DE1901242A1 - Speisenanlage fuer eine elektronisch getastete Sendeantenne - Google Patents

Description

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lmerson lleotrio Co., 3t. Louis / Missouri (V.St.ν.Α.)

Speiseanlag· für eine elektronisch getastete Sendeantenne

Die Erfindung betrifft allgemein elektronisch getastete Radarantennenanlagen und im besonderen eine Speiseanlage für eine elektronisch getastete Sendeantenne.

Die in der letzten Zeit gestellten hohen Anforderungen an die Datengesehwindigkeit, Zieldichte und an eine Abtastung mit mehreren funktionen bedingten die Verwendung von elektronisch getasteten Eadareinrichtungen in vielen fällen. Im besonderen sind in der beweglichen Taktik, wie z.B« in Düsenflugzeugen die Beschränkungen bei der Größe und bei dem Gewicht kritisch.

Beispiele für herkömmliche elektronisch getastet® Antennen und deren Arbeitsweise sind beschrieben in Sperry Xngineering Heview, Winter, 1965 und in Boeing Document D2-8259O«-t sowie in den in diesen Veröffentlichungen angeführten Literaturetellen*

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Bei der gebräuchlichsten elektronisch getasteten Antennenanlage wird eine Anordnung von Phasenschiebern verwendet, wobei jeder Phasenschieber an einem abstrahlenden Element zum Erzeugen eines Antennenstrahls angebracht ist. Die abstrahlenden Elemente werden über die Phasenschieber mittels einer Speiseanlage mit Energie versorgt. Se wurden zwei Arten von Speieeanlagen verwendet und zwar direkte (eingeschlossene) und optische (entfernte) Speiseeinriohtungen. Die direkten Speiseeinriohtungen in form von Wellenführern, Koaxialleitungen oder Bandleitungen können aus verschiedenen Grundausführungen bestehen, z.B. aus Gemeinsohaftsepeieeeinrichtungen, Parallelspeisungen, Serien-Speisungen und aus verschiedenen Matrizen. Alle diese Einrichtungen sind bei einer für normale Betriebeerfordernisse genügend großen Antenne außerordentlich kompliziert und schwer. Di· Tiefe der Speiseeinrichtung vergrößert außerdem das Volumen der Antenne wesentlich. Bei optischen Speiseeinrichtungen wird ein von der Linse entfernt angeordnetes Horn verwendet« Die vom Horn ausgestrahlte Energie wird von Radiatoren gesammelt, die mit den Phasenschiebern in Verbindung stehen· Die Phasenschieber wandeln die auffallende sphärisch© Wellenfront aus übt Speiseeinrichtung in eine ebene Phasenfront um oder in sine unebene Phasenfront zum Verändern der ?oxr des Strahls« Ms*?· Phasenfront wird zum Tasten des Strahls gekippt. Die Liiis® äann entweder aus einer reflektierenden oder abstrahlenden Ausführung bestehen. In jedem falle muss jedoch daß Speisehorn von der Linse einen Abstand aufweisen. Ferner muss das Speisehom in bezug auf die Linse in einer genau bestimmten Position gehalten werden. Diese Erfordernisse tragen zur Kompliziertheit, dem Gewicht und dem Volumen der Antennenanlage wesentlich bei.

Die Erfindung bezweckt eine Speiseeinrichtung für eine elektronisch getastete Antezrae zu schaffen, die das Volumen der Anordnung nicht wesentlich vergrößert, die einfach und leicht ist, und die tatsächlich selbsttragend ist.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein® Speiseeinrichtung für eine Sendelinse mit einer Phasenschieberanordnung aus einer

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Anzahl τοη Phasenschiebern und einer Rückseite, welche Speiseeinrichtung eine von der genannten Rückseite entfernt angeordnete Platte aufweist, wodurch ein Wellenführer gebildet wird, sowie ein Ϊortpflanzungsaittel zum Fortpflanzen der elektromagnetischen Wellen im Wellenführer.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In der beiliegenden Zeiohnung ist die

Pig.1 eine sohaubildliohe Darstellung einer Antennenanlage mit einer Speiseeinrichtung nach der Erfindung,

Fig,2 ein Schnitt durch die Einrichtung nach der iig.1 nach der Linie 2-2,

Fig.3 eine sohaubildliche Sarstellung einer Antennenanlage

mit einer anderen AuefUhrungsfora einer Speiseeinrichtung nach der Erfindung und die

