DE4341295C2 - Vorrichtung und Verfahren zur elektronischen Strahlschwenkung mit mehreren bündelnden Antennen - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur elektronischen Strahlschwenkung mit mehreren bündelnden AntennenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur elektronischen Strahlschwenkung bei Antennengruppen. Da
bei kann es sich sowohl um über Richtstrahlnetzwerke zusam
mengefaßte Einzelantennen handeln als auch um Gruppen bün
delnder Einzelantennen, wie z. B. LP-, Yagi- oder Horn-Anten
nen. Falls es sich um Einzelantennen mit Rundcharakteristik
handelt, werden diese vorzugsweise kreisförmig angeordnet
sein. Bei Antennen mit Richtcharakteristik sind sowohl
linear als auch nichtlinear angeordnete Gruppen denkbar. Der
Anschaulichkeit halber wird das Verfahren anhand einer
Kreisgruppe aus Einzelantennen beschrieben.
Es ist bekannt, daß bei Kreisgruppenantennen für den HF-,
VHF- und UHF-Bereich für die Peilung mechanische, rotierende
Goniometer verwendet werden. Dabei steht auf dem Stator für
jede Antenne je ein Anschluß zur Verfügung. Auf dem Rotor
wird in einem oder mehreren Richtstrahlnetzwerken eine An
zahl von benachbarten Antennenspannungen kapazitiv ausgekop
pelt und zusammengefaßt, d. h. die Spannungen werden addiert
und die durch die kreisförmige Anordnung entstehenden Lauf
zeitdifferenzen durch Laufzeitglieder ausgeglichen. Die Aus
gangsspannung des Richtstrahlnetzwerkes wird über
Schleifringe ausgekoppelt und in einem Peilempfänger mit
Sichtrohr angezeigt.
Es entsteht eine rotierende Antennenkeule, die in Verbindung
mit einem Referenzsignal zur Richtungsbestimmung benutzt
wird. Aufgrund seiner mechanischen Trägheit rotiert das Go
niometer i. a. mit konstanter Umdrehungszahl, z. B. 10 U/sec.
Drehzahländerungen sind nur bedingt, verzugslose Richtungs
änderungen der Keule gar nicht möglich.
Ein ganz wesentlicher Nachteil derartiger Goniometer besteht
unter anderem auch darin, daß die technische Realisierung
für Frequenzen oberhalb ca. 200 MHz zunehmend problemati
scher wird.
Diese Nachteile können durch elektronische Goniometer ver
mieden werden.
Hierfür sind zwei Lösungsansätze bekannt. Bei der analogen
Version wird das mechanische Goniometer durch elektronische
Bauteile nachgebildet. Nachteilig ist der große Aufwand an
elektronischen Bauteilen und die damit verbundene Ausfall
wahrscheinlichkeit.
Bei der digitalen Lösung wird die Frequenz der Ausgangsspan
nung jeder Antenne in einem Vorverstärker/Mischer auf eine
geeignete Zwischenfrequenz herabgesetzt und diese ZF-Span
nung in einem A/D-Wandler digitalisiert. Die Richtungsbe
stimmung erfolgt per Software in einem geeigneten Rechen
werk. Der Nachteil der letztgenannten Lösung besteht eben
falls in dem hohen Aufwand, da mindestens jedem Einzelricht
strahl (Keule) ein eigener Empfangskanal mit den in der
Peiltechnik allgemein bekannten strengen Forderungen an
Amplituden- und Phasengleichlauf zugeordnet werden muß.
In GB-A-2 219 4761 wird vorgeschlagen, die mechanische Dre
hung der Antenne durch eine elektronische zu ersetzen, um
auf diese Weise eine leichtere, mehr kompakte Konstruktion
und dennoch mit adäquater Azimuthauflösung zu erhalten. Da
bei wird der (Such)-Strahl durch Weiterschalten von Strahl
zu Strahl erreicht, was zwangsweise zu modulatorischen Ef
fekten führt. Bei dieser Ausführung sind Phasenschiebernetz
werke erforderlich die nicht nur aufwendig sondern auch fre
quenzabhängig sind.
