DE3441269C2 - Verfahren zur Lokalisierung von Störern durch Veränderung der Sekundärkeulen des Strahlungsdiagrammes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In EP 0 014 650 B1 ist ein solches Verfahren beschrieben, welches es ermöglicht, die Störwirkungen von Störsendern zu eliminieren, welche gegen eine Radarantenne senden, deren Hauptausrichtung versetzt gegenüber die Anten­ ne und Störer verbindende Gerade ist. Dieses Verfahren beruhte auf der Tatsache, daß durch Verwendung eines zweckmäßig aufgebauten und zweckmäßig gesteuerten vor der Antenne angeordneten Filters es möglich war, die Amplitude der Sekundärkeulen des Strahlungsdia­ gramms der Antenne zu modulieren, indem man insbe­ sondere "Einbuchtungen" erzeugte, die im Winkel be­ züglich der Ausrichtung der Antenne verschoben wer­ den konnten. Indem man die Richtung der Einbuchtun­ gen mit der Senderichtung des Störers (bezogen auf die Antenne) zusammenfallen läßt, war es so möglich, den Störeffekt aufzuheben.

Die gleiche Patentschrift beschreibt ein Verfahren, das es ermöglicht, auf konsequentem Wege die Lage eines Störers zu ermitteln, indem man den Augenblick bestimmte, wo die Störung zu kei­ ner merklichen Verwirrung mehr führte. Eine solche Suche mittels "Negativeffekt" ist relativ delikat und we­ nig genau, insbesondere aufgrund des Niveaus des Rest­ geräusches der Antenne.

In EP 0 076 760 A1 ist ein Filter beschrieben, welches es ermög­ licht, die Hemm- oder Inhibitionswirkung der Störer auf jede UHF-Antenne mit beliebiger Polarisationsrichtung zu verallgemeinern, während nach der genannten EP 0 014 650 B1 die Abschwächung nur in dem Ausmaß möglich war, in dem die UHF-An­ tenne eine linear polarisierte Welle aussandte. In der jüngeren Patentanmeldung ist jedoch dieses besondere Verfahren für Suche und Bestimmung der Lage eines Störers nicht beschrieben; man muß für diese Suche auf das Verfahren mittels "Negativeffekt" vor der genann­ ten Anmeldung zurückgreifen.

Alle die oben beschriebenen adaptiven UHF-Filter arbeiten auf Transmission, d. h. sind "transparent" bei Emission und "modulierend" für die Sekundärkeulen des Bündels der Antenne bei Empfang. Da sie auf Transmis­ sion arbeiten, müssen die Filter vor dem Sender ange­ ordnet werden, d. h. zwischen Sender und dem betrach­ teten Volumen des Raums, was manchmal zu schwer zu lösenden Beschränkungen beim Einbau der Einrichtung führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Suche und Bestimmung der Lage eines Störers zu verbessern und zu er­ leichtern.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Auf diese Weise ist es möglich, ohne eine merkliche Verformung des Bündels bei Emission einzuführen, in der gewünschten Weise bei Empfang gewisse Strah­ lungssekundärkeulen zu verformen und es so beispiels­ weise möglich zu machen, Störungen zu suchen und/oder aufzuheben, wie genauer aus der folgenden Be­ schreibung hervorgeht.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich zum Suchen von Störern verwenden. In diesem Falle läßt man das Verteilungsgesetz der Stromstärken in den Drähten oder das räumliche Filter bildenden Netzen derart variieren, daß längs des gesamten Empfangsdiagramms der Antenne ein "Buckel" (Steigerung) einer Sekundärkeule verschoben wird, bis man Geräuschmaxima am Strahlungsdia­ gramm der Antenne erhält. Man bestimmt dann in je­ dem Augenblick die Lage der "Buckel", die diesen Ma­ xima entsprechen und nimmt sie auf und leitet sofort die Richtung der Störer hiervon ab.

