EP0178638B1 - Line-fed phased array antenna - Google Patents
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
- H01Q25/02—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns providing sum and difference patterns
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine leitungsgespeiste phasengesteuerte Antenne mit einer Vielzahl von Einzelstrahlern, die in einer in bezug auf eine Symmetrielinie symmetrisch ausgebildeten Fläche angeordnet sind, zur Erzeugung eines Summendiagramms und eines Differenzdiagramms, das durch gegenphasige Amplitudenbelegung der Einzelstrahler auf beiden Seiten der Symmetrielinie erzeugt wird, wobei entlang dieser Symmetrielinie noch eine Übergangszone zwischen den gegenphasigen Amplitudenbelegungen vorgesehen ist.The invention relates to a line-fed, phase-controlled antenna with a multiplicity of individual radiators, which are arranged in a surface which is symmetrical with respect to a line of symmetry, for generating a summation diagram and a difference diagram, which is generated by the phase opposition of the individual radiators on both sides of the line of symmetry , with a transition zone between the antiphase amplitude assignments being provided along this line of symmetry.
Elektronisch phasengesteuerte Antennen lassen sich wie übliche Radarantennen, die mit einem Primärstrahlersystem und einem Parabolreflektor ausgestattet sind, zur Erhöhung der Genauigkeit der Zielortung und zur Zielverfolgung im sogenannten Monopulsverfahren betreiben, bei dem ein Summendiagramm und gewöhnlich zwei Differenzdiagramme für die Azimutebene und die Elevationsebene benutzt werden. Zur Ermöglichung einer flachen Bauweise und zur Optimierung der Amplitudenbelegung und damit der Nebenzipfeldämpfung im Summendiagramm wird bei phasengesteuerten Antennen häufig die Leitungsspeisung angewandt, bei der jeder der Einzelstrahler über eine zu einem Verteilernetz gehörende Leitung angesteuert wird. Damit ist die für das Summendiagramm optimale Amplitudenbelegung über die Antennenfläche betragsmäßig allerdings auch für die Azimut- und Elevationsdifferenzdiagramme wirksam, für die sie nicht mehr optimal ist, sondern relativ hohe, von der Antennenachsrichtung aus nur langsam abfallende Nebenzipfel erzeugt.Electronically phase-controlled antennas can be operated like conventional radar antennas, which are equipped with a primary radiator system and a parabolic reflector, to increase the accuracy of the target location and for target tracking in the so-called monopulse method, in which a sum diagram and usually two difference diagrams are used for the azimuth plane and the elevation plane. In order to enable a flat design and to optimize the amplitude assignment and thus the secondary zip field attenuation in the summation diagram, line supply is often used in phase-controlled antennas, in which each of the individual radiators is controlled via a line belonging to a distribution network. Thus, the optimum amplitude assignment for the sum diagram over the antenna area is also effective for the azimuth and elevation difference diagrams, for which it is no longer optimal, but rather high, from the antenna axis direction generated from only slowly sloping lobes.
Eine weitgehende Optimierung der Summen- und Differenz-Amplitudenbelegung kann bei Verwendung des Strahlungsspeisungsprinzips durch besondere Maßnahmen am Vierfach-Primärstrahler erreicht werden. Nachteilig ist aufgrund der Strahlungsspeisung die große Bautiefe der phasengesteuerten Antennenanordnung sowie die begrenzte Genauigkeit für das Erreichen einer Soll-Belegung, wie sie für einen maximalen Nebenzipfelpegel von z.B. -40 dB erforderlich ist.Extensive optimization of the sum and difference amplitude assignment can be achieved by using the radiation feed principle through special measures on the quadruple primary radiator. Disadvantages due to the radiation feed are the large structural depth of the phase-controlled antenna arrangement and the limited accuracy for achieving a target assignment, such as that required for a maximum sub-lobe level of e.g. -40 dB is required.
