DE4138782C1

DE4138782C1 - Direction finder antenna with adjacent passive dipole elements - has diode switch between input and output of transformer at point where balanced input voltage is zero w.r.t. earth

Info

Publication number: DE4138782C1
Application number: DE19914138782
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 8391 Tiefenbach De Steghafner
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1991-11-26
Filing date: 1991-11-26
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2011-11-27

Abstract

The direction-finding antenna has several passive, dipole antenna elements (3, 4) which are mounted side by side and which are connected separately through a balancing transformer (5, 6, 7) and at least one switching diode (9) with an evaluating unit. The switching diode is introduced between the input (1, 2) and the output (12, 13) of the transducer at the place (8) where the push-pull signal voltage of the antenna elements (3, 4) connected to the input (1, 2) is zero relative to earth. ADVANTAGE - Compact design which does not adversely affect sensitivity of system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Peilantennensystem laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a DF antenna system according to Preamble of the main claim.

Peilsysteme dieser Art sind bekannt. Die Schaltdioden sind dabei entweder - bezogen auf die Dipole - hinter dem Symmetrieüberträger angeordnet (Funk-Technik, 1975, Nr. 1/2, Seiten 26-29 oder unmittelbar am Fußpunkt der Dipole vor dem Symmetrierübertrager (Grabau/Pfaff, Funkpeiltechnik, Franckh′sche Verlagsbuchhandlung Stuttgart, Seite 162). Erstere Lösung besitzt den Nachteil, daß insbesondere im oberen Frequenzbereich die Leitungen des Symmetrier übertragers die bei abgeschalteten also nichtleitenden Schaltdioden (offener Schalter) hochohmige Impedanz auf einen am Dipol wirksamen niederohmigen Wert transfor mieren, der Fußpunkt des Dipols also relativ niederohmig belastet ist und daher starke Verkopplungen zwischen den benachbarten Dipolen des Gesamtsystems zu befürchten sind. Die zweite Lösung besitzt den Nachteil, daß zur Steuerung der Schaltdioden eine zusätzliche Induktivität zwischen den beiden Dipolhälften angeschaltet werden muß und außerdem noch ein zusätzlicher Kondensator zur Gleichstromtrennung erforderlich ist. Diese zusätzlichen Blindelemente bewirken im gesamten Frequenzbereich eine erhebliche zusätzliche Toleranzstreuung der Peilelemente des Gesamtsystems. Außerdem bewirkt bei der zweiten Lösung die hochohmige Ausgangsimpedanz der elektrisch kurzen Strahler in Verbindung mit der Diodensperrkapazität eine relativ geringe Abschaltentkopplung, im ungünstigsten Fall können resonanzartige Effekte im Bereich der Strahler zu Problemen führen. Die zusätzlichen Bauelemente behin dern außerdem einen kompakten Aufbau der Antennenelek tronik.DF systems of this type are known. The switching diodes are either - based on the dipoles - behind arranged the symmetry transmitter (Funk-Technik, 1975, No. 1/2, pages 26-29 or directly at the base of the dipoles the balun (Grabau / Pfaff, radio direction finding technology, Franckh′sche publishing house Stuttgart, page 162). The former solution has the disadvantage that in particular the lines of symmetry in the upper frequency range transmitter which is switched off, i.e. non-conductive Switch diodes (open switch) high impedance transfor a low-impedance value effective at the dipole mieren, the base of the dipole so relatively low is loaded and therefore strong links between to fear the neighboring dipoles of the overall system are. The second solution has the disadvantage that for Control of the switching diodes an additional inductance between the two dipole halves must and also an additional capacitor for DC isolation is required. These additional Dummy elements cause one in the entire frequency range considerable additional tolerance variation of the DF elements of the overall system. In addition, with the second solution the high impedance output impedance of the electrically short Emitter in connection with the diode blocking capacity one relatively low decoupling, in the worst case This can cause resonance-like effects in the area of the radiators lead to problems. The additional components behind also a compact structure of the antenna electronics tronics.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Peilantennensystem dieser Art zu schaffen, das diese Nachteile der bekannten Lösungen vermeidet und einen bauelementesparenden, kom pakten Aufbau der den Dipolantennenelementen zugeord neten Elektronik ermöglicht ohne die Peilempfindlichkeit des Systems zu beschränken.The object of the invention is a DF antenna system of this kind to create these disadvantages of the known Avoids solutions and a component-saving, com Compact structure of the assigned to the dipole antenna elements Neten electronics allows without the bearing sensitivity of the system.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Peilantennensystem laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kenn zeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is based on a DF antenna system according to the preamble of the main claim through its drawing features solved. Advantageous further training result from the subclaims.

