SE454814B - Metanordning for borrhal avsedd att upptaga radarsignaler - Google Patents

Description

454 814 I vertikalled kan en för den mottagna radarsignalen utvärderas dërigenan att mätningarna genanföres via en rad i vertikal- planet efter varandra utplacerade rrätpunkter. För den vertikala rikt- ningsupplösxxingeri blir det därigenom inte erforderligt ned en riktantenn även cm denna vore enkelt att realisera. Att beakta vidare är att på fysikaliska grunder, ned elektriska fältsensorer i trånga borrhål, kan ingen verksam ríktningsfolcuiseriiig erhållas, eftersom en riktmingsbestäxn- ning endast kan härledas från en diíferensinfonrwation erhâllen från áfininstorxe två sensorer, vilka i våg-fältet näste ligga en våglängd från den upgnaebere delen. ' Ramantexmer, i form av pejlranentermer eller andra riktningskäxzsliga anläggningar, är inom signalteknilcen redan under ansenlig tid tidigare kända och här hänvisas till “Handbuch für Iiochfreqxienz- und Elektro-Techniker, Band II, 1953", sidorna 489 och 490. På grund av den relativt ringa induoerade .spänningen är dessa ramanterxner genomgående utbildade som selektiva anordningar för smalbarxdig nottagning av utvald bärfrelwens.

Den induoerade spänningen i en :an-antenn är pmportionell till raxnytan, frekvensen och oosinus för infallsvinkel för vågfronten. Ramantennen uppvisar, i motsats till rundstrálediagrannet från stav- och dipolanten- ner, i mrieenïeeii riktning ett aubbenebeaiegran nea två utpräqieae nollställen. Genau en riktig anpassning av en kazbination nellan en dipol- och en raxnantenn uppnås ett kandioiddiagraxn ned enbart en pol och ett så kallat nollställe.

För bestämning .av infallsriktningen användes en pejlrain, san vrides unkring en vertikal axel tills ett nollställe kan utvärderas. Denna så kallade "ininimmr-pejlirxgen" ástadkamer, på grund av karaktäristiken vid nollställena, den noggrannaste utvärderingen. Där en vridbar pejlrazn inte kan utnyttjas, pà grund utav konstruktionen eller på grund utav elektriska cnetändigïmeter, utnyttjas idag en fast stàeride korsram till- sanmans med en elektrisk goniareter (vinlcelnätare) . Vid en sådan gonio- neter kommer fältet för den under rät vinkel sig korsande rnottagnings- ramen att efterbildas av två under rät vinkel sig korsade spolar, vars inre innehåller en vridspole, tjänande san sbkspole. Vridnirxgen utav sökspolen sinxulerar en vridning utav raznantennaxaordningen. 454 814 Dessa tidigare kända ranentezuzaxxordxuirzgar kan :ned fördel utnyttjas för att bestämma infallsriktnirzgen för diskreta bärfrekvenser. Den för den entydiga riktningsbestäxmflngen utnyttjbara kmbixzationen utav en pejlram ned en hjälpantenn för rundstrâlande mottagning kräver en :trycket nog- grann avstämning av systemet och förutsätter tidsmässigt stabila bär- frekvenser.

REDNÖESE FÖR FÖRELIGGABDE UPPFINNING Pkælfl/I Dessa incm signaltelmiken sedan länge tidigare kända arnordníxigania och förfarandena har hittills inte lcurmat utnyttjats för rnätanordningar vid borrhàl pà grzmd av platsbrist och det är ett kvalificerat tekniskt problem att kunna skapa sådana förutsättningar att nëtanordrfingen vid borrhål får en noggrann vârdefastställelse under utnyttjande av enkla medel.

LÖSNNGPTN Föreliggande uppfinning utgår ifrån en anordning av det i patentkravets 1 ingress angivet slag och avser att àstadkcrnxxa en anpassning av en sådan anordning för att utnyttjas för nzätanordnixmgar vid borrhál. Före- liggande uppfinning löser huvudsakligen detta problau genom att xrnätan- ordningen för borrhål uppvisar de egenskaper som anges i patent-.kravets 1 kännetecknande del. Olika utföringsfonxer av xxppfiruungen fraxngàr från f underkravens kännetecknande delar.

