DE2945830C2

DE2945830C2 - Richtantennensystem für Freund-Feind-Identifizierung oder Peilung

Info

Publication number: DE2945830C2
Application number: DE2945830A
Authority: DE
Inventors: Charles Webster El Toro Calif. Westerman
Original assignee: Ford Aerospace and Communications Corp
Current assignee: Space Systems Loral LLC
Priority date: 1978-11-14
Filing date: 1979-11-13
Publication date: 1984-05-24
Also published as: GB2037084B; GB2037084A; DE2945830A1; CA1110761A; US4196436A

Description

mit einfachen Mitteln verhindert wird. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Richtantennensystems wird das Durchgreifen ohne den Aufwand einer zusätzlichen Hüfsantenne beseitigt und es ergibt sich ein einfache.· raumsparender Aufbau des Richtantenner-systems. Das erfindungsgemäße Richtantennensystem ermöglicht den Empfang von Signalen längs der Vorwärtsachse unter Ausschaltung jeglicher Signale von den Nebenkeulen.

Bei dem erfindungsgemäßen Richtantennensystem weisen die Strahlerpaare der ersten Richtantenne einen Abstand von A (0.25 — x) auf, während die Sirahlerpaare der anderen Richtantenne einen Abstand von A (0.25 + \) aufweisen. Die erste Beziehung ergibt eine Richtantenne mit einem allgemein nieren- und herzförmigen Strahlungsdiagramm mit einer Hinlerkeule positiver Phase. Die zweite Beziehung ergibt eine Richtantenne mil ebenfalls im wesentlichen nieren- bzw. herzförmigen Strahlungsdiagramm mit einer Hinterkeule negativer Phase. Da beide Strahlungsdiagramme Hinterkeulen mit rückwärts gerichteten Scheitelwerten besitzen, läßt sich durch die Anwendung einer Signalverarbeitung mittels eines Vierpol-Hybridkopplers ein Durchgreifen praktisch vollständig beseitigen. Insbesondere läßt sich durch entsprechende Signalverarbeitung eine Differenzcharakteristik mit einem rückwärts gerichteten Scheitelwert erzeugen.

Allsführungsbeispiele der Erfindung werden im folgend'.·!! anhand der Zeichnungen erläutert. In der Zeichnung zeigt

I"ig. la teilweise als Blockschaltbild eine Ausfiihrungsform des Richiantennensystems.

Fig. Ib eine Darstellung der den beiden Richtantennen des Richtantennensystems gemäß F i g. la zugeordneten Antennendiagramme.

Fig. Ic eine Darstellung der Summen- und der DifferenzcharaKteristik des Antennendiagramms des Richtantennensystems nach Fig. la.

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Höhcn-Strahldiagramme der linken und rechten Richtantenne einer Ausführungsform des Längsstrahler-Riehtantennensystems,

Fig. j eine Draufsicht auf die berechneten Surnmen- und Differenz-Diagramme eines Acht-Schlitz-Längsstrahler-Richtantennensystems für einen Abs.andsunterschied (in Wellenlängen) von ν = 0.02.

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Draufsicht für den Fall eines Abstandsiinterschiedes von λ = 0.04,

Fig. 3a bis 5d graphische Darstellungen des Übergangsbereiches von dem auf der Achse gelegenen Scheitelwcrt zur Nullstelle für die Summen- und Differenz-Hinterkeulen in Abhängigkeit vom Höhenw'.nkel für χ = 0.04, wobei 5a die Azimutdarstellung für einen Höhenwinkel von 120°. Fi g. 5b für einen Höhenwinkcl von 140'. F i g. 5c für einen Höhen winkel von 160°. und F ig. 5d für einen Höhenwinkel von 180° zeigt.

Fig,6 teilweise im Blockschaltbildform ein Kichüintennensystem ähnlich wie in Fig. 1, jedoch mit einer beliebigen Anzahl π von Strahler/.cilen,

Fig. 7A eine Draufsicht auf die obere gedruckte Schalungsplatte einer Aiisführungsform des Richtanlenncnsystems in geschichtetem Aufbau.

