EP0623969B1 - Gruppenantenne mit optischem Strahlformungs-Netzwerk - Google Patents

Gruppenantenne mit optischem Strahlformungs-Netzwerk Download PDF

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EP0623969B1
EP0623969B1 EP94106631A EP94106631A EP0623969B1 EP 0623969 B1 EP0623969 B1 EP 0623969B1 EP 94106631 A EP94106631 A EP 94106631A EP 94106631 A EP94106631 A EP 94106631A EP 0623969 B1 EP0623969 B1 EP 0623969B1
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EP
European Patent Office
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optical
module
signal
transmitter
receiver
Prior art date
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EP94106631A
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English (en)
French (fr)
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EP0623969A2 (de
EP0623969A3 (de
Inventor
Heinz-Peter Dr. Dipl.-Ing. Feldle
Sandip Dipl.-Ing. Banerjee
Michael Dipl.-Ing. Ludwig
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
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Publication date
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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
    • H01Q3/2676—Optically controlled phased array

Definitions

  • the invention relates to a group antenna according to the preamble of claim 1.
  • the invention is particularly applicable to a Antenna system for satellite communication and radar applications in the micro and millimeter wave frequency range, which increasingly as a (1xN) - or two-dimensional (MxN), active antenna groups can be realized.
  • phase-controlled Antennas for ground and on-board radar antennas their aperture through a few hundred to several thousand transmit / receive modules (T / R modules) with direct assigned radiator elements.
  • the received signal of the antenna is over the same distribution network, mostly as a waveguide structure or is designed as a triplate structure, or transmit a special reception distribution to the receiver.
  • the required settings of the RF signals for shaping and panning the antenna pattern, polarization types and calibration for transmit and receive operations takes place by means of phase and amplitude controls in the respective T / R modules.
  • Transmit and oscillator signals are generated with a frequency of 2.9 GHz that emitted (Transmit signal) or a mixer (oscillator signal) be supplied for demodulation of the received signal.
  • the received electrical signal demodulated in the mixer is electrically amplified and an electro-optical modulator fed. This modulates that from a laser diode emitted light to an optical received signal.
  • This and the optical transmit / oscillator signal are preferred via two separate optical distribution networks to one central evaluation unit.
  • Each T / R module has an associated light wave guide directly connected to the central unit.
  • a generic antenna is known from US Pat. No. 4,885,589 known by means of a central laser arrangement a first optical beam shaping network modulated transmission signals or the unmodulated oscillator signal to the T / R modules conducts, which means in transmission mode the optical transmission signal controlled phase shifter and amplifier to an assigned Radiator element conducts. In reception mode, this is over the radar signal received via the radiator element via controlled Receiving amplifier and phase shifter processed and by means of the unmodulated modulator signal and a modulator converted into an optical modulated received signal, which via a second optical beam forming network of a remote Evaluation unit is supplied.
  • the control of the T / R modules takes place via a separate control line structure. This arrangement a group antenna proves to be very complex and very fragile in the connection structure.
  • the invention has for its object a generic Specify group antenna that is reliable and inexpensive is producible, the fast and highly precise changes of the Allows phase and / or amplitude assignments and in particular is suitable for an on-board radar application.
  • Such an optical waveguide structure can be produced inexpensively.
  • a second advantage is that in the optical fiber structure a bidirectional data transmission of all signals done in time-division multiplexing.
  • a third advantage is that in every T / R module A digitally controllable T / R module control is available with which the phase and / or are highly precise and fast Amplitude assignment of the entire antenna is adjustable.
  • a fourth advantage is that all signals, in particular the transmission signal, the LO signal and the IF signal in the original frequency range via the fiber optic structure be transmitted. Otherwise necessary electrical and / or optical mixers avoided.
  • a fifth advantage is that in every T / R module electro-optical as well as opto-electric components that are inexpensive as integrated III-V semiconductor components can be produced, are present.
  • FIG. 1 to FIG. 6 show schematically illustrated block diagrams to explain the Invention.
  • signals in the x-band are transmitted from a frequency center via a distribution network to the individual T / R modules or from these to signal processing transmitted with a central receiver or antenna sub-group assigned receivers.
  • the conventional distribution structure (s) for the x-band signals are advantageously replaced by optical fibers and their combination to form an optical beamforming network.
  • Monomode fiber optic cables or distribution networks are used primarily because of their low attenuation and dispersion values at wavelengths from 0.8 ⁇ m to 1.55 ⁇ m .
  • the radar-typical transmit signal and LO signal (in time-division multiplex for transmit and receive cases) is directly modulated onto an optical carrier signal using an electro-optical converter, which is advantageously designed as a so-called DFB laser.
  • an optoelectric converter which is advantageously designed as a photodiode, is then used to convert the transmit or LO signal into the microwave range and prepare it for radiation by the assigned radiator element. With these signal conversions, the amplitude and phase information is retained.
  • various types of transmission for example analog, digital or optical, or unidirectional and bidirectional beamforming networks can be used.
  • the invention advantageously combines the favorable properties of optoelectric and electro-optical converters for converting microwave signals, e.g. up to a frequency of 12 GHz, as well as the optical signal distribution and guidance, whereby a low-interference signal flow with low electrical losses and high mechanical Flexibility becomes possible.
  • FIG. 1 An arrangement of an active antenna group is shown in FIG. 1 shown.
  • the radar-typical transmission signal for the transmission case and the LO (local oscillator) signal for the reception case, both in the microwave range, for example at a frequency of 9 GHz, are transmitted from the frequency center of the radar system to a transmission / Receive changeover switch fed.
  • the applied, high-frequency analog signal arrives at a matching circuit for an electro-optical converter, advantageously a laser diode, which is designed, for example, as a so-called DFB laser diode.
  • the adapter circuit is designed for minimal electrical losses and low noise as well as the required signal bandwidth, for example of 7.5 GHz. up to 10.5 GHz, optimized, whereby the power supply of the electro-optical converter is achieved via an additional network.
  • the adapter circuit for the RF signal (transmit or receive signal) and / or the network for the power supply is advantageously implemented in microstrip line or coplanar technology.
  • the optical superposition signal generated by the laser diode for example at a wavelength of 1550 nm, is coupled into a central optical waveguide (LWL) of a beam shaping (beamforming) network.
  • LWL central optical waveguide
  • beam shaping beamforming
  • the subsequent optical amplifier for example designed as a fiber-optical amplifier or an optical semiconductor amplifier, increases the level of the optical signal, which is then distributed and switched on in a line (one-dimensional array) or in a line and column (two-dimensional array) in an optical beamforming network (optical divider) the respective T / R modules are routed via corresponding optical fibers.
  • optical beamforming network is based on optical 1: 4 dividers, which are connected in a star or tree structure via optical fibers.
  • the 1: 4 signal division is adapted to so-called macromodules, in which 4 T / R modules are combined in a common mechanical housing.