In einer Veröffentlichung von M Uhlmann "Möglichkeiten der
Speisung für phasengesteuerte Zylinder-Strahlergruppen", NTZ
28 (1975) H9 S. 299-305 werden mehrere Möglichkeiten zur
Strahlschwenkung derartiger Antennenanlagen aufgezeigt. Da
bei wird durch ein Schalternetzwerk ein stufenweises Weiter
reichen der erregten Zone und damit ein Grobschwenken der
Strahlungskeule erreicht. Die feine Strahlschwenkung wird
durch zusätzliche Phasenschieber vorgenommen, wobei ebenso
viele Phasenschieber wie Antennen erforderlich sind.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrich
tung zur elektronischen Strahlschwenkung zur Verfügung zu
stellen, die auf der HF/VHF/UHF-Ebene arbeitet, die vorher
genannten Nachteile nicht aufweist und eine verzugslose
Richtungsänderung des Richtstrahls ermöglicht, praktisch
frequenzunabhängig in Frequenzbereichen von MHz bis GHz ein
gesetzt werden kann und darüber hinaus eine Anpassung an die
Einzelrichtdiagramme gestattet.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche ge
löst.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird aus jeweils mehreren
benachbarten Antennen z. B. einer Antennengruppe in bekannter
Weise mittels eines Netzwerkes ein Richtstrahl gebildet.
Durch Einsatz von Leistungsteilern kann jede Einzelantenne
an mehreren Richtstrahlen (Keulen) beteiligt sein. Dadurch
können bei einer Antennengruppe, vorzugsweise einer Kreis
gruppe, N Richtstrahlen erzeugt werden, wobei N vorzugsweise
eine gerade Zahl ist (Fig. 1). In einer bevorzugten Ausfüh
rungsform handelt es sich dabei um eine Gruppe von N bün
delnden Einzelantennen. Diese Richtstrahlen werden von 1 bis
N durchnumeriert und die Ausgangsspannungen der Richtstrahl
netzwerke an eine Schaltmatrix-Anordnung mit zwei Schaltma
trizen mit je N/2 Eingängen und einem Ausgang, getrennt nach
geradzahligen und ungeradzahligen Keulen, angeschlossen, so
daß die Signale benachbarter Keulen nicht an die gleiche
Schaltmatrix angeschlossen sind. Die Ausgangsspannungen der
beiden Schaltmatrizen mit je N/2 Schaltern werden über Dämp
fungsglieder geführt, addiert und in einem Peilempfänger
weiter verarbeitet. Sowohl die Schalter als auch die Dämp
fungsglieder sind elektronische Bauteile und entsprechend
gesteuert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsform bei einer Antennenkreisgruppe,
Fig. 2a-2d die Bewegung eines Richtstrahls in der Antennen
kreisgruppe gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform ermit
telte Richtdiagramme.
Die Funktionen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können im
einzelnen anhand von Fig. 1 erläutert werden. Von N vorhan
denen Antennenkeulen sind die geradzahligen an die linke
Schaltmatrix 22 und die ungeradzahligen an die rechte
Schaltmatrix 24 angeschlossen. In der Darstellung sind die
Keulen 3 und 4 aktiv, d. h. die zugehörigen Schalter werden
geschlossen und die resultierende Keule soll im Uhrzeiger
sinn geschwenkt werden. Zu Beginn dieses Vorganges stehen
die Regler der Dämpfungsglieder (zur Veranschaulichung sche
matisch dargestellt) am rechten Anschlag, so daß von Keule 3
die maximale und von Keule 4 keine Spannung auf die Addi
tionsstufe gelangt.
Mit der gewünschten Umlaufgeschwindigkeit werden nun die
Regler vom rechten zum linken Anschlag bewegt (Fig. 2a-c),
so daß in der Mittelstellung von beiden Keulen (Fig. 2b)
gleich große Spannungsanteile addiert werden und am linken
Anschlag die Spannung von Nr. 4 maximal und Nr. 3 gleich
Null (Fig. 2c) ist.
Zu diesem Zeitpunkt wird Schalter 3 geöffnet und Schalter 5
geschlossen (Fig. 2d), und der gleiche Vorgang wiederholt
sich für Keule 4 und 5, nach dessen Abschluß Schalter 4 ge
öffnet und Schalter 6 geschlossen wird usw.
