DE1541462C3 - Richtantennensystem für Radargeräte - Google Patents

Description

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Antennendiagrammrichtungen voneinander verschie- F i g. 9 eine zweidimensionale Darstellung einer

den sind. weiteren Ausführungsform des Richtantennensystems,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein das im Unterschied zu der Ausführungsform nach Richtantennensystem der einleitend angegebenen F i g. 1 mit einem Sende-Primärstrahlersatz arbeitet, Gattung zu schaffen, bei dem die Sende-Empfangs- 5 F i g. 10 ein Zeitdiagramm eines Teiles der in der Umschaltung durch elektronische Umschaltung des Ausführungsform nach F i g. 9 verarbeiteten Signale, oder der für das Senden bzw. für den Empfang die- wobei die obere Darstellung die gesendeten Impulse, nenden Brennpunkte der Richtantenne geschieht. die mittlere Darstellung das Winkelkorrektursignal

Diese Aufgabe ist bei dem eingangs genannten für die Lage der einzelnen Primärstrahler und die Richtantennensystem erfindungsgemäß dadurch ge- ίο untere Darstellung das gesamte Winkelsignal veranlöst, daß eine erste Gruppe von Steuergliedern vor- schaulicht,

gesehen ist, die in Abhängigkeit von den Radar- Fig. 11 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung

impulsen die Phasenschieber derart einstellen, daß des Winkelkorrektursignals, für eine weitere Ausfühdie von ihnen beeinflußte wellenfokussierende Anord- rungsform,

nung ihre Wellen entweder auf einen Sende-Primär- 15 Fig. 12 ein Blockdiagramm eines digitalen Steuerstrahlersatz oder einen Empfangs-Primärstrahlersatz gerätes für die in F i g. 9 dargestellte Ausführungsrichtet und eine mit der ersten Gruppe zusammen- form des Richtantennensystems,
wirkende zweite Gruppe von Steuergliedem vorge- Fig. 13 das Blockschaltbild eines Rechners zur

sehen ist, die die Phasenschieber so einstellen, daß Gewinnung und Abgabe des Winkelkorrektursignals die von ihnen beeinflußte wellenfokussierende An- ao an das Steuergerät nach Fig. 12,
Ordnung ein vorbestimmtes Sende-Antennendiagramm Fig. 14 eine zweidimensionale Darstellung einer

bzw. Empfangs-Antennendiagramm liefert. weiteren Ausführungsform des Richtantennensystems

Diese Ausbildung des Richtantennensystems hat nach der Erfindung, bei der die wellenfokussierende den Vorteil, daß zufolge der Trennung der Aufgaben Anordnung als Reflektor arbeitet,
der Primärstrahler sowohl die Sende-Primärstrahler 35 Eine erste Ausführungsform des Richtantennenais auch die Empfangs-Primärstrahler optimal an systems nach der Erfindung ist in stark vereinfachter ihren jeweiligen Verwendungszweck angepaßt werden Weise in F i g. 1 dargestellt. Im Beispiel sind ein können. Gleichzeitig entfällt die bisher bei einem Sende-Primärstrahlerl und Empfangs-Prmiärstrahler 2 einzigen Primärstrahler für Senden und Empfang not- als Hornstrahler dargestellt. Statt der Hornstrahler wendige Sende-Empfangs-Weiche mit ihren bekann- 30 kann aber auch jede andere geeignete Strahlungsten Problemen hinsichtlich Durchgangsdämpfung und quelle verwendet werden, die im wesentlichen Kugel-Entkopplung sowie die an Stelle einer derartigen wellen abgibt oder aufnimmt, wobei die Mittelpunkte Weiche häufig verwendeten, insbesondere bei hohen bzw. Brennpunkte mit Fl und Fl bezeichnet sind. Sendeleistungen sehr aufwendigen Sende-Empfangs- Im Strahlungsfeld vor dem Primärstrahler liegt

Leistungsumschalter. 35 eine wellenfokussierende Anordnung 3, deren Aufin der Zeichnung ist das Richtantennensystem nach gäbe darin besteht, die von dem Primärstrahler 1 der Erfindung an Hand von beispielsweise gewählten kommenden Kugelwellen in ebene Wellen mit wähl-Ausführungsformen und vorteilhaften Weiterbildun- barer Fortpflanzungsrichtung umzuwandeln sowie gen sowie an Hand von erläuternden Diagrammen umgekehrt aus einer wählbaren Richtung empfangene vereinfacht dargestellt. Es zeigt 40 ebene Wellen in Kugelwellen umzuwandeln, die auf

F i g. 1 eine zweidimensionale schematische Dar- den Empfangs-Primärstrahler 2 gerichtet sind und im stellung einer ersten Ausführungsform des Rieht- Punkt F 2 gebündelt werden. Die wellenfokussierende antennensystems nach der Erfindung unter Verwen- Anordnung 3 besteht aus einer ersten Strahlerelemendung je eines Sende-Primärstrahlers und Empfangs- tenanordnung 4 auf der den Primärstrahlern 1, 2 zu-Primärstrahlers, 45 gewandten Seite und einer zweiten Strahlerelementen-

F i g. 2 eine Darstellung des geometrischen Strah- anordnung S auf der von den Primärstrahlern abgelenverlaufs bei der Ausführungsform des Richtanten- wandten Seite. Im Ausführungsbeispiel verlaufen die nensystems nach F i g. 1, Strahlerelementenanordnungen eben und senkrecht

F i g. 3 ein Diagramm der Radar-Tastimpulse und zur Zeichenebene. Sie können jedoch in Abhängigder Phasenschiebereinstellungen eines typischen Pha- 50 keit von den gewünschten Eigenschaften auch andere senschiebers der wellenfokussierenden Anordnung räumliche Ausbildungen besitzen,
während zweier aufeinanderfolgender Tastzyklen, Jede der Strahlerelementenanordnungen 4, 5 be-

F i g. 4 eine vereinfachte perspektivische Darstel- steht aus Strahlerelementen, beispielsweise Hornlung der wellenfokussierenden Anordnung des Rieht- Strahlern 41 bis An bzw. 51 bis Sn. Statt der Hornantennensystems, 85 strahler können beispielsweise auch Dipole verwendet

F i g. 5 ein Blockschaltbild eines digitalen Phasen- werden. Die Strahlerelemente ein und derselben Anschiebers, der aus in Serie geschalteten und einzeln Ordnung sind vorzugsweise untereinander vom gleisteuerbaren Phasenschieberstufen besteht und sich chen Typ. Dagegen können beispielsweise die Strahzur Verwendung in dem Richtantennensystem nach lerelemente der Anordnung 4 von denjenigen der der Erfindung eignet, ' 60 Anordnung 5 hinsichtlich des Typs abweichen. Die

F i g. 6 eine vereinfachte perspektivische Darstel- einander zugeordneten Strahlerelemente der beiden lung einer Phasenschieberstufe der in F i g. 5 verwen- Anordnungen sind über je einen Phasenschieber mitdeten Art, die als Hybridverzweigung ausgebildet ist, einander verbunden. Das Strahlerelement 41 der An-F i g. 7 ein Blockschaltbild eines digital arbeiten- Ordnung 4 ist somit über den Phasenschieber 61 mit

den Steuergerätes zur Steuerung der wellenfokussie- 65 dem Strahlerelement 51 der Anordnung 5 verbunden, renden Anqrdnung des Systems nach der Erfindung, das Strahlerelement 42 über Phasenschieber 62 mit F i g. 8 ein Blockschaltbild eines Bestandteiles des dem Strahlerelement 52 usw. Die Phasenschieber

Steuergerätes nach F i g. 7, können ihrerseits mit den zugehörigen Strahler-

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elementen über Koaxialleitungen oder Hohlleiter ver- zu der vorgegebenen Ebene gleicher Phase P1 als

bunden sein. Strahlen rl, rl verlaufen, sich im Brennpunkt des

Die Phasenschieber 61 bis 6 η sind elektrisch ein- Empfangs-Primärstrahlers2 vereinigen. Die geometri-

stellbar, so daß durch geeignete Einstellung der Pha- sehen Bedingungen, die sich aus der gewünschten Um-

senverschiebung der durch den jeweiligen Phasen- 5 schaltung gemäß der Erfindung ergeben, lassen sich

schieber hindurchlaufenden elektromagnetischen am besten an Hand der schematischen Darstellung

Welle erreicht werden kann, daß eine von dem Pri- in Fig. 2 erläutern.

märstrahier 1 kommende und von den Strahler- In dieser Darstellung ist die Zielrichtung E durch

elementen der Anordnung 4 aufgenommene Kugel- ihren mit der Achse x'x des Sende-Primärstrahlers 1

welle von den Strahlerelementen der Anordnung 5 io eingeschlossenen Winkel S definiert, wobei hier der

als ebene Welle in vorgeschriebener Richtung abge- Einfachheit halber angenommen ist, daß diese Achse

strahlt wird. x'x mit der Achse der wellenfokussierenden Anord-

Im einzelnen bedeutet dies, daß die von dem nung 3 zusammenfällt. Wie noch gezeigt werden Brennpunkt Fl des Primärstrahlers 1 ausgehenden wird, wird durch diese vereinfachende Annahme die Kugelwellen in ebene Wellen parallel zu einer gege- 15 allgemeine Gültigkeit der Ergebnisse der Analyse benen Ebene P1, die senkrecht zur Zeichenebene ver- nicht eingeschränkt. Mit « ist der Winkel bezeichnet, läuft, umgewandelt werden müssen. Betrachtet man unter dem die Strecke Fl F2 vom Mittelpunkt O der zwei beliebige Radien el und e2 der von dem Punkt Strahlerelementenanordnung 4 aus gesehen wird. Die Fl ausgehenden Primärstrahlung, so müssen die ent- Strahlerelementenanordnung 4 ist in einer hinreisprechenden primären elektromagnetischen Felder 20 chend großen Entfernung von den Primärstrahlern nach Absorption in den Strahlerelementen der An- angeordnet, daß die Strecke Fl F2 von jedem Punkt Ordnung 4 und nach Phasenverschiebung in den zu- der Anordnung 4 aus unter etwa dem gleichen Wingehörigen Phasenschiebern 6 durch die entsprechen- kel α gesehen wird. Wenn unter diesen Voraussetzunden Strahlerelemente der Anordnung 5 als zwei gen angenommen wird, daß die Phasenschieber 6 zu-Sendestrahlenisl und El wieder abgestrahlt werden, 25 nächst so eingestellt sind, daß die von dem Punkt Fl die senkrecht zu der Ebene P1 und folglich parallel ausgehenden Strahlen in Strahlen gebeugt werden, die zueinander verlaufen. Die Ebene Pl ist eine Ebene parallel zu der vorgegebenen Richtung E verlaufen, gleicher Phase für die abgestrahlten Wellen. Es er- welche ihrerseits senkrecht auf der Ebene gleicher gibt sich hieraus, daß die gestellte Bedingung erfor- Phasen Pl steht, dann ergibt sich aus dem Prinzip dert, daß die Phasenschieber 6 so eingestellt sind, 30 der Umkehrbarkeit der Fortpflanzung elektromagnedaß die Ausbreitungswege, wie z.B. (Fl)ABC und tischer Wellen, daß aus der Richtung E empfangene (Fl) KLM, alle gleich lang sind. Diese Bedingung Strahlen, wie beispielsweiseR, zurück in den Brennkann dadurch leicht erfüllt werden, daß alle Phasen- punktFl gebündelt wurden. Das Problem der Sendeschieber 61 bis 6 η in einer später noch zu beschrei- Empfangs-Umschaltung kann also dahingehend neu benden Art und Weise auf linear gestaffelte Phasen- 35 formuliert werden, daß für den Empfang die Phasenversehiebungswerte eingestellt werden. verschiebuugseigenschaften der wellenfokussierenden

Wie bereits erwähnt, muß die wellenfokussierende Anordnung 3 in der Weise neu eingestellt werden

Anordnung 3 auch ankommende ebene Wellen mit müssen, daß ankommende Strahlen wie z. B. R, die

einer zu einer vorgeschriebenen Ebene, beispielsweise aus der vorgegebenen Richtung E empfangen werden,

