NO151784B - Overflateaktivt stoff - Google Patents

Abstract

OVERFLATEAKTIVT STDFF.

Description

Anordning for retningsbestemmelse av innfallende

svingninger.

Oppfinnelsen angår en anordning for retningsbestem-

melse av innfallende svingninger, hvor de to utgangsspenninger fra et i forhold til bølgelengden av de mottatte svingninger, lite antennesystem som leverer spenninger som er amplitudeproporsjonale med sinus og cosinus til innfallsvinkelen, gjennom et faseforskyvnings-

ledd som faseforskyver 30°, påtrykkes en sum- og differensdanner.

Kjente anordnin<g>er av denne, art harken ulempe at det

skjer en elliptisk oppdeling av peilanvisningen, vanligvis betegnet som uklarhet, når det opptrer flere fra samme sender stammende dvs. koherente elektromagnetiske bølger fra forskjellige utbredelsesveier.

De tidligere løsninger for å overvinne denne uklarhet av anvisningen

krever spesielle antennesystemer og kan ikke anvendes ved de idag mest vanlige peileindikatorer.

Til grunn for oppfinnelsen lj,gger den oppgave å tilveie-bringe en anordning av den innledningsvis nevnte art, som gir en peileanvisning fri for uklarhet også ved anvendelse ved vanlige peileindikatorer.

Løsningen av denne oppgave er ifølge oppfinnelsen basert

på den tanke at det elliptiske polariserte felt kan føres tilbake til to motsatt roterende dreiefelter av forskjellig størrelse, og at uklarheten bare er avhengig av forholdet mellom størrelsene av de to dreiefelter. Det gjelder da av de to mottatte spenninger som jo inneholder informasjon såvel om peilevinkelen som om anvisningens uklarhet, å ut-lede to spenninger som tilsvarer de to motsatt roterende dreiefelter i den matematiske utledning. Det kan påvises at sum-og differensspenningen fra den ovenfor beskrevne anordning oppfyller denne betingelse.

Oppfinnelsen består derfor 4 at sumspenningen og differensspenningen gjennom hver sin begrenser som gjør de to spenninger like påtrykkes en innretning for å bestemme den innbyrdes faseforskyvning mellom de to spenninger som mål for peilingen. Ved å gjøre størrelsen av de to spenninger som tilsvarer dreiefeltene like, oppnås således en peileanvisning uten uklarhet.

Videre består den fordelaktige mulighet å benytte de to dreiefelters størrelse til avlesing av en kjennetegnende størrelse for uklarheten, idet for anvisning av peilingens uklarhet som mål for andelen av reflekterende bølger, påtrykkes utgangsspenningene fra sum-og differensdanneren gjennom likerettere til en ytterligere sum-og differensdanner hvis utgangsspenninger tilføres en kvotientmåler.

Noen ut.førelseseksempler på oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningen. Fig.l viser et blokkskjerna for en anordning ifølge oppfinnelsen. Fig.2 viser et blokkskjerna for en innretning med et elektron-strålerør for anordningen på fig.l. Fig.3 viser et blokkskjema for en innretning med en faseforskyver for anordningen på fig.l. Fig.4 viser et blokkskjema for en innretning for anvisning av uklarhet for anordningen på fig.l. Fig.5 viser et diagram for et antennesystem for an-

ordningen på fig. 1, med elektronmagnetiske bølger som faller inn fra forskjellige retninger.

Peileanordningen ifølge oppfinnelsen arbeider med et antennesystem når det gjelder elektromagnetiske svingninger og et svingersystem når det gjelder akustiske svingninger (i det følgende kalt antennesystem) og dets dimensjoner er små i forhold til sving-ningenes bølgelengde, og dette antennesystem leverer to mottaker-spenninger som tilsvarer to i rommet vinkelforskjøvne feltkompo-nenter.

På fig. 1 representerer generatorene 1 og 2 de to spenninger U-^ og Ug, som f.eks. ved kryssrammepeilesystemet på fig. 5 tilsvarer de ortogonale komponenter i det magnetiske felt på stedet for kryssrammeantennesystemet. Generatorenes 1 og 2 frekvens behøver nødvendigvis ikke stemme overens med feltets frekvens. F.eks. kan generatorene representere de mellomfrekvente utganger i en tokanal-forsterker hvis superheterodynprinsippet anvendes. Fra hvilket antennesystem generatorspenningene 1 og 2 stammer er oppfinnelsen u-vedkommende. Teknisk brukbar er alle antennetyper som av bølgefeltet danner to elektriske størrelser fra hvilke bølgens innfallsretning kan bestemmes, som f.eks. dette er tilfelle ved kryssrammepeilesystemet, kryssdipolpeilesystemet eller fireelement-Adcocksystemet.