Um den Effekt eines Störers zu eliminieren, genügt es also, die Sekundärkeule des Strahlungsdiagramms der Antenne zu annulieren, welche sich in Richtung des Stö­ rers befindet, und zwar durch eine Wahl des geeigneten Verteilungsgesetzes der Ströme in den Drähten des oder der das Raumfilter bildenden Netze.

Vorzugsweise umfaßt das aktive Filter zwei konju­ gierte Netze leitender gebrochener Leitungen, die aus leitenden Drahtabschnitten gebildet sind, die in Reihe angeordnet sind und mit variablen Widerständen wie Dioden besetzt sind, wobei diese Leitungen mit Strömen variabler und modulierbarer Stärke von der einen Leitung zur folgenden über einen elektronischen Schalter gespeist sind und diese Leitungen von einem Netz zum anderen derart angeordnet sind, daß die zu jedem Netz gehörenden Abschnitte sich kreuzen und verblockt sind, ohne daß ein elektri­ scher Kontakt von einer Leitung des Netzes zur be­ nachbarten Leitung des anderen Neues vorhanden wä­ re und die Leitungen aus im wesentlichen gleichen auf­ einanderfolgenden Drahtabschnitten bestehen, die ent­ sprechend einer im wesentlichen kontinuierlichen Krümmungsfläche, die im wesentlichen orthogonal von einem Abschnitt zum nächsten ist, angeordnet sind und jedes Netz durch eine Familie solcher im wesentlichen paralleler Leitungen gebildet ist, die unter im wesentli­ chen konstantem Abstand von einer Leitung zur näch­ sten angeordnet sind. Geht man so vor, so ist das Filter unabhängig von der Polarisationsrichtung der ausge­ sandten und/oder von der Antenne empfangenen Hyp­ erfrequenzwelle aktiv, was offensichtlich ein großer Vorteil ist, wenn es sich insbesondere darum handelt, die Störeffekte von Störsendern zu eliminieren, welche mit beliebiger Polarisation senden.

Bevorzugt wird das Filter durch ein Netz gebildet, welches zwei Teilnetze mit im wesentlichen parallelen Reihen von Drähten oder leitenden Drahtabschnitten aufweist, welche jeweils längs einer allgemeinen örtlichen Rich­ tung X und einer allgemeinen im wesentlichen orthogo­ nalen Richtung Y derart gerichtet sind, daß ein Netz aus Gittermaschen gebildet wird. Diese Drähte sind stellen­ weise durch Elemente regelbaren variablen Widerstan­ des unterbrochen, wie insbesondere durch Dioden. Auf diese Weise wird der Aufbau der beiden Netze, die sich kreuzen und ein Netz aus Quadratmaschen bilden, ver­ einfacht; ein solches Netz kann leicht jeder gewünsch­ ten Krümmung angepaßt werden.

Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 schematisch das Arbeitsprinzip eines auf Refle­ xion arbeitenden adaptiven räumlichen Filters;

Fig. 2 perspektivisch und schematisch den Aufbau ei­ nes räumlichen reflektierenden Filters zur Verwendung bei der Erfin­ dung;

Fig. 3 schematisch in der Draufsicht ein modifiziertes Filter, welches vorteilhaft verwendet werden kann;

Fig. 4 wie Fig. 3 ein anderes modifiziertes Filter;

Fig. 5 wie die Fig. 3 und 4 eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform eines Netzes, bestehend aus zwei Filter bil­ denden Teilneuen, die erfindungsgemäß Verwendung finden können; und die

Fig. 6 und 7 Diagramme, welche die Anwendung des Verfahrens auf die Erfassung und Aufhebung der Störeffekte erläutern.

In Fig. 1 ist bei 1 die Oberfläche des Reflektors be­ zeichnet, an dem die Ultrahochfrequenzwelle 2 reflek­ tiert wird, die, nach Reflexion, auf die (in den Zeichnun­ gen nicht dargestellte) Quelle zurückgeschickt wird. Im allgemeinen ist die Oberfläche des Reflektors konkav, beispielsweise von parabolförmiger Gestalt, um die Welle zurückzuschicken, die im Brennpunkt des Para­ boloids, wo die Sender-Empfängerquelle der Antenne angeordnet ist, empfangen wurde.

