DE19853933A1 - Verfahren zur Erzeugung und automatischen Nachführung von Antennen-Diagrammen in der Elevationsrichtung für Luftfahrzeuge bei Flugmanövern zum Zwecke der Datenübertragung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Erzeugung und automatischen Nachführung eines zur Nutzdaten-Übertragung an Flugzeugen vorgesehenen Antennen-Diagramms bei Flugmanövern in der Elevationsrichtung, bei dem das Antennen-Diagramm von mehreren nach einem Sollwinkel ausgerichteten Teil-Antennen mit zugeordneten Teilantennen-Funktionen gebildet wird, um Breitband-Daten auf einer bei Veränderung der Elevationsrichtung konstanten Übertragungs-Frequenz zu senden und zu empfangen, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und automatischen Nach­ führung von Antennen-Diagrammen in der Elevationsrichtung für Luftfahrzeu­ ge, wie Flugzeuge oder erdgebundene Flugkörper, bei Flugmanövern zum Zwecke der Datenübertragung, insbesondere der Breitband-Da­ tenübertragung, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben.

Die Breitband-Datenübertragung zwischen sich relativ zueinander bewegen­ den Flugzeugen, muß im höheren Frequenzbereich, also im Mikrowellenbe­ reich, erfolgen, da nur dort ausreichend viele Übertragungskanäle mit größe­ rer Bandbreite zur Verfügung stehen. Da aber die Freiraumdämpfung mit wachsender Frequenz immer höher wird und die Sendeleistung nicht beliebig erhöht werden kann, müssen Antennen mit höherem Gewinn, also gerichtete Antennen eingesetzt werden.

Zur schnellen Nachführung von Richtantennen sind sogenannte Phased-Array-An­ tennen im Bereich der Radar-Technik bekannt. Der Nachteil dieser üblichen Phased-Array-Antennen ist, daß sie zur Ausrichtung der Antennen-Diagramme Phasenschieber im Sende-Frequenzbereich verwenden, die vor allem bei hö­ heren Frequenzen eine beträchtliche Dämpfung in den Phasen-Netzwerken bewirken und aufgrund der Anforderungen an die Phasenstabilität verhältnis­ mäßig aufwendig sind.

Für den Einsatz bei Radargeräten ist das sogenannte Frequency-Scan­ ning-Verfahren bekannt, das auf einstellbare Phasenschieber verzichtet und daher billiger ist. Bei diesem Frequency-Scanning-Verfahren werden die einzelnen Teil-Antennen mit unterschiedlich langen Zuleitungen gespeist, so daß sich in Abhängigkeit der eingespeisten Frequenz unterschiedliche Phasenlagen an den einzelnen Teil-Antennen einstellen, so daß sich unterschiedliche Ab­ strahlwinkel ergeben. Dieses Verfahren ist für die Datenübertragung leider unbrauchbar, da sich die Sendefrequenz je nach der erforderlichen Abstrahl­ richtung verändert, so daß der Empfang mit einer Gegenstelle nur schwer zu realisieren ist und eine Antennen-Nachführung nach demselben Prinzip völlig unmöglich ist.

Durch die Relativbewegung zwischen den Flugzeugen ist auch eine Nachfüh­ rung im Azimuth-Bereich erforderlich, wobei die erforderliche Nachführungs­ rate relativ gering (einige Sekunden) ist. Demgegenüber muß die erforderliche Nachführungsrate zur Ausrichtung der Antennen im Elevations-Bereich auf Grund der möglichen Flugmanöver vor allem durch die üblicherweise sich schnell ändernden Fluglagen in der Rollachse der Flugzeuge sehr viel höher sein. Die Festlegung des jeweiligen Elevationswinkels erfolgt in Abhängigkeit der Lagedaten, d. h. dem Roll- und dem Nickwinkel, und des Azimuthwinkels zur Gegenstelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrich­ tung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, mit dem bzw. mit der eine Nutzdaten-Übertragung zwischen Flugzeugen während Flugmanövern und eine schnelle Nachführung von Antennen-Diagrammen bei geringem funktionalem und gerätetechnischem Aufwand möglich ist.

