DE3102676A1

DE3102676A1 - Array-antenne

Info

Publication number: DE3102676A1
Application number: DE3102676A
Authority: DE
Inventors: Alred R. 11725 New York N.Y. Lopez
Original assignee: Hazeltine Corp
Current assignee: BAE Systems Aerospace Inc
Priority date: 1980-01-29
Filing date: 1981-01-28
Publication date: 1981-12-17
Also published as: GB2068644A; JPH046121B2; SU1077586A3; FR2474768B1; NL8100278A; SE8100577L; DE3102676C2; JPS56119503A; IT8167109A0; NL189221C; SE444624B; IL61943A; BR8100468A; AU532501B2; FR2474768A1; IT1143320B; AU6563080A; CA1164087A; US4321605A; GB2068644B

Description

" 3ί02676

Hazeltine Corporation, Greenlawn, New York 11740 / USA Array-Antenne

Die Erfindung geht von einer Array-Antenne aus mit einer N Antennenelementmoduln enthaltenden Antenrienapertur, bei der jedes Antennenelementmodul wenigstens zwei Antennenelementgruppen und jede Antennenelementgruppe ein oder mehrere Antennenelemente enthält, wobei die Antennenelementmoduln und die Antennenelementgruppen entlang einer vorbestimmten Linie angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Koppelmadul für eine Array-Antenne mit einer Reihe von Anschlüssen für Antennenelemente und einer Reihe von Eingangsanschlüssen; und außerdem betrifft die Erfindung eine Antenne mit einem Netzwerk mit einer Vielzahl von Antennenelementanschlüssen, einer Vielzahl von Eingangsanschlüssen und mit einer Kopplungseinrichtung zum wahlweisen Ankoppeln der Antennenelementanschlüsse an die Eingangsanschlüsse.

In der DE-OS 2 631 026 ist ein begrenztes Abtastarray-Antennensystem beschrieben, bei dem das Elementmuster scharf abgeschnitten ist. Diese Abtastarray-Antenne enthält ein Koppelnetzwerk, durch das die Eingangsanschlüsse einer Vielzahl von Antennenelementmoduln mit den entsprechenden Antennenelementen jedes Moduls verbunden sind. Zusätzlich verbindet das Netzwerk die Elementmoduln untereinander, so daß die in einen der Eingänge eingespeisten Signale zunächst hauptsächlich in die Antennenelemente des entsprechenden Antennenelementmoduls eingespeist werden und außerdem in vorbestimmte Antennenelemente in anderen Antennenelementmoduln des Feldes eingekoppelt werden.

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Als Folge dieser selektiven Kopplung kann die Antennenapertur näherungsweise entsprechend einer sin x/x EIementverteilung angeregt werden,und zwar für Eingangssignale, die in einen der Eingangsanschlüsse des Koppelnetzwerkes eingespeist werden. Demgemäß bewirkt das Einspeisen von Wellenenergiesignalen in einen der Eingangsanschlüsse, daß die Array-Antenne mit einem effektiven Strahlungsdiagramm sendet, das dem Strahlungsdiagramm entspricht, das näherungsweise durch eine sin x/x Anregung der Antennenapertur abgestrahlt wird, d.h. das Strahlungsdiagramm entspricht einem Elementmuster mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Amplitude innerhalb eines vorgegebenen Raumwinkelbereiches und effektiv fehlender Abstrahlung in den übrigen Raumwinkelbereichen„ in denen die Abstrahlung unterdrückt werden" soll. Der effektive Elementabstand in dem Feld kann bis zu dem Punkt erhöht werden, an dem Nebenkeulen, die während der Abtastung des gewünschten Raumbereiches mit dem abgesendeten Strahl auftreten können, in Bereichen des Antennenelement-Strahlungsdiagramms auftreten dürfen, in denen die Antennenabstrahlung an sich unterdrückt ist. Zufolge hiervon kann ein wesentlich größerer, effektiver Elementabstand bei einer Arrayantenne mit begrenzter Abtastung verwendet werden, und es kann die Anzahl der aktiven Elemente, beispielsweise der für den Betrieb der Array-Antenne in einem speziellen System erforderlichen Phasenschieber, wie bei einem Mikrowellenlandesystem, erheblich verringert werden.

