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Einrichtung zur Bestimmung der Einfallsrichtung von hochfrequenten
elektrischen Schwingungen, insbesondere zur Feststellung der Energieflußrichtung
von impulsförmigen Hochfrequenzstörfeldern Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Bestimmung der Einfallsrichtung von hochfrequenten elektrischen Schwingungen,
insbesondere zur Festlegung der Energieflußrichtung von impulsförmigen Hochfrequenzstörfeldern.
Mit Hilfe dieser Einrichtung werden Überschäge, Durchschläge und ähnliche störende
Entladungserscheinungen an elektrischen Leitungen, Hochspannungsanlagen od. dgl.
geortet.
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Diese Ortung erfolgt durch die Anzeige der Energieflußrichtung in
dieser Einrichtung, wenn man mit dieser Einrichtung beispielsweise an der Leitung
entlangschreitet. Hochspannungsleitungen und Hochspaunungsanlagen, bei denen sich
Isolationsfehler häufig durch starke impulsförmige Hochfrequenzstörungen ankünden,
können auf diese Weise sehr leicht überwacht werden.
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Es ist bereits bekannt, die Energieflußrichtung von Hochfrequenzstörfeldern
durch Empfang der elektrischen und, getrennt davon, der magnetischen Störfelder
mittels zweier Antennen und Vergleichen dieser Empfangsspannungen festzustellen.
Dabei dient eine Stabantenne als Empfangsmittel für die elektrischen Störkomponenten
und eine Rahmen-bzw. Ferritantenne als Empfangsmittel für die magnetischen Störkomponenten.
Durch Drehung der Rahmenantenne kann festgestellt werden, von welcher Seite die
Hochfrequenzenergie einstrahlt. Dazu ist es notwendig, daß diese Rahmenantenne jeweils
um 180° gedreht wird und die Spannungen der Stab-und Rahmenantenne bei beiden Stellungen
verglichen werden. Der Nachteil einer derartigen Anlage besteht darin, daß eine
mechanische Verstelleinrichtung für die Rahmenantenne vorhanden sein muß. Das Gerät
hat beträchtliche Ausmaße. Darüber hinaus ist diese Art der Bestimmung der Energieflußrichtung
von Hochfrequenzstörfeldern dann unvorteilhaft, wenn bei nur in unregelmäßigen Abständen
auftretenden Störungen gerade zu derjenigen Zeit, in der die Messung nach 1800 Drehung
der Rahmenantenne erfolgt, überhaupt keine Störspannung vorliegt; die Bestimmung
kann dann nicht durchgeführt werden.
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Darüber hinaus ist es auch bekannt, eine Bestimmung der Energieflußrichtung
von Störfeldern in der Weise durchzuführen, daß man zusätzlich zu einer Stabantenne
zwei Rahmenantennen anordnet und jeweils über zwei getrennte Ubertragungs- und Verstllrkungswege
den Unterschied der Spannungen zwisehen den Rahmenantennen und der Stabantenne am
Binde der beiden Ubertragungs- und Verstärkungs-Izanäle an einem Anzeigeinstrument
feststellt. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß ein vErhältnismäßig
großer Aufwand an elektrischen
Schalt- und Verstärkungseinheiten erforderlich ist
und zwei Rahmenantennen benutzt werden müssen.
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Bei sogenannten Zielsteuergeräten, mit denen die sinusförmigen Funkwellen
von zwei sogenannten Funkbaken verglichen werden, ist es auch bekannt, die Drehung
des Rahmens um 1800 durch eine mechanische oder elektronische Umpolung der vom Rahmen
abgegebenen Spannung zu vermeiden. Führt man die beiden von der Stab- und von der
Rahmenantenne abgegebenen Spannungen gleichzeitig dem Eingang eines Empfängers zu,
so bildet sich je nach Stellung der Umpoleinrichtung einmal die Summe und ein andermal
die Differenz der beiden Spannungen, d. h., daß das am Empfängereingang liegende
Signal mit der Frequenz der Umpoleinrichtung moduliert wird. Am Demodulator des
Empfängers erhält man eine Gleichspannung, deren Amplitude im Takt der Umpolfrequenz
wechselt. Dabei entspricht die größere Spannung der Summe und die kleinere Spannung
der Differenz der von der Stab- und Rahmenantenne abgegebenen Spannungen. Schaltet
man hinter diese demodulierte Spannung eine zweite Umpoleinrichtung, die mit der
ersten synchron umpolt, dann erhält man eine mittlere Gleichspannung, deren Polarität
die Kursabweichung des mit dem Zielsteuergerät ausgerüsteten Fahr- oder Flugzeugs
von den von den Funkbaken festgelegten Leitwegen angibt.