Ein Vorteil der Erfindung ist, daß die Datenübertragung unabhängig vom Win­ kel, unter dem sich die miteinander kommunizierenden Flugzeuge zueinander befinden, bei konstanter Träger-Frequenz erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Phasenverschiebung, die zur Ausrichtung der Antennen- Diagramme der beteiligten Teil-Antennen erforderlich ist, auf verhältnismäßig niedrigen Frequenzen erzeugt wird, so daß mit dem Einsatz verhältnismäßig preisgünstiger Bauteile für die Sende- und Empfangseinrichtungen ohne Auf­ wand eine hohe Stabilität der Nachführung erreicht werden kann.

Der verbleibende kritische Teil der Schaltung im hohem Frequenzbereich ist weitgehend unproblematisch hinsichtlich der Übertragungs-Qualität, da sich die Teilantennen-Baugruppe mit den Funktionen zur Erzeugung und Nachfüh­ rung der Antennen-Diagramme in unmittelbarer Nähe des Antennen-Ein­ speisepunkts befindet und sich auf kleinsten Raum erstreckt. Somit sind die Zuleitungen äußerst kurz, daher für Phasenänderungen unempfindlich und praktisch dämpfungsfrei.

Ein weiterer Vorteil besteht in der Tatsache, daß für den Sendeteil keine teue­ re Endstufe oder Teilantennen-Baugruppe mit hoher Leistung benötigt wird, sondern eine Anzahl kleiner preisgünstiger parallel geschalteter Sende-Ver­ stärker geringer Leistung verwendet werden. Durch diese Parallelschal­ tung von mehreren Sende-Endstufen oder Teilantennen-Baugruppen erhöht sich zudem die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Alternative Ausführungsformen sind in deren Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Fig. 1, 2 und 3 beschrieben, die zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das schematisch den funktionalen Aufbau der erfindungsgemäßen Ausrichtungsanordnung zur Erzeugung und Nachführung eines Antennen-Diagramms darstellt,

Fig. 2 ein Beispiel für die Gestalt eines von der Ausrichtungs-Anordnung erzeugten Antennen-Diagramms in verschiedenen Diagramm-Schwenk­ positionen und

Fig. 3 die Anordnung eines möglichen Antennen-Felds der Teil-Antennen der Ausrichtungs-Anordnung.

Das in Fig. 1 gezeigte Blockschaltbild zeigt die erfindungsgemäße Ausrich­ tungsanordnung 1 zur Erzeugung und Nachführung von Antennen-Dia­ grammen mit einer Systemsteuerung 3, einem Modulator 5, einem Demo­ dulator 6 und einer Oszillatoreinheit 7, umfassend einen ersten 8 und einen zweiten 9 Oszillator, die zweckmäßigerweise zusammen in einem Modul aus­ gebildet sind. Diese speisen Teilantennen-Funktionsgruppen oder -Baugruppen 11, 12, 13, 14, 15, die Sende-Funktionen für einen Sendezweig 21 und Emp­ fangs-Funktionen für einen Empfangszweig 22 umfassen.

Jeder Sendeteil 21 steht über eine Leitung 23 mit dem Modulator 5 und jeder Empfangsteil 22 mit einer Leitung 24 mit dem Demodulator 6 in Verbindung. Sowohl der erste Oszillator 8 als auch der zweite Oszillator 9 sind mit der Sy­ stemsteuerung 3 verbunden, über die die Ausrichtungsanordnung der Fig. 1 mit anderen Flugzeugsystemen, insbesondere dem Lagereferenzsystem 25 des Flugzeugs verbunden ist. Der Modulator 5 dient dazu, Wechselsignale mit Nutzdaten zu beaufschlagen. Dementsprechend setzt der Demodulator 6 empfangene modulierte Wechselsignale in digitale Signale um, die dann wei­ terverarbeitet werden können.

