DE748383C - Sendeanordnung zur Erzeugung von vier Kursrichtungen - Google Patents

Sendeanordnung zur Erzeugung von vier Kursrichtungen

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DE748383C
DE748383C DEI65578D DEI0065578D DE748383C DE 748383 C DE748383 C DE 748383C DE I65578 D DEI65578 D DE I65578D DE I0065578 D DEI0065578 D DE I0065578D DE 748383 C DE748383 C DE 748383C
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DE
Germany
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lines
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line
dipole
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Expired
Application number
DEI65578D
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English (en)
Inventor
Edward N Wendell
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International Standard Electric Corp
Original Assignee
International Standard Electric Corp
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/24Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

  • Sendeanordnung zur Erzeugung von vier Kursrichtungen Zur Festlegung vonKursrichtungen bedient man sich in der Navigation der sogenannten Leitstrahlsender. Die Richturigen sind dann durch das Vorhandensein zweier unterscheidbarer Strahlungen gleicher Intensität kenntlich.
  • In vielen Fällen handelt es sich dabei um die Festlegung von vier Kursrichtungen, die radial und meist orthogonal vom Sendeort ausgehen. Zu diesem Zwecke werden vier einzelne Vertikalstrahler auf den Eckpunkten eines Quadrates aufgestellt und entweder je zwei gegenüberliegende abwechselnd gespeist oder alle vier mit je goo unterschiedlicher Phase, wobei die Phase von zwei gegenüberliegenden in einem Tastrhythmus vertauscht wird.
  • Es ist auch bekannt, mit Hilfe nur zweier Strahler vier Richtungen zu kennzeichnen, indem diese Strahler einen ganz bestimmten Abstand, nämlich von einer halben Wellenlänge, erhalten und dann abwechselnd gleich-und gegenphasig gespeist werden. Dies kann jedoch nicht ohne völlige Unterbrechung der Strahlungsenergie während des Schaltüberganges erfolgen, so daß auch der Feldstärkewechsel nicht stetig erfolgt und die Beobachtung der Kursanzeige sehr erschwert wird. Das gleiche gilt übrigens für die Vierstrahleranordnung.
  • Die Erfindung will diesen Mangel vermeiden und gleichzeitig mit einem Mindestaufwand an Antennen auskommen. Wie noch näher ausgeführt wird, genügen gemäß der Erfindung drei einzelne Strahler für den beabsichtigten Zweck, wenn diese so aufgestellt «-erden, daß sie einen gleichschenklig rechten Winkel bilden. Die Speisung vom Sender aus erfolgt in der Weise, daß die Hochfrequenz_-energie dem die Spitze des Winkels bildenden Strahler (Dipol) unmittelbar und von dort über Verbindungsleitungen, deren elektrische Länge einer halben Wellenlänge entspricht, den beiden anderen Dipolen zugeführt wird, während in der elektrischen Mitte der Verbindungsleitungen abwechselnd der Widerstand Null und Unendlich erzeugt wird.
  • Durch dieses abwechselnde Kurzschließen und Öffnen in der Mitte der ,112 langen Verbindungsleitungen (@ = Wellenlänge) wird also erreicht, daß jeweils der mittlere Dipol zusammen mit einem der beiden übrigen strahlt. wobei die Horizontalcharakteristik der Strahlung die bekannte Form eines Doppelkreises aufweist. Denn im Falle des Kurzschlusses ist einmal die Energiezufuhr zu dem an der betreffenden Verbindungsleitung angeschlossenen Strahler gesperrt. Gleichzeitig ist eine Rückwirkung des Kurzschlusses auf den unmittelbar gespeisten (mittleren) Strahler und damit auf den Sender vermieden, denn der Kurzschluß erfolgt am Ende einer Doppelleitung von l/4 2 Länge, wirkt also vom Speisepunkt des mittleren Dipols aus gesehen als Widerstand Unendlich.
  • Andererseits ist auch in einfachster Weise erreicht, daß der jeweils nicht gespeiste Strahler elektrisch unwirksam ist. Denn die restliche, mit diesen Strahlern verbundene Hälfte der Verbindungsleitung erzeugt im Kurzschlußzustand gleichfalls den Widerstand Unendlich am Speisepunkt dieser Strahler. Deren Mitschwingen infolge Strahlungskopplung kann also verhindert werden, sofern sie als Dipole die elektrische Länge h/2 besitzen.
  • An sich ist die rückwirkungsfreie Energiesteuerung bei Leitstrahlsendern bekannt. Ihre Anwendung im Zusammenhang mit der neuen Dreieckanordnung der Strahler erweist sich als besonders vorteilhaft.
  • Das Wesen des Erfindungsgegenstandes ,v ird nun an Hand der Figuren näher erläutert.
