DE961991C

DE961991C - Device for directional characteristic swivel for radio direction finding

Info

Publication number: DE961991C
Application number: DEB26280A
Authority: DE
Inventors: Alfred Amos Hemphill; John Merle Tewksbury
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1953-07-01
Filing date: 1953-07-01
Publication date: 1957-04-18

Description

Einrichtung zur Riditcharakteristikschwenkung für die Funkpeilung Die Erfindung bezieht sich auf die Richtungsbestimmung durch Funkpeilung mit Hilfe einer Antennenanordnung, deren wirksame Richtcharakteristik verschwenkbar ist.Device for swiveling the ride characteristic for radio direction finding the The invention relates to the direction determination by radio direction finding with the help of a Antenna arrangement whose effective directional characteristic can be pivoted.

Diese Verschwenkung der wirksamen Richtcharakteristik wird bei bekannten Einrichtungen für die Funkpeilung durch mechanische Bewegung von Teilen der Einrichtung bewirkt, beispielsweise durch Drehen von Antennengebilden oder durch Drehen von anderen Bestandteilen der Einrichtung, etwa einer Spule oder eines Kondensators. Um diese mechanischen Bewegungen und die dazu erforderlichen Antriebsvorrichtungen zu vermeiden,* wird bei anderen bekannten Einrichtungen für die Funkpeilung mit einer sogenannten Mehrwegeanordnung gearbeitet, bei der in zwei oder mehr winklig gegeneinander versetzten Luftleitenn unterschiedliche Empfangsspannungen erzeugt werden, die zur Gewinnung einer direkten Richtungsanzeige ausgewertet werden. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist die Anordnung so getroffen, daß die in zwei unter go0 versetzten Luftleitern, wie Rahmenantennen oder Adcockantennen, aufgenommenen Spannungen mittels zwei um go0 in der Phase verschobenen Hilfsspannungen, deren Frequenz kleiner als die Frequenz der aufgenommenen Spannungen ist, in Kopplungsgliedern mit Eisenkern. moduliert werden und die so modulierten Spannungen zusammengefaßt werden, wobei der Phasenunterschied der resultierenden Spannung gegenüber der ursprünglichen Hilfs&pannung ein Maß für die gesuchte Richtung ist. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sie sperrige und vorstehende Teile besitzt, die besonders auf Flugzeugen hinderlich sind. This pivoting of the effective directional characteristic is known in the case of Devices for radio direction finding by mechanical movement of parts of the device caused, for example, by rotating antenna structures or by rotating other components of the device, such as a coil or capacitor. About these mechanical movements and the drive devices required for them to avoid * is used with other known devices for radio direction finding a so-called multi-way arrangement worked in which in two or more angled Air ducts offset from one another generate different receiving voltages which are evaluated to obtain a direct indication of the direction. at a known device of this type, the arrangement is such that the in two air conductors offset under go0, such as loop antennas or Adcock antennas Tensions by means of two around go0 in the Phase shifted auxiliary voltages, whose frequency is less than the frequency of the voltages recorded, in coupling elements with iron core. are modulated and summarized the voltages modulated in this way being the phase difference of the resulting voltage compared to the original Auxiliary voltage is a measure of the direction you are looking for. However, this arrangement has the disadvantage that it has bulky and protruding parts that especially Airplanes are a hindrance.

