DE710632C - Verfahren zur Herstellung einer drahtlosen Richtverbindung - Google Patents

Description

T 44194

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer drahtlosen Richtverbindung, wobei die Entfernung der einzelnen Antennen vermindert oder sogar auf Null reduziert werden kann.

Es sind verschiedene Richtempfangssysteme bekannt, bei denen zwei oder mehr in einem Abstand voneinander angeordnete, gerichtete oder ungerichtete Antennensysteme auf einen gemeinsamen Empfänger wirken. Auch ist es bekannt, aus den Antennenströmen bei einem solchen System durch Überlagerungen mit einer gemeinsamen Uberlagerungs frequenz eine Zwischenfrequenz zu erhalten, die einem gemeinsamen Empfänger zugeführt wird, wcxbei eine Richtwirkung durch Phaseneinstellung in den einzelnen Zwischenfrequenzteilen erreicht wird.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer drahtlosen Richtverbindung derart durchgeführt, daß zwei oder mehrere in verschiedenen Richtungen gerichtete Richtantennen, deren Strahlungsdiagramme sich teilweise überdecken und die ein oder mehrere Winkelbereiche der Unempfindlichkeit aufweisen, bei ihrer Anordnung am "Sendeort von verschiedenen mit den gleichen Signalen modulierten Frequenzen gespeist sind, welche empfängerseitig paarweise in Stufen zu einer einzigen resultierenden Zwischenfrequenz kombiniert werden oder bei ihrer Anordnung am Empfangsort mit getrennten Zwischenfrequenzempfängern verbunden sind, welche die von verschiedenen Antennen aufgenommenen Wellen mittels getrennter Überlagerer in verschiedene Zwischenfrequenzen umwandeln, welche so gewählt sind, daß sie paarweise in Stufen zu einer einzigen resultierenden Zwischenf requenz kombiniert werden. _

Das Verfahren gemäß Erfindung sei an Hand der Abibildungen erläutert.

Es mögen zwei richtungsempfindliche Empfangsantennen, jede mit einem kardioidalen Empfandsdiagramm, vorhanden sein, die in bezug aufeinander gemäß Abb. 1 a und 1 b orientiert sind. Das gewünschte Signal bzw. seine Richtung ist in den beiden Abbildungen durch den Vektor I-o angedeutet. Aus dem Diagramm geht hervor, daß bei der Abb. 1 a _go das System im Bereiche des Winkels von angenähert 90⁰ (dargestellt durch die gestrichelte Fläche E) nicht empfindlich ist und ebenso das System der Abb. ib für den gleichen Winkel (aber für andere Richtungen), der durch die gestrichelte Fläche F dargestellt ist, gleichfalls unempfindlich ist. Es sei jetzt angenommen, daß zunächst die Antenne^

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Josef v. Plebanski in Warschau,

(Abb. i a) mit einem Empfänger verbunden ist (Abb. 2) und daß mit Hilfe eines Überlagerers H₁ die empfangene Welle auf eine Zwischenfrequenz I₁ A₁, z. B. auf 90 kHz, transponiert ist und daß die zweite Antenne B (Abb. ι b) einen zweiten Empfänger speist und dasselbe Signal mit Hilfe eines zweiten Überlagerers H₂ auf eine andere Zwischenfrequenz I₁ A₁, z.B. auf 130kHz, transponiert ist. Die an den Ausgängen erscheinenden Zwischenfrequenzen werden miteinander kombiniert und liefern eine Zwischenfrequenz zweiter Stufe I₂A₁₂, z. B. 130 kHz — 90 kHz = 40 kHz. Es ist klar, daß, wenn ein Signal von einer in die gestrichelten Flächen E (Abb. ia) oder F (Abb. ib) fallenden Richtung kommt, in beiden Fällen keine Signalenergie von der Zwischenfrequenz I₂-^₁₂ erzeugt wird, da im ersten Fall keine Schwebungskomponente mit Frequenz I₁^₁ und im zweiten Fall keine Schwebungskomponente mit Frequenz I₁ A₂ vorhanden ist.

