DE2625062C3 - Phasengesteuerte Antennenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine phasengesteuerte Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Einzelstrahlern unter Verwendung von elektronisch steuerbaren nichtreziproken Ferritphasenschiebern, die in ihrer einen Ausbreitungsrichtung von jeweils einem ersten Hochfrequenz-Signal und in ihrer anderen Ausbreitungsrichtung von jeweils einem zweiten Hochfrequenz-Signal unter gegenseitiger Entkopplung durchlaufen werden und über die eine gleichzeitige und phasenrichtige Speisung von zwei geeignet ausgewählten Einzelstrahlern erfolgt.

Eine solche phasengesteuerte Antennenanordnung ist aus der DE-OS 17 66 320 bekannt. Sie erfüllt die gleiche Funktion bei Halbierung der Phasenschieberzahl wie die üblichen Antennen, bei denen für die phasenmäßige Beeinflussung jedes hinsichtlich seiner Phasenlage zu behandelnden Hochfrequenzsignals ein eigener Phasenschieber benötigt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, demgegenüber bei gleicher Phasenschieberanzahl und gleicher Schwenkgeschwindigkeit einen größeren Strahlschwenkwinkel pro Zeiteinheit zu Überstreichen oder aber ebenfalls bei gleicher Phasenschieberanzahl einen gleich großen Strahlschwenkwinkelbereich mit erhöhter Schwenkgeschwindigkeit abzutasten.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Antennenanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die genannten zwei Einzelstrahler jeweils unterschiedliche Raumwinkel bestreichenden Antennen angehören.

Die Einrichtungen bzw. Maßnahmen zur gegenseitigen Entkopplung der beiden den Phasenschieber durchlaufenden Hochfrequenz-Signale können z. B. darin bestehen, daß pro Phasenschieber wie nach der DE-OS 17 66 320 zwei Zirkulatoren vorgesehen sind oder — wie aus der US-PS 34 45 853 an sich bekannt unterschiedliche Polarisationen für die Übertragung der beiden Signale verwendet werden.

Die Erfindung wird anhand von 6 Figurtn näher

ι« erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 aus der DE-OS 17 66 320 bekannte Anordnungen zur Dual-Phasensteuerung mi: Hilfe eines nichtreziproken Ferritphasenschiebers und zweier Zirkulatoren für den Empfangs- bzw. für den Sendefall,

Ii Fig.3 die Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung zur Verbesserung der Abtastfähigkeit,

F i g. 4 und 5 Antennendarstellungen, aus denen sich die Verdoppelung des Abtastbereiches bzw. der Abtastgeschwindigkeit entnehmen läßt,

Fig.6 eine phasengesteuerte Antennenanordnung nach der Erfindung mit einem ± 120°-Abtastbereich.

Der Phasenhub eines nichtreziproken Ferritphasenschiebers ist je nach Ausbreitungsrichtung komplementär. Dies bedeutet, daß ein solcher Phasenschieber bei Betrieb in der einen Ausbreitungsrichtung die Phase um +π und bei Beaufschlagung durch ein in die andere Ausbreitungsrichtung laufendes Hochfrequenz-Signal um — π ändert. Diese Eigenschaft läßt sich — wie aus

jo der DE-OS 17 66 320 bekannt ist - dazu heranziehen, wie in Fig. 1 dargestellt ist, im Empfangsfall die Phase von zwei Strahlern 1 und 2 mittels eines einzigen nichtreziproken Phasenschiebers 3 und zweier Zirkulatoren 4 und 5 gleichzeitig zu steuern. Im Beispiel von F i g. 1 gelangt an den Strahler 1 ein Signal A · e~>^x und an den Strahler 2 ein Signal B ■ ei\ Das Signal vom Strahler 1 gelangt über den als Entkopplungseinrichtung wirkenden Zirkulator 4 an den Ferritphasenschieber 3 und wird von dort übe,^r den ebenfalls als

•to Entkopplungseinrichtung wirkenden Zirkulator 5 an einen Anschluß 6 durchgeschaltet, so daß dort das Signal A ■ e*¹-*) liegt, in gleicher Weise läuft das Signal B ■ ei* vom Einzelstrahler 2 über den Zirkulator 5 zum Ferritphasenschieber 3 und von dort über den Zirkulator 4 zu einem Anschluß 7, von welchem das phasenverschobene Signal B ■ e*¹-·⁷' abgenommen wird. Die Schaltrichtung des Zirkulator 4 ist im Uhrzeigersinn, während diejenige des Zirkulators 5 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn verläuft.

