DE3615502A1 - Entkopplungsanordnung fuer dauerstrich-radare - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entkopplungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei frequenzmodulierten Dauerstrich-Radargeräten (FW-CW- Radar) ist eine Begrenzung der Systemempfindlichkeit dadurch gegeben, daß ein Teil der Senderseitenbandrausch­ leistung in den Empfangsteil gelangt und damit das Eigen­ rauschen der Empfangsstufe verschlechtert.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines einfachen bekann­ ten FM-CW-Radarfrontends. Ein frequenzmodulierter Oszilla­ tor liefert Sendeenergie über einen Zirkulator an eine Antenne. Gleichzeitig wird ein definierter Teil als Über­ lagerungsleistung für den Empfangsmischer über einen Richtkoppler abgezweigt. In bekannter Weise kann ein symmetrischer Gegentaktmischer das Rauschen des Überlage­ rungssignals unterdrücken. Gelangt die Sendeleistung jedoch über den Signalpfad, so kann die Seitenbandrausch­ leistung das Empfangssignal überdecken.

Um eine hohe Systemdynamik zu erhalten, muß deshalb eine gute Entkopplung zwischen Sende- und Empfangsteil gegeben sein. Dies wird durch gute Zirkulatorisolation und reflek­ tionsarme Anpassung der Antenne erreicht. Allerdings treten bei der technischen Realisierung besonders bei hochauflösenden Breitbandsystemen erhebliche Schwierig­ keiten auf; Entkopplungswerte von 20 dB bei 500 MHz Band­ breite sind maximal realisierbar.

Für höhere Entkopplungswerte muß der Sender völlig ge­ trennt vom Empfänger an einer eigenen Antenne betrieben werden (siehe z. B. Skolnik: Introduction to Radar Systems, Mc Graw Hill 1962, Seite 76). In vielen Fällen ist diese Maßnahme aus Platzgründen nicht praktikabel.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Entkopplungsan­ ordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die mit kleinem Volumen und geringem Aufwand realisierbar ist. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentan­ spruchs 1 angegeben. Die weiteren Ansprüche beinhalten Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 2 bis 5 näher erläutert. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, eine gemeinsame Antenne mit zwei voneinander unabhängigen Speisesystemen zu verwenden. Das Prinzip ist in Fig. 2 dargestellt. Im Signalweg gibt es keine gemeinsamen Ele­ mente, welche vom Sendezweig gleichzeitig mit dem Empfän­ ger verknüpft sind. Auch trägt eine eventuelle Fehlan­ passung des Sendekanals nichts zur Verkopplung bei, da die reflektierte Leistung in den Sender und nicht in den Empfängersignalweg läuft.

Im einfachsten Fall leuchten zwei getrennte Hohlleiter eine gemeinsame Cassegrain-Reflektor-Antenne aus. Die jeweiligen Antennendiagramme überschneiden sich dann in der in Fig. 3 gezeigten Weise, da sie jeweils vom vir­ tuellen Antennenspeisepunkt aus gesehen leicht versetzt erregt werden. Für das Radarsystem gilt dann das Produkt der beiden Diagramme.

Zur Erzielung einer möglichst guten Entkopplung bei nicht zu stark divergierenden Diagrammen ist es von Bedeutung, die Speisehohlleiter nicht, wie in Fig. 4a, übereinander zu legen, sondern sie, wie in Fig. 4b dargestellt, neben­ einander oder orthogonal (4c) anzuordnen. Die im Hohl­ leiter transportierte H₁₀-Welle setzt ihre Wandströme über den Rand fort in den benachbarten Hohlleiter und führt so zur Anregung des gleichen Wellentyps. Während bei über­ einanderliegenden Leitern das Strommaximum in der Mitte an Ober- und Unterkante erscheint, ist der Stromanteil bei nebeneinanderliegenden Leitern erheblich geringer. Ähnlich lassen sich die Verkopplungsmechanismen über die jeweils zugehörigen Magnetfelder darstellen.

Entkopplungswerte von 25-30 dB lassen sich mit dicht benachbarten Hohlleitungssenden erreichen. Zur Steigerung der Entkopplung auf 30-40 dB können dielektrische Stäbe in den Hohlleiter eingefügt werden (Fig. 5), dabei er­ folgt Energieanpassung durch eine Taperspitze, und das sich außerhalb fortsetzende Ende bildet einen Stiel­ strahler. Durch diese Maßnahme werden die Felder im Die­ lektrikum konzentriert und somit die gegenseitige Ver­ kopplung vermindert.

