DE2549384A1

DE2549384A1 - Richtantennensystem

Info

Publication number: DE2549384A1
Application number: DE19752549384
Authority: DE
Inventors: Richard F Frazita; Richard J Giannini; Stuart P Litt; Melvin J Zelster
Original assignee: Hazeltine Corp
Current assignee: BAE Systems Aerospace Inc
Priority date: 1974-11-05
Filing date: 1975-11-04
Publication date: 1976-05-13
Also published as: CA1029127A; US3914765A; GB1511687A; FR2290767A1; NL7512398A; JPS5165860A

Description

Patentanwälte Dipl.- Ing. W. Scherrmann Dr.- Ing. R. Roger

7300 Esslingen (Neckar). Webergasse 3. Postfach 348

3. November 1975 s,^e _uuj.°r" ,0711,355539

_ . , 35 9619

Unser Zeichen: Telex' o72S66iosmr_U

PA 34 rÜba Telegramme Patentschutz

Esslingenneckar

HAZELTINE CORPORATION Greenlawn, New York, 11740, USA Richtantennensystem

Die Erfindung betrifft ein Richtantennensystem zur Abstrahlung von Wellenenergie in einen gewünschten Raumbereich während einer vorbestimmten Zeitperiode, in einem
gewünschten Strahlungsbild (Richtcharakteristik), bei dem
sich die Frequenz der abgestrahlten Wellenenergie in einem ausgewählten Teilbereich des gewünschten Raumbereiches in
Abhängigkeit von wenigstens einer der Komponenten der von
der Antenne ausgehenden Winkelrichtung ändert und die
Frequenz der abgestrahlten Wellenenergie in zumindest einem verbleibenden Teilbereich des gewünschten Raumbereiches für die Richtung der Abweichung der Komponente der Winkelverschiebung bezüglich des ausgewählten Teilbereiches kennzeichnend ist, wobei es eine aus einer gemeinsamen Strahleröffnung (Apertur) eine Anzahl Strahlen in unterschiedliche Richtungen innerhalb des gewünschten Raumbereiches abstrahlende Antenne aufweist, der eine Anzahl von Wellenenergie-Antenneneingängen zugeordnet ist, von denen jeder jeweils
einem der Strahlen entspricht und während der vorbestimmten Zeitperiode von einer den Antenneneingängen gleichzeitig
Wellenenergiesignale zuführenden Speiseeinrichtung jeweils ein Wellenenergiesignal empfängt, das mit dem jeweiligen

609820/0780

Antenneneingang einem hauptsächlich in dem ausgewählten Teilbereich liegenden Strahl entspricht und dessen Phasenlage - gemessen bezüglich der Phasenlage des dem Antenneneingang eines benachbarten Strahles zugeführten Wellenenergiesignales - sich während der vorbestimmten Zeitperiode zwischen zwei bestimmten Werten um weniger als 3 60 ändert, derart, daß die Richtung der Änderung bei jeweils benachbarten Strahlen entsprechenden Antenneneingangspaaren gleich ist,

Dabei bezieht sich die Erfindung insbesondere auf solche Richtantennensysteme, die ein "ooppler-kodiertes" Strahlungsbild (Richtcharakteristik) abstrahlen, wobei vorzugsweise eine djppler-kodierte Richtcharakteristik unter Verwendung einer Mehrstrahlantenne abgestrahlt wird, wie es in der älteren Patentanmeldung P 24 15 899.4 der Anmelderin beschrieben ist.

In dieser älteren Patentanmeldung ist ein Antennensystem beschrieben, das unter Verwendung einer MehrStrahlantenne eine ooppler-kodierte Richtcharakteristik abstrahlt. Unter einer Doppler-kodierten Richtcharakteristik wird hierbei eine solche verstanden, bei der die Frequenz der abgestrahlten Wellenenergie sich mit einer der Komponenten der Winkeländerung der Antenne ändert. Eine MehrStrahlantenne oder "Beam-port"-Antenne ist eine Antenne die aus einer gemeinsamen Strahleröffnung eine Anzahl Antennenstrahlen in unterschiedlichen Richtungen abstrahlen kann und die eine der Zahl der Antennenstrahlen entsprechende Zahl von Wellenenergieeingängen aufweist, derart, daß einem der Eingänge zugeführte Wellenenergie in einem entsprechenden Strahl abgestrahlt wird. Das in der älteren Patentanmeldung be-

809820/0780 ³ "

ORfGiNAL INSPECTED

schriebene Antennensystem enthält Mittel, die es gestatten, den einzelnen Eingängen einer sogenannten Beam-port-Antenne während einer bestimmten Zeitperiode gleichzeitig Wellenenergiesignale zuzuleiten. Die Phasenlage der den einzelnen Antenneneingängen zugeführten Wellenenergiesignale ändert sich - gemessen bezüglich der Phasenlage der dem einem benachbarten Strahl entsprechenden Antenneneingang zugeleiteten Wellenenergiesignale - während der bestimmten Zeitperiode zwischen zwei bestimmten Werten. Die resultierende Richtcharakteristik weist dabei eine Frequenz auf, die sich mit einer Komponente der von der Antenne ausgehenden Winkelrichtung innerhalb eines gewünschten Raumbereiches änderte