In der DE-OS 2 830 855 ist ein anderes Antennensystem mit modularem Kopplungsnetzwerk beschrieben, um eine ähnliche Steuerung des Elementstrahlungsmusters zu bewirken. Während beide bekannten Antennensysteme, und zwar insbesondere das nach der DE-OS 2 631 026, dazu geeignet sind, das Antennenelementstrahlungsmuster wirksam zu steuern,

um ein Strahlungsmuster zu erreichen, das einen größeren effektiven Elementabstand mit einer daraus folgenden Einsparung an Antennensteuerkomponenten für eine Antenne mit begrenzter Abtastung ermöglicht, können doch diese bekannten Antennensysteme nur in einem begrenzten Frequenzbereich äußerst wirkungsvoll eingesetzt werden, wie in dem Falle ,des Antennensystems nach der DE-OS 2 631 026,oder es wird ein komplexes Querverbindungsnetzwerk erforderlich, wie bei dem Antennensystem nach der DE-OS 2 830 855.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Array-Antenne mit einer Steuerung des Antennenelementstrahlungsmuters zu schaffen, bei der unter Verringerung des schaltungstechnischen Aufwandes und einer Einsparung'.von Kosten gegenüber den bekannten Antennensystemen, die Steuerung des Elementstrahlungsmusters zu bewirken ist, wobei das in einem verhältnismäßig weiten Frequenzbereich arbeitende Koppelnetzwerk vereinfacht ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Array-Antenne durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 und das erfindungsgemäße Koppelmodul durch die Merkmale des Anspruchs 10 gekennzeichnet.

Die Array-Antenne enthält eine aus N Antennenelementmaduln gebildete Antennenapertur, wobei jedes Antennenelementmodul wenigstens zwei Antennenelernentgruppen und jede Antennenelementgruppe ein oder mehrere Antennenelemente enthält. Die Antennenelementmoduln und die Antennenelementgruppen sind entlang einer vorbestimmten Linie angeordnet. Es sind ferner 2 N erste Übertragungsleitungen vorgesehen, von denen zur Einspeisung von Wellenenergiesignalen in die Antennenelemente der Antennenelementgruppe jeweils eine der jeweiligen Antennenelementgruppe zugeordnet ist. Außerdem sind N zweite Übertragungsleitungen

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enthalten," von denen eine einem Antennenelementmodul zugeordnet ist. Jede der zweiten Übertragungsleitungen weist einen Eingangsanschluß auf und schneidet bzw. durchsetzt eine vorbestimmte Anzahl erster Übertragungsleitungen. Schließlich sind N Sätze von Richtkopplern enthalten, wobei jeder Satz eine vorbestimmte Anzahl von Richtkopplern enthält und einander entsprechende Richtkoppler der N Sätze im wesentlichen identisch sind. Jeder Satz von Richtkopplern dient der Kopplung einer der N zweiten Übertragungsleitungen mit den geschnittenen ersten Übertragungsleitungen, wobei jeder der Richtkoppler ein vorgegebenes Amplituden- und Phasenverhältnis der Kopplung aufweist, damit die in einen der ersten Eingangsanschlüsse eingespeisten Signale vornehmlich in die Antennenelementgruppen eines Antennenelementmoduls eingespeist werden, das dem Eingangsanschluß zugeordnet ist, während die Signale weiters mit einer vorbestimmten relativen Amplitude und Phase in vorbestimmte Antennenelemente der anderen Antennenelementgruppen in dem Feld eingekoppelt werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Array-Antenne sind die Antennenelemente entlang einer Geraden angeordnet. Die in die Eingangsanschlüsse der zweiten Übertragungsleitungen eingespeisten Wellenenergiesignale können eine sich verändernde Amplitude aufweisen, so daß die Antenne mit einem Strahlungsmuster mit einer Winkelfrequenzänderung sendet. Alternativ können die Wellenenergiesignale auch eine sich verändernde Phase aufweisen, damit die Antenne mit einem mit der Zeit sich verändernden Winkel des Strahlungsmusters sendet.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten Übertragungsleitungen derart angeordnet, daß die Wellenenergiesignale den Antennenelementgruppen mit gleicher Phasenübertragungslänge zugeführt werden, während

