DE3436104A1 - Direction-finding arrangement and direction-finding method - Google Patents

Direction-finding arrangement and direction-finding method

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DE3436104A1 DE19843436104 DE3436104A DE3436104A1 DE 3436104 A1 DE3436104 A1 DE 3436104A1 DE 19843436104 DE19843436104 DE 19843436104 DE 3436104 A DE3436104 A DE 3436104A DE 3436104 A1 DE3436104 A1 DE 3436104A1
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Abstract

For the single-pulse direction finding in an interference field, a long-base-line antenna arrangement comprising a number of identical antenna arrays is described which in each case exhibit a main directional pattern and symmetrically to this, two secondary directional patterns. Any difference in level between adjacent antenna arrays due to an interference field is determined by comparing the levels of the antenna voltages of overlapping secondary directional patterns and compensated for. The antenna voltages of the antenna array which, after level equalisation, exhibits the greater antenna voltage to be allocated to the respective main directional pattern, are used for determining the bearing value by means of amplitude comparison.

Description

- 1I - - 1 I -

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/We/reLicentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL / We / re

Theodor-Stern-Kai 1 UL 79/116Theodor-Stern-Kai 1 UL 79/116

D-6000 Frankfurt 70D-6000 Frankfurt 70

Peilanordnung und PeilverfahrenDF arrangement and DF method

Die Erfindung betrifft eine Peilanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art.The invention relates to a direction finding arrangement of the type described in the preamble of claim 1.

Bei Peilantennenanordnungen ergeben sich insbesondere auf Fahrzeugen oder Schiffen Einschränkungen für den Aufbau der Antennenanordnung und durch starke Interferenzfelder, die durch störende Sekundärstrahlung des Fahrzeuges oder Schiffes hervorgerufen sind, Probleme bei der Durchführung der Peilung.In the case of DF antenna arrangements, there are restrictions for the structure, especially on vehicles or ships the antenna arrangement and through strong interference fields, the disturbing secondary radiation of the vehicle or Problems in the implementation of the ship the bearing.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Peilanordnung und ein Peilverfahren anzugeben, die auch in einem Interferenzfeld eine richtige Peilung vor allem auch sehr kurzzeitig einfallender Wellen ermöglichen .The present invention is based on the object of specifying a direction finding arrangement and a direction finding method which provides a correct bearing even in an interference field all allow very brief waves .

- 5 - UL 79/116- 5 - UL 79/116

Die erfindungsgemäße Peilanordnung ist im Patentanspruch 1, das erfindungsgemäße Peilverfahren im Patentanspruch 7 beschrieben. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The direction finding arrangement according to the invention is in claim 1, the direction finding method according to the invention in claim 7 described. The subclaims contain advantageous configurations and developments of the invention.

Die Erfindung verbindet bei relativ geringem hochfrequenztechnischen Aufwand die Vorteile der Großbasispeilung mit der vor allem bei militärischen Einsatzzwecken geforderten Möglichkeit der Peilung von Einzelimpulsen.The invention combines at a relatively low level of high frequency engineering Expense the advantages of the large-scale base bearing with that required especially for military purposes Possibility of bearing individual pulses.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Abbildungen noch veranschaulicht. Dabei zeigtThe invention is illustrated below with reference to the figures. It shows

FIG. 1 eine Antennenanordnung um einen TrägermastFIG. 1 shows an antenna arrangement around a support mast

FIG. 2 zwei benachbarte Antennengruppen dieser Anordnung FIG. 2 two adjacent antenna groups in this arrangement

FIG. 3 die azimutale Gruppierung der Richtdiagramme dieser AnordnungFIG. 3 shows the azimuthal grouping of the directional patterns of this arrangement

FIG. 4 die Einzelstrahleranordnung einer AntennengruppeFIG. 4 the individual radiator arrangement of an antenna group

FIG. 5 die Zusammenschaltung der Einzelstrahler einer AntennengruppeFIG. 5 the interconnection of the individual radiators of an antenna group

FIG. 6 das Prinzip einer Peilung ohne Vorliegen eines Interferenzfeldes 'FIG. 6 the principle of a bearing without the presence of an interference field '

FIG. 7 undFIG. 7 and

FIG. 8 das Prinzip einer Peilung im Interferenzfeld für zwei verschiedene Einfallsrichtungen.FIG. 8 the principle of a bearing in the interference field for two different directions of incidence.