Pl, parallelen Wellenfront in konzentrische Kugel- 40 nun in den Brennpunkt F 2 des Empfangs-Primär-

wellen umformen, die auf den Brennpunkt F2 des Strahlers 2 gebündelt werden, d.h., daß ihre Aus-

Empfangs-Primärstrahlers 2 gerichtet sind, der hier trittswinkel aus der Strahlerelementenanordnung 4

von dem Sende-Primärstrahler 1 räumlich getrennt alle um den gemeinsamen Winkel α erhöht werden

ist. Üblicherweise wird das Antennensystem nach der müssen. Infolge des Reziprozitätsprinzips ist dies das-

Erfindung im allgemeinen zur Abstrahlung von Ener- 45 selbe wie die Aussage, daß die Neueinstellung der

gie in Richtung auf und zum Empfang von Energie Phasenverschiebung beim Empfang so geschehen

in Richtung von einem gemeinsamen Ziel verwendet muß, daß von dem Sendepunkt Fl ausgehende Strah-

werden, wie dies für Radargeräte die Regel ist. Es len in die Richtung E' umgelenkt würden, die um

ergibt sich daher das Problem, die Phasenschieber 6 den Winkel α von der vorgegebenen Richtung E ab-

so einzustellen, daß die gewünschte Sende-Empfangs- 5° weicht und senkrecht zu der Ebene gleicher Phase

Umschaltung erreicht wird. Das heißt, daß während P 2 verläuft, die mit der Ebene Pl wiederum den

des Sendens die Phasenschieber 6 alle so eingestellt Winkel α einschließt. Die erforderliche Bedingung für

sein müssen, daß die von Fl ausgehenden Kugelwel- die Sende-Empfangs-Umschaltung ist daher: Wenn

len in ebene Wellen umgewandelt werden, deren die wellenfokussierende Anordnung für die Abstrah-

Wellenfronten parallel zu einer vorgegebenen Ebene 55 lung in die durch den Winkel S definierte Zielrich-

Pl liegen, wohingegen während der Empfangszeiten tung eingestellt ist, muß sie für den Empfang in eine

die Phasenschieber 6 alle neu eingestellt werden müs- Richtung eingestellt werden, die durch den Winkel

sen, so daß die ankommenden ebenen Wellen, deren (5+α) definiert ist.

Wellenfronten parallel zur gleichen vorgegebenen Bei dem Richtantennensystem gemäß den F i g. 1

Ebene Pl verlaufen, in Kugelwellen umgewandelt 60 und 2 kann die wellenfokussierende Anordnung 3

werden, die auf den Punkt F 2 gebündelt sind. vertikal angeordnet sein, und die Primärstrahler J. 2

Zum Umwandeln der empfangenen ebenen Wellen können senkrecht übereinanderliegen. In diesem Fall

in Kugel wellen mit dem Brennpunkt F 2 müssen im würde der in Fig. 2 mit S bezeichnete Winkel, der

Sinne der vorstehend für den umgekehrten Fall ge- die Zielrichtung definiert, ein reiner Elevationswinkel

gebenen Erläuterung die Phasenschieber 6 so einge- 65 sein. Sind dagegen die Primärstrahler in einer hori-

stellt werden, daß alle Ausbreitungswege, wie etwa zontalen Richtung parallel zu der Ebene der Strahler-

Fl-GHl und Fl-NPQ, gleich lang werden, damit die elementenanordnungen 4 und 5 angeordnet, so ist der

Empfangsstrahlen, wie etwa Al, Rl, die senkrecht Winkel S ein Azimutwinkel. Es ist ohne weiteres er-

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sichtlich, daß die vorstehenden Ausführungen auch der entsprechenden Anordnungen 4, 5 verbindet. Der in den Fällen gültig sind, in denen der Zielwinkel S Phasenschieber besteht aus fünf in Serie geschalteten ein zusammengesetzter Winkel aus einer Azimutkom- Phasenschieberstufen 71 bis 75, deren jede einen ponente und einer Elevationskomponente ist, was bei- Sieuereingang 101 bis 105 besitzt, wobei jeder Steuerspielsweise der Fall wäre, wenn die Zielrichtung El 5 eingang mit einem zugehörigen Ausgang einer Digiaußerhalb der Ebene der Fig. 2 läge. Ebenso muß talSteuereinheit 8 verbunden ist. Jeder der Steuereindie die Brennpunkte verbindende Strecke FlFI nicht gänge 101 bis 1.05 erhält von der Steuereinheit 8 ein notwendig vertikal und parallel zu den Ebenen der Signal, das nur zwei diskrete Werte annehmen kann, Anordnungen 4, 5 verlaufen, wie dies vorstehend an- z. B. eine Gleichspannung der einen oder entgegengegenommen wurde, sondern sie kann in irgendeiner io setzten Polarität. Die Phasenschieberstufen 71 bis 75 gewünschten Richtung verlaufen, so daß der Winkel α arbeiten im allgemeinen alle nach dem gleichen Prinebenso wie der Zielrichtungswinkel E eine Azimut- zip und werden im Zusammenhang mit Fig. 6 bekomponente und eine Elevationskomponente besitzt. schrieben werden. Sie sind so aufgebaut, daß jede

F i g. 3 ist ein Zeitdiagramm, in dem oben Radar- Phasenschieberstufe der übertragenen elektromagnetastimpulse I dargestellt sind, die mit der Tastfolge- 15 tischen Energie keine Phasenverschiebung erteilt, dauer T von einem nicht dargestellten Radarsender wenn sie an ihrem Eingang 10 das eine Signal erhält, erzeugt werden, mit dem zusammen das hier beschrie- während sie der elektromagnetischen Energie eine bene Richtantennensystem verwendet wird. Das vorgegebene feste Phasenverschiebung erteilt, wenn untere Diagramm veranschaulicht die zeitlichen Ande- sie. an ihrem Steuereingang das andere Signal erhält, rungen der Phasenverschiebung φ_ρ, auf die ein typi- 20 Dabei erteilt im letzteren Fall jede Phasenschieberscher Phasenschieber 6, z.B. der Phasenschieber6p, stufe dem Signal eine Phasenverschiebung um einen eingestellt wird. Es ergibt sich daraus, daß der Pha- Wert, der (bezogen auf die eine Fortpflanzungsrichsenschieber auf einen ersten Wert <p„ j während einer tung) doppelt so groß oder (bezogen auf die entkurzen Zeit τ, innerhalb der der Radartastimpuls I gegengesetzte Fortpflanzungsrichtung) halb so groß auftritt, eingestellt ist, während er anschließend für 25 wie der Wert der Phasenverschiebung der vorherden Rest der Tastfolgedauer T auf einen davon ver- gehenden Stufe ist. So kann beispielsweise die erste schiedenen Wert <p_p2 eingestellt ist, um die Echo- Phasenschieberstufe 75 zweckmäßig den Phasenversignale oder Antwortsignale des Zieles zu empfangen. schiebungsgrundbeirag von 11,25° (oder π/16) be-Der Sende-Phasenverschiebungswinkel (j?p! jedes Pha- sitzen; die zweite Stufe 74 vermittelt eine Phasenversenschiebers, wie etwa 6 p, der wellenfokussierenden 3c Schiebung um den doppelten Betrag, also 22,5° (oder Anordnung ist kennzeichnend sowohl für die Lage ρ .-τ/8); die dritte Stufe 73 vermittelt die vierfache Phades Phasenschiebers in der Anordnung als auch für senverschiebung des Grundwertes, d. h. 45° (oder die gewählte und durch den Winkel 5 definierte Ziel- π/4); die vierte Stufe 72 bewirkt eine Phasenverschierichtung. Der Empfangs-Phasenverschiebungswinkel bung um das Achtfache des Grundbetrages, d. h. 90° Cp₁,., ist für denselben Phasenschieber einfach durch 35 (oder π/2); und die letzte Stufe 71 ergibt eine Phasen-Änderung des Winkels S in dem Ausdruck für φ_ηί verschiebung von dem Sechzehnfachen des Grundin den Winkel (S + a) bestimmt, wie vorstehend an- wertes, d. h. 180° (oder π). In Abhängigkeit von dem gedeutet wurde und nachfolgend näher erläutert wer- Signalverteilungsmuster an den Steuereingängen 101 den wird. Die Zeit r, während der die Phasenver- bis 105, das die 32 Binärzahlen von 0 bis Hill wieschiebung auf ihren Sendewert eingestellt ist, ist etwas 40 dergibt, kann die Gesamtphasenverschiebung durch länger als die Breite des Tastimpulses I gewählt, um den Phasenschieber 6 p einen entsprechenden der der Ansprechzeit des Phasenschiebers Rechnung zu 32 Winkelwerte von π/16 oder 11,25° bis 31π/16 tragen. In den Fällen, in denen das Richtantennen- oder 348,75° annehmen. Unter diesen Umständen ist system eine Abtastung, d. h. eine Diagrammschwen- der Phasenfehler der austretenden Welle niemals grökung durchführt, wie dies üblicherweise der Fall ist, 45 ßer als π/32. Der Fehler kann selbstverständlich durch ändern sich die Werte qp_{fl t} und φ_ρ., des betrachteten Verwendung von mehr als fünf Phasenschieberstufen Phasenschiebers 6p von einer Tastperiode zur nach- verringert werden, wenn eine größere Genauigkeit gesten in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen Ab- wünscht wird.

tastzyklus oder Programm. Dies entspricht gemäß Fig. 6 veranschaulicht eine bevorzugte Ausfüh-

den vorstehenden Erläuterungen einer Änderung des 50 rungsform jeder der einzelnen Phasenschieberstufen

Winkels 5 (z. B. des Elevationswinkels) der Zielrich- 71 bis 75 in F i g. 5. Sie besteht aus einer Hybridver-

tung in F ig. 2 in Abhängigkeit von dem vorgegebe- zweigung oder einem magischen T mit einem Ein-

nen Abtastzyklus. gangsschenkel 709, einem Ausgangsschenkel 712 und

Das Richtantennensystem nach der Erfindung ist zwei ungleichen Seitenschenkeln 710 und 711, die nicht an die Verwendung von Phasenschiebern eines 55 mit Kurzschlüssen 715 und 716 abgeschlossen sind, bestimmten Typs gebunden. Beispielsweise können Zwischen den Seitenwänden der entsprechenden Sei-Ferritkem-Phasenschieber verwendet werden, bei tenschcnkel 710 und 711 sind in vorgegebene Entdenen die Phasenverschiebung durch Änderung des fernungen von den Kurzschlüssen 715 und 716 durch den Kern fließenden Stromes geändert wird. Dioden 713 und 714 angeordnet. Die Dioden liegen Solche kontinuierlich einstellbaren Phasenschieber ⁶° in Parallelschaltung einerseits an der jeder der einsind bekannt und werden im einzelnen hier nicht be- zelnen Phasenschieberstufen 71 bis 75 zugeordneten schrieben. Steuerleitung (101 bis 105, F i g. 8) und andererseits

In einer bevorzugten Ausführungsform des Rieht- unter Zwischenschaltung eines Widerstandes an einer antennensystems nach der Erfindung werden jedoch gemeinsamen Vorspannungsqueile + V.
digitale Phasenschieber der schematisch in F i g. 5 *5 Bei dieser Anordnung sind im Normalfall, d. h. bei veranschaulichten Art verwendet. F i g. 5 zeigt das Fehlen einer positiven Signalspannung an der Steuer-Blockschaltbild eines allgemein mit 6p bezeichneten leitung, die Dioden 713 und 714 beide nichtleitend, Phasenschiebers, der die Strahlerelemente 4p und 5p so daß die wirksame Kurzschlußlänge der Seiten-

schenkel 710 und 711 des magischen T die voile Länge dieser Seitenschenkei beiiägt. die mit L 1 und L 2 bezeichnet ist. Beim Anlegen einer die Vorspannung + V hinreichend überschreitenden Steuerspannung an die Steuer'.eitung IGI bis 105 werden beide S Dioden 713 und 714 leitend, so daß die Seitenschenkel durch die Dioden kurzgeschlossen werden und die wirksame Länge dieser Seitenschenkel dann (Ll-Il) und (L2-/2) beträgt wobei /I und /2 die Entfernungen bezeichnen, in denen die Dioden 713 und 714, von den Kurzschlüssen 715 und 7Ϊ6 der Seitenschenkei aus gemessen, angeordnet sind. Die Längen Ll und L 2 der Schenkel 710 und 711 sind so festgelegt, daß in dem vorstehend so bezeichneten Normalfaii (keine Steuerspannung angelegt) die durch einen der Schenkel 709 und 712, z. B. Schenkel 709, eintretende Wellenenergie nach Ausbreitung in den Seitenschenkeln 710 und 711 und Reflexion an den Kurzschlüssen 715 und 716 als zwei reflektierte Wellen an der Verbindung des anderen Eingangs-Ausgangs-Schenkeis 712 wieder erscheint, wobei die beiden reflektierten Wellen in Phase mit der in den Schenkel 709 eintretenden Welle sind. Die resultierende austretende Weile im Ausgangsschenkel 712 befindet sich dann in Phase mit der an den Eingangsschenkel 709 angelegten Weile, d. h., die Phasenschieberstufe bewirkt in diesem Fall keine Phasenverschiebung der durch sie übertragenen Welle.

