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Richtantennenanlage für Senden und Empfangen Die Erfindung bezieht
sich auf Richtantennenanlagen, wie sie gewöhnlich in Hochfrequenzsignalsystemen
benutzt werden. Solche Antexmenanlagen dienen dazu, eine einzige bevorzugte Richtung
für das Antennensystem zu erhalten.
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Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, selbsttätige Mittel vorzusehen,
um bei einer aus wenigstens zwei Teilantennen verschiedener Art, z. B. einer offenen
Antenne und einer Rahmenantenne, bestehenden Richtantennenanlage das Richtdiagramm,
für einen beträchtlichen Frequenzbereich konstant zu halten. Erreicht wird dies
dadurch, daß das Abstimmelement mit einem die gegenseitige Beeinflussung der beiden
Antennenkreise verändernden Element derart gekuppelt ist, daß bei jeder Einstellung
des Abstimmelements ein Richtdiagramm von im wesentlichen konstanter Form erhalten
wird.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Seitenbestimmung und
Störkompensation bei Peilempfängern, die eine Rahmen- und eine offene Antenne besitzen.
Sowohl bei der Seitenbestimmung (Beseitigung der Doppeldeutigkeit des Richtungssinnes),
als auch bei der Störkompensation (Beseitigung der von benachbarten Metallteilen
o. dgl. auf die Rahmen-Antenne wirkenden Rückstrahlungen) muß dafür Sorge getragen
werden, daß die Schwingungen -der- offenen Hilfsantenne Amplituden- und phasenrichtig
auf die Rahmenantenne übertragen werden. Bei den bisher bekannten Anlagen mußte
für jede Abstimmung des Systems eine besondere Einstellung von Hand vorgenommen
werden, um die gegenseitige Beeinflussung der beiden Antennenkreise entsprechend
der eingestellten Wellenlänge nachzuregeln. Lediglich der zur Veränderung des Wellenbereichs
dienende Wellenschalter veränderte den. - Wellenbereich gleichzeitig für den Abstimmkreis
und für die Kopplung zwischen offener Antenne und Rahmenantenne. Die Erfindung schlägt
demgegenüber vor, die Amplituden- und phasenrichtige Beeinflussung des Hilfsantennenkreises
durch den Rahmenantennenkreis in zwangsläufige Abhängigkeit von der Wellenabstimmung
zu bringen.
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Die folgende Beschreibung bezieht sich im besonderen auf die Kombination
von Antenne und Rahmenantenne, wie -man sie bei Radiopeilanlagen gewöhnlich benutzt.
Jedoch läßt sich das Prinzip der Erfindung auch ebenso bei anderen Konstruktionen
anwenden, z. B. an Strahlern oder Reflektoren, wie sie bei Hochfrequenzsignalanlagen
für kurze und ultrakurze Wellen benutzt werden. Die Erfindung würde in einem derartigen
Falle die Benutzung desselben Antennensystems zum Senden -und Empfangen einer Mehrzahl
von Wellenlängen ermöglichen, ohne daß die räumliche Anordnung
des
Antennensystems geändert zu werden braucht.
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Es ist bekannt, daß solche für Radiopeilung benutzte Antennenanlagen
gewöhnlich aus Antennen bestehen, die mit Rahmenantennen verbunden werden, und daß
das Richtdiagramm der kombinierten Antenne für die Wellenlänge, auf die die Antennenanlage
abgestimmt ist, gewöhnlich die Form einer Cardioide hat. Wenn man jedoch die Richtung
von Stationen mit Wellenlängen bestimmt, die von denen, auf die das Antennensystem
eingestellt ist, abweichen, so ändert sich, wie bekannt, die Form der Cardioide
und macht eine besondere Einstellung zur Feststellung der Richtung dieser Stationen
erforderlich. Dies ist ein erheblicher Nachteil bei selbsttätigen Peilanlagen in
Anbetracht der für diese besondere Einstellung erforderlichen Zeit, sofern man die
Doppeldeutigkeit des Richtungssinnes, der diese Peilanlagen unterworfen sind, vermeiden
will. Die erwähnte Formänderung des Richtdiagramms "der kombinierten Antenne in
Abhängigkeit von der zu empfangenden Wellenlänge entsteht durch die Veränderung
des Verhältnisses Antennenwirkung zu Rahmenwirkung in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
Die Änderung dieses Verhältnisses erklärt 'sich aus folgender Erscheinung.
