DE19701041A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung eines Richtdiagramms - Google Patents

Description

Stand der Technik

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 R_min gewählt, wobei dieser minimale Abstand R_min 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.

Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung

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.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

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.

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.

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,

dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Meßwelle Wellenzüge (13, 14, 37-39, 47-48) umfaßt, die auf ihrem Weg zu der zu vermessenden Antenne unterschiedliche Entfer­ nungen zurücklegen und so die zu vermessende Antenne in ihrer Gesamtheit aus unterschiedlichen Einfallswinkeln zeitlich aufeinanderfolgend beleuchten.

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.