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Anordnung zum gerichteten Senden und Empfangen für Ortungsgeräte Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Ortungsgeräte, insbesondere
Echolote, mit welchen gerichtet gesendet bzw. empfangen wird, wobei die Sende- bzw.
Empfangsrichtung ohne Verwendung umlaufender Wandler veränderlich ist. Die Richtwirkung
wird durch Verwendung mehrerer Wandler erzielt, die in gleichen Abständen nebeneinander
längs eines Kreises angeordnet sind.
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Es sind bereits Echolotgeräte bekannt, bei denen mehrere Wandler
längs einer gekrümmten Linie, beispielsweise eines Kreises, angeordnet sind und
bei denen zum Zwecke des gerichteten Empfanges jeweils mehrere benachbarte Wandler
über unterschiedliche Laufzeitglieder zusammengeschaltetsind. J3eidiesenbekannten
Echoloten werden jedoch während der Sendeimpulse alle Wandler gleichphasig erregt,
ein gerichtetes Aussenden des Suchimpulses erfolgt also nicht.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der es sich um ein Echolotgerät
mit einer Vielzahl von Wandlern handelt, die in gleichen Abständen kreisförmig angeordnet
sind, bei dem ferner ein Sendeimpulsgenerator, ein Sende-Empfangsschalter, der die
Verwendung der gleichen Wandler zum Aussenden des Suchimpulses und anschließenden
Empfangen der Echoimpulse ermöglicht, und ein Anzeige- oder Registriergerät vorgesehen
ist, ergibt sich durch das gerichtete Senden und Empfangen eine Verbesserung der
Peilmöglichkeit gegenüber den bekannten Anordzungen. Weiterhin hat die Anwendung
des gerichteten Sendens eine Vergrößerung der Reichweite gegenüber dem bekannten
Verfahren zur Folge.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Wandler eine
Verzögerungsleitung angeschlossen ist und eine der Anzahl derWandler entsprechende
Zahl von Signalleitungen vorhanden ist, von denen jede mit einer Anzahl von Verzögerungsleitungen
an bestimmten Punkten längs dieser Leitungen derart gekoppelt ist, daß bei Zuführung
eines Sendeimpulses zu einer der Signalleitungen mehrere, jeweils zu einer Gruppe
aus mehreren benachbarten Wandlern gehörige Wandler zeitlich derart erregt werden,
daß eine im wesentlichen ebene Wellenfront ausgesendet wird, wobei die Richtung
dieser Wellenfront von der Wahl der Signalleitung abhängig ist und bei anschließendem
Empfang von Echosignalen aus der gleichen Richtung sich die Signale der-einzelnen
Wandler in der Signalleitung conphas addieren. Es werden also im weselltlichen nur
Signale aus einer durch Wahl einer bestimmten Signalleitung festgelegten Richtung
empfangen.
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Die Anzeige kann in bekannter Weise optisch mittels einer E;athodenstrahlröhre
erfolgen, wobei der Strahl in einer der Sende- bzw: Empfangsrichtung entsprechenden
Richtung ausgelenkt werden kann.
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Zur Umschaltung der einzelnen Signalleitungen wird bei dem erfindungsgemäßen
System vorzugsweise eine elektronische Kommutatorröhre verwendet.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In der Zeichnung ist die Schaltung nur für einen Teil der Gesamtzahl
der Wandler wiedergegeben, da sich die Schaltung der übrigen Wandler in gleicher
Weise wie bei den dargestellten fortsetzt. Eine größere Zahl von Zeichnungen würde
nicht zum weitergehenden Verständnis der Erfindung beitragen.