  • Optical 1: 5 dividers have proven to be advantageous for generating BITE ( b uild i n t est) signals, the fifth output being able to be used for monitoring the signal transmission.
  • One output each of an optical divider (1: 4 or 1: 5) is associated with an optical fiber T / R module coupled, which is shown in FIG. 2 explained in more detail becomes.
  • the optical signals via optical fibers to the respective optoelectronic converter, e.g. a photodiode, a T / R module.
  • the respective optoelectronic converter e.g. a photodiode, a T / R module.
  • the photodiodes of these converters then become the optical signals demodulated.
  • the photodiodes become DC voltage biased and to optimize the transmission properties (e.g. noise, insertion loss) adapted for high frequency.
  • the output side RF line of the matching network e.g. with 50 ⁇ characteristic impedance and implemented in microstrip technology the electrical resulting from the demodulation Transmit or LO signals a monolithic, low noise Amplifier (LNA) fed.
  • the operating frequency range this LNA includes e.g.
  • the amplified microwave signal reaches a diplexer, which consists of a combination of two bandpass filters (BPF).
  • BPF bandpass filters
  • One of the BPF is on the transmit signal, e.g. 9.5 GHz up to 10.5 GHz, optimized, the other for the LO signal, e.g. 7.5 GHz to 8.5 GHz.
  • This passive diplexer structure thus enables simple, reliable signal separation with very low insertion loss, e.g.
  • This signal separation is in accordance with the respective operating mode of the Radar system (transmit or receive) alternatively with one Changeover switch (SPDT switch), e.g. in monolithic form because of the highest operating frequency of 10.5 GHz specified mechanical T / R module width, executable.
  • the transmission signal then arrives at a for transmission and Receipt case same control path, consisting of two switches (SPDT switch), an amplitude controller (executed e.g. as an adjustable amplifier VGA) and a 6-bit Phase adjuster.
  • the RF signal becomes corresponding the antenna requirements, e.g. Club shape, Club swing etc. weighted in amplitude and phase.
  • each Radiator element supplied to the antenna group After the required power amplification using a driver amplifier and power amplifiers, preferably carried out in a balanced amplifier configuration, that will Send signal via a send / receive switch, e.g. one Circulator, and a low-pass filter (TPF) each Radiator element supplied to the antenna group.
  • a send / receive switch e.g. one Circulator
  • TPF low-pass filter
  • the TPF and the high-pass characteristic of the radiator element e.g. executed in waveguide technology, realize a bandpass characteristic, on the operating frequency range 9.5 GHz to 10.5 GHz is optimized.
  • the incoming electromagnetic arrives Radar signal on the arrangement of the radiator elements of the Arrays.
  • the respective RF signal in the x-band of a radiator element passes through the TPF and the send / receive switch to a non-reflective limiter.
  • the received signal is generated by means of the LNA amplified in the frequency range 9.5 GHz to 10.5 GHz, arrives via the described control path (phase and Amplitude weighting) on a bandpass filter BPF (9.5 GHz10.5 GHz).
  • This band-limited signal as well as the LO signal feed one monolithic mixer.
  • the resulting IF signal e.g. with a center frequency of 2 GHz, is then after a Low pass filter (TPF) and an IF amplifier at the output of the of the respective T / R module.
  • TPF Low pass filter
  • T / R module control on each T / R module available.
  • This generates control signals St, which the Press the SPDT switch (send / receive switch) and also the phase adjuster and the amplitude adjuster accordingly the desired (antenna) diagram.
  • the control of the T / R module control can e.g. electric done with the help of an electric, not shown Control line network.
  • the control signals are in encoded digital form in time-division multiplexing via the optical fiber transfer.
  • the T / R module control receives in this case a control input signal from the output of the low noise Amplifier LNA. This time division multiplexing procedure is as follows based on FIG. 6 explained in more detail.
  • T / R module fine power supply on each T / R module with which e.g. the electrical Tensions generated for the components described and be stabilized.
  • the T / R module according to FIG. 3 differs from that of FIG. 2 only in that after the IF amplifier an analog / digital converter for the IF range is inserted.
  • the received signals (IF range) in digital form for further transmission and processing in the receiver (conventional radar) or available to several receivers (adaptive array).
  • the signal transmission in the case of reception in accordance with FIG. 2nd takes place via coaxial cables and / or distributions in Stripline shape or according to FIG. 3 over one Data bus structure.
  • optical signal transmission possible.
  • To do this within the T / R modules receive the analog or digital signals (IF range) for direct modulation of a Laser diode (with low laser threshold) used and that respective optical signal generated on special fiber an optical reception distribution.
  • the required Demodulation takes place by means of optoelectric Converter on the corresponding evaluation unit (receivers).
  • FIG. 4 shows an embodiment in which this is based on the FIG. 1 described optical beamforming network through bi-directional usage is advantageously used. This will relate the effort the optical beamforming network or the optical Reception distribution minimized, especially for one active antenna group.
  • the time sequential Radar operation is within a radar cycle
  • Beamsteering Unit " Beamsteering Unit
  • the setting values of the phase and amplitude adjuster accordingly the antenna requirements for the Transmit and receive case transmitted and buffered, e.g. in a digital memory in the T / R modules is available.
  • the laser diode 2 it is possible to omit the laser diode 2 and instead the (main) laser diode (for transmission of the transmission and / or LO signal) electrically with a Signal corresponding to the control signals (initialization signals) to modulate so that a time division multiplex emitted corresponding optical signal.
  • T / R module it is advantageous to use a T / R module according to FIG. 3 the analog / digital converter ADC shown there downstream digital buffer. So that in every T / R module in digital form in the IF area Receive signals are buffered.
  • FIGS Transducer designation in each module by an electro-optical transmission / reception arrangement according to FIG. 5 to replace.
  • the arrangement contains a first one electrical branch, consisting of the already based on the 2, 3 described optoelectric converter (photodiode), an associated electrical matching network and the downstream low - noise amplifier LNA, on its Output the transmit or LO signal is generated.
  • the described analog IF signal (receive signal) (FIG. 2) or the corresponding digital IF signal (FIG. 3) that has been cached advantageously the electrical input of the second branch.
  • This contains an electrical matching network and a downstream one electro-optical converters, e.g. a laser diode.
  • the optical signal routings belonging to the converters are using an optical directional coupler the optical fiber leading to each module.
  • Such an arrangement according to FIG. 5 is advantageous fully integrated as an opto-electrical component Form as a semiconductor device, preferably in a so-called III-V technology, e.g. GaAs technology, producible.
  • III-V technology e.g. GaAs technology
  • the resulting optical signal is then into the optical via the optical directional coupler Beamforming network fed into the central unit (BSU) demodulated and there in a known manner evaluated.
  • BSU central unit
  • optical fibers of the beamforming network according to FIG. 4 is then bidirectional optical data transmission in the already mentioned Time division multiplex operation possible.