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die vorbestimmte Amplitude und Phase der Sätze von Richtkopplern in Abhängigkeit von den in einen der Eingangsartschlüsse eingespeisten Signalen näherungsweise eine sin x/x 'Aperturanregung bewirken. Der Mittenabstand zwischen benachbarten Antennenelementnoduln innerhalb des Feldes kann gleich sein und entspricht dem effektiven Antennenelementabstand des Feldes. Für diesen Fall sind die relativen Amplituden und Phasen so gewählt, daß ein effektives Antennenelementstrahlungsmuster abgesendet wird, das bei dem vorgegebenen effektiven Elementabstand und dem Sendebereich des. Feldes Nebenkeulen unterdrückt. In einer bevorzugten Ausführung sind die Ubertragungsleitungen unter Verwendung von Mikrostriptechniken hergestellt und schneiden sich gegenseitig an Richtkopplern, die als Abzweigrichtkoppler -aus Mikrostripübertragungsleitungen gebildet sind.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Array-Antenne aus Koppelmoduln , von denen jeder so gestaltet ist, daß er mit ähnlichen Antennenmoduln unter Ausbildung eines Koppelnetzwerkes verbunden werden kann, wobei das Koppelnetzwerk eine Vielzahl erster und zweiter Übertragungsleitungen enthält, von denen jede erste Übertragungsleitung einenends mit einem Antennenelementanschluß in Verbindung steht und an dem gegenüberliegenden Ende abgeschlossen ist, während die am gegenüberliegenden Ende abgeschlossenen zweiten Übertragungsleitungen die ersten Übertragungsleitungen schneiden und wahlweise an vorbestimmte erste Übertragungsleitungen angekoppel sind. Der Koppelmodul enthält einen Eingangsanschluß, wenigstens zwei Paare von Antennenelementanschlüssen, eine Reihe von Richtkopplern, deren Anzahl gleich der Maximalanzahl von mit einer der zweiten Übertragungsleitungen gekoppelten ersten übertragungsleitung ist, sowie Kreuzkoppeleingänge, wobei die Richtkoppler Koppelkoeffizienten aufweisen, die so gewählt sind, daß bei gemeinsamem Wirk-

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- TV-

samsein der Richtkoppler innerhalb des Netzwerkes das in den Eingang eingespeiste Signal vornehmlich den_;Antennenelementanschlüssen des Elementmoduls zugeführt wird, während andere Antennenelementanschlüsse anderen Antennenelementmoduln innerhalb des Feldes mit einer vorgegebenen relativen Amplitude und Phase angekoppelt sind._

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Array-Antenne gemäß der Erfindung in einer schematischen Darstellung,

Fig.1A einen Richtkoppler zur Veranschaulichung der in Fig. 1 verwendeten Darstellungsform in einer schematischen Abbildung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Array-Antenne gemäß der Erfindung in Mikrostriptechnik,

Fig.2A die Wirkungsweise der Mikrostriprichtkoppler nach Fig. 2 in einer schematischen Darstellung,

Fig. 3 eine mögliche Antennenaperturanregung, wie sie gemäß der Erfindung möglich ist,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Array-Antenne gemäß der Erfindung und

Fig. 5 eine Antennenaperturanregung für die Array-Antenne nach Fig. 4.

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Bei der Antenne nach Fig. 1 ist eine Apertur- oder Antennenfläche vorgesehen, die aus einer Vielzahl von Antennenelementmoduln gebildet ist. Jeder Modul enthält zwei Antennenelementgruppen. Jede der Gruppen der Antenne nach Fig. 1 ist mit nur jeweils einem Antennenelement veranschaulicht, jedoch können, wie in der eingangs erwähnten DE-OS 2 631 026 ausgeführt ist, Antennenelementgruppen jeweils ein oder mehrere Antennenelemente enthalten. Die Antennenelemente, die bei dem schematisch in Fig. 1 dargestellten Typ einer Array- oder Feldantenne verwendet werden, sind üblicherweise Dipole, Wellenleiteröffnungen, Schlitze oder ähnliche kleine Strahler. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Antennenelemente entlang einer geraden Linie angeordnet, um so eine ein lineares Feld von Antennenelementen enthaltende Apertur zu bilden. Die Lehren und der "Schutzbereich der vorliegenden Erfindung sind nicht notwendigerweise auf derartige lineare Felder von Antennenelementen beschränkt, sondern sie können vielmehr auch auf Felder angewandt werden, die Antennenelemente enthalten, die entlang einer anderen Linie als einer Geraden angeordnet sind, beispielsweise entlang dem Bogen eines Kreises; ferner gelten der Schutz und die Lehren auch für Antennenelemente, die in einer Ebene angeordnet sind und in einer oder mehrere Winkelrichtungen, bezogen auf die Ebene, abtasten können.

