SE440296B

SE440296B - FACING ANTENNA SYSTEM

Info

Publication number: SE440296B
Application number: SE7900695A
Authority: SE
Inventors: R F Frazita; A R Lopez
Original assignee: Hazeltine Corp
Priority date: 1978-01-26
Filing date: 1979-01-25
Publication date: 1985-07-22
Also published as: FR2415887B1; IT7967164A0; FR2415887A1; IL56307A0; NL189058C; DE2902655A1; IL56307A; DE2902655C2; NL7900626A; IT1117590B; SE7900695L

Description

enligt figur l för att styra antennstrâlen till önskad strål- ningsavsökningsvinkel ø indikerad i figur l. För enkelhets skull är erforderlig fas för varje element hänförd till fasen för centrumelementet 10 och utritad som en funktion av sinus ø, så att fasfunktionerna blir linjära. Det insesatt fasvärdena som illustreras kan hänföras till varje speciellt fasvärde eller till den fas som tillförs varje speciellt ele- ment. Fasen för elementet 10 har valts såsom en referensfas endast för enkelhets skull. according to Figure 1 to direct the antenna beam to the desired beam ning scan angle ø indicated in figure l. For simplicity sake is the required phase for each element attributed to the phase of the center element 10 and drawn as a function of sine ø, so that the phase functions become linear. It realized the phase values illustrated can be attributed to each particular phase value or to the phase supplied to each particular ment. The phase of the element 10 has been selected as a reference phase for simplicity only.

Eftersom fasvridaren enligt figur 1A ej kan inta alla värden för fasändringar för att styra antennstrålen, är det nödvändigt att inställa fassektionerna l5, 17 och 19 för att approximera fastillstånden illustrerade i figur 2. Figur 3 är ett diagram tillustrerande fasen hos vâgenergisignaler som skall tillföras elementen l4 och l4', vilka är symmetriskt belägna i systemet i förhållande till dettas centrum i enlig- het med tidigare känd teknik. Diagrammet illustrerar endast fasvärden för positiva avsökningsvinklar och åter har för enkelhets skull fasvärdena utritats i förhållande till sinus för avsökningsvinkeln ø. De trappade linjerna i diagrammet illustrerar värdena som fasvridarna 24 och 24' kommer att inta för att approximera erforderlig fasfunktion vid olika antenn- avsökningsvinklar. Av diagrammet framgår att fasskillnaden mel- lan värdena för fasvridarna 24 och 24' ej alltid är densamma som den ideella fasskillnaden för perfekt strålavsökning.Since the phase shifter according to Figure 1A cannot occupy all values for phase changes to control the antenna beam, it is necessary to set the phase sections l5, 17 and 19 to approximate the solid states illustrated in Figure 2. Figure 3 is a diagram illustrating the phase of wave energy signals such as shall be supplied with the elements l4 and l4 ', which are symmetrical located in the system in relation to its center in accordance with with prior art. The diagram illustrates only phase values for positive scan angles and again have for for simplicity, the phase values are plotted in relation to the sine for the scan angle ø. The stepped lines in the diagram illustrates the values that the phase shifters 24 and 24 'will assume to approximate the required phase function at different antenna scanning angles. The diagram shows that the phase difference between the values of the phase shifters 24 and 24 'are not always the same as the non-profit phase difference for perfect beam scanning.

Skillnaden mellan ideal och aktuell fasskillnad är fasfelet E , vilket resulterar i ett riktningsfel för den utstrâlade antennstrålen.The difference between ideal and current phase difference is the phase error E, which results in a directional error for the radiated the antenna beam.

Figur 4 är ett diagram illustrerande variationen hos fasfelet för elementen 14 och 14' som en funktion av sinus för avsökningsvinkeln. I det illustrerade fallet enligt känd tek- nik har fasfelet en maximiamplitud på É 450 vid utnyttjande av en tre sektioners fasvridare. Fastän det inses att före- komsten av många elementj_ett fasat antennsystem tenderar att reducera effekten av detta fasfel, som uppkommer från faskvan- tiseringen, återstår vissa felaktigheter i styrriktningen för antennsystemet, som ett resultat av fasfel i fasskillnaden mellan elementen på motsatta sidor av antennens centrum.Figure 4 is a graph illustrating the variation of phase error of elements 14 and 14 'as a function of sine for the scanning angle. In the illustrated case according to known nik, the phase error has a maximum amplitude of É 450 when utilized of a three-section phase shifter. Although it is recognized that the advent of many elementj_ett bevelled antenna systems tend to reduce the effect of this phase error, which arises from phase certain errors in the direction of control remain the antenna system, as a result of phase errors in the phase difference between the elements on opposite sides of the center of the antenna.

Felet för antennstrålens riktning, som uppkommer till följd av faskvantisering är relativt litet och betydelselöst i många system. I pejlsystem med hög noggrannhet, såsom mikrovåg- landningssystem eller följningsradar, kan strålriktningsfelet beroende på faskvantisering vara betydelsefullt. Det är även önskvärt att reducera faskvantiseringsfel på grund av att felet kan öka antennens sidolober, vilket är en icke önskad effekt i vissa tillämpningar.The error for the direction of the antenna beam, which arises consequence of phase quantization is relatively small and insignificant in many systems. In high-accuracy bearing systems, such as microwave landing system or tracking radar, the beam directional error may depending on phase quantization be significant. It is too desirable to reduce phase quantization errors due to the error may increase the side lobes of the antenna, which is an undesirable effect in certain applications.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är således att åstadkomma ett förbättrat, fasat antennsystem med reducerat fas- kvantiseringsfel.Thus, an object of the present invention is that provide an improved, phased antenna system with reduced phased quantization error.

I enlighet med föreliggande uppfinning åstadkommes ett fasat antennsystem innefattande ett flertal antennelementpar fördelade i ett system över en antennöppning, varvid elementen i varje par är motsatt belägna i förhållande till ett plan som passerar genom nämnda öppning, kopplingsorgan för tillförande av vågenergisignaler till nämnda element från en gemensam källa, vilka kopplingsorgan innefattar digitalt styrbara fasvridare för att variera fasen för nämnda vågenergisignaler som tillföres nämnda element i diskreta fassteg, och organ för styrning av av- sökningsvinkeln för antennstrålen från nämnda antennsystem genmn tillförande av digitala signaler till styringångarna hos nämnda fasvridare. För att reducera kvantiseringsfelet i styrningsope- rationen karakteriseras systemet av att nämnda strâlstyrande och fasvridningsstyrande organ är så utförda, att de båda faanﬁdarna som styr fasen för motsatt belägna antennelement i vart och ett av nämnda antennelementpar omkopplas för att ändra sina tillstånd vid skilda avsökningsvinklar, varvid de avsökningsvinklar vid vilka den ena av fasvridarna i ett sådant par omkopplas är nnßr- folierade med de avsökningsvinklar vid vilka den andra fasvnükuen i paret omkopplas, och att åtminstone en av varje par av ideella fasfunktioner, som approximeras stegvis medelst respektive fas- vridare i ett sådant par, är inrättad att förskjutas ett konstant fasvärde.In accordance with the present invention, there is provided phased antenna system comprising a plurality of antenna element pairs distributed in a system over an antenna aperture, the elements in each pair are opposite in relation to a plane that passes through said opening, coupling means for supplying wave energy signals to said elements from a common source, which coupling means comprise digitally controllable phase shifters for to vary the phase of said wave energy signals supplied said elements in discrete phase steps, and means for controlling the search angle of the antenna beam from said antenna system genmn supplying digital signals to the control inputs of said phase shifter. To reduce the quantization error in the control ration, the system is characterized by said beam controlling and phase shift control means are so designed that the two fans which controls the phase of opposite antenna elements in each of said antenna element pairs are switched to change their states at different scanning angles, the scanning angles at which one of the phase shifters in such a pair is switched is nnßr- foiled with the scanning angles at which the second phase angle in the pair switched, and that at least one of each pair of non-profit phase functions, which are approximated step by step by means of the respective rotator in such a pair, is arranged to be displaced a constant phase value.

