DE3604431A1

DE3604431A1 - Mode coupler for monopulse applications

Info

Publication number: DE3604431A1
Application number: DE19863604431
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr Ing Huder; Wolfgang Dr Ing Menzel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1986-02-13
Filing date: 1986-02-13
Publication date: 1987-08-20

Abstract

A mode coupler for monopulse applications in an antenna supply system, in order to obtain angle offsets in azimuth and elevation, having a main waveguide in which a plurality of modes can propagate and to which mode-selective input/output coupling ports are fitted. A further input/output coupling port for injecting/extracting a mode which is orthogonal to the sum mode is implemented as a single waveguide, which is fitted to the main waveguide and in which only the H10 fundamental wave type can propagate. A metallic reflector is inserted into the main waveguide and reflects the orthogonal mode into the waveguide which is fitted.

Description

Die Erfindung betrifft einen Modenkoppler für Monopulsanwendungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er z. B. im Lehrbuch von Skolnik, "Radar Handbook", Mc Graw Hill 1970, S. 21-18 ff, beschrieben ist.The invention relates to a mode coupler for monopulse applications according to the preamble of claim 1 as he e.g. B. in the textbook by Skolnik, "Radar Handbook", Mc Graw Hill 1970, pp. 21-18 ff.

Nachteil dieses bekannten Kopplers ist jedoch, daß er mit nur einer linearen Polarisation arbeitet. Ziele, die überwiegend polarisationsdrehend reflektieren, liefern deshalb nur schwache oder gar keine Empfangssignale im Modenkoppler. Darüber hinaus gibt es zunehmend Anwendungen, bei denen eine Zielentdeckung und/oder- identifizierung aus der gleichzeitigen Auswertung von zwei orthogonalen Polarisationen vorgenommen wird.Disadvantage of this known coupler, however, is that it is only linear polarization works. Goals that predominantly reflect polarizing, deliver therefore only weak or no reception signals in the Fashion coupler. In addition, there are increasing applications where a target discovery and / or identification from the simultaneous evaluation of two orthogonal ones Polarizations are made.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Modenkoppler der eingangs genannten Art anzugeben, der auf einfache Weise ein Arbeiten mit zwei orthogonalen Polarisationen erlaubt.The object of the invention is to provide a mode coupler Specify the type mentioned, the simple way allows working with two orthogonal polarizations.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung.The invention is characterized in claim 1. The further claims contain advantageous further developments and embodiments of the invention.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Modenkopplers. In den Fig. 2a-d sind die Feldbilder der ausgenutzen Hohlleitermoden und die zugehörigen Strahlungskeulen dargestellt. Die Fig. 3a-b zeigen die möglichen Betriebsarten in einem Antennenspeisesystem.The invention is explained in more detail below with reference to the figures. Fig. 1 shows an embodiment of the mode coupler according to the invention. In Figs. 2a-d, the field images the extended use of waveguide modes and associated beams are shown. FIGS. 3a-b show the possible modes in an antenna feed system.

Der Aufbau des Modenkopplers (Fig. 1) ist im Grundaufbau identisch mit der eingangs zitierten bekannten Anordnung. Die Abmessungen eines Haupthohlleiters HH sind so groß zu wählen, daß alle relevanten Hohlleitermoden ausbreitungsfähig sind. Die Abmessungen dürfen jedoch nicht so groß sein, daß sich unerwünschte Hohlleitermoden ausbreiten, die zu fehlerhaften Empfangssignalen führen können. Durch modensensitive Auskoppelung der H ₁₀- und H ₂₀-Welle, deren Feldbilder der Fig. 2a zu entnehmen sind, erhält man ein Summen-und ein Differenzdiagramm (Peildiagramm) in der Elevation (Fig. 2b). Der H ₁₀-Mode wird am Ende des Hohlleiterzuges in gerader Linie ausgekoppelt, nachdem der Haupthohlleiter HH stufenweise bis auf Normhohlleiterformat reduziert wurde. Der H ₂₀-Mode wird durch einen seitlich angesetzten Hohlleiter ausgekoppelt. Die (H ₁₁ + E ₁₁)-Welle liefert das Differenzdiagramm im Azimut, Fig. 2c, d.The structure of the mode coupler ( Fig. 1) is identical in its basic structure to the known arrangement cited at the beginning. The dimensions of a main waveguide HH are to be chosen so large that all relevant waveguide modes are capable of spreading. However, the dimensions must not be so large that undesirable waveguide modes spread, which can lead to faulty received signals. A mode-sensitive decoupling of the H ₁₀ and H ₂₀ wave, the field images of which can be seen in FIG. 2a, gives a sum and a difference diagram (arrow diagram) in the elevation ( FIG. 2b). The H ₁₀ mode is coupled out in a straight line at the end of the waveguide train after the main waveguide HH has been gradually reduced to the standard waveguide format. The H ₂₀ mode is decoupled by a side-mounted waveguide. The ( H ₁₁ + E ₁₁ ) wave provides the difference diagram in azimuth, Fig. 2c, d.

