EP0207511B1 - Antenne réseau à balayage électronique - Google Patents

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EP0207511B1
EP0207511B1 EP86109023A EP86109023A EP0207511B1 EP 0207511 B1 EP0207511 B1 EP 0207511B1 EP 86109023 A EP86109023 A EP 86109023A EP 86109023 A EP86109023 A EP 86109023A EP 0207511 B1 EP0207511 B1 EP 0207511B1
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sum
difference
signals
group antenna
antenna according
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EP0207511A2 (fr
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Anton Dipl.-Ing. Brunner
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a group antenna consisting of a multiplicity of line-fed, within the volume of an imaginary body which is symmetrical with respect to a horizontal plane and two perpendicularly intersecting vertical planes, in particular a sphere, distributed individual antennas with omnidirectional radiation pattern with electronically phase-controlled beam swiveling for radar all-round scanning.
  • Such a group antenna is known from DE-PS 28 22 845. With this antenna, however, precise target location or target tracking is not possible.
  • the monopulse antennas used hitherto correspond to an areal, non-spatial element arrangement in which four partial areas or partial antennas are combined into a sum, an elevation difference and an azimuth difference channel.
  • the object of the invention is a spatially constructed group antenna of the type mentioned without intervention in the actual antenna configuration in such a way that an exact target location or target tracking is possible using the monopulse method.
  • this object is achieved in that the individual emitters are divided into eight sub-volumes, so-called octants, which are delimited from one another by the three levels mentioned and fed separately in terms of signal, and in order to form a total sum signal, an elevation difference signal and two different azimuth difference signals the signals of the eight octants with a total of eleven elements, each forming sum and difference signals, such as ring hybrids, magic teas or the like.
  • the sum and difference signals are first formed by two level adjacent octants, which are combined with the sum and difference signals of the neighboring pairs of octants so that finally the four desired sum and Differential signals of the eight octants are present.
  • combination signals which can be designated as diagonal difference signals are also taken from some of the outputs of the elements forming the sum and difference signals, which are provided with a terminating resistor, and which result in radiation minima on the main axes given by the intersection lines of the three planes and in themselves to form the four desired sum and difference signals are not required.
  • the spatial distribution of the individual radiators, which fills the volume of the imaginary body, is advantageously such that the arrangement is as similar as possible for all directions.
  • the individual radiators are expediently designed for horizontal polarization and the feed lines to the individual radiators run vertically.
  • the individual radiators can be formed, for example, by horizontally lying conductor rings or by horizontally lying crossed dipoles in the manner of a turnstile ("turnstile") antennas.
  • the sum-difference circuit For the implementation of the sum-difference circuit, a flat design is expedient, which can be implemented using stripline technology when transmitting lower powers, for example with exclusive reception mode or when using active single radiators. If the transmission mode with higher power is included in the sum channel, the sum-difference circuit can be implemented entirely or only on the sum channel paths in the form of a special coaxial line or waveguide system.
  • Such a coaxial line system is known from DE-PS 27 01 228 and is characterized by an outer conductor which is formed by a flat, metal base plate, in which depressions corresponding to the respectively desired line path are provided with a constant square or rectangular cross section, and which is covered by a plan-shaped cover plate, which is mechanically and electrically connected to the base plate and is likewise made of metal, and by an inner conductor which is embedded in the recesses of the base plate and is supported therein by means of dielectric supports and which has a rectangular cross section with a constant height and has a width adapted according to the wave resistance requirement.
  • An analog waveguide system for the sum-differential circuit also consists of a flat, metal base plate, in which depressions are provided with a square or rectangular cross-section corresponding to the desired line path, and of a planar design, with the base plate mechanically and electrically connected and also made of metal cover plate to cover the base plate.
  • the recesses in the base plate of the coaxial line or waveguide system can be milled out in a computer-controlled manner in a cost-effective manner.
  • FIG. 1 shows a cube which is symmetrical with respect to a horizontal plane E1 and two perpendicularly intersecting vertical planes E2 and E3 and which is intended to form an imaginary body 2, within the volume of which individual radiators with omnidirectional characteristics are to be distributed.
  • the individual emitters within the cube are line-fed and form a group antenna with electronically phase-controlled beam swiveling for all-round radar scanning.
