DE970122C - Einrichtung zur Zeichenuebermittlung mittels ultrahochfrequenter elektrischer Schwingungen des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlaengengebietes - Google Patents

Description

(WiGBI. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 21. AUGUST 1958

(Ges. v. 15. 7. 1951)

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Zeichenübermittlung mittels ultrahochfrequenter elektrischer Schwingungen des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlängengebietes von einer hoch aufgestellten Sendestation nach einer ebenfalls hoch aufgestellten Empfangsstation hin an einer reflektierenden Fläche, insbesondere einer Wasserfläche, entlang.

Bei den sehr kurzen Wellen stört die Interferenz von direktem und reflektiertem Strahl. Es gibt bekanntlich Zonen, wo bei gegebener Wellenlänge, Entfernung und Aufstellungshöhe der Antennen kein Empfang vorhanden ist. Zur näheren Erläuterung diene die Abb. i. Darin ist P eine ebene Fläche, auf der eine Sende- und eine Empfangsstation aufgestellt sind, zwischen denen eine Funkverbindung zustande kommen soll. Der Strahler des Senders ist mit A₅ und der Strahler des Empfängers mitA_e bezeichnet. Die beiden Antennen sind nur schematisch dargestellt und durch je ein Kreuz angedeutet. Die beiden Antennen seien beide etwa io bis loom über der ebenen Fläche P angeordnet. Die mit einer Nachrichtenverbindung zu überbrückende Entfernung zwischen A_s und A_e betrage beispielsweise ioo km. Die Dielektrizitätskonstante bzw. die Leitfähigkeit der Fläche P sei sehr groß, so daß an der Fläche P eine Reflektion stattfindet. In dem Raum zwischen A_s und A_e oberhalb der Fläche P befinde sich Luft als Dielektrikum. Praktisch kann das angedeutete Beispiel dadurch realisiert sein, daß P die Wasser-

»09 595/67

oberfläche· eines Meeres ist, auf dem sich in der angenommenen Entfernung zwei Schiffe befinden, von denen das eine die Sendestation mit dem Sendestrahler A₃ und das andere die Empfangsstation mit dem Empfangsstrahler A_e trägt. Von dem Sendestrahler A_s gelangt dann der punktiert gezeichnete direkte Strahl auf den Empfangsstrahler A_e. Außerdem kann aber noch auf den Empfangsstrahler ein durch Reflexion an der Fläche P zustande kommender ίο Strahl gelangen. Der Weg des reflektierten Strahles ist gestrichelt gekennzeichnet. Es tritt daher ein Empfangsminimum auf der Empfangsstation auf, wenn der Weg des reflektierten Strahles (A₃-P-A₁,) um η · λ größer als die direkte Entfernung A_s-A_e ist. Hierbei bedeutet η eine ganze Zahl und λ die Betriebswellenlänge. Es tritt nämlich ein Phasensprung von 180° bei der Reflexion an der Reflexionsebene P auf, so daß sich beide Strahlen (der direkte Strahl und der reflektierte Strahl) am Empfangs strahler A_e aufheben.

Obwohl diese Ausbreitungsverhältnisse der ultrakurzen Wellen bekannt sind, hat man bisher noch nicht die Folgerung daraus gezogen, die Sende- und Empfangsstrahler in der erfindungsgemäßen Weise anzuordnen.

