DE830534C

DE830534C - Einrichtung zur Richtungsermittlung

Info

Publication number: DE830534C
Application number: DEP23573D
Authority: DE
Inventors: James Frederick Craib; John Kelly Johnson
Original assignee: Hazeltine Corp
Current assignee: BAE Systems Aerospace Inc
Priority date: 1941-12-18
Filing date: 1948-12-04
Publication date: 1952-02-04
Also published as: BE469786A; US2407281A

Description

Es sind bereits Einrichtungen zur Ermittlung der Ankunftsrichtung empfangener Signale bekannt, in welchen ein Empfangsorgan mit ausgeprägter Richtwirkung, beispielsweise eine Richtantenne, einen Raumbereich periodisch abtastet und eine Kathodenstrahlröhre mit festen Ablenkmitteln vorgesehen ist, deren Kathodenstrahl sowohl in Abhängigkeit von der Abtastbewegimg des Empfangsorgans als auch in Abhängigkeit von der Stärke des empfange-η en Signals abgelenkt wird.

Gemäß der Erfindung wird in einer solchen Einrichtung zwecks Erleichterung des Ablesens der Richtungsanzeige dem Kathodenstrahl mittels der festen Ablenkmittel eine im Verhältnis zu seinen vorgenannten .Ablenkbewegungen schnelle zusätzliche Ablenkbewegung solcher Art erteilt, daß der Kathodenstrahl auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre ein aus einander überschneidenden Figuren zusammengesetztes Bild aufzeichnet, dessen Symmetrieachse die gesuchte Richtung angibt. ao

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen, in welchen beispielsweise zwei Ausführungsformen des Erfindimgsgegenstandes veranschaulicht sind. as

Fig. ι zeigt ein vollständiges Schaltbild einer ersten Ausführungsform eines Richtungsermittlers;

Fig. 2 und 3 Zeigen zwei Reihen von Diagrammen zur Erläuterung der Funktion dieser Ausführungsform ;

Fig. 4 zeigt ein und Fig. 5 zeigt untere, b, c undü? vier verschiedene, auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre erhältliche Bilder;

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Einrichtung zur

Richtungsermittlung uiigerichtet ausgestrahlter Signale umfaßt eine aus einer Dipolantenne 10,11 und einem Reflektor 12 bestehende, gerichtete Empfangsantenne. Mit dieser ist ein Motor 13 mechanisch gekoppelt, wie dies die gestrichelte Linie 14 andeutet. Das empfangene Signal gelangt über induktiv miteinander gekoppelte Schleifen 18 und 19 in einen ein- oder mehrstufigen Hochfrequenzverstärker 20, an welchen ein Frequenzwandler oder Oszillatormodulator 21, ein ein- oder mehrstufiger , Zwischenfrequenzverstärker 22 und ein Gleichrichter 23 angeschlossen sind. Die Schleife 19 ist feststehend angeordnet, während die Schleife 18 sich mit der Empfangsantenne zusammen dreht.

Die Einrichtung enthält ferner eine Kathodenstrahlrohre ι 5 mit einem Leuchtschirm 16 und zwei Paar Ablenkelektroden 33, 34 und 40, 41, welche den Kathodenstrahl in zwei zueinander senkrechten Richtungen ablenken. Der Leuchtschirm 16 ist mit

ao einer Kompaßteilung gemäß Fig. 4 versehen, um die Richtungsanzeigen direkt ablesen zu können.

Der Motor 13 treibt auch zwei Sekundärglieder einer elektrischen Kopplungsvorrichtung, die zwei gegenseitig bewegliche Primärglieder 27, 28 enthält.

Die Relativstellung der zusammengehörigen Primär- und Sekundärglieder bestimmt die elektrische Kopplung zwischen denselben. Die Primärglieder 27 und 28 sind stationär und stehen in einem relativ kleinen Winkel zueinander, während die Sekundärglieder 26° und 26^Λ rechtwinklig zueinander stehen und durch den Motor 13 gedreht werden.

