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Phasongesteuerte Antenne
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Die Erfindung bezieht sich auf eine phasengesteuerte Antenne mit vorzugsweise
in Zeilen und Spalten in einer Ebene -angeordneten Antennenelementen, deren Phaseneinstellung
mit elektronisch veränderbaren, digitalen Phasenschiebern erfolgt und die von einem
eine Primärwelle abgebenden Primärspeisesystem gespeist werden, unter Verwendung
von diese Primärweile empfangenden, den Phasen schiebern zugeordneten Kollektorstrahlern,
deren Ausgangssignale jeweils einem von einem für alle Phasenschieber zuständigen
Phasenrechner in seiner Phase eingestellten Phasenschieber zugeführt werden, dessen
Ausgangssignal jeweils einem diesem zugeordneton Emitterstrahler zugeführt wird,
so daß von den Emitterstrahlern eine ebene Welle abgestrahlt wird, wobei die zur
Umwandlung der Frimärwelle in eine ebene Welle notwendigen Fokussierungsphasenwerte
in einem Fokussierungswertespeicher abgespeichert und bei Bedarf abrufbar sind und
die für eine bestimmte Strahlrichtung erforderlichen Ablenkphasenwerte in einem
Ablenkphasenrechner berechnet werden.
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Bei ein er strahlungsgespeisten elektronisch gesteuerten Antenne wird
die gesamte erforderliche Hochfrequenzleistung in einem zentralen Sender erzeugt.
Diese Leistung wird über ein Primärhorn durch Strahlung den Antennenelementen auf
der Apertur zugeführt
Die Apertur besteht aus einer Vielzahl von
Antennenelemnten, beispielsweise Dipolen, die meist auf einer ebenen Fläche bestimmter
geometrischer Form angeordnet sind.
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Zur Erzielung der Richtwirkung der Antenne müssen die Laufzeitunterschiede
infolge der verschiedenen Abstände der einzelnen Antennenelemente vom Primärstrahler
ausgeglichen werden (Fokuslerung). Die Ablenkung des Antennenstrahls erfolgt durch
eie linear von den Koordinaten der Apertur abhängige Phasenverzögerung der Ströme
in den einzelnen Antennenelementen. Die Einstellung der Phase wird meist mit elektronisch
veränderbaren Phasenschiebern durchgeführt.
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Zur Fokussierung des Primärstrahls sind bereits einige Methoden bekannt.
Bei einer Methode werden durch unterschiedlich lange elektrische Umwegleitungen,
die für jedes Antennenelemont indivi duell berechnet und hergestellt werden müssen,
die Laufzeiten ausgeglichen. Dies hat den Nachteil, daß eine Einzelfertigung notwendig
ist. Außerdem ergeben sich zusätzlich Abgleichprobleme Diese flachteile treten bei
der aus der DT-OS 2 862 895 bekannten Methode nicht auf. Hierbei werden die zur
Strahlablenkung erforderlichen Phasenschieber auch gleichzeitig zur Fokussierung
vorwendet. Die Einstellung der Phasenschieber wird dabei aus zwei Anteilen zusammengesetzt.
Der eine Anteil wird durch die notwendige Fokussierungsphase gebildet, der zweite
Anteil ist die für eine bestimmte Strahlrichtung erforderliche Ablenkphase. Die
Berechnung der Phasenschieberstellungen für alle Antennenelemente wird mit Hilfe
eines sogenannten kombinierten Phasenrechners durchgeführt. Da dieser Phasenrechner
aus bestimmten Fokassienungs-und Ablenkparametern als Eingangsgrößen die Gesamtphase
jcdes einzelnen Phasenschiebers berechnen muß, ist der dafür erforderliche Schaltungsaufwand
verhältnismäßig hoch, insbesondere für Antennen mit sehr vielen Elementen. Außerdem
wird die mathematisch ideale Fokussierungsphase nur näherungsweise realisiert.
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Es ist möglich, die Steuerwerte für die Phasenschieber in einen Speicher
zu hinterlegen und bei Bedarf die Steuerwerte an die Phasenschieber auszugeben.
