OPIS PATENTOWY PATENTU TYMCZASOWEGO

Transkrypt

1 POLSKA RZECZPOSPOLITA LUDOWA OPIS PATENTOWY PATENTU TYMCZASOWEGO Patent tymczasowy dodatkowy do patentu MKP G01s3/14 Zgłoszono: (P ) Pierwszeństwo: Int. Cl2. G01S3/14 urząd patentowy PRL Zgłoszenie ogłoszono: Opis patentowy opublikowano: Twórca wynalazku: Tadeusz Bogulak Uprawniony z patentu tymczasowego: Instytut Meteorologii i Warszawa (Polska) Gospodarki Wodnej, Sposób jednoznacznego wyznaczania kierunku położenia źródła fal elektromagnetycznych o przebiegu ciągłym lub impulsowym Przedmiotem wynalazku jest sposób jednoznacznego wyznaczania położenia źródła fal elektromagnetycz nych o przebiegu ciągłym lub impulsowym, znajdujący zastosowanie zwłaszcza dla określania kierunku wyładowań atmosferycznych. Znany jest układ radiogoniometryczny, przedstawiony w polskim opisie patentowym nr 28813, znajdujący zastosowanie do wyznaczania kierunku (bez zwrotu) promieniowania elektromagnetycznego. W sposobie według tego wynalazku sygnały z dwóch obracanych, wzajemnie prostopadle ustawionych anten ramowych, zostają doprowadzone przez urządzenie przełączające do odbiornika i porównywane ze sobą w optycznym wskaźniku (najlepiej na lampie oscyloskopowej). Określenie kierunku następuje po zrównaniu tych sygnałów, co uzyskuje się przez obracanie zespołu anten. Kąt ustawienia anten względem kierunku odniesienia stanowi wynik pomiaru. Z tego samego opisu patentowego znany jest drugi sposób wyznaczania kierunku promieniowania również przez porównywanie w optycznym wskaźniku (najlepiej na lampie oscyloskopowej) sygnałów uzyskiwanych z jednej, obrotowej anteny ramowej uziemionej w swym punkcie środkowym oraz anteny dookólnej. Sygnały z obydwu końców ramy przesunięte w fazie o 180, po przejściu przez układ przełączający, są sumowane z sygnałem pochodzącym z anteny dookólnej celem ukształtowania kardioidalnej charakterystyki układu antenowego i podawane na lampę oscyloskopową. Uzyskiwane obrazy będą identyczne tylko wtedy gdy antena ramowa zostanie ustawiona w położenie, przy którym minimum każdej kardioidy przypada pod kątem 90 do kierunku przychodzącego sygnału. Obydwa sposoby nie znajdują zastosowania dla pomiaru krótkotrwałych przebiegów aperiodycznych. Spowodowane to jest brakiem natychmiastowej gotowości do odbioru sygnałów, ze względu na przypadkowe ustawienie anten względem źródła. Znany jest również inny sposób jednoznacznego wyznaczania kierunku z zespołem antenowym o kardio idalnej charakterystyce, jak opisano wyżej, ale tylko dla sygnałów ciągłych. Sposób polega na obracaniu anteny ramowej celem określenia minimum lub maksimum odbieranego sygnału. Znany jest również układ radiogonio metryczny przedstawiony w polskim opisie patentowym nr do jednoznacznego określania kierunku

