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Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen des Peilminimums bei der Richtungsbestimmung
elektromagnetischer Wellen
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Einrichtungen
zum Bestimmen der Richtung elektromagnetischer Wellen mit Hilfe einstellbarer Empfangsmittel.
Bekanntlich werden zu diesem Zweck gewöhnlich Antennen mit richtungsabhängiger Empfindlichkeit
verwendet, wobei durch systematische Drehungen der Richtcharakteristik auf maximale
oder minimale Intensität der empfangenen Signale eingestellt wird. Da man dabei
das Vorzeichen kleiner Einstellfehler jeweils nicht kennt, setzt dieses Verfahren
einige Übung und Erfahrung voraus, und jede Peilung ist mit einem beträchtlichen
Zeitaufwand verbunden. Besondere Schwierigkeiten entstehen, wenn es sich um die
Anpeilung ständig veränderlicher Einfallsrichtungen von Wellen handelt, deren Erzeuger
gegenüber dem Empfänger bewegt sind.
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Man hat aus diesem Grunde auch Einrichtungen gebaut, welche kleine
Richtungsabweichungen der einstellbaren Schwingungsempfänger gegenüber der Einfallsrichtung
nach Größe und Vorzeichen angeben.
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Es handelt sich dabei um einen Amplitudenvergleich der mit zwei Empfangssystemen
verschiedener Richtungscharakteristik empfangenen Signale. Es sind zahlreiche Ausführungsformen
eines solchen Ampli-
tudenvergleiches bekannt, und man kennt auch
Einrichtungen, bei denen die Abweichungen nach Größe und Vorzeichen angezeigt werden.
Diese Einrichtungen enthalten Mittel zur periodischen Umschaltung der Empfangssysteme.
Bei mechanisch bewegten Umschaltern sind alle Nachteile (Betriebsunsicherheit, Gewicht,
usw.) von mechanischen Schaltapparaten nicht zu vermeiden. Bei der Verwendung von
elektrisch gesteuerten Elementen (Elektronenröhren) zur Umschaltung können dagegen
die ungleichen und veränderlichen elektrischen Übertragungseigenschaften solcher
Mittel die Genauigkeit der Richtungsbestimmung stark beeinträchtigen.
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Das nachstehend beschriebene Verfahren beruht im Gegensatz zu diesen
bekannten Einrichtungen nicht auf einem Vergleich zweier auf gleiche Amplitude einzustellender
Empfangsgrößen, sondern es ermöglicht den Nachweis kleiner Abweichungen vom Peilminimum
unter Ausnutzung des Vorzeichenwechsels der empfangenen Hochfrequenzschwingungen
im Peilminimum. Die Erfindung kennzeichnet sich hierbei dadurch, daß aus einer auf
das Peilminimum einzustellenden richtungsabhängigen und einer am gleichen Ort empfangenen
zweiten, gerichteten Empfangsgröße eine aus beiden Werten in der Form eines Modulationsproduktes
gebildete Kontrollgröße erzeugt wird, die kleine Peilabweichungen nach Größe (Amplitude)
und Abweichungssinn (Vorzeichen) angibt und demzufolge ein genaues Einstellen auf
das Peilminimum gewährleistet. Die aus unterschiedlichen Peilcharakteristiken sich
ergebenden beiden Empfangsgrößen sind hierbei derart zueinander in Beziehung gesetzt,
daß die Empfindlichkeit der einen Charakteristik auf seitlich einfallende Wellenenergien
gering ist, während sie beim Nulldurchgang der anderen Charakteristik ein Maximum
aufweist. Eine derart gebildete, für Peilabweichungen charakteristische Kontrollgröße
kann zur optischen Anzeige kleiner Einstellungsfehler nach Größe und Vorzeichen
oder auch zur automatischen Korrektur der Einstellung dienen.
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Es sind zwar bereits Einrichtungen zur ständigen Kontrolle des Peilminimums
bekannt (britische Patente 393 436, 427 039, 428 212). Diese Einrichtungen enthalten
stets eine gerichtete und eine ungerichtete Antenne und sind besonders empfindlich
auf Wellen, die senkrecht zur eingestellten Peilrichtung einfallen. Aus diesem Grunde
wird dabei die Peileinstellung leicht durch seitlich einfallende Störschwingungen
gefälscht, auch wenn die Amplitude dieser Störwellen klein ist gegenüber der Amplitude
der anzupeilenden Wellen. Beim neuen Verfahren nach der Erfindung werden dagegen
zwei gerichtete Antennen verwendet. Durch die zweite gerichtete Antenne wird der
Einfluß seitlich einfallender Störschwingungen eliminiert, so daß die den bisherigen
Verfahren zur Richtungsbestimmung anhaftenden Peilfehler vermieden werden, die beispielsweise
durch Schwingungsenergien entstehen, deren Einfallsrichtung sich von der momentanen
Peilrichtung stark unterscheidet.