Aus dem Aufsatz von H.Öttl und L.Thomanek: "Monopuls-Antenne der Bodenstation für Satellitenfunk der Deutschen Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V." in der Zeitschrift "NTZ" 1968, Heft 10, S.631-634 ist eine leitungsgespeiste phasengesteuerte Antenne mit einer Anzahl von in einer symmetrischen Fläche angeordneten Einzelstrahlern zur Erzeugung eines Summendiagramms und zweier Differenzdiagramme bekannt, die durch gegenphasige Amplitudenbelegungen der Einzelstrahler auf den beiden Seiten zweier Symmetrielinien erzeugt werden. Die beiden Symmetrielinien teilen die Antennenfläche in vier Quadranten auf. Entlang dieser Symmetrielinien ist bei der Erzeugung der Differenzdiagramme noch eine Verzahnung der gegenphasigen Amplitudenbelegungen vorgesehen. Die Verzahnung ergibt sich dadurch, daß die beiden Symmetrielinien zwischen den Quadranten mit Einzelstrahlern bestückt sind und in abwechselnder Reihenfolge zu den benachbarten Quadranten gehören. Diese Phasenverzahnung für die Differenzdiagrammbildung trägt zur Verbesserung des Nebenzipfelverhaltens und der Unterdrückung von Diagrammschultern im Differenzdiagramm bei. Mit der bei dieser Monopuls-Antenne angewandten Phasenverzahnung lassen sich allerdings keine optimierten Summen-, Azimutdifferenz- und Elevationsdifferenzdiagramme bei phasengesteuerten Antennenanordnungen mit sehr vielen Einzelstrahlern bilden.From the essay by H.Öttl and L.Thomanek: "Monopulse antenna of the ground station for satellite radio of the Deutsche Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt eV" in the magazine "NTZ" 1968, issue 10, p.631-634 is a line-fed phase-controlled Antenna with a number of individual radiators arranged in a symmetrical area for generating a summation diagram and two difference diagrams are known, which are generated by opposite-phase amplitude assignments of the individual radiators on the two sides of two lines of symmetry. The two lines of symmetry divide the antenna area into four quadrants. Along these lines of symmetry, a toothing of the antiphase amplitude assignments is provided when generating the difference diagrams. The interlocking results from the fact that the two lines of symmetry between the quadrants are equipped with individual radiators and belong to the adjacent quadrants in an alternating order. This phase interlocking for the difference diagram formation contributes to the improvement of the side lobe behavior and the suppression of diagram shoulders in the difference diagram. With the phase gearing used in this monopulse antenna, however, none can form optimized sum, azimuth difference and elevation difference diagrams in phase-controlled antenna arrangements with a large number of individual radiators.
Ein Anwenden von drei getrennten Verteilersystemen für optimierte Summen-, Azimutdifferenz- und Elevationsdifferenzkanäle benötigt drei Eingänge pro Einzelstrahler mit großen Impedanz-, Verkopplungs- und Verlustproblemen.Applying three separate distribution systems for optimized sum, azimuth difference and elevation difference channels requires three inputs per single radiator with great impedance, coupling and loss problems.
Aufgabe der Erfindung ist es, ohne ein solches Dreifach-Verteilersystem und damit ohne den damit verbundenen Aufwand und die sich durch diesen zusätzlichen Aufwand ergebenden Schwierigkeiten bei einer mit sehr vielen Einzelstrahlern ausgestatteten, leitungsgespeisten phasengesteuerten Antenne eine Differenzbelegung zu erreichen, die weitgehend an die optimale Form (Bayliss) angepaßt ist und eine hohe Nebenzipfeldämpfung aufweist. Dabei soll die Summenbelegung ihre ursprüngliche optimale Form beibehalten.The object of the invention is to achieve a differential assignment without such a triple distribution system and thus without the associated effort and the difficulties resulting from this additional effort in a line-powered, phase-fed antenna equipped with a large number of single radiators, which largely corresponds to the optimal shape (Bayliss) is adapted and has a high secondary lobe attenuation. The total assignment should maintain its original optimal shape.
Gemäß der Erfindung, die sich auf eine leitungsgespeiste phasengesteuerte Antenne der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Übergangszone zu beiden Seiten der Symmetrielinie gleich breit ausgebildet ist und auf jeder Seite aus mehreren nebeneinander parallel zur Symmetrielinie verlaufenden Einzelstrahlerstreifen besteht und daß, ausgehend von jedem der beiden Ränder der Übergangszone bis zur Symmetrielinie, die Anzahl der jeweils gegenphasig erregten Einzelstrahler in einem Streifen in bezug zur Anzahl aller Einzelstrahler in diesem Streifen von 0 % an jedem Rand bis 50 % an der Symmetrielinie in gleicher Weise zunimmt. Durch geeignete Ausbildung der Übergangszone läßt sich ein stetiger Amplitudenübergang zwischen den beiden Antennenhälften erreichen, so daß sich die optimale Differenzbelegung zumindest angenähert unter Beibehaltung der optimalen Summenbelegung erreichen läßt.According to the invention, which relates to a line-fed phase-controlled antenna of the type mentioned at the outset, this object is achieved in that the transition zone is of equal width on both sides of the line of symmetry and on each side consists of a plurality of individual radiator strips running parallel to the line of symmetry and that , starting from each of the two edges of the transition zone up to the line of symmetry, the number of single emitters excited in opposite phases in a strip relative to the number of all individual emitters in this strip increases in the same way from 0% on each edge to 50% on the line of symmetry. A suitable formation of the transition zone enables a steady Achieve amplitude transition between the two antenna halves, so that the optimal differential assignment can be achieved at least approximately while maintaining the optimal total assignment.
In vorteilhafter Weise sind die gegenphasig erregten Einzelstrahler in den parallel zur Symmetrielinie nebeneinander verlaufenden Streifen statistisch verteilt.In an advantageous manner, the individual emitters excited in phase opposition are statistically distributed in the strips running parallel to the line of symmetry.
