DE2822845C2

DE2822845C2 - Gruppenantenne mit elektronisch gesteuerter Strahlschwenkung

Info

Publication number: DE2822845C2
Application number: DE19782822845
Authority: DE
Inventors: Irmin Dipl.-Ing. 5308 Rheinbach Gröger; Wulf-Dieter Dr.-Ing. Wirth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-05-24
Filing date: 1978-05-24
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE2822845A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine aus einer Vielzahl von Ieitungsgespeisten Einzehtrahlern bestehende Gruppenantenne mit elektronisch gesteuerter Strahl-Schwenkung zur Radar-Rundumabtastung in alle Raumwinkel.

Gruppenantennen mit elektronisch gesteuerter Strahlschwenkung sind insbesondere in der modernen Radartechnik für flexible Multifunktionssysteme vorgesehen. Dazu wurden zur Bildung von bleistiftförmigen Strahlungskeulen bisher die Einzelstrahler auf einer ebenen Metallfläche angeordnet. Der Strahl derartig aufgebauter Antennen kann aber nur in einem Winkelbereich von etwa ±63°, ausgehend von der ^⁵ Flächennormalen, geschwenkt werden, so daß, wenn keine zusätzliche mechanische Schwenkung zulässig ist, zur Abdeckung des vollen Winkelbereichs zumindest drei, besser vier gleichartige Antennen benötigt werden. Derartige Anordnungen sind z. B. aus »Phased Array Antennas«, Proceedings of the 1970 Phased Array Antennas Symposium, 2,—5. Juni 1970, Seiten 323 bis 327, insbesondere Fig. 1, bekannt.

Bei der Anordnung der Einzelstrahler auf einem Metallzylinder oder Metallkegelstumpf, wie dies z. B. bei Satelliten-Antennen vorgesehen wurde und ebenfalls aus der vorstehend genannten Literaturstelle bekannt ist, ist zwar durch eine entsprechende Schaltermatrix die Erzeugung einer Strahlungskeule in jeder gewünschten Azimut-Richtung möglich, jedoch kommen dabei nur jeweils die der Antennenblickrichtung zugewandten Einzelstrahler zum Einsatz. Demzufolge entspricht der Gewinn einer derart zylinder- oder kegeistumpfförmig aufgebauten Gruppenantenne nur demjenigen Gewinn, der bereits von einer kleineren Anzahl der an sich vorhandenen Einzelstrahler erzielt wird.

Von Nachteil bei planaren Gruppenantennen ist zum einen somit der eingeengte Schwenkwinkelbereich der Hauptkeule, zum anderen aber auch die Verformung der Strahlungskeule bei verschiedenen Auslenkwinkeln. Bei den bekannten zylinder- oder kegelstumpfförmigen Gruppenantennen iiegt der Nachteil dagegen darin, daß für die Formung der Strahlungskeule nur ein Teil der Einzelstrahler zur Wirkung gelangt

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einzelstrahleranordnung anzugeben, bei der die Strahlungscharakteristik der Gruppenantenne für alle Strahlungsrichtungen im wesentlichen erhalten bleibt und außerdem möglichst alle Einzelstrahler wirksam sind. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung, die sich auf eine Gruppenantenne der eingangs genannten Art bezieht, dadurch gelöst, daß die das Volumen einer gedachten Kugel ausfüllende räumliche Verteilung der Einzelstrahler derart ist, daß für a!Je Richtungen eine möglichst gleichartige projizierte Anordnung entsteht, daß die Einzelstrahler durch horizontal liegende Leiterringe oder horizontal liegende gekreuzte Dipole nach Art von Drehkreuz (»turnstile«)-Antennen, d.h. mit 90°-Phasendrehung, gebildet sind, und daß die Speiseleitungen der Einzelstrahler senkrecht verlaufen.

In »Electronics Letters«, 25.11.1976, Heft 24, Seiten 643 und 644 wird ganz allgemein die räumliche Verteilung von Einzelstrahlern einer Gruppenantenne hochgradiger Verdünnung und deren Auswirkung auf die Richtungsbestimmung von einfallenden elektromagnetischen Wellen behandelt Die Verteilung, Ausbildung und Speisung der Einzelstrahler innerhalb des Volumens einer gedachten Kugel im Sinne der Erfindung ist jedoch in dieser Literaturstelle nicht angesprochen.

Man hat durch die Wahl der räumlichen Verteilung der Einzelstrahler im Kugelvolumen die Möglichkeit, die Strahlungscharakteristik der Gruppenantenne zu beeinflussen. Von wesentlicher Bedeutung dabei ist aber, daß die Kugelsymmetrie der Verteilungsdichte nicht zerstört wird. Dies bedeutet, daß auf einer Kugelschale die Verteilung der Einzelstrahlerelemente stets möglichst gleichmäßig erfolgt, wogegen die Dichte von Kugelschale zu Kugelschale variiert werden kann, und sich somit die entstehende Strahlungscharakteristik in gewissen Grenzen an die Aufgabenstellung der Antenne anpassen läßt.

Mit einer in dieser Weise aufgebauten Gruppenantenne kann man den vollen Raumwinkel mit gleichartigen Hauptkeulen abdecken, wobei stets alle Einzelstrahler zum Gewinn beitragen.

Die Figur zeigt den praktischen Aufbau einer räumlichen Radar-Gruppenantenne nach der Erfindung.

Um die Speisung der im Volumen einer Kugel 1 verteilten Einzelstrahler 2 ohne Störung des Gruppendiagramms zu realisieren, sind senkrechte Speiseleitungen 3 mit senkrechten magnetischen Dipolen 2 kombiniert. Da der E-Vektor dieser Einzelstrahler 2 horizontal liegt, tritt keine Beeinflussung durch die senkrechten Speiseleitungen 3 ein. Die senkrechten magnetischen Dipole 2 können durch horizontale Leiterringe realisiert werden. Alternativ können auch gekreuzte, horizontale Dipole nach Art einer »turnstile«-Antenne, d.h. mit 90°-Phasendrehung gespeist, verwendet werden. Die Einzelstrahler 2 sind nicht auf einer Metallfläche angeordnet und werden daher in zweckmäßiger Weise mit einem Material mit der relativen Dielektrizitätskonstante von ε_Γ « 1 in ihrer Position fixiert, wenn die Stabilität der Speiseleitungen 3 selbst nicht bereits ausreicht.

Aufgrund der gegenseitigen Beeinflussung der tinzelstrahler ist zwar eine Verschlechterung gegenüber einer idealen Wirkung möglich, was sich durch eine gewisse Verminderung des Antennengewinnes ausd."ückt

Da sich andererseits aber nach der Erfindung im Vergleich zu planaren Gruppenantennen eine bestimmte Einzelstrahlerzahl auf ein Volumen verteilt, vergrößern sich die Einzelstrahlerabstände erheblich. Beispielsweise beträgt bei einem Kugelradius von 50 Wellenlängen -and 2000 Einzeistrahlern der mittlere Abstand zwischen benachbarten Einzelstrahlern etwa 3 bis 4 Wellenlängen. Bei einer zufälligen Verteilung kann sich praktisch auch kein systematischer Fehler, welcher z. B. zu einem »blinden Winkel« führen könnte, einstellen.

Die zwar prinzipiell etwas umfangreicher als bei linearen oder planaren Gruppenantennen ausgebildete

Phasenansteuerung der Einzelstrahler der Gruppenantenne nach der Erfindung ist entsprechend der räumlichen Verteilung der Einzelstrahler zu konzipieren, läßt sich mit der heutigen Di^ital-Technik jedoch mit relativ geringem Aufwand realisieren.

Durch die Erfindung lassen sich somit die erwähnten Einschränkungen bezüglich des Schwenkbereichs bzw. des Gewinns bei vorgegebener Einzelstrahlerzahl vermeiden. Durch die räumliche Verteilung der Einzelstrahler im Volumen einer gedachten Kugel sind diese über den Schwenkbereich von 360° bei der Diagrammbildung beteiligt so daß eine gleichmäßig schmale Bleistiftkeule mit einem Gewinn, gegeben durch die Einzelstrahlerzahl, für alle Richtungen verfügbar ist. Diese Eigenschaften entsprechen den Anforderungen an die meisten Radarsysteme im zivilen und militärischen Bereich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Aus einer Vielzahl von ieitungsgespeisten Einzelstrahlern bestehende Gruppenantenne mit elektronisch gesteuerter Strahlschwenkung zur b Radar-Rundumabtastung in alle Raumwinkel, dadurch gekennzeichnet, daß die das Volumen einer gedachten Kugel (1) ausfüllende räumliche Verteilung der Einzelstrahler (2) derart ist, daß für alle Richtungen eine möglichst gleichartige projizierte Anordnung entsteht, daß die Einzelstrahler (2) durch horizontal liegende Leiterringe oder horizontal liegende gekreuzte Dipole nach Art von Drehkreuz (»turnstile«)-Antennen, & h. mit 90° -Phasendrehung, gebildet sind, und daß die Speiseleitungen (3) der Einzelstrahler (2) senkrecht verlaufen.

2. Gruppenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahler (2) mittels eines Materials mit einer relativen Dielektrizitätskonstante ε_Γ « 1 in ihrer Position fixiert sind.

3. Gruppenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahler (2) mittels ihrer jeweiligen Speiseleitung (3) in ihrer Position gehalten werden.

4. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahler (2) einen gegenseitigen Abstand von etwa 3 bis 4 Wellenlängen aufweisen.