DE2363618A1

DE2363618A1 - In der strahlrichtung umschaltbare antennenanordnung

Info

Publication number: DE2363618A1
Application number: DE2363618A
Authority: DE
Inventors: Rafael Dr Phil Reitzig; Gerhard Dipl Ing Ritter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1975-07-03

Description

In der Strahlrichtung umsehaltbare Antennenanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung mit umschaltbarer Strahlrichtung durch selbsttätige Umschaltung auf die jeweils empfangsstärkste Einzelantenne, mit einer Suchschaltung zur Ermittlung der jeweils empfangsstärksten Einzelantenne und einer Sende- und Empfangsvorrichtung.

Mit derartigen Antennenanordnungen wird das gleichmäßige Abstrahlen und Empfangen von elektromagnetischer Energie in -einem größeren, etwa dem oberen Halbraum entsprechenden Raumbereich, ermöglicht. Diese Anforderung besteht beispielsweise an die Antennenanlage eines Schiffes, mit der eine Verbindung zu einem Satelliten aufrechterhalten v/erden soll-Antennenanordnungen dieser Art sind im allgemeinen aus einer Anzahl von Einzelantennen, bzw. über Netzwerke gespeiste Antennengruppen aufgebaut, die durch ihre räumliche Aufteilung jeweils in einem bestimmten Teil des geforderten Raurabereiches einen ausreichenden Antennengewinn ermöglichen. Dadurch wird gewährleistet, daß bei einer Änderung der Strahlrichtung, beispielsweise durch eine Kursänderung des Schiffes, ein eventuell miter einen Mindestwert abfallender Antennengewinn durch eine der benachbarten Einzelantennen ausreichend angehoben werden kann. Dabei übernimmt die Suchschaltung durch periodisches Vergleichen der Pegel der nichteingeschalteten Einzelantennen mit dem Pegel der eingeschalteten Einzelantenne selbsttätig die Auswahl der einzuschaltenden empfangsstärksten Antenne.

Speziell beim Empfang von schwachen Signalen sind bei den bekannten Lösungen (französische Patentschrift 1 508 349) für jede Einzelantenne eigene Vorverstärker zur Verbesse-

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rung der Rauschzahl notwendig, die bei höheren Frequenzen relativ" komplex und teuer sind und bei einer großen Anzahl von Einzelantennen die Gesamtkosten erheblich ansteigen lassen. Wird neben dem Empfang auch das Senden
gefordert, so ist zusätzlich für jede Einzelantenne ein Diplexer und ein Auswahlschalter erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, für eine Antennenanordnung der eingangs erwähnten Art eine weitere Lösung anzugeben, die bei gleichbleibender Sende- und Empfangs-Qualität eine beträchtliche Reduzierung des oben geschilderten technischen und finanziellen Aufwandes gestattet.

Ausgehend von einer Antennenanordnung mit umschaltbarer Strahlrichtung durch selbsttätige Umschaltung auf die
jeweils empfangsstärkste Einzelantenne, mit einer Suchschaltung zur Ermittlung der jeweils empfangsstärksten
Einzelantenne und einer Sende- und Empfangsvorrichtung,
wird die Αυ-fgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede Einzelantenne mit je einem, ihrem Anschluß unmittelbar nachgeschalteten Umschalter verbunden ist, durch den sie wahlweise an die Suchschaltung oder über eine Antennenzuleitung und einen gemeinsamen Knoten, der durch die Endpunkte aller Antennenzuleitungen gebildet ist, an die Sende- und Empfangsvorrichtung geschaltet ist.

Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß durch die Anwendung von unmittelbar den Einzelantennenanschlüssen nachgeschalteten Umschaltern, durch den
die Einzelantennen wahlweise an die Suchschaltung oder
über einen gemeinsamen Knoten an die Sende- und Empfangsvorrichtung geschaltet sind, die Anzahl der bei bekannten Antennenanordnungen dieser Ai"t notwendigen Vorverstärker auf insgesamt zwei reduziert werden kann.

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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es, die Längen aller Antennenzuleitungen von den einzelnen Umschaltern bis zum gemeinsamen Knoten untereinander gleich zu bemessen und als ein ganzzahliges Vielfaches der halben Yf eilenlänge zu wählen. Dadurch werden die Le erlauf impedanzen an den Umschaltern der nicht an die Sende- und Empfangs-Yorrichtung geschalteten Antennenzuleitungen in den gemeinsamen Knoten transformiert, so daß Reflexionen des Signals der eingeschalteten Antenne durch die nicht eingeschalteten Antennenzuleitungen vermieden werden und ein optimaler Empfang erzielt werden kann.

