EP0021252A1 - Als Pillbox-Antenne ausgebildete Radarantenne mit integrierter IFF-Antenne - Google Patents
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- H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
- H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device
Definitions
- a beam antenna with a series-fed radar antenna and an integrated IFF beam is also known.
- the disadvantage of a series-fed radar antenna, e.g. a waveguide slot antenna, consists in the narrow band and in particular in the frequency dependence of the main beam direction.
- the object of the invention is to provide a very compact, low radar antenna with an integrated IFF antenna, which is suitable for accommodation on small vehicles and has optimal properties in the horizontal plane within a larger frequency bandwidth.
- this object is achieved in that a so-called double-decker pillbox antenna is provided, which consists of a cylindrical parabolic reflector and two mutually perpendicular, parallel metal plates with a parallel to these plates, but not reaching to the parabolic reflector There is an intermediate plate, so that there is a plate space on both sides of this intermediate plate that a radar signal primary radiator with its radiation center is arranged in the focal line of the parabolic reflector in one plate space, that a device for deflecting the radiation from one into the along the cylindrical parabolic reflector another plate gap is provided and that a device for radiation coupling of the IFF signal is arranged next to the radar signal primary radiator.
- a simple pillbox antenna is formed by a cylindrical parabolic reflector and two metallic plates running perpendicular to and parallel to one another and having a distance of less than one wavelength. The feed takes place at the focal line. A fan-shaped radiation lobe is created.
- the known double-decker (folded) pillbox antenna has the advantage that the aperture is not partially shaded by the primary radiator.
- the double-deck pillbox antenna according to the invention consists of a cylindrical parabolic reflector 1 and two mutually parallel, mutually parallel metallic plates 2 and 3 'with an intermediate plate 4, which however does not extend to the parabolic reflector 1.
- the intermediate plate 4 runs parallel to the two plates 2 and 3.
- the radar signal primary radiator 7 can be designed, for example, as an open waveguide or as a small horn radiator, for example a deflecting horn radiator, as in FIG. 1.
- the radar signal coming from a feeder 8 is thus coupled into the lower inter-plate space 6 via the primary radiator 7.
- the radiation transition from the lower plate space 6 into the upper space 5 takes place in the arrangement according to FIG. 1 with the help of two 45 ° bevels 9 and 10 in the cross-sectional contour of the cylindrical parabolic reflector 1.
- the transition can also be made by a simple slot between the intermediate plate 4 and the cylindrical parabolic reflector 1.
- the intermediate plate 4 is fastened in a holder 11 made of dielectric material and running along the cylindrical parabolic reflector 1.
- Such a mounting of the intermediate plate 4 may be preferable to the use of discrete spacer pins, since disturbing inhomogeneity points can arise when using such pins.
- a funnel-shaped opening 12 In front of the aperture 20 of the upper space 5 there is a funnel-shaped opening 12 provided to enable the desired vertical bundling. Also in the vicinity of the aperture, the intermediate space can be held by a support 21 made of dielectric material, which can also serve as a climatic seal.
- the IFF On both sides of the primary radar coupling, i.e. On both sides of the umleakhor emitter 7 and thus also the pillbox parabolic focal line, the IFF is coupled in by means of two emitters 13 and 14.
- the vertical polarization of these two IFF emitters 13 and 14 is spreadable in any case with horizontal or vertical primary radar polarization and can also be easily redirected to the floor above, -then the space 5.
- the IFF coupling takes place through the extended inner conductor of two coaxial lines and must be adapted because of its short extension relative to the wavelength.
- the radiators 13 and 14 serving for IFF coupling can be offset somewhat from one another in the transverse direction, so that the distances between these coupling radiators 13 and 14 are each different from the radar signal primary radiator 7 and are necessary for an optimized, target-controlled query; IFF main beam direction squinting towards the main radar lobe.
- a sum difference formation of the signals of the two IFF emitters 13 and 14 to narrow the effective lobe width and to suppress side lobe signal suppression is advantageously carried out by a hybrid circuit 15 attached to the outside of the plate 3 directly below the IFF coupling. 16 and 17 denote the sum and difference input of this hybrid circuit 15.
