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Peilantennensystem zur Beseitigung des Nachteffektes mit einer Rahmen-und
einer Dipolantenne Der Vorschlag, den Nachteffekt eines normalen Peilrahmens dadurch
zu beseitigen bzw. zu vermindern, daß man einen horizontalen Dipol zuschaltet, der
auf das infolge der Drehung der Polarisationsebene bei der Reflexion an der Heavisideschicht
entsprechende horizontale elektrische Feld anspricht und durch geeignete Dimensionierung
und Einstellung seiner Kopplung im Empfänger eine Spannung von solcher Größe erzeugt,
daß sie der durch den Rahmen übertragenen, ebenfalls von der Drehung der Polarisationsebene
an der Heavisideschicht herrührenden schädlichen Spannung das Gleichgewicht hält,
ist bekannt. Es läßt sich auch unter der Annahme einer vollkommenen Reflexion der
einfallenden elektromagnetischen Welle an der Erdoberfläche theoretisch beweisen,
daß ein solches Gleichgewicht in bezug auf die Phase und die Amplitude möglich ist.
Ein praktischer Versuch über normalem Gelände zeigt aber, daß der Nachteffekt des
Rahmens auf diese Weise nicht kompensiert werden kann, daß vielmehr trotz der Zuschaltung
des Dipols ebenfalls Peilwanderungen auftreten, die bald größer, bald kleiner sind
als die des Rahmens ohne Dipol. Das Versagen dieser Methode hat folgende Ursache:
Damit die im Dipol erzeugte Spannung die schädliche Rahmenspannung genau kompensieren
kann, müssen beide nach Amplitude und Phase übereinstimmen, wobei die Amplitudenhedng
durch geeignete Ankopplung immer erfüllt werden kann. Die Dipolspannung ist aber
nur dann in Phase mit der Rahmenspannung, wenn die Erde die auftreffenden elektromagnetischen
Wellen vollkommen reflektiert, was z. B. bei Meerwasser nahezu der Fall ist, im
allgemeinen aber nicht, z. B. bei Flachland, wie kurz gezeigt werden soll.
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Es sei in Abb. I die horizontale Komponente der einfallenden elektrischen
bzw. magnetischen Feldstärke durch den Pfeil AB dargestellt. Bei vollkommener Reflexion
ist die reflektierte magnetische Feldstärke gleichphasig mit der einfallenden und
ebenso groß (BC), die reflektierte elektrische Feldstärke gegenphasig und ebenso
groß (BA). Als resultierende magnetische Feldstärke am Erdboden
ergibt
sich daher AC = 2 AB, als resultierende elektrische Feldstärke AB - BA = o. In der
Höhe # über dem Erdboden, in der sich Rahmen und Dipol befinden, sind. einfallende
und reflektierte Welle um einen. bestimmten Winkel cm phasenverschoben, und 4h .
-, zwar um o= sin a, wenn a den Erhebungswinkel zwischen der Richtung der einfallenden
Welle der Horizontalebene bezeichnet. Wenn also in Abb. I AB wieder Betrag und Phase
der einfallenden elektrischen bzw. magnetischen Feldstärke in der Höhe S darstellt,
so ist die reflektierte elektrische Feldstärke BS' und die reflektierte magnetische
Feldstärke BC'. Die resultierende elektrische Feldstärke wird also durch AA' und
die resultierende magnetische Feldstärke durch AC' dargestellt. AA' und AC' stehen
aber, wie man im Diagramm sieht, bei beliebigem Winkel immer senkrecht aufeinander,
d. h. sie sind um genau 900 phasenverschoben. Da aber die im Rahmen erzeugte Spannung
der magnetischen Feldstärke wiederum um go0 nacheilt, während die im Dipol erzeugte
mit der elektrischen Feldstärke gleichphasig ist, so sind Rahmen-und Dipolspannung
immer in Phase, wie groß auch immer die Phasenverschiebung zwischen einfallender
und reflektierter Welle sein mag.
