DE2621211A1

DE2621211A1 - Mit amplitudenmodulation arbeitende strahlschwenkanordnung

Info

Publication number: DE2621211A1
Application number: DE19762621211
Authority: DE
Inventors: William Finley Hayes; Christian Otto Hemmi
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1975-05-16
Filing date: 1976-05-13
Publication date: 1976-12-02
Also published as: FR2350754A1; AU1294476A; JPS51140542A; FR2350754B3; US3993999A

Description

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

Unser Zeichen: T 1989 10.Mai 1976

TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway-Dallas, Texas, V.St.A.

Mit Amplitudenmodulation arbeitende Strahlschwenkanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antennensystem mit elektronischer Strahlablenkung und insbesondere auf eine Anordnung zur Erzeugung eines Antennenstrahlbündels, das auf elektronische Weise dadurch geschwenkt wird, daß die Erregungsamplitude eines einen Reflektor bestrahlenden Strahlerfeldes moduliert wird.

In der Vergangenheit bestand der zur Steuerung der Lage eines Sekundärstrahlenbündels angewendete Weg darin, ein einzelnes Speiseelement vor einem zur Bildung des Sekundärstrahlenbündels verwendeten Reflektors zu bewegen. Bei einem weiteren System, das dann angewendet wurde, wenn mehrere steuerbare Strahlenbündel benötigt wurden, kam ein phasengesteuertes Antennenfeld zum Einsatz. Das übliche phasengesteuerte Antennenfeld enthält mehrere unabhängige lineare oder ebene Speiseelemente, die gleichzeitig mit Energie

Schw/Ba

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unterschiedlicher Phase erregt werden, Zum Schwenken des Strahlenverlaufs wurde die Phasenverschiebung der Erregung jedes Elements geändert. Für Breitbandanwendungsfälle enthielt das System mit einem phasengesteuerten Antennenfeld Einrichtungen zur gleichzeitigen Erzielung mehrerer steuerbarer Strahlenbündel durch Verwendung einer primären Strahlungsquelle mit mehreren Speiseelementen zusammen mit einem das Sekundärstrahlenbündel bildenden Reflektor. Zur Bildung eines Primärstrahlenbündel werden mehrere nebeneinanderliegende Speiseelemente gleichzeitig phasenmässig unter Ausschluß der anderen Speiseelemente über eine Schaltmatrix erregt. Für den Sendebetrieb oder den Empfangsbetrieb werden Speiseelemente gleichzeitig erregt, wobei zwischen erste und zweite Schaltfelder, die an wenigstens einen Sender bzw. einen Empfänger angeschlossen sind, eine Richtungsgabel eingefügt ist. Da die einzigen Verbindungen mit den Sendern und/oder Empfängern in den Strahlerelementen über breitbandige Bauelemente wie Schalter, Richtungsgabeln und Hybridweichen erfolgen, werden die mit der Frequenz im Zusammenhang stehenden Probleme, die bei phasengesteuerten Antennenfeldern auftreten, vermieden, und es können mehrere schwenkbare Strahlenbündel über eine große Bandbreite erzeugt werden. Ein Problem bisher bekannter phasengesteuerter Antennenfelder besteht darin, daß das Strahlenbündel schrittweise geschwenkt wird.

Mit Hilfe der Erfindung soll eine Anordnung zum elektronischen Schwenken eines Antennenstrahlenbündels geschaffen werden, das ein von einerherkömmlichen mechanisch geschwenkten Antenne erzeugtes Strahlenbündel nachbildet. Die mit Hilfe der Erfindung zu schaffende, mit elektronischer

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Strahlschwenkung arbeitende Anordnung .soll für hohe Strahlschwenkgeschwindigkeiten oder nichtlineare Schwenkfunktionen geeignet sein. Außerdem soll die mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Anordnung aine wesentlich einfachere und wirtschaftlichere Vorrichtung zur Erzielung einer elektronischen Strahlschwenkung sein, indem die Anzahl der bei herkömmlichen, mit Phasenverschiebung arbeitenden Strahlschwenksystemen verwendeten Phasenschieber herabgesetzt wird. Bei der zu schaffenden Anordnung soll zur Erzielung einer glatten,kontinuierlichen Strahlschwenkung das stufenweise Schwenken im wesentlichen eliminiert werden. Außerdem soll eine solche elektronische Strahlschwenkanordnung geschaffen werden, die einen weiten Schwenksektor bis zu 130° ergibt, ohne daß die Parameter des Strahlungsdiagramms wie die Strahlenbündelbreite und die Nebenkeulenpegel an den Schwenkgrenzen schlechter werden.

Nach der Erfindung wird eine mit Amplitudenmodulation arbeitende StrahlSchwenkanordnung zur elektronischen Strahlschwenkung geschaffen, bei der ein HF-Signal in mehreren Speiseelementen mit Dämpfungsgliedern amplitudenmoduliert wird und bei der des HF-Signal längs des Speiseelementfeldes mittels Schaltern umgeschaltet wird. Ein digitales Steuerwerk liefert die Steuersignale für die Dämpfungsglieder und die Schalter sowie Codiererausgangssignale und Fehlersignale. Tatsächlich wird eine Gruppe aus Strahlenbündeln erzeugt, die in ausgewählter Weise im Abstand voneinander liegt und die zeitlich aufeinanderfolgend stetig ein- und ausgeschaltet werden. Jedes Strahlenbündel bestrahlt einen anderen Sektor eines Antennenreflektors.

