DE442945C - Einrichtung zum drahtlosen Richtempfang - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung

zum drahtlosen Richtempfang, bei welchem die ankommenden Wellen durch mehrere in bestimmten Abständen angeordnete Antennen aufgefangen werden.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß den von den Einzelantennen gelieferten Empfangsströmen Hilfswellen einer gemeinsamen Frequenz getrennt überlagert werden, ίο wonach eine Vereinigung und Demodulation vorgenommen wird. Weiterhin sind erfindungsgemäß in die Zuführungsleitungen der Hilfswellen Vorrichtungen eingeschaltet, durch welche die Phase und Amplitude der Hilfswellen derart eingestellt werden kann, daß die gewünschte Richtcharakteristik erzielt wird.

Ein weiterer Vorteil einer derartigen Richtanlage ist die Verringerung statischer Interferenz.

Die Erfindung ist nachstehend beschrieben. Abb. ι eine Empfangsanlage gemäß der Erfindung;

Abb. 2 eine Empfangsanlage nach einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung;

Abb. 3 veranschaulicht schematisch die selektive Kennlinie der Anlage nach Abb. 1, und

Abb. 4 veranschaulicht die selektive Kennlinie der Anlage nach Abb. 2.

Die Empfangsanlage nach Abb. 1 enthält

zwei gleiche Antennenstromkreise 1 und 2.

Die Antenne jedes dieser Kreise ist ein Rahmen 3, der so angeordnet ist, daß er in den beiden Stromkreisen elektromotorische Kräfte erzeugt, die im allgemeinen in Phase verschieden sind. Der Stromkreis 1 enthält neben der Rahmenantenne 3 einen Abstimmkondensator 4, einen Entmodulator 5 und die Sekundärwicklung eines veränderlichen Kopplungstransformators 6, mit Hilfe dessen eine Hilfswelle aus einer Quelle 8 dem Stromkreis aufgedrückt wird. Stromkreis 2 enthält gleiche Bestandteile, ist aber an die Wellenquelle 8 über einen Phasenverschiebungstransformator 7 angekoppelt. Die Rahmen 3 sind derart angeordnet, daß ihre Ebenen im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen und sowohl zur Erde als auch zur Ebene der Welle, die empfangen werden soll, senkrecht stehen. Ihre Mittelpunkte sind voneinander durch einen Abstand 1 entfernt, der vorzugsweise zwischen einem Zwölftel und einem Viertel Wellenlänge der zu empfangenden Welle liegen soll. Die Ausgangsstromkreise der Entmodulatoren 5 sind an den Punkten 9 und 10 zusammengeschaltet; die aus den beiden Antennenkreisen kommenden Wellen werden gemeinsam über eine Bandsiebkette 20 weitergegeben und einer zweiten Entmodulierungs- und Verstärkereinrichtung aufgedrückt, die, wie üblich, durch das Rechteck 11 angedeutet ist.

Die Ausgangswellen der Entmodulatoren 5 enthalten Komponenten, deren Frequenz gleich ist der Differenz zwischen der Frequenz der Hilfswelle und derjenigen der in der Antenne erregten Schwingungen, die die jeweils in den Antennenschwingungen vorhandenen Modulierungen tragen. Die Bandsiebkette 20, die von einer der bekannten Arten sein kann, wählt diese Komponenten zum Ausschluß der übrigen aus, und der Verstärkerdetektor 11 detektiert die Signalmodulierungen, die schließlich als hörbare Zeichen durch den Telephonhörer 12 wiedergegeben werden. Die in diesem Stromlaufe vollzogene Selektierung, Detektierung und Wiedergabe sind bekannt und verständlich, und da kein neues Erfindungsmerkmal in diesem Teil der Anlage enthalten ist, ist keine ausführliche Beschreibung erforderlich. Die Entmodulatoren 5 sind Dreielektrodenraumentladevorrichtungen, welche Art wegen ihrer verhältnismäßig großen Eingangsimpedanz vorgezogen wird.

