DE3803779C2 - Radarantenne - Google Patents
RadarantenneInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
- H01Q25/02—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns providing sum and difference patterns
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
Die Erfindung geht von einer Radarantenne der im Ober
begriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art aus.
Eine solche Radarantenne ist beispielsweise bekannt aus
der DE-OS 28 55 623. Bei der bekannten Anordnung sind zwei
gleich aufgebaute Verzweigungsnetzwerke für orthogonale
Polarisationen der abgestrahlten Wellen vorgesehen. Die
Strahlerelemente sind in der Antennenapertur in horizon
talen übereinanderliegenden Zeilen angeordnet. Jedes
Verzweigungsnetzwerk weist eine vertikale Spaltenvertei
lung zur Aufteilung der über eine gemeinsame Speiseleitung
zugeführten Sendeleistung auf die verschiedenen Strahler
zeilen sowie für jede Strahlerzeile eine Zeilenverteilung
zur Verteilung der aus der Spaltenverteilung für die
Strahlerzeile ausgekoppelten Sendeleistung auf die ein
zelnen Strahlerelemente auf. Zur elevationalen Strahlformung
und -schwenkung ist jeweils am Eingang einer Zeilenver
teilung ein elektronisch steuerbarer Phasenschieber ange
ordnet. Außerdem ist vorgesehen, durch zusätzliche Phasen
schieber in den Zeilenverteilungen, mit welchen die
Strahler einer Zeile gruppenweise mit unterschiedlichen
Phasenlagen betrieben werden können, in geringem Umfang
auch azimutale vorm und/oder Richtung des Diagramms zu
variieren. Empfangene Signale werden über dieselben
Verteilungen der gemeinsamen Speiseleitung und über eine
Sende-Empfangs-Weiche dem Radarempfänger zugeführt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
einer Antenne dieser Art mit geringem Aufwand die Möglich
keiten der Diagrammsteuerung wesentlich zu erweitern.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die
Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Radarantenne ermöglicht durch die
Kombination der 3 dB-Koppler mit den umgeschalteten Phasen
schiebern und durch das zusätzliche Empfangs-Spaltennetz
werk eine von der Spaltenverteilung unabhängige Gestaltung
der elevationalen Diagrammform, insbesondere eine Eleva
tions-Monopulsauswertung und unter Beibehaltung der bei
der bekannten Radarantenne bereits vorhandenen Sende-
Empfangs-Weiche und einem daran angeschlossenen Empfänger
auch eine Azimut-Monopulsauswertung.
Das Empfangs-Spaltennetzwerk braucht nur für die geringe
Leistung der Empfangssignale dimensioniert zu werden und kann
daher vergleichsweise aufwandsarm ausgeführt sein.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Abbildungen an
Ausführungsbeispielen noch eingehend veranschaulicht.
Dabei zeigt
Fig. 1 den Aufbau einer bekannten Antenne,
Fig. 2 eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Antenne,
Fig. 3 den Signalverlauf für eine Strahlerzeile im
Sende- und Empfangsbetrieb.
Die bekannte Antenne gemäß Fig. 1 sei beispielsweise eine
mechanisch rotierende Gruppenantenne mit elektronischer
Diagrammschwenkung in der Elevation. Die vom Sender abge
gebene Sendeleistung wird über die Sende-Empfangs-Weiche
S/E (z. B. Zirkulator) und die allen Strahlern gemeinsame
Speiseleitung SL der Spaltenverteilung SV zugeführt. Die
Strahler der Antenne sind in mehreren übereinanderliegen
den Strahlerzeilen Z angeordnet und über jeweils eine
Zeilenverteilung ZV mit einer Zeilenspeiseleitung ZL ver
bunden. Über die Spaltenverteilung SV wird den Zeilen
speiseleitungen der für die jeweilige Strahlerzeile vorge
sehene Sendeleistungsanteil zugeführt, wobei in die
Zeilenspeiseleitungen elektronisch steuerbare Phasen
schieber PH eingefügt sind. Mittels der Phasenschieber PH
kann die Form und die Hauptstrahlrichtung des Antennen
diagramms eingestellt und auch von Radarperiode zu Radar
periode variiert werden. Die Einstellung der Phasen
schieber erfolgt durch eine Phasensteuereinheit PE, welche
nach Vorgabe von gewünschter Form (Halbwertsbreite) und
Hauptstrahlrichtung des Antennendiagramms in der Elevation
die Einstellwerte für die Phasenschieber PH erzeugt. Bei
der bekannten Antenne sind auch weitere Phasenschieber PZ
in den Zeilenverteilungen vorgesehen, mit deren Hilfe die
Phasenlagen an den Einzelstrahlern St für Gruppen von
Einzelstrahlern unterschiedlich eingestellt werden
können, woraus z. B. in begrenztem Umfang die als "look
back" bekannte Betriebsart möglich ist. Die Steuer
leitungen zu den Phasenschiebern PZ sind aus Gründen der
Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet.
