Peilanordnung zur Vermeidung des Nachteffektes. Die Erfindung bezieht sich auf eine Peil- änordnung zurVernaeidung des Nachteffektes.
Eine einfache drehbare Rahmenantenne hat bekanntlich gegenüber einer vertikal polarisierten Welle zwei Nullstellen, und zwar immer dann, wenn die Rahmenebene senkrecht auf der Fortpflanzungsrichtung steht. Gegenüber einer schräg von oben kom menden, horizontal polarisierten Welle hat der Rahmen ebenfalls zwei Nullstellen, die aber gegen ,die vorgenannten um 90 Grad ver schoben sind;
sie sind nämlich immer dann vorhanden, wenn die Rahmenebene parallel zur Fortpflanzungsrichtung ist. Diese Eigen schaft des Rahmens ist bekanntlieh die Ursache für einen "Nachteffekt".
Es ist fer ner bekannt, den Nachteffekt zu beseitigen durch einen Doppelrahmen, bei dem zwei gleich grosse Rahmen mit parallelen Ebenen und gemeinsamer horizontaler Achse etwas entfernt voneinander um eine dazwischen be findliche vertikale Achse Av drehbar an- geoilclnet sind und,die Differenz,
der Rahmen- EMgggemessen wird (Fix. 1). Ist S die Senderrichtung und sind R,. und R2 die Rah men, deren Differenz-ENg im Empfänger E gemessen wird, so sieht man, @dass in der be zeichneten Stellung kein Empfang vorhan den ist.
Denn für die vertikal polarisierte Welle steht jeder dieser Rahmen gleichphasig im Maximum, und,die Differenz .der E= ist Null, und für die horizontal polarisierte Welle steht jeder Rahmen im Null, die Dif ferenz der EMgg ist also ebenfalls Null,
das heisst die Nullstelle kann. durch Nacht effekt nicht .getrübt oder verlagert werden. Für eine aus den Richtung S' kommende Welle steht das System ebenfalls im Null, aber nur für die vertikal polarisierte Welle, für die ja jeder Rahmen einzeln im Null steht,
nicht aber für die horizontal polari sierte -Welle, da.die EMg in R,_ phasenver- schoben ist gegen die EMg in R2. Diese zweite Nullstelle ist aIso nicht "nachteffektr frei". Bezeichnet a den Winkel zwischen der Senderrichtun,g und den Rahmenebenen, :
so ist allgemein der Empfang für die vertikal polarisierte Welle proportional sin 2 a und für die horizontal polarisierte Welle propor tional sing a.
Falls Nachteffekt vorhanden ist. wird man also nur die erstgenannten festen Null stellen erhalten; bei Tage, wenn normaler weise nur die vertikal polarisierte Welle vor handen ist, erhält man vier feste Nullstellen.
Wie ebenfalls bekannt, laseeen sich fliese bei den Nullstellenpaare durch Umpolen eines Rahmens unterscheiden, denn die "nacht- effektfreien" Nullstellen verschwinden dann, die andern nicht.
Der Nachteil dieser Anordnung besteht in ihrer sehr geringen Empfindlichkeit. Denn die Empfangsamplitude ist mal klei ner als die eines Rahmens allein,
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wenn A die Wellenlänge und d den Abstand der beiden Rahmen bezeichnet. Aus Gründen der Be- dienbarkeit lässt sich aber der Abstand nicht über wenige Meter hinaus steigern. Bei 3 ni Abstand und 1000 m Wellenlänge zum Bei spiel ist aber die Amplitude 50mal kleiner als die eines einzigen Rahmens.
Wenn bei einem einfachen Rahmen oder bei einem aus zwei Linear-Antennen be stehen richtungsempfindlichen Gebilde die Aufgabe grosser Empfindlichkeit und leichter Drehba.rkeit zugleich vorliegt, so hilft man sich bekanntlich damit, dass man statt des zu drehenden Antennengebildes zwei räumlich um 90 Grad versetzte feste Gebilde an ordnet (z.
B. beim Adcoeh-System) und sie an ein Goniometer mit beweglicher Suchspule anschliesst. So kann man zum Beispiel statt eines Drehrahmens zwei rechtwinklig ge kreuzte feste Rahmen verwenden, wobei jeder Rahmen an eine der ebenfalls recht winklig gekreuzten Feldspulen eines Gonio- meters anzuschliessen ist.
In dem von den Feldspulen erzeugten Magnetfeld wird eine Suchspule gedreht, die an einen Empfänger angeschlossen ist und deren EMK dieselbe Funktion des Drehwinkels befolgt. wie die eines Drehrahmens. Die Suchspule kann aus mehrerenSpulen, bestehen; meist ist sie dann fest angeordnet. und die Feldspulen sind drehbar.
