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BreitbandFunkempfangsanlage Die vorilegende Erfindung betrifft einen
peiler sowie Breitband-Funkempfangsanlagen, die sich insbesondere für den Einsatz
in einem Peiler eignen.
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Ein Peilgerät der vorliegenden Art wird zur Bestimmung der Einfallsrichtung
von innerhalb eines breiten Frequenzbersiches auftretenden Signale benutzt. Bei
den bisher bekannt gewordenen Empfangsanlagen tritt mit grosseur werdendem Frequenzbereich
eine zunshnde Beeinflussung der Antonton und anderen Empfangseinrichtungen des Peilers
durch die einfallenden Wellen auf, wodurch sie die empfangene Energie bei bestimmten
Frequenzen zurückstrahlen und dabei die eigentliche Energiequelle verschleiern.
Die Folge einer solchen Verschleisrung sind falsche Richtungsanzeigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an sich bekannte, für Breitbandbetrieb
geeignete Peiler zu verbessern und einen Breitbandpeiler zu schaffen, in welchem
die Empfangsanlagen über den gesamten Frequenzbereich mit relativ gleichbleibender
Wirksamkeit arbaiten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer Breitband-Funkempfangsanlage
mit einem Empfangsgerät, das über einen breiten Frequenzbereich wirksam ist, der
sich von einer ersten bis zu einer zweiten Frequenz erstreckt, die höher liegt als
die erste Frequenz, und mit einer Antenne geldst, indem die Antenne mit elektrischem
Verlust behaftete Elemente enthält, die in der Antenne in Reihe ange.
ordnet
sind, die Länge der Antenne gleich einer viertel Wellenlänge bei einer dritten,
zwischen der ersten und zweiten Frequenz liegenden Frequenz und kleiner als eine
achtel Wellenlänge bei der ersten Frequenz ist und die Antenne einen Widerstand
hat, der kleiner ist als der Antennenscheinwiderstand bei der ersten Frequenz und
der grösser ist als der Antennenscheinwiderstand bei der dritten Frequenz.
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Die erfindungsgemässe Breitband-Empfangsanlage ist kompakt und leistungsfähig
und weist über einen breiten Frequenzbereich einschl. der Frequenzen, bei denen
die Abmessungen der einzelnen Empfangselemente der Betriebswellenlänge entsprechen,
relativ gleichbleibende Betriebseigenschaften auf.
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Erfindungsgemäss ist eine Seitenkennungsantenne zum Einsatz in einem
Peilernt vorgesehen, die eine bei niedrigen Frequenzen relativ hohe Effektivhdhe
aufweist und über einen breiten Frequenzbereich, dessen oberste Grenzfrequenz ein
Uielfaches der untersten Betriebsfrequenz ist, gleich wirksam ist. Uie Seitenkennungsantenne
besteht aus einer Anordnung von dicht nebeneinander angeordneten Antennenelementen,
die von im wesentlichen gleichbleibender Wirksamkeit und relativ frei von gegenseitiger
Beeinflussung und Trübung innerhalb der Anordnung sind.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben,
die einen Peiler mit der erfindungsgemässen Empfangsanlage zeigt. finit der Erfindung
wird allgemein ein Breitbandpeiler geschaffen, der über einen frequenzbereich von
beispielsweise unterhalb 30 MHz bis über 500 mHz arbeiten kann. Dieser
Breitbandbetrieb
wird ermöglicht durch den Einsatz von ntennenelementen und Abschirmungen, die in
Reihe liegende, mit elektrischen Verlusten behaftete Elemente, iderstandselemente
mit im wesentlichen festem Widerstand oder uiderstandselemente mit frequenzabhängigem
Widerstand, wie etwa aus Ferritmaterial, enthalten. Diese Widerstandselemente werden
so eingesetzt, dass die Empfangsanlage über Frequenzbereiche von grosser als 10
: 1 ohne merkliche Rückstrahlung oder Kopplung mit benachbarten Leitern arbeitet.