Jedes Sendeteil 21 weist auf der Seite des Modulators 5 einen ersten Mischer 31 auf, der von dem ersten Oszillator 8 empfangene Wechselsignale mit den vom Modulator 5 kommenden Wechselsignalen mischt. Dadurch wird das vom Modulator 5 kommende Signal, das eine Zwischenfrequenz darstellt, in ein Signal mit einer um die Ausrichtungsfrequenz unterschiedlichen Frequenz umgesetzt. Von dem Modulator 5 aus gesehen ist dem ersten Mischer 31 ei­ ne Verzögerungsleitung 33a nachgeschaltet, die das Signal durch die Sen­ de-Ausrichtungsfrequenz mit einem Phasenverzug beaufschlagt und das zu ei­ nem zweiten Mischer 35 geführt wird. Der zweite Mischer 35 mischt das von der Verzögerungsleitung 33a kommende Signal mit dem von dem zweiten Os­ zillator 9 erzeugten Signal. Dadurch wird das von der Verzögerungsleitung 33a kommende Signal in ein Signal mit der Sende-Übertragungsfrequenz um­ gesetzt. Dieses Signal wird zu einem Sende-Endverstärker oder einer Sende-End­ stufe 37 geführt, das mit einer Sende-Teilantenne 39 in Verbindung steht. Vorzugsweise sind die Sendeteile 21 hardwaremäßig auf einer Antennen-Bau­ gruppe, also z. B. auf einer Platine integriert.

In ähnlicher Weise umfaßt das Empfangsteil 22 eine Empfangs-Teilantenne 49 und weiterhin von dieser aus gesehen einen Empfangsverstärker 47, einen ersten Mischer 41, eine Verzögerungsleitung 43a, 43b, 43c, 43d, 43e und einen zweiten Mischer 41 auf. Dabei ist der erste Mischer 41 mit dem zwei­ ten Oszillator 9 und der zweite Mischer 45 mit dem ersten Oszillator 8 ver­ bunden. Auf diese Weise wird das von der Empfangs-Teilantenne 49 kom­ mende Signal mit der Empfangs-Übertragungsfrequenz mit dem vom zweiten Oszillator 9 erzeugten Signal gemischt und zu einem Signal mit einer Sende- Ausrichtungs-Frequenz verändert. Dieses Signal wird durch die Verzöge­ rungsleitung 43a, 43b, 43c, 43d, 43e mit einem Phasenverzug beaufschlagt, dem zweiten Mischer 41 zugeführt und durch diesen mit einem von dem er­ sten Oszillator 8 kommenden Signal gemischt, so daß das Signal eine kon­ stante Sende-Zwischenfrequenz erhält. Der Schalter 8b und der Schalter 9b, die durch die Systemsteuerung geschaltet werden, sorgen dafür, daß für die Sendephase die Mischer 31 bzw. 35 des Sendezweigs und für die Empfangs­ phase die Mischer 41 bzw. 45 des Empfangsteils mit Oszillatorsignalen ver­ sorgt werden.

Die Empfangs-Übertragungsfrequenz ist dabei vorzugsweise gleich der Sen­ de-Übertragungsfrequenz und liegt beispielsweise im Bereich von 10 GHz. Die Sende-Ausrichtungsfrequenz bzw. die Empfangs-Ausrichtungsfrequenz ist je­ doch geringer als die Sende-Übertragungsfrequenz bzw. die Empfangs-Über­ tragungsfrequenz, die beide vorzugsweise im Bereich von 1 GHz liegen.

In der Ausrichtungsanordnung 1 sind parallel zu der beschriebenen Teilanten­ nen-Funktionsgruppe 11 weitere Teilantennen-Funktionsgruppen 12, 13, 14, 15 angeordnet. Diese weisen im wesentlichen dieselben Komponenten wie die beschriebene Teilantennen-Funktionsgruppe 11 auf. In entsprechender Weise wurden Bauteile mit derselben Funktion in den verschiedenen parallel zueinander arbeitenden Teilantennen-Funktionsgruppen mit denselben Be­ zugszeichen versehen. Die Teilantennen-Funktionsgruppen 12, 13, 14, 15 weisen also in ihrem Sendeteil 21 jeweils einen ersten Mischer 31, einen zweiten Mischer 35, einen Sende-Endverstärker oder Sende-Endstufe 37 und eine Sende-Teilantenne 39 und in ihrem Empfangsteil 22 jeweils einen ersten Mischer 41, einen zweiten Mischer 45, einen Empfangsverstärker 47 und eine Empfangsantenne 49 auf.

