DE3307487A1

DE3307487A1 - Broadband monopulse antenna

Info

Publication number: DE3307487A1
Application number: DE19833307487
Authority: DE
Inventors: Daniel Edmond 95390 Saint Prix Beguin; Michel Emile 92360 Meudon La Foret Huart
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1983-03-03
Publication date: 1983-09-15
Also published as: FR2522887B1; FR2522887A1

Description

D.E.Beguin-M.E.Huart 21-1D.E.Beguin-M.E.Huart 21-1

Breitbandige MonopuLsantenneBroadband monopul antenna

Die Erfindung geht aus von .einer breitbandigen Monopulsantenne wie im Oberbegriff des einzigen Patentanspruchs angegeben.The invention is based on a broadband monopulse antenna as indicated in the preamble of the single claim.

Mit einer solchen Antenne können gleichzeitig mehrere Strahlungsdiagramme erzeugt werden. Sie ist insbesondere für Mehrfrequenzradargeräte geeignet.With such an antenna, several radiation patterns can be generated at the same time. She is particular suitable for multi-frequency radar devices.

Antennen, mit denen gleichzeitig mehrere St rah lungsdi a-~ gramme erzeugt werden können, sind an sich bekannt; beispielsweise aus der DE-OS 28 55 280. Die aus dieser Offen Iegungsschrift bekannte Antenne ist dafür geeignet, für ein MonopuI sradargerät gleichzeitig zwei Strahlungsdiagramme zu erzeugen. Die beiden Strahlungsdiagramme erhält man bei dieser Antenne dadurch, daß man die beiden Hohlleiter, die ein Element dieser Antenne bilden, entweder gleichphasig oder gegenphasig speist. Die beiden Hohlleiter eines Element's der Antenne sind über Koppellöcher in den Schmalseiten der Hohlleiter miteinander verkoppelt. Die Koppellöcher sind in regelmäßigen Abständen angeordnet. Jedem Koppelloch ist ein Schlitz in der entgegengesetzten Schmalseite eines Hohlleiters zugeordnet. Die Verkopplung zwischen den beiden Hohlleitern ist eine Funktion der GrößeAntennas with which several radiation di a- ~ Grams can be generated are known per se; for example from DE-OS 28 55 280. The from this Open Iegungsschrift known antenna is suitable for Generate two radiation diagrams for a monopoly radar device at the same time. The two radiation diagrams is obtained with this antenna by either the two waveguides that form an element of this antenna in phase or out of phase. The two waveguides of one element of the antenna are connected to the Narrow sides of the waveguide coupled together. The coupling holes are arranged at regular intervals. Each coupling hole has a slot in the opposite one Associated with the narrow side of a waveguide. The coupling between the two waveguides is a function of size

ZT/Pi-Sm/RZT / Pi-Sm / R

02.03.1983 -I- 03/02/1983 -I-

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der Koppel Löcher. Ob Einfach- oder HehrfachschLitze verwendet werden hängt von der Bandbreite ab.the paddock holes. Whether single or multiple slots are used depends on the bandwidth.

Wie die Verkopplung zwischen einem Hohlleiter und einem Einfach- oder Hehrfachschlitz variiert werden kann durch Veränderung des Neigungswinkels des Einfach- oder Hehrfachschlitzes in Bezug auf die Hohlleiterachse ist an sich bekannt. Han kann daher entlang der Länge eines Hohlleiters eine bestimmte StrahlungsverteiLung erhalten, zum Beispiel eine Taylorverteilung/ wodurch es möglich wird, die Amplitude der Nebenkeulen des StrahLungsdiagramms zu ,reduzieren.Like the coupling between a waveguide and a Single or multiple slot can be varied by Changing the angle of inclination of the single or multiple slot in relation to the waveguide axis is inherent known. Han can therefore run along the length of a waveguide receive a certain radiation distribution, for example a Taylor distribution / which makes it possible to determine the amplitude of the side lobes of the radiation diagram.

