SE440296B - Fasat antennsystem - Google Patents

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.

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.

Skillnaden mellan ideal och aktuell fasskillnad är fasfelet E , vilket resulterar i ett riktningsfel för den utstrâlade antennstrålen.

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.

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.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är således att åstadkomma ett förbättrat, fasat antennsystem med reducerat fas- kvantiseringsfel.

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.

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.

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.

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.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan mfibrküm- visning till de exempel som visas på bifogade ritningar.

Fig. 1 är en sohematisk representation av ett fasat antennsystem.

Fig. 2 illustrerar ett set ideella fasfunktioner för elementen i systemet enligt figur 1.

Fig. 3 illustrerar ideella fasfunktioner och fas- kvantisering för ett elementpar i systemet enligt figur 1, enligt känd teknik.

Fig. 4 illustrerar faskvantiseringsfel för två element i ett par i enlighet med känd teknik.

Fig. 5A är en schematisk representation av en antenn enligt en första typ av utföringsformer enligt uppfinningen.

Fig. 5B är en schematisk representation av en annan antenn av den första typen av utföringsformer enligt upp- finningen.

Fig. 6 är ett diagram illustrerande faskvantisering för två element i antennsystemen enligt figur 5A och 5B.

Fig. 7 är ett diagram illustrerande fasfel som resul- tat av faskvantisering vid antennsystemen enligt figur 5A och 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. 9 är en schematisk representation av ett antenn- system av den första typen av utföringsformer enligt uppfin- ningen, vilket är försett med antennelementsammankoppling.

Fig. 10 är ett diagram illustrerande faskvantisering enligt en andra typ av utföringsformer av föreliggande upp- finning för antennsystemet enligt figur 7.

Fig. ll är ett diagram illustrerande fasfel som re- sultat av faskvantisering i enlighet med figur 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. 13 är en schematisk representation av ett antenn- system försett med antennelementsammankoppling och vilket kan styras med faskvantisering i enlighet med figur 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.

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.

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.

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.

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.

Följaktligen blir skillnaden mellan de verkliga kvantiserings- fasvärdena närmare den ideella fasskillnaden.

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.

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.

För mycket långsam avsökning kan ett sätt roterande kommuta- torer med många borstar utnyttjas för respektive fasvridare.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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°.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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'.

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.

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.

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.

Claims (9)

16 Patentkrav

1. Fasat antennsystem innefattande ett flertal antenn- elementpar (32, 32'-38, 38'; 52, 52'-58, 58'; 72, 72'-78, 78') 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 (33; 53; 73) för tillförande av vågenergisignaler till nämnda element från en gemensam källa (31; 51; 71), vilka kopplings- organ ihnefattar digitalt styrbara fasvridare (42, 42'-48, 48'; 62, 62'-68, 68'; 82, 82'-88, 88') för att variera fasen för nämnda vågenergisignaler som tillföres nämnda ele- ' ment i diskreta fassteg, och organ (90-98) för styrning av avsökningsvinkeln för antennstrålen från nämnda antennsystem genom tillförande av digitala signaler till styringângarna hos nämnda fasvridare, k ä n n e t e c k n a t av att för att reducera kvantiseringsfelet i styrningsoperationen är nämnda strålstyrande och fasvridningsstyrande organ (90- 98) så utförda, att de båda fasvridarna som styr fasen för motsatt belägna antennelement i vart och ett av nämnda an- tennelementpar omkopplas för att ändra sina tillstånd vid skilda avsökningsvinklar (G), varvid de avsökningsvinklar vid vilka den ena av fasvridarna i ett sådant par omkopplas är interfolierade med de avsökningsvinklar vid vilka den andra fasvridaren i paret omkopplas, och att åtminstone en av varje par av ideella fasfunktioner, som approximeras stegvis medelst respektive fasvridare i ett sådant par, är inrättad att förskjutas ett konstant fasvärde (41-47; 61-67; 81-87).

