DE2216952C3

DE2216952C3 - Phasengesteuerte Radar-Strahlergruppe

Info

Publication number: DE2216952C3
Application number: DE19722216952
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Aradar Corp Ambler Pa (vsta)
Current assignee: Aradar Corp Ambler Pa (vsta)
Priority date: 1972-04-07
Filing date: 1972-04-08
Publication date: 1980-05-22
Also published as: DE2216952A1; DE2216952B2; FR2178813A1; NL7204873A; FR2178813B1; GB1341360A

Description

I Φ =

360

2" —

30

2. Radar-Strahlergruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Phasenverschiebungen, die durch die Ferritkerneinheit an jedem Phasenschieber einstellbar ist, gleich 360° ist

3. Radar-Strahlergruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl η der Stufen der Ferrigkerneinheit = 4 ist und die Stufen sowie die daraus resultierende 4stellige binäre Ziffernfolge die Wertigkeit 8, 4, 2, 1 haben, entsprechend einer Phasenverschiebung von 192°, 96°, 48° und 24° als kleinstem Winkelzuwachs.

4. Radar-Strahlergruppe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlschwenksteuerungseinrichtung so ausgebildet ist, daß bei nichtreziproken Phasenschiebern die Steuerung der Phasenschieber sowohl in der Sende- als auch in der Empfangsperiode nach dem gleichen Prinzip erfolgt

5. Radar-Strahlergruppe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Ferritkerneinheiten über Treiberstufen (TB) erfolgt, die von einem aus Binärstufen aufgebauten Zähler (Z^angesteuert werden.

6. Radar-Strahlergruppe nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine gemeinsame Treiberstufe (TB) zum Einstellen entsprechender mittensymmetrischer Ferritkerneinheiten (N, N') vorgesehen ist, die von einem einzigen Zähler, dessen Binärstufen zueinander inverse Ausgänge aufweisen, gesteuert wird.

7. Radar-Strahlergruppe nach Anspruch 6 in Rückbeziehung auf den Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberstufen (TB) die Phasenschieber für die Empfangsperiode in den entgegengesetzten Zustand relativ zu dem für die Sendeperiode setzen.

8. Radar-Strahlergruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberstufen Rückstelleinrichtungen und Speicherkondensatoren (Q, C₂) zweifach aufweisen, so daß genügend Rückstellstrom zur Verfügung steht, um die Phasenschieber zweimal während jeder Sendeperiode rückzustellen.

9. Radar-Strahlergruppe nach Anspruch 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Paar von durch die Mittensymmetrie zugeordneten 4-Bit-Ferritkerneinheiten eine, eine Voreinstellung für beide Binärwerte (1,0) bewirkende Voreinstell-Treiberstufe (VTB) zugeordnet ist

10. Radar-Strahlergruppe nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsamen Treiberstufen nach einem solchen Programm gesteuert sind, daß jede nur einmal während des Sende-/Empfangs-Zyklus angeschaltet ist

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine phasengesteuerte Radar-Strahlergruppe, deren Strahler mittensymmetrisch angeordnet und jeweils über einen durch ein binäres Signal in der Phase mittels einer Strahlschwenk-Steuerungseinrichtung gesteuerten Phasenschieber mit einem Mikrowellensender bzw. -empfänger verbunden sind, und bei der die Strahlschwenksteuerungseinricbtung mit ihren Ausgangssignalen jeweils die Werte der Phasenverschiebung der der einen Strahlergruppenhälfte zugeordneten Phasenschieber und mit von diesen Ausgangssignalen abgeleiteten Signalen die jeweils vorzeichenentgegengesetzten Werte der der anderen Strahlengruppenhälfte zugeordneten Phasenschieber steuert, wobei jeder der Phasenschieber zur Einstellung einer Phasenverschiebung aufgrund einer binären Ziffernfolge eine η-Stufen enthaltende Ferritkerneinheit aufweist, deren Stufen unterschiedliche Abmessungen und damit unterschiedlichen Einfluß auf die Phaseneinstellung bei gleicher Eingangsgröße besitzen.

Bei derartigen Radar-Strahlergruppen, die z. B. aus »The Microwave Journal«, Jan. 1971, S. 31-38, im Prinzip bekannt sind, werden die Strahlerelemente in einem rechteckigen Feld von Zeilen und Spalten angeordnet. Die Signale, die dabei auf jede Spalte der Strahlerelemente aufgeschaltet werden, sind bezüglich der auf die anderen Spalten der Strahlerelemente aufgeschalteten Signale phasenverschoben, um hierdurch den Antennenstrahl zu formen und einzustellen. Durch Wechsel der Phasenverschiebungen für aufeinanderfolgende Energie-Impulse wird der Antennenstrahl bewegt Bei einer derartigen elektrischen Strahlschwenkung können die Abtastraten wesentlich höher sein als bei Anordnungen, wo der Antennenstrahl von einem sich mechanisch drehenden Parabolreflektor geführt wird. Sie sind insbesondere auch für die Anwendung bei Luft-,oder Bodenbeförderungssystemen geeignet da ihre Konstruktion wesentlich leichter ist als die der sich mechanisch drehenden Parabolreflektorantennen. Beispielsweise kann ein solcher phasengesteuerter Gruppenstrahler in die Kanzel oder die Tragfläche eines Flugzeuges eingesetzt werden, ohne daß die Aerodynamik des Flugzeuges beeinträchtigt wird.

