DE1937583C3 - Radarantenne mit einer Strahlermatnx zur Erzeugung eines frequenzgesteuert und eines phasengesteuert geschwenkten Radar Strahles - Google Patents

Description

(1961), _ (April), S. 146 bis 153), bei denen für zwei In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen

voneinander unabhängige Abtastrichtungen frequenz- gleiche Teile.

abtastende und phasengesteuerte Zuführvorrichtungen Es wird nun auf F i g. 1 bezug genommen, die eine

verwendet werden. Für die Frequenzabtastung wird Perspektivansicht einer einen Gesichtspunkt des Er-

ein frequenzvariables Signal verwendet, das an Grup- 5 findungsgedankens verkörpernden Anordnung ver-

pen von in Reihe mit Verzögerungsleitungen geschal- anschaulicht. Es ist eine Anordnung von strahlenden

teten Strahlerelementen angelegt wird. Für jede Haupthohlleitern 10 vorgesehen, von denen jeder

Gruppe ist ein variabler Phasenschieber vorhanden, einen nach vorn gerichteten Abschnitt 11 mit recht-

uber den eine Phasensteuerung ausgeübt werden eckigem Querschnitt, einen hinteren Abschnitt 12 mit

kann. Derartige Systeme weisen eine hohe Komplexi- xo quadratischem Querschnitt und einen gestuften Zwi-

tät auf. Bei allen bekannten Systemen besteht jedoch schenabschnitt 13 besitzt. Mit jeder Hohlleitersäule

ein erhebliches Problem bei der Entkopplung der ist zumindest ein erstes Paar 14 a und 14 b von kreu-

beiden Abtastrichtungen. zenden Zuführungshohlleitern zugeordnet, die mit

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radarantenne dem vorderen Abschnitt 11 jedes Haupthohlleiters

der eingangs genannten Art derart auszugestalten, 15 10 richtungsgekoppelt sind, und zwar zur Fortpflan-

daß keine Interferenzen zwischen dem ersten und zung eines vorgewählt polarisierten ersten Wellentyps

dem zweiten Strahl auftreten. . zwischen einem gewählten Anschlußsatz des Zufüh-

Gemäß der Erfindung gelingt dies dadurch, daß rungshohlleiterpaars 14 a und 14 b und einem vor-

die frequenzgesteuert arbeitende Gruppe von Zufüh- deren Ende 15 eines derartigen Hohlleiters 10, wie

rungshohlleitern mit den strahleröffnungsseitigen Ab- ao dies insbesondere aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich ist.

schnitten der einzelnen Strahlerzuleitungen im Sinne Jeder Reihe von Haupthohlleitern ist ein zweites

einer Fortpflanzung der Wellen in Richtung zur die Paar von gekreuzten Zuführhohlleitern 16« und 16/>

Strahlcröffnungcn enthaltenden Stirnseite der Strahler- zugeordnet, die mit dem hinteren Abschnitt 12 jedes

matrix und die phasengesteuert arbeitende Gruppe Haupthohlleiters 10 richtungsgekoppelt sind, und

von Zuführungshohlleitern mit den strahleröffnungs- as zwar zur Fortpflanzung eines vorgewählt polarisierten

abgewandten Abschnitten der einzelnen Strahlerzu- zweiten Wellentyps zwischen einem Anschlußsatz des

leitungen im Sinne einer Fortpflanzung der Wellen in zweiten Paares 16a und 166 und einem rückwärtigen

Richtung zur die Enden der Strahlerzuleitungen ent- Ende 17 des Haupthohlleiters 10, wie dies im beson-

haltenden Rückseite der Strahlermatrix gekoppelt deren in F i g. 4 gezeigt ist.

sind und in den einzelnen Strahlerzulehungen eine 30 Die Anordnung von Kopplungsöffffnungen in Verpolarisationsempfindliche Belastung zwischen der bindung mit kreuzenden Hohlleitern zur vorgewählersten und zweiten Gruppe von Zuführungshohl- ten Richtungskopplung vorgewählt polarisierter Welleitern eingefügt ist sowie ein Kreuzpolarisations- lentypen ist in der Technik bekannt.
Mikrowellenreflektor hinter der Matrix zur Vorwärts- Ferner ist eine polarisationsrotierende Reflexionsreflexion der nach hinten laufenden Wellen durch die 35 vorrichtung, beispielsweise ein Drehreflektor 19, Strahlerzuleitungen zurück zu den Strahleröffnungen hinter den Enden 17 der Haupthohlleiter 10 zur der Ma'rix mit einer selektiv einstellbaren Phasen- Reflexion des nach hinten richtungsgekoppelten front vorgesehen ist. zweiten Wellentyps (Fortpflanzung durch das rück-

