DE3934716A1 - Phasengesteuerte gruppenantenne fuer ein mikrowellen-landesystem (mls) - Google Patents
Phasengesteuerte gruppenantenne fuer ein mikrowellen-landesystem (mls)Info
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- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
- H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
- H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
- H01Q3/38—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters the phase-shifters being digital
Description
Die Erfindung betrifft eine phasengesteuerte
Gruppenantenne, insbesondere eine Gruppenantenne für ein
Mikrowellen-Landesystem.
Aus der DE-P 29 04 095 C2 ist ein Antennensystem mit
einer phasengesteuerten Gruppenantenne und einem
zugehörigen Koppelnetzwerk bekannt. Dieses Antennensystem
besteht aus einer großen Zahl von Einzelstrahlern, von
denen jeder über einen elektronisch steuerbaren
Phasenschieber mit einem Koppelnetzwerk verbunden ist.
Das Koppelnetzwerk dient dazu, die aus einer
Hochfrequenz-Signalquelle stammende HF-Energie auf die
einzelnen Strahler zu verteilen.
Für Mikrowellen-Landesysteme sind Antennen mit hoher
Nebenzipfeldämpfung und gutem Multipath-Verhalten
erforderlich. Gebräuchliche Anlagen arbeiten bei hohen
Genauigkeitsanforderungen, wie sie sich für
Azimutantennen bei Landebahnen von 4,5 km Länge und für
Elevationsantennen bei ansteigendem Gelände ergeben, mit
einer Strahlbreite von 1,0° und verwenden Phasenschieber
mit einer Phasenquantisierung von 4 Bit. Die für den
Einsatz im zivilen Luftverkehr geforderten Eigenschaften
"hohe Nebenzipfeldämpfung" und "gutes
Multipath-Verhalten" sind bei dieser Strahlbreite nur
durch Gruppenantennen mit etwa 120 Einzelstrahlern und
aufwendigen Konvolver-Netzwerken in
"Spatial-filter"-Technik zu erreichen. Aus diesem Grunde
werden solche Gruppenantennen sehr teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine phasengesteuerte
Gruppenantenne mit einer kleineren Anzahl von
Einzelstrahlern aufzubauen, die dennoch den
Sicherheitsanforderung für den Luftverkehr entspricht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine phasengesteuerte
Gruppenantenne mit der Merkmalskombination des
Hauptanspruches. Die Unteransprüche enthalten
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
Die phasengesteuerte Gruppenantenne gemäß der Erfindung
hat den Vorteil, durch den Einsatz von Phasenschiebern
mit einer Phasenquantisierung von 6 Bit die geforderte
hohe Nebenzipfeldämpfung und das gute Multipath-Verhalten
zu erreichen. Darüberhinaus wird durch die höhere
Phasenquantisierung die Ausrichtgenauigkeit der
Antennenkeule erhöht. Dies hat zur Folge, daß bezüglich
des Fehlerverhaltens eines MLS-Systems beispielsweise
eine 1°/4 Bit-Antennenanlage einer 2°/6
Bit-Antennenanlage äquivalent ist. Damit besteht
prinzipiell die Möglichkeit, die Zahl der für die
Antennenanlage erforderlichen Einzelstrahler zu
reduzieren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden
anhand der einzigen Figur beschrieben und erläutert.
Die einzige Figur zeigt
- - ein Prinzipschaltbild der phasengesteuerten Gruppenantenne.
Mit 10 ist eine Gruppenantenne bezeichnet, die aus einer
großen Zahl von Einzelstrahlern 11 besteht. Jeder
Einzelstrahler 11 ist über einen mit 12 bezeichneten
Phasenschieber mit einem Koppelnetzwerk 14 verbunden. Die
aus einer Hochfrequenz-Signalquelle 15 stammende
Hochfrequenz-Energie wird mit Hilfe des Koppelnetzwerk 14
auf die Einzelstrahler 11 der Gruppenantenne 10 verteilt.
Die phasengesteuerte Gruppenantenne arbeitet wie folgt:
Ihre Hauptkeule kann um einen bestimmten Winkel
geschwenkt werden, in dem die Einzelstrahler um linear
progressive Phasenzuwächse in der Form gespeist werden,
daß sich zwischen zwei benachbarten Strahlern eine
Phasendifferenz bestimmter Größe einstellt. In der Regel
werden für diese Zwecke digitale Phasenschieber
eingesetzt, mit denen die Phase nicht kontinuierlich,
sondern in quantisierten Stufen eingestellt wird. Dies
führt dazu, daß zumeist der eigentlich gewünschte
Phasenwert nicht exakt eingestellt werden kann, sondern
nur der ihm am nächsten liegende Wert im
Quantisierungsraster. Bei jeder Phaseneinstellung wird
also ein Fehler gemacht, der um so größer ist, je
geringer der Quantisierungsgrad des Phasenschiebers ist.