Der Peiler kann also die Richtung, aus der Signale empfangen werden, richtig bestimmen
und eine korrekte Anzeige liefern.
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Bei einer Seitenkennungsantenne für einen Peiler, in der erfindungsgemäss
Widerstandselemente in Reihe angeordnet sind, treten nur relativ geringe Änderungen
im Betriebsverhalten auf, selbst bei Frequenzen, bei denen die mechanischen Abmessungen
der Antenne mit der Wellenlänge übereinstimmen. Eine solche Seitenkennungsantenne
zeichnet sich ferner durch relativ geringe Streuung aus. Die Widerstandselemente
beeinträchtigen die Leistungsfähigkeit der Seitenkennungsantenne im unteren Frequenzbereich
nicht merklich. Die Antenne ist also bei niedrigen Frequenzen genauso leistungsfähig
wie eine konventionelle, für optimalen Betrieb in diesem Frequenzbereich dimensionierte
Antenne.
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Erfindungsgemäss ist ferner ein Faradayscher Käfig vorgesehen, der
bei niedrigen Frequenzen im HF-Bereich das Innere des Käfigs wirksam gegen elektrische
Felder abschirmt und dennoch den Betriab der in seinem Inneren angeordneten Richtantenne
bei Frequenzen, die ein Mehrfaches
der unteren Betriebsfrequenzen
betragen, nicht beeinträchtigt.
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Sie die Zeichnung zeigt, enthält der Peiler einen durch einen Antriebsmotor
12 in-der senkrechten Ebene drehbaren Peilrahren 10. Das vom Peilrahmen 10 abgegebene
Signal ird.'iber eine Antennenleitung 14, die ein Drehgelenk 16 enthält, in ein
allgemein mit 18 bezeichnetes Empfangs-und Anzeigegerät eingespeist. Das Empfangs-und
Anzeigegerät ist ebenfalls mit dem Antriebsmotor 12 verbunden, um ein Signal zu
empfangen, das die momentane Ausrichtung des Peilrahmens anzeigt.
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Der Peilrahmen 10 ist von konventioneller Bauart und weist, wie bei
solchen Antennen iiblich, eine Richtempfangscharakteristik in bezug auf das Magnetfeld
einer elektromagnetischen Welle auf, do h., das Ausgangssignal der Antenne ist gleich
null, wenn die Richtung des einfallenden Signals senkrecht zur Rahmenebene verläuft.
Das Ausgangssignal des Peilrahmens 10 fällt und steigt während einer vollen Umdrehung
des Rahmens jeweils zweimal auf seinen minimal-bzw. Maximalwert, wobei die beiden
Maximalwerte von entgegengesetzter Polarität sind. Zur wirksamen Bestreichung eines
breiten Frequenzbereiches können in der Rahmenantenne mehrere unterschiedlich grosse
Rahmen eingesetzt werden. mit dem Empfangs-und Anzeigegerät 18 ist ferner eine feststehende,
allgemein mit 20 bezeichnete Seitenkennungsantenne verbunden, die unabhängig von
der Einfallrichtung der empfangenen Welle stets ein Signal mit derselben Polqrität
abgibt. Die Signale des Peilrahmens und der Seitenkennungsantenne sind also phasengleich
und verstärken einander,
wenn der Peilrahmen in einer Richtung ausgerichtet
ist, und sie sind gegenphasig und subtrahieren sich, wenn der Peilrahmen entgegengesetzt
ausgerichtet ist. Das Empfangs-und Anzeigegerät verknüpft die beiden Signale der
Seitenkennungsantenne und des Peilrahmens, um eindeutig die Richtung anzuzeigen,
aus welcher der Peilrahmen ein Signal empfangen hat.
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Obwohl als Seitenkennungsantenre 20 eine einzelne, über dem Peilrahmen
angeordnete Antenne (monopole) benutzt werden kann, ist in dem erfindungsgemässen
Peiler eine Gruppe von Antennenelementen 22 auf einer Kreisbahn im Abstand voneinander
um den Peilrahmen 10 im wesentlichen in der gleichen horizontalen Ausdehnung angeordnet.
