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Drahtloses Peilempfangssystem Die vorliegende Erfindung betrifft ein
drahtloses Peilempfangssystem mit direkter Ablesung. Gewöhnlich enthält das Ant,en,nen.
system von Pfeilern mit direkter Ablesung einen oder mehrere Drehrahmen. - Der hochfrequente
Strom, der durch die einfallenden Wellen erzeugt wird, ist mit der Rotationsfrequenz
des Rahmens moduliert und wird dem Strom überlagert, der von ,einer ungerichteten
Antenne aufgenommen wird.
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Es ist auch bereits bekennt, ,einen rotierenden Rahmen mit Hilfe
zweier bester giekreuzter Rahmen in der Weise nachzubilden, daß die Energiezufuhr
der beiden Rahmen zu dem gemeinsamen Empfänger im Rhythmus einer Niederfrequenz
mit einer gegenseitigen Phas-enverschiebung von. 900 geändert wird, so daß die aus
den Empfangsspannungen ableitbare Niederfrequenz seine Phasenlage besitzt, die von
der Einfallsrichtung der Wel- -len abhängig ist. Diese bekannte Einrichtung besitzt
jedoch den Nachteil, daß die Änderung der Energiezufuhr von den beiden Rahmenkreisen
zu dem gemeinsamen Empfänger durch periodische Veränderung der Anodenspannungen
zweier Verstärkerröhren, also durch eine Anodenspannungsmodulation, erfolgt. Da
jedoch die Richtigkeit der erhaltenden Anzeige davon abhängt, daß sowohl -die Verstärkung
als auch die erstrebte Modulationstiefe in beiden Eingangskreisen einander gleich
sind, verlangt diese Einrichtung übereinstimmende Modulationskennlinien und damit
eine genaue Einregelung der Betriebsspannungen. Eine Auswechselung von. Röhren im
Betrieb- ist daher nicht phne wheitieres möglich.
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Diese Nachteile werden gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden,
daß die - Änderung der dem Empfänger zugeführten
Rahmenenergien
durch Dioden oder Gleichrichter mit ähnlichem Kennlinienverlauf erfolgt, deren Arbeitspunkt
durch die steuernde Niederfrequenz derart verlagert wird, daß der für die Hochfrequenz
r gebende Widerstand zwischen einem hohen Sperrwert und einem geringen Durchlaßwert
sprunghaft wechselt und daß für den Phasenvergleich die Grundwelle des durch die
Umschaltung entstehenden Niederfrequenzgemisches ausgesiebt wird.
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Es werden daher hier bei der Umschaltung im wesentlichen ganz bestimmte
Kennlinienwerte durchlaufen, und es ist natürlich, wie im folgenden noch dargelegt
wird, leicht, die Schaltkreise so zu bemessen, daß etwa vorhandene Unterschiedlichkeiten
in diesen Werten praktisch keinen Einfluß mehr auf die erhaltene Anzeige ausüben.
Die genaue Einregelung der Betriebsbedingungen, insbesondere beim Auswechseln Jeder
Röhren, fällt. daher bei dieser Anordnung weg.
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Es soll zunächst bewiesen werden, daß auch durch die erfindungsgemäß
erfolgende sprunghafte Umschaltung der beiden Rahmen der Fall eines Drehrahmens
nachgebildet werden kann.
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Die in einem Drehrahmen durch ein senkrecht zur Rotationsachse verlaufendes
Hochfrequenzfeld erzeugte Spannung besitzt die Form e = E0 sin # t . sin (# t +
#), wobei # die Kreisfrequenz de sFeldes ist.
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# 1 2# = t + F0 ist die Rotationsfrequenz des Rahmens, und # stellt
den Winkel dar, der durch die Einfallsebene der Welle und die Ebene des Rahmens
m Zeitpunkt t = 0 gebildet wird.
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Im folgenden sollen zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Rahmen
betrachtet werden, die in ihrer Wirkung einem Drehrahmen entsprechen und die so
liegen, daß sie mit der Ausgangsstellung (t = o) des Drehrahmens die Winkel o und
900 einschließen.
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Es soll vorausgesetzt werden, daß das Vorzeichen der Spannung des
ersten Rahmens 3T zur Zeit 0, T/2, T, ... umgepolt wird und 2 daß dieselbe Umpolung
im Stromkreis des 3T 5T zweiten Rahmens zu den Zeiten T/4, , , 4 4 erfolgt.
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4 Die in den Kreisen der beiden Rahmen erzeugten Spannungen werden
dann folgende Form haben: e1 = (#) E0 cos # . sin #t = E0 sin #t . cos # . f1 (#t),
e2 = (#) E0 sin # . sin #t = E0 sin #t . cos # . f2 (#t).
