DE1591318A1

DE1591318A1 - Frequenzgesteuerte Monoimpulsabtastantenne

Info

Publication number: DE1591318A1
Application number: DE19671591318
Authority: DE
Inventors: Alegeo Jerry Alan
Original assignee: North American Aviation Corp
Current assignee: North American Aviation Corp
Priority date: 1965-07-15
Filing date: 1967-07-11
Publication date: 1972-02-03
Also published as: GB1145195A; DE1591318B2; NL6706426A; DE1591318C3; US3434139A

Description

North American Aviation, Inc·, El Segundo / California (V.St.v.A*)

Frequenzgesteuerte Monoimpulsabtastantenne

Die Erfindung bezieht sich auf eine Monoimpulsantenne und im besonderen auf eine Monoimpulsantenne mit frequenzgesteuerter Abtastung·

Wird eine Radaranlage benutzt, um eine Information über ein entdecktes Objekt zu erhalten, so wurde bisher eine Antenne mit starker Richtwirkung verwendet, d»h# eine Antenne mit einer geringen Strahlbreite, welche Antenne eine Abtastung innerhalb eines gewählten Abtastwinkels durchführte» Durch Abtastung in zwei zu einander senkrechten Richtungen, z»B# Neigen der Antenne innerhalb eines Höhenwinkels bei einer weniger raschen Führung der

Antenne innerhalb eines Azimuthwinkels, können die beiden Komponenten

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der Sichtung des Objektes bestimmt werden«

Ein Verfahren, mit dem bewirkt werden kann, dass ein ausgestrahlter Radioenergiestrahl eine Abtastung zugleich in zwei zu einander senkrechten Richtungen ausführt, besteht darin, eine koplanare Matrix aus in gleichen Abständen angeordneten Reihen und Spalten von Ausstrahlungselementen vorzusehen, die in einer gewählten Zeit-Phasen-Folge von einer sinusförmigen Speiseleitung gespeist werden, die mit einer Quelle einer frequenzabgetasteten Radioenergie in Verbindung steht, wie in einem Aufsatz mit dem Titel "Doubly Dispersive Frequency -Scanning Antenna" von J«Croney auf den Seiten ?6-8 der Ausgabe Juli I963 des Microwave Journal, herausgegeben von Horizon House, Inc«, Dedham, Massachusetts, USA» sowie in der deutschen Patentanmeldung Nr, 29 393 ausführlich beschrieben wird« Bekanntlich wird die Richtung eines entdeckten Objektes mit einer Genauigkeit bestimmt, die durch die Strahlbreite begrenzt wird*

Soll die Richtung eines entdeckten Objektes innerhalb der Strahlbreite genauer bestimmt werden, so kann ein von mehreren Zwei-Ebenen-Monoimpulsempfangsverfahren angewendet werden, wie auf Seite 7 des Werkes "Introduction to Monopulse" von Rhodes, herausgegeben von McGraw-Hill (1959) beschrieben ist* Durch Vereinigen der Monoimpuls-Azimuth- und Höhenkomponenten des von der geometrischen Mitte der Strahlbreite abweichenden Winkels des Objektes (z.B* die Position innerhalb der Strahlbreite) mit den betreffenden Azimuth- und Höhenkomponentenwinkeln der vorliegenden Richtung des abgetasteten Antennenstrahlmusters kann die Richtung eines entdeckten Objektes vollständig bestimmt werden, selbst wenn die Richtung der geometischen Mitte der Antennenstrahlbreite nicht 'mit der genauen Richtung des entdeckten Objektes zusammenfällt

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(ζ·Β, Monoimpulsdatenverarbeitung außerhalb der geometrischen Mitte der Antennenstrahlbreite), andererseits kann das Zusammenfallen der Richtung des Objektes mit der Richtung der genannten geometrischen Strahlmitte angezeigt werden (z»B_# Monoimpulsdatenverarbeitung in der geometrischen Strahlmitte)·

Weifeden die Geschwindigkeiten der zu entdeckenden Radarobjekte immer größer, so ist es erwünscht, wenn nicht sogar notwendig, einen gegebenen feststehenden Überwachungswinkel rascher abtasten zu können, während andererseits die Monoimpulsdatenverarbeitung beibehalten wird.

Es wurden verschiedene Einrichtungen zum Vereinigen der Frequenzabtastung mit der Monoimpulsarbeitsweise entwickelt» Solche Monoimpulsarbeitsweisenumfassten jedoch normalerweise nicht die Zwei-Ebenen-Monoimpulsarbeitsweisej diese waren vielmehr auf nur eine Ebene beschränkt« Die eine Möglichkeit, die frequenzgesteuerte Abtastung einer frequenzempfindlichen Antenne mit der Monoimpulsarbeitsweise zum Ermitteln der Sichtung eines Objektes zu verbinden, besteht darin, von einer einzelnen gemeinsamen frequenzempfindlichen linearen Antenne zugleich Impulse mit zwei verschiedenen programmierten Senderfrequenzen auszusenden, wobei jede Frequenz eine gesonderte ausgesendete Strahlbreite erzeugt, welche Strahlbreiten in der Abtastungsebene der frequenzabgetasteten Antenne durch einen Winkel von einander getrennt sind, der dem Frequenzunterschied zwischen den beiden programmierten Senderfrequenzen entspricht. Die von einem entdeckten Objekt reflektierten Echos der ausgesendeten Signale werden von der frequenzempfindlichen Antenne empfangen, und es werden dann geeignete ZF-Empfangsverfahren angewendet, um die herkömmlichen Summen- und Differenzanzeigen der empfangenen Signale zu erhalten· Bei einer solchen

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Anordnung sind jedoch zwei gepulste Quellen programmierter Radiofrequenzenergie erforderlich, und es wird eine Monoimpuls-Winkelinformation nur in der von der abtastenden Antenne abgetasteten einzigen Ebene erhalten..

Eine weitere Möglichkeit, die frequenzgesteuerte Abtastung einer frequenzempfindlichen Antenne mit der MonoimpulS-Arbeitsweise zu verbinden, besteht darin, eine Vielzahl gleicher, frequenzempfindlioher Antennenanordnung zu verwende¹^ die die senkrecht zur Abtastrichtung zusammengesetzt sind, und die gemeinsam aus einer einzelnen Quelle frequenzabgetasteter Hadiofrequenznergie erregt werden· Die Antennenanordnungen sind in der Stapelrichtung schräg zu einander angeordnet, wodurch benachbarte Strahlenkeulen unter Anwendung von Monoimpulsempfangsverfahren mit einander verglichen werden können, so dass der Abweichungswinkel in bezug auf die Strahlachse senkrecht zur frequenzgesteuerten Abtastrichtung gemessen werden kann* Eine solche Anordnung erfordert jedoch mindestens zwei parallelzusammengestapelte Antennenanordnungen, wobei eine Monoimpulswinkelinformation nur in einer Ebene erhalten wird, die senkrecht zu der von den beiden parallelzusammengesetzten Antennenanordnungen abgetasteten Richtung verläuft·

In der obengenannten deutschen Patentanmeldung N 29,393 wird die Kombination eines Zwei-Ebenen-Phasenverschiebungs-Monoimpulsverfahrens mit der frequenzgesteuerten Zwei-Ebenen-Abtastung gelehrt, wobei eine Vielzahl von raumphasierten (oder Seite an Seite) Zwei-Ebenen-Abtastelementen mittels einer Monoimpuls-Vierhornspeiseanordnung verbunden sind*

Bei allen älteren Anordnungen waren mindestens zwei frequenzdispersive lineare Anordnungen erforderlich, um eine Mono-

impulsarbeitsweise zu erhalten zusammen mit einer frequenzgesteuerten

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Abtastungsfunktion· Es gehörte bisher nicht zum Stand der Technik, sowohl eine frequenzgesteuerte Abtastung und eine Monoimpulsarbeitsweise gemeinsam mittels einer einzelnen linearen Antennenanordnung von Ausstrahlungselementen zu erhalten*