Bei dem Diagramm nach Fig. 1 enthält das erste Antennenelementmodul die Elemente A1 und A1', das zweite Antennenelementmodul die Elemente A2 und A2', das dritte Antennenelementmodul die Antennenelemente A3 und A3¹ usw. Für jedes der Antennenelemente aus dem Feld von Fig. 1 ist eine erste übertragungsleitung vorgesehen, die an dieses Element angeschlossen ist und dessen gegenüberliegendes Ende mit einer Widerstandslast abgeschlossen

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Λ Λ * * A * ft -ι - ·

ist. In dieser Weise ist eine übertragungsleitung 10 vorgesehen, die an einem Ende an das Antennenelement At angeschlossen ist und an dem gegenüberliegenden Ende mit der Widerstandslast 22 verbunden ist. In entsprechender Weise ist eine Übertragungsleitung 12 zwischen dem Antennenelement Al' und einer Widerstandslast 24 geschaltet, während Übertragungsleitungen 14, 16, 18 und 20 in entsprechender Weise an die zugehörigen Antennenelemente A2, A2', A3, A3¹ angeschlossen sind und zugehörige Abschlußwiderstandslasten aufweisen. Wie aus dem schematischen Diagramm nach Fig. 1 ersichtlich, gibt es ferner eine Vielzahl zweiter Übertragungsleitungen, die die ersten Übertragungsleitungen 10 bis 20 schneiden und von denen jeweils eine mit jeweils einem der Antennenelementmoduln korrespondiert. Demgemäß ist· eine Übertragungsleitung 30 vorgesehen, die zu dem aus den Antennenelementen A1 und A1 ' gebildeten Antennenelementxaodul gehört. Die übertragungsleitung 30 weist einen Eingangsanschluß T1 auf und ist mit ihrem gegenüberliegenden Ende an eine Widerstandslast 31 angeschlossen. In entsprechender Weise verbinden zusätzliche zweite Übertragungsleitungen 32,34 und 36 zugehörige Eingangsanschlüsse T2, T3 und T4 mit jeweils zugehörigen Widerstandslasten 33, 35 und 37. Jede der zweiten Übertragungsleitungen 30 bis 36 ist xvahlweise mit den geschnittenen ersten Übertragungsleitungen 10 bis 20 gekoppelt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist., Eine schematische Darstellung der für die Richtkoppler nach Fig» 1 verwendeten Darstellur.gsart ist in Fig. 1A gezeigt. Dementsprechend ist jede der Übertragungsleitungen 30, 32, 34 durch einen zugehörigen Satz von Richtkopplern an die geschnittenen ersten Übertragungsleitungen 10 bis 20 angekoppelt (C1 bis C5 für Leitung 30; C1 bis C7 für Leitung 32 und C1 bis C8 für Leitung 34).

130Q5

Jeder der Richtkoppler C1 bis C8 hat eine Koppelamplitude und Köppelphase, die derart ausgewählt ist, daß die in einen der Eingänge T1, T2 und T3 eingespeisten Signale den Elementen des Antennenfeldes mit einer vorbestimmten Aplitude und Phase zugeführt werden. Erfindungsgemäß ist jeder Satz zusammengehöriger RichtkopplerC1 bis C8 im wesentlichen identisch. Die Sätze der Richtkoppler sind so gewählt, daß die in einen Eingang T1 bis T4 eingespeisten Signale,beispielsweise die in den Eingangsanschluß T3 eingespeisten Signale, hauptsächlich dem zugehörigen Paar Antennenelemente A3, A3¹ (die ein Antennenelementmodul bilden) zugeführt werden und in ausgewählte andere Antennenelemente des Feldes mit einer solchen Amplitude μηα Phase eingespeist werden, daß sich eine Anregung der aus Elementen gebildeten Apertur ergibt, die näherungsweise' einer sin x/x Aperturverteilung entspricht. Wie anhand der DE-OS 2 631 026 beschrieben ist, führt diese Elementamplitudenverteilung über die Apertur- oder Antennenfläche zu einem Elementstrahlungsmuster, das weitgehend der Strahlung mit einheitlicher Amplitude innerhalb eines ausgewählten Raumwinkels entspricht, in dem die Antenne arbeiten soll, während die Strahlung in andere Bereiche des Raumes mit einer wesentlich geringeren Amplitude erfolgt, beispielsweise in Bereiche, in denen Strahlungsnebenzipfel der Feldantenne auftreten. Eine geeignete Anregung der Aperturelemente für in den Eingangsanschluß T3 des Feldes nach Fig. 1 eingespeiste Signale ist in Fig. 3 dargestellt, wobei die Elemente A3 und A3¹ eine Signalamplitude von eins aufweisen, die Elemente A2' und A4 eine Signalamplitude je Element von 0,5 und die Elemente A1' und A5 eine Elementsignalamplitude von -0,2. Den Elementen A2 und A4¹ wird kein Signal zugeführt. Die folgenden Kopplungskoeffizienten für die Koppler C1 'bis C8 kann das in Fig. 3 gezeigte/· geeignete

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Amplitudenmuster für die Elemente ergeben, wobei die Richtkoppler entlang der ersten und der zweiten über- / "; tragurigsleitungen mit gleichem Abstand angeordnet sind.