Bei der Anordnung nach FIG. 1 sind zur Abdeckung des gesamten Azimutbereichs acht einzelne AntennengruppenIn the arrangement according to FIG. 1 are eight individual antenna groups to cover the entire azimuth range

- 6 - UL 79/116- 6 - UL 79/116

1 bis <5 um oinon Trägermasl: , boisp Lolsweiao oinen Schiffsmast herum gruppiert. Jeweils zwei Antennengruppen sind baulich in einem Block vereinigt.1 to <5 um oinon carrier masl:, boisp Lolsweiao oinen ship mast grouped around. Two antenna groups each are structurally combined in one block.

In FIG. 2 sind wesentliche Einzelheiten zweier benachbarter Antennengruppen 1 und 2 skizziert. Jede Antennengruppe enthält ein Antennenfeld A mit einem direkt angekoppelten Richtstrahlnetzwerk RSN, welches drei Empfangs-Richtdiagramme mit gemeinsamem Phasenzentrum, ein Haupt-Richtdiagramm IM (bzw. 2M) und symmetrisch zu diesem zwei Neben-Richtdiagramme IL und IR (bzw. 2L und 2R) bildet. Die Neben-Richtdiagramme IR und 2L der benachbarten Antennengruppen 1 und 2 überdecken sich im Bereich ihrer Hauptkeule vollständig, so daß sich für die ganze in FIG. 1 dargestellte Antennenanordnung mit acht Antennengruppen die aus FIG. 3 ersichtliche azimutale Verteilung der einzelnen Richtdiagramme ergibt. Eine einzelne Antennengruppe besteht beispielsweise aus mehreren Teilgruppen für verschiedene Frequenzbereiche f., fR und f_ (FIG. 4). Für jeden Frequenzbereich weist das Antennenfeld eine Gruppe von Einzelstrahlern S auf, von denen die direkt übereinander angeordneten paarweise in Elevations-Richtstrahlnetzwerken RSN-El (FIG. 5) zusammengefaßt, sind. Die Elevations-Richtstrahlnetzwerke sind wiederum mit drei getrennten Azimut-Richtstrahlnetzwerken entsprechend den drei azimutal verschieden ausgerichteten Richtdiagrammen pro Antennengruppe verbunden, an deren Ausgängen drei Antennenspannungen UL, UM und UR abnehmbar sind, die dem Empfang über die jeweiligen Richtdiagramme entsprechen.In FIG. 2 essential details of two adjacent antenna groups 1 and 2 are outlined. Each antenna group contains an antenna field A with a directly coupled directional beam network RSN, which contains three reception directional diagrams with a common phase center, a main directional diagram IM (or 2M) and, symmetrically to this, two secondary directional diagrams IL and IR (or 2L and 2R) forms. The secondary directional diagrams IR and 2L of the adjacent antenna groups 1 and 2 completely overlap in the area of their main lobe, so that for the whole of FIG. 1 shown antenna arrangement with eight antenna groups from FIG. 3 shows the azimuthal distribution of the individual directional diagrams. A single antenna group consists, for example, of several subgroups for different frequency ranges f., F R and f_ (FIG. 4). For each frequency range, the antenna field has a group of individual radiators S, of which the pairs arranged directly one above the other are combined in elevation directional beam networks RSN-E1 (FIG. 5). The elevation directional beam networks are in turn connected to three separate azimuth directional beam networks corresponding to the three azimuthally differently aligned directional diagrams per antenna group, at the outputs of which three antenna voltages UL, UM and UR can be tapped, which correspond to the reception via the respective directional diagrams.