Ein Sinuswellenoszillator 31, dessen Frequenz die größte Drehfrequenz der Sekundärglieder 26" und 26'' übersteigt, ist über den Radiusmodulator 29 und über je einen weiteren Modulator 30« und 30'' mit den Primärgliedern 27 und 28 verbunden. Die Modulatoren 30" und 3Ο^Λ dienen dazu, das auf dem Leuchtschirm erscheinende Bild abwechselnd nach rechts und nach links zu verschieben, so daß die beiden sich überschneidenden Bilder gebildet werden. Diese Modulatoren werden durch einen Schaltoszillator 32 gesteuert, welcher eine Steuerspannung rechtwinkliger Wellenform liefert. Das Sekundärglied 26" ist mit Horizontalablenkplatten 33, 34 der Kathodenstrahlröhre 15 mittels Kupplungsglieder verbunden, die induktiv gekoppelte Leitungsschleifen 35", 36°, einen Verstärker 37^a, einen Gleichrichter 38" und eine Vorspannungsquelle 39" umfassen. Die Leitungsschleife 3 5" ist direkt mit den Enden des Sekundärgliedes 26° verbunden und dreht sich mit diesem Glied, während die Schleife 36" stationär ist.

In ähnlicher Weise sind die Vertikalablcnkplatten 40, 41 der Kathodenstrahlröhre 1 5 mit der Leitungsschleife 26^ft durch Kopplungsglieder verbunden, die eine rotierende Schleife 35*, eine stationäre Schleife }6^h, einen Verstärker 37'', einen Gleichrichter 38'' und eine Vorspannlingsquelle 39* umfassen.

Die Ausgangsspannung des Gleichrichters 23 wird dem Radiusmodulator 29 zugeführt. Die Gleichrichter 38" und 38* werden über die Verstärker 37" bzw. 37'' durch den Oszillator 31 synchronisiert. Die Amplitude der vom Oszillator 3 1 den Einheiten 37" und 37'' zugeführten Schwingungen ist größer als diejenige, welche diesen Einheiten von den Schleifen 36" und 36^ft geliefert wird und ist vorteilhaft gleichphasig mit diesen. Diese Phasengleichheit braucht nicht genau zu sein; der etwaige Phasenunterschied soll aber möglichst nicht mehr als etwa 2O^C betragen. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters 23 wird auch dem Steuergitter der Kathodenstrahlröhre 1 5 aufgedrückt.

Wenn kein Signal empfangen wird, beschreibt der Kathodenstrahl auf dem fluoreszierenden Schirm j 16 einen Kreis. Um die Art und Weise, in der ' dies geschieht, zu erläutern, wird zuerst angenomj men, daß der Modulator 30« durchlässig und vom Schaltoszillator 32 abgeschaltet sei. Hierbei gelangt die Ausgangsspannung des Oszillators 3 1 über ; den Radiusmodulator 29, der bei dem vorausgesetzten Fehlen eines empfangenen Signals als Ver : stärker arbeitet, und durch den Modulator 30" zum ! Primärglied 27, dessen Relativstellung bezüglich des j Sekundärgliedes 26" die elektrische Kopplung zwisehen diesen Gliedern bestimmt. Infolgedessen wird im Sekundärglied 26" eine Spannung induziert, welche entsprechend der Relativbewegung zwischen den Gliedern 27 und 26" moduliert wird. Diese modulierte Spannung ist durch die Kurven in Fig. 2 a (Amplitude als Funktion der Zeit 7") dargestellt. Sie kann als ein moduliertes Signal betrachtet werden, dessen Modulationskomponenten nur durch eine synchrone Gleichrichtung abgeleitet werden können, durch welche die richtige prozentuale Modulation dem Signal wieder zugeführt wird. Diese Spannung wird durch die Organe 35", 36" und 37" zum Gleichrichter 38" übergeführt. I'm die richtige prozentuale Modulation dieser Spannung zu erreichen, wird auch die Ausgangsspannung des Oszillators 31 über den Verstärker 37» dem Gleichrichter 38" zugeführt und bewirkt, daß die Spannung gemäß Fig. 2 a in ein Signal übergeführt wird, welches nur zu ioo«o oder weniger amplitudenmoduliert ist, wie dies die Kurven in Fig. 2 b der Zeichnung anzeigen. Der Gleichrichter 38° liefert die Modulationskomponente dieses Signals, welche j gemäß der Relativbewegung zwischen den beiden Gliedern 27 und 26" variiert und durch die Kurve in Fig. 2 c der Zeichnung veranschaulicht ist.

