DE861879C

DE861879C - Arrangement for the formation of a cardioid-shaped directional transmission or directional reception characteristic

Info

Publication number: DE861879C
Application number: DET2513D
Authority: DE
Inventors: Richard Dr-Ing Kuemmich
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1942-04-10
Filing date: 1942-04-10
Publication date: 1953-01-08

Description

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.Arrangement for the formation of a cardioid directional end or directional reception characteristic A cardioid directional characteristic can be known by For a directional antenna with double circle characteristics and an omnidirectional antenna Antenna can be achieved. If no great demands on the minimum of cardioids be provided, d. H. if the minimum does not have to be a zero as pure as possible, the circuit shown in Fig. I can be used for reception. Here the loop antenna I is connected via a transformer 2 with an electrostatic screen the input circuit of the tube, tuned with the aid of the variable capacitor 3 4 coupled. The non-directional antenna 5 continues to be located at the input circuit EMF in this antenna out of phase with the EMF in the loop antenna by go0 is, however, for generating a cardioid directional reception characteristic In-phase or anti-phase composition of the two antenna voltages required is, the receiving voltage of the omnidirectional antenna 5 is set with the aid of a resistor 6, which is in series with the receiver input circuit, rotated in phase by about go0.

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. To achieve the purest possible minimum it is; necessary, that the two antenna voltages have exactly the same amplitudes and differ phased are. However, these conditions can be met with the circuit shown in Fig. R do not meet at the same time.

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. In the arrangement according to Fig. 2, the omnidirectional antenna is used Coupled via a transmitter 7 in the receiver input circuit, and in the circuit of the ~ uñgericiteten Antenna is in addition to the amplitude control of the non-directional receiving voltage serving 'W, resistance 6, at the same time essentially the required phase rotation causes a capacitor 8, which is used for precise phase control, to be switched on. By setting the capacitor 8 and the resistor 6 appropriately, one has at this arrangement offers the possibility of using a phase as well as an amplitude adjustment of the two antenna voltages and thus a very to achieve pure cardioid time minimum.

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. The cardioid-shaped ones that can be achieved with the circuits described Directional characteristics are sufficient for many purposes, for example for determining the side at the bearing. In other cases it is necessary that the minimum of Cardioid occurs not only for a specific single frequency, but within a larger frequency range is kept as pure as possible.

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. If you want, for example, with the help of a directional receiver with cardioid characteristics bleeding out a jammer, then the cardioid must not only be used for the carrier wave of the jammer, but also for the sidebands of the same a pure minimum exhibit. Particularly high requirements must be made in this regard, if looking for an older suggestion to make the bearing more difficult to use a, receiver received signals of a station, which should not be bearing-able, used to control a jammer that works on the same operating wave. A particularly good cardioid minimum is required for feedback from the jammer to the receiver. Because such feedback breaks only avoided at the operating frequency, but also at all neighboring frequencies must be, a cardioid minimum is required for the directional reception characteristics, which is kept as pure as possible within a certain frequency range.

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. Similar conditions can also occur on the transmitter side. If For example, in the case of intercom systems, this means that the receiving station from its own transmitter decoupled that one the receiving station in - the minimum of a cardioid-shaped If the directional transmission characteristic is relocated, this '' characteristic must be used for the entire Modulation & spectrum of the transmitter have a pure minimum.

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. These conditions are, however, with the simple 'switchgear, like they are shown in Figs. I and 2, not to be fulfilled because 'themselves - above all the phases of the currents in the two antenna circuits or that of the antennas in. The partial voltages coupled to the receiver input in various ways with the Change frequency. The amplitudes of the currents in the frame circle and in the undirected circle Antenna should be practically independent of frequency, since the EMK and the reactance increase proportionally with the frequency in the frame circle, while in the undirected circle Antenna the -EMK and the amount of impedance almost independent of frequency are. The effective height of the omnidirectional antenna is practically independent of frequency, as long as the antenna is small compared to the wavelength, and the amount of impedance is essentially fixed by the high Ohmschen Wilderstanld 6.

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. As a first approximation, a pure cardioid minimum would have to be within a larger frequency range can be achieved by a compensation circuit can, which the phase of the current of the omnidirectional antenna frequency-independent does, as is practically the case for the current in the frame circle A circuit, on which this idea is based is shown in Fig. 3. Here the un, Directional antenna 5 with the phase-rotating amplitude variable resistor 6 and the Phase-locked capacitor 8 directly, symmetrically with the help of the transformer g coupled to the frame circle, which in turn uses the symmetrically divided Transformer 2 is coupled to the tuned input circuit of the tube 4. To the Phases of the voltages coupled into the receiver input by the two antenna circuits to adjust one of the, it is necessary to adjust its frequency dependence in the circle to compensate for the non-directional antenna. This frequency dependency comes through the capacitive internal resistance of the antenna and the inductive resistance of the transformer g. These two reactances are connected by two in series switched circuits 10 and I I compensated, of which the former, for, compensation the antenna capacitance from the parallel connection of a resistor and there is a large inductance. It can be shown mathematically that such a Parallel connection within a certain frequency range creates a reactance which coincides with that of a capacitance, but with the opposite sign has like this. To compensate for the inductance of the transformer g djent the parallel connection II a resistor with a small capacitor, for similar considerations are valid.

