DE2602006B2

DE2602006B2 - Verfahren zur Erzeugung einer Abtastbewegung eines Mikrowellenstrahls einer digital phasengesteuerten linearen Strahlergruppe

Info

Publication number: DE2602006B2
Application number: DE2602006A
Authority: DE
Inventors: Wilfried G. Jaeckle, (Verstorben); Alvin William Kingsville Moeller; Lucas George Lutherville Paskalakis
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1975-02-06
Filing date: 1976-01-21
Publication date: 1981-02-05
Also published as: NO144905C; FR2300427B1; DE2602006A1; NO144905B; JPS5537881B2; DE2602006C3; IT1054850B; CA1047159A; JPS51100662A; FR2300427A1; NO760288L; US3999182A; GB1498156A

Description

35

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Abtastbewegung eines Mikrowellenstrahls einer digital phasengesteuerten linearen Strahlergruppe, bei welchem ein Phaseninkrement ausgewählt wird, welches bei Multiplizierung mit einem von der Position jedes der Strahler relativ zu einem zentralen Bezugsstrahler abhängigen Faktor bei gleichzeitiger Anlegung an alle Strahler der Gruppe bewirken würde, daß die Richtung des von der Strahlergruppe geformten Strahls von einer eingestellten Richtung um einen Grob-Abtastschritt des Gesamtwinkels weiterbewegt werden würde.

Aus der US-PS 37 47 098 ist ein phasenmäßig gesteuertes Radarantennensystem bekannt, dessen Richtdiagramm um das Zentrum der Antennenanordnung geschwenkt werden kann. Bei diesem bekannten Antennensystem gelangen ebenfalls Phasenschieber für phasengesteuerte lineare Strahlergruppen zur Anwendung, um die Einstellung für einen Teil (die eine Hälfte der Strahlergruppe) durchzuführen. Jeder Phasenschieber umfaßt 4 Bits, so daß dann, wenn alle 4 Bits vorgegeben wurden, eine gesamte Phasenverschiebung von 360° erreicht wird. Das minimale Phasenverschiebungsinkrement liegt bei 24°. Damit ist dieses bekannte Antennensystem nicht dafür geeignet eine nahezu ruckfreie, stetige Abtastbewegung einer Strahlungskeule zu relaisieren.

Aus der US-PS 37 07 719 ist ebenfalls ein elektronisch gesteuertes Antennensystem für die Herbeiführung einer Abtastbewegung bekannt. Bei diesem bekannten Antennensystem ist jedoch die Strahlergruppe in einer kreisförmigen Konfiguration angeordnet, wobei diese Strahlergruppe in Einheiten aufgeteilt ist, so daß jede Einheit die gleiche Anzahl von benachbarten, einen gleichen Abstand zueinander besitzenden Strahlern enthält Außerdem enthält dieses bekannte Antennensystem eine Energie aufteilende Einrichtung, durch welche Energie zu unterschiedlichen Kombinationen von Strahlern geschickt wird, wobei jedoch diese Kombinationen von der allgemeinen Strahlungsrichtung abhängig sind. Das energieaufteilende System enthält 4 Koppler, die in Reihe mit Phasenschieberelementen geschaltet sind. Die Phasenschieber werden mit Hilfe von Schaltern an die Strahler angeschaltet, so daß hierbei effektiv die Bewegung des Mikrowellenstrahls nicht durch eine schrittweise aufeinanderfolgende Phasenverschiebung der den Strahlern zugeführten Mikrowellenenergie erzielt wird, sondern durch Umschalten einzelner Strahler.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, das Verfahren der eingangs definierten Art derart zu verbessern, daß sich eine ruckfreie, nahezu stetige Abtastbewegung eines Mikrowellenstrahls in Form einer Strahlungskeule bei minimaler Körnigkeit und Verzerrung der Strahlungskeule realisieren läßt

Ausgehend von dem Verfahren der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur nahezu ruckfreien Abtastung (Feinabtastung) das ausgewählte und mit dem Faktor multiplizierte Phaseninkrement an die Strahler der Gruppe in einer Aufeinanderfolge angelegt wird, und daß dieses aufeinanderfolgende Anlegen in jedem Grob-Abtastschritt wiederholt wird.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zweckmäßig, daß die Aufeinanderfolge aus einer pseudowillkürlichen Folge besteht.

