DE3237484A1

DE3237484A1 - Radarantenne und verfahren zur raumabtastung mit einer solchen

Info

Publication number: DE3237484A1
Application number: DE19823237484
Authority: DE
Inventors: Johann 8880 Dillingen Wioncek; Heinz-Georg Dipl.-Ing. 7913 Senden Wippich
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1982-10-09
Filing date: 1982-10-09
Publication date: 1984-04-12
Also published as: DE3237484C2

Description

Beschreibung
"Radarantenne und Verfahren zur Raumabtastung mit einer solchen" Die Erfindung betrifft eine Radarantenne mit einem rotierenden Reflektor und einem in der Rotationsachse des Reflektors angeordneten feststehenden Erreger.
Derartige Radarantennen haben den Vorteil, daß keine rotierbaren Hochfrequenzleitungen erforderlich sind. Durch den rotierenden Reflektor wird die vom feststehenden Erreger in Richtung der Rotationsachse abgestrahlte Energie umgelenkt, so daß das vom Erreger aus in Richtung der Rotationsachse zeigende Richtdiagramm seitlich, gewöhnlich annähernd rechtwinklig zur Rotationsachse umgelenkt wird und bei der Rotation ein umlaufendes Richtdiagramm entsteht. Eine derartige Anordnung erlaubt jedoch nur die Abtastung in einer Ebene, beispielsweise im Azimut, ohne daß eine Auflösung in der Elevation möglich ist.
Eine Raumabtastung in Elevation und Azimut ist möglich mit einer elektronisch gesteuerten Gruppenantenne, wobei die Gruppenantenne langsam um eine vertikale Achse zur Azimutabtastung gedreht wird und daß schmale Richtdiagramme ständig einen vorgegebenen Elevationswinkelbereich wiederholt überstreicht. Durch die langsame azimutale Drehung in Verbindung mit der schnellen Elevationsschwenkung entsteht eine zweidimensionale Abtastung. Elektronisch gesteuerte Gruppenantennen sind jedoch aufgrund der zahlreichen Einzelstrahler und der umfangreichen Steuerelektronik teuer und benötigen wiederum eine rotierbare Hochfrequenzzuleitung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radarantenne und ein Raumabtastverfahren anzugeben, um einen Raumsektor mit Auflösung in Azimut und Elevation abzutasten.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen 1 und 10 beschrieben. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Durch die kippbare Aufhängung des Reflektors ergibt sich die Möglichkeit, das Richtdiagramm nicht nur um die Rotationsachse zu rotieren, sondern zusätzlich durch Verändern der Kippstellung die Lage des Diagramms aus der Ebene der Rotation auszulenken. Der Faktor rotiert kontinuierlich, was mechanisch ohne prinzipielle Schwierigkeiten realisierbar ist. Jeweils nach Durchlaufen des Diagramms durch den abzutastenden Raumsektor wird die Kippstellung des Reflektors verändert. Während der Abtastung des Raumsektors bleibt die Kippstellung konstant.
Die Rotation des Reflektors kann als kontinuierliche Bewegung mit hoher Rotationsfrequenz erfolgen. Die stufenweise Veränderung der Kippstellung als diskontinuierlicher Vorgang erfolgt nur bei jeder Drehung um eine Kippstufe, so daß die hierzu erforderlichen mechanischen Kräfte gleichfalls ohne größeren Aufwand aufzubringen sind. Durch die Konstanthaltung der Kippstellung während des Durchlaufens des Richtdiagramms wird die Auswertung und Anzeige der aus den Echosignalen gewonnenen Radardaten besonders einfach. Der Reflektor wird zwischen zwei extremen Kippzuleitungen entsprechend den elevationalen Grenzen des Raumsektors von einer Extremstellung in die andere jeweils in gleichen Stufen verändert. Bei n Stufen zwischen den extremen Kippstellungen ist die Informationserneuerungszeit damit maximal gleich 2n Kippschritten.
