DE2729110A1

DE2729110A1 - Strahlungsgespeiste phasengesteuerte antennenanordnung

Info

Publication number: DE2729110A1
Application number: DE19772729110
Authority: DE
Inventors: Jean Dr Gobert; Rafael Dr Reitzig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-28
Filing date: 1977-06-28
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DE2729110C2

Description

Strahlungsgespei ste phasengesteuerte Antennenanordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine strahlungsgespeiste phasengesteuerte Antennenanordnung, deren Strahl hinsichtlich der Winkelbreite zwischen festen Werten veränderbar ist, unter Verwendung eines Primärerregersystems und einer Vielzahl von über elektronisch gesteuerte Phasenschieber gespeisten Einzelstrahlern.
Es ist bekannt, den Antennenstrahl einer phasengesteuerten Antennengruppe durch Defokussierungsmaßnahmen, d.h. durch Überlagerung der ebenen Phasenfront mit einer parabolischen Phasenbelegung, zu verbreitern. Die Defokussierung wird dabei mit Hilfe der Phasenschieber vorgenommen. Dieses Verfahren läßt zwar die Möglichkeit einer kontinuierlich einstellbaren Strahlverbreiterung zu, bedingt dabei jedoch eine zunehmende Verschlechterung der Strahlungscharakteristik. Bei der Defokussierung sinkt insbesondere die Nebenzipfeldämpfung ab.
Ähnliche Auswirkungen hat eine andere Methode zur Strahlverbreiterung einer phasengesteuerten Antennengruppe, wonach die Antennenapertur auf elektrischem Weg durch Abschalten der Einzelstrahler in den äußeren Randzonen verkleinert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Antennensystem mit elektronisch gesteuerter Strahlschwenkung zu schaffen, dessen Strahl in seiner Winkelbreite zwischen festen Werten verändert werden kann, ohne daß dadurch notwendigerweise die Strahlungscharakteristik, vor allem bezüglich der Nebenzipfeldämpfung, verschlechtert wird.
Gemäß der Erfindung, die sich auf eine strahlungsgespeiste phasengesteuerte Antennenanordnung der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Primärerregersystem mehrere getrennte Primärstrahler unterschiedlicher Bündelungscharakteristik aufweist, zwischen denen umgeschaltet werden kann. Eine andere Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das Primärerregersystem aus einer Strahlergruppe besteht, bei der unterschiedliche Aperturflächen durch Umschaltung aktivierbar sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß in den verschiedenen Betriebsarten, d.h. für unterschiedliche Winkelbreiten des Antennenstrahls, die Apertur der phasengesteuerten Antennengruppe nach dem Gesichtspunkt möglichst hoher Nebenzipfeldämpfung ausgeleuchtet wird.
In der Praxis wird gewöhnlich die Amplitudenbelegung einer entweder nach dem Reflektor- oder dem Linsenprinzip arbeitenden, strahlungsgespeisten phasengesteuerten Antenne so gewählt, daß am Rande der Apertur noch ein Mindestmaß an Energie vorhanden ist.
Sonst ist die Apertur überdimensioniert und der Wirkungsgrad der Antenne niedrig. Es ist aber bekannt, daß in diesem Fall die Nebenzipfel außerordentlich niedrig werden können.
Bei einer strahlungsgespeisten Antenne mit elektronischer Strahlschwenkung nach dem Prinzip der Mikrowellenlinse oder nach dem Reflektorprinzip, bei welcher die Phasenverschiebungen zwischen der Kollektor- und der Emitterapertur der Einzelstrahler stattfinden, hängt die Amplitudenbelegung von der Bündelung des Erregersystems ab. Es wird meistens eine Art kosinusförmige Belegung mit ca. 10 bis 16 dB am Rand der Kollektorapertur definiert, um einen dünnen Strahl mit Nebenzipfeln unter ca. 25 dB zu erzeugen. Wird die Kollektorapertur mit einem stark gebündelten Erregerstrahl beleuchtet, so verbreitert sich entsprechend der phasengesteuerte Strahl. Niedrige Nebenzipfel können dadurch gewonnen werden, daß der Primärerreger ein Richtdiagramm ohne Schulter und mit niedrigen Nebenzipfeln aufweist, was z.B. durch einen geriffelten Hornstrahler erreicht wird. Die Phasenschieber werden für eine ebene Phasenfront vor der Emitterseite eingestellt.
Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen im folgenden erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine phasengesteuerte Antenne nach der Erfindung mit einem aus zwei getrennten Primärstrahlern bestehenden Primärerregersystem, Fig. 2 eine phasengesteuerte Antenne nach der Erfindung mit einer umschaltbaren Primärstrahlergruppe, und Fig. 3 das Prinzipschaltbild eines Leistungsverteilers für die Einschaltung unterschiedlicher Zonen der Primärstrahlergruppe der Antenne nach Fig. 2.
Die Antennenanordnung in Fig. 1 wird von einem 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 über einen Umschalter 4 entweder ein Hornerreger 5 oder ein Hornerreger 6 einschließlich Monopulserreger angeschlossen, von denen eine Primärwelle, gewöhnlich eine Kugelwelle, ausgeht. Die von den Hornerregern 5 bzw. 6 ausgehenden Primärwellen treffen auf eine Wand von Kollektorstrahlern 7. An die Kollektorstrahler 7 ist jeweils ein Phasenschieber 8 angeschlossen. Dort wird die Hochfrequenzspãnnung in der Phase aufgrund der Ausgangsgrößen eines Phasenrechners beeinflußt und anschließend von Emitterstrahlern 9 als ebene Welle abgestrahlt. Die Phasenschieber 8 wandeln demnach die Primärwelle in eine zumindest näherungsweise ebene Welle um. Die beiden Hornerreger 5 und 6 sind nebeneinander angebracht, wobei der Hornerreger 6 zur Abstrahlung eines stark gebündelten Strahls und der Hornerreger 5 zur Abstrahlung eines schwächer gebündelten, d.h. verbreiterten Strahls von der Antenne dienen soll. Der Hornerreger 5 selbst hat hierfür eine schärfere Bündelungscharakteristik (Primärbündelung) als der Hornerreger 6.
Hornstrahler, deren Strahlungscharakteristik eine hohe Nebenzipfeldämpfung aufweisen soll, erfordern eine gewisse Länge, die mehrere Vielfache der linearen Abmessung der Apertur betragen kann. Außerdem ist die Ausleuchtung der Aperturfläche mit den Kollektorstrahlern 7 unsymmetrisch, da die beiden Hornerreger 5 und 6 zueinander geneigt sind. Während dadurch bedingte Phasenfehler grundsätzlich durch die Phasenschieber 8 korrigiert werden können, ist für eine möglichst unverzerrte Amplitudenbelegung ein großes F/D-Verhältnis erforderlich (F = Brennweite, D = Aperturdurchmesser). Anordnungen dieser Art sind jedoch vor allem für mobile Systeme ungeeignet, insbesondere wenn die Wellenlänge verhältnismäßig groß ist.
Um ein nahezu gemeinsames Phasenzentrum sowohl für den Erreger zur Erzeugung der schmalen Keule als auch für den Erreger zur Erzeugung der breiten Keule zu schaffen, wird als Primärerreger eine Strahlergruppe verwendet, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.
Diese Primärstrahlergruppe 10 strahlt mit ihren beiden getrennt einschaltbaren Strahlungscharakteristiken 11 bzw. 12 die Kollektorstrahler der ebenen Strahlerwand 13 an, welche genauso aufgebaut ist, wie die3enige nach Fig. 1 mit den dortigen Kollektorstrahlern 7, Phasenschiebern 8 und Emitterstrahlern 9.
Die Primärstrahlergruppe 10 wird durch einen Leistungsverteiler angeregt, dessen Prinzip schaltungsmäßig in Fig. 3 dargestellt ist. Der Leistungsverteiler 14 ist so ausgelegt, daß alternativ nur ein mittlerer Bereich 15 der Strahlergruppe 10 zur Erzeugung der breiten Erregerkeule 11 und nach Umschaltung mittels des Schalters 16 die gesamte Gruppe 10, d.h. die zentrale Gruppe 15 und die Randgruppe 17, zur Erzeugung der schmalen Erregerkeule 12 nach Fig. 2 angeregt wird. Die Amplitudenbelegungen für die beiden Betriebsarten sind nicht mehr unabhängig voneinander. Sie lassen sich Jedoch nach dem Gesichtspunkt eines bezüglich Nebenzipfeldämpfung der Erregerkeulen 11 und 12 optimalen Kompromisses auslegen. Wenn beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die schmale Er- regerkeule 12 durch Schließen des Schalters 16 in Fig. 3 eingeschaltet ist, dann wird von der Antenne 13 ein verbreiterter Strahl abgegeben.
3 Patentansprüche 3 Figuren L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Strahlungsgespeiste phasengesteuerte Antennenanordnung, deren Strahl hinsichtlich der Winkelbreite zwischen festen Werten veränderbar ist, unter Verwendung eines Primärerregersystems und einer Vielzahl von über elektronisch gesteuerte Phasenschieber gespeisten Einzelstrahlern, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Primärerregersystem mehrere getrennte Primärstrahler (5, 6) unterschiedlicher Bündelungscharakteristik aufweist, zwischen denen umgeschaltet werden kann.
2. Strahlungsge speistephasenge steuerte Antennenanordnung, deren Strahl hinsichtlich der Winkelbreite zwischen festen Werten veränderbar ist, unter Verwendung eines Primärerregersystems und einer Vielzahl von über elektronisch gesteuerte Phasenschieber gespeisten Einzelstrahlern, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Primärerregersystem aus einer Strahlergruppe (10) besteht, bei der unterschiedliche Aperturflächen (15, 17) durch Umschaltung aktivierbar sind.
3. Antennenanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Strahlergruppe (10) über einen umschaltbaren Leistungsverteiler (14) angeregt wird, in dessen einer Stellung ein zentraler Bereich (15) der Strahlergruppe und in dessen anderer Stellung die gesamte Strahlergruppe (15 und 17) aktiviert ist.