NO320922B1 - Faset gruppeantenne med bolgelengdeutstralere og et kalibreringsnettverk - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en faset gruppeantenne innbefattende en oppstilling av bølgelederstrålere som er forbundet med et forsyningssystem og et kalibreringsnettverk for kalibrering av forsyningssystemet, med i alt vesentlige samtlige bølgeleder-strålere innbefattende en koblingsanordning (9) som er forbundet med kalibreirngsnett-verket.

En faset gruppeantenne av denne type er kjent fra europeisk patentpublikasjon EP-B 0.110.260. Denne patentpublikasjon beskriver en pulsradaranordning som innbefatter en koherent sende- og mottaksenhet som innbefatter en sender, en sendeantenne, et antall av mottaksantenner forbundet med koherente mottakere som er egnede for å omforme, ved fasekoherent detektering, ekkosignaler til kvadraturvideosignaler som har to kom-ponenter. Den koherente sende- og mottaksenheten innbefatter dessuten en stråleformer, idet senderen er egnet for transmisjon av testsignaler i en testfase i løpet av hvilken testsignaler blir injisert i mottakerkanalene. På basis av videosignalene generert av mottakerne blir amplitude og fasekorreksjonssignaler bestemt, som er representative for amplitude og fasefeil innført av mottakerne. Behovet for å tilveiebringe et kalibrerings- eller testnettverk oppstår fra det faktum at differanser i forsterkning og fase hos mottakerne kan utgjøre en hindring for en ønsket sidelobreduksjon. Ulempen ved den tidligere kjente fasede gruppeantenne er at testsignalet injiseres direkte i inn i mottakerkanalene. Som et resultat blir fase- og amplitudefeil som genereres utenfor mottakerkanalene, for eksempel i forbindelsen mellom mottaker og bølgelederstrålere og i et transformasjons-element generelt innbefattet i bølgelederstrålerne, ikke innbefattet i testprosedyrene og følgelig blir det ikke kompensert for disse feilene. En mulig løsning er å injisere testsignalet ved hjelp av et separat matehorn som anbringes i fronten av antennen. Dette har imidlertid den ulempen at kompensasjon er også nødvendig for feil bevirket av avstanden mellom matehornet og en bølgelederstråler som er forskjellig for hver bølgeleder-stråler.

Til ytterligere belysning av kjent teknikk skal det vises til EP 127.337-A2 som beskriver kalibrering av et system som omfatter en faset gruppeantenne med en rekke med bølge-lederstrålere forbundet med forsyningssystem og dessuten innbefattende et kalibreringsnettverk for kalibrering av forsyningssystemet, der alle bølgelederstrålerne innbefatter en koblingsanordning forbundet med kalibreringsnettverket.

Denne kjente koblingsanordning er montert til en sidevegg av bølgelederstrålerne, og kalibreringsnettverket innbefatter i det minste en bølgeleder. Den videste sideveggen av bølgelederen ligger an mot den videste sideveggen av bølgelederen, der bølgelederen er anbragt i rett vinkel til bølgelederstrålerne, og med en forbindelse mellom hver bølgele-derstråler og bølgelederen, i from av sammenfallende aperturer i bølgelederstrålercns sidevegg og bølgelederens sidevegg, og der bølgelederen er forbundet med en kalibreringssignalgenerator og en utgangsport.

Faset gruppeantenne ifølge oppfinnelsen har som sitt formål å tilveiebringe en løsning på disse kjente problemer, og den fasede gruppeantennen kjennetegnes ved at kalibreringsnettverket er anordnet for injisering av kalibreringssignaler inn i i alt vesentlig samtlige bølgelederstrålere samtidig, og at koblingsanordningen omfatter en direktiv kobling med en direktivitet i alt vesentlig i retningen av forsyningssystemet. Dette gu-den fordelen at fase og amplitudefeil generert i bølgelederstrålerne også innbefattes i testprosedyren.

Ytterligere utførelsesformer av den fasede gruppeantennen fremgår av de vedlagte un-derordnede krav 2 —10, samt av den nå etterfølgende beskrivelse.

