DE862787C - Antennenanordnung zur Erzeugung von ebenen Strahlungsflaechen der Strahlung Null - Google Patents

Antennenanordnung zur Erzeugung von ebenen Strahlungsflaechen der Strahlung Null

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DE862787C
DE862787C DEL5135D DEL0005135D DE862787C DE 862787 C DE862787 C DE 862787C DE L5135 D DEL5135 D DE L5135D DE L0005135 D DEL0005135 D DE L0005135D DE 862787 C DE862787 C DE 862787C
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DE
Germany
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radiation
circle
antenna arrangement
zero
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Expired
Application number
DEL5135D
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English (en)
Inventor
Joachim Dr Goldmann
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Alcatel Lucent Deutschland AG
Original Assignee
Standard Elektrik Lorenz AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

  • Antennenanordnung zur Erzeugung von ebenen Strahlungsflächen der Strahlung Null Zur Erzeugung von Leitstrahlen für die Funknavigation ist die sogenannte Funkbake bekannt.
  • Sie besteht aus einem Antennensystem kleiner Basis, das derart abwechselnd gespeist wird, daß zwei sich schneidende Richtdiagramme entstehen und empfangsseitig ein Amplitudenvergleich der getasteten Richtdiagramme vorgenommen wird. Mit derartigen Systemen kommt man nicht unter eine Leitstrahlbreite von 20. Wo scharfe Leitstrahlen gefordert werden, ist man deshalb zu Interferenzsystemen übergegangen. Diese Verfahren arbeiten mit einer Anteniienbasis groß zur Wellenlänge und nutzen die durch Interferenzwirkung entstehenden Nullinien der Strahlung zur Ortung aus.
  • Dieses System ist außerordentlich genau. Es entstehen bei einem derartigen Antennensystem eine Anzahl Nullinien beiderseits der Basis. Der Nachteil dieser Systeme besteht jedoch darin, daß die Abstände der einzelnen Nul4inien voneinander verschieden sind, daß nur die Linie senkrecht zur Antennenbasis eine Ebene ist, die anderen aber Kegelflächen, sind, dadurch wird eine Ortung in Abhängigkeit des Elevationswinkels verschieden.
  • Bei Tastung der Strahlung kann durch die verschiedenen Ausbreitungswege an der Heavisideschicht und durch die Bodenwelle eine Zeicihenumkehr bzw.
  • Leitstrahlverschiebung ~ auftreten in Abhängigkeit der Flughöhe.
  • Außerdem ist die Kennung auf beiden Seiten der Basis verschieden. Die Zeichen kehren sich um, und bei Verfahren mit wandernden Interferenzlinien ist die Wanderungsrichtung auf beiden Seiten der Basis entgegengesetzt. Bei Frequenzwedisel ändert sich außerdem der Linienabstand.
  • Es besteht nun der Wunsch, mehrere Leitstrahlen bzw. Nullinien durch ein Antennensystem zu erzeugen, deren Abstände gleich sind, deren Strahlungsflächen Ebenen sind und bei denen bei evtl, Drehung der Leitstrahlen über einen gewünschen Azimutwinkel die Drehrichtung aller Leitstrahlen über 3600' gleich ist. Außerdem soll der Linienabstand unabhängig von der Frequenz sein..
  • Die Erfindung betrifft nun ein derartiges Antennensystem. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, auf dem Umfang eines Kreises eine geradzahlige Anzahl von Einzelstrahlern anzuordnen, die abwechselnd gegenphasig gespeist werden. Dieses Antennensystem sei im folgenden als mehrphasige Kreisgruppe bezeichnet.
  • Ordnet man beispielsweise sechs Strahler gleichmäßig auf dem Umfang eines Kreises an und erregt sie abwechselnd gegenphasig (Abb. Ia), so übersieht man leicht, daß die Strahlung in den ausgezeichneten Richtungen Null sein muß, da sich immer je zwei zu der betrachteten Richtung symmetrisch liegende Strahler in ihrer Wirkung aufheben. Man erkennt ebenso, daß aus dem gleichen Grunde in den angezeichneten Richtungen die Strahlung unter beliebigen Elevationswinkeln Null bleibt Auf den d'rei in Abb. I b gezeichneten Ebenen ist also die Strahlung gleich Null, während sie an allen anderen Stellen dem Strahlungsdiagramm zweier gegenphasig gespeister Einzelstrahler entspricht. Diese Betrachtungen machen nur von den Symmetrieeigenschaften der Kreisgruppe Gebrauch.
