DE1036336B

DE1036336B - Directional antenna arrangement for a panoramic radar device

Info

Publication number: DE1036336B
Application number: DET13653A
Authority: DE
Inventors: Rudi Manthey
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1957-05-28
Filing date: 1957-05-28
Publication date: 1958-08-14

Description

Die Antennendiagramme für Rundsichtradargeräte sind im allgemeinen zur Erzielung einer guten Winkelauflösung in der Azimutebene stark gebündelt, in der Vertikalebene dagegen nur schwach. In Sonderfällen benötigt man ein Antennendiagramm, das in der Vertikalebene von der üblichen Keulenform abweicht, z. B. für Rundsichtradargeräte zur Flugzeugortung Cosecansciuadrat-Form aufweist. Von der Keulenform abweichende Diagramme braucht man auch, wenn das Rundsichtradargerät an einem hoch gelegenen Ort, beispielsweise auf einem Berg oder auf einem Turm, aufgestellt ist, um von der Strahlung nicht erfaßte tote Zonen im Nahbereich zu vermeiden.The antenna diagrams for omnidirectional radars are generally used to achieve good angular resolution Strongly bundled in the azimuth plane, but only weakly in the vertical plane. In special cases you need an antenna diagram that deviates from the usual lobe shape in the vertical plane, z. B. for omnidirectional radars for aircraft location Cosecansciuadrat-Form. From the club shape You also need different diagrams if the panoramic radar device is at a high altitude Place, for example on a mountain or on a tower, is placed in order to keep away from the radiation avoid dead zones not detected in the close range.

Zur Erzeugung von Diagrammen, deren Form in einer Ebene von der Keulenform abweicht, ist es bekaimt, an einem durch einen Erreger ausgeleuchteten Parabolreflektor Lippen, das sind zusätzliche Reflektorflächen, die die Strahlung in Richtungen lenken, die von der Hauptstrahlungsrichtung abweichen, anzuhängen. To create diagrams, the shape of which deviates from the club shape in one plane, it is possible to Lips on a parabolic reflector illuminated by a pathogen, these are additional reflector surfaces, which direct the radiation in directions that deviate from the main radiation direction to attach.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung derartiger Diagramme besteht darin, einen Parabolreflektor zu verwenden und zur Anstrahlung des Reflektors mehrere Erreger, die zum Teil außerhalb des Brennpunktes liegen, zu benutzen. Die Orte der Erreger und die Ankopplung der Erreger an die Antennenzuleitung werden so gewählt, daß insgesamt das gewünschte Diagramm entsteht.Another possibility for generating such diagrams is to use a parabolic reflector and use several pathogens to illuminate the reflector, some of which are outside the focal point lie to use. The locations of the pathogens and the coupling of the pathogens to the antenna feed line are chosen in such a way that the desired diagram is created overall.

Diese beiden bekannten Anordnungen sind schwer zu berechnen und in der Herstellung sehr teuer. Ein nachträglicher Einbau der bekannten Richtantennenanordnung, um ein Radargerät den Verhältnissen des jeweiligen Aufstellungsortes anzupassen, kommt daher wegen der hohen Entwicklungs- und Fertigungskosten kaum in Frage. Außerdem weisen die bekannten Atennenformen erhebliche Nebenmaxima auf, da beim Vorhandensein von Lippen der die Lippen anstrahlende Erreger nicht im Brennpunkt dieser Lippen sitzt und da bei der Verwendung mehrerer Erreger ein Teil der Erreger nicht im Brennpunkt des Reflektors liegt.These two known arrangements are difficult to calculate and very expensive to manufacture. A Subsequent installation of the known directional antenna arrangement in order to adapt a radar device to the conditions of the to adapt to the respective installation site, therefore comes because of the high development and manufacturing costs hardly in question. In addition, the known antenna shapes have considerable secondary maxima, since in the presence of lips, the pathogen irradiating the lips is not in the focal point of these lips sits and because when using several pathogens some of the pathogens are not in the focal point of the Reflector.

