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Verfahren zum Erzeugen eines elektromagnetischen Interferenzfeldes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines elektromagnetischen Interferenzfeldes
unter Benutzung einer Vielzahl von Antennen, die frequenzgleiche Wellen aussenden.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß mittels einer bestimmten Anzahl von Antennen
modulierte Wellen, mit den anderen Antennen dagegen nichtmodulierte Wellen ausgesandt
werden. Im einfachsten Fall verwendet man zwei sendende Antennen und moduliert nur
die Sendung der einen dieser beiden Antennen; die Sendung der anderen Antennen wird
nicht moduliert.
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Gegenüber den gewöhnlichen elektromagnetischen Interferenzfeldern,
bei denen die von zwei Antennen ausgesandten Wellen identisch sind, wird durch das
Verfahren nach der Erfindung der Vorteil erreicht, daß man in einem gewöhnlichen
Empfänger, obwohl die Modulationsfrequenz der modulierten Antenne hörbar ist, in
den zu bestimmenden Richtungen einen Ton Null selbst dann wahrnimmt, wenn die Amplituden
der von den beiden Antennen ausgesandten Wellen sehr voneinander verschieden sind.
Man ist also nicht mehr gehalten, dafür Sorge zu tragen, daß man gleiche Intensitäten
in den beiden Antennen erhält; weiterhin wird die Genauigkeit, mit der man die Linien
des Tons Null wahrnimmt, beträchtlich vergrößert.
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Die Linien des Tons größter Stärke oder besser noch die Linien des
Tons Null werden nach der Erfindung benutzt, um gegebene Richtungen zu bestimmen.
Man regelt den Phasenunterschied der beiden Sendungen dergestalt, daß man beispielsweise
in der gewünschten Richtung eine Linie des Tons Null erhält.
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Um die Beobachtung zu erleichtern, kann man eine periodische Änderung
dieses Phasenunterschieds erzeugen; als Folge tritt eine Pendelbewegung der Feldlinien,
insonderheit der Linien des Tons Null, auf.
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Abb. i ist das einfache Schaltschema zur Veranschaulichung einer bei
der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzten Einrichtung. Ein strahlungsfähiges
System A ist mit einem Sender El für kontinuierliche Wellen, Grundwellen genannt,
ausgerüstet. Im Feld des Strahlers, beispielsweise der Antenne A, befindet
sich die Antenne B, die ebenfalls elektromagnetische Wellen, Hilfswellen
genannt, aussendet; diese Hilfswellen sind moduliert.
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Die zweite Antenne B erfordert keine eigene Energiequelle, denn ihre
Wellen können die von ihr reflektierten Grundwellen sein. Man
kann
aber der Antenne B von der Sendeeinrichtung E1 aus Energie zuführen; hierbei kann
man einen Zwischenverstärker, einen Phasenschieber oder beide Einrichtungen gleichzeitig
verwenden.
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Die von der Antenne B ausgehenden Hilfswellen kann man mittels der
Vorrichtung M modulieren. Es genügt hierzu beispielsweise, den zu B gehörigen Antennenkreis
periodisch zu unterbrechen. Man kann zum gleichen Zweck auch seine Eigenwellenlänge,
seinen Widerstand oder beides zugleich periodisch ändern und nimmt alsdann eine
Reihe von Erscheinungen auf Grund der Interferenz zweier nicht identischer elektromagnetischer
Felder wahr, deren eines moduliert, deren anderes dagegen nicht moduliert ist.
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Die Stärke des mit einem gewöhnlichen Empfänger in einem beliebigen
Punkt C (Abb. 2) aufgenommenen modulationsfrequenten Tons hängt von der Phasenverschiebung
ab, die für diesen Punkt C zwischen beiden Grund- und Hilfswellen besteht. Diese
Phasenverschiebung hängt ihrerseits von verschiedenen Größen, hauptsächlich aber
vom Unterschied CA-CB der Abstände des Punktes C von beiden Antennen ab.
