DE900542C

DE900542C - Device for directional transmission or reception of waves

Info

Publication number: DE900542C
Application number: DEA2540D
Authority: DE
Inventors: Dr Karl Menges
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1940-10-08
Filing date: 1940-10-08
Publication date: 1953-12-28

Description

Vorrichtung zum gerichteten Senden oder Empfangen von Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum gerichteten Senden oder Empfangen von Wellen, insbesondere von Ultraschall, mittels einer Gruppe von Einzelschwingern oder einer kontinuierlichen Sende- bzw. Empfangsanordnung Für die Wirkungsweise dieser Gebilde ist die Richtcharakteristik maßgebend, die den Verlauf der empfangenen bzw. gesendeten Amplitude in Abhängigkeit von der Richtung darstellt. Je nach Wahl des Empfangsgebildes und des Frequenzbereiches weisen die Richtcharakteristiken außer dem Hauptmaximum mehr oder weniger starke Neben maxima auf. Je länger die Anordnung im Vergleich zur benutzten Wellenlänge ist, desto schärfer wird bekanntlsich das Hauptmaximum der Strahlung, aber es treten dann lästige Nebenmaxima auf, die durch Nullstellen voneinander getrennt sind. W!ill man die Nebenmaxima und Nullstellen vermeiden, so macht man die Anordnung verhältnismäßig kurz, hat dann aber nur geringe Peilschärfe im Hauptmaximum. Vielfach wäre nun die Vereinigung beider Merkmale in ein und derselben Anordnung erwünscht. Geräte z. B., die sich selbsttätig in die Richtung des Hauptmaximum6 einstellen sollen, verlangen gute Peil schärfe und zugleich das N!ichtvorhan,densein ausgeprägter Nullstellen und Nebenmaxima, weil das Gerät beim Durchlaufen der verschiedenen Richtungen die Nullstellen nicht ülbensch.reiten könnte und sich statt in das hauptmaximum in ein Nebenmaximum einstellen würde.Device for the directional transmission or reception of waves The invention refers to a device for the directional transmission or reception of waves, in particular by ultrasound, by means of a group of individual oscillators or one continuous transmitting or receiving arrangement for the mode of operation of these structures the directional characteristic is decisive, which determines the course of the received or transmitted Represents amplitude as a function of direction. Depending on the choice of reception image and the frequency range have the directional characteristics other than the main maximum more or less strong secondary maxima. The longer the arrangement in comparison to the wavelength used, the sharper the main maximum is known to be of the radiation, but then annoying secondary maxima occur which are caused by zeroing are separated from each other. If one wants to avoid the secondary maxima and zeros, this makes the arrangement relatively short, but then has only poor bearing sharpness in the main maximum. In many cases the union of both characteristics would be in one and the same Arrangement desired. Devices e.g. B., which automatically move in the direction of the main maximum6 should set, require good bearing sharpness and at the same time the absence of it more pronounced zeros and secondary maxima, because the device when going through the various Directions the zeros could not Ülben.reiten and instead into the main maximum would adjust into a secondary maximum.

Auch bei der Strahlung und dem Empfang im gesamten Umkreis kann es erwünscht sein, in einer bestimmten eng begrenzten Richtung, auf Schiffen z. B. in weder Vorausrichtung, mit erhöhter Inten sität zu strahlen bzw. zu empfangen, dabei aber gleichzeitig den gesamten übrigen Bereich mit geringerer Sende- bzw. Empfangsamplitude zu erfassen. Mit den bekannten Anordnungen ist das nicht möglich, weil diese infolge der Nullstellen ihrer Richtcharakteristiken tote Zonen aufweisen. It can also do with radiation and reception in the entire area be desirable, in a certain narrowly defined direction, on ships z. B. in neither pre-alignment to radiate or receive with increased intensity, At the same time, however, the entire remaining area with lower transmission or To detect reception amplitude. This is not possible with the known arrangements, because these have dead zones as a result of the zero points of their directional characteristics.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sende bzw. Empfangsanordnung zu schaffen, deren Richtcharakteristik ein hauptmaximum von be liebiger Peilschärfe aufweist, während die Nullstellen und Nebenmaxima ganz oder in dem für den jeweiligen Zweck erwünschten Grade unterdrückt sind. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß die Schwiingungsamplitude unsymmetrisch über die Länge der Basis verteilt wird, so daß sie von der Mitte der Basis aus nach dem einen Ende hin größere Beträge hat als nach dem anderen Ende hin. The invention is based on the object of a transmitting or receiving arrangement to create whose directional characteristic a main maximum of any DF sharpness has, while the zeros and secondary maxima wholly or in the for the respective Purpose desired degrees are suppressed. According to the invention, this object is thereby achieved been solved that the oscillation amplitude is asymmetrical over the length of the base is distributed so that it is larger from the center of the base to one end Amounts than towards the other end.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt Fig. I die Richtcharakteristik einer Schwingeranordnung in bekannter Ausführung, Fig. 2 die zugehörige Schwingeranordnung, Fig. 3 und 5 Richtcharakteristiken von zwei verschiedenen Schwingeranordnungen nach der Erfiii dung, Fig. 4 und 6 die zugehörigen Schwingeranordnungen. The invention is illustrated by way of example in the drawing. It shows Fig. I the directional characteristic of a transducer arrangement in a known design, 2 shows the associated transducer arrangement, FIGS. 3 and 5 show the directional characteristics of two different transducer arrangements according to the invention, FIGS. 4 and 6 the associated Transducer arrangements.