Der Reflektor ist in einer besonders einfachen Ausführung als ebener Spiegel ausgeführt Die Kippachse liegt vorteilhafterweise in der Spiegelebene und geht durch die Rotationsachse. Dadurch ist gewährleistet, daß bei jeder Rotations- und Kippstellung das durch den Erreger vorgegebene Diagramm durch den Spiegel in immer gleicher Form umgelenkt wird. Zudem sind die mechanischen Momente bei einer solchen Anordnung besonders gering, da sowohl Kippachse als auch Rotationsachse durch den Spiegelschwerpunkt verlaufen. Durch die Schrägstellung des Reflektors relativ zur Rotationsachse entstehen Drehmomente, welche eine Unwucht der Anordnung bei der Rotation bewirken. Zum Ausgleich der Unwucht sind Ausgleichsgewichte zum Massenausgleich für den rotierenden Reflektor vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Radarantenne ist besonders vorteilhaft verwendbar in einem Luftfahrzeug, da sie aufgrund ihrer einfachen Konstruktion ein geringes Gewicht aufweist und wenig Platz beansprucht. Bei der Verwendung in einem Luftfahrzeug, beispielsweise einem Hubschrauber, ist vorteilhafterweise ein fest angeordneter Umlenkspiegel vorgesehen, welcher bei einer bestimmten Winkelstellung des Reflektors während der Rotation des Reflektors das Richtdiagramm in Richtung zum Erdboden umlenkt, wohingegen der abzutastende Raumsektor im wesentlichen in horizontaler Richtung verläuft. Die Umlenkung des Richtdiagramms zum Erdboden erlaubt damit auf besonders einfache Weise eine quasi kontinuierliche Bestimmung der Flughöhe. Die Kippstellung des Spiegels ist hierfür ohne Bedeutung, da für die Bestimmung der Flughöhe nur die Echolaufzeit wesentlich ist, nicht jedoch die genaue Ausrichtung des Diagramms.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Abbildung, die eine erfindungsgemäße Radarantenne in der Ausführung als Cassegrain-Antenne zeigt, noch veranschaulicht. Über einen feststehenden Hohlleiterzug 12, der innerhalb der hohlen Antriebswelle 8 verläuft, wird ein Erreger 1 gespeist. Die vom Erreger 1 auf den Hilfsreflektor 15 abgestrahlte Energie wird von diesem in Richtung der Rotationsachse auf den Reflektor 2 refiektiert. Der Reflektor ist als ebener Spiegel ausgeführt. Durch Erreger 1 und Hilfsreflektor 15 ist somit die Diagrammform vorgegeben. Vorzugsweise besteht der Spiegel aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit einer als Spiegelfläche dienenden Metallschicht 3 auf der dem Erreger zugewandten Seite. Das vom Erreger abgestrahlte und durch den Spiegel umgelenkte Diagramm ist gestrichelt angedeutet. Für die Raumabtastung wird üblicherweise.
ein Diagramm mit sehr starker Richtwirkung, d. h. einer Halbwertsbreite von ca. 2° verwendet werden. Der Reflektor 2 ist über die Welle 8 um die Rotationsachse 9 mit beispielsweise 900 Umdrehungen pro Minute rotierbar. Der Reflektor ist weiter um eine senkrecht zur Rotationsachse 9 und senkrecht zur Hauptstrahlrichtung angeordnete Kippachse 10 kippbar in einer Gabel aufgehängt. Über eine mit dem Spiegel 2 und der Welle 8 mitgedrehte Hülse 5 ist ein Verstellbock 6 entlang der Rotationsachse verschiebbar.
Der Verstellbock 6 ist relativ zur Hülse 5 drehbar gelagert und rotiert nicht mit. Der Verstellbock 6 kann durch eine drehbare Spindel 7 entlang der Rotationsachse 9 verschoben werden. Eine Verschiebung des Verstellbocks 6 und damit auch der Hülse 5 bewirkt über einen die Hülse und den Spiegel verbindenden Hebel 4 eine Veränderung der Kippstellung des Spiegels. Der Hebel ist zum einen in einem ersten Hebellager 13 an der Hülse und zum andern in einem zweiten Hebellager 16 an einer fest mit dem Spiegel verbundenen Platte drehbar gelagert und darüberhinaus an einer Führung 17 geführt. Die Platte trägt auch noch Ausgleichsgewichte 14 für den Massenausgleich des rotie renden Spiegels. Einer bestimmten Stellung des Verstellbocks ist damit eindeutig eine bestimmte Kippstellung des Spiegels zugeordnet. Die Lage des Verstellbocks ist wiederum eindeutig verknüpft mit der Drehstellung der Spindel, so daß über einen Winkeldekodierer aus der Drehstellung der Spindel die Kippstellung des Spiegels bestimmt bzw.
eingestellt werden kann. Die Spindel wird bevorzugterweise durch einen Schrittmotor verstellt.
