DE2756703C2

DE2756703C2 - Radarantenne mit einer Parallelplattenlinse

Info

Publication number: DE2756703C2
Application number: DE2756703A
Authority: DE
Inventors: Allen Isaak Sinsky; Paul Chia-Pu Wang; Robert Eugene Balto Willey, Md.
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1976-12-20
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1983-01-13
Also published as: AU506077B2; FR2374755B1; JPS5514564B2; JPS5381048A; GB1543873A; NO774365L; AU3159277A; CA1071755A; DE2756703A1; US4086597A; NO148091B; FR2374755A1; IT1088725B; NO148091C

Description

cosfZ,+ (*-!) g]

1 -

worin bedeuten:

2 [Z, + (A:- 1)

ML}'

_ kn , . n

Z, = -— ₊ i_T

25

30

i = 0,1,2,3 ...(/-1), rjid gib- an, welcher von den /-diskreten Winkeln zwischen 0_k und β* ₊ , bei Berechnung von W_u betrachtet srird,
k = 1,2,3... K; wobei K eine ungerade Zahl ist und die maximale Zahl der gleichzeitig erregten Primärstrahler darstellt, und k angibt, welcher der tf-Primärstrahler bei Berechnung von ^,betrachtet wird. 2. Radarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arte Primärstrahler (16 a) von dem A:+l'ten Primärstrahler (16 a) derart im Abstand angeordnet ist, daß der durch Erregung de* Arten Primärstrahlers (16 a) ausgestrahlte Strahl zu dem Strahl, der durch Erregen des k+ l'ten Primärstrahlers (16 a) ausgestrahlt wird, eine minimale wechselseitige Kopplung aufweist.

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Die Erfindung betrifft eine Radarantenne, insbesondere für Zeilenradaranwendung, mit einer Parallelplattenlinse, die durch mehrere einzeln erregbare, entlang eines Brennpunktbogens angeordnete Primärstrahler gespeist ist und an ihrem Ausgang mit einer Strahlergruppe verbundene Sonden aufweist, mit einer Einrichtung zur gleichzeitigen Erregung mehrerer benachbarter Primärstrahler, wobei eine Erregung des Arten Primärstrahlers zu einem Strahl mit einem Winkel S_k und eine Erregung des k+ l'ten Primärstrahlers zu einem Strahl mit einem Winkel 0*+, führt.

Eine derartige Radarantenne ist aus der US-PS 45 580 bekannt. Hierbei sind fünf Primärstrahler vorhanden, und es ist darauf hingewiesen, daß jeder Primärstrahier, sofern er allein erregt wird, einen eigenen Strahl unter einem zugeordneten Winkel erzeugt. Es ist auch der Fall in Betracht gezogen, daß gleichzeitig mehr als ein Primärstrahler gespeist wird, wobei dann der von der Radarantenne erzeugte Strahl aus der algebraischen Summe der einzelnen Strahler besteht.

In der gleichen Veröffentlichung ist auch eine Radarantenne dieser Art mit einer Einrichtung zur einstellbaren Erregung von zwei benachbarten Strahlern beschrieben und dargestellt, mit der es möglich ist, den Antennenstrahl nicht nur in eine untere und obere Grenzstellung zu schwenken, sondern auch durch unterschiedliche »Bewertungen« der diesen beiden Strahlern zugeführten Speiseenergie eine Feinabtastung in drei dazwischenliegenden Richtungen vorzunehmen. Da die restlichen drei Strahler dabei ständig eingeschaltet bleiben, besteht diese bekannte Feinabtasiung jedoch nur in der Feinabtastung eines einzigen Grobschrittes und bezieht sich nicht auf die den anderen drei Primärstrahlern bei deren Einzelspeisung entsprechenden Strahlrichtungen.

Es handelt sich also nicht um eine durchgehende Weitwinkel-Strahlschwenkung, und es wird auch, da eine gerade Zahl von Primärstrahlern gleichzeitig mit veränderbarer Bewertung erregt wird, der resultierende Strahl verzerrt.

Die Radarantenne nach der Erfindung gehört zu den in der US-PS 31 70 158 beschriebenen Rotman-Linsenantennen. Eine solche Rotman-Linsenaatenne umfaßt mehrere einzeln erregbare, entlang eines Brennpunktbogens angeordnete Primärstrahler. Wenn diese Primärstrahler erregt werden, um elektromagnetische Energie in die parrilele Plattenzone einzuspeisen, und zwar einer nach dem anderen, so wird der resultierende Strahl durch den Raum in bestimmten Schritten geschwenkt, deren Winkeltrennung direkt auf die Winkeltrennung zwischen den benachbarten Primärstrahlern bezogen ist. Es ist natürlich wünschenswert, daß die zuvor erwähnten Schritte so klein wie möglich sind, da die Positionsermittlung im Falle eines Flugzeugs mit zunehmender Winkeltrennung bzw. Abstand zwischen den einzelnen Primärstrahlein schlechter wird. Kurz gesagt, schafft ein weich oder sanft kommutierter Strahl den höchsten Grad an Sicherheit hinsichtlich der Position des betreffenden Flugzeugs, so daß die Forderung nach relativ dicht beieinander angeordneten Primärstrahlern entsteht. Wenn jedoch die Primärstrahler zu dicht nebeneinander angeordnet werden. Führen benachbarte Primärstrahler gegenüber einem erregten Primärstrahler zu parasitären Erscheinungen, und es wird dabei die resultierende Strahlform verzerrt.

