DE2602006A1

DE2602006A1 - Elektronisch bewegte, linear in phase gesetzte antennenanordnung und verfahren zur erzeugung der abtastbewegung fuer den von der antenne ausgesendeten strahl

Info

Publication number: DE2602006A1
Application number: DE19762602006
Authority: DE
Inventors: Alvin William Moeller; Lucas George Paskalakis
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1975-02-06
Filing date: 1976-01-21
Publication date: 1976-08-26
Also published as: JPS5537881B2; CA1047159A; DE2602006B2; JPS51100662A; NO144905C; NO144905B; IT1054850B; FR2300427A1; DE2602006C3; NO760288L; FR2300427B1; US3999182A; GB1498156A

Description

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D-8023 München-Pullach. Wiener Str. 2. Tel. (089) 7 93 SO 7.; Telex 5212147 bros d; Cables: «Patentes» München

Diplom Ingenieure

Ihr Zeichen: Tag: 15. Januar 1976

Your ref.: 5302-A Date

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfieia. Michigan 48075, USA

Elektronisch bewegte, linear in Phase gesetzte Antennenanordnung und Verfahren zur Erzeugung der Abtastbewegung für den von der Antenne ausgesendeten Strahl

Die Erfindung betrifft Mikrowellenantennen des Typs einer elektronisch bewegten und in Phase gesetzten Anordnung, die speziell bei Flugzeuglandesystemen Verwendung finden kann.

Das zur Zeit verwendete Flugzeuglandesystem ist das Tiefanflugsystem mit einem festen Strahl oder Leitstrahl, was mehr allgemein als Instrumentenlandesystem (ILS) bekannt ist. Bei diesem System führt eine Anflugbahn zum Aufsetzen an dem Ende einer Landebahn eines Flugplatzes und diese Anflugbahn wird dadurch vorgesehen, indem man in den Raum Radiostrahlen sendet, die Höhen (Gleitbahn) und Azimuth (Lokalisierer) Führungsebenen vorsehen. Die Schnittstelle dieser Ebenen definiert

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den einzigen Kurs, dem alle blind fliegenden Flugzeuge zum Zwecke einer sicheren Landung folgen müssen. Das ILS-System ist Jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet, wobei der vordergründigste Nachteil in der begrenzten Kapazität oder Möglichkeit besteht, den Flugverkehr zu handhaben, da Plugzeuge mit verschiedenen Ausführungsmerkmalen auf einem einzigen Anflugkurs eingestreut sind.

Man hat verschiedene Landesysteme entwickelt mit dem Ziel, die Genauigkeit des Verkehrsflusses zu verbessern. Das hier interessierende System erzeugt zwei Mikrowellenstrahlen, von denen der eine das Azimuth bestreicht, während der andere die Höhe bestreicht, und wobei beide Strahlen Informationen aufmodu— liert tragen, durch die ein Plugzeug, welches innerhalb des von den Strahlen umfahrenen Volumens gelegen ist, die Möglichkeit erhält, die Boden-Winkelkoordinaten der Strahlen im Moment ihrer Begegnung mit dem Flugzeug zu bestimmen. Bei Kenntnis des Abstandes des Flugzeugs vom Sender des Strahls, was sich mit Hilfe einer Entfernungsmeßeinrichtung ermitteln läßt, ist jedes Flugzeug dann in der Lage, einen Anflug- und Landekurs kontinuierlich zu berechnen, der für die Situation und Ausführung des Flugzeugs am besten geeignet ist. Die Verbesserungen der Genauigkeit und der Verkehrskapazität, die durch ein derartiges System erreicht werden, brauchen hier nicht näher erläutert werden.

Die Verfahren zum Erzeugen von bestreichenden Mikrowellenstrahlen können in mechanische oder elektrische Verfahren eingeteilt werden, und zwar in Einklang mit der Art und Weise, in welcher die Abtastbewegung der Strahlen erreicht wird. Mechanische Abtaster umfassen Antennen mit einem festen strahlformenden Reflektor mit einem oszillierenden oder Nutations vorschub, einem festen Vorschub mit einem oszillierenden Heflektor oder einen Reflektor oder Linse mit festem Vorschub, wobei die gesamte Anordnung über den gewünschten Abtastwinkel beweglich ist. Elektronische Abtaster umfassen strahlformende Reflektoren oder Linsen mit mehreren festen Vorschüben, die aufeinanderfolgend

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erregt werden können, oder sie "bestehen aus einer Anordnung aus relativ in dichtem Abstand angeordneten strahlenden Elementen mit schaltbaren Vorschubpunkten oder mit Phasenschiebern, die durch eine elektrische Steuereinheit veränderbar sind, um dadurch eine Abtastbewegung der Strahlen zu erzeugen, ohne dadurch die Antennenkonstruktion zu verschieben. Die hier interessierende Antenne besteht aus einem Typ einer linearen in Phase gesetzten Anordnung, die eine Anzahl von strahlenden Elementen umfaßt, welche entlang einer linearen Achse angeordnet sind, und wobei jedes Element über einen Soppier und einen einstellbaren Phasenschieber an eine Versorgungsleitung angeschlossen ist.

Eine lineare in Phase gesetzte Antennenanordnung, wie sie in groben Zügen zuvor dargelegt wurde, ist bekannt. Bestimmte Vorteile und Nachteile dieser Anordnung sollen näher betrachtet werden, um die durch die vorliegende Erfindung zu lösende Aufgäbe ins rechte Licht zu rücken.

Die lineare in Phase gesetzte Antennenanordnung ermöglicht eine elektronische Strahlbewegung, wodurch Eins chränkungen hinsichtlich der Abtastgeschwindigkeiten beseitigt werden, die durch die Trägheit von mechanischen Abtastern auferlegt werden. Auch läßt sich eine präzise Synchronisation zwischen Abtastbewegungen unterschiedlicher Strahlen in einem System und zwischen Datensignalen, welche eine Strahlausrichtung oder andere Informationen enthalten, unmittelbar erreichen. Auch lassen sich die Installationen vereinfachen, da die massiven Grundbausteine bei mechanischen Abtastern, um eine Ausrichtung sicherzustellen, eliminiert sind. Obwohl mechanische Abtaster allgemein ziemlich zuverlässig sind, so bedeutet doch ein Ausfall des Antriebsmechanismus gewöhnlich einen vollständigen Betriebsausfall, während im Hinblick auf die Redundanz der Elemente in einer in Phase gesetzten Antennenanordnung ein Ausfall in letzterer zu einer Verschlechterung führt, nicht jedoch zu einem vollständigen Verlust des gesamten Betriebes. Wie zu erwarten ist, sind in Phase gesetzte Antennenanordnungen auch alt einigen

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Nachteilen "bsfoaftet. Tie Elemente lassen sich nur schwierig herstellen und zusammenbauen, und außerdem, sind Koppler und Phasenschieber und eine übergenaue Sorgfalt in der Konstruktion und Auslegung erforderlich,, um Herstellungskosten auf einem Wert zu halten₉ der sich mit anderen Intennenformen vergleichen läßt.

Das Inphasesetzen der Anordnung kann mit Hilfe von Phasenschiebern erreicht werden, welche die Phase von Strömen in den Elementen der Anordnung auf kontinuierliche Weise oder in diskreten Schritten verändern. Diskrete Phasenschieber besitzen bestimmte Vorteile, da sie selbst die Möglichkeit einer digitalen Steuerung bieten. Ein Nachteil von diskreten Phasenschiebern besteht darin, daß sie zu einer Antenne führen, bei welcher die Strahlposition in gleicher Weise nur in diskreten Schritten verändert werden kann. Eine unüberlegte Steuerung der Phasenschieber kann dann zu einer nicht mehr tolerierbaren Strahlkörnigkeit und Seitenstrahlungskeulen-Werten führen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lineare in Phase gesetzte Antennenanordnung zu schaffen,, die auf Mikrowellenfrequenz für die Verwendung bei einem Flugzeuglandesystem betrieben werden kann.

Durch die Erfindung soll auch eine lineare in Phasen gesetzte Antennenanordnung für ein Flugzeuglandesystem geschaffen werden, welche einen digital gesteuerten Abtaststrahl mit annehmbaren Seiten-StrahlungBkeulenwerten, minimaler Körnigkeit, Verzerrung und Übergängen erzeugt.

