DE1273619B - Antennensystem fuer eine Sekundaerradaranlage - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4B07TWl· PATENTAMT Int. Cl.:

GOIs

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 a4 - 48/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 73 619.5-35 (T 31264)

28. Mai 1966

25. Juli 1968

Die Erfindung betrifft ein Antennensystem für eine Sekundärradaranlage, das aus einer Abfrage- und einer Kontrollantenne besteht.

Die Abfrageantenne einer Sekundärradaranlage ist üblicherweise eine mit der Primärantenne der Radaranlage synchron schwenk- oder rotierbare Richtantenne mit der gleichen Hauptstrahlungsrichtung, die die Primärantenne besitzt. Fig. 1 zeigt in Seiten- und Vorderansicht den Aufbau derartig kombinierter Richtantennen, von denen mit 1 die Primärantenne, die dem gerichteten Senden und Empfangen der Radarsignale zur Zielortung dient, und mit 2 die Abfrageantenne bezeichnet sind, über die gerichtet die Abfragesignale für die in den Zielen vorgesehenen Transponder aussendbar und deren Antwortsignale empfangbar sind. Mit 3 sind mechanische starre Verbindungsmittel und mit 4 das Drehgestell symbolisiert, mittels dessen beide Richtantennen synchron derart im Azimut schwenk- oder rotierbar sind, daß die Hauptachsen der Richtdiagramme beider Richtantennen immer gleichgerichtet sind.

Das Richtdiagramm der Abfrageantenne 2 in der Azimutebene ist in F i g. 2 in Polarkoordinatendarstellung durch die ausgezogene Linie gezeigt und mit 5 bezeichnet. Es weist — wie gezeigt — unvermeidbare Nebenzipfel auf, die ein unerwünschtes Antworten von Transpondern zur Folge haben können, welche in relativ nahe am Ort der Sekundärradaranlage, jedoch nicht im augenblicklichen Bereich der Hauptkeule des Richtdiagramms 5 befindlichen Ziele vorgesehen sind.

Zum Vermeiden dieses Nachteils ist es unter dem Begriff Nebenzipfelunterdrückung bekannt, zusätzlich zur Abfrageantenne eine Kontrollantenne vorzusehen, deren typisches azimutales Richtdiagramm ein Kreisdiagramm ist. Dieses Kreisdiagramm, das zweckmäßigerweise zum Vermeiden einer Nahzielunterdrückung in Hauptstrahlungsrichtung des Richtdiagramms 5 der Abfrageantenne zusätzlich einen Einzug aufweist, ist in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet und mit 6 bezeichnet.

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild der Abfrage- und Kontrollantenne nebst zugehöriger Schaltungsanordnungen einer bekannten Sekundärradaranlage (Bericht der Firma Stewart-Warner Electronics, »Analysis and Comparison of the Setrin and Stewart-Warner ATC Radar Beacon Interrogation Path Side Lobe Suppression Reflection Suppression Systems«, Januar 1960), die angenähert Richtdiagramme nach Fig. 2 besitzt. Zu deren Erzeugung ist bei ihr mitten über der Abfrageantenne 2, die eine Balkenantenne ist, ein Rundstrahler 7 angeordnet, der von einem Kontroll-Antennensystem für eine Sekundärradaranlage

Anmelder:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
7900 Ulm, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:

Heinz Brunner, 8870 Günzburg

impulsgenerator 8 gespeist wird. Dieser Generator ist außerdem über einen Phasenschieber 9, ein gegebenenfalls einstellbares Dämpfungsglied 10 und einen Richtkoppler U, in dessen Symbol in Fig. 3 durch einen Pfeil die Übertragungsrichtung gezeigt ist, mit

ao dem Speisepunkt der Abfrageantenne 2 verbunden. Der Phasenschieber 9 ist so einzustellen, daß ein Kontrollimpuls aus dem Generator 8 über die Abfrageantenne 2 mit einer Phasenverschiebung von 180° zu dem gleichen, gleichzeitig über die Kontrollantenne, d. h. den Rundstrahler 7 ausgestrahlten Sendeimpuls abgestrahlt wird; dann ergibt sich als resultierendes azimutales Feldstärkediagramm das Kontrolldiagramm 6 nach F i g. 2.