Die Ausgangsspannung des Gleichrichters ^S" wird durch Überlagerung einer Vorspannung in der Einheit 39" in eine Spannung mit dem Mittelwert Null umgewandelt, wie sie durch die Kurve in Fig. 2d der Zeichnung veranschaulicht ist, und wird den Horizontalablenkplatten 33, 34 aufgedrückt. Bei Annahme einer gleichförmigen Drehgeschwindigkeit des Motors 13 ist daher die den Ablenkplatten 33, 34 aufgedrückte Spannung eine Sinuswelle, deren j Periode gleich der Rotationsperiode des Motors 13 !St.

j Die Vertikalablenkplatten 40, 41 erhalten eine ! ähnliche Ablenkspannung, welche gegenüber der an die Ablenkplatten 33, 34 angelegten Spannung um 90⁰ phasenverschoben ist. Diese Spannung zeigen die Kurven der Fig. 3a bis 3d. Unter dem Einfluß der beiden erwähnten Ablenkspannungen bc-

schreibt der Kathodenstrahl auf dem Leuchtschirm 16 einen Kreis.

Die Amplitude des den Einheiten 20 bis 23 zugeführten Signals ist einesteils in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der Antenne 10, 11 in bezug auf die Sendestelle und anderenteils auch in Abhängigkeit von der Amplitude des empfangenen Signals veränderlich, lim die Einwirkung der Amplitudenschwankungen des empfangenen Signals auszuschalten, ist eine zusätzliche, ungerichtete Antenne 45 vorgesehen, welche über eine rotierende Platte 46 und cmc stationäre Platte 47 kapazitiv mit dem Eingangsstromkreis eines ein- oder mehrstufigen Hochfrequenzverstärkers 48 verbunden ist, an welchen sich ein Frequenzwandler oder Oszillatormodulator 49, ein ein oder mehrstufiger Zwischenfrequenzverstärker 50, ein Detektor und selbsttätiger Empfindlichkeitsregler5i, ein ein-oder mehrstufiger Niederfrequenzverstärker 52 und eine zur Wiedergäbe der etwaigen tonfrequenten Modulation der Signale dienende Signalwiedergabevorrichtung 53 anschließen. Die Regelspannung des Empfmdlichkeitsrcglers 51 wird einer oder mehreren Röhren der Stufen 48, 49 und 50 zugeführt. Außerdem wird der Empfindlichkeitsregler auch zur Regelung der Verstärkung in den Stufen 20, 21 und 22 verwendet. Für die beiden Empfänger 20 bis 23 und ■ 48 bis 53 ist ein Abstimmanzeiger 55 vorgesehen, welcher aus einem an den Empfmdlichkeitsregler 51 angeschalteten hochohmigen Voltmeter 55 besteht.

Beim Betrachten der Arbeitsweise des beschriebenen Richtungsermittlers sei zunächst angenommen, daß der Motor 13 die Antenne 10, 11 mitsamt deren zugehörigem Reflektor 12 dreht, ohne daß ein Signal empfangen wird. Da der Gleichrichter 23 mangels eines empfangenen Signals keine Ausgangsspannung liefert, ist dabei der Radiusmodulator 29 fast undurchlässig, so daß der Strahl der Röhre 1 5 auf dem Schirm 16 nur einen leuchtenden Fleck oder einen sehr kleinen Kreis in der Nähe des Zentrums des Schirmes beschreibt.

Wenn nun ein Signal empfangen wird, so wird der Strahl infolge der ständigen Drehung der Empfangsantenne 10, 11 in Übereinstimmung mit der Antennenrichtcharakteristik amplitudenmoduliert. Dieses Signal ergibt im Ausgangskreis des Gleichrichters 23 eine gleichgerichtete Spannung, welche Amplitudenschwankungen aufweist, die die Antennenrichtcharakteristik wiedergeben. Diese Spannung moduliert in dem Radiusmodulator 29 die den Strahlablenkelektroden 33, 34 und 40, 41 von den Wicklungen 27 bzw. 28 zugeführten Ablenkströme in der Weise, daß der Kathodenstrahl eine der Richtcharakteristik der Empfangsantenne 10, 11 entsprechende Figur auf dem Leuchtschirm 16 aufzeichnet.