HonopuLsantennen werden normalerweise für den Betrieb bei einer gegebenen Sendefrequenz entwickelt. Die Abmessungen der Schlitze und der Koppellöcher und die Abstände zwischen den Schlitzen oder Schlitzgruppen werden für diese Betriebsfrequenz optimiert. Bei einem Radargerät, das bei unterschiedlichen Sendefrequenzen betrieben wird, führt die Reduzierung der NuLLeinzüge für den Differenzkanal bei Frequenzen, die von der Ausgangsfrequenz, für die die Antenne vorgesehen ist, weit entfernt sind,zu einer beträchtlichen Zunahme von Heßfehlern. Dies gilt insbesondere für Nachführradargeräte und wenn Fehlerwinkelmessungen erwünscht sind.Honopolis antennas are normally used for operation developed at a given transmission frequency. The dimensions of the slots and coupling holes and the distances between the slots or slot groups are used for this operating frequency optimized. In the case of a radar device that is operated at different transmission frequencies, the Reduction of the zero indentations for the difference channel at Frequencies far removed from the output frequency for which the antenna is intended to become a considerable one Increase in Hess errors. This is especially true for tracking radars and when measuring error angles are desired.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine breitband ige MonopuIsantenne anzugeben, bei der man bei mehreren Frequenzen geringe Nebenkeulen erhält. Diese Antenne ist insbesondere für Mehrfrequenzradarge rate geeignet.The object of the invention is therefore to provide a broadband monopoly antenna that can be used at several frequencies receives low side lobes. This antenna is particularly suitable for multi-frequency radar rates.

Eine solche HonopuIsantenne an sich ist Gegenstand einer Studie von G.Dubost und D.Beguin, veröffentlicht in IEEESuch a HonopuIs antenna itself is the subject of a Study by G.Dubost and D.Beguin, published in IEEE

D.Begu i n 21-1D.Begu i n 21-1

Transactions on antennas and propagation, Band AP-29, Nr.: 3, Mai 1981 (Titel "Propagation along two radiating coupled waveguides: applications to a multimode radiating array"). Hier wird eine theoretische Antenne untersucht. Insbesondere wurde theoretisch die Abhängigkeit ihrer Eigenschaften hinsichtlich einiger ihrer geometrischen Parameter, insbesondere des Durchmessers der Koppe I löcher, untersucht. Diese Studie zeigt und Erprobungen haben dies bestätigt, daß die Erzeugung eines tiefen Nulleinzugs für das Strahlungsdiagramm des- Differenzkanals empfindlich reagiert in Bezug auf den Durchmesser der Koppellöcher, wohingegen die Wirksamkeit und die Amplitude der Nebenkeulen des Strahlungsdiagramms für den Summenkanal wesentlich weniger stark vom Durchmesser dieser Koppellöcher abhängig ist.Transactions on antennas and propagation, Volume AP-29, No .: 3, May 1981 (title "Propagation along two radiating coupled waveguides: applications to a multimode radiating array "). Here a theoretical antenna is examined. In particular, the dependence of its Properties with regard to some of their geometric Parameters, in particular the diameter of the Koppe I holes, examined. This study shows and tests have done so confirms that the creation of a deep zero draw-in is sensitive to the radiation pattern of the differential channel reacts in relation to the diameter of the coupling holes, whereas the effectiveness and the amplitude of the side lobes of the radiation diagram for the sum channel is much less dependent on the diameter of these coupling holes is dependent.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:The invention is based on an exemplary embodiment, for example explained in more detail. It shows:

Fig. 1 einen Teil eines Wellenleiters 61, der über Koppellöcher mit dem anderen Wellenleiter G2 verbunden ist,Fig. 1 shows a portion of a waveguide 61, which over Coupling holes connected to the other waveguide G2,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Monopulsantenne mit zwei Höh I Ieiteranordnungen (R1, R2), die über Koppellöcher miteinander verkoppelt sind und bei der die Hohlleiter der beiden An-Ordnungen jeweils über einen Leistungsteiler2 shows a schematic representation of a monopulse antenna with two height ladder arrangements (R1, R2), which are coupled to one another via coupling holes and in which the waveguides of the two arrangements each have a power splitter

(D1, D2) gespeist werden,(D1, D2) are fed,

Fig. 3 ein Ausschnitt aus der Darstellung gemäß Fig. zur Erläuterung der Erfindung,3 shows a detail from the representation according to FIG. To explain the invention,

D.Beguiη 21-1D.Beguiη 21-1

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Veränderung4 is a diagram for explaining the change

der Phasenverschiebung <j> als Funktion derthe phase shift <j> as a function of

j Betriebsfunktion Fi, undj Operating function Fi, and

Fig. 5 ein Summendiagramm und ein Sendediagramm für die Betriebsfrequenz Fi.5 shows a sum diagram and a transmission diagram for the operating frequency Fi.

