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Einrichtung zur räumlichen Funkpeilung eines reflektierenden Gegenstandes
Die
Erfindung befaßt sich mit dem Problem, mit Hilfe eines .Sende-EmpfansgsXGerätest
für sehr kurze elektrische Wellen reflektierende Gegenstände im Raum anzupeilen.
Insbesondere ist dabei an die Auffindung von Flugzeugen gedacht. Es ist, bereits
bekannt, daß sich ultrakurze Wellen, beispielsweise des Zentimetergebietes, für
diese Aufgabe ganz besonders gut eignen. Die Vorteile dieser Wellen gegenüber längeren
Wellen bestehen darin, daß diese Wellen bereits den optischen Gesetzen folgen und
sich daher mit Hilfe von Reflektoren ausgezeichnet bündeln tassen. Die die Lage
eines reflektierenden Gegenstandes bestimmenden Größen sind' dann gegeben durch
die Winkel, die das Reflektorsystem mit einem im R.aum festen Achsenkreuz bildet,
und durch die zusätzlich gemessene Laufzeit eines nach dem reflektierenden Gegenstand
ausgesandten Signals. Aus dieser Laufzeitmessung wird die Entfernung des Gegenstandes
ermittelt.
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Die Winkelbestimmung kann an sich mit genügend großer Genauigkeit
erfolgen, da sich die verwendeten Wellen besonders gut bündeln lassen. Bei scharfer
Bündelung wird indessen das Suchen reflektierender Gegenstände im Raum sehr erschwert.
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Die Erfindung ermöglicht es, mit dem Peil.stra'h, gleichzeitig ein
breites Suchfeld zu überwachen und eine schmale Peilzone zu bestimmen. Sie besteht
darin, -daß sende- und/oder empfangssleitig eine Bündelcharakteristik mit ellipsenförmigem
Querschnitt, dessen Längserstreckung das Snchfeld und
dessen Quererstreckung
die Peilschärfe definiert, um den Mittelpunkt der Ellipse eine Rotationsbewegung
ausführt und dabei ein Anzeigeorgan in synchronem Umlauf mitnimmt, dessen Stellung
in einem durch den Einfall von Empfangsenergie sichtbar festgelegten Zeitpunkt ablesbar
ist.
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Der Erflndungsgedanke soll in seinen Ausführungsformen an ,Eandl
der Abbildung erläutert werden: Abb. I stellt das verwendete Strahlenbündel dar,
in dem von 0 aus die Erzeugende in drei Stellungen und ein durch das Strahlenbündel
senkrecht zu seiner Achse gelegter Schnitt P eingezeichnet ist.
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Dieser Schnitt ist in Abb. 2 nochmals herausgezeichnet. Die Umgrenzungslinie
des Strahlenbündels ist als geschlossene Linie dargestellt. Die Linien gleicher
Feldstärke sind durch gestrichelte Linien eingezeichnet. Es sei angenommen, daß
die Polarisation innerhalb des Strahlenbündels die gleiche oder annähernd die gleiche
ist. Die Polarisationsridtung solt beispielsweise in allen Punkten des Strahlenbündels
parallel zur großen Achse der eingezeichneten Feldlinien entsprechend dem in Abb.
2 ,dargestellten Pfeil verlaufen. Diese .Bedingung ist nicht unbedingt notwendig,
aber sie erleichtert das Verständnis und stellt außerdem, die einfachste Möglichkeit
für die Durchführung des Erfindungsvorschlages dar.
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Man läßt dieses Diagramm um seine Mittelachse rotieren, ohne es zu
deformieren. Auf der Empfangsseite kann ein gleiches Strahlenbündel verwendet werden;
die Achsen der beiden Diagramme müssen stets parallel oder annähernd parallel zueinander
bleiben. Das Sendediagramm, das in Abb. 3 allein durch seine Begrenzungslinie dargestellt
ist, möge beisp,ielsweise in Pfeilrichtung rotieren. Der Kreis, den die Endpunkte
der großen Achse des Strahlenbündels in der Ebenes beschreiben, ist in Abb. 3 gestrichelt
eingezeichnet. Man muß sich vorstellen, daß das Empfangsdiagramm in gleicher Weise
mit derselben Polarisation und in derselben Ebene rotiert.
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Wenn sich in A (Abb. 3) ein reflektierender Gegenstand befindet,
so wird dieser Gegenstand während der Zeit, während der die große Achse des Strahlenbündels
die Punkte a und b üherstreicht, ein Echo aussenden. Während der gleichen Zeit wird
dieses Echo von der Empfangseinrichtung auch empfangen. Die wirksame, von den Punkten
a und b begrenzte Suchcharakteristik ist in Abb. 3 eingezeichnet. Es genügt, dem
Empfänger ein Anzeigeorgan zu geben, weiches den Zeitaugenblick des Empfangs festzustellen
ermöglicht, um die Anwesenheit eines reflektierenden Gegenstandes im Strahlungsfeld
des Senders registrieren und die Rotationsachse des Strlahlenbündels auf den reflektieren
den Gegenstand einstellen zu können. Nach erfolgter Einstellung wird dann der Empfang
unabhängig von -der Rotation von Sende- und E-mpfangss trahlenbündel sein.