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Diese Schaltung kann auch zur Ortung von Sendem benutzt werden; sie
eignet sich jedoch nur dann zu diesem Zweck, wenn der Sender eine konstante
Leistung
auf einer festen Frequenz etwa sinusförmig, also nicht impulsförmig abstrahlt. Falls
impulsartige Störfelder auftreten, wird die zweite Umpoleinrichtung übersteuert,
und es erfolgen Fehlanzeigen.
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Außerdem flattert die Anzeigenadel oder der Anzeigestrahl unruhig
um die Anzeigemarke hin und her, so daß keine genaue Feststellung getroffen werden
kann.
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Die bereits bekannten Einrichtungen zur Bestimmung der Einfallsrichtung
von hochfrequenten elektrischen Schwingungen sind zur Festlegung bzw. Teilung der
Energieflußrichtung von impulsförmigen Hochfrequenzstörfeldern nicht geeignet, weil
für Impulsstörungen ein sehr schnelles Umpolen erforderlich ist, was eine relativ
große Bandbreite bedingt.
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Die große Bandbreite hat aber zur Folge, daß die Spitzenamplituden
wesentlich größer als der angezeigte Mittelwert sind, d. h., daß die Verstärker
für einen sehr großen Dynamikbereich ausgelegt werden müssen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
für diesen besonderen Empfangsfall gestaltete, raumsparende sowie einfach handhabbare
Einrichtung zu schaffen, welche die Feststellung der Einfallsrichtung von hochfrequenten
elektrischen Schwingungen, insbesondere der Energieflußrichtung von Hochfrequenzstörungen,
ermöglicht, die im Unterschied zu Sendern aus kurzen Impulsen mit unterschiedlichen
Amplituden und unregelmäßiger Aufeinanderfolge bestehen.
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Die Erfindung bei einer Einrichtung zur Feststellung der Einfallsrichtung
von hochfrequenten elektrischen Schwingungen, bei der zwei Antennen mit zugehörigen
Abstimmkreisen vorgesehen sind, wobei eine Antenne über eine Umpoleinrichtung und
einen Verstärker an einen Spannungspaarbildner und die andere Antenne direkt an
den Spannungspaarbildner angekoppelt ist und wobei der Spannungspaarbildner über
eine Umschalteinrichtung an zwei Verstärkerkanäle angeschaltet ist, in deren Ausgangskreis
ein Anzeigeinstrument liegt, besteht in den folgenden Schaltungsmaßnahmen: a) Die
beiden Antennenkreise weisen etwa gleiche Bandbreite auf; b) die Umpolfrequenz ist
so hoch gewählt, daß kurzzeitige Störungen mit mehreren Umpolvorgängen erfaßt werden;
c) die Bandbreite des Verstärkers ist entsprechend der Höhe der Umpolfrequenz gewählt.
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An Hand der Figur ist die Erfindung näher erläutert.
