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Sidnay Bertram Smith, St. Cloud, Chelmsford, Essex (Großbritannien)
ist als Erfinder genannt worden Die Erfindung betrifft ein Goniometer, und zwar
insbesondere ein Goniometer mit sehr starker Kopplung, das für Richtungsfinder und
ähnliche Zwecke bei sehr kurzen Wellen, d. h. bei Wellen in der Größenordnung von
14 bis 60 m, verwendet werden soll.
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Wenn die bekannten Goniometer, die eine sehr feste Kopplung zwischen
den Feld- und den Suchspulen, z. B. eine Kopplung mit einem Kopplungsfaktor von
etwa 60°/o, besitzen, für sehr kurze Wellen verwendet werden, dann zeigt sich, daß
vorwiegend achtelkreisige Peilfehler von ziemlicher Größe auftreten, und zwar sind
diese Fehler wesentlich größer als jene, die sich bei Verwendung des gleichen Goniometers
bei längeren Wellen ergeben.
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Beispielsweise ist bei einem Goniometer bekannter Konstruktion bei
Wellenlängen von 14 his 6o m und einem Kopplungsfaktor von 6o 0/o ein Fehler von
+ 5°/o festgestellt worden. Diese Fehler könnten auf einen sehr geringen Betrag
durch Herabsetzung der Kopplung zwischen den Feld- und den Suchspulen des Goniometers
vermindert werden. Aber diese Art der Reduktion der Fehler ist mit einer Empfindlichkeitsverschlechterung
verbunden, so daß dieses Mittel nursehrunvollkommen ist.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein verbessertes Goniometer, das
insbesondere für sehr kurze Wellen Verwendung finden soll
und bei
dem für einen gegebenen Kopplung faktor oder eine gegebene Gegeninduktivität zwischen
den Feld- und Suchspulen der im wesentlichen achtelkreisige Fehler eine Größe besitzt,
die wesentlich geringer ist als bei den bekannten Goniometern. Es kann andererseits
auch für einen vorgegebenen, zulässigen Fehler ein gegenüber dem bekannten Goniometer
vergrößerter Kopplungsfaktor angewendet werden.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zunächst der Aufbau eines
bekannten Goniometers, das auch für sehr kurze Wellen geeignet ist, beschrieben
werden. Im Anschluß daran soll erklärt werden, aus welchem Grunde die Fehler wachsen,
wenn eine stärkere Kopplung verwendet wird.
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Bei den bekannten Kurzwellengoniometern sind die Feldspulen, von
denen natürlich zwei vorhanden sind, auf einem ringförmigen Statorkörper untergebracht,
der koaxial zum Rotor angeordnet ist, auf dem die Suchspule untergebradit ist. Der
Rotor ist gegenüber dem Stator drehbar, und zwar um die dem Rotor und Stator gemeinsame
Achse. Jede der Feldspulen besteht aus einer Mehrzahl, z. B. sechs, von in Abständen
voneinander liegenden Windungen, die aus runden Drähten bestehen und auf dem ringförmigen
Statorkörper untergebracht sind. Jede dieser Windungen besteht aus zwei parallelen
Leitern, die zur Achse parallel verlaufen, und aus zwei weiteren Leitern, die etwa
rechtwinklig zu dieser Achse angeordnet sind. Die Windungen besitzen roneinander
gleiche Abstände und sind so auf dem Statorkörper angeordnet, daß sie etwa die Hälfte
des gesamten Umfanges oder etwas weniger einnehmen. Die zweite Feldspule ist ähnlich
der ersten aufgebaut, aber senkrecht zu dieser angeordnet und nimmt die andere Hälfte
des Umfanges des ringförmigen Statorkörpers ein. Die Suchspule besteht aus der gleichen
Anzahl von runden Drahtwindungen wie eine Statorwicklung und ist auf dem Rotor in
der gleichen Weise angeordnet wie die beiden Feldspulen auf dem Statorkörper, so
daß dann, wenn sich die Feldspule in der maximalen Kopplungsstellung zu einer der
beiden Feldspulen befindet, die Ävindungsebene dieser Feldspule parallel liegt zu
der der entsprechenden Feldspule. Um die Suchspule ist ein elektrostatischer Schirm
vorgesehen, der sich mit dem Rotor dreht. Da derartige Schirme bekannt sind, ist
eine weitere Beschreibung überflüssig.
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Bei der bekannten Goniometeranordnung, wie sie oben beschrieben wurde,
wird ein rnagnetisches Mauptfeld erzeugt, dessen Feldlinien rechtwinklig zur Achse
des Goniometers verlaufen. Zusätzlich zu diesem Feld sind noch sog. Streufelder
vorhanden, die sich um die einzelnen runden Drahtwindungen der Feldspule ausbilden.