Zweck der Erfindung ist es, eine Richtantennenanordnung zu schaffen, deren Daten sehr einfach berechnet werden können und die auch beispielsweise nach der Montage eines Rundsichtradargerätes noch so ausgestaltet werden kann, daß das für die gegebenen Bodenverhältnisse günstigste Antennendiagramm erzeugt wird. Die erfindungsgemäße Richtantennenanordnung weist nur geringe Nebenmaxima auf und gestattet die Erzeugung kompliziertester Diagrammformen. The purpose of the invention is to create a directional antenna arrangement whose data can be calculated very easily can be and still, for example, after the assembly of a panoramic radar device can be designed so that the most favorable antenna pattern for the given soil conditions is produced. The directional antenna arrangement according to the invention has only small secondary maxima and allows the creation of the most complex diagram shapes.

Erfindungsgemäß wird eine Richtantennenanordnung zur Erzeugung eines Diagramms, dessen Form im Sinne einer besseren Ausleuchtung eines vorge-Richtantennenanordnung
für ein RundsichtradargerätAccording to the invention, a directional antenna arrangement for generating a diagram, the shape of which in the sense of better illumination of a pre-directional antenna arrangement
for a panoramic radar device

Anmelder:Applicant:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71Telefunken GmbH,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Rudi Manthey, Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt wordenRudi Manthey, Ulm / Danube,
has been named as the inventor

gebenen Raumteiles in einer Ebene von der Keulenform abweicht, für ein Rundsichtradargerät vorgeschlagen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß das Diagramm aus den in der Größe unterschiedlichen keulenförmigen Einzeldiagrammen mehrerer gleichzeitig strahlender, in der Wirkung voneinander weitgehend unabhängiger Antennen zusammengesetzt ist und daß die Bündelungen der Antennen derart gewählt sind, daß in der Ebene, die senkrecht zu der Ebene liegt, in der die Form des Diagramms von der Keulenform abweicht, die maximalen Diagrammbreiten der übrigen Antennen wenigstens angenähert gleich der maximalen Diagrammbreite des Einzeldiagramms mit der größten Reichweite sind.given part of the room deviates in one plane from the club shape, proposed for a panoramic radar device, which is characterized in that the diagram from the different in size Club-shaped individual diagrams of several simultaneously radiating, largely in the effect of one another is composed of independent antennas and that the bundles of the antennas are chosen are that in the plane which is perpendicular to the plane in which the shape of the diagram of the lobe shape deviates, the maximum diagram widths of the other antennas are at least approximately equal to that maximum diagram width of the individual diagram with the greatest range.

Es ist bereits ein Richtantennensystem für ein Radarrundsichtgerät bekannt, das aus einer Vielzahl von Einzelantennen mit scharf gebündelten Richtcharakteristiken besteht, die in der Vertikalen gegeneinander um einen kleinen Winkel versetzt sind. Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Richtantennenanordnung, wo sämtliche Einzelantennen zur Erzeugung eines Diagramms, das in einer Ebene von der Keulenform abweicht, gleichzeitig strahlen, werden die Einzelantennen bei der bekannten Antennenanordnung zur Erzielung einer Auflösung in vertikaler Richtung nacheinander freigegeben. Darüber hinaus weisen die Einzeldiagramme bei der erfindungsgemäßen Richtantennenanordnung unterschiedliche, bei der bekannten Anordnung gleiche Größe auf.It is already a directional antenna system for a radar vision device known from a large number of individual antennas with sharply bundled directional characteristics exists, which are offset from each other in the vertical by a small angle. In contrast to the directional antenna arrangement according to the invention, where all individual antennas for generating a diagram, that deviates from the club shape in one plane, radiate at the same time, become the individual antennas in the known antenna arrangement to achieve a resolution in the vertical direction released one after the other. In addition, the individual diagrams in the directional antenna arrangement according to the invention different, same size in the known arrangement.

Bei der erfindungsgemäßen Richtantennenanordnung wird mit einer Antenne üblicher Bündelung das Diagramm größter Reichweite erzeugt. In der Nähe dieser Antenne, vorzugsweise an dem Reflektor dieser Antenne selbst befestigt, sind weitere Antennen angeordnet, die Diagramme geringerer Reichweite erzeugen. Diese zusätzlichen Antennen können gemäßIn the directional antenna arrangement according to the invention, the conventional bundling is used with an antenna Largest reach diagram generated. In the vicinity of this antenna, preferably on the reflector of this If the antenna itself is attached, there are additional antennas that generate diagrams of shorter range. These additional antennas can according to

809 597/413809 597/413

der Erfindung relativ klein sein, da man, wie im folgenden gezeigt wird, für diese Diagramme in der Ebene, in der die scharfe Bündelung, d. h. also im Normalfall in der Azimutebene, erforderlich ist, mit relativ geringen Bündelungen auskommt.of the invention be relatively small because, as will be shown below, for these diagrams in the Plane in which the sharp focus, d. H. so normally in the azimuth plane, is required with relatively small bundles.

