DE19701041A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung eines Richtdiagramms - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Messung eines RichtdiagrammsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung behandelt ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zur Messung eines Richtdiagramms einer Antenne,
insbesondere einer Richtantenne für ein Kraftfahrzeug-Radar
gerät.
Verfahren und Vorrichtungen zur Messung eines Richtdiagramms
einer Antenne sind weitreichend bekannt und für Antennen zum
Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen
beispielsweise in Meinke/Gundlach, "Taschenbuch der Hoch
frequenztechnik", 4. Auflage, Seite I 36/37, erschienen im
Springer-Verlag oder in Skolnik, "Radar Handbook", 2nd
Edition, Seite 6.52ff beschrieben.
Demnach erfolgt die Messung eines Richtdiagramms einer
solchen Antenne in der Regel nach folgendem Verfahren: Die
zu vermessende Antenne wird auf einer Drehvorrichtung,
beispielsweise auf einem sogenannten Drehteller montiert.
Dieser wird vorzugsweise von einer Meß- und Auswerteein
richtung automatisch gesteuert. Gegenüber der zu vermessen
den Antenne befindet sich in einem festen Abstand R eine
Sendeeinrichtung, mit der eine Welle, nachfolgend als
Meßwelle bezeichnet, erzeugt und abgestrahlt wird. Diese
Meßwelle muß dabei zur Reduzierung von Meßfehlern am Ort der
zu vermessenden Antenne möglichst eben sein, das heißt ihre
Phasenfronten sollen näherungsweise in einer Ebene liegen.
Zur Gewährleistung dieser Forderung wird der Abstand R
größer als ein minimaler Abstand Rmin gewählt, wobei dieser
minimale Abstand Rmin sich unter anderem aus den geometri
schen Abmessungen der zu vermessenden Antenne sowie der
Wellenlänge λ der Meßwelle berechnet. Zur Durchführung der
Messung des Richtdiagramms wird die zu vermessende Antenne
mit Hilfe der Drehvorrichtung gedreht. Dadurch beleuchtet
die Meßwelle die zu vermessende Antenne unter jeweils
anderen Einfallswinkeln ϕ. Gleichzeitig wird über die Meß- und
Answerteeinrichtung ein zu jedem Einfallswinkel ϕ
gehörender Empfangswert oder Signalpegel gemessen. Dieser
Empfangswert oder Signalpegel ist üblicherweise ein
Leistungs- oder ein Feldstärkewert. Die daraus erhaltene
Abhängigkeit der Empfangswerte vom Einfallswinkel ϕ bildet
das gewünschte Richtdiagramm. Es wird üblicherweise anhand
einer graphischen Darstellung veranschaulicht, für die
wahlweise polare oder karthesische Koordinaten verwendet
werden. Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die Messung des
Richtdiagramms aufgrund der mechanischen Drehung der zu
vermessenden Antenne bis hin zu 30 sec oder länger dauert.
Eine Abwandlung dieses Verfahren bzw. der dazu benötigten
Vorrichtung stellt die sogenannte "Compact-Range-Far-Field"-
Messung dar. Um den Abstand R zwischen der Sendeeinrichtung
und der zu vermessenden Antenne verkürzen zu können und
dabei gleichzeitig die Forderung nach möglichst ebenen
Phasenfronten der Meßwelle zu erfüllen, wird die Meßwelle
hierbei über einen Reflektor umgelenkt. Das eigentliche
Meßverfahren ist jedoch identisch mit dem zuvor beschrie
benen, so daß auch hier der Nachteil der vergleichsweise
langen Meßdauern vorliegt.
Eine dritte, weniger gängige Methode zur Messung eines
Richtdiagramms einer Antenne für elektromagnetische Wellen
ist die sogenannte Nahfeldmessung. Ihr liegt der Gedanke
zugrunde, daß das Fernfeld einer Antenne und damit ihr
gesuchtes Richtdiagramm aus einer Feldstärkeverteilung ihres
Nahfeldes berechnet werden kann. Dementsprechend wird hier
bei zunächst das Nahfeld der Antenne mit Hilfe einer Sonde
nach Betrag und Phase abgetastet. Abtastung bedeutet dabei,
daß die Sonde dicht vor der Antenne, das heißt in einem
Abstand von wenigen Wellenlängen schrittweise oder kontinu
ierlich hergeführt wird. Die Meßwelle wird dabei von der zu
vermessenden Antenne selbst ausgesendet. An jedem Ort im
Nahfeld der Antenne wird punktuell mit Hilfe der Sonde eine
Feldstärke bestimmt. Aus diesen Werten läßt sich anschlie
ßend das Fernfeld der Antenne berechnen. Vorteil dieses Ver
fahrens ist, daß man die Probleme, die sich bei einer Fern
feldmessung aufgrund störender Einflüsse der Umgebung ein
stellen, vermeidet. Nachteil ist jedoch, daß die Messung und
die sich daran anschließenden, sehr aufwendigen Berechnungen
auch heute noch wesentlich mehr Zeit benötigen, als bereits
die zuvor beschriebenen Methoden.
