Funknavigation: Peilen

Goniometerpeilempfänger 
von 1925 (Hersteller: Marconi)
Geschichte
Unter „Funkortung“ versteht man die Bestimmung des Schiffsortes mit Hilfe von Funkwellen. Das älteste Verfahren dazu war das Funkpeilen. Anfang der 20er Jahre des vorigen Jahrhunderts war es gelungen, für den Bordbetrieb geeignete Funkempfänger und Richtantennen herzustellen. Dadurch wurde es möglich, mit Bordpeilern die Herkunftsrichtung der Funkwellen zu bestimmen und damit in Verbindung mit dem Kompass  auf grosse Entfernungen zu peilen. Im Seenotfall konnte der Havarist gepeilt werden, solange er noch sendete. So steuerte man ihn an, ohne seinen genauen Schiffsort zu kennen. Ein Peilgeräte aus dieser Zeit ist der hier abgebildete Peiler von Marconi.
Die Technik
Um 1900 hatte J.Zenneck bei Versuchen mit verschiedenen Antennentypen erkannt, dass einige davon eine Richtwirkung haben. 1901 experimentierte Ferdinand Braun bereits mit Rahmenantennen, die sich für Peilzwecke als  besonders geeignet erwiesen. Rahmenantennen bestanden aus einer um die senkrechte Achse drehbaren einzelnen Windung oder aus einer Drahtspule mit mehreren in Reihe geschalteten Windungen, deren Enden durch eine Koppelspule zu einem geschlossenen Stromkreis verbunden sind. 
Steht der Rahmen in der Abbildung links in Stellung „a“, wird er von einer grossen Zahl magnetischer Feldlinien durchflossen, die Empfangsstärke ist daher in einem Maximum. In Stellung „b“ dagegen in einem Minimum. Beim Drehen des Rahmens von „a“ nach „b“ nimmt der Empfangspegel mit dem Cos. des Drehwinkels ab, dreht man weiter, nimmt der Pegel im gleichen Masse wieder zu. Da die Rahmenwicklungen nie elektrisch gleichwertig sind, wird die Lautstärke in Stellung „b“ nicht Null sein. Diese Trübung des Minimums hat ihre Ursache auch in der Rückstrahlung durch die Schiffsaufbauten.
Das „schärfen“ des Minimums erfolgt durch Einspeisung einer HF-Spannung von bestimmter Amplitude und Phase aus einer verstimmten "Hilfsantenne". Diesen Vorgang nennt man "Enttrübung“.
Die Richtungsangabe des Peilers ist zweideutig, da man ohne weitere Hilfsmittel nicht feststellen kann, ob sich der gepeilte Sender vor oder hinter der Antennenebene befindet. In der Abbildung rechts sind die Stellungen von „c“ und „g“ gleich gross aber von entgegengesetzter Phase.
Zur "Seitenbestimmung" wird nun die Hilfsantenne abgestimmt und der Rahmen in Maximum-Stellung gebracht. Je nach Sinn der Kopplung Rahmen- / Hilfsantenne wird die Rahmenwirkung geschwächt oder verstärkt und dadurch die Seite bestimmt.
Bei Peilanlagen mit Drehrahmen befindet sich der Peilempfänger mit dem zur Rahmendrehung notwendigen Handrad in den meisten Fällen unmittelbar unter dem Rahmen. Die Drehbewegung kann aber auch durch Seile winkelgetreu übertragen werden. Dieser und andere Nachteile werden vermieden, wenn als Peilantenne ein freistehender Kreuzrahmen in Verbindung mit einem Goniometer verwendet wird. 
Frei verspannte 
Kreuzrahmen-Antenne
Ringkreuzrahmen 
mit Hilfsantenne
Eine Kreuzrahmenantenne besteht entweder aus einem Ringkreuzrahmen mit Hilfsantenne (Abb. oben rechts) oder aus einem frei verspannten Kreuzrahmen wie in Abbildung oben links. Ein  Rahmen steht vertikal zur Schiffslängs- der andere zur Schiffsquerebene. Die HF-Spannungen der Rahmen werden per HF-Kabel zum Goniometer übertragen.