Eine einfallende Welle W wird immer von den Hauptkeulen der Richtdiagramme mindestens zweier benachbarter Antennengruppen erfaßt und erzeugt in jeder AntennengruppeAn incident wave W is always from the main lobes of the directional diagram of at least two adjacent antenna groups detected and generated in each antenna group

- 7 - UL 79/116- 7 - UL 79/116

Aniennenspannungen, deren Amplitudenvorhältnisse oder in logarithmischem Maß Amplitudendifferenzen vom Einfallswinkel der Welle abhängen und daher zur Winkelbestimmung verwandt werden können.Anienne voltages, their amplitude ratios or in logarithmic measure amplitude differences from the angle of incidence depend on the shaft and can therefore be used to determine the angle.

In einem Interferenzfeld erzeugt eine Welle in den einzelnen Antennengruppen, deren Phasenzentren je nach Frequenz einen Abstand von vielen Wellenlängen haben können und somit insgesamt eine Großbasis-Peilanordnung bilden, je nach Stärke des Interferenzfeldes einen oder mehrere Peilwerte. Bei Vorliegen verschiedener Peilwerte ist es wesentlich, den gültigen Peilwert aus den in Form der Antennenspannungen zur Verfügung stehender Informationen zu ermitteln.In an interference field, a wave is generated in the individual Antenna groups, the phase centers of which have a distance of many wavelengths depending on the frequency can and thus overall form a large-base DF arrangement, depending on the strength of the interference field one or several bearing values. If different bearing values are available, it is essential to find the valid bearing value from the in Form to determine the antenna voltages available information.

Die Ermittlung des gültigen Peilwerts gemäß der vorliegenden Erfindung ist im folgenden für drei verschiedene Situationen anhand der FIG. 6, 7 und 8 erläutert. In den Abbildungen sind die für die Veranschaulichung der Pegelverhältnisse bzw. Pegeldifferenzen wesentlichen Richtdiagramme IL, IM, IR, 2L, 2M, 2R zweier benachbarter Antennengruppen 1 und 2 eingetragen (kartesische Koordinaten). Die Hauptkeulen der Richtdiagramme IR und 2L überdecken sich, bei den Nebenkeulen ergeben sich Unterschiede. The determination of the valid bearing value according to the present invention is in the following for three different ones Situations based on FIG. 6, 7 and 8 explained. In the figures are those for the illustration of the level relationships or level differences essential directional diagrams IL, IM, IR, 2L, 2M, 2R of two adjacent ones Antenna groups 1 and 2 entered (Cartesian coordinates). The main lobes of the directional diagrams IR and 2L overlap, there are differences in the side lobes.

In FIG. 6 ist eine Wellenfront W ohne Interferenzen angenommen, deren Einfallsrichtung zwischen den Maxima der Richtdiagramme IM und IR liegt. Die Welle erzeugt in den beiden Antennengruppen 1 und 2 Antennenspannungen, deren Pegelverhältnisse sich aus der Abbildung zuIn FIG. 6 a wave front W without interference is assumed, whose direction of incidence lies between the maxima of the directional diagrams IM and IR. The wave generated in the two antenna groups 1 and 2 antenna voltages, the level ratios of which can be seen from the figure

UlR = U2L > UlM > U2R > UlL > U2MUlR = U2L> UlM> U2R> UlL> U2M

-B- UL 79/116 -B- UL 79/116

ergeben. Aus der Pegelgleichheit von UlR und U2L läßt sich schließen, daß kein Interferenzfeld vorliegt. Der Pegel von UlM liegt erheblich über dem Pegel von U2M, so daß die Antennenspannungen der Antennengruppe 1 zur Peilwertermittlung herangezogen werden.result. From the level equality of UlR and U2L conclude that there is no interference field. The level from UlM is significantly above the level of U2M, so that the Antenna voltages of antenna group 1 can be used to determine the bearing value.