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Die Funktionen f1 und 12 können durch die Fourierreihen dargestellt
werden:
Die in einem gemeinsamen Koppelkreis auftretenden, e, und e2 proportionalen Spannungen
werden z. B. mit der Empfangsspannung einer ungerichteten Antenne zusammen-1gesetzt,
welche gleiche hochfrequente Phase, aber eine sehr lriel größere Amplitude als e1|
+ |e2| besitzt. Die resultierende Spannung hat hat dann die Form:
Man kann das erste Glied dieser Reihe leicht aussieben. Dieser Ausdruck entspricht
bis auf einen konstanten Faktor dem gleichgerichteten Strom, den man erhält, wenn
man
die Spannung e eines Drehrahmens der Spannung A sin # t einer Antenne überlagert.
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Das System der beiden rechtwinkligen Rahmen, die periodisch umgepolt
werden, stellt daher das elektrische Ebenbild eines sich drehenden Rahmens dar.
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Eine analoge Überlegung lerlaubt zu zeigen, daß mlan auch durch periodisches
Kurzschließen der Rahmen ein dem Vorstehenden ähnliches Resultat erhält.
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Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt die Umschaltung der Spannungen
der Rahmen, wie oben dargelegt, auf elektrischem Wege, indem jeder der beiden Rahmen
auf einen Kreis gekoppelt wird, der Gleichrichterröhren (oder andere Gleichrichter
mit analogen Charakteristiken) enthält, die z. B. durch je eine Phasenspannung eines
zweiphasigen Generators tiefer Frequenz gesteuert werden. Eine Ausführung des Antennensystems-und
der Eingangsstufen eines Reilers, wie sie der vorliegenden Erfindung entspricht,
ist in Abb. I dargestellt. Die rechtwinkligen Rahmen C und C' sind mit den Primärwicklungen
der Hochfrequenzübertrager T1 und T2 verbunden. Diese Übertrager enthalten vornehmlich
einen magnetischen Kern, beispielsweise aus gepulvertem, zusammengepreßtem, magnetischem
Material oder einem entsprechenden anderen Material. Die Mitten der Primärwicklungen
und je ein Ende der Sekundärwicklungen liegen an Erde. Die Sekundärkreise enthalten
die Abstimmkondensatoren CV1 tmd CV2, die über die Kopplungskondensatoren C2 zu
den Steuergittern - der Schirmgitterröhren E1 und E2 führen. Zur Umpolung dienen
die indirekt geheizten Röhren Vi und V2 (die Heizkreise Ch sind nicht dargestellt),
welche über die Niderfrequenztransformatoren To und Tot von den Spannungen Ui und
U2 der beiden Phase 1 und 2 eines zweiphasigen Generators der Frequenz F0 gespeist
werden.
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Diese Frequenz beträgt im allgemeinen 20 bis 200 Perioden pro Sekunde.
Parallel zu den Sekundärwicklungen der Transformatoren T0 und T0' liegen Kondensatoren
C1, welche die Hochfrequenz hindurchlassen.
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Die Arbeitsweise der Umschaltung der Röhren soll im folgenden erklärt
werden.
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Wenn der Augenblickswert der über den Tranformator T0 zugeführten
niederfrequenten Spannung zwischen der Kathode der Röhre V1 und Erde positiv ist,
dann stellt diese Röhre einen sehr hoben Widerstand dar, und der Kreis CV1 ist nicht
bedämpft.
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In dem Augenblick, in dem das Kathoden potential negativ wird, fällt
der Widerstand des Rohres V1 der parallel zum Kreis CV1 liegt, plötzlich ab, und
die auf das Gitter von E1 übertragene hochfrequente Spannung wird stark vermindert.
Da das Rohr V2 durch die Phase 2 des Generators gesteuert wird, ist die Spannung
des Kreises CV2 um eine Viertelperiode der Niederfrequenzspannung, ents-prechend
der oben aufgestellten Theorie, verschoben.
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Die Anoden der Röhren E1 und -E2, die miteinander verbunden sind,
führen zu einem abgestimmten Kreis CV3, an den der Anodenkreis des Rohres E3, dessen
Gitter über einen Kondensator an eine ungerichtete Antenne A angeschlossen ist,
symmetrisch angekoppelt wird. Die Spannung dieser ungerichteten Antenne kann mit
Hilfe der regelbaren Kapazität I( verändert werden.
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Die resultierende Spannung, die im Kreis CV3 erhalten wird, liegt
über die Verbindungsleitung G an einem Hochfrequenzverstärker (nicht gezeichnet)
mit oder ohne Überlagerung. Daran schließt sich eine Detektorröhre und ein Filter;
das nur den gleichgerichteten Strom der Frequenz F0 hindurchläßt. Dieser Strom und
zwei von den beiden Phasen des Niederfrequnzgenerators abgenommene Spannungen speisen
die Phasenanzeigeanordnung, die den Wert H der Phasenverschiebung des Stromes J
. sin (#t + H) gegenüber den Spannungen UL = sin Q und U2 = U . cos #t anzeigt.
