DE69018906T2

DE69018906T2 - Phasengesteuerte Gruppenantenne mit Temperaturkompensation.

Info

Publication number: DE69018906T2
Application number: DE69018906T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Kuwahara
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2010-09-11
Also published as: US5072228A; JPH03174805A; EP0417689B1; EP0417689A3; EP0417689A2; AU6240690A; AU630050B2; DE69018906D1; CA2024946C; JP2611519B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit digitalen Phasenschiebern und insbesondere eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit einer Funktion zur Kompensation von Charakteristikänderungen, die der Temperatur zuschreibbar sind.
Eine phasengesteuerte Gruppenantenne kann eine Strahlabtastbewegung auf elektrischen Wege ausführen und wird beispielsweise in einem Mikrowellen-Landesystem (MLS) eingesetzt. In einem MLS sendet eine am Boden angeordnete phasengesteuerte Gruppenantenne einen sich hin- und herbewegenden Strahl zu einem Flugzeug, während das Flugzeug das Intervall zwischen einem Paar empfangener Strahlen mißt und dadurch seinen Seiten- und Höhenwinkel bestimmt. Dieses ermöglicht es dem Flugzeug entlang eines vorgegebenen Pfades zu landen. Eine phasengesteuerte Gruppenantenne für die MLS-Anwendung muß im allgemeinen eine Genauigkeit in der Größenordnung von 1/100 Grad hinsichtlich des Strahl- oder Abtastwinkels aufweisen. In der Praxis sind jedoch die Charakteristiken verschiedener Komponenten der Antenne, wie zum Beispiel eines Leistungsverteilers zum Verteilen der Leistung auf individuelle Antennenelemente temperaturempfindlich, da das System selbst im Außenbereich angeordnet ist. Somit ändern sich nicht nur die Strahllage sondern auch die Strahlform oder die Seitenkeulenpegel und können die Genauigkeitsanforderung nicht erfüllen, sofern keine Kompensation durchgeführt wird.
Diesbezüglich war es üblich, die Antenne mit einer Klimaanlage auszustatten. Obwohl die Klimaanlage dafür eingesetzt wird, die Temperatur in der Umgebung der Antenne auf einem konstanten Wert zu halten und damit zur Unterdrückung der Charakteristikveränderungen, die der Temperatur zuschreibbar sind, bringt sie verschiedene Probleme, wie z.B. die Erhöhung der Betriebskosten und eine niedrige Zuverlässigkeit mit sich.
Die Verwendung einer einer phasengesteuerten Gruppenantenne zugeordneten Mehrfachüberwachungseinrichtung ist ein herkömmliches Verfahren, um temperaturbedingte Veränderungen in der Strahllage wie z.B. in der EP-A- 106 438 offenbart, zu reduzieren. Da die Mehrfachüberwachungseinrichtung insbesondere einen Abtastwinkel detektiert, wird der Abtastzeitpunkt auf der Basis des sich ergebenden Fehlers verändert. Diese Vorgehensweise korrigiert jedoch lediglich den Abtastwinkel durch Verändern des Abtastzeitpunktes und kann keine Veränderungen in der Strahlform und im Seitenkeulenpegel kompensieren. Folglich ist es mit einem derartigen System nicht möglich, zu verhindern, daß sich die MLS-Leistungsfähigkeit durch Veränderungen der Strahlform und des Seitenkeulenpegels verschlechtert.