Da die in den gemeinsamen Knoten mündenden Antennenzuleitungen bei Betrieb Parallelresonanzkreise darstellen, ist es vorteilhaft, sie innerhalb des Betriebsfrequenzbereiches bzw. für die Empfangsfrequenz und für die Sendefrequenz mit einem in Serie bzw. parallel geschalteten Serienresonanzkreis zu kompensieren.

Vorteilhaft ist es weiterhin, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Umschalter die an die Suchschaltung angeschlossenen Einzelantennen von der Sende- und Empfangsvorrichttmg mechanisch und elektrisch getrennt sind, so daß ihr Eingangssignal über einen Suchschalter unmittelbar dem -Hilfsempfanger der Suchschaltung zugeführt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

In der Zeichnung bedeuten:

Fig.1 ein Ausführungsbeispiel im Blockschaltbild nach der Erfindung;

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Pig.2 eine mögliche Ausführungsform der Auswertelogik;

Pig.3a und 3b eine spezielle Antermenanordnung.

In dem Ausführungsbeispiel nach Pig.1 sind sechs Einzelantennen 1a bis 1f vorgesehen, deren Anschlüsse mit unmittelbar nachgeschalteten Umschaltern 2a bis 2f verbunden sind. Durch die Umschalter 2a bis 2f sind die Einzelantennen wahlweise^ an die Suchschaltung J5 oder über Antennenzuleitungen 4a bis 4f und einen gemeinsamen Knoten 5» der durch die Endpunkte der Antennenzuleitungen 4a bis 4f gebildet ist, an die Sende- und Empfangsvorrichtung _6 geschaltet. Die Längen der Antennenzuleitungen 4a bis 4f sind als ganzzahlige Vielfache der halben Wellenlänge bemessen und untereinander gleich gewählt.

Die Sende- und"Empfangsvorrichtung j> enthält eine mit dem Knoten 5 verbundene, als Diplexer 7 aufgebaute Sende- und Empfangsweiche, deren Eingang an den Sender 8, und deren Ausgang über einen Vorverstärker 9 an den Hauptempfänger angeschlossen ist. Zwischen.dem Eingang des Senders 8 und dem Ausgang des Hauptempfangers 10 ist ein Gerät zur Signalerzeugung und -verarbeitung 11 vorgesehen.

Die Suchschaltung _3 des Ausführungsbeispiels enthält einen Suchschalter 12, dessen Anschlüsse mit.den Einzelantennen 1a bis 1f über die Umschalter 2a bis 2f verbunden sind, und der die Antennensignale in periodischer Folge über einen Vorverstärker 13 dem Hilfsempfanger 14- zuführt. In der Auswertelogik 15, deren erster Eingang mit dem Ausgang des Hilfsempfängers 14 und deren zweiter Eingang mit dem Ausgang des Hauptempfängers 10 verbunden ist, ist die Steuerung des Suchschalters 12 und der Umschalter 2a bis 2f enthalten.

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Beim Betrieb dieser Antennenanordnung ist im Regelfall jeweils eine Einzelantenne an die Sende- und Empfangsvorrichtung angeschlossen, während die übrigen Einzelantennen jeweils über ihren Umschalter an den Suchschalter angeschaltet sind. Der Suchschalter verbindet im einfachsten Pali die Einzelantennen zyklisch mit dem Eingang des Hilfsempfängers. Bei einer größeren Anzahl von Einzelantennen ist es vorteilhaft, nur Einzelantennen, die zu der am Hauptempfänger angeschalteten Einzeläntenne benachbart sind, abzufragen, da besonders bei geringen Signal/Rauschverhältnissen die Abfragerate wegen der damit erforderlichen geringen Rauschbandbreite und wegen der größeren Einschwingzeit der benötigten Filter nur niedrig gewählt werden kann. Durch die Auswertelogik werden die Pegel dieser Einzelantennen mit dem Pegel der dem Sender und Hauptempfänger angeschlossenen Einzelantenne periodisch verglichen und beim Erkennen einer benachbarten Einzelantenne mit einem höheren Empfangspegel die Steuerung der Umschaltung auf diese übernommen.

In Pig.2 ist eine mögliche Form der Auswertelogik 15 nach Pig.1 mit sechs Einzelantennen dargestellt. Die den Pegeln der Einzelantennen zugeordneten Spannungen werden einem synchron mit dem Suchschalter 12 arbeitenden Umschalter 16 zugeführt, in den nachgeschalteten Dioden 17a bis 17f gleichgerichtet und als Prüfspannungen den Kondensatoren 18a bis 18f mit ihren Parallelwiderständen 19a bis 19f und den ersten Eingängen von Spannungskomparatoren 20a bis 2Of, die ein digitales Ausgangssignal abgeben, zugeführt. Das Ausgangssignal des Hauptempfängers 10 wird dem ersten Eingang des Spannungskomparators 20g zugeführt. Die an den ersten Eingängen der Spannungskomparatoren 20a bis 2Of liegenden Prüfspannungen werden mit einer an den zweiten Eingängen der Spannungskomparatoren 20a bis 20g liegenden gemeinsamen Referenzspannung verglichen.