Vid en typ av utföringsformer av uppfinningen förskjutes en av de ideella fasfunktionerna genom att bringa faslängden för kopplingsorganet att åstadkomma att vågor som tillföres antenn- elementen i varje symmetriskt par har en fasskillnad som alltid .-.___.-..---_~...._.......-._..__._ _ , , , _ ____,_,_,_N_____ PÛÛT? ffïïšlïl* ITY är approximativt en udda multipel av halva det minsta fassteget för de digitalt styrbara fasvridarna. Företrädesvis är fasskill- naden och nämnda konstanta förskjutning av den ideella fasfunk- tionen för ett element i ett symmetriskt par hälften av det min- sta steget för de digitala fasvridarna.In one type of embodiment of the invention, displacement one of the non-profit phase functions by bringing the phase length to the coupling means for causing waves applied to the antenna the elements of each symmetrical pair have a phase difference as always .-.___.-.. --- _ ~ ...._.......-._..__._ _,,, _ ____, _, _, _ N_____ PUT? ffïïšlïl * ITY is approximately an odd multiple of half the smallest phase step for the digitally controllable phase shifters. Preferably, phase differences are and said constant displacement of the non-profit phase function for an element in a symmetrical pair half of the minimum the first step for the digital phase shifters.

Vid en annan typ av utföringsformer av uppfinningen ärkﬁda de ideella fasfunktionerna för respektive element i varje symme- triskt par av element förskjutna från de nominella fasvärdena med en vald konstant fasförskjutning för att bringa fasskillna- den mellan signalerna som tillföres respektive element hos varje par att bli belägna approximativt inom halva det minsta fastyr- steget från skillnaden mellan de ideella fasfunktionerna för respektive element i paret. Fasskillnaden i detta fall har före- trädesvis en storlek på 1/4 av det minsta fassteget för de digi- talt styrbara fasvridarna.In another type of embodiment of the invention the non-profit phase functions for each element in each sym- trical pair of elements offset from the nominal phase values with a selected constant phase shift to bring the phase difference the one between the signals applied to the respective elements of each pairs to be located approximately within half of the minimum fixed the step from the difference between the non-profit phase functions for respective element in the pair. The phase difference in this case has a size of 1/4 of the smallest phase step for the digital literally controllable phase shifters.

Fasförskjutningen har företrädesvis en storlek på 1/4 av det minsta fassteget. De ideella fasfunktionerna för elementen kan vara summan av en nominell fasfunktion, en strålstyrnings- funktion och en konstant fasförskjutning. Den första termen i summan, den nominella fasfunktionen, är en fasfunktion amxåsüﬁk kommer förstärkning av vågenergisignaler i en nominell äuålmügs- riktning. Då den nominella strålningsriktningen är vinkelrät mot ett plan innehållande antennelementen har den nominella fasfunk- tionen samma fasvärde för samtliga element. Då den nominella strålningsvinkeln skiljer sig från en riktning som är vinkelrät mot planet innehållande elementen är den nominella fasfunktionen för varje element proportionell mot avståndet för detta element från referenspunkten i öppningens plan mätt i ett vinkelrätt plan innehållande den önskade strâlningsvinkeln och passerande genom referenspunkten. Strålstyrningsfunktionen är även propor- tionell mot avståndet för varje element från referenspunkten, mätt i ett vinkelrätt plan. övriga särdrag för uppfinningen framgår av patentkraven.The phase shift preferably has a size of 1/4 of the smallest phase step. The non-profit phase functions for the elements can be the sum of a nominal phase function, a beam control function and a constant phase shift. The first term in the sum, the nominal phase function, is a phase function amxåsü ﬁ k amplification of wave energy signals in a rated power supply direction. Then the nominal radiation direction is perpendicular to a plane containing the antenna elements has the nominal phase function the same phase value for all elements. Then the nominal the angle of radiation differs from a direction that is perpendicular towards the plane containing the elements is the nominal phase function for each element proportional to the distance of that element from the reference point in the plane of the opening measured in a perpendicular plane containing the desired radiation angle and passing through the reference point. The beam control function is also proportional. relative to the distance of each element from the reference point, measured in a perpendicular plane. other features of the invention appear from the claims.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan mﬁbrküm- visning till de exempel som visas på bifogade ritningar.The invention will be described in more detail below. showing the examples shown in the accompanying drawings.

Fig. 1 är en sohematisk representation av ett fasat antennsystem.Fig. 1 is a sohematic representation of a beveled antenna system.

Fig. 2 illustrerar ett set ideella fasfunktioner för elementen i systemet enligt figur 1.Fig. 2 illustrates a set of non-profit phase functions for the elements of the system according to Figure 1.

Fig. 3 illustrerar ideella fasfunktioner och fas- kvantisering för ett elementpar i systemet enligt figur 1, enligt känd teknik.Fig. 3 illustrates non-profit phase functions and phase quantization for an element pair in the system according to Figure 1, according to known technology.

Fig. 4 illustrerar faskvantiseringsfel för två element i ett par i enlighet med känd teknik.Fig. 4 illustrates phase quantization errors for two elements in a pair according to prior art.

Fig. 5A är en schematisk representation av en antenn enligt en första typ av utföringsformer enligt uppfinningen.Fig. 5A is a schematic representation of an antenna according to a first type of embodiment of the invention.

Fig. 5B är en schematisk representation av en annan antenn av den första typen av utföringsformer enligt upp- finningen.Fig. 5B is a schematic representation of another antenna of the first type of embodiments according to the finding.

Fig. 6 är ett diagram illustrerande faskvantisering för två element i antennsystemen enligt figur 5A och 5B.Fig. 6 is a diagram illustrating phase quantization for two elements of the antenna systems of Figures 5A and 5B.

Fig. 7 är ett diagram illustrerande fasfel som resul- tat av faskvantisering vid antennsystemen enligt figur 5A och SB.Fig. 7 is a diagram illustrating phase error resulting from phase quantization in the antenna systems of Figure 5A and SB.

Fig. 8 är ett blockschema illustrerande en anordning för åstadkommande av fasstyrsignaler för fasvridarna i an- tennsystemen enligt figur l, 5, 9 och 13.Fig. 8 is a block diagram illustrating a device for providing phase control signals for the phase shifters in tin systems according to Figures 1, 5, 9 and 13.

Fig. 9 är en schematisk representation av ett antenn- system av den första typen av utföringsformer enligt uppfin- ningen, vilket är försett med antennelementsammankoppling.Fig. 9 is a schematic representation of an antenna systems of the first type of embodiments according to the invention which is provided with antenna element interconnection.

