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DE2601239A1 - Polarisation detector for radio direction finders - uses 90 degree hybrid phase conversion and switched comparator - Google Patents

Polarisation detector for radio direction finders - uses 90 degree hybrid phase conversion and switched comparator

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DE2601239A1
DE2601239A1 DE19762601239 DE2601239A DE2601239A1 DE 2601239 A1 DE2601239 A1 DE 2601239A1 DE 19762601239 DE19762601239 DE 19762601239 DE 2601239 A DE2601239 A DE 2601239A DE 2601239 A1 DE2601239 A1 DE 2601239A1
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vertical
signal
antenna
horizontal
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Reinhard Dipl Ing Bredow
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Siemens Corp
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Siemens Corp
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
    • G01R29/0892—Details related to signal analysis or treatment; presenting results, e.g. displays; measuring specific signal features other than field strength, e.g. polarisation, field modes, phase, envelope, maximum value
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
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Abstract

The polarisation detector for radio direction-finding systems consists of synchronised changeover switches (4, 5) on the outputs of the horizontal and vertical aerial sections (2) (3). The aerial outputs are switched alternately to a terminating resistor (7) and via a third selector switch (8) to an amplitude comparator (9), and to the input of a hybrid circuit (10) which shifts the phase of each signal 90 deg. The outputs of the hybrid circuit pass to a second microwave switch (11) with outputs to a terminating resistor (12) and third synchronised changeover switch (8). The sum and difference signals from the horizontal and quarter--wavelength-delayed vertical components plus the direct vertical and horizontal signals are compared to provide an indication of vertical, horizontal, right and left circular and right and left elliptical polarisation.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Polarisation elektroinagnetischen Wel-Method for determining the polarization of electromagnetic waves

len Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Polarisation von an einer mit einer horizontalen und einer vert4-kalen Auskopplung versehenen Peilantenne einfallenden elektromagnetischen Wellen Es ist bekannt; zur Polarisationsbestimmung de Polarisationskomponentenmittels Amplituden und Phasenmessung festzustellen. Die Amplitudenmessung der Polarisationskomponenten ist dabei verhältnislaäßigzeitraubend, da drehbare Anordnungen verwendet werden.len The invention relates to a method for determining the Polarization of one with a horizontal and a vert4-cal coupling provided DF antenna incident electromagnetic waves It is known; to the Polarization determination of the polarization components by means of amplitudes and phase measurement ascertain. The amplitude measurement of the polarization components is relatively time consuming, since rotatable assemblies are used.