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Für bestimmte Werte dieses Unterschiedes wird, selbst wenn die von
den beiden Antennen ausgesandten Intensitäten sehr verschieden sind, die Stärke
des Empfangs Null, für andere erreicht sie einen Höchstwert. Man kommt von einem
Höchstwert zu einem Mindestwert in der Stärke des Empfangs, wenn die Strecke CA-CB
sich um eine Viertelwellenlänge ändert.
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Die Linien des Tones Null (Knotenlinien) NN und die Linien
des Tons größter Stärke (Bauchlinien) HM sind Hyperbeln mit den Brennpunkten
A und B; diese Hyperbeln lassen sich leicht mit Hilfe eines Empfängers
für elektromagnetische Wellen auffinden.
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Die Schwingungsknotenhyperbel HN und die Schwingungsbauchhyperbel
HM bzw. deren Asymptoten, mit denen sie praktisch bald zusammenfallen, sofern
der Abstand CA genügend groß ist, kann man auf diese Weise bestimmen. Mit
den so festgelegten Kurven bzw. Geraden ermittelt man im Sinne der Erfindung zum
Zweck der Ortsbestimmung bestimmte Richtungen. Man kann nämlich den Winkelabstand
zwischen einer Schwingungsknotenasymptote ASN und ihrer benachbarten Schwingungsbauchasymptote
ASM auf einen beliebigen Wert bringen, indem man beispielsweise die Länge
AB oder die Wellenlänge ändert. Die Festlegung der Richtungen kann schließlich
noch auf vielerlei Arten vervollkommnet werden.
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An Stelle nur einer zusätzlichen Antenne B kann man zwei oder mehrere
voneinander abhängige Antennen anwenden, deren Modulation bei verschiedener oder
gleicher Frequenz mit oder ohne gegenseitige Phasenverschiebung erzeugt wird.
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Um die Beobachtung der Feldlinien zu erleichtern, kann man ihnen eine
Pendelbewegung entsprechend einem vorgegebenen Gesetz erteilen, indem man den Phasenunterschied
der beiden Sendungen ändert. Ein Empfänger wird also in einem bestimmten Punkt des
Feldes nicht einen stetigen Ton empfangen, sondern einen Ton von schwankender Amplitude,
die dann, wenn der Empfangsort in dem von der Schwingungsknotenfeldlinie bestrichenen
Bereich liegt, auch durch den Wert Null geht. Außerhalb dieses Bereichs 'wird man
für jede Periode der Schwingung der Knotenlinie nur einen Höchst-und einen Mindestwert
wahrnehmen, innerhalb dieses Bereichs erhält man für -jede Periode der Schwingung
der Knotenlinie zwei Höchst- und zwei Mindestwerte, und zwei aufeinanderfolgende
Höchstwerte werden von um so mehr verschiedener Amplitude sein, je weiter der Empfangsort
von der mittleren Schwingungsknotenfeldlinie entfernt ist. Nur wenn der Empfangsort
auf dieser mittleren Linie liegt, haben die Höchstwerte gleiche Amplituden. Diese
Gleichheit kann daher, und zwar ausreichend, dazu dienen, die Lage der Schwingungsknotenfeldlinie
des Interferenzfeldes zu bestimmen. Es ist vorteilhaft, das Gesetz für die Phasenänderung
so zu wählen, daß nur in der gesuchten Lage die Durchgänge der pendelnden Feldlinien
durch gleiche Seiten getrennt sind. Man: kann beispielsweise dieses Gesetz so wählen;
daß die Winkelgeschwindigkeit der schwingenden Feldlinie unveränderlich ist. Die
Wahrnehmung gleicher Zeitspannen zwischen aufeinanderfolgenden Durchgängen genügt
vollauf für die sehr genaue Lagenbestimmung.
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Ändert man gemäß der Erfindung die Ton-. höhe der Modulierung, dann
kann man die eine von der anderen Hälfte der Pendelzone durch die schwingende Knotenlinie
unterscheiden.