Gleichzeitig ist die Lage der Dioden 713 und 714 so festgelegt, daß dann, wenn diese Dioden leitend sind (bei angelegtem Steuersignal), die aufgespaltene ankommende Welle, die in die Seitenschenkei · 710 und 711 hineinläuft und von den durch die Dioden 713 und 714 gebildeten Kurzschlüsse reflektiert wird, an der Verbindung mit dem Ausgangsschenkei (z. B. 722) als zwei miteinander gleichphasige Wellen wieder erscheint, diese beiden Wellen sich jedoch in der Phase um einen vorgegebenen Winkelbetrag von der Phase der ankommenden Welle unterscheiden. Die resultierende austretende Welle im Ausgangsschenkel

712 ist dann phasenverschoben in bezug auf die ankommende Welle um den genannten Winkelbetrag. Die Phasenschieberstufe hat dann also der von ihr übertragenen elektromagnetischen Welle eine vorgegebene Phasenverschiebung erteilt.

Jede der fünf Phasenschieberstufen 71 bis 75 in F i g. 5 kann in der in F i g. 6 dargestellten Weise aufgebaut sein, und die fünf Stufen unterscheiden sich dann nur hinsichtlich des Anbringungsortes der Dioden 713 und 714 in bezug auf die Kurzschlüsse 715 und 716 an den Enden der Seitenschenkel. Die Dimensionierung der Seitenschenkel 710 und 711 und der Anbringungsort der Dioden 713 und 714 bestimmen sich in Abhängigkeit von der beschriebenen Arbeitsweise und sind dem Fachmann geläufig. Lediglich als Beispiel werden die nachfolgenden Dimensionierungsangaben aufgeführt.

Die Längen L1 und L 2 der Seitenschenkel werden vorzugsweise so gewählt, daß eine dieser Längen ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der übertragenen Energie ist, während die andere Länge sich um eine Viertelwellenlänge von der ersten Länge unterscheidet. Damt wird:

Ll=JtA ;L = (2Jfc+l)- s_s

Die gemeinsame Entfernung 11—12—I der Dioden

713 und 714 von den entsprechenden zugehörigen

Seiienschenke'.abschlüssen 715 und 716 kann gewählt werden, wie in der folgenden Tabelle angegeben ist, um die im Zusammenhang mit Fig. 5 angegebenen Phasenverschiebungswerte zu erzielen, nämlich das 2"-fache des Betrages von 11,25°. In der Tabelle ist in der Spalte I die Phasenschieberstufe der F i g. 5, in Spalte II die durch diese Phasenschieberstufe bei Anlegung eines Steuersignais bewirkte Phasenverschiebung und in Spalte III der Abstand / in Einheiten der Wellenlänge der übertragenen Energie, wobei ρ eine beliebige ganze Zahl ist, angegeben.

I	II	III
75 74 73 72 71	11,25° 22,50° 450 90° 180°	λ/64 + ρ λ/2 λ/32+ ρ λ/2 λ/16+ ρ λ/2 λβ + ρ λ/2 λ/4 + ρ λ/2

Der Phasenschieber 6 p in F i g. 5 enthält außerdem eine bisher noch nicht erwähnte zusätzliche Phasenschieberstufe 76, bei der es sich um einen festen Phasenschieber handeln kann. Letzterer kann aus einer Hybridverzweigung ähnlich derjenigen, die für die einstellbaren Phasenschieberstufen 71 bis 75 gemäß F i g. 6 beschrieben wurde, bestehen, wobei die Seitenschenkel 710 und 711 passend dimensioniert sind. Der feste Phasenschieber 76 kann auch von irgendeiner anderen geeigneten Bauart sein. Er bewirkt eine feste Phasenverschiebung, deren Wert lediglich von der Wellenlänge, bei der das Richtantennensystem betrieben wird, abhängt. Diese zusätzliche Phasenverschiebung, die mit /1 (λ) bezeichnet ist, dient zur Vervollständigung der Umwandlung zwischen den Kugelweüen an der Strahlerelementenanordnung 4 und den ebenen Wellen an der Strahlerelementenanordnung 5 durch Kompensation von Phasenverschiebungen zweiter Ordnung, die zwischen den Teilkugelwellen bestehen, welche zu den entsprechenden Strahlerelementen der Strahlerelementenanordnung 4 gehören. Hier- , auf wird noch zurückgekommen werden.

Die Einrichtung zur Umschaltung der einzelnen Phasenschieber 6 in der wellenfokussierenden Anordnung 3 nach der Erfindung soll nun näher beschrieben werden. Hierbei wird die vereinfachende Annahme, nach der bisher von einem zweidimensionalen Aufbau des Richtantennensystems ausgegangen wurde, aufgegeben, und es wird nun die Arbeitsweise des Systems unter Berücksichtigung seiner dreidimensionalen Erstreckung erläutert.

F i g. 4 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung der wellenfokussierenden Anordnung 3, in welcher jede der Strahlerelementenanordnungen 4 und 5 an den gegenüberliegenden Seiten der Anordnung aus Gründen der zeichnerischen Klarheit als aus vier Zeilen und vier Spalten bestehende Anordnung gezeigt ist, wobei auf jede Zeile bzw. jede Spalte vier Strahlerelemente entfallen. In Wirklichkeit ist die Zahl der Zeilen und Spalten und damit die Zahl der Strahlerelemente wesentlich höher. In der Anordnung 4 ist jedes Strahlerelement mit einer dreistelligen Zahl bezeichnet, in welcher die Hunderterstelle gleich 4 ist, die Zehnerstelle die Lage des Strahlerelementes in der Spalte oder z-Koordinate der Anordnung (von 1 bis 4 vcn oben nach unten) und die Einerstelle die Lage des Elementes in der Zeile oder

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der .r-Koordinate (von 1 bis 4 von links nach rechts) nur von der Wellenlänge abhängt, bewirken, um Pha-

bezeichnet. Entsprechende Schemata sind zur Be- senverschiebungen zwischen den einzelnen Wellen zu

zeichnung der Strahlerelemente der anderen Anord- kompensieren. Daher sollte dem zweiten Glied der

nung, bei der die Hunderterstelle gleich 5 ist, und zur Gleichung (1) ein Korrekturausdruck /1 (A) hinzu-

Bezeichnung der einander -entsprechende Strahler- 5 gefügt werden.

elemente beider Anordnungen verbindenden Phasen- Es ist weiterhin in vielen Fällen vorteilhaft, das

schieber (Hunderterstelle gleich 6) sowie zur Bezeich- Strahlungsdiagramm des Antennensystems zu steuern,

nung der mit den Phasenschiebern verbundenen Bei dem hier vorgeschlagenen Richtantennensystem

Steuerleitungen (Hunderterstelle gleich IG) verwen- kann dies in einfacher Weise durch Änderung der

det. ... ίο Gesamtphasenverschiebung (d.h. der »Linsendicke«

Die Phasenschieber in F i g. 4 können gemäß den der wellenfokussierenden Anordnung 3) in Form einer

F i g. 5 und 6 aufgebaut sein, in welchem Fall jede vorgegebenen Funktion der Sendewellenlänge, z. B.

der Steuerleitungen in Wirklichkeit aus einem Bündel der Funktion /2 (A) geschehen. Hierdurch wird dem

von fünf (oder mehr) Leitern besteht. zweiten Glied der Gleichung (1) ein weiterer Aus-

Der Fig. 4 liegt ein rechtwinkliges Koordinaten- 15 druck hinzugefügt.

system zugrunde, in welchem die Λτ-Achse waagerecht Nach Durchführung aller vorstehenden Umforin der Ebene der wellenfokussierenden Anordnung, mungen ergibt sich als endgültiger Ausdruck für die die y-Achse rechtwinklig zu dieser Ebene und die an dem Phasenschieber 6 vh während der Sendezeiten z-Achse senkrecht in dieser Ebene verläuft. Die vorzunehmende Phasenverschiebungseinstellung foly-Achse dient gleichzeitig als Bezugsrichtung für den 20 gende Gleichung:
Azimutwinkel. Die Zielrichtung E ist durch die beiden Winkel G und S definiert, wobei G der auf die 2π

j-Achse bezogene Azimutwinkel und 5 der auf die <Pvh — ~T~\.^{va sin} (^s + ^so) + ^{flb sin G cos} (^s + ^so)] xy-Ebene bezogene Elevationswinkel ist.

Die Abstände der einzelnen Strahlerelemente.der 25 + /1 (A) + /2(A) . (2)
Anordnung sind in der zur .t-Achse parallelen Zeilenrichtung mit a, in der zur z-Achse parallelen Spal- Wie bereits erläutert, werden zur Sende-Empfangstenrichtung mit b bezeichnet und sind nicht notwen- Umschaltung in dem Richtantennensystem nach der digerweise gleich groß. Erfindung die Phasenverschiebungen aller Phasen-Wenn angenommen wird, daß die Strahlerelemen- 30 schieber auf Werte neu eingestellt, die von den Sendetsnanordnungen 4, 5 (wie in F i g. 4 gezeichnet) senk- Phasenverschiebungswerten gemäß der Gleichung (2) rechte Ebenen sind, so zeigt eine einfache Analyse in insofern abweichen, als der Elevations- und der Azi-Kugelkoordinaten, daß zur Umwandlung einer Kugel- mutwinkel S und G zur Berücksichtigung der Drewelle, die einem Strahlerelement 4zx der Anord- hung des Brennpunktes der Primärquelle von dem nung4 zugeführt wird (d. h. dem Strahlerelement der 35 Punkt Fl in den Punkt Fl (Fig. 1 und 2) um geAnordnung 4 mit der senkrechten Koordinate ζ und eignete Beträge geändert werden. Unter der Ander waagerechten Koordinate .τ), in eine ebene, von nähme, daß die Primärstrahler, die in F i g. 4 nicht dem entsprechenden Strahlerelement Szx der An- dargestellt sind, in einer solchen Richtung ausgerichordnung 5 ausgehende Welle mit dem Azimutwin- tet sind, daß der Winkel, unter dem sie von dem Mitkel G und dem Höhenwinkel S, die der Welle durch 40 telpunkt der Strahlerelementenanordnung 4 gesehen den die genannten Strahlerelemente verbindenden werden, eine Elevationskomponente <x_s und eine Azi-Phasenschieber 6zx erteilte Phasenverschiebung φ_2Χ mutkomponente x_G hat, ergibt sich aus den bisheriden folgenden Wert haben muß: gen Erläuterungen, daß die Gleichung für die individuellen Phaseneinstellungen während des Empfangs

:. _φ = 2π _{sin s χ s}._{n G cos} 45 aus der Gleichung (2) durch Ersetzen von S durch

- rzx ^v / y / S + <x_s und von G durch G + «_G abgeleitet werden

kann.