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Die Referenzspannung wird nach Aufsummierung der digitalen Ausgangsspannungen der Spannungskomparatoren in einem --_■■■_ Summiernetzwerk 21 und durch anschließende Integration des-, als Treppenfunktion ausgebildeten. Ausgangssignals des Summiernetzwerkes in einem Integrierglied 22 gebildet.

Durch diese Anordnung erhöht sich die Referenzspannung, wenn mehr als eine Prüfspannung größer als die Referenzspannung ist, bleibt konstant, wenn nur eine Prüfspannung größer ist und wird verringert, wenn keine Prüfspannung größer als die Referenzspannung ist. _;

Wenn nur eine Prüfspannung größer als die Referenzspannung ist, was mit einem dem Ausgang des Summiernetzwerkes 21 nachgeschalteten 1-Indikator 23 erkannt wird, und diese nicht dem Pegel des Hauptempfängers entspricht, was mit Hilfe eines dem Ausgang des Spannungskomparators 20g nachgeschalteten Inverters 24 und einer zwischen Inverterausgang und 1-Indikator-Ausgang geschalteten logischen U¥D-Schaltung 25 erkannt wird, wird durch einen dem Ausgang der logischen UND-Schaltung nachgeschalteten monostabilen Multivibrator 26 diese Information von den Ausgängen der Spannungskomparatoren 20a bis 2Of in ihnen nachgeschaltete bistabile Multivibratoren 27a bis 27f übernommen, die die Umschalter 2a bis 2f ansteuern und damit die Einzelantennenumschaltung auslösen.

Durch geeignete Wahl der Zeitkonstaiiten der Umschalter läßt sich eine überschneidende Umschaltung erreichen, so daß kein völliger Ausfall des Empfangs- bsw. Sendesignals während des Umschaltens auftritt. Außerdem lassen sich von der Auswertelogik verursachte Instabilitäten an der Oberschneidung zweier Antennendiagramme durch entsprechende höhere Bewertung des Pegels des Hauptempfangers vermeiden.

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Das beschriebene Ausfuhrungsbeispiel läßt sich durch Verändern der Zahl der Einzelantennen und durch sinngemäße Abänderung der nachfolgenden Schaltung beliebig erweitern und den speziellen Anforderungen der Praxis anpassen.

Die Pig.3a und 3b zeigen eine Weiterbildung der Antennenanordnung nach der Erfindung in perspektivischer Darstellung und im Aufriß.

Die als ebene Spiralantennen 28a bis 28d ausgebildeten vier Einzelantennen sind hier parallel su den trapezförmigen Seitenflächen 29a bis 29d eines metallischen Pyramidenstumpfes 30 mit rechteckiger Grundfläche angeordnet.

4 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

Patentansprüche

_ν1. /Antennenanordnung mit umschaltbarer Strahlrichtung durch selbsttätige Umschaltung auf die jeweils empfangsstärkste Einzelantenne, mit einer Suchschaltung zur Ermittlung der jeweils empfangsstärksten Einzelantenne und einer Sende- und Empfangsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß jede Einzelantenne (1a bis 1f) mit je einem, ihrem Anschluß unmittelbar nachgeschalteten Umschalter (2a bis 2f) verbunden ist, durch den sie wahlweise an die Suchschaltung ("3) oder über eine Antennenzuleitung (4a bis 4f) und einen gemeinsamen Knoten (5), der durch die Endpunkte aller Antennenzuleitungen gebildet ist, an die Sende- und Empfangsvorrichtung (6) geschaltet ist.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Längen der Antennenzuleitungen (4a bis 4f) untereinander gleich bemessen und als ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge gewählt sind.
3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, d a durch gekennzeichnet, daß ein in etwa auf die Resonanzfrequenz der Antennenzuleitungen (4a bis 4f) abgestimmter Serienresonanzkreis mit dem gemeinsamen Knoten (5) verbunden und parallel zu den Antennenzuleitungen geschaltet ist.
4. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vier als ebene Spiralantennen (28a bis 28d) ausgebildete Einzelantennen vorgesehen sind·, daß ein Pyramidenstumpf (30) mit rechteckiger Grundfläche und vier reflektierenden, trapezförmigen Seitenflächen (29a bis 29d)

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als Antennenträger vorgesehen ist, und daß jede der ebenen Spiralantennen in paralleler Ausrichtung vor einer der reflektierenden, trapezförmigen Seitenflächen angeordnet ist.

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