DE865328C

DE865328C - Switching device for the periodic phase change in an antenna in a directional antenna system

Info

Publication number: DE865328C
Application number: DEA1936D
Authority: DE
Inventors: Adolf Harald Dipl-I Hermansson
Original assignee: AGA Baltic AB
Current assignee: AGA Baltic AB
Priority date: 1940-01-04
Filing date: 1940-12-22
Publication date: 1953-02-02
Also published as: NL59218C; US2309068A; GB546341A

Description

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

AUSGEGEBEN AM 2. FEBRUAR 1953ISSUED FEBRUARY 2, 1953

A 1936 VIII a/ 21 a^l A 1936 VIII a / 21 a ^l

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

Aga-Baltic, A. B., StockholmAga-Baltic, A. B., Stockholm

in einer Richtantennenanlagein a directional antenna system

Patentanmeldung bekanntgemadit am 11. Juni 1952Patent application known since June 11, 1952

Patenterteilung bekanntgemacht am 18. Dezember 1952Patent issued December 18, 1952

Für die drahtlose Navigation sind sog. Funkfeuer bekannt, deren Strahlung bestimmte Richteigenschaften aufweist und in einem charakteristischen Umschaltrhythmus sprunghaft verlagert wird. Diese Umschaltung findet gewöhnlich in komplementärem Rhythmus der Morsebuchstaben <? und t oder α und η statt. Die Folge hiervon ist, daß ein Beobachter, der sich auf der einen Seite einer durch das Funkfeuer verlaufenden Symmetrielinie bzw. -ebene befindet, nur das Zeichen e bzw. α hört, während ein anderer Beobachter, der sich auf der anderen Seite dieser Ebene befindet, nur das Zeichen t bzw. η hört. Innerhalb der Symmetrieebene dagegen verschmelzen die Signale e und t bzw. α und η zu einem ununterbrochenen Signal. Diese Zone dient daher afc Kursrichtung für Fahrzeuge.So-called radio beacons are known for wireless navigation, the radiation of which has certain directional properties and is shifted abruptly in a characteristic switching rhythm. This switching usually takes place in a complementary rhythm of the Morse code <? and t or α and η instead. The consequence of this is that an observer who is on one side of a line or plane of symmetry running through the radio beacon only hears the character e or α , while another observer who is on the other side of this plane , only hears the character t or η. In contrast, within the plane of symmetry, the signals e and t or α and η merge into one uninterrupted signal. This zone is therefore used for heading for vehicles.

Die erwähnte periodische Verlagerung einer Richtcharakteristik um die Kursrichtung als Symmetrielinie wird im allgemeinen dadurch bewirkt, daß zwei vom Sender dauernd gespeiste Antennensysteme bestimmter Riohteigenschaft, im einfachsten Falle eine Antenne mit kreisförmiger und eine zweite mit doppelkreisförmiger Charakteristik, mit abwechselnd entgegengesetzter Phase kombiniert werden. Diese Phasenumkehr der Speiseströme erfolgt mit einem Stromwender, der in Form einer veränderlichen induktiven oder kapazitiven Kopplung ausgebildet ist. Solche bislang benutztenThe mentioned periodic shift of a directional characteristic around the course direction as a symmetry line is generally caused by the fact that two antenna systems continuously fed by the transmitter certain Riohte property, in the simplest case an antenna with a circular and a second with a double-circle characteristic, combined with alternately opposite phase will. This phase reversal of the feed currents takes place with a commutator, which is in the form of a variable inductive or capacitive coupling is formed. Such used so far

Phasenumsch'alter "waren ziemlich kompliziert, da, wie im folgenden noch näher auseinandergesetzt ist, die Forderung auf Genauigkeit bei ihnen sehr hoch gestellt werden mußte, damit eine genügend hohe Peilschärfe erreicht werden konnte.Phase switchers "were quite complicated because As will be explained in more detail below, the demand for accuracy is very high for them had to be set so that a sufficiently high bearing sharpness could be achieved.

