Opublikowane 4*ia 80 czerwca 1*56 r. fi:;;'.""':''J.pr!f?r:)c.v;gor POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ; OPIS PATENTOWY Nr 38692 KI. 21 a4, 48/02 Inz. mgr Józef Plebanski Warszawa, Polska Uklad radiogoniometrycrny Patent trwa od dnia 17 marca 1952 r.-¦ Wynalazek dotyczy ukladu radiogoniometry- cznego z zastosowaniem pola wirujacego. Wy¬ twarzajac w antenach nadawczych pole wiru¬ jace, mozna zbudowac bardzo prosty uklad ra¬ diolatarni. Z drugiej strony wytwarzajac pole wirujace w którymkolwiek miejscu odbiornika, mozna zbudowac prosty uklad goniometryczny.Uklad wedlug wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, przy czym fig. 1 przedstawia uklad dwóch ram skrzyzowanych lub anten Adcock'a i otwartej anteny do wypromieniowywania po¬ la wirujacego i fazy odniesienia, fig. 2 — uklad radiolatarni, fig. 3 — uklad odbiornika do od-* bioru sygnalów radiolatarni wedlug fig. 2, fig. 4 — sposób kluczowania w ukladach wedlug fig. 2 i 3, fig. 5 — odbiorczy uklad goniome¬ tryczny do dokladnego okreslania kierunku nie¬ wiadomych stacji, fig. 6 — uklad rozciagnietej skali goniometru, fazometru^lub urzadzenia ze¬ garowego do dokladnego okreslania faz lub kie¬ runków, Ag. 7 — sposób kluczowania, jak na fig. 4, jednak z powielaczem czestotliwosci, fig. 8 zas — wykres zwiekszania sie dokladnosci po¬ miaru wraz ze zwiekszaniem stopnia powielania.Na fig. 1, przedstawiono dwie skrzyzowane ramy lub anteny Adcocka, przy czym jedna z ram lub jedna para anten Adcocka jest zasi¬ lana pradami przesunietymi w fazie o 90° wzgle¬ dem pradów zasilania drugiej ramy lub drugiej pary anten Adcocka. W tego rodzaju zespole antenowym jest wypromieniowywane pole wi¬ rujace.Natezenie pola w oddalonym punkcie P wy¬ nosi E . sin (ot ± a)» Przy czym zmiane plu¬ sa na minus przy a mozna osiagnac przez obró¬ cenie fazy w jednej ramie lub jednej parze an¬ ten Adcocka o 180°. Inaczej mówiac, faza w tym oddalonym punkcie P bedziie równa ± a» czyli bedzie odpowiadala kierunkowi. Zamiast ukla¬ du dwufazowego, mozna zbudowac uklad wie¬ lofazowy, np. uklad trójfazowy z trzema rama¬ mi lub szescioma antenami Adcocka, ewentual¬ nie z trzema antenami pojedynczymi.W celu okreslenia kierunku promieniowaniaw punkcie P nalezy odbierac prócz tego faze odniesienia. Faze te moze dostarczac antena otwarta, umieszczona w punkcie O, z faza zero¬ wa, np. faza, odpowiadajaca fazie pola wiru¬ jacego w kierunku OA (bedacym np. kierun¬ kiem poludnie — pólnoc). Wobec powyzszego caly uklad radiolatarni moze byc nader prosty.Na fig. 2 przedstawiono urzadzenie radiola¬ tarni, zlozone ze schematycznie przedstawionego nadajnika i anteny wedlug fig. 1.Nadajnik sklada sie ze wzbudnicy (np. gene¬ ratora ze stabilizacja kwarcowa lub inna), która poprzez dwa wzmacniacze 1, 2 pobudza z jed¬ nej strony wzmacniacze 3, 4, w których np. do¬ konuje sie przesuniecie napiec o 90° wzgledem siebie, po czym napiecia- te wzbudzaja anteny Adcocka (lub ramy); z drugiej strony wzbudni¬ ca pobudza poprzez przesuwnik fazowy wzmac¬ niacz 5 i antene otwarta.Zamiast umieszczania przesuwnika fazowego w galezi otwartej anteny mozna go umiescic miedzy punktami A i B, aby zmieniac faze pola wirujacego. i W przypadku tej odmiany mozna po prostu dla uzyskania tego samego efektu obracac uklad