Ved fasede gruppeantenner forsynt med bølgelederstrålere innbefatter forsyningssystemet generelt en sende-/mottaksmodul (T/R-modul) per bølgelederstråler eller per gruppe med bølgelederstrålere. Som et resultat er det ikke tilstrekkelig plass ved inngangen for å tilveiebringe en koblingsanordning som skal bli forbundet med kalibreringsnettverket. Ved utgangen til en bølgelederstråler er det ikke noe plass tilgjengelig heller for en kob-lmgsanordning som skal bli forbundet med kalibreringsnettverket ettersom utgangen må være fri fra hindringer for å sikre en uforstyrret utstråling av strålingsenergi. En spesiell utførelsesform gir en løsning på ovenfor nevnte problem ved å la koblingsanordningen være montert ved en sidevegg til bølgelederstrålerne.

Kalibreringsnettverket er nødvendig for å sikre en lavtaps transmisjon av mikrobølgeen-ergi. For dette formålet gjør generell bruk av et mikrostripenettverk i hvilket "Duroid" generelt tjener som et dielektrikum. Et slikt nettverk er imidlertid meget kostbart. En gunstig utførelsesform ved den fasede gruppeantennen ifølge oppfinnelsen har til formål å realisere et langt mindre kostbart kalibreringsnettverk og derfor kan kalibreringsnettverket med fordel innbefatte i det minste én bølgeleder.

Dersom det bølgelederformede kalibreringsnettverket er montert mellom bølgelederstrå-lerne slik at den Ugger an mot sideveggen til bølgelederstrålerne, må det tas behørig hensyn til at avstanden mellom radene med bølgelederstrålere holdes så liten som mulig, til tross for tilstedeværelsen av bølgelederen. Dette kan bevirkes ved å la den bredeste sideveggen av bølgelederen ligge an mot bølgelederstrålerne, slik at avstanden mellom radene av bølgestrålere bestemmes av den smaleste bølgeledersideveggen. Det vil derfor kunne være gunstig at den bredeste sideveggen av bølgelederen ligger an mot den bredeste sideveggen av bølgelederstrålerne.

Utførelsesformen, hvis kalibreringsnettverk innbefatter i det minste én bølgeleder kan utvides til et system av bølgeledere som omfatter et antall bølgelederstrålere anordnet i rader hvor hver bølgelederstråler er forbundet med bølgelederen. Per rad av bølgeleder-strålere kan fortrinnsvis én bølgeleder være anordnet som anbringes i rett vinkel til korresponderende rad av bølgelederstrålere. Med fordel kan derfor i det minste én bøl-geleder være anbrakt i det minste hovedsakelig i rett vinkel i forhold til bølgelederstrå-lerne.

Sistnevnte utførelsesform kan med fordel anvendes ved å realisere koblingsanordningen for hver bølgelederstråler som en forbindelse mellom bølgelederen og den angjeldende bølgelederstråler. Koblingsanordningen for hver bølgelederstråler kan derfor med fordel danne en forbindelse mellom bølgelederstråleren og bølgelederen.

Forbindelsen mellom bølgelederstråleren og kalibreringsnettverkbølgelederen kan nå ganske enkelt og effektivt bli realisert ved å tilveiebringe en eller flere aperturer i sideveggen av bølgelederen og bølgelederstråleren. Det kan derfor være gunstig å la forbindelsen innbefatte i det minste en apertur i bølgelederstrålerens sidevegg og en apertur i en bølgeledersidevegg, hvilke aperturer er sammenfallende.

Når det tilføres en testpuls, kan det være viktig å forhindre testpulsenergien fra å bli sendt ut ved antennens utgangsside, for eksempel i tilfellet at radarstillhet er ønskelig, men ikke desto mindre er kalibrering nødvendig. Dette kan utføres ved å forsyne koblingsanordningen med en direktivkobler som i det vesentlige kobler energien i retningen av kraftforsyningssystemet. Koblingsanordningen per bølgelederstråler kan derfor gjerne innbefatte en direktivkobling med en direktivitet i alt vesentlig i retningen av kraftforsyningssystemet.