so Grundsätzlich kann dieses Prinzip auch für den Sendefall verwendet werden. Für eine eindeutige Zuordnung der Strahlrichtung im Sende- und Empfangsfall ist lediglich die Magnetisierung der Zirkulatoren 4 bzw. 5 in den Phasenschiebereinrichtungen umzuschalten. Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 2. Den beiden Anschlüssen 6 und 7 der Zirkulatoren 5 bzw. 4 werden die beiden Signale A ■ e>°bzw.B- d" zugeführt. Über den nichtreziproken Ferritphasenschieber 3 laufen dann die beiden Signale in zueinander entgegengesetzter Richtung unter Phasenverschiebung von einem Zirkulator zum andern. An den Einzelstrahlern I und 2 liegen dann die Signale A ■ d* bzw. B ■ e- f vor. Die Phasen von zwei entkoppelten Hochfrequenz-Sendesignalen werden somit von nur einem einzigen Phasenschieber 3 gesteuert.

Eine derariige Einrichtung erlaubt eine Halbierung der Phasenschieberanzahl der Antenne. Es ist bei diesen Phasenschiebern sowohl eine analoge als auch eine

digitale Steuerung möglich. Die Entkopplung der beiden den Phasenschieber durchlaufenden Hochfrequenz-Signale kann auch dadurch erfolgen, daß in an sich bekannter Weise unterschiedliche Polarisationen für die Übertragung der beiden Signale verwendet werden.

Da ein vorstehend beschriebener Phasenschieber zwei entkoppelte Signale phasenmäßig komplementär steuert, wird es möglich, zwei komplementäre Phasenfronten mit einem Phasenschiebersatz simultan zu steuern. Verglichen mit dem üblichen Phasensteuerungsbetrieb folgt daraus, daß sich eine Antennenordnung so aufbauen läßt, daß man entweder doppelt so schnell das gleiche Gebiet oder mit gleicher Geschwindigkeit das doppelte Gebiet abtasten kann. Eine Prinzipdarstellung im Zusammenhang mit dieser erfindungsgemäßen Verbesserung der Abtastfähigkeit durch die Verwendung der erläuterten Phasenschieber zeigt Fig.3. Es sind zwei Antennen 8 und 9 mit jeweils N Einzelstrahlern vorgesehen. Ein einziger Phasenschieber 10 von insgesamt N Phasenschiebern steuert jeweils die Phasenlage eines Einzelstrahlers der Antenne 8 und eines Einzelstrahlers der Antenne 9. Die Pha -snlage der beiden hierdurch erzeugten Strahlen 11 und 12 ist zueinander komplementär. Die Signalzuführung für den Strahl 11 erfolgt über den Eingang 13 des Phasenschiebers 10, während die Signalzuführung für den Strahl 12 über einen Eingang 14 des Phasenschiebers 10 vorgenommen wird.

Aus F i g. 4 wird deutlich, daß der Abtastbereich der phasengesteuerten Antenne insgesamt doppelt so groß wird, sofern die gleiche Abtastgeschwindigkeit zugrunde gelegt wird. Mit dem Strahl 11 wird ein Abtastgebiet 15 und mit dem Strahl 12 ein Abtastgebiet 16 winkelmäßig gleichzeitig überstrichen. Die Winkelauslenkung, ausgehend von der Nullachse, ist bei beiden Strahlen 11 und 12 jeweils gleich.

Aus F i g. 5 geht hervor, daß es genauso möglich ist, mit der Phasensteuerung nach der Erfindung ein Abtastgebiet 17, welches sonst mit einer einzigen Keule überstriche- wird, mit den beiden Strahlen 11 und 12 doppelt so schnell zu überstreichen. Jeder der beiden Strahlen 11 und 12 muß nämlich lediglich über das halbe Abtastgebiet 17 schwenken. Die beiden Strahlen 11 und 12 sind auch in diesem Fall winkelmäßig komplementär, d. h. die Auslenkung, ausgehend von der Null-Linie, ist

bei beiden Strahlen 11 uid 12 jeweils gleich.

Fig.6 zeigt eine besonders vorteilhaft ausgebildete phasengesteuerte Antennenanordnung nach der Erfindung. Es wird dort mit zwei getrennten Antennen 18 und 19, die jeweils aus in einer Ebene angeordneten Einzelstrahlern zusammengesetzt sind, und mit nur einem Phasenschiebersatz 20 ein bis ±120° großer Abtastsektor überwacht. Die Phasenschieber 20 sind z. B. entsprechend den Darstellungen in den F i g. 1 und 2 aufgebaut. Die Signalzuführung für die Antenne 19 erfolgt über einen Eingang 21 und die Signalzuführung für die Antenne 18 über einen anderen Eingang 22 am Phasenschiebersatz 20. Die sich entsprechenden Ausgänge der Phasenschieber 20 sind mit den Einzelstrahlern der Antenne 18 bzw. mit den Einzelstrahlern der Antenne 19 über Leitungen verbunden, deren Länge gleichmäßige Phasenfronten an den Antennen 18 und 19 gewährleistet. Die beiden Einzelstrahlerebenen 18 und 19 sind in einem spitzen Winkel von 60° zueinander aufgebaut. Die Antenne 18 erze'V-U eine Keule 23, welche um ±60° gegenüber ihrer Normalen schwenkbar ist. Das gleiche gilt für die Keule 24, welche durch die Antenne 19 gebildet wird. Im Sendefall können bei einer derartigen Anordnung Energiereflexionen oder Signalinterferenzen in bestimmten Richtungen entstehen, wenn die zwei Strahlenkeulen 23 und 24 mit Hilfe ihrer Polarisation oder ihrer Frequenz nicht entkoppelt sind. Es ist deswegen zweckmäßig, bei der Anordnung nach Fig.6 den in Strahlerebenen 18 und 19 jeweils unterschiedlich polarisierte Einzelstrahler, und zwar mit orthogonaler Linearpolarisation, zu verwenden. Signalinterferenzen im gemeinsamen Bereich werden dann eliminiert. Zwei Gruppen von senkrecht und waagrecht polarisierten Dipolstrahlern 25 und 26 sind z. B. gut geeignet, um in der Nähe der Strahlergruppenebenen einen Bereich von ± 120° abzutasten. In diesem Fall gilt das Phasenschieberprinzip nach den F i g. 1 und 2 auch für reziproke Phasenschieber, wobei dip Phasenverschiebung von zwei zueinander entkoppelten Signalen in beiden Fällen um +λ erzeugt wird. Es ist dann nicht m~hr erforderlich, den Phasenschieber zwischen Sende- und Empfangsfall umzuschalten. Grundsätzlich ist es möglich, sofern zwei Polarisationen und zwei Zirkulatoren verwendet werden, die Phasen von vier entkoppelten Signalen mit einem Phasenschieber aj steuern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Phasengesteuerte Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Einzelstrahlern unter Verwendung von elektronisch steuerbaren nichtreziproken Ferritphasenschiebern, die in ihrer einen Ausbreitungsrichtung von jeweils einem ersten Hochfrequenz-Signal und in ihrer anderen Ausbreitungsrichtung von jeweils einem zweiten Hochfrequenz-Signal unter gegenseitiger Entkopplung durchlaufen werden und über die eine gleichzeitige und phasenrichtige Speisung von zwei geeignet ausgewählten Einzelstrahiern erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten zwei Einzelstrahler jeweils unterschiedliche Raumwinkel bestreichenden Antennen (8,9) angehören.

2. Antennenanordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen durch zwei gleiche, um etwa 60° zueinander geneigte ebene Ariiennengruppen (18, 19) gebildet sind, welche gemeinsam durch einen Phasenschiebersatz, bestehend aus einer mit der Einzelstrahlerzahl einer Antenne übereinstimmenden Anzahl von nichtreziproken und signalmäßig entkoppelten Ferritphssenschiebern (20), gesteuert sind und jeweils einen Raumwinkelbereich von ±60° überstreichen.

3. Antenuenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen (18, 19) jeweils für die Abstrahlung einer von derjenigen der anderen Antenne unterschiedlichen Polarisation ausgelegt sind, z. B. für orthogonale Linearpolarisationen.