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Die durch das elektromagnetische Feld, z. B. eines Senders, in der
Antenne erzeugte elektromotorische Kraft ist gegenüber der durch dasselbe elektromagnetische
Feld in einem praktisch an derselben Stelle angeordneten Rahmen erzeugten elektromotorischen
Kraft um go ° in der Phase verschoben. Wird sowohl Rahmenantenne wie Antenne abgestimmt,
so müssen offenbar, bevor die in beiden Gebilden erzeugten Ströme kombiniert werden,
Mittel vorgesehen sein, um die Phase des Stromes entweder. in der Antenne oder aber
im Rahmen um go ° zu verändern. Man erreicht diese Wirkung gewöhnlich durch induktive
Kopplung zwischen Antenne und Rahmen. Für eine gegebene Antennenstromstärke ändert
sich nun die von diesem Strom in dem Stromkreis der Rahmenantenne induzierte elektromotorische
Kraft proportional mit der Frequenz des induzierten Stromes.
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.Andererseits ändert sich auch die effektive Höhe des Rahmens proportional
mit der Frequenz, während die effektive Höhe einer kleinen Antenne über ein konstantes
Frequenzband innerhalb gewisser Grenzen im wesentlichen konstant bleibt.
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Will man nun für eine Antennenanlage mit Antenne und Rahmen ein Richtdiagramm
erhalten, das über einen weiten Frequenzbereich im wesentlichen die Form einer Cardioide
hat, so müssen folgende Bedingungen erfüllt sein: x. Zwischen der elektromotorischen
Kraft des Rahmens und der in dem. Stromkreis des Rahmens durch den Stromkreis der
Antenne induzierten elektromotorischen Kraft muß ein konstantes Verhältnis aufrechterhalten
werden.
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a. Der in dem Antennenschwingungskreis fließende Hochfrequenzstrom
muß mit der in dieser Antenne erzeugten elektromotorischen Kraft in Phase sein,
d. h, also, der Schwingungskreis der Antenne muß auf die Signalfrequenz abgestimmt
sein. Dann erzeugt dieser Strom in dem Stromkreis des Rahmens eine elektromotorische
Kraft derselben Phase wie die in diesem Stromkreis durch das anstoßende elektromagnetische
Feld unmittelbar induzierte elektromotorische Kraft. In diesem Falle addieren sich
die elektromotorischen Kräfte algebraisch.
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Ein konstantes Verhältnis zwischen den Amplituden der Ströme, die
in Antenne und Rahmen in Abhängigkeit von der Frequenz erzeugt werden, wird schon
fast selbsttätig dadurch erreicht, daß, wenn die effektive Höhe des Rahmens sich
proportional mit der Frequenz ändert, die induktive Kopplung zwischen Antenne- und
Rahmen in dem Stromkreis der Rahmenantenne eine elektromotorische Krafterzeugt,
die sich unter denselben Bedingungen ändert. Ein Mittel, um konstant dieselbe Phasenbeziehung
zwischen den in der-Antenne und in der Rahmenantenne erzeugten Strömen aufrechtzuerhalten,
trotz der Änderungen in den Empfangsfrequenzen, besteht darin, daß man die Abstimmung
des Antennenkreises gleichzeitig mit der Abstimmung des Rahmenkreises ändert. Um
diese Wirkung zu erzielen, wird erfindungsgemäß folgende Anordnung vorgeschlagen.
Der Abstimmkondensator der Rahmenantenne ist derart gebaut, daß er den einstellbaren
Abstimmkondensator des Antennenkreises mit antreibt. Diesem einstellbaren Kondensator
wird eine passende Maximalkapazität und eine Kapazitätskurve gegeben, die zur Erzielung
des angestrebten Ergebnisses geeignet ist.
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Ein anderes mehr oder weniger ähnliches System besteht darin, daß
man auf der Welle des Abstimmkondensators der Rahmenantenne einen Umschalter mit
mehreren Kontakten vorsieht und daß dieser Umschalter in dem abgestimmten Antennenkreis
zu einer Anfangskapazität zusätzliche feste Kapazitäten hinzufügt, deren Werte durch
Rechnung oder Versuch passend bestimmt werden können.
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Um größere Genauigkeit in der Einstellung der Amplitude der in Rahmen
und Antenne empfangenen Ströme zu ermöglichen, kann ein Widerstand passenden Wertes
in Reihe mit jeder der zusätzlichen Kapazitäten eingeführt werden, die durch den
Umschalter in den Stromkreis eingeschaltet werden. Man kann auch, um eine geeignete
Phasenbeziehung zu erhalten, die Induktanzen des Antennenkreises verändern,
die
Abstimmkapazität dagegen auf einem festen Wertlassen, oder man kann gleichzeitig
die Induktanzen und die Kapazität und/oder den Dämpfungswiderstand des abgestimmten
Kreises-ändern. Wird derselbe Abstimmkondensator für mehrere verschiedene Frequenzbänder
benutzt, so kann man sich einer ähnlichen Anordnung bedienen und Induktanzen passenden
Wertes mit Hilfe eines ähnlichen Umschalters einschalten und diesen Umschalter gleichzeitig
die Einstellung der Induktanzen des abgestimmten Antennenkreises vornehmen lassen.