Das Antennensystem nach der älteren Patentanmeldung kann bei einem Doppler-Mikrowellenlandesystem Verwendung finden, bei dem es notwendig ist, daß alle Teile des Raumbereiches der von der Antenne bestrahlt ist, exakt mit einer Strahlungsfrequenz kodiert werden, die für eine Komponente einer von dem Antennensystem ausgehenden Winkelrichtung kennzeichnend ist. Dieses Bedürfnis besteht für Mikrowellenlandeanlage bei Großflughäfen, weil es dort wegen des großen Luftverkehrsaufkommens notwendig ist, vielfach- Anfluglejlteinrichtungen zu haben, um die Flugzeuge beim Landen entsprechend leiten zu können. Bei Flughafen mit geringerem Verkehrsaufkommen kann schon eine einzige Anflugleiteinrichtung oder sogenannte "glideslope" ausreichen, um das erwartete Luftverkehr svolumen zu bewältigen. Bei einer solchen Anlage genügt es,lediglich einen ausgewählten Teilbereich des von der Antenne bestrahlten Raumbereiches exakt zu kodieren, das heißt jenen Raumbereich, der den dem ausgewählten Anflugwinkel benachbarten Winkelbereichen entspricht, während die verbleibenden Teilbereiche des von der Antenne bestrahlten

609820/0780

Raumbereiches mit einer abgestrahlten Frequenz kodiert werden, die nur für die Richtung der Winkelabweichung von dem den Anflugwinkel enthaltenden ausgewählten Teilbereich kennzeichnend ist. Ein solches vereinfachtes Anflugsystem versorgt den Piloten, der sich in dem ausgewählten Teilbereich des die Anflugbahn umgebenden Raumes befindet, mit einer - exakten Winkelinformation, während wenn er sich unterhalb oder oberhalb dieses ausgewählten Teilbereichs befinde^ er lediglich eine Korrekturinformation enthält ,beispielsweise "Höherfliegen" oder "Tieferfliegen".

Aufgabe der Erfindung ist es, ein unter Verwendung einer Mehrstrahlantenne eine .frequenzkodierte Richtcharakteristik abstrahlendes Richtantennensystem zu schaffen, das sich durch einen einfachen Aufbau, sowie dadurch auszeichnet, daß die Frequenz der abgestrahlten Signale ausgewählten Teilbereich des von der Antenne bestrahlten Raumbereiches sich mit einer Komponente der von der Antenne ausgehenden Winkelrichtung ändert, während die Frequenz der abgestrahlten Signale in dem verbleibenden Teilbereich, beziehungsweise den verbleibenden Teilbereichen, des von der Antenne bestrahlten Raumbereiches kennzeichnend ist für die Richtung der Winkelabweichung von dem ausgewählten Teilbereich.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte Richtantennensystem gemäß der Erfindung ,dadurch gekennzeichnet, daß jedes einem einem im wesentlichen in dem verbleibenden Teilbereich liegenden Strahl entsprechenden Antenneneingang zugeführte Wellenenergiesignal die gleiche Phasenänderung aufweist wie das Wellenenergiesignal, das dem Antenneneingang zugeführt wird, welcher dem in dem ausgewählten Teil-

609820/0780

bereich dem verbleibenden Teilbereich benachbarten Strahl entspricht.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Richtantennensystem gemäß der Erfindung in schematischer teilweise perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 ein Richtantennensystem gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform in schematischer teilweise perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 die Richtcharakteristik des Richtantennensystems nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Phasenänderung der bei dem Richtantennensystem nach Fig. 1 verwendeten Wellenehergiesignale und

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Signalversorgungsschaltung für das Richtantennensystem nach Fig. 2.

— 6 —

609820/0780

2b49384

Beschreibung und Funktion der Ausführungsform nach Fig.1

In Fig. 1 ist teilweise perspektivisch, teilweise schematisch ein erfindungsgemäßes Richtantennensystem 10 dargestellt. Das Antennensystem weist eine Antenneneinheit auf, die über Mittel zum Bündeln einfallender Wellenenergie verfügt, die in diesem Falle durch einen Reflektor 12 gebildet sind und die außerdem Mittel zum Bestrahlen der Bündelungs- oder Fokussierungsmittel aufweist, nämlich Antennenspeiseelemente 14. Die Antenneneinheit strahlt in Abhängigkeit von Wellenenergiesignalen, die den Speiseelementen 14 zugeordneten Eingängen zugeführt werden. Wellenenergie in einen vorbestimmten Raumbereich ab. Die spezielle, in Fig. 1 dargestellte Antenneneinheit ist entsprechend der deutschen Patentanmeldung P 2 4 15 020.7 der Anmelderin aufgebaut.

Die Antennenspeiseelemente 14d, 14e, 14f sind über ihre entsprechenden Eingänge 16d, 16e, 16f jeweils an einzelne Phasenschieber 22b, 22c, 22d angeschlossen. Die Antennenspeiseelemente 14a, 14b, 14c sind über ihre entsprechenden Eingänge 16a, 16b, 16c durch einen Energieteiler 24a mit einem gemeinsamen Phasenschieber 22a verbunden. In ähnlicher Weise sind die Antennenspeiseelemente 14g, T4h, 14i alle über ihre entsorechenden Eingänge 16g, 16h, 16i an einem gemeinsamen Phasenschieber 22e angeschlossen. Den Phasenschiebern 22 werden Wellenenergiesignale von einem Oszillator über einen Energieteiler 20 zugeführt. Eine Steuereinheit 26 dient dazu, den Betrieb der Phasenschieber 22 in nachbeschriebener Weise zu steuern.