Aus der DE 39 42 850 A1 sind ein Verfahren und eine Anord
nung zum Prüfen eines Abstandssensors bekannt. Gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel befindet sich dabei ein Abstands
sensor, der beispielsweise mit Infrarotlicht, elektromagne
tischen Wellen im Radarbereich oder Ultraschallwellen
arbeiten kann, exzentrisch innerhalb eines kreisringförmi
gen, die entsprechenden Wellen reflektierenden Prüfobjektes.
Wird nun entweder der Abstandssensor oder das Prüfobjekt um
eine geeignet gewählte Achse gedreht, ergeben sich in Meß
richtung des Abstandssensors in periodischem Wechsel unter
schiedliche Abstände zwischen dem Abstandssensor und dem
Prüfobjekt. Alternativ kann der Abstandsensor auch außerhalb
eines kreisförmigen oder innerhalb eines spiralförmigen
Prüfobjektes positioniert sein. Gemäß einer weiteren Alter
native können sowohl der Abstandssensor als auch das Prüf
objekt ortsfest angeordnet sein, während dann jedoch ein
Umlenkspiegel, der die Meßstrahlen des Abstandssensors auf
das Prüfobjekt umlenkt, rotiert. Mit keiner der genannten
Anordnungen ist jedoch eine Messung eines Richtdiagrammms
des Abstandssensors möglich. Außerdem ist in jedem der
offenbarten Ausführungsbeispiele eine mechanische Rotation
eines Bestandteils der Anordnung notwendig.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie
eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Messung eines Richt
diagramms einer Antenne, insbesondere einer Richtantenne für
ein Kraftfahrzeug-Radargerät, vereinfacht und vor allem
beschleunigt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die
zu vermessende Antenne wenigstens mit einer Auswerte- und
Empfangseinrichtung verbunden wird und gegenüber oder
umgeben von einem Strahler positioniert wird, der eine
Meßwelle abgibt, wobei die Meßwelle Wellenzüge umfaßt, die
auf ihrem Weg zu der zu vermessenden Antenne unterschied
liche Entfernungen zurücklegen und die zu vermessende
Antenne in ihrer Gesamtheit aus unterschiedlichen Einfalls
winkeln zeitlich aufeinanderfolgend beleuchten.
"In ihrer Gesamtheit" bedeutet dabei, daß die Meßwelle die
zu vermessende Antenne zu jedem einzelnen Zeitpunkt nicht
nur teil- oder abschnittsweise, sondern vollständig beleuch
tet. Vorzugs- und gleichzeitig vorteilhafterweise behält die
zu vermessende Antenne ihre Position und Ausrichtung während
der Messung unverändert bei.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung geht
die Meßwelle von einem Strahler aus, der in der Ebene des zu
messenden Richtdiagramms mindestens soweit ausgedehnt ist,
wie ein Kreisbogen oder wie eine Sekante eines zu vermessen
den Winkelbereichs des Richtdiagramms der Antenne, wobei der
Kreisbogen oder die Sekante in einer Entfernung zur Antenne
definiert werden, die kleiner oder gleich der Entfernung des
Strahlers zur Antenne ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung
bezieht sich insbesondere auf Anwendungsfälle, in denen nur
ein begrenzter Winkelbereich des Richtdiagramms, der kleiner
als 360° ist, vermessen werden muß. Besonders vorteilhaft
ist, wenn in diesem Anwendungsfall ein passiver Strahler,
das heißt ein Reflektor verwendet wird, von dem die Meßwelle
ausgeht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Ausführungsbeispielen und den untergeordneten
Ansprüchen.
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß der Auf
gabenstellung entsprechend die Meßdauer zur Messung eines
Richtdiagramms wesentlich verkürzt wird. Darüber hinaus
entfällt gegenüber den üblicherweise genutzten Verfahren
jede mechanische Bewegung, wie beispielsweise eine Drehung
der zu vermessenden Antenne. Dementsprechend vereinfacht
sich auch die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung kann besonders vorteilhaft genutzt werden bei
der Messung von Richtdiagrammen von Radarantennen, wie sie
beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur Detektion voraus
fahrender Fahrzeuge eingesetzt werden. In dieser Anwendung
muß das verwendetes Radarsystem eine Winkelinformation
liefern, aus der ein seitlicher Versatz vorausfahrender
Fahrzeuge berechnet werden kann. Die Winkelinformation kann
dabei beispielsweise anhand einer Amplitudenauswertung
reflektierter Radarsignale, gegebenenfalls in mehreren
getrennten Antennenkeulen, gewonnen werden. Dazu ist jedoch
eine exakte Kenntnis der individuellen Richtcharakteristik
der einzelnen, jeweils verwendeten Radarantenne notwendig.