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Im folgenden soll eine Ausführungsform für die Erzeugung eines- in
Abb. 2 und 3 dargestellten Strahlenbündels angegeben werden. Man verwendet einen
rotationssymmetrischen Reflektor R (Abb. 4) und setzt in seinen Brennpunkt eine
Antenne At.
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Man erhält dann ein unsymmetrisches Diagramm dank der Tatsache, daß
die Antenne At keinen rotationssymlmetrischen Körper dsarstelllt. Als Beispiel sei
angenommen, daß der Abstand des! Brennpunktes des Spiegels vom Scheitel (die Brennweite)
36 cm und die Öffnung des Spiegels MN 3' m betrage. Jede Hälfte der Antenne habe
weiterhin eine Länge von 4cm. Für eine Wellenlänge von i6cm ergibt sich dann folgendes
Strahlungs-diagramin. Es werde durch einen auf der Symmetrieachse der Strahlung
liegenden Punkt G, der sich genügend weit entfernt vom Brennpunkt des Spiegels befindet,
eine Ebene senkrecht zur Achse gelegt. Bewegt man sich in dieser Ebene senkrecht
zur Ausdehnungsrichtung der Antenne At auf einer Achse x, y, so besitzt der Reflektor
in dieser Richtung seine größte Wiksamkeit, und das. Strahlenbündel besitzt in dieser
Richtung seine stärkste Bündelung. Trägt man d,ie Feldstärkewerte als Ordinaten
über den jeweiligen Winkelabweichungen auf, so erhält man die Kurve I gemäß Abb.
5. Man sieht daraus, daß das Strahlenbündel in der Richtung y stark gebündelt ist.
In dem angenommenen Fall befindet sich das Null der Strahlung etwa unter einem Winkel
von 2.0 (Winkel a). Mißt man die Feldstärke des Strahlenbündeis in der dazul senkrechten
Richtung (nämlich in der Richtung, z), so erhält man ein Diagramm,, das durch die
Kurve 2 gemäß Ablb. 5 dargestellt werden kann. In diesem Fall tritt das erste Null
unter einem Winkel von 70 30' (Winkel a2) auf.. Die Bündelung ist in dieser- Richtung
deshalb nicht so scharf, weil der Spielgel infolge der Ausdehnung des Strahlers
At, der in seiner Achsrichtung selbst nicht strahlt, nicht voll zur Wirksamekeit
kommt. In allen anderen, durch die Ebene P gelegten Richtungen, die von den Richtungen
x, y und v, z abweichen, ergeben sich Zwischeniwerte. Man erhält somit ein Strahlung
diagramm, wie es im Querschnitt in Abb. 2 dargestellt ist; die elektrische Polarisationsrichtung
bleibt annähernd konstant und parallel zum Strahler At.
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Das Empfangsdiagramm kann man mit denselben Mitteln erhalten.
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Die Rotation der Diagramme kann Iman am einfachsten dadurch erhalten,
diaß man Sen,de- und Empf,angsantenne gleichzeitig in ihren Reflektoren umlaufen
läßt, und zwar derart, daß Senders und Empfangsantenne stets zueinander parallel
bleiben.
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Zu diesem Zweck können beide von einer gemeinsamen Achse angetrieben,
werden. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß die in Rotation zu versetzenden Teile
eine geringe Träglheit besitzen, da man die Antennen sehr klein ausbilden kann.
Man kann dann zur Abtastung eines bestimmten Gel'ändes die Antennen mit einer genügend
großen Geschwindigkeit rotieren lassen.
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Sylnchlron mit oder Rotationsbewegung der Antennen rotiert nun. ein
Zeiger i, und zwar derart. daß die Zeigerstellung jeweils die Lage -der Antenne
angibt (Abb. 6). So besitzt der Zeiger bei-
spielsweise eine vertikale
Lage, wenn die Antennen ebenfalls eine vertikale Lage einnehmen. Ein Ausführungsbeispiel
für diesen Vorschlag ist in Abb. 6 dargestellit. Die beiden Antennen (Sende- und
Empfangsantenne Ae und AR) werden von dem Nifotor Mo angetrieben, und zwar über
ein Übersetzungsgetriebe. DieWinkeleinstell1ung des Zeigers wird über ein Gleichlaufsystem
T vorgenommen.
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Im Ausgang des Empfängers Re, der an ,die Antenne AR angeschlossen
ist, befindet sich eine Lampe L, die von den von der Antenne aufgenommenen Signalen
erleuchtet wird. Diese von der Antenne aufgenommenen Signale werden verstärkt und
anschließ,end gleichgerichtet. Die etwa als Leuchtrölhre ausgebildete Lampe L muß
eine geringe Zeitkonstante besitzen und kann beispielsweise eine Neonröihre sein.