  • the time-division multiplex signal contains a transmission signal which is, for example, 1.0 ⁇ s long and which, for example, contains a transmission frequency from a frequency range from 9.5 GHz to 10.5 GHz.
  • an initialization telegram required for the subsequent radar cycle n + 1 is sent, for example, in a period of 0.5 ⁇ s.
  • the initialization telegram sent by the beam shaping unit (BSU) contains in digital form at least data for setting the SPDT switch and the phase and amplitude adjuster (FIG.
  • a cycle n-1 hermoldes received signal, eg during a time of about 0.5 ⁇ of the T / R module's is transmitted.
  • the received signal preferably contains IF received data in digital form which relate to the initialization telegram for the radar cycle n contained in the radar cycle n-1.
  • the LO signal is transmitted to the T / R module in a time period of approximately 5 ⁇ s, which is required to convert the received signal and which, for example, has a frequency from a frequency range of 7.5 GHz to 8.5 GHz contains. This is followed by the transmission of the time-division multiplex signal for the radar cycle n + 1, which begins with the transmission of the associated transmission signal n + 1.
  • FIG. 6b is alternatively another time-division multiplex signal shown for a single T / R module.
  • the time division multiplex signal contains a so-called initialization telegram, that e.g. a total of approximately 0.5 ⁇ s long is.
  • Initialization telegram contains at least in digital form Data for setting the SPDT switches and the Phase and amplitude adjuster (FIG. 2, 3) and an identifier to identify the associated T / R module.
  • Such an initialization telegram is sent by the T / R module controller (FIG. 2, 3) evaluated and then the corresponding Control signals generated.
  • the broadcast signal is sent out e.g.
  • a transmission frequency contains a frequency range from 9.5 GHz to 10.5 GHz.
  • On the transmission signal is then e.g. in a period of time of 5 ⁇ s for converting the received signal required LO signal, e.g. a frequency from a frequency range contains from 7.5 GHz to 8.5 GHz to the T / R module transfer.
  • This is followed by one Period of about 0.5 ⁇ s from that by the Initialization telegram addressed T / R module one Transmission of the digital IF reception data available.
  • optical beamforming network transmitted to the central unit (BSU) and there before the optical isolator via an optical directional coupler on a central photodiode (with appropriate matching circuit and bias network).
  • the optical signal is detected (demodulated) and as conventional Data telegram fed to a receiver and there in a known Way evaluated.
  • Transmitting / receiving radiator elements and associated T / R modules can contain all T / R modules via the on the basis of FIG. 1 and / or FIG. 4 described fiber optic network couple and then only a single optical fiber for connection to the associated central processing unit (BSU) use. Otherwise necessary RF transmission lines, e.g. Coaxial cables and / or waveguides are more advantageous Way not needed.
  • the laser diode in the central processing unit enables over one another spatially via optical fibers remote radar sensors, e.g. so-called multi-surface arrangements and / or so-called back / forward radar sensors (Forward / backward sensors) and / or so-called look up / look down radar sensors (up / down sensors), in advantageously to couple inexpensively and reliably.
  • remote radar sensors e.g. so-called multi-surface arrangements and / or so-called back / forward radar sensors (Forward / backward sensors) and / or so-called look up / look down radar sensors (up / down sensors).
  • the invention is not based on the exemplary embodiments described limited, but applicable to others, e.g. on a group antenna for one essential lower frequency range.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gruppenantenne nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf ein Antennensystem für Satellitenkommunikation und Radar-Anwendungen im Mikro- und Millimeterwellen-Frequenzbereich, die zunehmend als ein (1xN)- oder zweidimensionale (MxN), aktive Antennengruppen realisiert werden.
Eine Anwendung derartiger Gruppenantennen sind phasengesteuerte Antennen für boden- und bordgestützte Radarantennen, deren Apertur durch einige hundert bis mehrere tausend Sende-/Empfangs-Module (T/R-Module) mit direkt zugeordneten Strahlerelementen ausgebildet ist.
Bei konventionellen Radarsystemen wird die erforderliche, hohe Sendeleistung zentral erzeugt (z.B. mittels Wanderfeldröhren) und über entsprechende Verteilungen (einschließlich eventuell erforderlicher Schleifringe) an die Antenne übertragen. Das empfangene Signal der Antenne wird über das gleiche Verteilnetzwerk, das meist als Hohlleiterstruktur oder als Triplate-Struktur ausgebildet ist, oder eine spezielle Empfangsverteilung zum Empfänger übertragen.
Wesentliche Verbesserungen gegenüber diesen konventionellen Radarsystemen bieten aktiven Antennengruppen ("aktive phased arrays") bezüglich ihrer dezentralen Leistungserzeugung in sogenannten T/R-Modulen. Dadurch entstehen geringe Signalverluste und eine sogenannte sanfte Ausfall-Charakteristik (failsoft-Charakteristik). Zusätzlich erfolgt unmittelbar hinter den Strahlerelementen eine rauscharme Verstärkung der Empfangssignale.
Die erforderlichen Einstellungen der HF-Signale zur Formung und Schwenkung des Antennendiagramms, Polarisationsarten und Kalibration für den Sende- und Empfangsbetrieb erfolgt mittels Phasen- und Amplitudenstellern in den jeweiligen T/R-Modulen.
Aus der US 4 258 363 ist ein "phased array"-Radarsystem bekannt, das aus einer Vielzahl von Sende-/Empfangs-Strahlerelementen (S/E-Strahler) besteht. Jeder S/E-Strahler ist an einen zugehörigen Sende-/Empfangsmodul (T/R-Modul) angeschlossen. Jeder T/R-Modul hat einen optischen Eingang, dem über einen Lichtwellenleiter ein optisches Signal zugeführt wird, welches das Sendesignal, bei einer Frequenz von 725 MHz, und das Oszillatorsignal, bei einer Frequenz von 750 MHz als Zeitmultiplexsignale enthalten. In jedem T/R-Modul werden Sende- und Oszillatorsignal durch eine gemeinsame Photodiode und einen daran angeschlossenen elektrischen Verstärker in ein elektrisches Multiplexsignal umgewandelt, das anschließend durch einen elektrischen Diplexer in getrennte Sende- und Oszillatorsignal aufgespalten werden. Diese werden jeweils einem Vierfach-Frequenzmultiplizierer mit nachgeschalteten Phaseneinsteller zugeführt. Es entstehen Sende- und Oszillatorsignale mit einer Frequenz von 2,9 GHz, die ausgesandt (Sendesignal) werden bzw. einem Mischer (Oszillatorsignal) zur Demodulation des Empfangssignales zugeführt werden. Das in dem Mischer demodulierte elektrische Empfangssignal wird elektrisch verstärkt und einem elektrooptischen Modulator zugeführt. Dieser moduliert das von einer Laserdiode ausgesandte Licht zu einem optischen Empfangssignal. Dieses sowie das optische Sende-/Oszillatorsignal werden bevorzugt über zwei getrennte optische Verteilernetze zu einer zentralen Auswerteeinheit geleitet.
