DE3786787T2 - MONOPULUS ANTENNA WITH IMPROVED SUPPLEMENTAL RADIATION SUPPRESSION. - Google Patents
MONOPULUS ANTENNA WITH IMPROVED SUPPLEMENTAL RADIATION SUPPRESSION.Info
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antennensystem, das für Radareinsatz adaptiert ist und zum Verfolgen eines Zieles Summen- und Differenzsignale verwendet, mit:The present invention relates to an antenna system adapted for radar use and using sum and difference signals to track a target, comprising:
a) einer Monopulsantenne, welchea) a monopulse antenna, which
a1) eine Querschnittsfläche aufweist, um Energie in Richtung eines Zieles auszusenden und um Rücklaufenergie zu empfangen;a1) has a cross-sectional area to emit energy towards a target and to receive return energy;
a2) ein Array von erregbaren Elementen aufweist, welche symmetrisch um eine Azimut- sowie eine Elevationsachse angeordnet sind; wobeia2) has an array of excitable elements, which are arranged symmetrically about an azimuth and an elevation axis; where
a3) die Querschnittsfläche längs der Elevationsachse in einen linken und einen rechten horizontalen Streifen, längs der Azimutachse in einen oberen und einen unteren vertikalen Streifen, sowie in vier Quadranten aufgeteilt ist, wobei jeder der Streifen und Quadranten mehrere der erregbaren Elemente enthält;a3) the cross-sectional area is divided along the elevation axis into a left and a right horizontal strip, along the azimuth axis into an upper and a lower vertical strip, and into four quadrants, each of the strips and quadrants containing a plurality of the excitable elements;
b) Schaltungsmitteln, die an die erregbaren Elemente gekoppelt sind, wobei die Schaltungsmittel unter Verwendung von Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen ein Summensignal sowie Azimut- und Elevations-Differenzsignale erzeugen, wobei das Azimut-Differenzsignal unter Auslassung der Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen in den vertikalen Streifen berechnet wird, und wobei das Elevations-Differenzsignal unter Auslassung der Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen in den horizontalen Streifen berechnet wird.b) circuit means coupled to the excitable elements, the circuit means generating a sum signal and azimuth and elevation difference signals using return energy from the excitable elements, the azimuth difference signal being calculated by omitting the return energy from the excitable elements in the vertical strips, and where the elevation difference signal is calculated omitting the return energy from the excitable elements in the horizontal strips.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben eines für Radareinsatz adaptierten Antennensystemes, das Summen- und Differenzsignale verwendet, um ein Ziel zu verfolgen, mit dem Schritten:The invention further relates to a method for operating an antenna system adapted for radar use, which uses sum and difference signals to track a target, comprising the steps of:
a) Aussenden von Energie in Richtung des Zieles und Empfangen von Rücklaufenergie mit einer Monopulsantenne;a) transmitting energy towards the target and receiving return energy with a monopulse antenna;
b) Aufteilen einer Querschnittsfläche der Monopulsantenne in einen linken und einen rechten horizontalen Streifen längs der Elevationsachse, einen oberen und einen unteren vertikalen Streifen längs der Azimutachse, sowie in vier Quadranten, wobei jeder der Streifen und Quadranten mehrere erregbare Elemente umfaßt, die symmetrisch um die Azimut- und Elevationsachse angeordnet sind;b) dividing a cross-sectional area of the monopulse antenna into left and right horizontal strips along the elevation axis, upper and lower vertical strips along the azimuth axis, and four quadrants, each of the strips and quadrants comprising a plurality of excitable elements arranged symmetrically about the azimuth and elevation axes;
c) Koppeln der Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen der Monopulsantenne an Schaltungsmittel,c) coupling the return energy from the excitable elements of the monopulse antenna to circuitry,
d) mit den Schaltungsmitteln Erzeugen vond) with the circuit means generating
d1) einem Summensignal,d1) a sum signal,
d2) einem Azimut-Differenzsignal, wobei die Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen in den vertikalen Streifen ausgelassen wird,d2) an azimuth difference signal, whereby the return energy from the excitable elements is omitted in the vertical strips,
d3) einem Elevations-Differenzsignal, wobei die Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen in den horizontalen Streifen ausgelassen wird.d3) an elevation difference signal, whereby the return energy from the excitable elements is omitted in the horizontal strips.
Eine Antenne und ein Verfahren dieser Art sind aus der Veröffentlichung "A Multielement High Power Monopulse Feed with Low Sidelobe and High Aperture Efficiency", von Nam San Wong et al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Band AP-22, Nr. 3, Mai 1974 bekannt.An antenna and a method of this type are known from the publication "A Multielement High Power Monopulse Feed with Low Sidelobe and High Aperture Efficiency", by Nam San Wong et al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Volume AP-22, No. 3, May 1974.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung die Optimierung von Summen- und Differenzmustern bei Antennen, und insbesondere eine Anordnung zur Nebenkeulenunterdrückung bei einer Monopulsantenne, welche Summen- und Differenzmuster verwendet, um Ziele zu verfolgen.More specifically, the invention relates to the optimization of sum and difference patterns in antennas, and in particular to an arrangement for sidelobe suppression in a monopulse antenna that uses sum and difference patterns to track targets.