Dies wiederum bedeutet, daß zu jeder verwendeten Antenne ihr
individuelles Richtdiagramm gemessen werden muß. Aufgrund
der wesentlich verkürzten Meßzeit beschleunigt die hier
vorgestellte Erfindung somit eine sorgfältige Montage und
Adaption eines solchen Radarsystems in oder an ein Kraft
fahrzeug.
Ebenfalls im Hinblick auf die Verwendung einer Richtantenne
in einem Radarsystem, insbesondere in einem sogenannten
monostatischen Radarsystem, ergibt sich ein weiterer Vorteil
der Erfindung. Definitionsgemäß durchlaufen in diesem Fall
die genutzten Signale die jeweils verwendete Richtantenne
sowohl auf dem Sende- wie auch auf dem Empfangsweg. Eine
Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem ersten, nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispiel liefert vorteilhafterweise
ein spezielles Richtdiagramm, im weiteren als Zweiwege-Richt
diagramm bezeichnet, welches genau diese Verhältnisse
widerspiegelt. Ein auf diese Weise gemessenes Richtdiagramm
veranschaulicht somit exakt die Charakteristik, mit der das
Radarsystem seine Signale und damit mögliche Radarziele
"sieht".
Gemäß dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel erhält man
demgegenüber Einweg-Richtdiagramme, das heißt Richtdiagramme
entsprechend der gängigen Definition eines Richtdiagramms.
Dabei ist es für einen Fachmann wohl einleuchtend, daß mit
dem Prinzip der vorgestellten Erfindung Richtdiagramme in
beliebigen Polarisationsebenen vermessen werden können.
Ebenso kann die Erfindung genutzt werden, um Richtcharakte
ristiken von Ultraschall-, Infrarot- oder anderen Strah
lungssendern und/oder -empfängern zu messen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
einer Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1a und b erfindungsgemäße Vorrichtungen, wobei eine
Meßwelle von einem Reflektor ausgeht,
Fig. 2a eine Definition eines Koordinatensystems und Fig.
2b den berechneten Krümmungsverlauf eines Reflektors,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei eine Meß
welle von einem kreisbogenförmig verlaufenden Schlitzhohl
leiter ausgeht,
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei eine Meß
welle von einer seriellen Anordnung von Dipolstrahlern
ausgeht.
Fig. 1a zeigt eine erste Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie ist besonders geeignet zur
Messung des Richtdiagramms einer Richtantenne eines Radar
systems. Charakteristisch für einen solchen Anwendungsfall
ist, wie bereits erwähnt, daß die Antenne dabei in der Regel
sowohl zum Senden als auch zum Empfangen genutzt wird. Dies
bedeutet, daß die Richtcharakteristik der Antenne die zu
verarbeitenden Signale zweifach beeinflußt.
In Fig. 1a ist eine Sende-/Empfangseinrichtung 10, die
vorzugsweise ein Radarsystem ist, mit einer zu vermessenden
Antenne 11, vorzugsweise einer Richtantenne, verbunden.
Gegenüber dieser Anordnung, in Hauptstrahlrichtung der zu
vermessenden Antenne 11, befindet sich ein länglich ausge
streckter, flächenhafter Strahler 12a, der in diesem Ausfüh
rungsbeispiel ein passiver Strahler, das heißt ein Reflektor
ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Metall
platte oder eine metallisch beschichtete Folie oder Wand
handeln. Wichtig ist, daß die Oberfläche des passiven
Strahlers oder Reflektors so strukturiert ist, daß für alle
zu vermessenden Einfallswinkel ϕ zumindest ein Teil der von
der Antenne 11 abgestrahlten Leistung auch wieder zur Anten
ne 11 reflektiert wird. Vorzugsweise besitzt der Reflektor
aus diesem Grund eine rauhe, eine gewellte oder gestufte
Oberfläche 19a, bei der einzelne Oberflächenelemente 191 so
ausgerichtet sind, daß sie senkrecht zur Hauptstrahlachse
der Antenne 11 stehen. Die Tiefe und Breite der Stufen oder
Wellen und damit die Abmessungen der einzelnen Oberflächen
elemente 191 muß dabei in Abhängigkeit der Wellenlänge der
verwendeten Meßwellen so gewählt werden, daß sie einerseits
groß genug sind, um als Reflexionsflächen zu wirken und
andererseits klein genug, damit der Strahler 12a gegenüber
der Sende-/Empfangseinrichtung 10 immer noch als insgesamt
flächenhafter Strahler beziehungsweise Reflektor wirkt. Es
sei hier dem Fachmann überlassen, eine für seinen jeweiligen
Anwendungsfall optimierte Struktur zu bestimmen. Wenn erfor
derlich kann diese Struktur, das heißt die Tiefe und Aus
richtung der einzelnen Stufen oder Wellen, auch an verschie
denen Stellen des Reflektors, beispielsweise zu den Rand
bereichen hin, unterschiedlich gewählt werden.