Blei der in Fig. 1 dargestellten Richtcharakteristilc ist ein Schwinger gemäß Fig. 2 zugrunde gelegt, dessen strahlende bzw. empfangende Fläche eine rechteckige Form von der Länge l = 3 A hat, wobei # die Wellenlänge des benutzten Schalles oder der sonstigen zu übertragenden Wellenenergie bedeutet. Die Richtcharakteristik weist ein Hauptmaximum und je zwei Nebenmaxima mit ausgeprägten Nullstellen zwischen den Maxima auf. Sie wird mathematisch dargestellt durch die Gleichung: R = f (#) = sin #/#, wobei # = ##l/# # sin # und # die Winkelabweichung vom Hauptmaximum bedeutet. The lead of the directional characteristics shown in Fig. 1 is an oscillator based on FIG. 2, the radiating or receiving surface of which is rectangular Has a shape of length l = 3 A, where # is the wavelength of the sound used or the other wave energy to be transmitted means. The directional characteristic has a main maximum and two secondary maxima with pronounced zeros between the Maxima on. It is represented mathematically by the equation: R = f (#) = sin # / #, where # = ## l / # # sin # and # means the angular deviation from the main maximum.

Fig.3 zeigt die Richtcharakteristik einer nach der Erfindung ausgebildeten Schwingeranordnung in einer ersten in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform. D'abei ist die Strahlerfläche so ausgebildet, daß ihre Breite von einem zum anderen Ende geradlinig vom Betrag a zum Betrag a/2 abnimmt. 3 shows the directional characteristic of a device designed according to the invention Oscillator arrangement in a first embodiment shown in FIG. 4. There is the radiator surface is designed so that its width is straight from one end to the other decreases from amount a to amount a / 2.

Wie durch einen Vergleich mit der Richtcharakterisktik der gleichmäßigen Schwingeranordnung nach Fig. 1 ersichtlich ist, haben die Nebenmaxima dieselbe Größe und Lage wie bei einer gleich langen Basis mit gleichmäßiger Amplitude bzw. gleichmäßiger Breite der Schwingerfläche. Die Minima aber sind um so flacher und liegen um so näher bei den Nebenmaxima, je stärker die Breite der Schwingerfläche von einem zum anderen Ende abnimmt.As by a comparison with the directional characteristics of the uniform The oscillator arrangement according to FIG. 1 can be seen, the secondary maxima have the same size and position as in the case of a base of equal length with a uniform amplitude or more uniform Width of the transducer surface. The minima, however, are the flatter and lie that way closer to the secondary maxima, the greater the width of the transducer surface from one to the other end decreases.

Läßt man die Breite der Schwingerfläche bis auf Null abnehmen, wie in Fig. 6 veranschaulicht, so verschmelzen gemäß Fig. 5 die Minima mit den Nebenmaxima zu Terrassenpunkten. Man hat es also hiernach in ,der Hand, die Nullstellen mehr oder weniger weitgehend aufzuheben und doch durch entsprechende Länge der Basis jede vorgeschriebene Peilschärfe zu erreichen. Im Grenzfall bestehen überhaupt keine nebenmaxima und keine Nullstellen bzw. Minima mehr. Die Richtcharakteristik nimmt vom Hauptmaximum aus bei -willkürlicher Peilschärfe monoton ab. If one lets the width of the transducer surface decrease to zero, like As illustrated in FIG. 6, according to FIG. 5, the minima merge with the secondary maxima to terrace points. So afterwards you have it in your hand, the zeros more or less extensively and yet by the corresponding length of the base to achieve any prescribed bearing sharpness. In the borderline case, there are none at all secondary maxima and no more zeros or minima. The directional characteristic decreases monotonously from the main maximum with arbitrary bearing sharpness.