Die Übergangszone kann auch so ausgebildet werden, daß entlang der Symmetrielinie periodisch und abwechselnd einmal auf der einen Seite und dann wieder auf der anderen Seite der Symmetrielinie Bereiche vorgesehen sind, in welchen die Einzelstrahler gegenphasig erregt sind.The transition zone can also be designed in such a way that regions are provided periodically and alternately along the symmetry line, on one side and then again on the other side of the symmetry line, in which the individual radiators are excited in phase opposition.
In vorteilhafter Weise haben in diesem Fall die gegenphasigen Einzelstrahlerbereiche die Form von gleichschenkeligen Dreiecken, deren Grundlinien mit der Symmetrielinie der Antennenfläche zusammenfallen. Der Flächenanteil der gegenüberliegenden gegenphasigen Hälfte wächst in diesem Fall keilförmig und damit stetig an. Die Amplitude des Differenzbelegungsdiagramms geht in diesem Fall vor der Symmetrielinie langsam zurück und überschreitet an der Symmetrielinie den Nullwert mit endlicher Steigung.In this case, the antiphase individual radiator regions advantageously have the shape of isosceles triangles, the base lines of which coincide with the line of symmetry of the antenna surface. In this case, the area portion of the opposite, opposite-phase half grows in a wedge shape and thus increases continuously. In this case the amplitude of the differential assignment diagram slowly decreases before the line of symmetry and exceeds the zero value with a finite slope at the line of symmetry.
Die Zunahme der relativen Anzahl der jeweils in einem parallel zur Symmetrielinie verlaufenden Streifen gegenphasig erregten Einzelstrahler von 0 % an den Rändern bis 50 % an der in der Mitte der Übergangszone verlaufenden Symmetriellinie kann linear, aber auch nichtlinear sein.The increase in the relative number of single radiators excited in antiphase in a strip running parallel to the line of symmetry from 0% at the edges to 50% at the line of symmetry running in the middle of the transition zone can be linear, but also non-linear.
Zur Erzeugung eines ersten Differenzdiagramms im Azimut und eines zweiten Differenzdiagramms in der Elevation sind eine senkrecht verlaufende und eine waagrecht verlaufende Symmetrielinie vorhanden, welche die Antennenfläche in vier Quadranten aufteilen. Zu diesen Quadranten gehören allerdings nicht diejenigen Einzelstrahler, die entlang den jeweiligen Symmetrielinien in den Übergangszonen gegenphasig erregt sind, wogegen diejenigen Einzelstrahler dazugehören, die gleichphasig entlang den jeweiligen Symmetrielinien in den Übergangszonen auf der anderen Seite dieser SYMMETRIELINIEN liegen. Zur Bildung des Differenzdiagramms im Azimut sind die beiden im wesentlichen links von der senkrechten Symmetrielinie liegenden Quadranten zu den beiden anderen Quadranten gegenphasig belegt, wogegen zur Bildung des Differenzdiagramms in der Elevation die beiden im wesentlichen oberhalb der waagrechten Symmetrielinie liegenden Quadranten zu den beiden anderen Quadranten gegenphasig erregt werden. Zur Erzeugung des Summendiagramms sind alle Einzelstrahler der Antennenfläche gleichphasig bzw. bei Strahlauslenkung mit einer linearen Phasenprogression erregt.To generate a first difference diagram in azimuth and a second difference diagram in elevation, there are a vertical and a horizontal symmetry line, which divide the antenna area into four quadrants. These quadrants, however, do not include those individual radiators that are excited in phase opposition along the respective lines of symmetry in the transition zones, whereas those individual radiators belong that are in phase along the respective lines of symmetry in the transition zones on the other side of these SYMMETRIAL LINES. To form the difference diagram in azimuth, the two quadrants lying essentially to the left of the vertical line of symmetry are out of phase with the other two quadrants, whereas to form the difference diagram in elevation, the two quadrants lying essentially above the horizontal line of symmetry are out of phase with the other two quadrants be excited. To generate the sum diagram, all the individual radiators of the antenna area are in phase or excited with a linear phase progression when the beam is deflected.
Eventuell auftretende kleine Orientierungsfehler der Azimut- und/oder der Elevationsachse der phasengesteuerten Antenne lassen sich durch geringe axiale Verdrehung der Antenne korrigieren. Die gegenphasigen periodischen Einzelstrahlerbereiche entlang der Symmetrielinien lassen sich auch so gestalten und/oder verteilen, daß keine Orientierungsfehler der Azimut- und/oder der Elevationsachse auftreten.Any small orientation errors of the azimuth and / or the elevation axis of the phase-controlled antenna can be corrected by slight axial twisting of the antenna. The antiphase periodic single radiator areas along the lines of symmetry can also be designed and / or distributed in such a way that no orientation errors of the azimuth and / or the elevation axis occur.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1 ein Summenbelegungsdiagramm und zwei verschiedene Differenzbelegungsdiagramme,
- Fig. 2 eine Quadrantenaufteilung bei einer phasengesteuerten Antenne nach der Erfindung zur Erzeugung nebenzipfelarmer Differenzdiagramme,
- Fig. 3 die Quadrantenzuordnung der Einzelstrahler bei einer Anordnung nach Fig. 2,
- Fig. 4 bei einer phasengesteuerten Antenne nach der Erfindung eine Quadrantenaufteilung durch achsensymmetrische Trennlinien,
- Fig. 5 eine Hälftenzuordnung der Einzelstrahler bei einer erfindungsgemäßen Antenne, bei der die gegenphasig erregten Einzelstrahler in der Übergangszone statistisch verteilt sind.
