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Peilanordnung zur Vermeidung des Nachteffektes Die Erfindung bezieht
sich auf ein Rahmengoniorneter, bei dem zur Vermeidung des Nachteffektes mehrere
Drehrahmen und ein Goniometer verwendet werden.
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Eine einfache drehbare Rahmenantenne hat bekanntlich gegenüber einer
vertikal polarisierten Welle zwei Nullstellen, und zwar immer dann, wenn die Rahmenebene
senkrecht auf der Fortpflanzungsrichtung steht. Gegenüber einer schräg von oben
kommenden horizontal polarisierten Welle hat der Rahmen ebenfalls zwei Nullstellen,
die aber gegen die vorgenannten um 9o° verschoben sind; sie sind nämlich immer dann
vorhanden, wenn die Rahmenebene parallel zur Fortpflanzungsrichtung ist. Diese Eigenschaft
des Rahmens ist bekanntlich dieLrsache für seinen Nachteffekt. Es ist ferner bekannt,
den Nachteffekt zu beseitigen durch einen Doppelrahmen, bei dem zwei gleich große
Rahmen mit parallelen Ebenen und gemeinsamer horizontaler Achse etwas entfernt voneinander
um eine dazwischen befindliche vertikale Achse A,, drehbar angeordnet sind und die
Differenz der Rahmen-EMKK gemessen wird (Abb. i). Ist S die Senderrichtung und sind
R1 und R2 die Rahmen, deren Differenz-EMK im Empfänger E gemessen wird, so sieht
man, daß in der gezeichneten Stellung kein Empfang vorhanden ist. Denn für die vertikal
polarisierte Welle steht jeder dieser Rahmen gleichphasig im Maximum, und die Differenz
der EMKK ist Null, und für die horizontal polarisierte Welle steht jeder Rahmen
im Null; die D_fferenz der EMKK ist also ebenfalls Null, d. h. die Nullstelle kann
durch Nachteffekt nicht getrübt oder verlagert werden. Für eine aus der Richtung
S' kotnrnende Welle steht das System ebenfalls im Null, aber nur für die vertikal
polarisierte Welle, für die ja jeder Rahmen einzeln im Null steht, nicht aber für
die horizontal polarisierte Welle, da die EMK in R1 phasenverschoben ist gegen die
EMK in R2. Diese zweite Nullstelle ist also nicht nachteffektfrei. Bezeichnet a
den Winkel zwischen der Senderrichtung und den Rahmenebenen, so ist allgemein der
Empfang für die vertikal polarisierte Welle proportional sin (:2 a) und für die
horizontal polarisierte Welle proportional sing a.
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Falls Nachteffekt vorhanden ist, wird man also nur die erstgenannten
festen Nullstellen erhalten; bei Tage, wenn normalerweise nur die vertikal polarisierte
Welle vorhanden ist, erhält man vier feste Nullstellen. Wie ebenfalls bekannt, lassen
sich, diese beiden Nullstellenpaare
durch Umpolen eines Rahmens
unterscheiden, denn dienachteffektfreien Nullstellen verschwinden dann, die anderen
nicht.
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Der Nachteil dieser Anordnung besteht in ihrer sehr geringen Empfindlichkeit.
Denn die Empfangsamplitude ist A mal kleiner als die eines Rahmens allein, wenn
.1 die Wellenlänge und d den Abstand der beiden Rahmen bezeichnet. Aus Gründen der
Bedienbarkeit läßt sich aber der Abstand nicht über wenige Meter hinaus steigern.
Bei 3 m Abstand und iooo m Wellenlänge z. B. ist aber die Amplitude ioomal kleiner
als die eines einzigen Rahmens.
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Wenn bei einem einfachen Rahmen oder bei einem aus zwei Linearantennen
bestehenden richtungsempfindlichen Gebilde (z. B. Adcock-System) die Aufgabe großer
Empfindlichkeit und leichter Drehbarkeit zugleich vorliegt, so hilft man sich bekanntlich
damit, daß man statt des zu drehenden Antennengebildes zwei räumlich um go° versetzte
feste Gebilde anordnet und sie an ein Goniometer mit beweglicher Suchspule anschließt.
So kann man z. B. -statt eines Drehrahmens zwei rechtwinklig gekreuzte feste
Rahmen verwenden, wobei jeder Rahmen an eine der ebenfalls rechtwinklig gekreuzten
Feldspulen eines Goniometers anzuschließen ist. In dem von den Feldspulen erzeugten
Magnetfeld wird eine Suchspule gedreht, die an einen Empfänger angeschlossen ist
und deren EMK dieselbe Funktion des Drehwinkels befolgt wie die eines Drehrahmens.
Die Suchspule kann aus mehreren Spulen bestehen; meist ist sie dann fest angeordnet,
und die Feldspulen sind drehbar.