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. However, this arrangement is only of theoretical importance as it is practically not possible for the inductance in circuit 10 to have a sufficiently low capacitance to make in order to achieve the desired phase compensation made assumption that the amplitude of the current in the coupling coil of the non-directional Antenna is independent of frequency is in reality not fulfilled because as a result the unavoidable parallel capacitance of the transformer g a current split occurs.

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. According to the invention an arrangement for forming a cardioid-shaped Directional transmission or reception characteristics - by combining a directional antenna with double circle characteristic and an omnidirectional antenna the hallmark of which is that to achieve one for all within one certain range lying frequencies at the same time existing pure cardioid minimum except for the well-known switching elements, which the phase ~ and amplitude adjustment Antenna currents or the voltages coupled by the antennas into the receiver input allow for a certain frequency, additional funds are provided, which is the frequency dependence of the amplitude and phase changes of these currents or equalize voltages within the intended frequency range.

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. Practical embodiments of the invention are shown in Fig. 4 and 5 shown. To compare the mode of operation of the invention, Figs. 6 a and 6 b the frequency responses of the amplitudes occurring in the circuit according to Fig. 2 a and b and the phases c and d of the currents in the frame circle or in the circle of the undirected Antenna shown.

Bei der Anordnung nach Abb. 4 wird die ungerichtete Antenne wieder über einen besonderen Übertrager 7 in den Empfängereingangskreis gekoppelt. In the arrangement according to Fig. 4, the omnidirectional antenna is again coupled via a special transformer 7 in the receiver input circuit.

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.The is used to compensate for the inductance of the input transformer Circuit II consisting of resistance and small parallel capacitance. Resistance 6 and the variable capacitor 8 again allow the setting of a pure Minimum for a given frequency. To this sheer minimum within a larger one To keep the frequency range practically unchanged, the following are others Measures taken: parallel to the primary winding of the input transformer in the frame circle lies a capacitor I3, which increases the current in the frame circle with increasing Frequency causes, so that the curve a according to Fig. 6 a into the curve a 'according to Fig. 7 a passes and hugs the curve b very closely, which shows the amplitude curve of the current in the omnidirectional antenna. It is assumed here that the inductances in the frame circle s are much smaller than those of the primary coil of the transformer 7. The capacitor I3 is to be selected so that the natural wave in the frame circle is equal to or approximately equal to the natural wave of this primary coil. In particular In some cases it may also be necessary to adjust the natural waves of the primary coil of the transformer 7 to connect a capacitance in parallel.

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.Furthermore, damping resistors 12 are switched on in the circle of frame I, which change the phase angle of the current in the directional antenna sb that in place of the Course c according to Fig. 6b the course c 'according to Fig. 7b is obtained. Also this one Phase course corresponds within wide limits to the course of the phase of the current in the omnidirectional antenna. From Fig. 7a and 7b it can be seen that in one larger frequency range an adjustment of the changes in the phase and amplitude response the currents in the directional antenna and in the omnidirectional antenna is possible. A Such an adjustment can in principle be determined for any frequency range Setting the mentioned switching elements can be achieved.

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. Finally, Fig. 5 shows the application of the concept of the invention in an -Adcock system 14, which has capacitive internal resistance To disturbing To avoid displacements of the natural waves, it is necessary in this case, carry out the coupling of the directional antenna capacitively, including the capacitor 15 serves. The omnidirectional antenna has the same switching elements as in Fig. 4 equipped. Instead of the capacitive parallel resistance I3 in Fig. 4 with the arrangement according to Fig. 5 inductive series resistors I6 to influence the The amplitude response of the directional antenna current is used, again using the natural wave of the antenna circuit must be equal to the natural wave of the primary coil of the transformer 7 got to.

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.Also serves in place of the series resistors 12 according to Fig. 4 in the Arrangement according to Fig. 7, a parallel resistor I7 to the capacitor 15 for influencing of the phase response of the current in the directional antenna circuit.

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. The idea of the invention applies to both rotatable and fixed Directional antennas applicable. If a goniometer system is used in conjunction with a cross frame, then the goniometer must be made inductive, while when using Adcock systems a capacitive goniometer is required.

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. PATENTANsr n ücnL.-I. Arrangement to form a cardioid-shaped Directional transmission or directional reception characteristics by combining a directional antenna with double circle characteristics and an omnidirectional antenna, characterized in that that to achieve something for all within a certain range Frequencies that exist at the same time as pure cardioid minimums other than the known ones Switching elements that adjust the phase and amplitude of the antenna currents or of the voltages coupled by the antennas into the receiver input for a certain Allow frequency, additional switching elements are provided which the Frequency-dependent of the phase or amplitude changes of these currents or Adjust voltages within the intended frequency range.

Claims

2. Arrangement according to claim I, characterized in that when used a frame as a directional antenna to compensate for the frequency-dependent changes in amplitude a parallel capacitance to the coupling inductance (transformer) in the frame circle or serves to the primary coil of the antenna transmitter and that to compensate for the frequency-dependent Phase changes an ohmic series resistance in the frame circle and an ohmic resistance with a small parallel capacitance in the circle of the omnidirectional antenna.

3 arrangement according to claim 1, characterized in that when using an Adcock directional antenna to compensate for the frequency-dependent changes in amplitude a series inductance in the directional antenna circuit is used and that to compensate for the frequency-dependent phase changes an ohmic parallel resistance to the coupling capacitance in the directional antenna circuit and an ohmic resistor with a small parallel capacitance lie in the circle of the omnidirectional antenna. ~~~~~~~~ Referenced publications: USA.Patent No. 2204 175.