DE19943952A1 - Verfahren zum Kalibrieren einer Gruppenantenne - Google Patents

Verfahren zum Kalibrieren einer Gruppenantenne

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Abstract

Ein mit geringem Aufwand realisierbares Verfahren zum Kalibrieren einer Gruppenantenne (GA) besteht darin, daß nacheinander über mehrere Sendezweige (TX1, TX2, ..., TXm) Kalibriersignale ausgesendet werden, daß bei jedem über einen Sendezweig (TX1, TX2, ..., TXm) ausgesendeten Kalibriersignal die auf die einzelnen Antennenelemente (A1, A1, ..., Am) der Gruppenantenne (GA) überkoppelten Signalanteile in den zu den Antennenelementen gehörenden Empfangszweigen (RX1, RX2, ..., RXm) erfaßt werden. Aus den bei allen ausgesendeten Kalibriersignalen in den Empfangszweigen (RX1, RX2, ..., RXm) erfaßten Empfangssignalen werden die Amplituden- und Phasenabweichungen der Übertragungsfunktion aller Sende- (TX1, TX2, ..., TXm) oder Empfangszweige (RX1, RX2, ..., RXm) gegenüber der Übertragungsfunktion eines Referenz-Sendezweiges oder Empfangszweiges hergeleitet. Schließlich werden Amplituden (ATX1, ATX2, ..., ATXm) und Phasenstellglieder (PTX1, PTX2, ..., PTXm) in den einzelnen Sende (TX1, TX2, ..., TXm) oder Empfangszweigen (RX1, RX2, ..., RXm) so abgeglichen, daß die zuvor ermittelten Amplituden- und Phasenabweichungen minimal werden.

Description

Stand der Technik
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Kalibrieren der Sende- oder Empfangszweige einer Gruppenantenne ist aus der internationalen Anmeldung WO 95/31403 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird zur Kalibrierung der Sendezweige der einzelnen Antennenelemente in jeden Sendezweig ein vorgegebenes Sendesignal eingespeist, und am Ende eines jeden Sendezweigs wird das darüber übertragene Signal ausgekoppelt. Das am Ende eines jeden Signalzweiges ausgekoppelte Signal wird mit dem eingespeisten Sendesignal verglichen. Eine sich aus dem Vergleich der Signale ergebende Abweichung wird durch einen Amplituden- und Phasenabgleich in dem entsprechenden Sendezweig kompensiert.
Eine Kalibrierung der Empfangszweige erfolgt dadurch, daß in die einzelnen Empfangszweige nacheinander ein vorgegebenes Empfangssignal eingespeist und am Ende das darüber übertragene Empfangssignal wieder ausgekoppelt wird. In Abhängigkeit von der Ablage zwischen dem eingespeisten und dem ausgekoppelten Signal eines jeden Empfangszweiges wird ein Abgleich der Amplitude und der Phase in dem betreffenden Empfangszweig durchgeführt. Mit diesem Kalibrierungsverfahren können von den Antennenelementen verursachte Fehler nicht kompensiert werden, da das Übertragungsverhalten der Antennenelemente nicht mit berücksichtigt wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Kalibrierungsverfahren für eine Gruppenantenne der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem auf möglichst einfache Weise die Sende- und Empfangszweige einschließlich der zugehörigen Antennenelemente einer Gruppenantenne kalibriert werden können.
Vorteile der Erfindung
Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß nacheinander über mehrere Sendezweige ein Kalibriersignal ausgesendet wird, daß bei jedem über einen Sendezweig ausgesendeten Kalibriersignal die auf die einzelnen Antennenelemente der Gruppenantenne überkoppelten Signalanteile in den zu den Antennenelementen gehörenden Empfangszweigen erfaßt werden, daß dann aus den bei allen ausgesendeten Kalibriersignalen in den Empfangszweigen erfaßten Empfangssignalen die Amplituden- und Phasenabweichungen der Übertragungsfunktionen aller Sende- oder Empfangszweige gegenüber der Übertragungsfunktion eines Referenz-Sendezweiges oder Referenz-Empfangszweiges hergeleitet werden und daß schließlich Amplituden- und Phasenstellglieder in den einzelnen Sende- oder Empfangszweigen so abgeglichen werden, daß die zuvor ermittelten Amplituden- und Phasenabweichungen minimal werden.