Wie es allgemein bekannt ist, kann eine Monopulsantenne in Sektionen aufgeteilt sein, z. B. unter Verwendung von Hörnern oder Quadranten, wobei das Radar dann die Verschiebung des Zieles mißt, indem die Amplitude und die Phase des Echosignales für jedes Horn oder jeden Quadranten verglichen werden.As is well known, a monopulse antenna can be divided into sections, e.g. using horns or quadrants, with the radar then measuring the displacement of the target by comparing the amplitude and phase of the echo signal for each horn or quadrant.
Die HF-Schaltung für eine konventionelle, in Quadranten aufgeteilte Antenne subtrahiert den Ausgang des linken Paares von dem Ausgang des rechten Paares, um ein beliebiges Ungleichgewicht in der Azimutrichtung (Azimut-Differenzmuster) zu erfassen, sowie den Ausgang des oberen Paares von dem Ausgang des unteren Paares, um ein beliebiges Ungleichgewicht in der Elevationsrichtung (Elevations-Differenzmuster) zu erfassen. Siehe hierzu das Radar Handbook, Merrill Skolnik, Mc Graw Hill, 1970. Die Ausgänge des Differenzbildners, d. h. die Differenzmuster, sind Null, wenn sich das Ziel auf der Achse befindet, wobei die Amplitude mit zunehmender Verschiebung des Zieles von der Antennenachse zunimmt.The RF circuit for a conventional quadrant antenna subtracts the output of the left pair from the output of the right pair to detect any imbalance in the azimuth direction (azimuth difference pattern), and the output of the upper pair from the output of the lower pair to detect any imbalance in the elevation direction (elevation difference pattern). See the Radar Handbook, Merrill Skolnik, Mc Graw Hill, 1970. The outputs of the differencer, i.e. the difference patterns, are zero when the target is on-axis, with the amplitude increasing as the target is displaced from the antenna axis.
Ein Summensignal, das überlicherweise die über die gesamte Apertur empfangene Energie repräsentiert, wird erzeugt und als ein Referenzsignal für den Videoeingang und für die Verstärkungskontrolle verwendet.A sum signal, typically representing the energy received across the entire aperture, is generated and used as a reference signal for the video input and for gain control.
Bei der Speisungsauslegung und den Strahlungsmustern gibt es viele Kompromisse, weil optimale Summen- und Differenzsignale, niedrige Nebenkeulenpegel, Polarisationsdiversity, Kompaktheit und Einfachheit nicht alles gleichzeitig voll erfüllt sein kann, insbesondere, wenn eine einzige Speisung verwendet wird. Historisch war es ein üblicher Ansatz, die Summenmuster zu optimieren und das resultierende Differenzmuster-Signal zu tolerieren. Es wird jedoch allgemein erkannt, daß das Optimieren von unerwünschten Merkmalen der Differenzmuster bei der Eliminierung signifikanter Folgungsprobleme wichtig ist. Siehe hierzu Corlin, US 4,525,716; 15. Juni 1985. Zum Beispiel erhöhen starke Nebenkeulen in den Differenzsignalen die Anfälligkeit des Radars gegenüber Interferenzen von Hintergrundstörungen oder anderen außerachsigen Strahlungsquellen, was zu einem Folgungsfehler und Verlust an Effizienz führt.There are many trade-offs in feed design and radiation patterns because optimal sum and difference signals, low sidelobe levels, polarization diversity, compactness and simplicity cannot all be fully satisfied simultaneously, especially when using a single feed. Historically, a common approach has been to optimize the sum patterns and tolerate the resulting difference pattern signal. However, it is generally recognized that optimizing undesirable features of the difference patterns is important in eliminating significant tracking problems. See Corlin, US 4,525,716; June 15, 1985. For example, strong sidelobes in the difference signals increase the radar's susceptibility to interference from background clutter or other off-axis radiation sources, resulting in tracking error and loss of efficiency.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antennensystem der oben beschriebenen Art zu schaffen, das gleichzeitig die Summen- und Differenzsignale optimiert.It is therefore a main object of the present invention to provide an antenna system of the type described above which simultaneously optimizes the sum and difference signals.
Die in der Einleitung erwähnte Veröffentlichung von Nam San Wong et al. beschreibt einen Ansatz, die Summen- und Differenzsignale durch Nebenkeulenunterdrückung zu optimieren. Als ein Ergebnis eines mathematischen Modelles werden die von 32 Elementen empfangenen Signale mit Anregungskoeffizienten multipliziert, d. h. gewichtet. Die Anregungskoeffizienten sind komplizierte Bruchausdrücke und für die Berechnung der Summe, der Azimutdifferenz und der Elevationsdifferenz unterschiedlich.The publication by Nam San Wong et al. mentioned in the introduction describes an approach to optimize the sum and difference signals by sidelobe suppression. As a result of a mathematical model, the signals received by 32 elements are multiplied by excitation coefficients, ie weighted. The excitation coefficients are complicated fractional expressions and different for the calculation of the sum, the azimuth difference and the elevation difference.
