.
Projektion der Achse OI (Augenblickslage der Geraden OS bei ihrer scheinbaren Bewegung) in der senkrecht zur
Achse OA stehenden Ebene Q bildet.
Geometrische Überlegungen zeigen, daß der Winkel Δβ nach Größe und Vorzeichen (gemäß den weiter oben getroffenen
Übereinkünften) durch die folgende Beziehung gegeben ist:
■n
tgAß = cos S0 cos G0 tg £ .
Man kann offensichtlich tg ( β + Δβ) berechnen, doch ist
es einfacher, Δβ zu berechnen und diesen Wert zu β zu
addieren.
addieren.
Die Berechnung von Δβ kann nach folgender Gleichung erfolgen
:
sinAß
=
cos S0 cos GQ sin R/2
cos Δβ cos R/2
oder durch die Näherung:
Δβ = cos S0 cos G0 £
Eig. 7 zeigt die Änderung, die bei der Anordnung von Fig.
im zweiten EaIl vorzunehmen ist.
Ein Digitalrechner 80, der am Ausgang mit einem Digital-Analog-Wandler
ausgestattet ist, empfängt die Werte cos S_ und cos G0 vom Ausgang 11 des Rechners 8 bzw. vom Ausgang
des Rechners 7. Er empfängt außerdem in Digitalform den
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Winkel R am Eingang 81, der mit dem Ausgang eines Analog-Digital-Wandlers
85 verbunden ist,-der die Größe R am Eingang 86 empfängt, und er liefert den Wert Δβ in Analogform.
Die Addition von ( β+ Δβ) erfolgt in einer Analogaddiersohaltung
82, die den Wert β vom Rechner 9 von Pig. 2 empfängt. Der Ausgang der Addierschaltung 82 ist mit dem
dritten Steuereingang der Vorrichtung 1 verbunden.
Folgendes ist zu bemerken: Wenn die Weiterbildungen von
Pig. 4 und 7 gleichzeitig angewendet werden, ist es möglich, die Achse des Strahlungsbündels beim Starapfwinkel
Null exakt in der Zielrichtung zu halten. Wenn man außerdem, v/ie zuvor erwähnt, ein Strahlungsdiagramm mit verhältnismäßig
kleinem Öffnungswinkel in der Torzugsrichtung und mit verhältnismäßig großem Öffnungswinkel in der dazu
senkrechten Richtung verwendet, gelangt man zu der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
Es ist zu bemerken, daß alle bei der Stellungsregelung verwendeten digitalen Berechnungen von herkömmlicher Art
sind und beispielsweise in einem handelsüblichen Programmrechner des Typs Hewlett Packard 45 durchgeführt werden
können.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf diese im wesentlichen digitale Ausbildung der Rechenschaltungen beschränkt.
Die Antennenanordnung nach der Erfindung ist für den Pail
einer Antenne beschrieben, die an Bord'eines Schiffes zur Ausrichtung auf einen Satelliten angebracht ist.
Anstatt anzunehmen, daß das xyz-Bezugskoordinatensystem
mit dem Schiff verbunden ist, kann man einfach eine Ebene P
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und eine dazu senkrechte z-Achse für die Riehtanordnung
der Antenne annehmen, wobei diese wie folgt definiert sind: Der Punkt 0 ist ein Punkt der Äntennenachse OA, die
Ebene PQ ist die Bezugsebene für die Höhenwinkeleinstellung
der Antennenachse OA, und die z-Achse ist die durch den Punkt 0 gehende Achse, um v/elche sich die Antennenachse
OA drehen kann.
Die beschriebene Anordnung eignet sich für das Richten auf jedes Ziel, dessen Relativbewegung in Bezug auf das
von der Ebene Pq und der z-Achse gebildete Bezugssystem
als die Resultierende von zwei Drehbewegungen begrenzter Amplituden in Bezug auf zwei zueinander senkrechte Achsen
der Ebene PQ angesehen werden kann.