Eine solche Anordnung erzeugt in nachteiliger Weise unkontrollierbare Fehler, z.B. Phasenfehler durch die Frequenzmultiplizierer, und ermöglicht keine Veränderung der Amplitudeneinstellung (Amplitudenbelegung).
Aus der US-4 814 773 ist eine Radaranlage mit einer Gruppenantenne bekannt, bei der jedem Strahlerelement ein Sende-/Empfangs-Modul (T/R-Modul) zugeordnet ist. Die Übertragung der Sende- und/oder Empfangssignale zwischen Einer Zentraleinheit und den T/R-Modulen erfolgt mit Hilfe von Lichtwellenleiter, optischen Multiplexern und einem optischen Wellenlängenmultiplexverfahren.
Dabei ist jeder T/R-Modul mit einem zugehörigen Lichtwel-Lenleiter unmittelbar mit der Zentraleinheit verbunden.
Aus dem US-Patent 4,885,589 ist eine gattungsgemäße Gruppenantenne bekannt, die mittels einer zentralen Laseranordnung über eine erstes optisches Strahlformungs-Netzwerk modulierte Sendesignale bzw. das unmodulierte Oszillatorsignal an die T/R-Module leitet, welche im Sendebetrieb das optische Sendesignal mittels gesteuerter Phasenschieber und Verstärker an ein zugeordnetes Strahlerelement leitet. Im Empfangsbetrieb wird das über das über das Strahlerelement empfangene Radarsignal über gesteuerte Empfangsverstärker und Phasenschieber verarbeitet und mittels des unmodulierten Modulatorsignals und eines Modulators in ein optisches moduliertes Empfangssignal gewandelt, das über ein zweites optisches Strahlformungs-Netzwerk einer abgesetzten Auswerteeinheit zugeführt wird. Die Steuerung der T/R-Module erfolgt über eine separate Steuerleitungsstruktur. Diese Anordnung einer Gruppenantenne erweist sich als sehr aufwendig und sehr anfällig in der Verbindungsstruktur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Gruppenantenne anzugeben, die zuverlässig und kostengünstig herstellbar ist, die schnelle und hochgenaue Änderungen der Phasen- und/oder Amplitudenbelegungen ermöglicht und die insbesondere für eine Bordradaranwendung geeignet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zwischen der zentralen Steuereinheit (BSU = "beam steering unit") und der Gruppenantenne eine baum- und/oder sternförmige Lichtwellenleiter-Struktur vorhanden ist, die seitens der Steuereinheit mit einem einzigen Halbleiterlaser betreibbar ist. Eine derartige Lichtwellenleiter-Struktur ist kostengünstig herstellbar.
Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß in der Lichtwellenleiter-Struktur eine bidirektionale Datenübertragung aller Signale im Zeitmultiplexverfahren erfolgt.
Ein dritter Vorteil besteht darin, daß in jedem T/R-Modul eine digital ansteuerbare T/R-Modul-Steuerung vorhanden ist, mit der hochgenau und schnell die Phasen- und/oder Amplitudenbelegung der gesamten Antenne einstellbar ist.
Ein vierter Vorteil besteht darin, daß alle Signale, insbesondere das Sendesignal, das LO-Signal sowie das ZF-Signal im Originalfrequenzbereich über die Lichtwellenleiter-Struktur übertragen werden. Dadurch werden ansonsten nötige elektrische und/oder optische Mischer vermieden.
Ein fünfter Vorteil besteht darin, daß in jedem T/R-Modul elektrooptische sowie optoelektrische Bauelemente, die kostengünstig als integrierte III-V-Halbleiterbauelemente herstellbar sind, vorhanden sind.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematisch dargestellte Zeichnungen näher erläutert. Die FIG. 1 bis FIG. 6 zeigen schematisch dargestellte Blockbilder zur Erläuterung der Erfindung.
Bei einem beispielhaft gewähltem Bordradarsystem für ein Flugzeug werden Signale im x-Band, z.B. im Frequenzbereich von 9,5 GHz bis 10,5 GHz, von einer Frequenzzentrale über ein Verteilnetzwerk zu den einzelnen T/R-Modulen bzw. von diesen zu einer Signalverarbeitung mit einem zentralen Empfänger oder Antennenuntergruppen zugeordneten Empfängern übertragen. Die konventionelle Verteilungsstruktur(en) für die x-Band-Signale werden vorteilhaft durch Lichtwellenleiter und deren Kombination zu einem optischen Beamforming-Netzwerk ersetzt. Dabei werden vor allem monomodige Lichtwellenleiter bzw. Verteilnetzwerke wegen ihrer geringen Dämpfungs- und Dispersionswerte bei Wellenlängen von 0,8 µm bis 1,55 µm verwendet. Zur optischen Verteilung an die T/R-Module wird das radartypische Sendesignal und LO-Signal (im Zeitmultiplex für Sende- und Empfangsfall) mittels eines elektrooptischen Wandlers, der vorteilhaft als sogenannter DFB-Laser ausgebildet ist, einem optischen Trägersignal direkt aufmoduliert. In jedem der T/R-Module erfolgt dann mittels eines optoelektrischen Wandlers, der vorteilhaft als Fotodiode ausgeführt ist, die Umsetzung des Sende- bzw. LO-Signals in den Mikrowellenbereich sowie dessen Aufbereitung zur Abstrahlung durch das zugeordnete Strahlerelement. Bei diesen Signalumsetzungen bleiben die Amplituden- und Phaseninformationen erhalten. Im Empfangsfall sind verschiedene Übertragungsarten, z.B. analog, digital oder optisch, bzw. uni- sowie bidirektionale Beamforming-Netzwerke anwendbar.
Die Erfindung vereinigt vorteilhaft die günstigen Eigenschaften von optoelektrischen und elektrooptischen Wandlern zur Umsetzung von Mikrowellensignalen, z.B. bis zu einer Frequenz von 12 GHz, sowie der optischen Signalverteilung und -führung, wodurch ein störungsarmer Signalfluß bei geringen elektrischen Verlusten und hoher mechanischer Flexibilität möglich wird.