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Die Richtcharakteristik des ersten Antennensystems sei durch die
reale Funktion fi(x) gegeben, d. h. eine erste Empfangsgröße a mit der Frequenz
W und der maximalen Amplitude A hat folgenden Verlauf in Abhängigkeit vom Einfallswinkel
x: aA .cos(wt) f1(x). (I) Die Phasenlage dieses Signals ist richtungsunabhängig,
abgesehen von einem Phasensprung von 1800 infolge Vorzeichenwechsel von fi(x) im
Nulldurchgang dieser Richtfunktion. Die zweite Empfangsgröße b wird ebenfalls einem
gerichteten Antennensystem entnommen, dessen reelle Richtcharakteristik f2(x) jedoch
beim Nulldurchgang von fi(x) einen Maximalwert I annimmt: b = B # cos(wt) # f2(x).
(2) Das Modulationsprodukt aus beiden Empfangsgrößen ist c = 2C a b = A B C (I f
cos zzt)fi(x) fi(x) , (3) wobei C eine Modulationskonstante ist. Die Gleichstromkomponente
von c ist g=G.F(x), (4) wenn zur Abkürzung gesetzt wird G=A#B#C (5) und F(x) =fi(x)
.f2(x). (6) Da die Richtfunktion fi(x) bei der anzupeilenden Richtung x = o das
Vorzeichen wechselt, entspricht das Vorzeichen der Kontrollgröße g dem Sinn der
jeweiligen Richtungsabweichungen zwischen Einfallsrichtung und der durch die Antennenachse
gegebenen Peilrichtung.
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Wird nun gleichzeitig eine durch den Index gekennzeichnete Störschwingung
mit der Einfallsrichtung x von der Seite empfangen, so erhält man für das Modulationsprodukt
c = 2C =2C.(a+a5).(b+b5) =A .B.C B C (I + +cos2wt) fi(x) .f2(x) (7) As # Bs # C
(I + cos 2#st) # f1(xs) # f2(xs) A # Bs # C (cos(#-#s)t + cos(# + #s)t)#f1(x)#f2(xs)
As#B#C(cos(#-#s)t + cos(#+#s)t) # f1(xs)#f2x.
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Die Frequenz w5 der mitempfangenen Störschwingungen stimmt nie genau
mit der Empfangsfrequenz # überein, d. h. die niedere Schwebungsfrequenz (w-w5)
kann durch einfache Beruhigung unterdrückt werden, wodurch auch die höheren Frequenzen
w und w3 und die Summenfrequenz (wws) in Wegfall kommen. Die Gleichstromkomponente
des Modulationsproduktes setzt sich demnach lediglich aus den Anteilen der beiden
ersten sich aus Gleichung (7) ergebenden Glieder zusammen: g1 = G#F(x)#Gs#F(xs).
(8) Wegen der Unempfindlichkeit der zweiten Antenne auf seitlich einfallende Schwingungen
ist deren Richtfunktion f für den Einfallswinkel x5 der Störschwingungen sehr klein.
Aus diesem Grunde kann auch das zweite Glied der Gleichung (8) vernachlässigt werden,
so daß man eine der Gleichung (4) entsprechende ungestörte Kontrollgröße g erhält.
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Die beiden Empfangsgrößen a und b können beispielsweise mit zwei
senkrecht zueinander stehenden Rahmenantennen empfangen werden, deren Richtfunktion
bekanntlich dem Verlauf f1 (x) = sin x, (9a) f2 (X) = cos x (9b) entspricht. Die
Kontrollgröße g weist dann eine Richtungsabhängigkeit f = C sin 2x auf. (I0) 2 Sie
entspricht also nach Größe und Vorzeichen kleinen Richtungsabweichungen x. Dieser
Verlauf der Kontrollgröße bleibt bei kleinen Richtungsabweichungen dann auch erhalten,
wenn Antennensysteme verwendet werden, deren Richtcharakteristiken nicht Sinusgesetzen
nach (g) folgen, sofern nur erfindungsgemäß dafür gesorgt wird, daß ein Nulldurchgang
der ersten mit einem Maximalwert der zweiten Richtfunktion zusammenfällt.
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Da die kombinierte Richtcharakteristik F(x) des gesamten Doppelantennensystems
nach Formel (6) durch das Produkt beider Richtfunktionen fi(x) und f2(x) gegeben
ist, kann die ganze Peileinrichtung durch geeignete Wahl der Charakteristik f2(x)
der zweiten Antenne in beliebig wählbaren Bereichen für alle Schwingungen unempfindlich
gemacht werden, deren Einfallsrichtung von der momentanen Peilachse einen bestimmten
Betrag überschreiten. In diesem Falle weist die zweite Antenne ausgeprägte einseitige
Richtwirkung aus. Die Beeinflussung der Empfindlichkeitsverteilung F(x) durch die
Charakteristik f2(x) eines zweiten gerichteten Antennensystems bildet ein wesentliches
Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bei Verwendung von Antennen mit sinus- und kosinusförmiger Richtungsabhängigkeit,
wie es z. B. in den Gleichungen (g a) und (g b) zum Ausdruck gebracht ist, treten
bei großen Richtungsabweichungen x = j 90° oder x = 1800 Peilminima auf, d. h. die
Kontrollgröße g ist von Schwingungen unabhängig, deren Einfallsrichtung solchen
Abweichungen entspricht. Das Peilminimum bei x = I80" ist stabil, d. h. kleine Abweichungen
gegenüber I80" wirken sich in gleicher Weise aus wie kleine Abweichungen gegenüber
0°. Dagegen ist das Minimum bei 90° labil, weil kleine Abweichungen gegenüber 90°
eine Korrektur im Sinne einer Vergrößerung dieser Abweichung bewirken, bis ein stabiles
Minimum bei o" bzw. I80" erreicht ist.