Dieses bekannte Goniome-ter-Prinzip lässt sieh nicht ohne -eitergis auf den Doppelrahmen übertra-en. Würde man nämlich analog zu einem einfachen Rahmengoniometer zwei ge kreuzte Doppelrahmen R"-R, an ein Gonio- meter G,. G= anchliessen. wie. in Fig. \? dar gestellt. so würde.
diese Anordnung zwar in den vier .Stellungen. in denen die Goniometer- spule D,_.. nur mit edier der beiden Feld spulen gekoppelt ist, den drehbaren Doppel rahmen ersetzen, nicht aber in den Zwischen- stellungen. In der Richtung 45 Grad zum Beispiel würde sieh. die E'MK in der Such spule Dl,,;
nur für eine der Wellen aufheben, je nach der Schaltung .der Feldspulen für die vertikal polarisierte oder horizontal polari sierte. Man würde also in dieser Richtung - und auch in allen andern ausser den vier genannten - keine gemeinsame Nullstellung für die beiden Wellen. erhalten, das heisst die Peilung wäre nicht naehteffektfrei. Auch eine Anordnung.
bei der vier um 45 Grad versetzte feste Doppelrahmen an ein (vier- poliges) Goniometer angeschlossen sind, ist nur in einzelnen Punkten nacliteffektfrei,
da die noch von der vertikal polarisierten Welle an der Su.ehspule induzierte EMK mit dem Richtungswinkel nach einem andern CTesetz variiert als die von der horizontal polarisie-r- t -en lelle. induzierte.
Erfindungsgemäss wird diese Schv-ierig- keit dadurch beseitigt, dass auf dem Um fang eines Kreises die Empfangsorte von drei oder mehr drehUaren Peilorganen sym- metriseh angeordnet und mit einer geeig neten Goniometeranordnung verbunden sind.
In Fi,g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Anlage für vier Rahmen ge zeigt. R1, R_ <I>R.,,</I> R,, sind vier vertikale Rahmen, deren =Mittelpunkte symmetrisch auf einem Kreisumfang verteilt sind.
Je zwei diagonal gegenüberliegende sind in Differenzschaltung an die Feldspulen G,. GL eines C oniometers angeschlossen. Alle vier Rahmen werden gleichzeitig und um den selben Winkel .gedreht (z. B. elektromecha- nisch), so da-ss ihre Ebenen ständig parallel bleiben.
Ferner wird immer gleichzeitig die Goniometersuchspule D mitgedreht; sie ist so justiert, dass bei maximaler und aus schliesslicher Kopplung mit einer Feldspule die Ebenen der zugehörigen Rahmen senk recht auf ihrer Verbindungslinie stehen.
Die in den Feldspulen fliessenden (Ströme sind gleichphasig für jede beliebige Stellung der Rahmen (und damit der Suchspule) ; die Feldspulen werden so geschaltet, dass ihre Magnetfelder die @Suchspule in entgegen gesetztem Sinne induzieren.
Bei jeder iSenderrichtung S erhält man so ein scharfes Null für die EMK in der Suchspule des Goniometers, wenn. die Ein zelrahmen in bezug auf die vertikal polari- sierte Welle im Maximum stehen;
in bezug auf die horizontal polarisierte Welle stehen dann alle Rahmen im Null, so,dass ihre Dif ferenz wieder Null ergibt, .das heisst das Null ist nachteffektfrei. Diese CTaniometeranord- nung benimmt sich also bei jeder @Senderrich- tung wie -der Doppelrahmen.,
hat aber den Vorteil"dass man,die Einzelrahmen weit aus- einanderstellen und dadurch grosse Empfind lichkeit erreichen kann, ohne rdass die Be- dienbarkeit leidet.
Man kann ferner das Trägheitsmoment der zu drehenden Teile weiterhin dadurch vermindern, dass man jeden einzelnen der Drehrahmen ersetzt durch ein Kreuzrahmengoniometer. Statt des drehbaren Doppelrahmens erhält man so bei dem. ge wählten Beispiel acht feste Rahmen mit fünf
Goniometern.
Bei Abwesenheit der horizontal polari sierten Welle, also praktisch bei Tage, erhält man mit der beschriebenen Anordnung .genau wie beim gewöhnlichen Doppelrahmen vier scharfe und nicht wandernde Nullstellen. Die Unterscheidung des niachteffektfreien und des nicht nachteffektfreien Nullstellenpaares ist nicht wesentlich schwieriger als beim Doppelrahmen.
Zwar ist die Umschaltung je eines Rahmens bei beiden Paaren kein. un bedingt sicheres -Kriterium, da in der Rieh- tung 45 Grad auch die nachteffektfreie Nullstelle erhalten bleibt, weil ja jetzt die Wirkung der beiden Rahmenpaare auf die Goniometersuchspule genau gleich gross ist.