In der Einrichtung nach Fig. 1 wird im Oszillator 31 Energie erzeugt und durch den Radiusmodulator 29, den Modulator 3o^a oder 30*, durch die induktiven Kopplungen der die Schleifen 27, 28, 26° und 26* enthaltenden und als Rotationstransformator arbeitenden Vorrichtung, die Induktionskopplungen 5"-3O" oder 35*-36*, den Verstärker 37" oder 37*, den Gleichrichter 38° oder 38* und die Vorspannungsquelle 39° oder 39* den Steuerungsmitteln der Kathodenstrahlröhre 15 zugeführt. Offensichtlich ist es nicht von wesentlichem Einfluß auf die Betriebsweise, in welcher Stufe dieses Zuführungsweges die Modulation zur Bestimmung des Radius des produzierten Bildes stattfindet. In der Einrichtung nach Fig. 1 schließt sich diese Modulation unmittelbar an die Erzeugung der Energie im Oszillator an, was den Vorteil hat, daß die Elektronenröhren in den folgenden Stufen wenig belastet werden, so daß die das rotierende Feld in der Kathodenstrahlröhre erzeugenden Spannungen einer geringeren Verzerrung ausgesetzt sind.

Die Einrichtung nach Fig. 1 erzeugt auf dem Leuchtschirm 16 das durch die Kurvet der Fig. 4 dargestellte Bild der Richtcharakteristik der Antennenanlage 10, 11. Wenn angenommen wird, daß der Modulator 30" undurchlässig sei, während der Modulator 30* durchlässig und vom Schaltoszillator 32 abgeschaltet sei, so ist es offenbar, daß sich auf dem Leuchtschirm 16 das durch die Kurve/? der Fig. 4 dargestellte Spiegelbild der Kurve A ergibt, wobei die Schnittlinie dieser beiden Kurven die gesuchte Richtung angibt.

Infolge der Wirkung des Viereckwellen-Schalt-Oszillators 32 werden die Primärglieder 27 und 28 abwechselnd wirksam, so daß zuerst ein Teil des einen Bildes, dann ein Teil des anderen Bildes usw. produziert und auf dem Leuchtschirm 16 sichtbar gemacht wird. Die Wirkung der vom Gleichrichter 23 hergeleiteten und dem Steuergitter der Kathodenstrahlröhre 15 aufgedrückten Spannung führt dazu, daß die äußeren Teile der auf dem Schirm 16 hervorgerufenen Kurvenbilder ebenso hell erscheinen wie ihre inneren Teile.

Die Einrichtung nach Fig. 6 weicht von der vorbeschriebenen Einrichtung insbesondere darin ab, daß der Schaltoszillator 32 und dessen zugehörige Glieder weggelassen sind und daß zur Erzeugung des aus sich überschneidenden Figuren zusammen- v°5 gesetzten Bildes auf dem Leuchtschirm ein Phasenschieber 56 vorgesehen ist. Die Anordnung nach Fig. 6 umfaßt somit nur ein einziges primäres Kopplungsglied 17, dessen Sekundärglieder die Schleifen 26" und 26* sind. Das primäre Kopplungsglied 17 ist über den Radiusmodulator 29 und einen Verstärker 42 mit dem Sinuswellenoszillator 31 verbunden. Der Phasenschieber 5δ läßt sich mittels eines Zweiwegschalters 57 entweder direkt oder über den Radiusmodulator 29 und den Verstärker 42 mit dem Oszillator 31 verbinden. Der Phasenschieber 56 ist derart beschaffen, daß er den beiden Ablenkplattenpaaren der Kathodenstrahlröhre 15 zwei gegenseitig um 90⁰ phasenverschobene Sinuswellenspannungen zuführt, die den durch die Einheiten iao 39° bzw. 39* gelieferten Ablenkspannungen überlagert werden.