FÖRDELAR Även an mätningen utav vanliga borrhål endast ger litet spelrurn för att realisera brukbara antennanordrxingar uppfyller Iippfízxningen kravet på en optimal utnyttjning utav detta run för att härleda användbara resultat.

Dessa egenskaper uppnås även om signalen, vars infallsrilctning skall bestämmas, är kort och uppvisar ett förhållandevis karplicerat vågtàg. upplösning i vertikauea blir härvid även nöjlig trots en stark ändring i infallsriktrxjngen enligt det ovan angivna sättet.

I förhållande till telmikerxs tidigare ståndpunkt erhålles en väsentlig förbättring. 454 814 KCR! FI Ytterligare fördelar och kännetecken för föreliggande Iippfixuaing kommer ett framgå såväl från efterfisljerfie petem-Jerev san från efterföljande beskrivning, där bifogade ritningar illustrerar för närvarande föreslag- na utföringsfonner av uppfinningen. I bifogade ritningar visar; figur 1 ett graindutförarzde av en utföringsfonn av uppfinningen i förenklad franställnirxg, innefattande i en sond in- bygsfla KOPPIiIIQSäBIa-Ir. figur2 visarennotfigxirl svararxdevyavenaraordniiagned en entydig av horisontalkarponenter fastställande antennatxordxxing, figur 3 visar en franställning av signalvägarna för en antenn- i anordning enligt figur 2, figur 4 visar en ytterligare förbättring av antennarxordrjngen i med i sanden nmenailelne xepplingeelefent een figur 5 visar ett utföringsexenpel utav ett utvârderingsför- farande för bestämning av infallsrilcming.

B ÖVER NU FÖ IIIFÖRINGÉCIM.

I figur l visas endast delvis och i förenkling en med dess omkrets an- given sond eller sondltropp 1, och en korsramanterm 2 anordnad på sådant sätt att den vertikala spolledaren ll är placera på ytterytan för krop- pen, speciellt i tunna spår i den av isolermaterial bestående kroppen l.

Tvärförbirxdningar mellan de lodräta spolledarna ll kcnmer att föras in genan trycktäta gencmföringar l2 till det inre hàlnnmet utav kroppen.

Den elektriskt överbryggade spoländen kan gencm en ledande ytterring 13, san i likhet med de lodräta spoldelarna kan införas i ytterytan, vara gemensam för båda spolarna. De därvid till en korsramantenn 2 förbundna ramantennerna u-tngöres av starkt utsträckta rätvirñcliga spolar eller rek- tangelspolar, vars spolbredd är bestånd av det Inaxixtela tvärsráttet för sanden. Ämdarna för spolparen anpassas via synnetritraxzsforxrxatorer l4a, 14b till assyntnetrislca koaxialledníngar 15a respektive l5b. Ett elekt- roniskt arkopplingsrelä 16 tillåter att båda lcoaxialledningarna kan valvis anslutas till ledningen 17 för en ovan jord anordnad icke närmare beskriven upptagningsapparauzr, så att signaler kan utvärderas efter varandra och enligt ett ytterligare nedan framställt förfarande. 454 814 Ramenfórkorsraxnsaxxordningez: irmetxållervarochenexadasterxlirxdrfirig och är inte avstånd utan endast anpassad med sitt irxdnlctiva blindmot- stånd något för det förväntade frekvensbandets nulttfrelwexxs till kabel- inpedansen. Genau den ohuska belastningen över förstârkarixxgången blir ramen därigenan bredbandigt effekt-anpassad.

Då riktningsdiagrannet för en ramantenn zippvisar en s.k. S-kurva eller en dubbellobslmrva eller ett dubbellobsdiagraxn blir riktningsbestäxn- ningen med antennen enligt figur 1 tvetydig, d.v.s. det kan finnas två 1so° fasfarnjuee rsrefingsafgiveiser. För en noggrann bestämning blir därför en ytterligare nvätning erforderlig.