Dagegen ,sind die Nullstellen dann unter scheidbar, wenn ein Rahmen<I>nach</I> dem an dern umgeschaltet wird; mindestens in einer dieser Umsflhaltungsstellen muss dann :die nachteffektfreie Nullstelle verschwinden. Man kann auch eine richtungsunabhängige EiMK, z.
B. die einer (Hilfs-)Antenne in der Mitte des Quadrates, der EMg des Goniometers superponieren;
dann -=andern die Nullstellen, und zwar verschieden. Wenn zum Beispiel die nachteffektfreie Nullwelle nach rechts wandert,
wandert die nicht nachteffektfreie nach links und umgekehrt. Dadurch können nach vorausgegangener Eichung mittels eines der Richtung nach bekannten iSenders die Nullstellen eindeutig unterschieden werden.
Sofern die Nullstellen ;getrübt sind, was auf das Vorhandensein einer um 90 Grad phasenverschobenen EMK schliessen lässt, können sie dadurch enttrübt werden, dass ,die EMK eines in- ,
der Mitte des greises befind lichen Rahmens mittels einer veränderlichen Kopplung zu der des Goniometers hinzu- gefügt wird,
.da die EMK des ersteren eben falls um 90 Grad phasenverschoben isst zu der Differenz-EMg zweier Aussenrahmen. Dieser Hilfsrahmen wird zweckmässig gleich- zeitig mit,den Aussienrahmen gedreht, so,
dass er zu ihnen immer parallel ist und im nacht effektfreien Null von der horizontal polari sierten Welle nicht beeinflusst wird. Bei die ser Anordnung kann der Hilfsrahmen auch zur Unterscheidung der Nullstellen benutzt werden.
Denn -das nachteffektfreie Null kann durch Ankopplungdieses Rahmens leicht enttrübt oder auch getrübt werden, das nicht nachteffektfreie dagegen so gut wie nicht.
Ist mittels einer der beschriebenen Me thodendie Richtung eines Senders bestimmt, so kann es noch erforderlich sein, zu wissen, auf welcher Seite der Seniler liegt.
Zn die sem Zwecke wird auf den Eingangskreis des Empfängers ausser,dem Goniometer und,dem in der Mitte angeordneten Enttrübungs- rahmen eine exzentrisch angeordnete Antenne oder ein exzentrisch angeordneter Rahmen angekoppelt, z.
B. ein den übrigen Rahmen paralleler Rahmen, der in der Senderrichtung aus der Mitte des von den vier Aussenrahmen gebildeten Quadrates etwas herausgerückt ist. Da seine EMK eine gewisse Pha.senverGchie- bun:
g hat gegenüber der EMK des Enttrü- bungsrahmens, wird sich die Nullstelle etwas verschieben, und die Verschiebungsrichtung hängt davon ab, ob die Phase verfrüht oder verspätet ist, das heisst ob der Seitenbestim- mungshilfsrahmen dem Sender näher oder ferner ist als der Enttrübungsrahmen.
Die beschriebene Anordnung lässt sich in mannigfaltiger Weise ausbauen. Es ist zum Beispiel möglich, statt der vier auf dem Kreisumfang verteilten Rahmen drei oder auch mehr als vier Rahmen zu verwenden.
In Fig. 4 ist zum Beispiel eine nacht effektfreie Peilanordnung mit nur drei auf einem Kreisbogen symmetrisch verteilten Rahmen (R,-R.) gezeigt.
In diesem spe ziellen Falle können nicht zwei Rahmen zu einem Paar zusammenbefasst und an eine ge meinsame Feldspule der Goniometer an geschlossen werden, sondern es muss jedem Rahmen eine besondere Feldspule zugeordnet werden (Gl-G3), die gegeneinander um je 120 Grad versetzt sind.
Die Suchspule D, die gleichzeitig mit den Rahmen gedreht wird, ist so justiert, dass sie mit jeder Feld spule dann entkoppelt ist, wenn der an diese angeschlossene Rahmen so steht, dass seine Ebene durch den 'Mittelpunkt des Kreises geht.
Die EMK in der Suchspule hat bei völliger Symmetrie ein nachteffektfreies Null, wenn die drei Rahmenebenen in der Senderrichtung S stehen. Alle oben für die Anordnung mit vier Rahmen beschriebenen Massnahmen zur Enttrübung, Seitenbestim- mung usw. können natürlich in gleicher Weise auf das Dreirahmengoniometer An wendung finden.
In Fig. 5 ist schliesslich eine solche Dreirahmengoniometeranordnun.g R1-R, auf einem Flugzeug F angebracht gezeichnet. Es ist somit möglich, eine nachteffektfreie Navigation von einem Flugzeug aus durch zuführen.