Bei dem erfindungsgemäßen Peilantennensystem sind die Schaltdioden unmittelbar in den Symmetrierübertrager integriert, bei gesperrten Dioden wird der hochohmige Sperrwiderstand unbeeinflußt am Fußpunkt der Dipolelemente wirksam, es wird damit ein hochohmiger reeller Fußpunkt abschluß der Dipolstrahler erreicht und damit eine breit bandige minimale Verkopplung zwischen den benachbaren Dipolen des Gesamtsystems erreicht, ohne daß die Anten nenstrahler zusätzlich verkürzt werden. Damit besitzt ein Peilantennensystem nach der Erfindung maximale Empfangsempfindlichkeit. Das erfindungsgemäße System ist insbesondere für Dopplerpeiler geeignet, bei denen die nebeneinander angeordneten einzelnen Dipol-Antennen elemente sequentiell über die Schaltdioden abgetastet werden, denn die abgeschalteten Elemente werden auch bei hohen Frequenzen bis in den GHz-Bereich noch hochohmig abgeschlossen, da die Impedanz der verwendeten Schalt dioden nicht durch eine Impedanztransformation des Über tragers zum Strahlerfußpunkt hin erniedrigt wird. Da ferner die Zufuhr des Schaltstromes zu den Schaltdioden bei der erfindungsgemäßen Anordnung keine zusätzlichen Gleichstrom-Koppelinduktivitäten erfordert und auch keine zusätzlichen Gleichstrom-Trennkondensatoren, die Anordnung also sehr bauelementesparend und kompakt aufgebaut werden kann, können die einzelnen Dipol-Antennenelemente mit ihrer zugehörigen Elektronik mit geringst möglichen Toleranzen untereinander hergestellt werden, so daß auch hierdurch die Peilgenauigkeit nicht beeinträchtigt wird, was vor allem für breitbandige Funküberwachungs-Peilan tennen wichtig ist, bei denen das Verhältnis von Anten nenkreisdurchmesser zu Wellenlänge an der unteren Fre quenzgrenze relativ klein wird und vor allem dort bereits geringste Toleranzen der Peilelemente die Peilgenauigkeit erheblich verschlechtern.In the DF antenna system according to the invention Switching diodes directly in the balun integrated, with blocked diodes the high-resistance Blocking resistance unaffected at the base of the dipole elements effective, it becomes a high-impedance real base Completed the dipole emitter and thus a wide narrow banded coupling between the neighboring ones Dipoles of the entire system is reached without the antenna can also be shortened. So owns a DF antenna system according to the invention maximum Reception sensitivity. The system according to the invention is particularly suitable for Doppler direction finders where the individual dipole antennas arranged side by side elements sequentially scanned via the switching diodes because the elements that are switched off are too still high impedance at high frequencies up to the GHz range completed because the impedance of the switching used diodes not by an impedance transformation of the over carrier is lowered to the spotlight base. There also the supply of the switching current to the switching diodes no additional in the arrangement according to the invention DC coupling inductors required and none additional DC isolation capacitors, the arrangement so they are very compact and compact can, the individual dipole antenna elements with their associated electronics with the least possible Tolerances are made with each other, so that too this does not affect the bearing accuracy, what especially for broadband radio surveillance peilan tennen is important, in which the ratio of Anten circle diameter to wavelength at the lower fre limit becomes relatively small and especially there lowest tolerances of the DF elements the DF accuracy deteriorate significantly.