  • Sie gelten unabhängig von dem Verhältnis der Wellenlänge zum Durchmesser des' Kreises, auf welchem die Antennen angeordnet sind. Damit ist die Forderung, ebene Nullstrahlungsflächen mit gleichmäßigem Abstand zu schaffen, erfüllt. Dieses Antennensystem kann benutzt werden zur Aussendung einer Störstrahlung, die in den ausgezeichnetenRichtungen verschwindet. Zur Erzeugung von Leitlinien, die durch Amplitudenvergleich zweier Strahlungen entstehen, verwendet man gemäß der Erfindung folgende Anordnung: In der in Abb. 2 dargestellten Anordnung sind auf dem Umfang eines Kreises zwei voneinander unabhängige, im Beispiel dreipaarige Kreisgruppen angeordnet. Sie werden im folgenden als die C-Gruppe (Cosinusgruppe, Kreise) und die S-Gruppe (Sinusgruppe, Punkte) bezeichnet. Man erkennt zunächst aus dem Vergleich mit Abb. I, daß die C-Gruppe und die S-Gruppe sich nicht koppeln, denn die eine ist immer in den Strahlungsnullstellen der anderen angeordnet. Erregt man die C-Gruppe allein mit -der Amplitude C, so ergibt sich ein Strahlungsdiagramm, wie Abb. 3 (ausgezogene Kurve) zeigt, Entsprechend gibt die S-Gruppe bei Erregung mit der Amplitude 8 das gestrichelte Diagramm Abb. 3. Man erkennt weiter, daß die Strahlung im Gegensatz zu den Interferenzsystemen einen gut sinusförmigen Verlauf hat.
  • Werden beide Kreisgruppen abwechselnd im Komplementärzeichenrhythmus getastet, so ergeben sich gemäß dem Ausführungsbeispiel zwölf Leitstrahlen, die durch die in Fig. 3 gezeigten Pfeile dar gestellt sind, deren Abstand voneinander gleich ist.
  • Es besteht nun vielfach die Aufgabe, die Nulllinien einer Kreisgruppe bzw. die Leitstrahlen, entstanden aus der absechselnden Tastungbeider Kreisgruppen, in ihrer Richtung verschieben zu können.
  • Zu diesem Zweck wird die eine Kreisgruppe mit einer Amplitude A sin 97 und die andere Kreisgruppe mit einer Amplitude A cos ? erregt. Nach Abb. 4 a hat die eine Kreisgruppe mit der Amplitude A cos q7 das Diagramm c zur Folge. Die andere Kreisgruppe allein mit der Amplitude A sin ? erregt, hat das Diagramm e c zur Folge. Erregt man nun die C-Gruppe und die S-Gruppe gleichzeitig, so ergibt sich wieder eine gut sinusförmige Spannung (Abb. 4 b), die aber gegen die Nullrichtung um einen Winkel verschoben ist., Wie die Durchrechnung zeigt, ist die von der C-Gruppe und von der S-Gruppe resultierende Strahlung gegen dieNullrichtung um denWinkel? verschoben, wenn die C-Gruppe mit der Amplitude A cos ç und die S-Gruppe mit der Amplitude A sin 97 gleichzeitig erregt wird.
  • Die Erzeugung von zwei Amplituden A cos und A sin ç konstanter Phasendifferenz geschieht auf folgende Weise: Die Speisung beider Kreisgruppen erfolgt durch ein Leistungsgoniometer, wie Abb. 5 zeigt. Die C-Gruppe der Antennenanpassung von Abb. 2 sind man die Feldspulen F1, Feines Goniometers angeschlossen. Der Übersichtlichkeit halber sind die C-Gruppe und die S-Gruppe nebeneinander und nicht ineinander gezeichnet. Ein Generitor G speist über eine SuchspuIe S1 das Goniometer. Bringt man jetzt zurSuchspuleSl des Goniometers eine um goQ gedrehte zweite Spule 82 an und schaltet abwechselnd im Kompltementärzeichenrhythmus die Spulen an den Generator, so entstehen wiederum durch Amplitudenvergleich zweier Strahlungen erzeugte Leitstrahlen, die sich jetzt je nach der Suchspulstellung in jede Richtung drehen lassen. Durch dauerndes Rotieren des Rotors des Goniometers entsteht ein rotierendes Funkfeuer, bei dem die Drehrichtung der Leitstrahlen immer die gleiche ist.
  • Die Speisung einer Kreisgruppe.
  • Wie in Abb. 6 a angedeutet, erfolgt die Speisung einer Gruppe- von der Mitte aus über gleich lange Leitungen. Man wird möglichst ein symmetrisches Leitungsstück zwischen den Verzweigungspunkt und die Antenne legen, damit man durch einfache Kreuzung unabhängig von der Frequenz die notwendige Gegenphasigkeit im Antennenpaar erhält.
  • In Abb. 6b ist dies näher dargestellt. Der Verzweigungspunkt ist aus zeichnerischen Gründen als Ring dargestellt. Man wird besonderen Wert darauf legen, daß die elektrische Länge zwischen Verzweigungspunkt und Antennenfußpunkt gleich go0 + fl A/2 beträgt. In diesem Fall wird der Strom in einer Antenne nur abhängig von den elektrischen Daten der Speiseglieder (Leitung und Anpassungen), aber unabhängig von der Größe des Antennenwiderstandes. K sind die Kästen für die Antennenabstimmung.