Das Dokument US-3,711,858 beschäftigt sich ebenfalls mit einer Monopuls-Radarantenne, welche Nebenkeulenunterdrückung verwendet. In dieser Antenne sind in den vier Quadranten Wellenleiterabschnitte vorgesehen, wobei benachbarte Enden der Wellenleiter in den Quadranten derart gestaffelt angeordnet sind, daß bestimmte, in einem Quadranten befindliche Wellenleiter in den benachbarten Quadranten hineinragen und umgekehrt. Dadurch wird die Keule des Phasenüberganges von einem Quadranten in den anderen reduziert.The document US-3,711,858 also deals with a monopulse radar antenna which uses sidelobe suppression. In this antenna, waveguide sections are provided in the four quadrants, with adjacent ends of the waveguides in the quadrants being staggered in such a way that certain waveguides located in one quadrant extend into the adjacent quadrant and vice versa. This reduces the lobe of the phase transition from one quadrant to the other.
Die Anordnung von Antennenelementen nach einem bestimmten Muster, obwohl für einen anderen Zweck (nämlich zum Umschalten einer Monopulsantenne zwischen breitkeuligem Erfassungsmodus und schmalkeuligem Verfolgungsmodus), ist bereits aus US 3,965,475 bekannt.The arrangement of antenna elements according to a specific pattern, although for a different purpose (namely for switching a monopulse antenna between wide-lobe detection mode and narrow-lobe tracking mode), is already known from US 3,965,475.
DE-A-27 36 497 befaßt sich ebenfalls mit der Nebenkeulenunterdrückung. Diese Veröffentlichung hat jedoch primär die Erzeugung eines kombinierten Differenzsignales zum Ziel.DE-A-27 36 497 also deals with sidelobe suppression. However, this publication primarily aims to generate a combined difference signal.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Antennensystem von der eingangs genannten Art dadurch charakterisiert, daßAccording to the present invention, an antenna system of the type mentioned at the outset is characterized in that
c) die Schaltungsmittelc) the circuit means
c1) das Summensignal als die Summe der Rücklaufenergie von allen erregbaren Elementen bereitstellen,c1) provide the sum signal as the sum of the return energy from all excitable elements,
c2) das Azimut-Differenzsignal bereitstellen als die Differenz zwischenc2) provide the azimuth difference signal as the difference between
c2.1) der Summe aus der Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen in den beiden linken der Quadranten und dem linken horizontalen Streifen, sowiec2.1) the sum of the return energy from the excitable elements in the two left quadrants and the left horizontal strip, and
c2.2) der Summe aus der Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen in den beiden rechten der Quadranten und dem rechten horizontalen Streifen,c2.2) the sum of the return energy from the excitable elements in the two right quadrants and the right horizontal strip,
c3) das Elevations-Differenzsignal bereitstellen als die Differenz zwischenc3) provide the elevation difference signal as the difference between
c3.1) der Summe aus der Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen in den beiden oberen der Quadranten und dem oberen vertikalen Streifen, sowiec3.1) the sum of the return energy from the excitable elements in the two upper quadrants and the upper vertical strip, and
c3.2) der Summe aus der Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen in den unteren beiden der Quadranten und den unteren vertikalen Streifen.c3.2) the sum of the return energy from the excitable elements in the lower two of the quadrants and the lower vertical strips.
Darüber hinaus ist das eingangs erwähnte Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet:In addition, the procedure mentioned at the beginning is characterized by the following steps:
e) Erzeugen des Summensignales als Summe aus der Rücklaufenergie von allen erregbaren Elementen,e) generating the sum signal as the sum of the return energy from all excitable elements,
f) Erzeugen des Azimut-Differenzsignales als Differenz zwischenf) Generating the azimuth difference signal as the difference between
f1) der Summe aus der Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen in den beiden linken der Quadranten und dem linken horizontalen Streifen sowief1) the sum of the return energy from the excitable elements in the two left quadrants and the left horizontal strip and
f2) der Summe aus der Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen in den beiden rechten der Quadranten und dem rechten horizontalen Streifen,f2) the sum of the return energy from the excitable elements in the two right quadrants and the right horizontal strip,
g) Erzeugen des Elevations-Differenzsignales als Differenz zwischeng) Generating the elevation difference signal as the difference between
g1) der Summe aus der Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen in den beiden oberen der Quadranten und dem oberen vertikalen Streifen sowieg1) the sum of the return energy from the excitable elements in the two upper quadrants and the upper vertical strip and
g2) der Summe aus der Rücklaufenergie von den erregbaren Elementen in den beiden unteren der Quadranten sowie dem unteren vertikalen Streifen.g2) the sum of the return energy from the excitable elements in the two lower quadrants and the lower vertical strip.