- Fig. 6 ein vorteilhaftes Speisungsprinzip für eine gemäß der Erfindung ausgeführte phasengesteuerte Antenne mit vier Quadranten.
- 1 shows a total occupancy diagram and two different differential occupancy diagrams,
- 2 shows a quadrant division in a phase-controlled antenna according to the invention for generating difference diagrams with little sidelobes,
- 3 shows the quadrant assignment of the individual radiators in an arrangement according to FIG. 2,
- 4 in a phase-controlled antenna according to the invention, a quadrant division by axisymmetric dividing lines,
- 5 shows a halftone assignment of the individual radiators in the case of an antenna according to the invention, in which the single-radiators excited in phase opposition are statistically distributed in the transition zone.
- 6 shows an advantageous feeding principle for a phase-controlled antenna with four quadrants, which is designed according to the invention.
Fig. 1 zeigt die Amplitudenbelegungen Σ, Δo und ΔK zur Erzeugung eines optimalen Summendiagramms und zweier verschiedener Differenzdiagramme in einer Ebene. Bei leitungsgespeisten phasengesteuerten Antennen weist jeder Einzelstrahler eine bestimmte relative Amplitude auf, die für den Summen- und den Differenzfall festliegt. Im Differenzfall wird an der Symmetrielinie der Antennenfläche ein Phasensprung von 180° erzwungen, wodurch zwar ein scharfes Minimum in der Hauptstrahlrichtung aber gleichzeitig eine sehr langsam abfallende äußere Diagrammflanke mit hohen Nebenzipfeln erzeugt wird. In Fig. 1 ist diese Differenzbelegung Δo strichpunktiert dargestellt. Durch einen stetigen Übergang zwischen den beiden antisymmetrischen Hälften kann die Differenzbelegung weitgehend an die optimale Form (Bayliss) angeglichen werden und die Nebenzipfeldämpfung dadurch erhöht werden. Diese günstige Differenzbelegung ist in Fig. 1 mit ΔK bezeichnet. Die Summenbelegung Σ muß jedoch ihre ursprüngliche optimale Form beibehalten.1 shows the amplitude assignments Σ, Δ o and Δ K for generating an optimal summation diagram and two different difference diagrams in one plane. In the case of line-fed phase-controlled antennas, each individual radiator has a certain relative amplitude, which is fixed for the sum and the difference case. In the case of a difference, a phase jump of 180 ° is forced on the line of symmetry of the antenna surface, whereby a sharp minimum in the main beam direction but at the same time a very slowly falling outer one Diagram edge is generated with high side peaks. In Fig. 1, this difference assignment Δ o is shown in dash-dotted lines. Through a continuous transition between the two antisymmetric halves, the differential assignment can largely be adjusted to the optimal shape (Bayliss) and the secondary lobe attenuation increased. This favorable differential assignment is denoted by Δ K in FIG. 1. However, the total assignment jedoch must retain its original optimal shape.
Die in Fig. 1 dargestellten Belegungen Σ und ΔK gelten für eine darunter in Fig. 2 dargestellte, entsprechend der Erfindung ausgebildete, phasengesteuerte Antennenfläche einer phasengesteuerten Monopulsantenne, welche ein Differenzdiagramm sowohl in der Azimut- als auch in der Elevationsebene erzeugen soll. Die Differenzbelegung muß sowohl in der Azimut- als auch in der Elevationsebene verbessert werden, d.h. es muß sowohl über eine vertikale Symmetrielinie 1 als auch über eine horizontale Symmetrielinie 4 der Antenne hinweg ein stetiger Übergang zwischen den gegenphasigen Hälften geschaffen werden. Diesen stetigen Amplitudenübergang zwischen den jeweiligen Antennenhälften, d.h. zwischen den vier Quadranten einer phasengesteuerten Antennenfläche kann man entsprechend der Fig. 2 durch einen "stetigen Flächenübergang" in zwei Übergangszonen Üv und ÜH zwischen den Quadranten A,B,C und D erzeugen. Zur Bildung des Differenzdiagramms im Azimut werden die beiden aus den Quadranten A und C bestehenden Hälften gegen die aus den beiden Quadranten B und D zusammengesetzten Hälften gegenphasig belegt. Zur Bildung des Differenzdiagramms in der Elevation wird dagegen die aus den beiden Quadranten A und B bestehende Antennenhälfte gegen die aus den beiden Quadranten C und D zusammengesetzte Antennenhälfte gegenphasig erregt.The assignments Σ and Δ K shown in FIG. 1 apply to a phase-controlled antenna surface of a phase-controlled monopulse antenna shown below in FIG. 2, which is designed according to the invention and is intended to produce a difference diagram in both the azimuth and the elevation plane. The differential assignment must be improved both in the azimuth and in the elevation plane, that is, a continuous transition between the antiphase halves must be created both over a vertical line of
