DE381514C

DE381514C - Antenna for wireless telegraphy

Info

Publication number: DE381514C
Application number: DEM71893D
Authority: DE
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1919-12-24
Publication date: 1923-09-21

Description

Antenne für drahtlose Telegraphie. Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für drahtlose Telegraphie, bei der das bekannte herzförmige Polardiagramm zwecks Peilens einer Station zur Beseitigung von Störungen oder für ähnliche Zwecke mit Leichtigkeit erreicht werden kann.Wireless telegraph antenna. The invention relates to an antenna arrangement for wireless telegraphy using the well-known heart-shaped polar diagram for the purpose of Bearing a station for the elimination of disturbances or for similar purposes with Ease can be achieved.

Dieses wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Richtantenne, d. h. eine Antenne mit lemniskatenähnlicher Charakteristik, über eine Spule und einen Widerstand an Erde angeschlossen wird, wodui ch sie eine kreisförmige Charakteristik erhält. Es wird dann durch phasen- und amplitudenrichtige Kopplung bewirkt, daß beide Charakteristiken der Antenne, d. h. die lemniskatenähnliche Charakteristik und die kreisförmige Charakteristik, auf einen gemeinsamen Kreis übertragen werden. Die Summenwirkung beider Charakteristiken ergibt dann ein kardioidenförmiges Diagramm.This is achieved according to the invention in that a directional antenna, d. H. an antenna with lemniscate-like characteristics, via a coil and If a resistor is connected to earth, it has a circular characteristic receives. It is then brought about by coupling in the correct phase and amplitude that both characteristics of the antenna, d. H. the lemniscate-like characteristic and the circular characteristic, can be transferred to a common circle. The sum of the two characteristics then results in a cardioid diagram.

Zweckmäßig wird zur Kopplung ein Differentialtransformator verwendet, dessen Sekundärwicklung mit einem var_ab'en Kondensator im \ebenschluß liegt und durch den dieses System abgestimmt werden kann. Die eine Primärwicklung ist entweder mit einem Paar Rahmenantennen durch ein fest gekoppeltes Radiogoniometer oder mit ebner drehbaren Richtantenne (z. B. Rahmenantenne) verbunden, während die andere Primärspule mit der Erde und den Mittelpunkten der Grundlinien der beiden Rahmen oder mit dem Mittelpunkt der Grundlinien des drehbaren Rahmens verbunden ist. Das Empfangssystem steht somit sowohl unter dem Einfluß des Stromes der Richtantenne als auch der offenen Antenne, die durch die Verbindung des Rahmens zur Erde gegeben ist, und die erforderliche kardioidenförmige Charakteristik wird. durch Superposition der lemniskatenähnlichen Charakteristik der Richtantenne und der kreisförmigen Charakteristik der offenen Antenne erzielt. Damit die gewünschte Störbefreiung eintritt und die Charakteristik eine Kardioide wird, müssen die Amplituden- und Phasenverhältnisse der Ströme der Richtantenne einerseits und der offenen Antenne anderseits eine bestimmte Bedingung erfüllen. Dieses wird nach vorliegender Erfindung auf folgendem Wege erreicht: i. Der Rahmen wird auf die Empfangswelle nicht abgestimmt und so bemessen, daß er einen induktiven Widerstand darstellt.A differential transformer is expediently used for coupling, whose secondary winding is connected to a var_ab'en capacitor and through which this system can be tuned. One primary winding is either with a pair of loop antennas through a permanently coupled radio goniometer or with The same rotatable directional antenna (e.g. loop antenna) is connected while the other Primary coil with the earth and the centers of the baselines of the two frames or connected to the center of the base lines of the rotatable frame. That The receiving system is therefore both under the influence of the current from the directional antenna as well as the open antenna given by the connection of the frame to the earth is, and the required cardioid shape becomes. by superposition the lemniscate-like characteristic of the directional antenna and the circular characteristic achieved with the open antenna. So that the desired interference elimination occurs and the The characteristics of a cardioid must be the amplitude and phase relationships the currents of the directional antenna on the one hand and the open antenna on the other hand a certain Meet condition. According to the present invention, this is achieved in the following way: i. The frame is not matched to the receiving wave and is dimensioned so that it represents an inductive resistance.