Der Sendestrahler und der Empfangsstrahler können zum Beispiel Rundstrahler in Form von Stabantennen oder Richtstrahlern, z. B. in Form eines in einem Parabolspiegel angeordneten Dipols, sein oder aus je einem Flächenstrahler oder je einer Gruppenanordnung von Flächenstrahlern bestehen. Um eine größere Reichweite zu erzielen, können der Sendestrahler und der Empfangsstrahler in solcher Höhe über der reflektierenden Fläche angeordnet werden, daß die Schwingungen eines an der reflektierenden Fläche reflektierten Strahles phasengleich mit den Schwingungen des direkt von der Sendestation nach der Empfangsstation gelangenden Strahles auf dem Empfangsstrahler ankommen. Zweckmäßig werden die Aufstellungshöhen der beiden Strahler gleich groß und derart gewählt, daß die Wegdifferenz der beiden Ausbreitungswege (direkter Strahl und reflektierter Strahl) eine halbe Wellenlänge der Betriebsfrequenz beträgt. Es tritt zwischen den beiden Strahlen keine Auslöschung am Empfangsstrahler ein, sondern die beiden Strahlen summieren sich. Dies gilt für eine bestimmte Entfernung, und die so gewählten Verhältnisse können beispielsweise auf die größte Entfernung zugeschnitten sein, die zwischen den beiden Stationen überbrückt werden soll.

Für Zwecke des Weitverkehrs mittels Kurzwellen ist es bekannt, um Schwunderscheinungen zu begegnen, mehrere Richtstrahleranordnungen in horizontalem Abstand von etwa 20 bis 40 Wellenlängen zum Mehrfachempfang zu verwenden. Bei auftretendem Fading ist dann in den weitaus meisten Fällen die Empfangsfeldstärke bei wenigstens einer Antennengruppe ausreichend, um noch Empfang zu ermöglichen.

Bei der Anordnung nach der Erfindung handelt es sich dagegen um eine Einrichtung zur Zeichenübertragung mittels ultrahochfrequenter elektrischer Schwingungen des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlängengebietes entlang einer zwischen zwei vorzugsweise beweglichen Sende- und Empfangsstationen sich ausdehnenden reflektierenden Fläche, insbesondere einer Wasserfläche, bei der die Empfangsstrahler in solcher Höhe über der reflektierenden Fläche angeordnet sind, daß die Schwingungen eines an der reflektierenden Fläche zurückgeworfenen Strahles phasengleich mit den Schwingungen des direkt von der Sende- zur Empfangsstation gelangenden Strahles beim Empfangsstrahler ankommen. Gemäß der Erfindung werden auf der Empfangsstation mehrere, vorzugsweise jedoch nur zwei, an getrennte Empfangsvorrichtungen angeschlossene Empfangsstrahler in solchem Abstand übereinander so angeordnet, daß auch bei sich ändernden Reflexionsbedingungen (Wanderung der Interferenzstreifen) wenigstens einer der Empfangsstrahler den direkten und den an der Fläche reflektierten Strahl paktisch stets gleichphasig aufnimmt.

Beispielsweise bei der Verringerung der Entfernung zwischen Sender und Empfänger — wenn sich die beiden beispielsweise als Stationsträger angenommenen Schiffe einander nähern ■—· treten Nullstellen der Empfangsintensität auf. Um diese Nullstellen zu überbrücken, werden daher auf der Emp- go fangsstation mehrere, vorzugsweise jedoch nur zwei, an getrennte Empfangsvorrichtungen angeschlossene Empfangsstrahler aufgestellt, von denen der eine bei einer gegebenen (vorzugsweise der maximal zu überbrückenden) Entfernung die Schwingungen des direkten Strahles gleichphasig empfängt, während ein anderer bzw. der andere (zweite) Empfangsstrahler in solcher Höhe aufgestellt ist, daß er beim Kürzerwerden der Entfernung und dementsprechend Abfallen der Empfangsintensität des ersten Empfangsstrahlers auf den Wert Null allein den Empfang ermöglicht. Insbesondere wird nach derErfindung der zweiteEmpf angsstrahler in solcher Höhe aufgestellt, daß er bei einer Entfernung von der Sendestation bzw. dem Sendestrahler maximalen Empfang hat, die etwa die Hälfte bis etwa ein Drittel (vorzugsweise etwa das o.ßSfache) derjenigen Entfernung beträgt, bei der der erste Empfangsstrahler maximale Empfangsintensität besitzt. Die Empfangsstrahler werden in vertikaler Riehtung übereinander angeordnet. Der der kürzeren Entfernung entsprechende (zweite) Empfangsstrahler ist dann niedriger als der der größeren Entfernung entsprechende (erste) Empfangsstrahler' aufzustellen und dementsprechend unterhalb desselben anzuordnen.