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Weiterhin wird die Anzeige des Peilminimums nicht durch kleine gegenseitige
Phasenabweichungen der beiden erfindungsgemäß gebildeten Empfangsgrößen gestört.
Wenn z. B. die zweite Empfangsgröße b nach Gleichung (2) gegenüber der ersten durch
kleine Fehler der Empfangs- oder Verstärkungsmittel eine zusätzliche kleine Phasenabweichung
y erfährt, so ergeben sich die Werte b = B#cos(#t-y)#f2(x) (II) = B(cos#t#cosx#sin#t#siny)xf2(x)
und für die Gleichstromkomponente des Modulationsproduktes g = G F (x) cosy. (I2)
Dies besagt, daß sich der Wert g lediglich um den konstanten und vom Wert Eins wenig
abweichenden Faktor cos y gegenüber der Gleichung (4) unterscheidet.
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Eine gewisse Schwierigkeit bei der üblichen Einstellung auf ein Peilminimum
erwächst durch phasengedrehte Störkomponenten der Peilgröße, da hierbei eine Empfangsnullstelle
überhaupt nicht mehr auftritt. In einem Extremfall gilt für diese Peilgröße p =
A cos (wt) f (x) + B sin (wt). (I3) Der Peilwert P ist also durch eine Schwingung
gleicher Frequenz mit um go0 verschobener Phasenlage von der Amplitude B gestört.
Obschon die Gesamtamplitude dieser Hochfrequenzspannung p nun überhaupt keinen Nulldurchgang
mehr aufweist, wodurch die normale Einstellung eines Peilminimums wesentlich erschwert
wird, folgt auch in diesem Falle die Gleichstromkomponente g des Modulationsproduktes
dem durch die Formel (4) charakterisierten Verlauf, wenn die Größe p als erste Empfangsgröße
a behandelt wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung können die Empfangsgrößen
vor der gegenseitigen Modulation zum Zwecke einer Frequenzverschiebung mit einer
Hilfsfrequenz h = H cos (vt) überlagert werden, wie dies beim Zwischenfrequenzempfang
üblich ist. Die beiden Empfangsgrößen a und b werden dann bei Vernachlässigung der
Amplitudenänderung in die aus Summen- und Differenzfrequenzen aufgebauten Signale
umgewandelt: av = A .(cos (cos (w + v) t + cos (w-v) t) f1 (x), (I4) bv = B#(cos(#+#)t+cos(#-#)t)#f2(x).
(I5) Durch Modulation von av mit bv entsteht wieder ein Modulationsprodukt mit der
Gleichstromkomponenteg gemäß Formel (4). Die Unterdrückung des einen Seitenbandes
der veränderten Empfangsgrößen a, und b, hat lediglich eineAmplitudenverminderung
desModulationsproduktes zur Folge.
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In manchen Fällen ist die Fortleitung des Modulationsproduktes als
Wechselspannung erwünscht. Zu diesem Zweck können die Empfangsgrößen a und b mit
einer Niederfrequenz k = cos (zelt) amplitudenmoduliert werden, so daß sich ergibt
an = A (I + cos ut) cos (wt) - f1 (x), (I6) bn = B#(I+cos #t)#cos(#t)#f2(x). (I7)
Das Modulationsprodukt aus diesen Spannungen enthält dann außer der Gleichstromkomponente
g noch eine Niederfrequenzkomponente m=Gcos (ut)-F(x). (i8) Durch Modulation dieser
Niederfrequenz mit der zur Amplitudenmodulation benutzten Niederfrequenz-
spannung
k kann man dann leicht eine Kontrollgröße erhalten, welche wieder kleine Peilabweichungen
nach Größe und Vorzeichen durch 2»t cos (t) = G zu F (x) + n21 (I9) angibt. Der
Niederfrequenzanteil ml wird durch Beruhigung unterdrückt, so daß eine der Gleichung
(4) entsprechende Gleichstromkomponente g verbleibt.
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Statt dieser Demodulation der richtungsabhängigen Niederfrequenz m
kann dieselbe auch einem aattmetrischen Indikator, z. B. Dynamometer, zugeführt
werden, welchem als zweite Größe noch die Hilfsniederfrequenz k zugeleitet wird.
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Eine Niederfrequenzübertragung ist auch möglich, wenn erst das Modulationsprodukt
g mit der Niederfrequenz k moduliert wird. Die Nutzbarmachung der so gewonnenen
niederfrequenten Kontroligröße m kann dabei ebenfalls in der beschriebenen Weise
erfolgen.
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Es empfiehlt sich, zur gegenseitigen Modulation der Empfangsgrößen
a und b symmetrische und ruhestromfreie Modulationsschaltungen zu verwenden.