Die Erfindung vermeidet die erwähnten Nachteile und hat eine Einrichtung für die Funkpeilung zur fortlaufenden Verschwenkung der wirksamen Antennenrichtcharaktefistik mit zwei unter go0 versetzten Richtantennen zum Gegenstand, bei der die von den Antennen aufgenommenen Spannungen mittels zwei um go0 in der Phase verschobenen Hilfsspannungen, deren Frequenz gleich der Umlauffrequenz der Verschwenkung ist, in Kopplungsgliedern mit Eisenkern moduliert und die modulierten Spannungen zusammengefaßt werden. Die Einrichtung nach der Erfindung ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet, daß als Richtantennen zwei magnetische Antennen dienen, die je einen langgestreckten magnetisch durchlässigen Kern aufweisen, der im mittleren Teil in zwei Schenkel aufgeteilt ist, die je eine entgegengesetzt gewickelte Ausgangswicklung tragen und mittels der Hilfsspannungen abwechselnd gesättigt bzw. vormagnetisiert werden, derart, daß die Vormagnetisierung der Schenkel der einen Antenne gegen die Vormagnetisierung der Schenkel der anderen Antenne um 900 -phasenverschoben ist. The invention avoids the disadvantages mentioned and has a device for radio direction finding for continuous swiveling of the effective antenna directional characteristics with two directional antennas offset under go0 Antennas recorded voltages by means of two phase shifted by go0 Auxiliary voltages, the frequency of which is equal to the rotation frequency of the pivoting, modulated in coupling links with iron core and combined the modulated voltages will. The device according to the invention is primarily characterized in that that two magnetic antennas serve as directional antennas, each one elongated have magnetically permeable core, the middle part in two legs is divided, each carrying an oppositely wound output winding and are alternately saturated or premagnetized by means of the auxiliary voltages, in such a way that that the bias of the legs of one antenna against the bias the leg of the other antenna is 90 ° out of phase.

Die abwechselnde Vormagnetisierung der beiden Schenkel jeder Antenne erfolgt gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung in der Weise, daß -mit jedem Schenkel bzw. einem Abschnitt desselben eine Modulationswicklung magnetisch gekoppelt ist und die beiden Modulationswicklungen jeder Antenne von einer der beiden Hilfsspannungen aus in Gegenphase erregt werden. The alternating bias of the two legs of each antenna takes place according to a further characteristic of the invention in such a way that -with each Leg or a portion of the same magnetically coupled a modulation winding and the two modulation windings of each antenna from one of the two auxiliary voltages from being excited in antiphase.

Durch die Erfindung ist somit eine Einrichtung geschaffen, die keine beweglichen Teile aufweist und deren Antennengebilde wenig Raum einnimmt und keine sperrigen bzw. vorspringenden Teile erfordert, so daß dasselbe beispielsweise bei Flugzeugen in Außenflächen des Flugzeugs ohne Beeinträchtigung der aerodynamischen Eigenschaften und der mechanischen Festigkeit eingelassen werden kann. The invention thus creates a device that does not have any Has moving parts and their antenna structure takes up little space and none requires bulky or protruding parts, so the same for example Aircraft in outer surfaces of the aircraft without impairing the aerodynamic Properties and mechanical strength can be incorporated.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranSchaulicht, und zwar zeigt Fig. I schematisch eine Schaltung einer Funkpeileinrichtung nach der Erfindung mit magnetischen Antennen, Fig. 2 Kurvenformen der den Transformatoren in der Einrichtung nach Fig. I zugeführten Modulationsspannungen und der in verschiedenen Punkten der Einrichtung auftretendenAusgangsspannungen, Fig. 3 die achtförmige Richtcharakteristik der Einrichtung nach Fig. I ohne ungerichtete Zusatzantenne, Fig. 4 die Richtcharakteristik in Form der Herzkurve, die sich durch die ungerichtete Zusatzantenne ergibt. In the drawing, the invention is illustrated, for example, namely Fig. I shows schematically a circuit of a radio direction finder according to of the invention with magnetic antennas, Fig. 2 waveforms of the transformers in the device according to FIG. I supplied modulation voltages and in different Points of the device occurring output voltages, Fig. 3 the figure-eight directional characteristic the device according to Fig. I without a non-directional additional antenna, Fig. 4 the directional characteristic in the form of the heart curve, which results from the non-directional additional antenna.