Durch diese Streufelder ergibt sich im Bereich der Suchspule ein resultierendes
Feld von verzerrter Form. Wenn die Kopplung zwischen Sudl- undFeldspulen sehr fest
ist, d. h. wenn die Suchspulenwindungen so nahe an den Feldspulenwindungen liegen,
daß sie während der Drehung des Rotors in dieses verzerrte resultierende Feld gelangen,
wird ein vorwiegend achtelkreisiger Fehler erzeugt. Wenn die jeweilige Kopplung
zwi schen Such- und Feldspulen als Ordinate über dem Drehwinkel des Rotors relativ
zum Stator als Abszisse aufgetragen wird, so wird durch die Koppelfehler an Stelle
der theoretischen idealen Sinuskurve eine verzerrte Kurve von etwas abgeflachter
Form erhalten.
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Gemäß der Erfindung wird nun vorgeschlagen, bei Goniometern, und
zwar vorzugsweise bei solchen, die auf sehr kurzen Wellen arheiten, die Wicklung
der Feldspulen oder der Suchspulen oder aber beide Wicklungen zur Verringerung des
bei fester Kopplung auftretenden Kopplungsfehlers aus bandförmigen Leitern herzustellen.
Die bandförmigenLeiter werden hierbei flach gewickelt.
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Besonders vorteilhaft läßt sich der Erflndungsgedanke auf das bereits
beschriebene, bekannte Goniometer anwenden, in dem die runden Feld- und Suchspulenwindungen
durch bandförmige Leiter, die relativ dicht beieinanderliegen, ersetzt werden. Diese
bandförmigen Leiter werden ziemlich dünn gewählt, und ihre gesamte Fläche bedeckt
fast lückenlos die Oberfläche, auf die die Windungen aufgebracht werden.
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Es ist leicht einzusehen, daß bei der erfindungsgemäßen Konstruktion
die Eigenfelder um die einzelnen Drahtwindungen keine Kreisform, sondern eine sehr
flache Ellipsenform einnehmen, wobei diese Ellipsen jeweils die Leiter einschIießen,
von denen sie erzeugt werden. Schickt man nämlich durch einen Leiter mit kreisförmigem
und durch einen mit bandförmigem Querschnitt gleiche Ströme J, dann läßt sich das
Feld beider Leiter durch die Gleichung dV H ds = J, J J darstellen. Für einen bestimmten
Wirbelring, d. h. für ein bestimmtes konstantes H, ergibt sich in beiden Fällen
ein gleich großer Umfang s, d. h. an Stelle des kreisförmigen Wirbelringes um den
kreisförmigen Leiter muß beim bandförmigen Leiter eine längliche Ellipse treten,
so daß die Linien gleicher Feldstärke wesentlich geringeren Abstand von den angenähert
parallel zu ihnen verlaufenden Breitseiten der Bänder besitzen als die entsprechen
den Linien vom Umfang der kreisförmigen Leiter. Dadurch wird das verzerrte Feld,
das
den achtelkreisigen Fehler hervorruft, trotzdem es theoretisch
noch vorhanden ist, stark reduziert. Es ist ferner weit von der Drehachse des Rotors
entfernt, da, wie bereits erwähnt, das Streufeld nahe bei den Feldwindungen liegt.
Deshalb kann nunmehr eine starke Kopplung zwischen den Feld- und Suchspulen vorgesehen
werden, ohne daß ein Koppelfehler von störender Größe auftritt.
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Bei praktischen Versuchen hat sich herausgestellt, daß es möglich
ist, ein Goniometer nach der Erfindung bei einer Wellenlänge von I4 bis 60 m mit
einem Kopplungsfaktor von 6o 0/o zu betreiben, bei dem der Koppelfehler nur 1 I
O/o gegenüber t 5 O/o bei den bekannten Goniometern beträgt.
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Die Leiter können beispielsweise aus 3 mm breiten Kupferbändern bestehen,
die nebeneinanderliegen. Es wird sich dann eine fast gleichmäßige Stromverteilung
längs der Windungsfläche ergeben, was eine sehr gleichmäßige Streufeldverteilung
in - der Nähe der Windungen zur Folge hat.
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Zur Erzeugung einer bandförmigen Wicklung ist es ebenfalls möglich,
jeweils mehrere nebeneinanderliegende runde Drähte parallel zu schalten.
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Es ist wichtig, daß bei Radiogoniometern entsprechend der Erfindung
ein ausreichender statischer Schirm, wie bereits oben beschrieben worden ist, angewendet
wird.
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PATENTANSPRtJCE1E I. Goniometer zum Peilen von drahtlosen, insbesondere
sehr kurzen Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung des bei fester
Kopplung auftretenden Kopplungsfehlers die Wicklung der Feldspulen oder der Suchspule
oder beider gemeinsam aus bandförmigen Leitern besteht.