  • Da nun in einem Diagramm, z. B. dem ausgezogenen (Abb. 3), zwei benachbarte Maxima eine Phasendifferenz von I800 haben, ist es nicht möglich, Leitstrahlen zu erzeugen, in denen beim Umtasten die Amplituden und auch die Phasen konstant bleiben. Es ergibt sich also ganz allgemein beim Umtasten ein Phasensprung. Es ist nun wünschenswert, in allen Leitstrahlen den gleichen Phasensprung zu erzeugen. Dies ist der all bei einer Größe des Phasensprunges von go0. Es sei jedoch bemerkt, daß sich grundsätzlich jeder andere Wert verwirklichen läßt, z. B. in einem Leitstrahl der Phasensprung Null, dafür hat jedoch der benachbarte Leitstrahl den Wert 1800 usw. Beim tiberlagerungsempfang bildet sich der Phasensprung in der Hochfrequenz in einem gleich großen Phasensprung in der 'lonfrequenz aus, der sich im allgemeinen als Tastklick bemerkbar macht. Die Grundschwingung des Tastklicks hat jedoch die doppelte Frequenz wie die Modulation für die Tastung. Wie aus Abb. 7 zu ersehen ist, sind im oberen-Bild die Empfängerspannung im Leitstrahl und im unteren Bild die Empfängerspannung seitlich vom Leitstrahl dargestellt, und zwar bei einem Beispiel, wo man nicht im Komplementärzeichenrhythmus, sondern mit einer Tonfrequenz rechteckig tastet und der Leitstrahl durch Verschwinden der Modulation definiert ist. Die Grundschwingung des Tastklicks läßt sich ihrer doppelten Frequenz wegen durch ein Tiefpaßfilter auf der Empfangsseite unterdrücken, so daß er nicht mehr störend ins Gewicht fällt.
  • Die Einstellung des gewünschten Phasensprunges kann z. B. dadurch geschehen, daß vor einer Suchspule des Goniometers ein entsprechendes Phasenglied Ph gelegt ist (s. Abb. 5). Zur Erzielung eines goO-Phasensprunges in allen Leitstrahlen ist ein go°-Glied erforderlich.
  • Bei Verfahren zur azimutalen Richtungsbestimmung mittels rotierendem Funkfeuer wird oft nach einem bestimmten Drehwinkel der Richtstrahlung ein ungerichtetes Diagramm ausgesandt. Dieses runde Strahlungsdiagramm ist ebenfalls mit der erfindungsgemäßen Antennenanordnung leicht zu erzeugen. Werden nämlich im Beispiel sämtliche zwölf Antennen einer Kreisgruppe gleichphasig erregt, so entsteht ein resultierendes Strahlungsdiagramm, das um weniger als I O/o vom idealen Runddiagramm abweicht. Die Umschaltung kann durch Bestätigung eines Umpolrelais im stromlosen Zustand vorgenommen werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine besondere Mittelantenne als Rundstrahler zu vermeiden, und das Senderhaus kann in der Mitte des Antennenkranzes errichtet werden, da dort ein strahlungsfreier Punkt der Anlage ist.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Antennenanordnung zur Erzeugung von ebenen Strahlungsflächen der Strahlung Null, insbesondere für Verfahren zur azimutalen Richtungsbestimmung, bzw. zur Erzeugung mehrerer gleichzeitig erzeugter Leitstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Umfang eines Kreises eine geradzahlige Anzahl von Einzielstrahlern angeordnet ist, eine mehrpaarige Kreisgruppe, welche Strahler abwechselnd gegenphasig gespeist werden.
  2. 2. Antennenanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß an den- Orten der Kreisgruppe, an denen die Strahlung infolge Interferenz Null ist, eine zweite Kreisgrupp angeordnet ist, bestehend aus ebenfalls einer geradzahligen Anzahl von abwechselnd gegenphasig gespeisten Einzelstrahlern.
  3. 3. Zur azimutalen Richtungsbestimmung dienendes Verfahren unter Benutzung der Antennenanordnung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisgruppen im Komplementärrhythmus abwechselnd - getastet werden.
  4. 4. Zur azimutalen Richtungsbestimmung dienendes Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kreisgruppe (s) mit der Amplitude A sin Sn und die andere Kreisgruppe (c) gleichzeitig mit der Amplitude cos cos 9' erregt wird.
  5. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kreisgruppen über ein Leitungsgoniometer Fj, F2, Sj (Fig. 5) gespeist werden.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsgoniometer zwei um go0 gekreuzte Suchspulen (8,, 82) besitzt, die abwechselnd im Komplementärzeichlenrhythmus an den Generator (G) angeschlossen werden.
  7. 7. Anordung nach Anspruch5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Drehfunkfeuers die Suchspule (S,, 82) des Leitungsgoniometers rotiert.
  8. 8. Anordung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor einer Suchspule (82) ein Pqhasenglied (Ph) eingeschaltet ist, das den Phasensprung in den Leitstrahlen bestimmt (Fig. 5).
  9. 9. Antennenanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung einer Kreisgruppe von der Mitte aus über gleich lange Leitungen erfolgt, insbesondere die Leitungen elektrisch 900 + + fl A/2 lang sind (Fig. 6).
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