Außerdem ist eine Feststellung des Drehsinns bei zirkuleren und elliptischen Wellen durch Pegelvergleich der Signale von zwei gegensinnigen Spiralantennen erforderlich.There is also a determination of the direction of rotation for circular and elliptical ones Waves required by level comparison of the signals from two spiral antennas in opposite directions.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur schnellen Polarisatinnsbestimmung einer elektromagnetischen Welle durch eine Feilantenne ohne aufwendige Phasenmeszungen der Polarisationskomponenten zu schaffen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß an eine Amplitudenmeßscilaltungfolgende vier Signale der Reihe nach einzeln angeschaltet werden: a) das an der horizontalen Aiz kopplung der Peilantenne abgenommene Signal, wobei das an der vertikalen Auskopplung abgenommene Signal an einen Abschlußwiderstand geführt wird, b) das an der vertikalen Auskopplung der Peilantenne abgenommene Signal, wobei das an der horizontalen Auskopplung abgenommene Signal an einen Abschlußwiderstand gefuhrt wird, c) dasjenige Signal, welches durch Differenzbildung des Signals der horizontalen Auskopplung und des um eine Viertelwellenlänge verzögerten Signals der vertikalen Auskopplung der Peilantenne gebildet wird, d) dasjenige Signal, welches durch Summierung des Signals der horizontalen Auskopplung und des um eine Viertelwellenlänge verzögerten Signals der vertikalen Auskopplung der Peilantenne gebildet wird, und daß aus den gemessenen und auf den Maximalwert normierten Amplitudenverhältnissen der Signale a bis d unter anderem entsprechend der folgenden Tabelle, in der nur die wichtigsten vorkommenden elliptischen Polarisationen berücksichtigt sind, aufdie'jeweils vorliegende Polarisationen der Welle rückgeschlossen wird: Signale vorliegende Polarisation a b c d 1 0 1 1 horizontal 0 1 1 i 1 vertikal 1/72 1/72 1 0 rechtszirkular 1/ 1/720 1 linkszirkular 2/3 1/3 1 1/3 rechtselliptisch ( Vert Achse 32 1/3 2/3 1 1/3 rechtselliptisch ( HVe°rt Achse = °'5) 2/3 1/3 1/3 1 linkselllptisch (Hor Achse 2 Vert.Achse - 2 1/3 2/3 1/3 1 linkselliptisch (-VHe°rtAAhchse= 0'5) In dieser Tabelle sind nur einige Beispiele von elliptischen Polarisationen angegeben. Die in der Tabelle aufgeführten Polarisationen lassen sich eindeutig mit dem Verfahren nach der Erfindung feststellen.The object of the invention is to create a method for the rapid determination of the polarization of an electromagnetic wave by means of a file antenna without complex phase measurements of the polarization components. According to the invention, this is achieved in that the following four signals are individually connected in sequence to an amplitude measuring circuit: the signal picked up at the vertical decoupling of the DF antenna, the signal picked up at the horizontal decoupling being fed to a terminating resistor, c) the signal which is formed by subtracting the signal of the horizontal decoupling and the signal of the vertical decoupling of the DF antenna delayed by a quarter wavelength is, d) that signal which is formed by summing the signal of the horizontal coupling and the delayed by a quarter wavelength signal of the vertical coupling of the DF antenna, and that from the measured and normalized to the maximum value amplitude ratios of the Si Signals a to d, among other things, according to the following table, which only takes into account the most important elliptical polarizations that occur and from which conclusions can be drawn about the polarizations of the wave: Signals present polarization abcd 1 0 1 1 horizontal 0 1 1 i 1 vertical 1/72 1/72 1 0 right circular 1 / 1/720 1 left circular 2/3 1/3 1 1/3 right elliptical (vert axis 32 1/3 2/3 1 1/3 right elliptical (HVe ° rt axis = ° '5) 2/3 1/3 1/3 1 left elliptical table (Hor axis 2 Vertical axis - 2nd 1/3 2/3 1/3 1 left elliptical (-VHe ° rtA axis = 0'5) Only a few examples of elliptical polarizations are given in this table. The polarizations listed in the table can be clearly determined using the method according to the invention.

Eine zweckmäßige Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß zur Bildung der Signale c und d eine 960-Hybridschaltung vorgesehen ist, deren erster Eingang mit der horizontalen Auskopplung und deren zweiter Eingang mit der vertikalen Auskopplung der Peilantenne verbunden ist, daß im Falle der Messung des Signals c der zweite Ausgang an eine Einrichtung für die Amplitudenmessung angeschaltet und der erste Ausgang mit einem Abschlußwiderstand versehen ist und daß im Falle der Sessung des Signals d die beiden Ausgänge der Hybridschaltung vertauscht angeschlossen sind.An expedient circuit for carrying out the method according to the The invention consists in that a 960 hybrid circuit is used to form the signals c and d is provided, the first input with the horizontal decoupling and their second input is connected to the vertical decoupling of the DF antenna that in the case of the measurement of the signal c the second output to a device for the Amplitude measurement switched on and the first output with a terminating resistor is provided and that in the case of the measurement of the signal d, the two outputs of the Hybrid circuit are connected reversed.

Die Hybrideingänge lassen sich ohne Auswirkungen auf die Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens auch vertauscht von den beiden Antennensignalen ansteuern.The hybrid inputs can be used without affecting the function of the method according to the invention also interchanged by the two antenna signals drive.

In vorteilhafter Weise werden Mikrowellenschalter für die Einschaltung der vger Signale eingesetzt.Microwave switches are advantageously used for switching on the previous signals used.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Further details of the invention are based on one in a figure illustrated embodiment explained in more detail.