Infolgedessen beträgt sich der Zwischenfrequenzverstärker I₂ A₁₂ so, als ob die Richtcharakteristik des ganzen Systems (Abb. 1 a und ι b) die Gestalt hätte, die in der Abb. 1 e dargestellt ist. Der Winkelbereich der Unempfmdlichkeit ist jetzt auf i8o° (L in Abb. ι e) angewachsen. Es sei jetzt angenommen, daß während des Empfangs der erwünschten aus der Richtung I-o ankommenden Signale (Abb. 1 a und 1 b) ein Störsignal aus der Richtung II-o kommt. Dieses Signal wird zwar von der Antenne der Abb. 1 b, aber nicht von der Antenne der Abb. 1 a empfangen.

In diesem Fall tritt das Störsignal nicht auf, wenn das gewünschte Nutzsignal nicht vorhanden ist; wenn aber das gewünschte Signal vorhanden ist, so erscheint auch das Störsignal im Empfänger. Das zeigt die Abb. 3. In dieser Abbildung ist I das gewünschte Telegraphiesignal, II ist das Störsignal; beide zusammen liefern das durch I + II dargestellte Diagramm. Hieraus ist klar, daß in den Pausenzeiten des Nut2signals keine Störungen erscheinen, daß aber während der Zeichenzeiten des Nutzsignals auch die Störungen empfangen werden. Denn die so Störungen bilden nur während der Zeichenperioden Schwebungen mit dem Nutzsignal. Dieser Umstand stört nicht und kann sogar nützlich sein, weil hierdurch das Nutzsignal verstärkt wird, z. B. wenn der Empfängerausgang mit einem Tonsender oder mit einer Gleichstrombrücke, die ihrerseits auf einen Registrierapparat arbeitet, verbunden ist. Auf dem beschriebenen Band oder im Ausgang des Tonsenders wird nämlich eine solche Störung nicht erscheinen. Das ist durch eine Begrenzungsvorrichtung bedingt, welche in der Regel sowieso mit solchen Apparaten verbunden ist. Das Ausgangssignal wird daher den Verlauf haben, wie in der Abb. 3 durch Qu dargestellt ist.

Dasselbe tritt bei atmosphärischen und anderen Störungen zufälligen Charakters ein, welche aus den Richtungen kommen, die in die gestrichelten Flächen E und F der Abb. 1 a und ι b fallen. Solche Störamplituden werden am Ausgang nur dann auftreten, wenn auch das gewünschte Nutzsignal vorhanden ist.

Kombiniert man zusammen vier Antennen mit kardioidalen Charakteristiken gemäß Abb. ia, rb, ic und id, die so angeordnet sind, daß der Unempfhidlichkeitsbereich allmählich vergrößert wird, so erhält man eine resultierende Richtcharakteristik, wie sie in der Abb. if dargestellt ist. Aus dieser Abbildung sieht man, daß eine solche Charakteristik innerhalb eines bestimmten Winkels eine praktisch konstante Empfangsstärke ergibt. Natürlich sind, um eine derartige Charakteristik zu erhalten, vier Zwischenfrequenzen erster Stufe mit vier entsprechenden -Kanälen (Abb. 2) notwendig: I₁ Ji₁,1₁ A₂,1₁ A₃ und I₁ A_t, welche z. B. 90 kHz, 130 kHz, 175 kHz und 200 kHz betragen können. Die beiden ersten Zwischeufrequenzen ergeben, miteinander überlagert, eine Zwischenfrequenz zweiter Stufe, I₂A₁₂, z.B. 130kHz — 9okHz = 4OkHz. Diebeiden anderen Zwischenfrequenzen erster Stufe ergeben zusammen eine zweite Zwischenfrequenz zweiter Stufe I₂ A₃₄, z. B. 200 kHz — 175 kHz = 25 kHz. Die beiden Zwischenfrequenzen zweiter Stufe I₂^₁₂ und I₂-^₃₄ werden dann wiederum kombiniert und ergeben eine Zwischenfrequenz dritter StufeI_sA_12Si, z.B. 40 kHz — 25 kHz = 15 kHz.

Wenn bei dieser Kombination die Richtcharakteristik der Abb. 1 c in der Uhrzeigerdrehrichtung und die Charakteristik der Abb. ι d in umgekehrter Richtung verdreht wird, so wird die resultierende Charakteristik der Kombination von vier Richtantennen immer schmaler, und es ist möglich, eine Charakteristik zu erreichen, wie sie in der Abb. ι g dargestellt ist. Die gleiche Charakteristik kann erhalten werden, wenn zwei no Systeme (deren jedes aus vier oben angegebenen richtungsempfindlichen Antennen besteht) kombiniert sind, wobei jedes System getrennt eine Charakteristik, ähnlich wie die nach Abb. 1, besitzt. Natürlich müssen in diesem Fall die beiden Systeme um einen kleinen Winkel, z. B. um etwa io°, gegeneinander gedreht werden.

