DE362273C

DE362273C - Method and device for recording and determining direction of electromagnetic waves

Info

Publication number: DE362273C
Application number: DER49013D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1918-05-27
Filing date: 1919-12-12
Publication date: 1922-10-27

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Aufnahme und Richtungsbestimmung elektromagnetischer Wellen. Die Erfindung bezieht sich auf Richtungsfeststellung mittels drahtloser Signale, insbesondere auf elektromagnetische Anordnungen zur Aufnahme drahtloser Wellen, vermittels deren die Einfallsrichtung oder die Peilung der aussendenden Stelle ermittelt werden kann.Method and device for recording and determining the direction of electromagnetic Waves. The invention relates to wireless direction finding Signals, in particular to electromagnetic arrangements for receiving wireless Waves, by means of which the direction of incidence or the bearing of the emitting waves Position can be determined.

Bei dem Verfahren zur Richtungsfeststellung nach der Erfindung werden zwei geschlossene Schleifen oder Spulen mit ihren Ebenen in bestimmtem (vorzugsweise rechtem) Winkel zueinander um eine lotrechte Achse drehbar befestigt. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, um die Wirkung der einen Spule auf einen Detektor zu der der anderen Spule auf denselben Detektor zu addieren oder von ihr zu subtrahieren. Daraus geht hervor, daß, wenn bei der Drehung der Spulen sich eine Stellung ergibt, in der die Addition oder Subtraktion die Stärke der aufgenommenen Zeichen nicht verändert, die Richtung der einfallenden Wellen bestimmt ist, da in diesem Falle die Ebene derjenigen Spule, deren Wirkung im positiven oder negativen Sinne zugefügt wird, notwendig rechtwinklig zu der Einfallsrichtung der Wellen steht.In the method for determining the direction according to the invention two closed loops or coils with their planes in certain (preferably right) angle to each other rotatably mounted about a vertical axis. Furthermore are Means are provided to determine the effect of a coil on a detector to add or subtract from the other coil on the same detector. From this it follows that when the rotation of the coils results in a position in which the addition or subtraction does not affect the strength of the recorded characters changed, the direction of the incident waves is determined as in this case the level of that coil whose effect is added in a positive or negative sense is necessary at right angles to the direction of incidence of the waves.

Bei zueinander rechtwinklig stehenden Spulen geht die Beobachtung folgendermaßen vor sich: Zunächst wird eine Spule allein, die als »Hauptspule« bezeichnet werden soll, zur Aufnahme der Zeichen benutzt und der Spulenrahmen bis in die Stellung gedreht, die annähernd einen Höchstwert der Signalstärke ergibt. Dann wird die zweite Spule, genannt »Hilfsspule«, in den Kreis eingeschaltet, und ihre' Anschlüsse an die Hauptspule werden von Zeit zu Zeit umgekehrt, während der Spulenrahmen in der Nachbarschaft der vorher für die Hauptspule gewonnenen Stellung hin und her gedreht wird. In der richtigen Höchstwertstellung der Hauptspule ist die Wiikung der Zusatzspule auf ihrem kleinsten Wert oder Nullwert angelangt, und ihre Umschaltung bewirkt keine Veränderung in Sder Stärke der aufgenommenen Zeichen.- Unter diesen Bedingungen wird die Ebene der Hauptspule in der Einfallsrichtung der Wellen liegen, und auf@diese Weise ist die Peilung der Sendestelle bestimmt. .Observation is possible when the coils are at right angles to one another proceed as follows: First, one coil alone is referred to as the "main coil" is to be used to record the characters and the Coil frame rotated to the position that gives approximately a maximum value of the signal strength. Then the second coil, called the "auxiliary coil", is switched into the circuit, and their 'connections to the main coil are reversed from time to time during the Coil frame in the vicinity of the position previously obtained for the main coil is rotated back and forth. The main coil is in the correct maximum value position the Wiikung of the additional coil has reached its smallest value or zero value, and switching them does not change the strength of the recorded characters. Under these conditions, the plane of the main coil becomes in the direction of incidence of the Waves lie, and in this way the bearing of the transmitting point is determined. .

