DE69613565T2

DE69613565T2 - Phasengesteuerte gruppenantenne mit einem kalibrierungsnetzwerk

Info

Publication number: DE69613565T2
Application number: DE69613565T
Authority: DE
Inventors: Henk Fischer; Antonius Bernardus Maria Klein Breteler
Original assignee: Thales Nederland BV
Current assignee: Thales Nederland BV
Priority date: 1995-03-27
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2016-03-14
Also published as: JP3802564B2; NO974438D0; US5977930A; ZA961952B; IL117353A; NO974438L; BR9607877A; DE69613565D1; KR19980703316A; IL117353A0; PL322283A1; JPH11502682A; EP0818058B1; AU5145096A; NO320922B1; NL9500580A; AR001415A1; EP0818058A1; WO1996030963A1; RU2131160C1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine phasengesteuerte Array-Antenne mit einer Gruppe von Hohlleiterstrahlern, die an ein Speisesystem angeschlossen sind, und mit einem Eichnetz zur Eichung des Speisesystems, wobei im wesentlichen alle Hohlleiterstrahler eine Kopplungsanordnung besitzen, die mit dem Eichnetz verbunden ist.
Eine phasengesteuerte Array-Antenne dieser Art ist aus der Europäischen Patentveröffentlichung EP-A-0 127 337 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein nur in Senderichtung wirksames Hochfrequenz-Landesystem, in dem das Eichnetz einen Teil der von einem individuellen Hohlleiterstrahler ausgesendeten Energie ableiten kann.
Die erfindungsgemäße phasengesteuerte Array-Antenne ist zum Aussenden und Empfangen von Energie ausgebildet und besitzt zahlreiche hls. Mit einem Eichnetz bekannter Art würde dies bedeuten, daß die Antenne die Energie über eine längere Zeitdauer nur für die Eichung der Antenne aussenden müßte. Insbesondere in militärischen Anwendungen ist dies ein Nachteil, da die Eichung vorzugsweise dann erfolgt, wenn aus irgendwelchen Gründen eine Radarpause vorgeschrieben ist, beispielsweise aus taktischen Gründen oder während des Ladens von Munition. Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein Eichnetz vorzusehen, das verwendet werden kann, wenn eine Radarpause erwünscht ist, obwohl eine Eichung erforderlich ist. Ein weiteres Ziel ist es, eine Eichprozedur vorzuschlagen, die weniger Zeit beansprucht.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Eichnetz für die gleichzeitige Einspeisung von Eichsignalen in im wesentlichen alle Hohlleiterstrahler ausgebildet ist und daß die Kopplungsvorrichtung einen Richtkoppler mit einer Richtwirkung im wesentlichen in Richtung auf das Speisesystem enthält.
In phasengesteuerten Array-Antennen, die Hohlleiterstrahler besitzen, enthält das Speisesystem im allgemeinen einen Sende/Empfangsmodul für jeden Hohlleiterstrahler oder für jede Gruppe von hlsn. Daraus folgt, daß nicht genug Platz am Eingang für eine Kopplungsvorrichtung vorhanden ist, die an das Eichnetz anzuschließen ist. Auf der Ausgangsseite des Hohlleiterstrahlers fehlt ebenfalls der Raum für eine Kopplungsvorrichtung, die an das Eichnetz anzuschließen ist, da der Ausgang von Hindernissen frei sein muß, um eine störungsfreie Aussendung der Strahlungsenergie zu gewährleisten. Eine besondere Ausführungsform bietet eine Lösung der oben erwähnten Probleme und ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung an einer Seitenwand der Hohlleiterstrahler angebracht ist.
Das Eichnetz soll eine verlustarme Aussendung der Hochfrequenzenergie gewährleisten. Hierzu verwendet man im allgemeinen ein Flachbandnetz, in dem im allgemeinen Duroid als Dielektrikum dient. Ein solches Netz ist jedoch sehr teuer. Eine besonders günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen phasengesteuerten Array-Antenne zielt auf die Bildung eines wesentlich weniger teueren Eichnetzes ab und ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, daß das Eichnetz mindestens einen Hohlleiter aufweist.
Ist das Eichnetz auf Hohlleiterbasis zwischen den Hohlleiterstrahlern so montiert, daß es an den Seitenwänden der Hohlleiterstrahler anliegt, dann sollte man darauf achten, daß der Abstand zwischen den Reihen von Hohlleiterstrahlern trotz des Vorliegens des Hohlleiters so gering wie möglich gehalten wird. Dies kann erreicht werden, indem man die größte Seitenwand des Hohlleiters an die Hohlleiterstrahler so anlegt, daß der Abstand zwischen den Reihen von Hohlleiterstrahlern durch die kleinste Seitenwand des Hohlleiters bestimmt wird. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist deshalb dadurch gekennzeichnet, daß die größte Seitenwand des Hohlleiters an den größten Seitenwänden der Hohlleiterstrahler anliegt.
Die Ausführungsform, in der das Eichnetz mindestens einen Hohlleiter enthält, kann auf ein System von Hohlleitern erweitert werden, das eine Anzahl von in Reihe angeordneten Hohlleiterstrahlern enthält, wobei jeder Hohlleiterstrahler an den Hohlleiter angeschlossen ist. Je Reihe von Hohlleiterstrahlern wird vorzugsweise ein Hohlleiter vorgesehen, der rechtwinklig zu der entsprechenden Reihe von Hohlleiterstrahlern angeordnet ist. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist daher dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Hohlleiter zumindest im wesentlichen rechtwinklig zu den Hohlleiterstrahlern angeordnet ist.