a. Die offene Antenne wird durch einen Ohmsehen Widerstand so stark gedämpft, daß der Strom nahezu in Phase mit der durch die ankommenden Wellen aufgedrückten E. M. K. ist, dabei ist es erforderlich, um einen möglichst vollkommenen Richteffekt zu erzielen, die Resonanzfrequenz der Antenne höher zu machen als die Frequenz der aufzunehmenden Welle.a. The open antenna is made so strong by an ohmic resistance attenuated that the current is nearly in phase with that imposed by the incoming waves E. M. K. is, it is necessary, to achieve the most perfect directional effect possible to achieve to make the resonance frequency of the antenna higher than the frequency of the wave to be recorded.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung in fünf Abbildungen dargestellt.The invention is shown in the drawing in five figures.

Die Leitungen A, B, -C, D von zwei Rahmen oder Schleifenantennen unter rechtem Winkel sind in der üblichen Weise mit den Feldspulen F, bis F,, eines Radiogoniometers verbunden, dessen festgekoppelte Suchspule S mit der Primärwicklung P eines Differentialtransformators verbunden ist. Die Sekundärwicklung J dieses Transformators liegt im Nebenschluß zu einem variablen Kondensator K, durch den der ganze Kreis abgestimmt werden kann. r urch einen Widerstand R ist eine senkrechte Antenne, die durch die Verbindung der Radiogoniometerfelder mit den Mittelpunkten entstanden ist, mit einer dritten Wicklung T des Differentialtransformators und mit der Erde verbunden. Zweckmäßig wird zwischen J und den anderen Wicklungen eine Erdabschirmung E eingeschaltet, die mit dem niederen Potentialende der Wicklung J verbunden ist, um die direkten elektrostatischen Wirkungen auf ein Mindestmaß zu bringen. Man kann einen solchen Wert des Widerstandes R ermitteln, daß man ein herzförmiges Diagramm erreicht.The lines A, B, -C, D of two frame or loop antennas at right angles are connected in the usual way to the field coils F 1 to F 1 of a radiogoniometer, the permanently coupled search coil S of which is connected to the primary winding P of a differential transformer. The secondary winding J of this transformer is shunted to a variable capacitor K through which the whole circuit can be tuned. Through a resistor R, a vertical antenna, which was created by connecting the radiogoniometer fields to the centers, is connected to a third winding T of the differential transformer and to earth. A ground shield E is expediently switched on between J and the other windings and is connected to the lower potential end of winding J in order to minimize the direct electrostatic effects. One can determine such a value of the resistance R that one achieves a heart-shaped diagram.

Wie dieses zu erzielen ist, zeigt eine Betrachtung des Vektordiagramms in Abb. a. E I% sei die in der offenen Antenne induzierte E. M. K. Wenn der Widerstand R gegen die Impedanz des verbleibenden Kreises groß ist, so wird dieser aus der E. M. K. resultierende Strom ungefähr annähernd damit in Phase sein und durch den Vektor I V dargestellt werden können. Der Vektor EF stellt die E. M. K. dar, die in dem Rahmen mit einer-Stromverzögerung von go ° hinter E V induziert wird. Da die Impedanz des Rahmenkreises in der Hauptsache induktiv ist, bleibt der Strom in diesem Kreis go ° hinter EF zurück und kann durch den Vektor IF dargestellt werden. Daher sind I F und I V 18o ° in der Phase verschieden und werden sich je nach der Stellung der Suchspule S addieren oder subtrahieren. Durch die Einstellung des Widerstandes R kann die Stromamplitude in der offenen Antenne eingestellt werden, vorausgesetzt, daß die Anfangs-E. M. K. (E V) groß genug ist, was in der Praxis gewöhnlich der Fall ist. Es ist zu bemerken, daß diese Regelung der Stromamplitude und Phase durch den Widerstand im Antennenkreis gegenüber einer Regelung der Phase und Amplitude durch einen abstimmbaren Hilfskreis den Vorteil besitzt, daß bei richtigen Anfangsverbindungen eine Umkehrung des Richtungssinnes durch falsche Einstellung des Hilfskreises unmöglich ist, vielmehr sich höchstens ein unreines Minimum ergeben könnte.How this can be achieved is shown by considering the vector diagram in Fig. A. Let EI% be the EMF induced in the open antenna. If the resistance R to the impedance of the remaining circuit is large, then this current resulting from the EMF will be approximately in phase with it and can be represented by the vector IV. The vector EF represents the EMF induced in the frame with a current delay of go ° behind EV. Since the impedance of the frame circle is mainly inductive, the current in this circle go ° remains behind EF and can be represented by the vector IF. Therefore IF and IV 180 ° are different in phase and will add or subtract depending on the position of the search coil S. By adjusting the resistor R, the amplitude of the current in the open antenna can be adjusted, provided that the initial emf (EV) is large enough, which is usually the case in practice. It should be noted that this regulation of the current amplitude and phase by the resistance in the antenna circuit has the advantage over regulation of the phase and amplitude by a tunable auxiliary circuit that, with correct initial connections, a reversal of the direction is impossible due to incorrect setting of the auxiliary circuit could at most result in an impure minimum.