Das System nach der Erfindung ist nicht auf Kombinationen aus vier oder aus acht Antennen beschränkt, sondern kann so viel Antennen, als gerade erforderlich, benutzen,

und' es ist auch nicht notwendig, daß die Einzelantennen gerade ein kardioidales Richtdiagramm besitzen. Wesentlich für das Verfahren gemäß Erfindung ist, daß jede in dia Kombination eingehende Antenne einen bestimmten Winkelbereich (oder mehrere) der Unempfindlichkeit besitzt.

In der Abb. 4 ist gezeigt, wie bei der Kombination aus η Richtungen die Kanäle mit-

to einander kombiniert werden können.

Statt in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen die Zwischenfrequenzen mit entsprechender Anzahl von Zwischenfrequenzverstärkern zu bilden, kann man auch nur einen einzigen Zwischenfrequenzverstärker zweiter Stufe benutzen, worin η erste Zwischenfrequenzen kombiniert sind. In diesem Falle muß jedoch dieser Zwischenfrequenzverstärker zweiter StufeIiA₁₂..._n (Abb. 5) äußerst selektiv und so eingerichtet sein, daß er nur eine der möglichen Kombinationen aus allen η ersten Zwischenfrequenzen ergibt, mit anderen Worten, daß er stets dann keinen Ausgang ergibt, wenn nur eine von den η ersten Zwischenfrequenzen erster Stufe fehlt. Natürlich ist dies sehr schwer zu erreichen, wenn man viele Zwischenfrequenzen erster Stufe hat, und es ist daher günstiger, die in der Abb. 4 dargestellte Anordnung zu verwenden.

Die resultierende Ausgangsfrequenz n_oa hat in jedem Fall die Form

n_Ott = +%±w₂±w₃+... ±n„,

worin n_u n₂.. .n_n die Zwischenfrequenzen erster Stufe bedeuten. Da das Verfahren nach der Erfindung vom Abstand zwischen den einzelnen Antennen unabhängig ist (wenn auch ein bestimmter Abstand unter Umständen vorgesehen werden kann), so kann man hierfür auch ein System aus einer Bellini-Tosi-Zweirahmenantenne benutzen, welche mit zwei, drei, vier ... (im allgemeinen n) Goniometerspulen verbunden ist, wobei femer jede Goniometerspule mit einem getrennten Empfängergerät und evtl. mit einer ungerichteten Vertikalantenne verbunden ist.

Noch bessere Resultate können mit einem Marconi-Adcock-System, wie in der Abb. 6 angedeutet, erzielt werden, worin nur ein Paar von Antennen dargestellt ist; die Goniometerspulen sind schematisch durch A₁ B ... Z angedeutet. Die Goniometerspulen können an einer gemeinschaftlichen Achse befestigt oder mechanisch miteinander gekuppelt werden, um simultan verstellt werden zu können (Steuergriff h, d, Abb. 6).

Um die gegenseitige Lage der Goniometerspulen zu den festen Spulen L₁, L₂.· .L_n genau zu sichern, können die letzteren so ange- ordnet werden, daß sie in bezug auf dieGoniometerspulen gedreht und verstellt werden können. Bei diesem verstellbaren Goniometer kann das gewünschte Signal an der Goniometerskala innerhalb 1 bis 30⁰ (Lautstärkemaximum) abgestimmt werden, entsprechend der eingestellten Richtcharakteristik des Systems. Es ist auch möglich, mit einer und derselben Antenne einen Komplex von mehreren Goniometersystemen zu kombinieren, um entweder mehrere Wellen derselben Länge gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen oder Wellen von verschiedenen Längen und verschiedenen Richtungen gleichzeitig zu empfangen.

