DE2111685A1

DE2111685A1 - Phased antenna arrangement

Info

Publication number: DE2111685A1
Application number: DE19712111685
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Trentini Giswalt Von
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-03-11
Filing date: 1971-03-11
Publication date: 1972-09-28

Description

Phasengesteuerte Antennenanordnung.Phased antenna arrangement.

Die Erfindung bezieht sich auf eine phasengesteuerte Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Einzelstahlern, deren Phaseneinstellung mit elektronisch veränderbaren Phasenschiebern erfolgt, die von einem im wesentlichen eine Kugelwelle abgebenden Primärstrahler über einen Hilisreflektor gespeist werden, unter Verwendung von den Phasenschiebern zugeordneten Kollektorstrahlern und Emitter3trahlern, die aufgrund der berechneten Phasenschiebereinstellung eine ebene, hinsichtlich des Abstrahlwinkels einstellbare Welle abstrahlen.The invention relates to a phased array antenna with a large number of individual steel elements whose phase adjustment is carried out electronically changeable phase shifter is carried out by a substantially spherical wave emitting primary radiator are fed via a Hilis reflector, using collector radiators and emitter radiators assigned to the phase shifters, which due to the calculated phase shifter setting, a plane with regard to the Radiate radiation angle adjustable wave.

Es ist bekannt, die Einzelstrahler einer Antennengruppe über ein Leitunge- oder ein Strahlungssystem zu speisen.It is known that the individual radiators of an antenna group via a cable or to feed a radiation system.

Die Leitungsspeisung erlaubt, eine exakte Ampliti.idenabs tufung, aber die Leitungsverluste werden bei Gruppen mit sehr vielen Strahlern große Das ist insbesondere bei der breitbandigen Parallelspeisung mit zahlreichen aufwendigen Bei tungsverteilern und langen Leitungen sowie bei sehr hohen Frequenzen der Fall.The line feed allows an exact amplitude graduation, but the conduction losses are large in groups with a large number of radiators is particularly complex with broadband parallel feed with numerous This is the case with distribution distributors and long cables as well as with very high frequencies.

Es ist deshalb zweckmäßig7 für Antennen mit elektronisch gesteuerter Strahlrichtung, die aus einer sehr großen Anzahl von Einzelstrahlern mit Phasenschiebern aufgebaut sind, die Strahlungsspeisung zu wählen. Im Sendefall geht eine Kugelkeile von einem Primärstrahler, z.P. einem Spei sehorn, aus und trifft auf die Strahler eines Kollektors.It is therefore useful7 for antennas with electronically controlled Beam direction consisting of a very large number of individual radiators with phase shifters are constructed to choose the radiation feed. In the case of transmission, a ball wedge goes from a primary radiator, e.g. a feed horn and hits the spotlights of a collector.

Ein Großteil der atlft:reffenden Energie wird empfangen und über leitungen den. Strahlern eines Emitters zugefiihrt.Much of the atlft: reffenden energy is received and transmitted the. Radiators of an emitter fed.

Durch zwischengeschaltete Phasenschieber erhält jeder Linzelstrahler des Emitters eine solche Phase, daß eine ebene Welle -wählbarer Neigung wieder abgestrahlt wird. Das Kollektor-Emitter-System wirkt demnach als Linse mit zusätzlich linearer Phasenprogresslon entlang der Apertur.Each Linzel radiator is provided with an interposed phase shifter of Emitter such a phase that a plane wave -selectable inclination is emitted again will. The collector-emitter system thus acts as a lens with an additional linear one Phase progression along the aperture.

Bei einer strahlungsgespeisten Antenne treten eine Reihe von Schwierigkeiten auf. So ist, falls die Emitterapertur gleich der Kollektorapertur ist, die Strahluigseharakteristik des Primärstrahlers daran anzupassen. Bei der Speisung muß zunächst vermieden werden, daß ein wesentlicher Anteil der Energie am Kollektor vorbeigestrahlt wird, d.h.A number of difficulties arise with a radiation-fed antenna on. So if the emitter aperture is the same as the collector aperture, the radiation characteristic of the primary radiator to adapt. When feeding, it must first be avoided that a substantial proportion of the energy is radiated past the collector, i.e.

es sollen keine Überstrahlungsverluste auftreten. Andererseits sollen auch,die Randelemente eine nennenswerte Energie erhalten, da sonst Ausleuchtungsverluste entstehen. Ist die Brelmxveite, also der Abstand zwischen dem Drimärstrahler und dem Kollektor, klein, dann koniiat die Strahlungsdämpfung wegen der stark unterschiedlichen Weglängen der Zentralstrahlen und der Randstrahlen hinzu. Berden ferner die Kollektorstrahler vor einer ebenen Reflektorwand angeordnet, so fallen die Randstrahlen schräg auf und die Absorptlonsflächen dieser Kollektorstrahler sind - entsprechend ihrer Eigendiagramme - kleiner geworden. Diese Gesichtspunkte führen dazu, eine im Verhältnis zum Kollektordurchmesser etwa gleiche große Brennweite zu wählen. Eine solche Dimensionierung erlaubt es auch, die sphärische Phasenfront durch gekreuzte Zylinderflächen anzunähern, so daß die korrigierte Steuerung der Phasenschieber einfach bleibt.there should be no overexposure losses. On the other hand should also, the edge elements receive a significant amount of energy, otherwise illumination losses develop. Is the Brelmxveite, i.e. the distance between the drimary radiator and the collector, small, then the radiation attenuation is due to the strongly different Path lengths of the central rays and the marginal rays are added. Berden also the collector radiators Arranged in front of a flat reflector wall, the marginal rays fall obliquely and the absorptive surfaces of these collector radiators are - according to their own diagrams - got smaller. These considerations lead to one in relation to the collector diameter to choose about the same large focal length. Such a dimensioning allows it also to approximate the spherical phase front by means of crossed cylindrical surfaces, see above that the corrected control of the phase shifters remains simple.