dwóch skrzyzowanych ram lub tez goniometr, posiadajacy jednak dwie (zamiast jednej) ru¬ chome cewki, przesuniete wzgledem siebie o 90°.W ten sposób natezenie pola w oddalonym punkcie P bedzie np. wynosic: E sin (wt + a) -f- E sin ( ¦ /a-y + 180°\ . / «+y + 180°\ = 2Ecos sin tot+ 1 \ 2 / \ 2 / przy czym sygnal bedzie zanikal, a - cp + 180° gdy = 90° tj. gdy a = cp.Z Jezeli wiec nadajnik wedlug fig. 2 bedzie, po nadaniu np. sygnalu rozpoznawczego, w ciagu jednej minuty przesuwac faze cp od 0° do 360°, to w oddalonym punkcie P sygnal bedzie wy¬ gasal (zanikal) wtedy, kiedy mechanizm zegaro¬ wy na stacji nadawczej ustawi faze cp tak, ze bedzie ona równa a- Wobec tego, uzywajac do okreslenia kierunku promieniowania odbiorni¬ ka, przedstawionego na fig. 3, mozna dokladnie okreslic kierunek a za pomoca pomiaru czasu (np, stoperem), jaki uplywa od poczatku obrotu fazy do chwili zaniku sygnalu.Uklad odbiorczy, przedstawiony na fig. 3, za¬ wiera oprócz zwyklego odbiornika ze wzmacnia¬ czem koncowym heterodyne i powielacz czesto¬ tliwosci. Powielacz czestotliwosci moze byc przy; tym wylaczany. Heterodyna potrzebna jest po to, aby niemodulowane drgania ze stacji nadaw¬ czej ujawniac przez zamiane ich na róznicowe drgania akustyczne.Nadawanie z radiolatarni sygnalów falami nie modulowanymi ma te zalete, ze sygnaly takie nie zajmuja szerszego pasma czestotliwosci w przeciwienstwie do fal modulowanych i ukladów impulsowych (np. Loran).Plrzedstawiony na fig. 2 przesuwoik fazowy z napedem zegarowym zapewnia dokladnosc, wystarczajaca dla celów praktycznych, tj. przy¬ puszczalnie 0,1°. Tym nie mniej, gdy wymaga¬ na jest jeszcze wieksza dokladnosc, mozna za¬ miast przesuwnika mechanicznego uzyc modu¬ lacji bardzo niskiej czestotliwosci np.— c/s. 60 W tym przypadku czestotliwosc ta, tj— c/s 60 powstala przez dzielenie czestotliwosci moze byc ustabilizowana przez te sama wzbudnice we¬ dlug fig. 2, która stabilizuje caly nadajnik. W przypadku jednak zastosowania tego sposobu, np. w odniesieniu do ciaglej zmiany fazy w an¬ tenie otwartej nalezy miedzy wzmacniacz 2 15 (fig. 2) wlaczyc specjalne urzadzenie modulacyj- ne do modulacji jedynie fazy przy stalej ampli¬ tudzie. W takim modulatorze fazy otrzymuje sie modulacje, na która zloza sie napiecia modulu¬ jace i modulowane, przy czym, oznaczajac przez p = 2 Tjf pulsacje modulujaca, otrzymuje sie napiecie modulowane wedlug wzorów: E sin pt . sin cot — w jednym wzmacniaczu, E cos pt . cos cot — w drugim wzmacniaczu.Dodajac lub odejmujac te napiecia otrzymuje sie wyrazenie E cos (ot ± pt) = E cos (cot ± okreslajace napiecie, zapewniajace stala ampli¬ tude promieniowania z otwartej anteny ze zmie¬ niajaca sie o 360° faza w sposób synchronizowa¬ ny, np. w ciagu jednej minuty. W ten sposób mozna zapewnic bardzo precyzyjna zmiane fazy promieniowania otwartej anteny, anten ramo¬ wych lub Adcocka zaleznie od potrzeby.Na fig. 2 oprócz przesuwnika fazowego przed¬ stawiono urzadzenie, oznaczone slowem „kluczo¬ wanie". Stanowi ono znane urzadzenie do na¬ dawania znaków Morse'a w sposób mechanicz¬ ny, tj. za pomoca obracanych mechanicznie urza¬ dzen kluczujacych. Urzadzenia tego rodzaju znane sa pod nazwa nadajników kodowych i moga nadawac dowolny program, powtarzalny automatycznie, np. znak rozpoznawczy, a