Für größere Antennen ist aber die Al)speicherung der Steuerwerte beim derzeitigen
Stand der Technik unmö£-lich. Der Speicherplatzbedarf der Steuerwerte hängt von
der Anzahl der möglichen Betriebsfrequenzen, die eine unterschiedliche Einstellung
der Phasenschieber erfordern, von der Anzahl der einstellbaren Richtungen im Azimut
und in der Elevation, sowie von der Bit-Zahl der Phasenschieber und der Anzahl der
Strahlerelemente in einer Zeile und einer Spalte ab. Wegen dieses sehr umBangreichen
Speicherbedarfs wurde der Weg beschritten, nur einen Teil der Werte in Speichern
zu hinterlegen und den anderen Teil durch möglichst einfache Satellitenrechner erzeugen
zu lassen. Es sollte damit das Ziel erreicht werden, den insgesamt erforderlichen
Aufwand für die Erzeugung der Steuerwerte zu minimisiercn. Di.es fihrte zu Lösungen,
bei denen die Ablenkung durch einen Satellitenrechner und die Fokussierung, Fehlerkompensation
und Stralllfornlung durch Werte aus.einem Speicher durchgeführt werden.
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Aus der DT-OS 2 342 639 ist ein derartiger Phasenrechner bekannt.
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Er besteht aus dem in der DT-OS 2 062 896 beschriebenen Ablenkrechner
und einem Speicher für die Fokussierungsphasenwerte. Der Ablenkrechner und der Speicher
arbeiten synchron und geben ihre Steuerverte auf je ein Schieberegister (Zwischenspeicher)*
Für jeden einen Phasenschieber enthaltenden Antennenmodul ist ein Add.ierwerk vorgesehen,
das aus dem Ablenksteuerwert und dem Fokussierungssteuerwert den Gesamtsteuerwert
bildet. Diese Art der Addition der Steuerwerte ist verhältnismäßig aufwendig, da
sie eine Zwischenspeicherung sowohl des Ablenk- als auch des Fokussie-.
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rungssteuerwertes erfordert. Dadurch steigt der Aufwand für die Antenne
im Vergleich zum kombinierten Phasenrechner nach der DT-OS 2 062 895 verhältnismäßig
stark an, da für jeden Strahler statt eines Schieberegisters mit der Bit-Zahl K
des Phasenschi.ebers zwei Schieberegister und ein Addierwerk mit K @ 1 Bit benötigt
werden. Ein Vorteil dieses Phasenrechnerprinzips ist es
jedoch,
daß die Fokussierungsphase nicht nur angenähert berechnet wird, sondern die exakten
Fokussierungsl!!erte, die z.B. auch meßtechnisch ermittelt erden können, benutzt
werden. Zudem können die gespeicherten Werte sc modifiziert werden, daß auch nötige
Phasenkorrekturen auf Grund von Fertigungstolerenzen und der Strahlerverkopplung
berücksichtigt werden. Der Fokussierungswerte speicher wird yorteilhaft über die
Radarsteuerung an eine zentrale datenverarbeitende Anlage angeschlossen. Dadurch
können die Fokussierungswerte relativ einfach vom Zentralrechner modifiziert werden.
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Ein anderer Phasenrechner, bei welchem die Fokussierungssteuerwerte
ebenfalls gespeichert und mit dem die Steuerwerte des Ablenkrechners mit je einem
Addierwerk im jeweils einen Phasenschieber enthaltenden Antennenmodul addiert werden,
ist aus der DT-OS 2 342 638 bekannt. Die Fokussierungssteuerwerte werden dabei durch
je einen Speicher pro Antennenmodul zur Verfügung gestellt. Da die Fokussierungssteuerwerte
von der Frequenz abhängen, müssen bei dieser -Lösung für breitbandige Systeme unter
Umständen mehrere Werte im Antennenmodul gespeichert werden. Zusätzlich müssen bei
einem Frequenzwechsel die verschiedenen Fokussierungssteuerwerte über einen zusätzlichen
Schalter ausgewGllt werden. Dieser Schalter erfordert zusätzliche Steuerleitungen.
Diese Lösung ist zwar dann vorteilhaft, wenn es gelingt, mit einem einzigen Fokussierungssteuerwert
je Antennenmodul auszukommen, weil dann der Schalter zur Auswahl entfällt. Der Aufwand
steigt aber beträchtlich ani wenn für mehrere Frequenzen Fokussierungssteuerwerte
mit entsprechenden Auswahl schaltern und Steuerleitungen notwendig werden, oder
gar zusätzlich Fokussierungssteuerwerte zur Strahlformung (z.B. Defokussierung zur
StrKllverbreiterung) vorgesehen werden müssen. Ein gewisser Nachteil dieser bekannten
Lösung besteht auch darin, daß die eingestellten Fokussierungswerte nur mühsam geändert
werden können.