Eine Anordnung einer aktiven Antennengruppe ist in FIG. 1 dargestellt. Das radartypische Sendesignal für den Sendefall und das LO(local oscillator)-Signal für den Empfangsfall, beide im Mikrowellenbereich, z.B. bei einer Frequenz von 9 GHz, werden je nach Betriebsmode (Senden oder Empfang) von der Frequenzzentrale des Radarsystems an einen Sende-/Empfangs-Umschalter zugeführt. Das anliegende, hochfrequente Analogsignal gelangt zu einer Anpaßschaltung für einen elektrooptischen Wandler, vorteilhafterweise eine Laserdiode, die z.B. als sogenannte DFB-Laserdiode ausgebildet ist. Die Anpaßschaltung wird für minimale elektrische Verluste und geringes Rauschen sowie auf die erforderliche Signalbandbreite, z.B. von 7,5 GHz. bis 10,5 GHz, optimiert, wobei über ein zusätzliches Netzwerk die Stromversorgung des elektrooptischen Wandlers erreicht wird. Die Anpaßschaltung für das HF-Signal (Sende- oder Empfangssignal) und/oder das Netzwerk für die Stromversorgung wird vorteilhafterweise in Mikrostreifenleitungs- oder Koplanartechnik ausgeführt. Das von der Laserdiode erzeugte optische Überlagerungssignal, z.B. bei einer Wellenlänge von 1550 nm, wird in einen zentralen Lichtwellenleiter (LWL) eines Strahlformungs-(Beamforming)-Netzwerks eingekoppelt. Ein eingespleister optischer Isolator verhindert Rückwirkungen von störenden reflektierten optischen Signalen auf die Laserdiode. Der nachfolgende optische Verstärker, z.B. ausgeführt als faseroptischer Verstärker oder optischer Halbleiterverstärker, erhöht den Pegel des optischen Signals, das anschließend in einem optischen Beamforming-Netzwerk (optische Teiler) zeilenförmig (eindimensionale Array) oder zeilen- und spaltenförmig (zweidimensionales Array) verteilt und an die jeweiligen T/R-Module über entsprechende Lichtwellenleiter geführt wird. Je nach Anzahl der T/R-Module in der Antennenapertur sind möglicherweise auch mehrere dieser optischen Verstärker an den Eingängen der Zeilen- bzw. Spaltenverteilungen erforderlich. Das optische Beamforming-Netzwerk basiert dabei auf optischen 1:4-Teilern, die in einer Stern- oder Baumstruktur über Lichtwellenleiter verbunden sind. Die 1:4-Signalaufteilung ist sogenannten Makromodulen angepaßt, bei denen jeweils 4 T/R-Module in einem gemeinsamen mechanischen Gehäuse zusammengefaßt sind. Zur Erzeugung von BITE (build in test)-Signalen erweisen sich optische 1:5-Teiler von Vorteil, wobei der fünfte Ausgang zur Überwachung (Monitoring) der Signalübertragung genutzt werden kann.
Jeweils ein Ausgang eines optischen Teilers (1:4 oder 1:5) ist über einen Lichtwellenleiter mit einem zugehörigem T/R-Modul gekoppelt, was anhand FIG. 2 näher erläutert wird.
Gemäß FIG. 2 werden die optischen Signale über Lichtwellenleiter an den jeweiligen optoelektronischen Wandler, z.B. eine Photodiode, eines T/R-Modules geleitet. An den Fotodioden dieser Wandler werden dann die optischen Signale demoduliert. Die Fotodioden werden gleichspannungsmäßig vorgespannt und zur Optimierung der Übertragungseigenschaften (z.B. Rauschen, Einfügungsdämpfung) hochfrequenztechnisch angepaßt. Über die ausgangsseitige HF-Leitung des Anpaßnetzwerks, z.B. mit 50Ω Wellenwiderstand und ausgeführt in Mikrostreifentechnik, werden die aus der Demodulation resultierenden elektrischen Sende- bzw. LO-Signale einem monolithischen, rauscharmen Verstärker (LNA) zugeführt. Der Betriebsfrequenzbereich dieses LNAs umfaßt dabei z.B. 7,5 GHz bis 11,5 GHz, entsprechend dem Sendefrequenzbereich von 9,5 GHz bis 10,5 GHz und dem LO-Frequenzbereich von 7,5 GHz bis 8,5 GHz. Dabei wirkt sich die auf 7,5 GHz bis 11,5 GHz eingeschränkte Bandbreite des LNAs vorteilhaft auf die Rauscheigenschaften des jeweiligen T/R-Moduls aus. Das verstärkte Mikrowellensignal gelangt auf einen Diplexer, der aus der Kombination zweier Bandpaßfilter (BPF) besteht. Eines der BPF ist auf das Sendesignal, z.B. 9,5 GHz bis 10,5 GHz, optimiert, das andere auf das LO-Signal, z.B. 7,5 GHz bis 8,5 GHz. Diese passive Diplexerstruktur ermöglicht somit eine einfache, zuverlässige Signalauftrennung mit sehr geringer Einfügungs-dämpfung, z.B. kleiner 1 dB, und geringem Platzbedarf. Diese Signalauftrennung ist entsprechend dem jeweiligen Betriebsmode des Radarsystems (Senden oder Empfang) alternativ mit einem Umschalter (SPDT-Schalter), z.B. in monolithischer Form wegen der durch die höchste Betriebsfrequenz von 10,5 GHz vorgegebenen mechanischen T/R-Modulbreite, ausführbar. Das Sendesignal gelangt anschließend zu einem für Sende- und Empfangsfall gleichen Kontrollpfad, bestehend aus zwei Umschaltern (SPDT-Schalter), einem Amplitudensteller (ausgeführt z.B. als einstellbarer Verstärker VGA) und einem 6-Bit Phasensteller. Das HF-Signal wird dabei entsprechend den antennentechnischen Anforderungen, z.B. Keulenform, Keulenschwenkung usw., in Amplitude und Phase gewichtet. Nach der erforderlichen Leistungsverstärkung mittels Treiberverstärker und Leistungsverstärker, vorzugsweise ausgeführt in einer balanced amplifier-Konfiguration, wird das Sendesignal über eine Sende-/Empfangsweiche, z.B. einem Zirkulator, sowie einem Tiefpaßfilter (TPF) dem jeweiligen Strahlerelement der Antennengruppe zugeführt. Das TPF und die Hochpaßcharakteristik des Strahlerelements, z.B. ausgeführt in Hohlleitertechnik, realisieren eine Bandpaßcharakteristik, die auf den Betriebsfrequenzbereich 9,5 GHz bis 10,5 GHz optimiert ist.
Im Empfangsfall gelangt das einfallende elektromagnetische Radar-Signal auf die Anordnung der Strahlerelemente des Arrays. Das jeweilige HF-Signal im x-Band eines Strahlerelements gelangt über das TPF und die Sende-/Empfangs-weiche an einen nicht reflektierenden Begrenzer. Dieser schützt den nachfolgenden rauscharmen Verstärker (LNA) gegen einen zu hohen, störenden Empfangspegel und durch seinen nichtreflektiven Aufbau auch den Ausgang des Leistungsverstärkers. Mittels des LNAs wird das Empfangssignal im Frequenzbereich 9,5 GHz bis 10,5 GHz verstärkt, gelangt über den beschriebenen Kontrollpfad (Phasen- und Amplitudenwichtung) auf ein Bandpaßfilter BPF (9,5 GHz10,5 GHz). Dieses bandbegrenzte Signal sowie das LO-Signal (Diplexer und LO-Treiberverstärker) speisen einen monolithischen Mischer. Das resultierende ZF-Signal, z.B. mit einer Mittenfrequenz von 2 GHz, steht dann nach einem Tiefpaßfilter (TPF) und einem ZF-Verstärker am Ausgang des jeweiligen T/R-Moduls zur Verfügung.
