DE4014320A1

DE4014320A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen kalibrierung einer phasengesteuerten gruppenantenne

Info

Publication number: DE4014320A1
Application number: DE19904014320
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Koelzer
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1990-05-04
Filing date: 1990-05-04
Publication date: 1991-11-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Kalibrierung von phasengesteuerten Gruppenantennen, insbesondere von Gruppenantennen für Mikrowellenlandesysteme.

An die Genauigkeit von Landehilfen in der Luftfahrt, insbesondere an die Genauigkeit von Mikrowellenlandesystemen, werden sehr hohe Anforderungen gestellt. Diese Anforderungen können nur dann erfüllt werden, wenn die in den Landesystemen verwendeten Antennen hinreichend gut kalibriert sind. Dies gilt sowohl für die Azimutantennen (AZ-Antennen), als auch für die Elevations-Antennen (EL-Antennen). Aus der US-45 20 361 ist ein Verfahren zur Kalibrierung einer phasengesteuerten AZ-Antenne mit 4-Bit-Phasenauflösung bekannt, bei dem Testsonden in jeden Hohlleitereinzelstrahler eingeführt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Reproduzierbarkeit dieser Messungen mit Hilfe einer Sonde bei phasengesteuerten Gruppenantennen mit 6-Bit-Auflösung nicht ausreichend ist. Hinzu kommt, daß das beschriebene Verfahren bei EL-Antennen nicht ohne weiteres durchzuführen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kalibrierverfahren anzugeben, das gleichermaßen für Azimut- und Elevationsantennen anwendbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit der Merkmalskombination des ersten Verfahrensanspruchs und durch eine Vorrichtung mit der Merkmalskombination des Vorrichtungsanspruches.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben den Vorteil, daß die Kalibrierung der phasengesteuerten Gruppenantennen durch Berücksichtigung moderner Verfahren in Digital- und Regelungstechnik zuverlässig und kostengünstig durchzuführen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer phasengesteuerten Gruppenantenne mit Monitor und Signalverarbeitung,

Fig. 2 das Prinzip der Regeleinrichtung zur Kalibrierung.

In Fig. 1 ist mit 10 eine phasengesteuerte Gruppenantenne bezeichnet, die aus mit 11 bezeichneten Strahlern besteht. Die Strahler werden aus einer Hochfrequenzquelle 14 mit hochfrequenter elektrischer Energie versorgt, die in einem Netzwerk 13 auf die einzelnen Strahler verteilt und durch Phasenschieber 12 den Strahlern 11 zugeführt wird. Bei den Phasenschiebern handelt es sich um elektronisch steuerbare Hochfrequenzphasenschieber mit einer Auflösung von 4 oder 6 Bit. Mit 15 ist ein Integralhohlleiter bezeichnet, an dessen Ausgang ein dem Fernfeld der Antenne entsprechendes Signal ansteht. In einem mit 17 bezeichneten Mischer wird das Ausgangssignal des Integralhohlleiters 15 mit einem über ein Koppelelement 16 aus der Hochfrequenzquelle 14 ausgekoppelten Hochfrequenzsignal gemischt. Das Ausgangssignal des Mischers 17 wird einem mit 18 bezeichneten Tiefpaß zugeführt, um nicht erwünschte Mischungsprodukte auszufiltern. Das Ausgangssignal des Tiefpasses 18 gelangt über eine Sample- und Holdschaltung 19 zu einem Analog-Digitalwandler 20, der die zeitkontinuierlichen und wertekontinuierlichen Signale in zeitdiskrete und wertdiskrete Signale umwandelt. Ein mit 21 bezeichneter Signalprozessor berechnet aus dem Ausgangssignal des Analog-Digitalwandlers 20, beispielsweise mit Hilfe der Hilbert-Transformation und der Fourier-Transformation, die Aperturbelegung der phasengesteuerten Gruppenantenne 10. Der Signalprozessor 21 kann ein Mikroprozessor sein. Alle oben genannten, mit zeit- und wertdiskreten Signalen arbeitenden Schritte können jedoch auch von einem Personal-Computer (PC) 22 durchgeführt werden. Die Ermittlung der Aperturbelegung der Antenne ist nicht Gegenstand der Erfindung und wird aus diesem Grunde hier nicht näher ausgeführt. Es sind auch andere Verfahren zur Ermittlung der Aperturbelegung als das hier beschriebene denkbar.