Bei der kontinuierlichen Rotation und der schrittweisen Veränderung der Kippstellung werden für die Überstreichung des Raumwinkelsektors bei einer Rotationsfrequenz von 900 Umdrehungen pro Minute, einer Kippstufenweite von 20, einer Kippstufenverstellung pro Umdrehung und einer elevationalen Sektorbreite von 300 zwei mal fünfzehn Kippschritte benötigt, um mit einer Extremstellung des Kippspiegels zur anderen Extremstellung und wieder zurück zu kommen. Dies entspricht gleichfalls 30 Umdrehungen und damit einer maximalen Informationserneuerungszeit von 2 Sekunden. Für eine Verkürzung der Informationserneuerungszeit wird im allgemeinen Fall eine Erhöhung der Rotationsfrequenz am vorteilhaftesten sein, wenn keine Verringerung der Auflösung durch Verbreiterung des Diagramms und Vergrößerung der Kippschrittweite erfolgen darf.
Eine vorteilhafte Weiterbildung für die Anwendung der erfindungsgemäßen Antenne in einem Luftfahrzeug ist ein Umlenkspiegel 11 außerhalb des zu überstreichenden Raumsektors in den von dem Diagramm erfaßten Bereich so angeordnet, daß das Diagramm ein zweites mal in Richtung zum Erdboden umgelenkt wird. Durch ein über einen die Winkelstellung der Welle 8 kontrollierenden Dekoder wird bei dieser Winkelstellung des Reflektors 2 das Echosignal als Höhenmeßsignal ausgewertet, während beim Durchlaufen des Richtdiagramms durch den abzutastenden Raumsektor wiederum über den mit der Welle 8 gekoppelten Dekoder die azimutale Auflösung erzielt wird.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Radarantenne mit einem rotierenden Reflektor und einem in der Rotationsachse des Reflektors angeordneten feststehenden Erreger, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (2) um eine senkrecht zu seiner Rotationsachse (9) und der Antennenhauptstrahlrichtung angeordnete Kippachse (10) kippbar aufgehängt ist.
2. Radarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein ebener Spiegel ist.
3. Radarantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachse in der Spiegelebene liegt und durch die Rotationsachse geht.
4. Radarantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen entlang der Rotationsachse ver-- schiebbaren, nicht mitrotierenden und über eine mitrotierende Hülse (5) und einen Hebel (4) mit dem Reflektor verbundenen Verstellbock (6).
-5. Radarantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellbock (6) mittels einer Spindel (7) entlang der Rotationsachse verschiebbar ist.
6. Radarantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Ausgleichsgewichte (14) zum Massenausgleich für den rotierenden Reflektor.
7. Radarantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne nach Art einer Cassegrain-Antenne durch den Reflektor hindurch gespeist ist über einen parallel zur Rotationsachse innerhalb der Antriebswelle (8) verlaufenden Hohlleiterzu (12), dem Erreger (1) und einen feststehenden Hilfsreflektor (15).
8. Radarantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne in einem Luftfahrzeug angeordnet ist.
9. Radarantenne nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen fest angeordneten Umlenkspiegel (11), der bei einer bestimmten Winkelstellung während der Rotation des Reflektors das Richtdiagramm in Richtung zum Erdboden umlenkt.
10. Verfahren zur Abtastung eines Raumsektors mittels eines azimutal und elevational schwenkbaren Richtdiagramms mit einer Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor kontinuierlich rotiert und daß die Kippstellung des Reflektors stufenweise verändert wird, wobei die Veränderung der Kippstellung zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem das Richtdiagramm bei der kontinuierlichen Rotation außerhalb des Raumsektors liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstellung des Reflektors bei jeder Umdrehung um eine Stufe verändert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstellung des Reflektors zwischen zwei extremen Kippstellungen in gleichen Stufen hin und her verändert wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Winkelstellung außerhalb des Raumsektors während der kontinuierlichen Rotation mittels eines weiteren Umlenkspiegels die Höhe zum Erdboden ermittelt wird.