Die Verzögerungsleitungen 33a, 33b, 33c, 33d, 33e bzw. 43a, 43b, 43c, 43d, 43e in der jeweiligen Teilantennen-Funktionsgruppe 11, 12, 13, 14, 15 wei­ sen jedoch verschiedene Längen auf. Die Längen der Verzögerungsleitungen sind so vorgesehen, daß in der Mittenstellung oder einer anderen definierten Stellung des Antennen-Diagramms einer Teilantenne bzw. einer Teilantennen-Funk­ tionsgruppe 11, 12, 13, 14, 15 die in den Verzögerungsleitungen be­ wirkten Phasen lagen sich relativ zueinander um ein Vielfaches der Wellenlän­ ge unterscheiden. So weist die Teilantennen-Funktionsgruppe 12 in ihrem Sendeteil 21 eine Verzögerungsleitung 33b und in ihrem Empfangsteil 22 eine Verzögerungsleitung 43b auf. Analog sind in der Teilantennen-Funk­ tionsgruppe 13 die Verzögerungsleitungen 33c bzw. 43c, in der Teilan­ tennen-Funktionsgruppe 14 die Verzögerungsleitungen 33d bzw. 43d und in der Teilantennen-Funktionsgruppe 15 die Verzögerungsleitungen 33e bzw. 43e vorgesehen. Dabei sind die Verzögerungsleitungen 33b und 43b so be­ schaffen, daß in ihnen eine Phasenverschiebung auftritt, die sich um minde­ stens eine Wellenlänge von der in den Verzögerungsleitungen 33a bzw. 43a auftretenden Phasenverschiebungen unterscheidet. Im Vergleich zu den in der Verzögerungsleitung 33a oder 43a auftretenden Phasenverschiebungen tritt in den Verzögerungsleitungen 33c bzw. 43c eine um die mindestens zweifache Wellenlänge größere Phasenverschiebung, in den Verzögerungslei­ tungen 33d bzw. 43d eine um die mindestens dreifache Wellenlänge größere Phasenverschiebung und in den Verzögerungsleitungen 33e bzw. 43e eine um die mindestens vierfache Wellenlänge größere Phasenverschiebung auf. Durch die in den Verzögerungsleitungen der verschiedenen Teilantennen-Funk­ tionsgruppen 11, 12, 13, 14, 15 auftretenden, voneinander unterschied­ lichen Phasenverzögerungen wird erreicht, daß das jeweilige Antennen-Dia­ gramm der Sende-Teilantennen 39 bzw. der Empfangs-Teilantennen 49 in einem bestimmten Winkel zu einer Referenz- oder Nullstellung ausgerichtet ist, so daß die Abstrahlung immer in horizontaler Richtung erfolgt. Wegen der relativ großen Entfernung der Gegenstelle im Vergleich zu den Höhenunter­ schieden der jeweils kommunizierenden Flugzeuge ist eine Korrektur auf­ grund unterschiedlicher Höhen der Flugzeuge nicht erforderlich. Dabei wird unter der horizontalen Richtung eine Richtung verstanden, die parallel zur Erdoberfläche verläuft. Die Ausrichtung bzw. Veränderung der Antennen-Dia­ gramme erfolgt durch die vektorielle Addition der einzelnen Signale jeder Sende-Teilantenne 39 bzw. jeder Empfangs-Teilantenne 49, so daß sich in entsprechender Weise die Signal-Pegel der verschiedenen Teilantennen-Funk­ tionsgruppen 11, 12, 13, 14, 15 beim Empfang bzw. Senden in einer be­ stimmten Sende- bzw. Empfangs-Richtung vektoriell aufaddieren. Da die Pha­ senverschiebung in den verschiedenen Teilantennen-Funktionsgruppen 11, 12, 13, 14, 15 durch die unterschiedlich langen Verzögerungsleitungen 33a, 33b, 33c, 33d, 33e bzw. 43a, 43b, 43c, 43d, 43e im Zusammenwirken mit der vom ersten Oszillator 8 erzeugten Speisefrequenzen bewirkt wird, kann durch die Veränderung dieser Speisefrequenzen des ersten Oszillators 8, die über den jeweils ersten Mischer 31 mit dem vom Modulator 5 kommenden Signal überlagert werden, direkt bewirkt werden, daß sich eine dominierende Antennen-Keule in einer definierten Richtung ausbildet. Diese Richtung ist die Richtung zum Flugzeug, das die zu sendenden Nutzdaten bzw. Signale emp­ fangen soll.

