DE1591025A1

DE1591025A1 - Antenne mit linearer strahlender oeffnung

Info

Publication number: DE1591025A1
Application number: DE1967C0041575
Authority: DE
Inventors: Roland Trigon
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1966-02-22
Filing date: 1967-02-21
Publication date: 1975-05-28
Also published as: FR1605378A; US3945009A; GB1386777A

Description

CSiF-G(MPAGNIE GENERALE DE TELEGRAPHIE SAlTS PIL

47, rue Dumont d'UrVa-IIe, Paris 16/Frankreich

Antenne mit linearer strahlender Öffnung

Die Erfindung "bezieht sich auf Antennen mit linearer strahlender Öffnung, "bei welchen der äquivalente Quellenpunkt ("bzw. das Phasenzentrum) entlang der Öffnung "beweglich ist.

Eine solche Beweglichkeit ist in vielen Fällen, "beispielsweise "bei einem von einem Luftfahrzeug getragenen Radargerät, erwünscht, damit die festen Bodenechos unterdrückt werden können. Eine -uö'sung dieses Problems ist "bereits in der französischen Patentschrift 1 388 813 beschrieben, gemäss welcher eine Antenne mit ineinandergeschachtelten strahlenden Hohlleitern verwendet wird.Dabei bewegt sich aber das Phasenzentrum nicht entlang einer Geraden, weil es entlang einem Hohlleiter in einer Dimension verschoben und zwangsläufig um die Breite eines Hohlleiters in der anderen Dimension versetzt wird.

Lei/Ba

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Das

SAD

Das Ziel der Erfindung ist die Vermeidung dieses Nachteils,

Eine nach der Erfindung ausgeführte Antenne mit linearer strahlender Öffnung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass zur Verschiebung des Phasenzentrums der Antenne entlang der Öffnung eine Anstrahlungs-Unsymmetrie eingeführt wird, welche in Bezug auf den Mittelpunkt der strahlenden Öffnung einstellbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben.Darin zeigen:

]?ig.1 eine schematische Darstellung der linearen Öffnung einer Antenne in zwei Stellungen,

Pig.2 eine nach der Erfindung ausgebildete Antenne,

Pig.3 eine Ausführungsform der bei der Antenne von Pig.2 W angewendeten erfindungsgemässen Verbesserung,

Pig.4 ein Diagramm zur Erläiterung des Vorteils der Erfindung bei einem Luftfahrzeug-Radargerät und

Pig.5 ein Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemasse Antenne.

Das Strahlungsdiagramm einer Antenne ist durch die Pourier-Transformierte der Anstrahlung über die strahlende Öffnung

509822/0328 der

BAD

_ 3 —

der Antenne gegeben. Bei einer linearen Öffnung, wie sie durch die Strecke AB von Pig.1 dargestellt ist, wobei der Mittelpunkt Older Strecke AB als Ursprung gewählt ist, äussert sich eine symmetrische Anstrahlung durch ein Strahlungsdiagramm, das in Bezug auf die mittelsenkrechte Ebene der Öffnung AB gleichphasig und dem Betrag nach symmetrisch ist. Die Schnittlinie dieser Ebene mit der Zeichenebene ist die Gerade ON.

Das Ptysenzentrum der Antenne liegt bei O.

Wenn man die Öffnung der Antenne um eine Strecke d nach A¹B¹ verschiebt, weisen die an den Punkten O und Ö¹ empfangenen Wellen die folgende Phasendifferenz auf?

/\i= 2ti^ sin θ (1)

Dabei ist Θ der Winkel zwischen der Geraden ON und der Richtung D, aus der die empfangenen Wellen kommen, und \ ist die Wellenlänge.

Wenn die Anstrahlung der Öffnung unsymmetrisch gemacht wird, wobei die Öffnung in der Stellung AB ist, bleibt das Strahlungsdiagramm der Antenne dem Bätrag nach symmetrisch, während es der Phase nach ungerade wird, was bedeutet, dass die die Phase als Punktion des Winkels θ darstellende Punktion ungerade isc, wenn 0 der Ursprung ist.

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Bei

Bei verhältnismässig kleinen Winkeln θ ist es möglich, ohne Verschiebung der Öffnung AB durch eine unsymmetrische Anstrahlung eine Strahlung zu erhalten, welche die gleiche Phasenfunktion im Punkt O¹ im Abstand d vom Punkt O hat, wie wenn die Öffnung nach A¹B¹, also um den Abstand d verschoben wäre.

Eine aus einem Richtung θ kommende und yqxi der Antenne mit unsymmetrischer Anstrahlung der strahlenden Öffnung empfangene Weile ist also hinsichtlich der Phasenlage ^ einer Welle äquivalent, die aus der gleichen Richtung von einer um d verschobenen Antenne mit symmetrischer Anstrahlung empfangen wird. Durch die Einführung einer Unsymmetrie in der Anstr-ahlung der Öffnung der Antenne verschiebt man also deren Phasenzentrum entlang der Öffnung.

