DE2332784A1

DE2332784A1 - Schaltung zur phasenberechnung fuer eine mit elektronischer strahlschwenkung arbeitende radarantenne

Info

Publication number: DE2332784A1
Application number: DE19732332784
Authority: DE
Inventors: Wolf-Guenther Beitelrock; Harald Dipl Ing Grammueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-06-28
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1975-01-23
Also published as: FR2235503A1; GB1466272A; FR2235503B1; DE2332784B2

Description

Schaltung zur Phasenberechnung für eine mit elektronischer Strahlschwenkung arbeitende Radarantenne

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Phasenberechnung für eine mit elektronischer StrahlSchwenkung arbeitende Radarantenne, die aus in Zeilen und Spalten angeordneten Strahlerelementen besteht, deren Stromphase jeweils über einen Phasenschieber unter Verwendung von Elementspeiehern eingestellt wird, wobei zur digitalen Berechnung der gemeinsamen vertikalen Phasenwerte allerPhasenschieber innerhalb der einzelnen Zeilen ein einziges taktgesteuertes Vertikal-Rechenwerk und zur zusätzlichen digitalen Berechnung der einzelnen horizontalen Phasenwerte der Phasenschieber innerhalb der einzelnen Zeilen mit dem gleichen Takt arbeitende, vom Vertikal-Rechenwerk mit den dort errechneten vertikalen Phasenwerten über ein stufenzahlmäßig der Antennenzeilenzahl entsprechendes Schieberegister versorgte Horizontal-Rechenwerke vorgesehen sind, so daß für Jede Zeile zu den allen Phasenschiebern in dieser Zeile gemeinsamen vertikalen Phasenwerten die horizontalen Phasenwerte addiert sowie in den pro Zeile schieberegistermäßig zusammengeschalteten Elementspeiehern abgespeichert werden und die Berechnung des elektrischen Umwegs (Ablenk-Phaseninkrement) für den Phasenschieber eines Strahlerelements, der sich phasenmäßig um einen bestimmten Betrag von seinen Zeilennachbarn und um einen anderen bestimmten Betrag von seinen Spaltennachbarn unterscheidet, auf eine Addition in Addierwerken des Vertikal-Rechenwerks und der Horizontälrechenwerke zugeführt ist.

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Phasengesteuerte Antennen bestehen aus vielen einzelnen Strahlern, die auf einer ebenen Fläche in gewöhnlich orthogonalen Zeilen und Spalten angeordnet sind. Zur elektronischen Schwenkung des Richtdiagrammes wird in die Speiseleitung jedes Strahlerelementes ein Leitungsstück mit elektronisch veränderbarer elektrischer Länge, der sog. Phasenschieber, eingeschaltet. Die bei phasengesteuerten Antennen verwendeten Phasenschieber, z.B. Schaltferrite oder Schaltdioden, sind meistens vom digitalen Typ. Bei ihnen ist der die Phasenlage bestimmende Umweg nicht stetig, sondern nur in Schritten einstellbar. Die Berechnung der Umwege erfolgt in einem Phasenrechner und muß so schnell vorgenommen werden, daß die Arbeitsgeschwindigkeit des gesamten Systems nicht vermindert wird.

Im Radar-Anwendungsfall arbeitet der Phasenrechner zur Berechnung der Stromphasen jedes Strahlerelementes eng mit dem Zentralrechner des Radargerätes zusammen. Die Phasenschieber der Einzelelemente müssen unter Realzeitbedingungen eingestellt werden. Dieses Problem kann für größere, insbesondere flächenhafte elektronische Antennen, die in Radarsystemen eingesetzt werden, nur dann beherrscht werden, wenn sehr schnelle Phasenrechner die Steuerinformation für die Phasenschieber erzeugen. Solche Phasenrechner müssen in der Lage sein, in der Zeit zwischen zwei Sendeimpulsen oder einem Vielfachen davon die Einstellung jedes Phasenschiebers zu berechnen.

Die Berechnung und die Einstellung der Umwege können grundsätzlich stetig unter Anwendung eines Analogrechners und analoger Phasenschieber oder taktgesteuert mit Hilfe eines Digitalrechners und digitaler oder analoger Phasenschieber erfolgen.

In nachteiliger Weise ist bei den analogen Phasenschiebern die mittlere Abweichung der Phase vom Sollwert ziemlich

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groß. Dadurch steigt der mittlere Nebenzipfelpegel der Antenne auf einen zu großen Wert an.