Der Quadrant A reicht beispielsweise mit seinen beiden dreiecksförmig ausgebildeten Bereichen 3 noch über die Symmetrielinie 1 hinweg, wogegen die ebenfalls dreiecksförmigen Bereiche 2, die links von der Symmetrielinie 1 liegen, zum Quadranten B gehören. Die Bereiche 2 werden somit im Vergleich zu dem größten Teil des Quadranten A, obwohl sie links von der Symmetrielinie 1 liegen, gegenphasig gegenüber den Einzelstrahlern des Quadranten A und gleichphasig mit den Einzelstrahlern des Quadranten B betrieben. Die mit 5 bezeichnete Linie bildet somit eine Trennlinie zwischen den beiden Quadranten A und B. Zwischen den Quadranten A und C verläuft die Trennlinie 6, zwischen den Quadranten C und D die Trennlinie 7 und zwischen den Quadranten B und D die Trennlinie 8. Die Spitzen der zickzackförmigen Trennlinien 5 und 7 begrenzen die vertikal verlaufende Übergangszone Üv und die ebenfalls zickzackförmigen Trennlinien 6 und 8 schließen mit ihren Spitzen die horizontal verlaufende Übergangszone ÜH ein. Durch den aufgrund der Dreiecksform der Bereiche 2 und 3 keilförmig und damit stetig anwachsenden Flächenteil der gegenüberliegenden gegenphasigen Hälften der Antennenfläche geht entsprechend der Kurve ΔK in Fig. 1 die Amplitude langsam zurück und überschreitet an der Symmetrielinie den Nullwert mit endlicher Steigung.The quadrant A extends, for example, with its two triangular regions 3 beyond the line of
Im einzelnen kann der in Fig. 1 dargestellte Kurvenverlauf ΔK durch die den gegenphasigen Einzelstrahlerbereichen 2 und 3 gegebene geometrische Form, die vom Dreieck abweichen kann, gestaltet und optimiert werden. Derartige Abweichungen sind in der kreisförmig umringten Einzelheit VAR in Fig. 2 dargestellt.Specifically, the curve Δ K shown in FIG. 1 can be achieved by the anti-phase individual emitter regions 2 and 3 given geometrical shape which may differ from the triangular, be designed and optimized. Such deviations are shown in the circularly encircled detail VAR in FIG. 2.
Fig. 3 zeigt, wie die diskreten Einzelstrahler der phasengesteuerten Antenne nach Fig. 2 den einzelnen Quadranten A,B,C und D zugeordnet sind. Es ist hierbei nicht die gesamte Antennenfläche nach Fig. 2 dargestellt, sondern lediglich ein zentraler Bereich davon. Die Einzelstrahler des Quadranten A sind durch kleine senkrechte Striche, die Einzelstrahler des Quadranten B durch kleine Kreuze, die Einzelstrahler des Quadranten C durch kleine Ringe und die Einzelstrahler des Quadranten D in kleinen waagrechten Strichen dargestellt. Die Einzelstrahler sind in senkrechten Spalten und waagrechten Reihen angeordnet. Für den Fall der Summendiagrammbildung sind alle Einzelstrahler aller vier Quadranten A,B,C und D gleichphasig bzw. bei Strahlauslenkung mit linearer Phasenprogression erregt, so daß die Grenzen zwischen den Quadranten A bis D unwirksam sind. Im Azimut-Differenzfall sind die Einzelstrahler der Quadranten A und C gegenphasig zu den Einzelstrahlern der Quadranten B und D, im Elevations-Differenzfall die Einzelstrahler der Quadranten A und B gegenphasig zu den Einzelstrahlern der Quadranten C und D erregt. Die aus den beiden Teilen 5 und 7 (Fig. 2) zusammengesetzte Trennlinie zwischen der rechten und linken bzw. die aus den beiden Teilen 6 und 8 zusammengesetzte Trennlinie zwischen der oberen und unteren Antennenhälfte verläuft periodisch, so daß bei Annähern und Überschreiten der Symmetrieachsen 1 bzw. 4 der zur jeweils gegenüberliegenden Hälfte gehörende Einzelstrahleranteil monoton wächst. Dieser Sachverhalt geht aus Fig.2 hervor.FIG. 3 shows how the discrete individual radiators of the phase-controlled antenna according to FIG. 2 are assigned to the individual quadrants A, B, C and D. The entire antenna area according to FIG. 2 is not shown here, but only a central area thereof. The individual emitters of quadrant A are represented by small vertical lines, the individual emitters of quadrant B by small crosses, the individual emitters of quadrant C by small rings and the individual emitters of quadrant D in small horizontal lines. The single radiators are arranged in vertical columns and horizontal rows. In the case of summation diagram formation, all individual emitters of all four quadrants A, B, C and D are in phase or excited in the case of beam deflection with linear phase progression, so that the boundaries between quadrants A to D are ineffective. In the case of difference in azimuth, the individual emitters of quadrants A and C are excited in phase opposition to the individual emitters of quadrants B and D, in the case of difference in elevation, the individual emitters of quadrants A and B are excited in phase opposition to the individual emitters of quadrants C and D. The dividing line composed of the two