Amrdxfingen enligt figur 2 möjliggör en sådan entydig riktningsbestäzn- ning. Korsramantennen 20 är här lcarpletterad med en ytterligare rundmot- tagande antenn 21. Denna stavformiga antenn 21 utgöres företrädesvis av en osynmetriskt matad dipol eller en spärrantenn. Vid antennanordningerx enligt figur 2 kamer natningslmbeln för rundnottagningsantennen 21 att föras genan ett rör 23 i centrum utav korsraxrxen 20. Härvid handlar det företrädesvis an ett ledande xnetallrör, vilket av synnntriskäl för ram- karaktäristiken skall vara exakt centrerad och löpa i raxnens längdaxel.

Tvärförbindelsen 24 för de sidoordnade ramledarna 22 skall företrädesvis enkelt anslutas över en ledring 25 till rnetallröret 23. Härigenan kcmner ett mtsidigt inflytande från båda delsystanen 20 och 21 för antennan- - ordningen att bli verksamt elixninerat, så att riktningskaraktäristiken för korsramen 20 kan hållas ostörd. Då den i ramantennen för korsranen 20 inducerade signalen induktionsmässigt är fasförskjuten 900 i förhål- lande till rundmottagningsantennens 21 upptagande elektriska fält in- kopplas i antemmetnsngsieaningen för mamu-.agnjngsantsnren 21 en 9o° hybridkopplare eller -kcgaling 26. Den tredje armen eller delen 27 utav derma T-kopplare 26 kan antingen anslutas till ett inpedaxxsrrntstánd eller anslutas san triggkrets för signalkällan för upptagningsapparaturen. Förutan triggsignalen, vilken tjänar san tidsreferens för all upptagnirxg, kan över två (koaxial) reläer 28, 29 den icke visade upptagningsapparatxiren valvis tillföras signaler från rundmøttagnixmgsantennen 21 eller en utav de två ortogonala. ramsignalenxa. Anordningen med synnetritransfonrvatørerrxa 14a, l4b notsvarar den san visas i figur 1. 454 814 Vid praktisk tillänpning erhålles den situation san visas genanavstàrxdetnellan rundmtta 21 ochraxuanterxnerx 20 enligt figur 3. Den egentliga sändarantennen 30 ligger axiellt skild i lförhållandentilldexxraxuantezxrxezu 20ochmndxnotta 2l utbildade antennanordningen och hålles under upptagningsaxxordningerx i själva sondlirogperx. Den i figur 3 visade geanetriska konfigurationen, vid vilken de av sändarantennen 30 utgående vágtágeaa kan speglas i reflektorerrxa Rl och Rz för därtill att reflektionen, san från RI och Rz xxpptages av antennerna 20 och 21 zippwrisar motsvarar löptidsdifferens.

Denna löptidsdifferens, san i figur 3 anges i förhållande till en :nit- tenstrále med beteckningen At, :näste utvärderas och korrigeras flñr varje enskild reflektion.

Figur 4 visar en ytterligare förbättrad antennarxordníng 40 med därtill hörande i sondkroppen inbyggda kopplingsdelar; Vid denna förfaättrade antennanordning är en efterföljande utvärdering utav löptidsdifferensen och en not en avledning svarande korrektion inte erforderlig, eftersan delarna i antennanordrxingen 40 är på. så sätt sarnnanfogade att de får en gemensam elektrisk nedelgnflct. Antennanordningen 40 består utav två samnanfórda korsranar 401, 402, san så kopplade via en kopplingsan- ordning 50, att båda raxnstrukturerna 401 och 402 även kan nyttjas san hâlfter i en dipol-nirxdzmttagningsanterm.