Die zuletzt erwähnte Ausführungsform kann vorteilhaft bei der Bildung der Kopplungsvorrichtung jedes Hohlleiterstrahlers als Verbindung zwischen dem Hohlleiter und dem Hohlleiterstrahler verwendet werden. Eine weitere günstige Ausführungsform ist daher dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung jedes Hohlleiterstrahlers eine Verbindung zwischen dem Hohlleiterstrahler und dem Hohlleiter bildet.
Die Verbindung zwischen dem Hohlleiterstrahler und dem Hohlleiter des Eichnetzes kann nun einfach und wirksam dadurch erreicht werden, daß man eine oder mehrere Öffnungen in der Seitenwand des Hohlleiters und des Hohlleiterstrahlersorsieht. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist daher dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mindestens eine Öffnung in der Seitenwand des Hohlleiterstrahlers und eine Öffnung in der Seitenwand des Hohlleiters vorsieht, die zueinander fluchten.
Enthält das Eichnetz einen oder mehrere Hohlleiter mit einer Verbindung zwischen jedem Hohlleiterstrahler und dem entsprechenden Hohlleiter, dann ist es günstig, die eingekoppelte Testsignalenergie so gering wie möglich zu halten, sodaß ausreichend Energie noch für weiter entfernte Hohlleiterstrahler verfügbar bleibt. In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn jeder Hohlleiterstrahler im wesentlichen denselben Energieanteil zugeführt erhält. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist daher dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eine Signaldämpfung von zwischen -35 dB und -45 dB bewirkt.
Versieht man eine Anzahl von Reihen von Hohlleiterstrahlern mit einem Eichnetz in Form von Hohlleitern, dann kann man mehrere Hohlleiter beispielsweise über 180º-Hohlleiterkrümmer verbinden, der den Ausgang eines Hohlleiters, der zu einer Reihe von Hohlleiterstrahlern gehört, an den Eingang eines dazu parallelen Hohlleiters ankoppelt, der zur nächsten Reihe von Hohlleiterstrahlern gehört. Auf diese Weise kann das Eichnetz erweitert werden, und eine einzige Speisequelle reicht aus, um ein Testsignal an den Eingang des Eichnetzes anzulegen. Eine günstige Ausführungsform ist deshalb dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hohlleiter vorhanden sind, wobei der Ausgang eines Hohlleiters an den Eingang des nächsten angeschlossen ist.
Indem man einen Signalgenerator, der Signale einer ausreichenden Stärke erzeugt, an den Ausgang des Eichnetzes anschließt, das in Form mindestens eines Hohlleiters realisiert ist, wobei jeder Hohlleiterstrahler nur eine relativ geringe Menge an Hochfrequenzenergie empfängt, verteilt sich die Hochfrequenzstrahlung gleichmäßig auf die hls. Im Ergebnis liegt eine gewisse Menge an Hochfrequenzstrahlung am Ausgang des Eichnetzes jenseits der der angeschlossenen Hohlleiterstrahler vor, die in einer angepaßten Last aufgenommen wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist deshalb dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des zumindest einen Hohlleiters an einen Generator für das Eichsignal und das andere Ende an eine angepaßte Last angeschlossen ist.
Die phasengesteuerte Array-Antenne gemäß der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Matrixanordnung von Hohlleiterstrahlern gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2A zeigt von vorne einen Hohlleiterstrahler gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2B zeigt eine Seitenansicht eines Hohlleiterstrahlers gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine matrixartige Anordnung von Hohlleiterstrahlern gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 zeigt in Explosionsdarstellung eine mögliche Methode zur Befestigung eines Hohlleiterstrahlers am Hohlleiter des Eichnetzes.
Fig. 1 zeigt von vorne eine matrixartige Anordnung von Hohlleiterstrahlern 1 mit einem Eichnetz gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Hohlleiterstrahler sind in einer oberen Reihe 2, einer mittleren Reihe 3 und einer unteren Reihe 4 angeordnet. In diesem Beispiel gibt es nur drei Reihen, aber in der Praxis sieht man Dutzende von Reihen vor und entsprechend mehrere Dutzend Hohlleiterstrahler je Reihe. Die Hohlleiterstrahler in jeder Reihe sind bezüglich der benachbarten Reihe um die Hälfte des Mittelabstands zwischen zwei Hohlleiterstrahlern versetzt. Dadurch ergibt sich ein günstiges Antennendiagramm mit geringen Seitenkeulen. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. An der Vorderseite ist im allgemeinen eine Blendenplatte (nicht dargestellt) angebracht, um das Übersprechen von einem Hohlleiterstrahler zum nächsten zu vermeiden. An der Rückseite 5 sind die Hohlleiterstrahler im allgemeinen über eine (nicht dargestellte) Rückwand miteinander verbunden. Die Rückwand verbessert die Steifheit der Antenne und stellt die elektrische Verbindung zwischen den Hohlleiterstrahlern und ihren jeweiligen Sende/Empfangsmoduln her. Um Phasen- und Amplitudenfehler zu kompensieren, die je Modul im allgemeinen als eine Folge von Herstellungstoleranzen oder einer Temperaturabweichung auftreten, werden Korrekurfaktoren je Sende/Empfangsmodul bestimmt, die für die Steuerung des betreffenden Moduls verwendet werden. Hierzu wird bei der Justierung jeder einzelne Modul mit einem Testsignal beaufschlagt, das eine bekannte Phase und Amplitude besitzt. Um die Moduln mit einem solchen Testsignal zu beaufschlagen, kann beispielsweise ein Eichnetz zwischen die Rückwand und die Sende/Empfangsmoduln eingefügt werden. Dies hat jedoch verschiedene Nachteile. Zum einen muß Platz zwischen den Moduln und der Rückwand geschaffen werden, um das Eichnetz aufzunehmen. Um diesen Raum zu überbrücken, muß eine Verbindungsleitung zwischen jedem Hohlleiterstrahler und dem zugehörigen Modul montiert werden, was zu Verlusten führt. Zum anderen werden Phasen- und Amplitudenfehler, die hinter der Rückwand auftreten, nicht in der Korrekturprozedur berücksichtigt. In dem Ausführungsbeispiel enthält das Eichnetz eine Anzahl von Hohlleitern 6, 7, 8, die entlang der großen Seiten der Hohlleiterstrahler montiert sind. Jeder Hohlleiterstrahler enthält eine Kopplungsvorrichtung 9 in Form eines Lochs, das nur für einen Hohlleiterstrahler dargestellt ist. Die Kopplungsvorrichtung ist vorzugsweise in Form eines bekannten Richtkopplers ausgebildet, wobei die Kopplung von Energie im wesentlichen in Richtung zur Rückwand erfolgt. Richtkoppler können beispielsweise in Form von zwei diagonalen Löchern in dem Rechteck gebildet sein, das durch die Überlappung des Hohlleiters mit dem Hohlleiterstrahler entsteht. Eine Kopplungsvorrichtung ist nur für Hohlleiterstrahler erforderlich, die geeicht werden sollen. Dies gilt in der Regel für alle hls, obwohl dies nicht zwingend notwendig ist.
Es ist auch möglich, in jedem Hohlleiterstrahler mehrere Löcher vorzusehen. Die Hohlleiter 6, 7, 8 sind über Krümmer 10 und 11 miteinander verbunden, die über Flansche 12 angeschlossen werden. Daher reicht ein einziges Testsignal für das gesamte System von Hohlleitern aus. Das System von Hohlleitern schwenkt in Richtung zur Rückwand über einen Krümmer 13, der die Rückwand für die Lieferung eines Testsignals geeignet macht. Am Ende 14 des Systems von Hohlleitern liegt vorzugsweise eine (nicht dargestellte) angepaßte Last, um Reflexionen des Testsignals zu vermeiden. Es ist aber natürlich auch möglich, je Reihe von strahlenden Elementen einen Hohlleiter vorzusehen, der ein Testsignal empfängt und eine angepaßte Last aufweist. Damit entfallen die Krümmer 10 und 11. Falls ein Testsignalgenerator ausfällt, ist es dann immer noch möglich, die anderen Reihen mit einem Testsignal zu versorgen. In dem Ausführungsbeispiel bestehen die Hohlleiterstrahler aus rechtwinkligen Hohlleitern, deren untere Seitenwände im Schnittbereich mit dem Hohlleiter entfernt wurden. Die Oberseite 15 der Hohlleiter bildet somit die untere Seitenwand des hlss. Dies hat den Vorteil, daß nur der Hohlleiter mit einem oder mit mehreren Löchern versehen werden muß.
Die Fig. 2A und 2B zeigen vergrößert einen Hohlleiterstrahler 1. Der Hohlleiterstrahler hat rechtwinkligen Querschnitt. Im Bereich des Hohlleiters 6 besitzt er eine nach unten offene U-Form, da die untere Seitenwand entfernt wurde. Hinter dem Hohlleiter setzt sich der Hohlleiterstrahler als ein rechtwinkliges Element fort, wie Fig. 2B zeigt. Auf diese Weise liegt die kleine hintere Seitenwand 16 des Hohlleiters 6 an der vorstehenden Kante 17 des Hohlleiterstrahler an, von wo aus die untere Seitenwand 18 des Hohlleiterstrahlers beginnt und sich in Richtung zur Rückwand erstreckt. Dadurch kann man beim Zusammenbau die Hohlleiterstrahler genau positionieren.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der phasengesteuerten Array-Antenne, die ein erfindungsgemäßes Eichnetz besitzt. Die Hohlleiterstrahler 19 sind an den beiden Seiten der Hohlleiter montiert. Dies ergibt eine Halbierung der erforderlichen Länge der Hohlleiter 20, 21, 22. Die Hohlleiter 20, 21, 22 sind an beiden Seiten mit Löchern für die Einkopplung eines Testimpulses in die Hohlleiterstrahler versehen. Die Hohlleiterstrahler 19 besitzen entsprechende Löcher 24. In dem Ausführungsbeispiel sind die Hohlleiterstrahler über ihre ganze Länge rechtwinklig. Eine angepaßte Last 25 ist am Ende des Hohlleiters 22 montiert. Der Testimpuls wird am Eingang 26 des Hohlleiters 20 eingespeist.
Fig. 4 zeigt eine Methode zur Befestigung eines rechtwinkligen Hohlleiterstrahlers 27 am Hohlleiter 28 des Eichnetzes, die sich von der in Fig. 1 gezeigten unterscheidet. Ein Bereich 29 mit der Breite der Seitenwand des Hohlleiterstrahlers wurde von der oberen Seitenwand 30 des Hohlleiters 28 entfernt. Dies ergibt einen Ausschnitt, in dem sich der rechtwinklige Hohlleiterstrahler 27 ziemlich genau einfügt. Der Hohlleiterstrahler besitzt ein Loch 31, um die Strahlungsenergie einkoppeln zu können.
Phasengesteuerte Array-Antennen gemäß der Erfindung sind keineswegs auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. Merkmale der oben erwähnten Ausführungsbeispiele können auch miteinander kombiniert werden.