Fig. 10 är ett diagram illustrerande faskvantisering enligt en andra typ av utföringsformer av föreliggande upp- finning för antennsystemet enligt figur 7.Fig. 10 is a diagram illustrating phase quantization according to a second type of embodiment of the present invention finding for the antenna system according to figure 7.

Fig. ll är ett diagram illustrerande fasfel som re- sultat av faskvantisering i enlighet med figur 10.Fig. 11 is a diagram illustrating phase error results of phase quantization according to Figure 10.

Fig. 12 är ett diagram över utsignaler från anordningen enligt figur 8 uppritade mot strålstyrningsvinkeln för två par av element i antennsystemet enligt figur l matade med våg- energi i enlighet med figur 10.Fig. 12 is a diagram of output signals from the device according to Figure 8 plotted against the beam guide angle for two pairs of elements of the antenna system according to Figure 1 fed with energy in accordance with Figure 10.

Fig. 13 är en schematisk representation av ett antenn- system försett med antennelementsammankoppling och vilket kan styras med faskvantisering i enlighet med figur 10.Fig. 13 is a schematic representation of an antenna system equipped with antenna element interconnection and which can be controlled by phase quantization in accordance with Figure 10.

Fig. 5A och 5B illustrerar antennsystem enligt en typ av utföringsformer av uppfinningen som är speciellt enkel att förklara. I samtliga fall är antennelementen grupperade i par, vilka är motsatt belägna i förhållande till centrum hos an- tennsystemets öppning. I antennsystemet enligt figur 5A, vilket har ett udda antal element, är elementet 30 oparat men elementen 32, 34, 36 och 38 är parade med elementet 32', 34', 36' respektive 38', vilka är motsatt belägna i ett plan i förhållande till ett vinkelrätt plan 35 vid sys- temets centrum. Ett kopplingsnät 33 tillför signaler till elementen från sändaren 31. Ett av elementen i varje par är försett med en fast fasjustering i kopplingsnätet, såsom fas- justerare 4l, 43, 45 och 47. Pasjusteringarna har en storlek på halva värdet för den minsta sektionen hos fasvridarna 40, 42, 42', 44, 44', 46, 46', 48 och 48' i systemet. Om så- ledes systemet är försett med fasvridare med tre sektioner, såsom illustrerats i figur lA, kommer fasjusterarna 4l, 43, 45 och 47 att ha ett värde på 22,50. I antennsystemet enligt figur 5A åstadkommes fasjusteringarna på alternerande intill- liggande element, så att varje element utan en fasjustering har åtminstone ett intilliggande element med fasjustering i kopplingsnätet.Figs. 5A and 5B illustrate antenna systems according to one type of embodiments of the invention which are particularly simple to explain. In all cases, the antenna elements are grouped in pairs, which are opposite in relation to the center of the ignition system opening. In the antenna system of Figure 5A, which has an odd number of elements, the element 30 is unprepared but elements 32, 34, 36 and 38 are paired with the element 32 ', 34', 36 'and 38', respectively, which are opposite in a plane relative to a perpendicular plane 35 at the sys theme center. A switching network 33 supplies signals to the elements from the transmitter 31. One of the elements in each pair is provided with a fixed phase adjustment in the switching network, such as adjusters 4l, 43, 45 and 47. The fit adjustments have a size at half the value of the smallest section of the phase shifters 40, 42, 42 ', 44, 44', 46, 46 ', 48 and 48' in the system. If so- led system is equipped with phase shifters with three sections, as illustrated in Figure 1A, the phase adjusters 41, 43, 45 and 47 to have a value of 22.50. In the antenna system according to Figure 5A, the phase adjustments are made on alternating adjacent horizontal elements, so that each element without a phase adjustment has at least one adjacent element with phase adjustment in the switching network.

Antennsystemet enligt figur 5B har ett jämnt antal element 52, 52', 54, 54', 56, 56', 58 och 58' och följaktlig- en förekommer icke något oparat centralt element. På liknande sätt är antennsystemet enligt figur 5B försett med ett kopp- lingsnät 53 förbindande elementen med sändaren 51. Kopplings- nätet innefattar fasvridare 62, 62', 64, 64', 66, 66', 68 och 68'. I motsats till antennen enligt figur 5A är samtliga fasvridare 61, 63, 65 och 67 anordnade vid elementen på den nedre halvan av systemet. Som fackmannen väl känner till är den ideella fasskillnadsfunktionen mellan elementen i ett par, exempelvis paret 34, 34' i antennsystemet enligt figur 5A och paret 54, 54' i antennsystemet enligt figur SB, bero- ende på avståndet L mellan elementen såväl som på önskad av- sökningsvinkel ø . I ändamål att förklara funktionen hos uppfinningen antages att avståndet L är detsamma mellan ele- mcntparen 34, 34' och 54, 54', så att det idealt är smmnn fasskillnad mellan signaler tillförda till dessa element för varje speciell antennstrålningsvinkel.The antenna system of Figure 5B has an even number elements 52, 52 ', 54, 54', 56, 56 ', 58 and 58' and consequently there is no unpaired central element. On similar method, the antenna system of Figure 5B is provided with a network 53 connecting the elements to the transmitter 51. the network includes phase shifters 62, 62 ', 64, 64', 66, 66 ', 68 and 68 '. In contrast to the antenna of Figure 5A, all are phase shifters 61, 63, 65 and 67 arranged at the elements on it lower half of the system. As the person skilled in the art is well aware the non-profit phase difference function between the elements in one pair, for example the pair 34, 34 'in the antenna system according to figure 5A and the pair 54, 54 'in the antenna system of Figure 5B, at the distance L between the elements as well as at the desired distance search angle ø. For the purpose of explaining the function of the invention assumes that the distance L is the same between mcntparen 34, 34 'and 54, 54', so that it is ideally smmnn phase difference between signals applied to these elements for each particular antenna radiation angle.

Fastän fasjusterarna enligt figur SA och 5B är visade anordnade mellan antennelementet och fasvridaren inser fack- . .__..__,.___.__._,_. . »wav ï mannen, att fasjusterarna kan anordnas i varje önskad punkt i antennkopplingsnätet, förutsatt att erforderlig fasskill- nad existerar vid antennstrålningselementet. På liknande sätt inser fackmannen, att fasjusteringen kan ha en storlek lika med en udda hel multipel av halva det minsta fassteget för den digitala fasvridaren och att den digitala fasvridaren lämpligen kan styras för att eliminera 'alltför stor fas- skillnad i steg motsvarande dess minsta sektion. Enligt båda arrangemangen är elementen anordnade i två grupper, en med och en utan fasjusterare. Elementen i varje grupp har alltid en fas i förhållande till övriga element i samma grupp som är en hel multipel av den minsta fasvridarsektionen. Elementen har alltid en fas i förhållande till elementen i den andra gruppen som är en uddda hel multipel av halva den minsta fas- vridarsektionen.Although the phase adjusters according to Figures SA and 5B are shown arranged between the antenna element and the phase shifter realizes . .__..__, .___.__._, _. . »Wav ï man, that the phase adjusters can be arranged at any desired point in the antenna switching network, provided that the required phase difference exists at the antenna radiation element. On similar way, the person skilled in the art realizes that the phase adjustment can have a size equal to an odd whole multiple of half the smallest phase step for the digital phase shifter and that the digital phase shifter can be conveniently controlled to eliminate excessive difference in steps corresponding to its smallest section. According to both arrangements, the elements are arranged in two groups, one with and one without phase adjuster. The elements of each group always have a phase in relation to other elements in the same group as is a whole multiple of the smallest phase shifter section. The elements always has one phase in relation to the elements of the other the group which is an odd whole multiple of half the smallest phase the rotary section.