Auch ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine lineare in Phase gesetzte Antennenanordnung zu schaffen, bei der diskret veränderbare Phasenschieber zur Anwendung gelangen, um eine Strahlsteuerung und Abtastung zu erzeugen, wobei Korrekturen für Phasenquantisierungsfehler und Phasenveränderungen hin- ! sichtlich der Elemente der Anordnung eingeführt werden, um die Strahlkörnigkeit und Ausriohtfehler zu vermindern.

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Durch die vorliegende Erfindung soll auch ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Bewegung einer linearen in Phase gesetzten Antennenanordnung geschaffen werden, "bei welcher digitale Phasenschieber zur Anwendung gelangen und wobei diese Anordnung keine übermäßig großen Zustandsänderungsgeschwindigkeiten der Phasenschieber bewirkt und wobei diese Anordnung die Strahlkörnigkeit und die Steuerungsfehler reduziert.

Im Rahmen der genannten Aufgaben soll auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewegen einer linearen in Phase gesetzten Antennenanordnung geschaffen werden, bei der einstellbare Phasenschieber zur Anwendung gelangen,, wobei die Anordnung für die Steuerung der Phasenschieber nach Möglichkeit wenig Strom bzw. Energie verbrauchen soll.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich verständlicher aus den Einzelheiten, die anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung erläutert werden sollen.

Hauptsächlich schafft die Erfindung eine Antenne und eine Abtasteinrichtung mit einer linienförmigen Anordnung von Strahlungselementen, die über digital gesteuerte Phasenschieber und Koppler mit einer Versorgungsquelle verbunden sind, die einen Mikrowellenträger zuführt. Der von der Anordnung gebildete Strahl wird in eine gewünschte Richtung gelenkt bzw. gebündelt, indem der Phasenschieber jedes Elementes, ausgenommen vom mittleren Element, eine Phasenverschiebung einführt, die voreilt oder nacheilt, und zwar in Abhängigkeit von der Stellung des Elements relativ zum Zentrumselement, welches ein Vielfaches des Sinus des Richtungswinkels ist. Der Vervielfacher für jeden Phasenschieber führt eine Änderung in Abhängigkeit vom Abstand zum Zentrum der Anordnung durch.

Eine Abtastung in der Grob/Pein-Betriebsweise wird durch Berechnen eines Phaseninkrements für jeden der Phasenschieber bewerkstelligt, welches die Strahlausrichtrichtung um einen groben Schritt (0,1 °) verschieben würde. Anstatt dieses Inkrement

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gleichzeitig allen Phasenschiebern zuzuführen, wird es jedoch den Phasenschiebern der symmetrisch gelegenen Elementpaare, Paar um Paar, zugeführt, bis alle Phasenschieber weitergeschaltet sind." Der Strahl wird auf diese Weise veranlaßt, sich weich über den Abtastwinkel hinwegzubewegen, ohne daß dabei irgendeine in Erscheinung tretende Rauhheit, Körnigkeit in seiner Form auftritt. Ausricht- oder Lenkfehler werden durch Weiterschalten der Phasenschieberpaare in einer pseudo-willkürliehen Folge reduziert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine bildliche Darstellung einer Flugplatzlandebahn, die mit einem Abtaststrahl—Mikrowellenlande— system ausgestattet ist;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Hauptelemente einer linearen in Phase gesetzten Antennenanordnung mit elektronisch gesteuerter Bewegung, die für ein liikrowellenlandesystem geeignet ist;

Fig. 3 ein berechnetes Antennenschema für eine lineare in Phase gesetzte Antennenanordnung, wobei die Strahlenbreite der Hauptetrahlungekeule und die Seitenstrahlungskeultnwerte gezeigt sind;

Fig. 4 eine die Amplitudenverteilung über der Öffnung

einer Antenne wiedergebende Karte, die zum Erzeugen des Musters oder Schemas gemäß Figur 3 erforderlich ist;

Fig. 5 eine die Kopplungsfaktoren bei symmetrisch gelegenen Paaren von den Elementen der Anordnung wiedergebende Karte, die die Amplitudenverteilung gemäß Fig. 4 erzeugen;

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Pig. 6 ein gemessenes Antennenschema, welches die Strahlen-Körnigkeit zeigt, wenn die Phasenschieber aller Elementpaare gleichzeitig geschaltet werden, um die Strahlenposition um 0,1 ° zu verändern;

Fig. 7 ein gemessenes Strahlenschema, welches die Reduzierung der Körnigkeit wiedergibt, die durch das Feinabtaatverfahren nach der Erfindung erreicht wird;

Fig. 8 eine die Strahlausrichtgenauigkeit bei Verwendung von verschiedenen Schaltfolgen beim Feinabt astverfahren nach der Erfindung veranschaulichende Karte;

Fig. 9 A und 9 B aneinandergereiht ein Blockschaltbild, welches Einzelheiten des Steuerbefehlsgenerators wiedergibt, welcher die Ausrichtung und die Abtastbewegung des Antennenstrahl8 steuert;

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines Folgegenerators für eine 19 Elementenpaar-Antennenanordnung mit pseudowillkürlicher Schaltfolge, die bei dem Feinabtastverfahren nach der Erfindung bevorzugt wird;

Fig. 11 eine Werttabelle zur Erläuterung der Betriebsweise des Folgegenerators von Fig. 10; und

Fig. 12 eine Wertetabelle zur Erläuterung der Betriebsweise der Dekodierstufen, die bei dem Folgegenerator von Fig. 10 verwendet werden.

Fig. 1 veranschaulicht einen Flughafen, der mit einem Abtaststrahl-Landesystem ausgestattet ist, bei welchem die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise realisiert sein kann. Eine Antenne 110, die von der Mittellinie der Landebahn versetzt angeordnet ist und nahe bei der Landebahnschwelle gelegen ist,

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erzeugt eia©2i Strahl 111, der über einen Höhenwinkel y bewegt wird. In bevorzugter Weise erstreckt sich der Strahl +60 über das Strahizentrum in der horizontalen Ebene und erstreckt sich. 1 ° in die Brei^ö in der vertikalen Bbene. Am abgelegenen Ende der Landebahn und wünschenswert erweise, jedoch nicht notwendigerweise auf der Mittellinie derselben erzeugt eine Antenne 112 einen Strahl 113, der im Azimuth bewegt wird, und zwar über einen Winkel ß. In bevorzugter Weise ist der Strahl 113 20 ° breit, und zwar in der vertikalen Bbene, und ist 1 ° in der horizontalen Ebene weit. Typisch erstreckt sich die Höhenabtastung c< zwischen 0 und +20 °, während die Azimuthabtastung ß sich zwischen +60 ° und -60 ° von der Mittellinie der Landebahn erstreckt. Die Strahlen 111 und 113 bewegen sich abwechselnd jeweils fünfmal pro Sekunde, und zwar mit einer Abtastzeit für den Höhenstrahl 111 von ca. 15 Millisekunden und ca. 55 Millisekunden für den Azimuthstrahl 113. Es sei erwähnt, daß die Summe dieser Abtastzeiten wesentlich kleiner ist als die 200 Millisekunden Abtastperiode, die durch eine 5mal pro Sekunde Abtastfolge vorgegeben sind. Eine vollständige Plughafenausrüstung enthält mehr als die zwei Strahlen, die hier gezeigt sind, da auch eine Rückkursführung für verfehlte Anfluge erforderlich ist und für eine Flare-Führung ein Kurzbereichstrahl mit hoher Auflösung erforderlich ist. Diese zusätzlichen Strahlen werden in einer Aufeinanderfolge während der Ausschaltzeiten der Strahlen 111 und 113 gesendet. Beide Antennen, also die Höhenantenne 110 und die Azimuthantenne 112 können nach der vorliegenden Erfindung konstruiert sein. Die Azimuthund die Höhenantenne unterscheiden sich im Konstruktionsdetail, was sich auf die unterschiedliche Strahlabdeckung und Abtastanforderungen zurückführen läßt. Die grundlegenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung treffen jedoch für beide Antennen zu und sind identisch, so daß im folgenden die Erläuterung unter Hinweis auf die Höhenantenne 110 vorgenommen werden soll.

