DD237244A1

DD237244A1 - POLARIZATIONAL SWITCHING RANGE

Info

Publication number: DD237244A1
Application number: DD27614085A
Authority: DD
Inventors: Joachim Schwarz
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1986-07-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine polarisationsumschaltbare Richtantenne zur Richtungsortung. Erfindungsgemaess werden in der Ebene, die durch den Brennpunkt des verwendeten buendelnden Systems, beispielsweise eines Parabolreflektors, geht und die rechtwinklig zur Hauptstrahlrichtung ausgebildet ist, gleichartige Erreger angeordnet, wobei ein erster Erreger um den Abstand a aus dem Brennpunkt verschoben und um 45 in bezug auf eine der orthogonalen linearen Polarisationen gedreht ist, ein weiterer Erreger um den Abstand a in entgegengesetzter Richtung zum ersten Erreger aus dem Brennpunkt verschoben und um 45 in bezug auf die bei der Anordnung des ersten Erregers gewaehlte lineare Polarisation gedreht ist, ein dritter Erreger um den Abstand a aus dem Brennpunkt verschoben und rechtwinklig zur Verschiebungsrichtung des ersten Erregers sowie um 45 in bezug auf die bei der Anordnung des ersten Erregers gewaehlte lineare Polarisation gedreht ist, sowie ein vierter Erreger um den Abstand a in entgegengesetzter Richtung zum dritten Erreger aus dem Brennpunkt verschoben und um 45 in bezug auf die bei der Anordnung des ersten Erregers gewaehlte lineare Polarisation gedreht ist.The invention relates to a polarization reversible directional antenna for directional location. According to the invention, in the plane passing through the focal point of the buzzing system used, for example a parabolic reflector, which is formed perpendicular to the main beam direction, similar exciters are arranged, a first exciter being displaced by the distance a from the focus and by 45 with respect to one of the orthogonal linear polarizations is rotated, another exciter is shifted by the distance a in the opposite direction to the first exciter from the focal point and rotated by 45 with respect to the selected in the arrangement of the first exciter linear polarization, a third exciter by the distance a is shifted from the focal point and is rotated at right angles to the direction of displacement of the first exciter and by 45 with respect to the selected in the arrangement of the first exciter linear polarization, and a fourth exciter by the distance a in the opposite direction to the third exciter shifted from the focus and around 45 in be is rotated to the selected in the arrangement of the first exciter linear polarization.

Description

Dabei werden erfindungsgemäß in der Ebene, die durch den Brennpunkt des verwendeten bündelnden Systems, beispielsweise eines Parabolreflektor, geht und die rechtwinklig zur Hauptstrahlrichtung ausgebildet ist, gleichartige Erreger angeordnet, wobei ein erster Erreger um den Abstand a aus dem Brennpunkt verschoben und um +45° in bezug auf eine der orthogonalen linearen Polarisationen gedreht ist, ein weiterer Erreger um den Abstand a in entgegengesetzter Richtung zum ersten Erreger aus dem Brennpunkt verschoben und um +45° in bezug auf die bei der Anordnung des ersten Erregers gewählte lineare Polarisationen gedreht ist, ein dritter Erreger um den Abstand a aus dem Brennpunkt verschoben und rechtwinklig zur Verschiebungsrichtung des ersten Erregers sowie um -45° in Bezug auf die bei der Anordnung des ersten Erregers gewählte lineare Polarisationen gedreht ist, sowie ein vierter Erreger um den Abstand a in entgegengesetzter Richtung zum dritten Erreger aus dem Brennpunkt verschoben und um -45° in bezug auf die bei der Anordnung des ersten Erregers gewählte lineare Polarisationen gedreht ist.According to the invention, similar exciters are arranged in the plane through the focal point of the bundling system used, for example a parabolic reflector, and which is formed at right angles to the main radiation direction, a first exciter being displaced by the distance a from the focal point and by + 45 ° is rotated with respect to one of the orthogonal linear polarizations, another exciter shifted by the distance a in the opposite direction to the first exciter from the focal point and rotated by + 45 ° with respect to the selected in the arrangement of the first exciter linear polarizations third exciter shifted by the distance a from the focal point and is rotated at right angles to the displacement direction of the first exciter and by -45 ° with respect to the selected in the arrangement of the first exciter linear polarizations, and a fourth exciter by the distance a in the opposite direction to third pathogens moved out of focus and is rotated by -45 ° with respect to the linear polarizations selected in the arrangement of the first exciter.