Ausgehend von der zu vermessenden Antenne 11 sind in Fig.
1a beispielhaft zwei Wellenzüge 13 und 14 eingezeichnet. Sie
kennzeichnen die Randbereiche eines interessierenden Winkel
bereichs 15 des zu messenden Richtdiagramms und verlaufen
von der zu vermessenden Antenne 11 zum Strahler 12a und
zurück. Der Strahler 12a ist schräg zur Hauptstrahlrichtung
der Antenne 11 angeordnet, das heißt er bildet einen Winkel
y mit einer Sekanten 16, die ihrerseits so definiert ist,
daß sie den interessierenden Winkelbereich 15 senkrecht zur
Hauptstrahlrichtung der Antenne 11 und in einer Entfernung
zur Antenne, die kleiner ist als die Entfernung des Strah
lers 12a zur Antenne, schneidet. Die längliche Ausdehnung
des Reflektors 12a muß so groß sein, daß er trotz seiner
Schrägstellung den zu vermessenden Winkelbereich 15 über
deckt, das heißt er muß größer sein als jede definitions
gemäße Sekante 16.
Der Winkel γ beträgt zwischen 0° und 90°, wobei seine exakte
Wahl vom jeweils konkreten Meßaufbau, beispielsweise der
Ausdehnung des Strahlers 12a abhängt. Außerdem beeinflußt
die Wahl des Winkels γ in Verbindung mit der Entfernungsauf
lösung der Sende-/Empfangseinrichtung 10 auch die Winkelauf
lösung des gemessenen Richtdiagramms. Je größer der Winkel γ
gewählt wird, desto feiner ist dann die Winkelauflösung des
gemessenen Richtdiagramms.
Grundgedanke dieser beschriebenen Vorrichtung sowie des
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung eines Richtdia
gramms ist nun, daß die zu messenden Einfallswinkel ϕ, unter
denen Meßwellen die Antenne 11 erreichen, aufgrund der
schrägen Ausrichtung des Strahlers 12a auf unterschiedliche
Entfernungen R abgebildet werden. Die Laufzeit der Meßwellen
über diese unterschiedlichen Entfernungen R führt dazu, daß
Meßwellen aus verschiedenen Einfallswinkeln die Antenne 11
und damit die Sende-/Empfangseinrichtung 10 zeitlich nach
einander erreichen. Dies entspricht dann den Verhältnissen,
wie sie auch bei den bekannten Methoden zur Messung eines
Richtdiagramms mit Hilfe einer Drehvorrichtung auftreten,
ohne daß in diesem Fall jedoch eine Drehung oder Bewegung
eines Teils der Vorrichtung notwendig ist.
Weiterhin ist in Fig. 1 eine Strecke 17 eingezeichnet, die
die minimale Entfernung S zwischen der Antenne 11 und dem
gegebenenfalls gedanklich verlängerten Strahler 12a angibt.
Aus den geometrischen Verhältnissen ergibt sich dann folgen
der Zusammenhang zwischen der Entfernung R und den zu
vermessenden Einfallswinkeln ϕ
R = S .√1 + tan² ϕ (1)
wobei
R die vom Einfallswinkel abhängende Entfernung zwischen Antenne 11 und Strahler 12a,
S die Länge der Strecke 17,
ϕ der Einfallswinkel und
tan die Tangensfunktion ist.
R die vom Einfallswinkel abhängende Entfernung zwischen Antenne 11 und Strahler 12a,
S die Länge der Strecke 17,
ϕ der Einfallswinkel und
tan die Tangensfunktion ist.