Elektronisch steuerbare, duplexfähige Gruppenantennen werden in Radar- und Kommunikationssystemen eingesetzt, wenn eine flexible Formung des Antennenrichtdiagramms verbunden mit einer hohen räumlichen Selektivität im Sende- und Empfangsfall erforderlich ist. In der Praxis ist eine exakte Formung des Antennenrichtdiagramms mit Gruppenantennen nur möglich, wenn die zwangsläufig vorhandenen Abweichungen der Übertragungseigenschaften der einzelnen Empfangs- und Sendezweige erkannt und kompensiert werden. Eine Kalibrierung der Gruppenantenne, bei der die Übertragungseigenschaften der Empfangs- und Sendezweige bezüglich Amplitude und Phase aufeinander abgeglichen werden, ist daher von Zeit zu Zeit erforderlich. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich eine wenig aufwendig Kalibrierung der einzelnen Sende- oder Empfangszweige unter Berücksichtigung der Übertragungseigenschaften der einzelnen Antennenelemente durchführen.
Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Danach werden aus der Übertragungsfunktion des Referenz- Sendezweiges oder -Empfangszweiges und den für die anderen Sende- oder Empfangszweige ermittelten Übertragungsfunktionen Quotienten gebildet, welche als Abgleichgrößen für die Einstellung der Amplituden- und Phasenglieder in den Sende- oder Empfangszweigen dienen.
Als Referenz-Sendezweig oder -Empfangszweig wird zweckmäßigerweise ein Sende- oder Empfangszweig ausgewählt, dessen Betrag der Übertragungsfunktion ungefähr 1 ist.
Um Meßfehler auszugleichen, ist es zweckmäßig, für jeden Sende- oder Empfangszweig eine mittlere Abgleichgröße dadurch herzuleiten, daß bezüglich mehrerer Referenz- Sendezweige oder -Empfangszweige Übertragungsfunktions- Quotienten gebildet und daraus gemittelte Quotienten bestimmt werden.
Bei einer Gruppenantenne, deren Antennenelemente linienförmig in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind, werden vorteilhafterweise die Sende- oder Empfangszweige, in der Mitte der linienförmigen Gruppenantenne beginnend und zu den Antennenelementen nach außen hin fortsetzend, auf die gleichen Amplituden- und Phasenwerte abgeglichen.
Fehler beim Abgleich der Amplituden- und Phasenstellglieder können dadurch korrigiert werden, daß für die Ermittlung der Abgleichgrößen mehrere redundante Messungen der Übertragungsfunktionen durchgeführt und die Messungen einem Mittelungsprozeß unterzogen werden.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Bei einem in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.
Das in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellte Zeitduplex-Funksystem besitzt eine Gruppenantenne mit m Antennenelementen, von den die Antennenelemente A1, A2, . . ., Am dargestellt sind. Zeitduplexfähig bedeutet, daß die Gruppenantenne zeitlich abwechselnd in einem Frequenzband senden und empfangen kann und dafür jeweils dieselben Antennenelemente verwendet. Deshalb ist jedes Antennenelement A1, A2, . . ., Am an einen Duplexer DP1, DP2, . . ., DPm angeschlossen. Der Duplexer DP1, DP2, . . ., DPm bewirkt in bekannter Weise, daß beim Senden der zu jedem Antennenelement A1, A2, . . ., Am gehörende Sendezweig TX1, TX2, . . .; TXm und beim Empfangen der zu jedem Antennenelement A1, A2, . . ., Am gehörende Empfangszweig RX1, RX2, . . ., RXm auf die Antennenelemente A1, A2, . . ., Am durchgeschaltet werden. Die einzelnen Sendezweige TX1, TX2, . . ., TXm und Empfangszweige RX1, RX2, . . ., RXm besitzen mindestens einen Verstärker VT1, VT2, . . ., VTm und VR1, VR2, . . ., VRm und einen Umsetzer UT1, UT2, . . ., UTm und UR1, UR2, . . ., URm, der ein Basisbandsignal bzw. ein Zwischenfrequenzsignal in ein Hochfrequenzsignal oder ein Hochfrequenzsignal in ein Zwischenfrequenzsignal oder Basisbandsignal umsetzt. Unter Umständen enthalten die Sende- und Empfangszweige auch noch Digital-/Analogumsetzer bzw. Analog-/Digitalumsetzer, falls es sich um ein digital arbeitendes Duplex-Funksystem handelt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sollen die Sendezweige kalibriert werden, weshalb diese zusätzlich noch mit einem Amplitudenstellglied ATX1, ATX2, . . ., ATXm und mit einem Phasenstellglied PTX1, PTX2, . . ., PTXm ausgestattet sind. Für den umgekehrten Fall, daß die Empfangszweige zu kalibrieren wären, müßten diese mit Amplituden- und Phasenstellgliedern ausgestattet werden.