po tym kropki i kreski nadawane w sposób wiazany tak, - 2 -ze np. kreska trwa 5/6 sekundy, a nastepujaca po niej kropka — 1/6 sekundy, po czym nadaje sie ponownie kreske itd. Kropki w tym ukla¬ dzie odpowiadaja dokladnie przerwom miedzy kreskami.Kluczowanie moze byc stosowane we wzmac¬ niaczu 2 lub 5 przed lub za przesuwnikiem fa¬ zowym.Kluczowanie to moze sluzyc do przelaczania fazy tp fali nadawanej z anteny otwartej o 180°.Jezeli wektor i odnosna faza a wektora pola wirujacego w oddalonym punkcie odpowiada polozeniu wektora OA na fig. 4, to kluczujac w ten sposób, aby wektorowi OB z otwartej an¬ teny odpowiadaly kreski, zas po przelaczeniu (wektor OC) — kropki, odpowiednie wektory wypadkowe (fig 4) stanowia: wektor OB1 dlai kresek i wektor OC dla kropek. Poniewaz am¬ plituda wektora OB* jest wieksza od amplitudy wektora OC, to w chwili, odpowiadajacej fig. 4, beda slyszane kreski. Chwila zlania sie kresek i kropek w jeden ton nastapi wówczas, gdy OBI' = OC, tj. w chwili, wiedy faza yj bedzie, sie równala 90°-a. Znaczy to, ze przy stosowa¬ niu kluczowania kierunek lub faze mozna usta¬ lic nie wedlug zaniku sygnalu a wedlug cia¬ glosci sygnalów akustycznych.Sposób ustalania kierunków przez kluczowa¬ nie jest dokladniejszy niz sposób zanikowy.Oprócz tego w sposobie zanikowym bardzo waz¬ na jest równosc (i to dokladna) amplitud po¬ równywanych faz. W sposobie kluczowania am¬ plitudy dwóch porównywanych faz moga sie róznic nawet znacznie bez pogorszenia jakosci namiaru.W celu ustalenia kierunku dalekiej stacji na¬ dawczej wysylajacej zwykle pole (nie wirujace) mozna uzyc urzadzenia, podobnego do nadajni¬ ka wedlug fig. 2, jednak z pewnymi zmianami.Tego typu odbiornik goniometryczny jest przed¬ stawiony na fig. 5.W urzadzeniu tym z kazdej ramy lub z kaz¬ dej pary anten Adcocka oraz z anteny otwartej doprowadza sie wzbudzone napiecia odpowied¬ nio do wzmacniaczy 1, 2, 3, po czym transponu- je sie sygnal na posrednia czestotliwosc, prze¬ suwajac we wzmacniaczach I, 17 fazy tych na¬ piec o 90° wzgledem siebie. Napiecia porównu¬ je sie na wyjsciu ukladu z faza odniesienia. Po~ niewaz kierunek zalezy od wielkosci przesunie¬ cia fazowego, wynikajacego z tego porównania, przesuwnik fazowy, umieszczony w dowolnym miejscu ukladu, np. we wzmacniaczu III, wska¬ zujac faze, jednoczesnie wskazuje kierunek.Jtfa fig. 5 uwidoczniono równiez powielacze czestotliwosci, blizej omówione w dalszym cia¬ gu opdsu.Jezeli nie stosuje sie powielania czestotliwo¬ sci, nalezy np. na wyjsciu wzmacniacza III umiescic przesuwnik fazowy i kluczowanie lo¬ kalne, (które mozna przeprowadzac i we wzma¬ cniaczu 3 lub III) w sposób, wyzej opisany dla radiolajtaoii, a nastepnie nalezy porównywac fazy ze wzmacniaczy I i II (uklad dwufazowy) i ze wzmacniacza III po przesunieciu fazy. W ten sposób mozna ustalic niewiadomy kierunek stacji w sposób jednoznaczny, poniewaz przy ruchu fazometra od 0° do 360° tylko w jednym miejscu otrzyma sie zanik sygnalu, przy Czym kat zaniku bedzie odpowiadal kierunkowi Stacji.Przy uzyciu kluczowania równosc sygnalów (ciagly ton) nastapi badz po nadawanych kres¬ kach, badz po kropkach, zaleznie od konstrukcji.Sposób okreslania jest równiez jednoznaczny.Nalezy dodac, ze w odbiorniku wedlug fig. 5 fazometr nalezy napedzac