Die Quelle 8 der Hilfswellen kann jede geeignete Ausbildung haben, die Schwingungen stetiger Amplitude ergibt und in ihrer Fre- go

quenz einstellbar ist. Der Ausgangsstromkreis 13 der Quelle 8 enthält die Primärwicklungen der Transformatoren 6 und 7, über die die Hilfswelle an die Entmodulatoren geliefert wird.

Der Phasenverschiebungstransformator 7 enthält zwei feste Spulen 14 und 15, die ihre Ebenen senkrecht aufeinander haben und deren Mittelpunkte zusammenfallen, und eine dritte Spule 16, die den Raum innerhalb der beiden anderen Spulen einnimmt und sich um eine Achse drehen läßt, die im wesentlichen mit der Schnittlinie der Mittelebenen der beiden festen Spulen zusammenfällt. Die feste Spule 14 ist in Reihe in den Stromkreis 13 geschaltet und wird deshalb von dem gleichen Strom durchlaufen, der in der Primärwicklung des Transformators 6 fließt. Spule 15 ist ein Teil eines abgestimmten Schwingungskreises 17, der an den Stromkreis 13 durch den veränderlichen Kopplungstransformator 18 angekoppelt und auf Resonanz durch den Kondensator 19 abgestimmt ist. Die Felder, welche durch die Ströme in den Spulen 14 und 15 entstehen, sind also um 90 ° in der Phase gegeneinander verschoben, wodurch ein Drehfeld erzeugt wird, das - in der Spule 16 eine synchrone EMK induziert, deren Phase durch ihre Winkelstellung in bezug auf die festen Spulen bestimmt wird. Der Kopplungstransformator 18 ist veränderlich, damit sich die Feldstärken der beiden Spulen auf annähernde Gleichheit einstellen lassen; der Mittelpunkt ihrer Primärwicklung ist geerdet, und die Wicklungen der Transformatoren 6 und 7, die die Spule 14 einschließen, sind auf entgegengesetzten Seiten der Erdung angeordnet, wodurch eine Symmetrie gewährleistet ist, welche die wenig

4.0 elektrostatischen Kopplungen in den Transformatoren abzugleichen gestattet.

Die Wirkungsweise der Anlage soll nun beschrieben werden. Es ist zunächst zu beachten, daß die Richtunterscheidung· gegen ungedämpfte oder zeichenmodulierte Wellen von Frequenzen, die sich von derjenigen, auf die die Antennenstromkreise abgestimmt sind, unterscheiden, nicht notwendig ist, da die durch die Hochfrequenz- und Zwischenfrequenzstromkreise bewirkte Frequenzaussonderung ausreichend ist, um jede Beeinträchtigung von solchen Wellen her zu unterdrücken.

Da ferner die Wirkung der statischen Störungen dahin geht, freie Schwingungen in den Antennenstromkreisen auf deren Abstimmungsfrequenz zu erzeugen, so ist klar, daß die Richtunterscheidung gegen ungedämpfte Wellen dieser Frequenz ebenso gegen statische Stöße wirksam ist.

Es sei angenommen, daß die Anlage bestimmt ist, Wellen von einer durch f bezeichneten Frequenz aufzunehmen, die sich wagerecht und in einer von rechts nach links im Schema verlaufenden Richtung ausbreiten. Die Einstellungen, die der Anlage gegeben werden sollen, und die Verhältnisse, die für die Antennenentfernung gewählt werden sollen, werden dadurch bestimmt, daß man den Empfang wagerecht fortgepflanzter Wellen von der Frequenz f als in einer um einen Winkel β zur Normalempfangsrichtung geneigten Richtung ankommend ansieht. Als ein Maß für die Richtwirkung wird die Stärke der resultierenden Zwischenfrequenz EMK zwischen den Klemmen 9 und 10 der Anlage genommen. Die Art, in der diese mit der Fortpflanzungsrichtung schwankt, wenn eine konstante Feldstärke angenommen wird, bestimmt die Richtungsselektivität.