Die Erfindung sieht vor eine verbesserte Monoimpulsantenne mit einer frequenzgesteuerten Abtastung, sowie mit einer gleichzeitig in zwei Ebenen erfolgenden Abtastung und einer Monoimpulsarbeitsweise in zwei Ebenen«

Nach der Erfindung wird die frequenzgesteuerte Abtastung mit einer Monoimpulsarbeitsweise in einer gemeinsamen Ebene oder Richtungswinkel für eine einzelne lineare Anordnung von Abstrahlungse lementen vereinigt·

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine frequenzgesteuerte Monoimpuls-Abtastungsantenne mit zwei in bezug auf einander phasenverschobenen Speiseleitungsabschnitten und mit einer linearen Anordnung von Abstrahlungselementen, von denen jedes Element einen zugehörigen Speisehornabschnitt aufweist, wobei auf einander folgende Speisehornabschnitte mit auf einander folgenden Speisepunkten längs beider Speiseleitungsabschnitte verbunden sind·

Benachbarte Elemente der Anordnung weisen längs einer der Speiseleitungen von einander einen Abstand von einer Wellenführerwellenlänge auf die allmählich größer wird als der entsprechende Abstand längs der anderen der beiden Speiseleitungen·

Im normalen Betrieb der oben beschriebenen Anordnung können die beiden Speiseleitungen gemeinsam von einer frequenzgesteuerten Quelle gepulster Energie erregt werden· Die Speiseleitung mit fortschreitender Phasenverschiebung erzeugt von der Anordnung aus eine ausgestrahlte Wellenfront, die (1) winkelmäßig versetzt ist

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in bezug auf die Wellenfront, die durch das Zusammenwirken der anderen Speiseleitung mit der Anordnung erzeugt wird, und (2) in der Ebene, in der diese frequenzempfindliche Anordnung liegt» Ebenso zeigt die Antennenmusteransprache einer der Speiseleitungen auf die von einem entdeckten Objekt empfangenen Radarechos eine amplitudenempfindliche Richtwirkung, die in bezug auf die der anderen Speiseleitung winkelmäßig versetzt ist, wobei Monoimpulsempfangsverfahren angewendet werden können· Die auf der Strahlachse gelegene Richtung der vereinten Strahlbreiten in der Ebene dieser frequenzempfindlichen Abtastung ist eine Punktion der ausgesendeten Frequenz der einzelnen frequenzgesteuerten Radiofrequenzquelle· Dieser Erfindungsgedanke und die Anordnung werden auf geeignete Weise an die Bemutzung einer Matrix von Reihen und Spalten von Abstrahlungselementen angepasst, wobei eine frequenzempfindliche Abtastung in zwei Ebenen und eine Monoimpulsarbeitsweise in zwei Ebenen mit einander vereinigt werden können*

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben· In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig»l eine schematische Darstellung einer sinusförmigen Speiseleitung mit einer linearen Anordnung von Abstrahlungselementen, die den Gedanken einer Antenne mit einer frequenzgesteuerten Abtastung erläutern soll,

Fig«2 eine schematische Darstellung einer linearen Anordnung von Abstrahlungselementen, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt,

Pig_#3 eine Darstellung der winkelmäßig in bezug auf einander versetzten beiden Antennenmuster, die von der Anordnung nach der Fig·2 erzeugt werden, ^ eine Darstellung der Summe und der Differenz zwischen

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den Mustern nach der Fig.3

Fig»5» 6 je eine Darstellung einer bevorzugten Ausführung der Einrichtung nach der Pig,2,
Pig·7 eine schematisohe Darstellung einer koplanaren Matrix

von Abstrahlungselementen zwecks Erläuterung des Erfindungedankens der Kombination der Zwei-Ebenen#Abtastung mit der Zwei-Ebenen-Monoimpuls-Arbeitsweise, und die Pig»8 eine Darstellung einer bevorzugten Ausführung der Anordnung nach der Pig·7»

In den Figuren sind die einender gleichen oder entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen·

Die Fig.l zeigt die frequenzempfindliche Richtwirkung einer schlangenlinienförmigen Anordnung* die eine lineare Anordnung von Abstrahlungselementen 10 aufweist, die gemeinsam an eine Quelle 20 radiofrequenter Energie angeschlossen sind, die mittels eines schlangenlinienartig verlaufenden Speiseabschnittes 21 ausgestrahlt werden soll, der hiernach als Serpentinenspeiseabschnitt bezeichnet wird, und der von einer nicht-reflektierenden Impedanz 22 abgeschlossen wird, wie an sich bekannt. Zwischen den auf einander folgenden Elementen 10 der Anordnung wird ein feststehender linearer Abstand vorgesehen, während zwischen benachbarten Einspei sungspunkten der Serpentinenspeiseleitung eine festgesetzte relative Phase verwendet wird, an welchen Punkten je ein Abstrahlungselement 10 in einen Mikrowellenkreis eingeschaltet ist. Ist die festgesetzte relative Phase ζ·Β. gleich einer ganzen Zahl von Wellenlängen einer gewählten Radiofrequenz f , so weist die von allen Abstrahlungselementen ausgesendete Energie die gleiche Phase auf, wobei eine planere Wellenfront 16 parallel zur linearen Anordnung erzeugt wird, die senkrecht zu dieser weiterwandert«

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Eine solche senkrechte oder breitseitige Portpflanzung in der Richtung 17 erfolgt nur bei dieser Frequenz f₀, bei der die relative Phasendifferenz S einer ganzen Zahl von Wellenlängen entspricht, welche Frequenz nachstehend als "Breitseitenfrequenz¹¹ bezeichnet wird.

Wird die Frequenz der Radiofrequenzenergie geändert, dann ändert sich auch der relative Phasenwinkel zwischen benachbarten Abstrahlungselementen 10, wobei die Richtung der Fortpflanzung in der Ebene der Darstellung in der Fig.l sich ändert« Wird z,B, die ausgesendete Frequenz f über die Breitseitenfrequenz f hinaus erhöht, so wird der relative Phasenwinkel zwischen auf einander folgenden Abstrahlungselementen um einen Teilwert entsprechend erhöht, wobei jedes Element in steigendem Ausmaß verzögert wird in bezug auf das der Radiofrequenzquelle am nächsten gelegene Element (das Element 20), Ist f größer als f_Q, so wird die Richtung 18 der Fortpflanzungzum abgeschlossenen Ende des Serpentinenspeiseelementes 21 hin versetzt (nach der Fig.l nach rechts)« Sind andererseits die ausgesendeten Frequenzen kleiner als die Breitseitenfrequenz (d.h. f ist kleiner als f_Q)» so wird die Richtung der Fortpflanzung 19 nach links gedreht oder zum Eingangsende der Serpendinenspeiseleitung hin· Hiernach entspricht eine gewählte Senderfrequenz einer gegebenen (Azimut-) Richtung für die Antenne nach der Fig.l, und es kann eine Azimuth-Abtastung der Antenne dadurch erreicht werden, dass die Senderfrequenz allmählich verändert oder programmiert wird»

Der Aufbau und die Anordnung einer Serpentinenspeiseleitung ist an sich bekannt und wird in einem veröffentlichten Aufsatz mit dem Titel "Survey of Electronically Scanned Antennas" von Harold Shnitkin auf den Seiten 70 und 71 der Ausgabe vom Dezember I960 des Microwave Journal, herausgegeben von Horizon House, Inc»,

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1330 Beacon Street, Brookline, Massachusetts, beschrieben.