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Dieses bekannte Goniometerprinzip läßt sich nicht ohne weiteres auf
den Doppelrahmen übertragen. Würde man nämlich analog zu einem einfachen Rahmengoniometer
zwei gekreuzte Doppelrahmen R1 bis R4 an ein Goniometer G1, G2 anschließen, wie
in Abb. a dargestellt, so würde diese Anordnung zwar in den vier Stellungen, in
denen die Goniometerspule Dl, DZ nur mit einer der beiden Feldspulen gekoppelt ist,
den drehbaren Doppelrahmen ersetzen, nicht aber in den Zwischenstellungen. In der
Richtung 45' z. B. würde sich die EMK in der Suchspule Dl, D.. nur für eine der
Wellen aufheben, je nach der Schaltung der Feldspulen für die vertikal polarisierte
oder horizontal polarisierte. Man würde also in dieser Richtung, und auch in allen
anderen außer den vier genannten, keine gemeinsame Nullstellung für die beiden Wellen
erhalten, d. h. die Peilung wäre nicht nachteffektfrei. Auch eine Anordnung, bei
der vier um 45° versetzte feste Doppelrahmen an ein (4poliges) Goniometer angeschlossen
sind, ist nur an einzelnen Punkten nachteffektfrei, da die noch von der vertikal
polarisierten Welle an der Suchspule induzierte EMK mit dem Richtungswinkel nach
einem anderen Gesetz variiert als die von der horizontal polarisierten Welle induzierte.
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Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit dadurch beseitigt, daß auf
dem Umfang eines Kreises drei oder mehrere um ihre eigene Achse drehbare Rahmen
symmetrisch angeordnet und mit einer geeigneten Goniometeranordnung verbunden sind.
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In Abb. 3 ist eine derartige Anlage für vier Rahmen gezeigt. R1, R,
R", R4 sind vier vertikale Rahmen, deren Mittelpunkte symmetrisch auf einem Kreisumfang
verteilt sind. Je zwei diagonal gegenüberliegende sind in Differenzschaltung an
die Feldspulen G1, G= eines Goniometers angeschlossen. Alle vier Rahmen werden gleichzeitig
und um denselben Winkel gedreht (z. B. elektromechanisch), so daß ihre Ebenen ständig
parallel bleiben. Ferner wird immer gleichzeitig die Goniometersuchspule Dl, D#>
mitgedreht; sie ist so justiert, daß bei maximaler und ausschließlicher Kopplung
mit einer Feldspule die Ebenen der zugehörigen Rahmen senkrecht auf ihrer Verbindungslinie
stehen. Die in den Feldspulen fließenden Ströme sind gleichphasig für jede beliebige
Stellung der Rahmen (und damit der Suchspule); die Feldspulen werden so geschaltet,
daß ihre @lagnetfelde7 die Suchspule in entgegengesetztem Sinne induzieren.
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Bei jeder Senderrichtung S erhält man so ein scharfes Null für die
EMK in der Suchspule des Goniometers, wenn die Einzelrahmen in bezug auf die vertikal
polarisierte Welle im Maximum stehen; in bezug auf die horizontal polarisierte Welle
stehen dann alle Rahmen im Null, so daß ihre Differenz wieder Null ergibt, d. h.
das Null ist nachteffektfrei. Diese Goniometeranordnung benimmt sich also bei jeder
Senderrichtung wie der Doppelrahmen, hat aber den Vorteil, daß man die Einzelrahmen
weit auseinanderstellen und dadurch große Empfindlichkeit erreichen kann, ohne daß
die Bedienbarkeit leidet. Man kann ferner das Trägheitsmoment der zu drehenden Teile
weiterhin dadurch vermindern, daß man jeden einzelnen der Drehrahmen ersetzt durch
ein Kreuzrahmengoniometer. Statt des drehbaren Doppelrahmens erhält man auf diese
Weise bei dem gewählten Beispiel acht feste Rahmen mit fünf Goniometern.
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Bei Abwesenheit der horizontal polarisierten Welle, also praktisch
bei Tage, erhält man mit der erfindungsgemäßen Anordnung genau wie beim gewöhnlichen
Doppelrahmen vier scharfe und nicht wandernde Nullstellen. Die Unterscheidung des
nachteffektfreien und des
nicht nachteffektfreien. Nullstellenpaares
ist nicht wesentlich schwieriger als beim Doppelrahmen.. Zwar ist die Umschaltung
je eines Rahmens bei beiden Paaren kein unbedingt sicheres Kriterium, da in der
Richtung q.5° auch die nachteffektfreie Nullstelle erhalten bleibt, weil ja jetzt
die Wirkung der beiden Rahmenpaare auf die Goniometersuchspule genau gleich groß
ist. Dagegen sind die Nullstellen dann unterscheidbar, wenn ein Rahmen nach dem
anderen umgeschaltet wird; mindestens in einer dieser Umschaltungsstellen muß dann
die nacliteffektfreie Nullstelle verschwinden. Man kann auch eine richtungsunabhängige
EMK, z. B. die einer (Hilfs-) Antenne in der Mitte des Quadrates, der EMK des Goniometers
superponieren; dann wandern die Nullstellen, und zwar verschieden, wenn z. B. die
nachteffektfreie Nullstelle nach rechts wandert, wandert die nicht nachteifektfreie
nach links, und umgekehrt. Dadurch können, nach vorausgegangener Eichung mittels
eines der Richtung nach bekannten Senders, die Nullstellen eindeutig unterschieden
werden.