Die vorliegende Erfindung ist folglich dadurch charakterisiert, daß das Summensignal als Summe der Rücklaufenergie aller erregbaren Elemente berechnet wird; daß das Azimut-Differenzsignal als Differenz zwischen der Summe der Rücklaufenergie der erregbaren Elemente in den beiden linken Quadranten und dem linken horizontalen Streifen (d. h. einem linken Segment) sowie der Summe aus der Rücklaufenergie der erregbaren Elemente in den beiden rechten Quadranten und dem rechten horizontalen Streifen (d. h. einem rechten Segment) berechnet wird; und daß das Elevations-Differenzsignal als Differenz zwischen der Summe der Rücklaufenergie der erregbaren Elemente in den beiden oberen Quadranten und dem oberen vertikalen Streifen (d. h. einem oberen Segment) sowie der Summe aus der Rücklaufenergie der erregbaren Elemente in den beiden unteren Quadranten und dem unteren vertikalen Streifen (d. h. einem unteren Segment) berechnet wird.The present invention is therefore characterized in that the sum signal is calculated as the sum of the return energy of all the excitable elements; that the azimuth difference signal is calculated as the difference between the sum of the return energy of the excitable elements in the two left quadrants and the left horizontal strip (i.e. a left segment) and the sum of the return energy of the excitable elements in the two right quadrants and the right horizontal strip (i.e. a right segment); and that the elevation difference signal is calculated as the difference between the sum of the return energy of the excitable elements in the two upper quadrants and the upper vertical strip (i.e. an upper segment) and the sum of the return energy of the excitable elements in the two lower quadrants and the lower vertical strip (i.e. a lower segment).
Der Effekt der obigen Maßnahmen liegt darin, daß die Summen- und Differenzsignale gleichzeitig optimiert werden.The effect of the above measures is that the sum and difference signals are optimized simultaneously.
In der Zeichnung:In the drawing:
Fig. 1 ist eine konventionelle Fünf-Horn-Antenne zum Bereitstellen von Summen- und Differenzmustern;Fig. 1 is a conventional five-horn antenna for providing sum and difference patterns;
Fig. 2a ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Apertur zeigt, die ein Array von in Quadranten und Streifen eingeteilten Elementen aufweist;Fig. 2a is an embodiment of the invention showing an aperture having an array of elements divided into quadrants and stripes;
Fig. 2b ist ein Summen- und Differenznetzwerk zum Liefern gewünschter Summen- und Differenzsignale für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a;Fig. 2b is a sum and difference network for providing desired sum and difference signals for the embodiment of Fig. 2a;
Fig. 3a ist ein alternatives Ausführungsbeispiel (nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung), das eine Apertur mit einem Array von Elementen zeigt, die in Quadranten und einen wahlweise ausgenommenen Mittenbereich unterteilt sind;Fig. 3a is an alternative embodiment (not subject to the present invention) showing an aperture having an array of elements divided into quadrants and an optionally excluded central region;
Fig. 3b ist ein Summen- und Differenznetzwerk, um gewünschte Summen- und Differenzsignale für das Ausführungsbeispiel aus Fig. 3a bereitzustellen;Fig. 3b is a sum and difference network for providing desired sum and difference signals for the embodiment of Fig. 3a;
Fig. 4a ist ein Vergleich der Elevations-Differenzmustersignale für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a, und zwar bevor und nachdem wahlweise beim Erzeugen der Signale Elemente längs der Elevationsachse ausgenommen wurden, undFig. 4a is a comparison of the elevation difference pattern signals for the embodiment of Fig. 2a, before and after optionally excluding elements along the elevation axis when generating the signals, and
Fig. 4b ist ein Vergleich der Azimut-Differenzmustersignale für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a, und zwar bevor und nachdem bei der Erzeugung der Mustersignale wahlweise Elemente längs der Azimutachse ausgenommen wurden.Fig. 4b is a comparison of the azimuth difference pattern signals for the embodiment of Fig. 2a, before and after elements along the azimuth axis were selectively excluded in generating the pattern signals.