Die Anordnung der Einzelteile des Richtantennensystems ist ähnlich jener, wie sie in der erwähnten deutschen Patentanmeldung P 24 15 899.4 beschrieben ist, mit der Ausnahme, daß bei dem in dieser Patentanmeldung beschriebenen

609820/0780 - ⁷ -

Antennensystem für jedes der Antennenspeiseelemente ein eigener Phasenschieber vorgesehen ist. Die Erfindung ergibt eine Vereinfachung und eine Kostenersparnis gegenüber dem in der erwähnten Patentanmeldung beschriebenen Antennensystem, weil bei einem die gleiche Anzahl von Antennenspeiseelementen verwendenden neuen Richtantennensystem weniger Phasenschieber notwendig sind. Diese Ersparnis folgt augenscheinlich aus der Ausführungsform nach Fig. 1, bei der die Speiseelemente 14a, 14b, 14c gemeinsam am Ausgang des Phasenschiebers 22a liegen, während die Speiseelemente 14g, 14h, 1 4i sich den Ausgang des Phasenschiebers 22e teilen. Der einfacherere Aufbau des neuen Richtantennensystems wird zwar durch eine gewisse Verringerung der Einsatzmöglichkeiten des Richtantennensystems erkauft, doch ist diese für viele Anwendungszwecke tragbar. Die Erfindung ergibt insbesondere eine Frequenzkodierung der Winkelrichtung von der Antenne aus über lediglich einen ausgewählten Teil des Raumbereiches, in den die Antenne strahlt, wobei gleichzeitig eine Abstrahlfrequenz gegeben ist, die für den Sinn, aber nicht die Amplitude der Abweichung des ausgewählten Teiles von den übrigen Teilen des Bereiches kennzeichnend ist. /

Die Antenneneinheit der Ausführungsform nach Fig. 1 kann als sogenannte "Beam-Port"-Antenne bezeichnet werden. Eine solche Antenne kann eine Mehrzahl von Antennenstrahlen in verschiedene Richtungen innerhalb eines Raumbereiches aus einer gemeinsamen Apertur abstrahlen. Eine Beam-Port-Antenne weist eine Mehrzahl von Wellenenergieeingängen auf, derart, daß einem dieser Eingänge zugeführte Wellenenergie in einem entsprechenden Strahl abgestrahlt wird. Bei der Antenneneinheit nach Fig. 1 bestrahlt jedes der Speiseelemente 14 den Reflektor 12. in Abhängigkeit vonden¹ dem entsprechenden Eingang 16 zugeführten Wellenenergiesignal mit einer bestimmten Wellenenergie-Richtcharakteristik d.h. einem bestimmten Wellenenergie-Strahlenbild. Der Re-

609820/0780

2b49384

flektor 12 strahlt in Abhängigkeit der Wellenenergie-Richtcharakteristik jedes der Speiseelemente 14 einen Antennenstrahl in einer anderen Richtung im Räume ab. Die Betriebsweise einer solchen Antenne und die Art der sich bei der Anlage nach Fig. 1 ergebenden planaren Antennenstrahlen sind im einzelnen in der deutschen Patentanmeldung P 24 15 020.7 erläutert. Selbstverständlich können auch andere Arten von Beam-Port-Antennen bei erfindungsgemäßen Richtantennensystemen benutzt werden.

Fig. 3 zeigt die gewünschte Richtcharakteristik der Ausführungsform nach Fig. 1. Dabei veranschaulicht Fig. 3A die einzelnen Antennenstrahlen (a) bis (i), die von der Antenneneinheit nach Fig. 1 in Abhängigkeit von den Eingängen 16a bis 16i zugeführten Wellenenergiesignalen abgestrahlt v/erden. Die Antennenstrahlen sind dargestellt als Funktion des Abstrahlwinkels, der in einer senkrecht zur Fokalachse des Reflektors 12 verlaufenden Ebene gemessen ist. Wenn allen Eingängen 16a bis 16i gleichzeitig Wellenenergiesignale mit einer solchen Phasenlage zugeführt werden, daß keine Interferenz der einzelnen Antennenstrahlen im Raum auftritt, ist es möglich, eine zusammengesetzte Richtcharakteristik zu erreichen, die die in Fig. 3B dargestellte Amplituden/Winkelcharakteristik aufweist. Die in Fig. 3B dargestellte zusammengesetzte Richtcharakteristik weist über den gewünschten Raumbereich eine relativ konstante Amplitude auf, während an den Rändern des Bereiches ein scharfer Abfall der Strahlung auftritt, wie er dem Strahlungsabfall der schmalen Einzelantennenstrahlen entspricht, wie sie in Fig. 3A dargestellt sind. Die in Fig. 3B veranschaulichte zusammengesetzte Richtcharakteristik kann naturgemäß auch mit einer anderen wie konstanten Amplitude hergestellt werden; durch entsprechende Änderung der Amplitude der den den Einzelantennenstrahlen nach Fig. 3A

609820/0780

entsprechenden Eingänge 16 zugeführten Wellenenärgie kann die zusammengesetzte Richtcharakteristik nach Fig. 3B auf das jeweils gewünschte Amplitudenbild eingestellt werden.