Diese Mehrfachantennenanordnung ermöglicht die wärtige Lnde 17) und zur Drehung von dessen PoIa-

gemeinsame Verwendung eines frequenzabtastenden 40 risation vorgesehen; diese Vorrichtung arbeitet auch

Wellentyps und eines phasenabtastenden Weilestyps, mit der Belastung 18 für die nichtgerichtete (Rück-

wobei diese Wellentypen unabhängig voneinander strahlungs-)Komponente des ersten Wellentyps zu-

und ohne störende Interferenzen sich ausbreiten sammen. Da die Reflexion vom Element 19 relativ

können. Eine derartige Kombination von Wellentypen zum einfallenden Wellentyp kreuzpolarisiert ist,

ist von Bedeutung bei der Zusammenfassung einer 45 spricht die polarisationsempfindliche Belastung 18

frequenzabtastenden Systemsuchfunktion und einer innerhalb des Übergangsabschnitts 13 auf den reflek-

Bestrahlfunktion mit einem Konstantfrequenzträger tienen und polarisationsgedrehten zweiten Wellentyp

zur Bestrahlung eines Zieles im Zusammenwirken mit praktisch nicht an.

einem Luft-zu-Luft-Flugkörper, der einen Konstant- Auf Grund der Erzeugung der entgegengesetzt ge-

frequenzverfolgungsempfänger besitzt und von einem 50 richteten ersten und zweiten Wellentypen mit zuein-

Flugzeug gestartet wurde, das als Radarplattform für ander gekreuzten Polarisationen, bezogen auf eine

einen Zielbestrahier dient gemeinsame Ebene innerhalb des Hohlleiters 10,

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen kann die polarisationsempfindliche Belastung 18 in Antennenanordnung wird nachstehend an Hand der dem Übergangsabschnitt 13 zur Dämpfung der Fort-Zeichnungen beschrieben. Es zeigt 55 pflanzung nichtgerichteter Moden vom ersten Zuführ-

Fig. 1 eine Perspektivansicht mit zum Teil ent- hohlleiterpaar 14α und 14b und vom zweitenZuführ-

fernten Teilen einer Anordnung, die einen Gesichts- hohlleiterpaar 16a und 16b verwendet werden, wo-

punkt des Erfindungskonzepts verkörpert, durch die Trennung der Wellentypen zwischen diesen

F i g. 2 eine schematische Draufsicht auf einen gewährleistet wird, wie dies nachstehend noch näher

Haupthohlleiter 10 und Kreuzkoppler 14 a, 14 b und 60 zu beschreiben ist. Da das erste Zuführungshohlleiter-

16a der Fig. 1, paar 14a und 14fc zu dem zweiten Zuführungshohl-

F i g. 3 und 4 schematische Seitenansichten der An- leiterpaar 16 a und 16 b senkrecht angeordnet ist, Ordnung der Fig. 2 mit dem Fortpflanzungspfad kann eine derartige Wellentyppolarisation zur Raumeines entsprechenden der beiden voneinander unab- und Ausrüstungsersparung einfacher durch die Einhängigen Fortpflanzungswellentypen und 65 fügung einer 90°-Drehung in den vorderen Abschnitt

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine horizontale An- 11 zwischen dem Zuführpaar 14a und 14f» und dem

Ordnung der schematischen Kreuzkoppelanordnung Übergangsabschnitt 13 erzielt werden,

nach Fig. 2. Die Polarisation des erzeugten zweiten Wellentyps

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wird derart gewählt, daß deren nichtgerichtete Korn- jedem Haupthohlleiter 10 bei Kombination in der ponente direkt durch die polarisationsempfindliche Zuführleitung eines interessierenden Wellentyps sich Belastung 18 gedämpft wird. Die nichtgerichtete zwangläufig kombinieren, um eine wesentliche InterKomponente des kreuzpolarisierten ersten Wellentyps ferenz oder ein sich summierendes Übersprechen zu wird über die Belastung 18 zum Reflektor 19 geleitet 5 erzeugen. Eine weitere Trennung zwischen den und dort kreuzpolarisiert, damit sie eine Polarisations- Wellentypen kann dadurch erzielt werden, daß für ebene parallel zu der des erzeugten zweiten Wellen- den zweiten Wellentyp eine Wellenlänge verwendet typs besitzt, und reflektiert. Die Belastung 18 dämpft wird, die außerhalb der Bandbreite des ersten freeine derartige kreuzpolarisierte reflektierte Rück- quenzgesteuert abtastenden Wellentyps liegt.
Strahlkomponente des ersten Wellentyps, während die io Eine derartige Bandbreitentrennung kann einfacher richtungsgekoppelte Komponente des polarisierten durch Reduzierung der geforderten Bandbreite für ersten Wellentyps vom Ende oder Ausgang 15 abge- den frequenzgesteuert abtastenden Wellentyp erreicht stranlt wird, wie dies Fi g. 3 zeigt. werden. Eine derartige reduzierte Bandbreite für den