Eine besonders geringe Körnigkeit und besonders geringe Verzerrung der Strahlungskeule wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß das Phaseninkrement an die Strahler der Strahlergruppe in einer paarweisen Aufeinanderfolge angelegt wird, und daß die Strahlerpaare jeweils symmetrisch zum zentralen Bezugsstrahler liegen.

Eine Abtastbewegung in der Grob/Fein-Betriebsweise gemäß der Erfindung wird durch Berechnen eines Phaseninkrements für jede der Phasenschieber bewerkstelligt, welches die Strahlausrichtung um einen groben Schritt (0,1°) verschieben würde. Anstatt dieses Phaseninkrement gleichzeitig allen Phasenschiebern zuzuführen, wird es erfindungsgemäß den Phasenschiebern der symmetrisch gelegenen Strahler Paar um Paar zugeführt, bis schließlich alle Phasenschieber weitergeschaltet sind. Die Strahlungskeule wird auf diese Weise veranlaßt, sich nahezu ruckfrei über den gesamten Abtastwinkel hinwegzubewegen, wodurch auch die Körnigkeit der Strahlungskeule weitgehend vermindert wird.

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

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Hauptelemente einer digital phasengesteuerten, linearen Antennenanordnung mit elektronisch gesteuerter Abtastbewegung, die für ein Mikrowellenlandesystem geeignet ist,

F i g. 2 eine gemessene Antennen-Richtcharakteristik, welche die Strahlkeulen-Körnigkeit zeigt, wenn die Phasenschieber aller Strahler gleichzeitig geschaltet werden, um die Strahlenposition um 0,1° zu verändern,

F i g. 3 eine gemessene Antennen-Richtcharakteristik,

welche die Reduzierung der Körnigkeit wiedergibt, die durch das Feinabtastverfahren erreicht wird,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Strahlausrichtgenauigkeit bei Verwendung von verschiedenen Schaltfolgen beim Feinabtastverfahrer.,

F i g. 5a und 5b beide aneinandergereiht: ein vollständiges Blockschaltbild, welches Einzelheiten des Steuerbefehlsgenerators wiedergibt, welcher die Ausrichtung und die Abtastbewegun des Antennenstrahls steuert,

F i g. 6 ein Blockschaltbild eines Folgegenerators für eine Antennenanordnung mit 19 Strahlern mit pseudowillkürlicher Schaltfolge, die bei dem Feinabtastverfahren bevorzugt wird,

F i g. 7 eine Werttabelle zur Erläuterung der Betriebsweise des Folgegenerators von F i g. 6 und

Fig.8 eine Wertetabelle zur Erläuterung der Betriebsweise der Dekodierstufen, dei bei dem Folgegenerator von F i g. 6 verwendet werden.

F i g. 1 zeigt ein im Prinzip bekanntes funktionelles Blockschaltbild, anhand dessen das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden soll. Ein Mikrowellenoszillator 114 erzeugt ein Trägersignal normalerweise mit einer Frequenz von 5,19 GHz, welches Unterträger-Informationen enthalten kann, die durch einen Modulator 115 aufmoduliert 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 111} 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 Strahler 122 verbunden. Die Strahler 122 sind in einer linearen Anordnung aufgestellt. Das System umfaßt zur einen Seite hin vierzig Strahler, von denen jeder mit den Versorgungsleitungen 117 bzw. 118 verbunden ist, und enthält einen zentralen Strahler bei einer Gesamtzahl von einundachtzig Strahlern. Aus Identifizierungsgründen ist der zentrale Strahler mit 0 bezeichnet; die mit der Versorgungsleitung 117 verbundenen Strahler sind mit +1 bis +40 bezeichnet, und zwar entsprechend ihrem Abstand von dem Zentrum, und die mit der Versorgungsleitung 118 verbundenen Strahler sind mit -1 bis -40 entsprechend ihrem Abstand vom Zentrum bezeichnet. Obwohl auch andere Anordnungen möglich sind, wird die gezeigte Anordnung zur Minimalhaltung von Temperatureffekten und zur Reduzierung des Antennenausmaßes bevorzugt.

