DE2158416A1 - Antenna arrangement - Google Patents
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Description
Patentr,v/ülte Dipl.-Ing. W. Sclicrrmann Dr.-lng. R. RügerPatentr, v / ülte Dipl.-Ing. W. Sclicrrmann Dr.-lng. R. Rüger
73 Hsslinqcn (Necknr), Ffibrikslrfißu V, l'or.tf.irh 3<f8 24. November 1971 r""lfr>"73 Hsslinqcn (Necknr), Ffibrikslrfißu V, l'or.tf.irh 3 <f8 November 24, 1971 r ""lfr>"
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Die Erfindung betrifft eine stur Abstrahlung eines in groben und feinen Inkrementell in auewählbare Strahllagen einsteuerbaren Strahles eingerichtete Antennenanördnung, mit einer längs eines vorbestimmten Weges angeordneten Anzahl strahlender Elemente, denen Mittel zur erzeugung einer vorbestimmten Anzahl von zur Abstrahlung von den strahlenden Elementen geeigneten, eine ausgewählte Phasenverteilung aufweisenden Zwischensignalen zugeordnet sind.The invention relates to a stubborn emission of a beam position that can be controlled in coarse and fine incrementally in selectable beam positions Beam arranged antenna arrangement, with a number of radiators arranged along a predetermined path Elements which have means for generating a predetermined number of suitable for radiation from the radiating elements, are assigned intermediate signals having a selected phase distribution.
Antennen, die einen Strahl, der in groben und feinen Inkrementen in auswählbare Strahllagen einsteuerbar ist, abstrahlen können, sind in vielen Fällen zweckmäßig, insbesondere für überwachungszwecke und Freund-Feind-Kennsysteme, bei denen der Strahl eine Abtastung in Winkelsektoren oder über volle 360° vornimmt. Hierbei ist es notwendig, den von der Antenne ausgesendeten Strahl (normalerweise ein breiter Fächerstrahl im Aufriß) in kontinuierlichen oder zumindesten feinen Inkrementen im Azimut derart eine Abtastbewegung ausführen zu lassen, daß keine Strahlverzerrung eintritt.Antennas that produce a beam that is in coarse and fine increments is controllable in selectable beam positions, can radiate, are expedient in many cases, in particular for monitoring purposes and friend-foe identification systems, in which the beam scans in angular sectors or over a full 360 °. Here it is necessary to use the beam emitted by the antenna (usually a wide fan beam in elevation) in continuous or at least fine increments in azimuth to perform a scanning movement in such a way that no beam distortion entry.
KLn naheliegender und häufig benutzter Meg, diesen Anforderungen gerecht zu werden, besteht in einer mechanisch The obvious and frequently used method to meet these requirements is a mechanical one
rotierenden Antenne. Mechanische Systeme leiden jedoch unter dem Nachteil kleiner Winkelgeschwindigkeiten und einer beschränkten Strahlbeweglichkeit (Fähigkeit, den Strahl schnell von einem Räumbereich in einen anderen Raumbereich· zu überführen) .rotating antenna. Mechanical systems, however, suffer from the disadvantage of small angular velocities and one limited jet mobility (ability to quickly transfer the jet from one area to another area) .
Antennen mit einer elektronisch gesteuerten Abtastung überwinden zwar die Schwierigkeiten hinsichtlich der kleinen Winkelgeschwindigkeit und der beschränkten Strahlbeweglic/ikeit mechanischer Antennen, doch weisen sie bisher, verglichen mit mechanischen Antennen, in anderer Hinsicht eine Reihe von Nachteilen auf. So ist ss. B. ein System vorgeschlagen worden, bei dem einseine Elemente (im weiteren strahlende iJffnöng ö4er Apertur genannt} .einer kreisförmigen Antehnenanotdnuiig über eine Anzahl von außen gesteuerter Schalter durch «in Errögungssignal (im weiteren Apertuxv erregung genannt^) angeregt werden. p*d«rch wird erreicht, daß ein Strahl $ur von den angeregten JE lementen in einer dem jeweiligen Fiats der Elemente innerhalb der Anordnung entsprechenden Richtung ausgesendet wird. Sine solche Anordnung ist für die meisten modernen Anwendungszwecke lediglich beschränkt brauchbar, weil der von der Antennenanordnung abgestrahlte Strähl nicht wie bei einer mechanischen Antenne eine kontinuierliche oder in feinen Inkrementen geschehende Abtastbewegung ausführt, sondern vielmehr auf eine Abtastung in verhältnismäßig großen Winke linkreinen ten beschränkt ist, deren kleinstes, durch den Winkelabstand zwischen zwei strahlenden Elementen der Anordnung gegeben ist.Antennas with an electronically controlled scanning overcome the difficulties with regard to the small Angular velocity and the limited beam mobility mechanical antennas, however, compared to mechanical antennas, they show in other respects has a number of disadvantages. So is ss. For example, a system has been proposed in which one of its elements (hereinafter radiating aperture called a circular aperture Antehnnuiig over a number of externally controlled Switch through «in the red signal (hereinafter Apertuxv called excitation ^) be excited. p * d «r you will be reached, that a ray $ ur from the excited elements in one of the corresponding fiat of the elements within the arrangement Direction is sent out. Sine such arrangement is only limited for most modern uses useful because the beam emitted by the antenna arrangement is not like a mechanical antenna carries out a continuous or in fine increments scanning movement, but rather on a scan in relatively large angles left pure th is limited, the smallest, by the angular distance between two radiating elements of the arrangement is given.