In den Situationen der FIG. 7 und 8 ist ein Interferenzfeld angenommen, das in den Phasenzentren der Antennengruppen 1 und 2 einen Pegelunterschied von 10 dB aufweist. Der Pegelunterschied ist durch entsprechende Absenkung der Richtdiagramme 2L, 2M und 2R der Antennengruppe 2 veranschaulicht .In the situations of FIG. 7 and 8 an interference field is assumed that is in the phase centers of the antenna groups 1 and 2 has a level difference of 10 dB. The level difference is achieved by lowering the Directional diagrams 2L, 2M and 2R of antenna group 2 are illustrated.

Bei der in FIG. 7 dargestellten Situation sei. wieder eine zwischen den Maxima der Diagramme IM und IR einfallende Welle angenommen. Die Pegelverhältnisse sind aus der Abbildung zuIn the case of the FIG. 7 is the situation shown. another one incident between the maxima of the diagrams IM and IR Wave adopted. The level ratios are from the figure

UlR > UlM > U2L > UlL > U2R > U2MUlR> UlM> U2L> UlL> U2R> U2M

zu entnehmen. Aus der Pegeldifferenz zwischen UlR und U2L ergibt sich das Vorliegen eines Interferenzfeldes. Erfindungsgemäß wird diese Pegeldifferenz ausgeglichen, was '/.Ii dom nonon Pogo! vorhäl tin arefer to. From the level difference between UlR and U2L results in the presence of an interference field. According to the invention this level difference is compensated what '/.Ii dom nonon Pogo! held in a

UlR = U2L1 V UlM > U2R1 > UlL > U2M·UlR = U2L 1 V UlM> U2R 1 >UlL> U2M

führt, bei dem U2L1, U2R1, U2M1 die Antennenspannungen der Antennengruppe 2 nach dem Pegelausgleich um 10 dB sind. Von den. dem Empfang über die Haupt-Richtdiagramme IM und 2M entsprechenden Antennenspannungen weist die Spannung UlM gegenüber U2M· den eindeutig höheren Wert auf, so daß die Bestimmung des Einfallswinkels aus den Spannungen der Antennengruppe 1 vorgenommen wird. Die Antennenspannungenleads, in which U2L 1 , U2R 1 , U2M 1 the antenna voltages of antenna group 2 after level equalization are around 10 dB. Of the. Antenna voltages corresponding to the reception via the main directional diagrams IM and 2M, the voltage UlM has a clearly higher value than U2M, so that the angle of incidence is determined from the voltages of antenna group 1. The antenna voltages

- 9 - UL 79/116- 9 - UL 79/116

der Antennengruppe 2 werden, auch wenn daraus ein Peilwinkel bestimmt werden könnte, von der weiteren Auswertung ausgeschlossen.of antenna group 2, even if a bearing angle could be determined from this, from the further evaluation locked out.

In der Situation nach FIG. 8 ist das gleiche Interferenzfeld wie bei FIG. 7 angenommen, die Einfallsrichtung der Welle W liege nun aber zwischen den Maxima der Richtdiagramme 2L und 2M. Aus der Abbildung ergeben sich die Pegelverhältnisse der Antennenspannungen zuIn the situation according to FIG. 8 is the same interference field as in FIG. 7 assumed the direction of incidence of the Wave W now lies between the maxima of the directional diagrams 2L and 2M. The figure shows the Level ratios of the antenna voltages

UlR > U2M > UlL > U2L > UlM > U2R,UlR> U2M> UlL> U2L> UlM> U2R,

woraus auf ein Interferenzfeld mit einem Pegelunterschied von U1R-U2L = 10 dB zwischen den Phasenzentren der beiden Antennengruppen geschlossen werden kann und woraus sich nach Kompensation dieser Pegeldifferenz neue Pegelverhältnisse resulting in an interference field with a level difference from U1R-U2L = 10 dB between the phase centers of the two antenna groups can be concluded and from what after compensating for this level difference, new level ratios

U2M1 > UlR = U2L1 > UiL > U2R1 > UlMU2M 1 > UlR = U2L 1 >UiL> U2R 1 > UlM

ergeben. In diesem Fall liegt der Signalpegel von UlM erheblich unter dem Pegel von U2M', so daß zur weiteren Auswertung die Antennenspannungen der Antennengruppe 2 herangezogen werden.result. In this case the signal level of UlM is considerably below the level of U2M ', so that for further Evaluation of the antenna voltages of antenna group 2 are used.

