DE2610304A1

DE2610304A1 - Dynamisch fokussierte antennenanordnung

Info

Publication number: DE2610304A1
Application number: DE19762610304
Authority: DE
Inventors: Elvin E Herman; Frederick C Williams
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1975-03-24
Filing date: 1976-03-12
Publication date: 1976-11-18
Also published as: GB1530639A; SE412472B; SE7602550L; JPS51142292A; US3978482A; FR2305739B1; FR2305739A1

Description

Anmelderin: Stuttgart, den 9· März 1976

Hughes Aircraft Company P 3158 S/kg

Centinela Avenue and Teale Street

Culver City, Calif., -V.St.A.

Dynamisch fokussierte Antennenanordnung

Die Erfindung betrifft eine dynamisch fokussierte Antennenanordnung zum Empfang der Echosignale einer Radaranlage, mit einer Gruppe von Strahlungselementen, von denen jedes mit einem Mischer verbunden ist, dem von einem Lokaloszillator ein Überlagerungssignal zugeführt wird ο

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ORIGINAL INSPECTED

Bistatisch verdünnte Gruppenstrahler für Radaranlagen, wie sie aus den US-PSen 3 825 928 und 3 842 417 "bekannt sind, bilden eine stark vereinfachte Empfangsantenne, weil ihre Strahlungselemente einen Abstand voneinander haben, der gleich oder größer ist als die Wellenlänge der empfangenen Echosignale, so daß ein Minimum an Strahlungselementen benötigt wird« Das Strahlungsdiagramm der Empfangsantenne weist demnach mehrere Strahlungskeulen auf, von denen eine durch die einzige Hauptkeule einer getrennten Sendeantenne ausgeleuchtet wird_o Wegen der kleinen Anzahl von Strahlungselementen der Empfangsantenne kann jedem Strahlungselement eine eigene, einen Mischer umfassende -ümpfangseinheit zugeordnet werden, indem die empfangenen Echosignale durch das phasenverschobene Signal eines Lokaloszillators in eine Zwiachenfrequenz umgesetzt werden_o Die ZJP-Ausgangssignale der Empfangseinheiten aller Strahlungselemente werden kohärent addiert oder vereinigt. Das Gesamtsignal wird im ZF-Bereich nachverstärkt und dann gleichgerichtet, um das Ausgangssignal des Empfängers zu erzeugen. Durch die Kombination der empfangenen Energie im ZF-Bereich anstatt im HP-Bereich entstehen bei einer solchen Anordnung minimale Signalverluste und es können zwischen den Antennenelemen-r ten und dem Empfänger Koaxialkabel anstatt von Hohlleitern benutzt werden., Koaxialkabel haben

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den Vorteil, daß sie mit geringem Platzbedarf verlegt werden können, so daß sie auch bei begrenztem Raum anwendbar sind, wie beispielsweise im Flügel eines Flugzeuges,, Eine entsprechende Anordnung kann auch bei großen, zweidimensionalen, verdünnten Gruppen angewendet werden, wenn ein Bedarf für eine solche Anordnung besteht_o

Von sehr weit entfernten Punktzielen auf die Empfangsantenne einfallende Welle hat eine annähernd ebene Phasenfront, Für Punktziele in kürzeren Entfernungen wird jedoch die Phasenfront deutlich sphärisch mit einem der Entfernung R gleichen Krümmungsradius· Wenn infolge der Krümmung der Wellenfront ein bedeutender, also 1f/2 erreichender Phasenfehler über einer Antenne auftritt, die auf eine ebene Welle fokussiert ist, wird davon gesprochen, daß die Antenne in ihrem Nahfeld arbeitet und auf jede Entfernung eingestellt oder fokussiert werden muß, damit sie ihre theoretische Auflösung R/l/l behält, wenn X die Wellenlänge und 1 die Antennenlänge sind· Bei den meisten verdünnten Gruppenstrahlern ist der Bereich des Nahfeldes beträchtlich, nämlich gleich 1²/2λ, was für eine X-Band-Antenne von 15 ^m Länge zu einer Ausdehnung des Nahfeldes von 3800 m führt. Um bei diesen kürzeren Entfernungen eine dynamische Fokussierung zu erreichen, muß die bei der Signalverarbeitung

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notwendige Phasenkorrektur mit großer Geschwindigkeit erfolgen» Beispielsweise muß "bei einer X-Band-Antenne von 15 ^ Länge in einer Entfernung von 300 m die Phase am Ende des Gruppenstrahlers mit einer Geschwindigkeit von etwa 360°/ us geändert werden. Solche Änderungsgeschwindigkeiten sind mit Phasenschiebern, wenn überhaupt, dann nur mit größten Schwierigkeiten durchführbare Wenn die Phasenänderungen nicht schnell genug erfolgen, wird das Radarbild an den Stellen der Phasenänderung unterbrochen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß ohne Anwendung sehr komplizierter, schnell arbeitender Phasenschieber eine dynamische Fokussierung erzielt wird, die für jede Entfernung, aus der Echosignale empfangen werden, die bestmögliche Auflösung liefert und Verzerrungen des Radarbildes vermeidet.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch _t"elöoi,, daß der Lokaloszillator zur Erzeugung eines Signales ausgebildet ist, dessen Frequenz gemäß einer von der zeitlichen Änderung der Phasenfront der empfangenen Echosignale abhängigen Zeitfunktion veränderbar ist,, und daß der Lokaloszillator mit den Mischern über Leitungen mit unterschiedlicher elektrischer Länge verbunden ist, die eine Verteilung der Weglängen zu den einzelnen

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BAD 0RI6INAL

Strahlungselementen gemäß einer von der Gestalt der Phasenfront der empfangenen Signale abgeleiteten We^- funktion "bewirken.

Mit der erfindungsgemäßen Antennenanordnung ist es möglich, den Brennpunkt des verdünnten Gruppenstrahlers dynamisch derart zu verändern, daß die Strahlergruppe nacheinander für Echosignale fokussiert ist, die aus einem Bereich eintreffen, der von einer sehr kurzen Entfernung bis Unendlich reichte Dabei wird von einer Variation der Frequenz des Lokaloszillators in Verbindung mit unterschiedlichen Weglängen in den Leitungen Gebrauch gemacht, welche den Lokaloszillator mit den verschiedenen Mischern verbindet, welche den einzelnen Strahlungs elementen zugeordnet sind. Die Abstandsdifferenz zwischen jeweils zwei benachbarten Strahlungselementen variiert linear, so daß die Verteilung der Weglängen zwischen dem Lokaloszillator und den Mischern über dem gesamten Gruppenstrahler nichtlinear variiert, wenn die Abstände zwischen den Mischern und den ihnen zugeordneten Strahlungselementen als gleich angenommen werden«, Das Ausgangssignal des Lokaloszillators wird frequenzmoduliert oder in einer Richtung derart verändert, daß seine Frequenz während der Dauer des aktiven Empfangsintervalles von einem hohen Wert auf einen niedrigeren Viert nach einer ausgewählten, nichtlinearen Funktion abnimmt,, Bei einer Ausführungeform der Erfindung kann die sphärische Phaaenf -ont