Im Unterschied dazu weist die in Fig. 2 skizzierte Antenne
an den Ausgängen der Spaltenverteilung zu den verschie
denen Strahlerzeilen jeweils einen 3 dB-90°-Koppler K
(Hybrid) auf, dessen einer Eingang mit dem jeweiligen
Zeilenanschluß der Spaltenverteilung verbunden ist. Die
Strahlerzeile ist in zwei Hälften aufgeteilt, und die
Einzelstrahler jeder Halbzeile sind jeweils in einer von
zwei getrennten Halbzeilen-Verteilungen HVL und HVR zu
sammengefaßt. Dementsprechend gibt es zwei Zeilenspeise
leitungen LL und LR, die über eine Doppelphasenschieberan
ordnung PD mit den beiden Ausgängen des Kopplers K ver
bunden sind. Der zweite Eingangsanschluß des Kopplers K
ist mit einem Anschluß einer Empfangs-Spaltenverteilung EV
verbunden, die alle Empfangssignale an den zweiten Ein
gängen der Koppler K aus allen Zeilen zu einer oder meh
reren Empfangsspannungen zusammenfaßt und einem Empfänger
E1 zuführt. Die Phasensteuereinheit und die Steuer
leitungen zu den Phasenschiebern sind wiederum aus Gründen
der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet.
Die Fig. 3 gibt für eine Strahlerzeile die relativen Pegel
und Phasenlagen der Signale an den Toren der Koppler K und
auf den Zeilenspeiseleitungen im Sendefall (a) und Emp
fangsfall (b und c) wieder. Die Doppelphasenschieberan
ordnung PD enthält zwei Phasenschieber PL und PR für die
linke bzw. rechte Hälfte der Strahlerzeile. Dabei ist zur
Vereinfachung angenommen, daß die Hauptstrahlrichtung des
Antennendiagramms senkrecht zur Antennenfläche verlaufen,
daß also die Strahler der linken und der rechten Halbzeile
gleichphasig gespeist sind.
Im Sendefall wird die am Tor 1 des Kopplers eingespeiste
Sendeleistung, deren Pegel mit 0 dB und deren Phasenlage
mit 0° zugrunde gelegt seien, zu gleichen Teilen (-3 dB)
auf die Tore 3 und 4 aufgeteilt, wobei der Leistungsanteil
an Tor 3 (in-phase-Ausgang) phasengleich (0°), der
Leistungsanteil am Tor 4 (Quadratur-Ausgang) um 90°
phasennacheilend (-90°) bezogen auf das eingespeiste
Signal auftritt. Dieser Phasenunterschied wird durch die
Differenz der Phasenverzögerungen 0° im Phasenschieber PL
und +90° im Phasenschieber PR wieder ausgeglichen, so daß
die an den Ausgängen der Phasenschieber an die Halbzeilen-
Verteilungen abgegebenen Leistungsanteile wieder phasen
gleich sind.
Im Empfangsfall werden die Phasenschieber so eingestellt,
daß die Differenz der Phasenverzögerungen in PL und PR um
180° gegenüber dem Sendefall verschieden ist. Hierzu wird
im Beispielsfall die Phasenverzögerung im Phasenschieber
PL wieder auf 0°, die im anderen Phasenschieber aber auf
-90° eingestellt. Die aus der (im Beispiel als Haupt
strahlrichtung angenommenen) azimutalen Antennennormale
einfallenden Wellen (Echos) erregen alle Einzelstrahler St
gleichphasig, während bei Einfallsrichtungen abseits der
Antennennormale eine Phasenprogression entlang der
Strahlerzeile auftritt. Dies führt dazu, daß bei abseits
der Antennennormale einfallenden Wellen auch die zusammen
gefaßten Empfangssignale auf den Leitungen LL und LR nicht
phasengleich sind. Die relative Phasenlage ist ein Maß für
die Ablage der Einfallsrichtung von der Antennennormalen.