Das"Goniometer" besteht aus zwei äusseren Feldspulen welche die Antennenenergie aufnehmen und einer darin drehbar angeordneten Suchspule. Rechtwinklig zur Ebene der Suchspule  ist an der Drehachse ein über eine Gradteilung laufender Zeiger angebracht, mit dem an der feststehenden Peilskala Seitenpeilungen abgelesen werden können. Die beiden Feldspulen mit Suchspule und Peilskala bilden das Goniometer. Es ist in das Gehäuse des Peilempfängers eingebaut, die Suchspule ist mit dessen Eingang verbunden. Durch das Zusammenwirken von Feld- und Suchspulen entsteht im Goniometer ein winkelgetreues Abbild der Empfangsfeldstärke. Wird die Suchspule in diesem Feld um 360 Grad gedreht wird die gleiche Kennlinie beobachtet, wie mit einem Drehrahmen im Originalfeld der Peilwelle. Wird mit Hilfe des Minimums die Lage der Feldstärke im Goniometer – bezogen auf die Nulllinie der Peilskala – bestimmt, so kennt man auch die Lage des Originalfeldes zur Mittschiffsebene und damit die Seitenpeilung des Senders.
Funkbeschickung
Am Schiff ankommende Funkwellen werden von Schiffskörper, Schornsteinen, Antennen oder Takelage reflektiert, sodass der Peilempfänger nicht nur durch die eigentlichen Funkwellen sondern auch durch die o.g. Reflexionen erregt wird. Dadurch und zusätzlich durch unterschiedliche Tiefgänge und Empfangsfrequenzen wird das Peilergebnis beeinflusst. Die Differenz zwischen wahrer Seitenpeilung und gemessener Seitenpeilung nennt man „Funkbeschickung“ oder auch „Funkfehlweisung“.  Grundsätzlich wurde die Funkbeschickung bei Inbetriebnahme der Peilanlage und danach jährlich ermittelt. Das sicherste Verfahren war der Vergleich der optischen Seitenpeilung mit den gleichzeitig aufgenommenen Funkseitenpeilungen eines Funksenders. Dazu fuhr das Schiff z.B im Abstand von wenigen Wellenlängen an einem Funkfeuer vorbei, nahm die Peilungen auf, wendet und wiederholte den Vorgang an der anderen Schiffsseite. Die erhaltenen Werte wurden in ein Diagramm eingetragen und ergaben dort die „Funkbeschickungskurve“, deren Werte nun in jede Funkpeilung einging. 
Peilgeräte
Der erste wirklich brauchbare Peilempfänger aus deutscher Produktion war der E 225a von Telefunken aus dem Jahr 1918. Dieser Bord-Rahmenpeiler verwendete einen drehbaren 6-eckigen Mehrwindungsrahmen. Der Geradeaus- Audionempfänger war als Ein- oder Zweikreiser schaltbar, arbeitete im Bereich zwischen 150 und 1000 kHz und konnte zusätzlich mit einem HF-Verstärker zwischen Antenne und Empfänger bestückt werden. Die Antenne wurde mit einem Drehkondensator abgestimmt.
rechts:
Peil-Empfänger E225a von 1918 (Mit HF-Verstärker EV 176d)
Schon 1919 gab es den Peiler E 258N für den Frequenzbereich zwischen 150 und 750 kHz. Die je nach Bereich auswechselbare Rahmenantenne diente zugleich als Schwingkreisspule. Dieses Gerät hatte 5 Röhren und als erstes eine Vorrichtung zur „Enttrübung“ des Minimums. Dazu waren 3 Stäbe als Hilfsantennen angebracht. 
Der ab 1925 gebaute E 326N bot erstmals auch eine eindeutige Seitenbestimmung durch das bereits beschriebene Ankoppeln eines Signals aus einer abgestimmten Hilfsantenne. Der E 358 (ab 1927) verfügte erstmals über eine Einknopfabstimmung für Rahmen und Audion und in der Hilfsantennen-Schaltung wurde Widerstände benutzt um eine schnelle Seitenbestimmung zu ermöglichen. Sein Frequenzbereich war 75 kHz – 1000 kHz. Dieser Empfänger wurde – leicht verändert und in einem Leichtmetallgehäuse untergebracht - als S 144N auch auf dem Luftschiff „Graf Zeppelin“ verwendet.
links:Peilempfänger E 258N von 1919
Einen grossen Fortschritt in der Peiltechnik brachte ab 1930 der Peilempfänger E 374N für den Bereich 222 – 527 kHz mit umpolbarer Ankopplung der Hilfsantenne (Schalterstellungen „rosa“ und „blau“) zu Erkennung der richtigen Seite. Dieses Gerät verfügte über einen mechanischen „Funkbeschicker“. 
Dadurch konnte an der Peilscheibe direkt die richtige Seitenpeilung abgelesen werden. Der E 374N war der Standardpeiler auf deutschen Schiffen bis in die 50er Jahre und wurde erst durch die Typen Telegon 1, 2, 3 und 5, Plath/Hagenuk GPE 52 und die Kleinpeiler E516 und E616 von Debeg ersetzt.