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Diese Modulationsschaltungen sollen gleichrichtereffektfrei sein,
d. h. das Modulationsprodukt darf beim Verschwinden der einen Empfangsgröße keine
Gleichstromkomponente enthalten.
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Eine Kontrollgröße g, die dem Modulationsprodukt beider Empfangsgrößen
a und b entspricht, kann nach bereits bekannten Verfahren auch ohne gegenseitige
Modulation dieser Größen gebildet werden. Wenn beispielsweise die mit einer Niederfrequenz
k modulierte erste Empfangsgröße a" der Gleichung (I6) nach Hinzufügen der unveränderten
Empfangsgröße b direkt gleichgerichtet wird, so entspricht die Niederfrequenz n
= A zu (I t cos ut)-fl(x) + Bf2 (x). (20) Aus dieser Niederfrequenz wird dann durch
Modulation mit der ursprünglichen Niederfrequenz k eine Kontrollgröße gewonnen,
deren Verhalten g entspricht.
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Dies kann z. B. in der Weise geschehen, wie es in den eingangs erwähnten
britischen Patentschriften erfolgt, wobei jeweils die Empfangsgröße aus der ungerichteten
Antenne durch eine gerichtete Empfangsgröße zu ersetzen ist.
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Die Kontrollgröße läßt sich auch direkt in Form eines entsprechenden
mechanischen Drehmomentes erzeugen, indem beide Empfangsgrößen a und b oder die
in der Frequenz verschobenen Empfangsgrößen aD, bv auf ein wattmetrisches System
geführt werden. Ein hierzu geeignetes wattmetrisches System ist z. B. ein Dynamometer,
wobei eine von der ersten Empfangsgröße durchflossene Spule im Feld einer von der
zweiten Empfangsgröße durchflossenen Spule drehbar gelagert ist. Das mechanische
Drehmoment zwischen beiden Spulen entspricht dabei bekanntlich der Gleichstromkomponente
des Modulationsproduktes aus beiden zugeführten Größen, und diese Kontrollgröße
kann unter Verwendung bekannter Mittel nutzbar gemacht worden.
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Aus beiden frequenzverschobenen Empfangsgrößen läßt sich auch durch
Phasendrehung der einen Empfangsgröße um 900 ein Drehfeldsystem bilden: ad = A zu
cos (w-v) t f1 (x), (21) bd = B sin (W-v) t f2 2 (x). (22) Dieses Drehfeldsystem
kann in bekannter Weise zum Antrieb mechanisch bewegter Teile dienen, z. B. indem
ein Asynchronmotor durch die beiden Größen ad, b gespeist wird. Der Drehsinn ist
dabei gegeben durch Gleich- oder Ungleichheit der Vorzeichen von fi (x) und F (x).
Ein Vorzeichenwechsel von f1 (x) im Peilminimum entspricht demnach einer Umkehr
des Drehsinnes, und die Drehzahl des Motors entspricht wie ein Modulationsprodukt
g kleinen Peilabweichungen nach Größe und Vorzeichen. Durch einen derartigen Motor
lassen sich demnach die Mittel zur Verminderung der Peilabweichungen direkt antreiben.
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Die zum Empfang der zu peilenden Wellenenergien benutzten Antennensysteme
brauchen nicht mechanisch beweglich ausgebildet zu sein, wenn deren Richtwirkung
auf elektrischem Wege durch einstellbare Übertragungsmittel verändert werden kann.
Es können z. B. feste Antennensysteme mit Goniometerübertragung vorgesehen sein,
wie sie zu Peilzwecken häufig verwendet werden. Auch die bekannten nachteffektfreien
Richtantennensysteme eignen sich zur Entnahme der für die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens benötigten Empfangsgrößen. In allen Fällen muß der mittlere Abstand der
festen oder beweglichen Antennensysteme, denen die erste bzw. die zweite Empfangsgröße
entnommen wird, klein sein im Vergleich zur Wellenlänge der empfangenen Schwingungen,
um unzulässige richtungsabhängige Phasendrehungen zwischen beiden Empfangsgrößen
zu vermeiden. Meistens können die Antennensysteme so montiert werden, daß deren
vertikale Achsen zusammenfallen.
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Die nach der Erfindung erzeugte Kontrollgröße kann entweder für einen
Meßbetrieb durch ein Anzeigeinstrument sichtbar gemacht werden oder läßt sich auch
zur automatischen Nachstellung der gerichteten Empfangsmittel oder der Steuerung
bewegter Fahrzeuge, wie Schiffe, Flugzeuge, verwenden.
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Zum Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens sei dieses im folgenden
in einigen praktischen Ausführungsbeispielen erläutert, wobei in den Schaltanordnungen
der Abb. I bis 4 in schematischer Weise nur die für das Wesen maßgebenden Teile
gezeigt sind, und zwar zeigt Fig. I die Anwendung auf drehbewegliche Rahmenantennen,
Fig. 2 eine weitere Ausführung für Rahmenantennen, Fig. 3 eine Schaltanordnung zur
Anwendung der Erfindung auf feste Antennensysteme mit elektrisch veränderbarer Richtcharakteristik
und Fig. 4 bei Verwendung einer Adcock-Antennenanordnung mit Goniometerbetrieb.