Die vorgeschlagene Anordnung ermöglicht in Verbindung mit einer passiven Mikrowellenschaltung, die aus Hybrid-Kopplern und Phasenschiebern besteht, die Bildung eines Summensignals sowie zweier Differenzsignale. Die Differenzsignale werden dabei für die Nachführung des Antennensystems in horizontaler und vertikaler Ebene benutzt. Weiterhin ist mit der erfindungsgemäßen Gesamtanordnung eine einfache Umschaltung der Polarisation des Summensignals auf beide orthogonale lineare sowie auf beide zirkuläre Polarisationen realisierbar.The proposed arrangement enables, in conjunction with a passive microwave circuit consisting of hybrid couplers and phase shifters, the formation of a sum signal and two differential signals. The differential signals are used for the tracking of the antenna system in the horizontal and vertical plane. Furthermore, with the overall arrangement according to the invention, a simple switchover of the polarization of the sum signal to both orthogonal linear and to both circular polarizations can be realized.

Im einzelnen kann aus den Signalen des ersten und des zweiten Erregers mit Hilfe eines an sich bekannten Hybridkopplers die Summe und die Differenz dieser Signale gebildet werden, wobei die Signaldifferenz als Fehlersignal für die vertikale Ebene zur Nachführung des Systems verwendbar ist. Aus den Signalen des dritten und des vierten Erregers werden wiederum Summen- und Differenzsignal gebildet, wobei das Differenzsignal als Fehlersignal für die horizontale Ebene verwendet wird. Aus den zur Verfügung stehenden Summensignalen, der Summe des ersten und des zweiten Erregers sowie des dritten und des vierten Erregers läßt sich nunmehr über erfindungsgemäß vorgesehene zwei umschaltbare Phasenschieber und einen an sich bekannten weiteren Hybridkoppler das Gesamtsummensignal für die, in der Aufgabenstellung geforderten vier Polarisationen mit geringem Aufwand bilden.In detail, the sum and the difference of these signals can be formed from the signals of the first and the second exciter with the aid of a hybrid coupler known per se, wherein the signal difference can be used as an error signal for the vertical plane for tracking the system. From the signals of the third and the fourth exciter turn sum and difference signal are formed, the difference signal is used as error signal for the horizontal plane. From the available sum signals, the sum of the first and the second exciter and the third and fourth exciter can now be inventively provided two switchable phase shifter and a per se known further hybrid coupler the total sum signal for, required in the task four polarizations form little effort.

Zur Herstellung der notwendigen Phasenbeziehungen zwischen den gebildeten Summen- und Differenzsignalen, werden erfindungsgemäß für die Zweige der Differenzfehlersignale zusätzliche Phasenschieber vorgesehen, die die Phasenverschiebungen zum Gesamtsummensignal korrigieren. Somit ist bei allen Betriebsbedingungen die sichere Funktion eines nachgeschalteten Monopuls-Empfängers gewährleistet.To produce the necessary phase relationships between the sum and difference signals formed, additional phase shifters are provided according to the invention for the branches of the differential error signals, which correct the phase shifts to the total sum signal. Thus, the safe operation of a downstream monopulse receiver is guaranteed under all operating conditions.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand einer Zeichnung und einerTabelle näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to a drawing and a table.

Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Primärerregersystems einer erfindungsgemäßen Richtantenne.Figure 1 shows the basic structure of the primary excitation system of a directional antenna according to the invention.

