DE865328C - Schaltvorrichtung fuer den periodischen Phasenwechsel bei einer Antenne in einer Richtantennenanlage - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 2. FEBRUAR 1953

A 1936 VIII a/ 21 a^l

ist als Erfinder genannt worden

Aga-Baltic, A. B., Stockholm

in einer Richtantennenanlage

Patentanmeldung bekanntgemadit am 11. Juni 1952

Patenterteilung bekanntgemacht am 18. Dezember 1952

Für die drahtlose Navigation sind sog. Funkfeuer bekannt, deren Strahlung bestimmte Richteigenschaften aufweist und in einem charakteristischen Umschaltrhythmus sprunghaft verlagert wird. Diese Umschaltung findet gewöhnlich in komplementärem Rhythmus der Morsebuchstaben <? und t oder α und η statt. Die Folge hiervon ist, daß ein Beobachter, der sich auf der einen Seite einer durch das Funkfeuer verlaufenden Symmetrielinie bzw. -ebene befindet, nur das Zeichen e bzw. α hört, während ein anderer Beobachter, der sich auf der anderen Seite dieser Ebene befindet, nur das Zeichen t bzw. η hört. Innerhalb der Symmetrieebene dagegen verschmelzen die Signale e und t bzw. α und η zu einem ununterbrochenen Signal. Diese Zone dient daher afc Kursrichtung für Fahrzeuge.

Die erwähnte periodische Verlagerung einer Richtcharakteristik um die Kursrichtung als Symmetrielinie wird im allgemeinen dadurch bewirkt, daß zwei vom Sender dauernd gespeiste Antennensysteme bestimmter Riohteigenschaft, im einfachsten Falle eine Antenne mit kreisförmiger und eine zweite mit doppelkreisförmiger Charakteristik, mit abwechselnd entgegengesetzter Phase kombiniert werden. Diese Phasenumkehr der Speiseströme erfolgt mit einem Stromwender, der in Form einer veränderlichen induktiven oder kapazitiven Kopplung ausgebildet ist. Solche bislang benutzten

Phasenumsch'alter "waren ziemlich kompliziert, da, wie im folgenden noch näher auseinandergesetzt ist, die Forderung auf Genauigkeit bei ihnen sehr hoch gestellt werden mußte, damit eine genügend hohe Peilschärfe erreicht werden konnte.

Zur Erklärung dieser Umstände wird auf Fig. ι

- der -Zeichnung hingewiesen, welche eine bekannte Ausfüh'rungsform'von Funkfeuern veranschaulicht. Der Sender ist mit 11 bezeichnet. Dieser ist teils*

ίο über einen Phasenumschalter 12 an eine gerichtete Antenne, z. B, eine Rahmenantenne 13, teils über einen Transformator 14 an eine ungerichtete Antenne 15 angeschlossen. Der Phasenumschalter ist kapazitiver Art und wird durch einen Steuermechanismus 16 im Takt der Morsebuchstaben! e und t betätigt.

Die Wirkung dieser Anordnung- ist aus Fig. 2 ersichtlich. Die Charakteristik der !angerichteten Antenne ist in dieser Figur mit 17 bezeichnet, und die Charakteristik der gerichteten Antenne mit 18. Es entsteht eine resultierende Charakteristik 19, wenn angenommen wird, daß der voll ausgezeichnete Teil der Charakteristik 18 in Phase mit der Charakteristik 17 ist, während der unterbrochen gezeichnete Teil der Charakteristik 18 dazu gegen-

- phasiig ist. Bei Phasenumkehr des Stromes zur Rahmenantenne 13 wird infolgedessen auch die Phase der Hälften der Charakteristik 18 vertauscht, so daß dann die Charakteristik 20 entsteht. Da die Phasenumsehaltung im Rhythmus von komplementären Punkten und Strichen e-t erfolgen soll, so wird ein Beobachter, der sich in der Richtung 21 vom Strahlungszentrum aus. befindet, das Zeichen e mit einer Stärke höiren, die dem Punkt 2® im Diagramm entspricht, und das Zeichen t mit einer Stärke, die dem Punkt 23 entspricht. In Richtung 24 dagegen-werden, offenbar die Zeichen e und t mit der gleichen Stärke (Punkt 25) wahrgenommen, wobei der Eindruck eines kontinuierlichen Signals entsteht.