Die Richtcharakteristiken der Fig. 3 und 5 werden mathematisch dargestellt durch die Gleichungen bzw. The directional characteristics of FIGS. 3 and 5 are represented mathematically by the equations and

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, sondern es sind noch mancherlei Ab änderungen und auch andere Ausführungsformen möglich. Insbesondere läßt sich die unsymmetrische Verteilung längs der Basis auf verschiedenste Art und' Weise erzielen. So küneen zur. Erzeugung der ungleichen Amplitudenverteilung Schaltmittel (Widerstände, Verstärker u. dgl.) vorgesehen sein. Die Schwingergruppe bzw. -anordnung kann die Form einer gleichmäßig besetzten Fläche haben, deren Breite vom einen zum anderen Ende der Anordnung abnimmt. Die Form der wirksamen Strahl- bzw. Empfangsfläche kann dabei durch Blenden erzielt werden. Schließlich kann auch zur ungleichen Amplitudenverteilung das wirksame Schwingermaterial ungleichmäßig über die Strahl- bzw. Empfangsfläche verteilt sein. The invention is not limited to the examples shown, but there are still many changes from and other embodiments possible. In particular, the asymmetrical distribution can be increased along the base achieve in various ways. So küneen to. Generation of the unequal Amplitude distribution switching means (resistors, amplifiers, etc.) may be provided. The transducer group or arrangement can take the form of an evenly occupied area have, the width of which decreases from one end to the other of the arrangement. The shape of the effective beam or receiving surface can be achieved by diaphragms. In the end The effective transducer material can also be uneven for uneven amplitude distribution be distributed over the beam or receiving surface.

Bei Verwendung von Manetostriktionsschwingerm kann man die einzelnen Bleche in ihrer Breite längs der Anordnung abnehmen lassen. Die Amplitude kann durch Lücken oder unwirksame Zwischenlagen zwischen den Blechen einseitig geschwächt werden.- Schiießlich kann man auch Idie Dicke der Bleche von einem zum anderen Ende zunehmen lassen, wodurch die Schwingungsamplitude abnimmt. When using manetostriction oscillators you can use the individual The width of the sheets can be removed along the arrangement. The amplitude can be through Gaps or ineffective intermediate layers between the sheets are weakened on one side. Finally, one can also increase the thickness of the sheets from one end to the other let, whereby the oscillation amplitude decreases.

Auch ist es nicht erforderlich, die Abnahme der Amplitude über die Basislänge nach einer linearen Funktion erfolgen zu lassen. Vielmehr kann die Abnahme auch nach einem anderen Gesetz erfolgen. Also it is not necessary to decrease the amplitude over the Let the base length take place according to a linear function. Rather, the decrease can also take place according to another law.

Auch läßt sich die Erfindung sinngemäß auf Schwingeranordnungen mit quasikontinuierlicher Besetzung bzw. Anordnung, die aus Einzelschwingern bestehen, anwenden.The invention can also be applied analogously to transducer arrangements quasi-continuous occupation or arrangement consisting of individual transducers, use.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Device for directed transmission or receiving waves, in particular ultrasound, by means of a group of Single oscillators or a continuous transmission or. Receiving arrangement, thereby characterized in that the oscillation amplitude of the individual oscillators of the group or the elements of the arrangement on the two halves of the arrangement is different and expediently from the center of the arrangement according to the a Decreases towards the direction and increases towards the other direction.

2. Apparatus according to claim I, characterized in that the oscillation amplitude decreases in a straight line from one end to the other of the arrangement.

3. Apparatus according to claim I, characterized in that the Amplitude from one end to the other end of the arrangement decreases in a straight line to zero.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that for generating the unequal amplitude distribution switching means (e.g. resistors, amplifiers) are provided.

5. Apparatus according to claim I, characterized in that the Group or arrangement has the form of a uniformly occupied area, the width of which decreases from one end of the array to the other.

6. Apparatus according to claim I, characterized in that the unequal Amplitude distribution the effective transducer material unevenly over the beam or reception area is distributed.

7. Apparatus according to claim 5 with magnetostriction plates, characterized characterized in that the sheets are of decreasing width along the assembly.

8. Apparatus according to claim 5, characterized in that the shape the effective beam or receiving area is achieved by diaphragms.

9. Apparatus according to claim 6 made of magnetostriction sheets, characterized characterized in that by gaps or ineffective intermediate layers between the sheets the amplitude is weakened on one side.

10. The device according to claim 6 made of magnetostriction sheets, characterized characterized in that the thickness of the sheets increases from one end to the other and thereby the oscillation amplitude decreases.