Gegenüber der Beitungsspeisung benötigt die Strahlungss9ei sung eine größere Bautiefe. Der Amplitudenverlauf auf dem Kollektor ist weitgehend durch das Strahlungsdiagramm des Primärstrahlers festgelegt und daher nur begrenzt verlierbar. Es treten außerdem Verluste durch Teilreflexionen an den Kollektorstrahlern auf. Diese Pehlarpassungen sind bei reziproken Phasenschiebern auch von den Impedanzen der Emitterstrahler und der Phasenschieber abhängig, die sich je nach-der Strahlungskopplung und der Phaseneinstellung verändern. Um Nebenzipfel in den rückwärtigen Winkelbereichen zu vermeiden, miissen gegebenenfalls Abschirmwände (mit Absorber) das gesamte Speisesystem, bestehend aus Primärstrahler un.d Kollektor, umgeben.Compared to the contribution feed, the radiation disconnection requires one larger construction depth. The amplitude curve on the collector is largely due to the The radiation diagram of the primary radiator is fixed and can therefore only be lost to a limited extent. There are also losses due to partial reflections on the collector radiators. In the case of reciprocal phase shifters, these misalignments are also due to the impedances the emitter radiator and the phase shifter depending on each after-the radiation coupling and the phase setting change. To sidelobes Shielding walls may have to be avoided in the rear angular areas (with absorber) the entire feed system, consisting of primary radiator and collector, surround.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile und Schwierigkeiten bei den beschriebenen stranlungsgekoppeltePhased-Array-Antennenanordnungen zu vermeiden und insbesondere eine Feldverteilung zur optimalen Ausleuchtung des Kollektors zu schaffen, wobei der üblicherweise auftretende Randabfall unterbunden wird. Gemäß der Erfindung, die sich auf eine phasengesteuerte Antennenanordnung der ein gangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe. dadurch gelöst, daß der zur Strahlungsverbindung zwischen dem Priinärstrahler und den Kollektorstrahlern vorgesehene HilSsreflektor so geformt ist, daß die daran reflektierte und auf die Kollektorstrahler gerichtete Strahlungsenergie eine derart bemessene Winkelverteilung hat, daß sich an den Kollektorstrahlern eine gewünschte Feldstärkeverteilung ergibt, und daß die in den Kollektoreinzelstrahlern sultretenden Phasernrntc.rschiede durch entsprechende Einstellungen der Phasenschieber oder durch unterschiedlIche Zuleitungslängen zu den Emitterstrahlern kompensiert sind.The object of the invention is to address the disadvantages and difficulties to avoid the phase-coupled phased array antenna arrangements described and in particular a field distribution for optimal illumination of the collector create, whereby the edge waste that usually occurs is prevented. According to of the invention, which relates to a phased array antenna of the input referred to, this task becomes. solved in that the radiation connection auxiliary reflector provided between the primary radiator and the collector radiators is shaped so that the reflected and directed to the collector radiator Radiant energy has such an angular distribution that the collector radiators a desired field strength distribution results, and that in the collector individual radiators The emerging phase difference can be differentiated by setting the phase shifter accordingly or compensated by different lead lengths to the emitter radiators are.

Ein bevorzugter Sonderfall Ist derjenige, bei dem die am Hilfsreflektor reflektierte Energie eine solche Winkelverteilung hat, daß sich an den Kollektorstrahlern eine in wesentlichen kons tante Feldstärkeverteilung ergibt. Die Bautiefe dieser für den Sende- und Empfangsfall einsetzbaren phasengesteuerten Antenne laBt sich geringer bemessen und die Strahlung in den rückwärtigen Winkelbereichen ann gut abgeschirmt werden. Der Primarstrahler hat eine kleine Apertur ur.d ist einfach aufgebaut und gespeist. Der Amplitudenverlauf kann in weiten Grenzen variiert werden und die Überstrahlung ist gering.A preferred special case is the one in which the auxiliary reflector reflected energy has such an angular distribution that it is at the collector radiators results in an essentially constant field strength distribution. The depth of this A phase-controlled antenna that can be used for transmitting and receiving can be used dimensioned smaller and the radiation in the rear angular ranges is good be shielded. The primary radiator has a small aperture ur.d is simple built and fed. The amplitude curve can be varied within wide limits and the overexposure is low.

Die Formgebung des Hilfsreflektors kann auch so beschaffen sein, daß sich z.B. eine alternierende Belegung über die Antennenapertur ergibt. Eine solche Belegung ist für Sektordiagramme mit scharf abfallenden Flanken erforderlich.The shape of the auxiliary reflector can also be such that For example, there is an alternating assignment across the antenna aperture. Such Allocation is required for sector diagrams with sharply falling edges.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 441 858 ist zwar schon eine strahlungsgespeiste phasengesteuerte Antennenanordnung mit Hilfsreflektor bekannt. Es läßt sich hiermit jedoch wegen der Verwendung eines Hilfsreflektors ohne Korrektur, d.h. mit vorgegebener Form (Paraboloid), der Amplitudenverlauf nicht variieren, so daß auch hier der R.s,ndabfall auftritt. Außerdem ist die Antenne eine Reflexiolzstypantenne und keine Durchgangstypantenne, so daß der Nachteil der größeren Abdeckung durch das Speisesystem entsteht.From the German Offenlegungsschrift 1 441 858 there is already one Radiation-fed phase-controlled antenna arrangement with auxiliary reflector is known. However, because of the use of an auxiliary reflector, it can be used without correction, i.e. with a given shape (paraboloid), do not vary the amplitude curve, so that here, too, the general waste occurs. In addition, the antenna is a reflex type antenna and no through-type antenna, so the disadvantage of larger coverage by the feed system is created.