Bei Diagrammen, die mit den bekannten Richtantennenanordnungen erzeugt werden, ist das Richtdiagramm in der Ebene der starken Bündelung keulenförmig, d. h., die Diagrammbreite nimmt bis zur maximalen Diagrammbreite etwa linear zu. Mit einem solchen Diagramm ist die Winkelauflösung eines Radargerätes für alle Entfernungen etwa gleich. Die Breitenauflösung ist jedoch für Objekte, die dem Radargerät nahe gelegen sind, besser als für Objekte, die weit vom Radargerät entfernt sind. Bei der erfindungsgemäßen Richtantennenanordnung wird bewußt auf die hohe Breitenauflösung für nahe gelegene Objekte verzichtet, da die Qualität einer Rundsichtanzeige durch die Teile der Anzeige, in denen die Auflösung am ungünstigsten ist, bestimmt wird. Man wählt deshalb bei der Erfindung für die Diagramme geringerer Reichweite die Bündelung derart, daß die maximale Diagrammbreite aller Diagramme etwa gleich der Diagrammbreite des Diagramms ist, welches die größte Reichweite hat. Dadurch wird die Breitenauflösung für alle Entfernungen gleich.In the case of diagrams that are generated with the known directional antenna arrangements, the directional diagram is club-shaped in the plane of strong bundling, d. i.e., the chart width increases up to maximum diagram width approximately linearly. With such a diagram the angular resolution is of a radar device for all distances roughly the same. However, the width resolution is for objects that conform to the Near the radar is better than for objects that are far from the radar. In the inventive Directional antenna arrangement is conscious of the high latitude resolution for nearby objects waived because the quality of a panoramic display through the parts of the display in which the Resolution is worst, is determined. One therefore chooses for the diagrams in the invention shorter range bundling in such a way that the maximum diagram width of all diagrams is approximately is equal to the diagram width of the diagram which has the greatest range. This will make the Width resolution the same for all distances.

Nachfolgend soll an Hand der Fig. 1 bis 4 die Erfindung näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt die Seitenansicht eines in der Vertikalebene stark aufgespreizten Antennendiagramms, das mit einer erfindungsgemäßen Richtantennenanordnung erzeugt wird, für ein Radargerät, das stark erhöht, beispielsweise auf der Kante einer Steilküste, aufgestellt ist. Durch das Radargerät soll die See nicht nur in großer Entfernung, sondern auch in der Nähe abgetastet werden. Bei Verwendung eines Radargerätes, welches eine symmetrische Antennenkeule, wie z. B. die Keule 1 in Fig. 1, aufweist, werden nur weite Entfernungsbereiche erfaßt. Gemäß der Erfindung ist eine zweite Antenne zur Erzeugung des Diagramms 2 für die mittleren Entfernungsbereiche und eine dritte Antenne zur Erzeugung eines Diagramms 3 zur Erfassung der Nahbereiche vorgesehen. Das wirksame Gesamtdiagramm setzt sich aus der Summe der Einzeldiagramme 1, 2 und 3 zusammen. In der Fig. 2 ist das Horizontaldiagramm dieser Antennenanordnung dargestellt. Die Bündelungen der Antennen zur Erzeugung der Antennendiagramme 2 und 3 sind nur schwach, da man bewußt zuläßt, daß die maximale Diagrammbreite der Diagramme 2 und 3 in der Ebene der scharfen Bündelung nicht kleiner sein braucht als die maximale Diagrammbreite des Diagramms 1 mit der größten Reichweite.The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Fig. 1 shows the Side view of an antenna diagram that is widely spread in the vertical plane and that is produced with an inventive Directional antenna arrangement is generated for a radar device that increases greatly, for example on the edge of a cliff. With the radar device, the sea should not only be at a great distance, but can also be scanned in the vicinity. When using a radar device which has a symmetrical antenna lobe, such as B. the club 1 in Fig. 1, only large distance ranges are detected. According to the invention is a second Antenna for generating diagram 2 for the middle distance ranges and a third antenna provided for generating a diagram 3 for recording the close-up areas. The effective overall diagram is made up of the sum of the individual diagrams 1, 2 and 3. In Fig. 2 this is Horizontal diagram of this antenna arrangement is shown. The bundling of the antennas for generation antenna diagrams 2 and 3 are only weak, since one consciously allows the maximum Diagram width of diagrams 2 and 3 need not be smaller in the plane of sharp bundling than the maximum diagram width of diagram 1 with the greatest range.

Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Richtantennenanordnung, welches beispielsweise zur Erzeugung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Diagramms dient, ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Frontansicht dieser erfindungsgemäßen Richtantennenanordnung zeigt die Fig. 3, die Seitenansicht die Fig. 4. Die Richtantennenanordnung zur Erzeugung der Keule größter Reichweite besteht aus einem Reflektor, der infolge seiner großen Breitenabmessungen in der Horizontalebene scharf und wegen seiner geringeren Höhenabmessungen in der Vertikalebene weniger scharf bündelt Zur Ausleuchtung des Reflektorspiegels 4 ist im Brennpunkt ein Hornstrahlerreger 5 vorgesehen. Der Erreger 5 wird über eine Hohlrohrleitung 6 gespeist. Die Innenwände des Hornstrahlers 5 sind derart ausgebildet, daß die in den Hornstrahler gelangende oder von der Hohlrohrleitungö kommende Energie um 180° umgelenkt wird. Natürlich sind an Stelle eines solchen Erregers alle möglichen anderen Erregerformen, wie z. B. Dipole oder Hornstrahler, die über eine vor dem Reflektorspiegel verlaufende Leitung gespeist werden, anwendbar. Zur Erzeugung des Diagramms 2 (s. Fig. 1 und 2) ist an der oberen Kante des Reflektorspiegels 4 ein weiterer, in seiner Breite parabolisch gekrümmter Reflektor 7, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit rechteckiger Apertur, vorgesehen. Wegen der relativ geringen vertikalen Bündelung sind die Abmessungen dieses Reflektors in der Vertikalen klein. Wegen der auch in der Horizontalebene geringen Bündelung, wenigstens verglichen mit der Bündelung des Diagramms 1, können auch die Breitenabmessungen verhältnismäßig klein gewählt sein. Zur Erregung des Reflektorspiegels 7 ist ähnlich wie für die Hauptrichtantennenanordnung ein Hornstrahlerreger 8 mit einer Hohlrohrantennenzuleitung 9 vorgesehen. Zur Erzeugung des Diagramms 3 ist an der Unterkante des Reflektorspiegels 4 ein weiterer kleiner Reflektorspiegel 10 vorgesehen, dessen Horizontalabmessungen wegen der noch geringeren Bündelung des Diagramms 3 noch kleiner gewählt sind als die des Reflektors 7. Zur Erregung des Reflektors 10 dient ein Hornstrahler 11, der an eine Hohlrohrleitung 12 angeschlossen ist. Die Hohlrohrleitungen 6, 9 und 12 sind an eine Zuführungsleitung 13 angeschlossen, die zum Eingang des Radargerätes führt. Die Erreger 8 und 11 können weniger fest an die Energieleitung 13 angeschaltet sein als die Hohlrohrleitung 6, so daß die Nebendiagramme 2 und 3 allein wegen der geringeren Energie, die den Nebenantennen zugeführt wird, geringere Reichweite aufweisen.An embodiment of a directional antenna arrangement according to the invention, which, for example, for Generating the diagram shown in FIGS. 1 and 2 is shown in FIGS. 3 and 4. the The front view of this directional antenna arrangement according to the invention is shown in FIG. 3, the side view in FIG Fig. 4. The directional antenna arrangement for generating the longest range lobe consists of a reflector, which due to its large width dimensions in the horizontal plane sharp and because of its smaller Less sharply bundled height dimensions in the vertical plane For illuminating the reflector mirror 4, a horn exciter 5 is provided at the focal point. The exciter 5 is a Hollow pipe 6 fed. The inner walls of the horn antenna 5 are designed such that the in Energy reaching the horn or coming from the hollow pipe is deflected by 180 °. Of course, instead of such a pathogen, all possible other forms of pathogen, such as z. B. Dipoles or horn antennas, which are fed via a line running in front of the reflector mirror, can be used. In order to generate the diagram 2 (see FIGS. 1 and 2) there is a 4 on the upper edge of the reflector mirror further reflector 7, which is parabolically curved in its width, in the present exemplary embodiment with rectangular aperture, provided. Because of the relatively low vertical bundling, the dimensions are this reflector is small in the vertical. Because of the low level of bundling, even in the horizontal plane, at least compared to the bundling of diagram 1, the width dimensions can also be proportionate be chosen small. The excitation of the reflector mirror 7 is similar to that for the main directional antenna arrangement a horn exciter 8 with a hollow tube antenna feed line 9 is provided. To the generation of diagram 3 is a further small reflector mirror at the lower edge of the reflector mirror 4 10 is provided, the horizontal dimensions of which are due to the even lower bundling of diagram 3 are chosen to be even smaller than that of the reflector 7. A horn antenna is used to excite the reflector 10 11, which is connected to a hollow pipeline 12. The hollow pipes 6, 9 and 12 are connected to a supply line 13 connected, which leads to the entrance of the radar device. The pathogens 8 and 11 can be connected less firmly to the power line 13 than the hollow pipe 6, so that the secondary diagrams 2 and 3 solely because of the lower energy that is fed to the secondary antennas, have a shorter range.