Für die Anordnung der Strahlerelemente innerhalb der Gruppe und für die Art der Phasensteuerung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine Ausführungsform ist in der US-PS 33 80 053 dargestellt Bei dieser bekannten Antennenanlage mit einer phasengesteuerten Radar-

Strahlergruppe sind die Strahler mittensymmetrisch angeordnet In den einzelnen Anschlußkopplungen sind Phasenschieber vorgesehen, die direkt durch ein binäres Signal eingestellt werden. Die Phasenschieber bestehen dabei jeweils aus einer mehrstufigen Femteinheit, deren Stufen unterschiedliche Abmessungen und damit unterschiedlichen Einfluß auf die Phaseneinstellung bei gleicher binärer Eingangsgröße besitzen. Die Ferritkernstufe mit der kleinsten Abmessung bestimmt den kleinsten Winkelzuwachs, das Inkrement der Phasenverschiebung; die anderen Stufen haben durch eine entsprechende Auslegung der Abmessungen einen höheren Einfluß auf die Phasenverschiebung, so daß durch Anlegung einer binären Ziffernfolge, deren Ziffernzahl der Stufenzahl der Ferritkerneinheit entspricht, eine bestimmte Phasenverschiebung gestuft einstellbar ist Die Zahl der Einstellmöglichkeiten richtet .■rieh dabei nach der Anzahl der Stufen, d. h. der Größe der BinärzahL

Es ist bekannt, in den Phasenschiebern, die dem kleinsten Winkelzuwachs der Phasenverschiebung ΔΦ zugeordnete Ferritkernstufe so zu bemessen, daß die Einstellung des kleinsten Winkelzuwachses aufgrund der zugeordneten binären Ziffer nach der Beziehung

I Φ =

360" 2"

Phasenverschiebung in Grad f°)

Binärzahl 8421

1	0,00
1	22,5
s	45,0
	67,5
	90,0
Λ	112,5
	135,0
	157,5
	180,0
	202,5
	225,0
	247,5
	270,0
	292,5
	315,0
*ι;.,*	337,5

ΑΦ =

360°

2"

0000 0001 0010 0011

0100

0101 0110

Olli 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

Bei einer derartigen digitalen Phasenwinkel-Steuerung tritt folgendes Problem auf. Es ist grundsätzlich erstrebenswert, den Aufwand an Steuermitteln mög-

10

15

20

25

bestimmt ist, wobei π die Stufenzahl der Ferritkerneinheit ist Bei einem üblichen Wert von π = 4 erhält man somit für den Wert des kleinsten Winkelzuwachses 22,5°. Werden nun den anderen Stufen der Ferriteinheit die Gewichte 2, 4 und 8 zugeordnet, d. h. die 2. Stufe ergibt die doppelte Verschiebung (45°), die 3. Stufe ergibt die vierfache Verschiebung (90°), und die 4. Stufe ergibt die achtfache Verschiebung (180°), so läßt sich die folgende Tabelle für die Abhängigkeit der Phasenverschiebung von der an die Ferritstufen angelegten steuernden Binärzahl aufstellen, wobei eine 1 bedeuten soll, daß die betreffende Ferritstufe angeschaltet ist, und eine 0 bedeuten soll, daß sie nicht angeschaltet ist, ganz entsprechend den Regeln der Digitaltechnik.

45

50

55

60 liehst gering zu halten. Aus diesem Grund ist es durch die obengenannte US-PS bereits bekannt, daß die Strahlschwenk-Steuerungsemrichtung mit ihrem Ausgangssignal die Werte der Phasenverschiebung der der einen Strahlengruppenhälfte zugeordneten Phasenschieber steuert, und mit von diesen Ausgangssignalen abgeleiteten Signalen die jeweils vorzeichenentgegengesetzten Werte der der anderen Strablergruppenhälfte zugeordneten Phasenschieber steuert Durch die Verwendung dieser sogenannten Komplementsteuerung steuert somit eine einzelne Steuerleitung zwei ruittensymmetrisch angeordnete Phasenschieber, wobei die Phasenwinkel entgegengesetztes Vorzeichen haben. Ist z.B. eine eingestellte Phase in der einen Hälfte der Strahlergruppe = Φ, so ist die Phase an den entsprechenden Phasenschiebern der anderen Hälfte -Φ, d.h. gleich 360° -Φ. Wenn man nun versucht, diese vorzeichenkomplementäre Phasenverschiebungssteuerung auf der Grundlage der bekannten Beziehung

ι φ = ³⁶°-

signalsteuerungstechnisch durchzuführen, so ergibt sich folgende Problematik:

Nimmt man z. B. gemäß der vorstehenden Tabelle einen Winkel Φ von 22,5° = 0001 an, so entspricht der Wert Φ = 337,5° dem steuernden Binärsignal 1111. Um nun dieses binäre Signal für den Phasenwinkel -Φ auf einfache Weise aus dem Steuersignal 0001 für den Winkel Φ abzuleiten, muß man die Binärzahl 0001 für den Winkel Φ negieren, d.h. 1110 bilden (auch Einer-Komplement genannt) und zusätzlich eine 1 in der letzten Stelle zuaddieren, damit sich der zutreffende Wert von 1111 für den Winkel -Φ ergibt (Die Negation mit anschließender Addition einer 1 wird auch das Zweier-Komplement genannt)

Mit der im Vorstehenden behandelten bekannten Auslegung der Ferriteinheiten gemäß