Pig.2 zeigt eine Ausführungsform einer Segmentantenne (Pillbox-Antenne), bei der die Erfindung angewendet fc wird. Es ist nämlich leicht möglich, die Anstrahlung eines Fokussierungssystems (Parabolöidzylinder, linse od.dgl.) beispielsweise dadurch zu verändern, dass eine Primärquelle verwendet wird, die aus mehreren Hornstrahlern zusammengesetzt ist, deren gegenseitige Phasenlage eintellbar ist.

Pig.2 zeigt eine Segmentantenne, welche zur Unterdrückung des Schattens der Primärquelle gefaltet ist.

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Diese Antenne 1 enthält eine doppelte Primärquelle 2, die von einem Hohlleiter 3 gespeist wird. Diese Quelle strahlt zu einem Reflektor 4 in Form eines parabolischen Zylinders, welcher die von der Quelle gelieferte Energie zu der strahlenden Öffnung zurückwirft.

Pig.3 zöigt schematisch eine Ausführungsform der Primärquelle 2.

Die über den HohLleiter 3 ^übertragene Energie wird auf zv/ei Kanäle 21 una 22 mit Hilfe eines gefalteten magischen T-Glieds 20 aufgeteilt, dessen vierter Zweig 27 reflexionsfrei abgeschlossen ist. Die Kanäle 21 und 22 enthalten jeweils einen Phasenschieber 23 und 24, beispielsweise in Form einer Kapazitätsdiode (Varaktor). Die Phasenverschiebung zwischen den beiden Kanälen ist also elektrisch einsteilbar. Die über jeden der Kanäle 21 und 22 gehende Energie wi-'d von den Öffnungen 25 bzw. 26 abgestrahlt. Die Phasenverschiebung zwischen den beiden Kanälen verschiebt das Maximum der Anstrahlung des Reflektors 4, wodurch die Unsymmetrie in der Anstrahlung der str.ahlenden Öffnung AB hervorgerufen wird. Das Phasenzentrum der Antenne 1 ist also in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung zwischen den beiden Kanälen entlang der Strecke AB beweglich.

Eine solche Antenne kann insbesondere bei einem Luftfahrzeug-Radargerät dazu verwendet werden, empfangsseitig die Phasen-. änderung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen zu

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kompensieren

BAD ORIGINAL

kompensieren, wenn die Aussendung dieser Impulse kohärent ist.

In Pig.4 stellt die x-Achse mit den Punkten O und O die

1 2 Linie dar, entlang der sich das Luftfahrzeug bewegt, welches das Radargerät trägt. Zwischen zwei Impulsen hat sich das Luftfahrzeug um die Strecke d vorwärtsbewegt, welche den Abstand zwischen den beiden Stellungen CL· und O₀ des Mittelpunkts der Antennenöffnung darstellt. Wenn die Aussendung mit der gleichen Phase in der Richtung D erfolgt, in der sich ein Pestziel befindet, wobei die Richtung D durch den Winkel θ definiert ist, weisen die Echosignale, die auf Grund der oeiden aufeinanderfolgenden Impulse empfangen werden, die Phasenverschiebung 4lf τ· sin θ auf. Wenn man mit Hilfe der erfindungsgemäaEBn Antenne beim ersten Empfang das Phasenzentrum um die Strecke d nach vorn verschiebt (so dass das Phasenzentrum dann mit dem Punkt O₂ zusammenfällt), und beim zweiten Empfang das Phasenzentrum um d na&h hinten verschiebt ( so dass das Phasenzentrum dann mit dem Punkt O^ zusammenfällt), kompensiert man die Phasenverschiebung zwischen den Echosignalen, welche auf Grund der beiden aufeinanderfolgenden Impulse empfangen werden. Einer kohärenten Sendung entspricht dann ein kohärenter Empfang.

Man

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Man kann die "Verschiebung des Phaserizentrums auch sowohl bei der Sendung als auch beim Empfang anwenden. In diesem Pail genügt es, das Phasenzentrum der Antenne beü. der Sendung und beim Empfang des ersten Impulses um d/2 nach -vorn und bei der Sendung und beim Empfang des zweiten Impulses um d/2 nach hinten zu verschieben.

Das Phasenzentrum der Antenne bleibt also in diesem Pail ortsfest, wobei es in der Mitte zwischen O^ und O₂ liegt.

Pig.5 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines luftfahrzeug-Radargeräts für den Pail, dass das Phasenzentrum nur b'eim Empfang verschoben wird.

Bei der Sendung werden kohärente Impulse, die von dem Sender 30 geliefert werden, den beiden Öffnungen 25 und ohne Phasenverschiebung über Richtungsgabeln 28 bzw. 29 zugeführt.

Beim Empfang werden die über die Öffnungen 25 und 26 empfangenen Echosignale eines Ziels dem Empfänger 31 über Phasenschieber 23 bzw. 24 zugeführt.