Die beschriebenen Diagramme erhält man, wenn über das H ₁₀-Tor gesendet wird und das Ziel die Polarisationsebene der gesendeten elektromagnetischen Welle nicht dreht. Dreht das Ziel die Polarisationsebene, so führt dies zu verringerter Empfangsleistung und im Extremfall zu keinem Empfangssignal bei Drehung der Polarisationsebene um 90°. Hier setzt die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Erweiterung des Modenkopplers um ein weiteres Tor an. An diesem H ₀₁-Tor kann ein dem H ₁₀-Mode orthogonaler Mode eingespeist oder empfangen werden. Das Feldbild dieses H ₀₁-Modes ist in Fig. 2c skizziert. Fig. 2d zeigt das zugehörige Richtdiagramm.The diagrams described can be obtained if the H ₁₀ gate is used for transmission and the target does not rotate the plane of polarization of the transmitted electromagnetic wave. If the target rotates the polarization plane, this leads to reduced reception power and, in extreme cases, to no reception signal when the polarization plane is rotated by 90 °. This is where the expansion of the mode coupler according to the invention shown in FIG. 1 starts with a further gate. A mode orthogonal to the H ₁₀ mode can be fed in or received at this H ₀₁ gate. The field image of this H ₀₁ mode is sketched in Fig. 2c. Fig. 2d shows the associated directional diagram.

Die Ankoppelung des H ₀₁-Modes geschieht auf erfindungsgemäße Weise mit einem an die Wand des Haupthohlleiters HH angesetzten Hohlleiters H 4, der über eine Koppelöffnung mit dem Haupthohlleiter HH verbunden ist. Von einem Reflektor R, der als Trennblech ausgeführt ist, wird die H ₀₁-Welle zur Auskoppelöffnung hin reflektiert. Die Hohlleiterwellen des H ₁₀- und des H ₂₀-Modes werden vom Trennblech nicht gestört.The H ₀₁ mode is coupled in the manner according to the invention with a waveguide H 4 attached to the wall of the main waveguide HH, which is connected to the main waveguide HH via a coupling opening. The H ₀₁ shaft is reflected towards the decoupling opening by a reflector R , which is designed as a separating plate. The waveguide shafts of the H ₁₀ and H ₂₀ modes are not disturbed by the divider.

In allen vom Haupthohlleiter abzweigenden Koppelhohlleitern ist nur der H ₁₀-Grundwellentyp ausbreitungsfähig. Sie werden vorzugsweise als Normhohlleiter ausgeführt. Statt des Trennblechs kann auch ein metallisiertes Dielektrikum verwendet werden, auf dem die Koppelstrukturen ätztechnisch hergestellt sind.In all coupling waveguides branching off from the main waveguide, only the H ₁₀ basic wave type can be propagated. They are preferably designed as standard waveguides. Instead of the separating plate, a metallized dielectric can also be used, on which the coupling structures are produced by etching.

Am Antennenausgang des Modenkopplers kann ein Pyramidenhorn oder ein Rillenhorn integriert werden, so daß Form und Breite der Strahlungskeulen des Antennenspeisesystems beeinflußt werden können. Speziell die Ausführung mit einem Rillenhorn liefert den Vorteil gleicher Strahlungskeulen für die beiden orthogonalen Summenmoden.A pyramid horn can be found at the antenna output of the mode coupler or a grooved horn can be integrated so that shape and width of the radiation lobes of the antenna feed system can be influenced. Especially the execution with a grooved horn provides the advantage of the same radiation lobes for the two orthogonal sum modes.

In Fig. 3 sind die möglichen Betriebsarten des Antennenspeisesystems bei Verwendung einer Reflektorantenne dargestellt (Hauptreflektor HR, Subreflektor SR). Wird das Sendesignal S mit Hilfe eines PIN-Dioden-Schalters PS auf das H ₁₀-Tor geschaltet (die Zirkulatoren Z dienen zur Entkopplung von Sende- und Empfangszweig), so können mit dem erfindungsgemäßen Modenkoppler MK folgende vom Ziel reflektierten Signale empfangen werden (Fig. 3a):In Fig. 3, the possible operating modes of the antenna feed system when using a reflector antenna are shown (HR main reflector, sub-reflector SR). If the transmit signal S is switched to the H ₁₀ gate with the aid of a PIN diode switch PS (the circulators Z serve to decouple the transmit and receive branch), the following signals reflected by the target can be received with the mode coupler MK according to the invention ( FIG . 3a):

H ₁₀-Tor:,8Summensignal, in der Polarisationsrichtung nicht gedrehter Anteil (Σ _∥)H ₂₀-Tor, (H ₁₁ + E ₁₁)-Tor:,8Differenzsignale, in der Polarisationsrichtung nicht gedrehter Anteile (Δ e _∥, Δ a _∥) H ₀₁-Tor:,8Summensignal, in der Polarisationsrichtung um 90° gedrehter Anteil (Σ _┴). H ₁₀ gate:, 8 sum signal, portion not rotated in the direction of polarization ( Σ _∥ ) H ₂₀ gate, ( H ₁₁ + E ₁₁ ) gate:, 8 difference signals, portion not rotated in the direction of polarization ( Δ e _∥ , Δ a _∥ ) H ₀₁ gate:, 8 sum signal, portion rotated by 90 ° in the polarization direction ( Σ _┴ ).