Zur Erläuterung der Erfindung mögen die Abb. 2 und 3 dienen, in denen die Abhängigkeit von der Entfernung e zwischen Sendestrahler und Empfangsstrahler die Empfangsintensität / von einigen in verschiedener Höhe aufgestellten Empfangsstrahlern beispielsweise dargestellt ist.

In Abb. 2 stellt die ausgezogene Kurve die Empfangsintensität eines Empfangsstrahlers dar, der in solcher Höhe aufgestellt ist, daß er bei der größten Entfernung, die zwischen den beiden Stationen in

Betracht kommen soll, maximalen Empfang hat, was etwa bei dem Wert £? = i,6 der Fall ist. Bei der Entfernung e = ι würde dann die Empfangsintensität dieses (»ersten«) Empfangsstrahlers Null betragen; bei kürzerer Entfernung nimmt sie wieder zu und durchläuft danach weitere Nullstellen. Es kommt zunächst darauf an, die erstgenannte Nullstelle (bei e = i) zu überbrücken. Dieses kann mit Hilfe eines zweiten Empfangsstrahlers geschehen, der in

ίο solcher Höhe aufgestellt ist, daß er etwa bei dem Wert e = 0,65 ein Empfangsmaximum besitzt. Der Verlauf seiner Empfangsintensität ist in Abb. 2 durch die gestrichelt gezeichnete Kurve dargestellt. Man sieht, daß bei e = 1 und in der Umgebung dieses Wertes die Empfangsintensität des zweiten Strahlers beträchtliche Werte besitzt und eine Funkverbindung zwischen den beiden Stationen — ohne störende Nullstellen — bis zu verhältnismäßig kleinen Werten von e herab ermöglicht ist, was für viele praktische Fälle ausreicht.

Andererseits erkennt man, daß bei dem Wert e = 0,5 beide Empfangsstrahler infolge Interferenz zwischen reflektiertem und direktem Strahl ein Empfangsminimum besitzen, was stören würde, wenn lückenlos auch bei diesen kürzeren Entfernungen die Funkverbindung vorhanden sein soll. Dieses kann erreicht werden, indem der zweite Strahler in solcher Höhe aufgestellt wird, daß er bei einer an-■ deren Entfernung (als e = 0,65) ein Empfangsmaximum besitzt.

In Abb. 3 sind drei Beispiele veranschaulicht. Die ausgezogene Kurve zeigt, wie in Abb. 2, die Empfangsintensität des ersten Empfangsstrahlers (mit einem Empfangsmaximum bei e — 1,6). Die übrigen gestrichelt bzw. punktiert bzw. Strich-Punkt gezeichneten Kurven veranschaulichen die Empfangsintensität je eines zweiten Empfangsstrahlers, der in solcher Höhe aufgestellt ist, daß sein erstes Empfangsmaximum (von der Stelle e = 1,0 aus betrachtet) bei dem Wert e = 0,9 bzw. e = 0,7 bzw. e/0,6 liegt. Man sieht, daß man durch Zuhilfenahme eines entsprechend aufgestellten zweiten Empfangsstrahlers auch die kürzeren und kürzesten Entfernungen überbrücken kann, ohne daß etwa ein Inten sitätsminimum der ausgezogenen, dem ersten Strahler entsprechenden Kurve mit einem Intensitätsminimum einer der übrigen Kurven zusammenfällt.

Gegebenenfalls kann man mehr als einen zusätzliehen Empfangsstrahler vorsehen, deren Aufstellungshöhe so gewählt sind, daß sie ihre Intensitätsmaxima bei verschiedenen Entfernungen besitzen. Im allgemeinen werden nur zwei Empfangsstrahler vorgesehen, so daß auf die einfache Weise das Überbrücken auch der kürzesten Entfernungen ermöglicht ist.