Pig. 6 illustrerar den ideella fasfunktionen för ele- menten 34 och 34' i antennsystemet enligt figur SA, vilka är desamma som de ideella fasfunktionerna för elementen 54 och 54' för antennsystemet enligt figur 5B, på grund av antagandet av samma elementavstånd L. De ideella funktionerna (diagonala linjer) är identiska med de ideella funktionerna för motsva- rande element 14 och 14' i antennsystemet enligt figur l.Pig. 6 illustrates the non-profit phase function of the elements 34 and 34 'in the antenna system of Figure SA, which are the same as the non-profit phase functions of the elements 54 and 54 'for the antenna system of Figure 5B, due to the assumption of the same element spacing L. The non-profit functions (diagonal lines) are identical to the non-profit functions of the elements 14 and 14 'in the antenna system according to Figure 1.

Stegfunktionerna i figur 6 illustrerar de digitala fas- approximationerna för fasvridarna 44 och 44' i förhållande till den ideella fasfunktionen, som tar hänsyn till den fasta fas- skillnaden som införs av Sasjusteraren 45. Jämfört med dia- grammet i figur 3 framgår det, att fasvridaren 44' kopplas om vid andra värden på avsökningsvinkeln ø för att approxi- mera den ideella funktionen. Denna skillnad är resultatet av närvaron av fasjusteraren 45. Det faktum att fasvridaren 44' ändras vid andra avsökningsvinklar än fasvridaren 44 resulte- rar i en reduktion av storleken av det fasfel som uppkommer till följd av kvantisering. I detta sammanhang bör noteras, att den kvantiseràde fasfunktionen för varje element har samma tecken för förskjutningen från den ideella funktionen.The step functions in Figure 6 illustrate the digital phases. the approximations of the phase shifters 44 and 44 'relative to the non-profit phase function, which takes into account the the difference introduced by Sasjusteraren 45. Compared with the The diagram in Figure 3 shows that the phase shifter 44 'is connected at other values of the scan angle ø to approximate more the non-profit function. This difference is the result of the presence of the phase adjuster 45. The fact that the phase shifter 44 ' changes at scanning angles other than the phase shifter 44 result in in a reduction in the magnitude of the phase error that occurs as a result of quantization. In this context, it should be noted, that the quantized phase function for each element has the same sign of the displacement from the non-profit function.

Följaktligen blir skillnaden mellan de verkliga kvantiserings- fasvärdena närmare den ideella fasskillnaden.Consequently, the difference between the actual quantization the phase values closer to the non-profit phase difference.

F'*--'---ß---- --¿__._......._ ._.-».,... 'nu p! m? ,,-<~._.,_.... ..., t . . 1.. _ . i» u! Irar» Fig. 7 illustrerar faskvantiseringsfelet E' mellan elementen 44 och 44' hos antennsystemet enligt figur 5A, vilket är samma som kvantiseringsfelet mellan elementen 54 och 54' vid antennsystemet i figur 5B. Från diagrammet fram- hälften av den minsta fas- 4s°, vilket erhölls vid det Vidare framgår, att felet går, att det maximala felet är vriuarsektionen eller 22,50 ej kända systemet enligt figur 1. råkar ha sitt maximivärde vid avsökningsvinkeln 0.F '* --'--- ß ---- --¿ __._......._ ._.- »., ... 'nu p! m? ,, - <~ ._., _.... ..., t . . 1 .. _. i »u! Irar » Fig. 7 illustrates the phase quantization error E 'between elements 44 and 44 'of the antenna system of Figure 5A, which is the same as the quantization error between the elements 54 and 54 'at the antenna system of Figure 5B. From the diagram half of the smallest phase 4s °, which was obtained at that Furthermore, it appears that the error goes, that the maximum error is variuarsection or 22.50 ej known system according to Figure 1. happens to have its maximum value at the scan angle 0.

Fig. 8 illustrerar en anordning för åstadkommande av fasstyrsignaler för fasvridarna i ett antennsystem. En strål- vâljaranordning 90 avger utsignaler, exempelvis logiska sig- naler representativa för önskad antennstrålriktning. Dessa logiska signaler avges som adressignaler till läsminnen (ROM) 92, 94, 96 och 98. Läsminnena är vart och ett programmerat för åstadkommande av fasvridarstyrsignalerna till en av fas- vridarna i systemet. I enlighet med uppfinningen måste minne- na vara programmerade för att kunna beakta närvaron av fas- justerarna i antennkopplingsnätet, vilket innebär att ett set av fasvridare stegas vid värden på sinus ø som ligger mittemellan de värden för sinus ø vid vilka det andra setet fasvridare omkopplas. Det inses, att erforderliga fasstyrsig- naler kan åstadkommas av andra anordningar, såsom programme- rade mikroprocessorer eller specialkonstruerade datorkretsar.Fig. 8 illustrates a device for providing phase control signals for the phase shifters in an antenna system. A radiant selector device 90 outputs output signals, such as logic signals. nals representative of the desired antenna beam direction. These logical signals are output as read signals (ROMs) 92, 94, 96 and 98. The reading memories are each programmed to provide the phase shift control signals to one of the phase the knobs in the system. In accordance with the invention, memory be programmed to take into account the presence of the adjusters in the antenna switching network, which means that a set of phase shifter is stepped at values of sine ø located between the values of sine ø at which the second set phase shifter is switched. It will be appreciated that the required phase control channels can be provided by other devices, such as programmable microprocessors or specially designed computer circuits.

För mycket långsam avsökning kan ett sätt roterande kommuta- torer med många borstar utnyttjas för respektive fasvridare.For very slow scanning, a way of rotating commutation tors with many brushes are used for each phase shifter.

Fig. 9 illustrerar en tillämpning av uppfinningen vid ett antennsystem i vilket kopplingsorgan 75 är anordnade för sammankoppling av elementgrupperna 72, 72', 74, 74', 76, 76', 78 och 78' i systemet för olika signalingångspørtar 77 enligt det amerikanska patentet 4 041 501. Kopplingsnätet 73 sammanbinder sändaren 7l med portar 77 och innefattar fas- 82', 84, 84', 86, 86', 88 och 88' justerare 81, 83, 85 och 87. Utnyttjandet av föreliggande vridare 82, såväl som fas- uppfinning är av speciellt värde vid denna systemtyp på grund av att det stora effektiva elementavståndet d', vilket erhålles till följd av utnyttjandet av elementsammankopplande nät, gör antennen mer mottaglig för faskvantiseringsriktnings- fel än konventionella fasade antennsystem med en fasvridare för varje individuellt element.Fig. 9 illustrates an application of the invention in an antenna system in which coupling means 75 are arranged for interconnecting the element groups 72, 72 ', 74, 74', 76, 76 ', 78 and 78' in the system for different signal input ports 77 according to U.S. Patent 4,041,501. The switching network 73 connects the transmitter 71 with ports 77 and includes the phase 82 ', 84, 84', 86, 86 ', 88 and 88' adjusters 81, 83, 85 and 87. Exploitation of the present rotator 82, as well as invention is of particular value in this type of system due to the large effective element distance d ', which obtained as a result of the use of element interconnectors network, makes the antenna more receptive to the phase quantization direction faulty than conventional phased antenna systems with a phase shifter for each individual element.