Die Kopplungsfaktoren der Koppler 116,119 sind so ausgewählt, daß sie eine Taylor-Amplitudenverteilung vorsehen, was im folgenden noch näher erläutert werden soll, wodurch die Strahlenbreite und die Nebenkeulenwerte bestimmt werden. Die Phasenschieber 121 sind von einem linearen digitalen Typ, der in den ihm zugeführten Träger Phasenverschiebungen einführt, die quantisierte Bewegungsschritte darstellen, was durch ein digitales Steuersignal von einem Steuerbefehlsgenerator 123 bestimmt wird. Ein Synchronisierer 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 b5 Antennen des Systems erscheint.

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

Hierin bedeuten

Φν die ideale Phasenverschiebung (Grad), die beim Element P erforderlich ist;

N die Elementennummer (positiv oder negativ);

S der Zwischenelementabstand (Wellenlängen);

α der gewünschte Abtastwinkel, der von der Normalen zur Achse der Anordnung im Uhrzeigersinn gemessen wird.

Die Phasenschieber 121 müssen Phasenverschiebungen in Schritten von 0 bis 360° hervorrufen. Im Falle eines digitalen Phasenschiebers, der durch η Bits gesteuert wird, kann der Phasenschieber nur quantisierte Phasenverschiebungsschritte (Quanten) von (~2"~) erzeugen. Wenn /7=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 ^~~ = 0,0025°. 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 ruckfreien Weise, beinahe entsprechend einer kontinuierlichen Bewegung.

Es mag scheinen, daß ein Wert von 5,63° für ein Quant ein zu großes Inkrement darstellt, um die gewünschten 0,0025° Schritte für die Feinabtastung zu erreichen. Bei dem kleinsten Grobabtastwinkel α = 0,1°, mit den Konstanten des Beispiels, ist jedoch ein Phaseninkrement größer als 5,63° für alle Strahler der Anordnung, ausgenommen die Strahler ±1, erforderlich. Berechnungen zeigen, daß ein /7=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 F i g. 2 und 3 zeigen gemessene dynamische Antennen-Richtcharakteristiken, um die Verminderung der Körnigkeit bei der Realisierung der Grob/Feinabtastung zu veranschaulichen. Diese Richtdiagramme werden dynamisch genannt, weil sie an einer von der Antennenanordnung entfernt gelegenen Stelle gemessen werden, während der Abtaststrahl an der Meßstelle bzw. dem Beobachtungspunkt vorbeistreicht, also während des Abtastvorganges. F i g. 2 veranschaulicht das resultierende Richtdiagramm, wenn die Anordnung nach dem Grob-Abtastverfahren betrieben wird, bei dem also alle Phasenschieber gleichzeitig weiterge-

schaltet werden, um die Strahlposition um 0,1^c weiterzuschalten. Fig.3 veranschaulicht das resultierende Richtdiagramm, wenn die Anordnung in der Grob/Fein-Betnebsart betrieben wird, bei der die Phasenschieber aufeinanderfolgend und paarweise s entsprechend einer Feinabtastung weitergeschaltet werden, um dadurch einen Grob-Abtastschritt zu realisieren. Bei der Feinabtastung wird also effektiv das Abtastinkrement von 0,1° auf 0,0025° reduziert, ohne daß dadurch die Schaltgeschwindigkeit der jeweiligen Phasenschieber erhöht wird. Es läßt sich erkennen, daß die Körnigkeit der gemessenen Hauptstrahlungskeule in F i g. 2 sehr viel kleiner ist als in F i g. 3.

