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Die Erfindung geht aus von einer Richtantennenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zur Unterdrückung von Störsignalen, die von einer Funkantenne empfangen werden, sind zwei sich ähnelnde Methoden bekannt. Die eine Methode, die z. B. im Aufsatz von Knetsch, H. D.: ”Adaptive räumliche Filterung zur Unterdrückung von Störsignalen” in der Zeitschrift ”Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichte”, Band 6 (1977) Nr. 5, Seiten 300 bis 307 beschrieben wird, ist die sogenannte räumliche Filterung, die auch als Nullstellensteuerung bezeichnet wird. Dabei empfängt eine aus gewöhnlich rundstrahlenden Hochfrequenzstrahlern bestehende Antenne Leistung aus einer Nutzsignal-Störsignal-Umgebung. Unter der Annahme, daß Nutz- und Störsignal nicht korreliert sind, wird ein Störsignalwert gebildet und vom empfangenen Nutzsignal-Störsignal-Gemisch abgezogen. Das resultierende Empfangsdiagramm weist dann in Störsignalrichtung eine Nullstelle auf. Zur Bildung des Störsignalwerts können, wie dies z. B. bei einer phasengesteuerten Antenne der Fall ist, die Empfangssignale aller Hochfrequenzstrahler herangezogen werden oder nur von einem Teil der Strahler. Die letztgenannte Möglichkeit wird häufig als Sidelobe-Canceller bezeichnet. Mit einer konventionellen Antenne läßt sich nur ein Sidelobe-Canceller-System realisieren, wobei zur Bildung des Störsignalwerts eine oder mehrere Zusatzantennen erforderlich sind. Antennen mit adaptiver Steuerung von Einzelstrahlern zur Unterdrückung von Störersignalen sind auch aus folgenden Druckschriften bekannt:
- US 4 320 535 ;
- JP 53-47751 A .
- In: Englischsprachige Abstracts ungeprüfter offengelegter Japanischer Patentanmeldungen (JP-A2 Patentdokumente);
- Yuen, S. M.: Algorithmic, Architectural, and Beam Pattern Issues of Sidelobe Cancellation. In: IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 25, No. 4, July 1989, S. 459 bis 471;
- Bar-Ness, Y.: Steered Beam and LMS Interference Canceler Comparison. In: IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-19, No. 1, January 1983, S. 30 bis 39;
- Ogawa, Y. et al.: An Analog Open-Loop Adaptive-Array Antenna System. In: IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-19, No. 1, January 1983, S. 89 bis 101;
- Eggestad, M. et al.: A Combined Programmed and Adaptive Null Steering Technique. In: IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-16, No. 5, September 1980, S. 639 bis 646;
- Applebaum, S. P.: Adaptive Arrays. In: IEEE Transactions an Antennas and Propagation, Vol. AP-24, No. 5, September 1976, S. 585 bis 598.
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Die zweite Methode, die wegen der Nichtanwendung einer adaptiven Regelschleife vom Prinzip des Sidelobe-Cancellers abweicht, wird im Aufsatz von Arancibia, P. B.: ”A Sidelobe Blanking System” in der Zeitschrift ”Microwave Journal”, March 1978, Seiten 69 bis 73, beschrieben. Dabei werden eine relativ scharf bündelnde Richtantenne, z. B. eine Radarantenne, und ein im wesentlichen rundstrahlender SLS-Zusatzstrahler verwendet. Die Richtantenne hat eine Hauptkeule mit hohem Gewinn und Nebenzipfel mit sehr geringem Pegel. Der SLS-Zusatzstrahler hat einen den Nebenzipfelpegel überall sicher überdeckenden Pegel. Mit beiden Antennen werden gleichzeitig die aus dem Raum kommenden Signale empfangen. Mittels einer ein Tor steuernden Vergleichsschaltung für die beiden Signalzüge lassen sich diejenigen über die Richtantenne kommenden und auf störende Nebenzipfel zurückgehenden Empfangssignale der Richtantenne unterdrücken, die zu einer Zeit eintreffen, während der das Signal im SLS-Zusatzstrahlerweg stärker als das Signal im Richtantennenweg ist. Die letztgenannte Methode ermöglicht in nachteiliger Weise nicht das Ausblenden eines Störers im Hauptkeulenbereich der Richtantenne, was insbesondere dann sehr unangenehm ist, wenn die Richtantenne nicht sehr groß bemessen ist und deswegen eine etwas breitere Hauptkeule aufweist. Außerdem ist bei kleineren Richtantennen nicht rundum mit beliebig hoher Nebenzipfeldämpfung zu rechnen, so daß die Ausblendung von Störersignalen rundum dann nicht mehr gewährleistet ist. Kleine Richtfunkantennen, wie sie z. B. für mobilen Einsatz verwendet werden, weisen nämlich zum einen eine relativ breite Hauptkeule, zum anderen eine nicht beliebig hohe Nebenzipfeldämpfung auf. Bei ihrem militärischen Einsatz im Gefechtsfeld oder in dessen Nähe sind die Richtfunkstrecken jedoch häufig gezielten Störungen ausgesetzt.