Es ist Andesisem nicht zu vermeiden, daß der Übergang des Phasen-Umschalters - aus der ■ einen Lage in die andere eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt, während welcher eich die Strahlungsdntensität ändert, was besonders störend wirkt, wenn man sich der Richtung 24 genähert hat, wo der Unterschied zwischen den beiden Empfangsamplituden nur noch unwesentlich ist.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, den Phaisenumschalter. konstruktiv so auszubilden, daß der Umschaltklick in erträglichen Grenzen bleibt. Bislang waren die Phasenumschalter gewöhnlich so ausgeführt, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Der Stator weist vier Beläge 26, 27 von beinahe 90⁰ Ausdehnung' auf, die durch einen verhältnisimäißdg schmalen Zwischenraum 28 getrennt sind, während die wirksame Rotorfläche durch zwei Fahnen 29 gebildet ist. Die Begrenzungsränder des Stators sowie des Rotors waren dabei durch radial verlaufende gerade Linien gebildet. Es ist klar, daß die Kapazitätskurve dieses Schalters eine Diskontinuität aufweisen muß, sobald der Rotorflügel 29 während seiner Bewegung beginnt in die Lücke 28 überzutreten. Bis zum vollständigen Verschwinden des Rotors unter der Fläche des· benachbarten Statorteils verändert sich die Kapazität linear. Dieser Verlauf ist in Fig. 4 gezeigt, in welcher die Linie 30 den, Kapazitätsverlauf zwischen dem Rotorflügel 29 und den Statorbelägen 26, die Linie 31 den Kapazitätsverlauf zwischen dem Rotorflügel 29 und den Statorbelägen 27 zeigt. 32 ist der Diskontinuitätspunkt, der dann entsteht, wenn der Rotorflügel 29 beginnt in die Lücke 28 zu treten, und 33 ist der Diskontinuitätspunkt für den Fall, daß der Rotorflügel 29 ganz von der Fläche der Statorbeläge 27 bedeckt ist.

Ein früherer bekannter Vonschlag befaßt sich bereits mit der Aufgabe, die zeitliche Dauer des Schaltüberganges möglichst zu vermindern, um den physiologischen Eindruck der Amplitudeniänderung abzuschwächen. Dazu ist es erforderlich, den Rotor mit ungleichförmige Winkelgeschwindigkeit zu drehen, was· die vorliegende Erfindung vermeiden will. Diese sieht daher für den Rotorflügel oder evtl. die Stator beläge eine solche Formgebung vor, daß ein diskontinuitätsfreier Übergang erreicht wird, .welcher vorzugsweise nach einer Sinuefunktion verläuft.

Fig. 5 zeigt den gewünschten Verlauf der Kapazitätsänderung. Die Kurven 34 bzw. 35 stellen den Kapazitätsverlauf zwischen dem Rotorflügel 29 und den Statorbelägen 26 bzw. 27 dar. Die Kurve 36 gibt den Verlauf der Phasenänderung für den Antennenspeisestrom während des Umpolvorganges an.. Wie ersichtlich, erfolgt die Phaseniumschaltung nach einer vollkommen kontinuierlichen Kurve, wodurch der Schaltklick auf ein Minimum herabgesetzt ist.

■Fig. 6 zeigt die Ausbildung des erfindungsgemäßen Umschalters. Die kreissektorförmige Gestalt der Statorbeläge 26 und 27 ist beibehalten worden; der Rotorflügel 29 aber ist einerseits doppelt so breit wie in Fig. 3, andererseits nach einer solchen Umrandungskurve geschnitten, daß die in Fig. 5 angegebene Umschaltcharakteristik erhalten wird.

..Bei dieser Ausführungsform macht sich noch ein Umstand störend bemerkbar, welcher bedingt ist durch die endliche Breite des Zwischenraumes 28. Dies hat zur Folge, daß die Kapazität des Umschalters nicht konstant bleibt, so daß während des Umschaltenis¹ eine Belastungsschwankung des S eniders eintritt, welche-die Peilschärfe herabsetzt.