weiterer Nachteil dieser lediglich schaltergesteuerten Antennen mit elektronischer Abtaststeuerung liegt darin, daß zur AufrechternaItung der Amplitudenverteilung der Aperturerregung bei der Umschaltung von einer Elementengruppe auf eine ander· zwei wenig erwünschte Verfahren verwendet werdenAnother disadvantage of this only switch-controlled Antennas with electronic scanning control are used to rectify the amplitude distribution of the aperture excitation when switching from one group of elements to another, two undesirable methods can be used
badorig?nalbadorig? nal
Das erste beinhaltet die sehr unerwünschte Notwendigkeit, alle angeregten Elemente mit einer gleichmäßigen Erregung zu versorgen, weil bei Verwendung einer nichtgleichmäßigen Erregung die Amplitudenverteilung (und damit auch der sich ergebende Strahl) jedes Mal bei der Abstrahlung von einer anderen Elementengruppe zerstört würde. Um aber eine gleichmäßige Erregung bei allen Strahllagen zu erzielen, ist es notwendig, teuere» regelbare Phasenschieber zu verwenden, um damit die Antennenanordnung nach jeder Veränderung der Strahllage neu zu fokussieren. Dies bedeutet offensichtlich eine wesentliche Beschränkung der Anwendbarkeit derartiger Systeme, weil in einer Reihe von Fällen es notwendig ist, die strahlenden Elemente der Antennenanordnung mit einer nicht gleichförmigen Erregung zu beaufschlagen, beispielsweise wenn gleichzeitig Summen-und Differenzstrahlungsdiagramme abgestrahlt werden sollen. Das zweite in gleicher Weise unerwünschte Verfahren, das bei bekannten Systemen verwendet wird und die Einspeisung von nicht gleichmäßigen Aperturerregungen in solche Antennenanordnungen gestattet, besteht in der Verwendung der Kombination eines Phasenschiebers und eines Dämpfungsgliedes, um damit die Erregung nach jeder Veränderung der Strahllage neu abzugleichen. Dieses Verfahren ist nämlich mit besonders großen Verlusten behaftet, so daß der Betriebswirkungsgrad gering ist.The first involves the very undesirable need to supply all excited elements with a uniform excitation, because when using a non-uniform Excitation the amplitude distribution (and with it the resulting beam) every time it is emitted from one other group of elements would be destroyed. But in order to achieve a uniform excitation in all beam positions, it is It is necessary to use expensive adjustable phase shifters in order to adjust the antenna arrangement after every change in the To refocus the beam position. Obviously, this means a substantial limitation on the applicability of such Systems because in a number of cases it is necessary to connect the radiating elements of the antenna arrangement with a to apply non-uniform excitation, for example if sum and difference radiation diagrams at the same time should be emitted. The second equally undesirable method, that of known systems is used and allows the feeding of non-uniform aperture excitations into such antenna arrangements, consists in using the combination of a phase shifter and an attenuator to provide excitation to be recalibrated after each change in the beam position. This method is namely with particularly large losses afflicted, so that the operating efficiency is low.
Ziel der Erfindung ist es, eine Antennenanordnung der eingangsgenannten Art zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Systeme vermeidet und es gestattet, den abge-^ strahlten Strahl elektronisch in groben und feinen Inkrementen in auswählbare Strahllagen einzusteuern, wobei in einfacher Weise die Möglichkeit besteht, den strahlenden Elementen sowohl eine gleichmäßige als auch eine nichtglcichmäßige Erregung zuzuführen oder eine Kompensation der Krümmung des Weges, längs dessen die strahlenden Elemente ange-The aim of the invention is to provide an antenna arrangement of the type mentioned above Art to create that avoids the disadvantages of the known systems and allows the ab- ^ radiated beam electronically in coarse and fine increments in selectable beam positions, whereby in there is a simple way of giving the radiating elements both a uniform and a non-uniform To apply excitation or to compensate for the curvature the path along which the radiating elements
209823/103 β--. ■: .209823/103 β--. ■ :.
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ordnet sind, ohne Verwendung von Phasenschiebern zu erreichen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die /uUcnnenanordnung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,daß die einxo]nen Zwischensignale durch zugeordnete Kopplungsinittel in einer vorbestimmten Anregungsordnung jeweils verschiedenen Elementen einer ausgewählten Gruppe strahlender Elemente, unter Anregung der Abstrahlung eines Strahles von dieser 'Elementengruppe in einer durch die Lage der Elementengruppe längs des vorbestimmten Weges und durch die Phasenverteilung der ZwisclK;nsignale bestimmten Richtung, zugeführt werden, und daß Mittel zur Steuerung der Auswahl der Elementengruppe und der Phasenverteilung unter Aufrechterhaltung der vorbestimmten Anregungsordnung vorgesehen sind, durch die der Strahl in verschiedene Lagen steuerbar ist, derart, daß die Steuerung in groben Inkrementen durch die Wahl verschiedener Elementengruppen längs des vorbestimmten Weges und die Steuerung in kleinen Inkrementen durch die Wahl unterschiedlicher Phasenverteilungen der Zwischensignale geschieht.can be achieved without the use of phase shifters. To solve this problem, the internal arrangement according to the invention characterized in that the exo] nen Intermediate signals through associated coupling means in one predetermined excitation order in each case different elements a selected group of radiating elements, stimulating the emission of a ray from this group of elements in one by the position of the element group along the predetermined path and by the phase distribution of the intermediate signals specific direction, and that means for controlling the selection of the element group and the phase distribution while maintaining the predetermined excitation order are provided through which the beam in different Positions can be controlled in such a way that the control in coarse increments through the choice of different groups of elements along the predetermined path and control in small increments by choosing different ones Phase distributions of the intermediate signals happen.
