DE1293258B

DE1293258B - Breitbandige goniometrische Anordnung

Info

Publication number: DE1293258B
Application number: DEC38142A
Authority: DE
Inventors: Dubost Gerard; Zisler Siegfried
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1965-02-11
Filing date: 1966-02-08
Publication date: 1969-04-24
Also published as: GB1081241A; US3381297A; FR1432749A

Description

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Die Erfindung betrifft eine breitbandige gonio- einer rotationssymmetrischen Fläche, auf welcher in metrische Anordnung zur unmittelbaren Bestimmung winkelgleichen Spiralen eine Gruppe von leitenden der Winkelstellung einer Funksignalquelle durch Elementen angeordnet ist, welche die elektromagne-Phasenvergleich der Spannungen eines Antennen- tische Energie empfangen. Ein Ausführungsbeispiel systems. 5 einer solchen Antenne ist in F i g. 1 dargestellt. Sie Eine bekannte breitbandige goniometrische An- enthält η Leiter A, B, C, D ..., die in winkelgleichen Ordnung enthält eine Anzahl von Empfangskanälen, Spiralen um einen kegelförmigen Isolierkörper 1 gedie an Richtantennen angeschlossen sind, die fächer- wickelt sind. Die Leiter A, B, C, D sind in bezug förmig verteilt sind, damit ein ausgedehnter Raum- auf die Rotationsachse Y-X' im Winkel so verteilt, bereich erfaßt wird. Eine Funksendung kurzer Dauer io daß eine Drehung um den η-ten Teil einer Umruft in den Empfangskanälen Signale unterschied- drehung einer Spirale zur Deckung mit der nächsten licher Amplituden hervor, die zur Bestimmung des Spirale bringt. Diese gleichmäßige Winkelverteilung Azimuts der Quelle der Funksignale dienen. Die ist am besten erkennbar, wenn man die Projektion Genauigkeit der Winkelordnung hängt im wesent- der Leiter A, B, C, D auf eine senkrecht zur Achse liehen davon ab, daß die Richtdiagramme der An- 15 X-Y' stehende Grundlage betrachtet. Die gestricheltennen im gesamten Frequenzbereich gleich sind. ten winkelgleichen Spiralen^', A', C, D' zeigen Diese Bedingung ist wegen der erforderlichen Winkel- diese Projektion.

genauigkeit und der geforderten Bandbreite in der Es sei eine Ebene 2 angenommen, welche durch Praxis schwierig zu erfüllen. die Achse Y-X' geht und den Azimutwinkel Θ mit Weiter sind breitbandige Antennen bekannt, deren ao einer Bezugsrichtung der Antenne bildet. Ferner sei Elemente in winkelgleichen Spiralen auf einen iso- angenommen, daß einein der Ebene 2 liegende Funklierenden konischen Träger aufgewickelt sind. signalquelle in den Leitern A, B, C, D ... Span-Die obengenannten Nachteile der bekannten gonio- nungen E_A, E_B, E₀ und E₀ erzeugt, deren Phase von metrischen Anordnungen werden nun erfindungs- der Phase der Quelle, dem durchlaufenen Weg, der gemäß dadurch beseitigt, daß das Antennensystem 25 Richtung jedes Leiters und natürlich von dem in an sich bekannter Weise aus mindestens vier EIe- Azimutwinkel Θ abhängt. Die spiralförmigen Anmenten besteht, welche in winkelgleichen Spiralen tennen haben eine interessante Eigenschaft: Wenn auf einen einzigen isolierenden Träger in Form eines sich die Phase einer induzierten Spannung im Ver-Umdrehungskörpers aufgewickelt sind, daß zwei lauf einer Drehung der Quelle um den Winkel Δ Θ Speiseleitungen jeweils mit entgegengesetzter Phase 30 um die Achse X-Y' um Δ φ ändert, gilt die sehr einvon zwei benachbarten Elementen gespeist werden, fache Beziehung daß die Speiseleitungen mit einer Additionsschaltung Δ φ = Δ Θ, verbunden sind, welche zwei Ausgänge aufweist, die

als resultierende Spannungen jeweils die Summe bzw. Wenn man die vier Leiterstreifen A, B, C, D von

die Differenz der von den beiden Speiseleitungen auf 35 Fig. 1 in Betracht zieht, kann man gleichzeitig zwei

die Additionsschaltung gegebenen Spannungen lie- verschiedene Empfangsarten realisieren, je nachdem,

fern, und daß eine Phasenmeßeinrichtung mit den wie die in jedem Leiterstreifen induzierten Spannun-

beiden Ausgängen der Additionsschaltung so ver- gen addiert werden, d.h., wie die Leiterstreifen

bunden ist, daß sie die Phasenverschiebung zwischen paarweise miteinander gekoppelt werden,

den beiden resultierenden Spannungen als Maß für 40 In Fig. 2 ist schematisch in Oberansicht die erste

die zu messende Winkelstellung mißt. Empfangsart dargestellt. Die in den Leiterstreif en A