Die Empfangssignale auf den Leitungen LL und LR lassen
sich als aus leistungsgleichen und gleichphasigen und aus
leistungsgleichen und gegenphasigen Anteilen bestehend
darstellen, entsprechend dem Empfang über das Summendia
gramm bzw. das Differenzdiagramm einer Monopulsantenne.
Der Signalverlauf der gleichphasigen Anteile ist in Fig. 3b),
der der gegenphasigen in Fig. 3c) dargestellt. Dabei
ist jeweils für den auf der Leitung LL geführten Anteil
ein Pegel von -3 dB und die Phasenlage 0° zugrunde gelegt.
Die gleichphasigen Anteile (Fig. 3b) erleiden bei Durch
laufen der Phasenschieber PL bzw. PR eine um 90° ver
schiedene Phasenverzögerung, wobei der dem Tor 4 des
Kopplers zugeführte Anteil phasennacheilend ist. Im
Koppler werden dadurch beide Leistungsanteile vollständig
auf das Tor 2 ("Eingang") geführt. Die gegenphasigen
Anteile (Fig. 3c) erleiden gleichfalls eine um 90° ver
schiedene Phasenverzögerung in den Phasenschiebern PL und
PR. In diesem Fall bewirkt dies aber eine Phasennacheilung
um 90° des Anteils am Tor 3 des Kopplers, so daß diese
beiden Anteile vollständig auf das Tor 1 geführt werden.
Die Kombination der Phasenschieber mit den 3 dB-90°-Kopp
lern führt also im Empfangsfall zu einer Trennung der dem
Empfang über das Summendiagramm und das Differenzdiagramm
einer Monopulsantenne entsprechenden Empfangsleistungen
einer Strahlerzeile. Die Zeilen-Summenspannungen der Tore
2 aller Koppler werden einem Empfangs-Spaltennetzwerk
zugeführt. Dies kann im einfachsten Fall eine gleich
phasige Zusammenfassung aller Zeilen-Summenspannungen,
vorzugsweise aber ein Monopuls-Netzwerk zur elevationalen
Monopulsauswertung enthalten. Das Netzwerk kann auch für
komplexere Verarbeitung der Empfangssignale bis hin zur
digitalen Diagrammsynthese und Super-Auflösung für jede
einzelne Zeilen-Summenspannung oder für gruppenweise
zusammengefaßte Spannungen getrennte Empfänger aufweisen.
Die Zeilen-Differenzspannungen an den Toren 1 der Koppler
K werden in der Spaltenverteilung SV zusammengefaßt und
können wie bei der bekannten Antenne über eine Sende-
Empfangsweiche einem weiteren Empfänger E2 zugeführt
werden. Die dabei gewonnene Empfangsspannung entspricht
dem Empfang über das azimutale Differenzdiagramm der
gesamten Antenne und kann zusammen mit der Monopuls-Sum
menspannung aus dem Empfangs-Spaltennetzwerk EV zur ge
naueren Richtungsbestimmung im Azimut mittels einer Mono
puls-Verarbeitung herangezogen werden.
Bei dem erläuterten Beispiel wurde von einer Hauptstrahl
richtung (=Maximum des Monopuls-Summendiagramms) in
Richtung der Antennennormale ausgegangen. Für eine
Schwenkung des Diagramms in der Elevation ist bei der
Einstellung der Phasenschieber ein entsprechender, für
beide Phasenschieber PL und PR einer Strahlerzeile
gleicher Phasenwert ΦE zusätzlich zu berücksichtigen.