Ein so aufgebautes Speisesystem kann als Erreger für Reflektorantennen oder Linsensysteme (wie in der Optik) verwendet werden. Wie bereits erwähnt, hängt dabei das Fernfelddiagramm der Antenne vom Abstand der Speisepunkte untereinander ab. Vorteilhaft ist es dabei, den Keulen­ versatz so zu bemessen, daß sich ein Nebenkeulenmaximum über die Nullstelle zwischen Haupt- und Nebenkeule des anderen Diagramms (Fig. 3) legt. Bei der Produktbildung im Empfänger wird dadurch eine hohe Nebenkeulenunter­ drückung bewirkt.

Für das Verfolgen von Zielen kann in bekannter Weise der Subreflektor einer Cassegrain-Antenne geschwenkt (Conical Scan) und damit eine Auslenkung beider Diagramme bewirkt werden.

Durch Hinzufügen eines zweiten Empfangskanals auf der anderen Seite des Sendehohlleiters kann ähnlich wie beim Monopulsverfahren (Skolnik: Introduction to Radar Systems, Seite 176) ein Peilsystem aufgebaut werden. Wesentlich ist hierbei, daß gegeben durch die strikte Trennung zwischen Sende- und Empfangsteil auch mit einem Dauerstrich-Radar gute Systemempfindlichkeiten gegenüber der bekannten Mono­ pulsanordnung erreichbar sind. Zur Erfassung des gesamten Raumwinkels sind somit fünf eng benachbarte Hohlleiter erforderlich.

Vorteilhafterweise wird die Summen- und Differenzbildung nicht durch Komparatoren auf der Mikrowellenseite, sondern auf der Zwischenfrequenzebene oder im Rechner vorgenommen.

Die Ausführung der Hohlleiter kann rechteckig, quadratisch oder rund sein. Wesentlich ist, daß stets die in Fig. 4b dargestellte Lage der H₁₀- oder H₁₁-Welle zueinander vom Sender zu den Empfangskanälen gegeben ist. Je nach Anwen­ dungsfall werden lineare oder zirkulare Polarisationen im Sender oder den Empfangskanälen angeregt.

Dadurch, daß keine zusätzlichen Schaltelemente im Hoch­ frequenzteil notwendig sind und Sender wie Empfänger direkt am Antennenfußpunkt betrieben werden, sind außer den Hohlleiterverlusten keine weiteren Systemverluste vorhanden. Diese Tatsache und die beschriebene Entkopp­ lungssteigerung durch Mehrfachnutzung einer Antenne mit einem aufgeteilten Speisesystem führt zu einer erheblichen Leistungssteigerung bei einfachen FM-CW-Radargeräten.

Claims (9)

1. Entkopplungsanordnung für frequenzmodulierte Dauer­ strich-Radargeräte mit einem Sendeoszillator, von dem über einen Koppler ein definierter Teil der Leistung einem Empfangsmischer zugeführt ist und mit einer gemeinsamen Sende-/Empfangsantenne, dadurch gekennzeichnet, daß Sende­ zweig und Empfangszweig über zwei voneinander unabhängige Speisesysteme die gemeinsame Antenne speisen.

2. Entkopplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speisesysteme zwei getrennte Speise­ hohlleiter sind.

3. Entkopplungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speisehohlleiter mit ihren Schmalseiten nebeneinander liegen.

4. Entkopplungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speisehohlleiter in ihren Querschnitten orthogonal zueinander angeordnet sind.

5. Entkopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Speisehohlleiter dielektrische Stäbe eingefügt sind.

6. Entkopplungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dielektrischen Stäbe nach außerhalb in Stielstahler fortgesetzt sind.

7. Entkopplungsanordnung nch Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand der Speisepunkte untereinander derart gewählt ist, daß ein Nebenkeulenmaximum des einen Antennendiagramms über die Nullstelle zwischen Haupt- und Nebenkeule des anderen Antennendiagramms zu liegen kommt.

8. Entkopplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Empfangszweige vorgesehen sind, deren Speisesysteme jeweils getrennt zu beiden Seiten des Sende-Speisesystems angeordnet sind.

9. Entkopplungsanordnung nach Anspruch 8 für ein Peil­ system, dadurch gekennzeichnet, daß die Summen- und Diffe­ renzbildung zwischen den Empfangszweigen auf der Zwischen­ frequenzebene oder in einem Rechner durchgeführt wird.