Wird hingegen über das H ₁₀-Tor gesendet, so werden folgende vom Ziel reflektierte Signale empfangen (Fig. 3b):If, on the other hand, transmission takes place via the H ₁₀ gate, the following signals reflected by the target are received ( FIG. 3b):

H ₁₀-Tor:,8Summensignal, in der Polarisationsrichtung um 90° gedrehter Anteil (Σ _┴).H ₂₀-Tor, (H ₁₁ + E ₁₁)-Tor:,8Differenzsignale, in der Polarisationsrichtung um 90° gedrehter Anteile (Δ e _┴, Δ a _┴). H ₀₁-Tor:,8Summensignal, in der Polarisationsrichtung nicht gedrehter Anteil (Σ _∥). H ₁₀ gate:, 8 sum signal, portion rotated by 90 ° in the polarization direction ( Σ _┴ ). H ₂₀ gate, ( H ₁₁ + E ₁₁ ) gate:, 8 differential signals, parts rotated by 90 ° in the polarization direction ( Δ e _┴ , Δ a _┴ ). H ₀₁ gate:, 8 sum signal, portion not rotated in the polarization direction ( Σ _∥ ).

Durch Umschalten des Sendesignals vom H ₁₀-Tor auf das H ₀₁- Tor oder umgekehrt kann man sowohl nicht polarisationsdrehende als auch polarisationsdrehende Ziele mit maximaler Empfindlichkeit detektieren und anpeilen bzw. aus dem Vehältnis der Leistungen in beiden Polarisationen auf Eigenschaften des Ziel schließen.By switching the transmission signal from the H ₁₀ gate to the H ₀₁ gate or vice versa, both non-polarization-rotating and polarization-rotating targets can be detected and targeted with maximum sensitivity, or properties of the target can be inferred from the power of the two polarizations.

Außerdem können auf diese Weise die Reflexionen nicht erwünschter Ziele zum Teil unterdrückt werden.In addition, the reflections cannot in this way desired goals are partially suppressed.

Zum Senden und Empfangen zirkularer Polarisation kann am Antennenausgang A des Modenkopplers ein Polarisationswandler vorgesehen werden. Dieser Polarisationswandler muß auf alle beteiligten Wellentypen wirken und ist deshalb als flächenhafte Anordnung vor dem Modenkoppler anzuordnen (z. B. Scheibe aus doppelbrechendem Material). Die oben beschriebenen Vorteile der Anordnung bleiben erhalten, da je nach dem Drehsinn des reflektierten, i. A. elliptisch polarisierten Signals weiterhin zwischen Zielen, die den Drehsinn der Welle bei der Reflexion beibehalten und solchen, die den Drehsinn umkehren, unterschieden werden kann. A polarization converter can be provided at the antenna output A of the mode coupler for transmitting and receiving circular polarization. This polarization converter must act on all wave types involved and must therefore be arranged as a flat arrangement in front of the mode coupler (e.g. disk made of birefringent material). The advantages of the arrangement described above are retained because, depending on the direction of rotation of the reflected, i. A. Elliptically polarized signal can still be distinguished between targets that maintain the direction of rotation of the wave upon reflection and those that reverse the direction of rotation.

Claims

1. Mode coupler for monopulse applications in an antenna feed system, for obtaining angular positions in azimuth and elevation, with a main waveguide, in which several modes can be propagated, and are attached to the mode-selective coupling / decoupling gates, characterized in that a further coupling / decoupling gate ( H ₄ ) for coupling / decoupling a mode orthogonal to the sum mode, is implemented as a simple waveguide attached to the main waveguide ( HH ), in which only the H ₁₀ basic wave type can propagate, and that a metallic reflector ( R ) is inserted into the main waveguide, which the orthogonal mode is reflected in the attached waveguide ( H ₄ ).

2. Mode coupler according to claim 1, characterized in that the reflector is implemented as a separating plate.

3. Mode coupler according to claim 1, characterized in that the reflector ( R ) is a metallized dielectric on which the coupling structures are produced by etching.

4. mode coupler according to one of the preceding claims, characterized in that it resembles a pyramid horn Antenna is connected.

5. Mode coupler according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that he attached to a grooved horn as an antenna connected.

6. mode coupler according to one of the preceding claims, characterized in that in the antenna-side output a polarization converter is inserted.

7. mode coupler according to claim 6, characterized in that the polarization converter from a disc one birefringent material.

8. mode coupler according to claim 6, characterized in that the polarization converter from a metallic lattice structure consists.