Gleichzeitig bedeutet das, daß zwischen zwei aufeinanderfol
genden Schaltvorgängen der Richtstrahl im Azimut kontinuier
lich von Stellung α1 nach α2 geschwenkt wurde (Fig. 3). In
dieser Darstellung sind die nach dem erfindungsgemäßen Ver
fahren berechneten Richtdiagramme einer Antennenkreisgruppe
dargestellt. Jede Keule entsteht durch Zusammenfassung von
12 Einzelstrahlern, der Winkel zwischen zwei benachbarten
Keulen ist 10°. Die Diagramme wurden für eine Frequenz von
3,5 MHz berechnet, die Elevation ist 50°. Um in der Phase
des Übergangs von α1 nach α2 eine genaue Richtungsbestimmung
durchführen zu können, ist die Kenntnis des frequenzabhängi
gen Antennendiagramms erforderlich. Ebenso darf, um ein op
timales Summendiagramm zu erhalten, die Änderung der Dämp
fung in den beiden Gliedern nicht proportional, sondern muß
in Abhängigkeit von dem bekannten Einzelrichtdiagramm erfol
gen. Der gleiche Vorgang kann natürlich auch entgegen dem
Uhrzeigersinn ablaufen, ebenso ist ein verzugsloses Springen
in beliebige Azimutpositionen möglich. Grundsätzlich ist die
Umlaufgeschwindigkeit nur durch den maximal möglichen Takt
der Steuerelektronik begrenzt, tatsächlich wird die Ober
grenze jedoch durch die Bandbreite, d. h. die Einschwingzeit
des Peilempfängers vorgegeben. Ebenfalls ist in Abhängigkeit
von Umlaufgeschwindigkeit und Laufzeit, um "Schleppfehler"
zu vermeiden, im Empfänger eine Korrektur des Peilwertes
durchzuführen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zweifach angeord
net werden. Dann werden gleichzeitig zwei sich überlappende
schwenkbare Richtdiagramme aufgenommen und als Differenz
schaltung dem Empfänger zugeführt. Die Vorrichtung kann auch
zwei separate Empfangskanäle aufweisen, wobei die Differenz
bildung der Richtdiagramme erst am Empfängerausgang erfolgt.
Die Erfindung sieht ausdrücklich auch die Möglichkeit vor,
in der Art eines Monopulsverfahrens lediglich einen beliebig
vorgebbaren Teilsektor zu überwachen, wobei unter Berück
sichtigung der jeweiligen Richtdiagrammform(en) zur Verbes
serung der Peilschärfe und/oder zur Erzielung einer ge
wünschten Azimutabhängigkeit die Einstellung der Dämpfungs
glieder über die sonst angewandte Gewichtung eine zusätzlich
überlagerte Gewichtung vorgenommen wird.
Erfindungsgemäß wird für die Vorrichtung eine gerade Anzahl
von Richtstrahlen empfohlen. Selbstverständlich könnte vom
Prinzip her auch von einer ungeraden Zahl von Richtstrahlen
ausgegangen werden, wobei sich allerdings dann der Aufwand
vergrößert.
Claims (16)
1. Vorrichtung zur elektronischen Strahlschwenkung mit meh
reren bündelnden Antennen (10 1, 10 2, ... 10 N), mit
- a) einer Schaltmatrix-Anordnung (20), der die Signale aller Antennen (10 1, 10 2, ... 10 N) zugeführt werden und die mindestens jeweils die Signale von zwei be nachbarten Antennen durchschaltet,
- a) eine Amplitudengewichtungseinrichtung (30), die die Amplituden der durchgeschalteten Antennensignale entsprechend einer gewünschten Strahlschwenkung quasi kontinuierlich gewichtet, und
- b) eine Summiereinrichtung (40), die die gewichteten Antennensignale summiert und einem Peilempfänger zu führt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltmatrix-Anordnung (20) zwei Schaltmatrizen (22,
24)aufweist, die jeweils N/2 Eingänge und einen Ausgang
aufweisen und getrennt mit geradzahligen (10 2, 10 4 ...)