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In Fig. I sind mit R1 und R2 zwei drehbare Rahmenantennen dargestellt.
Die empfangenen Hochfrequenzsignale a bzw. b werden in den Verstärkern V1 bzw. V
verstärkt und gelangen auf die Modulationsschaltung M. Diese Modulationsschaltung
kann bei-
spielsweise aus zwei Röhren 3, 4 in Gegentaktschaltung
aufgebaut sein, denen die beiden Hochfrequenzsignale über zwei Spulen I,2 zugeführt
werden, wie dies in M angedeutet ist. Eine besondere Beruhigung des Modulationsproduktes
zur Unterdrückung der Hochfrequenzkomponenten ist im allgemeinen nicht erforderlich,
und die durch Modulation gewonnene Kontrollgröße g kann beispielsweise dem polarisierten
Gleichstromanzeigeinstrument z direkt zugeführt werden. Wenn die Rahmenantennen
senkrecht zueinander stehen, so lassen die Ausschläge dieses Instrumentes gemäß
der Gleichung (4) kleine Abweichungen der Peilrahmeneinstellung gegenüber der Welleneinfallrichtung
ohne weiteres erkennen, so daß die Einstellung auf das Peilminimum leicht möglich
ist.
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Mit Hilfe eines Zeigers mit Skala, welcher mit den Rahmen fest verbunden
sein kann, wird dann die Peileinstellung abgelesen.
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Zur Kontrolle, ob tatsächlich ein Peilminimum der ersten Empfangsgröße
vorliegt, d. h. die Welleneinfallsrichtung mit der Achse des ersten Rahmens zusammenfällt,
können beide Rahmen durch Verdrehen des Rahmens R2 vorübergehend zur Deckung gebracht
werden. Beim Vorhandensein eines Peilminimums für die Empfangsgröße a des PeilrahmensR
wird dann auch die Empfangsgröße b zu Null, d. h. die Kontrollgröße g bleibt gemäß
Gleichung (4) ebenfalls Null. Zufällige Fehleinstellungen von i igoO lassen sich
auf diese Weise mit Sicherheit feststellen.
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Die durch Modulation gewonnene Kontrollgröße kann in Weiterbildung
der Erfindung direkt zur automatischen Einhaltung des Peilminimums verwendet werden,
indem durch ein polarisiertes Relais P je nach Vorzeichen des Modulationsproduktes
die mechanische Steuerung St mit dem Antriebsmotor K in Vorwärts- oder Rückwärtsgang
gesetzt wird. Findet die Peileinrichtung nach der Erfindung auf einem Fahrzeug Verwendung,
so läßt sich diese Einstellung auf das Peilminimum mit den Steuerorganen des Fahrzeuges
in der Weise verbinden, daß das Fahrzeug ständig einen Kurs einhält, welcher bei
der jeweiligen Einstellung der Peilantenne ein Teilminimum ergibt, indem kleine
Abweichungen von diesem Teilminimum stets eine Betätigung der Steuerorgane zur Folge
haben, durch welche die Kursabweichung korrigiert wird.
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Um möglichst rasche Richtungskorrekturen bei veränderlicher Einfallsrichtung
der Wellen zu ermöglichen, empfiehlt es sich, nach einer Weiterbildung der Erfindung
auch den zeitlichen Differentialquotienten der Kontrollgröße auf die Steuerung wirken
zu lassen, derart, daß diese nicht nur von der Größe einer Abweichung, sondern auch
deren Änderungsgeschwindigkeit abhängt. Eine wirksame Korrektur erfolgt dann bereits
bei Beginn einer Abweichung, solange dieselbe noch sehr klein ist. Die zeitliche
Ableitung der Kontrollgröße wird durch Zwischenschaltung des Kondensators C5 in
der Zuführung zum Relais P gebildet während die Kontrollgröße selbst über dem ohmschen
Widerstand Ws dem Relais zugeführt wird.
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In der Einrichtung der Fig. I ist noch eine automatische Verstärkungsregelung
vorgesehen, bei welcher durch Gleich richtung und Beruhigung der zweiten Empfangsgröße
b in G eine Amplitudenregelspannung r gewonnen und die Verstärkung der Verstärker
l V2 in bekannter Weise im Sinne einer Konstanthaltung der Amplitude des Empfangswertes
b geregelt wird.
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Bei idealer Wirksamkeit dieser Amplitudenregelung ist die verstärkte
Empfangsgröße b unabhängig von der Amplitude der empfangenen Schwingungen, und die
Amplitude a hängt lediglich von den Peilabweichungen ab. Das Modulationsprodukt
steht dann mit diesen Peilabweichungen in einem festen Zusammenhang, so daß die
Peilabweichung vom Instrument Z bei entsprechender Eichung jeweils gleich in Winkelgraden
angezeigt wird.