  • Die Fig. i zeigt vertikale Dipolantennen i, 2 und 3, die an den Ecken eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks errichtet sind, dessen Katheten gleich einer halben Wellenlänge sind, dessen Basis also gleich 0,707 einer Wellenlänge ist. Die zentrale Dipolantenne 2 bildet die Spitze des rechten Winkels und wird über eine Leitung q., die zu einem nicht eingezeichneten Hochfrequenzsender führt, gespeist. Zwei Verbindungsleitungen 5, 6 führen vom Strahler 2 weiter zu den Mitten der äußeren Dipolantennen 3 und i, so daß auch diese erregt sind. Stichleitungen 7 und 8, deren Länge einer Viertelwellenlänge gleich ist, verlaufen von den elektrischen Mitten A und B der Leitungen 5, 6 zu einer gemeinsamen Umschaltanordnung 9, die durch einen Motor oder ein Uhrwerk betätigt werden kann. Diese Art der Energiesteuerung ist an sich bekannt. Vorzugsweise besteht die Anordnung 9 aus einem Relais, das über geeignete Hilfsleitungen gesteuert wird. Ihre Aufgabe besteht darin, die Leitungen 7 und 8 in einem bestimmten komplementären Rhythmus abwechselnd kurzzuschließen und zu öffnen, beispielsweise gemäß der Zeichenfolge a bis n. Bekannte Mittel sorgen dafür, daß vor jedem Kurzschluß erst beide Kontakte geöffnet sind, also z. B. der Kurzschluß der Leitung 7 vollständig aufgehoben ist, bevor die Leitung 8 kurzgeschlossen wird und umgekehrt. Natürlich muß die Zeit zwischen den beiden Schaltvorgängen so kurz wie möglich sein.
  • Da die Abzweigstellen A und B sich jeweils in der Mitte der Verbindungsleitungen 5, 6 befinden, sind sie eine Viertelwellenlänge von der Dipolantenne 2 entfernt. Dieser Abstand wird auf alle Fälle eingehalten, auch wenn die Länge der Leitungen 5 und 6 etwas abweichend von I/., h ist, was ohne weiteres zulässig ist.
  • Auf Grund der beschriebenen Verhältnisse hat das Kurzschließen einer der Stichleitungen, beispielsweise 7, durch die Schalteinrichtung 9 den Einfluß, daß der Scheinwiderstand der Leitung von dein Abzweig B aus gesehen unendlich groß wird. Die Erregung derDipolantenne 3 erfolgt also ungestört. Da die Leitung 5 entsprechend einer halben Wellenlänge I dimensioniert ist, ist die Erregung der Dipolantenne 3 genau so groß wie die der Dipolantenne 2, jedoch mit entgegengesetzter Phase. Das sich ergebende Strahlungsdiagramm der Dipolantennen 2 und 3 hat infolgedessen die Form einer Acht, wie sie durch die strichpunktierte Kurve 21 der Fig. 2 angedeutet ist. Die Richtung der maximalen Feldstärke erstreckt sich in der Richtung, die durch die Verbindung der beiden Dipolantemien 2 und 3 entsteht, während die Feldstärke senkrecht zu der Linie 2-3. im wesentlichen gleich -Null ist. Diese Strahlungsverhältnisse liegen also dann vor, wenn die Leitung 7 kurzgeschlossen ist. Dieser Schaltzustand wird im folgenden als a-Intervall bezeichnet. Während dieser a-Intervalle ist die Leitung 8 an der Umschalteinrichturig 9 offen, so daß ihre wirksame Impedanz von der Verbindungsstelle A aus gesehen im wesentlichen gleich Null ist. Infolgedessen ist die Verbindungsleitung 6 am Abzweig A wähnend dieses Intervalles effektiv kurzgeschlossen, so daß auf dieDipolantenne i keine Energie gelangt. Gleichzeitig ist die effektive Impedanz der Leitung 6 von der bipolantenne 2 aus gesehen unendlich groß, so daß das Leitungssystem 6, 8 sich im Leerlauf befindet. Das gleiche gilt für die Dipolantenne i. Diese ist in der Mitte unterbrochen und kann daher nicht als störender Reflektor wirken und das Strahlungsdiagramm entsprechend der Kurve 2 1 der Fig. 2 irgendwie beeinflussen.
  • Während des anderen Schaltzustandes, der als zz-Intervall bezeichnet werden soll, ist die Stichleitung & kurzgeschlossen, während Leitung 7 offen ist. Infolgedessen strahlen nur die Dipolantennen 2 und i, und die Dipolantenne 3 ist unwirksam. Das Strahlungsdiagramm der Dipolantennen i und 2 hat sodann gleichfalls die Form einer Acht entsprechend der Kurve 23 der Fig.2. Dabei fällt die Richtung der maximalen Feldstärke in die Richtung der Linie, die die Dipolantennen 2 und i miteinander verbindet.