Entsprechend ist für eine allerdings nur begrenzt auf etwa
± ½ Keulenbreite mögliche Diagrammschwenkung im Azimut
eine zusätzliche Phasendifferenz ΦA zwischen den beiden
Phasenschiebern PL und PR einer Strahlerzeile zu berück
sichtigen, so daß beispielsweise der Phasenschieber PL
einer einzelnen Zeile im Sende- und Empfangsfall auf eine
Phasenverzögerung ΦE, der Phasenschieber PL im Sendefall
auf ΦE+ΦA+90°, im Empfangsfall auf ΦE+ΦA-90° eingestellt
wird.
Durch die Kombination der 3 dB-90°-Koppler mit den Doppel
phasenschiebern und deren Umschaltung zwischen Sende- und
Empfangsphase ergibt sich so eine erhebliche Verbesserung
der Richtungsauflösung bei geringem Zusatzaufwand. Die
Notwendigkeit des Umschaltens der Phasenschieber zwischen
Sende- und Empfangsphase bedeutet darüber hinaus im allge
meinen keinen zusätzlichen Nachteil, da die üblicherweise
benutzten nichtreziproken Phasenschieber eine Umschaltung
ohnehin erfordern.
Claims (5)
1. Radarantenne mit einer Mehrzahl in Zeilen und Spalten
angeordneter Strahler, mit einer Spaltenverteilung zur
Aufteilung der über eine gemeinsame Speiseleitung zuge
führten Sendeleistung auf die verschiedenen Strahler
zeilen, mit je einer Zeilenverteilung pro Strahlerzeile
zur Verteilung der über die Spaltenverteilung zugeführten
Sendeleistung auf die einzelnen Strahlerelemente, mit
elektronisch steuerbaren Phasenschiebern und mit einer
Phasensteuereinheit, die die Phasenschieber nach Maßgabe
einer veränderlich vorgebbaren Form und Hauptstrahlrich
tung des Antennendiagramms einstellt gekennzeichnet durch
die folgenden Merkmale:
- a) zu jeder Strahlerzeile ist ein 3 dB-90°-Koppler vor gesehen, dessen einer Eingang mit der Spaltenver teilung verbunden ist,
- b) an den beiden Ausgängen jedes Kopplers ist je einer der steuerbaren Phasenschieber angeordnet,
- c) jede Zeilenverteilung besteht aus zwei Halbver teilungen, die je eine Hälfte der Strahlerzeile versorgen und über einen der Phasenschieber jeweils mit einem der beiden Ausgänge des Kopplers verbunden sind,
- d) die Differenz der Phasenverzögerungen in den beiden Phasenschiebern an den Ausgängen eines Kopp lers wird in der Empfangsphase auf einen um 180° gegenüber der Sendephase unterschiedlichen Wert eingestellt,
- e) die zweiten Eingänge der 3 dB-90°-Koppler sind an ein Empfangs-Spaltennetzwerk angeschlossen.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Empfangssignale in dem Empfangs-Spaltennetzwerk
gleichphasig zusammengefaßt werden.
3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß das Empfangs-Spaltennetzwerk eine Monopuls-Zu
sammenfassung der Empfangssignale zu einer Summenspannung
und einer Elevations-Differenzspannung umfaßt.
4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß an jedem Eingang des Empfangs-Spalten
netzwerks ein Empfänger angeordnet ist.
5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die gemeinsame Speiseleitung über eine
Sende-Empfangsweiche an einen Empfänger angeschlossen ist,
der mit Einrichtungen zur azimutalen Monopulsauswertung
verbunden ist.
Priority Applications (1)
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Families Citing this family (1)
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DE19636850A1 (de) * | 1996-09-11 | 1998-03-12 | Daimler Benz Aerospace Ag | Phasengesteuerte Antenne |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2855623A1 (de) * | 1978-12-22 | 1980-07-03 | Licentia Gmbh | Weitbereichs-3d-radar |
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- 1988-02-09 DE DE19883803779 patent/DE3803779C2/de not_active Expired - Fee Related
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Date | Code | Title | Description |
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Owner name: TELEFUNKEN SYSTEMTECHNIK GMBH, 7900 ULM, DE |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEUTSCHE AEROSPACE AG, 8000 MUENCHEN, DE |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
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Owner name: EADS DEUTSCHLAND GMBH, 85521 OTTOBRUNN, DE |
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