DE592598C - Verfahren zur Nachrichtenuebermittlung mit kurzen elektrischen Wellen - Google Patents

Description

Um bei der Nachrichtenübertragung die ausgesandten Meldungen nicht Unberufenen zugänglich zu machen, hat man vorgeschlagen, Sender für einen möglichst engen Wellenbereich zu bauen und dadurch den Empfang zu erschweren. Man hat ferner Anordnungen beschrieben, welche es gestatten, die Strahlen möglichst in einer Richtung· zusammenzufassen, um den Empfang in anderen Richtungen auszuschalten oder zu erschweren. Mit solchen Einrichtungen kann man aber bei der zunehmenden Verbreitung der Empfangseinrichtungen das Auslangen nicht mehr finden.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Mittel, den Empfang seitens Unberechtigter außerordentlich zu erschweren, indem durch geeignete Anordnungen eine Welle besonderer Struktur erzeugt wird.
Ein elektromagnetischer Oszillator, z. B. ein elektrischer" oder magnetischer Dipol, hat eine • Symmetrieachse, in welcher er praktisch überhaupt nicht strahlt. Die von ihm emittierte Strahlung breitet sich vornehmlich senkrecht zur Achse in der Äquatorebene aus und nimmt in der Richtung nach dem Pol mit dem Quadrat des cos der geographischen Breite ab. . Man hat daher einen derartigen Strahler, um eine Ausnutzung der gerichteten Strahlung zu ermöglichen, stets so angeordnet, daß seine Achse senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung eingestellt war, in der man die Strahlung werfen wollte. In der drahtlosen Telegraphie wird infolgedessen ganz allgemein die Symmetrieachse einer Antenne senkrecht zur Erdoberfläche orientiert.' Ultrakurze elektrische Wellen im Gebiete der Zentimeter- und Dezimeterwellen erlauben die Bündelung der Strahlung beispielsweise mittels Spiegel (Reflektoren). Bei der Anwendung solcher Spiegel hat man in Verfolg des oben angegebenen Grundgedankens die An-Ordnung der Symmetrieachse des Strahlers im Verhältnis zur Fortpflanzungsrichtung der Strahlen festgehalten und somit auch bei Verwendung eines Spiegels die Symmetrieachse senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung eingestellt.

Es hat sich nun gezeigt, daß man einen wesentlichen Fortschritt dadurch erzielen kann, daß man die Symmetrieachse des Strahlers bei Verwendung eines Spiegels anders anordnet. In Fig. ι ist für einen elektrischen Dipol, der etwa durch den linearen Oszillator S, T dargestellt wird, eine solche Anordnung wiedergegeben. In dem angegebenen Ausführungsbeispiel fällt der Oszillator S, T mit der Achse X-X eines rotationssymmetrischen Parabolspiegels zusammen, dessen Brennpunkt F und dessen Scheitel A ist. Die Fortpflanzungsrichtung der vom Spiegel emittierten Strahlung fällt ebenfalls in die Richtung X-X und daher mit der Achse des linearen Oszillators S, T zusammen. ^N

Eine derartige Anordnung ruft eine Strahlung hervor, welche sich in wesentlichen Punkten von den bisher bekannten Anordnungen zur Erzeugung gerichteter Wellen unterscheidet. Die nähere Erläuterung läßt sich zweckmäßig an dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durchführen. Entsprechend dem in der Figur angegebenen Richtungsdiagramm des Strahlers

wird die Strahlungsenergie vorzugsweise in der Äquatorebene M, N, F emittiert, und nur ganz geringe Anteile der Strahlung fallen in den Winkelraum P, F, Q, in welchem die Strahlung den Spiegel verläßt, ohne reflektiert und gebündelt zu werden. Daraus ergibt sich, daß die bei den bisher üblichen Anordnungen auf den Winkelraum P, F, Q entfallende Streustrahlung bei der Anordnung nach Fig. ι praktisch ίο fehlt. Somit liefert die Anordnung nach Fig. ι eine bedeutend schärfere Bündelung der Strahlung, was im Interesse der Störungsfreiheit benachbarter Stationen und der Geheimhaltung der Übermittlung von großem Vorteil ist. Gleichzeitig wird durch die neue Anordnung erreicht, daß praktisch die gesamte vom Strahler S, T ausgehende Strahlungsenergie am Spiegel in Richtung X-X reflektiert wird, woraus sich eine erhebliche Ersparnis an aufzuwendender Energie oder eine höhere Feldstärke am Orte des Empfangs ergibt.