Zur eigentlichen Messung des Richtdiagramms eignet sich vor
zugsweise eine Sende-/Empfangseinrichtung 10, die in ihrem
Grundprinzip ein FMCW-Radar ist. Ein solches Radar ist
besonders gut geeignet zur Bestimmung von Entfernungen und
ist beispielsweise in der DE 40 40 572 A1 oder in dem schon
oben erwähnten "Radar Handbook" von Skolnik beschrieben. Die
Sende-/Empfangseinrichtung 10 strahlt dann eine in ihrer
Frequenz langsam ansteigende elektromagnetische Welle ab.
Alternativ ist naturlich ebenso eine Realisierung auf der
Basis eines Pulsradars denkbar.
Trifft nun eine Welle, die von der Sende-/Empfangseinrich
tung 10 abgestrahlt wird, mit ihren Wellenzügen auf den
Strahler 12a, der in diesem Fall wie erwähnt ein Reflektor
ist, wird sie von diesem entsprechend seiner oben beschrie
benen Reflexionseigenschaften zumindest teilweise zur
Antenne 11 zurückgeworfen. Dies ist in Fig. 1a angedeutet,
indem die Wellenzüge 13 und 14 sowohl hin- wie auch zurück
laufend skizziert sind. Dieser reflektierte Anteil bildet
die Meßwelle, die von dem Strahler 12a in Richtung der zu
vermessenden Antenne 11 abgestrahlt wird.
Diese Meßwelle beleuchtet nun die zu vermessende Antenne 11
in ihrer Gesamtheit. Dabei erreicht der Wellenzug 14 die
Antenne 11 und damit die Sende-/Empfangseinrichtung 10 als
erster. Zeitlich verzögert gelangen Wellenzüge aus nach
folgenden Einfallswinkeln ϕ bis hin zum Wellenzug 13 zur
Antenne 11. Die Sende-/Empfangseinrichtung 10 bestimmt dabei
in üblicher und bekannter Weise Signalpegel (Feldstärken
und/oder Leistungen) der empfangenen Wellenzüge. Aufgrund
der unterschiedlichen zurückgelegten Entfernungen R und
damit verbunden den aufeinanderfolgenden Eintreffzeitpunkten
kann die Sende-/Empfangseinrichtung 10 die empfangenen
Signalpegel entsprechend der Gleichung (1) den einzelnen
Einfallswinkeln ϕ zuordnen. Diese Zuordnung entspricht dem
gesuchten Richtdiagramm der Antenne 11 für den interessie
renden Winkelbereich 15.
Die Dauer für eine solche Messung beträgt für eine Richt
antenne eines Kraftfahrzeug-Radarsystems mit einem interes
sierenden Winkelbereich von ±6° nur ca. 100 ms und ist damit
um ein Vielfaches kürzer als die Meßdauer der bisher bekann
ten Verfahren.
Fig. 1b zeigt eine nahezu identische Vorrichtung zur
Messung eines Richtdiagramms einer Antenne wie Fig. 1a.
Dementsprechend kennzeichnen gleiche Bezugszeichen auch
gleiche Elemente. Weiterhin ist auch das Verfahren zur
Messung eines Richtdiagramms einer Antenne mit der Vorrich
tung gemäß Fig. 1b identisch zu dem zuvor beschriebenen.
Der Unterschied zwischen beiden Darstellungen ist, daß in
Fig. 1b ein Strahler 12b, der wiederum ein passiver
Strahler oder Reflektor ist, eine vorgegebene, definierte
Krümmung aufweist. Außerdem ist der Reflektor hier mit einer
gewellten Oberfläche 19b skizziert. Diese gewellte Ober
fläche ist eine bereits erwähnte Alternative zu der gestuf
ten Oberfläche des Strahlers 12a in Fig. 1a und besitzt die
dort bereits erläuterte Funktion. Wesentlich ist, daß
wiederum Oberflächenelemente 192 so angeordnet sind, daß sie
zumindest einen Teil der auftreffenden Welle als Meßwelle zur
Antenne 11 reflektieren.
Die Krümmung dient dazu, Verzerrungen auszugleichen bzw. zu
verhindern, die sich bei der Messung eines Richtdiagramms
mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 1a ergeben. Ursache dieser
Verzerrungen ist, daß die Entfernung R und der Einfalls
winkel ϕ bei dem schräg angeordneten Strahler 12a über die
nichtlineare Gleichung (1) zusammenhängen. Bei einer Vor
richtung gemäß Fig. 1a kann diese Nichtlinearität rechne
risch in der Sende-/Empfangseinrichtung 10 entsprechend der
Gleichung (1) korrigiert werden. Die Korrekturrechnung läßt
sich jedoch vermeiden, wenn der Strahler 12b eine derartige
Krümmung aufweist, daß der Zusammenhang zwischen der Entfer
nung R und dem Einfallswinkel ϕ linear wird.