Die Einzugtiefe dieses Diagramms ist mit dem Dämpfungsglied 10 einstellbar, dessen Dämpfung in der Größenordnung der Differenz der Antennengewinne der Abfrage- und Kontrollantenne von 20 db liegt. An Stelle der getrennten Impulsgeneratoren 8 und 12 werden häufig ein gemeinsamer Sender und Generator verwendet.

Mittels der Anordnung nach F i g. 3 werden vor jedem Abfrageimpuls P₃ zwei Vorimpulse P₁ und P₂ abgestrahlt. Die gegenseitigen zeitlichen Abstände aller drei Impulse sind vorgegeben, und außerdem enthalten alle Impulse eine vorgegebene Codierung. Die Impulse P₁ und P₃ werden vom Impulsgenerator 12 und der Impuls P₂ vom Kontrollimpulsgenerator 8 erzeugt. In den Transpondern sind Mittel vorgesehen, die bewirken, daß die Transponder nur dann ein codiertes Antwortsignal auf jeden Abfrageimpuls P₃ aussenden, wenn in ihnen alle drei Impulse P₁ bis P₃ beispielsweise gemäß dem Amplituden Zeit-Diagramm der Fig. 4 empfangen worden sind, wobei sich die Impulse P₁ und P₂ amplituden-

mäßig auf der Sendeseite nicht, durch die verschiedenen Antennengewinne der Kontroll- und Abfrageantenne auf der Empfangsseite, d. h. beim Transpon-

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der zur Auslösung dessen Antwortsignals jedoch Abfrageantenne, die gegenphasig mit der Kontrollmindestens in der Größenordnung -von 9 db unter- antenne zusammenschaltbar sein muß.

scheiden. Die über die Abfrageantenne 2 empfange- Diese Aufgabe wird im Sinn der Erfindung danen Antwortsignale werden mittels der Anordnung durch gelöst, daß die Kontrollantenne seitlich neben 13 ausgewertet und/oder angezeigt. Beim gezeigten 5 der Richtantenne angeordnet ist, daß die Kontroll-

Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung ist die Amplitu- antenne aus einem Rundstrahler und einer weiteren

dendifferenz von mindestens 9 db über einen Winkel- Richtantenne besteht, daß die weitere Richtantenne

bereich von 7,5° gewährleistet. die gleiche Hauptstrahlrichtung besitzt wie die Ab-