Diese Anordnung ist wesentlich raumsparender als eine Anordnung der Seitenkennungsantenne
über dem Peilrahmen. Ausserdem befinden sich die meisten Elemente der Seitenkennungsantenne
ausserhalb des elektrischen Schattens des Peilrahmens, da die Antennenelemente ringsherum
um den Peilrahmen angeordnet sind. Stützisolatoren 23 dienen zum Abstützen der Elemente
der Seitenkennungsantenne auf einer leitenden Grundplatte 28.
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Zur Abschirmung des Peilrahmens 10 gegen elektrische Feldlinien,
die andernfalls die Peilung störend beeinflussen würden, ist ein allgemein mit 24
bazeichnster Faradayscher Käfig vorgesehen, der den Peilrahmen oben und rundherum
umgibt und innerhalb der Anordnung der Seitenkennungsantennenelemente angeordnet
ist. Der Käfig hat einen hutähnlichen Aufbau aus metallstreifen 26, dis den Peilrahmen
oben und rundherum umgeben. Jeder Metallstreifen 26 wird in einer im wesentlichen
senkrechten Ebene gehalten und ist mit der
Grundplatte 28 verbunden.
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Ein Peiler, wie er in der Zeichnung dargestellt ist, mit einem etwa
30 cm hohen Faradayschen Käfig mit etwa genauso grossem Durchmesser und Seitenkennungsantennenelementen
von jeweils etwa 25 cm Höhe arbeitet über einen Bereich von unterhalb 30 h1Hz bis
oberhalb 500 mHz. Die Antennenelemente sind deshalb so lang, um am unteren Ende
des Frequenzbereiches eine ausreichende Effektivhohe zu haben. Der Faradaysche Käfig
ist gross genug, um einen unterhalb 30 mHz einwandfrei arbeitenden Peilrahmen 10
zu umschliessen. Trotzdem entsprechen die Abmessungen der Seitenkennungsantenne
und des Faradayschen Käfigs einem verhältnismässig unbedeutenden Teil einer Wellenlänge
am unteren Ende des Frequenzbereiches. Genauer gesagt, entspricht eine achtel Wellenlänge
bei 30 mHz etwa 127 cm. Am oberen Ende des Frequenzbereiches entspricht die lineare
Grosse der Antennenelemente 22 und der metallstreifen 26 des Faradayschen Käfigs
dagegen einem Bruchteil der Wellenlänge.
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So sind beide beispielsweise bei 300 mHz grösser als eine viertel
Wellenlänge. Daraus ergibt sich, dass die Antenneelemente und die Metallstreifen
zu starken Resonanzen neigen. Wie jeaoch nachstehend beschrieben wird, sind sie
sn ausgebildet, dass sie nicht mitschwingen. Uielmehr arbeiten sie über einen gesamten
breiten Frequenzbereich wie dem zuvor beschriebenen mit im wesentlichen gleichbleibender
Wirksamkeit.
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Wie die Detailansicht des Antennenelementes 22a zeigt, besteht jedes
Antennenelement 22 aus mit Ohmschen Uiderstand behafteten Abschnitten 30 und leitenden
Abschnitten 32, die abwechselnd hintereinander angeordnet sind. die Abschnitte
30
können aus Ferritmaterial bestehen, um einen frequenzabhängigen Widerstand zu erhalten,
oder einfach @@@ Kohle oder ähnlichem widerstandsmaterial gefertigt sein. Das elektrische
Widerstandsmaterial ist also im wesentlichen über den gesamten Bereicti des Antennenelementes
verteilt, der die einfallenden Funkwellen empfängt, so dass der Widerstand der Abschnitte
30 als verteilter Parameter des Antennenelementes und als Teil dessen Innenwiderstandes
angesehen werden kann. Die ; aus Widerstandsmaterial bestehenden Abschnitte 30 sind
über das gesamte Antennenelement so verteilt, dass kein leitender Abschnitt 32 sich
seiner Resonanzfrequenz nähert oder-anders gesagt-einem betrachtlichen Teil einer
Wellenlänge entspricht, und zwar über den gesamten üetriebsfrequenzbernich. Die
Antennenelemente 22 können aber jeweils auch nur ein durchgehendes StOck Widerstandsmaterial
enthalten. Zwecks einfacher Uer-. bindung der Antennenelemente 22 mit dem Empfangs-und
Anzeigegerät 18 ist jede aus drei benachbarten Antennenelementen bestehende Gruppe
20a, 20b, 20c und 20d mit Hilfe von ohmischen Verbindungselementen parallelgeschaltet.