Auf jedem T/R-Modul ist außerdem eine T/R-Modul-Steuerung vorhanden. Diese erzeugt Steuersignale St, welche die SPDT-Schalter (Sende-Empfangs-Umschalter) betätigen und außerdem den Phasensteller und den Amplitudensteller entsprechend des gewünschten (Antennen-)Diagramms einstellen. Die Ansteuerung der T/R-Modul-Steuerung kann z.B. elektrisch erfolgen mit Hilfe eines nicht dargestellten elektrischen Steuerleitungsnetzwerkes. Besonders vorteilhaft ist jedoch, die Steuersignale in kodierter digitaler Form im Zeitmultiplexverfahren über den Lichtwellenleiter zu übertragen. Die T/R-Modul-Steuerung erhält in diesem Fall ein Steuer-Eingangs-Signal von dem Ausgang des rauscharmen Verstärkers LNA. Dieses Zeitmultiplexverfahren wird nachfolgend anhand der FIG. 6 noch näher erläutert.
Auf jedem T/R-Modul ist außerdem eine T/R-Modul-(Fein-)Stromversorgung vorhanden, mit welcher z.B. die elektrischen Spannungen für die beschriebenen Bauelemente erzeugt und stabilisiert werden.
Das T/R-Modul entsprechend FIG. 3 unterscheidet sich von demjenigen der FIG. 2 lediglich dadurch, daß nach dem ZF-Verstärker ein Analog/Digital-Wandler für den ZF-Bereich eingefügt ist. Dadurch sind die Empfangssignale (ZF-Bereich) in digitaler Form zur weiteren Übertragung und Bearbeitung in dem Empfänger (konventionelles Radar) oder mehreren Empfängern (Adaptives Array) verfügbar.
Die Signalübertragung im Empfangsfall entsprechend FIG. 2 erfolgt über Koaxialkabel und/oder Verteilungen in Streifenleiterform bzw. entsprechend FIG. 3 über eine Datenbusstruktur. Neben diesen konventionellen und an sich bekannten elektrischen Übertragungsarten ist ebenfalls eine optische Signalübertragung möglich. Dazu werden innerhalb der T/R-Module die analogen bzw. digitalen Empfangssignale (ZF-Bereich) zur direkten Modulation einer Laserdiode (mit geringer Laserschwelle) benutzt und das entstandene jeweilige optische Signal auf spezielle LWL einer optischen Empfangsverteilung eingekoppelt. Die erforderliche Demodulation erfolgt mittels optoelektrischer Wandler an der/den entsprechenden Auswerteeinheiten (Empfängern).
FIG. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das anhand der FIG. 1 beschriebene optische Strahlformungs-(Beamforming)-Netzwerk durch eine bidirektionale Nutzung vorteilhaft ausgenutzt wird. Dadurch wird der Aufwand bezüglich des optischen Beamforming-Netzwerks bzw. der optischen Empfangsverteilung minimiert, insbesondere für eine aktive Antennengruppe. Entsprechend dem zeitsequentiellen Radarbetrieb werden innerhalb eines Radarzyklusses zunächst die Initialisierungsdaten von einer in der Radaranlage vorhandenen Strahlformungseinheit ("Beamsteering Unit") (BSU) an die individuellen T/R-Module des ein- oder zweidimensionalen Antennen-Arrays übertragen. Dabei werden die Einstellwerte der Phasen- und Amplitudensteller entsprechend der antennentechnischen Erfordernisse für den Sende- und Empfangsfall übertragen und zwischengespeichert, z.B. in einem digitalem Speicher, der in den T/R-Modulen vorhanden ist. Zeitlich anschließend erfolgt die Übertragung des Sendesignals, gefolgt von dem LO-Signal im Mikrowellenbereich zur Umsetzung des Empfangssignals in den ZF-Bereich. Nach der A/D-Wandlung und einer entsprechenden Zwischenspeicherung können im vierten Teil des Radarzyklusses die digitalen Daten abgerufen werden. Abweichend von der in FIG. 1 beschriebenen Architektur erfolgt hier die optoelektrische Wandlung der Steuersignale für die T/R-Module über eine zusätzliche zweite Laserdiode (Laserdiode 2), mit entsprechender Anpaßschaltung und Bias-Netzwerk. Die resultierenden optischen Signale werden über einen optischen Richtkoppler in das optische Beamforming-Netzwerk (FIG. 4) eingekoppelt und an die T/R-Module übertragen.
Alternativ dazu ist es möglich, die Laserdiode 2 wegzulassen und statt dessen die (Haupt-)Laserdiode (zur Übertragung des Sende- und/oder LO-Signales) elektrisch mit einem Signal entsprechend den Steuersignalen (Initialisierungssignalen) zu modulieren, so daß ein im Zeitmultiplexverfahren ausgesandtes entsprechendes optisches Signal entsteht.
Es ist vorteilhaft, bei einem T/R-Modul entsprechend FIG. 3 dem dort dargestellten Analog/Digital-Wandler ADC einen digitalen Zwischenspeicher nachzuschalten. Damit können in jedem T/R-Modul die im ZF-Bereich in digitaler Form vorliegenden Empfangssignale zwischengespeichert werden.
Es ist vorteilhaft, die in den Figuren 2 und 3 mit optoelektrischen Wandler bezeichnende Anordnung in jedem Modul durch eine elektro-optische Sende-/Empfangs-Anordnung gemäß FIG. 5 zu ersetzen. Die Anordnung enthält einen ersten elektrischen Zweig, bestehend aus dem bereits anhand der Fig. 2, 3 beschriebenen optoelektrischen Wandler (Photodiode), einem zugehörigem elektrischem Anpaßnetzwerk und dem nachgeschaltetem rauscharmen Verstärker LNA, an dessen Ausgang das Sende- oder LO-Signal entsteht.
Das beschriebene analoge ZF-Signal (Empfangssignal) (FIG. 2) oder das entsprechende digitale ZF-Signal (FIG. 3), das vorteilhafterweise zwischengespeichert wurde, werden an den elektrischen Eingang des zweiten Zweiges gelegt. Dieser enthält ein elektrisches Anpaßnetzwerk und einen nachgeschalteten elektro-optischen Wandler, z.B. eine Laserdiode. Die zu den Wandlern gehörenden optischen Signalführungen werden mit Hilfe eiens optischen Richtkopplers an den zu jedem Modul führenden Lichtwellenleiter gekoppelt.
