DE2845989C2 - Vorrichtung zum Bestimmen der Einfallsrichtung von elektromagnetischen Wellen, insbesondere von Radarimpulsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Einfallsrichtung von elektromagnetischen Wellen, insbesondere von Radarimpulsen, mit einer Gruppe von logarithmisch-periodischen Längsstrahler-Antennen, weiche eine Bezugsebene für eine Peil- oder Sichtlinie definieren und mit einer Signalverarbeitungsschaltung zusammenwirken, in der die an der Antennengruppe von einer fernliegenden Strahlungsquelle erzeugten Signale so verarbeitet werden, daß eine zugehörige Anzeige den Einfallswinkel zwischen der Sichtlinie und der Projektion einer Linie durch Antennengruppe und Strahlungsquelle auf die Bezugsebene angibt.

Wenn eine pulsierende elektromagnetische Strahlung, beispielsweise eines Monopuls-Radars, von irgendeinem Antennenelementenpaar aufgefangen wird, können sich die absolute Phase und Amplitude des empfangenen Signals in Abhängigkeit von Faktoren ändern, die sowohl den Sender als auch die Strahlung auf dem Übertragungsweg vom Sender zum Empfänger beeinflussen. Die Signale, die c¹'. aufgefangene Strahlung an den zwei Elementen eines Antennenpaares verursacht, haben jedoch eine Phasen- und Amplituden-Relation, die nur von dem Einfallswinkel der Strahlung an den Antennenelementen abhängt. Daher kann man die Richtung zur Strahlungsquelle aus der Relation der Signale an den Antennenelementen bestimmen.

Bei bisher bekannten Empfängern mit einer Antennenelementengruppe war es bisher nicht möglich, einen einzigen eindeutigen Wert für den Einfallswinkel zu finden; vielmehr fand man innerhalb der Ansprechkeule der Antennengruppe eine Mehrzahl von potentiellen Winkelwerten. Da die Ansprechkeulen relativ breit gemacht wurden, um eine möglichst große Zone zu überdecken, waren solche Empfangsanlagen ungeeignet, bei der Richtungsbestimmung zu einem Sender eindeutige Ergebnisse zu liefern.

Für eine sehr genaue Richtungsbestimmung zwischen einer Antennengruppe und einem die von der Antennengruppe aufgefangene Strahlung erzeugenden Sender muß die Ansprech- oder Empfindlichkeitskeule der Antennengruppe relativ schmal sein. Um die Präzision von Richtungsbestimmungen zu verbessern,

wurden bereits verschiedene Verfahren zur Verschmä-Ierung der Empfindlichkeitskeuie der Antennengruppe angewandt. Bei einem dieser Verfahren wurden geometrisch breit ausladende Antennengruppen verwendet Ein anderes bekanntes Verfahren verwendete zusätzliche, die seitlichen Empfindlichkeitskeulen der Antennengruppe unterdrückende Antennenelemente. Dies hat jedoch keinen Einfluß auf die Breite der Hauptkeule und bringt somit kaum einen Nutzen bezüglich der Erzielung der erwünschten Präzision. Auf ι υ alle Fälle sind Antennengruppen mit einer scharf gebündelten und schmalen Empfindlichkeitszone für eine Richtungsbestimmung zu einer Strahlungsquelle ungeeignet, da unter anderem eine solche Antennengruppe zu einem bestimmten Augenblick nur auf i> Sendungen ansprechen kann, die aus dem Bereich der relativ schmalen Empfindlichkeitskeuie kommen, so daß Signale einer Strahlungsquelle, die außerhalb der Keule liegt, nicht empfangen werden können und unerfaßt bleiben.

Was man bisher stets wünschte, aber noch nicht praktizieren konnte, ist eine Antennengruppe mit einer breiten Empfindlichkeitskeuie zum Suchen und Erfassen von zu ortenden Signalquellen, die man jedocn für die genaue Ortung einer Strahlungsquelle, nachdem sie zunächst einmal etwa richtungsmäßig erfaßt ist, mehr oder weniger momentan so ändern oder modifizieren kann, daß sich eine scharfe gebündelte, schmale Empfindlichkeitskeuie ergibt- Verständlicherweise ist eine schnelle Änderung der Konstruktion einer ic Antennengruppe keine realistische Möglichkeit. Aber selbst wenn dies möglich wäre, bliebe hierdurch doch noch immer das Problem der Mehrdeutigkeit in den empfangenen Signalen bestehen.

Ausgehend von diesen Überlegungen liegt die j> Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Vorrichtung der einleitend genannten Art, bei der man eine Empfindlichkeitskeulenverschmälerung erreichen kann, ohne die Antennengruppe selbst zu verändern, so daß, nachdem zunächst einmal die generelle Richtung w einer Strahlungsquelle innerhalb der breiten Empfindlichkeitskeuie der Antennengruppe festgestellt worden ist, eine genaue Festlegung der Richtung zu dieser Strahlungsquelle sehr schnell und leicht duichgeführt werden kann.

Die vorstehende Aufgabe wird mit den im Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches angegebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung geben die Unteransprüche an.

Der Vollständigkeit halber sei in Verbindung mit der ϊ<ι Erfindung noch erwähnt, daß im Proceedings IEE, 1972, Seiten 1278 bis 1279, bereits auf die Bedeutung des Neigungswinkels von vier zueinander geneigten Längsstrahlern für die Steilheit des Differenzdiagramms hingewiesen wurde. 5>

Es soll nun anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnungen die Erfindung des näheren beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der Antennenelemente einer erfindungsgemäß ausgebildeten Antennen- t>o gruppe,

Fig.2 eine Seitenansicht der Antennengruppe der Fig.l,

Fig.3 eine Draufsicht auf die Antennengruppe der Fig.l,

Fig.4 ein Rechteckdiagramm einer symmetrisch ausgebildeten Signalvirarbeitungsschaltung mit erfindungsgemäß ausgcbildelem Empfänger.

Fig.5 ein der Fig.4 ähnliches Rechteckdiagramm einer abgewandelten und geringfügig vereinfachten Ausführungsform und

Fig.6 und 7 Diagramme von Signalampliluden an bestimmten Punkten der Schaltungen gemäß F i g. 4 und 5 in Abhängigkeit vom Einfallswinkel der von der Antennengruppe gemäß F i g. 1 bis 3 aufgefangenen Strahlung.

Die in den Zeichnungen dargestellte Antennengruppe besteht aus logarithmisch-periodischen Längsstrahler-Antennenelementen t, 2, 3 und 4, die als Wendelantennen ausgebildet sind. Die Antennenelemente haben -sine feste Reiativlage und sind paarweise angeordnet. Die Elemente 1 und 2 bilden ein erstes Paar und die Elemente 3 und 4 ein zweites Paar. Die zwei Antennenelemente eines jeden Paares konvergieren in Vorwärtsrichtung zueinander, wie es vor allem die Fig.3 erkennen läßt Die Konvergenz bezweckt, die Antennenelementenpaare in an sich bekannter Weise frequenzunabhängig zu machen. Diese Frequenzunabhängigkeit orgibt sich dadurch, daß bezogen auf die Wellenlänge der aufgefangenen Strar^ung der Abstand zwischen den wirksamen Phasenmitten ier Elemente konstant ist Die zwei Antennenelementenpaare liegen symmetrisch zu einer Bezugsebene 5, die daher gegenüber den zwei Antennenelementenpaaren eine äquidistff ite Lage hat und eine Symmetrielinie 6 enthält, die ebenfalls zu den zwei Elementen eines jeden Antennenpaares äquidistant verläuft Die Antennenelemente 1 bis 4 haben somit eine feste Reiativlage gegenüber der Bezugsebene 5 und gegenüber einer Ebene 7, die senkrecht auf der Bezugsebene 5 steht und senkrecht zur Symmetrielinie 6 verläuft

Gemäß der Erfindung hat der Konvergenzwinkel b zwischen den zwei Antennenelementen 1,2 eine andere Größe als der Konvergenzwinkel a zwischen den zwei Antennenelementen 3 und 4 des anderen Paares. So ist der Konvergenzwinkel a zwischen den Antennenelementen 3 und 4 größer als der Konvergenzwinkel b zwischen den Antennenelementen 1 und 2, wob^t der Winkel a weniger als dem doppelten des Winkels b und vorzugsweise dem l,5fachen des Winkels b entspricht. Diese spezielle Größenrelation der Konvergenzwinkel ergab sich empirisch bei dem Versuch einer Optimierung der Unterdrückung der seitlichen Richtcharakteristik-Keulen.

Ein weiteres besonderes Merkmal der erfindungsgemäßen Antennengruppe liegt darin, daß die Winkelhalbierenden 10 und 11 der entsprechenden Konvergenzwinkel a und b die Symmetrielinie 6 in einem Punkt 12 schneiden, welcher auch im Unendlichen liegen kann, und daß die Ebenen Ä und 9 durch die Antennenelementenpaare 1, 2 bzw. 3,4 die Bezugsebene 5 entlang einer Linie 13 schneiden, die sich etwa rechtwinklig zur Symnu trielinie 6 erstreckt und verständlicherweise durch den Punkt 12 hindurchführt. Die Punkte, an denen die verschiedenen Antennenelemente die Ebene 7 schneiden, liegen an den Ecken eines regelmäßigen Trapezes. Es besteht daher eine vollständige Symmetrie in der Antennefigruppe, wodurch die nachfolgende Signalverarbeitung erleichtert wird.

in F i g. 1 der Zeichnungen ist der Ort eines Senders mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnet. Es is; davon ausgegangen, daß die vom Sender 14 kommende elektromagnetische Strahlung, bei der es sich um Radarimpulse oder dergl. handeln kann, von der Antennengruppe aufgefangen wird. Die Sichtlinie 15 zwischen dem Sender 14 und der Antennengruppe

definiert mit ihrer Projektion 16 auf die Bezugsebene 5 zusammen mit der Symmetrielinie 6 einen Winkel V. Die Funktion des erfindungsgemäßen Gerätes soll nun darin liegen, die Größe des Winkels Vcindeutig und genau zu bestimmen. Den Wert des Winkels V benötigt man -, verstiindiicherweise für die Ortsbestimmung des Senders 114.

An dieser Stelle der Beschreibung sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäß ausgebildete Antennengruppe auch andersartige Antennenelemente i<> und rieh! nur die konischen Wendelantennenelemente enthalten kann. So ist es beispielsweise möglich, eine Dipol-Gruppe zu verwenden, deren f-Ebene bezüglich der Eibenen 8 und 9 in Übereinstimmung mit der Polarisation der zu empfangenden Strahlung ausgerich- ι -, tet ist.

Fig. 4 erläutert den Aufbau eines Empfängers für Antennenelemente 1, 2, 3, 4 gemäß dem vorstehend beschriebenen Antennengruppenaufbau. Das AntennenetcmcMieiipaar 1, 2 ist an ein 90"-Hybrid i7 angeschiossen. dessen Ausgangsleitungen die Bezugszeichen 18 und 19 tragen. Die eine Hybrid-Ausgangsleitung 18 fuhrt zu einem Detektor 20 mit einem in Reihe geschalteten logarithmischen Verstärker 21. In ähnlicher V/eise sind mit der Ausgangsleitung 19 des Hybrids i'i 17 ein Detektor 22 in Reihenschaltung mit einem logariihmischen Verstärker 23 verbunden.

Die Aufgabe des 9O'-Habrids 17 liegt darin, die Phasendifferenz zwischen den Signalen an den Aritennenelementen 1 und 2 in eine entsprechende Amplitu- m dendifferenz zwischen den Ausgangssignalen des Hybrids in den Ausgangsleitungen 18 und 19 umzuwandeln. Mit Hilfe des Detektors 20 und des logarithmischen Verstärkers 21 wird ein Signal G gewonnen, welches sich in sich bekannter Weise ändert mit dem in der Bezugsebene 5 gemessenen Winkel, unter dem die empfangene Strahlung eines der Antennenelemente 1 oder 2 schneidet.

In analoger Weise erzeugen der Detektor 22 und der logarithmische Verstärker 23 aus dem Signal an der Ausgangsleitung 19 des Hybrids 17 ein Signal Si. welchem sich in Abhängigkeit von dem Winkel ändert, unter dem die empfangene Strahlung das andere Element des Antennenelementenpaares 1, 2 schneidet. An die Ausgänge der beiden logarithmischen Verstärker 21 und 23 ist ein Differenzbildner 24 angeschlossen, welcher entsprechend der Größe G minus Si ein Differenzsignal Li erzeugt. Die Größe des Differenzsignals L, hängt ab von dem Winkel V zwischen der Symmetrielinie 6 und der Projektion 16 der geraden Linie 15 durch die Antennengruppe und den Sender 14 auf die Bezugst-bene. Auch ist die Größe des Differenzsignals Li eine Funktion des Konvergenzwinkels b zwischen den Antennenelementen 1 und 2; das Differenzsignal ist jedoch unabhängig von der Stärke der empfangenen elektromagnetischen Strahlungen.

in ähnlicher Weise wie bei den Antennenelementen 1, 2 ist auch das Antennenelementenpaar 3, 4 mit einem anderen 90"-Hybrid 25 verbunden. Eine Ausgangsleitung des Hybrids 25 führt über einen Detektor 26 zu m> einem in Reihe geschalteten logarithmischen Verstärker 28. Die andere Ausgangsleitung des Hybrids 25 föhn über den Detektor 27 zu dem in Reihe geschalteten logarithmischen Verstärker 29. Das Ausgangssignal Ci des logarithmischen Verstärkers 28 und das Ausgangs- t>i signal S₁ des !ogarithrnischen Verstärkers 29 gefangen an die Eingangsklemmen eines Differenzbildners 30, dessen Ausgangssignal Li der Größe Ci minus S2 entspricht. Das Signal L: hat eine Größe, die von dem jeweils vorhandenen Winkel V abhängt, aber auch eine Funktion des Konvergenz-Winkels a zwischen den Antennenelementen 3 und 4 ist.

Die Kurvendarstellung der F i g. 6 zeigt, wie sich die Signale G. Si. Ci und S? in ihrer Größe als Funktion des Winkels V ändern. Erkennbar verlaufen die Signale G und S'i spiegelbildlich zur Ordinatenachse, die der Symmetrielinie 6 entspricht. Auch die Signale G und S? verlaufen spiegelbildlich zur vorgenannten Achse. Es ist also wiederum festzustellen, daß eine vollständige Symmetrie bezüglich der Ausgange eines jeden Antennenelementenpaares besteht.

Mit Hilfe eines Differenzbildners 31, dessen Eingänge mit den Ausgängen der Differenzbildner 24 und 30 verbunden sind, entsteht ein drittes Differenzsignal Li, welches gleich dem Wert Li minus L₁ ist.

Die Kurvendarstellung gemäß Fig. 7 läßt erkennen, wie sich die Größen der einzelnen Differenzsignale L\. L; und Li ais Funktion des Winkeis V ändern, wobei jedoch nur die positiven Werte von V berücksichtigt sind. Positive Werte von Ksind verständlicherweise die Werte, die an einer willkürlich gewählten Seite der Symmetrielinie 6 zu erfassen sind. Die zugehörigen negativen Werte liegen dann auf der anderen Seite dieser Linie. Für negative Werte von V verlaufen die Signale L₁. Li und Li symmetrisch zu den dargestellten positiven Werten.'wobei dann die Horizontalachse als Spiegeivngsebene zu betrachten ist. Es ist erkennbar, daß, wie auch die Differenzsignale L\ und Li. die Größe des Differenzsignals Li von der Größe des Winkels V abhängig ist. Hierbei ist jedoch aas Änderungsschema von Li gegenüber dem Winkel V unterschiedlich gegenüber dem Schema der Werte L\ und L2. Während die Kurven bezüglich der Änderungen von L\ und Li gegenüber dem Winkel V im wesentlichen ähnliche Charaktere zeigen, unterscheiden sie sich erheblich bezüglich ihrer absoluter! Werte. Sc ist aus F ä g. 7 erkennbar, daß nahezu jeder willkürlich gewählte positive Wert von L\ oder Li zwei stark unterschiedlichen Werten von V entspricht, da fast jede Linie, die man parallel oberhalb der Achsenlinie 0- V zieht, die Kurven von Li und L₂ an zwei Punkten schneidet.

Um jetzt eine eindeutige Angabe des Wertes für den Winkel V aus einer vorgegebenen Gruppe von Differenzsignalen Li, Li und Lj zu erhalten, ist der erfindungsgemäß ausgebildete Empfänger mit einer Signalverarbeitungsschaltung 32 versehen, zu der Komparatoren 33, 34, 35, ein Bcrugswertgenerator 36. ein mit den Komparatoren verbundener Logikkreis 38 und zwei Torkreise 39, 43 gehören. Die letzterwähnten Torkreise sind so an den Logikkreis angeschlossen und geschadet, daß unter bestimmten Bedingungen das eine oder das andere Differenzsignal Li oder Li zu einer Anzeigevorrichtung 41 weitergeleitet wird.

Die dargestellte Komparatorschaltung besteht aus drei Komparatoren 33, 34, 35, von denen jeder zwei Eingangsklemmen aufweist Eine Eingangsklemme eines jeden Kornparators ist mit der Ausgangsklemme des Bezugswertgenerators 36 verbunden. Die andere Eingangsklemme des Komparators 33 ist mit dem Ausgang des Differenzbildners 24 verbunden, so daß dort das Signal Li eintrifft. In ähnlicher Weise ist die andere Eingangsklemme des Komparators 34 mit dem Ausgang des Differenzbildners 30 verbunden, so daß dort das Signa! L₂ empfangen werden kann. SchlieSlich ist die andere Eingangsklemme des Komparators 35 mit dem Ausgang des Differenzbildners 31 verbunden, so

daß dort das Signal /.> anliegen kann. Die Größe des Bezugswertsignals des Bezugswertgeneratois 36 ist einstellbar mit Hilfe einer manuell oder automatisch bedienbaren Einstellvorrichtung 37. luden Komparatoren 33, 34, 35 werden die Signale Li, Li, Lj mit dem s entsprechend eingestellten Bezugswert des Bezugswertgenerators verglichen. Den Bezugswert kann man auf Null einstellen, um eine vollständige Symmetrie zu erhallen.

Aus F i g. 7 ist erkennbar, daß eine eindeutige Angabe in der Größe des Winkels Vbasieren kann auf der Größe des Differenzsignals L\ in dem für positive Werte von V aufgetragenen Teil der Kurve von Li, in der die Größe von L] kleiner ist als die von Lr, dies entspricht dem Bereich von positiven Werten von V, für die L₃ positiv ist. In entsprechender Weise kann man, wenn das Δι-Signal eine negative Größe hat, einen eindeutigen Wert von V erhalten innerhalb des Bereiches der negativen Werte von V, für die Ly negativ ist.

Es ist erkennbar, daß ein einfacher Vergleich zwischen der Größe des Differenzsignals L\ und der Größe des Differenzsignals L₂ die Vorzeichenunklarheit für die Größe des Winkels Vnoch nicht beseitigt. Es ist aber aus Fig. 7 erkennbar, daß innerhalb des beschränkten Bereiches von positiven Winkeln von V zwischen Null und V'i alle drei Differenzsignale Li, Li und Li positive Werte haben. Die erfindungsgemäße Schaltung nimmt ein Differenzsignal L\ zur Bestimmung des Winkels Vnur dann an, wenn dieses Signal innerhalb des beschränkten 0-Vi-Bereiches liegt. Wenn die jo Schaltung in dieser Weise vorgeht, verursacht sie eine wesentliche Verschmälerung der Empfindlichkeitskcule und eine Seitenkeulenunterdrückung, ohne dabei auch real die Empfindlichkeitskeule der Antennengruppe zu verändern. Damit ein Signal L\ einen Wert von V r> innerhalb des vorerwähnten Bereiches kennzeichnen kann, ist es somit erforderlich, daß auch die Größen der zugehöriger. Signale Li und L₃ an der gleicher; Seite der Nullsignalgrößenlinie liegen, wie die Größe des Signals L|.

Die Komparatoren 33, 34, 35 überprüfen zusamme/i mit dem Bezugswertgenerator 36, ob die Differenzsignale Li, Lj und Lj die vorerwähnte Bedingung erfüllen. Ist die Bedingung erfüllt, sorgt der Logikkreis 38 zusammen mit dem Torkreis 39 dafür, daß das Signal Li 4-, zur Anzeigevorrichtung 41 weitergegeben wird. Zum Zwecke einer solchen Überprüfung liefert jeder der Komparatoren 33, 34, 35 ein binäres Ausgangssignal, welches entweder einer »1« oder einer »0« entspricht, je nachdem, ob das dem entsprechenden Komparator zugeführte Signal Li, Li oder Ls größer oder kleiner ist als das Bezugswertsignal, das ebenfalls diesem Komparator zugeführt wurde. Zur Bestimmung des Winkels V auf der Grundlage eines empfangenen Signals L\ wird der Bezugswertgenerator 36 mit Hilfe seiner Verstellvorrichtung 37 so eingestellt, daß sein Ausgangssignal einen Wert erhält, der der Nullgröße der Differenzsignale entspricht Wenn das Differenzsignal Li in einem solchen Fall positiv ist und einem Wert des Winkels V innerhalb des O-Vi-Bereiches entspricht, ergeben sich als Ausgang an allen Komparatoren gleichartige Signale, z. B. je eine »1«. Wenn das Differenzsignal L\ eine negative Größe hat und einem Wert von V in dem zugehörigen negativen O-Vi-Bereich entspricht, ergeben sich an allen Komparatoren entgegengesetzte aber untereinander gleiche Ausgänge, beispielsweise je eine »0«. Wenn der durch die vorhandenen Signale Li, Li und Li gekennzeichnete Wert von V außerhalb des 0- V₁-Bereiches liegt, weicht der Ausgang einer der Komparatoren 33,34,35 in seiner Art erheblich von den Ausgängen der beiden anderen Komparatoren ab.

Der Logikkreis 38 ist so ausgebildet und som mit dem analogen Torkreis 39 verbunden, daß dieser Torkreis dann und nur dann öffnet, wenn der Logikreis 38 aus den Komparatoren 33, 34, 35 drei gleichartige Ausgänge empfängt. Sofern der Analog-Torkreis 39 geöffnet ist, kann das Signal Li vom Differenzbildner 24 bis zur Anzeigevorrichtung 41 durchlaufen und dort eine eindeutige Angabe über den vorhandenen Wert des Winkels Vmachen.

Handelt es sich um Radarimpulsstrahlungen, die die Antennengruppe 1—4 in sehr kurzen Impulsen erreichen, würden die Signale vom Differenzbildner 24, wenn sie unmittelbar zur Anzeigevorrichtung 41 weitergegeben wurden, eine so kurze Dauer erhalten, daß man die Werte nicht ordnungsgemäß ablesen kann. Auch wäre es möglich, daß solch ein kurzes Signal nicht durch den Anaiog-Torkreis 39 innerhalb der Zeit hindurchiaufen könnte, in der dieser Torkreis geöffnet wird. Aus vorstehenden Gründen wird das Differenzsignal Li aus dem Differenzbildner 24 dem Torkreis 39 über einen Pulsdehner 40 zugeführt.

Wie die F i g. 7 erkennen läßt, ist die Größenänderung von L| für eine vorgegebene Größenänderung von V relativ klein. Hieraus folgt, daß wegen der Zonenbreite des Winkelbereiches 0-Vi mit Hilfe des Li-Signals gewonnene Winkelwerte für viele Anwendungszwecke nicht mehr genau genug sind. Sobald aber einmal ein angenäherter Wert für den Winkel Verzielt worden ist aufgrund des Differenzsignals Li, kann man eine genauere Winkelwertablesung erhalten aus dem Signal L₂, welcher steiler verläuft, d. h. sich stärker in Abhängigkeit von Änderungen des Wertes V ändert. Solche genaueren Ablesungen ergeben sich aber nur in einem schmäleren Bereich von V-Werten; ein Gewinn von Anzeiger, aufgrund des Signals L-₄ stellt somit ein Äquivalent zu einer noch weiteren Verschmälerung der Empfindlichkeitskeule dar.

Damit man das Ditferenzsignal Li für solche exakteren Ablesungen verwenden kann, wird der Bezugswertgenerator 36 mit Hilfe seiner Verstellvorrichtung 37 so eingestellt, daß das Bezugswertsignal eine von Null verschiedene Größe erhält. Falls man festgestellt hat, daß der V-Wert innerhalb des positiven 0-Vi-Bereiches liegt, wird das Bezugswertsignal über positive Größen nach oben verstellt. Falls der Winkel V negativ ist, regelt man das Bezugswertsignal über negative Werte weiter nach unten. Der Zweck einer solchen Verstellung liegt darin, jetzt einen weiteren Ve-gleich vorzunehmen, und zwar zwischen dem Absolutwert des Differenzsignals Li und dem Absolutwert des Bezugswertsignals. Ein solcher Vergleich erfolgt mit dem Komparator 34, welcher einen Ausgang (beispielsweise eine binäre »1«) immer dann zum Logikkreis 38 weitergibt, wenn der Absolutwert des Bezugssignals den Absolutwert des vorhandenen Signals L₂ übersteigt Der Logikkreis 38 ist ferner auch unmittelbar mit dem Bezugswertgenerator 36 verbunden und dabei so angeschlossen, daß er einen Freigabeausgangsimpuls zum zweiten Analogtorkreis weitergeben kann, sofern die zweifache Bedingung erfüllt ist, daß das Bezugswertsignal vom Generator 36 einem von Null verschiedenen Wert entspricht und daß von dem Komparator 34 ein Ausgang empfangen wird. Das Signal Li gelangt vom Differenzbildner 30 über einen weiteren Pulsdehner 42 zum zweiten Analog-Tor-

kreis 43 und dann wie vorstehend erwähnt zur Anzeigevorrichtung 41.

Da man mit dem Bezugssignalgenerator 36 sowohl positive als auch negative Bezugswerte erzeugen kann und der Komparator 34 auf eine Differenz von ■, Absolutwerten, beispielsweise von Bezugswertsignal und Signal L2, anrpricht, arbeitet die erfindungsgemäße Signalverarbeitungssciialtung symmetrisch, d. h. sie ' sorgt bei positiven und negativen Werten des Winkels V für eine effektive Ansprechkeulen-Verschmälerung.

Fig.5 zeigt eine abgewandelte, etwas vereinfachte Ausführungsform einer Signalverarbeitungsschaltung, mit der eindeutige Angaben über die Größe des Winkels Vmit einer Antennengruppe gemäß Fig. 1 bis 3 erzielt werden können, obwohl die Schaltungsanordnung |-, etwas einfacher ist. In Fig.5 wurden Bauelemente, deren Funktion mit denen der F i g. 4 übereinstimmt, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig.5 ist das 90° H^ifbrid 17 mit dsn Anisrincnslcnienten 1 und 2 und \* mit den Detektoren 20 und 22 verbunden, wie es auch bei der Anordnung gemäß Fig.4 der Fall war. Das 90° -Hybrid 25, welcher den Antennenelementen 3 und 4 dient, ist jedoch so ausgebildet und angeschlossen, daß der Komparator 30 kein dem Signal Ci entsprechendes >■-, Signal empfängt; vielmehr ist eine der Ausgangsleiiungen des Hybrids 25 mit einer Klemme 44 verbunden, welche so weitergeführt ist, daß das in dieser Leitung erscheinende Signal absorbiert wird, ohne irgendein Signal zum Hybrid 25 zurückzuleiten. Die andere j» Ausgangsleitung des Hybrids 25 ist mit einem Detektor 27 und einem in Reihe geschalteten logarithmischen Verstärker 29 ve; bunden. wie es gemäß F i g. 4 der Fall war. Auf diese Weise empfängt der Komparator 30 ein Signal Si. Das Signal 52 wird im Komparator 30 jetzt mit dem aus dem 90°-Hybrid 17 empfangenen Signal Ci verglichen. Das am Komparator 30 erzeugte Differenzsignal L-i hat eine Größe, die von dem Winkel V abhängt und ebenfalls eine Funktion des Konvergenzwinkels a zwischen den Antennenelementen 3 und 4 ist, obwohl die Signalgröße auch in gewissem Maße eine Funktion des Konvergenzwinkels b zwischen den Antennenelementen 3 und 4 ist. Das Differenzsignal L₂' wird dem Komparator 31 zugeführt und mit dem Differenzsignal Li verglichen, welches von dem Komparator 24 kommt. Am Komparator 31 entsteht jetzt ein drittes Differenzsignal L₁'. Offensichtlich liegen die Differenzsignale Li, Li etwas asymmetrisch zueinander. Dieser Mangel an Symmetrie kann jedoch kompensiert werden durch eine Regelung des Bezugswertsignals aus dem Generator 36, so daß dieses jetzt Werte hat, die sich in entsprechender Weise von den Werten unterscheiden, die in der Schaltung gemäß F i g. 4 vorliegen. Diese Regelung erfolgt durch entsprechende Betätigung der Verstellvorrichtung 37. Die Werte von V aufgrund der vorherrschenden Werte von Li und L2' werden dann im wesentlichen in gleicher Weise zur Schau gestellt, wie in der Vorrichtung gemäß Fig. 4.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Bestimmen der Einfallsrichtung von elektromagnetischen Wellen, insbesondere von Radarimpulsen, mit einer Gruppe von logarithmisch-periodischen Längsstrahler-Antennen, welche eine Bezugsebene für eine Peil- oder Sichtlinie definieren und mit einer Signalverarbeitungsschaltung zusammenwirken, in der die an der Antennengruppe von einer fernliegenden Strahlungsquelle erzeugten Signale so verarbeitet werden, daß eine zugehörige Anzeige den Einfallswinkel zwischen der Sichtlinie und der Projektion einer Linie durch Antennengruppe und Strahlungsquelle auf die Bezugsebene angibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennengruppe zwei Paare (1,2; 3,4) von Antennenelementen (1 bis 4) enthält, die in symmetrischer Lage an gegenüberliegenden Seiten der Bezu£sebene (5) so angeordnet sind, daß die Ebenen (8, S) durch die Amennerielemenienpaare (1, 2; 3,4) die Bezugsebene (5) entlang einer Linie (13) schneiden, welche auch im Unendlichen liegen kann, daß die zwei Antennenelemente (1, 2; 3, 4) eines jeden Paares nach vorn konvergieren und symmetrisch bezüglich der Sichtige (6) angestellt sind, wobei die zwei Antennenelemente des einen Paares (1,2) unter einem geringeren Konvergenzwinkel (b) konvergieren als die zwei Antennenelemente des anderen Paares (3, 4), daß in der Signalverarbeitungsschalturg ein erster Differenzsignalbildner (24) mit dem einen Antennenf'ementenpaar (1, 2) verbunden ist, um in Abhängigkeit von der einfallenden Strahlung ein erst?? Differenzglied (L\) zu erzeugen, dessen Größe eine Funktion des Einfallswinkels (V) und des Phasenmitten-Abstandes der Äntennenelemente des einen Paares (1, 2) ist, daß ein zweiter Differenzsignalbildner (30) mit dem anderen Antennenelementenpaar (3, 4) verbunden ist, um in Abhängigkeit von der einfallenden ίο Strahlung ein zweites Differenzsignal (L2) zu erzeugen, dessen Größe eine Funktion des EinfaL'· winkeis (V) und des Phasenmitten-Abstandes der Antennenelemente des anderen Paares (3,4) ist, daß ein dritter Differenzsignalbildner (31) mit den Ausgängen der ersten und zweiten Differenzsignalbildner (24, 30) verbunden ist, um als Differenz der ersten und zweiten Differenzsignale (L], Li) ein drittes Differenzsignal (L₃) zu bilden, daß an jeden der drei Differenzsignalbildner (24, 30, 31) ein auf so einen bestimmten Bezugswert eingestellter Komparator (33,34,35) angeschlossen ist, deren Ausgänge einer bestimmten ersten oder zweiten Signalart entsprechen, je nachdem das jeweilige Differenzsignal (L], Li, L3) größer oder kleiner als der Bezugswert ist, und daß eine auf die Ausgänge der Komparatoren (33, 34, 35) ansprechende Torkreisschaltung (39) zwischen dem ersten Differenzsignalbildner (24) und der Anzeige (41) angeordnet ist, die das erste Differenzsignal (L\) zur Anzeige (41) &ⁿ durchläßt, wenn alle Komparatorausgänge gleichartig sind und demzufolge die Größe des ersten Differenzsignals (L]) eine eindeutige Relation zum Einfallswinkel (V) hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ^bC> zeichnet, daß der Konvergenzwinkel (a) zwischen den Antennenelementen (3,4)des zweiten Antennenelementenpaares geringer als das Doppelte des Konvergenzwinkels (b) zwischen den Antennenelementen (1, 2) des ersten Antennenelementenpaares ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Konvergenzwinkei-Verhältnis etwa 1,5 :1 beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung einen mit den Komparatoren (33,34,35) verbundenen, auf verschiedene Werte einstellbaren Bezugssignalgenerator (36) enthält, welcher den zuvor festgelegten Bezugswert definiert, und daß mit dent Bezugssignalgenerator (36), den Komparatoren (33, 34, 35) und mit dem zweiten Differenzsignalbildner (30) ein zweiter Torkreis (43) verbunden ist, der das zweite Differenzsignal (L₂) zur Anzeige (41) weiterleitet, wenn das Bezugssignal auf einen anderen zuvor festgelegten Wert eingestellt ist und der Absolutwert des zweiten Differenzsignals (L2) kleiner ist als der eingestellte Absolutwert des Bezugssignais.