Die Erfindung ist mit Bezug auf die schematischen Zeichnungen eingehender beschrieben; in diesen bedeutet Abb. i ein Schema der Spulen, Abb. 2 eine graphische Darstellung der elektromotorischen Kraft in den Spulen in Abhängigkeit von der Winkeleinstellung. Abb. 3 zeigt eine Art der Kombination von Haupt-und Hilfsspule. Abb. 4, 5 und 6 zeigen schematisch abgeänderte Anordnungen, Abb. 7 ist eine weitere Abänderung; Abb. 8 zeigt schematisch eine Anordnung der Befestigung der Spulen an einem Luftfahrzeug, Abb. g eine abgeänderte Anordnung.The invention is more detailed with reference to the schematic drawings described; in these, Fig. i denotes a scheme of the coils, Fig. 2 a graphical one Representation of the electromotive force in the coils as a function of the angle setting. Fig. 3 shows one type of combination of main and auxiliary coils. Fig. 4, 5 and 6 show schematically modified arrangements, Fig. 7 is a further modification; Fig. 8 shows schematically an arrangement of the fastening of the coils on an aircraft, Fig. G shows a modified arrangement.

Wenn nun in Abb. i die Hauptspule durch i, 2 und die Hilfsspule durch 3, 4 bezeichnet ist, die beide starr miteinander verbunden sind und sich um eine Achse 5 drehen, dann wird eine in der Richtung 6, 5 unter einem Winkel O gegen die Spule i, 2 einfallende elektrische Welle in den beiden Spulen elektromotorische Kräfte ei bzw. e2 hervorrufen von der Größe ei - El cos O e2 = E2 sin O wobei El und E2 Konstanten sind, die ausschließlich von den Wicklungsverhältnissen der Spulen abhängen. Von diesen elektromotorischen Kräften kommt nur ein gewisser Bruchteil, e3, in dem Empfänger zur Wirkung, nämlich e3 = k1 El cos O - k2 E2 sin O Der Differentialquotient von e3 nach O ist also und dieser Wert nähert sich für kleine Werte von O der Größe - k2 E2 cos O. Die Stärke der Abhängigkeit der Größe e3 von der Winkeleinstellung kann also durch Wahl eines passenden Wertes von k2 E2, d. h. älso durch geeignete Auswahl der Konstanten der Hilfsspule und ihrer Kopplung mit dem Empfänger eingestellt werden.If now in Fig. I the main coil is denoted by i, 2 and the auxiliary coil by 3, 4, both of which are rigidly connected to one another and rotate about an axis 5, then one in the direction 6, 5 at an angle O is opposite the coil i, 2 incident electric wave in the two coils cause electromotive forces ei and e2 of the size ei - El cos O e2 = E2 sin O where El and E2 are constants that depend exclusively on the winding ratios of the coils. Of these electromotive forces, only a certain fraction, e3, comes into effect in the receiver, namely e3 = k1 El cos O - k2 E2 sin O The differential quotient from e3 to O is and for small values of O this value approaches the magnitude - k2 E2 cos O. The strength of the dependence of the magnitude e3 on the angle setting can thus be determined by choosing a suitable value of k2 E2, ie by appropriately selecting the constants of the auxiliary coil and its Coupling with the receiver can be set.

In Abb. 2 sind graphisch für jeden Winkel0 zwischen der Einfallsrichtung und Windungsebene der Hauptspule die elektromotorischen Kräfte in den beiden Spulen und das Ergebnis ihrer Zusammenfassung in einem Empfänger dargestellt. Die von der Hauptspule i, 2 allein herrührende und im Empfänger wirkende elektromotorische Kraft k1 ei = k1 El cos O wird durch die Kurve a a1 dargestellt. Ebenso ist b b1 die Kurve für die Hilfsspule 3, 4 und entsp--icbt einer elektromotcrischen Kraft k2 e2 = k2E2 sin O. Die Kurven der resultierenden elektromotorischen Kräfte für den Fall der Hintereinanderschaltung (oder wenn die Spulen sonst in einer Weise gekoppelt sind, daß ihre Wirkungen sich addieren) sind für den Bereich in der Nähe der Höchstwirkung der Spule i, 2 in der Kurve c cl dargestellt.In Fig. 2, the electromotive forces in the two coils and the result of their combination in a receiver are shown graphically for each angle 0 between the direction of incidence and the winding plane of the main coil. The electromotive force k1 ei = k1 El cos O, which originates solely from the main coil i, 2 and acts in the receiver, is represented by the curve a a1. Likewise, b b1 is the curve for the auxiliary coil 3, 4 and corresponds to an electromotive force k2 e2 = k2E2 sin O. The curves of the resulting electromotive forces for the case of series connection (or if the coils are otherwise coupled in a way, that their effects add up) are shown for the area in the vicinity of the maximum effect of the coil i, 2 in the curve c cl.