Diese Phasenschieber empfangen von den Ausgängen 320 bzw. 321 des Generators 32 Steuerspannungen, welche in Abhängigkeit von Signalen, die von dem Synchronisiersignalgpierator 33 des. Radargeräts stammen, den einen oder den anderen von zwei Werten annehmen können.

509822/0328 Diese

Diese Anordnung arbeitet in folgender Weise:

Das sich auf ein Ziel "beziehende Signal wird mit Hilfe von zwei aufeinanderfolgenden Impulsen erhalten, also "beispielsweise mit Hilfe eines Impulses mit ungerader Nummer und eines nachfolgenden Impulses mit gerader Nummer.

P Bei der Aussendung des ungeraden Impulses schickt der Synchronisiersignalgenerator 33 zu dem Generator 32 einen Impulse, so dass dieser an seinem Ausgang 320 eine Spannung V +v und Sn seinem Ausgang 321 eine Spannung V₀-V a"bgi"bt, wobei ν so eingestellt ist, dass das Phasenzentrum der Antenne für den Empfang des von diesem Impuls stammenden Echosignals um d nach vorn verschoben wird. Bei dem folgenden geraden Impuls werden die Spannungen an den Ausgängen 320 und 321 vertauscht, so dass das Phasenzentrum für den Empfang des von diesem geraden Impuls stammenden ( und vom gleichen Ziel kommenden) Echosignals um d nach hinten verschoben wird. Die Spannung ν wird entsprechend der gewünschten Strecke d eingestellt, die insbesondere von der Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs abhängt.

In bestimmten lallen ist es günstiger, die Strecke d konstant zu halten und die Folgefrequenz der Sendeimpulse in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit zu veränderen.

509822/0328 Patentansprüche

BAD ORiGJNAL

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur linearen VersGhiebung des Phasenzentrums einer Antenne mit strahlender Öffnung , dadurch gekennzeichnet, dass in der Anstrah.Iu.ng der Öffnung (5) eine einstellbare lineare Unsymmetrie in Bezug auf den ursprunglichen Anstrahlungsmittelpunkt entsprechend der gewünschten Verschiebungsrichtung eingeführt wird (lig.1).

2. Antenne zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch mit einem Reflektor mic einerjstrahienden Öffnung, gekennzeichnet durch wenigstens zwei scrahlende Primärquellen (25, 26) und durch Einrichtungen (3,20, 23,. 24) zur Speisung der Primärquellen mit elektromagnetischer Energie gleicher Amplitude, aber veränderlicher gegenseitiger Phasenlage.

3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor nach Art einer gefalteten Segmentantenne (Pillbox-Antenne) (4) ausgeführt ist.

4. Antenne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Speisung der Primärquelle ein gefaltetes magisches T-G-lied (20) enthalten, dem die Energie an einem Zweig zugeführt wird, dass zwei einstellbare Phasenschieber in die beiden mit den Quellen gekoppelten Zweige des magischen I-G-iieds eingefügt sind, und dass der -vierte Zweig des magischen !-Gliedes reflexions-

frei abgeschlossen ist 509822/0328

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5. Verfahren zur Kompensation der Bewegung der Antenne zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen bei einem mit kohärenten Impulsen arbeitenden beweglichen Radargerät, bei weichem die aufeinanderfolgenden Echosignale einem Phasenvergleich unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei Empfang das Phasenzentrum der Antenne parallel zu derBewegung der Antenne von einem Radarzyklus zum nächsten nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 nach vorn oder hinten verschoben wird, wobei die Amplitude der Verschiebung von der Bewegungsgeschwindigkeit der Antenne abhängt.

6. Radargerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, mit einer Antenne, einem Sender, einem Empfänger und einer Synchronisieranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne zwei Quellengruppen (25, 26) enthält, von denen jede Gruppe wenigstens eine Quelle aufweist, dass zwischen die Queilengruppen und den Empfänger (31) eine von der Synchronisieranordnung (35) synchronisierte Steueranordnung (32, 23, 24) eingeführt ist, und dass die Steueranordnung so ausgeführt isc, dass sie zwischen den die Strahlergruppen mit dem Empfänger verbindenden Kanälen eine Phasenverschiebung erzeugt, deren Richtung von einem Radarzyklus zum nächsten umgekehrt wird.

509822/0328 bad original

7. Radargerät nacrli Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranordnung (2) durch Steuerspannungen einstellbare Phasenschieber (23, 24) enthält, die zwischen den Empfänger und die eine bzw. die andere Quellengruppe eingefügt sind, sowie einen Doppelspannungsgenerator (32), der durch die Synchronisieranordnung sdsynchronisiert wird, dass er an zwei Ausgängen, die mit den Steuereingängen der Phasenschieber gekoppelt; sind, abwechselnd zwei Spannungen "V +v und V -v erzeugt, wobei Y_Q eine Bezugsspannung ist und τ von der Bewegungsgeschwindigkeit der Antenne abhängt.

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