2 promieniowania z zastosowaniem pola wirującego. Przy tym układzie, pomiaru kierunku dokonuje się przez porównanie fazy pola wirującego z fazą pola odniesienia. Możliwe są przy tym dwa rozwiązania, jedno dla źródeł wytwarzających pole wirujące oraz drugie dla źródeł wytwarzających pole zwykłe. W przypadku pierwszym pole wirujące wytwarzane jest w nadajniku i odbierane przez odbiornik wyposażo ny w urządzenie do pomiaru czasu. Dla wytworzenia pola wirującego zespół anten ramowych nadajnika jest zasilany prądami przesuniętymi w fazie o 90. Natężenie pola w punkcie odbioru wynosi E - sin (cot±a). Ze wzoru wynika, że faza w punkcie odbioru będzie równa ±a czyli będzie odpowiadała kierunkowi. W celu określenia kierunku promieniowania w punkcie odbioru należy odbierać fazę odniesienia, dostarczoną przez antenę dookólną w zespole nadawczym z fazą zerową, np. odpowiadającą fazie pola wirującego w kierunku północ-południe. Określenie fazy a w punkcie odbioru jest dokonane przez umieszczenie przesuwnika fazy wtórze anteny dookólnej, zmieniającego fazę odniesienia w zakresie 0 360, w okresie 1 minuty za pomocą mechanizmu zegarowego. Moment zaniku sygnału w odbiorniku oznacza zrównanie się faz pola wirującego i pola z fazą odniesienia. Wielkość zmiany fazy odniesienia zostaje określona przez pomiar czasu jaki upłynął od początku obrotu fazy do momentu zaniku sygnału. Dla źródeł wytwarzających pola stacjonarne możliwe jest wytworzenie sygnałów równoważnych sygnałom od pola wirującego i pola z fazą odniesienia w odbiorniku. Sposób określenia kierunku w tym przypadku pozostaje taki sam. Konieczność stosowania napędzanego przesuwnika fazy, pracującego w całym zakresie kąta pełnego ogranicza zastosowanie przy pomiarach przebiegów krótkotrw ych. Dla dokonania pomiaru potrzebny jest pewien okres czasu celem zmiany fazy odniesienia od stanu początkowego do stanu końcowego, określonego momentem zrównania się faz. Zagadnienie jednoznacznego wyznaczania kierunku położenia źródła fal elektromagnetycznych sposobem według wynalazku opiera się na stwierdzeniu ściśle określonych związków fazowych między sygnałami indukowanymi w układzie antenowym składającym się z anteny dookólnej i dwóch nieruchomych, wzajemnie prostopadle ustawionych anten kierunkowych, polegający na wytwarzaniu na ekranie lampy oscyloskopowej obrazu geometrycznej sumy napięć doprowadzonych do płytek odchylających lampy oscyloskopowej z anten kierunkowych. Z odebranego przez antenę dookólną widma częstotliwości wydziela się za pomocą wzmacniacza selektywnego sygnał o ustalonej częstotliwości, korzystnie o częstotliwości 10 khz, i po przekształceniu dodat niego półokresu tego sygnału w impuls prostokątny podaje się go na elektrodę sterującą lampy oscyloskopowej w takiej fazie, aby uzyskać na ekranie luminescencyjnym lampy oscyloskopowej jednoznaczne odwzorowanie kierunku położenia źródła fal elektromagnetycznych. Istotną zaletą sposobu według wynalazku jest uzyskiwanie jednoznaczności wyznaczania kierunku rozchodzenia się fal elektromagnetycznych, nie przez kształtowanie charakterystyki systemu antenowego a przez odpowiednie przetwarzanie sygnałów elektrycznych otrzymywanych z poszczególnych anten nieruchomego układu antenowego. Urządzenie realizujące sposób według wynalazku jest w stałej gotowości do odbioru fal, zarówno o przebiegu ciągłym jak i impulsowym, z dowolnego kierunku; pomiar jest natychmiastowy, praktycznie w ciągu jednego okresu; nie posiada obrotowych anten i nie wymaga wykonywania żadnych dodatkowych manipulacji; dokładność pomiaru jest określona praktycznie rzeczywistym kształtem charakterystyk anten kierunkowych. Przedmiot wynalazku zostanie bliżej omówiony na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia do jednoznacznego określania kierunku położenia miejsca wyładowań atmosferycz nych, fig. 2 charakterystyki promieniowania poszczególnych anten, z których jest utworzony układ antenowy, a fig. 3 przebiegi czasowe sygnałów na siatce sterującej i płytkach odchylających lampy oscyloskopowej oraz odpowiadające im obrazy na ekranie oscyloskopu. Każda z dwóch nieruchomych anten kierunkowych 1, uwidocznionych na fig. 1, połączona jest poprzez przedwzmacniacz selektywny 2 i wzmacniacz odchylania 3 z płytkami odchylającymi lampy oscyloskopowej 4. Z siatką sterującą lampy oscyloskopowej, poprzez układ sterowania jasności 5 oraz przedwzmacniacz selektywny 2 połączona jest antena dookólną 6. Działanie urządzenia opiera się na wykorzystaniu składowej widma promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości 10 khz, towarzyszącego wyładowaniom. Promieniowa nie to jest odbierane przez anteny kierunkowe i antenę dookólną. Antena ramowa, której poziomą charakterys tykę kierunkową przedstawia fig. 2a jest podłączona do kanału odchylania pionowego i jest obrócona o kąt +90 względem anteny ramowej, której poziomą charakterystkę kierunkową przedstawia fig. 2c i podłączonej do kanału odchylania poziomego. Poziomą charakterystykę promieniowania anteny dookólnej przedstawia fig. 2b.