In diesem Ausdruck können die Koordinaten ζ Es ist im allgemeinen zweckmäßig, für den Sende- und χ durch ihre Werte z = v-a und x = hb er- fall und den Empfangsfall verschiedene Antennensetzt werden, worin ν undo die senkrechteQrdnungs- 5° diagramme zu verwenden. Beispielsweise ist es häufig zahl und die waagerechte Ordnungszahl des betrach- wünschenswert, während des Sendens ein Antennenteten Phasenschiebers in der Wellenfokussierenden diagramm zu verwenden, das einen hohen Antennen-Anordnung bedeuten (in dem in F i g. 4 verwendeten gewinn in der Zielrichtung mit relativ großen Neben-Bezugszeichensystem stellt ν die Zehnerstelle und h zipfeln besitzt, und im Empfangsfall ein Diagramm die Einerstelle der dreistelligen Bezugszeichen zur 55 zu benutzen, das einen geringeren Gewinn und Bezeichnung der Phasenschieber dar). wesentlich kleinere Nebenzipfel besitzt. Dieses Ergeb-

Wenn die Anordnungen 4, 5 keine senkrechten nis kann durch Wechsel des Ausdrucks /2(A) wäh-Ebenen sind, so daß die Mittelachse der wellenfokus- rend des Empfangs erzielt werden, etwa durch Hinzusierenden Anordnung um einen Winkel S_n gegen die fügen eines zusätzlichen Ausdrucks /3 (λ). Die gleiche horizontale Ebene geneigt ist, so stellt S₀ den Bezugs- ^6o Maßnahme ermöglicht es gewünschtenfalls, die Eigenelevationswinkel des von der Anordnung 5 ausgehen- schäften der wellenfokussierenden Anordnung 3 an den Strahles dar, wenn alle Phasenschieber 6 so ein- Primärstrahler 1 und 2 unterschiedlichen Typs anzugestellt sind, daß sie eine Phasenverschiebung von passen. Beispielsweise kann der Empfangs-Primär-NuIl bewirken. Um dem Rechnung zu tragen, ist der strahler 2 ein Multimoden-Strahler, d. h. ein Strah-Elevationswinkel 5 in der Gleichung (1) durch ⁶5 ler, der Wellen unterschiedlichen Typs empfangen (5 + S₀) zu ersetzen. kann, sein, der zur Optimierung der empfangenen

Wie bereits erwähnt, muß jeder Phasenschieber Summen- und Differenzsignale in einem Monopuls-

eine zusätzliche feste Phasenverschiebung /1(A), die radar dient.

15 16

Es ergibt sich schließlich, daß die individuelle einen Setzeingang 824.und einen zeitbestimmenden

Phasenverschiebungseinstellung während des . Emp- Eingang 826 besitzt. Die monostabile Kippschaltung

fangs durch die folgende Gleichung wiedergegeben 822 kann irgendeine geeignete Multivibratorschal-

wird: ; tung sein, die bei Anlegen eines Impulses an ihren

5 Setzeingang 824 von ihrem stabilen in ihren instabi-

,,';■=—va sin (S + S'+'* ) len Zustand schaltet und nach einer Verzögerungs-

^V/I ;. . ' ° ^s ' : ,;,· zeit, die mittels eines an den zeitbestimmenden Ein-

.,,.,„, , ,„ . ,,■ s gang 826 angelegten Signals genau einstellbar ist,

+ hb sin (G + _Λ(ί) - cos (S + S₀ -t- *_s) _wiedef ·_{η ihren stabüen Zustand zurückkippt}.

.r +/l(;.) + /2(/) + /3(;.). (3) ίο Dem Setzeingang 824 werden die von dem Zeitgeber TB abgegebenen Tastimpulse I über eine ge-

In Fig. 7 ist im Blockschaltbild eine Ausführungs- eignete Impulsformerschaltung 828 zugeführt. Die

form eines Steuergerätes oder Rechners 800 wieder- letztere kann aus der Serienschaltung eines Differen-

gegeben, das die einzelnen Phasenschieber in dem ziergliedes 828 a, einem Gleichrichter 8286 und

Richtantennensystem nach der Erfindung in der be- 15 einem Verzögerungsglied 828 c bestehen. Ein an den

schriebenen Art und Weise steuert. Ein Steuerglied Eingang der Impulsformerschaltung 828 angelegter 802 stellt einen Abtastzyklusprogrammgeber dar, der Tastimpuls I wird in dem Differenzierglied 828 a in — gesteuert durch den Taktgeber TB des Systems — einen positiven und einen negativen Nadelimpuls um-

Ausgangssignale abgibt, die die zyklisch veränder- geformt. Der positive Nadelimpuls wird durch den

liehen Werte des Elevationswinkels S und des Azi- 20 Gleichrichter 8286 unterdrückt, und der negative

mutwinkels G darstellen, wie sie gemäß dem vorge- Nadelimpuls, der zeitlich mit der abfallenden Flanke

schriebenen Antennenabtastzyklus benötigt werden. des Tastimpulses I übereinstimmt, wird in dem Ver-

Die Ausgangssignale »5« und »G« des Steuergliedes zögerungsglied 828c verzögert, bevor er an den Setz-

802 können irgendeine geeignete Form besitzen, bei- eingang 824 der monostabilen Kippschaltung 822

spielsweise (wie hier angenommen wird) als Grup- 25 gelangt. : .

pen von Digitalpulsen vorliegen, deren Zahl den dar- Die monostabile Kippschaltung 822 wird folglich

zustellenden Winkelwerten entspricht, wobei die nach dem Ende jedes Tastimpulses I für eine kurze

Gruppen zeitsynchron mit der Folgefrequenz der von Zeit von ihrem stabilen in ihren labilen Zustand ge-

dem (nicht dargestellten) mit dem Antennensystem schaltet. Weiterhin kann über den zeitbestimmenden

verbundenen Radarsystem gesendeten Radarimpulse 30 Eingang 826 die monostabile Kipppschaltung 822 so

sind. Wahlweise können die Signale »5« und »G« die eingestellt werden, daß sie nach einem Zeitintervall

Form von sich kontinuierlich ändernden Spannungen (Τ—τ), in ihren stabilen Zustand zurückkippt

haben. Die Signale »5« und »G« des Steuergliedes2 (s. Fig. 3), d. h. eine vorgegebene konstante Zeit vor

werden je einem Digitalzähler 804, 806 zugeführt. dem Beginn des nächsten Tastimpulses I. Unter Be-

Die Zähler 804 und 806 können übliche Binärzähler 35 rücksichtigung von F i g. 3 erzeugt also die mono-

sein, die eine passende Anzahl von Stufen haben und stabile Kippshaltung 822 ein Ausgangssignal zur Frei-

an den Zählerausgangsstufen eine zusammengesetzte gäbe der UND-Glieder 814 und 816 während jedes

Spannung liefern, die in bekannter Weise eine Binär- »Empfangs«-Zeitraums des Tastzyklus, jedoch nicht

darstellung der an den Zählereingängen anliegenden während des »Sende«-Zeitraums.

Werte von 5 und G bilden. Mit dem Zähler 804 ist 40 Als Ergebnis liefert der Binäraddierer 810 ein

ein 5₀-Speicher 808 verbunden, der vorzugsweise der- binäres Ausgangssignal, das den Winkelwert (5+S₀)

art einstellbar ist, daß er den Bezugselevationswert S₀ während jedes »Sende«-Zeitraums darstellt, sowie

als festen Anfangswert für den Zähler voreinstellt, so ein binäres Ausgangssignal, das den Winkelwert

daß das Ausgangssignal des Zählers 804 statt des (S + S₀ + «_s) während jedes »Empfangs«-Zeitraums

Winkels 5 den Winkel (S + S₀) wiedergibt. Die Aus- 45 darstellt. Ähnlich liefert der Binäraddierer 812 ein

gänge der Zähler 804 und 806 sind mit einer Reihe Ausgangssignal, das den Winkel G während jedes

erster Eingänge je eines entsprechenden Binäraddie- »Sende«-Zeitraums darstellt sowie ein Ausgangs-

rers 810 und 812 verbunden. , signal, das den Winkel (G + a_G) während jedes

Jeder der beiden Binäraddierer 810 und 812 be- »Empfangs«-Zeitraums darstellt. ■'..

sitzt eine Reihe zweiter Eingänge, von denen hier 50 Die Ausgangssignale der Binäraddierer 810 und

lediglich zwei gezeichnet sind, die jedoch in Wirk- 812 werden einer mit 830 bezeichneten Schaltung zu-

lichkeit zahlreicher sind. Jeder der zweiten Eingänge geführt, die aus einem sinus-Funktionsgenerator,

ist über ein entsprechendes UND-Glied 814 und 816 einem selektiven Vervielfacher und einer Addier-

mit dem entsprechenden Ausgang eines jeweils einem matrix besteht. In dieser Schaltung 830 werden die

der Binärcodierer 810, 812 zugeordneten Speichers 55 die Elevationswinkeldaten und die Azimutwinkel-

818, 820 verbunden. In dem Speicher 818 ist in daten wiedergebenden Binärzahlen der Binäraddierer

Binärform eine Zahl yoreingestellt, die die Eleva- 810 und 812 in die entsprechenden trigonometri-

tionswinkelkomponente <x_s des Winkels darstellt, sehen Funktionen umgeformt und letztere mitein-

unter dem die Brennpunkte Fl und F 2 der Primär- ander und mit den übrigen notwendigen in den Glei-

strahler von dem Mittelpunkt der Strahlerelementen- 60 chungen (2) und (3) angegebenen Daten kombiniert,

anordnung 4 aus gesehen werden. In dem Speicher um die Phasenverschiebungswerte <p_vh (oder q>'_vh) für

820 ist in gleicher Weise die Äzimutwinkelkompo- jeden der Phasenschieber 6 vh der wellenfokussieren-

nente a_G dieses Winkels voreingestellt. Die Vorein- den Anordnung (F i g. 4) zu erhalten.

Stellungen der Speicher 818 und 820 können ge- Gemäß dem Blockschaltbild in F i g. 8 kann die

wünschtenf alls einstellbar sein. 65 Schaltung 830, die auch als Rechner bezeichnet wer-

Die UND-Glieder 814, 816 besitzen Freigabeein- den kann, sinus-cosinus-Funktionsgeneratoren 832

gänge, die parallel mit dem Ausgang einer monosta- und 834 enthalten, deren Eingänge mit den entspre-

bi'en Kippschaltung 822 verbunden sind, welche chenden Ausgängen der Binäraddierer 810 und 812

17 18

verbunden sind. Es können Funktionsgeneratoren Schaltung 830 über einen Speicher 858 (s. F i g. 7)

irgendeiner bekannten Art verwendet werden, die in eingefügt werden, wobei der Ausgang dieses Spei-

der Lage sind, Ausgangssignale in Binärdarstellung chers 858 mit jedem der Addierer der Matrix 854 in

abzugeben, die den sinus- und cosinus-Funktionen Form eines jeweiligen dritten Einganges verbunden

der Winkel entsprechen, die durch die an ihren Ein- 5 sein kann, obgleich dies in Fig. 8 aus Gründen der

gangen anliegenden Binärzahlen dargestellt werden. Klarheit nicht dargestellt ist. Wahlweise können auch

Der Funktionsgenerator 832 liefert an seinen ersten zur Einfügung des Ausdruckes /2 getrennte Addierer

Ausgängen 836 eine Binärdarstellung von sin (5 + S₀) verwendet werden.

während der »Sende«-Zeiträume und von Der zusätzliche Ausdruck/3(A) wird — wie er-

sin (J + J₀-}-.\_s) während der »Empfangse-Zeit- to innerlich — nur während des Empfangs-Zeitinter-

räume. Er liefert weiterhin an seinen zweiten Aus- valls des Zyklus eingefügt. Hierzu ist gemäß F i g. 7

gangen 838 eine Binärdarstellung der cosinus-Werte ein zusätzlicher Speicher 860 vorgesehen, in dem der

derselben Winkel. Der Funktionsgenerator 834 liefert Wert /3 (A) voreingestellt ist und dessen Ausgang mit

an seinen Ausgängen 840 eine Binärdarstellung von den Eingängen des Speichers 858 über UND-Glieder

sin G (während des Sendens) und von sin (G -f- <\₀) 15 862 verbunden ist, deren Freigabeeingänge parallel

während des Empfangs. mit dem Ausgang der monostabilen Kippschaltung

Die Ausgangssignale der zweiten Ausgänge 838 822 verbunden sind.