Bei einer gemischten (hybriden) Ausführung wird hinter einen Analogrechner ein Analog-Digital-Wandler geschaltet. Eine solche Anlage arbeitet etwa so schnell wie die vorher beschriebene rein analoge Rechenwerkanlage. Der digitale Phasenschieber läßt sich im Gegensatz zum analogen Phasenschieber mit geringeren Streuungen des Phasenwinkels bauen. Dieser Phasenschieber kann entweder mit einem analogen oder digitalen Phasenrechner zusammenarbeiten.

Bei einem rein digitalen Phasenrechner wird zunächst der elektrische Umweg für jedes Strahlerelement digital berechnet. Es ist bekannt, diese Berechnung am Ort jedes Elements individuell durchzuführen. Bei der individuellen Phasenberechnung müssen folgende Rechenschritte durchgeführt werden:

1. Multiplikation mit einem festen Wert zur Bildung der Spaltenphase.

2. Addition des Zeilenbeitrags. Der Zeilenbeitrag ist in einem eigenen Rechenwerk schon vorher bestimmt worden.

3. Eine Division durch -tyJ und Weitergabe des Divisionsrestes (λ= Betriebswellenlänge, λ__βν = größte benutzte Wellenlänge). Diese Division und die Weitergabe ist jedoch nur für Phasenschieber mit Leitungscharakteristik erforderli ch.

Die Multiplikation läßt sich wie beim schriftlichen Multiplizieren im Dezimalsystem auf eine Folge von Additionen und Verschiebungen zurückführen. Entsprechend kann man die Division auf Subtraktion und Verschiebung aufbauen.

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Weil bei dieser rein digitalen Lösung jedes Element ein eigenes Rechenwerk mit individuell programmierter Steuerung besitzt, ist jedoch die Realisierung außerordentlich aufwendig.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 062 896 ist eine Einrichtung zur Einstellung der Phasenschieber einer phasengesteuerten Antenne bekannt, die eine schnelle Berechnung einer Vielzahl von Phasenwerten ohne Belastung des Zentralrechners und mit geringerem Aufwand als bei der Einrichtung mit einem Rechenwerk pro Strahlerelement ermöglicht. Es wird dabei eine schnelle Umschaltung von einer Strahlrichtung auf die nächste erreicht. Bei dieser bekannten Einrichtung ist zur Berechnung der vertikalen Phasenwerte der dan Strahlerelementen zugeordneten Phasenschieber innerhalb der einzelnen Zeilen ein Vertikal-Rechenwerk und für jede Zeile ein eigenes Horizontal-Rechenwerk vorgesehen. Für jede Zeile werden zu den vertikalen Phasenwerten die horizontalen Phasenwerte addiert und in den schieberegisterartig pro Zeile zusammengeschalteten Elementspeiehern abgespeichert, wobei die Berechnung des elektrischen Umwegs AL für den Phasenschieber eines Strahlerelements, der sich um einen bestimmten Betrag von seinem rechten und linken Nachbarn und um einen anderen bestimmten Betrag von seinem oberen und unteren Nachbarn unterscheidet, auf eine fortgesetzte Addition in Addierwerken des Vertikal-Rechenwerks und der Horizontal-Rechenwerke zurückgeführt ist. Es lassen sich jeweils gleichartige Schaltungen für die Horizontal-Rechenwerke und für die Elementspeicher jedes Strahlerelements verwenden. Ferner ist. ein großer verwendbarer Frequenzbereich gegeben. Dadurch, daß die Phase nicht am Ort jedes Strahlerelements in einem individuellen Rechenwerk aus Spalten- und Zeilenanteil zusammengesetzt wird, läßt sich bereits eine große Zahl von Rechenwerken einsparen.

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Die Rechenzeiten von Phasenrechnern sind bestimmt durch die maximale Zeilen- und Spaltenzahl der Antenne, wobei die Zeilenzahl die Rechenzeit der Vertikal-Rechenwerke und die Spaltenzahl die Rechenzeit der Horizontal-Rechenwerke festgelegt. Bei einem kombinierten Rechner zur Verwendung bei strahlungsgespeisten Antennen kommt noch die Zeit eines Vorrechners dazu, der die Parameter für die Einstellung der Fokus sierungsphasenparameter zur Eingabe an das Vertikal-Rechenwerk berechnet. Diese Rechenzeiten sind gewöhnlich sehr-kurz im Verhältnis zu den Zeiten zwischen zwei Radarsendeimpulsen. Die Radarsendeimpulse bestimmen die längste zulässige Rechenzeit für den Phasenrechner, wenn davon ausgegangen wird, daß von Sendeimpuls zu Sendeimpuls die Strahlrichtung geändert werden kann. Die Zeiten zwischen den Sendeimpulsen sind bei Pulsradargeräten bestimmt durch die maximale Reichweite und liegen in der Größenordnung mehrerer 100/Usec bis msec, während die gesamte Rechenzeit der bekannten Phasenrechner für eine Antenne üblicher Dimensionierung bei einem Bruchteil dieser Zeit liegt. Damit sind die bekannten Phasenrechner erheblich schneller als unbedingt erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Phasenberechnung für eine mit elektronischer Strahlschwenkung arbeitende Radarantenne zu schaffen, die mit erheblich geringerem Aufwand als die bekannten Anordnungen das gleiche Ziel erreicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Berechnung der Phasenwerte für jeweils mehrere Antennenzeilen ein einziges Horizontal-Rechenwerk vorgesehen ist, das mit seinem die vertikalen Phasenwerte aufnehmenden Eingang an eine Stufe des Schieberegisters angeschlossen ist, und daß der Ausgang dieses Horizontal-Rechenwerks mit den schieberegistermäßig zusammengeschalteten Elementspeichern für die Phasenschieber der phasenmäßig von diesem Horizontal-Rechenwerk einzustellenden Antennenzeilen verbunden ist, die, gesteuert von einer an der