Erfindungsgemäß mißt man also bei der Durch- und C induzierten Spannungen sind mit dem Vorführung einer Winkelmessung die Phasendifferenz zeichen + bezeichnet, das anzeigt, daß diese am Einzwischen zwei Spannungen, welche beide durch gang eines Empfängers addiert werden. Die in den Signale erzeugt werden, die in den verschiedenen 45 Leiterstreifen B und D induzierten Spannungen sind Elementen der Antenne induziert werden. Die mit den Vorzeichen — versehen, da sie nach Phasen-Winkelmessung wird daher durch die gleichzeitige umkehrung addiert werden. Man kann zeigen, daß Anwendung von zwei Einspeisungsarten der Elemente die algebraische Summe der induzierten Spannungen der bekannten Antenne durchgeführt. Dadurch ergibt eine resultierende Spannung sich der große Vorteil, daß man eine Phasendifferenz 50 γ _ g _|_£ _g _ß erhält, welche sich genau linear mit dem Azimut der ^D gemessenen Funksignalquelle ändert und direkt und ist, deren Phase sich bei einem vollständigen Umlauf unmittelbar den Wert des Azimuts angibt. Dieses der Quelle um die Antenne nahezu linear um 20° Ergebnis wird weiter unten näher erläutert. ändert.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der 55 Außer dieser Kopplungsart wird noch eine andere

Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt Zusammenfassung vorgesehen, die in Fig. 3 darge-

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer An- stellt ist. Man kann zeigen, daß sich bei dieser Kopptenne, die in der Erfindung verwendet ist, lungsart die Phase der resultierenden Spannung

Fig. 2 und 3 Diagramme zur Erläuterung der y _β _g _τ? ,g

Wirkungsweise, 60 c α β c~r d

Fig. 4 das Blockschaltbild des goniometrischen nahezu linear um 360° ändert, wenn die Quelle einen

Systems nach der Erfindung, vollständigen Umlauf um die Antenne durchführt.

Fig. 5 ein Anschlußschema der Empfangs- Die Phasendifferenz zwischen den resultierenden

elemente am Scheitel der Antenne und Spannungen, die der ersten und der zweiten Kopp-

F i g. 6 einen perspektivischen Schnitt durch eine 65 lungsart entsprechen, ändert sich im wesentlichen

Hybridverzweigung nach der Erfindung. linear um 360°, wenn die Quelle einen vollständigen

Die Antenne der goniometrischen Anordnung Umlauf um die Antennen ausführt. Die Amplituden

nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus der resultierenden Spannungen sind im wesentlichen

gleich, wodurch es möglich wird, die Phasendifferenz mit größter Genauigkeit zu messen. Der Azimut einer Funksignalquelle kann also mit dieser Anordnung durch die augenblickliche Messung der Phasendifferenz zwischen den Spannungen bestimmt werden, die gleichzeitig von einem Kopplungsorgan geliefert werden, das die in den Leiterstreifen der Antenne induzierten Spannungen empfängt und den beiden Eingängen eines Phasenmessers nach entsprechender Zusammenfassung zuführt. ίο

Das elektrische Schaltbild der goniometrischen Anordnung nach der Erfindung ist in F i g. 4 dargestellt. Sie enthält die Antenne 1, welche die spiralförmigen Leiterstreifen A, B, C, D trägt, und zwei Speiseleitungen 3 und 4, welche die zusammengefaßten induzierten Spannungen den beiden Eingängen einer Hybridverzweigung 5 zuführen, deren Ausgänge die entkoppelten Spannungen abgeben, die der ersten Kopplungsart (F₄) bzw. der zweiten Kopplungsart (F₀) entsprechen. Diese resultierenden Spannungen werden dann den Eingängen eines Phasenmessers 6 zugeführt, der ein Meßergebnis φ anzeigt, das bis auf eine Konstante 0_O im wesentlichen dem Azimut Θ entspricht. Eine vorangehende Einjustierung der Antenne ermöglicht die Beseitigung dieser Konstante <9₀, so daß der Azimutwinkel Θ direkt abgelesen werden kann.

