DE857412C

DE857412C - Device for measuring the direction of incidence of electromagnetic waves

Info

Publication number: DE857412C
Application number: DEC2572A
Authority: DE
Inventors: Rene Barthelemy
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1942-03-23
Filing date: 1950-09-27
Publication date: 1952-11-27
Also published as: FR910952A

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 27. NOVEMBER 1952ISSUED NOVEMBER 27, 1952

C 2572 Villa/21 a*C 2572 Villa / 21 a *

Es gibt eine Anzahl von Einrichtungen zur Messung der Einfallsrichtung einer elektromagnetischen Welle. Diese Anordnungen erfordern zusätzliche Operationen für die Berechnung des Winkels, und in dem Falle, wo sie ein sofortiges Ergebnis liefern, ist ihre Handhabung schwierig. In den meisten Fällen ist die Genauigkeit der Messungen, besonders bei den Geräten mit sofortiger Anzeige, nicht ausreichend. There are a number of devices for measuring the direction of incidence of an electromagnetic Wave. These arrangements require additional operations to compute the angle, and in in the case where they give an instant result, their handling is difficult. In most In some cases, the accuracy of the measurements is not sufficient, especially in the case of devices with immediate display.

Die Erfindung betrifft eine λIeßeinrichtung, welche die sofortige Anzeige der gesuchten Richtung ermöglicht und trotzdem dabei eine sehr große Ablesegenauigkeit bietet. Sie geht von der Verwendung dreier oder mehrerer auf einer Geraden angeordneter Antennen und einem Phasenvergleich der damit empfangenen ebenen elektromagnetischen Wellen aus. Erfindungsgemäß sind Mittel vorgesehen, um die vektoriellen Summen der von der mittleren Antenne empfangenen und anschließend um o,o° in der Phase verschobenen Spannung mit je einer der anderen Antennenspannungen getrennt gleichzurichten und die Summe der gleichgerichteten Spannungen als Maß für die dem Einfallswinkel entsprechenden Phasendifferenzen zu benutzen.The invention relates to an λIeßeinrichtung, which enables the immediate display of the direction you are looking for and still offers a very high level of reading accuracy offers. It assumes the use of three or more arranged in a straight line Antennas and a phase comparison of the plane electromagnetic waves received with them the end. According to the invention, means are provided for the vectorial sums of the central antenna received and then shifted by o, o ° in phase voltage with one of the others Rectify antenna voltages separately and the sum of the rectified voltages to be used as a measure of the phase differences corresponding to the angle of incidence.

Ein Ausführungsbeispiel, welches den Grundgedanken der Erfindung erkennen läßt, wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben.An embodiment which reveals the basic idea of the invention is described below described on the basis of the drawing.

Drei Antennen i, 2 und 3 sind in einer Ebene angeordnet, welche senkrecht zu der gestrichelt angedeuteten Ebene steht, der gegenüber der Einfallswinkel α gemessen werden soll (Fig. 1). Die Einfallsrichtung der Wellen ist durch einen Pfeil angegeben. Die aus diesen Antennen kommenden Spannungen werden je einem Empfangsverstärker zugeführt. Sie werden verstärkt, und der Verstärkungsgrad ebenso wie der Phasenwinkel der drei Verstärkungsketten sind übereinstimmend. Die Phasendifferenz kann im Falle der Venvendung von Schwebungsempfängern unverändert aufrechterhalten werden, wenn man dafür sorgt, daß die aus dem örtlichen Oszillator kommenden Schwebungsspannungen nach Amplitude und Phase bei den drei Verstärkungsketten gleich sind.Three antennas i, 2 and 3 are arranged in a plane which is perpendicular to that indicated by dashed lines Plane stands against which the angle of incidence α is to be measured (Fig. 1). The direction of incidence the waves is indicated by an arrow. The voltages coming from these antennas are each fed to a receiving amplifier. They are amplified, and so is the degree of amplification, as well as the phase angle of the three reinforcement chains are consistent. The phase difference can in the case of the use of beat receivers can be maintained unchanged if one sees to it that the local Oscillator coming beat voltages according to amplitude and phase in the three amplification chains are the same.