Eine Einrichtung zur Erzeugung eines gut geformten weich kommutierten Strahls kann dann erhallen werden, wenn man einen Primärstrahler anstelle von mehreren Primärstrahlern verwendet, wobei dieser eine Primärstrahler entlang des Brennpunktbogens der Linse bewegt wird. Dieser Typ einer Parallelplattenlinse erfordert jedoch einen unerwünschten Mechanismus Für die Erzeugung der mechanischen Bewegung.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Radarantenne der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine weiche oder sanfte Weiterschaltung des Radarstrahls ermöglicht, ohne daß der Radarstrahl verzerrt wird.

Ausgehend von der Radarantenne der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur gleichzeitigen Erregung mehrerer benachbarter Primärstrahler zur Durchführung der Abtastbewegung des Strahls in /-Schritten zwischen Q_k und Q_k + 1 derart ausgebildet ist, daß sie den gleichzeitig erregten Primärstrahlern die

Energie in einer Aufteilung gemäß dem Bewertiwgsfaktor Ψ,α zufuhrt, wobei

Wu =

cos [Z, + ik-1) n]

1 worin bedeuten:

2 [Z₁ + (Ar-I) π]Υ

10

/ = 0,1,2,3... (7-1), und gibt an, welchervon den/-diskreten Winkeln zwischen Q_k und 6_k +1 bei Berechnung von W_ki betrachtet wird,

Jt = 1,2,3... K; wobei .if eine ungerade Zahl ist und die maximale Zahi der gleichzeitig erregten Primärstrahler darstellt, und Ar angibt, welcher der AT-Primärstrahlerbei Berechnung von W_kl betrachtet wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine bekannte Rotman-Linsenantenne;

F i g. 2 eine Schnittdarstellung entlang der Längsachse der Linsenantenne von Fig. 1;

Fig. 3 die Innenfläche einer der Platten, welche eine bekannte Rotman-Linse bilden und welche die Primärstrahler und die Ausgangssonden enthält;

Fig. 4 ein Konzept einer Rotman-Linsenantenne zur Erläuterung der Erfindung und bestimmter Parameter derselben;

Fig. 5 in einem willkürlichen Abstand zueinander verlaufende sin χΛ-Strahlen, wobei diese Figur zur Erläuterung dient, auf welche Weise der optimale Primärstrahlerabstand berechnet wird;

Fig. 6 e'i Diagramm der Strahlintensität in Abhängigkeit von sin θ für Strahlen mit minimaler wechselseitiger Kopplung,

F i g. 7 ein Fernfeld Richtdiagramm für Strahlen, die durch zwei benachbarte gleich erregte Primärstrahler erzeugt wurden;

Fig. 8 eine Tabelle der Bewen jngsfaktoren, die in Einklang mit der Lehre der Erfindung berechnet wurde;

Fig. 9 ein abgewandeltes Blockschaltbild, welches zeigen soll, aufweiche Weise die Bewertungen bei einer erfindungsgemäßen Antenne realisiert werden können;

Fig. 10 eine Tabelle der relativen Energie, welche den Prin.ärstrahlern in einer tatsächlich gebauten Linsenantenne zugeführt wird, um einen Abtaststrahl im Sinne der Erfindung zu erzeugen.

In den Zeichnungen sind gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In den Fig. 1 und 2 ist eine Parallelplattenlinse gezeigt, die Platten 10 und 12 besitzt. Eine Längsachse 14 durchsetzt die Linse, und Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung entlang dieser Achse. Die Platten 10 und 12 sind durch Endplatten 24 und 26 auf der Eingabeseite 16 und der Ausgabeseite 18 jeweils getrennt, so daß eine Parallelplattenzone entsteht und auch ein geschlossener Raum 30 gebildet wird. Die Endplatten 24 und ?6 sind gekrümmt, so daß sie parallel dem Brennpunktbogen 20 und der Ausgangssonden-Kontur 22 folgen.

Mehrere Primärstrahler 16 0, von denen nur einer in Fig. 2 gezeigt ist, sind in die Platte 10 entlang des Brennpunktbogens 20 eingesetzt. Jeder Primärstrahler 16 α besteht aus einer Isolierhülse 16 b und einem elektrisch leitenden Durchfuhrstift 16 c, dessen eines Ende in den Hohlraum 30 ragt und dessen anderes Ende, wie schematisch gezeigt ist, über ein Kabel 32, welches in geeigneter Weise ein Koaxialkabel ist, mit einem Anschluß 32 a verbunden ist

Wie dem Fachmann bekannt, sind die Anschlußvorrichtur.gen 32 a mit einer Mikrowellenfrequenzquelle verbunden, deren Energie auf die verschiedenen Anschlußvorrichtungen 32 a in Einklang mit der gewünschten Abtastrichtung des resultierenden Strahls verteilt wird.

Mehrere Ausgangssonden 18 α, von denen nur eine in Fig. 2 gezeigt ist, sind in die Platte 10 entlang der äußeren Sondenkontur 22 eingesetzt Die Ausgangssonden sind ähnlich den Primärstrahlern 16 α ausgeführt, so daß also jede Ausgangssonde 18 α aus einer Isolierhülse 18 b und einem elektrisch leitenden Durchführstift 18 c besteht, dessen eines Ende in den L· ihlraum 30 ragt und dessen anderes Ende über ein Kabel 3·_Λ weiches in geeigneter Weise aus einem Koaxialkabel besteht, mit einem Strahler 34 α verbunden ist Die Strahler 34 α bilden eine lineare Gruppe, welche einen resultierenden Strahl .n den Raum senden. Die äußeren Leiter 32 b und 346 der Koaxialkabel 32 und 34 sind in herkömmlicher Weise an Masse angeschlossen.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Hohlraum 30 der Fig. 2, wobei die Platte 12 entfernt ist Wie zu erkennen ist, sind die Primärstrahler 16 a durch die Platte 10 entlang des Brennpunktbogens 20 eingesetzt, während die Ausgangssonden 18 a über die Platte 10 entlang der äußeren Sondenkontur 22 eingesetzt sind. Es sind auch Endplatten 24 und 26 gezeigt.