des Funktionsgenerators 832 werden mit den Aus- Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung der

gangssignalen der Ausgänge 840 des Funktionsgene- Fig. 7 und 8 ergibt, erzeugt das Steuergerät 800 die rators 834 in einem Binärvervielfacher 842 kombi- ao gewünschten Schaltsignale zur Einstellung der Pha-

niert und ergeben die sinus-cosinus-Produktausdrücke senschieber des Richtantennensystems nach der Erfin-

in den Gleichungen (2) und (3). Die sinus-Ausgangs- dung zur Durchführung einer vorgegebenen elektro-

signale der ersten Ausgänge 836 des Funktionsgene- nischen Abtastung in Übereinstimmung mit dem pro-

rators 832 und die Produkt-Ausgangssignale des Ver- grammierten Zyklus für die Antenne, während gleich-

vielfachers 842 werden getrennt den ersten Eingän- as zeitig der notwendigen Sende-Empfangs-Umschaltung

gen eines Vervielfachers 844 bzw. 846 zugeführt, Rechnung getragen wird, wodurch die zwei getrenn-

deren jeder an seinen zweiten Eingängen das Aus- ten Primärstrahler 1 und 2 während jedes Tastzyklus

gangssignal eines Speichers 848 erhält, der auf einen senden bzw. empfangen, und zwar in bzw. aus genau

dem konstanten Faktor Lπ/λ entsprechenden Wert derselben Zielrichtung. Zusätzlich sind in dem be-

voreingestellt ist. . 3° schriebenen Richtantennensystem Einrichtungen zur

Beginnend mit den Ausgängen der Vervielfacher automatischen Umschaltung auf verschiedene vorbe- i

844 und 846, sind in F i g. 8 die darauffolgenden stimmte Antennendiagramme während des Sendens

Gruppen von Leitern, die eine binäre digitale Infor- und während des Empfangens vorgesehen.

mation übertragen, aus Gründen der Klarheit zeich- Nach der bisherigen Beschreibung der Erfindung

nerisch als eine einzige Linie dargestellt. 35 wird die Umschaltung der Phasenverschiebung, die

Die Ausgangssignale des Vervielfachers 844 wer- zur Änderung der Richtung der Wellenkonvergenz den parallel einem zusammenfassend mit 850 be- oder Bündelung auf der Seite der Kugelwellen der zeichneten Satz von Vervielfachern zugeführt, von wellenfokussierenden Anordnung unter Beibehaltung denen hier vier dargestellt sind und in denen die Si- einer festen Fortpflanzungsrichtung auf der Seite der gnale mit den konstanten Faktoren a, 2 a, 3 a und 4 a 4° ebenen Wellen dieser Anordnung dient, nur zwischen multipliziert werden. In gleicher Weise werden die zwei Bündelungs- oder Konvergenzrichtungen vorge-Ausgangssignale des Vervielfachers 846 in einem nommen. Mit anderen Worten werden die Kugelweiteren allgemein mit 852 bezeichneten Satz von wellen abwechselnd auf einen einzigen Sende-Primär-Vervielfachern mit den konstanten Faktoren b, 2 b, strahiert und einen einzigen Empfangs-Primärstrah- 3b und 4b multipliziert. Die Ausgangssignale der 45 ler 2 gebündelt. Ersichtlich kann jedoch ein in den Vervielfacher der jeweiligen Sätze 850 und 852 wer- Grundzügen ähnliches Schaltprinzip dazu verwendet den selektiv zwei zu zwei in einer aus Addierern be- werden, die Kugelwellen sequentiell auf irgendeine stehenden Matrix854 addiert. Jeder der (im Beispiel gewünschte Zahl von Primärstrahlerquellen in irgend-16) Addierer der 4X4-Matrix 854 addiert das Aus- einer gewünschten Zyklusfolge zu bündeln. Wenn gangssignal eines entsprechenden Vervielfachers des 5° folglich in dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Satzes 850 mit dem Ausgangssignal des entsprechenden Antennensystem die Primärstrahler 1 und 2 statt wie Vervielfachers des Satzes 852. Auf diese Weise führt jede beschrieben ein Sende-Primärstrahler und ein Empder mit 1011 bis 1044 bezeichneten Ausgangsleitun- fangs-Primärstrahler zwei Sende-Primärstrahler (oder gen der Matrix 854 ein Signal, das die Phasenver- gegebenenfalls zwei Empfangs-Primärstrahler) wären,. schiebungseinstellung <p_/lv (während des Sendens) oder 55 würde die vorstehend gegebene mathematische Äna- φ\_ν (während des Empfangs) für den zugehörigen lyse ihre Gültigkeit behalten, und praktisch würden Phasenschieber 6Λν gemäß der Gleichung (2) bzw. die daraus abgeleiteten Schlußfolgerungen die glei-(3) ohne Berücksichtigung der zusätzlichen Aus- chen bleiben. ·

drücke /1, /2 und /3 in diesen Gleichungen in digi- Die in den Fig. 9 und 10 dargestellte Ausführungstaler Form wiedergibt. Dabei ist festzuhalten, daß 60 form des Richtantennensystems nach der Erfindung jede der Ausgangsleitungen bei der Ausführungsform beinhaltet daher gemäß der vorstehenden Überlegung der Phasenverschieber gemäß Fig. 5 in Wirklichkeit Einrichtungen zur Umschaltung zwischen einer Anaus einem Satz von fünf Digitalleitungen besteht. zahl getrennter Sende-Primärstrahler ohne die bisher

Der zusätzliche Ausdruck /l(A) wird bei dieser für einen ähnlichen Zweck benötigten komplizierten

Ausführungsform durch Einfügen der auf einen festen 65 Duplexer oder Weichen.

Phasenverschiebungsbetrag eingestellten Phasenschie- F i g. 9 ist eine schematische Darstellung einer

berstufe 76 jedes der Phasenschieber 6 v/i eingeführt. wellenfokussierenden Anordnung 3 ähnlich der ge-

Der zusätzliche Ausdruck /2 (X) kann mittels der maß Fig. 1, bestehend aus einer Strahlerclementen-

19 20

anordnung 4 mit Strahlerelementen 41 bis 4 η und allgemein mit 110 bezeichneten Ausgang, der einen einer Strahlerelementenanordnung 5 mit Strahlerele- Satz von Steuerleitungen umfaßt, die mit einem Freimenten 51 bis 5n, von denen jeweils einander ent- gabeeingang an jedem der Sender 91 bis 9/V verbunsprechende Strahlerlemente durch einstellbare Pha- den sind. Der Zweck dieser Freigabeverbindungen senschieber 61 bis 6 η verbunden sind, wobei alle 5 besteht darin, jeden der Sender in einer zyklischen Bestandteile im allgemeinen ähnlich den entsprechen- Folge für ein einziges Tastzeitintervall in einem vorden Bestandteilen in den hier vorher beschriebenen gegebenen Zeitpunkt während des Sendezeitintervalls Ausführungsformen sind. Weiterhin sind in der Figur innerhalb jeden Tastzyklus in Betrieb zu setzen. Die ein aus den Sende-Primärstrahlern 11, 12 ... IW be- Steuerschaltung 801 bewirkt — wie noch genau erstehender Sende-Primärstrahlersatz und ein einziger io läutert werden wird — daß jeder der Sender 91 bis Empfangs-Primärstrahler 2 dargestellt. Statt der 9 N (beispielsweise der Sender 93) genau in dem Zeitzeichnerisch angedeuteten Hornstrahler können auch punkt innerhalb des Sendezeitintervalls des Tastzyklus andere Strahler geeigneter Form verwendet werden. freigegeben wird, zu dem die Gesamteinstellung der Die Sende-Primärstrahler 11 . .. IN können in belie- Phasenschiebern die genaue Zusammensetzung hat, biger geeigneter Zahl vorgesehen und in irgendeiner 15 die benötigt wird, um die Kugelwellen, die von dem geeigneten Aufsteilung angeordnet werden. Sehr bestimmten, mit dem betrachteten Sender (hier 93) zweckmäßig ist eine kreisbogenförmige oder kugel- verbundenen Primärstrahler (hier 13) ausgehen, in flächenförmige Anordnung des Sende-Primärstrahler- ebene Wellen umzuformen, die sich in der für diesen satzes, wobei die Achsen der einzelnen Primärstrahler Tastzyklus von dem Antennenabtastprogramm vorgevorzugsweise in der Nähe oder in dem Mittelpunkt O 20 schriebenen Zielrichtung fortpflanzen. Nachdem auf der Strahlerelementenanordnung 4 der wellenfokus- diese Weise nacheinander jeder der Sender 91 bis 9N sierenden Anordnung 3 konvergieren. freigegeben wurde, und über seinen zugehörigen

Zwar ist Fig. 9 (ähnlich Fig. 1) eine zweidimen- Strahler 11 bis In einen Impuls in die vorgeschriesionale Darstellung, in der die Anordnung des Sende- bene Zielrichtung gesendet hat, schaltet die Steuer-Primärstrahlersatzes 1 und des Empfangs-Primär- 25 schaltung 801 während des Empfangszeitintervalls Strahlers 2 als Kreisbogen wiedergegeben ist, der in des Tastzyklus alle Sender ab, während sie gleicheiner vertikalen Ebene liegt, die ihrerseits normal zu zeitig die Einstellung aller Phasenschieber 6 in der zu den vertikalen Ebenen der Stralerelementenanord- wellenfokussierenden Anordnung auf ein Phasenvernungen 4 und 5 verläuft. Dies ist jedoch in keiner schiebungsverteilungsmuster derart vornimmt, daß Weise wesentlich. Die Sende-Primärstrahler können 30 von dem Ziel ankommende ebene Wellen -— sofern in einem Kreisbogen (oder einem Liniensegment) an- in der vorgeschriebenen Richtung vorhanden — durch geordnet werden, das in einer Ebene liegt, die irgend- die wellenfokussierende Anordnung 3 in Kugelwellen eine beliebige Ausrichtung in bezug auf die Vertikale umgewandelt werden, die von dem Empfangs-Primär- und die wellenfokussierende Anordnung3 hat. Die strahler absorbiert werden, d.h. im Beispiel von Primärstrahler können ebenso längs einer zweidimen- 35 dem in der Mitte angeordneten Empfangs-Primärsionalen Fläche statt längs einer ebenen Kurve ange- strahler 2. Dieses Empfangs-Phasenverschiebungsverordnet werden, beispielsweise in der Oberfläche einer teilungsmuster wird dann während des Empfangszeit-Teilkugel, deren Mittelpunkt bei O liegt. Der einzige Intervalls des betrachteten Tastzyklus aufrecht-Empfangs-Primärstrahier 2 liegt vorzugsweise in der erhalten.

Mitte des Sende-Primärstrahlersatzes, und seine 4° Die vorstehend beschriebene Arbeitsweise soll nun

Achse fällt mit der Achse xx' der wellenfokussieren- im einzelnen erläutert werden. Es wird angenommen,

den Anordnung 3 zusammen. Diese zentrale Aufstel- daß die Sende-Primärstrahler 11 bis IN und der

lung des Empfangs-Primärstrahlers 2 vermindert un- Empfangs-Primärstrahler 2 auf einem Kreisbogen in

erwünschte Brechungseffekte auf ein Minimum. einer senkrechten Ebene liegen, die normal zu den

Jeder der Sende-Primärstrahler 11 bis IN ist mit 45 senkrechten Ebenen der wellenfokussierenden Anordeinem zugehörigen Sender 91 bis 9 N über ein eigenes nung 3 verläuft. Diese vereinfachende Annahme¹ beÜbertragungsglied, wie etwa eine Koaxialleitung, oder deutet, daß der früher definierte Ausdruck <x_G, der in einen Hohlleiter verbunden. die Gleichung (3) eingeht, gleich Null angenommen

Eine allgemein mit 801 bezeichnete Steuerschaltung wird. Es wird ferner angenommen, daß die Bezugs-

dient unter anderem zur Umschaltung der Phasen- 5° richtung des Antennensystems für die Phasenverschie-

schieberöl bis 6 η in einer regelmäßigen Zyklusfolge, bung Null horizontal verläuft, d. h., daß der Winkel

so daß die gesendeten ebenen Wellen von der Strahler- S₀ in der Gleichung (2) und (3) gleich Null ist.

elementenanordnung 5 aus einem programmierten Schließlich werden die mit /1(A), f2(X) und /3(Λ)

Abtastzyklus folgen. Die Steuerschaltung 801 besitzt bezeichneten Ausdrücke in den Gleichungen (2) und

hierzu einen allgemein mit 100 bezeichneten Aus- 55 (3) hier vernachlässigt, wobei jedoch ausdrücklich

gang, der mit den Steuereingängen jedes der Phasen- festzuhalten ist, daß in der Praxis in der nun zu be-

schieber 6 verbunden ist. Wenn die Phasenschieber 6 schreibenden Ausführungsform des Richtantennen-

in der in den F i g. 5 und 6 beschriebenen Art und systems diese Ausdrücke vorzugsweise vorhanden

Weise aufgebaut sind und demgemäß jeweils aus fünf sind und daß ihnen in ähnlicher Weise Rechnung

einstellbaren Phasenschieberstufen bestehen, so setzt 60 getragen werden kann, wie dies im einzelnen im Zu-

sich die Leitung 100 tatsächlich aus einem Strang mit sammenhang mit der zuerst beschriebenen Ausfüh-

so vielen Bündeln zu je fünf Leitern zusammen, wie rungsform des Richtantennensystems erläutert wurde.