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In Abb. 2 ist eine Empfangseinrichtung wiedergegeben, bei der wieder
beide Empfangsgrößen a und b durch drehbare und gerichtete Antennensysteme gewonnen
werden. Die mit den senkrecht zueinander stehenden Rahmen R1 und R2 empfangenen
Schwingungen gelangen auf die Vorverstärker V1 bzw. V2 und werden in N1 bzw. N2
mit einer Hilfsschwingung h des Oszillators O überlagert, wobei Summenfrequenzen
und Differenzfrequenzen gebildet werden. Nach einer Zwischenfrequenzverstärkung
in V3 bzw. V4 gelangen die so gebildeten Differenzfrequenzen av bzw. b, auf die
Modulationsschaltung M, die beispielsweise als Ringmodulationsschaltung aus Trockengleichrichtern
aufgebaut sein kann, wie es in Abb. 2 dargestellt ist.
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Bei Beachtung der in Verbindung mit den Gleichungen (I4) und (I5)
gegebenen Maßnahmen ist leicht zu ersehen, daß die Gleichstromkomponente g des so
gewonnenen Modulationsproduktes in der Nähe des Peilminimums dem durch die Formel
(+) wiedergegebenen Verlauf entspricht. Ein Anzeigeinstrument Z macht Abweichungen
von der anzupeilenden Richtung sichtbar.
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Durch Betätigung eines polarisierten Relais P kann das Modulationsprodukt
zur Steuerung eines Nachführungsmotors K dienen, welcher je nach dem Vorzeichen
der in M erzeugten Kontrollgröße g in Vorwärts- bzw. Rückwärtslauf versetzt wird
und über ein Getriebe T die Antennensysteme R so lange zueinander verdreht, bis
durch Eintritt des Empfangsminimums im Rahmen R1 das Modulationsprodukt verschwindet.
Ein zufälliges Peilminimum des zweiten Doppelrahmens könnte unter Umständen eine
Fehlweisung der Einrichtung um go" zur Folge haben.
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Solche Fehlweisungen werden durch Anzeige der in G bzw. G2 gleichgerichteten
Empfangsgrößen av bzw. bs mit den Anzeigeinstrumenten Z1 und Z2 kontrolliert.
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Bei richtiger Einstellung nimmt a einen Minimalwert im Instrument
Z1 an, während bv in Z2 ein Maximum anzeigt. Bei falscher Einstellung wird dagegen
bv und damit die Anzeige von Z2 ein Minimum, während Z1 einen Maximalwert anzeigt.
Die eingestellte Peilrichtung kann beispielsweise mit Hilfe eines auf der Drehachse
der Rahmenspulen sitzenden Zeigers auf der Skala J abgelesen werden.
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Die gleichgerichteten Empfangsgrößen können gleichzeitig als Verstärkungsregelspannungen
r1 bzw. r2 den Verstärkern V1, V2 zugeführt werden, so daß Amplitudenschwankungen
der Empfangsgrößen durch entsprechende Verstärkungseinstellung ausgeglichen werden.
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An Stelle drehbarer Rahmen R1, R2 lassen sich auch andersgeartete
bekannte Richtantennensysteme verwenden, wovon mindestens das eine ein ausgeprägtes
Empfangsminimum mit Phasenumkehr aufweisen muß. Ähnliche Richteigenschaften wie
eine Rahmenantenne besitzt beispielsweise ein Doppelantennensystem, das aus zwei
parallelen senkrechten Leitern besteht, von denen die Empfangsgrößen abgenommen
werden.
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Das Aufsuchen der anzupeilenden Empfangsrichtung wird erleichtert,
wenn für eine grobe Richtungseinstellung (Vorpeilung) vorübergehend eine Antenne
mit geringer Richtwirkung zum Empfang der zweiten Empfangsgröße benutzt wird. In
diesem Falle spricht die Einrichtung auch auf Wellen an, deren Einfallsrichtung
noch stark von der Richteinstellung des Antennensystems abweicht. Bei der genauen
Einstellung des Peilminimums kann dann die Richtwirkung dieser zweiten Antenne vergrößert
werden, wodurch Fehlweisungen infolge seitlich einfallender Störwellen vermieden
werden. Die Richtwirkung läßt sich verändern durch Umschalten verschieden gerichteter
Antennensysteme oder durch Zuschalten von Hilfsantennen. So wird beispielsweise
die 8-förmige Richtcharakteristik einer Rahmenantenne durch Zuschalten einer ungerichteten
Antenne in eine herzförmige Charakteristik umgewandelt.
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Beispiele von mechanisch feststehenden Richtantennen mit Veränderung
der Richtung der Empfangscharakteristik durch geeignete einstellbare elektrische
Übertragungsmittel sindin Fig. 3 und 4 gezeigt.
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In Fig. 3 sind durch A1 bis A6 mehrere feste Antennen dargestellt,
welche mit entsprechend den Antennenorientierungen versetzten Anschlüssen der Ringspule
W verbunden sind. Durch die SchleifkontakteS,, S2 wird dem Antennensystem eine Empfangsgröße
mit einstellbarer Richtcharakteristik entnommen. Ein Minimum dieser ersten Empfangsgröße
a kann in einfacher Weise durch Drehung von Sl, S2 ohne jede Veränderung an den
Antennen herbeigeführt werden, wobei die Lage der Schleifkontakte die Einfallsrichtung
der Wellen angibt.