Zwei Faktoren treten in die Veränderung der elektromotorischen Kräfte ein, die in den Stromkreisen 1 und 2 durch die von den Antennen aufgefangenen Wellen erzeugt werden. Diese sind erstens die Amplitudenveränderung, die von den Richteigenschaften der einzelnen Rahmen herrührt, und zweitens die Phasendifferenz zwischen den beiden elektromotorischen Kräften, die von der wirksamen Trennung der Rahmen in der Fortpflanzungsrichtung abhängt. Die Amplitude der in jedem Rahmen induzierten EMK ist proportional dem cosy? und proportional dem Abstand, der die Rahmen trennt.

Natürlich würde bei der Annahme, daß die Wellen, wie eben gesagt, gerichtet ankämen und über die Antennen maximale elektromotorische Kräfte an den Eingängen der beiden Entmodulatoren erzeugten, dort eine Phasendifferenz zwischen diesen Spannungen bestehen, die dem Abstand, der die Antennen trennt, entsprechen würde.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, die zwei EMKe, welche zwischen 9 und ic zugeführt werden, zum mindesten für eine Richtung der Wellenfortpflanzung· sich aufheben zu lassen. Demzufolge werden Einrichtungen vorgesehen, um die Amplituden dieser EMKe gleichzumachen.

Aus Formeln kann deduziert werden, daß die resultierende Welle, welche zwischen 9 und 10 zugeführt wird, infolge der Ausgangsströme beider Röhren sich durch folgende Formeln darstellen läßt

E β = 2 E cos ,8 cos

ίφ — Θ cos 6

Hierbei ist E die gemeinsame Amplitude der beiden Komponente der Kreise 1 und 2. E β ist der Wert für E für Wellen, die in einem Winkel β der normalen Fortpflanzungs-

richtung ausgesandt werden. 0 ist die Phasendifferenz zwischen den Hilfswellen, und Θ ist die Phasendifferenz zwischen den ankommenden Wellen.

Hieraus kann abgeleitet werden, daß die resultierende EMK im Stromkreis 9, 10 Null wird, wenn

und wenn

i = Θ cos β -\- π.

Wenn z. B. verlangt wird, daß sich die Wellen in der der normalen Richtung entgegengesetzten Richtung aufheben, d. h. also, wenn β = π ist, so ist die Phasenverschiebung der beiden Hilfswellen (n — Θ), wobei bei Gleichung 1 die Form erhält.

= zE cos β

(2)

Für die normale Richtung der ausgehenden Wellen ist β — Θ; demzufolge ergibt sich aus Formel 2

E β zz= Eo = 2 E sin Θ.

(3)

Formel 3 gibt an, daß Θ nicht größer ^⁰ werden sollte als —, d. h. die Rahmenantennen

sollten nicht weiter voneinander entfernt sein als a ¹I₄₁ λ (Wellenlänge).

Für ganz kleine Entfernungen der Rahmenantennen wächst E β proportional mit Θ an und erreicht die Hälfte des möglichen Maximalwertes, wenn

Θ =

ist.

Für größere Entfernungen geschieht das Anwachsen von E β langsamer, als die Entfernung zunimmt.

