DE2306407A1

DE2306407A1 - Radargeraet hoher winkelaufloesung mit getrennten sende- und empfangsantennen

Info

Publication number: DE2306407A1
Application number: DE2306407A
Authority: DE
Inventors: Frederick C Williams
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1972-02-14
Filing date: 1973-02-09
Publication date: 1973-08-30
Also published as: FR2172188A1; GB1405241A; JPS4890493A; FR2172188B1; DE2306407B2; SE391985B; JPS5549266B2; DE2306407C3

Description

Angelder: Stuttgart, 5. Februar

Hughes Aircraft Company P 2656 S/nu

Gentinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V. St. A.

Radargerät hoher Winkelauflösung mit getrennten Sende- und Enapfangsantennen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radargerät hoher Winkelauflösung mit getrennten Sende- und 'Empfangsantennen, die durch eine deren Ausrichtungen synchronisierende Schwenksteuerung verbunden sind.

Es ist bekannt, für Radargeräte, die eine hohe Winkelauflösung haben sollen, Antennen zu verwendenj die aus

309835/0887

Gruppen von Strahlungselementen bestehen, deren Abstand etwa gleich einer halben Wellenlänge des von dem Sender des Radargerätes erzeugten Signals ist. Das Diagramm einer solchen Antenne hat einen einzigen Hauptzipfel. Das Schwenken des Diagramms erfolgt elektronisch, und zwar gewöhnlich durch eine Phasenänderung der den einzelnen Strahlungselementen zugeordneten, auszusendenden oder zu empfangenden Signale. Solche Antennen liefern zv/ar gute Ergebnisse, haben jedoch einen sehr komplizierten Aufbau, weil die- Strahlungselemente einzeln über Hohlleiter gespeist werden müssen und jedem Strahlungselement ein Phasenschieber zugeordnet ist. Außerdem haben solche von Strahlergruppen gebildeten Antennen eine erhebliche Länge, so daß,sie sich bei.der Anwendung in Flugzeugen praktisch über die ganze Länge der Tragflächen erstrecken müßten, wenn das Diagramm einen in Flugrichtung scharf gebündelten Hauptzipfel aufweisen soll. Zwar würde die Anwendung solcher Antennen in Flugzeugen zu einer bedeutenden Verbesserung der Eigenschaften von Bordradargeräten in Flugzeugen führen, jedoch-,wurde in Flugzeugen eine solche Antenne bisher nicht verwirklicht, weil es sich praktisch als unmöglich erweist, die vielen Strahlungselemente, den Strahlungselementen zugeordneten Phasenschieber und die ■ zum Speisen der Strahlungselemente mit Mikrowellensignalen hoher Leistung benötigten Hohlleiter in einem betriebsfähigen Flugzeug unterzubringen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein für Kohärenz- und Nichtkohärenzbetrieb geeignetes Radargerät mit hoher Winkelauflösung zu schaffen, dessen Antennen keinen sehr großen Platzbedarf haben und daher beispielsweise

309835/0887

leio.io an aea iragfläcnen eines Flugzeugs montiert vve können. InsDesoaaere soll, wenn die Antenne aus einer vJru^pe von otrahlungselementen Desteht, aer Abstand, aer Strahlungselemente nicht aurch aie Wellenlänge aes aus'gestrarilten Signals Descnränkt sein. Snalich soll aas Gerät aucii ohne eine komplizierte Datenverarbeitung betrieben .veraen können.

Diese Aufgabe wira nach der Erfindung dadurch gelöst, daio wenigstens eine aer beiaen Antennen ein Diagramm mit mehreren Hauptzipfeln aufweist und aie Schwenksteuerung einen Hauptzipfel aer anderen Antenne mit einem ausgewählten ziaujjtzifjfel aer einen Antenne im wesentlichen in Deckung hält.

dine bevorzugte Ausführungsform eines Radargerätes nach aer Erfindung v/eist eine in hohem Ma lie vereinfachte Empfangsantenne auf, weil die Strahlungselemente der Empfangsantenne einen Abstand haben, der ein Bruchteil des Durchmessers aer Sendeantenne und nicht ein Bruchteil der Wellenlänge aes ausgestrahlten Signals beträgt und weil eine getrennte Sendeantenne verwendet wird. Die Sendeantenne, aie entweder für elektronische oder mechanische Schwenkung eingerichtet ist, wird von der Schwenksteuerung gesteuert, welche auch die Ausrichtung der Empfangsantenne synchronisiert, bei der es sich um eine Gruppe mit einem aurch Phasen- oder Frequenzänuerung schwenkbaren Diagramm hanaeln kann. Die.Empfangsantenne ist eine verdünnte Gruppe, aeren Strahlungselemente einen derart gewählten Abstand naben, daß für das mehrere Hauptzipfel· aufweisenae Diagramm ein itfinimum an Eiementen benötigt

309835/0887

wird. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Abstände der Strahlungselemente der Empfangsantenne und .'die -Abstände der Strahlungselemente der Sendeantenne oder des Durchmessers einer einheitlichen Antenne ,so gewählt sind, aais die ein Gitter bildenden, unterdrückten rlauptzipf el der Empfangsantenne mit den Nullstellen des Diagramms der Sendeantenne zusammenfallen, so daß die nicht verwendeten Hauptzipfel aes Diagramms der Empfangsantenne im wesentlichen unterdrückt werden. Wegen der kleinen Anzahl von Strahlungselementen der Empfangsantenne ist es möglich, getrennte Empfangseinheiten für .jedes Strahlungselement vorzusehen, so dais jedes Strahlungselement einen eigenen, rauscharmen Mischer speist, in dem das empfangene Signal mit dem phasenVerschobenen Signal eines Lokaloszillators üb'erlagert wird. Die ZF-Ausgangssignale jeder Untergruppe der Empfangsantenne werden kohärent summiert und mit den summierten Aüsgangssignalen anderer Teilgruppen kombiniert. Das einzige Ausgangssignal erhält dann eine weitere ZF-Verstärkung und wird dann gleichgerichtet, um das Gesamtausgangssignal des Empfängers zu bilden. Durch die Kombination der empfangenen Energie im·Zwischenfrequenzbereich anstatt im Hochfrequenzbereich treten bei dieser Ausführungsform des >erfindungsgemäßen Gerätes minimale · Signalverluste auf, und es können Koaxialkabel anstelle von Hohlleitern verwendet werden. Die Verwendung von Koaxialkabeln ist dann besonders erwünscht, wenn die Platzverhältnisse sehr beschränkt sind, wie beispielsweise in der Tragfläche eines Flugzeugs. In manchen Anordnungen nach der Erfindung kann es zweckmäßig sein, eine zeitliche Verzögerung vorzusehen, bevor die Kombination der Teilgruppen stattfindet, um die zeitlichen Verzögerungen

309835/0887

bei phaserigesteuerten Antennen zu kompensieren. Bei anderen Radargeräten nach der Erfindung kann die Fähigkeit elektronisch geschwenkter Sende- und Empfangsantennen, die Eichtung ihres Diagramms von Impuls zu Impuls zu verändern, dazu benutzt werden, das Problem des Empfangs von Echosignalen zu lösen, die von zweifach umlaufender Energie herstammen. Bei anderen Radargeräten nach der Erfindung sina oenae- und Smpfangsantennen ausgetauscht, so daii also aie oendeantenne eine verdünnte Gruppe bildet, und es ist auch möglich, getrennte verdünnte Gruppen als Sende- und Smpfangsantennen zu verwenden.

Durch die Erfindung wird demnach ein bedeutend vereinfachtes Radargerät mit hoher Azimutauflösung geschaffen, das dazu geeignet ist, in ein Flugzeug und insbesondere in den Tragflächen eines Flugzeugs montiert zu werden. Das Radargerät kann sowohl als Kohärenz- als auch als Mchtkohärenz-Radargerät ausgebildet sein und existierenden Radargeräten angepaßt werden. ■

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Radargerätes nach der Erfindung mit einer als verdünnte Gruppe von Strahlungselementen ausgebildeten Empfangsantenne,

309835/0887

Fig. 2 eine schematisehe Draufsicht auf. die Sende- una Smpfangsantennen und deren Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Radargerätes,

Fig. ~t> eine darstellung der Diagramme der Sende- und Smpfangsantennen, welche die Beziehung dieser Diagramme veranschaulicht,

Fig. 4- eine schematische perspektivische Darstellung eines eine Fläche überfliegenden Flugzeugs zur weiteren Erläuterung der Diagramme der Sende- . und Smpfangsantennen eines Radargerätes nach der Erfindung, ' .

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anzahl von Strahlungselementen zur Erläuterung der Wirkung eines Abstandes .dieser Strahlungselemente bei einer verdünnten Gruppe von mehr als einer Wellenlänge des ausgestrahlten Signals,

Fig. 6a, 6b und 6c schematische perspektivische Darstellungen einer Antenne eines erfindungsgemäßen Radargerätes in Form einer an dem. Flügel eines Flugzeugs angebrachten Gruppe von Strahlungselementen, ."'"--,

Fig. 7a und 7b schematische Darstellungen eines Radargerätes nach der Erfindung, das von einer am Flügel eines Flugzeugs befestigten Gruppe von Strahlungselementen mit Frequenzsteuerung Gebrauch macht, ■--"."

30983 570887

Fig. 8 ein Frequenz-Zeit-Diagranim der von dem Radargerät nach den Fig. '?a und 7b ausgestrahlten Signale,

Fig. 9 eine schematische Darstellung der Antennendiagramme zur Erläuterung der Reduktion von zweifach umlaufenden Echosignalen,

Fig. 10 ein Spannungs-Zeit-Diagramm von Signalen, die in einem .Radargerät nach der Erfindung vorkommen, zur weiteren Erläuterung der Erfindung,

Fig. 1.1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Kompensation zeitlicher Verzögerungen, wie sie bei einem erfindungsgemäßen Radargerät verwendet wird,

Fig. 12 die Seitenansicht des Flügels eines Flugzeugs mit einer Antenne eines Radargerätes nach der Erfindung, ■

Fig. 13 eine schematische perspektivische Darstellung einer Flügelinstallation einer verdünnten Gruppe von Strahlungselementen eines erfindungsgemäßen Radargerätes,

Fig. 14 eine schematische perspektivische Darstellung eines keilförmigen Strahlungselementes der in Fig. 1$ dargestellten Gruppe,

Fig. 15 cLas Diagramm des Strahlungselementes nach Fig. 14 im Azimut,

Fig. 16 das Diagramm des Strahlungselementes nach Fig.

309835/0887

in der Elevation, ·

Fig. 17 eine schematisehe Draufsicht auf die Sende- und ■ Empfangsantenneη und deren Diagramme bei einem-Radargerät, das von einer verdünnten Grujjpe von Strahlungselementen für die Sendeantenne' und einer Empfangsantenne mit nur einer Hauptkeule Gebrauch macht,

Fig. 18 eine schematische Draufsicht auf ^zwei verdünnte Gruppen von Strahlungselementen, von denen die eine die Sendeantenne und die andere die Empfangsantenne bildet und eine von beiden Strahlungselemente mit einem Noniusabstand in Bezug auf die andere hat, und

Fig. 19 eine schematische Darstellung der Diagramme der Antennen nach Fig. 18.

Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte -Ausführungsform eines Radargerätes mit getrennten Sende- .und Smpfangsantennen nach der Erfindung umfaßt eine Sendeantenne 10, die entweder mechanisch oder elektronisch geschwenkt werden kann, und eine Empfangsantenne 12, bei der es sich um eine verdünnte Gruppe von Strahlungselementen handelt, die entweder durch Phasen- oder Frequenzsteuerung geschwenkt werden kann. Es. würde aber auch im Rahmen der Erfindung liegen, wenn die Empfangsantenne mechanisch oder elektronisch geschwenkt und die Sendeantenne eine elektronisch geschwenkte verdünnte Gruppe von Strahlungs^ elementen wäre. Endlich könnten auch sowohl die Sendeantenne als auch die Empfangsantenne elektronisch

309835/0887

geschwenkte verdünnte Gruppen sein. Bei der Ausführungsforin nach. Fig. 1 ist die Sendeantenne 10 eine mechanisch geschwenkte Antenne mit einem Parabolreflektor mit dem Durcnmesser 1, die von einem Antennenservo 13 gesteuert wird. Die Empfangsantenne 12 ist als elektronisch geschwenkte Gruppe 15 der Länge L dargestellt, die entweder durch Phasen- oder Frequenzänderung schwenkbar ist. Die Sendeantenne 10 hat das Diagramm 14 einer üblichen Antennenanordnung mit einem einzigen Hauptzipfel. Die Smpfangsantenne 12 in Form einer verdünnten Gruppe hat ein Diagramm mit mehreren Hauptzipfeln 16, die innerhalb des Elementdiagramms 17 liegen und auf den großen Abstand der Strahlungselemente, wie beispielsweise der Elemente 18 und 20, zurückzuführen sind. Eine verdünnte Gruppe kann als Antennengruppe definiert werden, in der der Abstand zwischen den Strahlungselementen größer ist als die 'Wellenlänge des HF-Signals. Wegen der Länge L der Empfangsantenne hat jede Hauptkeule des Diagramms eine sehr gute Azimutauflösung. Die Überlagerung der beiden Diagramme 14-una 16, bei aer nur ein Hauptzipfel des Diagramms 16 von dem Hauptzipfel des Diagramms 14 überdeckt wird, führt zu einer hohen Azimutauflösung des erfindungsgemälien, von getrennten Sende- und Smpfangsantennen Gebrauch machenden Radargerätes. wlit der mechanisch geschwenkten Antenne 10, die unter der Steuerung des Antennenservo 13 eine Azimutabtastung ausführt, ist ein Sender 22 gekoppelt. Sine Abtastung ist beispielsweise durch den gesamten Schwenkwinkel der Antenne über einen bestimmten Raumsektor definiert. Der Antennenservo 13 liefert auch Synchronisations- oder Haupttaktimpulse für eine Schwenksteuerung 28, die der Smpfangsantenne Steuersignale liefert, um einen Hauptzipfel

309835/0887

des Diagramms der Empfangsantenne in die. gleiche Richtungwie die Sendeantenne einzustellen,, Wenn die Sendeantenne 10 elektronisch geschwenkt wird, kann die Schwenksteue-· rung 28 auch beide Antennen steuern. Das Aus.gangssignal der Einpfangsantenne wird' einem Empfänger 32 zugeführt, in dem das Signal verstärkt und verarbeitet wird, bevor es einem Sichtgerät 34 zugeführ.t wird₉ bei dem es sich beispielsweise um ein.Gerät mit exzentrischer Rundsichtdarstellung handeln kann«, Bei der Schwenksteuerung 2ö kann es sich um einen nur lesbare^ Digital- oder Analogspeicher handeln, der in Abhängigkeit von den Häupttakt- oder Stellungsimpulsen, die von dem Antennenservo 13 zugeführt werden, Phasen- oder Frequenzsteuersignale an die Antenne 12 liefert, um die Synchronisation der Ausrichtung der beiden Antennen aufrecht zu erhalten. Bei der Sendeantenne 10 kann es sich beispielsweise um eine, mechanisch schwenkende Antenne handeln'j also um die existierende Antenne eines Radargerätes, das nach der Erfindung modifiziert worden ist. ' "

Fig. 2 zeigt die Sendeantenne 10, bei der es sich entweder um eine mechanisch geschwenkte Antenne oder eine elektronisch geschwenkte Gruppe handeln kann, und die Empfangsantenne 15, die zentrisch zur Sendeantenne 10 angeordnet ist und für eine verdünnte, durch Phasen- oder Frequenzänderung geschwenkte, an den Tragflächen eines Flugzeugs montierte Gruppe charakteristisch ist, während die Sendeantenne 10 am Bug des Flugzeugs befestigt ist. Das Sendediagramm wird durch einen Haupt ζ ipf el 4-0 oder eine Keule charakterisiert, die in die Vorwärtsrichtung weist. Das Empfangsdiagramm umfaßt Hauptζipfel 4-2, 44 und 46, von

309835/0887

denen der Hauptzipfel 42 zu dem Hauptzipfel 40 des oenciediagramms zentriert ist. Der große Abstand der Strahlungselemente der verdünnten Gruppe, der Jedenfalls gröiier ist als die Wellenlänge des von der Sendeantenne ausgestrahlten HP-Signals, führt zu dem mehrere Hauptzipfel umfassenden Empfangsdiagramm, das eine Mehrdeutigkeit der verschiedenen Echosignale zur Folge haben würde, wenn nicht
die Keule 40 des Sendediagramms mit dem einen Hauptzipfel 42 des Empfangsdiagramms in Deckung gehalten würae. Die . Sendeantenne erzeugt in bekannter Weise eine zusammenhängende breite Keule, die in Pig. 2 durch den Hauptzipfel
40 veranschaulicht ist, während die relativ lange verdünnte Gruppe ein Empfangsdiagramm mit mehreren Hauptzipfeln erzeugt, von denen jeder Zipfel eine im wesentlichen hohe Azimutauflösung hat. Das resultierende Diagramm des Radargerätes ergibt sich aus dem Produkt der beiden
wesentlich verschiedenen Antennendiagramme anstatt aus
dem Quadrat eines Antennendiagramms, wie es bei Radarsystemen mit nur einer Antenne- der Fall ist.

Die Wechselwirkung zwischen den Sende- und Empfangsdiagrammen ist aus Fig. 5 ersichtlich, in deren linker Hälfte das Sendediagramm 50 und das Empfangsdiagramm 52 im Detail so dargestellt sind, als ob keinerlei Wechselwirkung vorhanden v/äre. Das resultierende Diagramm, das sich aus der Multiplikationswirkung des Sende- und Empfangsvorgangs
des Radargerätes ergibt, ist in der rechten Seite der
Fig. 5 dargestellt. Hier hat nur der mittlere Hauptzipfel 54 des SmpfangsoLiagramms eine wesentliche Amplitude. Innerhalb des Hauptzipfels des Sendediagramms und zu beiden Seiten der äußeren Hauptzipfel des Empfangsdiagramms

309835/0887

.12

fiaden sich. Empfangs^Hebenaipfelo Die seitlichen Haupt=· ■ zlpfel des Empfangsdiagramms werden ,im wesentlichen, unterdrückt,, indem sie im we sent lichen, in den Bereich der Nullstellen des."Sendediagramms gelegt werden, also bei·= spielsweise an die Stellen 56 und 58« Außerhalb des Hauptaipfels. 50 und der Nullstellen 56 und 58 weist auch das Sendediagramm Hebenzipfel auf, so daß in diesen Bereichen Hebenzipfel der Sende— und der Empfangsantenne vorliegen» Infolgedessen hat das erfindungsgemäße Radargerät ein kombiniertes Diagramm, das sich aus dem Produkt zweier i"/esentlich verschiedener Antennendiagramme ergibt, bei denen die nullstellen des Sendediagramms im Bezug auf das Empfangsdiagramm so gewählt sind, daß" Hauptzipfel des Empfangsdiagramms im wesentlichen unterdrückt werden, was zusätzlich -zu- der Unterdrückung der nicht benutzten Zipfel des Empfangsdiagramms durch die richtige Stellung des Hauptzipfels 50 des Sendediagramms erfolgte Wie durch den gestrichelten Zipfel 60 angedeutet, kann eine Änderung des Abstandes der Hauptzipfel des Empfangsdiagramms, die durch eine Richtungsänderung beim Schwenken des Empfangsdiagramms bedingt ist, eine unvollkommene Unterdrückung seitlicher Hauptzipfel und damit einen Empfang in deren Bereich zur Folge haben« Wenn eine mechanisch schwenkbare Sendeantenne und eine elektronisch schwenkbare Empfangsantenne verwendet werden, ändert sich der relative Abstand zwischen den seitlichen Hauptzipfeln des Smpfangsdiagramms- und den nullstellen-des Sendediagramms mit dem Sekans des Schwenkwinkels„ Pie durch die Kombination von Sende·= und Empfangsdiagrammen. erzielte Unterdrückung oder Auslöschung ist Jedoch ausreichend, um eine befriedigende Operation des Systems zu gewährleisten«

Der Winkel zur ersten Uullstelle des Sendediagramms beträgt λ/l, während der Winkelabstand der Hauptzipfel des Empfangsdiagramms A/d » 2 X/1 ist, wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, d der Abstand der Strahlungselemente der verdünnten Gruppe und 1 die Ausdehnung der Sendeantenne ist, bei der es sich entweder um eine starre mechanische Antenne oder eine Strahlergruppe handeln kann. Der von den Hauptzipfeln 52 und 54 d-^es Empfangsdiagramms bedeckte Winkel ist X /L, wenn L die Länge der verdünnten Gruppe ist (siehe Fig, 1).

In Fig. 4- ist ein Flugzeug 62 dargestellt, in dessen Bug die Sendeantenne 10 unci unter dessen Tragflächen im Abstana von deren vordere© Hand die von einer verdünnten Gruppe gebildete Empfangsantenne 12 angeordnet ist. Es versteht sich, daü aie Empfangsantenne 12 auch an der Vorderkante oder einer sonstigen geeigneten Stelle des Flugzeugs angeordnet sein kann. Da das dargestellte Radargerät für Luft-Boden-Betrieb bestimmt ist, ist eine Sendekeule 64- dargestellt, die von der Sendeantenne 10 zur Erdoberfläche führt und in der ein Hauptzipfel 66 des mehrzipfligen Empfangsdiagramms 68 zentriert ist-. Die anderen Hauptzipfel des Diagramms der verdünnten Gruppe, wie der Hauptzipfel 70, sind so angeordnet, daß sie keine von der an der Erdoberfläche reflektierten Energie des Hauptzipfels des Sendediagramms empfangen. Es sei darauf hingewiesen, daß in Fig. 4- die seitlichen Hauptzipfel wie beispielsweise 70 des Diagramms der verdünnten Gruppe ungedämpft dargestellt sind, daß jedoch bei manchen Anordnungen nach der Erfindung diese seitlichen Hauptzipfel auf die !Nullstellen der Kebensipfel des Sendediagramms

.Λ 309835/0887

gelegt sein können, so daß si® tatsächlich effektiv er- · heblich gedämpft sein können„ Weiterhin ist die Srfindung 'nicht auf Radargeräte für Luft -Bode η-Be trieb begrenzt, sondern kann ebenso bei Boden-Luft-,'Boden-Boden='oder Luft-Luft-Betrieb benutzt "werden«- Die Anwendung der Er^ ■ findung ist immer dann von besonderem Vorteil, wenn ein Minimum an Ausrüstung bei sehr hoher Auflösung gewünscht wird« Srfindungsgemäße !Radargerät® sind ebenso SUj: Installationen auf Schiffen sowi® Landfahrzeugen geeignet_o

In dem Diagramm nach Figo 5 sind mehrere Strahlungsele- mente 7^s 75₅ 76 und 77 ®iß@r verdünnten Gruppe dargestellt s die einen Abstand d voneinander haben₀ Dieser Abstand kann im wesentlichen gleich, der halben Längenausdehnung der Sendeantenne .10 sein_t so daß d α 1/2, damit die Hauptsipfel des Empfangsdiagramms mit jeder zweiten ' Mullstella der Hebenzipfel des Sendediagramms susammenfallen» Um das. Prinsip einer verdünnten Gruppe bei einem Schwenkwinkel θ su erläutern, sollen- den Strahlungselementen 7^ bis 77 d,i© Phasenverschiebungen 0_f - φ, -=2 0 und -3 ψ zugeordnet sein» Bei normalem Antennenaufbau gibt es keinerlei Mehrdeutigkeit infolge mehrerer Haupt-= zipfel₀ weil der Abstand d etwa X/2 gleichist, wenn A die Wellenlänge des empfangenen oder ausgesendeten HF= Signals ist» Der Abstand d der Elemente ist so gewählt_s· daß swei Wellenfronten 85 und 86 aus zwei verschiedenen Richtungen empfangen w@rd©n_G Di© beiden Winkel Θ und θ" sind durch die folgende Besiehung verknüpft

• sin 9 + sin θ¹ = 1.

Die Entfernung Z uacL asr ikfcstacd d sind durch die Besie-» hung X = d sin θ verknüpft * Die Bedingung für eine eindeutige Ergebnisse liefernde Gruppe mit einem einzigen Hauptzipfel ist

" ^ 1 +sio Q'

Bei dem erfinaungsgemäßen Radargerät kann der Abstand d größer als λ/(1 + sin Θ), und zwar zehn- bis swanzigmal größer sein, so daß ein Diagramm mit mehreren Hauptzipfeln erzeugt wird. Eine verdünnte Gruppe ist jedoch jede Gruppe, bei aer der Abstand aer Strahlungselemente größer ist als eine Wellenlänge, und es kann bei manchen Anordnungen das mehrere Hauptzipfel aufweisende Diagramm eines Radargerätes nach der Erfindung nur zwei Hauptzipfel umfassen. Wenn eine Auslöschung der seitlichen Hauptzipfel erfolgen soll, wird gleichzeitig der Abstand der Strahlungselemente zu den Abmessungen der Sendeantenne in Beziehung gesetzt, so daß der Abstand d gleich 1/2 ist, wenn 1 die Länge der Senaeantenne ist, sofern es sich dabei um eine starre Antenne handelt. Wenn dagegen die Sendeantenne eine phasan- oder frequensgesteuerte Gruppe ist, ist der Abstand zwischen den Strahlungselementen der Sendeantenne etwa A/2, wenn die Antenne nur einen Hauptzipfel hat. Auch hier kann wiederum der Abstand der Strahlungselemente der * Empfangsantenne 1/2 betragen. Es ist auch möglich, den Abstand der Strahlungselemente der Bmpfangsantenne zu 1/3» 1/4- oder l/n zu wählen, wenn die Hauptzipfel des Empfangsdiagramms bei jeder dritten, jeder vierten oder jeder nten iiulistelle des Sendediagrsmms erscheinen sollen. Die Winkelausdehnung aer Hauptzipfel 'des Empfangsdiagramms ist

QÜ8S5/08S7

23064Ö?

jl/L, wenn. L die Länge der Eiapf angsantenne ist. Der Winkelabstand der Hauptzipfel beträgt λ/d, und es ist die Winke !entfernung zwischen den Antennehzipfeln größer als A. Es sei erwähnt, daß das System nicht auf eine spezielle, Anzahl von Ernpf angs-Hauptzipfeln"beschränkt ist, so daß jeder Abstand zwischen den Strahlungselementen benutzt werden kann, sofern er größer ist als A· So kann zur Erläuterung beispielsweise die Sendeantenne eine Länge von 60 cm haben und wahlweise eine, starre Antenne oder eine Gruppe aus Strahlungselementen mit einem Abstand von A/2 = 1,5 cm sein (A » 3 cm im X-ßand). Bei diesem Beispiel umfaßt die Sendeantenne 60/1,5 = ^O Strahlungselemente. Bei einer 12 m langen Empfangsantenne beträgt der Abstand der Strahlungselemente 1/2 = 60/2 = 30 cm, und es sind 1200/30 = 4-0 Strahlungselemente vorhanden. Bei einem üblichen Dipoldiagramm, wie es in Fig„ 1 dargestellt ist, haben die Empfangs-Hauptzipfel einen Abstand von 6°. Es ist zu erwähnen, daß bei einer Sende-Empfangs-Antenne eines üblichen Radargerätes von 12 m Länge 1-200/1,5 = Antennenelemente benötigt würden, also eine sehr große Anzahl. Obwohl das erwähnte Beispiel für eine verdünnte Empfangsgruppe gilt, versteht es sich_s daß die Erfindung ebenso die Anwendung einer verdünnten Gruppe für die Sendeantenne und eines üblichen Aufbaues für die Empfangsantenne ermöglicht. Die gleichen Betrachtungen hinsichtlich der Abstände gelten für Antennen mit phasen- oder frequenzgesteuerter Abtastung« .

Für die Mindestanzahl an Phasenschiebern bei einer phasengesteuerten Gruppe oder die Mindestanzahl von Strahlungselementen bei einer phasen- oder frequenzgesteuerten

3098357 08 8 7

Gruppe können von der Länge der Sendeantenne die folgenden Ausdrücke abgeleitet werden. Die Gesamtzahl der Strah lungselemente der Sendeantenne und der ßmpfangsantenne ergibt sich zu

1 _A L
172 ⁺ T72·

Wird die Ableitung nach 1 gleich Null gesetzt und danach für 1 aufgelöst, so ergibt sich

d 1 ^ L _n
dl 172 ⁺ Ϊ72 ⁼ °

2 2L_n

r ■ ?" °

1 =

An Hand der Fig. 6a, 6b und 6c soll nun ein nach der Erfindung ausgebildetes Radargerät näher erläutert werden, das von einer phasengesteuerten Antenne mit verdünnter Gruppe von Strahlungselementen Gebrauch macht. Das Radargerät umfaßt eine Sendeantenne 90, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine phasengesteuerte Gruppe mit 16 Strahlungselementen ist, und eine ßmpfangsantenne 92, bei der es sich ebenfalls um eine phasengesteuerte Gruppe mit 16 Strahlungselementen handelt. Die Sendeantenne 90 umfaßt eine Anzahl Phasenschieber 9^·» die an eine gemeinsame Speiseleitung 96 angeschlossen sind, die den Sendeimpuls vom Sender 100 zuführt. Die Phasensteuersignale werden von einer Schwenksteuerung 102 geliefert, die geeignete Phasenbefehle jedem der Phasenschieber 9^ zuführt. Die ßmpfangsantenne 92 besteht aus einer Anzahl von

309835/0887

. ₁₈._ 230640?

Teilgruppen 106 bis 109 von Strahlungselemente!!, wie beispielsweise den Strahlungselementen 110, 111, 112 und 113, welche die Teilgruppe 106 bilden,. Bei den Strahlungselementen kann es sieh um Schlitzstrahler, Hornstrahler, die dargestellten Keilstrahler oder sonstige geeignete Antennenelemente handeln. Die Strahlungselemente, wie z. B. 110 und 111, haben einen solchen Abstand d (Fig. 5)» daß. eine minimale Anzahl von Strahlungselementen benötigt wird und .dementsprechend das fimpfangsdiagramm eine Anzahl von Hauptzipfeln aufweist. Mit jedem der Strahlungselemente, wie den Strahlungselementen 110 bis 113» ist ein Mischer gekoppelt, wie beispielsweise die Mischer 117 bis 120, die ihrerseits über ZF-Vorverstärker, wie beispielsweise die Vorverstärker 121 bis 124, mit einer gemeinsamen Leitung 126 verbunden sind. Demnach werden die Signale, die jeweils von den Strahlungselementen einer Teilgruppe empfangen worden sind, nach dem Durchlaufen der Mischer als ZF-Signale in einer gemeinsamen Leitung 126 summiert. Um die erforderliche· Phasenverschiebung zu bewirken, empfangen die Mischer 117 bis 120 phasenverschobene Überlagerungssignale von entsprechenden Phasenschiebern 128 bis 131. Mit allen Phasenschiebern ist eine von einem Lokaloszillator "W-O kommende gemeinsame Speiselei- ·. tung verbunden. Der Lokaloszillator 140 ist frequenzgesteuert und erhält zu diesem Zweck vom Sender 100 ein AFC-Signal. Ss ist ersichtlich, daß auf diese Weise die durch die Phasenschieber bedingten Verluste sich auf das Überlagerungssignal und nicht auf das empfangene,Radarsignal auswirken. Durch diese Maßnahme wird zwar zusätzliche Leistung vom Lokaloszillator benötigt, jedoch nicht das Signal-Rausch-Verhältnis des Radargerätes beeinträchtigt.

309835/0887

_₁₉_ 23Q640?

Weiterhin kann die gemeinsame Speiseleitung für die Phasenschieber auf Kosten zusätzlicher Leistung des Lokaloszillators als Koaxialkabel anstatt als Hohlleiter ausgebildet sein. Endlich ist zu erwähnen, daß die Signale der Teilgruppen im ZF-Bereich und nicht bei HF-Frequenzen kombiniert v/erden, so daß an der Gruppe im wesentlichen keine Hohlleiter benötigt werden, was besonders dann von Vorteil ist, wenn sich die Gruppe an der Tragfläche eines Flugzeugs befindet.

Die Strahlungselemente der anderen Teilgruppen 107, 108 und 109 sind jeweils mit einer anderen Leitung 142, 144 bzw. 146 gekoppelt. Die Signale, auf den Leitungen 126, 142, 144 und 146 werden dann verarbeitet, um die Effekte der Zeitverzögerung auszugleichen, die sich bei schrägen Abtastwinkeln der Antennen ergeben.

Obwohl die Antenne derart phasenkorrigiert sein kann, daß eine kohärente Addition des Wellenzuges gewährleistet ist, erreichen schräg einfallende Echos nicht gleichzeitig alle Strahlungselemente der Antenne (siehe Fig. 11). Die hierdurch bedingten Probleme werden durch eine Kombination von Zeitverzögerung und Phasenverzögerung überwunden, bei der jedes Strahlungselement der Antenne phasengesteuert und die Ausgangssignale der Strahlungselemente jeder Teilgruppe kombiniert werden, um ein Ausgangssignal auf der zugeordneten gemeinsamen Leitung 126 bzw. 142, 144 oder 146 zu bilden. Jede Verzögerungsschaltung, wie beispielsweise die Verzögerungsschaltung 150, enthält ein Verzögerungselement, wie beispielsweise Abschnitte 160, 161, 162 und 165 von Koaxialkabeln, die mit Schaltern 165,

309835/0887

166, 167 und 168 verbunden sind. Sin Verzögerungssignal der Schwenksteuerung 102 wird auf'einer Sammelleitung T/0 den Schaltern 165 bis 168 zugeführt,' so daß einer dieser Schalter als Funktion des Schwenkwinkels der Antenne geschlossen wird. Nach dieser Verzögerung werden die Sifsna-Ie über Leitungen 180, 181, 182 und 183 einem geeigneten Leistungssummierer 190 zugeführt. Das vom Leistungssummierer 190 gebildete Summensignal wird über einen geeigneten Verstärker 192 einem Detektor 194- zugeführt. Das am Ausgang des Detektors 19^ erscheinende "Videosignal "gelangt dann über eine Leitung 196 zu einem Videoverstärker 198, von dem es dann über eine Leitung 200 einem geeigneten Verbraucher, wie beispielsweise.einem Sichtgerät 202 zugeführt wird, bei dem es· sich um ein Rundsichtgerät mit exzentrischem Ursprung handeln kann, der von der Schwenksteuerung ein für den Schwenkwinkel charakteristisches Signal erhält.

Die Schwenksteuerung 102 kann beispielsweise von einem geeigneten Speicher gebildet werden, beispielsweise einem nur lesbaren Speicher, der auf einen Taktgeber 206 anspricht und beispielsweise Speicherabschnitte 210, 211, 212, 213 und 214- enthält, in denen die zur Synchronisation des gesamten Systems benötigten Daten gespeichert sind. So kann die S.endeantennenphase aus dem Speicherabschnitt

210, die Empfangsantennenphase aus dem Speicherabschnitt

211, ein Frequenzsprungsignal, das dem Sender 10 zur Steuerung der Sendefrequenz zugeführt wird, aus dem Speicherabschnitt 212j das Schwenkwinkelsignal, das den Azimutwinkel des Sichtgerätes.202 steuert, aus dem Speicherabschnitt 213 und das Verzögerungssignal zur Steuerung der

30983570887

Verzögerungsschaltungen 150, 151, 152 und 153 aus dem Speicherabschnitt 214 stammen.

Die Schwenksteuerung 102 bewirkt die Systemsteuerung, indem sie in Abhängigkeit von dem Taktgenerator.206, der synchron zum Sender 100 arbeitet, nacheinander Kodewörter ableitet. Die der Schwenksteuerung vom Taktgeber 206 zugel'ührten Signale können zeitlich so eingestellt sein, daß sie Änderungen in der dem Aussenden eines jeden Impulses vorangehenden Totzeit bewirken (siehe Fig. 10). Die Schwenksteuerung 102 für eine phasengesteuerte verdünnte Gruppe kann aus üblichen oder lediglich auslesbaren Speichern bestehen, die kodierte Daten zur Synchronisation des gesamten Systems enthalten. So werden für das dargestellte, 16 Strahlungselemente enthaltende System bei 256 Schwenkwinkeln die folgenden Wörter benötigt:

16 Phasenschiebewörter zu je 4 Bit für die Sendeantennenphase » 64 Bits

16 Phasenschiebewörter für die Empfangsantennenphase zu je 4 Bit = 64- Bits

Frequenzsprungsignale für 4 Frequenzen =2 Bits 256 Winkelwerte für den Schwenkwinkel = 8 Bits

4 Verzögerungssignale für die Verzögerungsschalter mit je 4 Werten = 8 Bits

Insgesamt werden demnach 146 Bits pro Winkelwert benötigt. Für 256 Y/inkelwerte ergeben sich 37*676 Bits,und. bei der Verwendung von opeicherchips von 4096 Bits werden 10 opeicherchips benötigt.
V/enn eine Paritätskontrolle gewünscht wird, können den

309835/0887

oben angegebenen Datenwörtern in bekannter-Weise Paritätsbits hinzugefügt werden.

In den Fig. 7'a und'7b ist ein Radargerät nach der Erfindung dargestellt, das von einer Sendeantenne 240 Gebrauch macht, bei der es sich um eine mechanisch schwenkbare oder durch Phasen-^ oder Frequenzsteuerung elektronisch schwenkbare Antenne handeln kann.-Insbesondere kann die Sendeantenne 24-0 eine mechanisch schwenkbare Reflektorantenne sein, wie sie in Fig» 1 dargestellt ist, was be-.' sonders dann von Vorteil ist, wenn bereits in Flugzeugen installierte Radargeräte mit einer mechanisch schwenkbaren Antenne am Bug modifiziert werden sollen. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf einen speziellen Typ von Sendeantenne beschränkt ist, sondern sowohl Antennen mit mechanisch schwenkbaren Reflektoren oder Strahlergruppen und Antennen mit Strahlergruppen und elektronisch schwenkbarem Diagramm umfaßt. Die in Fig. 7a dargestellte Empfangsantenne 24-2 ist eine verdünnte Strahlergruppe mit durch Frequenzänderung schwenkbarem Diagramm. Die Strahlergruppe der Antenne 24-2 besteht aus Teilgruppen 250 bis 253, von denen die Teilgruppe 250 die Strahlungselemente 24-6 bis 24-9 umfaßt. Alle anderen Teilgruppen umfassen gleichartige Strahlungselemente. Das von den einzelnen Strahlungselementen 24-6 bis 24^9 empfangene Signal wird entsprechenden Mischern 261 bis 265 zugeführt und in den Mischern überlagert. Das ZF-Ausgangssignal der Mischer wird über entsprechende Verstärker 270 bis 273 einer Leitung 276 zugeführt. Andere Gruppen von Mischern, die den Strahlungselementen der Teilgruppen 251, 252 und 253 zugeordnet sind, sind an entsprechende Leitungen 278, 279

309835/0887

und 280 angeschlossen. Diese Leitungen führen zu einer Verzögerungseinheit 284, welche die Verzögerungsschaltungen 150 bis 153 enthalten kann, wie sie in Fig. 6c dargestellt sind. Um die für eine frequenzgesteuerte Schwenkung erforderlichen tjberlagerungssignale zu liefern, ist ein erster Lokaloszillator 290 vorgesehen, der ein Überlagerungssignal wechselnder oder ansteigender Frequenz an eine schlangenförmige Leitung 292 liefert, die an ihrem fernen Ende in geeigneter Weise abgeschlossen ist. Wie bekannt, sind die 16 Mischer, wie beispielsweise die Mischer 260 bis 263, an entsprechende Punkte der schlangenförmigen Leitung 292 angeschlossen, die eine solche Länge hat, aali die Frequenzänderung eine Phasenänderung zur Folge hat, durch die die Empfangsrichtung der Strahlungselemente geändert wird. Der erste Lokaloszillator 290 empfängt auf einer Leitung 298 ein AFC-Signal und ein Überlagerungsfrequenz-Steuersignal auf einer Leitung 300 von der Schwenksteuerung 302. Die Frequenz des Lokaloszillators bestimmt die Blickrichtung der Antenne. Die Antenne wird geschwenkt, indem ein Satz Überlagerungssignale zunehmender Frequenz zugeführt wird.

Die Verzögerungseinheit 284 wird von Verzögerungssignalen gesteuert, die von der Schwenksteuerung 302 geliefert v/erden. Die Ausgangssignale der Verzögerungseinheit werden dann dem Leistungssummierer 190 zugeführt, um die ersten ZF-Signale zu einem kombinierten Signal zu vereini- · gen, das über eine Leitung 309 einem Mischer 310 zugeführt wird. Bin zweiter Lokaloszillator 312, der auf das überlagerungsfreqnez-Steuersignal auf der Leitung 300 anspricht, ist über eine Leitung 313 mit dem Mischer 310

2 30.6 A 0.7

verbunden, um uie Frequenzvariation des ersten ZF-öignals zu beseitigen, die durch den mit ansteigender Frequenz arbeitenden ersten Lokaloszillator bedingt ist. Der Mischer 510 liefert dann ein schmalbandigesHaupt-ZF-Signal, das über eine Leitung $11 und einen Verstärker $14 einem Detektor 316 zugeführt wird,, dessen Ausgangssignal ein Videosignal ist, das über die Leitung $20 zu einem Videoverstärker 322 gelangt. Das verstärkte Videosignal wird dann über eine· Leitung $28 einem geeigneten Verbraucher zugeführt, wie beispielsweise dem Sichtgerät 202, das Schwenkwinkelsignale von der Schwenksteuerung 302 erhält.

Die Schwenksteuerung für das Radargerät, das eine Empfangsantenne mit einer verdünnten Gruppe von 16 Strahlungselementen umfaßt und von frequenzgesteuerter Schwenkung des Strahlungsdiagramms Gebrauch macht, kann für 256 Winkelwerte die folgenden Wörter speichern;

16 Wörter für die Sendeantennenphase zu je-4 Bit =64 Bits

4 Werte für die Sendefrequenz (Frequenzsprung) = 2 Bits

256 Werte des Schwenkwinkels =» 8 Bits

4 Werte für 4 Zeitverzögerungsschalter = 8 Bits

256 Werte der Überlagerungsfrequenz = 8 Bits

Die vorstehende Aufstellung ergibt 90 Bits für jeden Wert des Abtastwinkels.

Für 256 Winkelwerte ergeben sich 22„940 Bits, so daß insgesamt 6 Speicherchips von je 4.096,Bits benötigt werden. Wenn eine Paritätskontrolle angewendet werden soll, können in bekannter Weise zusätzliche Bits benötigt werden.

30983570887

Die Wirteungsweise des in den Fig. 7a und 7b dargestellten Systems wird an Hand des Frequenz-Zeit-Diagramms nach Fig. 8 näher erläutert. Die Sendefrequenz ist durch das Signal 350 veranschaulicht, während die Uberlagerungsfrequenz durch ein Signal 352 wiedergegeben wird, das eine Anzahl stufenförmig ansteigender Schritte umfaßt. Zur Zeit 354- erfährt der Sender eine Frequenzänderung, die beispielsweise durch eine Temperaturänderung hervorgerufen sein kann. In Abhängigkeit von einer üblichen automatischen Frequenzsteuerung (AFC) findet bei 356 eine Korrektur der Frequenz des ersten Lokaloszillators statt. Das erste ZF-Signal, wie es beispielsweise auf den Leitungen 276 und 278 vorliegt, ist durch das Signal 360 wiedergegeben und nimmt schrittweise in der Frequenz ab, weil es sich aus der Differenz-, zwischen der Frequenz des Senders und des ersten Uberlagerungssignals ergibt. Die Frequenz des zweiten Lokaloszillators ist durch das Signal 362 wiedergegeben und nimmt in der gleichen V/eise ab wie das erste ZF-Signal. Die Differenz zwischen dem ersten ZF-Signal und der Frequenz des zweiten Lokaloszillators ist das Haupt-ZF-Signal auf der Leitung 311, das eine konstante Frequenz hat, wie es durch das Signal 366 in Fig. 8 dargestellt ist. Diese Frequenzsteuerung der verdünnten Gruppe 242 erfolgt ebenso wie bei üblichen Gruppen und braucht daher hier nicht weiter erläutert zu werden.

An Hand der Fig. 9 und 10 wird die Wirkungsweise der Geräte nach den Fig. 6a, 6b und 6c sowie 7a und 7b bei der Eeduktion von Fehlern durch zweifach umlaufende Signale weiter erläutert. Wie bekannt, beschränkt bei hohen Impulsfolgefrequenzen die begrenzte Länge der abgetasteten

309835/0887

Entfernung die maximale Ausnutzung der Zeit hinsichtlich Entfernung und zweifach umlaufenden Echos, nämlich Echos von großen Zielen, αie aus Entfernungen stammen, die jenseits des Pulsintervalles liegen* Diese zweifach umlaufenden Echos stören die Darstellung, weil sie bei kleinen Entfernungen nach dem Aussenden des nächsten Impulses erscheinen. Das Sendediagramm 358 und die verschiedenen Häuptzipfel 339 des Empfangsdiagramms sind für die erste Entfernungsabtastung (Sendeimpuls 1) mit'ausgezogenen Linien und für die nächste Entfernungsabtastung (Sendeimpuls 2) mit gestrichelten Linien dargestellt„ Bei der zweiten Entfernungsabtastung sind die gestrichelt dargestellten Hauptzipfel 3^-0 und 34-2 der Sende- und Empfangsdiagramme in der dargestellten Weise verschoben. Diese schnelle Verschiebung hat zur Voraussetzung, daß Sende- und Empfangsantennen elektronisch schwenkbar sein müssen. Durch Steuern der Senderichtung mit Hilfe der Schwenksteuerung kann keine Energie, die von dem Sendeimpuls 1 ausgesendet worden ist,' in den Empfänger während des zweiten Abtastintervalles eintreten, weil alle Hauptzipfel der Empfangsantenne nicht mehr in die Richtung weisen, in die der vorhergehende Impuls ausgesendet worden ist. Für den Impuls Nr. 3 gehen die Diagramme in ihre Ausgangsstellung zurück oder können zu dem nächsten Hauptzipfel des Empfangsdiagramms der dem ersten Impuls zugeordneten Stellung übergehen. Diese Steuerung erfolgt mit Hilfe der Phasen- oder Frequenzsteuerwörter, die von der Sehwenksteuerung geliefert werden. Um auch drei-, vier- oder mehrfach umlaufende Echoimpulse zu vermeiden, können die Antennenstellungen um 1/3, 1/4- oder jeden gewünschten Bruchteil des Abstandes zwischen den Hauptzipfein des

309835/0887

iämpfangsdiagramms während drei, vier oder mehr Impulsen verschwenkt werden, bevor sie in eine Stellung gebracht werden, in der sie wieder Energie aus der Richtung der ersten Abstrahlung aufnehmen können. Diese Technik: der Reduktion von mehrfach umlaufenden Signalen ist normalerweise nur dann erforderlich und auch nur dann anwendbar, wenn elektronisch schwenkbare Antennen vorhanden sind. Bei mechanisch geschwenkten Antennen ist eine niedere Impulsfolgefrequenz ausreichend, um die Informationen in der benötigten Dichte, nämlich einen Impuls pro Keulenbreite, für das aufzeichnende Radar zu liefern.

Wie in dem Diagramm nach Fig. 10 dargestellt, wird das System durch Taktimpulse 560 synchronisiert, um Sendeimpulse 362 auszulösen, die abwechselnd mit 1 und 2 bezeichnet sind. Die Impulse 561 geben Zeitpunkte an, zu · denen die Schwenksteuerung dem System Signale zuführen ". kann. Das von den Sendeimpulsen 1 ausgelöste Echo wird durch die Kurve 364 wiedergegeben, während die Kurven366 das von den Sendeimpulsen 2 ausgelöste Echo zeigen. Wie ersichtlich, können aufgrund Jedes Sendeimpulses noch im zweiten Umlauf, d. h. nach dem nächsten Sendeimpuls eintreffende Echosignale ausgelöst werden, was zu Störungen führt, wenn nicht die oben behandelte Technik zur Reduktion der erst im zweiten Umlauf eintreffenden oder zweifach umlaufenden Signale verwendet wird. Die Kurve 370 zeigt das tatsächlich empfangene Bcho bei Anwendung der an Hand Fig. 9 erläuterten Methode der Eliminierung von zweifach umlaufenden Echosignalen. Dabei macht Fig. 10 deutlich, daß durch diese Methode eine Verfälschung der von jedem Sendeimpuls ausgelösten Echosignale vermieden

309835/0887

wird. Die ImpuJ.se 361 zeigen die Taktimpulse an, die erzeugt werden,, um die.Schwenksteuerung auszulösen und eine Änderung der Antennenrichtung zu bewirken. Es sei erwähnt, daß bei Verwendung einer'verdünnten·Gruppe als Sendean-' tenne und einer Empfangsantenne mit nur einem Hauptzipfel die Reduktion von zweifach umlaufenden Signalen in der gleichen Weise stattfinden kann.

Bs ist bekannt, daß die Verwendung mehrerer Sendefrequenzen bei einem ohne Kohärenz arbeitenden Radargerät eine ausgleichende Wirkung auf die Darstellung hat. Bei normalen Radargeräten wird die Frequenz von Impuls zu Impuls geändert. Wenn jedoch bei dem erfindungsgemäßen System . mit elektronischer Abtastung gearbeitet wird, bei jeder Azimutrichtung der Abtastung nur ein Treffer erzielt wird und die Abtastung beispielsweise etwa 20mal pro Sekunde stattfindet, brauchen die Frequenzen nur jeweils nach einer vollständigen Abtastung geändert zu werden. In Verbindung mit einer elektronisch geschwenkten Sendeantenne kann ein mechanisch durchstimmbares Magneton verwendet werden, um durch kontinuierliches Durchstimmen eine Bildglättung von Abtastung zu Abtastung,zu erzielen. Wie in Fig. 10 angedeutet, können die Frequenzen f^ bis IV, von denen f£ nicht dargestellt ist-, für jeweils eine andere Abtastung verwendet werden. . '.';"".

Fig. 11 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der ICompen-r sation zeitlicher Verzögerungen, wie sie bei Geräten nach der Erfindung verwendet werden kann. Bei schräger Stellung des Antennendiagramms, die in Fig. 11 durch die schräge Echofront 390 veranschaulicht ist, wird die

309835/0887

gesarate, aus den Teilgruppen 106 bis 109 bestehende Gruppe nicht gleichzeitig beleuchtet. Es versteht sich, daß die dargestellte Gruppe die. verdünnte Gruppe einer phasengesteuerten Antenne sein soll, jedoch auch zu einer frequenzgesteuerten Antenne gehören könnte. Bei dem durch die iDchofront 590 veranschaulichten schrägen Schwenitwinkel erreichen die zurückkehrenden Echos nicht alle Strahlungselemente der Antenne gleichzeitig. Infolgeaessen wird bei diesen Schwenkwinkeln das richtige Antennendiagramin nicht erzielt, selbst wenn die Strahlungselemente der Smpfangsgruppe die richtige Phasenlage haben, um eine kohärente Addition der Echos zu gewährleisten. Bei dem erfinaungsgemäßen Radargerät kann eine Verzögerung eingeführt werden, so daß das Ausgangssignal einer jeden .Teilgruppe eine einschaltbare Verzögerung 150 bis 153 durchläuft, siehe auch Fig. 6a und 6b, so daß die Strahlungselemente der Empfangsantenne effektiv in Stellungen gebracht werden, die in Fig. 11 mit 109, 392, 394- und 396 bezeichnet sind, so daß sie annähernd parallel zu der einfallenden Schofront 390 stehen. Es sei erwähnt, daß die effektiven Stellungen 392, 39^ und 396 der Teilgruppen nicht völlig parallel zu der eintreffenden Echofront 390 verlaufen, jedoch die grob einstellbaren Verzögerungszeiten eine effektive und befriedigende Wirkung haben. Da die Steuerung der Verzögerung und der Phasenschieber bzw. der Frequenz des Lokaloszillators mit Hilfe der Speicherelemente der gleichen Schwenksteuerung erfolgt, wird die Korrektur mit einem Minimum an Einrichtungen mit höchster Genauigkeit ausgeführt.

Bei den sehr geringen Keulenbreiten, die mit dem

309835/0887

erfindungsgemäBen Radargerät durch die_< große Antennenlänge L erzielbar sind, werden die Beschränkungen, die sonst für eine Fostzielunterdrückung ohne Kohärenz charakteristisch sind, im wesentlichen ausgeschaltet. Eine auf ö'törflecken (Clutter) bezogene Festzielunterdrückung ohne Kohärenz kann bei einem Radargerät nach der Erfindung, verwendet werden und führt zu zuverlässigen Ergebnissen.

Fig. 12 zeigt einen Querschnitt durch die Tragfläche 400 eines Flugzeugs, an deren Unterseite die. Antenne eines erfindungsgemäßen Radargerätes befestigt ist. Obwohl das erfindungsgemäße System dazu geeignet ist, an Jeder be-, liebigen Stelle der Tragfläche angebracht zu werden, ist die Vorderkante der Tragfläche häufig mit Enteisungs- und Steuereinrichtungen versehen, so daß die Installation an der Unterseite der Tragfläche die Flugzeugfunktionen weniger stört. Die Smpfangsantenne 402 kann, wie in Fig. dargestellt, keilförmige Strahlungselemente 404, 406, umfassen, die in dem für die verdünnte Gruppe gewählten Abstand flach an der Unterseite der Tragfläche befestigt sind. Bei einer Sendeantenne von 45 oder 60 cm Durchmesser kann dieser Abstand 22,5 bzw. 30 cm betragen. Jedes. Strahlungselement ist mit einer handelsüblichen, Gegentaktmischer und Vorverstärker umfassenden Einheit 410 verbunden. Das Uberlagerungssignal wird über eine Koaxialleitung zugeführt.. Das Überlagerungssignal für den Mischer wird von einem Diodenphasenschieber,412 empfangen, der ' von einem Phasenschiebertreiber 414 gesteuert wird. Es ist ersichtlich, daß auf diese Weise im wesentlichen in der Tragfläche des Flugzeugs oder in der Struktur 402 kein Hohlleiter benötigt wird, weil der Mischer dicht am

309835/0887

Strahlungselement 404 angeordnet ist. Der hintere Abschnitt der Antennenanordnung 402 enthält die Koaxialleitungen, welche die Überlagerungssignale zuführen und die ZF-Signale abführen, wie es durch die Leitungen 420 und 422 veranschaulicht ist. Das vorverstärkte ZF-Signal auf der Leitung 422 wird dann im Rumpf des Flugzeugs anstatt in der Tragfläche weiter verarbeitet, insbesondere in den den Teilgruppen zugeordneten Verzögerungsschaltungen verzögert, kombiniert und weiter verstärkt. Durch Einführen der Phasenverschiebung in dem uberlagerungssignal wird das Signal-Rausch-Verhältnis des Systems nicht vermindert. Die Verluste am Überlagerungssignal können leicht ausgeglichen werden. Eine Sammelleitung 423 führt die Phasensteuersignale und eine Sammelleitung 425 die notv/endige Leistung zu.

V/eitere Einzelheiten des Strahlungselementes 404, bei der.i es sich um ein typisches Beispiel für die Art von Strahlungselementen, handelt, die für eine solche Installation verwendet werden können, sind Fig. 14 zu entnehmen. Das Strahlungselement besteht aus einem dielektrischen Kunststoffkeil 440, der mit einem geeigneten, eine gute Anpassung gewährleistenden Übergang an einen Hohlleiterabschnitt 442 angeschlossen ist. Das Signal wird aus dem Hohlleiter 442 mit Hilfe eines geeigneten Steckers 446 ausgekoppelt, der einen Koaxialleitungs-Ubergang bildet. Ein solches Strahlungselement ist besonders vorteilhaft, weil es an der Unterseite einer ausgedehnten Metallfläche flach montiert werden kann.

Die Fig. 15 und 16 zeigen die Azimut- und Elevations-

309835/0887

- 52 - ■

diagramme aes Strahlun-gselementes nach Fig. 14. Die Nutzleistung wird in einem Winkelbereich bis zu etwa 50 unterhalb der Tragfläche abgestrahlt ühd der maximale Gewinn des Strahlungselementes beträgt etwa 15 db.iSs ist ersichtlich, daß das. Azimut diagramm parallel zur Ober- , fläche der Tragfläche durch die Nähe der Fläche im wesentlichen unbeeinflußt bleibt, abgesehen von einer .Dämpfung um 6 db. Obwohl bei dem dargestellten System ein solches keilförmiges Strahlungselernent verwendet wird, versteht es sich, daß die .Erfindung auch auf jede andere Art von geeigneten Strahlungselementeh anwendbar ist.

Fig. 17 zeigt eine Antennenanordnung, bei der nicht die Empfangsantenne sondern die Sendeantenne von einer verdünnten Gruppe gebildet wird. Die Sendeantenne 4-70 erzeugt ein Sendediagramm 472, während" eine Smpfangsgruppe 474 ein Empfangsdiagramm mit einem einzigen Haupt'.zipf el 476 erzeugt. Wenn bei dieser Anordnung kurze Impulse verwendet v/erden, so daß eine Verzögerung 478 benötigt wird, wird diese Verzögerung zwischen den Sender 480 und die verschiedenen Elemente oder Teilgruppen der Sendeantenne geschaltet. Diese Anordnung kann den Nachteil haben, daß die zeitliche Verzögerung bei Mikrowellenfreqüenzen bewirkt werden muß. -

Fig. 18 veranschaulicht eine Anordnung, bei der Sende- und Empfangsantennen als verdünnte Gruppen ausgebildet und auf der gleichen Tragstruktur, beispielsweise der Tragfläche eines Flugzeugs, angebracht sind. Die Strahlungselemente der beiden Antennen haben verschiedene Abstände. Fig. 19 veranschaulicht die Diagramme der beiden

309835/0887

verdünnten Gruppen. Das Diagramm der Gruppe mit den dichter angeordneten Strahlungselementen, bei der es sich um die Sendeantenne handeln kann, ist mit durchgehenden Linien dargestellt. Das Diagramm der'anderen Gruppe wird durch eine gestrichelte Linie wiedergegeben. Die oende- und Smpfangsfunktionen können auch umgekehrt sein. V/enn der Abstand der Strahlungselemente der Sendeantenne 4-90 beispielsweise 90 % des Abstandes der Smpfangsantenne beträgt und wenn I/d > 25/L, wobei d der Abstand zwischen den Strahlungselementen der Bmpfangsantenne und L die Gesamtlänge der Empfangsantenne ist, kommen die seitlichen Hauptzipfel, wie beispielsweise der Zipfel 496, der Sendeantenne in einem Schwenkbereich, von 60 nicht mit den seitlichen Hauptzipfeln der .Bmpfangsantenne zur Deckung, abgesehen von dem mittleren Hauptzipfel oder dem Haupt zipfel nullter Ordnung. Die beiden Antennen werden synchron geschwenkt, um diesen Effekt zu erzielen, der ähnlich wie bei einem Nonius mit einer Normalskala 'und einer Noniusskala auf einer Schieblehre ist. Da beide Antennen elektronisch geschwenkt werden, sind die Nebenzipfel-Eigenschaften einer solchen Anordnung im wesentlichen vom Schwenkwinkel unabhängig, da die relative Keulenbreite und der Abstand der Sende- und Empfangsgruppen vom Schwenkwinkel unbeeinflußt bleiben.

Demnach wurde ein verbessertes Radargerät beschrieben, bei dem gemäß einer Ausführungsform der Sendeteil ein übliches, einen Sektor abtastendes Strahlungsdiagramm aufweist, das einen nach vorn gerichteten Bereich ausleuchtet. Die Smpfangsantenne, deren Strahlungselemente eine verdünnte Gruppe bilden, hat ein Diagramm, das mehrere

309835/0887

Hauptzipfel mit vorbestimmten! Abstand hat. Im Betrieb wird nur einer dieser Hauptzipfel von der Strählungskeule der Sendeantenne ausgeleuchtet, während die- Sende- und Empfangsantennen synchron entweder fortlaufend oder in einer gewissen Sprungfolge verschwenkt werden, um eine Darstellung des abgetasteten Sektors zu erhalten. Das erhaltene Gesamtdiagramm des Radargerätes ist gleich dem Produkt der beiden gewählten Antennendiagramme, die so beschaffen sind, daß eine Dämpfung der seitlichen Hauptzipfel sowie der Nebenzipfel erfolgt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Sende- und Smpfangsantennen auszutauschen und verdünnte Gruppen als Sende- und als Empfangsantenne zu verwenden. Das erfindungsgemäße Radargerät mit getrennten Sende- und Empfangsantennen ist·besonders zur Erweiterung und Verbesserung bestehender Flugzeug-Radargeräte geeignet, um deren Auflösungsvermögen zu verbessern. Die Erfindung ist auch bei neu entwickelten Radargeräten für moderne Tragflächen-Flugzeuge geeignet, weil ein Minimum an Einrichtungen benötigt und an Platz in der Tragfläche beansprucht wird. Das dem erfindungsgemäßen Radargerät zugrunde liegende Prinzip ist für Luft-Luft-, Luft-Boden-, Boden-Boden- und Boden-Luft-Anwendungen geeignet. Ein Radargerät nach der Erfindung kann außer in Flugzeugen auch in Schiffen und Landfahrzeugen oder auch fest am Boden installiert werden.

309835/0887

Claims

Patentansprüche

1.] !Radargerät hoher Winke lauf lösung mit getrennten Sende-"^ und Smpfangsantennen, die durch eine deren Ausrichtungen synchronisierende Schwenksteuerung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Antennen ein Diagramm mit mehreren Hauptzipfeln aufweist und die Schwenksteuerung einen Hauptzipfel der anderen Antenne mit einem ausgewählten Hauptzipfel der einen Antenne im wesentlichen in Deckung hält.

2. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Antenne aus einer Gruppe von Strahlunpjselementen besteht, deren Abstand größer ist als die Wellenlänge des von der Sendeantenne ausgestrahlten Signals.

5. Radargerät nach Anspruch 2,· dadurch gekennzeichnet, daß die andere Antenne ein Diagramm mit nur einem Hauptzipfel aufweist.

4-, Radargerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungselemente der einen Antenne einen Abstand von etwa 2^/1 haben, wenn I die Wellenlänge des von der Sendeantenne abgestrahlten Signals und 1 die Länge der anderen Antenne ist.

5. Radargerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Antenne aus einer Gruppe von Strahlungselementen besteht, die ausreichend dicht

309835/0887

- 56 -

angeordnet sind, um ein Diagramm mit nur einem Hauptzipfel zu Liefern.

6. Radargerät nach einem, der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet,daß die aus Gruppen von Strahlungselementen bestehenden Antennen ein elektronisch, insbesondere durch Phasen— oder Frequenzänderung, schwenkbares Diagramm aufweisen. .

7. Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch'gekennzeichnet, daß die eine Antenne die Empfangsantenne ist. . -.-.--.

8. Radargerät nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß an.die Strahlungselemente der Empfangsantenne je ein Mischer angeschlossen und jeder Mischer über je einen Phasenschieber mit einem gemeinsamen Lokaloszillator verbunden ist und daß die Schwenksteuerung eine Einrichtung zur Steuerung der Phasenschieber umfaßt.

9. Radargerät nach Anspruch 7!-oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptzipfel des Diagramms der Empfangsantenne wenigstens dann, wenn die Diagramme von Empfangs- und Sendeantenne geradeaus gerichtet sind, mit den Nullstellen des Diagramms der Sendeantenne zusammenfallen. ■

10. Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenksteuerung eine Schwenkung des ausgewählten Hauptzipfels der einen und des einzigen Hauptzipfels der anderen Antenne nach

309835/0887

wenigstens einem Sendeimpuls einer Folge von Senaeitnx)ulsen in eine solche Stellung bewirkt, <±&ιί aer Hauptzipfel der anderen Antenne zwischen benachbarte Hauptzipfel der einen Antenne in der vorhergehenden Stellung der Antennen fällt und eine wesentliche Dämpfung der aufgrund eines vorhergehenden Sendeimpulses eintreffenden Echoenergie stattfindet.

11. Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einer festen Frequenz arbeitet und sowohl Sende- als auch iSmpfangsantennen von Gruppen von Strahlungselementen gebildet werden, deren Abstand größer ist als die Wellenlänge des von der Sendeantenne abgestrahlten Signals, und daß der Abstand der Strahlungselemente der einen Antenne größer ist als derjenige der Strahlungselemente der anderen Antenne, so daß die Hauptzipfel der beiden Antennen zueinander in einem ähnlichen Verhältnis stehen wie die Skalen eines Nonius.

309835/0887

Leerseite