Die vom Reflektor 1 reflektierte Welle wird, wie bei 3 angegeben, zurückgesandt. Erfindungsgemäß ordnet man vor dem Reflektorfeld 1 (dieses kann durch eine metallische oder metallisierte Fläche gebildet sein) ein räumliches adaptives Hyperfrequenzfilter 4 an, von dem weiter unten mehrere Ausbildungsbeispiele beschrie­ ben werden. Dieses Filter 4 ist derart gesteuert, daß bei der Sendeperiode der Antenne es praktisch bezogen auf das Emissionsbündel des Senders der Antenne "transpa­ rent" wird, während im Augenblick des Empfangs durch den Empfänger eine gewisse Modulation der Amplitude der Sekundärkeulen des Strahlungsdiagramms der An­ tenne eingeführt wird. Fig. 1 ist so gezeigt, daß die vom Reflektor 1 empfangene Welle 2 nach Reflexion am Reflektor 1 verformt wurde und zweimal das Filter 4 durchsetzt hat. Die Verformung der Welle stellt sich dar als eine Modulation der in der Zeichnung aufgezeichne­ ten Amplitude.

Das Filter 4 ist unter einer im wesentli­ chen gleichen Entfernung von λ/4 zur Oberfläche des Reflektors 1 angeordnet, zudem es parallel ist; λ ist die mittlere Wellenlänge des von der Antenne behandelten UHF-Bündels.

Nach der vereinfachten Darstellung der Fig. 2 ist das Filter 4 ₁, wie in EP 0 014 650 B1 beschrieben, aufgebaut aus einem Netz paralleler leitender Drähte, die mit Dioden besetzt sind, welche parallel zum elektri­ schen Feldvektor der dieses Bündel durchsetzenden UHF-Welle gerichtet sind.

Unter diesen Bedingungen und unter Einhalten der verschiedenen in der oben genannten Patentschrift er­ wähnten Konstruktionsdaten, insbesondere entspre­ chend dem Abstand der Drähte untereinander, dem Ab­ stand der Dioden auf den Drähten etc. wird es möglich, eine Modulation, bei Empfang, der Sekundärkeulen des Strahlungsdiagramms der Antenne zu erhalten, indem man in entsprechender Weise die elektrischen die Dräh­ te des Netzes 4 ₁ durchsetzenden Ströme moduliert.

Genauer, wenn man will, daß das Netz 4 ₁ "transpa­ rent" wird (beim Senden der Antenne), sorgt man für die Steuerung der Stromspeisung mit starken Strömen, bei­ spielweise in der Größenordnung von 10 Milliamperes, der verschiedenen Drähte des Netzes, wobei die UHF- Welle in diesem Fall das Netz 4 ₁, sowohl vor wie nach der Reflexion am Reflektor 1, durchsetzt, ohne daß eine beachtliche Modifikation des Bündels aufträte. Im Au­ genblick der Empfangsperioden der Signale dagegen moduliert man die die verschiedenen Drähte des Netzes durchfließenden Ströme nach einem bestimmten Vertei­ lungsgesetz, wobei man in den verschiedenen Drähten unterschiedliche Ströme fließen läßt, die von etlichen Mikroamperes zu etlichen Milliamperes reichen, derart, daß die nachgesuchte Modulation der Sekundärkeulen des von der Antenne empfangenen Bündels hervorgeru­ fen wird.