Bei direkter Verbindung des Phasenschiebers 56 mit dem Sinuswellenoszillator 31 werden den an die beiden Ablenkplattenpaare der Kathodenstrahlröhre 15 angelegten Ablenkspannungen zwei Sinuswellen-

Claims

spannungen überlagert, welche zusätzlich wirksam sind, um dem Kathodenstrahl eine kreisförmige Bewegung mit der Frequenz des Oszillators 31 zu erteilen, welche Frequenz hoch gegenüber der Rotationsfrequenz der Antennenanlage ist. Das hierbei durch den Kathodenstrahl hervorgerufene Bild hat die in Fig. 5a veranschaulichte Form, d.h. es ist aus einer Vielzahl von sich überlappend aneinandergereihten Kreisen zusammengesetzt. Die sich überschneidenden Linien in der oberen Mittelregion dieses Bildes geben die Empfangsrichtung des durch die Antennenanlage 10, 11 aufgefangenen Signals an.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 6 ist die Krümmung der durch den Phasenschieber 56 verursachten kreisförmigen Bewegung des Kathodenstrahles ständig gleichbleibend, und dieser Zustand ist durch die Bilder in Fig. 5 a und 5b dargestellt. In Fig. 5 a ist dqr Radius der Kreisbewegung geringer als der minimale Krümmungsradius des mit gestrichelten Linien gezeichneten Bildes der Richtcharakteristik der Antennenanlage, und es ergibt sich daher im inneren Teil des hervorgerufenen Bildes ein dunkles Feld.

In Fig. 5 b ist der Radius der Kreisbewegung genau so groß oder etwas größer als der minimale Krümmungsradius der Antennencharakteristik, weshalb kein solch dunkles Feld vorliegt. Statt dessen entsteht in der Mitte des Schirmes 16 der Kathodenstrahlröhre 1 5 ein helleres Feld, welches einer Pfeil-■ spitze ähnlich ist und somit ermöglicht, die Anzeige leicht abzulesen. \

Wird der Schalter 57 nun so gestellt, daß der Phasenschieber 56 durch den Radiusmodulator 29 und den Verstärker 42 mit dem Oszillator 31 ver- j

bunden wird, so wird auch der Radius der Kreis- I bewegung in Übereinstimmung mit der Amplitude ; der vom Gleichrichter 23 gelieferten Vorspannung

. veränderlich, und infolgedessen ergeben sich an !

Stelle der Bilder gemäß Fig. 5a und 5b diejenigen ] gemäß Fig. 5 c und 5d.

Obzwar die Erfindung in Verbindung mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Empfangsrichtung ; von drahtlosen Signalen beschrieben wurde, ist es offenbar, daß sie ebenso auch zur Richtungsermittlung auf Grund anderer, beispielsweise akustischer, optischer oder Ultraschallsignalc benutzt werden kann.

Es ist auch offenbar, daß der Kmpfangsantcnnc statt der Drehbewegung über 360 auch eine pendelnde Bewegung über einen kleineren Winkelbereich erteilt werden kann.

PateNTAκsi>R Γ c.he·.

i. Einrichtung zur Ermittlung der Ankunftsrichtung empfangener Signale, in welcher ein Empfangsorgan mit ausgeprägter Richtwirkung einen Raumbereich periodisch abtastet und eine Kathodenstrahlröhre, mit festen Ablenkmitteln vorgesehen ist, deren Kathodenstrahl sowohl in Abhängigkeit von der Abtastbewegung des Empfangsorgans als auch in Abhängigkeit von der Stärke des empfangenen Signals abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kathodenstrahl mittels der festen Ablenkmittel eine im Verhältnis zu seinen vorgenannten Ablenkbewegungen schnelle zusätzliche Ablenkbewegung solcher Art erteilt wird, daß der Kathodenstrahl auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre ein aus einander überschneidenden Figuren zusammengesetztes Bild aufzeichnet, dessen Symmetrieachse die gesuchte Richtung angibt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Ablenkbewegung des Kathodenstrahles in einer periodischen, zeitlichen Verschiebung besteht, welche eine Verdoppelung der vom Strahl auf den Bildschirm aufgezeichneten Figur zur Folge hat.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Ablenkbewegung des Kathodenstrahles in einer kreisförmigen Bewegung besteht, so daß sich auf dem Bildschirm ein Bild ergibt, welches aus einer Vielzahl überlappend aneinandergereihter Kreise zusammengesetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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