Die Ausgänge der Empfangszweige RX1, RX2, . . ., RXm sind einem Strahlformungsnetzwerk DFR zugeführt, an dessen Ausgang sich ein Demodulator DM anschließt. Für die Senderichtung ist ein Strahlformungsnetzwerk BFT vorhanden, das das Ausgangssignal eines Modulators MD auf die einzelnen Sendezweige TX1, TX2, . . ., TXm mit entsprechender Wichtung aufteilt.
Schließlich ist eine Steuereinheit SE vorhanden, von der aus in die einzelnen Sendezweige TX1, TX2, . . ., TXm Kalibriersignale eingespeist und Empfangssignale aus den einzelnen Empfangszweigen RX1, RX2, . . ., RXm ausgekoppelt werden können. Außerdem ist die Sendeeinheit SE für die Steuerung der Amplitudenstellglieder ATX1, ATX2, . . ., ATXm und die Phasenstellglieder PTX1, PTX2, . . ., PTXm zuständig. Der von der Steuereinheit SE durchgeführte Kalibrierungsvorgang wird nachfolgend näher erläutert.
Es wird davon ausgegangen, daß die Empfangszweige RX1, RX2, . . ., RXm bereits kalibriert sind und nun die Sendezweige TX1, TX2, . . ., TXm kalibriert werden sollen. Dasselbe Kalibrierverfahren kann auch, unter der Voraussetzung, daß die Sendezweige TX1, TX2, . . ., TXm bereits kalibriert sind, auf die Empfangszweige RX1, RX2, . . ., RXm angewendet werden.
Für den Kalibriervorgang wird über einen der Senderzweige TX1, TX2, . . ., TXm, der als Referenz-Sendezweig bezeichnet werden soll, ein Kalibriersignal ausgesendet. Das von dem zum Referenz-Sendekanal gehörende Antennenelement abgestrahlte Sendesignal wird in einem gewissen Maß auf die benachbarten Antennenelemente überkoppelt. Je nachdem, welchen Abstand die Antennenelemente gegenüber dem Referenz- Sendezweig haben, wird ein mehr oder weniger großer Anteil der abgestrahlten Energie in diese Antennenelemente überkoppelt.
Die Steuereinheit SE mißt an den Ausgängen der einzelnen Empfangszweige RX1; RX2, . . ., RXm die vom Referenz- Sendezweig überkoppelten Signalanteile. So wird nacheinander jeder der m Sendezweige TX1, TX2, . . ., TXm als Referenz- Sendezweig betrieben und jeweils die in die übrigen Empfangszweige RX1, RX2, . . ., RXm überkoppelten Signalanteile von der Steuereinheit SE erfaßt. Die auf diese Weise von der Steuereinheit SE aufgenommenen Signale lassen sich in Form einer in den Gleichungen (1) und (2) wiedergegebenen Matrix D darstellen.