Dersom kalibreringsnettverket innbefatter én eller flere bølgeledere med en forbindelse mellom hver bølgelederstråler og korresponderende bølgeleder, er det fordelaktig å holde den koblede testsignalenergien så lav som mulig, slik at tilstrekkelig energi for å bli tilgjengelig for mer avstandsbølgelederstrålere. I dette henseende er det tilrådelig at hver bølgelederstråler mottar i alt vesentlig samme del av energi. Det kan derfor være gunstig forbindelsen bevirker en signaldempning på -35 Db til -45 Db.

Ved å anordne et antall av rader av bølgelederstrålere med et bølgelederformet kalibreringsnettverk, er det mulig å forbinde flere bølgeledere for eksempel ved hjelp av 180-graders bølgelederbend ved enden av bølgelederen som vedrører en rad av bølgeleder-strålere, hvilke bend forbinder utgangen av bølgelederen med inngangen til en parallell bølgeleder som vedrører en neste rad av bølgelederstrålere. På denne måten kan kalibreringsnettverket bli utvidet og en enkel kraftforsyningskilde vil være tilstrekkelig for å påtrykke et testsignal på kalibreringsnettverkets inngang. Minst én bølgeleder kan her innbefatte et antall bølgeledere, idet utgangen av én bølgeleder er forbundet med inngangen av en annen bølgeleder.

Ved å forbinde en signalgenerator som frembringer signaler av tilstrekkelig styrke til utgangen av kalibreringsnettverket som er utført som i minst én bølgeleder hvorved hver

bølgelederstråler mottar kun en relativt liten mengde med mikrobølgeenergi, blir mikro-bølgestrålingen jevnt spredt over bølgelederstrålerne. Som et resultat vil en viss mengde med mikrobølgestråling være tilstede på utgangen av kalibreringsnettverket forbi de for-bundne bølgelederstrålerne til å bli beholdt av en tilpasset last. Ved dette tilfelletk unne den i det minste ene bølgelederen på én ende være forbundet med en kalibreringssignalgenerator og på den andre enden innbefattende en tilpasset last.

Den fasede gruppeantennen ifølge oppfinnelsen vil nå bli beskrevet nærmere under hen-visning til tegningene, hvor: fig. 1 viser en gruppe av bølgelederstrålere ifølge en første utførelsesform av oppfin nelsen,

fig. 2A viser et frontriss av en bølgelederstråler ifølge den første utførelsesformen av

oppfinnelsen,

fig. 2B viser et sideriss av en bølgelederstråler ifølge den første utførelsesformen av

oppfinnelsen,

fig. 3 viser en gruppe av bølgelederstrålere ifølge en andre utførelsesform av oppfinnelsen,

fig. 4 viser et sprengbilde av en mulig metode for å feste en bølgelederstråler tit bølge-lederen i kalibreringsnettverket.