über Antennenzuleitungen 35a, 35b, 35c und 35d sind diese Gruppen von Antennenelementen
mit dem Empfangs-und Anzeigegerät 18 verbunden.
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Der Gesamtwiderstand jedes ßntennenelementes liegt auf Grund seiner
ohmischen Abschnitte 30 zwischen dem Antennenecheirlwiderstand bei der Resonanzfrequenz
und dem unterhalb der Resonanzfrequenz auftretenden Scheinwiderstand beim gleichen
Antennenelement ohne ohmische Abschnitte. So hat beispielsweise ein Antennunelement,
das vollkommen aus leitendem Material, wie etwa Kupfer, besteht, einen Ohmschen
Widerstand
von praktisch null, einen Strahlungswiderstand von etwa 40 Q bei Resonanz und einen
Nichtresonanzwiderstand in der Grössenordnung von 10000 Q. Das gleiche, erfindungsgemäss
hergestellte Antennenelement hat ohmische Abschnitte 30 mit einem Gesamtwiderstand
von rund 500 Q. aer Widerstand der Uerbindungselemente 34 beträgt jeweils etwa 50
Q.
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Durch diese Anordnung ist der Widerstand eines jeden Antennenelementes
ausreichend klein, so dass er den Antennengesamtwiderstand, bei denen das Element
nicht zu Resonanzen neigt, im wesentlichen nicht beeinflusst. Die Wirkung des zusätzlichen
Widerstandes auf die Antennenleistung ist also bei diesen Frequenzen vernachlässigbar.
Bei Frequenzen, bei denen das Antennenelement zum mitschwingen neigt, übt sein Widerstand
jedoch einen betrachtlichen Einfluss aus, da er beispielsweise zehnmal grösser ist
als der Resonanzwiderstand eines gleich grossen Antennenelementes ohne ohmische
Abschnitte. Der zusätzliche Widerstand verringert also die Antennenleistung im Resonanzfrequenzbereich
stark und beseitigt somit im wesentlichen Stehwellen an der Antenne.
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Die Antennenelemente 22 können daher eine ausreichende Hoche haben,
um auch im unteren Frequenzbereich wirksam zu sein, und neigen trotzdem bei weitaus
hoheren Frequenzen nicht zur Rückstrahlung von Energie oder zur Kopplung mit einem
benachbarten Antennenelement oder dem Faradayschen Käfig 24.
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Ein weiteres Merkmal des neuartigen Aufbaus der Seitenkennungsantenne
20 besteht darin, dass die Amplitude des Eingangssignals zum Empfangs-und Anzeigegerät
18
keinen starken Schwankungen unterliegt, wie es beispielsweise
der Fall ist, wenn bei der Antenne scharfe Resonanzen auftreten. Der HF-Eingangskreis
des Empfangs-und Anzeigegerätes 18 kann daher so ausgebildet werden, dass er eine
relativ hohe Empfindlichkeit aufweist, ohne dass besondere Schutzmassnahmen (burnout
protection devices) erforderlich werden, durch die die Empfindlichkeit beeinträchtigt
wird.