Eventuell auftretende kleine Orientierungsfehler der Azimut-/Elevationsachse lassen sich durch eine besondere Wahl der Trennlinien zwischen den Antennenhälften vermeiden. Eine Aufteilung der Quadranten A,B,C und D durch achsensymmetrische Trennlinien 5,6,7 und 8 ist in Fig.4 dargestellt.Possible small orientation errors of the azimuth / elevation axis can be avoided by a special choice of the dividing lines between the antenna halves. A division of the quadrants A, B, C and D by
Fig. 5 zeigt, wie die diskreten Einzelstrahler einer zur Erzeugung des Differenzdiagramms in zwei Hälften gegenphasig belegten, phasengesteuerten Antenne mit Leitungsspeisung diesen beiden Hälften zugeordnet sind. Die Einzelstrahler der linken Hälfte sind durch kleine Kreuze (positive Phasenpolarität) und diejenigen der rechten Hälfte durch kleine waagrechte Striche (negative Phasenpolarität) dargestellt. Die Übergangszone Üv erstreckt sich links und rechts einer vertikalen Symmetrielinie 1 gleich weit nach links und nach rechts. Die Einzelstrahler sind in senkrechten Spalten und waagrechten Reihen angeordnet. Für den Fall der Summendiagrammbildung sind alle Einzelstrahler beider Hälften gleichphasig bzw. bei Strahlauslenkung mit linearer Phasenprogression erregt, so daß die Grenze, d.h. die Übergangszone Üv, zwischen den beiden Antennenhälften unwirksam wird. Im Differenzfall ist die sich links und rechts entlang der Symmetrielinie 1 erstreckende Übergangszone Üv so ausgebildet, daß entlang ihrem linken Rand alle Einzelstrahler in einem senkrechten Streifen positive Phasenpolarität und entlang ihrem rechten Rand alle Einzelstrahler in einem senkrecht verlaufenden Streifen negative Phasenpolarität aufweisen. Wandert man vom linken Rand in die Mitte der Übergangszone Üv, so nimmt in den senkrechten Streifen (Spalten) die Anzahl der negativ phasenpolarisierten Einzelstrahler zu, wogegen bei Wanderung vom rechten Rand in die Mitte der Übergangszone die Anzahl der positiv phasenpolarisierten Einzelstrahler pro Streifen (Spalte) zunimmt. Unmittelbar an der Symmetrielinie 1 existieren etwa genauso viele positiv wie negativ phasenpolarisierte Einzelstrahler in einem senkrechten Streifen. In den einzelnen Streifen (Spalten) sind die jeweils gegenphasig erregten Einzelstrahler statistisch verteilt. Es ergibt sich eine Übergangszone mit statistischer Verteilung der gegenphasigen Einzelstrahler, wobei die Dichte der jeweils gegenphasig erregten Einzelstrahler von den beiden Rändern bis zur Symmetrielinie 1 in der Mitte der Übergangszone Üv zunimmt. Durch eine derartige Ausbildung der Übergangszone Üv ergibt sich ein fast optimales Differenzbelegungsdiagramm. Selbstverständlich läßt sich dieses Prinzip der statischen Verteilung auch bei einer Antenne mit Differenzdiagrammen in zwei Ebenen anwenden. In diesem Fall sind vier Quadranten vorgesehen, die durch Übergangszonen entlang zweier gekreuzter Symmetrielinien getrennt sind.FIG. 5 shows how the discrete individual radiators are assigned to a phase-controlled antenna with line feed, which is assigned in phase opposition to generate the difference diagram in two halves, and are assigned to these two halves. The individual radiators in the left half are represented by small crosses (positive phase polarity) and those in the right half by small horizontal lines (negative phase polarity). The transition zone Ü v extends left and right of a vertical line of
Fig. 6 zeigt das Ausführungsbeispiel eines Speiseprinzips für eine phasengesteuerte Monopulsantenne für nebenzipfelarme Differenzdiagramme nach der Erfindung. Die Speisung der vier aufgefiederten Quadranten A,B,C und D erfolgt hierbei durch vertikale Verteilerleitungen VS, die jeweils die Einzelstrahler in einer Spalte eines der Quadranten A bis D bedienen und ihrerseits an vier den vier Quadranten A bis D zugeordneten Horizontalverteilern VA, VB, VC und VD zusammengefaßt werden. In der vertikal verlaufenden Übergangszone gehören die in den Spalten liegenden Strahlerelemente, je nach dem, ob sie rechts oder links der zickzackförmig verlaufenden Trennlinie 5,7 liegen, der rechten, aus den beiden Quadranten B und D bestehenden Antennenhälfte oder der linken, aus den beiden Quadranten A und C zusammengesetzten Antennenhälfte an. Deshalb überlappen sich die zu den verschiedenen Quadranten A,B,C und D verlaufenden Verteilerleitungen VS im Erstreckungsbereich der Trennlinie 5,7. In diesem Erstreckungsbereich laufen dann zwei vertikale Verteilerleitungen VS pro Spalte parallel. In Fig. 6 sind diese parallel zueinander verlaufenden, vertikalen Verteilerleitungen VS durch nebeneinanderlaufende, durchgehende bzw. gestrichelte Linien angedeutet, die aber jeweils nur an die zu ihrem Quadranten A,B,C oder D gehörenden Einzelstrahler angekoppelt sind. Die Strahlerankopplungen sind durch Querstriche an den senkrechten Verteilerleitungen VS angedeutet.FIG. 6 shows the exemplary embodiment of a feed principle for a phase-controlled monopulse antenna for difference diagrams with little lobes according to the invention. The four pinned quadrants A, B, C and D are fed by vertical distribution lines V S , which each serve the individual radiators in one column of one of the quadrants A to D and in turn on four horizontal distributors V A assigned to the four quadrants A to D, V B , V C and V D can be summarized. In the vertical transition zone, the radiator elements in the columns belong, depending on whether they are to the right or left of the
