DE2519986A1

DE2519986A1 - Messhilfseinrichtung fuer radargeraete

Info

Publication number: DE2519986A1
Application number: DE19752519986
Authority: DE
Inventors: Kenneth Alfred James Warren
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1974-05-04
Filing date: 1975-05-05
Publication date: 1975-11-06
Also published as: FR2269720B1; FR2269720A1; GB1506713A; DE2519986B2; DE2519986C3

Description

MANITZ, FINSTERWALD <&. G R Ä M K O

München, den 5· Mai 1975 P/Ur/Sv-M 3059

THE MAECOHI COMPAKY LIMITED Marconi House, New Street, Chelmsford, Essex, England

Meßhilfseinrichtung für Radargeräte

Die Erfindung betrifft Meßhilfseinrichtungen für Radargeräte bzw. Funkmeßgeräte. Wie bekannt besteht ein Radargerät aus verhältnismäßig komplexen elektronischen Einrichtungen und seine technischen Eigenschaften und seine Leistungsfähigkeit müssen strengen Betriebserfordernissen genügen. Während die verschiedenen Bauelemente und Sub-Systeme, aus denen die Einrichtungen zusammengesetzt sind während der Herstellung und in einem gewissen Grade auch am Einsatzort geprüft werden können, ist es außerordentlich schwierig, die Gesamt-Betriebseigenschaften auf bequeme bzw. passende Weise zu messen oder nachzuprüfen. Eine Möglichkeit, nach der die Gesamt-Betriebseigenschaften gemessen werden können, ohne daß ein wirkliches Ziel im lernfeld-Bereich des Radargeräts (typischerweise mehr als etwa 800 m, und häufig viele Kilometer entfernt) angeordnet werden muß, erfordert die Verwendung eines simulierten Zieles. Dazu wird eine Simulations-Einrichtung in der Kahe

DR. C. MANITZ ■ DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIP L. -ING. W. G R A M K O W ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

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der Radar-Antenne angeordnet; nach dem Empfang verarbeitet diese Simulationseinrichtung das übertragene Radarsignal, bewirkt eine passende Verzögerung, ändert die !Frequenz des Radarsignals (wenn Doppler-Verschiebungen simuliert werden sollen) und strahlt das sich so ergebende Signal zurück zur Radar-Antenne. Die bisher bekannten Simulationsverfahren sind nicht gänzlich zufriedenstellend und vermögen keine Messungen mit ausreichender Genauigkeit zu liefern, die den engen Toleranzen entspricht, welche in zunehmendem Maße für gewisse Betriebseigenschaften gefordert werden.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt eine Meßhilf seinrichtung für Radargeräte eine Antenne zum Empfang und zur Sendung von abgestrahlter Mikrowellen-Energie, sowie einen nicht-reflektierenden Dämpfungsschirm, der im Abstand vnn der Antenne angeordnet ist, um diese Energie abzufangen bzw. aufzufangen, und zu dämpfen.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt ein nichtreflektierender Dämpfungsschirm zum Gebrauch bei Mikrowellen-Frequenzen eine erste Schicht von mit Verlusten behaftetem Material, die zwischen zwei weitere Schichten von gleicher Dicke aus Material mit geringen Verlusten eingefügt ist, wobei das Verhältnis der dielektrischen Konstanten jeder dieser Schichten so gewählt ist, daß der Schirm als Ganzes für diese Frequenzen im wesentlichen nicht-reflektierend ist.

Das Mikrowellen-Frequenzband erstreckt sich von etwa 1000 MHz bis etwa 300 000 MHz, obwohl diese Zahlen nur die Grenzen dieses Frequenzbandes veranschaulichen sollen.

Vorzugsweise weist die Meßhilfseinrichtung für Radargeräte einen nicht-reflektierenden Dämpfungs-Schirm gemäß dem aeiten Gesichtspunkt der Erfindung auf.