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Eine zweite Empfangsgröße b wird durch die Schleifkontakte S3, S4,
welche gegenüber S1, S2 um 900 versetzt sind, der gleichen Ringspule entnommen.
Die Empfangsgröße b nimmt dann gerade einen Maximalwert beim Nulldurchgang des Wertes
a an.
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Um eine Wechselspannung als Kontrollgröße zu erhalten, können die
Empfangsgrößen a und b mit einer Niederfrequenzspannung k des auf die Frequenz u
eingestellten Hilfsoszillators U amplitudenmoduliert werden, wodurch moduliert Empfangsgrößen
a", b7 entstehen, deren Verlauf den Beziehungen der Gleichungen (I6), (I7) entspricht.
Diese Amplitudenmodulation erfolgt beispielsweise durch Steuerung von Hexoden mit
der Hilfsfrequenz k, wie dies in den Überlagerungskreisen E1 und E2 angedeutet ist.
Die im Takte der Niederfrequenz pulsierenden hochfrequenten Empfangsgrößen aX, b"
werden nun in den Verstärkern VI, V2 verstärkt und gelangen auf die Modulationsschaltung
M, die beispielsweise aus den Gleichrichtern 3, 4 besteht, denen die Hochfrequenz
über die Spulen I bzw. 2 zugeführt wird. Die Gleichstromkomponente g des Modulationsproduktes
kann über das Tiefpaßfilter L dem Anzeigeinstrument Z zugeführt werden, während
die Nieder frequenzkomponente m über das für die Frequenz U durchlässige Hochpaßfilter
H zur ersten Erregerspule q1 des wattmetrischen Relais Q gelangt. Über die zweite
Erregerspule q2 dieses Relais wird die Hilfsfrequenz k selbst zugeführt. Das Relais,
welches nach Art eines Dynamometers aufgebaut sein kann, erhält demnach einen Drehimpuls,
dessen Vorzeichen von der gegenseitigen Phasenlage der frequenzgleichen Niederfrequenzspannungen
rn und k abhängt. Da die Niederfrequenzkomponente m gemäß Gleichung (I8) gleichzeitig
mit kleinen Peilabweichungen x das Vorzeichen wechselt, stimmt der Ausschlag des
Relais mit dem Vorzeichen des Peilfehlers überein. Durch Einschaltung der Stromquelle
E, bzw. B2 wird der Antriebsmotor K in entsprechendem Umdrehungssinn angetrieben
und die Schleifkontakte S, bis S4 der Ringspule W im Sinne einer Verminderung des
Peilfehlers gedreht.
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Der Gebrauch einer niederfrequenten Kontrollgröße empfiehlt sich,
wenn dieselbe überLeitungen übertragen werden muß oder wenn sie verstärkt werden
soll. Ein Verstärker zur Verstärkung von m ist in Abb. 3 durch V5 dargestellt.
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In gleicher Weise wie bei der Einrichtung nach Fig. 2 ergibt sich
im Beispiel der Fig. 3 bei go" Peilabweichung ein allerdings labiles Peilminimum,
weil dann die Empfangsgröße b verschwindet und damit das Modulationsprodukt zu Null
wird. Um eine solche zufällige Fehlweisung von go" sicher nachzuweisen bzw. auszuschalten,
kann durch den Umschalter F vorübergehend auch über den zweiten (unteren) Modulatoreingang
die Empfangsgröße aX zugeführt werden. Infolge der produktbildenden Wirkung des
Modulators entsteht dann im Modulatorausgang eine Größe an2, die größer als Null
ist, sofern die Empfangsgröße a nicht Null ist. Eine Fehleinstellung der Peilvorrichtung,
wobei die Empfangsgröße a nicht verschwindet, ergibt also einen entsprechenden Ausschlag
des Instrumentes Z in der Kontrollstellung des Schalters F.
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In Fig. 4 wird die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf
ein Adcock-System gezeigt, das in bekannter Weise aus den vier Einzelantennen A1
bis A4 mit den Abgleichkondensatoren C, bis C4 aufgebaut ist. Über ein Goniometerspulensystem
mit den festen Spulen X,, X2 und X3, X4 sowie den senkrecht zueinander angeordneten
drehbaren Spulen Y, und Y2 werden Empfangsgrößen a und b entnommen, die bekanntlich
frei sind von den durch Nacht- und Dämmerungseffekt verursachten Peilschwankungen,
da derartige Antennensysteme nur die vertikal polarisierte Komponente der einfallenden
Welle auffangen, während die durch Drehung der Polarisationsebene entstehenden störenden
Feldkomponenten ohne Einfluß bleiben.
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Die Empfangsgröße a kann durch Drehung des Drehspulensystems auf
ein Minimum gebracht werden.
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Gleichzeitig wird die Empfangsgröße b ein Maximum, da die Spulen Y,,
Y2 senkrecht zueinander orientiert
sind. Nach Verstärkung in V,
bzw. V2 werden diese Empfangsgrößen dem Modulator M zugeführt, beispielsweise über
die Spulen I bzw. 2 eines in M angedeuteten Gegentaktmodulators mit den Mehrgitterröhren
3 und 4. Die durch Modulation gewonnene Kontrollgröße kann in einem Anzeigeinstrument
Z sichtbar gemacht werden.