Die EP-A-160 581 offenbart eine Speichereinrichtung zum Speichern von Korrekturdaten in einer Gruppenantenne.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine phasengesteuerte Gruppenantenne bereitzustellen, welche nicht nur die temperaturbedingten Veränderungen in der Strahlrichtung sondern auch die Veränderungen in der Strahlform und im Seitenkeulenpegel ausreichend kompensieren kann, und dadurch die erwartete MLS-Leistungsfähigkeit sicherstellt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Eine phasengesteuerte Gruppenantenne gemäß Beschreibung besitzt mehrere Strahlelemente, einen Leistungsverteiler zum Verteilen der Sendeleistung auf die Strahlelemente und mehrere jeweils zwischen dem Leistungsverteiler und einem entsprechenden Strahlelement angeschlossene Phasenschieber, und bildet einen Abtaststrahl durch Steuern der Phasenverschiebungsbeträge der Phasenschieber. Eine Charakteristik- Kompensationsvorrichtung für die Antenne weist auf: eine mit der Gruppe der Strahlelemente gekoppelte Mehrfachüberwachungseinrichtung, um die von den Strahlelementen abgestrahlten Ausgangssignale zu kombinieren und das größte kombinierte Ausgangssignal als ein Überwachungsausgangssignal zu erzeugen, wenn die Antenne einen vorgegebenen Abtastwinkel aufweist, eine Phasenfehlerberechnungseinrichtung, um Phasenfehler zwischen den Ausgangssignalen der individuellen Strahlelemente und dem Ausgangssignal der Mehrfachüberwachungseinrichtung als Antwort auf das kombinierte Ausgangssignal der Mehrfachüberwachungseinrichtung zu berechnen, wenn die Antenne einen Abtaststrahl mit dem vorgegebenen Winkel abstrahlt, und eine Phasenschieber-Kompensationseinrichtung, um den Betrag der Phasenverschiebung der individuellen Phasenschieber als Antwort auf die berechneten Phasenfehler zu kompensieren.
Somit stellt die vorliegende Erfindung nicht nur eine Strahlrichtungsgenauigkeit sondern auch eine Stabilität einer Strahlform und eines Seitenkeulenpegels auch dann bereit, wenn sich die Temperatur verändert.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich. Es stellen dar:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, welches in schematischer Form eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit einer Temperaturkompensationsvorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 2 eine repräsentative Darstellung eines allgemein bei phasengesteuerten Gruppenantenne angewendeten Leistungsverteilers, welcher extrem temperaturempfindlich ist;
Fig. 3 eine Auswertungsdarstellung, welche die bisher bei phasengesteuerten Gruppenantennen erhaltenen temperaturbedingten Veränderungen in der Phasenebene zeigt;
Fig. 4 und 5 graphische Darstellungen, die bisher beobachtete Strahlungsdiagramme zeigen, die bei einer phasengesteuerten Gruppenantenne bei normaler bzw. hoher Temperatur erhalten wurden;
Fig. 6 ein Blockschaltbild, welches in schematischer Form eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit einer erfindungsgemäßen Temperaturkompensationsvorrichtung zeigt;
Fig. 7(A) bis 7(D) Diagramme, welche eine Prozedur zum Berechnen eines für die Beispielausführungsform spezifischen Phasenfehlers erläutern;
Fig. 8 ein Zeitablaufdiagramm, welches einen Kompensationsvorgang in der Ausführungsform zeigt; und