  • Wie schon angedeutet, ist die Tasteinrichtung 9 so ausgebildet, daß bei dem Übergang von dem einen Tastzustand in den anderen die Leitung 7 nicht eher kurzgeschlossen wird, als der Kurzschluß der Leitung & aufgehoben ist und umgekehrt. Dann wird wähnend der Übergangsperiode zwischen den Tastzuständen lediglich die Dipolantenne 2 erregt, so daß sich ein im wesentlichen kreisförmiges Strahlungsdiagramm ausbildet. Weiterhin wird das Impedanzverhältnis zwischen der Zuführungsleitung 4 und ihrer Belastung (Dipolantenne 2) vorzugsweise so einreguliert, daß eine günstige Anpassung dann vorhanden ist, wenn die Dipolantenne 2 allein erregt wird, also während der Schaltübergänge. Diese Anpassung läßt sich beispielsweise mit Hilfe eines Leitungsabschnittes io erreichen, indem dessen Länge und Anschlußstelle verändert werden. Die Anpassung kann so gewählt werden, daß dieAusstrahlung des kreisförmigen Diagramms der Dipolantenne 2 mit einer Amplitude erfolgt, welche der im Schnittpunkt der Richtdiagramme 21 und 23 gleich ist. Dieser Zustand ist in Fig. 2; wo mit 2o das Diagramm der Antenne 2 allein bezeichnet ist, berücksichtigt; längs jeder der vier Kurslinien P, 0, R, S sind die Feldstärken der Diagramme 2-3J 21 und 2o also völlig gleich.
  • Gemäß Fig. 3 ist die Zusammenschaltung insofern etwas abgeändert, als die Leitungen hinter den Abzweigen A und B gekreuzt sind. Dies wirkt sich so aus, daß die Erregung der mittleren Dipolantenne 2 nunmehr gleichphasig mit der der anderen erfolgt. Das Diagramm 21 entsteht also jetzt durch Kombination der Antennen 2 und i, während Diagramm 23 von den Antennen 2 und 3 erzeugt wird.
  • Da die Anlage nach Fig. 3 bei gleichen Abständen der drei Strahler voneinander -wie in Fig. i mehr ellipsenförmige Diagrammhälften -und damit' schärfer ausgeprägte T@urslinien liefert, ist diese unter Umständen vorzuziehen. Solche Abweichungen von der Kreisform treten aber auch dann auf, wenn die Abstände der Dipolantenne nicht mehr genau einer halben Wellenlänge entsprechen. Jedenfalls besteht eine gewisse Bewegungsfreiheit in der Wahl der günstigsten Verhältnisse.
  • Bei beiden Anlagen nach Fig. i und 3 kann die Umschalteinrichtung 9, die die Aufgabe hat, abwechselnd die Leitungen ,7 und 8 kurzzuschließen und zu unterbrechen, so ausgebildet werden, daß die Stichleitungen mit Hilfe von Impedanzen veränderlich abgeschlossen werden, so daß die Tastperiode nicht mehr zwischen Kurzschluß und Leerlauf verläuft. Dies ist z. B. dann erforderlich, wenn die Leitungen 7 und 8 etwas länger als eine Viertelwellenlänge ausgeführt sind. Dann kann die Umschalteinrichtung 9 die Leitungen mit Blindwiderständen derart abschließen, daß diese zusammen mit der über eine Viertelwellenlänge hinausgehenden Länge der Stichleitung genau so wirkt, als wenn die Leitung kurzgeschlossen ist. Im Grenzfall kann die Länge der Stichleitungen eine halbe Wellenlänge betragen; der Kurzschluß am Ende wirkt sich dann wie ein K.urzschluß am Abzweig aus; dasselbe bei Leerlauf. Steuerleitungen mit zwischen 1/4 und 1/2 A Längen -lassen sich also stets mit solchen Blindwiderständen abschließen, daß der Gesamtwiderstand Null oder Unendlich wird.
  • Es sei weiterhin erwähnt, daß die beschriebenen Antennenanlagen auch dann noch zufriedenstellend arbeiten, wenn die Impedanzen, mit denen die Stichleitungen durch die Schalteinrichtung 9 abgeschlossen w=erden, nicht reine Blindwiderstände sind, oder wenn sie zu den Längen der Stichleitungen nicht in einem solchen Verhältnis stehen, daß sich die Wirkung eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung im Abstand einer Viertelwellenlänge ergibt. Allerdings wird in dem Fall, in welchem die Abschlußimpedanzen eine Wirkkomponente enthalten, eine gewisse Energie unnütz verbraucht. Außerdem findet dann die Erregung der Dipolantennen nicht mehr genau paarweise statt, sondern auch die Antenne, welche jeweils unwirksam sein soll, trägt mehr oder weniger zur Gesamtstrahlung bei. Indessen sind die sich dann ergebenden Strahlungsdiagramme. in den meisten Fällen trotzdem noch für die Navigation zu verwenden.
