Adcock-Antennen


Unter dem Begriff der Adcock-Antenne (auch einfach: der Adcock) versteht man ein offenes, vertikales Antennensystem das für Peilungen eingesetzt werden kann und im Vergleich zu anderen Bauformen eine gesteigerte Immunität gegen Raumwelleneinfall und Polatisationsfehlern aufweist. Benannt sind die Antennen nach dem britischen Physiker Frank Adcock  der diese Bauform 1919 [1] zum Patent anmeldete.

Der Bauform der Einzelantennen (des Antennensystems) entsprechend unterscheidet man zwischen dem U-Adcock und dem H-Adcock. Beide Antennentypen unterscheiden sich in den Empfangseigenschaften und dem Konstruktionsaufwand grundlegend. Sie sind denn Gegebenheiten vor Ort entsprechend zu wählen und dimensionieren.

4 Mast-Adcocksysteme zur Peilauswertung nach Watson-Watt (links: U_Adcock, rechts: H-Adcock jeweils in Doppelausführung).

4  Mast-Adcocksysteme zur Peilauswertung nach Watson-Watt (links: U-Adcock, rechts: H-Adcock jeweils in Doppelausführung).
Ableitung der Spannungen eines 4-fach-Mast-Adcocks bei Bodenwelleneinfall aus der Richtung
Ableitung der Spannungen (Gegeneinanderschaltung) eines 4 Mast-Adcocks bei Bodenwelleneinfall aus der Richtung α.

Bei einem Mastabstand b (Basis) folgt für die gemessenen Phasen der OW- und NS-Masten eines 4 Mast-Adcocks:

Formel24

Durch Gegeneinanderschaltung der einzelnen Mastspannungen ergeben sich bei Boden- (B) und  Raumwelleneinfall (R) die folgenden Adcockspannungen (β entspricht dem Erhebungswinkel der Raumwelle):

Formel25

Die Spannung U repräsentiert hierbei den Gruppenfaktor der Adcock-Antenne (auch: Mittelpunktspannung). In Analogie zur Kreuzrahmenantenne ergibt sich für ein kleines Verhältnis der Basis b zur Wellenlänge λ (der Sinus kann mit seinem Argument ersetzt werden) eine Doppelacht als vertikale Richtcharakteristik des 4 Mast-Adcocks. Dies führt zu guten Empfangseigenschaften bei Bodenwellen und flach einfallenden Raumwellen. Die horizontale Richtcharakteristik des Adcocks zeigt das steil einfallende Raumwellen unterdrückt werden (was in vielen Szenarien gewünscht ist) und somit nicht gepeilt werden können.

Richtcharakteristik einer Adcock-Antenne (blau) und einer Rahmenantenne (rot) bei kleinem Verhältnis des Durchmessers zur Wellenlänge  (d/Lambda << 1)
Richtcharakteristik (horizontal und vertikal) einer Adcock-Antenne (blau) und einer Rahmenantenne (rot) bei kleinem Verhältnis des Durchmessers zur Wellenlänge (d/Lambda << 1).

Die Adcock-Antenne stellt eine Weiterentwicklung der Rahmenantenne dar. Adocks Idee lag die Überlegung zu Grunde, dass durch das Weglassen der horizontalen Schleifenanteile  des Rahmens ein Polarisationsfehler gänzlich vermieden werden kann. Dies stellte sich jedoch als falsch heraus [3]. Dennoch hat der Adcock seine Existenzberechtigung hinsichtlich der Empfangseigenschaft von Raum- und Bodenwelle  sowie seiner Fähigkeit den Polaristaionsfehler, im Vergleich zur Rahmenantenne zu minimieren.

Die Bestimmung der Einfallsrichtung einer elektromagnetischen Welle am Ort des Peilers ist unter gewissen Voraussetzungen möglich. Für den Kreuzrahmen gilt hierbei, dass der magnetische Feldvektor in Richtung der Ausbreitungsrichtung der Welle keine Komponente haben darf (dies gilt im Fernfeld für alle vertikal, linear polarisierten Wellen die unter einem Erhebungswinkel von 0° einfallen).