Der Umschalter kann auch so geschaltet sein, daß er Dämpfungswiderstände in den
abgestimmten Kreis hineinbringt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt.
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Abb. i stellt eine Antennenanlage mit einer Antenne und einem Rahmen
dar.
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Abb.2 und 3 zeigen Abänderungen der in Abb. i dargestellten Anordnung.
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In Abb. i zeigt A eine Empfangsantenne und F eine Rahmenantenne. Der.
Rahmen F und die Antenne A sind mittels Induktivitäten LA und LF, LF' miteinander
gekoppelt. Im vorliegenden Falle sind die Induktanzen des Rahmenantennenkreises
-in zwei Teile LF und LF' geteilt, um die Rahmenantenne so weit wie möglich elektrisch
symmetrisch zu machen. Der abgestimmte Antennenkreis besteht aus Kapazitäten C in
Verbindung mit der Induktivität LA. Diese Kapazitäten können durch Drehung
des Schalters S geändert werden. Die Welle des Schalters S ist durch eine mechanische
Verbindung ML mit der Welle des Abstimmkondensators CF des Rahmens F gekoppelt.
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Die mechanische Verbindung zwischen dem Abstimmsystem des Rahmens
F und dem Phasenkorrektionssystem der Antenne gestattet, durch passende Wahl der
Kapazitäten C und CF ein Richtdiagramm für die Antennenanlage von über einen bestimmten
Frequenzbereich im wesentlichen konstanter Form zu erhalten. In dem abgestimmten
Antennenkreis kann ein Widerstand R eingeschaltet werden, um scharfe Phasenänderungen
infolge der Änderungen der Kapazität C zu vermeiden. Dieser Widerstand übt auf den
abgestimmten Antennenkreis eine dämpfende Wirkung aus. Die Antennenanlage A und
F kann mit irgendeiner Art von Einrichtungen, z. B. einem Peilapparat DF, verbunden
werden.
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Das mit der Antenne A verbundene Phasenkorrektionssystem ist innerhalb
des punktierten Rechtecks in Abb. i dargestellt und besteht aus einer veränderlichen
Kapazität C, die ihrerseits mehrere feste Kondensatoren nach Abb. i umfaßt; ebenso
kann der Phasenkorrektor veränderliche Induktanzen LA nach Abb. 2 oder eine veränderliche
Kapazität C nach Abb. 3 enthalten.
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In gewissen Fällen will man eine andere Kurve als eine Cardioide erhalten,
und zwar eine Kurve von solcher Form, daß, wenn das Empfangssystem in Verbindung
mit einem Peilapparat der erwähnten Art gebraucht wird, praktisch keine induzierte
EMK in dem Rahmen entsteht, wenn die Rahmenebene in der Fortpflanzungsrichtung des
elektromagnetischen Feldes der Sendestation liegt, und zwar unter einem möglichst
kleinen Winkel. Diese Wirkung kann in einer Peilanlage mit Rahmen durch eine unerwünschte
Antennenwirkung dieses Rahmens oder durch eine anormale Polarisation des magnetischen
Feldes gestört werden.
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Um nun die störende Nebenwirkung, wenn die Ebene des Rahmens in der
Fortpflanzungsrichtung des elektromagnetischen Feldes der betreffenden Station liegt,
auszugleichen, werden nach einem Merkmal der Erfindung Mittel vorgesehen, um die
auf Grund dieser Nebenwirkung entstandene EMK durch eine entgegengesetzte EMK aufzuheben,
die von dem Stromkreis benachbarten Antennen abgeleitet wird; diese benachbarte
Antenne kann die zu Beginn der Beschreibung erwähnte Antenne sein. ' Die Ausgleichs-EMK
kann dadurch erhalten werden, daß man eine kleine, in dem Stromkreis der erwähnten
benachbarten Antenne enthaltene Induktivität mit einer in dem Stromkreis des erwähnten
Rahmens liegenden Induktivität koppelt. Durch Regelung der Kopplung und/oder einer
oder beider der erwähnten Induktanzen läßt sich die störende Nebenwirkung aufheben.
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Die beschriebene Anordnung ist lediglich als Ausführungsbeispiel gedacht;
die Erfindung kann, daher auch in Gebilden durchaus anderer Art benutzt werden.