Wenn wir die oben erläuterte Theorie auf die Schaltung anwenden, die in Abb. 1 dargestellt ist, so kann irgendeine bekannte Einrichtung in dem Kupplungstransformator 6 Verwendung finden, welche die Übertragung der Energie von der Hilfsquelle 8 nach dem Kreis 1 variiert, was zur Variation der relativen Amplitude des Stromes in den Kreisen 1 und 2 führen wird, so daß der gewünschte Ausgleich der sich entgegenstehenden EMKe zwischen 9 und 10 in der vorerwähnten Weise herbeigeführt würde. Der Phasenverschiebungstransformator 7 kann die Phasendifferenz 0 zwischen den Hilfswellen in den Kreisen I und 2 variieren, während der Wert Θ natürlich abhängig ist von der Trennung der Schleifen 3 zwischen den Grenzen, wie sie die Gleichung^ vorschreibt. Es wurde gezeigt, daß die Bedingungen dafür, daß sich als Resultierende EMK (E ß) der Wert Null ergibt, abhängig sind von bestimmten Werten von β und 0, und es gibt immer einige Werte von 0, welche zusammen mit β in der Gleichung 1 den Wert E β = Null ergeben. Infolgedessen wird bei einer vorherigen Einstellung des Transformators 6 das System unempfindlich für eine Welle, welche aus einer Richtung kommt, die wesentlich von der Normalrichtung abweicht.

Bei Betrachtung der allgemeinen Wirkung einer divergierenden Welle auf die Anlage ist nach dem oben Gesagten die Veränderung der einzelnen elektromotorischen Kräfte zu beachten, die von den Richteigenschaften der einzelnen Rahmen herrührt. Über die Charakteristik dieser Wirkung braucht man sich hier nicht weiter auszulassen, die allgemeine Gestalt der Richtcharakteristik aber wird betrachtet; diese ist in Abb. 3 veranschaulicht, bei der Polarkoordinaten benutzt werden, die von der Bezugsrichtung O₁ χ aus gemessenen Winkel stellen die Winkel β dar, und die Radien vom Mittelpunkt 0 aus bedeuten die Stärken der Zeichen EMK. Die punktierte Figur stellt die Charakteristik dar, die einer Antennentrennung von einem Viertel Wellenlänge entspricht, und die ausgezogene Linie diejenige für die Grenzbedingung, die für alle Antennenab stände von weniger als ein Zwölftel Wellenlänge eng angenähert gilt. Natürlich kann ein ausgeprägter Vorteil mit Bezug auf die gegenseitigen Beträge des Zeichens und der empfangenen Interferenz durch Verringerung der Antennentrennung gewonnen werden, und obwohl dies von einer Verminderung der Zeichenstärke begleitet ist, kann dieser Verlust leicht durch zusätzliche Verstärkung aufgeholt werden.

Aufhebung der Interferenz ist auch in anderen Richtungen als der bei vorstehender Analyse betrachteten gewährleistet, und es kann sich praktisch so treffen, daß die störendste Interferenz diejenige ist, die aus einer anderen allgemeinen Richtung kommt. Die Einfachheit der Phasensteueranordnungen und der Umstand, daß sich die Steuerung ohne Störung der Gleichheit der Fortpflanzungskonstanten der beiden Stromkreise durchführen läßt, lassen es eine leichte Sache sein, die wirksamste Interferenzunterdrückung unter allen Umständen zu gewährleisten. Alles, was geschehen muß, ist die Einstellung der Lage der Sekundärspule 16 des Transformators 7, bis das Zeichen mit dem geringsten Betrag von Interferenz gehört wird. Wenn die Störwellen beim Durchlaufen des Raumes zwischen den Antennen geschwächt werden, kann eine kleine Ein-

stellung des Kopplungstransformators 6 als ' wirksam befunden werden, um deutlichere Zeichen zu erhalten.

Bei der vorstehenden Beschreibung ist angenommen worden, daß Zeichenwellen aus einer festen Richtung ankommen. Um die Anlage für eine Bedingung leichter Einstellbarkeit auf Empfang von Wellen geeignet zu machen, die aus irgendeiner Himmelsrichtung kommen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Rahmen 3 auf einem Bauwerk ähnlich einer Drehscheibe anzubringen, die sich in einer wagerechten Ebene um 360⁰ drehen kann. Die Rahmen werden vorzugsweise auf gleichem Abstand von dem Mittelpunkt der Drehscheibe angebracht. Um so mehr, als der Abstand zwischen den Rahmen in manchen Fällen nicht mehr als ein Zwölftel Wellenlänge zu betragen braucht, kann die Drehscheibe, obgleich etwas groß, im ganzen von bedienbaren Abmessungen sein, z. B.