C1 = -0,1776 C5 .=' 0,8000

C2 = -0,1377 C6 = 0,3936

C3 = 0,2610 ' C7 « 0,0000

C4 *~ 0,7304 : C8 =-0,2901.

Es ist ersichtlich, daß für einige Antennenelemente der Signalweg von dem Eingangsanschluß zu dem Antennenelement verschiedenen Richtungen folgen kann und demzufolge die Berechnung der Koppelwerte für eine jeweils gewünschte Anregung der Aperturelemente vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines Digitalrechners erfolgt. '

Der oben angegebene Satz von Koppelwerten ist für die Verwendung bei einer Array-Antenne geeignet, die so bemessen ist daß sie ohne Nebenkeulen den Antennenstrahl innerhalb eines Raumwinkels von + 5° steuern kann. Die Elementmoduln einer derartigen Antennenanordnung können in einem Abstand von etwa zwei' Wellenlängen angeordnet werden und das effektive Elementstrahlungsmuster, das von einer in Fig. 3 dargestellten Anregung resultiert, unterdrückt Nebenkeulen.

Ein weiterer Satz von Koppelwer.ten, der eine ähnliche Amplitudenanregung der Apertur ergibt, bei der für die Elementwerte gilt A3 .=, A3¹ = 1,0, A2¹ = A4 = 0,53, AT - A5 = 0,23, A2 = A4¹ = 0, lautet:

C1 = -0,118 C5 = 0,5β1

C2 = -0,045 C6 = 0,30.0

C3 = 0,251 C7 = 0

C4 = 0,557 C8 = -,0150.

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Eine wesentliche Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Signalwege durch das Netzwerk von einem Eingangsanschluß T zu einem an diesen Eingangsänschluß T angeschlossenen Antennenelement näherungsweise die gleiche Übertragungsleitungslänge aufweisen. Diese Tatsache minimiert die Veränderung der Phasendrehung durch das Netzwerk infolge einer Änderung der Arbeitsfrequenz.. Folglich kann die Array-Antenne in einem verhältnismäßig breiten Frequenzbereich mit einer hohen Leistungsfähigkeit arbeiten.

Ersichtlicherweise ist es möglich, andere und umfangreichere Amplitudenanregungen der Apertur in Abhängigkeit von dem in eines der in Fig. 1 gezeigten Eingangsanschlüsse eingespeisten Signales vorzusehen,indem weiter verlängerte erste und zweite Sätze von Übertragungsleitungen sowie zusätzliche Richtkoppler in jedem Satz von Richtkopplern in dem Feld verwendet werden.

Beispielsweise umfaßt bei der in Fig. .4 gezeigten Anordnung jedes der Antennenmoduln drei Antennenelementgruppen, wobei jede Gruppe ein Antennenelement enthält. Dementsprechend wird das in jeden der Eingangsanschlüsse (T1, T2, T3 usw.) eingespeiste Signal hauptsächlich in die drei Antennenelementgruppen eingespeist, die zu dem jeweiligen Eingang gehören, während'die Signale erst in zweiter Linie Elementen in anderen ausgewählten Gruppen der Anordnung zugeführt werden, damit sich die gewünschte und in Fig. veranschaulichte Aperturanregung ergibt, die nachstehend angegeben ist:

A3 = 1

A3¹ = A3" = 0,83

A2" = A4¹ = 0,41

A2 = A4 = O

A2¹ = A4" = -0,21.

13O051/O4S8 ^mn - ι? -

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 lauten die Koppelwerte für die Sätze von Richtkopplern C1 bis C9 wie nachstehend: . -'

C1 - -0,310 C6 = 0,577

C2 «0 C7 = 0,228

C3 = . 0,518 C8 = -0,092

~ C4 = 0,650 C9 = -0,163

C5 = ' 0,693.

Wie im Falle des Antennensystems nach der DE-OS 2 631 026 kann der in Fig. 1 gezeigte Typ einer. Array-Antenne in Verbindung mit einem Signalgenerator und einer Phasenschieberschaltung verwendet werden, um einen Antennenstrahl zu erzeugen, der durch Veränderung der Verteilung der in die jeweiligen Eingangsanschlüsse T1, T2, T3 usw. eingespeisten Sätze von Signalen elektronisch richtungssteuerbar ist. Alternativ kann ein System vorgesehen sein, das üblicherweise als Dopplersystem bekannt ist, indem für jeden der Eingangsanschlüsse eine Veränderung der Signalamplitude mit der Zeit durchgeführt wird. Wenn demgemäß die.Eingangssignale nacheinander den Eingangsanschlüssen T1, T2, T3, T4-USW. zugeführt werden, sendet die Antennenfläche mit einem Antennenstrahlungsdiagramm, das eine Frequenz aufweist, die sich mit der Raumwinkelposition verändert.

