DE474123C

DE474123C - Device for directed transmission and reception by means of electrical waves

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Publication number: DE474123C
Application number: DEH98060D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1924-08-04
Filing date: 1924-08-05
Publication date: 1929-03-27

Description

Einrichtung zum gerichteten Senden und Empfangen mittels elektrischer. Wellen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richtungssenden und -empfangen mittels elektrischer Wellen, welches mit mehreren in bestimmtem Abstand voneinander, vorzugsweise in einer geradlinigen Linie angeordneten. Sende- oder Empfangsantennen ausgeübt wird.Device for directed sending and receiving by means of electrical. Waves The invention relates to a method for directional transmission and reception by means of electric waves, which with several at a certain distance from each other, preferably arranged in a straight line. Transmitting or receiving antennas exercised will.

Die Erfindung bezweckt, eine möglichst scharfe Richtwirkung durch eine Mehrzahl von. in bestimmten durch die Theorie gegebenen Abständen voneinander aufgestellten Sende- oder Empfangsantennen zu erreichen.The aim of the invention is to achieve the sharpest possible directivity a plurality of. at certain intervals given by the theory to reach the set up transmitting or receiving antennas.

Bisher wurden in der drahtlosen Telegraphie u. a. gerichtete Antennenanordnungen verwandt, bei denen zwei oder mehr Antennen mit bestimmtem _ Abstand und bestimmter Phase venwendet werden. Die bekannten Anordnungen sind jedoch unbefriedigend, da das Maximum der Richtwirkung sehr flach, d. h. die Richtwirkung ziemlich schwach ist.Heretofore, in wireless telegraphy, inter alia. directional antenna arrangements related, in which two or more antennas with a certain _ distance and certain Phase can be used. However, the known arrangements are unsatisfactory because the maximum of the directivity very flat, d. H. the directivity rather weak is.

Der Zweck der neuen Methode ist der, durch Erhöhung der Zahl (,ehr als drei) und möglichst vorteilhafte Bemessung des Abstandes der Sende- oder Empfangsantennen voneinander ein schärferes Maximum. zu erzeugen. Aufschluß hierüber geben die später beschriebenen Kurven der Abb. i bis 5.The purpose of the new method is, by increasing the number (, or rather than three) and the most advantageous possible dimensioning of the distance between the transmitting or receiving antennas a sharper maximum from each other. to create. You will find out more about this later curves described in Figs. i to 5.

Die Methode nach der Erfindung besteht darin, daß mehr als drei, zweckmäßig in einer geraden Linie angeordnete Sende- oder Empfangsantennen verwendet werden, die in einem Abstandd voneinander angeordnet sind, der von der Größenordnung ist, worin X die Wellenlänge und n die Anzahl der Antennen ist. Für die allgemeine Formel zeigt nämlich die Theorie, daß k in dieser Formel nicht allzu verschieden von n - i sein darf, wenn die Forderung möglichst scharfer Richtwirkung der Anordnung erzielt werden soll. Wird k größer als n - i, also k annähernd gleich oder, gar noch größer als n, so werden die auftretenden Nebenmaxima beherrschend, die Richtwirkung also hierdurch geschädigt; wenn der Abstand gegenüber, zu klein wird, d. h. k kleiner .als n - i, so verliert sich der Richtungseffekt dadurch, daß die einzelnen Sende- oder Empfangsstellen innerhalb eines zu kleinen Bereichs im Verhältnis zur Wellenlänge liegen.The method according to the invention consists in using more than three transmitting or receiving antennas, expediently arranged in a straight line, which are arranged at a distance d from one another which is of the order of magnitude where X is the wavelength and n is the number of antennas. For the general formula namely shows the theory that k in this formula must not be too different from n - i, if the requirement of the most precise directivity of the arrangement is to be achieved. If k is greater than n - i, that is, k is approximately equal to or even greater than n, then the secondary maxima that occur become dominant and the directivity is thus damaged; if the distance opposite is too small, ie k smaller than n - i, the directional effect is lost because the individual transmitting or receiving points are within too small a range in relation to the wavelength.

Aus den Abb. i bis 5 der Zeichnung wird das Vorstehende ohne weiteres verständlich. In den Abbildungen sind die Kurven für den ebenen Richtungsvektor für Antennenanordnungen bei verschiedenem n und k gegeben.. Der Vektor stellt die Amplituden. dar, die Energie ist also dem Quadrat dieser Vektoren proportional. Die punktierte Gerade d-b bedeutet die Linie, in welcher die verschiedenen Antennen aufgestellt sind.The above is readily understood from FIGS. 1 to 5 of the drawing. The figures show the curves for the plane direction vector for antenna arrangements with different n and k . The vector represents the amplitudes. so the energy is proportional to the square of these vectors. The dotted straight line db means the line in which the various antennas are set up.