In der Fig. 1 ist ein Teil eines strahlenden Hohlleiters G1 mit einem rechteckigen Querschnitt dargestellt. Es sind vier Schlitze f _., f , f .. und f _? dargestellt. Diese Schlitze sind in Bezug auf die Achse des Hohlleiters um Winkel θ ** 0 * θ ,* und & ,_ geneigt. Dieser Hohl-1 shows part of a radiating waveguide G1 with a rectangular cross section. There are four slots f _., F, f .. and f _? shown. These slots are inclined at angles θ ** 0 * θ , * and &, _ with respect to the axis of the waveguide. This hollow

n~ ι η n + 1 η ⁺ d n ~ ι η n + 1 η ⁺ d

leiter stößt mit der Schmalseite, in der keine Schlitze vorhanden sind, an die Schmalseite eines zugeordneten Hohlleiters G2 (nicht strahlend) an. Die Verkopplung der beiden Hohlleiter erfolgt über Koppellöcher t ., t , tThe narrow side in which there are no slots is in contact with the narrow side of an associated waveguide G2 (non-radiating). The two waveguides are coupled via coupling holes t ., T, t

η— ι η η+ι und t _+?. Die Koppellöcher sind jeweils einem Schlitz zugeordnet und die einander zugeordneten Elemente weisen jeweils gleiche Indice auf. Die Abstände zwischen Schlitzenη— ι η η + ι and t _+? . The coupling holes are each assigned to a slot and the elements assigned to one another each have the same index. The distances between slots

(f - f .. ) und die Abstände zwischen Koppe I löchern Ct -t ^ η n-1 ' η n-1(f - f ..) and the distances between heads I holes Ct -t ^ η n-1 'η n-1

sind über die gesamte Länge der Antennenanordnung konstant und gleich e.are constant over the entire length of the antenna arrangement and the same e.

In der Fig. 2 ist eine MonopuIsantenne dargeste I It,die eine strahlende und eine nichtstrah lende Höh I Ieiteranordnung enthält. Die strahlende Antennenanordnung R1 wird als vordere Antennenanordnung bezeichnet und die nichtstrahlende Antennenanordnung R2 wird als hintere Antennenanordnung bezeichnet. Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 enthält die Antenne acht nebeneinander angeordnete strahlende Hohlleiter von der Art wie in Fig. 1 dargestellt. Jeder dieser Hohlleiter ist an seiner Schmalseite mitIn Fig. 2 is a MonopuIsantenne Dargeste I It, the one radiating and one non-radiating height ladder arrangement contains. The radiating antenna arrangement R1 is referred to as the front antenna arrangement and the non-radiating one Antenna arrangement R2 is called the rear antenna arrangement designated. In the illustration according to FIG. 2, the antenna contains eight radiating signals arranged next to one another Waveguide of the type shown in FIG. Each of these waveguides is on its narrow side

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einem entsprechenden nichtst rah Lenden Hohlleiter verbunden. Jeder strahlende Hohlleiter enthält N strahlende Schlitze oder Schlitzgruppen und ist mit dem ihm zugeordneten ηichtstrahLenden Hohlleiter über N Koppellöcher verbunden. Jedem KoppeLloch ist ein strahlender Schlitz zugeordnet.connected to a corresponding non-rah loin waveguide. Each radiating waveguide contains N radiating slots or slot groups and is associated with it Non-radiating waveguide connected via N coupling holes. A radiating slot is assigned to each coupling hole.

Die vordere Antennenanordnung R1 wird über einen Leistungsteiler D1 gespeist und und die hintere,nichtstrahlende Antennenanordnung R2 wird über einen Leistungsteiler D2 gespeist. Die Verbindung zwischen den acht Ausgängen des ersten LeistungsteiLers und den acht Eingängen der vorderen Antennenanordnung erfolgt über Koaxialkabel vom Typ CX1 und Adaptern TR1 in an sich bekannter Weise. Dasselbe Prinzip wird für die Verbindung des zweiten Leistungsteilers D2 mit der. hinteren η i cht st rah Lenden Antennenanordnung R2 angewandt. Die Adapteranordnung für die hintere Antennenanordnung ist mit TR2 bezeichnet. Die Leistungsteiler D1 und D2 erzeugen Mikrowellenausgangssignale S1 bzw. S2.The front antenna arrangement R1 is via a power splitter D1 fed and and the rear, non-radiating Antenna arrangement R2 is via a power splitter D2 fed. The connection between the eight outputs of the first power divider and the eight entrances to the front The antenna is arranged using coaxial cables of the type CX1 and adapters TR1 in a manner known per se. The same principle is used for connecting the second power splitter D2 with the. rear η i cht st rah loin antenna arrangement R2 applied. The adapter assembly for the rear antenna assembly is denoted by TR2. The power dividers D1 and D2 generate microwave output signals S1 and S2, respectively.