An Stelle an die beiden Empfangsstrahler komplette getrennte Empfänger anzuschließen, kann man dieEinrichtung so treffen, daß dieandiebeidenEmpfangsstrahler angeschlossenen Einrichtungen den Niederfrequenzverstärker und bei Fremdüberlagerungsempfang den Oszillator gemeinsam haben. Mischstufen und Zwischenfrequenzverstärker müssen getrennt, also in doppelter Ausführung vorhanden sein.

Um bei Gegensprechbetrieb den Sendestrahler zu sparen, kann man einen der beiden Empfangsstrahler, zweckmäßigerweise den höher aufgestellten Empfangsstrahler, gleichzeitig als Sendestrahler verwenden. Hierbei kann vorteilhaft ein Richtungskoppler als Antennenweiche verwendet werden.

Ferner kann der Erfindungsgegenstand gleichzeitig —■ außer zur eigentlichen Nachrichtenübermittlung — zur Beurteilung der Entfernung zwischen den Stationen bzw. zur Einhaltung einer vorgeschriebenen Entfernung zwischen den beiden Stationen bzw. deren Trägern (Schiffen bzw. sonstigen Fahrzeugen) benutzt werden. Zu diesem Zweck werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung an die beiden Empfangsstrahler vollständig getrennte Empfangseinrichtungen (gegebenenfalls mit gemeinsamem Oszillator bei Fremdüberlagerungsempfang) angeschlossen und die beiden Empfangsstrahler in solchen Höhen aufgestellt, daß bei einer vorgeschriebenen Entfernung beide Empfangsstrahler bzw. Empfangseinrichtungen gleiche Intensität am Ausgang des Verstärkers ergeben, und bei einer Änderung der Entfernung zwischen den beiden Stationen die auf den einen Empfangsstrahler zurückgehende Empfangsintensität steigt und die auf den anderen Empfangsstrahler zurückgehende Empfangsintensität abnimmt.

Bei Wechselsprechbetrieb, bei dem der Oszillator auch als Sender benutzt wird, wird zweckmäßig das Gleichrichterorgan (Diode bzw. Duodiode) in einer Brückenschaltung angeordnet, um die Ausstrahlung von Oszillatorschwingungen über den Strahler zu verhindern, da diese Ausstrahlung die effektive Ausstrahlungshöhe vermindern und das Richtdiagramm in der Vertikalen aufblättern würde.

An Stelle einer Wasseroberfläche kann die reflektierende Fläche auch von dem Erdboden gebildet werden. Der Erfindungsgegenstand ist überall da vorteilhaft anwendbar, wo durch die Erdoberfläche, insbesondere eine ebene Erdoberfläche, ein reflektierter Strahl zustandekommt, der den Empfang des direkten Strahles nachteilig beeinflussen könnte.

Der Erfindungsgegenstand ist beispielsweise auch für Funkverbindungen zwischen Flugzeugen vorteilhaft anwendbar, insbesondere, wenn es sich darum handelt, die Funkverbindung in verhältnismäßig niedriger Höhe über dem Erdboden oder über einer Wasserfläche aufrechtzuerhalten, so daß an dem Erdboden oder an der Wasseroberfläche ein starker reflektierter Strahl zustandekommt.

Die Strahler, insbesondere die Empfangsstrahler, sind zweckmäßig Richtstrahler oder aus einzelnen Richtstrahlern bestehende Gruppenstrahler. Der bzw. jeder Richtstrahler besteht vorteilhaft aus einem Flächenstrahler.