Die beschriebenen Anordnungen werden sich vor allem auf festen Bodenstationen gut anwenden lassen. Sollten aber solche Mehr rahmengoniometeranordnungen auf Flugzeu gen Verwendung finden, so wird die Funk beschickung der einzelnen Rahmen, die von einander entfernt angeordnet sein müssen, verschieden sein, da das Rückstrahlfeld be kanntlieh an verschiedenen Stellen am Flug- zeugrumpf sehr verschiedene Werte besitzt. In diesem Falle kann in bekannter Weise, z.
B. durch Kompensationsschleifen, für jeden Rahmen die Funkbeschickung gesondert be rücksichtigt werden, während bei gleichem Verlauf der Funkbeschickung für alle Rah men eine gemeinsame Korrekturvorrichtung genügt.
Um die bei der gleichzeitigen Drehung der verschiedenen Peilrahmen vorhandenen mechanischen Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde an anderer Stelle der Beschreibung bereits vorgeschlagen, statt der einzelnen drehbaren Rahmen feste Kreuzrahmen mit Goniometern zu verwenden.
Wenn jedoch die Goniometer, wie bei der bekannten Anlage, direkt in der Nähe der Kreuzrahmen an geordnet werden, so ergeben sich weiterhin dadurch Schwierigkeiten, dass die drehbaren Teile der den verschiedenen Peilrahmen zu geordneten Goniometer (z. B. ihre Suchspule) von einem zentralen Bedienungsort aus gleichzeitig und exakt gedreht werden müssen.
Diese Schwierigkeiten können dadurch vermieden werden, dass die den verschiedenen Peilrahmen zugeordneten Goniometer alle an einem Ort aufgestellt sind, wobei die Kreuz rahmen mit den ihnen entsprechenden Gonio- metern durch Hoehfrequenzleitungen verbun den sind.
In diesem Falle ist es in einfacher Weise möglich, die drehbaren Teile sämt licher Goniometer gleichzeitig zu bedienen, indem beispielsweise die Suchspulen der selben mechanisch auf eine gemeinsame Achse gesetzt sind.
In Fig. 6 der Zeichnungen ist ein der artiges System dargestellt. Die Gesamtanord- nung besteht aus den vier Kreuzrahmen (1, 2, 3, 4) mit den entsprechenden vier Gonio- metern (I, II, HI, IV). Diese Goniometer sind mit den Kreuzrahmen durch Energie leitungen verbunden.
Die Suchspulen der vier Goniometer liegen an den Feldspulen des Hauptgoniometers Y, dessen Suchspule dann zu dem Eingangskreis des Empfängers E führt.
Um die Trübungen der einzelnen Kreuz rahmen möglichst klein zu halten, ist es zweckmässig, wie bereits für drehbare Peil- rahmensysteme vorgeschlagen, die ;Strom abnahme der Einzelrahmen an der obern Kreuzungsstelle, statt, wie sonst üblich, an der untern Kreuzung erfolgen zu. lassen. Die gekreuzten Rahmen können dann an der un tern Kreuzung verbunden und nötigenfalls auch geerdet werden.
In der vorliegenden Beschreibung wur den auch bereits Vorschläge gemacht, um aus der Mehrzahl -der sieh bei einem derartigen System ergebenden Nullstellen die richtige Nullstelle für die Peilung zu identifizieren. Ein weiterer Vorschlag besteht in der Me thode, die bei einem Verfahren zur ;
Seiten- bestimmung .bei einem aus einer Richtantenne und einer Hilfsantenne bestehenden Peil empfänger, bei dem eine dieser Antennen synchron mit einem -im Ausgangskreis des Empfängers liegenden Anzeigeinstrument umgepolt wird, vorgeschlagen worden ist.
Diese Methode besteht nun darin, dass die Zusammenschaltung von Richtantenne und Hilfsantenne derart erfolgt, @dass die .richtige Peilrichtung in dem Minimum liegt,
indem sich der Instrumentenzeiger .mit der Richt- antennendrehung .gleichsinnig bewegt. Ein derartiges Verfahren zur Erzielung der ein deutigen Richtungsbestimmung lässt sich in besonders einfacher Weise bei Peilanordnun gen ,gemäss der Erfindung anwenden, indem man im Mittelpunkt des Kreises, auf dem die Empfangsorgane, z.
B. die Kreuzrahmen, liegen, einen zusätzlichen Kreuzrahmen mit Goniometer anordnet, wobei die Achse des rotierenden Teils des zusätzlichen, Gonio- meters (beispielsweise seine Suchspule)
vor- zwgsweise zusammenlällt mit den Achsen der rotierenden Teile der übrigen Goniometer. Wird nun die Suchspule dieses zusätzlichen Goniometers."die mit dem Empfänger gekop- pelt ist, dauernd schnell und gleichzeitig mit dem Anzeigeinstrument am Ausgang des Empfängers umgepolt,
so kann man auf diese Weise eine Eindeutigkeit der Richtungs- bestimmung erzielen.