Um diese gesuchte Krümmung zu bestimmen, ist in Fig. 2a ein
x-y-Koordinatensystem 20 definiert. Sein Ursprung liegt im
Zentrum der Antenne 11. Zwischen den Einfallswinkeln ϕ, den
Entfernungen R und den Koordinaten x und y gilt dann
folgender Zusammenhang:
x = R . cosϕ = R .cos(k.R) (2)
y = R . sinϕ = R .sin(k.R) (3)
wobei
R die Entfernung zwischen Antenne 11 und Strahler 12b,
ϕden Einfallswinkel,
x,y die Koordinaten des Strahlerverlaufs,
k einen Proportionalitätsfaktor,
sin die Sinusfunktion und
cos die Cosinusfunktion bezeichnen.
R die Entfernung zwischen Antenne 11 und Strahler 12b,
ϕden Einfallswinkel,
x,y die Koordinaten des Strahlerverlaufs,
k einen Proportionalitätsfaktor,
sin die Sinusfunktion und
cos die Cosinusfunktion bezeichnen.
Im jeweils dritten Term der beiden Gleichungen sind die
Einfallswinkel ϕ hier gleich k.R, also in eine lineare
Abhängigkeit zu R gesetzt worden. Der Proportionalitäts
faktor k kann dabei weitgehend beliebig gewählt werden. Die
gesuchte Krümmung des Strahlers 12b ergibt sich dann in x-y-Ko
ordinaten entsprechend den beiden Gleichungen (2) und (3).
Ein berechnetes Beispiel für eine solche Krümmung zeigt
Fig. 2b. Dabei entspricht die vertikal gezeichnete Achse
der x-Achse des Koordinatensystems 20. Die horizontale Achse
ist die y-Achse gemäß dem Koordinatensystem 20. Mit 22 ist
der angenommene Ort der zu vermessenden Antenne 11 bezeich
net. Die mit Kreuzchen markierten Orte 21 zeigen den berech
neten Verlauf des Strahlers 12b.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin
dung. Zu sehen ist eine Auswerte- oder Empfangseinrichtung
30, die mit einer zu vermessenden Antenne 31 verbunden ist.
Um die Antenne 31 herum verläuft über einen interessierenden
Winkelbereich 32 ein kreisbogenförmiger Strahler 33. Dies
kann beispielsweise eine in Richtung der Antenne 31 ge
schlitzte, das heißt offene Hohlleitung sein. Alternativ
kann es sich hierbei beispielsweise um eine Anordnung ein
zelner Dipole handeln (vergl. Fig. 4). Ein Ende 34 dieses
Strahlers ist wellenwiderstandsgerecht und damit reflexions
frei abgeschlossen. In das zweite Ende 35 wird eine Meßwelle
36 eingespeist.
Diese Meßwelle 36 breitet sich entlang des Kreisbogens aus
und wird dabei mit jeweils unterschiedlichen Einfallswinkeln
in Richtung der Antenne 31 abgestrahlt. Aufgrund der zuneh
menden Wegstrecke der Meßwelle entlang des Kreisbogens
ergibt sich wiederum eine Laufzeitverzögerung. Dementspre
chend erreicht ein Wellenzug 37 die Antenne 31 früher als
beispielsweise die Wellenzüge 38 und 39. Zur Verringerung
der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Meßwelle entlang des
Kreisbogens kann der Strahler 33 mit einem Dielektrikum
versehen werden. Im Fall eines geschlitzten Hohlleiters wird
dieses beispielsweise in den Hohlleiter eingebracht.
Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, daß hiermit ein
beliebiger Winkelbereich des Richtdiagramms bis hin zu einer
360°-Charakteristik meßbar ist. Darüber hinaus entspricht
das erhaltene Richtdiagramm der gängigen Definition eines
Richtdiagramms, das heißt man erhält in diesem Fall nicht
ein Zweiwege-, sondern ein bekanntes Einwege-Richtdiagramm.
Dementsprechend ist eine Vorrichtung gemäß diesem Ausfüh
rungsbeispiel für die Messung eines Richtdiagramms einer
beliebigen Antenne unabhängig von einem Radarsystem
geeignet.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das eine
mögliche Kombination der beiden zuvor beschriebenen Aus
führungsbeispiele beinhaltet. Zu sehen ist wiederum eine zu
vermessende Antenne 41, die mit einer Auswerte- oder
Empfangseinrichtung 40 verbunden ist. Gegenüber der Antenne
41 befindet sich in ihrer Hauptstrahlrichtung ein länglich
ausgestreckter Strahler 42, der an seinem Ende 44 wiederum
reflexionsfrei abgeschlossen ist. In diesem Fall besteht der
Strahler aus einer Anordnung einzelner, seriell hinterein
ander und leitend miteinander verbundener Speiseelemente 43.