Phasenschieber in der wellenfokussierenden Anord- Es ergibt sich somit, daß die gerade getroffenen ver-

nung vorhanden sind, wobei jeder Leiter in jedem einfachenden Annahmen die allgemeine Gültigkeit

Bündel mit den zwei Steuerdioden (713 und 714 in 65 der nachfolgenden Beschreibung in keiner Weise be-

F i g. 6) der zugehörigen Phasenschieberstufe verbun- einträchtigen,
den ist. Es sollen nun die Gleichungen angegeben werden,

Die Steuerschaltung 801 besitzt weiterhin einen die im wesentlichen ähnlich den Gleichungen (2) und

21 22

(3) sind und die die Phasenverschiebungseinstellung Weise der Winkel α,- in der Gleichung (4) während für irgendeinen der Phasenschieber 6, definiert durch jedes Tastzyklus verändert werden muß, um zu erreiseine vertikale Koordinate ν und seine horizontale chen, daß die im Sendezeitintervall des Tastzyklus Koordinate h, die dafür notwendig ist, daß die wellen- gesendeten sechs Impulse alle in eine gemeinsame fokussierende Anordnung 3 Energie umwandelt zwi- 5 vorgegebene Richtung abgestrahlt werden und daß sehen ebenen Wellen, die sich an ihrer Strahler- anschließend irgendwelche Antwortsignale aus derelementenanordnung 5 in einer durch den Elevations- selben Richtung während des folgenden Empfangswinkel 5 und den Azimutwinkel G definierten Rieh- Zeitintervalls auf den Empfangs-Primärstrahler getung fortpflanzen und Kugelwellen, die sich an ihrer richtet werden. Aus den Diagrammen geht hervor, Strahlerelementenanordnung 4 konzentrisch zu jedem io daß der Winkel a,- schrittweise die Werte +15°, der Primärstrahler 11 bis IN und 2 fortpflanzen. + 10°, +5^C, -5^C, - 10°, - 15° und dann den Wert Unter Berücksichtigung der vorstehend getroffenen Null für den Empfang annehmen muß. Jeder Schritt vereinfachenden Annahmen kann die Gleichung ge- erstreckt sich über die gleiche Zeit wie die Freigabeschrieben werden als dauer des zugehörigen Sen'ders (Impulsdauer T), und • 15 der Übergang von einem Winkel wert auf den nächsten _ψνΜ = JL να sin (S + α,) + hb sin G cos (S + a_;). geschieht während der Impulszwischenräume (A T). 'λ Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des

m\ Systems zeigt das untere Diagramm in Fig. 10 die Änderungen der Winkelsumme (S+a,·), die in die

In dieser Gleichung wird der Index ζ zur Bezeich- 20 Gleichung (4) eingeht. Es ergibt sich, daß der Winnung irgendeines der Primärstrahler einschließlich der kel 5 sich von einem Tastzyklus zum nächsten ändert, Sendeprimärstrahler 11 bis IN und des Empfangs- und zwar zufolge der Wirkung des Programmgebers ₍ Primärstrahlers 2 verwendet. Somit bezeichnet das für den Antennenabtastzyklus, wie bereits beschrie- V Symbol α,- den Elevationswinkel jedes der Brenn- ben. Diese Änderung des Winkels S in den Summenpunkte der verschiedenen Primärstrahler, gemessen 35 ausdruck führt zu einer Verschiebung des Gesamtgegen die Horizontale durch den Mittelpunkt O der wertes der Winkelsumme zwischen aufeinanderfolwellenfokussierenden Anordnung. genden Tastzyklen. In dem Diagramm ist diese Der Klarheit der folgenden Beschreibung halber Verschiebung durch die gestrichelt gezeichneten horiwird nun angenommen, daß 6 Sende-Primärstrahler zontalen Verlängerungslinien verdeutlicht.
11 bis 16 vorhanden sind, die symmetrisch zu dem 30 Die zeitlichen Änderungen der Phasenverschiebung einzigen Empfangs-Primärstrahler 2 angeordnet sind, φ_νΜ eines bestimmten Phasenschiebers sind im wesent- und zwar drei Sende-Primärstrahler oberhalb und drei liehen ähnlich der Veränderung von (S+α,) gemäß Sende-Primärstrahler unterhalb des Empfangs-Pri- dem untersten Diagramm in Fig. 10, jedoch mit der märstrahlers. Es wird weiterhin angenommen, daß die Ausnahme, daß alle Ordinaten in Übereinstimmung Primärstrahler unter den folgenden Elevationswin- 35 mit der Gleichung (4) geändert sind,
kein angeordnet sind: Es ist ausdrücklich festzuhalten, daß die Diagramme in Fig. 10 hauptsächlich zu Erläuterungs-

Sende-Primärstrahler: zwecken dargestellt sind und nichts mit der tatsächlichen Arbeitsweise der Ausführungsform des Richt-

(x = +15° 40 antennensystems gemäß Fig. 9 zu tun haben. Einer _a ⁿ ■= -fio⁰ seits ist die Anzahl der Primärstrahler in der Praxis _α = +50 im allgemeinen beträchtlich größer als sechs, so daß _α = _5o die Kurven in den beiden unteren Diagrammen eine _a ¹⁴ = —10° entsprechend höhere Anzahl von Stufen haben. An- M ■ _a ¹⁵ = —15° 45 dererseits müssen die stuf en weisen Änderungen der Λ ¹⁶ Winkelwerte während jedes Sendezeitintervalls eines ■.'■■'■■„. .. .ι Abtastzyklus nicht in einer Richtung vorgenommen. Empfangs-Pnmarstrahler: werden, wie dies in den beiden Diagrammen darge- ^: #2 ⁼ ■■■'■■ 0 stellt ist. Statt dessen kann der Sende-Primärstrahler- ^: ' 50 satz 91 bis 9 N von der Steuerschaltung in einer sol-In dem Zeitdiagramm der Fig. 10 zeigt die obere chen Folge freigegeben werden, daß die durch den Darstellung die zeitliche Folge der von den Sendern Winkelwert &_t beschriebene Kurve einen angenähert 91 bis 96 während zweier aufeinanderfolgender Tast- sinusförmigen . Verlauf hat, so daß die Winkelauszyklen (mit I und II bezeichnet) gesendeten Impulse, schlage stets auf einem Minimum gehalten werden, Die sechs Impulse sind in dem Diagramm mit den- 55 und zwar einschließlich des Beginns und des Endes selben Zahlen 11 bis 16 bezeichnet wie die Sende- jedes Sendezeitintervalls. Ein Beispiel einer solchen Primärstrahler, denen diese Impulse zugeführt wer- durch ein passendes Abtastmuster für die Primärden: Aus der Darstellung ergibt sich, daß während strahler erreichbaren Kurve ist in F i g. 11 dargestellt, des Sende-Zeitintervalls in jedem Tastzyklus die sechs in der zwölf Sende-Primärstrahler angenommen sind. Sende-Primärstrahler 11 bis 16 aufeinanderfolgend 60 Ein Abtastmuster dieses Verlaufs hat den augenwährend gleicher Impulsdauer arbeiten, die mit T be- scheinlichen Vorteil, daß an den Phasenschiebern 6 zeichnet ist. Zwischen den einzelnen Impulsen lie- nur ein Minimum an Phasenverschiebungseinstellungen kurze Pausen AT. Anschließend sind die sechs gen vorgenommen werden muß, wodurch Einschwing-Sender während des Empfangszeitintervalls des Tast- vorgänge auf ein Minimum verringert werden,
zyklus außer Tätigkeit, während der Empfänger-Pri- 65 Fig. 12 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausfühmärstrahler 2 für ankommende Echos oder Antwort- rungsform der Steuerschaltung 801, die in der Ausfühsignale empfangsbereit ist. rungsform des Richtantennensystems gemäß F i g. 9 Das mittlere Diagramm in F i g. 10 zeigt, in v/elcher zur Erzielung der im Zusammenhang mit den F i g. 9,

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10 und 11 erläuterten prinzipiellen Arbeitsweise ver- Satz von Eingängen des Addierers von dem Zähler wendet werden kann. In Fig. 12 sind Schaltungen 1804 her zugeführt wird, die entsprechenden Zahlen mit einer ähnlichen Arbeitsweise wie die entsprechen- 1, 2, 2², 2^:i und 2⁴ hinzuaddiert werden. Die Leitungen den Schaltungen in dem Steuergerät 800 nach F i g. 7 /VO bis N 4 sind mit ihren Anfängen über Widerstände mit denselben Bezugsziffern plus 1000 bezeichnet und 5 und zwischengeschaltete UND-Glieder GO, Gl, G2, werden nicht nochmals beschrieben. Ein Unterschied G 3 und G 4 mit einer passenden Spannungsquelle V zwischen dem Steuergerät nach F i g. 7 und der Steu- verbunden. Die Freigabeeingänge der UND-Glieder erschaltung nach Fig. 12 besteht in der Art, in der sind mit den Ausgängen zugehöriger ODER-Glieder die Addierer 1810 und 1812 ihre Eingangssignale für RO, Rl, Rl, Ri und A4 verbunden. Die Eingänge a_s und Oi₀ erhalten. Selbstverständlich kann in dem io jedes der ODER-Glieder sind mit ganz bestimmten Fall, daß die Azimutkomponente «₀ der Winkel a,- der sechs ersten Stufen des Schieberegisters 1878 und/ gleich Null ist, wie dies vorstehend im Zusammen- oder mit dem Ausgang eines ODER-Gliedes R 5 verhäng mit der Diskussion der Gleichung (4) und der bunden, dessen Eingänge mit den letzten zehn Stufen Fig. 10 angenommen wurde, der in Fig. 12 darge- des Schieberegisters 1878 verbunden sind, d.h. mit stellte Addierer 1812 weggelassen werden. Ebenso 15 denjenigen Stufen, die während des Empfangszeitkann der Speicher 1808 für den Wert S₀ entfallen, Intervalls des Tastzyklus gekippt sind. Der Ausgang wenn S₀=O, wie im Fall der Gleichung (4) ange- des ODER-Gliedes R 5 ist außerdem mit der Leitung nommen wurde. 1886 verbunden, so daß die UND-Glieder 1862 frei-

