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Anordnung zur Bildung einer kardioidenfönnigen Richts ende oder Richtempfangs
charakteristik
Eine kardioidenförmige Richtcharakteristik kann bekanntlich durch
Zu&ammenfassung einer Richtantenne mit Doppelkreischarakteristik und einer ungerichteten
Antenne erzielt werden. Wenn keine großen Anforderungen an das Minimum der Kardioide
gestellt werden, d. h. wenn das Minimum nicht ein möglichst reines Null sein muß,
kann man für den Empfangsfall die in Abb. I dargestellte Schaltung benutzen. Hierbei
ist die Rahmenantenne I über einen Übertrager 2 mit elektrostatischem Schirm an
den mit Hilfe des veränderbaren Kondensators 3 abgestimmten Eingangskreis der Röhre
4 angekoppelt. Am Eingangskreis liegt weiterhin die ungerichtete Antenne 5. Da die
EMK in dieser Antenne gegen die EMK in der Rahmenantenne um go0 phasenverschoben
ist, zur Erzeugung einer kardioidenförmigen Richtempfangscharakteristik jedoch eine
gleich- bzw. gegenphasige Zusammensetzung der beiden Antennenspannungen erforderlich
ist, wird die Empfangsspannung der ungerichteten Antenne 5 mit Hilfe eines Widerstandes
6, der in Reihe mit dem Empfängereingangskreis liegt, um etwa go0 in der Phase gedreht.
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Zur Erzielung eines möglichst reinen Minimums ist es; erforderlich,
daß die beiden Antennenspannungen genau gleiche Amplituden haben und gegen-
phasig
sind. Diese Bedingungen lassen sich aber mit deren Abb. r dargestellten Schaltung
nicht gleichzeitig erfüllen.
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Bei der Anordnung nach Abb. 2 wird deshalb die ungerichtete Antenne
über einen übertrager 7 in den Empfängereingangskreis gekoppelt, und im Kreise der~uñgericiteten
Antenne ist neben dem zur Amplitudenregelung der ungerichteten Empfangsspannuiig'
dienenden 'W,iderstand 6, der gleichzeitig im wesentlichen die erforderliche Phasendrehung
bewirkt, noch ein zur genauen Phasenregelung dienender Kondensator 8 eingeschaltet.
Durch geeignete Einstellung des Kondensators 8 und des Widerstandes 6 hat man bei
dieser Anordnung die Möglichkeit, für eine bestimmte Frequenz soWohl einen Phasen-
als auch einen Amplitudenabgleich der beiden Antennenspannungen und damit ein sehr
reines Kardioideitminimum zu erzielen.
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Die mit den beschriebenen Schaltungen erreichbaren kardioidenförmigen
Richtcharakteristiken genügen für viele Zwecke, beispielsweise für die Seitenbestimmung
bei der Peilung. In anderen Fällen ist es aber erforderlich, daß das Minimum der
Kardioide nicht nur für eine bestimmte Einzelfrequenz auftritt, sondern innerhalb
eines größeren Frequenzbereiches möglichst rein erhalten bleibt.
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Will man beispielsweise mit Hilfe eines Richtempfängers mit Kardioidencharakteristik
einen Störsender ausbleuden, dann muß die Kardioide nicht nur für die Trägerwelle
des Störsenders, sondern auch für die Seitenbänder desselben ein reines Minimum
aufweisen. Besonders hohe Anforderungen müssen in dieser Hinsicht gestellt werden,
wenn man nach einem älteren Vorschlag zur Erschwerung der Peilung die mit Hilfe
eines, Empfängers aufgenommenen Signale einer Station, die nicht peilbar sein soll,
zur Steuerung eines Störsenders benutzt, der auf gleicher Betriebswelle arbeitet.
Hierbei ist ein besonders gutes Kardioidenminimum erforderlich, um eine Rückkopplung
vom Störsender auf den Empfänger zu vermeiden. Da eine solche Rückkopplung bricht
nur bei der Betriebsfrequenz, sondern auch bei allen benachbarten Frequenzen vermieden
werden muß, ist für die Richtempfangscharakteristik ein Kardioidenminimum erforderlich,
welches innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches möglichst rein erhalten bleibt.
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Ähnliche Bedingungen können auch senderseitig auftreten. Wenn man
beispielsweise bei Gegensprechanlagen die Empfangsstation vom eigenen Sender dadurch
entkoppelt, daß man die Empfangsstation in - das Minimum einer kardioidenförmigen
Richtsendecharakteristik verlegt, so muß diese ''Charakteristik für das gesamte
Modulation&spektrum des Senders ein reines Minimum aufweisen.