In der Gleichung (1) gibt die Matrix G die Verkopplungen zwischen den einzelnen Antennenelementen A1, A2, . . ., Am wieder. Diese Matrix G = [gik] [i, k = 1, 2, . . ., m) ist unbekannt. Wegen der getroffenen Voraussetzung bezüglich der Duplex-Fähigkeit der Antennenelemente A1, A2, . . ., Am ist aber die Struktur der Matrix G bekannt. Die in der Gleichung (2) wiedergegebenen Diagonalmatrizen diag(r) und diag(s) beinhalten die komplexwertigen Übertragungsfunktionen der Sende- (s) und der Empfangszweige (r). Die Frequenzabhängigkeit der Übertragungsfunktionen wird hier nicht betrachtet, weil davon ausgegangen wird, daß das verwendete Kalibriersignal schmalbandig bzw. monofrequent ist. Soll in einem breiten Frequenzband kalibriert werden, so sind mehrere schmalbandige Messungen in verschobenen Frequenzbereichen durchzuführen.
In der Gleichung (1) stellt x den Empfangssignalvektor und k den Kalibriersignalvektor dar. Die Gleichung (1) macht deutlich, daß die Elemente der Matrix D spaltenweise über den Empfangsvektor x ausgemessen werden können. Dazu sind alle Elemente im Kalibriersignalvektor k zu 0 gesetzt bis auf ein Element. Dieses eine Element beschreibt das Kalibriersignal, welches über eines der Antennenelemente A1, A2, . . ., Am ausgesendet und von den übrigen Antennenelementen wegen der Überkopplungen empfangen wird.
Da, wie eingangs erwähnt, vorausgesetzt ist, daß die Empfangszweige RX1, RX2, . . ., RXm der Gruppenantenne bereits kalibriert sind, läßt sich die Matrix diag(r) als Einheitsmatrix beschreiben, welche mit einem komplexen Faktor skaliert sein kann. Da es bei der Kalibrierung aber nur auf die Verhältnisse zwischen den einzelnen Elementen der Gruppenantenne ankommt, kann dieser Faktor ohne Verlust der Allgemeingültigkeit zu 1 gesetzt werden. Bei der oben beschriebenen spaltenweisen Messung der Matrix D ist es nicht möglich, die Diagonalelemente von D zu messen, weil ein Antennenelement beim Zeitduplexbetrieb nicht gleichzeitig senden und empfangen kann. Deshalb werden die Diagonalelemente der Matrix D im folgenden zu 0 gesetzt. Entsprechend den genannten Randbedingungen läßt sich die Matrix D also wie folgt schreiben:
Wie bereits angemerkt, ist die Verkopplungsmatrix G im allgemeinen unbekannt. Da die gleichen Antennenelemente der Gruppenantenne jeweils abwechselnd zum Senden und Empfangen eingesetzt werden können, besitzen die Verkopplungen zwischen den Antennenelementen A1, A2, . . ., Am eine Reziprozität. D. h., die Verkopplung und damit die Übertragungsfunktion z. B. zwischen den Elementen 2 und 3 ist die gleiche wie die zwischen den Elementen 3 und 2. Die Matrix G ist also symmetrisch zu ihrer Hauptdiagonalen. Dies mag zwar offensichtlich erscheinen, ist aber nur gültig, weil dieselben Antennenelemente A1, A2, . . ., Am abwechselnd zum Senden und Empfangen auf einer gemeinsamen Frequenz genutzt werden können.
Für eine Gruppenantenne mit sechs Antennenelementen (m = 6) ergibt sich beispielsweise folgende Matrix D:
Ziel der Kalibrierung ist es, die Übertragungsfunktionen s1 bis sm der Sendezweige einander anzugleichen, so daß die Matrix diag(s) einer mit einem komplexen Faktor skalierten Einheitsmatrix entspricht. Der Wert des komplexen Skalierungsfaktors ist für die Kalibrierung unerheblich. Ziel der Kalibrierung ist also:
s1 = s2 = . . . = sm (5)
Diese Gleichheit der Übertragungsfunktionen der Sendezweige stellt die Steuereinheit SE durch einen Abgleich der Amplitudenstellglieder ATX1, ATX2, . . ., ATXm und der Phasenstellglieder PTX1, PTX2, . . ., PTXm her. Zur Verdeutlichung sind in der Figur die Amplitudenstellglieder ATX1, ATX2, . . ., ATXm und die Phasenstellglieder PTX1, PTX2, . . ., PTXm als konkrete Bauelemente dargestellt. Die Abgleichung der Amplituden und Phasen wird aber zweckmäßigerweise bei Vorhandensein einer digitalen Strahlformung BFT durch eine entsprechende komplexe Wichtung der Sendesignale für die einzelnen Sendezweige TX1, TX2, . . ., TXm vorgenommen.