3 Znaki + i umieszczone w polach charakterystyk anten służą celom graficznej interpretacji zjawiska zmiany fazy o 180 sił elektromotorycznych indukowanych w antenach ramowych w zależności od kierunku promieniowania i ilustrują stosunki fazowe między siłami elektromotorycznymi w antenach ramowych i dookólnej, w zależności od kierunku promieniowania. Dla zespołu anten ramowych i dookólnej o poziomych charakterystykach promieniowania i ustawieniu jak pokazano na fig. 2 sygnały wyjściowe opisują następujące wyrażenia: ens = E sina sin co t eew = E cosa sinco t ' e0 = E sin (co t.+' 2) Sygnały e^s i eew podawane są do wejść przedwzmacniaczy selektywnych 2, a następnie do wejść wzmacniaczy odchylania 3. Wzmocnione w ten sposób sygnały podawane są odpowiednio na płytki odchylania poziomego i pionowego lampy oscyloskopowej 4. Sygnał e0 zostaje podany na wejście przedwzmacniacza selektywnego 2 a następnie do wejścia układu sterowania jaskrawości 5. W układzie sterowania jaskrawości następuje przesunięcie fazy sygnału o 90 oraz uformowanie go w falę prostokątną o dodatniej polaryzacji. Formowanie sygnału e0 ma na celu jedynie uzyskanie stałej jaskrawości obrazu na ekranie. Tak uformowany sygnał zostaje doprowadzony do siatki sterującej lampy oscyloskopowej 4. Potencjał siatki sterującej względem katody w stanie oczekiwania na pojawienie się sygnału e0 jest tak dobrany, że ekran lampy oscyloskopowej jest wygaszony. Pojawienie się uformowanego sygnału e0 na siatce sterującej powoduje wytworzenie obrazu stanowiącego odwzorowanie graficzne części sygnałów e^s i&ew przyłożonych do płytek odchylających. Odwzorowanie następuje tylko dla dodatnich półokresów sygnału e0 tak, że na ekranie widoczny jest obraz odpowiadający tylko jednemu półokresowi sygnału e^s ^ew* Odwzorowany na ekranie odcinek linii prostej jest obrazem geometrycznej sumy napięć ens i ee w ' w sposób jednoznaczny prezentuje kierunek przychodzące go promieniowania. Przebiegi czasowe uformowanego sygnału e0 na siatce sterującej, sygnału e^s na płytkach odchylania pionowego, sygnału eew na płytkach odchylania poziomego oraz odpowiadające tym przebiegom obrazy na ekranie lampy oscyloskopowej, przedstawione na fig. 3, odpowiadają 8 różnym kierunkom promieniowania z zakresu kąta pełnego, oznaczonym NS, SE, SW, NW, E, S, W, N, które są umieszczone nad zobrazowanymi przebiegami czasowymi. Powstawanie obrazu geometrycznej sumy napięć ens eew zilustrowano we współrzędnych N, E odkładając strzałkami napięcie e^s na osi N oraz napięcie eew na osi E. Linią ciągłą oznaczono półokres odwzorowania obrazu natomiast linią przerywaną półokres wygaszania. Z przedstawionych na fig. 3a h sytuacji wynika, że sygnał e0 znajduje się zawsze w takiej fazie w stosunku do sygnałów ens i eew, że odwzorowany przez niego obraz jednoznacznie reprezentuje kierunek położenia źródła promieniowania. Zastrzeżenie patentowe Sposób jednoznacznego wyznaczania kierunku położenia źródła fal elektromagnetycznych o przebiegu ciągłym lub impulsowym, odbieranych przez układ antenowy składający się z anteny dookólnej i dwóch nieruchomych, wzajemnie prostopadle ustawionych anten kierunkowych, polegający na wytworzeniu na ekranie lampy oscyloskopowej obrazu geometrycznej sumy napięć doprowadzonych do płytek odchylających lampy oscyloskopowej z anten kierunkowych, znamienny tym, że z odebranego przez antenę dookólną widma częstotliwości wydziela się za pomocą wzmacniacza selektywnego sygnał o ustalonej częstotliwości, korzystnie o częstotliwości 10 khz, i po przekształceniu dodatniego półokresu tego sygnału w impuls prostokątny podaje się, go na elektrodę sterującą lampy oscyloskopowej w takiej fazie, aby uzyskać na ekranie luminescencyjnym lampy oscyloskopowej jednoznaczne odwzorowanie kierunku położenia źródła fal elektromagnetycznych.

4 85V! i Y 6 3 jl 2 5 h ( li M II / 2 3 ' I fig-*

5 85119 a. /+ V + 1* +\ V fig. 2

6 ^ 1 / (? «/» t Len. ^\ 1 V/ ; I I s yc / i i 5 / S/! ^ 9 1 W i-t e*» jt\, \S MW ^^ Si A «1 A 3 CZYTELNIA Urzędu Poientowego Falskiej Rzeczypupci^i Lućawej Prac. Poligraf. UP PRL Nakład egz. Cena 10 zł