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Taktsteuerung liegenden, bei Erreichen eines bestimmten Zählwerts einen Umschaltbefehl abgebenden Zähleinrichtung, jeweils die für eine Zeile zuständigen Elementspeicher im Zeitmultiplex an den Ausgang dieses Horizontal-Rechenwerks anschließt. Bei der Erfindung ist somit davon ausgegangen, daß bei den bekannten Phasenrechnerschaltungen für elektronisch schwenkbare Antennen die Zeit zwischen zwei Sendeimpulsen des Radargeräts nicht genügend genutzt ist und außerdem eine Vielzahl von parallel arbeitenden, gleichartigen Horizontal-Rechenwerken vorliegt, welche bei großen Antennen den Aufwand für den bisherigen Phasenrechner bestimmten. Durch die Erfindung ist eine Lösung angegeben, wonach eine Horizontal-Rechenwerk nicht nur für eine einzige Antennenzeile die endgültigen Phasenschieber-Phasenwerte berechnet, sondern für mehrere oder gegebenenfalls für alle Antennenzeilen.

Bei Verwendung einer strahlungsgespeisten, d.h. nicht leitungsgespeisten, Radarantenne mit elektronischer Strahlschwenkung ist vorteilhaft ein Vorrechenwerk vorgesehen, welches aus den Fokus si erungspar ame tern und <len Ablenkphaseninkrementen die Eingangs-Großen für das Vertikal-Rechenwerk berechnet. Unter Fokussierung wird der Ausgleich der Laufzeitunterschiede einer elektromagnetischen Welle vom Primär strahleijzu den einzelnen Strahlerelementen verstanden, da zu den weiter außen liegenden Strahlerelementen des Strahlerelement-Antennenfeldes ein größerer Weg zurückzulegen ist als zu den innen angeordneten Strahlerelementen. Diese Fokussier-Phasenunterschiede bleiben jedoch bei jeder beliebigen Ablenkung des Strahls gleich und lassen sich mithin starr voreinstellen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Zeichnungen im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipanordnung einer strahlungsgespeisten Antenne,

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Fig. 2 eine Darstellung zur Verdeutlichung der sich bei einer strahlungsgespeisten Antenne ergebenden Laufzeitunterschiede,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines bekannten Ablenk-Phasenrechners für eine leitungsgespeiste Antenne,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines bekannten kombinierten Phasenrechners für eine strahlungsgespeiste Antenne,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Phasenrechners nach der Erfindung, der sowohl für strahlungs- als auch leitungsgespeiste Antennen einsetzbar ist, und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer anderen, besonders vorteilhaften Ausführungsform eines Phasenrechners nach der Erfindung.

Die Antennenanordnung in Fig. 1 wird von einem Sender 1 gespeist oder betreibt einen Empfänger 2, wobei die Umschaltung zwischen Sender 1 und Empfänger 2 in bekannter Weise mittels eines Sende-Empfangsschalters 3 vorgenommen wird. An diesen Schalter 3 ist ein zentraler Primärstrahler 4, z.B. ein Speisehorn, angeschlossen, der eine Kugelwelle 5 abstrahlt. Die vom Zentralstrahler 4 ausgehende Kugelwelle 5 trifft auf eine Wand von KollektorStrahlern 6. An die Kollektorstrahler 6 ist jeweils ein Phasenschieber 7 angeschlossen. Dort wird die Hochfrequenzspannung in der Phase auf Grund der Ausgangsgrößen eines Phasenrechners 8 beeinflußt und von Emitterstrahlern 9 als ebene Welle 10 abgestrahlt. Die Phasenschieber 7 wandeln demnach die Kugelwelle 5 in eine näherungsweise ebene Welle 10 um. Für diese Umwandlung ist die Fokussierphase Δ0 (x,y) zuständig, während die Ablenkphase 0_ (x,y) die Strahlschwenkung der ebenen Welle 10 bestimmt. Die Fokussierphase Δ0 und die linear vom Ort (x, y) abhängige Ab-

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lenkphase 0_a (χ, y) werden addiert und ergeben die gesarate Phase 0 (x, y)_f auf die die Phasenschieber 7 durch den Phasenrechner 8 eingestellt werden.