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Ein wesentlicher Vorteil der beiden Phasenrechner nach den DT-OS 2
342 638 und 2 342 639 im Vergleich zun kombinierten Phasenrechner nach der DT-OS
2 062 895 ist ihre universelle Anwendbarkeit bei allen möglichen Typen von strahlungsgespeisten
Antennen. Dem kombinierten Phasenrechner liegt ein Algorithmus zur gemeinsamen Berechnung
der Ablenk- und Fokussierungssteuerwerte zu Grunde. Er kann daher nicht eingesetzt
werden, wenn bei Antennen vom Transmissionstyp die Kollektor- und die Emitterseite
verschieden ausgeführt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer phasengesteuerten
Antenne der eingangs genarnten Art mit einem einfacheren Aufbau auszukommen und
dabei eine flexiblere Lösung der Antennensteuerung zu erreichen wobei die wesentlichen
Nachteile der bekannten Phasenrechner vermieden werden* Gemäß der Erfindung wird
diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur PJiaso-nschiebersteuerung für die Phasenschieber
einer jeden Antennenelementenzeile ein Addierwerk zur Addition des jeweils aus dem
Fokussierungswerte speicher abgerufenen Fokus si erwagsphasenwertes und des jeweiligen
im Ablenkphasenrechner errechneten Ablenkphasenwertes vorgesehen ist, d.essen Summenausgang
an den Eingang eines Schieberegisters geführt ist, dessen Stufen der Reihe nach
mit den Steuereingängen für die Phasenschieber der betreffenden Antennen elementenzeile
verbunden sind. Der Phasenrechner nach der Erfindung zeichnet sich demnach dadurch
aus, daß er den Gesamtrteuerwert für einen Phasenschieber nicht mit je einem Addienierk
pro Antennenmodul bildet, sondern daß nur ein Addierwerk pro Antennenzeile erforderlich
ist. Es wird auch der Nachteil der bekannten Schaltung nach der DT-OS 2 342 639
ausgeschlossen, bei der zwei Schieberegister mit K+1 Bit, wobei K die Bitzahl des
Phasenschiebers ist, Je Antennenzeile nötig sind, da nur ein einziges Schieberegister
mit K Bit erforderlich ist. Die in der phasengesteuerten Antenne nach der DT-OS
2 342. 638 verwendeten Speicher und Auswahlscha ter je Antennenmodul sowie die dort
erforderlichen zusatzlichen Steuerleitugen entfallen ebenfalls. Stattdessen wird
ein einziger zentraler Speicher für alle Fokussierungswerte ein-
gesetzt,
so daß billige Speichertechniken angewendet werden konnen. Dieser Speicher kann
über eine Radarsteuerung an den Zentralrechner angeschlossen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es sogar
möglich, mit einem Addierwerk jeweils mehrere Antennenzeilen im Zeitmultiplex zu
versorgen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipanordnung einer strahlungsgespeisten Antenne,
Fig. 2 die Geometrie einer strahlungsgespeisten elektronisch gesteuerten Antenne,
Fig. 3 ein Blockschaltbild des Phasenrechners für die Antennensteuerung nach der
Erfindung, Fig 4 das Blo ckschaltbild eines Fokussierungswertespeichers nach der
Erfindung, g. 5, 6, 7 und 8 eine besondere Ausführungsform der Erfindung mit Einzelheiten.