10 =

360
2"

hat man also den Nachteil, daß man von dem Steuersignal für die Phasenschieber der einen Hälfte nicht die sehr einfach zu bildenden Einer-Komplemente zur Komplementär-Steuerung der Phasenschieber der anderen Strahlgeruppenhälfte verwenden kann, sondern daß man das Zweier-Komplement bilden muß, d. h. eine 1 zu der Negation hinzuaddieren muß. Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, diese 1 hinzuzuaddieren. Eine Möglichkeit besteht darin, Binär-Addierer vorzusehen (US-PS 3 27 601). Ein anderer Weg besteht darin, den Ferritkerneinheiten, die durch das Komplement gesteuert werden, einen zusätzlichen Kern zuzuordnen. In beiden Fällen wird jedoch der Aufwand größen

Hierzu kommt ein weiteres Problem. Die Komplementsteuerung wird nämlich auch zum Schalten der Strahlergruppe von Senden auf Empfang benutzt Die vorgenannte US-PS 33 80 053 geht wie die Erfindung von »nicht-reziproken« Phasenschiebern aus, d. h. von solchen, die, wenn der sendende und der empfangende Antennenstrahl wie gewünscht in derselben Richtung liegen, ein Phasenverschiebungskommando von 180° beim Schalten zwischen Senden und Empfangen benötigen. Dies kann durch die Benutzung des Komplementes des Abtastsignals bewerkstelligt werden. In diesem Fall führt das »Einer-Komplement« zum korrekten Ergebnis, da jeder Phasenschieber in die entgegengesetzte Richtung, bezogen auf den Zustand

beim Senden, magnetisiert werden muß. Da jedoch die obengenannte Gruppenhälftesteuerung ein zusätzliches Bit benötigt, muß dieses Bit ebenfalls umgekehrt werden. Wenn nun der Antennenstrahl anfänglich in der rechten Gruppenhälfte gesteuert wird, dann werden die der linken Gruppenhälfte zugeordneten Phasenschieber von dem Binärsignal selbst und die rechten Phasenschieber von dem Einer-Komplementär plus einem Bit gesteuert werden. Wird nun der Antennenstrahl auf der linken Seite gesteuert, dann benutzt die rechte Seite das Binärsignal und die linke SeiteT erhält das Komplement plus einem Bit Deshalb muß das zusätzliche Bit auf der rechten Seite sein, wenn der Antennenstrahl ebenfalls rechts gesteuert wird und muß auf der linken Seite sein, wenn der Strahl ebenfalls auf der linken Seite getastet wird. Jeder der vierstufigen Phasenschieber muß dann eine 5. Stufe besitzen, wobei zwei Stufen dem kleinsten Bit der Binärzahl zugeordnet sind. Das bedeutet jedoch, daß ein zusätzlicher Treiber für die Einstellung der Ferritkerneinheiten notwendig ist, und zwar jeweils auf jeder Hälfte der Strahlergruppe, um alle acht der dem kleinsten Bit zugeordneten Stufen auf denselben Wert voreinzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ferritkerneinheiten der Phasenschieber jeweils so auszubilden, daß die Notwendigkeit der Hinzufügung eines zusätzlichen Bits vermieden wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der

Tabelle I

Tabelle für A Φ = 2λ/(2"-1) für η = 4

Erfindung dadurch, daß in den Phasenschiebern die dem kleinsten Winkelzuwachs der Phasenverschiebung ΔΦ zugeordnete Ferritkernstufe so bemessen ist, daß der kleinste Winkelzuwachs

I Φ =

36Ο^Γ

2" - 1

Bei der Strahlergruppe nach der Erfindung ist somit: die Summe der Phasenverschiebungen, die durch die Ferritkerneinheit an jedem Phasenschieber einstellbar ist, gleich 360° im Gegensatz zu 360° -22,5° wie im bekannten FaIL

Ist die Zahl π ·= 4 und nimmt man weiterhin an, daß die Stufen sowie die daraus resultierende vierstellige binäre Ziffernfolge die Wertigkeit 8,4, 2,1 besitzen, so gelangt man zu einem Wert von 24° als kleinstem Winkelzuwachs bzw. von 48°, 96° und 192° für die Stufen höherer Wertigkeit Die im folgenden dargestellte Tabelle I zeigt nun ausgehend von der erfindungsgemäßen Beziehung in 17 Zeilen (Nr. 0—16) die Winkelwerte und die dazugehörigen Phasenverschiebungswerte sowie die Binärkombinationen, die ja dem Zustand der Stufen der Ferritkerneinheiten entsprechen, die insgesamt an jeden Phasenschieber prinzipiell anlegbar sind. In jeder Zeile sind dabei, mit einem Strich versehen, die Werte des Einer-Komplementes angegeben.