Fig. 9 ein Flußdiagramm, welches den Kompensationsvorgang in der Ausführungsform demonstriert.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird kurz auf eine herkömmliche Temperaturkompensation der in dem US-Patent 4 536 766 offenbarten und in Fig. 1 dargestellten Art Bezug genommen. Gemäß Darstellung weist eine phasengesteuerte Gruppenantenne mehrere in einem vorgegebenen Abstand beabstandete Strahlelemente 11 und jeweils den Strahlungselementen 11 eins zu eins zugeordnete Phasenschieber 12 auf. Ein Hochfrequenzsignal wird von einem Signalgenerator oder Sender 14 über einen Leistungsverteiler 13 und die Phasenschieber 12 den individuellen Strahlelementen 11 zugeführt. Eine einstückige Mehrfachüberwachungseinrichtung 15 ist so entlang der gruppierten Strahlungselemente angeordnet, daß sie einen Teil eines von jedem Strahlelement abgestrahlten Signals empfängt. Das kombinierte Ausgangssignal aus der Mehrfachüberwachungseinrichtung 15 ist an einen Detektor 16 angelegt, dessen Ausgangssignal wiederum an einen Winkeldetektor 17 angelegt ist. Der Winkeldetektor 17 detektiert einen Abtastwinkel (Empfangswinkel) auf der Basis des Impulsintervalls des Ausgangssignals des Detektors 16, wandelt es in digitale Daten um, und führt die digitalen Daten zu einem Abtaststeuerabschnitt 18. Als Antwort darauf erzeugt der Abtaststeuerabschnitt 18 eine Differenz zwischen dem detektierten Empfangswinkel und einem festen Empfangswinkel, welcher durch die angeordnete Mehrfachüberwachungseinrichtung vorgegeben ist, und verändert den Abtastzeitablauf der phasengesteuerten Gruppenantenne so, daß die Differenz zu Null wird.
Die einstückige Mehrfachüberwachungseinrichtung 15 ist im allgemeinen als eine Wellenleiter-Schlitzanordnung implementiert. Durch die Kombination eines Teils des Signals aus jeden Strahlelement 11, wie vorstehend erwähnt, erzeugt die einstückige Mehrfachüberwachungseinrichtung 15 eine Wellenform analog zu einer an einem bestimmten entfernten Punkt des vorgegebenen Empfangswinkels θ im Raum empfangenen Wellenform. Der Empfangswinkel θ der Mehrfachilberwachungseinrichtung 15 kann wie folgt ausgedrückt werden:
θ = sin&supmin;¹{λ[1/λg - 1/d]} Gl.(1)
wobei λ die Wellenlänge des abgestrahlten Signals ist, λg die Wellenlänge in dem Wellenleiter ist und d der Abstand zwischen den benachbarten Strahlelementen 11 ist. Da der vorstehend erwähnte Empfangswinkel der einstückigen Mehrfachüberwachungseinrichtung 15 als ein Referenzwert verwendet wird, besteht die Mehrfacheinrichtung 15 aus Invar oder ist anderweitig so ausgeführt, daß verhindert wird, daß sich der Winkel mit der Temperatur verändert.
Die Fig. 2 stellt einen Mittenabgriff-Leistungsverteiler mit Serienspeisung dar, welcher extensiv in Verbindung mit phasengesteuerten Gruppenantennen eingesetzt wird. Gemäß Darstellung weist der Leistungsverteiler einen mit dem Ausgangsanschluß des Signalgenerators 14 (Fig. 1) verbundenen Eingangsanschluß 21 und mit Eingängen der individuellen Phasenschieber 12 (Fig. 1) verbundene Ausgangsanschlüße 22 auf. Die diesem Leistungsverteilertyp zuschreibbare Strahllage ändert sich trotz Temperaturveränderung im wesentlichen nicht merklich in der Richtung im freien Raum. Die Strahlform und der Seitenkeulenpegel ändern sich jedoch jeweils erheblich, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wird.
In Fig. 3 repräsentiert eine durchgezogene Linie 24 eine äquivalente Phasenebene bezogen auf die gruppierten Strahlelemente unter normalen Temperaturbedingungen und ein Pfeil 25 stellt eine Strahlrichtung dar. Allgemein ändert sich ein einen Leistungsverteiler implementierendes dielektrisches Substrat stärker in der dielektrischen Konstante als in der Rate der temperaturbedingten Längenausdehnung. Somit ändert sich die Phasenebene 24 bei einem Temperaturanstieg in eine durch eine gestrichelte Linie 26 repräsentierte Phasenebene; bei einem Temperaturabfall ändert sie sich in eine durch die strichpunktierte Linie 27 repräsentierte Phasenebene 27. Bei einer derartigen Veränderung der Phasenebene unterliegt die Strahlform und der Seitenkeulenpegel jeweils einer erheblichen Änderung obwohl die Strahllage in derselben Richtung bestehen bleibt.