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Als Beispiel sei genannt; daß man den modulierenden Ton für die Hilfswellen
so än-. denn kann, daß eine Voreilung einem Ton N1, eine Nacheilung einem Ton N2
entspricht. Zwei aufeinanderfolgende Höchstwerte werden also erst den Ton N1, dann
den Ton N2 besitzen. Auf der einen Seite der Schwingungsfeldlinie wird der Ton NI,
auf der anderen der Ton N2 vorherrschen. Man kann also hören, auf welcher Seite
der mittleren Feldlinie man sich befindet. Alle nach den erläuterten Grundsätzen
erfolgenden Änderungen einer oder mehrerer Bestimmungsgrößen der Hilfswellen im
Verein mit der Änderung
des Phasenunterschieds werden von der Erfindung
umschlossen.
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Das, was mittels verschiedener Tonhöhen erreicht wird, kann auch auf
optischem, mechanischem öder fernmechanischem W#g ausgenutzt werden.
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Befindet sich der Empfänger in A oder liegt er im Vergleich zum Abstand
AB sehr nahe bei A, dann ändert sich die Stärke des Empfangs mit dem Abstand
AB. Sie wird von einem Höchstwert auf einen anderen Höchstwert übergehen,
indem sie jedesmal, wenn der Abstand AB sich um eine Viertelwellenlänge ändert,
durch Null geht. Zählt man also die Anzahl der Höchst- und Mindestwerte in einer
bestimmten Zeit, so hat man damit ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der die Antenne
B sich der Antenne A
nähert bzw. von ihr entfernt; wenn die Wellen
von A gerichtet sind, so ermittelt man hierbei gleichzeitig den Weg.
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Eine solche Messung ist selbst bei nichtmodulierter Antenne B noch
möglich. Es genügt beispielsweise, in der Nähe von A eine modulierte Hilfsantenne
anzuordnen, die so abgestimmt wird, daß ihre Modulierung nicht wahrnehmbar ist,
solange sich keine andere Antenne im Feld befindet.
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Auf diese Weise ist es möglich, in A jeden Körper, der wie eine Antenne
wirken kann, wahrzunehmen, ohne daß dieser Körper an der Beobachtung teilnimmt,
ohne daß er, beispielsweise ein Schiff, ein Flugzeug o. dgl., also überhaupt etwas
von seiner Beobachtung merkt.
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An Stelle der Wellen einer modulierten Hilfsantenne kann man auch
reflektierte Wellen einer nichtmodulierten Hilfsantenne empfangen, indem man entweder
diese Wellen dem Empfang überlagert oder z. B. als Sender eine Gruppe von zwei Antennen,
etwa zwei Rahmen, benutzt, deren resultierende Wirkung auf den Empfänger moduliert
wird, und die man so anordnet, daß diese resultierende Wirkung Null ist, solange
keine nichtmodulierte Antenne vorhanden ist.
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Man kann auch den Abstand AB durch den Unterschied der Wellenlängen
zwischen zwei benachbarten Höchstwerten beim Empfang messen, wenn man die Wellenlänge
des Senders ändert. Diesen Abstand kann man schließlich auch angenähert dadurch
feststellen, daß man die Bewegungen der Schwingungsknoten- und Schwingungsbauchfeldlinien
in der erläuterten Weise benutzt.
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Mit diesen Angaben ist es für einen gegebenen Sender möglich, von
vornherein über den Raum eine Art Hertzsches Netz zu legen, mit dem man beobachten,
Richtungen feststellen, Abstände, Geschwindigkeiten und Bewegungsvorgänge usw. von
Körpern messen kann, die als Antennen zu wirken vermögen. Die einzige Voraussetzung
ist das :Arbeiten des Hauptsenders, das man in der Hand haben muß. Der beobachtete
Körper mit Antennenwirkung erfährt dabei nichts von seiner L'berwachung. Die Erfindung
ist also ein Überwachungsvorgang von unbeweglichen oder im Raum beweglichen Körpern,
geodätischen Punkten, Schiffen, Flugzeugen usw.
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Auch bei zufälligen kleinen, nicht immer vermeidbaren Schwankungen
der Länge der ausgesandten Wellen bleibt das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar.
Man hat nämlich nur durch die Anordnung einer solche zufälligen Schwankungen ausgleichenden
Vorrichtung die Wirkung der Schwankungen auf die Lage der Schwingungsfeldlinien
aufzuheben.