Fra spenningene l^ og U2 blir det i blokkene 3 og 4 utledet spenninger U^ og U^med samme proporsjonalitetsfaktorer og hvis faseforskjell er g0° større eller mindre enn faseforskjellen mellom U-^ og U2> Av spenningene U^, blir det i sumdanneren 5 og i differensdanneren 6 dannet en spenningssum U,- og en spenningsdif-ferens Ug.

Disse to spenninger U^ og Ug som tilsvarer dreiefeltet som skal forklares nærmere nedenfor, blir i begrenserforsterkere 7i 8 gjort like store under bibehold av faseforholdet hvoretter faseforskjellen ^ mellom de nå størrelseslike spenninger på i og for seg kjent måte anvises i en fasemåler 9. Den målte fase er da et mål for den ønskede peileretning.

Videre blir størrelsen av spenningssummens U^ og spenningsdifferensen Ug dannet i likeretterkoblingen 10 og 11. Av de likerettede spenninger U-^q og U-^ blir så i ytterligere sum- og dif-ferensdannere 12 og 13 dannet spenningssummen U-^ og spenningsdifferensen U-j^ hvis kvotient som mål for uklarheten av peilingen anvises i en kvotientmåler 14.

Innretningen for å bestemme den innbyrdes faseforskyvning som mål for peileretningen, kan som vist på fig. 2 bestå av en ytterligere sumdanner 15 og en dif f erens"danner 16, hvis ulgangsspen-ninger U-^ og U-^g etter innbyrdes faseforskyvning på 90° i en faseforskyver 17 tilføres avbøyningsparene i et elektronstrålerør 18.

På fig. 3 er vist en ytterligere innretning for peileretningsanvisning. Her er et fasesammenligningstrinn 20 anvendt for å bestemme den innbyrdes faseforskyvning og foran trinnet 20 er anordnet en faseforskyver 19 og etter trinnet 20 er anordnet en nullindikator 21. Ved en nullanvisning kan peilingen avleses på faseforskyveren 19.

Som kvotientmåler for anvisning av peilingens uklarhet kan, som vist på fig. 4> anvendes et ytterligere elektronstrålerør 22. Her blir spenningene U-^2 og U-^ fra sum- og dif f erensdanneren 12 og 13 ikke direkte tilført plateparene i elektronstrålerøret 22, men først omformet i avbrytere 23 og 24 til to frekvens- og faselike vekselspenninger U,^ og U2^, slik at det på elektronstrålerørets 22 bildeskjerm dannes en lysende strek hvis vinkelstilling angir uklarheten. En vinkelskala på elektronstrålerøret kan direkte være opp-delt i uklarhetsenheter.

Som allerede nevnt ovenfor tilsvarer spenningssummen U^ og spenningsdifferensen Ug de allerede nevnte dreiefelter. Dette skal forklares nærmere nedenfor.

De to mottatte spenninger U-^ og U2 skyldes opptreden av et elliptisk polarisert felt. Som bekjent kan det elliptisk polariserte felt beskrives ved hjelp av to forskjellig store, lokalt ortogonale komponenter som i tid har en vilkårlig faseforskjell. Alle hittil kjente teoretiske betraktninger over forstyrrelser ved peiDean-legg har sitt utgangspunkt i den beskrevne ortogonale komponentbe-traktning av feltet (kfb.H. Maurer und F'. Fischer: "Die vom Schiff hervorgerufene Funkfehlweisung und ihre Kompensation" i Ann. d. Hydrographie" 54 (I926), S. 13 og G. Ziehm: "Grundlagen einer all-gemeinen Theorie der Peilfehler auf Schiffen i "Frequenz" bd. 16,

Nr. 8, Aug. I962, s. 28I).