Die Kompensation einer evtl. festgestellten Pegeldifferenz zwischen sich überdeckenden Neben-Richtdiagrammen ist an sich Teil fachmännischen Könnens und kann sowohl digital in einem Prozessor als auch analog erfolgen, wobei im letzten Fall die Verwendung von Video-Empfangsdetektoren in Verbindung mit logarithmischen Verstärkern besonders vorteilhaft ist, weil sich dann die Kompensation und die Winkelbestimmung auf die Addition oder Subtraktion von Gleichspannungen beschränkt.The compensation of a possibly determined level difference between overlapping secondary directional diagrams is in itself part of professional ability and can be digital in a processor as well as analog, with the use of video reception detectors in the latter case in connection with logarithmic amplifiers is particularly advantageous because then the compensation and the Angle determination is limited to the addition or subtraction of DC voltages.

- 10 - UL 79/116- 10 - UL 79/116

Eine Grobpeilung durch Sektorauswahl kann durch Summierung der Antennenspannungen sich überdeckender Neben-Richtdiagramme und Auswahl des Sektors mit der größten Summenspannung vorgenommen werden. Eine eventuelle Frequenzabhängigkeit der Diagramme kann bei der weiteren Peilauswertung eingearbeitet werden. Dort kann auch eine Mittelung über mehrere Peilwerte erfolgen.A coarse bearing through sector selection can be achieved by adding up the antenna voltages of overlapping secondary directional diagrams and selection of the sector with the greatest total voltage. A possible frequency dependency the diagrams can be incorporated into the further bearing evaluation. Averaging can also be carried out there take place over several bearing values.

Bei der vorliegenden Erfindung ist der gesamte azimutale Überwachungsbereich simultan abgedeckt, so daß auch sehr kurze Einzelimpulse problemlos gepeilt werden können. Die Anordnung der einzelnen Antennengruppen kann dabei beliebig gewählt werden, wenn die Ausrichtung so erfolgt, daß sich die Neben-Richtdiagramme benachbarter Antennengruppen überdecken.In the present invention, the entire azimuthal monitoring area is covered simultaneously, so that very short single impulses can be tracked without any problems. The arrangement of the individual antenna groups can be arbitrary can be selected if the alignment is carried out in such a way that the secondary directional diagrams of adjacent antenna groups cover.

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Claims (8)