30 m lang im Falle einer Welle von 360 m.

Bei der Anlage nach Abb. 2 sind die beiden

Antennen in der gleichen senkrechten Mittellinie aufgestellt, eine ist ein einfacher Rahmen 3 und die andere eine Kondensatorantenne 21, die auf Resonanz durch die veränderliche Induktanz 22 abgestimmt wird. Die EMK der Antennenkreise werden wie bei der Anlage nach Abb. 1, Demodulatoren 5 aufgedrückt, deren Ausgangsströme über Transformatoren 23 an die Empfangseinrichtung 24 und schließlich an den Telephonhörer 12 abgegeben werden. Die Einrichtung 24 erfüllt dieselben Aufgaben wie die Stromkreisteile 20 und 11 der Abb. 1 und enthält im wesentlichen die gleichen Apparate. Die Hilfswelle aus der Quelle 8 wird an den Stromkreis der Rahmenantenne über den veränderlichen Kopplungstransformator 6 und an die Kondensatorantenne über einen angekoppelten abgestimmten Zwischenkreis 25 und einen Transformator 26 abgegeben. Diese einfache Anordnung ist möglich, da die

4-5 beiden in den Antennen induzierten elektromotorischen Kräfte immer um 90⁰ in der Phase verschoben sind und deshalb erfordern, daß die beiden Hilfswellen die gleiche Phasenverschiebung besitzen. Die Zwischenschaltung des abgestimmten Stromkreises 25 zwischen den Ausgangsstromkreis der Quelle 8 und den Antennenstromkreis erzeugt die erforderliche Phasendifferenz.

Die Richtcharakteristik dieser Anlage kann in ähnlicher Weise wie bei Abb. 1 bestimmt werden. Der Unterschied zwischen den beiden Kurven kommt daher, daß der Kondensatorluftleiter keine Richteigenschaft zwischen wagrecht ausgebreiteten Wellen besitzt. Die Charakteristik ist in der Abb. 4 dargestellt. Das maximale Zeichen wird durch Wellen erzeugt, die sich in der Ebene des Rahmens ausbreiten. Der Sinn dieser Richtung kann durch einfache Umkehr des Rahmens geändert werden. Beseitigung von Störwellen aus einer bestimmten Richtung kann durch Richten der Rahmenebene gegen die Störlingsquelle gewährleistet werden. Zur völligen Unterdrückung muß die Kopplung des Transformators 6 ebenfalls derart verändert werden, daß die Ausgangs-EMK der Demodulatoren gleichgemacht werden.

Die Erfindung ist in ihrer Verwendung nicht auf die besonderen dargestellten Anlagen beschränkt, sondern kann auf die verschiedenste Art und Weise Anwendung finden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum drahtlosen Richtempfang, bei dem die ankommenden Wellen durch mehrere in bestimmten Abstand angeordnete Richtantennen aufgefangen werden, dadurch gekennzeichnet, · daß den von den Einzelantennen gelieferten Empfangsströmen Hilfswellen einer gemeinsamen Frequenz getrennt überlagert werden, und danach eine Vereinigung und Demodulation vorgenom- go men wird, und daß in die Zuführungsleitungen der Hilfswellen Vorrichtungen eingeschaltet sind, durch die Phase und Amplitude der Hilfswellen derart eingestellt werden können, daß die gewünschte Richtcharakteristik erzielt wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase und Amplitude der Hilfswellen derart eingestellt werden, daß für eine bestimmte Richtung der ankommenden Wellen der Empfang gleich Null ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rahmenantennen in einer Ebene und in einer Entfernung voneinander gleich einem Bruchteil der zu empfangenden Wellenlänge angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel- no punkte der Rahmenantennen in einer Entfernung voneinander liegen, die annähernd ein Zwölftel der zu benutzenden Wellenlänge beträgt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.