Genauer hat man in Fig. 6 gestrichelt das Strahlungs­ diagramm beim Senden der Antenne dargestellt, das praktisch keine Störung durch Einführung des Netzes 4 ₁, erfährt, wenn sämtliche Drähte-Dioden dieses Netzes von starken sämtlich gleichen Strömen durchflossen werden, beispielsweise von etlichen 10 Milliamperes. Auf den Abszissen sind die Winkel und auf den Ordina­ ten die Amplituden in Dezibel der verschiedenen Keu­ len aufgetragen, wobei die Mittelkeule als auf den Win­ kel Θ = null gerichtet angenommen wird. Bei der Emp­ fangsperiode wird das Filter 4 ₁ von modulierten Strö­ men gesteuert; jeder Draht des Netzes wird von einem Strom gegebener Stärke durchflossen, der zwischen et­ lichen Mikroamperes und etlichen Milliamperes liegt, die Kurve stört, und zwar im wesentlichen auf dem Ni­ veau der Sekundärkeulen der Antenne, welche verformt werden, wie durch die in ausgezogenen Linien in der gleichen Fig. 6 gezeigte Kurve angegeben ist (die Hauptkeule ist nicht merklich beim Zeichnungsmaßstab beeinflußt).

Man stellt auf der Kurve in ausgezogenen Linien der Fig. 6 fest, daß man so zwei "Buckel" der Sekundärkeulen für Winkel Θ erhalten hat, die jeweils gleich -50° und +50° betra­ gen.

Für eine geeignete Modulation dieser Amplituden­ modulation der Ströme kann man die "Buckel" genauso verschieben wie man die "Einbuchtungen" auf jeder Seite des Winkels Θ = 0° verschieben kann, derart, daß man die gewünschten Sekundärkeulen der Antenne verstärken oder abschwächen kann.

Will man die Verstärkung der "Keulen" begünstigen, so sorgt man für eine sehr starke Modulation der Ampli­ tude, derart, daß man eine Zunahme von wenigstens 10 bis 15 Dezibel verschiedener Sekundärkeulen erreichen kann. Geht man so vor, so ist dies sehr nützlich, wenn man einen Störsender suchen will.

So ist beispielsweise - Fig. 7 - der "Buckel", der sich bei -50° befindet, gegen den Winkel von -45° ver­ schoben. Wenn ein Störer B in dieser Richtung sich befindet, so gibt das relativ erhöhte Niveau des Buckels ein sehr starkes Störsignal, welches es ermöglicht, sofort den Wert des betrachteten Winkels Θ zu bestimmen. Dieser ist bekannt, da er direkt vom bekannten ans Fil­ ter gelegten Modulationsgesetz abhängt. Von diesem Moment an genügt es, wenn man den Effekt des Störers aufheben will, die Modulationssteuerung des Filters der­ art zu schalten, daß man im Empfangsdiagramm der Antenne für diesen Winkel Θ die entsprechende Ein­ buchtung erzeugt. Diese wird vorzugsweise, ausgehend von einer geringen Modulation der Amplitude, erzeugt, derart, daß die von der Antenne empfangenen "Boden­ geräusche" auf ein Minimum reduziert werden.

Das in Fig. 2 beschriebene Filter 4 ₁ ermöglicht je­ doch, wie oben erwähnt, nur die linear polarisierten UHF-Wellen zu behandeln.

Will man jede beliebige Welle in einer beliebigen Po­ larisationsrichtung behandeln, so kann man ein Filter 4 ₂ von dem in Fig. 3 dargestellten Typ verwenden, dessen Aufbau in der genannten EP 0 076 760 A1 beschrieben ist. Hierzu sei in Erinnerung gerufen, daß das Filter 4 ₂ durch eine Trägerfolie aus einem dielektrischen Materi­ al 11 gebildet wird, welches auf der einen Seite (in aus­ gezogenen Linien dargestellt) gebrochene leitende Lei­ tungen L1, L2 etc. trägt, die jeweils aus leitenden Drahtabschnitten gebildet sind, wie sie mit 12 ₁, 13 ₁, 14 ₁ . . . 12 ₂, 13 ₂, 14 ₂ . . . bezeichnet sind, die jeweils die Diode D tragen. Die aufeinanderfolgenden Abschnitte sind im wesentlichen orthogonal derart angeordnet, daß die all­ gemeinen Richtungen der Leitungen wie L1, L2 etc. gerade parallele Leitungen x1, x2, ... sind.

