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Gerichtete Empfangsanordnung für drahtlose Nachrichtenübermittlung.
Die Erfindung betrifft eine gerichtete Empfangsanordnung für drahtlose Nachrichtenübermittelung,
die eine besonders hohe Selektivität ermöglicht.
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Bekanntlich sind stark ;gerichtete Antennen besonders wirksam zum
Eliminieren von statischen Störungen und solchen fremder Sender. Eine solche besonders
zweckmäßige Antenne ist in der amerikanischen Patentschrift i 38 i o 89 beschrieben
und unter dem Namen »Wellenantenne« bekannt. Die Richtwirkung der Wellenantenne
wächst mit ihrer Länge, aber nicht proportional damit. Angenommen z. B. der Flächeninhalt
des Polardiagramms einer Wellenantenne, die so abgeglichen ist, daß sich die Wellen
in ihr mit Lichtgeschwindigkeit fortpflanzen, deren Dämpfung Null ist, und die eine
Wellenlänge lang ist, sei gleich ioo Prozent, so- ergibt die Berechnung
| Antennenlänge = a., Fläche - zoo Prozent, |
| - ---2@., - = 81 - |
| - _@ 4 6o - |
Es ergibt sich aus dem Obigen, daß die Fläche des Polardiagramms mit zunehmender
Länge langsamer abnimmt. Wenn man andererseits anstatt neue Antennen an das Ende
der vorhandenen Antenne in derselben geraden Linie anzufügen, die beiden Antennen
nebeneinander in einem bestimmten Abstand anordnet und die Signale von beiden kombiniert,
so kann man eine schärfere Richtwirkung erzielen. Die Flächen der Polardiagramme
sind dann folgende:
| Eine einzige Wellenantenne )` lang . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . ....... A - zoo Prozent. |
| Zwei parallele Wellenantennen, jede a. lang, im Abstand von
2/3 >` ...... A = 52 - |
| Drei 2/3 A . . . . . A = 34 - |
Man erkennt, daß in diesem Fall die Flächen der Diagramme annähernd umgekehrt proportional
der Gesamtlänge der benutzten Antennen sind. Deshalb ist die letztere Anordnung
offensichtlich der ersteren wirtschaftlich überlegen.
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Aus der nachfolgenden Beschreibung wird man erkennen, daß es noch
zahlreiche andere Formen von Empfangsantennen gibt, die auf verschiedene Weise kombiniert,
schärfere Richtwirkungen geben, als man mit ,einer einzigen Antenne erhalten kann.
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Die Erfindung ist auf der Zeichnung in acht Abbildungen dargestellt.
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Abb. i zeigt eine Empfangsanordnung mit drei Wellenantennen.
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Abb. 2 und 3 sind Diagramme, die die Wirkung eines solchen Antennengebildes
erkennen lassen.
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Abb. q., 5 und 6 sind Polardiagramme, die die Zunahme der Richtfähigkeit
durch Verwendung von zwei oder drei parallelen Wellenantennen zeigen.
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Abb. 7 und 8 zeigen eine andere Antennen,-anor dnung, mit der man
;ähnliche Ergebnisse wie mit derAnordnungnachAbb. z erzielen kann.
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In Abb. i sind i, 2 und 3 drei Wellenantennen, die nach der Richtung
des zu empfangenden Signals hin orientiert sind. Die Enden B1, B2, B3 dieser
Antennen enthalten die bei Wellenantennen üblichen Reflektionstransformator.en 121,
R2, R3, um an den Enden Al, A2, A3 den Empfang von Signalen zu ermöglichen,
die in der Richtung von A nach BI verlaufen. An den Enden Al bis A3 sind übertragertransformatoren
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bis T3, S1 bis S3 angeordnet, deren Sekundärspulen mit den ausbalancierten
Leitungen L1 bis L3, Ml bis M3 verbunden sind, die dic ;gewünschten Ströme zur Empfangsstation
leiten.
In den Leitungen L1 bis Lg, Ml bis - M3 können Dämpfungswiderstände
C eingeschaltet werden, die unerwünschte Relektionen verhindern sollen. An der Empfangsstation
sind künstliche Leitungen Ni bis N3, 0l bis 03 oder gleichwertige Kreise angeordnet,
die durch Transformatoren q. bis 9 mit den Leitungen L1 bis L3, Ml bis M3 verbunden
sind. Die Ströme von den künstlichen Leitungen werden durch Kopplungstransformatoren
Il bis 13; 1(t bis I(3 den Gitterkreisen der Verstärkerröhren io, 11, 12 zugeführt.