Claims

1. Phasengesteuerte Array-Antenne mit einer Gruppe von Hohlleiterstrahlern (1), die an ein Speisesystem angeschlossen sind, und mit einem Eichnetz (6, 7, 8) zur Eichung des Speisesystems, wobei im wesentlichen alle Hohlleiterstrahler (1) eine Kopplungsanordnung (9) besitzen, die mit dem Eichnetz (6, 7, 8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Eichnetz (6, 7, 8) für die gleichzeitige Einspeisung von Eichsignalen in im wesentlichen alle Hohlleiterstrahler (1) ausgebildet ist und daß die Kopplungsvorrichtung (9) einen Richtkoppler mit einer Richtwirkung im wesentlichen in Richtung auf das Speisesystem enthält.

2. Phasengesteuerte Array-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung an einer Seitenwand (18) der Hohlleiterstrahler montiert ist.

3. Phasengesteuerte Array-Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eichnetz (6, 7, 8) mindestens einen Hohlleiter aufweist.

4. Phasengesteuerte Array-Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Seitenwand des Hohlleiters an den größten Seitenwänden (18) der Hohlleiterstrahler anliegt.

5. Phasengesteuerte Array-Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Hohlleiter zumindest im wesentlichen rechtwinklig zu den Hohlleiterstrahler verläuft.

6. Phasengesteuerte Array-Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung (9) je Hohlleiterstrahler (1) eine Verbindung zwischen dem Hohlleiterstrahler (1) und dem Hohlleiter aufweist.

7. Phasengesteuerte Array-Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung (9) mindestens eine Öffnung in der Seitenwand (18) des Hohlleiterstrahlers und eine Öffnung in der Seitenwand des Hohlleiters besitzt, wobei die beiden Öffnungen fluchten.

8. Phasengesteuerte Array-Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung eine Signaldämpfung von zwischen -35 dB und -45 dB bewirkt.

9. Phasengesteuerte Array-Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hohlleitern (6, 7, 8, 10, 11, 13) vorhanden sind, wobei der Ausgang eines Hohlleiters an den Eingang eines anderen Hohlleiters angeschlossen ist.

10. Phasengesteuerte Array-Antenne nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (26) des mindestens einen Hohlleiters mit dem Eichsignal-Generator und das andere Ende mit einer angepaßten Last (25) verbunden ist.