  • the spatial distribution of the individual radiators which fills the volume of the imaginary body 2 is such that the arrangement is as similar as possible for all directions.
  • the individual radiators are divided into eight sub-volumes V1 to V8, so-called octants, which are delimited from one another by the three levels E1, E2 and E3 and are fed separately in terms of signals.
  • the signals occurring per octant V1 to V8 are also referred to as SV1 to SV8.
  • the total sum signal ⁇ g , the elevation difference signal ⁇ E1 , and the two different azimuth difference signals ⁇ Az1 and ⁇ Az2 result from the following equations.
  • ⁇ g SV1 + SV2 + SV3 + SV4 + SV5 + SV6 + SV7 + SV8 ⁇
  • the signals SV1 to SV8 of the eight octants V1 to V8 are combined with a circuit of sum and difference-forming elements, such as ring hybrids, magic teas or the like.
  • sum- and difference signals are first formed from the octane signals SV1 and SV2, SV3 and SV4, SV5 and SV6 as well as SV7 and SV8, that is to say from two octants which are adjacent with respect to the plane E3.
  • the ring hybrids H1, H2, H3 and H4 are used for this.
  • the sum and difference signals of the ring hybrids H1 and H2 are combined.
  • sum and difference signals in turn arise at the outputs of the hybrids H5 and H6.
  • the sum and difference signals of the hybrids H6 and H8 are further combined in two further hybrids H9 and H10, so that at the sum or difference output of the hybrid H9 the total sum signal ⁇ g or the elevation difference signal ⁇ E1 and at the sum output of the hybrid H10 that an azimuth difference signal ⁇ AZ1 is present.
  • the differential output signals of the hybrids H5 and H7 are further combined in a hybrid H11, so that the second azimuth difference signal ⁇ Az2 is present at its sum output .
  • the arrows at the empty outputs of the hybrids H5, H7, H10 and H11 each represent a terminating resistor.
  • sum and difference signals are first formed from two octants each adjacent to plane E1.
  • the hybrid H12 the sum and difference signals of the octane signals SV1 and SV5
  • the hybrid H13 the sum and difference signals of the octane signals SV2 and SV6
  • the hybrid H14 the sum and difference signals of the octane signals SV4 and SV8
  • a hybrid H15 the sum and difference signals of the two octane signals SV3 and SV7 are generated.
  • Sum and difference output signals of the hybrids H12 to H15 are further combined via the ring hybrids H16, H17 and H18, so that the sum sum signal ⁇ g or the azimuth difference signal ⁇ Az2 are present at the sum and difference outputs of the hybrid H18.
  • the elevation difference signal ⁇ EL can be determined by a combination of more than the hybrids H19, H20 and H21 decrease the total output of the hybrid H21.
  • the azimuth difference signal ⁇ Az1 is taken at the sum output of a hybrid H22 after a previous difference combination on the hybrids H16 and H17.
  • the variations of the sum-differential circuit for the spatial single radiator arrangement according to the invention depend on the arrangement of the octant outputs.
  • the two examples according to FIGS. 2 and 3 represent a linear and a double-four combination. In general, eleven hybrids are necessary for the formation of the four desired monopulse channels.
  • the antenna axis x is determined by the intersection of the levels E1 and E2, the antenna axis y by the intersection between the levels E1 and E3 and the antenna axis z by the intersection between the levels E2 and E3.
  • ⁇ represents a sum diagram with single lobe, ⁇ difference diagrams with double lobe and minimum valley and X diagonal difference diagrams with quadruple lobe and minimum cross.
  • ⁇ g mean the total sum diagram , ⁇ E1 the elevation difference diagram , ⁇ Az1 and ⁇ Az2 the two azimuth difference diagrams and X1, X2 and X3 diagonal difference diagrams of the following form:
  • X1 SV1 + SV2 + SV7 + SV8 - (SV3 + SV4 + SV5 + SV6)
  • X2 SV1 + SV4 + SV6 + SV7 - (SV2 + SV3 + SV5 + SV8)
  • X3 SV1 + SV5 + SV3 + SV7 - (SV2 + SV4 + SV6 + SV8) 5 shows a perspective view of a spherical, imaginary body 2, within the volume of which individual radiators 1 with omnidirectional characteristics are distributed.