Der kleine Primärstrahler weist zweckmäßig ein möglichst symmetrisches Strahlungsdiagramm auf und wird nahe der npertur des Kollektors angeordnet. Der Hilfsreflektor ist in einer ,vorteilhaf ten Weiterbildung rotationssymmetrisch ausgebildet. Im Normalfall wird der Krümmungsradius des Hilfsreflektors so bemessen, daß die hohe Energiedichte im Zentralbereich stark divergiert. Das Reflexionsdiagramm hat dann beispielsweise die Form eines rotationssymmetrischen Sektors mit scharfer Rendabfall.The small primary radiator is expediently as symmetrical as possible Radiation diagram and is placed near the npertur of the collector. Of the Auxiliary reflector is designed to be rotationally symmetrical in one advantageous development. Normally, the radius of curvature of the auxiliary reflector is dimensioned so that the high energy density in the central area strongly diverges. The reflection diagram has then, for example, the shape of a rotationally symmetrical sector with a sharp drop in yield.

Wenn die auf den Kollektor treffende strahlunOr nahezu senkrecht gerichtet ist, lassen sich gleichartige, vor einer ebenen Wand angeordnete Strahler verwenden. Diese Strahler sind dann vorzugsweIse Dipole. Bei nicht annähernd senkrecht auf den Kollektor auftreffender Strahlung ist de Kollektorstrahlerfläche zweckmäßig gekrümmt ausgeführt.When the radiation hitting the collector is directed almost vertically is, it is possible to use spotlights of the same type arranged in front of a flat wall. These radiators are then preferably dipoles. When not nearly perpendicular to The collector radiator surface is appropriate for the radiation hitting the collector executed curved.

Vorteilhaft werden dann als Kollektoreinzelstrahler aucn Sängsstrahler, z.B. dielektrische Stielstrahler, mit unterschiedlichen Abmessungen verwendet. Sie sind auf die jeweilige Strahlrichtung ausgerichtetb Ihre Längen bestimmen die Absorptionsflächen und die gegenseitigen Abstände. Dies bedeutet, daß die Amplituden und die Strahlerzahl in gewissen Grenzen noch kontinuierlich variiert werden können.It is then advantageous to use individual collectors as well Singing radiator, E.g. dielectric stem radiators, used with different dimensions. she are aligned with the respective beam directionb Their lengths determine the absorption areas and the mutual distances. This means that the amplitudes and the number of radiators can still be varied continuously within certain limits.

Als Kollektorstrahler lassen sich auch Hohlleiterstrahler oder andere Bauformen kleiner Einzelstrahler verwenden.Waveguide radiators or others can also be used as collector radiators Use designs with small individual radiators.

Eine grobe Stufung läßt sich zusätzlich durch Zusammenschalten mehrerer Kollektcreinzelstrahler über Phasenausgleichsleitungen vornehmen.A rough graduation can also be achieved by connecting several Make collective square radiators via phase compensation lines.

Entsprechend der Verdünnungstechnik sind in vorteilhafter Weise weniger aktiv betriebene Emitterstrahler als Kollektorstrahler vorgesehen und diese Emitterstrahler sind statistisch innerhalb der großen Antennenapertur verteilt.According to the dilution technique, there are advantageously fewer actively operated emitter radiators are provided as collector radiators and these emitter radiators are statistically distributed within the large antenna aperture.

Bei der Aufteilung der Antenne in gleichartige Untergruppen lassen sich ohne großen Aufwand im Speisesystem an den gemeinsamen Grenzen die Amplituden groß und angenähert gleich machen. Dies ist beispielsweise von Bedeutung bei der Monopulspeilug. Es ergeben sich dann u.a. kleine Prlmärstrahlerabstände, gleiche Steuersysteme und eine höhere Belastbark ei t Weitere Einzelheiten der Erfindung, insbesondere auch deren Anwendung be-i Monopulspeilung, werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das bekannte Aufbauprinzip einer phasengesteuerten Antenne mit Strahlungsspeisung, Fig.2 eine Antennengesamtanordnung mit reduzierter Phasenschieberanzahl und reduzierter Emitteranzahl, Fig.3 eine prinzipielle Anordnung des strahlungsgespeisten Eollektor-Emitter-Systems mit amplitudeniorrigierendem Hilfsreflektor nach der Erfindung, Fig.4 eine Anordnung mit verkleinertem Hilfsreflektor, großer Bautiefe, verdünntem Emitter und vier Diagonalhörnern zur Monopulspeilung, Fig.5 die Erregungen in den vier Diagonalhörnernnach Fig.4, Fig.6 eine prinzipielle Anordnung mit ausgerichteten, unterschiedlichen Kollektorstrahlern und vergrößerter Antennenapertur, Fig.7 die Ansicht der Rückseite einer aus vier Untergruppen bestehenden Antenne, Fig.8 eine Anordnung zur Summen-Differenzpeilung mittels einer Antenne nach der Erfindung mit zwei Untergruppen nach wig.7,und Fig.9 die Speiseeinrichtung von Untergruppen mit Vorverstärkern in einem großen Verband.Leave when dividing the antenna into similar subgroups the amplitudes can be easily adjusted at the common limits in the feed system make large and approximately the same. This is important, for example, in the Monopulse shot. This then results, among other things, in small primary radiator distances, the same Control systems and a higher resilience ei t Further details of the invention, in particular, their application to monopulse bearings are illustrated with the aid of drawings explained in more detail. 1 shows the known construction principle of a phase-controlled Antenna with radiation feed, FIG. 2 shows an overall antenna arrangement with a reduced Number of phase shifters and reduced number of emitters, Fig. 3 a principle Arrangement of the radiation-fed collector-emitter system with amplitude correcting Auxiliary reflector according to the invention, FIG. 4 an arrangement with a reduced auxiliary reflector, large construction depth, thinned emitter and four diagonal horns for monopulse bearing, Fig. 5 shows the excitations in the four diagonal horns according to Fig. 4, Fig. 6 a principle Arrangement with aligned, different collector radiators and enlarged ones Antenna aperture, FIG. 7 the view of the rear side of one of four subgroups Antenna, FIG. 8 an arrangement for cumulative differential direction finding by means of an antenna according to the invention with two subgroups according to wig.7, and Fig.9 the feed device of subgroups with preamplifiers in a large association.