Bei der Veränderung der relativen Lage der beiden miteinander kommunizie­ renden Flugzeuge aufgrund von Flugmanövern wird der sich jeweils ergeben­ de Sollwinkel der Antennen-Keule durch die Systemsteuerung 3 oder durch ein diesem zugeordneten System ermittelt und daraus die Frequenz des er­ sten Oszillators 8 so verändert, daß eine Ausrichtung der Antennen-Keule in der durch den Sollwinkel gegebenen Sollrichtung bewirkt wird. Der Sollwinkel wird dabei vorzugsweise durch das Flugzeug-Referenzsystem, z. B. das Inerti­ alsystem, ermittelt und mit dem Azimuthwinkel zur Gegenstelle in den Eleva­ tionswinkel umgerechnet.

Der zweite Oszillator 9 im Sendeteil 21 bewirkt, daß das aus der jeweiligen Verzögerungsleitung 33a, 33b, 33c, 33d, 33e kommende Signal letztendlich auf die konstante Sende-Übertragungsfrequenz umgesetzt wird. Die vom er­ sten Oszillator 8 über den jeweils ersten Mischer 31 zur Ausrichtung der je­ weiligen Antennen-Diagramme eingebrachte Frequenz-Abweichung wird also durch die Subtraktion einer gleichen Frequenz-Abweichung durch den zweiten Oszillator 9 und den jeweils zweiten Mischer 35 eliminiert. Auf diese Weise senden die jeweiligen Sende-Teilantennen 39 die betreffenden Daten mit der­ selben Übertragungsfrequenz, unabhängig von der Ausrichtung der zu den jeweiligen Sende-Teilantennen 39 gehörenden Antennen-Diagramme. Dabei bestimmt die vom zweiten Oszillator 9 eingebrachte Grundfrequenz im we­ sentlichen die Sende-Übertragungsfrequenz der Sende-Teilantennen 39, da die Frequenz des zweiten Oszillators 9 groß gegenüber der Frequenz des er­ sten Oszillators 8 und der Frequenz des vom Modulator 5 kommenden Si­ gnals 23 ist. Bei der Mischung der entsprechenden Signale durch die Mischer 31, 35 im Sendeteil 21 sind die Schalter 8b, 9b so einzustellen, daß die Si­ gnale des ersten Oszillators 8 zu dem zugeordneten ersten Mischer 31 bzw. die Signale des zweiten Oszillators 9 zu dem jeweils zugeschalteten zweiten Mischer 35 gelangen können.