Abb.3 zeigt eine andere Ausführungsform mit größerer Selektivität, die ein reineres Minimum ergibt als die Anordnung nach Abb. z. In diesem Falle wird eine lose Kopplung mittels Induktionsspule verwendet. Die Primärwicklung I' ünd die Ausgleichsspule B sind mit der Suchspule des Radiogoniometers verbunden und werden durch den variablen Kondensator El abgestimmt, während die Sekundärwicklung J der Induktionsspule lose mit P gekoppelt ist und durch den variablen Kondensator K2 abgestimmt wird. Wenn ein richtiger Wert von R und eine richtige Kopplung zwischen B und T erreicht ist, erhält man das herzförmige Polardiagramm. Zweckmäßigerweise wird T mit der Spule B anstatt mit P gekoppelt, um mit Sicherheit zu erreichen; daß ein ankommendes Signal in der Richtung der Minimumsignale keinen Strom in denn Kreis El, P, B hervorruft. Wenn 7' mit P (und damit mit J) gekoppelt ist, wird die beste Einstellung erreicht, wenn die Ströme in P und T solche Stärke und solche Richtung haben, daß sie magnetische Nullfelder in J hervorrufen. Das Auftreten eines Stromes in dem Kreise KI, P, B kann eine unerwünschte Phasenverschiebung der Ströme in den Rahmenspulen hervorrufen und so die Erreichung eines vollkommen reinen Minimums erschweren.Fig.3 shows another embodiment with greater selectivity, which results in a purer minimum than the arrangement according to Fig. In this case a loose coupling by means of an induction coil is used. The primary winding I ' and the compensation coil B are connected to the search coil of the radiogoniometer and are tuned by the variable capacitor El, while the secondary winding J of the induction coil is loosely coupled to P and tuned by the variable capacitor K2. When a correct value of R and a correct coupling between B and T is achieved, the heart-shaped polar diagram is obtained. Conveniently, T is coupled to coil B instead of P in order to achieve with certainty; that an incoming signal in the direction of the minimum signals does not cause any current in the circuit El, P, B. If 7 'is coupled to P (and thus to J), the best setting is achieved when the currents in P and T are of such strength and direction that they cause zero magnetic fields in J. The occurrence of a current in the circuit KI, P, B can cause an undesired phase shift of the currents in the frame coils and thus make it difficult to achieve a completely pure minimum.