. Bei der neuen Antennenanordnung wird die Anregungsordnung der strahlenden Elemente bei der Umschaltung zwischen einzelnen Elementengruppen aufrechterhalten, so daß die Phasenschieber für die Strahlsteuerung in feinen Inkrcnienten zur Verfügung bleiben.. With the new antenna arrangement, the excitation order of the radiating elements when switching between individual element groups maintained, so that the phase shifters for the beam control in fine increments remain available.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Eigenschaften des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von erfindungsgemäßen Antennenanordnungen.Further advantageous features and properties of the object of the invention emerge from the following description of antenna arrangements according to the invention.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing are exemplary embodiments of the subject of the invention shown. Show it:
Fig. 1 eine schematische Veranschaulichung einer Anzahl kreisförmig verteilt angeordneter strahlender Elemente einer Antennenanordnung gemäß der Erfindung ,Figure 1 is a schematic illustration of a number circularly distributed radiating elements of an antenna arrangement according to the invention ,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung,2 shows a block diagram of an embodiment of the subject matter of the invention,
Fig. 3 ein Blockschaltbild und eine schematische Veranschaulichung einer möglichen Verbindung der Zwischensignalerzeugungsmittel, der Schaltmatrix und der strahlenden Elemente für die Ausführungsform nach Fig. 2 undFig. 3 is a block diagram and a schematic illustration of a possible connection of the intermediate signal generating means, the switch matrix and of the radiating elements for the embodiment of FIGS. 2 and
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer möglichen Ausbildung der Steuermittel für die Ausfuhrungsform nach Fig.FIG. 4 shows a block diagram of a possible design of the control means for the embodiment according to FIG.
In Fig. 1 ist eine Anzahl strahlender Elemente a bis a veranschaulicht, welche längs des Umfanges eines vorbestimmten Weges, welcher durch einen Kreis 10 angedeutet ist, unter Einhaltung eines zweckmäßigen gegenseitigen Abstandes (z. B. eine halbe Wellenlänge) angeordnet sind. Wird eine ausgewählte Gruppe dieser strahlenden Elemente, beispielsweise die Elemente a,, a~, a_ und a. mit einer .'. >.τι υ rerrcgung beaufschlagt, so wird von dieser Gruppe da Strahl abgestrahlt, der, wie noch erläutert werden v/ird, in verschiedene Lagen gesteuert werden kann. Da der Kreis IO die Basis eines Zylinders umschließt, ist es zweckmäßig, die Vielzahl der entsprechend Fig. 1 angeordneten strahlenden Elemente als eine zylindrische Antennenanordnung zu bezeichnen.In Fig. 1, a number of radiating elements a to a is illustrated, which are arranged along the circumference of a predetermined path, which is indicated by a circle 10, while maintaining an appropriate mutual distance (z. B. half a wavelength). If a selected group of these radiating elements, for example the elements a ,, a ~, a_ and a. with a .'. >. τι υ rerrcgung acted upon, then from this group there is emitted beam, which, as will be explained, can be steered into different positions. Since the circle IO encloses the base of a cylinder, it is expedient to designate the plurality of radiating elements arranged according to FIG. 1 as a cylindrical antenna arrangement.
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Für die strahlenden Elemente a bis a können alle geeigneten Arten strahlender Elemente, wie Dipole, abhängig von der jeweils gewünschten Form des von der Antennenanordnung abgestrahlten Strahls verwendet werden. Jedes Element kann außerdem durch eine vertikale Säule strahlender Elemente ersetzt werden, so daß sich eine Reihe von Schichten übereinanderliegender Elemente ergibt, womit die Elemente längs eines im wesentlichen zylindrischen Weges angeordnet sind. Der von der Anordnung nach Fig. 1 abgestrahlte Strahl weist eine fächerartige Gestalt auf, wobei der breite Teil des Fächers in der Aufrißebene, d. h. senkrecht zur Ebene der Elemente, liegt. Diese Strahlart ist dann zweckmäßig, wenn im Azimut volle 360 abgetastet werden sollen, weil dann der Ort der einzelnen Zielobjekte in einem großen Raumvolumen überwacht werden kann.All suitable ones can be used for the radiating elements a to a Types of radiating elements, such as dipoles, depending on the particular desired shape of that emitted by the antenna arrangement Beam can be used. Each element can also be replaced by a vertical column of radiating elements, see above that results in a series of layers of superposed elements, so that the elements are essentially along one are arranged cylindrical path. The beam emitted by the arrangement according to FIG. 1 has a fan-like shape with the broad part of the fan in the plane of elevation, i.e. H. perpendicular to the plane of the elements. These The type of beam is useful if a full 360 is to be scanned in azimuth, because then the location of the individual Target objects can be monitored in a large volume of space.
Wenn eine Überstreiciiung von weniger als den vollen 360° im Azimut genügt, kann eine entsprechende Anzahl strahlender Elemente bei der Anordnung nach Fig. 1 längs des entsprechenden Teiles des Kreises v/eggelassen werden. Viele andere Abwandlungen der strahlenden Elemente und deren spezieller Anordnung zur Erzielung abgestrahlter Strahlen mit spezifischen Strahlcharakteristiken lassen sich ohne weiteres angeben. So braucht z. B. der gekrüitu.iLe Weg, längs dessen die strahlenden Elemente liegen, nicht genau kreisförmig (oder zylindrisch in dem Fall, daß Schichten von Elementen vorhanden sind) zu sein; es ist vielmehr denkbar, ihn derart zu gestalten, daß er einem Flugzeugrumpf angepasst ist. Außerdem kann durch Verwendung unterschiedlicher Arten strahlender Elemente oder zusätzlicher Schichten von Elementen, die ähnlich der Anordnung nach Fig. 1 übereinander angeordnet sind, erreicht werden, daß der Fächerteil des Strahles so schmal wird, daß sich ein bleistiftartiger Strahl ergibt.If a sweep of less than the full 360 ° im Azimuth is sufficient, a corresponding number of radiating elements in the arrangement according to FIG. 1 along the corresponding Part of the circle can be omitted. Many other variations of the radiating elements and their special arrangement to achieve radiated beams with specific beam characteristics can easily be specified. So z. B. the krüitu.iLe way, along which the radiant Elements are not exactly circular (or cylindrical in the case there are layers of elements) too be; rather, it is conceivable to design it in such a way that it is adapted to an aircraft fuselage. Also can through Use different types of radiating elements or additional layers of elements that are similar to the arrangement According to Fig. 1 are arranged one above the other, can be achieved that the fan part of the beam is so narrow that a pencil-like beam results.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform desIn Fig. 2 is a block diagram of an embodiment of the
Erfindung veran; 2 09823/ 1036Invention initiate; 2 09823/1036
Gegenstandes.der Erfindung veranschaulicht, welche eine An-Object of the invention illustrates which an
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Ordnung 11 von 128 strahlenden Elementen aufweist, die mit a. bis l,„o bezeichnet sind und entsprechend Fig. 1Has order 11 of 128 radiating elements, which are labeled with a. to l, “ o are designated and corresponding to FIG. 1
I 1 / O .I 1 / O.