Im Empfangsbetrieb findet eine Überlagerung der im jeweiligen Empfangsteil 22 auftretenden Empfangssignale zum einen über den zweiten Oszillator 9 und des diesem jeweils zugeordneten ersten Mischer 41 sowie über den er­ sten Oszillator 8 in Verbindung mit dem diesen zugeordneten zweiten Mischer 45 statt. Hierzu sind die Schalter 8b, 9b so einzustellen, daß die Signale des ersten Oszillators 8 zu den zugeordneten zweiten Mischern 45 bzw. die Si­ gnale des zweiten Oszillators 9 zu den jeweils zugeschalteten ersten Mi­ schern 41 gelangen können. Die Wirkung der in die jeweiligen Empfangsteile 22 über den ersten 8 und zweiten Oszillator 9 eingebrachten Phasenver­ schiebungen ist umgekehrt zu der in den jeweiligen Sendeteilen 21 vorgese­ henen Wirkungsweise. Das von der Empfangs-Teilantenne 49 kommende und vom Empfangsverstärker 47 verstärkte Signal wird mittels des zweiten Oszil­ lators 9 bei einer entsprechenden Stellung des Schalters 9b und mittels des jeweiligen ersten Mischers 41 mit einem Signal überlagert, das sich aus einer Grundfrequenz und einer für die Diagramm-Schwenkung erforderlichen varia­ blen Frequenz bildet. Dadurch entsteht ein Signal mit einer Empfangs-Aus­ richtungsfrequenz, das durch den zweiten Mischer 45 auf eine Zwischen-Fre­ quenz gebracht wird. Das Signal mit der Zwischen-Frequenz wird über die Leitung 24 dem Demodulator 6 zugeführt. Durch die vektorielle Addition der nach der zweimaligen Mischung erhaltenen Teilempfangssignale 24 entsteht wie beim Sendefall durch unterschiedliche Phasenverschiebung die Dia­ grammschwenkung. Von den Empfangs-Teilantennen 49 aus gesehen werden die Signale hinter den jeweiligen ersten Mischern 41 über die Verzögerungs­ leitungen 43a, 43b, 43c, 43d, 43e geführt, um die durch diese Verzöge­ rungsleitungen entstehende Phasenverzögerung in eine Diagramm-Änderung umzuwandeln, die den Empfang von Signalen der Gegenstelle aus der hori­ zontalen Richtung bewerkstelligen, d. h. aus einer im wesentlichen parallel zur Erdoberfläche verlaufenden Richtung. Wie für den Sendefall wird durch die zweimalige Mischung im ersten Mischer 41 und im zweiten Mischer 45 die Empfangsfrequenz auf die in der Leitung 24 vorliegende konstante Zwischen-Fre­ quenz umgesetzt und dem Demodulator 6 zugeführt.

Die Systemsteuerung 3 berechnet den Elevationswinkel aus den Lagewinkeln, d. h. den Roll-, Nick- und Azimuth-Winkeln, und setzt diese in die erforderliche Frequenzablage zur Erzeugung der zusammen mit den Verzögerungsleitungen 33a, 33b, 33c, 33d, 33e bzw. 43a, 43b, 43c, 43d, 43e bewirkten Phasenver­ schiebungen bei der ebenfalls bewirkten Sende- bzw. Empfangs-Aus­ richtungsfrequenz um, indem sie die Ansteuersignale für den ersten Os­ zillator 8 bzw. den zweiten Oszillator 9 erzeugt. Die Phasenverschiebungen, die zwischen den Teilantennen-Funktionsgruppen auftreten, sind so vorgese­ hen, daß sich für das Senden bzw. das Empfangen eine einheitliche und do­ minierende Antennen-Keule der Ausrichtungs-Anordnung 1 ergibt, die einen Sollwinkel relativ zu einer flugzeugfesten Bezugsachse hat, d. h. bei jeder Fluglage zur Gegenstelle hin gerichtet ist. Die dazu in jeder Teilanten­ nen-Funktionsgruppe vorzusehende Phasenverschiebung hängt dabei von den Ab­ ständen zwischen den jeweiligen Sende 39 - bzw. den jeweiligen Empfangs 49 - Teilantennen der Teilantennen-Funktionsgruppen 11, 12, 13, 14, 15 ab. Diese sind vorzugsweise gleich groß. Sind diese unterschiedlich, ermitteln sich die erforderlichen Phasen lagen zur Erzeugung oder Bildung und Ausrich­ tung der Antennen-Keule nach bekannten Algorithmen.

Durch die zweiten Mischer 35 im jeweiligen Sendeteil 21 und die ersten Mi­ scher 41 im jeweiligen Empfangsteil 22 wird erreicht, daß die End-Frequenz oder Übertragungs-Frequenz konstant bleibt, auch wenn sich die Ausrichtung der Antennen-Keule ändert. In der Fig. 2 ist beispielhaft eine Antennen-Keu­ le 70 dargestellt. Durch das beschriebene Verfahren bzw. die beschriebe­ ne Vorrichtung kann diese in andere Schwenkpositionen 71, 72, 73, 74, 75, 76 bewegt werden.

Weiterhin ist die Systemsteuerung 3 dazu vorgesehen, die Steuersignale zur Umschaltung von Senden auf Empfangen und umgekehrt sowie Ein- und Aus­ schaltsignale für Verstärkerbausteine (nicht gezeigt) zu erzeugen. Außerdem kann vorgesehen sein, daß die Systemsteuerung 3 die Sende- bzw. Empfangs- Frequenzwahl durch Festlegung bzw. Veränderung der vom zweiten Oszillator 9 erzeugten Grundfrequenz steuert.

