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Vorrichtung zur Richtungsbestimmung von im Raum sich ausbreitender
Wellenenergie
Zur Bestimmung der Richtung von im Raum sich ausbreitender Welleneuergie
werden gerichtete Empfangsgebilde verwendet. Dabei arbeitet man entweder nach der
sogenannten D rehbasismethode, bei der die Empfangsbasis auf maximale Empfangsenergie
eingestellt wird, oder man verwendet die sogenannte Kompensationsmethode, bei der
an Stelle einer mechanischen Drehung in die Leitungen der Empfänger einer Gruppe
Verzögerungsketten eingeschaltet werden. Schließlich ist auch bekannt, bei Verwendung
von zwei im Abstand voneinander angeordneten Empfängern nicht durch mechanische
oder elektrische Einstellung das Maximum der Emp fangs energie festzustellen, sondern
die für eine bestimmte Frequenz der einfallenden Wellenenergie sich ergebende Phasendifferenz
der Empfangsspannungen zu messen Erfindungsgemäß kann die Richtungsbestimmung auf
besonders einfache Weise dadurch erfolgen, daß festgestellt wird, an welchem Empfänger
einer Empfängergruppe die ilm Raum sich ausbreitende Welle zuerst eintrifft. Zur
Ausführung eines solchen Verfahrens können an sich bekannte Relaisröhrenschaltungen
verwendet werden, wie sie zuim Zählen von Vorgängen bekannt sind. Eine solche Schaltung
besteht aus mehreren gasgefüllten Relaisröhren, auf die nacheinander die Spannungsimpulse
gegeben werden, deren Reihenfolge fest-
gestellt werden soll und
die so geschaltet sind, daß jeweils nur diejenige Röhre anspricht bzw. am stärksten
anspricht, an die zuerst eine Spannung gelegt wird. Zum Empfang der Welllenenèrgie
dient eine Gruppe von beliebig im Raum bzw. auf einer Kreislinie verteilten Empfängern,
die getrennt mit je einer der Röhren verbunden sind. Die Erfindung eignet sich besonders
zur Richtungsbestimmung von Wellenimpulsen, wie sie beispielsweise bei der Echolotung
zur Abstandsbes timmung reflektierender Objekte verwendet werden.
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Die Erfindung sei an mehreren Ausführ,mgsbei spielen veranschaulicht:
Abb. I zeigt die Schaltung zweier Relaisröheren, deren Anodenkreise parallel von
einer Batterie g speist werden, -Abib. 2 zwei Relaisröhren, deren Anodenkreise parallel
an den Belegungen eines Kondensators liegen, Abb. 3 eine Einrichtung zur selbsttatigen
Anzeige der Richtung eintreffender Wellenenergie.
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In Abb. I sind durch I und 2 zwei gasgefüllte Relaisröhren mit den
Kathoden 3 bzw. 4 und den Gittern 5 bzw. 6 veranschaulicht. Die Anoden beider Röhren
liegen über einem Widerstand 7 parallel an dem Pluspol einer Batterie 8, während
die Kathoden parallel an dem Minuspol dieser Batterie liegen. In dem Anodenkreis
jedes Rohres liegt eine Anzeigevofrichtung g bzw. 10.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Die Gitter 5 und
6 haben eine gewisse Vorspannung durch eine Gitterbatterie, die der Einfachheit
halber nicht gezeichnet ist, und diese Vorspannung verhindert es, daß ein Strom
in den Anodenkreisen der beiden Relaisröhren fließt.