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Wesentlich anders liegt aber der Fall, wenn die reflektierende Schicht
eine relativ geringe Leitfähigkeit besitzt (z. B. Süßwasser, Flachland), so daß
die Amplitude der reflektierten Welle (BA, bzw. BCo) geringer ist als die Amplitude
der einfallenden Welle.
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Da, wie die Theorie zeigt, eine Verminderung der Reflexion immer begleitet
ist von einer Phasendrehung nu der reflektierenden Welle, wird, wie Abb. 2 zeigt,
die resultierende elektrische Feldstärke an der Erdoberfläche jetzt gleich dem Pfeil
AA,, der gegenüber der einfallenden elektrischen Feldstärke um fast genau 450 phasenverschoben
ist; die magnetische Feldstärke ist durch den Pfeil AC, dargestellt. In der Höhe
im über dem Erdboden kommt nun die bereits erwähnte weitere Phasenverschiebung v
hinzu, so daß die resultierende elektrische Feldstärke durch den Pfeil AA', die
magnetische Feldstärke durch den Pfeil AC' dargestellt wird. Wie man sieht, stehen
AA' und AC' nicht mehr aufeinander senkrecht, d. h. Rahmen- und Dipolspannung sind
nicht mehr in Phase. Dadurch ist aber auch die Kompensation der schädlichen Rahmenspannung
durch die eines Horizontaldipols nicht mehr möglich.
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Erfindungsgemäß sind nun Mittel vorgesehen, um auch mit einem Rahmen
über einer schlecht leitenden Oberfläche, z. B. der Erdoberfläche, eine Kompensation
des Nachteffektes durch einen Horizontaldipol zu ermöglichen. Gemäß der Erfindung
soll der nachteilige Einfluß der unvollkommenen Re-Reflexion der elektromagnetischen
Wellen an r Erdoberfläche auf den Dipol dadurch be-Mitigt werden, daß die Phase
der Dipolspannung derjenigen der Rahmenspannung angeglichen. wird.
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Die Einwirkung der elektrischen Restfeldstärke auf die Phase der
Dipolspannung kann man z. B. dadurch wesentlich vermindern, daß man den Dipol hoch
über dem Erdboden anbringt. Dadurch wird (siehe Abb. 2) ç groß gegen , und der Einfluß
des Pfeiles AA0 auf die Richtung des Pfeiles AA' wird verringert. Die Mindesthöhe
des Dipols über der Erde, die für eine brauchbare Kompensation erforderlich ist,
beträgt 1/3 .1/A- Die bisher verwendeten Höhen von etwa 2 bis 3 m reichen also nur
für Wellen unter IOO m aus.
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Man kann auch die elektrische Restfeldstärke am Erdboden dadurch
eliminieren, daß man einen zweiten Dipol unterhalb des ersten, z. B. in geringerer
Höhe über dem Erdboden, anbringt und seine Spannung der des oberen Dipols gegenschaltet
(Abb. 3).
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Da aber der für den verfolgten Zweck schädliche, jedoch unvermeidliche
Vertikaleffekt eines solchen Dipols mit seinen Zuleitungen sehr viel (etwa IOO-
bis 200mal) größer ist als der gewünschte Horizontaleffekt, muß jener durch peinliche
Symmetrierung des Dipols und seiner Koppelglieder eliminiert werden, wozu besondere
Hilfsmittel, z.
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Differentialkondensator, erforderlich sind.
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Endlich kann man, statt die Phase der Dipolspannung selbst zu beeinflussen,
die Phase der Ströme im Dipol und im Rahmen einander angleichen, so daß die im Empfängerkreis
induzierten Spannungen gleich- bzw. gegenphasig werden (Abb. 4). Diese Angleichung
der Stromphasen kann z. B. in an sich bekannter Weise durch einen Ohmschen Widerstand
R erfolgen, der je nach der Schaltung bzw. Abstimmung in den Dipol-oder in den Rahmenkreis
gelegt wird.
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Selbstverständlich können auch die einzelnen Maßnahmen kombiniert
werden; z. B. kann der Dipol erhöht angebracht und die restliche Phasenverschiebung
der Dipolspannung im Strom korrigiert werden.