Nachteilig an der vorstehend beschriebenen be- frageantenne und daß die weitere Richtantenne mit kannten Sekundärradaranlage ist die durch das Über- 10 dem Rundstrahler zum Erzeugen des Einzuges in einanderstehen der Kontroll- und Abfrageantenne 2 dessen Strahlungsdiagramm mittels eines Phasen- und 7 bedingte prinzipielle Unmöglichkeit, den Ein- Schiebers und eines einstellbaren Dämpfungsgliedes zug des Kontrolldiagramms 6 unabhängig vom EIe- gegenphasig zusammengeschaltet ist.
vationswinkel zu halten. So ergibt sich bereits bei An Hand der Fig. 5 seien nunmehr vorteilhafte einem Elevationswinkel von 30° und einem gegen- 15 Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen beseitigen praktisch kaum unterschreitbaren Abstand schrieben. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in der Phasenzentren der Abfrage- und der Kontroll- allen Abbildungen gleiche Teile, die in der Regel antenne von einer Betriebswellenlänge ein Phasen- nicht mehrfach beschrieben werden,
unterschied der über die beiden Antennen ausge- Fig. 5 zeigt eine Anordnung, die eine im Sinn der strahlten ImpulseP₂ von 0°, wodurch unter diesem 20 Erfindung abgeänderte Anordnung nach Fig. 3 dar-Elevationswinkel der Einzug im Richtdiagramm 6 in stellt und deren Nachteile vermeidet. Der Richtkoppsein Gegenteil, einen »Buckel«, verwandelt wird und Ier 11 entfällt hierbei; dafür ist die Kontrollantenne die Transponder in Nahzielen nicht abfragbar sind, neben der Abfrageantenne 2 angeordnet, und sie besoweit die Nahziele sich innerhalb eines gewissen steht aus einem Rundstrahler T und einem zusätz-Bereiches um diesen Elevationswinkel befinden. 25 liehen Richtstrahler 14 beliebiger, an sich bekannter Außerdem weisen die Kontroll- und die Abfrage- Art. Alle drei Antennen 2, T und 14 sind, wie durch antenne infolge ihrer unterschiedlichen Höhen in der die doppelten Verbindungslinien angedeutet ist, mit-Elevationsebene unterschiedliche Aufzipfelungen einander mechanisch starr gekoppelt und um die lotihrer Strahlungscharakteristiken auf, was auch die rechte Mittenachse der Abfrageantenne 2 gemeinsam Nebenzipfelunterdrückung gefährdet. Ein weiterer 30 rotier- oder schwenkbar. Die Abfrageantenne 2 ist Nachteil liegt in dem in der Azimutebene für viele von der Kontrollantenne (Antennen T und 14) elekpraktische Anwendungsfälle zu engen Einzugsbereich irisch völlig getrennt, was den elektrischen Aufbau des Kontrolldiagramms 6 der bekannten Sekundär- vorteilhaft vereinfacht. Der Phasenschieber 9 ist wieradaranlage; beispielsweise lassen sich mit ihr die derum so einzustellen, daß die von den Antennen 7' derzeit für die in der Bundesrepublik Deutschland 35 und 14 abgestrahlten Signale gegenphasig sind. Mit geplanten Sekundärradaranlagen amtlicherseits auf- dem Dämpfungsglied 10 ist wiederum die Einzuggestellten Forderungen nicht erfüllen, bei einer Ro- tiefe des Kontrolldiagramms regelbar,
tationsgeschwindigkeit der Antennen im Azimut von Fig. 6 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel 24 Umdrehungen pro Minute und bei sogenanntem eines Rundstrahlers, der besonders bei der Anord-Drei-Mode-Interlace-Betrieb (z. B. 1. Kennung, 2. 40 nung nach F i g. 5 als Antenne T vorteilhaft verHöhe, 3. ziviles oder militärisches Ziel) für Luftfahr- wendbar ist. Er besteht aus einer leitenden Bodenzeuge als Ziele eine Mindesttrefferzahl von 7 zu ga- platte 15, durch deren zentrale Bohrung als Speiserantieren, leitung ein Koaxialkabel mit dem Außenleiter 16 und

Neben an Stelle über der Abfrageantenne 2 kann dem Innenleiter 17 ragt. Der Außenleiter endet am

die Kontrollantenne 7 zur Vermeidung der erwähn- 45 oberen Teil eines aus elektrisch leitendem Material

ten unterschiedlichen Aufzipfelungen der Strahlungs- bestehenden Rohres 18, durch das das Koaxialkabel

Charakteristiken erfolgreich nicht angeordnet werden, zentral in Längsrichtung geführt ist. Zwischen dem

da sonst die Phasenzentren der beiden Antennen in Außenleiter 16 und dem Rohr 18 besteht eine elek-

der Azimutebene einen derart großen gegenseitigen trisch leitende Verbindung. Weiterhin ist ein weite-

Abstand bekommen würden, der einen undiskutabel 50 res elektrisch leitendes Rohr 19 vorgesehen, das me-

engen Einzug in der Azimutebene des Kontrolldia- chanisch durch einen elektrisch isolierten Stützring

gramms zur Folge haben würde. 20 verbunden ist und mit dem Rohr 18 in Verbin-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die dung mit der Bodenplatte 15 einen unsymmetrischen

vorerwähnten Nachteile bei einem Antennensystem Vertikaldipol bildet. Mit dem Koaxialkabel ist das

für eine Sekundärradaranlage zu vermeiden, das aus 55 Rohr 19 durch elektrischen Anschluß des Innenlei-

einer Abfrage- und einer Kontrollantenne besteht, ters 17 an eine Justierschraube 21 verbunden. Mit 22

wobei die Abfrageantenne eine Richtantenne und die ist ein Dichtungsring und mit 23 ein Radom an sich

Kontrollantenne eine Rundstrahlantenne sind und bekannter Art bezeichnet.