Es wird erneut auf Fig. 1 Bezug genommen. Dort ist eine konventionelle Fünf-Horn-Antenne zum Bereitstellen von Summen- und Differenzsignalen gezeigt. Wie in Fig. 1 gezeigt sind fünf Hornantennen A, B, C, D, E so angeordnet, daß Antenne A die linke Antenne ist; B die obere Antenne; C die rechte Antenne; D die untere Antenne; und E die Antenne, welche den zentralen Platz ausfüllt, um den die Antennen A, B, C und D angeordnet sind. Ein Elevations-Differenzsignal wird durch Subtrahieren der Rücklaufenergie aus Antenne D von der Rücklaufenergie aus Antenne B erhalten, und ein Azimut-Differenzsignal wird bereitgestellt, indem die Rücklaufenergie aus Antenne C von der Rücklaufenergie aus Antenne A subtrahiert wird. Ein Summensignal wird durch die Rücklaufenergie von Antenne E allein bereitgestellt. Diese so wie andere Formen von Antennenspeisungen sind in Radarfolgesystemen verwendet worden, haben jedoch unter dem Problem gelitten, hohen Summengewinn zu erzielen während kleine Nebenkeulen in den Differenzmustern erhalten werden. Ähnliche Probleme werden angetroffen, wo die Antenne aus einer einzigen Apertur besteht, welche ein Array von sendenden Elementen enthält, und wo die Differenzmuster gleichfalls unter Verwendung von einer Hälfte der Apertur minus der entgegengesetzten Hälfte der Apertur erzeugt werden.Referring again to Fig. 1, there is shown a conventional five horn antenna for providing sum and difference signals. As shown in Fig. 1, five horn antennas A, B, C, D, E are arranged such that antenna A is the left antenna; B is the upper antenna; C is the right antenna; D is the lower antenna; and E is the antenna which fills the central space around which antennas A, B, C and D are arranged. An elevation difference signal is obtained by subtracting the return energy from antenna D from the return energy from antenna B, and an azimuth difference signal is provided by subtracting the return energy from antenna C from the return energy from antenna A. A sum signal is provided by the return energy from antenna E alone. These as well as other forms of antenna feeds have been used in radar tracking systems, but have suffered from the problem of achieving high sum gain while maintaining small sidelobes in the difference patterns. Similar problems are encountered where the antenna consists of a single aperture containing an array of transmitting elements, and where the difference patterns are also generated using one half of the aperture minus the opposite half of the aperture.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2a nunmehr ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. In Fig. 2a ist die Antenne 10 mit einer kreisförmigen Apertur 12 sowie einem Array von sendenden und empfangenden Elementen 20 gezeigt. Die Antenne ist eine Breitbandantenne, die dazu entworfen ist, z. B. in einem Geschoß betrieben zu werden. Die Apertur ist in im wesentlichen gleiche und symmetrische Quadranten 14, 15, 16 und 17 eingeteilt. Die Quadranten 14 und 15 definieren die obere Elevationshemisphäre für die Apertur 12 während die Quadranten 16 und 17 die untere Elevationshemisphäre für die Apertur 12 definieren. Genauer gesagt definiert der Quadrant 14 den oberen linken Quadranten, der Quadrant 15 den oberen rechten Quadranten, der Quadrant 16 den unteren rechten Quadranten und der Quadrant 17 den unteren linken Quadranten.Referring now to Fig. 2a, an embodiment of the invention is shown. In Fig. 2a, the antenna 10 is shown having a circular aperture 12 and an array of transmitting and receiving elements 20. The antenna is a broadband antenna designed to operate, for example, in a projectile. The aperture is divided into substantially equal and symmetrical quadrants 14, 15, 16 and 17. The quadrants 14 and 15 define the upper elevation hemisphere for the aperture 12 while the quadrants 16 and 17 define the lower elevation hemisphere for the aperture 12. More specifically, quadrant 14 defines the upper left quadrant, quadrant 15 the upper right quadrant, quadrant 16 the lower right quadrant, and quadrant 17 the lower left quadrant.
Ebenfalls in Fig. 2a gezeigt ist ein horizontaler Streifen von Elementen 24 längs der Elevationsachse und ein vertikaler Streifen von Elementen 26 längs der Azimutachse. Der Streifen 24 umfaßt einen Streifen A, welcher Elemente enthält, die zu gleichen Teilen aus den Quadranten 14 und 17 genommen sein können. Der Streifen 24 umfaßt ebenfalls ein Streifen I, welcher Elemente enthält, die im wesentlichen zu gleichen Teilen aus den Quadranten 15 und 16 stammen können. Der Streifen 26 umfaßt einen Streifen H, welcher Elemente enthält, die im wesentlichen zu gleichen Teilen von den Quadranten 14 und 15 genommen sein können, sowie einen Streifen J, welcher Elemente enthält, die im wesentlichen zu gleichen Teilen von den Quadranten 16 und 17 genommen sein können. Wie in Fig. 2a weiter gezeigt, bezeichnen Quadranten A, B, C und D den Rest der Quadranten 14, 15, 16 und 17 in Fig. 2a, nachdem die jeweiligen Elemente für die Streifen 24 und 26 entnommen wurden.Also shown in Fig. 2a is a horizontal strip of elements 24 along the elevation axis and a vertical strip of elements 26 along the azimuth axis. The strip 24 comprises a strip A which contains elements which can be taken in equal parts from the quadrants 14 and 17. The strip 24 also comprises a strip I which contains elements which can be taken substantially equally from quadrants 15 and 16. Strip 26 comprises a strip H which contains elements which can be taken substantially equally from quadrants 14 and 15 and a strip J which contains elements which can be taken substantially equally from quadrants 16 and 17. As further shown in Fig. 2a, quadrants A, B, C and D indicate the remainder of quadrants 14, 15, 16 and 17 in Fig. 2a after the respective elements for strips 24 and 26 have been taken.