Die Quantisierung des Phaseninkrements führt einen gewissen Fehler in der Strahlausrichtung ein, was sich aufgrund der Tatsache ergibt, daß beim Schalten der Strahler 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.4 veranschaulicht, in welcher die Phaseninkremente der Strahler der Anordnung nicht quantisiert wurden, und in welcher die Abtastung in zwei unterschiedlichen Schaltfolgen erreicht wird. In Fig.4 ist auf der Ordinate die Strahlposition (in Graden) aufgetragen. Die Abszisse zeigt die Zahl der weiter getasteten Strahlerpaare. Gemäß der Kurve A werden die Strahler der Anordnung in numerischer Folge geschaltet und zwar beginnend mit dem Strahlerpaar 1 und fortschreitend zum Strahlerpaar 40 am Ende der Anordnung (± 1, ± 2, ±3 ... ±40). Gemäß Kurve B, die als alternierende Abtastung bezeichnet werden kann, wird das Strahlerpaar, das am nächsten zum Zentrum der Anordnung gelegen ist, zuerst geschaltet, dann wird als nächstes das Strahlerpaar an den Enden der Gruppe geschaltet, dann wird das zweite Paar der Strahler vom Mittelpunkt der Anordnung aus geschaltet usw. (±1, ±40, ±2, ±39 ... ±20). Es läßt sich aus Fig.4 klar erkennen, daß die alternierende Abtastung der idealen Strahlposition näherkommt. Der Grund für diese Verbesserung besteht darin, daß Strahler, die vom Zentrum der Anordnung weiter abliegen, eine größere Wirkung auf die Strahlposition haben als solche Strahler, die näher beim Zentrum der Anordnung gelegen sind. Das Schalten der Strahler 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 Strahler in einer pseudowillkürlichen Folge schaltet Obwohl eine Anzahl von solchen Folgen oder Programmen 2:ufriedenstellend ist, bietet das folgende Programm besonderen Vorteil hinsichtlich einer Vereinfachung der Strahlsteuerungslogik, wie dies an späterer Stelle noch beschrieben werden soll.

Hierin bedeutet:

Φκ(ί) die Phase bei der Strahlerposition N zum Zeitpunkt ί nach dem Start eines Abtastzyklusses; ΦR die Nahfeld-Fokuskorrektur;
Φ5 der Phasengradient beim Startwinkel;
Φ_ρ das Steuerphaseninkrement;
K, die Zahl der Grobabtastschritte zum Zeitpunkt f;
K% die Speisephasenkorrektur;

± (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 Feinablaslung ohne den Effekt der Quantisierung erhalten lassen.

Der Steuerbefehlsgenerator 123 von Fig. 1 soll nun näher unter Hinweis auf die Fig.5A und 5B erläutert werden. Der Taktgeber 125 besteht aus einem Oszillator, der auf der Nennfrequenz von 625 kHz arbeitet. Die Ausgangsfrequenz des Taktgebers 125 wird durch 40 in einer Teilerstufe 131 geteilt, wodurch Grobabtast-Zeitsteuerimpulse erzeugt werden, die weiter durch 3125 in einer Teilerstufe 132 geteilt werden, um Startabtastimpulse mit einer 5 Hz Folge zu erzeugen. Die Ausgangsgröße der Teilerstufe 132 wird in Impulse in dem Impulsgenerator 133 geformt, der die Impulsspannungen durch Rückstellen der Teilerstufen 131, 132, der Flip Flops 134, 135, des Zählers 136 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-Glied 137 eine in Bereitschaft setzende Eingangsgröße zu legen, und hält dieses Glied 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-Glied 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 Grobabtastperiode 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 Speicherschaltungen 141, von denen jede mit einem einzelnen digitalen Phasenschieber 121 verbunden ist, die den Strahler 0±40 der Anordnung zugeordnet sind, und von denen jeder in digitaler Form die Phase enthält die bei jedem Strahler der Anordnung erforderlich ist um den Antennenstrahl in den gewünschten Ausrichtwinkel +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.

Es ergibt sich die Phasenverschiebung Φν, die für die Strahlsteuerung an jedem Antennenstrahler N erforderlich ist als:

(2)

60 U das Abtast-zu-Abtast-Phaseninkrement;
7 die Abtastzyklusnummer und
Cw die Elementen-Phasenkorrektur.

Die Nahfeld-Fokuskorrektur4>Rist gegeben als:

b5 (3)

Hierin bedeuten:

d der Elementenabstand;
λ die Wellenlänge (Luft) und
R der Brennpunktabstand.