Eine solche Anordnung gemäß FIG. 5 ist vorteilhafterweise vollständig als opto-elektrisches Bauteil in integrierter Form als Halbleiterbauelement, vorzugsweise in sogenannter III-V-Technologie, z.B. GaAs-Technologie, herstellbar. Dabei sind die dargestellten optischen Signalführungen sowie der optische Richtkoppler durch an sich bekannte Diffusions- und Dotierungsvorgänge herstellbar. Es ist vorteilhaft, daß der elektrooptische Wandler eine möglichst geringe sogenannte Laserschwelle besitzt, so daß eine direkte Modulation möglich ist. Das entstehende optische Signal wird dann über den optischen Richtkoppler in das optische Beamforming Netzwerk eingespeist, in der Zentraleinheit (BSU) demoduliert und dort in bekannter Weise ausgewertet.
In den Lichtwellenleitern des Strahlformungs-(Beamforming-)Netzwerkes entsprechend FIG. 4 ist dann eine bidirektionale optische Datenübertragung in dem bereits erwähnten Zeitmultiplex-Betrieb möglich.
FIG. 6a zeigt ein schematisch dargestelltes optisches Zeitmultiplexsignal für einen Radarzyklus n (n = ganze Zahl) für einen einzigen T/R-Modul. Das Zeitmultiplexsignal enthält ein Sendesignal, das z.B. 1,0 µs lang ist und das z.B. eine Sendefrequenz aus einem Frequenzbereich von 9,5 GHz bis 10,5 GHz enthält. An das Sendesignal anschließend wird z.B. in einem Zeitabschnitt von 0,5 µs ein für den nachfolgenden Radarzyklus n+1 benötigtes Initialisierungstelegramm ausgesandt. Das von der Strahlformungseinheit (BSU) ausgesandte Initialisierungstelegramm enthält in digitaler Form zumindest Daten zur Einstellung der SPDT-Schalter sowie der Phasen- und Amplitudensteller (FIG. 2, 3) sowie eine Kennung zur Identifikation des zugehörigen T/R-Moduls. Ein solches Initialisierungstelegramm wird von der T/R-Modul-Steuerung (FIG. 2, 3) ausgewertet und danach die entsprechenden Steuersignale erzeugt. Anschließend an das Initialisierungstelegramm wird von dem T/R-Modul ein von dem Radarzyklus n-1 herrührendes Empfangssignal, z.B. während einer Zeit von ungefähr 0,5 µs übertragen. Das Empfangssignal enthält vorzugsweise in digitaler Form vorliegende Zf-Empfangsdaten, die sich auf das in dem Radarzyklus n-1 enthaltene Initialisierungstelegramm für den Radarzyklus n beziehen. Anschließend an die Übertragung der digitalen Zf-Empfangsdaten erfolgt in einem Zeitabschnitt von ungefähr 5 µs die Übertragung des LO-Signals an den T/R-Modul, das zur Umsetzung des Empfangssignals benötigt wird und das z.B. eine Frequenz aus einem Frequenzbereich von 7,5 GHz bis 8,5 GHz enthält. Es folgt nun die Übertragung des Zeitmultiplexsignals für den Radarzyklus n+1, welcher mit der Übertragung des zugehörigen Sendesignals n+1 beginnt.
In FIG. 6b ist alternativ dazu ein weiteres Zeitmultiplexsignal für einen einzigen T/R-Modul dargestellt. Das Zeitmultiplexsignal enthält ein sogenanntes Initialisierungstelegramm, das z.B. insgesamt ungefähr 0,5 µs lang ist. Das von der Strahlformungseinheit (BSU) ausgesandte Initialisierungstelegramm enthält in digitaler Form zumindest Daten zur Einstellung der SPDT-Schalter sowie der Phasen- und Amplitudensteller (FIG. 2, 3) sowie eine Kennung zur Identifikation des zugehörigen T/R-Moduls. Ein solches Initialisierungstelegramm wird von der T/R-Modul-Steuerung (FIG. 2, 3) ausgewertet und danach die entsprechenden Steuersignale erzeugt. Anschließend an das Initialisierungstelegramm wird das Sendesignal ausgesandt, das z.B. 1,0 µs lang ist und das z.B. eine Sendefrequenz aus einem Frequenzbereich von 9,5 GHz bis 10,5 GHz enthält. An das Sendesignal anschließend wird z.B. in einem Zeitabschnitt von 5 µs das zur Umsetzung des Empfangssignals benötigte LO-Signal, das z.B. eine Frequenz aus einem Frequenzbereich von 7,5 GHz bis 8,5 GHz enthält, an den T/R-Modul übertragen. Daran anschließend erfolgt in einem Zeitraum von ungefähr 0,5 µs von dem durch das Initialisierungstelegramm angesprochenen T/R-Modul eine Übertragung der digitaler Form vorliegenden ZF-Empfangsdaten.
Diese werden im optischen Beamforming Netzwerk zusammengefaßt, zu der Zentraleinheit (BSU) übertragen und dort vor dem optischen Isolator über einen optischen Richtkoppler auf eine zentrale Photodiode (mit entsprechender Anpaßschaltung und Bias-Netzwerk) gekoppelt. Das optische Signal wird detektiert (demoduliert) und als konventionelles Datentelegramm einem Empfänger zugeführt und dort in bekannter Weise ausgewertet.
Mit der beschriebenen Anordnung ist es möglich, innerhalb einer Antennenanordnung, die eine Vielzahl, z.B. 1000, Sende-/Empfangsstrahlerelemente und zugehörige T/R-Module enthalten kann, alle T/R-Module über das anhand der FIG. 1 und/oder FIG. 4 beschriebene Lichtwellenleiter-Netzwerk zu koppeln und dann lediglich einen einzigen Lichtwellenleiter zum Anschluß an die zugehörige Zentraleinheit (BSU) zu verwenden. Ansonsten nötige HF-Übertragungsleitungen, z.B. Koaxialkabel und/oder Hohlleiter, werden in vorteilhafter Weise nicht benötigt.
Die in der Zentraleinheit (BSU) vorhandene Laserdiode ermöglicht, über Lichtwellenleiter mehrere voneinander räumlich entfernte Radarsensoren, z.B. sogenannte Mehrflächen-Anordnungen und/oder sogenannte back/forward-Radarsensoren (Vor-/Rückwärts-Sensoren) und/oder sogenannte look up/look down-Radarsensoren (Auf-/Abwärts gerichtete Sensoren), in vorteilhafter Weise kostengünstig und zuverlässig zu koppeln.
Es ist auch möglich, das von der in der Zentraleinheit vorhandenen Photodiode (FIG. 4) erzeugte elektrische Empfangssignal mehreren (Empfangs-)Auswerteeinheiten zuzuführen, wodurch eine sehr vielseitige und schnelle Auswertung (parallele Datenverarbeitung) ermöglicht wird.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar, z.B. auf eine Gruppenantenne für einen wesentlich niedrigeren Frequenzbereich.