Datorberäkningar av antennriktningsfel för en antenn av det slag som illustrerats i figur 9 med 24 fyra sektioners fasvridare har utförts. För antennen utanfasjusterare enligt uppfinningen erhölls ett 2 sigma riktningsfel på O,0llO. Med inkoppling av fasjusterare på båda sidor om systemets centrum i enlighet med figur 5A reducerades nämnda 2 sigma riktnings- felet från faskvantiseringen till approximativt 0,004o. Fas- justerare på enbart den ena sidan av antennsystemets centrum i enlighet med figur JB reducerade nämnda 2 sigma riktninge- felet till approximativt 0,0O5O. Det riktningsfel som erhål- les i ett verkligt system beror naturligtvis på andra faktorer, innefattande effekter av dynamisk strålstyrning och karakte- ristikor för mottagarbandbredden.Computer calculations of antenna direction errors for an antenna of the kind illustrated in Figure 9 with 24 four sections phase shifter has been performed. For the antenna out-of-phase adjuster according to the invention obtained a 2 sigma directional error of 0.110. With connection of phase adjusters on both sides of the system center in accordance with Figure 5A, said 2 sigma directional the error from the phase quantization to approximately 0.004o. Phase- adjuster on only one side of the center of the antenna system in accordance with Figure JB, said 2 sigma directional the error to approximately 0.0O5O. The directional error obtained read in a real system depends, of course, on other factors, including effects of dynamic beam control and characterization receiver bandwidth risks.

Det bör observeras att för varje speciellt antennsystem med ett udda eller jämnt antal element eller elementgrupper kan fasjusterarna anordnas vid alternerande element eller grupper, såsom visas i figur 5A och 9, eller vid elementen på den ena sidan av antennsystemets centrum, såsom visas i figur SB.It should be noted that for each particular antenna system with an odd or even number of elements or element groups can the phase adjusters are arranged at alternating elements or groups, as shown in Figures 5A and 9, or at the elements on one side of the center of the antenna system, as shown in Figure SB.

Fackmannen inser, att tekniken enligt uppfinningen resulterar i ett fasfel mellan elementen i ett par, som alltid understiger halva det minsta steget för den digitala fas- vridaren. Fastän uppfinningen enklast förklaras i termer av antenneelementpar, vilka är symmetriskt belägna i ett linjärt eller plant arrangemang inser fackmannen, att uppfinningen kan tillämpas vid godtyckligt belägna elementgrupper eller godtyckligt belägna elementpar i plana eller krökta system och àlltjämt ge vissa av fördelarna enligt uppfinningen. Upp- finningen kan enkelt anpassas till antenner som avsöker i mer än en vinkelriktning. Sådana tillämpningar och dessas effekter kan enkelt studeras med hjälp av en digital dator utnyttjande *för fackmannen inom området väl kända formler. Det bör även observeras, att fastän beskrivningen och patentkraven primärt hänför sig till sändande antenner dessa antenner är recipreku och att uppfinningen lika väl är tillämplig på mottagande antenner. 10 För uppfinningens förverkligande är det emellertid ej nödvändigt att införa fasvridare med fasta värden i det ena av det annars symmetriska paret av antennelementkopplare eller ej heller att åstadkomma olika elektrisk längd för kopplingsörganen för koppling av varje par av symmetriskt an- ordnade antennelement, på grund av att ett väsentligen lik- artat resultat, som beskrives nedan, kan erhållas genom för- skjutning av båda de ideella fasfunktionerna för styrning av varje symmetriskt par av element, vilken fasförskjutning för ideella fasfunktioner i grunden motsvarar halva storleken av den ekvivalenta förskjutningen av en fasfunktion i paret i det tidigare illustrerade fallet, där olika fasvridarlängd för kopplingsledningarna utnyttjades. Dessutom inser givet- vis fackmannen hur ekvivalent förskjutning av fasfunktioner för matning av elementsystem som ej är lika belägna eller ej anordnade i par av symmetriskt belägna element kan åstadkommas.Those skilled in the art will appreciate that the technique of the invention results in a phase error between the elements of a pair, as always less than half the minimum stage of the digital phase the knob. Although the invention is most easily explained in terms of antenna element pairs, which are symmetrically located in a linear or plan arrangement, those skilled in the art will appreciate that the invention can be applied to arbitrarily located element groups or arbitrarily located element pairs in flat or curved systems and still provide some of the benefits of the invention. Up- the finding can be easily adapted to antennas that scan for more than an angular direction. Such applications and their effects can be easily studied with the help of a digital computer utilization * formulas well known to those skilled in the art. It should too It should be noted that although the description and claims are primarily refers to transmitting antennas these antennas are recipreku and that the invention is equally applicable to reception antennas. 10 For the realization of the invention, however, it is not necessary to introduce phase shifters with fixed values in it one of the otherwise symmetrical pair of antenna element couplers or not to provide different electrical lengths for the coupling means for coupling each pair of symmetrical arranged antenna elements, due to the fact that a substantially results, described below, can be obtained by shooting of both the non-profit phase functions for control of each symmetrical pair of elements, which phase shift for non-profit phase functions basically corresponds to half the size of the equivalent offset of a phase function in the pair in the previously illustrated case, where different phase shifter lengths for the connecting lines were used. In addition, the show the person skilled in the art how equivalent displacement of phase functions for feeding element systems that are not equally located or not arranged in pairs of symmetrically located elements can be provided.

Det antennsystem som nu kommer att beskrivas represen- terar en andra typ av utföringsformer av uppfinningen, som har den fördelen, att de kan utnyttja tidigare byggda an- tennsystem, vågenergikopplingssystem och digitala fasvridare kombinerat med rekonstituerade eller reorganiserade fasstyr- signalgenererande system för åstadkommande av signaler för tillståndsändring i de olika digitalt styrda fasvridarna.The antenna system which will now be described a second type of embodiment of the invention, which has the advantage that they can make use of previously built tin systems, wave energy switching systems and digital phase shifters combined with reconstituted or reorganized phase control signal generating systems for generating signals for state change in the various digitally controlled phase shifters.

Således kan antingen ett nytt set av läsminnen 92, 94, 96, 98 (fig. 8) anordnas för omvandling av antennsystemet enligt figur 1 eller 13 till en utföringsform för förverkligande av uppfinningen eller kan en ny strålstyrningskontroll (hela figur 8) anordnas för antennsystemet för samma ändamål. Upp- byggnaden av det erforderliga fasstyrsignalgenererande syste- met beskrivs med referens till figur lO, ll och l2.Thus, either a new set of read-only memories 92, 94, 96, 98 (Fig. 8) is provided for converting the antenna system according to Figure 1 or 13 to an embodiment for realizing invention or can a new beam control (whole Figure 8) is arranged for the antenna system for the same purpose. Up- the construction of the required phase control signal generating system is described with reference to Figures 10, 11 and 12.