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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine perspektivische Ansicht der mit Amplitudenmodulation arbeitenden Strahlablenkungsanordnung,

Fig.2 ein schematisches Schaltbild der Schwenksteuereinheit der StrahlSchwenkanordnung,

Fig.3 ein Blockschaltbild des Steuerwerks derStrahlschwenkanordnung,

Fig.4 eine graphische Darstellung der von den Dämpfungsgliedern erzeugten und durch zeitliches Fortschalten der Schalter ausgesendeten amplitudenmodulierten Signale und .

Fig.5 eine graphische Darstellung der Bildung der Schwenkstrahlenbündel.

Die in der Zeichnung dargestellte, mit Amplitudenmodulation arbeitende Strahl-Schwenkantennenanordnung nach der Erfindung enthält einen Antennentragerrahmen 10, der auf Auflagern 12 befestigt ist. Der Antennentragerrahmen ist mit Hilfe von Höheneinstelischrauben 14 mit den Auf lagern verbunden, und auf dem Antennentragerrahmen sind vertikale und horizontale Libellen 16 befestigt, die anzeigen, wann der Rahmen durch Verstellung der Höheneinstellschrauben eben ausgerichtet worden ist. Vor einem Speiseantennenfeld 20 ist am Antennentragerrahmen ein Antennenreflektor 18 befestigt. HF-Koaxialkabel 22 verbinden das Speiseantennenfeld mit einer Schwenksteuereinheit 28. Ein Wellenleiter 26 leitet HF-Energie aus einer nicht dargestellten Quelle zur Schwenksteuereinheit 28,

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die die Verteilung der HF-Energie steuert·

Der Antennenträgerrahmen 10 kann beispielsweise aus einem Rohrrahmen mit einem dreieckig ausgeführten Basisabschnitt, dessen Ecken mit Versteifungsplatten 11 verstärkt sind, und einem im wesentlichen senkrecht zum Basisabschnitt nach oben ragenden Abschnitt bestehen. Die Eckversteifungsplatten 11 können die Höheneinstellschrauben aufnehmen, die.'ii längliche zylindrische kappen geschraubt sind, die in den Auflagern befestigt sind. Die Auflager 12 können zur Anbringung am Boden aus Beton bestehen. Die vertikalen und horizontalen Libellen 16 sind an einerQuerstrebe 17 des von Rohren gebildeten Rahmens 10 befestigt. Durch Einstellen der Schrauben 14 an den Höheneinstellstreben kann der Rahmen auf diese Weise eben auf den Auflagern 12 eingestellt werden. Der Basisabschnitt des Rahmens trägt den nach oben stehenden Abschnitt 10 senkrecht zum dreieckigen Abschnitt, und der Reflektor ist mit dem Basisabschnitt und mit mehreren Streben verbunden, die mit dem nach oben ragenden Abschnitt des Rahmens in Verbindung stehen.

Der Reflektor 18 hat in der vertikalen Richtung eine parabelähnliche Krümmung und in der horizontalen Richtung ©ine kreisförmige Krümmung. Die vertikale Krümmung ist so gewählt, daß sich das erforderliche vertikale Strahlungsdiagramm ergibt. Die zweidimensional Reflektorkrümmung wird beispielsweise durch einen Radius mit 178 cm über einen Kreisbogen von 100° gebildet. Der Reflektor besteht aus einer Glasfaser-Sandwichkcnstruktion mit Wabenkern, in deren Vorderfläche ein (nicht dargestellter) Metallschirm eingebettet ist.

Das Feld der Speiseelemente besteht beispielsweise aus 16 Speiseelementen wie Hornstrahlern, Dipolen, einem Yagi-

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Feld mit mehreren Elementen oder dergleichen, die im Abstand von 2° voneinander längs eines zum Reflektor konzentrischen Kreisbogens mit einem Radius von 94- cm angeordnet sind. Jedes Element ist ein Längsstrahler mit drei Dipolen, die über zweiadrige Übertragungsleitungen gespeist sind. Die Elemente sind durch Ätzen auf Mikrowellen-Druckschaltungsplatten hergestellt. Zum Schutz der Speiseanordnung wird eine Schutzhaube verwendet.

Der Schwenksteuereinheit 28 der mit Amplitudenmodulation arbeitenden Strahlschwenkanordnung (AMSCAN) wird zum Senden HF-Energie, zugeführt. Das HF-Sendesignal wird zunächst in vier Signalen mit gleicherAmplitude aufgeteilt und über Leistungsteiler vier Dämpfungsgliedern, beispielsweise PIN-Dämpfungsgliedera,zugeführt. Es sind Richtkoppler vorgesehen, damit die Leistung und das HF-Spektrum während des Betriebs der Anordnung geprüft werden können. Schalter übertragen die HF-Signale zu vier nebeneinanderliegenden Speiseelementen, und sie schalten die Signale quer durch das aus 16 Elementen bestehende Feld. Zum Ausgleichen der Einkopplungsdämpfung der 16 Übertragungswege werden Amplituden-Abgleich-Dämpfungsglieder verwendet, und die Phasen der 16 Übertragungswege werden durch Einstellen der Längen der Koaxialkabel zwischen den Schaltern und den Speiseelementen ausgeglichen. Insbesondere wird die HF-Energie der Anordnung über einen zu einer Übergangsschaltung 30 (Fig.2) führenden Wellenleiter 26 (Fig.1 und Fig.2) zugeführt. Die Übergangsschaltung kann beispielsweise ein NARDA , 613A-Übergangsstück zwischen dem Wellenleiter und einem Koaxialkabel sein, die den TE₀^-Wellentyp des Feldes