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oder die unfokussierte empfangene Energie durch eine aufspaltbare parabolische Funktion angenähert werden, bei der die Frequenz des Lokal-Oßzillatora als Funktion des Kehrwertes der Zeit und die Weglängenverteilung der vom Lokaloszillator zu den Mischern führenden Leitungen quadratisch als Funktion des Quadrates des Abstandes längs des Gruppenstrahlers von dessen Mitte variiert werden. Als Ergebnis der Frequenzvariation und der Verzögerungen in den vom Lokaloszillator zu den Mischern führenden Speiseleitungen werden zeitlich variierende, differentielle Phasenverschiebungen an den Ausgängen dieser die Mischer speisenden Leitungen erzielt. Auf diese Weise wird eine genaue und zuverlässige Fokussierung für jedes Untfernungsintervall oder jede Stellung einer Auflösungszelle im gesamten Entfernungsbereich erzielt. Da die Änderung der Frequenz des Lokaloszillators eine entsprechende Frequenzänderung der empfangenen Echoenergie in den verschiedenen Empfangskanälen zur Folge hat, wird eine Kompensation durch eine doppelte ZF-Überlagerung unter Verwendung eines zweiten Lokaloszillators erzielt, dessen Frequenz gegensinnig zur Frequenz des ersten Lokaloszillators geändert wird. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird eine zuverlässige Fokussierung und dadurch eine entsprechende Verbesserung der Azimutauflösung sowohl bei fest ausgerichteter als auch bei einer um ihre Mittelstellung eine Abtastbewegunt5 ausführender Empfangs antenne erzielt.

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Wenn für die vom Lokaloszillator ausgehenden Üpeiseleitungen eine parabolische Verteilung vorgesehen ist, ist es zweckmäßig, die maximale Abstandsdifferenz gemäß der Erfindung zwischen den beiden äußersten Btrahlungselementen vorzusehen»

Die erfindungsgemäße Antennenanordnung bewirkt demnach eine dynamische Fokussierung, die eine Verarbeitung der empfangenen i3ignale in der Radaranlage in Realzeit ermöglicht. Dabei wird eine relativ hohe Azimutauflösung auch bei sehr geringen Entfernungen erzielt. Die Antennenänordnung ist insbesondere für verdünnte Gruppenstrahler geeignet, um in deren ausgedehntem liahfeld eine Fokussierung zu erzielen. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht ohne großen Aufwand die hohen Arbeitsgeschwindigkeiten, um die sich zeitlich ändernde Fokussierung mit einer auch für geringe Entfernungen ausreichenden Geschwindigkeit zu bewirken«,

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles naher beschrieben und erläutert. Die der Beuchreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

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Figo 1 das Blockschaltbild einer bistatischen Radaranlage mit einem verdünnten Gruppenstrahler, bei der die erfindungsgemäße Antennenanordnung anwendbar ist,

Fig. 2 ein sehematischer Grundriß zur Veranschaulichung der Sende- und Empfangsantennen einer in Realzeit arbeitenden Radaranlage, . deren Empfangsantenne von einem verdünnten Gruppenstrahler gebildet wird, in Verbindung mit den Strahlungsdiagramraen der Antennen,

Fig. 5^a» 3b uiivi $c das Blockschaltbild einer Antennenanordnung nach der Erfindung,

Fig. 4a, -tb und 4c Diagramme der Wellenfronten der

üignale, die in drei verschiedenen Entfernungen von der Empfangsantenne angeordnet sind,

Fig. 5 aiii Diagramm, das die an den Enden einer 15 m 1Hngen X-Band-Antenne erforderlichen Phasenkorrektur als Funktion der Entfernung wiedergibt,

Fig. 6 ein !»iagramu, das die Phasenkorrektur längs der Aiitenne für ein in einer bestimmten Entfernung liegendes Ziel als Funktion des Abstandes JL von der Antennenmitte angibt,

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BAD ORtGINAU

Fig. 7 ein Diagramm, das vier ^Strahlungselemente einer Hälfte einer Antenne ziir weiteren Erläuterung der gesamten und differentiellen Variation der Längen der vom Lokaloszillator kommenden opeiseleitungen veranschaulicht,

Fig. 8 ein Diagramm der Frequenz de.·; Lokuluuzd 1 iators als Funktion der Zeit zur weituren brläuterung des Fokussiervorgangea,

Figo 9 ein Diagramm der gesamten l'li.-iü als Funktion des Abstandes längs dea Gruppen strahlers nach Fig. 7,

Fig_o 10 ein Diagramm der Verteilung der Länge der üpeiseleitungeii des Lokalodz.i llatoi'-ü zu:' weiteren i'Jrläuterunf der dil'^erentiel ien Ab s tand e des Verteilung α αy s tum a,

Figo 11 ein Diagrauua der '.Veglängtin in ALhän^i^k ■ i t vom Abstand längs des Grupi't;ni;tx\'ihlerii -/.ur weiteren Erläuterung der Dif/erena zuiü. hei, den Längen der öpeiseleitungen des Loi:aioszillators für den gesainten u

Fig. 12 ein Diagramm der fokulierten und des \]!_::'ol'.nii sierten ütrahlungndiagrc miaes der '^hi\-f -Ui, ,s zur weiteren Erläuterun_t; aar ilurch die ^rfi erzielten Verbesserung eier .auflü;juii_t;,

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BAD ORIGINAL

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Fig. 13 ein Diagramm der i».mplitude als Funktion der Zeit zur Erläuterung der Wirkunguweise der Antennenanordnung nach den Fig. Ja, 3"b und 3c und

Fig. 14 ein Diagramm der Frequenz als Funktion der Zeit zur weiteren Erläuterung der Frequenzveränderung des ersten Lokaloszillators und deren Korrektur in der Anordnung nach den Fig. Ja, 3t» und $cο

Die in Fig. 1 dargestellte, bistatiache Radaranlage, die gemäß den Lehren der -Erfindung fokussiert werden kann, umfaßt eine Sendeantenne 10, dor mechanisch oder elektronisch eine Abtastbewegung erteilt werden kann, und eine Empfangsantenne 12, bei der es sich um einen verdünnten Gruppenstrahler handelt, der durch Phasen-Steuerung geschwenkt werden kann. Bei anderen Ri.daranlagen, bei denen die Erfindung verwirklicht wer-lun kann, können sowohl Sendeantenne als auch Empfangsantenne aus elektronisch geschwenkten Gruppensitrahlern bestehen, deren Abtaststellungeu sorgfältig synchronisiert sind. Die in Fig. 1 als Beispiel dargestellte Radaranlage umfaßt die Sendeantenne 10 einen mechanisch geschwenkten parabolischen Heflektor 11 vom Durchmesser I¹, dessen Bewegung von einem Anteuneiwervo 13 gesteuert wird. Die Empfangsantenne 12 ist als elektronisch geschwenkter Gruppenstrahler der Länge 1 dargestellt, der phasengesteuert sein kann. Die Sendeanteime 10 weist eine tiiiiziit.;