In Fig.1 ist der prinzipielle Aufbau einer phasengesteuerten Antenne mit Strahlungsspelsung (lurchgangstyp) gezeigt.In Fig.1 is the basic structure of a phase-controlled antenna shown with radiation flushing (passage type).

Im Sendefall geht eine Kugelwelle 1 von einem an eine Sende-Empfangseinrichtung 70 angeschalteten Primärstrahler 2 aus und trifft auf Einzelstrahler 3 eines Kollektors. Ein Großteil der auftreffenden Energie wird empfangen und über teitungen 4 den Strahlern 5 eines Emitters zugeführt. Durch zwischengeschaltete Phasenschleber 6 erhält jeder Einelstrahler 4 des Emitters eine solche Phase, daß eine ebene Welle 7 wählbarer Neigung wieder abgestrahlt wird. Das Kollektor-Emitter-System wirkt also als Linse mit zusätzlich linearer Phasenprogression entlang der Apertur.In the case of transmission, a spherical wave 1 goes from one to a transceiver device 70 connected primary radiator 2 and strikes individual radiators 3 of a collector. A large part of the incident energy is received and transmitted via lines 4 to the radiators 5 fed to an emitter. Through the interposed phase regulator 6 everyone receives Single radiator 4 of the emitter such a phase that a plane wave 7 can be selected Inclination is emitted again. The collector-emitter system thus acts as a lens with an additional linear phase progression along the aperture.

Für den Aufwand ist vor allem die Zahl der Phasenschieber 6 maßgebend. Sie kann reduziert werden, wenn weniger Einzelstrahler 5 auf der Emitterseite betrieben werden. Man verwendet dann die sogenannte Verdünnungstechnik, bei der die aktiv betriebenen Einzelstrahler 5 etwa statistisch innerhalb der Apertur verteilt sind. Oder man vergrößert die Abstände der Emitterstrahler 5 gegen den Aperturrand hin. Dagegen muß die Kollektorseite voll besetzt sein, damit keine Energie im Speisesystem verlorengeht.The number of phase shifters 6 is decisive for the effort. It can be reduced if fewer individual radiators 5 are operated on the emitter side will. Man then uses the so-called dilution technique which the actively operated individual radiators 5 approximately statistically within the aperture are distributed. Or you increase the distances between the emitter radiator 5 and the Aperture edge. On the other hand, the collector side must be fully occupied so that there is no energy is lost in the feed system.

Die Antennenanordnung dient zum Senden und Empfangen, sofern die Phasenschieber reziprok ausgebildet sind.The antenna arrangement is used for sending and receiving, provided the phase shifter are formed reciprocally.

Ein angepaßter A/2-Dipol hat im freien Raum eine Absorptionsfläche von #²/8. In einer Dipolgruppe mit ebener Reflektorwand verdoppelt sich die Absorptionsfläche in der iiauptstrahlrichtung. Damit kann dann jedem Dipol eine quadratische Fläche mit einer Seitenlange von etwa A/2 zugeordnet werden In erster Annäherung muß der Kollektor also aus einem Dipolfeld mit den gegenseitigen Abständen von A/2 bestehen. Gewisae Änderungen treten durch gegenseiti.ge Verkopplung, schrägen Einfall und dergl, auf.A matched A / 2 dipole has an absorption surface in free space from # ² / 8. In a dipole group with a flat reflector wall, the absorption area doubles in the main beam direction. This means that each dipole can have a square area with a side length of about A / 2. As a first approximation, the Collector consist of a dipole field with the mutual distances of A / 2. Certain changes occur through mutual coupling, oblique incidence and like, on.

In Fig.2 ist ein bekanntes System mit Primärstrahler 13, Kollektor 14, Phasenschiebern 15 und Emitter 16 mit verringerter Strahleranzahl prinzipiell gezeigt. Durch das Zusammenschalten von jeweils zwei oder mehreren Kollektorstrahlern 17 und 18 des Kollektors 14 gelingt es, bis zu einen gewissen Grad die geringeren Amplituden der Emitterstrahler 16 am Aperturrand zu vergrößern. Es entsteht jedoch auch eirz schraffiert dargestellter Überstr&nlungsbereich 19 innerhalb des Primärdiagramms 20. Einzeldiagramme der Kollektorstrahler sind mit 21 und Paardiagramme mit 22 bezeichnet. Zur besseren Entkopplung können Dipole, die mit einem Abschlußwiderstand 71 versehen sind, in die Emitterapertur eingesetzt sein.In Fig.2 is a known system with primary radiator 13, collector 14, phase shifter 15 and emitter 16 with a reduced number of radiators in principle shown. By interconnecting two or more collector emitters 17 and 18 of the collector 14 succeed to a certain extent the lower To increase the amplitudes of the emitter radiators 16 at the aperture edge. However, it arises Overflow area 19, also shown with a dashed line, within the primary diagram 20. Individual diagrams of the collector radiators are denoted by 21 and pair diagrams by 22. Dipoles with a terminating resistor 71 can be used for better decoupling are to be inserted into the emitter aperture.