Zur Erklärung dieser Umstände wird auf Fig. ιTo explain these circumstances, reference is made to FIG

- der -Zeichnung hingewiesen, welche eine bekannte Ausfüh'rungsform'von Funkfeuern veranschaulicht. Der Sender ist mit 11 bezeichnet. Dieser ist teils*- the drawing pointed out, which is a well-known Ausfüh'rungsform'von radio beacons illustrated. The transmitter is labeled 11. This is partly *

ίο über einen Phasenumschalter 12 an eine gerichtete Antenne, z. B, eine Rahmenantenne 13, teils über einen Transformator 14 an eine ungerichtete Antenne 15 angeschlossen. Der Phasenumschalter ist kapazitiver Art und wird durch einen Steuermechanismus 16 im Takt der Morsebuchstaben! e und t betätigt.ίο via a phase switch 12 to a directional antenna, e.g. B, a loop antenna 13, partly connected to an omnidirectional antenna 15 via a transformer 14. The phase switch is of the capacitive type and is controlled by a control mechanism 16 in time with the Morse code! e and t actuated.

Die Wirkung dieser Anordnung- ist aus Fig. 2 ersichtlich. Die Charakteristik der !angerichteten Antenne ist in dieser Figur mit 17 bezeichnet, und die Charakteristik der gerichteten Antenne mit 18. Es entsteht eine resultierende Charakteristik 19, wenn angenommen wird, daß der voll ausgezeichnete Teil der Charakteristik 18 in Phase mit der Charakteristik 17 ist, während der unterbrochen gezeichnete Teil der Charakteristik 18 dazu gegen-The effect of this arrangement is shown in FIG. 2 evident. The characteristic of the directed antenna is denoted by 17 in this figure, and the characteristic of the directional antenna with 18. The result is a characteristic 19, assuming that the fully distinguished part of the characteristic 18 is in phase with the Characteristic 17 is, while the interrupted part of characteristic 18 opposes it.

- phasiig ist. Bei Phasenumkehr des Stromes zur Rahmenantenne 13 wird infolgedessen auch die Phase der Hälften der Charakteristik 18 vertauscht, so daß dann die Charakteristik 20 entsteht. Da die Phasenumsehaltung im Rhythmus von komplementären Punkten und Strichen e-t erfolgen soll, so wird ein Beobachter, der sich in der Richtung 21 vom Strahlungszentrum aus. befindet, das Zeichen e mit einer Stärke höiren, die dem Punkt 2® im Diagramm entspricht, und das Zeichen t mit einer Stärke, die dem Punkt 23 entspricht. In Richtung 24 dagegen-werden, offenbar die Zeichen e und t mit der gleichen Stärke (Punkt 25) wahrgenommen, wobei der Eindruck eines kontinuierlichen Signals entsteht.- is phased. When the phase of the current to the loop antenna 13 is reversed, the phase of the halves of the characteristic 18 is consequently exchanged, so that the characteristic 20 then arises. Since the phase reversal should take place in the rhythm of complementary points and lines et , an observer who is in the direction 21 from the radiation center becomes. you will hear the letter e with a strength corresponding to point 2® in the diagram, and the letter t with a strength corresponding to point 23. In direction 24, on the other hand, the characters e and t are obviously perceived with the same strength (point 25), giving the impression of a continuous signal.