Fig. 7B eine Draufsicht auf die untere gedruckte Schaltungsplatte des geschichteten Richtantennensystcins gemäß V i g. 7 A mit dem Zuieiuingsnetzwerk,

F i g. 8 eine graphische Darstellung der gemessenen Summen- und Differcnz-Azimul-Strahlungsdiagramme einer Ausführungsform eines Acht-Senliiz-Längsstrah-

=, ler-Richtantennensystems,

Fig.9 eine graphische Pokirdiagramni-Darstellung des Durchgreifens in Azimut und Höhe.

Fig. la zeigt ein Richtantennensystem 10 mit einer linken Richtantenne 11, einer rechten Richtantenne 16

to und einem mit den Richtantennen 11 und 16 gekoppelten Vicrpol-Hybridkoppler 21. Das Richtantennensystem 10 ist ein Acht-Schlitz-Richtantennensystem mit vier linksseitigen Schlitzen 12, 13, 14, 15 der linken Richtantenne 11 und vier rechten Schlitzen 17, 18,19,20

ι > der rechten Richtantenne 16. Die vier linken Schlitze 12 bis 15 sind in zwei zur Voiwärtsrichtung rechtwinkligen Reihen mit einem Abstand von 0.21 Wellenlängen in einer Richtung parallel zur Vorwärtsrichiiing angeordiKM. und entsprechend sind auch die vier rechten Schlit-

jo ze 17 bis 20 ebenfalls in zwei Reihen mit einem Abstand von 0.29 Wellenlängen in Riehtu¹.·:? parallel zur Vorwärisrichtung angeordnet. Die beiden Schlitze in der vorderen Reihe jeder der beiden Richtantennen werden jeweils mit einer Phasenverzögerung entsprechend ihren jeweiligen Abständen von den Schlitzen in der hinteren Reihe erregt, um je Rich'antenne ein Längsstrahler-Richtdiagramm zu erzeugen mit Hinterkeulen gemäß der Darstellung von F i g. 1 b aufweisen. Infolge der angegebenen Abstände ist die Hinterkeule der rechten

jo Richtantenne 16 negativ, die Hinte^rkeule der linken Richtantenne 11 hingegen positiv bezüglich der vorderen bzw. Hauptkeule. Bei Vereinigung des rechten Diagramms 28 und des linken Diagramms 29 in dem Summen-/Differenz-Hybridkoppler 21 treten an den Aus-

r> gangsklemmen des I lybridkopplers resultierende Strahlungsdiagramme gemäß F i g. Ic auf.

Die Verbindung des Summen- und Differenz-Hybridkopplcrs 21 mit der linken Richtantenne 11 und der rechten Richtantenne 16 geschieht in der Woise, daß man einen linken Eingangskanal 24 des Hybridkopplers 21 mit der linken Richtantenne 11 und einen rechten Lingangskanal 25 des Hybridkopplers 21 mit der rechten An'ennengruppe 16 derart koppelt, daß an einem Summen-Ausgangskanal 23 ein Summeridiagramm 26

■tj und an einem Differenz-Ausgangskanal 22 ein Differenzdiagramm 27 auftreten. Der Summendiagramm 26 übersteigt das Differenzdiagramm 27 nur in der Vorwärtsrichlung. so daß in keiner anderen Richtung ein Durchgreifen auftritt und Abfrage und Antwort nur in der Vorwärtsrichtung stattfinden können. Die Eliminierung des Durchgreifens in Rückwartsrichtung wird durch die Phasendifferenz /wischen den einzelnen Hinlerkeulen des linken Diagramms 29 und des rechten Di:gramms 28 der Richtantennen ermöglicht. In der

si Rückwärtsrichtung besitzt das Differenzdiagramm 27 einen Schcitelwc.t auf der Achse, während das Summendiagramm 26 eine Nulistellc auf der Achse bildet.