In der Fig. 3 ist ein Ausschnitt der Antenne dargestellt. Es sind die zwei Hohlleiter R1 und R2 vorhanden, die über die nachfolgend beschriebene Speiseeinrichtung gespeist werden. Der strahlende Hohlleiter G1 gehört zu der vorderen Antennenanordnung R1 und weist Schlitze f₁ bis f _w auf, wobei jeder dieser Schlitze seinem entsprechenden Koppelloch t. bis t zugeordnet ist. Weiterhin ist der nichtstrahlende Hohlleiter 62 der hinteren Antennenanordnung R2 dargestellt, der über die Koppellöcher t. bis t_N mit dem Hohlleiter G1 verkoppelt ist. Da hier nur zwei Hohlleiter G1 und G2 dargestellt sind, ist die Speiseeinrichtung ebenfalls auf die Speisung dieser beiden Hohlleiter beschränkt.In Fig. 3 a section of the antenna is shown. There are two waveguides R1 and R2, which are fed via the feed device described below. The radiating waveguide G1 belongs to the front antenna arrangement R1 and has slots f ₁ to f _w , each of these slots having its corresponding coupling hole t. until t is assigned. Furthermore, the non-radiating waveguide 62 of the rear antenna arrangement R2 is shown, which via the coupling holes t. until t _N is coupled to the waveguide G1. Since only two waveguides G1 and G2 are shown here, the feed device is also limited to feeding these two waveguides.

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Jeder dieser beiden Hohlleiter G1 und GZ gibt Mikrowellensignale S1 bzw. S2 ab/ die zu einem magischen T T. geführt werden. Dieses magische T gibt an seinen beiden Ausgängen ein Signal ό an seinem Differenzausgang und ein Signal α an seinem Summenausgang ab. Das Signal <o wird zu einem Phasenschieber D<{, geleitet. Dieser erzeugt eine Phasenverschiebung und das phasenverschobene neue Summensignal ist mit σ' bezeichnet. Die Phasenverschiebung von u¹ gegenüber 6 ist φ . Einem zweiten magischen T T^ wird eingangssei tig das neue Summensignal σ¹ und das Differenzsignal ^ , das von dem ersten magischen T T. abgegeben wird zugeführt. Die Ausgangssignale des zweiten magischen T werden einem Summensi gnal-51 und einem Differenzsignalkanal zugeführt. Die in diesen Kanälen vorhandenen SignaleEach of these two waveguides G1 and GZ emits microwave signals S1 and S2 / which are led to a magic T T. This magic T emits a signal ό at its differential output and a signal α at its sum output at its two outputs. The signal <o is passed to a phase shifter D <{. This generates a phase shift and the phase-shifted new sum signal is denoted by σ '. The phase shift of u ¹ compared to 6 is φ. ^{The new sum signal σ 1} and the difference signal, which is emitted by the first magic T T., are fed to a second magic TT ^ on the input side. The output signals of the second magic T are fed to a summing signal 51 and a difference signal channel. The signals present in these channels

T. und A sind die von Monopulssystemen her bekannten Signale. T. and A are the signals known from monopulse systems.

Wird diese Antenne bei einem Radargerät, das bei mehreren Frequenzen betrieben wird,verwendet, dann ist jeder Frequenz eine andere Phasenverschiebung, die in dem Phasenschieber ΰφ erzeugt wird, zugeordnet. Damit erreicht man, daß bei jeder Frequenz Fi für den Differenzkanal ein Strahlungsdiagramm mit einem möglichst guten Nulleinzug vorhanden ist. Es muß daher ermittelt werden, bei welcher Frequenz welche Phasenverschiebung notwendig ist. Für Φ wird ein Wert gewählt, der für das Differenzstrahlungsdiagramm Δ(υ) ein Minimum ergibt, das den schwächstmöglichen Wert angibt. Die notwendige Phasenverschiebung Φ als Funktion der Betriebsfrequenz ist in der Fig. 4 dargestellt. Die Variationsrate für eine gewählte Frequenz Fi für ein Summendiagramm 5Ii(O) und ein Differenzdiagramm λ i(0) die experimentell als Funktion der Richtung 9 erhalten wurde, ist in Fig. 5 dargestellt. Es ist deshalbIf this antenna is used on a radar set that operates at multiple frequencies, then each frequency is another phase shift that occurs in the phase shifter ΰφ is generated, assigned. With this one achieves that at each frequency Fi for the difference channel one Radiation diagram with the best possible zero draw is available. It must therefore be determined at which frequency which phase shift is necessary. For Φ a value is selected which results in a minimum for the differential radiation diagram Δ (υ), which is the weakest possible Value indicates. The necessary phase shift Φ as a function of the operating frequency is shown in FIG. The rate of variation for a chosen frequency Fi for a summation diagram 5Ii (O) and a difference diagram λ i (0) obtained experimentally as a function of direction 9 is shown in FIG. It is therefore