Überlappen sich Bereiche der einzelnen Diagramme, dann empfiehlt es sich, die Antennen der Richtantennenanordnung bezüglich der Hochfrequenz gleichphasig zu erregen, um tote Zonen durch Interferenzen in den Überlappungsbereichen zu vermeiden. Es ist notwendig, daß die verschiedenen Antennen die auszusendenden Signale gleichzeitig abstrahlen bzw. die in mehreren Einzeldiagrammen empfangenen Echosignale gleichzeitig dem Empfängereingang zuführen. Zu diesem Zweck müßten theoretisch die Antennenzuleitungen zwischen dem Radargerät und den Antennen elektrisch gleich lang sein. Die Entfernungsauflösung der Radargeräte ist jedoch im allgemeinen so gering, daß sich Längenunterschiede der Antennenzuleitungen von einigen Metern noch nicht störend bemerkbar machen.If areas of the individual diagrams overlap, it is advisable to use the antennas of the directional antenna arrangement to excite in phase with respect to the high frequency in order to avoid dead zones due to interference to be avoided in the overlapping areas. It is necessary that the various antennas support the Simultaneously emit signals to be transmitted or those received in several individual diagrams Feed echo signals to the receiver input at the same time. For this purpose, the antenna feed lines would theoretically have to be of the same electrical length between the radar and the antennas. However, the range resolution of the radars is generally so small that differences in length of the antenna feed lines of a few meters are not yet disturbing to make noticable.

Die räumliche Anordnung der Antennen kann natürlich beliebig variiert werden. So ist es z. B. möglich, die Nebenantennen seitlich oder alle unterhalb oder oberhalb vom Hauptreflektor anzuordnen.The spatial arrangement of the antennas can of course be varied as desired. So it is z. B. possible to arrange the secondary antennas laterally or all below or above the main reflector.

An Stelle der im Ausführungsbeispiel dargestellten Reflektoren mit Erregerantennen können gemäß der Erfindung auch ähnlich winkelversetzt mehrere Linsenantennen vorgesehen sein.Instead of the reflectors with excitation antennas shown in the exemplary embodiment, according to FIG In accordance with the invention, a plurality of lens antennas can also be provided at a similar angle.

Claims

Patent claims:

1. Directional antenna arrangement for generating a diagram, the shape of which in the sense of a better Illumination of a given part of the room in a plane deviates from the club shape, for a Panoramic radar device, characterized in that the diagram consists of the different in size Club-shaped individual diagrams of several simultaneously radiating, in the effect of one another is composed largely of independent antennas and that the bundles of

Antennas are chosen such that in the plane which is perpendicular to the plane in which the shape of the diagram deviates from the lobe shape, the maximum diagram widths of the other antennas at least approximately equal to the maximum diagram width of the individual diagram the greatest reach.

2. Directional antenna arrangement according to claim 1, characterized in that the antennas are different are strongly coupled to the input of the radar device.

Considered publications:
German patent specification No. 894 718.

1 sheet of drawings