Bei der Anordnung nach Fig. I sind zwei magnet tische Antennen I und 2 vorgesehen, die aus einem Stoff von hoher Permeabilität, der leicht zu sättigen ist, beispielsweise Ferrit, hergestellt sind. Im mittleren Teil ist jede Antenne als hohles Quadrat mit einem Schenkel 3 und einem Schenkel 4 ausgebildet. Die Antennen sind so eingerichtet, daß ihre Längsachsen, welche senkrecht zu ihren Achsen der größten Ansprechempfindlichkeit sind, in einer waagerechten Ebene senkrecht zueinander liegen. In the arrangement of Fig. I two magnetic tables I antennas and 2 provided made of a material of high permeability which is easy to saturate is, for example ferrite, are made. In the middle part is each antenna designed as a hollow square with one leg 3 and one leg 4. The antennas are arranged so that their longitudinal axes, which are perpendicular to their axes of the greatest sensitivity are, in a horizontal plane perpendicular to each other lie.

Dicht neben entsprechenden Ecken der beiden Schenkel jeder Antenne sind C-förmige Kerne aus magnetischem Stoff, beispielsweise Transformatoreisen angeordnet, wobei die Kerne neben den Schenkeln 3 und 4 der Antenne I mit 5 und 6 und .die Kerne neben den Schenkeln 3 und 4 der Antenne 2 mit 7 und 8 bezeichnet sind. Close to corresponding corners of the two legs of each antenna C-shaped cores made of magnetic material, for example transformer iron, are arranged, the cores next to the legs 3 and 4 of the antenna I with 5 and 6 and .die cores next to the legs 3 and 4 of the antenna 2 with 7 and 8 are designated.

Eine Modulationsspannung von niedriger Frequenz, beispielsweise 30 Hertz, wird von einer Spannungsquelle 10 geliefert, die als zweiphasiger Wechselstromgenerator dargestellt ist, der eine Ausgangswicklung II für Strom der Phase I und eine Ausgangswicklung I2 für Strom der PhaseII aufweist, wobei die Verbindungsstelle der beiden Wicklungen geerdet ist. Strom der PhaseI wird durch eine Leitung 13 einem Kreis zugeführt, der zwei Gleichrichter 14 und 15 enthält, die mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel geschaltet sind. Die freie Klemme des Gleichrichters 14 ist durch eine Leitung I6 über eine auf den Kern 5 gewickelte Spule 17 mit Erde verbunden. Die freie Klemme des Gleichrichters 15 ist durch eine Leitung I8 über eine auf den Kern 6 gewickelte Spule I9 ebenfalls mit Erde verbunden. A modulation voltage of low frequency, for example 30 Hertz, is supplied by a voltage source 10, which acts as a two-phase alternating current generator is shown having an output winding II for phase I current and an output winding I2 for current of phase II, the connection point of the two windings is grounded. Phase I current is fed to a circuit through a line 13, which contains two rectifiers 14 and 15, which are with opposite forward direction are connected in parallel. The free terminal of the rectifier 14 is through a Line I6 connected to earth via a coil 17 wound on the core 5. the free terminal of the rectifier 15 is through a line I8 via one to the core 6 wound coil I9 also connected to earth.

Strom der Phase II wird durch eine Leitung 20 zwei Gleichrichtern 21 und 22 zugeführt, die mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel an diese Leitung angeschlossen sind. Die Ausgangsseiten dieser Gleichrichter sind durch Leitungen 23 und 24 an Spulen 25 und 26 angeschlossen, welche auf die Kerne 7 und 8 gewickelt sind und mit den anderen Enden untereinander verbunden. und geerdet sind. Phase II current is passed through line 20 to two rectifiers 21 and 22 fed, the opposite direction of passage parallel to this Line are connected. The output sides of these rectifiers are through lines 23 and 24 connected to coils 25 and 26, which are wound on the cores 7 and 8 and are connected to one another at the other ends. and are grounded.