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im Wellenleiter in den Wellentyp im Koaxialkabel ändert. Ein Koppler 32 verbindet die Übergangsschaltung mit einer ersten angepaßten Differentialverzweigung 36, und er bildet einen Prüfanschluß 34 für Leistungs- und Phasenmessungen. Ein für diesen Zweck geeigneter Koppler kann ein 6dB-Koppler des Typs NARDA 4014 C-30 sein. Die Differentialverzweigung 36 kann beispielsweise ein Energieteiler des Typs NARDA 4034c (90°) sein. Die Anschlüsse 38 und 42 der ersten Differentialverzweigung 36 sind an eine zweite angepaßte Differential-Verzweigung 40 bzw. eine dritte angepaßte Differentialverzweigung 44 angeschlossen, während der verbleibende Anschluß 46 zum Verbrauch von Energie an eine Last 48 angekoppelt ist. Die Differentialverzweigung 40 weist Anschlüsse 50 und 54 auf, die an Dämpfungsglieder 52 bzw. angeschlossen sind, während der Anschluß 58 mit einer Energie verbrauchenden Last 60 verbunden ist· Die Anschlüsse 62 und 66 der dritten Differentialverzweigung 44 sind mit Dämpfungsgliedern 64 bzw. 68 verbunden, und der verbleibende Anschluß ist mit einer Energie verbrauchenden Last verbunden. Die Differentialverzweigungen 40 und 44 können ebenso wie die Differentialverzweigung 36 beispielsweise T-Hybride des Typs NARDA4034C sein.

Die Dämpfungsglieder_· 52, 56, 64 und 68 empfangen jeweils Trägersteuersignale aus einem Steuerwerk 212, und sie setzen die HF-Energie um einen gewünschten einstellbaren Betrag herab, ohne daß sie eine merkliche Verzerrung der Signale einführen. Geeignete Dämpfungsglieder sind die von der Firma MicrörDynamics Incorporated hergestellten Dämpfungsglieder des Typs SK-MD-42C15D. Die amplitudenmodulierten Ausgangssignale der Dämpfungsglieder 52, 56, 64 und 68 werden Kopplern 72, 70, 76 bzw. 74 zugeführt.

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— ο —

Die Koppler 70 bis 76 sind beispielsweise 20 dB-Koppler des Typs NARDA4014C-20. Die Koppler 70, 72, 74 und 76 sind mit Ausgängen 78, 86, 96 und 104 versehen, die mit Prüfanschlüssen 80, 88, 98 und 106 verbunden sind; ferner weisen sie Ausgänge 82, 90, 100 und 108 auf, die an Schalter 84, 94, 102 bzw. 110 angekoppelt sind. Die Schalter 84, 94, 102 und 110 sind Vierpolschalter, die von Schaltersteuersignalen aus dem Steuerwerk 212 gesteuert werden, das anschliessend noch beschrieben wird· Die Pole 112, 128, 144 und 160 des Schalters 110 sind mit AbgleichdSmpfungsgliedern 114, 118, 122 und 126 gekoppelt. Die Schalter 102, 94 und 84 sind ebenso wie der Schalter ausgebildet; diese Schalter können beispielsweise MDI-Schalter des Typs SK-MD-15C-37D sein. Die Pole 116, 132, 148 und 164 des Schalters 102 sind mit mechanischen Abgleichdämpfungsgliedern 130, 134, 138 und 142 verbunden, die Pole 120, 136, 152 und 168 des Schalters 94 sind mit mechanischen Abgleichdämpfungsgliedern 146, 150, 154 und 158 verbunden und die Pole 124, 140, 156 und 172 des Schalters 84 sind mit mechanischen Abgleichdämpfungsgliedern 162, 166, 170 und 174 verbunden. Die 16 Abgle ichdämpf ungsglieder können beispielsweise Merrimac-Dämpfungsglieder des Typs AUM-15A sein. Die 16'Abgleichdämpf ungsglieder sind über Koaxialkabel, deren Längen zum Ausgleich der Phase der 16 Übertragungswege eingestellt sind, folgendermaßen an die Speiseelemente angeschlossen: Die Dämpfungsglieder 114, 130, 146 und sind an die Speiseelemente 176, 178,180 bzw. 182 angeschlossen; die Dämpfungsglieder 118, 134, 150 und 166 sind an die Speiseelemente 184, 186, 188 und 190 angeschlossen; die Dämpfungsglieder 122, 138, 154 und 170 sind an die Speiseelemente 192, 194, 196 bzw. 198 angeschlossen; die Dämpfungsglieder 126, 142, 158 und 174 sind an die Speiseelemente 200, 202, 204 bzw. 206 angeschlossen.

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Eine Überwachungssonde 208 ist an einen Leistungsmonitor angekoppelt. Der Leistungsmonitor ist mit dem Steuerwerkanschluß 212a verbunden, und er überwacht abhängig von den Steuersignalen aus dem Steuerwerk 212 jedes der 16 Speiseelemente. Der Leistungsmonitor gibt an der Leitung 214 ein Alarmsignal ab, falls eines der 16 Speiseelemente nicht arbeitet. Die notwendige Versorgungsenergie wird dem Steuerwerk 212 und der Anordnung aus der Versorgungsenergiequelle 213 zugeführt.

