DE1541473A1

DE1541473A1 - Antenne mit elektronischer Ablenkung

Info

Publication number: DE1541473A1
Application number: DE19661541473
Authority: DE
Inventors: Philippe Gadenne
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1965-12-13
Filing date: 1966-12-10
Publication date: 1969-11-13
Also published as: FR1571257A; US3482244A; NL6617493A; GB1171938A

Description

Unser Zeichen: 0 2342

GSP-GOMPAGNIE GENERALE DE TELEGRAPIiIE SANS J¹IL 47, rue Dumont d'Urville, Paris /Frankreich

Antenne mit elektronischer Ablenkung

Die Erfindung bezieht sich auf Antennen mit elektronischer Ablenkung, die insbesondere bei Monopuls-Radargeräten verwendet v/erden und mehrere strahlende Quellen enthalten, wobei die Ablenkung des Bündels durch Phasenverschiebungen zwischen den verschiedenen strahlenden Quellen erhalten wird.

Um das Bündel in eine gewünschte Richtung einzustellen, ist es bekannt, an jeder Quelle eine Phasenverschiebung vorzusehen, deren Wert aus mehreren quantisierten Stufen gewählt wird. Eine solche Quantisierung ergibt im allgemeinen einen Fehler für die Phase jeder Quelle, da der erforderliche Phasenverschiebungswert ,für jede Quelle im allgemeinen nicht genau gleich einer der quantisierten Stufen ist. Wenn man eine solche Antenne

in

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in einem Monopuls-Radargerät dazu verwendet , eine gegebene Information (Höhenwinkel oder Beitenwinkel) über ein Ziel zu erhalten, unterteilt man die Antenne in zwei gleiche Teile, und man bildet insbesondere die Differenz zwischen den vom Ziel stammenden Signalen, welche von den beiden Teilen der Antenne empfangen werden. Wenn das Ziel in der Achse des Antennenbündels liegt, hat diese Differenz den ftert Null. Im Fall der zuvor beschriebenen Antenne ist infolge des durch die Quantisierung bei jeder Quelle hervorgerufenen Phasen fehlers die wirkliche Achse des Antennenbündels in eine Richtung eingestellt, die nicht genau der theoretisch erwünschten Richtung entspricht. Bei der Ermittlung des Orts des Ziels wird also ein Fehler begangen. Dieser Fehler stört, und er wächst mit jedem der bei jeder Quelle begangenen Phasenfehler an. Dieser iehler über die Richtung des Ziels ist also umso grosser, je grosser der Quantisierungsschritt ist.

Zur Vermeidung dieses Nachteils wird vorgeschlagen,den durch die Quantisierung hervorgerufenen Einstellfehler des Bündels zu berechnen und dadurch den wirklichen Einstellwinkel des Antennenbündels zu erhalten.

Eine nach der Erfindung ausgeführte Antenne mit elektronischer Ablenkung mit mehreren strahlenden Quellen, bei welcher die Einstellung des Bündels in einer theoretisch vorgegebenen Richtung durch Phasenverschiebungen

~ «. * _Λ . >. *. zwischen 9098Ü6/0369

■Ί T

zwischen den einzelnen Quellen erhalten wird, wobei der Wert der bei jeder Quelle hervorgerufenen Phasenverschiebung aus quantisierten Stufen ausgewählt wird und die Quantisierung im allgemeinen einen Fehler in der für jede Quelle genau erforderlichen !phasenverschiebung und in der Einstellrichtung des Antennenbündels hervorruft, ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der wirklichen Einstellrichtung der Achse des Antennenbündels eine Hechenanordnung vorgesehen ist, welche die Berechnung des Einstellfehlers des Bündels in Bezug auf die theoretische Einstellrichtung auf Grund der Werte der Phasenverschiebungsfehler bei jeder Quelle ermöglicht.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispialshalber beschrieben. Darin zeigen;

Fig.1 eine schematische Darstellung einer strahlenden Quelle in einer Antenne mit elektronischer Ablenkung,

Fig.2 die Art der Anzeige einer beliebigen Richtung D_Q und

Fig.5 eine Ausführungsform der Antenne mit elektronischer Ablenkung nach der Erfindung.

Fig.1 zeigt schematiech eine Antenne mit elektronischer • Ablenkung, die mehrere strahlende Quellen enthält, die auf einer Fläche A verteilt sind. Diese Antenne besitzt zwei ^ymnetrieachsen (X-Achse, T-Achse), durch welche sie in

vier

vier gleiche Seile geteilt wird. In Fig.1 ist nur eine einzige Quelle S_m dargestellt, (wobei m und η ganze Zählen sind, von denen sich m zwischen -p und +p ändert, während sich η zwischen -q. und +q. ändert).

Die strahlende Quelle S ist durch ihre Koordinaten X_ und Y angegeben. Der Phasenureprung für die verschiedenen strahlenden Quellen wird im Punkt ü gewählt. Eine beliebige Richtung D wird, wie in Fig.2 gezeigt ist, in Bezug auf die Antenne durch den Winkel g ( Seitenwinkel) zwischen der senkrecht zur X»Achse und Y-Achse stehenden Z-Achse und der Projektion D¹ ■ von D auf die XZ-Ebene sowie durch den Winkel s ( Höhenwinkel) zwischen D¹ und D angegeben.