Die Fig. 4 und 5 geben simulierte Ergebnisse an, die darstellen, wie die Änderung in der Phasenebene das Strahlungsdiagramm beeinflußt. Die Simulationen wurden unter den folgenden Bedingungen ausgeführt:
(1) Anzahl der Strahlelemente: 78
(2) Abstand zwischen den Strahlelementen: 35 mm
(3) Frequenz: 5090,7 MHz
(4) Phasenschieber: 4-Bit-Digitalphasenschieber mit Quantisierungsfehler
(5) Strahlelementdiagramm: cos θ
(6) eingestellte Strahlrichtung: 3º
(7) Speiseleitung-Amplitudenverteilung: Taylor-Verteilung (Seitenkeulenpegel -30 dB, = 5)
Insbesondere stellen die Fig. 4 und 5 ein Strahlungsdiagramm bei normaler Temperatur (25ºC) bzw. ein Strahlungsdiagramm bei 71ºC dar. In diesen Fällen ändert sich die dielektrische Konstante in Übereinstimmung mit der Temperatur. Wie diese Figuren zeigen, steigt der Seitenkeulenpegel von -20,5 dB auf -15,5 dB bei dem Temperaturanstieg an.
In Fig. 6 ist eine die Erfindung verkörpernde Temperaturkompensationsvorrichtung für eine phasengesteuerte Gruppenantenne dargestellt. Die dargestellte Ausführungsform ist was die Strahlelemente 11, die Phasenschieber 12, den Signalgenerator 14, die einstückige Mehrfachüberwachungseinrichtung 15 und den Detektor 16 betrifft, identisch zu der nach den Stand der Technik in Fig. 1. Ein Abtaststeuerabschnitt 31 liefert einen (Übertragungszeittakt an den Sender 14, Phasensteuerdaten für die Strahlabtastung an die Phasenschieber 12 und einen Steuerzeittakt an eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 38. Ein Operationsverstärker 35 verstärkt das Ausgangssignal des Detektors 16. Ein Analog/Digital-Wandler (ADC) 36 wandelt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 35 in digitale Daten um. Ein Eingangs/Ausgangs-Port 37 (I/O) empfängt die digitalen Daten aus dem ADC 36. Die CPU 38 übernimmt an vorbestimmten Zeitpunkten Daten, um Kompensationsoperationen auszuführen. Zum Speichern von Phasenkorrekturdaten ist jeweils einem Phasenschieber 12 ein Zwischenspeicher 41 zugeordnet. Ebenso ist jeweils einem Phasenschieber 12 ein Addierer 42 zugeordnet, um die Korrekturdaten aus dem zugeordneten Zwischenspeicher 41 auf die von dem Phasensteuerabschnitt 31 gelieferten Phasenschiebersteuerdaten zu addieren. Auf der Basis der sich ergebenden Summe steuert der Addierer 42 den Betrag der von dem zugeordneten Phasenschieber 12 auszuführenden Phasenverschiebung. Zu diesem Zweck überträgt der I/O-Port 39 die von der CPU 38 berechneten Korrekturdaten an die Zwischenspeicher 41.
Der Berechnungsvorgang für die Kompensation, insbesondere der Beispielausführungsform wird in einem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Abtastsequenzen für das MLS ausgeführt (die Zeitabläufe werden später in Einzelnen beschrieben). Zuerst wird eine Folge von Kompensationsvorgangschritten beschrieben. Im Falle der Kompensation lädt der Abtaststeuerabschnitt 31 jeden Phasenschieber 12 mit einem vorgegebenen Phasenverschiebungsbetrag, so daß der Strahl in einem spezifisch für die einstückige Mehrfachüberwachungseinrichtung 15 vorgegebenen Empfangswinkel ausgerichtet wird. Unter dieser Bedingung sollte das