DE2245346C1

DE2245346C1 - Antennenanordnung für Radar- bzw. Peilzwecke mit Summen-Differenzdiagramm

Info

Publication number: DE2245346C1
Application number: DE2245346A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 8014 Neubiberg Jatsch; Giswalt V. Dipl.-Phys. 8000 Muenchen Trentini
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-09-15
Filing date: 1972-09-15
Publication date: 1978-04-27
Also published as: NL171646B; NL7312493A; GB1500689A; NL171646C; US4107690A; FR2371068A1; FR2371068B1; BE799365A; IT1019551B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung für Radar- bzw. Peilzwecke mit Summen-Differenzdiagramm für Monopulsbetrieb mit einem Reflektor und wenigstens zwei sich etwa im Zentrum befindlichen, linear polarisierten Erregern, zwischen denen senkrecht zu ihrer Polarisationsrichtung eine metallisch leitende, bis zum Reflektor reichende und auf diesem senkrecht stehende, ebene Zwischenwand eingesetzt ist.

Aus der britischen Patentschrift 11 05 503 ist eine Antennenanordnung bekannt, die aus zwei Reflektorhälften besteht, denen jeweils ein Erreger zugeordnet ist. Die beiden Reflektorhälften sind durch ein Zwischenstück von etwa 3/8 λ getrennt, so daß sich zwei eindeutig getrennte Brennpunkte ergeben, in denen sich die Erreger befinden. Zwischen den Erregern ist zur gegenseitigen Entkopplung der beiden Antennenhälften eine Trennwand angeordnet. Es entstehen somit zwei symmetrische und gleich aufgebaute Antennenhälften, von denen die eine lediglich zum Senden und die andere ausschließlich zum Empfangen verwendet wird. Ein Zusammenwirken der beiden Antennenhälften, wie es

z. B. bei der Monopulspeilung mit Summen- und Differenzdiagramm vorliegt, ist somit ausgeschlossen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 53 743 ist eine Antennenanordnung für Radar- bzw. Peilzwecke für Monopulsbetrieb mit einem Reflektor und symmetrisch zum Brennpunkt angeordneten, linear polarisierten Erregern bekannt, zwischen die eine bis zum Reflektor verlaufende, durchgehende, ebene Zwischenwand senkrecht zur Polarisationsrichtung eingesetzt ist. Dadurch entstehen zwei völlig getrennte und entkoppelte Antennenhälften, von denen jede beispielsweise durch einen Hornstrahler mit Spiegelbild angeregt ist. Sowohl bei Summen- als auch bei Differenzschaltung bleibt dabei das Primärdiagramm und damit die Ausleuchtung beider Reflektorhälften unverändert. Die erhaltenen Strahlungseigenschaften sind sehr günstig.

Nur im Falle einer Radaranlage bei Fremdstörung ist der störbare Winkelbereich im Differenzkanal relativ groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Antennenanordnung so zu verbessern, daß der durch Fremdstörung störbare Winkelbereich verkleinert und der mechanische Aufbau vereinfacht wird. Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art bezieht, wird diese

t>5 Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zwischenwand sich nicht durch den gesamten Reflektor von Rand zu Rand erstreckt, sondern nur etwa im Bereich der Erreger angeordnet ist. Die Strahlung wird dann nur in der

unmittelbaren Umgebung der Erreger voll gespiegelt. Außerhalb dieser zentralen Zwischenwand wird eine Oberstrahlung in die jeweils andere Hälfte zugelassen. Bei Summenschaltung bleibt die Ausleuchtung weitgehend unverändert. Bei Differenzschaltung ändert sich durch die gegenphasigen Anteile die Aperturbelegung. Die Strahlungsmaxima wandern weiter auseinander, und der seitliche Abfall des Differenzdiagramms erfolgt steiler als bei einer Anordnung mit einer durchgehenden Zwischenwand.

Auch die Herstellung und Halterung der verhältnismäßig kleinen Zwischenwand sind vorteilhaft. Das Gewicht und das daraus resultierende Drehmoment sowie der Winddruck sind vermindert. Außerdem ist eine mechanische Oszillation des Erregersystems mit der Zwischenwand gegenüber dem Reflektor einfacher ausführbar.

Die Impedanz der Erreger bleibt für beide Betriebszustände unverändert, so daß beispielsweise eine sehr gute Anpassung an einen angeschlossenen Komparator erreichbar ist. Die Antennenanordnung ist äußerst betriebssicher und weitgehend frequenzunabhängig.

Zweckmäßig besteht der Reflektor aus zwei symmetrischen Hälften, die entlang des Ansatzes der Zwischenwand und dessen gerader Verlängerung zusammengefügt sind. Die beiden Reflektorhälften werden für den Einbau der kleinen Zwischenwand zweckmäßig nicht zu weit separiert. Bei zwei Reflektorhälften, deren beide Brennpunkte mit den Erregern samt Spiegelbildern zusammenfallen, soll der Abstand eine halbe Wellenlänge nicht wesentlich überschreiten. Der sich zwischen den beiden Reflektorhälften ergebende Zwischenraum wird vorteilhaft durch einen Metallstreifen ausgefüllt.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, auf jeder Seite der Zwischenwand einen einzigen Erreger anzuordnen, so daß in Antennenhälfte ein Erreger mit Spiegelbild vorhanden ist.

Je nachdem, welches Strahlungsdiagramm erreicht werden soll, wird der Reflektor in seiner Form ausgebildet. Soll beispielsweise ein Bleistiftstrahl abgestrahlt werden, wird vorteilhaft ein Rotationsparaboloid verwendet. Zur Erzielung z. B. eines Fächerstrahls wird zweckmäßig ein Parabolausschnitt und zur Erzeugung eines cosec²-Diagramms ein doppelt gekrümmter Reflektor benutzt.

Die Erreger können je nach Bauform des zugehörigen Reflektors und des Wellenlängenbereichs als Hornstrahler oder als Monopole ausgebildet sein, die senkrecht auf der Zwischenwand angeordnet sind. Bei Verwendung von Monopolen als Erreger ergibt sich der Vorteil, daß sich noch zusätzlich dahinter Reflektorstäbe, die leitend mit der Zwischenwand verbunden sind, anordnen lassen.

Bei Mittelspeisung der Erreger, d. h. vom Parabolreflektorscheitel aus, mit beispielsweise vier Hohlleitern zur Summen-Differenzbildung in der Elevations- und Azimutebene, haben diese zweckmäßig nur eine geringe Bauhöhe. Die Zwischenwand kann dann geteilt und in einer Ebene zu beiden Seiten des diese vier Flachhohlleiter zusammenfassenden Hohlleiterpaketes angeordnet werden.

Bei einer Mittelspeisung der Hornstrahler über vom Parabolscheitel kommende und umgeleitete Hohlleiter können Phasenfehler durch Reflexion an den Hohlleitern dadurch vermieden werden, daß die Zwischenwand aus zwei parallelen Zwischenwänden besteht, die am Rand der zweckmäßig als Flachhohlleiter ausgebildeten Hohlleiter anliegen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei

Figuren im einzelnen erläutert, die sich auf eine Monopulsantenne zur Peilung in der Azimut- und der Elevationsebene mit Summen- und Differenzdiagramm beziehen.

Die F i g. 1 und 2 zeigen in zwei Ansichten eine einen angenähert rotationssymmetrischen Strahl erzeugende Antenne mit einem Rotationsparaboloid als Reflektor 1

ίο und mit zwei linear polarisierten Hornstrahlern 5, zwischen denen senkrecht zu ihrer Polarisationsrichtung eine metallisch leitende, bis zum Reflektor 1 reichende und auf diesem senkrecht stehende, ebene Zwischenwand 7, die aus zwei Teilen in einer Ebene beiderseits der beiden als Erreger dienenden Hornstrahler 5 zusammengesetzt ist, angebracht ist. Die Summen- und Differenzschaltung wird mit Hilfe von Hohlleiter-Hybriden (Komparatoren) vorgenommen, an welche die beiden Hornstrahler 5 über vier zu einem Paket zusammengefaßte, umgelenkte und durch eine öffnung im Reflektorscheitel führende Flachhohlleiter 6 angeschlossen sind. Der Reflektor 1 besteht aus zwei Hälften 2 und 3, die über einen Metallstreifen 8 miteinander verbunden sind. Die verhältnismäßig kleine Zwischenwand 7, die sich nur etwa über den Bereich der Hornstrahler 5 und der flachen Zuführungshohlleiter 6 ausdehnt, ist mit einer gut leitenden Oberfläche versehen.

Im Aufbau hinsichtlich der Azimutebene besteht demnach eine Trennung in zwei durch den Metallstreifen 8 geringfügig separierte Reflektorhälften 2 und 3. Der durch den Metallstreifen 8 ausgefüllte Abstand der Reflektorhälften 2 und 3, deren beide Brennpunkte 4 jeweils mit den Erregern samt Spiegelbildern zusammenfallen, soll eine halbe Wellenlänge nicht wesentlich überschreiten. Die Übereinstimmung der Brennpunkte 4 mit den Phasenzentren der Erreger samt ihrer Spiegelbilder gilt strenggenommen nur für den Fall von zwei parallelen Zwischenwänden Ta. Die Phasenfehler bleiben jedoch auch bei Verwendung von einer Zwischenwand 7 gering. Der Fall der zwei parallelen Zwischenwände Ta ist in F i g. 1 gestrichelt dargestellt. Die beiden Zwischenwände Ta liegen am Rand des aus den Hohlleitern 6 bestehenden Hohlleiterpaketes.

Gegenüber der Verwendung einer einzigen Zwischenwand 7 entfallen die Phasenfehler erzeugenden Reflexionen an der Hohlleiterabstufung.

Der prinzipielle Aufbau hinsichtlich der Elevationsebene sei nunmehr kurz beschrieben. In jeder Antennenhälfte befindet sich ein Hornstrahler 5, in dem bei Summenschaltung die //ίο- und //30-Wellentypen phasenrichtig und bei Differenzschaltung der //20-Wellentyp angeregt sind. Diese im Hornstrahler 5 auftretenden Wellentypen sind im einzelnen bezüglich ihrer Feldstärkeverteilung über die Hohlleiterbreite in Fig.3 dargestellt. Damit wird in beiden Fällen eine günstige Reflektorausleuchtung erreicht. Allerdings ist bei Summenschaltung eine gewisse Frequenzabhängigkeit durch die Laufraumlänge im breiten Hohlleiter

M) vorhanden. Der Übergang von jeweils zwei Hohlleitern 6 auf einen breiten Hohlleiter muß geeignet bemessen sein. Eventuell sind dielektrische Einsätze notwendig.

Zur besseren Zielerfassung ist zweckmäßig eine geringfügige Strahlauslenkung in der Azimutebene

DJ durch Kippen des Reflektors 1 gegenüber den Erregern 5 vorgesehen. Dafür wäre eine große Zwischenwand ungeeignet.
Die Strahlung wird nur in der unmittelbaren

Umgebung der Hornstrahler 5 voll gespiegelt. Außerhalb dieser zentralen Zwischenwand 7 besteht demnach eine Überstrahlung in die jeweils andere Hälfte. Bei der Summenschaltung bleibt die Ausleuchtung gegenüber einer Anordnung mit durchgehender Zwischenwand und auch gegenüber einer Anordnung ganz ohne Zwischenwand weitgehend unverändert. Bei der Differenzschaltung ändert sich dagegen durch die Verkopplung der gegenphasigen Anteile die Aperturbelegung. Die Strahlungsmaxima wandern weiter auseinander und der seitliche Abfall des von der Reflektorantenne

abgestrahlten Differenzdiagramms erfolgt steiler als bei der Anordnung mit der durchgehenden, großen Zwischenwand.

Gegebenenfalls muß zur besseren Zielerfassung der Strahl in der Azimutebene etwas verbreitert werden. Die Ausleuchtung nimmt dann zum Spiegelrand stark ab. Durch eine zusätzliche Defokussierung mit verringertem Abstand der Reflektorhälften 2 und 3 zueinander kann die Strahlbreite weiter vergrößert werden. Der Antennengewinn geht dabei etwas zurück, und die Nebenzipfel nehmen zu.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Antennenanordnung für Radar- bzw. Peilzwekke mit Summen-Differenzdiagramm für Monopulsbetrieb mit einem Reflektor und wenigstens zwei sich etwa im Zentrum befindenden linear polarisierten Erregern, zwischen denen senkrecht zu ihrer Polarisationsrichtung eine metallisch leitende, bis zum Reflektor reichende und auf diesem senkrecht stehende, ebene Zwischenwand eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (7) sich nicht durch den gesamten Reflektor (1) von Rand zu Rand erstreckt, sondern nur etwa im Bereich der Erreger (5) angeordnet ist.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (1) aus zwei symmetrischen Hälften (2,3) besteht, die entlang des Ansatzes der Zwischenwand (7) und dessen gerader Verlängerung zusammengefügt sind.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reflektorhälften (2, 3) nur geringfügig separiert angeordnet sind.

4. Antennenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reflektorhälften (2, 3) derart geringfügig separiert angeordnet sind, daß ihr Abstand eine halbe Wellenlänge nicht wesentlich überschreitet.

5. Antennenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sich zwischen den beiden Reflektorhälften (2, 3) ergebende Zwischenraum durch einen Metallstreifen (8) ausgefüllt ist.

6. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der Zwischenwand (7) ein einziger Erreger (5) angeordnet ist.

7. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (1) die Form eines Rotationsparabo-Ioids aufweist.

8. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor die Form eines Parabolausschnitts aufweist.

9. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor doppelt gekrümmt ist.

10. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erreger (5) aus Hornstrahlem aufgebaut sind.

H. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (1) gegenüber den Erregern (5) geringfügig kippbar ist.

12. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der Zwischenwand zwei Erreger angebracht sind, die für die Summen- und Differenzschaltung an vier Ringgabeln bzw. Hohlleiter-Hybride angeschaltet sind, so daß in einem Peilfall die auf einer Seite der Zwischenwand angebrachten Erreger gegen die auf der anderen Seite der Zwischenwand angebrachten Erreger und im anderen Peilfall jeweils die sich gegenüberliegenden Erregerpaare spannungsmäßig miteinander verglichen werden.

13. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als Hornstrahler (5) ausgebildeten Erreger über durch eine öffnung im Parabolscheitel geführte,

umgeleitete Hohlleiter (6) gespeist sind und daß die zu einem Paket zusammengefaßten Hohlleiter (6) eine geringe Bauhöhe aufweisen.

14. Antennenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (7) geteilt und in einer Ebene zu beiden Seiten der zu einem Paket vereinigten Hohlleiter (6) angeordnet ist.

15. Antennenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand durch zwei parallel verlaufende Zwischenwände (7a) an den äußeren Seitenflächen des Hohlleiterpaketes gebildet ist.