Fig. 2 zeigt ein funktionellee Blockschaltbild, welches teilweise den Gegenstand d«r vorliegenden Erfindung wiedergibt und teilweise andere bekannte lineare in Phase gesetate Antenrnman-

€6 9 8 3Β/Ό B 5^

Ordnungen. Ein Mikrowellenoszillator 114 erzeugt ein Trägersignal normalerweise mit einer Frequenz von 5» 19 CJHz, welches Unterträger-Informationen enthalten kann, die durch einen Modulator 115 aufgedrückt werden, wobei dieses Signal dann zu einem Koppler 116 gelangt. Reihenversorgungsleitungen 117 und 118 erstrecken sich seitlich vom Koppler 116. Zusätzliche Koppler 119 sind entlang der Versorgungsleitungen 117 und 118 im Abstand angeordnet, und jeder Koppler koppelt einen Teil der in der Versorgungsleitung an der betreffenden Stelle verbleibenden Energie zu einem einstellbaren Phasenschieber 121. Der Ausgang jedes Phasenschiebers 121 ist mit einem individuell strahlenden Element 122 verbunden. Die Elemente 122 sind in einer Linienanordnung aufgestellt. Die Höhenantenne 110 umfaßt vierzig Elemente, von denen jedes mit den Versorgungsleitungen 117 und 118 verbunden ist, und enthält ein Zentrumselement für eine Gesamtzahl von einundachtzig Elementen in der Anordnung. Aus Identifizierungsgründen ist das Zentrums- oder mittlere Element mit 0 bezeichnet, die mit der Versorgungsleitung 117 verbundenen Elemente sind mit +1 bis +40 bezeichnet, und zwar entsprechend ihres Abstandes von dem Zentrum, und die mit der Versorgungsleitung 118 verbundenen Elemente sind mit -1 bis -40 entsprechend ihrem Abstand vom Zentrum bezeichnet. Obwohl auch andere Versorgungsanordnungen möglich sind, wird die Zentrums-, Serien-Parallel Versorgung, die gezeigt ist, zur Minimalhaltung von Temperatureffekten und zur Reduzierung des Antennenausmaßes bevorzugt.

Die Kopplungsfaktoren der Koppler 116, 119 Bind so ausgewählt, daß sie eine Taylor-Amplitudenverteilung vorsehen, was im folgenden noch näher erläutert werden soll, wodurch die Strahlenbreite und die Seiten-Strahlungskeulenwerte bestimmt werden. Die Phasenschieber 121 können von einem linearen analogen Typ oder einem digitalen Typ sein, wobei der letztere Typ hier bevorzugt wird, da dieser in den ihm zugeführten Träger Phasenverschiebungen einführt, die quantisierte Mengen oder Schritte darstellen, was durch ein digitales Steuersignal von einem Steuerbefehlsgenerator 123 bestimmt wird. Bin Synchronisi·-

rer 124 steuert einen Taktgeber 125, der den Steuerbefehlsgenerator 123 und einen Datenkodegenerator 126 speist, um sicherzustellen,, daß der Strahl von der Antenne 110 in einer richtigen Folge mit dem Strahl von der Antenne 112 und den Strahlen von anderen Antennen des Systems erscheint.

Es ist möglich, andere Strahl-Antennenmuster mit unterschiedlichen Strahlbreiten und Seiten-Strahlungskeulenwerten zu erzeugen, indem man die Amplitudenverteilung der Ströme über der öffnung der Anordnung sich verjüngen läßt bzw. spitz zulaufen läßt. Folgt man den Konstruktionsprinzipien von T-T- Taylor, wie sie in "Transactions IRE^H, Band A.P.-3» Hr. 1t Januar 1955, Seite 16ff beschrieben sind, so wird das Strahlenmuster oder Schema von Pig. 3 erzeugt. Die Prinzipien von Taylor sind weiter auch in dem Buch "Microwave Scanning Antennas'*, herausgegeben von R. C. Hansen, Academic Press, 1966, beschrieben. Der Strahl ist 1 ° an äen 3 db Punkten breit und besitzt einen maximalen Seiten-Strahlungskeulenwert von -27 db. Es wurde eine Taylor-Verteilung von 5=8 wurde bei der Konstruktion verwendet. Taylors Verfahren führen zu einer Amplitudenverteilung über der Öffnung, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, und ebenso zu Werten für die Kopplungsfaktoren für die Koppler 119, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Aus Fig. 5 läßt sich erkennen, daß der Koppler 116 für das Element O ca. 3,8 # der Energie in der Versorgung zu dem Element liefert. Die verbleibende Energie wird zwischen den Versorgungsleitungen 117 und 118 aufgeteilt, und wird somit in die Abschnitte, welche den Elementen der Anordnung zugeordnet sind, eingekoppelt. Beispielsweise wird beim Element +10 ca. 4,8 £ der Energie auf dieses Element gekoppelt, welche in der Versorgungsleitung 117 verblieben ist. Eine gleich große Menge der Kopplungsenergie wird von der Versorgungsleitung 118 zum Element -10 an der betreffenden Stelle übergekoppelt. Die in den Versorgungsleitungen 117 und 118 verbleibende Energie wird nach der Kopplung auf di« Elemente -1-40 und -40 in Ohmschen Lasten 127 absorbiert. Die absorbierte Energie beträgt 20 i* der gesamten der Anordnung zugeführten Energie.

Die Steuerung des Strahls wird dadurch erreicht, indem man Phaseninkremente zum Trägersignal addiert und subtrahiert, und zwar in jedem der Phasenschieber 121 in Einklang mit der folgenden gut bekannten Formel:

0_N = -360 χ NS sin o^ (1)

Hierin bedeuten 0_N die ideale Phasenverschiebung (Grad), die

beim Element P erforderlich ist; N die Elementennummer (positiv oder negativ) S der Zwischenelement abstand (Wellenlängen) oL der gewünschte Abtast- oder Bestreichungswinkel, der von der Normalen zur Achse der Anordnung im Uhrzeigersinn gemessen wird.

Die Gleichung (1) kann irgendwo anders in unterschiedlichen Formen ausgedrückt sein, wobei jedoch alle diese Formen unmittelbar auf die Gleichung (1) transformiert werden können. Als Beispiel der Anwendung der Gleichung (1) sei angenommen, daß es gewünscht wird, den Strahl auf o^= -10 ° zu steuern. Es sei außerdem angenommen, daß der Zwischenelement abstand S = 1/2 beträgt. Dann beträgt die ideale Phasenverschiebung 0^, die durch den Phasenschieber eingeführt werden muß, der das Element +40 versorgt, ca. -2252,8 °. Ganzzahlige Vielfache von 360 ° können aus dem von der Gleichung (1) gelieferten Wert eliminiert werden, so daß die Phasenverschiebung für das Element +40 gleich ist -92,8 °. In gleicher Weise beträgt die Phasenverschiebung für das Element -40 gleich +92,8 °. Bei den Elementen +2 und -2 betragen die Phasenverschiebungen jeweils -112,6 ° und +112,6 °. Zusätzlich muß aufgrund der Verzögerung einer Welle, die durch die Reihenversorgungeleitungen 117, 118 läuft, eine Phasenverschiebung, die für alle Abtastwinkel konstant ist, inklusive 0 , progressiv zu den Phasenverschiebungen addiert werden, die für eine Strahlsteuerung an jedem der Elemente der Anordnung erforderlich ist, ausgenommen beim mittleren Element 0. Wenn beispielsweise die Elemente der Anordnung einen Abstand von 1/2 der !Trägerwellenlänge in luft aufweisen, so gelangt eine Phasenfront

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am Element +1 mit einer Phase l ¹⁸° ° ⁸^' welche der Phase am mittleren Element O nacheilt. Die Phasennacheilung nimmt progressiv entlang der Versorgungsleitung zu, so daß bei den Elementen +40 diese 40mal derjenigen des Elements +1 beträgt.