Der Erfindungsgegenstand kann insbesondere auch in solchen Fällen vorteilhaft angewendet werden, bei denen es sich darum handelt, daß von mehreren beweglichen Stationen (insbesondere Fahrzeugen, vorzugsweise Schiffen) aus Funkverbindung, insbesondere Gegensprechverbindungen, nach

einer bestimmten Station (Führerstation), die insbesondere auch beweglich ist (Fahrzeug, vorzugsweise Schiff), durchgeführt werden soll. In solchen Fällen ist es auch besonders wesentlich, außer der eigentlichen Nachrichtenübermittlung (Telegraphie, Telephonie) gleichzeitig die Möglichkeit zu haben, die Entfernung von den einzelnen Stationen zur Führerstation beurteilen zu können bzw. die Möglichkeit zu haben, eine vorgeschriebene Entfernung der einzelnen Stationen von der Führerstation innehalten zu können.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Einrichtung zur Zeichenübertragung mittels ultrahochfrequenter elektrischer Schwingungen des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlängengebietes entlang einer zwischen zwei, vorzugsweise beweglichen Sende- und Empfangsstationen sich ausdehnenden reflektierenden Fläche, insbesondere einer Wasserfläche, bei der die Empfangsstrahler in solcher Höhe über der reflektierenden Fläche angeordnet sind, daß die Schwingungen eines an der reflektierenden Fläche zurückgeworfenen Strahles phasengleich mit den Schwingungen des direkt von der Sendezur Empfangsstation gelangenden Strahles beim Empfangsstrahler ankommen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsstation mehrere, vorzugsweise jedoch nur zwei, an getrennte Empfangsvorrichtungen angeschlossene Empfangsstrahler in solchem Abstand übereinander angeordnet sind, daß auch bei sich ändernden Reflexionsbedingungen (Wanderung der Interferenzstreifen) wenigstens einer der Empfangsstrahler den direkten und den an der Fläche reflektierten Strahl praktisch stets gleichphasig aufnimmt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch ι mit zwei Empfangsstrahlern, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Empfangsstrahler in solcher Höhe aufgestellt ist, daß er bei einer Entfernung von der Sendestation bzw. dem Sendestrahler maximalen Empfang hat, die etwa die Hälfte bis etwa ein Drittel derjenigen Entfernung beträgt, bei der der erste Empfangsstrahler maximale Empfangsintensität besitzt.
3. 3· Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Empfangsstrahler in solcher Höhe aufgestellt ist, daß er bei einer Entfernung von der Sendestation bzw. dem Sendestrahler maximalen Empfang hat, die etwa das o,38fache derjenigen Entfernung beträgt, bei der der erste Empfangsstrahler maximale Empfangsintensität besitzt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 mit Fremdüberlagerungsempfang, dadurch gekennzeichnet, daß die an die beiden Empfangsstrahler angeschlossenen Empfangseinrichtungen einen gemeinsamen Oszillator und Niederfrequenzverstärker besitzen.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4 für Gegensprechbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Empfangsstrahler, zweckmäßig oder höher aufgestellte der beiden Empfangsstrahler, gleichzeitig als Strahler für das Senden benutzt wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Beurteilung der Entfernung zwischen den beiden Stationen bzw. Einhaltung einer vorgeschriebenen Entfernung zwischen den beiden Stationen an die beiden Empfangsstrahler Empfangseinrichtungen mit getrennten Zwischenfrequenz- und Niederfrequenzverstärkungen (und gegebenenfalls gemeinsamem Oszillator) angeschlossen und die beiden Empfangsstrahler in solchen Höhen aufgestellt sind, daß bei der vorgeschriebenen Entfernung beide Empfangsstrahier bzw. Empfangseinrichtungen gleiche Intensität am Ausgang des Verstärkers ergeben und bei einer Änderung der Entfernung zwischen den beiden Stationen (z. B. durch Bewegen der die Station tragenden Fahrzeuge) die auf · den einen Empfangsstrahler zurückgehende Empfangsintensität steigt und die auf den anderen Empfangsstrahler zurückgehende Empfangsintensität fällt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   »Proceedings of the I.R.E«, 1928, S. 715 bis 740;

   1940, S.131;

   »Telefunkenzeitung«, Nr. 60, 1932, S. 8 und 9;
   »Hochfrequenztechnik und Elektroakustik«,

   Bd. 47, S. 127 bis 133.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © TO 595/67 a.