in einer zylindrischen Anordnung untergebracht sind. Dem Gerät nach Fig. 2 wird ein elektrisches Eingangssignal (entweder ein Impuls oder eine ungedämpfte Welle) zugeführt, das in einem Übertrager oder in einem anderen geeigneten Signalgenerator erzeugt wird, wie er für diese Zwecke bei üblichen Antennenanordnungen verwendet wird.are housed in a cylindrical arrangement. An electrical input signal (either a pulse or an undamped wave) is fed to the device of Fig. 2, which is generated in a transmitter or in another suitable signal generator, as it is for these purposes at conventional antenna arrangements is used.
Der Block 13 enthält auf das zugeführte Eingangssignal ansprechende Mittel zur Erzeugung einer vorbestimmten Anzahl von Zwischensignalen, die zur Abstrahlung durch die Elemente der Anordnung 11 geeignet sind und eine bestimmte ausgewählte Phasenverteilung aufweisen. Diese Zwischensignale bilden gemeinsam eine vollständige Aperturerregung, welche einer vorbestimmten Gruppe der strahlenden Elemente (der strahlenden Apertur) der Anordnung 11 eingekoppelt werden kann, um damit die Abstrahlung des Strahles zu erzielen. Die Anzahl der erzeugten Zwischensignale (in diesem Falle acht, welche auf Leitungen b. bis bQ zugeführt werden), bestimmt die Anzahl der strahlenden Elemente in der jeweils ausgewählten Gruppe (8) und deshalb auch die Breite des sich ergebenden abgestrahlten Strahles, weil die im folgenden noch zu beschreibenden Koppelmittel jedes Zwischensignal einem unterschiedlichen Element der ausgewählten Gruppe einkoppeln. Wenn die ausgewählte Gruppe von Elementen beispielsweise die Elemente a bis ag umfasst, kann das auf der Leitung b, kommende Signal dem Element a., eingekoppelt werden, während das auf der Leitung b2 kommende Signal dem Element a_ eingekoppelt wird usw. Dadurch wird eine bestimmte Ordnung der Erregung der Elemente der Gruppe festgelegt. Die von den Zwischensignalen hervorgerufene Aperturerregung bewirkt, daß von den ausgewählten Elementen ein Strahl abgestrahlt wird, wobei die Richtung dieses Strahles durch Veränderung der Phasenverteilung (d. h. der fortschreitenden Phasenverschiebung zwischen einzelnen Zwischensignalen) der Zwischensignale geändertThe block 13 contains means, responsive to the input signal supplied, for generating a predetermined number of intermediate signals which are suitable for emission by the elements of the arrangement 11 and which have a specific selected phase distribution. These intermediate signals together form a complete aperture excitation which can be coupled into a predetermined group of the radiating elements (the radiating aperture) of the arrangement 11 in order to achieve the emission of the beam. The number of intermediate signals generated (in this case eight, which are fed to lines b. To b Q ), determines the number of radiating elements in the selected group (8) and therefore also the width of the resulting radiated beam, because the coupling means to be described in the following couple each intermediate signal to a different element of the selected group. If the selected group of elements includes, for example, the elements a to ag, the signal coming on line b, can be coupled into element a., While the signal coming on line b 2 is coupled into element a_, and so on established certain order of excitation of the elements of the group. The aperture excitation caused by the intermediate signals causes a beam to be emitted from the selected elements, the direction of this beam being changed by changing the phase distribution (ie the progressive phase shift between individual intermediate signals) of the intermediate signals
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werden kann. Wenn z. B. angenommen wird, daß diese Ar-'-i l.urerregung der vorher erwähnten ausgewählten Gruppe .strahlender Element (a_ bis ao) in einer bestimmten /vnregungn-Io can be. If z. B. it is believed that these Ar i -'- l.urerregung the aforementioned selected group .strahlender element (a_ to a o) in a given / vnregungn-Io
Ordnung (von b zu a , von b zu a etc.) eingekoppelt werden, so hat, wie bekannt, eine lineare Variation der Phasenverteilung (in kleinen Inkremonten) die Wirkung, daß auch die Richtung des von der Elementengruppe abgestrahlten Strahles in sehr kleinen Inkromenten verändert wird, wodurch praktisch eine Gleichv/ertigkeit mit dem kontinuierlichen Abtastvermögen einer mechanisch rotierenden Antenne erzielt wird, welche den von der strahlenden Öffnung überdeckten Bereich abtastet. Die Schaltmatrix 14 der Fag. 2 weist Mittel auf, um in einer vorbestimmten Anregungsordnung die einzelnen Zwischensignale jeweils verschiedenen Elementen in einer vorbestimmten Gruppe strahlender Elemente einzukoppeln. Die Matrix 14 ist in der Lage, die von acht Zwischensignalen gebildete Aperturerregung jeder belieoigen ausgewählten Gruppe von Elementen innerhalb der Anordnung 11 einzukoppeln. Die Lage des abgestrahlten Strahles ist teilweise durch die Lage der ausgewählten Gruppe in der Anordnung 11 bestimmt. Durch die Auswahl unterschiedlicher Gruppen von Elementen längs der Anordnung 11 läßt sich deshalb eine grobe Steuerung des Strahles erzielen. Das kleinste Inkrement dieser groben Steuerung ist durch den Abstand zwischen den einzelnen Elementen gegeben, weil,die kleinstmögliche Veränderung bei der Wahl einer neuen Gruppe der Wechsel eines einzigen strahlenden Elementes ist. Wenn z. B. die erste ausgewählte Gruppe die Elemente a^ bis ag umfaßte, so wird, wenn der Strahl um ein Inkrement der groben Steuerung vorbewegt werden soll, die zweite Gruppe Elemente a„ bis a„ umfassen und so weiter. Da jedoch jede beliebige Gruppe gewählt werden kann, (d. h. die zweite oder die nachfolgend gewählte, Gruppe kann Elemente a~Q bis