Bei Ausführung der Verteilerleitungen VS in Triplate-oder Microstriptechnik lassen sich die beiden zu einer Spalte gehörigen Verteilerleitungen VS platzsparend Rücken-an-Rücken zueinander anordnen. Gegebenenfalls lassen sich die beiden Verteilerleitungen in der vertikal verlaufenden Übergangszone auch auf einer gemeinsamen Trägerplatte anordnen oder die Trägerplatte ist aufgeteilt auf für die rechte bzw. linke Hälfte zuständige Teile, die dann vom Verteiler für die Quadranten A,B bzw. C,D gespeist werden. Die Ausgänge a,b,c, und d der horizontal verlaufenden Verteiler VA, VB, VC und VD werden in der üblichen Weise an einem Monopulskomparator K zum Summenkanal Σ, Azimutdifferenzkanal ΔAz und Elevationsdifferenzkanal ΔEL zusammengefaßt. In zweckmäßiger Weise wird man die horizontal verlaufenden Verteiler VA bis VD mehr in der Mitte der Quadranten A bis D oder in der Mitte der gesamten Antenne anordnen, um die Leitungslängen zwischen den Einzelstrahlern und dem Komparator K zu reduzieren.When the distribution lines V S are designed using triplate or microstrip technology, the two distribution lines V S belonging to a column can be arranged back-to-back in a space-saving manner. If necessary, the two distribution lines can also be arranged on a common carrier plate in the vertically running transition zone or the carrier plate is divided into parts responsible for the right or left half, which are then fed by the distributor for quadrants A, B or C, D. . The outputs a, b, c, and d of the horizontal distributors V A , V B , V C and V D are combined in the usual manner on a monopulse comparator K to the sum channel Σ, azimuth difference channel Δ Az and elevation difference channel Δ EL . In an expedient manner, the horizontal distributors V A to V D will be arranged more in the middle of the quadrants A to D or in the middle of the entire antenna in order to reduce the line lengths between the individual radiators and the comparator K.
Die Zuordnung der Verteilerleitungen VS zur horizontalen oder vertikalen Ebene läßt sich vertauschen, so daß die Verteilerleitungen nicht mehr die Spalten sondern die Reihen versorgen und somit horizontal verlaufen.The assignment of the distribution lines V S to the horizontal or vertical level can be interchanged, so that the distribution lines no longer supply the columns but the rows and thus run horizontally.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Prinzips nach der Erfindung besteht darin, daß auch im äußeren Bereich der Differenzbelegung nach Fig.1 eine Korrektur vorgenommen wird. Dazu werden auch im äußeren Teil der Quadranten A,B,C und D Einzelstrahler vom Verteiler des Nachbarquadranten gespeist. Es werden dann auch Einzelstrahler in von den Symmetrielinien weiter entfernt liegenden Bereichen der Hälften der Antennenfläche gegenphasig erregt.An advantageous development of the principle according to the invention is that a correction is also made in the outer area of the differential assignment according to FIG. For this purpose, individual radiators are also fed from the distributor of the neighboring quadrant in the outer part of quadrants A, B, C and D. Individual radiators in regions of the halves of the antenna surface which are further away from the lines of symmetry are then excited in opposite phase.
Claims (16)
- Line-fed phased-array antenna comprising a multiplicity of individual radiators which are arranged in a plane which is formed symmetrically with respect to a line of symmetry (1), for generating a sum pattern and a difference pattern which is generated by antiphase amplitude excitation of the individual radiators on both sides of the line of symmetry, a transition zone (ÜV) between the antiphase amplitude excitations also being provided along this line of symmetry, characterised in that the transition zone (ÜV) is designed to be of equal width on both sides of the line of symmetry (1) and consists of several individual radiator strips extending adjacently to one another in parallel with the line of symmetry and in that, starting from each of the two edges of the transition zone up to the line of symmetry, the number of individual radiators in each case excited in antiphase in one strip increases in the same manner from 0% at each edge to 50% at the line of symmetry with respect to the number of all individual radiators in this strip.