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/We/re Theodor-Stern-Kai 1 UL 79/116 D-6000 Frankfurt 70 PatentansprücheLicentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL / We / re Theodor-Stern-Kai 1 UL 79/116 D-6000 Frankfurt 70 patent claims 1. Peilanordnung mit mehreren Einzelantennen mit unterschiedlich ausgerichteten Richtdiagrammen und mil·, !einrichtungen zur Ermittlung des Einfallswinkels einer Welle durch Amplitudenvergleich von dem Empfang über unterschiedlich ausgerichtete Diagramme entsprechenden Antennenspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus mehreren gleichen Antennengruppen (1 bis 8) mit getrennten Phasenzentren besteht, daß jede Antennengruppe ein Haupt-Richtdiagramm (IM bis 8M) und symmetrisch KU dl osom 7.WQi Nobon-R i .cn (d i ngramine (1R bis ftf? und II, bis δι) und diesen Richtdiagrammen zugeordnete getrennte Antennenausgänge aufweist, daß die Haupt-Richtdiagramme benachbarter Antennengruppen unterschiedlich ausgerichtet sind und die dazwischen liegenden Neben-Richtdiagramme sich überdecken, und daß Vergleichseinrichtungen zum Pegelvergleich von über sich überdeckende Neben-Richtdiagramme empfangenen Signalen und für1. DF arrangement with several individual antennas with differently aligned directional diagrams and mil ·,! Devices for determining the angle of incidence of a wave by amplitude comparison of the reception via differently aligned diagrams corresponding antenna voltages, characterized in that the arrangement of several identical antenna groups (1 to 8) with separate phase centers that each antenna group has a main directional diagram (IM to 8M) and symmetrical KU dl osom 7.WQi Nobon-R i .cn (di ngramine (1R to ftf? and II, to δι) and these directional diagrams assigned separate antenna outputs has that the main directional diagrams of adjacent antenna groups are aligned differently and the intermediate directional diagrams overlap, and that comparison devices for level comparison of signals received via overlapping secondary directional diagrams and for - 2 - UL 79/116- 2 - UL 79/116 jede Antennengruppe Mittel zur Pegelveränderung um einen aus dem Pegelvergleich abgeleiteten Faktor vorhanden sind.each antenna group has means for changing the level by a factor derived from the level comparison. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antennengruppe mehrere Einzelstrahler (S) enthält, die über ein Richtstrahlnetzwerk (RSN) auf drei Ausgänge entsprechend einem Haupt-Richtdiagramm und zwei Neben-Richtdiagrammen zusammengefaßt sind.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that each antenna group contains a plurality of individual radiators (S) which via a directional beam network (RSN) to three outputs corresponding to a main directional diagram and two secondary directional diagrams are summarized. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenzentren unterschiedlicher Antennengruppen mehr als eine halbe Betriebswellenlänge auseinanderliegen. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the phase centers of different antenna groups are more than half an operating wavelength apart. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Antennengruppen um einen Trägermast herum angeordnet sind (FIG. 1).4. Arrangement according to one of claims 1 to 3 »thereby characterized in that the various antenna groups are arranged around a support mast (FIG. 1). 5- Anordnung nach oLnoni dor Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antennengruppe aus mehreren Teilgruppen besteht, die unterschiedlichen Frequenzbereichen zugeordnet sind (FIG. 4).5- arrangement according to oLnoni dor claims I to 4, characterized characterized in that each antenna group consists of several subgroups, the different frequency ranges are assigned (FIG. 4). 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Peilempfänger Videoempfänger mit logarithmischer Verstärkungscharakteristik (IgV) vorgesehen sind.6. Arrangement according to one of claims 1 to 5 »thereby characterized that as a direction finder video receiver with logarithmic amplification characteristic (IgV) provided are. 7· Verfahren zur Bestimmung der Einfallsrichtung einer elektromagnetischen Welle bei einer Peilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von jeweils zwei benachbarten Antennengruppen zumindest die Antennenspannungen einer Antennengruppe gemeinsam um einen solchen7 · Procedure for determining the direction of incidence of a electromagnetic wave in a direction finding arrangement according to claim 1, characterized in that of two adjacent antenna groups at least the antenna voltages of one antenna group together around one such group - 3 - _.. UL 79/116- 3 - _ .. UL 79/116 Faktor verändert werden, daß die Antennenspannungen, die dem Empfang über die sich überdeckenden Neben-Richtdiagramme der beiden Antennengruppen entsprechen, gleichen Signalpegel haben, und daß von den beiden Antennengruppen die Antennengruppe, deren dem Empfang über das Haupt-Richtdiagramm entsprechende Antennenspannung nach der Pegelangleichung den größeren Wert aufweist, zur Ermittlung der Einfallsrichtung herangezogen wird.Factor can be changed that the antenna voltages, the reception over the overlapping secondary directional diagram of the two antenna groups correspond, have the same signal level, and that of the two antenna groups the antenna group whose antenna voltage corresponds to the reception via the main directional diagram according to the Level adjustment has the larger value, is used to determine the direction of incidence. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für eine grobe Winkelbestimmung aus sich überdeckenden. Neben-Richtdiagrammen entsprechenden Antennenspannungen jeweils eine Summenspannung gebildet wird und aus der größten Summenspannung auf den Winkelsektor, in dem die zu peilende Welle einfällt, geschlossen wird.8. The method according to claim 7, characterized in that for a rough determination of the angle from overlapping. In addition to directional diagrams corresponding to antenna voltages, a total voltage is formed and from which largest total voltage on the angular sector in which the wave to be tracked is incident, is concluded.
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