a.,- umfassen), ist eine diskontinuierliche Grobsteuerung möglich, welche den erfindungsgemäß ausgebildeten Antennenanordnungen eineOrder (from b to a, from b to a, etc.) are coupled, as is known, a linear variation of the phase distribution (in small increments) has the effect that the direction of the beam emitted by the group of elements is also in very small increments is changed, whereby practically a consistency with the continuous scanning capacity of a mechanically rotating antenna is achieved, which scans the area covered by the radiating opening. The switching matrix 14 of FIG. 2 has means in order to couple the individual intermediate signals in a predetermined excitation order to different elements in a predetermined group of radiating elements. The matrix 14 is able to couple in the aperture excitation formed by eight intermediate signals of any selected group of elements within the arrangement 11. The position of the emitted beam is determined in part by the position of the selected group in the arrangement 11. By selecting different groups of elements along the arrangement 11, rough control of the beam can therefore be achieved. The smallest increment of this coarse control is given by the distance between the individual elements, because the smallest possible change in the selection of a new group is the change of a single radiating element. If z. For example, if the first selected group comprised elements a 1 through ag, then if the beam is to be advanced by one increment of the coarse control, the second group will comprise elements a 1 through a 1, and so on. However, since any group can be selected (ie the second or the group selected below can comprise elements a ~ Q to a
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besondere Wendigkeit bei der Strahlsteuerung verleiht.gives particular maneuverability in beam control.
Der Block 15 veranschaulicht Mittel zur Steuerung der Auswahl der Elementengruppe und der Wahl der Phasenverteilung unter Erhaltung der vorbestimmten Ordnung der Anregung innerhalb jeder ausgewählten Gruppe. Unter der Steuerwirkung der Einheit 15 kann der von der Anordnung 11 gesendete Strahl in verschiedene Strahllagen gesteuert werden, wobei die Steuerung in groben Schritten durch entsprechende Steuerung der Schaltmatrix 14 in der Weise geschieht, daß verschiedene Elementengruppen gewählt worden, während die Steuerung in kleinen Schritten oder tnkrementen in der Weise bewirkt wird, daß die 'Einheit 1.) im Sinne der Auswahl unterschiedlicher Phasenverteilungen für die Zwischcnsignale gesteuert wird. Die durch ck.m iJlock 15 veranschaulichten Mittel können ein geeignet programmier tür Digitalcomputer sein, ein speziell für diesen i.v/ock eingerichteter Computer oder eine andere logische Schaltung, die speziell zur Steuerung der Einheiten 13 und 14 in der Weise ausgebildet ist, daß der Strahl in kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Inkrementen ger;Lauert werden kann. Da Antennenanordnungen der in Fr^age υ teilenden Art für eine praktisch unbeschränkte Anzahl spezieller Anwendungsfälle Verwendung finden können, boi denen die Anforderungen an die Strahlabtastung normalerweise unterschiedlich sind, müssen in jedem Falle geeignete Steuermittel gewählt werden, die den speziellen Steueranforderungen, welche an die Antennenanordnung im Einzelfall gestellt v/erden, genügen. Ein Beispiel für Steuermittel, die für eine Antennenanordnung 'der oben beschriebenen Art geeignet sind und auf ein zugeführtes, für die Strahllage kennzeichnendes Zehn-Bit-S^euersignal ansprechen, v/ie es von vorhandenen Freund-Fein-Kennsystemen abgeleitet wird, ist in Blockform in Fig. 4 veranschaulicht. ' ' ■·■""■ -· ·The block 15 illustrates means for controlling the selection of the element group and the selection of the phase distribution while maintaining the predetermined order of excitation within each selected group. Under the tax effect of the unit 15, the beam sent by the arrangement 11 can be steered into different beam positions are, the control in rough steps by appropriate control of the switching matrix 14 in the manner happens that different groups of elements have been selected while controlling in small steps or increments in such a way that the 'unit 1.) is controlled in terms of the selection of different phase distributions for the intermediate signals. By ck.m iJlock 15 means illustrated may be a suitable programming door digital computer, a special one for this IV / ock set up computer or another logical one Circuit specially designed to control the units 13 and 14 in such a way that the beam in continuous or discontinuous increments ger; may be lurking. Since antenna arrangements of the in question υ sharing type can be used for a practically unlimited number of special applications, Where the requirements for beam scanning are usually different, must in each case suitable control means are selected that meet the specific control requirements that are placed on the antenna arrangement Provided in individual cases, suffice. An example of control means for an antenna arrangement 'of Above described type are suitable and on a supplied, for the beam position characterizing ten-bit control signal address, v / ie it from existing Freund-Fein identification systems is illustrated in block form in FIG. '' ■ · ■ "" ■ - · ·
2 0 9 8 2 3/10 36. : . 4 ,. f Λ {l r,.. BAD original2 0 9 8 2 3/10 36. : . 4,. f Λ {l r , .. BAD original
- 10 -- 10 -
- IO -- OK -
Bei der Auswahl verschiedener Elementengruppen in der' Anordnung 11 wird die Ordnung der Anregung von Steuermitteln 15 'aufrechterhalten. Wenn so in einer ersten ausgewählten Gruppe von Elementen a, bis ao das auf der LeitungWhen selecting different groups of elements in the 'arrangement 11, the order of the excitation of control means 15' is maintained. If so in a first selected group of items a to a o that on the line