Das zuvor angeführte Beispiel führt dazu, daß die Phasenschieber 121 die Fähigkeit besitzen müssen, Phasenverschiebungen hervorzurufen, und zwar in kontinuierlichen Schritten von 0 bis 360 °. Im Falle eines digitalen Phasenschiebers, der durch η Bits gesteuert wird, kann der Phasenschieber nur quantisierte Phasenverschiebungsschritte (Quanten) von λ60 ° erzeugen» Wenn

2ⁿ η = 6, so beträgt der Wert des Quants gleich 5,63 ·

Der Strahl wird veranlaßt, in zwei Betriebsweisen abzutasten, und zwar grob und fein, indem in der Grobbetriebsart eine digitale Zahl für die quantisierte Phasenverschiebung berechnet wird, die durch jeden der Phasenschieber 121 eingeführt werden muß, um die Strahlausrichtung in Schritten von 0,1 ° zu ändern. In der Feinbetriebsphase wird die Phase für symmetrisch gelegene Paare von Phasenschiebern Paar um Paar mit taktgesteuerten Intervallen um einen Betrag geändert, der erforderlich ist, um eine Änderung der Strahlenposition um 0,1 ° zu erzeugen. Da jedes Paar der Phasenschieber geschaltet wird, ändert sich die Strahlposition ideal um 0.1 ° = 0,0025 °. Wenn alle vierzig

Paare in dieser Weise geschaltet wurden, so hat sich die Strahlposition um einen groben Schritt oder um 0,1 ° geändert, und zwar in einer weichen interpolierenden Weise, beinahe entsprechend einer kontinuierlichen Bewegung.

Es mag erscheinen, daß ein Wert von 5,63 ° eines Quants ein zu großes Inkrement darstellt, um die erforderlichen 0,0025 ° Schritte für die Feinabtastung vorzusehen. Bei dem kleinsten Grobabtastwinkel <*~ = 0,1 °, mit den Konstanten des Beispiels, ist jedoch ein Phaseninkrement größer als 5,63 ° für alle Elemente der Anordnung, ausgenommen die Elemente +1, erforderlich.

Berechnungen zeigen, daß ein η = 6 (sechs Bit) Phasenschieber zu einem maximalen Strahlenausrichtfehler von 0,008 führt, und zwar als Ergebnis der Quantisierung. Die Fehler aufgrund der Quantisierung sind gemittelt, indem man eine Phase gleich mit 1/2 Bit (2,8125 °) zu den Phaseninkrementen addiert, die bei jeder Grobabtastperiode berechnet werden.

Die Fig. 6 und 7 sind Reproduktionen von gemessenen Antennenstrahlmustern, die die Reduzierung in der Strahlenkörnigkeit wiedergeben, die durch das Feinabt as t verfahr en nach der Erfindung erreicht wird. Fig. 6 veranschaulicht das resultierende Muster oder Schema, wenn alle Paare der Phasenschieber gleichzeitig geschaltet werden, um die Strahlposition um 0,1 ° zu ändern. Fig. 7 veranschaulicht das resultierende Muster oder Schema, wenn die Strahlposition durch das Feinabtastverfahren durch das Schalten der Phasenschieber Paar um Paar um 0,1 ° geändert wird. Die Körnigkeit oder Rauhheit der Haupt-Strahlungekeule des in Fig. 6 gezeigten Strahls ist in Fig. 7 merklich verschwunden.

Die Quantisierung des Phaseninkrements führt einen gewissen Fehler in der Strahlausrichtung ein, was sich aufgrund der Tatsache ergibt, daß beim Schalten der Elemente Paar um Paar für eine Feinabtastung die Phasenfront über der öffnung der Anordnung nicht linear wird. Die durch die Feinabtastung-Nichtlinearität verursachten Fehler sind in Fig. 8 veranschaulicht, in welcher die Phaseninkremente der Elemente der Anordnung quantisiert wurden, und in welcher die Abtastung oder Bestreichung in zwei unterschiedlichen Schaltfolgen erreicht wird. Gemäß der Kurve A, die als inside-out-Abtastung identifiziert wird, werden die Elemente der Anordnung in numerischer Folge geschaltet, und zwar beginnend mit dem Elementenpaar 1 und fortschreitend zum Elementenpaar 40 am End· der Anordnung (+1, +2, +3 ... +40). Gemäß Kurve B, die als alternierende Abtastung identifiziert wird, wird das Elementenpaar, das am nächsten zum Zentrum der Anordnung gelegen ist, zuerst geschaltet, dann wird als nächstes das Elementenpaar an den Enden der Anordnung geschaltet,

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dann wird das zweite Paar der Elemente vom Mittelpunkt der Anordnung aus geschaltet usw. (+1» +40, +2, +39 ·♦· +20). Es läßt sich aus Fig. 8 klar erkennen, daß die alternierende Abtastung sich näher der idealen Strahlposition anschließt bzw. dieser näherkommt. Der Grund für diese Verbesserung besteht darin, daß Elemente, die vom Zentrum der Anordnung weiter abliegen, eine größere Wirkung auf die Strahlposition haben als solche Elemente, die näher beim Zentrum der Anordnung gelegen sind. Das Schalten der Elemente in einer abwechselnden Folge führt zu einer Mittelwertsbildung dieser Effekte und bewegt die Strahlstellung näher zur idealen Strahlposition.

Eine noch weitere Verbesserung der Strahlenpunktgenauigkeit wird dann erhalten, wenn man die Elemente in einer pseudo-willkürliehen Folge schaltet. Obwohl eine Anzahl von solchen Folgen oder Programmen zufriedenstellend ist, bietet das folgende Programm besonderen Vorteil hinsichtlich einer Vereinfachung der Strahlsteuerungslogik, wie dies an späterer Stelle noch beschrieben werden soll.

+(32, 16, 8, 40, 24, 4, 36, 20, 12, 28

2, 34, 18, 10, 26, 6, 38, 22, 14, 30 1, 33, 17, 9, 25, 5, 37, 21, 13, 29

3, 35, 19, 11, 27, 7, 39, 23, 15, 31)

Die Kurve C veranschaulicht die Strahlpunkt- oder Ausrichtungsgenauigkeiten, die sich mit programmierter Feinabtastung ohne den Effekt der Quantisierung erhalten lassen.

Der Steuerbefehlsgenerator 123 von Fig. 2 soll nun näher unter Hinweis auf die Fig. 9 A und 9 B erläutert werden. Der Taktgeber 125 besteht aus einen Oszillator, der auf der Nennfrequenz von 625 kHz arbeitet. Die Auagangefrequenz des Taktgebers 125 wird durch 40 in einer Teilerstufe 131 geteilt, wodurch Grobabtast-Zeiteteuerimpulee erzeugt werden, die weiter durch 3125 in einer Teilerstufe 132 geteilt werden, um Startabtastimpulse mit einer 5 Hz Folge zu erzeugen. Die Ausgangsgröße der Teilerstu-

fe 132 wird in Impulse in dem Impulsgenerator 133 geformt, der die Impuls spannung en durch Rückstellen der Teilerstufen 131 r 132, der Flip-Flops I34, 135, des Zählers I36 und andere Schaltungen, die später "beschrieben werden sollen, synchronisiert.

Der Zähler 136 stellt, beginnend mit dem Rückstellimpuls vom Generator 133, den Flip-Flop 135 ein, um an das UND-Gatter 137 eine in Bereitschaft setzende Eingangsgröße zu legen, und hält dieses Gatter in Bereitschaft, bis eine Zählung von 200 Grobabtastimpulsen von der Teilerstufe 131 angesammelt ist. Der Flip-Flop 135 setzt den Flip-Flop 134, der das UND-Gatter 138 für die Periode der Ausgangsgröße aus dem Flip-Flop 135 plus einer Grobtaktperiode in Bereitschaft setzt, so daß das Übertragen von 40 Zyklen aus dem Taktgeber 125 zum Folgegenerator 139 ermöglicht wird, die 40 Schritte der Feinabtastung für jede Grobäbtastperiode darstellen, die durch den Zähler 131 eingeleitet wird. Der an späterer Stelle noch im einzelnen erläuterte Folgegenerator 139 betätigt in bevorzugter Weise entsprechend der pseudo-willkürlichen Folge einzelne Speieherschaltungen 141, von denen jede mit einem einzelnen digitalen Phasenschieber 121 verbunden ist, die den Elementen 0 +40 der Anordnung zugeordnet sind, und von denen jeder in digitaler Form die Phase enthält, die bei jedem Element der Anordnung erforderlich ist, um den Antennenstrahl in den gewünschten Ausrichtwinkel plus 0,1 ° zu steuern. Wenn betätigt, überträgt ein Speicherkreis 141 die bei diesem Abtastschritt erforderliche Phase zu einem zugeordneten Phasenschieber 121. Der Phasenschieber hält den übertragenen Phasenwert so lange fest, bis die Nummer beim nächsten Grobabtastschritt geändert wird.

