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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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An sich ist die rückwirkungsfreie Energiesteuerung bei Leitstrahlsendern
bekannt. Ihre Anwendung im Zusammenhang mit der neuen Dreieckanordnung der Strahler
erweist sich als besonders vorteilhaft.
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Das Wesen des Erfindungsgegenstandes ,v ird nun an Hand der Figuren
näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Obwohl eine spezielle Ausführungsform beschrieben und dargestellt
wurde, sind Abänderungen naheliegend, ohne von dem Wesen des Erfindungsgegenstandes
abzuweichen,