1 ο1 ο
b erscheinende Zwischensignal dem Element a eingekoppelt wird, während das auf der Leitung b„ erscheinende Signal dem Element a_ zugeführt wird usw., so wird in der nächsten ausgewählten Gruppe, etwa der Gruppe der Elemente a_ bis a__ die Leitung b. an das gleiche entsprechende Element in dieser Gruppe, nämlich an das Element a^T angekoppelt, während die Leitung b„ an das Element a angekoppelt wird usw.. Diese Erhaltung der Ordnung der Anregung gestattet es, zu erreichen, daß der Matrix 14 entweder eine gleichmäßige oder eine nichtgleichmäßige . Aperturerregung zugeführt wird, weil die Amplitudenverteilung der Aperturerregung ebenfalls erhalten bleibt, wenn auf verschiedenen · Elementengruppen umgeschaltet wird, womit eine Hauptschwierigkeit bekannter vergleichbarer Einrichtungen überwunden wird.b is coupled to element a, while the signal appearing on line b "is fed to element a_, etc., line b. to the same corresponding element in this group, namely to the element a ^ T , while the line b "is coupled to the element a, etc. This preservation of the order of the excitation makes it possible to achieve that the matrix 14 either a uniform or a non-uniform. Aperture excitation is supplied because the amplitude distribution of the aperture excitation is also retained when a switch is made to different groups of elements, thus overcoming a major difficulty of known comparable devices.
Verschiedene weitere Vorteile einer Zylinderantennenanordnung der beschriebenen Art liegen auf der Hand, weil die bei bekannten mechanischen Abtastsystemen sich stellenden Probleme der leichten Strahlbeweglichkeit bei einer Antennenanordnung der erfindungsgemäßen Art dadurch überwunden werden, daß der Strahl mit großer Geschwindigkeit elektronisch in verschiedene Strahllagen gesteuert werden kann. Außerdem wird die bei bekannten Systemen bestehende Schwierigkeit, eine Annäherung an die bei mechanischen Systemen vorhandene Möglichkeit der Steuerung in feinen Inkrementen zu erzielen, dadurch überwunden, daß die Phasenverteilung der Zwischensignale zur Erzielung der gewünschten Feindsteuerung verändert wird.Various other advantages of a cylinder antenna arrangement of the type described are obvious because the known mechanical scanning systems present themselves Problems of easy beam mobility in an antenna arrangement of the type according to the invention are overcome in that the beam is at high speed can be electronically controlled in different beam positions. In addition, the existing in known systems Difficulty getting an approximation of the fine control options available with mechanical systems To achieve increments, thereby overcome that the phase distribution of the intermediate signals to achieve the desired enemy control is changed.
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Ein weiterer Vorteil der neuen Antennenanordnung ist darin begründet, daß, da eine komplette Ap-Tt.urerregimg von den durch'den Block 13 veranschaulichten rütteln erzeugt wird, während die durch den Block 14 veranschaulichten Mittel lediglich diese Erregung verschiedenen Elemcntengruppen oinkoppeln, eine erforderlich werdende Kompensation der Krümmung der Antennenanordnung auf einfache und billige Weise erzielt werden kann, was im Gegensatz zu den Verhältnissen bei einer Reihe von bekannten Systemen^steht. Ein Weg zur Kompensation der Krümmung der Antennenanordnung ist in Fig. 2 veranschaulicht, in der die Leitungen b bis bQ,die zur Zufuhr der Zwischensignale zu der Schalteinheit 14 benutzt werden, als übertragungsleitungen unterschiedlicher Länge ausgebildet sein können, deren Verzögerungszeiten derart"gewählt sind, daß eine Kompensation der Zylinderkrümmung erzielt wird. Da diese Krümmung konstant ist und die Ordnung der Anregung der strahlenden Elemente aufrechterhalten bleibt, braucht die Länge der Leitungen b.. bis bfl, nachdem die Wahl der entsprechenden Leitungslängen einmal getroffen ist, später nicht mehr verändert zu werden, um eine Kompensation für alle Strahllagen zu erzielen, weil die für die Elemente einer Gruppe (z. B. a. bis a ') die gleiche für die entsprechenden Elemente jeder anderen ausgewählten Gruppe (z.. B. a31 bis a — ) ist.A further advantage of the new antenna arrangement is based on the fact that, since a complete Ap-Tt.urerregimg is generated by the shaking illustrated by block 13, while the means illustrated by block 14 merely couple this excitation to different groups of elements, one that becomes necessary Compensation for the curvature of the antenna arrangement can be achieved in a simple and inexpensive manner, which is in contrast to the situation in a number of known systems ^. One way of compensating for the curvature of the antenna arrangement is illustrated in FIG. 2, in which the lines b to b Q , which are used to supply the intermediate signals to the switching unit 14, can be designed as transmission lines of different lengths, the delay times of which are selected in this way Since this curvature is constant and the order of the excitation of the radiating elements is maintained, the length of the lines b .. to b fl does not need later after the selection of the appropriate line lengths has been made to be changed in order to achieve a compensation for all beam positions, because those for the elements of one group (e.g. a. to a ') are the same for the corresponding elements of every other selected group (e.g. a 31 to a - ) is.
Aufbau und Betriebsweise der in den Fig. 3 und 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiele.Structure and mode of operation of the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 3 and 4.