Dies können beispielsweise einzelne Dipole, Patchantennen
oder Hornstrahler sein. Zwei gestrichelte Linien kennzeich
nen wiederum einen interessierenden und zu vermessenden
Winkelbereich 49.
In das Ende 45 des Strahlers 42 wird wiederum eine Meßwelle
46 eingespeist. Diese breitet sich über die leitenden Ver
bindungen zwischen den einzelnen Speiseelementen 43 bis zum
reflexionsfreien Ende 44 des Strahlers aus. Über die
einzelnen Speiseelemente 43 werden dabei nacheinander
einzelne Wellenzüge 47, 48 angeregt, die die Antenne 41
unter verschiedenen Einfallswinkeln ϕ erreichen. Aufgrund
der größeren zurückgelegten Entfernung und der damit
verbundenen größeren Laufzeit wird ein Wellenzug 48 jedoch
beispielsweise später als ein Wellenzug 47 angeregt. Dement
sprechend erreichen auch in diesem Fall Wellenzüge aus
unterschiedlichen Einfallswinkeln ϕ die zu vermessende
Antenne 41 zeitlich nacheinander. Durch eine Zuordnung der
jeweiligen Empfangspegel zu den einzelnen Wellenzügen und
damit zu den verschiedenen Einfallswinkeln ϕ bildet die
Auswerte- und Empfangseinrichtung 40 das zu messende Richt
diagramm. Zur Vergrößerung der Laufzeitunterschiede und
damit zur Erhöhung der Winkelauflösung des gemessenen
Richtdiagramms kann der Strahler 42 vergleichbar wie in
Fig. 1a schräg zur Hauptstrahlrichtung der Antenne 41 ange
ordnet werden. Ebenso kann er entsprechend der in Fig. 1b
gezeigten Vorrichtung eine definierte Krümmung zur Korrektur
von Verzerrungen aufweisen.
Auf der Basis der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele,
lassen sich leicht weitere Realisierungen der Erfindung
herleiten. So zeigt Fig. 4 das Prinzip, daß der Strahler,
der die Meßwelle in Richtung der zu vermessenden Antenne
abgibt, aus einzelnen diskreten Speiseelementen aufgebaut
ist. Demgegenüber besteht der Strahler in dem Ausführungs
beispiel gemäß Fig. 3 aus einem einzigen, länglich ausge
dehnten Speiseelement. Beide Realisierungen sind beispiel
haft zu verstehen und können natürlich jeweils auch in der
anderen Vorrichtung verwendet werden. Dieselbe Aussage gilt
für einen Reflektor gemäß den Ausführungsbeispielen in Fig.
1a und 1b. Ein solcher Reflektor, der in den genannten Bei
spielen den Strahler für die Meßwelle bildet, kann wie
bereits angesprochen eine ausgedehnte, vorzugsweise gestufte
oder gewellte Fläche sein. Alternativ kann er jedoch auch
aus einer Gitterstruktur oder einer sonstigen Anordnung
einzelner, diskreter Reflektoren bestehen. Eine weitere
Ausgestaltung der Erfindung ist, die Sendeeinrichtung bei
Verwendung eines passiven Strahlers getrennt von der
Auswerte- oder Empfangseinrichtung anzuordnen. Wichtig ist
dabei, daß die interessierenden Einfallswinkel ϕ wiederum
auf unterschiedliche Entfernungen und damit unterschiedliche
Laufzeiten der Meßwellen abgebildet werden.
Ebenso kann ein Strahler zur Vermessung eines größeren
Winkelbereichs in einer Spirale mit zunehmendem Radius um
die zu vermessende Antenne angeordnet sein. Gegebenenfalls
sind dabei wiederum Korrekturen zur Kompensation eines
nichtlinearen Zusammenhangs zwischen der Laufzeit, der
Entfernung R und dem Einfallswinkel ϕ notwendig.
Weiterhin kann die Erfindung, wie bereits angesprochen, auch
für Antennen angewendet werden, die Schallwellen oder
elektromagnetischen Wellen anderer Frequenzbereiche, bei
spielsweise Infrarotwellen, abstrahlen oder empfangen.
Selbstverständlich müssen dazu die Strahler zur Abstrahlung
und die Auswerteeinrichtungen zum Empfangen der eigentlichen
Meßwelle der jeweiligen Technologie angepaßt sein. Auf der
Basis der hier beschriebenen Zusammenhänge sollte es einem
Fachmann jedoch leicht möglich sein, die für eine konkrete
Meßaufgabe jeweils geeignete Meßvorrichtung zu bestimmen.