Auf der anderen Seite der Folie aus dielektrischem Material 11 ist symmetrisch ein konjugiertes Netz von leitenden Leitungen (diskontinuierlich gezeigt) 1 ₁, 1 ₂ etc. angeordnet, die im wesentlichen symmetrisch derart ausgerichtet sind, daß jeder Abschnitt wie 22 ₁, 23 ₁, 24 ₁ . . . 22 ₂, 23 ₂, 24 ₂ . . . der Leitungen 1 ₁, 1 ₂... sich (ohne elektrischen Kontakt) im wesentlichen orthogonal be­ zogen auf homologe benachbarte Abschnitte der konju­ gierten Leitung L₁, L₂... verblockt. Offensichtlich haben die Leitungen 1 ₁, 1 ₂... die gleiche allgemeine Richtung x₁, x₂... wie die konjugier­ ten Leitungen L₁, L₂...; die Mitten der orthogonalen Abschnitte der Drähte schneiden sich genau auf den Linien x₁, x₂...

Soll das Feld transparent sein, insbesondere bei Sen­ debetrieb der Antenne, so läßt man in jeder Leitung L₁, L₂ . . . 1 ₁, 1 ₂ . . . erhebliche Ströme in der Größenordnung von mehreren Milliamperes, die sämtlich gleich sind, fließen und die benachbart den Sättigungsströmen der Dioden sind. Unter diesen Bedingungen führt das unter einem Abstand λ/4 zum Reflektor 1 angeordnete Filter nur zu einer geringen gleichförmigen Phasenverschie­ bung in der Größenordnung von etlichen Grad.

Bei Empfang werden die verschiedenen Ströme, wel­ che die konjugierten Leitungen der beiden Netze durch­ fließen, mittels eines elektronischen nicht dargestellten Schalters als Funktion des Abschwächungs- oder Ver­ stärkungseinflusses, den man von der einen oder ande­ ren Sekundärkeule erhalten will, moduliert. Die Tatsa­ che der Verwendung zweier gekreuzter konjugierter Netze aus leitenden (gebrochenen) Leitungen, die von den gleichen Strömen durchflossen sind, ermöglicht eine Abschwächung oder Verstärkung der Sekundärkeule in der bestimmten Richtung unabhängig von der Polarisa­ tionsrichtung der empfangenen Welle.

Nach der in Fig. 4 gezeigten Variante des Filters 4 ₃ besteht dieser Filter aus zwei Filtern, die gleich denen der Fig. 3 sind und die gegeneinander in im wesentli­ chen orthogonalen Orientierungen angeordnet sind. In einer solchen Anordnung kann die Suche nach dem Ort eines Störers unmittelbar hinsichtlich Lage und Höhe nach dem gleichen Verfahren, wie vorher mit Bezug auf die Fig. 6 und 7 beschrieben, erfolgen.

Nach der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsvariante besteht das Filter 4 aus Unterfiltern aus mit Dioden besetzten Drähten oder Drähten-Dioden, die einander zugeordnet sind und jeweils entsprechend einer allge­ meinen Richtung X und einer allgemeinen orthogonalen Richtung Y ausgerichtet sind.

Praktisch kann man auf ein und der gleichen Fläche einer Trägerplatte aus einem plastischen Material ge­ eigneter Qualität (nicht dargestellt), beispielsweise in der Technik der gedruckten Schaltungen ein Gitter aus Quadratmaschen mit der Seitenlänge λ/2 herstellen, wo­ bei λ die mittlere Länge der durch die Antenne behan­ delten elektromagnetischen Welle ist. Jeder Knoten des Gitters ist von einem leitenden metallischen Plättchen in der allgemeinen Form einer Ringpastille besetzt. Jede Pastille selbst ist in zwei Halbpastillen unterteilt, die jeweils mit Ps (oberes horizontal schraffiertes Plätt­ chen) und Pi (unteres vertikal schraffiertes Plättchen) unterteilt, die elektrisch voneinander über ein Intervall oder eine Unterbrechung geteilt sind.