Es lässt sich errechnen, dass die folgende genaue theoretische Phase der Quelle S_m „ erteilt werden muss, damit die Achse des Antennenbündels in der Richtung D abgelenkt wird:

= ^T ^m ^{cos B}o ^sia ^o ^{+ X}n ^B±u worin "\ die Betriebswellenlänge ist.

In Wirklichkeit wird die der Quelle S zu erteilende Phase aus guantisierten Stufen ausgewählt. Die Richtung des im allgemeinen für jede Quelle hervorgerufenen Fehlers wird für die Quelle S mit £ = + 1 bezeichnet, je nachdem, ob der Phasenwert zu einer über oder zu einer unter dem theoretischen Phasenwert liegenden quantisierten ;.tufe gerundet wivd. Wenn 0 der Wert des Quantisierungs-909846/03S9 _rp ,Jjy^T soaritts

Schritts ist, lautet der Wert der für die Quelle S
gewählten quantisierten Phase:

0« = f 0

mno ^mG

mn ~ mn ^{wenn c} _mn
oder (T_01n = k_mn + 1 wenn ^_n = +1

darin ist k_mn eine ganze Zahl, die folgenderniassen definiert ist:

0 ^ma

Der für die Quelle S_{m n} "begangene Phasenfehler ist also:

Δ 0 _mno= 0_mno - *_mil 0 vienn
oder Δ 0 _mü0 = 0_mno - (V +D0 wenn^_n = +1

Wenn die Werte von L symmetrisch oder ant!symmetrisch in Bezug auf die X-Achse und die I-Achse sind, lässt sich zeigen, dass die Winkelfehler des Seiteriwinkels und des Höhenwinkels der Richtung der Achse des Antennehbündels in Bezug auf D durch die folgenden Gleichungen gegeben sind:

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— ο —

Β«« A 0_m

*-^» K mal η = —q ^1;

O 2-1/ COS S COS

m = 1 η = -q

2Tcos S₀

(2)

Die Glieder B_mL und C₁₁₁₁₁ sind folgenderes sen definiert:

tPamit eine gegebene iOrm des Strahlungsdiagramm;=! der Antenne erhalten wird, muss sich die Quellenanstrahlung entlang einer Zeile (parallel zur X-Achse) nach einer funktion ändern, die für jede Quelle einen Anstrahlungskoeffizienten B definiert. In gleicher Weise muss die Quellenstrahlung entlang einer Spalte (parallel zur Y-Achse) sich nach einer Punktion ändern, die für jede Quelle einen Anstrahlungskoeffizient G_01n definiert, wobei der resultierende Anstrahlungskoeffizient für eine Quelle S_{m n} gleich dem Produkt ^Bmn -⁰Im ^ist·

Fig.3 zeigt eine Ausführungsform einer Antenne mit elektronischer Ablenkung nach der Erfindung.Zur Vereinfachung ist angenommen, dass die Antenne.eine lineare Anordnung von 2p Quellen enthält, die in einer horizontalen Ebene liegen, und dass die Antenne eine Ablenkung in dieser Ebene durchführt.

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J)ieseti 2p Quellen S werden die von den Phasenschiebern Lm erzeugten Phasenverschiebungen, erteilt* Jede der Quellen

ill

ist mit dem Empfänger 2 verbunden. Der Wert der voa dem Phasenschieber Lm erzeugten Phasenverschiebung wird über eine Verbindung 4.m von einem Phasenrechner 3 und einem in Reihe damit liegenden Rechenwerk 4 zur Berechnung der abgerundeten Werte gesteuert. Der Phasenrechner 3 yeist einen Eingang 3u auf, der mit dem ersten Eingang finer Addierschaltung 7 verbunden ist, Das Rechenwerk 4 | ist mit den Eingängen 50.m eines Rechenwerks 5 Terbunden, <$BSsen Eingänge 5Lm mit einem Speicher 6 verbunden sind.

<fer Eingang 53 des Iechenwerks 5 ist mit dem Eingang 30 4es Phasenreciiners 3 verbunden. Der Ausgang 52 des Itechenwerks 5 ist an einen zweiten Eingang der Addierjrchaltung 7 angeschlossen, deren Ausgang 70 mit einer /nformationsverarbeitungsanordnung 8 verbunden ist, die fcinen Ausgang 80 aufweist. Diese Anordnung 8 ist mit dem Empfänger 2 über die Verbindung 20 verbunden.

i)iese Anordnung arbeitet in folgender V,"eise:

Da die Richtung D_Q in der horizontalen Sbene liegt, wird nur die Gleichung (1) beibehalten, die folgendermassen lautet;

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(3)

21T

^{C0S S}o g B_m X_E

Der Phasenreohner 3 empfängt an seinem Eingang 30 den Wert des gewünschten Winkels g für die Einstellung der Achse des Bündels in der Richtung D . Da der Wert Λ der

verwendeten Wellenlänge bekannt ist, überträgt er zu dem Rechenwerk 4 für die Berechnung der abgerundeten