recznie. Jezeli chodzi o kluczowanie, to aby nie zmylic, co pó czym idzie, stosuje sie kreski li kropki. Obracajac w odwrotnym kierunku (w lewo), wlasciwy kie* runek wskaze np. równowaga sygnalów po krop¬ kach, a nie po kreskach, jak to by mialo miej¬ sce przy obracaniu w pierwotnym kierunki! (w prawo).Jak juz wyzej zaznaczono, na fig. 3 i 5 uwi* doczniono ponadto powielacze czestotliwosci.Urzadzenia te moga byc pominiete w uprosz¬ czonej konstrukcji. Stosuje sie je w celu zwiek¬ szenia dokladnosci pomiaru.Jak wiadomo, przy powielaniu czestotliwosci powiela sie nie tylko czestotliwosc, ale i faze.Oprócz tego wobec nieliniowosci charakterystyk powielaczy amplitudy napiec zwiekszaja sie pro¬ porcjonalnie do potegi równej iloczynowi po¬ wielania.Powyzsze znane zjawisko zastosowane w urza¬ dzeniu wedlug fig. 2, 3 i 5, moze byc wykorzy¬ stane do zwiekszenia dokladnosci pomiaru. Je¬ zeli mianowicie w ukladzie wektorów wedlug fig. 4 zastosowac powielanie, np. 3-krotne, to amplitudy OC i OB' przeksztalca sie na ampli¬ tudy OC i OB" (fig. 7) i róznica miedzy nimi wzrosnie.Wobec tego jezeli stosownie do fig. 8 ampli¬ tudy bez powielania beda sie zmieniac wedlug krzywych I i II, to po powielaniu beda sie zmie¬ niac wedlug krzywych III i IV. Jak widac stro- mosc tych krzywych jest wieksza w punktach równosci sygnalów, co powoduje zwiekszenie „ostrosci" pomiaru, czyli dokladnosci odczytu. ,; Nalezy zauwazyc, ze przy powielaniu nalezy ~3 -stosowac ogranicznik amplitudy, co jest rzecza znana w tego rodzaju urzadzeniach. 'Krzywe lH i W na fig. 8 odpowiadaja przypadkowi za- stosowania ogranicznika, falezy dodac, ze na fig, 5 po zródle posredniej czestotliwosci pozyteczne jest uzycie heterody- ny lift) oscylatora, aby odbieranemu sygnalowi nadac bardzo mala czestotliwosc, np. 100 c/s, a :potem powielic np. 10-krotnie do 1000 c/s. W takim przypadku, zwlaszcza przy uzyciu ogra¬ nicznika, odbierany sygnal, modulowany ze stacji, która namierza sie, bedzie niemal calko¬ wicie ipzbawiony modulacji i porównywanie lub pomiar fazy bedzie latwiejszy.Jak fwzedstawicmo na fig. 8, przy znacznym powielaniu stromosc krzywych wzrasta. Wobec tego dokladnosc pomiaru lub odczytu mozna zwiekszyc, rozciagajac skale, np. jak to uwidocz¬ niono na fig. 6, przy zastosowaniu skali spiral¬ nej. Skala ta odpowiada trzykrotnej skali kolo¬ wej. IBoniewafc przy tego rodzaju skali powiek¬ sz* sie trzykrotnie kat mierzony, to np. przy kacie 260° nie wiadomo, jaki mamy kat wlasci- 208* 360° + £03° 560° wy: czy = 06,60e, czy tez ~= 3 3 3 t= !86,$6°, nalszy wiec faze mierzyc przed powie¬ laniem (orientacyjnie) i po powielaniu ^doklad¬ nie). Powyzsze odnosi sie do sposobu zanikowego porównywania faz. Zamiast skali spiralnej moz¬ na stosowac analogiczne skale koncentryczne kalowie.Jezeli stosuje sie kluczowanie fnp. fig. 5), to powielanie nie jest wazne ze wzgledu na zwiek¬ szenie róznic bazowych, ale ze wzgledu na zwiek¬ szenie stosunku amplitud. Wobec tego przesuw* nik ^fazowy nalezy stosowaó wylacznie przed po¬ wielaniem^ Trzy czym powinien on byc mozliwie dokladny. Chcac zwiekszyc dokladnosc odczytu, mozna na tego rodzaju przesuwniku fazowym lub iazometrze umiescic skale wedlug fig. 6, a strzalke osadzic na osi fazometru tak, aby przy jednym obrocie fazometru od PL