Bezeichnet man mit S den Abstand zwischen zwei benachbarten Antennen, so ist die Phasendifferenz zwischen den in diesen beiden Antennen induzierten SpannungenIf S denotes the distance between two neighboring antennas, then the phase difference between the voltages induced in these two antennas is

Ψ = Ψ =

2 π 2 π

S sin α , S sin α,

wobei X die Wellenlänge ist.where X is the wavelength.

Am Ausgang der Empfangsverstärker werden die Spannungen einer Phasenmeßeinrichtung zugeführt, welche sich aus zwei in Kaskade geschalteten Gleichrichtern R und R' zusammensetzt (Fig. 2). Die von der Antenne 2 kommende Spannung wird durch bekannte Mittel um 90° nach rückwärts verschoben. Das Diagramm der Wechselspannungen ist in Fig. 3 angegeben. Darin ist ο die gemeinsame Amplitude der Spannungen E₁, E₂, E₃, offenbar ändert sich die Resultierende der Spannungen E₁ und E₂ einerseits und E₂ und E₃ andererseits mit dem Winkel φ und folglich mit dem Neigungswinkel der elektromagnetischen Welle. Die Summen der Spannungen E₁ + E₂ und E₂ + E₃ sind gleich, wenn der Winkel φ gleich Null ist. Wenn der Winkel φ zunimmt, wird auch E₁ + E₂ zunehmen, und E₂ + E₃ nimmt ab.At the output of the receiving amplifier, the voltages are fed to a phase measuring device which is composed of two rectifiers R and R ' connected in cascade (FIG. 2). The voltage coming from the antenna 2 is shifted 90 degrees backwards by known means. The diagram of the alternating voltages is given in FIG. 3. Therein ο is the common amplitude of the voltages E ₁ , E ₂ , E ₃ , obviously the resultant of the voltages E ₁ and E ₂ on the one hand and E ₂ and E ₃ on the other hand changes with the angle φ and consequently with the angle of inclination of the electromagnetic wave. The sums of the voltages E ₁ + E ₂ and E ₂ + E ₃ are the same when the angle φ is equal to zero. As the angle φ increases, E ₁ + E ₂ will also increase and E ₂ + E ₃ decrease.

(E₁ + E₂)² = 2a² (1 + sin φ) (E₂ + E₃)² = 2o² (1— sin φ) (E ₁ + E ₂ ) ² = 2a ² (1 + sin φ) (E ₂ + E ₃ ) ² = 2o ² (1— sin φ)

Die Summe der gleichgerichteten Spannungen E₁₀ und -E₃₀ ist demnach eine Funktion der Phasenverschiebung φ und folglich des Einfallswinkels a. Im Falle der quadratischen Gleichrichtung schreibt sichThe sum of the rectified voltages E ₁₀ and -E ₃₀ is accordingly a function of the phase shift φ and consequently of the angle of incidence α. In the case of quadratic rectification, it is written

diese Summe .this sum.

£₁₀ + E₃₀ = K sin φ, £ ₁₀ + E ₃₀ = K sin φ,

worin K eine Schaltungskonstante ist.where K is a circuit constant.

W^Tenn man ein Anzeigegerät in der Weise anordnet, daß es die Summe der gleichgerichteten Spannungen E₁₀ und -E₃₀ mißt, sind seine Angaben daher eine Funktion des Einfallswinkels der Welle. Für diese Messung" benutzt man vorzugsweise einen Kathodenstrahloszillographen, dessen Ablenkplatten P₁ und P₂ mit dem Phasenmesser verbunden werden (Fig. 2).W hen ^T to a display device in the manner arranging that it measures the sum of the rectified voltages E ₁₀ and E _30, its details are therefore a function of the incident angle of the shaft. A cathode ray oscilloscope is preferably used for this measurement, the deflection plates P ₁ and P _{2 of} which are connected to the phase meter (FIG. 2).

Die Antennen 1, 2 und 3 werden in geeigneten Abständen angeordnet, welche der verwendeten Wellenlänge proportional sind, damit jede Unsicherheit der Ablesung unmöglich wird. In dem Falle der oben beschriebenen Anordnung muß der Abstand 5" gleich oder kleiner als λ/4 sein. In diesem Falle wird die Verschiebung des Flecks, welche eine Funktion des Einfallswinkels ist, gemäß der Kennlinie der Fig. 4 wiedergegeben.The antennas 1, 2 and 3 are arranged at suitable intervals, which are proportional to the wavelength used, so that any uncertainty of the reading is impossible. In the case of the arrangement described above, the distance 5 "must be equal to or smaller than λ / 4. In this case, the displacement of the spot, which is a function of the angle of incidence, is represented according to the characteristic curve of FIG.