Eine Meßhilfseinrichtung für Radargeräte wie oben erläutert ist im wesentlichen nur in einem begrenzten Frequenzbereich nichtreflektierend; dies kann jedoch hingenommen werden, wenn die Meß-

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hilfseinrichtung dazu benutzt werden soll,.ein Radar- bzw. Funkmeßgerät zu testen, das nur eine einzige gesendete Trägerfrequenz verwendet, da eine etwa auftretende Dopplerfrequenz-Verschiebung nur eine sehr kleine Frequenz-Komponente der Ge samt frequenz darstellt und bequem innerhalb der Arbeits-Bandbreite der Meßhilfseinrichtung für Radargeräte Platz findet. Wenn jedoch eine Vielzahl von verschiedenen Frequenzen verarbeitet werden muß, können auswechselbare Schirme verwendet werden, jeweils einer für jede
Frequenz.

Vorzugsweise ist die Meßhilfseinrichtung mit Vorrichtungen ausgestattet, zur Positionierung der Antenne eines zu prüfenden Radargeräts in einer vorbestimmten Entfernung von dem Schirm, wobei
vorzugsweise wiederum der Schirm in einem festen, vorbestimmten
Abstand vor der Antenne angeordnet ist, die einen Teil der Meßhilf seinrichtung darstellt.

Die erste Lage aus mit Verlusten behaftetem Material besteht vorzugsweise aus leitendem Pulver oder Teilchen, die homogen in einem Bindemittel verteilt sind. Das Bindemittel ist vorzugsweise
ein aushärtbares Harz und das Pulver besteht vorzugsweise aus
Carbonyl-Eisen, Die dielektrische Konstante der ersten Lage hängt von dem Verhältnis von Carbonyl-Eisenpulver und dem Harz ab, wobei das gewählte Mischungsverhältnis gestattet, eine spezifizierte dielektrische Konstante zu erzielen.

Die zwei weiteren Lagen von Material mit niedrigen Verlusten bestehen vorzugsweise aus massivem Polystyrol, obwohl wahlweise
auch das gewöhnlich als PTFE bekannte Material benutzt werden
könnte. Diese beiden Materialien sind im wesentlichen verluetfrei. Die beiden Lagen könnten ersatzweise auch aus dem aushärtbaren Harz bestehen, das oben bereits erwähnt wurde, es ergibt
sich dabei jedoch ein größerer Einfügungsverlust.

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Eine bevorzugte Ausführungsform einer Meßhilfseinrichtung für Radargeräte gemäß der Erfindung umfaßt ein leitendes Metallgehäuse, das eine hohle Kammer bildet, in der eine Parabolantenne das offene Ende der Kammer verschließt, mit einem nicht-reflektierenden Dämpfungsschirm, der ausgerichtet und im Abstand zu dieser Parabolantenne angeordnet ist, sowie Einrichtungen an dem Ende der Ksmiier, das von dieser Parabolantenne entfernt gelegen ist, zur Aufnahme und Lagebestimmung der Antenne des zu prüfenden Radargeräts. Die Antenne des zu prüfenden Radargeräts kann auch eine Parabolantenne sein.

Vorzugsweise weist die Antenne des zu prüfenden Radargeräts eine Hauptabmessung auf, die gleich oder kleiner ist als der Durchmesser der Antenne, die einen Teil der Meßhilfseinrichtung darstellt.

Im Betrieb ist die Antenne, die einen Teil der Meßhilfseinrichtung für Radargeräte bildet, mit einer Schaltung zur Echo-Simulation oder einer ähnlichen Schaltung verbunden; die Eigenarten und das Wesen dieser Schaltung hängen jedoch von dem zu prüfenden Radargerät ab und von dessen zu messenden oder nachzuprüfenden Eigenschaften, so daß diese Schaltung nicht Gegenstand der Erfindung ist und auch im einzelnen nicht beschrieben wird.