Ein Ar,stieg der Amplituden am Aperturrand kann zwar durch ein geändertes Primärdiagramm, wie es z.B. durch Verwendung von Flächenstrahlern nach der deutschen Auslegeschrift 1 293 254 erzeugt wird, erreicht werden. Es werden dazu beispielsweise ein Mehrmoden-Horn, konzentrische Hornstrahler oder ar,dere ausgebildete Horngruppen eingesetzt. Alle diese Pormen lassen sich jedoch in der Praxis nur schwer realisieren, da eine Rotationssymmetrie, eine eindeutige Polarisation, eine gewisse Bandbreite usw. zu fordern sind.An Ar, the amplitude increased at the aperture edge can indeed through a Changed primary diagram, for example by using surface radiators according to the German Auslegeschrift 1 293 254 is generated. It will for example a multi-mode horn, concentric horn radiators or ar, dere trained horn groups used. However, all these porms can be found in the Difficult to realize in practice, as a rotational symmetry, a clear polarization, a certain bandwidth etc. are required.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung mit dem Hilfsreflektor treten diese Schwierigkeiten nicht auf. Außerdem kann die Bautiefe geringer sein und die Strahlung in den rückwärtiger Winkelbereichen läßt sich gut abschirmen. Der Primarstrahler hat eine kleine Apertur und ist einfach aufgebaut und gespeist. Der Amplitudenverlauf kann In weiten Grenzen variiert werden und die Überstrahlung ist gering.Step with the auxiliary reflector in the method according to the invention these difficulties do not arise. In addition, the overall depth can be less and the Radiation in the back angle ranges can be shielded well. The primary radiator has a small aperture and is simple to set up and feed. The amplitude curve can be varied within wide limits and the overexposure is low.

Der prinzipielle Aufbau und die Wirkungsweise werden anhand von Pig.3 erläutert. Dem Kollektor-Emitter-System üblicher Bauart mit Kollektor 29, Phasenschieber 30 und Emitter 31 steht auf der Kollektorseite ein rotationssymmetrischer Hilfsreflektor 32 gegenüber. Er wird von einem kleinen Primärstrahler 33 mit 'möglichst rotationssymmetrischem Diagramm (Diagonalhorn, Mehrmoden-Horn, Stieletrahler, Spiralantenne etc.) angestrahlt. Dieser Strahler 33 befindet sich im Zentrum und etwa in der Ebene der Kollektorstrahler 29, die vor einer ebenen Wand 29a angeordnet sind. Der Hilfsreflektor 32 ist normalerweise so geformt, daß die Primärstrahlung mit hoher Energiedichte im Zentralbereich stark divergiert wird, während die schwache Energiedichte im X2.ndbereich konzentriert wird. Man erkennt diese Strahlreflexionen aus Fig.3 mit übertrieben dargestellter hmplitudenkorrektur. Die Energie zwischen den eng benachbarten Strahlen a und b fällt auf die Kollektorstrahler 29 in das Gebiet von a' bis b', während die Energie zwischen den weit entfernten Strahlen c, d und e auf ein ähnlich großes Gebiet von c' über d' bis e' trifft. Notwendig ist dabei allerdings ein relativ fein unterteilter Kollektor 29 mit einer Phasenkorrektur von Strahler zu Strahler. Diese kann in den Phasenschiebern 30 berücksichtigt oder durch unterschiedliche Leitungslängen zu den Emitterstrahlern 31 ausgeglichen werden.The basic structure and the mode of operation are illustrated by Pig.3 explained. The collector-emitter system of the usual type with collector 29, phase shifter 30 and emitter 31 is a rotationally symmetrical auxiliary reflector on the collector side 32 opposite. It is provided by a small primary radiator 33 which is as rotationally symmetrical as possible Diagram (diagonal horn, multimode horn, stem radiator, spiral antenna, etc.) illuminated. This radiator 33 is located in the center and approximately in the plane of the collector radiator 29, which are arranged in front of a flat wall 29a. The auxiliary reflector 32 is normally shaped so that the primary radiation with high energy density in the central area is strong is diverged, while the weak energy density is concentrated in the X2nd area will. One recognizes these beam reflections from FIG. 3 with an exaggerated representation hmplitude correction. The energy between the closely spaced rays a and b falls on the collector radiator 29 in the area from a 'to b', while the energy between the far distant rays c, d and e to a similar one large area from c 'through d' to e 'meets. What is necessary, however, is a relative finely divided collector 29 with phase correction from emitter to emitter. This can be taken into account in the phase shifters 30 or by different ones Line lengths to the emitter radiators 31 are compensated.

Wenn der Durchmesser des Hilfsreflektors 32 etwa 20 A (A = Wellenlänge) beträgt, kann die Berechnung der Reflektorkontur nach den quasioptischen Reflexionsgesetzen geschehen. Dabei wird angenommen, daß der Einfallswinkel gleich dem Ausfallwinkel ist und daß die Energie in einem bestimm ten Raumwinkelbereich auch nach der Reflexion erhalten bleibt. Bei kleineren Durchmessern verursachen die Beugslgseffekte erhebliche änderungenund bei Durchmessern kleiner 10 A wird auch der Flankenabfall des reflektierten Primärdiagramms mit angenäherter Sektorform schwächer, Am Rand des Hilfsreflektors 32 ist ein Absorber 34 zunKollektor 29 hin zur Absorption etwaiger Überstrahlung vorgesehen.If the diameter of the auxiliary reflector 32 is about 20 A (A = wavelength) the reflector contour can be calculated according to the quasi-optical reflection laws happen. It is assumed that the angle of incidence is equal to the angle of reflection is and that the energy in a certain th solid angle range even after reflection preserved. With smaller diameters, the deflection effects cause considerable changes and for diameters smaller than 10 A, the slope of the reflected Primary diagram with approximate sector shape weaker, at the edge of the auxiliary reflector 32 is an absorber 34 to the collector 29 to absorb any over-radiation intended.

Fig.4 zeigt eine Teilansicht einer strahlungsgespeisten Antennenanordnung mit Kollektor 35, Phasenschieber 36, Emitter 37, Primärstrahler 38 und einem verkleinerten Hilfsreflektor 39. Bei einer großen Antennenapertur mit sehr vielen Einzelstrahlern ist es nicht notwendig, den Hilfsreflektor 39 gleich groß zu machen. Das Speisesystem ist dann ähnlich aufgebaut wie bei einer Cassegrain-Antennemit amplitudenkorrigiexendem Pangreflektor. Die Bautiefe hat allerdings zugenommen und eine Abschirmung ist aufwendiger.4 shows a partial view of a radiation-fed antenna arrangement with collector 35, phase shifter 36, emitter 37, primary radiator 38 and a reduced Auxiliary reflector 39. With a large antenna aperture with a large number of individual radiators it is not necessary to make the auxiliary reflector 39 the same size. The feeding system is then constructed similarly to a Cassegrain antenna with an amplitude-correcting device Pang reflector. However, the overall depth has increased and shielding is more complex.