In Fig. 3 ist in schematischer Blockdarstellung jeweils ein Ausführungsbeispiel für die das Zwischensignal liefernden . Mittel 13 und die Schaltmatrix 14 dargestellt. Die Einheit 13 besteht hierbei aus einer Eingangshybride 16 mit zwei Ausgängen, welche an eine Verteilerschaltung 18 angeschlossen sind. Die Verteilerschaltung 18 ist ihrerseits mit 32 elektronisch gesteuerten Phasenschiebern 19 verbunden, vonIn Fig. 3 is a schematic block diagram in each case Embodiment of the supplying the intermediate signal. Means 13 and the switching matrix 14 are shown. The unit 13 consists of an input hybrid 16 with two outputs, which are connected to a distribution circuit 18 are. The distribution circuit 18 is in turn with 32 electronically controlled phase shifter 19 connected by
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denen in der Zeichnung lediglich acht der besseren Übersicht-· lichkeit wegen dargestellt sind und die 32 einzelne Ausgangsleitungen von der Einheit 13 ergeben. Auf jeder Ausgangsleitung wird ein Zwischensignal abgegeben, was bedeutet, daß im normalen Betrieb die erwähnten ausgewählten Gruppen strahlender Elemente aus jeweils 32 Elementen von 128 Elementen be·* stehen. Im Betrieb wird dem Summeneingang 20 der Hybride 16 ein geeignetes Eirgangssignal zugeführt, um damit durch gleichphasige Anregung einer ganzen von 32 Elementen gebildeten strahlenden öffnung der Antennenanordnung 11 eine schmale Strahlungskeule zu erzielen. Ein unterschiedliches Strahlungsdiagramm kann dadurch erreicht werden, daß das Eingangssignal dem Differenzeingang 21 der Hybride 16 zugeführt wird, so daß eine Hälfte der strahlenden Öffnung, in diesem Falle 16 strahlende Elemente, um 180 gegenüber der anderen Hälfte phasenverschoben angeregt wird.those in the drawing only eight for a better overview and the 32 individual output lines from the unit 13. On every exit line an intermediate signal is emitted, which means that in normal operation the selected groups mentioned are more radiant Elements made up of 32 elements of 128 elements each are * stand. During operation, a suitable input signal is fed to the sum input 20 of the hybrid 16 in order to pass it through in-phase excitation of a whole radiating opening of the antenna arrangement 11 formed by 32 elements to achieve a narrow beam of radiation. A different radiation pattern can be achieved in that the Input signal is fed to the differential input 21 of the hybrid 16, so that one half of the radiating aperture, in this case 16 radiating elements, excited by 180 out of phase with the other half.
Die Verteilersehaltung 18 kann einen üblichen Aufbau aufweisen, der eine symmetrische gleichphasige, kontinuierlich abnehmende Amplitudenverteilung für die den Phasenschiebern zugeführten 32 Signale ergibt (wenn Summenstrahlungsdiagramme abgestrahlt werden). In der Verteilersehaltung können feste Übertragungsleitungslängen (ähnlich der der Leitungen b bis bj vorgesehen sein, um damit auf einem alternativen Weg eine Kompensation der Krümmung der Antennenanordnung zu erzielen,, wobei dann die Phasenschieber 19 für die Aufgabe der Strahllagensteuerung bleiben. Die Phasenschieber 19 führen bei jedem Zwischensignal eine Phasenverschiebung ein, so daß sich eine ausgewählte Phasenverteilung über die 32 Zwischensignale ergibt, welche die Richtung des von einer ausgewählten Gruppe von 32 Elementen abgestrahlten Strahles bestimmt, wodurch die erforderliche Feinsteuerung erzielt wird. Die von jedem Phasenschieber 19 erzeugte Phasenverschiebung wird durch Steuermittel 15 derart geregelt, daß sich eine Reihe auswählbarer linearer Phasenverteilungen ergibt, die im vorliegenden Falle beispielsweise acht Aus-The distribution line 18 can have a conventional structure, which is symmetrical in-phase, continuous decreasing amplitude distribution for the phase shifters supplied 32 signals results (if total radiation diagrams are emitted). Fixed Transmission line lengths (similar to that of lines b to bj may be provided in order to be able to use an alternative Way to achieve compensation for the curvature of the antenna arrangement, then the phase shifter 19 for the task the beam position control remain. The phase shifters 19 introduce a phase shift for each intermediate signal, so that there is a selected phase distribution over the 32 intermediate signals, which the direction of the one selected group of 32 elements of the radiated beam, thereby achieving the required fine control will. The phase shift generated by each phase shifter 19 is regulated by control means 15 such that a series of selectable linear phase distributions results, which in the present case, for example, have eight
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Wahlmöglichkeiten aufweisen sollen. Jeder einzelne Phasenschieber ist zweckmäßigerweise als ein digitaler Vier-Bit-Diodenphasenschieber (vier Eingangsleitungen steuern die Phasenverschiebung jedes Phasenschiebers) ausgebildet, der eine Gesamt-Phasenverschiebung von 360 in Inkrementen von jeweils 22,5 ergibt.Should have options. Each individual phase shifter is expediently a digital four-bit diode phase shifter (four input lines control the phase shift of each phase shifter), the a total phase shift of 360 in increments of each gives 22.5.
