NO794240L - Fellesantenne for primaer og sekundaer radarsystem - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fellesantenne for primær og sekundær radarsystemer. - n

Det er ofte nødvendig ved en radarstasjon å kombinere et antall antenner på det samme operasjonsstedet. Dette bevirker imidlertid problemer nå grunn av at det angjeldende utstyret må plasseres i et område, hvilket er uhyre begrenset i tilfellet av f.eks. våpensystemer. Kombinasjonen av en primærradarantenne og en sekundærradarantenne kan realiseres på to forskjellige måter. På den ene side er antennen for sekundærradaren separat_fra den for primærradaren, idet antennene som er in^stallert på denne måten er hovedsaklig av "stråle"typen. På den annen side er antennen for sekundærradaren integrert i primærradarantennen, hvorved tilveiebringes en sann tofunksjonsantenne for primær og sekundærradarne. En tofunksjonsantenne for primær og sekundærradarer dannes vanligvis av en enkelt reflektor som energi-seres på slik måte at den er i stand til å utstråle energi i rommet i den hensikt å detektere et mål eller luftfartøy, idet dette benevnes primærradarfunksjonen, og også å sende et spørre-signal til nevnte luftfartøy som har en svarsender (transponder) som automatisk sender sitt svar, idet dette benevnes sekundærradarfunksjonen. Den utstrålte strålen som bærer spørringen er retningsbestemt og utspør i den retning hvor luftfartøyet er blitt detektert. Imidlertid har man funnet at svarsenderen i det utspurte luftfartøy kunne utløses av sekundærlober spørringsdiagranmet, hvis nivå kan ha tendens til å være relativt høyt sammenlignet med det for hovedloben. For å unngå denne ulempe tilføyes såkalte kontrollmidler til den enkle antennen det er tale om og disse har strålingselementer som virker på mottagelsen av utspørringen av den utspurte svarsenderen og på mottagelsen av svaret fra sistnevnte av mottageren og som utstråler i overensstemmelse med et kvasi rundtstrålende diagram, hvis nivå er slik at det dekker sekundærlobene i diagrammet utstrålt av hovedantennen.

Denne anordning gjør det mulig ved sammenligning av amplituden

av pulsene som mottas fra svarsenderen og de som mottas fra kon-trollsystemet i de tilhørende kretser å bestemme pulsen som mottas som svar på utspørringen med hovedloben.

Kontrollmidlene for å realisere kontrolldiagrammene og som virker på sendingen av et spørresignal og på mottagelse av

et svarsignal fra et utspurt mål, må være slik at forsterkningen i tilhørende kontrollkanaler er større enn den for utspørrings og mottagningskanalene i vinkelsonene som inneholder sekundærlobene i det retningsbestemte utspørringsdiagram, men meget min-dre i retningen av deres hovedlob.

Ved eksisterende konstruksjoner omfatter^ kontrollmidlene strålingselementer, nemlig bølgeutstrålere, hvis strålingsmønster er av den rundtstrålende typen, plassert på den felles reflektoren nær fasesehteret eller i den øvre delen av reflektoren.

De kan også omfatte sendingskilden for utspørringssignalet som tilføres under en forutbestemt tidsperiode for å gi et differen-sialstrålingsmønster, mens utspørring finner sted ved å følge et sum-mønster.

Imidlertid og til tross for disse forholdsregler som er blitt

tatt oppfyller strålingsmønsteret for kontrollmidlene ikke fullstendig sin funksjon, enten fordi det ikke er fullstendig rundtstrålende, eller fordi visse høynivåsekundærlober i hovedretnings-mønsteret ikke er dekket og også fordi i visse tilfeller hovedloben, hvis nivå er litt på lavsiden risikerer å bli absorbert av rundstrålingsdiagrammet. Videre forstyrres kontrolldiagrammene av visse ytre arrangementer, slik som f.eks. kupler under hvilke antennene er plassert.

Til sist bevirker alle disse ytterligere elementer, slik som bølgeutstrålere, maskeringsfenomener i primærkilden på grunn av skyggen som skapes av disse utstrålere på overflaten av reflektoren.

