Il rivelatore di direzione ad alta frequenza (noto anche come HF/DF o con il soprannome Huff-Duff) è un radiogoniometro messo a punto durante la seconda guerra mondiale. Il nome si basa sull'acronimo HFDF, che sta per High-Frequency Direction Finding (Ricerca della direzione ad alta frequenza). Questo apparecchio fu sviluppato dagli ingegneri francesi Maurice Deloraine ed Henri Busignies. Essi iniziarono il suo sviluppo a Parigi e lo terminarono negli Stati Uniti d'America, dov'erano emigrati a seguito dell'occupazione tedesca della Francia.
High frequency (HF, per Alta frequenza) si riferisce a una banda radio che può efficacemente trasmettere a lunga distanza, per esempio tra gli U-boat e il loro quartier generale a terra. HF/DF era principalmente usato per individuare radioemittenti nemiche durante I periodi in cui trasmettevano, sebbene fosse anche utilizzato per localizzare velivoli amici come aiuto alla navigazione. La tecnica di base resta in uso anche ai nostri giorni come una delle discipline fondamentali di spionaggio elettronico, sebbene incorporata in un ampio sistema di mezzi radio e radar invece di funzionare come apparato a sé stante.
HF/DF usava una schiera di antenne radio per ricevere lo stesso segnale da località o direzioni leggermente diverse e usava quindi queste piccole differenze per esporre la posizione del trasmettitore sullo schermo di un oscilloscopio. Il primo sistema usava un'antenna rotante meccanicamente (rivelatore di direzione Bellini–Tosi) e un operatore che ascoltava i picchi e le assenze nei segnali, impiegando parecchio tempo, spesso un minuto o più, per l'individuazione.
L'apparato HF/DF effettuava le medesime misurazioni ma sostanzialmente istantanee, il che consentiva d'individuare i segnali emessi in movimento, come quelli da una flotta di U-boat.
Il Sistema venne inizialmente sviluppato da Robert Watson-Watt, incominciando nel 1926 le ricerche per un sistema che localizzasse i fulmini. Il suo ruolo nello spionaggio non venne sviluppato fino alla fine degli anni trenta. Nel periodo iniziale della guerra le unità HF/DF erano molto richieste, e ci fu una notevole rivalità nella loro distribuzione. Un uso iniziale fu fatto dal Comando caccia della RAF come parte del "Sistema Dowding" d'intercettazione e controllo, nel quale unità basate a terra erano ampiamente utilizzate per raccogliere informazioni per l'Ammiragliato britannico al fine di localizzare gli U-boat. Tra il 1942 e il 1944 piccole unità divennero largamente disponibili e furono normali apparecchiature installate sulle navi della Marina militare britannica. Si ritiene che l'HF/DF abbia contribuito per il 24% di tutti gli affondamenti di U-boat durante la guerra.Arthur O. Bauer, p. 1
Il concetto di base è anche noto con nomi diversi, tra i quali anche Cathode-Ray Direction Finding (CRDF, Individuazione della direzione con raggi catodici, Twin Path DF, e dal suo inventore, Watson-Watt DF o Adcock/Watson-Watt quando si considera l'antenna.
Storia Prima di HF/DF L'individuazione della direzione via radio era una tecnica ampiamente usata anche prima della prima guerra mondiale, sia per la navigazione aerea che per quella navale. Il concetto di base era l'utilizzo di un'antenna a forma di circonferenza (loop antenna) di dimensioni idonee alla banda di frequenza del segnale da intercettare. Quando il piano della circonferenza si trova perpendicolare al segnale, esso si annulla nelle due metà della circonferenza, producendo un improvviso crollo nell'uscita di segnale dal loop, noto come "0".
I primi sistemi DF usavano un'antenna circolare che poteva essere ruotata meccanicamente. L'operatore doveva sintonizzarsi su una stazione radio nota e quindi ruotare l'antenna fino a che il segnale scompariva. Ciò significava che l'antenna era ora perpendicolare rispetto alla direzione della trasmissione, benché ciò potesse significare entrambi i lati, cioè non era possibile solo con questa misura individuare il senso ma solo la direzione. Effettuando parecchie di tali misurazioni o usando altre fonti di informazione sulla navigazione per eliminare ambiguità, la rotta del trasmettitore poteva essere determinata.