Av den allminnelige teori for vekselstrømmer er det dessuten kjent en annen beskrivelse av det elliptisk polariserte felt. Man kan nemlig føre et slikt felt tilbake til to motsatt roterende dreiefelter av forskjellig størrelse. Matematisk kan overgangen fra den ortogonale komponentfremstilling til dreiefeltfremstillingen ut-

føres på følgende måte:

Kx og Ky er komponentene i x- resp. y-retningen, D-^ og Dr er dreiefeltene som roterer mot venstre og mot høyre, x og y er to innbyrdes ortogonale retninger. Hver av de nevnte størrelser skal ha en bestemt verdi og en bestemt fasevinkel i forhold til 0-eksen. Da gjelder følgende:

Faktoren j = betegner en faseforskyvning på 90 • Da begrepet dreiefelt i den her anvendte forbindelse ikke er vanlig sprdgbruk, skal det her gjøres en kort mellombemerk-ning.

I et konkret tilfelle skal D^ og D^ beregnes.

Det antas at n bølgetog faller inn fra forskjellige retninger, og hver av disse er kjennetegnet ved den magnetiske felt-styrke Hn, fasevinkelen $^ og retningen^ n i et kryssrammepeile-antennesystem som vist på fig. 5* Etter oppdeling av hvert bølge-tog i komponenter i det kartesiske system x-y og sammensetning av

komponentene ifølge ligning (I) og ligning (2) får man uttrykkene:

Mens man ved en beskrivelse av bølgefeltet i kartesiske koordinater på stedet x = 0, Y = 0 bare endrer størrelsen av x-komponenten og Y-komponenten for hvert bølgetog med <<n forblir fasen konstant, og endres derimot fasen, vil dreiefeltandelenes verdi for hvert bølgetog forbli konstant. Mellom fasen i tid og den lo.kale vinkel cCn består det proporsjonalitet. Sslikt forhold er typisk for dreiefelter.

Beregner man peilefeilen og uklarheten direkte av de to dreiefelter, så kommer man til følgende overraskende og hittil

ukjente resultat.

Uklarheten T av peilingen avhenger bare av forholdet mellom størrelsen av de to dreiefelter etter følgende ligning:

Med peilefeilen <f forstår man differansen mellom den på peileanleggets indikator avleste vinkel £ og den nominelle avlesningsvinkel £Q, dvs. forbindelseslinjen fra sender til peileariten-nesystemet. Vanligvis innstiller man indikatorens skala (goniometer, elektronstrålerør) slik at <<o = slik at det skjer endringer i samme retning av<<Q og £ .

I eksemplet på fig. 5 skal bølgen 0 komme direkte fra senderen, mens de øvrige bølger 1 og 2 når antennesystemet langs omveier. Hvis bare bølgen 0 opptrådte, ville peilefeilen/være lik 0°. I alminnelighet er ved tilstedeværelsen av alle bølger 0 ..... n

Beregner man avlesningsvinkel £ direkte fra de to definerte dreiefelter t>£ og Dp for det tilfelle at ved vilkårlige forholdsregler i peileanlegget gjøres størrelsene av D^ og D^ like, så kan man fast-slå med stor overraskelse at man får den samme avlesningsvinkel som ved beregning av denne direkte ut av de kartesiske komponenter i bølge-feltet K og K .

x y

Herav følger det viktige resultat:

a) Fysiske årsaker til peilefeil som stammer fra f skyldes utelukkende faseforskjellen mellom de to dreiefelter i

forhold til fasestillingen <CQ og

b) Den fysiske årsak til uklarhet av peilingen skyldes for-skjell i størrelsen av dreiefeltene.

Avlesningsvinkelen £ , av hvilken vinkel ^Q bestemmes ved målt peilefeil £ , kan bare bestemmes av en fasemåling mellom DL og DR uavhengig av størrelsen av Dr og DR. Da arlesningen av«£ er den enkleste når ingen uklarhet forekommer, vil man ved koblingstek-niske forholdsregler fortrinnsvis alltid sørge for at D^ er lik D^, slik som det skjer ved anordningen på fig. 4 ve(i hjelp av begrenserforsterkerne 7> 8.

Vil man derimot anvise uklarheten, kan det skje på

den måte at forholdet mellom størrelsen av de to dreiefelter bestemmes og bringes til anvisning som mål for uklarheten som vist på fig.

1 og 4.