Das Ziel der Kalibrierung ist, Abgleichgrößen zu ermitteln, um die die Amplitudenstellglieder ATX1, ATX2, . . ., ATXm und die Phasenstellglieder PTX1, PTX2, . . ., PTXm verstellt werden müssen, so daß die Übertragungsfunktionen gemäß der Gleichung (5) aller Sendekanäle bezüglich der Amplitude und der Phase gleich sind. Zu diesem Zweck wird von der Steuereinheit SE ein sogenannter normierter Repräsentantenvektor wi der Übertragungsfunktionen s1 bis sm ermittelt, indem der i-te Spaltenvektor der Matrix D durch den i-ten Zeilenvektor der Matrix D elementweise dividiert wird. Die i-te Stelle im Repräsentantenvektor wi wird zu 1 gesetzt, weil diese durch die Division 0 : 0 nicht definiert ist. In der Gleichung (6) ist ein exemplarisch aus der zweiten Zeile und der zweiten Spalte der Matrix D aus der Gleichung (4) gebildeter Repräsentantenvektor w2 dargestellt.
Es ist zu erkennen, daß so m verschiedene Repräsentantenvektoren w1 bis wm ermittelt werden können. Diese sind aber linear abhängig. D. h. sie unterscheiden sich nur durch jeweils eine andere Skalierung und jeder einzelne dieser Repräsentantenvektoren enthält genug Informationen für eine Kalibrierung. Da aber in der Praxis die Matrix D nicht fehlerfrei gemessen werden kann, können die Repräsentantenvektoren doch linear unabhängig sein. In diesem Fall kann der Einfluß der Meßfehler durch eine Mittelung über diese Repräsentäntenvektoren reduziert werden. Es seien die Repräsentantenvektoren w1 bis w6 meßtechnisch ermittelt worden:
Da die Vektoren linear abhängig sind, kann eine Mittelung folgendermaßen durchgeführt werden. Jeder Vektor wird auf sein ersten Element normiert. Damit hat das erste Element jedes Vektors den Wert 1. Dann können die normierten Vektoren gemittelt werden. Die elementweise Mittelung kann als arithmetisches Mittel ausgeführt werden. Das k-te Element des gemittelten Vektors ergibt sich aus der Summation der jeweils k-ten Elemente aller normierten Vektoren und anschließendes Teilen durch die Anzahl der Vektoren (in diesem Beispiel 6).
Eine andere Methode zur Mittelung ist die Medianbildung. Diese Methode hat den Vorteil, daß einzelne vom Mittelwert sehr stark abweichende Elemente den Mittelwert wenig stark beeinflussen. Da die Vektorelemente im allgemeinen komplexe Zahlen sind, sollte die Medianbildung nach Betrag und Argument erfolgen. Das k-te Element des gemittelten Vektors hat den Betrag, der sich aus dem Median der Beträge der jeweils k-ten Elemente der normierten Vektoren ergibt. Das Argument des k-ten Elements des gemittelten Vektors wird als Median der Argumente der k-ten Elemente der normierten Vektoren bestimmt.