Sichtfunkpeiler
Ein anderes Messverfahren zeigten sie sog. Sichtfunkpeiler, wie zum Beispiel die Typen E 500NG, SPF 700 und andere von Plath. Hier wurde die HF aus dem Kreuzrahmen oder den frei verspannten  Goniometerschleifen über zwei Verstärker (V1 und V2) an zwei Plattenpaare einer Bildröhre (Braunsche Röhre) geführt. Dadurch entstanden zwischen den Plattenpaaren elektrische Wechselfelder die ein resultierendes HF-Feld ergeben, durch das der Elektronenstrahl genau in die Richtung des Funkstrahls abgelenkt wurde und dabei auf dem Bildschirm einen Leuchtstrich in gleicher Richtung aufzeichnete.

rechts:
System des Sichtfunkpeilers 
Funkpeilarten
Peilt man mit dem eigenen Bordpeiler einen ungerichteten Sender, so spricht man von "Eigenpeilung“. Zur Eigenpeilung wurden entweder Funkfeuer oder andere Funkstellen benutzt, deren Position genau bekannt waren. Solche Funkfeuer waren oft zu Sendergruppen von 3 oder mehr Stationen zusammengefasst die auf der gleichen Frequenz mit unterschiedlichen Kennungen aber abwechselnder Sendezeit arbeiteten. So konnten von Bord aus kurz nacheinander Kreuzpeilungen genommen werden, ohne die Abstimmung ändern zu müssen. Alle bisher hier beschriebenen Geräte und Techniken sind zur Eigenpeilung geeignet.
Bei einer "Fremdpeilung" wurden vom Schiff ungerichtete Funksignale gegeben die von besonderen, mit Richtempfängern ausgerüsteten Peilstationen an Land gepeilt wurden. An Land  wurden natürlich andere und grössere Geräte und Antennen verwendet. Zum Beispiel wurden Adcock-Peilanlagen entwickelt. Dabei wird eine Gruppe von Vertikalantennen – meistens vier in symmetrischer Anordnung – in Verbindung mit einem Goniometer verwendet. Ausserdem gab es Vielfachantennenanlagen, bei denen ein Antennenpaar genau in N-S ausgerichtet war und zusätzlich bis zu 15 weitere Paare in immer gleichen Winkelabständen. Durch Drehkontaktschalter werden die Antennenpaare immer nacheinander an den Empfänger gelegt und so das Minimum und Maximum ermittelt.
Das ehemalige deutsche "Nordsee-Peilfunknetz Norddeich" bestand aus den Stationen „Norddeich Gonio“/DAQ, „St. Peter Ording Gonio“/DAG und „Elbe-Weser Gonio“/DAE. Wünschte ein Schiff eine Einzelpeilung (QTE) oder seinen Schiffsort (QTF), so gab es – nach Verabredung – das Peilzeichen (vvv + Rufzeichen + Peilstrich). Die einzelnen Peilfunkstellen stellten das Ergebnis fest und meldeten es an Norddeich Radio das dem Schiff die gewünschten Daten übermittelte. Ausserdem wurde eine geschätzte Güteklasse übermittelte, die ein Masstab für die Genauigkeit der Peilungen war.: a = +/- 2 Grad, b = +/- 5 Grad und c = +/- 10 Grad. Die Meldung an das Schiff hätte z.B. lauten können: „1125 QTE DAG 228 a DAE 288 a DAQ 052 b“. 

Und heute?
Alle hier beschriebenen Geräte und Verfahren sind nicht mehr Bestandteil des 1999 endgültig eingeführten maritimen Sicherheitssystems GMDSS. Die markante Kreuzrahmenantenne mit aufgesetzter Hilfsantenne findet man nur noch auf den Peildecks oder Signalmasten einiger älterer Schiffe weil sie dort nicht stören und die Demontage zu teuer wäre. Moderne Positionierungsverfahren wie GPS, DGPS, Radar und das inzwischen auch schon betagte Loran C  haben die für heutige Bedürfnisse ungenauen Funkpeilverfahren, die sich über 8 Jahrzehnte entwickelt haben, überflüssig gemacht. Auch die Peilfunknetze existieren nicht mehr.


Benutze Quellen: 
F. Trenkle, "Die deutschen Punkpeil- und Ortungsanlagen" 
Müller-Kraus
Meldau-Steppes
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Version: 05-Jul-02 / Rev.: 13-Jun-11 / HBu