Es ist Andesisem nicht zu vermeiden, daß der Übergang des Phasen-Umschalters - aus der ■ einen Lage in die andere eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt, während welcher eich die Strahlungsdntensität ändert, was besonders störend wirkt, wenn man sich der Richtung 24 genähert hat, wo der Unterschied zwischen den beiden Empfangsamplituden nur noch unwesentlich ist.Andesisem cannot be avoided that the Transition of the phase switch - from the ■ one Position in the other takes a certain time, during which the radiation intensity is calibrated changes, which is particularly annoying when you have approached the direction 24, where the The difference between the two reception amplitudes is only insignificant.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, den Phaisenumschalter. konstruktiv so auszubilden, daß der Umschaltklick in erträglichen Grenzen bleibt. Bislang waren die Phasenumschalter gewöhnlich so ausgeführt, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Der Stator weist vier Beläge 26, 27 von beinahe 90⁰ Ausdehnung' auf, die durch einen verhältnisimäißdg schmalen Zwischenraum 28 getrennt sind, während die wirksame Rotorfläche durch zwei Fahnen 29 gebildet ist. Die Begrenzungsränder des Stators sowie des Rotors waren dabei durch radial verlaufende gerade Linien gebildet. Es ist klar, daß die Kapazitätskurve dieses Schalters eine Diskontinuität aufweisen muß, sobald der Rotorflügel 29 während seiner Bewegung beginnt in die Lücke 28 überzutreten. Bis zum vollständigen Verschwinden des Rotors unter der Fläche des· benachbarten Statorteils verändert sich die Kapazität linear. Dieser Verlauf ist in Fig. 4 gezeigt, in welcher die Linie 30 den, Kapazitätsverlauf zwischen dem Rotorflügel 29 und den Statorbelägen 26, die Linie 31 den Kapazitätsverlauf zwischen dem Rotorflügel 29 und den Statorbelägen 27 zeigt. 32 ist der Diskontinuitätspunkt, der dann entsteht, wenn der Rotorflügel 29 beginnt in die Lücke 28 zu treten, und 33 ist der Diskontinuitätspunkt für den Fall, daß der Rotorflügel 29 ganz von der Fläche der Statorbeläge 27 bedeckt ist.The present invention aims at the phase changeover switch. to be designed in such a way that the shift click remains within tolerable limits. Up to now, the phase changeover switches were usually designed as shown in FIG. The stator has four linings 26, 27 of almost 90 ^° extension, which are separated by a relatively narrow gap 28, while the effective rotor surface is formed by two lugs 29. The boundary edges of the stator and the rotor were formed by straight lines running radially. It is clear that the capacitance curve of this switch must have a discontinuity as soon as the rotor blade 29 begins to pass into the gap 28 during its movement. Until the rotor disappears completely under the surface of the adjacent stator part, the capacitance changes linearly. This course is shown in FIG. 4, in which line 30 shows the capacity course between rotor blade 29 and stator linings 26, line 31 shows the capacity course between rotor blade 29 and stator linings 27. 32 is the point of discontinuity which arises when the rotor blade 29 begins to step into the gap 28, and 33 is the point of discontinuity in the event that the rotor blade 29 is completely covered by the surface of the stator linings 27.

Ein früherer bekannter Vonschlag befaßt sich bereits mit der Aufgabe, die zeitliche Dauer des Schaltüberganges möglichst zu vermindern, um den physiologischen Eindruck der Amplitudeniänderung abzuschwächen. Dazu ist es erforderlich, den Rotor mit ungleichförmige Winkelgeschwindigkeit zu drehen, was· die vorliegende Erfindung vermeiden will. Diese sieht daher für den Rotorflügel oder evtl. die Stator beläge eine solche Formgebung vor, daß ein diskontinuitätsfreier Übergang erreicht wird, .welcher vorzugsweise nach einer Sinuefunktion verläuft.A previously known Vonschlag is already concerned with the task of determining the duration of the To reduce the switching transition as much as possible in order to create the physiological impression of the change in amplitude to weaken. To do this, it is necessary to keep the rotor at a non-uniform angular velocity rotate what the present invention seeks to avoid. This therefore looks for the rotor blade or possibly the stator would have such a shape that a discontinuity-free transition is achieved is, .which is preferably based on a sinusoidal function runs.