Man kann alle Anzeigeorgane verwenden, ,die für einen Pfeiler mit rotierendem Rahmen
brauchbar sind.
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Die genaue Arbeitsweise des in Abb. I dargestellten Systems bedingt
eine gleichzeitige Abstimmung der Kreise CV1 und CV2. Der durch eine unwesentliche
Verstimmung hervorgerufene Fehler nimmt um so mehr an Größe zu; je mehr man die
Spannungserhöhungs (Resonanzeinstellung) der Kreise verbessert. Es ist also notwendig,
die verwendete Resonanzschärfe der erzielbaren Genauigkeit in der Einstellung der
Kondensatoren anzupassen. Ein parallel zum Abstimmkondensator liegender Widerstand
von angemessener Größe vermindert die Fehler infolge der auftretenden Bedämpfung
Die Röhren Ei und E2 sind so gewählt, daß sie die von den beiden Rahmen herrührenden
Spannungen gLeichmäßig verstärken. Diese Bedingung ist leichter mit den handelsüblichen
Röhren zu erfüllen als eine völlige Übereinstimmung ihrer Kennlinien; das wäre unerläßlich
für den Fall, daß diese Röhren .als Modulatorröhren ,arbeiten sollen. Was die Röhren
Vi und V2 anbetrifft, so treten die eventuellen Unter schiede in ihren Charakteristiken
praktisch nicht hervor.
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Die Ausführung der Eingangskreise, wie sie in Abb. 2 und 3 dargestellt
sind, unterscheiden sich von dem System der Abb. 1 durch die Art der Überlagerung
der einzelnen Spannungen. Die beiden Rahmen werden hierbei auf denselben abgestimmten
Kreis gekoppelt.
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Die Umschaltung der Rohren, wie sie in Abb. 2 dargestellt ist, erfolgt
auf folgende Art: Jeder Kopplungstransformator T1 und T2 besitzt zwei Sekundärwicklungen,
die umgekehrten Wieklungssinn aufweisen. Verfolgt man das Vorzeichen der niederfrequenten
Spannung, die am Sekundärkreis des Transformators T0 liegt, so ist die eine oder
andere der beiden Sekundärwicklungen durch diejenige der Röhren Vt abgeschaltet,
deren Kathode gerade positiv ist. Die Hochfrequenzspannung im ersten Rahmen ändert
ihr Vorzeichen mit der Spannung U1 zsw.
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Man erkennt, daß infolge der Symmetrie der Umschaltung die Eingangskreise
dauernd scharf ,abgestimmt sind mit Ausnahme des kurzen Zeitintervalls, in welchem
der Zeichenwechsel der Spannungen U1 bzw. U2 erfolgt.
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Der Wiederstand des Rohres, der die Hochfrequenz hindurchläßt, muß
so klein wie möglich sein, denn er kann die Dämpfung des abgestimmten Kreis es erheblich
verm ehren.
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Man kann diesen Effekt vermindern, indem man den Wert der Selbstinduktion
L vermindert.
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Um die Spannungserhöhung des Kreises und somit die Verstärkung zu
verbessern, ist ein zweiter abgestimmter Kr'eis mit größerer Spannungserhöhung (Resonanz)
auf den Eingangskreis gekoppelt. Die Kopplung befindet sich in der Gegend des kritischen
Wertes. Die antenne A ist direkt auf den abgestimmten Sekundärkreis gekoppelt. (Das
setzt voraus, daß die effektive Höhe von A genügend groß ist.) Die Schaltung nach
Abb. 3 unterscheidet sich von der vorhergehenden durch die Arbeitsweise der Röhren.
Jeder der Transformatoren T1 und T2 besitzt fünf Wicklungen, die auf einen stabförmigen
Kern magnetischen Materials aufgebracht sind. Die beiden äußersten Wicllungen, die
im umgekehrten Sinne gewickelt sind, sind mit dem Rahmen verbunden. Die in der Mitte
befindliche Wicklung bildet einen Teil des ersten abgestimmten Kreises und befindet
sich zwischen zwei Sperwicklungen, die sich in den Röhrenkreisen befinden. Die niederfrequente
Spannung, die den Röhren zugeführt wird, wird auf die eine oder die andere der Sperrwicklungen
gegeben. Die gegenseitige Induktivität zwischen dem Rahmenkreis und dem abgestimmten
Kreis ändert das Vorzeichen mit der Spannung der Phase, die dem - Niederfrequenztransformator
zugeführt wird. Die oben angestellten Betrachtungen über die Symmetrie, die- Dämpfung
und die Spannungsüberhöhung (Resonanz) beziehen sich ebenfalls auf das Schema der
Abb. 3.