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Diese Bedingungen sind jedoch mit den einfachen ' SchaltutIgen, wie
sie in den Abb. I und 2 dargestellt sind, nicht zu erfüllen, weil' sich - vor allem
die Phasen der Ströme in den beiden Antennenkreisen bzw. der von den Antennen in.
den Empfängereingang gekoppelten Teilspannungen in verschiedener 'Weise mit der
Frequenz ändern. Die Amplituden der Ströme im -Rahmenkreis und im Kreis der ungerichteten
Antenne sollten prakti,sch- frequenzunabhängig sein, da die EMK'und der Blindwiderstand
im Rahmenkreis proportional mit der Frequenz anwachsen, während im Kreis der ungerichteten
Antenne die -EMK und der Betrag des Scheinwiderstandes nahezu frequenzunabhängig
sind. Es ist nämlich die effektive Höhe der ungerichteten Antenne praktisch frequenzunabhängig,
solange die Antenne klein gegen die Wellenlänge ist, und der Betrag des Scheinwiderstandes
wird im wesentlichen durch den hohen Ohmschen Wilderstanld 6 festgellelgt.
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In erster Näherung müßte also ein reines Kardioidenminimum innerhalb
eines größerenFrequenzbereiches durch eine Kompensationsschaltung erzielt werden
können, welche die Phase des Stromes der ungerichteten Antenne frequenzunabhängig
macht, wie das praktisch für den Strom im Rahmenkreis der Fall ist Eine Schaltung,
der dieser Gedanke zugrunde liegt, ist in Abb. 3 dargestellt. Hierbei wird die un,
gerichtete Antenne 5 mit dem phasendrehenden Amplitudenregelwiderstand 6 und dem
Phasenregelkondensator 8 direkt, und zwar symmetrisch mit Hilfe des Ubertragers
g an den Rahmenkreis gekoppelt, der seinerseits mit Hilfe des symmetrisch aufgeteilten
Übertragers 2 an den abgestimmten Eingangskreis der Röhre4 gekoppelt ist. Um die
Phasen der von den beiden Antennenkreisen in den Empfängereingang gekoppelten Spannungen
einen der anzugleichen, ist es erforderlich, deren Frequenzabhängigkeit im Kreis
derungerichteten Antenne zu kompensieren. Diese Frequenzabhängigkeit kommt durch
den kapazitiven Innenwiderstand der Antenne und durch den induktiven Widerstand
des Übertragers g zustande. Diese beiden Blindwiderstände werden durch zwei in Serie
geschaltete Kreise 10 und I I kompensiert, von denen der erstere, zur, Kompensation
der Antennenkapazität dienende aus der Parallelschaltung eines Widerstandes und
einer großen Induktivität besteht. Es läßt sich mathematisch zeigen, daß- eine solche
Parallelschaltung innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches einen Blindwiderstandsveriauf
aufweist, der sich mit dem einer Kapazität deckt, jedoch umgekehrtes Vorzeichen
hat wie dieser. Zur Kompensation der Induktivität des Übertragers g djent die Parallelschaltung
II eines Widerstandes mit einem kleinen Kondensator, für die ähnliche Überlegungen
gelten.
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Diese Anordnung hat jedoch insofern nur theoretische Bedeutung, als
es praktisch nicht möglich ist, die Induktivität'im Kreis 10 hinreichend kapazitätsarm
zu machen, um die gewünschte Phasenkompensation zu erreichent Auch die eingangs
gemachte Annahme, daß die Amplitude des Stromes in -der Koppeispule der ungerichteten
Antenne frequenzunabhängig ist, ist in Wirklichkeit nicht erfüllt, weil infolge
der unvermeidbaren Parallelkapazität des Übertragers g eine Stromverzweigung auftritt.
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Gemäß der Erfindung wird eine Anordnung zur Bildung einer kardioidenförmigen
Richtsende- oder Empfangscharakteristik - durch Zusammenfassung einer Richtantenne
mit Doppelkreischarakteristik
und einer'-ungerichtRten Antenne vorgeschlagen,
deren Kennzeichen darin besteht, daß zur Erzielung eines für alle innerhalb eines
bestimmten Bereiches liegenden Frequenzen gleichzeitig bestehenden reinen Kardioidenminimums
außer den bekannten Schaltelementen, welche den Phasen- ~ und Amplitudenabgleich.der
Antennenströme bzw der von den Antennen in den Empfängereingang gekoppelten Spannungen
für eine bestimmte Frequenz ermöglichen, noch zusätzliche Mittel vorgesehen sind,
welche die Frequenzabhängigkeit der Amplituden- und Phasenänderungen dieser Ströme
bzw. Spannungen innerhalb des vorgesehenen Frequenzbereiches einander angleichen.
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Praktische Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abb. 4
und 5 dargestellt. Zum Vergleich der Wirkungsweise der Erfindung sind in den Abb.
6 a und 6 b die bei der Schaltung nach Abb. 2 auftretenden Frequenzgänge der Amplituden
a bzw. b und der Phasen c bzw. d der Ströme im Rahmenkreis bzw. im Kreise der ungerichteten
Antenne dargestellt.
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Bei der Anordnung nach Abb. 4 wird die ungerichtete Antenne wieder
über einen besonderen Übertrager 7 in den Empfängereingangskreis gekoppelt.