  • the distribution of the individual radiators 1 in volume is such that one is possible for all directions similar projected arrangement arises.
  • the individual radiators 1 are designed for horizontal polarization and can be formed, for example, by conductor rings 7 lying horizontally or by crossed dipoles lying horizontally in the manner of turnstile antennas. Essentially perpendicular feed lines 3 lead to the individual radiators 1 from below.
  • the individual radiators 1 accommodated in the imaginary sphere 2 are divided into eight octants V1 to V8 according to the cube combination according to FIG. Octant signals SV1 to SV8 are assigned to octants V1 to V8.
  • the spatial separation of the feed lines 3 in their association with the individual octants V1 to V8 with a horizontal component in the extension of the supply lines takes place only outside the beam path of the group antenna, ie below the radiating "sphere" 2
  • the outputs of these octant distributor plates P1 to P8 then supply the input signals SV1 to SV8 for the sum-difference circuit 4, which can be designed in accordance with the exemplary embodiments according to FIGS. 2 and 3.
  • the sum-difference circuit 4 can be accommodated below the octant distributor plates P1 to P8 in parallel as a plate.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Claims (14)

  1. Antenne réseau constituée par une multiplicité d'émetteurs individuels possédant une caractéristique omnidirectionnelle, alimentés par des lignes et répartis à l'intérieur du volume d'un corps imaginaire symétrique par rapport à un plan horizontal et à deux plans horizontaux perpendiculaires entre eux, notamment une sphère, avec un pivotement du faisceau, dont la phase est commandée électroniquement, pour réaliser le balayage panoramique du radar,
    caractérisée par le fait que les émetteurs individuels (1) sont répartis dans huit volumes partiels (V1 à V8), désignés sous le terme d'octants, qui sont délimités les uns par rapport aux autres respectivement par lesdits trois plans (E1 à E3) et sont alimentés séparément par des signaux, que pour la formation du signal de somme totale (Σg), d'un signal de différences en élévation (ΔEl) et de deux signaux différents de différence en azimut (ΔAZ1,ΔAZ2), les signaux (SV1 à SV8) des huit octants sont réunis par un circuit comportant au total onze circuits formant respectivement des signaux de sommes et de différences, comme par exemple des circuits hybrides en anneau, des tés magiques ou analogues, et dans lequel sont formés tout d'abord les signaux de sommes et de différences respectivement de deux octants voisins dans un plan, qui sont alors à nouveau combinés aux signaux de sommes et de différences des couples voisins d'octants de sorte que finalement, les quatre signaux de sois et de différences désirés des huit octants sont présents sur quatre sorties du circuit.
  2. Antenne réseau suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que les sorties, qui ne sont pas utilisées pour la combinaison ultérieure, des circuits formant les signaux de sommes et de différences, sont équipées de résistances de terminaison.
  3. Antenne réseau suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que pour l'utilisation dans des procédés particuliers d'évaluation, au niveau de quelques sorties, équipées en soi d'une résistance de terminaison, des circuits formant des signaux de sommes et de différences, on prélève également des signaux de combinaison pouvant être désignés comme étant des signaux de différence en diagonale, qui fournissent des minima de rayonnement sur les axes principaux (x,y,z) déterminés par les droites d'intersection des trois plans (E1,E2,E3) et ne sont en soi pas nécessaires pour former les quatre signaux de sommes et de différences désirés (Σg,ΔE1, ΔAz1,ΔAz2).
  4. Antenne réseau suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la répartition spatiale, qui remplit le volume du corps imaginaire (2), des émetteurs individuels (1) est telle qu'on obtient, pour toutes les directions, une disposition en projection, aussi identique que possible.
  5. Antenne réseau suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les émetteurs individuels (1) sont conçus pour une polarisation horizontale et que les lignes d'alimentation (3) sont disposées perpendiculairement aux émetteurs individuels.
  6. Antenne réseau suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que les émetteurs individuels (1) sont formés par des conducteurs en anneau horizontaux.
  7. Antenne réseau suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que les émetteurs individuels sont formés par des dipôles horizontaux croisés à la manière d'antennes tourniquet ("Turnstile").
