Der Dopplerpeiler oder richtiger Phasenpeiler
ein Projekt des DARC OV-Berlin Spandau, D06
Vortrag von DL7HD am 07.11.2006

Es handelt sich hierbei um einen Peilantennenzusatz, der an ein beliebiges FM-Funkgerät angeschlossen werden kann und das Peilen, z. B. von Füchsen, mit möglichst geringem Antennenaufwand ermöglicht. Wobei die Ansage, geringer Antennenaufwand, sich eher auf die Antennengröße, nicht aber die dort verwandte Technik bezieht.

Grundlegendes, noch mal aufgefrischt.
Ein AM-Empfänger wertet jede Amplitudenschwankung aus und erzeugt daraus das Informationssignal, ob es Töne (Sprache/Musik) oder digitale Signale wie Telegrafie oder sonstiger Datenverkehr sei. Folglich reagiert so ein RX auch auf Störungen, denn die Amplitudenschwankung könnte ja auch eine Information/Modulation sein.

Ein FM-Empfänger soll dagegen möglichst im Bereich der Begrenzung betrieben werden, damit für Störamplituden kein Platz mehr vorhanden ist. Eine Störung tritt auch nicht auf einer präzisen Frequenz auf, sondern irgendwo im Spektrum. Da ein FM-Empfänger aber den Frequenzversatz um einen Sollwert (meist ZF) auswertet, sind Störamplituden unkritisch, weil begrenzt und irgendwo, nur nicht auf Sollfrequenz.

Wird aber die Grundschwingung auf dem Sollwert in ihrer Frequenzlage oder Phasenlage verändert, erzeugt sie im Demodulator eine Spannung. Erfolgt diese Frequenzverschiebung im Rhythmus der zu übertragenden Information (Musik/Sprache/digitale Signale) ist diese demodulierte Spannung ein Abbild der gesendeten Information.

Was auch noch interessant ist, jeder Schwingkreis hat ein Einschwing- und Ausschwingverhalten, ähnlich einer angeschlagenen Glocke. Dieses Ein- Ausschwingverhalten haben auch die Schwingkreise im ZF-Verstärker jeden Empfängers. Wird also das Antennensignal schlagartig weggeschaltet, schwingt der ZF-Verstärker für Bruchteile von Sekunden noch nach. Schalte ich das Antennensignal wieder zu, schwingt der ZF-Verstärker wieder weiter. Liegt die Umschaltzeit unterhalb der Nachschwingzeit des ZF-Verstärkers, merke ich überhaupt nichts von dem Umschaltvorgang, lediglich einen kleinen Amplitudeneinbruch, der ist aber wegen der Begrenzerwirkung (s.o.) völlig unkritisch.

Beachte! Ich sprach von der Umschaltzeit, nicht der Umschaltfrequenz!

Dieses Nachschwingverhalten verhindert z.B. bei einigen Empfängern auch die Verwendung als Packet-Radio-RX mit höheren Datenraten, da sie bei hohen Datenraten die 1-0 Übergänge durch die Nachschwingung einfach überbrücken und damit illiminieren.

Jetzt noch was zur Wellenlänge. Die Angabe der Wellenlänge beschreibt ja die Länge der Schwingung im freien Raum. Entsprechend die Formel  300/f(MHz)=Lambda (m)

Also bei 150MHz = 2m entsprechend 145MHz = 2,0689655172413793103448275862069m.

Trifft diese Schwingung auf eine abgestimmte Antenne, erzeugt sie darin eine Spannung.

Diese Schwingung bewegt sich zwar mit 300000km/sek im freien Raum fort, trifft mit ihrem Scheitelwert aber an verschieden weit vom Sender entfernten Antennen zu verschiedenen Zeiten ein.

Soviel zur Theorie, ein Versuch der Beschreibung. 
Der Peilempfänger besitzt zwei Antennen mit einem Abstand voneinander. Stehen die beiden Antennen im gleichen Abstand zum Sender, also nebeneinander vom Sender aus gesehen, werden sie Zeitgleich mit gleicher Amplitudenlage getroffen. Schalte ich jetzt, möglichst steilflankig, zwischen den beiden Antennen hin und her, wird der Empfänger nichts merken, da, s.o. die Nachschwingzeit der ZF die Umschaltflanken überbrückt und danach wieder gleiche Phasenlage herrscht.

Positioniere ich jetzt beide Antennen vom Sender aus gesehen hintereinander, wird die senderzugewandte Antenne zuerst das Amplitudenmaximum erhalten, die senderabgewandte Antenne dagegen um die Laufzeit der Welle im freien Raum später. Schalte ich jetzt zwischen den Antennen hin und her, ergibt sich ein Phasensprung. Dieser Phasensprung erzeugt jetzt im Empfänger einen Ton mit der Frequenz in der die Antennen umgeschaltet werden.

Jetzt etwas zur Antennenausrichtung. 
Der Kreis und der Sinus sind zwei unmittelbar zusammenhängende Dinge.

Betrachte ich einmal den Fall, die Antennen stehen nebeneinander auf einer Platte.

Werden die beiden Antennen/Platte minimal gedreht verändert sich der Abstand zum Sender gleich erheblich. Stehen die Antennen hintereinander und ich drehe die Platte um den gleichen Betrag, ändert sich der Abstand der Antennen, abgesehen von der Phasenlage, fast gar nicht. Analog dazu steht für dieses Verhalten die Sinuskurve, eine Kreisfunktion.