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Aus
DE-AS 12 73 619 und aus dem Aufsatz von Trentini, G. V.: ”Integrierte Abfrage-Antennensysteme bei Rundsicht-Radaranlagen” in der Zeitschrift ”NTZ” 28 (1975), Heft 11, Seiten 391 bis 397, sind sind Antennenanordnungen mit zwei Richtantennen und einem SLS-Zusatzstrahler darüber zur Nebenzipfelsignalunterdrückung bei Sekundärradaranlagen bekannt. Die beiden Richtantennen werden deswegen benutzt, damit ein Summen- und ein Differenzdiagramm erzeugt werden können. Das Differenzdiagramm dient einer Peilverschärfung. Dieses Prinzip der Nebenzipfelsignal-Unterdrückung ist ein ganz anderes als bei der adaptiven Antenne oder dem Sidelobe-Canceller. Über den SLS-Zusatzstrahler, dessen Strahlungsdiagramm das Nebenzipfeldiagramm der die Abfragesignale abstrahlenden Richtantennen überdeckt, wird ein Kontrollsignal abgegeben. Abfragen über Nebenkeulen werden in einem entfernten Transponder dann dadurch erkannt, daß sie mit geringerer Leistung empfangen werden als der Kontrollimpuls. Es handelt sich mithin um eine Pegelvergleichsmethode von einzelnen, über unterschiedliche Antennen ausgestrahlten Impulsen einer Impulsgruppe. Hierauf läßt sich das Prinzip der adaptiven Antenne mit Phasen- und Amplitudensteuerurng der über die einzelnen Strahlerelemente empfangenen Signale überhaupt nicht anwenden, zumal auch die beiden die Hauptantenne bildenden Abfrage-Richtantennen nicht einem adaptiven Prinzip unterliegen, sondern als Summen-Differenz-Antennen geschaltet sind.
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Aus
DE 32 27 259 A1 ist eine aus zwei Richtantennen bestehende Antennenanordnung bekannt, die nach dem allgemein bekannten Interferometer-Prinzip arbeitet, wobei die zwei Richtantennen über Phasenschieber gespeist werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Richtantennenanordnung zu schaffen, die eine Nullstellenerzeugung, d. h. Störersignalausblendung, sowohl im Haupt- als auch im Nebenkeulenbereich ermöglicht und sich bei voller Wirksamkeit für den mobilen Einsatz und damit in relativ kleiner Bauform ausführen läßt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer gattungsgemäßen Richtantennenanordnung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Die Richtantennenanordnung nach der Erfindung stellt eine Antennenkombination mit adaptiver Zusammenschaltung dar, die eine Nullstellenerzeugung, d. h. Störerausblendung, sowohl im Haupt- als auch im Nebenkeulenbereich ermöglicht und dadurch ein sehr vorteilhaftes Mittel gegen Bedrohungen ist, die sich durch gezielte Störungen beim militärischen Einsatz von verhältnismäßig kleinen Richtfunkantennen im Gefechtsfeld oder in dessen Nähe ergeben.
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Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung und vorteilhafte Weiterbildungen davon werden im folgenden anhand von fünf Figuren erläutert. Es zeigen
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1 in einer Schrägansicht eine Richtantennenanordnung nach der Erfindung für den Einsatz als Richtfunkantenne,
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2 die elektrische Zusammenschaltung der Richtantennenanordnung nach der Erfindung, und
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3 bis 5 Diagrammbeispiele zur Nullstellenerzeugung innerhalb und außerhalb der Hauptkeule.
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1 zeigt in einer Schrägansicht zwei gleiche, nebeneinander an einer durch einen Mast gebildeten Befestigungsvorrichtung 1 angebrachte Richtantennen 2 und 3 mit derselben Hauptstrahlrichtung. Darüber ist zentral eine SLS(Side-Lobe-Suppression)-Zusatzantenne 4 in Form eines Rundstrahlers ebenfalls am Mast 1 befestigt.