- Antenna according to Claim 1, characterised in that the individual radiators excited in antiphase are randomly distributed in the strips extending in parallel with the line of symmetry (1).
- Antenna according to Claim 1, characterised in that the transition zone (ÜV) is constructed in such a manner that areas (2, 3), in which the individual radiators are excited in antiphase, are provided along the line of symmetry (1) periodically and alternatingly once on one side and then again on the other side of the line of symmetry.
- Antenna according to Claim 3, characterised in that the areas (2, 3) have the shape of isosceles triangles, the base lines of which coincide with the line of symmetry (1).
- Antenna according to one of Claims 1 to 3, characterised in that the increase in the proportion of the antiphase-excited individual radiators, in each case extending in a strip parallel to the line of symmetry (1), from 0% at the edges to 50% at the line of symmetry is linear.
- Antenna according to one of Claims 1 to 3, characterised in that the increase in the proportion of the antiphase-excited individual radiators, extending in each case in a strip parallel to the line of symmetry (1), from 0% at the edges to 50% at the line of symmetry is non-linear.
- Antenna according to one of the preceding claims, characterised in that for generating a first difference pattern in azimuth and a second difference pattern in elevation, a perpendicularly extending (1) and a horizontally extending line of symmetry (4) exist which in each case exhibit on both sides a transition zone (ÜV, ÜH) and divide the antenna plane into four quadrants (A, B, C, D), which, however, in each case do not include the individual radiators which are excited in antiphase in the transition zones (ÜV, ÜH) along the respective lines of symmetry whereas they include the individual radiators which are located, excited in phase, along the respective lines of symmetry in the transition zones (ÜV, ÜH) on the other side of these lines, in that, for forming the difference pattern in azimuth, the two quadrants (A, C) located to the left of the perpendicular line of symmetry (1) are excited in antiphase with respect to the two other quadrants (B, D) and, for forming the difference pattern in elevation, the two quadrants (A, B) located above the horizontal line of symmetry are excited in antiphase to the other two quadrants (C, D), and in that, for generating the sum pattern, all individual radiators of the antenna area are excited in phase or, in the case of beam deflection, with a linear phase progression.
- Antenna according to one of the preceding claims, characterised in that small orientation errors occurring in the azimuth and/or the elevation axis are corrected by an axial change in the alignment of the antenna plane.
- Antenna according to Claim 3, characterised in that the antiphase periodic individual-radiator planes (2, 3) are shaped and/or distributed along the lines of symmetry (1) in such a manner that no orientation errors occur in the azimuth and/or the elevation axis.
- Antenna according to one of the preceding claims, but without Claim 7, characterised in that when the individual radiators are arranged in horizontal rows and vertical columns, in the case where the antenna plane is divided into two halves, vertically extending distributor lines are provided for each of these halves, which in each case supply one column of one half and, in turn, are combined at two horizontal distributors allocated to the two halves.
- Antenna according to Claim 7, characterised in that when the individual radiators are arranged in horizontal rows and vertical columns, vertically extending distributor lines (VS) are provided for each quadrant (A,B,C,D), which in each case supply one column of a quadrant and, in turn, are combined at four horizontal distributors (VA, VB, VC, VD) allocated to the four quadrants, which overlap in pairs in the transition zone on both sides of the perpendicular line of symmetry (1).
- Antenna according to one of Claims 10 and 11, characterised in that when the distributor lines (VS) are constructed in triplate or microstrip technology, the two distributor lines belonging to one column are arranged back to back with respect to one another.
- Antenna according to one of Claims 10 and 11, characterised in that when the distributor lines (VS) are constructed in stripline technology, the distributor lines are arranged on a common carrier plate.
- Antenna according to one of Claims 10 and 11, characterised in that when the distributor lines (VS) are constructed in stripline technology, the distributor lines extending in the vertical transition zone are arranged on a carrier plate divided into two halves, one half of the carrier plate being responsible for the distributor lines for the left-hand half of the antenna plane (quadrants A or C) and the other half of the carrier plate being responsible for the distributor lines for the right-hand half (quadrants B or D) of the antenna plane.
- Antenna according to one of Claims 10 to 14, characterised in that the distributor lines do not supply the columns but the rows and thus extend horizontally so that the allocation of the carrier plates specified in Claims 12 to 14 does not relate to the vertical columns but to the horizontally extending rows.
- Antenna according to one of the preceding claims, characterised in that, for correcting the difference pattern in outer angular areas, an antiphase excitation of the individual radiators arranged there is also provided in areas of the halves or quadrants (A,B,C,D) of the antenna plane which are further distant from the line of symmetry or from the lines of symmetry (14).
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