Der Übergang von einem Vorwärts-Schcitelwert zu einer Rückwärts-Nullstclle in dem Summendiagramm

mi 26 und umgekenrt von einer Vorwäris-NullsleMe zu einem Rückwärts-Scheitelweri in dein Differenzdiagramm 27 läßt sich anhand der it; F i g. 2 gezeigten Vertikaldiagramme veranschaulichen. Die ons; benachbarten Schlitze 12, 13, 14 und 15 in der linken Richtantenne

t>-> Il bilden ein (ges'richelt dargestelltes) cinkeiiliges Diagramm 33 mit größerem Gewinn in Vorwiirtsru'htung als in Rückwärtsrichtung, während die mit größerem Abstand angeordneten Schlitze 17, 18, 19 und 20 in der

rechten Richtantenne 16 eine gesonderte Vorderkeule 34 und Hinterkeule 35 bilden (voll ausgezogene Kurve). Der Übergang findet beim Höhenwinkel der Nullstelle zwischen den von der rechten Hälfte des Richtantennensystems gebildeten Vorder- und Hinterkeule statt, infolge der in diesem Punkt stattfindenden Phasenumkehr.

Der Höhenwinkel, bei welchem der Übergang auftritt, IaBt sich vorwärts verschieben, indem man den Abstand der rechtsseitigen Richtantenne 16 vergrößert und gleichzeitig den Abstand der linksseitigen Richtantenne 11 um einen entsprechenden Betrag verringert, gemäß der folgenden Beziehung:

worm

D₁ -

A -

= 0,25+x

Schlitzabstand in der linken Hälfte, in cm.
Schlitzabstand in der rechten Hälfte, in cm,
Wellenlänge, in cm,

halbe Schlitzabstandsdifferenz in Wellenlängen.

Berechnete Summen- und Differenz-Azimut-Diagramme für ein Acht-Schlitz-Längsrichtstrahler-Richtantennensystem mit einer Amplitudenverjüngung von 3 dB sind für χ = 0,02 in F i g. 3 und für Jf = 0,04 einer Wellenlänge in F i g. 4 dargestellt. Die Vermeidung eines Durchgreifens erfordert einen Nebenkeulen-Unterdrückungspegel von nur 1 dB für .v = 0,02 einer Wellenlänge und von 5 dB für χ = 0,04 einer Wellenlänge. Die Nebenkeulen-Unterdrückungspegel werden typischerweise auf wesentlich größere Werte eingestellt, um das gewünschte Ausmaß künstlicher Strahlschärfung zu erzielen. Zur Erzielung der gewünschten Phasendifferenz der Hinterkeule soll χ vorzugsweise weniger als etwa 0.25 betragen.

Die F i g. 5(a). 5(b), 5{c) und 5(d) veranschaulichen berechnete Hinterkeulen-Diagramme für χ = 0,04 einer Wellenlänge für verschiedene Höhenwinkel, zur Veranschaulichung des Übergangsbereichs von einem auf der Achse gelegenen Scheitelwert zu einer Nullstelle. Bei einem HöhenwL»kel von 120°, bezogen auf den Vorwärts-Hauptstrahl, übersteigt die Hinterkeule des Summendiagramms (voll ausgezogene Kurve) die Hinterkeule des Differenzdiagramms (gestrichelte Kurve) nur um 8 dB. Bei einem Höhenwinkel 140° besitzen die Summen- und Differenz-Hinterkeulen gleiche Verstärkung, bei dem Höhenwinkel 160° hat die Hinterkeule des Summendiagramms eine 8 dB unter der Hinterkeule des Differenzdiagramms liegende Nulistelle auf der Achse entwickelt