Während die schematisch in Fig. 1 gezeigte Antenne nur eine Strahlabtastung oder andere aktive Veränderungen des Antennenstrahlungsdiagrammes in einer Raumwinkelkoordinate ermöglicht, ist ersichtlich, daß eine Reihe derartiger phasengesteuerter Array-Antennen der in Fig. 1 gezeigten Art nebeneinander angeordnet werden können (beispielsweise in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene), um auf diese Weise ein ebenes Feld von Antennenelementen zu bilden. Die auf in Fig. 1 gezeigte lineare Arrays .anwend-

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baren Prinzipien können in gleicher Weise auf ebene Arrays angewendet werden, wobei weitere Koppelnetzwerke hinzugefügt werden, die die Eingangsanschlüsse jedes der Netzwerke für die linearen Felder von Antennenelementen miteinander verbinden. Gemäß einer weiteren Abänderung der Anordnung nach Fig. 1, die ebenfalls in der genannten DE-OS 2 631 026 gezeigt ist, ist es möglich, eine Vielzahl von Antennenelementen für jede der Antennenelementepositionen A1, A1', A2, A2' usw. vorzusehen, die bei dem linearen Feld nach Fig. 1 gezeigt sind. Diese Vielzahl von Antennenelementen kann beispielsweise dazu verwendet werden, das Strahlungs-diagramm in Richtung der Winkelkoordinate, die senkrecht zu der Geraden ist, entlang der die Elemente A1, A1', A2, A2' usw. angeordnet sind, zu formen.

Fig. 2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Anordnung nach Fig. 1, bei der die Übertragungsleitung und Koppler als Mikrostripübertragungsleitung in einer einzigen Ebene (single layer) ausgeführt sind. Ferner

sind die Richtkoppler bei dem Koppelnetzwerk von Fig. 2 in Koppelmoduln 40, 42, 44 so angeordnet, daß jedem der Eingangsanschlüsse T ein zugehöriger Satz von Antennen A und A' sowie ein Satz von dazwischenliegenden Richtkopplern zugeordnet ist, die alle auf einer einschichtigen, gedruckten Schaltungsplatte als Mikrostrip oder Streifenleitungsübertragungsleitung ausgebildet werden können. Schließlich sind die in jedem der Elementmoduln 40, 42, 44 der Antenne nach Flg. 2 verwendeten Mikrostripübertragungsleitungen identisch und deshalb können sie unter Verwendung von Kreuzkoppeleingängen 46a, 46b, 46c, 46d nebeneinander gedruckt und verbunden werden, so daß sich ein vollständiges Koppelnetzwerk für die Anordnung ergibt. Alternativ kann unter Verwendung repitierender Drucktechniken das gesamte Koppelnetzwerk auf einer einzigen großen gedruckten Schaltungsplatte aufgedruckt werden.

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Die schematische Darstellung von Fig. 1 erleichtert
es, das Vorhandensein der ersten und zweiten Sätze von Übertragungsleitungen wiederzuerkennen, von denen jede erste übertragungsleitung mit einem Antennenelement
und jede zweite übertragungsleitung mit einem Eingangsanschluß verbunden ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist es schwieriger, die ersten und zweiten Sätze von Übertragungsleitungen zu erkennen, weil diese jeden der in der Mikrostripschaltung verwendeten Richtkoppler in diagonaler Richtung überqueren. Es sei darauf hingewiesen, daß die Koppler C7 der Anordnung von Fig. 2 sog. "Null-dB"-Koppler sind; d.h. die Leitungen, die sich
an dem Koppler C7 überkreuzen, sind nicht miteinander
verkoppelt. Demgemäß ist der in der obigen Tabelle für den Richtkoppler C7 angegebene Koppelwert null. Fig. 2A zeigt die schematische Anordnung der Richtkoppler, die bei dem Ausführungsbeispiel der Antenne nach Fig. 2 gezeigt sind.

Es ist ersichtlich, daß die Beispiele der Antennenanregungen und Koppelwerte, wie sie hier angegeben sind, lediglich beispielhaft sind und keine Einschränkung bedeuten. Wie oben ausgeführt, können solche Koppelwerte ohne weiteres mit Hilfe eines Digitalrechners und den gegebenen relativen Amplituden und Phasen der Koppelsignale bestimmt werden, die in jedes der Antennenelemente des Feldes von einem der Eingangsanschlüsse des Feldes eingespeist werden sollen.