Fig. 4 veranschaulicht das Konzept der Mikrowellenlinsenantenne der vorangegangenen Figuren, welches einen Brennpunktbogen 20 mit dem Radius Λ, und eine Ausgangskontur 22 umfaßt In bevorzugte· Weise besitzt der Bogen 20 und die Kontur 22 eine Symmetrie um die Längsachse 14. Die Strahlerelemente 34 α sind gewöhnlich im gleichen Abstand entlang der Antennenöffnung D angeordnet. Die Strahlerelemente 34 a sind kolinear und bilden somit eine gerade Gruppe. Die Antennenöffnung D ist bei dieser Ausführungsform der gerade Abstand zwischen den Endelementen 34 a plus der Hälfte des Elementabstands an jedem Ende. Das Verfahren zur Ermittlung der Länge des Radius R_u der Form der Kontur 22 und des Abstands der Ausgangssonden 18 α auf dieser Kontur zusammen mit den Längen der Kabel 34 v/nd den Lagen der Strahlerelementen 34 α ist der Fachwelt gut bekannt und braucht hier p>cht erläutert zu werden.

L m die Indices in den Berechnungen, die gezeigt werden sollen, zu vereinfachen, sind die Primärstrahler in dieser Figur von dem Primärstrahler P I aus numeriert, der willkürlich auf der Längsachse 14 angeordnet ist, und zwar bis zum Primärstrahler m an einem Ende des Brennpunktbogens 20 und bis zum Primärstrahler -m auf dem anderen Ende des Brennpunktbogens, wobei auch die Primärstrahler k- 1, k, λ* 1 und ic+ 2 veranschaulicht sind. Es sei darauf hingewiesen, daß nur der Übersichtlichkeit halber ein Primärstrahler aaf der Längsachse veranschaulicht ist. In der Praxis kann ein Prinväistrahle" in der erwähnten Weise angeordnet sein oder nicht, wie dies aus dem Verständnis des Wesens der Erfindung für den Fachmann hervorgeht.

Wie bekannt, wird dann, wenn nur ein

Primärstrahler k erregt wird, und zwar mit der geeigneten Mikrowellenfrequenz, und wenn man parasitäre Effekte der nicht erregten Primärstrahler außer Acht läßt, ein Strahl von der Antennenanordnung mit einem Winkel Θ* unter der Längsachse 14 ausgesendet, wenn der Primärstrahler k in einem Winkel 9_k über der Längsachse 14 gelegen ist. Auf ähnliche Weise wird dann, wenn nur der Primärstrahler k + 1 erregt wird, der abgegebene Strahl in einen neuen Winkel 0_t +, unterhalb der Längsachse verschoben, wenn der Primärstrahler k + 1 in einem Winkel Θ*. j oberhalb der Längsachse gelegen ist.
Damit eine minimale parasitäre Wechselwirkung zwi-

sehen den Primärstrahlern auftritt, ist es erforderlich, daß eine minimale wechselseitige Kopplung zwischen benachbarten Primärstrahlern vorhanden ist. £s sei die Fig. 5 betrachtet, in welcher in dem χ - nD>k sin Θ-Raum der Strahl gezeigt ist, der von der Erregung des Primärstrahlers k resultiert und auch ein weiterer Strahl gezeigt ist, der von der Erregung des Primärstrahlers Ac+1 resultiert. Die Strahlen haben einen willkürlichen Abstand »α« zueinander, der dem tatsächlichen Winkelabstand zwischen den zwei Primärstrahlern entspricht. Das Kriterium für eine minimale wechselseitige Kopplung zwischen den Primärstrahlern k und k+\ ist wie folgt:

\_Wt ψ] ,„♦ }[„..,

sin(x-o)T (x-a) J

sin (x-ο)
(χ-α)

d.v.

(1)

Diese Gleichung bringt mathematisch zum Ausdruck, daß die in den Raum abgestrahlte Energie, die sich ergibt, wenn beide Primärstrahler k und Ar+ 1 gleichzeitig eingeschaltet werden, gleich ist der Summe der nacheinander ausgestrahlten Energie, wenn jeweils nur der eine der Primärstrahler eingeschaltet ist, während der andere ausgeschaltet ist.

Anders ausgedrückt und unter der Annahme einer verlustlosen Linse ergibt sich: Wenn die Energie /\. als Eingangsgröße zum Primärstrahler k gelangt, wenn der Primärstrahler Ar+ 1 ausgeschaltet ist, so beträgt die im ausgesendeten Strahl Ac enthaltene Energie /\. Wenn alternativ der ΑΛε Primärstrahler ausgeschaltet ist. so führt eine Eingangsenergie P_k ., mit dem Ac+ l'ten Primärstrahler zu einer abgestrahlten Energie von P_k .,. Es sei nun die Situation betrachtet, daß der Ac"te Primärstrahler erregt wird, und zwar mit der Energie P_k, während der Ac+ l'te Primärstrahler bereits vorher mit P₁ _, errigt war und daher die Energie P₁., in den Raum abgestrahlt hat. Wenn nunmehr die gesamte abgestrahlte Energie auf (P_k + Λ -1) zunimmt, dann gab es für den Ac'ten Primärstrahler keine Möglichkeit, zu »wissen«, ob der Ar+l'te Primärstrahler eingeschaltet war oder nicht. Wenn jedoch die gesamte abgestrahlte Energie nicht um den Eingangsbetrag in den ΑΛεη Primärstrahler erhöht wurde, so verbleibt als einzige Erklärung, daß Energie von dem ΑΛεη Primärstrahler reflektiert worden ist. Diese reflektierte Energie kann als eine Energie interpretiert werden, die von dem k+ l'ten Eingang angekoppelt wurde. In jedem Fall sieht unter diesen Umstanden der Ic¹Ie Primärstrahler eine Fehlanpassung, während mk abgeschaltetem Primärstrahler Ar+ 1 der A^Jte Eingang angepaßt war und keine reflektierte Energie hervorgerufen hat.

Die Gleichung (1) kann für die Werte des Sirahlerabstands »α« gelöst werden, was dann zu keiner gegenseitigen Kopplung führt. Dies läßt sich durch Erweiterung des Integranden auf der rechten Seite der Gleichung (1) und durch Streichung gleicher Ausdrücke auf beiden Seiten der Gleichung durchführen, was dann ergibt:

terer Form entsprechend der folgenden Gleichung (3) angeschrieben werden:

sine (.v! * sine U) = 0.

worin bedeuten

* bezeichnet die Faltung

(3)

sine (.v)

sin χ
χ

Die mit sich selbst gefaltete sine (x)-Funktion führt jedoch zu einer weiteren sinc-Funktion. Dies läßt sich erkennen, wenn man bedenkt, daß eine Faltung in dem v-Bereich zu einer Multiplikation in dem Fourier-Transformationsbereich führt. Wenn somit die Transformation von sine (x) multipliziert wird mit der Transformation von sine (x) und man dann die inverse Transformation dieses Produktes nimmt, ergibt sich das gewünschte Erg8bnis. Die Transformation von sine (.v) ist eine Rechtwinkelfunktion, und zwar:

sinc(x) < = > ζ rect (~>)

worin bedeutet (< = >) »Fourier-Transformation nach«.
Daher ergibt sich:

sine (x) * sine (x) < = > [r rect (~y)]².

Es ergibt sich aus der Definition der Fourier-Transformation:

sine (χ) * sine (x) = .τ² jfrect (xy)f e'² ^zaydy (4)

Eine Auswertung der Integraltransformation auf der rechten Seite der Gleichung (4) führt zu:

W„ W₁

■.,μ

sin χ sin (x — a)

sine (x) * sine (x) = π sine (a)

(5)

dx = 0 (2)

(x-a) " ' "' Demzufolge sind die Werte von »a«, die bewirken.

daß sine (α) gleich Null wird, d. h. die Werte von »α«, die zu einer minimalen wechselseitigen Kopplung zwi-

Das integral in Gleichung (2) stellt jedoch ein FaI- es sehen den Primärstrahiern führen gleich a - r. ,7, wobei tungs-Integral dar. Die sin x/x-Funktion wird mit sich η eine ganze Zahl, ausgenommen Null ist. Durch Defiselbst gefaltet, und zwar hinsichtlich der Variablen »o«. nition müssen die zwei sine (x)-Funktionen orthogonal Die zuvor angegebene Gleichung kann in kompak- für die zuvor angegebenen Werte von »a« sein, da

deren integriertes Produkt Null ist. Die von den sine (.v)-Funktionen wiedergegebenen Strahlen müssen in ähnlicher Weise orthogonal zueinander sein. Da ein sin .v/x-Strahl die ersten Nullstellen bei π und -n hat und nachfolgende Nullstellen bei ganzzahligen Vielfachen davon, ist es klar, daß die Primärstrahler zum Zwecke einer minimalen wechselseitigen Kopplung so getre.»v·' t sein müssen, daß der Scheitelwert des Strahls, der sich aus der Erregung eines bestimmten Primärstrahlers ergibt, bei der ersten Nullstelle des Strahls liegen muß, der aus der Erregung eines benachbarten Primärstrahlers resultiert. In Fig. 6 sind die orthogonalen Strahlen A- und A:+1 im sin 0-Raum gezeigt. Die Variable .v in Fig. 5 wird zu

-D

sin Θ

in Fig. 6, wie dies dem Fachmann bekannt ist.

7wei weitere Tatsachen sind ,»us Fig. 6 zu ersehen, und zwar die Breite eines Strahls zwischen seinen ersten Nullstellen, die gleich 2 /JD ist. während der Scheitel eines Strahls, der von der Erregung des Primärstrahlers A- resultiert bei sin 0_k auf der sin 0-Achse liegt, und daß der Scheitel des Strahls, der von der Erregung des Primärstrahlers Ar+ 1 resultiert, bei sin 0_t.. auf der gleichen Achse liegt.

Wenn D die Linsenöffnung und / die Wellenlänge ist. dann läßt sich anschreiben

— = sin 0_;., - sin 0,

sin 1/2

so daß gilt:

— = Δ θ cos 0_;.
oder anders ausgedrückt:

ΛΘ =

D cos

(6)

Strahlform kann im wesentlichen konstant gehalten werden (im Sinuswinkelraum), und die Seitenkeulenwerte können unter dem vorgeschriebenen Wert gehalten werden. Das Verfahren zur Berechnung dieser Werte bzw. Bewertungen ist weiter unten gezeigt, und zwar mit der Forderung, daß der Strahl in Inkrementen von einem Zehntel des Primärstrahlerabstands bewegt werden soll, obwohl es offensichtlich ist. daß Bewertungssätze möglich sind, gemäß welchen der Strahl in irgendeinem anderen Inkrement bewegt wird. Eine weitere Grundregel besteht darin, daß eine minimale Zahl von benachbarten Primäistrahlern gleichzeitig erregt wird, wobei lediglich eine Einschränkung durch die Feinsteuerungsgenauigkeit und den maximal zugelassenen Winkelseitenkeulenpegel vorhanden ist.

Unter Verwendung der zuvor erwähnten Grundregeln ist es zunächst erforderlich, die minimale Zahl der orthogonal im Abstand angeordneten Primärstrahler zu bestimmen, die im Falle einer Erregung ein Antennenrichtdiagramm mit maximalen Seitenkeulen unterhalb der spezifizierten Grenze erzeugen würden. Zwei benachbarte Primärstrahler, die in gleicher Weise erregt werden, erzeugen im Raum einen Strahl mit einem theoretischen ersten Seitenkeulenwert von -23 dB. Dieser Strahl ist die Überlagerung von zwei orthogonalen sin .v Y-Strahlen. Die Gestalt dieses Antennenrichtdiagramms (Gruppenfaktor) ist wie folgt gegeben:

F„ (χ) = j

sin I .ν - —

sin (.ν + y

-f) H),

Eine Vereinfachung der zuvor erwähnten Gleichung durch trigonometrische Maßnahmen führt zu:

F₀(X) =

cos χ

worin Qi, den Wert wie in F i g. 4 hat. Durch Verwendung - = der Gleichung (6) läßt sich der Abstand der Primärstrahler entlang des Brennpunktbogens 20 für eine minimale wechselseitige Kopplung berechnen.

Aus dem bisherigen geht nunmehr hervor, daß ein gut geformter Strahl durch den Raum unter Verwendung einer Rotman-Linsenantenne geschwenkt werden kann, wobei die Primärstrahler den geschilderten Abstand haben und wobei jeder Primärstrahler der Reihe nach erregt wird und gleichzeitig die anderen entregt werden. Wie jedoch bereits an früherer Stelle erwähnt wurde, führt dies zu einem Strahl, der in A 0-Schritten durch den Raum wandert, also nicht entsprechend einem weich kommutierten Strahl. Durch Erregen von mehreren benachbarten Primärstrahlern in Einklang mit einem geeigneten Satz von Bewertungen, die errechnet werden können, ist es jedoch möglich, einen resultierenden zusammengesetzten Antennenstrahl zu erzeugen, der einen geeigneten Seitenkeulenwert besitzt, der hier zu -23 dB angenommen wird. Wenn diese Bewertungen dann geändert werden, und zwar in einer vor- °5 geschriebenen Folge, kann der Strahl in Winkelinkrementen bewegt werden, die irgendeinen Bruchteil des Winkels zwischen den Primärstrahlem haben. Die Der Ausdruck Tür F₀[X) g'bt die Richtcharakteristik der Antenne an, und zwar bei zwei gleicherweise erregten Primärstrahlern. Der Strahlhöchstwert wurde auf eins normiert, und die Variable χ stellt die Sinuswinkelveränderliche dar. Der Abstand zwischen den ersten Nullstellen der sin .x/x-Kurve ist auf zwei 2 π der Einfachheit halber normiert. Die tatsächliche Winkeler^treckung zwischen den ersten Nullstellen von jedem sin x/x ist gleich 2 /JD im Sinuswinkelraum, wie zuvor angegeben, und die Hälfte davon, nämlich /J D ist der Abstand zwischen benachbarten sin x6r-Strahlen. Die 3-dB-Bandbreite der resultierenden Zwei-Strahler-Erregung ist l,35mal größer als die des sin x/x- Strahls. und der Gewinn ist um 0,91 dB kleiner als der des sin x/x-Strahls. Obwohl dies nicht die wirkungsvollste Antennenbelegung darstellt, die für den 23-dB-Seitenkeulenpegel möglich ist, läßt sie sich einfach erzeugen und stellt eine annehmbare Lösung dar. Diese Zwei-Strahler-Erregung erzeugt eine Cosinus-Belegung der strahlenden Antennenöffnung. Das Abtast-Theorem wird nun dazu verwendet die Bewertungsfaktoren aufzustellen, die für die Erzeugung einer geschwenkten Version dieser nämlichen Strahlenfonn erforderlich sind. Fig. 7 dient dazu, das Abtastkonzept zu erläutern.

Das Abtast-Theorem gibt an. daß die /y,(.vi-Funktion exakt durch die Summe- einer unendlichen Zahl von sin .ν .v-Funktionen reproduziert werden kann, die einen Abstand π haben und entsprechend der FAx)-Funktion bewertet sind. Diese sin .v .r-Funktionen können alle willkürlich unter der ursprünglichen FAx)-Funktion verschoben werden, solange sie einen gleichen Abstand beibehalten. Eine gute Annäherung der Fa χ !-Funktion kann dadurch erhalten werden, daß man annimmt, daß alle Abtastwene Null sind, ausgenommen diejenigen, die unter der Hauptkeule der F (.vi-Funktion gelegen sind. Dadurch wird die Sirahlform nur geringfügig verändert. Fig. ⁷ zeigt, daß maximal drei Abtastwerte W- . W- und W-, der Hauptkeule, welche einen Abstand π besitzen, möglich sind.
Der Wert der Abtastwene ist wie folgt:

	1	v .- ) COs(Z + -1
H'.	1	f2 (Z +.-ir
		ι .- j cos (Z -2.-ι
IV-	1	ί 2 (Z -2.-)1^:
	H- \ worin bedeutet:	ι .- j

(10)

Uli

Z = - ^- - ί -jj und ' = 0. 1. ... 9.

Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn / = 0 oder 9 ist. die Gleichungen 11Oi und 1111 unbestimmt werden. Die Werte werden bestimmt, indem man die Werte der Gleichungen(9i.( 1Oiund (ll)füri ·0:< = ^q erechnet und die Forderung nach einem weichkommutierenden Strahl berücksichtigt.

Die Werte werden festgelegt als:

H = H" = ο
H". = H. = -JX W, = U.= -/4.

Allgemeiner gesagt, erlaubt das Abtast-Theorem die Berechnung von Wertigkeiten, damit der Antennen- >irahl in irgendeiner Anzahl / von Schritten über den Winkel _1 Θ von Fig. 4 bewegt werden kann. Zusätzlich kann irgendeine praktizierbare maximale ungerade Zahl λ' von Primärstrahlern gleichzeitig erregt werden. Entsprechend dem Abtast-fheorem lautet die allgemeine Gleichung für verschiedene Bewertungfaktoren unter der Annahme, daß die Primärstrahler entlang dem Brennpunktbogen angeordnet sind, wie folgt:

COS[Z + (k- li.-r]

(2 [Z.-MAr-I)-

worin bedeuten:

Kr

1.2.3.

ι = 0. 1. 2.

K und K ist die gesamte Zahl von gleichzeitig erregten Primärstrahlern. A' ist irgendeine ungerade Zahl 3. 5. 7.9...

(/-1) und / ist die gesamte Zahl der diskreten Schritte zwischen dem Abtastwinkel Θ. und O₁-; in Fig. 4.

Der Index k gibt an. welcher der ^-Strahler erregt wird, wenn man W^ berechnet. Der Index / gibt an. welches Abtastinkrement betrachtet wird, wenn man H' berechnet.

Fig. 8 zeigt eine Tabelle von Bewertungsfaktoren, die durch Verwendung der Gleichungen (9). (10) und (11) berechnet wurden. Es sei daraufhingewiesen, daß bei dieser Ausfuhrungsform zehn Sätze \on Bewertungs faktoren existieren, welche den zehn Schritten des Antennenstrahls entsprechen, damit dieser über den Winkel J ö von Fig. 4 bewegt wird. Die Miiiei. durch welche die Energie der Primärstrahler der Linse in Abhängigkeit von den berechneten Bewertungsfaktoren verändert wird, sind in Fig. 9 gezeigt, auf die nunmehreingegangen werden soll. Es wird in der folgenden Beschreibung angenommen, daß der Antennenstrahl von einem Grenzwert seiner Bewegung zum anderen und wieder zurück geschwenkt wird. Im Laufe der Beschreibung wird jedoch hervorgehen, daß sich irgendein Abtastprogramm realisieren läßt, und zwar durch geeignete Modifikation des Gegenstandes der Erfindung. Fig. 9 zeigt einen Eingangsanschluß 48 für ein Mikrowellensignal und einen Feinabtastmodulator 45 mit niedrigen Verlusten, der das Eingangssignal in Abhängigkeit von den Bewertungsfaktoren der Tabelle von F i g. 8 an die Primärstrahler von F i g. 1 verteilt. Um diese Funktion zu erreichen, besteht der bevorzugte Feinabtastmodulator einfach aus einem Mikrowellen-Leistungsteiler, der nach bekannten Prinzipien aufgebaut ist und veränderbare Phasenschieber 58 bis 63 und 90³-Gabelschaltungen 52. 54 und 56 enthält. Ein Typ eines Mikrowellen-Leistungsteilers, bei welchem veränderbare Phasenschieber und 90°-Gab.lschaltungen zur Anwendung gelangen, ist in dem Artikel »A Variable Ratio Microwave Power Divider and Multiplexer« von Teeter und Bushore beschrieben, der im Oktober 195⁷ in der Zeitschrift »I.R.E. Transactions an Microwave Theory and Techniques« erschienen ist. Wie dies dem Fachmann bekannt ist. läßt sich durch Verändern der verschiedenen Phasenschieber erreichen, daß die gesamte dem Eingangsanschluß 48 zugeführte Energie an irgendeinem der Ausgangsanschlüsse 54 a. 54 b. 56 α oder 56 b erscheint, wobei an den anderen Ausgangsanschlüssen keine Energie erscheint, oder daß die Eingangsenergie entsprechend einem Bewertungsschema auf die verschiedenen Ausgangsanschlüsse verteilt wird. Wie dies auf dem vorliegenden Gebiet allgemein üblich ist. soll der Ausdruck »keine Energie« an einem Ausgangsanschluß bedeuten, daß die an diesem Ausgangsanschluß anstehende Energie unter einem praktischen unteren Grenzwert liegt. Bei einem tatsächlich realisierten Ausführungsbeispte! «snjrg,.- diese untere Grenze als -30 dB ermittelt.

Wie gezeigt, ist der Anschluß 48 über die Leitungen 48 α und 48 b mit den veränderlichen Phasenschiebern 58 und 59 verbunden. Die phasenverschobenen Signale aus diesen Phasenschiebern werden der 90°-Gabelschaltung 52 zugeführt, deren Ausgangsleitungen 52 a und 52 b jeweils mit verschiedenen Phasenschiebern 60. 61 und 62.63 verbunden sind. Die phasenverschobenen

Signale der Phasenschieber 60 und 61 werden an die 90°- Gabelschaltung 54 angelegt, deren Ausgangsleitungen Anschlüsse B4, α und 54 b aufweisen. In ähnlicher Weise werden die phasenverschobenen Signale der Phasenschieber 62 und 63 der 90°-Gabelschaltung 5( zugeführt, deren Ausgangsleitungen Anschlüsse 56 a und 56 b aufweisen.

Bei dieser Ausführungsform werden die veränderlichen Phasenschieber des Feinabtastmodulators 45 durch Decodierstufen 74,76 und 77 in Abhängigkeit von der Zählung in einem Zähler 72 gesteuert, der Impulse von einer Taktquelle 70 empfängt. Die verschiedenen Decoderstufen enthalten Lesespeicher (ROM's), die als wesentliches Merkmal so programmiert sind, daß sie die Bewertungsinformationen der Fig. 8 in Form einer »Nachschlagw-Tabelle enthalten und durch die Zählung adressierbar sind, die in dem Zähler 72 enthalten ist. Die verschiedenen Phasenschieber bestehen aus digital gesteuerter. Phasenschiebern, deren Grad an Phasenverschiebung durch ein digitales Signal eingestellt wird, welches von einem geeigneten Decoder empfangen "'ird. Insbesondere steuert der Decoder 74 die Phasenschieber 58 und 59, der Decoder 78 steuert die Phasenschieber 60 und 61, und der Decoder 76 steuert die Phasenschieber 62 und 63. Die Lesespeicher in Form der Nachschlage-Tabellen, die durch ein digitales Signal adressiert wurden, und die digital gesteuerten Phasenschieber sind gut bekannt, so daß eine detaillierte Beschreibung dieser Elemente und deren Verknüpfungen nicht erforderlich ist.

Die bewerteten Ausgangsgrößen des Feinabtastmodulators 45 werden einpoligen Vierstellungsschaltern 80,82,84 und 86 (SP4T) zugeführt. Insbesondere ist der Anschluß 54 α mit dem Arm 80 a des SP4T-Schalters 80, der Anschluß 54 ft mit dem Arm 82 a des Schalters 82, der Anschluß 56 a mit dem Arm 84 a des Schalters 84 und der Anschluß 56 b mit dem Arm 86 a des Schalters 86 verbunden. Die Schalter verbinden die bewerteten Leistungssignale des Feinabtastmodulators 45 mit den Primärstrahlern der Antenne der Fig. 1. Es ist hier (in Fig. 9) angenommen, daß 16 Primärstrahler vorhanden sind, die aufeinanderfolgend numeriert sind als # 1 bis # 16. Die Schaltstellungen, beispielsweise in Verbindung mit dem Schalter 80 die Positionen 80 b, 80 c, 80 rfund 80 e, sind jeweils mit jedem vierten Primärstrahler verbunden, beim Schalter 80 also mit den Primärstrahlern 1,5,9 und 13, diejenigen des Schalters 82 mit den Primärstrahlern 2,6,10 und 14, diejenigen des Schalters 84 mit den Primärstrahlern 3,7,11 und 15 und diejenigen des Schalters 86 mit den Primärstrahlern 4,8, 12 und 16. Es sind Koaxialkabel dafür eingesetzt, um jeweils die Schalter mit den verschiedenen Prirnäritrahlern zu verbinden, und die Längen dieser Kabel sind in bevorzugter Weise so vorherbestimmt, daß die Signale an den verschiedenen Primärstrahlern (siehe Fig. 1) zueinander als kohärent erscheinen, und zwar beobachtet an der Schnittstelle der Längsachse 14 und der Kontur 22.

Gemäß Fig. 9 sind bei einer tatsächlichen Ausführunsform der Erfindung die Schalter 80,82,84 und 86 als HaJbieiterschaiter ausgenihfl am dadurch eine schnelle Betriebsweise zu realisieren. Um darüber hinaus eine wirtschaftliche Verwendung der verwendeten Hardware zu ermöglichen und, obwohl die zehn Sätze der Bewertungsfaktoren der F i g. 8 dazu verwendet wurden, um den Antetmeastralii iö zehn kleinen Schritten über einen Winkel A β zu bewsgen, ve-r'de die Schaltungsanordnung uit Fig. 9 dazu verwendet ut- c:^r Antennenstrahl über einen Winkel von 4mal Δ Θ in 40 kleinen Schritten zu bewegen, um dann damit die Bewegung des Antennenstrahls durch das interessierende Feld 7u wiederholen. Mit anderen Worten werden die Phaserschieber der Fig. 9 durch die Decodierstufen so programmiert, daß sie durch einen Zyklus vo:. 46 Schritten wandern, wobei natürlich das ROM in jeder Decodierstufe die Information für jeden dieser Schritte enthält. Zusätzlich sammelte der Zähler 72 vierzig Impulse ίο von der Taktquelle 70 (von einer binären Zählung 0 bis 39) und wiederholte dies dann.

In Fig. 10 ist eine Tabelle gezeigt, die veranschaulicht, aufweiche Weise die Eingangsenergie des Feinabtastmodulators 45 auf die Ausgangsabschlüsse desselben in dem 40-Schrittzyklus bei dem tatsächlich realisierten Ausfuhrungsbeispiel verteilt wird. In dieser Figur sind die -dB-Werte der Energie an den verschiedenen Ausgangsanschlüssen tabelliert. Diese dB-Werte entsprechen natürlich den Bewertungsfaktoren der Fig. 8. Es sei daraufhingewiesen, daß die Tabelle der Fig. 10 sich jeweils nach zehn Folgen wiederholt, jedoch um eine Stelle nach rechts versetzt. Die Tabelle wiederholt exakt alle 40 Schritte. Bei der Folge 0 sind beispielsweise die Phasenschieber so eingestellt, daL die Eingangsenergie am Eingangsanschluß 48 halbiert wird, wobei die Hälfte der Energie am Anschluß 54 a und die Hälfte am Anschluß 54 b erscheint (es sei darauf hingewiesen, daß, wie oben erläutert wurde, ein -30-dB-Energiepegel gleichbedeutend ist mit »keine Energie«. Auch ist »-0-dB« bei dieser Ausführungsform gleich "Λ der Eingangsenergie) Die Folge 0 wird alle vierzig Zählschritte des Zählers 72 wiederholt. Die Folgen 10, 20 und 30 ähneln der Folge 0 darin, daß die Eingangsenergie gleichmäßig auf zwei Ausgangsan-Schlüsse aufgeteilt wird. Sie unterscheiden sich, wie zuvor erwähnt wurde, dahingehend, daß die Energiewerte um 1 Stelle nach rechts bewegt werden; bei der Folge 10 wird die Energie auf die Anschlüsse 54 b und 54 α, bei der Folge 20 auf die Anschlüsse 56 α und 56 b und bei der Folge 30 auf die Anschlüsse 54 α und 56 b aufgeteilt.

Die Schalter der Fig. 9 werden durch einen Decoder 87 gesteuert, der in bevorzugter Weise aus einem weiteren ROM besteht, das einmal für alle zehn Zähl:;hritte des Zählers 72 adressiert wird.

Die Betriebsweise der Schaltung von F i g. 9 zur Realisierung eines weich weitergeschalteten Antennenstrahls ist unter Hinweis auf die Fig. 9 und 10 wie folgt: Ein konstantes Energiesignal wird dem Anschluß 48 so zugeführt. Bei Anfangsbedingungen, die als Folge 0 angenommen werden und wobei alle Schalterarme konzeptmäßig nach links liegen, wird die Eingangsenergie gleichmäßig auf die Primärstrahler 1 und 2 aufgeteilt. Bei den Folgen 0 bis 9 wird die Energie durch Veränderung der Phasenschieber entsprechend der Tabelle der Fig. 10 verteilt, während die Schalter in einer konstanten Stellung bleiben. Bei der Folge 10 interpretiert der Decoder 87 die Zählung in dem Zähler 72 so, daß der Arm des Schalters 80 um einen Schritt nach rechts bewegt wird, um dadurch eine Verbindung zwischen den Anschlüssen M α und 80 c vorzusehen, und um die Energie zu den Primärstrahlern 2,3 und 4 während der Folgen 10 bis 19 entsprechend der Tabelle der Fig. 10 zu verteilen. (Es sei darauf !angewiesen. da3 in Eines klang mit de*Tabslle vor. Fis_ 10 dem Primärstrahler 5 während der ^oigen iO bis i9 üeiue EAergie y.ugemhrt wird,

Anschluß 34 a über den Schalter 80

C-izsi-.·: angV-¹KuIossen wird.) Bei der Fo'gs 20 inter-

pretiert der Decoder 87 die Zählung in Ίειη Zähler 72 so, daß der Arm des Schalters 82 um einen Schritt nach rechts bewegt wird, um eine Verbindung zwischen den Anschlüssen 82 α und 82 c zu bewirken und um die energie zu den Primfirstrahlern 3,4 und 5 während der Folgen 20 bis 29 in Einklang mit der Tabelle der Fig. 10 zu verteilen. Diese Operation wird fortgesetzt, bis der Strahl durch das interessierende Feld bewegt wurde. Zu diesem Zeitpunkt sind alle Schalteranne konzeptmäBig in die rechte extreme Stellung geschaltet

Da es bei diesem Ausfuhrungsbeispiel wünschenswert ist, den resultierenden Antermenstrahl vorwärts und rückwärts durch das interessierende Feld zu bewegen, ist es nach Durchführung einer Abtastung in einer Richtung erforderlich, daß die Betriebsweise des Zählers 72 umgedreht wird. Zähler dieses Typs sind bekannt, und deren Zahlrichtung läßt sich einfach durch Vorsehen eines weiteren Zählers steuern, der lediglich zyklisch die Zahl der Impulse aus der Taktquelle 70 sammelt, die erforderlich sind, um den Antennenstrahl durch das interessierende Feld zu bewegen und um zu diesem Zeitpunkt ein Signal zu erzeugen, um die Betriebsweise des Zählers 72 umzukehren. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Zähler 90 für den erwähnten Zweck vor gesehen, und er erzeugt ein Umkehrbefehlssignal, welches dem Zähler 72 jeweils nach 160 Impulsen aus der Taktquelle 70 zugeführt wird. Während das Umkehrbefehlssigna! dem Zähler 72 zugeführt wird, geht der Zähler um einen Zählschritt für jeden ihm aus der Taktquelle 70 zugeführt Impuls zurück.

Wie dies dem Fachmann bekannt ist, läßt sich der Feinabtastmodulator oder die Teilerstute der Fig. 9 mit nur drei Phasenschiebern aufbauen, beispielsweise mit

ίο den Phasenschiebern 58, 60 und 62. Für das gezeigte Ausführungsbeispiel bestehen die Phasenschieber, die bei dem tatsächlich realisierten Ausführungsbeispiel verwendet wurden, aus 6-Bit-Phasenschiebern von 45°, 22,5°, 11,25°, 5,625°, 2,8125° und 1,40625° und werden

is derart gesteuert, daß die von einem Phasenschieber eingeführte Phasenverschiebung entgegengesetzt gleich ist der Phasenverschiebung, die durch den zugeordneten Phasenschieber eingeführt wurde. Beispielsweise führt der Phasenschieber 59 eine Phasenverschiebung von + α ein, während der Phasenschieber 58 eine Phasenverschiebung von — α einfühlt. Wenn nur drei Phasenschieber verwendet werden, wie dies zuvor vorgeschlagen wurde, so betragen natürlich die Phasenschiebe-Bits 90°, 45°, 22,5°, 11,25°, 5,625° und 2,8125°.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Radarantenne, insbesondere für Zeilenradaranwendung, mit einer ParaMplattenlinse, die durch mehrere einzeln erregbare, entlang eines Brennpunktbogens angeordnete Primärstrahler gespeist ist und an ihrem Ausgang mit einer Strahlergruppe verbundene Sonden aufweist, mit einer Einrichtung zur gleichzeitigen Erregung mehrerer benachbarter Primärstrahler, wobei eine Erregung des Arten Primärstrahlers zu einem Strahl mit einem Winkel Θ* und eine Erregung des k + l'ten Primärstrahlers zu einem Strahl mit einem Winkel 8_k+l führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur gleichzeitigen Erregung mehrerer benachbarter Primärstrahler zur Durchführung der Abtastbewegung des Strahls in /-Schritten zwischen 9_k und 0_{k +} χ derart ausgebildet ist, daß sie den gleichzeitig erregten Primärstrahlem die Energie in einer Aufteilung gemäß dem Bewertungsfaktor W_u zuführt, wobei