F i g. 5 zeigt in Oberansicht die Ankopplung der Leiterstreifen der Antenne an die Speiseleitungen 3 und 4. Die Leiterstreifen A, B, C, D sind in winkelgleichen Spiralen vom Scheitel des Trägerkörpers aus aufgewickelt. Die Leiterstreifen A und C werden durch hohle Leiter gebildet, die am Scheitel mit dem Innenleiter eines Koaxialkabels 3 bzw. 4 verbunden sind, deren Außenleiter die Leiterstreif en B bzw. D der Antenne darstellen. Die Kabel 3 und 4 sind die Speiseleitungen der Antenne, die über die Grundfläche der Antenne hinaus verlängert sind und über den Richtkoppler den Phasenmesser spielen. Auf Grund dieses Anschlusses am Scheitel der Antenne speisen die Leiterstreifen A und B die Speiseleitung 4 gegenphasig, und ebenso speisen die Leiterstreifen C und D die Speiseleitung 3 gegenphasig. Die von der Speiseleitung 4 abgegebene Spannung entspricht dem Wert E_A—E_B, und die von der Speiseleitung 3 abgegebene Spannung entspricht dem Wert E_C—E_D.

Da diese Spannungen gleiche Amplitude haben, werden sie den Eingängen einer breitbandigen Hybridverzweigung zugeführt. Man erhält dann an einem Ausgang der Verzweigung die Summe der ankommenden Spannungen, d. h. die resultierende Spannung der ersten Kopplungsart, und am anderen Ausgang die Differenz der ankommenden Spannungen, d. h. die resultierende Spannung der zweiten Kopplungsart. Die von der Verzweigung getrennten resultierenden Spannungen V_A und V₀ werden dann dem Phasenmesser zugeführt, der die Phasendifferenz mißt.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer Hybridverzweigung nach der Erfindung dargestellt. Sie enthält einen Metallkörper 7 mit zwei koaxialen Eingängen 13 und 14 und zwei koaxialen Ausgängen und 12. Im Innern des Körpers erkennt man in der linken Hälfte einen symmetrischen T-Anschluß, welcher den Ausgang 11 mit den Eingängen 13 und verbindet. Dieser Anschluß liefert am Ausgang 11 die Summe der den Eingängen 13 und 14 zugeführten Spannungen. In der rechten Hälfte der Verzweigung erkennt man eine Symmetrierungsschleife 15 (Balun), welche zum Ausgang 12 die Differenz der den Eingängen 13 und 14 zugeführten Spannungen überträgt. Natürlich können auch andere Arten von Richtkopplern angewendet werden, um die den beiden Empfangsarten der Antenne entsprechenden Spannungen zu trennen.

Die erfindungsgemäße Anordnung ergibt folgende Vorteile:

1. Die Antenne ist frequenzunabhängig, wodurch ein breites Betriebsband des Goniometers erhalten wird.

2. Die Antenne ist richtwirkungsfrei, ihre Elemente sind ineinandergeschachtelt und in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt, was zur Aufrechterhaltung der Breitbandeigenschaften und der Empfindlichkeit des goniometrischen Systems wesentlich ist.

3. Die Winkelmessung wird auf die Messung einer Phasendifferenz zurückgeführt. Dieses Verfahren ist genau und schnell, und es erfolgt ferner mit der gleichen Maßeinheit. Dies ermöglicht eine nahezu augenblickliche Azimutortung.

Claims

Patentansprüche:

1. Breitbandige goniometrische Anordnung zur unmittelbaren Bestimmung der Winkelstellung einer Funksignalquelle durch Phasenvergleich der Spannungen eines Antennensystems, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennensystem in an sich bekannter Weise aus mindestens vier Elementen besteht, welche in winkelgleichen Spiralen auf einen einzigen isolierenden Träger in Form eines Umdrehungskörpers aufgewickelt sind, daß zwei Speiseleitungen jeweils mit entgegengesetzter Phase von zwei benachbarten Elementen gespeist werden, daß die Speiseleitungen mit einer Additionsschaltung verbunden sind, welche zwei Ausgänge aufweist, die als resultierende Spannungen jeweils die Summe bzw. die Differenz der von den beiden Speiseleitungen auf die Additionsschaltung gegebenen Spannungen liefern, und daß eine Phasenmeßeinrichtung mit den beiden Ausgängen der Additionsschaltung so verbunden ist, daß sie die Phasenverschiebung zwischen den beiden resultierenden Spannungen als Maß für die zu messende Winkelstellung mißt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Additionsschaltung eine Hybridverzweigung ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hybridverzweigung ein symmetrisches I-Glied, welches einen der beiden Ausgänge mit den Eingängen verbindet, und eine Symmetrierungsschleife enthält, welche den anderen Ausgang mit den Eingängen verbindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen