DE19636849A1

DE19636849A1 - Verfahren zur Erzeugung von Summen- und Differenz-Antennendiagrammen mit niedrigen Nebenkeulen für planare Gruppenantennen

Info

Publication number: DE19636849A1
Application number: DE1996136849
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Nickel
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 1998-03-12
Also published as: EP0829920A2; EP0829920A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Sum men- und Differenz-Antennendiagrammen mit niedrigen Neben keulen für planare Gruppenantennen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist bereits aus C. Tarran: "MESAR adaptive beamforming"; in: Kleinheubacher Berichte, Band 36, Deutsche Bundespost Telekom, 1993, Sei ten 563 bis 568 (/5/) bekannt.

Gruppenantennen dieser Art werden in der Radartechnik ein gesetzt und setzen sich aus einer Vielzahl von einzelnen Antennenelementen zusammen, deren Antennendiagramm elektro nisch steuerbar ist.

Radargeräte mit elektronisch steuerbaren Gruppenantennen (Englisch: "phased array radar") ermöglichen die gleichzei tige Ausführung verschiedener Radarbetriebsarten (Multi funktionsbetrieb) und die optimale Verteilung der Sende energie im Raum (Englisch: "energy management"). Gruppenan tennen, bei denen das Signal an jedem einzelnen Antennen element verfügbar ist, erlauben darüber hinaus die gleich zeitige Bildung von verschiedenen Empfangskeulenformen so wie die Anwendung von modernen Array-Signalverarbeitungs verfahren, wie adaptive Störunterdrückung und Superauflö sung. Dadurch kann die Leistungsfähigkeit des Radargeräts erheblich gesteigert werden.

Die Digitalisierung des Signals an jedem einzelnen Anten nenelement ist bei der für heutige Radarsysteme typischen großen Antennen-Elementzahl zur Zeit noch unrealistisch und für die Anwendung der oben genannten Verfahren auch unnö tig. Als suboptimale Lösung summiert man üblicherweise die Ausgänge der einzelnen Antennenelemente zunächst in Unter gruppen auf, deren Ausgänge dann digitalisiert werden. Da durch wird die Zahl der Kanäle von z. B. über tausend auf z. B. einige zehn reduziert. Die weitere Keulenbildung er folgt dann durch digitale Bewertung und Addition dieser Un tergruppenausgänge. Summen- und Differenzkeulen können auf diese Art erzeugt werden.

Diagramme mit niedrigen Nebenkeulen können auf diese Art immer nur für eine Keule, z. B. für die Summenkeule, durch entsprechende Bewertung der einzelnen Antennenelemente er zeugt werden, da die Kanäle danach nur aufsummiert werden müssen. Das Problem besteht darin, auch ein Differenzdia gramm mit niedrigen Nebenkeulen auf Untergruppenebene zu bilden, wenn am einzelnen Antennenelement bereits die Sum menbewertungen anliegen. Die Art der Untergruppenbildung beeinflußt dabei auch das Verhalten der adaptiven Störun terdrückung bzw. der Superauflösung. Gesucht wird demnach eine Untergruppeneinteilung, die für alle Anwendungen gün stig ist.

Es ist bereits bekannt, daß die Untergruppen möglichst un regelmäßig und aus benachbarten Elementen zusammengesetzt sein sollten. Dies reduziert die Bildung von sekundären Hauptkeulen (Englisch: "grating lobes"), die sich vor allem bei der adaptiven Störunterdrückung in der Form auswirken, daß für bestimmte Blickrichtungen der Antenne die Unter drückung wenig wirksam ist, d. h. das Signal-zu-Störverhält nis klein wird [1, 2].

Radargeräte mit Untergruppen und digitaler Keulenbildung existieren z. B. in dem Experimentalsystem ELRA des For schungsinstituts für Funk und Mathematik (FFM) [3, 4] und in dem eingangs bereits erwähnten Experimentalsystem MESAR der Defence Research Agency (DRA) [5]. Beide Systeme haben un regelmäßige Untergruppeneinteilungen (48 Untergruppen bei ELRA, 16 Untergruppen bei MESAR). Bei ELRA werden die Sum men- und Differenzantennendiagramme durch Bewertung und Aufsummation aller Untergruppenausgänge erzeugt. Dieses Verfahren gestattet nicht die Erzeugung von Antennendia grammen mit niedrigen Nebenkeulen. Bei MESAR wird der Aus gang jedes Antennenelementes in zwei Zweige aufgeteilt. Ein Zweig wird mit Bewertungen am einzelnen Antennenelement für ein Summenantennendiagramm mit niedrigen Nebenkeulen verse hen und in 8 Untergruppen aufsummiert. Der andere Zweig wird mit Bewertungen für ein Differenzantennendiagramm mit niedrigen Nebenkeulen versehen und ebenso in 8 Untergruppen aufsummiert. Für die Summenkeulenbildung werden nur die er sten 8 Untergruppen, für die Differenzkeulenbildung nur die zweiten 8 Untergruppen herangezogen. Für die adaptive Dia grammformung benutzt man aber alle 16 Untergruppen. Nur durch diese unterschiedliche Bewertung der einzelnen Anten nenelemente lassen sich Diagramme mit niedrigen Nebenkeulen erzeugen. Die Nachteile dieser Lösung sind die aufwendige zweischichtige Untergruppenbildung, das Zusammenfassen der Azimut- und Elevationsschätzung in nur einer Differenzkeule (zirkularer Monopuls) und die nicht-optimale Ausnutzung der Kanäle für die adaptive Störunterdrückung.

Die gleichzeitige Erzeugung von Summen und Differenz-Anten nendiagrammen mit niedrigen Nebenkeulen konnte bisher nur mit mehrschichtigen (z. B. zweischichtigen (MESAR)) Unter gruppenanordnungen erreicht werden. Die Nachteile dieser Systeme sind:

- sie sind technisch aufwendig und teuer in der Herstel lung;
- bei zweischichtiger Untergruppenanordnung muß eine zir kulare Differenzkeule gebildet werden, um Azimut- und Elevationsschätzungen zu erhalten. Die zirkulare Diffe renzkeule liefert schlechtere Richtungsschätzungen als für Azimut und Elevation unabhängige Differenzkeulen;
- für in Azimut und Elevation unabhängige Schätzungen wäre eine noch aufwendigere dreischichtige Untergruppenanord nung erforderlich;
- mehrschichtige Untergruppenanordnungen nutzen die verfüg baren Kanäle bei der adaptiven Störunterdrückung nicht vollständig aus.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erzeugung von Summen und Differenz-Antennendiagrammen mit niedrigen Nebenkeulen für planare Gruppenantennen anzuge ben, das mit weniger Aufwand bei der Untergruppenbildung auskommt.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 wiedergegeben. Die übrigen Ansprüche ent halten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Ein erster Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die gewünschte Diagrammbildung mit einer einzigen Unter gruppenschicht erreicht werden kann.

Von Vorteil ist ferner, daß mit der Erfindung für die Mono pulsortung gleichzeitig optimierte Differenzkeulen für die Azimutebene und für die Elevationsebene erzeugt werden kön nen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Sende-/Emp fangskanäle optimal für die adaptive Störunterdrückung aus genutzt werden können.

Ausgangspunkt für die Erfindung ist die Überlegung, daß zur Erzeugung von Diagrammen mit niedrigen Nebenkeulen eine fein abgestufte Bewertung der einzelnen Antennenelemente der Gruppenantenne erforderlich ist. Eine Bewertung nur der Untergruppenausgänge entspricht einer konstanten Bewertung für die Antennenelemente der jeweiligen Untergruppe und ist, solange die Untergruppen nicht sehr klein sind, für eine deutliche Absenkung der Nebenkeulen zu grob abgestuft.

Jede Untergruppeneinteilung entspricht einer Vergröberung der eigentlich gewünschten Amplitudenbewertung am einzelnen Antennenelement in der Art einer Treppenfunktion. Man kann andererseits aber auch die Werte der Amplitudenbewer tung quantisieren und die Antennenelemente mit quantisier ten Amplitudenwerten der gleichen Quantisierungsstufe jeweils zu einer Untergruppe zusammenfassen. Diese Unter gruppen haben die Form der Höhenlinien der Amplitudenbewer tung und sind die optimalen Untergruppen für die quanti sierte Bewertung. Z.B. sind bei einer kreisförmigen plana ren Gruppenantenne für ein Summenantennendiagramm mit nied rigen Nebenkeulen Teilflächen der Antennenfläche in Form von Kreisringen verschiedener Breite die optimalen Unter gruppen, da diese Diagramme eine kreissymmetrische glocken förmige Amplitudenbewertung erfordern.

Ordnet man den einzelnen Antennenelementen die Bewertungen w_i zu (i = 1, 2 . . . N bei N Antennenelementen), so kann man eine optimale Untergruppeneinteilung für eine gewünschte quantisierte Differenzkeulenbewertung d_i (i = 1, 2 . . . N) finden, indem man - wie zuvor beschrieben - die Bewertung d_i/w_i (i = 1, 2 . . . N) quantisiert und die zugehörigen An tennenelemente, deren quantisierte Quotienten d_i/w_i der gleichen Quantisierungsstufe angehören, ermittelt und je weils zu einer Untergruppe zusammenfaßt. Damit kann man die gewünschte Summenkeule mit niedrigen Nebenkeulen und die Differenzkeule mit der quantisierten Bewertung durch digi tale Keulenbildung an den Untergruppen erzeugen. Die Zahl der Untergruppen ist hierbei gleich der Zahl der Quanti sierungsstufen.

Für die Monopulsortung mit einer planaren Antenne braucht man gleichzeitig Differenzkeulen für die Azimutebene und die Elevationsebene. Man kann nach dem vorher beschriebenen Verfahren optimale Untergruppen für die Azimutdifferenzkeu le und für die Elevationsdifferenzkeule durch Quantisierung der Bewertungen d_az,i/w_i und d_el,i/w_i finden. Die für beide Differenzkeulen optimale Untergruppeneinteilung besteht dann aus den Durchschnitten aller gefundenen Untergruppen. Hat man eine Quantisierung in n Stufen vorgenommen, so er hält man so eine Einteilung in n² Untergruppen. Bei feine rer Quantisierung können auf diese Art Untergruppen mit Elementzahl Null entstehen, so daß die effektive Zahl von Untergruppen kleiner n² sein kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1-3 Untergruppeneinteilungen bei einer planaren kreisförmigen Gruppenantenne, die gemäß ver schiedener vorteilhafter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt worden sind,

Fig. 4-5 das Summen-Antennendiagramm einer planaren kreisförmigen Gruppenantenne, dem eine 40 db Taylor-Bewertung unterliegt (Fig. 4), sowie das Differenz-Antennendiagramm einer planaren kreisförmigen Gruppenantenne, dem eine 40 db Bayliss-Bewertung unterliegt,

Fig. 6-9 die sich aus der Untergruppeneinteilung gemäß Fig. 3 ergebenden Differenz-Diagramme, denen eine Diagramm-Bewertung nach der Erfindung un terliegt (Fig. 6 und 8), sowie die 30 dB- und 35 dB-Höhenlinien der zugehörigen Antennendia gramme (Fig. 7 und 9), und zwar für Azimut (Fig. 6 und 7) und Elevation (Fig. 8 und 9),

Fig. 10 zeigt das Signal-zu-Störverhältnis für ein Bei spiel einer adaptiven Störunterdrückung an den Untergruppenausgängen bei Anwesenheit eines Störers.

Fig. 1 zeigt eine kreisförmige planare Gruppenantenne, bei der die Untergruppen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet worden sind. Für die einzelnen Antennenelemente i, i = 1, 2 . . . N, wurde hierbei sowohl für die Azimutebene wie auch für die Elevationsebene jeweils der Quotient d_i/w_i gebildet und quantisiert, wobei d_i jeweils gleich der für die einzelnen Antennenelemente i vorgegebenen Differenzkeu lenbewertung d_az,i und d_el,i ist und w_i gleich einer für die einzelne Summenkeulenbewertung vorgegebene Amplitudenbewer tung ist. Anschließend wurden die Antennenelemente mit quantisierten Quotienten d_az,i/w_i und d_el,i/w_i der gleichen Quantisierungsstufe jeweils zu einer Untergruppe j, j = 1, 2 . . . N′, zusammengefaßt. Die Summen- und Differenz-Anten nendiagramme wurden dann auf der Basis der so gebildeten Untergruppen j gebildet.

Fig. 1 zeigt die auf diese Art entstandene Untergruppenein teilung für 6 Quantisierungsstufen, resultierend in 36 Un tergruppen für Monopulsortung. Diese Figur wurde für eine kreisförmige Gruppenantenne mit Antennenelementen in einem Dreiecksraster erzeugt. Die Anzahl der Elemente in Fig. 1 beträgt (beispielhaft) 1773. An den Antennenelementen ist eine (an sich bekannte) 40 dB Taylorgewichtung für die Sum menkeule angebracht. Dem angestrebten Differenzdiagramm un terliegt eine (ebenfalls an sich bekannte) 40 dB Baylissbe wertung. Die Elementpositionen zu den verschiedenen Unter gruppen sind mit verschiedenen Symbolen gekennzeichnet. Die Anzahl der verfügbaren Symbole reicht in dieser Schwarz- Weiß-Darstellung nicht aus, um die Untergruppeneinteilung vollständig zeigen zu können.

Die so bestimmten Untergruppenkonfigurationen sind bezüg lich der beiden quantisierten Differenzkeulenbewertungen optimal. Um jedoch ein noch gleichmäßig niedrigeres Neben keulenniveau erzielen zu können, wird in einer Weiterbil dung des erfindungsgemäßen Verfahrens diese Untergruppen einteilung auf die diesen Untergruppen zugeordneten Bewer tungen weiter variiert, um die Differenz-Antennendiagramme für Azimut und Elevation weiter verbessern zu können (für das Summen-Antennendiagramm ist die Untergruppeneinteilung nicht wichtig, da die optimale Bewertung an den einzelnen Antennenelementen erfolgt).

Ausgehend von der gefundenen Untergruppeneinteilung kann in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das optimale Differenz-Antennendiagramm wie folgt ermittelt werden:Es sei der Vektor der angestrebten Differenzkeulenbewer tung am einzelnen Antennenelement (komplexer Vektor der Länge N, z. B. auf der Basis der Bayliss-Bewertung), der Vektor der Amplitudengewichtung am einzelnen Antennenele ment (komplexer Vektor der Länge N, z. B. auf der Basis der Taylor-Bewertung). Gesucht ist die Bewertung der Untergrup pen, die der Bayliss-Bewertung am Einzelelement möglichst nahe kommt. Um dies zu erreichen, partitioniert man den Vektor entsprechend der Untergruppeneinteilung (N′ = An zahl der Untergruppen) wobei T für "transponiert" steht. Jeder Teilvektor _j (j = 1 . . . N′) hat so viele Komponenten wie Elemente in der j-ten Unter gruppe sind. Mit T ist die (N×N′)-Rechteckmatrix bezeich net, die die Einzelkanäle zu Untergruppen zusammenfaßt, d. h.

Gesucht wird nun ein Bewertungsvektor der Länge N′ für die Untergruppenausgänge mit

unter der Nebenbedingung

wobei H für hermitesch konjugiert (= transponiert und kon jugiert komplex) steht und - den Vektor für eine ebene Welle aus der Blickrichtung der Antenne bezeichnet. ist der zur Untergruppenbewertung äquivalente Differenzbewertungsvektor am einzelnen Antennenelement.

Für die Optimierung von sind verschiedene Normen mög lich, z. B.:

d. h. der Vektor soll sich im quadratischen Mittel möglichst wenig von der (beispielhaft ausge wählten) Bayliss-Bewertung unterscheiden, dann erhält man:

mit I = N×N-Einheitsmatrixund = Vektor für eine ebene Welle aus der Blick richtung der Antennebzw. hermitesch konjugiert

d. h. das mit erzeugte Antennendiagramm soll sich in einem Winkelbereich Ω möglichst wenig von dem mit erzeugten unterscheiden, wobei durch die Gewichtsfunk tion p(ω) Winkelbereiche unterschiedlich berücksich tigt werden können. Wählt man z. B. für Ω den ganzen Sichtbereich und schließt man mit p(ω) den Bereich der Hauptkeule aus, so erhält man

wobei

ρ beschreibt den Radius der Hauptkeule,
λ die Wellenlänge der Radarmittenfrequenz,
ω den Richtungsvektor (ω = (u,v)),
u,v stehen für die Komponenten des Einheitsrichtungsvek tors in der x,y-Ebene (Richtungssinus, -cosinus),
x,y für die Antennenelementpositionen,
J₁ für Besselfunktion 1. Ordnung,
I für N×N-Einheitsmatrix.

Diese beiden optimierten Differenz-Antennendiagrammbewer tungen auf Untergruppenebene unterscheiden sich kaum von einander. Es genügt daher in vielen Fällen, das einfachere Optimierungskriterium a), d. h. die Bewertung zu nehmen.

Die zuvor geschilderte Methode der Untergruppenbildung (Fig. 1) besitzt einzelne Nebenkeulen (Englisch: "grating lobes"), die für manche Anwendungsfälle noch zu hoch sind, sowie einige nicht zusammenhängende Untergruppen, was sich bei der adaptiven Störunterdrückung leistungsmindernd auswirken kann (vgl. weiter oben). In einer Weiterbildung des erfin dungsgemäßen Verfahrens kann man deshalb günstigere Unter gruppeneinteilungen erhalten, wenn sie in Form von Kreis ringen unterschiedlicher mittlerer Breite und von Sektoren unterschiedlicher Anzahl abgewandelt werden, wobei die mittlere Breite der Kreisringe aus den Quantisierungs-opti malen Untergruppen (vgl. Fig. 1) bestimmt wird. Die Anzahl der Sektoren bestimmt sich ebenfalls nach der Forderung, daß die Anordnung möglichst symmetrisch in den vier Qua dranten sein soll. Diese Forderung ist für gute Azimut- und Elevationsdifferenzdiagramme zu stellen. Fig. 2 zeigt die auf diese Art gewonnene unregelmäßige "Torteneinteilung", die aus Fig. 1 erzeugt wurde (36 Untergruppen, 1773 Anten nenelemente). Die äußeren Radien der inneren Ringe betragen etwa 14%, 32% und 84% des Gesamtradius der Gruppenanten ne, der dem äußeren Radius des äußeren Ringes entspricht. Die Anzahl der Sektoren in den einzelnen Ringen beträgt von innen nach außen gezählt: 4, 12, 16, 4. Diese unregelmäßige "Torteneinteilung" besitzt ein weitaus besseres Nebenkeu lenverhalten, d. h. weist deutlich niedrigere Nebenkeulen auf als die Antennen-Untergruppeneinteilung gemäß Fig. 1.

Die unregelmäßigen Torteneinteilungen dieser Art können durch weitere Variationen verbessert werden. Dabei ist zu beachten, daß die im Zentrum der Gruppe liegenden kleinen Untergruppen sehr empfindlich auf Variationen reagieren (kleine Änderungen in der Konfiguration der Untergruppen bewirken große Änderungen in der Höhe der Nebenkeulen) und daher möglichst nicht verändert werden sollten. Für die mehr am Rand liegenden großen Untergruppen kann man einige Merkmale der quantisierten Anordnungen aus Fig. 1 überneh men. Wie dies im Falle der 36 Untergruppen von Fig. 2 mit Hilfe der Anordnung in Fig. 1 erfolgen kann, zeigt Fig. 3. Die Einteilung in Fig. 3 beruht auf einer 40 dB Taylorbe wertung an den einzelnen Antennenelementen und auf einer angestrebten 40 dB Baylissbewertung für das Differenz-An tennendiagramm. Die an den Untergruppen angebrachte Bewer tung für die Differenzkeulenbildung ist, wie bereits zuvor beschrieben, gemäß der folgenden Beziehung gewählt:

mit
T gleich der Untergruppenbildungsmatrix,
gleich der angestrebten Differenzkeulenbewertung,
gleich dem Vektor für eine ebene Welle aus Blick richtung der Antenne,
I gleich N×N-Einheitsmatrix.

Fig. 4 zeigt das erzielte Summendiagramm (nur den Azimut schnitt), das exakt dem optimalen Antennendiagramm ent spricht, das mit einer 40 dB Taylorbewertung erzielt wird, Fig. 5 zeigt das angestrebte Differenz-Antennendiagramm, das mit einer 40 dB Baylissbewertung erzielt werden könnte, Fig. 6 zeigt einen Azimutschnitt für das mit der Untergrup peneinteilung in Fig. 3 erzielte Azimutdifferenzdiagramm, Fig. 7 die Höhenlinien dieses Diagramms. Zur besseren Über sichtlichkeit sind nur die Höhenlinien für -30 und -35 dB gezeichnet. Die maximalen Nebenkeulen liegen bei -30 dB. Alle Bilder sind aufgetragen über der Projektion des Rich tungseinheitsvektors auf die Antennenachsen (u, v; sog. Richtungssinus/-cosinus). Der Sichtbereich ist dann be schränkt auf die Werte {u² + v² < 1}. Die Fig. 8 und 9 zei gen die entsprechenden Kurven für das Elevationsdifferenz diagramm. Azimut- und Elevationsdifferenzdiagramm sind qualitativ völlig gleich.

Ein Vergleich der Fig. 4, die ein Differenz-Antennendia gramm auf der Basis einer exakten 40 dB Bayliss-Bewertung an den einzelnen Antennenelementen zeigt, und der Fig. 6 und 8, die entsprechende Diagramme zeigen, die auf der Ba sis des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt worden sind, zeigt die gute Übereinstimmung der Diagramme und damit die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 10 zeigt das Signal-zu-Störverhältnis für eine adap tive Störunterdrückung an den Untergruppenausgängen bei einem Störer an der Position (u, v) = (-0.5, -0.5). Das Signal-zu-Störverhältnis ist normiert auf die optimale Ver arbeitung bezüglich des Empfängerrauschens (0 dB Wert). Der Verlust von ca. 1.6 dB entsteht durch die 40 dB Taylorbe wertung. Das Signal-zu-Störverhältnis ist für alle mögli chen Signalrichtungen (u = -1 . . . 1, v = -1 . . . 1) über u auf getragen. Man erkennt, daß es für keine Richtung außer der Störerrichtung einen Einbruch im Signal-zu-Störverhältnis gibt, d. h. es gibt keine "grating lobes". Diese Kurven für einen Störer sind auch repräsentativ für beliebige Störer konfigurationen, da ein Störer an einer anderen Position sich nur in einer Verschiebung dieses Diagramms in u- bzw. v-Richtung auswirkt und mehrere Störer eine additive Über lagerung dieser Diagramme bewirken.

Wie bereits zuvor im Detail erläutert, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine einschichtige Unter gruppeneinteilung für planare Gruppenantennen aus, die die Bildung von Summenkeule, Azimut- und Elevationsdifferenz keule durch digitale Keulenbildung auf Untergruppenebene gestatten. Durch diese Einteilung wird eine Summen- und Differenzkeulenbildung mit niedrigen Nebenkeulen mit nur einer Untergruppenschicht erstmalig möglich.

Im einzelnen hat die Untergruppeneinteilung folgende Eigen schaften:

1. Das Summen-Antennendiagramm hat das gewünschte Nebenkeu lenniveau, da die optimale Bewertung (z. B. Taylorbewer tung) am Einzelelement angebracht wird.
2. Die Untergruppeneinteilung erlaubt die unabhängige Bil dung von Azimut- und Elevationsdifferenz-Antennendia grammen und dem Summen-Antennendiagramm.
3. Das Nebenkeulenverhalten von Azimut- und Elevationsdif ferenz-Antennendiagramm ist völlig gleich.
4. Das Nebenkeulenniveau ist geringfügig schlechter als das angestrebte Differenz-Antennendiagramm, das durch Bewer tung an den Einzelelementen entsteht. Der Unterschied zwischen tatsächlichem und angestrebtem Nebenkeulenni veau wird von der Anzahl der Untergruppen bestimmt.
5. Die einschichtige Untergruppenkonfiguration ist einfa cher herzustellen als zwei- oder mehrschichtige Unter gruppenkonfigurationen und ist leichter zu kalibrieren (Kalibrierung von N statt 2N oder mehr Kanälen).
6. Die Untergruppenkonfiguration ist hinreichend unregelmä ßig, so daß keine Einbrüche bei der adaptiven Störunter drückung im Summen-Antennendiagramm entstehen.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die geschil derten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern sich vielmehr auch auf andere übertragen läßt.

So ist es z. B. möglich, anstelle kreisförmiger planarer Gruppenantennen Gruppenantennen dieser Art mit ellipsenför miger Antennen-Gesamtfläche zu verwenden.