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Weiterhin läßt sich die Kontrollgröße durch Betätigen eines polarisierten
Relais P zur Steuerung eines Nachführungsmotors K verwenden, welcher über ein Getriebe
T die Goniometereinstellung auf ein stabiles Peilminimum bringt. An Stelle eines
gewöhnlichen Relais kann bei P auch ein Regler mit mehreren Stufen vorgesehen werden,
durch welchen dem Steuermotor K eine Antriebsgröße erteilt wird, die nicht nur dem
Vorzeichen nach, sondern auch in seiner Amplitude der momentanen Kontrollgröße entspricht,
so daß die Regelung bei großen Peilabweichungen besonders schnell erfolgt.
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Die Verstärkung in V, und V2 kann wie bei der Schaltung der Fig.
2 mit den durch Gleichrichtung und Beruhigung in G, bzw. G2 gewonnenen Amplitudenregelspannungen
r, bzw. r2 im Sinne einer Konstanthaltung der Spannungen a und b erfolgen. Diese
Amplitudenregelung hat eine Erhöhung der Einstellgenauigkeit auf das Peilminimum
zur Folge, da die Verstärkung von V, in der Nähe des Peilminimums wegen der Abnahme
des Wertes a stark zunimmt.
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Bei der Beschreibung der Fig. 2 wurde erläutert, wie der Unterschied
der Regelspannungen r, und r2 eine Kontrolle dafür liefert, ob tatsächlich ein Minimum
der ersten Empfangsgröße a vorliegt. Dieser Vergleich kann in der Anordnung nach
Abb. 4 auch erfolgen, indem die Differenzspannung zwischen r, und r2 durch ein besonderes
Instrument angezeigt wird. Diese Differenzspannung tritt am Widerstand W6 auf und
wird dem Spannungszeiger Z4 zugeführt. Über eine Mittelanzapfung 6 kann weiterhin
eine Spannung r3 entnommen werden, die dem Mittelwert beider Regelspannungen entspricht
und durch das Instrument Z3 angezeigt wird, und man erhält einen Aufschluß über
die Amplitude der empfangenen Schwingungen.
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Die Zuverlässigkeit der angezeigten Richtung kann auch mit einem
einseitig gerichteten Antennensystem, das nur ein einziges Empfangsminimum aufweist,
und einer damit verbundenen Hilfsempfangseinrichtung kontrolliert werden. Wenn die
Richtcharakteristik dieser Hilfsapparatur gemeinsam mit der Einstellung der beschriebenen
Peileinrichtung gedreht wird, so müssen bei richtiger Peileinstellung beide Einrichtungen
gleichzeitig ein Empfangsminimum ergeben.
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Auf diese Weise lassen sich auch I80°-Fehlweisungen sicher nachweisen,
da die Hilfseinrichtung nur ein einziges Peilminimum ergibt. Ein besonderer Hilfsempfänger
kann vermieden werden, wenn die Empfangsgröße der Hilfsantenne vorübergehend beiden
Eingangskanälen der beschriebenen Peileinrichtung zugeführt wird, wobei die Gleichrichtung
durch Produktbildung der beiden gleichen zugeführten Empfangsgrößen erfolgt.
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Obschon nach Gleichung (I2) geringe Abweichungen der Phasendrehung
in beiden Empfangskanälen im allgemeinen ohne wesentlichen Einfluß auf die Genauigkeit
der Anzeige sind, so empfiehlt es sich doch, systematische Phasenabweichungen der
Antennensysteme oder Verstärker durch entsprechende phasendrehende Kompensationsmittel
auszugleichen. Insbesondere sollten ungleiche Phasendrehungen in beiden Verstärkern
infolge ungleicher Abstimmung vermieden werden, was am besten durch eine zwangläufige
Kupplung beider Abstimmungen erfolgt.
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Die beschriebenen Einrichtungen geben nur Beispiele, wie das neue
Verfahren angewendet werden kann.
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Unter Benutzung der heutigen Kenntnisse und Erfahrungen lassen sich
leicht noch zahlreiche Einrichtungen angeben, auf welche das erfindungsgemäße Verfahren
anwendbar ist. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß die Kontrollgröße g auch
ohne direkte gegenseitige Modulation beider Empfangsgrößen gewonnen werden kann,
z. B. indem diese Empfangsgrößen zum Antrieb eines wattmetrischen Indikators verwendet
werden. Die Anwendung des Verfahrens empfiehlt sich in allen Fällen, wo eine rasche,
genaue und ungestörte Einstellung des Peilminimums gefordert ist. Es kann bei ortsfesten
Bodenpeilstationen wie auch bei beweglichen Stationen, z. B. auf Fahrzeugen, Schiffen,
Flugzeugen, gebraucht werden. Eine Verbindung mit automatischen Steuerungseinrichtungen,
wie sie z. B. beim Autopilot und bei ferngesteuerten Schiffen gebräuchlich sind,
ist leicht möglich und gestattet die Einhaltung eines vorgeschriebenen Kurses unter
Ausnutzung einer durch Eigenpeilung oder Fremdpeilung gegebenen Orientierung.