Zur Einführung der Werte <x_iS und a_i(; in die gegeben werden, um von dem Sendeantennendia-Addierer 1810 und 1812 dient ein Digitalzähler (oder 20 gramm auf das Empfangsantennendiagramm umzuein einstellbarer Speicher) 1874. Weiterhin ist ein schalten, wie bereits beschrieben, mehrstufiges binäres Schieberegister 1878 vorgesehen, Zur Beschreibung der Arbeitsweise dieser Schaldessen Stufen alle über eine Schiebeleitung 1880 mit tung wird angenommen, daß in dem Addierer 1810 einem Ausgang des Taktgebers TB verbunden sind, ein Wert von —15° voreingestellt ist, so daß so daß das Schieberegister von dem Taktgeber Schie- 25 der a_s-Zähler 1872 ausschließlich zur Eingabe posibeimpulse mit derselben Folgefrequenz wie die in tiver Werte benötigt wird. Wie das Diagramm in Fig. 10 mit 7 bezeichneten Sendezeitintervalle er- Fig. 10 zeigt, muß dann in dem Impulszeitintervall hält. Das Schieberegister 1878 besitzt ebenso viele 71 (wenn der Primärstrahler 11 sendet) der a_s-Zähler Stufen, wie innerhalb eines Tastzyklus Zeitintervalle 7. einen Wert von 15° + 15° = 30° oder 11110 in vorhanden sind/Weiterhin ist die Eingangsstufe des 30 binärer Schreibweise eingeben; in dem Impulszeit-Schieberegisters über eine Leitung 1852 mit einem intervall 72 (Primärstrahler 12 sendet) muß der Ausgang des Taktgebers TB verbunden, der am Be- a_s-Zähler 10+15=25° (11001 in Binärdarstelginn des Sendezeitintervalls jedes Tastzyklus einen lung) eingeben; in dem Impulszeitintervall 73 (Pri-Tastimpuls abgibt. Dieser Tastimpuls wird dann märstrahier 13 sendet) muß der «_S-Zähler 5+15 durch die Stufen des Schieberegisters 1878 während 35 =20° (10100 in binärer Darstellung) eingeben; in der nachfolgenden Tastzeitintervalle hindurchgescho- dem Impulszeitintervall 74 (Primärstrahler 14 senben, so daß aufeinanderfolgende Stufen des Schiebe- det) muß der Zähler —5 + 15 = 10° (01010 in registers aufeinanderfolgend zu den korrespondieren- binärer Darstellung) eingeben; in dem Impulszeitden Tastzeitintervallen des Tastzyklus gekippt sind. intervall 75 (Primärstrahler 15 sendet) muß der Die Anfangsstufen des Schieberegisters 1878, die 40 Zähler — 10 + 15 = 5° (00101 in binärer Darstelwährend des Sendezeitintervalls des Tastzyklus ge- lung) eingeben; in dem Impulszeitintervall 76 (Prikippt sind, sind mit ihren Ausgängen in einer 1:1- märstrahier 16 sendet) muß der Zähler .-15 + 15 Beziehung mit den Freigabeeingängen der Sender 91 = 0° eingeben; und während des Empfangszeitinterbis 9 N verbunden, wie dies schematisch durch die valls von dem Impulszeitintervall 77 bis zum Ende einzige Verbindungsleitung 1884 angedeutet ist. Auf 45 des Tastzyklus muß der Zähler 0 + 15 = 15° (01111) diese Weise wird das aufeinanderfolgende Tätigwer- eingeben.

den der Sender zur Lieferung von Radarimpulsen an Eine Überprüfung der Logik des «,,-Zählers 1872

ihre zugeordneten Primärstrahler erreicht. Weiterhin j_n Fig. 13 zeigt, daß die notwendigen Zählvorgänge

sind die Ausgänge der Stufen des Schieberegisters erzielt werden. So hat in dem Impulszeitintervall 71

1878 in der hier nur schematisch angedeuteten Art 50 die Stufe »1« des Schieberegisters 1878 an ihrem Aus-

mit dem *_S-Zähler 1872 und mit dem <x_o-Zähler 1874 _gang ein Spannungssignal, das über die vier ODER-

verbunden, so daß sie die Zählerlogik derart steuern, Glieder R 4, R 3, Rl und Rl die UND-Glieder G 4,

daß sie in jedem Impulszeitintervall des Tastzyklus G3, G2 und Gl freigibt, woraufhin die Spannung

digitale Ausgangssignale erzeugen, die die zugehöri- der Spannungsquelle V an die vier Ziffernleitungen

gen Werte der Winkel <x_s, und <x_0l zu diesen Zeitinter- 55 N4, N3, Nl und Nl gelangt, wodurch die Binärzahl vallen darstellen. Der Zähler 1872 besitzt außerdem" 11110 in den Addierer 1810 eingegeben wird. In der

einen mit den UND-Gliedern 1862 verbundenen Aus- gleichen Art und Weise kann rasch überprüft werden,

gang, so daß diese UND-Glieder während des Emp- daß die benötigten Binärzahlen in den übrigen Im-

fangszeitintervalls jedes Tastzyklus zu dem bereits pulszeitintervallen des Tastzyklus erzeugt werden,

früher beschriebenen Zweck freigegeben werden. 60 Ein wesentlicher Vorteil der Ausführungsform des

Fig. 13 gibt eine geeignete Logikschaltung für den Richtantennensystems nach der Erfindung, die mit

<x_s-Zähler 1872 wieder, die für das der Fig. 10 zu- einer Vielzahl von Sende-Primärstrahlern gemäß

gründe liegende und bereits früher beschriebene ein- F i g. 9 und der vorstehenden Beschreibung arbeitet,

fache numerische Beispiel verwendbar ist. Der Zäh- besteht in der sich daraus ergebenden Möglichkeit,

ler 1872 enthält fünf Ziffernleitungen NO, Nl, Nl, 65 die mittlere Leistung, die über das Antennensystem

N3, /V 4, die mit den entsprechenden Eingängen des gesendet werden kann, erheblich zu erhöhen. Hierzu

Addierers 1810 verbunden sind, so daß zu dem in können die Sender 91 bis 9N alle kohärent betrieben

Grad ausgedrückten Winkelwert, der dem anderen werden, so daß dann die von dem Sende-Primär-

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Strahlersatz gesendeten Einheitsimpulse praktisch schiedliche Trägerfrequenz zugeordnet, wobei die einem einzigen Impuls erheblich erhöhter Dauer äqui- schrittweise Frequenzänderung zwischen aufeinandervalent sind. Aus dem obersten Diagramm in Fig. 10 folgenden Teilimpulsen einer linearen oder irgendergibt sich, daß die wirksame Dauer des resultieren- einer anderen Funktion folgt. Der durch die Komden verlängerten Impulses etwa gleich N ■ T ist, da 5 bination der einzelnen Impulse oder Teilimpulse gedie dazwischenliegenden Zeitintervalle Λ T ohne Si- bildete resultierende Impuls hoher Leistung ist daher gnal extrem kurz gemacht werden können, wenn die in einer entsprechenden Weise moduliert oder kodiert, hier in ihren Grundzügen beschriebene digitale Um- Obwohl die mit der Erfindung verwendeten Steuerschalttechnik verwendet wird. Genauer gesagt, wenn einrichtungen für die Phasenverschiebung vorzugs- W die momentane, von jedem der N Sender gelieferte i° weise in der hier beschriebenen Art und Weise voll-Lei;;tung ist, so liefert der Sendsr-Primärstrahlersatz ständig digital arbeiten, können einige oder alle ihre eine Gesamtleistung NWT über eine Gesamtzeit, die Bestandteile durch analog arbeitende Bestandteile ersieh aus dem genannten Diagramm ohne weiteres zu setzt werden.

In einem Richtantennensystem nach der Erfindung

[NT + (N — l).l / ] _{a5 mu}ß (jj_e wellenfokussierende Anordnung nicht in der

ergibt. Dies ist praktisch äquivalent der Abgabe einer bisher betrachteten Weise notwendig nach Art einer Gesamtimpulsleistung, die um das A/-fache größer als Linse, d. h. wellenbrechend, arbeiten. Mit dem gleidie einem einzigen Sender entnehmbare Impuls- chen Ergebnis können auch wellenfokussierende Anleistung ist. Ordnungen verwendet werden, die als Reflektor wir-

Da die sich ergebende Erhöhung der mittleren 2° ken. Dies ist in Fig. 14 dargestellt, in der dieselben Sendeleistung ohne Erhöhung der von jedem der Bezugsziffern wie in F i g. 1 zur Bezeichnung von Be-Primärstrahler oder über die Elemente der wellen- standteilen verwendet sind, die eine entsprechende fokussiercnden Anordnung gesendeten momentanen Funktion besitzen. Ersichtlich weicht die Anordnung Leistung erzielt wird, werden Leistungen in schäd- nach Fig. 14 von derjenigen in Fig. 1 im wesentlicher Höhe vermieden. ²5 liehen nur dadurch ab, daß die Strahlerelemente der

Die Erfindung ermöglicht es somit, irgendeine Zahl Strahlerelementenanordnung 5 in die entgegengesetzte von Sendern zu einem sequentiellen Betrieb zusam- Richtung gedreht sind, so daß sich die ebenen Wellen menzufassen und damit die von ihnen erzeugte Sende- rückwärts von den Primärstrahlern 1 und 2 ausbreileistiing zu addieren, ohne Duplexer oder Weichen ten. Kompliziertere Ausführungsformen von wellenverwenden zu müssen, die andernfalls für einen der- 3» fokussierenden Anordnungen einschließlich solcher, artigen Zweck notwendig wären. Duplexer-Schaltun- die mit einer Drehung der Polarisationsrichtung der gen für eine große Zahi von Sendern sind kompliziert Wellen arbeiten und solche, die nach Art einer und führen zu erheblichen Verlusten, die in dem Cassegrain-Antenne arbeiten, können ebenfalls nach Richtantennensystem nach der Erfindung praktisch Anpassung gemäß der Lehre der Erfindung verwenvollständig fehlen. 35 det werden, wie dem Fachmann ohne weiteres klar ist.

Ein weiterer Vorteil des Richtantennensystems Während bei allen beschriebenen Ausführungs-

nach der Erfindung besteht darin, daß die verschiede- formen des Richtantennensystems die wellenfokussienen Sender H bis 1 N (Fig. 9) derart betrieben wer- renden Anordnungen Wellenenergie zwischen ersten den können, daß sie Impulse erzeugen, die sich von- Wellen, die in einem bestimmten Brennpunkt auf der einander in einer bestimmten Eigenschaft in Über- 40 einen Seite der Anordnung konvergieren, und zwieinstimmung mit einem vorgegebenen Modulations- sehen zweiten Wellen, die eben sind und sich in einer muster unterscheiden. Der resultierende kombinierte bestimmten Richtung auf der anderen Seite der An-Impuls ist dann hinsichtlich der ausgewählten Eigen- Ordnung fortpflanzen, umwandeln, können ersichtlich schaft moduliert oder kodiert. Diese Eigenschaft kann dieselben wellenfokussierenden Anordnungen zur die Amplitude sein, ist jedoch vorzugsweise die Fre- 45 Umwandlung zwischen ersten Wellen, die in einem quenz oder die Phase. Die Frequenzmodulation oder ersten Brennpunkt auf der einen Seite konvergieren, Kodierung breiter Radarimpulse stellt ein Verfahren und zweiten Wellen, die in einem zweiten Brennpunkt zur Erhöhung der Auflösung eines Radarsystems ohne auf der anderen Seite der Anordnung konvergieren, Verminderung seiner Reichweite dar, wie dies aus der verwendet werden. Dies erfordert lediglich eine entallfijemeinen Radartechnik bekannt ist. 50 sprechende Neueinstellung des Verteilungsmusters