Fig. 5 zeigt den gewünschten Verlauf der Kapazitätsänderung. Die Kurven 34 bzw. 35 stellen den Kapazitätsverlauf zwischen dem Rotorflügel 29 und den Statorbelägen 26 bzw. 27 dar. Die Kurve 36 gibt den Verlauf der Phasenänderung für den Antennenspeisestrom während des Umpolvorganges an.. Wie ersichtlich, erfolgt die Phaseniumschaltung nach einer vollkommen kontinuierlichen Kurve, wodurch der Schaltklick auf ein Minimum herabgesetzt ist.5 shows the desired course of the change in capacitance. Set curves 34 and 35 represents the capacitance curve between the rotor blade 29 and the stator linings 26 and 27, respectively. The curve 36 gives the course of the phase change for the antenna feed current during the polarity reversal process an .. As can be seen, the phase switching takes place according to a completely continuous curve, whereby the switching click is reduced to a minimum is.

■Fig. 6 zeigt die Ausbildung des erfindungsgemäßen Umschalters. Die kreissektorförmige Gestalt der Statorbeläge 26 und 27 ist beibehalten worden; der Rotorflügel 29 aber ist einerseits doppelt so breit wie in Fig. 3, andererseits nach einer solchen Umrandungskurve geschnitten, daß die in Fig. 5 angegebene Umschaltcharakteristik erhalten wird.■ Fig. 6 shows the design of the changeover switch according to the invention. The circular sector-shaped shape the stator linings 26 and 27 have been retained; but the rotor blade 29 is on the one hand twice as wide as in Fig. 3, on the other hand cut according to such a border curve that the switching characteristic shown in Fig. 5 is obtained.

..Bei dieser Ausführungsform macht sich noch ein Umstand störend bemerkbar, welcher bedingt ist durch die endliche Breite des Zwischenraumes 28. Dies hat zur Folge, daß die Kapazität des Umschalters nicht konstant bleibt, so daß während des Umschaltenis¹ eine Belastungsschwankung des S eniders eintritt, welche-die Peilschärfe herabsetzt... In this embodiment, a disturbing circumstance makes itself felt, which is caused by the finite width of the gap 28. This has the consequence that the capacity of the switch does not remain constant, so that during the switch ¹ a load fluctuation of the S enider occurs which-lowers the bearing sharpness.

Fig. 7 zeigt eine Ausbildung des Umschalten», welche diesen Nachteil vermeiden läßt. Die vier Statorbeläge erstrecken sich hier über einen Winkel von je 45⁰. Dagegen ist der Rotorflügel um das Doppelte verbreitert worden, wodurch die verminderte Breite der Statorbeläge kompensiert worden ist. Dem Rotorflügel wird nun eine solche Form gegeben·, daß die Kapazität auch während des Zeitintervalls 37, 38 (Fig. 5) konstant bleibt. Zu diesem Zweck ist jede Rotorhälfte als Doppelnagel 40, 41 ausgebildet worden, deren jeder aus zwei kongruenten Teilen von im wesentlichen gleicher Form wie die Flügel 29 in Fig. 6 besteht.Fig. 7 shows an embodiment of the switchover, which allows this disadvantage to be avoided. The four Statorbeläge here extend over an angle of 45 ^0th In contrast, the rotor blade has been made twice as wide, which compensates for the reduced width of the stator linings. The rotor blade is now given such a shape that the capacity remains constant even during the time interval 37, 38 (FIG. 5). For this purpose, each rotor half has been designed as a double nail 40, 41, each of which consists of two congruent parts of essentially the same shape as the blades 29 in FIG.

Bei Drehung im Uhrzeigersinn wird somit die Kapazität des Flügels 41 zu den Statorbelägen 27 in dem gleichen Maße vermindert, wie diejenige des Flügels 40 sich zu den Statorbelägen 27 vergrößert. Es ist leicht ersichtlich, daß auf Grund der gewählten Anordnung des Stators, bei dem sowohl die Kapazitätsflächen als auch deren Winkelabstände 45°-Sektoren bilden, die Gesamtkapazität zwischen Rotor und den Statorbelägen während der Drehung konstant bleibt.When rotated clockwise, the capacity of the vane 41 becomes the stator linings 27 reduced to the same extent as that of the vane 40 increases in relation to the stator linings 27. It is easily seen that due to the chosen arrangement of the stator, in the Both the capacitance areas and their angular spacing 45 ° sectors form the total capacitance between the rotor and the stator linings remains constant during rotation.