Fig. 10 är ett diagram illustrerande modifierade " ideella fasfunktioner ø'l4 och ø'l4,, vilka är förskjutna från den nominclla fasen för en avsökningsvinkel på 00 med ett värdeö7. Det genomsnittliga fasvärdet för symmetriska elementpar är på liknande sätt förskjutna för samtliga av- sökningsvinklar. Som ett resultat av denna genomsnittliga fasförskjutning av de ideella fasfunktionerna bringar fasstyr- ll signalerna som tillföres fasvridaxna 24 och 24' dessa fas- vridare att ändra fastillstånd vid skilda värden på avsök- ningsvinkeln. Således kommer, såsom visas i figur 5, fasvri- daren 24 att ändra tillstånd vid distinkt skiljaktliga värden för strålvinkeln ø jämföﬁ: med de vid vilka fasvridaren 24' ändrar tillstånd och i praktiken är de tidigare värdena inter- folierade med de senare. Denna förskjutning av ändringen av fastillstånd är optimal då fasförskjutningen 6 har en stor- lek på l/4 av det minsta fasvridningssteget. Förskjutningen kan ske i positiv eller negativ riktning från ett nominellt fasvärde motsvarande en av de tillgängliga fasvridarnas till- stånd. Det nominella värdet hänför sig därvid till ett fas- värde som är en hel multipel av det minsta steget för fas- vridarnaﬂ I figur 10 visas det i negativ riktning från ett nominellt värde på 00.Fig. 10 is a diagram illustratingly modified " non-profit phase functions ø'l4 and ø'l4 ,, which are offset from the nominal phase for a scan angle of 00 with a value island7. The average phase value for symmetric element pairs are similarly offset for all search angles. As a result of this average phase shift of the non-profit phase functions brings phase control ll the signals applied to the phase shift axes 24 and 24 ' rotator to change the solid state at different values of the scan angle. Thus, as shown in Figure 5, phase shift 24 to change states at distinctly different values for the beam angle ø compare ﬁ: with those at which the phase shifter 24 ' changes state and in practice the previous values are inter- foiled with the latter. This shift of the change of solid state is optimal when the phase shift 6 has a large play at 1/4 of the smallest phase shift step. The offset can take place in a positive or negative direction from a nominal phase value corresponding to one of the available phase shifters stand. The nominal value refers to a phase value which is an integer multiple of the minimum step for the knobs ﬂ Figure 10 shows in a negative direction from one nominal value of 00.

Figur ll illustrerar faskvantiﬂaringsfelt E., vilket erhålles vid utnyttjande av de ideella fasfunktionerna enligt figur 10. Det framgår enkelt, att den maximala amplituden för faskvantiseringsfelen är 22,50. Dessutom har fasfelkruvan dubb- la periodiciteten jämfört med tidigare kända faskvantiserings- fel, som visas i figur 4, och samma periodicitet som den som visas i figur 7 för den första typen av utföringsformer av upp- finningen, varvid skillnaden är att kvantiseringsfelet enligt figur 11 är o (i stället för 22,50) vid avsökningsvinkein o°.Figure 11 illustrates phase quantification field E., which obtained when utilizing the non-profit phase functions according to Figure 10. It is easy to see that the maximum amplitude of the phase quantization error is 22.50. In addition, the phase error screw has periodicity compared to previously known phase quantization error, as shown in Figure 4, and the same periodicity as that of shown in Figure 7 for the first type of embodiment of the the finding, the difference being that the quantization error according to Figure 11 is o (instead of 22.50) at the scan angle o °.

Det inses att förbättringen enligt uppfinningen, vilken reducerar faskvantiseringsfelet, enkelt åstadkommes genom att modifiera fasstyrsignalgeneratorn. Om således fasstyrsignaler härrör från en läsminnesanordning, såsom illustreras i figur 7, kan förbättringen i faskvantiseringsfelet erhållas endast genom att ändra värdena i läsminnena 92, 94, 96, 98 etc, så att fasstyrsignalerna som tillförs som svar på strålningsrikt- ningssignaler från strâlväljarenheten 90 stegar (ändrar till- ståndet för) fasvridarna för ett element i varje par av sym- metriska element vid avsökningsvinklar inom de avsökningsvink- lar vid vilka fasvridarna för andra element i varje par ändrar tillstånd, så att de resulterande trappade fasfunktionerna approximerar ideella fasfunktioner som är förskjutna från ett nominellt fasvärde ett värden . Strålväljaren 90 kan behöva pooa oUmiTY 12 vara skild från en som utnyttjas för den kända teknikens styrning illustrerad i figur 3, eftersom omkoppling av fasvridarna vanligen måste ske vid ett större antal värden för strålavsökningsvinkeln ø.It will be appreciated that the improvement of the invention, which reduces the phase quantization error, easily accomplished by modify the phase control signal generator. About thus phase control signals originates from a read-only memory device, as illustrated in figure 7, the improvement in the phase quantization error can be obtained only by changing the values in the read memories 92, 94, 96, 98 etc, so that the phase control signals supplied in response to radiation signals from the beam selector unit 90 steps (changes the position for) the phase shifters of an element in each pair of sym- metric elements at scanning angles within the scanning angles at which the phase shifters for other elements in each pair change state, so that the resulting stepped phase functions approximates non-profit phase functions that are offset from one nominal phase value a value. The beam selector 90 may need pooa oUmiTY 12 be different from one used for the prior art control illustrated in Figure 3, since switching of the phase shifters usually have to take place at a larger number of values for the beam scanning angle ø.

Då den företrädesvisa förskjutningen«J“av medelfasen vid varje avsökningsvinkel för de ideella fasfunktionerna för två antennelement i ett symmetriskt par utnyttjas följer av figur 5 att de värden för avsökningsvinkeln ø vid vilka fasvridaren för ett element i paret stegas är interfolierade med samma inkrement för sin ø med de vid vilka fasvridaren för det andra elementet iparet stegas. I detta fall ger strål- väljarkretsen 90 enligt figur 7 digitala signaler med paral- lellbitar, som kan betraktas som representativa för värdet pà sin ø i steg tillräckligt små för att specifisera samtliga de värden för sin ø, vid vilka en eller annan av fasvridarna måste ändra tillstånd, vilka signaler utsändes vid en hastig- het som bestäms av den föreskrivna hastigheten för avsökning eller det föreskrivna strålstyrningsförloppet. Varje signal bringar olika läsminnen att åstadkomma lämpliga styrsignaler för varje intervall. Eftersom signalerna efterträder varandra ändrar ett eller flera av läsminnena tillstånd medan ett eller flera av dessa förblir i samma tillstånd. Eftersom lutningarna för linjerna i figur 2 skiljer sig för de olika ideella funk- tionerna för respektive fasskiftare med hänsyn till sin ø följer, att fasvridarna för varje yttre element i systemet ändrar tillstånd oftare, då en avsökning pågår än fasvridarna för de mer centralt belägna elementen i systemet, för att bi- behålla trappfunktionerna inom samma maximala avvikelse från motsvarande ideella fasfunktioner. Vad som är speciellt för föreliggande uppfinning är emellertid att på grund av att de ideella fasfunktionerna för elementen i varje symmetriskt par av element förskjuts ett konstant värde|d'från sitt nominella värde de_avsökningsvinklar vid vilka fasvridaren för ett element i paret ändrar tillstånd är interfolierade mellan de avsökningsvinklar vid vilka fasvridaren för det andra ele- mentet i paret omkopplas. 13 Det inses att erforderliga fasstyrsignaler kan åstadkommas medelst andra anordningar, såsom programmerade mikrodatorer eller specialkonstruerade datorkretsar. För mycket långsam avsökning kan även ett set roterande kommuta- torer med ett flertal borstar utnyttjas för omkoppling av varje sektion av varje fasvridare, vilka drivs vid avsöknings- hastigheten med ett varv per komplett avsökningscykel.Then the preferred offset «J» of the mean phase at each scan angle for the non-profit phase functions for two antenna elements in a symmetrical pair utilized follows of Figure 5 that the values for the scan angle ø at which the phase shifter for an element in the pair of steps is interleaved with the same increment for its ø with those at which the phase shifter for the second element the pair is stepped. In this case, radiation selector circuit 90 according to Fig. 7 digital signals with parallel lellbitar, which can be considered representative of the value on its ø in steps small enough to specify all the values for its ø, at which one or the other of the phase shifters must change state, which signals were transmitted at a speed determined by the prescribed scanning speed or the prescribed radiation control process. Every signal brings different readings to provide appropriate control signals for each interval. Because the signals succeed each other changes one or more of the read-only states while one or several of these remain in the same state. Because the slopes for the lines in Figure 2 differ for the different non-profit for each phase shifter with regard to its ø follows, that the phase shifters for each external element of the system changes state more often, when a scan is in progress than the phase shifters for the more centrally located elements of the system, in order to keep the stair functions within the same maximum deviation from corresponding non-profit phase functions. What is special about however, the present invention is that because they the ideal phase functions of the elements of each symmetric pair of elements, a constant value | d'is shifted from its nominal value de_scanning angles at which the phase shifter for a elements of the pair changing state are interleaved between the scanning angles at which the phase shifter for the second element ment in the pair is switched. 13 It will be appreciated that required phase control signals may achieved by other devices, as programmed microcomputers or specially designed computer circuits. For very slow scanning, even a set of rotating commutators can tors with a plurality of brushes are used for switching each section of each phase shifter, which are operated at the speed with one revolution per complete scan cycle.