Eingangs impuls Nr.	Phasenschiebersteuersignale 16π/15 8 σ/15 4.7/I5	0	0	2 σ/15	Gesamtphasenschiebung Radian Grad	0
O	0	1	1	0	0	360
O'	1	0	0	1	2 ff	24
1	0	1	1	1	2 ff/15	336
r	1	0	1	0	28 ff/15	48
2	0	1	0	0	4 ff/15	312
2'	1	0	1	1	26 ff/15	72
3	0	1	0	1	6 ff/15	288
3'	1	1	0	0	24 ff/15	96
4	0	0	1	0	8 ff/15	264
4'	1	1	0	1	22 ff/15	120
5	0	0	1	1	10 ff/15	240
5'	1	1	1	0	20 ff/15	144
6	0	0	0	0	12 ff/15	216
6'	1	1	1	1	18 ff/15	168
7	0	0	0	1	14 ff/15	192
T	1	0	0	0	16 ff/15	192
8	1	1	1	0	16 ff/15	168
8'	0	0	0	1	14/-/15	216
9	1	1	1	1	18 ff/15	144
9'	0	0	12 ff/15

	7	22 16	0 1	1 0	952	2 ;r/]5	8	240 120
Fortsetzung			0 1	1 0		0 1		264 96
Eingangs impuls Nr.		Phasenschiebersteuersignale 16ff/15 8/Γ/15 4/Γ/15	1 0	ο 1	1 0		288 72
10 10'		1 0	1 0	0 1	0 1		312 48
11 11'	1 0	1 0	1 0	1 0	Gesamtphasenschiebung Radian Grad	336 24
12 12'	1 0	1 0	1 0	0 1	20 ff/15 10 ff/15	360 0
13 13'	1 0	eser Tabelle lassen sich augenscheinlich die	1 0	22 ff/15 8 ff/15
14 14'	1 0	der Dipolstrahler,	24 ff/15 6ff/15
15 15'	1 0	26 ff/15 4 ff/15
28 ff/15 2 ff/15
2ff 0

Vorteile, die durch die Erfindung erzielt werden, entnehmen.

Zur Steuerung mittensymmetrischer Strahler braucht nur das »Einer-Komplement« gebildet werden, da für jede Zeile die Summe der Phasenverschiebung, gebildet aus dem Wert der Phasenverschiebung und seinem Einer-Komplementwert, gleich 360° ist Wird z. B. der Phasenschieber des Strahlers N mit der Kombination 1001 und der Verschiebung von 216° entsprechend Zeile 9 beaufschlagt, dann wird der symmetrisch dazu liegende Strahler N' mit dem Wert 0110 und dem richtigen Wert von 144° entsprechend Zeile 9' beaufschlagt

Das Signal mit den einzustellenden Phasenverschiebungswerten kann daher sehr einfach durch Inverter negiert werden. Es ist nicht der zusätzliche Aufwand notwendig, eine 1 hinzuzuaddieren, wodurch auch der weitere Nachteil der bekannten Schaltung hinsichtlich der Anzahl der Treiberstufen entfällt

Wie man durch Vergleich der Zeilen 15 und 16 erkennt, ist hier eine Redundanz gegeben. Die Phasenverschiebung von 360° in Zeile 15 hat die gleiche Wirkung wie die Phasenverschiebung von 0° in Zeile 16; es liegt hier die bekannte Vieldeutigkeit periodischer Winkelfunktionen vor. Zweckmäßig wird daher die Zeile 15 unterdrückt und die Zeile 16 (gleich Zeile 0) verwendet, d.h. die Kombination 1111 wird nicht zur Einstellung der Phasenschieber verwendet Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß man bei Verwendung eines Zählers zum Vorgeben der Phasenverschiebungssignale für den Phasenschieber den Zählstand 15 zum Zählstand 0 einfach überspringt

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer phasengesteuerten 17-Dipol-Strahlergruppe und der zugehörigen Strahlschwenk-Steuerungseinrichtung,

Fig.2 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Steuerung für den Vier-Bit-Ferritphasenschieber eines Fig.3 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Impulseingänge zu den binären Zählern,

F i g. 4 ein schematisches Diagramm eines zweckmäßigen Treibersystems und
F i g. 5 eine schematische Ansicht der Löschtreiber.

F i g. 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm zur Darstellung der gemeinsamen Einspeisung in einen phasengesteuerten Radar-Gruppenstrahler, der 17 Dipolelemente in der Horizontalen und 8 Dipolelemente in der Vertikalen aufweist Jeder Phasenschieber FS speist 8 vertikal angeordnete Dipolelemente. Die Strahlergruppe ist symmetrisch zu einem mitteidipo! EC aufgebaut, wobei die Dipole auf der einen Seite von der Mitte als £1 bis Ei und auf der anderen Seite als EV und ES' bezeichnet sind. Über eine Hybridanordnung wird die Energie gleichmäßig auf die 8 durch den gemeinsamen Phasenschieber gespeisten vertikal angeordneten Dipole verteilt

Es sei angenommen, daß die Gruppen-Antenne bei 10 GHz betrieben wird. Die Wellenlänge beträgt bei dieser

so Frequenz etwa 2 cm; dementsprechend ist jeder Dipol etwa ! cm lang. Der ganze Dipol-Gruppenstrahler nimmt daher einen rechtwinkligen Bereich von 30 cm Breite und 15 cm Höhe ein.