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BAD ORDINAL

Hauptatrahliingskeule 14 auf, während der die Empfangsantenne 12 bildende, verdünnte Gruppen«trahler ein Strahlungsdiagramm mit mehreren Strahlungskeulen aufweist, die in das Strahlungsdiagramm 17 eines einzelnen Strahlungselementes eingeschrieben sind, was aus dem großen Abstand der Strahlungselemente, wie beispielsweise der Strahlungselemente 18 und 20, folgt. Ein verdünnter Gruppenstrahler kann als Gruppenstrahler definiert werden, bei dem der Abstand zwischen den Strahlungselementen gleich oder größer als die Wellenlänge des HF-Signales ist. Die Überlagerung der beiden Strahlungsdiagramiae 14 und 16, bei der nur eine Keule des Strahlungsdiagrakmes 16 in die Strahlungskeule 14 fällt, führt zu ein ei"¹ hohen Azimutauflösung der bistatischen Radaranlage., Mit der mechanisch geschwenkten Antenne 10, die unter dem Einfluß des Antennenservo 13 eine Schwenkbewegung im Azimut ausführt, ist ein Sender 22 verbinden, Eine Abtastung wird beispielsweise als vollständige Schwenkung der Antenne über einen Raumsektor definierte Der Antennenservo 13 führt auch Takt- oder Hauptuhr-Impulse einer Abtaststeuerung 28 zu, die der Empfangsantenne Steuersignale liefert, die bewirken, daß die Hauptkeule des mehrkeuligen Strahlungsdiagrammes der Empfangsantenne in die gleiche Richtung weist wie die Strahlungakeule der Sendeantenne,, Das Aus gang a signal der Emp fang s antenne wird einem Empfänger 32 zugeführt, der eine Verstärkung und Verarbeitung der Signale bewirkt. Die Ausgangssignale

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des Empfängers 32. werden dann einem Sichtgerät 34 zugeführt, das "beispielsweise einen Sektor einer Rundsichtdarstellung wiedergibt. Bei der Abtaststeuerung 28 kann es sich beispielsweise um einen digitalen oder analogen Permanentspeicher handeln, der der Empfangsantenne 12 in Abhängigkeit von Hauptuhr- oder Stellungsimpulsen, die ihm vom Antennenservo 13 zugeführt werden, Phasensteuersignale der Antennenanordnung 12 zuführt, um die Synchronisation der Ausrichtung der beiden Antennen aufrechtzuerhalten. Obwohl die Erfindung im folgenden am Beispiel einer Empfangsantenne in Form eines verdünnten Gruppenstrahlers und einer Sendeantenne mit einer einzigen Strahlungskeule erläutert wird, versteht es sich, daß die Erfindung auch anwendbar wäre, wenn ein verdünnter Gruppenstrahler zum Senden und eine entsprechend ausgerichtete, übliche Antenne mit einer Hauptkeule zum Empfang verwendet würde_o

Figo 2 veranschaulicht eine Sendeantenne 10, bei der es sich entweder um eine mechanische oder um eine elektronisch geschwenkte Antenne handeln kann, und die Empfangsantenne 12, die auf die Antenne 10 ausgerichtet ist und von einem phasengesteuerten, verdünnten Gruppenstrahler gebildet wird» Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Verwendung einer Empfangsantenne 12 in Form eines Gruppenstrahlers, der mechanisch geschwenkt wird oder bei dem eine mechanische

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Schwenkung mit einer Phasensteuerung kombiniert ist. Das Sendediagramm wird durch eine nach vorne gerichtete Strahlungskeule 40 veranschaulicht. Das Diagramm der Empfangsantenne umfaßt eine Anzahl Strahlungskeulen, z.B. die Strahlungskeulen 42, 44 und 46, von denen die Strahlungskeule 42 auf die Mitte der Sendekeule 40 ausgerichtet ist. Der große Abstand der Strahlungselemente des verdünnten Gruppenstrahlers, der gleich oder größer ist als die Wellenlänge des HF-Radarsignals, führt zur Erzeugung des Strahlungsdiagrammes mit mehreren Ütralilungükeulen, das zu einer Unsicherheit hezüglich der Herkunft der Echosignale führen würde, wenn nicht die Strahlungskeule 40 der Sendeantenne mit einer einzigen Empfangs-Strahlungskeule 42 zusammenfallen und mit dieser in Deckung gehalten würde. Demgemäß erzeugt die Sendeantenne in bekannter Weise ein Strahlungsdiagramm mit einer relativ breiten Strahlungskeule 40, während der relativ lange, verdünnte Gruppenstrahler ein Strahlungsdiagramm mit mehreren Strahlungskeulen erzeugt, von denen jede eine relativ hohe Azimut auflösung bewirkt. Das resultierende Gesamtdiagramm der Radaranlage ist demnach das Produkt von zwei wesentlich verschiedenen Strahlungsdiagrammen und nicht das Produkt eines einzigen Strahlungsdiagrammes, wie es bei monostatischen R-ular·- systemen, also Radarsystemen mit nur einer Antenne, der Fall ist. Die allgemeine Wirkungsweise des verdünnten Gruppenstrahlers wird nicht weiter im einzelnen

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erläutert, da es in den oben angegebenen US-Patentschriften behandelt ist„

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der in den Fig. 3a, 5b und 3c dargestellten Antennenanordnung erläutert, die eine Empfangsantenne in Form eines verdünnten Gruppenstrahlers umfaßt. Die Anordnung nach den Fig. 3a» 3b und 3c umfaßt eine Sendeantenne 90, bei der es sich um einen phasengesteuerten Gruppenstrahler handelt, der sechszehn in üblichem Abstand, nämlich im Abstand von etwa einer halben Wellenlänge, angeordnete Strahlungselemente umfaßt. Weiterhin umfaßt die Anordnung eine Empfangsantenne 92, die ebenfalls aus einem phasengesteuerten Gruppenstrahler mit sechzehn Elementen besteht, bei der jedoch diese Elemente einen Abstand von einer Wellenlänge oder mehr haben. Die Sendeantenne 90 umfaßt eine Anzahl Phasenschieber 9^, die an eine gemeinsame Speiseleitung 96 angeschlossen sind, welche den Sendeimpuls von einem Sender 100 zuführt. Die Signale zur Steuerung der Sendeantennen-Phase werden von der Abtaststeuerung 28 zugeführt, die allen Phasenschiebern 94- geeignete Phasensteuersignale liefert. Die Empfangsantenne 92 in Form eines verdünnten Gruppenstrahlers weist mehrere Untergruppen 106 bis 109 von Strahlungselementen auf, wie beispielsweise den Strahlungselementen 110, 111, 112 und 113 der Untergruppe 106. Bei den Strahlungselementen kann es sich um öffnungen, Hörner, Keilstrahler oder andere geeignete Strahlungselemente handeln« In Fig. 3a sind Keilstrahler durgestellt,