Die kreuzpolarisierte Reflexion des nach hinten frequenzgesteuert abtastenden Wellentyp kann auf gerichtet eingekoppelten zweiten Wellentyps, der vom is Kosten einer zusätzlichen richtungsgekoppelten Kreuz-Element 19 über die Belastung 18 reflektiert wird, zuführung 14 c und 14 d für jede Spalte der Hauptkann am Ende 15 als in der gleichen Ebene wie die hohlleiter 10 und durch eine Hohlleitervorrichtung richtungsgekoppelte Komponente des ersten Wellen- zum Umschalten zwischen der Kreuzzuführvorrichtyps polarisiert beobachtet werden. Somit wird sowohi tung I4a und 14 b und der Kreuzzuführungsvorrichder erste als auch der zweite ausgestrahlte Schwin- äo tung 14 c und 14 d synchron mit dem Frequenzabtastgungstyp vom vorderen Ende oder Ausgang 15 jedes zyklus erzielt werden. Die gleiche Bandbreite für die Hohlleiters 10 in einer gemeinsamen Polarisations- Abtastung eines Zuführsatzes (14a und 14 ft) von ebene ausgestrahlt. breitseits zu einer Endstrahlrichtung (in einer Ebene

Sind die vertikalen ersten Zuführungshohlleiter- geringer Dispersion) kann andererseits dazu verwenpaare an eine frequenzabtastende Hochfrequenz- as det werden, den zweiten Zuführsatz (14 c und 14 d) leitungsquelle über eine angezapfte "Spiralleitung ver- von breitseits in einen entgegengesetzten Endstrahlbunden, dann wird durch das Zusammenwirken der zustand zu steuern. Somit kann die erforderliche ersten Wellentypen der genannten Haupthohlleiter 10 Bandbreite für den frequenzabtastenden Modus haiein Frequenzabtaststrahl mit zwei Ebenen erzeugt. . biert werden.

Wird die Winkellage der Ebene des Reflektors 19 3° Obwohl der phasengesteuert abtastende Wellentyp relativ zur ebenen Anordnung der Enden 17 (wie in veranschaulicht und beschrieben wurde an Hand eines F i g. 5 gezeigt) selektiv gesteuert oder variiert, dann mechanisch geschwenkten Kreuzpolarisationsreflekwird die Phasenfront der durch das Zusammenwirken tors, ist der Erfindungsgedanke nicht dafür beschränkt, der reflektierten kreuzpolarisierten zweiten Wellen- und es können auch elektronisch phasengesteuert abtypen der Haupthohlleiter 10 fortgepflanzten Energie 35 tastende Anordnungen in Betracht gezogen werden, entsprechend eingestellt, wodurch sich ein zweiter Mit anderen Worten, es können auch nichtgegerichtet abtastender Strahl ergibt. Mit anderen schwenkte kreuzpolarisierende Reflexionsvorrichtun-Worten, die Spalten von Zuführhohlleiterpaaren 14 a gen zusammen mit einer Matrix von Phasenschiebern und 146 (Fig. 1) arbeiten mit den Reihen von verwendet werden, wobei je ein Phasenschieber in Haupthohlleitern 10 zusammen und bilden eine fre- 4» den hinteren Abschnitt 12 jedes Haupthohlleiters 10 quenzgesteuert abtastende gerichtete Zuführvorrich- eingefügt wird, so daß die Begrenzung der Abtasttung in Kreuzkopplung für die Erzeugung eines geschwindigkeit, wie sie sich durch die Trägheit eines ersten abtastenden Wellentyps, während die Haupt- mechanischen Systems ergibt, vermieden wird. Die hohlleiter 10 mit den Reihen von Zuführhohlleiter- selektiv gesteuerte Erregung einer Matrix von spanpaaren 16a und 16 b und dem Reflektor 19 zusarn- 45 nungsgesteuerten Mikrowellenphasenschiebern, beimenwirken und selektiv phasengesteuerte Zuführvor- spielsweise Femtphasenschiebern, zur Abtastung mit richtungen in Kreuzkopplung zur Erzeugung eines einer Mikrowellenstrahlanordnung ist bekannt und zweiten abtastenden Wellentyps unabhängig von dem beispielsweise beschrieben auf den Seiten 312 und 313 ersten abtastenden Modus bilden. Eine gegenseitige an Hand der Fig. 7.46 und 7.47 in dem Buch »Intro-Interferenz zwischen den beiden Wellentypen wird 50 duction to Radar Systems« von Skolnik, McGrawdurch die entgegengesetzt gerichtete Kopplung und Hill, 1962.