Formålet ved den foreliggende oppfinnelse er å unngå disse

ulemper og å angi midler som optimaliserer diagrammet for kontrollkanalen for sekundærradaren uten å forstyrre operasjonen for primærradaren.

rfølge den foreliggende oppf innelse~7er antennen- f or »sekundærradaren integrert i reflektoren fory primærradarantennen og ut- \u. ~f

/,;'t / /Iff(iv . '".,? ','J...-It' '

Adb^^U^^^C^y Ur^*^ -

spørringsfunksjonen, hvis strålingsmønster er retningsbestemt, ■ har kontrollmidler, hvis strålingsmønster er av differensial-\typen.

Ifølge oppfinnelsen dannes sende-mottagning^kilden for sekundærradaren av et lineært system av spalter ti/lknyttet strålingshul- y rommene anordnet langs en ledelinje, fortrinnsvis over hele reflektorens apertur for primærradarantennen, idet kontrollkanalen dannes av et visst antall av spalter i dette systemet anordnet symmetrisk om fasesenteret for sekundayrantennen.

For^lf ha et optimalt retninqsmønster i horisoni.talplanet, er spaltene anordnet på en horisontal ledelinjeTverrsnittet av reflektoren av primærradarantennen kan være.sirkulært, elliptisk eller rektangulær^

Oppfinnelsen er beskrevet i nærmere detalj i det etterfølgende relativt ikke-begrensende utførelsesformer og med henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 viser et snitt gjennom en felles antennereflektor for primær og sekundærradarer ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et diagram som viser forbindelsen mellom en 0- 7V faseskifter og effektdeléren ifølge oppfinnelsen.

Fig. 3 er et strålingsmønster for en ^ s^ ørr^ B^ yhotta^ irW^&-

kanal i retningsplanet for tofunksjonsantennen ifølge oppfinnelsen.

* /

Fig. 4 angir dekningen av strålingsmønsteret for fu^spørr-i-n-g-Sj/ mottajge-ts-e-slkanalen ved strålingsmønsteret for kontrollkanalen.

Det er ikke lenger noe behov for å demonstrere fordelen ved

å kombinere p(iø?mær og sekundærradarsystemer ved overvåkning av rommet, spesielt ved innflyvninger til lufthavner eller flyplasser. Primærradaren detekterer luftfartøyene, særlig med deres retning med hensyn til radaren og deres avstand, og sekundærradaren utspørrer dem, idet svarsenderne som er til-

veiebragt for dette formål ombord på luftfartøyet sender til bakken, til ^^spørreren, data vedrørende deres høyde, iden-titet, hastighet, etc. tK^ spørringen av luftfartøyet ved hjelp av sekundærradaren finner sted i retningen av luftfartøyet som detekteres av primærradaren, slik at det er av interesse enten å koble antennene for begge radarsystemer, eller kun å anvende en enkelt antenne som er i stand til å oppfylle de to funksjo-nene som er definert tidligere. Som det er blitt angitt ovenfor har primær-sekundærradarsystemet ulemper som er prejudiserende for dets tilfredstillende operasjon og virkningsgrad. Særlig har strålingsmønsteret for sekundærradaren, i tillegg til en hovedlob som utsender utspørringen og mottar svaret fra det utspurte luftfartøyet, sekundærlober hvis nivå kan være tilstrekke-lig til å utløse en svarsender, ideet sistnevnte enten tilhører, luftfartøyet som utspørres eller et annet luftfartøy. I dette tilfellet kan dette føre til feil som kan ha farlige konsek-venser.

Det har derfor vært gjort forsøk for å unngå disse ulemper ved

å forsøke å eliminere sekundær eller sidelobene i Ja>tspørrings-diagrammet. Fremgangsmåten som er blitt anvendt består i å dekke sidelobene med et rundstrålingsdiagram skapt av såkalte kontrollelementer, hvilke i realiteten er en separat antenne kalt kontrollantennen, eller også ved hjelp av et såkalt diffe-rensialmønster hvorved sistnevnte kan skapes fra spørrekanalen tilført på. en adekvat måte.

Imidlertid er disse tiltak ikke alltid adekvate og f.eks. i tilfellet av en dekning av sidelobene i utspørringsdiagrammet ved hjelp av et rundstrålingsdiagram, er nevnte dekning util-strekkelig, oftest på grunn av ytre årsaker, slik som kupler o.l.