2. Antennsystem enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda plan passerar genom centrum hos nämnda öppning och bildar dennas centrumlinje och att elementen i vart och ett av nämnda par är symmetriskt fördelade över öppningen i förhållande till nämnda plan och nämnda centrumlinje.

3. Antennsystem enligt krav 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a t av att endast en av vart och ett av nämnda 17 par av ideella fasfunktioner förskjuts ett konstant fasvärde, som resultat av faslängden för respektive motsvarande grenar hos de kopplingsorgan (33: 53; 73) som utväljs, så att vågenergisignaler som tillföres respektive antennelement i varje par har en fasskillnad, som alltid är approximativt en udda, hel multipel av halva det minsta steget för nämnda fasvridare.

4. Antennsystem enligt krav 3, i vilket ett element i vart och ett av nämnda par tillhör en första grupp av element och det andra elementet i vart och ett av nämnda par tillhör en andra grupp av element, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda kopplingsorgan (33; 53; 73) är utförda för att tillföra vâgenergisignaler till varje element i nämnda första grupp med en fas som skiljer sig från den hos ett utvalt element hos nämnda första grupp approximativt en hel multipel av det minsta steget för nämnda fasvridare, och att nämnda kopplingsorgan tillför vågenergisignaler till var och en av nämnda element i nämnda andra grupp med en fas som i förhållande till nämnda utvalda element är approximativt en udda, hel multipel av halva det minsta steget för nämnda fasvridare..

5. Antennsystem enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda element är anordnade längs en linje och att nämnda första grupp innefattar alternerande element längs nämnda linje.

6. Antennsystem enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda element är anordnade längs en linje och att nämnda första grupp innefattar element på en sida av centrum för nämnda linje.

7. Antennsystem enligt krav 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a t av att båda de ideella fasfunktionerna för vart och ett av nämnda par av ideella fasfunktioner är in- rättade att förskjutas ett konstant fasvärde (s) till följd av uppbyggnaden av nämnda strålstyrande och fasvrid- ningsstyrande organ (90-98), så att medelvärdet för fasen för nämnda par av ideella fasfunktioner förskjutes nämnda konstanta fasvärde (s) från ett nominellt fasvärde i för- hållande till vflket fasen hos vågenergisignalerna som QOOR QU 18 tillföres samtliga element skiljer sig med approximativt en hel multipel av det minsta fassteget för nämnda fasvridare, och att nämnda konstanta värde för fasförskjutning av nämnda funktioner är sådant, att det bringar fasskillnaden mellan signaler som tillföres elementen i vart och ett av nämnda elementpar att ligga inom approximativt halva det minsta fassteget från skillnaden mellan nämnda ideella fasfunk- tioner för nämnda element.

8. Antennsystem enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda konstanta fasförskjutningsvärde (s) för nämnda funktioner är approximativt en fjärdedel av det minsta fassteget för nämnda fasvridare.

9. Antennsystem enligt krav 7 eller 8, k ä n n e- t e c k n a t av att nämnda kopplingsorgan (33; 53; 73), fasvridare (42, 42'- 48, 48'; 62, 62'-68, 68'; 82, 82'-88, 88') och strålstyrande och fasvridande styrorgan (90-98) är utförda att tillföra vågenergisignaler till nämnda antenn- element med en fas som stegvis approximerar en ideell fas- funktion representerad av summan av en nominell fasfunktion motsvarande fasvärden som åstadkommer förstärkning av strål- ningen i en nominell strâlningsriktning, en strålstyrande funktion beräknad från en utvald strålningsriktning och en konstant fasförskjutning, för att bringa fasskillnaderna som tillföras elementen i varje par av symmetriska element att ligga inom approximativt halva det minsta steget för fasvridarna från skillnaden mellan nämnda ideella funktioner för nämnda par av element för varje önskad strålnings- riktning.