Fig. 3C zeigt die Frequenzabhängigkeit der von der erfindungsgemäßen Antenneneinheit nach Fig. 1 erzeugten Richtcharakteristik. Der Raum, in den das Richtantennensystem abstrahlt, ist in drei Bereiche, die mit I, II, III in Fig. 3 bezeichnet sind, unterteilt. Bereich I ist ein ausgewählter Bereich, in dem die Frequenz der abgestrahlten Wellenenergie sich als Funktion des Abstrahlwinkels ändert. Ein Teil des Bereiches I, der mit IA in Fig. 3C bezeichnet ist, ist ein einen gewünschten Winkel O umgebender Bereich, in dem die Änderung der Strahlungfrequenz linear von dem Abstrahlwinkel abhängt. Wird das Richtantennensystem nach Fig. 1 als Leitantenne bei einem Doppler-Mikrowellen-Landesystem verwendet, so wäre der gewünschte Winkel 0 die "Landegleitneigung" (glide slop), wobei wegen der linearen Abhängigkeit der abgestrahlten Frequenz in dem Bereich IA des Abstrahlbereiches eine sehr genaue winkelmäßige Leitung bei nahe dem gewünschten Winkel liegenden Winkeln erzielt wird. In den übrigen Teilen des ausgewählten Bereiches I ändert sich die Abstrahlfrequenz in nicht-linearer Weise; es ist entweder schwieriger eine genaue Winkelinformation zu erzielen oder die erhaltene Information ist weniger genau. Die verbleibenden Bereiche II, III des Gesamtbereiches weisen eine im wesentlichen konstante abgestrahlte Frequenz auf. In diesen Bereichen ist keine Angabe des Winkels bezüglich des Richtantennensystems nötig; lediglich der Sinn der Abweichung von dem Gleitneigungswinkel 0 oder dem gewünschten Bereich I ist wichtig. Wenn somit das Richtantennensystem nach Fig. 1 bei einem Mikrowellen-Landesystem als Elevationsleitantenne benutzt wird, kann ein in den Bereichen II, III fliegendes Flugzeig feststellen, ob es oberhalb oder unterhalb der gewünschten Gleitneigung fliegt, und zwar solange, bis es in den Bereich

609820/0780

- io -

eintritt, worauf es die tatsächliche Winkelabweichung von der Gleitneigung bestimmen kann.

Die gewünschte Richtcharakteristik nach Fig. 3 wird dadurch zustande gebracht, daß den Antenneneingängen 16 gleichzeitig Wellenenergiesignale mit jeweils vorbestimmter Phasenlage während einer bestimmten Zeitspanne eingespeist werden. In Fig. 4 ist die Phasenlage der den Eingängen der Antenne nach Fig. 1 während einer Folge von solchen Zeitspannen D1, D2, D3, D4 zugeführten Wellenenergie veranschaulicht. Wie aus Fig. 3A zu entnehmen, entsprechen die Antenneneingänge 16c, 16d, 16e, 16f und 16g den Antennenstrahlen, die in dem ausgewählten Bereich I des Raumbereiches liegen, in dem sich die Frequenz der abgestrahlten Wellenenergie als eine Winkelfunktion der Antenne ändert. Die Phase des jedem dieser Antenneneingänge zugeführten Wellenenergiesignals - geraessen bezüglich der Phase des dem Antenneneingang des anschließenden Antennenstrahls zugeführten Wellenenergiesignals - ändert sich während jeder Zeitspanne zwischen einem vorbestimmten Wertepaar. Bei der Darstellung nach Fig. 4 ist die in Fig. 4Λ angegebene Phase als Bezugsphase für alle in den Fig. 4B bis 4E angegebenen Phasenwerte genommen, doch ist zu bemerken, daß die in jedem der übrigen Phasendiagramme angegebene Phase sich bezüglich der Phase der jeweils benachbarten Diagramme in Fig. 4 ändert. Die in Fig. 4A dargestellte Phase ist die Phase von Wellenenergiesignalen, die dem Antenneneingang 16c über den Phasenschieber 22a zugeführt werden,' während in entsürechender Weise die Phasen nach den Fig. 4B, 4C, 4D, 4E über die Phasenschieber 22b, 22c, 22d, 22e den Antenneneingängen 16d, 16e, 16f und 16g zugeführt werden. Bei der Darstellung ändert sich jeder der Phasenwerte bezüglich des benachbarten Phasenwertes linear zwischen gleichen Paaren vorbestimmter Werte. Wenn z.B. die Phase 4B von -45 auf +45 bezüglich der Phase 4A sich ändert, dann ändert sich die Phase 4C von -90° auf +90° be-

-609820/0780

_ 11 -

züglich der Phase 4A oder von -45° auf + 45° bezüglich der Phase 4B. Diese Änderung ist die gleiche, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 24 15 899.4 beschrieben ist.