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Claims (8)
- Patentansprüche/O ■ ' ■M.yAntenne mit einer Riehtanordnung und mit einem Strahlungs- 'S system, das eine maximale Erforschung des Raums zu "beiden Seiten der Antennenachse in einer Torzugsebene ermöglicht, die eine feste Richtung in .Bezug auf das Strahlungssystem hat, wobei das Strahlungssystem um die Antennenachse drehbar gelagert ist und die Riehtanordnung so ausgebildet ist, daß der Antennenachse in .Bezug auf ein rechtwinkliges xyz-Bezugskoordinatensystem eine Richtung erteilt werden kanns die durch ihren Höhenwinkel in Bezug auf die xy-Ebene und ihren Seitenwinkel in der xy-Ebene in- Bezug auf eine Achse dieser Ebene definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtanordnung eine Servoregelanordnung für die winkelstellung des Strahlungssystems um die Antennenachse in Abhängigkeit von wenigstens einer der beiden durch den Höhenwinkel (Sq) und den Seitenwinkel (Gq) gebildeten veränderlichen Größen enthält.
- 2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Antenne, deren Strahlungsdiagramm in der senkrecht zur Antennenachse stehenden Richtung zwei zueinander senkrechte Symmetrieachsen unterschiedlicher Größe aufweist, die Vorzugsebene die durch die Antennenachse gehende Ebene- ist, welche die Richtung enthält, die parallel zu der größeren der beiden Symmetrieachsen liegt.
- 3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Antenne, deren Strahlungssystera durch eine Anordnung von Elementarstrahlern gebildet ist, d*eren phasenabhängige Speisung die Schwenkung der Achse des Antennenbündels in mehreren Richtungen ermöglicht, die in einer Abtastebene enthalten sind, deren Richtung in Bezug auf das Strahlungssystem feststeht, die Vorzugsebene die Abtastebene ist.509844/U340
- 4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn das Strahlungsdiagramm des Antennenbündels in der Richtung senkrecht zu der Bündelachse zwei Symmetrieachsen ungleicher Länge aufweist, die Abtastebene die Richtung der kleineren der beiden Symmetrieachsen enthält.
- 5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verfolgung eines sendenden oder empfangenden Zieles, dessen Richtung in Bezug auf das xyz-Koordinatensystem eine Relativbewegung aufweist, die sich im wesentlichen aus zwei Drehbewegungen zusammensetzt, von denen die eine Drehbewegung um die x-Achse mit einem Drehwinkel des Augenblickswerts -R erfolgt, dessen maximaler Absolutwert RQ kleiner als 90 ist, und die andere Drehbewegung um die y-Achse mit einem Drehwinkel des Augenblickswerts -T erfolgt, dessen maximaler Absolutwert kleiner als Rq ist, die Servoregelanordnung die Winkelstellung des Strahlungssystems in Abhängigkeit von dem Höhenwinkel (S ) und dem Seitenwinkel (GQ) derart nachregelt, daß der Schnitt der Yorzugsebene mit einer senkrecht zur Antennenachse stehenden Ebene für R=O, T=O senkrecht zu der x-Achse steht.
- 6. Antenne nach Anspruch 5} dadurch gekennzeichnet, daß die Servoregelanordnung die Winkelstellung des Strahlungssystems unabhängig von den Augenblickswerten R und T nur in Abhängigkeit vom Höhenwinkel (Sn) und vom Seitenwinkel (Gq) nachregelt.
- 7. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoregelanordnung die Winkelstellung' des Strahlungssystems in Abhängigkeit von den Höhen- und Seitenwinkelgrößen (Sq, Gq) und vom Wert R derart nachregelt, daß die Richtung des Ziels für T = 0 in der Yorzugsebene liegt.5098AA/03A0
- 8. Antenne nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtanordnung eine Servoregelanordnung zur Orientierung des Bündels in der Abtastebene in Abhängigkeit von dem Winkel R enthält.9· Antenne nach den Ansprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtanordnung eine Regelanordnung für die
Orientierung des Bündels in der Abtastebene in Abhängigkeit von dem Winkel R enthält.509844/0340Leer
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OHN | Withdrawal |