Durch Erweiterung der Gleichung (1) ergibt sich die Phasenverschiebung 0_N, die für die Strahlsteuerung an jedem Antennenelement N erforderlich ist, als:

0_N(t) = (0_R)N² + (0_S + Ktj2f_p) N ₊ K₃ I N I + (K₄) m + K_n (2) Hierin bedeutet: 0_N(t) dl· Phase bei der Elementenposition N

zum Zeitpunkt t nach dem Start eines Ab-

tastzyklusses;

0_R die Nahfeld-Fokuskorrektur; 0~ der Phasengradient "beim Startwinkelj 0 das Steuerphaseninkrement;

K. die Zahl der Grobabtastschritte zum t

Zeitpunkt t;

K-. die Vorschubphasenkorrektury K. das Abtast-zu-Abtast-Phaseninkrement; m die Abtastzyklusnummer; und K die Elementen-Phasenkorrektur.

Die Nahfeld-Fokuskorrektur 0_R ist gegeben als:

nt 180 _Λ2

Hierin bedeuten: d der Elementenabstand

h die Wellenlänge (luft); und R der Brennpunktabstand.

0 und 0 ergeben sich aus der Gleichung (1). K,, die Vorschubphasenkorrektur beträgt -360 d//\ Führung. K₄ = 92,8125 °, eine zu den gemittelten Phasenfehlern addierte Konstante, die durch Wellenführungs-Fehlabtastung (90 °) bewirkt werden, und 1/2 Quant (2,8125 °) für die Mittelwertsbildung der Quantisierungsfehler. Die Nahfeld-Fokuskorrektur erlaubt einer Empfangsantenne, die innerhalb des Nahfeldes der Sendeantenne gelegen ist, genau die Sendestrahlausrichtung und andere Kennfaktoren zu überwachen.

Die Gleichung (2) wird durch die folgenden Elemente der Fig. 9 befriedigt. Der Startimpuls aus dem Generator 133 setzt das UND-Gatter 142 in Bereitschaft, welches einen von den Handschaltern 143 ausgewählten Abtaststartwinkel in die Speicherschaltung 144 einspeist. Die Vornormen für MLS geben zu erkennen, daß der Höhenstrahl die Abtastung bei +20 ° beginnt und die Abtastung bei 0 ° Höhenwinkel beendet. Die Ausgangsgröße der

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Schalterbank 143 besteht daher aus dem digitalen Äquivalent von 0_N, wie durch Gleichung (1) für das Element mit a. = 20 bestimmt ist. Das Phaseninkrement 0 wird durch einen von Hand eingestellten Schalter 145 einem Addierer 146 zugeführt. Jeder Grobabtastimpuls aus dem Gatter 137 bewirkt, daß die in der Speicherschaltung 144 enthaltene Zahl um einen Wert inkrementiert wird, der durch den Schalter 145 eingestellt ist, so daß dann, wenn die Abtastung von + 20 ° auf O⁰ in zweihundert Grobabtastschritten erfolgt, die zweihundert Grobabtastschritte die Zahl in dem Speicher 144 dann auf null reduziert haben. Bei diesem Prozeß tritt eine leichte Verzerrung der Strahlform auf, da der Strahl in Inkrementen der Phase gleich 0_s/Zahl der Grobschritte gesteuert wird und nicht in Inkrementen des sin oL , der für unverzerrte Steuerung erforderlich ist. Bei einem Modell besteht die Wirkung dieser Verzerrung darin, den Strahl beim maximalen Abtastwinkel von der gewünschten 1,00 ° Breite auf 1,07 ° zu verbreitern. Der Strahlausrichtungs- oder Fokussierfehler aufgrund dieser Verzerrung beträgt 0,00092 °.

Die Ausgangsgröße der Speicherschaltung 144 (0_S + ^Kj$p^ ^wird einem N Vervielfacher 147 zugeführt, wobei der Paktor N durch den Polgegenerator 139 geliefert wird, der in gleicher Weise N Vervielfacher 148 und 149 versorgt. Die Ausgangsgröße des Vervielfachers 147 gelangt zur Addierstufe 151 und nach einer Invertierung in dem Inverter 152 zur Addierstufe 153- Der Vervielfacher 148 erzeugt das Produkt aus N und 0^₁ die Nahfeld-Fokuskorrektur. Der Versorgungs-Phasenkorrektur K-> und die Ausgangsgröße des Vervielfachers I48 werden in der Addierstufe addiert, und die Summe wird in dem Multiplizierer 149 mit N multipliziert, so daß man am Ausgang dieser Stufe den Ausdruck (jtf_R) N + K^N erhält, zu welcher mK. von der Speicherschaltung 160 in der Addierstufe 155 addiert wird. Jeder Startimpuls aus dem Generator 133 setzt die Speicherschaltung 160 in Bereitschaft, um um ein Inkrement gleich mit K. hochzuschalten. Die in dem Speicher 160 enthaltene Zahl wird nicht zu Beginn jedes Abtastzyklusses gelöscht oder ausgelesen, sondern wird kontinuierlich für jede Abtastung hochgeeehaltet bzw. erhöht,

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was zu einer Periode von 128 Abtastungen zwischen dem Erscheinen von gleichen Werten für mK. an dem Ausgang resultiert. Die Ausgangsgröße der Addierstufe 151 entspricht daher dem Ausdruck (0_R) N² + (0_S + K_t0 +K-J N + mK., und weiter entspricht die Ausgangsgröße der Addierstufe 153 dem Ausdruck (Äs) N² - (0„ + K.0 ) N + K₀N + mK„. Diese Summen erscheinen

Xl D Ti ρ j H-

auf der Leitung 156 für mit + numerierte Elemente und erscheinen auf der Leitung 157 für - numerierte Elemente. Einzelne Addierstufen 158, die jeweils den Elementen +1 bis +40 der Anordnung zugeordnet sind, führen die Element-Phasenkorrektur K_n für das zugeordnete Element ein. Die Werte von K^ werden durch Eichen der Anordnung bei Bohrungssicht (at boresight) bestimmt und umfassen eine solche Phasenjustierung, die bei jedem Element erforderlich ist, um Fehler zu kompensieren, die durch Herstellungstoleranzen eingeführt werden. Abhängig von der Folge, die für den Generator 139 ausgewählt wurde, beispielsweise, wenn die Folge gleich ist +(32, 16, Q_f usw.), wie an früherer Stelle angegeben, erscheinen aufeinanderfolgende Werte für die Gleichung (2), wobei N gleich ist 32, 16, 8, usw. auf den Leitungen 156 und 157 mit jedem Feinabtastimpuls von der Teilerstufe 131. Diese Werte werden zu dem richtigen Element durch die Auswählgatter 159 geleitet, die in einer Aufeinanderfolge die Speieherschaltungen 141 ansteuern, die an diese Elemente angeschlossen sind. Die in Bereitschaft gesetzten Speicherschaltungen speichern dann die Phasenwerte, die auf den Leitungen 156 und 157 vorhanden sind, und setzen ihre zugeordneten Phasenschieber 121 auf diesen Wert. Dies bedeutet, daß der erste Feinabtastimpuls den Folgegenerator 139 veranlaßt, in die Vervielfacher 147, 148 und 149 die Zahl If = 32 einzugeben und die Speicherschaltungen 141 in Bereitschaft zu setzen, welche die Phasenschieber für die Elemente +32 steuern. Der zweite Feinabtastimpuls gibt in die Vervielfacher 147 - 149 die Zahl N = 16 ein und setzt die Speicherschaltungen für die Elemente +16 in Bereitschaft. Dieser Prozeß wird fortgesetzt, bis die Phase aller Elementpaare einmal wsitergeschaltet bzw. inkrementiert wurde (das Ende dta ersten Grobabtastschrittes), woraufhin, ein Impuls vom Gatter I37 den Folgegenerator I39 zurück-

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stellt und die Speicherschaltung 144 veranlaßt, den Wert um 0_, dem Steuerphaseninkrement, zu erhöhen. Der Generator 139 läuft erneut durch die Folge 32, 16, 8, usw., die endet, wenn die Phase aller Elementpaare zweimal hochgeschaltet bzw. inkrementiert wurde (das Ende des zweiten Grobabtastschrittes). Es wird dann die Folge für das dritte Inkrement von 0 usw. durchlaufen, bis der Strahl durch den gesamten Abtastwinkel hindurchgesteuert wurde, woraufhin die Speicherschaltung 144 auf den Anfangswert zurückgestellt wird, und der gesamte Abtastprozeß wiederholt wird.