Køpplingsarxordrzingerm 50 innehåller syntnetritransfonxatorer 41, 42 för den. undre korsraltlen 401, och symnetriuansfonrxatorer 43, 44 för den övre korsraxrmen 402. Utgångarna, san ligger i sanma plan san delrarxxarxxa d.v.s. utgàngarna för transformatorema 41 och 44 à ena sidan och transfor- matorerna 42 43 à andra sidan, kamer över en sunlneringskrets 46 resp. 47 att adderas och därigenan kunna sanmanföras till de två övriga ortogonala ranntgángarrxa. Mitten av prinärlindningarraa för transforma- torerna 41, 42 för den nedre korsrazren 401 och mitten av primärlixxdningar- na för tranfonretorerrxa 43, 44 för den övre korsranen 402 är anslutna till primärlírxlningen för en ytterligare synmetritransforrrxator 45 och i mottakt. Därvid uppträder pà utgången för transformatorn 45 en elektrisk differens-Emš mellan de båda korsrarnarrza, san därigenom verkar san en dipolantenn. Anpassningsrxâtverket anordnas i ett elektriskt centrum mellan de båda korsrarnarna och san schematiskt också visas i figur 4. 4 5 4 8 1 4 Utgângsledrxingerx skall företrädesvis föras genom ett rör 48 orienterat i axeln för den den egentliga upptagningsapgaaratxiren intilliggande kors- ramen 42 i enlighet :ned amrdiuingen enligt figur 2. Detta nöjliggör ett problemfritt utnyttjande av antennanordningen i kroppen och san år spe- ciellt anpassad för trånga borr-hål.

Vid grovkalibriga borrhålssorader förefinns nöjligtæetexx att induktivi- teten uppvisar ett sådant mot den nödvändiga dipollängden raw-tan svarande värde, san är för stor för en resc-nansfri bredbaradsavstänrziaxg.

De egentliga ramarna 401 och 402 kan då utföras kortare och förses med oentraliserade fórlängningar 49, san kan anslutas till de neutrala ram- fördaizidningspmkterrxa 403 och 404 och san trots derxnna förkortning av den egentliga ramen med elektriska dipoler kan arbeta med sin optimala längd.

För vidarekopplíxxg av antennsignalerna förefinns den i figur 2 visade reläanordningen med en 900 hybridkopplirxg.

Vid antennanordníngen enligt figur 4 faller på grund av den byggnadstek- niska utfonnrxingen, míttenpuxmten för ram- och rundmottagningsantennenma etakt samman så att någon löptidskonektion erfordras inte.

Den tidigare gjorda beskrivningen utav korsrarren illustrerar i vart fall att den är fast mranaa till sønaeappen. För rummen-satsningen en vridning utav ramen inte erforderlig. Enbart den geografiska rikt- ningen utav sonden :näste fastställas för varje nätpumt, för att få en samordning utav infallsrilfitningen för de reflekterade skikten i geogra- fiska koordinater. Härför är det exempelvis inbyggt ett rnagrmetlcarpas- system med kroppen, vars visare i varje xnätpurflct utvärderas och san elektriskt överföras till en över jord befintlig upptagningsapparatur.

Sådana rnagnetkarpassystarx är i och för sig tidigare kända.

Förutan kcxnpassinfonrxationen måste för varje nxätpurkt, med utförings- exanplet enligt figur 2 och 4, fastställas a) mttagningsvärdet för rundnottagziingsantermerx, b) nnttagningsvärdet för en antennram och 454 814 ._ 3 ._ c) nnttagningsvärdet för a: därtill hörande ortogonal y antennram.

Från dessa ugpgifter kan riktningsírxfomatiorxen utvinnes fór en godtyck- v lig, tteortetiskt tilltagande vridningsvinkel för en ranvantenn genan vektoriell addition utav mttagrxingsspänlfingarrza. Med en till upptag- niragsapparatxlrexl anslutbar för användbar beräkningsarzlägg- ning kan en sinulering av en vridning av raxnantennen ske i ett godtyck- ligt vinkelfórhållarfie, så att den, i likhet med en nekaniskt vridbar ramantenn, skulle kunna fastställa erforderliga värden.

Från signaltelmiken tidigare kända förfarandet, att gerzorn en fasriktig inkoppling utav mottagningsignaler för en rundnottagande antenn till signalerna hos en lcoaxiellt därtill liggande ram för att bilda en kar- dioid med aitydiga rxollställen, blir inte fullständigt arlvärzdbar vid bredbandiga inçulsfonriiga signaler från ett radareko. En vilctig förut- sättning för en signalöverlagring är en vittgàerlde lika "signatur" eller form utav inçulsforxrxen för båda antennsigllalerrxa. Vid känd signaltelcnik med snalbandig sinussignal är detta normalt för handen. Vid kcnplex form utav radarsignaler kan i praktiken karaktäristikan för de två antenner- terna inte bringas i sådant saniklang med varandra att utan svårigheter en fullkanlig upplösning av ett definierad nollställe kan fastställas.