Nach der Beschreibung erzeugt die Einrichtung nach der Fig.l eine sich progressiv ändernde schrittweise Verzögerung zwischen benachbarten Abstrahlungselementen 10 bei einer von der Breitseitenfrequenz abweichenden Frequenz mit der Folge, dass die resultierende Wellenfront in bezug auf die Breitseitenrichtung winkelmäßig versetzt wird. Diese Wirkung kann auch bei der Breitseitenfrequenz durch die Benutzung eines¹ physikalischen Wellenführer-Wellenlängenabstandes erreicht werden, der zwischen benachbarten Abstrahlungselementen allmählich größer wird, wie in der Pig·2 dargestellt·

Die Fig·2 zeigt eine lineare Anordnung von Abstrahlungselementen nach der Erfindung· Die Abstrahlungselemente 10a, 10b, 10c, 1Oe und 1Of weisen den gleichen Abstand von einander auf, und jedes Element steht mit dem einen Ende eines zugehörigen Speisehornabschnittes 23 in Verbindung, wobei das entgegengesetzte Ende ' eines jeden Speisehornabschnittes durch eine Impedanz 24 abgeschlossen wird. Jedes Abstrahlungselement 10 wird von einer ersten sinusförmigen Speiseleitung 21A über einen zugehörigen Speisehornabschnitt gespeist , der mit der Speiseleitung 21A mittels einer Hichtungskopplungseinrichtung 25 verbunden ist, die später noch beschrieben wird· Zwischen benachbarten, von der Speiseleitung 21A gespeisten Abstrahlungselementen wird eine festgesetzte relative Phase oder der gleiche Phasenabstand verwendet, welche Speiseleitung der in der Fig.l dargestellten Speiseleitung entspricht» Die Anordnung der Abstrahlungselemente 10 wird ferner von einer zweiten sinusförmigen Speiseleitung 21B gespeist, wobei jeder Einspeisungspunkt gleichfalls durch eine Richtungskopplungseinrichtung 25'mit dem SpeisehornabBChnitt verbundeiAst, der einem betreffenden

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Abstrahlungselement zugeordnet ist. Zwischen benachbarten, von der Speiseleitung 21B gespeisten Abstrahlungselementen 10 wird ein allmählich größer werdender Wellenführer-Wellenlängenabstand verwendet.

Wind jede der Speiseleitungen 21A und 21B von einer einzelnen frequenzgesteuerten Radiofrequenzenergiöquelle gesondert erregt, welche Energie über eine Breitband-Leistungsspaltungs-Mikrowellenvorrichtung 26 (oder über ein sogenanntes "magisches T") zugeführt wird, so erzeugt jede Speiseleitung zusammen mit den Abstrahlungselementen 10 ein richtungsmaßig abgetastetes Strahlmuster, das in einer zur Pig.2 parallelen Ebene abtastet und di© lineare Anordnung der Elemente 10 enthält wie bei der Anordnung nach der Fig.l* Wegen des allmählich größer werdenden Wellenführer-Wellenlängenabstandes zwischen benachbarten Elementen 10, die mit der Speiseleitung 21B zusammenwirken, wird die Richtung des bei dem Zusammenwirken der Elemente 10 mit der Speiseleitung 21B erzeugten richtungsmäßig abgetasteten Strahls in der Abtastungsebene winkelmäßig versetzt (die Ebene der Fig»2) in bezug auf den Strahl, der bei dem Zusammenwirken der Elemente 10 mit der Speiseleitung 21A erzeugt wird« Mit anderen Worten, die progressive Phasenverschiebung der Speiseleitung 21B in bezug auf die Speiseleitung 21A wirkt als eine richtungsmäßige Vorbeaufschlagung der Richtung des von der Speiseleitung 21B erzeugten Strahlmusters B in bezug auf die Richtung des von der Speiseleitung 21A bei der gleichen Frequenz erzeugten Strahls A, wie in der Fig#3 dargestellt.

Die relativen Strahlmuster sind die gleichen sowohl für den Empfang als auch für die Aussendung, wobei die mit der Anordnung nach der Pig·2 von einem Radarobjekt aus empfangenen Echos der ausgesendeten Signale mit Hilfe des "magischen T¹S" 26 additiv und

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subtraktiv mit einander vereinigt werden können, wobei ein Monoimpuls-Summen- und Differenzmuster erzeugt wird, das der Summe und der Differenz zwischen den Mustern nach der Pig·3 entspricht, wie aus der Fig«4· zu ersehen ist. Diese Monoimpulssignale können dann nach an sich bekannten Monoimpuls-Empfangsverfahren behandelt werden, wobei ein normalisiertes Monoimpuls-Differenzsignal mit einem Sinn und einer Amplitude der Richtung des entdeckten Objektes in bezug auf die Richtung 3^ (Strahlachse) der vereinigten Strahlmuster (A + B), die von den beiden Strahlen A und B gebildet werden, erzeugt wird, wie ausführlich auf der Seite 51 des Aufsatzes mit dem Titel "Introduction to Monopulse" von Rhodes, veröffentlicht von McGraw-Hill (1959) beschrieben« Wegen der Richtung der Strahlachse (innerhalb der Abtastungsebene), die von der ausgesendeten Frequenz angezeigt wird, und da die Richtung des Objektes in bezug auf die (in die Abtastungsebene projizierte) Strahlachse von dem normalisierten Monoimpuls-Differenzempfangersignal angezeigt wird, so wird die Richtung des innerhalb der Strahlbreite eines richtungsmäßig abgetasteten Strahlmusters liegenden Objektes genau bestimmt· Hiernach besteht die Anordnung nach der Pig»2 aus einer frequenzgesteuerten richtungsmäßig abtastenden Monoimpulsantenne mit einer linearen Anordnung von Abstrahlungselementen, die von zwei in bezug auf einander phasenverschobenen Speiseleitungen gespeist werden« Obwohl nach der Beschreibung die Speiseleitung 21A nach der Fig»2 einen gleichen Phasenabstand zwischen benachbarten Elementen 10 der Anordnung erzeugt, so ist jedoch die Erfindung hierauf nicht beschränkt, und für die Erfindung ist nur erforderlich, dass benachbarte Elemente der Anordnung über eine Speiseleitung einen Phasenabstand erhalten, der progressiv größer wird als der entsprechende Phasenabstand, der von der anderen der beiden Speiseleitungen

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erzeugt wird.

Eine solche fortschreitend größer werdende, von der einen Speiseleitung 21B in bezug auf die andere Speiseleitung 21A "bewirkte Zeitverzögerung kann vorgesehen werden nicht nur durch progressives Vergrößern der einzelnen Längen der Speiseleitung (21B) zwischen benachbarten Speisehornabschnitten 23 sondern auch durch Ankopplung der Speiseleitung 21B an einen Einspeisungspunkt an den Speisehornabschnitten 23 in fortschreitend größer werdenden Entfernungen von einem zugehörigen Strahlungselement 10. M»a_#W«, die Länge der Verzögerungsleitung des Speisehornabschnittes 23f zwischen den Ankopplungen mit den Speiseleitungen 21A und 21B ist größer als der entsprechende Speisehornabschnitt 23e, wie durch den größeren Winkel 0g angezeigt wird, unter denk der von den Einspeisungspunkten der Leitung 21B gebildete Ort 36 von dem entsprechenden Winkel 0_A für den zur Speiseleitung 21A in der Flg«2 gehörenden Ort 35 abweicht» Eine weitere Möglichkeit, solche zwei in bezug auf einander phasenverschoben Speiseleitungen vorzusehen, die mit einer einzelnen Antennenanordnung zusammenwirken, besteht darin, den Wellenführer derart zu verkleinern, dass die relative Phasengeschwindigkeit oder die Energiewellenlänge des Wellenführers verändert wird, die durch eine der Speiseleitungen übertragen wird· Weiterhin können alle drei Möglichkeiten mit einander vereinigt werden, um zwei Speiseleitungen mit Phasenverschiebungen in bezug auf einander zu schaffen, wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt»

Die Fig_#5 zeigt eine bevorzugte Ausführung der in der Fig#2 schematisch dargestellten Anordnung· Es ist eine lineare Anordnung 10 von Abstrahlungselementen mit Speisehornabsohnitten 23 vorgesehen, die mit zwei eine Phasenverschiebung in bezug auf einander aufweisenden Speiseleitungsabsohnitten 21A und 21B entsprechend der Anordnung