Pig.4 eine schaubildliohe Sarstellung einer Antennenanlage

mit einer weiteren anderen Ausführungsform einer Speiseeinrichtung nach der Erfindung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Speiseeinrichtung für eine mit einer Phasenschieberanordnung versehene Sendelinse mit einem Plattenabsohnitt versehen, der mit Abstand parallel zur Rüokseite der Linse verläuft und mit der Rückseite der Linse einen Wellenführer bildet. Sie parallele Platte wird geeigneterweise im wesentlichen kongruent mit der Rückseite der Linse ausgestaltet. Bin mit der parallelen Platte in Verbindung stehendes Weiterleitungsmittel führt in den WeI-lenführerabschnitt eine elektromagnetische Wellenfront ein. Sonden, die mit den Phasenschiebern in der Linse verbunden sind, leiten die Welle zu den Phasenschiebern. Jede Sonde ist so proportioniert, das« ein Kopplungekoeffizient erhalten wird, der genügend Leistung ableitet, um das gewünschte Amplitudengefälle zu erzielen.

Bei der bevorzugten Ausführungeform ist die parallele Platte an der Rüokseite der Linse mittels einer sich um den Außenrand

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herum eretreckenden Abdichtung in einer Entfernung Ton der Rückseite der Linse befestigt, welche Entfernung kleiner als eine Wellenlänge der rorherrsohenden Trequenz der fortschreitenden Welle ist.

Bei der berorzugten lusführungsform der Brfindung bestehen die Weiterleitungsmittel aus einer Punktquelle oder aus einer Gruppe Ton Punktquellen elektromagnetischer Erregung. Der Wellenführer wirkt daher als ein Badialwellenführer und erzeugt eine zylindrische Wellenfront oder eine Gruppe zylindrischer Wellenfronten« Bei der beTorsugten Ausführungeform erfolgt die Weiterleitung nach dem Modus TBI, weshalb die Weiterleitungsmittel und die Yerkopplungemittel die Torrn τοη Stummeln aufweisen, wobei der Abstand der parallelen Platte τοη der Büokseite der Linse sehr klein ist und in der Größenordnung eines kleinen Bruchteiles einer Wellenlänge liegt.

Bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung bestehen die Weiterleitungemittel aus einer Gruppe geschlitzter rechteckiger Wellenführer, und die Weiterleitung oder Tortpflanzung erfolgt nach dem Modus SS {in bezug auf ISM gedreht) β Die Terkopplungsmittel bestehen daher aus Schleifen» und der Abstand der parallelen Platte τοη der Rückseite der Linse beträgt ungefähr drei Tiertel einer Wellenlänge·

Die figuren 1 und 2 zeigen eine mit 1 bezeichnet« Ausführung einer Speiseeinrichtung naeh der Erfindung. Die Speiseeinrichtung 1 weist ein Weiterleitungsmittel 2 mit einem Kabel 3 auf, in das an dem einen Ende eine Stummelsonde 4 eingebettet 1st· Das Weiterleitungemittel 2 ist an einer Platte 5 in deren Mitte angebracht, wobei die Stummelsonde 4 sich dureh die Platte 5 hindureher·treckt. Die Platt· 5 i»t Bit Abstand an einer Linse 6 angebracht, wodurch ein Spalt 19 gebildet wird. Zu diesem Zweck ist eine Abdichtung 7 vorgesehen, die eich, um den Auienrand der Platte 5 und der Linse 6 herum erstreckt. Die Weite des Spaltes 19 beträgt einen kleinen Bruchteil einer Wellenlänge der weiterzuleitenden Torherrsohenden Frequenz, wobei

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die Proportionierung den bei den herkömmlichen, nach dem TEM-Modus arbeitenden Wellenführern üblichen Abmessungen entspricht. Die Innenseite der Abdichtung 7 besteht aus einem absorbierenden Material, das alle Energie absorbiert, die das Material aus dem Weiterleitungsmittel 2 erreicht. Die Linse 6 weist einen tragenden Aufbau 9 mit einer großen Anzahl von Phasenschiebern 10 auf. Die linse 6 wird an der Rückseite von einer ebenen Verschlussplatte 11 abgeschlossen. Die mit den Phasenschiebern 10 in Verbindung stehenden Stummelsonden 12 erstrecken sich durch die Verschlussplatte 11 hindurch in den Spalt zwischen der Verschlussplatte 11 und der parallelen Platte 5 hinein· Die Stummelsonden sind so proportioniert, dass sie Leistung entsprechend des gewünsohten Amplitudengefälleβ ableiten. Der gewählte genaue Verkopplungekoeffizient ist nicht nur abhängig von der Entfernung der Sonden von der Mitte sondern auch von dem Ausmaß, in dem die Eaumkonizität bei der Anordnung der Phasenschieber 10 verwendet worden ist.