Die pseudo-willkürliche Folge, mit welcher die Elemente abgetastet werden, wird durch eine Zähler-Dekoder-Vervielfacheranordnung erzeugt, in welcher ein Zähler mit einer Bit-Kapazität gleich oder größer der Zahl der Elemente der Anordnung mit Vervielfachern verbunden ist, die mit Faktoren multiplizieren, und zwar entsprechend der umgekehrten Reihenfolge der Wertigkeit der Zählung, und wobei die Kodierstufen vorgesehen sind, welche die Speicherschaltungen der Elemente entsprechend dem Multiplikationsfaktor in Bereitschaft setzen. Das Verfahren der Erzeugung einer Folge wird am besten anhand eines Beispiels erläutert.

Bei einer Anordnung von 40 Elementpaaren plus einem nicht geschalteten Zentrumselement wird ein Zähler mit einer Bitkapazität von wenigstens 40 gefordert. Ein Sechsstufenzähler mit einer Bitkapazität von 64 wird somit verwendet. Wenn die in dem Zähler enthaltene Zahl so im Zähler eingeschrieben wird, daß das niedrigstwertige Bit auf der linken Seite liegt, so bedeutet die Zahl am Ende des ersten Feinabtast-Taktimpulses gleich 100000; nach dem zweiten Taktimpuls 010000; dem dritten 110000, usw. Am Ende von zweiunddreißig Takt impulsen beträgt die Zahl 000001. Die höchstwertige Ziffer der Zahl ist 32 in dezimaler Schreibweise, und die niedrigstwertige Ziffer ist 1. Es werden dann dezimale Multiplizierfaktoren mit Werten, die gleich sind dem höchstwertigen Bit des Zählers (32), dem zweithöchstwertigen Bit (16), usw. der Zählerzahl zugeordnet, und

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zwar in einer abfallenden Folge oder Ordnung, und zwar entsprechend der Zunahme der Wertigkeit der Ziffern des Zählers. Dies bedeutet

(32)	(16)	(8)	(4)	(2)	(D
1	1	1	1	1	1
niedrigst					höchst
wertiges					wertiges
Bit					Bit

Der Multiplizierer N, der auch der Ant ennenel einen tnummer entspricht, besteht aus der Summe der Multiplizierfaktoren, die den Ziffern der Zählerzahl zugeordnet sind. Wann immer die Summe der Multiplizierfaktoren, die in einer echten binären Progression erhalten werden, die Zahl der Antennenelementpaare in der Anordnung überschreitet, wird ein extra Bit zur Zähler— zahl addiert, so daß dadurch der Multiplizierfaktor für das niedrigstwertige Bit der Zählerzahl unterdrückt wird und ein Multiplizierfaktor substituiert wird, der einem Bit höherer Wertigkeit zugeordnet ist. Beispielsweise können die Zählerzahlen für die ersten zwei Peinabtast-Taktimpulse gleich sein 100000 und 010000. N für die ersten zwei Zählschritte betragt daher 32 und 16. Bei einer echten binären Progression würde der dritte Zählschritt 110000 betragen, unter der Voraussetzung eines Vervielfachers von 32 + 16 = 48. Dieser Multiplizierer wird jedoch verhindert, da lediglich 40 Elementpaare in der Anordnung vorhanden sind. Daher wird beim dritten Feinabtastimpuls ein extra Zählschritt addiert, wodurch die Zahl 001000 und N = 8 erzeugt bzw. vorgesehen wird.

Die vollständige Beschreibung der Einrichtung zur Realisierung des zuvor geschilderten Verfahrens zur Erzeugung einer Folge für eine aus vierzig Elementpaaren bestehende Anordnung würde zu weitschweifend sein. Stattdessen soll ein Folgegenerator für eine aus neunzehn Elementpaaren bestehende Anordnung unter Anwendung des gleichen Verfahrens zur Erzeugung einer Folge beschrieben werden.

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Gemäß Fig. 10 sind ein Folgezähler 170 mit einer 16 Bit Kapazität und ein D-Typ Flip-Flop 171 über logische Gatter zusammengeschaltet, um dadurch eine Folgeerzeugungsschaltung mit einer potentiellen maximalen Kapazität von 32 Bits vorzusehen.

Die logische Anordnung ist jedoch so ausgelegt, daß die Folgeschaltung (sequencer) gehindert wird, das binäre Äquivalent irgendeiner Zahl größer als 19 zu erzeugen, wenn den binären Ziffern in umgekehrter Folge der Wertigkeit Gewichte bzw. Wertigkeiten zugeordnet werden, da dies die Zahl der Elementpaare in der Anordnung ist, für die die Folgeschaltung ausgelegt wurde. Ein Löschimpuls vom Gatter 137 (Fig. 9 A) erscheint auf der Leitung 172 beim Start einer Feinabtastfolge, durch den der Ausgang A des Flip-Flops 171 und die Ausgänge B, C, D und E der Zähler 170 auf 0 gestellt werden. Die Ausgänge B und C werden in dem NOR-Gatter 173 verbunden, werden im Inverter 174 invertiert und gelangen als eine Eingangsgröße zum NOR-Gatter 175. Der andere Eingang zum Gatter 175 besteht aus dem Ausgang A des Flip-Flops 171. Es wird somit am Ausgang F des Gatters 175 die logische Kombination Α*Β*0* vorgesehen, wobei das Strichzeichen das Komplement und die Produktenschreibweise die logische UND-Operation anzeigen, das heißt F = nicht A UND nicht B UND nicht C.

Der Ausgang F wird an den Qualifizier- oder D-Eingang (der nicht mit dem Ausgang D des Zählers 170 zu verwechseln ist) des Flip-Flops 171 geleitet. Auf der Leitung 176 erscheinen Taktimpulse vom Gatter 138 (Fig. 9 A). Beim Erscheinen eines Taktimpulses wird der Ausgang A des Flip-Flops 171 auf einen Wert (^W1^W oder ^w0^M) gesetzt, was vom Ausgang F des Gatters 175 abhängig ist. A¹ steht am 3-Ausgang des Flip-Flops 171 zur Verfugung und wird einem Invertiereingang des ODER-Gatters 177 zugeführt. Der Ausgang des Gatters 173 wird einem zweiten Invertiereingang des Gatters 177 zugeführt, so daß dadurch ein Ausgang G = A + B + C entsteht, wobei die Summenschreibweise eine logische ODER-Operartion anzeigt. Der Ausgang G wird an den Qualifizierungseingang T des Zählers 170 geführt, der nach dem Erscheinen eine* Taktim-

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pulsen auf der Leitung 176 weiterzählt, und zwar nur wenn G =

Die Ausgänge A, B, C, D und E sind über Pufferverstärker 18O 184 jeweils mit Multiplizierern X 16, X 8, X 4, X 2 und X 1 (nicht gezeigt) verbunden. Aus Fig. 9 B läßt sich erkennen, daß drei Multiplizierer 147, 148 und ¹43. öiii-ch. die Ävpg.-'^aößen der Pufferverstärker I80 - 184 gesteuert werden, und daß jeder dieser Multiplizierer einen getrennten Satz von Multiplizierern X 16, Σ 8, X 4i Ϊ 2 und X 1 enthält, deren Ausgänge in einer Addierstufe verbunden sind.

Die Betriebsweise des Zählers 170, des Flip-Flops 171 und der zugeordneten logischen. Schaltung zur Bestimmung der Γί-Folge und zur Steuerung der Multiplizierer läßt sich am besten anhand der Wertetabelle von Fig. 11 erläutern. Nach dem Erscheinen eines Startimpulses auf der Leitung 172 wird der Ausgang A auf 1 gestellt, und die Ausgänge B-E werden auf 0 gestellt. Wenn der Ausgang A auf 1 gestellt ist, werden die Multiplizierer X 16 betätigt, und die Ausgänge B-E stehen auf 0. Demzufolge ist das erste N der Folge gleich 16. Am Ende der ersten Periode ist F=O und G = 1. Der zweite Impuls auf der Leitung 176 stellt daher den Flip-Flop 171 auf 0 und schaltet den Zähler 170 um ein Bit weiter, wodurch die Multiplizierer X 8 betätigt werden^ und das zweite N der Folge zu 8 wird.