I figur 12 illustreras i diagramform utgångstillstånden för de styrande läsminnena som erfordras för att i enlighet med föreliggande uppfinning styra de olika sektionerna i de fyra sektionernas fasvridare för elementen 14, l4', l6 och 16' i antennsystemet enligt figur l, såsom exempel således för styrning av fasvridarna 24, 24', 26 och 26'. Det antages i figur 12 att respektive faser för elementparet 24, 24' ändras vid en hastighet som är 50% högre än dan för elementparet 14, l4', vilken skillnad i hastighet givetvis beror på element- avståndet i systemet.Figure 12 illustrates in diagrammatic form the initial states for the governing read-only memories required to in accordance with the present invention control the various sections in the the phase shifters of the four sections for the elements 14, 14 ', 16 and 16' in the antenna system according to Figure 1, as an example thus for control of the phase shifters 24, 24 ', 26 and 26'. It is assumed in Figure 12 shows that the respective phases of the element pair 24, 24 'change at a speed 50% higher than that of the element pair 14, 14 ', which difference in speed of course depends on the element the distance in the system.

Figur l2 kan även ses som kontaktbågplanet för en roterande kommutator med ett flertal borstar för mekanisk alstring av styrsignaler för fasvridarna genom intermittent sammankoppling av dessas styringångar med en potentialkälla, vilka styringångar är jordade (exempelvis genom ett ej visat motstånd), då det ej finns någon förbindning med potential- källan. Varje heldragen horisontell linje (bortsett från den horisontella axeln vid figurens nedre del) representerar i figur 12 "till"-signal för en sektion av en fasvridare, som är anordnad över värdena för strälstyrningen eller avsöknings- vinkeln ø motsvarande läget och längden för linjen med re- ferens till skalan för värdena på ø som antages angvina på den horisontella axeln vid figurens nedre del. Den vertikala centrumlinjen representerar läget för 0-punkten för skalan för ø med negativa värden liggande till vänster och positiva värden till höger på\anligt sätt.Figure l2 can also be seen as the contact arc plane for one rotary commutator with a plurality of brushes for mechanical generation of control signals for the phase shifters by intermittent interconnection of their control inputs with a potential source, which control inputs are grounded (for example through a not shown resistance), as there is no connection with potential the source. Each solid horizontal line (apart from it horizontal axis at the lower part of the figure) represents in Figure 12 "to" signal for a section of a phase shifter, which is arranged above the values for the beam control or scanning angle ø corresponding to the position and length of the line with reference to the scale of the values of ø which are assumed to indicate angina the horizontal axis at the lower part of the figure. The vertical the center line represents the position of the 0 point of the scale for ø with negative values lying to the left and positive values to the right in the usual way.

Informationslinjerna är anordnade i gruppper på tre, varvid varje grupp hänför sig till en íunvridaxu, vilka grup- per identifieras medelst fasvridarnummertill vänster och antennelementnummer till höger. I varje grupp motsvarar nivån l4 för linjerna sektionsstorleken i den binära följden, varvid den minsta sektionen (450) visas nederst, den största (1800) överst och den mellanliggande (900) på en mellannivå. Negativa fasvridningsvinklar erhålles genom utnyttjande av det faktum, att den positiva vinkeln 3600 -ø ger samma fas som -ø.The information lines are arranged in groups of three, each group relating to a single axis, which groups per is identified by the phase shifter number on the left and antenna element number on the right. In each group, the level corresponds l4 for the lines the section size in the binary sequence, whereby the smallest section (450) is shown at the bottom, the largest (1800) the top and the intermediate (900) at an intermediate level. Negative phase shift angles are obtained by taking advantage of the fact that that the positive angle 3600 -ø gives the same phase as -ø.

All data i figur ll motsvarar figur 10 utsträckt till vänster in i det negativa ø-området. Det inre paret av fas- vridare identifieras med fasvridare 24 och 24' (och antenn- element 14 och l4') på grund av att data för dessa enklare kan jämföras med figur 10.All data in Figure 11 correspond to Figure 10 extended to left into the negative island area. The inner pair of fas- turners are identified by phase shifters 24 and 24 '(and antenna elements 14 and 14 ') due to the fact that data for these simpler can be compared with figure 10.

Fastän antcnnsystemet i de flesta tillämpningar har en nominell strålningsriktning som motsvarar bredsidan hos öppningen (ø = Oo), är det möjligt att anordna ett system så att man erhåller ett icke centrerat nominellt strâlnings- värde genom att variera faslängderna för kopplingsnätet. Fast- än fasen för vågenergisignaler som tillföres elementen, då samtliga fasvridare är inställda på samma värde, kan utgöras av en linjär faslutning vid antennöppningen motsvarande en nominell strålningsvinkel skild från 0. Den ideella funktionen enligt uppfinningen kan beräknas från denna nominella fasfunk- tion, en strålstyrningsfunktion proportionell mot elementav- stânden från en referenspunkt hos öppningen mätt i planet för strâlstyrning och proportionell mot skillnaden mellan sinus för önskad strålníngsvinkel och den nominella strålningsvin- keln, och fasförskjutningen J . Då den nominella strålninge- vinkeln är 0 är även den nominella fasfunktionen 0.Although the antenna system in most applications has a nominal radiation direction corresponding to the wide side of opening (ø = Oo), it is possible to arrange a system so as to obtain a non-centered nominal radiation value by varying the phase lengths of the switching network. Fixed- than the phase of wave energy signals applied to the elements, then all phase shifters are set to the same value, can be constituted of a linear phase slope at the antenna aperture corresponding to one nominal radiation angle different from 0. The non-profit function according to the invention can be calculated from this nominal phase function. a beam control function proportional to the element the position from a reference point of the aperture measured in the plane of beam control and proportional to the difference between the sine for the desired radiation angle and the nominal radiation angle keln, and the phase shift J. When the nominal radiation the angle is 0, the nominal phase function is also 0.