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Wird eine Spannung bis über eine bestimmte Grenze erhöht, so zündet
die Relaisröhre, und es fließt in dem Anodenkreis der betreffenden Röhre ein Strom,
der in der Lage ist, eine Anzeigevorrichtung zu betätigen. Die Relaisröhren stellen
also in bekannter Weise nahezu trägheitslos wirkende Schalter dar, die die Stromkreise
(Anodenkreise) einzuschalten gestatten. Bei der vorliegenden Schaltung liegt es
nun so, daß jeweils nur die; einige Röhre zur Zündung gebracht wird, deren Gitter
zuerst an eine Spannung von genügender Stärke gelegt wird. Wird z. B. eine Spannung
an das Gitter 5 der Röhre 1 gelegt, so zündet diese Röhre, und es beginnt der Anodenstrom
im Kreise dieser Röhre zu fließen. Dabei tritt über den Vorschaltwiderstand 7 ein
solcher Spannungsabfall ein, daß an der Anode der Röhre 2 keine genügend hohe Spannung
mehr vorhanden ist, um auch diese Röhre zu zünden, wenn eine Spannung an das Gitter
6 der Röhre 2 gelegt wird. Durch das Zünden der ersten Röhre ist also die Wirkung
der zweiten Röhre blockietrt. Diese Blockierung erfolgt selbst bei Zeitunterschieden,
die von der Größenordnung einer Mikrosekunde und darunter sind.
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Wesentlich ist dabei die Bemessung des Widerstandes 7. Wenn also zwei
sehr schnell aufeinanderfolgende Impulse auf die Gitter 5 und 6 der beiden Röhren
I und 2 eingewirkt haben, so wird immer nur diejenige Röhre zum Ansprechen kommen
und in ihrem Anodenkreis die entsprechende Anzei,gevorrichtung betätigen, die zuerst
von einem Impuls getroffen worden ist, auch wenn der Zeitunterschied zwischen diesen
beiden Impulsen nur außerordentlich klein war. Um die Schaltung wieder in den ursprünglichen
Zustand zurückzuführen, muß der Anodenstrom der eingeschalteten Röhre unterbrochen
werden, oder es muß in sonstiger Weise das Weiterfließen des Anodensfromes in dem
betreffenden Kreis unterbrochen werden.
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In Abb. 2 ist die Einrichtung ähnlich wie in Abb. I getroffen. Es
bedeuten 11 und 12 die beiden Relais röhren, deren Anoden I3 bzw. Iq parallel an
der einen Belegung eines Kondensators 15 liegen, während die Kathoden I6 bzw. I7
parallel an die andere Belegung des Kondensators 15 gelegt sind.
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Der Kondensator wird durch eine Batterie I8 über einen Widerstand
19 auf eine bestimmte Spannung aufgeladen. -Die Wirkungsweise dieser Einrichtung
ist folgende: Treffen Spannungsimpulse in regelmäßigen Zeitabständen auf die Gitter
20 bzw. 21 der Röhren II und I2, so zündet jeweils dasjenige Rohr, dessen Gitter
zuerst Spannung erhält, und es fließt ein Anodenstrom, der durch den Kondensator
15 gespeist wird. Wird zunächst das Rohr II gezündet, so fließt dementsprechend
der Anodenstrom im Kreise dieser Röhre. Sobald dies der Fall ist, sinkt die Spannung
an dem Kondensator I5, und das Rohr I2 kann deshalb nicht mehr zünden, wenn eine
Spannung an das Gitter 21 dieses Rohes gelegt wird. Das Fließen des Stromes in den
Anodenleitungen der beiden Röhren wird durch die Anzeigevorrichtungen 22 bzw. 23
angezeigt. Da der Kondensator nur eine bestimmte Energiemenge liefert, wird der
Stromfluß nur für kurze Zeit aufrechterhalten, und der Anodenstrom erlischt selbsttätig
wieder. Nach dem Erlöschen lädt die Batterie 1-8 über den Vorschaitwiderstand 19
den Kondensator 15 wieder auf, und die Schalteinrichtung ist wieder bereit, auf
die nachfolgenden Impulse, die auf das Gitter der Röhre wirken, anzusprechen.