Gemäß einer in den F i g. 7(a) und 7(b) dargestellten Ausführungsform ist ein asymmetrisches Acht-Schlitz-Richtantennensystem mit einem Schlitzabstandsunterschied von χ = 0,04 aus zwei 3,175 mm dicken oberen und unteren gedruckten Schaltungsplatten 50 und 51 hergestellt, die miteinander laminiert und mit einem (nicht dargestellten) Trägergebilde verbunden sind. In die obere Massenebene der oberen Schaltungsplatte 50 sind acht Schlitze geätzt, das Zuleitungsnetzwerk in gedruckter Schaltungstcchnik ist in die Oberseite der unteren Schaltungsplatte 51 geätzt. Die gedruckte Schaltung enthält zwei 90°-Hybridkoppler zur Erzeugung der Längsrichtstrahlen sowie einen 180°-Hybridkoppler zur Erzeugung der Summen- und Differenz-Azimutdiagramme. In der Schaltung vorgesehene Impedanzwandler sind so ausgelegt, daß sie die Leistung wirksam auf die Schlitze verteilen, mit einer 3-dB-Amplitudenverjüngung entlang der Strahlergruppe. Die gemessenen Summen- und Differenz-Azimut-Diagramme der Antenne sind in F i g. 8 veranschaulicht. Die linksgerichtete Verzerrung der Hinterkeulenstruktur kann einer Ampl'ttuden-Unsymmetrie zwischen einem oder mehreren Paaren von vorder- und rückseitigen Schlitzen zugeschrieben werden. Ein Nebenkeulen-Unterdrückungspegel von nur 8 dB würde jegliches Durchgreifen in der Meßebene dieser Diagramme eliminieren.

Zur Bestimmung des Leistungsverhaltens einer Antenne der beschriebenen Art wurden inehr als 3000 Strahlungsdiagramme gemessen und analysiert. Der Scnde-Durchgriff wurde bei 1,03 GHz mit einem Nebenkeulen-Unterdrückungspegel von 6 dB bestimmt, und der Empfangs-Durchgriff bei 1,09GHz mit einem Nebenkeulen-Unterdrückungspegel von 9 dB. Der Sende-Empfangs-Durchgriff wurde als der Bereich bestimmt, in welchem sowohl Sende- wie Empfangs-Durchgriff gleichzeitig auftreten. Die Ergebnisse sind in F i g. 9 in einer Polardiagrammdarstellung gezeigt. Für den dargestellten Zustand betrug der Sende-Empfangs-Durchgriff 1%. Der mittlere Sende-Empfangs-Durchgriff betrug nur 034%, bezogen auf eine gleiche Wahrscheinlichkeit einer Abfrage irgendwo innerhalb des Luftraumvolumens unterhalb 30° Höhe. Es wurde festgestellt, daß der Hinterkeulen-Durchgriff durch die unsymmetrische Schlitzanordnung des Richtantennensystems auf einem kleineren Wert gehalten werden kann. Obzwar die Hintcrkculer.striiktur empfindlich bezüglich Amplitudenasymmetrie war, bedingte dies keinen Kompromißzwang bezüglich der Durchgriff-Zielsetzung.

Fig.6 zeigt ein Richtantennensystem 30 ähnlicher Art wie das Antennensystem 10 aus Fig. 1, wobei jedoch das Antennensystem in F i g. 6 mehr als zwei Dipole jeweils in einer linksseitigen Richtantenne 31 und einer rechtsseitigen Richtantenne 32 aufweist. Die Abstände zwischen benachbarten Dipolen in jeder der beiden Richtantennen sind gleich und die Anzahl der Dipole in der einen Richtantenne ist gleich der Anzahl der Dipole in der anderen Richtantenne.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Richtaniennensystcm für Freund-Feind-Identifizierung oder Peilung, mit einer Einrichtung zur Strahischärfung der Hauptkeule durch Nebenkeulenunterdrückung, bestehend aus einer linken Richtantenne und einer rechten Richtantenne, die in einer Ebene seitlich nebeneinander mit paralleler Hauptstrahlrichtung angeordnet sind und deren Anschlüsse mit einer Einrichtung verbunden sind, die einen Summen- und einen Differenzausgang aufweist, an denen ein Summen- bzw. Differenzdiagramm abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die linke und rechte Richtantenne (11, 16) jeweils als längsstrahlende Gruppe ausgebildet ist, die aus mindestens einer von einem Strahlerpaar (12,14; 13, 15; 17, 19; 18, 20) gebildeten Strahlerzeile besteht, und ea3 der parallel zur Hauptstrahlrichtung Längsrichtstrahls und einen 180°-Hybridkoppler zur Erzeugung von Summen- und Differenzdiagramm umfaßt.