  • In der bisherigenBeschreibung war vorausgesetzt worden, daß die vier Kursrichtungen P, Q, R und S aufeinander senkrecht stehen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Für den Fall, daß es aus irgendeinem Grunde erwünscht ist, von der orthogonalen Orientierung der Richtungen P-0 und P-S abzuweichen, ist es zweckmäßig, die Strahlungsintensitäten der Diagramme 23 und 2 1 relativ zu ändern, wie dies an sich bekannt ist, während an der Aufstellung der Antennen nichts geändert wird. Um diese Änderung der relativen Feldstärken hervorzurufen, kann die Energiezufuhr über die Leitung 4 synchron mit der Betätigung der Schalteinrichtung 9 variiert werden. Die gleiche Wirkung läßt sich erzielen, wenn man die Abstände eines oder beider Dipolpaare nicht gleich einer halben Wellenlänge macht, so daß das entsprechende Strahlungsdiagramm verformt wird. Soll der Abstand zwischen zwei Dipolantennen etwas kleiner gemacht werden als eine halbe Wellenlänge, so kann die entsprechende Verbindungsleitung 5 oder 6 trotzdem elektrisch, d. h. in bezug auf die genau gegenphasige Speisung jeweils zweier Strahler, gleich einer halben Wellenlänge bleiben, indem diese Leitung gekrümmt oder zusammengebogen wird. Im Falle einer Ver> größerung des Antennenabstandes über eine halbe Wellenlänge hinaus kann die effektive elektrische Länge der Verbindungsleitung dadurch gleich einer halben Wellenlänge bleiben, daß Mittel vorgesehen werden, welche die Phase des Stromes am Speisepunkt auf iSo° zurückdrehen.
  • Eine Störung der symmetrischen Energieverteilung zwischen dem mittleren Dipol 2 und dem jeweils wirksamen äußeren Dipol wird durch solche Veränderungen an den Verbindungsleitungen nicht eintreten. Selbst wenn die effektive elektrische Länge der in Frage kommenden Leitung nicht genau gleich einer halben Wellenlänge bleiben kann, kann der äußere Dipol so verlängert oder verkürzt werden, daß seine Strahlungswirksamkeit der des mittleren Dipols entspricht. In allen Fällen ist es jedoch vorzuziehen, die Längen derVerbindungsleitungen elektrisch und geometrisch gleich einer halben Wellenlänge zu halten, um so die Möglichkeit zu haben, allen drei Antennen gleiche Abmessungen und Eigenschaften geben zu können. Die einzelnen Verbindungsleitungen selbst können als koaxiales Kabel oder als offene Doppelleitung ausgeführt sein. Wenn ein koaxiales Kabel verwendet wird; können bekannte Symmetrierungsmittel für die Ankopplung an die einzelnen Dipolantennen vorgesehen sein.
  • Obwohl eine spezielle Ausführungsform beschrieben und dargestellt wurde, sind Abänderungen naheliegend, ohne von dem Wesen des Erfindungsgegenstandes abzuweichen,

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Sendeanordnung zur Erzeugung von vier Kursrichtungen, welche als Linien gleicher Feldstärken definiert sind, mit Hilfe von drei im gleichschenklig rechten Winkel angeordneten vertikalen Dipolen, von denen zwei in einem Tastrhythmus abwechselnd gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzenergie dem die Spitze des Winkels bildenden Dipol unmittelbar und von dort über Verbindungsleitungen, deren elektrischeLänge einer halben Wellenlänge entspricht, den beiden anderen Dipolen zugeführt ist und daß in der elektrischen Mitte der Verbindungsleitungen abwechselnd der Widerstand Null und Unendlich erzeugt wird.
  2. 2. Sendeanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß von den Kurzschlußpunkten an den Verbindungsleitungen je eine Stichleitung abzweigt, welche zu einer gemeinsamen Tastvorrichtung führen.
  3. 3. Sendeanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Stichleitungen 1/4 Wellenlänge beträgt. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 652 476, 66128i; französische Patentschrift Nr. 826 259; britische Patentschriften Nr. 442 164, 483449.
DEI65578D 1938-09-30 1939-09-08 Sendeanordnung zur Erzeugung von vier Kursrichtungen Expired DE748383C (de)

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Citations (5)

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