Die Anodenkreise dieser Röhren i o, i i und 12 sind durch Transformatoren 13, 1q.
und 15 mit ,künstlichen Leitungen P1 bis P3 verbunden; von diesen kann der Strom
durch Kopplungstransformatoren V1 bis V3 dem Gitterkreis einer gemeinschaftlichen
Röhre 16 zugeführt werden. Von deren Anodenkreis kann der Strom zu einem abgestimmten
Kreis 17 geführt werden, von dem der gewünschte Signalstrom zum Empfänger 18 geführt
wird. Die Schaltung der Kathodenröhren ist die übliche, und es ist ein Teil der
Verbindungen zur besseren Übersicht weggelassen.
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Zum Einstellen der Systeme werden die Schleifkontakte i9 bis 24. an
den künstlichen Leitungen zuerst für jede der Wellenanten= neu eingestellt, derart,
daß diese Antenne allein jeweilig den besten Empfang gibt., Um die Ströme von den
verschiedenen Einheiten so zu kombinieren, daß man maximale Richtwirkung und Lautstärke
erhält, werden die Schleifkontakte 25 bis 27 an den künstlichen Leitungen P1 bis
P:, so betätigt, daß sie die Phasen der dem Gitterkreis der Röhre 16 aufgedrückten
Ströme so einstellen, daß alle diese Ströme in Phase sind.
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Um die Wirkungsweise des beschriebenen Systems zu veistehen, betrachte
man den Fall von Signalwellen, die in der Pfeilrichtung fortschreitend auf alle
drei Antennen :gleichzeitig auftreffen und in jeder der Antenneneinheiten gleiche
Ströme hervorrufen. Die Schwingungen pflanzen sich über die übertragerleitung.en
fort und erscheinen schließlich als Schwankungen in den Anodenströmen der verschiedenen
Röhren i o,. i i und 12. Im allgemeinen werden die Ströme nicht gleichzeitig oder
in Phase in den Anodenkreisen dieser Röhren ankommen, da die Antennen von der Empfangsstation
verschiedenen Abstand halben werden. Durch richtiges Einstellen der Phasenregler
P1 bis P3 können die verschiedenen Ströme in Phase gebracht werden, so daß sich
ihre Wirkungen in den Sekundärspulen der Transformatoren V1 bis V3 und daher -in
der Röhre 16 addieren. Bei gleichen Intensitäten in den verschiedenen Einheiten
wird damit der Gesamteffekt ein Dreifaches der einer einzelnen Einheit sein. Angenommen,
die Einstellung_, die gleiche Phase und gleiche Amplitude von den verschiedenen
Antennen ergibt, sei beibehalten, die Welle komme aber aus einer schrägen Richtung
anstatt aus der Pfeillichtung, dann werden die durch die verschiedenen Antennen
empfangenen Ströme noch an Wertgleich sein, aber im Empfänger nicht gleihltzeitig
ankommen und sich daher nicht einfach addieren, sondern unter Phasenverscliiebun,g
geometrisch zu einer Resultierenden zusammensetzen; die Resultierende wird also
weniger.als das Dreifache des Stromes betragen, der in einer einzelnen Antenne durch
die unter dem angenommenen Winkel einfallende Welle erzeugt würde.
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Zur Berechnung des Polärdiagramms möge der Fall einer Reihe von gleichen
Einheiten von gleichem Abstand angenommen werden. Es sei U - Winkel der Signalrichtung,
d - Antennenabstand in Wellenlänge, Phasenwinkel entsprechend dem Antennenabstand
d, I" = Strom von einer einzelnen Einheit beim Winkel b - Verzögerungsabstand in
Wellenlängen, (P - Phasenwinkel entsprechend dem Verzögerungsabstand b.
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Wenn d in Wellenläalg en ausgedrückt ist, so ist, da eine Wellenlänge
36o° Phasenverschiebung entspricht, der Phasenwinkel 3-36od. Wir haben dann aus
dem Dreieck (Abb. 2) (P =ßsind, oder . (po - 360' d sin
Q.
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Wenn man den Phasenwinkel (p,.) für eine gegebene Wellenrichtung bestimmt
hat, kann man die verschiedenen Antennenströme mit ihrer eigenen Stärkt I(.) aneinanderlegen,
wobei sich jeder von dem vorhergehenden durch den Phasenwinkel (PO unterscheidet,
wie Abb. 3 zeigt. Die Sehne zwischen dem ersten und letzten Vektor ergibt den. resultierenden
Strom für den in Rede stehenden Winkel. Auf diese Weise kann' man das polare Diagramm
punktweise konstruieren.
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Die Diagramme (Abb.5 und 6) sind aus der Abb. q. auf diesem Wege abgeleitet.
