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Verfahren und Vorrichtung zum gerichteten Senden und Empfangen von
elektromagnetischen oder akustischen Wellen Zusatz zum Patent 8&5 822
Im Patent
885 822 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, um insbesondere zum
Zwecke des gerichteten Sendens und Empfangs von Schallwellen in bestimmter Weise
gegeneinander phasenverschobene Spannungen zur Erregung von in Abstand voneinander
angeordneten Strahlern oder um aus beliebig phasenverschiedenen Empfangsspannungen
zweier in Abstand voneinander angeordneter Empfänger zwei konphase, amplitudenverschiedene
Spannungen zu erzeugen. Das Verfahren und die Vorrichtungen des Hauptpatents lassen
sich nun besonders vorteilhaft verwenden, um ein stetiges Wechseln der Sende- bzw.
Empfangsrichtung hervorzurufen, so daß die Sende- bzw. Empfangscharakteristik über
den gesamten Umkreis oder einen bestimmten Teilbereich dauernd hinwegstreicht. Es
ist hierzu lediglich erforderlich, im Sendefall die nach dem Verfahren des Hauptpatents
verwandten konphasen, amplitudenverschiedenen Ursprungsspannungen so zu beeinflussen,
daß sie sich in ihren Amplituden verhalten wie sein w1t zu cos colt, wobei w1 eine
Frequenz ist, die klein gegenüber der verwandten Betriebsfrequenz ist. Eine derartige
Beeinflussung kann dadurch geschehen, daß die Ursprungsspan-
nungen
den Kreuzspulen eines Variometers entnommen werden, dessen Drehspule mit der Frequenz
2«'1 umläuft. Man kann aber auch die Ursprungsspannungen erzeugen mittels zweier
Zweiseitenbandmodulationsschaltungen mit unterdrückter Trägerfrequenz, wobei beide
Modulationsschaltungen betriebsfrequenzmäßig konphas erregt werden und modulationsseitig
mit der Frequenz t°l mit zwei um 90° phasenverschobenen Spannungen beaufschlagt
werden.
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Im Empfangsfall sind die nach dem Verfahren des Hauptpatents aus
den Empfangsspannungen je zweier Empfänger abgeleiteten konphasen, amplitudenverschiedenen
resultierenden Spannungen zu multiplizieren mit sin m1 t bzw. cos w1 t und zu einer
Meßspannung zusammenzufassen, wobei die Phasenverschiebung des Maximums der Meßspannung
gegenüber einer Variablen der Frequenz wl als Maß für die Einfallsrichtung benutzt
wird. Auch hier können ähnlich wie im Sendefall zur Beeinflussung der resultierenden
Spannungen Variometer oder Modulationsscbaltungen verwendet werden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen
veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. 1 eine sowohl zum Senden als auch zum Empfangen
verwendbare Schaltung mit zwei Sendern bzw. Empfängern und rotierendem Variometer,
Abb. 2 eine gleiche Schaltung mit acht Sendern bzw. Empfängern, Abb. 3 eine Schaltung
zum gerichteten Senden mit Zweiseitenbandmodulation für zwei Strahler, Abb. 4 eine
Abänderung der Schaltung nach Abb. 3, Abb. 5 eine Schaltung zum gerichteten Empfangen
mit Zweiseitenbandmodulation für zwei Empfänger.
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Bei dem Ausführungsbeispiel Abb. I wird im Sendefall der Drehspule
3 eines Kreuzspulenvariometers K eine Wechselspannung U zugeführt. An den Kreuzspulen
I und 2 des Variometers treten zwei Spannungen U1 und U2 auf, die im Hauptpatent
als Ursprungsspannungen bezeichnet worden sind. Die eine dieser Spannungen ist dem
Cosinus, die andere dem Sinus des Drehwinkels a der Drehspule 1 proportional.
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Diese Spannungen werden je einem Sender, beispielsweise Magnetostriktionssender
S1 und S2 einmal direkt und ein zweites Mal über ein Phasendrehglied P, das beispielsweise
eine Phasenverschiebung von 90° erzeugt, zugeführt. Dadurch treten an den Sendern
Spund S2 resultierende Spannungen R1 und R2 auf, die verschiedene Phase aber gleiche
Amplitude haben, und zwar ist die gegenseitige Phasenverschiebung der beiden die
Sender erregenden Spannungen Rl und R2 von der jeweiligen Drehstellung der Spule
3 des Variometers abhängig. Die Drehspule 3 des Variometers wird nun durch einen
Motor angetrieben, so daß sie mit einer Frequenz #1/2# umläuft. Dadurch wird erreicht,
daß die Sendecharakteristik sich bei beispielsweise einem Abstand der Strahler S;
und S2 von einer halben Wellenlänge #/2 in der Sekunde #1/# mal über den Vorausbereich
von 180° dreht.