Der Ausgang der vorbeschriebenen Anordnung wird durch eine Leitung 30 gebildet, welche in Reihe geschaltete, aber entgegengesetzt gewickelte Spulen 3I und 32 auf den Schenkeln3 und 4 der Antenne I sowie ebensolche Spulen 33 und 34 auf den Schenkeln 3 und 4 der Antenne 2 enthält. Die freien Enden der Leitung 30 sind durch geerdete Schirmglieder 35 und 36 geführt und an Empfangs- oder Mischkreise angeschlossen. The output of the above arrangement is through a line 30 formed, which are connected in series, but oppositely wound coils 3I and 32 on the legs 3 and 4 of the antenna I as well as similar coils 33 and 34 on the legs 3 and 4 of the antenna 2 contains. The free ends of the line 30 are passed through grounded shield members 35 and 36 and to receiving or mixing circuits connected.

Die Anordnung weist ferner eine Suchantenne auf. Zu diesem Zweck kann irgendeine gebräuchliche ungerichtete Antenne verwendet werden. Die dargestellte Antenne 41 ist ein Halbwellendipol von der Art, bei der der zentrale Leiter einer konzentrischen Speiseleitung 40 verlängert ist, so daß er ein Element 42 der Antenne bildet, und der äußere Leiter der konzentrischen Leitung mit einem Zylinder 43 verbunden ist, der das andere Element der Antenne darstellt. Die Speiseleitung 40 ist zu denselben Empfangs- oder Mischkreisen wie die Leitung 30 geführt. The arrangement also has a search antenna. To this end Any conventional omnidirectional antenna can be used. The shown Antenna 41 is a half-wave dipole of the type in which the central conductor is a concentric feed line 40 is extended so that it is an element 42 of the antenna forms, and the outer conductor of the concentric line with one cylinder 43, which is the other element of the antenna. The feed line 40 is routed to the same receiving or mixing circuits as line 30.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. I ist besser verständlich an Hand der Fig. 2, in der verschiedene Kurven von in der Anordnung auftretenden Spannungen dargestellt sind. The operation of the arrangement according to FIG. I can be better understood with reference to Fig. 2, in which various curves of occurring in the arrangement Stresses are shown.

Die Wirkungsweise der magnetischen Antennen 1 und 2 ist kurz folgende. Antennen dieser Art werden durch das Auftreffen der magnetischen Komponente einer elektromagnetischen Welle erregt. The operation of the magnetic antennas 1 and 2 is briefly as follows. Antennas of this type are created by the impact of the magnetic component of a electromagnetic wave excited.

Diese erzeugt einen magnetischen Fluß in der An tenne in Richtung ihrer Längsachse, wobei die Größe des Flusses von der Stärke der Welle und ihrer Fortpflanzungsrichtung in hezug auf die Antenne abhängt. Die Fluß dichte hat einen Höchstwert für solche Wellen, die sich in der zur Längsachse der Antenne senkrechten Richtung fortpflanzen. Der Fluß erzeugt Spannungen in den auf die Schenkel 3 und 4 gewickelten Spulen, so daß ein Strom durch die Spulen fließt.This generates a magnetic flux in the direction of the antenna its longitudinal axis, the size of the flow depending on the strength of the wave and its Direction of propagation depends on the antenna. The river density has one Maximum value for waves that are perpendicular to the longitudinal axis of the antenna Propagate direction. The flux creates stresses on the legs 3 and 4 coils wound so that a current flows through the coils.

Da die Spulen 31 und 32 entgegengesetzt gewickelt sind, haben gleiche Fluß werte in den Schenkeln 3 und 4 der Antenne I die Wirkung, daß am Ausgang der Spulen keine Ausgangsspannung bzw. -leistung vorhanden ist. Nur wenn ungleiche Fluß wert in den beiden Schenkeln auftreten, ist eine Ausgangsleistung bzw. -spannung vorhanden, deren Phase davon abhängt, in welchem Schenkel der Fluß überwiegt. Eine Umkehrung der Phase findet statt, wenn das Überwiegen des Flusses von dem einen Schenkel auf den anderen übergeht. Since the coils 31 and 32 are wound in opposite directions, they have the same Flux values in the legs 3 and 4 of the antenna I the effect that at the output of the Coil no output voltage or power is available. Only when uneven flow value occur in the two legs is an output power or voltage present, the phase of which depends on which leg the river predominates in. One Reversal of the phase takes place when the predominance of the flow of the one Thigh passes to the other.