Jetzt wieder einmal der erste Fall, Antennen nebeneinander. Das Sendersignal trifft beide Antennen Gleichzeitig. Das bedeutet keinen Phasensprung beim Umschalten der Antennen. Wird die Antennenanordnung leicht gedreht, gibt es einen Phasensprung. Da sich der Abstand schnell ändert ergibt sich eine schmale Peilkeule.

Der leiseste Ton entspricht der Richtung, vorwärts oder rückwärts (zwischen den Antennen hindurchgesehen).

Nun der zweite Fall, Antennen hintereinander. Das Sendesignal erzeugt einen Phasensprung, es pfeift im nachgeschalteten Empfänger. Wird die Anordnung leicht gedreht, verändert sich der Abstand zum Sender relativ minimal, das sich der Abstand minimal ändert. Das ergibt eine breite Peilkeule.

Der lauteste Ton entspricht der Richtung, vorwärts oder rückwärts (über die Antennen gesehen).

Minimal- und Maximal-Peilung

Wie jetzt aber die Vor- und Rück-Peilung?
Bei dem oben beschriebenem Prinzip spielt die Zeit, genauer die Laufzeit, ein große Rolle. Betrachte ich den Fall, das beide Antennen nebeneinander stehen, könnte ich mit unterschiedlichen Laufzeiten in der Antennenzuführung überhaupt nichts erreichen. Stehen die Antennen dagegen hintereinander, sieht es anders aus. Hier hat die Antenne zwar einen breiten Öffnungswinkel aber das ist bei Vor-Rück-Peilung ja unwichtig.

Wenn also die Antennen hintereinander stehen, bekommt die sendernahe Antenne das Signal eher, wie die senderferne Antenne. Beim hin und herschalten der Antennen entsteht dann der Phasensprung = Pfeifton im RX, s.o..

Schalte ich jetzt in die Zuleitung der sendernahen Antenne eine Verzögerungsleitung in Form eines längeren Koaxialkabels dessen Laufzeit genau der Laufzeit entspricht, die dem Abstand der beiden Antennen entspricht, ergibt sich beim Antennenschalten kein Phasensprung, also auch keinem Ton im RX.

Drehe ich jetzt mein Antennengebilde um 180° steht die verzögerte Antenne hinter der unverzögerten Antenne.

Das eintreffende Signal trifft zuerst auf die unverzögerte Antenne und nach Laufzeit des Signals auf die verzögerte Antenne. Wird durch die Laufzeitleitung nochmals verzögert und erzeugt einen doppelt so großen Phasensprung wie vorher. Es Pfeift im RX.

Somit habe ich die Richtung ermittelt. Bei Pfiff zeigt die unverzögerte Antenne zum Peilobjekt.

Die verwendeten Antennen.
Praxisversuche mit baugleichen Antennen haben immer wieder Probleme dahingehend ergeben, das sie eben nur äußerlich Baugleich sind. Ihre physikalischen Werte variierten immer und waren schwer reproduzierbar. Sie lagen zwar immer in dem für sie zugedachten Frequenzbereichen, nicht aber mit der notwendigen Toleranz in Betracht der Resonanz, die bei dieser Anwendung sehr klein sind. Die Antennen müssen ja, bis auf den Phasenfehler genau sein.

Versuche mit einer Magnetantenne verliefen zuerst auch nicht optimal, weil die Kreiskapazitäten nicht die Langzeitstabilität hatten, wie erforderlich. Die Trimmer veränderten, wenn auch nur minimal, ihre Eigenschaften, was zum Systemausfall führt.

Erfolg brachte dagegen eine Variante mit festem C und gedrucktem L und einem gedruckten Koppel-L. Zu diesem Koppel L kam noch ein einstellbares L, das ein feinfühligen Abgleich auf korrekte Phasenlage ermöglicht. Dieses L geht ja nur um den Koppelfaktor reduziert in die Kreiswerte ein.

Die gesamte Schaltung incl. der beiden Magnetantennen findet auf einer Platine Platz, die in etwa einem der Länge nach gefaltetem DIN-A4 Blatt entspricht. Zur Schaltung gehören einige IC’s die die Umschaltfrequenz mit erforderlicher Steilheit erzeugen, die Phasenleitung bedarfsweise einschleifen (Vor-Rück-Peilung), beim Einschalten einen Batteriecheck durchführen, einem Batteriehalter für einen 9V-Block einige Kleinteile und der Schaltdioden.

Zusätzlich ist für den Nahbereich der Peilung noch eine Funktion, die dafür sorgt, das sich der Peilton ändert. Somit wird die unmittelbare Nähe des Peilobjektes signalisiert.

Der Strombedarf der ganzen Schaltung ist so gering, dass eigentlich der Lagertod der Batterie eher anzunehmen ist.

Und so sah die Platine fast aus (schematische Darstellung, unmasstäblich!).

Deutlich sichtbar, rechts und links die "Magnetischen Antennen" und dazwischen sitzt die Elektronik. Als Einziges Kabel verlässt ein RG58 diese Platine, das zum Peil-RX führt.

vy 73 de DC7MA

Eine Magnetantenne für andere Zwecke

 
Dieser Artikel kann als PDF-Datei (259kb) heruntergeladen werden.

Hierzu mit der rechten Maustaste auf das nebenstehende Diskettensymbol
klicken und danach Speicherort (Ziel) angeben.