Φ und Φ ρ ergeben sich aus der Gleichung (1). K₃, die Speisephasenkorrektur beträgt -36OcZMy(A^ = Wellenlänge im Speiseleiter). Kt - 92,8125°, eine Konstante, die sich zusammensetzt aus den gemittelten Phasenfehlern durch Wellenleitungs-Fehlanpassung (90°), und 1/2 Quant (2,8125°) für die Mittelwertsbildung der Quantisierungsfehler. Die Nahfeld-Fokuskorrektur erlaubt es, mit 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 F i g. 5a und 5b befriedigt. Der Startimpuls aus dem Generator 133 setzt das UND-Glied 142 in Bereitschaft, welches einen von den Handschaltern 143 ausgewählten Abtaststartwinkel in die Speicherschaltung 144 einspeist. Es wird verlangt, daß der Höhenstrahl die Abtastung bei +20° beginnt und die Abtastung bei 0° Höhenwinkel beendet. Die Ausgangsgröße der Handschalter 143 besteht daher aus dem digitalen Äquivalent von Φ/ν- Das Phaseninkrement Φ_ρ wird durch einen von Hand eingestellten Schalter 145 einem Addierer 146 zugeführt. Jeder Grobabtastimpuls aus dem Glied 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 0° 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 $s/Zahl der Grobschritte gesteuert wird und nicht in Inkrementen des sin «, was für unverzerrte Steuerung erforderlich ist. Die Wirkung dieser Verzerrung besteht darin, den Strahl beim maximalen Abtastwinkel von der gewünschten 1,00° Breite auf 1,07° zu verbreitern. Der Strahlausrichtungsfehler aufgrund dieser Verzerrung beträgt 0,00092°.

Die Ausgangsgröße (Φ5 + K$>_p) der Speicherschaltung 144 wird einem N-Vervieifacher 147 zugeführt, wobei der Faktor N durch den Folgegenerator 139 geliefert wird, der in gleicher Weise ^-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 Nund Φ«, die Nahfeld-Fokuskorrektur. Die Speise-Phasenkorrektur K₃ und die Ausgangsgröße des Vervielfachers 148 werden in der Addierstufe 154 addiert, und die Summe wird in dem Multiplizierer 149 mit Nmultipliziert, so daß man am Ausgang dieser Stufe den Ausdruck

(Φ_Λ) ΛΡ + K₃N

erhält, zu welcher ιώΚα von der Speicherschaltung 160 in der Addierstufe 155 addiert wird. Jeder Startimpuls aus dem Generator 133 setzt die Speicherschaltung 160 in Bereitschaft, um ein Inkrement gleich Ka zuzuschalten. Die in dem Speicher 160 enthaltene Zahl wird nicht zu Beginn jedes Abtastzyklusses gelöscht, sondern wird kontinuierlich für jede Abtastung erhöht, was in einer Periode von 128 Abtastungen zwischen dem Erscheinen von gleichen Werten für iuKa an dem Ausgang resultiert. Die Ausgangsgröße der Addierstufe 151 entspricht daher dem Ausdruck

(Φ_Λ) ΛΡ + (Φ₅ + Κ,Φρ +K₁)N+ mK<,

und weiter entspricht die Ausgangsgröße der Addierstufe 153 dem Ausdruck

(Φ«) hfl - (Φ₅ + Κ,Φ_Ρ) N +

mK_A.

Diese Summen erscheinen auf der Leitung 156 für mit » + « numerierte Strahler und erscheinen auf der Leitung 157 für »-« numerierte Strahler. Einzelne Addierstufen 158, die jeweils den Strahlern ± 1 bis ±40 der Anordnung zugeordnet sind, führen die Strahler-Phasenkorrektur K_n für den zugeordneten Strahler ein. Die Werte von Ks werden durch Eichen der Anordnung bestimmt, wenn die Hauptstrahlungsrichtung senkrecht zur Linie oder Strahlengruppe liegt und umfassen eine solche Phasenjustierung, die bei jedem Strahler erforderlich ist, um Fehler zu kompensieren, die durch Herstellungstoleranzen bedingt sind. Abhängig von der Folge, die für den Generator 139 ausgewählt wurde, beispielsweise, wenn die Folge gleich ist ±(32, 16, 8 usw.), wie an früherer Stelle angegeben, erscheinen aufeinanderfolgende Werte für die Gleichung (2), wobei TV 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 Strahler durch die Auswählgatter 159 geleitet, die in einer Aufeinanderfolge die Speicherschaltungen 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 N= 32 einzugeben und die Speicherschaltungen 141 in Bereitschaft zu setzen, welche die Phasenschieber für die Strahler ± 32 steuern. Der zweite Feinabtastimpuls gibt in die Vervielfacher 147—149 die Zahl N= 16 ein und setzt die Speicherschaltungen für die Strahlen ± 16 in Bereitschaft Dieser Prozeß wird fortgesetzt, bis die Phase aller Strahlerpaare einmal weitergeschaltet wurde (das Ende des ersten Grobabtastschrittes), woraufhin ein Impuls vom Glied 137 den Folgegenerator 139 zurückstellt und die Speicherschaltung 144 veranlaßt den Wert um Φρ, dem Steuerphaseninkrement, zu erhöhen. Der Generator 139 läuft erneut durch die Folge 32, 16,8 usw., die endet, wenn die Phase aller Strahlerpaare zweimal weitergeschaltet wurde (das Ende des zweiten Grobabtastschrittes). Es wird dann die Folge für das dritte Inkrement von Φ_ρ 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 Strahler abgetastet werden, wird durch eine Zähler-Dekoder-Vervielfacheranordnung erzeugt, in welcher ein Zähler mit einer Bit-Kapazität gleich oder größer der Zahl der Strahler der Anordnung mit Vervielfachern verbunden ist, die mit Faktoren multiplizieren, und zwar entsprechend der umgekehrten Reihenfolge der Wertigkeit der Zählung, und wobei Kodierstufen vorgesehen sind, welche die Speicherschaltungen der Strahler entsprechend dem Multiplikationsfaktor in Bereitschaft setzen. Das Verfahren der Erzeugung einer Folge wird am besten anhand eines Beispiels erläutert

Bei einer Anordnung von 40 Strahlerpaaren plus einem nicht geschalteten Zentrumstrahler 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 ist die Zahl am Ende des ersten Feinabtast-Taktimpulses gleich 100000; nach dem zweiten Taktimpuls 010000; dem dritten 110000, usw. Am Ende von zweiunddreißig Taktimpulsen 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 zwar in einer abfallenden Folge, und zwar entsprechend der Zunahme der Wertigkeit der Ziffern des Zählers. Dies bedeutet:

20

(16)

(8)

(4)

(2)

(D

1 1

niedrigstwertiges
Bit

höchstwertiges Bit

25

Der Multiplizierer N, der auch der Antennenstrahlernummer 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 Antennenstrahlerpaare in der Anordnung überschreitet, wird ein extra Bit zur Zählerzahl 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 Feinabtast-Taktimpulse gleich sein 100000 und 0100O0. N für die ersten zwei Zählschritte beträgt 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 Strahlerpaare in der Anordnung vorhanden sind Daher wird beim dritten Feinabtastimpuls ein extra Zählschritt addiert, wodurch die Zahl 001000und N=8 erzeugt wird.

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

Gemäß Fig.6 sind ein Folgezähler 170 mit einer 16 Bit Kapazität und ein D-Typ Flip-Flop 171 über logische Glieder zusammengeschaltet, um dadurch eine Folgeerzeugungsschaltung mit einer potentiellen maximalen Kapazität von 32 Bits vorzusehen.

Die logische Anordnung ist jedoch so ausgelegt, daß die Folgeschaltung gehindert wird, das binäre Äquivalent irgendeiner Zahl größer als 19 zu erzeugen, wenn den binären Ziffern in umgekehrter Folge Wertigkeiten zugeordnet werden, da dies die Zahl der Strahlerpaare in der Anordnung ist, für die die Folgeschaltung ausgelegt wurde. Ein Löschimpuls vom Glied 137 (Fig. 5a) 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 Bund C werden in dem NOR-Glied 173 verbunden, werden im Inverter 174 invertiert und gelangen als eine Eingangsgröße zum NOR-Glied 175. Der andere Eingang zum Glied 175 besteht aus dem Ausgang A des Flip-Flops 171.

Es wird somit am Ausgang F des Gliedes 175 die logische Kombination A'B'C vorgesehen, wobei das Strichzeichen das Komplement und die Produktenschreibweise die logische UND-Operation anzeigen, das heißt F = nicht A UND nicht SUND nicht C.

Der Ausgang F wird an den Qualifizier- oder D-Eingang (der nicht mit dem Ausgang Ό des Zählers

170 zu verwechseln ist) des Flip-Flops 171 geleitet. Auf der Leitung 176 erscheinen Taktimpulse vom Glied 138 (F i g. 5a). Beim Erscheinen eines Taktimpulses wird der Ausgang A des Flip-Flops 171 auf einen Wert (»1« oder »0«) gesetzt, was vom Ausgang F des Gliedes 175 abhängig ist. /4'steht am Q-Ausgang des Flip-Flops 171 zur Verfügung und wird einem Invertiereingang des ODER-Gliedes 177 zugeführt. Der Ausgang des Gliedes 173 wird einem zweiten Invertiereingang des Gliedes 177 zugeführt, so daß dadurch ein Ausgang G = A + B+ C entsteht, wobei die Summenschreibweise eine logische ODER-Operation anzeigt. Der Ausgang G wird an den Qualifizierungseingang 7"des Zählers 170 geführt, der nach dem Erscheinen eines Taktimpulses auf der Leitung 176 weiterzählt, und zwar nur wenn G=I.

Die Ausgänge A, B, C, D und E sind über Pufferverstärker 180—184 jeweils mit Multiplizierern χ 16, χ 8, χ 4, χ 2 und xl (nicht gezeigt) verbunden. Aus F i g. 5b läßt sich erkennen, daß drei Multiplizierer 147, 148 und 149 durch die Ausgangsgrößen der Pufferverstärker 180—184 gesteuert werden, und daß jeder dieser Multiplizierer einen getrennten Satz von Multiplizierern χ 16, χ 8, χ 4, χ 2 und χ 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 ΛΖ-Folge und zur Steuerung der Multiplizierer läßt sich am besten anhand der Wertetabelle von F i g. 7 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 χ 16 betätigt, und die Ausgänge B-E stehen auf 0. Demzufolge ist das erste N der Folge gleich 15. 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 χ 8 betätigt werden, und das zweite Λ/der Folge zu 8 wird.

Es 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 Strahlerpaare bei diesem Ausführungsbeispiel gleich 19 beträgt Am Ende des zweiten Taktimpulses bleibt jedoch Fgleich 0,

es wird der Flip-Flop 171 verhindert, und es wird weiter bewirkt, daß die Ausgänge A-E für den dritten Taktimpuls gleich werden 00100 und Λ/=4. Am Ende des fünften Taktimpulses sind die Ausgänge A — E auf 00010 und Fund C sind jeweils 1 und 0. Der Flip-Flop 171 wird in Bereitschaft gesetzt, und der Zähler 170 wird für den sechsten Taktimpuls verhindert, der Ausgänge A— Eentsprechend 10010 erzeugt. Folgt man nun der Tabelle, so läßt sich erkennen, daß die logische Schaltungsanordnung verhindert, daß die Wertigkeiten N, die umgekehrt der Reihenfolge der Wertigkeit der binären Ziffern zugeordnet sind, eine Zahl erreichen, die größer ist als die Paare der Strahler 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 Speicherschaltungen 141 werden in der gewünschten Folge dadurch in Bereitschaft gesetzt, indem die Ausgänge A—E in einem 1 von 8 Dekoder 186, NAND-Gliedern 187—189 und NOR (Invertiereingang UND) Gliedern 191 —209 dekodiert werden. Aus F i g. 7 läßt sich erkennen, daß die Anweisung AB'C'D'E' für Λ/=16 wahr ist, und daß das erste Strahlerpaar eine Phaseninkrementierung für eine Feinabtastung empfängt. Der Dekoder 186 arbeitet gemäß Fig.8. Wenn die Eingänge C, D und E alle 0 sind, so ist lediglich der Ausgang 211 des Dekoders 186 gleich 0, während alle anderen Ausgänge 212—218 gleich 1 sind. In lugischer Form ausgedrückt, liegt der Ausgang 211 daher auf (CD¹E')'. In ähnlicher Weise liegt der Ausgang 212 auf (C'D'E)'; der Ausgang 213 liegt auf (CDE'), usw. Der Ausgang B wird in dem Inverter 220 invertiert, um ß'als Eingangsgröße für die Glieder 187 und 189 vorzusehen.

Das Glied 189 führt die Operation (A.B')' durch. Die Glieder 206—209 empfangen den Ausgang des Glieds 189 am Invertiereingang und ebenso jeweils die Ausgänge 211,212,213 und 214 an den Invertiereingängen. Der Ausgang des Glieds 706 liegt daher auf

/(A-B')/' /(CD¹E')'/' = AB'C'D'E',

was mit dem Wert der Ausgänge A — E von F i g. 8 für /V= 16 koinzidiert. Das Glied 206 stellt daher die Speicherschaltung 141 (F i g. 5b) in Bereitschaft, die dem Strahlerpaar 16 am Ende des ersten Feinabtast-Taktimpulses zugeordnet ist, um in diesem die Daten auf den neuesten Stand zu bringen.

Der zweite Taktimpuls in der Folge von Fig. 7 erzeugt die Ausgänge A'BC'D'E'. Ignoriert man die Invertierungen an den Ausgängen des Dekoders 186 und der Glieder 187—189 und an den Eingängen der Glieder 191—209, da eine doppelte Invertierung die Logik nicht ändert, so findet man A 'B am Ausgang des Glieds 188, und C'D'E' erscheint am Dekoderausgang 211. Das Glied 188 und der Ausgang 211 steuern das Glied 198, welches seinerseits die Speicherschaltungen für das Strahlerpaar N= 8 in Bereitschaft setzt. Die Steuerung der Speicherschaltungen für die anderen Strahlerpaare der Folge läßt sich unmittelbar aus den F i g. 6,7 und 8 in der demonstrierten Weise entnehmen.

Ein Folgegenerator für eine Anordnung von 40 Strahlerpaaren oder für irgendeine anders bemessene Anordnung wird aus Schaltungen konstruiert, die äquivalent sind zu denjenigen von F i g. 6, 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 Strahlerpaaren Rechnung zu tragen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung einer Abtastbewegung eines Mikrowellenstrahls einer digital phasengesteuerten linearen Strahlergruppe, bei welchem ein Phaseninkrement ausgewählt wird, welches bei Multiplizierung mit einem von der Position jedes der Strahler relativ zu einem zentralen Bezugsstrahler abhängigen Faktor bei gleichzeitiger Anlegung an alle Strahler der Gruppe bewirken würde, daß die Richtung des von der Strahlergruppe geformten Strahls von einer eingestellten Richtung um einen Grob-Abtastschritt des Gesamtwinkels weiterbewegt werden würde, dadurch gekennzeichnet, daß zur nahezu ruckfreien Abtastung (Feinabtastung) das ausgewählte und mit dem Faktor muhiplizierte Phaseninkrement an die Strahler der Gruppe in einer Aufeinanderfolge angelegt wird, und daß dieses aufeinanderfolgende Anlegen in jedem Grob-Abtastschritt wiederholt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufeinanderfolge aus einer pseudo-willkürlichen Folge besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Phaseninkrement an die Strahler der Strahlergruppe in einer paarweisen Aufeinanderfolge angelegt wird, und daß die Strahlerpaare jeweils symmetrisch zum zentralen Bezugsstrahler liegen.