Die Figur zeigt eine Breitbandantenne 1 mit einer horizontalen Auskopplung 2 und einer vertikalen Auskopplung 3. An die beiden Auskopplungen 2 und 3 ist jeweils ein Umschalter 4 bzw. 5 mit zwei Stellungen.A und B angeschlossen. Diese beiden Schalter 4 und 5, die gleichzeitig betätigt werden, sind als mechanische bzw. elektronische Mikorwellenschalter ausgebildet. Ein Zweiwege-Umschalter 6 ist mit seinem einem Eingang mit dem Umschaltkontakt A des Umschalters 4 und mit seinem zweiten Eingang mit dem Umschaltkontakt A des Umschalters 5 verbunden. Der eine Ausgang des Zweiwege-Umschalters 6 ist an einen Abstlußwiderstand 7 geführt, während der zweite Ausgang an einen Umschaltkontakt A eines weiteren Umschalters 8 angeschlossen ist. Der Ausgangskontakt des Umschalters 8 ist mit einer Einrichtung 9 zur vergleichenden Amplitudenmessung verbunden. Die beiden Umschaltkontakte B der Mikrowellenschalter 4 und 5 sind mit den beiden Eingängen einer 90°-Hybridschaltung 10 verbunden, deren beide Ausgänge jeweils an einen Eingang eines weiteren Zweiwege-Mikrowellenschalters 11 angeschlossen sind. Während der eine Ausgang dieses Umschalters 11 an einem Abschlußwiderstand 12 liegt, ist der zweite Ausgang an den Umschaltkontakt B des Umschalters 8 geführt. Es ergeben sich bei dieser Schaltung insgesamt vier Signalausgänge, welche mit a, b, c und d bezeichnet sind. Das Signal a liegt am UmschaltkontaktA des Umschalters 4, das Signal b am Umschaltkontakt A des Umschalters 5 und die Signale c bzw. d an den beiden Ausgängen der 900 -Hybridschaltung 10. Der Umschalter 8 wird synchron mit den beiden Umschaltern 4 und 5 betätigt. Beim Durchlaufen der 90°-Hybridschaltung 10 wird die Phasenlage eines Signals um +900 bzw. -90° gedreht und zu dem Signal mit unveränderter Phasenlage addiert. Dadurch wird die horizontale und vertikale Auskopplung zur zirkularen Auskopplung umgewandelt. Gleich lange Hochfrequenzleitungen bis zur 900-Hybridschaltung 10 sind hierzu jedoch Voraussetzung.The figure shows a broadband antenna 1 with horizontal coupling 2 and a vertical decoupling 3. At the two outcouplings 2 and 3 is in each case a changeover switch 4 or 5 with two positions A and B connected. These two Switches 4 and 5, which are operated simultaneously, are considered mechanical and electronic, respectively Microwave switches formed. A two-way switch 6 is with its one Input with the changeover contact A of the changeover switch 4 and with its second input connected to the changeover contact A of the changeover switch 5. One output of the two-way switch 6th is led to a discharge resistor 7, while the second output to a changeover contact A of another switch 8 is connected. The output contact of the changeover switch 8 is connected to a device 9 for comparative amplitude measurement. the two changeover contacts B of the microwave switches 4 and 5 are connected to the two inputs a 90 ° hybrid circuit 10, the two outputs of which are each connected to an input another two-way microwave switch 11 are connected. During the an output of this switch 11 is connected to a terminating resistor 12 is the second output to the changeover contact B of the changeover switch 8. It surrender in this circuit a total of four signal outputs, which are labeled a, b, c and d are. The signal a is on the changeover contact A of the changeover switch 4, the signal b on Changeover contact A of changeover switch 5 and the signals c and d at the two outputs of the 900 hybrid circuit 10. The changeover switch 8 is synchronized with the two changeover switches 4 and 5 actuated. When passing through the 90 ° hybrid circuit 10, the phase position of a signal rotated by +900 or -90 ° and to the signal with unchanged phase position added. This turns the horizontal and vertical coupling into a circular coupling converted. High-frequency lines of the same length up to the 900 hybrid circuit 10 are however, this is a prerequisite.