Es wurde gefunden, daß in der Praxis bzw. im Betrieb ein Teil der von einer Antenne aufgenommenen Energie zurückreflektiert oder zurückgestrahlt wird, und daß bei einer Meßhilfseinrichtung für Radargeräte, bei der eine Antenne nahe an der Antenne des zu prüfenden Radargeräts angeordnet ist, Mehrfach-Reflexionen auftreten können, die zu großen Fehlern im Ausbreitungsverlust zwischen der Parabolantenne und der Antenne des zu prüfenden Radargeräts führen können. Diese Erscheinung ist höchst unerwünscht und man nimmt an, daß sie für die nicht zufriedenstellende Leistungsfähigkeit bzw. Betriebseigenschaften der bisher bekannten Meßhilfseinrichtungen für Radargeräte verantwortlich ist. Der durch die Erfindung geschaffene Dämpfungsschirm kann für die von jeder der beiden Antennen jeweils re-

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flektierten Energie die gleiche Dämpfung bzw. Äbschwächung bewirken, und da dieser Schirm im wesentlichen nicht-reflektierend ist, verursacht er keine zusätzlichen unerwünschten Reflexionen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

E"ig. 1 in schematischer Darstellung eine Meßhilfseinrichtung für Radargeräte gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 im einzelnen einen in dieser Meßhilfseinrichtung enthaltenen nicht-reflektierenden Dämpfungsschirm.

Wie in Eig. 1 dargestellt ist, ist eine hohle rohrförmige Kammer 1 mit einer Parabolantenne 2 ausgestattet, die das ansonsten offene Ende der Kammer abschließt. Die Parabolantenne 2 ist mit einer konkaven gekrümmten Oberfläche, wie dargestellt, ausgestattet. Die Gestalt des Querschnitts der Kammer Λ ist nicht von kritischer Bedeutung, sie ist in diesem PaIl rechteckig. Am anderen Ende der Kammer 1, entgegengesetzt zu dem Ende, an dem die Antenne 2 angeordnet ist, ist eine weitere, allgemein ähnliche Parabolantenne 3 vorgesehen, die einen Teil des zu prüfenden Radargeräts bildet. Das Radargerät bzw. Funkmeßgerät ist allgemein mit dem Bezugszeichen 4-versehen, die Simulations-Ausrüstung, die der Antenne 2 zugeordnet ist, ist mit dem Bezugszeichen 21 versehen. Die Eigenschaften bzw. das Wesen und die Wirkungsweise der Simulations-Ausrüstung h^H.ngt vollständig vqn dem zu prüfenden Radargerät ab und kann daher irgendeine passende IPorm annehmen. Zwischen den zwei Antennen 2 und 3 ist ein dünner Schirm 5 angeordnet. Der Schirm 5 ist im einzelnen in der ]?ig. 2 dargestellt. Er besteht aus einer Mittelplatte 6 aus einem Material, das aus einer Mischung von Harz und Carbonyl-Pulver besteht, wobei

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diese Mittelplatte zwischen zwei weitere Platten 7 und 8 eingefügt ist. Die Platten 7 und 8 sind einander in jeder Hinsicht gleich: sie weisen die gleiche Dicke auf und sind beide as massigem Polystyrol.

Die dielektrischen Eonstanten der Platten 6, 7 und 8 und die Dicke der Platten 7 und 8 sind so ausgewählt, daß Mikrowellen-Energie mit einer bestimmten Frequenz, die auf den Schirm 5 einfällt, im wesentlichen von dem Schirm nicht-reflektiert wird und durch den Schirm mit einer vorbestimmten Abschwächung bzw. Dämpfung hindurchgeht, die von den Eigenschaften bzw. der Beschaffenheit der Schichten 6, 7» 8 abhängt. Die dielektrische Konstante von Polystyrol beträgt etwa 2,5· Anstelle von Polystyrol könnte für die Schichten 7 und 8 auch PTi¹E verwendet werden; dieses Material hat eine dielektrische Konstante von etwa· 2,1. Diese beiden Materialien zeigen sehr geringe Verluste, d.h. sie bewirken.selbst eine sehr geringe Dämpfung bzw. Abschwächung. Wahlweise könnten die Platten 7 und 8 aus dem gleichen Harz geformt werden, das beim Aufbau der Mittelplatte 6 verwendet wird, jedoch ist dieses Material mit größeren Verlusten behaftet, obwohl es vom HerstellungsStandpunkt zufriedenstellender sein kann.