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Sofern die Nullstellen getrübt sind, was auf das Vorhandensein einer
um go° phasenverschobenen EMK schließen läßt, können sie dadurch enttrübt werden,
daß die EMK eines in der Mitte des Kreises befindlichen Rahmens mittels einer veränderlichen
Kopplung zu der des Goniometers hinzugefügt wird, da die EMK des ersteren ebenfalls
um go° phasenverschoben ist zu der Differenz-EMK -zweier Außenrahmen. Dieser Hilfsrahme@z
wird zweckmäßig gleichzeitig mit den Außenrahmen gedreht, so daß er zu ihnen immer
parallel ist und im nachteffektfreien Null von der horizontal polarisierten Welle
nicht beeinflußt wird. Bei dieser Anordnung kann der Hilfsrahmen auch zur Unterscheidung
der Nullstellen benutzt werden. Denn das nachteffektfreie Null kann durch Ankopplung
dieses Rahmens leicht enttrübt oder auch getrübt werden, das nicht nachteffektfreie
dagegen so gut wie nicht.
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Ist mittels einer der beschriebenen Methoden die Richtung eines Senders
bestimmt, so kann es noch erforderlich sein, zu wissen, auf welcher Seite der Sender
liegt. Zu diesem Zwecke wird auf den Eingangskreis des Empfängers außer dem Goniometer
und dein in der Mitte angeordneten Enttrübungsrahinen eine exzentrisch angeordnete
Antenne oder ein exzentrisch angeordneter Rahmen angekoppelt, z. B. ein den übrigen
Rahmen paralleler Rahmen, der in der Senderrichtung aus der Mitte des von den vier
Außenrahmen gebildeten Quadrates etwas herausgerückt ist. Da seine EMK ein gewisse
Phasenverschiebung hat gegenüber der EMK des Enttrübungsrahmens, wird sich die Nullstelle
etwas verschieben, und die Verschiebungsrichtung hängt davon ab, ob die Phase "verfrüht
oder verspätet ist, d. h. ob der Seitenbestimmungshilfsrahmen dem Sender näher oder
ferner ist als der Enttrübungsrahmen.
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Die beschriebene Anordnung läßt sich in beliebiger Weise ausbauen.
Es ist z. B. möglich, statt der vier auf dem Kreisumfang verteilten Rahmen drei
oder auch mehr als vier Rahmen zu verwenden.
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In Abb. a. ist z. B. eine nachteffektfreie Peilanordnung mit nur drei
auf einem Kreisbogen symmetrisch verteilten Rahmen R, bis R3 gezeigt. In diesem
speziellen Falle können nicht zwei Rahmen zu einem Paar zusammengefaßt und an eine
gemeinsame Feldspule der Goniometer angeschlossen werden, sondern es muß jedem Rahmen
eine besondere Feldspule zugeordnet werden, G, bis G3, die gegeneinander um je i2o°
versetzt . sind. Die Suchspule D, die gleichzeitig mit den Rahmen gedreht wird,
ist so justiert, daß sie mit jeder Feldspule dann entkoppelt ist, wenn der an diese
angeschlossene Rahmen so steht, daß seine Ebene durch den Mittelpunkt des Kreises
geht. Die EMK in der Suchspule hat bei völliger Symmetrie ein nachteffektfreies
Null, wenn die drei Rahmenebenen in der Senderrichtung S stehen. Alle oben für die
Anordnung mit vier Rahmen beschriebenen Maßnahmen zur Enttrübung, Seitenbestimmung
usw. können natürlich in gleicher Weise auf das Dreirahmengoniometer Anwendung finden.
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In Abb. 5 ist schließlich eine solche Dreirahmengoniometeranordnung
R, bis R3 auf einem Flugzeug F angebracht gezeichnet. Es ist somit möglich, eine
nachteffektfre.ie Navigation von einem Flugzeug aus durchzuführen.
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Die beschriebenen Anordnungen werden sich vor allem auf festen Bodenstationen
gut anwenden lassen. Sollten aber solche erfindungsgemäßen Mehrrahmengoniometeranordnungen
auf Flugzeugen Verwendung finden, so wird die Funkbeschickung der einzelnen Rahmen
voneinander verschieden sein. In diesem Falle kann in bekannter Weise für jeden
einzelnen Rahmen die Funkbeschickung berücksichtigt werden.
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Durch die angeführten beispielsweisen Ausführungsformen ist der Erfindungsgedanke
nicht erschöpft und kann in beliebiger Weise erweitert werden.