Man har derfor forsøkt på den ene side å danne et tftspørrings-mottagningsstrålemønster for sumtypen eller den liketypen og

på den annen side et strålingsmønster for kontrollkanalen av differensialtypen eller den ulike typen. Hovedfordelen ved den ulike typen er det faktum at aksen for gapet i differensial-mønsteret beholder sin høyderetning, hvilket således gir. en bedre sentrering av tptspørringsbuen og, i prinsippet en økt

stabilitet av sistnevnte langs høydedékningen. Forbi sentral- , sonen for strålingsmønsteret løses dekningsproblemet for sidelobene i strålingsmønsteret for primærradaren ved tilnærmet å tilpasse amplitude og fasebestemmelsene for strålingselementene.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved å danne i reflektoren for primærradarantennen langs en av dens ledelinjer som passerer gjennom fasesenteret for antennen for' å få et større spenn,

et lineært system av spalte utstrålere eller antenner. Valget av ledelinjen for reflektoren er avhengig av retningsplanet som er bestemt for utsendelsen. Ved å anordne systemet på en av de sentrale ledelinjer for reflektoren, er det mulig å få et. stort antall spalter og derfor en god oppløsning.

Hver spalte er tilknyttet et hulrom san eksiteres av et element, f.eks. av stempel eller tverrstangtypen, i hvilke skapes resonans-fenomener for visse modi, så vel som kjente strålingsfenomener. En 'adekvat eksitering av systemet bestående av spaltestrålere

i systemet for tt-fespørring-mottagelsekanalen ifølge en lik faselov og en dempet amplitudelov, slik som Gauss's lov, gjør det mulig å oppnå et sum-type strålingsmønster og en eksitering av et visst antall spalter, fordelt symmetrisk om fasesenteret, ifølge en ulik faselov gjør det mulig å oppnå et strålingsmønster av differensial typen for kontrollkanalen.

Integreringen av sekundærantennen i reflektoren for primær-antennen har den fordel å unngå enhver økning i volumet av pri-mærantennen, og følgelig enhver økning av dens vekt og påvirke-lighet overfor vindvirkning. Drivmekanismen for denne anordningen forblir relativt enkel og av lite volum, hvilket ér spesielt fordelaktig ved våpensystemer.

Fig. 1 viser et snittriss av en fellesantenne reflektor 1 for et<p>rimær og sekundærradarsystem, som har et lineært system 2 av spalteutstrålere 2^, hvor i varierer fra 1 til n, idet n rep-resenterer det totale antall spalter i systemet. Spaltene er anordnet langs en ledelinje D fortrinnsvis over hele reflektorens 1 apertur. Gitteravstanden h er av størrelsesorden 0,6 til 0.,8A-i en foretrukket utførelsesform. Reflektoren 1 er laget av et dielektrisk materiale 3, nemlig en epoksy harpiks-impregnert glassmatte, dekket av glassfiberstoff 4 som bærer dekkede metalltråder 40, 41 som krysser hverandre. Disse tråder er generelt laget av kobber av begrenset tykkelse.

Bak hver spalte 2^i systemet 2 er det et parallell epipedisk strålingshulrom 5^ med samme dielektrikum 3. som reflektoren 1 og dekket på den samme måten ved hjelp av et glassfiberstoff 4 som bærer metalltråder. Polariseringene av kiidene for primær og sekundærantennene er perpendikulære, slik at metalltrådene 40 og 41 krysser hverandre over hele overflaten av reflektoren 1 og også innenfor hulrommene 5^, mens det i fronten av spaltene kun er tråder 40 anordnet parallelt med ledelinjen som følger den valgte polariseringsretningen for primærantennekilden, hvilken er horisontal i den foreliggende utførelsesform.

F.eks. i tilfellet av en transmisjonsfrekvens av 10 4MHz, er diameteren av metalltrådene 40 og 41 12/100 mm og avstanden mellom hver tråd er av størrelsesorden 1,5 mm. Dekningen av metalltrådene ved hjelp av glassfibre gir stoffet en homogen elasti-sitet.