Damit der Schirm im wesentlichen nicht-reflektierend ist für eine einfallende Energie mit der Wellenlänge λ (im Vakuum), muß die Dicke d für jede der Schichten 7 und 8 gegeben sein durch

wobei E - die dielektrische Konstante der Schichten 7 und 8 ist, und angenommen wird, daß die Permeabilität gleich Eins sei. .p ist eine ganze Zahl, und in einem praktischen Pall in dem ρ * 0, gilt

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Ein zusätzliches Erfordernis für die nicht-reflektierende Eigenschaft ist, daß £ „ ■ J£ * ; wobei 6 die dielektrische Konstante der Schicht 6 ist.

Auf diese Weise wird ein passendes dielektrisches Material für die Schichten 7 und 8 ausgewählt, das einen vorbestimmten Wert von t _£ aufweist, und die Dicke jeder Lage wird gemäß der oben angegebenen Beziehung für d vorgesehen. In diesem 3PaIl wird der erforderliche Wert für £_o durch die Beziehung ι ■ ^ a

if « ^i bestimmt, und der Wert von 6 der Schicht 6 kann durch das Verhältnis von Carbonyl-Pulver und Harz, aus dem die Schicht zusammengesetzt ist, gesteuert werden. Die Dicke der Schicht 6 beeinflußt die Reflexionseigenschaften des Schirms nicht und kann ausschließlich unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaften der Meßhilfseinrichtung für Radargeräte ausgewählt werden. Es soll angemerkt werden, daß die Schichten 7 und 8 selbst eine Dämpfung bzw. Abschwächung bewirken, die bei der Gesamt-AbSchwächung bzw. -Dämpfung, die der Schirm aufweist, in Rechnung gestellt werden muß, obwohl diese zusätzliche Abschwächung bzw. Dämpfung klein sein wird, wenn die Schichten 7 und 8 aus Polystyrol bestehen, wie oben erwähnt.

Im Betrieb wird das zu prüfende Radargerät ¹V am Ende der Kammer Λ befestigt, so daß seine Parabolantenne in die Kammer 1 hineinsieht. Es ist in Betracht gezogen, daß auf diese Weise Radargeräte mit einer körperlich kleinen Antenne geprüft werden, z.B. einer Antenne mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,3 m und 0,6 m (1 foot bis 2 feet). Durch entsprechende "- bzw. geeignete Dimensionierung der Kammer 1 können jedoch auch Radargeräte mit viel größeren Antennen verwendet werden.

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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel beträgt der Abstand .zwischen den zwei Antennen etwa 50 cm (20 inches) und die Querschnitts-Abmessungen der Kammer 1 betragen etwa 0,6 m χ 0,6 m (2 feet mal 2 feet).

Das Radargerät 4 sendet seine normale Sequenz von Mikrowellen-Frequenz-Stößen oder -Impulsen und diese durchlaufen den Schirm 5 und werden von der Parabolantenne 2 empfangen. Der Schirm 5 dämpft bzw. schwächt die Amplitude der Mikrowellen-Signale, er ruft aber, wie oben erwähnt, keine unerwünschten Reflexionen hervor. Während jedoch der größte Teil der Mikrowellenenergie, der auf die Antenne 2 einfällt, an die Simulations-Einrichtung 21 weitergeleitet wird, wird ein gewisser Anteil reflektiert. Der reflektierte Anteil durchdringt den Schirm 5 (und wird dabei abgeschwächt), fällt auf die Antenne 3 ein, und ein Teil davon wird zuruckreflektiert durch den Schirm 5 Bn die Antenne 2, wo er eine kurze Zeitspanne nach dem ursprünglichen Signal eintrifft. Sowohl das ursprüngliche Signal als auch das reflektierte Signal werden an die Simulatiois-Einrichtung 21 weitergeleitet. Das reflektierte Signal ist durch den Dämpfungsschirm 5 zweimal öfter hindurchgetreten als das ursprüngliche Signal, hat folglich eine viel stärker verminderte Amplitude, und kann somit vernachlässigt werden.