Die Schaltdioden werden gemäß der Erfindung an einer Stelle des Symmetrierübertragers angeordnet, an welcher bei gesperrter Schaltdiode (offener Abtastschalter) von den Fußpunkten der Dipole aus gesehen die Symmetrie des Übertragers nicht gestört ist. Nachdem für den erfin dungsgemäßen Zweck die verschiedenartigsten Symmetrier übertrager geeignet sind ist auch die Stelle, an welcher innerhalb dieses Übertragers die Schaltdioden eingebaut werden, unterschiedlich. Für den erfindungsgemäßen Zweck sind alle bekannten Symmetrierübertrager geeignet, wie sie beispielsweise in Meinke Grundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, 4. Aufl., Seiten L13 oder in der Schweizer Patentschrift 3 59 171 beschrieben sind. Die Stelle eines Symmetrierübertragers, an welcher die Symmetrie vom Eingang her (Anschluß der Dipolelemente) durch eingefügte Impedanzen nicht gestört werden kann, ist die bezüglich der Dipolanschlüsse symmetrische Stelle, an welcher die Spannung der zu symmetrierenden Größe (Gegentaktsignal an den Strahleranschlüssen) gegen Masse Null ist.The switching diodes are according to the invention on a Place the balun, at which with a blocked switching diode (open sampling switch) of seen from the base of the dipoles the symmetry of the Transformer is not disturbed. After for the inventor according to the purpose the most varied symmetry The place where the transmitter is suitable is also suitable the switching diodes are built into this transformer become different. For the purpose according to the invention are all known symmetry transformers, such as for example in Meinke Grundlach, Taschenbuch der High frequency technology, 4th edition, pages L13 or in the Swiss Patent 3 59 171 are described. The Place a balun at which the Symmetry from the input (connection of the dipole elements) cannot be disturbed by inserted impedances, is the point symmetrical with respect to the dipole connections, at which the tension of the quantity to be symmetrized (Push-pull signal at the radiator connections) against ground Is zero.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will now be described more schematically Drawings explained in three embodiments.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer sogenannten Symmetrierschleife, auch EMI-Schleife genannt, an deren Eingang 1, 2 jeweils die Dipolhälften 3, 4 der Dipol-An tennenelemente eines Peilantennensystems angeschaltet sind, von dem der Übersichtlichkeit halber nur eines von mehreren nebeneinander angeordneten Dipolantennen elementen dargestellt ist. Bei einem Doppler-Peiler sind beispielsweise mehrere solche Dipol-Antennenelemente 3, 4 auf einem Kreis angeordnet, die durch eine Schaltdiode nacheinander ein- und ausgeschaltet werden. Fig. 1 shows the basic circuit diagram of a so-called symmetry loop, also called EMI loop, at the input 1 , 2 of which the dipole halves 3 , 4 of the dipole antenna elements of a DF antenna system are switched on, for the sake of clarity only one of a plurality of dipole antennas arranged next to one another elements is shown. In a Doppler direction finder, for example, several such dipole antenna elements 3, 4 are arranged on a circle, which are switched on and off in succession by a switching diode.

Der Symmetrierübertrager besteht in dem Ausführungsbei spiel nach Fig. 1 aus drei Leitern 5, 6 und 7, wobei die Leiter 6 und 7 zu einer Leitung, beispielsweise eine Koaxial- oder Zweidrahtleitung zusammengefaßt sind. The balun is in the Ausführungsbei game of FIG. 1 of three conductors 5, 6 and 7, the conductors 6 and 7 are combined into a line such as a coaxial or two wire line.