Ein 4-Bit-Phasenschieber läßt sich nur in Stufen von
22,5° schalten, während ein 6-Bit-Phasenschieber eine
Auflösung von 5,625° erlaubt. Der durch die digitalen
Phasenschieber hervorgerufene Quantisierungsfehler hat
natürlich einen entscheidenden Einfluß auf das
Antennendiagramm und das Schwenkverhalten der
Gruppenantenne. So sinkt beispielsweise mit zunehmender
Phasenquantisierung der Level der unerwünschten, aber
nicht vermeidbaren Nebenkeulen im Antennendiagramm.
Umgekehrt nehmen Nebenkeulen mit abnehmender
Phasenquantisierung zu. Mathematisch läßt sich der
quadratische Mittelwert (RMS) des Nebenkeulenlevels
(Side-Lobe-Level, SLL) als Funktion der
Phasenquantisierung ausdrücken mit:
Dabei ist P die Anzahl der Bit, N die Anzahl der
Einzelstrahler. Der Einsatz höher auflösender
Phasenschieber führt jedoch nicht nur zu einer
Abschwächung der von der Antenne erzeugten Nebenkeulen,
sondern auch zu einer Verbesserung der
Ausrichtgenauigkeit der Hauptkeule. Vergleicht man
beispielsweise eine 1°/4 Bit - mit einer 2°/6
Bit-Version, so ergibt sich für die letztere theoretisch
eine Verbesserung in der Ausrichtgenauigkeit um den
Faktor 2.
Fehler, die durch Multipath-Störungen hervorgerufen
werden, sind proportional zum Side-Lobe-Level, d. h. der
in den Nebenkeulen steckenden Energie, proportional zum
Reflexionsfaktor des Störers und proportional zur
Strahlbreite der Antenne. Zur Erreichung der für
Mikrowellen-Landesysteme geforderten Grenzwerte für diese
Fehler müssen die Werte für die Nebenkeulenlevel und die
Hauptkeulenbreite entsprechend gewählt werden. Wird
beispielsweise auf Grund einer geringen
Phasenquantisierung von 4 Bit ein höherer
Nebenkeulenlevel zugelassen, muß die Hauptkeulenbreite
entsprechend klein gewählt werden, beispielsweise 1°. Das
gleiche Ergebnis kann jedoch auch dadurch erreicht
werden, daß durch höhere Phasenauflösung der
Phasenschieber niedrigere Nebenkeulenlevel erreicht
werden, so daß eine breitere Hauptkeule benutzt werden
kann. Genau das ist Gegenstand der hier beschriebenen
Erfindung. Durch den Einsatz von hochauflösenden
Phasenschiebern (6 Bit) kann ein entsprechend geringer
Nebenkeulenlevel erreicht werden. Die Strahlbreite der
Hauptkeule kann dann auf 2° festgelegt werden. Die
nachfolgende Tabelle zeigt, daß dies zu einer
Gruppenantenne führt, die mit einer erheblich geringeren
Anzahl von Einzelstrahlern auskommt.
Tabelle | ||
Strahlbreite | ||
Anzahl der Strahler | ||
Azimutantenne | ||
1,0° | 104 | |
1,65° | 64 | |
2,0° | 52 | |
Elevationsantenne @ | 1,0° | 96 |
1,3° | 64 |
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Phasenschiebern
mit einer Quantisierung von 6 Bit liegt darin, daß die
Ausrichtgenauigkeit der Antennenkeule wesentlich
verbessert wird. Den Zusammenhang zwischen
Ausrichtgenauigkeit - auch beam-pointing-error genannt -,
Quantisierung der Phasenschieber und Zahl der
Einzelstrahler der Antenne verdeutlicht die folgende
Formel:
Darin sind:
ΔR = Schwankung der Antennenkeule,
RB = Breite der Antennenkeule,
P = Quantisierung der Phasenschieber in Bit,
N = Zahl der Einzelstrahler der Antennenanlage.