[1] U. Nickel: "Subarray configurations for interference Konferenzband Int. Conf. on Radar, Paris, 1989, S. 82-86
[2] J. Worms: "Störunterdrückung bei großen Störerzahlen mit teiladaptiven Gruppenantennen"; FHP-Forschungsbericht 6-91, lfd. Nr. 309, Juni 1991, S. 1, 2, 24, 25, 40, 41
[3] W. Sander: "Flexible Antennendiagrammformung mit einer aktiven Gruppenantenne"; in:
ITG-Fachbericht 111 Antennen, VDE Verlag 1990, S. 249- 253 (Konferenzband ITG-Fachtagung 1990, Wiesbaden)
[4] I. Gröger, W. Sander, W.-D. Wirth: "Experimental phased array radar ELRA with extended flexibility"; in:
Konferenzband IEEE Int. Radar Conference, Arlington 1990, IEEE Cat.Nr. 90 CH-2882-9, S. 286-290
[5] C. Tarran: "MESAR adaptive beamforming"; in:
Kleinheubacher Berichte, Band 36, Deutsche Bundespost Telekom, 1993, S. 563-568.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Summen- und Differenz-An tennendiagrammen mit niedrigen Nebenkeulen für planare Gruppenantennen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- für die einzelnen Antennenelemente i, i = 1, 2 . . . N, wird für die Azimutebene und/oder die Elevationsebene (jeweils) der Quotient d_i/w_i gebildet und quantisiert, mit d_i gleich einer für die einzelnen Antennenelemente i vorgegebenen Differenzkeulenbewertung und w_i gleich einer für die einzelnen Antennenelemente i vorgegebenen Amplitudenbewertung;
- die Antennenelemente mit gleichem quantisierten Quotien ten d_i/w_i für Azimut und/oder Elevation werden jeweils zu einer Untergruppe j, j = 1, 2 . . . N′, zusammengefaßt;
- die Erzeugung der Summen- und Differenz-Antennendiagram me erfolgt auf der Basis der gebildeten Untergruppen j.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Azimutebene und für die Elevationsebene unter schiedliche Differenzkeulenbewertungen d_az,i und d_el,i ver wendet werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Differenzkeulenbewertung eine Bay liss-Bewertung und/oder als Amplitudenbewertung eine Tay lor-Bewertung verwendet wird (werden).

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß zur Optimierung der Differenzkeu lenbewertung für die gebildeten Untergruppen j ein Bewer tungsvektor der Länge N′ für die Untergruppe j gebildet wird gemäß der Beziehung mit a₀ = 0und wobei (j = 1, 2 . . . N′) der entsprechend der Untergrup peneinteilung j partitionierte Vektor der Länge N der Amplitudenbewertung w_i für die einzelnen Antennenelemente i ist und der komplexe Vektor der Länge N der Differenz keulenbewertung d_i für die einzelnen Antennenelemente i ist und den Vektor für eine ebene Welle aus der Blickrich tung der Gruppenantenne bezeichnet und H für hermitisch konjugiert steht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vektor gemäß der Beziehung sich im quadratischen Mittel minimal vom Vektor unter scheidet und der hierzu korrespondierende Vektor sich gemäß der Beziehung ergibt mit gleich dem Vektor für eine ebene Welle aus der Blickrichtung der Antenne und
I gleich der N×N-Einheitsmatrix.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vektor gemäß der Beziehung sich in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich Ω minimal von dem Vektor _B unterscheidet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Raumwinkelbereich Ω den gesamten Sichtbereich umfaßt mit Ausnahme des Bereichs ρ(ω)) der Hauptkeule und daß der hierzu korrespondierende Vektor sich gemäß der Beziehung ergibt mit mit i, k = 1 . . . Nund
ρ gleich dem Radius der Hauptkeule
gleich dem Vektor für eine ebene Welle aus der Blickrichtung der Antenne,
I gleich N×N-Einheitsmatrix,
λ gleich der Wellenlänge der Radar-Mittenfrequenz,
ω gleich dem Richtungsvektor (ω = (u,v)),
u,v gleich den Komponenten des Einheitsrichtungsvektors in der x,y-Ebene (Richtungssinus, -cosinus),
x,y gleich Antennenelementpositionen,
J₁ gleich einer Besselfunktion 1. Ordnung.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß bei kreisförmigen (ellipsenför migen) planaren Gruppenantennen die gebildeten Untergruppen im wesentlichen auf Kreisringen (ellipsenförmigen Ringen) unterschiedlicher mittlerer Breite liegen und zumindest der überwiegende Teil der Untergruppen symmetrisch in den vier Quadranten des Kreises (der Ellipse) der Gruppenantenne an geordnet ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß zumindest der überwiegende Teil der Untergruppen jeweils eine in sich geschlossene zusam menhängende Teilfläche der Antennenfläche der Gruppenanten ne belegt und der Rand einer solchen Teilfläche eine unre gelmäßige Kontur aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Minimierung der Nebenkeulen die Konturen der Teilflä chen dergestalt variiert werden, daß der Grad der Variation für die Teilflächen im Zentrum der Antennenfläche der Grup penantenne geringer ist als für die Teilflächen am Rand der Antennenfläche der Gruppenantenne und daß der Grad der Va riation von außen in Richtung des Zentrums der Antennen fläche der Gruppenantenne kontinuierlich abnimmt.