Die Ampiitudenmeßschaltung 9 wird nacheinander an die vier Signale a, b, c bzw. d angeschaltet. Normiert auf den Maximalwert der Spannung werden vier Amplitudenverhältnisse zur Polarisationskennung miteinander verglichen. Liegt eine der in der Tabelle angegebenenPolarisationen der elektromagnetischen Wellen vor, so ergeben sich an den vier Signalausgängen a bis d Amplitudenverhältnisse, die einen eindeutigen Rückschluß auf die vorliegende Polarisation oder auch eine andere elliptische Polarisation gewähren.The amplitude measuring circuit 9 is successively applied to the four signals a, b, c or d switched on. Four are normalized to the maximum value of the voltage Amplitude ratios for polarization detection compared with each other. Is there a the polarizations of the electromagnetic waves given in the table, this results in amplitude ratios at the four signal outputs a to d a clear conclusion about the polarization present or another Grant elliptical polarization.

Lediglich bei einer linearen Polarisation mit 450 gegenüber der Erdoberfläche läßt sich nicht eindeutig feststellen, ob es sich um eine positive oder negative Steigung handelt, da an allen vier Signalausgängen a bis din beiden Fällen gleiche Amplitudenverhältnisse herrschen.Only with a linear polarization of 450 compared to the earth's surface it is not possible to clearly determine whether it is a positive or a negative Incline acts as at all four signal outputs a to din both Cases the same amplitude ratios prevail.