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Beim Gebrauch der Schaltung Abb. I zum - gerichteten Empfangen werden
die an den beiden Empfängern auftretenden phasenverschiedenen, aber amplitudengleichen
Empfangsspannungen U2, U4 durch das Phasenglied P in zwei konphase, aber amplitudenverschiedene
resultierende Spannungen R3, R4 umgewandelt, die an den Kreuzspulen 1 und 2 des
Variometers K liegen. An der Drehspule 3 des Variometers wird sodann eine Meßspannung
U auftreten, die beispielsweise nach Verstärkung in einem Verstärker 3I in einem
Telephon 32 abgehört werden kann. Die Empfangscharakteristik dreht sich nun in gleicher
Weise wie die Sendecharakteristik über den Vorausbereich, und bei Gleichlage des
Maximums der Empfangscharakteristik und der Schallquellen tritt im Telephon 32 maximale
Lautstärke auf. Der dann vorhandene Drehwinkel a der Drehspule 3 ist ein Maß für
die Einfallsrichtung der Schallwellen.
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Statt das Empfangsmaximum in einem Telephon hörbar zu machen, kann
die Meßspannung U auch zum Betrieb einer optischen Anzeigevorrichtung, beispielsweise
eines mit der Drehspule des Variometers umlaufenden Neonröhrchens, benutzt werden.
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Zur Erhöhung der Richtschärfe bzw. Verbesserung der Richtcharakteristik
wird man sowohl zum Senden als auch zum Empfangen im allgemeinen eine größere Anzahl
von Sendern bzw. Empfängern benutzen.
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Abb. 2 zeigt eine der Schaltung nach Abb. I entsprechende Schaltung
für eine Gruppe von acht Sendern bzw. Empfängern. Um konstante Schwingeranpassungen
zu haben, wird dauernd ein Polarisationsstrom 1Pol durch die Schwinger geschickt,
wobei zwischen den einzelnen Schwingern Drosseln Dr liegen.
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Es werden hierbei je zwei Schwinger mit einem Variometer über eine
Phasenschaltung verbunden, und zwar die beiden Schwinger S4, S5 bzw. E4, Es mit
einem Variometer K1 über eine aus Kapazitäten und Ohmschen Widerständen bestehende
Ringschaltung P1 als Phasenglied, die Schwinger S3, S6 bzw. E3, E; mit einem Variometer
K2 über ein Phasenglied P2, die Schwinger 52. S7 mit einem Variometer Ks über ein
Phasenglied Pg und die Schwinger S1, S8 bzw. E1, E8 mit einem Variometer K4 über
ein Phasenglied P4.
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Die Drehspulen der vier Variometer K1 bis K4 werden durch einen gemeinsamen
Motor angetrieben. Sie laufen jedoch nicht' mit gleicher Drehzahl, sondern mit verschiedenen
Drehzahlen um, und zwar die Drehspule I des VariometersKl mit der Drehzahl die Drehspule
des Variometers K2 mit der dreifachen 3 # #1 Drehzahl, also , die des Variometers
K3 mit 5 # #1 der fünffachen Drehzahl und die Drehspule des 7 # #1 Variometers K4
mit der siebenfachen Drehzabl .
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2# Dadurch werden sowohl für den Sende- als auch für den Empfangsfall
im wesentlichen gleiche Verhältnisse erzielt, wie sie bei einem mechanischen Drehen
der Schwingergruppe selbst auftreten.
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Die im Sendefall an den beiden Kreuzspulen des Variometers K 'Abb.
Il auftretenden Spannungen haben Amplituden, die den folgenden Gleichungen genügen:
A1
= sin #1t#ej#t, A2 = cos #1t Die an den Kreuzspulen der Variometer auftretenden
Spannungen sind also dem sin m1 t und dem cos #1t proportional. Derartige Spannungen
lassen sich auch ohne mechanisch bewegte Teile herstellen, indem man, wie in Abb.
3 dargestellt, von einem Hochfrequenzgenerator 54 zweimal dieselbe Spannung mit
der Frequenz konphas auf die Eingänge zweier Modulationsverstärker 55, 56 gibt.
Diese Modulationsverstärker moduliert man mit zwei um 90° phasenverschobenen Spannungen
der Frequenz cul, und zwar Iooprozentig. Diese Modulationsspannungen werden von
einer Niederfrequenzspannungsquelle 57 über ein 90° Phasendrehglied 58 abgeleitet.
An den Ausgängen der Modulationsverstärker 55, 56 erhält man dann die gewünschten
Ursprungsspannungen U1 bzw.