Man kann auch gleichzeitig die Einfallswinkel einer elektromagnetischen Welle nach zwei senkrechten Ebenen bestimmen, indem man zwei Einrichtungen benutzt, die mit der oben beschriebenen übereinstimmen. Jedes Plattenpaar des Kathoden-Strahloszillographen lenkt so den Elektronenstrahl ab. Die Verschiebung des Flecks ist demnach eine Funktion des räumlichen Einfallswinkels der Welle. Der Schirm des Oszillographen kann direkt in Graden nach den beiden Einfallsrichtungen α und β geteilt werden (Fig. 5).It is also possible at the same time to determine the angles of incidence of an electromagnetic wave in two perpendicular planes using two devices identical to the one described above. Each pair of plates of the cathode beam oscilloscope deflects the electron beam. The displacement of the spot is therefore a function of the spatial angle of incidence of the wave. The screen of the oscilloscope can be divided directly into degrees according to the two directions of incidence α and β (Fig. 5).

Das angegebene Prinzip kann auch in dem Falle angewendet werden, wo die Spannung E₂ um mehr als 90⁰ nacheilt oder voreilt. Die Messung kann entweder durch direkte Ablesung des Gerätes oder des Anzeigegerätes vorgenommen werden oder indem man die Empfangsantennen so neigt, daß das Meßgerät den Einfall Null anzeigt. In diesem Falle ist die Einfallsebene der Welle gleich der Ebene der Empfangsantennen.The principle mentioned can also be applied in the case where the voltage E lags by more than 90 ⁰ ₂ or leads. The measurement can be made either by reading the device or the display device directly, or by tilting the receiving antennas so that the measuring device shows zero incidence. In this case the plane of incidence of the wave is equal to the plane of the receiving antennas.

In dem Falle, wo es sich um die Messung von aus verschiedenen Richtungen kommenden Impulsen handelt, ist es zweckmäßig, die Modulationselektrode des Kathodenstrahles mit einer von diesen Impulsen erzeugten Spannung zu verbinden. Der Kathodenstrahl trifft dann auf den Schirm nur während der Dauer des Einganges dieser Impulse, und der Leuchtpunkt auf dem Schirm gibt die Einfallswinkel der aus den verschiedenen Richtungen kommenden Impulse an.In the case where it is a question of measuring pulses coming from different directions is, it is useful to the modulation electrode of the cathode ray with one of these To connect pulses generated voltage. The cathode ray then only hits the screen for the duration of the input of these impulses, and the luminous point on the screen gives the angle of incidence the impulses coming from different directions.

Als Gleichrichter kann man Vakuumröhren mit mehreren Elektroden oder Gleichrichter verwenden, welche die verwendeten Frequenzen gleichrichten können.Vacuum tubes with several electrodes or rectifiers can be used as rectifiers. which can rectify the frequencies used.

Claims

Patent claims:

i. Device for measuring the angle of incidence of plane electromagnetic waves with respect to the plane determined by three or more antennas arranged on a straight line, characterized in that means are provided to calculate the vectorial sums of the voltage received by the central antenna and then shifted in phase ^{by 90 0} to rectify separately with one of the other antenna voltages and to use the sum of the rectified voltages as a measure for the phase differences corresponding to the angle of incidence.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that for displaying the angle a cathode ray oscilloscope is provided, the spot of which changes under the influence of the rectified, voltages coming from the phase meter after one or in the case of spatial Pei-

movement in two perpendicular directions.

3. Measuring device according to claim 2, characterized in that the screen of the cathode ray oscillograph is immediately divided into angles of incidence.

4. Measuring device according to claim 2 or 3, characterized in that the modulation electrode of the cathode ray tube with the output of the receiver is connected in such a way that the beam is only used during the Incidence of the shaft is unlocked.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

1 5513 11.521 5513 11.52