Nel 1907 fu introdotto un miglioramento dagli ingegneri italiani Ettore Bellini e Alessandro Tosi, che semplificava di molto il sistema DF. La singola antenna circolare veniva rimpiazzata da due antenne perpendicolari fra loro. Il segnale in uscita da ciascuna veniva inviato al proprio solenoide. Due di tali solenoidi, uno per ogni antenna, detti solenoidi di campo, erano disposti uno vicino all'altro e perpendicolari fra loro. I segnali dalle due antenne generavano un campo magnetico nello spazio tra i due solenoidi, che veniva ricevuto da un solenoide rotante, il solenoide di ricerca. Il segnale massimo veniva generato quando il solenoide di ricerca era allineato con il campo magnetico dei due solenoidi di campo, che era all'angolo del segnale in relazione con le antenne. Ciò eliminava ogni necessità di avere delle antenne rotanti. Il rivelatore di direzione di Bellini-Tosi fu ampiamente utilizzato su navi, mentre l'antenna rotante rimase in uso sugli aerei, normalmente più piccoli.Arthur O. Bauer, p. 2
Tutti questi dispositive richiedevano tempo per essere utilizzati. Normalmente l'operatore radio usava prima il normale sintonizzatore per individuare il segnale in questione, o usando le antenne DF o su un'antenna non direzionale a parte. Una volta sintonizzato l'operatore ruotava le antenne o il goniometro cercano picchi o assenze di segnale. Sebbene una localizzazione grossolana potesse essere trovata ruotando l'apparecchio rapidamente, per una rilevazione più accurata l'operatore doveva "andare a caccia" con piccoli movimenti. Con segnali periodici, come il Codice Morse, o segnali al limite della ricezione, ciò era un procedimento difficile: tempi fissi dell'ordine del minuto erano citati spesso.
Qualche lavoro sull'automatizzazione del Sistema B-T fu realizzato poco prima dell'inizio della seconda guerra mondiale, specialmente dagli ingegneri francesi Maurice Deloraine ed Henri Busignies, che lavoravano presso la filiale francese della statunitense ITT Corporation. Il sistema aveva il solenoide di ricerca motorizzato e una scheda-monitor circolare che ruotava in sincronismo. Una lampada sulla scheda-monitor era collegata all'uscita del goniometro e lampeggiava quando si trovava nella direzione giusta. Ruotando rapidamente, circa 120 giri al minuto, i lampeggiamenti si mescolavano in una macchia unica che indicava la direzione. Gli ingegneri francesi distrussero tutti i loro lavori nell'ufficio francese e lasciarono la Francia nel 1940, appena prima che la Germania di Hitler la invadesse e continuarono il loro lavoro negli Stati Uniti.
Watson-Watt Si sapeva da tempo che il fulmine disturbava i segnali radio. Esso si diffonde su molte frequenze ma è particolarmente forte nello spettro delle onde lunghe, che era una delle radiofrequenze principali per le comunicazioni navali a lunghe distanze. Robert Watson-Watt aveva dimostrato che le misure di questi segnali radio potevano essere utilizzate per individuare i temporali e fornire allarmi a lunga distanza per piloti e navi. In alcuni esperimenti egli fu in grado d'individuare temporali sull'Africa a 2500 km di distanza.Arthur O. Bauer, p. 4 Comunque la durata del fulmine è talmente breve che i sistemi tradizionali di RDF che usano antenne circolari non sono in grado di determinarne la direzione prima che il fulmine svanisca. Incorporando i segnali di molte saette, si può determinare la posizione media che produce il miglior segnale su un lungo periodo.
Nel 1916 Watt propose che si potesse utilizzare un tubo a raggi catodici (CRT) come elemento indicatore al posto di un sistema meccanico,"Robert Watson-Watt", Biographical Dictionary of the History of Technology, p. 1280. ma non riuscì a provarlo.