Ea sei erwähnt, daß die Ausgänge A-E für die ersten zwei Taktimpulse der normalen binären Progression von 10000 und 01000 folgen, so daß die Folge 16, 8 erzeugt wird. Der dritte Taktimpuls für die normale Progression würde jedoch 11000 für die Ausgänge A-E erzeugen und würde dazu führen, daß N = 24 wird, was jedoch verhindert wird, da die Zahl der Eleiaentpaare bei diesem Ausführungsbeispiel gleich 19 beträgt. M. Ende des zweiten Taktimpulses bleibt jedoch F gleicM 0, es wird der Flip-Flop 171 verhindert, und ea wird weiter feewirkt, daß die Ausgänge A-E für den dritten Taktimpuls gleich werden 00100 und IT » 4. Ai Ende des füafttn fäktimpulses sind die Ausgänge A - E auf 00010 und 7 und G sind jeweils 1 und 0. Der Flip-Flop

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171 wird in Bereitschaft gesetzt, und der Zähler 170 wird für den sechsten Taktimpuls verhindert, der Ausgänge A-E entsprechend 10010 erzeugt. Folgt man nun der Tabelle, so läßt sich erkennen, daß die logische Schaltungsanordnung verhindert, daß die Gewichte bzw. Wertigkeiten N, die umgekehrt der Reihenfolge der Wertigkeit der binären Ziffern zugeordnet sind, eine Zahl erreicht oder annimmt, die größer ist als die Paare der Elemente der Anordnung, indem zwei Informationsbits in den Zähler eingeführt werden, um die niedrigstwertige binäre Ziffer zu überspringen und die niedrigstwertige binäre Ziffer so lange unterdrückt zu halten, als deren Erscheinen bewirken würde, daß N größer ist als der zugelassene Wert.

Die Speiehersehaltungen 141 werden in der gewünschten Folge dadurch in Bereitschaft gesetzt, indem die Ausgänge A - E in einem 1 von 8 Dekoder 186, NAND-Gattern 187 - 189 und NOR (Invertiereingang UND) Gattern 191 - 209 dekodiert werden. Aus Fig. 11 läßt sich erkennen, daß die Anweisung AB⁹C¹D¹E' für N = 16 wahr ist, und daß das erste Elementpaar eine Phaseninkrementation für eine Feinabtastung bzw. Bewegung empfängt. Der Dekoder 186 arbeitet gemäß Fig. 12. Wenn die Eingänge C, D und E alle 0 sind, so ist lediglich der Ausgang 211 des Dekoders gleich 0, während alle anderen Ausgänge 212 - 218 gleich 1 sind. In logischer Form ausgedrückt, liegt der Ausgang 211 daher auf (C¹D¹E¹)'. In ähnlicher Weise liegt der Ausgang 212 auf (C¹D¹E)¹; der Ausgang 213 liegt auf (CDE¹), usw. Der Ausgang B wird in dem Inverter 220 invertiert, um B^f als Eingangsgröße für die Gatter 187 und I89 vorzusehen. Das Gatter I89 führt die Operation (A.B¹)¹ durch. Die Gatter 206 - 209 empfangen den Ausgang des Gatters 189 am Invertiereingang und ebenso jeweils die Ausgänge 211, 212, 213 und 214 an den Invertiereingängen. Der Ausgang des Gatters 206 liegt daher auf /(A.B')/' /^C¹D¹E¹ V^¹ ■ AB¹C¹D¹E*, was mit dem Wert der Ausgänge A-E von Fig. 11 für N = 16 koinzidiert. Das Gatter 206 stellt daher die Speicherschaltung 141 (Fig. 9 B) in Bereitschaft, die dem Elementpaar 16 ^! am Ende des ersten Feinabtaat-Taktimpulsee zugeordnet ist, um in diesem die Daten auf den neuesten Stand zu bringen.

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Der zweite Taktimpuls in der Folge von Fig. 11 erzeugt die Ausgänge A¹BC^D¹E¹. Ignoriert man die Invertierungen an den Ausgängen des Dekoders 186 und der Gatter 187 - 189 und an den Eingängen der Gatter 191 - 209, da eine doppelte Invertierung die Logik nicht ändert, so findet man A¹B am Ausgang des Gatters 188, und C¹B¹B' erscheint am Dekoderausgang 211. Das Gatter 188 und der Ausgang 211 steuern das Gatter 198, welches seinerseits die Speicherschaltungen für das Elementenpaar N = 8 in Bereitschaft setzt. Die Steuerung der Speicherschaltungen für die anderen Elementpaare der Folge läßt sich unmittelbar aus den Fig. 10, 11 und 12 in der demonstrierten Weise entnehmen.

Ein Folgegenerator für eine Anordnung von 40 Elementpaaren oder für irgendeine anders bemessene Anordnung wird aus Schaltungen konstruiert, die äquivalent sind zu denjenigen von Fig. 10, und zwar unter Verwendung von offensichtlichen Abänderungen der Logik und der Zahl der Komponenten, wie dies erforderlich ist, um einer Anordnung größer oder kleiner als die Anordnung mit 19 Elementpaaren Rechnung zu tragen.

Die vorliegende Erfindung kann somit auf andere Weise als anhand des Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, realisiert werden, ohne jedoch dabei vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Die Erfindung schafft somit eine Antenne und eine Abtasteinrichtung bzw. Bestreichungseinrichtung mit einer linearen Anordnung von Strahler-Elementen, die über digital gesteuerte Phasenschieber und Koppler mit einer Speisequelle verbunden sind, die einen Mikrowellenträger zuführt. Der von der Anordnung gebildete Strahl wird in einer gewünschten Richtung ausgerichtet bzw. punktförmig gerichtet, indem der Phasenschieber jedes Elements, mit Ausnahme des mittleren oder Zentrumelements, eine Phasenschiebung einführt, die entweder voreilt oder nacheilt, und zwar in Abhängigkeit von der Lage des Elemente relativ zum Zentrum bzw. zum Zentrumselement. Sine Abtastung bzw. Bestreichung in

einer Grob/Fein-Betriebsweise wird dadurch erreicht, indem man ein Phaseninkrement für jeden der Phasenschieber berechnet, welches die Strahlausricht-Richtung um einen Grobschritt verschieben würde, wobei jedoch dieses Inkrement nicht allen Phasenschiebern gleichzeitig zugeführt wird, sondern den Phasenschiebern entsprechend symmetrisch angeordneten Elementpaaren, und zwar Paar um Paar, bis alle Phasenschieber weitergeschaltet wurden; der Strahl wird auf diese Weise sanft oder gleichmäßig über den Abtastwinkel hinweg ohne Auftreten einer Rauhigkeit oder Körnigkeit in seiner Gestalt bewegt.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen veranschaulichten Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Erzeugung einer weichen Abtastbewegung eines Mikrowellenstrahls, der von einer in Phase gesetzten Antennenanordnung mit mehreren Strahlerelementen veränderlicher relativer Phase ausgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet , daß ein Phaseninkrement ausgewählt wird, welches bei Multiplizierung mit einem von der Position jedes der Elemente relativ zu einem Bezugselement der Anordnung abhängigen Faktor und bei Anlegung an die jeweiligen Elemente der Anordnung bewirkt, daß die Richtung des von der Anordnung geformten Strahls von einer Bezugs— richtung einen Bruchteil des G-esamtwinkels wegbewegt wird, über welchen der Strahl bewegt werden soll; daß das ausgewählte und mit dem Faktor multiplizierte Phaseninkrement an die Elemente der Anordnung Element für Element in einer vorbestimmten Folge oder Ordnung angelegt wird, bis das multiplizierte Phaseninkrement allen Elementen der Anordnung zugeführt ist, und die Elemente das auf diese Weise zugeführte und multiplizierte Phaseninkrement sammeln; daß das ausgewählte multiplizierte Phaseninkrement erneut den Elementen der Anordnung, und zwar Element für Element in einer vorbestimmten Folge oder Ordnung zugeführt wird, bis das multiplizierte Phaseninkrement erneut allen Elementen zugeführt ist; und daß das erneute Anlegen des ausgewählten multiplizierten Phaseninkrements an die Elemente der Anordnung entsprechend Element für Element in der vorbestimmten Reihenfolge fortgesetzt wird, bis die Phaseninkremente, die von allen Elementen der Anordnung angesammelt wurden, ausreichend sind, den durch die Anordnung geformten Strahl entsprechend einem maximalen Ablenkwinkel auszurichten bzw. zu fokussieren.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Folge oder Ordnung aus einer Aufeinanderfolge j von Zahlen besteht, die die Lage jedes Elemente relativ xu dem Bezugselement angeben, und daß diese Folge aus einer

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pseudo-willkürlichen Folge besteht.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Folge oder Ordnung bzw. Pseudo-Zufallsfolge durch Zuordnen dezimaler Gewichte oder Wertigkeiten zu Ziffern einer binären Folge umgekehrt zur Wertigkeit der Ziffern, Erzeugen einer binären Folge, Multiplizieren des Phaseninkrements mit den dezimalen Wertigkeiten, wie sie in der Pseudo-Zufallsfolge erscheinen, und Zuführen der multiplizierten Phaseninkremente zu dem von der dezimalen Wertigkeit identifizierten Element, welches dann als ein Multiplizierer verwendet wird, erzeugt wird.