Claims (11)

  1. Gruppenantenne mit optischen Strahlformungs-Netzwerk, zumindest bestehend aus
    mehreren zeilen- und/oder matrixförmig angeordneten Strahlerelementen zum Senden und/oder Empfangen elektromagneti scher Strahlung,
    mehreren Sende-/Empfangsmodulen, wobei jedes Strahlerelement an ein zugehöriges Modul angekoppelt ist,
    einer Steuereinheit, in der zumindest Sendesignale sowie ein Oszillatorsignal für einen in jedem Modul vorhandenen Mischer erzeugt wird,
    einer Auswerteeinheit, in welcher die von den Strahlerelementen empfangenen Empfangssignale ausgewertet werden,
    einem ersten optischen Strahlformungs-Netzwerk, das mit Hilfe eines Lichtwellenleiters die Steuereinheit mit einem Sende-/Empfangsmodul verbindet und über das die Sendesignale und das Oszillatorsignal zu dem Modul übertragen werden und
    einem zweiten optischen Strahlformungs-Netzwerk, das mit Hilfe eines Lichtwellenleiters die Auswerteeinheit mit einem Sende-/Empfangsmodul verbindet und über das die Empfangssignale von dem Modul übertragen werden, wobei
    in jedem Modul ein einstellbarer Phasensteller zum Ändern der Phasenlage des Sende- oder Empfangssignals vorhanden ist,
    in jedem Modul ein einstellbarer Amplitudensteller zum Ändern der Amplitude des Sende- oder Empfangssignals vorhanden ist,
    in jedem Modul mindestens ein Sende-/Empfangsumschalter vorhanden ist und
    in der Steuereinheit eine einzige zentrale Laseranordnung, die optisch an das erste Strahlformungs-Netzwerk gekoppelt ist, vorhanden ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Steuereinheit und die Auswerteeinheit zu einer zentralen Steuer- und Auswerteeinheit zusammengefaßt sind,
    daß die beiden optischen Strahlformungs-Netzwerke zu einen gemeinsamen optischen Strahlformungs-Netzwerk zusammengefaßt sind, das mit Hilfe jeweils eines einzigen Lichtwellenleiters die zentralen Steuer- und Auswerteeinheit mit einem Sende-/Empfangsmodul verbindet und über das die Sendesignale, die Empfangssignale, das Oszillatorsignal und die Steuersignale zum und von dem Modul übertragen werden,
    daß in jedem Modul eine Modul-Steuerung, mit welcher der Phasensteller, der Amplitudensteller sowie der Sende-/Empfangsumschalter auf Basis der Steuersignale der zentralen Steuer- und Auswerteeinheit steuerbar sind, vorhanden ist und
    daß an die Laseranordnung ein Modulator angeschlossen ist, so daß das von der Laseranordnung ausgesandte Laserlicht im Zeitmultiplexverfahren zumindest mit einem Initalisierungssignal zur Einstellung mindestens eines Sende-/Empfangsmoduls, dem Sendesignal sowie dem Oszillatorsignals modulierbar ist.
  2. Gruppenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laseranordnung einen Halbleiterlaser enthält und daß in dem Strahlformungs-Netzwerk mindestens ein optischer Verstärker vorhanden ist.
  3. Gruppenantenne nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß in mindestens einem Modul ein elektro-optischer Wandler vorhanden ist,
    daß der elektro-optische Wandler optisch an das bidirektional im Zeitmultiplexverfahren betreibbare Strahlformungs-Netzwerk angekoppelt ist und
    daß der elektro-optische Wandler elektrisch an den Ausgang eines elektrischen Mischers, der aus dem Oszillatorsignal und dem Empfangssignal ein entsprechendes Zwischenfrequenzsignal erzeugt, angeschlossen ist.
  4. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mischer und den elektro-optischen Wandler ein Analog-Digital-Wandler zwischengeschaltet ist und daß das Zwischenfrequenzsignal in digitaler Form optisch über das Strahlformungs-Netzwerk zu der zentralen Steuer- und Auswerteeinheit übertragbar ist.
  5. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Modul ein integriertes optoelektrisches Halbleiterbauelement vorhanden ist, zumindest bestehend aus einem Halbleitersubstrat, vorzugsweise einem III-V-Halbleitersubstrat, mit
    einer integrierten zentralen optischen Signalführung zur Ankopplung an ein Lichtwellenleiter des Strahlformungs-Netzwerkes,
    einen an die zentrale optische Signalführung angekoppelten optischen Richtkoppler,
    einem ersten Zweig, zumindest bestehend aus einem optoelektrischem Wandler, einem nachgeschaltetem elektrischen Anpaßnetzwerk sowie einem diesem nachgeschalteten rauscharmen Verstärker (LNA) und
    einem zweiten Zweig, zumindest bestehend aus einem elektrooptischen Wandler sowie einem diesem nachgeschaltem elektrischem Anpaßnetzwerk.
  6. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Module, vorzugsweise vier, zu einer Modulgruppe zusammengefaßt sind und daß in dem Strahlformungs-Netzwerk ein an die Anzahl der Module der Modulgruppe angepaßter optischer Teiler vorhanden ist.
  7. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem optischen Teiler die Anzahl der optischen Abzweigungen größer ist als die Anzahl der an diesen Teiler angekoppelten Module und daß eine dieser zusätzlichen Abzweigungen für elektrooptische und/oder optoelektrische Testvorgänge vorgesehen ist.
  8. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Modul ein aus passiven elektrischen Bauelementen aufgebauter elektrischer Diplexer vorhanden ist, in welchem die im Zeitmultiplex anliegenden Sende- und LO-Oszillatorsignale in getrennte elektrische Zweige aufspaltbar sind.
  9. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß mehrere räumlich getrennte Antennenanordnungen, die jeweils aus mehreren Modulen und/oder Modulgruppen bestehen, vorhanden sind und
    daß die getrennten Anordnungen über zugehörige optische Teiler an das optische Strahlformungs-Netzwerk angeschlossen sind.
  10. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerelemente, deren zeilen- oder matrixförmige Anordnung sowie die Module sowie deren zeilen- oder matrixförmige Anordnung auf eine elektromagnetische Strahlung im Millimeterwellen- oder Mikrometerwellen-Bereich abgestimmt sind.
  11. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Strahlformungs-Netzwerk mindestens eine optishe Verzweigung in Form einer Stern- oder Baumstruktur enthält,
    daß das Strahlformungs-Netzwerk für einen optisch bidirektionalen Zeitmultiplexbetrieb ausgelegt ist und
    daß in der zentralen Steuer- und Auswerteeinheit ein optischer Isolator vorhanden ist zur optischen Trennung der ausgesandten und empfangenen optischen Signale.
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