Fig. 1 viser et frontriss av en gruppe med bølgelederstrålere 1, som innbefatter et kalibreringsnettverk ifølge en første utførelsesform av oppfinnelsen. Bølgelederstrålerne er anordnet til å ligge i en øvre 2, en midtre 3 og en nedre rad 4. Utførelseseksempelet innbefatter kun tre rader, men i praksis vil der være dusinvis av rader og følgelig flere dusin av bølgelederstrålere per rad. Bølgelederstrålerne i hver rad er forskjøvet over en halv senter-til-senter-avstand mellom to bølgelederstrålere i forhold til de tilliggende rader. Dette gir et gunstig lav-sidelob antennediagram. Dette er imidlertid ikke strengt tatt nødvendig. På frontsiden vil en irisplate (ikke vist) generelt være anordnet for å forhindre krysstale fra en bølgelederstråler til en annen. På baksiden 5 er bølgelederstråle-ren generelt forbundet med et bakplan (ikke vist). Bakplanet øker antennens stivhet og tjener til å etablere elektrisk forbindelse mellom bølgelederstrålerne med deres korresponderende T/R (sende-/mottaks) -moduler. For å kompensere for fase og amplitudefeil som kan oppstå per T/R-modul generelt som et resultat av produksjonsunøyaktighe-ter eller temperaturdrift, bestemmes korreksjonsfaktorer per T/R-modul som anvendes for å styre de angjeldende T/R-modulene. For dette formål tilveiebringes hver individu-elle T/R-modul ved gitte tidspunkter med et testsignal som har en kjent fase og amplitude. For å forsyne T/R-modulene med et slikt testsignal, kan et kalibreringsnettverk for eksempel anordnes mellom bakplanet og T/R-modulene. Dette har imidlertid flere ulem-per. For det første bør plass eller rom dannes mellom T/R-modulene og bakplanet for å oppta kalibreringsnettverket. For å fylle dette gapet må en forbindelseslinje monteres mellom hver bølgelederstråler og tilhørende T/R-modul, som medfører tap. For det andre er fase og amplitudefeil som oppstår forbi bakplanet ikke innbefattet i korrek-sjonsprosedyren. I utførelseseksempelet innbefatter kalibreringsnettverket et antall av bølgeledere 6,7,8 som er montert langs de bredeste sideveggene av bølgelederstrålerne. Hver bølgelederstråler innbefatter en koblingsanordning 9 formet som et hull, som er vist kun for én bølgelederstråler. Koblingsanordningen er fortrinnsvis konstruert som en tidligere kjent direktivkobling, idet koblingen av energi er i alt vesentlig i retningen av bakplanet. Direktive koblere kan for eksempel være konstruert som to diagonale hull i rektangelet dannet av overlappingen av bølgelederen og en bølgelederstråler. En koblingsanordning er nødvendig kun for de bølgelederstrålerne som skal bli kalibrert. Dette tilveiebringes generelt for alle bølgelederstrålere, selv om det strengt tatt ikke er nød-vendig. Det er også mulig å lage flere hull per bølgelederstråler. Bølgelederne 6,7,8 er sammenkoblet ved hjelp av bølgelederbend 10,11, som kan være festet ved hjelp av flenser 12. Ett testsignal er følgelig tilstrekkelig for hele bølgeledersystemet. Systemet av bølgeledere går i bue mot bakplanet via et bend 13 som gjør bakplanet egnet for å tilveiebringe et testsignal. Ved enden 14 av systemet av bølgeledere er en tilpasset last (ikke vist) fortrinnsvis anordnet for å unngå testsignalrefleksjoner. Det er naturligvis også mulig å forsyne, per rad av strålingselementer, hver bølgeleder med et testsignal og en tilpasset last. Bendene 10,11 blir da utelatt. I tilfellet av en testsignalgeneratorsvikt er det fremdeles mulig å forsyne de andre radene med et testsignal. I den eksempelvise utførelsesform består bølgelederstrålerne av rektangulær elementer hvis nedre sideveg-ger har blitt fjernet ved bølgeledergrensesnittet. Toppen 15 av bølgelederen utgjør således den nedre sideveggen. Dette har den fordelen at kun bølgelederen må bli forsynt med ett eller flere hull.