Eine Zusammenfassung der Kollektorelemente 35 wie bei den Koll-ektorstrahlern 35a ist zur weiteren Abstufung der Amplituden und zur Verdünnung des Emitters 37 möglich.A summary of the collector elements 35 as in the case of the collector radiators 35a is for further gradation of the amplitudes and for diluting the emitter 37 possible.

Der Primärstrahler 38 kann aus einem oder mehreren BinUelstrahlern susammengesetzt sein. Durch verschiedenartigste Zusammenschaltung kann die Primärstrahlung verändert werden.The primary radiator 38 can consist of one or more binary radiators be composed. The primary radiation to be changed.

Es können aber auch bei getrennter Speisung Strahlen in unterschiedlichen Richtungen erzeugt oder es kann eine Trennung im Sende- und Empfangs fall vorgenommen werden.But it can also with separate feed beams in different Generates directions or a separation can be made in the case of transmission and reception will.

Eine Monopulsp'eilung ist beispielsweise, wie in Fig.5 dargestellt, mit vier Diagonalhörnern 40, 41, 42, 43 als Primärstrahler 58 ausführbar. Beim Summendiagramm ( E )sind alle vier Hörner 40, 41, 4-2, 43 gleichphasig zusammengeschaltet, bei den Differenzdiagrammen (E Av) nur jeweils zwei gegenüberliegende in Gegenphase.A monopulse division is, for example, as shown in FIG. with four diagonal horns 40, 41, 42, 43 as primary radiators 58. With the sum diagram (E) all four horns 40, 41, 4-2, 43 are connected together in phase, at the difference diagrams (E Av) only two opposite each other in antiphase.

Es ist grundsätzlich möglich, die Emitterapertur größer als den Kollektor zu machen und ihr eine.von der Kreisform abweichende Kontur zu geben. Von den Kollektorstrahlern und den Phasenschiebern führen dann etwas längere Leitungen zu den Einzelstrahlern des verdünnten Emitters. Die Dämpfung nimmt dabei allerdings zu, vor allem wenn gleich zunge Leitungen verwendet werden. Anderenfalls nimmt die Bandbreite ab. In Fig.6 ist eine derartige Antenne dargestellt, wobei der Kollektor 44 dann gekrümmt aufgebaut ist. Die Einzelstrahler des Kollektors 44 sind etwa auf die jeweilige Strahlrichtung ausgerichtet und können auch etwas unterschiedliche Abmessungen haben. Damit werden die Absorptionsflächen der Einzelstrahler und die einzelnen Amplituden beeinflußt. Das ist beispielsweise durch Stielstrahler unterschiedlicher Längen möglich. Damit lassen sich die Größe der Anordnung und die Zahl der Emitterelemente 45 besser variieren. Die Kollektorstrahler 44 sind über Phasenschieber. 46 und unterschiedlich lange Leitungen 47 mit den Emitterstralilern 45 verbunden. Der vom Speisehorn 49 bestrahlte Ililfsreflektor 48 besitzt relativ kleine Abmesungen.It is basically possible to make the emitter aperture larger than the collector and to give it a contour that deviates from the circular shape. From the collector radiators and the phase shifters then lead somewhat longer lines to the individual radiators of the thinned emitter. The attenuation increases, however, especially when same tongue lines can be used. Otherwise the bandwidth will decrease. In FIG. 6 shows such an antenna, the collector 44 then being curved is constructed. The individual radiators of the collector 44 are approximately on the respective Beam direction aligned and can also have slightly different dimensions. This makes the absorption surfaces of the individual radiators and the individual amplitudes influenced. This is, for example, with stem emitters of different lengths possible. This allows the size of the arrangement and the number of emitter elements 45 better vary. The collector radiators 44 are phase shifters. 46 and different long lines 47 connected to the Emitter Stralilern 45. The one from Speisehorn 49 irradiated auxiliary reflector 48 has relatively small dimensions.

Bei einer Aufteilung der Antenne in Untergruppen, ist es besonders notwendig, den Amplitudenverlaufzu kontrollieren. Um beispielsweise die Nebenzipfel im Summendiagramm einer Monopulseinrichtung klein zu halten, muß sich die Belegung an den Grenzen der Untergruppen kontinuierlich fortsetzen i,nd vor allem im zentralen Bereich der Antenne apertur müssen die benachbarten Einzelstrahler der Untergruppen auch relativ große Amrlitudenwerte haben.If the antenna is divided into subgroups, it is special necessary to control the amplitude curve. For example, around the side lobes To keep the total diagram of a monopulse device small, the occupancy must be to continue continuously at the boundaries of the subgroups i, nd especially in the central one The area of the antenna aperture must be the neighboring individual radiators of the subgroups also have relatively large volume values.

Fig.7 zeigt eine solche Anordnung mit vier Untergruppen 50, 51, 52 und 53. Die Kollektorsysteme 55 sind rotationssymmetrisch aufgebaut und jeweils durch einen zentralen Strahler gespeist. Dagegen ist die gesamte, durch die Emitterstrahler gebildete Antennenapertur 54 beliebig geformt und die Verbindungsleitungen von den Kollektorelementen 55 zu den Emitterstrahlern 54 haben unterschiedliche Längen. Die Bandbreite ist damit herabgesetzt, es sei den, die Steuerung der Phasenschieber geschieht je nach Frequenz verschieden. Meist sind die Einzelstrahler im Zentrum der Apertur 54 dichter gesetzt als am Rand. Die Hilfsreflektoren sind mit 56 und ein Kollektorverteiler für Summen-Differenzbetrieb der vier Untergruppen 50, 51, 52, 53 ist mit 57 bezeichnet.7 shows such an arrangement with four subgroups 50, 51, 52 and 53. The collector systems 55 are constructed to be rotationally symmetrical and each fed by a central radiator. In contrast, the entire, through the emitter radiator formed antenna aperture 54 arbitrarily shaped and the connecting lines from the Collector elements 55 for emitter radiators 54 have different lengths. The bandwidth is thus reduced, unless the control of the phase shifter happens differently depending on the frequency. Usually the individual radiators are in the center the aperture 54 is set closer than at the edge. The auxiliary reflectors are 56 and a collector distributor for cumulative differential operation of the four subgroups 50, 51, 52, 53 is denoted by 57.