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nach der Fig»2 zusammenwirken» Jedes in der Fig.5 dargestelltes Abstrahlungselement 10 weist eine Verdrehung von 90° auf, und zwar sind benachbarte Elemente jeweils im entgegengesetzten Sinne verdreht, wobei benachbarte Strahlungselemente außerdem eine Phasenverschiebung von 180° in bezug auf einander aufweisen oder gegenphasig sind, die dem Phasenverschiebungselement α entspricht, das abwechselnd in eines der Abstrahlungselemente bei der in der Fig#2 dargestellten Anordnung eingeführt ist. Dementsprechend ist der Wellenlängenabstand der Wellenführer längs einer gegebenen Speiseleitung 21A oder 21B für eine zugehörige Breitseitenfrequenz ein ungerades Vielfaches der halben Wellenlängen der Wellenführer bei dieser Frequenz anstelle eines genzen Vielfachen der Gesamtwellenlängen der Wellenführer bei dieser Frequenz, wie an sich bekannt. Die Vorzüge dieser Maßnahme werden später noch behandelt«

Die Speiseleitungen 21A und 21B sind mit den entgegengesetzten (parallelen) Seiten der Anordnung 23 der Speisehornabschnitte allgemein quer verlaufend hartverlötet, wobei die Speiseleitung 21B eine Schräglage mit einem Winkel (Og - G^) einnimmt, während die Speiseleitung 21A in einer gemeinsamen parallelen Ebene verläuft» Beide Speiseleitungen 21A und 21B sind mit den einzelnen Speisehornabschnitten der Speisehornanordnung 23 mit Hilfe der Richtungskopplungen 25 an angrenzenden Seiten eines jeden Speise« horns und der Speiseleitung mit einander verkoppelt, wie aus der Fig»6 zu ersehen ist·

Die Fig#6 zeigt die einzelnen Bauteile einer bevorzugten Ausführung der Anordnung nach der Fig· 5· Die den Abstrahlungselementen 10 zugeordneten Speisehornabschnitte 23 sind allgemein parallel zu einander angeordnet, wobei die Breiten benachbarter Speisehornabsohnitte sich an einander anschließen, und wobei jeder

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Speisehornabschnitt an dem zur Abstrahlungsöffnung 10 entgegenge-

24 setzten Ende mit einer Abschlussimpedanz/versehen ist. Eine solche Abschlussimpedanz steht im allgemeinen aus einem spitz zulaufenden dielektrischen Material, das mit dem breiten Ende auf dem abgeschlossenen oder kurzgeschlossenen Ende des Speisehornabschnittes 23 sitzt, wie an sich bekannt· Ein solches abgeschlossenes Ende kann von einer angeflanschten kurzschließenden Schiene 38 gebildet werden, deren Länge der Länge der Speisehornanordnung entspricht, wobei die Plansche der kurzschließenden Schiene auf der Speisehornanordnung sitzen und mit dieser hartverlötet sind, wobei die Abschluss impedanzen 25 in Abständen angeordnet sind, die den von Mitte zu Mitte gemessenen Abständen der Speisehornabschnitte entsprechen» Ähnliche Abschlussimpedanzen 22A und 22B sind auch an den abgeschlossenen Enden der Speiseleitungen 21A und 21B vorgesehen·

Ein Teil einer gleichen Breitseitenwandung aller Speisehornabschnitte 23 ist weggeschnitten um Platz zu schaffen für die Breitseitenabmessung eines gleichen Speiseleitungsabschnittes 21A und 21B, wobei die Breitseitenwandung einer Speiseleitung, die nahe am Speisehornabschnitt 23 angebracht ist oder an diesem anliegt, eine gemeinsame Wandung bildet, die den anliegenden Speisehornabschnitt vom Speiseleitungsabschnitt trennt» Dieses Wegschneiden gleicher Breitseitenwandungen paralleler Speisehornabschnitte 23 stelt ein Mittel zum Anbringen der Speiseleitungsabschnitte in einer solchen Ausrichtung dar, dass die Speisehornabschnitte 23 schräg zu den beiden Speiseleitungen 21A und 21B verlaufen, wobei die beiden Speiseleitungen mit einander einen Winkel (©^ - 0_ß) bilden.

Zum richtungsmäßigen Verkoppeln der Speisehornabschnitte '23 mit den Speiseleitungsabschnitten 21A und 21B ist ein Richtungs-

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verkopplungsmittel in Form von in geeigneten Abständen angeordneter Öffnungen 25 vorgesehen, die aus der Trennwandung der Speiseleitungsabschnitte 21A"und 21B in Abständen ausgestanzt sind, die dem von Mitte zu Mitte gemessenen Abstand zwischen benachbarten Speisehornabschnitten 23 entsprechen· Mit dieser Hichtungsverkopplung soll bezweckt werden, dass eine Wanderwelle (der auszusenden Energie), die am offenen oder am Eingangsende einer der Speiseleitungen 21A und 21B eingeführt wird, sich in Richtung zu den Öffnungen 10 des Speisehornabschnittes 23 fortpflanzt, und dass die an den öffnungen 10 empfangenen Radarechos oder Wanderwellen sich in den Speiseleitungen in Richtung zu diesem offenen Ende der Speiseleitungen fortpflanzen. Eine theoratische Abhandlung und Erläuterung solcher Einrichtungen findet sich in einem Aufsatz "Directive Couplers" von M*Surdin auf den Seiten 725-736 im Band 93, Teil III A, 19^6 des The Journal of the Institution of Electrical Engineers, herausgegeben von The Institution of Electrical Engineers, Savoy Place, Victoria Embankment, London, W#C.2, England, In diesem Aufsatz sind die Vorteile angeführt, -die bei einer Verminderung der Dicke der die beiden mit einander zu verkoppelnden Wellenführerabschnitte von einander trennenden Wandung erzielt werden, welche Maßnahme der Verwendung eines einzelnen gemeinsamen Trennwandungsabschnittes bei der Anordnung nach der Fig*6 entspricht« Ferner sind Einzelheiten einer im Handel erhältlichen Richtungsverkopplungseinrichtung beschrieben auf Seite 106 des Werktes "The Microwave Engineer's Handbook and Buyers Guide", Ausgabe 19651 herausgegeben von Horizon House, Inc., of Dedham, Massachusetts« Da hiernach dieses Verkopplungsverfahren bekannt ist, so wird dieses nicht weiter beschrieben«

Wegen der zu einander schräg verlaufenden Anordnung der

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Speiseleitungsabschnitte 21A und 21B, die beide gekreuzt sind in bezug auf die Speisehornabschnitte 25, so ist offenbar die wirksame Speiselänge zwischen benachbarten Abstrahlungsöffnungen 10 in bezug aufdie zur anderen Speiseleitung gehörenden Öffnungen fortschreitend vergrößert. Hiernach wirken die beiden Speiseleitungen mit der linearen Anordnung der Abstrahlungselemente als zwei Speiseleitungen mit gegenseitiger Phasenverschiebung zusammen·

Diese gegenseitige Phasenverschiebung zwischen den Speiseleitungen 21A und 21B kann außerdem noch dadurch erreicht werden, dass bei einer Speiseleitung in bezug auf die andere eine andere Phasengeschwindigkeit vorgesehen wird, in welchem Falle die gegenseitige Schräglage der beiden Speiseleitungen nicht erforderlich ist* Eine solche unterschiedliche Phasengeschwindigkeit kann dadurch erreicht werden, dass die Abmessung der Breitseitenwandung der einen Speiseleitung in bezug auf die der anderen Speiseleitung geändert wird, wie an sich bekannt· Weiterhin können die beiden angeführten Möglichkeiten mit einander kombiniert werden, um den Effekt von zwei eine Phasenverschiebung in bezug auf einander aufweisenden Speiseleitungen zu erzielen.