Däranot kan det relativa fasläget för signaltàget fastställas tillräck-e 'ligt entydigt .

För utvärderingen uppträder deseutar för varje enskilt reflektiensire 'pulstàg, framförallt endast med raxnanterxrainforrrmatiorxen, en vinkel för de två för utvärderingen avsedda nollställena och scm hör till riktningsdiagraznrnet för ramen. För att kontrollera uppgifterna kan även det andra Ixollstället utvärderas. Vid entydiga förhållanden näste det andra rellrtället exakt vara 1so° förakjutet l förhållande till det första nollstället. Då kcnner, exarpelvis vid en högervridnirlg, :naxinnrn för rareiqraler att :tunna utvärderat ett bildas tillearranr rea rundnottagziingssigrmalen. Är båda signalerna övervägande likfasiga så är infallernttrirger lira rea rellelgralvirkelr + 9o°, ar signalerna aretfaeiga sa ar iufallernrtufinger lira rea relleigrralvinkelr - 9o°. (a 454 814 Dessa förfaranden nöjliggör, :red en anordning enligt figur 2 och 4 fór upptagandeavradarsigxaaler, ensnabbochverlcsaxnutvärderingochdär- till ett fastställande av en infallsrikming för signalerna.

Figur 5 visar ett praktiskt exempel på ett utvärderingsförfararade för en infallsriktrumgsbestänrung' ' ' .

Här är i en bestämda orientering till nordriktningen mzpptecluzat olika avsnitt san har en fördelning an 15° och san visar :motsvarande vekto- :ialla aaaaring utav manwmaignaerna. Pa iafpliga granen (sia, sin) ar aa 1eo° faaßmjuua maagfirgaaignaiarna mopplaaa (aipommfaag- ningaaigaalan) och 1so° faafaraxjuaaa.

Reflektionen 1 har vid hänvisningsbetecluwingarrxa 52a och 5213 sina mini- ma. San infallsriktning kcmner då de båda därtill vinkelräta riktningar- na ifråga.

En signaturjäxnförelse med dipolxipptagningen visar vid 53a likfasiga för- hållanden i motsats till signalerna i 53b. Även infallsriktningen från sidan är angiven vid likfasighet (54) .

Reflektionen 2 har ett rnirwimm vid 55a och ett vid 55b.

Signatur-jämförelsen med dipolen visar vid 56a likfasigliet och vid Sób motfasighet. Alltså visar pilen S7 infallsrikzzrüngen.

Claims (5)

4,54 814 -10-1 PATENIQAV

1. För borrhál avsedd nätanordnixxg avsedd att lzpptaga radarsignaler ned hjälp av en antennaxlordrlillg, vars beståndsdelar utgöres av en sondkropp (1), och vars i förbindelse med en till antennanord- ningen arlsluterx tillåter ur den xmttagxla signalen en hârledningen av från infallsrilctnillgezx signifikativa nätvärden ur den :mottagna signalen, kännetecknad därav, attalranspole (2, 20, 401, 402), uppvisar en lärxgdaacel anordnad att salrmanfalla väsent- ligen ned längaaxel för kroppen (l) och att till langaaxel parallella leaaravsrlitt (ll, 22) är areranaae intill ytterytafl för kroppen.

2. Anordningenligtpaterltkravet 1, känhetecknad därav, att de till längdaxeln parallellt orienterade ledaravsnitten (11, 22) är anordnade i grunda eller turma spår, vilka är utbildade i kroppens (l) ytteryca.

3., Anordning enligt pateni-.kravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att kroppen (1) består av ett isolerande material.

4. Anordning enligt något av föregående patentkravet, k ä n n e -- t e c k n a d av, att spolen har formen av en korsram (2, 20, 401, 402).

5. Anordning enligt patent-kravet 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att de till kroppens längdaxel parallellt orienterade ledaravsnitten är i den fràn anslutningen till upptagningsapparaturen vettande änden förena- de :red hjälp av en båda ramarna i korsralnen förbindande ytterring (13). 'C v