Um das reinste Minimum zu erhalten, wird zweckmäßig die Induktänz der Spule T so angeordnet, daß die Wellenlänge der offenen Antenne etwas kürzer ist als die zu empfangende Wellenlänge. Der Grund hierfür ergibt sich aus einer genaueren Betrachtung des Vektordiagrammes, der Ströme und E. M. K. in den Kreisen. In Abb. q. sei EF die in dem Rahmen durch eine ankommende Welle induzierte E. M. K. Da nun diese Antenne einen gewissen Widerstand besitzt, werden die Ströme in dieser nicht genau go ° hinter EF zurückbleiben, sondern einen Phasenwinkel haben, etwas geringer als go °, wie durch den Vektor IF dargestellt ist. E V stellt die E. M. K. dar, die durch die Welle in der offenen Antenne induziert ist. Da dieser Kreis nun wieder eine induktive und kapazitive Reaktanz besitzt, kann der Strom niemals genau mit E V in Phase sein (ausgenommen bei dem besonderen Fall von Resonanz), infolgedessen nimmt der Vektor I V entweder die Lage I V oder-Iv ein, was davon abhängt, ob die induktive oder kapazitive Reaktanz vorherrscht; das beste Gleichgewicht wird natürlich erreicht, wenn dieser Stromvektor die Läge I V einnimmt, wenn die kapazitive Reaktanz in dem Stromkreis der offenen Antenne vorherrscht, d. h. wenn die eingestellte Wellenlänge dieses Kreises etwas kleiner ist als die zu empfangende Wellenlänge.In order to obtain the purest minimum, the inductance of the coil T is expediently arranged so that the wavelength of the open antenna is slightly shorter than the wavelength to be received. The reason for this results from a closer look at the vector diagram, the currents and EMF in the circles. In Fig.q. Let EF be the EMF induced in the frame by an incoming wave.Since this antenna has a certain resistance, the currents in this antenna will not lag exactly go ° behind EF, but have a phase angle, somewhat less than go °, as with the vector IF is shown. EV represents the EMF induced by the wave in the open antenna. Since this circuit once again has an inductive and capacitive reactance, the current can never be exactly EV in phase (except in the special case of resonance), as a result, increases the vector IV either position I V or IV a, depending upon whether the inductive or capacitive reactance prevails; the best equilibrium is of course achieved when this current vector assumes the length IV when the capacitive reactance prevails in the circuit of the open antenna, ie when the set wavelength of this circle is slightly smaller than the wavelength to be received.

Abb. 5 ist eine Wiedergabe des herzförmigen Polardiagrammes dieses Systems. Man ersieht daraus, daß die größte Schräge der Polarkurve an den Punkten X und I' auftritt. Es ist hier die Ordinate 0X = 0Y ; daher stellt diese Lage die Richtung des ankommenden Signales dar, wenn die Suchspule in solche Lage eingestellt ist, daß beim Umkehren der Verbindungen, d. h. beim Drehen des Polardiagrammes um 180 " keine Veränderung der Lautstärke auftritt. Dies trifft auch zu auf einen Bereich der Polarkurve, wo eine gegebene Änderung in dem Winkel des Radius den größten Differenzwechsel der beiden Lautstärken ergibt. Man kann auch eine einfache Hilfsform erreichen, bei der das System in allen Richtungen wagerecht annähernd gleichen Empfang hat, indem man den Widerstandskreis R kurzschließt. In diesem Fäll erhält man gewöhnliche vertikale Antennenergebnisse, überlagert von dem verhältnismäßig schwachen Richteffekt der Rahmenantenne.Figure 5 is a reproduction of the heart-shaped polar diagram of this system. It can be seen from this that the greatest slope of the polar curve occurs at points X and I '. The ordinate here is 0X = 0Y ; This position therefore represents the direction of the incoming signal when the search coil is set in such a position that when the connections are reversed, ie when the polar diagram is rotated by 180 ", there is no change in volume. This also applies to an area of the polar curve, where a given change in the angle of the radius results in the greatest change in the difference between the two volumes. A simple auxiliary form can also be achieved in which the system has approximately the same reception horizontally in all directions by short-circuiting the resistance circuit R. In this case, one obtains ordinary vertical antenna results, superimposed by the relatively weak directional effect of the loop antenna.

Claims

PATENT CLAIM: Directional antenna, characterized in that an antenna lemniscate-like characteristics by using a coil with a resistor in series in an earth connection is given a circular characteristic at the same time, so that by phase and amplitude correct coupling the two characteristics given individual effects are transferred to a common circle and thereby the sum effect gives a cardioid-shaped diagram.