Die Kopplungsmittel 14 sind in Gestalt einer Schaltmatrix veranschaulicht, welche aus 80 Übertragungsschaltern 21a bis 21e und einer 32 einpolige,/vier Schaltstellungen aufweisende Schalter enthaltenden Schalterbatterie 22 besteht. In Fig. 3a sind alternative Schaltzustände der übertragungsschalter veranschaulicht, welche von den Steuermitteln 15 individuell angesteuert werden können, um ein spezielles Zwischensignal einem speziellen einpoligen, vier Schaltstellungen aufweisenden Schalter der Schalterbatterie 22 zuzuführen. Ein einfacher Anschluß der einpoligen, vier Schaltstellungen aufweisenden Schalter der Schalterbatterie 22 gestattet es dann, die 32 Ausgänge der Übertragungsschalter mit einer von den Steuermitteln 15 ausgeählten Gruppe von 32 strahlenden Elementen zu verbinden. Da die Aperturerregung am Eingang der Matrix vollständig ist und lediglich auf die ausgewählte Gruppe von 32 Elementen zur Anregung der Abstrahlung eines Strahles übertragen zu werden braucht, koppelt die Schaltmatrix die Zwischensignale den Elementen der Antennenanordnung 11 über Wege gleicher Längen ein, wodurch sichergestellt wird, daß die von den Mitteln 13 erzeugte Aperturerregung .in der Matrix nicht verzerrt wird.The coupling means 14 are illustrated in the form of a switching matrix, which consists of 80 transmission switches 21a to 21e and a 32 single pole / four switch positions Switch containing switch battery 22 is made. In Fig. 3a are alternative switching states of the transfer switch illustrates which can be controlled individually by the control means 15 in order to generate a special intermediate signal a special single-pole, four switching positions having Switch the switch battery 22 to be supplied. A simple connection of the single-pole, four switch positions having switches of the switch battery 22 then allows the 32 outputs of the transfer switch with a to connect the group of 32 radiating elements selected by the control means 15. Since the aperture excitation on Entrance of the matrix is complete and only applies to the selected group of 32 elements to excite the radiation of a beam needs to be transmitted, the switching matrix couples the intermediate signals to the elements the antenna arrangement 11 over paths of equal lengths, which ensures that the means 13 generated aperture excitation. is not distorted in the matrix.
Die Schaltmatrix kann gesteuert von den Steuermitteln 15 z. B. die 32 Zwischensignale jeweils 32 aufeinanderfolgenden Elementen der 128 strahlenden Element der Antennanordnung in der erwähnten Anregungsordnung einkoppeln. Es stehen deshalb 128 verschiedene Strahlgrobstellungen zur Verfügung, dieThe switching matrix can be controlled by the control means 15, for. B. the 32 intermediate signals each 32 consecutive Elements of the 128 radiating elements of the antenna array couple in the aforementioned order of excitation. There are therefore 128 different coarse beam settings available
useinanderliegenlying apart
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jeweils um 2,8 auseinanderliegen. Für jede der von derare each 2.8 apart. For each of the
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Matrix 14 eingestellten Stahlgroblagen gibt es acht Strahlfeinlagen, die von der Einheit .13 durch Variation der Phasenverteilung der Zwischensignale zwischen acht verschiedenen linearen Phasenverteilungen in der beschriebenen Weise zustandegebracht werden, so daß im Ganzen 1.024 Strahllagen zur Verfügung stehen, die jeweils 0,35 voneinander getrennt sind.Matrix 14 set steel layers, there are eight fine jet inserts that can be obtained from the unit .13 by varying the Phase distribution of the intermediate signals between eight different linear phase distributions in the described Way, so that a total of 1,024 beam positions are available, each 0.35 are separated from each other.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der Steuermittel 15 veranschaulicht, die besonders zum Betrieb mit dem Antennensystem nach Fig. 3 geeignet ist. Bei dieser Ausführungsform wird ein vorbestimmtes Steuersignal zur Steuerung des Zustandes der Schalter der Schaltmatrix 14 und der Phasenschieber der Einheit 13 verwendet. Die drei kleinsten Bits (1 bis 3) geben hierbei die Information, die notwendig ist, um festzulegen, welche der acht möglichen Phasenverteilungen ausgewählt werden, während die Steuerung der einzelnen Phasenschieber durch logische Schaltungen 24, 25, 26 und 31 in an sich bekannter Weise geschieht. Die nächstgrößeren fünf Bits (4 bis 8) enthalten die zur Einstellung der 80 Übertragungsschalter erforderliche Information und in Kombination mit Bits 9 und 10 die Information, die notwendig ist, um über die logischen Schaltungen 24, 27, 28, 29 und 31 die 32 einpoligen, vier Schaltstellungen aufweisenden Schalter einzustellen. Die Bits 4 bis 10 geben deshalb die zur Auswahl zwischen 128 möglichen Strahllagen erforderlichen Informationen. Da lediglich 128 verschiedene Strahllagen benutzt werden, (weil nur 128 strahlende Elemente in der Anordnung vorhanden sind, wobei die Verwendung von 8O Übertragungsschaltern die Möglichkeit zu weit mehr Strahllagen geben würde) ist der Einfachheit halber die dargestellte logische Schaltung zur Steuerung dieser Übertragungsschalter in Schalt-4 shows an embodiment of the control means 15 which is particularly suitable for operation with the antenna system according to FIG. 3. In this embodiment becomes a predetermined control signal for controlling the state of the switches of the switching matrix 14 and the phase shifter of unit 13 is used. The three smallest bits (1 to 3) give the information, which is necessary to determine which of the eight possible phase distributions are selected during the Control of the individual phase shifters by logic circuits 24, 25, 26 and 31 in a manner known per se happens. The next larger five bits (4 to 8) contain those required to set the 80 transfer switches Information and in combination with bits 9 and 10 the information that is necessary to use the logical Circuits 24, 27, 28, 29 and 31 set the 32 single-pole, four switching positions having switches. Bits 4 to 10 therefore provide the information required to select between 128 possible beam positions. Since only 128 different beam positions are used (because there are only 128 radiating elements in the arrangement where the use of 8O transfer switches would give the possibility of far more beam positions) For the sake of simplicity, the logic circuit shown for controlling these transfer switches in switching
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folgen und Kombinationen eingerichtet, weil viele dieser schalter bei jeder ausgewählten Strahllage den gleichen Steuerbefehl erhalten»follow and set up combinations because of many of these switch the same for each selected beam position Control command received »
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