Nun ist es wegen der rechtwinkligen Verbindung von =, 2 und 3, 4 klar, daß c cl die Kurve a a1 in ihrem Maximum schneidet und daß infolgedessen die Zuschaltung der Hilfsspule die Zeichenstärke in diesem Punkte nicht verändert, während für Punkte auf der einen Seite des Maximalpunktes die Zeichen verstärkt und für die auf der anderen Seite geschwächt werden. Die Schärfe, mit der der Schnittpunkt von a a1 und c cl bestimmt werden kann, richtet sich nach der Steilheit der Kurve c cl, da nur von dieser die Stärkenänderung beim Ab- oder Zuschalten der Hilfsspule abhängt.Now, because of the right-angled connection of =, 2 and 3, 4 it is clear that c cl intersects the curve a a1 at its maximum and that, as a result, the connection the auxiliary coil does not change the character thickness in this point, while for points on one side of the maximum point the characters are reinforced and for those on the the other side are weakened. The sharpness with which the intersection of a a1 and c cl can be determined depends on the steepness of the curve c cl, da the change in strength when the auxiliary coil is switched on or off only depends on this.

Wenn man die Hilfsspule um 18o' dreht oder, einfacher, ihre Anschlüsse vertauscht, so verläuft die von ihr gelieferte elektromotorische Kraft jetzt nach der Kurve b3 b2, und die Resultante von a a1 und b3 b2 ist jetzt dl d. Danach läßt sich annehmen, daß die Stärkenänderung,wenn man zwischen den Kurven c cl und dl d arbeitet, doppelt so groß ist wie die zwischen den Kurven c cl und a a1 oder dl d und a a1 erhältliche.If you turn the auxiliary coil by 18o 'or, more simply, swap its connections, the electromotive force it delivers now follows the curve b3 b2, and the resultant of a a1 and b3 b2 is now dl d. It can then be assumed that the change in strength when working between the curves c cl and dl d is twice as great as that obtainable between the curves c cl and a a1 or dl d and a a1.

In der Schaltung nach Abb. 3 können die beiden Spulen i, 2 und 3, 4 mit Hilfe eines Umschalters 7 miteinander und mit einem Abstimmkondensator 5 in Reihe geschaltet werden, wobei die Hilfsspule 3, 4 mittels eines Wechselschalters 6 umgewechseltwerden kann; der Umschalter 7 ermöglicht es, die Hauptspule i, 2 für sich allein zu verwenden, oder er legt zweckmäßig in den Kreis der Spule i, 2 an Stelle der Hilfsspule 3, 4 eine Ersatzspule 8 von gleicher Induktanz. Diese Induktanzspule ist von kleinen Abmessungen, so daß die Wellen in ihr keine merkliche E. M. K. erzeugen. Der Wechsel in der Zeichenstärke beim Umlegen des Schalters 6 wird in dem Telephon o, dgl. 9 abgehört,. das über einen Verstärker to, z. B. eine Kathodenröhre, angeschlossen ist.In the circuit according to Fig. 3, the two coils i, 2 and 3, 4 can be connected in series with one another and with a tuning capacitor 5 using a changeover switch 7, the auxiliary coil 3, 4 being able to be changed over using a changeover switch 6; the changeover switch 7 makes it possible to use the main coil i, 2 on its own, or it expediently places a replacement coil 8 of the same inductance in the circuit of the coil i, 2 instead of the auxiliary coil 3, 4. This inductance coil is small in size so that the waves in it do not generate any noticeable emf. The change in the character strength when the switch 6 is flipped is monitored in the telephone o, like. 9 . that via an amplifier to, z. B. a cathode tube is connected.