Figur 2 ist die Darstellung einer Realisierungsvariante der Mikrowellenschaltung zur Polarisätionsumschaltung und zur Erzeugung der Summen- und Differenzsignale.Figure 2 is a representation of a realization variant of the microwave circuit for Polarisätionsumschaltung and for generating the sum and difference signals.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Richtantenne besteht im einfachsten Fall aus einem nicht dargestellten Parabolreflektor und einem in dessen Brennpunkt angeordneten Primärerregersystem.The arrangement of the directional antenna according to the invention consists in the simplest case of a parabolic reflector, not shown, and arranged in its focal primary excitation system.

Entsprechend den Darlegungen des Wesens der Erfindung enthält das Primärerregersystem die Erreger 1-4, die im gewählten Beispiel gestreckte Dipole sein können und einen Primärreflektor 5.In accordance with the teachings of the spirit of the invention, the primary exciter system includes the exciters 1-4, which may be stretched dipoles in the example chosen, and a primary reflector 5.

Die Signale der Dipole 1—4 liegen an den Eingängen der Hybridkoppler 6 und 7 an. An den Ausgängen der Hybridkoppler sind die Phasenschieber 9-12 angeordnet. An den Phasenschiebern 9 und 12 sind die Differenzsignale des Systems abgreifbar. Die Ausgänge der Phasenschieber 10 und 11 sind mit den Eingängen eines weiteren Hybridkopplers 8 verbunden, an dessen Ausgang die Summensignale der Gesamtordnung anliegen.The signals of the dipoles 1-4 are applied to the inputs of the hybrid couplers 6 and 7. At the outputs of the hybrid couplers, the phase shifters 9-12 are arranged. At the phase shifters 9 and 12, the difference signals of the system can be tapped. The outputs of the phase shifters 10 and 11 are connected to the inputs of another hybrid coupler 8, at the output of which the sum signals of the overall order are applied.

Als Phasenschieber können dämpfungsarme PIN-Dioden-Phasenschieber Verwendung finden.As a phase shifter low-attenuation PIN diode phase shifter can be used.

Zur Gewinnung der verschiedenen Polarisationen werden die einzelnen Phasenschieber, wie in der folgenden Tabelle gezeigt, umgeschaltet.To obtain the different polarizations, the individual phase shifters are switched as shown in the following table.

Ausgangexit ΣΣ Phasenschieberphase shifter 1010 0°0 ° 1111 1212 0°0 ° Σ*Σ * rhcrhc 99 180°180 ° 90°90 ° 180°180 ° Polarisaof polarization IhciHC IhciHC 90°90 ° 180°180 ° 90°90 ° 180°180 ° tionsarttionsart rhcrhc hörhear 90°90 ° 0°0 ° 0°0 ° 0°0 ° verver verver 0°0 ° 0°0 ° hörhear 0°0 °

Soll beispielsweise am Ausgang J die rechtszirkulare Komponente und am Ausgang J* die linkszirkulare Komponente des Summmensignals erzeugt werden, so sind die Phasenschieber 10und 12aufO°und die Phasenschieber 9 und 11 auf 90° einzustellen.If, for example, the right-hand circular component is to be generated at the output J and the left-hand circular component of the summing signal is generated at the output J *, the phase shifters 10 and 12 are to be set to 0 ° and the phase shifters 9 and 11 to 90 °.

Claims

Erfindungsanspruch:Invention claim:

1. Polarisationsumschaltbare Richtantennejbestehend aus einem bündelnden System, beispielsweise einem Parabolreflektor, einer Linsenantenne oder einer Cassegrain-Anordnung, und einem im Brennpunkt des bündelnden Systems angeordneten Primärerregersystems, gekennzeichnet dadurch, daß in der Ebene, die durch den Brennpunkt des verwendeten bündelnden Systems geht und die rechtwinklig zur Hauptstrahlrichtung ausgebildet ist, gleichartige Erreger angeordnet sind, wobei ein erster Erreger (1) um einen Abstand a aus dem Brennpunkt verschoben und um +45° in bezug auf eine der orthogonalen linearen Polarisationen gedreht ist, ein zweiter Erreger (2) um einen Abstand a in entgegengesetzter Richtung zum ersten Erreger aus dem Brennpunkt verschoben und um +45° in bezug auf die bei der Anordnung des ersten Erregers (1) gewählte lineare Polarisation gedreht ist, ein dritter Erreger (3) um den Abstand a aus dem Brennpunkt verschoben und rechtwinklig zur Verschiebungsrichtung des zweiten Erregers (2) sowie um -45° in bezug auf die bei der Anordnung des ersten Erregers (1) gewählte lineare Polarisation gedreht ist, sowie ein vierter Erreger (4) um den Abstand a in entgegengesetzter Richtung zum dritten Erreger (3) aus dem Brennpunkt verschoben und um -45° in bezug auf die bei der Anordnung des ersten Erregers (1) gewählte lineare Polarisation gedreht ist.A polarization-reversible directional antenna consisting of a focusing system, for example a parabolic reflector, a lens antenna or a Cassegrain arrangement, and a primary exciter system arranged at the focal point of the focusing system, characterized in that in the plane passing through the focal point of the focusing system used and is formed at right angles to the main beam direction, similar exciters are arranged, wherein a first exciter (1) by a distance a from the focus shifted and rotated by + 45 ° with respect to one of the orthogonal linear polarizations, a second exciter (2) by one Distance a in the opposite direction to the first exciter shifted from the focal point and rotated by + 45 ° with respect to the linear polarization selected in the arrangement of the first exciter (1), a third exciter (3) by the distance a from the focus shifted and at right angles to the direction of displacement of the second excitation rs (2) as well as by -45 ° with respect to the linear polarization selected in the arrangement of the first exciter (1), and a fourth exciter (4) by the distance a in the opposite direction to the third exciter (3) from FIG Focused and rotated by -45 ° with respect to the selected in the arrangement of the first exciter (1) linear polarization.