Eine solche Anordnung.mit vier Untergruppen, von denen lediglich zwei sichtbar sind, zur Summen- und Differenzpeilung ist in. Fig.8 von der Seite dargestellt. Die Aperturbelegung ist mit 58 angedeutet und die Primärstrahler für zwei Untergruppen sind mit 59 und 60 bezeichnet.Such an arrangement. With four subgroups, of which only two are visible, for total and differential bearing is shown in Fig.8 from the side. The aperture allocation is indicated with 58 and the primary radiators for two subgroups are denoted by 59 and 60.

In Fig.9 ist die Spe~iswlg zweier Untergruppen in einem größeren Verband gleichartiger Untersysteme entsprechend Fig.8 gezeichnet. Der Vorteil dabei ist, daß die Bautiefe stark herabgesetzt wird und'gleiche Steuersysteme für alle Untergruppen verwendet werden können. In jeder Untergruppe ist noch ein weiterer Phasenschieber 66 in die Speiseleitung 65 gesetzt und wird gesteuert. Weiter sind für den Sende- und den Empfangsfall getrennte Verstärker 61, ,62 und elektronische Umschalter 63 und 64 vorgesehen. Dann sind die Verluste durch die Leitungsführung bis zum Sender bzw. Empfänger unwichtig. Durch die Aufteilung können große Energien abgestrahlt werden.Fig. 9 shows the food of two subgroups in a larger association similar subsystems drawn according to Fig.8. The advantage is that the construction depth is greatly reduced and the same control systems for all subgroups can be used. In every subgroup is yet another Phase shifter 66 is set in feed line 65 and is controlled. Are further separate amplifiers 61, 62 and electronic for transmission and reception Changeover switches 63 and 64 are provided. Then the losses are due to the wiring unimportant to the sender or receiver. Through the division, great energies can be created be emitted.

Verzichtet man auf gleich aufgebaute Untergruppen oder wenigstens auf gleiche Steuersysteme, so sind Mehrfachstrahlen, Strahlverformungen, unterschiedliche Sende- und Empfangsdiagramme und dergl. relativ einfach erreichbar.Do you dispense with identically structured sub-groups, or at least on the same control systems, multiple beams, beam deformations, are different Send and receive diagrams and the like. Relatively easily accessible.

Eine Belegungsänderung über die gesamte, sich über alle Untergruppen erstreckende Antennenapertur läßt sich beispielsweise durch unterschiedliche Verstärker oder durch andere Phasen, z.B. für veränderte Strahlbreiten, Mehrfachstrahlen und dergl., erzielen.A change in occupancy across the whole, across all subgroups extending antenna aperture can be, for example, through different amplifiers or through other phases, e.g. for changed beam widths, multiple beams and the like., achieve.

In Sonderfällen kann auf die Rotationssymmetrie des Hilfsreflektors und des Kollektoraufbaues verzichtet werden.In special cases, the rotational symmetry of the auxiliary reflector and the collector structure can be dispensed with.

Das ist beispielsweise bei Antennen mit sehr langgestreckter Aperturform zweckmäßig, da anderenfalls die Leitungen, welche die Kollektorelemente mit den Emitterstrahlern verbinden, zu große Längen haben. (Das wäre nur bei aktiven Antennen zulässig, bei denen jeder Emitterstrahler mit einem Verstärker ausgerüstet ist.) Bei langen Antennenaperturen hat dann der Hilfsreflektor eine ovale Form und der Hornstrahler sowie der Kollektor sind daran angepaßt..This is the case, for example, with antennas with a very elongated aperture shape expedient, otherwise the lines, which the collector elements with the Connect emitter radiators, have too great lengths. (That would only be with active antennas permissible, where each emitter radiator is equipped with an amplifier.) In the case of long antenna apertures, the auxiliary reflector has an oval shape and the Horn radiators and the collector are adapted to it.

Ein Extremfall ist die Anregung einer linearen Antennengruppe, für welche beispielsweise zur Erreichung einer speziellen Diagrammform ein ganz besonderer Amplituden-und Phasenverlauf gefordert wird. Dafür kann ein Parallelplattensystem mit einem sehr niedrigen, nur in einer Ebene gekrümmten Hilfsreflektor verwendet werden. Des aufbau 'ist - entsprechend den vorausgegangenen Figuren - als flacher Ausschnitt ausgebildet, ähnlich einer Segmentantenne.An extreme case is the excitation of a linear antenna group for which, for example, to achieve a special diagram form a very special one Amplitude and phase progression is required. A parallel plate system can be used for this used with a very low auxiliary reflector curved in only one plane will. Of construction 'is - according to the previous figures - Designed as a flat cutout, similar to a segment antenna.