In der Ausführungsform gemäß Abb. 4 ist eine Spule zz in einem geschlossenen Kreis angeordnet, der mittels des einstellbaren Kondensators x2 auf die verlangte Wellenlänge abgestimmt wird. Diese Spule ix liegt parallel zu einer entsprechend mittels des einstellbaren Kondensators 14 abgestimmten und rechtwinklig zu ihr angeordneten Hilfsspule x3.In the embodiment according to Fig. 4, a coil is zz in a closed Circle arranged, which by means of the adjustable capacitor x2 on the requested Wavelength is tuned. This coil ix is parallel to a corresponding one matched by means of the adjustable capacitor 14 and arranged at right angles to it Auxiliary coil x3.

Kondensatoren =5 in den Leitungen zur Spule ix und 16 in den Leitungen zur Spule 13 verhindern eine gegenseitige Störung der Luftspulen. Wie vorher, ist die Spule 13 über einen Wechselschalter angeschlossen, und es führen die Leitungen 18 zu einem Verstärker.Capacitors = 5 in the lines to coil ix and 16 in the lines to coil 13 prevent mutual interference between the air coils. As before, the coil 13 is connected via a changeover switch and the lines 18 lead to an amplifier.

In der Anordnung nach Abb. 5 liegt die Hauptspule =g in einem besonderen abgestimmten Kreis 2o,. der von dem abgestimmten Kreis 21, der die Hilfsspule 22 und dm Wechselschalter enthält, getrennt ist. Die Kreise sind bei 24 induktiv mit dem Verstärker und dem Empfängerkreis 25 gekoppelt.In the arrangement according to Fig. 5, the main coil = g is in a special one coordinated circle 2o ,. that of the tuned circuit 21 that controls the auxiliary coil 22 and the changeover switch contains is separated. The circles are inductive at 24 with the amplifier and the receiver circuit 25 coupled.

In Abb. 6 ist es durch sehr enge Kopplung 27 möglich gemacht, ohne besondere Abstimmung der Kreise 28 und 29 der Haupt- und Hilfsspule auszukommen.In Fig. 6 it is made possible by very close coupling 27, without special coordination of the circles 28 and 29 of the main and auxiliary coil.

In der Anordnung nach Abb: 7 sind zwei Luftspulen 36 und 31 in rechtem Winkel zueinander fest angebracht. Sie liegen je für sich in einem abgestimmten Kreis 32 und 33 mit den Induktanzen 34 und 35, die in rechtem Winkel zueinander stehen. Zwischen den Induktanaen 34 und 35 ist ein Paar zueiander senkrechter Spulen 36 und 37 um eine Achse drehbar angeordnet. Diese Spulen sind mit einem Empfänger und Verstärker 39 in Reihe geschaltet, und die eine der Spulen 37 ist mittels des Schalters 45 umschaltbar.In the arrangement according to Fig: 7, two air-core coils 36 and 31 are firmly attached at right angles to one another. They are each in a coordinated circle 32 and 33 with the inductances 34 and 35, which are at right angles to each other. Between the inductors 34 and 35, a pair of coils 36 and 37 which are perpendicular to one another are arranged so as to be rotatable about an axis. These coils are connected in series with a receiver and amplifier 39 , and one of the coils 37 can be switched by means of the switch 45.