7. Richtantennensystem nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Richtantenne (U, 16) jeweils vier Schlitze (12—15; 17—20) aufweist und daß die Schlitze im wesentlichen rechteckförmig sind.

IO

Richtantennensystem für Freund-Feind-Identifizie-

einer rechten Ric J^

nebeneinander mit paralleler Hauptstrahlnchtung an geordnet sind und deren ^^«~ ^

(0.25 + Aj ist. wobei A die Betriebswellcnlänge ist, und daß .ν derart gewählt ist, daß in Rüekwärtsriehlung ein Durchgreifen des Summendiagramms durch das Differenzdiagramm weitgehend verhindert ist.
2. Richtantennensystem nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß die einen Summen- und einen Differenzausgang aufweisende Einrichtung durch einen Vierpol-Hybridkoppler (il) gebildet ist. dessen verbleibende zwei Pole mi-; der ünken bzw. rechten sterne dient zur genauen Fes legung

JO keilen in Pcilsystcmen sowie ein Durchgreifen des Summendiagramms durch das Dirferenzdiagramm in Rückwiirisrichlung vermeiden.

Ein bekanntes Verfahren zur Strahischärfung beruht auf einem Vergleich der beiden Signalpegel, die gleichzeitig an den Summen- und Differenzanschlüssen eines Hybridkopplers in einer zur Erzeugung von Summen-

dadurch gekennzeichnet, daß die linke und rechte Richtantenne (11,16) jeweils mehr als eine Strahlerzeile (12, 14,13,15; 17,19,18,20) aufweisen und daß die Anzahl von Strahlerzeilen in beiden Riehtanten-

gekennzeichnet, daß die Richtantennen (U, 16) durch in einer gedruckten Schalungsplatte.^) ausgebildete Paare von Leiterschlitzen gebildet sind, daß die linke Richtantenne (11) zwei l'aare von Lciterschlitzen (12-15) mit einem gegenseitigen Abstand von 0.21 A aufweist, daß die rechte Richtantenne (Ί6) zwei Paare von Leiterschlitz.cn (17-20) mit einem gegenseitigen Abstand von 0.29 A aufweist, daß die linke und rechte Richtantenne (11, 16) seitlich nebeneinander auf der gedruckten Schalungsplatte (50) angeordnet sind, daß der Hybridkoppler (21) durch l.eiterpaare auf einer weiteren gedruckten Schalungsplatte (51) gebildet ist. die unter der die Richtantenne (11, 16) tragenden Schaltungspl.ilte (50) angeordnel ist. und daß der 1 lybridkoppli-r zwei mit den beiden Richtantennen (II, Ib) gekoppelte 90 -Hybridkoppler zur Erzeugung eines

ItC Γ UIN UÜS gCI IaI Uli*- nvyvnn*.«·*"» — ■ tj

hältnis ist, wird dieser unerwünschte Zustand als Durchgriff bezeichnet, der eine Abfrage auch in unerwünschten Richtungen zuläßt.

Es ist ein Richtantennensystem der eingangs genannten Art bekannt (DE-PS 18 03 390), bei dem der Durchgriff des Summendiagramms durch das Differenzdiagramm in Rückwärtsrichtung dadurch verringert wird, daß eine Hilfsantennc mit Rundstrahlcharakteristik in Verbindung mit einer aus einer linken Richtantenne und einer rechten Richtantenne identischer Konstruktion bestehenden Hauptantcnnc verwendet wird. Hierdurch ergibt sich jedoch ein relativ komplizierter Aufbau und ein größerer Raumbedarf aufgrund der Verwendung der Hilfsantennc

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Richtiuiiennensysteni der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem das vorstehend beschriebene Durchgreifen