wobei das Strahlungsdiagramm der Rundstrahlan- Als Richtantenne 14 wird bei der Anordnung nach tenne in Hauptstrahlungsrichtung der Richtantenne 60 Fig. 5 zweckmäßig eine logarithmisch periodische einen Einzug zum Vermeiden einer Nahzielunter- Antenne verwendet. Ist der Einzug des Kontrolldiadrückung aufweist. Wesentlich für die Erfindung ist gramms dabei zu weit, ist es zweckmäßig, zwei oder die Erkenntnis, daß für einen praktisch ausreichend mehrere nebeneinander angeordnete logarithmisch weiten, d. h. nicht zu engen Einzug des Kontrolldia- periodische Antennen als Antenne 14 vorzusehen,
gramms 6 in der Azimutebene ein kleiner seitlicher 65 In Fig. 7 ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel gegenseitiger Abstand der Phasenzentren der Kon- der Erfindung gezeigt, daß in wesentlichen Teilen mit troll- und der Abfrageantenne erforderlich ist und demjenigen nach Fig. 5 übereinstimmt. Zur Erhöweiterhin ein relativ breites Richtdiagramm 5 der hung der Bündelungsschärfe der Abfrageantenne ist

bei diesem Ausführangsbeispiel jedoch ein an sich bekannte Antenne in Form einer Reihe von achtundzwanzig logarithmisch-periodischen Dipolen 2' vorgesehen, die nach dem Summe-Differenz-Prinzip in Verbindung mit der Hybridanordnung vierundzwanzig Summen- und Differenzsignale Δ und Σ über Summen- Differenzdiagramme zu erzeugen gestattet, die einmal durch gleichphasige und das andere Mal durch gegenphasige Speisung der beiden Antennenhälften der Schlitzantenne 2' erzeugt werden. Um mit einer nur zweikanaligen Drehkopplung 25 auskommen zu können, sind beim Ausführangsbeispiel der Erfindung nach F i g. 7 an sich bekannte Frequenzweichen 25 und 26 vorgesehen. Die Zahlen 1030 und 1090 beziehen sich auf die Abfragefrequenz 1030 MHz bzw. die Antwortfrequenz 1090MHz.

Wollte man die Summe-Differenz-Technik bei der bekannten Anordnung nach F i g. 3 anwenden, so ergäbe sich eine Schaltung, die in F i g. 8 gezeigt ist und die drei Kanäle in der Drehkopplung 25 der an Stelle der zwei Kanäle in der Drehkopplung 25 (F i g. 7) benötigt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Antennensystem für eine Sekundärradaranlage, das aus einer Abfrage- und einer Kontrollantenne besteht, wobei die Abfrageantenne eine Richtantenne und die Kontrollantenne eine Rundstrahlantenne sind und wobei das Strahlungsdiagramm der Rundstrahlantenne in Hauptstrahlungsrichtung der Abfrageantenne einen Einzug zum Vermeiden einer Nachzielunterdrückung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollantenne (7) seitlich neben der Abfrageantenne (2) angeordnet ist, daß die Kontrollantenne (7) aus einem Rundstrahler (7') und einer weiteren Richtantenne (14) besteht, daß die weitere Richtantenne (14) die gleiche Hauptstrahlrichtung besitzt wie die Abfrageantenne (2) und daß die weitere Richtantenne (14) mit dem Rundstrahler zum Erzeugen des Einzuges in dessen Strahlungsdiagramm (6) mittels eines Phasenschiebers (9) und eines einstellbaren Dämpfungsgliedes (10) gegenphasig zusammengeschaltet ist.

2. Antennensystem nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundstrahler (7') aus einem vertikal gerichteten Dipol (18, 19) und einer horizontalen leitenden Bodenplatte (15) besteht.

3. Antennensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Richtungsstrahler (14) mindestens eine logarithmisch periodische Antenne ist.

4. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Abfrageantenne (2) eine an sich bekannte Hybridanordnung (24) angeschlossen ist, mittels derer im Empfangsfall Signale (P_Eσ, Pea) über ^em Summen- und Differenzdiagramm der Abfrageantenne, gewinnbar sind und daß eine an sich bekannte Schaltungsanordnung zur Auswertung dieser Signale im Sinn einer Diagrammverschärfung vorgesehen ist.

5. Antennensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Weiche (Diplexer) (25) vorgesehen ist, an die einerseits die Kontrollantenne (T, 14) und andererseits derjenige Ausgang der Hybridanordnung (24) angeschlossen sind, an dem die Signale des Differenzdiagramms auftreten, und daß in der Schaltungsanordnung ein weiterer Diplexer (26) zur Trennung der zwischen den beiden Diplexern einkanalig übertragbaren Signale vorgesehen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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