Zur Vergrößerung der Bandbreite ist der Leitung 6, 7 ein Ferritkern zugeordnet, aus Symmetriergründen ist ein entsprechender Ferritkern auch dem Leiter 5 zuge ordnet. Anstelle eines einzigen Ferritkerns können auch mehrere Kerne vorgesehen sein. Die von den Dipolhälften 3, 4 kommenden Signalströme sind durch Pfeile angedeutet, daraus ist ersichtlich, daß gesehen von den Eingängen 1, 2 des Übertragers dieser an der Stelle 8 für das Gegentaktsignal des Dipols die Spannung Null gegen Masse besitzt. An dieser Stelle ist eine Schaltdiode 9 ange ordnet, die damit die Symmetrie bezogen auf den Eingang 1, 2 nicht stört. Da die Schaltdiode 9 an einer Stelle des Übertragers angeordnet ist, an welcher dessen Symmetrie nicht gestört werden kann, sind die Dipolhälften 3, 4 immer symmetrisch abgeschlossen, unabhängig davon, ob die Diode 9 leitend oder nicht leitend ist.To increase the bandwidth, the line 6 , 7 is assigned a ferrite core, for reasons of symmetry a corresponding ferrite core is also assigned to the conductor 5 . Instead of a single ferrite core, several cores can also be provided. The signal currents coming from the dipole halves 3 , 4 are indicated by arrows, from which it can be seen that, seen from the inputs 1 , 2 of the transformer, this has the voltage zero to ground at point 8 for the push-pull signal of the dipole. At this point, a switching diode 9 is arranged, so that the symmetry related to the input 1 , 2 does not disturb. Since the switching diode 9 is arranged at a point on the transformer at which its symmetry cannot be disturbed, the dipole halves 3 , 4 are always terminated symmetrically, regardless of whether the diode 9 is conductive or not.