Fig. 2A og 2B viser et forstørret riss av en bølgelederstråler 1. Bølgelederstråleren er rektangulær i form. På bølgelederen 6 har den en invertert U-form på grunn av at den nedre sideveggen har blitt fjernet. Bak bølgelederen fortsetter bølgelederstråleren som et rektangulært element, som vist i fig. 2B. På denne måten vil den smale baksideveggen 16 av bølgelederen 6 således ligge på den oppstående kanten 17 på bølgelederstrålerne hvor den nedre sideveggen 18 på bølgelederstrålerne starter og fortsetter i retningen av bakplanet. Dette setter bølgelederstrålerne i stand til å bli korrekt posisjonert under sam-menstilling. Fig. 3 viser en andre utførelsesform av den fasede gruppeantennen forsynt med kalibreringsnettverk ifølge foreliggende oppfinnelse. Bølgelederstrålerne 19 er montert på begge sider av bølgelederne. Dette bevirker en 50% reduksjon av nødvendig lengde av bølgeleder 20,21,22. Bølgelederne 20,21,22 er på begge sider forsynt med hull 23 ved bølgelederstrålerne for kobling av en testpuls. Bølgelederstrålerne 19 er forsynt med korresponderende hull 24.1 den eksempelvise utførelsesformen er bølgelederstrålerne rektangulære over deres fulle lengde. En tilpasset last 25 er montert ved enden av bølge-lederen 22. Testpulsen blir innført ved inngangen 26 til bølgelederen 20. Fig. 4 viser en metode for å feste en rektangulær bølgelederstråler 27 til bølgelederen 28 i kalibreringsnettverket som avviker fra det som er vist på fig. 1. En seksjon 29 som har bredden av en bølgelederstrålersidevegg har blitt fjernet fra den øvre sideveggen 30 hos bølgelederen 28. Dette danner en utsparing som i det vesentlige nøyaktig passer til den rektangulære bølgelederstråleren 27. Bølgelederstråleren er forsynt med et hull 31 for å muliggjøre koblingen av strålingsenergi.

Fasede gruppeantenner ifølge oppfinnelsen er på ingen måte begrenset til ovenfor nevnte utførelsesformer. Trekk fra de ovenfor nevnte utførelsesformer kan anvendes i kombinasjon.

Claims (10)

1. Faset gruppeantenne innbefattende en oppstilling av bølgelederstrålere (1) som er forbundet med et forsyningssystem og et kalibreringsnettverk (6,7,8) for kalibrering av forsyningssystemet, med i alt vesentlige samtlige bølgelederstrålere (1) innbefattende en koblingsanordning (9) som er forbundet med kalibreringsnettverket (6,7,8), karakterisert ved at kalibreringsnettverket (6,7,8) er anordnet for injisering av kalibreringssignaler inn i i alt vesentlig samtlige bølgelederstrålere (1) samtidig, og at koblingsanordningen (9) omfatter en direktiv kobling med en direktivitet i alt vesendig i retningen av forsyningssystemet.

2. Faset gruppeantenne som angitt i krav 1, karakterisert ved at koblingsanordningen (9) er montert ved en sidevegg (18) av bølgelederstrålerne.

3. Faset gruppeantenne som angitt i krav 2, karakterisert v e d at kalibreringsnettverket (6,7,8) innbefatter minst én bølgeleder.

4. Faset gruppeantenne som angitt i krav 3, karakterisert ved at den videste sideveggen av bølgelederen ligger an mot de videste sideveggene (18) av bølgelederstrålerne.

5. Faset gruppeantenne som angitt i et hvilket som helst av kravene 3 eller 4, karakterisert ved at den minst ene bølgelederen er anbragt i det minste i alt vesentlig i rett vinkel i forhold til bølgelederstrålerne (1).

6. Faset gruppeantenne som angitt i krav 5, karakterisert v e d at koblingsanordningen (9) per bølgelederstråler (1) innbefatter en forbindelse mellom bølgelederstråleren (1) og bølgelederen.

7. Faset gruppeantenne som angitt i krav 6, karakterisert ved at koblingsanordningen (9) innbefatter minst en apertur i bølgelederstrålerens sidevegg (18) og en apertur i en bølgeledersidevegg, hvilke åpninger er sammenfallende.

8. Faset gruppeantenne som angitt i krav 6 eller 7, karakterisert v e d at koblingsanordningen (9) bevirker en signaldempning lik -35 dB til -45 dB.

9. Faset gruppeantenne som angitt i et hvilket som helst av kravene 3 - 8, karakterisert ved at den minst ene bølgelederen innbefatter et antall av bølgeledere (6,7,8,10,11,13), idet utgangen fra én bølgeleder er koblet til inngangen på en annen bølgeleder.

10. Faset gruppeantenne som angitt i et hvilket som helst av kravene 3 - 9, karakterisert ved at den minste ene bølgelederen er på én ende (26) koblet til en kalibreringssignalgenerator og på den andre enden innbefatter en tilpasset last (25).