Das Steuerwerk 212 kann so ausgebildet sein, wie in Fig.3 dargestellt ist; es enthält einen beispielsweise mit einer Frequenz von 20 MHz arbeitenden Taktoszillator 216 (Fig.3). Der Taktoszillator 216 ist an eine Teilerschaltung 218 angeschlossen, die beispielsweise einen Teilerfaktor 16 hat, damit sie ein Signal mit einer Frequenz von 1,25 MHz an eine zweite Teilerschaltung 226, an Aufwärts/Äbwärtszähler 220 und 222 und an einen programmierbaren Zähler 224 liefert. Die zweite Teilerschaltung kann beispielsweise den Teilerfaktor 125 haben. Die Teilerschaltung 226 empfängt aus einer unten noch zu beschreibenden Rückkopplungsschaltung auch einen Freigabeimpuls. Die Teilerschaltung 226 ist mit einer Aufwärts/Abwärts-Wählschaltung 228, einem Links/ Rechts-Schieberegister 230 und einem Zähler 232 verbunden; die Kapazität des Zählers 232 kann beispielsweise 20 betragen. Nach Empfang eines Freigabesignals liefert die Teilerschaltung 226 an die Aufwärts/Abwärts-Wählschaltung 228, an das Links/Rechts-Schieberegister 230 und an den Zähler 232 ein Signal mit einer Frequenz von 10 kHz-« Der Zähler 232 ist mit einem Takt-Flipflop 234, einem Negator 236,mit einem Eingang des Zählers 232 und mit einem Anschluß einer UND-Schaltung 238 verbunden. Der Zähler 232 liefert für eine Strahlschwenkung gegen den Uhrzeigersinn für die Zählerstände 0 bis 19 eine niedrige Spannung und für den zwanzigsten Zählerstand eine hohe Spannung an

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folgende Baueinheiten: Das Takt-Flipflop 234 zum Umschalten auf die Strahlschwenkung im Uhrzeigersinn, an den Negator 236, an den Eingang des ZähJers 232 zum Löschen seines Zählerstandes bei Empfang des nächsten Taktimpulses und an den Eingang der UND-Schaltung 238.

Der D-Ausgang des Takt-Flipflops 234 ist mit einem Ausgang 07 verbunden, damit ein Ausgangssignal (mit hohem Signalwert) für eine Strahlschwenkung im Uhrzeigersinn zum zweiten Eingang der UND-Schaltung 238 und ein Eingangssignal für die Links/ Rechts-Verschiebung des Schieberegisters 230 (für eine Strahlschwenkung gegen den Uhrzeigersinn bzw. im Uhrzeigersinn) geliefert werden. Der Negator 236 ist mit der ODER-Schaltung verbunden; wenn das Signal an seinem Ausgang einen hohen Signalwert hat, liefert er einen Freigabeimpuls an die Teilerschaltung 226. Die UND-Schaltung 238 ist mit dem programmierbaren Zähler 224 verbunden; wenn sie von Signalen mit hohem Signalwert aus dem Takt-Flipflop 234 und dem Zähler 232 aktiviert wird, liefert sie einen Freigabeimpuls an den programmierbaren Zähler 224. Der programmierbare Zähler 224 empfängt zusätzlich zu dem 125 MHz-Signal ein Visiereinstellungssignal, das über einen Leitungsempfängerverstärker 223 angelegt wird. Das Visiereinstellsignal wird von einem (nicht dargestellten) Schalter erzeugt, der von Hand so bedient werden kann, daß der Auslöseimpuls für eine Strahlschwenkung im Uhrzeigersinn auf einen geeigneten Bezugspunkt, beispielsweise die Mittellinie einer Flughafenrollbahn, ausgerichtet werden kann. Nach der Visiereinstellung liefert der programmierbare Zähler 224 acht ausgewählte Zählschritte an eine UND-Schaltung 242 mit acht Eingängen. Wenn das Ausgangssignal der UND-Schaltung einen hohen Wert annimmt, wird an einen Anschluß der ODER-Schaltung 240 ein Auslöseimpuls

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für die Strahlschwenkung im Uhrzeigersinn angelegt, und zur Teilerschaltung 226 wird ein Impuls zur Freigabe der Strahlschwenkung im Uhrzeigersinn gesendet.

Falls es erwünscht ist, kann über den Leitungsempfängerverstärker 246 dem anderen Eingang der ODER-Schaltung ein Schwenkfolge-Auslösesignal aus einer nicht dargestellten Quelle zugeführt werden. Das Schwenkfolge-Auslösesignal stammt aus einem Hauptzähler, der beispielsweise in einem von der Strahlschwenkanordnung entfernt liegenden Schutzraum angebracht sein kann, und der den Betrieb der Strahlschwenkanordnung mit anderen Systemen, beispielsweise einem Flughafen .-Rundsichtradarsystem, koordinieren kann, und den ursprünglichen Startauslöseimpulse für eine gegen den Uhrzeigersinn erfolgende Strahlschwenkung der Strahlschwenkanordnung mit Amplitudenmodulation liefert.

Die Auf wärts/Abwärts-Wählschaltung 228 empfängt, wie oben erwähnt wurde, das 10kHz-Signal aus der Teilerschaltung 226, und sie legt dieses 10 kHz-Signal um 90° oder um 125 Zählerstände phasenverschoben an die Zähler 220 und 222 an. Wie oben erwähnt wurde, empfangen die Aufwärts/Abwärts-Zähler 220 und 222 auch das 1,25 MHz-Signal aus der TeilerschäLtung 218, und sie erzeugen 250 Adressenfolgen für jede im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn erfolgende Schwenkbewegung. Die Adressenfolgen aus dem Zähler 220, die beispielsweise 8-Bit-Wörter sein können, werden an Festspeicher 248 und 250 angelegt, und die Adressenfolgen aus dem Zähler 222 werden den Festspeichern 260 und 262 zugeführt. Der Festspeicher 248 weist eine Phasenverschiebung von 0° auf, und der Festspeicher 250 ist um 180° phasenverschoben. Der Festspeicher 260 ist gegenüber dem Festspeichor 248 um 90° phasenverschoben, und der Festspeicher 262 ist gegenüber dem Festspeicher 248 um 270° phasenverschoben. Die Festspeicher 248, 250, 260 und

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liefern 500 digitale Signale aus 8-Bit-Spannungswörtern für Spannungen zwischen 0 und 10 V und zwischen 10 und 0 V an Digital-Analog-Umsetzer 252, 256, 264 bzw. 268. Die Analogspannungssignale aus den Digital-Analog-Umsetzern 252, 256, 264 und 268 werden, falls es zur Erzielung eines glatten sinusförmigen Ausgangssignals erforderlich ist, über Tiefpaßfilter 254, 258, 266 bzw. 270 geschickt, und die resultierenden glatten Sinussignale werden zum Modulieren der aus den Differentialverzweigungen 44 und 40 erhaltenen HF-Energie an die Dämpfungsglieder 64, 52, 68 und 56 angelegt. Wie oben angegeben wurde, sind die Ausgänge der Teilerschaltung 226 und des Takt-Flipflops 234 mit dem Links/Rechts— Schieberegister 230 verbunden. Das Links/Rechts-Schieberegister 230 weist vier Ausgänge QA, QB, QC und QD auf, die an Links/Rechts-Schieberegister 272, 274, 276 bzw. 278 angechlossen sind. Die Ausgänge der Schieberegister 272, 274, 276 und 278 steuern Jeweils die Pole der Schalter 110, 102, 94 bzw. 84, was bedeutet, daß die Ausgänge QA bis QD nacheinander für jeweils 500 Zählerstände synchron mit den 500 Spannungsausgangssignalen der Tiefpaßfilter 254, 258, 266 und 270 geöffnet werden, die den Dämpfungsgliedern 64, 52, 68 und 56 zugeführt werden.

Da es sich bei den einzelnen Schaltungen und Bauelementen im Steuerwerk 212 um existierende Schaltungen und Bauelemente handelt, die dem Fachmann bekannt sind, sind Schaltbilder dieser Schaltungen hier nicht angegeben.

Im Betrieb des Steuerwerks 212 wird zum Starten des Systemzyklus von einem nicht dargestellten Systemsteuerschalter ein Schwenkungsfolge-Auslöseimpuls empfangen. Der Schwenkungsfolge-Auslöseimpuls wird auf Zeitteilbasis erzeugt, damit der Betrieb anderer Sendesysteme ohne Störung ermöglicht wird.

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Der Auslöseimpuls wird über den Leitungsempfängerverstärker zum Einschalten"der ODER-Schaltung 240 angelegt. Die ODER-Schaltung legt ein Signal mit dem hohen Signalwert "1" an die Teilerschaltung 226 zu deren Freigabe an, die der Aufwärts/Abwärts-Wählschaltung 228, dem Links/Rechts-Schieberegister 230 und dem Zähler 232 ein 10 kHz-Signal zuführt. Der Zähler 232 zählt die 10 kHz-Impulse von 1 bis 19 und legt an folgende Baueinheiten ein Signal mit dem niedrigen Signalwert ¹¹O" : An den Negator 236, der der ODER-Schaltung 240 zur Aufrechterhaltung desFreigabesignals an der Teilerschaltung ein Signal mit dem hohen Signalwert "1" zuführt, an das Takt-Flipflop 234 zur Zeitsteuerung der gegen den Uhrzeigersinn erfolgenden Strahlschwenkung der Antenne und zur Einstellung der Betriebsart des Links/Rechts-Schieberegisters 230 auf den. Betrieb gegen den Uhrzeigersinn (links); ferner liefert der Zähler 232 ein Signal mit dem niedrigen Signalwert "0" an die UND-Schaltung 238, damit diese gesperrt bleibt.

Der Zähler 232 legt beim Zählerstand 20 ein Signal mit dem hohen Signalwert "1" an folgende Baueinheiten: An den Negator 236, der zum Sperren der ODER-Schaltung in den niedrigen Zustand übergeht, damit die Teilerschaltung 226 inaktiv gemacht und die Zufuhr des 10 kHz-Signals zur Aufwärts/Abwärts-Wählschaltung 228 und zum Links/ Rechts-Schieberegister 230 unterbrochen wird, an den Zähler 232 zur Abgabe eines Impulses beim Warten darauf, den Zähler 232 mit dem nächsten Impuls für den nächsten Schwenkungszyklus auf Null zurückzustellen und an das Takt-Flipflop 234, damit es zur Abgabe eines Signals mit dem hohen Signalwert "1" zur UND-Schaltung 238 in den hohen Signalzustand "1" umgeschaltet wird.

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Die UND-Schaltung 238 geht nach Empfang der Signale mit dem hohen Signalwert "1" aus dem Takt-Flipflop 234 und dem Zähler 232 zur Freigabe des programmierbaren Zählers in den hohen Signalzustand über. Für die Dauer eines vorgewählten Zählerstandes liefert der programmierbare Zähler 224 Signale mit hohem Signalwert an die UND-Schaltung 242, deren Ausgangssignal den hohen Signalwert "1" annimmt, damit die ODER-Schaltung 240 für die Strahlschwenkung im Uhrzeigersinn eingeschaltet wird.Das Ausgangssignal der ODER-Schaltung gibt die Teilerschaltung 226 so frei, daß das 10 kHz-Signal wieder der Aufwärts/Abwärts-Wählschaltung 228, dem Links/Rechts-Schieberegister 230 und dem Zähler zugeführt wird, wobei dieser Zähler 232 nach der Aktivierung vom oben erwähnten Impuls beim Warten auf den Zählerstand Null zurückgestellt wird. Während der Strahlschwenkung im Uhrzeigersinn (im Verlauf der Zählerstände 0 bis 19) gibt der Zähl er 232 ein Signal mit dem niedrigen Signalwert "0" an folgende Baueinheiten ab: An das Takt-Flipflop 234, an den Negator 236, an den Zähler 232 und an die UND-Schaltung 238. Während dieser Zählung im Uhrzeigersinn liefert das Takt-Flipflop 234 ein Ausgangssignal mit dem hohen Signalwert "1", das die Betriebsart des Schieberegisters 230 an die Betriebsart für eine Strahlschwenkung im Uhrzeigersinn (rechts) umschaltet. Der Negator 36 legt an die ODER-Schaltung ein Signal mit dem hohen Signalwert "1" an, damit der Freigabeimpuls an der Teilerschaltung aufrechterhalten wird. Während des zwanzigsten Zählerstandes geht das Signal am Ausgang des Zählers 232 auf den hohen Signalwert "1" über, und dieses Signal wird dem Takt-Flipflop 234, dem Zähler 232 zur" Abgabe eines Warteimpulses zum Rückstellen des Zählers 232 bei Empfang des nächsten Impulses und an den Negator 2J6 angelegt, wobei über diesen Negator 236 ein Signal mit niedrigem Signalwert an die ODER-Schaltung 240 zum Abschalten des Systems angelegt wird. Das System bleibt

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abgeschaltet, bis ein weiterer Schwenkfolgeauslöseimpuls empfangen wird.

Während der Schwenkbewegung gegen den Uhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn liefert die Aufwärts/Abwärts-Wählschaltung 228 an den Aufwärts/Abwärts-Zähler 220 ein Zählsignal mit der Phasennacheilung 0 und an den Aufwärts/Abwärts-Zähler 222 ein Zählsignal mit der Phasennacheilung 90°. Der Aufwärts/Abwärts-Zähler 220 liefert aus 8 Bits bestehende Adressenwörter an die Festspeicher 248 und 250. Die Zählphasennacheilung des Festspeichers 250 ist in Bezug auf den Festspeicher 248 um 180° phasenverschoben. Der Aufwärts/ Abwärts-Zähler 222 liefert aus 8 Bits gebildete Adressenwörter an die Festspeicher 260 und 262, Die Zählphasennacheilung des Fes.tspeichers 260 ist gegenüber dem Festspeicher 248 um 90° phasenverschoben, und der Festspeicher 262 ist bezüglich des Festspeichers 248 um 270° phasenverschoben. Die Festspeicher 248, 250, 260 und 262 enthalten Informationen über die Dämpfungsfunktion, d.h. über den zeitlichen Verlauf der Dämpfung. Beispielsweise enthalten die Festspeicher 250 Aufwärtsspannungsstufen und 250 Äbwärtsspannungsstufen zwischen 0 und 10 Volt.

Abhängig von den Aufwärts/Abwärts-Adressensignalen legen die Festspeicher 250, aus jeweils 8 Bits bestehende Spannungswörter für jeweils zwei Grad der Schwenkbewegung an die Digital/Analog-Umsetzer 252, 256, 264 und 268 an. Der Festspeicher 248 aktiviert also den D/A-Umsetzer 252 bei einer Zählphasennacheilung von 0°, der Festspeicher 260 aktiviert den D/A-Umsetzer 264 bei einer Zählphasennacheilung von 90°, der Festspeicher 250 aktiviert den D/A-Umsetzer 256 bei einer Zählphasennacheilung von 180° und der Festspeicher 262 aktiviert den D/A-Umsetzer 268 bei einer Zählphasennacheilung von 270°, damit Spannungsamplitudensignale von

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beispielsweise O bis 10 Volt und wieder von 10 Volt auf 0 Volt zurück erzeugt werden, die um 90° phasenverschoben sind und die in einer zeitgesteuerten Folge über die Tiefpaßfilter 254, 266, 258 und 270 den Dämpfungsgliedern 64, 68, 52 bzw. 56 zugeführt werden. Die Tiefpaßfilter dienen dazu, die Welligkeit der Signale im wesentlichen zu beseitigen. Es hat sich gezeigt, daß bei einer ausreichenden Anzahl von Spannungsstufen, die den D/A-Umsetzern eigene Filterwirkung zu einer genügend geglätteten Spannungskurve führt, so daß in diesem Fall die Tiefpaßfilter weggelassen werden können.

Wenn das Steuerwerk 212 so arbeitet, wie beschrieben wude, dann werden die Ausgänge der Dämpfungsglieder 64, 52, 68 und 56 von den Schaltpolen der Schalter 110, 94, 102 bzw. 84 so gesteuert, daß an den Speiseelementen 176 bis 206 von Fig.4 modulierte Signale erzeugt werden·

Wie Fig.4 zeigt, ist über der Nummer des Speiseelements die Nummer des dieses Speiseelement steuernden Schalterpols für jedes Speicherelement in dem Dezibel-Diagramm angegeben. Die anwendbaren Schalternummern und die Dämpfungsgliednummern sind auf der rechten Seite angegeben, die Dezibel (dB) sind auf der linken Seite angegeben und längs der Abszisse sind die Schwenkgrade angegeben. Die Schalterpole 112, 128, 144 und 160 des Schalters 110 werden nacheinander vom Links/Rechts-Schieberegister 272 (Fig.3) gesteuert. Die Schieberegister 274, 276 und 278 steuern jeweils die Schalterpole 116, 132, 148 und 164 des Schalters 102, die Schalterpole 120, 136, 152 und 168 des Schalters 94 bzw. die Schalterpole 124, 140, 156 und 172 des Schalters 84. Nach Fig.4 wird also bei einer nach links erfolgenden Strahlschwenkung gegen den Uhrzeigersinn zuerst der Schalterpol des Schalters 110 eingeschaltet; nach einer Zählphasennacheilung von 90° wird der Schalterpol 116 des Schalters 102 einge-

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schaltet; dann wird nach einer Zählphasennacheilung von 180° der Schalterpol 120 des Schalters 94 eingeschaltet und anschliessend wird nach einer Zählphasennacheilung von 270° der Schalterpol 124 des Schalters 84 eingeschaltet. Nach einer Zählphasennacheilung von 360° wird der Schalterpol 112 des Schalters 110 abgeschaltet, damit das Diagramm desSpeiseelements 176 vervollständigt wird, und der Schalterpol 128 des Schalters 110 wird zum Starten des Diagramms des Speiseelements 128 eingeschaltet. Dieser Zyklus wird über alle Schalter fortgesetzt, damit jeweils die Speiseelementstrahlungsdiagramme für die Speiseelemente 176 bis 206 erzeugt werden. Die nachfolgende Tabelle I zeigt für eine Strahlschwenkung gegen den Uhrzeigersinn die Ablauffolge der Fortschaltung.

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Tabelle I

Zyklus

Schaltstellung

112

112, 116

112, 116, 120,

112, 116, 120,- 124,

116, 120, 124, 128,

120, 124, 128, 132,

124, 128, 132, 136,

128, 132, 136, 14O,

132, 136, 140, 144,

136, 140, 144, 148,

14O, 144, 148, 152,

144, 148, 152, 156,

148, 152, 156, 160,

152, 156, 160, 164,

156, 160, 164, 168,

160, 164, 168, 172,

164, 168, 172,

168, 172,
172,

eingeschaltetes Speiseelement

176,

176, 178,

176, 178, 180,

178, 180, 182, 184,

180, 182, 184, 186,

182, 184, 186, 188,

184, 186, 188, 190,

186, 188, 190, 192,

188, 190, 192, 194,

190, 192, 194, 196,

192, 194, 196, 198,

194, 196, 198, 200,

196, 198, 200, 202,

198, 200, 202, 204,

200, 202, 204, 206,

202, 204, 206,

204, 206_r
206,

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Der ausgewählte Bezugspunkt ist die Strahlschwenkung mit 0°. Gemäß der Darstellung repräsentiert er beispielsweise die Azimutmittellinie der Rollbahn eines Flughafens. Die Azimutschwenkung mit 0° kann zwischen die Speiseelemente und 192 fallen, wobei an diesem Punkt das Speiseelement um etwa 1dB über die Dämpfung von 0 dB oder die 180°-Marke hinausgeht _ψ während das Speiseelement 192 etwa um 1 dB vor der Dämpfung von 0 dB liegt. Die zwei anderen eingeschalteten Speiseelemente 188 und 194 liegen um 9 dB nach bzw. vor den Punkten mit der Dämpfung 0 dB. Bei einer Schwenkung von -1° befindet sich das Element 190 bei einer Dämpfung von 0 dB, das Element 188 liegt um etwa 3 dB unterhalb der O°-Dämpfung, das Element 194 liegt um etwa 30 dB unterhalb der O°-Dämpfung und das Element liegt um etwa 3 dB unterhalb und vor der Dämpfung von 0 dB. Bei einer Schwenkung von +3° liegt das Speiseelement 190 bei einer Dämpfung von etwa 30 dB unterhalb und nach der Dämpfung von 0 dB, das Speiseelement 196 liegt um etwa 9 dB unterhalb und vor der O°-Dämpfung, das Speiseelement 194 liegt bei einer Dämpfung von etwa O dB und das Speiseelement 192 liegt bei einer Dämpfung von 9 dB unterhalb und nach der Dämp:'v. ag von O dB.

Das Strahlungsdiagramm der ':- Amplitudenmodulation arbeitenden Strahlschwenkanor. uung mit vier erregten Speiseelementen, beispielsweise den Speiseelementen 176, 178, 180 und 182 ist in Fig.5 dargestellt. Wie dargestellt, ist, ist das Strahlenbündel 210 die Summe der Ausgangsbündel der Speiseelemente 176, 178, 180 und 182 in der Nähe der Strahlschwenkung von -11°(Fig.4). An dieser Stelle ist das Strahlenbündel 212 in zeitlicher Hinsicht das abnehmende Ausgangsbündel des bei einem Azimutwinkel von -15⁰¹ zu erkennenden Ausgangssignals des Speiseelements, und es besteht im wesentlichen aus der Energie des

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Speiseelements 176, deren Spitzenwert niedrig ist; das Strahlenbündel 214 ist das abnehmende Ausgangsbündel des Speiseelements 178 bei einem Azimutwinkel von -13°; das Strahlenbündel 215 ist das ansteigende Ausgangsbündel des Speiseelements 180 bei einem Azimutwinkel von -11°; das Strahlenbündel 216 ist das ansteigende Ausgangsbündel des Speiseelements 182 bei einem Azimutwinkel von -9 . Aus Fig.5 ist zu erkennen, daß das resultierende Strahlenbündel auf Grund der Tatsache, daß zwei Strahlenbündel bei benachbarten niedrigeren Azimutpositionen unterschiedliche Amplituden unterhalb der Amplitude eines ansteigenden dritten Strahlenbündels bei einem vierten ansteigenden Bündel mit niedriger Amplitude bei einer höheren Azimutposition aufweisen, einer Meereswelle gleicht, deren Scheitel ständig mit einer konstanten Amplitude von links nach rechts schwenkt.

Es ist hier zwar nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben worden, doch ist für den Fachmann zu erkennen, daß im Rahmen der Erfindung auch weitere Abwandlungen möglich sind. Beispielsweise können die Ansteuerschaltungen für das Steuerwerk 212 zur Steuerung der Dämpfungsglieder und die Schalter zur wesentlichen Reduzierung des Schaltungsaufwands des Steuerwerks 212 kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentansprüche

M J Mit Amplitudenmodulation arbeitende StrahlSchwenkanordnung, gekennzeichnet durch

a) eine Trägervorrichtung,

b) einen an der Trägervorrichtung befestigten Reflektor,

c) mehrere im Abstand von dem Reflektor auf der Trägervorrichtung befestigte Speiseelemente· ,

d) eine entsprechende Anzahl von Schaltern, die jeweils an die Speiseelemente angekoppelt .sind,

e) mehrere an die Schalter und an eine HF-Energiequelle angekoppelte elektronische Dämpfungsglieder und

f) ein Steuerwerk, das derart an die Dämpfungsglieder

und an die Schalter angekoppelt ist, daß es die Dämpfungsglieder in ausgewählter Weise einstellt und die Schalter in ausgewählter Weise öffnet, damit ausgewählten Speiseelementen zur Bildung einer Gruppe von in dichtem Abstand nebeneinanderliegenden Strahlenbündeln,die einen gewünschten Schwenkwinkelsektor ausfüllen, amplitudenmodulierte HF-Energie zugeführt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere zwischen die HF-Energiequelle und die Speiseelemente eingeschaltete Abgleichdämpfungsglieder zum Einstellen von Amplitudenfehlern der Speiseelemente.
3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Abgleichphasenschieber, die zwischen die HF-Energiequelle und

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die Speiseelemente zur Einstellung von Phasenfehlern der Speiseelemente eingeschaltet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die elektronischen Dämpfungsglieder an mehrere Differentialverzweigungen(Hybride) zum Aufteilen von Energie aus der HF-Energiequelle auf mehrere PIN-Dämpfungsglieder angeschlossen sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialverzweigungen eine erste, an die HF-Energiequelle angeschlossene Differentialverzweigung sowie zweite und dritte, an den Ausgang der ersten Differentialverzweigung angeschlossene Dxfferentialverzweigungen zum Aufteilen der HF-Energie unter die elektronischen Dämpfungsglieder enthalten.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Dämpfungsglieder aus wenigstens vier Dämpfungsgliedern bestehen, die zum Dämpfen der HF-Energie für die Speiseelemente an die Ausgänge der" zweiten und dritten Differentialverzweigungen angeschlossen sind.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Dämpfungsglieder angeschlossenen Speiseelemente wenigstens aus vier in ausgewähltem Abstand voneinander liegenden Speiseelementen bestehen.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerwerk folgende Baueinheiten enthält: Eine Vorrichtung zur Erzeugung einer vorgewählten Frequenz, ausgewählte Teilerschaltungen zum Teilen der vorgewählten

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Frequenz aus der Frequenzerzeugungsvorrichtung, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Amplitudenmodulationssignals, die in ausgewählter Weise an die Teilerschaltungen zum ausgewählten Anlegen der Amplitudenmodulationssignale mit unterschiedlicher Amplitude an die elektronischen Dämpfungsglieder angeschlossen ist und einen an die ausgewählten Teilerschaltungen angeschlossenen Schaltwähler zum ausgewählten Öffnen der Steuerschalter für die Speiseelemente.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung der Amplitudenmodulationssignale eine Adressierungsvorrichtung enthält, die an die Frequenzteilerschaltungen angeschlossen ist, daß mehrere Speichervorrichtungen vorgesehen sind, die an die Adressierungsvorrichtung angeschlossen sind und Amplitudenmodulationsinformationen enthalten, und daß mehrere Digital-Analog-Umsetzer vorgesehen sind, die Amplitudenmodulationssignale für die PIN-Dämpfungsglieder erzeugen.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Glätten der Welligkeit der Amplitudenmodulationssignale mehrere Filter vorgesehen sind.
11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeidnet, daß die Adressierungsvorrichtung eine an die Teilerschaltungen angeschlossene Aufwärts/Abwärts-Wählschaltung und mehrere Aufwärts/Abwärtszähler enthält, die an die Aufwärts/Abwärts-Wählschaltung angeschlossen sind und abhängig davon Adressen für die Speicher zur Erzeugung von Amplitudenmodulationssignalen für die elektronischen Dämpfungsglieder erzeugen.

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12. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltwähler mehrere Schieberegister enthält.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberegister die Steuerschalter der Speiseelemente so steuern, daß gegen den Uhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn schwenkende Strahlenbündel erzeugt werden.

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