Fig. 1 zeigt einen Sender Γ für den Radarsendeimpuls R, der auf den 17 Dipole breiten Gruppenstrahler über ein Sender-Empfängerübertragungsglied TK gegeben wird Ausgehend von der Sendeperiode steht eine Zeitdauer von 5 bis 10 Mikrosekunden zum Umschalten der Strahlergruppe vom Senden auf Empfang zur Verfügung. Die Empfangszeit kann beispielsweise etwa 950 Mikrosekunden sein. Ausgehend von dieser Zeit können 50 Mikrosekunden zum Umschalten auf den Sendezusttnd und für das Einstellen des Strahls in eine neue Stellung zur Verfügung stehen. Während der 50 Mikrosekunden, die zum Umschalten von Empfang auf Senden zur Verfügung stehen, liefert der Abtastgenera-

- tor SG der Strahlerschwenk-Steuerungseinrichtung über den Impulsverteiler (TV) die notwendigen Impuls-

abtastsignale S, die die Vier-Bit-Ferritphasenschieber FS in die Binärzustände, die für die Bestimmung der neuen Strahlstellung notwendig sind, bringen. Um die Zeichnung zu halten, stellen in F i g. 1 die mit FS bezeichneten Kästchen nicht nur die eigentlichen Vier-Bit-Ferritphasenschieber dar, sondern auch ihre Steuerkreise einschließlich Zähler, logische Schalter, Stromtreiber usw. Weitere Einzelheiten dieser Steuerkreise sind schematisch in den F i g. 2,4 und 5 gezeigt.

Der in F i g. 1 dargestellte Gruppenstrahler enthält in ι ο einer Reihe 17 gleichmäßig beabstandete Dipolelemente; es ist dabei zweckmäßig, den Strahl um das Mittel-Dipolelement der Strahlergruppe zu schwenken. Deshalb ist, wie bereits oben erwähnt, ein Mittel-Dipolelement .E¹Cmit 8 symmetrisch auf jeder Seite der Mitte angeordneten Dipolelementen vorgesehen, jedem Dipolelement ist ein Vier-Bit-Phasenschieber zugeordnet, um die Phase der dem Dipolelement zugeführten Energie zu steuern.

Da die Strahlergruppe für die Strahlführung symmetrisch zu ihrer Mitte aufgebaut ist, hat die Phaseneinstellung der Mikrowellenenergie, die bei einem Dipolelement auf einer Seite des Strahlers erforderlich ist, denselben Betrag, aber entgegengesetztes Vorzeichen wie jene, welche bei dem entsprechenden Dipolelement auf der anderen Seite der Symmetrieachse erforderlich ist Ist es zur Einstellung eines Strahles unter einem bestimmten Winkel erforderlich, daß die Mikrowellenenergie, z. B. von £"6, um einen Betrag Φ in der Phase verschoben wird, dann muß die Energie von E 6' um einen Betrag von — Φ in der Phase verschoben werden. Da die Phase eine Realtivmessung ist, werden negative Phasenschiebungen dadurch realisiert, daß man 360° -Φ° bildet In ähnlicher Weise sind Phasenschiebungen, die größer als 360° sind, redundant d. h. es ist nur notwendig, daß die Phasenschieber den Bereich von 0 bis 360° abdecken.

Wie in den Fig.2, 3 und 4 gezeigt ist ist jeder Phasenschieber FS aus 4 Ferritkernen für je 1 Bit aufgebaut wobei die Bits stellenmäßig im Verhältnis 8, au 4,2 und 1 bewertet, d. h. gewichtet sind. Die Ferritkerne sind Vorrichtungen mit zwei magnetischen Zuständen, die von Zustand zu Zustand durch Stromimpulstreiberschaltungen TB geschaltet werden, die von der Strphlschwenk-Steuerungseinrichtung SG kommen. Ein -45 bestimmter Zustand der Ferritkerne wird als ein Aus-Zustand definiert und wird als Bezugszustand genommen. Wenn der Kern auf seinen Ein-Zustand geschaltet ist, entsteht eine zusätzliche Phasenschiebung relativ zu jener Phase, die dem Bezugszustand zugeordnet ist Die Phaseneinstellung erfolgt somit quaniisiert, d. h. digital-binär. Wenn alle vier Kerne des Phasenschiebers in ihren Ein-Zuständen sind, hat man insgesamt eine Phasenschiebung von 360° erhalten. Theoretisch könnte der Vier-Bit-Phasenschieber also zur Teilung der 360° in Abschnitte (Inkremente) von 22 —1/2° verwendet werden; es wurde jedoch gefunden, daß im Hinblick auf die Eigenschaften des Phasenschiebers und der linearen phasengesteuerten Gruppenantenne Vorteile bestehen, wenn man das etwas größere f>o Phaseninkrement von 24° verwendet

Wenn die Phaseneinstellung durch eine Binärzahl ABCD erfolgt, wobei A dem 8wertigen Bit, B dem 4wertigen Bit, C dem 2-wertigen Bit und D dem 1 wertigen Bit zugeordnet ist, und wobei A, B, C und D eine binäre Zahlendarstellung von 1 oder 0 haben, jeweils entsprechend den Ein- und Aus-Zuständen der Ferritkerne, dann zeigt die folgende Tabelle II die möglichen Phasenschiebereinstellungen abgeleitet nach der Erfindung, die aus den Vier-Bit-Phasenschiebern erhältlich sind.

Tabelle II

ABCD Bits 8421	Phasen
	verschiebung
	in Grad
0000	0
0001	24
0010	48
0011	72
0100	96
0101	1 -in
0110	144
Olli	168
1000	192
1001	216
1010	240
1011	264
1100	288
1101	312
1110	336
1111	360

Ein erster Vorteil des 24°-Phasensehieberinkrements besteht darin, daß die negativen Phasenverschiebungen, die dadurch realisiert sind, daß man 360° — Φ° bildet leicht aus der Strahlschwenk-Steuerungseinrichtung erhältlich sind. Wie man aus Tabelle II sehen kann, ist für jede der möglichen Phasenschiebereinstellungen Φ° der Wert 360° -Φ" direkt dessen binäres Einer-Komplement Dieses Komplement einer Binärzahl kann jedoch durch einfache Veränderung der Einsen zu Nullen und Nullen zu Einsen, d. h. durch Negation oder Invertierung erhalten werden. Beispielsweise entspricht der Phaseneinstellung für 96° die Binärzahl 0100. Die negative Phaseneinstellung von -96° entspricht dem Komplement, also der Binärzahl 1011, was eine Phasenschiebung von 264° darstellt (360-96°).