Mit Hilfe der Schalter 8b bzw. 9b wird zwischen den Betriebsarten Senden und Empfangen umgeschaltet. Alternativ dazu kann jedoch, wenn für Senden und Empfangen unterschiedliche Frequenzen benutzt werden (frequency de­ versity) auch ein paralleles Senden und Empfangen vorgesehen sein. Dabei können dann zwei erste 8 bzw. zweite 9 Oszillatoren vorgesehen sein.

Der Modulator 5 und der Demodulator 6 kann die zu senden den bzw. emp­ fangenen Daten für alle gebräuchlichen Modulationsarten, wie beispielsweise FM (Frequenz-Modulation), PM (Phasen-Modulation) oder Spread Spectrum, umsetzen.

Die gesamte Schaltung der Teilantennen-Funktionsgruppen 11, 12, 13, 14, 15, möglicherweise auch einschließlich der Teilantennen 39, 49 ist zweckmä­ ßigerweise auf einer gemeinsamen oder wenigstens pro Sende- oder Emp­ fangszweig gemeinsamen Leiterplatte 80 (Fig. 3) untergebracht, die als Mul­ tilayer ausgeführt sein kann. Weiterhin können auch die Sende-Teilantennen 39 und Empfangs-Teilantennen 49 auf dieser gemeinsamen Platte unterge­ bracht sein, wobei die Antennen dann z. B. Patch- oder Schlitzantennen sein können und die aktiven Bauteile in SMD- oder Chip-Technik ausgeführt sind.

Dadurch, daß für jede Antenne eine Sende- bzw. Empfangs-Teilantennen-Funk­ tionsgruppe und/oder Vorverstärkereingangsstufe vorhanden ist, ist die Ausfallsicherheit der Ausrichtungsanordnung 1 günstig. Vor allem wird diese mit geringem funktionalem Geräte-Aufwand erreicht.

Durch das zweimalige Mischen der Abstrahlungs- bzw. Empfangsfrequenz mit den durch den ersten 8 und zweiten Oszillator 9 erzeugten Signale wird er­ reicht, daß die Phasenverschiebung in einem leicht beherrschbaren tieferen Frequenzbereich und somit bei geringerer Leistung erfolgt. Da sich die Teilan­ tennen-Funktionsgruppen 11, 12, 13, 14, 15 direkt am Einspeisepunkt der jeweiligen Sende- 39 bzw. Empfangs- 49 Teilantenne befinden, sind die Zulei­ tungen äußerst kurz und somit für Phasenänderungen unempfindlich und praktisch dämpfungsfrei. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für die Sen­ deteile 21 keine teueren Endstufen mit hoher Leistung benötigt werden, son­ dern nur eine Anzahl kleiner parallel geschalteter Billig-Verstärkerbausteine verwendet werden. Durch diese Parallelschaltung von mehreren Teilanten­ nen-Funktionsgruppen wird die Ausfallsicherheit erhöht. Dadurch können mit ge­ ringem Aufwand die herrschenden Anforderungen leicht erreicht werden.

In einer weiteren Ausführungsform können die Sende- 39 und Empfangs-Teil­ antennen 49 Teile der Flugzeugstruktur sein. Bei Flugzeugen ergibt sich durch diese Anordnung insbesondere der Vorteil, daß sich der Radar-Rück­ streuquerschnitt und die aerodynamischen Verhältnisse nicht oder nur verhältnismäßig gering verändern.

In einer weiteren Ausführungsform kann jedes Antennenfeld der Antennen-Funk­ tionsgruppen 11, 12, 13, 14, 15 für den Sende- (21) und den Empfangs-Teil (22) auch mit nur einem Antennenfeld realisiert sein. Einem solchen An­ tennenfeld müßte dann je Teilantenne ein entsprechender Umschalter oder ein Zirkulator zugeordnet sein, um diese Antennen für den Fall des Sendens die entsprechenden Funktionen des Sendeteils 21 und für den Fall des Emp­ fangs die entsprechenden Funktionen des Empfangsteils 22 zuzuordnen.