ΔR = Schwankung der Antennenkeule,
RB = Breite der Antennenkeule,
P = Quantisierung der Phasenschieber in Bit,
N = Zahl der Einzelstrahler der Antennenanlage.
Man erkennt, daß die Quantisierung exponentiell in die
auf die Strahlbreite bezogene Ausrichtgenauigkeit eingeht.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Verwendung
von 6 Bit-Phasenschiebern in phasengesteuerten
MSL-Gruppenantennen den Bau kleinerer Antennen (weniger
Einzelstrahler) mit breiteren Hauptkeulen ermöglicht.
Diese Antennen stehen jedoch hinsichtlich der
MLS-Genauigkeit (Multipah-Verhalten, Nebenzipfeldämpfung)
in nichts den Antennen mit schmaleren Hauptkeulen (1°)
nach, sind sogar hinsichtlich der Ausrichtgenauigkeit
besser.
Claims (3)
1. Phasengesteuerte Gruppenantenne mit einer Vielzahl von
Einzelstrahlern, die über elektronisch steuerbare
Phasenschieber mit einer gemeinsamen
Hochfrequenz-Signalquelle verbunden sind,
gekennzeichnet durch
Phasenschieber mit einer Phasenquantisierung von 6 Bit.
2. Phasengesteuerte Gruppenantenne nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einem
Mikrowellen-Landesystem (MLS).
3. Phasengesteuerte Gruppenantenne nach den Ansprüchen 1
und 2,
gekennzeichnet durch eine Strahlbreite von
1,3° für Elevationsantennen und
1,65° für Azimutantennen.
1,3° für Elevationsantennen und
1,65° für Azimutantennen.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893934716 DE3934716A1 (de) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | Phasengesteuerte gruppenantenne fuer ein mikrowellen-landesystem (mls) |
EP19900118430 EP0423512A3 (en) | 1989-10-18 | 1990-09-26 | Phase controlled antenna array for a microwave landing system (mls) |
AU63879/90A AU6387990A (en) | 1989-10-18 | 1990-10-08 | A phased-array antenna |
JP2275487A JPH03145304A (ja) | 1989-10-18 | 1990-10-16 | マイクロ波着陸援助システムのためのフェーズドアレイアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893934716 DE3934716A1 (de) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | Phasengesteuerte gruppenantenne fuer ein mikrowellen-landesystem (mls) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3934716A1 true DE3934716A1 (de) | 1991-04-25 |
Family
ID=6391697
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893934716 Withdrawn DE3934716A1 (de) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | Phasengesteuerte gruppenantenne fuer ein mikrowellen-landesystem (mls) |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0423512A3 (de) |
JP (1) | JPH03145304A (de) |
AU (1) | AU6387990A (de) |
DE (1) | DE3934716A1 (de) |
Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
DE69533862T2 (de) | 1994-11-04 | 2005-12-15 | Andrew Corp., Orland Park | Basisstation für zellulares Telekommunikationssystem mit Antennensteuerungsanordnung und Antennensteuerungsanordnung |
US6239744B1 (en) | 1999-06-30 | 2001-05-29 | Radio Frequency Systems, Inc. | Remote tilt antenna system |
US6573875B2 (en) | 2001-02-19 | 2003-06-03 | Andrew Corporation | Antenna system |
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US3699584A (en) * | 1970-12-30 | 1972-10-17 | Us Army | Insertion phase correction of phase shifters by presetting binary counters |
US4586047A (en) * | 1983-06-29 | 1986-04-29 | Rca Corporation | Extended bandwidth switched element phase shifter having reduced phase error over bandwidth |
FR2602096A1 (fr) * | 1986-07-25 | 1988-01-29 | Thomson Csf | Procede et dispositif de compensation de la dispersion en frequence d'une antenne a balayage electronique, et son application a un systeme d'aide a l'atterrissage de type mls |
-
1989
- 1989-10-18 DE DE19893934716 patent/DE3934716A1/de not_active Withdrawn
-
1990
- 1990-09-26 EP EP19900118430 patent/EP0423512A3/de not_active Withdrawn
- 1990-10-08 AU AU63879/90A patent/AU6387990A/en not_active Abandoned
- 1990-10-16 JP JP2275487A patent/JPH03145304A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0423512A3 (en) | 1991-06-12 |
AU6387990A (en) | 1991-04-26 |
EP0423512A2 (de) | 1991-04-24 |
JPH03145304A (ja) | 1991-06-20 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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