Der Speisestrom für die Schaltdiode 9 wird z. B. aus einer Schaltspannungsquelle U über einen schematisch angedeu teten Abtastschalter 10 sowie einen Widerstand 11 un symmetrisch gegen Masse über den Innenleiter 12 des Koaxialkabels 13, das das hochfrequente Ausgangssignal des Übertragers über einen Trennkondensator 14 zur eigentlichen Auswert schaltung liefert, zugeführt und über den Leiter 6 der Schaltdiode 9 zugeführt, die über den Leiter 5 ihrerseits an Masse liegt. Anstelle nur einer einzigen Schaltdiode 9 könnten auch mehrere in Reihe geschaltete Schaltdioden vorgesehen sein, denen in gleicher Weise ohne zusätzliche Trennkondensatoren oder die Dipolhälften überbrückende Koppelinduktivitäten der Schaltstrom über den Innenleiter 12 und die Leiter des Übertragers zugeführt wird.The feed current for the switching diode 9 is z. B. from a switching voltage source U via a schematically indicated scanning switch 10 and a resistor 11 un symmetrically to ground via the inner conductor 12 of the coaxial cable 13 , which supplies the high-frequency output signal of the transformer via a separating capacitor 14 to the actual evaluation circuit, and supplied via the conductor 6 supplied to the switching diode 9 , which in turn is connected to ground via the conductor 5 . Instead of just a single switching diode 9 , a plurality of switching diodes connected in series could also be provided, to which the switching current is fed in the same way via the inner conductor 12 and the conductors of the transformer without additional isolating capacitors or coupling inductors bridging the dipole halves.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Symme trierübertrager, wie er beispielsweise in der CH-PS 3 59 171 beschrieben ist (Guanella-Übertrager). Der Übertrager besteht hier aus zwei Leitungen jeweils bestehend aus zwei Leitern 6, 7, bzw. 16, 17. Auch diesen Leitungen sind jeweils Ferritkerne zugeordnet, die Leiter sind entweder auf einem oder mehreren gemeinsamen Ferritkernen aufge wickelt oder die Ferritkerne sind auf die Leitungen aufgesteckt. Die Schaltdiode 9 ist in diesem Fall zwischen den beiden Leitern 6 und 17 an einer Stelle des Symme trierübertragers angeordnet, der bei solchen Übertragern an Masse gelegt werden kann, also wiederum an einer Stelle, an welcher die Signalspannung gegen Masse Null ist. Damit ist wiederum gewährleistet, daß unabhängig davon, ob die Schaltdiode offen oder geschlossen ist, die Dipole 3, 4 stets symmetrisch abgeschlossen sind. Die Zufuhr des Schaltstromes zu der Schaltdiode 9, die auch aus mehreren in Reihe geschalteten Schaltdioden bestehen kann, erfolgt wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 über den Innenleiter des das Hochfrequenzsignal zur Auswertschaltung weiterleitenden Koaxialkabels und die Leiter 6, 17 des Symmetrierübertragers ohne zusätz licher Koppelinduktivitäten am Fußpunkt der Strahler 3, 4. Fig. 2 shows an embodiment for a Symme trier transformer, as described for example in CH-PS 3 59 171 (Guanella transformer). The transformer here consists of two lines each consisting of two conductors 6 , 7 and 16 , 17 . These lines are each assigned ferrite cores, the conductors are either wound up on one or more common ferrite cores or the ferrite cores are plugged onto the lines. The switching diode 9 is arranged in this case between the two conductors 6 and 17 at one point of the trier transformer, which can be connected to ground in such transformers, that is again at a point at which the signal voltage to ground is zero. This in turn ensures that, regardless of whether the switching diode is open or closed, the dipoles 3 , 4 are always terminated symmetrically. The supply of the switching current to the switching diode 9 , which can also consist of several switching diodes connected in series, takes place, as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, via the inner conductor of the coaxial cable which forwards the high-frequency signal for evaluation and the conductors 6 , 17 of the balun without additional coupling inductances at the base of the spotlights 3 , 4 .

Fig. 3 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Übertrager nach Fig. 2 unmittelbar am Fußpunkt der Strahler angeschaltet ist und dem zusätzlich noch ein Übertrager nach Fig. 1 nachgeschaltet ist. Fig. 3 finally shows an embodiment in which a transformer of Fig. 2 is turned on immediately at the base of the radiator and the still is additionally connected downstream of a transformer of FIG. 1.

Wenn anstelle einer einzigen Schaltdiode eine gerade Anzahl von in Reihe geschalteten Schaltdioden eingesetzt wird, kann der Mittelpunkt dieser Serienschaltung bei bestimmten Übertragern kapazitiv an Masse gelegt sein, wie dies beim Übertrager nach Fig. 3 für den ersten Teil des Übertragers mit dem Kondensator 18 schematisch ange deutet ist.If, instead of a single switching diode, an even number of switching diodes connected in series is used, the center of this series connection can be connected capacitively to ground with certain transformers, as is shown schematically in the transformer according to FIG. 3 for the first part of the transformer with the capacitor 18 indicates.

Claims

1. DF antenna system with a plurality of passive dipole antenna elements ( 3 , 4 ) arranged next to one another, each of which is connected via a balun and at least one switching diode to an evaluation device, characterized in that the switching diode ( 9 ) between the input ( 1 , 2 ) and the output ( 12 , 13 ) of the transformer is installed in this at a point ( 8 ) at which the counter clock signal voltage of the dipole antenna elements ( 3 , 4 ) connected to the input ( 1 , 2 ) is zero against ground.

2. System according to claim 1, characterized in that the switching current for the switching diode ( 9 ) is supplied directly via the balun.

3. System according to claim 1 or 2, characterized in that with an even number of series-connected switching diodes, the center of this series circuit is capacitively grounded (capacitor 18 ).