Die Teilantennen-Funktionsgruppen oder -Baugruppen 11, 12, 13, 14, 15 kön­ nen in Flugzeug-Strukturteilen integriert sein.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erzeugung und automatischen Nachführung des Antennen-Dia­ gramms in der Elevationsrichtung für Luftfahrzeuge bei Flugmanövern zum Zwecke der Breitband-Datenübertragung,
bei dem die Antenne von mehreren Teilantennen mit zugeordneten Tei­ lantennen-Funktionen mit jeweils einem Sende- und jeweils einem Emp­ fangszweig gebildet wird und das Antennen-Diagramm durch ein Steuer­ signal des Elevationswinkels so nachgeführt wird, daß die Abstrahl- oder Empfangsrichtung immer in horizontaler Richtung zeigt,
bei dem die von den Teilantennen zu sendenden und zu empfangenden Signale zur Erzeugung des Antennen-Diagramms ausgehend von einer Teilantenne mit Phasenverschiebungen versehen werden,
bei dem die Phasenverschiebungen zwischen den einzelnen Teilantennen durch jeweils einer Teilantenne zugeordnete Zuleitungen erreicht wer­ den, die als Verzögerungsleitungen ausgebildet sind, die sich voneinan­ der jeweils um mindestens eine oder um jeweils ein Vielfaches einer Wellenlänge unterscheiden, so daß sich bei Frequenzen, die sich von der Mittenfrequenz unterscheiden, für jede Teilantenne unterschiedliche Phasenlagen ergeben, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verzögerungsleitungen (33a, 33b, 33c, 33d, 33e; 43a, 43b, 43c, 43d, 43e) zur Erzeugung der Phasenverschiebungen zwischen jeweils ei­ nem ersten (31, 45) und einem zweiten (35, 41) Mischer befinden, die durch je einen ersten (8) und einen zweiten (9) Oszillator so angesteuert werden, daß die Speisefrequenz der Verzögerungsleitungen (33a, 33b, 33c, 33d, 33e; 43a, 43b, 43c, 43d, 43e) durch ein dem Elevationswinkel entsprechenden Stellsignal einer Steuereinheit (3), das die Frequenzen der beiden Oszillatoren bestimmt, so verändert wird, daß sich Phasen­ verzüge für eine dem Elevationswinkel entsprechende Diagramm­ schwenkung einstellen, wobei die Erzeugung der Phasenverzüge in ei­ nem im Vergleich zur Übertragungsfrequenz tieferen Frequenzbereich er­ folgt und eine konstante Übertragungsfrequenz durch den zweiten Mi­ scher (35; 45) durch Abziehen einer der Stellgröße entsprechende Fre­ quenz erreicht wird.

2. Verfahren zur Erzeugung und automatischen Nachführung des Anten­ nen-Diagramms in der Elevationsrichtung für Luftfahrzeuge nach dem An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilantennen (39, 49) des Sendeteils (21) und des Empfangsteils (22) durch je eine Antenne er­ setzt wird, die mit den anderen Teilantennen-Funktionen (11, 12, 13, 14, 15) durch einen Schalter oder einen Zirkulator verbunden sind.

3. Verfahren zur Erzeugung und automatischen Nachführung des Anten­ nen-Diagramms in der Elevationsrichtung für Luftfahrzeuge nach dem An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Teilanten­ nen-Funktionen (11, 12, 13, 14, 15) zwei Einheiten durch die Integration der Sendeteile (21) und der Empfangsteile (22) auf insgesamt zwei Leiter­ platten bilden.

4. Verfahren zur Erzeugung und automatischen Nachführung des Anten­ nen-Diagramms in der Elevationsrichtung für Luftfahrzeuge nach dem An­ spruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Teilanten­ nen-Funktionen (11, 12, 13, 14, 15) eine einzige Einheit durch die Integration auf einer Leiterplatte bilden.

5. Verfahren zur Erzeugung und automatischen Nachführung des Antennen-Dia­ gramms in der Elevationsrichtung für Luftfahrzeuge nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilanten­ nen-Funktionsgruppen (11, 12, 13, 14, 15) in Flugzeug-Strukturteilen in­ tegriert sind.