Nachdem ein Repräsentantenvektor von der Steuereinheit SE ermittelt worden ist, werden die Übertragungsfunktionen der einzelnen Sendezweige nacheinander so eingestellt, daß sie den komplexwertigen Einträgen des Repräsentantenvektors entsprechen. So kann z. B. der Repräsentantenvektor w2 aus der Gleichung (6) zur Kalibrierung verwendet werden. Dann sind für den ersten Sendezweig TX1 die folgenden Einstellungen vorzunehmen. Im Repräsentantenvektor w2 ist das komplexwertige Element für den ersten Sendezweig TX1 in der Gleichung (7) wiedergegeben.
wobei ϕ12 die Phase von s2/s1 ist.
Also muß das Amplitudenstellglied ATX1 des ersten Sendezweiges um den Betrag s2/s1 und das Phasenstellglied PTX1 um den Winkel ϕ12 verstellt werden. Damit besitzt der erste Sendezweig nun die gleiche Übertragungsfunktion wie der zweite Sendezweig. Durch entsprechende Einstellungen werden die Übertragungsfunktionen für die übrigen Sendezweige ebenfalls auf die Übertragungsfunktion s2 des zweiten Sendezweiges abgeglichen. Die dazu benötigten Abgleichwerte sind den entsprechenden Elementen des Repräsentantenvektors w2 zu entnehmen. Das Amplitudenstellglied ATX2 und das Phasenstellglied PTX2 des zweiten Zweiges bleiben unverändert, da die übrigen Zweige gerade auf dessen Einstellungen abgeglichen worden sind. Damit besitzen schließlich alle Sendezweige der Gruppenantenne die gleiche Übertragungsfunktion mit dem komplexen Wert s2.
Bei der Wahl des Repräsentantenvektors wi sollte darauf geachtet werden, daß der nach der Kalibrierung für alle Sendezweige eingestellte Übertragungsfaktor si einen Betrag von ungefähr 1 hat. Damit ist gewährleistet, daß die Antenne nach der Kalibrierung weiterhin in ihrem ursprünglichen Dynamikbereich arbeitet und die Amplitudenstellglieder nicht übersteuert werden. Falls keiner der Repräsentantenvektoren dieses Kriterium erfüllt, können alle Amplitudenstellglieder ATX1, ATX2, . . ., ATXm gleichmäßig skaliert werden, damit der Betrag der resultierenden Übertragungsfunktion möglichst nahe bei 1 liegt. Der Erfolg der Kalibrierung kann zwischenzeitlich und am Ende durch erneutes Messen der Kalibriermatrix D übefprüft werden.
Bei den vorausgegangenen Betrachtungen wird davon ausgegangen, daß die in Gleichung (4) wiedergegebene Matrix D komplett gemessen wird. Dies ist aber für die Praxis nicht zweckmäßig. Die Beträge der Verkopplungen gik nehmen sehr schnell mit wachsendem Abstand zwischen den Antennenelementen A1, A2, . . ., Am ab. Wie bereits erläutert, enthält die Matrix D sehr viele redundante Elemente, und somit ist es möglich, auch mit einer nur teilweise bestimmten Matrix D eine Kalibrierung vorzunehmen. Werden nur einige Elemente der Matrix D bestimmt, so ist darauf zu achten, daß mit Hilfe dieser Einträge ein Abgleich entsprechend der Gleichung (5) möglich ist. Es müssen daher mindestens m-1 Einträge ermittelt werden, die zudem nicht redundant sind.
Anschließend wird der Sonderfall einer linienförmigen Gruppenantenne mit gleichmäßig beabstandeten Antennenelementen A1, A2, . . ., Am betrachtet. Bei einer solchen linienförmigen Gruppenantenne besitzen die Verkopplungen auf den Nebendiagonalen der Matrix G die gleiche Größenordnung. Bei linienförmigen Gruppenantennen ist es möglich, z. B. nur die Verkopplung eines jeden Antennenelements mit seinem unmittelbaren Nachbarantennenelement zu verwenden. Von der Matrix D ist daher nur das erste Nebendiagonalenpaar symmetrisch zur Hauptdiagonalen zu bestimmen. Die Gleichung (8) zeigt dies exemplarisch für den Fall m = 6.