Die Array- oder Feldantennen sind im wesentlichen unter dem Gesichtspunkt der Sendeantenne beschrieben, bei der die Signale in die Eingangsanschlüsse T der Anordnung eingespeist werden und von den Antennenelementen abgestrahlt werden. Bekanntlich sind aber solche Antennen vollständig umkehrbar und Signale, die aus dem Raum in einem Antennen-

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diagramm,das gleich dem Strahlungsdiagramm der Antenne ist, in die Antennenelemente eingespeist werden, werden in die Anschlüsse T der Anordnung eingekoppelt. Demzufolge gilt die Beschreibung aber auch für Empfangsantennen.

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Claims

Patentanwälte "-Dip?.- IngJN". Scjierrnijtij} Dr.- Ing. R. Roger

730O Esslirigen (Neckar), Webergasse 3. Postfach

27. Januar 1981 ^T _s _t ^e _u \'_t J₃^ _{(071l) 356539}

PA 47 bbeh 359519

Telex 07 256610 smru

Telegramme Patentschutz Esslingenneckar

Patentansprüche

1/ Array-Antenne mit einer N-Antennenelementmoduln (40, 42, 44) enthaltenden Antennenapertur, bei der jedes Antennenelementmodul (40, 42, 44) wenigstens zwei Antennenelementgruppen und jede Antennenelementgruppe ein oder mehrere Antennenelemente (A1,A1'; A2,A2'... A7·) enthält, wobei die Antennenelementmoduln (40, 42, 44) und die Antennenelementgruppen entlang einer vorbestimmten Linie angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

- daß sie 2N erste Übergangsleitungen (10, 12 ... 20) enthält, von denen zur Einspeisung von Wellenenergiesignalen in die Antennenelemente (A1 ... A7') der Antennenelementgruppen jeweils eine der ersten Übertragungsleitungen (10, 12 ... 20) einer Antennenelementgruppe zugeordnet ist,

- daß N zweite, eine vorbestimmte Anzahl erster Übertragungsleitungen (10, 12 ... 20) schneidende Übertragungsleitungen (30, 32, 34, 36) vorgesehen sind, von denen jede einen Eingangsanschluß (T1, T2 ... T6) aufweist und von denen jedem Antennenelementmodul (40, 42, 44) eine zugeordnet ISt₇ und

- daß N Sätze von Richtkopplern (C1, C2... C9) enthalten sind, von denen jeder Satz Richtkoppler (C1,C2... C9) in der vorbestimmten Anzahl aufweist und eine

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der N-zweiten Ubertragungsleitungen (30... 36) mit den geschnittenen ersten Übertragungsleitungen (10, 12... 20) koppelt, wobei die einander entsprechenden Richtkoppler (C1, C2... C9) der N-Sätze von Richtkopplern (C1, C2... C9) im wesentlichen identisch sind und ein vorbestimmtes Amplituden- und Phasenverhältnis der Kopplung aufweisen, derart, daß die in einen der Eingangsanschlüsse (T1, T2 ... T6) eingespeisten Wellenenergiesignale hauptsächlich in die Antennenelernentgruppen eines Antennenelementmoduls (40, 42, 44) eingekoppelt werden, das dem jeweiligen Eingangsanschluß (T1, T2 ... T6) entspricht,und mit einer vorbestimmten relativen Amplitude und Phase in vorbestimmte Antennenelemente (A1 ... A7') anderer Antennenelementgruppen des Arrays eingespeist werden.
2. Array-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Linie eine Gerade ist.
3. Array-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Strahlungsmuster mit einer Winkelfrequenzänderung aussendet und Schaltglieder zum Einspeisen von Wellenenergiesignalen in die Eingangsanschlüsse (T1, T2 ... T6) mit sich verändernder Amplitude aufweist.

4. Array-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Strahlungsmuster mit einer mit der Zeit sich verändernden Winkelstellung aussendet und Schaltglieder zum Einspeisen von Wellenenergiesignalen in die Eingangsanschlüsse (T1, T2 ... T6) mit sich verändernder Phase aufweist«

5. Array-Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch

. gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Übertragungsleitungen (10, 12 ... 20; 30 ... 36) und die Richtkoppler (C1, C2 ... C9) derart angeordnet sind, daß sich zwischen jedem der Eingangsanschlüsse (T1, T2 ... T6) und den angekoppelten Antennenelementen (A1 ... A7¹) näherungsweise gleiche Übertragungsleitüngslängen ergeben.

6. Array-Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Amplituden und Phasen näherungsweise eine sin x/x Apertüranregung ergeben.