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Die Strahlungselemente, wie beispielsweise 110 und 111, haben einen solchen Abstand, daß eine minimale Anzahl von Strahlungselementen benötigt wird und sich eine Vielzahl von Empfanga-Strahlungskeulen ergibt. Es sei erwähnt, daß in manchen Systemen die Lage der Empfangs_Strahlungskeulen so gewählt werden kann, daß sie mit den Nullstellen der Nebenzipfel des Strahlungsdiagramms der Sendeantenne zusammenfallen. Mit ö'edem der Strahlungselemente, wie beispielsweise der Elemente 110 bis 113, ist ein Liiacher verbunden, wie beispielsweise die Mischer 117 bis 120, an die wiederum Zi¹ -Vorverstärker angeschlossen sind, wie beispielsweise die Vorverstärker 121 bis 124, deren Ausgänge wiederum mit einer gemeinsamen Leitung 126 verbunden sind. Demgemäß werden die oignale, die von den Strahlungselementen jeweils einer der Untergruppen 106 bis 109 empfangen werden, nach Passieren geeigneter Mischer im ZB¹-Band in einer gemeinsamen Leitung addiert, wie beispielsweise der Leitung 126. Um die Phasenverschiebung zum Schwenken der Strahlungskeule zu bewirken, empfangen die Mischer 117 bis 120 phasenverschoben^ Ausgangssignale eines Lokaloszillators über entsprechende Phasenschieber 128 bis 131. Mit den Phasenschiebern ist ein Lokaloszillator 140 über ein gemeinsames Speisenetz 159 verbunden, das das Ausgangssignal des Lokaloszillators den einzelnen Phasenschiebern über Woge verschiedener Länge zuführt. Der Lokaloszillator 140 umfaßt einen Sägezahn-Crenerator 141, der vom Sender

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ein Frequenzsteuersignal empfängt« Das Ausgangssignal des Sägezahn-G-enerators 141 wird dann einem Punktionsgenerator 153 zugeführt, der ein Ausgangssignal nach der Funktion l/t erzeugt, das durch die Kurve 145 veranschaulicht ist. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 143 wird dann einem geeigneten spannungsabgestimmten Oszillator (VCO) 147 als Abstimmspannung zugeführt, so daß der VCO während jedes Verarbeitungsintervalles lokaloszillator-Signale mit abnehmender Frequenz erzeugt. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 143 wird über eine Umkehrstufe 141 auch einem VCO 15I zugeführt, der auf einer Leitung 193 ein Kompensationssignal erzeugt. Die gesamte Weglänge vom VCO 147 zu den Mischern, wie beispielsweise den Mischern 117 bis 120, ist durch ungleiche Abschnitte des Speisenetzes 159 so gewählt, daß sich bei der dargestellten Ausführungsform eine quadratische Verteilung ergibt. Obwohl die Weglängen bei dem dargestellten System, bei dem die Abstände zwischen den Strahlungselementen und den zugeordneten Mischern, wie beispielsweise dem Strahlungselement 110 und dem Mischer 117» alle gleich sind, die Weglängen vom Lokaloszillator zu den Mischern bestimmt werden, wäre es erforderlich, auch die Abstände zwischen dem Mischer und dem Antennenelement, im Verhältnis zur Wellenlänge des HF-Signals, bei der Auswahl der Weglängenverteilung zu den Abständen zwischen dem Lokaloszillator und den Mischern zu addieren, wenn die Abstände zwischen den Antennenelementen und den

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Mischern längs des Gruppenstrahlers variieren. Das mit dem Lokaloszillator verbundene Speisenetz 159 kann unter Verwendung aller üblichen Leitungen, wie beispielsweise Koaxialleitungen, aufgebaut werden. Die Anwendung von Koaxialleitungen ist bei manchen Anwendungen der Verwendung von Hohlleitern vorzuziehen, wie beispielsweise bei der Verlegung der Leitungen im Flügel von Flugzeugen Weiterhin ist zu bemerken, daß die Signale einer Teilgruppe, wie sie beispielsweise von den Strahlungselemente!! TlO bis 113 gebildet wird, im ZF-Bereich und nicht in HF-Bereich addiert werden,,

Die Strahlung»elemente der anderen Untergruppen ΊΟ7, 108 und 109 sind in entsprechender Y/eise über üischer und ZF-Vorverstärker mit jeweils einer anderen Leitung 142, 144 bzw. 146 verbunden. Die Signale auf den Leitungen 126, 142, 144 und 146 werden dann zixm Ausgleich von Verzögerungseffekten bei Schwenkwinkeln der Antenne verarbeitet, die von einer ^uerausrichtung abweichen*

Obwohl bei der phasengesteuerten Antenne eine solche Phasenkorrektur inöglich ist, daß eine kohärente Addition des V/ellenzuges gewährleistet ist, bewirkt eine Schwenkung der Antenne, daß die L'chosignale nicht alle Strahlungselemente der Antenne gleichzeitig beleuchten. Dieses Problem wird durch eine Kombination von Zeitverzögerung und Phasenverzögerung gelöst, bei der für

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alle Elemente der Antenne eine Phasenverschiebung erfolgt und die Aua gangs signale der Elemente jeder Untergruppe kombiniert werden, um jeweils ein Ausgangssignal auf den Leitungen 126, 142, 144 und zu erzeugeno Die Ausgangssignale der verschiedenen Untergruppen werden durch verschiedene, schaltbare Verzögerungskreise 15O bis 153 geleitet, die jeweils die Signale auf einer der Leitungen 126, 142, 144 und 146 empfangen. Jeder "Verzögerungakreis, wie beispielsweise der Verzögerungskreis I50» enthält ein Verzögerungselement, wie es beispielsweise durch Abschnitte von Koaxialkabeln 160, 161, 162 und 163 gebildet wird, die jeweils mit einem der Schalter 165 bis 168 verbunden sind. Ein Verzöge rungs signal, das von der Abtaststeuerung 128 zugeführt wird, wird auf einer Sammelleitung, wie beispielsweise der Leitung 1?O, den Schaltern 165 Ms 168 zugeführt, so daß als Funktion des Schwenkwinkels der Antenne nach Wahl einer der Schalter geschlossen wird. Dieser Betrieb bei einer Ausrichtung der Antenne, die von der Querausrichtung abweicht, ist in den US-PSen 3 825 928 und 3 842 417 näher erläuterte Nach der zeitlichen Verzögerung werden die Signale über Leitungen 180, 181, 182 und 183 einem geeigneten Leistungaaddierer zugeführt, der ein kombiniertes Signal über einen ersten ZF-Verstärker 197 einem Mischer 195 zuführt, der auf einer Leitung 193 das !Compensationssignal vom VCO empfängt. Das Ausgangssignal des Mischers 195» der

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eine konstante, zweite Zwischenfrequenz aufweist, wird über einen zweiten ZF-Verstärker 192 einem Hüllkurven-Üetektor 194- zugeführt. Das Ausgangssignal des Detektors, also das Videosignal, wird dann über eine Leitung 196 einem Videoverstärker zugeführt. Anschließend wird dann das Signal über eine Leitung 200 einem geeigneten Verbraucher zugeführt, wie beispielsweise einem Sichtgerät 2OP, auf dem zur Veranschaulichung die Abtastung eines Rundsicht-Sektors dargestellt wird. Dem Sichtgerät kann von der Abtaststeuerung 28 ein digitales Abtastsignal zugeführt werden.

Die Abtaststeuerung 28 kann beispielsweise einen geeigneten Speicher enthalten, insbesondere einen Permanentspeicher, der auf eine Uhr 206 anspricht und beispielsweise Abschnitte 2'|O, 211, 212 und umfaßt, in denen Daten zur Syncli3?onisation des gesamtem Systems enthalten sind. So können beispielsweise die Signale zur Phasensteuerung der Sendeantenne aus deu Spoicherabschnitt 210, die Signale zur Phasensteuerung der Empfangsantenne aun dem Abschnitt 211, ein Signal zur steuerung des ikbtusitwinkels des Sichtgerätes 202 aus dem Abschnitt PI2 und das Signal zur Steuerung der Verzögerungskreise 150 bis 155 ^aus dem Abschnitt 213 stammen. Die Abtaststeuerung 28 bewirkt die Systemsteuerung, indem sie nacheinander in Abhängigkeit von den Signalen der

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Uhr 206 sowie synchron zum Sender 100 codierte Wörter ableitet. Es versteht sich, daß statt dessen auch andere Steuereinrichtungen, wie sie in der Technik bekannt sind, verwendet werden könnten.

Wie aus den 2?ig_o 4a, 4b und 4c ersichtlich, ist die Phasenfront 430 eines Signals, das von einem Gruppenstrahler 432 von einem Streupunkt oder aus einem Auflösungselement 434 zur Zeit ty, aus einer Entfernung Ry. = c/2t,p mit c = Lichtgeschwindigkeit, empfängt, im ITahfeld der Antenne sphärisch oder kreisförmig, wenn die Strahlungselemente in einer Ebene liegen. Die Phasenfront 436 eines zur Zeit tp aus einer größeren Entfernung R2 empfangenen.Signals ist noch immer kreisförmig oder sphärisch, jedoch im Hinblick auf die vergrößerte Entfernung weniger stark gekrümmt. Aus sehr großer Entfernung R, zur Zeit t^ von einem Streupunkt 438 empfangene Signale haben an der Antenne 432 eine Phasenfront 440, die annähernd eben ist. Bei sehr großen Entfernungen, die sich dem Unendlichen annähern, ist also die Phasenfront so abgeflacht, daß sie an der Antenne 432 im wesentlichen als ebene Fläche angesehen werden kann,, Wenn ein beachtlicher Phasenfehler, der 7Γ/2 oder mehr beträgt, durch die Krümmung der sphärischen Phasenfront an einer Antenne entsteht, die auf eine ebene Welle fokussiert ist, wird davon gesprochen, daß die Antenne in ihrem ITahfeld arbeitet. Sie muß dann für eine gute Abbildung auf jede Entfernung fokussiert

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werden, damit die theoretisch mögliche Auflösung R/t/l beibehalten wird, wenn λ die Wellenlänge und 1 die Länge der Antenne bedeuten. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht ein Fokussieren ebenso auf geringe Entfernungen wie auf große, sich Unendlich nähernden Entfernungen, wie zur Zeit t,. Es ist zu beachten, daß bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die kreisförmige Krümmung der Phasenfronten 4-JO und 436 durch eine Parabel angenähert wird, urn die Beschreibung möglichst einfach zu halten. Statt dessen kann jedoch nach der Erfindung die Korrektur auch nach anderen nichtlinearen Funktionen erfolgen, wie beispielsweise durch einen Kreis oder einen anderen geeigneten Ausdruck. Die korrekte Gleichung für eine kreisförmige Wellenfront ist kt[_1-cos (x/kt)] , wenn χ der Abstand von der Mitte des Gruppenstrahlers und k eine Konstante sind. Die dargestellte Ausführungsform benutzt die nächste, aufspaltbare Funktion, nämlich f(t)g(x), welche die obige Gleichung annähert, nämlich das erste Glied der Taylorschen Reihe, nämlich χ /2kt. Die veranschaulichte Korrektur der Phasenfront erfolgt nach den Lehren der Erfindung in der Y/eiae, daß die Änderung der Frequenz des Lokaloszillatorsj nach der abtrennbaren Funktion 1/t erfolgt und daß die Längen der Wege vom Lokaloszillator zu den Uitichern

2 nach der abtrennbaren Funktion χ verteilt werden.

Fig. 5 veranschaulicht die erforderliche Fhasenänderurig als Funktion der Zeit und der Entfernung an den .-nden

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einer als Beispiel gewählten X-Band-Antenne von 15 πι Länge. Die Kurve 446 zeigt, daß eine relativ kleine und langsame Phasenänderung bei großen Entfernungen und eine relativ große und schnelle Phasenänderung bei kleineren Entfernungen erforderlich ist. Die durch die Kurve 446 veranschaulichte Phasenänderung ist die Korrektur, die für jedes Entfernungsintervall erforderlich ist, um den Gruppenstrahler auf dieses EntfernungsIntervall zu fokussieren. Die Korrektur ist von der sphärischen oder kreisförmigen Krümmung der von der Antenne empfangenen Phasenfront abhängige

Die Kurve 448 in Fig. 6 veranschaulicht die Phasenkorrektur, die längs der Antenne erforderlich ist, wenn die Energie von einem Punktziel 449 in einer bestimmten Entfernung empfangen wird, in Abhängigkeit vom Abstand längs des Gruppenstrahlers. Jedes Strahlungselement benötigt demnach zur Fokussierung auf ein einziges Punktziel oder eine Auflösungszelle eine andere Phasenkorrektur, wenn die gewünschte hohe Auflösung erzielt werden soll.

Anhand Fig. 7 wird nunmehr die Variation der gesamten Weglängen des Lokaloszillator-Speisesystems mehr im einzelnen erläutert. Es sei erwähnt, daß es ausreichend ist, die Weglängen vom Lokaloszillator zu den Phasenschiebern zu bestimmen, wenn die Abstände von den Strahlungselementen zu den ihnen zugeordneten Phasenschiebern alle gleich sind. Bei dem dargestellten

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Ausführungsbeispiel ändert sich der Abstand vom Lokaloszillator zu jedem einzelnen Strahlungselement parabolisch, um einen Kreis anzunähern, Ferner sind bei einer Frequenz fp des Lokaloszillators am Ende von dessen Frequenzbereich die Phasenschieber so eingestellt, daß der Gruppenstrahler auf eine ebene Welle fokussiert ist. Wenn dann die Frequenz des Lokaloszillators als Funktion von 1/t während jeder Verarbeitungsperiode vermindert wird, wird die Antenne auf eine Parabel mit zunehmendem Radius oder zunehmender Entfernung fokussiertο Als zur Erläuterung dienendes Beispiel sei angenommen, daß die das Signal coa(fct) vom Lokaloszillator führende Speiseleitung 450 eine Länge von 30 cm aufweist, daß der feste Abstand zwischen der Hauptspeiseleitung 452 und jedem der Strahlungselemente A, B, G und D jeweils 25 cm beträgt, und daß der Abstand zwischen A und B 25 cm, zwischen B und G 75 cm und zwischen 0 und D 125 cm betragt« Während die gesamte Weglänge von dem "Verbindungspunkt zwischen den Leitungen 450 und 452 im Verhältnis 0, 1,4 und 9 variiert, was quadratisch ist, betragen die Unterschiede zwischen den Weglängen 1, 3 und 5i was linear ist. Ein Ausdruck für die Gesamt-Phasenverschiebung 0_m, die zur Fokussierung benötigt wird, ist 0^ = cos[&)t + 0 + In diesem Ausdruck ist S die Länge des Speiseweges längs der Hauptspeiseleitung 452, X die Wellenlänge des Ausgangssignals des Lokaloszillators in dem jeweils gegebenen Zeitpunkt, Cd die Kreisfrequenz des Ausgangssignals

o/.

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des Lokaloszillators im Jeweiligen Zeitpunkt und 0 ein gemeinsames Phasenglied für jedes Element oder die Länge der Leitung 4-50 und der Abstand von der Hauptspeiseleitung 452 zum Jeweiligen Strahlungselement, die von fc abhängt. Beispielsweise mag der Lokaloszillator am Anfang der Variation zur Zeit t₀ eine Frequenz von 10 GHz aufweisen, so daß X₀ » 3 cm und QJ_Q « 2t . 1O¹⁰ Hz. Für das Strahlungselement A ist 0Q = 50 cm/3 cm = 16,67 Wellenlängen oder Perioden. Hierbei handelt es sich um die gemeinsame Phasenverschiebung für alle Elemente die auch 33_Ϊ331Γ'oder 120 gleich ist. In einem -2 späteren Zeitpunkt gilt A^ = 2,75 cm, (O^ - 0,91 · 2tT« 1O¹⁰Hj und es gilt für das Element A 0. » 60°„ Am Ende des Durchstimmbereiches des Lokaloszillators zur Zeit t_? gilt λ 2 ^{= 2}»5 cm, fiü₂ = 0,83 . 2T. 10¹⁰ Hz und 0₂ = 0°. Wie aus der Kurve 460 in Fig. 8 ersichtlich, variiert die Frequenz des Lokaloszillators in Abhängigkeit von der Zeit oder der Entfernung als Funktion von 1/t, was durch die Steuerung des VCO bewirkt wird«. In Fig. 8 sind Zeiten t_Q, t,. und t^ dargestellt.

Nunmehr wird auf Fig. 9 Bezug genommen, welche die Gesamt-Phasenverschiebung 0^ für die vier Antennenelemente A, B, C und D einer Hälfte eines symmetrischen Gruppenstrahlers veranschaulicht. Die Kurve 464 gilt für die Zeit tpj "bei der die Frequenz am Ende des Durchstimmbereiches des Lokaloszillators 10 GHz beträgt, bei welcher Frequenz keine Phasenkorrektur

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an den Strahlungselementen A, B, G und D erforderlich ist. Es handelt sich hierbei um den Zustand, wenn sich das Punktziel im wesentlich im Unendlichen oder in einer sehr großen Entfernung befindet. Die Kurve 466 repräsentiert den Zustand zur Zeit t,., wenn die Wellenlänge ^ des Ausgangssignals des Lokaloszillators 2,75 cm beträgt. Die Kurve 466 zeigt, daß die Gesamtphase 0™ für aufeinanderfolgende Antennenelemente A, B, G und D parabolisch zunimmt. Außerdem wird eine feste Phasenänderung von 60° in das System eingeführt, die jedoch keine Wirkung auf die Funktion des Systems hat. Die Kurve 468 zeigt den Zustand, bei dem λ ο ⁼ 2,5 cm beträgt. Die Phasenkorrektur nimmt parabolisch zu und ändert sich rapid für jedes der Strahlungselemente A, B, G und D. Außerdem wird eine feste Phasenänderung von 120° eingeführt. Demgemäß bewirkt die Gesamt-Phasenverschiebung, die von dem Signal des Lokalosfcillators und dem parabolischen Aufbau des gesamten, koaxialen Speisenetzes eingeführt wird, eine Fokussierung der von allen Strahlungselementen des Gruppenstrahlers empfangenen Energie, während die Signale aufeinanderfolgender Entfernungsintervalle verarbeitet werden.

Bei dem dargestellten Ausfuhrungsbeiüpiel, für das eine parabolische Approximation verwendet wird, hat

der Lokaloszillator die Frequenz f = f +L /4Mct.

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_₂₆_ 2B10304

In dieser Gleichung ist L die Länge des Gruppenstrahlers, M die gesamte Weglängendifferenz von der Mitte bis zum Ende des Gruppenstrahlers, c die Lichtgeschwindigkeit, t die Zeit des Empfangs des Signals, die mit größer werdenden Entfernungen zuniiamt, und f,. die Frequenz des Lokaloszillators für sehr große Entfernungen. Es ist demnach ersichtlich, daß die Frequenz des Lokaloszillators sich als Funktion von 1/t in Verbindung mit einer Konstanten ändert.

Die Holle des .abstandes zwischen den Strahlungselementen wird nachstehend anhand der Fig_o 10 und 11 näher erläutert. Die Kompensation, die mit der dargestellten Vorrichtung über einem Gruppenstrahler bei Entfernungen, die innerhalb des Nahfeldes liegen, von der Mitte des Gruppenstrahler aus nach dessen Enden zu vorgenommen werden, ändern sich in parabolischer Weise. Die V/eglänge von der Mitte des Gruppenstrahlers zu verschiedenen Punkten auf seiner Länge variieren wie χ /2R, wenn χ der abstand in jeder Richtung von der Mitte des Gruppenstrahler und R der Abstand vom Streupunkt zur Mitte des Gruppenstrahlers ist. Die erforderliche Phasenkompeiisation für jeden Punkt des der außerhalb von dessen Mitte liegt, beträgt

0m = 2 _lt x /2R rad. Die erforderliche inkrementale Phasenkompensation zwischen von der Mitte des Gruppenstrahlers aus aufeinanderfolgenden Strahlungselementen ist (d0/dx) χ = Tl if-χ x/R/·-, wenn tix der Abstand zwischen

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den Strahlungselementen ist. Die erforderliche inkrementale Phasenänderung zwischen von der Mitte des Gruppenstrahlers aus aufeinanderfolgenden Strahlungselementen ist für eine gegebene Entfernung dem nach außen gerichteten Abstand linear proportional. Daher kann bei manchen Ausführungen nach der Erfindung ein Aufbau benutzt werden, wie er in Fig. 10 ebenso wie in Fig. Ja dargestellt ist. Diese Anordnung umfaßt ein Speisenetz, bei dem die Verzweigungspunkte unsymmetrisch angeordnet sind, um die parabolische Leitungslängenvariation zu erzielen. Da die Strahlungselemente ein oder mehr Wellenlängen voneinander entfernt sind, ist eine geeignete maximale Abstandsdifferenz gleich dem Abstand £ χ benachbarter Strahlungselemente, also gleich dem Abstand zwischen den Strahlungs elementen 474 und 476 sowie 110 und 111. Es versteht sich, daß die Leitungslänge zwischen den Strahlungselementen größer gemacht werden kann als der Abstand zwischen den am Ende angeordneten Strahlungselementen, wenn eine größere Längendifferenz benötigt wird. Zum Speisen der Strahlungselemente 478 und 480 ist das Speisenetz so angeschlossen, daß eine Leitungsdifferenz 500 erzielt wird. Für die Strahlungselemente 482 und 484 bewirkt der Anschluß des Speisenetzwerkes eine Leitungsdifferenz 502, während für die Strahlungselemente 486 und 488 der Anschluß des Speisenetzwerkes eine. Leitungsdifferenz 504 bewirkt. Ein entsprechender Unterschied wird in der anderen Hälfte des Gruppenstrahlers erzeugt, indem ein symmetrischer Aufbau des Speisenetzwerkes gewählt wird. Beispielsweise

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ist der Unterschied in der Speisung der Strahlungselemente 490 und 492 gleich dem Unterschied der Speisung der Strahlungselemente 486 und 488. Weitere Weglängendifferenzen werden in die Zweige höherer Ordnung des Speisenetzwerkes eingeführt, wie es der Abschnitt 510 im Zweig zweiter Ordnung und der Abschnitt 5O8 im Zweig dritter Ordnung zeigt. Die parabolische Weglängendifferenz im gesamten Speisenetzwerk zeigt die Kurve 512 nach Fig. 11, während die V/eglängendifferenz zwischen benachbarten Elementen durch die Kurve 51^ veranschaulicht ist. In Fig. 11 ist die Weglänge des Speisenetzwerkes als Funktion des Abstandes längs der Strahlergruppe aufgetragene

Es besteht eine grundsätzliche Beschränkung bezüglich der Mindestentfernung, bei der das beschriebene System noch ordnungsgemäß arbeitet. Diese Beschränkung beruht darauf, daß die erforderliche Frequenz des Lokaloszillators zu 1/R proportional und infolgedessen die Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz proportional zu 1/R~ ist. Bei sehr kurzen Entfernungen sehen die äußerten Phasenschieber wegen der unterschiedlichen Leitungslängen eine andere Frequenz des Lokaloszillators als die inneren Phasenschieber. Dieser Effekt wird bei kurzen Entfernungen infolge der zunehmend schnelleren Änderung der Frequenz verstärkt. Daher gibt es bei sehr kurzen Entfernungen zwei Arten von Fehlern. Die Aufspreizung der Frequenz des Lokaloszillators über den Gruppenstrahler

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führt zu einem Aufspreizen des empfangenen Spektrums, während die falsche Frequenz an den Enden des Gruppenstrahlers, welche durch die durch das Speisenetzwerk eingeführten Verzögerungen bedingt sind, führen zu Phasenfehlern. Bei einer X-B and-Antenne uron 15 m Länge mit einem parabolischen Speisenetzwerk, wie es vorher beispielsweise beschrieben wurde, bedingen die Frequerizfehler die Begrenzung auf eine Entfernung von 225 m und die Phasenfehler eine Begrenzung auf eine Entfernung von 81 m. Demgemäß erzwingt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Frequenzspreizurig das Einhalten einer Mindestentfernung von etwa 225 πι-

Anhand Fig. 12 wird nunmehr die Fokussierung erläutert, die dazu dient, die Auflösung von Punktzielen zu verbessern, also die Fähigkeit, zwischen dicht benachbarten Punktzielen zu unterscheiden, ohne daß sie zu einem einzigen Punktziel verschmelzen. Die Form der Strahlungskeule 5^1 der unfokussierten Antenne 509 ϊλ bezug auf die Entfernung ergibt keine Auflösung, die besser wäre als die Jtiiitennenlänge 1. Bei einer nach der Erfindung vox'genommenen Fokussierung auf ein Ziel in der Entfernung R_x, wird eine Strahlungskeule 515 gebildet, deren Auflösunpj der Keulenbreite 517 an der Stelle des Punktzieles ist. Die Keulenbreite ist bedeutend geringer als die .auflösung 529 bei unfokussierter Antenne. Für ein Punktziel in einer größeren Entfernung lip wird eine Keulenform 515 gebildet, die auf die Entfernung Rp fokussiert ist und eine der

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_ jo -

Keulenbreite entsprechende Auflösung 519 hat, die ebenfalls bedeutend geringer ist als die Auflösung 531 der unfokussierten Antenne in dieser Entfernung. Demgemäß wird durch die erfindungsgemäße Fokussierung der Strahl geschärft und eine bedeutende Erhöhung der Auflösung in allen Entfernungen, ausgenommen in sehr großen Entfernungen, erzielt.

Wie aus Fig. 13 ersichtlich, synchronisiert die Uhr den Sender der Radaranlage in der Weise, daß er einen Sendeimpuls 520 aussendet, der in den Raum abgestrahlt und von der Empfangs antenne nach i Aca zur Zeit t₀ empfangen werden kann, wenn die Radaranlage zur Verarbeitung eines Entfernungsbereiches von 1^0 m bis ^f)()00 m ausgelegt ist.und die Signale in Entfemurigsinto^vallen empfangen und verarbeitet werden, die bis zur ijeit t = 60 Ms reichen« Demgemäß werden die? in allen Entfernungsintervallen 1 bis η nacheinander verarbeitet, beispielsweise summiert und dem Sichtgerät zugefünrt. Die Frequenzvariation des Mingangssignales eines spannung s abgestimmt en Lokaloszillatora, die durcii »ine Kurve 52?. veranschaulicht ist, fällt von eine:* hohen Frequenz fp auf eine Endfrequenz f^ ab. Während Jodes Intervalles zwischen 1 ν s und 60 ^s wird eine von einem Punktziel empfangene, vollständige Signalgruppe vorarbeitet und gemäß den Prinzipien der Erfindung fokussiert. Nach einer geeigneten Zeit, die beispielsweise 250 is betragen kann, wird ein zwei tea¹ Impuls 524- ausgesendet und es wird der Fokussierungsvorgang wiiidt.-rhol t.

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BAD ORIGINAL

Anhand Fig. 14 wird nunmehr in Verbindung mit den Fig. Ja, 3b iind Jc die Gesamtwirkungsweise der erfindungsgemäßen Antennenanordnung während eines Verarbeitungsintervalles mehr im einzelnen erläutert. Die Frequenz des Lokaloszillators 140 kann, wie es eine Kurve 530 zeigt, zwischen 10,05 GHz und 10,0 GHz variiert werden. Das veranschaulichte Sendesignal 532 ist ein kurzer Impuls, der zur Zeit t = 0 ausgesendet wird und ein breites Frequenzband umfaßt, dessen Mittenfrequenz bei 9j8 GHz liegt. Die erste Zwischenfrequenz gemäß Kurve 534, die dem Eingang des ernten ZF-Verstärkers 197 zugeführt wird, variiert zwischen 2,05 GHz und 2,0 GHz und hat eine relativ große Bandbreite. Das Kbmpensationssignal gemäß Kurve 538 kann beispielsweise zwischen 2,95 GHz und 3j00 GHz variieren, so daß, wenn dieses Signal dem Mischer 195 zugeführt wird, an dessen Ausgang ein zweites ZF-Signal gemäß Kurve 540 erzeugt wird, das eine konstante Frequenz aufweist und dessen Bandbreite der Bandbreite des Sendesignals entsprichte Demgemäß wird die Vergrößerung der Empfangsbandbreite durch die Verwendung eines zweiten Mischers am Signal-Vereinigungspunkt beseitigt, dem das Signal eines Lokaloszillators mit einer gegensinnigen Frequenzvariation zugeführt wird, so daß eine konstante Zwischenfrequenz entsteht. Diese Verarbeitung zwischen der Zeit t_Q und t wird für alle EntfernungsIntervalle jedes Sendeimpulses wiederholt.

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Es wurde demnach eine Radaranlage mit einem verdünnten Gruppenstrahler beschrieben, bei dem eine kontinuierliche, stetige Phasenkorrektur erfolgt, wie sie erforderlich ist, um den Gruppenstrahler auf die gewünschten Entfernungen zu fokussieren,, Die Erfindung macht von der Tatsache Gebrauch, daß es bei einem verdünnten Gruppenstrahler möglich ist, jedem Strahlungselement einen eigenen Mischer zuzuordnen. Dabei wird die Frequenz des gemeinsamen Lokaloszillators in einer vollgeschriebenen Y/eise variiert und es wird eine bestimmte Art eines Speisenetzwerkes benutzt, um das Ausgangssignal des Lokaloszillators auf die Mischer zu verteilen. Da bei einer Radaranlage die Signale naher Ziele zuerst erscheinen, wird der Lokaloszillator zunächst auf eine gewisse hohe Frequenz eingestellt, die nach einer Funktion von 1/t auf eine Frequenz abfällt, die einer Einstellung auf einer ebenen Welle entspricht. Die durch die Frequenzvariation des Lokal. oszillators erhöhte Empfangsbandbreite wird durch die Verwendung eines zweiten Mischers am VereinigungtJpunkt der Signale durch einen Lokaloszillator aufgehoben, dessen Frequenz gegensinnig variiert wird, so daß eine konstante Zwischenfrequenz erzielt wird. Die hohe Auflösung wird nach der Erfindung ohne Schaltoperationen erreicht, die eine Verschlechterung des Radarbildes zur Folge hätten,, Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel variieren die Leitungslängen vom Lokaloszillator zu den einzelnen Mischern quadratisch in parabolischer V/eise, um eine sphärische Wellen front

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anzunähern, während die Frequenz des Lokaloszillators nach einer Funktion von 1/t variiert wird. Obwohl die vorstehende Beschreibung sich auf eine sphärische Wellenfront bezieht, die sich seitlich der Antenne nähert, versteht es sich, daß die Erfindung genau in der gleichen V/eise für sphärische oder anders geformte Wellenfronten anwendbar ist, die aus anderen Richtungen einfallen, vorausgesetzt, daß die Phasenschieber 128, 129 usw. sowie die Verzögerungskreise 150, 151 usw. richtig eingestellt sind, so daß sie eine kohärente Addition der Signale einer aus der jeweiligen Richtung einfallenden ebenen Welle bewirken,. Es versteht sich ferner, daß die Phasenkorrektur durch jede trennbare Funktion der Zeit und der Antennenstellung erfolgen kann, um beispielsweise nichtsphärische Phasenfronten in einem dielektrischen Medium zu fokussieren»

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Claims

Patentansprüche

Dynamisch fokussierte Antennenanordnung zum Empfang der Echosignale einer Radaranlage, mit einer Gruppe von Strahlungselementen, von denen Jedes mit einem Mischer verbunden ist, dem von einem Lokaloszillator ein Überlagerungssignal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lokaloszillator (159) zur Erzeugung eines Signales ausgebildet ist, dessen Frequenz gemäß einer von der zeitlichen Änderung der Phasenfront der empfangenen Echosignale abhängigen Zeitfunktion veränderbar ist, und daß der Lokaloszillator (14-0) mit den Mischern (z.B. 117) über Leitungen (159) mit unterschiedlicher elektrischer Länge verbunden ist, die eine Verteilung der Weglängen zu den einzelnen Strahlungselementen (z«Bo 110) gemäß einer von der Gestalt der Phasenfront der empfangenen Signale abgeleiteten Wegfunktion bewirkeno
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Phasenfront kreisförmig ist, der Lokaloszillator (140) ein Signal erzeugt, dessen Frequenz als Funktion von 1/t abnimmt, und die Leitungen (159) eine als Funktion des Abstandes längs des Gruppenstrahlers von dessen Mitte aus quadratische Weglängenverteilung aufweisen

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3· Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, die sich während des Empfangs der Echosignale in Azimutrichtung bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Mischern (z.B_o 117) eine Einrichtung zur Signalverarbeitung (z.B_o 128, 150» 190) gekoppelt ist, die auf die fokussierten Signale nacheinander anspricht und die von allen Strahlungselementen (zoB. 110) stammenden Signale für jedes einer Vielzahl vorgegebener Entfernungsabschnitte und für jede einer Vielzahl aufeinanderfolgender AzimutStellungen summiert.
4. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungselemente (z.B. 110, 111) einen Abstand voneinander haben, der gleich oder größer ist als die Wellenlänge der empfangenen Echosignale, so daß das Strahlungsdiagramm des Gruppenstrahlers aus einer Vielzahl einzelner Strahlungskeulen (16) besteht,

Antennenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gruppenstrahler (1 eine Sendeantenne (10) zugeordnet ist, die eine ausgewählte Strahlungskeule (42) des Gruppenstrahlers (12) ausleuchtete

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