Der eine Anteil, nämlich die Fokussierphase Δ0 (x, y), soll hier anhand von Fig. 2 näher betrachtet werden. Wenn nur die Fokussierphase eingestellt wird, sind die Ströme in allen Emitterstrahlern phasengleich. Dazu müssen die Phasenschieber die unterschiedliche Entfernung der einzelnen Kollektorstrahler vom zentralen Primärstrahler 4 ausgleichen. Mit 11 ist die Ebene der Strahlerelemente bezeichnet, welche unterschiedliche Abstände r vom Primärstrahler 4 aufweisen. Diese Entfernung r eines Strahlerelements 13 hängt vom Ort (χ, y) der Kollektorstrahler wie folgt ab :

2 2 2
r =yf + χ + y

Dabei ist f der kürzeste Abstand der Kollektorebene 11 vom Phasenzentrum der Kugelwellen im Primärstrahler 4. Bezei chnet man mit Av die auf die Mitte der Strahlerebene bezogene Wegdifferenz, so ergibt sich als zur Fokussierung notwendiger Umweg für alle Kollektorstrahler außer einem zentralen Strahler 12

-l·

² - f

Der Phasenschieber muß zur Kompensation der Wegdifferenz jeweils den Umweg -Δτ einstellen. Die Größen χ und y geben die Abmessungen der Strahlerebene von Fig. 2 an.

In der Fig. 3, die ein Blockschaltbild eines bekannten Ablenk-Phasenrechners für eine leitungsgespeiste Antenne zeigt, ist eine matrixartige Anordnung in Zeilen und Spalten von Elementspeichern ESP dargestellt, deren Speicherwerte in zugeordnete Phasenschieber P zur Phasensteuerung von Strah-

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lerelementen S eingegeben werden. Die Phasenschieber P und die Einzelstrahler S sind nur für zwei Elementspeicher ESP dargestellt, sind Jedoch für alle Elementspeicher ESP vorgesehen. Eingestellt werden die Elementspeicher ESP über ein Vertikal-Rechenwerk VRW, dem die Steuerfunktionen von einer Radarsteuerung R zugeführt werden, und je ein Horizontal-Rechenwerk HRW pro Antennenzeile, die ebenso steuerfuhktionsmäßig an der Radartaktsteuerung R liegen. Zunächst werden mit dem Vertikal-Rechenwerk VRW die vertikalen Phasenwerte der einzelnen Zeilen berechnet. Anschließend werden mit einem Horizontal-Rechenwerk HRW für jede Zeile zu den vertikalen Phasenwerten die horizontalen Phasenwerte addiert und in den Elementspeichern ESP abgespeichert, wobei die vertikalen Phasenwerte zunächst in einem Schieberegister SR eingespeichert werden, dessen Stufenzahl der Antennenzeilenzahl entspricht. In den Elementspeichern ESP, die pro Antennenzeile ebenfalls wie ein Schieberegister arbeiten, stehen sie zur Einstellung der digitalen Phasenschieber P zur Verfügung.

Das einmal vorhandene Vertikal-Rechenwerk VRW erhält von einer Datenverarbeitungsanlage oder vom Radar-Steuerdatengenerator R das Phaseninkrement V, welches die jeweilige Phasenablage zum Zeilennachbarn eines Strahlerelements S angibt, für eine bestimmte Richtung und beginnt durch fortlaufende Addition des Phaseninkrements V die Anfangsphase für jede Antennenzeile zu berechnen. Die Ergebnisse werden im Schieberegister SR abgespeichert und mit jedem weiteren Ergebnis weitergeschoben. Nach einer der Antennenzeilenzahl entsprechenden Anzahl von Additionen ist die Anfangsphase aller Horizontal-Rechenwerke HRW.bekannt und die Horizontal-Rechenwerke HRW beginnen nun simultan durch fortlaufende Addition des Phaseninkrements K, welches die jeweilige Phasenablage zum Spaltennachbarn angibt, die Phasenwerte der Strahlerelemente S zu berechnen. Diese Werte werden im Rhythmus ihrer Erzeugung in den jeweils schie-

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beregisterartig zusammengeschalteten Elementspeicherreihen ESP1 Ms ESPN abgespeichert. Nach einer der maximalen Strählerelementanzahl entsprechenden Zahl von Additionen sind alle Phasenwerte bekannt und können von den Phasenschiebern P übernommen werden.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines bekannten kombinierten Phasenrechners für eine strahlungsgespeiste Antenne, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Struktur des Systems des reinen Ablenk-Phasenrechners, wie er vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 3 im einzelnen beschrieben ist, bleibt dabei erhalten. Es wird nur durch einen sogenannten Vorrechner VOR erweitert; der aus den Fokussierparamentern A , A und B und den Ablenk-

x y

inkrementen H und V die Eingangsgrößen des Vertikal-Rechenwerkes VRW errechnet. Die Bildung der Fokussierparameter ist im einzelnen in der deutschen Offenlegungsschrift 2 065 895 erläutert. Das Vertikal-Rechenwerk VRW erzeugt durch fortlaufende Additionen Werte für die Horizontal-Rechenwerke HRW, die in einem hinsichtlich der Stufenzahl den Antennenzeilen entsprechenden Schieberegister SR' abgespeichert werden. Die Horizontal-Rechenwerke HRW berechnen durch fortlaufende Addition die endgültige Steuerinformation für die den Strahlerelementen S zugeordneten Phasenschieber P und speichern diese in der Reihenfolge ihrer Erzeugung in den pro Zeile schieberegisterartig zusammengeschalteten Elementspeicherreihen ESP1 bis ESPN ab.

Die Rechenzeiten von Ablenk-Phasenrechnern nach Fig. 3 und auch kombinierten Phasenrechnern nach Fig. 4 sind bestimmt durch die maximale Zeilen- und Spaltenzahl der Antenne, wobei die Zeilenzahl die Rechenzeit der Vertikal-Rechenwerke VRW bzw. VRW festlegt und die Spaltenzahl die Rechenzeit der Horizontal-Rechenwerke HRW bzw. HRW . Beim kombinierten Phasenrechner nach Fig. 4 kommt noch die Zeit des Vorrechners VOR dazu. Damit ergeben sich die Gesamtrechenzeiten für eine Antennenstellung zu:

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^{= T}VR¥ ^{+ T}HR¥ ^^{r e;J}-^nen Ablenk-Phasenrechner (1)

^<J["ees ^{= T}VR¥» ^{+ T}HRW ^{+ T}VOR ^{für einen} kombinierten Phasen- (2}

rechner

Dabei sind Tyn_W bzw. Tyn_Wi die Rechenzeit des Vertikal-Rechenwerks VR¥ bzw. VR¥^f, T_HRW bzw. T_HRW, die Rechenzeit der Horizontal-Rechenwerke HR¥ bzw. HRW und Ty₀D die Rechenzeit des Vorrechners VOR.

Die Gesamtrechenzeiten sind kurz im Verhältnis zu den Zeiten zwischen zwei Radarsendeimpulsen. Die Radarsendeimpulse bestimmen die längste zulässige Rechenzeit für den Phasenrechner, wenn davon ausgegangen wird, daß von Sendeimpuls zu Sendeimpuls die Antennenrichtung geändert werden kann. Die Zeiten zwischen den Sendeimpulsen sind bei Pulsradargeräten bestimmt durch die maximale Reichweite und Hegen in der Größenordnung mehrerer 100/Usec bis msec. Die bekannten Phasenrechner, deren Gesamtrechenzeit bei einem Bruchteil davon liegt, sind erheblich schneller als unbedingt notwendig.

Ausgehend von der vom Phasenrechner ungenutzten Zeit zwischen zwei oder mehr Sendeimpulsen entsprechend der Zielbeleuchtungszeit des Radargerätes und der Gleichartigkeit der als Vielfach vorhandenen parallel arbeitenden Horizontal-Rechenwerke, die bei großen Antennen den Aufwand für die bekannten Phasenrechner bestimmen, zeichnet sich die Lösung nach der Erfindung dadurch aus, daß ein Horizontal-Rechenwerk HR¥ nicht nur für eine Antennenzeile die endgültigen Phasenwerte errechnet, sondern für mehrere Antennenzeilen. Ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Phasenberechnung nach der Erfindung zeigt Fig. 5. Dabei ist die maximale Zeilenzahl N (N¹), die einem Horizontal-Rechenwerk HRVi' zugeordnet werden kann, bestimmt durch die Zeit T zwischen zwei oder mehr Sendeimpulsen entsprechend der Zielbeleuchtungszeit und den Zeiten Tynw» ^THRV,^{r bzw}* ^TVOR» ^TVRW' ^THRW

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T-T

N = EIIT ( τ?—^- ) für den Ablenk-Phasenrechner . (3)

¹HRW

VOR*™ VRW'

N¹ = ENT ( —^—-¹^*¹- ) für aen kombinierten Phasenrechner (4)

HRW

(ENT "bedeutet die bei einem Dezimalbruch vor dem Komma stehende ganze Zahl).

Die Anordnung nach Fig. 5 arbeitet folgendermaß en: Das Vertikal-Rechenwerk VRVi bzw, VRW und das Vorrechenwerk VOR arbeiten wie bekannt. Im Schieberegister SR bzw. SR.¹ stehen somit die Anfangswerte für die Horizontal-Rechenwerke HRW bzw. HRW . Das oberste Horizontal-Rechenwerk HRW (HRW ) berechnet nun mit dem Anfangswert in der obersten Stufe des Schieberegisters SR bzw. SR¹ die Phasenwerte für die oberste Antennenzeile und speichert diese Werte im Takt ihrer Erzeugung in die schieberegisterartig zusammengeschalteten Elementspeicherreihe ESP1. Nun werden die Werte im Schieberegister SR bzw. SR¹ um eine Stufe· weitergeschoben. Das Horizontal-Rechenwerk HRW (HRW) berechnet nun die Werte für die zweite Antennenzeile, die in die Elementspeicherreihe ESP2 abgespeichert werden. In gleicher Weise arbeitet das andere in Fig. 5 dargestellte Horizontal-Rechenwerk HRW mit den Elementspeicherreihen ESPN-3 bis.ESPII. Die ausgangsseitige Umschaltung der Horizontal-Rechenwerke HRV/ bzw. HRW an die Elementspeicherreihen ESP1 bis ESP4 und ESPN-3 bis ESPN erfolgt über einen Umschalter U, der von einem Zähler Z bei Erreichen eines be- stimmten Zählerstandes den Ausgang der Horizontal-Rechenwerke HRW bzw. HRV/¹ an die nächste der Element speicherreihen ESP2 bis ESP4 legt bzw. wieder die erste Reihe ESP1 anschaltet. Das gleiche gilt analog gemeinsam für das andere Horizontal-Rechenwerk HRW und die Elementspeicher ESPN-3 bis ESPN. Die Horizontal-Rechenwerke HRW bzw. HRW bedienen mithin die Antennenzeilen im Zeitmultiplex.

Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einer Schaltung zur Phasenberechnung nach der

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Erfindung. Hinsichtlich der maximalen Zeilenzahl gilt das im Zusammenhang mit der Beschreibung von Fig. 5 Gesagte. Die Anordnung nach Fig. 6 arbeitet folgendermaßen: Das Vertikal-Rechenwerk VRW bzw. VRW¹ und das Vorrechenwerk arbeiten wie bekannt. Im Schieberegister SR bzw. SR¹ stehen somit die Anfangswerte für die Horizontal-Rechenwerke HRW bzw. HRW¹ . Das oberste Horizontal-Rechenwerk HRW (HRV/¹) berechnet nun mit dem Anfangswert in der obersten Stufe des Schieberegisters SR bzw. SR^f die Phasenwerte für die oberste Antennenzeile und speichert diese Werte im Takte ihrer Erzeugung in die schieberegisterartig zusammengeschaltete Elementspeicherreihe ESP1. Das wird dadurch erreicht, daß Schiebetaktimpulse nur an die Elementspeicher ESP1 gegeben werden, nicht jedoch an die Elementspeicher ESP2 bis ESP4. Nun werden die Werte im Schieberegister SR bzw. SR¹ um eine Stufe weitergeschoben. Das zuständige Horizontal-Rechenwerk HRW (HRW¹) berechnet nun die Werte für die zweite. Antennenzeile, die in die Elementspeicherreihe ESP 2 abgespeichert werden, da der Schiebetakt nur an der Elementspeicherreihe ESP2 anliegt. In gleicher Weise arbeitet das andere in Fig. 6 dargestellte Horizontal-Rechenwerk HRW mit den Elementspeicherreihen ESPN-3 bis ESPN. Zur Umschaltung auf die einzelnen Antennenzeilen dient eine Zähleinrichtung Z1, die es gestattet, zu entscheiden, welcher der Elementspeicherreihen ESP1 bis ESP4 und parallel dazu ESPN-3 bis ESPN der Schiebetakt zugeführt werden muß und wann zusätzliche Schiebeimpulse für das Schieberegister SR ausgelöst werden müssen. Die Zähleinrichtung Z1 wird von der Radartaktsteuerung R betrieben und ist so ausgebildet, daß sie bis zum Produkt der vom Horizontal-Rechenwerk HRW einzustellenden Antennenzeilenzahl sowie der Zahl der Elementspeicher ESP pro Antennenzeile fortlaufend zählt. Es ist eine Gattereinrichtung G mit einer der Anzahl der von einem Horizontal-Rechenwerk HRW beaufschlagten Antennenzeilen entsprechenden Anzahl von Gattern G1 bis G4 vorgesehen, die jeweils vom Schiebetakt ST für die schieberegistermäßig zusammengeschal-

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teten Elementspeicher ESP und außerdem von seiten der Zähleinrichtung Z1 über eine Decodiereinrichtung Dec so angesteuert werden, daß jeweils beim Zählen nach Erreichen der Elementspeicherzahl pro Antennenzeile das nächstfolgende Gatter G1 bis G4 angeschaltet wird. Die Ausgänge der Gatter G1 bis G4 sind jeweils mit der Schiebetaktleitung der Elementspeicher ESP einer einzigen Antennenzeile pro Horizontal-Rechenwerk HRV/ verbunden. Die Decodiereinrichtung Dec ist derart aufgebaut, daß sie an ihren mit den Gattern G1 bis G4 verbundenen Ausgängen jeweils einen einzigen Impuls während der Dauer bis zum Erreichen desjenigen Zählwerts abgibt, welcher der Elementspeicherzahl pro Antennenzeile entspricht, so daß an jedem Decodiererausgang nur ein Impuls ansteht. Im Beispiel nach Fig. 6 wird somit zuerst bis zum Zählerstand, welcher der Anzahl der Elementspeicher ESP in der obersten Antennenzeile entspricht, das Gatter G1 über den ersten Ausgang des Decodierers Dec für die Schiebetaktimpulse ST durchgeschaltet. Dann folgt für die gleiche Anzahl von Zählwerten der zweite Ausgang des Decodierers Dec zur Durchschaltung des Gatters G2_; usw. Die. Horizontal-Rechenwerke HRW bzw. HRV/¹ bedienen mithin die Antennenzeilen, im ausgeführten Beispiel in Fig. 6 jeweils vier Antennenzeilen, im Zeitmultiplex.

Bei großen flächenhaften Antennen, die mit Radargeräten mit sehr guter Festzeichenunterdrückung arbeiten, wird eine Antenne so gesteuert werden, daß sie nacheinander in Richtungen positioniert wird, die z.B. um den halben 3 dB Winkel der Antennen gegeneinander versetzt sind. Um die nötige Festzeichenunterdrückung zu erzielen, müssen aber viele Pulse in diese Richtung gesendet werden. Damit wird die verfügbare Rechenzeit für Horizontal-Rechenwerke wesentlich größer, und es geleingt, mit einem einzigen Horizontal-Rechenwerk eine Antenne oder zwei benachbarte Antennen zu steuern. Werden K Pulse in eine Richtunggesendet, so können die Gleichungen (3) und (4) modifiziert v/erden. Die Zahl der im Zeitmultiplex von

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einem einzigen Horizontal-Rechenwerk bedienbaren Antennenzeilen beträgt dann:

K* T-T

N =

HRW

N¹ = ENT (

VRW "*

i~

^HRW' für den Ablenk-Phasenrechner (5)

) für den kombinierten Phasen- (6) rechner

6 Figuren

6 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

ί 1 J Schaltung zur Phasenberechnung für eine mit elektronischer ^v Strahlschwenkung arbeitende Radarantenne, die aus in Zeilen und Spalten angeordneten Strahlereleraenten besteht, deren Stromphase jeweils über einen Phasenschieber unter Verwendung von Elementspeichern eingestellt wird, wobei zur digitalen Berechnung der gemeinsamen vertikalen Phasenwerte aller Phasenschieber innerhalb der einzelnen Zeilen ein einziges taktgesteuertes Vertikal-Rechenwerk ".Hd zur zusätzlichen digitalen Berechnung der einzelnen horizontalen Phasenwerte der Phasenschieber innerhalb der einzelnen Zeilen mit dem gleichen Takt arbeitende, vom Vertikal-Rechenwerk mit den dort errechneten vertikalen Phasenwerten über ein stufenzahlmäßig der Antennenzeilenzahl entsprechendes Schieberegister versorgte Horizontal-Rechenwerke vorgesehen sind, so daß für jede Zeile zu den allen Phasenschiebern in dieser Zeile gemeinsamen vertikalen Phasenwerten die horizontalen Phasenwerte addiert sowie in den pro Zeile schieberegistermäßig zusammengeschalteten Elementspeichern abgespeichert werden und die Berechnung des elektrischen Umwegs (Ablenk-Phaseninkrement) für den Phasenschieber eines Strahlerelements, der sich phasenmäßig um einen bestimmten Betrag von seinen Zeilennachbarn und um einen anderen bestimmten Betrag von seinen Spaltennachbarn unterscheidet, auf eine Addition in Addierwerken des Vertikal-Rechenwerks und der Horizontal-Rechenwerke zurückgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Berechnung der Phasenwerte für jeweils mehrere Antennenzeilen ein einziges Horizontal-Rechenwerk (HRW) vorgesehen ist, das mit seinem die vertikalen Phasenwerte (V) aufnehmenden Eingang an eine Stufe

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des Schieberegisters (SR) angeschlossen ist, und daß der Ausgang dieses Horizontal-Rechenwerks (HRW) mit den schieberegistermäßig zusammengeschalteten Elementspeichern (ESP1 bis ESP4) für die Phasenschieber (P) der phasenmäßig von diesem Horizontal-Rechenwerk (HRW) einzustellenden Antennenzeilen verbunden ist, die, gesteuert von einer an der Taktsteuerung (R) liegenden, bei Erreichen eines bestimmten Zählwerts einen Umschaltbefehl abgebenden Zähleinrichtung (Z), jeweils die für eine Zeile zuständigen Elementspeicher (&SP1 bis ESP4) im Zeitmultiplex an den Ausgang dieses Horizontal-Rechenwerks (HRW) anschließt.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer strahlungsgespeisten Radarantenne mit elektronischer Strahlschwenkung ein Vorrechenwerk (VOR) vorgesehen ist, welches aus den Fokussierungsparametern (A , A , B) und den Ablenk-

^x y

phaseninkrementen (V, H) die Eingangs-Größen für das Vertikal-Rechenwerk (VRW¹) berechnet.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung bei Radargeräten mit sehr guter Festzeichenunterdrückung, bei denen viele Impulse in etwa die gleiche Richtung ausgestrahlt werden.

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4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines Horizontal-Rechenwerkes (HRV/) mit den schieberegisterartig zusammengeschalteten Elementspeiehern (ESP1 bis ESP4) für die Phasenschieber (P) der phasenmäßig von diesem Horizontal-Rechenwerk (HRV/) einzustellenden Antennenzeilen unmittelbar verbunden ist, daß die Zähleinrichtung (Z1) so ausgebildet ist, daß sie bis zum Produkt der vom Horizontal-Rechenwerk (HRW) einzustellenden Antennenzeilenzahl sowie der Zahl der Elementspeicher (ESP) pro Antennenzeile fortlaufend zählt, daß eine Gattereinrichtung (G) mit einer der Anzahl der von einem Horizontal-Rechenwsrk (HRV/) beaufschlagten Antennenzeilen entsprechenden Anzahl von Gattern (G1 bis G4 ) vorgesehen ist, die jeweils vom Schiebetakt (ST) für die schieberegistermäßig zusammengeschalteten Elementspeicher (ESP) und außerdem von selten der Zähleinrichtung (Z1) über eine Decodiereinrichtung (Dec) so angesteuert werden, daß jeweils beim Zählen nach Erreichen der Elementspeicherzahl pro Antennenzeile das nächstfolgende Gatter (G1 bis G4) angeschaltet wird und daß die Ausgänge der Gatter (G1 bis G4) jeweils mit der Schiebetaktleitung der Elementspeicher (ESP) einer einzigen Antennenzeile pro Horizontal-Rechenwerk (HRW) verbunden sind (Fig. 6)
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Decodiereinrichtung (Dec) derart

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aufgebaut ist, daß sie an ihren mit den Gattern (G1 bis G4) verbundenen Ausgängen jeweils einen einzigen Impuls während der Zeit bis zum Erreichen desjenigen Zählwerts abgibt, welcher der Elementspeicherzahl pro Antennenzeile entspricht, so daß an jedem Decodiererausgang immer nur eim Impuls ansteht (Fig. 6).

Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang eines Horizontal-Rechenwerks (HRW) mit den schieberegistermäßig zusammengeschalteten Elementspeichern (ESP1 bis ESP4) für die Phasenschieber (P) der phasenmäßig von diesem Horizontal-Rechenwerk (HRW) einzustellenden Antennenzeilen über eine Umschalteinrichtung (U) verbunden ist, die bei Erreichen eines bestimmten, der Elementspeicheranzahl pro Antennenzeile entsprechenden Zählwerts der Zähleinrichtung (Z) einen Umschaltbefehl von der Zähleinrichtung (Z) zur Umschaltung des Ausgangs des Horizontal-Rechenwerks (HRW) an die für die nächste Antennenzeile zuständigen Elementspeicher (ESP) erhält (Fig. 5).

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