Bei senkrechter Polarisation muß der Plattenabstand kleiner N/2,und bei paralleler Polarisation größer A/2 sein. Um die teilweise Abdeckung des Kollektors durch das Speisehorn zu vermeiden, kann das Horn auch am Kollektorrand angeordnet werden. Es muß etwa auf das Zentrum des zylindrischen Hilfsreflektors gerichtet sein, der eine geeignete unsymmetrische Form hat. Als Kollektorstrahler eignen sich offene Hohlleiter, Dipolsonden oder dergl. Ihre Anordnung kann gerade oder gekrümmt sein. Die Rückwirkungen auf das Speisehorn durch Teilreflexionen der auf den Kollektor auftreffenden Wellen sind bei der unregelmäßigen Form des Hilfsreflektors stark abgeschwächt, so daß mit Resonanzerscheinungen in diesem Raum nicht zu rechnen ist.In the case of perpendicular polarization, the plate spacing must be less than N / 2, and be greater than A / 2 with parallel polarization. To partially cover the collector To avoid this by using the food horn, the horn can also be arranged on the edge of the collector will. It must be directed approximately at the center of the cylindrical auxiliary reflector which has a suitable asymmetrical shape. As collector radiators are suitable open waveguides, dipole probes or the like. Their arrangement can be straight or curved be. The repercussions on the food horn due to partial reflections on the collector incident waves are strong due to the irregular shape of the auxiliary reflector weakened, so that resonance phenomena are not to be expected in this room.

9 Figuren 21 Patentansprüche9 Figures 21 claims

Claims

Claims 1. Phased array antenna with a plurality of individual radiators, their phase setting with electronically variable phase shifters takes place by a primary radiator emitting essentially a spherical wave fed via an auxiliary reflector, using the phase shifters associated collector radiators and emitter radiators, which are calculated on the basis of the Phase shifter setting one level, adjustable with regard to the radiation coil Radiate wave, that is, that the radiation connection auxiliary reflector provided between the primary radiator (33) and the collector radiators (29) (32) is shaped so that the reflected on it and on the collector radiator (29) directed radiation energy has such an angular distribution that at the collector radiators (29) results in a switched field strength distribution, and that the phase differences occurring in the collector radiators (29) by corresponding Settings of the phase shifter (30) or by different lead lengths to the emitter radiators (31) are compensated.

2. Phase-controlled antenna arrangement according to claim 1, d ad u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the auxiliary reflector (32) is designed so that There is an essentially constant field strength distribution at the collector radiators (29) results.

3. Phase-controlled antenna arrangement according to claim 1 or 2, d ad u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the primary radiator (33) is essentially a symmetrical Has radiation diagrams and close to the aperture the collector radiator 129) is arranged.

4. Phased antenna arrangement according to one of the preceding Claims that the primary radiator is made from different single emitters.

5. Phased antenna arrangement according to one of the preceding Claims that the auxiliary reflector (32) Is designed to be rotationally symmetrical.

6. Phased Auntennena.Order according to one of the preceding Claims, d a d u r c h e k e nnz e i c h n e t that at essentially perpendicular The individual collector radiators of radiation striking the collector radiator surface (29) formed by radiators of the same type arranged in front of a flat wall (29a) are.

7. Phase-controlled antenna arrangement according to claim 4, d ad u r c h e k e nn z e i c h n e tS that the radiators arranged in front of the flat wall (29a) (29) are dipoles.

8. Phase-controlled antenna arrangement according to one of claims 1 to 6, that the Eoilektor single emitter waveguide emitter are.

9. Phased antenna arrangement according to one of claims 1 to 5, d u r c h e k e n n n z e i c hn e t, that for such radiation on the Collector (44), which deviates strongly from the vertical direction, the collector emitter surface is curved

10. Phased antenna arrangement according to claim 9, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t, that as a single collector radiator (44) Longitudinal radiators, e.g. dielectric stem radiators, with possibly different ones Dimensions are used which are located in front of a curved wall (44a).

11. Phased antenna arrangement according to one of the preceding Claims, d a d u r c h e k e n nz e i c h n e t, that several collector single radiators (35a) are interconnected via phase compensation lines and the number of Phase shifter and the emitter single radiator is smaller than the number of collectors single radiator.

12. Phased antenna arrangement according to one of the preceding Claims that the aperture of the emitter radiator is not shown is greater than that of the collector radiator and this Emitterstrahier statistically within the antenna aperture are distributed.

13. Phase-controlled antenna arrangement according to one of claims 1 to 11, d a d u r c h e k e n n n z e i, c hn e t that the aperture of the emitter radiator is larger than that of the collector radiator and the distances between the emitter radiators deg Aperturrand increase,

14. Antenna arrangement, d u r c h e k e n n z e i c hn e t that several phased antenna arrangements according to one of the preceding Claims are grouped together and that within any one shaped antenna aperture lying emitter radiator intended for the entire group are.

'15. Antenna arrangement according to Claim 14, d u r c h g ek e n n notices that four phased antenna arrays (see above, 51, 52, 53) - are connected to a group for cumulative differential operation and a common one Antenna aperture (54) with the corresponding symmetrically distributed emitter radiators to have.

16. Antenna arrangement consisting of numerous subgroups according to Claim 14, d a d u r c h g e n n n z e i c h.-n e- t, aass for each subgroup In addition, a controllable phase shifter (66) is switched into the feed lines is.

17. Antenna arrangement according to claim 16, d a d u r c h g ek e n n z e i c h e t that separate amplifiers (61, 62) for the transmission and reception and electronic changeover switches (63, 64) are provided.

18, phase-controlled antenna arrangement according to one of claims 1 to 4 and 6 to 17, d u r c h g e n nz e i c h n e t that with an elongated The antenna aperture of the auxiliary reflector has an oval shape.

19. Phase-controlled antenna arrangement according to one of claims 1 to 4 and 6 to 17, d a d u'r c h e k e n nz e i c h n e t that with one from linearly arranged emitter radiators, e.g. a parallel plate system Antennenapertur an auxiliary reflector curved only in one plane is provided.

20. A phased antenna arrangement according to claim 19, d for c h g e k-e n n-z e i c h n e t that with perpendicular polarization the distance between the plates smaller than half a wavelength and larger than one with parallel polarization is half the wavelength.

21. Phase-controlled antenna arrangement according to one of Claims 18 up to 20, that is, that the primary radiator is at the edge of the collector arranged and about the center of the Eilfsreflektors is like and that the Auxiliary reflector has a suitable asymmetrical shape.

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