die zueinander gekreuzte Polarisation der beiden er- Es wurden somit Vorrichtungen zur Anwendung

zeugten Wellentypen relativ zum anderen (gesehen einer einzigen gemeinsamen Anordnung oder Apertur in Übergangsabschnitt 13) und durch das Zusammen- beschrieben, mit der ein frequenzgesteuert abtastenwirken der polarisationsempfindlichen Belastung 18 55 der erster Wellentyp innerhalbeiner begrenzten Bändern Übergangsabschnitt 13 jedes Haupthdhlleiters 10) breite und ein zweiter phasengesteuert abtastender mit den Richttmgskopplern der gekreuzten Zufüh- konstantfrequenter Wellentyp außerhalb der Bandrungen (jedes Haupthohlleiters 10) reduziert. Eine breite des ersten Wellentyps ermöglicht wird, wobei weitere Trennung ergibt sich dadurch, daß nur eine die beiden Wellentypen unabhängig voneinander ergeringe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß irgend- 60 zeugt und geschwenkt werden. Es wurde somit eine welche interferierende Wellentypkomponenten von verbesserte Mehrzweckanordnung offenbart.

Hierzu 1 Statt Zeichnungen

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Claims (5)

1 2 Patentansprüche· Die Erfindung betrifft eine Radarantenne mit einei ' Strahlermatrix und zwei zur Ebene der Strahler-

1. Radarantenne mit einer Strahlermatrix und öffnungen parallelen Gruppen von Zuführungshohlzwei zur Ebene der Strahleröffnungen parallelen leitern, die innerhalb ihrer Gruppe jeweils parallel Gruppen von Zuführungshohlleitern, die inner- 5 zueinander liegen und mit den einzelnen Strahlerzuhalb ihrer Gruppe jeweils parallel zueinander leitungen durch Schlitze gekoppelt sind, zur voneinliegen und mit den einzelnen Strahlerzuleitungen ander unabhängigen Erzeugung zweier elektronisch durch Schlitze gekoppelt sind, zur voneinander geschwenkter Radarsirahlen, wobei die erste Gruppe unabhängigen Erzeugung zweier elektronisch ge- von Zuführungshohlleitern zur Erzeugung des erster schwenkter Radarstrahlen, wobei die erste Gruppe io Strahles an ein frequenzgesteuert abtastendes Radarvon Zuführungshohlleitern zur Ei-zeugung des gerät und die zweite Gruppe von Zuführungshohlersten Strahles an ein frequenzgesteuert abtasten- leitern zur Erzeugung des zweiten Strahles an eir des Radargerät und die zweite Gruppe von Zu- phasengesteuert abtastendes, festfrequentes Radarführungshohlleitern zur Erzeugung des zweiten gerät angeschlossen sind.