In Fig. 2 wird nun näher ausgeführt, in welcher Weise die phasengesteuerte Gruppenantenne nach Fig. 1 kalibriert wird. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente wie in Fig. 1. Die phasengesteuerte Gruppenantenne mit ihren Strahlern 11 ist hier als Block mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Ebenfalls als Block erscheinen die Phasenschieber mit den Bezugszeichen 12. Mit 24 ist ein am Ausgang des Integralhohlleiters 15 anstehendes Signal bezeichnet, das dem Fernfeld der Antenne 10 entspricht. Dieses dem Fernfeld der Antenne entsprechende Signal 24 wird in einer mit 23 bezeichneten Recheneinheit, die beispielsweise mit dem Signalprozessor 21 nach Fig. 1 identisch sein kann, einer Integraltransformation unterworfen, um die Aperturbelegung der Antenne 10 zu gewinnen. Mit 25 ist eine Regeleinrichtung bezeichnet, der das Ausgangssignal der Recheneinrichtung 23 zugeführt wird. Über eine mit 26 bezeichnete Leitung wird einem mit 27 bezeichneten Summenpunkt der Sollwert für die Phaseneinstellung des mit 12 bezeichneten Phasenschiebers eingegeben. über eine mit 28 bezeichnete Leitung wird von diesem Sollwert das Ausgangssignal der Regeleinrichtung 25 subtrahiert. Damit gelangt auf den Phasenschieber das Differenzsignal zwischen dem Sollwert auf Leitung 26 und dem Ausgangssignal der Regeleinrichtung 25 über Leitung 28. Die in Fig. 2 gesondert bezeichnete Recheneinrichtung 23, die Regeleinrichtung 25, der Summenpunkt 27 und die Leitung mit den Sollwerten 26 können je nach Ausführung in einem Signalprozessor als Programm realisiert sein. Alle die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Schritte können beispielsweise im Signalprozessor 21 in Fig. 1 ausgeführt werden. Aus Fig. 2 wird deutlich, daß jedem einzelnen Strahler 11 der phasengesteuerten Gruppenantenne 10 ein Regelkreis nach Fig. 2 zugeordnet ist. Zum Abgleich der Antenne wird in einem ersten Schritt ein Vergleich zwischen Soll- und Istwert der Aperturbelegung durchgeführt. Gleichzeitig werden von der Regeleinrichtung Korrekturwerte erzeugt. Sollte mit diesen Korrekturwerten eine vollständige Übereinstimmung zwischen Soll- und Istwerten nicht erreicht werden können, werden die Regelparameter verändert (adaptiver Regelkreis) und das eben beschriebene Verfahren wird wiederholt. Das Verfahren wird insgesamt so lange wiederholt, bis Soll- und Istwert der Aperturbelegung nur noch innerhalb vorgeschriebener Toleranzbereiche voneinander abweichen. Bei der Durchführung des Verfahrens muß die Abtastrate des Monitorsignales so hoch sein, daß unmittelbare Aliasing-Effekte in der rekonstruierten Belegungsfunktion vernachlässigbar klein werden, also deutlich über der Nyquist-Rate.

Claims

1. Iteratives Verfahren zur Kalibrierung einer mittels Phasenschiebern gesteuerten Gruppenantenne, insbesondere für Mikrowellenlandesysteme (MLS), bei dem dem Fernfeld der Gruppenantenne entsprechende erste Signale aus einem Integralhohlleiter abgeleitet und durch Fourier-Transformation in der Aperturbelegung der Antenne entsprechende zweite Signale transformiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Signale mit in Speichermitteln abgespeicherten dritten Signalen verglichen werden und ein der Abweichung der zweiten Signale von den dritten Signalen entsprechendes Differenzsignal erzeugt wird, das einer Regeleinrichtung zugeführt wird, deren Ausgangssignal auf mit der Gruppenantenne verbundene Phasenschieber wirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Signale zeitdiskrete Signale sind.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Aperturbelegung die schnelle Fourier-Transformation (Fast Fourier Transformation (FFT)) benutzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Regeleinrichtung ein Mikroprozessor verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Regeleinrichtung ein Personal-Computer (PC) verwendet wird.

6. Vorrichtung zur Kalibrierung einer aus einer Vielzahl von über elektronisch angesteuerte Phasenschieber mit Hochfrequenzenergie versorgte Strahler bestehenden phasengesteuerten Gruppenantenne, insbesondere für Mikrowellenlandesysteme (MLS), mit einem Integralhohlleiter und ersten Mitteln, die Ausganssignale des Integralhohlleiters durch Fourier-Transformation in eine Aperturbelegung der Gruppenantenne umwandeln, gekennzeichnet durch Speichermittel zur Speicherung einer Soll-Aperturbelegung und Vergleichsmittel, die die Soll-Aperturbelegung mit der Aperturbelegung der Gruppenantenne vergleichen, und durch Regelmittel, die jeden einzelnen elektronischen Phasenschieber abhängig von der Abweichung zwischen der Soll-Aperturbelegung und der Aperturbelegung der Antenne beeinflussen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Mikroprozessor als Regel- und Vergleichsmittel.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen PC als Regel- und Vergleichsmittel.