Eine Steuerung der relativen Größe des Flusses in den beiden Schenkeln jeder Antenne wird dadurch bewirkt, daß Teile der Schenkel mittels der Kerne 5, 6, 7 und 8 und der auf diese aufgewickelten Spulen gesättigt werden. Beispielsweise kann die Sättigung des Teils des Schenkels 3 neben dem Kern 5 durch einen Stromfluß in der Spule I7 be- -wirkt werden. A control of the relative magnitude of the flow in the two legs each antenna is caused by the fact that parts of the legs by means of the cores 5, 6, 7 and 8 and the coils wound thereon become saturated. For example the saturation of the part of the leg 3 next to the core 5 by a current flow be effected in coil I7.

Die Kurven A und B in Fig. 2 zeigen dieKurvenformen der Ströme in den Leitungen 13 und 20 sowie ihr Phasenverhältnis. Wie ersichtlich, haben diese Kurven eine Phasenverschiebung von go0, Die KurvenformA, die den parallel geschalteten Gleichrichtern 14 und 15 zugeführt wird, erzeugt in der Leitung I6 und in der Spule I7 einen Stromimpuls für jede negative Halbperiode derselben, wie in Kurve C dargestellt ist. Durch diesen Impuls wird der Schenkel 3 während jeder dieser negativen Halbperioden gesättigt mit dem Ergebnis, daß der Fluß in diesem Schenkel stark verringert wird und der Fluß in. Schenkel 4 einen Hochfrequenzimpuls in. der Spule 32 erzeugt. Curves A and B in Fig. 2 show the waveforms of the currents in the lines 13 and 20 and their phase relationship. As can be seen, these Curves have a phase shift of go0, the waveformA that corresponds to the parallel connected Rectifiers 14 and 15 are supplied, generated in line I6 and in the coil I7 a current pulse for each negative half cycle thereof, as shown in curve C. is. This pulse causes leg 3 to become 3 during each of these negative half-cycles saturated with the result that the flow in this leg is greatly reduced and the flux in leg 4 generates a high frequency pulse in coil 32.

Die positiven Halbperioden der Kurvenform A werden durch den. Gleichrichter 15 durchgelassen, wie in Kurve D dargestellt ist, und sättigen während dieser Halbperioden den Schenkel 4, so daß der Fluß in Schenkel 3 Impulse von Hochfrequenzenergie in der Spule 31 erzeugen kann. The positive half-cycles of waveform A are represented by the. Rectifier 15 pass, as shown in curve D, and saturate during these half-periods the leg 4 so that the flow in leg 3 pulses of high frequency energy in the coil 31 can generate.

In derselben Weise wird Strom der Phase II durch die Gleichrichter 21 und 22 den Spulen 25 und 26 zugeführt, wie durch die Kurven E und F veranschaulicht ist. In the same way, phase II current is passed through the rectifiers 21 and 22 are fed to bobbins 25 and 26 as illustrated by curves E and F. is.

Falls ein Zeichen in einer Richtung empfangen wird, die mit der Längsachse der Antenne 2 zusammenfällt, hat die Ausgangsleistung der Antenne I einen Höchstwert und diejenige der Antenne 2 den Wert Null. Hierdurch erhält der Ausgang der Anordnung eine Kurvenform, deren Umhüllung in Kurve G der Fig. 2 dargestellt ist. If a character is received in a direction coincident with the long axis of the antenna 2 coincides, the output power of the antenna I has a maximum value and that of antenna 2 has the value zero. This preserves the output of the arrangement a curve shape, the envelope of which is shown in curve G of FIG.

Wenn das Zeichen aus einer Richtung empfangen wird, die mit der Längsachse der Antenne I zusammenfällt, entspricht der Ausgang der Anordnung dem Ausgang der Antenne 2, deren Umhüllung in Kurve H der Fig. 2 dargestellt ist. When the character is received from a direction coincident with the long axis the antenna I coincides, the output of the arrangement corresponds to the output of the Antenna 2, the envelope of which is shown in curve H of FIG.