  8. Antenne réseau suivant l'une des revendications 5 à 7, caractérisée par le fait que le circuit (4) de formation de sommes et de différences est réalisé selon une construction plate comportant un plan de circuits possédant un petit nombre de ponts ou deux plans de circuits.
  9. Antenne réseau selon la revendication 8, caractérisée par le fait que, lors d'une transmission de puissances assez faibles, par exemple dans le cas d'un fonctionnement uniquement à la réception ou dans le cas de l'utilisation d'émetteurs individuels actifs, le circuit (4) de la formation de sommes et de différences est réalisé selon la technique des lignes en forme de rubans plats.
  10. Antenne réseau suivant la revendication 8, caractérisée par le fait que lors d'une transmission également de puissance assez élevée, c'est-à-dire dans le cas où le fonctionnement à l'émission dans le canal somme est inclus, le circuit (4) de formation de sommes et de différences est réalisé en totalité ou seulement pour ce qui concerne les voies du canal somme, sous la forme d'un système de câble coaxial, qui comporte d'une part un conducteur extérieur formé par une plaque de base plane métallique, dans laquelle sont prévus des renfoncements qui correspondent à une implantation respectivement désirée des voies conductrices et possèdent une section transversale constante carrée ou rectangulaire, et qui est recouverte par une plaque de revêtement plane, également métallique, raccordée mécaniquement et électriquement à la plaque de base, le système de câble coaxial possédant un conducteur intérieur qui est inséré dans les renfoncements de la plaque de base et y est supporté au moyen de supports diélectriques et possède une section transversale rectangulaire possédant une hauteur constante et une largeur adaptée à l'exigence liée à l'impédance caractéristique.
  11. Antenne réseau suivant la revendication 8, caractérisée par le fait que lors d'une transmission de puissance également assez élevée, c'est-à-dire lorsqu'on inclut le fonctionnement à l'émission dans le canal somme, le circuit (4) de formation de sommes et de différences est réalisé en totalité ou uniquement au niveau des voies du canal somme, sous la forme d'un système de guide d'ondes, qui est formé par une plaque de base plane métallique, dans laquelle sont prévus des renfoncements, qui correspondent respectivement à l'implantation désirée des voies conductrices et possèdent une section transversale constante carrée ou rectangulaire, et par une plaque de revêtement plane, également métallique, raccordée mécaniquement et électrique-ment à la plaque de base et servant à recouvrir cette dernière.
  12. Antenne réseau suivant la revendication 10 ou 11, caractérisée par le fait que les renfoncements sont formés par fraisage, d'une manière commandée par ordinateur.
  13. Antenne réseau suivant l'une des revendications 8 à 12, caractérisée par le fait que le circuit (4) de formation de sommes et de différences, agencé sous la forme d'une structure plane, est disposé au-dessous du corps imaginaire (2) équipé des émetteurs individuels (1) et à l'extérieur du trajet du rayonnement de ce corps, qu'au-dessus de ce circuit et également à l'extérieur du trajet du rayonnement sont également prévus, au-dessous du corps imaginaire, plusieurs circuits de répartition (P1 à P8), qui sont associés respectivement à un octant (V1 à V8), sont également réalisés sous la forme d'une construction plane et auxquels aboutissent les lignes d'alimentation (3) des émetteurs individuels, qui arrivent perpendiculairement, à partir du haut, de l'octant respectivement associé, et que les sorties de ces circuits de répartition d'octants délivrent les signaux d'entrée (SV1 à SV8) pour le circuit (4) de formation de sommes et de différences.
  14. Antenne réseau suivant la revendication 13, caractérisée par le fait que les déphaseurs (5) pour les émetteurs individuels (1) d'un octant (V1 à V8) sont disposés sur le circuit de répartition (SV1 à SV8) associé à cet octant, et que les lignes d'alimentation (3), qui arrivent perpendiculairement par le haut, des émetteurs individuels (1) aboutissent à ces déphaseurs.
EP86109023A 1985-07-05 1986-07-02 Antenne réseau à balayage électronique Expired - Lifetime EP0207511B1 (fr)

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DE3524148 1985-07-05

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EP0207511A3 EP0207511A3 (en) 1987-11-04
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