Die Anordnung hat aber noch einen weiteren Vorteil. Die vom Strahler 5", T emittierte Energie verläßt den Spiegel, ohne den Strahler nochmals zu überstreichen, wie dies bei Anordnungen des Strahlers senkrecht zur Spiegelachse stets der Fall ist. Bei der bisher üblichen Anordnung entsteht infolgedessen eine Kopplung zwischen Spiegel und Strahler, die es nötig machen, die Brennweite des Spiegels in einem ganz bestimmten Verhältnis zur Wellenlänge zu wählen. Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist im Gegensatz dazu eine derartige Kopplung zwischen Reflektoren und Strahlern nicht vorhanden, und man ist infolgedessen in der Wahl der Brennweite des Spiegels unabhängig von der Wellenlänge.

Es kommt der neuen Anordnung aber noch eine besondere Eigentümlichkeit zu, denn sie +0 liefert einen Strahl, welcher eine bestimmte Struktur aufweist. Die Strahlungsdichte ist nämlich auf einer Zylinderfläche, die die Achse X-X zur Achse und den Kreis über dem Durchmesser M, N zum Querschnitt hat, am größten und fällt von dieser Zylinderfläche sowohl radial nach außen als auch radial nach innen ab. Die magnetischen Kraftlinien sind Kreise um die Achse X-X, die elektrischen Kraftlinien aber verlaufen als Querschnittslinien von Tonisflächen, die ebenfalls die Symmetrieachse X-X als Rotationsachse haben. In der Fig. 3 sind diese Verhältnisse perspektivisch dargestellt. Die allgemeine Anordnung ist dieselbe wie in Fig. 1. Auch die Bezeichnungen sind beibehalten. Die Orte größter Strahlungsdichte liegen auf dem über dem Durchmesser M, N mit der Achse X-X errichteten Kreiszylinder. Ein Schnitt senkrecht zur Achse dieses Kreiszylinders stellt eine mit H bezeichnete magnetische Kraftlinie dar. Die Intensität der magnetischen Feldstärke längs einer derartigen Kraftlinie H variiert für einen bestimmten Zeitabschnitt periodisch in Richtung der Achse X-X, indem die Feldstärke von einem Maximalwert durch Null durchgehend nach einer halben Wellenlänge den Maximalwert entgegengesetzter Richtung erreicht. Die elektrische Feldstärke für Punkte in der Nähe des Kreiszylinders maximaler Strahlungsdichte ist vorzugsweise radial gerichtet, und zwar in Abständen einer halben Wellenlänge mit maximaler Intensität radial nach innen bzw. radial nach außen. In Abständen einiger Wellenlängen von der Querschnittsfläche M, N fallen die Maxima magnetischer Feldstärke zusammen mit dem Maxima elektrischer Feldstärke. Magnetische und elektrische Feldstärken sind also in der Weise einander zugeordnet, wie dies die Vektoren E und H andeuten. Senkrecht zu beiden steht der in der Richtung X-X weisende Vektor U des Energiestroms. Die elektrischen Kraftlinien liegen also in den Meridianebenen durch die Achse X-X und bilden geschlossene Kurven K, wie dies für die Meridianebene durch den Punkt M angedeutet ist.

Die neue Anordnung des Strahlers zum Spiegel erlaubt somit die Bildung eines schlauchartigen Strahls, der den Vorzug einer äußerst scharfen Bündelung hat und den Empfang durch eine Gegenstation nur dann gestattet, wenn Sende- und Empfangsstation genau aufeinander eingestellt sind.

Es ist selbstverständlich, daß man die geschilderte Wirkung auch auf andere Weise als durch die Anordnung nach Fig. 1 erreichen kann. Beispielsweise ist in Fig. 2 eine Anordnung dargestellt, bei welcher der elektrische Dipol durch einen magnetischen Dipol ersetzt wurde. Als magnetischer Dipol befindet sich im Brennpunkt und koaxial zum Spiegel ein von einem Hochfrequenzstrom durchflossener Kreisleiter. Diese Anordnung gibt ein Kraftlinienbild, welches mit dem der Fig. 3 übereinstimmt, wenn man in dieser die elektrischen und die magnetischen Kraftlinien miteinander vertauscht.