In Abb. i ist der Fall von zwei Antennen im Optimalfall k = n - i = i gezeichnet. Die Richtwirkung ist noch recht schwach.In Fig. I the case of two antennas is shown in the optimal case k = n - i = i. The directivity is still quite weak.

In Abb. 2 ist ein Fall der Erfindung gegeben, wo n = 3, k = n - i = 2 ist, die Richtwirkung ist schon viel besser als in Abb. i. Seitwärts zur Richtung der Hauptwirkung tritt ein Nebenmaxim geringer Intensität (etwa 1/1o der Energie der Hauptrichtung) auf.In Fig. 2 a case of the invention is given, where n = 3, k = n - i = 2 , the directivity is already much better than in Fig. I. Sideways to the direction of the main effect there is a secondary peak of low intensity (about 1/10 of the energy of the main direction).

In Abb. 3 ist n = 3 und h = 3 also zu groß gewählt; deutlich ist das eine Nebenmaximum auf die Größe des Hauptmaximums angeschwollen, die Richtwirkung ist also verdorben.In Fig. 3, n = 3 and h = 3 are therefore too large; the one secondary maximum has clearly swelled to the size of the main maximum, so the directivity is spoiled.

In Abb. 4 ist n = 3 und h = i also zu klein gewählt, die gute Richtwirkung ist verlorengegangen, die Kurve unterscheidet sich noch nicht von Abb. i, d. h. der Anordnung mit zwei Antennen.In Fig. 4, n = 3 and h = i are selected too small, the good directivity has been lost, the curve does not yet differ from Fig. I, ie the arrangement with two antennas.

Um zu zeigen, welchen Einfloß die Vermehrung der Zahl der Antennen hat, ist die Abb. 5 gegeben. Hier ist die Zahl n der Antennen = 5 und gemäß der Erfindung h = n - i = 4 gewählt; man sieht hieraus, um wieviel bei fünf Antennen gegenüber drei Antennen (Abb. z) die Schärfe der Richtwirkung noch zugenommen hat. Es zeigt sich, daß hierbei zwischen Zahl der Antennen und Richtschärfe ein Kampromiß nach dem jeweiligen Verhältnis in der Praxis gegeben sein wird.To show what influence the increase in the number of antennas has, Fig. 5 is given. Here the number n of antennas = 5 and, according to the invention, h = n - i = 4 ; From this you can see by how much the sharpness of the directional effect has increased with five antennas compared to three antennas (Fig. z). It turns out that in practice there will be a difference between the number of antennas and the directivity according to the respective ratio.

Den Abbildungen liegt für den Sendefall gleichphasige Erregung der einzelnen Antennen zugrunde. Hier geben sie die Wurzel des Verhältnisses der ausgestrahlten Energiebeträge abhängig vom Winkel zur Basis der Anordnung; im Falle des Empfangs geben sie die Wurzel des Verhältnisses der aufgenommenen Energie der gesamten Anordnung abhängig vom Winkel ihrer Basis zur Richtung des ankommenden Feldes der elektrischen Wellen.The illustrations show in-phase excitation for the transmission case individual antennas. Here they give the root of the ratio of the broadcast Amounts of energy depending on the angle to the base of the arrangement; in case of receipt they give the root of the ratio of the absorbed energy to the whole arrangement depending on the angle of their base to the direction of the incoming electric field Waves.

Wenn die verschiedenen Sende- oder Empfangsstellen gleichphasig erregt werden, bedeutet das also, daß die Maximalrichtwirkung senkrecht zu ihrer Verbindungslinie ist.When the different sending or receiving points excited in phase it means that the maximum directivity is perpendicular to its connecting line is.

Die Erfindung erhält eine allgemeine praletische Bedeutung besonders noch dadurch, daß der Maximalrichtvektor erfindungsgemäß drehbar gemacht wird. Dies wird durch eine Einrichtung erreicht, die es gestattet, für die verschiedenen Antennenstellen solche gegen; seitigen Zeitverschiebungen des Schwingungs: vorganges zu ermöglichen, die nötig sind, um die Hauptrichtwirkung in den gewünschten Winkel zur Basis zu bringen. Ein zweckmäßiges Mittel zur Durchführung dieses Erfludwngsgedankens besteht in der Anwendung von elektrischen Ketten, deren Bemessung hinsichtlich ihrer einzelnen Glieder einerseits durch die höchste verwendete Frequenz der elektrischen - Schwingungen und anderseits durch die gewollte Feinheit der Einteilung der Richtungsgrade gegeben ist.The invention is given a general praletic meaning in particular nor in that the maximum directional vector is made rotatable according to the invention. this is achieved by a device that allows for the various antenna points such against; lateral time shifts of the oscillation: to enable the process, which are necessary to get the main directivity at the desired angle to the base bring. There is an expedient means of carrying out this idea of flow in the application of electrical chains, their dimensioning in terms of their individual Links on the one hand by the highest frequency of the electrical oscillations used and on the other hand, given by the deliberate delicacy of the division of the degrees of direction is.