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In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung weist eine Stabantenne 1 und eine Rahmen-bzw. Ferritantenne
2 auf. Beide Antennenabstimmkreise 3 und 4 können durch eine gemeinsame Abstimmeinrichtung5
-abgestimmt werden. Die ausgekoppelte Stabantennenausgangsspannung wird direkt in
einem durch einen Niederfrequenz-Trägergenerator 18 gesteuerten Ringmodulator der
Umpoleinrichtung 6 moduliert. - Die modulierte Stabantennenausgangsspannung wird
in einer Verstärkerstufe 17 verstärkt. Diese Verstärkerstufe 17 dient zum Verlustausgleich
der durch die Modulation verursachten Verluste. Die Ankopplung der Rahmen- oder
Ferritantenne kann über einen Schalter 8 wahlweise par-
allel 9 oder in Serie 10
erfolgen. Der Spannungsteiler 16 dient zur Angleichung der Amplituden der Ausgangsspannungen
beider Antennen, die im Spannungspaarbildner 7 zu einem Spannungspaar zusammengesetzt
werden. Die in dem Verstärker 11 verstärkte Spannung des Spannungspaars wird mit
Hilfe eines zweiten Ringmodulators, der Umschalteinrichtung 13, getrennt und in
zwei getrennten Kanälen über zwei getrennte tJbertrager20a, 20b abwechselnd zwei
getrennten Verstärkern 19 a, 19 b und Gleichrichteranordnungen 12a, 12 b sowie den
Integriergliedern22a, 22b zugeführt. Da die Umschalteinrichtung synchron mit der
Umpoleinrichtung gesteuert wird, spaltet sie das Spannungspaar auf und leitet je
nach Einfallsrichtung der Störenergie die Summenspannung der beiden Antennen in
den einen und die Differenzspannung in den anderen Verstärker. Diese beiden Verstärker
sind völlig gleich aufgebaut. Ihre Bandbreite kann sehr schmal sein, da das in ihnen
verstärkte Signal die Umschaltfrequenz nicht mehr zu enthalten braucht. Durch die
geringe Bandbreite werden die empfangenen Impulse integriert, wodurch das Verhältnis
zwischen der Höhe der Impulsspitze und der mittleren übertragenen Leistung kleiner
wird. Dadurch ist eine höhere Verstärkung möglich, ohne daß die Stufen bei den Impulsspitzen
übersteuert werden. Der jedem der beiden Verstärker nachgeschaltete Gleichrichter
12 a, 12 b kann mit einer sehr großen Zeitkonstante ausgelegt sein, da er nur reine
Gleichspannung abzugeben braucht und die Umschaltfrequenz nicht mehr überträgt.
Über zwei Gleichstromverstärker 21 a, 21 b werden die beiden Gleichspannungen, von
denen je nach Energieflußrichtung die eine oder die andere überwiegt, dem Anzeigeinstrument
14 zugeführt und dort subtrahiert. Das Anzeigeinstrument 14, das diese beiden Gleichspannungen
miteinander vergleicht, zweigt einen ruhigen Anschlag in der einen oder anderen
Richtung, je nachdem, welche der beiden Gleichspannungen größer ist.
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Mit dieser Anordnung kann die Energierichtung von Störungen, die
z. B. aus sehr kurzen Impulsen bestehen, noch recht gut bestimmt werden. Insbesondere
ist dies von Bedeutung, wenn sich in einem defekten Isolator einer Hochspannungsleitung
infolge eines Isolationsrisses Funkentladungen ausbilden. Dabei entstehen sehr steile
Impulse, die ein breites Störspektrum selbst bis zu Frequenzen für das Fernsehen
verursachen. Wenn man z. B. mit der beschriebenen Einrichtung unter der Leitung
entlanggeht, und zwar in die Richtung, aus welcher die Störenergie kommt, so wird
beim Passieren des Mastes mit dem defekten Isolator plötzlich der Zeiger des Anzeigeinstruments
in die entgegengesetzte Lage umspringen. Ist dieser Mast sehr nahe an Schaltstationen,
so ist zwischen dem Mast und der Schaltstation unter Umständen nur ein Blindleistungsfluß
auf der Leitung vorhanden.
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Es ergibt sich dann kein Zeigerausschlag im Anzeigeinstrument. Man
muß in diesem Fall die umschaltbare Ankopplungsart einer Antenne ändern und erhält
dann wieder einen Ausschlag in der einen oder anderen Polarität, je nach dem Vorzeichen
des Blindwiderstandes, den die Leitung bis zur Station am Meßort bei der Meßfrequenz
darstellt. Meist läßt sich das an Hand der gegebenen Umstände feststellen.
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Es läßt sich dann wieder die Richtung des Störens bestimmen, da ein
eindeutiger Zusammenhang zwischen Anzeige, Art des Blindwiderstandes der Leitung
für
die Meßfrequenz am Meßort und der Richtung zum Störer besteht.