Ist die Polarisation anders gerichtet tritt ein Peilfehler auf, der umso größer ist, je steiler der Erhebungswinkel wird. Im Kurz- bis Langwellenbereich kommt es durch den Einfall von Raumwellen die unter einem steilen Elevationswinkel am Ort des Peilers einfallen können zu Peilfehlern. Ihr Polarisationszustand ist durch die zufälligen Reflexionsbedignungen an der Ionospäre bestimmt [2].

Die Adock-Antenne soll, im Gegensatz zur Rahmenantenne, nur auf die vertikalen Anteile des E-Feldvektors ansprechen. Dies sollte durch das Weglassen der horizontalen Schleifenanteile  des Rahmens realisiert werden. Diese Annahme Adcocks stellte sich jedoch als fehlerhaft heraus [3]. Es wird zwar, entgegen der Auffassung Adocks, keine vollständige Unabhängigkeit von der Polarisation der Welle erziehlt, jedoch kann die Raumwelle erfolgreich gepeilt und der Polaristionsfehler (im Vergleich zum Rahmen) minimiert werden.

Vergleich einer vertikalen Rahmenantenne  (H-Feld) mit einer  U-Adock-Antenne (E-Feld).
Vergleich der aufgenommenen Feldkomponenten einer vertikalen Rahmenantenne (H-Feld) mit einer U-Adock-Antenne (E-Feld).

Peiler die mithilfe eines Adcock-Antennensystems peilen zählen zu der Kategorie der Phasenpeiler (Umwandlung der Phasenbeziehungen zwischen den Masten in eine Spannungsamplitude) und werden auch als Adcock-Peiler bezeichnet (wobei diese Bezeichnung nichts über das verwendete Peilverfahren aussagt). Ein Beispiel für ein Peilverfahren das mit einem Adcocksystem peilt ist das Peilverfahren nach Watson-Watt. Hierbei verwendete schon Watson-Watt anstelle eines Kreuzrahmens einen 4 Mast U-Adcock zur Speisung des Peilers.

VIer-Mast-U-Adcock mit Peilstation und Hilfsantenne in der Mitte. In der Peilstation erfolgt die Auswertung der Antennenspannungen die über Zuleitungen in der in der Erde herangeführt werden.
Vier-Mast-U-Adcock mit Peilstation und Hilfsantenne in der Mitte. In der Peilstation erfolgt die Auswertung der Antennenspannungen die über Zuleitungen in der in der Erde herangeführt werden. [Quelle: Telefunken „FuPeil 40a“, Mittelwellen-U-Adcock -Kleinbasispeilanlage
(λ=[500 – 1000]m) mit 30m Basislänge]

Durch die Verwendung mehrerer Masten kann der Antennensystemfehler des Adcocksystems veringert und der Betriebsfrequenzbereich des Systems (indem der Peilfehler einen akzeptablen Wert nicht überschreitet, siehe hier) erweitert werden. Adocksysteme die aus mehreren U- oder H-Adcock-Antennen bestehen werden, je nach der Anzahl der Antenne (n), als n-Mast-Adcocksysteme bezeichnet.

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Mobile H-Adcock-Antenne auf einem Fahrzeugdach montiert. [Quelle: Werksfoto Rohde & Schwarz)

Adcockantennen werden aufgrund ihrer Abmessungen und ihren Empfangseigenschaften  bevorzugt für Peilungen im Langwellen- bis Kurzwellenbereich eingesetzt.

6 fach H-Adcock-Anennensystem zur mobilen Funkortung [Quelle: Militärmuseum Anhalt]
6 Mast H-Adcock-Anennensystem zur mobilen Funkortung
[Quelle: Militärmuseum Anhalt].

[2] „Neuentwicklung von Kurzwellen-Adcock-Peilern“, A. Troost – Telefunken-Zeitung
     (25. Jg., Heft 94, März 1952)
[3] „Über den Rahmeneffeckt eines aus vertikalen Linearantennen bestehenden
     Adcock-Peilers“, G. Eckart – Bayerische Akademie der Wissenschaften (1972)
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