Die für einen Sender beschriebene Erfindung läßt sich ohne weiteres auch auf eine Spiegelanordnung anwenden, die zum Empfang dienen soll. Voraussetzung dabei ist, daß der zu empfangende Strahl die geschilderte schlauchartige Formation hat, denn nur bei solcher Ausbildung des zu empfangenden Strahles wird ein mit seiner Symmetrieebene in die Fortpflanzungsrichtung· eingestellter Strahler ansprechen. Die Ausbildung des Strahls entsprechend vorliegender Erfindung kann daher im Vergleich mit iner gewöhnlichen ebenen Welle als ein Sicherheitsschlüssel angesprochen werden, während die ebene Welle einen gewöhnlichen Schlüssel darstellt. Die viel kompliziertere Struktur des Strahls gegenüber der ebenen Welle bedingt

eine entsprechende Anpassung des Empfangs an die Sendewelle und daher eine weit höhere Sicherheit, daß die Empfangsstation nicht von irgendwelchen elektromagnetischen Störungen anderer Art zum Ansprechen gebracht wird. Der Empfang wird somit störungsfrei gemacht. Strahlen der geschilderten Art eignen sich auch besonders für Anwendungen bei der elektrischen Zugsicherung.

to Ferner empfiehlt sich die Anwendung von strukturierten, elektromagnetischen Strahlen mit Rotationsachse oder mit einer Symmetrieebene für alle Ortsbestimmungen, die mit Genauigkeit ausgeführt werden müssen, beispielsweise für Peilverfahren zum Festlegen von Fahrstraßen für Luft- und Wasserflugzeuge usw.

Die im Spiegel angeordneten Strahler können entweder Röhren oder mit Röhren über Hochfrequenzleitungen (Lechersyst'eme) verbundene Antennen sein. Statt eines rotationssymmetrischen Parabolspiegels kann auch ein Zylinderspiegel mit einer Parabel als Querschnitt verwendet werden. Stellt man bei dieser Anordnung die Achse des Dipols wieder in die Fortpflanzungsrichtung des den Spiegel verlassenden Strahls, also in die Achse des Parabelquerschnitts, so ist die den Spiegel verlassende Welle nicht mehr rotationssymmetrisch, wohl aber hat sie eine Symmetrieebene, nämlich die durch die Parabelachse und die Richtung der Mantellinien des Zylinders bestimmte Ebene.

Bei der üblichen Anordnung steht die Achse beispielsweise des elektrischen Dipols vertikal im Brennpunkt eines mit horizontaler Achse eingestellten Parabolspiegels. Das den Parabolspiegel verlassende Strahlenbündel ist dann über seinen ganzen Querschnitt mit guter Näherung linear polarisiert, in dem Sinne, daß in allen Punkten des Strahlenquerschnittes die elekirische Feldstärke angenähert vertikal, die magnetische Feldstärke aber angenähert horizontal gerichtet ist. Das Strahlenbündel entspricht also mit großer Genauigkeit einer räumlich begrenzten ebenen Welle.

Stellt man aber nach -vorliegender Erfindung die Achse des Dipols in die Achse des Parabolspiegels, also in Richtung der Fortpflanzung des Strahls, so entsteht der von der ebenen Welle völlig abweichende schlauchförmige Strahl.

Durch eine stetige Transformation kann die Struktur dieses Strahl nicht in die Struktur einer ebenen Welle übergeführt werden, genau so wie durch stetige Verformung eine Torusfläche nie in eine Kugelfläche überführt werden kann.

Nimmt man statt eines rotationssymmetrischen Parabolspiegels einen Parabolspiegel, dessen Querschnitt senkrecht zur Symmetrieachse eine Ellipse ergibt, so wird damit der Querschnitt des schlauchförmigen Strahls ebenfalls elliptisch deformiert und geht, wenn die große Achse des elliptischen Querschnittes unendlich gemacht wird, in den Fall des Strahls mit Symmetrieebene über.

Claims (8)

65 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Nachrichtenübermittlung mit kurzen elektrischen Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender ein räumlich inhomogenes, z. B. schlauchartiges Strahlenbündel aussendet und daß die Inhomogenität am Empfangsort zur Erhöhung der Selektivität benutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man vorzugsweise mit Ultrakurzwellen von Zentimeter- bzw. Dezimeterlänge arbeitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Strahlung eine Symmetrieebene oder eine Symmetrieachse besitzt, vorzugsweise aber rotationssymmetrisch strukturiert ist.

4. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahler ein elektrischer oder magnetischer Dipol verwendet wird.

5. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahler eine Röhre bzw. eine über Hochfrequenzleitungen (Lechersysteme) gespeiste Antenne Verwendung findet.

6. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als reflektierendes Mittel eine Spiegelanordnung benutzt wird.

7. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als reflektierendes Mittel Sekundärstrahler bzw. weitere Primärstrahler verwendet werden und die Wellenstruktur durch Interferenz gebildet wird.

8. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische oder elektrische Dipol mit der Achse in der Strahlrichtung bzw. in Richtung der Achse des reflektierenden Mittels angeordnet wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen