DE2855623A1 - Phase controlled wide range three-dimensional radar system - has both discrete radiators connected to separate branching networks and regulated in groups by phase-shifters - Google Patents
Phase controlled wide range three-dimensional radar system - has both discrete radiators connected to separate branching networks and regulated in groups by phase-shiftersInfo
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Abstract
Description
"Weitbereichs-5D-Radar""Wide range 5D radar"
Die Erfindung betrifft ein phasengesteuertes 3D-Radar-Antennensystem zur Erzeugung eines oder mehrerer unabhängiger Diagramme mittels elektronisch gesteuerter Phasenschieber.The invention relates to a phased 3-D radar antenna system to generate one or more independent diagrams by means of electronically controlled Phase shifter.
Der Einsatz elektronisch steuerbarer Phasenschieber ermöglicht die Richtungsanderung eines Antennenstrahls innerhalb sehr kurzer Zeit und macht damit den Einsatz eines 3D-Radar-Systems sinnvoll. Die Zeit zum Abtasten eines Raumwinkelbereichs kann noch verkürzt werden durch Verwendung mehrerer Strahlen.The use of electronically controllable phase shifter enables that Change of direction of an antenna beam within a very short time and thus makes the use of a 3D radar system makes sense. The time to scan a solid angle range can be shortened by using several beams.
Eine solche Anordnung ist z. B. bekannt aus der DE-OS 25 41 316, gemäß der in ein Antennensystem mit entsprechend geräumig gemessenen Abständen der einzelnen Elemente ein zweites, vom Aufbau gleiches Antennensystem geschachtelt wird. Jedem Antenenelement ist ein geeigneter Phasenschieber angeordnet und die Phasenschieber eines Antennensystems werden gemeinsam unabhängig von dem zweiten System gesteuert. Die Polarisationsrichtungen der von den beiden Antennensystemen abgestrahlten Wellen stehen senkrecht aufeinander. Diese Anordnung erlaubt jedoch nur den Betrieb mit linear polarisierter Strahlung und ist zudem durch Verwendung zweier Antennensysteme mit einem Phasenschieber zu jedem einzelnen Antennenelement ziemlich aufwendig.Such an arrangement is e.g. B. known from DE-OS 25 41 316, according to in an antenna system with correspondingly spacious measured distances between the individual Elements a second antenna system with the same structure is nested. Each A suitable phase shifter and the phase shifter are arranged in the antenna element an antenna system become jointly independent of the second System controlled. The polarization directions of the two antenna systems radiated waves are perpendicular to each other. However, this arrangement allows only operates with linearly polarized radiation and is also through use two antenna systems with a phase shifter for each individual antenna element quite elaborate.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die verschiedenen für ein 3D-Radar vorteilhaften Betriebsmöglichkeiten, wie z. B. Mehrstrahlbetrieb, Frequenzdiversity, Polarisationsdiversity, bei möglichst geringem Aufwand in einem System zu vereinen.The object of the present invention is to provide the various for a 3D radar advantageous operating options, such as B. multi-beam operation, frequency diversity, Polarization diversity to be combined in one system with as little effort as possible.
Die Erfindung ermöglicht den Aufbau eines 3D-Radar-Systems, das eine Vielzahl vorteilhafter Einsatzmöglichkeiten und Betriebsarten aufweist und sich dabei durch raumsparenden und ökonomisch günstigen Aufbau auszeichnet.The invention enables the construction of a 3D radar system that has a Has a multitude of advantageous uses and modes of operation characterized by a space-saving and economically favorable structure.
Das erfindungsgemäße Antennensystem ist aufgebaut aus einer Vielzahl von Strahlungselementen, die flächenhaft in einer Matrix mit übereinanderliegenden horizontalen Reihen angeordnet sind. Jedes Strahlungselement besteht aus zwei polarisationsentkoppelten Einzelstrahlern, die je durch eines von zwei getrennten Verzweigungsnetzwerken mit einer Strahlungsquelle verbunden sind. Die hier und im folgenden genannten Einzelstrahler bilden in dem Strahlungselement eine bauliche und funktionelle Einheit, können aber dennoch unabhängig voneinander betrieben werden. Solche oder ähnliche Strahlungselemente sind z. B. aus der DE-OS 20 54 169 bereits bekannt.The antenna system according to the invention is composed of a large number of radiation elements, which are planar in a matrix with superimposed horizontal rows are arranged. Each radiation element consists of two polarization-decoupled ones Individual radiators, each through one of two separate branching networks with a radiation source are connected. The individual radiators mentioned here and below form a structural and functional unit in the radiation element, but can can still be operated independently of one another. Such or similar radiation elements are z. B. from DE-OS 20 54 169 already known.
Bei den im erfindungsgemäßen Antennensystem verwendeten Strahlungselementen kann über beide Einzelstrahler unabhängig voneinander nach Belieben linear oder zirkular polarisierte Strahlung abgestrahlt werden.In the case of the radiation elements used in the antenna system according to the invention can be linear or independent of each other via both individual radiators circularly polarized radiation are emitted.
Auf den Zweigleitungen der Verzweigungsnetzwerke sind elektronisch steuerbare Phasenschieber so angeordnet, daß die Phasenlagen der einzelnen Strahler des Systems je nach gewünschter Abstrahlcharakteristik gruppenweise geregelt werden können. Die beiden Verzweigungsnetzwerke sind sinnvollerweise gleich aufgebaut.On the branches of the branch networks are electronic Controllable phase shifter arranged so that the phase positions of the individual radiators of the system in groups depending on the desired radiation characteristics can be regulated. The two branching networks are usefully the same built up.
Wesentlich für die Erfindung sind neben der Verwendung der besonderen Strahlungselemente die Möglichkeit, die beiden Verzweigungsnetzwerke (mit den jeweils angeschlossenen Einzelstrahlern) sowohl unabhängig voneinander betreiben zu können, als auch beide Netzwerke zu koppeln und gemeinsam zu betreiben und der besondere Aufbau der Verzweigungsnetzwerke, der sich besonders raumsparend und ökonomisch günstig auswirkt.Essential for the invention are in addition to the use of the special Radiating elements the possibility of the two branching networks (with the respective connected single radiators) to be able to operate independently of each other, as well as to couple both networks and to operate them together and the special one Construction of the branching networks, which is particularly space-saving and economical has a beneficial effect.
Die in die Speiseleitung 1 eines Verzweigungsnetzwerks eingespeiste Strahlungsleistung wird über die Zuleitungen eines vertikalen Verzweigungssystems 3 auf verschiedene horizontale Strahlerreihen verteilt. Auf jeder dieser Zweigleitungen ist ein Phasenschieber 4 angebracht. Nach diesem Phasenschieber wird die Strahlungsleistung in jeder dieser horizontalen Ebenen durch ein horizontales Verzweigungssystem 5 auf die Einzelstrahler verteilt. Je nachdem, ob die Einzelstrahler einer solchen Strahlerreihe gleichphasig oder in einzelnen Gruppen mit unterschiedlicher Phase betrieben werden sollen, können auf den Zweigleitungen des horizontalen Verzweigungssystems noch Phasenschieber 6 an beliebiger, zweckmäßig zu wahlender Stelle angebracht sein.The one fed into the feed line 1 of a branching network Radiated power is generated through the supply lines of a vertical branching system 3 distributed over different horizontal rows of radiators. On each of these branches a phase shifter 4 is attached. After this phase shifter, the radiation power in each of these horizontal planes by a horizontal branching system 5 distributed over the individual radiators. Depending on whether the individual radiators are such Row of radiators in phase or in individual groups with different phases can be operated on the branch lines of the horizontal branching system phase shifter 6 can still be attached at any point that can be expediently selected.
Prinzipiell ist auch eine Anordnung, bei der die eingespeiste Strahlung zuerst in einem horizontalen Verzweigungssystem und dann in einzelnen vertikalen Verzweigungssystemen aufgeteilt wird, verwendbar. Für die Anwendung des 3D-Radar ist jedoch das Wesentliche die elevationale Strahlschwenkung, die über die Phasenschieber 4 des vertikalen Verzweigungssystems erfolgt. Für den Aufbau mit einem horizontalen und mehreren vertikalen Verzweigungssystemen hätte dies zur Folge, daß in den vertikalen Verzweigungssystemen jedem Einzelstrahler ein Phasenschieber zugeordnet werden mußte, was den Aufwand ganz beträchtlich erhöhen würde.In principle, there is also an arrangement in which the radiation fed in first in a horizontal branching system and then in individual vertical ones Branching systems is divided, usable. For the application of the 3D radar However, the essential thing is the elevational beam swivel, which is carried out via the phase shifter 4 of the vertical branching system takes place. For building with a horizontal and several vertical branching systems this would result in the vertical Branching systems each A phase shifter is assigned to individual radiators had to be, which would increase the effort quite considerably.
Die völlig unabhängige Steuerung und Speisung der beiden Netzwerke erlaubt die Abtastung des Raums mit zwei Strahlen und damit eine Ralbierung der zur Raumabtastung notwendigen Zeit. Dies gilt natürlich auch analog für den Fall, daß ein Strahlersystem ein Diagramm mit mehreren Keulen aufweist.The completely independent control and supply of the two networks allows the space to be scanned with two beams, and thus the time necessary for space scanning. Of course, this also applies analogously to the case that a radiator system has a diagram with several lobes.
Bei einer einfachen Ausführungsform sind die von den Einzelstrahlern abgestrahlten Wellen linear polarisiert, und zwar für alle Strahler eines Verzweigungsnetzwerks in derselben Richtung. Die Polarisationsrichtung der Strahler des anderen Verzweigungsnetzwerks steht in diesem Fall vorteilhafterweise senkrecht auf der des einen Verzweigungsnetzwerks. Bei völlig getrennten Verzweigungsnetzwerken mit separater Einspeisung hat man damit die Möglichkeit den Raum mit zwei unabhängigen Strahlen, die auch unabhängig voneinander geschwenkt werden können, abzutasten.In a simple embodiment, they are from the individual radiators radiated waves linearly polarized, namely for all radiators of a branching network in the same direction. The polarization direction of the radiators of the other branch network in this case is advantageously perpendicular to that of the one branching network. In the case of completely separate branching networks with a separate feed, you have the possibility of the room with two independent beams that are also independent of each other can be swiveled to scan.
Vorteilhaft ist auch die Ausstrahlung von zirkular polarisierten Wellen durch die Einzelstrahler. Dabei ist der Drehsinn der Zirkularpolarisation für die Strahler der verschiedenen Netzwerke unterschiedlich zu wählen.The emission of circularly polarized waves is also advantageous through the individual radiators. The direction of rotation of the circular polarization is for the Select different emitters of the different networks.
Die Verwendung zirkular polarisierter Strahlung ist vorteilhaft für die Unterdrückung von Störungen, wie sie z. B. durch Regen verursacht werden.The use of circularly polarized radiation is beneficial for the suppression of disturbances such as B. caused by rain.
Bei separater Speisung der beiden Verzweigungsnetzwerke, wie vorstehend beschrieben, durch zwei unabhängige Sender erhält man damit zwei Strahlen mit orthogonaler Polarisation, die unabhängig voneinander gehandhabt werden können.With separate supply of the two branching networks, as above described, with two independent transmitters you get two beams with orthogonal Polarization that can be handled independently.
Dies betrifft sowohl die Strahschwenkung als auch die Frequenz der abgestrahlten Wellen.This affects both the beam swivel and the frequency of the radiated waves.
Die beiden Sender können also auch bei verschiedenen Frequenzen betrieben werden.The two transmitters can therefore also be operated at different frequencies will.
Damit ergibt sich auch die Möglichkeit der Strahlschwenkung durch Frequenzveränderung bei unveränderter Einstellung der Phasenschieber.This also results in the possibility of swiveling the beam Frequency change with unchanged setting of the phase shifter.
Bei gemeinsamer Speisung und gleicher Phasensteuerung der beiden Verzweigungsnetzwerke bleibt zur Abtastung des Raums nur ein gemeinsamer Strahl. Jedoch kann bei dieser Betriebsart jede beliebige Polarisation eingestellt werden.With common supply and the same phase control of the two branching networks there remains only one common beam to scan the space. However, this Operating mode any polarization can be set.
Bei Aussendung linear polarisierter Strahlung durch die Einzelstrahler ergeben sich z. B. die folgenden Möglichkeiten: Werden die beiden Netzwerke phasengleich gespeist, so kann durch Variation der Leistungsaufteilung, z. B. durch einen Leistungsteiler mit variablem Teilungsverhältnis oder durch Dämpfung einer der beiden Speiseleitung, und eventuell durch ein Phasenglied 2 mit 1800-Phasendrehung in einer der Speiseleitungen durch die tiberlagerung der von den Einzelstrahlern ausgesandten Strahlung mit zueinander senkrechten Polarisationen ein Strahl beliebiger Polarisationsrichtung erzeugt werden. Nimmt man statt dem 1800-Phasenglied ein 90 0-Phasenglied, so erhält man bei gleichmäßiger Speisung der beiden Netzwerke zirkular polarisierte Strahlung, deren Drehsinn davon abhängt, in welcher der beiden Speiseleitungen die 900-Phasenschiebung erfolgt. Bei zusätzlicher Variation der Leistungs aufteilung ergibt sich elliptisch polarisierte Strahlung mit den Ellipsenhauptachsen parallel zu den Polarisat ionsrichtungen der Einzelstrahler.When linearly polarized radiation is emitted by the individual radiators result z. B. the following possibilities: The two networks become in phase fed, so can by varying the power distribution, z. B. by a power divider with a variable division ratio or by damping one of the two feed lines, and possibly by a phase element 2 with 1800 phase rotation in one of the feed lines due to the superimposition of the radiation emitted by the individual radiators with one another perpendicular polarizations a beam of any polarization direction can be generated. If you take a 90 0 phase element instead of the 1800 phase element, you get a more uniform Feeding of the two networks of circularly polarized radiation, their direction of rotation depends on it depends in which of the two feed lines the 900 phase shift takes place. If the power distribution is also varied, the result is elliptically polarized Radiation with the main axes of the ellipse parallel to the polarization directions of the Single emitter.
Bei Aussendung rechts zirkular und links zirkular polarisierter Strahlung durch die beiden Einzelstrahler ergibt sich auf besonders einfache Weise eine völlige Freiheit in der Wahl der Polarisation.When emitting right circularly and left circularly polarized radiation the two individual radiators result in a complete one in a particularly simple manner Freedom in the choice of polarization.
Reine zirkular polarisierte Strahlung erhält man, indem man nur eines der beiden Netzwerke speist. Bei Speisung beider Netzwerke mit kohärenten Signalen gleicher Amplitude ergibt sich linear polarisierte Strahlung, deren Polarisationsrichtung durch ein phasenschiebendes Glied 2 in der Speiseleitung zu einem der Netzwerke beliebig eingestellt werden kann.Pure circularly polarized radiation is obtained by using only one which feeds both networks. When feeding both networks with coherent signals the same amplitude results in linearly polarized radiation and its polarization direction by a phase-shifting element 2 in the feed line to one of the networks can be set at will.