- the lower plate gap 6 is on the side facing away from the cylindrical parabolic reflector with a metallic rear wall 18 completed.
- the distance d 2 between the device for coupling the radiation of the IFF signals, ie the two radiators 13 and 14, and the rear wall 18 is advantageously dimensioned such that the rear wall acts as a sub-reflector for the IFF signals.
- the distance d 1 between the radiation center of the radar signal primary radiator 7 and the rear wall 18 is greater than the distance d 2 between the emitters 13 and 14 of the device for Select radiation coupling of the IFF signals on one side and the rear wall 18 on the other side. This measure prevents interference from the primary radar by the IFF radiation.
- the resulting deviation of the IFF radiation center of gravity from the focal line of the cylindrical parabolic reflector 1 is not critical at the usual wavelength for IFF signals of approximately 30 centimeters.
- the vertical polarization emerging from the pillbox aperture can be in the region of the funnel in which the horizontal polarization is capable of spreading is converted into a circular polarization by a polarization grating 22.
- a polarization grating 22 consists in a known manner, for example of wires or meandering lines inclined at 45 ° to the aperture edges, which, in addition to the existing, for example, vertical E-vector, produce an equally large, 90 ° phase-shifted horizontal E-vector, so that the desired circular polarization arises.
- This polarization conversion is undesirable for the IFF signal, since the signals of the transponders to be interrogated are also vertically polarized.
- An arrangement of the polarization grating within the funnel 12 at a point at which the transverse dimension is less than half an IFF wavelength prevents the excitation of a horizontal IFF component, since this component cannot spread there.
- the support 21 and the polarization grating 22 can also be structurally combined.
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Abstract
Description
- Primärradar- und IFF-Antennen(IFF = identification friend foe = Freund-Feind-Identifizierung) lassen sich baulich getrennt ausführen, z.B. als Pillbox-Antenne und IFF-Balkenantenne, und dann beispielsweise räumlich übereinander kombinieren. Es ist auch eine Balkenantenne mit einer seriengespeisten Radarantenne und einem integrierten IFF-Balken bekannt. Der Nachteil einer seriengespeisten Radar-Antenne,z.B. einer Hohlleiterschlitzantenne, besteht in der Schmalbandigkeit und insbesondere in der Frequenzabhängigkeit der Hauptstrahlrichtung.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine sehr kompakte, niedrige Radarantenne mit einer integrierten IFF-Antenne zu schaffen, welche für eine Unterbringung auf kleinen Fahrzeugen geeignet ist und in der horizontalen Ebene innerhalb einer größeren Frequenzbandbreite optimale_ Eigenschaften aufweist.
- Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine sogenannte doppelstöckige Pillbox-Antenne vorgesehen ist, die aus einem zylindrischen Parabolreflektor und zwei senkrecht dazu angeordneten, zueinander parallel verlaufenden metallischen Platten mit einer, parallel zu diesen Platten verlaufenden, jedoch nicht bis zum Parabolreflektor reichenden Zwischenplatte besteht, so daß sich zu beiden Seiten dieser Zwischenplatte jeweils ein Plattenzwischenraum ergibt, daß ein Radarsignal-Primärstrahler mit seinem Strahlungszentrum in der Brennlinie des Parabolreflektors im einen Plattenzwischenraum angeordnet ist, daß entlang des zylindrischen Parabolreflektors eine Einrichtung zur Umlenkung der Strahlung vom einen in den anderen Plattenzwischenraum vorgesehen ist und daß neben dem Radarsignal-Primärstrahler eine Einrichtung zur Strahlungseinkopplung des IFF-Signals angeordnet ist.