7. Array-Antenne nach den Ansprüchen 1 bis '6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen benachbarten Antennenelementmodulen (40, 42, 44) gleich ist und den effektiven Antennenelementabstand des Feldes enthält, und daß die relativen Amplituden und Phasen derart ausgewählt sind, daß ein effektives Elementstrahlungsmuster gesendet wird, das bei dem effektiven Antennenelementabstand frei von Nebenkeulen ist.

8. Array-Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Übertragungsleitungen (10, 12 ... 20; 30 ...36) Mikrostripübertragungsleitungen aufweisen und sich an den Richtkopplern (C1, C2 ... C9) schneiden, die Abzweigleitungskoppler enthalten.

9. Array-Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß die erstenÜbertragungsleitungeri (10, 12 ... 20) an dem dem Antennenelement gegenüberliegenden Ende abgeschlossen sind,

- daß die zweiten Übertragungsleitungen (30, 32 ... 36) .mittels M Richtkopplern (C1, C2 ... C9) wahlweise an vor be" stimmte erste Übertragungsleitungen (10, 12 20) angekoppelt sind und M gleich der maximalen /Anzahl erster Ubertragungsleitungen (10, 12 ... 20) ist, die an eine der zweiten Übertragungsleitungen (30, 32... 36) angeschlossen sind,

- daß die Richtkoppler (C1, C2 ... C9) Kreuzkoppeleingänge aufweisen und

- daß die Kopplungskoeffizienten der Richtkoppler (C1, C2 ... C9) derart ausgewählt sind, daß bei ihrem gemeinsamen Wirksamsein die in die Eingänge der Richtkoppler (C1, C2 ... C9) eingespeisten-Wellenenergiesignale hauptsächlich in entsprechende Antennenelementanschlüsse eingekoppelt werden und mit vorbestimmter relativer Amplitude und Phase in vorbestimmte andere Anschlüsse anderer Richtkoppler (C1 bis C9) eingespeist werden.

Koppelmodul für eine Array-Antenne mit einer Reihe von Anschlüssen für Antennenelemente und einer Reihe von Eingangsanschlüssen, dadurch gekennzeichnet,

- daß zum Anschluß an ähnliche Koppelmoduln und zum Aufbau eines Koppelnetzes eine Vielzahl erster Übertragungsleitungen (10, 12 ... 20), von denen jede mit einem Ende mit einem Antennenelementanschluß in Verbindung steht und am gegenüberliegenden Ende abgeschlossen ist, sowie eine Vielzahl zweiter Übertragungsleitungen (30, 32 ... 36) vorhanden sind, die die Übertragungsleitungen (10, 12 ... 20) schneiden und mit vorbestimmten ersten Übertragungsleitungen (10, 12... 20) verkoppelt sind,

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--.daß M* Richtkoppler (C1, C2 ... C9) enthalten sind und M gleich der Maximalanzahl erster mit einer der zweiten Übertragungsleitungen (30, 32 ...-' 36) gekoppelter Übertragungsleitungen (10, 12 ... 20) ~" ist,

- daß die Richtkoppler (C1, C2 ... 9) Kreuzkoppel-"eingänge aufweisen und

- daß die Koppelkoeffizienten der Richtkoppler derart bemessen sind, daß bei gemeinsamem Wirksamsein der Richtkoppler (C1, C2 ... C9) die in deren Eingangsanschlüsse eingespeisten Wellenenergiesignale hauptsächlich in deren Antennenelementanschlüsse eingespeist werden und mit einer vorbestimmten relativen Amplitude und Phase in vorbestimmte andere Antennenelementanschlüsse in anderen Richtkopplern (C1, C2 C9) der Antenne eingekoppelt werden.

11. Antenne mit einem Netzwerk mit einer Vielzahl von Antennenelementanschlüssen, einet Vielzahl von Eingangsanschlüssen und einer Koppeleinrichtung zum wahlweisen Ankoppeln der Antennenelementanschlüsse an die Eingangsanschlüsse, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung erste,mit den Antennenelementenanschlüssen verbundene und anderenends abgeschlossene Übertragungsleitungen (10, 12 ... 20), zweite mit den Eingangsanschlüssen (T1, T2 ... T6) verbundene und am gegenüberliegenden Ende abgeschlossene Übertragungsleitungen (30, 32 ... 36) sowie einen Satz Richtkoppler (C1, C2 ... C9) aufweist, mit denen wahlweise jede der zweiten Übertragungsleitungen (30, 32 ... 36) mit ausgewählten ersten Übertragungsleitungen (10, 12 ... 20) verkoppelt ist.

13005 1/04SS