Die Wirkung der in Fig. 4 veranschaulichten linearen Phasenänderung besteht darin, daß jedes der einzelnen Wellenenergiesignale während jeder der Zeitspannen tatsächlich eine unterschiedliche Frequenz erhält. Dies hat zur Folge, daß jeder abgestrahlte Strahl eine unterschiedliche Frequenz aufweist und die gewünschte Frequenzänderung innerhalb des Bereiches I des Abstrahlbereiches erreicht wird, weil jeder in diesem Bereich liegende Strahl eine geringfügig unterschiedliche Frequenz aufweist. Wie in der deutschen Patentanmeldung P 24 15 899.4 erläutert, muß die Phasenänderung auf eine spezielle Zeitdauer beschränkt werden, weil benachbarte Antennenstrahlen außer Phase kommen und in der richtcharakteristik Auslöschungen auftreten würden, wenn die Phasenänderung dauernd fortbestehen lassen würde. Um Auslöschungen zu vermeiden,muß der Phasenunterschied zwischen den benachbarten Antennenstrahlen zugeordneten Eingängen kleiner als 360 sein; er ist normalerweise wesentlich kleiner. Bei der Darstellung nach Fig. 4 sind die Antenneneingänge 16 derart gewählt, daß sie Phasenorte längs ihrer zugeordneten übertragungsleitungen aufweisen, welche gleicher Phase der abgestrahlten Richtcharakteristik entsprechen. Wenn somit gleiche Phasensignale benachbarten Antenneneingängen 16 zugeführt werden, sind die entsprechenden Antennenstrahlen in Phase. Aus Fig. 4 ist zu ersehen, daß während jeder Zeitspanne ein Zeitpunkt t auftritt, zu dem alle Wellenenergiesignale gleiche Phase aufweisen. Zu diesem Zeitpunkt sind somit alle Antennenstrahlen in Phase und wenn die Phasenänderung zwischen Wellenenergiesignalen wesentlich weniger als +180 beträgt, werden sich benachbarte Strahlen nicht gegenseitig auslöschen. Es ist zu erkennen, daß die für jedes der Wellenenergiesignale tatsächlich be-

609820/0780 _ ₁₂ _

nutzte Phase so eingeregelt werden muß_r daß sie de_m tatsächlichen Phasenort des entsprechenden Antenneneingangs bezüglich der abgestrahlten Antennenstrahlen Rechnung trägt.

Wie aus Fig. 1 zu entnehmen, versorgt der Phasenschieber 22a über den Energieteiler 24a die Antenneneingänge 16a und 16b sowie 16c mit Wellenenergiesignalen. Die Antenneneingänge 16a, 16b entsprechen Antennenstrahlen, die in einem der verbleibenden Bereiche des Raumes, insbesondere in dem Bereich III liegen. Da den Antenneneingängen 16a, 16b Wellenenergiesignalen mit der gleichen Phasenänderung wie bei den dem Antenneneingang 16c zugeführten Signalen eingespeist werden, weist die in dem Bereich III abgestrahlte Antennen-Richtcharakteristik keine bemerkenswerte Frequenzänderung in Abhängigkeit von dem Abstrahlwinkel auf; sie hat im wesentlichen die Frequenz, die der dem Antenneneingang 16c entsprechenden Antennerichtung zugeordnet ist. Bei einem DoppIer-MikroweIlen-Landesystem ist diese Frequenz kennzeichnend für den Sinn, d.h. die Richtung, der Winkelabweichung von dem ausgewählten Bereich I; weil aber im wesentlichen keine Frequenzänderung mit dem Abstrahlwinkel auftritt, gibt es kein Maß für die Größe der Winkelabweichung.

In entsprechender Weise werden Wellenenergiesignale den Antenneneingängen 16h und 16i mit der gleichen Phasenänderung wie die dem Antenneneingang 16g eingespeisten Signale zugeführt. Dementsprechend tritt keine wesentliche Änderung der Abstrahlungsfrequenz in dem Raumbereich II auf; die abgestrahlte Frequenz kann vielmehr dazu benutzt werden, um den Sinn, d.h. die Richtung der Abweichung von dem ausgewählten Bereich I zu ermitteln. Die Wirkungsweise des Richtantennensystems nach Fig. 1 und dessen Vorteile über das in der deutschen Patentanmeldung P 24 15 899.4 beschriebene Antennensystem ergeben sich aus folgendem:

609820/0780

- 13 -

-43 -

Über den Energieteiler 20 werden Wellenenergiesignale von dem Oszillator 18 den Phasenschiebern 22 zugeleitet. Die Steuereinheit 26 steuert die Phasenschieber 22 derart, daß die Phase der den Antenneneingängen 16 zugeleiteten Wellenenergiesignale jeweils eine Änderung ähnlich jener, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, aufweist. Die Phasenschieber 22 können an sich beliebiger Bauart sein; sie müssen nur zum Betrieb bei der Abstrahlfrequenz der Antenne eingerichtet sein. Typisch für solche Phasenschieber sind Ferrit-Phasenschieber und die Dioden-Phasenschieber, deren Eigenschaften an sich bekannt sind. Die Steuereinheit 26 kann typischerweise aus digitalen, logischen Elementen oder anderen elektronischen Schaltkreisen derart aufgebaut sein, daß sie die zum Betrieb der Phasenschieber 22 erforderlichen Steuersignale abgibt, derart, daß die den Antenneneingängen 16 zugeleiteten Wellenenergiesignale die jeweils notwendige Phasenänderung aufweisen, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Die Energieteiler 24a, 24b sind deshalb vorgesehen, damit die Phase der Wellenenergiesignale für die Antenneneingänge 16a, 16b, 16c durch einen einzigen Phasenschieber 22a geregelt werden kann, während die Phase der den Antenneneingängen 16a, 16h, 16i zugeführten Wellenenergiesignale durch einen einzigen Phasenschieber 22e regelbar ist. Der Vorteil der Erfindung besteht deshalb in einer Verringerung der Zahl der notwendigen Phasenschieber, verglichen mit einem Antennensystem, das zur Abstrahlung in einem vergleichbaren Winkelbereich bestimmt und entsprechend der erwähnten älteren Patentanmeldung aufgebaut ist. Die relative Verteilung der Amplitude des abgestrahlten Signals innerhalb des Raumbereiches kann durch geeignete Wahl der Energieteiler 20, 24a, 24b bestimmt werden, welche den Energiebetrag regeln, der jedem der Antenneneingänge 16 zugeleitet wird. Auch können die Elemente des Richtantennensystems,insbesondere die Phasenschieber 22 und die Energieteiler 2 4 derart angeordnet werden, daß die jeweiligen Winkellagen des ausgewählten Be-

609820/0780

- 14 -

2S49384

reiches I und der verbleibenden Bereiche II, III des gesamten Raumwinkelbereiches vertauscht sind.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2

Fig. 2 veranschaulicht eine alternative Ausfuhrungsform der Erfindung, bei der die Antenneneinheit eine sogenannte "Pill-Box"-Antenne oder Segmentantenne 28 aufweist. Die Signale einspeisenden Bauelemente des Richtantennensystems nach Fig. 2 sind im wesentlichen die gleichen, wie sie bei dem System nach Fig. 1 benutzt sind, mit der Ausnahme, daß lediglich ein einziger Energieteil 2 4 vorhanden ist. Demgemäß ist lediglich ein einziger verbleibender Teil des von dem Richtantennensystem bestrahlten Raumbereiches vorhanden, in dem die Abstrahlfrequenz für den Sinn oder die Richtung der Winkelabweichung von dem ausgewählten Bereich kennzeichnend ist. Ein Antennensystem dieser Art ist für eine Landesystem zweckmäßig, bei dem die gewünschte Gleitneigung bei einem verhältnismäßig kleinen Elevationswinkel oder einem verhältnismäßig grossen Elevationswinkel und deshalb an einem Ende des räumlichen Winkelbereiches liegt, in den die Antenne strahlt.

Die Pill-Box-Antenne 2 8 v/eist eine Gruppe von Antennenspeisee lemente 14 auf, die aus Dipolen oder zwischen leitenden Metallplatten J30, 32 eingeschlossenen, strahlenden Stiftwandlern (probes) bestehen. Außerdem ist eine dielektrische Linse 34 vorhanden, um die von den Antennenspeiseelementen 14 abgestrahlte Wellenenergie zu fokussieren. Die spezielle in Fig. 2 dargestellte Antenne weist die Gestalt eines Sektorhornes auf und strahlt bei der Zufuhr von Wellenenergie über die Antenneneingänge 16 zu den einzelnen Antennenspeiseelementen von der Hornöffnung einen Strahl in einer eindeutigen Richtung ab. Die Antenne 2 8 ist deshalb innerhalb der Anforderungen der vorliegenden

609820/0780

Erfindung eine "Beam-Port"-Antenne. Die Abstrahlung von der Antenne 2 8 geschieht in Gestalt von konischen Strahlen im Gegensatz zu den ebenen Strahlen, die von der Antenneneinheit nach Fig. 1 abgestrahlt werden. Die sich erfindungsgemäß ergebende resultierende Frecmenzkodierung ist deshalb bezüglich einer Komponente der Winkelrichtung, gemessen in einem konischen Koordinatensystem vorhanden, während bei Fig. 1 die Antenne Signale abstrahlt, die in ebenen Koordinaten frequenzkodiert sind.

Fig. 5 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Signalspeisemittel, wie sie bei dem Riehtantennensystem nach Fig. 2 verwendet werden können. Bei dieser Ausführungsform sind Übertragungsschalter 36a, 36b, 36c vorgesehen, die zwischen den Antenneneingängen 16 und dem Phasenschieber 22 liegen. Außerdem ist die Schaltcharakteristik der übertragungsschalter 36 veranschaulicht. Wenn die übertragungsschalter 36 in der "0"-Stellung stehen, ist der Energieteiler 24 in der in Fig. 2 dargestellten Weise an die Antenneneingänge 16d, 16e, 16f und 16g angeschlossen, während die Phasenschieber 22a, 22b, 22c jeweils mit den Antenneneingängen 16a, 16b, 16c verbunden sind. Bei dieser Anordnung umfaßt der ausgewählte RauHibereich den Bereich, in den die den Antenneneingängen 16a, 16b, 16c, 16d zugeordneten Strahlen abgestrahlt werden. Wenn die Übertragungsschalter 36 in der "1"-Stellung stehen, sind die Phasenschieber 22a, 22b, 22c an die Antenneneingänge 16e, 16f, 16g angeschlossen, während der Energieteiler 24 mit den Antenneneingängen 16a, 16b, 16c, 16d verbunden ist. Durch geeignete Abstimmung der den Phasenschiebern 22 zugeleiteten Phasenbefehle kann erreicht werden, daß das Antennensystem in dem ausgewählten Raumbereich arbeitet, der der Richtung der den Antenneneingängen 16d, 16e, 16f, 16g zugeordneten Antennenstrahlen entspricht. Durch Verwendung der übertragungsschalter 36 kann deshalb der ausgewählte Raumbereich in einen anderen Winkelbereich des Raumes verschoben werden.