- Eine einfache Pillbox-Antenne wird bekanntlich durch einen zylindrischen Parabolreflektor und zwei senkrecht dazu und zueinander parallel verlaufende, metallische Platten, die einen Abstand von weniger als eine Wellenlänge aufweisen, gebildet. Die Einspeisung erfolgt hierbei an der Brennlinie. Es entsteht eine fächerförmige Strahlungskeule. Im Gegensatz dazu weist die an sich bekannt Doppelstock-(gefaltete)Pillbox-Antenne den Vorteil auf, daß die Apertur nicht durch den Primärstrahler teilweise abgeschattet wird.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1 eine Doppelstock-Pillbox-Antenne für Radar- und IFF-Signale nach der Erfindung in einer geschnittenen Seitendarstellung,
- Fig. 2 diese Antenne in einer in Fig. 1 bei I-I geschnittenen Draufsicht, und
- Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2.
- Die doppelstöckige Pillbox-Antenne nach der Erfindung besteht aus einem zylindrischen Parabolreflektor 1 und zwei senkrecht dazu angeordneten, zueinander parallel verlaufenden metallischen Platten 2 und 3'mit einer Zwischenplatte 4, die jedoch nicht bis zum Parabolreflektor 1 reicht. Die Zwischenplatte 4 verläuft parallel zu den beiden Platten 2und 3. Zu beiden Seiten der Zwischenplatte 4 ergibt sich jeweils ein Plattenzwischenraum (= Stockwerk) 5 bzw. 6. In der Brennlinie des Parabolreflektors 1 ist mit seinem Strahlungszentrum ein Radarsignal-Primärstrahler 7 im Plattenzwischenraum 6 angeordnet. Der Radarsignal-Primärstrahler 7 läßt sich beispielsweise als offener Hohlleiter oder als ein kleiner Hornstrahler, z.B. ein Umlenkhornstrahler, wie in Fig. 1, ausbilden. Das von einer Zuführung 8 kommende Radarsignal wird somit über den Primärstrahler 7 in den unteren Plattenzwischenraum 6 eingekoppelt. Der Strahlungsübergang vom unteren Plattenzwischenraum 6 in den oberen Zwischenraum 5 erfolgt in der Anordnung nach Fig. 1 mit Hilfe von zwei 45°-Abschrägungen 9 und 10 in der Querschnittskontur des zylindrischen Parabolreflektors 1. Der Übergang kann aber auch durch einen einfachen Schlitz zwischen der Zwischenplatte 4 und dem zylindrischen Parabolreflektor 1 erfolgen. Die Zwischenplatte 4 wird in einer am zylindrischen Parabolreflektor 1 entlang verlaufenden, aus dieleketrischem Material bestehenden Halterung 11 befestigt. Eine derartige Halterung der Zwischenplatte 4 ist der Verwendung von diskreten Abstandsstiften u.U. vorzuziehen, da bei der Verwendung solcher Stifte störende Inhomogenitätsstellen entstehen können. Vor der Apertur 20 des oberen Zwischenraumes 5 ist eine trichterförmige Öffnung 12 vorgesehen, um die gewünschte vertikale Bündelung zu ermöglichen. Auch in der Nähe der Apertur kann der Zwischenraum durch eine aus dielektrischem Material bestehende Abstützung 21 gehalten werden, die gleichzeitig der klimatischen Abdichtung dienen kann.
- Zu beiden Seiten der Primärradareinkopplung,d.h. zu beiden Seiten des Umleakhorastrahlers 7 und damit auch der Pillbox-Parabol-Brennlinie, erfolgt die IFF-Einkopplung mittels zweier Strahler 13 und 14. Die vertikale Polarisation dieser beiden IFF-Strahler 13 und 14 ist bei horizontaler oder vertikaler Primärradarpolarisation in jedem Fall ausbreitungsfähig und kann auch problemlos in das darüber liegende Stockwerk,-d.h.in den Zwischenraum 5 umgelenkt werden. Die IFF-Einkopplung erfolgt durch die verlängerten Innenleiter zweier Koaxialleitungen und muß wegen seiner relativ zur Wellenlänge kurzen Ausdehnung angepaßt werden. Die der IFF-Einkopplung dienenden Strahler 13 und 14 können in Querrichtung etwas zueinander versetzt sein, so daß die Abstände dieser Einkoppelstrahler 13 und 14 jeweils zum Radarsignal-Primärstrahler 7 unterschiedlich sind und eine für eine optimierte zielgesteuerte Abfrage notwendige; gegenüber der Radarhauptkeule schiel ende IFF-Hauptstrahlrichtung entsteht. Eine Summen-Differenzbildung der Signale der beiden IFF-Strahler 13 und 14 zur Einengung der effektiven Keulenbreite und zur Nebenkeulensignalunterdrückung erfolgt durch eine außen an der Platte 3 angebrachte Hybridschaltung 15 in zweckmäßiger Weise unmittelbar unterhalb der IFF-Einkopplung. Mit 16 und 17 sind der Summen- und Differenzeingang dieser Hybridschaltung 15 bezeichnet.