Ohne Berücksichtigung etwaiger Streukapazitäten erhält man diejenige Form der Flügel 29, 40 und 41, welche den in Fig. 5 gezeigten Sinuscharakter der Phasenumschaltung gibt, dadurch, daß man in radialer Richtung vom dem inneren Umfang der Beläge 26, 27 Teile absetzt, welche durch eine Sinusfunktion des vierfachen Abs etzungsiwinkelß' bestimmt isind. Dies gilt selbstverständlich unter der Voraussetzung, daß zwei gegenüberliegende Rotorflügel und vier Statorbeläge vorhanden sind. Ist die Zahl der Rotor- bzw. Statorbeläge eine andere, so muß auch der Winkel in entsprechender Weise angepaßt werden.Without taking any stray capacitances into account, the shape of the wings 29, 40 is obtained and 41, which have the sine character shown in FIG the phase switching gives, in that one in the radial direction from the inner The circumference of the linings 26, 27 sets off parts, which are determined by a sine function of four times the offset definitely is. This of course applies provided that two opposite There are rotor blades and four stator linings. Is the number of rotor or stator linings another, the angle must also be adjusted accordingly.

Um mit der beschriebenen Vorrichtung nach Fig. 6 oder 7 Schaltzustände von unterschiedlicher Dauer zu erzielen, wie sie mit Rücksicht, auf die Strich- und Punktsignale erforderlich sind, kann dies in an sich bekannter Weise dadurch erreicht werden, daß der Rotor während der Schaltperiode 38, 39 eine Zeitlang stillsteht. Auch andere Arten, diese Aufgabe zu lösen, gibt es. Das hat aber nichts mit der vorliegenden Erfindung zu tun.To with the described device according to Fig. 6 or 7 switching states of different To achieve duration as it can with regard to the dash and dot signals are required this can be achieved in a manner known per se in that the rotor during the switching period 38, 39 stands still for a while. There are also other ways of solving this problem. But that has nothing to do with the present invention.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigte und beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern sie kann verändert werden, ohne daß der Erfindungsgegenstand verlassen wird. So ist es z. B. möglich, mehr oder weniger von der idealen Sinusform des Umschaltvorganges abzuweichen. Wesentlich für die Erfindung ist nur, daßThe invention is of course not limited to the embodiment shown and described limited, but it can be changed without leaving the subject matter of the invention. So it is B. possible to deviate more or less from the ideal sinusoidal shape of the switching process. It is only essential for the invention that

die Phasenumschaltung ohne Diskontinuität statt- 40 findet.the phase switching takes place without discontinuity 40 finds.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Switching device for the periodic 180 ° phase change in an antenna in one Directional antenna system, whose horizontal radiation pattern in a given symbol rhythm changes between two neighboring eyes to determine a course direction using a capacitive phase switch for rotating or oscillating movement, characterized by such a geometric shape for the stator or rotor of the capacitive phase switch that the switch takes place without discontinuity.

2. Apparatus according to claim 1, characterized by such a geometric Geistialt for the stator or rotor of the phase switch, that the transition of the directional characteristic from one position to the other takes place according to a sine function.

3 .. Device according to claim 1 and 2i, characterized characterized in that the stator linings have four orthogonal sectors of equal size within form a circular area and the rotor has two opposite blades.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the four stator linings each 'Form a sector of 45 ° and each rotor blade from two adjacent, under congruent parts (40, 41), which are within two adjoining 45 ° sectors.

Referred publications:
German Patent No. 592,439;
Austrian Patent No. 149 117;
French Patent No. 828241.

1 sheet of drawings