D'ese Möglichkeit ist in Fig. 13 berücksichtigt, in der Phasenverschiebungen in den Phasenschiebern der jeder der Sender 91 bis 96 einen Frequenzsteuer- der wellenfokussierenden Anordnung, was dem eingang, z. B. 1888, besitzt und die jeweiligen Fre- Fachmann keinerlei Schwierigkeiten bietet. In diesem quenzrcgeleingänge mit entsprechenden Anzapfungen Zusammenhang ist an die elementare geometrische eines Spannungsteilers 1890 verbunden sind, der zwi- 55 Tatsache zu erinnern, daß sich in einer bestimmten sehen einer Spannungsquelle 1892 und Erde liegt. Auf Richtung fortpflanzende ebene Wellen als Sonderfall diese Weise wird den einzelnen von den zugehörigen von konvergierenden Wellen betrachtet werden kön-Primärstrahlern 11 bis 16 gesendeten Radarimpulsen nen, die in einem in dieser Richtung im Unendlichen (s. F i g. 10 oberes Diagramm) eine schrittweise unter- liegenden Brennpunkt konvergieren.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Richtantennensystem für Radargeräte mit einer Anzahl räumlich voneinander getrennter Primärstrahler und mit zwei Strahlerelementenanordnungen, die eine wellenfokussierende Anordnung zusammen mit einem Satz einstellbarer Phasenschieber bilden, die einander zugeordnete Strahlerelemente der beiden Anordnungen verbinden und so eingestellt sind, daß die von der zweiten Strahlerelementenanordnung aus einer bestimmten Richtung aufgenommene ebene Welle in eine durch die erste Strahlerelementenanordnung abgestrahlte und auf einen bestimmten Brenn- 1$ punkt ausgerichtete Welle umgewandelt wird und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gruppe von Steuergliedern (822, 814, 816, 862) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von den Radarimpulsen (I) die Phasenschieber ao (61 . .. 6n) derart einstellen, daß die von ihnen beeinflußte wellenfokussierende Anordnung (3) ihre Wellen entweder auf einen Sende-Primärstrahlersatz (1) oder einen Empfangs-Primärstrahlersatz (2) richtet, und eine mit der ersten Gruppe zusammenwirkende zweite Gruppe von Steuergliedern (802, 804, 806, 810, 812) vorgesehen ist, die die Phasenschieber (61 . . .6«) so einstellen, daß die von ihnen beeinflußte wellenfokussierende Anordnung (3) ein vorbestimmtes 3J Sende-Antennendiagramm bzw. Empfangs-Antennendiagramm liefert.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Sender mit einem Primärstrahler (1) des ersten Satzes und ein Empfänger mit einem Primärstrahler (2) des zweiten Satzes verbunden ist und ein Steuerglied (822) der ersten Gruppe die fokussierende Anordnung (3) in einer zyklischen, von den Radarimpulsen (I) abhängigen Folge schaltet, während ein Steuerglied (802) der zweiten Gruppe die Phasenschieber (61 bis 6rt) entsprechend einem Abtastzyklus-Programmgeber einstellt, wobei die fokussierende Anordnung (3) die vom Sender über einen der ersten Primärstrahler (1) übertragene Wellenenergie in ebene Wellen umwandelt, die sich in einer vorgeschriebenen Richtung (E) ausbreiten, und aus der gleichen Richtung (R) empfangene Wellenenergie in Wellen umwandeln, die auf einen der zweiten Primärstrahler (2) für den Empfang fokussiert sind.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl der ersten Primärstrahler (1) und daran angeschlossene Sender vorgesehen sind und ein Steuerglied (802) der zweiten Gruppe innerhalb des Sendezyklus (I) in schneller Folge jeden Sender einen Wellenimpuls (el) abgeben läßt und dann den Empfänger und eine Steuerschaltung (801, Fig. 9) einschaltet, die die Phasenschieber (61 bis 6«) derart einstellt, daß in jedem Zyklus jeder der ersten Primärstrahler (1) Wellenenergie in eine gemeinsame vorgeschriebene Richtung (El, £2) sendet und der zweite Primärstrahler (2) dann aus dieser Richtung (R 1, R 2) empfängt.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender Impulse kohärenter Wellenenergie erzeugen und die ersten Primärstrahler (1) resultierende kohärente Impulse verlängerter Dauer aussenden, die die Ausgangsenergie aller Sender vereinigen (F i g. 10).

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung (1840, 1810, 1872) aufweist, die schrittweise mit bestimmter Frequenz die von den einzelnen Sendern (91 bis 96) abgegebene Wellenenergie nach einem bestimmten Modulationsgesetz verschiebt, derart, daß der sich ergebende Impuls mit der bestimmten Frequenz moduliert ist.

6. System nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärstrahler (11 bis IN) mit ihren Achsen etwa auf einen Mittelpunkt (O) der ersten Anordnung (41 bis 4/2) konvergieren (Fig. 9).

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Strahlerelementenanordnung (4) etwa eben ist und die Primärstrahler auf einer Fläche angeordnet sind, die im wesentlichen parallel zur Ebene der ersten Anordnung liegt.

8. System nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Primärstrahler (2) in der Mitte der ersten Primärstrahleranordnung liegt.

9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (802) der zweiten Gruppe einen Antennenabtastzyklus bestimmt und eine Vorrichtung umfaßt, die die vorgeschriebene Fortpflanzungsrichtung von einem Zyklus zum nächsten in Übereinstimmung mit dem Abtastzyklus verändert (Fig. S).

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe von Steuergliedern folgende Einzelglieder umfaßt:

a) Das Steuerglied (802), das ein Signal erzeugt, das eine die vorgeschriebene Fortpflanzungsoder Abtastrichtung kennzeichnende Winkelgröße (S, G) darstellt,

b) Steuerglieder (814, 816), die während jedes mit den Sende- und Empfangsperioden zusammenfallenden Zyklus dieses Signal durch algebraische Addition eines weiteren Signals (818, 820) abändern, welch letzteres dem Winkel entspricht, den die ersten und der zweite Primärstrahler, gesehen von der ersten Strahlerelementenanordnung, einschließen und

c) ein Steuerglied (822), das das zuerst erwähnte Signal vom einen zum nächsten Zyklus entsprechend dem Antennenabtastzyklus verändert.

11. System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe von Steuerglicdern ein weiteres Glied (862) enthält, das eine zusätzliche Änderung (860) der Einstellung der Phasenschieber etwa zwischen den Sende- und Empfangsperioden innerhalb jedes Zyklus vornimmt.

12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe von Steucrgliedern einen Digitalrechner enthält.

13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Phasenschieber (Fig. 5) aus einer Anzahl von

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in Kaskade angeordneten Phasenschieberstufen elementenanordnungen, die eine wellenfokussierende (71 bis 75) für zwei definierte Phasenwinkel be- Anordnung zusammen mit einem Satz einstellbarer steht, von denen jede einen Signaleingang, einen Phasenschieber bilden, die einander zugeordnete Signalausgang und einen binären Steuereingang Strahlerelemente der beiden Anordnungen verbinden (101 bis 105) hat, wobei die Phasenschieber- S und so eingestellt sind, daß die von der zweiten stufen in Serie zwischen den entsprechenden Strahlerelementenanordnung aus einer bestimmten Strahlerelementen liegen und jede Phasen- Richtung aufgenommene ebene Welle in eine durch schieberstufe derart steuerbar ist, daß ein Signal die erste Strahlerelementenanordnung abgestrahlte z. B. in einer ersten Stufe seiner Phase um und auf einen bestimmten Brennpunkt ausgerichtete einen ersten Winkel und in einer anderen Stufe io Welle umgewandelt wird und umgekehrt,
um einen zweiten Winkel in Abhängigkeit von Radar- und ähnliche Richtantennensysteme mit einem ersten und einem zweiten elekrischen Si- elektronisch schwenkbarem Diagramm sind in vergnal am Steuereingang (101 bis 105) der jeweili- schiedenen Ausführungen bekannt. Aus der franzögen Stufe verschoben wird, wobei die Steuerein- sischen Patentschrift 1 393 302 ist beispielsweise ein richtung hierfür einen Digitalrechner (8) umfaßt, 15 Richtantennensystem mit einem Primärstrahler und der eine der Zahl der Phasenschieber entspre- einem reflektierenden Gitter aus matrixartig angechende Anzahl von Ausgängen (101 bis 105) hat, ordneten Strahlerelementen bekannt, bei dem jedem von denen jeder eine der Zahl der Phasenschie- Strahlerelement eine Kurzschlußleitung zugeordnet berstufen jedes Phasenschiebers (6p) entspre- ist, deren Länge sich durch elektrische Steuerchende Anzahl von parallelen Digitalleitungen ao signale verändern läßt. Durch passende Einstellung (1014 bis 1044) hat, derart, daß von dem Rech- der veschiedenen. Kurzschlußleitungen der Strahlerner (8) ausgegebene und parallel den genannten elemente läßt sich erreichen, daß beim Betrieb als Ausgängen zugeleitete Binärzahlen alle Phasen- Sendeantenne die vom Primärstrahler kommende Schieber gleichzeitig auf entsprechende Phasen- elektromagnetische Welle von dem Gitter als winkel einstellen. 35 ebene Welle in einer bestimmten wählbaren Fort-

14. System nach Anspruch 13, dadurch ge- pflanzungsrichtung abgestrahlt wird. Das gleiche gilt kennzeichnet, daß der erste Phasenwinkel Null sinngemäß beim Betrieb als Empfangsantenne. Nachist und der zweite Phasenwinkel für jede Stufe teilig ist an diesem Antennensystem einerseits der im etwa gleich dem Produkt eines gewählten Winkel- Feld der abgestrahlten bzw. empfangenen ebenen Schrittes und einer Potenz von 2 ist, die der Stel- 30 Welle liegende und daher zu störenden Reflexionen lung der Stufe in jedem Phasenschieber entspricht Anlaß gebende Primärstrahler, andererseits die zur und ein zusätzlicher fester Phasenschieber (76) Trennung des Senders vom Empfänger erforderliche, am Ausgang der einstellbaren Phasenschieber in der Speiseleitung des Primärstrahlers liegende vorgesehen ist. Sende-Empfangs-Weiche mit ihrer nicht unerheb-

15. System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch 35 liehen Durchgangsdämpfung.

gekennzeichnet, daß jede Phasenschieberstufe aus Diesen letzgenannten Nachteil vermeidet das aus einer Hybridverzweigung besteht, die zwei Ein- der USA.-Patentschrift 2 983 918 bekannte Richtgangs-Ausgangs-Schenkel (709, 712) und zwei antennensystem, das einen massiven Parabolspiegel Seitenschenkel (710, 711) mit reflektierendem als Hauptreflektor sowie zwei räumlich getrennte Abschluß (715, 716) in einer bestimmten Entfer- 40 Primärstrahler für die Sendeenergie und die Empnung (Ll, L2) von den Eingangs-Ausgangs- fangsenergie aufweist. Die räumliche Trennung der Schenkeln hat und unter Strom setzbare Kurz- Primärstrahler ist nur möglich durch Verwendung Schlußeinrichtungen (713, 714) besitzt, die mitein- unterschiedlicher Polarisationsrichtungen für die geander gegenüberliegenden Wandungen des jewei- sendeten und die empfangenen Wellen. Im Strahligen Seitenschenkels in bestimmten anderen Ent- 45 lungsfeld des Hauptreflektors liegt mindestens ein fernungen (/1, 12) von den Abschlüssen (715, Hilfsreflektor in Form eines Gitters, das Wellen der 716) verbunden sind und eine eintretende Welle, einen Polarisationsrichtung auf den einen Primärdie einem der Eingangs-Ausgangs-Schenkel züge- strahler reflektiert, während es Wellen der anderen führt wird, den anderen Eingangs-Ausgangs- Polarisationsrichtung hindurchtreten läßt, so daß die Schenkel als austretende Welle verläßt und dabei 50 letzteren entweder direkt oder über einen zweiten, einen ersten oder zweiten Phasenwinkel gegenüber für diese Polarisationsrichtung reflektierenden Hilfsder eintretenden Welle hat, je nachdem, ob die reflektor auf den zweiten Primärstrahler gelangen. Kurzschlußeinrichtung stromlos oder stromfüh- Eine elektrische Schwenkung des Antennendiagramms rend ist, mit der eine Schalteinrichtung zum wahl- ist bei diesem Antennensystem nicht möglich.
. weisen Stromführend- und Stromlosmachen in Ab- 55 Ein Antennensystem, das im wesentlichen dem hängigkeit von dem Wert des elektrischen Signals Richtantennensystem der einleitend angegebenen am Steuereingang der Stufe verbunden ist. Gattung entspricht, ist aus der USA.-Patentschrift

16. System nach Anspruch ί5, dadurch ge- 2 986 734 bekannt. Bei diesem bekannten Antennenkennzeichnet, daß die Kurzschluß- und Schaltein- system ist das Antennendiagramm durch passende richtung Dioden umfaßt, die zwischen gegenüber- 60 Veränderung der Einstellung der Phasenschieber liegenden Wandungen der entsprechenden Seiten- elektrisch schwenkbar. Im übrigen handelt es sich schenkel liegen und parallel mit dem Steuerein- um ein Sendeantennensystem, und die räumlich vongang verbunden sind. einander getrennten Primärstrahler strahlen beide

Sendenergie ab, wobei entsprechend den Eigenschaf-

65 ten der wellenfokussierenden Anordnung jedem der

Die Erfindung betrifft ein Richtantennensystem für Primärstrahler in Abhängigkeit von seiner räumlichen

Radargeräte mit einer Anzahl räumlich voneinander Lage eine ganz bestimmte Richtung des zugehörigen

getrennter Primärstrahler und mit zwei Strahler- Antennendiagramms zugeordnet ist und die beiden