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Antennenanordnung zur Erzeugung von ebenen Strahlungsflächen der Strahlung
Null
Zur Erzeugung von Leitstrahlen für die Funknavigation ist die sogenannte Funkbake
bekannt.
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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.
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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.
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Bei Tastung der Strahlung kann durch die verschiedenen Ausbreitungswege
an der Heavisideschicht und durch die Bodenwelle eine Zeicihenumkehr bzw.
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Leitstrahlverschiebung ~ auftreten in Abhängigkeit der Flughöhe.
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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.
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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..
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Speisung einer Kreisgruppe.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.