Wenn es erforderlich ist, den Schirm 6 in einem verhältnismäßig weiten Frequenzband zu betreiben, können zusätzliche Schichten 7 vorgesehen werden, um Reflexionen zu verhindern, die über dieses weitere Band erzeugt werden.

Das Mikrowellen-Frequenzband erstreckt sich von etwa 1000 MHz bis etwa JOO 000 MHz. Die Frequenzen, bei denen die Meßhilfseinrichtung für Radargeräte gewöhnlich verwendet würde, liegen in der Größenordnung von etwa 13 000 MHz, wobei die Wellenlänge X etwa 2 cm (0,8 inches) beträgt. Da die Dicke d der Schichten 7 und 8 durch den Ausdruck A./4. £ (wie vorstehend gezeigt) ge-

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geben ist, kann die Abmessung d leicht gehandhabt werden.

Es soll vermerkt werden, daß die Anwesenheit des Schirms 5 einen zusätzlichen Laufweg-Verlust zwischen den beiden Antennen 2 und 3 hervorruft. Dieser Anstieg des Laufweg-Verlustes ist ein konstanter Wert, der beim Entwurf der Simulations-Einrichtung 21 berücksichtigt werden kann.

- Patentansprüche -

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Claims

- ίο -

Patentansprüche

Elchtreflektiertender Dampfungsschirm zum Gebrauch bei Mikrowellen-Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Lage (6) von mit Verlusten behaftetem Material zwischen zwei weitere Lagen (7, 8) aus Material mit geringen Verlusten mit gleicher Dicke eingefügt ist, wobei das Verhältnis der dielektrischen Konstanten jeder Lage so gewählt ist, daß der Schirm als Ganzes im wesentlichen nicht-reflektierend für die genannten Frequenzen ist.

2. Dämpfungsschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Lage aus mit Verlusten behaftetem Material aus leitendem Pulver oder Partikeln, die homogen in einem Bindemittel verteilt sind, besteht.

3· Dämpfungsschirm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Bindemittel ein aushärtbares Harz ist.

4. Dämpfungsschirm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Partikel oder das Pulver aus Carbonyl-Eisen bestehen.

5. Dämpfungsschirm nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Material mit geringen Verlusten aus Polystyrol oder ΡΤΙΈ besteht.

6. Dämpfungsschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Material mit geringen Verlusten ein aushärtbares Harz ist.

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. 7· Meßhilfseinrichtung für Radargeräte, gekennzeichnet durch eine Antenne (2) zum Empfang und zur Übertragung abgestrahlter Mikrowellenenergie, und durch einen nichtreflektierenden Dämpfungsschirm (5), der im Abstand zur Antenne (2) angeordnet ist, um so diese Energie aufzufangen und zu dämpfen.

'8. Meßhilfseinrichtung nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet , daß ein nicht-reflektierender Dämpfungsschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen ist.

9. Meßhilfseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß der nicht-reflektierende Dämpfungsschirm austauschbar ist.

10. Meßhilfseinrichtung nach einem der Ansprüche 7» 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Meßhilfseinrichtung mit einer Einrichtung zur Aufnahme der Antenne eines zu prüfenden Radargeräts in einer vorbestimmten Entfernung von dem Schirm ausgestattet ist.

11. Meßhilfseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Schirm in einer festen, vorbestimmten Entfernung vor einer Antenne angeordnet ist, die einen Teil der Meßhilfseinrichtung bildet.

12. Meßhilfseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse

. aus leitendem Metall vorgesehen ist-, das eine hohle Kammer bildet, an deren einem Ende eine Antenne angebracht ist, die dieses Ende, das sonst offen wäre, verschließt, daß der nicht-reflektierende Dämpfungsschirm ausgerichtet im Abstand zu der Parabolantenne angeordnet ist, und daß an dem von der Parabolantenne entfernten Ende der Kammer Einrichtungen zur Aufnahme und Lagerung der Antenne des zu prüfenden Radargeräts vorgesehen sind.

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L e e r s e i t e