Wenn das Zeichen aus einer Richtung eingeht, die mit keine der Längsachsen der Antennen zusammenfällt, hat der Ausgang der Anordnung noch Ähnlichkeit mit den Kurven G und H, jedoch eine Phase, die zwischen den beiden in diesen Kurven angegebenen Grenzphasen liegt. In diesem Fall tragen beide Antennen zu dem Ausgang der Anordnung bei, dessen Phase durch die Richtung bedingt ist, aus der das Zeichen. eingeht. If the sign is coming in from a direction that is not one of the longitudinal axes When the antennas coincide, the outcome of the arrangement is still similar to the Curves G and H, however, a phase that is between the two indicated in these curves Border phases lies. In this case both antennas lead to the exit of the arrangement at whose phase is determined by the direction from which the sign. comes in.

Die Ausgangsleistung der Anordnung wird von gebräuchlichen Misch- und Demodulationskreisen aufgenommen, die nicht dargestellt sind. Das Diagramm des Ausgangs der Antennen I und 2 hat die bekannte Achtform, die in Fig. 3 dargestellt ist. The output power of the arrangement is determined by common mixed and demodulation circuits included, which are not shown. The diagram of the The output of the antennas I and 2 has the known figure-of-eight shape, which is shown in FIG is.

Der hinzukommende Ausgang der Suchantenne 4I verwandelt diese Acht in bekannter Weise in. die Herzkurve nach Fig. 4.The additional output of the search antenna 4I transforms this figure eight in a known manner in the heart curve according to FIG. 4.

PATENTINSPROCHE: I. Einrichtung für die Funkpeilung zur fortlaufenden unstetigen Verschwenkung der wirksamen Antennenrichtoharakteristik mit zwei unter go0 versetzten Richtantennen, bei der die von den Antennen aufgenommenen Spannungen mittels zwei um go0 in der Phase verschobenen Hilfsspannungen, deren Frequenz gleich der Umlauffrequenz der Verschwenkung. ist, in Koppiungsgliedern mit Eisenkern. moduliert und die modulierten Spannungen zusammengefaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Richtantennen, zwei magnetische Antennen dienen, die je einen langgestreckten magnetisch durchlässigen Kern aufweisen, der im mittleren Teil in zwei Schenkel aufgeteilt ist, die je eine entgegengesetzt gewickelte Ausgangswicklung tragen und mittels der Hilfsspannungen abwechselnd gesättigt bzw. vormagnetisiert werden, derart, daß die Vormagnetisierung der Schenkel der einen Antenne gegen die Vormagnetisierung der Schenkel der anderen Antenne um go0 phasenverschoben ist. PATENT APPROACH: I. Device for radio direction finding for continuous discontinuous pivoting of the effective antenna directional characteristic with two below go0 offset directional antennas, in which the voltages picked up by the antennas by means of two auxiliary voltages shifted in phase by go0, the frequency of which is the same the rotational frequency of the pivoting. is, in coupling links with an iron core. modulated and the modulated voltages are combined, characterized in that serve as directional antennas, two magnetic antennas, each one elongated have magnetically permeable core, the middle part in two legs is divided, each carrying an oppositely wound output winding and are alternately saturated or premagnetized by means of the auxiliary voltages, in such a way that that the bias of the legs of one antenna against the bias the leg of the other antenna is phase shifted by go0.

Claims

2. Device according to claim I, characterized in that with each. Leg or a portion of the same magnetically coupled a modulation winding and the two modulation windings of each antenna from one of the two auxiliary voltages from being excited in antiphase.

3. Device according to claim I or 2, characterized in that the modulated voltages of the output windings on the legs of the antenna cores in a manner known per se with the receiving voltage of a non-directional additional antenna be combined.

Publications considered: German Patent No. 738 458