609820/0780

- 16 -

2 b 4 9 3 8 4

Die Erfindung wurde im vorstehenden im Zusammenhang mit Sendesystemen beschrieben, doch versteht sich, daß derartige Richtantennensysteme reziprok sind, so daß die Erfindung auch für Empfängeranlagen geeignet ist. Die Patentansprüche umfassen deshalb sowohl Sende- als auch Empfangssysterne. Im übrigen ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt; sie ist vielmehr einer Reihe von Abänderungen und Abwandlungen fähig.

-Patentansprüche-

- 17 -

609820/0780

Claims

Patentansprüche

1. feichtantennensystem zur Abstrahlung von Wellenenergie in einen gewünschten Raumbereich während einer vorbestimmten Zeitperiode, in einem gewünschten Strahlungsbild (Richtcharakteristik), bei dem sich die Frequenz der abgestrahlten Wellenenergie in einem ausgewählten Teilbereich des gewünschten Raumbereiches in Abhängigkeit von wenigstens einer der Komponenten der von der Antenne ausgehenden Winkelrichtung ändert und die Frequenz der abgestrahlten Wellenenergie in zumindest einem verbleibenden Teilbereich des gewünschten Raumbereiches für die Richtung der Abweichung der Komponente der WinkelverSchiebung bezüglich des ausgewählten Teilbereiches kennzeichnend ist, wobei es eine aus einer gemeinsamen Strahleröffnung (Apertur) eine Anzahl Strahlen in unterschiedliche Richtungen innerhalb des gewünschten Raumbereiches abstrahlende Antenne aufweist, der eine Anzahl von Wellenenergie-Antenneneingängen zugeordnet ist, von denen jeder jeweils einem der Strahlen entspricht und während der vorbestimmten Zeitperiode von einer den Antenneneingängen gleichzeitig Wellenenergiesignale zuführenden Speiseeinrichtung jeweils ein Wellenenergiesignal empfängt, das mit dem jeweiligen Antenneneingang einen» hauptsächlich in dem ausgewählten Teilbereich liegenden Strahl entspricht und dessen Phasenlage - gemessen bezüglich der Phasenlage des dem Antenneneingang eines benachbarten Strahles zugeführten Wellenenergiesignales - sich während der vorbestimmten Zeitperidode zwischen zwei bestimmten Werten um weniger als 36O ändert, derart, daß die Richtung der Änderung bei jeweils benachbarten Strahlen entsprechenden Antenneneingang spaaren gleich ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- 18 -

609820/8780

jedes einem einem im wesentlichen in dem verbleibenden Teilbereich liegenden Strahl entsprechenden Antenneneingang (16) zugeführte Wellenenergiesignal die gleiche Phasenänderung aufweist wie das Wellenenergiesignal, das dem Antenneneingang zugeführt wird, welcher dem in dem ausgewählten Teilbereich dem verbleibenden Teilbereich benachbarten Strahl entspricht.

2. Richtantennensystem nach Anspruch 1, dadurch "gekennzeichnet, daß die den einzelnen Antenneneingängen (16) gleichzeitig eine Anzahl Wellenenergiesignale zuführende Speiseeinrichtung die Phasenlage der den einzelnen Antenneneingängen (16) zugeführten Wellenenergiesignale beeiflussende Phasensteuerungseinrichtungen (22,26) aufweist, durch die die Phasenlage der den Antenneneingängen (16) zugeleiteten Wellenenergiesignale derart steuerbar ist, daß sich die Phasenlage eines einem einem innerhalb des ausgewählten Teilbereiches liegenden Strahl entsprechenden Antenneneingang zugeführten Wellenenergiesignales/-gemessen bezüglich der Phasenlage des dem Anterineneingang eines benachbarten Strahles zugeführten Wellenenergiesxgnales r während der vorbestimmten Zeitperiode zwischen zwei bestimmten Werten um weniger als 360 ändert und die Richtung der Änderung bei jeweils benachbarten Strahlen entsprechenden Antenneneingangspaaren gleich ist, wobei jedes einem einem im wesentlichen in dem verbleibenden Teilbereich liegenden Strahl entsprechenden Antenneneingang zugeführte Wellenenergiesignal die gleiche Phasenänderung aufweist, wie das demjenigen Antenneneingang zugeführte Wellenenergiesignal, welcher dem Strahl in

- 19 -

603820/0780

2 b 4 9 3 B 4

dem ausgewählten Teilbereich entspricht, der dem verbleibenden Teilbereich benachbart ist und daß durch Signalspeisemittel (18, 20) während der vorbestimmten Zeitperiode Wellenenergiesignale über die Phasensteuereinrichtungen (22) den Antenneneingängen (16) zuleitbar sind.

3. Richtantennensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei bezüglich des ausgewählten Teilbereiches gegenüberliegend angeordnete verbleibende Teilbereiche des Raumbereiches vorhanden sind und daß die in jedem der beiden verbleibenden Teilbereiche liegenden Strahlen entsprechenden Antenneneingängen (16) zugeführte Wellenenergiesignale die gleiche Phasenlage aufweisen, wie jeweils das Wellenenergiesignal das dem Antenneneingang (16) zugeführt wird der dem Strahl in dem ausgewählten Teilbereich entspricht, welcher jeweils dem entsprechenden verbleibenden Teilbereich benachbart ist.

4. Richtantennensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einem einem Strahl in dem ausgewählten Teilbereich entsprechenden Ante'nneneingang (16) zugeleitete Wellenenergiesignal derart gesteuert ist, daß seine Phasenlage sich in linearer Abhängigkeit von der Zeit zwischen den beiden bestimmten Werten ändert.

5. Richtantennensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Frequenz der in einem Teil des gewünschten Raumbereiches abgestrahlten Wellenenergie .linear mit der erwähnten

- 20 -

609820/0780

2b493Ö4

Komponente der von der Antenne ausgehenden W'inkelrichtung ändert und das die beiden bestimmten Werte der Phasenlage für alle Antenneneingänge (16) gleich sind, die Strahlen in dem ausgewählten Teilbereich entsprechen.

6. Richtantennensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, die die Phasenlage der Wellenenergiesignale beeinflussenden Phasensteuerungseinrichtungen eine Anzahl von Phasenschiebern (22) und eine diese Phasenschieber (22) steuernde Steuereinheit (26) aufweisen.

7. Richtantennensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Einspeisung von Wellenenergiesignalen eine Wellenenergiesignalquelle (18) und einen die Wellenenergiesignale in Phasenschieber (22) einspeisenden ersten Energieteiler (20) aufweisen und wenigstens einem ausgewählten Phasenschieber (22) ein zweiter Energieteiler (24) nachgeordnet ist, der Wellenenergiesignale vom Ausgang dieses Phasenschiebers (22a) den Strahlen in dem verbleibenden Teilbereich entsprechenden Antenneneingängen und dem Antenneneingang zuleitet, der dem in dem ausgewählten Teilbereich liegenden und dem verbleibenden Teilbereich benachbarten Strahl entspricht und daß. die Wellenenergiesignalquelle (18), der erste und der zweite Energieteiler (20, 24) und die Phasenschieber (22), sowie die Antenneneingänge (16) jeweils über Übertragungsleitungen miteinander verbunden sind.

8. Richtantennensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wellenenergiesignale zuführenden Speisemitteln (18, 20J

- 21 -

609820/0785

2 b 4 9 3 ö 4

und den Antenneneingängen (16) Schaltmittel '(36) angeordnet sind, durch die dem ausgewählten Teilbereich in dem gewünschten Raumbereich unterschiedliche Winkellagen erteilt werden können.

9. Richtantennensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneineinheit Mittel (12) zur Fokusierung einfallender Wellenenergie und eine Anzahl von Speiseelemente (14) aufweist, von denen jedes mit einem Wellenenergieeingang (16) versehen ist und durch die die Fokussierungsmittel (12) mit solchen Richtcharakteristiken bestrahlbar sind, daß jedes der Speiseelemente (14) einem der Strahlen entspricht.

10. Richtantennensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der abgestrahlten Wellenenergie in einem Teil des ausgewählten Teilbereiches sich im wesentlichen linear mit der erwähnten Komponente der von der Antenne ausgehenden Winkelrichtung ändert und die Speiseelemente (14) jeweils im wesentlichen um den gleichen Betrag gegeneinander versetzt sind und daß die beiden bestimmten Werte für alle Antennen-Eingänge (16) gleich sind, die gleich benachbarten Strahlen in dem vorbestimmten Teilbereich des Raumbereiches entsprechen.

11. Richtantennensystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungsmittel(12) für einfallende Wellenenergie einen zylindrischen Reflektor aufweisen.

- 22 -

609820/0780

2bA9384

12. Richtantennensystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungsmittel (28) für einfallenden Wellenenergie eine zwischen zwei parallelen leitenden Platten (30, 32) angeordnete fokussierende Linse (34) aufweisen und daß Speiseelemente (14)
zwischen den parallelen Platten (30, 32) angeordnet sind.

13. Richtantennensystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die den einzelnen Antenneneingängen (16) zugeführten Wellenenregiesignale im
wesentlichen gleiche Amplitude aufweisen und die Antenne (12, 28) über den ausgewählten Teilbereich des Raumes im wesentlichen gleiche Beträge Strahlungsenergie abstrahlt, sowie in den verbleibenden Teilbereichen des Raumes kleinere Beträge von Strahlungsenergie zur Abstrahlung bringt.

B09820/0780