Nimmt man noch die Möglichkeit der Variation der Leistungsaufteilung auf die beiden Netzwerke hinzu, so kann jede beliebige Polarisationsart (beliebige elliptische Polarisation eingeschlossen) erzeugt werden.If you also take the possibility of varying the power distribution to the two networks, any type of polarization (any elliptical polarization included).
In den Speiseeinrichtungen 7 zu den beiden Netzwerken sind Schaltmittel vorgesehen, die den Wechsel der Betriebsart - beide Netzwerke unabhängig oder beide Netzwerke gekoppelt -ermöglichen.Switching means are in the feed devices 7 for the two networks provided that the change of operating mode - both networks independently or both Coupled networks - enable.
Mit dem beschriebenen Aufbau der Verzweigungsnetzwerke ergibt sich auch auf einfache Weise die Möglichkeit zur Durchführung des in der Fachliteratur als "back looking" bezeichneten Verfahrens, bei dem der Strahl in zwei verschiedene Azimutrichtungen eingestellt werden kann: Bei den 3D-Radaranlagen erfolgt die Abtastung des Raums im allgemeinen derart, daß der scharf gebündelte Strahl in der Elevation elektronisch geschwenkt wird, während durch Drehung der gesamten Antenne um eine vertikale Achse der Azimutwinkel kontinuierlich verändert wird. Wird nun bei der Abtastung an Ziel entdeckt, so kann es aus vielerlei Gründen wünschenswert sein, diesen Bereich noch einmal zu überstreichen, ohne die Zeit für die gesamte Umdrehung der Antenne abzuwarten. Zu diesem Zweck erfolgt die gewöhnliche Abtastung mit dem Strahl in der in Drehrichtung der Antenne liegenden azimutalen Einstellung.With the structure of the branching networks described, this results also in a simple way the possibility to carry out the in the specialist literature As a "back looking" process called, in which the beam in two different Azimuth directions can be set: With the 3D radar systems, the scanning takes place of space in general such that the sharply focused beam is in elevation is pivoted electronically while rotating the entire antenna by one vertical axis of the azimuth angle is continuously changed. Is now at the When scanning at the target, it may be desirable for a variety of reasons to pass over this area again without the time for the entire rotation the antenna. For this purpose, the usual scanning is carried out with the Beam in the azimuthal setting in the direction of rotation of the antenna.
Bei Erfassung eines Ziels wird umgeschaltet auf die andere Einstellung des Strahls, der nun den gleichen Winkelbereich noch einmal überstreicht.When a target is detected, the system switches to the other setting of the beam, which now sweeps over the same angular range again.
Zur Durchfuhrung des Verfahrens werden die horizontalen Reihen des Arrays in einzelne Strahlergruppen unterteilt, wie beschrieben, und diese Gruppen werden mit längs einer Reihe von Gruppe zu Gruppe linear progressiven Phasenverschiebungen gespeist. Man benötigt für die beiden Strahleinstellungen zwei verschiedene solche Phasenprogressionen, zwischen denen je nach Bedarf umgeschaltet werden kann, und die vorteilhafterweise antisymmetrisch zueinander sind.The horizontal rows of the Arrays divided into individual radiator groups, as described, and these groups are linearly progressive in phase shifts along a series from group to group fed. You need two different ones for the two jet settings Phase progressions that can be switched between as required, and which are advantageously antisymmetric to one another.
Dies kann realisiert werden durch den Anforderungen entsprechend eingestellte Phasenschieber in den Zuleitungen zu den einzelnen Strahlergruppen oder durch eine entsprechend zu bemessende Serienspeisung der einzelnen Gruppen. Die Phasenbeziehungen der Strahlerelemente innerhalb einer Gruppe werden dadurch nicht verändert.This can be realized by setting the requirements accordingly Phase shifter in the supply lines to the individual radiator groups or through a series feed to be measured accordingly for the individual groups. The phase relationships the radiator elements within a group are not changed as a result.
Claims (11)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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DE2855623A1 true DE2855623A1 (en) | 1980-07-03 |
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