Im Digitalschaltkreis der Strahlschwenk-Steuerung, in der das primäre Steuerelement der Flip-FIop-Schaltkreis ist der ja zwei zueinander inverse Ausgänge besitzt, sind die Ziffern 1 und ihr Komplement, die 0, direkt an den Ausgängen erhältlich; somit Ί'Λ auch für jede einer bestimmten Phaseneinstellung entsprechende Zahl die entsprechende Komplementzahl für die entsprechende negative Phasenschiebung direkt erhältlich.

Eine andere Verwendung des entsprechenden Komplements einer bestimmten Phasenschiebungseinstellung besteht im Schalten der Strahlergruppe vom Sende- zum Empfangszustand. Der Phasenschieber ist hier eine »nicht-reziproke« Vorrichtung. Die für die Mikrowellenenergie notwendige Phasenschiebung ist wenn sie zu den Strahlern im Sendezustand zugeführt wird, unterschiedlich von jener des Empfangszustandes, in der die aufgenommene Energie von den Dipolelementen gesammelt wird. Das Phaseneinstellen für den Empfang muß das entsprechende »Einer-Komplement« der Sendeeinstellung sein, wobei jeder Phasenschieber-Ferritkern in den entgegengesetzten Zustand seines Sendezustandes geschaltet werden muß. Deshalb wird jeweils unmittelbar vor der Sendeimpulszeit ein Sendestrahl-Führungswinkel in die Phasenschieber eingegeben. Weiterhin wird unmittelbar nach der

Sendeirnpulszeit das betreffende Komplement jeder der Phasenschiebereinstellungen für den Empfangsstrahl-Führungswinkel eingegeben. Um die Werte der Phasenverschiebung für jeden der Strahlführungswinkel zu erzeugen, verwendet die Strahlschwenk-Steuerungseinrichtung 8 Vier-Bit-Digitalzähler. Jeder Zähler ist einem Phasenschieberpaar zugeordnet, das in entsprechenden symmetrischen Positionen auf gegenüberliegenden Seiten der Strahlergruppe angeordnet ist. Diese Zuordnung ist in Fig.4 näher gezeigt Der dem Mittelelement der Strahlergruppe zugeordnete Phasenschieber benötigt keinen Zähler, da die ihm zugeordnete relative Phasenverschiebung konstant bei 0° für alle Strahlführungswinkel gehalten wird. Die vorgenommene Strahlschwenkung ist einseitig gerichtet, beginnend bei nahezu 45" Ur.ks vor. der Normalen zur Strahlermitte und abtastend bis nahezu 45° rechts von der Normalen zur Strahlermitte.

Die Vier-Bit-Digitalzähler Z sind aus Flip-Flops aufgebaut, die zwei zueinander inverse Ausgänge für sowohl die Eins (1) — als auch für die Negation, die Null (0) — besitzen. Die Zählerausgänge führen zu Tor-Schaltungen, TO, in denen die zutreffenden Zählerausgänge ausgewählt werden, und zwar je nachdem, ob Sende- oder Empfangsbetrieb vorliegt. Die Ausgänge der Tor-Schaltungen triggern die Stromimpulstreiberschaltungen TB, die ihrerseits die Phasenschieber-Ferritkerne NJV' in die notwendigen Zustände schalten.

Ein zweiter Vorteil des 24°-Phasenschieberinkrements besteht darin, daß es möglich ist, die Zahl dieser Stromimpulstreiberschaltungen TB zu minimalisieren. Wie oben erwähnt, ist der Wert der Phasenschiebung eines Dipolelementes auf einer Seite der Strahlergruppe ja immer das betreffende Komplement des Wertes für das entsprechende Dipolelement auf der anderen Seite der Strahlergruppe, unabhängig davon, ob Sende- oder Empfangsbetrieb vorliegt

Der zur Schaltung der Ferritkerne der Phasenschieber erforderliche Stromimpuls muß relativ stark in der Größenordnung von 5 Ampere sein. Da viele Ferritkerne gleichzeitig geschaltet werden müssen, läge eine große Spitzenbeanspruchung während der Schaltzeit auf dem Stromversorgur.gsteil der Anlage, wenn die Treiberschaltungen den notwendigen Strom direkt aus dem Stromversorgungsteil ziehen würden.