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Die Zusammenschaltung der drei Antennen 2, 3 und 4 zeigt 2. Die Zusammenschaltung der beiden Richtantennen 2 und 3 erfolgt dabei über einen steuerbaren Phasenschieber 5, durch welchen die Nullstellenerzeugung innerhalb der Hauptkeule besorgt wird. Durch diesen Phasenschieber 5 erfolgt die Einstellung der relativen Signalphasenlage der beiden Richtantennen 2 und 3. An einer einen Summensignalausgang 7 aufweisenden Kombiniereinrichtung 6 sind die von der Richtantenne 3 und über den Phasenschieber 5 von der Richtantenne 2 kommenden Signale zusammengeschaltet. Eingestellt wird der steuerbare Phasenschieber 5 mittels einer adaptiven Regelschleife und zwar so, daß sich an einer Störerposition im gemeinsamen Hauptkeulenbereich der beiden Richtantennen 2 und 3 am Summensignalausgang 7 der Kombiniereinrichtung 6 eine Nullstelle ergibt. Der Summensignalausgang 7 der Kombiniereinrichtung 6 und der SLS-Zusatzantenne 4 sind unter Zwischenschaltung eines steuerbaren Dämpfungsgliedes 8 und eines weiteren steuerbaren Phasenschiebers 9 an einer weiteren, einen Gesamtsummensignalausgang 10 aufweisenden Kombiniereinrichtung 11 zusammengeschaltet. Diese Zusammenschaltung besorgt eine Überlagerung der Summe der Richtantennensignale mit dem SLS-Zusatzantennensignal und daraus folgend die Nullstellenerzeugung im Nebenkeulenbereich. Dabei wird das Signal der SLS-Zusatzantenne 4 mittels adaptiver Regelschleifensteuerung durch das steuerbare Dämpfungsglied 8 pegelgleich und durch den steuerbaren Phasenschieber 9 gegenphasig gemacht, so daß es sich mit dem Nebenzipfelsignal der beiden Richtantennen 2 und 3 kompensiert. Der adaptive Abgleich in den adaptiven Regelschleifen wird nach dem Kriterium des maximalen Signal/Rauschverhältnisses vorgenommen. Der Abgleich für den Haupt- und den Nebenkeulenbereich beim Diagrammabgleich wird zeitlich nacheinander ausgeführt. Die Kombiniereinrichtungen 6 und 11, welche die Zusammenfassung der Signale bewerkstelligen, lassen sich in zweckmäßiger Weise durch entkoppelnde T-Hybride realisieren. Im Zuführungsweg zu den beiden Richtantennen 2 und 3 ist jeweils noch ein steuerbares Dämpfungsglied 12 bzw. 13 vorgesehen. Diese beiden Dämpfungsglieder 12 und 13 dienen zum Ausgleich von kleineren Amplitudenunterschieden der beiden Richtantennensignale.
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Der Pegel der SLS-Zusatzantenne 4 muß über dem Nebenzipfelpegel des Diagramms der beiden zusammengeschalteten Richtantennen 2 und 3 liegen. Bei niedrigen Nebenzipfeln in bestimmten Winkelbereichen ist es günstig, wenn der Pegel der SLS-Zusatzantenne 4 diese Nebenzipfel nicht um mehr als 3 dB überschreitet, da sonst mehr Störsignale von anderen Störern aufgenommen werden. Die Strahlungscharakteristik der SLS-Zusatzantenne 4 kann demnach häufig auch von derjenigen einer Rundstrahlantenne abweichen.
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Die 3 bis 5 zeigen Beispiele, wie das resultierende Strahlungsdiagramm der beiden Richtantennen 2, 3 bei Störereinfall aus verschiedenen Richtungen so verändert werden kann, daß in der jeweils durch einen Pfeil angedeuteten Störereinfallsrichtung ein Strahlungsminimum erzeugt wird. Das Einzeldiagramm einer Richtantenne 2 bzw. 3 ist dabei mit durchgezogenen Linien dargestellt, wogegen das resultierende Diagramm der beiden mit der SLS-Zusatzantenne zusammengeschalteten Richtantennen 2, 3 gestrichelt gezeichnet ist. Der Pegel der SLS-Zusatzantenne 4 allein ist strichpunktiert dargestellt. Im Beispiel nach 3 tritt der Störereinfall im Nebenkeulenbereich auf, und das resultierende Strahlungsdiagramm wird durch Einstellung des steuerbaren Phasenschiebers 9 und des steuerbaren Dämpfungsgliedes 8 so adaptiert, daß an derjenigen Stelle, an der der Störer einfällt, das resultierende Diagramm eine Nebenzipfelnullstelle aufweist. 4 zeigt ein Beispiel, in welchem der Störereinfall im inneren Hauptkeulenbereich des Einzeldiagramms der beiden Richtantennen 2, 3 auftritt. Durch adaptive Justierung des steuerbaren Phasenschiebers 5 wird das resultierende Diagramm so angepaßt, daß in der Störereinfallsrichtung eine Strahlungsnullstelle auftritt. Ein ähnlicher Sachverhalt liegt im in 5 dargestellten Beispiel vor, in welchem der Störereinfall nicht im inneren, sondern im äußeren Hauptkeulenbereich auftritt. Durch adaptive Steuerung des Phasenschiebers 5 erfolgt hier ebenfalls eine Störerausblendung, in diesem Fall durch Erzeugung eines Strahlungsminimums des resultierenden Diagramms im äußeren Hauptkeulenbereich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Befestigungsvorrichtung
- 2, 3
- Richtantennen
- 4
- SLS-Zusatzantenne
- 5
- steuerbarer Phasenschieber
- 6
- Kombiniereinrichtung
- 7
- Summensignalausgang
- 8
- steuerbares Dämpfungsglied
- 9
- steuerbarer Phasenschieber
- 10
- Summensignalausgang
- 11
- Kombiniereinrichtung
- 12, 13
- steuerbare Dämpfungsglieder