von der Mehrfachüberwachungseinrichtung 15 ausgegebene kombinierte Ausgangssignal im Prinzip am größten sein. In der Praxis weisen jedoch die Phasen der Ausgangssignale der individuellen Strahlelemente 11 Phasenfehler aufgrund von Veränderungen in den Charakteristiken des Leistungsverteilers, der Phasenschieber und des Übertragungskabels auf, welche wiederum Umgebungsbedingungen wie z.B. der Temperatur zuzuschreiben sind, so daß das kombinierte Signal unter der vorstehenden Bedingung in engeren Sinne nicht immer das Größte ist.
Im speziellen Fall wird gemäß Darstellung in Fig. 7(A) angenommen, daß das kombinierte Ausgangssignal V1 durch eine Kombination der Ausgangssignale 51, 52, 53, ..., i-1, i der individuellen Strahlelemente gebildet, welch voneinander unterschiedlich und obwohl sie im wesentlichen gleichphasig sind. In der Beispielausführungsform werden die Phasendifferenzen zwischen den Ausgangssignalen (51, 52, 53, ..., i-1, i) der individuellen Strahlelemente 11 und das kombinierte Ausgangssignal V1 berechnet und die in den Zwischenspeichern 41 zu speichernden Phasenkompensationsdaten werden dann auf der Basis der berechneten Differenzen erzeugt.
Im Detail wird der Betrag der Phasenverschiebung jedes Phasenschiebers 12, gesteuert von der CPU 38, so eingestellt, daß der Strahl in dem für den Sammler 15 spezifischen vorgegebenen Empfangswinkel ausgerichtet wird. Nacheinander wird jeweils einer von den Phasenschiebern 12, dessen Phasenfehler berechnet werden soll, gesteuert von der CPU 38 ausgewählt und der Skalar des kombinierten Ausgangssignal V1 dieses Augenblicks (Fig. 7(A)) gemessen. Dann wird die Phase des interessierenden Phasenschiebers 12 zu einem Zeitpunkt auf 90º Voreilung (oder Nacheilung) gestellt, um so die resultierenden Skalare V2, V3, und V4 (Fig. 7(A), 7(B) und 7(C)) zu messen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Phasenfehler φ berechnet durch:
φ = tan&supmin;¹ V4 - V2/V1 - V3 Gl.(2)
Bezüglich des Prinzips einer derartigen Berechnungsprozedur für den Phasenfehler φ kann Bezug auf die JP-B-001303/87 genommen werden.
Nach der Berechnung der Phasendifferenz φ des interessierenden Phasenschiebers 12, entscheidet die CPU 38, ob der Phasenfehler φ größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Wenn das Ergebnis der Entscheidung positiv ist, bestimmt die CPU 38, daß der gewählte Phasenschieber einer Korrektur bedarf und berechnet die Korrekturdaten C. Unter der Annahme, daß jeder Phasenschieber als ein 4-Bit-Digitalphasenschieber mit einer PIN-Diode implementiert ist, bestimmt die CPU 38, daß die Korrektur erforderlich ist, wenn der Phasenfehler φ größer als ± 11,25º ist. Die Korrekturdaten werden berechnet durch:
wobei INT den ganzzahligen Absolutwert bedeutet und die Bruchanteile weggelassen werden. Die berechneten Korrekturdaten C werden über den I/O-Port 39 zusammen mit einer für den interessierenden Phasenschieber 12 repräsentativen Adresse geliefert. Der dem ausgewahlten Phasenschieber 12 zugeordnete Zwischenspeicher 41 detektiert die Adresse und speichert dann die Korrekturdaten C. Auf diese Weise schließt die CPU 38 eine Folge von Berechnungsschritten eines Phasenfehlers φ ab, indem die Korrekturdaten C berechnet und die Daten C in dem Zwischenspeicher 41 eines spezifischen Phasenschiebers 12 gespeichert werden. Danach wiederholt die CPU 38 der Reihe nach eine derartige Sequenz für die anderen Phasenschieber 12