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U2. Diese Spannungen sind bezüglich der Frequenz # konphas, und ihre
Amplituden sind dem sin #1t und dem cos m1 t proportional.
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Die beschriebene elektrische Ableitung derUrsprungsspannungen für
den Sendefall kann auch anders, als in der Schaltung Abb. 3 dargestellt, ausgebildet
sein.
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Derartige Schaltungen sind bekannt als Zweiseitenbandmodulation mit
unterdrückter Trägerfrequenz, wie sie für manche andere Zwecke Verwendung finden.
Die Ursprungsspannungen U1 und U2 werden sodann wieder wie bei der Schaltung Abb.
I auf ein Phasenglied P gegeben, an das die Sender S1 und S2 angeschaltet sind.
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Das Phasenglied der Schaltung Abb. 3 ist, wie in Abb. 2 dargestellt,
als Ringglied ausgebildet, das aus zwei Ohmschen Widerständen R und zwei Kondensatoren
C = besteht. Zwei gegenüberliegenden Eckpunkten des Ringgliedes werden die beiden
Ursprungsspannungen U1 und U2 zugeführt. An den beiden verbleibenden Eckpunkten
werden die phasenverschobenen resultierenden Spannungen abgenommen und auf die beiden
Sender S1 und S2 gegeben.
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Abb. 4 zeigt eine Schaltung, die unter richtiger Anpassung maximale
Energie auszustrahlen gestattet.
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Hier liegt am Ausgang des einen Modulationsverstärkers 55 über einen
Transformator 59, der mit induktiver Blindkomponente wirkt, der ebenfalls mit induktiver
Blindkomponente behaftete Sender S1 und entsprechend am zweiten Modulationsverstärker
56 über einen gleichartigen Transformator 6c der Sender S2. Zwischen beiden liegt
ein als Phasenglied wirkender Kondensator 6I, dessen Kapazität C = zW ist, wobei
Z die Wirkkomponente von Sender und Ausgangstransformator bedeutet. Sender und Ausgangstransformator
sind einander angepaßt. Ferner liegt über jeden Sender ein Abgleichkondensator 62,
der den induktiven Senderblindwiderstand m L auf den Betrag Z kompensiert.
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Auch im Empfangsfall läßt sich die Beeinflussung der resultierenden
Spannungen R1 und R4 statt durch ein Variometer mit rotierender Drehspule ähnlich
wie für die Sendeschaltungen Abb. 3und4 durch Zweiseitenbandmodulation mit unterdrückter
Trägerfrequenz erzielen.
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Im Empfangsfall ergibt sich bei Drehen der Innenspule Abb. I mit
der Frequenz #1/2# eine Spannung ej#t#cos(#1t-α) d. h. die Spannung an der
Drehspule hat stets dann ein Maximum, wenn sie den Winkel a einnimmt.
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Will man auch diesen Fall unter Vermeidung mechanisch drehbarer Teile
aufbauen, so kann man, wie in Abb. 5 dargestellt, die beiden konphasen Spannungen
R3 und R4 statt auf die Kreuzspulen eines Variometers auf die Eingänge zweier Modulationsverstärker
63 und 64 geben, die mit zwei um 900 phasenverschobenen Spannungen der Frequenz
#1 moduliert werden.
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Die Modulationsspannungen, die auf die beiden Modulationsverstärker
63 und 64 gegeben werden, lassen sich zur Erzielung einer optischen Anzeige verwenden,
wobei dem Leuchtfleck an einem Braunschen Rohr 65 eine Kreisablenkung gegeben wird.
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Die jeweilige Stellung des Leuchtfleckes entspricht dann der Lage
der Richtcharakteristik. Indem die am Ausgang der Modulationsverstärker 63, 64 gebildete
Meßspannung U als Helligkeitssteuerspannung auf das Braunsche Rohr gegeben wird,
läßt sich erreichen, daß der Leuchtfleck nur jeweils bei Gleichlage des Hauptmaximums
der Richtcharakteristik und der anzupeilenden Schallquelle aufgehellt wird.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Beispiele
beschränkt, sondern es sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen
möglich.
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PATENTANSPRUCEXE: I. Verfahren zum gerichteten Senden von elektromagnetischen
oder akustischen Wellen nach Anspruch I des Patents 885822, wobei die erzeugten
resultierenden Spannungen (R1, R5) je auf einen von zwei im Abstand voneinander
angeordneten Sendern gegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die konphasen amplitudenverschiedenen
Ursprungsspannungen (U1, U2) sich in ihren Amplituden verhalten wie sin m1 t zu
cos cola, wobei m1 eine Frequenz ist, die klein gegenüber der verwandten Betriebsfrequenz
ist.