Die dabei angenommenen Wellenantennen haben Nulldämpfung, sind je eine Wellenlänge
lang und so abgeglichen, daß sich die Wellen in ihr mit Lichtgeschwindigkeit fortpflanzen.
Abb. q. ist das Diagramm für die einzelne Wellenantenne, Abb. 5 das resultierende
Diagramm für zwei solcher Antennen von einem Abstand 2/3 X, Abb. 6 das Diagramm
der
Kombination von drei solchen Wellenantennen mit einem Abstand
von je 2/3 A.
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Die Einheiten, aus denen die Antennenkombinationen zusammengesetzt
sind, brauchen nicht aus Wellenantennen zu bestehen, sondern können aus einer der
bekannten gerichteten Kombinationen aufgebaut sein. In Abb. 7 sind in jeder Einheit
zwei Erdantennen dargestellt, die eine hinter der anderen in. der Signaleinrichtung;
diese können so eingestellt werden; daß sie aus der entgegengesetzten Richtung den
Empfang Null haben. Bei dieser Anordnung werden die von den verschiedenen Antennen
kommenden Ströme zum Empfänger über die Leitungen L' bis' L3, M-bis M3 ,geführt,
wie Abb. i zeigt. Für diese verschiedenen Antennensysteme kann man dieselbe Empfangsapparatur
anwenden, wobei die Einstellung und Betätigung stets dieselbe bleibt.
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Während Abb. i nur die Leitungsführung zeigt, die zum Empfang einer
einzigen Nachricht notwendig ist, kann diese Anordnung ebenso wie die in Abb. 7
in ;gleicher Weise für Mehrfachempfang von Nachrichten angewendet werden, die -entweder
alle aus einer Richtung oder teilweise aus einer und teilweise aus der entgegengesetzten
Richtung kommen; in diesem Fall ist es notwendig, zusätzliche Schieber 28 bis 33
für die erforderliche Pha,-seneinstellung vorzusehen sowie einen zweiten Satz von
Röhren und Kopplungstransformatoren für jede besondere aufzunehmende Nachricht.
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Bei der bisher beschriebenen Anordnung ist nur eine Reihe betrachtet
worden, bestehend aus einer Anzahl besonderer Einheiten mit einem Abstand von einem
merklichen Bruchteil einer Wellenlänge rechtwinklig zur Wellenrichtung, z. B. oder
mehr. Eine andere zweckmäßige Anordnung
mit hoher Richtwirkung besteht in zwei Antennen von mehrfacher Abstimmung, die eine
hinter der anderen. angeordnet sind. Dieses Verfahren ist in Abb.8 dargestellt.
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Die Antennen 37, 38 sind von der Mehrfachabstimmungstype und deshalb
so eingestellt, daß die Ströme in allen Ableitungen in Phase sind. Eine Antenne
dieser Type ist equivalent einer Mehrzahl von statischen Antennen, die durch eine
gemeinsame Kopplungsleitung verbunden sind. Übertragungsleitungen L' und L2 leiten
die Ströme von jeder Antenne zur Empfangsstation, wo die Apparate N', N2 und _ 11,
12 zur Einstellung der Phase und Intensität angeordnet sind. Die Wirkungen
der gewünschten Signalströme werden dann in Reihe im Gitter ;der gemneinschaftlichen
Röhre 39 kombiniert, und der Empfänger 18 durch den abgestimmten Kreis 17 vom Anodenkreis
dieser Röhre mit Strom versehen. Jede dieser Antennen allein besitzt hohe Richtwirkung,
in zwei Richtungen. Es ergibt sich demnach eine Anordnung mit hoher Richtwirkung
in einer Richtung durch die Kombination der Ströme zweier solcher Einheiten, eine
hinter der anderen so 'angeordnet, daß die Wellenimpulse aus der RichtUng entgegengesetzt
der Pfeilrichtung der Abb. 8 sich aufheben, während die Signale in der Pfeilrichtung
sich nicht aufheben werden. Das in diesem Fall angewendete Verfahren, Ströme von
verschiedenen Einheiten zu kombinieren, ist dem durch die Abb. 7 erläuterten Verfahren
equivalent, da @es unwesentlich ist, ob die erste Kombination von Strömen g!emacht
wird aus einer Reihe, die sich in der Richtung des Signals erstreckt, und die zweite
Kombination von Strömen aus einer Mehrzahl solcher Reihen, oder ob die erste Kombination
von Strömen gemacht wird von einer Reihe, die sich rechtwinklig, zur Signalrichtung
erstreckt, und die zweite Kombination von Strömen von einer Mehrzahl solcher Reihen.