In dieser Ausführungsform hängt die Genauigkeit, mit welcher der Phasenfehler φ jedes Phasenschiebers berechnet werden kann, von dem Signal/Rausch-Verhältnis (S/N) des Detektors 16 und des Operationsverstärkers 35 ab. Es werde ein spezieller Fall angenommen, bei dem die von dem Leistungsverteiler 13 erzeugte Einspeiseamplitudenverteilung die Taylorverteilung mit einem Seitenkeulenpegel von -30 dB und n von 5 ist, 62 Strahlelemente 11 vorgesehen sind, die Sendeleistung 44 dBm ist, der Einspeiseverlust 6 dB, der Antennengewinn 20 dB, das Kopplungsverhältnis der Strahlelemente 11 und der einstückigen Mehrfachüberwachungseinrichtung 15 gleich -45 dB und der Überwachungsverlust gleich 3 dB ist. In einem derartigen Fall weist das von den an den am weitesten seitlich angeordneten Strahlelementen 11 abgestrahlte Signal die kleinste Strahlleistung auf. Um die Phase des kleinsten Signals mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 6º (1/4 Bit eines 4-Bit-Digitalphasenschiebers) zu messen, ist ein Mittelungsverfahren erforderlich. Insbesondere werden in der Beispielausführungsform die Skalare V1 bis V4 der kombinierten Ausgangssignale einige zehnmal (beispielsweise (achtzigmal) gemessen, die gemessenen Skalare gemittelt und dann die Gl. (2) mit den sich ergebenden gemittelten Skalaren gelöst.
Die Betriebszeitabläufe für die erfindungsgemäße Kompensation werden anhand eines MLS-Höhenführungssystems und unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben. Wie durch das Zeitablaufdiagramm TC&sub1; dargestellt, weist das MLS einen vorgeschriebenen Vollzyklus-Zeitablauf auf, dessen Periode 615 ms beträgt. Innerhalb des Vollzyklus-Zeitablauf treten zwei iterative Sequenzen SEQ&sub1; und SEQ&sub2; jeweils viermal auf. Ein Zeitablaufdiagramm TC&sub2; zeigt das Ende des Vollzyklusses an. Gemäß Darstellung durch ein Zeitablaufdiagramm TC&sub3; weisen die Sequenzen SEQ&sub1; und SEQ&sub2; jeweils zwei Sendezeiten mit jeweils 5,6 ms Dauer. Daraus folgt, daß die der Höhenführung zugeordnete tatsächliche Sendezeit nicht mehr als 22% des Vollzyklusses von 615 ms Dauer beträgt, d.h., die restlichen 78% die Warte- oder Pausenzeit sind. Da die Sendezeiten für die Azimuthführung und dergleichen in einer Weise festgelegt sind, daß sie sich nicht mit der Pausenzeit überlappen, kann die CPU 36 die zuvor genannten Rechenvorgänge zumindest innerhalb der Pausenzeit ausreichend ausführen.
Gemäß Darstellung eines Zeitablaufdiagramms TC&sub4; in Fig. 8 enthält eine einzelne Sendezeit von 5,6 ms ein Vorlaufsignal S&sub1; mit einer Systemidentifikationsinformation (ID), einem OCI-Signal S&sub2; (Out of Coverage Identification - Nichtabdeckungsidentifikation), ein TO-SCAN-Signal S&sub3; für den Abtastvorgang des Strahls, ein ebenfalls für den Abtastvorgang angepaßtes FRO-SCAN-Signal S&sub4;, und ein Signal S&sub5; für Überwachungszwecke. Das Überwachungssignal S&sub5; ist das Signal, welches in dem von der einstückigen Mehrfachüberwachungseinrichtung 15 (Fig. 6) bestimmten Empfangswinkel übertragen wird, und welches den normalen MLS-Betrieb nicht beeinflußt. Die Interruptzeitpunkte für den Zugriff auf die CPU 38 für den Kompensationsvorgang sind beispielsweise bezogen auf die vorstehenden Vorgänge als Interruptzeitpunkte TC&sub5;, TC&sub6; und TC&sub7; dargestellt. Zum Interruptzeitpunkt TC&sub5; wählt die CPU 38 eine Leitung, die einem zu messenden Phasenschieber zugeordnet ist. Zum Interruptzeitpunkt TC&sub6; wählt die CPU 38 einen spezifischen Phasenverschiebungsbetrag für den ausgewählten Phasenschieber 12, d.h. einen von 0º, 90º, 180º und 270º. Ferner übernimmt die CPU 38 am Interruptzeitpunkt TC&sub7; die Daten (V1, V2, V3 oder V4) über den I/O-Port 37 nach dem Ausstrahlen des Überwachungssignals S&sub5;. Danach wird die Berechnung eines Phasenfehlers φ und die Berechnung der Korrekturdaten C in der nachfolgenden Pausenzeit ausgeführt.