For å redusere volumet av hulrommene 5^og danne en enkelt kon-truert monolitisk sammenstilling, fylles hulrommene med dielektrikum 3. Eksiteringselementet 6 i nevnte hulrom 5^, av stempel eller tverrstangtypen, innføres i dielektrikummet 3 som fyller hulrommene og har en koaksial basis 7 som tillater tilpasningene mellom hulrommene 5^ og koaksiallinjer 8, som forbinder dem med et effektdelingssystém 9, plassert på baksiden av reflektoren 1. Denne effektdeler 9, som kan dannes av fordelere,, er koblet ved hjelp av en ultrahøy-frekvensforbindelseslinje til et vanlig ut-spørrings-mottagersystem som ikke er vist i fig. 1. Baksiden av reflektoren beskyttes av en avtettet deksel 10 laget av et dielektrisk materiale 3.

Hvis det viser seg at diagrammet for kontrollkanalen gitt ved spaltene 2^ i systemet som utstråler mot fronten ikke sikrer den korrekte dekning av den bakre delen av retningsdiagrammet for

•Hispørrift€<.>gskanalene, forsynes nevnte kontrollkanal med en eller

flere tillegg bakoverstrålende elementer. Disse kan eventuelt være en eller flere spalter 11 dannet i det dielektriske materialet av dekselet 10, bak hvilke er anbragt hulrommet 12,dannet på samme måte som i fremoverstrålende hulrommene 5. i reflektoren 1. Det er kun et begrenset antall spalter 11 og de er plassert i dekselet 10 i symmetriplanet for reflektoren 1 som inneholder de fremoverstrålende spaltene.

Som det er blitt vist tidligere er det ved hjelp av effektdeleren

9 at hulrommene 12 tilknyttet spaltene 2^ og 11 eksiteres for hen-holdsvis å gi et retningsstrålemønster av sum-typen for 4*%sp(#r-réffl^^motta^-n-i-n-^slkanalen og et dif f erensial-type mønster for kontrollkanalen. Spaltene for kontrollkanalen, uansett hvorvidt ■ de stråler mot fronten eller baksiden av reflektoren 1, er opp-delt i to like grupper som eksiteres i fase motsetning ved hjelp av IV faseskiftere plassert i effektdeleren 9.

Slik man vil forstå av fig. 2, hvilkén viser en 0-// hybridefase-skifter 15, er de to utgangene 13 og 14 fra faseskifteren 15, hvilke er i fasemotsetning, koblet til kanaler 16 og 17 av effektdeleren 9, idet nevnte to kanaler mater de to gruppene av spalter 2^i kontrollkanalen. Terminalene 130 og 140 av faseskifteren 15 er innganger.

Fig. 3,viser strålingsmønsteret for sum-typen eller den liketypen av yafcspørringskanalen i den sekundære radarf unks jonen i retningsplanet angitt ved absisseaksen 0' (retninasvinkel) og ordinat

G (dB vinning). Det har en bredde L ved 3dB fra hovedloben 18 forbundet med den ønskede vinning i den maksimale strålingsretningen, også forbundet med relativt lave nivåer i tilliggende sidelober 19 og endelig forbundet med et diffust strålingsnivå representert ved lober 20, som er så lave som mulig.

Disse karakteristika må oppnås ikke bare i planet som inneholder den maksimale strålingsretningen, men også over hele høydeåpningen for operasjonsrommet. Under slike betingelser er det lettert å sikre dekningen av dette diagram eller mønster ved hjelp av det for kontrollkanalen.

i

Fig. 4 viser dekningen av et retningsmønster I i (U-ttspørrii-fvg-di/ motta^ni-ngotkanalen ved hjelp..av et mønster C i kontrollkanalen av differensialtypen. Aksen i gapet 21 for differensialmønste-ret C er det samme som den for hovedloben 18 i summønsteret I. Sidelobene. 19 i strålingsmønsteret for primærradaren I dekkes

av strålingsmønsteret for kontrollkanalen C.