Ausgehend von diesen Plättchen wird es möglich, die Stromspeisung sämtlicher Abschnitte der Drähte zu realisieren, welche zu je zwei jedes benachbarten Plätt­ chen auf der einen Seite ein und der gleichen Träger­ platte derart verbinden, daß, wenn man das Netz des Filters 4 ₄ über einen seiner Zweige - links in der Figur - (+) speist und den Strom am anderen Zweig - rechts in der Figur - (-), sammelt, es möglich wird, jeden mit einer Diode besetzten Gittermaschenab­ schnitt zu speisen. In der Figur ist, um den Verlauf bes­ ser verfolgen zu können, ein kontinuierlicher Stromweg entlang der Linie X₃, X'₃ eingezeichnet.

Werden sämtliche Drähte des Netzes von starken und gleichen Strömen durchflossen, so wird das Filter 4 ₄ transparent. Wenn die die verschiedenen Leitungen X₁, X₂, X₃ durchfließenden Steuerströme in zweckmäßiger Weise moduliert werden, so erhält man die entspre­ chend gewünschte Modulation hinsichtlich Verstärkung und/oder Abschwächung der Sekundärkeulen des Emis­ sionsbündels der Antenne. Aufgrund von Gitterma­ schen des Netzes mit einer Breite von λ/2 arbeitet das Filter unabhängig von der Polarisationsrichtung des von der Antenne empfangenen UHF-Signals. Im übrigen kann ein solches Gitter mit solchen Ringpastillen an jedem Knoten des Gitters unmittelbar geformt werden, um jeder dem Reflektor 1 gegebenen Krümmung folgen zu können.

Claims (2)

1. Verfahren zur Lokalisierung von Stö­ rern durch Veränderung der Sekundärkeulen des Strahlungsdiagramms einer mit einem Reflektor verse­ henen Ultrahochfrequenzantenne, wobei der Sende- bzw. Empfangsstrahl ein Filter durch­ läuft, das aus wenigstens einem Netz aus leitenden Drähten besteht, die mit durch Dioden gebildeten Widerständen besetzt sind, deren Werte kontinuierlich als Funktion der Stärke der sie durchfließenden Ströme variieren, wobei man während der Sendeperiode der Antenne derart gleich große Ströme in sämtli­ chen Drähten fließen läßt, daß das Antennenstrahlungsdia­ gramm durch das Vorhandensein des Filters nicht wesentlich gestört wird, und wobei man während der Empfangsperiode der Antenne in den Drähten jeweils derart ungleich große Ströme fließen läßt, daß über das Netz hinweg räumliche Stromverteilungen hervorgerufen werden, welche unter Abschwächung, Aufhebung oder Steigerung die Sekundärkeulen des Antennendiagramms in ge­ wünschter Weise verändern, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verteilungsgesetz der Stromstärken in den Drähten des oder der das räumliche, in einem Abstand von einem Viertel der mittleren Wellenlänge λ der elektromagnetischen Antennen­ strahlung vor der Oberfläche des Reflektors ange­ ordnete Filter (4) bildenden Netze derart variieren läßt, daß entlang des gesamten Empfangsdiagramms der Antenne ein Buckel (Steigerung) der Sekundärkeulen verscho­ ben wird, bis man Rauschmaxima auf dem Strahlungsdiagramm der Antenne erhält, und daß dann die Lage der Buckel entsprechend diesen Maxima bestimmt und aufgenommen wird und hieraus unmittelbar die Richtung der Störer abgelei­ tet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung des Ef­ fekts eines in Richtung zur Antenne sendenden Störers die Sekundärkeule des Strahlungsdia­ gramms der Antenne annulliert wird, die sich in Richtung des Störers befindet, und zwar durch die Wahl des Verteilungsge­ setzes der geeigneten Ströme in den Drähten des oder der das räumliche Filter (4) bildenden Netze.