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, welches die Prozedur des Kompensationsvorgangs der vorliegenden Erfindung darstellt. Gemäß Darstellung beginnt die Prozedur mit einem Schritt ST&sub1; zur Auswahl einer zu messenden Leitung zum Interruptzeitpunkt TC&sub5;. In diesem Zustand wird die Anzahl der auszuführenden Messungen auf Null gesetzt (ST&sub2;). Dann wird der interessierende Phasenschieber 12 zum Interruptzeitpunkt TC&sub6; auf 0º-Phase gesetzt (ST&sub3;). Zum nachfolgenden Interruptzeitpunkt TC&sub7; werden die Daten V1 übernommen (ST&sub4;). Zum nächsten Interruptzeitpunkt TC&sub6; wird die Phase des ausgewählten Phasenschiebers 12 um 90º gedreht (ST&sub5;). Danach wird beurteilt, ob sich die Phase des Phasenschiebers 12 um 360º gedreht hat, d.h., ob die Daten V1, V2, V2 und V4 gelesen wurden oder nicht (ST&sub6;). Wenn die Antwort auf den Schritt ST&sub6; "JA" ist, wird die Anzahl der Messungen hochgezählt (ST&sub7;). Die bisher beschriebenen Schritte werden solange wiederholt, bis die Messung achtzigmal durchgeführt wurde. Nach Abschluß der achtzigsten Messung gemäß Feststellung im Schritt ST&sub8;, wird in der nachfolgenden Pausenzeit auf der Basis der gemittelten Daten &sub1;, &sub2;, &sub3;, und &sub4; und unter Verwendung der Gl.(2) ein Phasenfehler φ berechnet (ST&sub9;). Dann wird ermittelt ob der bestimmte Phasenfehler φ größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist oder nicht ist (ST&sub1;&sub0;). Wenn die Antwort auf den Schritt ST&sub1;&sub0; "JA" ist, werden Korrekturdaten C unter Verwendung der Gl. (3) berechnet (ST&sub1;&sub1;). Darauf folgt ein Schritt ST&sub1;&sub2; für die Ausgabe der Korrekturdaten C und der Adressendaten des zum gewählten Phasenschieber 12 zugehörigen Zwischenspeichers 41.
Die Kompensationsvorrichtung der Beispielausführungsform wurde in ein MLS-Höhenführungssystem eingebaut, um seine Stabilität bezüglich der Winkelgenauigkeit zu messen. Die Messung zeigte, daß der Winkel lediglich in der Größenordnung von ± 1/100º im Maximum schwankt. Schwankungen in der Strahlbreite und im Seitenkeulenpegel konnten kaum beobachtet werden.
Zusammengefaßt berechnet die vorliegende Erfindung den Phasenfehler eines von jeden Strahlelement abgestrahlten Hochfrequenzsignals anhand eines einfachen Prozesses, berechnet einen Korrekturbetrag auf der Basis der berechneten Phasenfehlers und addiert den Korrekturbetrag auf ein dem interessierenden Strahlelement zugeordnetes Phasensteuersignal. Dieses ist sehr wirkungsvoll für das Konstanthalten der Phasenebene einer phasengesteuerte Gruppenantenne, weshalb verschiedene Charakteristiken der Antenne, wie z.B. die Strahlform, die Strahlrichtung und der Seitenkeulenpegel im wesentlichen über der Zeit konstant bleiben. Somit realisiert die vorliegende Erfindung eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit einer hervorragenden Temperaturcharakteristik.