Bei dieser Anordnung wird also statt durch Drehung der Luftspulen durch Drehung der Zusatzspulen.36, 37 gepeilt. Wenn Wellen unter dem Winkel x mit der Spule 3o einfallen, bilden sie finit der Spule 31 den Winkel go°-x. Wenn das Zeichen die Stärke y hat, übt es also auf die Spule 3o eine Wirkung proportional y cos x aus, auf 31 entsprechend eine solche proportional y sin x. Wenn man also das Spulenpaar 36 und 37 so einstellt, daß die eine ebenfalls einen Winkel x mit der Induktanz 35 bildet, dann wird in dieser von den Spulen 34 und 35 das Maximum der elektromotorischen Kraft induziert werden, während in der anderen überhaupt keine elektromotorische Kraft entsteht. So kann also durch Drehung der Spulen so lange, bis die Zeichen trotz Umlegung des Schalters 40 in gleicher Stärke wahrgenommen werden, der mit den Induktanzen gebildete Winkel x und daraus die Einfallsrichtung der Wellen bestimmt werden, wie dies für die Anordnung nach Abb. 2 beschrieben ist.In this arrangement, instead of rotating the air-core coil by turning the additional coils. 36, 37. If waves at the angle x with the coil 3o, they form finite the coil 31 the angle go ° -x. If that Character has the strength y, it thus exerts a proportional effect on the coil 3o y cos x off, on 31 accordingly such a proportional y sin x. So if you can sets the coil pair 36 and 37 so that the one also forms an angle x with the inductance 35 forms, then in this of the coils 34 and 35 the maximum the electromotive force can be induced while in the other at all no electromotive force arises. So by rotating the coils it can do so long until the characters are perceived in the same strength despite the flip of the switch 40 , the angle x formed with the inductances and from this the direction of incidence of the waves can be determined as described for the arrangement according to Fig. 2.

Abb. 8 zeigt den Einbau der Spulen in dem Körper eines Flugzeuges; die Spulen 4r, 42 sind auf Rahmen gewickelt, die unter rechtem Winkel ineinander befestigt sind, so daß beide Spulen eine gemeinsame vertikale Mittelachse haben. Die Rahmen sind in dem Körper a um diese Achse drehbar befestigt.Fig. 8 shows the installation of the coils in the body of an aircraft; the coils 4r, 42 are wound on frames that are at right angles to each other are attached so that both coils have a common vertical central axis. The frames are mounted in the body a so as to be rotatable about this axis.

In Abb. g ist eine andere Anordnung zur Befestigung an einem Flugzeug dargestellt. Die Hilfsspule 43 ist an den beiden Tragflächen befestigt und innerhalb der vorderen zwischen den Tragflächen befindlichen Stützen 44, 45 angebracht. Die Hauptspule kann in zwei Teile 46 und 47 geteilt werden, die miteinander verbunden sind und passend an den vorderen und hinteren Stützen 48 und 49, 5o und 51: angebracht sind. Die Hilfsspule kann auch aus zwei Teilen bestehen, von denen der eine an jeder Seite des Flugzeugkörpers befestigt ist; insbesondere kann dies bei Flugzeugen mit faltbaren Tragflächen angeördnet werden.Another arrangement for attachment to an aircraft is shown in Fig. G. The auxiliary spool 43 is attached to the two wings and is attached within the front supports 44, 45 located between the wings. The main spool can be divided into two parts 46 and 47 which are interconnected and matingly attached to the front and rear supports 48 and 49, 50 and 51 :. The auxiliary coil can also consist of two parts, one of which is attached to each side of the aircraft body; in particular, this can be applied to aircraft with foldable wings.

Werden die Luftspulen an den Tragflächen angeordnet, so wird das ganze Flugzeug gedreht, um die Richtung der Wellen zu finden.If the air coils are arranged on the wings, the whole thing will be Plane rotated to find the direction of the waves.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind also gut geeignet, die Einfallsrichtung irgendwelcher ankommenden drahtlosen Wellen in einer Empfangsstation zu bestimmen, gleichgültig, ob es sich um ein Flugzeug, ein Schiff auf See, ein Landfahrzeug o. dgl. handelt, wo immer solche Bestimmungen als Mittel zur Feststellung des Ortes notwendig sind.The method and the device according to the invention are thus good able to track the direction of arrival of any incoming wireless waves in a Determine receiving station, regardless of whether it is an aircraft or a ship at sea, a land vehicle or the like. Acts wherever such provisions as a means are necessary to determine the location.

Claims

PATENT CLAIMS: -x. Procedure for recording and determining direction electromagnetic waves by means of two, at a fixed mutual angular distance rotatable coils acting on the same detector, characterized in that any sum or difference of the individual effects in the detector. of the coils is brought into effect, and the shaft direction is determined from the angle setting in which the transition from the sum to the difference of the effects does not change the overall effect.

2. Apparatus for performing the method according to claim x using coils at right angles to each other, indicated by a Changeover switch in the connection of the two coils, through which the generated in the coils E. M. K. behind each other and against each other can be switched.