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Zur Kompensation der Induktivität des Eingangsübertragers dient der
aus Widerstand und kleiner Parallelkapazität bestehende Kreis II. Der Widerstand
6 und der veränderbare Kondensator 8 gestatten wieder die Einstellung eines reinen
Minimums für eine bestimmte Frequenz. Um dieses reine Minimum innerhalb eines größeren
Frequenzbereiches praktisch unverändert zu erhalten, sind noch folgende weitere
Maßnahmen getroffen: Parallel zur Primärwicklung des Eingangsübertragers im Rahmenkreis
liegt ein Kondensator I3, der ein Ansteigen des Stromes im Rahmenkreis mit wachsender
Frequenz bewirkt, so daß die Kurve a gemäß Abb. 6 a in die Kurve a' gemäß Abb. 7
a übergeht und sich sehr nahe an die Kurve b anschmiegt, welche den Amplitudenverlauf
des Stromes in der ungerichteten Antenne darstellt. Hierbei ist angenommen, daß
die Induktivitäten im Rahmenkrei s wesentlich kleiner sind als die der Primärspule
des Übertragers 7. Der Kondensator I3 ist so zu wählen, daß die Eigenwelle im Rahmenkreis
gleich oder ungefähr gleich der Eigenwelle dieser Primärspule ist. In besonderen
Fällen kann es auch erforderlich sein, zur Angleichung der Eigenwellen der Primärspule
des Übertragers 7 eine Kapazität parallel zu schalten.
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Ferner sind im Kreis des Rahmens I Dämpfungswiderstände 12 eingeschaltet,
die den Phasenwinkel des Stromes in der Richtantenne sb ändern, daß an Stelle des
Verlaufes c gemäß Abb. 6 b der Verlauf c' gemäß Abb. 7b erhalten wird. Auch dieser
Phasenverlauf entspricht innerhalb weiter Grenzen dem Verlauf der Phase des Stromes
in der ungerichteten Antenne. Aus den Abb. 7a und 7b ist zu ersehen, daß in einem
größeren Frequenzbereich eine Angleichung der Änderungen des Phasen- und Amplitudenganges
der Ströme in der Richtantenne und in der ungerichteten Antenne möglich ist. Ein
solcher Abgleich kann prinzipiell für jeden belieeigen Frequenzbereich durch geeib~l'lete
Einstellung der erwähnten Schaltelernente erzielt werden.
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Die Abb. 5 zeigt schließlich die Anwendung des Erflndungsgedankens
bei einem -Adcock-System 14, welches kapazitiven- Innenwiderstand aufweist Um störende
Verlagerungen der Eigenwellen zu vermeiden, ist es in diesem Falle erforderlich,
die Ankopplung der Richtantenne kapazitiv durchzuführen, wozu der Kondensator 15
dient. Die ungerichtete Antenne ist mit den gleichen Schaltelementen wie in Abb.
4 ausgerüstet. An Stelle des kapazitiven Paralleiwiderstandes I3 in Abb. 4 werden
bei der Anordnung nach Abb. 5 induktive Serienwiderstände I6 zur Beeinflussung des
Amplitudenganges des Richtantennenstromes benutzt, wobei wiederum die Eigenwelle
des Antennenkreises gleich der Eigenwelle der Primärspule des Übertragers 7 sein
muß.
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Ebenso dient an Stelle der Serienwiderstände 12 gemäß Abb. 4 bei der
Anordnung nach Abb. 7 ein Parallelwiderstand I7 zum Kondensator 15 für die Beeinflussung
des Phasenganges des Stromes im Richtantennenkreis.
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Der Erfindungsgedanke ist sowohl bei drehbaren als auch bei festen
Richtantennen anwendbar. Benutzt man ein Goniometersystem in Verbindung mit Kreuzrahmen,
dann muß das Goniometer induktiv ausgebildet sein, während bei Verwendung von Adcock-Systemen
ein kapazitives Goniometer erforderlich ist.
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PATENTANsr n ücnL.-I. Anordnung zur Bildung einer kardioidenförmigen
Richtsende- oder Richtempfangscharakteristik durch Zusammenfassung einer Richtantenne
mit Doppelkreischarakteristik und einer ungerichteten Antenne, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzielung eines für alle inner-'halb eines bestimmten Bereiches liegenden
Frequenzen gleichzeitig bestehenden reinen Kardioidenminimums außer den bekannten
Schaltelementen, welche denPhasen- und Amplitudenabgleich der Antennenströme bzw.
der von den Antennen in den Empfängereingang gekoppelten Spannungen für eine bestimmte
Frequenz ermöglichen, noch zusätzliche Schaltelemente vorgesehen sind, welche die
Frequenzabshängiglieit der Phasen- bzw. Amplitudenänderungen dieser Ströme bzw.
Spannungen innerhalb des vorgesehenen Frequenzbereiches einander angleichen.