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Die Röhrenschaltungen der Abb. I und 2 werden zur Richtungsbestimmung
von im Raum sich ausbreitender Wellenenergie, insbesondere von Schallwellen, benutzt,
indem man z. B. zwei in bei stimmtem Abstand voneinander angeordnete, um eine gemeinsame
Achse drehbare Empfangseinrichtungen verwendet, die mit dem Gitter je einer Röhre
verbunden sind, und die Richtung der an den Empfängern ankommenden Wellenenergie
das durch ermittelt, daß durch Drehen der Empfangsbasis diejenige Lage herbeigeführt
wird, bei der ein geringes Einundherdrehen genügt, um abwechselnd das eine oder
das andere Rohr zum Ansprechen zu bringen. Will man die mechanische Drehung der
Empfängerbasis vermeiden, so kann man die Einrichtung gemäß der Erfindung mit Erfolg
auch in Verbindung mit feststcheflden Empfangseinrichtungen für Wellenenergie benutzen.
Es werden dann zwei Empfangseinrich-
tungen, z. B. über elektrische
Verzögerungsleitungen, mit dem Gitter je einer Relaisröhre verbunden. Der Zeitunterschied
in der Erregung beider Empfangseinrichtungen durch dieselbe Wellenfront bzw. die
Richtung der einfallenden Energie wird dadurch bestimmt, daß diejenige Länge der
Verzögerungsleitungen ermittelt wird, bei der die Zündung der beiden Röhren abwechselnd
eintritt, wenn man die Verzögerungsleitungen um einen geringen Betrag vergrößert
oder verkleinert.
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In Abb. 3 sind acht Schallempfänger 24 blis 3I dargestellt, die kreisförmig
angeordnet sind. Jedem dieser Schallempfänger ist eine Relaisröhre 32 bis 39 zugeordnet.
Die Anoden jedes Relais rohres sind über Anzeigevorrichtungen 40 bis 47 an eine
gemeinsame Leitung 48 gelegt, die über einen Vorschaltwiderstand 49 mlit zudem Pluspol
einer Batterie 50 verbunden ist. Der Minuspol dieser Batterie ist parallel mit sämtlichen
Isathoden der Relaisröhren verbunden. Der Einfachheit halber sind bei den Gittern
der Röhren die Ableitwider; stände bzw. Gittervorspannungsbatterien ebenso wie die
Heizbatterien der Katoden fortgelassen.
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Die Wirkungsweise Idieser Einrichtung ist folgen'de: Geht eine Schallwelle
über die Empfängeranordnung, z.B. aus der Pfeilrichtung 51 kommend, hinweg, so wird
die Schallwellenfront zuerst den Empfänger 3I erreichen und dladiurcih einen Impuls
auf das Gitter der Röhre 39 geben, so daß diese Röhre zündet, ein Anodenstrom durch
die Anzeigevorrichtung 47 fließt und diese zur Wirkung bringt.
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Die später getroffenen Röhren können nicht zur Wirkung kommen, weil
durch das Fließen des Anodenstromes ein Spannungsabfall über den Vorschaltwiderstand
49 eintritt, der verhindert, daß die anderen Röhren ansprechen. Es wird also selbsttätig
angezeigt, daß der Empfänger 3I zuerst von der Schallwellenfront getroffen ist,
und damit ist die Richtung, aus. der die Schallwellen kommen, gegeben. Die Genauigkeit
der Richtungsbestimmung hängt von der Anzahl der benutzten Empfänger ab.
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Der große Vorteil dieser Einrichtung gegenüber bisher bekannten Einrichtungen
besteht darin, daß man mit außerordentlich kleinen Dimensionen der Empfängeranordnung
auskommt. Selbst wenn die Empfänger so nahe beieinander angeordnet sind, daß zwischen
deir Erregung des einen und der des nächsten beispielsweise nur eine Mikrosekunde
liegt, wird die Einrichtung richtig arbeiten. Einer Mikrosekunde Sentspri,cht aber
beispielsweise für die Schallfortpßanzung in Luft nut ein Wegunterschied von weniger
als einem Millimeter.