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Bei jedemWandleribis21 handelt es sich um einen elektroakustischen
Wandler für Schallwellen oder Ultraschallwellen, wie man sie beispielsweise bei
bekannten Echoloten verwendet. Die Wandler sind so angeordnet, daß sie mit dem außenliegenden
Wasser in Berührung stehen oder aber innerhalb eines Schiffes in einem mit dem Wasser
in Verbindung stehenden Kasten, wo sie jedoch von dem umgebenden Medium aus akustisch
zugänglich sind. Die Wandler behalten ihre gegenseitigen Abstände entsprechend der
Zeichnung bei, d. h., sie sind innerhalb einer Ebene längs eines Kreises in gleichmäßigen
Abständen verteilt. Da nur ein Teil des Phasensteuerungssystems dargestellt ist,
sind die Wandler 11 bis 21 in gestrichelten Linien angedeutet. Sämtliche Wandler
liegen mit einer Klemme vorzugsweise an einer gemeinsamen Erdleitung 22, während
die andere Klemme jedes Übertragers über eine der Leitungen 23 bis 32 mit einem
Ende einer der Verzögerungsleitungen 33 bis 42 verhunden ist. Die von den Wandlern
aufgenommenen und den zugehörigen Verzögerungsleitungen zugeführten Signale wandern
zu den Enden der Leitungen,
wo diese Leitungen mit ihrem Wellenwiderstand
43 abgeschlossen sind. Jede Verzögerungsleitung be steht in bekannter Weise aus
in Reihe geschalteten Induktivitäten und gegen Masse geschalteten Kapazitäten. Ausgewählte
Induktivitäten jeder Leitung, z. B. die Induktivitäten 44, 45, 46, 47 und 48 der
Leitung 33 sind jeweils nach Art eines Transformators und vorzugsweise fest mit
zwei Sekundärwicklungen 44' und 44", 45' und 45" usw. gekoppelt. Mit Hilfe dieser
Sekundärwicklungen werden die von jedem Übertrager kommenden Signale der betreffenden
Leitung entnommen und in im wesentlichen gleicher Phase in einem einzigen Signalkreis
für jede gewünschte Richtwirkung der Gesamtanordnung kombinier.
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So umfaßt z. B. ein Signalkreis in Reihenschaltung die nachstehend
aufgeführten Sekundärwicklungen: Wicklung44' in der Leitung 33, Wicklung55' in der
Leitung 34, Wicklung 66' in der Leitung 35, Wicklung 77' in der Leitung 36, Wicklung
88' in der Leitung 37, Wicklung 98" in der Leitung 38, Wicklung 107" in der Leitung
39, 116" in der Leitung 40, 125" in der Leitung 41 und 134" in der Leitung 42. Bei
dieser AnF ordnung werden die von den einzelnen Wandlern 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3,
2 und 1 aufgenommenen, Impulse nacheinander zeitlich um Beträge verzögert, die jeweils
der elektrischen Laufzeit zwischen dem Anfang jeder der betreffenden damit verbundenen
Verzögerungsleitungen und dem Punkt entsprechen, an denen sich die betreffende,
zum Abnehmen des Signals dienende Sekundärwicklung44', 55', 66,' 77' oder 88' befindet.
Bei Anschalten dieses Signalkreises ergeben aus der RichtungA kommende Echos maximale
Amplitude des Gesamtsignals, denn die Schallwelle erreicht die vorderen Wandler
6 und 5 früher als die anderen Wandler 7, 8, 9, 10, 12, 3, 4, 2 und 1. Die Verzögerung
für diese Wandler muß also in diesem Beispiel notwendigerweise fortschreitend geringer
sein als für die vorderen Wandler 6 und 5. Dies wird durch die entsprechenden Lagen
der Auskopplungswicklungen längs der verschiedenen, Verzögerungsleitungen bewirkt.
Bei kreisförmiger Anordnung der Wandler muß die Verzögerungszeit proportional einer
cos-Funktion verlaufen. Diese Funktion wird hier dadurch angenähert, daß die Abstände
der Auskoppeispulen längs der Verzögerungsleitungen verschieden groß sind. Jede
einzelne Signalleitung ist am einen Ende mit einem Kommutatorsegment des Schalters
52 verbunden. Das andere Ende liegt an Masse.