Obwohl die in einer einzelnen Ebene wirkende Monoimpulsanordnung nach den Figuren 2, 5 und 6 in Verbindung mit einer in einer einzigen Ebene wirkenden frequenzgesteuerten Abtastantenne beschrieben wurde, so ist die Erfindung jedoch hierauf nicht beschränkt. Mit Hilfe einer zweidimensionalen Anordnung oder Matrix von Abs tr ahlungse lementen kann eine in zwei Ebenen wirkende Mono— impulsarbeitsweise und eine frequenzgesteuerte Abtastung in zwei Ebenen erzielt werden, wie in der Fig.7 dargestellt.

Die Fig.7 zeigt eine koplanare Matrix von Abstrajlunpselementen nach der Erfindung, bei der eine Abtastung in zwei Ebenen

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mit einer Zwei-Ebenen-Monoimpuls-Arbeitsweise kombiniert ist. Die koplanare Matrix umfasst in gleichen Abständen angeordnete Reihen und Spalten von Abstrahlungselementen· Jede Reihe von Elementen entsprechend, der doppelt gespeisten linearen Anordnungen nach der Fig_#2 mit Bezugszeichen in der alphabetischen Reihenfolge versehen· Die obere Reihe umfasst z.B, die Abstrahlungselemente 10a, 10b, 10c, 1Od, 1Oe und 1Of _r Jede Spalte von Elementen ist mit entspre-

enthält

chenden Bezugszahlen versehen, z*B*/die linke Spalte oder senkrechte Anordnung in der Fig.7 die Abstrahlungselemente 10a, 11a und 12a«

Es ist ferner eine der Anzahl der Reihen gleiche Anzahl von von ersten Paaren in bezug auf einander fortschreitend phasenverschobenen Speiseleitungen vorgesehen, von denen jedes Paar Speiseleitungen ausschließlich eine Reihe von Abstrahlungselementen speist* Z»B. versorgen die beiden Speiseleitungen 21A und 21B die Reihe 10, die Speiseleitungen 31A und 31B speisen die Reihe 11, und die Spei se leitungen ^1A und 4-IB speisen die Reihe 12, wobei jede Gruppe eines ersten Paares von Spei se leitungen und. die zugehörige Reihe oder lineare Anordnung von Elementen in derselben Weise zusammenwirken, wie die entsprechenden Elemente nach der Fig.2.

Es ist ferner ein zweites und ein drittes Paar Speiseleitungen vorgesehen, von denen das dritte Paar Speiseleitungen 121B und 122B eine fortschreitende Phasenverschiebung in bezug auf das zweite Paar Speiseleitungen 121A und 122A aufweist, wobei eine entsprechende erste Speiseleitung 121A und 121B des zweiten und dritten Paares von Speiseleitungen mit einer entsprechenden oder ersten Speiseleitung 21A, 31A und Ψ1Α eines jeden ersten Paares Speiseleitungen verbunden ist. Eine entsprechende zweite Speise-

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leitung 122A und 122B des zweiten und dritten Paares von Speiseleitungen steht mit der zweiten Speiseleitung 21B, 3IB und ^1B der ersten Paare von Speiseleitungen in Verbindung· Die zweiten und dritten Paare von Speiseleitungen 121A₁ 122A, 121B und 122B bewirken normalerweise längere Verzögerungen zwischen benachbarten Einspei sungspunkten oder eine größere Streuung der Phase in bezug auf die Frequenz als von den Speiseleitungen 21A, 21B, 31A₁ 31B₁ *HA und *HB bewirkt wird, welche Wirkung mittels einer wendeiförmigen Mikrowellenspeiseleitung erzielt werden kann.

Wie später noch ausführlich erläutert wird, bestehen die Einspeisungsklemmen der angeschlossenen Speiseleitungen 121A, 122A, 121B und 122B aus den betreffenden Klemmen A, B, C und D entsprechend den vier Speisehörnern einer Zwei-Ebenen-Monoimpulsantenne. Eine erste Summen- und Differenzeinrichtung, wie ein Breitband-T 26, steht mit den Klemmen A und B der Speiseleitungen 121A und 122A in Verbindung, während ein zweites "magisches T" 27 mit den Klemmen C und D der Speiseleitungen 121B und 122B in Verbindung steht« Ein drittes "magisches T" 28 steht mit den Summenkanalausgängen des ersten und des zweiten "magischen T's" in Verbindung, wobei ein kombiniertes Monoimpulssummensignal (A + B + G + D) und ein erstes zusammengesetztes Monoimpuls-Differenzsignal (A + C) (B + D) erzeugt wird·

Eine weitere Summierungseinrichtung 29 steht mit den Differenzkanalausgängen des ersten und des zweiten "magischen T's" 26 und 27 in Verbindung, wobei ein zweites zusammengesetztes Monoimpulsdifferenzsignal (A + C) - (B + D) erzeugt wird·

Wie zu ersehen ist, erzeugt der betreffende Differenzkanalausgang (A - B) und (C - D) des betreffenden ersten und zweiten "magischen T's" 26 und 27 ein kombiniertes Monoimpulsdi-fferenz-

signal,

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das die Differenz zwischen den gegenseitig phasenverschobenen ersten Paaren von Spei se leitungen z.B· 4lA und 4-1B darstellt· Dieses Differenzsignal stellt ein Azimuth-Monoimpulsdifferenzsignal dar (für die Anordnung nach der Fig«7), das dem von der Anordnung nach der Pig»2 erzeugten Signal entspricht« Hiernach stellt die Summe der Ausgänge (A + C) - (B + D) aus dem vierten "magischen T^M 29 ein zusammengesetztes Azimuth-Monoimpulsdifferenzsignal ^ A dar:

(A - B) + (C - D) - (A + C) - (B + D) - Λ A„ (1)

Die in bezug auf einander eine Phasenverschiebung aufweisenden beiden Speiseleitungen 121A und 121B und die in bezug auf einander eine Phasenverschiebung aufweisenden beiden Speiseleitungen 122A und 122B wirken mit jeder spaltenmaßigen Anordnung von Elementen zusammen (z»B, die erste Spalte 10a, 11a und 12a) und erzeugen zwei in einer senkrechten Ebene schräg zu einander verlaufende Strahlen, wobei die Differenz (A-C) zwischen den in bezug auf einander phasenverschobenen Speiseleitungen 121A und 121B und die Differenz (B-D) zwischen den in bezug auf einander phasenverschobenen Speiseleitungen 122A und 122B Monoimpuls-Höhendifferenzsignale darstellen· M.a.W·, Die Differenz (A + B) - (C + D) zwischen dem Signal (A + B) aus dem "magischen T" 26 (das von den keine Phasenverschiebung aufweisenden Speiseleitungen 12A und 122A erzeugt wird) und dem Signal (C + D) aus dem "magischen T" 27 (das von den Speiseleitungen 121B und 122B erzeugt wird, die gemeinsam eine Phasenverschiebung in bezug auf die Speiseleitungen 121A und 121B aufweisen), welche Differenz am Differenzkanalausgang des "magischen T's" 28 auftritt, ist ein zusammengesetztes Monoimpuls-Höhendifferenzsignal ^ ^{E1 :}