Beim Betrieb dieses Ausführungsbeispieles werden die Streifen 24 und 26 wahlweise bei der Erzeugung der Differenzmustersignale ausgenommen, was wie unten weiter ausgeführt zu einer Reduzierung in den Nebenkeulen der Azimut- und Elevationsdifferenzmuster führt.In operation of this embodiment, the strips 24 and 26 are selectively excluded from the generation of the difference pattern signals, which, as further explained below, leads to a reduction in the side lobes of the azimuth and elevation difference patterns.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2b ist ein Diagramm des Summen- und Differenznetzwerkes gezeigt, das die Rücklaufsignale von den Quadranten und Streifen aus Fig. 2b miteinander verbindet, um geringe Differenzmuster-Nebenkeulen zu erzielen.Referring to Fig. 2b, a diagram of the sum and difference network is shown which connects the return signals from the quadrants and strips of Fig. 2b to achieve low difference pattern sidelobes.
Das für die Antenne von Fig. 2a zu verwendende und von dem Netzwerk aus Fig. 2b bereitzustellende Summenmuster ist (A + B + C + D) + (H + I + J + K); das Azimut-Differenzmuster ist (A + D + K) - (B + C + I); und das Elevations-Differenzmuster ist (A + B + H) - (C + D + J).The sum pattern to be used for the antenna of Fig. 2a and provided by the network of Fig. 2b is (A + B + C + D) + (H + I + J + K); the azimuth difference pattern is (A + D + K) - (B + C + I); and the elevation difference pattern is (A + B + H) - (C + D + J).
Um die erforderliche Kombination der Rückläufe zu erzielen, um die oben erwähnten gewünschten Summen- und Differenzmuster bereitzustellen, wird zunächst der Rücklauf eines jeden Quadranten und Streifen wahlweise mit dem eines anderen Quadranten oder Streifen in parallelen Hybriden 41, 42, 43 und 44 gekoppelt. Die Hybride sind kommerziell verfügbare Standardsummen- und Differenzhybride, d. h. magische Summen- und Differenz-T's, die üblicherweise in Komparatorschaltungen verwendet werden. Der Kopplungskoeffizient eines jeden Hybrides wird in Abhängigkeit von der Aperturauslegung variieren und so gewählt werden, daß so nah wie möglich ein ideales Summenverteilungsmuster geliefert wird. Wie in Fig. 2b, werden die Rückläufe von den Streifen K und I in den Hybrid 41 gespeist. Die Rückläufe von den Streifen H und J sind entsprechend in den Hybrid 42 geleitet. Die Rückläufe von den Quadranten A und D werden in den Hybrid 43 gespeist. Die Rückläufe von den Quadranten B und C sind in den Hybrid 44 gespeist. K und I sind im Hybrid 41 kombiniert, um (K + I) zu erzeugen, und an dem Hybriden 41 wird die Differenz genommen, um (K - I) zu bilden. Derselbe Prozeß wird für H und J im Hybriden 42 wiederholt, um (H + J) und (H - J) zu liefern; am Hybriden 43 um (A + D) und (A - D) zu liefern; und am Hybriden 44 um (B + C) und (B - C) zu liefern.To achieve the required combination of returns to obtain the desired sum and difference patterns mentioned above , first the return from each quadrant and strip is selectively coupled to that of another quadrant or strip in parallel hybrids 41, 42, 43 and 44. The hybrids are commercially available standard sum and difference hybrids, i.e. magic sum and difference T's commonly used in comparator circuits. The coupling coefficient of each hybrid will vary depending on the aperture design and will be chosen to provide as close to an ideal sum distribution pattern as possible. As in Fig. 2b, the returns from strips K and I are fed into hybrid 41. The returns from strips H and J are respectively fed into hybrid 42. The returns from quadrants A and D are fed into hybrid 43. The returns from quadrants B and C are fed into hybrid 44. K and I are combined in hybrid 41 to produce (K + I), and at hybrid 41 the difference is taken to produce (K - I). The same process is repeated for H and J in hybrid 42 to produce (H + J) and (H - J); at hybrid 43 to produce (A + D) and (A - D); and at hybrid 44 to produce (B + C) and (B - C).
Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 2b werden die Ausgänge der Hybride 41, 42, 43 und 44 wahlweise addiert und subtrahiert, um weiter erwünschte Kombinationen der Quadranten A, B, C, D und Streifen H, I, J und K zu erzielen. Der (K + I) Ausgang des Hybrides 41 und der (H + J) Ausgang des Hybrides 42 werden im Hybriden 41 in Phase kombiniert, um den Ausgang des Hybrides 51 (H + J + K + I) zu erzeugen. Der (B + C) Ausgang am Hybrid 44 wird von dem (A + D) Ausgang des Hybriden 43 am Hybrid 52 subtrahiert, um an dem Ausgang des Hybriden 52 (A + D) - (B + C) zu liefern, und wird dann in Phase mit (B + C) kombiniert, um (A + D + B + C) zu liefern. Der (A - D) Ausgang des Hybriden 43 ist gleichfalls mit dem (B - C) Ausgang des Hybriden 44 kombiniert, um an dem Ausgang des Hybriden 53 (A + B) - (C + D) bereitzustellen, und wird an dem Hybrid 53 subtrahiert, um an dem Ausgang des Hybriden 53 (A + C) - (B + D) zu bilden, was nicht verwendet wird, und daher kurzgeschlossen ist.With further reference to Fig. 2b, the outputs of hybrids 41, 42, 43 and 44 are selectively added and subtracted to achieve further desired combinations of quadrants A, B, C, D and strips H, I, J and K. The (K + I) output of hybrid 41 and the (H + J) output of hybrid 42 are combined in phase in hybrid 41 to produce the output of hybrid 51 (H + J + K + I). The (B + C) output on hybrid 44 is subtracted from the (A + D) output of hybrid 43 at hybrid 52 to provide (A + D) - (B + C) at the output of hybrid 52, and is then combined in phase with (B + C) to provide (A + D + B + C). The (A - D) output of hybrid 43 is likewise combined with the (B - C) output of hybrid 44 to provide (A + B) - (C + D) at the output of hybrid 53, and is subtracted at hybrid 53 to provide (A + C) - (B + D) at the output of hybrid 53, which is not used and is therefore shorted.
Um das Summensignal (A + D + B + C) + (H + I + J + K), das Azimut-Differenzsignal (A + D + K) - (B + C + I), und das Elevations-Differenzsignal (A + B + H) - (C + D + J) zu bilden, werden die Ausgänge der Hybride 51, 52 und 53 weiter wahlweise kombiniert.In order to form the sum signal (A + D + B + C) + (H + I + J + K), the azimuth difference signal (A + D + K) - (B + C + I), and the elevation difference signal (A + B + H) - (C + D + J), the outputs of the hybrids 51, 52 and 53 are further optionally combined.
Um das Summensignal zu liefern, wird der Ausgang des Hybriden 51 (H + J) + (K + I) mit dem (A + B) + (C + D) Ausgang des Hybriden 52 an dem Hybrid 61 kombiniert, um (A + B + C + D) + (H + I + J + K) zu bilden.To provide the sum signal, the output of hybrid 51 (H + J) + (K + I) is combined with the (A + B) + (C + D) output of hybrid 52 at hybrid 61 to form (A + B + C + D) + (H + I + J + K).
Um das Azimut-Differenzsignal zu erzeugen, wird der (K - I) Ausgang des Hybriden 41 mit dem (A + D) - (B + C) Ausgang des Hybriden 52 an dem Hybrid 62 kombiniert, um an dem Ausgang des Hybriden 62 (A + D + K) - (B + C + I) bereitzustellen.To produce the azimuth difference signal, the (K - I) output of hybrid 41 is combined with the (A + D) - (B + C) output of hybrid 52 at hybrid 62 to provide (A + D + K) - (B + C + I) at the output of hybrid 62.
Um das Elevations-Differenzsignal zu bilden, wird der (H - J) Ausgang des Hybriden 42 mit dem (A + B) - (C + D) Ausgang des Hybriden 43 an dem Hybrid 63 kombiniert, um an dem Ausgang des Hybriden 63 (A + B + H) - (C + D + J) bereitzustellen.To form the elevation difference signal, the (H - J) output of hybrid 42 is combined with the (A + B) - (C + D) output of hybrid 43 at hybrid 63 to provide (A + B + H) - (C + D + J) at the output of hybrid 63.
In den Fig. 4a und 4b sind Vergleiche von gemessenen Daten für die originalen Differenzsignale unter Verwendung des gesamten ("originalen") Aperturrücklaufsignales aus Fig. 2a verglichen mit den Differenzsignalen gezeigt, bei denen die horizontalen und vertikalen Streifen wahlweise unter Verwendung des Rücklaufes aus Fig. 2b ausgeschlossen sind. Die Differenzsignale sind für alle praktischen Zwecke auf jeder Seite der Ziellinie identisch und die nachstehende Diskussion trifft für die Nebenkeulenmuster sowohl rechts als auch links von der Ziellinie zu.In Figures 4a and 4b, comparisons of measured data are shown for the original difference signals using the entire ("original") aperture return signal from Figure 2a compared with the difference signals with the horizontal and vertical stripes optionally excluded using the return from Figure 2b. The difference signals are for all practical purposes identical on either side of the line of sight and the discussion below applies to the sidelobe patterns both to the right and left of the line of sight.