Wie aus der Jig.2 zu ersehen ist, erzeugt eine Erregung der Weiterleitungsaonde 4 eine zylindrische elektromagnetische Wellenfront nach dem TBM-Modus. (13). Da die Welle 13 zylindrisch nach außen wandert, so wird sie von den Sonden 12 mit den Phasen Schiebern 10 verkoppelt. Jeder Phasenschieber 10 verschiebt die Phase der hindurchwandernden elektromagnetischen Welle in Abhängigkeit von einem Phaaensohiebertreiber 14, der von einem Computer 15 gesteuert wird. Jede Phasenschiebereinstellung umfasst einen Kollimationsfaktor, der die Näht des Phasenschiebers zur Wtiterleitungssonde 4 kompensiert, sowie einen zweiten Jaktor, der das gewünschte Phasengefälle bewirkt. Die Phasenschieber wandeln daher eine zylindrische Wellenfront in eine ebene Wellenfront um, die danach gekippt wird, um die gewünschte Strahlriohtung zu erzielen. Es kann natürlich auoh ein dritter Faktor benutzt werden, der die Ebene Wellenfront zum Gestalten des Strahle verformt.

Hieraus geht hervor, dass in der Auswirkung eine optische Speisung erfolgt, bei der f/d (Brennweite/Blendendurchmesser) im wesentlichen gleich Hull ist, so dass die sphärisch

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sich auebreitende Wellenfront der üblichen optischen Speisung zu einer zylindrischen Wellenfront projiziert worden ist. Sie parallele Platt· führt zu dem elektrischen Vorteil einer optischen Speisung gegenüber einer direkten Speisung dadurch, dass eine digitale Phasensteuerung benutzt wird, wobei die Kollimat ions korrektur die Phasenabweichungen dem Zufall unterwirft und das Entstehen hoher Seitenflügel verhindert, selbst wenn weniger Steuerbits in jede» Sigitalphasensehieber benutet werden· Sie optische Speiseeinrichtung ist daher leichter, kompakter und physikalisch einfacher als entweder eine optische Speiseeinrichtung mit dem zugehörigen Aufbau oder eine direkte Speiaeeinrichtung·

Sie Pig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Speiseeinrichtung nach der Erfindung. Eine elliptische Sendelinse 26 wird von einer Speiseeinrichtung 21 mit einer kongruenten parallelen Platte und mit einem elliptischen Plattenabschnitt 25 gespeist, der von der Linse 26 einen Abstand aufweist, wobei ein Spalt 39 gebildet wird, der dieselbe Weite aufweist wie der Spalt 19 bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2. Sie Linse 26 gleicht in jeder Hinsicht der Linse 6 der ersten Ausführungsform mit Ausnahme der Gestalt (und daher der genauen Ausgestaltung der Phasenschieber). Eine Abdichtung 27 hält die Speiseeinrichtung 21 von der Linse 26 entfernt und stütst die Speiseeinrichtung 21 ab. Zusätzliche Abdichtungen 34 unterteilen den Spalt zwischen der Platte 25 und der Rückseite der Linse 26 in Quadranten. Es sind Weiterleitungsmittel 22 gleich den Weiterleitungsmitteln 2 bei der Ausführungsform nach den figuren 1 und 2 in jedem Quadranten an einer Stelle vorgesehen, an der die günstigste Uestrahlung dieses Quadranten erfolgt. Sie Weiterleitungsmittel 22 sind mit einander durch eine herkömmliche Mono impuls schaltung 35 verbunden, die die drei herkömmlichen Kanäle umfasst und zwar einen Summenkanal 36, einen Höhendifferenskanal 37 und einen Azimuthdifferenzkanal 38. Sieso Anordnung ermöglicht die Anwendung herkömmlicher Mono impulsverfahren bei Such- und Verfolgungsradaranlagen.