bzw. ungeradzahligen (10 1, 10 3 ...) Antennen verbunden
sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Amplitudengewichtungseinrichtung (30) min
destens zwei Amplitudensteller (32, 34) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die vorgenannte Vorrichtung zweimal vor
handen ist, so daß gleichzeitig zwei sich überlappende,
schwenkbare Richtdiagramme gebildet werden, deren Sig
nale in Differenz geschaltet dem Empfänger zugeführt
werden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei separate Empfangskanäle vorge
sehen werden, und die Differenzbildung der Signale erst
am Empfängerausgang vorgenommen wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß für eine über mehrere Einzelricht
strahlen hinausgehende, insbesondere den gesamten Azi
mutbereich überstreichende Strahlschwenkung, die Anten
nenweiterschaltung in der jeweiligen Schaltmatrix (20)
ohne Rückstellung der zugehörigen Amplitudensteller (32,
34), sondern durch einfachen Rücklauf, also durch Umkehr
der Laufrichtung der Amplitudensteller (32, 34) ohne
sprunghafte Rückstellung quasi kontinuierlich erfolgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Amplitudengewichtung derart
schwenkwinkelbezogen nichtlinear vorgenommen wird, daß
eine aufgrund der Form der Einzelrichtdiagramme
auftretende Mißweisung bezüglich des Peilwinkels
linearisiert wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schwenkung des
Gesamtrichtdiagramms im Stil eines Monopulsverfahrens
lediglich über einen Teilsektor des Gesamtazimuts
vorgenommen wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Einstellung der
Amplitudensteller (32, 34) die vorgegebene Amplitudenge
wichtung (Dämpfung) mit einer weiteren Gewichtung über
lagert wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Schaltmatrix gleichzeitig die
Signale von mehreren Antennenpaaren durchgeschaltet wer
den.
11. Verfahren zur elektronischen Strahlschwenkung mit meh
reren bündelnden Antennen (10 1, 10 2, ... 10 N), mit den
Schritten:
- a) Zuführen von Signalen aller Antennen (10 1, 10 2, ... 10 N) zu einer Schaltmatrix-Anordnung (20) und Durchschalten von mindestens jeweils der Signale von zwei benachbarten Antennen,
- a) quasi kontinuierlich Wichten der Amplituden der durchgeschalteten Antennensignale entsprechend einer gewünschten Strahlschwenkung mittels einer Amplitudengewichtungseinrichtung (30) und
- b) Summieren der gewichteten Antennensignale mittels einer Summiereinrichtung (40), Zuführen des Summensignals an einen Peilempfänger.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
gleichzeitig zwei sich überlappende, schwenkbare
Richtdiagramme gebildet werden, deren Signale in
Differenz geschaltet dem Empfänger zugeführt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Amplitudengewichtung derart
schwenkwinkelbezogen nichtlinear vorgenommen wird, daß
eine aufgrund der Form der Einzelrichtdiagramme
auftretende Mißweisung bezüglich des Peilwinkels
linearisiert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schwenkung des Gesamtricht
diagramms im Stil eines Monopulsverfahrens lediglich
über einen Teilsektor des Gesamtazimuts vorgenommen
wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Einstellung der
Amplitudensteller (32, 34) die vorgegebene Amplitudenge
wichtung (Dämpfung) mit einer weiteren Gewichtung über
lagert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Schaltmatrix gleichzeitig die
Signale von mehreren Antennenpaaren durchgeschaltet wer
den.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19934341295 DE4341295C2 (de) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | Vorrichtung und Verfahren zur elektronischen Strahlschwenkung mit mehreren bündelnden Antennen |
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Publications (2)
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DE4341295A1 DE4341295A1 (de) | 1995-06-08 |
DE4341295C2 true DE4341295C2 (de) | 1998-06-04 |
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Family Applications (1)
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DE19852715A1 (de) * | 1998-11-16 | 2000-06-15 | Detlef Mansel | Verfahren zur Aufdeckung und örtlichen Eingrenzung unerwünschter Funkaussendungen, zum Beispiel unerlaubter Mobilfunktelefonie |
WO2005050855A1 (en) | 2003-10-23 | 2005-06-02 | Cellvine Ltd. | System and method for the reduction of interference in an indoor communications wireless distribution system |
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GB2219471A (en) * | 1988-04-29 | 1989-12-13 | Cossor Electronics Ltd | Radar antenna system |
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1993
- 1993-12-03 DE DE19934341295 patent/DE4341295C2/de not_active Expired - Fee Related
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