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Der Kommutatorschalter 52 ist mit einem Kontaktarm 52' ausgerüstet,
der mit dem Segment 53 in leitender Verbindung steht, um den vorstehend beschriebenen
Signalaufnahmekreis an den Verstärker anzuschließen. Bei der zusätzlich in der Zeichnung
wiedergegebenen Stellung berührt jedoch der Kontaktarm 52' ein anderes Kommutatorsegment
59, das über eine Leitung 60 an die erste zum Aufnehmen dienende Sekundärwicklung
64' der Verzögerungsleitung 35 angeschlossen ist. Diese Wicklung befindet sich am
Anfang der Verzögerungsleitung 35, und mit dieser Verzögerungsleitung ist der Wandler
8 über eine Leitung 25 verbunden. Bei dem mit dem Segment 59 verbundenen Signalkreis
wird somit auf den Signalübertrager 8 die geringste Verzögerung bzw. die kleinste
Kompensation aufgebracht. Dieser vollständige Signalkreis umfaßt in Reihenschaltung
die nachstehend aufgeführten Sekundärwicklungen: 64', 75', 86', 97', 108', 118",
127", 137" usw. bis zu den nicht gezeigten nächstfolgenden Leitungen, die in der
entsprechenden Reihenfolge die empfangenen Signalimpulse von den Wandlern 21 und
20 zu umfassen hätten, bei denen
die Kompensation gemäß der weiter oben gegebenen
Beschreibung nacheinander kleiner werden würde. Ist dieser Signalkreis beispielsweise
angeschlossen, so ergibt eine aus der Richtung anl:ommende Wellenfront maximale
Signalamplitude.
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Der Kontaktarm 52' des Kommutatorschalters wird bei seiner Bewegung
von dem Kommutatorsegment 53 zu dem Segment S9 um den Winkel 0 gedreht. Dieser Winkel
0" ist gleich dem Winkel zwischen den beiden Pfeilen A und B, die in der Zeichnung
den Winkel zwischen den in Richtung dieser Pfeile eintreffenden Wellenfronten angeben,
wenn alle Kontakte des Schalters auf einem Kreis liegen. Der Winkel, um welchen
der Kommutatorschalter gedreht wird, entspricht dann unmittelbar der winkelmäßigen
Änderung der Richtwirkung der Wandleranordnung, und der Schalter 52 kann zweckmäßigerweise
unmittelbar die Richtung eines empfangenen Signals angeben oder unmittelbar die
Richtung eines auszusendenden Signals bestimmen.
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An Stelle des Schalters 52 kann eine bekannte elektronische Kommutatorschalterröhre
verwendet werden, um ein schnelles Abtasten zu erzielen. Bei einer solchen Röhre
wird der Kontaktarm 52' durch einen Elektronenstrahl gebildet.
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Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich sowohl zum Senden als auch
zum Empfangen benutzen, da ein einer Signalleitung zugeführter Sendeimpuls in den
Verzögerungsleitungen beim Senden ähnlich verzögert wird wie beim Empfangen, so
daß die über die Übertrager ausgesendete Energie eine ebene Wellenfront erzeugt,
deren Ausbreitungsrichtung mit der optimalen Empfangs richtung übereinstimmt.
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Die Anordnung läßt sich in jedem beliebigen Medium verwenden. Das
Ausmaß der Verzögerung, die angewendet wird, umdie Signale von den einzelnen Übertragern
oder Strahlern in die gleiche Phase zu bringen, richtet sich nach der Fortpflanzungsgeschwindigkeit
der Wellen in dem betreffenden Medium sowie nach der jeweiligen Geometrie der Gestalt
und Anordnung der Übertrager oder Strahler.
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Die Feststellung der Sende- bzw. Empfangsrichtung läßt sich bei Anwendung
der erfindungsgemäßen Anordnung leicht automatisch durchführen. Der Empfangs- und
Anzeigeteil besteht aus einem Verstärker 60 und einem Kathodenstrahloszillographen
61, dessen Elektronenstrahl 62 beispielsweise mittels einer Ablenkspule 63 synchron
mit der Ahlenkspule 69 des Kommutatorschalters 52 mittels eines gemeinsamen Antriebsmotors
oder eines Servosystems gedreht werden kann. Die an dem Resonanzkreis 51 auftretenden
Signale werden verstärkt und dem Steuergitter 70 der Kathodenstrahlröhre zugeführt
und in bekannter Weise nach Art einer Panoramadarstellung aufgezeichnet.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann beispielsweise auch bei Radargeräten
Anwendung finden, bei denen das Signal mittels Antennen als elektromagnetische Welle
ausgesendet wird. Bei den Wandlern bis 21 kann es sich also auch um eine Anordnung
von Radioantennen handeln.