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Im normalen Betrieb der Anordnung nach der Fig.7 in einer Monoimpulsradaranlage würde aus einer gepulsten Quelle frequenzgesteuerte Radioenergie der Summenkanalklemme (Σ ) des Elementes 28 zugeführt und dabei alle vier Speiseleitungsklemmen A, B, G und D phasengleich erregt werden· Die empfindliche Richtung der Strahlachse des kombinierten Richtungsstrahlmusters, das von der Kombination oder der Matrix der Abstrahlungselemente erzeugt wird, wird von der Frequenz der zugeführten Radiofrequenzenergie bestimmt. Wenn die Frequenz gesteuert oder periodisch verändert wird, so wird auch die Richtung des Strahls verändert und zwar in der Azimuthund der Höhenrichtung (z.B. waagerecht und senkrecht bei der in der Fig« 7 dargestellten Anordnung) als Folge der erhaltenen doppelten Frequenzstreuung· Die verstärkte Frequenzstreuung in der Höhenrichtung, die von den wendeiförmigen Speiseleitungen 121A, 121B₁ 122A und 122B zusammen mit den spaltenartigen Anordnungen der Abstrahlungselemente erzeugt wird, bewirkt eine viel raschere Abtastung in der Höhenrichtung als in der Azimuthrichtung, die von den waagerechten Anordnungen oder Reihen von Elementen bewirkt wird* Hiernach zeigt die von einer gesteuerten Qualle ausgesendete Radiofrequenzenergie sowohl die Höhen- als auch die Azimuthkomponenten des Richtungswinkels der Mittelachse des ausgesendeten Strahls an, während die Monoimpulsausgänge der "magischen T¹S" 28 und 29 zum Bestimmen der Höhen- und Azimuth-Komponenten der von einem entdeckten Objekt reflektierten Echos innerhalb der Strahlbreite und in bezug auf die Mittelachse des Strahls benutzt werden können. Auf diese Weise kann die genaue Richtung oder der übjektwinkel eines entdeckten Objektes bestimmt werden·

Bei der Beschreibung der Figuren 2, 5 und 6 wurde bereits bemerkt, dass Phasenverschiebungsmittel vorgesehen werden können,

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die eine weitere Phasenverschiebung um 180° bewirken oder eine teilweise gegenphasige Beziehung zwischen benachbarten Abstrahlungselementen einer gegebenen linearen Anordnung von Abstrahlungsele— menten herstellen» Der Zweck dieser zusätzlichen Möglichkeit besteht darin, die Ausnutzungsmöglichkeit eines gegebenen Frequenzspektrums zu erhöhen, das zwei oder mehr Breitseitenfrequenzen enthält, und um bei der Fabrikation gewisse Ersparnisse erzielen zu können«

Der resultierende Abtastwinkel 0 für eine gegebene Wellenlänge £ , die von der frequenzempfindlichen Anordnung nach der j?'ig.l erzeugt wird, wird bestimmt durch die nachstehende, an sich bekannte Beziehung, die z.B, in der obengenannten amerikanischen Patentschrift Nr* 3 039 097 für Strumwasser u.a» gelehrt wird:

ö - sin" Ä ( — A ) (3)

Oder sin G = f- (·— + m ) (*f)

wobei Q der von der Breitseitenrichtung abweichende Abtastwinkel I die Wellenlänge der ausgestrahlten Energie im freien Ham /? die Wellenführerwellenlänge der ausgestrahlten Energie / die Wellenführerwellenlänge für einen Breitseitenstrahl

So

d der Abstand von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten Elementen der linearen Anordnung

s die Teillänge der Speiseleitung, die Speisehornabschnitte eines jeden Abstrahlungselementes verbindet,

m * τ²- eine Ganze Zahl 0, 1, 2, 3 ♦·· ist*

Bei der Ausführung einer frequenzgesteuerten Anordnung ist L die Länge der Anordnung und eine Funktion der gewünschten Strahlbreite in der Ebene der von dieser Anordnung bewirkten

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Abtastung, und je größer diese Abmessung ist, umso kleiner ist die resultierende Strahlbreite, wie an sich bekannt.

Der Abstan d , von Mitte zu Mitte gemessen, zwischen benachbarten Abstrahlungselementen längs dieser Länge L bestimmt die Anzahl P der verwendeten Elemente.

P-J (5)

Da die Kosten einer solchen Anordnung in direkter Beziehung zu der Anzahl P der Abstrahlungselemente stehen, so vermindern sich diese Kosten umgekehrt mit der Abmessung d· Um die günstigste Ausführung zu erzielen, muss der Abstand d von Mitte zu Mitte auf den höchsten Wert gebracht werden»

Ist der Abstand d zwischen den Mitten benachbarter Öffnungen zu groß, dann werden gitterartige Strahlenkeulen oder mehr als eine Hauptstrahlenkeule erzeugt, wobei jede Strahlenkeule sich ausschließlich in einer ßichtung erstreckt« Ist z_fB, der Abstand d zu groß, dann erzeugt bei einer sogenannten Breitseitenfrequenz f nicht nur eine resultierende planare Breitseitenwelle einen Breitseitenstrahl, sondern die einzelnen Wellenfronten der verschiedenen Öffnungen können parallel zur Abmessung der Anordnung eine weitere vereinigte Wellenfront erzeugen, die zu einem Endfeuerstrahl bei +90° sowie bei -90° der Breitseitenrichtung führt» Wird die Frequenz der ausgestrahlten Energie durch die Breitseitenfrequenz gestört, so wird nicht nur die erstgenannte Strahlenkeule von der Breitseitenrichtung aus gestört, sondern die anderen gitterartigen Strahlenkeulen werden ebenfalls von der Endfeuerrichtung aus gestört. Um bei der Bestimmung der Sichtung eines entdeckten Radarobjektes Unklarheiten zu vermeiden, muss die Erzeugung gitterartiger .Strahlenkeulen vermieden werden« Diese können dadurch vermieden

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werden, dass der Abstand d von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten Abstrahlungselementen einer Anordnung nach der nachstehenden Gleichung begrenzt wird: 7

*■ min

wobei I . gleich der Mindestwellenlänge im freien Raum ist, die der in Betracht kommenden Höchstfrequenz zugeordnet ist

Q gleich dem in Betracht kommenden größten Abtastwinkel max

von der Breitseite hinweg ist.

Diese Beziehung wird durch eine Gleichung {k) auf Seite 5^4- eines Aufsatzes mit dem Titel "Beamwidth and Directivity of Large Scanning Arrays" von R*S. Elliott gelehrt, der in der Ausgabe Dezember 1963 ^von The Microwave Jounal« herausgegeben von Horizon House, 610 Washington Street, Dedham, Massachusetts, erschienen ist, (In dieser Veröffentlichung wird anstelle des Ausdrucks sin© der Ausdruck cos® verwendet, da der interessierende Winkel von der Richtung der Anordnung aus gemessen wird und nicht von der Breitseitenrichtung aus) Diese Beziehung wird ferner durch die Gleichung (11) auf Seite 120 eines Aufsatzes mit dem Titel: "Array Antennas¹¹ von John L«Allen in der Ausgabe November 1964 der Zeitschrift Spectrum gelehrt, die herausgegeben wird vom Institute of Electronics and Electrical Engineers» Für einen größten, in Betracht kommenden Winkel ö__„ gleich T 90° von der Breitseite aus

UlaX

vereinfacht sich die obenstehende Gleichung (6) zu

/ min ^dmax ^kleiner als g (7)

Mit anderen Worten, der größte Abstand von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten Elementen einer linearen Anordnung soll kleiner sein als die halbe Wellenlänge im freien Raum, die zu der zu verwendenden

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- 2k -

höchsten Frequenz gehört, um gitterartige Strahlenkeulen zu vermeiden«

Vom Standpunkt der Praxis aus müssen die sich aus den Gleichungen (3) und (6) ergebenden Forderungen erfüllt werden» Soll der Aufbau der Anordnung eine Breitseitenwellenfront bei mindestens einer gewählten Frequenz erzeugen, so muss die sich aus der Gleichung (3) ergebende Forderung erfüllt werden:

~\ '" fe> ■ "¹ i

wobei m = —|— ist«

Die Bedingung (s = 0), obwohl diese theoretisch der Breitseitenforderung genügt, führt zu einer nicht frequenzempfindlichen Anordnung von nur einer Öffnung (Abstand Null zwischen allen Öffnungen) und stellt daher keine gültige Lösung für den gewünschten Abstand einer frequenzempfindlichen linearen Anordnung dar. Mit anderen Worten, s a O ist keine zulässige Lösung,

Bei der in den Figurem 5 und 6 dargestellten wirtschaftlichen und wirksamen Ausführung, bei der geradlinige Speiseleitungsabschnitte verwendet werden, , die quer zu den sich an einander anschließenden Speisehornabschnitten verlaufen, ist der Abstand d von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten Öffnungen im wesentlichen gleich der Teilabmessung s der Speiseleitung· Da s un d im wesentlichen einander gleich sind, so kann die Gleichung (4) auch wie folgt geschrieben werden:

sin 0 = ( -f- - 4^s ) (9)

/ig

Bei einer solchen Anordnung sind die Breitwandabmessungen der sich aneinander anschließenden Speisehornabschnitte im wesentlichen gleich der Abmessung d von Mitte zu Mitte, Nun kann die höchst-

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zulässige Abmessung für d und damit für die Speisehornbreitwandung nach der Gleichung (7) den Wert nicht übersteigen* M»a„W.