Den förbättrade styrtekniken för faskvantiseringsfel enligt figur 10 utnyttjas med fördel i ett fasat system av det slag som visas i figur 13, i vilket det finns fler än ett strålningselement för varje fasvridare. Systemet enligt figur 13 är av det slag som beskrivs i det amerikanska paten- tet 4 041 501. I enlighet med detta patent är elementen an- ordnade i elementgrupper 72, 74, 76, etc, och tillförs de signaler från ett kopplingsnät 13, vilket har en enda fas- vridare 82, 84, 86 etc, motsvarande varje elementavstånd d'.The improved control technique for phase quantization errors according to figure 10 is advantageously used in a beveled system of the kind shown in Figure 13, in which there are more than a radiating element for each phase shifter. The system according to Figure 13 is of the type described in U.S. Pat. 4,041,501. In accordance with this patent, the elements arranged in element groups 72, 74, 76, etc, and added to them signals from a switching network 13, which has a single phase rotators 82, 84, 86, etc., corresponding to each element distance d '.

Kopplingsnät 74 sammankopplar elementen och åstadkommer form- ning av det effektiva elementmönstret, så att strålningsgitter- 15 lober undertryckes. Ett system av detta slag är på grund av det stora effektiva elementavståndet d' känsligt för rikt- ningsfel, som uppkommer till följd av faskvantiseringsfel.Coupling network 74 interconnects the elements and provides the effective element pattern, so that the radiation grating 15 lobes are suppressed. A system of this kind is due to the large effective element distance d 'is sensitive to errors which arise as a result of phase quantization errors.

Förbättringen enligt uppfinningen, vilken reducerar faskvan- tiseringsfel, är således speciellt fördelaktig vid antenner av detta slag för att reducera de resulterande antennrikt- ningsfelen. _ Fastän uppfinningen har beskrivits under hänvisning till sändarantenner inser fackmannen att sådana antenner är rcciproka och att uppfinningen lika väl kan tillämpas för mottagarantennor. Det är således avsikten att följande patentkrav skall täcka såväl antenner avsedda för sändning som för mottagning av signaler.The improvement according to the invention, which reduces the phase thus, is particularly advantageous in the case of antennas of this kind to reduce the resulting antenna direction errors. _ Although the invention has been described with reference to transmitter antennas, those skilled in the art will recognize that such antennas are reciprocal and that the invention is equally applicable for receiving antennas. It is thus intended that the following patent claims shall cover both antennas intended for transmission as for receiving signals.

Ovan har några föredragna utföringsformer av uppfin- ningen beskrivits, men fackmannen inser att andra och ytter- ligare modifikationer kan utföras utan avsteg från uppfin- ningstanken och patentkraven är avsedda att innefatta även sådana utföringsformer, vilka samtliga faller inom uppfin- ningens ram.The above have some preferred embodiments of the invention described, but those skilled in the art will recognize that further modifications may be made without departing from the invention. and the claims are intended to include also such embodiments, all of which fall within the scope of the invention. ningens ram.

Claims

16 Patent claims

A phased antenna system comprising a plurality of antenna element pairs (32, 32'-38, 38 '; 52, 52'-58, 58'; 72, 72'-78, 78 ') distributed in a system over an antenna aperture, wherein the elements in each pair are located opposite to a plane passing through said opening, coupling means (33; 53; 73) for supplying wave energy signals to said elements from a common source (31; 51; 71), which coupling means comprise digitally controllable phase shifters (42, 42'-48, 48 '; 62, 62'-68, 68'; 82, 82'-88, 88 ') to vary the phase of said wave energy signals applied to said elements in discrete phase steps, and means (90-98) for controlling the scanning angle of the antenna beam from said antenna system by supplying digital signals to the control inputs of said phase shifter, characterized in that in order to reduce the quantization error in the control operation, said beam control and phase shift control means (90-98) ) so designed that the two phase shifters which control the phase for opposite antenna elements in each of said antenna element pairs are switched to change their states at different scanning angles (G), the scanning angles at which one of the phase shifters in such a pair being switched being interleaved with the scanning angles at which the other phase shifting in the pair is switched, and that at least one of each pair of non-profit phase functions, which is approximated step by step by the respective phase shifter in such a pair, is arranged to shift a constant phase value (41-47; 61-67; 81-87).

Antenna system according to claim 1, characterized in that said plane passes through the center of said aperture and forms its center line and that the elements in each of said pairs are symmetrically distributed over the aperture relative to said plane and said center line.

Antenna system according to claim 1 or 2, characterized in that only one of each of said 17 pairs of non-profit phase functions is shifted by a constant phase value, as a result of the phase length of the respective corresponding branches of the coupling means (33: 53). ; 73) which is selected so that wave energy signals applied to the respective antenna elements in each pair have a phase difference, which is always approximately an odd, whole multiple of half the minimum step of said phase shifter.

Antenna system according to claim 3, in which an element in each of said pairs belongs to a first group of elements and the second element in each of said pairs belongs to a second group of elements, characterized in that said coupling means ( 33; 53; 73) are designed to supply wave energy signals to each element in said first group with a phase different from that of a selected element of said first group approximately an integer multiple of the smallest step of said phase shifter, and that switching means supplies wave energy signals to each of said elements in said second group with a phase which in relation to said selected elements is approximately an odd, whole multiple of half the smallest step of said phase shifter.

Antenna system according to claim 4, characterized in that said elements are arranged along a line and that said first group comprises alternating elements along said line.

Antenna system according to claim 4, characterized in that said elements are arranged along a line and that said first group comprises elements on one side of the center of said line.

Antenna system according to claim 1 or 2, characterized in that both the non-profit phase functions for each of said pairs of non-profit phase functions are arranged to shift a constant phase value (s) due to the structure of said beam guide and phase shift control means (90-98), so that the mean value of the phase of said pair of non-profit phase functions is shifted said constant phase value (s) from a nominal phase value in relation to the soft phase of the wave energy signals to which QOOR QU 18 is supplied with approximately an integer multiple of the smallest phase step of said phase shifter, and that said constant value for phase shift of said functions is such that it causes the phase difference between signals applied to the elements in each of said element pairs to be within approximately half the minimum the phase step from the difference between said non-profit phase functions for said elements.

Antenna system according to claim 7, characterized in that said constant phase shift value (s) for said functions is approximately a quarter of the smallest phase step of said phase shifter.

Antenna system according to claim 7 or 8, characterized in that said coupling means (33; 53; 73), phase shifter (42, 42'- 48, 48 '; 62, 62'-68, 68'; 82 , 82'-88, 88 ') and beam controlling and phase shifting control means (90-98) are designed to supply wave energy signals to said antenna element with a phase which stepwise approximates a non-ideal phase function represented by the sum of a nominal phase function corresponding to phase values which provides amplification of the radiation in a nominal radiation direction, a radiation control function calculated from a selected radiation direction and a constant phase shift, to cause the phase differences applied to the elements in each pair of symmetrical elements to be within approximately half the minimum step of the phase shifters from the difference between said non-profit functions for said pair of elements for each desired radiation direction.