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eine Frage der vorbestimmten Werte wie Φ . (in Fig. 4
dargestellt), die der Betriebsfrequenz Fj zugeordnet sind und die das bestmögliche Minimum Aj (0) ergeben für dasa question of predetermined values like Φ. (in Fig. 4
shown), which are assigned to the operating frequency Fj and which result in the best possible minimum Aj (0) for the

Differenzdiagramm .·! j ( Θ) , das dieser Betriebsfre.quenz zugeordnet ist. Diese Phasenverschiebung φ. muß so gewählt
sein, daß über den gesamten Variationsbereich die in den
Summen- und Differenzkanälen vorhandene Leistung akzeptabel ist und daß die Nebenkeulen des dem Summenkanal zugeordneten Strahlungsdiagramms niedrig bleiben.Difference diagram. ·! j (Θ) that is assigned to this operating frequency. This phase shift φ. must be chosen that way
be that over the entire range of variation in the
The power available for the sum and difference channels is acceptable and that the sidelobes of the radiation diagram associated with the sum channel remain low.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist nur im Summenkanal ein Phasenschieber vorhanden. Es ist jedoch auch möglich, im Differenzkanal und/oder im Summenkanal einen Phasenschieber vorzusehen.In the above embodiment is only in the sum channel a phase shifter is available. However, it is also possible a phase shifter in the difference channel and / or in the sum channel to be provided.

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Claims

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC
CORPORATION ,, NEW YORK

D.E.Beguin-M.E.Huart 21-1

Claim

Broadband HonopuIs antenna, which is a first and one of the first ^ adjacent second height conductor arrangement maintained at both arrangements consist of rectangular ladders, in which the narrow sides of the waveguides of the two arrangements, which each have identical cross-sections / 'abut each other and the waveguide via holes in the Narrow sides are coupled to one another, in the case of which in the waveguides of the second arrangement are not adjacent Narrow sides of the waveguide of the first arrangement for transmitting or receiving effective slots or slot groups are provided in which the coupling of the slots in the direction of the longitudinal directions of the waveguide is optimized so that radiation diagrams with low Receives sidelobes, in which each coupling hole is assigned a slot, in which the dimensions of these coupling holes so chosen for a given mean operating frequency are that those present in the sum and difference channel Signals have a usable power and low sidelobes are obtained for the sum channel, and with the the supply of the waveguides of the two arrangements takes place via power splitters, marked thereby e i c h η e t that each of the output signals (S1, S2) the power divider (D1, D2) a first magic T (T ^.)

ZT / P1-Sm / R -2-

03/02/1983

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is supplied, the sum output signal (σ) and Difference output signal (δ) two mutually shifted Radiation diagrams are assigned to the relative phase device (D.) the relative phase

lage von dem Summen- zum Differenzsignal verändert, daß das phasenverschobene Summen-(o') und/oder Differenz~(6 ') Signal, das durch die Phasenverschiebung erzeugt wird, in einem zweiten magischen T(TJ miteinander kombiniert werden,um ein Summenkana l~(Σ) und ein Differenzkana l~(Δ) Signal zu erhalten, und daß·der Wert der Änderung der relativen Phasenlage abhängig von der jeweiligen Betriebsfrequenz so gewählt wird, daß das Strahlungsdiagramm, das dem Differenzkanal zugeordnet ist, einen möglichst tiefen Einzug erhält.situation changed from the sum to the difference signal that the phase-shifted sum (o ') and / or difference ~ (6') Signal generated by the phase shift, in a second magic T (TJ can be combined with each other to create a sum channel l ~ (Σ) and a difference channel l ~ (Δ) Signal, and that the value of the change in the relative phase position is selected as a function of the respective operating frequency so that the radiation diagram, which is assigned to the difference channel, one if possible receives deep indentation.