(-£-) ist größer als 2 (10)

Ferner beträgt in der Praxis das Verhältnis -;— der Wellenlänge

•'s

im freien Raum zur entsprechenden Wellenführer - Wellenlänge nach der Gleichung (9) ungefähr 0,7· Die Gleichung (7) kann daher weiter vereinfacht werden durch Einsetzen der Zahlen 0,7 und 2 für -j— bezw, ~-

sin 0 ungefähr 0,7 - 2m . (11)

Da die obere Grenze der Sinusfunktion (z»B# sin θ der Gleichung 11)

ein
der Wert Eins ist, so kann/ganzzahliger Wert von nur Eins für m

(in der Gleichung (9)) die Bedingung

(sin ö|_lim = Eins ^ 0,7 - 2 X 1,0 - - 1,3 (12)

Dementsprechend muss ein Wert, der kleiner als Eins ist, für den Ausdruck m = 4-— in Betracht gezogen werden» Es wird ferner daran erinnert, dass der Wert für s größer als Null sein muss, damit eine frequenzempfindliche lineare Anordnung mit auf Abstand stehenden Elementen (s |ί 0) möglich wird, wobei trotzdem ein Breitseitenstrahl zulässig wird (G « 0 bei einer gewählten Breitseitenfrequenz), und wobei der Koeffizient für M(-j-) größer als 2 nach den Gleichungen (10) und (11) vorher so gewählt worden ist, dass die Erscheinung der gitterformigen Strahlenkeulen vermieden wird. Wegen der notwendigen Phasengleichheit zwischen den gesonderten Wellenfrontea einer jeden Öffnung, die aus der Breitseitenwellenfront für eine Breitseitenfrequenz f besteht, wurde ermittelt, dass die Abmessung s anstelle einer Ganzen Anzahl von Wellenführerwellenlängen s » mi der zu einer Breitseitenfrequenz gehörenden

So

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Wellenlänge ein ungerades Vielfaches der halben Wellenlängen des Wellenführers sein kann (s = / ), (wobei eine Gegenphasigkeit TC = zwischen benachbarten Abstrahlungselementen der Anordnung erzeugt wird), wobei Breitband-Phasenverschiebungsmittel zum Herstellen einer gegenphasigen Beziehung zwischen benachbarte Elemente der Anordnung eingeschaltet'werden, so dass die Phasengleichheit zwischen den gesonderten Wellenfronten gesonderter Elemente oder die koplanare Breitseiten-Wellenfront wieder hergestellt wird, die zu der gewählten Breitseiten-Frequenz gehört· Die durch diese Kittel bewirkte Phasenverschiebung soll im wesentlichen konstant sein oder unempfindlich für Frequenzen innerhalb des in Betracht kommenden Frequenzbereiches.

Eine Möglichkeit, eine solche Breitband-Gegenphasigkeit in die Phasenbeziehung zwischen benachbarten Elementen der linearen Anordnung nach den Figuren 2, 5 und 6 einzuführen, besteht darin, das Speisehorn eines jeden Elementes um 90° zu verdrehen, wobei die Elemente abwechselnd im umgekehrten Sinne verdreht werden, wie in der Fig»5 dargestellt. Mit Hilfe dieser Maßnahme zusammen mit der Einschränkung

(2n + 1) / β ~ λ ^ 9 i? 2 ^Xg₀ ^{s s}~^d<
2W

kann die Ausführung nach den Figuren 5 und 6 unter Verwendung billiger, geradliniger Mikrowellenabschnitte gebaut werden*

Obwohl der obere Grenzwert für die Sinusfunktion (Eins) bei den Beschränkungen des zulässigen Aufbaus der oben beschriebenen Einrichtung berücksichtigt wurde, ist der größte Abtastwinkel, der durch diese Einschränkung (Q * sin "¹IjO - 90°) herbeigeführt wird, von untergeordneter Bedeutung« Wie leicht einzusehen ist, verändert sich der wirksame Öffnungebezirk L¹ bei einer Anordnung mit der

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Länge L mit dem Kosinus des Blickwinkels 0

L¹ = L cos ö , (11)

Mit anderen Worten, die wirksame Antennenöffnung wird verkleinert, wenn der Blickwinkel größer wird, wobei die theoretische Öffnung L· bei 9ü° abseits der Breitseite Null wird, Da bei größer werdendem Q die wirksame Öffnung L¹ kleiner wird, so vergrößert sich die Strahlbreite, z«B. die Richtwirkung des Strahls verschlechtert sich mit größer werdendem Blickwinkel» Da die Strahlbreite in diesen Bereichen keine hohe Richtwirkung aufweist, so besteht kein Grund dafür, eine Frequenzabtastung der Strahlbreite in diesen Bereichen zu versuchen, die in der Technik als "Endfeuer-Bereiche" bezeichnet werden. Aus diesem Grunde wird in der Praxis der größte Abtastwinkel ©„„„ auf 60 oder 70° abseits der Breitseite begrenzt,

IüclX

Die Fig«7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Zwei-Ebenen-Monoimpulsanordnung mit einer Abtastung in zwei Ebenen* Bei dieser Ausführungsform wird die billige lineare Anordnung nach den Figuren 5 und 6 verwendet, wie in der Fig»8 dargestellt.

Bei der in der Fig.8 dargestellten Anordnung werden die bei Paare Speiseleitungen, die den Speiseleitungen 121A, 121B₁ 122A, und 122B der Fig»7 entsprechen, von einer Anordnung 4·3 mit vier aus je vier Leitern gewundenenWendeln gebildet werden, von denen jede Wendel mit einer der in bezug auf einander eine Phasenverschiebung aufweisenden Speiseleitungen verbunden ist, die zu jeder der parallel zusammengesetzten linearen Anordnungen von Abstrahlungselementen gehört· Eine solche Verbindung oder Verkopplung wird von mehreren Richtungskopplern hergestellt, aus denen die Kopplungseinrichtung 39 besteht»

Die bei den beiden Paaren von Wendeln erforderliche Gegenphasigkeit kann in der Weise erreicht werden, dass bei jeder

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zweiten Wendel der beiden Wendelpaare eine andere radiale Tiefe vorgesehen wird. Da die radialen Abmessungen der dargestellten Wendeln einer Breitwand-Wellenführerabmessung entsprechen, so verändert sich mit dieser radialen Abmessung, auch die wirksame Breitwandabmessung und damit die Phasengeschwindigkeit« Durch Verändern der Phasengeschwindigkeit bei der einen Wendel in bezug auf die andere · Wendel wird bei diesen bifilar oder quadrifilar gewundenen Wendeln eine wechselseitige Phasenverschiebung bewirkt»

Dann kann ein Vierhorn-Monoimpuls-Speisehorn 44 an die vier Klemmen A₁ B, C und D der Einrichtung nach der Fig»8 angeschlossen werden, die den in der Fig«7 dargestellten Klemmen entsprechen« Das den in der Fig_e7 dargestellten Elementen 26, 27, und 29 entsprechende Speisehorn 44 kann ζ·Β· nach den Lehren der amerikanischen Patentsfchrift Nr, 2 956 275 vom ll,Okt»196O (für R.M.Ashby mit dem Titel:"Duomode Monopulse Radar System") angefertigt werden·