Während bei der Verwendung von Ketten die richtige Phasenbeziehung in den Antennen durch Einstellung der relativen Laufzeit der Wellen in den Zuleitungen zu den einzelnen Antennen erreicht wird, kann man natürlich auch unter Vermeidung von Ketten die Phasenbeziehung in den Antennen dadurch erzielen, daß man von vornherein an der Ausgangsstelle des Stromes die richtige Phasenbeziehung für die einzelnen Antennen einstellt. Dieses kann nun auf die verschiedenste Art und Weise erreicht werden, z. B. durch gegenseitiges Verschieben des Stators der Hauptfrequenzmaschine, durch Anordnung von Drehfeldern mit ruhenden Wicklungen, in denen Spulen drehbar sind, oder durch Einschalten von Selbstinduktionen, Kapazitäten und Widerständen oder eine Kombination derselben.While when using chains, the correct phase relationship in the antennas by setting the relative transit time of the waves in the feed lines to the individual antennas can of course also be avoided of chains to achieve the phase relationship in the antennas by starting from the start the correct phase relationship for the individual at the point of departure of the current Adjusts antennas. This can now be achieved in a wide variety of ways be e.g. B. by mutual displacement of the stator of the main frequency machine, by arranging rotating fields with stationary windings in which coils can be rotated are, or by switching on self-inductions, capacitances and resistances or a combination of these.

Die Anwendung der Erfindung ist gegeben z. B., wenn es sich um möglichste Ersparnis von Energie, z. B. für den internationalen drahtlosen Verkehr handelt und nur jeweils mit einer Station in ganz bestimmter bekannter Richtung mit möglichst geringen Kosten und unter möglichster Ausschaltung der Störung anderer Stationen (Senden) oder durch andere Stationen (Empfangen) verkehrt werden soll.The application of the invention is given e.g. B. if it is possible Saving energy, e.g. B. for international wireless traffic and only with one station in a very specific known direction with if possible low costs and with the greatest possible elimination of the disturbance of other stations (Sending) or by other stations (receiving) should be reversed.

Aber auch für andere Zwecke, z. B. den der Richtungsbestimmung, kann die Erfindung wertvolle Dienste leisten. Um zu vermeiden, daß hierbei durch scharf ausgeprägte Nebenmaxima Verwechselungen hinsichtlich der Richtung erfolgen, weicht man bei der Abstandsbemessung der verschiedenen Antennen zweckmäßig von dem theoretisch berechneten Abstandd, und zwar bei jedem Abstand etwas verschieden, eine Kleinigkeit ab, wo; durch die Nebenmaxima verwischt werden.But also for other purposes, e.g. B. the direction determination, can the invention render valuable services. To avoid doing this through sharp pronounced secondary maxima confusion with regard to the direction takes place, gives way When measuring the distance between the various antennas, it is advisable to depart from the theoretical one calculated distanced, a little different for each distance, a trifle from where; are blurred by the secondary maxima.