Strahles an ein phasengesteuert abtastendes, fest- 15 Bei der Verwendung von Radargeräten bei milifrequentes Radargerät angeschlossen und, da- tärischen Flugkörpern ist es häufig wünschenswert, durch gekennzeichnet, daß die frequenz- eine Anzahl von Funktionen durchzuführen, wie beigesteuert arbeitende Gruppe von Zuführungshohl- spielsweise die Suche nach und die Verfolgung vor ieitern (14a, 14b) mit denstrahJeröffnungsseitigen Flugzielen aus der Luft, und in gewissen Schieß-Abschnitten (11) der einzelnen Strahlerzuleitungen 20 Situationen die Beleuchtung eines Zieles für ein Zu-(10) im Sinne einer Fortpflanzung der Wellen in sammenwirken mit einem ferngesteuerten Luft-zu-Richtung zur die Strahleröffnungen (15) ent- Luft-Flugkörper, der einen Verfolgungsempfänger haltenden Stirnseite der Strahlermatrix und die vei-wendet, der auf die von dem »beleuchteten« phasengesteuert arbeitende Gruppe von Zufüh- (bestrahlten) Ziel empfangene Energie anspricht. Bei rungshohlleitern (16a, 16b) mit den strahler- »5 der üblichen Ausführung von L'ift-zu-Luft-Fernöffnungsabgewandten Abschnitten (12) der einzel- Steuerwaffensystemen wird ein Radarsender an Bord nen Strahlerzuleitungen (10) im Sinne einer Fort- des abschießenden Flugzeugs (oder Mutterschiffs) anpflanzung der Wellen in Richtung zur die Enden gewendet, um das Ziel anzustrahlen, welches dann (17) der Strahlerzuleitungen enthaltenden Rück- von dem vom Mutterschiff oder -flugzeug ausgesandseite der Strahlermatrix gekoppelt sind und in den 30 ten Flugkörper winkelverfolgt wird. Ein Monopulseinzelnen Strahlerzuleitungen (10) eine polari- empfänger oder andere Winkelverfolgungsvorrichsationsempfindliche Belastung (18) zwischen der tungen sind in dem Flugkörper eingerichtet und erersten und zweiten Gruppe (14a, 14i>; 16a, 166) zeugen Winkelverfolgungssignale für die Flugbahnvon Zuführungshohlleitern eingefügt ist sowie ein kontrolle des Flugkörpers, wie es bekannt ist.
Kreuzpolurisations-Mikrowellenreflektor (19) hin- 35 Die richtige Durchführung derartig vielfacher Funkter der Matrix zur Vorwärtsreflexion der nach tionen durch die Bordausrüstung unterliegt einer Anhinten laufenden Wellen durch die Strahlerzulei- zahl von sich wechselseitig beeinträchtigenden Kontungen (10) zurück zu den Strahleröffnungen(lS) struktionsmaßnahmen. Die Volumen-, Gewicht- und der Matrix, mit einer selektiv einstellbaren Phasen- Leistungsbegrenzungen, die einer derartigen Ausfront vorgesehen ist. 40 rüstung auferlegt sind, stehen in Konflikt mit dei

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Verwendung gesonderter Geräte für jede der verzeichnet, daß die Belastung (18) die nicht richtungs- schiedenen gewünschten Systemfunktionen. Die Vergekoppeltt; Komponente des frequenzgesteuerten wendung eigener Antennen für diese Funktionen Wellentyps durchläßt und eine kreuzpolarisierte unterliegt andererseits den entgegenstehenden Erfor-Rücklaufkomponente des frequenzgesteuerten 45 dernissen des begrenzten Raumes zur Unterbringung Wellentyps, die vom Reflektor (19) reflektiert der Antennen im Verhältnis zur Forderung nach dem wird, dämpft und die nicht richtungsgekoppelte größten öffnungswinkel zur Reduzierung des Strahl-Komponente des festfrequenten Wellentyps dämpft durchmesse« und der Systemleistung bei maximal« und eine kreuzpolarisierte, vom Reflektor (19) Reichweite.

reflektierte Rücklaufkomponente des festfrequen- 5° Es ist somit wünschenswert, eine einzige Antenne

ten Wellentyps hindurchläßt. vorzusehen, die die verschiedenen Arbeitsweisen odet

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Funktionen unabhängig und gemeinsam ausführt. Füi gekennzeichnet, daß die Strahlerzuleitungen (10) Abtastfunktionen oder -moden sind elektronisch abder Matrix aus einem Hohlleiter bestehen mit abtastende Anordnungen einer mechanischen Abtasteinem vorderen Abschnitt (11) von rechteckigem 55 vorrichtung vorzuziehen, da ein maximaler öffnungs-Ouerschnitt, einem rückwärtigen Abschnitt (12) winkel angewendet werden kann, ohne daß das von quadratischem Querschnitt und einem ge- System unter einer reduzierten Ansprechgeschwindigstuften Obergangsabschnitt (13) zwischen dem keit leidet, die sich infolge der wachsenden Trägvorderen und dem rückwärtigen Abschnitt. heiten ergibt, wie sie mit den maximalen öffnungs-

4. Antenne nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch 60 winkeln verbunden sind.

gekennzeichnet, daß der Reflektor (19) mecha- Aus IEEE Transactions AES-4 (1968), 6 (Nov.),

nisch verdrehbar ist. S. 913 und 914, ist eine Radarantenne mit Vielfach-

5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, funktion bekanntgeworden, bei der die einzelner dadurch gekennzeichnet, daß im rückwärtigen Funktionen durch unterschiedliche Frequenzen cha-Abschnitt (12) der Matrix der Strahlerzuleitungen 65 rakterisiert werden.

(10) eine elektronische Phasenschiebervorrichtung Ferner sind Radarantennensysteme bekannt (M. I,

eingebaut ist. Skolnik. Introduction to Radar Systems, McGraw-

Hill, 1962, S. 314, sowie IRE Transactions MIL-5