Elektronisch bewegte, lineare in Phase gesetzte Antennenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Einrichtungen und Merkmale enthält: eine lineare Anordnung von Strahlerelementen (122), die bei Erregen mit Energie zur Bildung eines Energiestrahls zusammenarbeiten; eine einstellbare Einrichtung (121), um die Phase der Energie, die von bestimmten Elementen (122) ausgestrahlt wird, zu verschieben, um die Ausrichtung oder den Fokussierpunkt des von der Anordnung ausgestrahlten Energiestrahls zu verändern; eine Einrichtung (114 - 119) zum Zuführen von Energie zu jedem der Elemente (122) der Anordnung; eine Steuereinrichtung (123), die für jede Phasenschiebereinrichtung (121) Steuersignale vorsieht, wobei die Steuersignale einer festen inkrementeilen Größe der Phasenverschiebung entsprechen, und der Wert des Inkrements bei jeder der Phasenschiebereinrichtungen (121) dem entspricht, der zur Winkeländerung der Strahlausrichtung bzw. des Fokussierpunktes des Strahls um einen Bruchteil des gesamten Strahl-Abtastwinkels erforderlich ist; eine jeder Phasenschiebereinrichtung (121) zugeordnete Vorrichtung (141), um die Phasenverschiebungsinkremente anzusammeln und zu speichern, die von den Steuersignalen dargestellt werden, und um die Phasen- _; schiebereinrichtung (121) so einzustellen, daß eine Phasenverschiebung entsprechend der Größe der Gesamtzahl der In-

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kremente vorgesehen wird; und eine Folgegeneratoreinrichtung (139) (sequencer) für die Steuereinrichtung (123), welche letztere veranlaßt, ein Phasenverschiebungsinkre- ment-Signal an die Spei eher einrichtung (141) für jedes Element (122) der Anordnung abzugeben, und zwar Element für Element entsprechend einem Programm mit vorbestimmter Aufeinanderfolge, wobei die Polgegeneratoreinrichtung (139) das Programm wiederholt, bis die Gesamtzahl der Phasenverschiebungsinkremente, die in der Speichereinrichtung (141) enthalten ist, dem Gesamtabtastwinkel des Strahls entspricht.

5. Antennenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (123) so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie Steuersignale erzeugt, die den inkrementell en Größen der Voreilphase relativ zur Phase eines Bezugselements (122) für Elemente (122) entsprechen, die auf einer Seite des Bezugselements (122(O)) gelegen sind, und um Steuersignale zu erzeugen, die den inkrementellen Größen der Nacheilphase relativ zur Phase des Bezugselements (122(O)) für Elemente (122) entsprechen, die auf der gegenüberliegenden Seite vom Bezugselement (122(0)) gelegen sind.

6. Antennenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugselement (122(0)) auf der Symmetrieachse der Anordnung gelegen ist.

7. Antennenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgegeneratoreinrichtung (139) das Programm der vorbestimmten Aufeinanderfolge für die Speichereinrichtung (141) erzeugt, die den die Voreilphasen-Inkrementgrö- ßen empfangenden Elementen (122) zugeordnet ist, und gleichzeitig ein Programm einer identischen vorbestimmten Aufeinanderfolge für die Speichereinrichtung (141) erzeugt, die den die Nacheilphasen-Inkrementgrößen empfangenden Ele menten (122) zugeordnet ist, wodurch Phasenvers chi ebungs-

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einstellungen gleichzeitig für Paare der Elemente (122) erreichbar sind, von denen jedes symmetrisch relativ zum Bezugselement (122(0)) gelegen ist.

8. Antennenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Aufeinanderfolge des Programms der Folgegeneratoreinrichtung die Form einer pseudo-willkürliehen Folge besitzt.

9. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezuführeinrichtung (114 - 119) folgende Merkmale und Einrichtungen enthält: eine Zuführeinrichtung (116) zum Zuführen der Energie zu dem Bezugselement (122(O)) der Anordnung; ein Paar von Speise-! oder Zuführleitungen (117, 118), die sich parallel zur Anordnung auf gegenüberliegenden Seiten von der Symmetrieachse der Anordnung erstrecken; eine Kopplungseinrichtung (119), welche die auf einer Seite vom Bezugselement (122(0)) liegenden Elemente der Anordnung mit einer der Versorgungsleitungen (117, 118) koppelt und welche die auf der anderen Seite vom Bezugselement (122(O)) gelegenen Elemente (122) der Anordnung mit der anderen Versorgungsleitung (117, 118) koppelt; und daß eine Multipliziereinrichtung (147 - 149) vorgesehen ist, um das Phaseninkrement-Signal mit einem Faktor zu multiplizieren, der auf die Position eines Elements (122) der Anordnung relativ zum Bezugselement (122(0)) bezogen ist; daß die Folgegeneratoreinrichtung (139) die Multipliziereinrichtung (147 - 149) steuert und die Ausgangsgröße derselben in vorbestimmter Aufeinanderfolge an Paare der Speichereinrichtung (141) anlegt, wobei die Paare für die Steuerung der Phasenverschiebungseinrichtung (122) dienen, die den symmetrisch zum Bezugselement (122(0)) gelegenen Elementen (122) zugeordnet sind, und daß der Faktor der Multipliziereinrichtung (147 - 149) auf die Position des Elementpaares (122) bezogen ist, wobei die zugeordnete \ Speichereinrichtung (141) zu diesem Zeitpunkt die Ausgangsgröße der Multipliziereinrichtung empfängt.

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10« Antennenanordnung nach Anspruch 9ι dadurch gekennzeichnet, daß die Folgegeneratoreinrichtung (139) folgende Merkmale und Einrichtungen aufweist: eine Taktimpulsquelle (125); einen Binärzähler (170) zum Zählen der Taktimpulse; eine von dem Zähler (170) gesteuerte Einrichtung (171» 186 -189), um dezimale Wertigkeiten vorzusehen, die jedem Bit des Ausgangs des BinärZählers (170) zugeordnet sind, wobei die Wertigkeiten mit zunehmender Wertigkeit des Bits des Binär Zählers (170) in ihrem Wert abnehmen; eine die dezimalen Wertigkeiten verbindende Einrichtung (191 - 209) zur Betätigung der Speichereinrichtung (141), jede der Speichereinrichtungen (141), deren eine Phasenschiehereinrichtung (121) und zugeordnetes Element (122), welches durch eine Dezimalzahl identifiziert ist, wobei die Dezimalzahl durch die kombinierte Dezimal Wertigkeit dargestellt wird.

11. Antennenaziordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipliziereinrichtung (147 - 149) die Dezimalwertigkeiten empfängt, um den auf die Position eines Elemente (122) bezogenen Faktor zu bilden.

12. Antennenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgegeneratoreinrichtung (139) zusätzlich eine Einrichtung (138, 171) zum Vorstellen der eh vinwg des Binärzählers (170) enthält, um diesen immer dann vorzustellen, wenn die normale binäre Progressionszählung dazu führen würde, daß die durch die Verbindung der dezimalen Wertigkeiten erzeugte Dezimalzahl über der Zahl der Elemente (122) der Anordnung liegt.

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