Således er det blitt beskrevet en fellesantenne for primær og sekundærradarsystemer, hvis sekundærradarfunksjon er integret i reflektoren-for primærradarantennen.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til utførelsesformene som er beskrevet og representert ovenfor, og forskjellige modifikasjoner kan foretas med oppfinnelsen uten å gå utenfor dens omfang.

i

Claims (17)

1. Fellesantenne for en primærradar og en sekundærradar som har en enkelt reflektor bestrålt av en primærkilde som tjener som transmisjons-mottagelsekilden for primærradarfunksjonen og en kilde som mater utspørringskanalene i sekundærradaren,, karakterisert ved at kilden tilknyttet sekundærradarfunksjonen dannes av et lineært system av spalter dannet i reflektoren langs en ledelinje, hvor hver spalte er tilknyttet et strålingshulrom som har eksiteringsmidler.

2. Fellesantenne som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledelinjen langs hvilken det lineære systemet av spalter er dannet passerer gjennom fasesenteret for antennen. i

3. Fellesantenne som angitt i krav 1, karakterisert ved at den retningsbestemte utspørrings-mottagelseskanalen i sekundærradarfunksjonen har en såkalt kontrollkanal omfattende som kontrollelementer et visst antall spalter tilknyttet strålingshulrom i det lineære systemet, plassert i nærheten av og symmetrisk på hver side av fasesenteret for antennen.

4. Fellesantenne som angitt i krav 3, karakterisert ved at strålingsmønsteret for utspørrings-mottagelsekanalen i sekundærradaren er av sum-typen eller lik type.

5. Fellesantenne som angitt i krav 3, karakterisert ved at strålingsdiagrammet for kontrollkanalen i sekundærradaren er av differensial-typen eller den ulike typen.

6. Fellesantenne som angitt i krav 4, karakterisert ved at de to gruppene av spalter symmetrisk fordelte om fasesenteret av antennen som danner utspørrings-mottagelsekanalen for sekundærradaren, eksiteres i overensstemmelse med en dempet amplitudelov og en lik faselov.

7. Fellesantenne som angitt i krav 6, karakterisert ved at den. dempede amplitudelov er en Gaussisk lov.

8. Fellesantenne som angitt i krav 5, karakt er i ser ;t ved at de to gruppene av spalter symmetrisk fordelt om .fasesenteret for antennen som danner kontrollkanalen i sekundærradaren, eksiteres i fasemotsetning.

9. Fellesantenne som angitt i krav 1, karakterisert ved at reflektoren og hulrommene tilknyttet spaltene lages av et dielektrisk materiale dekket av et glassfiberstoff som bærer dekkede metalltråder, idet nevnte metalltråder krysser hverandre over hele overflaten av reflektoren og innenfor hulrommene, bortsett i fronten av spaltene hvor de er anordnet i overensstemmelse med polariseringsretningen for primærradarkilden.

10. Fellesantenne som angitt i krav 9, karakterisert ved at dielektrikummet er en epoksy harpiks impregnert glassmatte.

11. Fellesantenne som angitt i krav 9, karakterisert ved at hulrommene tilknyttet spaltene er fyllt med samme dielektriske materialet som det som er anvendt for fremstilling av reflektoren..

12. Fellesantenne som angitt i krav 11,. karakterisert ved at hulrommene tilknyttet spaltene eksiteres av elementer av stempel eller tverrstangtypen innført i det dielektriske materialet som- fyller hulrommene.

13. Fellesantenne som angitt i krav 12, karakterisert ved at eksiteringselementene for hulrommene har en koaksial basis.

14. Fellesantenne som angitt i krav 13, karakterisert ved at eksiteringsmidlene for hulrommene er forbundet ved hjelp av koåksiallinjer til en effektdeler montert på baksiden av reflektoren

15. Fellesantenne som angitt i krav.1, karakterisert ved at baksiden av reflektoren er beskyttet av et tett deksel laget av det samme dielektriske materialet som reflektoren.

16. Fellesantenne■som angitt i krav 1, karakterisert ved at kontrollkanalen for sekundærradaren kan ha en eller flere elementer som stråler mot baksiden av. reflektoren og plassert i symmetriplanet for denne som inneholder de fremad strålende spaltene.

17. Fellesantenne som angitt i krav 16, karakterisert ved at tilleggsstrålingselementene i kontrollkanalen er en eller flere spalter innført i det bakre dekselet tilknyttet strålingshulrommene konstruert og matet på samme måten som spaltene tilknyttet hulrommene innført i reflektoren.