Für die Anwendung der Erfindung können sämtliche Antennen zusammen an dieselbe Gebeverrichtung bzw. an dieselbe Empfangsvorrichtung geschaltet werden unter Einschaltung der oben besichriebenen Ketten oder Phasenverschiebungsmittel. In manchen Fällen fest gewollter Richtung können diese Ketten o. dgl..wegfallen, ebenso dann, wenn Drehung des gesamten Antennengebildes möglich ist, z. B. im Falle sehr kleiner elektrischer Wellenlänge.For the application of the invention, all antennas can be used together be switched to the same giving device or to the same receiving device with the inclusion of the chains or phase shift means described above. In some cases of a firmly intended direction, these chains or the like can be omitted, also when rotation of the entire antenna structure is possible, e.g. B. in the case very small electrical wavelength.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in den Abb. 6 und 7 dargestellt, in der vier Antennen 1, a, 3, 4 gewählt sind und das Sende- oder Empfangshaus h in der Mitte der Basis seitwärts draußen gedacht ist. Zum Zwecke einer möglichst symmetrischen Anordnung sind die Antennen i bis 4 durch möglichst symmetrische und gleich lange Leitungsdrähte 1,1 12,13,14 paarweise mit dem Sende- oder Empfangshaus verbunden, wobei die gemeinsam geführten Zuleitungen für die Antennen i und z bzw. 3 und 4 gegenseitig induktionsfrei angeordnet sind. Die Länge und der Charakter aller vier Leitungen und daher die Zeitdifferenz zwischen den elektrischen Schwingungen in der Station und bei den Antennen ist möglichst gleichzumachen; soweit dies nicht erreicht ist, können die in Abb. 7 dargestellten Kettenglieder als Korrektionsausgleich im Stationshaus oder an irgendeiner anderen Stelle der Anlage zum Ausgleich benutzt werden. Im Stationshaus (Abb. 7) sind zwischen der gemeinsamen erregenden bzw. empfangenden Stelle! und den einzelnen Zuleitungsleitungen 1i bis 11 zu den verschiedenen Antennenstellen elektrische Kettenkompensatoreneingeschaltet, die zweckmäßig veränderlich. eingerichtet sind, so daß die gewünschte Maximalrichtwirkung beliebig gewählt werden kann.An embodiment of the subject matter of the invention is shown in Figs. 6 and 7, in which four antennas 1, a, 3, 4 are selected and the transmitting or receiving house h in the middle of the base is intended sideways outside. For the purpose of an arrangement that is as symmetrical as possible, antennas i to 4 are connected in pairs to the transmitting or receiving house by as symmetrical as possible and equally long line wires 1, 1, 12, 13, 14 and 4 are mutually arranged without induction. The length and character of all four lines and therefore the time difference between the electrical oscillations in the station and at the antennas should be made as equal as possible; If this has not been achieved, the chain links shown in Fig. 7 can be used as correction compensation in the station building or at any other point in the system for compensation. In the station house (Fig. 7) are between the common exciting or receiving point! and the individual feed lines 1i to 11 to the various antenna points electrical chain compensators are switched on, which can be changed in an expedient manner. are set up so that the desired maximum directivity can be selected at will.

Statt dessen können auch nur Mittel zur Phasenverschiebung, wie z. B. oben erwähnt, verwendet werden. In manchen Fällen wird es ein Fehler der beschriebenen Anordnung sein, daß die Hauptrichtwirkung nach zwei Seiten, die um i8o° auseinanderliegen, auftritt. Dann könnte die Einrichtung für diese Zwecke erfindungsgemäß dadurch verbessert werden, daß die Wirkung nach der nicht gewünschten Seite des Hauptrichtvektors durch an sich bekannte Abschirmmittel aufgehoben wird. Erfindungsgemäß. kann man auch diese Abschirmmittel nach allen verschiedenen Richtungen veränderlich wirksam machen und so in der richtigen Weise mit der jeweils gewählten Hauptrichtung im Winkel zur Basis der Anordnung mitdrehen.Instead, only means for phase shifting, such as. B. mentioned above, can be used. In some cases it will be an error of the one described Be arranged so that the main directional effect on two sides which are apart by 180 °, occurs. The device could then be improved for these purposes according to the invention that the effect is carried out on the undesired side of the main directional vector known shielding means is repealed. According to the invention. you can too make these shielding means effective in all different directions and so in the right way with the chosen main direction at an angle rotate to the base of the arrangement.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for directed transmission and reception by means of electrical waves using a plurality of transmitting or receiving antennas set up at a distance from one another, characterized in that the distance between the antenna is equal to or approximately equal to a. Device according to claim i, there- is. characterized in that means are provided in order to produce appropriately dimensioned, appropriately variable phase shifts of the oscillation process in the antennas for the purpose of rotating the maximum vector for the various antennas. 3. Device according to claim z, characterized by the use of appropriately variable electrical chains. q .. Device according to claim 3, characterized in that the division of the electrical chains into individual links is selected on the one hand according to the highest oscillation frequency and on the other hand according to the desired fineness of the division of the degrees of direction. 5. Device according to claim i to q., Characterized in that electrical Ket .tenkompen.satoren are switched on in the feed lines to the antennas to compensate for the difference in the feed lines. 6. Device according to claim i, characterized in that the required phase relationship of the oscillation process in the antennas takes place by setting a corresponding phase relationship of the feed currents of the individual antennas at their point of origin or at another suitable point. 7. Device according to claim i to 6, characterized in that a one-sided maximum directional vector is produced by suitable means (e.g. shielding means, which can also be variable in direction).