Watt lavorava al Met Office di Aldershot della RAF, ma nel 1924 di restituire il posto all'uso della RAF. Nel luglio 1924 Watt si trasferì nella nuova sede a Ditton Park, vicino a Slough. Questa sede ospitava già il Laboratorio nazionale di fisica (NPL), Sezione Ricerche Radio. Watt fu coinvolto nel ramo Atmosfera, compiendo studi di base nella propagazione di segnali radio attraverso l'atmosfera, mentre il NPL era coinvolto nelle misure sul campo e negli studi sulla rivelazione di direzione. Lo NPL aveva due apparati che usava in questi studi che si rivelarono cruciali nello sviluppo dello huff-duff, un'antenna Adcock e un moderno oscilloscopio.
L'antenna Adcock è un dispositivo di Quattro alberi che agiscono come due antenne circolari virtuali disposte ad angolo retto. Confrontando i segnali ricevuti dalle antenne circolari virtuali, la direzione del segnale può essere determinata usando le esistenti tecniche RDF. I ricercatori avevano assemblato l'antenna nel 1919 ma l'avevano poi trascurata a favore di progetti più piccoli. Questi si rivelarono di scarse prestazioni a causa delle caratteristiche elettriche della zona di Slough, che rendeva difficile determinare se il segnale proveniva da una linea retta o scendeva dal cielo. Smith-Rose e Barfield rivolsero nuovamente la loro attenzione all'antenna Adcock, che non aveva componenti orizzontali e che quindi "filtrava" le onde provenienti dal cielo. In una serie di esperimenti di verifica essi furono in grado di determinare accuratamente il luogo di trasmissione.G. Gardiner, 1962
Fu il persistente desiderio di Watt di determinare la sede di singoli fulmini che portò ai principali finali sviluppi della base del Sistema huff-duff. Il laboratorio aveva ricevuto di recente la spedizione di un oscilloscopio WE-224 dai Laboratori Bell, che fornì facili contatti ed aveva una fosforescenza di lunga durata.
Lavorando con Jock Herd, nel 1926 Watt aggiunse un amplificatore a ciascuno dei due bracci dell'antenna e inviò quei segnali ai due canali X e Y dell'oscilloscopio. Come sperato il segnale radio produsse uno schema sullo schermo dell'oscilloscopio che indicava il luogo dov'era caduto il fulmine e la fosforescenza a lunga durata diede all'operatore tempo più che sufficiente per le sue misure prima che l'immagine divenisse evanescente. "The Battle of the Atlantic", near the end and at start of next segment
Watt ed Herd scrissero un'ampia relazione sul sistema nel 1926, riferendosi a esso come "Un radiogoniometro istantaneo a lettura diretta" e sostenendo che esso poteva essere utilizzato per determinare la direzione di segnali di durata breve fino a soli 0.001 secondi. La relazione descrive il dispositivo in dettaglio e procede spiegando come può essere utilizzato per migliorare l'individuazione via radio della direzione e della navigazione. Nonostante questa pubblicazione e i film che mostravano come utilizzare l'apparato per localizzare i fulmini, il concetto rimase apparentemente sconosciuto al di fuori del Regno Unito. Ciò gli consentì di essere sviluppato in segreto in forma utilizzabile.
Battaglia d'Inghilterra Durante la corsa all'installazione del Sistema radar Chain Home (CH) prima della Battaglia d'Inghilterra, le stazioni CH erano poste il più avanti possibile, lungo la costa, per fornire il maggior tempo tra l'avvistamento e l'azione nemica. Ciò significa che le zone interne sulle Isole britanniche non avevano copertura radar, contando invece sul Corpo di osservazione aerea (ROC), di recente formazione, per l'avvistamento nella zona. Mentre i ROC erano in grado di fornire ampie informazione su grossi raid, i caccia erano troppo piccoli e volavano troppo in alto per essere individuati. Poiché l'intero sistema Dowding si basava sulle direzioni da terra, qualche soluzione per individuare i propri caccia era necessaria.