Die oben beschriebenen Systeme haben, wie gezeigt, die Eigenschaft, durch Störungen, welche aus allen Richtungen mit Aus- < nähme der Richtung des Nutzsignals ankommen, nicht gestört, sondern unterstützt zu werden. Je mehr Störungen, z. B. atmosphärische Störungen u. dgl., vorhanden sind, desto größer ist die Empfangsstärke des Nutzsignals. Dieses System ist daher sehr richtungsempfindlich und eliminiert die atmosphärischen Störungen. Die Wirkung des Systems erinnert an die eines Tikker-Detektors, der in den früheren Entwicklungszeiten der Radiotechnik benutzt wurde. Die Rolle des Tikkers spielen hier die Störungen, welche nur im Falle des Empfangs des Nutzsignals go hörbar werden.

Natürlich hängt die Schärfe der Richtcharakteristik und das Verhältnis der Signalstärke zu Störpegel in hohem Maße von der Genauigkeit der Winkelbereiche der Unempfindlichkeit in jeder Antenneneinheit ab.

Es ist zu bemerken, daß die Charakteristiken, wie sie in den Abb. 1 f bis 1 g dargestellt sind, nicht die Bedeutung der bekannten Antennenempfangscharakteristiken, z. B-. bei bekannten Strahlwerfersystemen, haben und daß das Verhältnis der Signalstärke zu dem Störpegel daher nicht direkt aus diesen Charakteristiken abgeleitet werden kann. Wenn man annimmt, daß die Störungen gleichzeitig von allen Richtungen ankommen und genau synchronisiert sind, dann würde das vorgeschlagene System möglicherweise keine Verbesserung darstellen, da die Schwebungen zwischen solchen Störungen in allen Zwischenverstärkern (Abb. 2) vorhanden sein würden, sogar wenn das erwähnte Signal nicht da ist. Es ist jedoch bekannt, daß die Störungen kurze Stöße von zufälligem Charakter sind, und daß jeder Stoß aus einer vielleicht etwas unbestimmten aber innerhalb gewisser Grenzen liegenden Richtung kommt. Diese Richtung ändert sich natürlich für aufeinanderfolgende Stöße. Es ist nicht anzunehmen, daß praktisch die atmosphärischen Störungen ge- lao nau gleichzeitig aus allen Richtungen ankommen.

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Das Verhältnis der Signalstärke zum Geräuschniveau beim Verfahren nach der Erfindung beträgt z. B. etwa 1,15 Neper gegenüber 1,84 Neper bei bekannten Richtantennensystemen mit voneinander abstehenden Antennen, wenn die Störungen gleichzeitig aus allen Richtungen kommen. Das Verhältnis hängt natürlich von der Art der Störungen ab. Wenn eine Störung den Charakter eines stetigen Geräusches hat und aus mehreren Stößen' besteht, die nacheinander jeder aus der gleichen oder aus verschiedenen Richtungen kommen, aber sich zeitlich nicht überlappen, dann wird eine derartige Störung für das System nützlich sein und ein maximales Verhältnis der Signalstärke zum Geräusch ergeben.

Es muß jedoch angenommen werden, daß aller Wahrscheinlichkeit nach einige Störungen einander überlappen werden; falls die sich überlappenden Störungen beide in einen Unempfmdlichkeitsbereichswinkel irgendeiner von η Antenneneinheiten fallen, so werden sie eliminiert.

Die oben beschriebenen Systeme sind in erster Linie für den Empfang von Telegraphiersignalen gedacht, worin der Träger unterbrochen wird, z. B. stetige Wellenzüge - oder modulierte Wellenzüge, und sind sowohl 3» für lange als auch für kurze Wellen verwendbar. Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich auch für Hörempfang von modulierten (nicht unterbrochenen) Trägerwellen ohne den Gebrauch von Tonsendern und Begrenzern in der letzten Stufe; wenn auch bei solchen Übertragungen der Träger immer \^rorhanden ist und daher die Störungen nicht eliminiert werden können, so kann man doch die beschriebenen Systeme auch zur Richtungsbestimmung mit Hilfe von modulierten Signalen verwenden.