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Die Antennenanordnung in Fig. 1 wird von eincm Sender 1 gespeist,
oder betreibt einen Empfänger 2, wobei die Umschaltung zwischen dem Sender 1 und
dem Empfänger 2 in bekannter Weise mittels eines Sende-Empfangs-Schalters 3 vorgenommen
wird. An diesen Schalter 3 ist ein Primärhorn 4 angeschlossen, das eine Primärwelle
5 - gewöhnlich eine Kugelwelle - abstrahlt. Es sind jedoch bei der Antennenanordnung
nach der Erfindung keine Einschränkungen über die Form der vom Primärhorn 4 abgestrahlten
Welle 5 erforderlich. Die vom Primärhorn 4 ausgehende Primärwelle 5 trifft auf eine
Wand von Kollektorstrahlern 6. An die Kollektorstrahler 6 ist jeweils ein digitaler
Phasenschieber 7 angeschlossen. Dort wird der hochfrequente Strom in der Phase auf
grund der Ausgangsgrößen eines Pha senrechners 8 beeinflußt und von Emitterstrahlern
9 als ebene Welle 10 abgestrahlt. Die Phasenschieber 7 wandeln demnach die Primarwelle
5 in ene eben Wolle 10 und Für diese Urriwandlung ist die e
Fokussierphase
zuständig, während die Ablenkphase die Strahlschwenkung der ebenen Welle 10 bestimmt
Um die Adaptionsfäi'igkeit der elektronisch gesteuerten Antenne auszunutzen, ist
die Zusammenarbeit mit einer leistungsfähigen Datenvei'arbeitungsanlage 12 (Zentralrechner)
vorgesehen, die jedoch bei der Antennensteuerung von der Berechnung und Ausgabe
der Steuerinformation für die Phasenschieber 7 der Antenne entlastet wird. Während
die Kenntnisse über die Abtasts-.rategie des Radargorätes in einem Satellitenrechner
13, genannt St;uerdatengenei'ator, ausgenutzt werden, liegt dem Phasenrechner 8
die Kenntnis über den Aufbau der Antenne zugrunde.
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Der Steuerdatengenerator 13 wird zwei Phasenrechner 8 vorgeschaltet.
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Die Radarsteuerung 11 hat dabeI die Aufgabe, den Datentransfer zum
Initiieren von Antennenbewegungen zu bewältigen.
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Die S-trahler einer elektronisch phasengesteuerten Antenne sind in
allgemeinen in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet. zwei einer flächenhaften
Mft enne liegen die Strahler meistens in einer Ebene, wobei der Abstand zwischen
benachbarten Spalten bzw. Zeilen der Antenne konstant ist.
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Die Abstrahlrichtung einer Antenne ist eindeutig bestimmt, wenn die
Pl,'asendifferenz oder der Umweg zwischen zwei benachbarten Zeilen und Spalten bekannt
ist. Dabei ist es gleichgültig, ob nun die Spalten und Zeilen senkrecht zueinander
stehen, wie das bei quadratischen oder rechteckigen Gittern der Fall ist, oder schräg
zueinander wie bei dreieckigen Gittern Dies gilt auch für verdünnte Antennen, bei
denen nach statistischen Gesetzen Strahlerelemente weggelassen werden.
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Für den Ablenksteuerwert eines Strahlers in der m-ten Zeile und n-ten
Spalte gilt. folgender Zusammenhang:
Den Zusammenhang zwischen der Antennenstrahlrichtung #x, #y und den Größen H und
V für Antennen mit quadratischer und rechteckiger
Gitterstruktur
geben die Gleichungen (2) und (3) an
Dabei sind die Winkel a und @ gemäß Fig. 2 definiert, welche @@@@@ @@@@ @@@
@@@@@@@ @x @@@ @y @@@@@ @@@. @ @@@@@@@@, @@@@@@ die Geometrie einer strahlungsgespeisten
elektronisch phasenge steuerten Antenne darstellt. Dieser Zusammenhang gilt auch
für Dreiecksgitter, wenn #x bzw. #y die Winkel zwischen den Zeilen bzw. Spalten
und der Antennenstrahlrichtung sind.
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Bei einer strahlungsgespeisten Antenne nach der Fig. 2 bestehen Laufzeitdifferenzen
vorn Primärhorn 4 zu den einzelnen Strahlern der Apertur 14. Um die maximal rnögliche
Bündelung der Apertur zu erreichen, ist es nötig, diese Umwegdifferenzen auszugleichen.
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Diese Phasenkorrektur (Fokussierung) kann entweder durch Umwegleitungen
in den Antennenmodulen durchgeführt werden, was jedoch für eine große Modulzahl
zu teuer ist und zusätzliche Verluste bringt, oder durch eine entsprechende Einstellung
der Phasenschieber. Im letzteren Fall muß vom Phasenrechnei' nicht nur die Steuerinformation
für die Ablenkung DA sondern auch für die Fokussierung DF erzeugt werden. m,n m,n
Die Fokussierungsphase bei einer 'Kugelselle als Primärwelle soil noch im einzelnen
erläutert werden. Wenn die Fokussierungsphase eingestellt wird, sind die Ströme
in allen Emitterstrahlern phasengleich. Dazu müssen die Phasenschieber die unterschiedlichen
Entfernungen r der einzelnen Kollektorstrahler vom Primärhorn 4 ausgleichen, die
wie folgt vom Ort (x, y) abhängen.
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Dabei ist f der Abstand der Kollektorebene vom Phasenzentrur;z der
Kugelwellen
im Primärhorn 4. xO und y0 stellen die Abmessungen der Antennenapertur 14 dar. Für
die jeweilige Wegdifferenz,bezogen aui die Antennenmitte gilt:
Soll z.B. im Akquisitionsmode des Radargerätes mit einer geringeren Bündelung der
Antenne in beiden Ebenen oder auch nur in einer Ebene (Fächerstrahl) gearbeitet
werden, so muß die Antenne defokussiert werden. Die Steuerwerte DF müssen dann entsprechend
geändert werden oder es muß ein zusätzlicher Steuerterm DDm,n addier werden.
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Die Fokussierungssteuerwerte für Sende und Empfang sind ungleich wenn
für Senden und Empfangen verschiedene merklich voneinander entfernte Primärstrahler
eingesetzt werden.
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Die Phasenschieber verändern die Phase T einer angebotenen elektromagnetischen
Welle um den Betrag ihrer Grundphase @o o und einen differentiellen Betrag # , der
durch den vom Phasenrechner angesteuerten Treiber eingestellt wird.
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? T o + f D (7) Der Zusammenhang zwischen der differentiellen Phasenverschiebung
D und dem Steuerwert Dm,n für den Strahler in der m-ten Zeile und n-ten Spalte lautet
Die Fertigungsmethoden erlauben nicht immer eine ausreichend enge
Toleranz
der Grundphasen. Bei Ferritphasenschiebern hängt die Grundphase erheblich von der
Betriebstemperatur ab. Die Betriebs temperatur wird im wesentlichen von den Verlusten
im Phasenschieber bestimmt, wobei bei üblichen Amplitudenbelegungen die Verluste
in der Aperturmitte höher als am Aperturrand sind.
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Durch die Verkopplung wird eine Veränderung der Einzelstrahlerphasen
bewirkt, die zu erheblichen Diagrammverschlechterungen führen kann.
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Die Einflüsse der Fertigungstoleranzen, der Betriebstemperatur und
der Verkopplung können durch eine entsprechende Korrektur der Phasenschi.eberstellung
kompensiert werden. Dazu ist der Korrektur steuerwert
erforderlich.
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Selbsf,verständlich können auch andere Einflüsse auf die Phase der
Phasenschneter durch entsprechende Korrektursteuerwerte ausgeglichen werden. Hier
ist insbesondere der Frequenzgang der Phesenschieber zu nennen. Er muß durch eine
Änderung der Steuerwerte kompensiert werden, wenn die verwendeten Phasenschieber
eine andere Frequenzabhängigkeit als reins Umwegleitungen besitzen. Bei dell üblichen
Typen der digitalen PIN-Dioden-Phasenschieber ist dies der Fall.
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Wird die Strahlrichtung der Antenne geändert, so müssen bei einer
Antenne aus K Strahlern mindestens ebenso viele Steuerwerte er zeugt werden. Im
allgemeinen ist die Anzahl der erzeugten Steierwerte größer und beträgt bei einer
Antenne aus M Spalten und N Zeilen bis zu ri mal N Steuerwerte.
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Bei Radargeräten mit guter Festzeichenunterdrückung müssen viele Sendeimpulse
in einer Richtung ausgesandt werden, um die nötige Festzeichenunterdrückung zu erzielen.
Bei einer vorgegebenen Sendeleistung und Systemreichweite ist es im allgemeinen
schon zur
Erreichung der Entde ckungswahrscheinli chkeit für be
stimmte Zielquerschnitte notwendig, mehrere Impulse pro Richtung zu senden.
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Im folgenden wird die Anzahl der Sendeimpulse in eine Richtung mit
S bezeichnet. Im ungünstigsten Fall steht für die Erzeugung und Ausgabe eines Steuerwertes
die Zeit T zur Verfügung.
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S.1' N.M (10) wobei T die Zeit zwischen zwei Radarimpulsen ist.
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Beispiel: Für ein Radargerät mit 50 km eindeutiger Reichweite und
40 Sendeimpulsen pro Richtung und einer kreisförmigen Antenne mit 27 A Durchmesser
und einem Å/2-Gitterrastele beträgt # = 40.0,33 ms/54.54 = 0,0045 mscc = 4,5 µsec.
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An die Zuverlässigkeit eines Phasenrechners müssen höhere Anforderungen
gestellt werden als an die der Antennenmoduln. Der Ausfall einzelner Antennenelemente
in Antennen mit vielen Einzelstrahlern beeinflußt nur geringfügig die Antenneneigenschaften,
während ein Fehler im Phasenrechner zu völlig falschen Antennenstellungen führt.
Fehler des Phasenrechners müssen daher schnell und sicher erkannt werden. Die Zuverlässigkeit
erfordert den Einsatz einer geeigneten Schaltkreistechnik und eine fortlaufende
Kontrolle des Phasenrechners.
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Um teuere Ubertragungseinrichtungen für die Steuerdaten zu sparen,
wird der Phasenrechner in zweckmäßiger Weise in die Antenne integriert. Das erlaubt
kurze, mit geringem Aufwand realisierbare Verbindungen. Die Integration des Phasenrechners
in die Antenne zwingt dazu, den Platzbedarf und das Gewicht zu beschränken. Zweckmäßig
wird darum die integrierte Schaltkreistechnik angewandt.
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Das im folgenden beschriebene und in Fig. 3 in Blockschaltbildforrn
dargestellte Phasenrechnerkonzept vermeidet die wesentlichen Nachteile der bisherigen
Phasenrechner und führt zu flexiblen billigen Lösungen der Antennensteuerung. Der
Phasenrechner nach Fig. 3 besteht aus einem Ablenkrechner 15, einem Speicher 16
für die Fokussierungswerte sowie hddierwerken 17 und Schieberegistern 18. Er unterscheidet
sich von den Phasenreclmern nach den DT-OS 2 342 639 und 2 342 638 dadurch, daß
er den Steuerwert Dm,n für einen Phasenschieber 19 nicht mit je einem Addierwerk
pro Antennenmodul bildet, sondern nur ein Addierwerk 17 je Antennenzeile nötig ist.
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Es ist sogar möglich, mit einem Addierwerk 17 mehrere Antennenzeilen
im Zeitmultiplex zu versorgen.
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Diese Kombination der Elemente des Phasenrechners ermöglicht es, daß
nur ein Schieberegister 18 mit K Bit pro Antennenzeile nötig ist.
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Der Ablenkrechner 15 nach Fig. 3 kann gemäß der in der DT-OS 2 o6.7
896 dargestellten lösung aufgebaut sein. Er besteht aus, einem Yertikalrechenwerk
und Horizontalrechenwerken entsprechend der Anzahl der Antennenzeilen. Der Aufwand
für den Ablenkrechner 15 kann wesentlich reduziert werden, wenn die Horizontalrechenwerke
die niederwertigen Bits gemeinsam berechnen und ein Horizontalrechenwerk mehrere
Antennenzeilen im Zeitmultiplex bedient (DT-OS 2 332 784). Der Ablenkrechner 15
liefert in seinem Arbeitsrythmus die Ablenkwerte DA an die Eingänge der einzelnen
Addierwerke 17. Im gleichen RhymiMus werden die Fokussierungssteuerwerte DF aus
dem Speicher 16 transferiert und den Addierwerken 17 ange6Men. H und V stellen die
Ablenkparameter dar, d.h.
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V ist der Umweg zwischen vertikalen Strahlernachbarn bezogen auf die
Betriebswellenlänge & und H ist der Umweg zwischen horizontalen Strahlernachbarn
bezogen ebenfalls auf die Betriebswellenlänge #.
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Werden digitale Phasenschieber 19 mit K1 Bit eingesetzt, oder ist
bei analogen Phasenschiebern eine entsprechende Genauigkeit
gefordert,
so müssen die Werte DA und DF mit Kl+ 1 Genauigm,n m,n keit zur Verfügung gestellt
werden. In der Reihenfolge ihrer Erzeugung werden die Steuerwerte Dm,n in die nachfolgenden
Schieberegister 18 gegeben und im Takt des Phasenrechners weitergeschoben.
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Am Ende der Berechnung einer Strahlrichtung stehen die Steuerwerte
an festgelegten Stellen des Schieberegisters 18 und können mit einem einzigen Steuerimpuls
in die Antennenelementspeicher übernommen werden, welche die momentane Steuerinformation
für die Phasenschieber 19 enthalten.
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Besteht eine Antenne aus M Spalten und N Zeilen und werden Phasenschieber
mit jeweils KtBit eingesetzt und müssen für F Frequenz zen unterschiedliche Fokussierungssteuerwerte
gespeichert werden, so beträgt der Speicherplatzbedarf An Bit.
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Werden Kf Strahlformen (Defokussierung) verwendet, so ist der Speicherplatzbedarf
entsprechend Gleichung (12)
abzuschätzen.
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Um zu einfachen Speichern zu kommen, werden vorteilhaft die Kenntnisse
über die starre Arbeitsweise des Ablenkrechners 15 ausgenutzt. Dadurch kann beim
Fokussierungswertespeicher 16 auf die Adressierbarkeit des einzelnen Fokussierungssteuerwertes
verzichtet werden. Es reicht völlig aus, daß der für die jeweilige Strahlform und
Frequenz nötige Steuerwerteblock ausgewählt wird und sein Inhalt in starrer Reichenfolge
im Takt des Ablenkrechners 15 gelesen wird.
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Die Anforderungen an die Arbeitsgeschwindigkeit des Speichers 16 entsprechen
den Anforderungen an den Ablenkrechner 15. Sie können
in der Praxis
erfüllt werden, wenn der Speicher 16 entsprechend der Blockschaltbilddarstellung
in Fig. 4 in mehrere parallel arbeitende Unterspeicher 20 aufgeteilt ist.
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Nachdem der über die Radarsteuerung die Eingengswerte vom Zentralrechner
21 bekommt, wird zweckmäßigerweise diese Radarsteuerung auch benutzt, um den Fokussierungswertespeicher
erstmalig oder bei Zerstörung des Speicherinhalts nochmals über ein Ladenetzwerk
22 zu laden. ZU diesem Zweck werden für die einzelnen Unterspeicher 20 Ladeeingänge
23 vorgesehen.
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Vom Zentralrechner 21 kommen auch der Parameter B für die Strahlt
form und der Parameter F für die Frequenz, welche über eine Dekodierschaltung 24
an betreffende Eingänge 25 der Unterspeicher 20 geführt werden. Die Ausgänge 26
der Unterspeicher 20 sind mit den die Fokussierungsspeicherwerte betreffenden Eingängen
der Addierwerke 17 verbunden.
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Im folgenden wird der genauere Aufbau eines Phasenrechners nach der
Erfindung anhand von Fig. 5 beschrieben. Dieser Phasenrechner ist eine spezielle
Ausfuhrung des geschilderten Prinzips, kann aber für beliebige strablungsgespeiste
Antennen vom Transmissions-und Reflexionstyp, aber auch für leitungsgespeiste Antennen
einem setzt werden.
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Der Ablenkrechner wird gemäß der in der DT-OS 2 062 896 beschriebenen
Lösung ausgeführt. wobei jedoch die niederwertigen Bits der 1{orizontali'echenwerke
mit einem Horizontalrechenwerk 27 gemeinsam berechnet werden und die Zahl der Horizontslrechenwerke
28 durch den Zeitmultiplexbetrieb reduziert wird. Der Ablenkrechner wird z.ß. in
integrierter TTL-Schaltkreistechnik aufgebaut. Dem Vertikalrechenwerk 29 werden
die Umwepzerte V zwischen den vertikalen Strahlernachbarn bezogen auf die Wellenlänge
@ und der Parameter F für die Betriebsfrequenz zugeführt, während dem Horizontalwerk
27die Umwegwerte K zwischen den horizontalen StrSllernach;
barn
bezogen auf die Wellenlänge ß und ebenfalls der Parameter F für die Betriebsfrequenz
zugeleitet werden. Die Ausgangswerte des Vertikalrechenwerks 29 gelangen über ein
Schieberegister 30, dessen Stufenzahl der Antennenzeilenzahl entspricht, an die
Horizontalrechenwerke 28, welche jeweils für sieben Antennenzeilen im Zeitmultiplexbetrieb
arbeiten. Der Ausgang jedes Horizontalrechenwerks 28 ist mit dem einen Eingang jeweils
eines Addiererks 34 verbunden, dessen Ausgang die Phasenschieber der zugeordneten
sieben Antennenzeilen beaufschlagt.
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Der Fokussierungswertespeicher besteht aus mehreren parallel arbeitenden
Unterspeichern 31 entsprechend der Schaltung nach Fig.4,5 und wird z.B. mit integrierten
MOS-Schieberegistern aufgebaut.
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Der Ausgang jeweils eines Unterspeichers 31 ist an den zweiten Eingang
jeweils eines Addierers 34 angeschlossen. Es werden rückgekoppelte Schieberegister
eingesetzt, so daß der Speicherinhalt gelesen und gleichzeitig sein Inhalt bewahrt
werden kann.
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Dieses Schieberegister 32, das in Fig. 6 dargestellt ist kann über
einen Eingang 33 geladen werden. Das Bezugszeichen 37 bezeichnet die lJrite/Recycle-Steuerleitung
und das Bezugszeichen 38 den Ausgang der gesamten, noch mit einigen Gattern versehenen
Schieberegis-terschaltung. Die Länge des Schieberegisters 32 von 512 Bit erlaubt
es, bei einer maximalen Strahlerzahl von z.B. 55 je Zeile ein Bit der Fokussierungswerte
für die Phasenschieber von neun Zeilen zu speichern. Wird ein 3 Bit-Phasenschieber
(K=3) eingesetzt, so müssen vier derartige Schieberegister parallel betriebem werden,
um die Eingangswerte für das zugehörige Addiererk 34 nach Fig. 5 zu erzeugen. Der
Inhalt eines derartig aufgebauten Teils des Speichers kann entsprechend einem maximalen
Schiebetakt von 2 Megahertz in 256 sec ausgegeben werden. Bei einem Sendeimw pulsabstand
von mindestens 330jisec entsprechend einer Reichweite von 50 km ist dies ausreichend,
um zwischen zwei Sendeimpulsen die Steuerwerte von neun Antennenzeilen zu berechnen.
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Die Unterspeicher 31 bestehen für je neun Strahlerzeilen aus mehreren
Teilspeichern 35, mindestens aber zwei für den fokussierten
und
den defokussierten Strahl, siehe Fig. 7. Die Auswahl des jeweils gewünschten Teilspeichers
35 geschieht mit den Steuerleitungen READ (Fig. 6), die von einer Dekodiermatrix
gemäß der gewünschten Strahlform und Frequenz aktiviert werden. Die Ausgänge der
Teilspeicher 35, die für dieselben Antennenzeilen die Fokussierungs steuerwerte
enthalten, sind über einen Auswahl schalter 36 (ODER-Gatter) mit dem Addierwerk
34 zusammengeschaltet, siehe Fig. 7.
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Es liefert jeweils jener Teilspeicher 35 die Fokussierungssteuerwerte
an die Eingänge des Addierwerkes 34, der mit den Leitungen READ, (Fig. 6 und 8)
aktiviert wurde. Mit 39 sind die Auswahlleitungen für den Auswahl schalter 36 bezeichnet.
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Fig. 8 zeigt noch einmal in zusammengefaßter Form das Auförungsbei
spiel mit den Schaltungen nach Fig. 6 und 7 in einem Fokussierungswertespeicher
der Fig. 5. Es ist darin der Logikplan für zwei Teilspeicher 35 und den Schalter
36 für die Auswahl eines dieser Teilspeicher 35 dargestellt. Ein Teilspeicher 35
besteht bei Verwendung von 3 Bit-Phasenschiebern aus vier parallelen Schieberegistern
entsprechend der Fig. 6. Mit den Steuerleitungen 37 (Write-Recycle) und READ wird
der Betriebsmode der Schieberegister eingestellt, nämlich ob das Schieberegister
32 gelesen oder beschrieben wird und welcher Teilspeicher 35 Fokussierungswerte
an das nachfolgende Addierwerk liefert.
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3 Patentansprüche 8 Figuren