Il Werte, die genauen Werte der Phasenverschiebungen 0_mo» welche für die Quellen S erforderlich sind. Das Rechenwerk 4 rundet die Phasenverschiebungswerte 0 auf die quantisierten Werte 0' ab, wobei für jede Pfcasenver-Schiebung eine Eehlerrichtung nach einer vorgegebenen Punktion gewählt wird ( beispielsweise Abrundung auf den nächstenWert oder Verwendung eines Oodee). Das Rechenwerk 4 steuert dann die entsprechenden Phasenschieber La und berechnet gleichzeitig die Werte £± der begangenen Fehler.ΈΛ überträgt dienerte zu dim

" Rechenwerk 5, zu welchem gleichfalls der Wert \ geliefert worden ist .Das Rochenwerk 5 .-empfängt an seinem Eingang den Wert des Winkels g und hat die Werte von X gespeichert. Es berechnet dann den Wert des durch die Quantisierung hervorgerufenen Seitenwinkelfehlers J\„_a unter Benutzung der Werte der Anstrahlungskoeffisienten B ",-die von

dem Speicher 6 geliefert werden,in welchem diese Werte aufgezeichnet sind. Der Wert des Fehlers /\ wird zu

der .9098 46/03 89

der Addiersehaltung 7 geliefert, die auch den theoretisch, erwünschten Wert g_Q empfängt. Die Addierschaltung 7 gibt an ihrem Ausgang 70 den Wert des wirklichen Winkels ^gro ^ S₀ + Ak S₀ der Einstellung der Achse des Antennenbündels a"b. Dieser Wert g._o wird zu der Informationsverarbeitungsanordnung 8 übertragen, die auch die vom Empfänger 2 gelieferten Daten empfängt. Man erhält am Ausgang 80 die gewünschten Informationen.

Die beschriebene Anordnung ermöglicht eine beträchtliche Erhöhung der Genauigkeit des Radargeräts. Die Erfindung ist natürlich nicht auf das zuvor beschriebene vereinfachte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere können gleichartige Anordnungen für Antennen vorgesehen werden, welche Einstellfehler des Bündels dem Höhenwinkel nach und dem Seitenwinkel nach aufweisen.

Patentansprüche

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Claims

1. Antenne mit elektronischerAblenkung mit mehreren strahlenden Quellen, die auf einer Fläche verteilt sind, wobei jede strahlende Quelle an einen einstellbaren Phasenschieber angeschlossen ist, der Phasenverschiebungen von quantisierten Werten hervorrufen kann, und wobei die Phasenschieber von einer Phasenrechenanordnung gesteuert werden, welche die quantisierten Phasenverschiebungen für einen gewiinscnten

Hohenwinkel und feitenwinkel der Achse des Antennenbündels bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenrechenanordnung die bei jeder Quelle begangenen Phasenfehler zu einer zweiten Rechenanordnung liefert, welche gleichfalls die gewünschten Hohenwinkel- und Seitenwinkelwerte empfängt und an ihren Ausgängen die Höhenwinkel- und Seitenwinkelfehler liefert, welche bei der Einstellung der Achse des Antennebündeis begangen worden sind, und dass die Ausgänge mit den ersten Eingängen von Addierschaltungen verbunden sind, deren zweite Eingänge den gewünschten Hohenwinkel bzw. Seitenwinkel empfangen, und die an ihren Ausgängen den wirklichen Höhenwinkel bzw. Seitenwinkel der Achse des Antennenbündels liefern.

2. Antenne mit elektronischer Ablenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rechenanordnung einen Speicher zur Aufzeichnung der Anstrahlungskoeffizienten jeder der strahlenden Quellen sowie ein an diesen Speicher angeschlossenes Rechenwerk enthält, das Eingänge aufweist, die an die Ausgänge

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der Phasenrechenanordnung angeschlossen sind.

3. Antenne mit elektronischer Ablenkung nach Anspruch 2, bei welcher die Lage der strahlenden Quellen auf der Antennenfläche durch die Koordinaten X^ und Y_n in einer zur Seitenwinkel· ebene parallelen X-Achse "bzw. einer zur Höhenwinkelebene parallelen I-Achse definiert sind und der Nullpunkt des Koordinatensystems die als Phasenursprung gewählte Antennenmltte ist, wobei m eine ganze Zahl zwischen -p und +p und η eine ganze Zahl zwischen -q. und +q. ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher die Anstrahlungskoeffizienten B₁₁₁₁₁ in der X-Achse und G^ in der Y-Achse speichert, und dass das Rechenwerk, das Ton der Phasenrechenanordnung die Phasenfehler &. ^mno für einen gewünschten Höhenwinkel S_Q und Seitenwinkel G₀ empfängt, an seinen Ausgängen den Höhenwinke!fehler

so 2 τγ cos S.

£ t

-ρ η =ι

« -p - - - ^{mn n}

bzw. den Seitenwinkelfehler

Δ- m ==T η «Τ

^{g0 =} 2 tr ^{cos 8}λ ^COB β«

abgibt.

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