Claims (13)
1. Verfahren zur Messung eines Richtdiagramms einer Antenne
(11, 31, 41), insbesondere einer Richtantenne eines Radar
gerätes,
- - wobei die zu vermessende Antenne wenigstens mit einer Auswerte- oder Empfangseinrichtung (10, 30, 40) verbun den wird,
- - wobei die zu vermessende Antenne gegenüber von minde stens einem Strahler (12a, 12b, 42) oder umgeben von mindestens einem Strahler (33) positioniert wird und
- - wobei der genannte Strahler mindestens eine Meßwelle abgibt,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die zu vermessende Antenne ihre Ausrichtung und Position
während der Messung unverändert beibehält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die mindestens eine Meßwelle von mindestens
einem Strahler (12a, 12b, 33, 42) ausgeht, der in der Ebene
des zu messenden Richtdiagramms mindestens so weit aus
gedehnt ist, wie ein Kreisbogen oder wie eine Sekante
(16) eines zu vermessenden Winkelbereichs (15, 32, 49) des
Richtdiagramms der Antenne, wobei der Kreisbogen oder
die Sekante in einer Entfernung zur Antenne definiert
werden, die kleiner oder gleich der Entfernung des
Strahlers zur Antenne ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der genannte Strahler ein Reflektor ist,
- - daß die Auswerte- oder Empfangseinrichtung auch eine Sendeeinrichtung umfaßt,
- - daß zunächst eine Welle von der Sendeeinrichtung über die zu vermessenden Antenne abgestrahlt wird,
- - daß zumindest ein Teil dieser abgestrahlten Welle als Meßwelle von dem genannten Reflektor zurück zur Antenne reflektiert wird und
- - daß die Auswerte- und Empfangseinrichtung Signalpegel der zeitlich aufeinanderfolgenden Wellenzüge der Meß welle bestimmt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Reflektor eine gerade Fläche ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Reflektor eine gekrümmte Fläche ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Reflektor in einem Winkel zu einer
Sekante des zu vermessenden Winkelbereichs angeordnet
ist, der größer als 0° und kleiner als 90° ist.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Strahler eine geschlitzte Hohlleitung ist.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Strahler eine Anordnung von seriell gespeisten, dis
kreten Erregern ist.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, bestehend aus einer Auswerte- und Empfangs
einrichtung (10, 30, 40), die mit einer zu vermessenden
Antenne (11, 31, 41) verbunden ist sowie mindestens einem
Strahler (12a, 12b, 33, 42), der gegenüber der zu vermes
senden Antenne oder um die zu vermessende Antenne herum
positioniert ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Strahler eine geschlitzte Hohlleitung oder eine
Anordnung von seriell gespeisten, diskreten Erregern
ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Strahler ein gerader oder gekrümmter Reflektor
ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Reflektor eine rauhe, eine gestufte oder eine
gewellte Oberfläche besitzt.
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---|---|---|---|
DE1997101041 DE19701041C2 (de) | 1997-01-15 | 1997-01-15 | Verfahren und Vorrichtung zur Messung eines Richtdiagramms |
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DE1997101041 DE19701041C2 (de) | 1997-01-15 | 1997-01-15 | Verfahren und Vorrichtung zur Messung eines Richtdiagramms |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR3027113A1 (fr) * | 2014-10-10 | 2016-04-15 | Centre Nat Rech Scient | Procede et dispositif de mesure de diagramme de rayonnement de source radiative en milieu echogene |
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DE3942850A1 (de) * | 1989-12-23 | 1991-06-27 | Philips Patentverwaltung | Verfahren zum pruefen eines abstandssensors sowie anordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
-
1997
- 1997-01-15 DE DE1997101041 patent/DE19701041C2/de not_active Expired - Fee Related
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Title |
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Pat. Abstr. of JP, P-316, 24.11.1984, Vol. 8, No. 257, 59-128459 * |
Pat. Abstr. of JP, P-324, 27.12.1984, Vol. 8, No. 286, 59-151069 * |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR3027113A1 (fr) * | 2014-10-10 | 2016-04-15 | Centre Nat Rech Scient | Procede et dispositif de mesure de diagramme de rayonnement de source radiative en milieu echogene |
WO2016055739A3 (fr) * | 2014-10-10 | 2016-06-02 | Centre National De La Recherche Scientifique | Procede et dispositif de mesure de diagramme de rayonnement de source radiative en milieu echogene |
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