- Der untere Plattenzwischenraum 6 ist an der zum zylindrischen Parabolreflektor abgewandten Seite mit einer metallischen Rückwand 18 abgeschlossen. Der Abstand d 2 zwischen der Einrichtung zur Strahlungseinkopplung der IFF-Signale, d.h. den beiden Strahlern 13 und 14, und der Rückwand 18 ist in vorteilhafter Weise so bemessen, daß die Rückwand als Subreflektor für die IFF-Signale wirksam ist. Bei vertikaler Strahlungspolarisation sowohl der auszustrahlenden'Radarsignale als auch der auszustrahlenden IFF-Signale empfiehlt es sich, den Abstand d1 zwischen dem Strahlungszentrum des Radarsignal-Primärstrahler 7 und der Rückwand 18 größer als den Abstand d2 zwischen den Strahlern 13 und 14 der Einrichtung zur Strahlungseinkopplung der IFF-Signale auf der einen Seite und der Rückwand 18 auf der anderen Seite zu wählen. Durch diese Maßnahme werden Störungen des Primärradars durch die IFF-Strahlung vermieden. Die sich ergebende Abweichung des IFF-Strahlungsschwerpunktes von der Brennlinie des zylindrischen Parabolreflektors 1 ist bei der üblichen Wellenlänge für IFF-Signale von ca. 30 Zentimeter unkritisch.
- In den weiter außen liegenden Bereichen der Rückwand 18 können störende Reflexionen beispielsweise durch einen Absorberbelag 19 reduziert werden. Eine andere Möglichkeit der Verringerung störender Reflexionen bestünde in einer bestimmten Formgebung der Rückwand 18. Die beiden Abstände d1 und d2 wären dann allerdings nicht mehr konstant. Es läßt sich jedoch durch eine solche Formgebung eine gewünschte Belegung des zylindrischen Parabolreflektors erzielen.
- Im Frequenzbereich über ca. 8 - 10 GHz kann durch die Verwendung von zirkularer anstelle von linearer Polarisation eine bessere Regenechounterdrückung erzielt werden. Die aus der Pillbox-Apertur austretende, beispielsweise vertikale Polarisation kann im Bereich des Trichters, in dem die horizontale Polarisation ausbreitungsfähig ist, durch ein Polarisationsgitter 22 in eine zirkulare Polarisation umgewandelt werden. Ein derartiges Polarisationsgitter 22 besteht in bekannter Weise z.B. aus unter 45° gegen die Aperturkanten geneigten Drähten oder Mäanderlinien, welche neben dem vorhandenen z.B. vertikalen E-Vektor einen gleich großen, 90°-phasenverschdbenen horizontalen E-Vektor erzeugen, so daß die gewünschte zirkulare Polarisation entsteht.
- Für das IFF-Signal ist diese Polarisationsumwandlung unerwünscht, da auch die Signale der abzufragenden Transponder vertikal polarisiert sind. Eine Anordnung des Polarisationsgitters innerhalb des Trichters 12 an einer Stelle, an der die Querabmessung unter einer halben IFF-Wellenlänge liegt, verhindert die Anregung einer horizontalen IFF-Komponente, da diese dort nicht ausbreitungsfähig ist.
- Damit besteht die Möglichkeit, die Radarpolarisation in eine zirkulare Polarisation umzuwandeln und die in derselben Antenne erregte IFF-Polarisation vertikal zu belassen.
- Die Abstützung 21 und das Polarisationsgitter 22 lassen sich auch baulich zusammenfassen.
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