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, dass mit der Erfindung eine verbesserte Antenne geschaffen wurde, mit der eine Abtastung nach dem Zwei-Ebenen-Monoimpulsverfahren als auch nach dem frequenzempfindlichen Zwei-Ebenen-Abtastverfahren durchgeführt werden kann« Durch die Verwendung eines Paares von in bezug auf einander phasenverschobenen Speiseleitungen zusammen mit einer einzelnen linearen Anordnung von Abstrahlungselementen kann eine Frequenzabtastung sowie eine Monoimpulsarbeitsweise parallel zu einer in Betracht kommenden Ebene durchgeführt werden. Weiterhin kann durch Verwenden einer gewählten Abmessung sowohl für die Breitwand als auoh für den größten Abstand zwischen benachbarten Öffnungen der parallel zusammengesetzten linearen Anordnungen zusammen mit der Breitbandphasenverschiebung zwischen benachbarten Öffnungen

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können billige und wirksame geradlinige Wellenführerabschnitte bei dem Aufbau der parallel zusammengesetzten linearen Anordnungen verwendet werden, überdies stellt die Verwendung von quadrifilar gewundenen Wendeln eine wirksame billige Einrichtung zum Herstellen einer Verbindung zwischen den parallel zusammengesetzten linearen Anordnungen dar, aus denen die Antenne besteht.

An der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1) Frequenzgesteuerte Monoimpuls-Abtastantenne, gekennzeichnet durch zwei in bezug auf einander eine Phasenverschiebung aufweisende Speiseleltungsabschnitte (21A, 21B), und durch eine lineare physikalische Anordnung von Abstrahlungselementen, denen je ein Speisehornabschnitt (23a, 23b usw_e) zugeordnet ist, wobei die Speisehornabschnitte auf einander folgend mit auf einander folgenden Einspeisungspunkten längs der Speiseleitungsabschnitte verbunden sind.

2) Antenne nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Elemente der genannten Anordnung längs einer Speiseleitung (21B) einen Abstand von einer aufweisen, der um einen Wert fortschreitend größer wird als der entsprechende Abstand längs der anderen Speiseleitung (21A)«

3) Antenne nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Richtungskopplungsmittel (25), die die Speisehornabschnitte (23a, 23b usw.) nach einander mit auf einander folgenden Einspeisungspunkten längs eines jeden Speiseleitungsabschnittes (21A, 21B) verbinden.

*l·) Antenne nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisehornabschnitte (23a, 23b usw.) zu einander im wesentlichen parallel und zu den beiden Speiseleiterabschnitten

(21A, 21B)

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schräg verlaufen, und dass die beiden Speiseleitungsabschnitte zu einander schräg angeordnet sind»

5) Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitwandabmessungen der Speiseleitungsabschnitte (21A, 21b) verschieden groß bemessen sind, so dass eine unterschiedliche Phasengeschwindigkeit erhalten wird.

6) Antenne nach Anspruch k oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die schmalen Wandungen benachbarter Speisehörner an einander angrenzen, dass die Speiseleitungsabschnitte (21A, 21B) aus geradlinigen Abschnitten bestehen, die in bezug auf die parallelen Speisehornabschnitte (23a, 23b usw.) quer verlaufen, dass eine Breitwandung eines jeden Speiseleitungsabschnittes (21A, 21B) zugleich einen entsprechenden Breitwandungsteil der Anordnung von Speisehornabschnitten bildet, und dass jeder Speisehornabschnitt (23a, 23b usw.) eine Verwindung von 90° zwischen einer zugehörigen Verkopplung 25 und dem Abstrahlungselement (10a, 10b usw») aufweist, und dass benachbarte Speisehornabschnitte (23a, 23b usw») im entgegengesetzten Sinne verdreht sind»

7) Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseleitungen zusammen ein Monoimpuls-Summenmuster erzeugen·

8) Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseleitungen so mit einander verbunden sind, dass in der Abtastungsebene der Abtastantenne ein Monolmpuls-Differenzmuster erzeugt wird«

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9) Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Monoimpuls-Summen-und-Differenz-Einrichtung (26), die mit den beiden Speiseleitungen (21A, 21B) in Reihe geschaltet ist*

10) Antenne nach Anspruch 1, bei der die genannte lineare physikalische Anordnung von Abstrahlungselementen einen Teil einer koplanaren Matrix von in gleichen Abständen angeordneten Reihen (10, 11, 12) und Spalten (10a, 11a, 12a usw,) bildet, und wobei jede Reihe (10, 11, 12) mit einem ersten Paar von in bezug auf einander progressiv phasenverschobenen Speiseleitungen (21A, 21B; 31A, 31B usw·) verbunden ist, gekennzeichnet durch ein zweites Paar Speiseleitungen (121A, 122A) und durch ein drittes Paar Speiseleitungen (121B, 122B), das eine progressive Phasenverschiebung in bezug auf das zweite Paar Speiseleitungen (121A, 122A) aufweist, wobei eine erste Speiseleitung (121A, 121B) des zweiten und dritten Paares Speiseleitungen mit einer entsprechenden Speiseleitung (21A, 31A, iHA) eines jeden ersten Paares Speiseleitungen verbunden ist, und wobei eine zweite Speiseleitung (122A, 122B) des zweiten und dritten Paares Speiseleitungen mit der zweiten Speiseleitung (21B₁ 31B, ²^lB) eines jeden ersten Paares von Spei se leitungen verbunden ist·

11) Antenne nach Anspruch 10, gekennzeichnet,durch eine erste (26) und eine zweite (27) Summen-und-Differenz-Einrichtung, , von denen je eine Einrichtung mit dem zweiten (121A, 122A) bezw, mit dem dritten (121B, 122B) Paar Speiseleitungen verbunden ist, durch eine dritte Summen-und-Differenz-ßinrichtung (28), die auf die Summenkanalausgänge (A+B+G+D) der ersten und der zweiten Summenund-Diff erenz-Einrichtung (26, 27) anspricht und ein Monoimpuls-

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Summensignal (A+B+C+D) sowie ein erstes Monoimpuls-Differenzsignal ((A+B) - (C+D)) erzeugt, und durch eine Signalvereinigungseinrichtung (29), die auf die Differenzkanalausgänge der ersten und der zweiten Summen-und-Differenz-Einrichtung (26,27) anspricht und ein zweites Monoimpuls-Differenzsignal ((A+C)-(B+D)) erzeugt.

12) Antenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite und das dritte PaarSpeiseleitungen von bifilar gewundenen wendelformigen Verzögerungsleitungen dargestellt werden, von denen jede Leitung in Mikrowellenschaltung in regelmäßigen Intervallen mit einer der auf einander folgenden linearen Anordnungen verbunden ist, und dass an die wendelformigen Leitungen eine Summen-und-Differenz-Vereinigungseinrichtung (*)4) angeschlossen ist«

13) Antenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten wendelformigen Leitungen eine Phasenverschiebung in bezug auf einander aufweisen·

Antenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite und dritte Paar Speiseleitungen von zwei Paaren quadrifilar gewundenen wendelformigen Verzögerungsleitungen dargestellt werden, wobei eine erste Verzögerungsleitung eines jeden Paares in Mikrowellenschaltung in regelmäßigen Intervallen mit einer ersten Speiseleitung (21A, 3IA, 41A) einer der auf einander folgenden Anordnungen verbunden ist, und wobei eine zweite Verzögerungsleitung eines jeden Paares in Mikrowellenschaltung in regelmäßigen Intervallen mit einer zweiten Speiseleitung (21B, 31B, 4lB) einer der auf einander folgenden Anordnungen verbunden ist, dass öle ersten

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Verzögerungsleitungen des ersten und zweiten Paares Verzögerungsleitungen eine Phasenverschiebung in bezug auf einander aufweisen, und dass die zweiten Verzögerungsleitungen des ersten und des zweiten Paares Verzögerungsleitungen die gleiche Phasenverschiebung in bezug auf einander aufweisen wie die genannten ersten Verzögerung! leitungen.

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