Falls es erwünscht ist, modulierte Trägerwellen mit Eliminierung von atmosphärischen und ähnlichen Störungen in der oben beschriebenen Weise zu empfangen, so muß ein geeignetes Modulationssystem benutzt werden. Wenn zur Modulation z. B. die Trägerwellenamplitude konstant ist und in an sich bekannter Weise entsprechend den modulierenden Frequenzen unterbrochen wird, entweder wie in der Abb. 7 (veränderliche Fläche) oder wie in der Abb. 8 (veränderliche Frequenz oder Dichte) gezeigt ist, so kann mit dem Verfahren nach der Erfindung die modulierten Trägerwellen (Telephonie) unter Eliminierung von atmosphärischen Störungen empfangen werden. ,

Das Verfahren nach der Erfindung kann auch in folgender Weise zum Senden verwendet werden:

Es sei z. B. angenommen, daß vier gerichtete Sendeantennen die Strahlungscharakteristiken nach den Abb. 1 a, 1 b, ic und 1 d besitzen und daß jede Antenneneinheit eine besondere Welle aussendet, z. B. 90 kHz, 130 kHz, 175 kHz und 200 kHz. Ferner sei angenommen, daß auf der Empfangsseite vier ungerichtete Antennen A₃ B₁ C, D vorhanden sind, die mit einem zugehörigen Empfänger, wie in der Abb. 2 gezeigt, verbunden und direkt oder unter Verwendung des Superheterodynprinzips auf die Frequenzen 90 kHz, 150 kHz, 175 kHz und 200 kHz abgestimmt sind.

Es ist klar, daß in diesem Falle das ganze Empfangssystem die aus vier Wellen bestehende Sendestrahlung gut empfangen wird, wenn das Empfangssystem sich in der Richtung 'der maximalen Strahlung der Charakteristiken i/ oder i_s befindet. Solche Systeme können für Radiobaken mit Vorteil verwendet werden.

Es sei bemerkt, daß bei den Anordnungen nach Abb. 2, 4, 5 nicht unbedingt notwendig ist, besondere Überlagerungsempfänger zu benutzen. Es können auch beliebige andere frequenzändernde Geräte zur Verwendung kommen (z.B. selbstschwingende Empfänger). Die Systeme nach Abb. 2, 4, 5 können auch bei Anlagen mit mehreren entfernt voneinanander angeordneten Antennensystemen zum Empfang über mehrere Kanäle verwendet werden, und zwar nicht nur für Telegraphie, sondern auch für Telephonie mit moduliertem Träger. In diesem Fall müssen die Anten- nen A, B,.C.. .Z (gerichtet oder nicht) in entsprechenden Entfernungen voneinander angeordnet werden. Empfang ist bei solchen Systemen möglich, da alle Zwischenfrequenzen von den relativen Phasen in den verschiedenen Antennen unabhängig sind.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Herstellung einer drahtlosen Richtverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere in verschiedenen Richtungen gerichtete Richtantennen, deren Strahlungsdiagramme sich teilweise überdecken und die ein oder π·> mehrere Winkelbereiche der Unempfindlichkeit aufweisen, bei ihrer Anordnung am Sendeort von verschiedenen mit den gleichen Signalen modulierten Frequenzen gespeist sind, welche empfängerseitigpaar- us weise in Stufen zu einer einzigen resultierenden Zwischenfrequenz kombiniert werden oder bei ihrer Anordnung am Empfangsort mit getrennten Zwischenfrequenzempfängern verbunden sind, welche die von verschiedenen Antennen aufgenommenen Wellen mittels getrennter Über-

   lagerer in verschiedene Zwischenfrequenzen umwandeln, welche so gewählt sind, daß sie paarweise in Stufen zu einer einzigen resultierenden Zwischenfrequenz kombiniert werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Anwendung von zwei oder mehreren Antennen, deren Richtcharakteristik kardioidenförmig ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anwendung von einer BeI-lini-Tosi-Antenne oder Marconi-Adcock-Antenne, die an zwei oder mehrere Goniometereinrichtungen angeschaltet ist, welche mit je einem getrennten Sender bzw. Empfänger verbunden sind.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Anwendung von mehreren Goniometergruppen, deren jede mit einer nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 arbeitenden Empfangsanlage verbunden ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden für Telegraphieverkehr, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle des gerichteten Empfangs in den letzten Stufen des Ausgangsverstärkers die Signalamplituden begrenzt werden. - _
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden für gerichteten Telephonieempfang, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale durch Frequenzmodulation oder eine andere bekannte Modulationsart, durch die die Amplitude der Trägerwelle nicht geändert wird, übertragen werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anwendung auf eine Anlage zum Empfang über mehrere Kanäle mit mehreren entfernt voneinander angeordneten Antennensystemen.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Richtungsbestimmung.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen