DE2332784B2 - Schaltung zur phasenberechnung fuer eine mit elektronischer strahlschwenkung arbeitende radarantenne - Google Patents

Description

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 Elementspeichern eingestellt wird, wobei zur digitalen Berechnung der gemeinsamen vertikalen Phasenwerte aller Phasenschieber 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

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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 scbieberegistermäBig 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 Zeüennachbarn und um einen anderen bestimmten Betrag von seinen Spaltennachbarn unterscheidet, auf eine Addition in Addierwerken des Vertikal-Rechenwerks und der Horizontalrechenwerke zugeführt ist

Phasengesteuerte Antennen bestehen aus vielen einzelnen Strahlern, die auf einer ebenen Fläche in gewöhnlich orthogonalen Zeilen und Spalten angeordnet sind. Zur elektronischen Schwenkung des Richtdiagramms wird in die Speiseleitung jedes Strahlerelementes ein Leitungsstück mit elektronisch veränderbarer elektrischer Länge, der sogenannte 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 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 &5 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 A/Am« und Weitergabe des Divisionsrestes (λ=Betriebsw^llenlänge, Am« =größte benutzte Wellenlänge). Diese Division und die Weitergabe ist jedoch nur für Phasenschieber mit Leitungscharakteristik erforderlich.

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.

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 20 62 896 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 den 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 Elementspeichern 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.

Die Rechenzeiten von Phasenrechnern sind bestimm! durch die maximale Zeilen- und Spaltenzahl dei Antenne, wobei die Zeilenzahl die Rechenzeit dei Vertikal-Rechenwerke und die Spaltenzahl die Rechen zeit der Horizontal-Rechenwerke festlegt Bei einen kombinierten Rechner zur Verwendung bei strahlungs gespeisten Antennen kommt noch die Zeit eine Vorrechners dazu, der die Parameter für die Einstellunj der Fokussierungsphasenparameter zur Eingabe an da Vertikal-Rechenwerk berechnet. Diese Rechenzeitei sind gewöhnlich sehr kurz im Verhältnis zu den Zeitei zwischen zwei Radarsendeimpulsen. Die Radarsen deimpulse bestimmen die längste zulässige Rechenzei für den Phasenrechner, wenn davon ausgegangen wire daß von Sendeimpuls zu Sendeimpuls die Strahlrichtun

geändert werden kann. Die Zeiten zwischen den Sendeimpulsen sind bei Pulsradargeräten bestimmt durch die maximale Reichweite und liegen in der Größenordnung mehrerer ΙΟΟμεεε 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 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 ein 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 Fokussierungsparametern und den Abienkphaseninkrementen die Eingangs-Größen für das Vertikal-Rechenwerk berechnet. Unter Fokussierung wird der Aasgleich der Ls'ifzeitunterschiede einer elektromagnetischen WeHe vom Primärstrahler zn den einzelnen Strahlerelementen verstanden, da zu den weiter außen liegenden Strahlereleraenten 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 and lassen sich mithin starr voreinstellen.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen im lotsenden nsiier erlsixtert. ^s zeigt

Fig. 1 eine Prinzipanordnaag esaer strahlungsgespeisten Antenne,

Fig.2 eine Darstellung zur Verdeutüchtmg der sich bei einer strahnsgespeisten Aatenne ergebenden Laufzeitunterschiede,

Fig.3 ein 8!ockscha!tb0d eines bekannten Ablenk-Phasenrecfaners for eine lenungsgespeKte Antenne,

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

F i g. 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.

ίο 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 ΔΦ (x,y) zuständig, während die Ablenkphase Φ,(χ. y) die Strahlschwenkung der ebenen Welle 10 bestimmt. Die Fokussierphase ΔΦ und die linear vom Ort (x. y) abhängige Ablenkphase Φ, (x, y) werden addiert und ergeben die gesamte Phase Φ (χ, y), auf die die Phasenschieber 7 durch den Phasenrechner 8 eingestellt werden.

Der eine Anteil, nämlich die Fokussierphase ΔΦ (x, y). soll hier anhand von F i g. 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 (x. y)der Kollektorstrahler wie folgt ab:

Dabei ist /der kürzeste Abstand der Koliektorebene 11 vom Phasenzentrum der Kugelwellen im Primärstrahler 4. Bezeichnet man mit Ar die auf die Mitte der Strahlerebene bezogene Wegdifferenz, so ergibt sich als zar Fokussierung notwendiger Umweg for alle Kollektorstrahler außer einem zentralen Strahler 12

Der Phasenschieber muß zur Kompensation der Wegdifferenz jeweils den Umweg -4r einstellen. Die Größen X₀ und yo geben die Abmessungen der Strahlerebene von F ig. 2 an.

In der Fig.3, die ein Blockschaltbild eines aus der DT-OS 20628% bekannten Ablenk-Phasenrechners für eine leitnngsgespeiste Antenne zeigt, ist eine matrixartige Anordnung in Zeilen und Spalten von Hementspeichem fiSPdargesteflt, deren SpeidWwerte in zugeordnete Phasenschieber P zur Phasensteuerung von Strahlerelementen 5 eingegeben werden. Die Phasenschieber Fund die hler 5sind nor für zwei Elementspeicher ESPdargesteflt, sind jedoch für alle Elementspeicher ESP vorgesehen. Eingestellt werden die Eiementspeicher ESPüber ein Vertikai-Re-

chenwerk VRW, dem die Steuerfunktionen von einer Radarsteuerung R zugeführt werden, und je ein Horizontal-Rechenwerk HRW pro Antennenzeile, die ebenso steuerfunktionsmäßig an der Radartaktsteuerung R liegen. Zunächst werden mit dem Vertikal-Re- chenwerk VRW die vertikalen Phasenwerte der einzelnen Zeilen berechnet. Anschließend werden mit einem Horizontal-Rechenwerk HR W 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 Pzur Verfugung.

Das einmal vorhandene Vertikal-Rechenwerk VR W erhält von einer Datenverarbeitungsanlage oder vom Radar-Steuerdatengenerator R das Phaseninkrement V, welches die jeweilige Phasenablage zum Zeilennachbarn eines Strahlerelements Sangibt, 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 HR IVbekannt, und die Horizontal-Rechenwerke HRW beginnen nun simultan durch fortlaufende Addition des Phaseninkrements H, welches die jeweilige Phasenablage zum Spaltennachbarn angibt, die Phasenwerte der Strahlerelemente S zu berechnen. Diese Werte werden im Rhythmus ihrer Erzeugung in den jeweils schieberegisterartig zusammengeschalteten Elementspeicherreihen ESPi bis ESPN abgespeichert. Nach einer der maximalen Strahlerelementanzahl entsprechenden Zahl von Additionen sind alle Phasenwerte bekannt und können von den Phasenschiebern P übernommen werden.

F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines aus der DT-OS 20 62 895 bekannten kombinierten Phasenrechners für eine strahlungsgespeiste Antenne, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist. Die Struktur des Systems des reinen Ablenk-Phasenrechners, wie er vorstehend im Zusammenhang mit F i g. 3 im einzelnen beschrieben ist, bleibt dabei erhalten. Es wird nur durch einen sogenannten Vorrechner VOR erweitert, der aus den Fokussierparameterr. A_x, A_y und B und den Ablenkmkrementen H und V die Eingangsgrößen des Vertikal-Rechenwerkes VR W errechnet Die Bildung der Fokussierparameter ist im einzelnen in der deutschen Offenlegungsscbrift 2065895 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 m der Reihenfolge ihrer Erzeugung in den pro Zeile schieberegisterartig zusammengeschalteten Elementspeicherreihen ESPl bis ESP N ab. <*

Die Rechenzeiten von Ablenk-Phasenrechnern nach Fig.3 und auch kombinierten Phasenrechnern nach F i β. 4 sind bestimmt durch die maximale Zeilen- und

Spaltenzahl der Antenne, wobei die Zeilenzahl die Rechenzeit der Vertikal-Rechenwerke VRW bzw. VR W' festlegt und die Spaltenzahl die Rechenzeit der Horizontal-Rechenwerke WRlV bzw. HRiV'. Beim kombinierten Phasenrechner nach F i g. 4 kommt noch die Zeit des Vorrechners VOR dazu. Damit ergeben sich die Gesamtrechenzeiten für eine Antennenstellung zu:

* η*κ — i

VRW

HRW

für einen Ablenk-Phasenrechner

ges

+ T₁

IOR

für einen kombinierten Phasenrechner

Dabei sind Tvrw bzw. Tvrw die Rechenzeit des Vertikal-Rechenwerks VRlV bzw. VRH", T_HRW bzw. Thrw die Rechenzeit der Horizontal-Rechenwerke HRlV bzw. HRlV' und 7Vo/? 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 liegen in der Größenordnung mehrerer 100 \Lsec 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 HRlV nicht nur für eine Antennenzeile die endgültigen Phasenwerte errechnet, sondern für mehrere Antennenzeilen. Ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Phasenberechnung nach der Erfindung zeigt F i g. 5. Dabei ist die maximale Zeilenzahl N (N'). die einem Horizontal-Rechenwerk HRlV (HRW') zugeordnet werden kann, bestimmt durch die Zeit Γ zwischen zwe oder mehr Sendeimpulsen entsprechend der Zielbeleuchtungszeit und den Zeiten Tvrw, Tbrw bzw. Τνοκ Tvrw,

N = ΕΝΤ

star

für den Ablenk-Phasenrechner

~ ^VoR ~

'BKW

(4)

für den kombinierten Phasenrechner

fEWTbedeutet die bei einem Dezimalbruch vor dei Komma stehende ganze Zahl).

Die Anordnung nach F i g. 5 arbeitet folgenderm: ßen:

Das Vertikal-Rechenwerk VRWbzw. VÄlV'unddas Vorrechenwerk VOR arbeiten wie bekannt. Im Schieberegister SR bzw. SR' stehen somit die Anfangswerte für die Horizontal-Rechenwerke HRW bzw. HR W. Das oberste Horizontal-Rechenwerk HR W (HRW) berechnet nun mit dem Anfangswert in der obersten Stufe des Schieberegisters SR bzw. SR' die Phasenwerte für die oberste Antennenzeiie und speichert diese Werte im Takt ihrer Erzeugung in die schieberegisterartig zusammengeschaltete Elementspeicherreihe ESPi. Nun werden die Werte im Schieberegister SR bzw. SR' 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 Fi g. 5 dargestellte Horizontal-Rechenwerk HRW mit den Elementspeicherreihen ESP N-3 bis ESPN. Die ausgangsseitige Umschaltung der Horizontal-Rechenwerke HRWbzw. HRWan die Elementspeicherreihen ESPi bis ESP4 und ESP N-3 bis ESPN erfolgt über einen Umschalter U, der von einem Zähler Z bei Erreichen eines bestimmten Zählerstandes den Ausgang der Horizontal-Rechenwerke HR W bzw. HRW an die nächste der Elementspeicherreihen ESP2 bis ESP4 legt bzw. wieder die erste Reihe ESPi anschaltet. Das gleiche gilt analog gemeinsam für das andere Horizontal-Rechenwerk HRW und die Elementspeicher ESPN-3 bis ESPN. Die Horizontal-Rechenwerke HRWbzw. HRWbedienen mithin die Antennenzeilen im Zeitmultiplex.

Fig.6 zeigt das Blockschaltbild einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einer Schaltung zur Phasenberechnung nach der Erfindung. Hinsichtlich der maximalen Zeilenzahl gilt das im Zusammenhang mit der Beschreibung von F i g. 5 Gesagte. Die Anordnung nach F i g. 6 arbeitet folgendermaßen:

Das Vertikal-Rechenwerk VT? Wbzw. VÄlV'unddas Vorrechenwerk arbeiten wie bekannt. Im Schieberegister 57? bzw. SR'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. SR' die Phasenwerte für die oberste Antennenzeile und speichert diese Werte im Takte ihrer Erzeugung in die schieberegisterartig zusammengeschaltete Elementspeicherreihe ESPi. Das wird dadurch erreicht, daß Schiebetaktimpulse nur an die Elementspeicher ESP \ gegeben werden, nicht jedoch an die Elementspeicher ESP2 bis ESP4. Nun werden die Werte im Schieberegister SR bzw. SR' um eine Stufe weitergeschoben. Das zuständige Horizontal-Rechenwerk HR W (HRW) berechnet nun die Werte für die zweite Antennenzeile, die in die Elementspeicherreihe ESP2 abgespeichert werden, da der Schiebetakt nur an der Hementspeicherreihe ESP2 anliegt In gleicher Weise arbeitet das andere in F i g. 6 dargestellte Horizontal-Rechenwerk HRW mit den Sementspeicherreihen ESPA/-3 bis ESPN. Zur Umschaltung auf die einzelnen Antennenzeilen dient eine Zähleinrichtung ZI. die es gestattet zu entschei den, welcher der Elementspeicherreihen ESPl bis ESP4 und parallel dazu ESPN-3 bis ESPN der Schiebetakt zugeführt werden muß und wann zusätzliche Schiebeimpulse für das Schieberegister SR ausge löst werden müssen. Die Zähleinrichtung Z1 wird voi der Radartaktsteuerung R betrieben und ist s( ausgebildet, daß sie bis zum Produkt der von Horizontal-Rechenwerk HRW einzustellenden Amen nenzeilenzahl sowie der Zahl der Elementspeicher £5/ pro Antennenzeile fortlaufend zählt. Es ist eine Gattereinrichtung G mit einer der Anzahl der vor einem Horizontal-Rechenwerk HR W beaufschlagten Antennenzeilen entsprechenden Anzahl von Gattern Gi bis G4 vorgesehen, die jeweils vom Schiebetakt 57 für die schieberegistermäßig zusammengeschalteten Elementspeicher ESP und außerdem von seiten der Zähleinrichtung Zl über eine Decodiereinrichtung Dec so angesteuert werden, daß jeweils beim Zählen nach Erreichen der Elementspeicherzahl pro Antennenzeile das nächstfolgende Gatter Gi bis G 4 angeschaltet wird. Die Ausgänge der Gatter G1 bis G 4 sind jeweils mit der Schiebetaktleitung der Elementspeicher ESP einer einzigen Antennenzeile pro Horizontal-Rechenwerk HR !^verbunden. Die Decodiereinrichtung Oecist derart aufgebaut, daß sie an ihren mit den Gattern G1 bis G 4 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 F i g. 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 G 2, usw. Die Horizontal-Rechenwerke HRWbzw. //ÄW'bedienen mithin die Antennenzeilen, im ausgeführten Beispiel in F i g. 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 Festzeichenunterdrükkung zu erzielen, müssen aber viele Pulse in diese Richtung gesendet werden. Damit wird die verfügbare Rechenzeit für Horizontal-Rechenwerke wesentlich größer, und es gelingt, mit einem einzigen Horizontal-Rechenwerk eine Antenne oder zwei benachbarte Antennen zu steuern. Werden K Pulse in eine Richtung gesendet, so können die Gleichungen {3) und (4) modifiziert werden. Die Zahl der im Zeitmultiplex von einem einzigen Horizontal-Rechenwerk bedienbaren Antennenzeilen beträgt dann:

N = ΕΝΤ

V *BRW

für den Ablenk-Phasenrechner

^ ' Ty gif ι ~ T_t

N'

ENT

^vo*

T_BRW. für den kombinierten Phasenrechner

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Phasenberechnung für eine mit elektronischer Strahlschwenkung arbeitende Radarantenne, die aus in Zeilen und Spalten angeordneten Strahlerelementen besteht, deren Stromphase jeweils fiber 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 und zur zusätzlichen digitalen Berechnung der einzelnen horizontalen Phasenwerte der Phasenschieber innerhalb der einzelnen Zeilen mit dem gleichen Takt arbeitende, vom Vertjkal-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 (HR W) vorgesehen ist, das mit seinem die vertikalen Pfiasenwerte (V) aufnehmenden Eingang an eine Stufe des Schieberegisters (SR) angeschlossen ist, und daß der Ausgang dieses Horizontal-Rechenwerks (HRW) mit den schieberegistermäßig zusammengeschalteten Elementspeichern (ESPX bis ESPA) für cie 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 (ESP I bis ESPA) im Zeitmultiplex an den Ausgang dieses Horizontal-Rechenwerks (HR W)anschließt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer strahlungsgespeisten Radarantenne mit elektronischer Strahl-Schwenkung ein Vorrecnenwerk (VOR) vorgesehen ist, welches aus den Fokussierungsparametern (A_x, Ay, B)und den Ablenkphaseninkrementen (V, H)i\\e Eingangs-Größen für das Vertikal-Rechenwerk (VR ^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.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auseane eines Horizontal-Rechenwerkes (HRW) mit den schieberegisterartig zusammengeschalteten Elementspeichern (ESPX bis FSPA) für die Phasenschieber (P) der phasenmäSig von diesem Horizontal-Rechenwerk (HRW) einzustellenden Antennenzeilen unmittelbar verbunden ist, daß die Zähleinrichtung (ZX) 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 Gattereinriclitung (G₁J mit einer der Anzahl der von einem Horizontal-Rechenwerk (HRW) beaufschlagten Antennenzeilen entsprechenden Anzahl von Gattern (GX bis GA) vorgesehen ist, die jeweils vom Schiebetakt (ST) für die schieberegistermäßig zusammengeschalteten Elementspeicher (ESP) und außerdem von sehen der Zähleinrichtung (ZX) über eine Decodiereinrichtung (Dec) so angesteuert werden, daß jeweils beim Zählen nach Erreichen der Elementspeicherzahl pro Antennenzeile das nächstfolgende Gatter (G 1 bis G 4) angeschaltet wird und daß die Ausgänge der Gatter (G 1 bis G 4) jeweils mit der Schiebetaktleitung der Elementspeicher (ESP) einer einzigen Antennenzeile pro Horizontal-Rechenwerk (HRW) verbunden sind (F i g. 6).

5. Schaltung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Decodiereinrichtung (Dec) derart aufgebaut ist. daß sie an ihren mit den Gattern (G 1 bis G 4) 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 ein Impuls ansteht (F ig. 6).

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines Horizontal-Rechenwerks (HR W) mit den schieberegistermäß^;g zusammengeschalteten Elementspeichern (ESPt bis ESP4) für die Phasenschieber (P) der p>hasenmäßig 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 (ESPJerhält (F i g. 5).