In diesem Fall ist für die Kalibrierung so vorzugehen, daß beginnend mit dem mittleren Sendezweig die Amplituden- und die Phasenstellglieder so verstellt werden, daß die Elemente mit gleichen Verkopplungen gik = gki in der Matrix D nach der Produktbildung mit den Übertragungsfunktionen s1 und sk den gleichen komplexen Wert annehmen. In dem Beispiel aus der Gleichung (8) sind also die Amplituden- und Phasenstellglieder z. B. der Sendezweige 3 und 4 so abzugleichen, daß die Einträge g34s3 und g34s4 in der Matrix D gleich sind. Die Sendezweige 3 und 4 sind damit aufeinander abgeglichen und deren Amplituden- und Phasenstellglieder werden im Verlauf der Kalibrierung nur noch gleichmäßig verändert. Dies bedeutet, daß die Amplituden- und Phasenstellglieder der beiden Zweige miteinander gekoppelt werden. Ein Veränderung des Amplituden- und Phasenstellgliedes in einem der beiden Zweige zieht dann eine gleich große Veränderung der Amplituden- und Phasenstellglieder in dem anderen Zweig nach sich. Der Erfolg des Abgleichs kann durch eine erneute Messung der entsprechenden Elemente der Kalibriermatrix D überprüft werden.
Im folgenden Schritt der Kalibrierung werden in dem genannten Beispiel die Amplituden- und Phasenstellglieder der Sendezweige 2 und 5 mit den bereits kalibrierten Stellgliedern der Sendezweige 3 und 4 abgeglichen. Ziel ist dabei, daß anschließend die Elemente g12s1 und g12s2, sowie die Elemente g45s4 und g45s5 der Matrix D jeweils paarweise gleich sind. Damit sind die Amplituden- und Phasenstellglieder der Sendezweige 2 bis 5 aufeinander abgeglichen und deren Amplituden- und Phasenstellglieder werden im weiteren Verlauf der Kalibrierung nur noch gleichmäßig in ihren Einstellung verändert. Der beschriebene Vorgang wird bis zu den äußersten Sendezweigen fortgesetzt.
Eine linienförmige Gruppenantenne mit gleich beabstandeten Antennenelementen A1, A2, . . ., Am besitzt zusätzlich die Eigenschaft einer Aufbausymmetrie bezüglich ihres Mittelpunktes, welcher durch den Punkt auf der Hälfte der Verbindungsstrecke zwischen den äußersten Antennenelementen festgelegt ist. In der Praxis hängt die erzielbare Aufbausymmetrie von der Realisierung der Gruppenantenne ab. Wird die Gruppenantenne z. B. in Streifenleitungstechnik als gedruckte Schaltung auf einem Trägermaterial realisiert, dann ist eine sehr gute Aufbausymmetrie erzielbar. Kann Aufbausymmetrie vorausgesetzt werden, dann besitzt die Matrix G die Eigenschaft 180°-rotationssymmetrisch zu sein. Dies bedeutet, daß die Matrix D mit sich selbst identisch ist, nachdem sie um 180° gedreht wurde. Die i-te Spalte von der Matrix G findet sich in der (m-i+1)-ten Spalte wieder. Zusammen mit der Spalten-/Zeilenäquivalenz, die auf der Reziprozität beruht, ergibt sich, daß jede Spalte bzw. Zeile viermal in der Matrix G erscheint. Die Messung der Matrix D enthält dann noch mehr Redundanz, die zur Fehlerkorrektur verwendet werden kann. Für die Kalibriermatrix D aus Gleichung (8) ergibt sich bei Annahme der Aufbausymmetrie dann die in der Gleichung (9) gezeigte Struktur.
Die Kalibrierung kann wie zuvor für den Fall ohne Aufbausymmetrie durchgeführt werden. Nach der Kalibrierung erlaubt die Redundanz, die wegen der Aufbausymmetrie in der Kalibriermatrix D enthalten ist, eine zusätzliche Überprüfung der durchgeführten Kalibrierung. Die Matrix D muß nach der Kalibrierung zusätzlich punktsysmmetrisch zu ihrem Mittelpunkt sein. Die Elemente in der Matrix D, welche nach der Kalibrierung identisch sein sollten, treten also in Vierer-Tupeln auf statt in Paaren wie im Fall ohne Aufbausymmetrie.