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Werden zur Herstellung des Faradayschen Käfigs 24 Metallstreifen
aus einem gut leitenden Metall, wie Kupfer oder Silber, benutzt, so wird durch den
Käfig bei relativ niedrigen Frequenzen und über einen ziemlich grossen Frequenzbereich
eine wirksame Abschirmung des Käfiginneren gegen elektrische Felder erreicht. 8ei
höheren Frequenzen treten jedoch Resonanzen im Käfig auf, so dass er wie eine mitschwingende
Antenne Energie zurückstrahlt. Der Peilrahmen 10 erhält also wieder Energie aus
verschiedenen Richtungen, so dass die Richtung der eigentlichen Energiequelle nicht
ermittelt werden kann. Erfindungsgemäss werden diess unerwünschten Resonanzerscheinungen
im wesentlichen dadurch beaeitigt, dass man den Faradayschen Käfig aus metallstreifen
anfertigt, die eine ohmische Komponente enthalten. Zu diesem Zweck kann man in den
Metallstreifen beispielsweise Widerstandsmaterial vorsehen, so dass jeder Streifen
einen Widerstand von beispielsweise 1500S für den oben beschriebenen 30-500-mHz-Peiler
aufweist.
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Wie festgestellt wurde, bewirkt der Faradaysche Käfig auf Grund dieser
Anordnung eine relativ vernachlässigbare Abschirmung bei niedrigen Frequenzen, so
dass der Peilrahmen im wesentlichen genauso arbeitet, als wenn er von einem aus
gut leitenden metallstreifen bestehenden
Faradayschen Käfig umgeben
mare. dei höheren Frequenzen, bei denen die gut leitenden Metallstreifen zum Mitschwingen
neigen, bleiben dagegen die in dem erfindungsgemässen Faradayschen Käfig vorgesehenen
mit einer Verlustkomponente behafteten Metallstreifen resonanzfrei und für Magnetfelder
im wesentlichen durchlässig, so dass der Peilrahmen über den gesamten Frequenzbereich
des Peilers mit grosser wirksamkeit arbeiten kann. Wie bei den sintennenslementen
22 der Seitenkennungsantenne 20 sind also in den Metallstreifen 26 mit Ohmschem
Widerstand behaftete abschnitte in Längsrichtung der Streifen verteilt angeordnet,
wobei jeder Streifen einen Widerstand aufweist, der zwischen seinem Widerstandswert
bei Resonanz und seinem Widerstandswert bei Nichtresonanz liegt. mit der Lrfinuung
werden also mit Verlustkamponenten behaftete HF-Richtempfangsanlagen ausreichender
Grösser geschaffen, die somit auch bei niedrigen Frequenzen wirksam sind. Der Widerstand
jedes Empfangselementes ist relativ klein im Vergleich zu seinem Blindwiderstand
am unteren Ende seines Betriebsfrequenzbereiches. Der zusätzliche Widerstand macht
sich also bei diesen Frequenzen nur menig bemerkbar. Bei hoheren Betriebsfrequenzen,
bei denen der Bllndwiderstand der Empfangselemente kleiner wird, wird dagegen die
Wirkung ihrer in Reihe liegenden ohmischen Komponenten zunehmend grosser, wodurch
ihr Betriebsverhalten im wesentlichen konstant bleibt, d. h., bei Frequenzen, bei
denen das Empfangselement normalerweise zu Resonanzen neigt, vernichtet die im Element
enthaltene ohmische Komponente die auftretenden Resonanzströme, so dass das Empfangselement
auch weiterhin als resonanzfreies
Element genauso wie im unteren
Frequenzbereich arbeitet.
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Beim Einbau der Seitenkennungsantenne und des Faradayschen Käfigs
in den vorliegenden Peiler wird durch disse Massnahmen erreicht, dass der Peiler
über einen beachtlich breiten Frequenzbereich, der bisher getrennte Antennenanordnungen
und damit einen beträchtlich hoheren Aufwand und höhere Koston als der vorliegende
Peiler erforderte, einwandfrei arbeitet.