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung kann zum Zweck der Richtungsortung genutzt werden. Insbesondere ist es mittels der Erfindung möglich, unkomplizierte polarisationsumschaltbare Richtantennensysteme mit Nachführeinrichtung zur Bahnverfolgung von beispielsweise Raumflugkörpern zu realisieren.The invention can be used for the purpose of directional location. In particular, it is possible by means of the invention to realize simple polarization-switchable directional antenna systems with tracking device for tracing, for example, spacecraft.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Richtantennen müssen zum Empfang von Signalen von beispielsweise Raumflugkörpern diesen häufig auf ihrer Bahn mit einer vor allem von der Richtcharakteristik der verwendeten Antenne bestimmten Genauigkeit nachgeführt werden. In der Regel werden Nachführgenauigkeiten von<0,1° verlangt. Um diese Forderung einhalten zu können, werden die Richtantennen mit einer Nachführeinrichtung versehen, die es gestattet, den Antennenpositionierfehier zu bestimmen und auszuregeln. Entsprechend den technischen Anforderungen werden bisher verschiedene Systeme genatzt. So sind das konische Abtastsystem, das Strahlungsschaltsystem (DE-OS 3216708) oder das Monopulssystem (DE-OS 2460624) bekannt. Außerdem konischen Abtastsystem, bei dem ein einzelner Erreger um den Brennpunkt eines Parabolspiegels bzw. einer Linsenantenne rotiert, besitzen alle anderen bekannten Systeme mehrere Einzelstrahler. Für viele Systeme ist es zwingend notwendig, die Polarisation der Antenne umschalten zu können, d. h. alle Einzelstrahler müssen polarisationsumschaltbar ausgeführt sein. Diese Forderung schließt ein, daß nicht nur eine Polarisation optimal empfangbar sein muß, sondern auch die zu dieser orthogonale Polarisation, beispielsweise horizontal und vertikal oder rechtszirkular und linkszirkular. In einer nachgeschalteten Umschalteinheit werden beide Anteile je nach gewünschter Polarisation phasen richtig kombiniert. Nachteilig ist demzufolge bei derartigen Anordnungen der hohe mechanisch-konstruktive sowie elektronische Aufwand zur Realisierung der notwendigen Polarisationsumschaltungen innerhalb eines Richtantennennachführsystems. Weiterhin ist zu beachten, daß aus Gründen des Antennengewinns die Strahler eng um den Brennpunkt eines Parabolspiegels bzw. einer Linsenantenne angeordnet sind. Die Forderung, nicht nur die horizontal polarisierten, sondern auch die vertikal polarisierten Strahlungsanteile zu empfangen, bedeutet beispielsweise Kreuzdipole statt einfacher Dipole benutzen zu müssen. Durch die geringen geometrischen Abstände und die Vielzahl der Strahlungselemente nehmen unerwünschte Verkopplungen im Erregersystem zu und die Genauigkeit der Richtungsortung verringert sich erheblich.Directional antennas must be tracked to receive signals from, for example, spacecraft this often on their trajectory with a particular determined by the directional characteristic of the antenna used accuracy. As a rule, tracking accuracies of <0.1 ° are required. In order to be able to meet this requirement, the directional antennas are provided with a tracking device, which allows to determine and correct the Antennenpositionierfehier. According to the technical requirements, various systems have been used so far. Thus, the conical scanning system, the radiation switching system (DE-OS 3216708) or the monopulse system (DE-OS 2460624) are known. In addition, a conical scanning system in which a single exciter rotates around the focal point of a parabolic mirror or a lens antenna, all other known systems have a plurality of individual emitters. For many systems, it is imperative to be able to switch the polarization of the antenna, d. H. All individual radiators must be polarization switchable. This requirement implies that not only a polarization must be optimally receivable, but also to this orthogonal polarization, for example, horizontal and vertical or right circular and left circular. In a downstream switching unit, both components are combined correctly depending on the desired polarization phases. The disadvantage is therefore in such arrangements, the high mechanical-constructive and electronic effort to realize the necessary polarization switching within a directional antenna tracking system. Furthermore, it should be noted that, for reasons of antenna gain, the radiators are arranged closely around the focal point of a parabolic mirror or a lens antenna. The requirement to receive not only the horizontally polarized but also the vertically polarized radiation components means, for example, having to use cross dipoles instead of simple dipoles. Due to the small geometrical distances and the large number of radiation elements, unwanted couplings in the excitation system increase and the accuracy of the direction finding is reduced considerably.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer mit geringem Aufwand realisierbaren polarisationsumschaltbaren Richtantenne. Zusätzlich ist sicherzustellen, daß eine nachgeordnete Schaltungsanordnung zur Polarisationsumschaltung und Erzeugung der Richtungsfehlersignale einen einfachen und dämpfungsarmen Aufbau erlaubt.The aim of the invention is to provide a polarisationsumschaltbaren directional antenna feasible with little effort. In addition, it must be ensured that a subordinate circuit arrangement for polarization switching and generation of the direction error signals permits a simple and low-attenuation structure.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die konstruktive Ausbildung einer polarisationsumschaltbaren Richtantenne, die es in Verbindung mit einer passiven Mikrowellenschaltung ermöglicht, eine Umschaltung des Summensignals auf rechtszirkulare, linkszirkulare sowie zwei orthogonale lineare Polarisationen, z. B. horizontal und vertikal, vorzunehmen. Erfindungsgemäß wird ausgehend von einer Primärerregeranordnung eines Amplituden-Monopuls-Systems, den Primärerregern eine definierte geometrische Lage zugeordnet.The object of the invention is the structural design of a polarization reversible directional antenna, which makes it possible in conjunction with a passive microwave circuit, switching the sum signal to rechtszirkulare, linkszirkulare and two orthogonal linear polarizations, z. B. horizontally and vertically, make. According to the invention, starting from a primary exciter arrangement of an amplitude monopulse system, the primary exciters are assigned a defined geometric position.