Gemäß einem weiteren weiterbildenden Merkmal der vorliegenden Erfindung ist daher, wie in Fig.5 dargestellt jede Treiberschaltung mit einem Speicherkondensator Cl, Cl zur Speicherung der Energie versehen, um einen ausreichenden Stromimpuls in der -Schaltzeit vorzusehen. Während der Radarimpulsfolgezeit kann sich der Kondensator für die nächste Schaltzeit wieder aufladen. Auf diese Art und Weise ist die Spitzenbeanspruchung der Stromversorgung vermindert Wegen der Wiederaufladezeit der Speicherkondensatoren ist eine Treiberschaltung jedoch nicht in der Lage, sowohl beim Sende- als auch beim Empfangsbetrieb die Werte der Phasenschiebung innerhalb der Radarimpulsfolgezeit zu liefern. Im Hinblick auf die Art und Weise, in der die Treiberschaltungen jedoch verwendet werden, hat diese Beschränkung keinerlei Konsequenz. Es ist niemals notwendig, dieselbe Treiberschaltung sowohl für die Sende- als auch für die Empfangseinstellung in derselben Radarimpulsfolgezeit zu verwenden. Die Zahl der Treiberschaltkreise ist wie in F i g. 4 gezeigt auch dadurch minimal gehalten, daß eine Treiberschaltung verwendet wird, um entsprechende Bits in entsprechenden Phasenschiebern auf jeder Seite der Strahlergruppe einzustellen. Beispielsweise werden das Bit mit dem Stellenwert 4 von £6 und das Bit mit dem Stellenwert (jeweils 3. Ziffer von rechts) 4 von E6' beide von derselben Treiberschaltung eingestellt Zweiunddreißig Einstelltreiber sind somit für die Elemente Ei bis E8 und EV bis EW erforderlich.

Im folgenden wird das Verfahren zum Eingeben der Phasenschiebungswerte in ein Paar entsprechender symmetrischer Phasenschieber beschrieben:

Schritt 1:

Unmittelbar vor der Sendezeit werden alle Bits des Phasenschiebers auf der linken Seite der Strahlergruppe auf den Eins (l)-Zustand und jene auf der rechten Seite auf den Null (O)-Zustand voreingestellt. Diese Voreinstellung wird von den Freigabestromimpulstreiberschaltungen VTB in Fig.7 durchgeführt.

Schritt 2:

Die Sende-Phasenschiebungswerte werden durch die Einstell-Stromimpulstreiber eingegeben. Die Richtung der Stromimpulse in ihrem Verlauf durch die betreffenden Ferritkerne der Phasenschieber bewirkt daß die Bit-Zustände auf der linken Seite der Strahlergruppe von einer Eins (I) zur Null (0) und jene auf der rechten Seite von Null (0) nach Eins (1) geschaltet werden.

Schritt 3:

Die Radarstrahlergruppe sendet

Schritt 4:

Die Phasenschieber-Bits auf der linken Seite der Strahlergruppe werden dann wieder zum Eins (l)-Zustand und auf der rechten Seite zum Null (O)-Zustand durch Freigabestromimpulstreiber eingestellt

Schritt 5:

Die Empfangs-Phasenschiebungswerte werden von den Einstellstromimpulstreibern eingegeben. Die Einstellungen bleiben bis zur nächsten Radarimpulsfolgezeit

Beispiel:

Schritt

Links
842 1

Rechts
842 1

1	1111	0000
2	10 11	0 100
3	Senden
4	1111	0000
5	0 1 00	10 11

Man erkennt daß der Einstellstromimpulstreiber für das Bit mit dem Stellenwert 4 (3. Bit von rechts) nur während des Schrittes 2, sowie die Einstellstromimpulstreiber für die Bits mit dem Stellenwert I₁2 und 8 nur in Schritt 5 verwendet werden. Somit wird jeder Einstellstromimpulstreiber lediglich nur einmal innerhalb einer Radarimpulsfolgezeit betätigt Da die rückstellenden Treiber zweimal während jedes Sende-Empfangs-Zyklus betätigt werden müssen, sind diese Treiber dual wie in Fig.5 gezeigt ist d.h. zwei rückstellende Treiber sind mit jeder Rücksetz-Leitung verbunden, da die Speicherkondensatoren Cl oder C2

nicht in der Lage sind, sich -n der begrenzten Zeit zwischen zwei Rücksetztätigkeiten (weniger als 50 Mikrosekunden) wiedi r aufzuladen.

Im folgenden wird dia Steuerung der binären Phasenschieber beschrieben. Jeder Satz der Vler-Bit-Phasenschieber, die einem Strahlelement zugeordnet sind, kann durch einen Binärzähler gesteuert werden. Jeder Binärzähler besteht aus vier hintereinandergeschalteten Stufen von Flip-FJops. Die Zahl der Eingangsimpulse jedes Zählers muß proportional der Stellung des Dipolelementes relativ zum Bezugspunkt sein. Für einen Gruppenstrahler, bei dem die Dipolelemente gleichmäßig beabstandet sind und das Mitteldipolelement EC als Bezugspunkt haben, sind die Eingangsimpulse zu jedem Zähler proportional der DipolelementzahL Dies ist in F i g. 3 dargestellt Durch Verwendung eines Imkrements, das erfindungsgemäß durch die Gleichung

I Φ = 2n'(2" - 1)

bestimmt ist, ergibt sich das kleinste Inkrement zu 24°, wobei π = 4 ist Das entsprechende Einer-Komplement ist dann direkt von dem Binärzähler erhältlich, wenn auch die Redundanz in den Impulszahlen 15 und 16 durch einen Schaltkreis, wie oben beschrieben, eliminiert werden muß.

Wie oben erwähnt, kann jeder Satz von Phasenschiebern, der einem Strahler zugeordnet ist, durch einen Binärzähler gesteuert werden. Der das End-Dipolelement, d.h. der das am weitesten von der Mitte des Gruppenstrahlers entfernt liegende Dipolelement steuernde Zähler nimmt alle Eingangsimpulse auf, d. h. die Phasenschiebung des End-Dipolelementes wächst direkt mit der Zahl der Eingangsimpulse. Ideal wäre es, wenn die Phasenschiebung in jedem der anderen Dipolelemente dann proportional dem Produkt der Elementlage relativ zu der Mitte des Gruppenstrahlers und der Phasenschiebung in dem Endelement wäre. Dies kann für eine 17-Dipol-Strahlergruppe wie folgt ausgedrückt werden, wobei das Dipol-Endelement das achte Dipolelement von der Mitte aus gesehen ist.