Hvis man vil renonsere på det å gjøre spenningene og Ug som tilsvarer dreiefeltene i anordningen på fig. 4 like store ved hjelp av begrenserforsterkere 7 og 8, så kan man oppnå en uklar peileanvisning, f.eks. i form av en ellipse P ved peileanvisningen på fig. 2. Forholdet mellom den store og lille ellipse er da et mål for uklarheten, og vinkelstillingen for den store ellipseakse er et mål for peilevinkelen. I praksis oppnås fordelen ved øyeblikkelig iakttagelse av de tre nevnte målestørrelser ved en stadig veksling av disse størrelser ved at man i tilfelle av anvendélse av en synlig peileindikator benytter fotografiske eller andre registreringsmetoder. Dessuten er det ved sterk uklarhet bare en ufullkommen avlesning av peilingen mulig. Ved å gjøre spenningssummen og spenningsdifferansen like i begrenserforsterkerne J og 8 forvandles den uklare peileanvisning P'- til en klar peileanvisning P.

Det er flere modifikasjoner og utførelser mulig. Således kan man istedetfor å anvise uklarheten for seg, også kombinere denne ved peileanvisning, idet en elektrisk størrelse som tilsvarer den nevnte kvotient utnyttes i en ytterligere kobling for betjening av en regulering, ved hvis hjelp de elektriske størrelser som tilføres indikatoren for peileanvisning endres med hensyn til størrelse eller fase eller også med hensyn til størrelse og fase samtidig i forhold til deres opprinnelige fasestillinger eller størrelser, for at utgangsstørrelsen fra indikatoren for peileanvisningen på en eller annen måte kan få en ekstra informasjon om den tilstedeværende uklarhet. Det kan f.eks. skje på den måte at det som indikator for peileanlegget, anvendes et elektronstrålerør i hvilket vinkelstillingen av den lysende strek på bildeskjermen er et mål for peileanvisningen og avbøyningsspenningene i avhengighet av kvotienten påvirkes slik i forbindelse med størrelsen, at lengden av den lysende strek på bildeskjermen gir et mål for uklarheten.

Det kan videre, særlig for sifferanvisning være av betydning å oppnå linearitet for avhengigheten for de størrelser som skal anvises. I den henseende kan man av de i størrelse like stør-reiser danne summen og differansen og deretter påtrykke f.eks. differansen på en forsterker hvis forsterkningsfaktor er en funksjon av denne elektriske størrelse.

Elimineringen av uklarheten ifølge foreliggende oppfinnelse har dessuten den særlige fordel at de for peilevinkelen utledede spenningsstørrelser resp. kvotientstørrelser av de spenninger som tjener til utledningen av uklarheten, kan måles ved hjelp av et en-kelt siffervoltmeter, slik at det for sifferanvisning ikke lenger er nødvendig å gå den hittil vanlige omvei om en analogianvisning.

Claims (4)

1. Anordning for retningsbestemmelse av innfallende svingninger, hvor de to utgangsspenninger fra et i forhold til bølgeleng-den av de mottatte svingninger, lite antennesystem som leverer spenninger som er amplitudeproporsjonale med sinus og cosinus til innfallsvinkelen, gjennom et faseforskyvningsledd som faseforskyver 90°, påtrykkes en sum-og differensdanner, karakterisert ved at sumspenningen og differensspenningen gjennom hver sin begrenser som gjør de to spenninger like påtrykkes en innretning (9) for å bestemme den innbyrdes faseforskyvning mellom de to spenninger som mål for peilingen.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningen for å bestemme den innbyrdes faseforskyvning på i og for seg kjent måte, består av en ytterligere sum-og differensdanner (15,16) hvis utgangsspenninger gjennom et ytterligere faseforskyvningsledd (17) som faseforskyver 90° påtrykkes-avbøyningssystemet i et elektronstrålerør (18).

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningen for å bestemme den innbyrdes fqseforskyvning på i og for seg kjent måte består av et fasesammenligningstrinn (20) med et-terfølgende nullindikator (21), og som tilføres de to spenninger gjennom en faseforskyver (I9) på-sådan måte at ved nullanvisning er peilingen avlesbar på faseforskyveren (19).

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at for anvisning av peilingens uklarhet som mål for andelen av re-flekterte bølger, påtrykkes utgangsspenningene fra sum—og differensdanneren (5,6) gjennom likerettere (10,11) til en ytterligere sum-og differensdanner (12, 13) hvis utgangsspenninger tilføres en kvotientmåler (14).