Nunmehr wird auf Fig. 4a Bezug genommen. Gezeigt ist das Summen- und Differenzsignal der Elevation für die Originalanordnung (linke Figur) und das Differenzsignal der Elevation, wobei die horizontalen Streifen I und K ausgenommen wurden (rechte Figur). Aus Fig. 4a ist zu entnehmen, daß das originale Differenzmuster der Elevation bei ungefähr 20º in einer Nebenkeule eine Nahstörung von ungefähr -15 dB aufweist. Man vergleiche dies mit der rechten Figur in 4a, welche das Differenzmuster der Elevation zeigt, bei der der horizontale Streifen ausgenommen ist. Hier nimmt die Nahstörung in den Nebenkeulen schnell bis auf nahezu -25 dB bei 30º ab und bildet tiefe Nullstellen.Referring now to Fig. 4a, the elevation sum and difference signals for the original arrangement are shown (left figure) and the elevation difference signal with the horizontal stripes I and K removed (right figure). From Fig. 4a, it can be seen that the original elevation difference pattern has a near noise of about -15 dB in a side lobe at about 20º. Compare this with the right figure in Fig. 4a, which shows the elevation difference pattern with the horizontal stripe removed. Here, the near noise in the side lobes decreases rapidly to almost -25 dB at 30º, forming deep nulls.
Noch dramatischere Ergebnisse sind in Fig. 4b dargestellt. Gezeigt sind die originalen Summen- und Differenzsignale des Azimut (linke Figur) und das Azimut-Differenzsignal mit ausgeschlossenen Streifen H und J (rechte Figur). Das original Azimut- Differenzmuster zeigt in Nebenkeulen Nahstörungen von -15 dB bei ungefähr 25º. Das Azimut-Differenzmuster mit ausgeschlossenen vertikalen Streifen ist merklich unterschiedlich. Die Nahstörungen in den Nebenkeulen sind -27 dB bei 25º und tiefe Nullstellen werden gebildet.Even more dramatic results are shown in Fig. 4b. Shown are the original sum and difference signals of the azimuth (left figure) and the azimuth difference signal with excluded stripes H and J (right figure). The original azimuth difference pattern shows near-end noise in sidelobes of -15 dB at approximately 25º. The azimuth difference pattern with excluded vertical stripes is noticeably different. The near-end noise in the sidelobes is -27 dB at 25º and deep nulls are formed.
In beiden Fällen sind die Nebenkeulen um 10 dB oder mehr unterdrückt worden. Dies ist höchst bedeutsam für den Fall der Nahstörung in Nebenkeulen, was kritisch für die Belange von Störflecken und Störungen durch andere Sender ist.In both cases, the sidelobes have been suppressed by 10 dB or more. This is highly significant for the case of close interference in sidelobes, which is critical for the concerns of clutter and interference from other transmitters.
Fig. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel (nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung), bei dem ein zentraler Bereich der Elemente bei der Erzeugung der Differenzmuster wahlweise ausgeschlossen wird. Fig. 3b zeigt ein Summen- und Differenznetzwerk zum Bereitstellen der gewünschten Summen- und Differenzsignale. Die Schaltung aus Fig. 3b hat den Vorteil, nur fünf Hybride zu verwenden, was von großem Nutzen für Anwendungen ist, in denen Platz sehr wichtig ist (d. h. Raketenradarsysteme etc.). Daten für das in den Fig. 3a und 3b gezeigte Ausführungsbeispiel sind vergleichbar mit denen für das Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 2a und 2b gezeigt ist.Fig. 3a shows an embodiment (not subject of the present invention) in which a central region of the elements is selectively excluded in generating the difference patterns. Fig. 3b shows a sum and difference network for providing the desired sum and difference signals. The circuit of Fig. 3b has the advantage of using only five hybrids, which is of great benefit for applications where space is very important (i.e. missile radar systems etc.). Data for the embodiment shown in Figs. 3a and 3b are comparable to that for the embodiment shown in Figs. 2a and 2b.
Es ist folglich zu sehen, daß ein Ausführungsbeispiel der Erfindung durch wahlweises Ausnehmen eines vertikalen Streifens von Elementen längs der Azimutachse die Nebenkeulen für das Azimut-Differenzmuster reduzieren kann, und durch wahlweises Ausnehmen eines horizontalen Streifens von Elementen längs der Elevationsachse die Nebenkeulen für das Elevations-Differenzmuster reduzieren kann.It can thus be seen that an embodiment of the invention can reduce the sidelobes for the azimuth difference pattern by selectively removing a vertical strip of elements along the azimuth axis, and can reduce the sidelobes for the elevation difference pattern by selectively removing a horizontal strip of elements along the elevation axis.
Es ist ebenfalls zu sehen, daß das Ausnehmen anderer vorbestimmter Querschnittsmuster der Apertur es erlauben kann, die Signale weiter zu optimieren, d. h. andere Kombinationen zu erlauben, um die Nebenkeulen in den Differenzmustern zu reduzieren, während die Schaltungskomplexität minimiert und die Summensignalqualität beibehalten wird.It can also be seen that excluding other predetermined aperture cross-sectional patterns can allow the signals to be further optimized, i.e. allowing other combinations to reduce the sidelobes in the difference patterns while minimizing circuit complexity and maintaining the sum signal quality.
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