Bei Aufleuchten der Leuchtröhre L wird der Zeiger i erleuchtet, so daß man aus der
jeweil'igen Stellung auf die Lage des Richtantennensystems schließen kann. Es wird
beispielsweise ein weißer Zeiger auf schwarzem Grund angeordnet und man versieht
die Leuchtröhre L mit den üblichen optischen Mitteln.
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Praktisch kann man die Anordnung leicht so ausführen, daß der Zeiger
nur in dem Au!genbltick sichtbar wird, in dem das rotierende Strahlenbündel auf
einen reflektierenden Gegenstand auftrifft. Es genügt, die Antenne und damit auch
den Zeiger mit einer Geschwindigkeit rotieren zu lassen, daß der Beobachter einen
Leuchteindruck in dem Augenblick erhält, in dem. sich ein reflektierender Gegenstand
im Strablungsfel.d des Senders befindet. Der auf der Scheibe, vor der sich der Zeiger
bewegt, erleuchtete Sektor gibt mit genügender Genauigkeit an, in welcher Richtung
sich der reflektierende Gegenstand befindet, so dlaß die Achse des Strahlers diesem
reflektierenden Gegenstand unmittelbar nachgeführt werden kann. Die Rotatio,nsgeschwindi,,l;eit
der .Antenne kann etwa zu 50 Umdrehungen pro Sekunde gewählt werden.
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In Abb. 7 sind die verschiedenen Stellungen des rotierenden Strahlenbündels
in Verbindung mit der sektorförinigen Anzeige dargestellìt. Die Anzeigesektoren
sind schraffiert eingezeichnet. Das rotierende Strahlenbündel ist jeweils durch
die Ellipse C und der reflektierend!e Gegenstand durch einen Punkt A angegeben.
Die für die ein,gezeichneten Lagen des reflektierenden Gegenstandes erhaltenen Anzeigen
sind jeweils unterhalb der Strahlenbündel dargestellt. In der Darstellung 7 (I)
ist der reflektierende Gegenstand sowohl nach Höhe als auch nach Seite aus der Achsrichtung
abgewichen; in der DarsteMung 7 (2) ist der reflektierende Gegenstand nur in der
Höhe und in 7 (3) nur nach der Seite aus der Achsrichtung abgewichen. In der Darstellung
7 (4) befindet sich der reflektierende Gegenstand fast in Achsrichtung. Aus diesen
Anzeigen kann der Beobachtende ohne weiteres die Abweichung der Spiegel achse aus
der genauen Richtung entnehmen, um das System auf den reflektierenden Gegenstand
unmittelbar nachzuführen.
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Die Genauigkeit in der Nachführung des Gerätes auf den reflektierenden
Gegenstand hängt natürlich von der Ausbildung des Diagramms ab. Diese Genauigkeit
wird um so größer sein, je schmaler das Diagramm in der einen Ausdehnungsrichtung
und je länger es in der anderen Ausdehnungsrich tung ist.
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In Abb. 8 ist iim'Prinzip der Teil des Empfängers dargestellt, der
die Beleuchtung des Zeigers vornimmt. Um gleichzeitig eine Abstandsmessung des reflektierenden
Gegenstandes vornehmen zu können, werden kurze Impulse, beisp elsweise im 6ooo-Hz-Rhythmus,
ausgestrahlt. Befindet sich im Strathlungsbereich des Gerätes ein reflektieren,der
Gegenstand, so werden von der rotierenden Antenne AR diese Signale aufgenom'men
und einem Empfänger Re zugeführt. Dieser Empfänger führt Impulse der Folgefrequenz
von 6000 Hz über den Kondensator 1 und den Widerstand2 dem Gitter der Röhre 3 zu.
Im Anodenkreis dieser Röhre liefindet sich ein Filterkreis S, der auf die Frequenz
6000 Hz abgestimmt ist. Dieser beaufschlagt die Röhre 3, die über den Transformator
6 die Leuch1tröhre 7 während des Einfalls der Impulse erleuchtet. Die veränderliche
Vorspannung S erlaubt es, die Empfindlichkeit des Anzeigesystems zu verändern.
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Die vorgeschlagene Einrichtung ermoglicht es einen Rückstrahler von
mehreren anderen, die sich ebenfalls im Strahlungsbereich des Senders befinden,
zu unterscheiden und das Richtsystem auf einen dieser Rüdcstrahler allein einzustellen.
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Abschließend soll bemerkt werden, daß die erläuterten Ausführungsbeispiele
in zahlreichen Punkten abgewandelt werden können. So ist es heispielsweise nicht
nötig, die Rotation des Richt diagramms mit Hilfe des in Abb. 4 dargestellten Systems
zu bewirken. Die erforderliche Bündelcharakteristik mit ellipsenförmi gem Querschnitt
läßt sich auch mit anderen bekannten Richtsystemen erzeugen.