5 Patentansprüche 1 Figur5 claims 1 figure

Claims (1)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Bestimmung der Polarisation von an einer mit einer horizontalen und einer vertikalen Auskopplung versehenen Peilantenne einfallenden elektromagnetischen Wellen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an eine Amplitudenmeßschaltung folgende vier Signale der Reihe nach einzeln angeschaltet werden: a) das an der horizontalen Auskopplung der Peilantenne abgenommene Signal, wobei das an der vertikalen Auskopplung abgenommene Signal an einen Abschlußwiderstand geführt wird, b) das an der vertikalen Auskopplung der Peilantenne abgenommene Signal, wobei das an der horizontalen Auskopplung abgenommene Signal an einen Abschlußwiderstand geführt wird, c) dasjenige Signal, welches durch Differenzbildung des Signals der horizontalen Auskopplung und des um eine Viertelwellenlänge verzögerten Signals der vertikalen Auskopplung der Peilantenne gebildet wird, d) dasjenige Signal, welches durch Summierung des Signals der horizontalen Auskopplung und des um eine Viertelwellenlänge verzögerten Signals der vertikalen Auskopplung der Peilantenne gebildet wird, und daß aus den gemessenen und auf den Maximalwert normierten Amplitudenverhältnissen der Signale a bis d unter anderem entsprechend der folgenden Tabelle, in der nur die wichtigsten vorkommenden elliptischen Polarisationen berücksichtigt sind, auf die jeweils vorliegende Polarisation der Welle rückgeschlossen wird: Signale vorliegende Polarisation a b c d 1 0 1 1 horizontal 0 1 1 1 vertikal Y2 ff 1/ ff 1 0 rechtszirkular 1/t 1/Ü2 0 1 linkszirkular Hor. 1/3 1 i/5 rechtselliptisch Achse 2/3 1/3 1 1/3 rechtselliptisch Vert.Achse = 2 1/3 2/3 1 1/3 rechtselliptisch Hor. Achse = 0s5) i = 2/3 1/3 1/3 1 link,selliptisch (v°ertAAhche5e= 2 ) 1/3 2/3 1/3 1 linkselliptisch ( HoerrtAAhchse = 0,5)
2. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bildung der Signale c und d eine 90°-Bybridschaltung (10) vorgesehen it, deren erster Eingang mit der horizontalen Auskopplung (2) und deren zweiter Eingang mit der vertikalen Auskopplung (3) der Peilantenne (1) verbunden ist, daß im Falle der Messung des Signals c der zweite Ausgang der Hybridschaltung (10) an eine Einrichtung (9) für die Amplitudenmessung angeschaltet und der erste Ausgang mit einem Abschlußwiderstand (12) versehen ist und daß im Falle der Messung des Signals d die beiden.Ausgänge der.Hybridschaltung (10) vertauscht angeschlossen sind.Patent claims 1. A method for determining the polarization of electromagnetic waves incident on a DF antenna provided with a horizontal and a vertical decoupling Decoupling of the DF antenna, the signal picked up at the vertical decoupling being fed to a terminating resistor, b) the signal picked up at the vertical decoupling of the DF antenna, the signal picked up from the horizontal decoupling being fed to a terminating resistor, c) that signal , which is formed by forming the difference between the signal of the horizontal coupling and the signal of the vertical coupling of the DF antenna delayed by a quarter wavelength, ge delayed signal of the vertical decoupling of the DF antenna is formed, and that from the measured and normalized to the maximum value amplitude ratios of the signals a to d among other things according to the following table, in which only the most important elliptical polarizations are taken into account, to the respective polarization the wave is concluded: Signals present polarization abcd 1 0 1 1 horizontal 0 1 1 1 vertical Y2 ff 1 / ff 1 0 right circular 1 / t 1 / Ü2 0 1 left circular Hor. 1/3 1 i / 5 right elliptical axis 2/3 1/3 1 1/3 right elliptical vertical axis = 2nd 1/3 2/3 1 1/3 right elliptical hor. Axis = 0s5) i = 2/3 1/3 1/3 1 left, selliptic (v ° ertAAhche5e = 2) 1/3 2/3 1/3 1 left elliptical (HoerrtA-axis = 0.5)
2. A circuit for performing the method according to claim 1, characterized in that a 90 ° hybrid circuit (10) is provided to form the signals c and d, the first input of which with the horizontal coupling (2) and the second input with the vertical Outcoupling (3) of the DF antenna (1) is connected so that in the case of the measurement of the signal c, the second output of the hybrid circuit (10) is connected to a device (9) for amplitude measurement and the first output is provided with a terminating resistor (12) and that in the case of the measurement of the signal d, the two outputs of the hybrid circuit (10) are connected interchanged. 3. Schaltung nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t durch die Verwendung von Mikrowellenschaltern (4, 5, 8, 6, 11) fUr die Einschaltung der vier zu messenden Signale.3. A circuit according to claim 2, g e k e n n z e i c h n e t by the Use of microwave switches (4, 5, 8, 6, 11) to turn on the four signals to be measured. 4. Schaltung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß den beiden Auskopplungen(2, 3) der Antenne (1) jeweils ein Umschalter (4, 5) nachgeschaltet ist, desen einer Kontakt (B) jeweils mit dem ersten bzw. zweiten Eingang der Hybridschaltung (10) verbunden ist und dessen zweiter Kontakt (a) an jeweils einen Eingang eines Zweiwege-Umschalters (6) geführt ist, dessen einer Ausgang mit dem AbschluBwiderstand (7) im Zusammenhang mit der Bildung der Signale a und b und dessen anderer Ausgang mit dem einen Umschaltkontakt (A) eines weiteren Umschalters (8) verbunden ist, dessen Ausgangskontakt zur Einrichtung (9) für die Amplitudennessung geführt ist und dessen zweiter Umschaltkontakt (B) mit dem einen Ausgang eines zweiten Zweiwege-Umschalters (11) verbunden ist, dessen anderer Ausgang am Abschlußwiderstand (12) für die Hybridschaltung (10) liegt und dessen beide Eingänge an die beiden Ausgänge der Hybridschaltung (10) angeschlossen sind.4. A circuit according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the two couplings (2, 3) of the antenna (1) each have a switch (4, 5) is connected downstream, one contact (B) of which with the first or second The input of the hybrid circuit (10) is connected and its second contact (a) one input of a two-way switch (6) is performed, one output of which with the terminating resistor (7) in connection with the formation of the signals a and b and its other output with one changeover contact (A) of another changeover switch (8) is connected, its output contact to the device (9) for the amplitude measurement is performed and its second changeover contact (B) with one output of a second Two-way switch (11) is connected, the other output at the terminating resistor (12) for the hybrid circuit (10) and its two inputs to the two Outputs of the hybrid circuit (10) are connected. 5. Schaltung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c Ii n e t , daß die tUmschalter (4, 5, 8) gleichzeitig betätigbar sind.5. A circuit according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c Ii n e t that the toggle switches (4, 5, 8) can be operated simultaneously.
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