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Die Fig«4 zeigt eine weitere Ausführungeform der Speiseeinrichtung nach der Erfindung mit einer Platte 45, die von einer am Umfang verlaufenden Abdichtung 47 und von den Quadrantendichtungen $4 von einer rechteckigen Sendelinse 46 entfernt und parallel gehalten wird. Sie mit den Phasenschiebern 50 in der'Linse 46 verbundenen sohleifenförmigen Sonden 52 erstrecken sich in den Spalt 59 zwischen der Linse 46 und der parallelen Platte 45 hinein. Jeder Quadrant wird von einem Weiterleitungsmittel 42 gespeist, das einen rechteckigen Wellenführer 43 mit Schlitzen 44 aufweist, der sich durch die Platte 45 hinduroherstreokt und in den Spalt 59 hinein abstrahlt. An den Außenenden der Wellenführer 43 sind die Abschlüsse 60 vorgesehen. Sie Weiterleitungsmittel 42 sind daher einer direkten Serienspeisung gleichwertig. Die vier Wellenführer 43 sind so angeordnet, dass die günstigste Bestrahlung in der Höhenrichtung erfolgt. Die Verkopplungekoeffizienten der Wellenführer-8chiitze sind so gewählt, dass die Bestrahlung in der Azimuthrichtung am günstigsten ist. Diese Ausführungsform ist so eingerichtet, dass der Eingang nach dem IS-Modus erfolgt, weshalb die parallele Platte 45 von der Linse 46 einen Abstand aufweist, der ungefähr drei Viertel einer Wellenlänge der weiterzuleitenden vorherrschenden Frequenz beträgt, wobei die Proportionierung der bei nach dem TE-Modus arbeitenden herkömmlichen Wellenführern üblichen Proportionierung entspricht· An die Weiterleitungsmittel 42 ist eine herkömmliche Monolmpulsschaltung 55 angeschlossen, die die üblichen drei Kanäle aufweist und zwar einen Summenkanal 56, einen EShendlfferenzkanal 57 und einen Azimuthdifferenzkanal 58.

für Sachkundige sind zahlreiche Änderungen bei der Speiseeinrichtung nach der Erfindung naheliegend. Z«B« können trennbare Summen- und Differenzbeetrahlungen vorgesehen werden, um die MonoimpulsCharakteristiken auf den günstigsten Wert zu bringen und zwar mit oder ohne Einteilung in Quadranten, für ein« gegen eine Polarisation unempfindlich« Speisung können polarisations ζ erst reuende Speisungen vorgesehen werden, ferner kann die Verschlussplatte an der Bückseite der Line* weggelassen

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warden, .wann die Phasenschieber aο nahe an einander und derart angeordnet werden, daaa eine fellenleekage vermieden wird. In dem von der Bückseite der Linee und der parallelen Platte gebildeten fellenführer können auch andere Weiterleitungemittel zum Weiterleiten elektromagnetiaoher fellen benutst werden, la können andere Verkopplungemittel unter Einschluss von Schlitten benutst werden» die besondere dann erwünecht βein können, wenn andere Weiterleitungemodi verwendet werden. Sie oben angeführten Inderungemögliohkeiten stellen lediglich Beispiele dar·

Patentansprüche P ·* ——————————

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Claims (1)

1. Patentanspruch·

   1· Speiseeinrichtung für ein· Sendelinse, dl« eine Anzahl von Phasenschiebern und «in· Bttokseite aufweist, gekennseiohnat durch aIna Platte, dia mit Abstand von dar Bückaeite angeordnet let und Bit dieser einen Wellenführer bildet, und durch ein Weiterleitungaaittel sub Weiterleiten elektromagnet ie eher Wellen im Wellenführer.

   2« Speiseeinrichtung nach Anspruoh 1, gekennseiohnet durch Yerkopplungsmittel, die mit den lhaaenschiebern rerbunden sind und sieh durch die Bückaeite hinduroh in den Wellenführer hinein erstrecken.

   3· Speiseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennselchnet, dass die genannte Platte τοη der linse mittels einer Abdichtung entfernt gehalten wird, die sich um den Außenrand des Wellenführers herum erstreokt.

   4· Speiseeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennseiohnet, dass die genannte Platte mit der genannten Rückaalte Im wesentlichen kongruent ist.

   5· Speiseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennselohnet, dass das genannte Weiterleitungamittel aus einer Stummelsonde besteht, die an der genannten Platte angebracht iat und sich in den Wellenführer hineinerstreokt.

   6· Speiseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Weiterleitungamittel aua einem an der genannten Platte angebrachten gesohlit«ten Wellenführer besteht.

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   7· Speiseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Weiterleitung8mit~ tel aus einer Vielzahl gesonderter Weiterleitungemittel besteht, die durch eine Sohaltung mit einander Terbunden sind.

   8· Speiseeinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Abdichtungsmittel im Wellenführer zwischen mindestens zwei der genannten gesonderten Weiterleltungsmittel.

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