Φ_Ν =

N
8

P I Φ

Zähler zwecks der Aufrundung aufnehmen muß, sind in Tabelle III unten zusammengestellt:

IO

15

20

25

30

35

40

worin N die Stellungszahl des Dipolelementes, gezählt von der Mitte aus, Φν die Phasenschiebung im N-ten Element, Φ ρ die Phasenschiebung im achten Element, P = die Zahl der Eingangsimpulse, ΔΦ = das kleinste Winkelinkrement ist

Aus dem obigen erkennt man, daß die Phasenschie- so bung in dem N-ten Dipol-Element nicht notwendigerweise ein ganzzahliges Vielfaches von dem kleinsten Winkelinkrement ist Da nur gestufte Phasenschiebungswerte von den Ferritphasenschiebern erhältlich sind, muß die Phasenschiebung im JV-ten Element auf das nächste ganzzahlige Vielfache des kleinsten Inkrements aufgrundet werden. Die Impulse, die jeder

Tabelle	in	der Eingangsimpulse	3	4	5	6	7	8	KL·
Elemen	Zahl								ι«
tenzahl		Iv)							I
	1		O	1	O	O	O	O
			1	O	O	1	O	O	I
		O	O	O	1	O	1	O	f
1	O	O	O	1	1	O	1	O
2	O	1	1	O	1	1	O	1
3	O	1	O	1	1	O	1	1	I-
4	O	O	1	O	1	1	1	1
5	1	1	1	1	1	1	1	1
6	1	1
7	1	1
8	1

Die »Einsen« in den Reihen der Tabelle III zeigen die Impulse an, die zum Zähler geschickt werden müssen. Beispielsweise muß der den dritten Satz der Phasenschieber steue. :ide Zähler die zweiten, fünften und siebten Impulse aufnehmen. Bei einigen Beispielen fällt der Wert der Phasenschiebung im TV-ten Dipol-Element mitten zwischen zwei ganzzahlige Vielfache des kleinsten Winkelinkrements. In diesen Fällen sind die in Tabelle III gezeigten Werte ausgewählt worden, um den Fehler bei dem Strahlrichtwinkel minimal zu halten. Die Zahlen in Tabelle III wiederholen sich alle acht Impulse.

Das Ende des Strahlschwenk-Zyklus kann durch das Abtasten eines einheitlichen Zustandes von 5 Bits aus der Summe von 32 Bits abgetastet werden, wobei er aus 4 Bits bei jedem der 8 Ferritbasenschieber besteht Ein einheitlicher Zustand besteht beispielsweise, wenn der Zähler FFfür das Dipolelement Nr. 8 den Zustand 0100 und der Zähler für das Element Nr. 1 den Zustand 0110 hat

Im vorangegangenen Beispiel wurde der 8, 4, 2, 1 Dualkode zugrunde gelegt. Es können auch andere Kodes anderer Stellenzahl verwendet werden.

In der vorbeschriebenen Anlage ist es mit Vorteil nur notwendig, Zähler für die Phasensteuerung einer Hälfte der Strahlergruppe vorzusehen. Die andere Hälfte der Strahlergruppe wird von dem Komplement der Phasenwerte gesteuert Anders ausgedrückt: Es ist nur notwendig, die Phasenschiebungswerte auf einer Seite der Strahlergruppe auszurechnen, da die andere Seite das direkte entsprechende Komplement ist Das entsprechende Komplement ist direkt aus den Vier-Bit-Binärzählern FF erhältlich, deren jeder aus vier in Serie liegenden Flip-Flops besteht

Die vorgeschlagene Anlage gestattet im gegebenen Fall die Verwendung eines einzigen Treibers für entsprechende Bitstufen auf den zwei Seiten der Strahlergruppe.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fhasengesteuerte Radar-Strahlergruppe, deren Strahler mittensymmetrisch angeordnet und jeweils s über einen durch ein binäres Signal in der Phase mittels einer Strahlschwenk-Steuerungseinrichtung gesteuerten Phasenschieber mit einem Mikrowellensender bzw. -empfänger verbunden sind, und bei der die Strahlschwenksteuerungseinrichtung mit ihren Ausgangssignalen jeweils die Werte der Phasenverschiebung der der einen Strahlergruppenhälfte zugeordneten Phasenschieber und mit von diesen Ausgangssignalen abgeleiteten Signalen die jeweils vorzeichenentgegengesetzten Werte der der anderen Strahlengruppenhälfte zugeordneten Phasenschieber steuert, wobei jeder der Phasenschieber zur Einstellung einer Phasenverschiebung aufgrund einer binären Ziffernfolge eine Λ-Stufen enthaltende Ferritkerneinheit aufweist, deren Stufen unterschiedliche Abmessungen und damit unterschiedlichen Einfluß auf die Phaseneinstellung bei gleicher Eingangsgröße besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Phasenschiebern (FS) die dem kleinsten Winkelzuwachs der Phasenverschiebung ΔΦ zugeordnete Ferritkernstufe so bemessen ist, daß der kleinste Winkelzuwachs