Fig. 7 zeigt eine Ausbildung des Umschalten», welche diesen Nachteil vermeiden läßt. Die vier Statorbeläge erstrecken sich hier über einen Winkel von je 45⁰. Dagegen ist der Rotorflügel um das Doppelte verbreitert worden, wodurch die verminderte Breite der Statorbeläge kompensiert worden ist. Dem Rotorflügel wird nun eine solche Form gegeben·, daß die Kapazität auch während des Zeitintervalls 37, 38 (Fig. 5) konstant bleibt. Zu diesem Zweck ist jede Rotorhälfte als Doppelnagel 40, 41 ausgebildet worden, deren jeder aus zwei kongruenten Teilen von im wesentlichen gleicher Form wie die Flügel 29 in Fig. 6 besteht.

Bei Drehung im Uhrzeigersinn wird somit die Kapazität des Flügels 41 zu den Statorbelägen 27 in dem gleichen Maße vermindert, wie diejenige des Flügels 40 sich zu den Statorbelägen 27 vergrößert. Es ist leicht ersichtlich, daß auf Grund der gewählten Anordnung des Stators, bei dem sowohl die Kapazitätsflächen als auch deren Winkelabstände 45°-Sektoren bilden, die Gesamtkapazität zwischen Rotor und den Statorbelägen während der Drehung konstant bleibt.

Ohne Berücksichtigung etwaiger Streukapazitäten erhält man diejenige Form der Flügel 29, 40 und 41, welche den in Fig. 5 gezeigten Sinuscharakter der Phasenumschaltung gibt, dadurch, daß man in radialer Richtung vom dem inneren Umfang der Beläge 26, 27 Teile absetzt, welche durch eine Sinusfunktion des vierfachen Abs etzungsiwinkelß' bestimmt isind. Dies gilt selbstverständlich unter der Voraussetzung, daß zwei gegenüberliegende Rotorflügel und vier Statorbeläge vorhanden sind. Ist die Zahl der Rotor- bzw. Statorbeläge eine andere, so muß auch der Winkel in entsprechender Weise angepaßt werden.

Um mit der beschriebenen Vorrichtung nach Fig. 6 oder 7 Schaltzustände von unterschiedlicher Dauer zu erzielen, wie sie mit Rücksicht, auf die Strich- und Punktsignale erforderlich sind, kann dies in an sich bekannter Weise dadurch erreicht werden, daß der Rotor während der Schaltperiode 38, 39 eine Zeitlang stillsteht. Auch andere Arten, diese Aufgabe zu lösen, gibt es. Das hat aber nichts mit der vorliegenden Erfindung zu tun.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigte und beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern sie kann verändert werden, ohne daß der Erfindungsgegenstand verlassen wird. So ist es z. B. möglich, mehr oder weniger von der idealen Sinusform des Umschaltvorganges abzuweichen. Wesentlich für die Erfindung ist nur, daß

die Phasenumschaltung ohne Diskontinuität statt- 40 findet.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltvorrichtung für den periodischen i8o°-Phasenwechsel bei einer Antenne in einer Richtantennenanlage, deren horizontale Strahlungscharakteristik in einem gegebenen Zeichenrhythmus zwischen zwei benachbarten Lugen wechselt, zwecks Festlegung einer Kursrichtung unter Verwendung eines kapazitiven Phasenumschalters für rotierende oder pendelnde Bewegung, gekennzeichnet durch eine derartige geometrische Gestalt für den Stator oder Rotor des kapazitiven Phasenumschalters, daß die Umschaltung ohne Diskontinuität stattfindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige geometrische Geistialt für den Stator oder Rotor des Phasenumschaltiers, daß der Übergang der Richtcharakteristik von der einen Lage in die andere nach Maßgabe einer Sinusfunktion erfolgt.

3.. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2i, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorbeläge vier gleich große orthogonale Sektoren innerhalb einer Kreisfläche bilden und der Rotor zwei gegenüberliegende Flügel aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Statorbeläge je ' einen Sektor von 45° bilden und jeder Rotorflügel aus zwei nebeneinanderliegenden, unter sich kongruenten Teilen (40, 41) besteht, die sich innerhalb zweier aneinander grenzender 45°-Sektoren erstrecken.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 592 439;
österreichische Patentschrift Nr. 149 117;
französische Patentschrift Nr. 828241.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©S682 1.53