Da die Elemente in der Matrix D meßtechnisch ermittelt werden, sind die nominell gleichen Einträge in der Praxis nicht exakt identisch. Eine Mittelung über vier Meßschritte bietet daher einen gewissen Schutz gegen mögliche Meßfehler.

Claims (6)

1. Verfahren zum Kalibrieren der Sende- oder Empfangszweige einer Gruppenantennen, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß nacheinander über mehrere Sendezweige (TX1, TX2, . . ., TXm) ein Kalibriersignal ausgesendet wird,
  • - daß bei jedem über einen Sendezweig (TX1, TX2, . . ., TXm) ausgesendeten Kalibriersignal, die auf die einzelnen Antennenelemente (A1, A2, . . ., Am) der Gruppenantenne (GA) überkoppelten Signalanteile in den zu den Antennenelementen (A1, A2, . . ., Am) gehörenden Empfangszweigen (RX1, RX2, . . ., RXm) erfaßt werden,
  • - daß aus den bei allen ausgesendeten Kalibriersignalen in den Empfangszweigen (RX1, RX2, . . ., RXm) erfaßten Empfangssignalen die Amplituden- und Phasenabweichungen der Übertragungsfunktionen aller Sendezweige (TX1, TX2, . . ., TXm) oder Empfangszweige (RX1, RX2, . . ., RXm) gegenüber der Übertragungsfunktion eines Referenz- Sendezweiges oder -Empfangszweiges hergeleitet werden,
  • - und daß Amplituden- (ATX1, ATX2, . . ., ATXm) und Phasenstellglieder (PTX1, PTX2, . . ., PTXm) in den einzelnen Sende- (TX1, TX2, . . ., TXm) oder Empfangszweigen (RX1, RX2, . . ., RXm) so abgeglichen werden, daß die zuvor ermittelten Amplituden- und Phasenabweichungen minimal werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Übertragungsfunktion des Referenz-Sendezweiges oder -Empfangszweiges und den für die anderen Sende- (TX1, TX2, . . ., TXm) oder Empfangszweige (RX1, RX2, . . ., RXm) ermittelten Übertragungsfunktionen Quotienten gebildet werden, welche als Abgleichgrößen für die Einstellung der Amplituden- (ATX1, ATX2, . . ., ATXm) und Phasenstellglieder (PTX1, PTX2, . . ., PTXm) in den Sende- (TX1, TX2, . . ., TXm) oder Empfangszweigen (RX1, RX2, . . ., RXm) dienen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenz-Sendezweig oder Empfangszweig ein Sende- (TX1, TX2, . . ., TXm) oder Empfangszweig (RX1, RX2, . . ., RXm) ausgewählt wird, dessen Betrag der Übertragungsfunktion ungefähr 1 ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Sende- (TX1, TX2, . . ., TXm) oder Empfangszweig (RX1, RX2, . . ., RXm) eine mittlere Abgleichgröße dadurch hergeleitet wird, daß bezüglich mehrerer Referenz- Sendezweige oder -Empfangszweige Übertragungsfunktions- Quotienten gebildet und daraus gemittelte Quotienten bestimmt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Gruppenantenne, deren Antennenelemente (A1, A2, . . ., Am) linienförmig in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind, die Sende- (TX1, TX2, . . ., TXm) oder Empfangszweige (RX1, RX2, . . ., RXm), in der Mitte der linienförmigen Gruppenantenne beginnend und zu den Antennenelementen nach außen fortsetzend, auf die gleichen Amplituden- und Phasenwerte abgeglichen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Fehler beim Abgleich der Amplituden- (ATX1, ATX2, . . ., ATXm) und Phasenstellglieder (PTX1, PTX2, . . ., PTXm) dadurch korrigiert werden, daß für die Ermittlung der Abgleichgrößen mehrere redundante Messungen der Übertragungsfunktionen durchgeführt und die Messungen einem Mittelungsprozeß unterzogen werden.
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