Claims

1. Charakteristik-Kompensationsvorrichtung für eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit einem Leistungsverteiler (13) zum Verteilen von Sendeleistung auf mehrere Ausgangssignale, mehreren Phasenschiebern (12), wovon jeder ein spezifisches der mehreren Ausgangssignale des Leistungsverteilers aufnimmt, mehreren in einer Gruppe angeordneten Strahlelementen (11), wovon jedes ein Ausgangssignal eines entsprechenden der mehreren Phasenschieber aufnimmt, und einer Steuereinrichtung (31) zum Steuern jedes der mehreren Phasenschieber, daß er eine Phasenverschiebung in der Weise aufweist, daß die phasengesteuerte Gruppenantenne einen Abtaststrahl mit einem gewünschten Abtastwinkel liefert, wobei die Charakteristik-Kompensationsvorrichtung aufweist:

eine Überwachungseinrichtung (15, 16, 35, 36, 37), um von den mehreren Strahlelementen abgestrahlte Signale zu empfangen und zu kombinieren und um kombinierte Ausgangssignale, welche Phasenverschiebungen der jeweiligen Phasenschieber zugeordnet sind, als Überwachungsignale auszugeben;

eine auf die Überwachungsignale reagierende Phasenfehler- Berechnungseinrichtung (38) zum Berechnen eines Phasenfehlers eines von einem dem jeweiligen Phasenschieber zugeordneten Strahlelement ausgestrahlten Ausgangssignals; und

mehrere Zwischenspeicher (41), welche jeweils einem der mehreren Phasenschieber zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß,

wenn die Steuereinrichtung (31) die mehreren Phasenschieber so steuert, daß sie jeweils erste Phasenverschiebungen derart aufweisen, daß die phasengesteuerte Gruppenantenne einen vorgegebenen Winkel aufweist, und dann jeden Phasenschieber so steuert, daß er Phasenverschiebungen von 90º, 180º und 270º zusätzlich zu den ersten Phasenverschiebungen aufweist, die Überwachungseinrichtung (15, 16, 35, 36, 37) mehrere Skalarwerte v&sub1;, v&sub2;, v&sub3; und V&sub4; in Übereinstimmung mit der ersten Phasenverschiebung und den hinzuaddierten Phasenverschiebungen von 90º, 180º und 270º ausgibt, die Phasenfehler-Berechnungseinrichtung den Phasenfehler auf der Basis der mehreren Skalarwerte V&sub1;, V&sub2;, V&sub3; und V&sub4; berechnet, und in Übereinstimmung mit dem von der Phasenfehler-Berechnungseinrichtung berechneten Phasenfehler bestimmte Korrekturdaten speichert, wodurch der Phasenverschiebungsbetrag der Phasenschieber durch eine Kombination der von der Steuereinrichtung gesteuerten Phasenverschiebung und den in den Zwischenspeichern gespeicherten Korrekturdaten gesteuert wird, um den Abtaststrahl mit dem gewünschten Abtastwinkel aus der phasengesteuerten Gruppenantenne zu erzeugen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Phasenfehler- Berechnungseinrichtung den Phasenfehler φ ausgibt, der gegeben ist durch:

φ = tan&supmin;¹ V&sub4; - V&sub2;/V&sub1; - V3

der Phasenschieber einen n-Bit-Digitalphasenschieber aufweist und der Zwischenspeicher die Korrekturdaten C speichert, die gegeben sind durch:

oder

wobei INT den Absolutwert darstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Phasenschieber einen 4-Bit-Digitalphasenschieber aufweist und die Korrekturdaten C gegeben sind durch:

oder

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Überwachungseinrichtung, die Phasenfehler-Berechnungseinrichtung und die Zwischenspeicher für die Verwendung in einem Mikrowellen-Landesystem angepaßt sind, um die Temperaturkompensation während einer Warteperiode in Betriebssequenzen des Mikrowellen-Landesystems auszuführen.